(57)【要約】【課題】車体（車両フレーム）を電気回路の基準側と同電位とせずに、絶縁抵抗低下（漏電）検知を行うことができる産業車両における絶縁抵抗低下検出装置を提供する。【解決手段】産業車両は車体１４に対して絶縁抵抗１５を介して絶縁された高電圧回路１１を備えている。絶縁抵抗低下検出装置２０は、車体１４に一端が接続されたカップリングコンデンサ２１に検出抵抗２２を介して接続されるとともに、高電圧回路１１に設けられた直流電源としてのバッテリ１３の負極に接続され、所定周波数の交流を車体１４に印加する交流電圧印加手段２３を備えている。検出抵抗２２とカップリングコンデンサ２１との接続点２４には、接続点２４の電圧を検出する電圧検出手段２５が接続されている。マイクロコンピュータは、電圧検出手段２５の出力を入力して検出電圧が所定レベル以下になると絶縁抵抗が低下したと判断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に対して絶縁抵抗を介して絶縁された高電圧回路を備えた産業車両の絶縁抵抗低下検出装置であって、
車体に一端が接続されたカップリングコンデンサに検出抵抗を介して接続されるとともに、前記高電圧回路に設けられた直流電源の負極に接続され、所定周波数の交流を前記車体に印加する交流電圧印加手段と、
前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサとの接続点の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段の検出電圧が所定レベル以下になると絶縁抵抗が低下したと判断する判断手段と
を備えたことを特徴とする産業車両における絶縁抵抗低下検出装置。
【請求項２】
前記産業車両は直流電源から電力が供給される負荷又は直流電源の冷却用に冷媒を使用している請求項１に記載の産業車両における絶縁抵抗低下検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業車両における絶縁抵抗低下検出装置に係り、詳しくは駆動輪駆動用あるいは油圧ポンプ駆動用のモータに電源を供給する高電圧回路を備えた産業車両における絶縁抵抗低下検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧回路を備えたハイブリット自動車等の車両において、感電防止を目的として高電圧回路が車体に短絡したこと（漏電していること）を検出するために、絶縁抵抗低下検出装置（漏電検出装置とも呼ばれる。）が設けられている。
【０００３】
図４に示すように、高電圧負荷（例えば、駆動輪駆動用のモータ）５１に電源を供給するバッテリ５２を備えた高電圧回路５３は、車体５４に対して絶縁抵抗５５を介して接続されている。絶縁抵抗５５は２〜３ＭΩと高抵抗のため、高電圧回路５３は車体５４に対して電気的に絶縁された状態となっている。なお、５６は車両寄生容量である。
【０００４】
絶縁抵抗低下検出装置６０は、高電圧回路５３にカップリングコンデンサ６１を介して交流電圧を印加する交流電圧印加手段６２を備えている。交流電圧印加手段６２は、車体５４に電気的に接続されている。カップリングコンデンサ６１は、一端がバッテリ５２の負極に接続されるとともに他端が検出抵抗６３を介して交流電圧印加手段６２に接続されている。絶縁抵抗低下検出装置６０は、電圧検出部６４においてカップリングコンデンサ６１と検出抵抗６３の接続点との電圧を測定することにより、絶縁抵抗５５の低下を監視する。そして、絶縁抵抗５５が低下すると、電圧検出部６４の検出電圧が低下するので、検出電圧が予め設定された閾値以下になると、絶縁抵抗が低下した、すなわち、漏電が発生した状況にあると判断する。
【０００５】
また、対地絶縁車載回路の電位変動に拘わらず高精度の漏電検出特性を実現可能な車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この漏電検出装置は、図５に示すように、車体に対して絶縁された対地絶縁車載回路７０中の所定の一点にカップリングコンデンサ７１を通じて交流電圧印加回路部７２から漏電検出用交流電圧を印加する。そして、交流電圧印加回路部７２とカップリングコンデンサ７１との接続点の電圧変化を電圧圧縮回路部７３により一度圧縮した後、バンドパスフィルタ回路７４により必要周波数成分を抽出し、その後、電圧増幅回路７５で電圧増幅を行ってから、漏電検出を行う。インピーダンス検出回路７６は、電圧増幅回路７５の出力インピーダンスを変換してマイクロコンピュータ７７に出力する。マイクロコンピュータ７７は、インピーダンス検出回路７６から入力されるアナログ信号電圧をデジタル信号に変換し、その大きさが所定しきい値を超える場合に漏電警報を出力する。
【特許文献１】特開２００４−３４７３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フォークリフトやトーイングトラクタ等の電気バッテリ式産業車両においては、現在バッテリとして一般に４８Ｖのバッテリが使用されている。バッテリとしてより高電圧の物を使用したり、バッテリから電源を供給する負荷の発熱が大きく、冷却を空冷ではなく冷媒を使用する構成にしたりすると、漏電時の感電を防止するため、絶縁抵抗の低下検出（漏電検出）が必要となる。また、燃料電池を電源とする場合、燃料電池を冷媒で冷却する必要があるため、絶縁抵抗の低下検出（漏電検出）が必要となる。
【０００７】
『電気バッテリ式産業車両の安全基準（ESタイプ）において、車両フレーム又は囲いはどの部分も通電部分と電気的に接触してはならないし、電気回路の一部として使用されてはならない。』との要件がある。したがって、電気バッテリ式産業車両をベースに、ハイブリット車や燃料電池システム等を構築した場合（例えば、従来のバッテリ搭載部分にハイブリッドシステムや燃料電池システムを構築してバッテリと置き換えた車両を目指した場合）、車体を負極に（ボディーアース）することができない。
【０００８】
従来技術で述べたハイブリット自動車等に採用されている絶縁抵抗低下検出装置は、車体側が負極である場合に成立する接続方法（交流電源の負極が車体と同電位）であり、電気バッテリ式産業車両には前述の理由のため適用できない。また、特許文献１に記載のカップリングコンデンサ式漏電検出装置も前記絶縁抵抗低下検出装置と同様に、交流電圧印加回路部７２はカップリングコンデンサ７１を介して高電圧バッテリ７８の負極に接続されており、交流電圧印加回路部７２の基準側（負側）が車体と同電位となる構成のため、電気バッテリ式産業車両には適用できない。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、車体（車両フレーム）を電気回路の基準側と同電位とせずに、絶縁抵抗低下（漏電）検知を行うことができる産業車両における絶縁抵抗低下検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、車体に対して絶縁抵抗を介して絶縁された高電圧回路を備えた産業車両の絶縁抵抗低下検出装置である。そして、車体に一端が接続されたカップリングコンデンサに検出抵抗を介して接続されるとともに、前記高電圧回路に設けられた直流電源の負極に接続され、所定周波数の交流を前記車体に印加する交流電圧印加手段と、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサとの接続点の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出電圧が所定レベル以下になると絶縁抵抗が低下したと判断する判断手段とを備えている。ここで「直流電源」とは、バッテリ、燃料電池、キャパシタ等の直流電力を供給可能な電源を意味する。また、「交流」とは、電圧が０ボルトを基準にプラス側とマイナス側に変化するものに限らず、所定電圧（例えば、０ボルト）を基準としてハイ（Ｈｉ）レベル及びロウ（Ｌｏｗ）レベルを所定周期で繰り返す矩形波のように変化する電流も含む。また、「所定周波数」とは、高電圧回路内部で発生する電位変動の周波数、例えば、モータ等の高電圧負荷に供給される交流の周波数より大幅に低い（例えば、３桁あるいは４桁異なる）周波数を意味する。
【００１１】
この発明では、車体（車両フレーム）に対して所定周波数の交流が交流電圧印加手段によって重畳される。交流電圧印加手段は、車体に一端が接続されたカップリングコンデンサに対して検出抵抗を介して交流を印加する。また、交流電圧印加手段は、絶縁抵抗を介して車体と絶縁された高電圧回路に設けられた直流電源の負極に接続されているため、車体（車両フレーム）と直流的に絶縁されている。そして、検出抵抗とカップリングコンデンサとの接続点の電圧を電圧検出手段で測定して間接的に高電圧回路の絶縁抵抗の低下を検出する。高電圧回路の絶縁抵抗が漏電により低下すると、電圧検出手段による検出電圧も低下する。判断手段は電圧検出手段の検出電圧が所定レベル以下になると絶縁抵抗が低下したと判断する。したがって、車体（車両フレーム）を交流電圧印加手段の基準側と同電位とせずに、絶縁抵抗低下（漏電）検知を行うことができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記産業車両は直流電源から電力が供給される負荷又は直流電源の冷却用に冷媒を使用している。この発明では、負荷又はバッテリの冷却用に冷媒が使用されているため漏電時に感電する可能性が高くなり、漏電の発生あるいは漏電が発生し易い状態を早期に検出する必要がある。そして、前記のように絶縁抵抗の低下が簡単に検出されるため、早期に漏電を検出することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、車体（車両フレーム）を電気回路の基準側と同電位とせずに、絶縁抵抗低下（漏電）検知を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、高電圧回路１１は、駆動輪駆動用のモータや油圧回路用の油圧モータ等の高電圧負荷１２及び高電圧負荷１２に電源を供給する直流電源としてのバッテリ１３を備えている。高電圧負荷１２には図示しないインバータを介して交流電圧が供給されるようになっている。高電圧回路１１は、産業車両の車体（車両フレーム）１４に対して絶縁抵抗１５を介して接続されている。絶縁抵抗１５は２〜３ＭΩと高抵抗のため、高電圧回路１１は車体１４に対して電気的に絶縁された状態となっている。なお、１６は車両寄生容量（配線容量）である。
【００１５】
絶縁抵抗低下検出装置２０は、車体１４に一端が接続されたカップリングコンデンサ２１に検出抵抗２２を介して接続されるとともに、高電圧回路１１に設けられたバッテリ１３の負極に接続され、所定周波数の交流を車体１４に印加する交流電圧印加手段２３を備えている。すなわち、交流電圧印加手段２３は車体１４と直流的に絶縁されている。検出抵抗２２とカップリングコンデンサ２１との接続点２４には、接続点２４の電圧を検出する電圧検出手段２５が接続されている。
【００１６】
図２は絶縁抵抗低下検出装置２０のより具体化した構成を示す回路図である。図２に示すように、交流電圧印加手段２３は、直流電源Ｖｃｃ、抵抗２６及びトランジスタ２７が直列に接続された電圧増幅部２８と、ボルテージフォロワ回路（バッファ回路）２９とで構成され、ボルテージフォロワ回路２９の出力端子が検出抵抗２２に接続されている。
【００１７】
絶縁抵抗低下検出装置２０は、交流電圧印加手段２３のトランジスタ２７を所定周期でオン・オフ制御するとともに、電圧検出手段２５の検出電圧が所定レベル以下になると絶縁抵抗１５の抵抗（値）が低下したと判断する判断手段を構成するマイクロコンピュータ３０を備えている。マイクロコンピュータ３０はトランジスタ２７を高電圧負荷１２に供給される交流の周波数より大幅に低い周波数（例えば、数Ｈｚ）に対応する周期でオン・オフ（スイッチング）制御する。
【００１８】
電圧検出手段２５は、ローパスフィルタ３１、バッファ回路３２、ハイパスフィルタ３３及びバッファ回路３４が接続点２４側から順に接続されて構成され、接続点２４における電圧変化に対応したアナログ電圧をマイクロコンピュータ３０に出力する。すなわち、電圧検出手段２５は、接続点２４にて観測される電圧を、マイクロコンピュータ３０での判定に有用な信号のみを取り出すために、ローパスフィルタ３１及びハイパスフィルタ３３を備えている。マイクロコンピュータ３０は、電圧検出手段２５から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、その信号が予め設定された所定レベル以下か否かを判断する。
【００１９】
次に、前記のように構成された絶縁抵抗低下検出装置２０の作用について説明する。
マイクロコンピュータ３０は、交流電圧印加手段２３のトランジスタ２７を所定周期でスイッチング制御し、検出抵抗２２及びカップリングコンデンサ２１を介して車体１４に交流電圧を印加する。この実施形態では、交流電圧は０ボルトを基準にプラス側とマイナス側に変化するのではなく、所定電圧（例えば、０ボルト）を基準としてハイ（Ｈｉ）レベル及びロウ（Ｌｏｗ）レベルを所定周期で繰り返す矩形波のように変化する。そして、カップリングコンデンサ２１を介して車体１４に交流波形が重畳される。
【００２０】
高電圧回路１１に漏電が生じていない場合は、接続点２４の電圧は、交流電圧印加手段２３から出力される矩形波に対応して変化するとともに、高電圧回路１１における電位変化によるノイズが重畳された、図３（ａ）に示すような波形Ｆとして変化する。そして、電圧検出手段２５からはローパスフィルタ３１及びハイパスフィルタ３３で不要な部分が除去されて、図３（ｂ）に実線で示すような矩形波Ｆ０が出力される。
【００２１】
高電圧回路１１に漏電が生じると、カップリングコンデンサ２１に電流が流れ、接続点２４における電圧が低くなり、電圧検出手段２５からは図３（ｂ）に二点鎖線で示すように、非漏電時（実線で示す矩形波Ｆ０）よりピークが低い矩形波Ｆ１が出力される。
【００２２】
マイクロコンピュータ３０は、電圧検出手段２５の出力を入力して接続点２４の電圧の変化を監視し、電圧検出手段２５の検出電圧が所定レベル以下になると絶縁抵抗１５が低下したと判断し、漏電警報を出力する。そして、図示しない警報装置が作動される。
【００２３】
したがって、この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）絶縁抵抗低下検出装置２０は、車体１４に一端が接続されたカップリングコンデンサ２１に検出抵抗２２を介して接続されるとともに、高電圧回路１１に設けられたバッテリ１３の負極に接続され、所定周波数の交流を車体１４に印加する交流電圧印加手段２３を備えている。また、検出抵抗２２とカップリングコンデンサ２１との接続点２４の電圧を検出する電圧検出手段２５と、電圧検出手段２５の検出電圧が所定レベル以下になると絶縁抵抗１５が低下したと判断する判断手段（マイクロコンピュータ３０）とを備えている。したがって、車体（車両フレーム）１４を交流電圧印加手段２３の基準側と同電位とせずに、絶縁抵抗低下（漏電）検知を行うことができる。
【００２４】
（２）電圧検出手段２５は、ローパスフィルタ３１、バッファ回路３２、ハイパスフィルタ３３及びバッファ回路３４が接続点２４側から順に接続されて構成されているため、接続点２４にて観測される電圧信号から、絶縁抵抗低下（漏電）の判断に有用な信号のみを取り出して、マイクロコンピュータ３０に出力することができる。したがって、マイクロコンピュータ３０は、フィルタをかけずに接続点２４にて観測される電圧信号を入力する場合に比較して、絶縁抵抗低下（漏電）の判断の精度（信頼性）が高くなる。また、バンドパスフィルタ回路を設ける場合に比較して、除去（カット）する周波数の帯域の設定が容易になる。
【００２５】
（３）産業車両として冷媒が使用される構成、例えば、モータやＤＣ／ＤＣコンバータ）の冷却用に冷媒を使用する構成、あるいは燃料電池のように冷却用に冷媒が使用されている電源を使用する構成の場合、漏電が発生すると冷媒を介して感電する可能性が高くなる。その感電を抑制するため、漏電の発生あるいは漏電が発生し易い状態を早期に検出する必要がある。この実施形態の絶縁抵抗低下検出装置２０は、前記のように絶縁抵抗１５の低下を簡単に検出することができるため、早期に漏電を検出することができる。
【００２６】
（４）車体（車両フレーム）１４に交流波形を重畳する方法をとることにより、車両フレームを電気回路の一部として使用していない車両（例えば、従来のバッテリ搭載部分に燃料電池システムを構築してバッテリと置き換えた車両を目指した場合）に対して、絶縁抵抗低下検知を行うことができる。
【００２７】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  直流電源はバッテリに限らず、例えば、燃料電池や大容量のキャパシタを使用してもよい。
【００２８】
○  冷媒が使用される構成の産業車両に限らず、高電圧負荷１２の冷却は空冷で行い、４８Ｖより高圧のバッテリを使用する構成の産業車両に適用してもよい。
○  電圧検出手段２５は、絶縁抵抗低下（漏電）の判断に不用な信号を除去する手段としてローパスフィルタ３１及びハイパスフィルタ３３の両者を備える構成に限らない。例えば、バンドパスフィルタを設けたり、ローパスフィルタ３１のみを設けたりしてもよい。
【００２９】
○  交流電圧印加手段２３は、スイッチング素子（トランジスタ２７）が所定周期でスイッチング制御されることにより矩形波を出力する構成に限らない。例えば、交流電圧印加手段２３として正弦波発振回路や他の発振回路を設けてもよい。
【００３０】
○  産業車両としては、例えば、フォークリフトやトーイングトラクタが挙げられるがショベルカーや高所作業車等に適用してもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
【００３１】
（１）請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記産業車両は駆動源とし燃料電池を搭載している。
（２）請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記産業車両は駆動源としてエンジン及び直流電源を搭載したハイブリッド車である。
【００３２】
（３）請求項１、請求項２及び前記技術的思想（１），（２）のいずれか一項に記載の発明において、前記電圧検出手段は、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】一実施形態の絶縁抵抗低下検出装置と高電圧回路の関係を示す回路図。
【図２】絶縁抵抗低下検出装置の構成を示す回路図。
【図３】（ａ）は接続点の電圧変化を示す模式図、（ｂ）は電圧検出手段の出力電圧の変化を示す模式図。
【図４】従来技術の絶縁抵抗低下検出装置と高電圧回路の関係を示す回路図。
【図５】従来技術の漏電検出装置を示す回路図。
【符号の説明】
【００３４】
１１…高電圧回路、１３…直流電源としてのバッテリ、１４…車体、１５…絶縁抵抗、２０…絶縁抵抗低下検出装置、２１…カップリングコンデンサ、２２…検出抵抗、２３…交流電圧印加手段、２４…接続点、２５…電圧検出手段、３０…判断手段としてのマイクロコンピュータ。
【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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