(57)【要約】絶縁抵抗検出システム（５０）は、カップリングコンデンサ（５２）と検出抵抗（５４）とパルス発振回路（５６）とを直列にコモンモード電位の測定点（３０）に接続して構成される絶縁抵抗検出部の部分と、カップリングコンデンサ（５２）と検出抵抗（５４）との接続点の交流信号ｖＸを処理するフィルタ（５８）、増幅器（６０）、波高値検出回路（６２）、制御部（７０）を有する絶縁抵抗判断部の部分とを含む。制御部（７０）は、波高値検出回路（６２）の出力に応じて絶縁抵抗低下を検出し、絶縁抵抗検出部の故障を判定するためにＨＶＣＰＵ（４０）に対しコモンモード電位の変動を要求し、コモンモード電位変動の前後の波高値検出回路（６２）の出力変化から絶縁抵抗判断部の故障を判定する機能を有する。
2008016179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と車体間の絶縁抵抗に直列に接続される検出抵抗と、絶縁抵抗と検出抵抗との間に設けられるカップリングコンデンサと、絶縁抵抗とカップリングコンデンサと検出抵抗とから構成される直列回路にパルス信号を印加するパルス発振回路とを含む絶縁抵抗低下検出部と、
絶縁抵抗とカップリングコンデンサとの接続点の電位であるコモンモード電位を変動させる変動手段と、
カップリングコンデンサと検出抵抗との接続点の信号について所定の周波数範囲の信号を通過させるフィルタと、
変動手段によってコモンモード電位を変動させた前後において、フィルタを通過した後の信号の変化を比較し、比較の結果に基いて絶縁抵抗低下検出部の故障を判定する故障判定手段と、
を有することを特徴とする絶縁抵抗検出システム。
【請求項２】
請求の範囲１に記載の絶縁抵抗検出システムにおいて、
変動手段は、直流電源から回転電機までの間に設けられる要素のオン・オフによってコモンモード電位を変動させることを特徴とする絶縁抵抗検出システム。
【請求項３】
請求の範囲２に記載の絶縁抵抗検出システムにおいて、
直流電源は、システムメインリレーを介して昇圧又は降圧コンバータに接続され、昇圧又は降圧コンバータは車両の回転電機に接続されるインバータに接続され、
変動手段は、昇圧又は降圧コンバータの作動のオン・オフによってコモンモード電位を変動させることを特徴とする絶縁抵抗検出システム。
【請求項４】
請求の範囲３に記載の絶縁抵抗検出システムにおいて、
パルス発振回路は、発振周波数を、昇圧又は降圧コンバータの動作周波数の１／１００以下の周波数とし、
フィルタは、パルス発振回路の発振周波数の信号を通過させるとともに、インバータと昇圧コンバータの動作周波数信号を除去するバンドパスフィルタであることを特徴とする絶縁抵抗検出システム。
【請求項５】
車両用直流電源と車体間の絶縁抵抗に直列に接続される検出抵抗と、絶縁抵抗と検出抵抗との間に設けられるカップリングコンデンサと、絶縁抵抗とカップリングコンデンサと検出抵抗とから構成される直列回路にパルス信号を印加するパルス発振回路とを含み、パルス発振回路に発振条件を指示し、カップリングコンデンサと検出抵抗との接続点の信号の検出値に基づいて絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出手段と、
車両に対し、絶縁抵抗とカップリングコンデンサとの接続点の電位であるコモンモード電位の変動を要求する変動要求手段と、
カップリングコンデンサと検出抵抗との接続点の信号について所定の周波数範囲の信号を通過させるフィルタと、
コモンモード電位の変動の前後において、フィルタを通過した後の信号の変化を比較し、比較の結果に基いて絶縁抵抗低下検出手段の故障を判定する故障判定手段と、
を有することを特徴とする絶縁抵抗検出装置。
【請求項６】
請求の範囲５に記載の絶縁抵抗検出装置において、
変動要求手段は、車両において、車両用直流電源から車両用回転電機までの間に設けられる要素のオン・オフによってコモンモード電位を変動させることを要求することを特徴とする絶縁抵抗検出装置。
【請求項７】
請求の範囲６に記載の絶縁抵抗検出装置において、
車両用直流電源は、車両用システムメインリレーを介して車両用の昇圧又は降圧コンバータに接続され、車両用の昇圧又は降圧コンバータは車両用回転電機に接続される車両用インバータに接続され、
変動要求手段は、車両用の昇圧又は降圧コンバータの作動のオン・オフによってコモンモード電位を変動させることを要求することを特徴とする絶縁抵抗検出装置。
【請求項８】
請求の範囲７に記載の絶縁抵抗検出装置において、
パルス発振回路は、発振周波数を、車両用の昇圧又は降圧コンバータの動作周波数の１／１００以下の周波数とし、
フィルタは、パルス発振回路の発振周波数の信号を通過させるとともに、インバータと昇圧コンバータの動作周波数信号を除去するバンドパスフィルタであることを特徴とする絶縁抵抗検出装置。
【請求項９】
車両用直流電源と車体間の絶縁抵抗に直列に接続される検出抵抗と、絶縁抵抗と検出抵抗との間に設けられるカップリングコンデンサと、絶縁抵抗とカップリングコンデンサと検出抵抗とから構成される直列回路にパルス信号を印加するパルス発振回路とを含む絶縁抵抗低下検出部において、パルス発振回路に発振条件を指示し、カップリングコンデンサと検出抵抗との接続点の信号の検出値に基づいて絶縁抵抗の低下を検出する工程と、
車両に対し、絶縁抵抗とカップリングコンデンサとの接続点の電位であるコモンモード電位の変動を要求する変動要求工程と、
カップリングコンデンサと検出抵抗との接続点の信号について所定の周波数範囲の信号を通過させるフィルタを用いて、コモンモード電位の変動の前後において、フィルタを通過した後の信号の変化を比較し、比較の結果に基いて絶縁抵抗低下検出部の故障を判定する故障判定工程と、
を含むことを特徴とする絶縁抵抗検出方法。
【請求項１０】
請求の範囲９に記載の絶縁抵抗検出方法において、
変動要求工程は、車両において、車両用直流電源から車両用回転電機までの間に設けられる要素のオン・オフによってコモンモード電位を変動させることを要求することを特徴とする絶縁抵抗検出方法。
【請求項１１】
請求の範囲１０に記載の絶縁抵抗検出方法において、
車両用直流電源は、車両用システムメインリレーを介して車両用の昇圧又は降圧コンバータに接続され、車両用の昇圧又は降圧コンバータは車両用回転電機に接続される車両用インバータに接続されるものであり、
変動要求工程は、車両用の昇圧又は降圧コンバータの作動のオン・オフによってコモンモード電位を変動させることを要求することを特徴とする絶縁抵抗検出方法。
【請求項１２】
請求の範囲１１に記載の絶縁抵抗検出方法において、
パルス発振回路に対する発振条件指示は、発振周波数を、車両用の昇圧又は降圧コンバータの動作周波数の１／１００以下の周波数とするものであり、
フィルタは、パルス発振回路の発振周波数の信号を通過させるとともに、インバータと昇圧コンバータの動作周波数信号を除去するバンドパスフィルタを用いることを特徴とする絶縁抵抗検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は絶縁抵抗検出システム、絶縁抵抗検出装置及び絶縁抵抗検出方法に係り、特に車両において直流電源と車体との間の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗検出システム、絶縁抵抗検出装置及び絶縁抵抗検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源を搭載する車両において、電源のプラス側又はマイナス側の母線と車体との間の絶縁不良等があると、電源の電流が車体に漏電するいわゆる地絡が生じる恐れがある。そのために直流電源と車体との間の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出器が設けられる。絶縁抵抗検出器は、絶縁抵抗の低下を検出することになるので、絶縁抵抗低下検出器と呼ばれることがある。また、絶縁抵抗低下検出器が故障すると絶縁抵抗の低下が検出できなくなるので、絶縁抵抗低下検出器の故障を検出することが行われる。
例えば、日本国特開２００５−１１４４９６号公報には、直流電源と車体（接地）間の絶縁抵抗Ｒｉに対し絶縁抵抗低下を検出するため、絶縁抵抗Ｒｉと直列に接続される検出抵抗Ｒｄと、絶縁抵抗Ｒｉと検出抵抗Ｒｄとの間に設けられるカップリングコンデンサと、絶縁抵抗Ｒｉとカップリングコンデンサと検出抵抗Ｒｄとからなる直列回路にパルス信号を印加するパルス発振回路と、検出抵抗Ｒｄとカップリングコンデンサとの接続点電圧から所定の周波数の信号成分を除去するフィルタと、フィルタの出力に基づいて絶縁抵抗の低下を検出する検出手段とから構成される絶縁抵抗低下検出器が開示されている。
ここで、絶縁抵抗の低下の検出は、パルス発振回路の周波数を変動させて、そのときのフィルタの出力の周波数特性の変化を見ることで行われる。すなわち、カップリングコンデンサが正常のときのフィルタ出力は所定の周波数特性を有するのに対し、カップリングコンデンサが短絡しているとフィルタ出力は周波数に関係なく一定の低い出力値となり、一方カップリングコンデンサがオープン状態のときは、フィルタ出力は周波数が増加してもほぼ一定の高い出力値を示すので、これらの相違から、絶縁抵抗低下検出器の故障を検出できる、と述べられている。
日本国特開２００４−３５４２４７号公報には、車体に対するバッテリ端子の電位であるコモンモード電位が変化した場合に、直流電源が車体に漏電することを検出することが従来技術では困難であることを指摘し、バッテリとインバータとの間に配置されるリレーのオン時とオフ時とで車両インピーダンスが異なることに着目し、コモンモード電圧がリレーのオン時に低く、オフ時に高くなることを述べている。そして、擬似漏電を発生させる手段を設け、擬似漏電が検出されれば漏電検出装置が正常動作していると判断するとともに、リレーの開閉を検出するときは、コモンモード電位の変化の影響を避けるため、この擬似漏電及び漏電検出を再試行することを開示している。
【発明の開示】
【０００３】
日本国特開２００５−１１４４９６号公報における絶縁抵抗低下検出器は、パルス発振回路の周波数を変動させて、そのときのフィルタ出力の周波数特性から、絶縁抵抗低下を検出する部分の故障、具体的にはカップリングコンデンサの故障を検出する。ところで、フィルタは電子部品で構成されるので、素子ばらつきや温度特性により、その出力の周波数特性が変化する。したがって、これらの公差を含めた場合に、フィルタ出力の周波数特性の変化に依存して絶縁抵抗低下を検出する部分の故障を検出しようとすると、必ずしも精度の良い検出とならないことがある。
本発明の目的は、絶縁抵抗低下検出部自体の故障を精度よく検出できる絶縁抵抗検出システム、絶縁抵抗検出装置及び絶縁抵抗検出方法を提供することである。
本発明に係る絶縁抵抗検出システムは、直流電源と車体間の絶縁抵抗に直列に接続される検出抵抗と、絶縁抵抗と検出抵抗との間に設けられるカップリングコンデンサと、絶縁抵抗とカップリングコンデンサと検出抵抗とから構成される直列回路にパルス信号を印加するパルス発振回路とを含む絶縁抵抗低下検出部と、絶縁抵抗とカップリングコンデンサとの接続点の電位であるコモンモード電位を変動させる変動手段と、カップリングコンデンサと検出抵抗との接続点の信号について所定の周波数範囲の信号を通過させるフィルタと、変動手段によってコモンモード電位を変動させた前後において、フィルタを通過した後の信号の変化を比較し、比較の結果に基いて絶縁抵抗低下検出部の故障を判定する故障判定手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る絶縁抵抗検出システムにおいて、変動手段は、直流電源から回転電機までの間に設けられる要素のオン・オフによってコモンモード電位を変動させることが好ましい。
また、本発明に係る絶縁抵抗検出システムにおいて、直流電源は、システムメインリレーを介して昇圧又は降圧コンバータに接続され、昇圧又は降圧コンバータは車両の回転電機に接続されるインバータに接続され、変動手段は、昇圧又は降圧コンバータの作動のオン・オフによってコモンモード電位を変動させることが好ましい。
また、本発明に係る絶縁抵抗検出システムにおいて、パルス発振回路は、発振周波数を、昇圧コンバータの動作周波数の１／１００以下の周波数とし、フィルタは、パルス発振回路の発振周波数の信号を通過させるとともに、インバータと昇圧コンバータの動作周波数信号を除去するバンドパスフィルタであることが好ましい。
上記構成により、絶縁抵抗検出システムは、直流電源と車体間の絶縁抵抗に対し、カップリングコンデンサと検出抵抗とパルス発振回路とが直列に接続される絶縁抵抗低下検出部を有し、カップリングコンデンサと検出抵抗との接続点の信号について、フィルタによって通過した所定の周波数範囲の信号を見る。そして、変動手段によってコモンモード電位を変動させ、変動の前後において、フィルタを通過した後の信号の変化を比較して絶縁抵抗低下検出部の故障を判定する。
ここでは、フィルタを通過した信号について、コモンモード電位の変動の前後の変化を見る。したがって、フィルタの出力の周波数特性の変化のように、電子部品等のばらつき等の影響を受ける微妙な特性変化を用いないので、精度よく絶縁抵抗低下検出部自体の故障を検出できる。
また、直流電源から回転電機までの間に設けられる要素のオン・オフによってコモンモード電位を変動させるので、コモンモードを変動させる特別な手段を設けることなく、これらの要素のオン・オフ操作によってコモンモード電位を容易に変動させることができる。
また、直流電源は、システムメインリレーを介して昇圧又は降圧コンバータに接続され、昇圧又は降圧コンバータは車両の回転電機に接続されるインバータに接続される。そして、昇圧又は降圧コンバータの作動のオン・オフによってコモンモード電位を変動させる。システムメインリレーのオン・オフによるコモンモード電位の変化は、オン・オフの短時間の過渡時間内で変化し、１回のオン・オフだけでは判定に用いることができる時間が短すぎるおそれがある。インバータの作動には３相のスイッチング信号が混在するので、これによるコモンモード電位の変化はやや複雑となる。昇圧又は降圧コンバータの作動にもスイッチング信号を用いるが、インバータの作動ほど複雑でない。そして、オンとオフとでコモンモード電位が変化するので、例えばオン時間を適当に長く取ることで判定に用いる時間を適当なものにすることができ、精度のよい故障判定が可能となる。
また、パルス発振回路の発振周波数を昇圧コンバータの動作周波数の１／１００以下の周波数とし、フィルタは、パルス発振回路の発振周波数の信号を通過させるとともに、インバータと昇圧コンバータの動作周波数信号を除去する。したがって、昇圧コンバータの作動におけるスイッチング動作周波数の影響を抑制でき、精度よく絶縁抵抗低下検出部の故障を判定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、本発明に係る実施の形態の絶縁抵抗検出システムがハイブリッド車両において適用される様子を示す図である。
図２は、本発明に係る実施の形態において、絶縁抵抗検出の原理を説明する図である。
図３は、本発明に係る実施の形態において、コモンモード電位の変動の例として、システムメインリレーをオン・オフした場合を示す図である。
図４は、本発明に係る実施の形態において、コモンモード電位の変動の例として、昇圧コンバータをオン・オフした場合を示す図である。
図５は、本発明に係る実施の形態において、コモンモード電位の変動の例として、インバータをオン・オフした場合を示す図である。
図６は、本発明に係る実施の形態において、昇圧コンバータをオン・オフすることで絶縁抵抗検出部の故障を判定するときの昇圧コンバータのオン・オフのタイミングを示す図である。
図７は、図６に対応し、交流信号ｖＸの変化を示す図である。
図８は、図６、図７に対応し、波高値検出部の出力ＶＸの変化を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。ここでは、絶縁抵抗検出システムが適用される対象の車両として、モータ・ジェネレータを有するハイブリッド車両を説明するが、少なくとも直流電源と昇圧コンバータとを有する電源回路を備える車両であればよい。また、電源回路の構成として、直流電源、システムメインスイッチ、低圧側平滑コンデンサ、昇圧コンバータ、高圧側平滑コンデンサ、インバータを有するものとして説明するが、これら以外の要素を含んでもよく、またこれらの要素に代えて他の要素を用いてもよく、またこれらの要素の一部を省略してもよい。例えば、昇圧コンバータを、昇圧と降圧の双方の機能を有する双方向コンバータとしてもよい。また昇圧又は降圧コンバータは直流電圧の変換であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータと呼ぶこともできる。
図１は、ハイブリッド車両における絶縁抵抗検出システム５０を示す構成図である。ここでは、絶縁抵抗検出システム５０の構成要素ではないが、ハイブリッド車両のモータ・ジェネレータ駆動部１０と、ハイブリッド車両全体の動作を制御するハイブリッドＣＰＵ（ＨＶＣＰＵ）４０とが図示されている。ＨＶＣＰＵ４０は、モータ・ジェネレータ駆動部１０及び絶縁抵抗検出システム５０と接続されて、これらの動作を制御する。
ハイブリッド車両のモータ・ジェネレータ駆動部１０は、直流電源１２と、システムメインリレー１４と、低圧側平滑コンデンサ１５と、昇圧コンバータ１６と、高圧側平滑コンデンサ１７と、インバータ１８と、モータ・ジェネレータ２０とを含んで構成される。これらの構成によって、モータ・ジェネレータ２０を駆動するときは、直流電源１２の直流電圧を昇圧コンバータ１６で高圧直流電圧に昇圧し、これをインバータ１８によって三相駆動信号に変換してモータ・ジェネレータ２０に供給する。モータ・ジェネレータ２０が発電機として動作するときは、その回生エネルギをインバータ１８によって高圧側平滑コンデンサ１７等に蓄積する。電圧の例としては、直流電源１２が約１５０Ｖで、昇圧コンバータ１６によって約３００Ｖに昇圧される。
車両の車体は、車両システムにおける接地に接続されるが、直流電源１２のプラス側の母線と、マイナス側の母線は、車両の車体に対し接続されず、それらの電位は車体に対しフローティングである。同様に、昇圧コンバータ１６とインバータ１８についても、そのプラス側の母線と、マイナス側の母線は、車両の車体に対し接続されず、それらの電位は車体に対しフローティングである。このように、図１において接地記号で示される車体と、これらの母線との間は絶縁され、そのことを、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５で示してある。
そして、接地から絶縁されたこれらの母線の電位が、一般的にコモンモード電位と呼ばれている。図１では、コモンモード電位の測定点３０を、直流電源１２のマイナス側母線として示してある。絶縁抵抗２２，２３，２４，２５が正常な値であるときは、上記のように測定点３０におけるコモンモード電位は、接地からフローティングの電位であるが、仮に絶縁抵抗２２，２３，２４，２５が何かの原因で０Ω、すなわち接地と短絡すると、コモンモード電位は０Ｖとなる。
絶縁抵抗検出システム５０は、コモンモード電位を直接測定するのではなく、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５が正常か、あるいは正常値から低下したかを検出する絶縁抵抗低下検出器としての機能を有する。また、絶縁抵抗検出システム５０は、絶縁抵抗低下検出器が故障したか否かの判定を行う機能を有する。
絶縁抵抗検出システム５０は、大別して、コモンモード電位の測定点３０に接続され、絶縁抵抗低下を検出するための絶縁抵抗検出部の部分と、絶縁抵抗検出部の信号を処理して絶縁抵抗低下検出を判断し、また絶縁抵抗検出部の故障の有無を判断する絶縁抵抗判断部の部分とを有する。
絶縁抵抗検出部は、カップリングコンデンサ（Ｃｃ）５２と検出抵抗（Ｒｄ）５４とパルス発振回路（ＶＰ）５６とを直列に接続して構成される。この直列接続要素の一端であるカップリングコンデンサ５２の一端はコモンモード電位の測定点３０に接続され、この直列接続要素の他端であるパルス発振回路の他端は接地に接続される。すなわちこの構成においては、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５に検出抵抗５４が直列に接続され、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５と検出抵抗５４との間にカップリングコンデンサ５２が設けられ、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５とカップリングコンデンサ５２と検出抵抗５４とから構成される直列回路に、パルス発振回路５６によってパルス信号が印加されることになる。
カップリングコンデンサ５２は、直流遮断の機能を有し、測定点３０におけるコモンモード電位の直流成分を検出抵抗５４に伝えない役割と、パルス発振回路５６の交流信号を測定点３０と母線を介して絶縁抵抗２２，２３，２４，２５に伝える機能を有する。換言すれば、このカップリングコンデンサ５２によって、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５と検出抵抗５４とは、交流的に直列接続とされる。
検出抵抗５４は、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５の大きさを相対的に検出するために、上記のように絶縁抵抗２２，２３，２４，２５と交流的に直列接続される抵抗素子である。
パルス発振回路５６は、交流的に直列接続された絶縁抵抗２２，２３，２４，２５と検出抵抗５４とに交流信号を印加する回路である。そして、それによって、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５と検出抵抗５４との交流的な接続点、すなわちカップリングコンデンサ５２と検出抵抗５４との接続点に、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５と検出抵抗５４との相対的な大きさに応じて分圧された交流信号ｖＸを出力させる機能を有する。
パルス発振回路５６のパルス信号の周波数は、以後の絶縁抵抗低下測定、検出部の故障判定に用いられる信号の周波数帯に密接に関連する。したがって、モータ・ジェネレータ駆動部１０で用いられるスイッチング信号の周波数帯と重ならないことが好ましい。このようにすることで、ノイズを除去でき、精度のよい測定を行うことができる。例えば、昇圧コンバータ１６のスイッチング周波数が約５ｋＨｚから約１０ｋＨｚ、インバータ１８のスイッチング周波数が約５ｋＨｚとすると、パルス発振回路５６の発振周波数、すなわちパルス信号の周波数は、これらの周波数から２桁ないし３桁程度低い周波数とすることが好ましい。すなわち、上記の例では、約５ｋＨｚから約１０ｋＨｚに対し、１／１００ないし１／１０００程度低い周波数である約５０Ｈｚから約５Ｈｚ以下の周波数とすることがよい。例えば、２．５Ｈｚの矩形パルスをパルス発振回路５６のパルス信号とすることができる。パルス信号の波高値、すなわちピーク・ツー・ピークの大きさは測定に適した大きさとすることができる。例えば５ＶＰＰとすることができる。
絶縁抵抗判断部は、交流信号ｖＸを処理するために、フィルタ５８と、適当な増幅器６０と、波高値検出回路６２と、制御部７０とを含んで構成される。
フィルタ５８は、交流信号ｖＸの周波数成分のうち、パルス発振回路５６のパルス信号と同じ周波数成分のみを選択的に通す機能を有する。すなわち、フィルタ５８は、パルス発振回路５６の発振周波数の信号を通過させるとともに、インバータ１８と昇圧コンバータ１６の動作周波数信号を除去するバンドパスフィルタである。上記の例では、中心周波数を２．５Ｈｚとするバンドパスフィルタを用いることができる。
このようにフィルタ５８の帯域特性を設定することで、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５と検出抵抗５４との相対的な大きさに対する評価を精度よく行うことができる。すなわち、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５とカップリングコンデンサ５２と検出抵抗５４とから構成される直列回路に、パルス発振回路５６によってパルス信号が印加されるが、その応答として交流信号ｖＸは、上記のように、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５と検出抵抗５４との相対的な大きさに関する情報を含む。上記のように、フィルタ５８の帯域特性をパルス発振回路５６の発振周波数と合わせることで、交流信号ｖＸの複数の周波数成分から、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５と検出抵抗５４との相対的な大きさに関する情報を得るために印加されたパルス発振回路５６の発振周波数成分を抽出できる。したがって、評価のために印加した信号に対する応答を抜き出すことができるので、評価の精度が向上する。上記の例では、交流信号ｖＸに含まれる２．５Ｈｚの周波数成分が抜き出される。
増幅器６０は、フィルタ処理された信号を適当に増幅する機能を有する。上記の例では、２．５Ｈｚの信号の振幅が適当に増幅される。そして、波高値検出回路６２は、増幅後の交流信号の波高値である出力ＶＸが検出される。上記の例では、適当に増幅された２．５Ｈｚの信号の波高値、すなわち、ピーク・ツー・ピークの大きさが検出される。
制御部７０は、絶縁抵抗検出システム５０の各要素を統合的に制御し、絶縁抵抗低下を検出し、絶縁抵抗検出部の故障を判定する機能を有する。制御部７０は、パルス発振回路５６に発振条件を指示し、波高値検出回路６２の検出値から絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出モジュール７２と、絶縁抵抗検出部の故障を判定するためにＨＶＣＰＵ４０に対しコモンモード電位の変動を要求するコモンモード電位変動要求モジュール７４と、コモンモード電位変動の前後の波高値検出回路６２の出力変化から絶縁抵抗判断部の故障を判定する絶縁抵抗検出故障判定モジュール７６を含んで構成される。
制御部７０のこれらの機能はソフトウェアで実現でき、具体的には対応する絶縁抵抗検出プログラムを実行することで実現できる。したがって、制御部７０は適当なコンピュータで構成でき、車両に搭載される他の制御部にこれらの機能を統合することもできる。例えば、制御部７０の機能を、ＨＶＣＰＵ４０の機能の一部としてもよい。なお、これらの機能の一部、あるいは全部をハードウェアで構成することもできる。
上記構成の作用、特に制御部７０の各機能の内容について、図２から図８を用いて詳細に説明する。図２は、絶縁抵抗検出の原理を説明する図である。図３から図５は、コモンモード電位の変動の例を示す図である。図６から図８は、昇圧コンバータ１６をオン・オフすることで絶縁抵抗検出部の故障を判定する様子を示す図である。
絶縁抵抗の低下の検出は、波高値検出回路６２の出力によって行われる。上記のように、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５とカップリングコンデンサ５２と検出抵抗５４とから構成される直列回路に、パルス発振回路５６によってパルス信号を印加し、そのときにカップリングコンデンサ５２と検出抵抗５４との接続点に現れる交流信号ｖＸは、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５と検出抵抗５４との相対的な大きさに関する情報を含む。この交流信号ｖＸは様々な周波数成分を含むので、フィルタ５８によって、パルス発振回路５６によって印加されたパルス信号と同じ周波数帯域の周波数成分の信号のみを抽出し、増幅器６０によって適当な振幅に拡大し、その波高値を波高値検出回路６２によって検出する。
上記のように、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５と検出抵抗５４とカップリングコンデンサ５２とは交流的に直列接続されている。ここで、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５の値をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とし、全体としての絶縁抵抗の大きさをＲ１とすると、Ｒｉ＝１／｛（１／Ｒ１）＋（１／Ｒ２）＋（１／Ｒ３）＋（１／Ｒ４）｝である。そして検出抵抗の大きさをＲｄとし、カップリングコンデンサ５２の容量値をＣＣとし、信号周波数をｆとし、パルス発振回路５６によって印加されるパルス信号の波高値をＶＰとすると、波高値検出回路６２の出力ＶＸは、ＶＸ＝ＶＰ［｛Ｒｉ＋（１／２πｆＣＣ）｝／｛Ｒｉ＋Ｒｄ＋（１／２πｆＣＣ）］で示される。すなわち、絶縁抵抗Ｒｉが正常に無限大のときは、ＶＸ＝ＶＰとなり、絶縁抵抗Ｒｉが無限大から低下するに応じてＶＸはＶＰよりも小さな値となる。仮に直流電源の母線と車体とが短絡する場合を考えると、絶縁抵抗Ｒｉはゼロとなるので、ＶＸ＝０となる。
その様子を図２に示す。図２の横軸は絶縁抵抗Ｒｉの大きさで、縦軸は波高値検出回路６２の出力ＶＸである。ここで示されるように、絶縁抵抗Ｒｉが無限大のときは、ＶＸ＝ＶＰとなり、絶縁抵抗Ｒｉが無限大から低下するに応じてＶＸはＶＰよりも小さな値となり、絶縁抵抗ＲｉがゼロのときＶＸ＝０となる。
このようにして、絶縁抵抗２２，２３，２４，２５とカップリングコンデンサ５２と検出抵抗５４とから構成される直列回路に、パルス発振回路５６によってパルス信号を印加し（パルス信号印加工程）、そのときにカップリングコンデンサ５２と検出抵抗５４との接続点に現れる交流信号ｖＸについて信号処理（信号処理工程）し、波高値検出回路６２の出力ＶＸを見ることで、絶縁抵抗Ｒｉの大きさに換算することができる（絶縁抵抗換算工程）。制御部７０の絶縁抵抗低下検出モジュール７２は、パルス発振回路５６にパルス信号を出力する指示を与え、そのときの波高値検出回路６２の出力ＶＸから上記式に従って絶縁抵抗Ｒｉの大きさの検出を実行する。なお、上記式は、フィルタ５８の周波数特性とは無関係に定まるもので、素子のばらつきや温度特性の影響を受けやすいフィルタ５８の周波数特性を用いることなく、絶縁抵抗Ｒｉを精度よく検出することができる。
次に、絶縁抵抗検出部等の故障を判定する作用について説明する。この故障判定は、モータ・ジェネレータ駆動部１０においてコモンモード電位を変化させ、その前後で波高値検出回路６２の出力が変化するか否かで実行される。すなわち、コモンモード電位が変化すれば、交流信号ｖＸが変化し、したがって絶縁抵抗検出部と絶縁抵抗判断部の機能が正常であれば、波高値検出回路６２の出力が変化する。ここで、例えばカップリングコンデンサ５２が故障すると、コモンモード電位が変化しても交流信号ｖＸは変化しない。カップリングコンデンサ５２以外の要素、例えば、検出抵抗Ｒｄ、パルス発振回路５６、フィルタ５８、増幅器６０、波高値検出回路６２、及びこれらを接続する配線等に故障があっても、同様に、コモンモード電位の変化の前後で交流信号ｖＸが変化しない。したがって、コモンモード電位の変化の前後で波高値検出回路６２の出力ＶＸが変化するか否かで、絶縁検出部等の故障の有無を判定できる。
モータ・ジェネレータ駆動部１０におけるコモンモード電位は、直流電源の母線の電位で、上記のように接地からフローティングの電位である。したがって、モータ・ジェネレータ駆動部１０の各要素のオン・オフによって、コモンモード電位は変化する。その様子を図３から図５に示す。これらの図は横軸が時間で、縦軸が電圧で、コモンモード電位の時間変化として、カップリングコンデンサ５２と検出抵抗Ｒｄの接続点の交流信号ｖＸの時間変化を示すものである。図３は、図１で説明したシステムメインリレー１４をオン・オフした場合、図４は昇圧コンバータ１６をオン・オフした場合、図５はインバータ１８をオン・オフした場合である。
図３に示されるように、システムメインリレーのオン・オフによるコモンモード電位の変化は、リレーのオン時またはオフ時における短時間の過渡時間内において検出することが可能である。しかしながら、１回のオン・オフによる短時間のコモンモード電位の変化を確実に判断するには、波高値検出回路６２の出力処理に工夫が必要である。
図４の昇圧コンバータのオン・オフ、図５のインバータのオン・オフによるコモンモード電位の変化は、これらの要素の作動のオンの期間に生じる。したがって、オン期間を適当に長く取ることで、コモンモード電位の変化を確実に検出することができる。図４と図５と比較すると、インバータの動作のコモンモード電圧に与える影響は高周波の電圧変動であるのに対し、昇圧コンバータの動作のコモンモード電圧に与える影響は低周波の電圧変動であるため、好ましくは昇圧コンバータのオン・オフによってコモンモード電位を変動させることがよい。
図６から図８は、昇圧コンバータのオン・オフによってコモンモード電位を変動させ、そのときに生じる波高値検出部の出力の変化を示す図である。昇圧コンバータのオン・オフによってコモンモード電位を変動させるのは、図１で説明した制御部７０のコモンモード電位変動要求モジュール７４の機能によって、ＨＶＣＰＵ４０を介し、昇圧コンバータ１６をオン・オフさせることで実行される。ここで、図６は昇圧コンバータのオン・オフのタイミングを示す図、これに対応し、図７は交流信号ｖＸの変化を示す図、図８は、波高値検出部の出力ＶＸの変化を示す図である。これらの図において、横軸はいずれも原点を同じとした時間で、縦軸は図６がオン・オフの状態、図７と図８は電圧である。
図６と図７とに示されるように、昇圧コンバータがオフのときに、絶縁抵抗Ｒｉと検出抵抗Ｒｄの分圧比を示す交流信号ｖＸは、５ＶＰＰのパルス信号が重畳するが約−１５０Ｖ付近でほぼ安定した値を示すが、昇圧コンバータがオンすると、図４で説明したコモンモード電位の変動に５ＶＰＰのパルス信号が重畳したものとなる。
図７の交流信号ｖＸを図１に関連して説明したフィルタ５８、増幅器６０、波高値検出回路６２の機能によって、パルス発振回路５６の発振周波数成分、すなわち２．５Ｈｚの成分のみを抽出して適当な振幅とし、波高値検出回路６２の出力ＶＸとして示したのが図８である。ここで、増幅器６０は、波高値検出回路６２の出力ＶＸが波高値５Ｖとなるように調整されている。図６、図７、図８を比較して分かるように、波高値検出回路６２の出力ＶＸは、昇圧コンバータがオフのときは＋５Ｖの値を示し、オンのときは、コモンモード電位の変動に応じて、０Ｖと＋５Ｖの間で変動する。変動の間隔は、パルス信号の周波数、すなわち上記の例で２．５Ｈｚである。すなわち、波高値検出回路６２の出力ＶＸは、昇圧コンバータのオンとオフとで全く異なる値を示す。
図６から図８は、絶縁抵抗検出部等の要素が正常に作動した場合である。ここで、仮に、絶縁抵抗検出部を構成する要素の１つ、例えば図１におけるカップリングコンデンサ５２が故障したとすると、図７の交流信号ｖＸは、昇圧コンバータのオンとオフとで変化せず、したがって、図８の波高値検出部の出力ＶＸも、昇圧コンバータのオンとオフとで変化せず、同じ波高値を維持する。つまり、カップリングコンデンサ５２が故障すると、昇圧コンバータのオン・オフの前後で、波高値検出部の出力ＶＸは変化せず同じ波高値である。このことは、図１で説明したフィルタ５８の周波数特性に無関係である。すなわち、昇圧コンバータのオン・オフの前後で、波高値検出部の出力ＶＸを比較することで、素子のばらつきや温度特性の影響を受けやすいフィルタ５８の周波数特性を用いることなく、精度よくカップリングコンデンサ５２の故障の有無を判定できる。なお、カップリングコンデンサ５２以外の要素についても、同様に、昇圧コンバータのオン・オフの前後で、波高値検出部の出力ＶＸを比較することで、確実にその故障の有無を判定できる。
上記のように、絶縁抵抗検出部等の要素の故障の判定は、図１で説明した制御部７０の各機能により、次のような処理手順で行われる。まず、パルス発振回路５６に所定のパルス信号を出力させ、波高値検出回路６２からＶＸを出力させる。これは、通常の絶縁抵抗低下検出の場合と同じで、したがって絶縁抵抗低下検出モジュール７２の機能によって実行される。次に、この絶縁抵抗低下検出状態のまま、昇圧コンバータの作動をオフさせ、そのときの波高値検出回路６２の出力ＶＸ（オフ）を測定し取得する（オフ状態測定工程）。
そして、昇圧コンバータの作動をオンさせ、コモンモード電位を変動させる（コモンモード電位変動工程）。これらの工程は、コモンモード電位変動要求モジュールの機能により、ＨＶＣＰＵ４０を介し、モータ・ジェネレータ駆動部１０の昇圧コンバータ１６の作動を制御することで実行される。そして、昇圧コンバータをオンさせたときの波高値検出回路６２の出力ＶＸ（オン）を測定し取得する（オン状態測定工程）。
次に、オフ状態測定工程で取得した波高値検出回路６２の出力ＶＸ（オフ）と、オン状態測定工程で取得した波高値検出回路６２の出力ＶＸ（オン）とを比較する（オン・オフ比較工程）。そして、比較の結果、ＶＸ（オフ）とＶＸ（オン）が所定の範囲で一致しているか否かに従い、故障の有無を判定する（故障判定工程）。すなわち、ＶＸ（オフ）とＶＸ（オン）が所定の範囲で一致しているときは、カップリングコンデンサ等の要素が故障していると判定する。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
以上のように、本発明に係る絶縁抵抗検出システム、絶縁抵抗検出装置及び絶縁抵抗検出方法は、直流電源と車体間の絶縁抵抗を精度よく検出するものとして有用である。
【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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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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