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JP6710621B2 - Ground fault detection circuit Reverse voltage protection circuit - Google Patents

Ground fault detection circuit Reverse voltage protection circuit Download PDF

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JP6710621B2 JP2016212448A JP2016212448A JP6710621B2 JP 6710621 B2 JP6710621 B2 JP 6710621B2 JP 2016212448 A JP2016212448 A JP 2016212448A JP 2016212448 A JP2016212448 A JP 2016212448A JP 6710621 B2 JP6710621 B2 JP 6710621B2
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Description

本発明は、地絡検出回路および電源装置に関する。 The present invention relates to a ground fault detection circuit and a power supply device.

一般的に電気自動車、燃料電池車、ハイブリッド電気自動車は、高電圧バッテリに接続された高電圧電源部と車体間が絶縁されている。高電圧電源部に地絡が発生すると、感電の危険が高くなるため地絡による感電防止を目的に高電圧電源部の地絡を検出する回路が必要とされる。 Generally, in an electric vehicle, a fuel cell vehicle, and a hybrid electric vehicle, a high-voltage power supply unit connected to a high-voltage battery is insulated from a vehicle body. When a ground fault occurs in the high-voltage power supply unit, the risk of electric shock increases. Therefore, a circuit for detecting the ground fault of the high-voltage power supply unit is required for the purpose of preventing electric shock due to the ground fault.

たとえば、高電圧電源部と車体の地絡判定を行う地絡検出装置としては、下記の特許文献1に記載されているような地絡検出装置が知られている。
特許文献1では入力用カップリングコンデンサの一端側に高電圧電源の出力端子を接続し、カップリングコンデンサの他端側となる測定点に、パルス信号を印加し、測定点に発生する電圧値を検出して、高電圧電源の地絡の判定を行っている。
For example, as a ground fault detection device that determines a ground fault between a high voltage power supply unit and a vehicle body, a ground fault detection device as described in Patent Document 1 below is known.
In Patent Document 1, an output terminal of a high-voltage power supply is connected to one end side of an input coupling capacitor, a pulse signal is applied to a measurement point on the other end side of the coupling capacitor, and the voltage value generated at the measurement point is measured. It is detected and the ground fault of the high voltage power supply is judged.

特開2006−177840号公報JP, 2006-177840, A

地絡検出回路に使用される入力用カップリングコンデンサは数百Vの高電圧バッテリに接続されるため高耐圧かつ地絡有無で出力電圧差が大きくなるよう高容量のコンデンサが用いられる。そのため主に電解コンデンサが主に使用される。 Since the input coupling capacitor used in the ground fault detection circuit is connected to a high voltage battery of several hundreds of volts, a high capacity capacitor is used so that the output voltage difference becomes large depending on the presence or absence of a ground fault. Therefore, electrolytic capacitors are mainly used.

この地絡検出回路は高電圧バッテリの+側もしくは−側に接続され、地絡検出回路端子は低圧−高圧間の絶縁、耐圧に関する試験などで正負両極の数百〜数kVの高電圧が印加される場合がある。また地絡検出回路端子は誤接続などにより本来接続されるべき高電圧バッテリ側と逆に接続され可能性もあるため地絡検出回路の電解コンデンサは正負両極の高い耐圧をもつ必要がある。 This ground fault detection circuit is connected to the + side or − side of the high voltage battery, and the ground fault detection circuit terminal is applied with a high voltage of several hundred to several kV of both positive and negative poles in a test regarding insulation between low voltage and high voltage and withstand voltage. May be done. Further, the ground fault detection circuit terminal may be connected reversely to the high voltage battery side which should be originally connected due to an incorrect connection or the like, so that the electrolytic capacitor of the ground fault detection circuit needs to have a high withstand voltage of both positive and negative polarities.

正電圧に対して電解コンデンサは数V〜数百Vの耐性を有する一方、逆電圧に対しては一般的に1V程度であり逆電圧耐性は非常に弱い。電解コンデンサに逆耐圧以上の電圧が印加された場合、電流が流れ、内部化学反応によりガスが発生し、電解コンデンサの劣化を引き起こす可能性がある。つまり、地絡検出回路の入力用カップリングコンデンサに使用される電解コンデンサは逆電圧に対する保護が必要である。 The electrolytic capacitor has a resistance of several volts to several hundreds of volts against a positive voltage, while it has a resistance to a reverse voltage of about 1 V in general, and the reverse voltage resistance is very weak. When a voltage higher than the reverse withstand voltage is applied to the electrolytic capacitor, a current flows and gas is generated due to an internal chemical reaction, which may cause deterioration of the electrolytic capacitor. That is, the electrolytic capacitor used as the input coupling capacitor of the ground fault detection circuit needs protection against reverse voltage.

本発明に係る地絡検出回路は、高電圧バッテリの地絡を検出する地絡検出回路であって、交流信号を発生させる交流信号発生部と、極性を有し、前記交流信号発生部と前記高電圧バッテリの一端側との間に設けられた入力用容量性素子と、前記高電圧バッテリの一端側の電圧を分圧する分圧回路と、入力される地絡検出信号に基づいて、前記高電圧バッテリの地絡を検出する地絡検出部と、前記分圧回路と前記地絡検出部との間に設けられ、前記分圧回路により分圧された前記高電圧バッテリの一端側の電圧の交流成分を前記地絡検出信号として前記地絡検出部へ入力するための検出用容量性素子と、前記入力用容量性素子を複数個直列に接続するとともに当該複数個の入力用容量性素子の容量バラツキを抑制する複数のバイアス抵抗と前記入力用容量性素子の逆電圧保護回路として機能する複数のダイオードとにより構成される交流信号伝達回路部と、を備え、前記複数個の入力用容量性素子は、前記極性が第1の向きに接続された入力用容量性素子からなる第1の容量性素子群と、前記極性が前記第1の向きとは反対の第2の向きに接続された入力用容量性素子からなる第2の容量性素子群と、を含み、前記複数のダイオードは、前記第1の容量性素子群に属する各入力用容量性素子とそれぞれ逆接続されたダイオードからなる第1のダイオード群と、前記第2の容量性素子群に属する各入力用容量性素子とそれぞれ逆接続されたダイオードからなる第2のダイオード群と、を含む。 A ground fault detection circuit according to the present invention is a ground fault detection circuit that detects a ground fault of a high-voltage battery, and has an AC signal generation unit that generates an AC signal , has polarity, and has the AC signal generation unit and the An input capacitive element provided between the high voltage battery and one end side thereof, a voltage dividing circuit for dividing the voltage of the one end side of the high voltage battery, and the high voltage based on an input ground fault detection signal. A ground fault detection unit that detects a ground fault of the voltage battery, provided between the voltage dividing circuit and the ground fault detecting unit, of the voltage on one end side of the high voltage battery that is divided by the voltage dividing circuit. A detection capacitive element for inputting an AC component as the ground fault detection signal to the ground fault detection unit, and a plurality of the input capacitive elements are connected in series and the plurality of input capacitive elements are connected. An AC signal transmission circuit section configured by a plurality of bias resistors for suppressing capacity variation and a plurality of diodes functioning as a reverse voltage protection circuit for the input capacitive element; and the plurality of input capacitive elements . The element is connected to a first capacitive element group composed of input capacitive elements whose polarities are connected in a first direction, and a second direction whose polarity is opposite to the first direction. A second capacitive element group including an input capacitive element, and the plurality of diodes each include a diode reversely connected to each input capacitive element belonging to the first capacitive element group. It includes a first diode group and a second diode group formed of diodes that are respectively reversely connected to the input capacitive elements belonging to the second capacitive element group.

本発明により、地絡検出回路の入力用カップリングコンデンサに用いられる電解コンデンサを逆電圧から保護することができる。 According to the present invention, the electrolytic capacitor used as the input coupling capacitor of the ground fault detection circuit can be protected from the reverse voltage.

本発明の一実施形態による電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power supply device by one Embodiment of this invention. 式(1)におけるVinとVoutの比とリーク抵抗との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio of Vin and Vout in Formula (1), and leak resistance. 地絡したときのマイクロプロセッサ11のAD入力端子2に印加させる電圧波形の一例である。7 is an example of a voltage waveform applied to the AD input terminal 2 of the microprocessor 11 when a ground fault occurs. 本発明の一実施形態による電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power supply device by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power supply device by one Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(電源装置の構成)
図1は、本発明の一実施形態による電源装置の構成を示す図である。
(Structure of power supply device)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power supply device according to an embodiment of the present invention.

この電源装置は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されており、車両のモータ7を駆動したり、モータ7により発生された回生電力を回収したりする際に、高電圧バッテリ1の充放電制御を行う。 This power supply device is mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, and charges the high voltage battery 1 when driving the motor 7 of the vehicle or collecting the regenerative electric power generated by the motor 7. Performs discharge control.

高電圧バッテリ1は、車体から絶縁されている。本実施形態による電源装置は、地絡検出回路を有する。この地絡検出回路は、高電圧バッテリ1とモータ7との間で、車体に対する絶縁が劣化し地絡が発生したことを検知する。 The high voltage battery 1 is insulated from the vehicle body. The power supply device according to the present embodiment has a ground fault detection circuit. This ground fault detection circuit detects that the insulation between the high-voltage battery 1 and the motor 7 has deteriorated and a ground fault has occurred.

電源装置は、プリチャージ抵抗2、リレー3〜5、インバータ6、MCU21、ドライバ回路22、コンデンサ8、総電圧検出回路9、電流センサ10、マイクロプロセッサ11、抵抗13、入力用カップリングコンデンサ14、検出用カップリングコンデンサ15および増幅器16を有している。 The power supply device includes a precharge resistor 2, relays 3 to 5, an inverter 6, an MCU 21, a driver circuit 22, a capacitor 8, a total voltage detection circuit 9, a current sensor 10, a microprocessor 11, a resistor 13, an input coupling capacitor 14, It has a detection coupling capacitor 15 and an amplifier 16.

高電圧バッテリ1は、たとえばリチウムイオン電池であり、正極にマンガン系材料を、負極に非晶質系炭素材料をそれぞれ用いた複数のセルが直列に接続されて構成されている。高電圧バッテリ1の定格容量はたとえば5.5Ahであり、定格電圧はたとえば3.6Vである。 The high-voltage battery 1 is, for example, a lithium-ion battery, and is configured by connecting a plurality of cells in which a manganese-based material is used for a positive electrode and an amorphous carbon material is used for a negative electrode in series. High voltage battery 1 has a rated capacity of 5.5 Ah, for example, and a rated voltage of 3.6 V, for example.

高電圧バッテリ1とインバータ6は、リレー3〜5を介して接続される。リレー3〜5は、インバータ6を制御しているMCU21により制御されオン、オフが切り替わる。インバータ6の入力端子側には、パルス状の充放電電流を平滑化するための大容量のコンデンサ8が接続されている。高電圧バッテリ1とインバータ6の間には、突入電流防止用のプリチャージ抵抗2が設けられている。プリチャージ抵抗2は、たとえば390Ωの抵抗値を有する。高電圧バッテリ1からインバータ6への通電開始時には、リレー4、5が閉じられることにより、高電圧バッテリ1とインバータ6がプリチャージ抵抗2を介して接続される。これにより、コンデンサ8に流れる突入電流が制限され、リレー3〜5の接点が保護される。その後、リレー3が閉じられると共にリレー4が開放されることで、高電圧バッテリ1とインバータ6がプリチャージ抵抗2を介さずに接続される。このようにして、リレー3〜5により高電圧バッテリ1とインバータ6の接続状態が切り替えられる。 The high voltage battery 1 and the inverter 6 are connected via relays 3-5. The relays 3 to 5 are controlled by the MCU 21 that controls the inverter 6 to switch between on and off. A large-capacity capacitor 8 for smoothing a pulsed charging/discharging current is connected to the input terminal side of the inverter 6. A precharge resistor 2 for preventing inrush current is provided between the high voltage battery 1 and the inverter 6. Precharge resistor 2 has a resistance value of 390Ω, for example. When the energization of the high voltage battery 1 to the inverter 6 is started, the relays 4 and 5 are closed, so that the high voltage battery 1 and the inverter 6 are connected via the precharge resistor 2. This limits the inrush current flowing through the capacitor 8 and protects the contacts of the relays 3-5. After that, the relay 3 is closed and the relay 4 is opened, so that the high-voltage battery 1 and the inverter 6 are connected without the interposition of the precharge resistor 2. In this way, the connection states of the high voltage battery 1 and the inverter 6 are switched by the relays 3-5.

インバータ6は、車両に搭載されたモータ7と接続されており、高電圧バッテリ1から出力される直流電力を3相交流電力に変換してモータ7に出力し、モータ7を駆動する。また、モータ7を発電機として発生された回生電力を直流電力に変換して高電圧バッテリ1に出力し、高電圧バッテリ1を充電する。すなわち、インバータ6は双方向型の入出力特性を有しており、高電圧バッテリ1の充放電負荷として機能する。 The inverter 6 is connected to a motor 7 mounted on the vehicle, converts the DC power output from the high-voltage battery 1 into three-phase AC power, outputs the three-phase AC power to the motor 7, and drives the motor 7. Further, the regenerative power generated by using the motor 7 as a generator is converted into DC power and output to the high-voltage battery 1 to charge the high-voltage battery 1. That is, the inverter 6 has a bidirectional input/output characteristic and functions as a charge/discharge load of the high-voltage battery 1.

総電圧検出回路9は、高電圧バッテリ1の総電圧を検出し、その検出値に応じた電圧を電圧検出信号として出力する。総電圧検出回路9は、分圧回路を構成する抵抗17〜20および差動増幅器21を有する。総電圧検出回路9から出力される電圧検出信号は、差動増幅器21からの出力である。電流センサ10は、高電圧バッテリ1に入出力される電流を検出し、その検出値に応じた電圧を電流検出信号として出力する。電流センサ10から出力された電流検出信号と、総電圧検出回路9から出力された電圧検出信号とは、マイクロプロセッサ11のAD入力端子1、3においてそれぞれ入力される。 The total voltage detection circuit 9 detects the total voltage of the high voltage battery 1 and outputs a voltage corresponding to the detected value as a voltage detection signal. The total voltage detection circuit 9 has resistors 17 to 20 and a differential amplifier 21 that form a voltage dividing circuit. The voltage detection signal output from the total voltage detection circuit 9 is the output from the differential amplifier 21. The current sensor 10 detects a current input to and output from the high voltage battery 1 and outputs a voltage corresponding to the detected value as a current detection signal. The current detection signal output from the current sensor 10 and the voltage detection signal output from the total voltage detection circuit 9 are input to the AD input terminals 1 and 3 of the microprocessor 11, respectively.

高電圧バッテリ1の高電圧側、すなわち正極側の端子は、総電圧検出回路9内の抵抗17、検出用カップリングコンデンサ15および増幅器16を介して、マイクロプロセッサ11のAD入力端子2に接続されている。増幅器16は、高電圧バッテリ1の高電圧側の電圧を検出し、その検出値に応じた電圧を地絡検出信号として、マイクロプロセッサ11のAD入力端子2に出力する。また、高電圧バッテリ1の高電圧側の端子は、抵抗17を介して、差動増幅器21が有する2つの入力端子のうち一方に接続されている。高電圧バッテリ1の高電圧側の端子から検出用カップリングコンデンサ15および差動増幅器21へ入力される電圧は、抵抗17、19により分圧される。従って、検出用カップリングコンデンサ15および差動増幅器21は耐圧が低くてもよい。 The high-voltage side of the high-voltage battery 1, that is, the positive-side terminal is connected to the AD input terminal 2 of the microprocessor 11 via the resistor 17, the detection coupling capacitor 15, and the amplifier 16 in the total voltage detection circuit 9. ing. The amplifier 16 detects the voltage on the high voltage side of the high voltage battery 1, and outputs a voltage corresponding to the detected value to the AD input terminal 2 of the microprocessor 11 as a ground fault detection signal. The high-voltage side terminal of the high-voltage battery 1 is connected to one of the two input terminals of the differential amplifier 21 via the resistor 17. The voltage input from the high voltage side terminal of the high voltage battery 1 to the detection coupling capacitor 15 and the differential amplifier 21 is divided by the resistors 17 and 19. Therefore, the withstand voltage of the detection coupling capacitor 15 and the differential amplifier 21 may be low.

高電圧バッテリ1の低電圧側、すなわち負極側の端子は、総電圧検出回路9内の抵抗18を介して、差動増幅器21が有する2つの入力端子のうち残りの一方に接続されている。高電圧バッテリ1の低電圧側の端子から差動増幅器21へ入力される電圧は、抵抗18、20により分圧される。 The low-voltage side terminal of the high-voltage battery 1, that is, the negative-side terminal is connected to the other one of the two input terminals of the differential amplifier 21 via the resistor 18 in the total voltage detection circuit 9. The voltage input from the low voltage side terminal of the high voltage battery 1 to the differential amplifier 21 is divided by the resistors 18 and 20.

差動増幅器21は、上記2つの入力端子に入力された電圧を比較し、その差分に応じた信号を総電圧検出回路9からの電圧検出信号として、マイクロプロセッサ11のAD入力端子3に出力する。この電圧検出信号は、高電圧バッテリ1の高電圧側と低電圧側との電圧差、すなわち総電圧を表している。 The differential amplifier 21 compares the voltages input to the two input terminals and outputs a signal corresponding to the difference to the AD input terminal 3 of the microprocessor 11 as a voltage detection signal from the total voltage detection circuit 9. .. This voltage detection signal represents the voltage difference between the high voltage side and the low voltage side of the high voltage battery 1, that is, the total voltage.

マイクロプロセッサ11は、高電圧バッテリ1を含む電源装置全体を管理するバッテリコントローラである。マイクロプロセッサ11は、発振回路を内蔵している。この発振回路は、所定の交流信号、たとえば0〜5Vの振幅を有する周波数10Hzの矩形波を生成し、交流出力端子から出力する。マイクロプロセッサ11の交流出力端子は、抵抗13および入力用カップリングコンデンサ14を介して高電圧バッテリ1の高電圧側の端子に接続されている。 The microprocessor 11 is a battery controller that manages the entire power supply device including the high voltage battery 1. The microprocessor 11 has a built-in oscillation circuit. The oscillator circuit generates a predetermined AC signal, for example, a rectangular wave having a frequency of 10 Hz and an amplitude of 0 to 5 V, and outputs the rectangular wave from an AC output terminal. The AC output terminal of the microprocessor 11 is connected to the terminal on the high voltage side of the high voltage battery 1 via the resistor 13 and the input coupling capacitor 14.

マイクロプロセッサ11は更に、ADコンバータを内蔵している。電流センサ10からの電流検出信号と、増幅器16からの地絡検出信号と、総電圧検出回路9からの電圧検出信号とは、AD入力端子1〜3を介してマイクロプロセッサ11のADコンバータにそれぞれ入力される。ADコンバータは、これらの信号を所定の測定範囲、たとえば0〜5Vの測定範囲内で測定してデジタル値に変換する。このデジタル変換後の測定値に基づいて、マイクロプロセッサ11は高電圧バッテリ1の総電圧および入出力電流を測定すると共に、高電圧バッテリ1とモータ7との間における車体に対する地絡を検知する。 The microprocessor 11 further includes an AD converter. The current detection signal from the current sensor 10, the ground fault detection signal from the amplifier 16, and the voltage detection signal from the total voltage detection circuit 9 are supplied to the AD converter of the microprocessor 11 via the AD input terminals 1 to 3, respectively. Is entered. The AD converter measures these signals within a predetermined measurement range, for example, a measurement range of 0 to 5V, and converts them into digital values. Based on the measured value after the digital conversion, the microprocessor 11 measures the total voltage and the input/output current of the high voltage battery 1, and also detects the ground fault with respect to the vehicle body between the high voltage battery 1 and the motor 7.

(地絡検出動作の説明)
マイクロプロセッサ11のAD入力端子2には、地絡検出信号として、次式(1)により表される電圧Voutが印加される。次式(1)において、αは抵抗17と抵抗19との分圧比に増幅器16の増幅率を掛け合わせた値、Vinはマイクロプロセッサ11の交流出力端子から高電圧バッテリ1の高電圧側に印加される交流信号の電圧、R1はリーク抵抗12の抵抗値、R2は抵抗13の抵抗値、Zは入力用カップリングコンデンサ14のインピーダンスである。
(Explanation of ground fault detection operation)
A voltage Vout represented by the following equation (1) is applied to the AD input terminal 2 of the microprocessor 11 as a ground fault detection signal. In the following equation (1), α is a value obtained by multiplying the voltage division ratio of the resistors 17 and 19 by the amplification factor of the amplifier 16, and Vin is applied from the AC output terminal of the microprocessor 11 to the high voltage side of the high voltage battery 1. R1 is the resistance value of the leak resistance 12, R2 is the resistance value of the resistance 13, and Z is the impedance of the input coupling capacitor 14.

Vout≒αVin(R1/(R1+R2+Z)) ・・・式(1)
リーク抵抗12が発生した場合、すなわち高電圧バッテリ1とモータ7との間で地絡が発生した場合には、上式(1)に応じて、マイクロプロセッサ11のAD入力端子2へ入力される地絡検出信号の振幅が変化する。従って、マイクロプロセッサ11は地絡の発生を検出することができる。
Vout≈αVin (R1/(R1+R2+Z))... Formula (1)
When the leak resistance 12 occurs, that is, when a ground fault occurs between the high voltage battery 1 and the motor 7, the signal is input to the AD input terminal 2 of the microprocessor 11 according to the above equation (1). The amplitude of the ground fault detection signal changes. Therefore, the microprocessor 11 can detect the occurrence of the ground fault.

また、検出用カップリングコンデンサ15が故障などにより開放状態となった場合、AD入力端子2には正常時とは異なる地絡検出信号が現れるので、やはり異常を検出することができる。 Further, when the detection coupling capacitor 15 is opened due to a failure or the like, a ground fault detection signal different from that in the normal state appears at the AD input terminal 2, so that the abnormality can be detected.

さらに、入力用カップリングコンデンサ14が開放状態となり、高電圧バッテリ1の高電圧側に交流信号が印加されなくなった場合、AD入力端子2に現れる地絡検出信号に交流成分が含まれなくなるので、マイクロプロセッサ11はやはり異常を検出することが可能である。 Furthermore, when the input coupling capacitor 14 is opened and the AC signal is not applied to the high voltage side of the high voltage battery 1, the AC component is not included in the ground fault detection signal appearing at the AD input terminal 2, The microprocessor 11 can still detect an abnormality.

総電圧検出回路9において、抵抗17〜20からなる分圧回路は、高電圧バッテリ1側から見て、シャーシGNDに対して十分に高抵抗でなければならない。さらに、抵抗17と抵抗19、抵抗18と抵抗20の組み合わせからなる分圧比は、互いに一致していて、高電圧バッテリ1の一方の端子がシャーシGNDに短絡していても、差動増幅器21で正常に増幅できる電圧範囲になるように設定する。 In the total voltage detection circuit 9, the voltage dividing circuit including the resistors 17 to 20 must have sufficiently high resistance with respect to the chassis GND when viewed from the high voltage battery 1 side. Further, the voltage division ratios of the combination of the resistors 17 and 19 and the resistors 18 and 20 are equal to each other, and even if one terminal of the high-voltage battery 1 is short-circuited to the chassis GND, the differential amplifier 21 does. Set it within the voltage range that allows normal amplification.

増幅器16の増幅率は、マイクロプロセッサ11から出力された交流信号の振幅低下を補正し、マイクロプロセッサ11のADコンバータの分解能で、地絡検出信号から十分に地絡を検出可能となる増幅率に設定する。また、リレー3〜5の接続時に発生した過渡応答がその後に十分安定して、地絡を十分に検出可能となったときには、地絡検出信号がマイクロプロセッサ11のADコンバータの入力電圧範囲を超えないように設定する。 The amplification factor of the amplifier 16 corrects the amplitude reduction of the AC signal output from the microprocessor 11, and is set to an amplification factor with which the ground fault detection signal can sufficiently detect the ground fault with the resolution of the AD converter of the microprocessor 11. Set. Further, when the transient response generated at the time of connecting the relays 3 to 5 is sufficiently stable thereafter and the ground fault can be sufficiently detected, the ground fault detection signal exceeds the input voltage range of the AD converter of the microprocessor 11. Set not to.

式(1)においてリーク抵抗R1(リーク抵抗12の抵抗値)が0のとき、すなわち、高電圧バッテリ1が完全に地絡したとき、式(1)は式(2)に簡略化される。 When the leak resistance R1 (the resistance value of the leak resistance 12) in the equation (1) is 0, that is, when the high voltage battery 1 is completely grounded, the equation (1) is simplified to the equation (2).

Vout=0 ・・・式(2)
図2は、式(1)におけるVinとVoutの比と、リーク抵抗との関係を示す図である。本実施形態ではVinで印加した電圧範囲全体で絶縁抵抗値を監視することができ、絶縁抵抗の測定精度を向上することが可能である。
Vout=0... Formula (2)
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the ratio of Vin to Vout in the equation (1) and the leak resistance. In this embodiment, the insulation resistance value can be monitored in the entire voltage range applied with Vin, and the insulation resistance measurement accuracy can be improved.

図3は、高電圧バッテリ1の正極端子側とモータ7との間が地絡したときに、マイクロプロセッサ11のAD入力端子2に印加される地絡検出信号の電圧波形の一例である。 FIG. 3 is an example of a voltage waveform of a ground fault detection signal applied to the AD input terminal 2 of the microprocessor 11 when a ground fault occurs between the positive electrode terminal side of the high voltage battery 1 and the motor 7.

マイクロプロセッサ11におけるADコンバータの入力電圧範囲を0〜5Vとすると、地絡が発生したときに生じる電圧変動により、VoutはADコンバータの入力電圧範囲外となる場合がある。 When the input voltage range of the AD converter in the microprocessor 11 is 0 to 5 V, Vout may be outside the input voltage range of the AD converter due to voltage fluctuations that occur when a ground fault occurs.

本実施形態では、振幅を調節することにより地絡発生直後から振幅を監視し、地絡検出動作の遅延を最小に抑えることが可能となる。 In the present embodiment, by adjusting the amplitude, it is possible to monitor the amplitude immediately after the occurrence of the ground fault and minimize the delay in the ground fault detection operation.

マイクロプロセッサ11は、地絡の発生を検出すると、リレー3〜5を開くことにより、高電圧バッテリ1をインバータ6およびモータ7から遮断するようにしてもよい。あるいは、地絡の発生を検出したマイクロプロセッサ11が、リレー3〜5を開く以外の動作を行ってもよい。たとえば、予め用意された警告灯を点灯する等により、ユーザへ地絡の発生を報知してもよい。これらの動作や、他の様々な動作を組み合わせて行ってもよい。 When detecting the occurrence of a ground fault, the microprocessor 11 may open the relays 3 to 5 to disconnect the high voltage battery 1 from the inverter 6 and the motor 7. Alternatively, the microprocessor 11 that has detected the occurrence of the ground fault may perform an operation other than opening the relays 3 to 5. For example, the user may be notified of the occurrence of the ground fault by turning on a warning light prepared in advance. These operations and various other operations may be combined.

以上が地絡検出動作に関する説明になる。 The above is the description of the ground fault detection operation.

本発明はこの地絡検出回路の正負過電圧に対する保護に関する発明になる。 The present invention is an invention relating to protection of the ground fault detection circuit against positive and negative overvoltages.

図1の地絡検出回路を高電圧バッテリの+側に接続する回路構成において、地絡検出回路への正過電圧に対しては所望の耐圧に従い電解コンデンサ14を複数直列接続することにより全体の耐圧を上げる回路構成が考えられる。図1は例として4直列接続構成を示している。このとき電解コンデンサ14の多直列接続は静電容量ばらつきにより各電解コンデンサ14に印加される電圧がばらつくため各電解コンデンサ14に並列にバイアス抵抗24を接続することにより印加電圧のばらつきを少なくすることが出来る。 In the circuit configuration in which the ground fault detection circuit of FIG. 1 is connected to the + side of the high voltage battery, a plurality of electrolytic capacitors 14 are connected in series according to a desired breakdown voltage with respect to the positive overvoltage to the ground fault detection circuit, so that the entire breakdown voltage is increased. It is conceivable to increase the circuit configuration. FIG. 1 shows a 4-series connection configuration as an example. At this time, in the multi-series connection of the electrolytic capacitors 14, the voltage applied to each electrolytic capacitor 14 varies due to the variation in electrostatic capacitance. Therefore, the bias resistor 24 is connected in parallel to each electrolytic capacitor 14 to reduce the variation in applied voltage. Can be done.

地絡検出回路への負過電圧に対しては逆接保護ダイオード23を電解コンデンサ14の+側にカソード、−側にアノードを接続することで負過電圧が印加された場合、逆接保護ダイオード23に順方向電流が流れ、電解コンデンサ14には順電圧Vfしか印加されなくすることができる。負過電圧値に応じ、抵抗13の抵抗値を順方向電流が充分小さくなるよう調整し電解コンデンサ14に1V以下の順電圧Vfしか印加されなくすることで負過電圧に対して電解コンデンサ14を保護することができる。 If a negative overvoltage is applied to the negative overvoltage to the ground fault detection circuit by connecting a reverse connection protection diode 23 to the cathode of the electrolytic capacitor 14 on the + side and an anode on the − side of the electrolytic capacitor 14, the reverse connection protection diode 23 is forwarded to the reverse connection protection diode 23. A current flows, and only the forward voltage Vf can be applied to the electrolytic capacitor 14. Depending on the negative overvoltage value, the resistance value of the resistor 13 is adjusted so that the forward current is sufficiently small so that only the forward voltage Vf of 1 V or less is applied to the electrolytic capacitor 14, thereby protecting the electrolytic capacitor 14 against the negative overvoltage. be able to.

また地絡検出回路を高電圧バッテリ1の−側に接続する場合には地絡検出回路に対して負電位への接続となるため図4のような電解コンデンサの極性を逆にする回路構成となる。地絡検出回路への負過電圧に対しては所望の耐圧に従い電解コンデンサ14を複数直列接続することにより全体の耐圧を上げる回路構成が考えられる。図4は例として4直列接続構成を示している。このとき電解コンデンサ14の多直列接続は静電容量ばらつきにより各電解コンデンサ14に印加される電圧がばらつくため各電解コンデンサ14に並列にバイアス抵抗24を接続することにより印加電圧のばらつきを少なくすることが出来る。 Further, when the ground fault detection circuit is connected to the negative side of the high voltage battery 1, since the connection to the negative potential is made with respect to the ground fault detection circuit, a circuit configuration in which the polarity of the electrolytic capacitor is reversed as shown in FIG. Become. With respect to the negative overvoltage to the ground fault detection circuit, a circuit configuration in which a plurality of electrolytic capacitors 14 are connected in series according to a desired withstand voltage to raise the overall withstand voltage can be considered. FIG. 4 shows a 4-series connection configuration as an example. At this time, in the multi-series connection of the electrolytic capacitors 14, the voltage applied to each electrolytic capacitor 14 varies due to the variation in electrostatic capacitance. Therefore, the bias resistor 24 is connected in parallel to each electrolytic capacitor 14 to reduce the variation in applied voltage. Can be done.

地絡検出回路への正過電圧に対しては逆接保護ダイオード23を電解コンデンサ14の+側にカソード、−側にアノードを接続することで負過電圧が印加された場合、逆接保護ダイオード23に順方向電流が流れ、電解コンデンサ14には順電圧Vfしか印加されなくすることができる。負過電圧値に応じ、抵抗13の抵抗値を順方向電流が充分小さくなるよう調整し電解コンデンサ14に1V以下の順電圧Vfしか印加されなくすることで負過電圧に対して電解コンデンサ14を保護することができる。 When a negative overvoltage is applied by connecting the reverse connection protection diode 23 to the cathode of the electrolytic capacitor 14 on the positive side and the anode on the negative side of the positive overvoltage to the ground fault detection circuit, the reverse connection protection diode 23 is forwarded to the reverse connection protection diode 23. A current flows, and only the forward voltage Vf can be applied to the electrolytic capacitor 14. Depending on the negative overvoltage value, the resistance value of the resistor 13 is adjusted so that the forward current is sufficiently small so that only the forward voltage Vf of 1 V or less is applied to the electrolytic capacitor 14, thereby protecting the electrolytic capacitor 14 against the negative overvoltage. be able to.

また図5のように交互に電界コンデンサを配置する回路構成も考えられる。
この回路構成をとることで地絡検出回路に対して正電位である高電圧バッテリの+側にも負電位ある高電圧バッテリ1の−側にも接続することが可能である。
図5は例として4直列接続構成を示しているが複数直列接続することにより所望の耐圧
を得ることができ、かつ電解コンデンサ14も逆電圧から保護することができる。
A circuit configuration in which electric field capacitors are alternately arranged as shown in FIG. 5 is also conceivable.
With this circuit configuration, it is possible to connect the positive side of the high voltage battery having a positive potential to the ground fault detection circuit and the negative side of the high voltage battery 1 having a negative potential.
Although FIG. 5 shows a 4-series connection configuration as an example, a desired breakdown voltage can be obtained by connecting a plurality of series connections, and the electrolytic capacitor 14 can also be protected from reverse voltage.

本実施形態の変形例として、リチウムイオン電池以外の充電池を使用するシステムや、インバータおよびモータを使用しないシステム、たとえば電気自動車以外のシステム等においても適用可能である。 As a modified example of the present embodiment, the present invention can be applied to a system that uses a rechargeable battery other than a lithium-ion battery, a system that does not use an inverter and a motor, such as a system other than an electric vehicle.

また本実施形態の変形例として、増幅器16の出力を、マイクロプロセッサ11以外の回路および装置へ入力してもよい。また、地絡の発生の検出に応じた動作を、マイクロプロセッサ11以外の回路および装置が行ってもよい。例えばリレー3〜5の開放を、インバータ6が行うよう電源装置を構成してもよい。 Further, as a modified example of this embodiment, the output of the amplifier 16 may be input to circuits and devices other than the microprocessor 11. Further, the circuit and the device other than the microprocessor 11 may perform the operation according to the detection of the occurrence of the ground fault. For example, the power supply device may be configured so that the inverter 6 opens the relays 3 to 5.

本実施形態の特徴を損なわない限り、本実施形態は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。 The present embodiment is not limited to the above embodiments as long as the characteristics of the present embodiment are not impaired, and other forms considered within the scope of the technical idea of the present invention are also within the scope of the present invention. included.

1…高電圧バッテリ、2…プリチャージ抵抗、3〜5…リレー、6…インバータ、7…モータ、8…コンデンサ、9…総電圧検出回路、10…電流センサ、11…マイクロプロセッサ、12…リーク抵抗、13…抵抗、14…入力用カップリングコンデンサ、15…検出用カップリングコンデンサ、16…増幅器、17〜20…抵抗、21…差動増幅器、22…ドライバ回路、23…逆電圧保護ダイオード、24…バイアス抵抗 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... High voltage battery, 2... Precharge resistance, 3-5... Relay, 6... Inverter, 7... Motor, 8... Capacitor, 9... Total voltage detection circuit, 10... Current sensor, 11... Microprocessor, 12... Leakage Resistors, 13... Resistors, 14... Input coupling capacitors, 15... Detection coupling capacitors, 16... Amplifiers, 17-20... Resistors, 21... Differential amplifiers, 22... Driver circuits, 23... Reverse voltage protection diodes, 24... Bias resistor

Claims (5)

高電圧バッテリの地絡を検出する地絡検出回路であって、
交流信号を発生させる交流信号発生部と、
極性を有し、前記交流信号発生部と前記高電圧バッテリの一端側との間に設けられた入力用容量性素子と、
前記高電圧バッテリの一端側の電圧を分圧する分圧回路と、
入力される地絡検出信号に基づいて、前記高電圧バッテリの地絡を検出する地絡検出部と、
前記分圧回路と前記地絡検出部との間に設けられ、前記分圧回路により分圧された前記高電圧バッテリの一端側の電圧の交流成分を前記地絡検出信号として前記地絡検出部へ入力するための検出用容量性素子と、
前記入力用容量性素子を複数個直列に接続するとともに当該複数個の入力用容量性素子の容量バラツキを抑制する複数のバイアス抵抗と前記入力用容量性素子の逆電圧保護回路として機能する複数のダイオードとにより構成される交流信号伝達回路部と、を備え
前記複数個の入力用容量性素子は、前記極性が第1の向きに接続された入力用容量性素子からなる第1の容量性素子群と、前記極性が前記第1の向きとは反対の第2の向きに接続された入力用容量性素子からなる第2の容量性素子群と、を含み、
前記複数のダイオードは、前記第1の容量性素子群に属する各入力用容量性素子とそれぞれ逆接続されたダイオードからなる第1のダイオード群と、前記第2の容量性素子群に属する各入力用容量性素子とそれぞれ逆接続されたダイオードからなる第2のダイオード群と、を含む地絡検出回路。
A ground fault detection circuit for detecting a ground fault of a high voltage battery,
An AC signal generator that generates an AC signal;
An input capacitive element having polarity and provided between the AC signal generator and one end of the high-voltage battery;
A voltage divider circuit that divides the voltage at one end of the high-voltage battery,
Based on the input ground fault detection signal, a ground fault detection unit that detects a ground fault of the high-voltage battery,
The ground fault detecting unit is provided between the voltage dividing circuit and the ground fault detecting unit, and uses the AC component of the voltage on one end side of the high-voltage battery divided by the voltage dividing circuit as the ground fault detecting signal. A capacitive element for detection for input to
A plurality of input capacitive elements are connected in series, and a plurality of bias resistors that suppress the capacitance variation of the plurality of input capacitive elements and a plurality of bias resistors that function as a reverse voltage protection circuit for the input capacitive elements . An alternating current signal transmission circuit section composed of a diode ,
The plurality of input capacitive elements have a first capacitive element group composed of input capacitive elements whose polarities are connected in a first direction, and the polarities opposite to those in the first direction. A second capacitive element group composed of input capacitive elements connected in a second direction,
The plurality of diodes include a first diode group formed of diodes that are reversely connected to respective input capacitive elements belonging to the first capacitive element group, and respective inputs belonging to the second capacitive element group. A ground fault detection circuit including a capacitive element for use and a second diode group including diodes that are reversely connected to each other .
請求項1に記載の地絡検出回路において、
前記交流信号伝達回路部の前記複数のバイアス抵抗及び前記複数のダイオードは、前記入力用容量性素子の数に応じて設けられかつ当該入力用容量性素子に対してそれぞれ電気的に並列に接続される地絡検出回路。
The ground fault detection circuit according to claim 1,
Wherein the plurality of bias resistors and said plurality of diodes of the AC signal transmitting circuit is electrically connected in parallel respectively provided and the input capacitive element in accordance with the number of the input capacitive element Ground fault detection circuit.
請求項1または2に記載の地絡検出回路において、
前記分圧回路を用いて前記高電圧バッテリの電圧を検出する総電圧検出回路をさらに備える地絡検出回路。
The ground fault detection circuit according to claim 1,
The ground fault detection circuit further provided with the total voltage detection circuit which detects the voltage of the said high voltage battery using the said voltage divider circuit.
請求項1ないし3に記載のいずれかの地絡検出回路と、複数の電池セルにより構成された組電池である前記高電圧バッテリを管理するバッテリコントローラとを備える電源装置。 A power supply device comprising: the ground fault detection circuit according to claim 1; and a battery controller that manages the high-voltage battery that is an assembled battery configured by a plurality of battery cells. 請求項4に記載の電源装置において、
前記高電圧バッテリと前記高電圧バッテリにより駆動される負荷との間の接続状態を切り替える継電器をさらに備え、
前記バッテリコントローラは、前記地絡検出部により前記地絡が検出されたことに応じて、前記継電器を制御して前記高電圧バッテリと前記負荷との間を遮断する電源装置。
The power supply device according to claim 4,
Further comprising a relay that switches a connection state between the high-voltage battery and a load driven by the high-voltage battery,
The battery controller is a power supply device that controls the relay and disconnects between the high-voltage battery and the load in response to the detection of the ground fault by the ground fault detection unit.
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