JP2004170146A - Insulation detecting apparatus of non-grounded power supply - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接地電源の絶縁検出装置に係り、特に、電気による推進力を利用する車両に搭載された非接地の直流電源に好適な絶縁検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
非接地電源の絶縁検出装置は、非接地の直流電源の正及び負端子に接続され、接地電位部からは絶縁された正及び負側の主回路配線の接地電位部に対する絶縁抵抗つまり地絡抵抗を検出することで、接地電位部に対する絶縁や地絡状態を検出するものである(例えば、特許文献1参照)。このような従来の絶縁検出装置では、非接地の直流電源の正端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に設定時間の間接続するスイッチング手段、非接地の電源の負端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に設定時間の間接続するスイッチング手段、各スイッチング手段の遮断後にコンデンサの両端子間の電圧を検出する検出手段を接続する検出用のスイッチング手段、検出手段で検出した各スイッチング手段の遮断後のコンデンサの両端子間電圧とコンデンサを完全に充電することによって予め算出しておいた電源電圧とに基づいて電源の接地電位部に対する絶縁抵抗つまり地絡抵抗を求める演算手段などを備えており、演算手段で求められた地絡抵抗から絶縁状態の検出や判定などを行っている。
【0003】
このような絶縁検出装置では、地絡抵抗を求める際、コンデンサの容量などを定数として含む式を用いるが、定数として用いるコンデンサの容量などには、製品間における容量などのばらつきや温度変化による容量のばらつきなどが存在し、さらに容量などの経時変化などが生じる場合もある。このように定数として用いる値にばらつきや変化がある場合、求めた地絡抵抗の値と実際の地絡抵抗の値との間の計測誤差が増大するため、絶縁状態の検出精度が低下してしまう。したがって、コンデンサの容量など地絡抵抗を求める際の定数となる値にばらつきや変化などがあっても、地絡抵抗の計測誤差をできるだけ低減し、絶縁状態の検出精度を向上することが望まれている。
【0004】
そこで本願の発明者らは、正端子側及び負端子側の配線が接地電位部から絶縁された直流電源にコンデンサを直列に第1の設定時間の間接続する第1のスイッチング手段と、電源の正端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に第2の設定時間の間接続する第2のスイッチング手段と、電源の負端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に第2の設定時間の間接続する第3のスイッチング手段と、第1、第2及び第3の各スイッチング手段の遮断後にコンデンサの両端子間の電圧を検出する電圧検出手段を接続する第4のスイッチング手段と、第1のスイッチング手段を遮断後の電圧検出手段での検出電圧に基づいて電源の電源電圧を推定し、この推定した電源電圧と第2及び第3のスイッチング手段を遮断後の検出手段での各検出電圧とに基づいて電源の接地電位部に対する絶縁抵抗を求める演算手段とを備えた構成の絶縁検出装置を考えている。
【0005】
このような構成の絶縁検出装置とすることにより、コンデンサを完全に充電するのに要する時間よりも短い時間で設定した第1の設定時間の間第1のスイッチング手段によって直流電源と接地電位部との間にコンデンサが直流に接続されて充電される。このときのコンデンサの両端端子間の電圧を第4のスイッチング手段によって接続された検出手段で検出し、この検出した電圧から演算手段が電源電圧を推定し、この電源電圧と、第2及び第3のスイッチング手段遮断後の検出手段での検出電圧とに基づいて接地電位部に対する絶縁抵抗を求めることで、絶縁抵抗の計測誤差を低減し、絶縁状態の検出精度を向上できる。
【0006】
ところで、このような絶縁検出装置では、各スイッチング手段に異常が生じてしまうと、誤った地絡抵抗値を求めることになるため、得られた地絡抵抗値が絶縁状態の不良によるものかスイッチング手段の異常によるものかがわからない。このため、本願の発明者らは、絶縁状態の検出過程においてスイッチング手段の異常を検出するのに、第1のスイッチング手段によって電源にコンデンサを直列に接続する前で第1、第2、第3及び第4のスイッチング手段を遮断した状態から、第1のスイッチング手段の遮断後に第4のスイッチング手段によって電圧検出手段を接続した後、第4のスイッチング手段を遮断するまでの間に電圧検出手段で検出した検出電圧に基づいて第1、第2、第3及び第4のスイッチング手段の異常を検出する異常検出手段を備えた構成とすることを考えている。
【0007】
このとき、第1のスイッチング手段によって電源にコンデンサを直列に接続する前で第1、第2、第3及び第4のスイッチング手段を遮断した状態から、第1のスイッチング手段の遮断後に第4のスイッチング手段によって電圧検出手段を接続した後、第4のスイッチング手段を遮断するまでの間、すなわち電源の電源電圧を推定する過程において検出手段で得られる検出電圧は、絶縁状態つまり地絡抵抗に影響されない値である。このため、上記ような電源の電源電圧を推定する過程における検出手段での検出電圧に基づいて異常を検出する異常検出手段を備えた構成とすることにより、絶縁状態の計測過程においてスイッチング手段の異常を検出できる。
【特許文献1】
特開平8−226950号公報(第4−7頁、第1図)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような異常検出手段を備えた絶縁検出装置では、各スイッチング手段が2つのスイッチ部を含む回路構成となる場合、すなわち、第1のスイッチング手段が、電源の正端子に接続された第1のスイッチ部と、電源の負端子に接続された第2のスイッチ部とを含み、第3のスイッチング手段が、第2のスイッチ部と、第1のスイッチに直列に接続された第3のスイッチ部とを含み、第2のスイッチング手段が、第1のスイッチ部と、第2のスイッチ部に直列に接続された第4のスイッチ部とを含み、第4のスイッチング手段が、第3のスイッチ部と第4のスイッチ部とを含み、第1のスイッチ部と第3のスイッチ部との間と、第2のスイッチ部S2と第4のスイッチ部との間とに、正側から負側に向かう方向に整流する第1のダイオード、第1の抵抗及びコンデンサを直列に接続し、第1のダイオード及び第1の抵抗に並列に、この第1ダイオードと逆方向に整流する第2のダイオード及び第2の抵抗を直列に接続し、検出手段を第3のスイッチ部と第4のスイッチ部との間に接続し、検出手段と第4のスイッチ部との間を接地電位部に接地した回路構成となっている場合、異常検出手段が2つのスイッチ部つまりスイッチを組み合わせて異常の検出を行うため、異常が発生したスイッチング手段または2つのスイッチの組みを特定することはできるが、2つのスイッチのうち、いずれに異常があるのかを特定することはできない。
【0009】
このように、各スイッチング手段が2つのスイッチ部つまりスイッチを含む回路構成となる場合、従来考えられていた絶縁検出装置の異常検出手段では、異常が発生したスイッチを特定できないため、異常の発生に対する対処を迅速に行えないといった問題が生じる場合がある。このため、異常が発生したスイッチを特定することが課題となっている。
【0010】
本発明の課題は、異常が発生したスイッチを特定することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の絶縁検出装置は、正端子側及び負端子側の配線が接地電位部から絶縁された直流電源にコンデンサを直列に、このコンデンサが完全に充電される時間よりも短い第1の設定時間の間接続する第1のスイッチング手段と、電源の正端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に第2の設定時間の間接続する第2のスイッチング手段と、電源の負端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に第2の設定時間の間接続する第3のスイッチング手段と、第1、第2及び第3の各スイッチング手段の遮断後にコンデンサの両端子間の電圧を検出する電圧検出手段を接続する第4のスイッチング手段と、第1のスイッチング手段を遮断後の電圧検出手段での検出電圧に基づいて電源の電源電圧を推定し、この推定した電源電圧と第2及び第3のスイッチング手段を遮断後の電圧検出手段での各検出電圧とに基づいて電源の接地電位部に対する絶縁抵抗を求める演算手段と、第1、第2、第3及び第4のスイッチング手段で生じた異常を検出する異常検出手段とを備え、第1のスイッチング手段が、電源の正端子に接続された第1のスイッチ部と、電源の負端子に接続された第2のスイッチ部とを含み、第3のスイッチング手段が、第2のスイッチ部と、第1のスイッチに直列に接続された第3のスイッチ部とを含み、第2のスイッチング手段が、第1のスイッチ部と、第2のスイッチ部に直列に接続された第4のスイッチ部とを含み、第4のスイッチング手段が、第3のスイッチ部と第4のスイッチ部とを含み、第1のスイッチ部と第3のスイッチ部との間と、第2のスイッチ部と第4のスイッチ部との間とに、正側から負側に向かう方向に整流する第1のダイオード及びコンデンサを直列に接続し、第1のダイオードに並列に、この第1ダイオードと逆方向に整流する第2のダイオードを接続し、電圧検出手段を第3のスイッチ部と第4のスイッチ部との間に接続し、電圧検出手段と第4のスイッチ部との間を接地電位部に接地しており、異常検出手段は、第2のスイッチ部のみを第3の設定時間の間閉路した後、第4のスイッチング手段を閉路したときの電圧検出手段での検出電圧に基づいて第1のスイッチ部の異常を判定し、第1のスイッチ部のみを第4の設定時間の間閉路した後、第4のスイッチング手段を閉路したときの電圧検出手段での検出電圧に基づいて第2のスイッチ部の異常を判定し、第1のスイッチング手段を第5の設定時間の間閉路した後、第3のスイッチ部を遮断及び第4のスイッチ部を閉路したときの電圧検出手段での検出電圧に基づいて第3のスイッチ部の異常を判定し、第1のスイッチング手段を第6の設定時間の間閉路した後、第3のスイッチ部を閉路及び第4のスイッチ部を遮断したときの電圧検出手段での検出電圧に基づいて第4のスイッチ部の異常を検出する構成とすることにより上記課題を解決する。
【0012】
このような構成とすることにより、異常検出手段が、第1、第2、第3及び第4の各スイッチング手段を構成している第1、第2、第3及び第4の各スイッチ部を個別に検査して異常を判定するため、異常が発生したスイッチを特定できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなる絶縁検出装置の一実施形態について図1乃至図10を参照して説明する。図1は、本発明を適用してなる絶縁検出装置の概略構成を示す図である。図2は、本発明を適用してなる絶縁検出装置の絶縁抵抗計測動作を示すフロー図である。図3は、本発明を適用してなる絶縁検出装置の絶縁抵抗の計測工程における電源電圧推定過程の動作を示すフロー図である。図4は、電源電圧正常時及び異常時の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。図5は、第2スイッチの異常検出過程の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。図6は、第1スイッチの異常検出過程の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。図7は、第3スイッチの異常検出過程の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。図8は、第4スイッチの異常検出過程の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。図9は、本発明を適用してなる絶縁検出装置の絶縁抵抗計測過程の動作を示すフロー図である。図10は、絶縁抵抗の値に対する各電源電圧の計測時間で検出した絶縁抵抗の値の検出誤差を示す図である。なお、図4のタイムチャートでは、スイッチ異常検出過程の検出電圧VC及びA/D変換値は、スイッチに異常がない場合の状態を示し、図5乃至図8のタイムチャートでは、スイッチ異常検出過程の検出電圧VC及びA/D変換値は、スイッチに異常がある場合の状態を示している。
【0014】
本実施形態の絶縁検出装置1は、図1に示すように、例えば電力を利用して推進力を得る電気推進車両などの電力源となる直流電源3に対して適用したものである。電源3は、複数の蓄電池などを直列接続したものであり、電源3の正端子側の正側主回路配線5aと負端子側の負側主回路配線5bが、各々、接地電位部7、例えば車体などから絶縁されており、電源3は非接地電源となっている。絶縁検出装置1は、第1スイッチS1、第2スイッチS2、第3スイッチS3、第4スイッチS4、コンデンサ9、電圧検出手段と演算手段を兼ねると共に絶縁状態を判定するマイコン11、そして各スイッチを設定された時間に応じて開閉制御する図示していないスイッチング制御回路などで構成されている。
【0015】
なお、本実施形態のマイコン11は、第1スイッチS1、第2スイッチS2、第3スイッチS3、第4スイッチS4などの各スイッチの異常を検出する異常検出手段も兼ねている。さらに、図示していないスイッチング制御回路をマイコン11に一体に含めるなど、電圧検出手段、演算手段、異常検出手段及びスイッチング制御回路などは、別体または一体に適宜形成できる。また、図1で示した第1スイッチS1、第2スイッチS2、第3スイッチS3、第4スイッチS4は、例えばリレーや半導体スイッチといった様々なスイッチ機能を有する部品からなるスイッチ部を接点として模式的に示したものである。
【0016】
電源3の正端子側には、この正端子側から第1スイッチS1及び第3スイッチS3が順次直列に接続され、電源3の負端子側には、この負端子側から第2スイッチS2、第4スイッチS4及び第4抵抗R4が順次直列に接続されている。第1スイッチS1と第3スイッチS3との間から第2スイッチS2と第4スイッチS4との間には、第1ダイオードD1、第1抵抗R1及びコンデンサ9が順次直列に接続されている。第1抵抗R1とコンデンサ9との間から第1スイッチS1と第3スイッチS3との間には、第2ダイオードD2及び第2抵抗R2が順次直列に接続されている。すなわち、第1ダイオードD1及び第1抵抗R1と、第2ダイオードD2及び第2抵抗R2とは並列に接続されている。また、第2ダイオードD2と第2抵抗R2との間の部位から接地電位部7に、バイパス手段として、第5スイッチS5、そして第2抵抗R2よりも抵抗が低い第5抵抗R5が順次直列に接続されている。第1ダイオードD1は、正側から負側に向かう方向に整流するものであり、第2ダイオードD2は、第1ダイオードD1と逆方向に整流するものである。
【0017】
第3スイッチS3と第4抵抗R4間には、第3スイッチS3と第4抵抗R4に対して直列に第3抵抗R3が接続されており、第3スイッチS3と第3抵抗R3との間には、検出手段と演算手段を兼ねるマイコン11がマイコン11のアナログ/デジタル変換ポートつまりA/Dポートを介して接続されている。また、第3抵抗R3と第4抵抗R4との間の部位は、接地電位部7に接地されている。
【0018】
したがって、電源3にコンデンサ9を直列に第1の設定時間の間接続する第1のスイッチング手段は、第1スイッチS1、第2スイッチS2及び図示していないスイッチング制御回路などで、電源3の正端子と接地電位部7との間にコンデンサ9を直列に第2の設定時間の間接続する第2のスイッチング手段は、第1スイッチS1、第4スイッチS4及び図示していないスイッチング制御回路などで、接地電位部7と電源3の負端子との間にコンデンサ9を直列に第2の設定時間の間接続する第3のスイッチング手段は、第2スイッチS2、第3スイッチS3及び図示していないスイッチング制御回路などで、第4のスイッチング手段は、第3スイッチS3、第4スイッチS4及び図示していないスイッチング制御回路などで形成されている。なお、コンデンサ9には、例えば数μFといった比較的高容量のものが用いられ、第1抵抗R1と第2抵抗R2には、例えば数百kΩといった比較的高い抵抗値のものが用いられている。
【0019】
このような構成の絶縁検出装置の動作と本発明の特徴部について説明する。本実施形態の絶縁検出装置1による絶縁状態の計測は、図2に示されるように、電源3の電源電圧を推定するための電源電圧推定過程101、電源電圧推定101で推定した電源電圧から電源電圧の異常を検出する電源電圧異常判定103、電源電圧異常判定103で電源電圧が異常と判定された場合に実施される各スイッチS2、S1、S3、S4の異常を検出するための第2スイッチ異常検出過程105、第1スイッチ異常検出過程107、第3スイッチ異常検出過程109、第4スイッチ異常検出過程111、そして絶縁抵抗計測過程113などにより行われる。
【0020】
電源電圧推定過程101では、図3及び図4に示すように、電源電圧推定過程101を開始すると、図示していないスイッチング制御回路が第1スイッチS1及び第2スイッチS2を第1の設定時間である第1閉路時間T1の間、閉路する(ステップ201)。すなわち、第1のスイッチング手段により、接地電位部7を介さずに電源3にコンデンサ9を直列に接続する回路が形成され、第1閉路時間T1の間、コンデンサ9への充電が行われ、コンデンサ9の両端子間の電圧VCが上昇する。なお、第1閉路時間T1は、コンデンサ9を完全に充電するのに必要な時間よりも短い時間に設定されており、例えばコンデンサ9を完全に充電するのに必要な時間の1/5〜1/10といったような短い時間となっており、第1閉路時間T1は、必要とされる絶縁抵抗の計測誤差範囲によって選択されたものである。
【0021】
ステップ201において第1閉路時間T1が経過すると、第1スイッチS1及び第2スイッチS2が開路つまり遮断され、第1閉路時間T1よりも短い所定時間tw1経過後、第3スイッチS3及び第4スイッチS4が閉路される(ステップ203)。すなわち、第4のスイッチング手段により、コンデンサ9の両端子間の電圧を検出するマイコン11が接続された回路が形成されると共に、第2抵抗R2、第3抵抗R3、そして第4抵抗R4を含むコンデンサ9からの放電回路が形成され、コンデンサ9の両端子間の電圧VCが降下する。ここで、マイコン11は、A/Dポートを介してA/D変換データ、つまりコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込む(ステップ205)。このときのコンデンサ9の両端子間電圧VCの値つまり検出電圧V0により、次式(1)から推定の電源電圧V0sを算出する(ステップ207)。
V0s=V0/(1−EXP(−T1/C・R1)) …(1)
ただし、式(1)において、T1は第1スイッチS1及び第2スイッチS2の閉路時間、Cはコンデンサ9の容量、R1は第1抵抗R1の抵抗値である。
【0022】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ205でコンデンサ9の両端子間の電圧VCを検出した後、第3スイッチS3及び第4スイッチS4が閉路された状態で、第5スイッチS5を閉路して第2抵抗R2をバイパスさせることで、第2抵抗R2の抵抗値を下げた状態とし、コンデンサ9からの放電に要する時間を短縮する。第5スイッチS5を閉路して、第1閉路時間T1よりも短い所定時間td1経過後、第5スイッチS5を開路つまり遮断した後、マイコン11は、A/Dポートを介してA/D変換データ、つまりコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込み、電圧VCが0Vであることを確認する(ステップ209)。
【0023】
電源電圧推定過程101終了後、図2に示すように、電源電圧異常判定103に進み、マイコン11は、電源電圧推定過程101で推定した電源3の電源電圧V0sと予め入力された電源電圧の基準となる電源電圧基準範囲とを比較し、電源電圧推定過程101で推定した電源電圧V0sの値が電源電圧基準範囲から外れているとき、電源電圧の異常と判定する。ただし、絶縁検出装置1の構成及び絶縁抵抗の検出動作などからもわかるように、推定した電源電圧V0sは、スイッチ部に故障しているなどの異常が生じている場合にも異常な値を示す。そこで、電源電圧異常判定103において電源電圧の異常が判定された場合、電源電圧の異常またはスイッチ部の異常が生じていると判断されるため、異常の原因の判断、そしてスイッチ部に異常がある場合の異常があるスイッチの特定のため、各スイッチS1、S2、S3、S4の異常検出過程105〜111を行う。
【0024】
第2スイッチ異常検出過程105では、図4に示すように、他のスイッチを遮断した状態で第1スイッチS1を例えば第1の設定時間である第1閉路時間T1の間、閉路する。このとき、第2スイッチS2に異常がなければ、電源3にコンデンサ9を直列に接続する回路は形成されず、コンデンサ9の両端子間の電圧VCは上昇しない。第1閉路時間T1経過後、さらに第1閉路時間T1よりも短い所定時間tw1経過して第3スイッチS3及び第4スイッチS4を閉路する。つまり、第4のスイッチング手段により、コンデンサ9の両端子間の電圧を検出するマイコン11が接続された回路を形成すると共に、第2抵抗R2、第3抵抗R3、そして第4抵抗R4を含むコンデンサ9からの放電回路を形成する。ここでマイコン11がA/Dポートを介してコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込むと、コンデンサ9には充電が行われていないため、マイコン11で電圧は検出されない。マイコン11で電圧が検出されないことにより、異常検出手段であるマイコン11は、第2スイッチS2に異常はないと判断する。
【0025】
この後、図示していないスイッチング制御回路は、マイコン11でコンデンサ9の両端子間の電圧VCを検出した後、第3スイッチS3及び第4スイッチS4が閉路された状態で第5スイッチS5を閉路して第2抵抗R2をバイパスさせる。これにより、第2抵抗R2の抵抗値を下げた状態とし、コンデンサ9からの放電に要する時間を短縮する。第5スイッチS5を閉路して、第1閉路時間T1よりも短い所定時間td1経過後、第5スイッチS5を開路つまり遮断した後、マイコン11は、A/Dポートを介してA/D変換データ、つまりコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込み、電圧VCが0Vであることを確認し、第1スイッチ異常検出過程107へ進む。
【0026】
一方、第2スイッチS2が故障などにより閉路状態または短絡状態になっているといった異常があると、電源3にコンデンサ9を直列に接続する回路が形成された状態となり、図5に示すように、第1閉路時間T1の間、コンデンサ9への充電が行われ、コンデンサ9の両端子間の電圧VCが上昇する。したがって、スイッチS3及び第4スイッチS4を閉路し、マイコン11がA/Dポートを介してコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込むと、第2スイッチS2の異常によりコンデンサ9への充電が行われたため、コンデンサ9の両端子間の電圧VCに相当する電圧がマイコン11で検出される。コンデンサ9の両端子間の電圧VCに相当する電圧が検出されたことにより、異常検出手段であるマイコン11は、第2スイッチS2が異常であると判断し、例えば絶縁抵抗値の計測を中止し、警報などにより異常を告知する。
【0027】
第1スイッチ異常検出過程107では、図4に示すように、他のスイッチを遮断した状態で第2スイッチS2を例えば第1の設定時間である第1閉路時間T1の間、閉路する。このとき、第1スイッチS1に異常がなければ、電源3にコンデンサ9を直列に接続する回路は形成されず、コンデンサ9の両端子間の電圧VCは上昇しない。第1閉路時間T1経過後、さらに第1閉路時間T1よりも短い所定時間tw1経過して第3スイッチS3及び第4スイッチS4を閉路する。つまり、第4のスイッチング手段により、コンデンサ9の両端子間の電圧を検出するマイコン11が接続された回路を形成すると共に、第2抵抗R2、第3抵抗R3、そして第4抵抗R4を含むコンデンサ9からの放電回路を形成する。ここでマイコン11がA/Dポートを介してコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込むと、コンデンサ9には充電が行われていないため、マイコン11で電圧は検出されない。マイコン11で電圧が検出されないことにより、異常検出手段であるマイコン11は、第1スイッチS1に異常はないと判断する。
【0028】
この後、図示していないスイッチング制御回路は、マイコン11でコンデンサ9の両端子間の電圧VCを検出した後、第3スイッチS3及び第4スイッチS4が閉路された状態で第5スイッチS5を閉路して第2抵抗R2をバイパスさせる。これにより、第2抵抗R2の抵抗値を下げた状態とし、コンデンサ9からの放電に要する時間を短縮する。第5スイッチS5を閉路して、第1閉路時間T1よりも短い所定時間td1経過後、第5スイッチS5を開路つまり遮断した後、マイコン11は、A/Dポートを介してA/D変換データ、つまりコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込み、電圧VCが0Vであることを確認し、第3スイッチ異常検出過程109へ進む。
【0029】
一方、第1スイッチS1が故障などにより閉路状態または短絡状態になっているといった異常があると、電源3にコンデンサ9を直列に接続する回路が形成された状態となり、図6に示すように、第1閉路時間T1の間、コンデンサ9への充電が行われ、コンデンサ9の両端子間の電圧VCが上昇する。したがって、スイッチS3及び第4スイッチS4を閉路し、マイコン11がA/Dポートを介してコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込むと、第1スイッチS1の異常によりコンデンサ9への充電が行われたため、コンデンサ9の両端子間の電圧VCに相当する電圧がマイコン11で検出される。コンデンサ9の両端子間の電圧VCに相当する電圧が検出されたことにより、異常検出手段であるマイコン11は、第1スイッチS1が異常であると判断し、例えば絶縁抵抗値の計測を中止し、警報などにより異常を告知する。
【0030】
第3スイッチ異常検出過程109及び第4スイッチ異常検出過程111は、本実施形態では一つの過程の中で行われる。第3スイッチ異常検出過程109及び第4スイッチ異常検出過程111では、図4に示すように、他のスイッチを遮断した状態で第1スイッチS1及び第2スイッチS2を例えば第1の設定時間である第1閉路時間T1の間、閉路する。つまり、第1スイッチング手段により、電源3にコンデンサ9を直列に接続する回路を形成し、第1閉路時間T1の間、コンデンサ9への充電を行う。これにより、コンデンサ9の両端子間の電圧VCが上昇する。第1閉路時間T1経過後、さらに第1閉路時間T1よりも短い所定時間tw1経過して第3スイッチS3の異常を検出するため、第3スイッチS3を遮断した状態で第4スイッチS4を閉路する。
【0031】
このとき、第3スイッチS3に異常がなければ、コンデンサ9の両端子間の電圧を検出するマイコン11が接続された回路、そして、第2抵抗R2、第3抵抗R3、そして第4抵抗R4を含むコンデンサ9からの放電回路は形成されない。ここでマイコン11がA/Dポートを介してコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込むと、マイコン11のA/Dポートには電圧が印加されず、マイコン11で電圧は検出されない。マイコン11で電圧が検出されないことにより、異常検出手段であるマイコン11は、第3スイッチS3に異常はないと判断する。
【0032】
続いて、第3スイッチS3を閉路し、第3スイッチS3を閉路してから所定時間tw1経過した後、第4スイッチS4の異常を検出するため、第3スイッチS3を閉路した状態で第4スイッチS4を遮断する。このとき、第4スイッチS4に異常がなければ、コンデンサ9の両端子間の電圧を検出するマイコン11が接続された回路、そして、第2抵抗R2、第3抵抗R3、そして第4抵抗R4を含むコンデンサ9からの放電回路は形成されない。ここでマイコン11がA/Dポートを介してコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込むと、マイコン11のA/Dポートには電圧が印加されず、マイコン11で電圧は検出されない。マイコン11で電圧が検出されないことにより、異常検出手段であるマイコン11は、第4スイッチS4に異常はないと判断する。
【0033】
この後、図示していないスイッチング制御回路は、マイコン11のA/Dポートでの読み込みを行った後、第3スイッチS3及び第4スイッチS4が閉路された状態で第5スイッチS5を閉路して第2抵抗R2をバイパスさせる。これにより、第2抵抗R2の抵抗値を下げた状態とし、コンデンサ9からの放電に要する時間を短縮する。第5スイッチS5を閉路して、第1閉路時間T1よりも短い所定時間td1経過後、第5スイッチS5を開路つまり遮断した後、マイコン11は、A/Dポートを介してA/D変換データ、つまりコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込み、電圧VCが0Vであることを確認し、第3スイッチ異常検出過程109へ進む。絶縁抵抗計測過程113へ進む。
【0034】
一方、第3スイッチS3が故障などにより閉路状態または短絡状態になっているといった異常があると、コンデンサ9の両端子間の電圧を検出するマイコン11が接続された回路を形成した状態となると共に、第2抵抗R2、第3抵抗R3、そして第4抵抗R4を含むコンデンサ9からの放電回路を形成した状態となる。したがって、マイコン11がA/Dポートを介してコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込むと、図7に示すように、第3スイッチS3の異常によりマイコン11のA/Dポートにコンデンサ9の両端子間の電圧VCが印加されるため、コンデンサ9の両端子間の電圧VCに相当する電圧がマイコン11で検出される。コンデンサ9の両端子間の電圧VCに相当する電圧が検出されたことにより、異常検出手段であるマイコン11は、第3スイッチS3が異常であると判断し、例えば絶縁抵抗値の計測を中止し、警報などにより異常を告知する。
【0035】
また、第4スイッチS4が故障などにより閉路状態または短絡状態になっているといった異常があると、コンデンサ9の両端子間の電圧を検出するマイコン11が接続された回路を形成した状態となると共に、第2抵抗R2、第3抵抗R3、そして第4抵抗R4を含むコンデンサ9からの放電回路を形成した状態となる。したがって、マイコン11がA/Dポートを介してコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込むと、図8に示すように、第4スイッチS4の異常によりマイコン11のA/Dポートにコンデンサ9の両端子間の電圧VCが印加されるため、コンデンサ9の両端子間の電圧VCに相当する電圧がマイコン11で検出される。コンデンサ9の両端子間の電圧VCに相当する電圧が検出されたことにより、異常検出手段であるマイコン11は、第4スイッチS4が異常であると判断し、例えば絶縁抵抗値の計測を中止し、警報などにより異常を告知する。
【0036】
なお、図7及び図8は、図4とは異なり、第3スイッチ異常検出過程109及び第4スイッチ異常検出過程111を個別に実施した場合の図を示しており、また、第3スイッチ異常検出過程109は、第3スイッチS3及び第4スイッチS4を同時に閉路した後、第3スイッチS3のみを遮断する方法を示している。
【0037】
各スイッチスイッチ異常検出過程105、107、109、111でスイッチの異常が検出されなかった場合、つまり電源電圧自体の異常であることが検出された場合、または、図2及び図4に示すように、電源電圧異常判定103において電源電圧の異常が検出されなかった場合、絶縁抵抗計測過程113に進む。絶縁抵抗計測過程113では、図示していないスイッチング制御回路は、図4及び図9に示すように、第1スイッチS1及び第4スイッチS4を第2の設定時間である第2閉路時間T2の間、閉路する(ステップ301)。
【0038】
すなわち、第2のスイッチング手段により、電源3の正端子と接地電位部7との間にコンデンサ9を直列に接続した回路、つまり、図1に示すように、正側主回路配線5a、第1スイッチS1、第1ダイオードD1、第1抵抗R1、コンデンサ9、第4スイッチS4、第4抵抗R4、接地電位部7、そして図1において点線で示すような位置に仮定される負端子側の地絡抵抗Rn、負側主回路配線5bを順次直列に電源3に接続した回路が形成される。これにより、第2閉路時間T2の間、コンデンサ9への充電が行われ、図4に示すように、地絡抵抗Rnの値に応じてコンデンサ9の両端子間の電圧VCが上昇する。なお、第2の設定時間である第2閉路時間T2も、第1閉路時間T1と同様に、コンデンサ9を完全に充電するのに必要な時間よりも短く、所定時間tw1、td1よりも長い時間に設定されている。
【0039】
ステップ301において第2閉路時間T2が経過すると、図4及び図9に示すように、第1スイッチS1が開路つまり遮断され、所定時間tw1経過後、第3スイッチS3が閉路され、第3スイッチS3及び第4スイッチS4が閉路された状態となる。すなわち、第4のスイッチング手段により、コンデンサ9の両端子間の電圧を検出するマイコン11が接続された回路が形成されると共に、第2抵抗R2、第3抵抗R3、そして第4抵抗R4を含むコンデンサ9からの放電回路が形成され、コンデンサ9の両端子間の電圧VCが降下する。そして、マイコン11は、A/Dポートを介してA/D変換データ、つまりコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込む(ステップ303)。このときのコンデンサ9の両端子間電圧VCの値つまり検出電圧VCNにより、次式(2)から電源3の負端子側の接地電位部7となる車体などに対する絶縁抵抗、すなわち負端子側の地絡抵抗Rnを算出する(ステップ305)。
Rn=−R1−T2/C・ln(1−VCN/V0s) …(2)
ただし、式(2)において、T2は第1スイッチS1及び第4スイッチS4の閉路時間、Cはコンデンサ9の容量、R1は第1抵抗R1の抵抗値、電源電圧V0sは電源電圧推定過程101で推定した電源電圧である。
【0040】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ305でコンデンサ9の両端子間の電圧VCを検出した後、第3スイッチS3及び第4スイッチS4が閉路された状態で、第5スイッチS5を閉路して第2抵抗R2をバイパスさせることで、第2抵抗R2の抵抗値を下げた状態とし、コンデンサ9からの放電に要する時間を短縮する。第5スイッチS5を閉路して、第2閉路時間T2よりも短い所定時間td2経過後、第3スイッチS3、第4スイッチS4及び第5スイッチS5を開路つまり遮断した後、マイコン11は、A/Dポートを介してA/D変換データ、つまりコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込む(ステップ307)。
【0041】
ステップ307で電圧VCが0Vであることが確認されたら、図示していないスイッチング制御回路は、第2スイッチS2及び第3スイッチS3を第2の設定時間である第2閉路時間T2の間、閉路する(ステップ309)。すなわち、第3のスイッチング手段により、接地電位部7と電源3の負端子との間にコンデンサ9を直列に接続した回路、つまり、図1に示すように、正側主回路配線5a、図1において点線で示すような位置に仮定される正端子側の地絡抵抗Rp、接地電位部7、第3抵抗R3、第3スイッチS3、第1ダイオードD1、第1抵抗R1、コンデンサ9、第2スイッチS2、そして負側主回路配線5bを順次直列に電源3に接続した回路が形成される。これにより、第2閉路時間T2の間、コンデンサ9への充電が行われ、図4に示すように、地絡抵抗Rpの値に応じてコンデンサ9の両端子間の電圧VCが上昇する。
【0042】
ステップ309において第2閉路時間T2が経過すると、図4及び図9に示すように、第2スイッチS2が開路つまり遮断され、所定時間tw1経過後、第4スイッチS4が閉路され、第3スイッチS3及び第4スイッチS4が閉路された状態となる。すなわち、第4のスイッチング手段により、コンデンサ9の両端子間の電圧を検出するマイコン11が接続された回路が形成されると共に、第2抵抗R2、第3抵抗R3、そして第4抵抗R4を含むコンデンサ9からの放電回路が形成され、コンデンサ9の両端子間の電圧VCが降下する。そして、マイコン11は、A/Dポートを介してA/D変換データ、つまりコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込む(ステップ311)。このときのコンデンサ9の両端子間電圧VCの値つまり検出電圧VCPにより、次式(3)から電源3の正端子側の接地電位部7となる車体などに対する絶縁抵抗、すなわち正端子側の地絡抵抗Rpを算出する(ステップ313)。
Rp=−R1−T2/C・ln(1−VCP/V0s) …(3)
ただし、式(3)において、T2は第2スイッチS2及び第3スイッチS3の閉路時間、Cはコンデンサ9の容量、R1は第1抵抗R1の抵抗値、電源電圧V0sは電源電圧推定過程101で推定した電源電圧である。
【0043】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ313でコンデンサ9の両端子間の電圧VCを検出した後、第3スイッチS3及び第4スイッチS4が閉路された状態で、第5スイッチS5を閉路して第2抵抗R2をバイパスさせることで、第2抵抗R2の抵抗値を下げた状態とし、コンデンサ9からの放電に要する時間を短縮する。第5スイッチS5を閉路して所定時間td2経過後、第3スイッチS3、第4スイッチS4及び第5スイッチS5を開路つまり遮断した後、マイコン11は、A/Dポートを介してA/D変換データ、つまりコンデンサ9の両端子間の電圧VCを読み込む(ステップ315)。そして、ステップ315で電圧VCが0Vであることが確認された時点で、1回の絶縁状態の検出サイクルを終了する。また、絶縁状態の検出を行う間、図2、図3及び図9に示す、絶縁抵抗の計測過程101からステップ113までの検出サイクルを繰り返す。
【0044】
マイコン11は、1回の絶縁状態の検出サイクルで求めた電源3の正端子側の地絡抵抗Rpと、負端子側の地絡抵抗Rnの値から絶縁状態を判定する。例えば、電源3の正端子側の地絡抵抗Rpと、予め定められた基準抵抗値とを比較し、地絡抵抗Rpが基準抵抗値以下になっている場合には、絶縁不良が生じていると判定する。
【0045】
ところで、式(2)、(3)などからわかるように、コンデンサ9の容量C、さらに第1抵抗R1の抵抗値R1が製品間差や温度変化などによりばらつくと、電源3の正端子側の地絡抵抗Rp、負端子側の地絡抵抗Rnの計測精度に影響し、検出した地絡抵抗Rp、Rnの値の精度が低下してしまう。したがって、絶縁状態の検出精度が低下してしまうことになる。特にコンデンサ9は、浮遊容量を考慮すると数μFといった比較的大きな値のものが必要となるため、例えば製品間差において±5%程度のばらつきがあるとすると、これに温度変化を考慮すると±10%程度のばらつきが生じる場合があり、このようなコンデンサ9の容量のばらつきが絶縁状態の検出精度を低下させてしまうことになる。加えて、経時変化による部品定数の変化によって生じるばらつきなども絶縁状態の検出精度を低下させてしまうことになる。
【0046】
これに対して本実施形態の絶縁検出装置1では、絶縁検出のサイクルの最初の段階で第1スイッチS1と第2スイッチS2を、コンデンサ9を完全に充電するのに要する時間よりも短い第1閉路時間T1の間閉路することにより、電源3の電源電圧を推定している。第1スイッチS1と第2スイッチS2を短時間閉路してコンデンサ9を充電する場合は、実際のコンデンサ9の容量と抵抗R1の抵抗値とで決定される時定数C・R1で充電されるときの充電到達電圧を推定する方式であるため、推定した電源電圧V0sは、実際の電源3の電源電圧ではなく、コンデンサ9と抵抗R1の容量及び抵抗値の誤差、つまりばらつきを含んだ値となる。そして、このばらつきを含む推定した電源電圧V0sを、絶縁検出のサイクルにおける以降に続くステップで行う正端子側の地絡抵抗Rp、負端子側の地絡抵抗Rnの演算に用いることで、コンデンサ9の容量のばらつきに対する補正が行われ、コンデンサ9の容量のばらつきによって生じる実際の正端子側地絡抵抗Rp及び負端子側地絡抵抗Rnの値と、算出した正端子側地絡抵抗Rp及び負端子側地絡抵抗Rnの値との誤差を低減することができる。したがって、絶縁状態の検出精度を向上できる。
【0047】
このような本実施形態の絶縁検出装置1によって計測した正端子側の地絡抵抗Rp及び負端子側の地絡抵抗Rnの値と、実際の正端子側の地絡抵抗Rp及び負端子側の地絡抵抗Rnの値との誤差をある所定の規格容量を有するコンデンサ9、そしてある所定の規格抵抗値を有する第1抵抗R1を用いた場合を想定して計算した結果を図10に示す。なお、コンデンサ9は、製品間差と温度変化を考慮して±10%程度の容量のばらつきが、第1抵抗R1は、製品間差と温度変化を考慮して±2%程度の容量のばらつきがあるものとする。図10において、V0計測時間は、第1閉路時間を意味し、したがって、図4では、第1閉路時間T1をt秒、2t秒、そして3t秒、ただしt<2t<3tとした場合の計測誤差を示している。なお、図10は、縦軸を検出精度つまり検出誤差、横軸を地絡抵抗の値として計算結果をグラフ化したものである。
【0048】
図10からわかるように、従来の絶縁検出装置で検出した場合、つまり補正無しの場合に比べて、本実施形態の絶縁検出装置1で検出した場合、つまり補正ありの場合の方が各地絡抵抗値に対して計測誤差が低減されている。さらに、V0計測時間つまり第1閉路時間T1の設定によって計測誤差の低減度合いが異なっており、第1閉路時間T1がt秒のときには、地絡抵抗が小さくなるにしたがって誤差が大きくなるが、地絡抵抗が大きくなるにしたがって誤差が小さくなっている。第1閉路時間T1が2t秒のときには、地絡抵抗が大きい場合には、第1閉路時間T1がt秒のときよりも誤差が大きくなるが、各地絡抵抗にわたって平均的に誤差が小さくなっている。第1閉路時間T1が3t秒のときにも各地絡抵抗にわたって平均的に誤差が小さくなっているが、誤差は、第1閉路時間T1が2t秒のときよりも大きい。
【0049】
したがって、絶縁不良を判定する地絡抵抗の値の設定を比較的大きな値とする場合には、第1閉路時間T1をt秒とするのが好ましく、絶縁不良を判定する地絡抵抗の値の設定を比較的小さな値とする場合には、第1閉路時間T1を2t秒とするのが好ましい。このように、第1閉路時間T1つまり第1の設定時間は、絶縁不良を判定する地絡抵抗の値周辺で計測誤差が小さくなるように選択するのが好ましい。例えば、図10において絶縁不良を判定する地絡抵抗の値をRΩに設定したとすれば、第1閉路時間T1として2t秒を選択するのが好ましく、このとき、従来の絶縁検出装置では±10%以上の計測誤差があるのに対し、本実施形態の絶縁検出装置1では、±2%以下の計測誤差となり、絶縁状態の検出精度を向上できることになる。
【0050】
このように、本実施形態の絶縁検出装置1では、異常検出手段となるマイコン11が、第1、第2、第3及び第4の各スイッチング手段を構成しているスイッチ部である第1、第2、第3及び第4の各スイッチS1、S2、S3、S4を個別に検査して異常を判定するため、異常が発生したスイッチを特定できる。
【0051】
また、本実施形態では、第1スイッチ異常検出過程107、第2スイッチ異常検出過程105、第3スイッチ異常検出過程109及び第4スイッチ異常検出過程111を電源電圧推定過程101の後に行っているが、各スイッチ異常検出過程105、107、109、111は、絶縁抵抗の計測過程のどこで行ってもよい。さらに、第1スイッチ異常検出過程107、第2スイッチ異常検出過程105、第3スイッチ異常検出過程109及び第4スイッチ異常検出過程111を行う順番も、適宜入れ替えることができる。
【0052】
ただし、本実施形態のように、まず電源電圧推定過程101を行って電源電圧異常判定103を行った後に、その結果に応じて各スイッチ異常検出過程105、107、109、111を行えば、無駄な異常検出動作を行うことなく効率よく異常検出を行え、また、絶縁抵抗の計測時間を短縮できる。加えて、第3スイッチ異常検出過程109及び第4スイッチ異常検出過程111の結果は、第1スイッチS1及び第2スイッチS2の状態に影響されるため、第1スイッチ異常検出過程107及び第2スイッチ異常検出過程105を行った後、第3スイッチ異常検出過程109及び第4スイッチ異常検出過程111を行うことが望ましい。このとき、第1スイッチ異常検出過程107及び第2スイッチ異常検出過程105の順番、第3スイッチ異常検出過程109及び第4スイッチ異常検出過程111の順番は、適宜入れ替えることができる。
【0053】
また、本実施形態では、正端子側の地絡抵抗Rpと負端子側の地絡抵抗Rnを個別に算出し、これにより絶縁不良の部位も検出できるようにしている。しかし、絶縁不良の部位を検出せず絶縁不良の発生のみを判定する場合などには、推定した電源電圧V0sと検出電圧VCP、VCNなどとに基づいて正端子側の地絡抵抗Rpと負端子側の地絡抵抗Rnとを代表する地絡抵抗値などを算出する別の式を用いることもできる。
【0054】
また、本実施形態の絶縁検出装置1では、演算手段となるマイコン11によって式(1)や式(2)、(3)によって推定した電源電圧V0sや地絡抵抗値Rn、Rpを演算している。しかし、これらの式(1)や式(2)、(3)といった複雑な関数式の演算にかかる時間を短縮するため、マイコン11の記憶手段となるメモリなどにアドレスに対応させて推定した電源電圧V0sや地絡抵抗値Rn、Rpなどを記憶した電源電圧用データテーブルや地絡抵抗値用データテーブルなどを準備し、演算手段であるマイコン11で各々のデータテーブルに対応したアドレスを演算する構成にすることもできる。このとき、演算手段であるマイコン11は、電源電圧を推定するために検出したコンデンサ9の両端子間電圧VCの値つまり検出電圧V0、推定した電源電圧V0s及び地絡抵抗値Rn、Rpを求めるために検出したコンデンサ9の両端子間電圧VCの値つまり検出電圧VCN、VCPなどから、式(1)や式(2)、(3)よりも簡単なアドレスの演算式により、各々電源電圧用データテーブルのアドレス、地絡抵抗値用データテーブルのアドレスを算出し、この算出した各々のアドレスから推定した電源電圧V0sや地絡抵抗値Rn、Rpを決定する。
【0055】
また、第5スイッチS5を含むバイパス手段としては、本実施形態の構成に限らず、バイパス手段は、図11に示すように、第2抵抗R2の両端子間に、第2抵抗R2と並列に第5スイッチS5が接続されている構成にすることもできる。また、絶縁検出のための1サイクルに要する時間の短縮などの必要性がない場合などには、第5スイッチS5を含むバイパス手段を設けない構成にすることもできる。
【0056】
また、本発明は、本実施形態において示した回路構成に限らず、正端子側及び負端子側の配線が接地電位部から絶縁された直流電源にコンデンサを直列に第1の設定時間の間接続する第1のスイッチング手段、電源の正端子と接地電位部との間に前記コンデンサを直列に第2の設定時間の間接続する第2のスイッチング手段、電源の負端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に第2の設定時間の間接続する第3のスイッチング手段、第1、第2及び第3の各スイッチング手段の遮断後にコンデンサの両端子間の電圧を検出する検出手段を接続する第4のスイッチング手段などをそなえていれば様々な回路構成の絶縁検出装置に適用することができる。
【0057】
【発明の効果】
本発明によれば、異常が発生したスイッチを特定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用してなる絶縁検出装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図2】本発明を適用してなる絶縁検出装置の一実施形態の絶縁抵抗計測の動作を示すフロー図である。
【図3】本発明を適用してなる絶縁検出装置の一実施形態の電源電圧推定過程の動作を示すフロー図である。
【図4】電源電圧正常時及び異常時の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。
【図5】第2スイッチの異常検出過程の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。
【図6】第1スイッチの異常検出過程の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。
【図7】第3スイッチの異常検出過程の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。
【図8】第4スイッチの異常検出過程の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。
【図9】本発明を適用してなる絶縁検出装置の一実施形態の絶縁抵抗計測過程の動作を示すフロー図である。
【図10】絶縁抵抗の値に対する各電源電圧の計測時間で検出した絶縁抵抗の値の検出誤差を示す図である。
【図11】本発明を適用してなる絶縁検出装置の変形例の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
1 絶縁検出装置
3 電源
5a 正側主回路配線
5b 負側主回路配線
7 接地電位部
9 コンデンサ
11 マイコン
S1 第1スイッチ
S2 第2スイッチ
S3 第3スイッチ
S4 第4スイッチ
Rp 正端子側地絡抵抗
Rn 負端子側地絡抵抗[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an insulation detection device for an ungrounded power supply, and more particularly to an insulation detection device suitable for an ungrounded DC power supply mounted on a vehicle that uses electric propulsion.
[0002]
[Prior art]
The insulation detection device of the ungrounded power supply is connected to the positive and negative terminals of the ungrounded DC power supply, and is insulated from the ground potential part by the insulation resistance to the ground potential part of the main circuit wiring on the positive and negative sides, that is, the ground fault resistance. Is detected to detect insulation with respect to the ground potential portion and a ground fault state (for example, see Patent Document 1). In such a conventional insulation detection device, switching means for connecting a capacitor in series between a positive terminal of an ungrounded DC power supply and a ground potential section for a set time, a negative terminal of an ungrounded power supply and a ground potential section A switching means for connecting a capacitor in series for a set time, a switching means for detection connecting a detection means for detecting a voltage between both terminals of the capacitor after each switching means is cut off, Calculation means for obtaining an insulation resistance to a ground potential portion of a power supply, that is, a ground fault resistance, based on a voltage between both terminals of the capacitor after the switching means is cut off and a power supply voltage previously calculated by fully charging the capacitor. And detects and determines the insulation state from the ground fault resistance obtained by the calculation means.
[0003]
In such an insulation detection device, when obtaining the ground fault resistance, an expression including the capacitance of the capacitor as a constant is used. However, the capacitance of the capacitor used as the constant includes a capacitance due to variation in capacitance between products and a temperature change. In some cases, and there is also a case where a change over time in the capacity or the like occurs. If the values used as constants vary or change in this way, the measurement error between the obtained ground fault resistance value and the actual ground fault resistance value increases, and the insulation state detection accuracy decreases. I will. Therefore, it is desirable to reduce the measurement error of the ground fault resistance as much as possible and to improve the detection accuracy of the insulation state, even if there are variations or changes in the values used as constants for obtaining the ground fault resistance such as the capacitance of the capacitor. ing.
[0004]
Therefore, the inventors of the present application provide first switching means for connecting a capacitor in series for a first set time to a DC power supply in which the wiring on the positive terminal side and the wiring on the negative terminal side are insulated from the ground potential portion; Second switching means for connecting a capacitor in series between the positive terminal and the ground potential for a second set time, and second setting in series for a capacitor between the negative terminal of the power supply and the ground potential A third switching means connected for a time, a fourth switching means connected to a voltage detecting means for detecting a voltage between both terminals of the capacitor after the first, second and third switching means are cut off; The power supply voltage of the power supply is estimated based on the voltage detected by the voltage detection means after the first switching means has been cut off, and the estimated power supply voltage and each of the voltages detected by the detection means after the second and third switching means have been cut off. Detection voltage Contemplates insulation detecting device of the configuration and an arithmetic means for obtaining the insulation resistance to ground potential of the power based on.
[0005]
With the insulation detection device having such a configuration, the DC power supply and the ground potential unit are connected by the first switching means for a first set time set in a time shorter than the time required for completely charging the capacitor. During this time, the capacitor is connected to DC and charged. At this time, the voltage between both terminals of the capacitor is detected by the detecting means connected by the fourth switching means, and the calculating means estimates the power supply voltage from the detected voltage, and this power supply voltage is compared with the second and third power supply voltages. By obtaining the insulation resistance with respect to the ground potential portion based on the detection voltage of the detection means after the switching means is cut off, the measurement error of the insulation resistance can be reduced and the detection accuracy of the insulation state can be improved.
[0006]
By the way, in such an insulation detecting device, if an abnormality occurs in each switching means, an erroneous ground fault resistance value is obtained. I don't know if it was due to an abnormality in the means. For this reason, the inventors of the present application need to detect the abnormality of the switching means in the process of detecting the insulation state before connecting the capacitors in series to the power supply by the first switching means. And from the state in which the fourth switching means is cut off, to the time in which the voltage detection means is connected by the fourth switching means after the cut-off of the first switching means and before the fourth switching means is cut off. It is considered that the configuration includes an abnormality detection unit that detects abnormality of the first, second, third, and fourth switching units based on the detected detection voltage.
[0007]
At this time, the first, second, third, and fourth switching means are turned off before the capacitor is connected in series to the power supply by the first switching means, and the fourth switching means is turned off after the first switching means is turned off. After the voltage detecting means is connected by the switching means, until the fourth switching means is shut off, that is, the detection voltage obtained by the detecting means in the process of estimating the power supply voltage of the power supply affects the insulation state, that is, the ground fault resistance. It is not a value. For this reason, by providing a configuration including an abnormality detection unit that detects an abnormality based on the detection voltage of the detection unit in the process of estimating the power supply voltage of the power supply as described above, the abnormality of the switching unit is measured in the insulation state measurement process. Can be detected.
[Patent Document 1]
JP-A-8-226950 (page 4-7, FIG. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the insulation detection device including the above-described abnormality detection unit, when each switching unit has a circuit configuration including two switch units, that is, the first switching unit is connected to the positive terminal of the power supply. A first switch unit; and a second switch unit connected to a negative terminal of the power supply, wherein the third switching unit is connected to the second switch unit and a third switch connected in series to the first switch. The second switching means includes a first switch section and a fourth switch section connected in series to the second switch section, and the fourth switching means includes a third switch section. From the positive side, between the first switch unit and the third switch unit, and between the second switch unit S2 and the fourth switch unit. First damper rectifying in the direction toward the negative side A diode, a first resistor and a capacitor are connected in series, and a second diode and a second resistor, which are rectified in the opposite direction to the first diode, are connected in series with the first diode and the first resistor. If the detection means is connected between the third switch part and the fourth switch part and the circuit between the detection means and the fourth switch part is grounded to the ground potential part, Since the detecting means detects the abnormality by combining the two switch units, that is, the switches, it is possible to identify the switching means or the combination of the two switches in which the abnormality has occurred, but which of the two switches has the abnormality It cannot be specified.
[0009]
As described above, when each switching unit has a circuit configuration including two switch units, that is, switches, the abnormality detection unit of the insulation detection device, which has been conventionally considered, cannot identify the switch in which the abnormality has occurred. There is a case where a problem that a response cannot be taken promptly occurs. For this reason, it is an issue to specify a switch in which an abnormality has occurred.
[0010]
An object of the present invention is to specify a switch in which an abnormality has occurred.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The insulation detection device of the present invention includes a capacitor connected in series to a DC power supply in which the wiring on the positive terminal side and the wiring on the negative terminal side are insulated from the ground potential, and a first set time shorter than the time required for the capacitor to be completely charged. A second switching means for connecting a capacitor in series between a positive terminal of the power supply and a ground potential section for a second set time; a negative terminal of the power supply and a ground potential A third switching means for connecting a capacitor in series with the first switching means for a second set time, and detecting a voltage between both terminals of the capacitor after the first, second and third switching means are cut off. The power supply voltage of the power supply is estimated based on the voltage detected by the fourth switching means for connecting the voltage detection means and the voltage detection means after the first switching means is cut off. Three Calculating means for determining an insulation resistance of the power supply with respect to the ground potential portion based on the respective detected voltages of the voltage detecting means after the switching means has been cut off, and an abnormality occurring in the first, second, third and fourth switching means. The first switching means includes a first switch section connected to the positive terminal of the power supply, and a second switch section connected to the negative terminal of the power supply. The third switching means includes a second switch section and a third switch section connected in series to the first switch, and the second switching means includes a first switch section and a second switch section. And a fourth switch unit connected in series to the unit, wherein the fourth switching means includes a third switch unit and a fourth switch unit, and the first switch unit and the third switch unit. Between the second switch unit and the second A first diode and a capacitor, which rectify in the direction from the positive side to the negative side, are connected in series with the switch unit, and the rectification is performed in parallel with the first diode and in the opposite direction to the first diode. The second diode is connected, the voltage detection means is connected between the third switch section and the fourth switch section, and the voltage detection means and the fourth switch section are grounded to the ground potential section. The abnormality detecting means closes only the second switch for a third set time, and then detects the first switch based on a voltage detected by the voltage detecting when the fourth switching is closed. Is determined, and only the first switch unit is closed for the fourth set time, and then the second switch unit is closed based on the voltage detected by the voltage detection unit when the fourth switching unit is closed. Determine the abnormality and perform the first switching After the means is closed for a fifth set time, the third switch is shut off and the third switch is determined to be abnormal based on the voltage detected by the voltage detecting means when the fourth switch is closed. After the first switching means is closed for the sixth set time, the fourth switch is closed based on the voltage detected by the voltage detection means when the third switch is closed and the fourth switch is shut off. The above problem is solved by adopting a configuration for detecting an abnormality of the switch section.
[0012]
With such a configuration, the abnormality detection unit can switch the first, second, third, and fourth switch units constituting the first, second, third, and fourth switching units. Since the inspection is performed individually to determine the abnormality, the switch in which the abnormality has occurred can be specified.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an insulation detection device to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an insulation detection device to which the present invention is applied. FIG. 2 is a flowchart showing an insulation resistance measuring operation of the insulation detection device to which the present invention is applied. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the power supply voltage estimation process in the insulation resistance measurement process of the insulation detection device according to the present invention. FIG. 4 is a time chart showing the charging / discharging state of the capacitor and the voltage reading timing with respect to the operation of each switch unit when the power supply voltage is normal and abnormal. FIG. 5 is a time chart showing the charging / discharging state of the capacitor and the voltage reading timing with respect to the operation of each switch unit in the process of detecting the abnormality of the second switch. FIG. 6 is a time chart showing the charging / discharging state of the capacitor and the voltage reading timing with respect to the operation of each switch unit in the process of detecting the abnormality of the first switch. FIG. 7 is a time chart showing the charging / discharging state of the capacitor and the voltage reading timing with respect to the operation of each switch unit in the abnormality detection process of the third switch. FIG. 8 is a time chart showing the charging / discharging state of the capacitor and the voltage reading timing with respect to the operation of each switch unit in the process of detecting the abnormality of the fourth switch. FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the insulation resistance measuring process of the insulation detection device to which the present invention is applied. FIG. 10 is a diagram illustrating a detection error of the insulation resistance value detected during the measurement time of each power supply voltage with respect to the insulation resistance value. In the time chart of FIG. 4, the detection voltage VC and the A / D conversion value in the switch abnormality detection process show a state where there is no abnormality in the switch. In the time charts of FIGS. The detected voltage VC and the A / D conversion value indicate the state when the switch is abnormal.
[0014]
As shown in FIG. 1, the
[0015]
Note that the microcomputer 11 of the present embodiment also functions as an abnormality detection unit that detects an abnormality of each switch such as the first switch S1, the second switch S2, the third switch S3, and the fourth switch S4. Further, the voltage detection means, the calculation means, the abnormality detection means, the switching control circuit, and the like can be separately formed or integrally formed, for example, by including a switching control circuit (not shown) in the microcomputer 11 integrally. Further, the first switch S1, the second switch S2, the third switch S3, and the fourth switch S4 shown in FIG. 1 are typically formed by using, for example, a switch unit composed of components having various switch functions such as a relay and a semiconductor switch as a contact. This is shown in FIG.
[0016]
A first switch S1 and a third switch S3 are sequentially connected in series to the positive terminal of the
[0017]
A third resistor R3 is connected between the third switch S3 and the fourth resistor R4 in series with the third switch S3 and the fourth resistor R4, and is connected between the third switch S3 and the third resistor R3. Is connected to the microcomputer 11 via an analog / digital conversion port of the microcomputer 11, that is, an A / D port. Further, a portion between the third resistor R3 and the fourth resistor R4 is grounded to the ground
[0018]
Accordingly, the first switching means for connecting the
[0019]
The operation of the insulation detecting device having such a configuration and the features of the present invention will be described. As shown in FIG. 2, the insulation detection by the
[0020]
In the power supply
[0021]
In
V0s = V0 / (1−EXP (−T1 / C · R1)) (1)
In the equation (1), T1 is the closing time of the first switch S1 and the second switch S2, C is the capacitance of the
[0022]
On the other hand, the switching control circuit (not shown) detects the voltage VC between both terminals of the
[0023]
After the power supply
[0024]
In the second switch
[0025]
Thereafter, the switching control circuit (not shown) closes the fifth switch S5 with the third switch S3 and the fourth switch S4 closed after the microcomputer 11 detects the voltage VC between both terminals of the
[0026]
On the other hand, if there is an abnormality such that the second switch S2 is closed or short-circuited due to a failure or the like, a circuit is formed in which the
[0027]
In the first switch
[0028]
Thereafter, the switching control circuit (not shown) closes the fifth switch S5 with the third switch S3 and the fourth switch S4 closed after the microcomputer 11 detects the voltage VC between both terminals of the
[0029]
On the other hand, when there is an abnormality such as the first switch S1 being in a closed state or a short circuit state due to a failure or the like, a circuit in which the
[0030]
The third switch
[0031]
At this time, if there is no abnormality in the third switch S3, the circuit to which the microcomputer 11 for detecting the voltage between both terminals of the
[0032]
Subsequently, after a predetermined time tw1 has elapsed since the third switch S3 was closed and the third switch S3 was closed, in order to detect an abnormality of the fourth switch S4, the fourth switch S3 was closed and the fourth switch S3 was closed. Cut off S4. At this time, if there is no abnormality in the fourth switch S4, the circuit to which the microcomputer 11 for detecting the voltage between both terminals of the
[0033]
Thereafter, the switching control circuit (not shown) reads the data at the A / D port of the microcomputer 11 and then closes the fifth switch S5 with the third switch S3 and the fourth switch S4 closed. The second resistor R2 is bypassed. As a result, the resistance value of the second resistor R2 is reduced, and the time required for discharging from the
[0034]
On the other hand, when there is an abnormality such as the third switch S3 being in a closed state or a short circuit state due to a failure or the like, a state is formed in which a circuit to which the microcomputer 11 for detecting the voltage between both terminals of the
[0035]
Further, when there is an abnormality such as the fourth switch S4 being in a closed state or a short circuit state due to a failure or the like, a state is formed in which a circuit to which the microcomputer 11 for detecting the voltage between both terminals of the
[0036]
FIGS. 7 and 8 are different from FIG. 4 in that the third switch
[0037]
When no switch abnormality is detected in each of the switch abnormality detection steps 105, 107, 109, and 111, that is, when it is detected that the power supply voltage itself is abnormal, or as shown in FIGS. 2 and 4, If no power supply voltage abnormality is detected in the power supply
[0038]
That is, a circuit in which the
[0039]
When the second closing time T2 elapses in
Rn = -R1-T2 / C.ln (1-VCN / V0s) (2)
In the equation (2), T2 is the closing time of the first switch S1 and the fourth switch S4, C is the capacitance of the
[0040]
On the other hand, the switching control circuit (not shown) detects the voltage VC between both terminals of the
[0041]
If it is confirmed in
[0042]
When the second closing time T2 elapses in
Rp = -R1-T2 / C.ln (1-VCP / V0s) (3)
In the equation (3), T2 is the closing time of the second switch S2 and the third switch S3, C is the capacitance of the
[0043]
On the other hand, the switching control circuit (not shown) detects the voltage VC between both terminals of the
[0044]
The microcomputer 11 determines the insulation state from the value of the ground fault resistance Rp on the positive terminal side of the
[0045]
By the way, as can be seen from the equations (2) and (3), if the capacitance C of the
[0046]
On the other hand, in the
[0047]
The values of the ground fault resistance Rp on the positive terminal side and the ground fault resistance Rn on the negative terminal side measured by the
[0048]
As can be seen from FIG. 10, the case where the detection is performed by the
[0049]
Therefore, when the value of the ground fault resistance for determining the insulation failure is set to a relatively large value, the first closing time T1 is preferably set to t seconds. When the setting is a relatively small value, the first closing time T1 is preferably set to 2t seconds. As described above, it is preferable that the first closing time T1, that is, the first set time, is selected such that the measurement error becomes small around the value of the ground fault resistance for determining the insulation failure. For example, if the value of the ground fault resistance for determining insulation failure is set to RΩ in FIG. 10, it is preferable to select 2t seconds as the first closing time T1. %, Whereas the
[0050]
As described above, in the
[0051]
In this embodiment, the first switch
[0052]
However, as in the present embodiment, if the power supply
[0053]
Further, in the present embodiment, the ground fault resistance Rp on the positive terminal side and the ground fault resistance Rn on the negative terminal side are individually calculated, so that a portion having insulation failure can be detected. However, in the case where only the occurrence of insulation failure is determined without detecting the location of insulation failure, for example, the ground fault resistance Rp on the positive terminal side and the negative terminal on the basis of the estimated power supply voltage V0s and the detection voltages VCP, VCN, etc. Another formula for calculating a ground fault resistance value or the like representing the ground fault resistance Rn on the side can also be used.
[0054]
In addition, in the
[0055]
Further, the bypass unit including the fifth switch S5 is not limited to the configuration of the present embodiment, and the bypass unit is provided between the two terminals of the second resistor R2 in parallel with the second resistor R2, as shown in FIG. A configuration in which the fifth switch S5 is connected may be employed. Further, when there is no need to shorten the time required for one cycle for insulation detection or the like, a configuration without the bypass unit including the fifth switch S5 can be adopted.
[0056]
In addition, the present invention is not limited to the circuit configuration shown in the present embodiment, and a capacitor is connected in series to a DC power supply whose positive terminal side and negative terminal side wiring are insulated from the ground potential portion for a first set time. First switching means, second switching means for connecting the capacitor in series between the positive terminal of the power supply and the ground potential section for a second set time, and between the negative terminal of the power supply and the ground potential section A third switching means for connecting a capacitor in series for a second set time, and a detecting means for detecting a voltage between both terminals of the capacitor after the first, second and third switching means are cut off. If it has the fourth switching means and the like, it can be applied to insulation detection devices having various circuit configurations.
[0057]
【The invention's effect】
According to the present invention, a switch in which an abnormality has occurred can be specified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of an insulation detection device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a flowchart showing an operation of measuring insulation resistance of an embodiment of an insulation detection device to which the present invention is applied.
FIG. 3 is a flowchart showing an operation of a power supply voltage estimation process of an embodiment of the insulation detection device to which the present invention is applied.
FIG. 4 is a time chart showing a charge / discharge state of a capacitor and a voltage reading timing with respect to the operation of each switch unit when the power supply voltage is normal and abnormal.
FIG. 5 is a time chart showing a charge / discharge state of a capacitor and a voltage reading timing with respect to an operation of each switch unit in a process of detecting an abnormality of a second switch.
FIG. 6 is a time chart showing a charge / discharge state of a capacitor and a voltage reading timing with respect to an operation of each switch unit in a process of detecting an abnormality of a first switch.
FIG. 7 is a time chart showing a charging / discharging state of a capacitor and a voltage reading timing with respect to an operation of each switch unit in a process of detecting an abnormality of a third switch.
FIG. 8 is a time chart showing a charge / discharge state of a capacitor and a voltage reading timing with respect to an operation of each switch unit in a process of detecting an abnormality of a fourth switch.
FIG. 9 is a flowchart showing an operation of an insulation resistance measuring process of an embodiment of the insulation detection device to which the present invention is applied.
FIG. 10 is a diagram illustrating a detection error of an insulation resistance value detected during a measurement time of each power supply voltage with respect to the insulation resistance value.
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a modification of the insulation detection device to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
1 Insulation detection device
3 power supply
5a Positive main circuit wiring
5b Negative main circuit wiring
7 Ground potential section
9 Capacitor
11 microcomputer
S1 First switch
S2 Second switch
S3 3rd switch
S4 4th switch
Rp Positive terminal side ground fault resistance
Rn Negative terminal side ground fault resistance
Claims (1)
前記第1のスイッチング手段が、前記電源の正端子に接続された第1のスイッチ部と、前記電源の負端子に接続された第2のスイッチ部とを含み、前記第3のスイッチング手段が、前記第2のスイッチ部と、前記第1のスイッチに直列に接続された第3のスイッチ部とを含み、前記第2のスイッチング手段が、前記第1のスイッチ部と、前記第2のスイッチ部に直列に接続された第4のスイッチ部とを含み、前記第4のスイッチング手段が、前記第3のスイッチ部と前記第4のスイッチ部とを含み、前記第1のスイッチ部と前記第3のスイッチ部との間と、前記第2のスイッチ部と前記第4のスイッチ部との間とに、正側から負側に向かう方向に整流する第1のダイオード及び前記コンデンサを直列に接続し、前記第1のダイオードに並列に、該第1ダイオードと逆方向に整流する第2のダイオードを接続し、前記電圧検出手段を前記第3のスイッチ部と前記第4のスイッチ部との間に接続し、前記電圧検出手段と前記第4のスイッチ部との間を前記接地電位部に接地しており、
前記異常検出手段は、前記第2のスイッチ部のみを第3の設定時間の間閉路した後、前記第4のスイッチング手段を閉路したときの前記電圧検出手段での検出電圧に基づいて前記第1のスイッチ部の異常を判定し、前記第1のスイッチ部のみを第4の設定時間の間閉路した後、前記第4のスイッチング手段を閉路したときの前記電圧検出手段での検出電圧に基づいて前記第2のスイッチ部の異常を判定し、前記第1のスイッチング手段を第5の設定時間の間閉路した後、前記第3のスイッチ部を遮断及び前記第4のスイッチ部を閉路したときの前記電圧検出手段での検出電圧に基づいて前記第3のスイッチ部の異常を判定し、前記第1のスイッチング手段を第6の設定時間の間閉路した後、前記第3のスイッチ部を閉路及び前記第4のスイッチ部を遮断したときの前記電圧検出手段での検出電圧に基づいて前記第4のスイッチ部の異常を検出してなる非接地電源の絶縁検出装置。First switching in which a capacitor is connected in series to a DC power supply whose wiring on the positive terminal side and the negative terminal side are insulated from the ground potential portion for a first set time shorter than the time when the capacitor is completely charged Means, a second switching means for connecting the capacitor in series between a positive terminal of the power supply and the ground potential section for a second set time, and a second switching means for connecting the negative terminal of the power supply and the ground potential section. A third switching means for connecting the capacitor in series for a second set time, and detecting a voltage between both terminals of the capacitor after the first, second and third switching means are shut off. A fourth switching means for connecting a voltage detecting means, and a power supply voltage of the power supply is estimated based on a voltage detected by the voltage detecting means after the first switching means is cut off. Calculating means for determining an insulation resistance of the power supply with respect to the ground potential portion based on the respective detected voltages of the voltage detecting means after the second and third switching means have been cut off; Abnormality detecting means 11 for detecting abnormality occurring in the third and fourth switching means,
The first switching unit includes a first switch unit connected to a positive terminal of the power supply, and a second switch unit connected to a negative terminal of the power supply, wherein the third switching unit includes: The second switch unit; and a third switch unit connected in series to the first switch, wherein the second switching unit includes the first switch unit and the second switch unit. A fourth switch unit connected in series with the first switch unit, the fourth switching unit includes the third switch unit and the fourth switch unit, and the first switch unit and the third switch unit. A first diode and the capacitor, which rectify in the direction from the positive side to the negative side, are connected in series between the first switch section and the second switch section and between the second switch section and the fourth switch section. , In parallel with the first diode The first diode is connected to a second diode that rectifies in the opposite direction, the voltage detection unit is connected between the third switch unit and the fourth switch unit, and the voltage detection unit is connected to the second diode. 4 is grounded to the ground potential section, and
The abnormality detecting means closes only the second switch unit for a third set time, and then, based on a voltage detected by the voltage detecting means when the fourth switching means is closed, based on the first voltage. Is determined based on the voltage detected by the voltage detection unit when the fourth switching unit is closed after the first switching unit is closed for a fourth set time. After the abnormality of the second switch is determined, the first switch is closed for a fifth set time, and then the third switch is turned off and the fourth switch is closed. An abnormality of the third switch unit is determined based on a voltage detected by the voltage detection unit, and after the first switching unit is closed for a sixth set time, the third switch unit is closed and closed. The fourth switch Department said voltage on the basis of the detection voltage by the detection means comprising detecting an abnormality of the fourth switch unit ungrounded power insulating detecting device when blocked.
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