CN102341714A - 绝缘劣化检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种绝缘劣化检测装置，其中，不产生电压漂移的问题，且即使在施加干扰电压时仍能够快速地恢复到能够测定的状态。即使注入与抽出的电流存在不平衡的情况下，仍进行到一定电压的电流注入、电流抽出，故不产生电压漂移的问题，另外，即使从绝缘电容器的直流电源侧施加较大的干扰电压时，向一定电压的电流抽出(或电流注入)在其之后的周期进行，能够快速地恢复到原始的能够测定的状态。

Description

绝缘劣化检测装置

技术领域

本发明涉及绝缘劣化检测装置，其检测电动汽车等的车身和高压直流电流之间的绝缘劣化，该电动汽车具有比如与车身电绝缘的直流电源(以下，为了便于说明，有时称为高压直流电源，但没有多少伏特以上的限制)。

背景技术

一般地，在将锂离子电池、超级电容电池等的高压直流电源用作驱动能源的电动汽车(或所谓的混合动力车)中，为了防止触电，形成将高压直流电源与处于接地电位的车身电绝缘开的方案。但是，在因电池盒的材质变质或附着物等绝缘特性劣化时，从高压直流电源流到车身的泄漏电流传递给与该车身接触的人，会产生触电的危险。为此，必须在电动车中设置绝缘劣化检测装置。

本申请的发明人提出如专利文献1中所示的绝缘劣化检测装置，能够以较短时间检测绝缘劣化，或测定绝缘电阻值。通过采用该绝缘劣化检测装置，从驾驶者旋转启动开关的时刻起，能够以较短时间确认没有绝缘劣化，不对驾驶者造成不安全感，能够快速地启动电动汽车。

已有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特愿2009-102850号

发明内容

但是，在于专利文献1中提出的绝缘劣化检测装置中，由于在绝缘电容器中以一定周期交替地进行恒定电流的注入、抽出，故在注入和抽出的电流平衡不完全一致时，对误差进行累积计算，产生电压漂移。作为其应对措施，采用旁漏电阻。

另外，在作为将主开关从关闭，到打开等的处理，从绝缘电容器的高压直流电源侧，施加台阶状的较大的干扰电压时，处于超压范围态，在该超压范围中，无法测定绝缘电阻值。专利文献1中提出的绝缘劣化检测装置中，即使在这样较大的干扰电压外加之后，仍在绝缘电容器中按照一定周期交替地进行恒定电流的注入、抽出，由此，在经过由该电路时间常数确定的规定时间之后，恢复到原始的能够测定的状态。

另外，还具有在电动汽车的启动之后，产生绝缘劣化的情况，此时可能会对电动汽车等的使用者造成危险。于是，即使在电动汽车启动之后，仍必须马上能检测绝缘劣化，进行警报。

另外，虽然在高压直流电源中不产生绝缘劣化，但最好在电动汽车的电动机驱动装置中的变频器或电动机中产生绝缘劣化时，仍能够检测该绝缘劣化。

本发明是为了解决上述课题而提出的。本发明的目的在于提供一种绝缘劣化检测装置，其中，即使在注入和抽出的电流平衡不完全一致时，仍不产生误差累积造成的电压漂移问题，另外，即使在施加干扰电压时仍能够快速地恢复到能够测定的状态。

本发明的另一目的在于提供一种绝缘劣化检测装置，其中，即使在电动汽车等的启动之后，仍能够以较短时间进行有无绝缘劣化的检测，或测定绝缘电阻值。

本发明的绝缘劣化检测装置的方案如下所述。

(1)为了检测对接地部电绝缘的直流电源的漏电，该装置由与直流电源连接的绝缘电容器和测定电路构成，其特征在于，测定电路由恒定电流交变电路和运算控制电路构成，恒定电流交变电路按照其输出电压的峰值为一定电压的方式，在绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入、抽出，运算控制电路根据该注入、抽出的周期，判断有无绝缘劣化。

通过形成这样的方案，即使在注入和抽出的电流存在不平衡时，仍进行到一定电压的电流注入、电流抽出，故不产生电压漂移的问题，不需要作为其应对措施的旁漏电阻。另外，即使在从绝缘电容器的直流电源侧施加较大的干扰电压时，一定电压的电流抽出(或电流注入)仍能够在之后的周期中进行，能快速地恢复到原始的能够测定的状态。

(2)本发明的绝缘劣化检测装置中的恒定电流交变电路的特征在于，按照其输出电压的最大峰值和最小峰值的两者为一定电压的方式，在绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入、抽出。

通过形成这样的方案，进行到一定电压的电流注入和到一定电压的电流抽出这两者，故注入时间和抽出时间这两者反映了绝缘电阻值。

(3)本发明的绝缘劣化检测装置中的恒定电流交变电路的特征在于，按照其输出电压的最大峰值和最小峰值中的任意一者为一定电压的方式，在绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入或抽出中的任意一者，按照与注入和抽出中的任意一者所需时间相同的时间进行注入、抽出中的另一者。

通过形成这样的方案，仅进行到一定电压的电流注入和到一定电压的电流抽出中的任意一者，故能够使电压检测简便。

(4)本发明的绝缘劣化检测装置中的恒定电流交变电路的特征在于，按照其输出电压的最大峰值和最小峰值的两者为正电压或负电压的方式，在绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入、抽出。

通过形成这样的方案，能够通过单电源，构成恒定电流交变电路。也可使最大峰值为正电压，最小峰值为0V，还可使最大峰值为0V，最小峰值为负电压。

(5)本发明的绝缘劣化检测装置的特征在于，还设置齐纳二极管，其中，将输出电压限制在恒定电流交变电路的最大驱动电压以下。

通过形成这样的方案，即使在施加大的干扰电压的情况下，仍能够使恒定电流交变电路动作，快速地恢复到原始的能够测定的状态。

(6)本发明的绝缘劣化检测装置的特征在于，测定电路的绝缘劣化判断所需要的注入、抽出次数，在测定对象的机器启动时，按照小于机器动作时的程度设定。

通过形成这样的方案，在测定对象的机器启动时，能够快速地进行绝缘劣化判断，在机器动作时，能够进行考虑了所产生的干扰的绝缘劣化判断。

(7)本发明的绝缘劣化检测装置为用于检测电动机驱动装置的绝缘劣化的装置，该电动机驱动装置包括对接地部电绝缘的直流电源；通过来自该直流电源的电力而驱动的电动机；电力转换器，其将来自直流电源的电力转换为适合于上述电动机的驱动电力，其特征在于，该绝缘劣化检测装置包括测定电路，该测定电路与直流电源连接，测定电动机驱动装置中的绝缘电阻值，上述测定电路包括高频成分区分电路，其限制电力转换器的动作造成的高频成分向测定电路的流入。

通过形成这样的方案，即使在电力转换器的动作时，仍不产生高频成分的影响，通过设置于直流电源侧的测定电路，能够正确地测定绝缘电阻值，能检测电动机驱动装置的绝缘劣化。

(8)具体来说，本发明的绝缘劣化检测装置的特征在于，高频成分区分电路为低通滤波器，针对电力转换器产生的高频成分，与上述电力转换器和上述电动机形成闭环，其截止频率高于测定电路的恒定电流的注入、抽出动作的频率，按照低于电力转换器产生的高频成分的频率的程度设定。

通过形成这样的方案，即使在电力转换器的动作时，其高频成分向测定电路的流入通过低通滤波器而被隔断。测定电路的恒定电流的注入、抽出动作的频率成分用于测定电路的绝缘电阻值的测定，能够检测电动机驱动装置的绝缘劣化。

(9)此外，本发明的绝缘劣化检测装置的特征在于比如电动机为交流电动机，电力转换器为变频器，上述高频成分区分电路限制通过变频器的动作而产生的高频成分向测定电路的流入。

通过形成这样的方案，即使在变频器的动作时，变频器产生的高频成分向测定电路的流入仍被高频成分区分电路(比如低通滤波器)而限制。于是，不受到其高频成分的影响，通过设置于直流电源侧的测定电路，能够正确地测定绝缘电阻值，能检测电动机驱动装置的绝缘劣化。

另外，即使在电动机为直流电动机，电力转换器为斩波电路的情况下，本发明能同样地适用，斩波电路产生的高频成分向直流电源的流入，被高频成分区分电路(比如低通滤波器)而限制。

(10)在这里，本发明人认为，在电力转换器为变频器，对变频器进行PWM控制时，其高频成分为在变频器的PWM控制中产生的陷波。于是，高频成分区分电路(比如低通滤波器)由限制陷波的频率成分向直流电源侧的流入的陷波区分电路构成。

通过形成这样的方案，即使在变频器的动作时，仍不产生其高频成分的影响，通过设置于直流电源侧的测定电路，能够正确地测定绝缘电阻值，能检测电动机驱动装置的绝缘劣化。

按照本发明，能够提供下述的绝缘劣化检测装置，其中，即使在恒定电流的注入、抽出存在不平衡时，仍不需要其造成的电压漂移的应对措施，另外，可缩短干扰造成的不能测定状态的持续时间。

按照本发明，能够提供在电动汽车的启动之后，仍能够进行有无绝缘劣化的检测，或测定绝缘电阻值的绝缘劣化检测装置。

附图说明

图1为表示本发明的绝缘劣化检测装置和构成绝缘电阻测定对象的电动机驱动装置的整体结构的图；

图2为表示采用本发明的恒定电流交变方式的绝缘劣化检测装置的等效电路；

图3为表示图2所示的绝缘劣化检测装置中的电流注入、抽出动作的输出电压波形图；

图4为表示由本发明人提出的在先申请的绝缘劣化检测装置的结构的图；

图5为表示在在先申请的绝缘劣化检测装置中，施加干扰电压时的恒定电流注入、抽出动作的电压波形的图；

图6为表示本发明的第1实施形式的绝缘劣化检测装置的结构的图；

图7为表示绝缘电阻值为500kΩ时，恒定电流注入、抽出动作的电压波形的图；

图8为表示绝缘电阻值为100kΩ时，恒定电流注入、抽出动作的电压波形的图；

图9为图7的示意图；

图10为图8的示意图；

图11为表示在本发明的第1实施形式的绝缘劣化检测装置中，施加干扰电压时的恒定电流注入、抽出动作的电压波形的图；

图12为表示针对绝缘电阻值大时，通过图6所示的恒定电流交变电路，仅进行上限电压为一定电压的注入、抽出动作时的电压波形的图；

图13为表示针对绝缘电阻值大时，通过图6所示的恒定电流交变电路，仅进行下限电压为一定电压的注入、抽出动作时的电压波形的图；

图14为表示按照最大峰值电压为正电压，最小峰值电压为0V的方式进行注入、抽出动作时的绝缘劣化检测装置所采用的齐纳二极管的连接的图；

图15为图2所示的绝缘劣化检测装置中的变频器启动前后的输出电压波形图；

图16为图15所示的输出电压波形图的变频器启动时的部分放大图；

图17为表示电动机驱动装置的一个例子的结构图；

图18为表示变频器的PWM控制的说明图；

图19为表示通过变频器的PWM控制而产生的陷波的波形图；

图20为表示本发明的第2实施形式的绝缘劣化检测装置的结构图；

图21为表示图20所示的陷波区分电路的一个例子的电路图；

图22为图20所示的绝缘劣化检测装置中的变频器启动前后的输出电压波形图。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的绝缘劣化检测装置的实施形式进行说明。首先，在对本发明的一个实施形式绝缘劣化检测装置的结构进行说明之前，通过图1对由电动汽车的绝缘劣化检测装置10和高电压电路15构成的整体结构进行说明。

图1所示的高电压电路15由锂离子电池、高压直流电源16、主开关17、变频器18和交流电动机19构成，在该高压直流电源16中，将超级电容电池重叠，该电源16用于产生高电压。

测定电路12与包括电动汽车的普通汽车所使用的12V电源连接，在检测出绝缘劣化时，或当绝缘电阻值在规定值以下时，输出警报信号。即使在未到达产生绝缘劣化的绝缘不良的之前阶段，检测到绝缘电阻值在规定值以下，如果发出警报，则形成可靠性更高的绝缘劣化检测。另外，在平时监视绝缘电阻值，在低于设定电阻值时，按照输出预告信号或警报信号的方式构成。为了防止触电，高压直流电源16与处于接地电位的车身即机架绝缘，该绝缘电阻(绝缘电阻)由R_x表示，漂移电容由C_x表示。

图2表示恒定电流交变方式的绝缘劣化检测装置的原理。首先，在注入恒定电流的过程中，通过来自图中未示出的运算控制电路的电流切换信号，恒定电流交变电路20反复进行针对每个取样周期T_s，将恒定电流I_o的方向反转，在绝缘电容器11(Ci)、绝缘电阻R_x、漂移电容C_x中将恒定电流I_o注入、抽出的动作。在这里，以电路的时间常数(τ_x＝C_xR_x)的数倍而较大地设定取样周期T_s(T_s＞＞τ_x)。

图3表示恒定电流的注入周期(+I_o周期)、抽出周期(-I_o周期)的恒定电流交变电路20的输出电压V_out。V_ci表示绝缘电容器端子间电压、V_cx表示漂移电容电压。电流反转时的+I_o周期的输出电压V_out由下述的数学式1表示，-I_o周期的输出电压V_out由下述的数学式2表示，其中，Ci的残留电压为V_ci0。另外，对于V_out(nT_s)，简化表示为 $V_{\mathrm{out}}\left(n{T}_s\right)\⇒V_{\mathrm{out}}\left(n\right).$

数学式1

$V_{\mathrm{out}}\left(n\right)=V_{C1}\left(n\right)+V_{\mathrm{Cx}}\left(n\right)=\frac{I_0}{C_1}{T}_S+V_{C10}+R_x{I}_0(1-{\mathrm{\ϵ}}^{-T_S/{\mathrm{\τ}}_x})\≅\frac{I_0}{C_1}{T}_S+V_{C10}+R_x{I}_0$

数学式2

$V_{\mathrm{out}}(n+1)=V_{C1}(n+1)+V_{\mathrm{Cx}}(n+1)=V_{C10}-R_x{I}_0{(1-{\mathrm{\ϵ}}^{-T_S/{\mathrm{\τ}}_x})}^2\≅V_{C10}-R_x{I}_0$

由此，为了抵消Ci的残留电压V_ci0，取正的峰值电压和负的峰值电压的差的绝对值V_outPP，通过数学式3，对计算电阻值RC_x进行计算。由此，计算电阻值RC_x可通过下述数学式4表示。

数学式3

$V_{\mathrm{out}}\mathrm{PP}=|V_{\mathrm{out}}\left(n\right)-V_{\mathrm{out}}(n+1)|=\frac{I_0}{C_1}{T}_S+2R_x{I}_0(1-{\mathrm{\ϵ}}^{-T_S/{\mathrm{\τ}}_x})-R_x{I}_0(1-{\mathrm{\ϵ}}^{-T_S/{\mathrm{\τ}}_x}){\mathrm{\ϵ}}^{-T_S/{\mathrm{\τ}}_x}$

$\≅\frac{I_0}{C_1}{T}_S+2R_x{I}_0$

数学式4

计算电阻值RC_x为由V_outPP采用计算电阻值的式而计算，将实际电阻值R_x与指数函数的多项式相乘而得到。在这里，如果T_s＞＞τ_x，由于指数函数的多项式接近于1，故即使通过计算电阻值RC_x，仍能够以充分高的精度计算实际绝缘电阻R_x。比如，T_s＝3τ_x，能够以90％的精度而计算，T_s＝4τ_x，能够以97.3％的精度而计算，T_s＝5τ_x，能够以99.0％的精度而计算，T_s＝6τ_x，能够以99.6％的精度而计算，T_s＝7τ_x，能够以99.9％的精度而计算。由此，如果延长取样周期T_s，则精度提高，但知道实际应用上，通过T_s＝3τ_x获得的精度是充分的。由于短时间的检测，故最好取样周期(T_s)为被测定电路的时间常数(τ_x)的至少3倍以上。

即，对于计算电阻值RC_x，峰值间电压V_outPP能够正确地测定这一点为其正确的计算的前提。图4表示使图2所示的恒定电流交变方式的绝缘劣化检测装置更加实用的结构。在图4中，形成追加旁漏电阻41和齐纳二极管42的结构。在绝缘正常的场合，即在绝缘电阻R_x大时，输出电压V_outPP增高，恒定电流无法从恒定电流交变电路20的驱动电源而流动。于是，如果输出电压V_outPP增高，则在旁漏电阻41中能够流动的电流增加，在绝缘电阻R_x上能够流动的电流减少，将输出电压V_outPP能够抑制在一定电压I_oR_m以下。

另外，具有高压直流电压源的变化极大的情况。在电动机启动时，从电动机的轻负荷到全负荷的切换时，电动机停止时，高压直流电压源的急速充电模式的切换时等的场合，在高压直流电压源中，大电流以较短的时间而流出/流入/停止。由此，高压直流电压源的电压变化也增大。由此，构成绝缘电阻的测定精度降低的原因。另外，如果高压直流电压源的电压高，则会有超过恒定电流电路的最大驱动电压(±VDD)的情况，引起振荡现象，在最严重时会超过恒定电流电路的耐电压，引起破坏。

作为其对策措施，装入齐纳二极管，限制输出电压V_out的上下限。对于所插入的齐纳二极管的齐纳电压VZ，选择满足VDD＞VZ＞I_oR_m的条件的电压。

在该方案中，由于在绝缘电容器中，按照一定周期交替地进行恒定电流的注入、抽出，故如果注入和抽出的电流平衡不完全一致，则对误差进行累积，产生电压漂移。作为其应对措施，采用旁漏电阻41。

图5为表示从绝缘电容器的高压直流电源侧，施加台阶状的较大的干扰电压时，图4中测定电路12的动作的电压波形。在图5中，从0秒时刻到经过5秒时刻，恒定电流交变电路20在最大峰值电压4V和最小峰值电压-4V之间，以每次0.2秒进行注入、抽出的动作。在经过5秒时刻，比如在外加50V的干扰电压时，虽然其因齐纳二极管42的作用而减少，但恒定电流交变电路20的输出电压为比如12V。以每次0.2秒进行注入、抽出的动作，其峰值电压慢慢地降低，在图5的例子中，花费约20秒，恢复到干扰电压施加前的状态。

参照图6，对本发明的第1实施形式的绝缘劣化检测装置70的结构进行说明。在图6中，绝缘劣化检测装置70由通过微型计算机形成的运算控制电路71，恒定电流交变电路72，与电路保护用的齐纳二极管73构成。恒定电流交变电路72通过来自运算控制电路71的电流切换信号，切换恒定电流(I_o)的方向。在这里，绝缘电容器11的值Ci大到漂移电容C_x的10倍以上。

通过绝缘电容器11，确保测定电路和高压直流电压源的绝缘。通过绝缘电容器11的耐压，确定能够测定的高压直流电压的范围，要求最高可靠性的部件。作为绝缘电容器11，具有耐高温特性，耐湿特性，并且最好为故障模式为开放的类型。

绝缘劣化检测装置70作为硬件，除了绝缘电容器11以外，由普通的汽车规格品(耐压在60V以下)构成，不必采用高价的特别规格品。数字部中，能够采用为16比特结构，内置数据闪存，具有10比特高速AD转换器的汽车规格的单片微型计算机。在电源部中，分别形成供给数字部、模拟部的供给电压为DC8～16V的稳定电源，由此，能采取逆接应对措施。

消耗电流在150mA以下，能够作为低耗电量。在实际的装置中，安装位置可在电池盒内，最高动作保证温度能够设置为85℃。另外，作为评价用途，内置CAN、RS232C的串行通信、动作检查端子，但是，能够形成不与端子管脚连接的方案。在批量生产时，除了这些功能以外，能够谋求整体尺寸的减小。

下面参照图7～图10，对绝缘劣化检测装置70的动作进行说明。在这里，图7表示绝缘电阻值为500kΩ，上限电压V_H为5V，下限电压V_L为0V时的绝缘劣化检测装置70的注入、抽出动作的电压波形。另外，图8表示绝缘电阻值为100kΩ，上限电压V_H为5V，下限电压为0V时的绝缘劣化检测装置70的注入、抽出动作的电压波形。另外，图9为图7的示意图，图10为图8的示意图。

首先，如图9所示，在恒定电流的注入过程中，通过来自运算控制电路71的电流切换信号，恒定电流交变电路72在时刻T₁将恒定电流I_o的方向反转，将恒定电流I_o注入到绝缘电容器11(静电电容值Ci)、绝缘电阻R_x、漂移电容C_x中。在运算控制电路71检测到输出电压V_out到达正的一定电压(上限电压V_H)的时刻T₂，将使恒定电流I_o的方向反转的电流切换信号提供给恒定电流交变电路72，抽出电流。在运算控制电路71检测到输出电压V_out到达负的一定电压(下限电压V_L)的时刻T₃，将使恒定电流I_o的方向反转的电流切换信号，提供给恒定电流交变电路72，注入电流。

即，如下进行恒定电流交变电路72的恒定电流I_o的注入、抽出的切换控制。

·通过电流抽出，如果输出电压V_out降低，达到下限电压V_L，则切换到电流注入(时刻T₁、T₃、T₅)。

·通过电流注入，如果输出电压V_out上升，到达上限电压V_H，则切换到电流抽出(时刻T₂、T₄、T₆)。

运算控制电路71测定下述的注入时间和抽出时间。

·注入时间＝T₁～T₂间的时间、T₃～T₄间的时间、T₅～T₆间的时间……

·抽出时间＝T₂～T₃间的时间、T₄～T₅间的时间、T₆～T₇间的时间……

根据该注入抽出周期(注入时间+抽出时间)，判断绝缘电阻值的大小。

根据图10而理解到，当绝缘电阻值小时，注入时间(T₁～T₂间的时间)和抽出时间(T₂～T₃间的时间)变长，于是，注入抽出周期变长。

于是，通过测定注入抽出周期，能够间接地测定绝缘电阻值，能够进行绝缘劣化的判断。比如，将与规定的绝缘电阻值相对应的注入抽出周期作为阈值而设定，已测定的注入抽出周期到达该阈值，由此，能够判断绝缘劣化。

按照该绝缘劣化检测装置70，即使在比如注入和抽出的电流平衡具有较大误差的情况下进行电流的注入、抽出，直至输出电压为一定的上限电压V_H和下限电压V_L，由此，不产生电压漂移的问题，不必设置图4中所示的旁漏电阻。电流平衡的误差作为相当于它的注入、抽出时间的误差而被呈现，仅构成绝缘电阻值的测定误差。在绝缘劣化的有无判断中，由于不必要求高精度的绝缘电阻值测定，故没有实用上的问题。

图11表示在绝缘劣化检测装置70中施加干扰电压时的恒定电流注入、抽出动作的电压波形。在图11中，从0秒到经过5秒时刻，恒定电流交变电路70在上限电压(最大峰值电压)5V和下限电压(最小峰值电压)0V之间，进行注入、抽出动作。在经过5秒时刻，比如在施加50V的干扰电压时，虽然通过齐纳二极管的作用而减少，但是恒定电流交变电路72的输出电压比如为12V。其在上限电压V_H以上，由此，恒定电流交变电路72进行抽出动作，到达下限电压V_L，由此，恒定电流交变电路72进行注入动作。如此，即使在施加大的干扰电压的情况下，通过恒定电流交变电路72的下限电压V_L的抽出动作，能够一下子恢复到正常动作。

在图11的场合，恢复到干扰电压施加前的状态时的时间约为5秒，与图5所示的场合相比较，大幅度地缩短。

图12表示绝缘劣化检测装置70的恒定电流的注入、抽出动作的第2例。在该场合，如下进行恒定电流交变电路72的切换控制。

·通过电流注入，如果输出电压V_out上升，到达上限电压V_H，则切换到电流抽出(时刻T₂、T₄、T₆)。

·如果经过与切换之后、之前的电流注入时间相同的时间，切换到电流注入(时刻T₁、T₃、T₅)。

运算控制电路71测定下述的注入时间。

·注入时间＝T₁～T₂间的时间、T₃～T₄间的时间、T₅～T₆间的时间……

·抽出时间＝之前的注入时间

根据该注入抽出周期(注入时间+抽出时间)＝(2×注入时间)，判断绝缘电阻值的大小。

在该场合，各周期的输出电压V_out的最大峰值与上限电压V_H一致，但是，最小峰值不限于通过注入、抽出的电流的非平衡，形成相同的电压的场合。也能够像本例那样，仅根据电流的注入时间，判断绝缘电阻值的大小。

图13表示绝缘劣化检测装置70的恒定电流的注入、抽出动作的第3例。在此场合，如下进行恒定电流交变电路72的切换控制。

·通过电流抽出，如果输出电压V_out降低，达到下限电压V_L，则切换到电流注入(时刻T₁、T₃、T₅)。

·切换之后，如果经过与之前的电流抽出时间等同的时间，则切换到电流抽出(时刻T₂、T₄、T₆)。

运算控制电路71测定下述的抽出时间。

·抽出时间＝T₂～T₃间的时间、T₄～T₅间的时间、T₆～T₇间的时间……

·注入时间＝之前的注抽出间

根据该注入抽出周期(注入时间+抽出时间)＝(2×抽出时间)，判断绝缘电阻值的大小。

在该场合，各周期的输出电压V_out的最小峰值与下限电压V_L一致，但是，最大峰值不限于通过注入、抽出的电流的非平衡，形成相同的电压的场合。也能够像本例那样，仅根据电流的抽出时间，判断绝缘电阻值的大小。

在图7～图8和图12、图13所示的恒定电流的注入抽出动作中，上限电压V_H为正的电压，下限电压V_L为负的电压，但如图9～图11所示，能够使单电源，比如上限电压V_H为正的电压，下限电压V_L为0V。另外，也能使下限电压V_L不为0V，而为正的规定电压。在该场合，能够以图14所示的一个保护用齐纳二极管83，取代图6中所示的反向串联的两个保护用齐纳二极管73。另外，能够使上限电压V_H为0V，下限电压V_L为负的电压，也能够使上限电压V_H不为0V，而为负的规定电压。

在本申请中，“注入、抽出的周期”包括注入时间和抽出时间之和；仅包括注入时间，仅包括抽出时间，它们的倍数；或它们的组合。

另外，在上面的说明中，对“正的电压”和0V，“负的电压”和0V的方式进行了区别说明，但在本申请中，有“正的电压”用于包含0V的含义的情况，也有“负的电压”用于包含0V0的含义的情况。

在绝缘劣化的判断中，测定对象的机器(包括变频器等的机器)的启动前和动作时，能够改变构成判断的基础的注入抽出周期的次数。其关注在机器启动前和动作时，干扰电压的值不同，比如能够进行下述这样的判断。

机器启动前(干扰电压小)：针对1次，或2～3次的注入抽出动作而测定的注入抽出周期的平均值，或通过累积值而进行绝缘劣化的判断。

机器动作时(干扰电压大)：针对多次的注入抽出动作而测定的注入抽出周期的平均值，或通过累积值而进行绝缘劣化的判断。

通过这样的操作，在机器启动前，能够高速地判有无断绝缘劣化，在机器动作时，能够一边减少干扰电压的影响，一边判断有无绝缘劣化。

如在先申请所示，了解到按照图1～图4所示的绝缘劣化检测装置，电动汽车的变频器启动前，即在打开主开关17之前，能够检测该直流电路部分有无绝缘劣化。于是，将主开关17设为打开状态，调查驱动变频器18和交流电动机19后的绝缘劣化检测的影响。

图15表示变频器18驱动前后的输出电压V_out的时间变化，图16为其部分放大图。如图15和图16所示，在变频器18的驱动前，输出电压对应于恒定电流的注入、抽出，以较低的频率，并且以较小的振幅而变化。另一方面，在变频器18的驱动后，如该图所示，观察到较高的频率，较大的振幅的电压。

本发明人对在变频器18的驱动后，产生这样的高频，并且大振幅的电压的原因进行了考察。图17表示电动汽车的高电压电路系统。在图17中，高电压电路15比如为电动汽车的电动机驱动装置，高电压电路15由高压直流电源16、主开关17、变频器18和交流电动机19构成。在该高电压电路系统的直流部中，具有高压直流电源16、主开关17，在交流部中，具有交流电动机19。变频器18在操作时，将来自直流部(高压直流电源16)的直流电转换为交流电，供给到交流部(交流电动机19)，在再生时，将交流部的交流电转换为直流电，供给到直流部。

但是，交流电动机19通过三角波比较法的PWM控制而驱动，各部分的波形如图18所示，图18(a)表示三角运送波、U相调制波、V相调制波、W相调制波，图18(b)表示U相电压、V相电压、W相电压，图18(c)表示U-V线间电压、V-W线间电压、W-U线间电压。

于是，图17中的高压直流电源16的最低电位部的电压Vpc，为图19所示的陷波的波形。作为比较的结果，认为可能图15和图16所示的观测波形造成了该陷波。另外，认为在该变频器中产生的陷波经由接地传递给直流部，对输出电压造成影响。

本发明的第2实施形式的绝缘劣化检测装置，包括去除该陷波的影响的陷波区分电路。图20表示本实施形式的绝缘劣化检测装置的结构。在图20中，省略了与图4所示的结构相同的部分(恒定电流交变电路20、绝缘电容器11、旁漏电阻41、齐纳二极管42)的说明。在图20中，陷波区分电路50设置于绝缘电容器11和恒定电流交变电路20之间。陷波区分电路50按照从交流部传递的高频成分对绝缘劣化检测装置的输出电压V_out不产生影响的方式作用。

图21表示陷波区分电路50的具体电路的一个例子。在图21中，陷波区分电路50为低通滤波器60，由电阻61和电容器62构成。低通滤波器60设置于绝缘电容器11和恒定电流交变电路20之间，按照允许低频成分的通过，而隔断高频成分的方式作用。电阻61和电容器62的电阻值、静电电容值，按照低通滤波器60的截止频率低于陷波的频率，而高于恒定电流交变电路20的恒定电流注入、抽出的频率(在上面的描述中，通过周期而描述的)的方式设定。恒定电流交变电路20的恒定电流注入、抽出的频率比如为几Hz，陷波的频率比如为几KHz。

于是，如果针对高频成分来说，陷波区分电路50与变频器18和交流电动机19构成闭环，陷波的高频成分不对输出电压V_out造成影响。由此，即使在变频器的启动之后，仍能够进行绝缘电阻值的正确的测定，即正确的绝缘劣化检测。另外，在该场合，不仅检测高电压电路15中的高压电流电源16的绝缘劣化，而且还检测变频器18和交流电动机19的绝缘劣化。

另外，陷波区分电路50不仅适用于参照图2～图4说明的绝缘劣化装置，而且同样地还适用于参照图6～图14说明的绝缘劣化装置。

本发明不限于电动汽车或混合动力车的电动机驱动装置用的绝缘劣化装置，能够广泛地适用于风力发电、太阳能发电、燃料电池等，比如在电容器中进行电力贮存的系统。同样在这样的高压直流电源经由系统联系变频器等而与电力系统连接的装置的场合，能够进行高压直流电源和外壳之间的绝缘劣化的判断。

在外壳接地时，能够在将高压直流电源与电力系统切离开的装置停止中判断，在外壳不接地时，还能够在装置运转中判断。

产业上的利用可能性

本发明能够检测采用高压直流电源的系统，比如电动汽车或混合动力车的电源和驱动装置、风力发电、太阳能发电、燃料电池等的电力系统的绝缘劣化。另外，本发明在由高压直流电源、变频器、电动机等形成的具有高压电路的电动汽车或混合动力车的电动机驱动装置中，即使在变频器的启动之后，仍能够检测有无绝缘劣化。

标号说明

标号10表示绝缘劣化检测装置；

标号11表示绝缘电容器；

标号12表示测定电路；

标号13表示传感端子；

标号15表示高电压电路；

标号16表示高压直流电源；

标号17表示主开关；

标号18表示变频器；

标号19表示交流电动机；

标号20表示恒定电流交变电路；

标号41表示旁漏电阻；

标号42表示齐纳二极管；

标号50表示陷波区分电路；

标号60表示低通滤波器；

标号61表示电阻；

标号62表示电容器；

标号70表示绝缘劣化检测装置；

标号71表示运算控制电路；

标号72表示恒定电流交变电路；

标号73表示齐纳二极管；

标号83表示齐纳二极管。

Claims (10)

1.一种绝缘劣化检测装置，为了检测对接地部电绝缘的直流电源的漏电，该装置由与上述直流电源连接的绝缘电容器和测定电路构成，其特征在于：

上述测定电路由恒定电流交变电路和运算控制电路构成；

上述恒定电流交变电路按照其输出电压的峰值为一定电压的方式，在上述绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入、抽出；

上述运算控制电路根据该注入、抽出的周期判断绝缘劣化。

2.根据权利要求1所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，上述恒定电流交变电路按照其输出电压的最大峰值和最小峰值的两者为一定电压的方式，在上述绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入、抽出。

3.根据权利要求1所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，上述恒定电流交变电路按照其输出电压的最大峰值和最小峰值中的任意一者为一定电压的方式，在上述绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入或抽出中的任意一者，按照与上述注入和抽出中的任意一者所需时间相同的时间，进行注入、抽出中的另一者。

4.根据权利要求1～3中的任何一项所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，上述恒定电流交变电路按照其输出电压的最大峰值和最小峰值的两者为正电压或负电压的方式，在上述绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入、抽出。

5.根据权利要求1～4中的任何一项所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，还设置齐纳二极管，其中，将输出电压限制在上述恒定电流交变电路的最大驱动电压以下。

6.根据权利要求1～5中的任何一项所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，根据上述测定电路产生的绝缘劣化判断所需要的注入、抽出次数，在测定对象的机器启动时，按照小于机器动作时的程度设定。

7.一种绝缘劣化检测装置，其用于检测电动机驱动装置的绝缘劣化，该电动机驱动装置包括：针对接地部电绝缘的直流电源；通过来自该直流电源的电力而驱动的电动机；电力转换器，其将来自上述直流电源的电力转换为适合于上述电动机驱动的电力；该绝缘劣化检测装置特征在于，其还包括：

测定电路，该测定电路与上述直流电源连接，测定上述电动机驱动装置中的绝缘电阻值；

上述测定电路具有高频成分区分电路，其限制上述电力转换器的动作造成的高频成分向上述测定电路的流入。

8.根据权利要求7所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，上述高频成分区分电路为低通滤波器，针对上述电力转换器产生的高频成分，与上述电力转换器和上述电动机形成闭环，其截止频率高于上述测定电路的恒定电流的注入、抽出动作的频率，按照低于上述电力转换器产生的高频成分的频率的程度设定。

9.根据权利要求7或8所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，上述电动机为交流电动机，上述电力转换器为变频器；

上述高频成分区分电路限制通过上述变频器的动作而产生的高频成分向上述测定电路的流入。

10.根据权利要求7～9中的任何一项所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，上述高频成分为在上述变频器的PWM控制中产生的陷波。

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