JP2008089323A

JP2008089323A - 電圧検出装置

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Publication number: JP2008089323A
Application number: JP2006267399A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kawamura; 佳浩河村
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: US7443155B2; JP4996190B2; US20080079416A1

Abstract

【課題】直流電源を直列に接続するためのスイッチを有したコンデンサで検出する電圧検出装置において、コストアップや部品の追加等が必要無く、さらに正常時の計測時間を損なうことがないようにスイッチの故障検出処理が可能となる電圧検出装置を提供する。
【解決手段】マイコン１０がコンデンサＣの両端電圧を複数回計測したときに、そのサンプリングされた複数の電圧が閾値Ａ以下かつ、サンプリングした順に所定の電位差Ｂ以上で電圧が低下しており（互いに相前後して計測した両端電圧の全てが、後に計測した両端電圧が前に計測した両端電圧よりも電位差Ｂ以上低下している）、さらに、第５スイッチＳＷ５を開制御のまま所定時間放電処理を行ってコンデンサＣの両端電圧が０ボルトになった場合は、第５スイッチＳＷ５の異常と判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電圧検出装置に係り、特に、直流電源の電圧を検出する電圧検出装置に関するものである。

従来、直流電源の電圧を検出する電圧検出装置として、例えば、フライングキャパシタ方式の絶縁検出装置がある。この絶縁検出装置は、直流の高圧電源の絶縁状態を検出する際に、接地から浮かせた状態のコンデンサ（すなわち、フライングキャパシタ）に高圧電源の電圧を充電してその両端電圧を計測した計測値と、コンデンサの一方を抵抗を介して接地した状態において、同様に高圧電源の電圧をコンデンサに充電してその両端電圧を計測した計測値とに基づいて地絡抵抗を算出することにより高圧電源の絶縁状態を検出している（例えば、特許文献１参照）。

さらに、特許文献１に記載された絶縁検出装置は、コンデンサに電圧を充電したり、両端電圧を計測するために回路上に設けたスイッチの故障検出を行っている。

図５は、特許文献１に記載された絶縁検出装置の構成を示す回路図である。図中、電源３は複数のバッテリＶ１〜Ｖｎが直列接続されており、この高圧電源Ｖは、マイコン１１など低圧系の接地電位７とは絶縁されている。

同図に示すように絶縁検出装置は、両極性のコンデンサ９と、接地電位７とは絶縁された電源３の正極をコンデンサ９の一端に接続するための第１スイッチＳ１と、電源３の負極をコンデンサ９の他端に接続するための第２スイッチＳ２とを備えている。

マイコン１１は、入力ポートＡ／Ｄに供給された電圧をアナログ／デジタル変換して計測する電圧計測機能を有する。また、絶縁検出装置は、コンデンサ９の一端を入力ポートＡ／Ｄに接続するための第３スイッチＳ３と、コンデンサ９の他端を接地電位７に接続するための第４スイッチＳ４とを備えている。

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。

第３スイッチＳ３の入力ポートＡ／Ｄ側と接地電位７との間には第３抵抗Ｒ３および、第４スイッチＳ４の接地電位７側と接地電位７間に設けられた第４抵抗Ｒ４と、を備えている。

また、上述した第１〜第４スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は例えば光ＭＯＳＦＥＴが用いられ、電源３と絶縁しつつマイコン１１によって制御できるようになっている。

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、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。

上述の構成を有する絶縁検出装置のスイッチの故障検出動作を説明する。まず、第１スイッチＳ１については、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閉路時間Ｔ１の間、閉路する。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、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、第３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、マイコン１１は、第１スイッチＳ１が異常であると判断する。

次に、第２スイッチＳ２については、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閉路時間Ｔ１の間、閉路する。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、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、第３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、マイコン１１は、第２スイッチＳ２が異常であると判断する。

次に、第３スイッチＳ３については、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、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。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、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、マイコン１１は、第３スイッチＳ３が異常であると判断する。

次に、第４スイッチＳ４については、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、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４スイッチＳ４の異常を検出するため、第４スイッチＳ４を遮断した状態で第３スイッチＳ３を閉路する。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、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、マイコン１１は、第４スイッチＳ４が異常であると判断する。

上述した各スイッチ毎の故障検出動作や絶縁抵抗計測のための電圧検出動作のあとには、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をバイパスさせてコンデンサ９の電荷を放電する。

第５スイッチＳ５の故障検出は、例えば、第１スイッチＳ１と第２スイッチＳ２とを第１閉路時間Ｔ１の間閉路する。第５スイッチＳ５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、コンデンサ９に充電された電荷がすぐに第５スイッチＳ５経由で放電されてしまうために、コンデンサ９の両端子間の電圧が上がらない。マイコン１１では、検出したコンデンサ９の両端子間の電圧が所定の電圧以下であった場合には第５スイッチＳ５が異常であると判断する。
特開２００４−１７０１４６号公報

上述した従来の電圧検出装置において、第５スイッチＳ５の故障検出は、コンデンサ９への電源３による印加電圧を高くしていくと、コンデンサ９への充電電圧がより高くなるために、前記した所定の電圧までコンデンサ９の両端子間の電圧が低下しないことがあった。このような状態になると、スイッチが故障しているにも関わらずマイコン１１が正常動作と判断してしまうため、電圧の計測を行い、誤った動作を行ってしまうという問題があった。

このような問題に対して、第５スイッチＳ５に直列に接続される第５抵抗Ｒ５に抵抗値を下げて放電電流を増やすことで、より短時間で放電を行うという方法がある。

しかしながら、第５抵抗Ｒ５の抵抗値を下げると、第５抵抗Ｒ５の定格を上げる必要や、第５スイッチＳ５に使用する光ＭＯＳＦＥＴを複数個並列に使用するなど、高価な部品や部品点数の増加によるコストアップを招いてしまうことや、部品や基板の大型化により、結果として装置の小型化に限界があるといった問題があった。

また、第５スイッチＳ５の放電時間を長くすることによって、所定の電圧まで低下させるという方法もあるが、この方法は、正常時の放電にも時間がかかり、計測時間が長くなってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、直流電源の電圧を直列に接続するためのスイッチを有したコンデンサで検出する電圧検出装置において、コストアップや部品の追加等が必要無く、さらに正常時の計測時間を損なうことがないようにスイッチの故障検出処理が可能となる電圧検出装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、接地電位から絶縁された直流電源と、前記直流電源からの電荷を蓄積するコンデンサと、前記コンデンサの両端電圧を計測する電圧計測手段と、前記直流電源の正極と前記コンデンサの一端との間に接続された第１スイッチと、前記直流電源の負極と前記コンデンサの他端との間に接続された第２スイッチと、前記コンデンサの一端と前記電圧計測手段との間に接続された第３スイッチと、前記コンデンサの他端と前記接地電位との間に接続された第４スイッチと、前記コンデンサの一端と前記接地電位との間に接続された第５スイッチと、前記第１〜第５スイッチを選択的に閉制御して前記直流電源からの電荷を前記コンデンサに蓄積させた後、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチを閉制御して前記コンデンサの両端電圧を前記電圧計測手段に供給するスイッチ制御手段と、を備えた電圧検出装置において、前記スイッチ制御手段が前記第３スイッチおよび第４スイッチを閉制御させる度に、前記電圧計測手段に所定の時間間隔で前記コンデンサの両端電圧を複数回計測させ、複数回測定した前記コンデンサの両端電圧各々のうち、互いに相前後して計測した両端電圧の全てで、後に計測した両端電圧が前に計測した両端電圧よりも所定の電位差以上低下している場合は、前記第５スイッチを故障と判定する故障判定手段を備えたことを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、電圧計測手段がコンデンサの両端電圧を複数回計測したときに、それら両端電圧各々のうち、互いに相前後して計測した両端電圧の全てが、後に計測した両端電圧が前に計測した両端電圧よりも所定の電位差以上低下している場合、すなわち、コンデンサの両端電圧が徐々に所定の電位差以上低下している場合は、故障判定手段が、第５スイッチを故障と判定することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記故障判定手段が、前記電圧計測手段が計測した複数の前記コンデンサの両端電圧が全て予め定めた第１の閾値以下である場合は、前記第５スイッチを故障と判定することを特徴としている。

請求項２記載の発明によれば、請求項１に加えて、電圧計測手段が計測した複数のコンデンサの両端電圧が全て予め定めた第１の閾値以下である場合、すなわち、コンデンサの両端電圧が低い場合には、故障判定手段が、第５スイッチを故障と判定することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記故障判定手段が、前記スイッチ制御手段に前記第５スイッチに対して所定時間開制御を行わせ、その後前記電圧計測手段に計測させた前記コンデンサの両端電圧が予め定めた第２の閾値以下である場合は、前記第５スイッチを故障と判定することを特徴としている。

請求項３記載の発明によれば、請求項１または２に加えて、スイッチ制御手段に第５スイッチに対して所定時間開制御を行わせ、その後電圧計測手段に計測させた前記コンデンサの両端電圧が予め定めた第２の閾値以下である場合、すなわち、コンデンサが略完全放電されてしまう場合は、故障判定手段が、第５スイッチを故障と判定することができる。

請求項４記載の発明は、請求項３に記載の発明において、故障判定手段が、第２の閾値を０ボルトに設定したことを特徴としている。

請求項４記載の発明によれば、故障判定手段が、第２の閾値を０ボルトに設定しているので、コンデンサの両端電圧が０ボルトか否かを判断することで、第５スイッチの故障を判定することができる。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、電圧計測手段がコンデンサの両端電圧を複数回計測したときに、それら両端電圧各々のうち、互いに相前後して計測した両端電圧の全てで、後に計測した両端電圧が前に計測した両端電圧よりも所定の電位差以上低下している場合、すなわち、コンデンサの両端電圧が徐々に所定の電位差以上低下している場合は、故障判定手段が、第５スイッチを故障と判定する。したがって、第５スイッチや放電回路に追加部品や高価な部品を使用する必要が無く、放電時間を長くする必要も無いので、コストアップや部品の追加等が必要無く、正常時の計測時間を損なうことも無くすことができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１に加えて、電圧計測手段が計測した複数のコンデンサの両端電圧が全て予め定めた第１の閾値以下である場合、すなわち、コンデンサの両端電圧が低い場合においても、故障判定手段が、第５スイッチの故障を判定しているので、より正確に第５スイッチの故障を判定することができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１または２に加えて、制御手段に第５スイッチに対して所定時間開制御を行わせ、その後電圧計測手段に計測させた前記コンデンサの両端電圧が予め定めた第２の閾値以下である場合、すなわち、コンデンサが略完全放電されてしまう場合においても、故障判定手段が、第５スイッチの故障を判定しているので、より正確に第５スイッチの故障を判定することができる。

請求項４記載の発明によれば、故障判定手段が、第２の閾値を０ボルトに設定しているので、コンデンサの両端電圧が０ボルトか否かを判断することで、第５スイッチの故障を判定することができる。すなわち、コンデンサが完全に放電されることで第５スイッチの故障を判定することができる。

以下、本発明の電圧検出装置としての絶縁検出装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る電圧検出装置としての絶縁検出装置の一実施の形態を示す回路図である。直流電源としての高圧電源Ｖは、Ｎ個のバッテリが直列接続され、マイコン１０など低圧系の接地電位Ｇとは絶縁されている。

同図に示すように絶縁検出装置は、コンデンサＣと、マイコン１０と、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２と、第３スイッチＳＷ３と、第４スイッチＳＷ４と、第１抵抗Ｒ１と、第２抵抗Ｒ２と、保護回路１１と、抵抗切替回路１２と、リセット回路１３と、を備えている。

コンデンサＣは、両極性のコンデンサであり、フライングキャパシタ方式で高圧電源Ｖの電圧を計測するためのキャパシタとなっている。

故障判定手段、スイッチ制御手段、電圧計測手段としてのマイコン１０は、メモリを内蔵し、入力端子Ａ／Ｄに供給された電圧をアナログ／デジタル変換して計測する電圧計測機能および電圧計測機能が計測した電圧から所定の算出式および換算ＭＡＰにより地絡抵抗算出する地絡抵抗算出機能および電圧計測機能時に各スイッチの開閉制御を行うスイッチ制御機能および各スイッチの故障判定機能を備える。

第１スイッチＳＷ１は、接地電位Ｇとは絶縁された高圧電源Ｖの正極をコンデンサＣの一端に接続するためのスイッチであり、第２スイッチＳＷ２は、高圧電源Ｖの負極をコンデンサＣの他端に接続するためのスイッチである。

第３スイッチＳＷ３は、コンデンサＣの一端を入力端子Ａ／Ｄに接続するためのスイッチであり、第４のスイッチＳＷ４は、コンデンサＣの他端を接地電位Ｇに接続するためのスイッチである。

上述した第１〜第４スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、例えば光ＭＯＳＦＥＴが用いられ、高圧電源Ｖと絶縁しつつマイコン１０によって制御できるようになっている。

第１抵抗Ｒ１は、第３スイッチＳＷ３の入力端子Ａ／Ｄ側と接地電位Ｇとの間に設けられ、第２抵抗Ｒ２は、第４スイッチＳＷ４の接地電位Ｇ側と接地電位Ｇとの間に設けられている。

保護回路１１は、保護抵抗Ｒｐ１と、クランプダイオードＤｃとから構成されている。マイコン１０の入力端子Ａ／Ｄには、保護回路１１を介して電圧が供給される。

保護抵抗Ｒｐ１は、第１抵抗Ｒ１の第３スイッチＳＷ３側と入力端子Ａ／Ｄとの間に設けられ、電流制限抵抗として働き、マイコン１０の入力端子Ａ／Ｄに過電流が流れることを防止する。また、クランプダイオードＤｃは、保護抵抗Ｒｐ１の入力端子Ａ／Ｄ側と接地電位Ｇとの間に設けられ、マイコン１０の入力端子Ａ／Ｄにマイコン１０に損傷を与えるような過剰な正電位や負電位が印加されるのを防止している。

抵抗切替回路１２は、第１ダイオードＤ１と、第１切替抵抗Ｒｃ１と、第２ダイオードＤ２と、第２切替抵抗Ｒｃ２と、から構成され、第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３の接続ラインとコンデンサＣとの間に設けられている。

第１ダイオードＤ１は、第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３の接続ラインからコンデンサＣに向かって順方向となるように接続されている。第１切替抵抗Ｒｃ１は、第１ダイオードＤ１とコンデンサＣとの間に第１ダイオードＤ１と直列に接続されている。

第２ダイオードＤ２は、コンデンサＣから第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３の接続ラインに向かって順方向となるように接続されている。すなわち、第１ダイオードＤ１と逆方向に接続されている。第２切替抵抗Ｒｃ２は、第２ダイオードＤ２と第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３の接続ラインとの間に第２ダイオードＤ２と直列に接続されている。

抵抗切替回路１２は、第１ダイオードＤ１と第１切替抵抗Ｒｃ１を直列に接続した回路と、第２ダイオードＤ２と第２切替抵抗Ｒｃ２を直列に接続した回路とが並列に接続されて構成されている。

つまり、第１および第２ダイオードＤ１およびＤ２は、第１および第２切替抵抗Ｒｃ１およびＲｃ２のうちコンデンサＣの極性方向に対応する一つを選択し、選択した一つを第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３の接続ラインとコンデンサＣとの間を電気的に接続させる。

リセット回路１３は、第５スイッチとしてのリセットスイッチＳＷ５と、放電抵抗Ｒｄｃとから構成されている。リセットスイッチＳＷ５は、マイコン１０から制御され、リセットスイッチＳＷ５を閉制御すると、コンデンサＣに蓄積された電荷が速やかに放電することができる。

また、放電抵抗Ｒｄｃは、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第１切替抵抗Ｒｃ１よりも低い抵抗値が設定されている。

次に、上述の構成を有する本発明の絶縁検出装置の電圧計測動作について、図２および図３のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ステップＳ１において、計測する測定モードを決定しＶ０計測の場合はステップＳ２に進み、ＶＣ−計測の場合はステップＳ３に進み、ＶＣ＋計測の場合はステップＳ４に進む。本ステップにおいて計測する測定モードの決定方法は、予め計測する順序を定めておいても良いし、その都度外部から指示を受けても良い。

次に、ステップＳ２において、マイコン１０は、高圧電源Ｖの高圧電圧、即ちその両端電圧Ｖ０を計測するために、全てのスイッチが開いている初期状態から第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を充電時間Ｔ１の間閉制御してステップＳ５に進む。なお、充電時間Ｔ１は、コンデンサＣをフル充電するのに必要な時間よりも短い時間に設定されている。それにより、高圧電源Ｖの正極、第１スイッチＳＷ１、第１ダイオードＤ１、第１切替抵抗Ｒｃ１、コンデンサＣ、第２スイッチＳＷ２および高圧電源Ｖの負極により閉回路が形成され、高圧電源Ｖの両端電圧Ｖ０がコンデンサＣに充電される。このとき、コンデンサＣは、接地電位Ｇから浮いた状態で充電される。

ステップＳ３においては、マイコン１０は、負極側地絡抵抗ＲＬ−の値に応じた電圧ＶＣ−を計測するために、第１スイッチおよび第４スイッチＳＷ１、ＳＷ４を充電時間Ｔ１の間閉制御してステップＳ５に進む。それにより、高圧電源Ｖの正極、第１スイッチＳＷ１、第１ダイオードＤ１、第１切替抵抗Ｒｃ１、コンデンサＣ、第４スイッチＳＷ４、第２抵抗Ｒ２、接地電位Ｇ、高圧電源Ｖの負極側地絡抵抗ＲＬ−、および高圧電源Ｖの負極により閉回路が形成され、負極側地絡抵抗ＲＬ−の値に応じた電圧がコンデンサＣに充電される。

ステップＳ４においては、マイコン１０は、正極側地絡抵抗ＲＬ＋の値に応じた電圧ＶＣ＋を計測するために、第２スイッチおよび第３スイッチＳＷ２、ＳＷ３を充電時間Ｔ１の間閉制御してステップＳ５に進む。それにより、高圧電源Ｖの正極、正極側地絡抵抗ＲＬ＋、接地電位Ｇ、第１抵抗Ｒ１、第３スイッチＳＷ３、第１ダイオードＤ１、第１切替抵抗Ｒｃ１、コンデンサＣ、第２スイッチＳＷ２および高圧電源Ｖの負極により閉回路が形成され、正極側地絡抵抗ＲＬ＋の値に応じた電圧がコンデンサＣに充電される。

次に、ステップＳ５において、マイコン１０は、閉制御していたスイッチを開制御し、コンデンサＣへの充電を終了してステップＳ６に進む。

次に、ステップＳ６において、第３および第４スイッチＳＷ３、ＳＷ４を閉制御しステップＳ７に進む。それにより、コンデンサＣ、第２ダイオードＤ２、第２切替抵抗Ｒｃ２、第３スイッチＳＷ３、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２および第４スイッチＳＷ４により閉回路が形成され、コンデンサＣの両端電圧に応じた値がマイコン１０の入力端子Ａ／Ｄに供給され読み込まれる。この際、図４に示すように所定の時間間隔で複数回（図４ではｔ１〜ｔ５の５回）コンデンサＣの両端電圧に応じた値を読み込む（サンプリングする）。すなわち、第３スイッチＳＷ３および第４スイッチＳＷ４が閉制御させる度に、マイコン１０に所定の時間間隔でコンデンサＣの両端電圧を複数回計測させている。

次に、ステップＳ７において、マイコン１０は、ステップＳ６において複数回サンプリングしたコンデンサＣの両端電圧に応じた値が全て予め定めた第１の閾値としての所定の閾値Ａ以下であるか否かを判断して、所定の閾値Ａ以下であった場合はステップＳ８に進み、そうでない場合はステップＳ１に戻る。所定の閾値Ａは、第５スイッチＳＷ５の短絡故障が疑われる可能性の高い電圧値に設定する。

次に、ステップＳ８において、マイコン１０は、ステップＳ６において複数回サンプリングしたコンデンサＣの両端電圧に応じた値が、図４に示すようにサンプリングした順に所定の電位差Ｂ以上で電圧が低下しているか否かを判断して、電位差Ｂ以上で電圧が低下している場合はステップＳ９に進み、そうでない場合はステップＳ１に戻る。すなわち、互いに相前後して計測した両端電圧の全てで、後に計測した両端電圧が前に計測した両端電圧よりも所定の電位差以上低下しているか否かを判定している。

具体的に図４で説明すると、ｔ１でサンプリングした電圧とｔ２でサンプリングした電圧を比較して、ｔ１でサンプリングした電圧よりも電位差Ｂ以上ｔ２でサンプリングしたが電圧が低下し、ｔ２でサンプリングした電圧とｔ３でサンプリングした電圧を比較して、ｔ２でサンプリングした電圧よりも電位差Ｂ以上ｔ３でサンプリングしたが電圧が低下し、ｔ３でサンプリングした電圧とｔ４でサンプリングした電圧を比較して、ｔ３でサンプリングした電圧よりも電位差Ｂ以上ｔ４でサンプリングしたが電圧が低下し、ｔ４でサンプリングした電圧とｔ５でサンプリングした電圧を比較して、ｔ４でサンプリングした電圧よりも電位差Ｂ以上ｔ５でサンプリングした電圧が低下している場合はステップＳ９に進む。なお、図４ではサンプリングを５回としているがそれに限らず２回以上であればよい。

次に、ステップＳ９において、第５スイッチＳＷ５を開制御のまま所定時間Ｔ放電処理を行いステップＳ１０に進む。所定時間Ｔは、通常動作時においてコンデンサＣを放電するのに要する時間である。すなわち、正常動作時には第５スイッチＳＷ５を閉制御して行う放電処理を第５スイッチＳＷ５を開制御のまま行う。

次に、ステップＳ１０において、コンデンサＣの両端電圧に応じた値を読み込み、その値が第２の閾値としての０ボルトであるか否かを判断し０ボルトであった場合はステップＳ１１へ進み、そうでない場合はステップＳ１２へ進む。本ステップでは、第５スイッチを開制御のままでもコンデンサＣが完全に放電されてしまうか否かを判断している。また、第２の閾値は、コンデンサＣが完全に放電されたときにマイコン１０で読み込まれる電圧としているので０ボルトとしているが、測定誤差などを考慮して０ボルト近傍の電圧値としてもよい。

ステップＳ１１においては、コンデンサＣが完全に放電されてしまったため第５スイッチＳＷ５が故障と判定し、以後の計測動作の停止や絶縁検出装置外部への警報発令などの故障処理を行う。

ステップＳ１２においては、コンデンサＣが完全に放電されなかったため、第５スイッチＳＷ５の異常ではなく高圧電源Ｖに異常があると判断し、計測動作を継続して高圧電源Ｖの監視を続ける。さらに、絶縁検出装置外部への警報発令を行っても良い。

ステップＳ７やＳ８においてステップＳ１に戻り、高圧電源Ｖの両端電圧Ｖ０、負極側地絡抵抗ＲＬ−および正極側地絡抵抗ＲＬ＋が計測されると、（（ＶＣ−）＋（ＶＣ＋））／Ｖ０の式で算出した値をマイコン１０のメモリに予め記憶されている換算ＭＡＰを参照して地絡抵抗を算出する。

以上の絶縁検出装置によれば、マイコン１０がコンデンサＣの両端電圧を複数回計測したときに、そのサンプリングされた複数の電圧が所定の閾値Ａ以下かつ、サンプリングした順に所定の電位差Ｂ以上で電圧が低下しており（計測した電圧値各々が、前に計測した電圧と比較して電位差Ｂ以上低下している）、さらに、第５スイッチＳＷ５を開制御のまま所定時間放電処理を行ってコンデンサＣの両端電圧が０ボルトになった場合は、第５スイッチＳＷ５の異常と判断する。このようにすることによって、第５スイッチＳＷ５が短絡されている可能性がある所定の閾値Ａだけでなく、複数回サンプリングした電圧が電位差Ｂ以上で徐々に低下していることを判断することで、第５スイッチＳＷ５が短絡してコンデンサＣから放電していることの確実性が高くなる。そして、第５スイッチＳＷ５を開制御のまま所定時間Ｔ放電処理を行いコンデンサＣの両端電圧が０ボルトになることを判断することで、第５スイッチＳＷ５の故障が確実に検出できる。

また、上述した閾値Ａや電位差ＢおよびコンデンサＣの両端電圧が０ボルトになることで第５スイッチＳＷ５の故障検出を行っているので、コストアップや部品の追加等が必要無く、さらに正常時の計測時間を損なうこともなくスイッチの故障検出処理が可能とすることができる。

なお、図２のフローチャートにおいてステップＳ２、Ｓ３およびＳ４による３種類の電圧値について第５スイッチＳＷ５が異常か否かの判定を行っていたが、少なくともＳ２のみがあればよい。すなわち、絶縁抵抗や地絡抵抗に関わる電圧に限らず、直流電源の電圧を複数回測定し、そのサンプリングされた複数の電圧が所定の第１の閾値以下かつ、サンプリングした順に所定の電位差以上で電圧が低下しており、さらに、第５スイッチＳＷ５を開制御のまま所定時間放電処理を行ってコンデンサＣの両端電圧が０ボルトになった場合は、第５スイッチＳＷ５の異常と判断する。

また、上述した実施形態では、異常発生時に、警報通知後コンデンサＣの放電後電圧の測定を停止していたが、停止せずに測定を継続しても良い。

また、例えば所定の閾値Ａを実施形態よりも高い電圧とし、電位差Ｂを小さい値に変更し、第５スイッチＳＷ５を開制御のまま所定時間Ｔ放電処理（ステップＳ９）を無くすかまたはステップＳ９処理後の判断基準を０ボルトより大きい電圧とすることにより、完全な短絡故障以外のレアショート故障や絶縁低下など実施形態で検出した第５スイッチＳＷ５の短絡故障よりも軽度な故障の検出を行うこともできる。

また、第５スイッチＳＷ５の故障の判断は、サンプリングした順に所定の電位差Ｂ以上で電圧が低下すること（ステップＳ８）のみとしてもよいし、それにサンプリングされた複数の電圧が閾値Ａ以下（ステップＳ７）または第５スイッチＳＷ５を開制御のまま所定時間Ｔ放電処理（ステップ９）のいずれかを組み合わせた方法でもよい。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の電圧検出装置の一実施の形態を示す回路図である。図１に示された電圧検出装置におけるスイッチ故障検出処理手順を示すフローチャートの一の部分である。図１に示された電圧検出装置におけるスイッチ故障検出処理手順を示すフローチャートの他の部分である。第５スイッチ故障時のコンデンサの両端電圧の変化例を示すグラフである。従来の電圧検出装置の回路図である。

符号の説明

Ｖ高圧電源（直流電源）
Ｃコンデンサ
ＳＷ１第１スイッチ
ＳＷ２第２スイッチ
ＳＷ３第３スイッチ
ＳＷ４第４スイッチ
ＳＷ５リセットスイッチ（第５スイッチ）
Ｒｄｃ放電抵抗（抵抗）
Ｇ接地電位
１０マイコン（電圧計測手段、スイッチ制御手段、故障判定手段）

Claims

接地電位から絶縁された直流電源と、
前記直流電源からの電荷を蓄積するコンデンサと、
前記コンデンサの両端電圧を計測する電圧計測手段と、
前記直流電源の正極と前記コンデンサの一端との間に接続された第１スイッチと、
前記直流電源の負極と前記コンデンサの他端との間に接続された第２スイッチと、
前記コンデンサの一端と前記電圧計測手段との間に接続された第３スイッチと、
前記コンデンサの他端と前記接地電位との間に接続された第４スイッチと、
前記コンデンサの一端と前記接地電位との間に接続された第５スイッチと、
前記第１〜第５スイッチを選択的に閉制御して前記直流電源からの電荷を前記コンデンサに蓄積させた後、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチを閉制御して前記コンデンサの両端電圧を前記電圧計測手段に供給するスイッチ制御手段と、
を備えた電圧検出装置において、
前記スイッチ制御手段が前記第３スイッチおよび第４スイッチを閉制御させる度に、前記電圧計測手段に所定の時間間隔で前記コンデンサの両端電圧を複数回計測させ、複数回測定した前記コンデンサの両端電圧各々のうち、互いに相前後して計測した両端電圧の全てで、後に計測した両端電圧が前に計測した両端電圧よりも所定の電位差以上低下している場合は、前記第５スイッチを故障と判定する故障判定手段を備えたことを特徴とする電圧検出装置。
前記故障判定手段が、前記電圧計測手段が計測した複数の前記コンデンサの両端電圧が全て予め定めた第１の閾値以下である場合は、前記第５スイッチを故障と判定することを特徴とする請求項１に記載の電圧検出装置。
前記故障判定手段が、前記スイッチ制御手段に前記第５スイッチに対して所定時間開制御を行わせ、その後前記電圧計測手段に計測させた前記コンデンサの両端電圧が予め定めた第２の閾値以下である場合は、前記第５スイッチを故障と判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電圧検出装置。
前記故障判定手段が、前記第２の閾値を０ボルトに設定したことを特徴とする請求項３に記載の電圧検出装置。