JP3890504B2

JP3890504B2 - 非接地電源の絶縁検出装置

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Publication number: JP3890504B2
Application number: JP2002334197A
Authority: JP
Inventors: 俊宏 ▲高▼木
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2022-11-18
Also published as: JP2004170149A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接地電源の絶縁検出装置に係り、特に、電気による推進力を利用する車両に搭載された非接地の直流電源に好適な絶縁検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接地電源の絶縁検出装置は、非接地の直流電源の正及び負端子に接続され、接地電位部からは絶縁された正及び負側の主回路配線の接地電位部に対する絶縁抵抗つまり地絡抵抗を検出することで、接地電位部に対する絶縁や地絡状態を検出するものである（例えば、特許文献１参照）。このような従来の絶縁検出装置では、非接地の直流電源の正端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に設定時間の間接続するスイッチング手段、非接地の電源の負端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に設定時間の間接続するスイッチング手段、各スイッチング手段の遮断後にコンデンサの両端子間の電圧を検出する検出手段を接続する検出用のスイッチング手段、検出手段で検出した各スイッチング手段の遮断後のコンデンサの両端子間電圧とコンデンサを完全に充電することによって予め算出しておいた電源電圧とに基づいて電源の接地電位部に対する絶縁抵抗つまり地絡抵抗を求める演算手段などを備えており、演算手段で求められた地絡抵抗から絶縁状態の検出や判定などを行っている。
【０００３】
このような絶縁検出装置では、地絡抵抗を求める際、コンデンサの容量などを定数として含む式を用いるが、定数として用いるコンデンサの容量などには、製品間における容量などのばらつきや温度変化による容量のばらつきなどが存在し、さらに容量などの経時変化などが生じる場合もある。このように定数として用いる値にばらつきや変化がある場合、求めた地絡抵抗の値と実際の地絡抵抗の値との間の計測誤差が増大するため、絶縁状態の検出精度が低下してしまう。したがって、コンデンサの容量など地絡抵抗を求める際の定数となる値にばらつきや変化などがあっても、地絡抵抗の計測誤差をできるだけ低減し、絶縁状態の検出精度を向上することが望まれている。
【０００４】
そこで本願の発明者らは、正端子側及び負端子側の配線が接地電位部から絶縁された直流電源にコンデンサを直列に第１の設定時間の間接続する第１のスイッチング手段と、電源の正端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第２のスイッチング手段と、電源の負端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第３のスイッチング手段と、第１、第２及び第３の各スイッチング手段の遮断後にコンデンサの両端子間の電圧を検出する電圧検出手段を接続する第４のスイッチング手段と、第１のスイッチング手段を遮断後の電圧検出手段での検出電圧に基づいて電源の電源電圧を推定し、この推定した電源電圧と第２及び第３のスイッチング手段を遮断後の検出手段での各検出電圧とに基づいて電源の接地電位部に対する絶縁抵抗を求める演算手段とを備えた構成の絶縁検出装置を考えている。
【０００５】
さらにこのとき、第１のスイッチング手段が、電源の正端子に接続された第１のスイッチ部と、電源の負端子に接続された第２のスイッチ部とを含み、第３のスイッチング手段が、第２のスイッチ部と、第１のスイッチに直列に接続された第３のスイッチ部とを含み、第２のスイッチング手段が、第１のスイッチ部と、第２のスイッチ部に直列に接続された第４のスイッチ部とを含み、第４のスイッチング手段が、第３のスイッチ部と第４のスイッチ部とを含み、第１のスイッチ部と第３のスイッチ部との間と、第２のスイッチ部Ｓ２と第４のスイッチ部との間とに、正側から負側に向かう方向に整流する第１のダイオード、第１の抵抗及びコンデンサを直列に接続し、第１のダイオード及び第１の抵抗に並列に、この第１ダイオードと逆方向に整流する第２のダイオード及び第２の抵抗を直列に接続し、検出手段を第３のスイッチ部と第４のスイッチ部との間に接続し、検出手段と第４のスイッチ部との間を接地電位部に接地した構成としている。
【０００６】
このような構成の絶縁検出装置とすることにより、コンデンサを完全に充電するのに要する時間よりも短い時間で設定した第１の設定時間の間第１のスイッチング手段によって直流電源と接地電位部との間にコンデンサが直流に接続されて充電される。このときのコンデンサの両端端子間の電圧を第４のスイッチング手段によって接続された電圧検出手段で検出し、この検出した電圧から演算手段が電源電圧を推定し、この電源電圧と、第２及び第３のスイッチング手段遮断後の電圧検出手段での検出電圧とに基づいて接地電位部に対する絶縁抵抗を求めることで、絶縁抵抗の計測誤差を低減し、絶縁状態の検出精度を向上できる。
【０００７】
ここで、このような絶縁検出装置では、各スイッチング手段に異常が生じてしまうと誤った地絡抵抗値を求めることになる。このため、本願の発明者らは、各スイッチング手段の異常を検出する異常検出手段を備えた構成とすることを考えている。この異常検出手段は、上記のように各スイッチング手段が２つのスイッチ部つまりスイッチとなる部品を含む場合、例えば、第２のスイッチ部のみを予め設定した時間の間閉路した後、第４のスイッチング手段を閉路したときの電圧検出手段での検出電圧に基づいて第１のスイッチ部の異常を判定し、第１のスイッチ部のみを予め設定した時間の間閉路した後、第４のスイッチング手段を閉路したときの電圧検出手段での検出電圧に基づいて第２のスイッチ部の異常を判定し、第１のスイッチング手段を予め設定した時間の間閉路した後、第３のスイッチ部を遮断及び第４のスイッチ部を閉路したときの電圧検出手段での検出電圧に基づいて第３のスイッチ部の異常を判定し、第１のスイッチング手段を予め設定した時間の間閉路した後、第３のスイッチ部を閉路及び第４のスイッチ部を遮断したときの電圧検出手段での検出電圧に基づいて前記第４のスイッチ部の異常を検出することにより個々のスイッチの異常を検出するものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−２２６９５０号公報（第４−７頁、第１図）
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のような本願の発明者らが考えている絶縁検出装置では、第２のスイッチ部及び第４のスイッチ部が閉路したとき、第２のスイッチ部と第４のスイッチ部とが接地電位部を介して電源に直列に接続され回路を形成する。このため、絶縁状態に異常があり絶縁抵抗が基準となる抵抗値よりも低くなっている状態で第２のスイッチ部に異常があり第２のスイッチ部が閉路状態になっていたり、ショートしている場合、第２のスイッチ部の異常を検出するために、第４のスイッチング手段を閉路してコンデンサの両端子間電圧を検出すると、電圧検出手段には本来のコンデンサの両端子間電圧よりも低い電圧しか印可されない。
【０００９】
しかし、本願の発明者らが考えている絶縁検出装置の異常検出手段は、第２のスイッチ部に異常が生じている場合、第２のスイッチ部が正常で有れば検出されない電圧が電圧検出手段で検出されることにより第２のスイッチ部の異常を判定するものであるため、絶縁状態に異常がありかつ第２のスイッチ部に異常がある場合には、第２のスイッチ部の異常を検出できない場合が生じることになる。
【００１０】
本発明の課題は、絶縁状態に異常がありかつ第２のスイッチ部に異常がある場合でも、第２のスイッチ部の異常を検出することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の非接地電源の絶縁検出装置は、正端子側及び負端子側の配線が接地電位部から絶縁された直流電源にコンデンサを直列に、このコンデンサが完全に充電される時間よりも短い第１の設定時間の間接続する第１のスイッチング手段と、電源の正端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第２のスイッチング手段と、電源の負端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第３のスイッチング手段と、第１、第２及び第３の各スイッチング手段の遮断後にコンデンサの両端子間の電圧を検出する電圧検出手段を接続する第４のスイッチング手段と、第１のスイッチング手段を遮断後の電圧検出手段での検出電圧に基づいて電源の電源電圧を推定し、この推定した電源電圧と第２及び第３のスイッチング手段を遮断後の検出手段での各検出電圧とに基づいて電源の接地電位部に対する絶縁抵抗を求める演算手段と、第１、第２、第３及び第４のスイッチング手段で生じた異常を検出する異常検出手段とを備え、第１のスイッチング手段が、電源の正端子に接続された第１のスイッチ部と、電源の負端子に接続された第２のスイッチ部とを含み、第３のスイッチング手段が、第２のスイッチ部と、第１のスイッチ部に直列に接続された第３のスイッチ部とを含み、第２のスイッチング手段が、第１のスイッチ部と、第２のスイッチ部に直列に接続された第４のスイッチ部とを含み、第４のスイッチング手段が、第３のスイッチ部と第４のスイッチ部とを含み、第１のスイッチ部と第３のスイッチ部との間と、第２のスイッチ部と第４のスイッチ部との間とに、正側から負側に向かう方向に整流する第１のダイオード及びコンデンサを直列に接続し、第１のダイオードに並列に、この第１ダイオードと逆方向に整流する第２のダイオードを接続し、電圧検出手段を第３のスイッチ部と第４のスイッチ部との間に接続し、電圧検出手段と第４のスイッチ部との間を接地電位部に接地しており、異常検出手段により、演算手段で推定した電源の電源電圧がこの電源電圧の異常を判定するための判定電圧以下であることを検出したとき、第１のスイッチング手段を遮断後の電圧検出手段での検出電圧に基づく電源の電源電圧の推定を繰り返し、異常検出手段は、予め設定した判定時間の間電源の電源電圧の推定を繰り返したときに推定した電源電圧の値に変化がないとき、第２のスイッチ部の異常を判定する構成とすることにより上記課題を解決する。
【００１２】
推定した電源電圧が電源電圧の異常を判定するための判定電圧以下である場合、電源は正常であるが一時的に電源電圧が低くなっているとき、例えば電源の立ち上がり時には、第１のスイッチング手段を遮断後の電圧検出手段での検出電圧に基づく電源の電源電圧の推定を繰り返して行くと、推定した電源電圧は上昇し始める。しかし、絶縁状態に異常があり、かつ第２のスイッチ部に異常があるときには、電源の電源電圧の推定を繰り返しても推定した電源電圧は上昇しない。したがって、このような構成とすれば、絶縁状態に異常がありかつ第２のスイッチ部に異常がある場合でも、第２のスイッチ部の異常を検出できる。
【００１３】
ところで、電圧検出手段と第４のスイッチ部との間の接地電位部に接地している部分と、第４のスイッチ部との間に抵抗などの部品が設置されている場合、第２のスイッチ部に異常があるときに絶縁抵抗の値が低くなると、接地している部分と第４のスイッチ部との間に設置された抵抗などの部品に印加される電圧が電源電圧に近くなる。さらに、第２のスイッチ部の異常を検出するために電源の電源電圧の推定を繰り返しおこなうと、第４のスイッチング手段が作動して第４のスイッチ部が閉路する度に、絶縁抵抗の値によっては、接地している部分と第４のスイッチ部との間に設置された抵抗などの部品に電源電圧に近い電圧が断続的に印加されることになる。したがって、絶縁抵抗の値が低くなると、この部品にかかるストレスは増大することになり、場合によっては破損してしまう可能性がある。このため、絶縁状態に異常がありかつ第２のスイッチ部に異常がある場合の第２のスイッチ部の異常検出動作によって回路を構成する部品にかかるストレスを低減する必要がある。
【００１４】
これに対して、異常検出手段により、演算手段で推定した電源の電源電圧がこの電源電圧の異常を判定するための判定電圧以下であることを検出した場合、電源の電源電圧の推定を繰り返すときの第４のスイッチング手段の作動周期を、電源の電源電圧が正常の場合の第４のスイッチング手段の作動周期よりも長くする構成とする。このような構成とすれば、接地している部分と第４のスイッチ部との間に設置された抵抗などの部品に電源電圧に近い電圧が印加される可能性が有る場合には、第４のスイッチング手段の動作周期、つまり第４のスイッチ部の開閉周期は、電源の電源電圧が正常の場合の周期よりも長くなる。このため、絶縁状態に異常がありかつ第２のスイッチ部に異常がある場合の第２のスイッチ部の異常検出動作によって回路を構成する部品にかかるストレスを低減できる。
【００１５】
さらに、異常検出手段は、第２のスイッチ部のみを第３の設定時間の間閉路した後、第４のスイッチング手段を閉路したときの電圧検出手段での検出電圧に基づいて第１のスイッチ部の異常を判定し、第１のスイッチ部のみを第４の設定時間の間閉路した後、第４のスイッチング手段を閉路したときの電圧検出手段での検出電圧に基づいて第２のスイッチ部の異常を判定し、第１のスイッチング手段を第５の設定時間の間閉路した後、第３のスイッチ部を遮断及び第４のスイッチ部を閉路したときの電圧検出手段での検出電圧に基づいて第３のスイッチ部の異常を判定し、第１のスイッチング手段を第６の設定時間の間閉路した後、第３のスイッチ部を閉路及び第４のスイッチ部を遮断したときの電圧検出手段での検出電圧に基づいて第４のスイッチ部の異常を検出する構成とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなる絶縁検出装置の一実施形態について図１乃至図１１を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる絶縁検出装置の概略構成を示す図である。図２は、本発明を適用してなる絶縁検出装置の絶縁抵抗計測動作を示すフロー図である。図３は、本発明を適用してなる絶縁検出装置の絶縁抵抗の計測工程における電源電圧推定過程の動作を示すフロー図である。図４は、電源電圧正常時及び異常時の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。図５は、判定電圧と推定した電源電圧との関係及びマイコンのＡ／Ｄデータの読み込み周期を説明する図であり、（ａ）は電源の立ち上がり時を、（ｂ）は絶縁不良が発生しているときの第２スイッチ異常時を示す図である。図６は、第２スイッチの異常検出における各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。
【００１７】
図７は、第１スイッチの異常検出における各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。図８は、第３スイッチの異常検出における各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。図９は、第４スイッチの異常検出における各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。図１０は、本発明を適用してなる絶縁検出装置の絶縁抵抗計測過程の動作を示すフロー図である。図１１は、絶縁抵抗の値に対する各電源電圧の計測時間で検出した絶縁抵抗の値の検出誤差を示す図である。なお、図４のタイムチャートでは、個別スイッチ異常検出過程の検出電圧ＶＣ及びＡ／Ｄ変換値は、スイッチに異常がない場合の状態を示し、図６乃至図９のタイムチャートでは、個別スイッチ異常検出過程の検出電圧ＶＣ及びＡ／Ｄ変換値は、スイッチに異常がある場合の状態を示している。
【００１８】
本実施形態の絶縁検出装置１は、図１に示すように、例えば電力を利用して推進力を得る電気推進車両などの電力源となる直流電源３に対して適用したものである。電源３は、複数の蓄電池などを直列接続したものであり、電源３の正端子側の正側主回路配線５ａと負端子側の負側主回路配線５ｂが、各々、接地電位部７、例えば車体などから絶縁されており、電源３は非接地電源となっている。絶縁検出装置１は、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、コンデンサ９、電圧検出手段と演算手段を兼ねると共に絶縁状態を判定するマイコン１１、そして各スイッチを設定された時間に応じて開閉制御する図示していないスイッチング制御回路などで構成されている。
【００１９】
なお、本実施形態のマイコン１１は、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４などの各スイッチの異常を検出する異常検出手段も兼ねている。さらに、図示していないスイッチング制御回路をマイコン１１に一体に含めるなど、電圧検出手段、演算手段、異常検出手段及びスイッチング制御回路などは、別体または一体に適宜形成できる。また、図１で示した第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４は、例えばリレーや半導体スイッチといった様々なスイッチ機能を有する部品からなるスイッチ部を接点として模式的に示したものである。
【００２０】
電源３の正端子側には、この正端子側から第１スイッチＳ１及び第３スイッチＳ３が順次直列に接続され、電源３の負端子側には、この負端子側から第２スイッチＳ２、第４スイッチＳ４及び第４抵抗Ｒ４が順次直列に接続されている。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。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、バイパス手段として、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。第１ダイオードＤ１は、正側から負側に向かう方向に整流するものであり、第２ダイオードＤ２は、第１ダイオードＤ１と逆方向に整流するものである。
【００２１】
第３スイッチＳ３と第４抵抗Ｒ４間には、第３スイッチＳ３と第４抵抗Ｒ４に対して直列に第３抵抗Ｒ３が接続されており、第３スイッチＳ３と第３抵抗Ｒ３との間には、検出手段と演算手段を兼ねるマイコン１１がマイコン１１のアナログ／デジタル変換ポートつまりＡ／Ｄポートを介して接続されている。また、第３抵抗Ｒ３と第４抵抗Ｒ４との間の部位は、接地電位部７に接地されている。
【００２２】
したがって、電源３にコンデンサ９を直列に第１の設定時間の間接続する第１のスイッチング手段は、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２及び図示していないスイッチング制御回路などで、電源３の正端子と接地電位部７との間にコンデンサ９を直列に第２の設定時間の間接続する第２のスイッチング手段は、第１スイッチＳ１、第４スイッチＳ４及び図示していないスイッチング制御回路などで、接地電位部７と電源３の負端子との間にコンデンサ９を直列に第２の設定時間の間接続する第３のスイッチング手段は、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３及び図示していないスイッチング制御回路などで、第４のスイッチング手段は、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４及び図示していないスイッチング制御回路などで形成されている。なお、コンデンサ９には、例えば数μＦといった比較的高容量のものが用いられ、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２には、例えば数百ｋΩといった比較的高い抵抗値のものが用いられている。
【００２３】
このような構成の絶縁検出装置の動作と本発明の特徴部について説明する。本実施形態の絶縁検出装置１は、絶縁状態の計測を開始すると、図２に示されるように、電源３の電源電圧を推定するための電源電圧推定過程を行う（ステップ１０１）。ステップ１０１では、図３及び図４に示すように、電源電圧推定過程を開始すると、図示していないスイッチング制御回路が第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２を第１の設定時間である第１閉路時間Ｔ１の間、閉路する（ステップ２０１）。すなわち、第１のスイッチング手段により、接地電位部７を介さずに電源３にコンデンサ９を直列に接続する回路が形成され、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。なお、第１閉路時間Ｔ１は、コンデンサ９を完全に充電するのに必要な時間よりも短い時間に設定されており、例えばコンデンサ９を完全に充電するのに必要な時間の１／５〜１／１０といったような短い時間となっており、第１閉路時間Ｔ１は、必要とされる絶縁抵抗の計測誤差範囲によって選択されたものである。
【００２４】
ステップ２０１において第１閉路時間Ｔ１が経過すると、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２が開路つまり遮断され、第１閉路時間Ｔ１よりも短い所定時間ｔｗ１経過後、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路される（ステップ２０３）。すなわち、第４のスイッチング手段により、コンデンサ９の両端子間の電圧を検出するマイコン１１が接続された回路が形成されると共に、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からの放電回路が形成され、コンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣが降下する。ここで、マイコン１１は、Ａ／Ｄポートを介してＡ／Ｄ変換データ、つまりコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ２０５）。このときのコンデンサ９の両端子間電圧ＶＣの値つまり検出電圧Ｖ０により、次式（１）から推定の電源電圧Ｖ０ｓを算出する（ステップ２０７）。
Ｖ０ｓ＝Ｖ０／（１−ＥＸＰ（−Ｔ１／Ｃ・Ｒ１）） …（１）
ただし、式（１）において、Ｔ１は第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２の閉路時間、Ｃはコンデンサ９の容量、Ｒ１は第１抵抗Ｒ１の抵抗値である。
【００２５】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ２０５でコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣを検出した後、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をバイパスさせることで、第２抵抗Ｒ２の抵抗値を下げた状態とし、コンデンサ９からの放電に要する時間を短縮する。第５スイッチＳ５を閉路して、第１閉路時間Ｔ１よりも短い所定時間ｔｄ１経過後、第５スイッチＳ５を開路つまり遮断した後、マイコン１１は、Ａ／Ｄポートを介してＡ／Ｄ変換データ、つまりコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣを読み込み、電圧ＶＣが０Ｖであることを確認する（ステップ２０９）。
【００２６】
このようなステップ１０１の電源電圧推定過程の後、図２に示すように、このステップ１０１で推定した電源電圧Ｖ０ｓと、電源電圧の異常を検出するために予め設定した判定電圧とを比較して電源３の電源電圧の異常を判定する（ステップ１０３）。ステップ１０３において、ステップ１０１で推定した電源電圧Ｖ０ｓが、図５に示すように判定電圧以下であり電源電圧が異常と判定されると、図２に示すように、電源電圧が変動しているかを判断する（ステップ１０５）。ステップ１０５において、図５に示すように電源電圧が変動していない場合には、図２に示すように、ステップ１０１の電源電圧推定過程におけるＡ／Ｄ変換データの読み込み周期、つまりＡ／Ｄ変換データの読み込みに連動する第３スイッチＳ３と第４スイッチＳ４を閉路する周期、さらに言い換えれば第４のスイッチング手段を作動する周期を、電源電圧が正常なとき、またはステップ１０５において電源電圧が変動しているときのＡ／Ｄ変換データの読み込み周期Ｐ１よりも長い周期Ｐ２に変更する（ステップ１０７）。なお、周期Ｐ２は、周期Ｐ１がコンマ数秒であるのに対して、数秒といったオーダーに設定されている。
【００２７】
ステップ１０７でＡ／Ｄ変換データの読み込み周期を変更した後、図２及び図５に示すように、判定時間ｈが経過したか否かを判断し（ステップ１０９）、ステップ１０９で判定時間ｈが経過していない場合には、ステップ１０１に戻る。したがって、図５（ｂ）に示すように電源電圧Ｖ０ｓが判定電圧以下であり、電源電圧Ｖ０ｓにほとんど変動が無かった場合、図２に示すように、判定時間ｈが経過するまでステップ１０１〜１０９を繰り返す。このとき、ステップ１０７のＡ／Ｄ変換データの読み込み周期の変更は初回のみ行い、判定時間ｈが経過するまでのステップ１０１〜１０９を繰り返すサイクルでは、ステップ１０７をスキップしＡ／Ｄ変換データの読み込み周期の変更は行わない。このため、ステップ１０１〜１０９を繰り返すサイクルにおけるステップ１０１の電源電圧推定過程は、周期Ｐ２で行われる。
【００２８】
ステップ１０９において判定時間ｈが経過すると、判定時間ｈの間、電源電圧Ｖ０ｓにほとんど変動が無かったことになるため、異常検出手段であるマイコン１１は、Ｓ２が故障により閉路したままの状態になっているか、またはその他のショート故障などの異常が発生していると判定し（ステップ１１１）、例えば絶縁抵抗値の計測を中止し、警報などにより第２スイッチＳ２の異常を告知する。なお、判定時間ｈは、周期Ｐ２が数秒であるのに対して、数分といったオーダーに設定されている。また、判定時間ｈは、電源３の使用を開始したときの電源電圧が定格電圧になるまでの時間、つまり電源電圧の立ち上がり時間に応じて決定している。
【００２９】
一方、ステップ１０１〜１０９を繰り返すサイクルにおいて、図５（ａ）に示すように電源電圧Ｖ０ｓが上昇すると、ステップ１０５において、電源３の電源電圧Ｖ０ｓが変動したと判断されるため、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、そして第４スイッチＳ４の異常を個別に検出する個別スイッチ異常検出過程（ステップ１１３）へ進む。絶縁検出装置１の構成及び絶縁抵抗の検出動作などからもわかるように、推定した電源電圧Ｖ０ｓは、各スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４にショート状態になっているといった異常が生じている場合にも異常な値を示す。そこで、ステップ１０３で電源電圧の異常が判定された場合、電源電圧の異常またはスイッチ部の異常が生じていると考えられるため、異常の原因の判断、そしてスイッチ部に異常がある場合の異常があるスイッチ部の特定のため、各スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を個別に検査する個別スイッチ異常検出過程１１３を行う。
【００３０】
第２スイッチの異常検出では、図４に示すように、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の設定時間である第１閉路時間Ｔ１の間、閉路する。このとき、第２スイッチＳ２に異常がなければ、電源３にコンデンサ９を直列に接続する回路は形成されず、コンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣは上昇しない。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及び第４スイッチＳ４を閉路する。つまり、第４のスイッチング手段により、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すると共に、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する。ここでマイコン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、コンデンサ９には充電が行われていないため、マイコン１１で電圧は検出されない。マイコン１１で電圧が検出されないことにより、異常検出手段であるマイコン１１は、第２スイッチＳ２に異常はないと判断する。
【００３１】
この後、図示していないスイッチング制御回路は、マイコン１１でコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣを検出した後、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をバイパスさせる。これにより、第２抵抗Ｒ２の抵抗値を下げた状態とし、コンデンサ９からの放電に要する時間を短縮する。第５スイッチＳ５を閉路して、第１閉路時間Ｔ１よりも短い所定時間ｔｄ１経過後、第５スイッチＳ５を開路つまり遮断した後、マイコン１１は、Ａ／Ｄポートを介してＡ／Ｄ変換データ、つまりコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣを読み込み、電圧ＶＣが０Ｖであることを確認し、第１スイッチ異常検出過程１０７へ進む。
【００３２】
一方、第２スイッチＳ２が故障などにより閉路状態またはショート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、図６に示すように、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、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、異常検出手段であるマイコン１１は、第２スイッチＳ２が異常であると判断し、例えば絶縁抵抗値の計測を中止し、警報などにより異常を告知する。
【００３３】
第１スイッチの異常検出では、図４に示すように、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の設定時間である第１閉路時間Ｔ１の間、閉路する。このとき、第１スイッチＳ１に異常がなければ、電源３にコンデンサ９を直列に接続する回路は形成されず、コンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣは上昇しない。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及び第４スイッチＳ４を閉路する。つまり、第４のスイッチング手段により、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すると共に、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する。ここでマイコン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、コンデンサ９には充電が行われていないため、マイコン１１で電圧は検出されない。マイコン１１で電圧が検出されないことにより、異常検出手段であるマイコン１１は、第１スイッチＳ１に異常はないと判断する。
【００３４】
この後、図示していないスイッチング制御回路は、マイコン１１でコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣを検出した後、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をバイパスさせる。これにより、第２抵抗Ｒ２の抵抗値を下げた状態とし、コンデンサ９からの放電に要する時間を短縮する。第５スイッチＳ５を閉路して、第１閉路時間Ｔ１よりも短い所定時間ｔｄ１経過後、第５スイッチＳ５を開路つまり遮断した後、マイコン１１は、Ａ／Ｄポートを介してＡ／Ｄ変換データ、つまりコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣを読み込み、電圧ＶＣが０Ｖであることを確認し、第３スイッチ異常検出過程１０９へ進む。
【００３５】
一方、第１スイッチＳ１が故障などにより閉路状態またはショート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、図７に示すように、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、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、異常検出手段であるマイコン１１は、第１スイッチＳ１が異常であると判断し、例えば絶縁抵抗値の計測を中止し、警報などにより異常を告知する。
【００３６】
第３スイッチの異常検出及び第４スイッチの異常検出は、本実施形態では一つの過程の中で行われる。第３スイッチ及び第４スイッチの異常検出では、図４に示すように、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、第１スイッチング手段により、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。
【００３７】
このとき、第３スイッチＳ３に異常がなければ、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、そして第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からの放電回路は形成されない。ここでマイコン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、マイコン１１のＡ／Ｄポートには電圧が印加されず、マイコン１１で電圧は検出されない。マイコン１１で電圧が検出されないことにより、異常検出手段であるマイコン１１は、第３スイッチＳ３に異常はないと判断する。
【００３８】
続いて、第３スイッチＳ３を閉路し、第３スイッチＳ３を閉路してから所定時間ｔｗ１経過した後、第４スイッチＳ４の異常を検出するため、第３スイッチＳ３を閉路した状態で第４スイッチＳ４を遮断する。このとき、第４スイッチＳ４に異常がなければ、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、そして第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からの放電回路は形成されない。ここでマイコン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、マイコン１１のＡ／Ｄポートには電圧が印加されず、マイコン１１で電圧は検出されない。マイコン１１で電圧が検出されないことにより、異常検出手段であるマイコン１１は、第４スイッチＳ４に異常はないと判断する。
【００３９】
この後、図示していないスイッチング制御回路は、マイコン１１のＡ／Ｄポートでの読み込みを行った後、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をバイパスさせる。これにより、第２抵抗Ｒ２の抵抗値を下げた状態とし、コンデンサ９からの放電に要する時間を短縮する。第５スイッチＳ５を閉路して、第１閉路時間Ｔ１よりも短い所定時間ｔｄ１経過後、第５スイッチＳ５を開路つまり遮断した後、マイコン１１は、Ａ／Ｄポートを介してＡ／Ｄ変換データ、つまりコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣを読み込み、電圧ＶＣが０Ｖであることを確認し、第３スイッチ異常検出過程１０９へ進む。絶縁抵抗計測過程１１３へ進む。
【００４０】
一方、第３スイッチＳ３が故障などにより閉路状態またはショート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、図８に示すように、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、異常検出手段であるマイコン１１は、第３スイッチＳ３が異常であると判断し、例えば絶縁抵抗値の計測を中止し、警報などにより異常を告知する。
【００４１】
また、第４スイッチＳ４が故障などにより閉路状態またはショート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、図９に示すように、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、異常検出手段であるマイコン１１は、第４スイッチＳ４が異常であると判断し、例えば絶縁抵抗値の計測を中止し、警報などにより異常を告知する。
【００４２】
なお、図８及び図９は、図４とは異なり、第３スイッチの異常検出及び第４スイッチの異常検出を個別に実施した場合の図を示しており、また、第３スイッチの異常検出は、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４を同時に閉路した後、第３スイッチＳ３のみを遮断する方法を示している。
【００４３】
各スイッチの異常検出においてスイッチの異常が検出されなかった場合、つまり電源電圧自体の異常であることが検出された場合、または、図２及び図４に示すように、ステップ１０３の電源電圧異常判定において電源電圧の異常が検出されなかった場合、絶縁抵抗を計測するための絶縁抵抗計測過程（ステップ１１５）に進む。ステップ１１５の絶縁抵抗計測過程では、図示していないスイッチング制御回路は、図４及び図１０に示すように、第１スイッチＳ１及び第４スイッチＳ４を第２の設定時間である第２閉路時間Ｔ２の間、閉路する（ステップ３０１）。
【００４４】
すなわち、第２のスイッチング手段により、電源３の正端子と接地電位部７との間にコンデンサ９を直列に接続した回路、つまり、図１に示すように、正側主回路配線５ａ、第１スイッチＳ１、第１ダイオードＤ１、第１抵抗Ｒ１、コンデンサ９、第４スイッチＳ４、第４抵抗Ｒ４、接地電位部７、そして図１において点線で示すような位置に仮定される負端子側の地絡抵抗Ｒｎ、負側主回路配線５ｂを順次直列に電源３に接続した回路が形成される。これにより、第２閉路時間Ｔ２の間、コンデンサ９への充電が行われ、図４に示すように、地絡抵抗Ｒｎの値に応じてコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣが上昇する。なお、第２の設定時間である第２閉路時間Ｔ２も、第１閉路時間Ｔ１と同様に、コンデンサ９を完全に充電するのに必要な時間よりも短く、所定時間ｔｗ１、ｔｄ１よりも長い時間に設定されている。
【００４５】
ステップ３０１において第２閉路時間Ｔ２が経過すると、図４及び図１０に示すように、第１スイッチＳ１が開路つまり遮断され、所定時間ｔｗ１経過後、第３スイッチＳ３が閉路され、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路された状態となる。すなわち、第４のスイッチング手段により、コンデンサ９の両端子間の電圧を検出するマイコン１１が接続された回路が形成されると共に、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からの放電回路が形成され、コンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣが降下する。そして、マイコン１１は、Ａ／Ｄポートを介してＡ／Ｄ変換データ、つまりコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ３０３）。このときのコンデンサ９の両端子間電圧ＶＣの値つまり検出電圧ＶＣＮにより、次式（２）から電源３の負端子側の接地電位部７となる車体などに対する絶縁抵抗、すなわち負端子側の地絡抵抗Ｒｎを算出する（ステップ３０５）。
Ｒｎ＝−Ｒ１−Ｔ２／Ｃ・ｌｎ（１−ＶＣＮ／Ｖ０ｓ） …（２）
ただし、式（２）において、Ｔ２は第１スイッチＳ１及び第４スイッチＳ４の閉路時間、Ｃはコンデンサ９の容量、Ｒ１は第１抵抗Ｒ１の抵抗値、電源電圧Ｖ０ｓはステップ１０１の電源電圧推定過程で推定した電源電圧である。
【００４６】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ３０５でコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣを検出した後、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をバイパスさせることで、第２抵抗Ｒ２の抵抗値を下げた状態とし、コンデンサ９からの放電に要する時間を短縮する。第５スイッチＳ５を閉路して、第２閉路時間Ｔ２よりも短い所定時間ｔｄ２経過後、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４及び第５スイッチＳ５を開路つまり遮断した後、マイコン１１は、Ａ／Ｄポートを介してＡ／Ｄ変換データ、つまりコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ３０７）。
【００４７】
ステップ３０７で電圧ＶＣが０Ｖであることが確認されたら、図示していないスイッチング制御回路は、第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３を第２の設定時間である第２閉路時間Ｔ２の間、閉路する（ステップ３０９）。すなわち、第３のスイッチング手段により、接地電位部７と電源３の負端子との間にコンデンサ９を直列に接続した回路、つまり、図１に示すように、正側主回路配線５ａ、図１において点線で示すような位置に仮定される正端子側の地絡抵抗Ｒｐ、接地電位部７、第３抵抗Ｒ３、第３スイッチＳ３、第１ダイオードＤ１、第１抵抗Ｒ１、コンデンサ９、第２スイッチＳ２、そして負側主回路配線５ｂを順次直列に電源３に接続した回路が形成される。これにより、第２閉路時間Ｔ２の間、コンデンサ９への充電が行われ、図４に示すように、地絡抵抗Ｒｐの値に応じてコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣが上昇する。
【００４８】
ステップ３０９において第２閉路時間Ｔ２が経過すると、図４及び図１０に示すように、第２スイッチＳ２が開路つまり遮断され、所定時間ｔｗ１経過後、第４スイッチＳ４が閉路され、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路された状態となる。すなわち、第４のスイッチング手段により、コンデンサ９の両端子間の電圧を検出するマイコン１１が接続された回路が形成されると共に、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からの放電回路が形成され、コンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣが降下する。そして、マイコン１１は、Ａ／Ｄポートを介してＡ／Ｄ変換データ、つまりコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ３１１）。このときのコンデンサ９の両端子間電圧ＶＣの値つまり検出電圧ＶＣＰにより、次式（３）から電源３の正端子側の接地電位部７となる車体などに対する絶縁抵抗、すなわち正端子側の地絡抵抗Ｒｐを算出する（ステップ３１３）。
Ｒｐ＝−Ｒ１−Ｔ２／Ｃ・ｌｎ（１−ＶＣＰ／Ｖ０ｓ） …（３）
ただし、式（３）において、Ｔ２は第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３の閉路時間、Ｃはコンデンサ９の容量、Ｒ１は第１抵抗Ｒ１の抵抗値、電源電圧Ｖ０ｓはステップ１０１の電源電圧推定過程で推定した電源電圧である。
【００４９】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ３１３でコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣを検出した後、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をバイパスさせることで、第２抵抗Ｒ２の抵抗値を下げた状態とし、コンデンサ９からの放電に要する時間を短縮する。第５スイッチＳ５を閉路して所定時間ｔｄ２経過後、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４及び第５スイッチＳ５を開路つまり遮断した後、マイコン１１は、Ａ／Ｄポートを介してＡ／Ｄ変換データ、つまりコンデンサ９の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ３１５）。そして、ステップ３１５で電圧ＶＣが０Ｖであることが確認された時点で、１回の絶縁状態の検出サイクルを終了する。また、絶縁状態の検出を行う間、図２、図３及び図１０に示す、ステップ１０１からステップ１１５までの絶縁抵抗の計測サイクルを繰り返す。
【００５０】
マイコン１１は、１回または複数回の絶縁抵抗の計測サイクルで求めた電源３の正端子側の地絡抵抗Ｒｐと、負端子側の地絡抵抗Ｒｎの値から絶縁状態を判定する。例えば、電源３の正端子側の地絡抵抗Ｒｐと、予め定められた基準抵抗値とを比較し、地絡抵抗Ｒｐが基準抵抗値以下になっている場合には、絶縁不良が生じていると判定する。
【００５１】
ここで、式（２）、（３）などからわかるように、コンデンサ９の容量Ｃ、さらに第１抵抗Ｒ１の抵抗値Ｒ１が製品間差や温度変化などによりばらつくと、電源３の正端子側の地絡抵抗Ｒｐ、負端子側の地絡抵抗Ｒｎの計測精度に影響し、検出した地絡抵抗Ｒｐ、Ｒｎの値の精度が低下してしまう。したがって、絶縁状態の検出精度が低下してしまうことになる。特にコンデンサ９は、浮遊容量を考慮すると数μＦといった比較的大きな値のものが必要となるため、例えば製品間差において±５％程度のばらつきがあるとすると、これに温度変化を考慮すると±１０％程度のばらつきが生じる場合があり、このようなコンデンサ９の容量のばらつきが絶縁状態の検出精度を低下させてしまうことになる。加えて、経時変化による部品定数の変化によって生じるばらつきなども絶縁状態の検出精度を低下させてしまうことになる。
【００５２】
これに対して本実施形態の絶縁検出装置１では、絶縁検出のサイクルの最初の段階で第１スイッチＳ１と第２スイッチＳ２を、コンデンサ９を完全に充電するのに要する時間よりも短い第１閉路時間Ｔ１の間閉路することにより、電源３の電源電圧を推定している。第１スイッチＳ１と第２スイッチＳ２を短時間閉路してコンデンサ９を充電する場合は、実際のコンデンサ９の容量と抵抗Ｒ１の抵抗値とで決定される時定数Ｃ・Ｒ１で充電されるときの充電到達電圧を推定する方式であるため、推定した電源電圧Ｖ０ｓは、実際の電源３の電源電圧ではなく、コンデンサ９と抵抗Ｒ１の容量及び抵抗値の誤差、つまりばらつきを含んだ値となる。そして、このばらつきを含む推定した電源電圧Ｖ０ｓを、絶縁検出のサイクルにおける以降に続くステップで行う正端子側の地絡抵抗Ｒｐ、負端子側の地絡抵抗Ｒｎの演算に用いることで、コンデンサ９の容量のばらつきに対する補正が行われ、コンデンサ９の容量のばらつきによって生じる実際の正端子側地絡抵抗Ｒｐ及び負端子側地絡抵抗Ｒｎの値と、算出した正端子側地絡抵抗Ｒｐ及び負端子側地絡抵抗Ｒｎの値との誤差を低減することができる。したがって、絶縁状態の検出精度を向上できる。
【００５３】
このような本実施形態の絶縁検出装置１によって計測した正端子側の地絡抵抗Ｒｐ及び負端子側の地絡抵抗Ｒｎの値と、実際の正端子側の地絡抵抗Ｒｐ及び負端子側の地絡抵抗Ｒｎの値との誤差をある所定の規格容量を有するコンデンサ９、そしてある所定の規格抵抗値を有する第１抵抗Ｒ１を用いた場合を想定して計算した結果を図１１に示す。なお、コンデンサ９は、製品間差と温度変化を考慮して±１０％程度の容量のばらつきが、第１抵抗Ｒ１は、製品間差と温度変化を考慮して±２％程度の容量のばらつきがあるものとする。図１１において、Ｖ０計測時間は、第１閉路時間Ｔ１を意味し、したがって、第１閉路時間Ｔ１をｔ秒、２ｔ秒、そして３ｔ秒、ただしｔ＜２ｔ＜３ｔとした場合の計測誤差を示している。なお、図１１は、縦軸を検出精度つまり検出誤差、横軸を地絡抵抗の値として計算結果をグラフ化したものである。
【００５４】
図１１からわかるように、従来の絶縁検出装置で検出した場合、つまり補正無しの場合に比べて、本実施形態の絶縁検出装置１で検出した場合、つまり補正ありの場合の方が各地絡抵抗値に対して計測誤差が低減されている。さらに、Ｖ０計測時間つまり第１閉路時間Ｔ１の設定によって計測誤差の低減度合いが異なっており、第１閉路時間Ｔ１がｔ秒のときには、地絡抵抗が小さくなるにしたがって誤差が大きくなるが、地絡抵抗が大きくなるにしたがって誤差が小さくなっている。第１閉路時間Ｔ１が２ｔ秒のときには、地絡抵抗が大きい場合には、第１閉路時間Ｔ１がｔ秒のときよりも誤差が大きくなるが、各地絡抵抗にわたって平均的に誤差が小さくなっている。第１閉路時間Ｔ１が３ｔ秒のときにも各地絡抵抗にわたって平均的に誤差が小さくなっているが、誤差は、第１閉路時間Ｔ１が２ｔ秒のときよりも大きい。
【００５５】
したがって、絶縁不良を判定する地絡抵抗の値の設定を比較的大きな値とする場合には、第１閉路時間Ｔ１をｔ秒とするのが好ましく、絶縁不良を判定する地絡抵抗の値の設定を比較的小さな値とする場合には、第１閉路時間Ｔ１を２ｔ秒とするのが好ましい。このように、第１閉路時間Ｔ１つまり第１の設定時間は、絶縁不良を判定する地絡抵抗の値周辺で計測誤差が小さくなるように選択するのが好ましい。例えば、図１１において絶縁不良を判定する地絡抵抗の値をＲΩに設定したとすれば、第１閉路時間Ｔ１として２ｔ秒を選択するのが好ましく、このとき、従来の絶縁検出装置では±１０％以上の計測誤差があるのに対し、本実施形態の絶縁検出装置１では、±２％以下の計測誤差となり、絶縁状態の検出精度を向上できることになる。
【００５６】
ところで、図２に示すステップ１０３の個別スイッチ異常検出過程における第２スイッチの異常検出では、ショート状態になっているといった異常が第２スイッチに発生している場合、図６に示すように、第１スイッチＳ１を閉路することによってコンデンサ９が充電される。したがって、この後、第４のスイッチング手段の作動によって第３及び第４スイッチＳ３、Ｓ４が閉路すると、マイコン１１のＡ／Ｄポートにコンデンサ９の両端子間電圧に対応する電圧が印加され、マイコン１１でコンデンサ９の両端子間電圧に対応する電圧が検出されることから第２スイッチＳ２の異常を検出できる。
【００５７】
しかし、図１からわかるように、第２スイッチＳ２に異常が有りショート状態にある場合、正端子側地絡抵抗Ｒｐの値が接地電位に近くなるに連れて、第４のスイッチング手段が作動して第３及び第４スイッチＳ３、Ｓ４が閉路したときにマイコン１１のＡ／Ｄポートに印加される電圧は、接地電位に近づくことになる。したがって、絶縁不良が生じているとき、つまり正端子側地絡抵抗Ｒｐの値が基準抵抗値よりも低いときには、第２スイッチＳ２に異常が発生していても、図４に示すように、マイコン１１で異常の発生を判断するような電圧は検出されず、第２スイッチＳ２の異常を検出できない場合がある。
【００５８】
これに対して、本実施形態の絶縁検出装置１では、判定時間ｈの間繰り返し行ったステップ１０１の電源電圧推定過程で得た推定した電源電圧Ｖ０ｓにほとんど変化が無いことから第２スイッチＳ２の異常を検出できる。すなわち、推定した電源電圧が判定電圧以下であっても、例えば電源の立ち上がり時などである場合には、ステップ１０１の電源電圧推定過程で得た推定した電源電圧Ｖ０ｓは、上昇し始めるが、絶縁不良のときに第２スイッチＳ２に異常がある場合には、ステップ１０１の電源電圧推定過程で得た推定した電源電圧Ｖ０ｓは上昇しない。したがって、絶縁状態に異常がありかつ第２のスイッチ部に異常がある場合でも、第２のスイッチ部の異常を検出できる。
【００５９】
さらに、図１からわかるように、第２スイッチＳ２に異常が発生してショート状態にある場合、正端子側地絡抵抗Ｒｐの値が接地電位に近くなるに連れて、第４のスイッチング手段が作動して第３及び第４スイッチＳ３、Ｓ４が閉路したとき、第４抵抗Ｒ４に印加される電圧は電源３の電源電圧に近くなる。したがって、推定した電源電圧Ｖ０ｓが判定電圧以下で、第２スイッチＳ２の異常を検出するためにステップ１０１の電源電圧推定過程が繰り返し行われるとき、コンマ数秒といった通常の周期Ｐ１で第３スイッチＳ３が断続的に閉路する。これにより、正端子側地絡抵抗Ｒｐの値が接地電位に近くなるに連れて、第４抵抗Ｒ４にかかるストレスが増大し、第４抵抗Ｒ４が破損する可能性がある。
【００６０】
これに対して、本実施形態の絶縁検出装置１では、ステップ１０１の電源電圧推定過程で得た推定した電源電圧Ｖ０ｓが判定電圧以下であることを検出した場合、電圧検出手段であるマイコン１１のＡ／Ｄデータの読み込み周期を、電源の電源電圧が正常の場合の第４のスイッチング手段の作動周期Ｐ１から、周期Ｐ１よりも長い周期Ｐ２に変更する。したがって、第４抵抗Ｒ４に電源電圧に近い電圧が印加される周期が長くなり、第４抵抗Ｒ４にかかるストレスを低減できる。すなわち、絶縁状態に異常がありかつ第２のスイッチ部に異常がある場合の第２のスイッチ部の異常検出動作によって回路を構成する部品にかかるストレスを低減できる。
【００６１】
また、第２スイッチＳ２以外のスイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ４などの異常の検出方法は、本実施形態のステップ１１３の異常検出方法に限らず様々な異常検出方法を用いることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎを個別に算出し、これにより絶縁不良の部位も検出できるようにしている。しかし、絶縁不良の部位を検出せず絶縁不良の発生のみを判定する場合などには、推定した電源電圧Ｖ０ｓと検出電圧ＶＣＰ、ＶＣＮなどとに基づいて正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎとを代表する地絡抵抗値などを算出する別の式を用いることもできる。
【００６３】
また、本実施形態の絶縁検出装置１では、演算手段となるマイコン１１によって式（１）や式（２）、（３）によって推定した電源電圧Ｖ０ｓや地絡抵抗値Ｒｎ、Ｒｐを演算している。しかし、これらの式（１）や式（２）、（３）といった複雑な関数式の演算にかかる時間を短縮するため、マイコン１１の記憶手段となるメモリなどにアドレスに対応させて推定した電源電圧Ｖ０ｓや地絡抵抗値Ｒｎ、Ｒｐなどを記憶した電源電圧用データテーブルや地絡抵抗値用データテーブルなどを準備し、演算手段であるマイコン１１で各々のデータテーブルに対応したアドレスを演算する構成にすることもできる。このとき、演算手段であるマイコン１１は、電源電圧を推定するために検出したコンデンサ９の両端子間電圧ＶＣの値つまり検出電圧Ｖ０、推定した電源電圧Ｖ０ｓ及び地絡抵抗値Ｒｎ、Ｒｐを求めるために検出したコンデンサ９の両端子間電圧ＶＣの値つまり検出電圧ＶＣＮ、ＶＣＰなどから、式（１）や式（２）、（３）よりも簡単なアドレスの演算式により、各々電源電圧用データテーブルのアドレス、地絡抵抗値用データテーブルのアドレスを算出し、この算出した各々のアドレスから推定した電源電圧Ｖ０ｓや地絡抵抗値Ｒｎ、Ｒｐを決定する。
【００６４】
また、第５スイッチＳ５を含むバイパス手段としては、本実施形態の構成に限らず、バイパス手段は、図１２に示すように、第２抵抗Ｒ２の両端子間に、第２抵抗Ｒ２と並列に第５スイッチＳ５が接続されている構成にすることもできる。また、絶縁検出のための１サイクルに要する時間の短縮などの必要性がない場合などには、第５スイッチＳ５を含むバイパス手段を設けない構成にすることもできる。
【００６５】
また、本発明は、本実施形態において示した回路構成に限らず、正端子側及び負端子側の配線が接地電位部から絶縁された直流電源にコンデンサを直列に第１の設定時間の間接続する第１のスイッチング手段、電源の正端子と接地電位部との間に前記コンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第２のスイッチング手段、電源の負端子と接地電位部との間にコンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第３のスイッチング手段、第１、第２及び第３の各スイッチング手段の遮断後にコンデンサの両端子間の電圧を検出する検出手段を接続する第４のスイッチング手段などをそなえていれば様々な回路構成の絶縁検出装置に適用することができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、絶縁状態に異常がありかつ第２のスイッチ部に異常がある場合でも、第２のスイッチ部の異常を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる絶縁検出装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】本発明を適用してなる絶縁検出装置の一実施形態の絶縁抵抗計測の動作を示すフロー図である。
【図３】本発明を適用してなる絶縁検出装置の一実施形態の電源電圧推定過程の動作を示すフロー図である。
【図４】電源電圧正常時及び異常時の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。
【図５】判定電圧と推定した電源電圧との関係及びマイコンのＡ／Ｄデータの読み込み周期を説明する図であり、（ａ）は電源の立ち上がり時を、（ｂ）は絶縁不良が発生しているときの第２スイッチ異常時を示す図である。
【図６】第２スイッチの異常検出過程の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。
【図７】第１スイッチの異常検出過程の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。
【図８】第３スイッチの異常検出過程の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。
【図９】第４スイッチの異常検出過程の各スイッチ部の動作に対するコンデンサの充放電状態と電圧の読み込みタイミングを示すタイムチャートである。
【図１０】本発明を適用してなる絶縁検出装置の一実施形態の絶縁抵抗計測過程の動作を示すフロー図である。
【図１１】絶縁抵抗の値に対する各電源電圧の計測時間で検出した絶縁抵抗の値の検出誤差を示す図である。
【図１２】本発明を適用してなる絶縁検出装置の変形例の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１絶縁検出装置
３電源
５ａ正側主回路配線
５ｂ負側主回路配線
７接地電位部
９コンデンサ
１１マイコン
Ｓ１第１スイッチ
Ｓ２第２スイッチ
Ｓ３第３スイッチ
Ｓ４第４スイッチ
Ｒｐ正端子側地絡抵抗
Ｒｎ負端子側地絡抵抗

Claims

正端子側及び負端子側の配線が接地電位部から絶縁された直流電源にコンデンサを直列に、該コンデンサが完全に充電される時間よりも短い第１の設定時間の間接続する第１のスイッチング手段と、前記電源の正端子と前記接地電位部との間に前記コンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第２のスイッチング手段と、前記電源の負端子と前記接地電位部との間に前記コンデンサを直列に第２の設定時間の間接続する第３のスイッチング手段と、前記第１、第２及び第３の各スイッチング手段の遮断後に前記コンデンサの両端子間の電圧を検出する電圧検出手段を接続する第４のスイッチング手段と、前記第１のスイッチング手段を遮断後の前記電圧検出手段での検出電圧に基づいて前記電源の電源電圧を推定し、該推定した電源電圧と前記第２及び第３のスイッチング手段を遮断後の前記検出手段での各検出電圧とに基づいて前記電源の前記接地電位部に対する絶縁抵抗を求める演算手段と、前記第１、第２、第３及び第４のスイッチング手段で生じた異常を検出する異常検出手段とを備え、
前記第１のスイッチング手段が、前記電源の正端子に接続された第１のスイッチ部と、前記電源の負端子に接続された第２のスイッチ部とを含み、前記第３のスイッチング手段が、前記第２のスイッチ部と、前記第１のスイッチに直列に接続された第３のスイッチ部とを含み、前記第２のスイッチング手段が、前記第１のスイッチ部と、前記第２のスイッチ部に直列に接続された第４のスイッチ部とを含み、前記第４のスイッチング手段が、前記第３のスイッチ部と前記第４のスイッチ部とを含み、前記第１のスイッチ部と前記第３のスイッチ部との間と、前記第２のスイッチ部と前記第４のスイッチ部との間とに、正側から負側に向かう方向に整流する第１のダイオード及び前記コンデンサを直列に接続し、前記第１のダイオードに並列に、該第１ダイオードと逆方向に整流する第２のダイオードを接続し、前記電圧検出手段を前記第３のスイッチ部と前記第４のスイッチ部との間に接続し、前記電圧検出手段と前記第４のスイッチ部との間を前記接地電位部に接地しており、
前記異常検出手段により、前記演算手段で推定した電源の電源電圧が該電源電圧の異常を判定するための判定電圧以下であることを検出したとき、前記第１のスイッチング手段を遮断後の前記電圧検出手段での検出電圧に基づく前記電源の電源電圧の推定を繰り返し、前記異常検出手段は、予め設定した判定時間の間、前記電源の電源電圧の推定を繰り返したときに推定した電源電圧の値に変化がないとき、前記第２のスイッチ部の異常を判定してなる非接地電源の絶縁検出装置。
前記異常検出手段により、前記演算手段で推定した電源の電源電圧が該電源電圧の異常を判定するための判定電圧以下であることを検出した場合、前記電源の電源電圧の推定を繰り返すときの前記第４のスイッチング手段の作動周期を、前記電源の電源電圧が正常の場合の前記第４のスイッチング手段の作動周期よりも長くしてなることを特徴とする請求項１に記載の絶縁検出装置。