(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されて電気負荷及び高圧の主バッテリを含む高圧車載回路の地絡を検出する電気自動車の地絡検出回路において、
一端が前記高圧車載回路の一端に接続される電流制限手段と、
一端が前記電流制限手段の他端に接続される検出抵抗と、
一端が前記検出抵抗の他端に接続されて他端が接地されるとともに前記電流制限手段、前記検出抵抗及び前記高圧車載回路の地絡インピーダンスを直列に有する地絡回路部に少なくとも高低２レベルの直流電圧を時間順次に加える検出電源回路と、
前記検出電源部が前記高レベル電圧を出力する場合の前記検出抵抗の両端の電圧降下と前記低レベル電圧を出力する場合の前記検出抵抗の両端の電圧降下との差に基づいて前記高圧車載回路の地絡状態を検出する検出回路と、
を備え、
前記検出電源回路及び前記検出回路は、前記車両に搭載されて負極端子が接地される補機バッテリから電源電圧を給電され、前記電流制限手段の一端は前記主バッテリの負極端子に接続され、
前記検出電源回路は、前記検出抵抗の他端を前記補機バッテリの正極端子に接続する第一のスイッチと、前記検出抵抗の他端を接地端に接続するとともに前記第一のスイッチと逆動作する第二のスイッチとを有することを特徴とする電気自動車の地絡検出回路。
【請求項２】
車両に搭載されて電気負荷及び高圧の主バッテリを含む高圧車載回路の地絡を検出する電気自動車の地絡検出回路において、
一端が前記高圧車載回路の一端に接続される電流制限手段と、
一端が前記電流制限手段の他端に接続される検出抵抗と、
一端が前記検出抵抗の他端に接続されて他端が接地されるとともに前記電流制限手段、前記検出抵抗及び前記高圧車載回路の地絡インピーダンスを直列に有する地絡回路部に少なくとも高低２レベルの直流電圧を時間順次に加える検出電源回路と、
前記検出電源部が前記高レベル電圧を出力する場合の前記検出抵抗の両端の電圧降下と前記低レベル電圧を出力する場合の前記検出抵抗の両端の電圧降下との差に基づいて前記高圧車載回路の地絡状態を検出する検出回路と、
を備え、
前記電流制限手段は、入力絶縁型MOSトランジスタからなることを特徴とする電気自動車の地絡検出回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車に搭載された直流高圧電源系の地絡を検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平６−１５３３０３号は、電気自動車に搭載された高圧電池の地絡検出のために、高圧電池の一部または全部、車体及び地絡検出用抵抗を直列通電経路とする地絡検出回路を形成し、この地絡検出用抵抗の電圧降下の大小により地絡の判定を行っている。
【０００３】
特開平８−７０５０３号公報は、車体すなわち接地電位を基準とする所定の大きさの地絡検出用の交流電圧を、検出抵抗および直流遮断コンデンサを通じて直流高圧電源系に印加し、この直流高圧電源系に地絡を生じて、その分だけ、検出抵抗と直流遮断コンデンサとの間の接続点の交流電位が所定レベル以上降下した場合に地絡と判定する交流式地絡検出回路を提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の直流式地絡検出方式は、高圧電池からの地絡電流そのものを測定するので地絡電流が小さい場合や高圧電池のほぼ中間の電圧付近で地絡した場合に検出精度が悪いという欠点、高圧電池の低位側の地絡回路から出力される信号電圧がマイナスレンジとなり、検出回路構成が複雑となるなどの問題を有している。
【０００５】
また、後者の交流式地絡検出方式では、検出精度向上を目的として直流遮断コンデンサでの交流電圧降下を低減するためには直流遮断コンデンサとして大容量のものが要求され、その上、電気自動車では高圧電池を用いるためにこの大容量の直流遮断コンデンサを高耐圧としなければならず、機器搭載スペースの縮小による全体重量の低減が強く要求される電気自動車において、装置体格及び装置重量が過大となってしまうという欠点があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、検出精度を低下させることなく小型軽量化が可能な電気自動車の地絡検出回路を提供することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた第１、第２発明の電気自動車の地絡検出回路の構成によれば、地絡インピーダンス、検出抵抗、主バッテリの少なくとも一部を直列に含む地絡回路部に、検出電源回路が直流的に直列に接続される。この検出電源回路は一端が接地端（車体）に接続されてこの地絡回路部に高低２レベルの直流電圧を時間順次に加え、これにより検出抵抗には、主バッテリの少なくとも一部の電圧と検出電源回路の電圧が加算されて印加される。
【０００８】
したがって、検出電源回路が高レベルの直流電圧を印加した場合の検出抵抗の電圧降下と、低レベルの直流電圧を印加した場合の電圧降下との差から、この地絡回路部に印加される主バッテリの印加電圧の影響を除外することができ、これにより地絡インピーダンスの程度を検出することができる。
本構成によれば、検出抵抗に印加される主バッテリの電圧と直列となるように外部から地絡回路部に印加する直流電圧を時間的に変更するという手段を採用しているので、高耐圧大容量の直流遮断コンデンサを必要としないので、更にそれによる検出精度の低下も生じることがなく、電気自動車の地絡検出回路を高精度で小型軽量とすることができる。
【０００９】
更に、本構成では、主バッテリの一部が小さい地絡インピーダンスで短絡的に地絡する場合に備えて、検出抵抗と直列に電流制限手段を設けているので、このような短絡的に地絡が生じても、なんら問題は生じない。なお、この電流制限手段としては、フューズ、抵抗、PTC、入力絶縁型MOSトランジスタなどを採用することができる。
【００１０】
第１発明の電気自動車の地絡検出回路によれば更に、検出電源回路は、車両に搭載されて負極端子が接地される補機バッテリから給電され、電流制限手段の一端は前記主バッテリの負極端子に接続される。
このようにすれば、検出抵抗の電圧降下は正方向電圧となって検出回路の電源電圧と一致するので、検出回路の簡素化を図ることができる。
【００１１】
第１発明の電気自動車の地絡検出回路によれば更に、検出電源回路は、検出抵抗の他端を補機バッテリの正極端子に接続する第一のスイッチと、検出抵抗の他端を接地端に接続するとともに第一のスイッチと相補的に動作する第二のスイッチとを有する。
このようにすれば、上記高低２レベルの直流電圧の一方は直流電圧０とすることができるので、検出電源回路は実質的に例えば補機バッテリの電圧をオンオフすればよく、回路構成が簡素となる。
【００１２】
第２発明の電気自動車の地絡検出回路によれば更に、電流制限手段は、入力絶縁型MOSトランジスタからなる。
このようにすれば、地絡検出時以外はこの入力絶縁型MOSトランジスタを遮断しておけるので電気自動車の地絡検出回路の保護性が向上するとともに、大地絡電流検出時にはこの検出結果に基づいて地絡検出回路への主バッテリ電圧の印加を高速遮断して、この地絡検出回路を保護することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、バッテリのみで駆動される電気自動車の他、内燃機関の発生動力を走行用電力に変換するハイブリッド方式の自動車にも適用される。
本発明の好適な実施態様を以下の実施形態を参照して説明する。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
本発明の電気自動車の地絡検出回路の一例を図１に示す回路図を参照して説明する。
１は走行用直流電源として走行用モータなどへ給電する定格電圧約３００Ｖの主バッテリ、２は制御回路やヘッドライト等に使用される定格電圧１２Ｖの補機バッテリ、３は検出電源回路、４は検出抵抗、５はいわゆるフォトMOSトランジスタと呼ばれる入力絶縁型MOSトランジスタ（電流制限手段）、６は検出回路である。
【００１５】
検出電源回路３は、検出抵抗４及びフォトMOSトランジスタ５を通じて主バッテリ１の低位端に高低２レベルの直流電圧を出力している。検出電源回路３は、定電流負荷３１とトランジスタ３２とを直列接続してなる前段増幅回路３３と、この前段増幅回路の出力電圧により制御される相補エミッタ接地型の出力回路３４とからなる。相補出力回路３４はPNPトランジスタ３５とNPNトランジスタ３６とを直列接続してなる。rbはベース電流制限抵抗、Dはダイオードである。なお、NPNトランジスタ３６として双方向性のMOSトランジスタを用いればダイオードDを省略することができる。検出電源回路３の高位電源端子は、補機バッテリ２から電源電圧を入力され、検出電源回路３の低位電源端子は車体に接地されている。
【００１６】
検出回路６は検出抵抗４の両端の電圧を検出してそれに基づいて地絡電流を検出し、更に検出電源回路３に高レベルの直流電圧を出力することを指令するとともに、フォトMOSトランジスタ５の開閉を制御している。検出回路６は、差動電圧増幅回路６１と、その出力電圧をA/D変換するA/Dコンバータ６２と、その出力デジタル信号を処理するマイクロコンピュータ６３とからなる。
【００１７】
以下、この地絡検出回路の動作を説明する。
地絡検出動作を行わない場合にはマイクロコンピュータ６３はフォトMOSトランジスタ５を遮断しており、地絡検出時にマイクロコンピュータ６３はフォトMOSトランジスタ５を導通させる。
この地絡検出時にはまず、マイクロコンピュータ６３がトランジスタ３２にローレベルの信号電圧を出力し、これによりトランジスタ３６がオンし、トランジスタ３５がオフすると、検出抵抗４に０Vを出力する（接地する）。
【００１８】
もし、主バッテリ１のいずれか途中の部分が図１に示すように地絡抵抗７を通じて車体に地絡した場合、トランジスタ３６、検出抵抗４、フォトMOSトランジスタ５、主バッテリ１の低位側の一部、地絡抵抗７からなる地絡回路が形成される。
ここで、トランジスタ３６、フォトMOSトランジスタ５、主バッテリ１の低位側の一部、配線の電気抵抗を無視し、主バッテリ１の低位側の一部の電圧をVM、検出抵抗４の抵抗値をR4、地絡抵抗７の抵抗値をR7とすれば、地絡電流I1＝（V4/R4)は、
I1=VM/(R4+R7)
となる。
【００１９】
次に、マイクロコンピュータ６３がトランジスタ３２にハイレベルの信号電圧を出力し、これによりトランジスタ３５がオン、トランジスタ３６がオフして、検出抵抗４に補機バッテリ２の既知の電圧VBが出力される。
もし、主バッテリ１のいずれか途中の部分が図１に示すように地絡抵抗７を通じて車体に地絡した場合、補機バッテリ２、トランジスタ３５、検出抵抗４、フォトMOSトランジスタ５、主バッテリ１の低位側の一部、地絡抵抗７からなる地絡回路が新たに形成される。
【００２０】
ここで、トランジスタ３５、フォトMOSトランジスタ５、主バッテリ１の低位側の一部、配線の電気抵抗を無視し、補機バッテリ２の電圧をVB、主バッテリ１の低位側の一部の電圧をVM、検出抵抗４の抵抗値をR4、地絡抵抗７の抵抗値をR7とすれば、地絡電流I2=(V4/R4)は、
I2=（VM＋VB)/(R4+R7)
となる。したがって、電圧値が既知である補機バッテリ２による地絡電流Iは、
I=I2-I1=VB/(R4+R7)
となり、地絡抵抗７の抵抗値R7は、
R7=（VB/I）-R4
となり、直流電圧検出方式にもかかわらず、主バッテリ１の電圧が誤差として混入することがなく、高精度に地絡抵抗７を検出することができる。
【００２１】
次に、地絡抵抗７が大幅に小さい場合について説明する。
この実施例では、地絡抵抗７が大幅に小さい場合において、検出抵抗４の主バッテリ１の電圧負担割合が増大して、検出電源回路３や検出回路６に悪影響を与えるのを防止するために、マイクロコンピュータ６３がフォトMOSトランジスタ５に与える制御電圧を最初は小さくしてフォトMOSトランジスタ５を高抵抗状態でオンすることにより検出抵抗４に流れる電流を制限する。
【００２２】
これにより、もし地絡抵抗７が通常の測定範囲を超えて大幅に小さい場合には、検出抵抗４の他端電圧V4が許容範囲内で異常に増大するので、それをマイクロコンピュータ６３で判定して異常地絡発生を報知すればよい。
一方、フォトMOSトランジスタ５を高抵抗状態でオンして検出抵抗４に流れる電流を制限する状態で、検出抵抗４の他端電圧V4が十分に小さければ、測定可能範囲であると判定してフォトMOSトランジスタ５に大きな電圧を印加し、それを最小のオン抵抗値とし、上記２段階の測定を行えばよい。
（実施例２）
他の実施例を図１を参照して以下に説明する。
【００２３】
なおこの実施例では、上記地絡抵抗７が大幅に小さい場合における地絡抵抗７の検出について以下に説明する。なお、マイクロコンピュータ６３は、フォトMOSトランジスタ５へ出力する制御電圧とフォトMOSトランジスタ５のオン抵抗値r5との２元関係、又は、制御電圧と電圧V4とフォトMOSトランジスタ５のオン抵抗値r5との３元関係を記憶しているものとする。
【００２４】
検出の最初において、マイクロコンピュータ６３がフォトMOSトランジスタ５に与える制御電圧を小さくして、フォトMOSトランジスタ５を高抵抗状態でオンして検出抵抗４に流れる電流を制限する。
この状態で、フォトMOSトランジスタ５のオン抵抗値r5を出力する。上記と同様に、フォトMOSトランジスタ５のオン抵抗値r5を考慮した場合の地絡抵抗７の抵抗値R7が、
R7＝（VB/I）-R4-r5
となるのは明白であるので、地絡抵抗７の抵抗値R7は簡単に検出することができる。なお、この場合には、フォトMOSトランジスタ５の高いオン抵抗値による電流減少分だけ地絡検出感度が低下する。
【００２５】
次に、上記演算により、地絡抵抗７の抵抗値R7が十分に大きいことを判定できれば、マイクロコンピュータ６３がフォトMOSトランジスタ５に与える制御電圧を大きくして、フォトMOSトランジスタ５の抵抗値を低下し、再度、
R7＝（VB/I）-R4-r5
を検出する。これにより前回よりも高精度の検出が可能となる。
以上、この地絡回路に流れる電流が大きくなり過ぎない範囲でフォトMOSトランジスタ５のオン抵抗値r5を段階的に低下させて、検出精度を安全に向上させることができる。
【００２６】
上記説明では、フォトMOSトランジスタ５を高抵抗状態（不飽和状態）で動作させる例を説明したが、図４のごとく、フォトMOSトランジスタ５と並列に第二回路５’を設け、この第二回路５’を第二のフォトMOSトランジスタ５ａと抵抗Ｒｘとの直列接続回路で構成することにより、上記と同様の安全性向上効果を得ることもできる。
【００２７】
更に説明すれば、検出にあたってまず最初に、第二のフォトMOSトランジスタ５ａをターンオンさせ、これにより、抵抗Ｒｘと抵抗４との分圧により抵抗４への流入電流を抑圧しつつ、検出回路６により地絡抵抗７のインピーダンスが異常に小さくはないかを確認し、大丈夫であればフォトMOSトランジスタ５をターンオンして地絡抵抗７を高精度に検出する。
【００２８】
（実施例３）
他の実施例を図２を参照して説明する。
この実施例は、図１に示す実施例１の地絡検出回路において、フォトMOSトランジスタ５の代わりに正特性サーミスタ(PTC)８を用いたものである。正特性サーミスタ(PTC)はその抵抗損失（発熱）が大きいと抵抗値が急増して電流を制限するので、地絡抵抗７が小さく大電圧が検出抵抗４などに印加されるのを防止することができる。
【００２９】
（実施例４）
他の実施例を図３を参照して説明する。
この実施例は、図２に示す実施例３の地絡検出回路において、フォトMOSトランジスタ５と正特性サーミスタ(PTC)８との接続点をバリスタ９を通じて接地したものである。
【００３０】
このようにすれば、大きな地絡が生じた瞬間に正特性サーミスタ(PTC)８を通じて大電流が検出抵抗４に流れ込むことを更に良好に防止することができる。
なお、実施例３、４では大地絡発生時における小さい地絡抵抗７の検出が困難となるが、このような大地絡発生時には、もはや地絡抵抗７の大小ではなく、このような大地絡の発生の有無の検出の方が重要であるので、大地絡の発生の有無の検出ができればよい。
【００３１】
以上説明したように、各実施例の電気自動車の地絡検出回路によれば、大型で装置体格の小型化を阻む高耐圧大容量のコンデンサを用いることなく、高精度の地絡検出回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気自動車の地絡検出回路の実施例１を示す回路図である。
【図２】本発明の電気自動車の地絡検出回路の実施例３を示す回路図である。
【図３】本発明の電気自動車の地絡検出回路の実施例４を示す回路図である。
【図４】本発明の電気自動車の地絡検出回路の実施例２の変形態様を示す回路図である。
【符号の説明】
１  主バッテリ
２  補機バッテリ
３  検出電源回路
４  検出抵抗
５  フォトMOSトランジスタ（電流制限手段）
６  検出回路
７  地絡抵抗
８  PTC（電流制限手段）
９  バリスタ（電流制限手段）
３５  第一のスイッチ
３６  第二のスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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