JP2010286306A - 絶縁抵抗検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁抵抗の低下と装置故障とを区別することが可能な絶縁抵抗検出装置を提供する。
【解決手段】負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉを検出する絶縁抵抗検出装置５０において、第１端が前記負荷回路１０に接続されたカップリングコンデンサＣ１と、前記カップリングコンデンサＣ１の第２端に接続され、この第２端に周期波形を出力する矩形波生成回路５１と、前記周期波形のピーク点を含む一部を取り出して増幅する波形整形回路５４と、前記波形整形回路５４より出力される波形の波高値である参照信号Ｖ１と、前記周期波形の波高値である基準信号Ｖ２に基づいて、前記負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉを求めるマイコン５５と、を有する。そして、Ｖ１≧Ｖ２の領域では、参照信号Ｖ１を用いて絶縁抵抗Ｒｉを求め、Ｖ１＜Ｖ２の領域では、参照信号Ｖ１と基準信号Ｖ２の平均値を用いて絶縁抵抗Ｒｉを求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、漏電等により負荷回路の絶縁抵抗が低下した場合にこれを検出する絶縁抵抗検出装置に関する。

例えば、電気自動車やハイブリッド車両等に設けられるモータ駆動回路（以下「負荷回路」という）では、高電圧の直流電源が設けられ、この直流電源より出力される電力を三相交流電力に変換してモータに供給し、該モータを駆動する。

このような負荷回路では、漏電防止するために絶縁抵抗検出装置（例えば、特許文献１参照）が設けられ、漏電が発生して負荷回路の絶縁抵抗が低下した場合に、警報を発することにより、漏電の発生をいち早くユーザに通知する。

図６は、従来における絶縁抵抗検出装置５０を負荷回路１０に接続した場合の構成を示す回路図である。図６に示すように、絶縁抵抗検出装置５０は、カップリングコンデンサＣ１と、矩形波生成回路５１と、自己診断回路５２と、フィルタ５３と、波形整形回路５４、及びマイコン５５を備えている。カップリングコンデンサＣ１の一端は、負荷回路１０に設けられる直流電源Ｂの一方の出力端子である点Ｐ１に接続され、他端は矩形波生成回路５１の出力端子である点Ｐ２に接続されている。

そして、矩形波生成回路５１により矩形波が出力されると、フィルタ５３にて正弦波形状の波形に変形され、更に、波形整形回路５４にてピーク点近傍の領域が拡大された波形に波形整形される。波形整形回路５４より出力される信号（以下、これを参照信号Ｖ１という）の波形は、絶縁抵抗Ｒｉの大きさに応じてその波高値が変化する。即ち、絶縁抵抗Ｒｉが大きい場合（通常の場合）には、点Ｐ２の電圧が高くなるので、参照信号Ｖ１の波高値は高い値となり、他方、負荷回路１０に漏電が発生して絶縁抵抗Ｒｉが低下すると点Ｐ２の電圧が低くなるので、参照信号Ｖ１の波高値は低い値となる。

図７に示す曲線Ｌ１は、絶縁抵抗Ｒｉと参照信号Ｖ１の波高値との関係を示す特性図であり、マイコン５５は波形整形回路５４から出力される参照信号Ｖ１に基づいて、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉを求める。ここで、曲線Ｌ１から理解されるように、負荷回路１０に漏電が発生しておらず、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉが大きい場合には、参照信号Ｖ１の波高値は大きい値となり、絶縁抵抗Ｒｉが低下すると参照信号Ｖ１の波高値は急激に低下し、絶縁抵抗Ｒｉがゼロ点近傍に達すると、参照信号Ｖ１の波高値はほぼゼロとなる。

そして、マイコン５５は、参照信号Ｖ１の波高値が予め設定した閾値未満に低下した場合に、負荷回路１０の絶縁抵抗が低下したものと判定して、警報信号等を発しユーザに通知する事ができる。

特開２００７−１６３１４１号公報

上述した従来の絶縁抵抗検出装置５０では、負荷回路１０に短絡事故が発生して絶縁抵抗Ｒｉがゼロ付近まで低下した場合には波高値がほぼゼロとなる。他方、絶縁抵抗検出装置５０自体にショート故障が発生した場合においても同様にマイコン５５で検出される波高値はほぼゼロとなる。つまり、マイコン５５により波高値ゼロと検出した場合には、負荷回路１０に短絡事故が発生しているのか、或いは、絶縁抵抗検出装置５０自体にショート故障が発生しているのか、区別できなくなる場合がある。

そこで、従来の絶縁抵抗検出装置５０では、イグニッションがオンとされた際に、自己診断回路５２を作動させて、装置全体に故障が発生しているか否かを判定する処理を行っている。具体的には、イグニッションがオンとされた際に、図６に示すマイコン５５より強制漏電信号を出力して自己診断回路５２をオンとすることにより、点Ｐ２の電圧を一定のレベルまで低下させ、擬似的に負荷回路１０に漏電が発生した状況を形成する。そして、マイコン５５が絶縁抵抗Ｒｉの低下を検出した場合には、絶縁抵抗検出装置５０が正常に作動しているものと判断する。

しかしながら、上記の自己診断回路５２では、イグニッションのオン時にのみ故障判断が行われるものの、イグニッションがオンとされた後に絶縁抵抗検出装置５０に故障が発生した場合には、これを検知することができないという欠点があった。

そこで、本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、絶縁抵抗の低下と装置故障とを区別することが可能な絶縁抵抗検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、負荷回路の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出装置において、第１端が前記負荷回路に接続されたカップリングコンデンサと、前記カップリングコンデンサの第２端に接続され、この第２端に周期波形を出力する周期波形出力手段と、前記周期波形のピーク点を含む一部を取り出して増幅する波形整形回路と、前記波形整形回路より出力される波形の波高値である第１波高値と、前記周期波形の波高値である第２波高値に基づいて、前記負荷回路の絶縁抵抗を求める演算手段と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記演算手段は、前記第１波高値が所定の閾値よりも小さい場合に、前記第１波高値及び第２波高値の平均値に基づいて、前記絶縁抵抗を求めることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記演算手段は、前記第１波高値が前記第２波高値よりも小さい場合に、前記第１波高値及び第２波高値の平均値に基づいて、前記絶縁抵抗を求めることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記演算手段は、前記第１波高値及び第２波高値の平均値が、所定の下限値未満の場合には、当該絶縁抵抗検出装置に故障が発生していると判断することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記演算手段は、前記第１波高値が所定の上限値以上である場合には、当該絶縁抵抗検出装置に故障が発生していると判断することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、前記カップリングコンデンサの第２端と、前記波形整形回路との間に、所定の周波数帯域を通過するフィルタを備え、前記フィルタより出力される周期波形の波高値を、前記第２波高値とすることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、波形整形回路より出力される波形の波高値である第１波高値と、周期波形出力手段より出力される周期波形の波高値である第２波高値の双方に基づいて、負荷回路の絶縁抵抗を求める。この場合、負荷回路の絶縁抵抗が小さくなると、第１波高値はほぼ０Ｖに近づき、第２波高値は０Ｖよりも高い値（例えば、後述する図２のＢＶ）に近づく。従って、第１波高値と第２波高値の双方を用いることにより、第１波高値の低下の原因が絶縁抵抗の低下によるものであるか、或いは当該絶縁抵抗検出装置のグランド側へのショート等の故障によるものであるかを容易に判別することができる。即ち、絶縁抵抗検出装置の任意の点がグランド側にショートした場合や、回路構成部品がオープン故障した場合等の故障発生時には、第１波高値及び第２波高値の双方が０Ｖ程度まで低下する。これに対して、絶縁抵抗が低下した場合（例えば、０Ω程度まで低下した場合）には、第１波高値はほぼ０Ｖまで低下するものの、第２波高値は、後述する図２のＢＶ程度までしか低下しない。従って、これらの相違に基づいて、負荷回路の絶縁抵抗の低下であるか、又は絶縁抵抗検出装置自体の故障であるかを区別して検出することができる。

その結果、当該絶縁抵抗検出装置が駆動している間に発生する装置故障を確実に検出することができ、従来使用していた自己診断回路を省略することができる。

請求項２に記載の発明によれば、第１波高値が所定の閾値よりも小さい場合に、第１波高値及び第２波高値の平均値に基づいて、負荷回路の絶縁抵抗を求める。ここで、絶縁抵抗の変化に対する波高値の変化量は、第１波高値の方が第２波高値よりも高いので、第１波高値が閾値以上である場合に、例えば第１波高値のみを用いて負荷回路の絶縁抵抗を求めることにより、高精度な絶縁抵抗の検出が可能となる。また、第１波高値が閾値未満である場合には、第１波高値と第２波高値との平均値に基づいて負荷回路の絶縁抵抗を求める。上述したように、負荷回路の絶縁抵抗が小さくなると、第１波高値はほぼ０Ｖに近づき、第２波高値は０Ｖよりも高い値（例えば、後述する図２のＢＶ）に近づくので、これらの平均値は０Ｖまで低下しない。このため、負荷回路の絶縁抵抗の低下であるか、又は当該絶縁抵抗検出装置の故障であるかを区別して検出することができる。

請求項３に記載の発明によれば、第１波高値が第２波高値よりも小さい場合に、第１波高値及び第２波高値の平均値に基づいて、負荷回路の絶縁抵抗を求める。ここで、負荷回路の絶縁抵抗が低下し、所定の絶縁抵抗未満となった場合に、第１波高値が第２波高値よりも低くなるので、上述した請求項２と同様に、第１波高値が第２波高値と一致したときの波高値を請求項２に示した閾値とすることにより、負荷回路の絶縁抵抗の低下であるか、又は当該絶縁抵抗検出装置の故障であるかを区別して検出することができる。

請求項４に記載の発明によれば、第１波高値及び第２波高値の平均値が、所定の下限値（例えば、後述する図４のＡＶ）未満の場合には、負荷回路の絶縁抵抗検出装置に故障が発生していると判断する。上述したように、負荷回路の絶縁抵抗が低下した場合には、平均値は下限値未満には低下しないので、平均値が下限値未満となった場合には、絶縁抵抗検出装置に故障が発生しているものと判断することができる。

請求項５に記載の発明によれば、第１波高値が所定の上限値以上である場合には、負荷回路の絶縁抵抗検出装置に故障が発生していると判断する。即ち、負荷回路の絶縁抵抗が最大値となった場合には、第１波高値は、上限値未満の一定値となり、上限値以上に上昇することはない。従って、第１波高値が上限値以上となった場合には、当該絶縁抵抗検出装置が電源側にショートしたものと判断することができる。

請求項６に記載の発明によれば、所定の周波数帯域を通過するフィルタより出力される周期波形の波高値を、第２波高値とする。フィルタの出力は正弦波形状の波形となり、一つのピーク点の有する波形となるので、第２波高値を容易に設定することができる。

本発明の一実施形態に係る絶縁抵抗検出装置を負荷回路に接続した場合の構成を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る負荷回路の絶縁抵抗と参照信号及び基準信号の波高値との関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係る基準信号と参照信号の波形を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係る参照信号と基準信号の平均値と波高値との関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係る絶縁抵抗検出装置の処理動作を示すフローチャートである。 従来における絶縁抵抗検出装置を負荷回路に接続した場合の構成を示す回路図である。 従来における負荷回路の絶縁抵抗と参照信号の波高値との関係を示す特性図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る絶縁抵抗検出装置を含む負荷回路を示す回路図である。

図１に示すように、負荷回路１０は、例えば、電気自動車やハイブリット車両等に設けられるモータ駆動回路であり、この負荷回路１０には、絶縁抵抗検出装置５０が接続されている。負荷回路１０は、直流電源Ｂと、直流電圧の昇圧、降圧を行うコンバータ１１と、直流／交流の変換を行うインバータ１２と、モータ１３、及びジェネレータ１４を備えている。そして、モータ１３を駆動する際には、直流電源Ｂより出力される直流電圧をコンバータ１１にて昇圧し、更にインバータ１２で三相交流電圧に変換してモータ１３に供給する。他方、ジェネレータ１４で発電された電圧を直流電圧に変換し、その後降圧して直流電源Ｂに供給し、該直流電源Ｂを充電する。

絶縁抵抗検出装置５０は、カップリングコンデンサＣ１と、矩形波生成回路（周期波形出力手段）５１と、フィルタ５３と、波形整形回路５４及びマイコン５５（演算手段）を備えている。カップリングコンデンサＣ１の一端（第１端）は、負荷回路１０に設けられる直流電源Ｂの一方の出力端子である点Ｐ１に接続され、他端（第２端）は矩形波生成回路５１の出力端子であるＰ２点に接続されている。

矩形波生成回路５１は、マイコン５５から出力されるパルス指令信号に基づいて、矩形の周期波形である矩形波を出力する。

フィルタ５３は、カップリングコンデンサＣ１のＰ２点と、波形整形回路５４との間に設けられ、所定の周波数帯域のみの信号を通過することにより、矩形波を正弦波形状の波形に変形する。

即ち、図３（ａ）に示すように、正弦波を半波整流した形状の波形とする。そして、この波形を有する信号（以下、この信号を基準信号Ｖ２という）を、波形整形回路５４及びマイコン５５に出力する。

波形整形回路５４は、フィルタ５３より出力される基準信号Ｖ２を波形整形することにより、該基準信号Ｖ２のピーク点近傍の領域を拡大した波形を生成する。即ち、図３（ｂ）に示すように、基準信号Ｖ２を所定の電圧Ｖｃで切り取り、残った波形（電圧Ｖｃよりも大きい部分の波形）のみを所望の倍率で拡大して、図３（ｃ）に示す如くの波形を生成する。そして、この波形を有する信号（以下、この信号を参照信号Ｖ１という）をマイコン５５に出力する。

ここで、図３（ａ）に示す基準信号Ｖ２と、図３（ｃ）に示す参照信号Ｖ１を比較すると、基準信号Ｖ２の変化に対して、参照信号Ｖ１はより大きい変動幅で変化することになる。即ち、参照信号Ｖ１は、基準信号Ｖ２の変化に対してより敏感に反応して変化する信号となる。

マイコン５５は、波形整形回路５４より出力される参照信号Ｖ１と、フィルタ５３より出力される基準信号Ｖ２に基づいて、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉを求める。負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉが大きい場合（通常の場合）には、Ｐ２点の電圧が高くなるので、参照信号Ｖ１及び基準信号Ｖ２の波高値は高い値となり、他方、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉが低下すると点Ｐ２の電圧が低くなるので、参照信号Ｖ１及び基準信号Ｖ２の波高値は低い値となる。

次に、図２、図４を参照して、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉと、参照信号Ｖ１及び基準信号Ｖ２との関係について説明する。

図２に示す曲線Ｌ１は、絶縁抵抗Ｒｉと参照信号Ｖ１の波高値（第１波高値）との関係を示す特性図である。曲線Ｌ２は、絶縁抵抗Ｒｉと基準信号Ｖ２の波高値（第２波高値）との関係を示す特性図である。

また、図４は、図２の曲線Ｌ１と曲線Ｌ２が交差する点近傍の拡大図である。図２に示すように曲線Ｌ１は、絶縁抵抗Ｒｉの大きさに応じてその波高値が変化する。即ち、絶縁抵抗Ｒｉが大きくなるにつれて、参照信号Ｖ１の波高値（第１波高値）は単調増加し、絶縁抵抗Ｒｉが０Ωの近傍では波高値がほぼ０Ｖとなり、絶縁抵抗Ｒｉが最大値に近づくと、波高値は図４に示すＥＶ程度に収束する。

また、曲線Ｌ２も曲線Ｌ１と同様に、絶縁抵抗Ｒｉの大きさに応じてその波高値（第２波高値）が変化する。即ち、絶縁抵抗Ｒｉが大きくなるにつれて、基準信号Ｖ２の波高値は単調増加し、絶縁抵抗Ｒｉが０Ωの近傍では波高値はほぼ１Ｖとなり、絶縁抵抗Ｒｉが最大値に近づくと、波高値は図４に示すＣＶ程度に収束する。従って、上述したように、参照信号Ｖ１の方が基準信号Ｖ２よりも、絶縁抵抗Ｒｉの変化に対してより敏感に変化すると言える。

更に、絶縁抵抗検出装置５０にグランドへのショート故障が発生した場合（例えば、Ｐ２点がグランドに接続される等のショート故障が発生した場合）には、参照信号Ｖ１及び基準信号Ｖ２の双方の波高値がほぼ０Ｖまで低下する。

また、絶縁抵抗検出装置５０に電源側へのショート故障が発生した場合（例えば、Ｐ２点が電源側端子に接続される等のショート故障が発生した場合）には、参照信号Ｖ１及び基準信号Ｖ２の双方の波高値がほぼ５Ｖまで上昇する。また、図４に示す曲線Ｌ３は、曲線Ｌ１と曲線Ｌ２が交差する点（ｐ１）よりも低い絶縁抵抗での曲線Ｌ１と曲線Ｌ２の平均値を示している。

上記のことから、以下に示す（イ）〜（ハ）の条件が設定される。

（イ）基準信号Ｖ２の波高値（第２波高値）が１Ｖ未満まで低下した場合には、絶縁抵抗検出装置５０にグランドへのショート故障、或いは構成部品のオープン故障（例えば、フィルタを構成する部品が遮断された等）が発生している。

（ロ）参照信号Ｖ１の波高値（第１波高値）が５Ｖ程度まで上昇した場合には、絶縁抵抗検出装置５０に電源側へのショート故障が発生している。

（ハ）参照信号Ｖ１の方が基準信号Ｖ２よりも絶縁抵抗Ｒｉの変化に対する変化量が大きいので、参照信号Ｖ１の波高値を用いる方が基準信号Ｖ２の波高値を用いるよりも、より正確に絶縁抵抗Ｒｉを求めることができ、ひいては、より高精度の漏電の発生を検出できる。

本実施形態では、上記（ロ）の条件を検出するために、参照信号Ｖ１の波高値に対して、上限閾値Ｖth３（例えば、Ｖth３＝図２中のＦＶ）を設定し、参照信号Ｖ１の波高値がこの上限閾値Ｖth３を超えた場合には、電源側へのショート故障であると判断する。

また、上記（イ）、（ハ）の条件に基づき、Ｖ２≦Ｖ１の場合（図４中のｐ１点よりも絶縁抵抗Ｒｉが大きい領域）には、参照信号Ｖ１に基づいて絶縁抵抗を求め、Ｖ２＞Ｖ１の場合（ｐ１点よりも絶縁抵抗Ｒｉが小さい領域）には、Ｖ１とＶ２の平均値に基づいて絶縁抵抗Ｒｉを求める。つまり、Ｖ１のみを用いる場合には、Ｖ１が０Ｖ近傍まで低下した場合に、絶縁抵抗検出装置５０自体の故障であるか、或いは絶縁抵抗Ｒｉが極めて低い値まで低下しているかの判断ができず、他方、Ｖ２のみを用いる場合には、絶縁抵抗Ｒｉの変化に対するＶ２の変化量が小さいので高精度な検出ができない。

そこで、Ｖ２＞Ｖ１となる領域では、Ｖ１とＶ２の平均値（曲線Ｌ３）を用いることにより、両者の欠点を補う。この場合には、Ｖ１とＶ２の平均値が図４に示すＡＶ未満となった場合に、絶縁抵抗検出装置５０の故障であると判断する。

即ち、マイコン５５は、参照信号Ｖ１の波高値を示す曲線Ｌ１、及び参照信号Ｖ１の波高値と基準信号Ｖ２の波高値の平均値を示す曲線Ｌ３を用いて、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉを求めると共に、絶縁抵抗検出装置５０にショート故障や構成部品のオープン故障が発生した場合には、これを検出する。

次に、本発明の一実施形態に係る絶縁抵抗検出装置の動作を、図５に示すフローチャートを参照して説明する。

初めに、絶縁抵抗検出装置５０のマイコン５５は、車両のイグニッションがオンとされたか否かを判断する（ステップＳ１１）。

マイコン５５は、車両のイグニッションがオンとされたと判断した場合には、漏電監視及び絶縁抵抗検出装置５０の故障検出を行う漏電検出を開始する（ステップＳ１２）。本実施形態では、車両のイグニッションがオンとなっている期間、常時、漏電監視及び絶縁抵抗検出装置５０の故障検出を行う。

その後、マイコン５５は、Ｖ１≧Ｖth２であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。つまり、マイコン５５は、波形整形回路５４より出力される参照信号Ｖ１が漏電解除閾値Ｖth２（例えば、図２中のＤＶ）より大きいか否かを判別する。

マイコン５５は、Ｖ１≧Ｖth２であると判断した場合には、Ｖ１＜図２に示すＦＶか否かを判断する（ステップＳ１４）。

マイコン５５は、Ｖ１＜ＦＶであると判断した場合には、負荷回路１０に漏電が発生していない非漏電状態であると判断する（ステップＳ１５）。

他方、マイコン５５は、ステップＳ１４の処理でＶ１＜ＦＶではないと判断した場合（ステップＳ１４でＮＯ）には、電源側のショート故障状態であると判断する（ステップＳ１６）。上述したように、参照信号Ｖ１の波高値は、絶縁抵抗Ｒｉが最大値である場合に、図２に示すＥＶ程度となり、これ以上は大きくならない。従って、Ｖ１≧ＦＶ（ＦＶは上述した上限閾値Ｖth３）となった場合には、絶縁抵抗検出装置５０が電源側にショート故障したものと判断する。

マイコン５５は、ステップＳ１３の処理でＶ１≧Ｖth２ではないと判断した場合（ステップＳ１３でＮＯ）には、参照信号Ｖ１が漏電検出閾値Ｖth１（例えば、図２中のＣＶ）未満であるか否かを判断する（ステップＳ１７）。そして、Ｖ１＜Ｖth１ではないと判断した場合（ステップＳ１７でＮＯ）には、漏電検出を継続する（ステップＳ２４）。即ち、参照信号Ｖ１が漏電検出閾値Ｖth１〜漏電解除閾値Ｖth２の範囲内であれば、負荷回路１０に漏電は発生しておらず、且つ、絶縁抵抗検出装置５０に故障が発生していないものと判断して、漏電検出を継続する。

他方、マイコン５５は、Ｖ１＜Ｖth１であると判断した場合には、Ｖ１及びＶ２≧ＡＶか否かを判断する（ステップＳ１８）。つまり、マイコン５５は、波形整形回路５４より出力される参照信号Ｖ１及びフィルタ５３より出力される基準信号Ｖ２がともに図２に示すＡＶ以上か否かを判断する。

マイコン５５は、ステップＳ１８の処理でＶ１及びＶ２＜ＡＶであると判断した場合（ステップＳ１８でＮＯ）には、絶縁抵抗検出装置５０にグランドへのショート故障又は構成部品のオープン故障が発生していることを検出する（ステップＳ２３）。

マイコン５５は、Ｖ１及びＶ２≧ＡＶであると判断した場合には、Ｖ１＞Ｖ２であるか否かを判断する（ステップＳ１９）。

マイコン５５は、Ｖ１＞Ｖ２であると判断した場合には、絶縁抵抗Ｒｉは図３に示す交点ｐ１よりも大きいと判断し、参照信号Ｖ１のみを用いた漏電判定（絶縁抵抗Ｒｉの検出）、即ち、図３に示す曲線Ｌ１による漏電判定を行う（ステップＳ２０）。

一方、マイコン５５は、ステップＳ１９の処理でＶ１＞Ｖ２ではないと判断した場合（ステップＳ１９でＮＯ）には、（Ｖ１＋Ｖ２）／２≧ＡＶであるか否かを判断する（ステップＳ２１）。この処理では、マイコン５５は、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉが図３に示す交点ｐ１未満であると判断する。

マイコン５５は、（Ｖ１＋Ｖ２）／２≧ＡＶであると判断した場合には、参照信号Ｖ１と基準信号Ｖ２の平均値を用いた漏電判定（絶縁抵抗Ｒｉの判定）、即ち、図３に示す曲線Ｌ３による漏電判定を行う（ステップＳ２２）。

他方、マイコン５５は、ステップＳ２１の処理で（Ｖ１＋Ｖ２）／２≧ＡＶではないと判断した場合（ステップＳ２１でＮＯ）には、負荷回路１０は、グランドへのショート故障及び部品オープン故障であると判断する（ステップＳ２３）。即ち、上述したように、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉが０Ω程度まで低下すると、参照信号Ｖ１は０Ｖ程度まで低下するものの、基準信号Ｖ２は１Ｖまでしか低下しないので、負荷回路１０に漏電が発生している場合には、参照信号Ｖ１と基準信号Ｖ２の平均値は図４に示すＡＶ未満とはならない。これに対して、絶縁抵抗検出装置５０にグランドへのショート故障、或いは部品オープン故障等が生じている場合には、参照信号Ｖ１、基準信号Ｖ２が共に０Ｖ程度まで低下するので、参照信号Ｖ１と基準信号Ｖ２の平均値は図４に示すＡＶ未満となり得る。従って、ステップＳ２１の条件を満たす場合には、負荷回路１０に漏電が発生しているものと判断し、満たさない場合には、絶縁抵抗検出装置５０の故障であるものと判断する。

上記のように、マイコン５５は、参照信号Ｖ１が基準信号Ｖ２よりも小さい場合には、参照信号Ｖ１との関係を示す曲線Ｌ１及び基準信号Ｖ２との関係を示す曲線Ｌ２の平均値に基づいて、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉを求める。従って、負荷回路１０に短絡事故が発生しているのか、或いは絶縁抵抗検出装置５０自体にショート故障が発生しているのか、区別することができる。

このようにして、本実施形態に係る絶縁抵抗検出装置では、第１端（Ｐ１）が負荷回路１０に接続されたカップリングコンデンサＣ１と、カップリングコンデンサＣ１の第２端（Ｐ２）に接続され、この第２端に周期波形を出力する矩形波生成回路５１と、周期波形のピーク点を含む一部を取り出して増幅する波形整形回路５４と、波形整形回路５４より出力される波形の波高値である参照信号Ｖ１（第１波高値）と、周期波形の波高値である基準信号Ｖ２（第２波高値）に基づいて、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉを求めるマイコン５５と、を有する。従って、この場合、負荷回路の絶縁抵抗が小さくなると、参照信号Ｖ１はほぼ０Ｖに近づき、基準信号Ｖ２は０Ｖよりも高い値（例えば、図２中のＢＶ）に近づく。従って、参照信号Ｖ１と基準信号Ｖ２の双方を用いることにより、参照信号Ｖ１の低下の原因が絶縁抵抗Ｒｉの低下によるものであるか、或いは当該絶縁抵抗検出装置５０のグランド側へのショート等の故障によるものであるかを容易に判別することができる。即ち、絶縁抵抗検出装置５０の任意の点がグランド側にショートした場合や、回路構成部品がオープン故障した場合等の故障発生時には、参照信号Ｖ１及び基準信号Ｖ２の双方が０Ｖ程度まで低下する。これに対して、絶縁抵抗Ｒｉが低下した場合（例えば、０Ω程度まで低下した場合）には、参照信号Ｖ１はほぼ０Ｖまで低下するものの、基準信号Ｖ２は、図２に示すＢＶ程度までしか低下しない。従って、これらの相違に基づいて、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉの低下であるか、又は絶縁抵抗検出装置５０自体の故障であるかを区別して検出することができる。

その結果、当該絶縁抵抗検出装置５０が駆動している間に発生する装置故障を確実に検出することができ、従来使用していた自己診断回路を省略することができる。

また、マイコン５５は、参照信号Ｖ１が漏電検出閾値Ｖth１（例えば、図２に示すＣＶ）よりも小さい場合に、参照信号Ｖ１及び基準信号Ｖ２の平均値（曲線Ｌ３）に基づいて、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉを求める。ここで、絶縁抵抗Ｒｉの変化に対する波高値の変化量は、参照信号Ｖ１の方が基準信号Ｖ２よりも高いので、参照信号Ｖ１が漏電検出閾値Ｖth１以上である場合に、例えば参照信号Ｖ１のみを用いて負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉを求めることにより、高精度な絶縁抵抗Ｒｉの検出が可能となる。また、参照信号Ｖ１が漏電検出閾値Ｖth１未満である場合には、参照信号Ｖ１と基準信号Ｖ２との平均値に基づいて、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉを求める。上述したように、負荷回路１０絶縁抵抗Ｒｉが小さくなると、参照信号Ｖ１はほぼ０Ｖに近づき、基準信号Ｖ２は０Ｖよりも高い値（例えば、図２中のＢＶ）に近づくので、これらの平均値は図４に示すＡＶ程度となり、０Ｖまで低下しない。このため、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉの低下であるか、又は当該絶縁抵抗検出装置５０の故障であるかを区別して検出することができる。

更に、マイコン５５は、参照信号Ｖ１が基準信号Ｖ２よりも小さい場合に、参照信号Ｖ１及び基準信号Ｖ２の平均値（曲線Ｌ３）に基づいて、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉを求める。ここで、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉが低下し、所定の絶縁抵抗未満（図３に示す交点ｐ１未満）となった場合に、参照信号Ｖ１が基準信号Ｖ２よりも低くなるので、上述した請求項２と同様に、参照信号Ｖ１が基準信号Ｖ２と一致したときの波高値を請求項２に示した閾値（漏電検出閾値Ｖth１）とすることにより、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉの低下であるか、又は当該絶縁抵抗検出装置５０の故障であるかを区別して検出することができる。

また、マイコン５５は、参照信号Ｖ１及び基準信号Ｖ２の平均値が、所定の下限値（例えば、図４中のＡＶ）未満の場合には、負荷回路１０の絶縁抵抗検出装置５０に故障が発生していると判断する。上述したように、負荷回路１０の絶縁抵抗Ｒｉが低下した場合には、平均値（曲線Ｌ３）は下限値（例えば、図４中のＡＶ）未満には低下しないので、平均値が下限値未満となった場合には、絶縁抵抗検出装置５０に故障が発生しているものと判断することができる。

また、マイコン５５は、参照信号Ｖ１が所定の上限値（例えば、Ｖth３＝図２中のＦＶ）以上である場合には、負荷回路１０の絶縁抵抗検出装置５０に故障が発生していると判断する。即ち、負荷回路１０の絶縁抵抗が最大値となった場合には、参照信号Ｖ１は、上限値（ＦＶ）未満の一定値となり、上限値以上に上昇することはない。従って、参照信号Ｖ１が上限値以上となった場合には、当該絶縁抵抗検出装置５０が電源側にショートしたものと判断することができる。

そして、本実施形態に係る絶縁抵抗検出装置５０は、所定の周波数帯域を通過するフィルタ５３より出力される周期波形の波高値を、基準信号Ｖ２とする。フィルタ５３の出力は正弦波形状の波形となり、一つのピーク点の有する波形となるので、基準信号Ｖ２を容易に設定することができる。

以上、本発明の絶縁抵抗検出装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれにこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、上記した実施形態では、マイコン５５は、参照信号Ｖ１及び基準信号Ｖ２の平均値が、図４に示すＡＶ（所定の下限値）未満の場合には、絶縁抵抗検出装置５０に故障が発生していると判断する場合について説明したが、所定の下限値は適宜変更が可能である。

また、上記した実施形態では、マイコン５５は、参照信号Ｖ１が図２に示すＦＶ（所定の上限値）以上である場合には、絶縁抵抗検出装置５０に故障が発生していると判断する場合について説明したが、所定の上限値は適宜変更が可能である。

本発明は、電気自動車やハイブリッド車両等に設けられる負荷回路の絶縁抵抗の低下と装置故障を検出する上で極めて有用である。

１０ 負荷回路
１１ コンバータ
１２ インバータ
１３ モータ
１４ ジェネレータ
５０ 絶縁抵抗検出装置
５１ 矩形波生成回路
５３ フィルタ
５４ 波形整形回路
５５ マイコン
Ｂ 直流電源
Ｃ１ カップリングコンデンサ
Ｒｉ 絶縁抵抗

Claims (6)

1. 負荷回路の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出装置において、
   第１端が前記負荷回路に接続されたカップリングコンデンサと、
   前記カップリングコンデンサの第２端に接続され、この第２端に周期波形を出力する周期波形出力手段と、
   前記周期波形のピーク点を含む一部を取り出して増幅する波形整形回路と、
   前記波形整形回路より出力される波形の波高値である第１波高値と、前記周期波形の波高値である第２波高値に基づいて、前記負荷回路の絶縁抵抗を求める演算手段と、
   を有することを特徴とする絶縁抵抗検出装置。
2. 前記演算手段は、前記第１波高値が所定の閾値よりも小さい場合に、前記第１波高値及び第２波高値の平均値に基づいて、前記絶縁抵抗を求めることを特徴とする請求項１に記載の絶縁抵抗検出装置。
3. 前記演算手段は、前記第１波高値が前記第２波高値よりも小さい場合に、前記第１波高値及び第２波高値の平均値に基づいて、前記絶縁抵抗を求めることを特徴とする請求項１に記載の絶縁抵抗検出装置。
4. 前記演算手段は、前記第１波高値及び第２波高値の平均値が、所定の下限値未満の場合には、当該絶縁抵抗検出装置に故障が発生していると判断することを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の絶縁抵抗検出装置。
5. 前記演算手段は、前記第１波高値が所定の上限値以上である場合には、当該絶縁抵抗検出装置に故障が発生していると判断することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の絶縁抵抗検出装置。
6. 前記カップリングコンデンサの第２端と、前記波形整形回路との間に、所定の周波数帯域を通過するフィルタを備え、前記フィルタより出力される周期波形の波高値を、前記第２波高値とすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の絶縁抵抗検出装置。

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