JP2002209331A - 電気車両の地絡検出装置 - Google Patents

電気車両の地絡検出装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路構成の簡略化が可能であり、車体に対す
る絶縁抵抗低下のレベルを精度よくで検出できる車両の
地絡検出装置を提供するものである。 【解決手段】 車体Ｂと電気的に絶縁されている高電圧
直流電源３１と、この高電圧直流電源３１からの直流電
圧により駆動される三相交流モータ３３とを有する電気
自動車の地絡検出装置３０であって、矩形波からなる地
絡検出信号を検出抵抗３、カップリングコンデンサ４を
介して高電圧直流電源３１に供給するとともに、前記検
出抵抗３、カップリングコンデンサ４の接続点である地
絡検出点Ａの電圧振幅値を検出し、予め設定した電圧振
幅値と絶縁抵抗値との関係に基づいて、検出した前記電
圧振幅値を絶縁抵抗値に変換し、変換した絶縁抵抗値と
予め設定された地絡判定しきい値との比較により高電圧
直流電源３１の絶縁抵抗劣化のレベルの検出を行うマイ
クロコンピュータ１を有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気車両に搭載さ
れる高圧直流電源の地絡を検出する地絡検出装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、電気自動車やハイブリッド電気
自動車等々の電気車両では、一般的に高電圧電池に接続
した高電圧直流回路と、車体に接地した車両電装回路と
は絶縁されている。そこで、高電圧回路と車体との間に
絶縁破壊が生じ絶縁抵抗が低下して地絡が発生した場合
に警告を発するための地絡検出装置が設けられている。
【０００３】従来の電気車両の地絡検出装置の一例を図
１２を参照して説明する。同図において、１１０は、電
気車両の走行駆動回路系を示すもので、５１は高電圧直
流電源（例えば２００〜３００Ｖ）として設けられたバ
ッテリ群であり、車体Ｂと電気絶縁されている。
【０００４】５２はＤＣ−ＡＣ変換器としてのインバー
タ、５３は車両走行用の三相交流モータ、５４はバッテ
リ群５１からインバータ５２への直流正極給電線である
プラス母線、５５はバッテリ群５１からインバータ５２
への直流負極給電線であるマイナス母線、５６、５７、
５８は、インバータ５２から交流モータ５３への交流給
電線であるＵ相線、Ｖ相線、Ｗ相線である。
【０００５】図１２に示す従来の地絡検出装置１００
は、上記の走行駆動回路系１１０における車体Ｂへの地
絡を検出するためのもので、発振回路６０と、電圧レベ
ル変化を検出する検出部８０とから構成される。
【０００６】前記発振回路６０と検出部８０との接続点
Ｐと、走行駆動回路系１１０のバッテリ群５１のプラス
母線５４との間が結合コンデンサ７０Ａを介して接続さ
れており、直流成分が遮断されている。
【０００７】前記発振回路６０は、演算増幅器その他に
よってマルチバイブレータが形成され、一定周波数の矩
形波を発生する発信器６１と、走行駆動回路系１１０に
おける地絡の発生時に負荷インピーダンスが変動したと
き発信器６１の発振板周波数が変動しないようにするた
めに設けられたインピーダンス変換器６２と、インピー
ダンス変換器６２の後段と結合コンデンサ７０Ａとの間
に接続された検出抵抗６３とを有している。尚、図１２
中、６５、６６は、地絡発生時にインピーダンス変換器
６２を、逆電圧又は過電圧から保護する保護用ダイオー
ドである。
【０００８】前記検出部８０には、発振回路６０の交流
信号出力が現れる検出抵抗６３と結合コンデンサ７０Ａ
との接続点Ｐの電圧レベルを基準電圧と比較するための
比較器８１が設けられており、前記接続点Ｐは比較器８
１の反転入力端子に接続されている。また、比較器８１
の非反転入力端子には、分圧抵抗８８、８９によって基
準電圧を設定した基準電圧回路が接続されている。
【０００９】比較器８１の出力端には、抵抗８４及びコ
ンデンサ８５によって時定数を設定した平滑回路８６が
設けられ、比較器８１の出力は平滑回路８６の抵抗８４
を経て後段の比較器８７の非反転入力端子に入力され
る。
【００１０】前記平滑回路８６は、比較器８１の出力が
デューティ比５０％の場合に、平滑電圧が基準電圧より
低くなり、比較器８１の出力がデューティ比１００％の
場合に平滑電圧が基準電圧より高くなるように、その時
定数が設定されている。
【００１１】前記比較器８７の反転入力端子には、この
平滑回路８６の平滑電圧に対応して分圧抵抗９３、９４
によって基準電圧を設定する基準電圧回路が接続されて
いる。
【００１２】尚、前記地絡検出装置１００において、９
１、９２は、地終発生時に前記比較器８１を、逆電圧又
は過電圧から保護するための保護用ダイオードである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図１２に示す従来の地絡検出装置１００では、以下の
ような問題がある。
【００１４】即ち、従来の地絡検出装置１００では、比
較器８１、８７により地絡検出点Ｐで検出した電圧と、
予め回路定数で決められた絶縁抵抗低下のしきい値電圧
とを比較し、高電圧直流電源５１における地絡の有無を
検出する構成であり、このため、絶縁抵抗低下をいくつ
かのレベルに応じて検出するためには、検出すベき絶縁
抵抗低下レベルの数だけ、予め設定された絶縁抵抗低下
しきい値を比較する比較器を設ける必要が生じる。ま
た、いくつかの絶縁抵抗低下レベルに応じて警告を発し
ようとすると警告信号発生回路も絶縁抵抗低下レベルの
数だけ必要になり、回路構成の複雑化を招くいう問題が
あった。
【００１５】また、高電圧直流電源５１に地絡が発生
し、地絡検出点Ｐの波高値が変化した場合、この波高値
を実効値に変換し、さらにその変換された実効値と予め
回路定数で決められた絶縁抵抗低下のしきい値（又は基
準電圧）を比較器８１にて比較し、絶縁抵抗レベルの検
出を行う構成になっているため、実効値変換で生じる誤
差と回路定数にて生じる絶縁抵抗レベルの基準電圧の誤
差とが重畳して、精度の良い絶縁抵抗低下レベルの検出
ができないという問題もあった。
【００１６】そこで、本発明は、従来例のような比較器
や警告信号線等の数を増やす必要がなく回路構成の簡略
化が可能であるとともに、直流電源回路の車体に対する
絶縁抵抗低下のレベルを複数段階にわたって精度よくで
検出できる車両の地絡検出装置を提供するものである。
また、本発明は、地絡検出信号の波形の異常の有無をも
検出できる車両の地絡検出装置を提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願請求項１に記載の発明は、車体と電気的に絶縁
されている直流電源回路と、この直流電源回路からの直
流電圧により駆動される交流回路とを有する電気車両の
地絡検出装置であって、周期波形からなる地絡検出信号
を検出抵抗、及びカップリングコンデンサを介して前記
直流電源回路に供給するとともに、前記検出抵抗とカッ
プリングコンデンサとの接続点である地絡検出点の電圧
振幅値を検出し、予め設定した電圧振幅値と絶縁抵抗値
との関係に基づいて、前記検出した電圧振幅値を絶縁抵
抗値に変換し、変換した絶縁抵抗値と予め設定した地絡
判定しきい値との比較により前記直流電源回路の絶縁抵
抗劣化のレベルの検出を行うことが特徴である。
【００１８】また、請求項２に記載の発明は、車体と電
気的に絶縁されている直流電源回路と、この直流電源回
路からの直流電圧により駆動される交流回路とを有する
電気車両の地絡検出装置であって、周期波形からなる地
絡検出信号を検出抵抗、及びカップリングコンデンサを
介して前記直流電源回路に供給するとともに、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である地
絡検出点の電圧振幅値を、所定の周期でサンプリング
し、予め設定した電圧振幅値と絶縁抵抗値との関係に基
づいて、前記サンプリングした電圧振幅値を絶縁抵抗値
に変換し、前記変換した絶縁抵抗値と、予め設定された
地絡判定しきい値との比較により、前記直流電源回路の
絶縁抵抗劣化のレベルの検出を行うことを特徴とする。
【００１９】請求項３に記載の発明は、車体と電気的に
絶縁されている直流電源回路と、この直流電源回路から
の直流電圧により駆動される交流回路とを有する電気車
両の地絡検出装置であって、周期波形からなる地絡検出
信号を検出抵抗、及びカップリングコンデンサを介して
前記直流電源回路に供給するとともに、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である地絡検出
点の電圧振幅値を、前記周期波形の周期の１／２となる
サンプリング周期でサンプリングし、前記サンプリング
周期の奇数番目に検出した電圧振幅値と、偶数番目に検
出した電圧振幅値との差分値を求め、該差分値を、予め
設定した電圧振幅値と絶縁抵抗値との関係に基づいて、
絶縁抵抗値に変換し、前記変換した絶縁抵抗値と、予め
設定された地絡判定しきい値との比較により、前記直流
電源回路の絶縁抵抗劣化のレベルの検出を行うことを特
徴とする。
【００２０】請求項４に記載の発明は、前記電圧振幅値
と絶縁抵抗値との関係に基づいて、前記奇数番目に検出
した電圧振幅値、及び前記偶数番目に検出した電圧振幅
値をそれぞれ絶縁抵抗値に変換し、該変換された２つの
抵抗値の差分と、予め設定した異常判定しきい値との比
較により、前記周期波形の波形異常を検出することを特
徴とする。
【００２１】請求項５に記載の発明は、前記周期波形
は、矩形波であることを特徴とする。
【００２２】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、地絡検出
制御手段により周期波形の地絡検出信号を検出抵抗、カ
ップリングコンデンサを介して直流電源回路に供給し、
地絡検出点の電圧振幅値を検出し、検出した前記電圧振
幅値を絶縁抵抗値に変換し、更に、変換した絶縁抵抗値
と予め設定された地絡判定しきい値との比較により前記
直流電源回路の絶縁抵抗劣化のレベルの検出を行うもの
である。よって、直流電源回路の車体に対する絶縁抵抗
低下のレベルを周期波形の地絡検出信号を利用して精度
よく検出できる車両の地絡検出装置を提供することがで
きる。
【００２３】請求項２記載の発明によれば、地絡検出制
御手段により検出抵抗、カップリングコンデンサの接続
点である地絡検出点の電圧振幅値を、地絡検出信号の周
期波形の周期に同期してサンプリングし、予め設定した
電圧振幅値と絶縁抵抗値との関係に基づいて、サンプリ
ングした電圧振幅値を絶縁抵抗値に変換し、更に、変換
した絶縁抵抗値と予め設定された地絡判定しきい値との
比較により前記直流電源回路の絶縁抵抗劣化のレベルの
検出を行うものであるから、一定の間隔で地絡検出点の
電圧振幅値を検出し、前記直流電源回路の絶縁抵抗劣化
のレベルの検出をより精度よく検出できる車両の地絡検
出装置を提供することができる。
【００２４】請求項３記載発明によれば、周期波形の奇
数番目の半周期と、偶数番目の半周期に分けて各々サン
プリングした両電圧振幅値の差分値を求め、この差分値
を絶縁抵抗値に変換し、変換した絶縁抵抗値と、予め設
定された地絡判定しきい値との比較により、前記直流電
源回路の地絡の有無の検出を行うものであるから、高精
度で直流電源回路の絶縁抵抗劣化のレベルを検出できる
車両の地絡検出装置を提供することができる。
【００２５】請求項４記載の発明によれば、検出抵抗、
カップリングコンデンサの接続点である地絡検出点の電
圧振幅値を周期波形の振幅の高い奇数番目の半周期と、
振幅の低い偶数番目の半周期からなるサンプリング周期
で各々サンプリングし、予め設定した電圧振幅値と絶縁
抵抗値との関係に基づいて、サンプリングした両電圧振
幅値を各々絶縁抵抗値に変換し、変換した絶縁抵抗値の
差分値と、異常判定しきい値とを比較して周期波形の波
形異常の有無を検出するものであるから、地絡検出制御
手段からの地絡検出信号の異常の有無を検出することが
できる車両の地絡検出装置を提供することができる。
【００２６】請求項５記載の発明によれば、周期波形と
して矩形波を用いることにより、より高精度な地絡検出
が可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下に本発明の車両の地絡検出装
置の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実
施形態に係る地絡検出装置３０、及び電気車両の走行駆
動回路系４０の構成を示す説明図である。
【００２８】図１において、３１は高電圧直流電源（例
えば出力電圧ＶB ＝２００〜３００Ｖ）として設けられ
たバッテリ群であり、車体Ｂと電気絶縁されている。
【００２９】３２は直流電圧を交流電圧に変換するため
のインバータ、３３は車両走行用の三相交流モータ、３
４は前記バッテリ群３１からインバータ３２への直流正
極給電線であるプラス母線、３５はバッテリ群３１から
インバータ３２への直流負極給電線であるマイナス母
線、３６、３７、３８は、インバータ３２から三相交流
モータ３３への交流給電線であるＵ相線、Ｖ相線、Ｗ相
線である。
【００３０】本実施形態の地絡検出装置３０は、周期２
Ｔをもった矩形波の地絡検出信号を出力する矩形波出力
部１４を有するマイクロコンピュータ１と、このマイク
ロコンピュータ１に接続された検出抵抗３と、この検出
抵抗３との接続点を地絡検出点Ａとして接続したカップ
リングコンデンサ４と、前記マイクロコンピュータ１に
設けられ前記地絡検出点Ａと接続線５により接続され
て、詳細は後述するサンプリング周期Ｔ（地絡検出信号
の半分の周期）毎に前記地絡検出点Ａの電圧をサンプリ
ングして取り込むＡ／Ｄ（アナログ／テジタル）入力部
１１と、このＡ／Ｄ入力部１１と地絡検出点Ａとの間に
接続した抵抗２１及び前記Ａ／Ｄ入力部１１とグランド
との間に接続した一対構成のツェナーダイオード２２
と、前記マイクロコンピュータ１に設けた警告信号出力
部１２から導出され出力端子１３に接続した警告信号線
６とを有している。出力端子１３は、注意ランプ１５、
及び警告ランプ１６と接続されている。
【００３１】カップリングコンデンサ４の他方の接続端
は高電圧直流電源３１のプラス母線３４に接続されてい
る。
【００３２】前記マイクロコンピュータ１には、予め電
圧振幅値と絶縁抵抗値との対応関係を示す電圧振幅値−
絶縁抵抗値対応データ（後述）と、前記高電圧直流電源
３１の地絡判定のための複数レベルの地絡判定しきい
値、更には、矩形波の地絡検出信号の波形の異常判定の
ための異常判定しきい値Ｒckが各々設定され、図示しな
いメモリに格納されている。
【００３３】次に、図２を参照して、矩形波状をなす地
絡検出信号、Ａ／Ｄ入力部１１によるサンプリング周期
Ｔ、Ａ／Ｄ入力部１１に対する正常時、及び高電圧直流
電源３１における地絡発生による絶縁抵抗劣化時の入力
電圧の関係について説明する。
【００３４】図２（ａ）に示すように、矩形波の地絡検
出信号は、電圧Ｅ（Ｖ）の値をとる奇数番目（２ｎ−
１）の半周期Ｔと、電圧０（Ｖ）の値をとる偶数番目
（２ｎ）の半周期Ｔとで一周期２Ｔとなる波形を形成し
ている。ここにｎは正の整数（１，２，３・・）であ
る。
【００３５】Ａ／Ｄ入力部１１は、同図（ｂ）に示すよ
うに、マイクロコンピュータ１の制御の基に、奇数番目
（２ｎ−１）の半周期Ｔの中間時点から、偶数番目（２
ｎ）の半周期Ｔの中間時点に至る半周期Ｔ（ｓ）の時間
間隔で地絡検出点Ａの電圧を順次サンプリングする。
【００３６】Ａ／Ｄ入力部１１に対する正常時における
入力電圧は、高電圧直流電源３１に地絡発生による絶縁
抵抗劣化が無いため、図２（ｃ）に示すように矩形波の
地絡検出信号の波形（図２（ａ））と同様な波形形状を
なす電圧振幅値Ｖａとなる。
【００３７】一方、高電圧直流電源３１において地絡が
発生した際に、Ａ／Ｄ入力部１１の入力電圧となる電圧
振幅値Ｖａ’は、図２（ｄ）に示すように、前記検出抵
抗３と、グランド間の絶縁抵抗２０（絶縁抵抗値ＲL ）
との分圧作用により地絡検出点Ａの電圧が変動し正常時
の場合よりも小さい電圧振幅値Ｖａ’（Ｖａ＞Ｖａ’）
となる。
【００３８】次に、高電圧直流電源３１の陽極側に地絡
発生による絶縁抵抗劣化が生じた場合について図３に示
す地絡検出装置３０の等価回路図、及び図５に示す地絡
検出信号の波形図を参照して説明する。
【００３９】図３に示す等価回路において、地絡検出信
号の電流値をｉ（ｔ）、検出抵抗３の抵抗値をＲ0 、絶
縁抵抗２０の絶縁抵抗値をＲL 、カップリングコンデン
サ４の容量値をＣ、矩形波出力部１４より出力される地
絡検出信号の電圧をＥとして以下の説明を行う。
【００４０】まず、地絡検出信号の、奇数番目の半周期
０≦ｔ≦Ｔの区間でサンプリングした電圧Ｖａ1 (2n-1
) を求める。この場合には、図３から明らかなよう
に、下記の（１）式が成立する。
【００４１】
【数１】 （１）式をラプラス変換を用いて解くと、地絡検出信号
の電流値ｉ（ｔ）は下記の（２）式となる。
【００４２】
【数２】 従って、地絡検出信号の奇数番目の半周期０≦ｔ≦Ｔの
区間でサンプリングした電圧Ｖａ1(2n-1) は、下記
（３）式で求めることができる。
【００４３】
【数３】 これにより、奇数番目の半周期における、電圧振幅値−
絶縁抵抗値対応データを得ることができる。
【００４４】次に、偶数番目の半周期Ｔ≦ｔ≦２Ｔの区
間でサンプリングした電圧Ｖａ2(2n)を求める。この場
合には、偶数番目の半周期Ｔ≦ｔ≦２Ｔの区間における
初期時点における電圧初期値Ｖａ2(t=T)について下記
（４）式が成立する。
【００４５】
【数４】 上記の（４）式から、地絡検出信号の電流値ｉ（ｔ）は
下記（５）式で求めることができる。
【００４６】
【数５】 従って、偶数番目の半周期Ｔ≦ｔ≦２Ｔの区間でサンプ
リングした電圧Ｖａ2(2n) は、下記（６）式で求めるこ
とができる。
【００４７】
【数６】 これにより、偶数番目の半周期における、電圧振幅値−
絶縁抵抗値対応データを得ることができる。
【００４８】次に、高電圧直流電源３１のグランド側に
地絡発生による絶縁抵抗劣化が生じた場合について図４
の等価回路図、図５の波形図を参照して説明する。
【００４９】まず、奇数番目の半周期０≦ｔ≦Ｔの区間
でサンプリングした電圧Ｖａ1'(2n-1)を求める。この場
合には、図４から明らかなように、下記（７）式が成立
する。（７）式においてＶB はカップリングコンデンサ
４の電圧初期値である。
【００５０】
【数７】 （７）式をラプラス変換を用いて、地絡検出信号の電流
値ｉ（ｔ）について解くと、下記（８）式を得ることが
できる。
【００５１】
【数８】 従って、奇数番目の半周期０≦ｔ≦Ｔの区間でサンプリ
ングした電圧Ｖａ1'(2n-1)は、下記（９）式で求めるこ
とができる。
【００５２】
【数９】 これは、上記した（３）式と一致する。
【００５３】次に、偶数番目の半周期Ｔ≦ｔ≦２Ｔの区
間でサンプリングした電圧Ｖａ2'(2n)を求める。この場
合には、偶数番目の半周期Ｔ≦ｔ≦２Ｔの区間における
初期時点にについて下記（１０）式が成立する。
【００５４】
【数１０】 （１０）式をラプラス変換を用いて、地絡検出信号の電
流値ｉ（ｔ）について解くと、下記（１１）式を得るこ
とができる。
【００５５】
【数１１】 従って、偶数番目の半周期Ｔ≦ｔ≦２Ｔの区間でサンプ
リングした電圧Ｖａ2'(2n)は、下記（１２）式で求める
ことができる。
【００５６】
【数１２】 これは、上記した（６）式と一致する。
【００５７】次に、上述のようにして求めた電圧Ｖａ1
、Ｖａ2 （または電圧Ｖａ1'、Ｖａ2'）に基づいて高
電圧直流電源３１の絶縁抵抗２０（絶縁抵抗値ＲL ）の
劣化の検出を行う場合の処理について説明する。
【００５８】（イ）高電圧直流電源３１に絶縁抵抗劣化
が生じていない場合 この場合には、前記絶縁抵抗２０の絶縁抵抗値ＲL は無
限大であり、矩形波出力部１４から出力される電圧がＥ
（Ｖ）の区間では、前記電圧Ｖａ1 について下記（１
３）式が成立する。
【００５９】
【数１３】 ここで、絶縁抵抗値ＲL は無限大であるため、（１３）
式の右辺括弧内の負号以下の要素は下記（１４）式で表
すことができる。
【００６０】
【数１４】 従って、この場合の地絡検出点Ａの電圧Ｖａ1 は下記
（１５）式で表すことができる。
【００６１】
【数１５】 一方、矩形波出力部１４から出力される電圧が０（Ｖ）
の区間では、地絡検出点Ａの電圧電圧Ｖａ2 は下記（１
６）式で表すことができる。
【００６２】
【数１６】 ここで、絶縁抵抗値ＲL は無限大であるため、（１６）
式の右辺の各要素について下記（１７）式が成立する。
【００６３】
【数１７】 従って、この場合の地絡検出点Ａの電圧（絶対値電圧）
Ｖａは、（１５）式、（１７）式を基に、下記（１８）
式で表すことができる。
【００６４】
【数１８】 （ロ）高電圧直流電源３１に絶縁抵抗劣化が生じた場合 この場合には、前記絶縁抵抗２０の絶縁抵抗値ＲL は、
ＲL ＞０となり、矩形波出力部１４から出力される電圧
がＥ（Ｖ）の区間及び０（Ｖ）の区間について地絡検出
点Ａの前記電圧Ｖａについて下記（１９）式が成立す
る。但し、（１９）式において、０≦ｔ1 ≦Ｔ、Ｔ≦ｔ
2 ≦２Ｔである。
【数１９】 （ハ）高電圧直流電源３１が車体Ｂに短絡した場合 この場合には、前記絶縁抵抗２０の絶縁抵抗値ＲL は、
ＲL ＝０となり、このとき地絡検出点Ａの前記電圧Ｖａ
について下記（２０）式が成立する。
【００６５】
【数２０】 次に、本実施形態の地絡検出装置３０による前記高電圧
直流電源３１の地絡検出動作の流れについて図６に示す
フローチャートを参照して説明する。
【００６６】この地絡検出装置３０による地絡検出動作
がスタート（ステップＳＴ１）すると、前記矩形波出力
部１４は、０−Ｅ（Ｖ）の矩形波の地絡検出信号を発振
し（ステップＳＴ２）、前記検出抵抗３、カップリング
コンデンサ４を介して高電圧直流電源３１に地絡検出信
号を供給する。
【００６７】これにより、前記マイクロコンピュータ１
は前記地絡検出点Ａに接続したＡ／Ｄ入力部１１から前
記地絡検出信号の半周期に同期するタイミングで前記地
絡検出点Ａの電圧Ｖａをサンプリングする。即ち、奇数
番目の電圧振幅値Ｖａ(2n-1)、及び偶数番目の電圧振幅
値Ｖａ(2n)をサンプリングする（ステップＳＴ３）。
【００６８】次いで、マイクロコンピュータ１は、予め
設定している電圧振幅値と絶縁抵抗値との対応関係を示
す電圧振幅値−絶縁抵抗値対応データを基にして電圧振
幅値Ｖａ(2n-1)を波形異常検出用絶縁抵抗値ＲLHに変換
する（ステップＳＴ４）。
【００６９】即ち、前述した（３）式（又は（９）式）
に示す関係式より作成される、電圧振幅値−絶縁抵抗値
対応データの特性曲線に基づき、該特性曲線に電圧振幅
値Ｖａ(2n-1)を代入することにより、絶縁抵抗値ＲLを
求め、この抵抗値をＲLHとする（ステップＳＴ４）。
【００７０】同様に、電圧振幅値Ｖａ(2n)を、（６）式
（又は（１２）式）に示す関係式より作成される、電圧
振幅値−絶縁抵抗値対応データの特性曲線に代入するこ
とにより、絶縁抵抗値ＲLを求め、この抵抗値をＲLLと
する（ステップＳＴ５）。
【００７１】次に、マイクロコンピュータ１は、変換し
た波形異常検出用絶縁抵抗値ＲLH、ＲLLの差の絶対値
と、前記異常判定しきい値ＲCKとを比較し（ステップＳ
Ｔ６）、前記絶対値が異常判定しきい値ＲCKよりも大き
い場合には（ステップＳＴ６でＮＯ）、マイクロコンピ
ュータ１より出力される地絡検出信号波形に異常がある
ものと判定する（ステップＳＴ１１）。
【００７２】一方、前記絶対値が異常判定しきい値ＲCK
よりも小さい場合には（ステップＳＴ６でＹＥＳ）、マ
イクロコンピュータ１は、ステップＳＴ４、５で求めた
電圧振幅値Ｖａ(2n-1)、及び電圧振幅値Ｖａ(2n)を基に
これらの差の絶対値電圧（電圧振幅値）Ｖａを演算し
（ステップＳＴ７）、更に、絶対値電圧Ｖａを予め設定
されている電圧振幅値と絶縁抵抗値との対応関係を示す
電圧振幅値−絶縁抵抗値対応データを基にして前記絶対
値電圧Ｖａの値を絶縁抵抗値ＲLに変換する（ステップ
ＳＴ８）。
【００７３】即ち、前述した（１９）式による絶縁抵抗
値ＲLと絶対値電圧Ｖａとの関係を示す特性曲線を作成
し、該特性曲線にステップＳＴ７で求めた絶対値電圧Ｖ
ａを代入することにより、絶縁抵抗値ＲLを求める。
【００７４】次に、マイクロコンピュータ１は、絶縁抵
抗値ＲLと予め設定している高電圧直流電源３１の地絡
判定のための地絡判定しきい値とを比較し（ステップＳ
Ｔ９）、絶縁抵抗値ＲL が地絡判定しきい値のレベルま
で低下している場合には（ステップＳＴ９でＹＥＳ）、
絶縁抵抗低下警告信号を、警告信号線６を介して端子１
３側に送り出す（ステップＳＴ１０）。また、地絡判定
しきい値のレベルまで低下していない場合には（ステッ
プＳＴ９でＮＯ）、ステップＳＴ３からの処理を繰り返
す。こうして、高電圧直流電源３１に地絡が発生した場
合には、これを即時に検知することができるようになる
のである。
【００７５】このようにして、本実施形態の地絡検出装
置３０では、地絡検出点Ａに発生する電圧を、地絡検出
用信号（矩形波信号）の周期の１／２のサンプリング周
期でサンプリングし、該サンプリングによる奇数番目に
得られた電圧振幅値と、偶数回目に得られた電圧振幅値
との差分の値に基づいて、高電圧直流電源３１の絶縁抵
抗値ＲLを求めている。従って、従来と比較して精度の
高い地絡検出が可能となる。
【００７６】また、奇数番目に得られた電圧振幅値Ｖａ
(2n-1)に基づいて絶縁抵抗値ＲLHを求め、偶数番目に得
られた電圧振幅値Ｖａ(2n)に基づいて絶縁抵抗値ＲLLを
求め、これらの差分値を用いることにより、地絡検出信
号に異常が発生しているかどうかを検出することができ
るので、より信頼性の高い地絡検出が可能となる。
【００７７】更に、マイクロコンピュータ１を用いて、
地絡検出信号、及びサンプリングパルスを出力するよう
に構成しているので、地絡検出信号に対し、サンプリン
グパルスを容易に同期させることができる。
【００７８】また、警告信号のしきい値を複数設定する
ことができるので、従来と比較して警告信号線を削減す
ることができるようになる。
【００７９】次に、図７を参照して本実施の形態の地絡
検出装置３０による高電圧直流電源３１の地絡検出動作
の具体例について説明する。
【００８０】図７に示す等価回路において、検出抵抗３
の抵抗値をＲ0、絶縁抵抗２０の絶縁抵抗値をＲL ＝４
３ＫΩ、カップリングコンデンサ４の容量値Ｃ＝２．２
μＦ、矩形波出力部１４の電圧Ｅは、１００Ｈｚの矩形
波であり、奇数番目の半周期０≦ｔ≦Ｔの区間で５
（Ｖ）、偶数番目の半周期Ｔ≦ｔ≦２Ｔの区間で０
（Ｖ）とする。
【００８１】また、注意レベルの地絡判定しきい値ＣＡ
を４．３ＫΩ＜ＲL ＜３０ＫΩとし、警告レベルの地絡
判定しきい値ＦＡをＲL ≦４．３ＫΩとして以下の説明
を行う。
【００８２】図８に示すように、実際のサンプリング時
間を考慮しない場合において、高電圧直流電源３１の絶
縁抵抗の絶縁抵抗値ＲL が、注意レベルの地絡判定しき
い値ＣＡの上限に等しいＲL ＝３０ＫΩとなった場合に
は、既述した（３）式、（６）式を基にして求めた電圧
振幅値Ｖａ1 及び電圧振幅値Ｖａ2 の差である絶対値電
圧Ｖａ は、１．８５（Ｖ）となる。
【００８３】また、図９に示すように、実際のサンプリ
ング時間を考慮しない場合において、高電圧直流電源３
１の絶縁抵抗の絶縁抵抗値ＲL が、警告レベルの地絡判
定しきい値ＦＡである４．３ＫΩまで低下した場合に
は、既述した（３）式、（６）式を基にして求めた電圧
振幅値Ｖａ1 及び電圧振幅値Ｖａ2 の差である絶対値電
圧Ｖａは、１．８５（Ｖ）となる。
【００８４】次に、図１０、図１１に示すように、実際
のサンプリング時間を考慮した場合において説明する。
この場合に、前記電圧直流電源３１の絶縁抵抗の絶縁抵
抗値ＲL が、注意レベルの地絡判定しきい値ＣＡの上限
に等しいＲL ＝３０ＫΩとなった場合には、既述した
（３）式、（６）式を基にして求めた電圧振幅値Ｖａ1
は、２．１１（Ｖ）となる。また、電圧振幅値Ｖａ2
は、０．０８（Ｖ）となる。
【００８５】従って、電圧振幅値Ｖａ1と電圧振幅値Ｖ
ａ2 との差である絶対値電圧Ｖａは、２．０３（Ｖ）と
なる。
【００８６】また、実際のサンプリング時間を考慮した
場合において、高電圧直流電源３１の絶縁抵抗の絶縁抵
抗値ＲL が、警告レベルの地絡判定しきい値ＦＡである
４．３ＫΩまで低下した場合には、電圧振幅値Ｖａ1
は、０．５５（Ｖ）となる。更に、電圧振幅値Ｖａ2
は、０．２１（Ｖ）となる。
【００８７】従って、電圧振幅値Ｖａ1と電圧振幅値Ｖ
ａ2との差である絶対値電圧Ｖａは、０．３４（Ｖ）と
なる。
【００８８】以上の結果から、求められる絶対値電圧Ｖ
ａ0 が２．０（Ｖ）以下となった時、前記警告信号線６
から注意レベルの信号を出力し、例えば注意ランプ１５
を点灯させ、また、絶対値電圧Ｖａ0 が０．５（Ｖ）以
下となった時、前記警告信号線６から警告レベルの信号
を出力して、警告ランプ１６を点灯させて注意又は警告
の表示を行う。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両の地絡検出装置
及び走行駆動回路系を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態の地絡検出信号、サンプリ
ング周期、正常時及び異常時のＡ／Ｄ入力波形の特性を
示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の一実施形態の高電圧直流電源の正極側
に地絡が生じた場合の地絡検出装置の等価回路図であ
る。
【図４】本発明の一実施形態の高電圧直流電源の負極側
に地絡が生じた場合の地絡検出装置の等価回路図であ
る。
【図５】本発明の一実施形態の地絡検出信号の波形図で
ある。
【図６】本発明の一実施形態の地絡検出装置における地
絡検出動作の流れを示すフローチャート図である。
【図７】本発明の一実施形態の地絡検出装置における地
絡検出動作を説明するための等価回路図である。
【図８】本発明の一実施形態の地絡検出装置の正常時の
サンブリング時点を考慮しない場合の電圧検出時点を示
す説明図である。
【図９】本発明の一実施形態の地絡検出装置の異常時の
サンブリング時点を考慮しない場合の電圧検出時点を示
す説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態の地絡検出装置の正常時
のサンブリング時点を考慮した場合の電圧検出時点を示
す説明図である。
【図１１】本発明の一実施形態の地絡検出装置の異常時
のサンブリング時点を考慮した場合の電圧検出時点を示
す説明図である。
【図１２】従来の地絡検出装置の回路図である。
【符号の説明】
１ マイクロコンピュータ ３ 検出抵抗 ４ カップリングコンデンサ ６ 警告信号線 １０ マイクロコンピュータ １１ Ａ／Ｄ入力部 １２ 警告信号出力部 １３ 出力端子 １４ 矩形波出力部 ２１ 抵抗 ２２ ツェナーダイオード ３０ 地絡検出装置 ３１ 高電圧直流電源 ３２ インバータ ３３ 三相交流モータ ３４ プラス母線 ３５ マイナス母線 ３６ Ｕ相線 ３７ Ｖ相線 ３８ Ｗ相線 ４０ 走行駆動回路系 Ａ 地絡検出点 Ｂ 車体

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車体と電気的に絶縁されている直流電源
    回路と、この直流電源回路からの直流電圧により駆動さ
    れる交流回路とを有する電気車両の地絡検出装置であっ
    て、 周期波形からなる地絡検出信号を検出抵抗、及びカップ
    リングコンデンサを介して前記直流電源回路に供給する
    とともに、前記検出抵抗とカップリングコンデンサとの
    接続点である地絡検出点の電圧振幅値を検出し、 予め設定した電圧振幅値と絶縁抵抗値との関係に基づい
    て、前記検出した電圧振幅値を絶縁抵抗値に変換し、 変換した絶縁抵抗値と予め設定した地絡判定しきい値と
    の比較により前記直流電源回路の絶縁抵抗劣化のレベル
    の検出を行うことを特徴とする電気車両の地絡検出装
    置。
  2. 【請求項２】 車体と電気的に絶縁されている直流電源
    回路と、この直流電源回路からの直流電圧により駆動さ
    れる交流回路とを有する電気車両の地絡検出装置であっ
    て、 周期波形からなる地絡検出信号を検出抵抗、及びカップ
    リングコンデンサを介して前記直流電源回路に供給する
    とともに、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサ
    との接続点である地絡検出点の電圧振幅値を、所定の周
    期でサンプリングし、 予め設定した電圧振幅値と絶縁抵抗値との関係に基づい
    て、前記サンプリングした電圧振幅値を絶縁抵抗値に変
    換し、 前記変換した絶縁抵抗値と、予め設定された地絡判定し
    きい値との比較により、前記直流電源回路の絶縁抵抗劣
    化のレベルの検出を行うことを特徴とする電気車両の地
    絡検出装置。
  3. 【請求項３】 車体と電気的に絶縁されている直流電源
    回路と、この直流電源回路からの直流電圧により駆動さ
    れる交流回路とを有する電気車両の地絡検出装置であっ
    て、 周期波形からなる地絡検出信号を検出抵抗、及びカップ
    リングコンデンサを介して前記直流電源回路に供給する
    とともに、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサ
    との接続点である地絡検出点の電圧振幅値を、前記周期
    波形の周期の１／２となるサンプリング周期でサンプリ
    ングし、 前記サンプリング周期の奇数番目に検出した電圧振幅値
    と、偶数番目に検出した電圧振幅値との差分値を求め、 該差分値を、予め設定した電圧振幅値と絶縁抵抗値との
    関係に基づいて、絶縁抵抗値に変換し、 前記変換した絶縁抵抗値と、予め設定された地絡判定し
    きい値との比較により、前記直流電源回路の絶縁抵抗劣
    化のレベルの検出を行うことを特徴とする電気車両の地
    絡検出装置。
  4. 【請求項４】 前記電圧振幅値と絶縁抵抗値との関係に
    基づいて、前記奇数番目に検出した電圧振幅値、及び前
    記偶数番目に検出した電圧振幅値をそれぞれ絶縁抵抗値
    に変換し、該変換された２つの抵抗値の差分と、予め設
    定した異常判定しきい値との比較により、前記周期波形
    の波形異常を検出することを特徴とする請求項３に記載
    の電気車両の地絡検出装置。
  5. 【請求項５】 前記周期波形は、矩形波であることを特
    徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電
    気車両の地絡検出装置。
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