JP2014155329A - 絶縁抵抗低下検出装置およびそれを備える車両ならびに絶縁抵抗低下検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気系統の絶縁抵抗の低下の誤検出を抑制する。
【解決手段】交流電源６１は、第１の周波数と、第１の周波数とは異なる第２の周波数との間で交流信号の周波数を切替可能に構成される。検出部６６は、第１の周波数に対応する第１の波高値と、第２の周波数に対応する第２の波高値とを検出する。推定部は、第１の波高値および第２の波高値を検出することによって特定される電気系統の電気的特性に基づいてコモンモードにおける電気系統の浮遊容量を推定する。判定部は、検出部６６によって検出された波高値がしきい値を下回った場合に、絶縁抵抗が低下していると判定する。設定部は、推定部によって推定された浮遊容量に基づいて上記しきい値を設定する。
【選択図】図２

Description

この発明は、絶縁抵抗低下検出装置およびそれを備える車両ならびに絶縁抵抗低下検出方法に関し、特に、車両に搭載された電気系統の絶縁抵抗の低下を検出するための絶縁抵抗低下検出装置およびそれを備える車両ならびに絶縁抵抗低下検出方法に関する。

特開２００９−３００４００号公報（特許文献１）は、絶縁抵抗検出装置を開示している。この絶縁抵抗検出装置は、発振回路と、高電圧回路に接続されるカップリングコンデンサと、カップリングコンデンサおよび発振回路間に接続される検出抵抗と、カップリングコンデンサおよび検出抵抗間の電位を検出する電位検出手段と、車体および高電圧回路間の絶縁低下を判定する絶縁判定手段とを備える。

この絶縁抵抗検出装置においては、絶縁判定手段は、電位検出手段が検出した電位の振幅が所定の有効範囲にない場合には、絶縁低下の検出を誤検出であると判定する（特許文献１参照）。

特開２００９−３００４００号公報 特開２００７−１０１４２４号公報 特開２００８−１６７６１７号公報

上記のような交流方式の絶縁抵抗検出装置は、高電圧回路の絶縁抵抗が低下することによって検出対象のインピーダンスが低下することを利用して絶縁抵抗の低下を検出する。しかしながら、コモンモードにおける高電圧回路の浮遊容量が増加したときも検出対象のインピーダンスが低下する。このため、上記浮遊容量の変動によって高電圧回路の絶縁抵抗の低下を誤検出する可能性がある。

それゆえに、この発明の目的は、電気系統の絶縁抵抗の低下の誤検出を抑制することである。

この発明によれば、絶縁抵抗低下検出装置は、車両に搭載された電気系統の絶縁抵抗の低下を検出する。絶縁抵抗低下検出装置は、発振部と、検出部と、制御装置とを備える。発振部は、電気系統に電気的に接続される信号線に交流信号を与える。検出部は、信号線における交流信号の波高値を検出する。制御装置は、絶縁抵抗の低下を判定する。発振部は、第１の周波数と、第１の周波数とは異なる第２の周波数との間で交流信号の周波数を切替可能に構成される。検出部は、第１の周波数に対応する第１の波高値と、第２の周波数に対応する第２の波高値とを検出する。制御装置は、推定部と、判定部と、設定部とを含む。推定部は、第１の波高値および第２の波高値を検出することによって特定される電気系統の電気的特性に基づいてコモンモードにおける電気系統の浮遊容量を推定する。判定部は、検出部によって検出された波高値がしきい値を下回った場合に、絶縁抵抗が低下していると判定する。設定部は、推定部によって推定された浮遊容量が大きいほど、しきい値を低く設定する。

好ましくは、推定部は、電気系統の電気的特性を表す関数を有し、第１の波高値および第２の波高値を用いて上記関数に含まれるパラメータを特定する。

好ましくは、関数は、発振部の出力電圧と検出部の検出電圧との関係を表す。
好ましくは、推定部は、第１の波高値および第２の波高値に対応して浮遊容量が予め記憶されるマップを有し、マップを参照することによって浮遊容量を推定する。

また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの絶縁抵抗低下検出装置を備える。

また、この発明によれば、絶縁抵抗低下検出方法は、車両に搭載された電気系統の絶縁抵抗の低下を検出する。絶縁抵抗低下検出方法は、電気系統に電気的に接続される信号線に第１の周波数の交流信号を与えるステップと、交流信号の周波数が第１の周波数であるときの信号線における交流信号の波高値を示す第１の波高値を検出するステップと、信号線に第１の周波数とは異なる第２の周波数の交流信号を与えるステップと、交流信号の周波数が第２の周波数であるときの信号線における交流信号の波高値を示す第２の波高値を検出するステップと、第１の波高値および第２の波高値を検出することによって特定される電気系統の電気的特性に基づいてコモンモードにおける電気系統の浮遊容量を推定するステップと、浮遊容量が大きいほど、しきい値を低く設定するステップと、交流信号の波高値がしきい値を下回った場合に、絶縁抵抗が低下していると判定するステップとを含む。

この発明においては、第１の波高値および第２の波高値を検出することによって特定される電気系統の電気的特性に基づいてコモンモードにおける電気系統の浮遊容量が推定される。そして、推定部によって推定された浮遊容量に基づいて絶縁抵抗の低下を判定するためのしきい値が設定される。これにより、電気系統の浮遊容量の変動の影響を低減することができる。したがって、この発明によれば、電気系統の絶縁抵抗の低下の誤検出を抑制することができる。

この発明の実施の形態による絶縁抵抗低下検出装置を備える車両の構成を示す図である。 図１に示す検出器の構成図である。 図１に示す電気系統の絶縁抵抗の低下を検出する簡易モデルを示す回路図である。 図１に示す検出器が出力する波高値と電気系統の絶縁抵抗値との関係を示す図である。 図１に示す制御装置がメモリに記憶する電気系統の浮遊容量を推定するためのマップを説明する図表である。 図１に示す制御装置の絶縁抵抗低下検出に関する機能ブロック図である。 図１に示す制御装置で実行される絶縁抵抗低下検出に関する処理を説明するフローチャートである。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による絶縁抵抗低下検出装置を備える車両の構成を示す図である。図１を参照して、車両１００は、エンジン２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割装置４と、車輪６とを備える。また、車両１００は、蓄電装置Ｂと、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２と、平滑コンデンサＣ１と、ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）２０と、検出器６０と、制御装置５０とをさらに備える。また、車両１００は、電圧センサ４１，４２と、電流センサ４４とをさらに備える。

この車両１００は、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ２を動力源として走行するハイブリッド車両である。動力分割装置４は、エンジン２とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分割する。動力分割装置４は、たとえば、サンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を含む。この３つの回転軸は、エンジン２、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。なお、モータジェネレータＭＧ１の回転シャフトを中空にし、その中をエンジン２の動力シャフトを貫通させることによってモータジェネレータＭＧ２、動力分割装置４、モータジェネレータＭＧ１、エンジン２を直線上に配置することができる。

また、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤによって車輪６に結合されている。また、動力分割装置４の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、三相モータであり、たとえば、三相の永久磁石同期モータである。モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２により駆動される発電機として用いられるとともに、エンジン２を始動することが可能な電動機としても用いられる。モータジェネレータＭＧ１が発電することにより得られる電力は、たとえばモータジェネレータＭＧ２の駆動に用いられる。モータジェネレータＭＧ２は、主として車両１００の駆動輪（車輪６）を駆動する電動機として用いられる。

蓄電装置Ｂは、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池、あるいはキャパシタなどによって構成される。蓄電装置Ｂは、ＰＣＵ２０へ電力を供給し、また、電力回生時には、ＰＣＵ２０によって充電される。電圧センサ４１は、蓄電装置Ｂの端子間の電圧ＶＢを検出して制御装置５０へ出力する。電流センサ４４は、蓄電装置Ｂに流れる電流ＩＢを検出して制御装置５０へ出力する。

システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、蓄電装置ＢとＰＣＵ２０とを結ぶ正極線ＰＬ１および負極線ＮＬにそれぞれ接続される。そして、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、制御装置５０からの制御信号ＳＥに基づいて、蓄電装置ＢとＰＣＵ２０との間での電力の供給と遮断とを切替える。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、車両１００の走行時に閉成され、車両１００のシステム停止時に開放される。

平滑コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ間に接続される。電圧センサ４２は、平滑コンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬを検出して制御装置５０へ出力する。

ＰＣＵ２０は、昇圧コンバータ２１と、平滑コンデンサＣ２と、電圧センサ４３と、電流センサ３４，３５と、インバータ２２，２３とを含む。昇圧コンバータ２１は、平滑コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。平滑コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ２１によって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ４３は、平滑コンデンサＣ２の端子間電圧（電圧ＶＨ）を検出して制御装置５０へ出力する。インバータ２２，２３は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動する。

昇圧コンバータ２１は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を含む。リアクトルＬ１の一方端は、正極線ＰＬ１に接続される。リアクトルＬ１の他方端は、スイッチング素子Ｑ１のエミッタおよびスイッチング素子Ｑ２のコレクタ間に接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ間に直列に接続される。

ダイオードＤ１，Ｄ２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続される。ダイオードＤ１のカソードは、スイッチング素子Ｑ１のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のアノードは、スイッチング素子Ｑ１のエミッタに接続される。ダイオードＤ２のカソードは、スイッチング素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ２のアノードは、スイッチング素子Ｑ２のエミッタに接続される。

インバータ２２は、昇圧コンバータ２１から昇圧された電圧を受けて、エンジン２を始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ２２は、エンジン２から伝達される機械的動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ２１へ出力する。このとき、昇圧コンバータ２１は、降圧回路として動作するように制御装置５０によって制御される。

インバータ２２は、Ｕ相アーム３１と、Ｖ相アーム３２と、Ｗ相アーム３３とを含む。Ｕ相アーム３１，Ｖ相アーム３２，およびＷ相アーム３３は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に並列に接続される。

Ｕ相アーム３１は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードは、スイッチング素子Ｑ３のコレクタに接続される。ダイオードＤ３のアノードは、スイッチング素子Ｑ３のエミッタに接続される。ダイオードＤ４のカソードは、スイッチング素子Ｑ４のコレクタに接続される。ダイオードＤ４のアノードは、スイッチング素子Ｑ４のエミッタに接続される。

Ｖ相アーム３２は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードは、スイッチング素子Ｑ５のコレクタに接続される。ダイオードＤ５のアノードは、スイッチング素子Ｑ５のエミッタに接続される。ダイオードＤ６のカソードは、スイッチング素子Ｑ６のコレクタに接続される。ダイオードＤ６のアノードは、スイッチング素子Ｑ６のエミッタに接続される。

Ｗ相アーム３３は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に直列接続されたスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８と、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードは、スイッチング素子Ｑ７のコレクタに接続される。ダイオードＤ７のアノードは、スイッチング素子Ｑ７のエミッタに接続される。ダイオードＤ８のカソードは、スイッチング素子Ｑ８のコレクタに接続される。ダイオードＤ８のアノードは、スイッチング素子Ｑ８のエミッタに接続される。

モータジェネレータＭＧ１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３つのコイルは、各々一方端が中点に共に接続されている。Ｕ相コイルの他方端は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。Ｖ相コイルの他方端は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。Ｗ相コイルの他方端は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

電流センサ３４は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置５０へ出力する。

インバータ２３は、昇圧コンバータ２１が出力する直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ２へ出力する。インバータ２３は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ２１へ出力する。このとき、昇圧コンバータ２１は、降圧回路として動作するように制御装置５０によって制御される。インバータ２３の内部の構成は、図示しないがインバータ２２と同様であり、詳細な説明は繰返さない。

検出器６０は、蓄電装置ＢおよびＰＣＵ２０を含む電気系統と、車両１００のＧＮＤとの間の絶縁抵抗の低下を検出するために設けられる。検出器６０は、蓄電装置Ｂの負極に接続される。検出器６０は、所定の周波数を有する交流信号を出力し、絶縁抵抗の低下に応じて波高値が低下する信号Ｖｋを制御装置５０へ出力する。なお、検出器６０の構成については、後ほど説明する。検出器６０は、制御装置５０からの信号ＣＭＤに基づいて交流信号の周波数を切替える。

制御装置５０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２と、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２と、電圧ＶＢ，ＶＬ，ＶＨの各値と、電流ＩＢの値と、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２と、起動指示ＩＧとを受ける。起動指示ＩＧは、車両１００の起動時に運転者がイグニッションスイッチをオンすることによってオフ状態からオン状態に切換わる。起動指示ＩＧは、車両１００の動作停止時に運転者がイグニッションスイッチをオフすることによってオン状態からオフ状態に切換わる。

制御装置５０は、起動指示ＩＧがオフ状態からオン状態に切換ると、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２を閉成する。制御装置５０は、実際に出力されるトルクがトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２に一致するようにＰＣＵ２０を制御する。このとき、制御装置５０は、電圧ＶＨを所望の電圧に制御するための信号ＰＷＣを昇圧コンバータ２１へ出力する。制御装置５０は、モータジェネレータＭＧ１に印加する交流電圧を生成するための信号ＰＷＩ１をインバータ２２へ出力する。制御装置５０は、モータジェネレータＭＧ２に印加する交流電圧を生成するための信号ＰＷＩ２をインバータ２３へ出力する。

ここで、制御装置５０は、後述する方法によって、検出器６０から受けた信号Ｖｋに基づいて、絶縁抵抗の低下の有無を検知する。具体的には、制御装置５０は、検出器６０が出力する交流電圧の周波数を変化させるための信号ＣＭＤを生成し、信号ＣＭＤを検出器６０へ出力する。制御装置５０は、異なる周波数に対応する信号Ｖｋに基づいてコモンモードにおける電気系統８０の浮遊容量を推定する。制御装置５０は、推定された浮遊容量に基づいて絶縁抵抗の低下を判定するためのしきい値を設定する。なお、コモンモードにおける電気系統の浮遊容量は、車両１００の車体に対する電気系統８０の静電容量であって、コモン容量とも称される。

車両１００は、警告ランプ７０をさらに備える。制御装置５０は、絶縁抵抗の低下が生じていると判定した場合には、信号ＥＭＧを生成して警告ランプ７０へ出力する。警告ランプ７０は、信号ＥＭＧに応じて点灯する。これにより、運転者は、絶縁抵抗の低下が生じていることを知ることができる。

図２は、図１に示す検出器６０の構成図である。図１および図２を参照して、検出器６０は、交流電源６１と、抵抗６２と、コンデンサ６３と、バンドパスフィルタ６４と、ピークホールド回路６５とを含む。なお、バンドパスフィルタ６４およびピークホールド回路６５は、検出部６６を構成する。

交流電源６１および抵抗６２は、ノードＮ１と、接地ノードＧＮＤ（車両のシャーシ）との間に直列に接続される。コンデンサ６３は、ノードＮ１と、蓄電装置Ｂの負極との間に接続される。なお、図１において蓄電装置Ｂに接続される回路の全体を、図２では電気系統８０として示す。

交流電源６１は、複数の周波数の交流電圧を切替えて出力可能に構成される。交流電源６１は、たとえば所定周波数ｆ１の交流電圧と所定周波数ｆ１とは異なる所定周波数ｆ２の交流電圧とを切替えて出力できる。

一例として、交流電源６１は、所定周波数ｆ１の交流電圧を出力する第１の発振回路と所定周波数ｆ２の交流電圧を出力する第２の発振回路とを備え、スイッチによって第１の発振回路の出力および第２の発振回路の出力のいずれかを交流電源６１の出力とすることができる。交流電源６１は、制御装置５０から受けた信号ＣＭＤに基づいて交流電圧の周波数を切替える。なお、交流電源６１は、２種類以上の周波数の交流電圧を切替えて出力可能に構成されることができる。

バンドパスフィルタ６４は、ノードＮ１上の交流信号を受け、その受けた交流信号から所定周波数の成分だけを抽出してピークホールド回路６５へ出力する。ピークホールド回路６５は、バンドパスフィルタ６４から受けた交流信号のピークをホールドし、そのホールドした信号Ｖｋを制御装置５０へ出力する。すなわち、信号Ｖｋは、バンドパスフィルタ６４から受けた交流信号の波高値を表す信号である。

電気系統８０は、接地ノードＧＮＤに対して電気的に絶縁されている。しかしながら、何らかの要因によって、電気系統８０および接地ノードＧＮＤ間の絶縁抵抗が低下する場合がある。この場合、電気系統８０および接地ノードＧＮＤ間のインピーダンスが低下するので、ノードＮ１における電圧が低下する。したがって、制御装置５０は、信号Ｖｋの大きさに基づいて、絶縁抵抗の低下の有無を判定することができる。

しかしながら、電気系統８０および接地ノードＧＮＤ間の浮遊容量が増加したときも電気系統８０および接地ノードＧＮＤ間のインピーダンスが低下する。このため、浮遊容量の変動によって電気系統８０の絶縁抵抗の低下を誤検出する可能性がある。

そこで、本実施の形態では、複数の周波数の交流信号を与えたときの波高値に基づいてコモンモードにおける電気系統８０の浮遊容量が推定される。そして、推定された浮遊容量に基づいて絶縁抵抗の低下を判定するためのしきい値が設定される。これにより、電気系統８０の浮遊容量の変動の影響を低減することができる。よって、電気系統８０の絶縁抵抗の低下の誤検出を抑制することができる。以下、絶縁抵抗の低下の検出について詳細に説明する。

図３は、図１に示す電気系統８０の絶縁抵抗の低下を検出する簡易モデルを示す回路図である。図３を参照して、簡易モデルは、絶縁抵抗低下検出器２０１と、高圧簡易モデル２０２とを含む。

絶縁抵抗低下検出器２０１は、アース２０３を基準電位として振幅Ｖ０で発振波形を出力する発振電源２０４と、発振電源２０４から一方端に発振信号を受ける検出抵抗２０６（抵抗値Ｒｄ）と、検出抵抗２０６の他方端に一方電極が接続されたカップリングコンデンサ２１０（静電容量値Ｃｄ）とを含む。

高圧簡易モデル２０２は、カップリングコンデンサ２１０の他方電極とアース２１６との間に並列に接続された高圧絶縁抵抗２１２（抵抗値Ｒｓ）およびコモンモードコンデンサ２１４（静電容量値Ｃｓ）を含む。なお、静電容量値Ｃｓは、コモンモードにおける車両１００の車体に対する電気系統の浮遊容量を表す。

高電圧バッテリや駆動回路は、高圧簡易モデル２０２のように表すことができる。高圧簡易モデル２０２のインピーダンスが大きい場合には、検出抵抗２０６にはほとんど電流が流れない。したがって電圧検出器２１８が検出する電圧波形は発振電源２０４の信号振幅電圧Ｖ０と同じ振幅となる（Ｖｄ＝Ｖ０）。

高圧簡易モデル２０２のインピーダンスが小さいときには、検出抵抗２０６に電流が流れるため、その分振幅が減衰した波形が電圧検出器２１８によって計測でき、これによって異常が判定できる。

ここで、高圧簡易モデル２０２のインピーダンスは、抵抗値Ｒｓと静電容量値Ｃｓとによって決定される。よって、抵抗値Ｒｓが低下していなくても静電容量値Ｃｓが増大すれば、高圧簡易モデル２０２のインピーダンスが低下してしまう。このため、浮遊容量である静電容量値Ｃｓの変動によって、抵抗値Ｒｓの低下を誤検出する可能性がある。

なお、浮遊容量は、電気系統８０の製造時の個体差、環境温度、各ユニットの冷媒の攪拌状態などによって変動する。

図４は、図１に示す検出器６０が検出する波高値と電気系統８０の絶縁抵抗値との関係を示す図である。図４とともに図３を参照して、実線ＬＮ１〜ＬＮ３は、絶縁抵抗値に対する波高値を表す。実線ＬＮ１は、電気系統８０の浮遊容量がゼロである場合を示す。実線ＬＮ２，ＬＮ３は、電気系統８０の浮遊容量が静電容量値Ｃｓである場合を示す。実線ＬＮ２は、発振電源２０４の出力電圧の周波数が所定周波数ｆ１である場合を示す。実線ＬＮ３は、発振電源２０４の出力電圧の周波数が所定周波数ｆ２である場合を示す。所定周波数ｆ１は、所定周波数ｆ２とは異なる周波数であって、所定周波数ｆ２よりも低い。

実線ＬＮ１〜ＬＮ３に示されるように、絶縁抵抗値が同一の場合であっても浮遊容量が異なると、検出される波高値は異なった値となる。また、絶縁抵抗値および浮遊容量がそれぞれ同一であっても発振電源２０４の出力電圧の周波数が異なると、検出される波高値は異なった値となる。

したがって、電圧検出器２１８によって検出される波高値Ｖｄは、発振電源２０４の出力電圧の振幅Ｖ０と、発振電源２０４の出力電圧の角周波数ωｄと、高圧絶縁抵抗２１２の抵抗値Ｒｓと、コモンモードコンデンサ２１４の静電容量値Ｃｓと、検出抵抗２０６の抵抗値Ｒｄと、カップリングコンデンサ２１０の静電容量値Ｃｄとを用いて、次式にて表すことができる。

式（１）は、電気系統８０の電気的特性を表す。具体的には、式（１）は、振幅Ｖ０と波高値Ｖｄとの関係を表す。ここで、交流信号の周波数を変化させ、交流信号の周波数の変化に対応する波高値の変化を検出することによって上記電気的特性を特定することができる。そして、式（１）にて表される関係を用いることで、コモンモードコンデンサ２１４の静電容量値Ｃｓと、高圧絶縁抵抗２１２の抵抗値Ｒｓとを推定することができる。

具体的には、式（１）において、発振電源２０４の出力電圧の振幅Ｖ０、検出抵抗２０６の抵抗値Ｒｄ、およびカップリングコンデンサ２１０の静電容量値Ｃｄは、予め与えられている値であるものとする。

まず、発振電源２０４の出力電圧の角周波数ωｄが所定周波数ｆ１であるときの波高値Ｖ１が計測される。次に、発振電源２０４の出力電圧の角周波数ωｄが所定周波数ｆ２であるときの波高値Ｖ２が計測される。そして、式（１）に上記予め与えられている値、所定周波数ｆ１，ｆ２および波高値Ｖ１，Ｖ２を適用することで、コモンモードコンデンサ２１４の静電容量値Ｃｓと、高圧絶縁抵抗２１２の抵抗値Ｒｓとが算出される。

すなわち、式（１）において所定周波数ｆ１および波高値Ｖ１を入力することによって得られる式と、式（１）において所定周波数ｆ２および波高値Ｖ２を入力することによって得られる式とを用いて、連立方程式を解くことにより静電容量値Ｃｓおよび抵抗値Ｒｓとが算出される。

また、コモンモードコンデンサ２１４の静電容量値Ｃｓを算出する一例としてマップを用いる方法を説明する。

図５は、図１に示す制御装置５０がメモリに記憶する電気系統の浮遊容量を推定するためのマップを説明する図表である。図５を参照して、マップには、所定周波数ｆ１に対応する波高値Ｖ１（Ｖ１１〜Ｖ１ｎ）と、所定周波数ｆ２に対応する波高値Ｖ２（Ｖ２１〜Ｖ２ｎ）との組み合わせに応じて予め計算された静電容量値Ｃｓが保存される。

具体的には、式（１）に所定周波数ｆ１および任意の波高値Ｖ１を入力することによって得られる式と、式（１）において所定周波数ｆ２および任意の波高値Ｖ２を入力することによって得られる式とを用いて、連立方程式を解くことにより静電容量値Ｃｓが算出される。そして、波高値Ｖ１１〜Ｖ１ｎと波高値Ｖ２１〜Ｖ２ｎとのすべての組み合わせについて、上記のような計算を実行することによってマップを作成することができる。

このように作成されたマップを参照することによって、波高値Ｖ１と波高値Ｖ２との組み合わせに対応する静電容量値Ｃｓを得ることができる。そして、得られた静電容量値Ｃｓを用いて高圧絶縁抵抗２１２の抵抗値Ｒｓ（この場合、抵抗値Ｒ１）を得ることができる。一例として、波高値Ｖ１がＶ１３であり、波高値Ｖ２がＶ２２である場合は、静電容量値ＣｓはＣ３２となる。

なお、浮遊容量である静電容量値Ｃｓを推定する方法は、上記のようなマップを用いる方法に限られず、連立方程式を解くなどの他の方法を用いてもよい。

再び図４を参照して、浮遊容量が推定されると、絶縁低下の異常を判定するためのしきい値が設定される。ここでは、絶縁抵抗値が抵抗値Ｒｎよりも大きい場合に、絶縁抵抗が正常であると判定されるものとし、絶縁抵抗値が抵抗値Ｒａよりも小さい場合に、絶縁抵抗が異常であると判定されるものとする。なお、絶縁抵抗値が抵抗値Ｒａから抵抗値Ｒｎの間にある場合は、どちらの判定もされない。

浮遊容量がゼロである場合（静電容量値Ｃｓ＝０μＦ）は（実線ＬＮ１）、絶縁抵抗の低下を判定するためのしきい値は、所定値Ｖａに設定される。しかしながら、浮遊容量が増大すると検出される波高値Ｖｄが低下するため、しきい値を小さく設定する必要がある。そこで、上記の方法で推定された浮遊容量を用いて適切なしきい値が設定される。

具体的には、上記式（１）において、高圧絶縁抵抗２１２の抵抗値Ｒｓとして抵抗値Ｒａを入力し、コモンモードコンデンサ２１４の静電容量値Ｃｓとして推定された浮遊容量を入力したときに得られる波高値Ｖｄがしきい値Ｖｂとして設定される。すなわち、高圧絶縁抵抗２１２の抵抗値が抵抗値Ｒａであるときの波高値Ｖｄがしきい値Ｖｂとして設定される。なお、抵抗値Ｒａは、絶縁抵抗が低下していることを判定するための値である。

よって、絶縁抵抗が低下していることを判定するためのしきい値を浮遊容量に応じて設定することができる。したがって、浮遊容量が変動した場合であっても、絶縁抵抗が抵抗値Ｒａを下回ったときに絶縁抵抗が低下していると判定することができる。

これにより、電気系統８０の浮遊容量の変動の影響を低減することができる。よって、電気系統８０の絶縁抵抗の低下の誤検出を抑制することができる。

図６は、図１に示す制御装置５０の絶縁抵抗低下検出に関する機能ブロック図である。図６を参照して、制御装置５０は、推定部５１と、設定部５２と、判定部５３とを含む。

推定部５１は、交流電源６１（図２）の出力周波数を所定周波数ｆ１とするように信号ＣＭＤを生成し、生成した信号ＣＭＤを検出器６０へ出力する。推定部５１は、交流電源６１の出力周波数が所定周波数ｆ１であるときの波高値Ｖｋを波高値Ｖ１として取得する。次に、推定部５１は、交流電源６１の出力周波数を所定周波数ｆ２とするように信号ＣＭＤを生成し、生成した信号ＣＭＤを検出器６０へ出力する。推定部５１は、交流電源６１の出力周波数が所定周波数ｆ２であるときの波高値Ｖｋを波高値Ｖ２として取得する。

そして、推定部５１は、波高値Ｖ１，Ｖ２に基づいて電気系統８０の浮遊容量を推定する。すなわち、推定部５１は、波高値Ｖ１，Ｖ２に基づいて式（１）含まれるパラメータを特定する。具体的には、推定部５１は、波高値Ｖ１と波高値Ｖ２との組み合わせに対応する静電容量値Ｃｓが保存されたマップ（図５）を参照することによって静電容量値Ｃｓを浮遊容量として推定する。推定部５１は、推定された浮遊容量を設定部５２へ出力する。

設定部５２は、推定部５１から受けた浮遊容量に基づいて絶縁抵抗の低下を判定するためのしきい値を設定する。具体的には、設定部５２は、推定部５１によって推定された浮遊容量が大きいほど、しきい値を低く設定する。より具体的には、設定部５２は、式（１）に推定された浮遊容量を適用することによってしきい値を設定する。設定部５２は、設定されたしきい値を判定部５３へ出力する。

判定部５３は、設定部５２から受けたしきい値を用いて絶縁抵抗の低下を判定する。具体的には、判定部５３は、波高値Ｖｋがしきい値を下回った場合に絶縁抵抗が異常であると判定する。判定部５３は、絶縁抵抗の低下が生じているか否かを示す信号ＥＭＧを生成して警告ランプ７０へ出力する。

図７は、図１に示す制御装置５０で実行される絶縁抵抗低下検出に関する処理を説明するフローチャートである。なお、図７に示されるフローチャート中の各ステップについては、制御装置５０に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期もしくは所定の条件が成立したことに応答して実行されることによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図７を参照して、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１０において、制御装置５０は、検出器６０の起動処理が完了したか否かを判定する。具体的には、制御装置５０は、検出器６０の交流電源６１が起動されているか否かを判定する。検出器６０の起動処理が完了していないと判定された場合は（Ｓ１０にてＮＯ）、以下の処理は実行されない。

検出器６０の起動処理が完了したと判定された場合は（Ｓ１０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、所定周波数ｆ１における波高値の検出が未完了であるか否かを判定する（Ｓ２０）。所定周波数ｆ１における波高値の検出が未完了であると判定された場合は（Ｓ２０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、交流電源６１の出力を所定周波数ｆ１に設定するための信号ＣＭＤを検出器６０へ出力する（Ｓ３０）。

続いてＳ４０にて、制御装置５０は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンであり、かつすべてのインバータゲートが許可状態（駆動状態）であるか否かを判定する。なお、すべてのインバータゲートが許可状態であるとは、インバータ２２のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８およびこれに対応するインバータ２３のスイッチング素子のすべてがスイッチング可能な状態である。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンであり、かつすべてのインバータゲートが許可状態であると判定されない場合は（Ｓ４０にてＮＯ）、以下の処理は実行されない。

システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンであり、かつすべてのインバータゲートが許可状態であると判定された場合は（Ｓ４０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、検出器６０の出力が安定しているか否かを判定する（Ｓ５０）。具体的には、制御装置５０は、検出器６０の出力である波高値Ｖｋの変動が所定範囲以内である場合に検出器６０の出力が安定していると判定する。検出器６０の出力が安定していないと判定された場合は（Ｓ５０にてＮＯ）、以下の処理は実行されない。

検出器６０の出力が安定していると判定された場合は（Ｓ５０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、検出器６０の出力を波高値Ｖ１として計測し、計測された値を記憶する（Ｓ６０）。

一方、所定周波数ｆ１における波高値の検出が完了したと判定された場合は（Ｓ２０にてＮＯ）、制御装置５０は、所定周波数ｆ２における波高値の検出が未完了であるか否かを判定する（Ｓ７０）。所定周波数ｆ２における波高値の検出が完了したと判定された場合は（Ｓ７０にてＮＯ）、以下の処理は実行されない。

所定周波数ｆ２における波高値の検出が未完了であると判定された場合は（Ｓ７０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、交流電源６１の出力を所定周波数ｆ２に設定するための信号ＣＭＤを検出器６０へ出力する（Ｓ８０）。

続いてＳ９０にて、制御装置５０は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンであり、かつすべてのインバータゲートが許可状態（駆動状態）であるか否かを判定する。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンであり、かつすべてのインバータゲートが許可状態であると判定されない場合は（Ｓ９０にてＮＯ）、以下の処理は実行されない。

システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンであり、かつすべてのインバータゲートが許可状態であると判定された場合は（Ｓ９０にてＹＥＳ）、制御装置５０は、検出器６０の出力が安定しているか否かを判定する（Ｓ１００）。検出器６０の出力が安定していないと判定された場合は（Ｓ１００にてＮＯ）、以下の処理は実行されない。

このように、Ｓ４０，Ｓ９０において、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンであり、かつすべてのインバータゲートが許可状態であると判定された場合に、波高値の計測が実行される。これにより、波高値Ｖ１の計測と波高値Ｖ２の計測とを同一の計測条件にて実行することができる。よって、より正確に浮遊容量を推定することができる。

また、Ｓ５０，Ｓ１００において、検出器６０の出力が安定している場合に、波高値の計測が実行される。これにより、波高値の計測が外乱に影響されることを抑制することができる。具体的には、外乱は、たとえば電気系統８０のシステム電圧である電圧ＶＨの変動によって生じるものである。よって、上記のような外乱の影響が小さい場合に波高値を計測することによって、より正確に浮遊容量を推定することができる。

検出器６０の出力が安定していると判定された場合は（Ｓ１００にてＹＥＳ）、制御装置５０は、検出器６０の出力を波高値Ｖ２として計測し、計測された値を記憶する（Ｓ１１０）。

続いてＳ１２０にて、制御装置５０は、波高値Ｖ１，Ｖ２に基づいて浮遊容量を推定する。具体的には、制御装置５０は、上述のように、波高値Ｖ１と波高値Ｖ２との組み合わせに対応する静電容量値Ｃｓが保存されたマップ（図５）を参照することによって静電容量値Ｃｓを浮遊容量として推定する。

続いてＳ１３０にて、制御装置５０は、浮遊容量に基づいて絶縁抵抗の低下を判定するためのしきい値を設定する。具体的には、制御装置５０は、推定された浮遊容量が大きいほど、しきい値を低く設定する。より具体的には、制御装置５０は、式（１）に推定された浮遊容量を適用することによってしきい値を設定する。

続いてＳ１４０にて、制御装置５０は、絶縁抵抗の低下を判定する。具体的には、制御装置５０は、波高値Ｖｋがしきい値を下回った場合に絶縁抵抗が異常であると判定する。制御装置５０は、絶縁抵抗の低下が生じているか否かを示す信号ＥＭＧを生成して警告ランプ７０へ出力する。

以上のように、この実施の形態においては、波高値Ｖ１および波高値Ｖ２を検出することによって特定される電気系統８０の電気的特性に基づいてコモンモードにおける電気系統８０の浮遊容量が推定される。そして、推定部５１によって推定された浮遊容量に基づいて絶縁抵抗の低下を判定するためのしきい値が設定される。これにより、電気系統８０の浮遊容量の変動の影響を低減することができる。したがって、この実施の形態によれば、電気系統の絶縁抵抗の低下の誤検出を抑制することができる。

なお、上記の実施の形態では、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を搭載したハイブリッド車を用いて説明したが、本発明は、ハイブリッド車に限定されず、電気自動車や燃料電池車などに適用してもよい。

なお、上記において、交流電源６１は、この発明における「発振部」の一実施例に対応する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２ エンジン、４ 動力分割装置、６ 車輪、２０ ＰＣＵ、２１ 昇圧コンバータ、２２，２３ インバータ、３１ Ｕ相アーム、３２ Ｖ相アーム、３３ Ｗ相アーム、３４，３５，４４ 電流センサ、４１，４２，４３ 電圧センサ、５０ 制御装置、５１ 推定部、５２ 設定部、５３ 判定部、６０ 検出器、６１ 交流電源、６２ 抵抗、６３ コンデンサ、６４ バンドパスフィルタ、６５ ピークホールド回路、６６ 検出部、７０ 警告ランプ、８０ 電気系統、１００ 車両、２０１ 絶縁抵抗低下検出器、２０２ 高圧簡易モデル、２０３，２１６ アース、２０４ 発振電源、２０６ 検出抵抗、２１８ 電圧検出器、２１０ カップリングコンデンサ、２１２ 高圧絶縁抵抗、２１４ コモンモードコンデンサ、Ｂ 蓄電装置、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｎ１ ノード、ＮＬ 負極線、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２ システムメインリレー。

Claims (6)

1. 車両に搭載された電気系統の絶縁抵抗の低下を検出するための絶縁抵抗低下検出装置であって、
   前記電気系統に電気的に接続される信号線に交流信号を与える発振部と、
   前記信号線における前記交流信号の波高値を検出する検出部と、
   前記絶縁抵抗の低下を判定するための制御装置とを備え、
   前記発振部は、第１の周波数と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数との間で前記交流信号の周波数を切替可能に構成され、
   前記検出部は、前記第１の周波数に対応する第１の波高値と、前記第２の周波数に対応する第２の波高値とを検出し、
   前記制御装置は、
   前記第１の波高値および前記第２の波高値を検出することによって特定される前記電気系統の電気的特性に基づいてコモンモードにおける前記電気系統の浮遊容量を推定する推定部と、
   前記検出部によって検出された波高値がしきい値を下回った場合に、前記絶縁抵抗が低下していると判定する判定部と、
   前記推定部によって推定された浮遊容量が大きいほど、前記しきい値を低く設定する設定部とを含む、絶縁抵抗低下検出装置。
2. 前記推定部は、前記電気系統の電気的特性を表す関数を有し、前記第１の波高値および前記第２の波高値を用いて前記関数に含まれるパラメータを特定する、請求項１に記載の絶縁抵抗低下検出装置。
3. 前記関数は、前記発振部の出力電圧と前記検出部の検出電圧との関係を表す、請求項２に記載の絶縁抵抗低下検出装置。
4. 前記推定部は、前記第１の波高値および前記第２の波高値に対応して前記浮遊容量が予め記憶されるマップを有し、前記マップを参照することによって前記浮遊容量を推定する、請求項１に記載の絶縁抵抗低下検出装置。
5. 請求項１に記載の絶縁抵抗低下検出装置を備える車両。
6. 車両に搭載された電気系統の絶縁抵抗の低下を検出するための絶縁抵抗低下検出方法であって、
   前記電気系統に電気的に接続される信号線に第１の周波数の交流信号を与えるステップと、
   前記交流信号の周波数が第１の周波数であるときの前記信号線における前記交流信号の波高値を示す第１の波高値を検出するステップと、
   前記信号線に前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の交流信号を与えるステップと、
   前記交流信号の周波数が第２の周波数であるときの前記信号線における前記交流信号の波高値を示す第２の波高値を検出するステップと、
   前記第１の波高値および前記第２の波高値を検出することによって特定される前記電気系統の電気的特性に基づいてコモンモードにおける前記電気系統の浮遊容量を推定するステップと、
   前記浮遊容量が大きいほど、しきい値を低く設定するステップと、
   前記交流信号の波高値が前記しきい値を下回った場合に、前記絶縁抵抗が低下していると判定するステップとを含む、絶縁抵抗低下検出方法。

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