(57)【要約】【課題】計測に利用されるフライングキャパシタの放電動作による電気エネルギーの無駄な消費を抑制するために利用可能な電荷回収装置を提供すること。【解決手段】地絡計測回路１０などに内蔵されたフライングキャパシタ（検出用コンデンサ）Ｃ１に、スイッチング素子Ｓ５を介してＥＨ電源ユニット３０を接続した。フライングキャパシタを充電し、電圧の計測が終了した後で、放電の前に、スイッチング素子Ｓ５を導通状態にして蓄積電荷をＥＨ電源ユニット３０の入力側に回収する。回収した電荷をＥＨ電源ユニット３０から出力し、地絡計測回路１０または外部回路が環境電源として再利用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャパシタと、
前記キャパシタの一端と直流電源の正極との間に配置される第１のスイッチと、
前記キャパシタの他端と前記直流電源の負極との間に配置される第２のスイッチと、
前記キャパシタの一端とアースとの間に配置される第３のスイッチと、
前記キャパシタの他端と前記アースとの間に配置される第４のスイッチと、
前記キャパシタの一端に接続される第５のスイッチを有し、前記キャパシタに充電された電荷を前記第５のスイッチを介して外部回路に供給する電荷回収回路と、
を備えたことを特徴とする電荷回収装置。
【請求項２】
前記第３のスイッチと前記アースとの間に前記キャパシタの両端間の電圧を計測する計測回路が接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電荷回収装置。
【請求項３】
前記電荷回収回路は、前記キャパシタの一端から前記電荷回収回路に向かう方向の電流の通過を許容し、逆方向の電流を阻止するダイオードを備える、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電荷回収装置。
【請求項４】
キャパシタと、
前記キャパシタの一端と直流電源の正極との間に配置される第１のスイッチと、
前記キャパシタの他端と前記直流電源の負極との間に配置される第２のスイッチと、
前記キャパシタの一端とアースとの間に配置される第３のスイッチと、
前記キャパシタの他端と前記アースとの間に配置される第４のスイッチと、
前記キャパシタの一端に接続される第５のスイッチを有し、前記キャパシタに充電された電荷を前記第５のスイッチを介して外部回路に供給する電荷回収回路と、
を備え、
前記第３のスイッチと前記アースとの間に前記キャパシタの両端間の電圧を計測する計測回路が接続されている電荷回収装置において、
前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを閉状態にし、前記第３のスイッチ、前記第４のスイッチおよび前記第５のスイッチを開状態にして前記キャパシタを充電し、
前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを開状態にした後、前記第３のスイッチおよび前記第４のスイッチを閉状態にして、前記計測回路により前記キャパシタの両端間の電圧を計測し、
前記第３のスイッチを開状態にした後、前記第５のスイッチを閉状態にして、前記キャパシタの電荷を前記外部回路に供給する、
ことを特徴とする電源回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷回収装置および電源回収方法に関し、例えば車両用の計測装置から無駄に消費される電気エネルギーを回収するために利用可能な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１〜特許文献３に示された絶縁状態検出装置においては、フライングキャパシタと呼ばれるコンデンサを利用し、フライングキャパシタの充放電サイクルを繰り返しながら電圧の計測を行い、計測した電圧に基づき地絡抵抗を検出している。
【０００３】
このような計測装置においては、フライングキャパシタを充電した後で電圧の計測を行い、更にフライングキャパシタに蓄積された電荷を放電する。この放電は、次回の計測サイクルで正しく計測を行うために不可欠な動作である。
【０００４】
しかし、電圧の計測を行った後で、フライングキャパシタに蓄積された電荷を単純に放電する動作は、電気エネルギーを無駄に捨てることを意味している。しかも、例えば車両においては電気絶縁が安全な状態に維持されているかどうかを監視するために、同じ計測動作を例えば定期的に繰り返し行う必要があるので、電気エネルギーの無駄な消費が繰り返されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２０５０８２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１２６３８２号公報
【特許文献３】特開２０１４−１４９１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のフライングキャパシタの放電動作による電気エネルギーの無駄な消費を抑制するために、例えばフライングキャパシタの静電容量を小さくすることや、計測周期を長くして計測頻度を下げることなどが考えられる。
【０００７】
しかしながら、フライングキャパシタの静電容量を小さくすると、計測精度が低下する可能性が高い。また、計測周期を長くすると、何らかの異常が発生してからそれを検知可能になるまでの遅延時間の増大が問題になる。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、計測に利用されるフライングキャパシタの放電動作による電気エネルギーの無駄な消費を抑制するために利用可能な電荷回収装置および電源回収方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するために、本発明に係る電荷回収装置および電源回収方法は、下記（１）〜（４）を特徴としている。
（１）  キャパシタと、
前記キャパシタの一端と直流電源の正極との間に配置される第１のスイッチと、
前記キャパシタの他端と前記直流電源の負極との間に配置される第２のスイッチと、
前記キャパシタの一端とアースとの間に配置される第３のスイッチと、
前記キャパシタの他端と前記アースとの間に配置される第４のスイッチと、
前記キャパシタの一端に接続される第５のスイッチを有し、前記キャパシタに充電された電荷を前記第５のスイッチを介して外部回路に供給する電荷回収回路と、
を備えたことを特徴とする電荷回収装置。
【００１０】
（２）  前記第３のスイッチと前記アースとの間に前記キャパシタの両端間の電圧を計測する計測回路が接続されている、
ことを特徴とする上記（１）に記載の電荷回収装置。
【００１１】
（３）  前記電荷回収回路は、前記キャパシタの一端から前記電荷回収回路に向かう方向の電流の通過を許容し、逆方向の電流を阻止するダイオードを備える、
ことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の電荷回収装置。
【００１２】
（４）  キャパシタと、
前記キャパシタの一端と直流電源の正極との間に配置される第１のスイッチと、
前記キャパシタの他端と前記直流電源の負極との間に配置される第２のスイッチと、
前記キャパシタの一端とアースとの間に配置される第３のスイッチと、
前記キャパシタの他端と前記アースとの間に配置される第４のスイッチと、
前記キャパシタの一端に接続される第５のスイッチを有し、前記キャパシタに充電された電荷を前記第５のスイッチを介して外部回路に供給する電荷回収回路と、
を備え、
前記第３のスイッチと前記アースとの間に前記キャパシタの両端間の電圧を計測する計測回路が接続されている電荷回収装置において、
前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを閉状態にし、前記第３のスイッチ、前記第４のスイッチおよび前記第５のスイッチを開状態にして前記キャパシタを充電し、
前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを開状態にした後、前記第３のスイッチおよび前記第４のスイッチを閉状態にして、前記計測回路により前記キャパシタの両端間の電圧を計測し、
前記第３のスイッチを開状態にした後、前記第５のスイッチを閉状態にして、前記キャパシタの電荷を前記外部回路に供給する、
ことを特徴とする電源回収方法。
【００１３】
上記（１）の構成の電荷回収装置によれば、前記キャパシタに蓄積された電荷のうち、無駄に消費される分の少なくとも一部を、前記電荷回収回路が前記第５のスイッチを介して外部回路に供給することができる。つまり、前記電荷回収回路が回収した電気エネルギーを再利用し有効に活用できる。
【００１４】
上記（２）の構成の電荷回収装置によれば、前記計測回路を用いて前記キャパシタの端子間電圧を計測できる。これにより、例えば電源電圧の計測や地絡抵抗の計測が可能になる。
【００１５】
上記（３）の構成の電荷回収装置によれば、前記キャパシタの端子電圧が低下した場合に、電流が逆流して、前記電荷回収回路側に蓄積された電荷が放電するのを阻止できる。したがって、前記キャパシタの端子電圧が大幅に低下するまで電荷の回収を継続することが可能であり、回収可能な電荷量を増やすことができる。
【００１６】
上記（４）の構成の電源回収方法によれば、必要な電圧の計測が終了した後で、前記第３のスイッチを開状態にすることで、前記キャパシタからの無駄な放電を止めることができる。この状態で、前記第５のスイッチを閉状態にすることで、前記キャパシタに蓄積されている電荷を放電前に回収し、前記外部回路に供給することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電荷回収装置および電源回収方法によれば、計測に利用されるフライングキャパシタが放電動作を行う前に電荷を回収できるので、放電による電気エネルギーの無駄な消費を抑制できる。
【００１８】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施形態における電荷回収装置を含むシステムの主要構成要素を示す電気回路図である。
【図２】図２は、図１に示した地絡計測回路における動作モードと各スイッチの状態との対応関係の一覧を表す模式図である。
【図３】図３は、図１に示した地絡計測回路における動作モードの遷移を表すシーケンス図である。
【図４】図４は、図１に示した地絡計測回路の基本計測サイクルの動作例を示すタイムチャートである。
【図５】図５（ａ）、図５（ｂ）、および図５（ｃ）は、図１に示した地絡計測回路の３種類の状態のそれぞれを表す電気回路図である。
【図６】図６は、図１に示した地絡計測回路が回収された電荷を利用して動作する場合の基本計測サイクルの動作例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
【００２１】
まず、全体の構成および動作の概要について説明する。
本発明の実施形態における電荷回収装置を含むシステムの主要構成要素を図１に示す。図１に示したシステムは、例えば車両上で地絡抵抗を検出するために用いられる地絡計測回路１０およびこれに付随する周辺回路とで構成されている。なお、本実施形態では地絡抵抗を計測する装置に本発明を適用する場合を想定しているが、フライングキャパシタを利用する電圧計測装置など、他の装置にも本発明を適用できる。
【００２２】
図４に示した地絡計測回路１０は、例えば電気自動車、あるいは駆動源としてエンジンおよび電気モータを備えたハイブリッド自動車のような車両に搭載して使用することができる。車載直流高圧電源５０は、例えば２００Ｖ程度の高電圧の直流電力を出力する。車載直流高圧電源５０が出力する電力により、車両の推進力を発生する電気モータを駆動することができる。
【００２３】
車載直流高圧電源５０の出力の正極側電源ライン１１１と接地電極１０３との間は電気的に絶縁されている。また、負極側電源ライン１１２と接地電極１０３との間も電気的に絶縁されている。接地電極１０３は、車両の車体などのアース部分に相当する。ここで、正極側電源ライン１１１と接地電極１０３との間の絶縁状態を地絡抵抗ＲＬｐとして表すことができる。また、負極側電源ライン１１２と接地電極１０３との間の絶縁状態を地絡抵抗ＲＬｎとして表すことができる。
【００２４】
また、コモンモードノイズを低減するために、図１に示すように、正極側電源ライン１１１と接地電極１０３との間にＹコンデンサＹｐを接続し、負極側電源ライン１１２と接地電極１０３との間にＹコンデンサＹｎを接続してある。
【００２５】
図１に示した地絡計測回路１０を車両に搭載することにより、必要に応じていつでも車両の絶縁状態を監視することができる。すなわち、車載直流高圧電源５０の出力における地絡抵抗ＲＬｐ、ＲＬｎを検出し絶縁状態を把握するために地絡計測回路１０を利用することができる。
【００２６】
したがって、図１に示すように、地絡計測回路１０の正極側入力端子１３及び負極側入力端子１４をそれぞれ正極側電源ライン１１１及び負極側電源ライン１１２と接続してある。また、地絡計測回路１０の接地電極１５は、接地電極１０３と接続してある。
【００２７】
地絡計測回路１０の計測結果や警報の情報を出力するために、図１に示すように出力端子２１が設けてある。この出力端子２１は、例えば車両側の電子制御ユニット（ＥＣＵ）と接続することができる。
【００２８】
図１に示したシステムにおいては、地絡計測回路１０が動作するために必要なロジック系直流電源電圧Ｖｃｃを生成するために、ＥＨ電源ユニット３０（電荷回収回路）が設けてある。このＥＨ電源ユニット３０は、地絡計測回路１０内のフライングキャパシタが蓄積している電荷のうち、地絡計測回路１０が使用しないエネルギーを回収して再利用する機能を搭載している。ＥＨ電源ユニット３０は、スイッチング素子Ｓ５を介して地絡計測回路１０と接続されている。この回路については後で詳細に説明する。
【００２９】
次に、地絡計測回路１０の構成例を説明する。
図１に示すように、地絡計測回路１０の内部にはフライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサＣ１が設けてある。この検出用コンデンサＣ１には、車載用であることを考慮して、例えばセラミックコンデンサが採用されるが、勿論これに限定されない。
【００３０】
また、検出用コンデンサＣ１の充電及び放電を制御するために、その周辺に４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が設けてある。更に、不要な電荷を回収するためにスイッチング素子Ｓ５が設けてあり、計測用の電圧をサンプリングするためにスイッチング素子Ｓａが設けてある。これらのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ５，Ｓａの各々は、例えば光ＭＯＳＦＥＴのように、絶縁された信号の制御によって接点の開閉（導通のオフ／オン）状態を切替可能なスイッチである。なお、この構成は一例であり、フライングキャパシタ方式の回路に本発明が適用されればよい。したがって、例えばスイッチング素子Ｓａを有していない回路に本発明が適用されてもよい。
【００３１】
スイッチング素子Ｓ１（第１のスイッチ）は、一端が抵抗器Ｒ０１を介して正極側入力端子１３と接続され、他端が配線４１と接続されている。スイッチング素子Ｓ２（第２のスイッチ）は、一端が抵抗器Ｒ０２を介して負極側入力端子１４と、他端が抵抗器Ｒ２を介して配線４２とそれぞれ接続されている。
【００３２】
スイッチング素子Ｓ３（第３のスイッチ）は、一端が配線４３と、他端が配線４５とそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｓ４（第４のスイッチ）は、一端が配線４２と接続され、他端が抵抗器Ｒ４を介して接地電極１５と接続されている。また、スイッチング素子Ｓ５（第５のスイッチ）は一端が配線４７と、他端がＥＨ電源ユニット３０とそれぞれ接続されている。
【００３３】
検出用コンデンサＣ１は、負極側端子が配線４２と接続され、正極側端子は、ダイオードＤ１及び抵抗器Ｒ１で構成される直列回路を介して配線４１と接続されている。また、検出用コンデンサＣ１の正極側端子は、ダイオードＤ３及び抵抗器Ｒ５で構成される直列回路を介して配線４３と接続され、更にダイオードＤ２を介して配線４３と接続されている。ダイオードＤ２は配線４３から配線４４に向かう方向の通電を許可する極性で接続され、ダイオードＤ３は配線４４から配線４３に向かう方向の通電を許可する極性で接続されている。また、検出用コンデンサＣ１の正極側端子は、配線４７を経由してスイッチング素子Ｓ５の一端と接続されている。
【００３４】
なお、検出用コンデンサＣ１に蓄積された電荷を放電するために、配線４４を図示しない特別なスイッチおよび抵抗器を介して接地しても良い。しかし、抵抗器Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５に比較的抵抗値の小さい部品を使用することにより、そのような特別な放電回路は省略できる。
【００３５】
マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）１１は、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、地絡計測回路１０に必要とされる各種制御を実行する。具体的には、マイクロコンピュータ１１は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を個別に制御して検出用コンデンサＣ１の充電及び放電を制御する。また、マイクロコンピュータ１１は検出用コンデンサＣ１の充電電圧に相当するアナログレベルを、配線４６を介してアナログ入力ポートＡＤ１から入力し、この入力レベルに基づいて計算を行い、地絡抵抗ＲＬｐ及びＲＬｎを把握する。また、本実施形態では、マイクロコンピュータ１１は検出用コンデンサＣ１に蓄積された不要な電荷を回収するためにスイッチング素子Ｓ５を制御する。
【００３６】
配線４５と配線４６との間にスイッチング素子Ｓａが接続されている。このスイッチング素子Ｓａは、ある計測タイミングで短時間だけ閉じて、配線４５に現れる信号をサンプリングする。つまり、計測対象の電圧レベルを、マイクロコンピュータ１１の入力に接続されているコンデンサ２２に保持する。
【００３７】
次に、ＥＨ電源ユニット３０の構成について説明する。
図１に示したＥＨ電源ユニット３０は、２つのダイオードＤ２１、Ｄ２２、コンデンサ３１、およびレギュレータ３２を備えている。
【００３８】
ダイオードＤ２１のアノード端子は、スイッチング素子Ｓ１および配線４７を経由して検出用コンデンサＣ１の正極側の端子と接続される。ダイオードＤ２１のカソード端子は、レギュレータ３２の入力端子３２ａおよびコンデンサ３１の一端と接続されている。ダイオードＤ２２のアノード端子が接続された電源入力端子３３には、車両側の電源回路から必要に応じて直流あるいは交流の電力が供給される。ダイオードＤ２２のカソード端子は、レギュレータ３２の入力端子３２ａおよびコンデンサ３１の一端と接続されている。
【００３９】
コンデンサ３１は、一端がダイオードＤ２１、Ｄ２２のカソード端子、およびレギュレータ３２の入力端子３２ａと接続され、他端がアースに接続されている。このコンデンサ３１は、ダイオードＤ２１、またはＤ２２を経由して供給される電荷を電源電力として再利用できるように蓄積する。レギュレータ３２は、入力される電力に基づいて安定した直流電圧を生成するための電圧調整機能を有しており、各種ロジック回路が電源電力として必要とする所定のロジック系直流電源電圧Ｖｃｃを出力端子３２ｂに出力する。具体例としては、＋５［Ｖ］、あるいは＋３．３［Ｖ］程度の直流電圧を、ロジック系直流電源電圧Ｖｃｃとして出力する。
【００４０】
図１に示したシステムにおいては、地絡計測回路１０内の検出用コンデンサＣ１に不要な電荷が蓄積されている時に、スイッチング素子Ｓ５を導通状態にすることで、検出用コンデンサＣ１に蓄積されている電荷を、スイッチング素子Ｓ１を経由してＥＨ電源ユニット３０の入力側に移動し、環境電力として回収することができる。
【００４１】
ダイオードＤ２１は、検出用コンデンサＣ１の一端からレギュレータ３２の入力端子３２ａに向かう方向の電流のみ通過を許容する。したがって、検出用コンデンサＣ１の一端の電圧が入力端子３２ａよりも高い時には、ダイオードＤ２１を介して検出用コンデンサＣ１の電荷をＥＨ電源ユニット３０で回収することができる。また、検出用コンデンサＣ１の一端の電圧が入力端子３２ａよりも低い時には電流の逆流をダイオードＤ２１が防止するため、コンデンサ３１に蓄積された電荷が放電するのを回避できる。
【００４２】
また、検出用コンデンサＣ１に不要な電荷が蓄積されていない時に、コンデンサ３１の蓄積電荷が不足するような場合には、車両側の電源回路から電源入力端子３３に直流または交流の電力を供給することにより、ＥＨ電源ユニット３０が必要とする電力を確保できる。また、ダイオードＤ２２が逆方向の電流を阻止するので、コンデンサ３１に蓄積された電荷が電源入力端子３３側に流れて放電するのを防止できる。
【００４３】
図１に示したシステムにおいては、ＥＨ電源ユニット３０が出力端子３２ｂに出力するロジック系直流電源電圧Ｖｃｃは、地絡計測回路１０内のマイクロコンピュータ１１等のロジック回路に電源電力として供給される。したがって、地絡計測回路１０内の検出用コンデンサＣ１において発生した利用されない電荷を、ＥＨ電源ユニット３０で回収して再び地絡計測回路１０側に電源として供給し、再利用することができる。
【００４４】
次に、動作モードおよび各スイッチの状態について説明する。
図１に示した地絡計測回路１０における動作モードと各スイッチの状態との対応関係の一覧を図２に示す。
【００４５】
図１に示した地絡計測回路１０においては、検出用コンデンサＣ１を扱うための動作として、図２に示すように４つの動作モードＭ０１、Ｍ０２、Ｍ０３、およびＭ０４が存在する。
【００４６】
動作モードＭ０１は、フライングキャパシタである検出用コンデンサＣ１を充電するためのモードである。また、地絡計測回路１０においては計測対象として電圧Ｖ０、Ｖｃ１ｎ、およびＶｃ１ｐの３つがあり、動作モードＭ０１では計測対象に合わせてスイッチの状態を切り替える必要がある。
【００４７】
動作モードＭ０２は、充電された検出用コンデンサＣ１の端子間電圧を計測するためのモードである。動作モードＭ０３は、計測の終了後に検出用コンデンサＣ１に蓄積されている使用されない電荷をＥＨ電源ユニット３０側に回収するためのモードである。動作モードＭ０４は、次回の計測に備えて、検出用コンデンサＣ１に蓄積されている電荷を放電して初期状態にするためのモードである。
【００４８】
図２に示すように、動作モードＭ０１で電圧Ｖ０を計測対象とする場合には、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、およびＳ５を、それぞれ「閉（導通）」、「閉」、「開（非導通）」、「開」、および「開」に制御する。また、動作モードＭ０１で電圧Ｖｃ１ｎを計測対象とする場合には、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ５を、それぞれ「閉」、「開」、「開」、「閉」、および「開」に制御する。また、動作モードＭ０１で電圧Ｖｃ１ｐを計測対象とする場合には、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ５を、それぞれ「開」、「閉」、「閉」、「開」、および「開」に制御する。
【００４９】
また、動作モードＭ０２では、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ５を、それぞれ「開」、「開」、「閉」、「閉」、および「開」に制御する。動作モードＭ０３では、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ５を、それぞれ「開」、「開」、「開」、「閉」、および「閉」に制御する。また、動作モードＭ０４では、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ５を、それぞれ「開」、「開」、「閉」、「閉」、および「開」に制御する。
【００５０】
次に、動作モードの遷移について説明する。
図１に示した地絡計測回路１０における動作モードの遷移を図３に示す。図３に示すように、地絡計測回路１０は最初のステップＳ１１で動作モードＭ０４に遷移して、検出用コンデンサＣ１の電荷を放電した後、ステップＳ１２〜Ｓ１５で、動作モードＭ０１、Ｍ０２、Ｍ０３、Ｍ０４、Ｍ０１、Ｍ０２、Ｍ０３、・・・と順次に遷移して計測を実行する。
【００５１】
図３に示す動作において特徴的な事項は、ステップＳ１３で計測を行った後、ステップＳ１４で動作モードＭ０３に遷移し、利用されないエネルギーを回収してから動作モードＭ０４に遷移することである。つまり、ステップＳ１３で計測が完了すると、その時に検出用コンデンサＣ１に蓄積されている電荷は不要になるため、通常であれば放電により廃棄されるが、本実施形態では動作モードＭ０３を利用して可能な限りエネルギーを回収し、その後で放電動作に移行する。したがって、検出用コンデンサＣ１の静電容量が比較的大きい場合であっても、無駄に廃棄されるエネルギーを削減し、削減分のエネルギーをＥＨ電源ユニット３０で再利用できる。
【００５２】
次に、地絡抵抗の計測について説明する。まず、基本計測サイクルを説明する。
図１に示した地絡計測回路１０の基本計測サイクルの動作例を図４に示す。なお、図４においては前述の動作モードＭ０３（回収）の動作は省略されている。
【００５３】
図４に示すように、地絡計測回路１０の基本計測サイクルは、「Ｖ０計測区間」Ａ１、「ＶＣ１ｎ計測区間」Ａ２、「Ｖ０計測区間」Ａ３、「ＶＣ１ｐ計測区間」Ａ４の各計測区間の連なりにより構成されており、この基本計測サイクルが繰り返し実行される。
【００５４】
「Ｖ０計測区間」Ａ１及びＡ３では、電源電圧に応じて変化する充電電圧Ｖ０を計測する。充電電圧Ｖ０は地絡抵抗の抵抗値とは無関係である。「ＶＣ１ｎ計測区間」Ａ２では、負極側の地絡抵抗ＲＬｎの抵抗値の影響を受けて変化する充電電圧ＶＣ１ｎを計測する。また、「ＶＣ１ｐ計測区間」Ａ４では、正極側の地絡抵抗ＲＬｐの抵抗値の影響を受けて変化する充電電圧ＶＣ１ｐを計測する。
【００５５】
また、上記各区間Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４のいずれについても、検出用コンデンサ（フライングキャパシタ）Ｃ１を充電するための「充電動作」と、この検出用コンデンサＣ１の端子間電圧を計測するための「計測動作」と、検出用コンデンサＣ１に蓄積した電荷を放電するための「放電動作」とが含まれている。
【００５６】
検出用コンデンサＣ１の端子間電圧Ｖｃは、図４に示すように、各区間で充電を開始すると、充電回路の時定数により定まる指数関数（ｅｘｐ）カーブに従って上昇し、放電を開始すると放電回路の時定数により定まる指数関数カーブに従って下降する。図４の基本計測サイクルを実施する場合には、検出用コンデンサＣ１の充電及び放電を繰り返し行うので、図４に示すように検出用コンデンサＣ１の電圧Ｖｃが変化する。
【００５７】
「Ｖ０計測区間」Ａ１及びＡ３では、検出用コンデンサＣ１の充電が完了した時の電圧（最大値）をＶ０として計測する。また、「ＶＣ１ｎ計測区間」Ａ２では、検出用コンデンサＣ１の充電が完了して放電に移行する前の電圧をＶＣ１ｎとして計測する。「ＶＣ１ｐ計測区間」Ａ４では、検出用コンデンサＣ１の充電が完了して放電に移行する前の電圧をＶＣ１ｐとして計測する。
【００５８】
実際には、図１に示したマイクロコンピュータ１１が、図２に示したように動作モードおよび計測対象毎にスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンオフを制御することにより、図４に示した基本計測サイクルの動作を実行することができる。そして、この基本計測サイクルの結果として得られる計測値のＶ０、Ｖｃ１ｎ、Ｖｃ１ｐに基づいて地絡抵抗を算出することができる。
【００５９】
図１に示した地絡計測回路１０の動作に関しては、基本的には以下の関係式が成立する。
（ＲＬｐ＋ＲＬｎ）／（ＲＬｐ×ＲＬｎ）＝｛(Ｖｃ１ｐ)＋(Ｖｃ１ｎ)｝／Ｖ０  ・・・(1)
但し、
Ｖ０：車載直流高圧電源５０の出力電圧に応じた検出用コンデンサＣ１の充電電圧
Ｖｃ１ｎ：負側の地絡抵抗ＲＬｎの影響を受けた検出用コンデンサＣ１の充電電圧
Ｖｃ１ｐ：正側の地絡抵抗ＲＬｐの影響を受けた検出用コンデンサＣ１の充電電圧
ＲＬｐ，ＲＬｎ：各地絡抵抗の抵抗値
【００６０】
従って、マイクロコンピュータ１１は、各状態でアナログ入力ポート（ＡＤ１）に入力される信号レベルから各充電電圧「Ｖ０」、「Ｖｃ１ｎ」、「Ｖｃ１ｐ」を把握し、上記関係式に基づいて地絡抵抗ＲＬｐ、ＲＬｎを算出することが可能である。
【００６１】
次に、電流経路の説明をする。
図１に示した地絡計測回路１０の３種類の状態のそれぞれを図５（ａ）、図５（ｂ）、および図５（ｃ）に示す。図５（ａ）の状態は、図２に示した動作モードＭ０１で、電圧Ｖ０を計測対象としている場合に相当する。また、図５（ｂ）の状態は図２に示した動作モードＭ０２に相当し、図５（ｃ）の状態は図２に示した動作モードＭ０４に相当する。
【００６２】
つまり、電圧Ｖ０を計測するために検出用コンデンサＣ１を充電する際には、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２が「閉」になりスイッチング素子Ｓ３およびＳ４が「開」になるので、図５（ａ）に太い線で示す経路を通って電流が流れる。したがって、車載直流高圧電源５０の出力電圧と同じ電圧になるまで検出用コンデンサＣ１が充電される。すなわち、「電圧Ｖ０」は車載直流高圧電源５０の出力電圧を意味する。
【００６３】
また、検出用コンデンサＣ１を充電した後で、動作モードＭ０２に移行すると、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２が「開」になり、スイッチング素子Ｓ３およびＳ４が「閉」になり、且つスイッチング素子Ｓａが一時的に「閉」になるため、図５（ｂ）に太い線で示す経路を通って電流が流れる。つまり、充電された検出用コンデンサＣ１の端子間電圧を、マイクロコンピュータ１１のアナログ入力ポート（ＡＤ１）で計測することができる。
【００６４】
また、計測が終了した後で、動作モードＭ０４に移行すると、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２が「開」になり、スイッチング素子Ｓ３およびＳ４が「閉」になり、且つスイッチング素子Ｓａが「開」になるため、図５（ｃ）に太い線で示す経路を通って電流が流れる。つまり、検出用コンデンサＣ１に蓄積された電荷が０になるまで放電させることができる。
【００６５】
また、図２に示した動作モードＭ０１で、電圧Ｖｃ１ｎを計測対象とする場合には、スイッチング素子Ｓ１およびＳ４が「閉」になり、スイッチング素子Ｓ２およびＳ３が「開」になる。したがって、図示しないが、負側の地絡抵抗ＲＬｎを通過する経路で、車載直流高圧電源５０の電圧が検出用コンデンサＣ１に充電される。この場合の検出用コンデンサＣ１の充電電圧Ｖｃ１ｎは、負側の地絡抵抗ＲＬｎの影響を受けることになる。
【００６６】
また、図２に示した動作モードＭ０１で、電圧Ｖｃ１ｐを計測対象とする場合には、スイッチング素子Ｓ１およびＳ４が「開」になり、スイッチング素子Ｓ２およびＳ３が「閉」になる。したがって、図示しないが、正側の地絡抵抗ＲＬｐを通過する経路で、車載直流高圧電源５０の電圧が検出用コンデンサＣ１に充電される。この場合の検出用コンデンサＣ１の充電電圧Ｖｃ１ｎは、正側の地絡抵抗ＲＬｐの影響を受けることになる。
【００６７】
また、図２に示した動作モードＭ０３では、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が「開」になり、スイッチング素子Ｓ４およびＳ５が「閉」になる。したがって、検出用コンデンサＣ１に蓄積された電荷を、スイッチング素子Ｓ５、Ｓ４を通る経路でＥＨ電源ユニット３０側に移動し、エネルギーを回収することができる。また、この時にはスイッチング素子Ｓ３を「閉」にすることで、検出用コンデンサＣ１からの無駄な放電を阻止することができる。
【００６８】
次に、回収したエネルギーの用途の例について説明する。
図１に示した地絡計測回路１０が回収された電荷を利用して動作する場合の基本計測サイクルの動作例を図６に示す。
【００６９】
図６に示した動作例においては、電圧Ｖ０を計測対象とする最初の「計測１」区間Ｔ１１のみ、外部から供給される電源電力を利用し、それ以降は回収したエネルギーを利用して地絡計測回路１０の内部回路が動作する場合を想定している。
【００７０】
つまり、電圧Ｖｃ１ｎを計測対象とする「計測２」区間Ｔ１２では、その前の「計測１」区間Ｔ１１で検出用コンデンサＣ１から回収したエネルギーを、地絡計測回路１０がＥＨ電源ユニット３０から供給されて動作する。また、電圧Ｖ０を計測対象とする３番目の「計測３」区間Ｔ１３では、その前の「計測２」区間Ｔ１２で検出用コンデンサＣ１から回収したエネルギーを、地絡計測回路１０がＥＨ電源ユニット３０から供給されて動作する。同様に、電圧Ｖｃ１ｐを計測対象とする「計測４」区間Ｔ１４では、その前の「計測３」区間Ｔ１３で検出用コンデンサＣ１から回収したエネルギーを利用して動作する。これ以降も同様である。
【００７１】
実際には、外部の電源回路が電源入力端子３３からＥＨ電源ユニット３０に供給する電力を最小限に抑制しておけば、ＥＨ電源ユニット３０が地絡計測回路１０の検出用コンデンサＣ１から回収したエネルギーを利用してロジック系直流電源電圧Ｖｃｃを生成し、この電力を地絡計測回路１０のマイクロコンピュータ１１等に供給するので、図６に示したような動作が実現する。
【００７２】
また、ＥＨ電源ユニット３０がロジック系直流電源電圧Ｖｃｃとして出力する電力の用途については、上記のように装置自身が活用する以外に、例えば以下に示すものを想定できる。
【００７３】
（１）電流センサの電源として活用する。
（２）車両上に搭載される様々な電子制御ユニット（ＥＣＵ）の電源として活用する。
（３）リレー、各種電装品、各種負荷等を駆動するための電源として活用する。
（４）無線装置が電波等を用いた信号の送受信を行うための電源として活用する。例えば車両においてユーザがスマートキーを操作する場合には、車両のイグニッションがオフである状況が想定されるが、ＥＨ電源ユニット３０を活用することで必要な電力を容易に確保できる。
【００７４】
図１に示したシステムのように、フライングキャパシタである検出用コンデンサＣ１を利用した計測回路（１０）にＥＨ電源ユニット３０を接続することにより、検出用コンデンサＣ１に蓄積された電荷のうち、計測後に不要になった電荷を回収し有効に再利用できる。したがって、検出用コンデンサＣ１の静電容量を小さくしたり、計測頻度を低下させなくても、電気エネルギーの無駄な消費を抑制できる。
【００７５】
また、ＥＨ電源ユニット３０の入力に接続したダイオードＤ２１が電流の逆流を阻止するので、検出用コンデンサＣ１の端子間電圧が大きく低下しても電荷の回収動作を直ちに停止する必要はない。そのため、可能な範囲で最大限のエネルギーをＥＨ電源ユニット３０が検出用コンデンサＣ１から回収することが可能になる。
【００７６】
＜電荷回収動作の開始／終了タイミング＞
図３に示した動作シーケンスのように、ＥＨ電源ユニット３０が検出用コンデンサＣ１の電荷を回収するための動作モードＭ０３（Ｓ１４）は、動作モードＭ０２を終了してから動作モードＭ０４を開始するまでの間に実行する。動作モードＭ０３を開始するタイミングについては、動作モードＭ０２を終了した直後のタイミングで構わない。
【００７７】
動作モードＭ０３を終了するタイミングについては、それ以上は電荷の回収が無理な程度まで検出用コンデンサＣ１の端子間電圧が低下したタイミングにすることで、回収可能なエネルギーを増やすことができる。
【００７８】
実際には、電荷回収時の検出用コンデンサＣ１の放電時定数が既知であるため、この放電時定数に基づいてマイクロコンピュータ１１は検出用コンデンサＣ１の端子間電圧の変化を予測できる。そして、電荷回収を開始してからの事前に定めた所定時間が経過した時、つまり、検出用コンデンサＣ１の端子間電圧が所定の電圧まで低下したタイミングで、電荷の回収を終了し、動作モードＭ０３から動作モードＭ０４に遷移する。
【００７９】
なお、以上に説明した実施形態では、地絡計測回路１０に本発明を適用する場合を想定しているが、これ以外の計測回路に本発明を適用することもできる。例えば、図１に示した地絡計測回路１０と同じ構成の回路を用いて、計測対象を電圧Ｖ０だけに限定すれば、電圧を計測する装置として利用できる。つまり、４つのスイッチおよびキャパシタを利用して電圧を計測する電圧計測装置に対しても、上記の実施形態と同様に本発明を適用できる。また、その場合の計測対象については、車載直流高圧電源５０の電源電圧に限らず、車両上の様々な電圧を計測することができる。
【００８０】
また、レギュレータ３２が、交流の電力を入力する場合には、動作モードＭ０３においてスイッチング素子Ｓ４およびスイッチング素子Ｓ５の開閉を繰り返すことによって、検出用コンデンサＣ１の電荷を交流のようにレギュレータ３２に供給してもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０  地絡計測回路
１１  マイクロコンピュータ
１３  正極側入力端子
１４  負極側入力端子
１５  接地電極
２１  出力端子
２２  コンデンサ
３０  ＥＨ電源ユニット
３１  コンデンサ
３２  レギュレータ
３３  電源入力端子
４１〜４８  配線
５０  車載直流高圧電源
１０３  接地電極
１１１  正極側電源ライン
１１２  負極側電源ライン
Ｃ１  検出用コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ２１，Ｄ２２  ダイオード
Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５  抵抗器
ＲＬｐ，ＲＬｎ  地絡抵抗
Ｙｐ，Ｙｎ  Ｙコンデンサ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓａ  スイッチング素子
Ｖｃｃ  ロジック系直流電源電圧
【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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