特開 2024-175537 地絡検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024175537

(43)【公開日】2024-12-18

(54)【発明の名称】地絡検出装置

(51)【国際特許分類】

   B60L 3/00 20190101AFI20241211BHJP

   G01R 31/56 20200101ALI20241211BHJP

   H02P 29/024 20160101ALI20241211BHJP

   G01R 31/52 20200101ALI20241211BHJP

【ＦＩ】

B60L3/00 J

G01R31/56

H02P29/024

G01R31/52

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023093393

(22)【出願日】2023-06-06

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000237592

【氏名又は名称】株式会社デンソーテン

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 辰徳

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 考生

【テーマコード（参考）】

2G014

5H125

5H501

【Ｆターム（参考）】

2G014AA04

2G014AB07

2G014AB24

5H125AA01

5H125AC12

5H125CD04

5H125DD10

5H125EE51

5H501AA20

5H501CC04

5H501CC09

5H501HA04

5H501HA05

5H501HA07

5H501HB07

5H501JJ18

5H501LL23

5H501LL53

5H501MM09

(57)【要約】

【課題】システムメインリレーよりもモータ側の部分の地絡を検出可能にする。
【解決手段】モータと、モータを駆動するインバータと、インバータに第１電力ラインを介して接続された第１蓄電装置と、第１電力ラインに設けられたリレーと、第１蓄電装置よりも定格電圧が低い第２蓄電装置と、を備える電動車に用いられ、リレーよりもモータ側のモータ側部分の地絡を検出する地絡検出装置であって、第２蓄電装置と第１電力ラインのリレーよりもインバータ側とに接続された第２電力ラインに設けられたスイッチと、リレーがオフのときに、スイッチをオンにして、所定時間内に第１電力ラインのリレーよりもインバータ側の電圧が閾値以上に上昇するか否かによりモータ側部分に地絡が生じているか否かを判定し、モータ側部分に地絡が生じていると判定したときには、リレーのオンを禁止する判定処理部とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータと、前記モータを駆動するインバータと、前記インバータに第１電力ラインを介して接続された第１蓄電装置と、前記第１電力ラインに設けられたリレーと、前記第１蓄電装置よりも定格電圧が低い第２蓄電装置と、を備える電動車に用いられ、前記リレーよりも前記モータ側の部分であるモータ側部分の地絡を検出する地絡検出装置であって、
前記第２蓄電装置と前記第１電力ラインの前記リレーよりも前記インバータ側とに接続された第２電力ラインに設けられたスイッチと、
前記リレーがオフのときに、前記スイッチをオンにして、所定時間内に前記第１電力ラインの前記リレーよりも前記インバータ側の電圧が閾値以上に上昇するか否かにより前記モータ側部分に地絡が生じているか否かを判定し、前記モータ側部分に地絡が生じていると判定したときには、前記リレーのオンを禁止する判定処理部と、
を備える地絡検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、地絡検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の地絡検出装置としては、モータと、複数のスイッチング素子のスイッチングによりモータを駆動するインバータと、蓄電装置と、蓄電装置が接続された低電圧側電力ラインの電力を昇圧してインバータが接続された高電圧側電力ラインに供給可能な昇圧コンバータと、を備える電動車におけるインバータよりもモータ側の交流エリアの地絡を検出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、低電圧側電力ラインの負極側ラインとグランドとの間の検出電圧から所定周波数よりも大きい周波数の成分を除去したフィルタ後電圧が比較電圧よりも大きいときに、カウント値をカウントアップする。そして、カウント値が第１閾値よりも大きくなったときには、高電圧側電力ラインの電圧が比較電圧以下となるように昇圧コンバータを制御する第１制御を実行し、第１制御を所定時間に亘って実行したときのカウント値のカウントアップ量が所定値以下のときには、高電圧側電力ラインの電圧が比較電圧よりも高くなるように昇圧コンバータを制御する第２制御を実行し、その実行中にカウント値が第２閾値よりも大きくなったときには、交流エリアの地絡が生じていると判定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－８０９６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述の地絡検出装置は、交流エリアの地絡が生じているか否かを判定するものである。このため、インバータと蓄電装置とを接続する電力ラインにシステムメインリレーが設けられている電動車において、交流エリアだけでなく、システムメインリレーよりもモータ側の部分の地絡を検出可能にすることが求められている。

【0005】

本開示の地絡検出装置は、システムメインリレーよりもモータ側の部分の地絡を検出可能にすることを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の地絡検出装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本開示の地絡検出装置は、
モータと、前記モータを駆動するインバータと、前記インバータに第１電力ラインを介して接続された第１蓄電装置と、前記第１電力ラインに設けられたリレーと、前記第１蓄電装置よりも定格電圧が低い第２蓄電装置と、を備える電動車に用いられ、前記リレーよりも前記モータ側の部分であるモータ側部分の地絡を検出する地絡検出装置であって、
前記第２蓄電装置と前記第１電力ラインの前記リレーよりも前記インバータ側とに接続された第２電力ラインに設けられたスイッチと、
前記リレーがオフのときに、前記スイッチをオンにして、所定時間内に前記第１電力ラインの前記リレーよりも前記インバータ側の電圧が閾値以上に上昇するか否かにより前記モータ側部分に地絡が生じているか否かを判定し、前記モータ側部分に地絡が生じていると判定したときには、前記リレーのオンを禁止する判定処理部と、
を備えることを要旨とする。

【0008】

本開示の地絡検出装置では、第１蓄電装置よりも定格電圧が低い第２蓄電装置と第１電力ラインのリレーよりもインバータ側とに接続された第２電力ラインに設けられたスイッチを備える。そして、リレーがオフのときに、スイッチをオンにして、所定時間内に第１電力ラインのリレーよりもインバータ側の電圧が閾値以上に上昇するか否かによりリレーよりもモータ側の部分であるモータ側部分に地絡が生じているか否かを判定し、モータ側部分に地絡が生じていると判定したときには、リレーのオンを禁止する。したがって、リレーがオフのときに、スイッチをオンにして、第１電力ラインのリレーよりもインバータ側の電圧を用いてモータ側部分に地絡が生じているか否かを判定することにより、比較的簡易な構成で、モータ側部分に地絡が生じているか否かを判定することができる。また、モータ側部分に地絡が生じているときに、リレーのオンを禁止することにより、第１蓄電装置が地絡して過電流が流れるのを回避し、モータ側部分の２次故障が生じるのを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の地絡検出装置を備える電気自動車２０の概略構成図である。

【図2】電子制御ユニット７０により実行される地絡判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本開示の地絡検出装置を備える電気自動車２０の概略構成図である。図示するように、本開示の電気自動車２０は、モータ２２と、インバータ２４と、第１蓄電装置としての高電圧バッテリ２６と、システムメインリレー２８と、電力ライン３０と、第２蓄電装置としての補機バッテリ３２と、電力ライン３４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、地絡検出部４０と、分圧用抵抗素子５０，５２と、電子制御ユニット７０とを備える。本実施形態の地絡検出装置としては、地絡検出部４０と電子制御ユニット７０とが該当する。

【0011】

モータ２２は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と、固定子コアに三相コイルが巻回された固定子とを備える。モータ２２の回転子は、駆動輪に連結された駆動軸に固定されている。インバータ２４は、複数のスイッチング素子を有し、モータ２２の駆動に用いられると共に電力ライン３０に接続されている。

【0012】

高電圧バッテリ２６は、例えば定格電圧が数百Ｖ程度のリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。高電圧バッテリ２６の正極端子は、電力ライン（正極ライン）３０に接続されており、負極端子は、接地（共通の負極ライン）に接続されている。接地としては、例えば、金属製の車体が用いられる。システムメインリレー２８は、電力ライン３０に設けられており、オンオフにより、インバータ２４側と高電圧バッテリ２６側との接続および接続の解除を行なう。

【0013】

補機バッテリ３２は、例えば定格電圧が１２Ｖの鉛蓄電池として構成されている。補機バッテリ３２の正極端子は、電力ライン（正極ライン）３４に接続されており、負極端子は、接地（共通の負極ライン）に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、電力ライン３０と電力ライン３４とに接続されており、電力ライン３０の電力を降圧して電力ライン３４に供給することができるようになっている。

【0014】

地絡検出部４０は、電力ライン４２と、ダイオード４４と、抵抗素子４６と、スイッチ４８と、分圧用抵抗素子５０，５２とを備える。電力ライン４２は、電力ライン３０のシステムメインリレー２８よりもインバータ２４側と、電力ライン３４と、にＤＣ／ＤＣコンバータ３６と並列に接続されている。ダイオード４４と抵抗素子４６とスイッチ４８とは、電力ライン４２に直列に設けられている。ダイオード４４は、電力ライン３４側から電力ライン３０側の方向が順方向となるように配置されている。抵抗素子４６の抵抗値は、システムメインリレー２８よりもモータ２２側の部分であるモータ側部分に地絡が生じたときでも部品破壊に至らない値に設定されている。なお、モータ側部分の地絡としては、モータ２２の三相コイルや、インバータ２４の複数のスイッチング素子、モータ２２とインバータ２４とを接続する電力ライン、電力ライン３０などの回路的な地絡を挙げることができる。スイッチ４８としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどが用いられる。なお、スイッチ４８には、図示するように、ダイオードが電力ライン３０側から電力ライン３４側の方向が順方向となるように並列に接続されてもよい。分圧用抵抗素子５０，５２は、電力ライン３０と接地（共通の負極ライン）とに対してこの順に直列に接続されている。

【0015】

電子制御ユニット７０は、マイクロコンピュータを備えており、マイクロコンピュータは、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートなどを有する。電子制御ユニット７０は、各種センサからの信号を入力ポートを介して入力している。電子制御ユニット７０が入力する信号としては、例えば、モータ２２の回転子の回転位置を検出する回転位置センサからの回転位置θｍや、モータ２２の各相の電流を検出する電流センサからの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを挙げることができる。高電圧バッテリ２６の出力端子に取り付けられた電圧センサからの電圧Ｖｂ１や、高電圧バッテリ２６の出力端子に取り付けられた電流センサからの電流Ｉｂ１、補機バッテリ３２の出力端子に取り付けられた電圧センサからの電圧Ｖｂ２も挙げることができる。分圧用抵抗素子５０，５２の互いの接続点Ｐ１の電圧Ｖｉｎ（電力ライン３０のシステムメインリレー２８よりもインバータ２４側の電圧が分圧用抵抗素子５０，５２により分圧された電圧）も挙げることができる。スタートスイッチ７２からのスタート信号や、シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサからのシフトポジション、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度、ブレーキペダルの踏込量を検出するブレーキペダルポジションセンサからのブレーキペダルポジション、車速センサからの車速も挙げることができる。

【0016】

電子制御ユニット７０は、各種制御信号を出力ポートを介して出力している。電子制御ユニット７０が出力する信号としては、例えば、インバータ２４の複数のスイッチング素子への制御信号や、システムメインリレー２８への制御信号、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６への制御信号、スイッチ４８への制御信号を挙げることができる。電子制御ユニット７０は、電流センサからの高電圧バッテリ２６の電流Ｉｂ１の積算値に基づいて高電圧バッテリ２６の蓄電割合ＳＯＣを演算している。

【0017】

次に、本実施形態の電気自動車２０が備える地絡検出装置の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット７０により実行される地絡判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、スタートスイッチ７２がオンにされたとき（システム起動が指示されたとき）に実行される。

【0018】

図２の地絡判定処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０は、最初に、スイッチ４８をオンにする（ステップＳ１００）。これにより、電力ライン３０のシステムメインリレー２８よりもインバータ２４側と、補機バッテリ３２が接続された電力ライン３４と、が接続される。

【0019】

続いて、分圧用抵抗素子５０，５２の互いの接続点Ｐ１の電圧Ｖｉｎを閾値Ｖｒｅｆと比較する（ステップＳ１１０）。ここで、閾値Ｖｒｅｆは、モータ側部分に地絡が生じているか否かを判定するのに用いられる閾値であり、補機バッテリ３２の定格電圧に基づいて予め設定されている。例えば、高電圧回路（モータ２２からシステムメインリレー２８までの回路）の許容地絡電流値に基づいて高電圧回路と接地との間の抵抗値を求め、この抵抗値に基づいて閾値Ｖｒｅｆが設定される。なお、上述したように、接続点Ｐ１の電圧Ｖｉｎは、電力ライン３０のシステムメインリレー２８よりもインバータ２４側の電圧が分圧用抵抗素子５０，５２により分圧された電圧である。

【0020】

ステップＳ１１０で接続点Ｐ１の電圧Ｖｉｎが閾値Ｖｒｅｆ未満のときには、スイッチ４８をオンにしてから所定時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ１２０）、スイッチ４８をオンにしてから所定時間が経過していないと判定したときには、ステップＳ１１０に戻る。ここで、所定時間としては、例えば、数百ｍｓｅｃ程度が用いられる。

【0021】

ステップＳ１１０，Ｓ１２０の処理を繰り返し実行しているときに、ステップＳ１１０で接続点Ｐ１の電圧Ｖｉｎが閾値Ｖｒｅｆ以上に至ったと判定すると、モータ側部分に地絡が生じていないと判定し（ステップＳ１３０）、システムメインリレー２８のオンを許可し（ステップＳ１４０）、スイッチ４８をオフにして（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。この場合、その後にシステムメインリレー２８をオンにして、走行可能な状態とする。

【0022】

ステップＳ１１０，Ｓ１２０の処理を繰り返し実行しているときに、ステップＳ１２０でスイッチ４８をオンにしてから所定時間が経過したと判定したときには、モータ側部分に地絡が生じていると判定する（ステップＳ１５０）このようにして、比較的簡易な構成で、モータ側部分の地絡を検出することができる。

【0023】

そして、システムメインリレー２８のオンを禁止し（ステップＳ１６０）、スイッチ４８をオフにして（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。モータ側部分の地絡を検出したときに、システムメインリレー２８のオンを禁止することにより、高電圧バッテリ２６が地絡して過電流が流れるのを回避し、モータ側部分の２次故障が生じるのを回避することができる。

【0024】

以上説明した本実施形態の電気自動車２０が備える地絡検出装置では、スタートスイッチ７２がオンにされたときに、スイッチ４８をオンにして、所定時間内に接続点Ｐ１の電圧Ｖｉｎが閾値Ｖｒｅｆ以上に上昇するか否かによりモータ側部分に地絡が生じているか否かを判定し、モータ側部分に地絡が生じていると判定したときには、システムメインリレー２８のオンを禁止する。これにより、比較的簡易な構成で、モータ側部分に地絡が生じているか否かを判定することができる。また、モータ側部分に地絡が生じているときに、高電圧バッテリ２６が地絡して過電流が流れるのを回避し、モータ側部分の２次故障が生じるのを回避することができる。

【0025】

上述した実施形態では、スタートスイッチ７２がオンにされたときに、スイッチ４８をオンにして、接続点Ｐ１の電圧Ｖｉｎを用いてモータ側部分に地絡が生じているか否かを判定するものとした。しかし、これに限定されるものではなく、システムメインリレー２８がオフのときであればよいから、スタートスイッチ７２がオフのときに、スイッチ４８をオンにして、接続点Ｐ１の電圧Ｖｉｎを用いてモータ側部分に地絡が生じているか否かを判定してもよい。

【0026】

上述した実施形態では、高電圧バッテリ２６の負極端子は、接地（共通の負極ライン）に接続されているものとした。しかし、高電圧バッテリ２６の負極端子は、接地に接続されていなくてもよい。

【0027】

上述した実施形態では、電気自動車２０は、第１蓄電装置として高電圧バッテリ２６を用いると共に第２蓄電装置として補機バッテリ３２を用いるものとした。しかし、高電圧バッテリ２６に代えてキャパシタを用いたり、補機バッテリ３２に代えてキャパシタを用いたりしてもよい。

【0028】

上述した実施形態では、モータ２２とインバータ２４と高電圧バッテリ２６とを備える電気自動車２０の形態として説明した。しかし、これに限定されるものではなく、モータとインバータと高電圧バッテリとに加えてエンジンを備えるハイブリッド車の形態としたり、モータとインバータと高電圧バッテリとに加えて燃料電池を備える燃料電池車の形態としたりしてもよい。

【0029】

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、モータ２２が「モータ」に相当し、インバータ２４が「インバータ」に相当し、高電圧バッテリ２６が「第１蓄電装置」に相当し、システムメインリレー２８が「リレー」に相当し、電気自動車２０が「電動車」に相当し、地絡検出部４０および電子制御ユニット７０が「地絡検出装置」に相当し、スイッチ４８が「スイッチ」に相当し、電子制御ユニット７０が「判定処理部」に相当する。

【0030】

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

【0031】

以上、本開示を実施するための実施形態について説明したが、本開示はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0032】

本開示は、地絡検出装置の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0033】

２０ 電気自動車、２２ モータ、２４ インバータ、２６ 高電圧バッテリ、２８ システムメインリレー、３０ 電力ライン、３２ 補機バッテリ、３４ 電力ライン、３６ ＤＣ／ＤＣコンバータ、４０ 地絡検出部、４２ 電力ライン、４４ ダイオード、４６ 抵抗素子、４８ スイッチ、５０，５２ 分圧用抵抗素子、７０ 電子制御ユニット、７２ スタートスイッチ。

【図1】

【図2】