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特表2024-528862自動車の車載電気システムおよび方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-08-01

(54)【発明の名称】自動車の車載電気システムおよび方法

(51)【国際特許分類】

H02J 7/00 20060101AFI20240725BHJP

B60L 3/00 20190101ALI20240725BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 S

B60L3/00 J

H02J7/00 P

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024503995

(86)(22)【出願日】2022-07-26

(85)【翻訳文提出日】2024-03-15

(86)【国際出願番号】 EP2022070950

(87)【国際公開番号】W WO2023006751

(87)【国際公開日】2023-02-02

(31)【優先権主張番号】102021003844.4

(32)【優先日】2021-07-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】598051819

【氏名又は名称】メルセデス・ベンツグループアクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｍｅｒｃｅｄｅｓ－ＢｅｎｚＧｒｏｕｐＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｍｅｒｃｅｄｅｓｓｔｒａｓｓｅ１２０，７０３７２Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100090583

【弁理士】

【氏名又は名称】田中清

(74)【代理人】

【識別番号】100098110

【弁理士】

【氏名又は名称】村山みどり

(72)【発明者】

【氏名】アキン・キャンディール

(72)【発明者】

【氏名】ウルス・ベーメ

【テーマコード（参考）】

5G503

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503CA01

5G503FA06

5G503FA17

5H125AA01

5H125AC12

5H125AC23

5H125DD10

5H125FF03

(57)【要約】

本発明は、自動車の車載電気システム（１）に関し、正電位（Ｈ＋）および負電位（Ｈ－）を供給するための少なくとも１つのＨＶバッテリ（２）と、少なくとも１つのＨＶ消費装置（３、４）とを備え、車載電気システム（１）から電気的に切り離されている車両アース（ＰＡ）に対する絶縁抵抗（Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｐ}、Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｎ}）を監視するための絶縁モニタ（５）が設けられており、正電位（Ｈ＋）と車両アース（ＰＡ）との間、および負電位（Ｈ－）と車両アース（ＰＡ）との間には、それぞれＹ静電容量（Ｃ_Ｙ＿Ｐ、Ｃ_Ｙ＿Ｎ）が設けられており、車載電気システム（１）内、または車載電気システム（１）のコンポーネント内にある、正電位（Ｈ＋）と負電位（Ｈ－）との間の電圧センタータップ（６）は、オーミックなカップリング抵抗（Ｒ_Ｋ）によって車両アース（ＰＡ）に接続されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

自動車の車載電気システム（１）であって、正電位（Ｈ＋）および負電位（Ｈ－）を供給するための少なくとも１つのＨＶバッテリ（２）と、少なくとも１つのＨＶ消費装置（３、４）とを備え、前記車載電気システム（１）から電気的に切り離されている車両アース（ＰＡ）に対する絶縁抵抗（Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｐ}、Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｎ}）を監視するための絶縁モニタ（５）が設けられており、前記正電位（Ｈ＋）と前記車両アース（ＰＡ）との間、および前記負電位（Ｈ－）と前記車両アース（ＰＡ）との間には、それぞれＹ静電容量（Ｃ_Ｙ＿Ｐ、Ｃ_Ｙ＿Ｎ）が設けられている、前記車載電気システム（１）において、
前記車載電気システム（１）内、または前記車載電気システム（１）のコンポーネント内にある、前記正電位（Ｈ＋）と前記負電位（Ｈ－）との間の電圧センタータップ（６）は、分圧器として接続された２つの抵抗の間に位置するか、または容量性分圧器によって形成されており、オーミックなカップリング抵抗（Ｒ_Ｋ）によって前記車両アース（ＰＡ）に接続されており、
前記カップリング抵抗（Ｒ_Ｋ）は、固定抵抗Ｒ_Ｆと可変抵抗Ｒ_Ｖからなる直列接続として構成されていることを特徴とする車載電気システム（１）。

【請求項2】

前記分圧器の前記抵抗は、直列接続されたＨＶ消費装置（３、４）として、または少なくとも２つの直列接続されたＨＶバッテリ（２．１、２．２）の内部抵抗として構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の車載電気システム（１）。

【請求項3】

前記分圧器の前記抵抗は、前記カップリング抵抗（Ｒ_Ｋ）および抵抗絶縁モニタとして構成されている前記絶縁モニタ（５）の測定抵抗（Ｒ_{ｍｅｓｓ＿ｐ}、Ｒ_{ｍｅｓｓ＿ｎ}）に比べて著しく小さいことを特徴とする、請求項２に記載の車載電気システム（１）。

【請求項4】

前記測定抵抗（Ｒ_{ｍｅｓｓ＿ｐ}、Ｒ_{ｍｅｓｓ＿ｎ}）および前記カップリング抵抗（Ｒ_Ｋ）は、１００キロオームより大きい範囲にあることを特徴とする、請求項３に記載の車載電気システム（１）。

【請求項5】

前記カップリング抵抗（Ｒ_Ｋ）を介して、以下のリスト、
－制御基板用ＨＶ電圧供給の直列接続、
－ハーフブリッジおよび／またはＨブリッジの直列接続、
－マルチレベルハーフブリッジ、
－インバータの直列接続、
－マルチレベルインバータ、
－２つまたはそれより多いヒータ要素の直列接続を備えるヒータ回路、
－バッテリモジュール直列接続の接続点のタップ、
のうち少なくとも１つが前記車両アース（ＰＡ）に接続されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の車載電気システム（１）。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一項に記載の車載電気システム（１）を備えた車両。

【請求項7】

請求項６に記載の車両の作動方法であって、前記カップリング抵抗（Ｒ_Ｋ）が前記固定抵抗（Ｒ_Ｆ）と前記可変抵抗（Ｒ_Ｖ）からなる直列接続として構成されており、前記車両が直流充電スタンドに接続されていないときには、前記可変抵抗（Ｒ_Ｖ）が高く設定され、前記車両が直流充電スタンドに接続されているときには、前記可変抵抗（Ｒ_Ｖ）が低く設定されることを特徴とする、前記作動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の上位概念に記載の自動車の車載電気システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１から、自動車の車載電気システムが公知であり、車載電気システムの構成は、第１の高電圧電位と、第１の高電圧電位とは異なる第２の高電圧電位を提供するための高電圧エネルギー貯蔵装置を備え、それにより、第１と第２の高電圧電位の間で総電圧がタップ可能である。さらに、この車載電気システムの構成は、第１の高電圧電位と所定の電気アースとの間の第１の絶縁抵抗、ならびに第２の高電圧電位と所定の電気アースとの間の第２の絶縁抵抗、また第１および第２の絶縁抵抗を監視するために設計されている絶縁監視装置を有している。電気駆動を備える車両のＨＶ（高電圧）車載電気システムは、通常、少なくともバッテリコンタクタ付きＨＶバッテリとＨＶ消費装置（パルスインバータなど）とからなる。一般に、高電圧車載電気システムは、ＩＴ（ＩｓｏｌｅＴｅｒｒｅ）ネットワークとして実装されており、従って車両アースから電気的に完全に切り離されている。しかしながら、ケーブル、ＨＶ消費装置、バッテリなどの寄生抵抗により、正または負の高電圧電位と車両アースとの間の高インピーダンス接続、いわゆる絶縁抵抗、または上述した第１および第２の絶縁抵抗が発生する。この抵抗が高抵抗、すなわちメガオーム範囲にある限り、危険はない。安全上の理由から、絶縁監視装置（絶縁モニターとも呼ばれる）により、この絶縁抵抗は恒久的に監視される。定義された閾値を下回ると、警告が発動され、動作状態に応じてＨＶ車載電気システムがバッテリコンタクタによってバッテリから切り離され、安全な状態を確立することができる。この絶縁抵抗の他に、すべてのＨＶ車載電気システムには、ＨＶ接続部と車両アースの間に位置する、特に、いわゆるアース静電容量と呼ばれる静電容量が存在している。これらの静電容量は、寄生効果によって、例えばケーブルシールドなどに起因して生じ、ＥＭＣ（電磁的両立性）挙動を改善するために、意図的に取り付けられることさえある。Ｅ＝１／２×Ｃ×Ｕ^２の式によれば、静電容量Ｃのこれらのコンデンサには、電圧Ｕが印加されている場合、エネルギーＥが貯蔵されている。次に、人が高電圧コンタクトと車両アースに同時に接触すると、これらのコンデンサは人体を介して放電または充電され、原理的に、すなわちこれらの電流が高すぎる場合、危険につながるおそれがある。従って、潜在的危険を低く抑えるために、さまざまな規格には、コンデンサに貯蔵される最大許容エネルギー、より正確に言うと有効エネルギーの制限値が存在している。このことは、直接的に、最大許容総静電容量がＨＶ総電圧に依存して制限されることにつながる。さらに、安全上の理由から、最悪のケースを想定する必要があり、また最大限に非対称なＨＶ車載電気システムを前提とする必要があり、これは、アースに対して測定されたＨＶ極の電圧が、ほぼ全ＨＶ電圧に相当する場合に存在する。このことは、特に、耐用年数にわたる汚れ抵抗または漏れ電流によって発生する可能性がある。上述した最大許容総静電容量の制限によって、非対称な車載電気システムであっても、すなわち正の高電圧電位とアース間の電圧、ならびに負の高電圧電位とアース間の電圧が異なる場合でも、潜在的危険は存在しない。最大許容総静電容量の制限という欠点の他に、このケースでは、すなわち非対称な車載電気システムでは、さらに、例えばＤＣ充電インターフェースを介して車両が充電スタンドに接続されたときに、充電スタンドと車両のアースに対する正電圧電位または負電圧電位が異なるということも起こり得る。このことは、充電スタンドがオンになったときに、好ましくない、不定義の均等化プロセスにつながるおそれがあり、最悪の場合、充電が妨げられる可能性がある。

【特許文献1】ＤＥ１０２０１９２０２８９２Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、自動車、特に電気で駆動される自動車のための改善された車載電気システムを提供するという課題に基づいている。

【課題を解決するための手段】

【0004】

この課題は、本発明に基づき、請求項１による自動車の車載電気システムによって解決される。

【0005】

本発明の有利な実施形態は、従属請求項の対象である。

【0006】

本発明に基づく自動車の車載電気システムは、正電位および負電位を供給するための少なくとも１つのＨＶバッテリと、少なくとも１つのＨＶ消費装置とを備えており、車載電気システムから電気的に切り離されている車両アースに対する絶縁抵抗を監視するための絶縁モニタが設けられており、正電位と車両アースとの間、および負電位と車両アースとの間には、それぞれＹ静電容量が設けられている。本発明に基づき、車載電気システム内、または車載電気システムのコンポーネント内にある、正電位と負電位との間の電圧センタータップは、オーミックなカップリング抵抗によって車両アースに接続されている。絶縁モニタは、例えば抵抗絶縁モニタとして構成されていてよい。

【0007】

本発明に基づく解決策により、電位分布の対称分布からの逸脱は非常に小さくなる。従って、Ｙ静電容量に貯蔵されるエネルギー量／電荷は、常に、達成可能な最小値に非常に近くなる。これにより、貯蔵エネルギー／電荷に関する法規制を満たしながら、車載電気システムにおいてより大きなＹ静電容量を許容することができる。すなわち、高電圧車載電気システムのコンポーネントにおいて、より有利な、および／またはより優れたＥＭＣフィルタリングが可能になる。

【0008】

本発明に基づき、電圧センタータップは、分圧器として接続された２つの抵抗の間に位置するか、または容量性分圧器によって形成されている。

【0009】

本発明に基づき、カップリング抵抗は、固定抵抗と可変抵抗からなる直列接続として構成されている。

【0010】

１つの実施形態では、分圧器の抵抗は、直列接続されたＨＶ消費装置として、または少なくとも２つの直列接続されたＨＶバッテリの内部抵抗として構成される。

【0011】

１つの実施形態では、分圧器の抵抗は、カップリング抵抗および抵抗絶縁モニタとして構成されている絶縁モニタの測定抵抗に比べて著しく小さい。

【0012】

１つの実施形態では、測定抵抗とカップリング抵抗が１００キロオームよりも大きい範囲にある。

【0013】

１つの実施形態では、カップリング抵抗を介して、以下のリスト、
－制御基板用ＨＶ電圧供給の直列接続、
－ハーフブリッジおよび／またはＨブリッジの直列接続、
－マルチレベルハーフブリッジ、
－インバータの直列接続、
－マルチレベルインバータ、
－２つまたはそれより多いヒータ要素の直列接続を備えるヒータ回路、
－バッテリモジュール直列接続の接続点のタップ、
のうち少なくとも１つが車両アースに接続されている。

【0014】

代替の実施形態では、カップリング抵抗が固定抵抗および／または可変抵抗からも形成されていてよい。

【0015】

車載電気システムは、自動車、特に電気で駆動される自動車の一部であってよい。

【0016】

カップリング抵抗が固定抵抗と可変抵抗からなる直列接続として構成されている場合、車両が直流充電スタンドに接続されていないときには、可変抵抗を高く設定し、一方、車両が直流充電スタンドに接続されているときには、可変抵抗を低く設定することができる。

【0017】

以下では、本発明の実施例を、図面に基づき詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】自動車の車載電気システムの概略図である。

【図2】自動車の車載電気システムの実施形態の概略図である。

【図3】自動車の車載電気システムのさらなる実施形態の概略図である。

【図4】自動車の車載電気システムのさらなる実施形態の概略図である。

【図5】自動車の車載電気システムのさらなる実施形態の概略図である。

【図6】自動車の車載電気システムのさらなる実施形態の概略図である。

【図7】自動車の車載電気システムのさらなる実施形態の概略図である。

【図8】自動車の車載電気システムの実施形態のシミュレーション設定の概略図である。

【図9】カップリング抵抗なしのシミュレーションのシミュレーション結果を示した模式図である。

【図10】カップリング抵抗のあるシミュレーションのシミュレーション結果を示した模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

いずれの図においても、相互に対応する部分には、同一の参照符号を付している。

【0020】

図１は、自動車、例えば電気で駆動される自動車の車載電気システム１の概略図である。

【0021】

車載電気システム１は、例えばＨＶ（高電圧）車載電気システムであり、通常、少なくとも１つのＨＶバッテリ２ならびにＨＶ消費装置３、４を備えている。基本的に、車載電気システム１は、電気的に車両アースＰＡから切り離されている。正電位Ｈ＋と車両アースＰＡとの間、ならびに負電位Ｈ－と車両アースＰＡとの間には、寄生効果によってそれぞれ１つの絶縁抵抗Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｐ}、Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｎ}がある。安全上の理由から、絶縁抵抗Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｐ}、Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｎ}を監視する絶縁モニタ５が設けられている。さらに、正電位Ｈ＋と車両アースＰＡとの間、ならびに負電位Ｈ－と車両アースＰＡとの間には、それぞれＹ静電容量Ｃ_Ｙ＿Ｐ、Ｃ_Ｙ＿Ｎが設けられている。

【0022】

特に抵抗絶縁モニタとして構成することのできる絶縁モニタ５によって引き起こされる、車載電気システム１内の変動は、車載電気システム１内、または車載電気システム１のコンポーネント内、例えば、図１で分圧器として接続されている２つの消費装置抵抗Ｒ_ＶＰおよびＲ_ＶＮによって示されているＨＶ消費装置３、４内にある電圧センタータップ６を使用することによって軽減することができる。このとき、この電圧センタータップ６は、固定抵抗Ｒ_Ｆと可変抵抗Ｒ_Ｖを備えることのできるカップリング抵抗Ｒ_Ｋを介して車両アースＰＡに接続される。図示されている実施形態では、カップリング抵抗Ｒ_Ｋが、固定抵抗Ｒ_Ｆと可変抵抗Ｒ_Ｖからなる直列接続として構成されている。

【0023】

別の実施形態では、電圧センタータップ６が容量性分圧器によって形成されていてもよい。

【0024】

カップリング抵抗Ｒ_Ｋによって電圧センタータップ６を車両アースＰＡに結合することにより、車両アースＰＡに関して、電位Ｈ＋、Ｈ－のシフトに対する絶縁モニタ５の影響が軽減される。このとき、特にカップリング抵抗Ｒ_Ｋの値が絶縁モニタ５の測定中に変化しない場合、絶縁抵抗Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｐ}、Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｎ}の絶縁値計算において、絶縁モニタ５はその機能に支障をきたすことはない。電位Ｈ＋、Ｈ－のシフトが僅かしかないことにより、車載電気システム１のＹ静電容量Ｃ_Ｙ＿Ｐ、Ｃ_Ｙ＿Ｎに貯蔵されたエネルギー量を軽減させることができる。このことは、アクティブな、特に周期的ＨＶコンポーネントのフィルタリングを改善するために、またより高い直流システム電圧（例えば８００Ｖ）を備える車両にとって有利である。さらに、絶縁設計の異なるＨＶシステムを結合する際、弱く設計されたＨＶシステムの絶縁の過負荷を回避することも可能であり、例えば、８００Ｖ車両を充電する場合は、５００Ｖの充電スタンドの絶縁が、電気的に結合された充電システムによって保護される。

【0025】

絶縁モニタ５では、カップリング抵抗Ｒ_Ｋによって、充電プロセスがより迅速に行われることから、認識時間が大幅に短縮される。

【0026】

固定抵抗Ｒ_Ｆと可変抵抗Ｒ_Ｖの直列接続の使用により、ＨＶシステムがより低いＹ静電容量Ｃ_Ｙ＿Ｐ、Ｃ_Ｙ＿Ｎを備えている場合、例えば車両が直流充電スタンドに接続されていない場合、より高い絶縁を許容することができる。Ｙ静電容量Ｃ_Ｙ＿Ｐ、Ｃ_Ｙ＿Ｎがより高い場合、例えば車両が直流充電スタンドに接続されている場合、カップリング抵抗Ｒ_Ｋは、その可変抵抗Ｒ_Ｖによって軽減され、電位シフトは絶縁モニタ５によってより小さくなる。

【0027】

車両アースＰＡに対する電圧センタータップ６のオーミック結合の可能な使用例として、
－制御基板用ＨＶ電圧供給の直列接続、
－ハーフブリッジおよびＨブリッジの直列接続、
－マルチレベルのハーフブリッジ、
－インバータの直列接続、
－マルチレベルインバータ、
－２つまたはそれより多いヒータ要素の直列接続を備えるヒータ回路、
－バッテリモジュール直列接続の接続点のタップ、
が挙げられる。

【0028】

好ましくは、ＨＶ消費装置３、４またはＨＶ源からなる直列接続のインピーダンスは、カップリング抵抗Ｒ_Ｋおよび絶縁モニタ５の測定抵抗に比べ大幅に小さい。測定抵抗Ｒ_{ｍｅｓｓ＿ｐ}、Ｒ_{ｍｅｓｓ＿ｎ}およびカップリング抵抗Ｒ_Ｋは、数１００キロオームの範囲またはメガオームの範囲にすることができるので、極めて小さいインピーダンスを示すために、ＨＶ消費装置３、４またはＨＶ源からなる直列接続では、大きな消費電力は不要である。この限りにおいて、補助電圧供給もこの使用に適している。ＨＶ源の場合、電源インピーダンスおよび／または内部抵抗を考慮しなければならない。これは、通常、メガオーム範囲にあり、従ってこの要件も満たしている。

【0029】

以下の図には、固定抵抗Ｒ_Ｆと可変抵抗Ｒ_Ｖの直列接続に代わって、唯一のカップリング抵抗Ｒ_Ｋだけが示されている。しかし、すべてのケースにおいて、固定抵抗Ｒ_Ｆおよび可変抵抗Ｒ_Ｖの直列接続が設けられていてもよい。

【0030】

図２は、自動車、例えば電気で駆動される自動車の車載電気システム１の実施形態の概略図である。図２による実施形態は、図１による実施形態とほぼ一致している。しかし、電圧センタータップ６は、消費装置抵抗の代わりに、２つの静電容量Ｃ_ｘ＿Ｐ、Ｃ_ｘ＿Ｎからなる容量性分圧器によって形成される。

【0031】

さらに、車載電気システム１は、力率改善回路（３レベルＰＦＣ、例えばウィーン整流器）付き整流器８を介して三相交流電圧接続７に接続されている。

【0032】

図３は、自動車、例えば電気で駆動される自動車の車載電気システム１の実施形態の概略図である。図３による実施形態は、図１による実施形態とほぼ一致している。しかし、電圧センタータップ６は、消費装置抵抗の代わりに、２つの静電容量Ｃ_ｘ＿Ｐ、Ｃ_ｘ＿Ｎからなる容量性分圧器によって形成される。

【0033】

さらに、車載電気システム１は、車内の３レベルＤＣ昇圧コンバータ１１を介して、車載電気システム１と同様のＹ静電容量Ｃ_ｙ＿Ｐ１、Ｃ_ｙ＿Ｎ１、絶縁抵抗Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｐ１}、Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｎ１}および出力容量Ｃとともに示されている直流充電スタンド９に接続されており、２つの静電容量Ｃ_ｘ＿Ｐ、Ｃ_ｘ＿Ｎからなるｉ容量性分圧器は３レベルＤＣ昇圧コンバータ１１の中に配置されている。さらに、車両アースＰＡは、アースケーブル１２を介して充電スタンド９のアースＰＡ‘に接続されている。

【0034】

図４は、自動車、例えば電気で駆動される自動車の車載電気システム１の実施形態の概略図である。図４による実施形態は、図１による実施形態とほぼ一致している。しかし、電圧センタータップ６は、消費装置抵抗の代わりに、２つの静電容量Ｃ_ｘ＿Ｐ、Ｃ_ｘ＿Ｎからなる容量性分圧器によって形成される。

【0035】

さらに、車載電気システム１は、例えば車載用充電器のＬＶ－ＤＣＤＣコンバータまたは絶縁型ＤＣＤＣコンバータのＨブリッジ１３、１４の直列接続に接続されている。

【0036】

図５は、自動車、例えば電気で駆動される自動車の車載電気システム１の実施形態の概略図である。

【0037】

車載電気システム１は、直列に接続された２つのＨＶバッテリ２．１、２．２またはバッテリストリング、ならびに１つのＨＶ消費装置３を備えている。この車載電気システム１は、電気的に車両アースＰＡから分離されている。正電位Ｈ＋と車両アースＰＡとの間、ならびに負電位Ｈ－と車両アースＰＡとの間には、寄生効果によってそれぞれ１つの絶縁抵抗Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｐ}、Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｎ}がある。安全上の理由から、絶縁抵抗Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｐ}、Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｎ}を監視する絶縁モニタ５が設けられている。

【0038】

さらに、正電位Ｈ＋と車両アースＰＡとの間、ならびに負電位Ｈ－と車両アースＰＡとの間には、それぞれＹ静電容量Ｃ_Ｙ＿Ｐ、Ｃ_Ｙ＿Ｎが設けられている。ＨＶ消費装置３は、正電位Ｈ＋と負電位Ｈ－との間に接続されている。

【0039】

特に抵抗絶縁モニタとして構成することのできる絶縁モニタ５によって引き起こされる車載電気システム１内の変動は、車載電気システム１内、または車載電気システム１のコンポーネント内、例えば、図５で直列に接続され、従って内部抵抗が分圧器を形成するＨＶバッテリ２．１、２．２内にある電圧センタータップ６を使用することによって軽減することができる。このとき、この電圧センタータップ６は、固定抵抗Ｒ_Ｆおよび／または可変抵抗Ｒ_Ｖを備えることのできるカップリング抵抗Ｒ_Ｋを介して車両アースＰＡに接続される。

【0040】

図６は、自動車、例えば電気で駆動される自動車の車載電気システム１の実施形態の概略図である。図６による実施形態は、図１による実施形態とほぼ一致している。しかし、電圧センタータップ６は、消費装置抵抗の代わりに、２つの静電容量Ｃ_ｘ＿Ｐ、Ｃ_ｘ＿Ｎからなる容量性分圧器によって形成される。

【0041】

さらに、車載電気システム１は、電気機械１６の３レベルインバータ１５に接続されている。この３レベルインバータ１５は、例えば３レベルＮＰＣインバータ、Ｔ型インバータまたはフライングインバータとして構成されていてよい。

【0042】

図７は、自動車、例えば電気で駆動される自動車の車載電気システム１の実施形態の概略図である。図７による実施形態は、図１による実施形態とほぼ一致している。しかし、電圧センタータップ６は、消費装置抵抗の代わりに、２つの静電容量Ｃ_ｘ＿Ｐ、Ｃ_ｘ＿Ｎからなる容量性分圧器によって形成される。

【0043】

さらに、車載電気システム１は、２つの電気機械１６の２つのＢ＆ブリッジインバータ１７からなる直列接続に接続されている。

【0044】

図８は、自動車、例えば電気で駆動される自動車の車載電気システム１の実施形態のシミュレーション設定の概略図である。図８による実施形態は、図１による実施形態とほぼ一致している。さらに、正電位Ｈ＋と車両アースＰＡとの間、ならびに負電位Ｈ－と車両アースＰＡとの間には、絶縁モニタ５の２つの測定抵抗Ｒ_{ｍｅｓｓ＿ｐ}、Ｒ_{ｍｅｓｓ＿ｎ}がそれぞれのスイッチＳ１、Ｓ２によって切換え可能に配置されている。さらに、Ｙ静電容量Ｃ_Ｙ＿Ｐ、Ｃ_Ｙ＿Ｎと直列に接続されたケーブル抵抗Ｒ_Ｌが示されており、これらは実際の構成要素において必然的に存在しているものであることから、シミュレーションでは、例えば０．０１オームの非常に低い抵抗値であっても考慮する必要がある。

【0045】

以下のシミュレーションパラメータを使用した。
Ｒ_{ｉｓｏ＿ｐ}＝１０^８オーム
Ｒ_{ｉｓｏ＿ｎ}＝１０^８オーム
Ｒ_{ｍｅｓｓ＿ｐ}＝Ｒ_{ｍｅｓｓ＿ｎ}＝２^＊１０^６オーム
周波数ｆ＝１／２０Ｈｚ
電圧Ｕ＝８００Ｖ
Ｒ_ＶＰ＝Ｕ^＊Ｕ／１０００
Ｒ_ＶＮ＝Ｕ^＊Ｕ／１０００

【0046】

図９は、カップリング抵抗Ｒ_Ｋなしでシミュレーションした場合の、スイッチＳ１、Ｓ２のスイッチング位置Ｕ_Ｓ１、Ｕ_Ｓ２、電位Ｈ＋、Ｈ－および算出された絶縁抵抗Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｐ}、Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｎ}を時間ｔにわたって示したものである。

【0047】

ＨＶ車載電気システム１が十分に絶縁されていることにより、絶縁モニタ５、特に抵抗絶縁モニタは、電位Ｈ＋、Ｈ－の明らかなシフトを引き起こす。従って、Ｙ静電容量Ｃ_Ｙ＿Ｐ、Ｃ_Ｙ＿Ｎは、ＨＶバッテリ２の電圧にほぼ相当する電圧を受ける。そのため、エネルギー量は非常に高い。充電時間は、高インピーダンスの抵抗によってかなり遅く、この例では、絶縁モニタ５のサイクル時間内にまだ充電が終了していない。

【0048】

図１０は、１０^６オームのカップリング抵抗Ｒ_Ｋでシミュレーションした場合の、スイッチＳ１、Ｓ２のスイッチング位置Ｕ_Ｓ１、Ｕ_Ｓ２、電位Ｈ＋、Ｈ－および算出された絶縁抵抗Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｐ}、Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｎ}を時間ｔにわたって示したものである。

【0049】

このシミュレーションでは、電圧センタータップ６のカップリング抵抗Ｒ_Ｋがないシステムよりも、電位Ｈ＋、Ｈ－の変動は明らかに少ないことがはっきりと分かる。Ｈ＋、Ｈ－の最大電位は５３１Ｖであり、Ｈ＋、Ｈ－の最小電位は２６９Ｖである。従って、Ｙ静電容量Ｃ_Ｙ＿Ｐ、Ｃ_Ｙ＿Ｎのエネルギー量は明らかに低下している。絶縁抵抗Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｐ}、Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｎ}と比較して少ないカップリング抵抗Ｒ_Ｋにより、大幅に速く充電を行うことができる。従って、絶縁モニタ５はより短時間で絶縁不良を検知することができる。

【符号の説明】

【0050】

１車載電気システム
２ＨＶバッテリ
２．１、２．２ＨＶバッテリ
３ＨＶ消費装置
４ＨＶ消費装置
５絶縁モニタ
６電圧センタータップ
７三相交流電圧接続
８整流器
９ＤＣ充電スタンド
１１３レベルＤＣ昇圧コンバータ
１２アースケーブル
１３Ｈブリッジ
１４Ｈブリッジ
１５３レベルインバータ
１６電気機械
１７Ｂ＆ブリッジインバータ
Ｃ出力容量
Ｃ_ｘ＿Ｐ、Ｃ_ｘ＿Ｎ静電容量
Ｃ_Ｙ＿Ｐ、Ｃ_Ｙ＿ＮＹ静電容量
Ｃ_ｙ＿Ｐ１、Ｃ_ｙ＿Ｎ１Ｙ静電容量
Ｈ＋、Ｈ－電位
ＰＡ車両アース
ＰＡ‘ アース
Ｒ_Ｆ固定抵抗
Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｐ}、Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｎ} 絶縁抵抗
Ｒ_Ｋカップリング抵抗
Ｒ_Ｌケーブル抵抗
Ｒ_{ｍｅｓｓ＿ｐ}、Ｒ_{ｍｅｓｓ＿ｎ} 測定抵抗
Ｒ_Ｖ可変抵抗
Ｒ_ＶＰ，Ｒ_ＶＮ消費装置抵抗
Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｐ１}、Ｒ_{ｉｓｏ＿Ｎ１} 絶縁抵抗
Ｓ１、Ｓ２スイッチ
ｔ時間
Ｕ_Ｓ１、Ｕ_Ｓ２スイッチング位置

【図1】