(57)【要約】【課題】筐体と電源との間の浮遊容量に起因して電源の絶縁状態の検出精度が低下するのを抑制する。【解決手段】複数の電源を備える筐体と各電源との間の絶縁状態を検出する装置の少なくともひとつの絶縁検出装置は、電源と前記筐体との間に電気抵抗を検出するための交流信号を印加する印加手段を備える。さらに絶縁検出装置は、電源と筐体との間にインダクタンスを有する回路が接続されて当該電源と筐体との間の浮遊容量及びインダクタンスにより共振回路を形成する共振手段と、インダクタンスにより前記浮遊容量に流れる信号成分を打ち消すように前記共振回路の共振周波数を調整する調整手段とを含む。そして絶縁検出装置は、共振回路を介して電源と筐体との間の絶縁抵抗の大きさを検出する検出手段とを含む。【選択図】図１
2018021871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電源を備える筐体と各電源との間の絶縁状態を検出する装置のうちの少なくともひとつの絶縁検出装置であって、
前記電源と前記筐体との間に電気抵抗を検出するための交流信号を印加する印加手段と、
前記電源と前記筐体との間にインダクタンスを有する回路が接続されて、当該電源と前記筐体との間の浮遊容量及び前記インダクタンスにより共振回路を形成する共振手段と、
前記インダクタンスにより前記浮遊容量に流れる信号成分を打ち消すように前記共振回路の共振周波数を調整する調整手段と、
前記共振回路を介して前記電源と前記筐体との間の絶縁抵抗の大きさを検出する検出手段と、
を含むことを特徴とする絶縁検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の絶縁検出装置であって、
前記印加手段は、前記電源の電極端子に前記交流信号として交流電流を印加し、
前記検出手段は、前記電源の電極端子と前記筐体との間の電圧を計測し、前記計測した電圧の大きさを示す電圧信号に基づいて前記絶縁抵抗の大きさを検出し、
前記調整手段は、前記電圧信号に応じて前記共振回路の共振周波数を制御する、
絶縁検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の絶縁検出装置であって、
前記調整手段は、前記印加手段から前記電極端子に印加される交流電流の大きさを示す電流信号と前記電圧信号の位相差に応じて前記共振回路の共振周波数を制御する、
絶縁検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の絶縁検出装置であって、
前記調整手段は、前記電圧信号に対して前記電流信号を乗算することにより前記位相差を検出し、前記検出した位相差が小さくなるように前記共振回路の共振周波数を所定の周波数に設定する、
絶縁検出装置。
【請求項５】
請求項２に記載の絶縁検出装置であって、
前記調整手段は、前記電圧信号のレベルが大きくなるように前記共振回路の共振周波数を所定の値に設定する、
絶縁検出装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の絶縁検出装置であって、
前記インダクタンスを有する回路は、前記インダクタンスの大きさが変化する可変回路を含み、
前記調整手段は、前記可変回路のインダクタンスを変更することにより、前記共振回路の共振周波数を所定の値に調整する、
絶縁検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の絶縁検出装置であって、
前記インダクタンスを有する回路は、複数のオペアンプと複数の抵抗素子とを含み、
前記調整手段は、前記回路における回路定数を変更することにより前記インダクタンスの大きさを制御する、
絶縁検出装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の絶縁検出装置であって、
前記共振手段は、前記インダクタンスを有する回路と前記電源との間に接続されるコンデンサをさらに含む、
絶縁検出装置。
【請求項９】
請求項８に記載の絶縁検出装置であって、
前記コンデンサは、前記印加手段と前記検出手段との間に直列に接続されて、前記絶縁抵抗とともにフィルタを形成し、
前記検出手段は、前記フィルタを介して前記電源の電極端子から出力される電圧を検出する、
絶縁検出装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の絶縁検出装置であって、
前記共振回路の共振周波数は、他の絶縁検出装置における前記共振回路の共振周波数に対して等しくなるように設定される、
絶縁検出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の絶縁検出装置であって、
前記電源同士を接続又は遮断するスイッチを含み、
前記調整手段は、前記スイッチを遮断状態から接続状態に切り替えた場合には、前記印加手段により印加される交流信号と他の絶縁検出装置から出力される前記交流信号との位相が一致するように、前記印加手段の出力を制御する、
絶縁検出装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の絶縁検出装置であって、
前記電源同士を接続又は遮断するスイッチを含み、
前記調整手段は、前記スイッチを遮断状態から接続状態に切り替えた場合には、前記印加手段により前記交流信号を印加し、前記他の絶縁検出装置から出力される前記交流信号を停止する、
絶縁検出装置。
【請求項１３】
複数の電源を備える筐体と各電源との間の絶縁状態を検出する複数の絶縁検出装置を有する検出システムであって、
前記複数の絶縁検出装置の各々は、
前記電源と前記筐体との間に電気抵抗を検出するための交流信号を印加する印加手段と、
前記電源と前記筐体との間にインダクタンスを有する回路が接続されて、当該電源と前記筐体との間の浮遊容量及び前記インダクタンスにより共振回路を形成する共振手段と、
前記印加手段から前記浮遊容量に流れる電流成分が小さくなるように前記共振回路の共振周波数を調整する調整手段と、
前記共振回路を介して前記電源と前記筐体との間の絶縁抵抗の大きさを検出する検出手段と、を含む、
ことを特徴とする検出システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の絶縁検出システムであって、
前記複数の絶縁検出装置における前記共振回路の共振周波数は、互いに等しくなるように設定される、
検出システム。
【請求項１５】
複数の電源を備える筐体と各電源との間の絶縁状態を検出する絶縁検出方法であって、
前記電源と前記筐体との間にインダクタンスを有する回路が接続されて、当該電源と前記筐体との間の浮遊容量及び前記インダクタンスにより共振回路を形成する共振ステップと、
前記電源と前記筐体との間に電気抵抗を検出するための交流信号を印加する印加ステップと、
前記浮遊容量に流れる電流成分が小さくなるように前記共振回路の共振周波数を調整する調整ステップと、
前記共振回路を介して前記電源と前記筐体との間の絶縁抵抗の大きさを検出する検出ステップと、
を含むことを特徴とする絶縁検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筐体に設けられた複数の電源と筐体との間の絶縁状態を検出する絶縁検出装置及び検出システム並びに絶縁検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、第１及び第２の絶縁抵抗検出部により第１及び第２の電源にそれぞれ印加される電圧の印加タイミングを互いにずらすことで第１及び第２の絶縁抵抗を計測する地絡検知システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４９３７２９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような地絡検知システムにおいては、第１及び第２の電源に印加される交流信号同士の干渉が抑えられるものの、各電源に印加される交流信号の測定周波数によっては各電源に浮遊する浮遊容量にも電流が流れてしまう。その結果、絶縁抵抗を検出する精度が低下する可能性があるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、筐体と電源との間の浮遊容量に起因して電源の絶縁状態の検出精度が低下するのを抑制する絶縁検出装置及び検出システム並びに絶縁検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によれば、複数の電源を備える筐体と各電源との間の絶縁状態を検出する装置のうちの少なくともひとつの絶縁検出装置は、電源と筐体との間に電気抵抗を検出するための交流信号を印加する印加手段を備える。そして絶縁検出装置は、電源と筐体との間にインダクタンスを有する回路が接続されて当該電源と筐体との間の浮遊容量及びインダクタンスにより共振回路を形成する共振手段を含む。さらに、絶縁検出装置は、インダクタンスにより浮遊容量に流れる信号成分を打ち消すように共振回路の共振周波数を調整する調整手段と、共振回路を介して電源と筐体との間の絶縁抵抗の大きさを検出する検出手段とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この態様によれば、浮遊容量に流れる信号成分が抑制されるように共振回路の共振周波数が調整されるので、電源と筐体との間の絶縁抵抗を検出する精度を維持することができる。すなわち、電源と筐体との間に寄生する浮遊容量に起因して電源の絶縁状態の検出精度が低下するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態における複数の絶縁抵抗センサを備える検出システムの構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、絶縁抵抗センサにより形成される並列共振回路を用いて浮遊容量成分をキャンセルする手法を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態における浮遊容量の信号成分を打ち消す共振処理部の機能構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、絶縁抵抗センサにより形成される並列共振回路の振幅位相特性を説明する図である。
【図５】図５は、本実施形態における共振処理部の他の機能構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、インダクタンス回路の構成例を示す回路図である。
【図７】図７は、本実施形態における車体と電源との間の絶縁状態を検出する絶縁検出方法についての処理手順例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の第３実施形態における検出システムの構成の一例を示す図である。
【図９】図９は、複数の電源を接続するスイッチの切替えに拘わらず並列共振回路の共振周波数を一定にする手法を説明する図である。
【図１０】図１０は、本実施形態における絶縁検出方法の処理手順例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における複数の絶縁抵抗センサ６ａ及び６ｂを備える検出システム１００の構成の一例を示す図である。
【００１１】
検出システム１００は、筐体である車体２００に配設された複数の電源の各々の絶縁状態を検出する絶縁検出システムである。本実施形態の検出システム１００は、電動自動車に搭載されている。
【００１２】
車体２００には、複数の電源として燃料電池１及びバッテリ２が備えられている。さらに車体２００には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３、インバータ４、及びモータ５が備えられている。
【００１３】
燃料電池１及びバッテリ２の各々は、車体２００に対して非接触となるように配置される。これに伴って、車体２００と燃料電池１との間には絶縁抵抗Ｒｉ１が存在するとともに浮遊容量Ｃｓ１が寄生し、車体２００とバッテリ２との間には絶縁抵抗Ｒｉ２が存在するとともに浮遊容量Ｃｓ２が寄生する。
【００１４】
なお、絶縁抵抗Ｒｉ１及びＲｉ２と浮遊容量Ｃｓ１及びＣｓ２は、便宜的に抵抗素子とコンデンサにより示されている。また、絶縁抵抗Ｒｉ１及び浮遊容量Ｃｓ１は車体２００と燃料電池１の負極端子１ｎとの間に示されているが、絶縁抵抗Ｒｉ１及び浮遊容量Ｃｓ１には、燃料電池１の正極端子１ｐと負極端子１ｎの間の絶縁抵抗及び浮遊容量も加味されている。縁抵抗Ｒｉ２及び浮遊容量Ｃｓ２についても同様である。
【００１５】
燃料電池１及びバッテリ２は、直流電圧を負荷装置に供給する電源である。燃料電池１は第１の直流電源であり、バッテリ２は、第２の直流電源であり、例えばリチウムイオン電池により実現される。燃料電池１及びバッテリ２は、共に多数の電池セルを積層した積層電池であり、本実施形態では数百Ｖ（ボルト）の電圧を出力する、いわゆる強電系の電源である。この例では、モータ５に交流電力を供給するインバータ４に対して主に燃料電池１が直流電力を供給し、バッテリ２が燃料電池１の補助電源としてインバータ４に直流電力を供給する。
【００１６】
本実施形態において、燃料電池１の正極端子１ｐは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の二次側正極端子とインバータ４の正極端子とに接続され、燃料電池１の負極端子１ｎは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の二次側負極端子とインバータ４の負極端子とに接続される。そして、バッテリ２の正極端子２ｐは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の一次側正極端子とインバータ４の正極端子とに接続され、燃料電池１の負極端子１ｎは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の２次側負極端子とインバータ４の負極端子とに接続される。
【００１７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、コントローラ７の操作に従ってバッテリ２の電圧を燃料電池１の電圧に対して昇圧又は降圧する。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、モータ５の回生電力がインバータ４からバッテリ２へ充電されるようにバッテリ２の電圧を制御する。
【００１８】
検出システム１００は、絶縁抵抗センサ６ａ、絶縁抵抗センサ６ｂ、及びコントローラ７を備える。絶縁抵抗センサ６ａ及び６ｂの各々は、車体２００に設けられた電源と車体２００との間の絶縁状態を検出する絶縁検出装置である。絶縁抵抗センサ６ａ及び６ｂは、互いに同一の構成である。
【００１９】
絶縁抵抗センサ６ａは、燃料電池１と車体２００との間の絶縁状態を検出する。絶縁抵抗センサ６ａは、電流印加部６１と、直流遮断コンデンサ６２と、電圧検出部６３と、インダクタンス回路６４と、コンデンサ６５と、共振処理部６６とを備える。
【００２０】
電流印加部６１は、燃料電池１の負極端子１ｎと車体２００との間に電気抵抗を検出するための交流信号を印加する印加手段を構成する。
【００２１】
本実施形態において電流印加部６１は、電流信号線ｌｎ１を通じて、あらかじめ定められた周波数ｆｍを有する交流電流を燃料電池１の負極端子１ｎに印加する。以下では電流印加部６１から出力される交流電流の周波数を測定周波数ｆｍという。
【００２２】
電流印加部６１は、他の電流印加部６１から出力される交流電流との干渉を回避するために、コントローラ７からの同期信号に従って交流電流を出力する。これにより、複数の電流印加部６１から出力される交流電流の位相を互いに等しくすることができる。
【００２３】
さらに電流印加部６１は、燃料電池１の負極端子１ｎに印加される交流電流の大きさを示す電流信号Ｉ１を共振処理部６６に出力する。例えば、電流印加部６１は、燃料電池１の負極端子１ｎに印加される交流電流の実効値又は平均値を電流信号Ｉ１として共振処理部６６に出力する。
【００２４】
直流遮断コンデンサ６２は、電流印加部６１と燃料電池１の負極端子１ｎとの間に接続される。直流遮断コンデンサ６２は、電流印加部６１から出力される交流電流を燃料電池１の負極端子１ｎに通し、燃料電池１から電流印加部６１に供給される直流信号を遮断する機能を有する。これにより、燃料電池１によって構成される強電系の回路から過大な電圧が電流印加部６１に印加されるのを回避でき、電流印加部６１の製品コストの増加を低減することができる。
【００２５】
電圧検出部６３は、電流信号線ｌｎ２を通じて、燃料電池１の負極端子１ｎと車体２００との間に生じる交流電圧を検出する検出手段を構成する。電圧検出部６３は、検出した交流電圧の大きさを示す検出信号Ｖ１を共振処理部６６に出力する。例えば、電圧検出部６３は、交流電圧の実効値又は平均値を計測する交流電流計により実現され、計測した交流電圧の実効値又は平均値を検出信号Ｖ１として共振処理部６６に出力する。
【００２６】
インダクタンス回路６４は、インダクタンスＬ１を有する電気回路である。インダクタンス回路６４は、インダクタンスＬ１の大きさを変更可能な可変回路により実現される。例えば、インダクタンス回路６４は、互いに直列に接続された複数のインダクタンス素子と、複数のインダクタンス素子の接続位置を段階的に切り替える切替回路とを有する。
【００２７】
インダクタンス回路６４は、燃料電池１の負極端子１ｎと車体２００との間の浮遊容量Ｃｓ１及び絶縁抵抗Ｒｉ１に対して並列に接続される。インダクタンス回路６４及び浮遊容量Ｃｓ１が互いに並列に接続されることで並列共振回路６０ａが形成される。
【００２８】
並列共振回路６０ａは、電流印加部６１から絶縁抵抗Ｒｉ１に印加される交流電流の一部が浮遊容量Ｃｓ１に流れるのを抑制する機能を有する。すなわち、並列共振回路６０ａは、インダクタンスＬ１を用いて浮遊容量Ｃｓ１をキャンセルする機能を有する。
【００２９】
このように、並列共振回路６０ａは、燃料電池１の負極端子１ｎと車体２００との間にインダクタンス回路６４が接続されてインダクタンスＬ１及び浮遊容量Ｃｓ１により共振回路を形成する共振手段を構成する。
【００３０】
コンデンサ６５は、燃料電池１の負極端子１ａとインダクタンス回路６４との間に接続される。コンデンサ６５は、燃料電池１の負極端子１ａと車体２００との間にインダクタンス回路６４を接続することに伴う燃料電池１と車体２００との間の絶縁性の低下を抑制する機能を有する。
【００３１】
なお、コンデンサ６５をインダクタンス回路６４と車体２００との間に接続するようにしてもよい。この場合であっても燃料電池１と車体２００との間の絶縁性を確保することができる。
【００３２】
共振処理部６６は、電流印加部６１によるインダクタンス回路６４の電流成分と浮遊容量Ｃｓ１の電流成分を互いに相殺するように並列共振回路６０ａの共振周波数を調整する調整手段である。
【００３３】
例えば、共振処理部６６は、絶縁抵抗Ｒｉ１の計測に伴う浮遊容量Ｃｓ１の影響を打ち消すように並列共振回路６０ａの共振周波数を所定の値に調整する。本実施形態の共振処理部６６は、並列共振回路６０ａの共振周波数が電流印加部６１の測定周波数ｆｍに収束するよう、インダクタンス回路６４に生じるインダクタンスＬ１の大きさを変更する。
【００３４】
また、共振処理部６６は、並列共振回路６０ａを介して燃料電池１と車体２００との間の絶縁抵抗Ｒｉ１を検出する検出手段を構成する。
【００３５】
本実施形態において共振処理部６６は、燃料電池１の負極端子１ｎに印加される交流電流の大きさを示す交流信号Ｉ１を電流印加部６１から取得し、燃料電池１の負極端子１ｎと車体２００との間の電圧の大きさを示す検出信号Ｖ１を電圧検出部６３から取得する。共振処理部６６は、取得した検出信号Ｖ１の振幅を交流信号Ｉ１の振幅により除して絶縁抵抗Ｒｉ１の大きさを算出する。共振処理部６６は、算出した結果をコントローラ７に出力する。
【００３６】
このように、絶縁抵抗センサ６ａは、燃料電池１の負極端子１ｎと車体２００との間の絶縁抵抗Ｒｉ１を検出し、検出した絶縁抵抗Ｒｉ１の値をコントローラ７に出力する。
【００３７】
次に、検出システム１００における絶縁抵抗センサ６ｂの構成について説明する。
【００３８】
絶縁抵抗センサ６ｂは、バッテリ２と車体２００との間の絶縁状態を検出する絶縁検出装置を構成する。本実施形態の絶縁抵抗センサ６ｂは、バッテリ２の負極端子２ｎと車体２００との間の絶縁抵抗Ｒｉ２を検出する。
【００３９】
絶縁抵抗センサ６ｂは、絶縁抵抗センサ６ａと同様の構成であり、電流印加部６１、直流遮断コンデンサ６２、電圧検出部６３、インダクタンス回路６４、コンデンサ６５、及び共振処理部６６を備える。なお、絶縁抵抗センサ６ａと同一の構成については同一符号を付してここでの説明を省略する。
【００４０】
絶縁抵抗センサ６ｂのインダクタンス回路６４は、バッテリ２の負極端子２ｎと車体２００との間の浮遊容量Ｃｓ２及び絶縁抵抗Ｒｉ２に対して並列に接続される。インダクタンス回路６４及び浮遊容量Ｃｓ２が互いに並列に接続されることにより並列共振回路６０ｂが形成される。
【００４１】
並列共振回路６０ｂは、絶縁抵抗センサ６ｂの電流印加部６１から絶縁抵抗Ｒｉ２に印加される交流電流の一部が浮遊容量Ｃｓ２に流れるのを抑制する機能を有する。すなわち、並列共振回路６０ｂは、バッテリ２の負極端子２ｎと車体２００との間にインダクタンス回路６４が接続されて、インダクタンス回路６４及び浮遊容量Ｃｓ２により共振回路を形成する共振手段を構成する。
【００４２】
絶縁抵抗センサ６ｂの共振処理部６６は、電流印加部６１によるインダクタンス回路６４の電流成分及び浮遊容量Ｃｓ２の電流成分を互いに相殺するように並列共振回路６０ｂの共振周波数を調整する調整手段を構成する。
【００４３】
本実施形態において共振処理部６６は、インダクタンス回路６４に生じるインダクタンスＬ２の大きさを変更することにより、並列共振回路６０ｂの共振周波数をあらかじめ定められた周波数に調整する。
【００４４】
そして、共振処理部６６は、並列共振回路６０ｂを介してバッテリ２と車体２００との間の絶縁抵抗Ｒｉ２を検出する検出手段を構成する。本実施形態において共振処理部６６は、バッテリ２の負極端子２ｎに印加される交流電流の大きさを示す交流信号Ｉ２を電流印加部６１から取得し、バッテリ２の負極端子２ｎと車体２００との間の電圧の大きさを示す検出信号Ｖ２を電圧検出部６３から取得する。共振処理部６６は、取得した検出信号Ｖ２の振幅を交流信号Ｉ２の振幅により除して絶縁抵抗Ｒｉ２の大きさを算出してその結果をコントローラ７に出力する。
【００４５】
このように、絶縁抵抗センサ６ｂは、バッテリ２の負極端子２ｎと車体２００との間の絶縁抵抗Ｒｉ２を検出し、検出した絶縁抵抗Ｒｉ２の値をコントローラ７に出力する。
【００４６】
コントローラ７は、絶縁抵抗センサ６ａ及び絶縁抵抗センサ６ｂからそれぞれ絶縁抵抗Ｒｉ１及びＲｉ２の抵抗値を取得し、これらの抵抗値が所定の絶縁判定閾値を下回るか否かを判断する。そしてコントローラ７は、絶縁抵抗Ｒｉ１及びＲｉ２の各抵抗値が絶縁判定閾値に対して大きい又は等しい場合には、車体２００に対する燃料電池１及びバッテリ２の各絶縁状態が良好であると判断する。
【００４７】
一方、絶縁抵抗Ｒｉ１及びＲｉ２の一方の抵抗値が上記の絶縁判定閾値を下回る場合には、コントローラ７は、車体２００に対する燃料電池１及びバッテリ２のうちの電源の絶縁状態が不良であると判定する。コントローラ７は、電源の絶縁状態が不良であると判定した場合には、例えば、燃料電池１及びバッテリ２の接続を遮断するとともにＤＣ／ＤＣコンバータ３の操作を停止して燃料電池１の運転を停止する。
【００４８】
なお、本実施形態ではコントローラ７が各電流印加部６１に同期信号を出力したが、電流印加部６１同士を同期信号線により直接接続してもよい。同期信号としては、例えばＣＡＮバス通信プロトコルが用いられる。この例では、絶縁抵抗センサ６ａの電流印加部６１をマスタとし、絶縁抵抗センサ６ｂの電流印加部６１をスレーブとしてスレーブ側の電流印加部６１の位相を変更するようにしてもよい。
【００４９】
次に、絶縁抵抗Ｒｉ１の検出にあたり浮遊容量Ｃｓ１の影響を排除する並列共振回路６０ａの動作について説明する。
【００５０】
図２は、本実施形態の並列共振回路６０ａの機能を説明する図である。図２（ａ）は、並列共振回路６０ａの回路構成を等価的に示し、図２（ｂ）は、電流印加部６１から印加される交流電流Ｉｅ１の実軸成分及び虚軸成分を示す。
【００５１】
図２（ａ）では、便宜上、インダクタンスＬ１とコンデンサＣｄとの合成リアクタンスがインダクタンスＬｅ１として示されている。インダクタンスＬｅ１のリアクタンスＸＬｅ１（＝ωＬｅ１）は、インダクタンス回路６４のリアクタンスＸＬ１（＝ωＬ１）とコンデンサ６５のリアクタンスＸＣｄ（＝１／（ωＣｄ））とを合成したものである。
【００５２】
図２（ｂ）に示すように、リアクタンスＸＬｅ１とリアクタンスＸＣｓ１が互いに等しくなる共振条件（ＸＬｅ１＝ＸＣｓ１）においてインダクタンスＬｅに流れる交流電流の振幅と浮遊容量Ｃｓ１に流れる交流電流の振幅とが等しく、かつ、両者の位相差が１８０°である。このため、インダクタンスＬｅによって浮遊容量Ｃｓ１の信号成分が打ち消されて虚軸成分Ｉｍがゼロになる。
【００５３】
並列共振回路６０ａを構成するインダクタンスＬｅ１と浮遊容量Ｃｓ１は電気エネルギーを蓄積する作用を有し、このインダクタンスＬｅ１と浮遊容量Ｃｓ１が共振状態になると、互いに電流のやり取りが行われる。このため、外部の電流印加部６１から印加される交流電流Ｉｅ１は理想的にはインダクタンスＬｅ１と浮遊容量Ｃｓ１には流れなくなる。すなわち、インダクタンスＬｅ１及び浮遊容量Ｃｓ１の等価的な電気抵抗Ｒｒは理論的には無限大となる。
【００５４】
このように、並列共振回路６０ａが共振状態になると、浮遊容量Ｃｓ１は絶縁抵抗Ｒｉ１に比べて極めて高い値の電気抵抗Ｒｒに変換されることになるので、交流電流Ｉｅ１は絶縁抵抗Ｒｉ１に集中的に流れることになる。これにより、絶縁抵抗Ｒｉ１の検出精度が向上する。
【００５５】
ここで、並列共振回路６０ａの共振条件は次式（１）のように表わされる。
【００５６】
【数１】
2018021871.tif 000003
【００５７】
式（１）を展開すると、並列共振回路６０ａが共振状態となる交流電流Ｉｅ１の角速度ω又は共振周波数ｆは、次式（２）のように表わされる。
【００５８】
【数２】
2018021871.tif 000004
【００５９】
式（２）の関係から、インダクタンスＬｅ１の大きさを変更することで並列共振回路６０ａの共振周波数ｆが変化する。したがって、本実施形態の絶縁抵抗センサ６ａは、並列共振回路６０ａの共振周波数ｆを交流電流Ｉｅ１の測定周波数ｆｍと等しくなるようにインダクタンスＬｅ１を調整する。これにより、浮遊容量Ｃｓ１の信号成分が除去されるので、絶縁抵抗Ｒｉ１の検出精度の低下を抑制するこができる。
【００６０】
本発明の第１実施形態によれば、筐体である車体２００には、複数の電源を構成する燃料電池１及びバッテリ２が備えられており、複数の絶縁検出装置は、車体２００と燃料電池１との間の絶縁状態を検出する絶縁抵抗センサ６ａ、及び、車体２００と燃料電池１との間の絶縁状態を検出する絶縁抵抗センサ６ｂにより構成される。
【００６１】
絶縁抵抗センサ６ａは、燃料電池１と車体２００との間に電気抵抗を検出するための交流信号を印加する印加手段を構成する電流印加部６１を備える。そして絶縁抵抗センサ６ａは、燃料電池１と車体２００との間にインダクタンスＬ１を有するインダクタンス回路６４が接続されて燃料電池１と車体２００との間に浮遊する浮遊容量Ｃｓ１及びインダクタンスＬ１により並列共振回路６０ａを形成する共振手段を構成する。さらに絶縁抵抗センサ６ａは、インダクタンスＬ１により浮遊容量Ｃｓ１に印加される信号成分を打ち消すように並列共振回路６０ａの共振周波数を調整する調整手段を構成する共振処理部６６を備える。そして共振処理部６６は、並列共振回路６０ａを介して燃料電池１と車体２００との間の絶縁抵抗Ｒｉ１の大きさを検出する検出手段を構成する。
【００６２】
これにより、浮遊容量Ｃｓ１に流れる信号成分が抑制されるように並列共振回路６０ａの共振周波数が調整されるので、交流信号の周波数に拘わらず、燃料電池１と車体２００との間の絶縁抵抗を検出する精度を維持することができる。すなわち、電源と筐体との間に寄生する浮遊容量に起因して電源の絶縁状態の検出精度が低下するのを抑制することができる。
【００６３】
具体的には、インダクタンス回路６４により浮遊容量Ｃｓ１の信号成分が相殺されて電流印加部６１から絶縁抵抗Ｒｉ１に印加される交流電流が浮遊容量Ｃｓ１に漏れなくなるので、絶縁抵抗Ｒｉ１を検出する精度が低下するのを抑制することができる。
【００６４】
また、仮に浮遊容量Ｃｓ１が変動して並列共振回路６０ａの共振周波数が本来の値からずれたとしても、共振処理部６６により浮遊容量Ｃｓ１の影響を取り除くように調整されるので、絶縁抵抗Ｒｉ１の検出精度を維持することができる。
【００６５】
さらに、電流印加部６１の測定周波数ｆｍを変更したとしても、測定周波数ｆｍの変更に伴って共振周波数が調整されるので、絶縁抵抗Ｒｉ１の検出精度が高くなるような周波数領域に測定周波数ｆｍを設定することが可能になる。
【００６６】
一般に、浮遊容量Ｃｓ１のリアクタンスＸｃｓは測定周波数ｆｍに反比例することから、測定周波数ｆｍを大きくするほどリアクタンスＸｃｓが小さくなる。一方、リアクタンスＸｃｓが小さくなるほど、絶縁抵抗Ｒｉ１に印加される電流が浮遊容量Ｃｓ１に流れ易くなる。このため、測定周波数ｆｍを所定の値、例えば１００Ｈｚよりも大きくすることは困難となる。
【００６７】
これに対して、測定周波数ｆｍを小さくするほど、直流遮断コンデンサ６２やコンデンサ６５などの耐電圧及び電気容量を高めなければならなくなり、製品コストやサイズが増加する。これに加えて、燃料電池１の補機を構成するアクチュータや、インバータ４、モータ５などの動作ノイズを受け易くなってしまう。
【００６８】
本実施形態によれば、絶縁抵抗Ｒｉ１の検出に伴う浮遊容量Ｃｓ１の影響が排除されるように並列共振回路６０ａの共振周波数を調整することで、測定周波数ｆｍを高くしたとしても浮遊容量Ｃｓ１に流れる信号成分を低減することができる。このため、モータ５などの作動ノイズを受け難く、かつ、直流遮断コンデンサ６２の製品コスト及びサイズを抑制可能な周波数領域に測定周波数ｆｍを設定することが可能になる。よって、絶縁抵抗センサ６ａの製造コスト及びサイズを低減しつつ、絶縁抵抗Ｒｉ１の検出精度を向上させることができる。
【００６９】
また、本実施形態によれば、インダクタンス回路６４は、インダクタンスＬ１の大きさが変化する可変回路である。そして共振処理部６６は、インダクタンス回路６４のインダクタンスＬ１を変更することにより、並列共振回路６０ａの共振周波数ｆを所定の値、例えば測定周波数ｆｍの近傍に調整する。このように、インダクタンス回路６４のインダクタンスＬ１を変更して並列共振回路６０ａの共振周波数を調整するので、簡易な構成により浮遊容量Ｃｓ１の信号成分を打ち消すことがｄきる。
【００７０】
また、本実施形態によれば、並列共振回路６０ａは、燃料電池１とインダクタンス回路６４との間又はインダクタンス回路６４と車体２００との間に接続されるコンデンサ６５をさらに含む。これにより、インダクタンス回路６４の接続に伴う燃料電池１と車体２００との間の絶縁抵抗Ｒｉ１の低下を回避することができる。
【００７１】
また、本実施形態によれば、コンデンサ６５は、電流印加部６１と電圧検出部６３との間に直列に接続されて絶縁抵抗Ｒｓ１とともにＲＣフィルタを形成する。そして電圧検出部６３は、ＲＣフィルタを介して燃料電池１の負極端子１ｎと車体２００との間の電圧を検出する。これにより、絶縁抵抗Ｒｉ１の低下を回避しつつ電圧検出部６３に混入するノイズを低減することができる。
【００７２】
また、本実施形態によれば、絶縁抵抗センサ６ｂは、絶縁抵抗センサ６ａと同じ構成である。したがって、絶縁抵抗センサ６ｂは、バッテリ２と車体２００との間の浮遊容量Ｃｓ２の影響を除去することができるので、バッテリ２と車体２００との間の絶縁抵抗Ｒｉ２の検出精度を向上させることができる。
【００７３】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態における共振処理部６６の構成の一例を示すブロック図である。
【００７４】
共振処理部６６は、絶縁抵抗演算部６６１と共振周波数調整部６６２とを含む。そして共振周波数調整部６６２は、共振周波数設定部６６２ａと、減算器６６２ｂと、ＰＩ制御器６６２ｃとを含む。
【００７５】
この例において、電流印加部６１は、交流電流の実効値を示す電流信号Ｉを共振処理部６６に出力するとともに電圧検出部６３は、交流電圧の実効値を示す検出信号Ｖを共振処理部６６に出力する。
【００７６】
絶縁抵抗演算部６６１は、車体２００と燃料電池１又はバッテリ２との間の絶縁抵抗Ｒｉ１又はＲｉ２を、並列共振回路６０ａ又は６０ｂを介して検出する検出手段を構成する。
【００７７】
絶縁抵抗演算部６６１は、電流印加部６１から電流信号Ｉを取得するとともに電圧検出部６３から検出信号Ｖを取得する。絶縁抵抗演算部６６１は、取得した検出信号Ｖを電流信号Ｉにより除して絶縁抵抗Ｒｉ１又はＲｉ２を算出する。そして絶縁抵抗演算部６６１は、算出した絶縁抵抗Ｒｉ１又はＲｉ２の抵抗値をコントローラ７に出力する。
【００７８】
共振周波数調整部６６２は、インダクタンス回路６４を用いて浮遊容量Ｃｓ１又はＣｓ２に流れる電流成分を打ち消すように並列共振回路６０ａ又は６０ｂの共振周波数を調整する調整手段を構成する。
【００７９】
共振周波数設定部６６２ａは、並列共振回路６０ａ又は６０ｂの共振周波数が電流印加部６１の測定周波数ｆｍに収束するようにあらかじめ定められた値を基準値Ｖｂに設定する。共振周波数設定部６６２ａは、設定された基準値Ｖｂを減算器６６２ｂに出力する。
【００８０】
減算器６６２ｂは、電圧検出部６３からの検出信号Ｖと共振周波数設定部６６２ａからの基準値Ｖｂとの偏差を算出する。例えば、減算器６６２ｂは、検出信号Ｖから基準値Ｖｂを減じた偏差を算出し、算出した偏差をＰＩ制御器６６２ｃに出力する。
【００８１】
ＰＩ制御器６６２ｃは、減算器６６２ｂから出力される偏差の大きさに応じて、インダクタンス回路６４が有するインダクタンスＬ１又はＬ２の大きさを制御するＰＩ制御を実行する。
【００８２】
例えば、ＰＩ制御器６６２ｃは、減算器６６２ｂから出力される偏差にフィードバックゲインを乗じた値を積分することにより、インダクタンスＬ１又はＬ２の大きさを示す指令値を算出する。そしてＰＩ制御器６６２ｃは、算出した指令値をインダクタンス回路６４に出力する。これにより、並列共振回路６０ａ又は６０ｂの共振周波数が所定の測定周波数ｆｍに収束する。
【００８３】
このように、共振周波数調整部６６２は、フィードバック制御回路により実現され、フィードバック制御回路はアナログ回路やマイコンによる演算処理などにより構成される。
【００８４】
図４は、電流印加部６１から並列共振回路６０ａ又は６０ｂに測定周波数ｆｂを有する交流電流を印加したときの並列共振回路６０ａ又は６０ｂの振幅位相特性の一例を示す図である。
【００８５】
図４（ａ）は、並列共振回路６０ａ又は６０ｂの共振周波数に対する振幅特性を示す。図４（ａ）の縦軸は、車体２００と燃料電池１又はバッテリ２との間に生じる交流電圧の振幅、すなわち電圧検出部６３の検出信号Ｖを示し、横軸は周波数を示す。
【００８６】
図４（ａ）に示すように、並列共振回路６０ａ又は６０ｂの共振周波数が測定周波数ｆｍと等しくなったときに検出信号Ｖが最も大きくなる。この理由は、インダクタンスＬ１又はＬ２と浮遊容量Ｃｓ１又はＣｓ２の共振現象により、電流印加部６１から浮遊容量Ｃｓ１又はＣｓ２へ電流が流れなくなるからである。
【００８７】
並列共振回路６０ａ又は６０ｂの共振周波数が測定周波数ｆｍから小さくなるほど、電流印加部６１からコンデンサ６５に電流が流れ易くなり、共振周波数が測定周波数ｆｍから大きくなるほど浮遊容量Ｃｓ１又はＣｓ２に流れ易くなる。その結果、絶縁抵抗Ｒｉ１又はＲｉ２に流れる電流が小さくなるため、検出信号Ｖが低下する。
【００８８】
したがって、共振周波数設定部６６２ａから出力される基準値Ｖｂは、電流印加部６１及び電圧検出部６３の誤差等を考慮して検出信号Ｖの最大値付近の値に設定される。これにより、並列共振回路６０ａ又は６０ｂの共振周波数を測定周波数ｆｍに調整することができる。
【００８９】
仮に絶縁抵抗Ｒｉ１又はＲｉ２が既に分かっている場合には、理論上、検出信号Ｖの最大値は、電流印加部６１の出力値に絶縁抵抗Ｒｉ１又はＲｉ２を乗じた値になるので、この値から基準値Ｖｂを決めてもよい。
【００９０】
図４（ｂ）は、並列共振回路６０ａ又は６０ｂの周波数に対する位相特性を示す。図４（ｂ）の縦軸は、電流信号Ｉに対する検出信号Ｖの位相θ、すなわち電流印加部６１から出力される交流電流に対する交流電圧の位相のズレを示す。そして図４（ｂ）の横軸は、図４（ａ）と共通の周波数軸である。
【００９１】
図４（ｂ）に示すように、並列共振回路６０ａ又は６０ｂの共振周波数が測定周波数ｆｍと等しくなったときに検出信号Ｖの位相θがゼロ（０）になる。この理由は、浮遊容量Ｃｓ１又はＣｓ２に交流電流が流れなくなって絶縁抵抗Ｒｉ１又はＲｉ２だけに交流電流が流れるようになると検出信号Ｖの虚軸成分Ｉｍがゼロになるからである。
【００９２】
したがって、検出信号Ｖの位相θがゼロになるように並列共振回路６０ａ又は６０ｂの共振周波数を調整することにより、浮遊容量Ｃｓ１又はＣｓ２の影響を除去すること可能になる。
【００９３】
次に、検出信号Ｖの位相θを検出することにより並列共振回路６０ａ又は６０ｂの共振周波数を調整する実施形態について説明する。
【００９４】
図５は、本実施形態における共振周波数調整部６６２の他の構成例を示すブロック図である。
【００９５】
この例においては、共振周波数調整部６６２は、振幅制限器６６３ａと、乗算器６６３ｂと、ローパスフィルタ６６３ｃと、共振周波数設定部６６３ｄと、減算器６６３ｅと、ＰＩ制御器６６３ｆとを含む。
【００９６】
図５では、電流印加部６１は、時間とともに変化する交流電流の大きさを示す電流信号Ｉａｃを共振処理部６６に出力し、電圧検出部６３は、時間と共に変化する交流電圧の大きさを示す検出信号Ｖａｃを共振処理部６６に出力する。
【００９７】
振幅制限器６６３ａは、交流の検出信号Ｖａｃの振幅成分が除去されるように、交流の電流信号Ｉａｃの振幅を制限する。振幅制限器６６３ａは、制限した電流信号Ｉａｃを乗算器６６３ｂに出力する。
【００９８】
乗算器６６３ｂは、交流の検出信号Ｖａｃに対して交流の電流信号Ｉａｃを乗算することにより、検出信号Ｖａｃ及び電流信号Ｉａｃの位相の一致度合いに応じて波形が変化する整流信号を生成する。振幅制限器６６３ａにより検出信号Ｖａｃの振幅成分が除去されているため、整流信号には、検出信号Ｖａｃ及び電流信号Ｉａｃの位相差に関する情報のみが含まれている。
【００９９】
例えば、検出信号Ｖａｃ及び電流信号Ｉａｃの位相が一致している場合には、乗算器６６３ｂから出力される整流信号の波形は全波整流波形となる。乗算器６６３ｂは、生成した整流信号をローパスフィルタ６６３ｃに出力する。
【０１００】
ローパスフィルタ６６３ｃは、乗算器６６３ｂから出力される整流信号の交流成分を除去して直流成分を通過させる機能を有する。例えば、ローパスフィルタ６６３ｃのカットオフ周波数は、測定周波数ｆｍよりも小さい値に設定される。本実施形態では測定周波数ｆｍに対して１／１０の値に設定される。
【０１０１】
ローパスフィルタ６６３ｃは、整流信号の直流成分の大きさに応じて、電流信号Ｉａｃに対する検出信号Ｖａｃの位相差に比例する位相信号θを生成する。
【０１０２】
例えば、検出信号Ｖａｃ及び電流信号Ｉａｃの位相の一致度合いが高くなるほど、ローパスフィルタ６６３ｃによって生成される位相信号θのレベルはゼロ（０）に近づき、一致度合いが低くなるほど、ゼロからの変化量が大きくなる。ローパスフィルタ６６３ｃは、生成した位相信号θを減算器６６３ｅに出力する。
【０１０３】
共振周波数設定部６６３ｄは、並列共振回路６０ａ又は６０ｂの共振周波数が測定周波数ｆｍに収束するように、インダクタンス回路６４に発生させるインダクタンスＬ１又はＬ２の大きさを設定する。具体的には、共振周波数設定部６６３ｄは、図４（ｂ）に示したように、並列共振回路６０ａ又は６０ｂの共振周波数が測定周波数ｆｍとなるように位相信号θに関する基準値θｂを設定する。
【０１０４】
理想的には、基準値θｂに設定される値はゼロ（０）である。実際には、基準値θｂは、電流印加部６１から電圧検出部６３までの経路に配置された直流遮断コンデンサ６２及びコンデンサ６５などを考慮してあらかじめ定められる。
【０１０５】
減算器６６３ｅは、ローパスフィルタ６６３ｃからの位相信号θと共振周波数設定部６６３ｄからの基準値θｂとの偏差を算出する。例えば、減算器６６３ｅは、検出信号Ｖａｃから基準値θｂを減じた偏差を算出し、算出した偏差をＰＩ制御器６６３ｆに出力する。
【０１０６】
ＰＩ制御器６６３ｆは、図３に示したＰＩ制御器６６２ｃと同一の構成であり、減算器６６３ｅから出力される偏差の大きさに応じて、インダクタンス回路６４に対する指令値に示されるインダクタンスＬ１又はＬ２の大きさを増減させる。これにより、並列共振回路６０ａ又は６０ｂの共振周波数が測定周波数ｆｍに収束する。
【０１０７】
このように、共振周波数調整部６６２は、ロックインアンプ又は同期検波回路を用いて電流信号Ｉａｃと検出信号Ｖａｃの位相差を検出し、検出した位相差に基づいて、並列共振回路６０ａ又は６０ｂの共振周波数を測定周波数ｆｍに調整する。
【０１０８】
本実施形態では、ロックインアンプ又は同期検波回路を用いることにより、ノイズの影響を抑えながら電流信号Ｉａｃと検出信号Ｖａｃの位相差が抽出されるので、並列共振回路６０ａ又は６０ｂの共振周波数を的確に調整することができる。
【０１０９】
図６は、本実施形態におけるインダクタンス回路６４の構成の一例を示す回路図である。この例では絶縁抵抗センサ６ａのインダクタンス回路６４について説明する。
【０１１０】
本実施形態のインダクタンス回路６４は、インダクタンスＬ１を発生させる回路であり、オペアンプ及びデジタルトリマにより構成されるインピーダンス変換回路（Generalized Impedance Converter）によって実現される。この例ではインダクタンス回路６４の一端はコンデンサ６５の一方の電極及び不図示の電圧検出部６３の一端に接続され、他端は車体２００に接続される。
【０１１１】
インダクタンス回路６４は、可変抵抗器Ｒ１と、抵抗素子Ｒ２及びＲ３と、容量素子Ｃ１と、オペアンプＯＰ１乃至ＯＰ２とを含む。
【０１１２】
可変抵抗器Ｒ１は、共振周波数調整部６６２から出力される指令値の大きさに応じて、自己の抵抗値が変化する抵抗回路である。
【０１１３】
抵抗素子Ｒ２及びＲ３の各々は、インダクタンスＬ１の発生に必要となる抵抗値に適宜設定される。容量素子Ｃ１についても、インダクタンスＬ１の発生に必要となる容量に適宜設定される。
【０１１４】
オペアンプＯＰ１乃至ＯＰ２は一般的なオペアンプであり、この例においてオペアンプＯＰ１乃至ＯＰ２の増幅率Ａはともに無限大と仮定する。
【０１１５】
インダクタンス回路６４においては、可変抵抗器Ｒ１の一端がオペアンプＯＰ２の非反転端子（＋）に接続され、可変抵抗器Ｒ１の他端がオペアンプＯＰ１の出力端子及び抵抗素子Ｒ２の一端に接続される。そして、抵抗素子Ｒ２の他端は、オペアンプＯＰ１の反転入力端子（−）と抵抗素子Ｒ３の一端とオペアンプＯＰ２の反転入力端子（−）とに接続され、抵抗素子Ｒ３の他端はオペアンプＯＰ２の出力端子と容量素子Ｃ１の一方の電極に接続される。さらに、容量素子Ｃ１の他方の電極はオペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋）と抵抗素子Ｒ４の一端に接続され、抵抗素子Ｒ４の他端は車体２００に接続される。
【０１１６】
このインダクタンス回路６４に生じるインダクタンスＬ１は、次式（３）により表わされる。
【０１１７】
【数３】
2018021871.tif 000005
なお、角速度ωは、電流印加部６１の測定周波数ｆｍに２πを乗じたものである。
【０１１８】
このように、インダクタンス回路６４は多数の回路定数を有する回路であり、回路定数のうち可変抵抗器Ｒ１の抵抗値が変更されてインダクタンスＬ１が変化する。
【０１１９】
したがって、共振周波数調整部６６２から出力される指令値に応じて可変抵抗器Ｒ１の抵抗値を変更することにより、インダクタンス回路６４に生じるインダクタンスＬ１が所定の値に調整される。これにより、並列共振回路６０ａの共振周波数を測定周波数ｆｍに調整することができる。
【０１２０】
なお、本実施形態では可変抵抗器Ｒ１の抵抗値を変更する例について説明したが、抵抗素子Ｒ２乃至Ｒ４や容量素子Ｃ１の値を変更可能なインダクタンス回路を用いてもよい。この場合であっても、並列共振回路６０ａの共振周波数が測定周波数ｆｍに収束するようにインダクタンスＬ１の大きさを制御することができる。
【０１２１】
また、インダクタンス回路６４は、電界効果トランジスタや、ＤＡコンバータ、デジタルポテンショメータなどにより実現するようにしてもよい。
【０１２２】
図７は、本実施形態における絶縁抵抗センサ６ａの絶縁検出方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。
【０１２３】
ステップＳ１において絶縁抵抗センサ６ａは、車体２００と電源である燃料電池１との間に接続されたインダクタンス回路６４及び浮遊容量Ｃｓ１により並列共振回路６０ａを形成する。
【０１２４】
ステップＳ２において絶縁抵抗センサ６ａは、燃料電池１の負極端子１ｎに所定の測定周波数ｆｍを有する交流電流を印加する。
【０１２５】
ステップＳ３において絶縁抵抗センサ６ａは、インダクタンス回路６４のインダクタンスＬ１を制御して、浮遊容量Ｃｓ１に流れる電流成分を打ち消すように、並列共振回路６０ａの共振周波数を所定の値に調整する。
【０１２６】
例えば、絶縁抵抗センサ６ａは、交流の電流信号Ｉａｃに対する検出信号Ｖａｃの位相が一致するようにインダクタンスＬ１を変化させる。あるいは、絶縁抵抗センサ６ａは、並列共振回路６０ａの共振周波数が測定周波数ｆｍとなるように、又は、検出信号Ｖのレベルが最大となるようにインダクタンスＬ１を変化させるものであってもよい。
【０１２７】
ステップＳ４において絶縁抵抗センサ６ａは、並列共振回路６０ａを介して車体２００と燃料電池１の負極端子１ｎとの間の絶縁抵抗Ｒｉ１を検出する。具体的には、絶縁抵抗センサ６ａは、並列共振回路６０ａに対して並列接続された電圧検出部６３から出力される検出信号Ｖａｃと電流信号Ｉａｃとを用いて絶縁抵抗Ｒｉ１の抵抗値を算出する。
【０１２８】
そしてステップＳ４の処理が終了すると、絶縁検出方法についての一連の処理Ｓ１乃至Ｓ４が終了する。
【０１２９】
本発明の第２実施形態によれば、電流印加部６１は、燃料電池１の負極端子１ｎに交流電流を印加する。電圧検出部６３は、燃料電池１の負極端子１ｎと車体２００との間の電圧を計測し、計測した電圧の大きさを示す検出信号（電圧信号）Ｖａｃに基づいて絶縁抵抗Ｒｉ１の大きさを検出する。そして調整手段を構成する共振周波数調整部６６２は、検出信号Ｖａｃに応じて並列共振回路６０ａの共振周波数を制御する。
【０１３０】
このように、検出信号Ｖａｃに応じて並列共振回路６０ａの共振周波数をフィードバック制御することにより、継続して浮遊容量Ｃｓ１の影響が抑えられるので、絶縁抵抗Ｒｉ１の検出精度が低下するのを抑制することができる。
【０１３１】
また、本実施形態によれば、図３に示した共振周波数調整部６６２は、検出信号Ｖａｃの実効値又は平均値を示す電圧信号Ｖのレベルが大きくなるように並列共振回路６０ａの共振周波数を所定の測定周波数ｆｍに設定する。あるいは、図４（ａ）に示したように、共振周波数調整部６６２は、電圧信号Ｖのレベルが最も高くなるように共振周波数を調整するものであってもよい。
【０１３２】
これにより、簡易な構成により、常に並列共振回路６０ａの共振周波数を電流印加部６１の測定周波数ｆｍに調整することができる。
【０１３３】
特に本実施形態によれば、図５に示した共振周波数調整部６６２は、電流印加部６１から燃料電池１の電極端子に印加される交流電流の大きさを示す電流信号Ｉａｃと検出信号Ｖａｃの位相差に応じて並列共振回路６０ａの共振周波数を制御する。
【０１３４】
図４（ｂ）に示したように、並列共振回路６０ａの共振周波数の近傍で検出信号Ｖａｃの位相差が急峻に変化することから、共振周波数の調整に検出信号Ｖａｃの位相差を用いることにより、的確に共振周波数を測定周波数ｆｍに設定することができる。したがって、浮遊容量Ｃｓ１の信号成分を精度良く打ち消すことができる。
【０１３５】
さらに本実施形態によれば、図５に示した共振周波数調整部６６２は、検出信号Ｖａｃに対して電流信号Ｉａｃを乗算することにより位相差θを検出する。そして共振周波数調整部６６２は、検出した位相差が基準値θｂまで小さくなるよう並列共振回路６０ａの共振周波数を調整する。
【０１３６】
これにより、検出信号Ｖａｃの位相差θを精度良く検出することができるので、共振周波数の調整精度を向上させることができる。さらに、仮に浮遊容量Ｃｓ１が変動したとしても、常に並列共振回路６０ａの共振周波数を測定周波数ｆｍに維持することができる。したがって、継続して浮遊容量Ｃｓ１の信号成分を抑制できるので、絶縁抵抗Ｒｉ１の検出精度を維持することができる。
【０１３７】
また、本実施形態によれば、インダクタンス回路６４は、複数のオペアンプＯＰ１及びＯＰ２と複数の抵抗素子Ｒ１乃至Ｒ４とを含む。そして共振周波数調整部６６２は、インダクタンス回路６４における回路定数、例えば抵抗素子Ｒ１の抵抗値を変更することによりインダクタンスＬ１の大きさを制御する。これにより、検出信号Ｖａｃの位相差θが小さくなるように並列共振回路６０ａの共振周波数を調整することが可能になる。
【０１３８】
（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態における検出システム１０１の構成の一例を示す図である。本実施形態の検出システム１０１は、第１実施形態の検出システム１００の構成に対して、さらにスイッチ１０及び２０を備えている。他の構成については、検出システム１００の構成と同一であるため同一符号を付して説明を省略する。
【０１３９】
スイッチ１０は、燃料電池１とインバータ４との間に接続される。スイッチ１０は、コントローラ７の制御に従って、燃料電池１をインバータ４及びＤＣ／ＤＣコンバータ３に対して接続又は遮断する。すなわち、スイッチ１０は、電気負荷であるモータ５に対して燃料電池１を電気的に接続したり、切り離したりする。
【０１４０】
スイッチ２０は、バッテリ２とＤＣ／ＤＣコンバータ３との間に接続される。スイッチ２０は、コントローラ７の制御に従って、バッテリ２をＤＣ／ＤＣコンバータ３に対して接続又は遮断する。すなわち、スイッチ２０は、電気負荷であるモータ５に対してバッテリ２を電気的に接続したり、切り離したりする。
【０１４１】
コントローラ７は、例えば、車両のＥＶスイッチがＯＦＦからＯＮに切り替えられた場合には、スイッチ１０及び２０を接続状態に切り替えて、燃料電池１及びバッテリ２をモータ５に接続にする。
【０１４２】
一方、コントローラ７は、ＥＶスイッチがＯＦＦに操作された場合や、モータ５の運転を停止する場合、インバータ４の動作不良を検出した場合などには、スイッチ１０及び２０を遮断状態に切り替えて、燃料電池１及びバッテリ２をモータ５から切り離す。
【０１４３】
このように、スイッチ１０及び２０が遮断状態から接続状態に切り替えられると、燃料電池１の負極端子１ｎと車体２００との間の浮遊容量Ｃｓ１に浮遊容量Ｃｓ２が合成されるとともに、インダクタンスＬ１にインダクタンスＬ２が合成される。その結果、スイッチ１０及び２０の切替え時には、燃料電池１の負極端子１ｎと車体２００との間の浮遊容量及びインダクタンスが変わるため、インダクタンスＬ１及びＬ２の大きさを再び調整しなければならない場合がある。
【０１４４】
図９は、スイッチ１０及び２０の接続（ＯＮ）時の共振周波数と遮断状態（ＯＦＦ）時の共振周波数とが等しくなるようにインダクタンスＬ１及びＬ２を設定する手法を説明する等価回路図である。
【０１４５】
図９（ａ）は、スイッチ１０及び２０が共に遮断状態に切り替えられたときの検出システム１０１の等価回路を示す。
【０１４６】
インダクタンス回路６４のインダクタンスＬ１は、次式（４）のように表わされる。
【０１４７】
【数４】
2018021871.tif 000006
【０１４８】
式（４）は、次式（５）及び（６）のように展開され、並列共振回路６０ａの共振周波数ｆｍは、次式（７）のとおり表わされる。
【０１４９】
【数５】
2018021871.tif 000007
なお、静電容量Ｃｄは、コンデンサ６５の静電容量である。
【０１５０】
同様に、並列共振回路６０ｂの共振周波数ｆｍも次式（８）のとおり表わされる。
【０１５１】
【数６】
2018021871.tif 000008
【０１５２】
図９（ｂ）は、スイッチ１０及び２０が共に接続状態に切り替えられたときの検出システム１０１の等価回路を示す。
【０１５３】
まず、図９（ｂ）に示された等価回路におけるリアクタンスの直列合成ωＬｅ１は、次式（９）のように表わされ、次式（９）を展開すると合成インダクタンスＬｅ１は次式（１０）のように表わされる。
【０１５４】
【数７】
2018021871.tif 000009
2018021871.tif 000010
【０１５５】
同様に、合成インダクタンスＬｅ２は、次式（１１）のように表わされる。
【０１５６】
【数８】
2018021871.tif 000011
【０１５７】
次に、浮遊容量Ｃｓ１及びＣｓ２の合成容量ＣｓとインダクタンスＬｅ１とインダクタンスＬｅ２とは並列回路を構成し、この並列回路の共振条件は、次式（１２）のように表わされる。
【０１５８】
【数９】
2018021871.tif 000012
【０１５９】
式（１２）を上述と同じように展開すると、共振周波数ｆｍは、次式（１３）のように表わされる。
【０１６０】
【数１０】
2018021871.tif 000013
なお、インダクタンスＬｅは、インダクタンスＬｅ１とインダクタンスＬｅ２との合成インダクタンスである。
【０１６１】
ここで、式（７）、式（８）及び式（１３）の共振周波数ｆｍが互いに等しくなるようにインダクタンスＬ１及びＬ２を決めることにより、スイッチ１０及び２０の切替えに伴って共振周波数が変わることを回避することができる。
【０１６２】
したがって、絶縁抵抗センサ６ａ及び６ｂは、それぞれ、スイッチ１０及び２０の切替え時に共振周波数ｆｍが変化しないようにインダクタンスＬ１及びＬ２をあらかじめ定められた値に調整する。
【０１６３】
また、本実施形態ではスイッチ１０及び２０が共に接続状態に切り替えられた場合に、コントローラ７は、絶縁抵抗センサ６ａ及び６ｂの各電流印加部６１から出力される交流電流の位相が一致するように電流印加部６１及び６２の出力を制御する。
【０１６４】
例えば、電流印加部６１及び６２のうちの少なくとも一方の出力側に移相器を設け、電流信号Ｉ１及びＩ２の位相差を求め、その位相差が小さくなるように移相器を調整する。あるいは、検出システム１０１は、一方の電流印加部６１の出力を停止して他方の電流印加部６１のみから交流電流を印加するものでもよい。これにより、各電流印加部６１の位相ズレに伴う絶縁抵抗Ｒｉ１及びＲｉ２の検出精度の低下を抑制することができる。
【０１６５】
図１０は、本実施形態における検出システム１０１の絶縁検出方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。
【０１６６】
ステップＳ１１においてコントローラ７は、例えば、車両のＥＶキーがＯＦＦからＯＮに操作された場合に検出システム１０１を起動する。これとともにコントローラ７は、燃料電池１を起動する。
【０１６７】
ステップＳ１２において絶縁抵抗センサ６ａは、燃料電池１の負極端子１ｎに測定周波数ｆｍの交流電流を印加するとともに絶縁抵抗センサ６ｂは、バッテリ２の負極端子２ｎに測定周波数ｆｍの交流電流を印加する。
【０１６８】
ステップＳ１３において絶縁抵抗センサ６ａは、並列共振回路６０ａの共振周波数を測定周波数ｆｍに調整するとともに絶縁抵抗センサ６ｂは、並列共振回路６０ｂの共振周波数も測定周波数ｆｍに調整する。
【０１６９】
ステップＳ１４において絶縁抵抗センサ６ａは、並列共振回路６０ａを介して燃料電池１の負極端子１ｎと車体２００との間の絶縁抵抗Ｒｉ１の抵抗値を算出してコントローラ７に出力する。これともに絶縁抵抗センサ６ｂは、並列共振回路６０ｂを介してバッテリ２の負極端子２ｎと車体２００との間の絶縁抵抗Ｒｉ２の抵抗値を算出してコントローラ７に出力する。
【０１７０】
ステップＳ１５においてコントローラ７は、絶縁抵抗Ｒｉ１が所定の閾値Ｔｈ１よりも大きいか否かを判断する。
【０１７１】
ステップＳ２４において絶縁抵抗Ｒｉ１が所定の閾値Ｔｈ１以下である場合には、コントローラ７は、車両の警告灯をＯＮに設定する。
【０１７２】
ステップＳ１６においてコントローラ７は、絶縁抵抗Ｒｉ１が所定の閾値Ｔｈ１よりも大きい場合には、絶縁抵抗Ｒｉ２が所定の閾値Ｔｈ２よりも大きいか否かを判断する。そして絶縁抵抗Ｒｉ２が所定の閾値Ｔｈ２以下である場合には、コントローラ７はステップＳ２４の処理に進む。
【０１７３】
ステップＳ１７において絶縁抵抗Ｒｉ２が所定の閾値Ｔｈ２よりも大きい場合には、コントローラ７は、燃料電池１がモータ５に電力を供給可能な出力許可状態になったか否かを判断する。コントローラ７は、所定の時間を経過しても燃料電池１が出力許可状態にならない場合には、ステップＳ２４の処理に進む。
【０１７４】
ステップＳ１８においてコントローラ７は、スイッチ１０及び２０を遮断状態から接続状態に切り替える。これにより、燃料電池１及びバッテリ２から出力される電力がインバータ４を介してモータ５に供給される。
【０１７５】
ステップＳ１９においてコントローラ７は、ドライバの操作に従って車両を駆動するために、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して少なくとも燃料電池１からモータ５に電力を供給する。
【０１７６】
ステップＳ２０においてコントローラ７は、絶縁抵抗Ｒｉ１が所定の閾値Ｔｈ１よりも大きいか否かを判断する。
【０１７７】
ステップＳ２０において絶縁抵抗Ｒｉ１が所定の閾値Ｔｈ１以下である場合には、コントローラ７はステップＳ２４の処理に進む。
【０１７８】
ステップＳ２１においてコントローラ７は、絶縁抵抗Ｒｉ１が所定の閾値Ｔｈ１よりも大きい場合には、絶縁抵抗Ｒｉ２が所定の閾値Ｔｈ２よりも大きいか否かを判断する。そして絶縁抵抗Ｒｉ２が所定の閾値Ｔｈ２以下である場合には、コントローラ７はステップＳ２４の処理に進む。
【０１７９】
ステップＳ２２においてコントローラ７は、絶縁抵抗Ｒｉ２が所定の閾値Ｔｈ２よりも大きい場合には、検出システム１０１を停止するか否かを判断する。例えば、コントローラ７は、ＥＶキーがＯＦＦに操作されたときに検出システム１０１を停止する。
【０１８０】
そしてコントローラ７は、検出システム１０１を停止しない場合には、ステップＳ１９の処理に戻り、検出システム１０１を停止するまでステップＳ１９乃至Ｓ２２の各処理を繰り返し行う。
【０１８１】
ステップＳ２３においてコントローラ７は、検出システム１０１を停止する場合には、スイッチ１０及び２０を接続状態から遮断状態に切り替える。これにより、燃料電池１及びバッテリ２はモータ５から切り離される。
【０１８２】
ステップＳ２３又はＳ２４の処理が終了すると、コントローラ７による絶縁検出方法についての一連の処理手順Ｓ１１乃至Ｓ１４が終了する。
【０１８３】
本発明の第３実施形態によれば、絶縁抵抗センサ６ａにおける並列共振回路６０ａの共振周波数は、他の絶縁抵抗センサ６ｂにおける並列共振回路６０ｂの共振周波数に対して等しくなるように設定される。すなわち、複数の絶縁抵抗センサ６ａ及び６ｂにおける並列共振回路６０ａ及び６０ｂの共振周波数は互いに等しくなるように設定される。
【０１８４】
例えば、並列共振回路６０ａ及び６０ｂの共振周波数が互いに異なる値に設定されると、絶縁抵抗センサ６ａ及び６ｂにおける各電流印加部６１の出力位相が互いに一致し難くなる。この対策として、並列共振回路６０ａ及び６０ｂの共振周波数を揃えることにより、各電流印加部６１の交流電流の位相が一致し易くなり、その結果、交流電流の干渉が起こり難くなるので、絶縁抵抗Ｒｉ１及びＲｉ２の検出精度を維持することができる。
【０１８５】
また、本実施形態によれば、検出システム１０１は、燃料電池１及びバッテリ２同士を接続又は遮断するスイッチ１０及び２０を含む。そして、絶縁抵抗センサ６ａの共振周波数調整部６６２は、スイッチ１０及び２０を遮断状態から接続状態に切り替えた場合には、電流印加部６１により印加される交流電流Ｉｅ１と、他の絶縁抵抗センサ６ｂから出力される交流電流Ｉｅ２との位相が一致するように電流印加部６１の出力を制御する。
【０１８６】
これにより、複数の絶縁抵抗センサ６ａ及び６ｂから出力される交流電流Ｉｅ１及びＩｅ２が互いに干渉し難くなるので、絶縁抵抗Ｒｉ１及びＲｉ２の検出精度の低下を抑制することができる。
【０１８７】
あるいは、共振周波数調整部６６２は、スイッチ１０及び２０を遮断状態から接続状態に切り替えた場合には、絶縁抵抗センサ６ａの電流印加部６１により交流信号Ｉｅ１を印加し、他の絶縁抵抗センサ６ｂから出力される交流電流Ｉｅ２を停止するようにしてもよい。
【０１８８】
これにより、交流電流同士の干渉が起こり得なくなるので、絶縁抵抗Ｒｉ１及びＲｉ２の検出精度の低下を抑制することができるとともに、他の絶縁抵抗センサ６ｂの消費電力を低減することができる。
【０１８９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０１９０】
例えば、上記実施形態の絶縁抵抗センサ６ａ及び６ｂは、電源の負極端子と車体２００との間の絶縁抵抗を検出したが、電源の正極端子と車体２００との間の絶縁抵抗を検出してもよい。この場合であっても上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１９１】
また、上記実施形態では２つの絶縁抵抗センサ６ａ及び６ｂが車体２００に備えられている例について説明したが、本実施形態を適用した３つ以上の絶縁抵抗センサが車体２００に備えられてもよい。
【０１９２】
さらに、上記実施形態では複数の電源を備える筐体として電動自動車の車体２００を例にして説明したが、これに限られるものではなく、例えば、電車や飛行機などの移動体、又は、複数の強電回路を取り扱う電源設備に本実施形態を適用してもよい。
【０１９３】
なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
【符号の説明】
【０１９４】
１  燃料電池（電源）
２  バッテリ（電源）
６ａ、６ｂ  絶縁抵抗センサ（絶縁検出装置）
６０ａ、６０ｂ  並列共振回路（共振手段）
６１  電流印加部（電圧印加手段）
６３  電圧検出部（検出手段）
６４  インダクタンス回路（回路）
６６１  絶縁抵抗演算部（検出手段）
６６２  共振周波数調整部（調整手段）
【図１】
2018021871.tif 000014
【図２】
2018021871.tif 000015
【図３】
2018021871.tif 000016
【図４】
2018021871.tif 000017
【図５】
2018021871.tif 000018
【図６】
2018021871.tif 000019
【図７】
2018021871.tif 000020
【図８】
2018021871.tif 000021
【図９】
2018021871.tif 000022
【図１０】
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