JP3962990B2 - 非接地電源の絶縁検出装置 - Google Patents

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】
【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】
上記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】
本発明の課題は、絶縁状態の検出精度を向上することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の絶縁検出装置は、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と抵抗の直列接続体を並列に、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前記直列接続体を第２の設定時間の間接続する第２のスイッチング手段と、接地電位部と電源の負端子との間に前記直列接続体を第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検出手段での検出電圧に基づいて電源電圧を推定し、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とすることにより上記課題を解決する。
【０００６】
このような構成とすることにより、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に第１の設定時間を設定すれば、この第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、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検出手段で検出することにより、この検出した電圧から演算手段が電源電圧を推定することができる。そして、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遮断後の検出手段での検出電圧とに基づいて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】
また、上記の絶縁検出装置として、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、第１の抵抗及びコンデンサが直列に接続され、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の抵抗が直列に接続されており、検出手段が、第３のスイッチ部と第４のスイッチ部との間に接続され、検出手段と第４のスイッチ部との間が接地電位部に接地されている回路構成とする。
【０００８】
さらに、閉路したときに第２の抵抗をバイパスする経路を形成する第５のスイッチ部を含むバイパス手段を備えた構成とすれば、第４のスイッチング手段が閉路している状態でバイパス手段の第５のスイッチ部が閉路すると、コンデンサの放電時間を短縮できるため、絶縁状態の検出に要する時間を短縮できるので好ましい。
【０００９】
【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４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の算出動作を示すフロー図である。図３は、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４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。
【００１０】
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や燃料電池などであり、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、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。
【００１１】
なお、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、検出手段、演算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。
【００１２】
電源３の正側端子には、この正側端子から第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の負側端子には、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抵抗Ｒ２の両端子間には、第２抵抗Ｒ２と並列に第５スイッチＳ５が接続されている。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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。絶縁検出装置１は、図２及び図３に示すように、絶縁状態の検出を開始すると、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１０１）。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。
【００１６】
ステップ１０１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１０３）。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。第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が閉路されてから第１閉路時間Ｔ１よりも短い所定時間ｔｗ２経過後、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１０５）。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１０７）。
Ｖ０＝Ｖ０ｓ（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。
【００１７】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ１０５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を読み込む（ステップ１０９）。
【００１８】
ステップ１０９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３スイッチＳ３を開路し、所定時間ｔｗ１経過後に第１スイッチＳ１を閉路する。そして、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１１１）。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３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、ｔｗ２、ｔｄ１よりも長い時間に設定されている。
【００１９】
ステップ１１１において第２閉路時間Ｔ２が経過すると、図２及び図３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、第３スイッチＳ３が閉路されてから所定時間ｔｗ２経過後、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１１３）。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１１５）。
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、Ｖ０ｓはステップ１０７で推定した電源電圧である。
【００２０】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ１１５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１１７）。
【００２１】
ステップ１１７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４スイッチＳ４を開路し、所定時間ｔｗ１経過後、第２スイッチＳ２を閉路する。そして、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１１９）。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３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。
【００２２】
ステップ１１９において第２閉路時間Ｔ２が経過すると、図２及び図３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、第４スイッチＳ４が閉路されてから所定時間ｔｗ２経過後、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１２１）。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１２３）。
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、Ｖ０ｓはステップ１０７で推定した電源電圧である。
【００２３】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ１２３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１２５）。そして、ステップ１２５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、ステップ１０１からステップ１２５までの絶縁状態の検出サイクルを繰り返す。
【００２４】
マイコン１１は、１回の絶縁状態の検出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。
【００２５】
ところで、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。
【００２６】
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、ステップ１１５及びステップ１２３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の容量や抵抗Ｒ１の抵抗値のばらつきに対する補正が行われ、これら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。
【００２７】
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４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４において、Ｖ０計測時間は、第１閉路時間を意味し、したがって、図４では、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４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。
【００２８】
図４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。
【００２９】
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４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。
【００３０】
さらに、本実施形態の絶縁検出装置１では、コンデンサ９などの容量のばらつきによる絶縁状態の検出への影響を低減できるので、製品間差のばらつきがより少ない高品位、高精度の部品を用いる必要がなく、絶縁検出精度を向上するためのコストの増大を抑えることができる。
【００３１】
さらに、本実施形態の絶縁検出装置１では、閉路したときに第２抵抗Ｒ２をバイパスする経路を形成する第５スイッチＳ５を含むバイパス手段を備えているため、マイコン１１によるコンデンサ９の両端子間の電圧の検出後に第５スイッチＳ５を閉路することで、コンデンサ９からの放電時間を短縮することができる。したがって、絶縁検出のための１サイクルに要する時間を短縮することができ、単位時間当たりの絶縁検出の回数を増やし、絶縁検出の精度をさらに向上できる。
【００３２】
なお、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５に示すように、第２ダイオードＤ２と第２抵抗Ｒ２との間から接地電位部７に第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を直列に接続した構成などにするこもできる。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、絶縁状態の検出精度を向上できる。
【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における絶縁抵抗の算出動作を示すフロー図である。
【図３】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４】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５】本発明を適用してなる絶縁検出装置の変形例を示す図である。
【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 (3)

1. 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と抵抗の直列接続体を並列に、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直列接続体を第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直列接続体を第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前記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を備えた非接地電源の絶縁検出装置。
2. 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、第１の抵抗及び前記コンデンサが直列に接続され、前記第１のダイオード及び前記第１の抵抗に並列に、該第１ダイオードと逆方向に整流する第２のダイオード及び第２の抵抗が直列に接続されており、前記検出手段が、前記第３のスイッチ部と前記第４のスイッチ部との間に接続され、前記検出手段と前記第４のスイッチ部との間が前記接地電位部に接地されていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁検出装置。
3. 閉路したときに前記第２の抵抗をバイパスする経路を形成する第５のスイッチ部を含むバイパス手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁検出装置。

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