| 【発明の名称】 |
車両用地絡検出装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】森田 剛
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産自動車株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】地絡の発生、或いは車両容量の増大を高精度に検知することのできる車両用地絡検出装置を提供する。
【解決手段】カップリングコンデンサＣ１の一端側に直流電源１のプラス端子を接続し、カップリングコンデンサＣ１の他端側となる測定点Ａに、矩形波パルス信号を印加し、測定点Ａに発生するの電圧信号を検出して、直流電源１の地絡を検出する車両用地絡検出装置において、矩形波パルス信号が第１の位相となる時点で、測定点にて測定される電圧ＶHと、矩形波パルス信号が第２の位相となる時点で、測定点Ａにて測定される電圧値ＶLと、の差分ＶP-Pを求め、該差分電圧ＶP-Pに基づいて、直流電源１の地絡を検出することを特徴とする |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 カップリングコンデンサの一端側に直流電源のプラス端子を接続し、前記カップリングコンデンサの他端側となる測定点に、矩形波パルス信号を印加し、前記測定点に発生するの電圧信号を検出して、前記直流電源の地絡を検出する車両用地絡検出装置において、前記矩形波パルス信号が第１の位相となる時点で、前記測定点にて測定される第１の電圧値と、前記矩形波パルス信号が前記第１の位相とは異なる第２の位相となる時点で、前記測定点にて測定される第２の電圧値と、の差分を求め、該差分電圧に基づいて、前記直流電源の地絡を検出することを特徴とする車両用地絡検出装置。
【請求項２】 カップリングコンデンサの一端側に直流電源のプラス端子を接続し、前記カップリングコンデンサの他端側となる測定点に、矩形波パルス信号を印加し、前記測定点に発生するの電圧信号を検出して、前記直流電源の地絡を検出する車両用地絡検出装置において、前記測定点に矩形波パルス信号を出力する発振回路と、前記矩形波パルス信号が第１の位相となる時点で、前記測定点にて測定される第１の電圧値と、前記矩形波パルス信号が前記第１の位相とは異なる第２の位相となる時点で、前記測定点にて測定される第２の電圧値と、を測定し、且つ、第１の電圧値と第２の電圧値との差分を求める電圧測定手段と、前記電圧測定手段により測定された差分電圧に基づいて、前記直流電源の地絡を検出する検出手段と、前記検出手段にて地絡が検出された際に、これを報知する報知手段と、を具備したことを特徴とする車両用地絡検出装置。
【請求項３】 前記矩形波パルスは、デューティー比５０％であり、前記第１の位相は、該矩形波パルスがＨレベルの時点であり、前記第２の位相は、矩形波パルスがＬレベルの時点あることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の車両用地絡検出装置。
【請求項４】 前記矩形波パルスは、車両が有する容量が、容量最大値の９０％を越えたときに、前記第１の電圧と第２の電圧との差分電圧が小さくなるように前記矩形波パルス信号の周波数、及び前記第１の位相、第２の位相を設定することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の車両用地絡検出装置。
【請求項５】 車両が有する容量に応じた周波数を有するパルス信号を前記測定点に出力し、当該測定点における電圧振幅を測定し、この測定された電圧振幅と、予め設定した電圧振幅と絶縁抵抗との対応データに基づいて、地絡を検出することを特徴とする車両用地絡検出装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地絡検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、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、特開平８−７０５０３号公報（以下、従来例という）に記載された技術が知られている。
【０００３】上記従来例では、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ー比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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来例に記載された地絡検出装置では、高電圧電源のプラス母線と接続されたカップリングコンデンサの一端におけるインピーダンスを予め定められたしきい値と比較するようにしているので、車体自身が有する容量によって生じるインピーダンスについても検出してしまう。即ち、地絡を検出するためのインピーダンス成分と、車両の容量に起因するインピーダンスとを合計したインピーダンスを検出してしまい、高精度な検出ができないという欠点があった。
【０００５】この発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高精度な地絡検出が可能な車両用地絡検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、カップリングコンデンサの一端側に直流電源のプラス端子を接続し、前記カップリングコンデンサの他端側となる測定点に、矩形波パルス信号を印加し、前記測定点に発生するの電圧信号を検出して、前記直流電源の地絡を検出する車両用地絡検出装置において、前記矩形波パルス信号が第１の位相となる時点で、前記測定点にて測定される第１の電圧値と、前記矩形波パルス信号が前記第１の位相とは異なる第２の位相となる時点で、前記測定点にて測定される第２の電圧値と、の差分を求め、該差分電圧に基づいて、前記直流電源の地絡を検出することを特徴とする。
【０００７】請求項２に記載の発明は、カップリングコンデンサの一端側に直流電源のプラス端子を接続し、前記カップリングコンデンサの他端側となる測定点に、矩形波パルス信号を印加し、前記測定点に発生するの電圧信号を検出して、前記直流電源の地絡を検出する車両用地絡検出装置において、前記測定点に矩形波パルス信号を出力する発振回路と、前記矩形波パルス信号が第１の位相となる時点で、前記測定点にて測定される第１の電圧値と、前記矩形波パルス信号が前記第１の位相とは異なる第２の位相となる時点で、前記測定点にて測定される第２の電圧値と、を測定し、且つ、第１の電圧値と第２の電圧値との差分を求める電圧測定手段と、前記電圧測定手段により測定された差分電圧に基づいて、前記直流電源の地絡を検出する検出手段と、前記検出手段にて地絡が検出された際に、これを報知する報知手段と、を具備したことを特徴とする。
【０００８】請求項３に記載の発明は、前記矩形波パルスは、デューティー比５０％であり、前記第１の位相は、該矩形波パルスがＨレベルの時点であり、前記第２の位相は、矩形波パルスがＬレベルの時点あることを特徴とする。
【０００９】請求項４に記載の発明は、前記矩形波パルスは、車両が有する容量が、容量最大値の９０％を越えたときに、前記第１の電圧と第２の電圧との差分電圧が小さくなるように前記矩形波パルス信号の周波数、及び前記第１の位相、第２の位相を設定することを特徴とする。
【００１０】請求項５に記載の発明は、車両が有する容量に応じた周波数を有するパルス信号を前記測定点に出力し、当該測定点における電圧振幅を測定し、この測定された電圧振幅と、予め設定した電圧振幅と絶縁抵抗との対応データに基づいて、地絡を検出することを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】請求項１の発明では、矩形波パルスが第１の位相となる時点で測定される第１の電圧と、第２の位相となる時点で測定される第２の電圧との差分電圧を求め、該差分電圧の大きさに基づいて、地絡を検出する。従って、地絡の発生、或いは車両容量の増大を確実に検知することができる。
【００１２】請求項２の発明では、発振回路より出力される矩形波パルスが第１の位相となる時点で測定される第１の電圧と、第２の位相となる時点で測定される第２の電圧を測定する。そして、電圧測定手段では、これらの差分電圧を測定し、この差分電圧の大きさに基づいて地絡を検出する。従って、地絡の発生、或いは車両容量の増大を確実に検知し、操作者に通知することができる。
【００１３】請求項３の発明では、矩形波パルスのデューティー比を５０％とし、第１の位相を矩形波パルスのＨレベルの時点、第２の位相を矩形波パルスのＬレベルの時点に設定するので、高精度な地絡検出が可能となる。
【００１４】請求項４の発明では、車両が有する容量が、容量最大値の９０％を越えたときに、第１の電圧と第２の電圧との差分電圧が小さくなるように矩形波パルスの周波数、及び第１の位相、第２の位相を設定するので、確実に地絡の発生、或いは車両容量の増大を検出することができる。
【００１５】請求項５の発明では、予め設定した電圧振幅と絶縁抵抗との対応データに基づいて、地絡の発生、或いは車両容量の増大を検出するので、検出精度を向上させることができる。また、車両の種類に応じて、測定回路の素子を変更する必要がないので、構成が容易となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る地絡検出装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、該地絡検出装置１０は、電気自動車用のモータ３駆動用のインバータ２に電圧を供給するための直流電源１が地絡した際に、これを検知するものであり、地絡検出回路４と、地絡が検出された際に、これを操作者に通知するためのインジケータ（報知手段）５と、を具備している。
【００１７】地絡検出回路４は、直流電源１のプラス側出力端と接続するカップリングコンデンサＣ１と、制御回路６と、電圧測定回路７と、抵抗Ｒ１とを有している。
【００１８】電圧測定回路７は、カップリングコンデンサＣ１の一端側（測定点Ａ）に発生する電圧を測定するものであり、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との直列接続回路、及びコンデンサＣ２に対して並列的に接続されるツェナーダイオードＤ１とを有している。そして、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との接続点は、制御回路６に接続されている。
【００１９】制御回路６は、測定点Ａに矩形波パルス信号を出力し、且つ、該測定点Ａに発生する電圧を検出して、直流電源１に地絡を検出するものであり、矩形波パルスを出力する出力部（発振回路）１１と、電圧測定回路７より出力される電圧信号（抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との接続点に発生する電圧信号）をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部１２と、制御中枢となるＣＰＵ（電圧測定手段、検出手段）１３、及びＲＡＭ１４、ＲＯＭ１５、タイマ１６、カウンタ１７を具備している。
【００２０】そして、後述するように、ＣＰＵ１３は、出力部１１より出力する矩形波パルス信号の周波数、デューティー比を設定すると共に、Ａ／Ｄ変換部１２より出力される電圧信号に基づいて、直流電源１の地絡を検出する。
【００２１】また、ＲＯＭ１５には、電圧測定回路７にて測定される電圧値（電圧振幅値）と直流電源１の絶縁抵抗値との対応を示すデータが記憶されている。
【００２２】次に、上述のように構成された本実施形態の動作について、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００２３】まず、ステップＳ１０の処理で、カウンタ１７をリセットする。次いで、ステップＳ２０にて、カウンタ１７によるカウントを開始する。
【００２４】その後、ステップＳ３０にて、出力部１１より、予め設定した周期Ｔ、及びデューティー比（例えば、５０％）となる矩形波パルス信号の、「Ｈ」レベルとなる信号を出力する。そして、カウンタ１７にて計時される時間Ｔcが周期Ｔの１／２の直前となると、即ち、Ｔ／２の時間が経過する直前となると、ステップＳ４０でＹＥＳとなり、ステップＳ５０にて、電圧測定回路７により検出される測定点Ａの電圧値が、Ａ／Ｄ変換部１２を介してＣＰＵ１３に読み込まれる。このときの電圧値をＶH（第１の電圧値）とする。
【００２５】次いで、ステップＳ６０にて、矩形波パルス信号の、「Ｌ」レベルとなる信号を出力する。そして、カウンタ１７にて計時される時間Ｔcが周期Ｔの直前となると、ステップＳ７０でＹＥＳとなり、ステップＳ８０にて、電圧測定回路７により検出される測定点Ａの電圧値がＡ／Ｄ変換部１２を介してＣＰＵ１３に読み込まれる。このときの電圧値をＶL（第２の電圧値）とする。
【００２６】その後、ステップＳ９０にて、ＣＰＵ１３では、前述の処理で測定された電圧値ＶHと、ＶLとの差分（ＶH−ＶL）を演算する。この差分電圧をＶP-Pとする。
【００２７】ステップＳ１００では、差分電圧ＶP-Pと第１のしきい値Ｖ１とを比較し、差分電圧ＶP-Pの方がしきい値Ｖ１よりも大きい場合には、異常無し（即ち、地絡していない）と判断して、ステップＳ１０からの処理を繰り返す。
【００２８】他方、しきい値Ｖ１よりも小さい場合には、ステップＳ１１０にて、第２のしきい値Ｖ２（但し、Ｖ２＜Ｖ１）と、差分電圧ＶP-Pとを比較する。Ｖ２の方が小さい場合には、軽微な地絡、或いは車両容量の増大のいずれかであると判断し、ステップＳ１３０にて、インジケータ５に警告を表示する。
【００２９】また、Ｖ２の方が大きい場合には、重度の地絡、或いは車両容量の増大のいずれかであると判断し（即ち、これ以上車両の運転を継続することは良くないと判断し）、ステップＳ１２０にて、モータ３の停止を促す旨の表示を行う。
【００３０】こうして、測定点Ａの電圧値を検出し、この検出結果に基づいて、地絡或いは車両容量の増大が発生しているかどうかを判断し、インジケータ５にて警告、或いは停止を促す旨の表示を行うことができるのである。
【００３１】次に、図３に示すタイミングチャートを参照しながら、測定点Ａに発生する電圧波形について説明する。
【００３２】図３（ａ）は、出力部１１より出力される矩形波パルス信号（周期Ｔ）を示しており、図中Ｓ１，Ｓ２，・・・はサンプリングのタイミングを示している。図示のように、サンプリングのタイミングＳ１，Ｓ２，・・・は、矩形波パルス信号の後縁（立ち下がり点）のやや手前、及び前縁（立ち上がり点）のやや手前に設定されている。即ち、サンプリングのタイミングＳ１，Ｓ２，・・・は、Ｔ／２毎に設定されており、矩形波パルス信号が「Ｈ」レベル、及び「Ｌ」レベルの時点を交互にサンプリングしている。そして、タイミングＳ１，Ｓ３，・・（奇数回目；第１の位相）にて、前述した電圧ＶHを測定し、タイミングＳ２，Ｓ４，・・（偶数回目；第２の位相）にて、電圧ＶLを測定している。
【００３３】同図（ｂ）は、正常時、即ち、地絡が発生していないときの、測定点Ａに発生する電圧波形を示している。図示のように、測定点Ａにおける電圧波形は、矩形波パルスの前縁、及び後縁にて若干滑らかに丸みをおびているものの、タイミングＳ１で測定される電圧ＶHと、タイミングＳ２で測定される電圧ＶLとの差分ＶP-P（＝ＶH−ＶL）は、大きい値となっている。従って、前述したステップＳ１００でＮＯとなり（図２）、地絡は検出されない。
【００３４】また、図３（ｃ）は地絡が発生している場合の、測定点Ａに発生する電圧波形を示しており、地絡が発生している場合には、直流電源１の絶縁抵抗が低下するため、タイミングＳ１，Ｓ３，・・（奇数回目）で測定される電圧値ＶHは低い値となる。従って、差分電圧ＶP-P（＝ＶH−ＶL）は低い値となり、該電圧ＶP-Pが第１のしきい値Ｖ１以下で、第２のしきい値Ｖ２よりも大きい場合には、警報が出力され、第２のしきい値Ｖ２よりも小さい場合には、車両の停止を促す旨の表示が行われる。
【００３５】更に、図３（ｄ）は、車両の容量が増加した場合の、測定点Ａに発生する電圧波形を示しており、この場合においても、地絡が発生したときと同様に、直流電源１の絶縁抵抗が低下するため、電圧ＶHが低い値となる。従って、警報、或いは停止を促す旨の表示がされる。
【００３６】そして、車両の運転者は、この表示を見ることにより、適切な対応をとることができる。
【００３７】つまり、従来例では、測定点Ａに発生する電圧の実効値を求め、該実効値に基づいて、地絡を検知する方式であるので、図４（ａ）に示すように、アドミッタンス検知特性が、車両容量（２πｆＣ）の影響を受けて、地絡を検出する電圧実効値に影響を与えているが、本実施形態では、同図（ｂ）に示すように、車両容量の影響を受けない領域が存在するので、この領域内において、高精度な地絡検出を行うことができる。
【００３８】このようにして、本実施形態に係る地絡検出装置１０では、カップリングコンデンサＣ１の一端側（測定点Ａ）に矩形波パルス信号を印加し、該矩形波パルス信号がＨレベルの時の測定電圧ＶH、及びＬレベルのときの測定電圧ＶLを求め、これらの差分ＶP-Pに基づいて、地絡の発生或いは車両容量の増加を検出している。従って、確実な地絡検出、或いは車両容量の増大の検出が可能となる。
【００３９】また、図３（ｄ）に示すように、車両容量が増加した場合には、パルス波形の前縁付近で大きく変化し、後縁付近ではあまり変化しないことが理解される。従って、サンプリングのタイミングＳ１，Ｓ２，・・・を、パルス波形の後縁付近となるように設定すれば、車両容量の影響を低減することができる。しかし、逆に、このことによって車両容量の変化が検出しにくくなってしまう。そこで、車両容量による影響を除去しつつ、且つ、車両容量の変化を高精度に検出するために、設計上の最大車両容量の９０％を越えると、差分電圧ＶP-Pの値が小さくなるように出力部１１より出力する矩形波パルス信号の周波数を設定することにより、より高精度な地絡検出が可能となる。
【００４０】更に、図１に示したＲＯＭ１５に、予め電圧振幅と絶縁抵抗との対応データを記憶しておき、測定点Ａにて測定された電圧値を、この対応データに当てはめることにより、絶縁抵抗を求め、これに基づいて、地絡を検知するように構成することも可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地
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| 【出願日】 |
平成１４年２月２６日（２００２．２．２６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３８０６
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和 （外７名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２５０２０１（Ｐ２００３−２５０２０１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年９月５日（２００３．９．５） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−４９６４２（Ｐ２００２−４９６４２） |
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