(57)【要約】【課題】高い精度で自己診断を行なうことが可能な絶縁抵抗低下検出器を提供する。【解決手段】絶縁抵抗低下検出器５０は、通常時（絶縁抵抗監視時）と自己診断時とで発振回路６０から出力するパルス信号６５のデューティ比を異ならせる（すなわち制御を変える）だけで自己診断を行なうことができる。よって、従来の絶縁抵抗低下検出器に新たな回路や部品を追加することなく自己診断が可能になる。また、絶縁抵抗監視時と自己診断時とでパルス信号６５の周波数を変化させないため、バンドパスフィルタ９０による減衰率のばらつきの影響を除くことができる。よって高い精度で自己診断を行なうことができる。【選択図】図１
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【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、
前記絶縁抵抗に一方端が接続される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の他方端に、一方端が接続される検出抵抗と、
前記カップリングコンデンサと前記検出抵抗との接続点に入力端子が接続されるバンドパスフィルタと、
前記検出抵抗の他方端に、周期的に変化する信号を印加する信号発生部と、
前記信号発生部を制御するとともに、前記バンドパスフィルタから出力される電圧を検出して、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、前記絶縁抵抗の低下を検出する通常動作時には、第１の信号を発生させるように前記信号発生部に指示し、前記絶縁抵抗低下検出器の自己診断時には、前記第１の信号と同一の周波数を有し、かつ、異なる波形の第２の信号を発生させるように前記信号発生部に指示する、絶縁抵抗低下検出器。
【請求項２】
前記制御回路は、前記通常動作時には、第１の信号に応じた前記検出電圧と、しきい値電圧とを比較して前記絶縁抵抗の低下を検出し、前記自己診断時には、前記第２の信号に応じた前記検出電圧と、前記しきい値電圧とを比較して、前記絶縁抵抗低下検出器の異常を検出する、請求項１に記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項３】
前記第１および第２の信号は、デューティ比が互いに異なる信号である、請求項１または２に記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項４】
前記バンドパスフィルタの通過帯域周波数は、前記バンドパスフィルタが前記第１の信号の周波数成分のうちの主成分を通過させるように設定される、請求項３に記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項５】
前記第１および第２の信号は、矩形波の信号である、請求項１から４のいずれか１項に記載の絶縁抵抗低下検出器。
【請求項６】
前記第１の信号のデューティ比は、５０％である、請求項１から５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を備えた絶縁抵抗低下検出器に関する。
【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（絶縁抵抗低下検出器）を設ける必要がある。
【０００３】
絶縁抵抗低下検出器の故障診断を行なう回路が、たとえば特開２００４−５３３６７号公報（特許文献１）に開示されている。特開２００４−５３３６７号公報（特許文献１）に開示される故障診断装置は、第１の周波数の矩形波パルスが地絡検出回路（絶縁抵抗低下検出器）に供給された場合に、電圧振幅検出手段により検出される電圧振幅値に基づいて地絡の発生を検出する。この故障診断装置は、第１の周波数よりも大きい第２の周波数を有する矩形波パルスが地絡検出回路に供給された場合に、電圧振幅検出手段により検出される電圧振幅値に基づいて地絡検知回路の診断を行なう。
【特許文献１】特開２００４−５３３６７号公報
【特許文献２】特開２００５−１１４４９６号公報
【特許文献３】特開２００５−１２７８２１号公報
【特許文献４】特開平１０−２２１３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特開２００４−５３３６７号公報（特許文献１）に開示された絶縁抵抗低下検出器はバンドパスフィルタを含む。このバンドパスフィルタは、第１の周波数を有する信号を通過させて第２の周波数の信号を減衰させるよう設計される。
【０００５】
しかし第２の周波数の信号の減衰率は個々のフィルタの特性に応じて異なる。そのため電圧振幅検出手段が検出する電圧振幅値が絶縁抵抗低下検出器ごとに異なる場合が生じ得る。よって、この絶縁抵抗低下検出器では精度の高い診断を行なうことは容易ではない。
【０００６】
本発明の目的は、高い精度で自己診断を行なうことが可能な絶縁抵抗低下検出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は要約すれば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、バンドパスフィルタと、信号発生部と、制御回路とを備える。カップリングコンデンサは、絶縁抵抗にその一方端が接続される。検出抵抗は、カップリングコンデンサの他方端に、その一方端が接続される。バンドパスフィルタは、カップリングコンデンサと検出抵抗との接続点に入力端子が接続される。信号発生部は、検出抵抗の他方端に周期的に変化する信号を印加する。制御回路は、信号発生部を制御するとともに、バンドパスフィルタから出力される電圧を検出する。制御回路は、検出電圧に基づいて絶縁抵抗の低下を検出する。制御回路は、絶縁抵抗の低下を検出する通常動作時には、第１の信号を発生させるように信号発生部に指示し、絶縁抵抗低下検出器の自己診断時には、第１の信号と同一の周波数を有し、かつ、異なる波形の第２の信号を発生させるように信号発生部に指示する。
【０００８】
好ましくは、制御回路は、通常動作時には、第１の信号に応じた検出電圧と、しきい値電圧とを比較して絶縁抵抗の低下を検出する。制御回路は、自己診断時には、第２の信号に応じた検出電圧と、しきい値電圧とを比較して、絶縁抵抗低下検出器の異常を検出する。
【０００９】
より好ましくは、第１および第２の信号は、デューティ比が互いに異なる信号である。
さらに好ましくは、バンドパスフィルタの通過帯域周波数は、バンドパスフィルタが第１の信号の周波数成分のうちの主成分を通過させるように設定される。
【００１０】
さらに好ましくは、第１および第２の信号は、矩形波の信号である。
さらに好ましくは、第１の信号のデューティ比は、５０％である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、絶縁抵抗低下検出器の故障診断を高い精度で行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１３】
図１は、本実施の形態の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１を参照して、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。
【００１４】
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ことが望ましい。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。
【００１５】
絶縁抵抗低下検出器５０は、信号発生部である発振回路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（ＢＰＦ）９０と、オフセット回路および増幅回路からなる回路ブロック９１と、過電圧保護用ダイオード９２と、抵抗９３と、コンデンサ９４と、制御回路１１０とを備える。
【００１６】
発振回路６０は、ノードＮＡに所定周波数（所定周期Ｔｐ）で変化するパルス信号６５を印加する。検出抵抗７０は、ノードＮＡ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直流電源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に入力端子が接続され、ノードＮ２に出力端子が接続される。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。
【００１７】
回路ブロック９１は、ノードＮ２とノードＮ３との間に接続される。回路ブロック９１は、バンドパスフィルタ９０を通過したパルス信号のうち、絶縁抵抗検出時または自己診断時に設定されるしきい値電圧付近の電圧変化を増幅する。過電圧保護用ダイオード９２は、定電圧ノードにカソードが接続され、ノードＮＢにアノードが接続されて、サージ電圧（高電圧，負電圧）を除去する。抵抗９３はノードＮ３とノードＮＢとの間に接続される。コンデンサ９４はノードＮＢとアース３０との間に接続される。抵抗９３およびコンデンサ９４は、回路ブロック９１から出力される信号のノイズを除去するフィルタとして機能する。
【００１８】
制御回路１１０は、発振回路６０を制御する。また制御回路１１０は、ノードＮＢの電圧を検出して、検出電圧に基づいて絶縁抵抗Ｒｉの低下を検出する。制御回路１１０は、発振指令部１１１と、Ａ／Ｄ変換部１１２と、判定部１１３とを含む。
【００１９】
発振指令部１１１は、発振回路６０に対してパルス信号６５を発生するよう指示を与えるとともに、パルス信号６５のデューティ比を変更するよう指示する。Ａ／Ｄ変換部１１２は所定のサンプリング周期Ｔｓにより検出したノードＮＢの電圧（検出電圧）をＡ／Ｄ変換する。サンプリング周期Ｔｓはパルス信号６５の周期Ｔｐよりも十分短いのでノードＮＢの最大電圧（ピーク電圧Ｖｐ）および最小電圧を検出できる。判定部１１３は、Ａ／Ｄ変換部１１２から取得したピーク電圧Ｖｐの値と、しきい値とを比較する。これにより、制御回路１１０は、絶縁抵抗Ｒｉの低下有無および絶縁抵抗低下検出器５０自身の回路異常を検出する。
【００２０】
次に、絶縁抵抗Ｒｉの低下を検出する動作（絶縁監視動作）について説明する。
発振回路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、絶縁抵抗Ｒｉ、およびバンドパスフィルタ９０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（電源電圧である電圧＋Ｂ）との積を波高値とするパルス電圧が発生する。
【００２１】
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る。バンドパスフィルタ９０を通過したパルス信号６５のうち、しきい値電圧付近の電圧変化のみが回路ブロック９１によって増幅される。回路ブロック９１から出力される信号はノードＮＢに伝達される。ノードＮ３からノードＮＢに信号が伝達されるに際して、過電圧保護用ダイオード９２によりサージ電圧が除去されるとともに、抵抗９３およびコンデンサ９４によってノイズが除去される。
【００２２】
絶縁抵抗Ｒｉの正常時には、Ｒｉ＞＞Ｒｄである。Ｒｉが高くなるに従って、ピーク電圧Ｖｐは電圧＋Ｂにほぼ等しくなる。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、ピーク電圧Ｖｐが低下する。
【００２３】
図２は、絶縁抵抗ＲｉとノードＮＢにおける最大電圧（ピーク電圧Ｖｐ）との関係を説明する図である。
【００２４】
図２を参照して、Ｒｉが高くなるに従ってピーク電圧Ｖｐは高くなり、ほぼ電圧＋Ｂに等しくなる。したがって、絶縁抵抗Ｒｉの許容下限値と検出抵抗７０の抵抗値Ｒｄとの分圧比に従ってしきい値電圧Ｖｔを決定すれば、制御回路１１０において、ノードＮＢにおいて変化する電圧の最大値（ピーク電圧Ｖｐの値）と、しきい値電圧Ｖｔの値とを比較することで絶縁抵抗Ｒｉの低下を検出することができる。
【００２５】
図３は、絶縁抵抗Ｒｉの低下検出時に図１の制御回路１１０によって検出される電圧波形を説明する図である。
【００２６】
図３を参照して、絶縁正常時には、ピーク電圧Ｖｐはしきい値電圧Ｖｔを超えて、最大電圧Ｖｍａｘ（この電圧はほぼ電圧＋Ｂに等しい）に達する。一方、絶縁異常時には、ピーク電圧Ｖｐはしきい値電圧Ｖｔよりも小さくなる。
【００２７】
続いて絶縁抵抗低下検出器５０の自己診断動作について説明する。
図４は、通常時と自己診断時とにおけるパルス信号６５の波形を示す図である。なお「通常時」とは、「絶縁抵抗の低下を検出する通常動作時」のことを意味する。
【００２８】
図４を参照して、通常時のパルス信号６５（第１の信号）および自己診断時のパルス信号６５（第２の信号）は、矩形波の信号である。自己診断時のパルス信号６５は、通常時のパルス信号６５と同一周波数を有し、かつ、波形が異なる。具体的に説明すると、通常時のパルス信号６５は振幅＋Ｂ、周期Ｔｐである。また、通常時のパルス信号６５のデューティ比は５０％であり、電圧が＋Ｂである期間Ｔ１と電圧が０である期間Ｔ２とが等しくなる。
【００２９】
一方、自己診断時のパルス信号６５は、通常時と同じ振幅（＋Ｂ）および同じ周期（Ｔｐ）を有するが、デューティ比がＸ％（０＜Ｘ＜１００、ただしＸは５０以外の値）となる。図４では、自己診断時のパルス信号６５の周期Ｔ１，Ｔ２がＴ１＞Ｔ２となる例（デューティ比Ｘが５０＜Ｘ＜１００となる例）を示す。このように、自己診断時にはパルス信号６５のデューティ比が５０％から変更される。バンドパスフィルタ９０の通過帯域周波数は、通常動作時にバンドパスフィルタ９０がパルス信号６５の周波数成分のうちの主成分を通過させるように設定される。これにより、自己診断時にはバンドパスフィルタ９０を通過した後の信号における発振周波数成分のスペクトル（いわば基本波成分）が小さくなる。
【００３０】
なお、パルス信号６５において制御回路１１０からの制御により変更可能な要素としては、周波数（周期）、デューティ比、およびパルス信号の種類（矩形波、正弦波等）がある。本実施の形態では絶縁監視時と自己診断時とでパルス信号６５のデューティ比を変えることで、パルス信号の制御を容易に行なうことができる。
【００３１】
図５は、絶縁抵抗低下検出器５０の正常時および異常時における、絶縁抵抗Ｒｉとピーク電圧Ｖｐとの関係を説明する図である。
【００３２】
図６は、図１の制御回路１１０が自己診断時に検出する電圧波形を説明する図である。
図５および図６を参照して、絶縁抵抗低下検出器５０が正常である場合には、絶縁抵抗Ｒｉの最大値においてもピーク電圧Ｖｐがしきい値電圧Ｖｔより低くなる。パルス信号６５のデューティ比を調整することで、自己診断時におけるピーク電圧Ｖｐをこのように設定できる。
【００３３】
一方、たとえば、検出抵抗７０の抵抗値の低下、バンドパスフィルタ９０の特性の変化、コンデンサ（カップリングコンデンサ８０やコンデンサ９４）の容量低下等により絶縁抵抗低下検出器５０が異常となることがある。異常時には正常時よりもピーク電圧Ｖｐが高くなる。よって、制御回路１１０では、通常時と同様にノードＮＢでのピーク電圧Ｖｐの値と、しきい値電圧Ｖｔの値とを比較することで、絶縁抵抗低下検出器５０自身の異常を検出できる。
【００３４】
図６に示すように、絶縁抵抗低下検出器５０の正常時には、ピーク電圧Ｖｐはしきい値電圧Ｖｔよりも小さくなる。一方、絶縁抵抗低下検出器５０の異常時には、ピーク電圧Ｖｐはしきい値電圧Ｖｔを超える。
【００３５】
図７は、本実施の形態の絶縁抵抗低下検出器の処理を説明するフローチャートである。
図７および図１を参照して、処理が開始すると、ステップＳ１においてイグニッションスイッチがオンの位置に設定される（ＩＧ端子がオンする）。これにより検出器に電源が供給される。次にステップＳ２において、絶縁抵抗低下検出器５０が起動する。
【００３６】
絶縁抵抗低下検出器５０が起動して所定の期間（たとえば数秒間）の後に、ステップＳ３において制御回路１１０は自己診断処理を開始する。ステップＳ４において制御回路１１０は発振回路６０にデューティ比を５０％からＸ％に変更するよう指示する。
【００３７】
続いてステップＳ５において、制御回路１１０は、波高値（ピーク電圧Ｖｐの値）がしきい値電圧Ｖｔの値よりも低いか否かを判定する。ステップＳ５において、波高値＜Ｖｔの場合（ステップＳ５においてＹＥＳ）、ステップＳ６において制御回路１１０は絶縁抵抗低下検出器が正常（回路が正常）と判定する。
【００３８】
一方、ステップＳ５において波高値≧Ｖｔの場合（ステップＳ５においてＮＯ）、ステップＳ１２において、制御回路１１０は、絶縁抵抗低下検出器が異常である（回路異常である）旨を表示する処理を行なう。この場合、たとえば制御回路１１０は警告灯を点灯させる。ステップＳ１２の処理が終了すると全体の処理が終了する。
【００３９】
ステップＳ６に続いてステップＳ７では、制御回路１１０は発振回路６０に対して、パルス信号６５のデューティ比をＸ％から５０％に戻すよう指示する。続いてステップＳ８において、制御回路１１０は絶縁抵抗Ｒｉの監視を開始する。
【００４０】
ステップＳ９において、制御回路１１０は波高値がしきい値電圧Ｖｔの値よりも高いか否かを判定する。ステップＳ９において波高値＞Ｖｔの場合（ステップＳ９においてＹＥＳ）、ステップＳ１０において制御回路１１０は絶縁抵抗Ｒｉが正常であると判定する。ステップＳ１０の処理が終了すると、全体の処理が終了する。
【００４１】
一方、ステップＳ９において波高値≦Ｖｔの場合（ステップＳ９においてＮＯ）、制御回路１１０は、絶縁抵抗Ｒｉが低下したと判定する。この場合、ステップＳ１１において、制御回路１１０は絶縁抵抗が低下した旨を表示する処理を行なう。制御回路１１０は、たとえば警告灯を点灯させる。ステップＳ１１の処理が終了すると、全体の処理が終了する。
【００４２】
なお、自己検出時におけるしきい値電圧と絶縁抵抗Ｒｉの低下検出時のしきい値電圧Ｖｔとが異なってもよい。その理由は、パルス信号６５のデューティ比を適切に設定することで、ピーク電圧Ｖｐを、自己検出時におけるしきい値電圧よりも低くなるように設定できるからである。
【００４３】
以上のように本実施の形態によれば、制御回路は通常時（絶縁抵抗監視時）と自己診断時とで発振回路から出力するパルス信号のデューティ比を異ならせる（すなわち制御を変える）だけで自己診断を行なうことができる。よって、本実施の形態によれば従来の絶縁抵抗低下検出器に新たな回路や部品を追加することなく自己診断が可能になる。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、絶縁抵抗の監視時と自己診断時とでパルス信号の周波数を変化させないため、バンドパスフィルタによる減衰率のばらつきの影響を除くことができる。よって本実施の形態によれば、精度の高い自己診断を行なうことができる。
【００４５】
なお、本実施の形態において、発振回路から発せられる信号の波形は矩形波であると説明した。しかし図１の発振回路６０において信号のデューティ比を変えることができるのであれば、発振回路６０から発せられる信号の波形は矩形波に限定されない。
【００４６】
図８は、図１の発振回路６０から発せられる信号の別の波形の例を示す図である。
図８を参照して、信号６５Ａの波形は三角波である。図８に示すように、信号６５Ａでは、周期Ｔｐにおいて電圧Ｖが時間経過に応じて上昇する期間Ｔ１と低下する期間Ｔ２とが異なる。
【００４７】
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特許請求の範囲によって示され、特許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。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施の形態の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】絶縁抵抗ＲｉとノードＮＢにおける最大電圧（ピーク電圧Ｖｐ）との関係を説明する図である。
【図３】絶縁抵抗Ｒｉの低下検出時に図１の制御回路１１０によって検出される電圧波形を説明する図である。
【図４】通常時と自己診断時とにおけるパルス信号６５の波形を示す図である。
【図５】絶縁抵抗低下検出器５０の正常時および異常時における、絶縁抵抗Ｒｉとピーク電圧Ｖｐとの関係を説明する図である。
【図６】図１の制御回路１１０が自己診断時に検出する電圧波形を説明する図である。
【図７】本実施の形態の絶縁抵抗低下検出器の処理を説明するフローチャートである。
【図８】図１のパルス信号６５の別の波形の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  直流電源、２０  回路系、３０  アース、５０  絶縁抵抗低下検出器、６０  発振回路、７０  検出抵抗、８０  カップリングコンデンサ、９０  バンドパスフィルタ、９１  回路ブロック、９２  過電圧保護用ダイオード、９３  抵抗、９４  コンデンサ、１１０  制御回路、１１１  発振指令部、１１２  Ａ／Ｄ変換部、１１３  判定部、Ｎ１〜Ｎ３，ＮＡ，ＮＢ  ノード、Ｒｉ  絶縁抵抗、Ｓ１〜Ｓ１２，Ｓ５Ａ  ステップ。
【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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