説明

地絡検知方法および地絡検知装置

【課題】小型化を図ることが可能な地絡検知方法および地絡検知装置を提供する。
【解決手段】電気回路の地絡が発生した際に逆方向の電圧が印加されるように高圧バッテリ4の高電位ライン10と車体GND8との間に第1検知抵抗13とショットキーバリアダイオード12の直列接続回路をショットキーバリアダイオード12に対し逆方向の電圧が印加されるように切替スイッチ27を介して接続するとともに、低電位ライン16と車体GNDとの間にも同様に第2検知抵抗19とショットキーダイオード18の直列接続回路を接続する。切替スイッチにより高電位ライン10側、低電位ライン16側に切替接続し、ショットキーダイオード12,18に流れるリーク電流を第1、第2電圧センサ25,26で検出し、該リーク電流の検出結果に基づき制御判定部30において電気回路の地絡を判定、検知する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、電気回路の地絡検知方法および地絡検知装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、車両に搭載された高圧直流電源のプラス側およびマイナス側に保護抵抗および漏電検出抵抗を設けて、各漏電検出抵抗の一端を車体に対して選択的に接地し、漏電検出抵抗の両端電圧または電流の計測値と高圧直流電源の電圧値とから漏電の有無を判定する漏電検出装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第2838462号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、従来の地絡検出装置においては漏電検出抵抗への電流を制限するために比較的高抵抗且つ高耐圧の保護抵抗を用いる必要がある。このため保護抵抗が大型化して装置の小型化が困難になっているという課題がある。
【0005】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、装置の小型化を図ることが可能な地絡検知方法および地絡検知装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、電気回路(例えば、実施形態における電気回路2)が地絡したことを検知する地絡検知方法であって、前記電気回路が地絡した際に逆方向の電圧が印加される向きで前記電気回路と接地(例えば、実施形態における車体GND8)との間に接続されたショットキーバリアダイオード(例えば、実施形態における第1ショットキーバリアダイオード12、第2ショットキーバリアダイオード18)のリーク電流を検出し、該リーク電流の検出結果に基づき前記電気回路の地絡を検知することを特徴とする。
【0007】
請求項2に記載した発明は、電気回路の地絡を検知する地絡検知装置において、前記電気回路と接地(例えば、実施形態における車体GND8)との間に地絡検出手段(例えば、実施形態における第1検知抵抗13、第1電圧センサ25、第2検知抵抗19、第2電圧センサ26、切替スイッチ27、および制御判定部30により構成される)を設け、該地絡検出手段には、前記電気回路の地絡発生時に逆方向の電圧が印加される向きでショットキーバリアダイオード(例えば、実施形態における第1ショットキーバリアダイオード12、第2ショットキーバリアダイオード18)を直列に接続して設け、前記地絡検出手段は、前記ショットキーバリアダイオードのリーク電流を検出し、該リーク電流の検出結果に基づき前記電気回路の地絡を検知することを特徴とする。
【0008】
請求項3に記載した発明は、請求項2に記載の発明において、前記電気回路は直流回路であって、前記直流回路の高電位側ライン(例えば、実施形態におけるプラスライン10)にカソードが接続された第1ショットキーバリアダイオード(例えば、実施形態における第1ショットキーバリアダイオード12)と、前記直流回路の低電位側ライン(例えば、実施形態におけるマイナスライン16)にアノードが接続された第2ショットキーバリアダイオード(例えば、実施形態における第2ショットキーバリアダイオード18)とを備え、前記地絡検出手段は、前記第1ショットキーバリアダイオードと直列に接続される第1検知抵抗(例えば、実施形態における第1検知抵抗13)と、前記第2ショットキーバリアダイオードと直列に接続される第2検知抵抗(例えば、実施形態における第2検知抵抗19)と、前記第1検知抵抗と前記第1ショットキーバリアダイオードとが直列接続された回路(例えば、実施形態におけるプラス側検知回路22)および前記第2検知抵抗側と前記第2ショットキーバリアダイオードとが直列接続された回路(例えば、実施形態におけるマイナス側検知回路23)を交互に接地へ接続する切替スイッチ(例えば、実施形態における切替スイッチ27)とを備えることを特徴とする。
【0009】
請求項4に記載した発明は、請求項2に記載の発明において、前記電気回路は交流回路であって、該交流回路の各相のライン(例えば、実施形態におけるU相ラインLu、V相ラインLv、w相ラインLw)と接地との間にショットキーバリアダイオード(例えば、実施形態におけるショットキーバリアダイオード40u,40v,40w)を設け、前記地絡検出手段は、前記ショットキーバリアダイオードと直列接続される検知抵抗(例えば、実施形態における検知抵抗41u,41v,41w)を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
請求項1に記載した発明によれば、電気回路が地絡した場合にショットキーバリアダイオードに逆方向の電圧が印加されてリーク電流が流れるため、このリーク電流を利用することで、従来の高耐圧・高抵抗の保護抵抗を用いて電流を制限する場合と同様に、地絡検出に用いる電流値を比較的小さく制限することができ、したがって、従来の保護抵抗と比較してより小型なショットキーバリアダイオードを用いる分だけ装置の小型化を図ることができる効果がある。
【0011】
請求項2に記載した発明によれば、地絡検出手段にショットキーバリアダイオードを直列接続することで、電気回路が地絡した際に、地絡箇所から接地を介して地絡検出手段およびショットキーバリアダイオードを経由して電気回路に至る閉回路が形成され、ショットキーバリアダイオードに逆方向の電圧が印加されてリーク電流が流れるので、このリーク電流が地絡検出手段に検知されて電気回路の地絡を検知することができる。したがって、従来の高耐圧・高抵抗の保護抵抗を用いて電流を制限する場合と同様に、地絡検出に用いる電流値を比較的小さく制限しつつ、従来の保護抵抗と比較してより小型なショットキーバリアダイオードを用いる分だけ装置の小型化を図ることができる効果がある。
【0012】
請求項3に記載した発明によれば、請求項2に記載の発明において、電気回路が直流回路である場合に、切替スイッチにより第1検知抵抗側の回路と第2検知抵抗側の回路とを切替えて、直流回路の高電位側の地絡と低電位側の地絡とを交互に検知することができるため、常に第1検知抵抗側の回路と第2検知抵抗側の回路とを接地に接続する場合と比較して、地絡検知による無駄な電力消費を抑制することができる効果がある。
【0013】
請求項4に記載した発明によれば、請求項2に記載の発明において、交流回路においても同様にショットキーバリアダイオードのリーク電流に基づき地絡検知を行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施形態における地絡検知装置の適用箇所を示す回路図である。
【図2】本発明の実施形態におけるショットキーバリアダイオード周辺の拡大図である。
【図3】本発明の実施形態におけるプラスライン地絡時の電流の流れを説明する図である。
【図4】本発明の実施形態におけるマイナスライン地絡時の電流の流れを説明する図である。
【図5】本発明の他の実施例における図1に相当する回路図である。
【図6】本発明の他の実施例における図2に相当する回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
次に、この発明の実施形態における地絡検知方法および地絡検知装置について図面を参照しながら説明する。
図1は、この実施形態の地絡検知装置1により地絡検知が行われる電気回路2の回路構成を示している。この電気回路2は、例えばハイブリッド自動車等の車両の駆動用のモータ3へ電力を供給する回路であって、直流電源である高圧バッテリ4と、DC−DCコンバータ5と、PDU(Power Drive Unit)6とをそれぞれ備えている。
【0016】
DC−DCコンバータ5は、車両の制御装置(不図示)からの制御信号に基づき駆動され、モータ3の駆動時には高圧バッテリ4の端子間電圧を所定の電圧値まで昇圧してPDU6へ供給すると共に、モータ3の回生作動時にはPDU6の直流の端子間電圧を降圧して高圧バッテリ4を充電する。
【0017】
PDU6は、例えばDCブラシレスモータ等のモータ3を駆動する駆動回路としてパルス幅変調(PWM)によるPWMインバータなどを備え、車両の制御装置から出力されるPWM信号に応じて、DC−DCコンバータ5から出力される直流電力を3相交流電力に変換し、3相のステータ巻線への通電を順次転流させることで、各相のステータ巻線に交流の3相電流を通電する。一方、例えばモータ3の回生作動時には、モータ3から出力される3相交流電力を直流電力に変換してDC−DCコンバータ5へ出力して高圧バッテリ4の充電を行う。
【0018】
図2は、上述した電気回路2と、車両の基準電位(グラウンド)として利用される車体(以下、車体GNDと称す)8との間に設けられた地絡検知装置1の回路構成を示している。なお、この地絡検知装置1は、高圧バッテリ4とDC−DCコンバータ5との間の電気回路、および、DC−DCコンバータ5とPDU6との間の電気回路(図1中、二点鎖線で囲んだ2箇所の回路)のうち少なくとも何れか一方に設けられる。この実施形態では高圧バッテリ4とDC−DCコンバータ5との間に地絡検知装置1が配置される場合を一例に説明する。
【0019】
高圧バッテリ4のプラス端子9に接続されたプラスライン10と車体GND8との間には、第1ショットキーバリアダイオード12と地絡検知手段を構成する第1検知抵抗13とが直列に接続されている。また高圧バッテリ4のマイナス端子15に接続されたマイナスライン16と車体GND8との間には、第2ショットキーバリアダイオード18と地絡検知手段を構成する第2検知抵抗19とが直列に接続されている。
【0020】
第1ショットキーバリアダイオード12の向きは、プラスライン10側がカソード、車体GND8側がアノードとなっており、第2ショットキーバリアダイオード18の向きは、マイナスライン16側がアノード、車体GND8側がカソードとなっている。つまり、第1ショットキーバリアダイオード12および第2ショットキーバリアダイオード18は、電気回路2の高電位側にカソード、低電位側にアノードが配置されたいわゆる逆方向の接続になっている。これら第1ショットキーバリアダイオード12および第2ショットキーバリアダイオード18は、ともにSiC(シリコンカーバイト)等のワイドギャップ半導体を用いて形成されたものであり高耐圧という優れた特性を有している。
【0021】
第1ショットキーバリアダイオード12および第1検知抵抗13が直列接続された回路部分(以下、単にプラス側検知回路と称す)22と、第2ショットキーバリアダイオード18および第2検知抵抗19が直列接続された回路部分(以下、単にマイナス側検知回路と称す)23との車体GND8側には、これらプラス側検知回路22およびマイナス側検知回路23を交互に車体GND8に接続する単極双投タイプの切替スイッチ27が介装されている。この切替スイッチ27は、車両に搭載された電子制御装置(不図示)の一部を構成する制御判定部30の制御信号に従って一定周期で切り替わるようになっている。
【0022】
また第1検知抵抗13と第2検知抵抗19とは、それぞれに流れる電流を電圧変換するいわゆるシャント抵抗として機能するため、比較的低い抵抗値(例えば、1Ω程度)を有し、第1検知抵抗13にはその端子間電圧を測定する第1電圧センサ25が取り付けられ、第2検知抵抗19にはその端子間電圧を測定する第2電圧センサ26が取り付けられている。これら第1電圧センサ25および第2電圧センサ26により測定された結果は制御判定部30に入力される。
【0023】
制御判定部30は、切替スイッチ27の切替制御を行い、プラス側検知回路22が車体GND8に接続されるタイミングで第1電圧センサ25により測定された結果に基づいて電気回路2のマイナスライン16の地絡を検知する。また、制御判定部30は、マイナス側検知回路23が車体GND8に接続されるタイミングで第2電圧センサ26により測定された結果に基づいて電気回路2のプラスライン10の地絡を検知する。より具体的には、制御判定部30は、例えば第1電圧センサ25により測定された電圧が予め設定された所定の電圧値よりも大きい場合にマイナスライン16の地絡を検知し、第2電圧センサ26により測定された電圧が予め設定された所定の電圧値よりも大きい場合にプラスライン10の地絡を検知する。そして、地絡を検知すると、車両のインスツルメントパネルに配置される警告灯等による報知制御を行う。なお、上述した第1検知抵抗13、第2検知抵抗19、第1電圧センサ25、第2電圧センサ26、切替スイッチ27、および、制御判定部30によって地絡検知手段が構成されている。
【0024】
この実施形態の地絡検知装置1は上述した構成を備えており、次に、この地絡検知装置1の動作について図3、図4を参照しながら説明する。なお、図3、図4において地絡箇所tを等価的に地絡抵抗(図2中、破線で示す)および車体GND8とで示している。
ここで、プラスライン10およびマイナスライン16の何れにも地絡が生じていない正常状態の場合には、上述したプラス側検知回路22およびマイナス側検知回路23はそれぞれ閉回路を形成しないため高圧バッテリ4の電流が回り込むことは無く、回路電流が略ゼロの状態になっている。なお、図示都合上、図3、図4では制御判定部30を省略している。
【0025】
図3に示すように、マイナスライン16が車体GND8に地絡した場合、地絡箇所tが切替スイッチ27に接続されている車体GND8と電気的に接続されるため、切替スイッチ27がプラス側検知回路22に接続されている間、高圧バッテリ4のプラス端子9から、プラスライン10、第1ショットキーバリアダイオード12、第1検知抵抗13、切替スイッチ27、車体GND8、地絡箇所t、および、マイナスライン16を経由して高圧バッテリ4のマイナス端子15へ至る閉回路が形成される。すると、第1ショットキーバリアダイオード12に、主に高圧バッテリ4の端子電圧に起因する逆電圧が印加されて、上記閉回路に第1ショットキーバリアダイオード12のリーク電流分だけ回路電流が流れる。そして、このリーク電流が第1検知抵抗13を流れることで、第1電圧センサ25により測定される第1検知抵抗13の端子間電圧が上昇して所定の電圧値を超えるため、制御判定部30によって地絡が検知されることとなる。
【0026】
一方、図4に示すように、プラスライン10が車体GND8に地絡した場合、地絡箇所tが切替スイッチ27に接続されている車体GND8と電気的に接続されるため、切替スイッチ27がマイナス側検知回路23に接続されている間、高圧バッテリ4のプラス端子9から、プラスライン10、地絡箇所t、車体GND8、切替スイッチ27、第2検知抵抗19、第2ショットキーバリアダイオード18、および、マイナスライン16を経由して高圧バッテリ4のマイナス端子15へ至る閉回路が形成される。すると、第2ショットキーバリアダイオード18に、主に高圧バッテリ4の端子電圧に起因する逆電圧が印加されて、上記閉回路に第2ショットキーバリアダイオード18のリーク電流分だけ回路電流が流れる。このリーク電流が第2検知抵抗19を流れることで、第1電圧センサ25により測定される第2検知抵抗19の端子間電圧が上昇して所定の電圧値を超えるため、制御判定部30によって地絡が検知されることとなる。
【0027】
したがって、上述した実施形態における地絡検知装置1によれば、第1検知抵抗13に第1ショットキーバリアダイオード12を直列接続し、第2検知抵抗19に第2ショットキーバリアダイオード18を直列接続することで、電気回路2が車体GND8へ地絡した際に、地絡箇所tから車体GND8を介して第1検知抵抗13に直列接続された第1ショットキーバリアダイオード12、または、第2検知抵抗19に直列接続された第2検知抵抗19を経由する閉回路が形成されて、第1ショットキーバリアダイオード12または第2ショットキーバリアダイオード18に逆方向の電圧が印加されてリーク電流が流れ、このリーク電流が第1検知抵抗13または第2検知抵抗19に流れてその端子電圧が上昇すると制御判定部30により電気回路2の地絡が検知されるため、従来の高耐圧・高抵抗の保護抵抗を用いて電流を制限する場合と同様に、地絡検出に用いる電流値を比較的小さく制限しつつ、従来の保護抵抗と比較してより小型なショットキーバリアダイオードを用いる分だけ装置の小型化を図ることができる。
【0028】
また、切替スイッチ27により第1検知抵抗13側のプラス側検知回路22と第2検知抵抗19側のマイナス側検知回路23とを交互に切替えて、直流回路のプラスライン10の地絡とマイナスライン16の地絡とを交互に検知することができるため、常にプラス側検知回路22とマイナス側検知回路23とを車体GND8に接続させる場合と比較して、地絡検知による無駄な電力消費を抑制することができる。
【0029】
なお、上述した実施形態の地絡検知装置1は、電気回路2の直流回路の地絡を検知する一例を示していたが、この構成に限られず、図5に示すPDU6とモータ3との間の電気回路のような交流回路にも適用することができる。以下、この発明の他の実施例について図5,6を参照しながら説明する。
図5、図6に示すようにPDU6は、U相ラインLu、V相ラインLvおよびW相ラインLwからなる3相交流電力を供給するための交流回路(図5中、二点鎖線で示す回路)を介してDCブラシレスモータなどのモータ3に接続されている。
【0030】
これらU相ラインLuと車体GND8との間には、ショットキーバリアダイオード40uと検知抵抗41uとが直列接続され、V相ラインLvと車体GND8との間には、ショットキーバリアダイオード40vと検知抵抗41vとが直列接続され、W相ラインLwと車体GND8との間には、ショットキーバリアダイオード40wと検知抵抗41wとが直列接続されてそれぞれ設けられている。そして、各相の検知抵抗41u,41v,41wには両端電圧を測定する電圧センサ42u,42v,42wがそれぞれ取り付けられ、これら電圧センサ42u,42v,42wの測定結果が上述した実施形態の制御判定部30の場合と同様の検知制御判定部(不図示)に入力される。そして、これら電圧センサ42u,42v,42wの測定結果に基づいて検知制御判定部により各相ラインLu,Lv,Lwの地絡が検知される。なお、上述した検知制御判定部は、上述した制御判定部30から切替スイッチ27の切替制御を行う機能を省いたものである。そして、上述した検知抵抗41u,41v,41wと検知制御判定部とにより地絡検知手段が構成される。
【0031】
U相ラインLu、V相ラインLvおよびW相ラインLwのうち、U相ラインLuに地絡が発生した場合を一例に説明すると、地絡箇所t(不図示)を介してV相やW相に設けられたショットキーバリアダイオード40v,40wに逆電圧が印加される。そして、これらショットキーバリアダイオード40v,40wのリーク電流がU相やW相の検知抵抗41v,41wを流過した後、U相ラインLuの地絡箇所tからPDU6にリターンされることとなる。そして、リーク電流の流過により検知抵抗41v,41wの端子電圧が上昇し、この端子電圧の上昇が電圧センサ42v,42wを介して検知制御判定部へ入力されて、検知制御判定部によって地絡が検知される。なお、V相ラインLvに地絡が発生した場合、およびW相ラインLwに地絡が発生した場合の作用についてはU相、V相、W相がそれぞれ入れ替わるだけであり上述したU相ラインLuの場合と同様な作用になる。
【0032】
したがって、上述した他の実施例によれば、交流回路の地絡を検知する場合に、ショットキーバリアダイオード40u,40v,40wにより比較的小さいリーク電流を検知抵抗41u,41v,41wに流すことができるため、上述した直流回路の地絡検知と同様に、リーク電流による電圧降下に基づき各相ラインLu,Lv,Lwの地絡を検知することができる。
【0033】
なお、上述した実施形態および他の実施例では、地絡検知装置を自動車等の車両に搭載された電気回路に適用し、車体GNDへの地絡を検知する場合について説明したが、この発明の地絡検知装置を、車載された電気回路以外の各種電気回路に適用してもよい。この場合、地絡検知装置により、電気回路が設けられた装置の筐体などへ電気回路が地絡したことを検出することができる。
【符号の説明】
【0034】
2 電気回路
8 車体GND(車体)
10 プラスライン(高電位側ライン)
12 第1ショットキーバリアダイオード(ショットキーバリアダイオード)
13 第1検知抵抗(地絡検出手段)
16 マイナスライン(低電位側ライン)
18 第2ショットキーバリアダイオード(ショットキーバリアダイオード)
19 第2検知抵抗(地絡検出手段)
22 プラス側検知回路(第1検知抵抗側の回路)
23 マイナス側検知回路(第2検知抵抗側の回路)
25 第1電圧センサ(地絡検出手段)
26 第2電圧センサ(地絡検出手段)
27 切替スイッチ(地絡検出手段)
30 制御判定部(地絡検出手段)
40u,40v,40w ショットキーバリアダイオード
41u,41v,41w 検知抵抗
Lu U相ライン(各相のライン)
Lv V相ライン(各相のライン)
Lw W相ライン(各相のライン)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気回路が地絡したことを検出する地絡検知方法であって、
前記電気回路が地絡した際に逆方向の電圧が印加される向きで前記電気回路と接地との間に接続されたショットキーバリアダイオードのリーク電流を検出し、該リーク電流の検出結果に基づき前記電気回路の地絡を検知することを特徴とする地絡検知方法。
【請求項2】
電気回路の地絡を検知する地絡検知装置において、
前記電気回路と接地との間に地絡検出手段を設け、
該地絡検出手段には、前記電気回路の地絡発生時に逆方向の電圧が印加される向きでショットキーバリアダイオードを直列に接続して設け、
前記地絡検出手段は、前記ショットキーバリアダイオードのリーク電流を検出し、該リーク電流の検出結果に基づき前記電気回路の地絡を検知することを特徴とする地絡検知装置。
【請求項3】
前記電気回路は直流回路であって、
前記直流回路の高電位側ラインにカソードが接続された第1ショットキーバリアダイオードと、
前記直流回路の低電位側ラインにアノードが接続された第2ショットキーバリアダイオードとを備え、
前記地絡検出手段は、
前記第1ショットキーバリアダイオードと直列に接続される第1検知抵抗と、
前記第2ショットキーバリアダイオードと直列に接続される第2検知抵抗と、
前記第1検知抵抗と前記第1ショットキーバリアダイオードとが直列接続された回路および前記第2検知抵抗側と前記第2ショットキーバリアダイオードとが直列接続された回路を交互に接地へ接続する切替スイッチとを備えることを特徴とする請求項2に記載の地絡検知装置。
【請求項4】
前記電気回路は交流回路であって、
該交流回路の各相のラインと接地との間にショットキーバリアダイオードを設け、
前記地絡検出手段は、前記ショットキーバリアダイオードと直列接続される検知抵抗を備えることを特徴とする請求項2に記載の地絡検知装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2011−203187(P2011−203187A)
【公開日】平成23年10月13日(2011.10.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−72669(P2010−72669)
【出願日】平成22年3月26日(2010.3.26)
【出願人】(000005326)本田技研工業株式会社 (23,863)
【Fターム(参考)】