(57)【要約】絶縁抵抗低下検出器（５０）は、検出抵抗（７０）、カップリングコンデンサ（８０）および絶縁抵抗（Ｒｉ）が直列接続された直列回路にパルス信号（６５）を印加するパルス発生器（６０）を備える。制御回路（１１０）は、パルス信号（６５）が上記直列回路に印加された状態でノード（Ｎ１）に生じるパルス状の分圧電圧を、バンドパスフィルタ（９０）を介して電圧検出回路（１００）によって検出して、絶縁抵抗（Ｒｉ）の低下を検知する。さらに、制御回路（１１０）は、電圧検出回路（１００）による検出電圧が、パルス信号（６５）の複数周期を超えて所定電圧以上に維持されるときに、絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する。これにより、自己異常診断機能を備えた絶縁抵抗低下検出器が簡易な構成により実現される。
2007026603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁された電源の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、
カップリングコンデンサと、
前記カップリングコンデンサを介して前記絶縁抵抗と直列に接続される検出抵抗と、
前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗の接続点電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段による検出電圧に基づいて、前記絶縁抵抗の低下を検出する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記電圧検出手段による検出電圧が所定期間を超えて所定電圧以上に維持されるときに、前記絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する異常検知手段を含む、絶縁抵抗低下検出器。
【請求項２】
前記絶縁抵抗、前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗を含んで構成される直列回路にパルス信号を印加するパルス発生手段をさらに備え、
前記異常検知手段は、前記電圧検出手段による検出電圧が前記パルス信号の複数周期に渡って前記所定電圧以上に維持されるときに、前記絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する、請求の範囲第１項記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項３】
絶縁された電源の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、
カップリングコンデンサと、
前記カップリングコンデンサを介して前記絶縁抵抗と直列に接続される検出抵抗と、
前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗の接続点電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段による検出電圧に基づいて、前記絶縁抵抗の低下を検出する制御手段と、
前記電源と接続された回路系において所定周波数のノイズの発生を指示するノイズ発生手段とを備え、
前記制御手段は、前記ノイズ発生手段による前記ノイズの発生期間において、前記ノイズの発生前における前記接続点電圧と比較して、前記接続点電圧に前記ノイズによる電圧変化が検知されないときに、前記絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する手段を含む、絶縁抵抗低下検出器。
【請求項４】
前記絶縁抵抗、前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗を含んで構成される直列回路にパルス信号を印加するパルス発生手段をさらに備え、
前記回路系は、パルス幅変調制御に従った電力用半導体素子のスイッチング動作によって、前記電源からの直流電力を交流電力に変換する第１および第２のインバータを含み、
前記ノイズ発生手段によって前記ノイズの発生が指示される期間において、前記第１のインバータでの前記パルス幅変調制御に用いられる第１の搬送波と、前記第２のインバータでの前記パルス幅変調制御に用いられる第２の搬送波とは、異なる周波数にそれぞれ設定される、請求の範囲第３項記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項５】
前記ノイズ発生手段による前記ノイズの発生期間は、前記回路系の起動時に設けられる、請求の範囲第３項または第４項記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項６】
前記電源および前記絶縁抵抗低下検出器は、車両に搭載され、
前記ノイズ発生手段による前記ノイズの発生期間は、前記車両の停車時に設けられる、請求の範囲第３項または第４項記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項７】
前記電源および前記絶縁抵抗低下検出器は、車両に搭載され、
前記電源は、前記車両の車体に対して絶縁される、請求の範囲第１項から第４項のいずれか１項に記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項８】
絶縁された電源の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、
カップリングコンデンサと、
前記カップリングコンデンサを介して前記絶縁抵抗と直列に接続される検出抵抗と、
前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗の接続点電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器による検出電圧に基づいて、前記絶縁抵抗の低下を検出する制御回路とを備え、
前記制御回路は、さらに、前記電圧検出器による検出電圧が所定期間を超えて所定電圧以上に維持されるときに、前記絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する、絶縁抵抗低下検出器。
【請求項９】
前記絶縁抵抗、前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗を含んで構成される直列回路にパルス信号を印加するパルス発生器をさらに備え、
前記制御回路は、前記電圧検出器による検出電圧が前記パルス信号の複数周期に渡って前記所定電圧以上に維持されるときに、前記絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する、請求の範囲第８項記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項１０】
絶縁された電源の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、
カップリングコンデンサと、
前記カップリングコンデンサを介して前記絶縁抵抗と直列に接続される検出抵抗と、
前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗の接続点電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器による検出電圧に基づいて、前記絶縁抵抗の低下を検出する制御回路と、
前記制御回路に指示された期間において、所定周波数のノイズを発生するように前記電源と接続された回路系を制御するノイズ発生部とを備え、
前記制御回路は、さらに、前記ノイズ発生部による前記ノイズの発生期間において、前記ノイズの発生前における前記接続点電圧と比較して、前記接続点電圧に前記ノイズによる電圧変化が検知されないときに、前記絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する、絶縁抵抗低下検出器。
【請求項１１】
前記絶縁抵抗、前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗を含んで構成される直列回路にパルス信号を印加するパルス発生器をさらに備え、
前記回路系は、パルス幅変調制御に従った電力用半導体素子のスイッチング動作によって、前記電源からの直流電力を交流電力に変換する第１および第２のインバータを含み、
前記ノイズ発生部が前記ノイズを発生している期間において、前記第１のインバータでの前記パルス幅変調制御に用いられる第１の搬送波と、前記第２のインバータでの前記パルス幅変調制御に用いられる第２の搬送波とは、異なる周波数にそれぞれ設定される、請求の範囲第１０項記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項１２】
前記ノイズ発生部による前記ノイズの発生期間は、前記回路系の起動時に設けられる、請求の範囲第１０項または第１１項記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項１３】
前記電源および前記絶縁抵抗低下検出器は、車両に搭載され、
前記ノイズ発生部による前記ノイズの発生期間は、前記車両の停車時に設けられる、請求の範囲第１０項または第１１項記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項１４】
前記電源および前記絶縁抵抗低下検出器は、車両に搭載され、
前記電源は、前記車両の車体に対して絶縁される、請求の範囲第８項から第１１項のいずれか１項に記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項１５】
絶縁された電源の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法であって、
前記絶縁抵抗低下検出器は、カップリングコンデンサと、前記カップリングコンデンサを介して前記絶縁抵抗と直列に接続される検出抵抗と、前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗の接続点電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器による検出電圧に基づいて前記絶縁抵抗の低下を検出する制御回路とを含み、
前記自己異常診断方法は、
前記電圧検出器による検出電圧が所定期間を超えて所定電圧以上に維持されるか否かを判定する第１ステップと、
前記第１ステップにより、前記検出電圧が所定期間を超えて所定電圧以上に維持されると判定されたときに、前記絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する第２ステップとを備える、絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法。
【請求項１６】
前記絶縁抵抗低下検出器は、前記絶縁抵抗、前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗を含んで構成される直列回路にパルス信号を印加するパルス発生器をさらに含み、
前記第１のステップは、前記電圧検出器による検出電圧が前記パルス信号の複数周期に渡って前記所定電圧以上に維持されるときに、前記検出電圧が前記所定期間を超えて前記所定電圧以上に維持されると判定する、請求の範囲第１５項記載の絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法。
【請求項１７】
絶縁された電源の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法であって、
前記絶縁抵抗低下検出器は、カップリングコンデンサと、前記カップリングコンデンサを介して前記絶縁抵抗と直列に接続される検出抵抗と、前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗の接続点電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器による検出電圧に基づいて前記絶縁抵抗の低下を検出する制御回路と、指示された期間において、所定周波数のノイズを発生するように前記電源と接続された回路系を制御するノイズ発生部とを含み、
前記自己異常診断方法は、
前記ノイズ発生部に前記ノイズの発生を指示する第１ステップと、
前記第１ステップにより前記ノイズの発生が指示されている期間において、前記ノイズの発生前との比較に基づき、前記接続点電圧に前記ノイズによる電圧変化が検知されるか否かを判定する第２ステップと、
前記第２ステップにより前記接続点電圧に前記ノイズによる電圧変化が検知されないときに、前記絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する第３ステップとを備える、絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法。
【請求項１８】
前記絶縁抵抗低下検出器は、前記絶縁抵抗、前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗を含んで構成される直列回路にパルス信号を印加するパルス発生器をさらに含み、
前記回路系は、パルス幅変調制御に従った電力用半導体素子のスイッチング動作によって、前記電源からの直流電力を交流電力に変換する第１および第２のインバータを含み、
前記ノイズ発生部による前記ノイズの発生期間において、前記第１のインバータでの前記パルス幅変調制御に用いられる第１の搬送波と、前記第２のインバータでの前記パルス幅変調制御に用いられる第２の搬送波とは、異なる周波数にそれぞれ設定される、請求の範囲第１７項記載の絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法。
【請求項１９】
前記ノイズ発生部による前記ノイズの発生期間は、前記回路系の起動時に設けられる、請求の範囲第１７項または第１８項記載の絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法。
【請求項２０】
前記電源および前記絶縁抵抗低下検出器は、車両に搭載され、
前記ノイズ発生部による前記ノイズの発生期間は、前記車両の停車時に設けられる、請求の範囲第１７項または第１８項記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項２１】
前記電源および前記絶縁抵抗低下検出器は、車両に搭載され、前記電源は、前記車両の車体に対して絶縁される、請求の範囲第１５項から第１８項のいずれか１項に記載の絶縁抵抗低下検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、絶縁抵抗低下検出器およびその自己異常診断方法に関し、より特定的には、絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する自己異常診断機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両に搭載されたバッテリ（直流電源）のように、アース（車体）に対して絶縁される電源については、当該電源およびアース間の絶縁抵抗の低下を検出する回路を設ける必要がある。
このような絶縁抵抗低下検出器として、特開平１０−２９０５２９号公報（以下、特許文献１）には、高圧電源を備えた電気自動車に適用可能な絶縁抵抗低下検出器の構成が開示されている。
また、特開２００５−１１４４９６号公報（以下、特許文献２）には、カップリングコンデンサによって直流成分を遮断して直流電源および絶縁抵抗低下検出器の間を接続する絶縁抵抗低下検出器の構成が開示されている。特許文献２に開示された絶縁抵抗低下検出器では、検出抵抗、カップリングコンデンサおよび絶縁抵抗とを含んで構成される直列回路にパルス信号を印加した状態における、検出抵抗および絶縁抵抗によって分圧されたパルス状の分圧電圧に基づいて絶縁抵抗の低下を検知することができる。さらに、パルス状の分圧電圧をローパスフィルタに入力し、パルス信号の周波数を変動させたときのローパスフィルタの出力電圧の立上がり特性に基づいて、絶縁抵抗低下検出器自体の故障を検出可能であることが開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示された絶縁抵抗低下検出器の構成では、絶縁抵抗低下検出器自体の異常を検知することができない。
また、特許文献２に開示された絶縁抵抗低下検出器では、自身の異常を検出する自己異常診断機能のためにローパスフィルタが必要であるので、回路部品点数の増加を招く。
【発明の開示】
【０００３】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、簡易な構成により自己異常診断機能を備えた絶縁抵抗低下検出器およびその自己異常診断方法を提供することである。
この発明による絶縁抵抗低下検出器は、絶縁された電源の絶縁抵抗の低下を検出する。絶縁抵抗低下検出器は、カップリングコンデンサと、検出抵抗と、電圧検出器と、制御回路とを備える。検出抵抗は、カップリングコンデンサを介して絶縁抵抗と直列に接続される。電圧検出器は、カップリングコンデンサおよび検出抵抗の接続点電圧を検出する。制御回路は、電圧検出器による検出電圧に基づいて、絶縁抵抗の低下を検出する。さらに、制御回路は、電圧検出器による検出電圧が所定期間を超えて所定電圧以上に維持されるときに、絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する。
この発明による絶縁抵抗低下検出器の絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法は、絶縁された電源の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法であって、絶縁抵抗低下検出器は、カップリングコンデンサと、カップリングコンデンサを介して絶縁抵抗と直列に接続される検出抵抗と、カップリングコンデンサおよび検出抵抗の接続点電圧を検出する電圧検出器と、電圧検出器による検出電圧に基づいて絶縁抵抗の低下を検出する制御回路とを含む。そして、自己異常診断方法は、電圧検出器による検出電圧が所定期間を超えて所定電圧以上に維持されるか否かを判定する第１ステップと、第１ステップにより、検出電圧が所定期間を超えて所定電圧以上に維持されると判定されたときに、絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する第２ステップとを備える。
上記絶縁抵抗低下検出器およびその自己異常診断方法によれば、接続点電圧から検出抵抗および絶縁抵抗の分圧比を検知することにより、絶縁抵抗の低下を検出できる。さらに、上記接続点電圧の検出値が所定期間を超えて所定電圧以上に張り付く場合には、絶縁抵抗低下検出器自体の異常を検出する。この結果、新たな回路を追加することなく簡易な構成により、絶縁抵抗低下検出器内部での電源電圧との短絡故障を検出する自己異常診断機能を備えることができる。
好ましくは、この発明による絶縁抵抗低下検出器は、パルス発生器をさらに備える。パルス発生器は、絶縁抵抗、カップリングコンデンサおよび検出抵抗を含んで構成される直列回路にパルス信号を印加する。さらに、制御回路は、電圧検出器による検出電圧がパルス信号の複数周期に渡って所定電圧以上に維持されるときに、絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する。
好ましくは、この発明による絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法では、絶縁抵抗低下検出器は、絶縁抵抗、カップリングコンデンサおよび検出抵抗を含んで構成される直列回路にパルス信号を印加するパルス発生器をさらに含み、第１のステップは、電圧検出器による検出電圧がパルス信号の複数周期に渡って所定電圧以上に維持されるときに、検出電圧が所定期間を超えて所定電圧以上に維持されると判定する。
上記絶縁抵抗低下検出器およびその自己異常診断方法によれば、本来パルス信号周期に合わせてパルス状に変化する接続点電圧がパルス信号の複数周期に渡って所定電圧以上に張り付く場合に異常を検知するので、絶縁抵抗低下検出器の異常（電源電圧との短絡故障）を正確に検知できる。
また、この発明による絶縁抵抗低下検出器は、絶縁された電源の絶縁抵抗の低下を検出する。絶縁抵抗低下検出器は、カップリングコンデンサと、検出抵抗と、電圧検出器と、制御回路と、ノイズ発生部とを備える。検出抵抗は、カップリングコンデンサを介して絶縁抵抗と直列に接続される。電圧検出器は、カップリングコンデンサおよび検出抵抗の接続点電圧を検出する。制御回路は、電圧検出器による検出電圧に基づいて、絶縁抵抗の低下を検出する。ノイズ発生部は、制御回路に指示された期間において、所定周波数のノイズを発生するように電源と接続された回路系を制御する。さらに、制御回路は、ノイズ発生部によるノイズの発生期間において、ノイズの発生前における接続点電圧と比較して、接続点電圧にノイズによる電圧変化が検知されないときに、絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する。
また、この発明による絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法は、絶縁された電源の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法であって、絶縁抵抗低下検出器は、カップリングコンデンサと、カップリングコンデンサを介して絶縁抵抗と直列に接続される検出抵抗と、カップリングコンデンサおよび検出抵抗の接続点電圧を検出する電圧検出器と、電圧検出器による検出電圧に基づいて絶縁抵抗の低下を検出する制御回路と、指示された期間において、所定周波数のノイズを発生するように電源と接続された回路系を制御するノイズ発生部とを含み、自己異常診断方法は、ノイズ発生部にノイズの発生を指示する第１ステップと、第１ステップによりノイズ発生が指示されている期間において、ノイズの発生前との比較に基づき、接続点電圧にノイズによる電圧変化が検知されるか否かを判定する第２ステップと、第２ステップにより接続点電圧にノイズによる電圧変化が検知されないときに、絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する第３ステップとを備える。
上記絶縁抵抗低下検出器およびその自己異常診断方法によれば、接続点電圧から検出抵抗および絶縁抵抗の分圧比を検知することにより、絶縁抵抗の低下を検出できる。さらに、電源回路系で強制的にノイズを発生させる自己診断期間を設け、この診断期間中に上記接続点電圧にノイズによる電圧変化が検知されない場合には、絶縁抵抗低下検出器自体の異常を検出する。この結果、新たな回路を追加することなく簡易な構成により、絶縁抵抗低下検出器内部あるいは電源との結線での断線故障を検出する自己異常診断機能を備えることができる。
好ましくは、この発明による絶縁抵抗低下検出器およびその自己異常診断方法では、絶縁抵抗低下検出器は、パルス発生器をさらに備える。パルス発生器は、絶縁抵抗、カップリングコンデンサおよび検出抵抗を含んで構成される直列回路にパルス信号を印加する。さらに、電源と接続された回路系は、第１および第２のインバータを含む。第１および第２のインバータは、パルス幅変調制御に従った電力用半導体素子のスイッチング動作によって、電源からの直流電力を交流電力に変換する。特に、ノイズ発生部によるノイズの発生期間において、第１のインバータでのパルス幅変調制御に用いられる第１の搬送波と、第２のインバータでのパルス幅変調制御に用いられる第２の搬送波とは、異なる周波数にそれぞれ設定される。
このような構成とすることにより、新たな回路を設けることなく通常のインバータ制御に用いる構成を用いて、絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断のための強制的ノイズを発生することができる。
さらに好ましくは、ノイズ発生部によるノイズの発生期間は、電源と接続された回路系の起動時に設けられる、
このような構成とすることにより、電源の使用開始時に、絶縁抵抗低下検出器に断線故障が発生していないかどうかを確認することができる。
あるいは、さらに好ましくは、電源および絶縁抵抗低下検出器は、車両に搭載され、ノイズ発生部によるノイズの発生期間は、車両の停車時に設けられる。
このような構成とすることにより、車両走行時にノイズを発生させることなく、絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断を実行できる。
さらに好ましくは、絶縁抵抗低下検出器および電源は、車両に搭載され、電源は、車両の車体に対して絶縁される。
このような構成とすることにより、車体に触れた人員の感電防止の面から重要な絶縁抵抗低下検出器の異常を検知することができる。特に、新たな回路を設けることなく自己異常診断機能を備えることができるので、絶縁抵抗低下検出器の車載性が向上する。
したがって、この発明による主たる利点は。簡易な構成により絶縁抵抗低下検出器に自己異常診断機能を備えることが可能となる点にある。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、この発明の実施の形態１に従う絶縁抵抗低下検出器の構成を説明するブロック図である。
図２は、図１に示した電圧検出器によって検出される電圧波形を説明する波形図である。
図３は、実施の形態１による絶縁抵抗低下検出器による自己異常診断機能を説明するフローチャートである。
図４は、この発明の実施の形態２による絶縁抵抗低下検出器の構成を説明するブロック図である。
図５は、図４に示したインバータでのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を説明する波形図である。
図６は、図４に示したインバータ制御部の搬送波発生機構の一例を説明するブロック図である。
図７は、実施の形態２による絶縁抵抗低下検出器による自己異常診断機能を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中における同一または相当部分には同一符号を付して詳細な説明は原則的に繰返さないものとする。
（実施の形態１）
図１を参照して、この発明の実施の形態１による絶縁抵抗低下検出器５０は、直流電源１０のアース３０に対する絶縁抵抗Ｒｉの低下を検出する。直流電源１０には、直流電源１０から電源電圧を供給されて動作する回路系２０が接続されている。直流電源１０は、たとえば、電気自動車、ハイブリッド自動車等に搭載される車両駆動用モータ電源として用いられる二次電池・燃料電池あるいはキャパシタ等の蓄電装置である。
このような車両においては、アース３０は車体に対応する。絶縁抵抗Ｒｉが低下すると、車体３０に触れた人が感電する可能性があるため、絶縁抵抗Ｒｉの低下検出が安全上重要となる。したがって、絶縁抵抗低下検出器５０による絶縁抵抗Ｒｉの低下検出のみならず、絶縁抵抗低下検出器５０そのものが正常であるかどうかについても判定する必要がある。また、車両への搭載を考慮すれば、絶縁抵抗低下検出器５０を小型化して車載性を向上させることが好ましい。
絶縁抵抗低下検出器５０は、パルス発生器６０と、検出抵抗７０と、カップリングコンデンサ８０と、バンドパスフィルタ９０と、過電圧保護用ダイオード９１，９２と、電圧検出器１００と、制御回路１１０とを備える。
パルス発生器６０は、所定周波数（所定周期Ｔｐ）のパルス信号６５を発生する。検出抵抗７０は、パルス発生器６０およびノードＮ１の間に接続される。カップリングコンデンサ８０は、漏電検出対象となる電源１０とノードＮ１との間に接続される。バンドパスフィルタ９０は、ノードＮ１およびノードＮ２の間に接続される。バンドパスフィルタ９０の通過帯域周波数は、パルス信号６５の周波数に合わせて設計される。
ノードＮ２に接続された過電圧保護用ダイオード９１，９２は、サージ電圧（高電圧，負電圧）を除去する。電圧検出器１００は、所定のサンプリング周期ＴｓによりノードＮ２の電圧を検出する。パルス信号６５に応答したノードＮ２の周期的な電圧変化を検出可能とするために、電圧検出器１００のサンプリング周期Ｔｓは、パルス信号６５の周期Ｔｐよりも十分短く設定される。これにより、パルス信号周期に対応したパルス電圧周期内での最大電圧（ピーク電圧）、最小電圧等を検知できる。なお、電圧検出器１００にパルス発生器６０からのパルス信号６５を入力して、パルス信号６５との同期を考慮してノードＮ２の電圧サンプリングタイミングを設定することによって、最大電圧（ピーク電圧）、最小電圧等を検知してもよい。
制御回路１１０は、以下に説明する手法により、電圧検出器１００によって検出されたノードＮ２の電圧に基づいて、絶縁抵抗Ｒｉの低下有無および絶縁抵抗低下検出器５０自身の回路異常（内部短絡）を検出する。
制御回路１１０は、電圧検出器１００においてサンプリング周期Ｔｓに従って検出されたノードＮ２の電圧に基づいて、絶縁抵抗Ｒｉの低下検出ならびに、絶縁抵抗低下検出器５０の回路異常を検出する。制御回路１１０の動作は、一般的にはマイコン等によりソフトウェア的に処理することができる。したがって、制御回路１１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）の一機能として実現可能である。
次に、絶縁抵抗低下検出器５０の動作について説明する。
パルス発生器６０によって発生されたパルス信号６５は、検出抵抗７０、カップリングコンデンサ８０および絶縁抵抗Ｒｉを含んで構成された直列回路に印加される。これにより、検出抵抗７０およびカップリングコンデンサ８０の接続点に相当するノードＮ１には、絶縁抵抗Ｒｉおよび検出抵抗７０（抵抗値Ｒｄ）の分圧比：Ｒｉ／（Ｒｄ＋Ｒｉ）とパルス信号６５の振幅（電源電圧＋Ｂ）との積を波高値とするパルス電圧が発生する。
ノードＮ１に発生したパルス電圧は、バンドパスフィルタ９０によってパルス信号６５の周波数以外の成分が減衰され、かつ、過電圧保護用ダイオード９１，９２によりサージ電圧が除去されて、ノードＮ２に伝達される。
図２（ａ）には、絶縁抵抗正常時におけるノードＮ２の電圧波形が示される。
絶縁抵抗Ｒｉの正常時には、Ｒｉ＞＞Ｒｄであるから、図２（ａ）に示されるように、ノードＮ２には、ピーク電圧Ｖｐが電源電圧＋Ｂとほぼ等しい周期Ｔｐのパルス電圧が発生する。
一方、絶縁抵抗Ｒｉの低下時には、分圧比：Ｒｉ／（Ｒｄ＋Ｒｉ）が低下するので、図２（ｂ）に示されるように、周期Ｔｐのパルス電圧のピーク電圧Ｖｐが低下する。したがって、絶縁抵抗Ｒｉの許容下限値と検出抵抗Ｒｄとの分圧比に従ってしきい値電圧Ｖｔを決定すれば、ノードＮ２に生じるピーク電圧Ｖｐとしきい値電圧Ｖｔとの比較によって、絶縁抵抗Ｒｉの低下を検出することができる。
また、絶縁抵抗低下検出器５０の内部で配線等が電源電圧＋Ｂと短絡する故障が発生している場合には、図２（ｃ）に示されるように、ノードＮ２の検出電圧は、電源電圧＋Ｂに張り付くように固定される。この場合には、絶縁抵抗低下検出を正常に実行することができない。一方で、この場合には、ピーク電圧が上記しきい値電圧Ｖｔを超えているため、絶縁抵抗が正常と誤判定せずに、絶縁抵抗低下検出器５０自体の異常を検出することが必要である。
図３は、絶縁抵抗低下検出器による自己異常診断機能を説明するフローチャートである。
図３を参照して、制御回路１１０は、ステップＳ１００により、図２（ｃ）の電圧張り付き現象が発生しているか否かを判定する。たとえば、制御回路１１０は、電圧検出器１００の検出電圧に基づき、ノードＮ２の検出電圧が所定期間Ｔｊを超えて判定値Ｖｊ以上に維持されているか否かを判定することによって、ステップＳ１００での判定を実行できる。ここで、判定値Ｖｊは、電源電圧＋Ｂへの短絡が検知できるように電源電圧＋Ｂ近傍に設定され、所定期間Ｔｊは、パルス信号６５の周期Ｔｐを複数個含むように設定される。
制御回路１１０は、上記電圧張り付き現象が検出された場合（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１１０により、絶縁抵抗低下検出器５０自身の異常（回路内での電源短絡発生）を検知する。さらに、異常データ（回路内での電源短絡発生）を記憶するとともに、警告灯の表示等によって運転者に絶縁抵抗低下検出器に異常が発生したことを通知する。
一方、制御回路１１０は、上記電圧張り付き現象が検出されない場合（Ｓ１００のＮＯ判定時）には、ステップＳ１２０により、回路内での電源短絡は発生していないと判定する。この場合には、図２（ａ），（ｂ）で説明したように、ピーク電圧Ｖｐとしきい値電圧Ｖｔとの比較に基づいて、絶縁抵抗Ｒｉの低下を検出できる。
以上説明したように、実施の形態１に従う絶縁抵抗低下検出器５０によれば、パルス信号の印加によって絶縁抵抗Ｒｉの低下を検出するとともに、絶縁抵抗低下検出器５０の自己異常診断機能を持たせることができる。これにより、絶縁抵抗低下検出器５０の内部に電源電圧＋Ｂとの短絡故障が発生している場合にも、誤って絶縁抵抗が正常と判定することなく、絶縁抵抗低下検出器５０自体の異常を検出することが可能である。特に、新たな回路要素を付加することなく制御回路１１０での判定処理によって自己異常診断機能を備えることができるので、絶縁抵抗低下検出器５０を小型化して車載性を向上できる。
（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１と同様の回路構成の絶縁抵抗低下検出器によって、漏電検知対象となる電源１０とカップリングコンデンサ８０との間の結線が断線していることを異常検知可能な構成について説明する。
図４は、この発明の実施の形態２による絶縁抵抗低下検出器５０♯の構成を示すブロック図である。
図４を参照して、絶縁抵抗低下検出器５０♯は、図１に示した絶縁抵抗低下検出器５０と比較して、制御回路１１０に代えて制御回路１１０♯を備える点で異なる。制御回路１１０♯の動作は、制御回路１１０と同様に、一般的にはマイコン等によりソフトウェア的に処理することができる。したがって、図３に示す絶縁抵抗低下検出器５０♯は、図１に示す絶縁抵抗低下検出器５０と同様の回路構成を有しており、電子制御ユニット（ＥＣＵ）でのプログラムを変更することで実現される。
実施の形態２においては、絶縁抵抗監視対象となる電源１０に接続された回路系２０は、モータＭ１，Ｍ２と、モータＭ１，Ｍ２をそれぞれ回転駆動するためのインバータ２１，２２と、インバータ２１，２２の動作を制御するためのインバータ制御部２８とを含む。
インバータ２１，２２は、内蔵する電力用半導体スイッチング素子によるスイッチング動作により、電源１０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータＭ１，Ｍ２に供給する。モータＭ１，Ｍ２には、回転子の回転位相を検出する位置センサ２３およびモータＭ１，Ｍ２へ供給される各相電流を検出する電流センサ２４が適宜設けられる。
インバータ制御部２８は、位置センサ２３および電流センサ２４での検出値に基づき、モータＭ１，Ｍ２が指令値（トルク・回転数）に従って回転駆動されるように、インバータ２１，２２におけるスイッチング動作を制御する。
インバータ２１，２２には、電力用半導体スイッチング素子を用いて構成された、一般的な三相インバータを適用することができるので、その詳細な構成は説明しない。一般的に、このようなインバータにおけるスイッチング制御には、図５に示されるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御が適用される。ＰＷＭ制御は、一定周期ごとに方形波出力電圧のパルス幅を変化させることによって、周期ごとの出力電圧平均値を変化させる制御方式である。一般的には、一定周期を搬送波の周期に対応する複数のスイッチング周期に分割し、スイチング周期ごとに電力用半導体スイッチング素子のオン・オフ制御を行なうことにより、上記のパルス幅変調制御が行なわれる。
図５を参照して、インバータ２１，２２のＰＷＭ制御では、モータＭ１，Ｍ２に印加されるべき交流電圧指令（各相）に従う信号波１６０が、所定周波数の搬送波１５０と比較される。そして、搬送波電圧が信号波電圧よりも高い区間と、信号波電圧が搬送波電圧よりも高い区間との間で、各相アームでの電力用半導体スイッチング素子のオン・オフを切換えることにより、各相のインバータ出力電圧として、方形波電圧の集合としての交流電圧をモータＭ１，Ｍ２へ供給することができる。この交流電圧の基本波成分は、図５中に点線で示される。すなわち、搬送波１５０の周波数は、インバータ２１，２２のスイッチング周波数に相当する。
ここで、インバータ２１および２２のＰＷＭ制御にそれぞれ用いられる搬送波１５０は、通常制御時には同一周波数とされるが、両者の周波数を故意にずらすことによって、図４に示すように、この周波数差に応じたノイズ１７０を回路系２０に強制的に発生させることができる。
図６には、インバータ制御部２８の搬送波発生機構の一例が示される。
図６を参照して、搬送波発生機構２００は、周波数ｆａの搬送波を生成する発振器２１０と、周波数ｆｂの搬送波を生成する発振器２２０と、切換スイッチ２３０とを含む。通常時には、切換えスイッチはＩ側に制御されて、インバータ２１のＰＷＭ制御に用いる搬送波１５０．１と、インバータ２２のＰＷＭ制御に用いる搬送波１５０．２とは、同一周波数ｆａとされる。
これに対して、制御回路１１０♯からノイズ発生指令が発せられている場合には、切換えスイッチはＩＩ側に制御される。これにより、インバータ２１のＰＷＭ制御に用いる搬送波１５０．１と、インバータ２２のＰＷＭ制御に用いる搬送波１５０．２との周波数が強制的にずらされて、ノイズが強制的に発生される。なお、この場合における搬送波１５０間での周波数差（ｆａ−ｆｂ）は、ノイズ周波数が、パルス信号６５の周波数（すなわち、バンドパスフィルタ９０の通過帯域周波数）と同等となるように設計される。
再び図４を参照して、回路系２０で強制的に発生されたノイズ１７０は、電源１０およびカップリングコンデンサ８０を介して、絶縁抵抗低下検出器５０♯のノードＮ１に伝達される。これにより、ノードＮ１にはノイズ１７０の影響による電圧変化が発生する。ノイズ周波数をパルス信号６５の周波数と同等にすることにより、この電圧変化はノードＮ２に伝達されて、電圧検出器１００によって検知される。
一方、カップリングコンデンサ８０による結線に断線故障が発生しており、カップリングコンデンサ８０が絶縁抵抗監視対象である電源１０と正常に接続されていない場合には、回路系２０で強制的に発生されたノイズ１７０は、ノードＮ１の電圧に影響を与えないため、電圧検出器１００によってノイズ影響による電圧変化が検知されることがない。
したがって、絶縁抵抗低下検出器５０♯では、所定の自己異常診断期間において、制御回路１１０♯によりノイズ発生指令を生成して、回路系２０で発生されたノイズ１７０の影響による電圧変化が発生するが否がを判定することによって、カップリングコンデンサ８０を介した電源１０との結線、あるいは、絶縁抵抗低下検出器５０♯の内部に断線故障が発生しているかどうかを検知する。
断線故障の発生時には、絶縁抵抗Ｒｉが低下してもノードＮ１のパルス電圧のピーク電圧が低下しないので、絶縁抵抗低下検出を正常に実行することができない。したがって、この場合には、絶縁抵抗が正常と誤判定するおそれがあるので、絶縁抵抗低下検出器５０自体の異常を検出することが必要である。
図７は、絶縁抵抗低下検出器５０♯による断線検出のための自己異常診断を説明するフローチャートである。
図７を参照して、制御回路１１０♯は、ステップＳ２００により、自己異常診断期間の設定前、すなわちノイズ１７０の強制的な発生前に、ノードＮ２でのピーク電圧を測定する。
その後、制御回路１１０♯は、ステップＳ２１０では、ノイズ発生指令の生成により、インバータ２１，２２間での搬送波周波数をずらすことにより、回路系２０に強制的ノイズ１７０を発生させる。
さらに、ステップＳ２２０では、制御回路１１０♯は、ノイズ１７０による電圧変化がノードＮ１に発生しているか否かを判定する。具体的には、自己異常診断期間におけるノードＮ２のピーク電圧を、ステップＳ２００で測定した自己異常診断期間前でのピーク電圧と比較して、ピーク電圧の低下が発生しているか否かを判定する。すなわち、ノイズ発生前での図２（ａ）に示すようなノードＮ１（Ｎ２）でのパルス電圧に対して、ノイズ１７０の発生期間（自己異常診断期間）では、当該ノイズがノードＮ１を通過することによる電圧低下の発生により、ノードＮ２のピーク電圧値が低下しているか否かが、電圧検出器１００での測定電圧に従って判断される。
制御回路１１０♯は、ステップＳ２３０により、ノイズ発生期間においてノードＮ２のピーク電圧低下が検出されなかった場合（ステップＳ２２０のＹＥＳ判定時）には、絶縁抵抗低下検出器５０♯に断線故障が発生していないと判定して自己異常診断を終了する。この場合には、絶縁抵抗低下検出器５０♯が正常に動作しているので、実施の形態１で説明したのと同様に、ピーク電圧Ｖｐとしきい値電圧Ｖｔとの比較に基づいて絶縁抵抗Ｒｉの低下を検出できる。
一方、制御回路１１０♯は、ステップＳ２４０により、ノイズ発生期間においてノードＮ２のピーク電圧低下が検出されなかった場合（ステップＳ２２０のＮＯ判定時）には、絶縁抵抗低下検出器５０♯に断線故障が発生していることを検知する。さらに、異常データ（回路内での断線発生）を記憶するとともに、警告灯の表示等によって運転者に絶縁抵抗低下検出器に異常が発生したことを通知する。
以上説明したように、実施の形態２に従う絶縁抵抗低下検出器５０♯によれば、パルス信号の印加によって絶縁抵抗Ｒｉの低下を検出するとともに、絶縁抵抗低下検出器５０♯の内部あるいは電源１０との結線に断線故障が発生している場合にも、誤って絶縁抵抗が正常と判定することなく、絶縁抵抗低下検出器５０♯自体の異常を検出することが可能である。これにより新たな回路要素を付加することなく制御回路１１０での判定処理によって自己異常診断機能を備えることができるので、絶縁抵抗低下検出器５０♯を小型化して車載性を向上できる。
なお、制御回路１１０♯によるノイズ発生指令の生成タイミング、すなわち、自己異常診断期間は、電源１０からの電源供給によって回路系２０が起動される起動タイミング時に設けることができる。あるいは、電源１０が電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両に搭載される場合には、車両の停車時に限定して、強制的なノイズ発生による絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断を実行する構成とすることが望ましい。
また、絶縁抵抗低下検出器５０♯の自己異常診断のための強制的なノイズ１７０は、図４〜図６で説明したインバータの搬送波周波数変化にずれを設ける手法以外の手法によって発生させることも可能である。ただし、図４のように、電源１０が複数のインバータと共通に接続されている構成では、上記手法により、新たな回路要素を追加することなく自己異常診断のための強制的ノイズ１７０を発生することができる。
なお、上記のように、制御回路１１０，１１０♯の機能は、マイコン等のソフトウェアで実現することができるので、図３（実施の形態１）および図７（実施の形態２）のフローチャートに従う自己異常診断の両方を実行する絶縁抵抗検出器を構成することも可能である。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
本発明による絶縁抵抗低下検出器および絶縁抵抗低下検出方法は、代表的には、高圧電源を備えた機器に適用することができる。
【図１】
2007026603.tif 000003
【図２】
2007026603.tif 000004
【図３】
2007026603.tif 000005
【図４】
2007026603.tif 000006
【図５】
2007026603.tif 000007
【図６】
2007026603.tif 000008
【図７】
2007026603.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月11日(2008.1.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁された電源の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、
カップリングコンデンサと、
前記カップリングコンデンサを介して前記絶縁抵抗と直列に接続される検出抵抗と、
前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗の接続点電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段による検出電圧に基づいて、前記絶縁抵抗の低下を検出する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記電圧検出手段による検出電圧が所定期間を超えて所定電圧以上に維持されるときに、前記絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する異常検知手段を含む、絶縁抵抗低下検出器。
【請求項２】
前記絶縁抵抗、前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗を含んで構成される直列回路にパルス信号を印加するパルス発生手段をさらに備え、
前記異常検知手段は、前記電圧検出手段による検出電圧が前記パルス信号の複数周期に渡って前記所定電圧以上に維持されるときに、前記絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する、請求項１記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項３】
絶縁された電源の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、
カップリングコンデンサと、
前記カップリングコンデンサを介して前記絶縁抵抗と直列に接続される検出抵抗と、
前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗の接続点電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段による検出電圧に基づいて、前記絶縁抵抗の低下を検出する制御手段と、
前記電源と接続された回路系において所定周波数のノイズの発生を指示するノイズ発生手段とを備え、
前記制御手段は、前記ノイズ発生手段による前記ノイズの発生期間において、前記ノイズの発生前における前記接続点電圧と比較して、前記接続点電圧に前記ノイズによる電圧
変化が検知されないときに、前記絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する手段を含む、絶縁抵抗低下検出器。
【請求項４】
前記絶縁抵抗、前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗を含んで構成される直列回路にパルス信号を印加するパルス発生手段をさらに備え、
前記回路系は、パルス幅変調制御に従った電力用半導体素子のスイッチング動作によって、前記電源からの直流電力を交流電力に変換する第１および第２のインバータを含み、
前記ノイズ発生手段によって前記ノイズの発生が指示される期間において、前記第１のインバータでの前記パルス幅変調制御に用いられる第１の搬送波と、前記第２のインバータでの前記パルス幅変調制御に用いられる第２の搬送波とは、異なる周波数にそれぞれ設定される、請求項３記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項５】
前記ノイズ発生手段による前記ノイズの発生期間は、前記回路系の起動時に設けられる、請求項３または４記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項６】
前記電源および前記絶縁抵抗低下検出器は、車両に搭載され、
前記ノイズ発生手段による前記ノイズの発生期間は、前記車両の停車時に設けられる、請求項３または４記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項７】
前記電源および前記絶縁抵抗低下検出器は、車両に搭載され、
前記電源は、前記車両の車体に対して絶縁される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項８】
絶縁された電源の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法であって、
前記絶縁抵抗低下検出器は、カップリングコンデンサと、前記カップリングコンデンサを介して前記絶縁抵抗と直列に接続される検出抵抗と、前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗の接続点電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器による検出電圧に基づいて前記絶縁抵抗の低下を検出する制御回路とを含み、
前記自己異常診断方法は、
前記電圧検出器による検出電圧が所定期間を超えて所定電圧以上に維持されるか否かを判定する第1ステップと、
前記第１ステップにより、前記検出電圧が所定期間を超えて所定電圧以上に維持されると判定されたときに、前記絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する第２ステップとを備える、絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法。
【請求項９】
前記絶縁抵抗低下検出器は、前記絶縁抵抗、前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗を含んで構成される直列回路にパルス信号を印加するパルス発生器をさらに含み、
前記第１のステップは、前記電圧検出器による検出電圧が前記パルス信号の複数周期に渡って前記所定電圧以上に維持されるときに、前記検出電圧が前記所定期間を超えて前記所定電圧以上に維持されると判定する、請求項８記載の絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法。
【請求項１０】
絶縁された電源の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法であって、
前記絶縁抵抗低下検出器は、カップリングコンデンサと、前記カップリングコンデンサを介して前記絶縁抵抗と直列に接続される検出抵抗と、前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗の接続点電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器による検出電圧に基づいて前記絶縁抵抗の低下を検出する制御回路と、指示された期間において、所定周波数のノイズを発生するように前記電源と接続された回路系を制御するノイズ発生部とを含
み、
前記自己異常診断方法は、
前記ノイズ発生部に前記ノイズの発生を指示する第１ステップと、
前記第１ステップにより前記ノイズの発生が指示されている期間において、前記ノイズの発生前との比較に基づき、前記接続点電圧に前記ノイズによる電圧変化が検知されるか否かを判定する第２ステップと、
前記第２ステップにより前記接続点電圧に前記ノイズによる電圧変化が検知されないときに、前記絶縁抵抗低下検出器自身の異常を検知する第３ステップとを備える、絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法。
【請求項１１】
前記絶縁抵抗低下検出器は、前記絶縁抵抗、前記カップリングコンデンサおよび前記検出抵抗を含んで構成される直列回路にパルス信号を印加するパルス発生器をさらに含み、
前記回路系は、パルス幅変調制御に従った電力用半導体素子のスイッチング動作によって、前記電源からの直流電力を交流電力に変換する第１および第２のインバータを含み、
前記ノイズ発生部による前記ノイズの発生期間において、前記第１のインバータでの前記パルス幅変調制御に用いられる第１の搬送波と、前記第２のインバータでの前記パルス幅変調制御に用いられる第２の搬送波とは、異なる周波数にそれぞれ設定される、請求項１０記載の絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法。
【請求項１２】
前記ノイズ発生部による前記ノイズの発生期間は、前記回路系の起動時に設けられる、請求項１０または１１記載の絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法。
【請求項１３】
前記電源および前記絶縁抵抗低下検出器は、車両に搭載され、
前記ノイズ発生部による前記ノイズの発生期間は、前記車両の停車時に設けられる、請求項１０または１１記載の絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法。
【請求項１４】
前記電源および前記絶縁抵抗低下検出器は、車両に搭載され、
前記電源は、前記車両の車体に対して絶縁される、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の絶縁抵抗低下検出器の自己異常診断方法。
【国際調査報告】
2007026603.tif 000010
2007026603.tif 000011
2007026603.tif 000012
2007026603.tif 000013