专利名称：高电压电路的异常检测装置及异常检测方法
技术领域：
本发明涉及检测搭载于车辆的高电压电路的接地故障及将电线等机械性地固定的联接部的松动的异常检测装置及异常检测方法。
背景技术：
(日本)特开2003-250201号公报公开有如下的技术将设于电动汽车的高电压的直流电源的正极侧端子与电容器连接，对作为该电容器的另一端的测定点施加矩形波信号，检测在该测定点产生的电压信号并检测直流电源的接地故障。上述技术虽然可以检测直流电源的接地故障，但具有如下的缺点在机械性地固定连接直流电源和逆变器电路的电线等的联接部产生松动的情况下，不能检测该情况。
发明内容
本发明是为了解决所述课题而提出的，其目的在于提供可以高精度地检测接地故障及联接部的松动的高电压电路异常检测装置及方法。本发明的一方式是高电压电路的异常检测装置及方法，检测具备直流电源和经由联接部与该直流电源连接的逆变器电路的高电压电路的接地故障及所述联接部的松动，设置一端与所述直流电源的正极侧端子连接，另一端作为测定点的第一电容器，向所述测定点输出矩形波脉冲，在所述矩形波脉冲信号成为第一相位的时刻，测定产生于所述测定点的第一电压，在所述矩形波脉冲信号成为与所述第一相位不同的第二相位的时刻，测定产生于所述测定点的第二电压，求得所述第一电压和第二电压的差值电压，在所述逆变器电路的正极侧端子与地线之间设置第二电容器及开关装置的串联连接电路，基于在所述开关装置为开路的状态下求得的差值电压，检测所述直流电源的接地故障，在未检测到所述接地故障时，基于在所述开关装置为闭路的状态下求得的差值电压，检测所述联接部的松动状态。
图1是表示本发明一实施方式的高电压电路异常检测装置的构成的块图；图2是表示本发明一实施方式的高电压电路异常检测装置的异常检测的处理顺序的流程图；图3是表示本发明一实施方式的高电压电路异常检测装置的差值电压Vp-p的大小与绝缘电阻的降低、联接部的松动产生的关系的判定表；图4是表示本发明一实施方式的高电压电路异常检测装置的差值电压Vp-p的变化的特性图，(a)表示在SWl切断时绝缘电阻未产生异常的情况，(b)表示在SWl接通时联接部未产生松动的情况，(c)表示在SWl接通时联接部产生松动的情况。符号说明1 直流电源
2逆变器电路3异常检测装置4控制电路5、6缓冲放大器Sffl切换开关Cl耦合电容器(第一电容器)C2电容器(第二电容器)C3电容器11CPU12RAM13ROM14定时器15计数器16输出部(脉冲输出装置)17A/D 转换器18电压测定电路RL绝缘电阻CL车辆静电杂散电容pi测定点p2联接部
具体实施例方式下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。如图1所示，本发明的高电压电路A具备直流电源1和逆变器电路2，将从直流电源1输出的直流电在逆变器电路2转换成交流电，并向设于电动汽车或混合动力汽车等的驱动电动机(省略图示)等供给电力。在直流电源1的正极侧端子和逆变器电路2的正极侧端子之间通过电线、端子等机械性的固定或联接设有将直流电源1和逆变器电路2电连接的联接部P2。本发明一实施方式的异常检测装置3是检测高电压电路A的接地故障及联接部p2 的松动的装置，具备与直流电源1的正极侧端子连接的第一电路部3a和与逆变器电路2的正极侧端子连接的第二电路部北。第一电路部3a具备控制电路4、耦合电容器Cl (第一电容器)、缓冲放大器5、6、电阻Rl、电压测定电路18。耦合电容器Cl的一端不经由联接部p2与直流电源1的正极侧端子连接(经由联接部P2与逆变器电路2的正极侧端子连接)，另一端经由电压测定电路18与地线接地。下面，将该耦合电容器Cl的另一端设为测定点pi。电压测定电路18由彼此串联地连接的电阻R2及电容器C3构成。电阻R2的一端与测定点Pl连接，另一端与电容器C3连接。电容器C3的一端与电阻R2连接，另一端与地线接地。
控制电路4向测定点pi输出矩形波脉冲信号，且测定在该测定点pi产生的电压， 检测在高电压电路A是否产生接地故障(绝缘电阻的降低)。控制电路4具备输出矩形波脉冲信号的输出部(脉冲输出装置)16、将通过电压测定电路18输出的电压信号(在电阻R2和电容器C3的连接点p3产生的电压信号)进行A/D转换的A/D转换器17、成为控制中枢的CPU11、RAM12、R0M13、定时器14及计数器15。在输出部16的输出侧设有缓冲放大器5，在A/D变换器17的入力侧设有缓冲放大器6。缓冲放大器5的输出端子经由电阻Rl 与测定点Pl连接。第二电路部北是由彼此串联连接的电容器C2(第二电容器)及开关SW1(开关装置)构成的串联连接电路。电容器C2的静电容设定为比耦合电容器Cl的静电容大。电容器C2的一端不经由联接部p2与逆变器电路2的正极侧端子连接(经由联接部P2与直流电源1的正极侧端子连接)，另一端与SWl的一端连接。另外，开关SWl的一端与电容器C2连接，另一端与地线接地。开关SWl在CPUll的控制下进行接通、切断动作。另外，如后述，CPUll设定向测定点pi输出的矩形波脉冲信号的频率及负荷比(例如50%)，在将SWl设为切断(开路)的状态下，以上述频率及负荷比从输出部16输出矩形波脉冲信号，通过测定此时在测定点Pl产生的电压，来判定在高电压电路A是否产生接地故障。另外，CPUll在将开关SWl设为接通(闭路)的状态下，使上述矩形波脉冲信号从输出部16输出，通过测定此时在测定点pi产生的电压，来判定在联接部p2是否产生松动。 在此，联接部的松动或松动状态意思是将例如电线、端子等螺栓联接的情况下的该螺栓的松动等，在通过机械的固定或联接装置将两个以上的元件电连接的部位，该连接状态恶化或已恶化的状态。S卩，CPUll具备作为电压测定装置的功能，该电压测定装置在从输出部16输出的矩形波脉冲信号成为第一相位的时刻(例如将负荷比设定成50%的情况下，矩形波脉冲信号以周期T的1/2( = T/2)的奇数倍从H电平变化成L电平的时刻)，测定在测定点pi产生的第一电压，在矩形波脉冲信号成为与第一相位不同的第二相位的时刻(例如将负荷比设定成50 %的情况下，矩形波脉冲信号以T/2的偶数倍从L电平变化成H电平的时刻)，测定在测定点Pl产生的第二电压，且求得第一电压和第二电压的差值电压Vp-p。CPUll还具备作为接地故障检测装置的功能，该接地故障检测装置在将开关SWl设为切断(开路)的状态下，根据如上述测定、计算的差值电压Vp-p检测直流电源1的接地故障。CPUll还具备作为松动状态检测装置的功能，该松动状态检测装置在未检测到直流电源1的接地故障时，在将开关SWl设为接通(闭路)的状态下，根据如上述测定、计算的差值电压Vp-p检测联接部P2的松动。另外，参照图2所示的流程图、图3所示的判定表、及图4所示的特性图对如上述构成的本实施方式的异常检测装置的动作进行说明。首先，步骤Sll中，CPUll将开关SWl设为切断。接着，步骤S12中，CPUll使从输出部16输出的矩形波脉冲信号从0 [V]上升到E[V]。该矩形波脉冲信号的电压经由缓冲放大器5、电阻Rl向耦合电容器Cl的另一端即测定点pi供给。另外，从输出部16输出的矩形波脉冲信号是在0 E[V]变化的负荷比50%的信号。在步骤S13中，CPUll在使矩形波脉冲信号从0 [V]上升到E [V]的时刻(时刻tl) 经过时间T/2的时刻(第一相位时刻tl+T/2)检测在测定点pi产生的电压Vh(第一电
6压)。在测定点Pl产生的电压经由电阻R2及缓冲放大器6输入到A/D变换器17，CPUll根据输入到A/D变换器17的电压数据检测在测定点pi产生的电压Vh。从时刻tl经过时间T/2时，在步骤S14中，CPUll使从输出部16输出的矩形波脉冲信号从E[V]降低到0[V]。因此，在该时刻向耦合电容器Cl供给的电压成为0[V]。在步骤S15中，CPUll在从时刻tl经过时间T后的时刻(第二相位时刻tl+T) 检测在测定点Pl产生的电压Vl (第二电压)。在步骤S16中，CPUll通过用在步骤S13的处理中检测的电压Vh减去在步骤S15 的处理中检测的电压Vl来计算差值电压Vp-p ( = Vh-Vl)。在步骤S17中，CPUll对在步骤S16的处理中求得的差值电压Vp-p和预先设定的第一基准电压Vrefl进行比较。而且，CPUll在判定为差值电压Vp-p低于第一基准电压 Vrefl (Vp-p < Vref 1)的情况下(步骤S17中YEQ，判定为在高电压电路A产生接地故障等的绝缘异常，并在步骤S18中向操作者通知接地故障的产生。S卩，在直流电源1的正极侧端子和负极侧端子(地线)之间，如图1中虚线所示， 虚拟地存在绝缘电阻RL及车辆静电杂散电容CL，当绝缘电阻RL降低时，经由该绝缘电阻 RL流过的电流增加，测定点pi的电压降低。而且，CPUll在差值电压Vp-p低于第一基准电压Vrefl的时刻向操作者通知接地故障的产生。S卩，如图3的判定表所示，CPUll在切断开关SWl时差值电压Vp-p低于第一基准电压Vrefl的情况下，判定为接地故障产生。另一方面，如图4(a)所示，差值电压Vp-p非常大，在步骤S17中，在CPUll判定为差值电压Vp-p为第一基准电压Vrefl以上(Vp-p彡Vrefl)的情况下(步骤S17中NO)， CPUll判定为在高电压电路A没有产生接地故障等的绝缘异常，并转移到检测联接部p2的松动的处理。在步骤S19中，CPUll将开关SWl设为接通。即将逆变器电路2的高电压侧端子经由电容器C2与地线连接。在步骤S20中，CPUll使从输出部16输出的矩形波脉冲信号从0[V]上升到E[V]。 该矩形波脉冲信号的电压经由缓冲放大器5、电阻Rl向耦合电容器Cl的另一端即测定点 Pl供给。在步骤S21中，CPUl 1在使矩形波脉冲信号从0 [V]上升到E [V]的时刻(时刻t2) 后经过时间Τ/2的时刻(第一相位时刻检测在测定点pi产生的电压Vh(第一电压)。即，在测定点Pl产生的电压经由电阻R2及缓冲放大器6输入到A/D变换器17，CPUl 1 根据输入到A/D变换器17的电压数据检测在测定点pi产生的电压Vh。而且，从时刻t2经过时间T/2时，在步骤S22中，CPUll使从输出部16输出的矩形波脉冲信号从E[V]降低到0[V]。因此，在该时刻向耦合电容器Cl供给的电压成为0[V]。在步骤S23中，CPUll在从时刻t2经过时间T后的时刻(第二相位时刻t2+T) 检测在测定点Pl产生的电压Vl (第二电压)。在步骤SM中，CPUll通过用在步骤S21的处理中检测到的电压Vh减去在步骤S23 的处理中检测到的电压Vl来计算差值电压Vp-p( = Vh-Vl)。在步骤S25中，CPUll对在步骤S24的处理中求得的差值电压Vp-p和预先设定的第二基准电压Vref2进行比较。而且，在CPUll在判定为差值电压Vp-p成为第二基准电压Vref2以下(Vp-p ( Vref2)的情况下(步骤S25中YEQ，判定为未产生联接部p2的松动等异常，并在步骤S27中向操作者通知未产生联接部p2的松动。即，在联接部p2未产生松动的情况下，测定点Pl的电压受到电容器C2的影响，差值电压Vp-p变小。该情况下，如图4(b)所示，接通负荷时和切断负荷时的电压差变小，差值电压Vp-p成为第二基准电压 Vref2以下，因此，可以确认在联接部p2没有产生松动。另一方面，在步骤S25中，在CPUll判定为差值电压Vp-p高于第二基准电压 Vref2 (Vp-p > Vref2)的情况下(步骤S25中NO)，CPUll判定为在联接部p2产生松动，在步骤S^中，向操作者通知产生联接异常。即，在联接部p2产生松动的情况下，在联接部p2 产生静电容，在测定点Pl和地线之间的合成静电容降低，因此，差值电压Vp-p变大。该情况下，如图4(c)所示，接通负荷时和切断负荷时的电压变大，差值电压Vp-p高于第二基准电压Vref2，因此，可以确认在联接部p2产生松动。S卩，如图3的判定表所示，在将开关SWl 接通的状态，差值电压Vp-p高于第二基准电压Vref2的情况下，CPUll判定为在联接部p2 产生松动并向操作者通知该判定。由此，本实施方式的高电压电路A的异常检测装置中，在逆变器电路2和地线之间设置将电容器C2和开关SWl串联地连接的串联连接电路，在将开关SWl设为切断的状态下，通过向测定点Pl输出矩形波脉冲信号来判定在高电压电路A是否产生接地故障，另外， 在未产生接地故障的条件下，将开关SWl设为接通，在该状态下向测定点pi输出矩形波脉冲信号时的差值电压Vp-p超过第二基准电压Vref2的情况下，判定为在联接部p2产生松动。因此，能够可靠且迅速地检测在联接部P2产生松动，可以在联接部p2的联接完全脱离 (断线)前的时刻识别其，可以预先进行维护工作等。另外，由于与耦合电容器Cl相比电容器C2的静电容被设定地大，因此在联接部p2 产生松动的情况下可以使差值电压Vp-p的变化增大，可以提高检测联接部p2的松动的精度。另外，将向测定点pi输出的矩形波脉冲的负荷比设为50%，根据该矩形波脉冲从 H电平变化成L电平的时刻的电压Vh及矩形波脉冲从L电平变化成H电平的时刻的电压 Vl求得差值电压Vp-p，因此，可以正确地求得接通负荷时的电压和切断负荷时的电压的差值，可以提高接地故障检测及联接部的松动检测的精度。如以上说明，本发明的高电压电路A的异常检测装置及方法中，在将开关装置设为开路(切断)的状态下，向测定点输出矩形波脉冲信号，求取在矩形波脉冲信号成为第一相位的时刻检测的第一电压和矩形波脉冲信号成为第二相位的时刻检测的第二电压的差值电压Vp-p。而且，根据该差值电压Vp-p的大小检测在高电压电路A是否产生接地故障。 另外，在未检测到接地故障的情况下，将开关装置设为闭路(接通)，向测定点输出矩形波脉冲信号，求取在矩形波脉冲信号成为第一相位的时刻检测的第一电压和矩形波脉冲信号成为第二相位的时刻检测的第二电压的差值电压Vp-p，根据该差值电压Vp-p的大小检测在联接部是否产生松动。因此，在连接直流电源和逆变器电路的联接部产生松动的情况下， 能够可靠且迅速地检测该情况。以上，根据图示的实施方式对本发明的高电压电路的异常检测装置及方法进行说明，但本发明不限定于此，各部的构成可以置换成具有相同功能的任意构成。本申请基于在2009年9月M日申请的日本国专利申请第2009-219037号主张优先权，这些申请的全部内容作为参考被编入到本发明书中。产业上的可利用性本发明在连接高电压的直流电源和逆变器电路的联接部产生松动的情况下，可以立即识别该情况时而使用。
权利要求
1.一种高电压电路的异常检测装置，检测具备直流电源和经由联接部与该直流电源连接的逆变器电路的高电压电路的接地故障及所述联接部的松动，其特征在于，具备第一电容器，其一端与所述直流电源的正极侧端子连接，另一端作为测定点；脉冲输出装置，其向所述测定点输出矩形波脉冲信号；第二电容器及开关装置的串联连接电路，其设于所述逆变器电路的正极侧端子与地线之间；电压测定装置，其测定在从所述脉冲输出装置输出的矩形波脉冲信号成为第一相位的时刻产生于所述测定点的第一电压、和在所述矩形波脉冲信号成为与所述第一相位不同的第二相位的时刻产生于所述测定点的第二电压，且求得所述第一电压和所述第二电压的差值电压；接地故障检测装置，其在将所述开关装置设为开路的状态下，根据利用所述电压测定装置测定的差值电压检测所述直流电源的接地故障；松动状态检测装置，其在用所述接地故障检测装置未检测到接地故障时，在将所述开关装置设为闭路的状态下，根据由所述电压测定装置测定的差值电压检测所述联接部的松动状态。
2.如权利要求1所述的高电压电路的异常检测装置，其特征在于，所述矩形波脉冲为负荷比50%，所述第一相位为该矩形波脉冲从H电平变化成L电平的时刻，所述第二相位为矩形波脉冲从L电平变化成H电平的时刻。
3.如权利要求1或2所述的高电压电路的异常检测装置，其特征在于，所述接地故障检测装置将预先设定的第一基准电压和所述差值电压进行比较，在该差值电压低于所述第一基准电压的情况下，判定为产生接地故障。
4.如权利要求1 3中任一项所述的高电压电路的异常检测装置，其特征在于，所述松动状态检测装置将预先设定的第二基准电压和所述差值电压进行比较，在该差值电压高于所述第二基准电压的情况下，判定为在所述联接部产生松动。
5.如权利要求1 4中任一项所述的高电压电路的异常检测装置，其特征在于，第二电容器比第一电容器的静电容大。
6.一种高电压电路的异常检测方法，检测具备直流电源和经由联接部与该直流电源连接的逆变器电路的高电压电路的接地故障及所述联接部的松动，其特征在于，设置一端与所述直流电源的正极侧端子连接，另一端作为测定点的第一电容器，向所述测定点输出矩形波脉冲，在所述矩形波脉冲信号成为第一相位的时刻，测定产生于所述测定点的第一电压，在所述矩形波脉冲信号成为与所述第一相位不同的第二相位的时刻，测定产生于所述测定点的第二电压，求得所述第一电压和第二电压的差值电压，在所述逆变器电路的正极侧端子与地线之间设置第二电容器及开关装置的串联连接电路，基于在所述开关装置为开路的状态下求得的差值电压，检测所述直流电源的接地故障，在未检测到所述接地故障时，基于在所述开关装置为闭路的状态下求得的差值电压，检测所述联接部的松动状态。
全文摘要
一种高电压电路(A)的异常检测装置及其方法，在将设于逆变器电路(2)和地线之间的开关(SW1)设为切断的状态下，向测定点(p1)输出矩形波脉冲，求得由T/2相位检测出的电压(Vh)和由T相位检测出的电压(V1)的差值电压(Vp-p)，根据其大小检测接地故障的产生，进一步，在将开关(SW1)设为接通的状态下，向测定点(p1)输出矩形波脉冲，在差值电压(Vp-p)超过基准电压(Vref2)的情况下，判定为在联接部(p2)产生松动。
文档编号G01R31/02GK102483436SQ20108003724
公开日2012年5月30日 申请日期2010年9月9日 优先权日2009年9月24日
发明者原佑一, 星野典子, 森田刚 申请人:日产自动车株式会社