JP4635890B2

JP4635890B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP4635890B2
Application number: JP2006026947A
Authority: JP
Inventors: 健司内田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2026-02-03
Also published as: WO2007089037A1; KR20080091392A; RU2398687C2; CN101379669A; EP1981143A1; JP2007209158A; US7773353B2; CN101379669B; US20090002903A1; BRPI0707354A2; RU2008135710A; KR100976148B1

Description

この発明は、電源装置に関し、特に、電動車両に搭載される電源装置に関する。

特開平１０−２９０５２９号公報（特許文献１）は、電気自動車（Electric Vehicle）に搭載される電源装置を開示する。この電源装置は、バッテリと、バッテリから給電される走行モータや車載補機などの電気回路系と、バッテリからの直流電圧を商用交流電圧に変換して商用電源負荷に供給する商用交流電圧発生用インバータ回路と、商用交流電圧発生用インバータ回路と商用電源負荷との間に設けられる遮断スイッチと、バッテリから漏出する地絡電流を検出して電気回路系の漏電を検出する漏電検出回路とを備える。

この電源装置においては、漏電検出回路は、漏電を検出すると、走行モータや車載補機などの電気回路系への給電を遮断することなく、商用交流電圧発生用インバータ回路を停止させ、かつ、遮断スイッチを動作させることによって商用電源負荷への給電を遮断する（特許文献１参照）。
特開平１０−２９０５２９号公報

電源装置に商用電源負荷が電気的に接続された場合と接続されていない場合とでは、商用電源負荷の容量成分の影響によりインピーダンスが変化する。しかしながら、上記の特開平１０−２９０５２９号公報では、そのような商用電源負荷の容量成分の影響によるインピーダンスの変化については考慮されていないので、電源装置の絶縁抵抗の低下を正確に検出することはできない。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、絶縁抵抗の低下を正確に検出可能な電源装置を提供することである。

この発明によれば、電源装置は、電動車両に搭載される。そして、電源装置は、蓄電装置と、蓄電装置と車両外部の負荷との間で電力を授受可能なように構成された電力変換装置と、当該電源装置の絶縁抵抗の低下を検出する検出手段とを備える。検出手段は、負荷が電力変換装置に接続されているとき、絶縁抵抗の低下を検出するための判定しきい値を非接続時よりも低く設定する。

好ましくは、負荷が電力変換装置に接続されているときの判定しきい値は、負荷の容量に基づいて決定される。

好ましくは、検出手段は、負荷が電力変換装置に接続されているとき、絶縁抵抗の低下を確定するための判定時間を非接続時よりも短く設定する。

好ましくは、電源装置は、負荷が電力変換装置に接続されているときに絶縁抵抗の低下が検出されると、電動車両のシステムを遮断する手段をさらに備える。

好ましくは、負荷は、電力変換装置に接続される電力線対とアースとの間に接続されるラインバイパスコンデンサを含む。

好ましくは、検出手段は、所定の抵抗値を有する抵抗素子と、抵抗素子と車両アースとの間に接続され、所定の周波数を有する電圧を発生する電圧発生装置と、抵抗素子と当該電源装置の電力線との間に接続される容量素子と、抵抗素子と容量素子との間の電圧を検出する電圧検出装置、判定しきい値を設定する設定部と、電圧検出装置によって検出された電圧および設定部によって設定された判定しきい値に基づいて、絶縁抵抗の低下を判定する判定部とを含む。

好ましくは、電力変換装置は、星形結線された多相巻線を固定子巻線として各々が含む第１および第２の交流電動機と、第１および第２の交流電動機にそれぞれ対応して設けられ、蓄電装置と電力を授受する第１および第２のインバータと、第１および第２のインバータを制御するインバータ制御装置と、蓄電装置と負荷との間で電力の授受が行なわれるときに負荷を多相巻線の中性点に接続するための接続装置とを含む。

この発明においては、車両外部の負荷が電力変換装置に接続されていないときは、通常の判定しきい値に基づいて絶縁抵抗の低下が検出される。一方、負荷が電力変換装置に接続されているときは、負荷の容量成分が付加されることによるインピーダンスの低下を考慮し、判定しきい値を非接続時よりも低く設定して絶縁抵抗の低下を検出する。

したがって、この発明によれば、絶縁抵抗の低下を正確に検出することができる。
また、この発明においては、負荷が電力変換装置に接続されているとき、絶縁抵抗の低下を確定するための判定時間が非接続時よりも短く設定される。

したがって、この発明によれば、負荷が電力変換装置に接続されているときに絶縁抵抗低下の異常が発生した場合、その異常を早期に検出することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電源装置の全体ブロック図である。図１を参照して、この電源装置１００は、蓄電装置Ｂと、平滑コンデンサＣと、インバータ１０，２０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、電源ラインＰＬと、接地ラインＳＬとを備える。また、電源装置１００は、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２と、リレー回路３０と、コネクタ４０と、絶縁抵抗低下検出器５０と、電子制御装置（Electronic Control Unit、以下「ＥＣＵ」とも称する。）６０とを備える。

この電源装置１００は、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）に搭載される。そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン（図示せず、以下同じ。）の始動を行ない得る電動機として動作し、かつ、エンジンによって駆動される発電機として動作するものとしてハイブリッド自動車に組込まれる。また、モータジェネレータＭＧ２は、ハイブリッド自動車の駆動輪（図示せず、以下同じ。）を駆動する電動機としてハイブリッド自動車に組込まれる。

なお、電源装置１００が搭載されるハイブリッド自動車としては、動力分割機構によりエンジンの動力を車軸とモータジェネレータＭＧ１とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型のものであってもよいし、モータジェネレータＭＧ１を駆動するためにのみエンジンを用い、モータジェネレータＭＧ１により発電された電力を使うモータジェネレータＭＧ２でのみ車軸の駆動力を発生するシリーズ型のものであってもよい。

蓄電装置Ｂの正極は、電源ラインＰＬに接続される。蓄電装置Ｂの負極は、接地ラインＳＬに接続される。平滑コンデンサＣは、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に接続される。絶縁抵抗低下検出器５０は、接地ラインＳＬと車両のボディアース７０との間に接続される。

インバータ１０は、Ｕ相アーム１２、Ｖ相アーム１４およびＷ相アーム１６を含む。Ｕ相アーム１２、Ｖ相アーム１４およびＷ相アーム１６は、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム１２は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１１，Ｑ１２から成り、Ｖ相アーム１４は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１３，Ｑ１４から成り、Ｗ相アーム１６は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１５，Ｑ１６から成る。パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続される。

インバータ２０は、Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を含む。Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６は、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム２２は、直列に接続されたパワートランジスタＱ２１，Ｑ２２から成り、Ｖ相アーム２４は、直列に接続されたパワートランジスタＱ２３，Ｑ２４から成り、Ｗ相アーム２６は、直列に接続されたパワートランジスタＱ２５，Ｑ２６から成る。パワートランジスタＱ２１〜Ｑ２６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ２１〜Ｄ２６がそれぞれ接続される。

モータジェネレータＭＧ１は、Ｙ結線された３相コイル２をステータコイルとして含む。３相コイル２を形成するＵ，Ｖ，Ｗ相コイルの一端は、互いに接続されて中性点Ｎ１を形成し、そのＵ，Ｖ，Ｗ相コイルの他端は、インバータ１０の対応するアームに接続される。モータジェネレータＭＧ２は、Ｙ結線された３相コイル４をステータコイルとして含む。３相コイル４を形成するＵ，Ｖ，Ｗ相コイルの一端は、互いに接続されて中性点Ｎ２を形成し、そのＵ，Ｖ，Ｗ相コイルの他端は、インバータ２０の対応するアームに接続される。

リレー回路３０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２を含む。リレーＲＹ１の一端は、ＡＣラインＡＣＬ１を介してモータジェネレータＭＧ１の３相コイル２の中性点Ｎ１に接続され、その他端は、コネクタ４０に接続される。リレーＲＹ２の一端は、ＡＣラインＡＣＬ２を介してモータジェネレータＭＧ２の３相コイル４の中性点Ｎ２に接続され、その他端は、コネクタ４０に接続される。

そして、この電源装置１００と車外負荷８０との間で電力の授受が行なわれるとき、車外負荷８０のコネクタ８２がコネクタ４０に接続される。車外負荷８０は、たとえば住宅の商用電源負荷であって、電源ラインＥＬ１，ＥＬ２を介してコネクタ８２と接続される。

電源ラインＥＬ１，ＥＬ２には、Ｙコンデンサ８４が接続されている。Ｙコンデンサ８４は、コンデンサＣ３，Ｃ４を含む。コンデンサＣ３は、電源ラインＥＬ１とアース８６との間に接続される。コンデンサＣ４は、電源ラインＥＬ２とアース８６との間に接続される。このＹコンデンサ８４は、電源ラインＥＬ１，ＥＬ２上のコモンモードノイズを除去するフィルタとして設けられている。

蓄電装置Ｂは、直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置Ｂは、直流電圧を発生して電源ラインＰＬへ出力する。また、蓄電装置Ｂは、インバータ１０，２０の少なくとも一方から出力される直流電圧によって充電される。なお、蓄電装置Ｂとして、大容量のキャパシタを用いてもよい。

容量Ｃ１は、電源ラインＰＬとボディアース７０との間の容量を示す。容量Ｃ２は、接地ラインＳＬとボディアース７０との間の容量を示す。平滑コンデンサＣは、電源ラインＰＬと接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。

インバータ１０は、ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、電源ラインＰＬから受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力する。また、インバータ１０は、エンジンからの出力を受けてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧をＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬへ出力する。

ここで、図示されない外部ＥＣＵからＥＣＵ６０が受けるＡＣ出力指令ＡＣＯＵＴが活性化されているとき、インバータ１０は、ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の３相コイル２，４の中性点Ｎ１，Ｎ２間に商用交流電圧を発生させるように中性点Ｎ１の電位を制御する。

また、外部ＥＣＵからＥＣＵ６０が受けるＡＣ入力指令ＡＣＩＮが活性化されているとき、インバータ１０は、ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、車外負荷８０から中性点Ｎ１に与えられる商用交流電圧を整流して電源ラインＰＬへ出力する。

インバータ２０は、ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて、電源ラインＰＬから受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。また、インバータ２０は、車両の回生制動時、モータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧をＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬへ出力する。

ここで、外部ＥＣＵからＥＣＵ６０が受けるＡＣ出力指令ＡＣＯＵＴが活性化されているとき、インバータ２０は、ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の３相コイル２，４の中性点Ｎ１，Ｎ２間に商用交流電圧を発生させるように中性点Ｎ２の電位を制御する。

また、外部ＥＣＵからＥＣＵ６０が受けるＡＣ入力指令ＡＣＩＮが活性化されているとき、インバータ２０は、ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて、車外負荷８０から中性点Ｎ２に与えられる商用交流電圧を整流して電源ラインＰＬへ出力する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、３相交流電動機であり、たとえば３相交流同期電動発電機からなる。モータジェネレータＭＧ１は、エンジンからの出力を用いて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ１０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ１０から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジンの始動を行なう。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ２０から受ける交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、３相交流電圧を発生してインバータ２０へ出力する。

リレー回路３０は、ＥＣＵ６０からの許可信号ＥＮに応じて、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２とコネクタ４０との接続／切離しを行なう。具体的には、リレー回路３０は、ＥＣＵ６０からＨ（論理ハイ）レベルの許可信号ＥＮを受けると、リレーＲＹ１，ＲＹ２がオンされてＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２をコネクタ４０と電気的に接続する。一方、リレー回路３０は、ＥＣＵ６０からＬ（論理ロー）レベルの許可信号ＥＮを受けると、リレーＲＹ１，ＲＹ２がオフされてＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２をコネクタ４０から電気的に切離す。

コネクタ４０は、車外負荷８０を中性点Ｎ１，Ｎ２に接続するための端子である。電源装置１００と車外負荷８０との間で電力の授受が行なわれるとき、車外負荷８０のコネクタ８２がコネクタ４０に接続される。そして、コネクタ８２がコネクタ４０に接続されているとき、コネクタ４０は、Ｈレベルの信号ＣＴをＥＣＵ６０へ出力する。

絶縁抵抗低下検出器５０は、この電源装置１００の絶縁抵抗の低下を検出するための機器である。絶縁抵抗低下検出器５０は、後述のように、所定の周波数を有する方形波から成る電圧を接地ラインＳＬに印加し、絶縁抵抗の低下に応じて低下する電圧Ｖを生成してＥＣＵ６０へ出力する。なお、絶縁抵抗低下検出器５０の構成については、後ほど説明する。

ＥＣＵ６０は、電源ラインＰＬの電圧ならびにモータジェネレータＭＧ１のモータ電流およびトルク指令値に基づいて、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ１０へ出力する。また、ＥＣＵ６０は、電源ラインＰＬの電圧ならびにモータジェネレータＭＧ２のモータ電流およびトルク指令値に基づいて、モータジェネレータＭＧ２を駆動するための信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ２０へ出力する。

なお、電源ラインＰＬの電圧は、図示されない電圧センサによって検出され、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のモータ電流は、図示されない電流センサによって検出される。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値は、アクセル開度やブレーキ踏込量、蓄電装置の充電状態などに基づいて、外部ＥＣＵにより算出される。

さらに、ＥＣＵ６０は、信号ＣＴがＨレベルのときにＡＣ出力指令ＡＣＯＵＴまたはＡＣ入力指令ＡＣＩＮが活性化されると、Ｈレベルの許可信号ＥＮを生成してリレー回路３０へ出力する。ここで、ＡＣ出力指令ＡＣＯＵＴは、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の３相コイル２，４の中性点Ｎ１，Ｎ２間に商用交流電圧を発生して車外負荷８０へ供給する給電モードのときに活性化される。また、ＡＣ入力指令ＡＣＩＮは、車外負荷８０から中性点Ｎ１，Ｎ２間に与えられる商用交流電圧を用いて蓄電装置Ｂの充電を行なう充電モードのときに活性化される。

そして、ＥＣＵ６０は、信号ＣＴがＨレベルのときにＡＣ出力指令ＡＣＯＵＴが活性化され、それに応じてＨレベルの許可信号ＥＮをリレー回路３０へ出力すると、中性点Ｎ１，Ｎ２間に商用交流電圧が発生するように信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２をそれぞれインバータ１０，２０へ出力する。

また、ＥＣＵ６０は、信号ＣＴがＨレベルのときにＡＣ入力指令ＡＣＩＮが活性化され、それに応じてＨレベルの許可信号ＥＮをリレー回路３０へ出力すると、車外負荷８０から中性点Ｎ１，Ｎ２間に与えられる商用交流電圧を整流して蓄電装置Ｂの充電が行なわれるように信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２をそれぞれインバータ１０，２０へ出力する。

また、さらに、ＥＣＵ６０は、後述の方法により、絶縁抵抗低下検出器５０からの電圧Ｖの波高値に基づいて、電源装置１００の絶縁抵抗が低下しているか否かを判定する。ここで、ＥＣＵ６０は、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているか否かに応じて、絶縁抵抗の低下を判定するための判定しきい値を切替える。具体的には、ＥＣＵ６０は、車外負荷８０が電源装置１００に接続されていないときは、判定しきい値をＷｔｈ１とする。一方、ＥＣＵ６０は、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときは、判定しきい値をＷｔｈ１よりも低いＷｔｈ２とする。

また、さらに、ＥＣＵ６０は、車外負荷８０が電源装置１００に接続されていないときに絶縁抵抗が低下していると判定すると、車両の走行モードを通常モードから退避走行モードに移行する。なお、退避走行モードとは、たとえば、次回の車両システムの起動を禁止するような走行モードである。

また、さらに、ＥＣＵ６０は、車外負荷８０が電源装置１００に接続されているときに絶縁抵抗が低下していると判定すると、電源装置１００を含む車両システムを直ちに遮断する。

図２は、図１に示したインバータ１０，２０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のゼロ相等価回路を示す。３相インバータであるインバータ１０，２０の各々においては、６個のトランジスタのオン／オフの組合わせは８パターン存在する。その８つのスイッチングパターンのうち２つは相間電圧がゼロとなり、そのような電圧状態はゼロ電圧ベクトルと称される。ゼロ電圧ベクトルについては、上アームの３つのトランジスタは互いに同じスイッチング状態（全てオンまたはオフ）とみなすことができ、また、下アームの３つのトランジスタも互いに同じスイッチング状態とみなすことができる。したがって、この図２では、インバータ１０の上アームの３つのトランジスタは上アーム１０Ａとしてまとめて示され、インバータ１０の下アームの３つのトランジスタは下アーム１０Ｂとしてまとめて示されている。同様に、インバータ２０の上アームの３つのトランジスタは上アーム２０Ａとしてまとめて示され、インバータ２０の下アームの３つのトランジスタは下アーム２０Ｂとしてまとめて示されている。

図２に示されるように、このゼロ相等価回路は、電源ラインＰＬから供給される直流電圧を用いて中性点Ｎ１，Ｎ２に単相交流電圧を生じさせる単相ＰＷＭインバータとみることができる。また、このゼロ相等価回路は、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる単相交流の商用電力を入力とする単相ＰＷＭコンバータとみることもできる。そこで、インバータ１０，２０の各々においてゼロ電圧ベクトルを変化させ、インバータ１０，２０を単相ＰＷＭインバータまたは単相ＰＷＭコンバータの各相アームとしてそれぞれ動作するようにスイッチング制御することによって、電源ラインＰＬからの直流電力を交流電力に変換してコネクタ４０から出力することができ、また、コネクタ４０から入力される交流の商用電力を直流電力に変換して電源ラインＰＬへ出力することができる。

図３は、図１に示した絶縁抵抗低下検出器５０の構成を示した図である。図３を参照して、絶縁抵抗低下検出器５０は、方形波発生器５２と、抵抗素子ＲＤと、コンデンサＣＤと、電圧センサ５４とを含む。

方形波発生器５２は、ボディアース７０に一端が接続され、抵抗素子ＲＤに他端が接続される。抵抗素子ＲＤは、方形波発生器５２に一端が接続され、コンデンサＣＤに他端が接続される。コンデンサＣＤは、抵抗素子ＲＤに一端が接続され、接地ラインＳＬに他端が接続される。

方形波発生器５２は、低電圧（たとえば数Ｖ）かつ低周波（たとえば数Ｈｚ）の方形波からなる電圧を発生し、その発生した電圧を抵抗素子ＲＤへ出力する。電圧センサ５４は、抵抗素子ＲＤとコンデンサＣＤとの間の電圧Ｖを検出し、その検出した電圧Ｖを図示されないＥＣＵ６０へ出力する。

図４は、図３に示した絶縁抵抗低下検出器５０による絶縁抵抗の検出原理を説明するための図である。図４を参照して、被検出システム９０は、車外負荷８０が電源装置１００に接続されていないときは、電源装置１００に対応し、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときは、電源装置１００および車外負荷８０全体に対応する。

すなわち、被検出システム９０の抵抗成分ＲＴは、電源装置１００の絶縁抵抗を示す。被検出システム９０の容量成分ＣＴは、車外負荷８０が電源装置１００に接続されていないときは、図１に示した容量Ｃ１と容量Ｃ２との和からなり、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときは、容量Ｃ１，Ｃ２とＹコンデンサ８４に含まれるコンデンサＣ３，Ｃ４の容量との和からなる。

絶縁抵抗低下検出器５０の方形波発生器５２は、低電圧かつ低周波の方形波からなる電圧を発生し、その発生した電圧を抵抗素子ＲＤおよびコンデンサＣＤを介して被検出システム９０に与える。ここで、絶縁抵抗を示す抵抗成分ＲＴが低下すると、被検出システム９０のインピーダンスが低下するので、抵抗素子ＲＤと被検出システム９０との間の電圧Ｖは低下する。したがって、この電圧Ｖに基づいて絶縁抵抗の低下を検出することができる。

しかしながら、被検出システム９０のインピーダンスは、容量成分ＣＴによって変化する。具体的には、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されている状態においては、Ｙコンデンサ８４に含まれるコンデンサＣ３，Ｃ４の容量分だけ容量成分ＣＴが増加する。このため、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときの被検出システム９０のインピーダンスは、非接続時に比べて小さい。したがって、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときの電圧Ｖは、絶縁抵抗（抵抗成分ＲＴ）が同じであっても、非接続時よりも小さくなる。

そこで、この実施の形態１では、絶縁抵抗低下検出器５０からの電圧Ｖに基づいて絶縁抵抗の低下を検出するに際し、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときは、電圧Ｖに基づいて絶縁抵抗の低下を判定するための判定しきい値を非接続時よりも小さくすることとしたものである。これにより、絶縁抵抗の低下を正確に検出することが可能となる。

図５は、図３に示した絶縁抵抗低下検出器５０からの電圧Ｖに基づいて絶縁抵抗の低下を判定するための判定しきい値の設定の考え方を説明するための図である。図５を参照して、横軸は、電源装置１００の絶縁抵抗を示し、縦軸は、絶縁抵抗低下検出器５０からの電圧Ｖの波高値（以下「検出波高値」とも称する。）を示す。曲線ｋ１は、車外負荷８０が電源装置１００に接続されていないときの絶縁抵抗と検出波高値との関係を示し、曲線ｋ２は、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときの絶縁抵抗と検出波高値との関係を示す。上述のように、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときの検出波高値（曲線ｋ２）は、Ｙコンデンサ８４のコンデンサＣ３，Ｃ４の影響により、車外負荷８０が電源装置１００に接続されていないときの検出波高値（曲線ｋ１）よりも小さい。

絶縁抵抗がＲ１を下回った場合に異常検出をしたい場合、車外負荷８０が電源装置１００に接続されていないときの検出波高値の判定しきい値は、曲線ｋ１に基づいてＷｔｈ１に設定される。

しかしながら、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときに仮にこの判定しきい値Ｗｔｈ１を用いると、曲線ｋ２に基づいて、絶縁抵抗がＲ１よりも高いＲ２を下回った場合に異常検出されることとなり、過剰に異常検出されてしまう。

そこで、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときの検出波高値の判定しきい値を、曲線ｋ２に基づいて、絶縁抵抗Ｒ１に対応するＷｔｈ２に設定することとしたものである。これにより、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときにおいても、絶縁抵抗の低下を正確に検出できる。

なお、曲線ｋ２は、曲線ｋ１を基準にして、Ｙコンデンサ８４のコンデンサＣ３，Ｃ４に基づいて決定できる。したがって、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときの検出波高値の判定しきい値Ｗｔｈ２は、Ｙコンデンサ８４のコンデンサＣ３，Ｃ４に基づいて決定できる。

図６は、図１に示したＥＣＵ６０による絶縁抵抗の異常判定制御に関するフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼出されて実行される。

図６を参照して、ＥＣＵ６０は、コネクタ４０からの信号ＣＴに基づいて、車外負荷８０のコネクタ８２がコネクタ４０に接続されているか否かを判定する（ステップＳ１０）。ＥＣＵ６０は、信号ＣＴがＬレベルであり、車外負荷８０のコネクタ８２がコネクタ４０に接続されていないと判定すると（ステップＳ１０においてＮＯ）、絶縁抵抗の低下を判定するための検出波高値の判定しきい値をＷｔｈ１に設定する（ステップＳ２０）。

そして、ＥＣＵ６０は、絶縁抵抗低下検出器５０からの電圧Ｖに基づいて算出される検出波高値が判定しきい値Ｗｔｈ１を下回っているか否かを判定する（ステップＳ３０）。ＥＣＵ６０は、検出波高値が判定しきい値Ｗｔｈ１を下回っていると判定すると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、絶縁抵抗が低下していると判断し、走行モードを通常モードから退避走行モードに移行する（ステップＳ４０）。

ステップＳ３０において、検出波高値が判定しきい値Ｗｔｈ１以上であると判定されると（ステップＳ３０においてＮＯ）、ＥＣＵ６０は、絶縁抵抗の低下はみられないと判断し、走行モードを退避走行モードに移行することなく一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ１０において、信号ＣＴがＨレベルであり、車外負荷８０のコネクタ８２がコネクタ４０に接続されていると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ６０は、絶縁抵抗の低下を判定するための検出波高値の判定しきい値をＷｔｈ１よりも低いＷｔｈ２に設定する（ステップＳ５０）。

そして、ＥＣＵ６０は、検出波高値が判定しきい値Ｗｔｈ２を下回っているか否かを判定する（ステップＳ６０）。ＥＣＵ６０は、検出波高値が判定しきい値Ｗｔｈ２を下回っていると判定すると（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、絶縁抵抗が低下していると判断し、車両システムを遮断する（ステップＳ７０）。

一方、ステップＳ６０において、検出波高値が判定しきい値Ｗｔｈ２以上であると判定されると（ステップＳ６０においてＮＯ）、ＥＣＵ６０は、絶縁抵抗の低下はみられないと判断し、車両システムを遮断することなく一連の処理を終了する。

以上のように、この実施の形態１においては、車外負荷８０が電源装置１００に接続されていないときは、判定しきい値Ｗｔｈ１に基づいて絶縁抵抗低下の検出が行なわれる。一方、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときは、Ｙコンデンサ８４のコンデンサＣ３，Ｃ４が付加されることによるインピーダンスの低下を考慮し、判定しきい値Ｗｔｈ１よりも低い判定しきい値Ｗｔｈ２に基づいて絶縁抵抗低下の検出が行なわれる。したがって、この実施の形態１によれば、絶縁抵抗の低下を正確に検出することができる。

また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２に車外負荷８０が電気的に接続され、インバータ１０，２０を単相ＰＷＭインバータまたは単相ＰＷＭコンバータとして動作させることによって電源装置１００と車外負荷８０との間で電力の授受が行なわれるので、電源装置１００と車外負荷８０との間で電力の授受を行なうための専用のインバータおよびコンバータを要しない。

［実施の形態２］
車両の走行中（すなわち、車外負荷８０は電源装置１００に接続されていない状態）は、蓄電装置Ｂの充放電が頻繁に行なわれ、それに伴なって絶縁抵抗低下検出器５０からの電圧Ｖが変動する。一方、電源装置１００と車外負荷８０との間で電力の授受が行なわれているとき（すなわち、車外負荷８０は電源装置１００に接続されている状態）は、蓄電装置Ｂの充放電が走行中のように頻繁に行なわれるということはないので、電圧Ｖは安定している。

そこで、この実施の形態２では、電圧Ｖの変動による誤検出を防止するため、検出波高値の低下が所定時間継続した場合に絶縁抵抗の低下を確定する。そして、さらに、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときは、検出波高値が安定しているので、絶縁抵抗の低下を確定するための判定時間が非接続時よりも短く設定される。

この実施の形態２による電源装置の全体構成は、図１に示した実施の形態１による電源装置１００と同じである。

図７は、車外負荷８０が接続されていない車両走行中における検出波高値の時間的変化を示した図である。図７を参照して、車両走行中は、走行状態に応じて蓄電装置Ｂの充放電が頻繁に行なわれ、それに応じて蓄電装置Ｂの電圧が変動する。そして、絶縁抵抗低下検出器５０は、蓄電装置Ｂの負極が接続される接地ラインＳＬに接続されているので、蓄電装置Ｂの電圧変動に応じて絶縁抵抗低下検出器５０からの電圧Ｖも変動し、図７に示されるように、検出波高値も変動する。

そこで、この実施の形態２では、車外負荷８０が電源装置１００に接続されていないときは、検出波高値が判定しきい値Ｗｔｈ１を継続して判定時間ΔＴ１下回った場合、絶縁抵抗が低下しているものと判定される。

図８は、車外負荷８０が電気的に接続されている場合における検出波高値の時間的変化を示した図である。図８を参照して、車外負荷８０が電気的に接続されているときは、走行中のように蓄電装置Ｂの充放電が頻繁に行なわれることはないので、蓄電装置Ｂの電圧は安定し、その結果、検出波高値も安定している。

そこで、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときは、非接続時の上記判定時間ΔＴ１よりも短い判定時間ΔＴ２だけ検出波高値が判定しきい値Ｗｔｈ２を継続して下回った場合、絶縁抵抗が低下しているものと判定される。これにより、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときに異常検出に要する時間が短縮される。

図９は、この実施の形態２におけるＥＣＵ６０による絶縁抵抗の異常判定制御に関するフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼出されて実行される。

図９を参照して、このフローチャートは、図６に示したフローチャートにおいて、ステップＳ２５，Ｓ５５をさらに含み、ステップＳ３０，Ｓ６０に代えてステップＳ３５，Ｓ６５をさらに含む。すなわち、ステップＳ２０において、絶縁抵抗の低下を判定するための検出波高値の判定しきい値がＷｔｈ１に設定されると、ＥＣＵ６０は、絶縁抵抗の低下を確定するための判定時間をΔＴ１に設定する（ステップＳ２５）。

そして、ＥＣＵ６０は、絶縁抵抗低下検出器５０からの電圧Ｖに基づいて算出される検出波高値が判定しきい値Ｗｔｈ１を下回っている状態が判定時間ΔＴ１以上継続しているか否かを判定する（ステップＳ３５）。ＥＣＵ６０は、検出波高値が判定しきい値Ｗｔｈ１を下回っている状態が判定時間ΔＴ１以上継続したと判定すると（ステップＳ３５においてＹＥＳ）、絶縁抵抗の低下を確定し、走行モードを通常モードから退避走行モードに移行する（ステップＳ４０）。

ステップＳ３５において、検出波高値が判定しきい値Ｗｔｈ１を下回っている状態が判定時間ΔＴ１以上継続していないと判定されると（ステップＳ３５においてＮＯ）、ＥＣＵ６０は、絶縁抵抗の低下はみられないと判断し、走行モードを退避走行モードに移行することなく一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ５０において、絶縁抵抗の低下を判定するための検出波高値の判定しきい値がＷｔｈ２に設定されると、ＥＣＵ６０は、絶縁抵抗の低下を確定するための判定時間をΔＴ１よりも短いΔＴ２に設定する（ステップＳ５５）。

そして、ＥＣＵ６０は、検出波高値が判定しきい値Ｗｔｈ２を下回っている状態が判定時間ΔＴ２以上継続しているか否かを判定する（ステップＳ６５）。ＥＣＵ６０は、検出波高値が判定しきい値Ｗｔｈ２を下回っている状態が判定時間ΔＴ２以上継続したと判定すると（ステップＳ６５においてＹＥＳ）、絶縁抵抗の低下を確定し、車両システムを遮断する（ステップＳ７０）。

ステップＳ６５において、検出波高値が判定しきい値Ｗｔｈ２を下回っている状態が判定時間ΔＴ２以上継続していないと判定されると（ステップＳ６５においてＮＯ）、ＥＣＵ６０は、絶縁抵抗の低下はみられないと判断し、車両システムを遮断することなく一連の処理を終了する。

以上のように、この実施の形態２においては、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときは、絶縁抵抗低下検出器５０からの電圧Ｖの検出波高値が非接続時に比べて安定することを考慮し、絶縁抵抗の低下を確定するための判定時間ΔＴ２が非接続時における判定時間ΔＴ１よりも短く設定される。したがって、この実施の形態１によれば、車外負荷８０が電源装置１００に電気的に接続されているときに絶縁抵抗低下の異常が発生した場合、その異常を早期に検出することができる。

なお、上記の各実施の形態１，２においては、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２を介して車外負荷８０と電源装置１００との間で電力の授受を行なうものとしたが、車外負荷８０と電源装置１００との間で電力の授受を行なうための専用のインバータおよびコンバータを備えたシステムにおいても、この発明は適用可能である。

また、上記においては、蓄電装置Ｂは、二次電池としたが、二次電池に代えて燃料電池（Fuel Cell）であってもよい。そして、上記においては、電源装置１００は、ハイブリッド自動車に搭載されるものとしたが、この発明の適用範囲は、ハイブリッド自動車に搭載された電源装置に限定されず、電気自動車や燃料電池車に搭載されるものであってもよい。

また、上記において、蓄電装置Ｂからの直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧をインバータ１０，２０へ供給する昇圧コンバータを蓄電装置Ｂとインバータ１０，２０との間に備えてもよい。

なお、上記において、インバータ１０，２０、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびＥＣＵ６０は、この発明における「電力変換装置」を形成し、絶縁抵抗低下検出器５０およびＥＣＵ６０は、この発明における「検出手段」を形成する。また、車外負荷８０およびＹコンデンサ８４は、この発明における「車両外部の負荷」を形成し、ステップＳ７０においてＥＣＵ６０により実行される処理は、この発明における「電動車両のシステムを遮断する手段」により実行される処理に対応する。さらに、Ｙコンデンサ８４は、この発明における「ラインバイパスコンデンサ」に対応する。

また、さらに、抵抗素子ＲＤは、この発明における「抵抗素子」に対応し、方形波発生器５２は、この発明における「電圧発生装置」に対応する。また、さらに、コンデンサＣＤは、この発明における「容量素子」に対応し、電圧センサ５４は、この発明における「電圧検出装置」に対応する。また、さらに、ステップＳ２０およびＳ５０においてＥＣＵ６０により実行される処理は、この発明における「設定部」により実行される処理に対応し、ステップＳ３０，Ｓ６０，Ｓ３５およびＳ６５においてＥＣＵ６０により実行される処理は、この発明における「判定部」により実行される処理に対応する。

また、さらに、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれこの発明における「第１および第２の交流電動機」に対応し、インバータ１０，２０は、それぞれこの発明における「第１および第２のインバータ」に対応する。また、さらに、ＥＣＵ６０は、この発明における「インバータ制御装置」に対応し、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２、リレー回路３０およびコネクタ４０は、この発明における「接続装置」を形成する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による電源装置の全体ブロック図である。図１に示すインバータおよびモータジェネレータのゼロ相等価回路を示した図である。図１に示す絶縁抵抗低下検出器の構成を示した図である。図３に示す絶縁抵抗低下検出器による絶縁抵抗の検出原理を説明するための図である。図３に示す絶縁抵抗低下検出器からの電圧に基づいて絶縁抵抗の低下を判定するための判定しきい値の設定の考え方を説明するための図である。図１に示すＥＣＵによる絶縁抵抗の異常判定制御に関するフローチャートである。車外負荷が接続されていない車両走行中における検出波高値の時間的変化を示した図である。車外負荷が電気的に接続されている場合における検出波高値の時間的変化を示した図である。この実施の形態２におけるＥＣＵによる絶縁抵抗の異常判定制御に関するフローチャートである。

符号の説明

２，４３相コイル、１０，２０インバータ、１０Ａ，２０Ａ上アーム、１０Ｂ，２０Ｂ下アーム、１２，２２Ｕ相アーム、１４，２４Ｖ相アーム、１６，２６Ｗ相アーム、３０リレー回路、４０，８２コネクタ、５０絶縁抵抗低下検出器、５２方形波発生器、５４電圧センサ、６０ＥＣＵ、７０ボディアース、８０車外負荷、８４Ｙコンデンサ、８６アース、９０被検出システム、１００電源装置、Ｂ蓄電装置、Ｃ平滑コンデンサ、Ｃ１，Ｃ２容量、Ｃ３，Ｃ４コンデンサ、ＰＬ，ＥＬ１，ＥＬ２電源ライン、ＳＬ接地ライン、Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６パワートランジスタ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ダイオード、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２中性点、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ＡＣライン、ＲＹ１，ＲＹ２リレー、ＲＤ抵抗素子、ＣＤコンデンサ、ＲＴ抵抗成分、ＣＴ容量成分。

Claims

電動車両に搭載される電源装置であって、
蓄電装置と、
前記蓄電装置と車両外部の負荷との間で電力を授受可能なように構成された電力変換装置と、
当該電源装置の絶縁抵抗の低下を検出する検出手段とを備え、
前記検出手段は、前記負荷が前記電力変換装置に接続されているとき、前記絶縁抵抗の低下を検出するための判定しきい値を非接続時よりも低く設定する、電源装置。
前記負荷が前記電力変換装置に接続されているときの判定しきい値は、前記負荷の容量に基づいて決定される、請求項１に記載の電源装置。
前記検出手段は、前記負荷が前記電力変換装置に接続されているとき、前記絶縁抵抗の低下を確定するための判定時間を非接続時よりも短く設定する、請求項１または請求項２に記載の電源装置。
前記負荷が前記電力変換装置に接続されているときに前記絶縁抵抗の低下が検出されると、前記電動車両のシステムを遮断する手段をさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電源装置。
前記負荷は、前記電力変換装置に接続される電力線対とアースとの間に接続されるラインバイパスコンデンサを含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電源装置。
前記検出手段は、
所定の抵抗値を有する抵抗素子と、
前記抵抗素子と車両アースとの間に接続され、所定の周波数を有する電圧を発生する電圧発生装置と、
前記抵抗素子と当該電源装置の電力線との間に接続される容量素子と、
前記抵抗素子と前記容量素子との間の電圧を検出する電圧検出装置、
前記判定しきい値を設定する設定部と、
前記電圧検出装置によって検出された電圧および前記設定部によって設定された判定しきい値に基づいて、前記絶縁抵抗の低下を判定する判定部とを含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電源装置。
前記電力変換装置は、
星形結線された多相巻線を固定子巻線として各々が含む第１および第２の交流電動機と、
前記第１および第２の交流電動機にそれぞれ対応して設けられ、前記蓄電装置と電力を授受する第１および第２のインバータと、
前記第１および第２のインバータを制御するインバータ制御装置と、
前記蓄電装置と前記負荷との間で電力の授受が行なわれるときに前記負荷を前記多相巻線の中性点に接続するための接続装置とを含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電源装置。