JP2006208222A

JP2006208222A - 絶縁抵抗測定装置、電源供給システム、車両および絶縁抵抗測定方法

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Publication number: JP2006208222A
Application number: JP2005021279A
Authority: JP
Inventors: Kenji Uchida; 健司内田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】周期的に切り換えが行われるスイッチを含む電気回路の絶縁抵抗を正確に測定する装置および方法、ならびにそのような装置を備えた電源供給システムを提供する。
【解決手段】昇圧コンバータ回路１４は、目標昇圧比と現昇圧比との比較に基づいて昇圧比が調整されるフィードバック制御状態と、目標昇圧比に昇圧比が固定されるオープン制御状態のいずれかの状態で動作する。昇圧比選択部６４が走行状態制御部６６の側を選択しているときにはフィードバック制御状態となり、昇圧比選択部６４が一定昇圧比生成部６２の側を選択しているときにはオープン制御状態となる。測定制御部６０は、昇圧比算出部５６が算出した昇圧比に基づいて昇圧比選択部６４を制御する。電動機電源供給システム１においては、昇圧コンバータ回路１４がフィードバック制御状態にあるときには絶縁抵抗測定部３０による絶縁抵抗の測定が禁止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性筐体に収納された電気回路の該導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置、導電性筐体に収納された電源供給回路から電源を出力するとともに電源供給回路の該導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する電源供給システム、および導電性筐体に収納された電気回路の該導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する方法に関する。

ハイブリッド車や電気自動車を駆動する電動機には、車両に搭載された燃料電池等の電動機用電池から電源が供給される。図５に従来から用いられている電動機電源供給システム５の構成を示す。このシステムは、電動機用電池１２から電動機５０に電源を供給するための電気回路等を組み合わせて構成されたものである。図５における接地記号は車体の電位と同電位にあることを示す。電動機用電池１２から電動機５０に電源を供給する電源供給部１０は、電動機用電池１２、昇圧コンバータ回路１４、電圧計１８および２０、ならびにインバータ回路１６を備える。電動機５０には誘導機等の交流電動機が適用されるため、電源供給部１０では電動機用電池１２の直流電圧が昇圧コンバータ回路１４によって昇圧され、インバータ回路１６によって交流に変換される。

電源供給部１０における給電線ａと給電線ａ’との間および給電線ｂと給電線ｂ’との間には、数１００Ｖを超える高電圧が印加されるため、給電線ａおよび給電線ａ’を含むループＬ₁、ならびに給電線ｂおよび給電線ｂ’を含むループＬ₂は車体から絶縁される。それは仮に、ループＬ₁またはループＬ₂の低電位側、例えば給電線ｂ’を車体と同電位化してしまうと、高電位側の給電線ｂが低抵抗を介して車体の一部に接触したときに、感電事故やスパークによる火災事故が引き起こされる危険があるためである。

このような事故を防ぐため、電源供給部１０が備える回路の車体に対する絶縁抵抗は十分大きく維持されている必要があり、車両の振動や衝突事故などによって絶縁状態が破壊された場合には即時それを検出する手段が必要である。そのため、電動機電源供給システム５には車体に対する絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定部３０を設け、随時当該絶縁抵抗を測定し、それが正常値であるか否かを表示部４０に表示する構成とすることが好ましい。

なお、車体を接地導体とみなしたとき、電源供給部１０が備える回路の給電線ａおよび給電線ａ’、あるいは給電線ｂおよび給電線ｂ’に同相で現れる対接地電圧をコモンモード電圧と称する。また、給電線ａおよび給電線ａ’、あるいは給電線ｂおよび給電線ｂ’に同相で流れる電流をコモンモード電流と称する。上述の電源供給部１０が備える回路の車体に対する絶縁抵抗は、コモンモード電圧およびコモンモード電流に基づいて定義されるコモンモード抵抗に他ならない。

図６に絶縁抵抗測定部３０の構成を示す。図６においては、測定対象である電源供給部１０の絶縁抵抗およびその値をＲ_iと表記している。絶縁抵抗測定部３０は、測定用電源３２によって電源供給部１０の測定点Ｍへコモンモード電流を故意に流し、波高値測定端子Ｐの電圧波高値を電圧波高値測定手段３４によって測定する。ここに、抵抗Ｒ₀の抵抗値、コンデンサＣ₁およびＣ₂の容量は一定値であり既知であるものとする。また、絶縁抵抗Ｒ_iは直流に対する抵抗値であるため、測定用電源３２が出力する交流電圧の基本周波数は、絶縁抵抗Ｒ_iとして直流に対するものが十分正確に測定できる程度にまで低い値とする。電圧波高値測定手段３４は、それに対応して測定用電源３２が出力する電圧の基本周波数成分を検出可能であるものを用いる。なお、図６のコンデンサＣ₁は絶縁抵抗測定部３０と電源供給部１０とを直流的に絶縁するためのものであり、コンデンサＣ₂は測定点Ｍに現れるノイズを除去するためのものである。

電圧波高値測定手段３４によって測定された電圧波高値は、絶縁抵抗算出手段３６に入力される。当該電圧波高値は、抵抗Ｒ₀の抵抗値と波高値測定端子Ｐから右側を見たインピーダンスとで定まる分圧比、および測定用電源３２の電圧波高値によって定まり、波高値測定端子Ｐから右側を見たインピーダンスは絶縁抵抗Ｒ_iによって一義的に定まる。したがって、測定される電圧波高値と絶縁抵抗Ｒ_iとの関係は一義的に対応づけられるため、絶縁抵抗算出手段３６はその対応関係によって絶縁抵抗Ｒ_iを算出する。絶縁抵抗算出手段３６が算出した絶縁抵抗Ｒ_iは図５の表示部４０に入力され、表示部４０は絶縁抵抗Ｒ_iとともに当該絶縁抵抗が正常値であるか否かを表示する。絶縁抵抗測定部３０の測定原理から明らかなように、電動機電源供給システム５の測定点Ｍに現れるコモンモード電圧は、測定用電源３２に基づいて現れかつ電圧波高値測定手段３４で検出される周波数成分の振幅が安定していること等が、正確な絶縁抵抗測定の観点から好ましいといえる。

なお、次の特許文献には、抵抗値測定等における誤測定を防止可能な絶縁抵抗計についての技術が開示されている。
特開平１０−１１１３２８号公報

図５の電源供給部１０が備える昇圧コンバータ回路１４は、昇圧比制御部５４によって昇圧比が制御される。昇圧コンバータ回路１４の入力には電圧計１８が、昇圧コンバータ回路１４の出力には電圧計２０が接続されており、これらの測定値に基づいて昇圧比算出部５６は昇圧コンバータ回路１４の現時点における昇圧比を算出し、その値を昇圧比制御部５４に入力する。

昇圧比制御部５４は車両走行状態を制御する走行状態制御部５２から、昇圧コンバータ回路１４の昇圧比の目標値である目標昇圧比の入力を受ける。そして、昇圧コンバータ回路１４の昇圧比が目標昇圧比と一致するよう昇圧コンバータ回路１４を制御する。昇圧コンバータ回路１４の昇圧比の制御は、昇圧比制御部５４から昇圧コンバータ回路１４に入力する昇圧比制御信号の波形を決定する波形パラメータを調整することによって行われる。なお、昇圧比制御信号は信号線ｄ₁および信号線ｄ₂から構成される差動対によって入力され、昇圧比制御信号が矩形波信号である場合には、波形パラメータとしてはデューティ比等がある。

電動機５０は、昇圧コンバータ回路１４が出力する電圧に基づいて回転し車両を駆動する。車両の速度、加速度等の走行状態は、電動機５０の回転数、トルク等の回転状態や、運転者によるアクセル操作、ギア操作、ブレーキ操作等の車両の操作状態等によって定まる。

電動機５０の回転状態に関する情報や、車両の操作状態に関する情報等は、走行状態制御部５２に入力される。電動機５０として誘導機を適用した場合、回転数はインバータ回路１６から出力される交流電圧の周波数に比例し、トルクは昇圧コンバータ回路１４の出力電圧によって定まる、インバータ回路１６から出力される交流電圧の振幅に比例する。そこで、走行状態制御部５２は、電動機５０の回転状態に関する情報および車両の操作状態に関する情報に基づいて、インバータ回路１６の出力電圧の周波数を制御し、昇圧コンバータ回路１４の目標昇圧比を決定して昇圧比制御部５４に入力する。このように、走行状態制御部５２は、車両の走行状態に基づいて目標昇圧比を昇圧比制御部５４に入力するため、昇圧コンバータ回路１４は車両走行状態に基づくフィードバック制御を受けているといえる。

昇圧比制御部５４は、電動機用電池１２とは別に設けられた車両用電池（図示せず。）から一部の電源を得ている。そして、車両用電池は車体に接地されているため、昇圧比制御部５４の接地電位は車体の電位と同一となる。

昇圧比制御部５４は、昇圧コンバータ回路１４に入力する昇圧比制御信号の波形パラメータを調整することによって昇圧比を制御する。そのため、昇圧コンバータ回路１４は、信号線ｄ₁および信号線ｄ₂を介して制御端子ｆ₁およびｆ₂において昇圧比制御部５４に電気的に接続されている。そして、昇圧比制御部５４の接地電位は車体と同電位にあることから、信号線ｄ₁および信号線ｄ₂に誘起されるコモンモード電圧は昇圧コンバータ回路１４を含むループＬ₁およびループＬ₂に誘起されるコモンモード電圧を決定する一要素となる。すなわち、昇圧比制御信号の波形パラメータを調整するために昇圧比制御部５４の動作状態が変動すると、信号線ｄ₁および信号線ｄ₂に生じるコモンモード電圧がそれに伴って変動し、ループＬ₁およびループＬ₂に誘起されるコモンモード電圧もまた変動するのである。

また、一般に、スイッチが設けられた電気回路に誘起されるコモンモード電圧は、スイッチの切り換えによる電流経路の変化に伴って変動する。昇圧コンバータ回路１４の内部には昇圧動作用のスイッチが設けられており、昇圧比制御信号の波形パラメータに従った当該スイッチの開閉動作によって入力電圧の昇圧が行われる。昇圧コンバータ回路１４の内部では、この開閉動作に応じて電流経路が変化し、これに伴ってループＬ₁およびループＬ₂に誘起されるコモンモード電圧が変動する。

このようにしてループＬ₁およびループＬ₂に誘起されるコモンモード電圧の変動のうち、電圧波高値測定手段３４が検出する電圧の周波数と同一の周波数で変動する成分は、絶縁抵抗測定部３０で測定される絶縁抵抗の測定誤差を増大させる。ここで、電圧波高値測定手段３４が検出する電圧の周波数は、直流に対する絶縁抵抗が測定可能なできるだけ低い値に設定されている。したがって、昇圧比制御部５４の動作状態が変動する周波数や、昇圧コンバータ回路１４が備えるスイッチの開閉動作の周波数が、電圧波高値測定手段３４が検出する電圧の周波数よりも十分高い値において一定の値に固定されていれば、絶縁抵抗の測定誤差が生じることはない。この状態は、昇圧比制御信号の波形パラメータが一定であり、昇圧コンバータ回路１４の内部に設けられているスイッチのオン状態の周期およびオフ状態の周期が一定である状態に相当する。しかしながら、昇圧コンバータ回路１４の昇圧比を調整するために昇圧比制御信号の波形パラメータを変動させ、昇圧コンバータ回路１４の内部に設けられているスイッチのオン状態の周期およびオフ状態の周期が変動すると、ループＬ₁およびループＬ₂に誘起されるコモンモード電圧が、電圧波高値測定手段３４が検出する電圧の周波数近傍の周波数で変動し、絶縁抵抗の測定誤差が増大してしまう。

したがって、昇圧コンバータ回路１４に対し車両走行状態に基づくフィードバック制御が施され、制御が収束していない状態においては、収束動作の一環としての昇圧比の増減に伴って昇圧比制御信号の波形パラメータが変動し、絶縁抵抗測定部３０で測定される絶縁抵抗の測定誤差が増大することとなる。また、制御が収束して定常状態にあるときは、理想的には、昇圧コンバータ回路１４の昇圧比の増減値は零となり、昇圧比制御部５４および昇圧コンバータ回路１４の動作状態が変動することはない。しかしながら、実際には、フィードバック制御ループの応答特性によって昇圧比の増減値は零とはならずある値の範囲内で変動する。したがって、フィードバック制御が定常状態にあるか否かにかかわらず昇圧比の増減値は零とはならず、縁抵抗測定部３０で測定される絶縁抵抗の測定誤差が増大することとなる。

本発明は、このような課題に対してなされたものであり、周期的に切り換えが行われるスイッチを含む電気回路の絶縁抵抗を正確に測定する装置および方法、ならびに周期的に切り換えが行われるスイッチを含む電気回路を適用した電源供給回路を備えるとともに、当該電源供給回路の絶縁抵抗を正確に測定する手段を備える電源供給システムを提供する。

本発明は、導電性筐体に収納された電気回路の該導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置であって、電気回路は、周期的に切り換えが行われるスイッチを含み、絶縁抵抗測定装置は、前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期とを固定した上で前記絶縁抵抗の測定を行うことを特徴とする。

また、本発明は、導電性筐体に収納された電気回路の該導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置であって、電気回路は昇圧比が可変である昇圧コンバータ回路を含み、昇圧コンバータ回路は、周期的に切り換えが行われるスイッチを含み、昇圧コンバータ回路の昇圧比は、前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期のいずれかを変化させることによって変化し、絶縁抵抗測定装置は、前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期とを固定した上で前記絶縁抵抗の測定を行うことを特徴とする。

また、本発明は、導電性筐体に収納された電気回路の該導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置であって、電気回路は昇圧コンバータ回路を含み、昇圧コンバータ回路は、周期的に切り換えが行われるスイッチを含み、昇圧コンバータ回路の昇圧比は、前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期のいずれかを変化させることによって調整され、昇圧コンバータ回路は、目標昇圧比と現昇圧比との比較に基づいて昇圧比が調整されるフィードバック制御状態と、目標昇圧比に昇圧比が固定されるオープン制御状態のいずれかの状態で動作し、絶縁抵抗測定装置は、昇圧コンバータ回路がオープン制御状態にあるときの前記絶縁抵抗の測定を行うことを特徴とする。

また、本発明は、導電性筐体に収納された電源供給回路と、電源供給回路に含まれる昇圧コンバータ回路と、昇圧コンバータ回路に含まれる周期的に切り換えが行われるスイッチと、電源供給回路の導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定部と、を含み、電源供給回路から電源を出力するとともに電源供給回路の導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する電源供給システムであって、昇圧コンバータ回路の昇圧比は、前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期のいずれかを変化させることによって調整され、昇圧コンバータ回路は、目標昇圧比と現昇圧比との比較に基づいて昇圧比が調整されるフィードバック制御状態と、目標昇圧比に昇圧比が固定されるオープン制御状態のいずれかの状態で動作し、絶縁抵抗測定部は、昇圧コンバータ回路がオープン制御状態にあるときの前記絶縁抵抗の測定を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る電源供給システムにおいては、昇圧コンバータ回路の昇圧比の時間変動値が、予め定められた時間内において予め定められた値未満であるときには、昇圧コンバータ回路をオープン制御状態で動作させる構成とすることが好適である。

また、本発明に係る電源供給システムは、車両を駆動する電動機の電源供給システムとして好適である。当該車両は、走行状態を制御する走行状態制御部を含み、走行状態制御部は、走行状態の制御に応じて本発明に係る電源供給システムが備える昇圧コンバータ回路に目標昇圧比を与え、フィードバック制御状態で動作させる構成とすることが好適である。

また、本発明は、導電性筐体に収納された電気回路の該導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定方法であって、電気回路は、周期的に切り換えが行われるスイッチを含み、前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期とを固定した上で前記絶縁抵抗の測定を行うステップを含むことを特徴とする。

また、本発明は、導電性筐体に収納された電気回路の該導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定方法であって、電気回路は昇圧比が可変である昇圧コンバータ回路を含み、昇圧コンバータ回路は、周期的に切り換えが行われるスイッチを含み、昇圧コンバータ回路の昇圧比は、前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期のいずれかを変化させることによって変化し、前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期とを固定した上で前記絶縁抵抗の測定を行うステップを含むことを特徴とする。

本発明によれば、周期的に切り換えが行われるスイッチを含む電気回路の絶縁抵抗を、当該電気回路を動作させつつ正確に測定することが可能となる。ここに、電気回路の絶縁抵抗とは、電気回路を収納する導電性筐体に対する当該電気回路の絶縁抵抗をいう。

また、周期的に切り換えが行われるスイッチを含む電気回路を適用した電源供給回路から電源を出力するとともに、電源供給回路の絶縁抵抗を測定する電源供給システムにおいて、絶縁抵抗を当該電源供給回路を動作させつつ正確に測定することが可能となる。ここに、電源供給回路の絶縁抵抗とは、電源供給回路を収納する導電性筐体に対する当該電源供給回路の絶縁抵抗をいう。

図１に本発明の第１の実施形態に係る電動機電源供給システム１の構成を示す。図５に示す電動機電源供給システム５と同一の構成部には同一の符号を付する。この電源供給システムは、ハイブリッド車や電気自動車等の車両を駆動する電動機５０に電源を供給するものであり、図１における接地記号は車体の電位と同電位にあることを示す。

いま、昇圧比選択部６４が走行状態制御部６６の側、すなわちｇ側に接続されているものとする。この状態は、図５の電動機電源供給システム５においてフィードバック制御が行われている状態と同一である。電動機用電池１２の直流電圧は昇圧コンバータ回路１４に印加され、昇圧コンバータ回路１４の制御端子ｆ₁および制御端子ｆ₂に入力される昇圧比制御信号によって定まる昇圧比を以て昇圧される。昇圧用コンバータ回路としては、昇圧チョッパ回路を適用することが好適である。この場合、制御端子ｆ₁には図２のようにデューティ比αの矩形波信号を、制御端子ｆ₂にはデューティ比１−αの矩形波信号をそれぞれ入力する。ただし、図２では接地電位を０Ｖとして波形を描いている。制御端子ｆ₁に入力される信号の交流成分と制御端子ｆ₂に入力される信号の交流成分は、互いに逆相の関係にある。昇圧チョッパ回路は、制御端子ｆ₁と制御端子ｆ₂との間の差動電位に基づいて制御され、昇圧比はデューティ比αによって決定される。なお、ここでは昇圧コンバータ回路１４として昇圧チョッパ回路を適用する場合について説明しているが、その他の昇圧回路を適用することも可能である。この場合、昇圧比制御信号の波形パラメータとして適用する昇圧回路に適合したものを用いることとなる。

昇圧コンバータ回路１４の出力電圧はインバータ回路１６に印加される。インバータ回路１６は回路内部のスイッチを開閉動作させることより出力に交流電圧を発生させる。交流電圧の周波数は当該スイッチの開閉周波数によって定まる。また、車両用電動機としては、３相交流電源で駆動される誘導機を用いることが好適であり、その場合、インバータ回路１６としては３相インバータ回路を適用すればよい。

電動機５０はインバータ回路１６から出力される交流電圧によって回転し車両を駆動する。車両の速度、加速度等は、電動機５０の回転数、トルク等の回転状態や、運転者によるアクセル操作、ギア操作、ブレーキ操作等の車両の操作状態等によって定まる。

電動機５０の回転状態に関する情報や、車両の操作状態に関する情報等は、走行状態制御部６６に入力される。電動機５０として誘導機を適用した場合、回転数はインバータ回路１６から出力される交流電圧の周波数に比例し、トルクは昇圧コンバータ回路１４の出力電圧によって定まる、インバータ回路１６から出力される交流電圧の振幅に比例する。そこで、走行状態制御部６６は、電動機５０の回転状態に関する情報および車両の操作状態に関する情報に基づいて、インバータ回路１６におけるスイッチの開閉周波数を制御し、昇圧コンバータ回路１４の昇圧比を制御するよう昇圧比制御部５４に目標昇圧比を入力する。なお、ここでは電動機５０として誘導機を適用した場合について説明したが、その他の交流電動機を適用した場合、その交流電動機を制御するのに必要な物理量を以て、走行状態制御部６６による制御を行えばよいことはいうまでもない。

電動機５０がインバータ回路１６から出力される交流電圧によって回転する傍ら、電圧計１８は昇圧コンバータ回路１４の入力電圧を測定し、電圧計２０は昇圧コンバータ回路１４の出力電圧を測定し、それぞれの測定値は昇圧比算出部５６に入力される。昇圧比算出部５６は、電圧計１８および電圧計２０の測定値に基づいて、昇圧コンバータ回路１４の現時点における昇圧比を算出し、その値を昇圧比制御部５４に入力する。

昇圧比制御部５４は走行状態制御部６６から入力された目標昇圧比に基づいて昇圧コンバータ回路１４の昇圧比を制御する。昇圧コンバータ回路１４の昇圧比の制御は、昇圧比制御部５４から昇圧コンバータ回路１４に入力する昇圧比制御信号の波形パラメータを調整することによって行われる。波形パラメータは、昇圧コンバータ回路１４として昇圧チョッパ回路を適用した場合にはデューティ比αとなる。

昇圧コンバータ回路１４が走行状態制御部６６によるフィードバック制御を受けている状態においては、正確な絶縁抵抗の測定が不可能となることは上述の通りである。本実施形態は、次に説明する動作処理によって絶縁抵抗の正確な測定を可能にしたものである。説明においては図１および図３を参照する。

図３は、絶縁抵抗測定処理（Ｓ０）の流れを示す。処理の開始直後には、図１の昇圧比選択部６４は、測定制御部６０の制御によってｇ側を選択しており、昇圧コンバータ回路１４に対するフィードバック制御を行っている状態にある（Ｓ１）。この測定制御部６０は、昇圧比算出部５６が算出した昇圧比に基づいて昇圧比選択部６４および絶縁抵抗測定部３０の制御を行うものである。

昇圧コンバータ回路１４に対してフィードバック制御が行われている状態においては、測定点Ｍにフィードバック制御ループの応答特性等に基づくコモンモード電圧の変動が生じ、絶縁抵抗測定部３０による絶縁抵抗の測定を正確に行うことができない。そこで、測定制御部６０は、昇圧比選択部６４にｇ側を選択させているときには、絶縁抵抗測定部３０による絶縁抵抗の測定を禁止する（Ｓ２）。

車両が急カーブや交差点の多い道路を走行している状態においては、電動機５０のトルクや回転数を走行状態に応じて変化させる必要があるため、走行状態制御部６６および昇圧比制御部５４によって制御される昇圧コンバータ回路１４の昇圧比は、走行状態に適応して変動する。

一方、高速道路のように単調な道路を一定速度で走行している状態においては、電動機５０のトルクや回転数の変化は、急カーブや交差点の多い道路を走行している状態における電動機５０のトルクや回転数の変化に比較して小さく、昇圧比の変動もそれに伴って小さい。このような場合、昇圧コンバータ回路１４に対してフィードバック制御を行う必要はなく、一定値に固定された昇圧比を与えるオープン制御によって車両の走行が可能であると考えられる。

そこで、測定制御部６０は昇圧比算出部５６が算出した昇圧比を監視し、予め定められた時間内における当該昇圧比の変動値が予め定められた閾値未満であれば、昇圧コンバータ回路１４に対するオープン制御を行うよう、電動機電源供給システム１の状態を切り換える（Ｓ３、Ｓ４）。すなわち、測定制御部６０は、予め定められた時間内において昇圧比の変動値が予め定められた閾値未満であれば、昇圧比選択部６４に一定の昇圧比を出力する一定昇圧比生成部６２の側（ｈ側）を選択させる。当該時間および昇圧比の変動値の閾値は、走行が予想される道路状況や、絶縁抵抗を測定する必要頻度に応じて決定すればよい。一定昇圧比生成部６２が出力する一定の昇圧比は、昇圧比選択部６４がｈ側を選択した時点における昇圧コンバータ回路１４の昇圧比とする。こうすることにより、昇圧比制御部５４は入力された昇圧比と一致するよう昇圧コンバータ回路１４の昇圧比を制御するため、昇圧比選択部６４がｈ側を選択した時点以降は、選択時点における昇圧比に昇圧コンバータ回路１４の昇圧比が固定されることとなる。なお、図３のＳ３において昇圧比の変動値が予め定められた値以上と判断されれば、フィードバック制御は継続される（Ｓ３）。

また、測定制御部６０は、昇圧比選択部６４にｈ側を選択させると同時に、絶縁抵抗測定部３０による絶縁抵抗の測定を許可する。絶縁抵抗の測定が許可された絶縁抵抗測定部３０は絶縁抵抗を測定し、表示部４０に測定結果を表示する（Ｓ５）。表示部４０は、絶縁抵抗のみならず測定された絶縁抵抗が正常であるか異常であるかの表示を行うとともに、異常である場合には警告表示等を行う構成とすることが好適である。また、測定された絶縁抵抗が異常である場合には、電動機電池１２からの電源供給を禁止する構成とすることも可能である。

昇圧コンバータ回路１４に対してオープン制御を行っている状態（Ｓ４）では昇圧比が固定されており、電動機５０に印可される交流電圧の振幅が一定となるため、トルクを制御することができない。そこで、運転者によってアクセル操作、ギア操作、ブレーキ操作等がなされた場合には、昇圧コンバータ回路１４に対する制御をオープン制御からフィードバック制御へと切り換える必要がある。

上述のように、運転者によるアクセル操作、ギア操作、ブレーキ操作等の車両の操作状態に関する情報は走行状態制御部６６に入力されている。走行状態制御部６６は、入力された車両の操作状態に関する情報によって運転者が車両の操作を行ったことを認識すると（Ｓ６）、昇圧比選択部６４にｇ側を選択させ、昇圧コンバータ回路１４に対してフィードバック制御を行う状態に切り換える（Ｓ１）。また、走行状態制御部６６は、昇圧比選択部６４にｇ側を選択させるとともに、絶縁抵抗測定部３０による絶縁抵抗の測定を禁止する（Ｓ２）。なお、走行状態制御部６６が運転者が車両の操作を行ったことを認識するまでは、昇圧コンバータ回路１４に対してオープン制御を行っている状態が維持される（Ｓ６）。

このような動作処理では、絶縁抵抗測定部３０は昇圧コンバータ回路１４の昇圧比が固定された状態で絶縁抵抗を測定することとなる。昇圧比が固定された状態では、昇圧コンバータ回路１４の昇圧比を調整するために昇圧比制御信号の波形パラメータおよび昇圧コンバータ回路１４の内部に設けられているスイッチのオン状態の周期およびオフ状態の周期が固定される。したがって、絶縁抵抗測定部３０で測定される絶縁抵抗の誤差を低減することができる。

図１に示す第１の実施形態に係る電動機電源供給システム１では、昇圧比制御部５４は昇圧比算出部５６から入力された昇圧比と、昇圧比選択部６４から入力された昇圧比との差に基づいて昇圧比の制御量を算出する。昇圧比制御部５４においては、昇圧比の制御量と昇圧比制御信号の波形パラメータとの対応関係が予め定められており、昇圧比の制御量に対応した波形パラメータを以て昇圧比制御信号を出力する。したがって、オープン制御が行われている状態において昇圧比制御部５４に一定に固定された昇圧比が入力されると、走行状態制御部６６を含むフィードバック制御ループの応答特性による昇圧比は固定された状態となる。

しかしながら、昇圧比制御部５４に一定に固定された昇圧比を入力するオープン制御が行われている状態であっても、昇圧比制御部５４においては、さらに、昇圧比算出部５６から入力された昇圧比と昇圧比選択部６４から入力された昇圧比との差に基づいた、昇圧比制御信号の波形パラメータの制御がなされることとなるため、この波形パラメータの制御の応答特性に基づく変動を抑制することはできない。例えば、電圧計１８および電圧計２０の測定誤差に基づいて、昇圧比算出部５６から昇圧比制御部５４に入力される昇圧比が変動する場合、たとえ昇圧比制御部５４に昇圧比選択部６４から一定に固定された昇圧比が入力されていても、昇圧比制御部５４が出力する昇圧比制御信号の波形パラメータはそれに伴って変動してしまう。したがって、電圧計１８および電圧計２０の測定誤差に基づいて、昇圧コンバータ回路１４の昇圧比が変動することになり、これによって絶縁抵抗の正確な測定が不可能となる。

このような問題点を解決するものが、図４に示す第２の実施形態に係る電動機電源供給システム３である。図１の第１の実施形態に係る電動機電源供給システム１と同一の構成部については同一の符号を付して説明を省略する。

フィードバック制御が行われている状態においては、昇圧比制御信号選択部７０は昇圧比制御部５４の側、すなわちｉ側を選択しており、これは図１の電動機電源供給システム１においてフィードバック制御が行われている状態と何ら変わるところはない。一方、オープン制御が行われている状態においては、昇圧比制御信号選択部７０は一定昇圧比制御信号生成部６８の側、すなわちｊ側を選択しており、昇圧コンバータ回路１４には波形パラメータが一定値に固定された昇圧比制御信号が入力される。

絶縁抵抗の動作処理は、オープン制御が行われている状態における構成が異なる他は同一であり、図３のフローチャートに従った処理がなされる。処理の開始直後には、図４の昇圧比制御信号選択部７０は、測定制御部６０の制御によってｉ側を選択しており、昇圧コンバータ回路１４に対するフィードバック制御を行っている状態にある（Ｓ１）。

昇圧コンバータ回路１４に対してフィードバック制御が行われている状態においては、測定点Ｍにフィードバック制御ループの応答特性等に基づくコモンモード電圧の変動が生じ、絶縁抵抗測定部３０による絶縁抵抗の測定を正確に行うことができない。そこで、測定制御部６０は、昇圧比制御信号選択部７０にｉ側を選択させているときには、絶縁抵抗測定部３０による絶縁抵抗の測定を禁止する（Ｓ２）。

測定制御部６０は昇圧比算出部５６が算出した昇圧比を監視し、予め定められた時間内における当該昇圧比の変動値が予め定められた閾値未満であれば、昇圧コンバータ回路１４に対するオープン制御を行うよう、電動機電源供給システム３の状態を切り換える（Ｓ３、Ｓ４）。すなわち、測定制御部６０は、予め定められた時間内において昇圧比の変動値が予め定められた閾値未満であれば、昇圧比制御信号選択部７０に、波形パラメータが一定値に固定された昇圧比制御信号を出力する一定昇圧比制御信号生成部６８の側（ｊ側）を選択させる。一定昇圧比制御信号生成部６８が出力する昇圧比制御信号は、昇圧比制御信号選択部７０がｊ側を選択した時点において昇圧比制御部５４が出力していた昇圧比制御信号が呈する波形パラメータと同一の波形パラメータを呈することとする。したがって、昇圧比制御信号選択部７０がｊ側を選択した時点以降は、選択時点における昇圧比に昇圧コンバータ回路１４の昇圧比が固定されることとなる。なお、図３のＳ３において昇圧比の変動値が予め定められた値以上と判断されれば、フィードバック制御は継続される（Ｓ３）。

また、測定制御部６０は、昇圧比制御信号選択部７０にｊ側を選択させると同時に、絶縁抵抗測定部３０による絶縁抵抗の測定を許可する。絶縁抵抗の測定が許可された絶縁抵抗測定部３０は絶縁抵抗を測定し、表示部４０に測定結果を表示する（Ｓ５）。

上述のように、運転者によるアクセル操作、ギア操作、ブレーキ操作等の車両の操作状態に関する情報は走行状態制御部６６に入力されている。走行状態制御部６６は、入力された車両の操作状態に関する情報によって運転者が車両の操作を行ったことを認識すると（Ｓ６）、昇圧比制御信号選択部７０にｉ側を選択させ、昇圧コンバータ回路１４に対してフィードバック制御を行う状態に切り換える（Ｓ１）。また、走行状態制御部６６は、昇圧比制御信号選択部７０にｉ側を選択させるとともに、絶縁抵抗測定部３０による絶縁抵抗の測定を禁止する（Ｓ２）。なお、走行状態制御部６６が運転者が車両の操作を行ったことを認識するまでは、昇圧コンバータ回路１４に対してオープン制御を行っている状態が維持される（Ｓ６）。

以上、本発明の実施形態について説明した。本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて様々な実施形態が可能である。例えば、第１の実施形態および第２の実施形態は、昇圧コンバータ回路１４を設けた電気回路の絶縁抵抗を測定するものであるが、周期的に切り換えが行われるスイッチを含む一般的な電気回路の絶縁抵抗の測定にも適用できることは明らかである。

第１の実施形態に係る電動機電源供給システムの構成を示す図である。昇圧用コンバータ回路として昇圧チョッパ回路を適用した場合の昇圧比制御信号の様子を示す図である。絶縁抵抗測定処理の流れを示す図である。第１の実施形態に係る電動機電源供給システムの構成を示す図である。従来から用いられている電動機電源供給システムの構成を示す図である。絶縁抵抗測定部の構成を示す図である。

符号の説明

１，３，５電動機電源供給システム、１０電源供給部、１２電動機用電池、１４昇圧コンバータ回路、１６インバータ回路、１８，２０電圧計、３０絶縁抵抗測定部、３２測定用電源、３４電圧波高値測定手段、３６絶縁抵抗算出手段、４０表示部、５０電動機、５２，６６走行状態制御部、５４昇圧比制御部、５６昇圧比算出部、６０測定制御部、６２一定昇圧比生成部、６４昇圧比選択部、６８一定昇圧比制御信号生成部、７０昇圧比制御信号選択部。

Claims

導電性筐体に収納された電気回路の該導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置であって、
電気回路は、周期的に切り換えが行われるスイッチを含み、
絶縁抵抗測定装置は、前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期とを固定した上で前記絶縁抵抗の測定を行うことを特徴とする絶縁抵抗測定装置。
導電性筐体に収納された電気回路の該導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置であって、
電気回路は昇圧比が可変である昇圧コンバータ回路を含み、
昇圧コンバータ回路は、周期的に切り換えが行われるスイッチを含み、
昇圧コンバータ回路の昇圧比は、前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期のいずれかを変化させることによって変化し、
絶縁抵抗測定装置は、前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期とを固定した上で前記絶縁抵抗の測定を行うことを特徴とする絶縁抵抗測定装置。
導電性筐体に収納された電気回路の該導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置であって、
電気回路は昇圧コンバータ回路を含み、
昇圧コンバータ回路は、周期的に切り換えが行われるスイッチを含み、
昇圧コンバータ回路の昇圧比は、前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期のいずれかを変化させることによって調整され、
昇圧コンバータ回路は、目標昇圧比と現昇圧比との比較に基づいて昇圧比が調整されるフィードバック制御状態と、目標昇圧比に昇圧比が固定されるオープン制御状態のいずれかの状態で動作し、
絶縁抵抗測定装置は、昇圧コンバータ回路がオープン制御状態にあるときの前記絶縁抵抗の測定を行うことを特徴とする絶縁抵抗測定装置。
導電性筐体に収納された電源供給回路と、
電源供給回路に含まれる昇圧コンバータ回路と、
昇圧コンバータ回路に含まれる周期的に切り換えが行われるスイッチと、
電源供給回路の導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定部と、
を含み、
電源供給回路から電源を出力するとともに電源供給回路の導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する電源供給システムであって、
昇圧コンバータ回路の昇圧比は、前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期のいずれかを変化させることによって調整され、
昇圧コンバータ回路は、目標昇圧比と現昇圧比との比較に基づいて昇圧比が調整されるフィードバック制御状態と、目標昇圧比に昇圧比が固定されるオープン制御状態のいずれかの状態で動作し、
絶縁抵抗測定部は、昇圧コンバータ回路がオープン制御状態にあるときの前記絶縁抵抗の測定を行うことを特徴とする電源供給システム。
請求項４に記載の電源供給システムであって、
昇圧コンバータ回路の昇圧比の時間変動値が、予め定められた時間内において予め定められた値未満であるときには、昇圧コンバータ回路をオープン制御状態で動作させることを特徴とする電源供給システム。
請求項４または請求項５に記載の電源供給システムから電源が供給される電動機によって走行する車両であって、
走行状態を制御する走行状態制御部を含み、
走行状態制御部は、走行状態の制御に応じて昇圧コンバータ回路に目標昇圧比を与え、フィードバック制御状態で動作させることを特徴とする車両。
導電性筐体に収納された電気回路の該導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定方法であって、
電気回路は、周期的に切り換えが行われるスイッチを含み、
前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期とを固定した上で前記絶縁抵抗の測定を行うステップを含むことを特徴とする絶縁抵抗測定方法。
導電性筐体に収納された電気回路の該導電性筐体に対する絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定方法であって、
電気回路は昇圧比が可変である昇圧コンバータ回路を含み、
昇圧コンバータ回路は、周期的に切り換えが行われるスイッチを含み、
昇圧コンバータ回路の昇圧比は、前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期のいずれかを変化させることによって変化し、
前記スイッチがオン状態となる周期とオフ状態となる周期とを固定した上で前記絶縁抵抗の測定を行うステップを含むことを特徴とする絶縁抵抗測定方法。