JP2019113431A - 地絡検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子に起因するコスト増を抑制するとともに、大容量Ｙコンデンサに対応した地絡検出装置を提供する。【解決手段】検出用コンデンサと、正負極側の終端抵抗およびバイパス抵抗と、バイパスツインリレーと、正負極側ツインリレーと、正極側ツインリレーが第１状態、負極側ツインリレーが第２状態、バイパスツインリレーが第１状態でのフル充電電圧Ｖｐと、正極側ツインリレーが第２状態、負極側ツインリレーが第１状態、バイパスツインリレーが第１状態でのフル充電電圧Ｖｎとを比較し、充電電圧Ｖｐの方が小さく、小ささの度合いが大きい場合に、正極側絶縁抵抗が低下していると判定し、充電電圧Ｖｎの方が小さく、小ささの度合いが大きい場合に、負極側絶縁抵抗が低下していると判定する制御部と、を備えた地絡検出装置。【選択図】図８

Description

本発明は、フライングキャパシタを用いた地絡検出装置に関する。

駆動源としてエンジンと電気モータとを備えるハイブリッド車や、電気自動車のような車両においては、車体上に搭載したバッテリを充電し、バッテリから供給される電気エネルギーを利用して推進力を発生する。一般に、バッテリ関連の電源回路は、２００Ｖ以上の高電圧を扱う高電圧回路として構成されており、安全性確保ため、バッテリを含む高電圧回路は接地の基準電位点となる車体から電気的に絶縁された非接地構成となっている。

非接地の高電圧バッテリを搭載した車両では、高電圧バッテリが設けられた系、具体的には、高電圧バッテリからモータに至るメインの電源系と車体との絶縁状態（地絡）を監視するために地絡検出装置が備えられている。地絡検出装置は、フライングキャパシタと呼ばれるコンデンサを利用した方式が広く用いられている。

図１１は、フライングキャパシタ方式の従来の地絡検出装置４００の回路例を示す図である。本図に示すように地絡検出装置４００は、非接地の高電圧バッテリ３００と接続し、高電圧バッテリ３００が設けられた系の地絡を検出する装置である。ここで、高電圧バッテリ３００の正極側と接地間の絶縁抵抗をＲＬｐと表し、負極側と接地間の絶縁抵抗をＲＬｎと表すものとする。

本図に示すように、地絡検出装置４００は、フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサＣ１を備えている。また、計測経路を切り換えるとともに、検出用コンデンサＣ１の充電および放電を制御するために、検出用コンデンサＣ１の周辺に４つのスイッチＳ１〜Ｓ４を備えている。さらに、検出用コンデンサＣ１の充電電圧に相当する計測用の電圧をサンプリングするためのスイッチＳｓを備えている。

地絡検出装置４００では、絶縁抵抗ＲＬｐおよびＲＬｎを把握するために、Ｖ０計測期間→Ｖｃ１ｎ計測期間→Ｖ０計測期間→Ｖｃ１ｐ計測期間を１サイクルとして計測動作を繰り返す。いずれの計測期間とも、計測対象の電圧で検出用コンデンサＣ１を充電してから、検出用コンデンサＣ１の充電電圧の計測を行なう。そして、次の計測のために検出用コンデンサＣ１の放電を行なう。

Ｖ０計測期間では、高電圧バッテリ３００電圧に相当する電圧を計測する。このため、スイッチＳ１、Ｓ２をオンにし、スイッチＳ３、Ｓ４をオフにして、検出用コンデンサＣ１を充電する。すなわち、高電圧バッテリ３００、抵抗Ｒ１、検出用コンデンサＣ１、抵抗Ｒ２が計測経路となる。

検出用コンデンサＣ１の充電電圧の計測時には、スイッチＳ１、Ｓ２をオフにし、スイッチＳ３、Ｓ４をオンにするとともに、スイッチＳｓをオンにして制御装置４２０でサンプリングを行なう。その後、次の計測のために検出用コンデンサＣ１の放電を行なう。検出用コンデンサＣ１の充電電圧の計測時、検出用コンデンサＣ１の放電時の動作は他の計測期間においても同様である。

Ｖｃ１ｎ計測期間では、絶縁抵抗ＲＬｎの影響を反映した電圧を計測する。このため、スイッチＳ１、Ｓ４をオンにし、スイッチＳ２、Ｓ３をオフにして、検出用コンデンサＣ１を充電する。すなわち、高電圧バッテリ３００、抵抗Ｒ１、検出用コンデンサＣ１、抵抗Ｒ４、接地、絶縁抵抗ＲＬｎが計測経路となる。

Ｖｃ１ｐ計測期間では、絶縁抵抗ＲＬｐの影響を反映した電圧を計測する。このため、スイッチＳ２、Ｓ３をオンにし、スイッチＳ１、Ｓ４をオフにして、検出用コンデンサＣ１を充電する。すなわち、高電圧バッテリ３００、絶縁抵抗ＲＬｐ、接地、抵抗Ｒ５、検出用コンデンサＣ１、抵抗Ｒ２が計測経路となる。

これらの計測期間で得られたＶ０、Ｖｃ１ｎ、Ｖｃ１ｐから算出される（Ｖｃ１ｐ＋Ｖｃ１ｎ）／Ｖ０に基づいて、（ＲＬｐ×ＲＬｎ）／（ＲＬｐ＋ＲＬｎ）を求めることができることが知られている。このため、地絡検出装置４００内の制御装置４２０は、Ｖ０、Ｖｃ１ｎ、Ｖｃ１ｐを測定することにより、絶縁抵抗ＲＬｐ、ＲＬｎの合成抵抗を把握することができる。そして、絶縁抵抗ＲＬｐ、ＲＬｎの合成抵抗が所定の判定基準レベル以下となった場合に、地絡が発生しているものとして判定し、警報を出力する。

なお、各計測期間において、検出用コンデンサＣ１をフル充電とすると、Ｖ０計測期間では高電圧バッテリ３００の電圧値が得られ、Ｖｃ１ｎ計測期間、Ｖｃ１ｐ計測期間では、単に高電圧バッテリ３００を絶縁抵抗ＲＬｐ、ＲＬｎで分圧した値が得られてしまい、上述の式で絶縁抵抗を算出することができない。このため、例えば、検出用コンデンサＣ１が５０％程度充電される程度の時間を各計測期間の充電時間とする。

特開２０１５−２０６７８４号公報

一般に、高電圧バッテリ３００の正極側電源ライン３０１と接地電極との間および負極側電源ライン３０２と接地電極との間には、電源の高周波ノイズを除去したり動作を安定化するために、それぞれＹコンデンサ（ライン・バイパス・コンデンサ）と呼ばれるコンデンサＣＹｐ、ＣＹｎが接続される。特に、高電圧バッテリ３００が充電設備をはじめとした高電圧設備と接続される場合等には、大容量のＹコンデンサが接続される。

大容量のＹコンデンサが接続された場合、地絡検出装置４００において各計測を行なうときに、Ｙコンデンサに蓄積された電荷が検出用コンデンサＣ１に移動する等により計測値に影響を与えてしまうという問題がある。この影響を軽減するために検出用コンデンサＣ１の容量を大きくすると、その分充電速度が遅くなり、測定時間が長くなってしまうため好ましくない。

また、従来の地絡検出装置４００は、スイッチＳ１〜Ｓ４を、絶縁型のスイッチング素子である光ＭＯＳ−ＦＥＴを４個用いて構成している。しかしながら、光ＭＯＳ−ＦＥＴは、高価であるため地絡検出装置のコスト増を招いているという別の問題もある。

そこで、本発明は、スイッチング素子に起因するコスト増を抑制するとともに、大容量Ｙコンデンサに対応したフライングキャパシタ方式の地絡検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である地絡検出装置は、高電圧バッテリと接続し、前記高電圧バッテリが設けられた系の絶縁抵抗低下を検出する地絡検出装置であって、フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサと、前記高電圧バッテリの正極側と接地とを接続する正極側終端抵抗と、前記高電圧バッテリの負極側と接地とを接続する負極側終端抵抗と、一端が接地した正極側バイパス抵抗と、一端が接地した負極側バイパス抵抗と、前記検出用コンデンサの一端の接続先を、前記高電圧バッテリの正極側と接地側とで択一的に切り換える正極側Ｃ接点スイッチと、前記検出用コンデンサの他端の接続先を、前記高電圧バッテリの負極側と接地側とで択一的に切り換える負極側Ｃ接点スイッチと、前記高電圧バッテリの正極側と前記正極側バイパス抵抗との接続状態を切り換える正極側バイパススイッチと、前記高電圧バッテリの負極側と前記負極側バイパス抵抗との接続状態を切り換える負極側バイパススイッチと、前記正極側Ｃ接点スイッチが前記高電圧バッテリの正極側、前記負極側Ｃ接点スイッチが接地側、前記正極側バイパススイッチおよび前記負極側バイパススイッチが非接続の状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｐと、正極側Ｃ接点スイッチが接地側、前記負極側Ｃ接点スイッチが前記高電圧バッテリの負極側、前記正極側バイパススイッチおよび前記負極側バイパススイッチが非接続の状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｎとを比較し、充電電圧Ｖｐの方が小さく、小ささの度合いが所定の基準よりも大きい場合に、正極側絶縁抵抗が低下していると判定し、充電電圧Ｖｎの方が小さく、小ささの度合いが所定の基準よりも大きい場合に、負極側絶縁抵抗が低下していると判定する制御部と、を備える。
ここで、前記制御部は、充電電圧Ｖｐ、充電電圧Ｖｎの小さい方の小ささの度合いが所定の基準よりも大きくない場合に、正極側Ｃ接点スイッチが前記高電圧バッテリの正極側、前記負極側Ｃ接点スイッチが接地側、前記正極側バイパススイッチが非接続、前記負極側バイパススイッチが接続の状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｐｐ、あるいは、正極側Ｃ接点スイッチが接地側、前記負極側Ｃ接点スイッチが前記高電圧バッテリの負極側、前記正極側バイパススイッチが接続、前記負極側バイパススイッチが非接続の状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｎｎを計測し、前記充電電圧Ｖｐから前記充電電圧Ｖｐｐへの変化率が基準より小さい場合、あるいは、前記充電電圧Ｖｎから前記充電電圧Ｖｎｎへの変化率が基準より小さい場合に、両極で絶縁抵抗が低下していると判定することができる。
また、前記正極側Ｃ接点スイッチ、前記負極側Ｃ接点スイッチ、前記正極側バイパススイッチ、前記負極側バイパススイッチをツインリレーで構成してもよい。

上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である地絡検出装置は、高電圧バッテリと接続し、前記高電圧バッテリが設けられた系の絶縁抵抗低下を検出する地絡検出装置であって、フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサと、前記高電圧バッテリの正極側と接地とを接続する正極側終端抵抗と、前記高電圧バッテリの負極側と接地とを接続する負極側終端抵抗と、一端が接地した正極側バイパス抵抗と、一端が接地した負極側バイパス抵抗と、第１状態で、前記高電圧バッテリの正極側と所定の正極側接続点とを非接続にするとともに前記高電圧バッテリの負極側と所定の負極側接続点とを非接続にし、第２状態で、前記高電圧バッテリの正極側と前記正極側接続点とを接続するとともに前記高電圧バッテリの負極側と前記負極側接続点とを接続するバイパスツインリレーと、第１状態で、前記検出用コンデンサの一端の接続先を前記高電圧バッテリの正極側にするとともに前記正極側接続点と前記正極側バイパス抵抗とを非接続にし、第２状態で、前記検出用コンデンサの一端の接続先を接地側にするとともに前記正極側接続点と前記正極側バイパス抵抗とを接続する正極側ツインリレーと、第１状態で、前記検出用コンデンサの他端の接続先を前記高電圧バッテリの負極側にするとともに前記負極側接続点と前記負極側バイパス抵抗とを非接続にし、第２状態で、前記検出用コンデンサの他端の接続先を接地側にするとともに前記負極側接続点と前記負極側バイパス抵抗とを接続する負極側ツインリレーと、前記正極側ツインリレーが第１状態、前記負極側ツインリレーが第２状態、前記バイパスツインリレーが第１状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｐと、前記正極側ツインリレーが第２状態、前記負極側ツインリレーが第１状態、前記バイパスツインリレーが第１状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｎとを比較し、充電電圧Ｖｐの方が小さく、小ささの度合いが所定の基準よりも大きい場合に、正極側絶縁抵抗が低下していると判定し、充電電圧Ｖｎの方が小さく、小ささの度合いが所定の基準よりも大きい場合に、負極側絶縁抵抗が低下していると判定する制御部と、を備える。
ここで、前記制御部は、充電電圧Ｖｐ、充電電圧Ｖｎの小さい方の小ささの度合いが所定の基準よりも大きくない場合に、前記正極側ツインリレーが第１状態、前記負極側ツインリレーが第２状態、前記バイパスツインリレーが第２状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｐｐ、あるいは、前記正極側ツインリレーが第２状態、前記負極側ツインリレーが第１状態、前記バイパスツインリレーが第２状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｎｎを計測し、前記充電電圧Ｖｐから前記充電電圧Ｖｐｐへの変化率が基準より小さい場合、あるいは、前記充電電圧Ｖｎから前記充電電圧Ｖｎｎへの変化率が基準より小さい場合に、両極で絶縁抵抗が低下していると判定することができる。
いずれの態様においても、前記制御部は、充電電圧Ｖｐ、充電電圧Ｖｎの小さい方の小ささの度合いが所定の基準よりも大きくない場合に、充電電圧Ｖｐの方が小さいときには、充電電圧Ｖｐｐを計測し、充電電圧Ｖｎの方が小さいときには、充電電圧Ｖｎｎを計測することができる。

本発明によれば、スイッチング素子に起因するコスト増を抑制するとともに、大容量Ｙコンデンサに対応したフライングキャパシタ方式の地絡検出装置が提供される。

本発明の第１実施例に係る地絡検出装置の構成を示すブロック図である。 地絡検出装置の動作について説明するフローチャートである。 Ｖｐ測定について説明する図である。 Ｖｎ測定について説明する図である。 Ｖｐｐ測定について説明する図である。 Ｖｎｎ測定について説明する図である。 本発明の第２実施例に係る地絡検出装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施例に係る地絡検出装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施例に係る地絡検出装置の計測回路を説明する図である。 本発明の第４実施例に係る地絡検出装置の構成を示すブロック図である。 フライングキャパシタ方式の従来の地絡検出装置の回路例を示す図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態の第１実施例に係る地絡検出装置１００の構成を示すブロック図である。本図に示すように地絡検出装置１００は、高電圧バッテリ３００と接続し、高電圧バッテリ３００が設けられた系の地絡を検出するフライングキャパシタ方式の装置である。ここで、高電圧バッテリ３００の正極側と接地間の絶縁抵抗をＲＬｐと表し、負極側と接地間の絶縁抵抗をＲＬｎと表すものとする。

高電圧バッテリ３００は、車両走行の駆動用に用いられるバッテリである。高電圧バッテリ３００は、リチウムイオン電池等のように充電可能なバッテリにより構成されており、図示しないバスバーを経由して放電し、インバータ等を介して接続された電気モータを駆動する。また、回生時や充電設備接続時には、バスバーを介して充電を行なう。

一般に、高電圧バッテリ３００の正極側電源ライン３０１と接地電極との間および負極側電源ライン３０２と接地電極との間には、電源の高周波ノイズを除去したり動作を安定化するために、それぞれＹコンデンサ（ライン・バイパス・コンデンサ）と呼ばれるコンデンサＣＹｐ、ＣＹｎが接続される。

本図に示すように、地絡検出装置１００は、フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサＣ１を備えるとともに、マイクロコンピュータ等で構成された制御装置１２０を備えている。制御装置１２０は、あらかじめ組み込まれたプログラムを実行することにより、後述するスイッチ切り換え処理等の地絡検出装置１００に必要とされる各種制御を行なう。

また、検出用コンデンサＣ１の充電電圧に相当する計測用の電圧をサンプリングするためのスイッチＳｓを備えている。スイッチＳｓの他端は、他端が接地されたコンデンサＣ２の一端および制御装置１２０のアナログ入力端子に接続している。ただし、スイッチＳｓの機能を制御装置１２０内に設けてもよい。

制御装置１２０は、スイッチＳｓを制御して、検出用コンデンサＣ１の充電電圧に相当するアナログレベルをアナログ入力端子から入力し、このアナログレベルに基づいて高電圧バッテリ３００が設けられた系の絶縁抵抗の低下を検出する。

第１実施例の地絡検出装置１００は、計測経路を切り替えるとともに、検出用コンデンサＣ１の充電および放電を制御するために、４つのＣ接点スイッチ（正極側充放電スイッチＳ１、負極側充放電スイッチＳ２、正極側バイパススイッチＳａ、負極側バイパススイッチＳｂ）を備えている。各Ｃ接点スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓａ、Ｓｂ）は、例えば、高耐圧−小信号のメカニカルリレーやリードリレーで構成することができる。なお、正極側バイパススイッチＳａ、負極側バイパススイッチＳｂは、後述するようにｂ接点をオープンとするため、Ｃ接点スイッチでなく、通常のメカニカルリレーやリードリレー等で構成してもよい。

このように、第１実施例の地絡検出装置１００は、地絡検出のための測定経路の切り換えスイッチに、コスト増の起因となる光ＭＯＳ−ＦＥＴを用いていないため、スイッチング素子に起因するコスト増を抑制することができる。以降の実施例についても同様である。

地絡検出装置１００において、正極側電源ライン３０１には、抵抗Ｒ１と正極側バイパススイッチＳａのａ接点とが接続している。正極側バイパススイッチＳａのｂ接点はオープンであり、ｃ接点は正極側バイパス抵抗Ｒａを介して接地している。

正極側バイパス抵抗Ｒａは、絶縁抵抗値が地絡状態と判定される値よりも十分小さい抵抗値とする。正極側バイパススイッチＳａがａ接点に切り換えられると、正極側バイパス経路が形成され、正極側電源ライン３０１が正極側バイパス抵抗Ｒａを介して接地されることになる。

抵抗Ｒ１の他端は、正極側充放電スイッチＳ１のａ接点と接続している。正極側充放電スイッチＳ１のｂ接点は、スイッチＳｓと抵抗Ｒ５とに接続している。抵抗Ｒ５の他端は接地している。正極側充放電スイッチＳ１のｃ接点は、順方向（正極から負極の方向）のダイオードおよび抵抗Ｒ０の経路と、逆方向のダイオードおよび抵抗Ｒ３の経路との並列経路を介して検出用コンデンサＣ１の正極板と接続している。

負極側電源ライン３０２には、抵抗Ｒ２と負極側バイパススイッチＳｂのａ接点とが接続している。負極側バイパススイッチＳｂのｂ接点はオープンであり、ｃ接点は負極側バイパス抵抗Ｒｂを介して接地している。

負極側バイパス抵抗Ｒｂは、絶縁抵抗値が地絡状態と判定される値よりも十分小さい抵抗値とし、正極側バイパス抵抗Ｒａと同じ値とすることが望ましい。負極側バイパススイッチＳｂがａ接点に切り換えられると、負極側バイパス経路が形成され、負極側電源ライン３０２が負極側バイパス抵抗Ｒｂを介して接地されることになる。

抵抗Ｒ２の他端は、負極側充放電スイッチＳ２のａ接点と接続している。負極側充放電スイッチＳ２のｂ接点は、抵抗Ｒ４を介して接地している。負極側充放電スイッチＳ２のｃ接点は、検出用コンデンサＣ１の負極板と接続している。

４つのＣ接点スイッチ（正極側充放電スイッチＳ１、負極側充放電スイッチＳ２、正極側バイパススイッチＳａ、負極側バイパススイッチＳｂ）は、制御装置１２０により独立に切換制御される。

さらに、本実施形態では各実施例とも、正極側電源ライン３０１と接地との間に正極側終端抵抗Ｒｉｓｐを接続し、負極側電源ライン３０２と接地との間に負極側終端抵抗Ｒｉｓｎを接続している。正極側終端抵抗Ｒｉｓｐと負極側終端抵抗Ｒｉｓｎとは同じ抵抗値とし、地絡と判定される絶縁抵抗値よりも十分大きいものとする。

また、本実施形態では、検出用コンデンサＣ１をフル充電の状態で計測を行なう。大容量のＹコンデンサ（ＣＹｐ、ＣＹｎ）が接続される場合であっても検出用コンデンサＣ１は大容量とする必要はなく、計測のためのフル充電時間を短くすることができる。また、以下に説明するように、抵抗による高電圧バッテリ３００の分圧値を計測するため、Ｙコンデンサの安定を待つ必要がない。

次に、上記構成の地絡検出装置１００の動作について図２のフローチャートを参照して説明する。上述のように、本実施形態では、検出用コンデンサＣ１をフル充電の状態で計測を行なう。このため、従来の絶縁抵抗算出とは異なる手法で地絡判定を行なう。

まず、図３（ａ）に示すように、正極側充放電スイッチＳ１をａ接点側に切り換えて正極側電源ライン３０１に接続するとともに、負極側充放電スイッチＳ２をｂ接点側に切り換えて接地する。正極側バイパススイッチＳａ、負極側バイパススイッチＳｂはともにｂ接点側として、正極側電源ライン３０１、負極側電源ライン３０２ともバイパス経路を形成しない状態とする。

この状態で検出用コンデンサＣ１をフル充電して、このときの充電電圧Ｖｐを計測する（Ｓ１０１）。ここで、充電電圧Ｖｐは、図３（ｂ）に示すように、高電圧バッテリ３００の電圧Ｖｂを抵抗Ｒｐと抵抗Ｒｎとで分圧したときに抵抗Ｒｐに生じる電圧に相当する。なお、抵抗Ｒｐは、正極側終端抵抗Ｒｉｓｐと正極側絶縁抵抗ＲＬｐとの並列合成抵抗であり、抵抗Ｒｎは、負極側終端抵抗Ｒｉｓｎと負極側絶縁抵抗ＲＬｎとの並列合成抵抗である。

検出用コンデンサＣ１の充電電圧Ｖｐを計測する際には、正極側充放電スイッチＳ１、負極側充放電スイッチＳ２とも接点ｂ側に切り換え、スイッチＳｓをオンにする。計測後には、スイッチＳｓをオフにして次の計測のために主として抵抗Ｒ５を利用して検出用コンデンサＣ１の放電を行なう。検出用コンデンサＣ１の充電電圧の計測時、放電時の動作は他の経路の計測においても同様である。

次に、図４（ａ）に示すように、正極側充放電スイッチＳ１をｂ接点側に切り換えて接地するとともに、負極側充放電スイッチＳ２をａ接点側に切り換えて負極側電源ライン３０２に接続する。正極側バイパススイッチＳａ、負極側バイパススイッチＳｂはともにｂ接点側として、正極側電源ライン３０１、負極側電源ライン３０２ともバイパス経路を形成しない状態とする。

この状態で検出用コンデンサＣ１をフル充電して、このときの充電電圧Ｖｎを計測する（Ｓ１０２）。ここで、充電電圧Ｖｎは、図４（ｂ）に示すように、高電圧バッテリ３００の電圧Ｖｂを抵抗Ｒｐと抵抗Ｒｎとで分圧したときに抵抗Ｒｎに生じる電圧に相当する。なお、充電電圧Ｖｎの計測と充電電圧Ｖｐの計測の順序は問わない。

充電電圧Ｖｐの方が充電電圧Ｖｎより小さい場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）は、その小ささの度合いが所定の基準より大きいとき、例えば、Ｖｎ／Ｖｐ＞基準値Ｐのとき（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）は、正極側絶縁抵抗ＲＬｐが低下していると判定する（Ｓ１０５）。

これは、正極側終端抵抗Ｒｉｓｐと負極側終端抵抗Ｒｉｓｎとが同じ抵抗値であるため、充電電圧Ｖｐが充電電圧Ｖｎよりも小さいことは、正極側絶縁抵抗ＲＬｐが負極側絶縁抵抗ＲＬｎよりも小さいことを意味し、その度合いが大きいほど、正極側絶縁抵抗ＲＬｐが低下していると考えられるためである。

同様に、充電電圧Ｖｎが充電電圧Ｖｐより小さい場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）は、その小ささの度合いが所定の基準より大きいとき、例えば、Ｖｐ／Ｖｎ＞基準値Ｐのとき（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）は、負極側絶縁抵抗ＲＬｎが低下していると判定する（Ｓ１１１）。

充電電圧Ｖｐと充電電圧Ｖｎとの差が相対的に小さい場合は、正極側絶縁抵抗ＲＬｐ、負極側絶縁抵抗ＲＬｎとも同程度に低下している可能性が少ないながらもある。そこで、充電電圧Ｖｐが充電電圧Ｖｎより小さい場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）であって、充電電圧Ｖｐと充電電圧Ｖｎとの差が相対的に小さいとき、例えば、Ｖｎ／Ｖｐ≦基準値Ｐのとき（Ｓ１０４：Ｎｏ）は、以下に説明する処理を行なう。

すなわち、図５（ａ）に示すように、正極側充放電スイッチＳ１をａ接点側に切り換えて正極側電源ライン３０１に接続するとともに、負極側充放電スイッチＳ２をｂ接点側に切り換えて接地する。そして、正極側バイパススイッチＳａはｂ接点側としたまま、負極側バイパススイッチＳｂをａ接点側として、負極側バイパス経路を形成する。

この状態で検出用コンデンサＣ１をフル充電して、このときの充電電圧Ｖｐｐを計測する（Ｓ１０６）。ここで、充電電圧Ｖｐｐは、図５（ｂ）に示すように、高電圧バッテリ３００の電圧Ｖｂを、抵抗Ｒｐと、抵抗Ｒｎと抵抗Ｒｂとの並列合成抵抗と、で分圧したときに、抵抗Ｒｐに生じる電圧に相当する。上述のように、抵抗Ｒｂは、地絡と判定される絶縁抵抗値よりも十分小さい抵抗値である。

そして、充電電圧Ｖｐと充電電圧Ｖｐｐとがほぼ同じとみなせる場合、例えば、充電電圧Ｖｐから充電電圧Ｖｐｐへの変化率（Ｖｐ／Ｖｐｐ）が基準値より小さい場合（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）は、挿入された抵抗Ｒｂの影響が小さいときであるため、正極側絶縁抵抗ＲＬｐ、負極側絶縁抵抗ＲＬｎとも低下していると判定する（Ｓ１０９）。

一方、充電電圧Ｖｐと充電電圧Ｖｐｐとがほぼ同じとみなせない場合、例えば、充電電圧Ｖｐから充電電圧Ｖｐｐへの変化率が基準値より大きい場合（Ｓ１０７：Ｎｏ）は、挿入された抵抗Ｒｂの影響が大きいときであるため、正極側絶縁抵抗ＲＬｐ、負極側絶縁抵抗ＲＬｎとも低下しておらず、正常である判定する（Ｓ１０８）。

同様に、充電電圧Ｖｎが充電電圧Ｖｐより大きい場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）であって、充電電圧Ｖｐと充電電圧Ｖｎとの差が相対的に小さいとき、例えば、Ｖｐ／Ｖｎ＜基準値Ｐのとき（Ｓ１１０：Ｎｏ）は、以下に説明する処理を行なう。

すなわち、図６（ａ）に示すように、正極側充放電スイッチＳ１をｂ接点側に切り換えて接地するとともに、負極側充放電スイッチＳ２をａ接点側に切り換えて負極側電源ライン３０２に接続する。そして、負極側バイパススイッチＳｂはｂ接点側としたまま、正極側バイパススイッチＳａをａ接点側として、正極側バイパス経路を形成する。

この状態で検出用コンデンサＣ１をフル充電して、このときの充電電圧Ｖｎｎを計測する（Ｓ１１２）。ここで、充電電圧Ｖｎｎは、図６（ｂ）に示すように、高電圧バッテリ３００の電圧Ｖｂを、抵抗Ｒｐと抵抗Ｒａとの並列合成抵抗と、抵抗Ｒｎと、で分圧したときに、抵抗Ｒｎに生じる電圧に相当する。上述のように、抵抗Ｒａは、地絡と判定される絶縁抵抗値よりも十分小さい抵抗値である。

そして、充電電圧Ｖｎと充電電圧Ｖｎｎとがほぼ同じとみなせる場合、例えば、充電電圧Ｖｎから充電電圧Ｖｎｎへの変化率（Ｖｎ／Ｖｎｎ）が基準値より小さい場合（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）は、挿入された抵抗Ｒａの影響が小さいときであるため、正極側絶縁抵抗ＲＬｐ、負極側絶縁抵抗ＲＬｎとも低下していると判定する（Ｓ１１４）。

一方、充電電圧Ｖｎと充電電圧Ｖｎｎとがほぼ同じとみなせない場合、例えば、充電電圧Ｖｎから充電電圧Ｖｎｎへの変化率が基準値より大きい場合（Ｓ１１３：Ｎｏ）は、挿入された抵抗Ｒａの影響が大きいため、正極側絶縁抵抗ＲＬｐ、負極側絶縁抵抗ＲＬｎとも低下しておらず、正常である判定する（Ｓ１０８）。

なお、上述の例では、充電電圧Ｖｐと充電電圧Ｖｎとの差が相対的に小さい場合、充電電圧Ｖｐの方が小さければ充電電圧Ｖｐｐを計測し、充電電圧Ｖｎの方が小さければ充電電圧Ｖｎｎを計測するようにしていた。これは、正極側絶縁抵抗ＲＬｐ、負極側絶縁抵抗ＲＬｎのうち少しでも値の大きい方で抵抗Ｒｂあるいは抵抗Ｒａを並列接続させたときの充電電圧変化率を判定するためである。しかしながら、充電電圧Ｖｐ、充電電圧Ｖｎの大小関係にかかわらず、相対差が小さいときには、充電電圧Ｖｐｐあるいは充電電圧Ｖｎｎのいずれか一方を計測して両極の絶縁低下あるいは正常を判定するようにしてもよい。

次に、本実施形態の第２実施例について説明する。図７は、第２実施例に係る地絡検出装置１００ａの構成を示すブロック図である。第２実施例の地絡検出装置１００ａでは、４つのＣ接点スイッチのそれぞれを、１つの制御で同時に切り換わるツインリレーで構成している。

すなわち、正極側充放電スイッチＳ１に代えて、正極側充放電ツインリレーＳｔ１を用い、負極側充放電スイッチＳ２に代えて、負極側充放電ツインリレーＳｔ２を用い、正極側バイパススイッチＳａに代えて、正極側バイパスツインリレーＳｔａを用い、負極側バイパススイッチＳｂに代えて、負極側バイパスツインリレーＳｔｂを用いている。ツインリレーは、例えば、１コイル２Ｃ接点のリレーを用いることができる。

正極側充放電ツインリレーＳｔ１、負極側充放電ツインリレーＳｔ２には、ツインリレーの個々のリレーに並列に電流が分岐する経路を設けている。これにより、それぞれのリレーの通電電流が分流されるため、Ｃ接点スイッチの電流負荷を軽減することができる。正極側バイパスツインリレーＳｔａ、負極側バイパスツインリレーＳｔｂについてもａ接点接続時に個々のリレーに分流するようにしてもよい。

第２実施例における地絡判定手順および充電電圧Ｖｐ、充電電圧Ｖｎ、充電電圧Ｖｐｐ、充電電圧Ｖｎｎ計測のためのスイッチ切り替えは第１実施例と同様である。

次に、本実施形態の第３実施例について説明する。図８は、第３実施例に係る地絡検出装置１００ａの構成を示すブロック図である。第３実施例の地絡検出装置１００ｂでは、３つのツインリレー（正極側ツインリレーＳｔ３、負極側ツインリレーＳｔ４、バイパスツインリレーＳｔ５）を用いており、第２実施例よりもツインリレーの個数を減らすことができる。以下では、各ツインリレーの一方のリレーを第１のリレーと称し、連動する他方のリレーを第２のリレーと称する。

第３実施例の地絡検出装置１００ｂにおいて、正極側電源ライン３０１には、抵抗Ｒ１とバイパスツインリレーＳｔ５の第１リレーのａ接点とが接続している。バイパスツインリレーＳｔ５の第１リレーのｂ接点はオープンであり、ｃ接点は正極側ツインリレーＳｔ３の第１リレーのｂ接点に接続している。正極側ツインリレーＳｔ３の第１リレーのａ接点はオープンであり、ｃ接点は正極側バイパス抵抗Ｒａを介して接地している。

抵抗Ｒ１の他端は、正極側ツインリレーＳｔ３の第２リレーのａ接点と接続している。正極側ツインリレーＳｔ３の第２リレーのｂ接点は、スイッチＳｓと抵抗Ｒ５とに接続している。抵抗Ｒ５の他端は接地している。正極側ツインリレーＳｔ３の第２リレーのｃ接点は、順方向のダイオードおよび抵抗Ｒ０の経路と、逆方向のダイオードおよび抵抗Ｒ３の経路との並列経路を介して検出用コンデンサＣ１の正極板と接続している。

負極側電源ライン３０２には、抵抗Ｒ２とバイパスツインリレーＳｔ５の第２リレーのａ接点とが接続している。バイパスツインリレーＳｔ５の第２リレーのｂ接点はオープンであり、ｃ接点は負極側ツインリレーＳｔ４の第１リレーのｂ接点に接続している。負極側ツインリレーＳｔ４の第１リレーのａ接点はオープンであり、ｃ接点は負極側バイパス抵抗Ｒｂを介して接地している。

抵抗Ｒ２の他端は、負極側ツインリレーＳｔ４の第２リレーのａ接点と接続している。負極側ツインリレーＳｔ４の第２リレーのｂ接点は、抵抗Ｒ４を介して接地している。負極側ツインリレーＳｔ４の第２リレーのｃ接点は、検出用コンデンサＣ１の負極板と接続している。

第３実施例における地絡判定手順は第１実施例と同様である。図９は、第３実施例における各計測時のスイッチ切り替えを説明する図である。すなわち、充電電圧Ｖｐの計測時には、図９（ａ）に示すように、正極側ツインリレーＳｔ３をａ接点に切り換え、負極側ツインリレーＳｔ４をｂ接点に切り換えるとともに、バイパスツインリレーＳｔ５をｂ接点に切り換える。これにより、図３（ｂ）に示した回路を形成することができる。

充電電圧Ｖｎの計測時には、図９（ｂ）に示すように、正極側ツインリレーＳｔ３をｂ接点に切り換え、負極側ツインリレーＳｔ４をａ接点に切り換えるとともに、バイパスツインリレーＳｔ５をｂ接点に切り換える。これにより、図４（ｂ）に示した回路を形成することができる。

充電電圧Ｖｐｐの計測時には、図９（ｃ）に示すように、正極側ツインリレーＳｔ３をａ接点に切り換え、負極側ツインリレーＳｔ４をｂ接点に切り換えるとともに、バイパスツインリレーＳｔ５をａ接点に切り換える。これにより、図５（ｂ）に示した回路を形成することができる。

充電電圧Ｖｎｎの計測時には、図９（ｄ）に示すように、正極側ツインリレーＳｔ３をｂ接点に切り換え、負極側ツインリレーＳｔ４をａ接点に切り換えるとともに、バイパスツインリレーＳｔ５をａ接点に切り換える。これにより、図６（ｂ）に示した回路を形成することができる。

次に、本実施形態の第４実施例について説明する。第４実施例は第３実施例の変形であり、検出用コンデンサＣ１の充電、放電経路となるダイオード等の部品数を削減した回路である。図１０は、第４実施例に係る地絡検出装置１００ｃの構成を示すブロック図である。

第４実施例の地絡検出装置１００ｃにおいて、正極側電源ライン３０１には、抵抗Ｒ１とバイパスツインリレーＳｔ５の第１リレーのａ接点とが接続している。バイパスツインリレーＳｔ５の第１リレーのｂ接点はオープンであり、ｃ接点は正極側ツインリレーＳｔ３の第１リレーのａ接点に接続している。正極側ツインリレーＳｔ３の第１リレーのｂ接点はオープンであり、ｃ接点は正極側バイパス抵抗Ｒａを介して接地している。

抵抗Ｒ１の他端は、正極側ツインリレーＳｔ３の第２リレーのａ接点と接続している。正極側ツインリレーＳｔ３の第２リレーのｂ接点は、スイッチＳｓと抵抗Ｒ５とに接続している。抵抗Ｒ５の他端は接地している。正極側ツインリレーＳｔ３の第２リレーのｃ接点は、抵抗Ｒ０を介して検出用コンデンサＣ１の正極板と接続している。

負極側電源ライン３０２には、抵抗Ｒ２とバイパスツインリレーＳｔ５の第２リレーのａ接点とが接続している。バイパスツインリレーＳｔ５の第２リレーのｂ接点はオープンであり、ｃ接点は負極側ツインリレーＳｔ４の第１リレーのａ接点に接続している。負極側ツインリレーＳｔ４の第１リレーのｂ接点はオープンであり、ｃ接点は負極側バイパス抵抗Ｒｂを介して接地している。

抵抗Ｒ２の他端は、負極側ツインリレーＳｔ４の第２リレーのａ接点と接続している。負極側ツインリレーＳｔ４の第２リレーのｂ接点は、抵抗Ｒ４を介して接地している。負極側ツインリレーＳｔ４の第２リレーのｃ接点は、検出用コンデンサＣ１の負極板と接続している。

第４実施例における地絡判定手順および充電電圧Ｖｐ、充電電圧Ｖｎ、充電電圧Ｖｐｐ、充電電圧Ｖｎｎ計測のためのスイッチ切り替えは第３実施例と同様である。

１００ 地絡検出装置
１２０ 制御装置
３００ 高電圧バッテリ
３０１ 正極側電源ライン
３０２ 負極側電源ライン
Ｃ１ 検出用コンデンサ
ＣＹｐ、ＣＹｎ Ｙコンデンサ
Ｒａ 正極側バイパス抵抗
Ｒｂ 負極側バイパス抵抗
Ｒｉｓｎ 負極側終端抵抗
Ｒｉｓｐ 正極側終端抵抗
Ｓａ 正極側バイパススイッチ
Ｓｂ 負極側バイパススイッチ
Ｓｔ１ 正極側充放電ツインリレー
Ｓｔ２ 負極側充放電ツインリレー
Ｓｔ３ 正極側ツインリレー
Ｓｔ４ 負極側ツインリレー
Ｓｔ５ バイパスツインリレー
Ｓｔａ 正極側バイパスツインリレー
Ｓｔｂ 負極側バイパスツインリレー

Claims (6)

1. 高電圧バッテリと接続し、前記高電圧バッテリが設けられた系の絶縁抵抗低下を検出する地絡検出装置であって、
   フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサと、
   前記高電圧バッテリの正極側と接地とを接続する正極側終端抵抗と、
   前記高電圧バッテリの負極側と接地とを接続する負極側終端抵抗と、
   一端が接地した正極側バイパス抵抗と、
   一端が接地した負極側バイパス抵抗と、
   前記検出用コンデンサの一端の接続先を、前記高電圧バッテリの正極側と接地側とで択一的に切り換える正極側Ｃ接点スイッチと、
   前記検出用コンデンサの他端の接続先を、前記高電圧バッテリの負極側と接地側とで択一的に切り換える負極側Ｃ接点スイッチと、
   前記高電圧バッテリの正極側と前記正極側バイパス抵抗との接続状態を切り換える正極側バイパススイッチと、
   前記高電圧バッテリの負極側と前記負極側バイパス抵抗との接続状態を切り換える負極側バイパススイッチと、
   前記正極側Ｃ接点スイッチが前記高電圧バッテリの正極側、前記負極側Ｃ接点スイッチが接地側、前記正極側バイパススイッチおよび前記負極側バイパススイッチが非接続の状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｐと、正極側Ｃ接点スイッチが接地側、前記負極側Ｃ接点スイッチが前記高電圧バッテリの負極側、前記正極側バイパススイッチおよび前記負極側バイパススイッチが非接続の状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｎとを比較し、
   充電電圧Ｖｐの方が小さく、小ささの度合いが所定の基準よりも大きい場合に、正極側絶縁抵抗が低下していると判定し、充電電圧Ｖｎの方が小さく、小ささの度合いが所定の基準よりも大きい場合に、負極側絶縁抵抗が低下していると判定する制御部と、
   を備えることを特徴とする地絡検出装置。
2. 前記制御部は、
   充電電圧Ｖｐ、充電電圧Ｖｎの小さい方の小ささの度合いが所定の基準よりも大きくない場合に、
   正極側Ｃ接点スイッチが前記高電圧バッテリの正極側、前記負極側Ｃ接点スイッチが接地側、前記正極側バイパススイッチが非接続、前記負極側バイパススイッチが接続の状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｐｐ、あるいは、正極側Ｃ接点スイッチが接地側、前記負極側Ｃ接点スイッチが前記高電圧バッテリの負極側、前記正極側バイパススイッチが接続、前記負極側バイパススイッチが非接続の状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｎｎを計測し、
   前記充電電圧Ｖｐから前記充電電圧Ｖｐｐへの変化率が基準より小さい場合、あるいは、前記充電電圧Ｖｎから前記充電電圧Ｖｎｎへの変化率が基準より小さい場合に、両極で絶縁抵抗が低下していると判定することを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
3. 前記正極側Ｃ接点スイッチ、前記負極側Ｃ接点スイッチ、前記正極側バイパススイッチ、前記負極側バイパススイッチをツインリレーで構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の地絡検出装置。
4. 高電圧バッテリと接続し、前記高電圧バッテリが設けられた系の絶縁抵抗低下を検出する地絡検出装置であって、
   フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサと、
   前記高電圧バッテリの正極側と接地とを接続する正極側終端抵抗と、
   前記高電圧バッテリの負極側と接地とを接続する負極側終端抵抗と、
   一端が接地した正極側バイパス抵抗と、
   一端が接地した負極側バイパス抵抗と、
   第１状態で、前記高電圧バッテリの正極側と所定の正極側接続点とを非接続にするとともに前記高電圧バッテリの負極側と所定の負極側接続点とを非接続にし、第２状態で、前記高電圧バッテリの正極側と前記正極側接続点とを接続するとともに前記高電圧バッテリの負極側と前記負極側接続点とを接続するバイパスツインリレーと、
   第１状態で、前記検出用コンデンサの一端の接続先を前記高電圧バッテリの正極側にするとともに前記正極側接続点と前記正極側バイパス抵抗とを非接続にし、第２状態で、前記検出用コンデンサの一端の接続先を接地側にするとともに前記正極側接続点と前記正極側バイパス抵抗とを接続する正極側ツインリレーと、
   第１状態で、前記検出用コンデンサの他端の接続先を前記高電圧バッテリの負極側にするとともに前記負極側接続点と前記負極側バイパス抵抗とを非接続にし、第２状態で、前記検出用コンデンサの他端の接続先を接地側にするとともに前記負極側接続点と前記負極側バイパス抵抗とを接続する負極側ツインリレーと、
   前記正極側ツインリレーが第１状態、前記負極側ツインリレーが第２状態、前記バイパスツインリレーが第１状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｐと、前記正極側ツインリレーが第２状態、前記負極側ツインリレーが第１状態、前記バイパスツインリレーが第１状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｎとを比較し、
   充電電圧Ｖｐの方が小さく、小ささの度合いが所定の基準よりも大きい場合に、正極側絶縁抵抗が低下していると判定し、充電電圧Ｖｎの方が小さく、小ささの度合いが所定の基準よりも大きい場合に、負極側絶縁抵抗が低下していると判定する制御部と、
   を備えることを特徴とする地絡検出装置。
5. 前記制御部は、
   充電電圧Ｖｐ、充電電圧Ｖｎの小さい方の小ささの度合いが所定の基準よりも大きくない場合に、
   前記正極側ツインリレーが第１状態、前記負極側ツインリレーが第２状態、前記バイパスツインリレーが第２状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｐｐ、あるいは、前記正極側ツインリレーが第２状態、前記負極側ツインリレーが第１状態、前記バイパスツインリレーが第２状態で前記検出用コンデンサをフル充電したときに得られる充電電圧Ｖｎｎを計測し、
   前記充電電圧Ｖｐから前記充電電圧Ｖｐｐへの変化率が基準より小さい場合、あるいは、前記充電電圧Ｖｎから前記充電電圧Ｖｎｎへの変化率が基準より小さい場合に、両極で絶縁抵抗が低下していると判定することを特徴とする請求項４に記載の地絡検出装置。
6. 前記制御部は、
   充電電圧Ｖｐ、充電電圧Ｖｎの小さい方の小ささの度合いが所定の基準よりも大きくない場合に、充電電圧Ｖｐの方が小さいときには、充電電圧Ｖｐｐを計測し、充電電圧Ｖｎの方が小さいときには、充電電圧Ｖｎｎを計測することを特徴とする請求項２または５に記載の地絡検出装置。

Images