JP2014153091A - 絶縁状態検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】V0計測周期で得られた電圧V0の計測値から定数テーブル(TB2)を用いて補正係数を取得し、次のVc1n計測区間の充電時間長Tc1n、Vc1p計測区間の充電時間長Tc1pを自動的に補正し、検出用コンデンサ(C1)のDCバイアス電圧特性の影響を排除する。更に、サーミスタ(25)を用いて検出用コンデンサの温度を検出し、温度特性を補償するための補正値を定数テーブル(TB1)から取得し、充電時間長(T1)に自動的に反映する。検出用コンデンサとしてセラミックコンデンサ等の特性が変化しやすい部品を採用している場合であっても、高精度で地絡抵抗を計測できる。
【選択図】図3
Description
(1)部品毎の静電容量のばらつきが大きい。
(2)DC(直流)バイアス電圧の影響により実際に使用する際の静電容量が変動する。
(3)実際に使用する際の静電容量が温度変化に応じて変動する。
(1) 所定の高圧直流電源出力の正極側電源ライン及び負極側電源ラインとそれぞれ接続される正極側入力端子及び負極側入力端子と、接地電極とを有し、フライングキャパシタの充電電圧に基づいて前記正極側電源ライン及び負極側電源ラインと前記接地電極との間の絶縁状態を地絡抵抗として把握する絶縁状態検出装置であって、
前記フライングキャパシタを前記地絡抵抗の影響を受けない第1の通電経路を介して充電した時に得られる第1の電圧計測値と、前記フライングキャパシタを前記地絡抵抗の影響を受ける第2の通電経路を介して充電した時に得られる第2の電圧計測値とをそれぞれ計測する充電電圧計測部と、
前記充電電圧計測部が計測した前記第1の電圧計測値および前記第2の電圧計測値に基づいて前記地絡抵抗の値を算出する地絡抵抗値算出部と、
前記第2の電圧計測値を計測するための前記フライングキャパシタの充電時間長を可変とし、前記第2の電圧計測値を計測する前に得られた前記第1の電圧計測値を、前記充電時間長に自動的に反映する充電時間長制御部と、
を備えること。
(2) 上記(1)に記載の絶縁状態検出装置であって、
前記充電時間長制御部は、複数の電圧範囲のそれぞれと、前記充電時間長と関連のある係数の情報とを対応付けて保持する定数テーブルを有し、前記充電電圧計測部が検出した前記第1の電圧計測値に基づき、前記定数テーブルを利用して、前記第2の電圧計測値を計測する際の前記充電時間長を自動的に補正すること。
(3) 上記(1)に記載の絶縁状態検出装置であって、
前記フライングキャパシタの近傍における温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部が検出した温度のパラメータを、前記フライングキャパシタの充電時間長に反映する温度補償制御部と、
を更に備えること。
(4) 上記(3)に記載の絶縁状態検出装置であって、
前記温度補償制御部は、複数の温度範囲のそれぞれと、前記フライングキャパシタを充電する時間の長さに相当する係数の情報とを対応付けて保持する温度補償テーブルを有し、前記温度検出部が検出した温度に基づき、前記温度補償テーブルを利用して、前記充電時間長を自動的に補正すること。
上記(2)の構成の絶縁状態検出装置によれば、前記充電時間長を正しく補正するために必要な係数を簡単な処理だけで取得することができる。従って、短い時間周期で計測を繰り返し実行する場合であっても、直前の計測タイミングで得られた前記第1の電圧計測値の変動の影響を、直後の計測で用いる前記充電時間長に即座に反映することが可能になる。
上記(3)の構成の絶縁状態検出装置によれば、前記フライングキャパシタのDCバイアス電圧特性だけでなく、温度特性の影響も補償することができる。また、DCバイアス電圧特性および温度特性について共通の充電時間長を制御対象として補償制御を行うので、簡単な制御だけで高精度の補償が可能になる。
上記(4)の構成の絶縁状態検出装置によれば、前記フライングキャパシタの温度に応じて前記充電時間長を正しく補正するために必要な係数を簡単な処理だけで取得することができる。
車両に搭載された絶縁状態検出装置10およびその周辺回路の構成を図1に示す。
図1に示した絶縁状態検出装置10は、例えば電気自動車、あるいは駆動源としてエンジンおよび電気モータを備えたハイブリッド自動車のような車両に搭載して使用することができる。車載直流高圧電源50は、例えば200V程度の高電圧の直流電力を出力する。車載直流高圧電源50が出力する電力により、車両の推進力を発生する電気モータを駆動することができる。
図1に示すように、絶縁状態検出装置10の回路にはフライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサC1が設けてある。この検出用コンデンサC1には、車載用であることを考慮してセラミックコンデンサを採用している。
<検出用コンデンサ(フライングキャパシタ)C1の充放電の説明>
<切り替えのタイミング>
計測時のスイッチング素子S1〜S4の切り替えタイミングの具体例を図9に示す。すなわち、地絡抵抗RLp及びRLnの計測を実施する際には、図9に示すような基本計測サイクルのスケジュールに従ってマイクロコンピュータ11がスイッチング素子S1〜S4のオンオフを制御し、地絡抵抗の算出に必要な計測値を取得する。
「V0充電」区間:
スイッチング素子S1の接点が閉になるので、正極側電源ライン111から正極側入力端子13、スイッチング素子S1、配線31、ダイオードD1、抵抗器R1を通って検出用コンデンサC1の正極側端子に電流が流れる。また、スイッチング素子S2の接点が閉になるので、検出用コンデンサC1の負極側端子から、配線32、抵抗器R2、スイッチング素子S2、負極側入力端子14、負極側電源ライン112へ電流が流れる。従って、この電流により検出用コンデンサC1に電荷が充電される。
スイッチング素子S4の接点が閉になるので、検出用コンデンサC1の負極側端子が、抵抗器R4を介して接地電極15と接続される。また、スイッチング素子S3の接点が閉になるので、検出用コンデンサC1の正極側端子が、ダイオードD3、抵抗器R3、スイッチング素子S3、配線35、入力回路20、配線36を介してマイクロコンピュータ11のアナログ入力ポートと接続される。従って、マイクロコンピュータ11は、検出用コンデンサC1の充電電圧に比例したアナログレベルを検出することができる。
スイッチング素子S4の接点が閉になるので、検出用コンデンサC1の負極側端子が、抵抗器R4を介して接地電極15と接続される。また、スイッチング素子S3の接点が閉なので、検出用コンデンサC1の正極側端子が、ダイオードD3、抵抗器R3、スイッチング素子S3、抵抗器R5を介して接地電極15と接続される。従って、検出用コンデンサC1に蓄積された電荷は自然に放電する。
スイッチング素子S1の接点が閉になるので、正極側電源ライン111から正極側入力端子13、スイッチング素子S1、配線31、ダイオードD1、抵抗器R1を通って検出用コンデンサC1の正極側端子に電流が流れる。また、スイッチング素子S4の接点が閉になるので、検出用コンデンサC1の負極側端子から、スイッチング素子S4、抵抗器R4、接地電極15、接地電極103、地絡抵抗RLnを通って負極側電源ライン112に電流が流れる。この電流により、検出用コンデンサC1に電荷が充電される。この時の充電電圧は、地絡抵抗RLnの影響を反映した結果になる。
スイッチング素子S3の接点が閉になるので、正極側電源ライン111から地絡抵抗RLp、接地電極103、接地電極15、抵抗器R5、スイッチング素子S3、ダイオードD2を通って、検出用コンデンサC1の正極側端子に電流が流れる。また、スイッチング素子S2の接点が閉になるので、検出用コンデンサC1の負極側端子から、配線32、抵抗器R2、スイッチング素子S2、負極側入力端子14、負極側電源ライン112へ電流が流れる。この電流により、検出用コンデンサC1に電荷が充電される。この時の充電電圧は、地絡抵抗RLpの影響を反映した結果になる。
図1に示した絶縁状態検出装置10の動作に関しては、基本的には以下の関係式が成立する。
(RLp+RLn)/(RLp×RLn)={(Vc1p)+(Vc1n)}/V0
但し、
V0:車載直流高圧電源50の出力電圧に応じた検出用コンデンサC1の充電電圧
Vc1n:負側の地絡抵抗RLnの影響を受けた検出用コンデンサC1の充電電圧
Vc1p:正側の地絡抵抗RLpの影響を受けた検出用コンデンサC1の充電電圧
RLp,RLn:各地絡抵抗の抵抗値
コンデンサの印加電圧、充電電荷、および温度の関係の具体例を図5に示す。また、温度変化に対応した補償特性の具体例を図6に示す。
温度に応じた補償値を保持する定数テーブルTB1の構成例を図4に示す。図4に示した定数テーブルTB1は、複数の温度範囲のそれぞれに対応付けられた充電時間の長さの定数を保持している。
コンデンサの印加電圧と充電電圧との関係の具体例を図8に示す。また、図1に示した絶縁状態検出装置の動作タイミングの具体例を図3に示す。
DCバイアス電圧補償用定数テーブルの構成例を図7に示す。
<マイクロコンピュータ11の処理の内容>
図1に示した絶縁状態検出装置10の主要な制御の内容を図2に示す。すなわち、マイクロコンピュータ11が図2の処理を実行する。また、図1に示した絶縁状態検出装置の動作タイミングの具体例を図3に示す。
マイクロコンピュータ11は絶縁状態検出装置10の電源がオンになるとステップS11で所定の初期化を実行した後、S12の処理に進む。
ステップS21では、マイクロコンピュータ11は、図3に示す各「V0計測区間」で最新の電圧V0の計測が完了したタイミングか否かを識別する。すなわち、電圧V0の計測が完了したタイミングになると、S21からS22の処理に進む。
(1)検出用コンデンサC1としてセラミックコンデンサを採用した場合であっても、地絡抵抗の検出精度の向上が期待できる。
(2)適切な補正を実施することにより、相対値だけでなく絶対値としての電圧の検出精度も向上できる。従って、地絡抵抗を高精度で検出できる。
(3)検出用コンデンサC1の充電時間長(T1、Tc1n、Tc1p)を自動調整するので、充電電荷が少なめになる条件下で電荷量を増やすように補正することができる。これにより、より低電圧域、高抵抗域での計測が可能になる。故障判定用の閾値等を引き上げてノイズマージンを向上させることが可能になる。また、充電電荷が多めになる条件下で電荷量を減らすように補正することができる。これにより、抵抗器R3、R4、R5により構成される分圧回路の分圧比を引き上げ、A/D変換入力のダイナミックレンジをより有効に活用可能になる。
(1) 図1に示した絶縁状態検出装置(10)は、所定の車載高圧直流電源(50)出力の正極側電源ライン(111)及び負極側電源ライン(112)とそれぞれ接続される正極側入力端子(13)及び負極側入力端子(14)と、接地電極(15)とを有し、フライングキャパシタ(C1)の充電電圧に基づいて前記正極側電源ライン及び負極側電源ラインと前記接地電極との間の絶縁状態を地絡抵抗として把握する。また、前記フライングキャパシタを前記地絡抵抗の影響を受けない第1の通電経路(V0計測区間の通電経路)を介して充電した時に得られる第1の電圧計測値(V0)と、前記フライングキャパシタを前記地絡抵抗の影響を受ける第2の通電経路(Vc1n計測区間又はVc1p計測区間の通電経路)を介して充電した時に得られる第2の電圧計測値(Vc1n、Vc1p)とをそれぞれ計測する充電電圧計測部(S14)と、前記充電電圧計測部が計測した前記第1の電圧計測値および前記第2の電圧計測値に基づいて前記地絡抵抗の値を算出する地絡抵抗値算出部(S15)と、前記第2の電圧計測値を計測するための前記フライングキャパシタの充電時間長(Tc1n、Tc1p)を可変とし、前記第2の電圧計測値を計測する前に得られた前記第1の電圧計測値(V0)を、前記充電時間長に自動的に反映する充電時間長制御部(S21〜S26)とを備えている。
11 マイクロコンピュータ
13 正極側入力端子
14 負極側入力端子
15 接地電極
20 入力回路
21 出力端子
25 サーミスタ
31〜37 配線
50 車載直流高圧電源
101,102 Yコンデンサ
103 接地電極
111 正極側電源ライン
112 負極側電源ライン
C1 検出用コンデンサ(フライングキャパシタ)
D1,D2,D3 ダイオード
R1,R2,R3,R4,R5 抵抗器
RLp,RLn 地絡抵抗
S1,S2,S3,S4 スイッチング素子
SWx 操作スイッチ
TB1 定数テーブル(温度補償用)
TB2 定数テーブル(DCバイアス電圧補償用)
Claims (4)
- 所定の高圧直流電源出力の正極側電源ライン及び負極側電源ラインとそれぞれ接続される正極側入力端子及び負極側入力端子と、接地電極とを有し、フライングキャパシタの充電電圧に基づいて前記正極側電源ライン及び負極側電源ラインと前記接地電極との間の絶縁状態を地絡抵抗として把握する絶縁状態検出装置であって、
前記フライングキャパシタを前記地絡抵抗の影響を受けない第1の通電経路を介して充電した時に得られる第1の電圧計測値と、前記フライングキャパシタを前記地絡抵抗の影響を受ける第2の通電経路を介して充電した時に得られる第2の電圧計測値とをそれぞれ計測する充電電圧計測部と、
前記充電電圧計測部が計測した前記第1の電圧計測値および前記第2の電圧計測値に基づいて前記地絡抵抗の値を算出する地絡抵抗値算出部と、
前記第2の電圧計測値を計測するための前記フライングキャパシタの充電時間長を可変とし、前記第2の電圧計測値を計測する前に得られた前記第1の電圧計測値を、前記充電時間長に自動的に反映する充電時間長制御部と、
を備えることを特徴とする絶縁状態検出装置。 - 前記充電時間長制御部は、複数の電圧範囲のそれぞれと、前記充電時間長と関連のある係数の情報とを対応付けて保持する定数テーブルを有し、前記充電電圧計測部が検出した前記第1の電圧計測値に基づき、前記定数テーブルを利用して、前記第2の電圧計測値を計測する際の前記充電時間長を自動的に補正する
ことを特徴とする請求項1に記載の絶縁状態検出装置。 - 前記フライングキャパシタの近傍における温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部が検出した温度のパラメータを、前記フライングキャパシタの充電時間長に反映する温度補償制御部と、
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の絶縁状態検出装置。 - 前記温度補償制御部は、複数の温度範囲のそれぞれと、前記フライングキャパシタを充電する時間の長さに相当する係数の情報とを対応付けて保持する温度補償テーブルを有し、前記温度検出部が検出した温度に基づき、前記温度補償テーブルを利用して、前記充電時間長を自動的に補正する
ことを特徴とする請求項3に記載の絶縁状態検出装置。
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