JP3962992B2 - 非接地電源の絶縁検出装置 - Google Patents
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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演算する演算手段などからなる地絡センサ部を備えている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２２６９５０号公報（第４−７頁、第１図）
【０００４】
【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、算出した地絡抵抗の値が絶縁不良を示す値であると、ランプの点灯や警報音などで異常を報知している。また、地絡抵抗の値は、コンデンサの両端子間電圧と電源電圧とに基づいて算出されるため、電源電圧に異常がある場合、そしてスイッチング手段の異常やコンデンサの両端子間電圧の検出の異常などといった地絡センサ部での異常が発生した場合にも地絡抵抗値は異常な値を示すことになる。このため、絶縁検出装置には、電源電圧や地絡センサ部などの異常といった絶縁不良の検出に影響を及ぼすような絶縁不良以外の異常の発生も検知して報知するものもある。
【０００５】
しかし、このような絶縁検出装置では、絶縁不良の発生と、絶縁不良に影響を及ぼす絶縁不良以外の異常の発生を識別して知らせることはできるが、これらの絶縁不良や絶縁不良以外の異常が発生した要因を知ることはできない。このため、異常が発生した場合の対処などを適切に行えなかったり、対処に不要な時間を要してしまったりする場合がある。
【０００６】
本発明の課題は、異常が発生した場合にその異常が発生した要因を特定し易くすることにある。
【０００７】
【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の接地電位部に対する絶縁抵抗の値を検出するセンサ部と、このセンサ部で得たデータを送信するデータ送信部とを備え、センサ部は、電源に予め設定された時間の間コンデンサと抵抗の直列接続体を並列に接続可能な回路と、電源の電圧及び電源と接地電位部との間に予め設定された時間の間前記直列接続体を接続したときのコンデンサの両端子間電圧に基づいて絶縁抵抗を演算する演算手段とを有しており、データ送信部は、データとして、演算した絶縁抵抗の値と、絶縁抵抗の演算に用いたコンデンサの両端子間電圧と、絶縁抵抗の演算に用いた電源の電圧とを送信してなる構成とすることにより上記課題を解決する。
【０００８】
さらに、センサ部の回路は、電源に前記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電圧検出手段を接続する第４のスイッチング手段とを有し、センサ部の演算手段は、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いて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電圧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演算し、データ送信部は、データとして、推定した電源電圧と、この電源電圧の推定に用いた電圧検出手段での検出電圧とを送信する構成とする。
【０００９】
このような構成とすれば、データ送信部は、データとして、演算した絶縁抵抗の値と共に、絶縁抵抗の演算に用いた電源の電圧及びコンデンサの両端子間電圧を送信するため、このデータ送信部から送信された各絶縁抵抗の値の算出毎に用いられた電源の電圧及びコンデンサの両端子間電圧を監視できる。そして、電源の電圧及びコンデンサの両端子間電圧を監視することで、絶縁不良、電源電圧の異常、センサ部の異常などといった異常が発生した場合、その異常が発生するまでの電源電圧やコンデンサの両端子間電圧の変動などから、その異常が発生した要因を特定し易くできる。
【００１０】
また、センサ部が、絶縁抵抗の演算に用いた電源の電圧及びコンデンサの両端子間電圧から電源電圧の異常及びセンサ部の異常を、演算した絶縁抵抗の値から電源の絶縁状態の異常を検出する異常検出手段を備え、データ送信部は、データとして、異常検出手段で検出した異常の状態に対応するコードを送信してなる構成とする。このような構成とすれば、データ送信部から送信されてきたコードによって、絶縁不良、電源電圧の異常、センサ部の異常などといった異常の内容を容易に識別できるので好ましい。
【００１１】
また、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の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する。
【００１２】
また、データ送信部は、データの受信も可能であり、データとして、電圧検出手段での検出電圧の値を補正するための補正値を受信し、センサ部は、データ送信部で受信した補正値を記憶する記憶手段を有し、センサ部の演算手段は、電圧検出手段での検出電圧の値を記憶手段に記憶された補正値に基づいて補正し、補正値は、電源と接地電位部との間に電源を絶縁状態にするのに必要な抵抗値を有する標準抵抗を取り付けたときに測定した電源の電圧値と、この電源の電圧値を測定したときに電圧検出手段で検出した電源の電圧値とに基づいて算出された値である構成とする。
【００１３】
さらに、電源の電圧を測定する電圧測定器を備え、センサ部の回路は、電源に前記直列接続体を並列に第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、電源の負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を有し、地絡センサ部の演算手段は、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演算し、補正値演算部は、電圧測定器で測定した電圧と地絡センサ部の演算手段で推定した電源電圧との比較、及び標準抵抗の値と地絡センサ部の演算手段で演算した絶縁抵抗の値との比較に基づいて補正値を演算する構成とする。
【００１４】
このような構成とすれば、センサ部の電圧検出手段での検出電圧を補正値により補正して絶縁抵抗の算出に用いるため、センサ部の電圧検出手段での検出特性のばらつきを補正し、絶縁状態の検出結果に対する信頼性を向上できる。したがって、異常が発生した場合にその異常が発生した要因を特定し易くできるのに加えて、絶縁状態の検出に対する信頼性を向上できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を適用してなる絶縁検出装置の第１の実施形態について図１乃至図７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地絡センサ部の概略構成を示す図である。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、本発明を適用してなる絶縁検出装置の絶縁抵抗の検出動作を示すフロー図である。
【００１６】
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、車体などの接地電位部から絶縁された非接地電源となっている。絶縁検出装置１は、電源３の絶縁状態を検出するものであり、電源３の接地電位部に対する絶縁抵抗、つまり地絡抵抗の値を検出する地絡センサ部５、地絡センサ部５から種々のデータを送信するためのデータ送信部７などで構成されている。データ送信部７は、データ送信部７から送信された種々のデータを表示する外部データモニタ装置９に通信ケーブル１１を介してデータ伝送可能に接続されている。外部データモニタ装置９としては、例えば電力を利用して推進力を得る電気推進車両の場合、運転者に車両に関する種々の情報などを知らせるために設けられた液晶画面などからなる表示装置などを兼用することができる。
【００１７】
電源３は、図２に示すように、電源３の正端子側の正側主回路配線１３ａと負端子側の負側主回路配線１３ｂが、各々、接地電位部１５、例えば車体などから絶縁されて非接地電源となっている。絶縁検出装置１の地絡センサ部５は、電源３の正端子側及び電源３の負端子側に接続され、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、そしてコンデンサ１７などを含むセンサ回路を有している。絶縁検出装置１の地絡センサ部５は、このセンサ回路の他、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１９、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。なお、本実施形態のマイコン１９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おり、さらに、データ送信部７に対してデータ伝送可能にデータ送信部７と接続されている。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１９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２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。
【００１８】
地絡センサ部５のセンサ回路では、電源３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１７が順次直列に接続されている。第１抵抗Ｒ１とコンデンサ１７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。
【００１９】
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１９がマイコン１９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１５に接地されている。
【００２０】
したがって、電源３にコンデンサ１７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の正端子側と接地電位部１５との間にコンデンサ１７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１５と電源３の負端子側との間にコンデンサ１７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１７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。
【００２１】
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３及び図４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１５を介さずに電源３にコンデンサ１７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１７への充電が行われ、コンデンサ１７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１７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１７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。
【００２２】
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１０２）。すなわち、第４のスイッチング手段により、コンデンサ１７の両端子間の電圧を検出するマイコン１９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１７からの放電回路が形成され、コンデンサ１７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１９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１７の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１０３）。このときのコンデンサ１７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１０４）。
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１７の容量、Ｒ１は第１抵抗Ｒ１の抵抗値である。
【００２３】
ここで、この絶縁検出が最初検出の場合には、ステップ１０４において推定した電源電圧Ｖ０ｓが所定の範囲内にあるか否か、または、この絶縁検出が最初検出でない場合には、前回の推定電源電圧Ｖ０ｓと今回の推定電源電圧Ｖ０ｓとの差の絶対値が所定の差よりも小さいか否かに基づいて推定した電圧値から電源の異常の検出を行う（ステップ１０５）。ステップ１０５において、この絶縁検出が最初検出の場合であり、推定した電源電圧Ｖ０ｓが所定の範囲から外れている場合、または、この絶縁検出が最初検出でない場合であり、前回の推定電源電圧Ｖ０ｓと今回の推定電源電圧Ｖ０ｓとの差が所定の差以上の場合には、電源電圧の異常と判断し、地絡センサ部５は、マイコン１９から、データ送信部７を介して、予め設定された電源電圧の異常に対応するコード、及びステップ１０４で推定した電源電圧Ｖ０ｓをデータとして外部モニタ装置９に２回送信する（ステップ１０６）。外部モニタ装置９は、異常の発生を報知するため、異常の発生を報知するための警報と併せて、データ送信部７からデータとして送信されてきた電源電圧の異常に対応するコード、そしてステップ１０４で推定した電源電圧を表示する（ステップ１０７）。外部モニタ装置９によって異常を報知後、現在の絶縁状態の検出サイクルを中止し、ステップ１０１に戻って新たな絶縁状態の検出サイクルに入る。
【００２４】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ１０３でコンデンサ１７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１７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１９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１７の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１０８）。
【００２５】
ステップ１０８で読み込んだ電圧ＶＣが０Ｖでない場合には、地絡センサ部５の回路の異常、例えば各スイッチや図示していないスイッチング制御回路などに異常があると判断し、地絡センサ部５は、マイコン１９から、データ送信部７を介して、予め設定された地絡センサ部５の異常に対応するコード、及びステップ１０８で読み込んだ電圧ＶＣをデータとして外部モニタ装置９に２回送信する（ステップ１０６）。外部モニタ装置９は、異常の発生を報知するため、異常の発生を報知するための警報と併せて、データ送信部７からデータとして送信されてきた地絡センサ部５の異常に対応するコード、そしてステップ１０８で読み込んだ電圧ＶＣを表示する（ステップ１０７）。外部モニタ装置９によって異常を報知後、絶縁状態の検出を中止する。
【００２６】
ステップ１０８で読み込んだ電圧ＶＣが０Ｖの場合には、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１０９）。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１５との間にコンデンサ１７を直列に接続した回路、つまり、図２に示すように、正側主回路配線１３ａ、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１７、第４スイッチＳ４、第４抵抗Ｒ４、接地電位部１５、そして図２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１３ｂ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１７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１７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１７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。
【００２７】
ステップ１０９において第２閉路時間Ｔ２が経過すると、図３及び図４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１７の両端子間の電圧を検出するマイコン１９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１７からの放電回路が形成され、コンデンサ１７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１９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１７の両端子間の電圧ＶＣを読み込む。そして、このときのコンデンサ１７の両端子間電圧ＶＣの値を検出電圧ＶＣＮとする（ステップ１１０）。
【００２８】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ１１０でコンデンサ１７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１７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１９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１７の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１１１）。
【００２９】
ステップ１１１で読み込んだ電圧ＶＣが０Ｖでない場合には、地絡センサ部５の回路の異常、例えば各スイッチや図示していないスイッチング制御回路などに異常があると判断し、地絡センサ部５は、マイコン１９から、データ送信部７を介して、予め設定された地絡センサ部５の異常に対応するコード、及びステップ１１１で読み込んだ電圧ＶＣをデータとして外部モニタ装置９に２回送信する（ステップ１０６）。外部モニタ装置９は、異常の発生を報知するため、異常の発生を報知するための警報と併せて、データ送信部７からデータとして送信されてきた地絡センサ部５の異常に対応するコード、そしてステップ１１１で読み込んだ電圧ＶＣを表示する（ステップ１０７）。外部モニタ装置９によって異常を報知後、絶縁状態の検出を中止する。
【００３０】
ステップ１１１で読み込んだ電圧ＶＣが０Ｖの場合には、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１１２）。すなわち、第３のスイッチング手段により、接地電位部１５と電源３の負端子との間にコンデンサ１７を直列に接続した回路、つまり、図２に示すように、正側主回路配線１３ａ、図２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１５、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１７、第２スイッチＳ２、そして負側主回路配線１３ｂ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１７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１７の両端子間の電圧ＶＣが上昇する。
【００３１】
ステップ１１２において第２閉路時間Ｔ２が経過すると、図３及び図４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１７の両端子間の電圧を検出するマイコン１９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１７からの放電回路が形成され、コンデンサ１７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１９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１７の両端子間の電圧ＶＣを読み込む。このときのコンデンサ１７の両端子間電圧ＶＣを検出電圧ＶＣＰとする（ステップ１１３）。
【００３２】
ここで、マイコン１９は、検出したＶＣＮ、ＶＣＰを用いて、以下の式（２）から、地絡抵抗Ｒｎ、Ｒｐを代表する地絡抵抗値ＲＬを算出すると共に、算出した地絡抵抗値ＲＬに基づいて絶縁不良の判定を行う（ステップ１１４）。
ＲＬ＝−Ｒ１−Ｔ２／Ｃ・ｌｎ（１−（ＶＣＰ＋ＶＣＮ）／Ｖ０ｓ） …（２）
ただし、式（２）において、Ｔ２は第２閉路時間、Ｃはコンデンサ１７の容量、Ｒ１は第１抵抗Ｒ１の抵抗値、Ｖ０ｓはステップ１０４で推定した電源電圧である。
【００３３】
ステップ１１５では、地絡センサ部５のマイコン１９が、算出した地絡抵抗値ＲＬと予め設定された絶縁不良の判断基準となる基準地絡抵抗値とを比較し、地絡抵抗値ＲＬが５回の絶縁状態の検出サイクルで連続して基準地絡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断する。ステップ１１５で絶縁不良が検出されると、地絡センサ部５は、マイコン１９から、データ送信部７を介して、予め設定された絶縁不良に対応するコード、及び絶縁不良を検出するための地絡抵抗値ＲＬを算出する過程で得た各検出電圧Ｖ０、ＶＣ、ＶＣＮ、ＶＣＰ、推定電源電圧Ｖ０ｓ、（ＶＣＰ＋ＶＣＮ）／Ｖ０ｓの計算値、そして地絡抵抗値ＲＬなどをデータとして外部モニタ装置９に２回送信する（ステップ１０６）。外部モニタ装置９は、絶縁不良を報知するための警報と併せて、データ送信部７からデータとして送信されてきた地絡抵抗値ＲＬを表示する（ステップ１０７）。
【００３４】
一方、ステップ１１５で地絡抵抗値ＲＬが５回の絶縁状態の検出サイクルで連続して基準地絡抵抗値以下になっていない場合には、絶縁不良は生じていないと判断する。このとき、地絡センサ部５は、マイコン１９から、データ送信部７を介して、絶縁不良を検出するための地絡抵抗値ＲＬを算出する過程で得た各検出電圧Ｖ０、ＶＣ、ＶＣＮ、ＶＣＰ、推定電源電圧Ｖ０ｓ、（ＶＣＰ＋ＶＣＮ）／Ｖ０ｓの計算値、そして地絡抵抗値ＲＬなどをデータとして外部モニタ装置９に２回送信する（ステップ１１６）。
【００３５】
ステップ１１５で絶縁不良が検出されたときのステップ１０６のデータ出力、及びステップ１１５で絶縁不良が検出されたときのステップ１１６のデータ出力においてデータとして送信される内容の一例を表１に示す。なお、表１では、１回の絶縁状態の検出サイクルにおけるステップ１０３において、複数回検出電圧Ｖ０のデータの読み込みを行っている場合を例示している。検出電圧Ｖ０のデータの読み込み回数は予め適宜設定したものである。そして、ステップ１０３において検出した個々の検出電圧Ｖ０に基づいて、検出電圧Ｖ０の読み込み回数に応じた数の推定電源電圧Ｖ０ｓを算出している。同様に、ステップ１１０における検出電圧ＶＣＮの読み込み、ステップ１１３における検出電圧ＶＣＰの読み込みも、検出電圧Ｖ０のデータの読み込み回数と同じ回数行っている。そして、地絡抵抗値ＲＬは、推定電源電圧Ｖ０ｓの平均値、検出電圧ＶＣＮの平均値、検出電圧ＶＣＰの平均値によって算出している。
【００３６】
【表１】
外部モニタ装置９は、予め設定された絶縁不良に対応するコードを受けた場合、つまりステップ１０７において絶縁不良の検出を報知する場合、絶縁不良の検出を報知するための警報と併せて、データ送信部７からデータとして送信されてきた絶縁不良にに対応するコード、そして表１に列記したデータを表示する。一方、予め設定された絶縁不良に対応するコードを受けていない場合、つまり絶縁不良が検出されなかった場合には、データ送信部７からデータとして送信されてきた表１に列記したデータのみを表示する。
【００３７】
ここで、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ１１３でコンデンサ１７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１７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１９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１７の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１１７）。
【００３８】
ステップ１１７で読み込んだ電圧ＶＣが０Ｖでない場合には、地絡センサ部５の回路の異常、例えば各スイッチや図示していないスイッチング制御回路などに異常があると判断し、地絡センサ部５は、マイコン１９から、データ送信部７を介して、予め設定された地絡センサ部５の異常に対応するコード、及びステップ１１７で読み込んだ電圧ＶＣをデータとして外部モニタ装置９に２回送信する（ステップ１０６）。外部モニタ装置９は、異常の発生を報知するため、異常の発生を報知するための警報と併せて、データ送信部７からデータとして送信されてきた地絡センサ部５の異常に対応するコード、そしてステップ１１７で読み込んだ電圧ＶＣを表示する（ステップ１０７）。外部モニタ装置９によって異常を報知後、絶縁状態の検出を中止する。
【００３９】
ステップ１１１で読み込んだ電圧ＶＣが０Ｖの場合には、ここで１回の絶縁状態の検出サイクルを終了する。なお、絶縁状態の検出を行う間、ステップ１０１からステップ１１７までの絶縁状態の検出サイクルを繰り返す。ただし、ステップ１０８、１１１、１１７で地絡センサ部５の異常が検出された場合には、絶縁状態の検出ができない状態と考えられるため、絶縁状態の検出を中止する。また、ステップ１０５で電源電圧の異常が検出された場合には、このときに算出した地絡抵抗値ＲＬの値の信頼性は低くくなるため、そのサイクルの絶縁状態の検出を中止し、新たな絶縁状態の検出サイクルに入る。
【００４０】
ところで、本実施形態の絶縁検出装置１によって計測した地絡抵抗値ＲＬの値と、実際の地絡抵抗値ＲＬ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１７、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５に示す。なお、コンデンサ１７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５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５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５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。
【００４１】
図５からわかるように、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。
【００４２】
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秒とするのが望ましく、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秒とするのが望ましい。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５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秒を選択するのが望ましい。
【００４３】
このように本実施形態の絶縁検出装置１では、データ送信部７は、データとして、演算した地絡抵抗値ＲＬと共に、地絡抵抗値ＲＬの算出に用いた推定した電源３の電圧Ｖ０ｓ、マイコン１９による各検出電圧Ｖ０、ＶＣ、ＶＣＮ、ＶＣＰなど、地絡抵抗値ＲＬの算出に用いる電源電圧やコンデンサの両端子間電圧を送信する。このため、データ送信部７から送信されたこれらのデータを監視することで、絶縁不良、電源３の電圧異常、地絡センサ部５の異常などといった異常が発生した場合、その異常が発生するまでの電源電圧やコンデンサの両端子間電圧の変動などから、それが真に絶縁不良や電源３や地絡センサ部５の故障などによるものか、ノイズなどによる誤動作や数値変動などによって生じた一時的な異常なのかといったような異常が発生した要因を特定し易くできる。
【００４４】
さらに、データ送信部７は、マイコン１９で検出した異常の状態、つまり絶縁不良、電源３の電圧異常、地絡センサ部５の異常などに対応して割り当てられたコードを送信するため、外部モニタ装置９に表示されたコードから、発生した異常の状態を容易に識別できる。
【００４５】
加えて、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１９によるコンデンサ１７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１７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。
【００４６】
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、第２ダイオードＤ２と第２抵抗Ｒ２と接地電位部１５との間に第５スイッチＳ５などを直列に接続した構成など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。
【００４７】
また、本実施形態では、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を代表する地絡抵抗値ＲＬを算出している。しかし、個別の式により電源電圧Ｖ０ｓと検出電圧ＶＣＰ、ＶＣＮなどとに基づいて電源３の正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎを個々に算出し、絶縁不良の発生部位を検出することもできる。
【００４８】
また、本実施形態では、マイコン１９が異常の状態を判断し、データ送信部７を介して異常の状態に対応するコードを外部モニタ装置９に送信している。しかし、外部モニタ装置９に代えて表示画面を有するコンピュータなどにデータを送信し、このコンピュータなどが受信したデータから上の状態を判断する構成にすることもできる。
【００４９】
また、本発明は、本実施形態において示した構成や電源電圧の推定を行う絶縁検出装置に限らず、電源と接地電位部との間に予め設定された時間の間コンデンサを直列に接続可能な回路を有し、電源の電圧と、電源及び前記接地電位部間に予め設定された時間の間コンデンサを直列に接続したときのこのコンデンサの両端子間電圧とに基づいて絶縁抵抗を演算する様々な構成の絶縁検出装置に適用することができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
以下、本発明を適用してなる絶縁検出装置の第２の実施形態について図６を参照して説明する。図６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。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一のもの及び動作などには同じ符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と相違する構成及び特徴部などについて説明する。
【００５１】
本実施形態の絶縁検出装置が第１の実施形態と相違する点は、データ送信部がデータの受信も可能なものであり、データとしてマイコンで演算した地絡抵抗値を補正するための補正値を受信すること、そして、マイコンがデータ送信部で受信した補正値を記憶する記憶手段を有し、補正値に基づいて演算した地絡抵抗値を補正することなどにある。すなわち、本実施形態の絶縁検出装置２１は、図６に示すように、フラッシュメモリを備えると共に第１の実施形態のマイコン１９と同様に電圧検出手段、演算手段、そして異常検出手段となる図示していないマイコンを有する地絡センサ部２３、地絡センサ部２３から種々のデータの送信と外部からのデータの受信を行うためのデータ送信部２５などで構成されている。データ送信部２５は、第１の実施形態の外部モニタ装置９と同様にデータ送信部２５から送信された種々のデータを表示するのに加えて補正値の演算手段となる外部コンピュータ２７に双方向の通信が可能に通信ケーブル１１を介して接続されている。
【００５２】
地絡センサ部２３の図示していないマイコンが有するフラッシュメモリに補正値を記憶させるとき、電源３には、電源３の電圧を測定するための電圧測定装置２９を、そして電源３を絶縁状態とするために必要な地絡抵抗値の基準となる抵抗値を有する標準抵抗３１を電源３と接地電位部１５との間に取り付ける。電圧測定装置２９は、外部コンピュータ２７に電圧測定装置２９で測定した電源３の電圧値のデータの伝送するため、通信ケーブル３３を介して外部コンピュータ２７に接続される。
【００５３】
この状態で、電圧測定装置２９で電源３の電圧値Ｖを測定すると同時に、地絡センサ部５で第１の実施形態と同様の方法で電源電圧Ｖ０ｓの推定を行う。外部コンピュータ２７は、電圧測定装置２９から得られた電源３の電圧値と地絡センサ部５からデータ送信部７を介して得られた推定された電源電圧Ｖ０ｓとから補正値を算出する。そして、外部コンピュータ２７は、算出された補正値を絶縁検出装置２１のデータ送信部２５に送信する。データ送信部２５で受信された補正値は、地絡センサ部２３のマイコン１９内のフラッシュメモリに更新データとして書き込まれる。
【００５４】
地絡センサ部２３の図示していないマイコンは、絶縁状態を検出する際の検出電圧Ｖａｄ、Ｖ０、ＶＣ、ＶＣＮ、ＶＣＰにフラッシュメモリに記憶された補正値を掛けて補正し、この補正された各検出電圧を地絡抵抗値ＲＬの算出に用いる。なお、絶縁検出装置２１を実際に使用する際には、電圧測定装置２９、標準抵抗３１、通信ケーブル３３を取り外して使用し、外部コンピュータ２７は、第１の実施形態の外部モニタ装置９の代わりに用いられる。
【００５５】
このように本実施形態の絶縁検出装置２１は、地絡センサ部２３の図示していないマイコンでの検出電圧を補正値により補正して地絡抵抗の算出に用いるため、地絡センサ部２３の検出特性のばらつきを補正し、絶縁状態の検出結果に対する信頼性を向上できる。さらに、本実施形態の絶縁検出装置２１は、マイコンでの検出電圧を補正できる以外は第１の実施形態と同じ構成であるため、異常が発生した場合にその異常が発生した要因を特定し易くできる。したがって、異常が発生した場合にその異常が発生した要因を特定し易くできるのに加え、絶縁状態の検出に対する信頼性を向上できる。
【００５６】
また、本実施形態では、第１の実施形態の外部モニタ装置９の代わりに用いることができる外部コンピュータ２７を用いているが、補正値を算出するための手段と、絶縁検出装置２１の使用時に絶縁検出装置２１から送信されてくるデータを表示する手段とは別個の手段にすることができる。
【００５７】
また、本実施形態の絶縁検出装置２１は、第１の実施形態と同様に推定した電源電圧を用いて地絡抵抗値を算出しているが、本発明は、このような絶縁検出装置に限らず、予め設定された時間の間充電されたコンデンサの両端子間電圧を検出して、この検出電圧を用いて地絡抵抗値を算出する様々な構成の絶縁検出装置に適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、異常が発生した場合にその異常が発生した要因を特定し易くできる。
【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第１の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第１の実施形態における地絡センサ部の概略構成を示す図である。
【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】本発明を適用してなる絶縁検出装置の絶縁状態の検出動作を示すフロー図である。
【図５】地絡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６】本発明を適用してなる絶縁検出装置の第２の実施形態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
５ 地絡センサ部
７ データ送信部
９ 外部モニタ装置
１１ 通信ケーブル
１３ａ 正側主回路配線
１３ｂ 負側主回路配線
１５ 接地電位部
１７ コンデンサ
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
【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演算する演算手段などからなる地絡センサ部を備えている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２２６９５０号公報（第４−７頁、第１図）
【０００４】
【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、算出した地絡抵抗の値が絶縁不良を示す値であると、ランプの点灯や警報音などで異常を報知している。また、地絡抵抗の値は、コンデンサの両端子間電圧と電源電圧とに基づいて算出されるため、電源電圧に異常がある場合、そしてスイッチング手段の異常やコンデンサの両端子間電圧の検出の異常などといった地絡センサ部での異常が発生した場合にも地絡抵抗値は異常な値を示すことになる。このため、絶縁検出装置には、電源電圧や地絡センサ部などの異常といった絶縁不良の検出に影響を及ぼすような絶縁不良以外の異常の発生も検知して報知するものもある。
【０００５】
しかし、このような絶縁検出装置では、絶縁不良の発生と、絶縁不良に影響を及ぼす絶縁不良以外の異常の発生を識別して知らせることはできるが、これらの絶縁不良や絶縁不良以外の異常が発生した要因を知ることはできない。このため、異常が発生した場合の対処などを適切に行えなかったり、対処に不要な時間を要してしまったりする場合がある。
【０００６】
本発明の課題は、異常が発生した場合にその異常が発生した要因を特定し易くすることにある。
【０００７】
【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の接地電位部に対する絶縁抵抗の値を検出するセンサ部と、このセンサ部で得たデータを送信するデータ送信部とを備え、センサ部は、電源に予め設定された時間の間コンデンサと抵抗の直列接続体を並列に接続可能な回路と、電源の電圧及び電源と接地電位部との間に予め設定された時間の間前記直列接続体を接続したときのコンデンサの両端子間電圧に基づいて絶縁抵抗を演算する演算手段とを有しており、データ送信部は、データとして、演算した絶縁抵抗の値と、絶縁抵抗の演算に用いたコンデンサの両端子間電圧と、絶縁抵抗の演算に用いた電源の電圧とを送信してなる構成とすることにより上記課題を解決する。
【０００８】
さらに、センサ部の回路は、電源に前記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電圧検出手段を接続する第４のスイッチング手段とを有し、センサ部の演算手段は、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いて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電圧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演算し、データ送信部は、データとして、推定した電源電圧と、この電源電圧の推定に用いた電圧検出手段での検出電圧とを送信する構成とする。
【０００９】
このような構成とすれば、データ送信部は、データとして、演算した絶縁抵抗の値と共に、絶縁抵抗の演算に用いた電源の電圧及びコンデンサの両端子間電圧を送信するため、このデータ送信部から送信された各絶縁抵抗の値の算出毎に用いられた電源の電圧及びコンデンサの両端子間電圧を監視できる。そして、電源の電圧及びコンデンサの両端子間電圧を監視することで、絶縁不良、電源電圧の異常、センサ部の異常などといった異常が発生した場合、その異常が発生するまでの電源電圧やコンデンサの両端子間電圧の変動などから、その異常が発生した要因を特定し易くできる。
【００１０】
また、センサ部が、絶縁抵抗の演算に用いた電源の電圧及びコンデンサの両端子間電圧から電源電圧の異常及びセンサ部の異常を、演算した絶縁抵抗の値から電源の絶縁状態の異常を検出する異常検出手段を備え、データ送信部は、データとして、異常検出手段で検出した異常の状態に対応するコードを送信してなる構成とする。このような構成とすれば、データ送信部から送信されてきたコードによって、絶縁不良、電源電圧の異常、センサ部の異常などといった異常の内容を容易に識別できるので好ましい。
【００１１】
また、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の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する。
【００１２】
また、データ送信部は、データの受信も可能であり、データとして、電圧検出手段での検出電圧の値を補正するための補正値を受信し、センサ部は、データ送信部で受信した補正値を記憶する記憶手段を有し、センサ部の演算手段は、電圧検出手段での検出電圧の値を記憶手段に記憶された補正値に基づいて補正し、補正値は、電源と接地電位部との間に電源を絶縁状態にするのに必要な抵抗値を有する標準抵抗を取り付けたときに測定した電源の電圧値と、この電源の電圧値を測定したときに電圧検出手段で検出した電源の電圧値とに基づいて算出された値である構成とする。
【００１３】
さらに、電源の電圧を測定する電圧測定器を備え、センサ部の回路は、電源に前記直列接続体を並列に第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、電源の負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を有し、地絡センサ部の演算手段は、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演算し、補正値演算部は、電圧測定器で測定した電圧と地絡センサ部の演算手段で推定した電源電圧との比較、及び標準抵抗の値と地絡センサ部の演算手段で演算した絶縁抵抗の値との比較に基づいて補正値を演算する構成とする。
【００１４】
このような構成とすれば、センサ部の電圧検出手段での検出電圧を補正値により補正して絶縁抵抗の算出に用いるため、センサ部の電圧検出手段での検出特性のばらつきを補正し、絶縁状態の検出結果に対する信頼性を向上できる。したがって、異常が発生した場合にその異常が発生した要因を特定し易くできるのに加えて、絶縁状態の検出に対する信頼性を向上できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を適用してなる絶縁検出装置の第１の実施形態について図１乃至図７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地絡センサ部の概略構成を示す図である。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、本発明を適用してなる絶縁検出装置の絶縁抵抗の検出動作を示すフロー図である。
【００１６】
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、車体などの接地電位部から絶縁された非接地電源となっている。絶縁検出装置１は、電源３の絶縁状態を検出するものであり、電源３の接地電位部に対する絶縁抵抗、つまり地絡抵抗の値を検出する地絡センサ部５、地絡センサ部５から種々のデータを送信するためのデータ送信部７などで構成されている。データ送信部７は、データ送信部７から送信された種々のデータを表示する外部データモニタ装置９に通信ケーブル１１を介してデータ伝送可能に接続されている。外部データモニタ装置９としては、例えば電力を利用して推進力を得る電気推進車両の場合、運転者に車両に関する種々の情報などを知らせるために設けられた液晶画面などからなる表示装置などを兼用することができる。
【００１７】
電源３は、図２に示すように、電源３の正端子側の正側主回路配線１３ａと負端子側の負側主回路配線１３ｂが、各々、接地電位部１５、例えば車体などから絶縁されて非接地電源となっている。絶縁検出装置１の地絡センサ部５は、電源３の正端子側及び電源３の負端子側に接続され、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、そしてコンデンサ１７などを含むセンサ回路を有している。絶縁検出装置１の地絡センサ部５は、このセンサ回路の他、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１９、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。なお、本実施形態のマイコン１９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おり、さらに、データ送信部７に対してデータ伝送可能にデータ送信部７と接続されている。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１９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２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。
【００１８】
地絡センサ部５のセンサ回路では、電源３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１７が順次直列に接続されている。第１抵抗Ｒ１とコンデンサ１７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。
【００１９】
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１９がマイコン１９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１５に接地されている。
【００２０】
したがって、電源３にコンデンサ１７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の正端子側と接地電位部１５との間にコンデンサ１７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１５と電源３の負端子側との間にコンデンサ１７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１７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。
【００２１】
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３及び図４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１５を介さずに電源３にコンデンサ１７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１７への充電が行われ、コンデンサ１７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１７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１７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。
【００２２】
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１０２）。すなわち、第４のスイッチング手段により、コンデンサ１７の両端子間の電圧を検出するマイコン１９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１７からの放電回路が形成され、コンデンサ１７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１９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１７の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１０３）。このときのコンデンサ１７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１０４）。
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１７の容量、Ｒ１は第１抵抗Ｒ１の抵抗値である。
【００２３】
ここで、この絶縁検出が最初検出の場合には、ステップ１０４において推定した電源電圧Ｖ０ｓが所定の範囲内にあるか否か、または、この絶縁検出が最初検出でない場合には、前回の推定電源電圧Ｖ０ｓと今回の推定電源電圧Ｖ０ｓとの差の絶対値が所定の差よりも小さいか否かに基づいて推定した電圧値から電源の異常の検出を行う（ステップ１０５）。ステップ１０５において、この絶縁検出が最初検出の場合であり、推定した電源電圧Ｖ０ｓが所定の範囲から外れている場合、または、この絶縁検出が最初検出でない場合であり、前回の推定電源電圧Ｖ０ｓと今回の推定電源電圧Ｖ０ｓとの差が所定の差以上の場合には、電源電圧の異常と判断し、地絡センサ部５は、マイコン１９から、データ送信部７を介して、予め設定された電源電圧の異常に対応するコード、及びステップ１０４で推定した電源電圧Ｖ０ｓをデータとして外部モニタ装置９に２回送信する（ステップ１０６）。外部モニタ装置９は、異常の発生を報知するため、異常の発生を報知するための警報と併せて、データ送信部７からデータとして送信されてきた電源電圧の異常に対応するコード、そしてステップ１０４で推定した電源電圧を表示する（ステップ１０７）。外部モニタ装置９によって異常を報知後、現在の絶縁状態の検出サイクルを中止し、ステップ１０１に戻って新たな絶縁状態の検出サイクルに入る。
【００２４】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ１０３でコンデンサ１７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１７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１９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１７の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１０８）。
【００２５】
ステップ１０８で読み込んだ電圧ＶＣが０Ｖでない場合には、地絡センサ部５の回路の異常、例えば各スイッチや図示していないスイッチング制御回路などに異常があると判断し、地絡センサ部５は、マイコン１９から、データ送信部７を介して、予め設定された地絡センサ部５の異常に対応するコード、及びステップ１０８で読み込んだ電圧ＶＣをデータとして外部モニタ装置９に２回送信する（ステップ１０６）。外部モニタ装置９は、異常の発生を報知するため、異常の発生を報知するための警報と併せて、データ送信部７からデータとして送信されてきた地絡センサ部５の異常に対応するコード、そしてステップ１０８で読み込んだ電圧ＶＣを表示する（ステップ１０７）。外部モニタ装置９によって異常を報知後、絶縁状態の検出を中止する。
【００２６】
ステップ１０８で読み込んだ電圧ＶＣが０Ｖの場合には、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１０９）。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１５との間にコンデンサ１７を直列に接続した回路、つまり、図２に示すように、正側主回路配線１３ａ、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１７、第４スイッチＳ４、第４抵抗Ｒ４、接地電位部１５、そして図２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１３ｂ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１７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１７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１７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。
【００２７】
ステップ１０９において第２閉路時間Ｔ２が経過すると、図３及び図４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１７の両端子間の電圧を検出するマイコン１９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１７からの放電回路が形成され、コンデンサ１７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１９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１７の両端子間の電圧ＶＣを読み込む。そして、このときのコンデンサ１７の両端子間電圧ＶＣの値を検出電圧ＶＣＮとする（ステップ１１０）。
【００２８】
一方、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ１１０でコンデンサ１７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１７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１９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１７の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１１１）。
【００２９】
ステップ１１１で読み込んだ電圧ＶＣが０Ｖでない場合には、地絡センサ部５の回路の異常、例えば各スイッチや図示していないスイッチング制御回路などに異常があると判断し、地絡センサ部５は、マイコン１９から、データ送信部７を介して、予め設定された地絡センサ部５の異常に対応するコード、及びステップ１１１で読み込んだ電圧ＶＣをデータとして外部モニタ装置９に２回送信する（ステップ１０６）。外部モニタ装置９は、異常の発生を報知するため、異常の発生を報知するための警報と併せて、データ送信部７からデータとして送信されてきた地絡センサ部５の異常に対応するコード、そしてステップ１１１で読み込んだ電圧ＶＣを表示する（ステップ１０７）。外部モニタ装置９によって異常を報知後、絶縁状態の検出を中止する。
【００３０】
ステップ１１１で読み込んだ電圧ＶＣが０Ｖの場合には、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１１２）。すなわち、第３のスイッチング手段により、接地電位部１５と電源３の負端子との間にコンデンサ１７を直列に接続した回路、つまり、図２に示すように、正側主回路配線１３ａ、図２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１５、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１７、第２スイッチＳ２、そして負側主回路配線１３ｂ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１７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１７の両端子間の電圧ＶＣが上昇する。
【００３１】
ステップ１１２において第２閉路時間Ｔ２が経過すると、図３及び図４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１７の両端子間の電圧を検出するマイコン１９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１７からの放電回路が形成され、コンデンサ１７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１９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１７の両端子間の電圧ＶＣを読み込む。このときのコンデンサ１７の両端子間電圧ＶＣを検出電圧ＶＣＰとする（ステップ１１３）。
【００３２】
ここで、マイコン１９は、検出したＶＣＮ、ＶＣＰを用いて、以下の式（２）から、地絡抵抗Ｒｎ、Ｒｐを代表する地絡抵抗値ＲＬを算出すると共に、算出した地絡抵抗値ＲＬに基づいて絶縁不良の判定を行う（ステップ１１４）。
ＲＬ＝−Ｒ１−Ｔ２／Ｃ・ｌｎ（１−（ＶＣＰ＋ＶＣＮ）／Ｖ０ｓ） …（２）
ただし、式（２）において、Ｔ２は第２閉路時間、Ｃはコンデンサ１７の容量、Ｒ１は第１抵抗Ｒ１の抵抗値、Ｖ０ｓはステップ１０４で推定した電源電圧である。
【００３３】
ステップ１１５では、地絡センサ部５のマイコン１９が、算出した地絡抵抗値ＲＬと予め設定された絶縁不良の判断基準となる基準地絡抵抗値とを比較し、地絡抵抗値ＲＬが５回の絶縁状態の検出サイクルで連続して基準地絡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断する。ステップ１１５で絶縁不良が検出されると、地絡センサ部５は、マイコン１９から、データ送信部７を介して、予め設定された絶縁不良に対応するコード、及び絶縁不良を検出するための地絡抵抗値ＲＬを算出する過程で得た各検出電圧Ｖ０、ＶＣ、ＶＣＮ、ＶＣＰ、推定電源電圧Ｖ０ｓ、（ＶＣＰ＋ＶＣＮ）／Ｖ０ｓの計算値、そして地絡抵抗値ＲＬなどをデータとして外部モニタ装置９に２回送信する（ステップ１０６）。外部モニタ装置９は、絶縁不良を報知するための警報と併せて、データ送信部７からデータとして送信されてきた地絡抵抗値ＲＬを表示する（ステップ１０７）。
【００３４】
一方、ステップ１１５で地絡抵抗値ＲＬが５回の絶縁状態の検出サイクルで連続して基準地絡抵抗値以下になっていない場合には、絶縁不良は生じていないと判断する。このとき、地絡センサ部５は、マイコン１９から、データ送信部７を介して、絶縁不良を検出するための地絡抵抗値ＲＬを算出する過程で得た各検出電圧Ｖ０、ＶＣ、ＶＣＮ、ＶＣＰ、推定電源電圧Ｖ０ｓ、（ＶＣＰ＋ＶＣＮ）／Ｖ０ｓの計算値、そして地絡抵抗値ＲＬなどをデータとして外部モニタ装置９に２回送信する（ステップ１１６）。
【００３５】
ステップ１１５で絶縁不良が検出されたときのステップ１０６のデータ出力、及びステップ１１５で絶縁不良が検出されたときのステップ１１６のデータ出力においてデータとして送信される内容の一例を表１に示す。なお、表１では、１回の絶縁状態の検出サイクルにおけるステップ１０３において、複数回検出電圧Ｖ０のデータの読み込みを行っている場合を例示している。検出電圧Ｖ０のデータの読み込み回数は予め適宜設定したものである。そして、ステップ１０３において検出した個々の検出電圧Ｖ０に基づいて、検出電圧Ｖ０の読み込み回数に応じた数の推定電源電圧Ｖ０ｓを算出している。同様に、ステップ１１０における検出電圧ＶＣＮの読み込み、ステップ１１３における検出電圧ＶＣＰの読み込みも、検出電圧Ｖ０のデータの読み込み回数と同じ回数行っている。そして、地絡抵抗値ＲＬは、推定電源電圧Ｖ０ｓの平均値、検出電圧ＶＣＮの平均値、検出電圧ＶＣＰの平均値によって算出している。
【００３６】
【表１】
【００３７】
ここで、図示していないスイッチング制御回路は、ステップ１１３でコンデンサ１７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１７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１９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１７の両端子間の電圧ＶＣを読み込む（ステップ１１７）。
【００３８】
ステップ１１７で読み込んだ電圧ＶＣが０Ｖでない場合には、地絡センサ部５の回路の異常、例えば各スイッチや図示していないスイッチング制御回路などに異常があると判断し、地絡センサ部５は、マイコン１９から、データ送信部７を介して、予め設定された地絡センサ部５の異常に対応するコード、及びステップ１１７で読み込んだ電圧ＶＣをデータとして外部モニタ装置９に２回送信する（ステップ１０６）。外部モニタ装置９は、異常の発生を報知するため、異常の発生を報知するための警報と併せて、データ送信部７からデータとして送信されてきた地絡センサ部５の異常に対応するコード、そしてステップ１１７で読み込んだ電圧ＶＣを表示する（ステップ１０７）。外部モニタ装置９によって異常を報知後、絶縁状態の検出を中止する。
【００３９】
ステップ１１１で読み込んだ電圧ＶＣが０Ｖの場合には、ここで１回の絶縁状態の検出サイクルを終了する。なお、絶縁状態の検出を行う間、ステップ１０１からステップ１１７までの絶縁状態の検出サイクルを繰り返す。ただし、ステップ１０８、１１１、１１７で地絡センサ部５の異常が検出された場合には、絶縁状態の検出ができない状態と考えられるため、絶縁状態の検出を中止する。また、ステップ１０５で電源電圧の異常が検出された場合には、このときに算出した地絡抵抗値ＲＬの値の信頼性は低くくなるため、そのサイクルの絶縁状態の検出を中止し、新たな絶縁状態の検出サイクルに入る。
【００４０】
ところで、本実施形態の絶縁検出装置１によって計測した地絡抵抗値ＲＬの値と、実際の地絡抵抗値ＲＬ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１７、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５に示す。なお、コンデンサ１７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５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５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５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。
【００４１】
図５からわかるように、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。
【００４２】
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秒とするのが望ましく、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秒とするのが望ましい。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５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秒を選択するのが望ましい。
【００４３】
このように本実施形態の絶縁検出装置１では、データ送信部７は、データとして、演算した地絡抵抗値ＲＬと共に、地絡抵抗値ＲＬの算出に用いた推定した電源３の電圧Ｖ０ｓ、マイコン１９による各検出電圧Ｖ０、ＶＣ、ＶＣＮ、ＶＣＰなど、地絡抵抗値ＲＬの算出に用いる電源電圧やコンデンサの両端子間電圧を送信する。このため、データ送信部７から送信されたこれらのデータを監視することで、絶縁不良、電源３の電圧異常、地絡センサ部５の異常などといった異常が発生した場合、その異常が発生するまでの電源電圧やコンデンサの両端子間電圧の変動などから、それが真に絶縁不良や電源３や地絡センサ部５の故障などによるものか、ノイズなどによる誤動作や数値変動などによって生じた一時的な異常なのかといったような異常が発生した要因を特定し易くできる。
【００４４】
さらに、データ送信部７は、マイコン１９で検出した異常の状態、つまり絶縁不良、電源３の電圧異常、地絡センサ部５の異常などに対応して割り当てられたコードを送信するため、外部モニタ装置９に表示されたコードから、発生した異常の状態を容易に識別できる。
【００４５】
加えて、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１９によるコンデンサ１７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１７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。
【００４６】
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、第２ダイオードＤ２と第２抵抗Ｒ２と接地電位部１５との間に第５スイッチＳ５などを直列に接続した構成など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。
【００４７】
また、本実施形態では、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を代表する地絡抵抗値ＲＬを算出している。しかし、個別の式により電源電圧Ｖ０ｓと検出電圧ＶＣＰ、ＶＣＮなどとに基づいて電源３の正端子側の地絡抵抗Ｒｐと負端子側の地絡抵抗Ｒｎを個々に算出し、絶縁不良の発生部位を検出することもできる。
【００４８】
また、本実施形態では、マイコン１９が異常の状態を判断し、データ送信部７を介して異常の状態に対応するコードを外部モニタ装置９に送信している。しかし、外部モニタ装置９に代えて表示画面を有するコンピュータなどにデータを送信し、このコンピュータなどが受信したデータから上の状態を判断する構成にすることもできる。
【００４９】
また、本発明は、本実施形態において示した構成や電源電圧の推定を行う絶縁検出装置に限らず、電源と接地電位部との間に予め設定された時間の間コンデンサを直列に接続可能な回路を有し、電源の電圧と、電源及び前記接地電位部間に予め設定された時間の間コンデンサを直列に接続したときのこのコンデンサの両端子間電圧とに基づいて絶縁抵抗を演算する様々な構成の絶縁検出装置に適用することができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
以下、本発明を適用してなる絶縁検出装置の第２の実施形態について図６を参照して説明する。図６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。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一のもの及び動作などには同じ符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と相違する構成及び特徴部などについて説明する。
【００５１】
本実施形態の絶縁検出装置が第１の実施形態と相違する点は、データ送信部がデータの受信も可能なものであり、データとしてマイコンで演算した地絡抵抗値を補正するための補正値を受信すること、そして、マイコンがデータ送信部で受信した補正値を記憶する記憶手段を有し、補正値に基づいて演算した地絡抵抗値を補正することなどにある。すなわち、本実施形態の絶縁検出装置２１は、図６に示すように、フラッシュメモリを備えると共に第１の実施形態のマイコン１９と同様に電圧検出手段、演算手段、そして異常検出手段となる図示していないマイコンを有する地絡センサ部２３、地絡センサ部２３から種々のデータの送信と外部からのデータの受信を行うためのデータ送信部２５などで構成されている。データ送信部２５は、第１の実施形態の外部モニタ装置９と同様にデータ送信部２５から送信された種々のデータを表示するのに加えて補正値の演算手段となる外部コンピュータ２７に双方向の通信が可能に通信ケーブル１１を介して接続されている。
【００５２】
地絡センサ部２３の図示していないマイコンが有するフラッシュメモリに補正値を記憶させるとき、電源３には、電源３の電圧を測定するための電圧測定装置２９を、そして電源３を絶縁状態とするために必要な地絡抵抗値の基準となる抵抗値を有する標準抵抗３１を電源３と接地電位部１５との間に取り付ける。電圧測定装置２９は、外部コンピュータ２７に電圧測定装置２９で測定した電源３の電圧値のデータの伝送するため、通信ケーブル３３を介して外部コンピュータ２７に接続される。
【００５３】
この状態で、電圧測定装置２９で電源３の電圧値Ｖを測定すると同時に、地絡センサ部５で第１の実施形態と同様の方法で電源電圧Ｖ０ｓの推定を行う。外部コンピュータ２７は、電圧測定装置２９から得られた電源３の電圧値と地絡センサ部５からデータ送信部７を介して得られた推定された電源電圧Ｖ０ｓとから補正値を算出する。そして、外部コンピュータ２７は、算出された補正値を絶縁検出装置２１のデータ送信部２５に送信する。データ送信部２５で受信された補正値は、地絡センサ部２３のマイコン１９内のフラッシュメモリに更新データとして書き込まれる。
【００５４】
地絡センサ部２３の図示していないマイコンは、絶縁状態を検出する際の検出電圧Ｖａｄ、Ｖ０、ＶＣ、ＶＣＮ、ＶＣＰにフラッシュメモリに記憶された補正値を掛けて補正し、この補正された各検出電圧を地絡抵抗値ＲＬの算出に用いる。なお、絶縁検出装置２１を実際に使用する際には、電圧測定装置２９、標準抵抗３１、通信ケーブル３３を取り外して使用し、外部コンピュータ２７は、第１の実施形態の外部モニタ装置９の代わりに用いられる。
【００５５】
このように本実施形態の絶縁検出装置２１は、地絡センサ部２３の図示していないマイコンでの検出電圧を補正値により補正して地絡抵抗の算出に用いるため、地絡センサ部２３の検出特性のばらつきを補正し、絶縁状態の検出結果に対する信頼性を向上できる。さらに、本実施形態の絶縁検出装置２１は、マイコンでの検出電圧を補正できる以外は第１の実施形態と同じ構成であるため、異常が発生した場合にその異常が発生した要因を特定し易くできる。したがって、異常が発生した場合にその異常が発生した要因を特定し易くできるのに加え、絶縁状態の検出に対する信頼性を向上できる。
【００５６】
また、本実施形態では、第１の実施形態の外部モニタ装置９の代わりに用いることができる外部コンピュータ２７を用いているが、補正値を算出するための手段と、絶縁検出装置２１の使用時に絶縁検出装置２１から送信されてくるデータを表示する手段とは別個の手段にすることができる。
【００５７】
また、本実施形態の絶縁検出装置２１は、第１の実施形態と同様に推定した電源電圧を用いて地絡抵抗値を算出しているが、本発明は、このような絶縁検出装置に限らず、予め設定された時間の間充電されたコンデンサの両端子間電圧を検出して、この検出電圧を用いて地絡抵抗値を算出する様々な構成の絶縁検出装置に適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、異常が発生した場合にその異常が発生した要因を特定し易くできる。
【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第１の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第１の実施形態における地絡センサ部の概略構成を示す図である。
【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】本発明を適用してなる絶縁検出装置の絶縁状態の検出動作を示すフロー図である。
【図５】地絡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６】本発明を適用してなる絶縁検出装置の第２の実施形態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
５ 地絡センサ部
７ データ送信部
９ 外部モニタ装置
１１ 通信ケーブル
１３ａ 正側主回路配線
１３ｂ 負側主回路配線
１５ 接地電位部
１７ コンデンサ
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 (2)
- 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の前記接地電位部に対する絶縁抵抗の値を検出するセンサ部と、該センサ部で得たデータを送信するデータ送信部とを備え、
前記センサ部の回路は、前記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、前記接地電位部と前記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、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を有し、
前記センサ部の演算手段は、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電圧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演算し、
前記データ送信部は、データとして、前記推定した電源電圧と、該電源電圧の推定に用いた電圧検出手段での検出電圧とを送信してなることを特徴とする絶縁検出装置。 - 前記データ送信部は、データの受信も可能であり、データとして、前記電圧検出手段での検出電圧の値を補正するための補正値を受信し、前記センサ部は、前記データ送信部で受信した補正値を記憶する記憶手段を有し、前記センサ部の演算手段は、前記電圧検出手段での検出電圧の値を前記記憶手段に記憶された補正値に基づいて補正し、前記補正値は、前記電源と前記接地電位部との間に前記電源を絶縁状態にするのに必要な抵抗値を有する標準抵抗を取り付けたときに測定した電源の電圧値と、該電源の電圧値を測定したときに前記電圧検出手段で検出した前記電源の電圧値とに基づいて算出された値であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁検出装置。
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