(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と電気的に絶縁された高電圧系の地絡を検出する車両用地絡検出回路において、
第１のカップリングコンデンサと、
前記第１のカップリングコンデンサと直列に配置した第２のカップリングコンデンサと、
前記第１のカップリングコンデンサと前記第２のカップリングコンデンサとの間に接続し、前記高電圧系と接続した接続部と、
前記接続部とグランド間に設けた絶縁抵抗と、
前記第１のカップリングコンデンサ及び前記第２のカップリングコンデンサに通過させるようにパルス波形を出力するパルス波形出力手段と、
前記第２のカップリングコンデンサと前記グランド間に直列に配置した検出用抵抗と、
前記第２のカップリングコンデンサと前記検出用抵抗との間から検出信号を抽出する検出信号抽出手段と、
前記検出信号抽出手段による検出信号の波形の立下り直前の電圧値の通常状態の値と検出値との比較により高電圧系の地絡、第１、第２のカップリングコンデンサの断線及び短絡を判断する判断手段と、
を備えたことを特徴とする車両用地絡検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧の電源やモーター等の負荷で構成される高電圧系を有する車両の高電圧系における地絡を検出する車両用地絡検出回路の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、電気自動車に設けられた高電圧の電源と車体との地絡を検出する技術として、直流電源のプラス母線にカップリングコンデンサ、抵抗を介して接続したインピーダンス変換器にデューティ比５０％の矩形波パルスを入力し、この矩形波パルスの出力を基準電圧と比較し、地絡を検出するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、システムメインリレーが高電圧バッテリをインバータ回路に接続した後に、断線検出回路で地絡検出回路とカップリングコンデンサとの接続点の電圧の大きさを所定の断線判定基準電源の電圧と比較し、カップリングコンデンサを含む地絡検出回路から高電圧バッテリに至る経路における断線を検出できるものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平８−７０５０３号公報（第２−５頁、全図）
【特許文献２】特開２００５−２３３８２２号公報（第２−９頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の車両用地絡検出回路にあっては、カップリングコンデンサのショート故障、オープン故障についての検出が充分でなかった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、カップリングコンデンサのショート故障、オープン故障についての検出を充分に行うことが、構成の追加を抑制して行うことができる車両用地絡検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、車体と電気的に絶縁された高電圧系の地絡を検出する車両用地絡検出回路において、第１のカップリングコンデンサと、前記第１のカップリングコンデンサと直列に配置した第２のカップリングコンデンサと、前記第１のカップリングコンデンサと前記第２のカップリングコンデンサとの間に接続し、前記高電圧系と接続した接続部と、前記接続部とグランド間に設けた絶縁抵抗と、前記第１のカップリングコンデンサ及び前記第２のカップリングコンデンサに通過させるようにパルス波形を出力するパルス波形出力手段と、前記第２のカップリングコンデンサと前記グランド間に直列に配置した検出用抵抗と、前記第２のカップリングコンデンサと前記検出用抵抗との間から検出信号を抽出する検出信号抽出手段と、前記検出信号抽出手段による検出信号の波形の立下り直前の電圧値の通常状態の値と検出値との比較により高電圧系の地絡、第１、第２のカップリングコンデンサの断線及び短絡を判断する判断手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
よって、本発明にあっては、カップリングコンデンサのショート故障、オープン故障についての検出を充分に行うことが、構成の追加を抑制して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の車両用地絡検出回路を実現する実施の形態を、実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００９】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１の車両用地絡検出回路及び高電圧系の回路図である。
実施例１の車両用地絡検出回路１は、図１に示すように、Ａ／Ｄ入出力部１１、オペアンプＵ１、オペアンプＵ２、制限抵抗Ｒ１、カップリングコンデンサＣ１、カップリングコンデンサＣ２、検出用抵抗Ｒ２を主要な構成としている。
【００１０】
Ａ／Ｄ入出力部１１は、外部からのデジタル信号をアナログ変換したパルス波形をオペアンプＵ１のプラス入力端子へ出力する。
また、Ａ／Ｄ入出力部１１は、オペアンプＵ２からの出力をデジタル信号に変換して出力する。
オペアンプＵ１は、Ａ／Ｄ入出力部１１からの出力をプラス入力端子へ入力し、自身の出力をマイナス入力端子へ入力するボルテージホロワである。
【００１１】
そして、オペアンプＵ１の出力先には、制限抵抗Ｒ１、カップリングコンデンサＣ１を直列に接続する。そして、さらに、第２のカップリングコンデンサＣ２を直列に接続し、オペアンプＵ２のプラス入力端子に接続する。
オペアンプＵ２は、カップリングコンデンサＣ２からの出力をプラス入力端子へ入力し、自身の出力をマイナス入力端子へ入力するボルテージホロワである。
【００１２】
制限抵抗Ｒ１は、オペアンプＵ１からのパルス波形を調整して、カップリングコンデンサＣ１へ入力する。
カップリングコンデンサＣ２とオペアンプＵ２のプラス入力端子の途中と、グランドの間には、検出用抵抗Ｒ２を設ける。
【００１３】
そして、カップリングコンデンサＣ１とカップリングコンデンサＣ２の間を、高電圧系の電源Ｖ１０のマイナス側の電源ライン２に接続する。
このカップリングコンデンサＣ１とカップリングコンデンサＣ２を介在する接続により、直流成分が遮断される。
さらに、高電圧系の電源Ｖ１０のマイナス側の電源ライン２と、検出用抵抗Ｒ２とグランド間との間に、高電圧系と低電圧系との間の絶縁抵抗として絶縁抵抗Ｒ３を設定する。この絶縁抵抗Ｒ３は通常は１０ＭΩ以上である。
なお、高電圧系は、電源Ｖ１０のみを示すが、その先にモータ等の負荷が設けられたものでよい。
【００１４】
車両用地絡検出回路１のＡ／Ｄ入出力部１１には、外部に設けられるＣＰＵ３を接続する。ＣＰＵ３は、Ａ／Ｄ変換するとパルス波形となるデジタル信号をＡ／Ｄ入出力部１１に出力するとともに、別系統によるＡ／Ｄ入出力部１１からの波形信号に対して、そのパルス波形の立下り直前の電圧１００の電圧等（詳細は後述する）をデジタル信号の波形形状から検出し、その検出内容に応じて判断を行う。
なお、ＣＰＵ３は、パルス波形出力と、検出波形の判断を行う回路を別にそれぞれ設ける構成であってもよいし、それらの回路をチップ化したものであってもよい。
【００１５】
作用を説明する。
[地絡、コンデンサオープン、コンデンサショート検出作用]
図２は実施例１の車両用地絡検出回路の入力波形及び検出波形を示す図である。図３は実施例１の車両用地絡検出回路における地絡状態、コンデンサショート状態、コンデンサオープン状態の検出波形を示す図である。図４は実施例１の車両用地絡検出回路における通常状態の入力波形及び検出波形を示す図である。図５は実施例１の車両用地絡検出回路における地絡状態の入力波形及び検出波形を示す図である。図６は実施例１の車両用地絡検出回路におけるコンデンサオープン状態の入力波形及び検出波形を示す図である。図７は実施例１の車両用地絡検出回路におけるカップリングコンデンサＣ１のコンデンサショート状態の入力波形及び検出波形を示す図である。図８は実施例１の車両用地絡検出回路におけるカップリングコンデンサＣ２のコンデンサショート状態の入力波形及び検出波形を示す図である。
【００１６】
実施例１の車両用地絡検出回路１では、Ａ／Ｄ入出力部１１からオペアンプＵ１へ入力したパルス波形は、オペアンプＵ１によりインピーダンス変換されて制限抵抗Ｒ１へ出力される（図２(a)，図４(a)〜図８(a)参照）。
そして制限抵抗Ｒ１により調整されたパルス波形の直流成分は、カップリングコンデンサＣ１で遮断され、変動成分のみが通過することになる。
この変動成分の波形は、一部がカップリングコンデンサＣ２と検出用抵抗Ｒ２を介してグランドへ向かい、また一部が高電圧系の絶縁抵抗Ｒ３を介してグランドへ向かうことになる。
【００１７】
実施例１の車両用地絡検出回路１では、第２のカップリングコンデンサとして設けたカップリングコンデンサＣ２と検出用抵抗Ｒ２との間から検出信号を抽出し、オペアンプＵ２によりインピーダンス変換して、Ａ／Ｄ入出力部１１へ出力する。
この検出波形は、パルス波形の直流成分が遮断され、変動分が通過して成形するため、パルス波形の立上り後、立下りまでの一定区間では、波形電圧値が時間と共に低下していく波形となる（図２(b)，図４(b)参照）。
【００１８】
この波形電圧値の低下の時定数τは、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ２、検出用抵抗Ｒ２、高電圧系の絶縁抵抗Ｒ３により決定されることになる。
この際の波形電圧値の立下り直前の電圧１００の電圧値をＶとする。
このパルス波形の立下り直前の電圧１００の電圧値Ｖは、Ａ／Ｄ入出力部１１からのデジタル波形出力を入力したＣＰＵ３により、判断処理がされ、電圧値Ｖが認識される。
なお、通常時の電圧値ＶをＶ０とするとＶ０は、通常時における検出波形又は予めデータとして、ＣＰＵ３又は接続される記憶手段に記憶されるものとする。
【００１９】
（高電圧系の地絡時）
実施例１において、高電圧系に地絡が発生すると、絶縁抵抗Ｒ３の抵抗値が１０ＭΩ以上から１００ｋΩ以下になる。
すると、検出波形の時定数τを決定する抵抗値が低下することにより、時定数τが小さくなる。そのため、入力パルス波形の変動分である検出波形の減衰を速めることになるため、立下り直前の電圧１００の電圧値Ｖは、Ｖ０より低い値のＶ１となる（図３(a)，図５参照）。
この違いを検出波形からＣＰＵ３で比較判断することにより地絡を検出する。
【００２０】
（カップリングコンデンサのショート時）
実施例１において、カップリングコンデンサＣ１のショートが発生すると、検出波形の時定数τを決定するコンデンサ容量は、直列配置の容量がなくなることにより増加することになる。そのため、検出波形の時定数τは大きくなる。そのため、入力パルス波形の変動分である検出波形の減衰を遅くすることになるため、立下り直前の電圧１００の電圧値Ｖは、Ｖ０より高い値のＶ２となる（図３(b),図７参照）。
【００２１】
次に、カップリングコンデンサＣ２にショートが発生した場合には、カップリングコンデンサＣ１のショートの場合と同様に、立下り直前の電圧１００の電圧値Ｖは、Ｖ０より高い値のＶ２となる（図３(b),図８参照）。
このように実施例１では、検出波形からＣＰＵ３で比較判断することによりカップリングコンデンサＣ１又はカップリングコンデンサＣ２のショートを検出することができる。
【００２２】
また、図示して説明しないが、カップリングコンデンサＣ１とカップリングコンデンサＣ２の両方がショートした場合には、非常に時定数τが小さくなり、立下り直前の電圧１００の電圧値Ｖは非常に小さくなるため、その場合でも同様に検出波形によりＣＰＵ３により検出される。なお、この際の検出波形の立下り直前の電圧１００の電圧値Ｖは、地絡検出の際の電圧値Ｖ１よりもさらに低い値となるため、検出が可能であることを付言しておく。
【００２３】
（カップリングコンデンサのオープン時）
実施例１において、カップリングコンデンサＣ１のオープンが発生すると、入力パルス波形の変動分も通過できなくなる。そのため、検出波形はフラットな波形となる（図３(c)，図６参照）。
次に、カップリングコンデンサＣ２のオープンが発生した場合、カップリングコンデンサＣ２では、入力パルスの変動分が通過できなくなる。しかし、カップリングコンデンサＣ１から絶縁抵抗Ｒ３、そして検出用抵抗Ｒ２を介してオペアンプＵ２へ至る信号経路では、カップリングコンデンサＣ１を通過する入力パルス波形の変動分が流れようとする。しかしながら、絶縁抵抗が非常に大きいため、結果的には、検出波形はフラットとなる。
このように実施例１では、検出波形からＣＰＵ３で比較判断することによりカップリングコンデンサＣ１又はカップリングコンデンサＣ２のオープンを検出することができる。
【００２４】
なお、図４〜図８に示す実際の検出例では、立下り直前の電圧１００の電圧値Ｖは、正常時に約２Ｖ、地絡時に約０．８Ｖ、コンデンサショート時に約２．５Ｖ、コンデンサオープン時に０Ｖとなり、充分にＣＰＵ３で判断可能となった。
このように実施例１の車両用地絡検出回路では、高電圧系の地絡を確実に行うとともに、地絡検出の構成のために判断している検出電圧値により特段の構成を追加することなく、カップリングコンデンサの異常を検出する。
【００２５】
次に、効果を説明する。
【００２６】
実施例１の車両用地絡検出回路にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００２７】
(1)車体と電気的に絶縁された高電圧系の地絡を検出する車両用地絡検出回路１において、高電圧系との直流成分の遮断を行うカップリングコンデンサＣ１，Ｃ２を設け、複数のカップリングコンデンサＣ１，Ｃ２を通過させる信号により、高電圧系の地絡を検出するとともに、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ２の断線、短絡を検出するため、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ２のショート故障、オープン故障についての検出を充分に行うことが、構成の追加を抑制して行うことができる。
【００２８】
(2)  (1)において、複数のカップリングコンデンサは、第１のカップリングコンデンサＣ１と第２のカップリングコンデンサＣ２を直列に配置し、第１のカップリングコンデンサＣ１と第２のカップリングコンデンサＣ２の間を高電圧系の電源ライン２との接続部としたため、高電圧系との直流成分の遮断を行いつつ、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ２を直列に通過する信号により、高電圧系の地絡を検出し、且つ直列に配置したカップリングコンデンサＣ１，Ｃ２の容量変化が通過させる信号に与える変化により、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ２のショート故障、オープン故障（短絡・断線）の検出を充分に行うことが、構成の追加を抑制して行うことができる。
【００２９】
(3)  (2)において、第１のカップリングコンデンサＣ１及び第２のカップリングコンデンサＣ２に通過させるようにパルス波形を出力するＣＰＵ３及びＡ／Ｄ入出力部１１、オペアンプＵ１と、第２カップリングコンデンサＣ２からグランドまでの間に直列に配置した検出用抵抗Ｒ２と、第２カップリングコンデンサＣ２と検出用抵抗Ｒ２との間から検出信号を抽出するＡ／Ｄ入出力部１１及びオペアンプＵ２、ＣＰＵ３を備え、高電圧系の絶縁抵抗Ｒ３が、高電圧系との接続部とグランド間に設けられるようにしたため、高電圧系の絶縁抵抗Ｒ３の地絡により絶縁抵抗が低下し、これにより検出信号の時定数が小さくなることにより地絡が検出でき、また、第１及び第２のカップリングコンデンサＣ１，Ｃ２のショート時には、コンデンサ容量が大きくなり、これにより検出信号の時定数が大きくなることによりコンデンサショートが検出でき、オープン時には、検出信号がフラットになることによりコンデンサオープンが検出でき、このようにして、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ２のショート故障、オープン故障についての検出を充分に行うことが、構成の追加を抑制して行うことができる。
【００３０】
(4)  (3)において、Ａ／Ｄ入出力部１１及びオペアンプＵ２、ＣＰＵ３による検出信号の波形の立下り直前の電圧値の通常状態の値と検出値との比較により高電圧系の地絡、第１、第２のカップリングコンデンサＣ１，Ｃ２の断線及び短絡を判断する判断手段を備えたため、高電圧系の絶縁抵抗Ｒ３の地絡により絶縁抵抗が低下し、これにより検出信号の時定数が小さくなり、検出信号の波形の立下り直前の電圧値が通常より低くなることにより地絡が検出でき、また、第１及び第２のカップリングコンデンサＣ１，Ｃ２のショート時には、コンデンサ容量が大きくなり、これにより検出信号の時定数が大きくなり、検出信号の波形の立下り直前の電圧値が通常より高くなることによりコンデンサショートが検出でき、オープン時には、検出信号がフラットになることによりコンデンサオープンが検出でき、このようにして、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ２のショート故障、オープン故障についての検出を充分に行うことが、構成の追加を抑制して行うことができる。
【００３１】
以上、本発明の車両用地絡検出回路を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００３２】
例えば、実施例１では、ＣＰＵ３とＡ／Ｄ入出力部１１により、検出信号としてのパルス信号の生成及び入力、出力及び判断処理を行ったが、他の構成、例えば、検出信号の生成手段や、出力波形から立下り直前の電圧値の判断手段などを設ける構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例１の車両用地絡検出回路及び高電圧系の回路図である。
【図２】実施例１の車両用地絡検出回路の入力波形及び検出波形を示す図である。
【図３】実施例１の車両用地絡検出回路における地絡状態、コンデンサショート状態、コンデンサオープン状態の検出波形を示す図である。
【図４】実施例１の車両用地絡検出回路における通常状態の入力波形及び検出波形を示す図である。
【図５】実施例１の車両用地絡検出回路における地絡状態の入力波形及び検出波形を示す図である。
【図６】実施例１の車両用地絡検出回路におけるコンデンサオープン状態の入力波形及び検出波形を示す図である。
【図７】実施例１の車両用地絡検出回路におけるカップリングコンデンサＣ１のコンデンサショート状態の入力波形及び検出波形を示す図である。
【図８】図８は実施例１の車両用地絡検出回路におけるカップリングコンデンサＣ２のコンデンサショート状態の入力波形及び検出波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  車両用地絡検出回路
２  電源ライン
３  ＣＰＵ
１１  Ａ／Ｄ入出力部
１００  立下り直前の電圧
Ｃ１  カップリングコンデンサ
Ｃ２  カップリングコンデンサ
Ｒ１  制限抵抗
Ｒ２  検出用抵抗
Ｒ３  絶縁抵抗
Ｕ１  オペアンプ
Ｕ２  オペアンプ
Ｖ１０  電源
【図１】
0004974814.tif 000002
【図２】
0004974814.tif 000003
【図３】
0004974814.tif 000004
【図４】
0004974814.tif 000005
【図５】
0004974814.tif 000006
【図６】
0004974814.tif 000007
【図７】
0004974814.tif 000008
【図８】
0004974814.tif 000009