JP2004170149A - Insulation detecting device of non-grounded power source - 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】
さらにこのとき、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構成としている。
【0006】
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電圧検出手段で検出し、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電圧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。
【0007】
ここで、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。このため、本願の発明者らは、各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。この異常検出手段は、上記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となる部品を含む場合、例えば、第2のスイッチ部のみを予め設定した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予め設定した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予め設定した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予め設定した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前記第4のスイッチ部の異常を検出することにより個々のスイッチの異常を検出するものである。
【0008】
【特許文献1】
特開平8−226950号公報(第4−7頁、第1図)
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のような本願の発明者らが考えている絶縁検出装置では、第2のスイッチ部及び第4のスイッチ部が閉路したとき、第2のスイッチ部と第4のスイッチ部とが接地電位部を介して電源に直列に接続され回路を形成する。このため、絶縁状態に異常があり絶縁抵抗が基準となる抵抗値よりも低くなっている状態で第2のスイッチ部に異常があり第2のスイッチ部が閉路状態になっていたり、ショートしている場合、第2のスイッチ部の異常を検出するために、第4のスイッチング手段を閉路してコンデンサの両端子間電圧を検出すると、電圧検出手段には本来のコンデンサの両端子間電圧よりも低い電圧しか印可されない。
【0009】
しかし、本願の発明者らが考えている絶縁検出装置の異常検出手段は、第2のスイッチ部に異常が生じている場合、第2のスイッチ部が正常で有れば検出されない電圧が電圧検出手段で検出されることにより第2のスイッチ部の異常を判定するものであるため、絶縁状態に異常がありかつ第2のスイッチ部に異常がある場合には、第2のスイッチ部の異常を検出できない場合が生じることになる。
【0010】
本発明の課題は、絶縁状態に異常がありかつ第2のスイッチ部に異常がある場合でも、第2のスイッチ部の異常を検出することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の非接地電源の絶縁検出装置は、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のスイッチ部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、異常検出手段により、演算手段で推定した電源の電源電圧がこの電源電圧の異常を判定するための判定電圧以下であることを検出したとき、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く電源の電源電圧の推定を繰り返し、異常検出手段は、予め設定した判定時間の間電源の電源電圧の推定を繰り返したときに推定した電源電圧の値に変化がないとき、第2のスイッチ部の異常を判定する構成とすることにより上記課題を解決する。
【0012】
推定した電源電圧が電源電圧の異常を判定するための判定電圧以下である場合、電源は正常であるが一時的に電源電圧が低くなっているとき、例えば電源の立ち上がり時には、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く電源の電源電圧の推定を繰り返して行くと、推定した電源電圧は上昇し始める。しかし、絶縁状態に異常があり、かつ第2のスイッチ部に異常があるときには、電源の電源電圧の推定を繰り返しても推定した電源電圧は上昇しない。したがって、このような構成とすれば、絶縁状態に異常がありかつ第2のスイッチ部に異常がある場合でも、第2のスイッチ部の異常を検出できる。
【0013】
ところで、電圧検出手段と第4のスイッチ部との間の接地電位部に接地している部分と、第4のスイッチ部との間に抵抗などの部品が設置されている場合、第2のスイッチ部に異常があるときに絶縁抵抗の値が低くなると、接地している部分と第4のスイッチ部との間に設置された抵抗などの部品に印加される電圧が電源電圧に近くなる。さらに、第2のスイッチ部の異常を検出するために電源の電源電圧の推定を繰り返しおこなうと、第4のスイッチング手段が作動して第4のスイッチ部が閉路する度に、絶縁抵抗の値によっては、接地している部分と第4のスイッチ部との間に設置された抵抗などの部品に電源電圧に近い電圧が断続的に印加されることになる。したがって、絶縁抵抗の値が低くなると、この部品にかかるストレスは増大することになり、場合によっては破損してしまう可能性がある。このため、絶縁状態に異常がありかつ第2のスイッチ部に異常がある場合の第2のスイッチ部の異常検出動作によって回路を構成する部品にかかるストレスを低減する必要がある。
【0014】
これに対して、異常検出手段により、演算手段で推定した電源の電源電圧がこの電源電圧の異常を判定するための判定電圧以下であることを検出した場合、電源の電源電圧の推定を繰り返すときの第4のスイッチング手段の作動周期を、電源の電源電圧が正常の場合の第4のスイッチング手段の作動周期よりも長くする構成とする。このような構成とすれば、接地している部分と第4のスイッチ部との間に設置された抵抗などの部品に電源電圧に近い電圧が印加される可能性が有る場合には、第4のスイッチング手段の動作周期、つまり第4のスイッチ部の開閉周期は、電源の電源電圧が正常の場合の周期よりも長くなる。このため、絶縁状態に異常がありかつ第2のスイッチ部に異常がある場合の第2のスイッチ部の異常検出動作によって回路を構成する部品にかかるストレスを低減できる。
【0015】
さらに、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。
【0016】
【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11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、判定電圧と推定した電源電圧との関係及びマイコンのA/Dデータの読み込み周期を説明する図であり、(a)は電源の立ち上がり時を、(b)は絶縁不良が発生しているときの第2スイッチ異常時を示す図である。図6は、第2スイッチの異常検出における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。
【0017】
図7は、第1スイッチの異常検出における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3スイッチの異常検出における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、第4スイッチの異常検出における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10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11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、個別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6乃至図9のタイムチャートでは、個別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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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は、絶縁状態の計測を開始すると、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を行う(ステップ101)。ステップ101では、図3及び図4に示すように、電源電圧推定過程を開始すると、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。
【0024】
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。
【0025】
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)。
【0026】
このようなステップ101の電源電圧推定過程の後、図2に示すように、このステップ101で推定した電源電圧V0sと、電源電圧の異常を検出するために予め設定した判定電圧とを比較して電源3の電源電圧の異常を判定する(ステップ103)。ステップ103において、ステップ101で推定した電源電圧V0sが、図5に示すように判定電圧以下であり電源電圧が異常と判定されると、図2に示すように、電源電圧が変動しているかを判断する(ステップ105)。ステップ105において、図5に示すように電源電圧が変動していない場合には、図2に示すように、ステップ101の電源電圧推定過程におけるA/D変換データの読み込み周期、つまりA/D変換データの読み込みに連動する第3スイッチS3と第4スイッチS4を閉路する周期、さらに言い換えれば第4のスイッチング手段を作動する周期を、電源電圧が正常なとき、またはステップ105において電源電圧が変動しているときのA/D変換データの読み込み周期P1よりも長い周期P2に変更する(ステップ107)。なお、周期P2は、周期P1がコンマ数秒であるのに対して、数秒といったオーダーに設定されている。
【0027】
ステップ107でA/D変換データの読み込み周期を変更した後、図2及び図5に示すように、判定時間hが経過したか否かを判断し(ステップ109)、ステップ109で判定時間hが経過していない場合には、ステップ101に戻る。したがって、図5(b)に示すように電源電圧V0sが判定電圧以下であり、電源電圧V0sにほとんど変動が無かった場合、図2に示すように、判定時間hが経過するまでステップ101〜109を繰り返す。このとき、ステップ107のA/D変換データの読み込み周期の変更は初回のみ行い、判定時間hが経過するまでのステップ101〜109を繰り返すサイクルでは、ステップ107をスキップしA/D変換データの読み込み周期の変更は行わない。このため、ステップ101〜109を繰り返すサイクルにおけるステップ101の電源電圧推定過程は、周期P2で行われる。
【0028】
ステップ109において判定時間hが経過すると、判定時間hの間、電源電圧V0sにほとんど変動が無かったことになるため、異常検出手段であるマイコン11は、S2が故障により閉路したままの状態になっているか、またはその他のショート故障などの異常が発生していると判定し(ステップ111)、例えば絶縁抵抗値の計測を中止し、警報などにより第2スイッチS2の異常を告知する。なお、判定時間hは、周期P2が数秒であるのに対して、数分といったオーダーに設定されている。また、判定時間hは、電源3の使用を開始したときの電源電圧が定格電圧になるまでの時間、つまり電源電圧の立ち上がり時間に応じて決定している。
【0029】
一方、ステップ101〜109を繰り返すサイクルにおいて、図5(a)に示すように電源電圧V0sが上昇すると、ステップ105において、電源3の電源電圧V0sが変動したと判断されるため、第1スイッチS1、第2スイッチS2、第3スイッチS3、そして第4スイッチS4の異常を個別に検出する個別スイッチ異常検出過程(ステップ113)へ進む。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、各スイッチS1、S2、S3、S4にショート状態になっているといった異常が生じている場合にも異常な値を示す。そこで、ステップ103で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考えられるため、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部の特定のため、各スイッチS1、S2、S3、S4を個別に検査する個別スイッチ異常検出過程113を行う。
【0030】
第2スイッチの異常検出では、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。
【0031】
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。
【0032】
一方、第2スイッチS2が故障などにより閉路状態またはショート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。
【0033】
第1スイッチの異常検出では、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。
【0034】
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。
【0035】
一方、第1スイッチS1が故障などにより閉路状態またはショート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7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。
【0036】
第3スイッチの異常検出及び第4スイッチの異常検出は、本実施形態では一つの過程の中で行われる。第3スイッチ及び第4スイッチの異常検出では、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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
一方、第3スイッチS3が故障などにより閉路状態またはショート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。
【0041】
また、第4スイッチS4が故障などにより閉路状態またはショート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9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。
【0042】
なお、図8及び図9は、図4とは異なり、第3スイッチの異常検出及び第4スイッチの異常検出を個別に実施した場合の図を示しており、また、第3スイッチの異常検出は、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。
【0043】
各スイッチの異常検出において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、ステップ103の電源電圧異常判定において電源電圧の異常が検出されなかった場合、絶縁抵抗を計測するための絶縁抵抗計測過程(ステップ115)に進む。ステップ115の絶縁抵抗計測過程では、図示していないスイッチング制御回路は、図4及び図10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)。
【0044】
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。
【0045】
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10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はステップ101の電源電圧推定過程で推定した電源電圧である。
【0046】
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)。
【0047】
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。
【0048】
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10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はステップ101の電源電圧推定過程で推定した電源電圧である。
【0049】
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10に示す、ステップ101からステップ115までの絶縁抵抗の計測サイクルを繰り返す。
【0050】
マイコン11は、1回または複数回の絶縁抵抗の計測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。
【0051】
ここで、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。
【0052】
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。
【0053】
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11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11において、V0計測時間は、第1閉路時間T1を意味し、したがって、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11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。
【0054】
図11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。
【0055】
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11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。
【0056】
ところで、図2に示すステップ103の個別スイッチ異常検出過程における第2スイッチの異常検出では、ショート状態になっているといった異常が第2スイッチに発生している場合、図6に示すように、第1スイッチS1を閉路することによってコンデンサ9が充電される。したがって、この後、第4のスイッチング手段の作動によって第3及び第4スイッチS3、S4が閉路すると、マイコン11のA/Dポートにコンデンサ9の両端子間電圧に対応する電圧が印加され、マイコン11でコンデンサ9の両端子間電圧に対応する電圧が検出されることから第2スイッチS2の異常を検出できる。
【0057】
しかし、図1からわかるように、第2スイッチS2に異常が有りショート状態にある場合、正端子側地絡抵抗Rpの値が接地電位に近くなるに連れて、第4のスイッチング手段が作動して第3及び第4スイッチS3、S4が閉路したときにマイコン11のA/Dポートに印加される電圧は、接地電位に近づくことになる。したがって、絶縁不良が生じているとき、つまり正端子側地絡抵抗Rpの値が基準抵抗値よりも低いときには、第2スイッチS2に異常が発生していても、図4に示すように、マイコン11で異常の発生を判断するような電圧は検出されず、第2スイッチS2の異常を検出できない場合がある。
【0058】
これに対して、本実施形態の絶縁検出装置1では、判定時間hの間繰り返し行ったステップ101の電源電圧推定過程で得た推定した電源電圧V0sにほとんど変化が無いことから第2スイッチS2の異常を検出できる。すなわち、推定した電源電圧が判定電圧以下であっても、例えば電源の立ち上がり時などである場合には、ステップ101の電源電圧推定過程で得た推定した電源電圧V0sは、上昇し始めるが、絶縁不良のときに第2スイッチS2に異常がある場合には、ステップ101の電源電圧推定過程で得た推定した電源電圧V0sは上昇しない。したがって、絶縁状態に異常がありかつ第2のスイッチ部に異常がある場合でも、第2のスイッチ部の異常を検出できる。
【0059】
さらに、図1からわかるように、第2スイッチS2に異常が発生してショート状態にある場合、正端子側地絡抵抗Rpの値が接地電位に近くなるに連れて、第4のスイッチング手段が作動して第3及び第4スイッチS3、S4が閉路したとき、第4抵抗R4に印加される電圧は電源3の電源電圧に近くなる。したがって、推定した電源電圧V0sが判定電圧以下で、第2スイッチS2の異常を検出するためにステップ101の電源電圧推定過程が繰り返し行われるとき、コンマ数秒といった通常の周期P1で第3スイッチS3が断続的に閉路する。これにより、正端子側地絡抵抗Rpの値が接地電位に近くなるに連れて、第4抵抗R4にかかるストレスが増大し、第4抵抗R4が破損する可能性がある。
【0060】
これに対して、本実施形態の絶縁検出装置1では、ステップ101の電源電圧推定過程で得た推定した電源電圧V0sが判定電圧以下であることを検出した場合、電圧検出手段であるマイコン11のA/Dデータの読み込み周期を、電源の電源電圧が正常の場合の第4のスイッチング手段の作動周期P1から、周期P1よりも長い周期P2に変更する。したがって、第4抵抗R4に電源電圧に近い電圧が印加される周期が長くなり、第4抵抗R4にかかるストレスを低減できる。すなわち、絶縁状態に異常がありかつ第2のスイッチ部に異常がある場合の第2のスイッチ部の異常検出動作によって回路を構成する部品にかかるストレスを低減できる。
【0061】
また、第2スイッチS2以外のスイッチS1、S3、S4などの異常の検出方法は、本実施形態のステップ113の異常検出方法に限らず様々な異常検出方法を用いることができる。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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12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。
【0065】
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。
【0066】
【発明の効果】
本発明によれば、絶縁状態に異常がありかつ第2のスイッチ部に異常がある場合でも、第2のスイッチ部の異常を検出できる。
【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】判定電圧と推定した電源電圧との関係及びマイコンのA/Dデータの読み込み周期を説明する図であり、(a)は電源の立ち上がり時を、(b)は絶縁不良が発生しているときの第2スイッチ異常時を示す図である。
【図6】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7】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8】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9】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10】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11】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12】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]
Further, at this time, 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, and the third switching unit includes: A second switch unit; and a third switch unit connected in series to the first switch, wherein second switching means is connected in series to the first switch unit and the second switch unit. A fourth switch unit, wherein the fourth switching means includes a third switch unit and a fourth switch unit, and a second switch unit is provided between the first switch unit and the third switch unit. A first diode, a first resistor, and a capacitor that rectify in the direction from the positive side to the negative side are connected in series between the switch unit S2 and the fourth switch unit. 1 in parallel with the first diode A second diode and a second resistor, which are rectified to each other, are connected in series, the detection means is connected between the third switch section and the fourth switch section, and the detection section is connected between the detection means and the fourth switch section. Is grounded to a ground potential portion.
[0006]
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 voltage 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 the third power supply voltage. By obtaining the insulation resistance with respect to the ground potential portion based on the voltage detected by the voltage detection unit after the switching unit is shut off, the measurement error of the insulation resistance can be reduced and the detection accuracy of the insulation state can be improved.
[0007]
Here, in such an insulation detecting device, if an abnormality occurs in each switching means, an erroneous ground fault resistance value is obtained. For this reason, the inventors of the present application have considered a configuration including an abnormality detection unit that detects an abnormality of each switching unit. When the switching means includes two switch units, that is, parts to be switches, as described above, for example, after the second switch unit is closed for a predetermined time, the abnormality detection unit performs the fourth switching operation. An abnormality of the first switch unit is determined based on the voltage detected by the voltage detection unit when the unit is closed, and only the first switch unit is closed for a preset time, and then the fourth switching unit is closed. An abnormality of the second switch unit is determined based on the voltage detected by the voltage detection unit when the circuit is closed, and after closing the first switching unit for a preset time, the third switch unit is shut off and the second switch unit is closed. After determining the abnormality of the third switch unit based on the voltage detected by the voltage detection unit when the switch unit is closed, and closing the first switching unit for a preset time, The abnormality of each of the switches is detected by detecting the abnormality of the fourth switch on the basis of the voltage detected by the voltage detecting means when the switch is closed and the fourth switch is cut off. .
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-8-226950 (page 4-7, FIG. 1)
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the insulation detection device considered by the present inventors as described above, when the second switch unit and the fourth switch unit are closed, the second switch unit and the fourth switch unit are grounded. A circuit is formed in series with a power supply via a potential section. For this reason, in a state where the insulation state is abnormal and the insulation resistance is lower than the reference resistance value, the second switch section has an abnormality and the second switch section is in a closed state or short-circuited. In this case, when the fourth switching means is closed and the voltage between both terminals of the capacitor is detected in order to detect the abnormality of the second switch section, the voltage detecting means detects a voltage higher than the voltage between both terminals of the capacitor. Only low voltages are applied.
[0009]
However, the abnormality detection means of the insulation detection device considered by the inventors of the present application is such that when an abnormality occurs in the second switch section, a voltage that is not detected if the second switch section is normal is detected by voltage detection. Since the abnormality of the second switch unit is determined by the detection by the means, if the insulation state is abnormal and the second switch unit is abnormal, the abnormality of the second switch unit is determined. In some cases, detection may not be possible.
[0010]
An object of the present invention is to detect an abnormality in the second switch unit even when the insulation state is abnormal and the second switch unit is abnormal.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The insulation detection device for an ungrounded power supply according to 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 portion, and the time shorter than the time required for the capacitor to be fully charged. A first switching means connected for one set time; a second switching means connected in series between a positive terminal of the power supply and a ground potential for a second set time; A third switching means for connecting a capacitor in series between the terminal and the ground potential section for a second set time, and a third switching means for connecting the first, second and third switching means between both terminals of the capacitor. A power supply voltage of a power supply is estimated based on a voltage detected by the fourth switching means for connecting a voltage detection means for detecting a voltage, and the voltage detection means after the first switching means is cut off. No. A calculating means for obtaining an insulation resistance of the power supply with respect to a ground potential portion based on the detection voltages obtained by the detecting means after the third switching means is cut off; and a first, second, third and fourth switching means. Abnormality detecting means for detecting an abnormality that has occurred, wherein the first switching means includes a first switch connected to a positive terminal of the power supply and a second switch connected to a negative terminal of the power supply. Wherein the third switching unit includes a second switch unit and a third switch unit connected in series to the first switch unit, and wherein the second switching unit includes a first switch unit; A fourth switch unit connected in series to the second switch 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 switch unit and the second switch. A first diode and a capacitor that rectify in a direction from the positive side to the negative side are connected in series between the switch section and the fourth switch section, and the first diode and the capacitor are connected in parallel with the first diode. A second diode that rectifies in the reverse direction is connected, the voltage detection means is connected between the third switch section and the fourth switch section, and the ground potential is connected between the voltage detection means and the fourth switch section. The first switching means is shut off when the abnormality detecting means detects that the power supply voltage of the power supply estimated by the arithmetic means is equal to or lower than a judgment voltage for judging the abnormality of the power supply voltage. The estimation of the power supply voltage of the power supply based on the voltage detected by the voltage detection means after that is repeated, and the abnormality detection means changes the power supply voltage value estimated when the estimation of the power supply voltage of the power supply is repeated for a preset determination time. When there is no change The above-mentioned problem is solved by adopting a configuration in which abnormality of the second switch section is determined.
[0012]
When the estimated power supply voltage is equal to or lower than the determination voltage for determining the abnormality of the power supply voltage, the first switching means is used when the power supply is normal but the power supply voltage is temporarily low, for example, when the power supply rises. When the estimation of the power supply voltage of the power supply based on the voltage detected by the voltage detection unit after turning off the power supply is repeated, the estimated power supply voltage starts to increase. However, when the insulation state is abnormal and the second switch unit is abnormal, the estimated power supply voltage does not increase even if the estimation of the power supply voltage of the power supply is repeated. Therefore, with such a configuration, even if the insulation state is abnormal and the second switch unit is abnormal, the abnormality of the second switch unit can be detected.
[0013]
By the way, when a part such as a resistor is installed between a part grounded to a ground potential part between the voltage detecting means and the fourth switch part and the fourth switch part, the second switch If the value of the insulation resistance becomes low when there is an abnormality in the part, the voltage applied to a component such as a resistor installed between the grounded part and the fourth switch part becomes close to the power supply voltage. Further, when the estimation of the power supply voltage of the power supply is repeatedly performed in order to detect the abnormality of the second switch section, every time the fourth switching means is operated and the fourth switch section is closed, the value of the insulation resistance is used. In this case, a voltage close to the power supply voltage is intermittently applied to components such as a resistor provided between the grounded portion and the fourth switch unit. Therefore, when the value of the insulation resistance decreases, the stress applied to this component increases, and in some cases, the component may be damaged. For this reason, it is necessary to reduce the stress applied to the components constituting the circuit by the abnormality detection operation of the second switch when the insulation state is abnormal and the second switch is abnormal.
[0014]
On the other hand, when the abnormality detection means detects that the power supply voltage of the power supply estimated by the calculation means is equal to or less than the determination voltage for determining the abnormality of the power supply voltage, the estimation of the power supply voltage of the power supply is repeated. The operation cycle of the fourth switching means is set to be longer than the operation cycle of the fourth switching means when the power supply voltage of the power supply is normal. With such a configuration, when there is a possibility that a voltage close to the power supply voltage is applied to a component such as a resistor provided between the grounded portion and the fourth switch portion, the fourth The operation cycle of the switching means, that is, the open / close cycle of the fourth switch unit, is longer than the cycle when the power supply voltage of the power supply is normal. For this reason, the stress applied to the components constituting the circuit can be reduced by the abnormality detection operation of the second switch when the insulation state is abnormal and the second switch is abnormal.
[0015]
Further, the abnormality detecting means closes only the second switch for the third set time, and then detects the first switch based on the 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. After judging an abnormality and closing the first switching means for a fifth set time, based on the voltage detected by the voltage detection means when the third switch is turned off and the fourth switch is closed. After the abnormality of the third switch is determined, the first switch is closed for a sixth set time, and then the third switch is closed and the fourth switch is turned off. Based on the detection voltage of A configuration for detecting an abnormality of the switch unit.
[0016]
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. 5A and 5B are diagrams for explaining the relationship between the determination voltage and the estimated power supply voltage and the reading cycle of the A / D data of the microcomputer. FIG. 5A shows the time when the power supply rises, and FIG. FIG. 8 is a diagram showing a second switch abnormality when the switch is on. FIG. 6 is a time chart showing the charging / discharging state of the capacitor and the timing of reading the voltage with respect to the operation of each switch unit in the abnormality detection of the second switch.
[0017]
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 when the abnormality of the first switch is detected. FIG. 8 is a time chart showing the charging / discharging state of the capacitor and the timing of reading the voltage with respect to the operation of each switch unit in the abnormality detection of the third switch. FIG. 9 is a time chart showing the charging / discharging state of the capacitor and the timing of reading the voltage with respect to the operation of each switch unit in the abnormality detection of the fourth switch. FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the insulation resistance measuring process of the insulation detection device according to the present invention. FIG. 11 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 detected voltage VC and the A / D conversion value in the individual switch abnormality detection process show a state where there is no abnormality in the switch, and in the time charts of FIGS. The detection voltage VC and the A / D conversion value in the detection process indicate a state when there is an abnormality in the switch.
[0018]
As shown in FIG. 1, the
[0019]
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.
[0020]
A first switch S1 and a third switch S3 are sequentially connected in series to the positive terminal of the
[0021]
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
[0022]
Accordingly, the first switching means for connecting the capacitor 9 in series with the
[0023]
The operation of the insulation detecting device having such a configuration and the features of the present invention will be described. When starting the measurement of the insulation state, the
[0024]
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 capacitor 9, and R1 is the resistance value of the first resistor R1.
[0025]
On the other hand, the switching control circuit (not shown) detects the voltage VC between both terminals of the capacitor 9 in
[0026]
After the power supply voltage estimation process in
[0027]
After changing the read cycle of the A / D conversion data in
[0028]
When the determination time h elapses in
[0029]
On the other hand, when the power supply voltage V0s rises as shown in FIG. 5A in the cycle in which steps 101 to 109 are repeated, it is determined in
[0030]
In the abnormality detection of the second switch, as shown in FIG. 4, the first switch S1 is closed for a first closing time T1, which is a first set time, for example, in a state where the other switches are shut off. At this time, if there is no abnormality in the second switch S2, a circuit for connecting the capacitor 9 in series to the
[0031]
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 capacitor 9 by the microcomputer 11. To bypass the second resistor R2. As a result, the resistance value of the second resistor R2 is reduced, and the time required for discharging from the capacitor 9 is reduced. After the fifth switch S5 is closed and a predetermined time td1 shorter than the first closed time T1 has elapsed, the fifth switch S5 is opened or shut off, and then the microcomputer 11 outputs the A / D converted data via the A / D port. That is, the voltage VC between both terminals of the capacitor 9 is read, and it is confirmed that the voltage VC is 0 V. Then, the process proceeds to the first switch
[0032]
On the other hand, if there is an abnormality such as the second switch S2 being in a closed state or a short circuit state due to a failure or the like, a circuit in which the capacitor 9 is connected in series to the
[0033]
In the abnormality detection of the first switch, as shown in FIG. 4, the second switch S2 is closed, for example, for a first closing time T1, which is a first set time, while the other switches are shut off. At this time, if there is no abnormality in the first switch S1, a circuit for connecting the capacitor 9 to the
[0034]
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 capacitor 9 by the microcomputer 11. To bypass the second resistor R2. As a result, the resistance value of the second resistor R2 is reduced, and the time required for discharging from the capacitor 9 is reduced. After the fifth switch S5 is closed and a predetermined time td1 shorter than the first closed time T1 has elapsed, the fifth switch S5 is opened or shut off, and then the microcomputer 11 outputs the A / D converted data via the A / D port. That is, the voltage VC between both terminals of the capacitor 9 is read, and it is confirmed that the voltage VC is 0V.
[0035]
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 capacitor 9 is connected in series to the
[0036]
The abnormality detection of the third switch and the abnormality detection of the fourth switch are performed in one process in the present embodiment. In the abnormality detection of the third switch and the fourth switch, as shown in FIG. 4, the first switch S1 and the second switch S2 are set to a first closed time T1 which is, for example, a first set time while the other switches are shut off. Closed during That is, a circuit for connecting the capacitor 9 in series with the
[0037]
At this time, if there is no abnormality in the third switch S3, a circuit to which the microcomputer 11 for detecting the voltage between both terminals of the capacitor 9 is connected, and a second resistor R2, a third resistor R3, and a fourth resistor R4 are included. No discharge circuit from the capacitor 9 is formed. Here, when the microcomputer 11 reads the voltage VC between both terminals of the capacitor 9 via the A / D port, no voltage is applied to the A / D port of the microcomputer 11 and the microcomputer 11 does not detect the voltage. Since the voltage is not detected by the microcomputer 11, the microcomputer 11 as the abnormality detecting means determines that the third switch S3 has no abnormality.
[0038]
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, a circuit to which the microcomputer 11 for detecting the voltage between both terminals of the capacitor 9 is connected, and a second resistor R2, a third resistor R3, and a fourth resistor R4 are included. No discharge circuit from the capacitor 9 is formed. Here, when the microcomputer 11 reads the voltage VC between both terminals of the capacitor 9 via the A / D port, no voltage is applied to the A / D port of the microcomputer 11 and the microcomputer 11 does not detect the voltage. Since the voltage is not detected by the microcomputer 11, the microcomputer 11 as the abnormality detecting means determines that the fourth switch S4 has no abnormality.
[0039]
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 capacitor 9 is reduced. After the fifth switch S5 is closed and a predetermined time td1 shorter than the first closed time T1 has elapsed, the fifth switch S5 is opened or shut off, and then the microcomputer 11 outputs the A / D converted data via the A / D port. That is, the voltage VC between both terminals of the capacitor 9 is read, and it is confirmed that the voltage VC is 0V. Proceed to the insulation
[0040]
On the other hand, if 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 circuit is formed in which the microcomputer 11 for detecting the voltage between both terminals of the capacitor 9 is formed, and , The second resistor R2, the third resistor R3, and the fourth resistor R4. Therefore, when the microcomputer 11 reads the voltage VC between both terminals of the capacitor 9 via the A / D port, as shown in FIG. 8, the abnormality of the third switch S3 causes the A / D port of the microcomputer 11 to connect the capacitor 9 to the A / D port. Since the voltage VC between both terminals is applied, the microcomputer 11 detects a voltage corresponding to the voltage VC between both terminals of the capacitor 9. When the voltage corresponding to the voltage VC between both terminals of the capacitor 9 is detected, the microcomputer 11 as the abnormality detecting means determines that the third switch S3 is abnormal, and stops measuring the insulation resistance value, for example. Notify an abnormality by alarm.
[0041]
Further, when there is an abnormality such as the fourth switch S4 being closed or short-circuited due to a failure or the like, a circuit is formed in which the microcomputer 11 for detecting the voltage between both terminals of the capacitor 9 is formed, and , The second resistor R2, the third resistor R3, and the fourth resistor R4. Therefore, when the microcomputer 11 reads the voltage VC between the two terminals of the capacitor 9 through the A / D port, as shown in FIG. 9, the abnormality of the fourth switch S4 causes the capacitor 9 to be connected to the A / D port of the microcomputer 11. Since the voltage VC between both terminals is applied, the microcomputer 11 detects a voltage corresponding to the voltage VC between both terminals of the capacitor 9. When the voltage corresponding to the voltage VC between both terminals of the capacitor 9 is detected, the microcomputer 11 as the abnormality detecting means determines that the fourth switch S4 is abnormal, and stops measuring the insulation resistance value, for example. Notify an abnormality by alarm.
[0042]
FIGS. 8 and 9 are diagrams different from FIG. 4 in a case where the abnormality detection of the third switch and the abnormality detection of the fourth switch are individually performed. , The third switch S3 and the fourth switch S4 are simultaneously closed, and then only the third switch S3 is cut off.
[0043]
If no switch abnormality is detected in the abnormality detection of each switch, that is, if it is detected that the power supply voltage itself is abnormal, or as shown in FIG. 2 and FIG. If no abnormality in the power supply voltage is detected in step (1), the process proceeds to an insulation resistance measuring step (step 115) for measuring the insulation resistance. In the insulation resistance measurement process of
[0044]
That is, a circuit in which the capacitor 9 is connected in series between the positive terminal of the
[0045]
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 capacitor 9, R1 is the resistance value of the first resistor R1, and the power supply voltage V0s is the power supply voltage estimation in
[0046]
On the other hand, the switching control circuit (not shown) detects the voltage VC between both terminals of the capacitor 9 in
[0047]
If it is confirmed in
[0048]
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 capacitor 9, R1 is the resistance value of the first resistor R1, and the power supply voltage V0s is the power supply voltage estimation in
[0049]
On the other hand, the switching control circuit (not shown) detects the voltage VC between both terminals of the capacitor 9 in
[0050]
The microcomputer 11 determines the insulation state from the values of the ground fault resistance Rp on the positive terminal side and the ground fault resistance Rn on the negative terminal side of the
[0051]
Here, as can be seen from the equations (2) and (3), if the capacitance C of the capacitor 9 and the resistance value R1 of the first resistor R1 vary due to a difference between products or a temperature change, the positive terminal of the
[0052]
On the other hand, in the
[0053]
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
[0054]
As can be seen from FIG. 11, the case where detection is performed by the
[0055]
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 judging insulation failure is set to RΩ in FIG. 11, it is preferable to select 2t seconds as the first closing time T1, and at this time, ± 10 %, Whereas the
[0056]
By the way, in the abnormality detection of the second switch in the individual switch abnormality detection process of
[0057]
However, as can be seen from FIG. 1, when the second switch S2 is abnormal and is in a short circuit state, the fourth switching means operates as the value of the positive terminal side ground fault resistance Rp approaches the ground potential. Thus, when the third and fourth switches S3 and S4 are closed, the voltage applied to the A / D port of the microcomputer 11 approaches the ground potential. Therefore, when insulation failure occurs, that is, when the value of the positive terminal side ground fault resistance Rp is lower than the reference resistance value, even if an abnormality has occurred in the second switch S2, as shown in FIG. In some cases, a voltage that determines the occurrence of an abnormality in 11 is not detected, and an abnormality of the second switch S2 may not be detected.
[0058]
On the other hand, in the
[0059]
Further, as can be seen from FIG. 1, when an abnormality occurs in the second switch S2 and the second switch S2 is in a short-circuit state, as the value of the positive terminal side ground fault resistance Rp becomes closer to the ground potential, the fourth switching means is switched. When the third and fourth switches S3 and S4 are activated and closed, the voltage applied to the fourth resistor R4 becomes close to the power supply voltage of the
[0060]
On the other hand, in the
[0061]
Further, the abnormality detection method of the switches S1, S3, S4, etc. other than the second switch S2 is not limited to the abnormality detection method of
[0062]
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.
[0063]
In addition, in the
[0064]
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.
[0065]
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.
[0066]
【The invention's effect】
According to the present invention, even when the insulation state is abnormal and the second switch unit is abnormal, the abnormality of the second switch unit can be detected.
[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.
5A and 5B are diagrams illustrating a relationship between a determination voltage and an estimated power supply voltage and a read cycle of A / D data of a microcomputer, wherein FIG. FIG. 6 is a diagram showing a second switch abnormality when the switch is in an abnormal state.
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 second 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 first 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 third switch.
FIG. 9 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. 10 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. 11 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. 12 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 (2)
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、
前記異常検出手段により、前記演算手段で推定した電源の電源電圧が該電源電圧の異常を判定するための判定電圧以下であることを検出したとき、前記第1のスイッチング手段を遮断後の前記電圧検出手段での検出電圧に基づく前記電源の電源電圧の推定を繰り返し、前記異常検出手段は、予め設定した判定時間の間、前記電源の電源電圧の推定を繰り返したときに推定した電源電圧の値に変化がないとき、前記第2のスイッチ部の異常を判定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 calculating an insulation resistance of the power supply with respect to the ground potential portion based on the respective detection voltages of the detecting means after the second and third switching means have been cut off; and the first, second and third calculating means. And abnormality detecting means for detecting an abnormality occurring in the 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
When the abnormality detection unit detects that the power supply voltage of the power supply estimated by the calculation unit is equal to or lower than a determination voltage for determining abnormality of the power supply voltage, the voltage after shutting off the first switching unit. The estimation of the power supply voltage of the power supply based on the detection voltage of the detection means is repeated, and the abnormality detection means estimates the value of the power supply voltage when the estimation of the power supply voltage of the power supply is repeated for a preset determination time. And an insulation detection device for an ungrounded power supply which determines an abnormality of the second switch section when there is no change in the second switch section.
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