JP2009281987A - 絶縁計測方法及び絶縁計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フライングキャパシタ方式の絶縁計測回路にあって、電源の電圧変動の影響を軽減する技術が求められている。
【解決手段】第１の電源充電電圧測定モード、負極側地絡抵抗測定電圧測定モード、第２の電源充電電圧測定モード、正極側地絡抵抗測定電圧測定モード、絶縁抵抗換算モードの５種類のモードが実行される。この処理により、電源充電電圧Ｖ０と負極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｎとの計測タイミングと、電源充電電圧Ｖ０と正極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｐとの計測タイミングとを同じにする。その結果、仮に電源Ｖの電圧が変動するときでも、その変動の影響を低減できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、絶縁計測方法及び絶縁計測装置に係り、例えば、フライングキャパシタ方式の絶縁計測装置により高圧電源等の絶縁状態を精度よく検知するとともに、高圧電源の電圧変動の影響を低減した絶縁計測技術及び絶縁計測装置に関する。

自動車においては、従来よりライト点灯システムやエアコンなどの電装品に電力を供給したり充電したりするためにバッテリが搭載されており、現代の自動車は電力なくしては機能しないといっても過言でない程に電力に依存するようになっている。

つまり、適正な電力を維持できない場合、適正な車両制御が難しくなり警告が発せられたり、運転者が看過してしまった場合、自動車は停止してしまうおそれがある。したがって、電源を適正に監視することが今まで以上に重要になっている。

例えば、電源の状態を監視する技術のひとつに、絶縁状態に置かれている電源の実際の絶縁状態を判定する技術がある。具体的には、フライングキャパシタ方式の絶縁計測回路がある（特許文献１参照）。

特許文献１に開示の技術における回路の回路構成及び動作については実施形態で基本技術として詳述するが、ここで簡単に説明する。この回路は、接地電位から浮かせた状態のキャパシタと、複数の抵抗及び複数のスイッチング素子を備え、そのキャパシタとして、小型化が可能なセラミックスコンデンサが使用されている。そして、スイッチング素子が適宜制御されて、キャパシタに電源の電圧Ｖによる充電時間に対応した充電電源電圧（Ｖ０）が設定されて、その充電電源電圧Ｖ０が計測される。つづいて、スイッチング素子が適宜制御されて、キャパシタに設定された電圧が放電された後、地絡抵抗測定電圧の計測として、キャパシタの一方の端子を地絡抵抗を介した状態でキャパシタが電源により充電され、このときキャパシタに設定された電圧（以下、「地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ａ」という）が計測される。つづいて、地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ａが放電された後、スイッチング素子が適宜制御されて、更にキャパシタの他方の端子を地絡抵抗を介し接地した状態で充電されて、このときキャパシタに設定された電圧（地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｂ）が計測される。計測が終了すると、地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｂが放電される。そして、上記の３種類の電圧Ｖ０、ＶＣ１ａ、ＶＣ１ｂが計測されると、それら電圧をもとにして、計算式（ＶＣ１ａ＋ＶＣ１ｂ）／Ｖ０を用い絶縁抵抗換算がなされ、その換算結果と所定のテーブルを参照して絶縁状態が判定されている。
特開２００４−１７０１０３号公報

ところで、特許文献１に開示の技術では、電源の絶縁状態を素早く検知し、かつ、キャパシタの特性バラツキを補償して高い検知精度を実現している。しかし、上記の技術では、電源の電圧Ｖが一定であることを前提としたものである。つまり、キャパシタに設定された電源充電電圧Ｖ０を計測するときと、地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ａ、ＶＣ１ｂの計測のときとで、電源充電電圧Ｖ０に変動が生じていると、検知精度が低下することがあった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、フライングキャパシタ方式の絶縁計測回路にあって、電源の電圧変動の影響を軽減する技術を提供することを目的とする。

本発明のある態様は、フライングキャパシタ方式の絶縁計測装置における絶縁計測方法に関する。この絶縁計測方法は、電源電圧を第１の充電時間だけ印加してフライングキャパシタに設定する第１の電源充電電圧測定工程と、前記電源電圧を、前記電源電圧の一方の極の絶縁抵抗を介して前記フライングキャパシタに設定する第１の地絡抵抗測定電圧測定工程と、前記電源電圧を、第２の充電時間だけ印加して前記フライングキャパシタに設定する第２の電源充電電圧測定工程と、前記電源電圧を、前記電源電圧の他方の極の絶縁抵抗を介して前記フライングキャパシタに設定する第２の地絡抵抗測定電圧測定工程と、前記第１及び第２の充電電圧測定工程と前記第１及び第２の地絡抵抗測定電圧測定工程の測定結果及び所定の絶縁抵抗換算式にもとづいて、前記絶縁抵抗を求める絶縁抵抗換算工程と、を実行する。
また、前記第１及び第２の充電電圧測定工程と前記第１及び第２の地絡抵抗測定電圧測定工程における前記フライングキャパシタの充電時間は、前記フライングキャパシタをフル充電しない時間に設定されてもよい。
また、前記第１及び第２の地絡抵抗測定電圧測定工程における前記フライングキャパシタの充電時間は、フル充電しない時間に設定され、前記第１の電源充電電圧測定工程の前記第１の充電時間と前記第２の電源充電電圧測定工程の前記第２の充電時間は、前記フライングキャパシタをフル充電する時間に設定されており、当該絶縁計測方法は、前記電源電圧の測定を本来の目的とする別の所定の装置が正常に機能しない場合に実行され、前記第１の電源充電電圧測定工程又は前記第２の電源充電電圧測定工程における前記電源電圧の測定結果が、前記別の所定の装置の測定結果の代わりとして使用されてもよい。
また、前記第１の電源充電電圧測定工程の前記第１の充電時間は、前記フライングキャパシタをフル充電する時間に設定されており、前記第２の電源充電電圧測定工程の前記第２の充電時間は、前記フライングキャパシタをフル充電しない時間に設定されており、当該絶縁計測方法は、前記電源電圧の測定を本来の目的とする別の所定の装置が正常に機能しない場合に実行され、前記第１の電源充電電圧測定工程において計測された前記電源電圧の測定結果が、前記別の所定の装置の測定結果の代わりとして使用され、前記第２の電源充電電圧測定工程において計測された前記電源電圧の測定結果が、前記絶縁抵抗換算工程で使用されてもよい。
本発明の別の態様は、絶縁計測装置に係り、上記の絶縁計測方法を実行する。

本発明によれば、フライングキャパシタ方式の絶縁計測回路にあって、電源の電圧変動の影響を軽減する技術を提供することができる。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という）を、図面を参照
しつつ説明する。本実施形態は、従来技術の絶縁計測回路を基本技術として、その絶縁計測回路における新たな計測方法を提案するものである。そこで、まず、基本技術として、絶縁計測回路の回路構成及び動作について説明し、つづいて、本実施形態で提案する第１〜第３の計測方法を説明する。

図１は、本実施形態に係る絶縁計測回路１０の構成を示す回路図である。図示のように、絶縁計測回路１０は、検出回路２０と判定制御部３０とから構成され、検出回路２０に接続される高圧の電源Ｖの絶縁状態を調べることで、電源Ｖの絶縁状態を検知する。ここでは、接地電位Ｇと電源Ｖの正極側の絶縁抵抗である正極側地絡抵抗ＲＬｐと、接地電位Ｇと負極側の絶縁抵抗である負極側地絡抵抗ＲＬｎとの二つの絶縁状態を検知する。なお、正極側地絡抵抗ＲＬｐと負極側地絡抵抗ＲＬｎを区別しないときは、単に「地絡抵抗ＲＬ」ともいう。

自動車などでは、電源Ｖに対する絶縁状態が徐々に劣化していくことがある。例えば、絶縁状態の指標となる地絡抵抗ＲＬは、絶縁状態が絶縁良好である旨を示すある値から徐々に小さくなり、絶縁状態が劣化して所定の警告をすべき閾値ＲＬｘ（以下、「警報閾値ＲＬｘ」という）に至り、更に絶縁劣化が進むと、絶縁不良を示すある値になる。本実施形態の絶縁計測回路１０であれば、以下に説明する判定制御部３０が、地絡抵抗ＲＬが警報閾値ＲＬｘに至ったことを検知すると、絶縁劣化が発生した旨を警告灯等により通知する。

判定制御部３０は、入力ポートＡＤを備え、入力ポートＡＤに入力された電圧（後述のＶＣ１ｐ、ＶＣ１ｎ、Ｖ０に対応した値）をＡＤ変換して計測する電圧計測機能と、後述する検出回路２０に備わる第１から第５のスイッチＳＷ１〜ＳＷ５のオンオフを制御する機能を備える。さらに、判定制御部３０は、入力ポートＡＤに入力された電圧（ＶＣ１ｐ、ＶＣ１ｎ、Ｖ０に対応した値）を、計算式（ＶＣ１ｐ＋ＶＣ１ｎ）／Ｖ０で絶縁抵抗換算を行う。この絶縁抵抗換算については後述する。判定制御部３０は、計算式（ＶＣ１ｐ＋ＶＣ１ｎ）／Ｖ０に対応する地絡抵抗ＲＬ（絶縁抵抗値）を所定のテーブルとして備えており、そのテーブルを参照して絶縁状態を判定し、得られた地絡抵抗ＲＬの値が警報閾値ＲＬｘ以下となっていれば、絶縁劣化と判断する。

検出回路２０では、電源Ｖの正極側から負極側に順に、第１のスイッチＳＷ１と、第１のダイオードＤ１と、第１の抵抗Ｒ１と、キャパシタＣと、第２のスイッチＳＷ２とが直列に配置され接続されている。なお、以下の説明で抵抗の値は、符号と同じく表記として説明する（例えば、第１の抵抗Ｒ１では、抵抗値は「Ｒ１」とする）。ここで、キャパシタＣの正極側の端子（第１の抵抗Ｒ１と接続する端子）を便宜的に第１の端子点Ｔ１という。同様に、キャパシタＣの負極側の端子（第２のスイッチＳＷ２と接続する端子）を第２の端子点Ｔ２という。更に、第１のスイッチＳＷ１と第１のダイオードＤ１の接続部分（第１のダイオードＤ１のアノード側の部分）を第３の端子点Ｔ３という。なお、第１のダイオードＤ１の順方向は、第１のスイッチＳＷ１（第３の端子点Ｔ３）から第１の抵抗Ｒ１（第１の端子点Ｔ１）へ向かう方向である。

また、キャパシタＣの正極側の端子（第１の端子点Ｔ１）から、第１のダイオードＤ１のアノード（第３の端子点Ｔ３）へ、第２のダイオードＤ２と第２の抵抗Ｒ２が直列に接続されている。より具体的には、第２のダイオードＤ２のアノードが第１の端子点Ｔ１に接続され、第２のダイオードＤ２のカソードが第２の抵抗Ｒ２の一方の端子に接続される。さらに、第２の抵抗Ｒ２の他方の端子は、第１のダイオードＤ１のアノード（第３の端子点Ｔ３）に接続される。

さらに、第３の端子点Ｔ３から順に第２の端子点Ｔ２まで、キャパシタＣが設けられた経路と並列に、第３のスイッチＳＷ３、第３の抵抗Ｒ３、第４の抵抗Ｒ４、及び第４のスイッチＳＷ４が直列接続される。

さらに、第３のスイッチＳＷ３と第３の抵抗Ｒ３とが接続されている経路途中の第４の端子点Ｔ４は、保護抵抗Ｒｐ１を介して入力ポートＡＤに接続される。なお、保護抵抗Ｒｐ１と入力ポートＡＤの経路途中の第６の端子点Ｔ６で、第３のダイオードＤ３のカソードが接続され、第３のダイオードＤ３のアノードが接地されている。

また、第３の抵抗Ｒ３と第４の抵抗Ｒ４とが接続されている経路途中の第５の端子点Ｔ５は、接地電位Ｇに接続されている。ここで、第３の抵抗Ｒ３と第４の抵抗Ｒ４との抵抗値は同値に設定されている。

またさらに、キャパシタＣの正極側の端子（第１の端子点Ｔ１）から、第５の端子点Ｔ５の接地電位Ｇへ、放電用経路として第５のスイッチＳＷ５と第５の抵抗Ｒ５とが直列接続されている。

以上の構成による、電源Ｖの絶縁状態の判定手順について説明する。図２は、基本技術における各モードの概略フロー（以下「基本方式」という）を示した図である。各モードの詳細は後述するが、概略として、まず、１）電源充電電圧測定モード（以下、「Ｖ０測定モード」という）、２）負極側地絡抵抗測定電圧測定モード（以下、「ＶＣ１ｎ測定モード」という）、３）正極側地絡抵抗測定電圧測定モード（以下、「ＶＣ１ｐ測定モード」という）、４）絶縁抵抗換算モード（以下、「判定モード」という）の４つのモードから構成されている。そして、基本技術では、１）〜４）の順で処理が実行される。

次に、各モードにおける絶縁計測回路１０の動作について説明する。
１）Ｖ０測定モード：
図３は、Ｖ０測定モード時に形成される閉回路図を示している。まず、図３（ａ）の太い破線に示すように、判定制御部３０は、第１及び第２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンして、電源Ｖの正極側から負極側に、第１のスイッチＳＷ１、第１のダイオードＤ１、第１の抵抗Ｒ１、キャパシタＣ、及び第２のスイッチＳＷ２による経路を形成して、キャパシタＣに電源Ｖの電圧（その電圧を「高圧電圧Ｖ０」という）を設定する（図２において「Ｖ０充電」）。この電源充電電圧Ｖ０は、オン時間（充電時間）に対応して設定されている。

つぎに、図３（ｂ）に示すように、判定制御部３０は、第１のスイッチＳＷ１と第２のスイッチＳＷ２をオフして、第３のスイッチＳＷ３及び第４のスイッチＳＷ４をオンすることで、入力ポートＡＤは、キャパシタＣに設定された電源高圧電圧Ｖ０を計測する（図２において「Ｖ０計測」）。具体的には、第３のスイッチＳＷ３及び第４のスイッチＳＷ４をオンにより、キャパシタＣ、第２のダイオードＤ２、第２の抵抗Ｒ２、第３のスイッチＳＷ３、第３の抵抗Ｒ３、第４の抵抗Ｒ４、第４のスイッチＳＷ４により閉回路が形成される。そして、第２の抵抗Ｒ２、第３の抵抗Ｒ３、及び第４の抵抗Ｒ４によって分圧された電圧が、
Ｖ０×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）
として、保護抵抗Ｒｐ１を通って判定制御部３０（入力ポートＡＤ）に入力され計測される。

計測が終了すると、図３（ｃ）に示すように、判定制御部３０は、第４のスイッチＳＷ４と第５のスイッチＳＷ５のみをオンして、キャパシタＣの電荷を第５の抵抗Ｒ５を通して放電する（図２において「放電」）。

２）ＶＣ１ｎ測定モード：
ＶＣ１ｎ測定モードでは、図４の太い破線に示すように、判定制御部３０は、第１のスイッチＳＷ１及び第４のスイッチＳＷ４を所定の時間だけオンして、オン時間（充電時間）に対応した電圧として負極側地絡抵抗ＲＬｎによる電圧（以下、「負極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｎ」）をキャパシタＣに設定する（図２において「ＶＣ１ｎ充電」）。このとき形成される閉回路は、接地電位Ｇから、負極側地絡抵抗ＲＬｎ、電源Ｖ、第１のスイッチＳＷ１、第１のダイオードＤ１、第１の抵抗Ｒ１、キャパシタＣ、第４のスイッチＳＷ４、第４の抵抗Ｒ４、及び接地電位Ｇの順で形成される。

つぎに、判定制御部３０は、第１のスイッチＳＷ１をオフし、第３のスイッチＳＷ３をオンすることで、図２（ｂ）と同じ閉回路を構成し、入力ポートＡＤは、キャパシタＣに設定された負極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｎの分圧された電圧を計測する（図２において「ＶＣ１ｎ計測」）。具体的には、Ｖ０測定モードと同様に、キャパシタＣ、第２のダイオードＤ２、第２の抵抗Ｒ２、第３のスイッチＳＷ３、第３の抵抗Ｒ３、第４の抵抗Ｒ４、第４のスイッチＳＷ４により閉回路が形成される。そして、第２の抵抗Ｒ２、第３の抵抗Ｒ３、及び第４の抵抗Ｒ４によって分圧された電圧が、
ＶＣ１ｎ×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）
として、保護抵抗Ｒｐ１を通って判定制御部３０（入力ポートＡＤ）に入力され計測される。

計測が終了すると、判定制御部３０は、第４のスイッチＳＷ４と第５のスイッチＳＷ５のみをオンして、図２（ｂ）と同じ閉回路を構成しキャパシタＣの電荷を第５の抵抗Ｒ５を通して放電する（図２において「放電」）。

３）ＶＣ１ｐ測定モード：
ＶＣ１ｐ測定モードでは、図５の太い破線に示すように、判定制御部３０は、第２のスイッチＳＷ２及び第３のスイッチＳＷ３をオンして、正極側地絡抵抗ＲＬｐによる電圧（以下、「正極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｐ」という）をキャパシタＣに設定する（図２において「ＶＣ１ｐ充電」）。このとき形成される閉回路は、接地電位Ｇから、第３の抵抗Ｒ３、第３のスイッチＳＷ３、第１のダイオードＤ１、第１の抵抗Ｒ１、キャパシタＣ、第２のスイッチＳＷ２、電源Ｖ、正極側地絡抵抗ＲＬｐ、及び接地電位Ｇの順で形成される。

つぎに、判定制御部３０は、第２のスイッチＳＷ２をオフし、第４のスイッチＳＷ４をオンすることで、入力ポートＡＤは、キャパシタＣに設定された正極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｐを計測する（図２において「ＶＣ１ｐ計測」）。具体的には、Ｖ０測定モードと同様に、キャパシタＣ、第２のダイオードＤ２、第２の抵抗Ｒ２、第３のスイッチＳＷ３、第３の抵抗Ｒ３、第４の抵抗Ｒ４、第４のスイッチＳＷ４により閉回路が形成される。そして、第２の抵抗Ｒ２、第３の抵抗Ｒ３、及び第４の抵抗Ｒ４によって分圧された電圧が、
ＶＣ１ｐ×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）
として、保護抵抗Ｒｐ１を通って判定制御部３０（入力ポートＡＤ）に入力され計測される。

計測が終了すると、判定制御部３０は、第４のスイッチＳＷ４と第５のスイッチＳＷ５のみをオンして、キャパシタＣの電荷を第５の抵抗Ｒ５を通して接地電位Ｇへ放電する（図２において「放電」）。

なお、Ｖ０測定モード、ＶＣ１ｎ測定モード及びＶＣ１ｐ測定モードの各モードにおいて判定制御部３０が計測する電圧は、上述の通り、第２の抵抗Ｒ２、第３の抵抗Ｒ３、及び第４の抵抗Ｒ４によって分圧された電圧でありかつ何れも同じ分圧比であるので、以下に説明する式のＶ０、ＶＣ１ｐ、ＶＣ１ｎは、分圧された電圧と同値として扱う。また、正極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｐと負極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｎを区別しないときは、「地絡抵抗測定電圧ＶＣ１」という。

４）絶縁抵抗換算モード（判定モード）：
絶縁抵抗換算モードでは、判定制御部３０は、上述の計測結果をもとに、以下の（１）式による絶縁抵抗換算を行う。
絶縁抵抗換算＝（ＶＣ１ｐ＋ＶＣ１ｎ）／Ｖ０・・・（１）式
例えば、片極の絶縁が低下している場合、つまり、正極側地絡抵抗ＲＬｐ又は負極側地絡抵抗ＲＬｎの絶縁が劣化して、警報閾値ＲＬに達している場合、絶縁側の極の地絡抵抗測定電圧ＶＣ１（ＶＣ１ｐ又はＶＣ１ｎ）は高くなる。ここで、正極側地絡抵抗ＲＬｐが絶縁劣化しており負極側地絡抵抗ＲＬｎが絶縁良好（絶縁抵抗無限大）であり、ＶＣ１ｐ＝０となる場合を想定する。すると、絶縁抵抗換算は、以下の（２）式となる。
絶縁抵抗換算＝（ＶＣ１ｐ＋ＶＣ１ｎ）／Ｖ０
＝ＶＣ１ｎ／Ｖ０・・・（２）式

そして、セラミックスコンデンサであるキャパシタＣは、印加電圧が増加するとその増加に応じて容量が減少するというＤＣバイアス特性を有する。その特性の影響に関する係数をα（ＶＣ１ｎに対応）及びα’（Ｖ０に対応）、さらに周辺回路のバラツキの影響に関する係数をβとした場合、（２）式の換算式は以下の（３）式のようになり、ＤＣバイアス特性の影響が残る。
絶縁抵抗換算＝ＶＣ１ｎ×α’×β／（Ｖ０×α×β）
＝ＶＣ１ｎ×α’／（Ｖ０×α）・・・（３）式

そこで、警報閾値ＲＬに達している場合に、上記二つの係数αとα’を一致させるために、キャパシタＣに設定される地絡抵抗測定電圧ＶＣ１（ＶＣ１ｐ又はＶＣ１ｎ）の値と、電源高圧電圧Ｖ０との値を同一にすることで上記係数αとα’で示されるＤＣバイアス特性を一致させ、上記影響を取り除いている。

ところで、上記の絶縁抵抗換算では、電源Ｖの電圧が一定であることを前提として、所望の検出精度が実現できるとしている。しかし、キャパシタＣに設定された電源充電電圧Ｖ０を計測するＶ０測定モードが終了して、地絡抵抗測定電圧ＶＣ１の計測するＶＣ１ｎ測定モード及びＶＣ１ｐ測定モードに移ったとき、電源充電電圧Ｖ０に変動が生じていると、本来得られるべき絶縁抵抗換算が変動してしまい、検知精度が低下することがある。つまり、地絡抵抗測定電圧ＶＣ１は電源Ｖの電圧に応じて設定されるので、電源Ｖの電圧が変動すると、地絡抵抗測定電圧ＶＣ１は変動してズレてしまう。したがって、（２）式の絶縁抵抗換算に使用される電源充電電圧Ｖ０を設定した電源Ｖの電圧と、地絡抵抗測定電圧ＶＣ１を設定したときの電源Ｖの電圧が異なることになる。その結果、地絡抵抗ＲＬが警報閾値ＲＬに至って絶縁劣化状態になっているにもかかわず、絶縁良好状態と判断されてしまったり、逆に絶縁良好状態にもかかわず絶縁劣化状態と判断されるおそれがある。電源Ｖの電圧の変動が小さい場合は、従来では実用上許容されていたが、近年、より精度の高い計測が求められるようになっていること、さらに、多くの電装品に電力が供給されるようになっており、電源Ｖの電圧の変動を今まで以上に考慮する必要が出てきた。

そこで、以下に示すように、上記基本方式を改良した計測プロセスによって、より精度の高い電源充電電圧Ｖ０の計測を実現する。ここでは、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように第１から第３の計測方法の３種類について説明する。

＜第１の計測方法＞
図２の基本方式では、Ｖ０測定モード、ＶＣ１ｎ測定モード、ＶＣ１ｐ測定モード、判定モードの４種類のモードがこの順で実行された。しかし、この第１の計測方法では、図６（ａ）に示すように、ＶＣ１ｎ測定モード終了後、ＶＣ１ｐ測定モード開始前に、再度Ｖ０測定モードを実行する。なお、Ｖ０測定モードにおけるキャパシタＣの充電時間ＴＣ１は、フル充電に至らない時間が設定されている。

つまり、第１のＶ０測定モード、ＶＣ１ｎモード、第２のＶ０測定モード、ＶＣ１ｐ測定モード、判定モードの５種類のモードが実行される。そして、第１のＶ０測定モードで計測された電源充電電圧をＶ０１、第２のＶ０測定モードで計測された電源充電電圧をＶ０２としたときに、以下の（４）式で絶縁抵抗換算を行う。
絶縁抵抗換算＝ＶＣ１ｎ／Ｖ０１＋ＶＣ１ｐ／Ｖ０２・・・（４）式
ただし、正極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｐの計測値には負極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｎの影響が残り、同様に負極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｎの計測値には正極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｐの影響が残ることがある。そこで、（１）式のＶ０の代わりに、Ｖ０１とＶ０２の平均値を適用した以下の（５）式で絶縁抵抗換算を行う。
絶縁抵抗換算＝（ＶＣ１ｐ＋ＶＣ１ｎ）／｛（Ｖ０１＋Ｖ０２）／２｝
・・・（５）式
なお、各測定モードにおける、絶縁計測回路１０の上記動作以外は同一なので説明を省略する。

このように、電源充電電圧Ｖ０と負極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｎとの計測タイミングと、電源充電電圧Ｖ０と正極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｐとの計測タイミングとを同じにすることで、仮に電源Ｖの電圧が変動するときでも、その変動の影響を低減できる。例えば、電源Ｖの電圧に一様に低下又は上昇する変動が生じている場合、図２において後の計測タイミングとなる正極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｐのズレが大きくなる。しかし、本第１の計測方法によれば、負極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｎと正極側地絡抵抗測定電圧ＶＣ１ｐのいずれの計測タイミングでも、電源充電電圧Ｖ０の計測タイミングからのズレを同じようにできるため、電源Ｖの電圧変動の影響を軽減でき、その結果、絶縁計測回路１０の計測精度を向上させることができる。

さらに、第１及び第２のＶ０測定モードで計測された各電源充電電圧Ｖ０１及びＶ０２に対して、以下の（６）式のように重みづけして平均化処理がなされてもよい。
Ｖ０＝（Ｖ０１×ａ＋Ｖ０２×ｂ）／２ （ａ，ｂは重み係数）・・・（６）式
例えば、電圧Ｖの変動に、一定の傾向が見られる場合には、上記（６）式のようにその傾向を重み係数ａ，ｂで反映させることで、より実際の状況に即した平均化が可能となり、一層の検知精度向上が実現できる。

さらに、計測タイミングの前後の電圧Ｖ０３を利用し、以下の（７）式のような平均化処理を行うことで、さらに精度向上を図ることができる。
Ｖ０＝（Ｖ０１×ａ＋Ｖ０２×ｂ＋Ｖ０３×ｃ）／３ （ａ，ｂ，ｃは重み係数）
・・・（７）式

＜第２の計測方法＞
第２の計測方法は、図６（ｂ）に示すように、第１の計測方法の第１及び第２のＶ０測定モードにおける電源充電電圧Ｖ０（Ｖ０１、Ｖ０２）の充電時間ＴＣ１を、フル充電可能な充電時間ＴＣ２に設定する。第１及び第２のＶ０測定モードの他の条件、及びＶＣ１ｎ測定モード、第２のＶ０測定モード、ＶＣ１ｐ測定モード及び判定モードにおける動作は同一なので、ここでは説明を省略する。

この第２の計測方法の場合、電源充電電圧Ｖ０がフル充電状態となるため、セラミックスコンデンサであるキャパシタＣのＤＣバイアス特性の影響を取り除くことができる。そして、例えば、電源Ｖの電圧を監視している高圧電圧計測装置（図示せず）が故障したときなどの状況において、絶縁計測回路１０の計測精度に優先して電源Ｖの把握が求められる場合に、この方法によって、Ｖ０電圧の計測精度が向上するため高圧電圧計測装置のバックアップ装置として機能させる。

したがって、通常の状態では、第１の計測方法によって、地絡抵抗ＲＬを監視し、高圧電圧計測装置が故障したと判断されたときに、第２の計測方法による地絡抵抗ＲＬを監視に移行する。そして、判定制御部３０は、第２の計測方法で計測された電源Ｖの電圧を、高圧電圧計測装置が計測する電圧の代わりの代替計測電圧値として、所定の装置に通知する。

＜第３の計測方法＞
第３の計測方法は、図６（ｃ）に示すように、第１の計測方法における第１のＶ０測定モードにおける電源充電電圧Ｖ０（Ｖ０１）の充電時間ＴＣ１を、フル充電可能な充電時間ＴＣ２に設定する。また、第２のＶ０測定モードにおける電源充電電圧Ｖ０（Ｖ０２）の充電時間は変更せずに第１の計測方法と同様にフル充電に至らない所定の充電時間ＴＣ１に設定する。第１及び第２のＶ０測定モードの他の条件、及びＶＣ１ｎ測定モード、第２のＶ０測定モード、ＶＣ１ｐ測定モード及び判定モードにおける動作は同一なので、ここでは説明を省略する。

そして、判定制御部３０は、フル充電の充電時間ＴＣ２である第１のＶ０測定モードの測定結果を、高圧電圧計測装置が計測する電圧の代わりの代替計測電圧値として所定の装置に通知する。また、フル充電でない充電時間ＴＣ１で計測される第２のＶ０モードの測定結果は、（１）式の絶縁抵抗換算に使用される。

第３の計測方法によると、電源充電電圧Ｖ０の計測タイミングに応じて、計測結果の用途を使い分けることで、高圧電圧計測装置が故障した場合に、高圧電圧計測装置のバックアップ装置として機能させることと、所望の検出精度の地絡抵抗ＲＬの監視（絶縁計測回路１０）を実現できる。

以上、本発明を実施形態を基に説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素及びその組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施形態の基本技術に係る絶縁計測回路を示す図である。 実施形態の基本技術に係る絶縁計測方法の基本方式の概略フローを示した図である。 実施形態に係る電源充電電圧測定モード時に形成される閉回路図である。 実施形態に係る負極側地絡抵抗測定電圧測定モード時に形成される閉回路図である。 実施形態に係る正極側地絡抵抗測定電圧測定モード時に形成される閉回路図である。 実施形態に係る、図２に示した基本方式を改良した第１から第３の計測方法の概略フローを示した図である。

符号の説明

１０ 絶縁計測回路
２０ 検出回路
３０ 判定制御部
ＡＤ 入力ポート
Ｃ キャパシタ
Ｄ１ 第１のダイオード
Ｄ２ 第２のダイオード
Ｒ１ 第１の抵抗
Ｒ２ 第２の抵抗
Ｒ３ 第３の抵抗
Ｒ４ 第４の抵抗
Ｒ５ 第５の抵抗
ＳＷ１ 第１のスイッチ
ＳＷ２ 第２のスイッチ
ＳＷ３ 第３のスイッチ
ＳＷ４ 第４のスイッチ
ＳＷ５ 第５のスイッチ
Ｔ１ 第１の端子点
Ｔ２ 第２の端子点
Ｔ３ 第３の端子点
Ｔ４ 第４の端子点
Ｔ５ 第５の端子点

Claims (5)

1. フライングキャパシタ方式の絶縁計測装置における絶縁計測方法であって、
   電源電圧を、第１の充電時間だけ印加してフライングキャパシタに設定する第１の電源充電電圧測定工程と、
   前記電源電圧を、前記電源電圧の一方の極の絶縁抵抗を介して前記フライングキャパシタに設定する第１の地絡抵抗測定電圧測定工程と、
   前記電源電圧を、第２の充電時間だけ印加して前記フライングキャパシタに設定する第２の電源充電電圧測定工程と、
   前記電源電圧を、前記電源電圧の他方の極の絶縁抵抗を介して前記フライングキャパシタに設定する第２の地絡抵抗測定電圧測定工程と、
   前記第１及び第２の充電電圧測定工程と前記第１及び第２の地絡抵抗測定電圧測定工程の測定結果及び所定の絶縁抵抗換算式にもとづいて、前記絶縁抵抗を求める絶縁抵抗換算工程と、
   を実行することを特徴とする絶縁計測方法。
2. 前記第１及び第２の充電電圧測定工程と前記第１及び第２の地絡抵抗測定電圧測定工程における前記フライングキャパシタの充電時間は、前記フライングキャパシタをフル充電しない時間に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁計測方法。
3. 前記第１及び第２の地絡抵抗測定電圧測定工程における前記フライングキャパシタの充電時間は、フル充電しない時間に設定され、
   前記第１の電源充電電圧測定工程の前記第１の充電時間と前記第２の電源充電電圧測定工程の前記第２の充電時間は、前記フライングキャパシタをフル充電する時間に設定されており、
   当該絶縁計測方法は、前記電源電圧の測定を本来の目的とする別の所定の装置が正常に機能しない場合に実行され、
   前記第１の電源充電電圧測定工程又は前記第２の電源充電電圧測定工程における前記電源電圧の測定結果が、前記別の所定の装置の測定結果の代わりとして使用されることを特徴とする請求項１に記載の絶縁計測方法。
4. 前記第１の電源充電電圧測定工程の前記第１の充電時間は、前記フライングキャパシタをフル充電する時間に設定されており、
   前記第２の電源充電電圧測定工程の前記第２の充電時間は、前記フライングキャパシタをフル充電しない時間に設定されており、
   当該絶縁計測方法は、前記電源電圧の測定を本来の目的とする別の所定の装置が正常に機能しない場合に実行され、
   前記第１の電源充電電圧測定工程において計測された前記電源電圧の測定結果が、前記別の所定の装置の測定結果の代わりとして使用され、
   前記第２の電源充電電圧測定工程において計測された前記電源電圧の測定結果が、前記絶縁抵抗換算工程で使用されることを特徴とする請求項１に記載の絶縁計測方法。
5. 請求項１から４までの何れかに記載の絶縁計測方法を実行することを特徴とする絶縁計測装置。

Images