JP4027727B2 - 車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、車両用カップリングコンデンサ型漏電検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許第２９３３４９０は、対地的に浮遊状態に保持された回路（以下、対地絶縁回路ともいう）中の所定点に電圧検出抵抗及びカップリングコンデンサを順次介して交流電圧を印加し、この対地絶縁Ｒ回路における地絡による電圧検出抵抗の電圧降下の変動を検出する地絡検出方式（以下、カップリングコンデンサ型漏電検出方式ともいうものとする）を提案している。
【０００３】
この方式は、カップリングコンデンサにより対地絶縁用の検出回路系を対地絶縁回路から直流的に分離することができるので、この検出回路で検出した信号電圧を、通常の対地電源電圧で作動する制御回路で処理することができ、回路構成を簡素化することができるという利点がある。
【０００４】
特開平11-218554号公報は、上記カップリングコンデンサ型漏電検出方式において、対地絶縁回路の所定点の対地インピーダンスと位相角とを求め、これらにより人体接触時の感電の程度に対応する対地インピーダンスの抵抗成分を求めることを提案している。
【０００５】
ハイブリッド車や燃料電池車やバッテリ車では、走行モータとして大容量の交流モータが用いられるのが通常であり、この交流モータの制御はＰＷＭ制御を行うモータ制御回路により実施されるのが通常である。また、このような大容量の走行モータに給電するバッテリは配線抵抗損失低減などのために高電圧化（たとえば約３００Ｖ）されるのが通常であり、その結果、バッテリから上記モータ制御回路を通じて走行モータに至るモータ給電回路系は感電防止などの理由から対地絶縁されるのが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のカップリングコンデンサ型漏電検出方式では、対地絶縁回路の対地寄生容量が大きいと、検出回路系に内蔵する交流電源を大出力化しなければならず、検出回路系の大型化を招き、消費電力の増大も招いた。また、対地絶縁回路が発生する交流電圧、交流電流の影響により、検出回路系が検出する交流信号のＳ／Ｎ比が低下するという問題もあった。
【０００７】
次に、上記した対地絶縁され、高電圧化されたモータ給電回路系では、このモータ給電回路系に人体が接触して感電が生じる可能性がある。
【０００８】
そこで、上記カップリングコンデンサ型漏電検出方式を用いてこのモータ給電回路系に対する人体接触時の感電電流を推定しておき、推定感電電流が大きいと思われる場合に、警報するなどの対策を講じることが望まれる。
【０００９】
しかし、上記した従来のカップリングコンデンサ型漏電検出方式では、走行モータ系の対地絶縁の程度と、モータ給電回路系（その三相出力ラインは上記走行モータ系とみなすものとする）の対地絶縁の程度とを分離することが容易ではなく、漏電箇所の分別が容易ではなかった。
【００１０】
更に説明すると、人体が接触しやすい走行モータ系の漏電の程度を検出しようとする場合を考える。まず、走行モータ系の対地絶縁が低下する場合にはこの走行モータに印加される交流電圧により走行モータ系から対地（正確には車体）に流れる交流電流が増大するために、カップリングコンデンサと直列接続された漏電電流検出素子に回り込んで流れる交流電流が増大するので、検出したこの交流電流の大きさに正相関をもつものとして走行モータ系の対地絶縁の程度を推定することができる。
【００１１】
しかし、モータ給電回路系の対地絶縁が低下する場合、これは、検出回路系にとって検出すべき走行モータ系の対地絶縁インピーダンスに対して並列接続されるこのモータ給電回路系の対地絶縁インピーダンスが低下することを意味し、検出するべき走行モータ系の対地絶縁の程度の検出感度が低下してしまう。すなわち、検出回路系の交流電源からカップリングコンデンサを通じて給電される交流電流の一部はモータ給電回路系を通じて接地点に流れてしまい、検出するべき走行モータ系に達しないことになり、走行モータ系の対地絶縁の程度の検出にとって感度低下要因となってしまう。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、対地絶縁された車載モータの対地絶縁性の程度、又は、この対地絶縁性の程度に関連する人体感電時の影響の程度を、簡素に推定、警報可能な車載対地絶縁モータの対地絶縁性検出装置を提供することをその目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の車載対地絶縁モータの対地絶縁性検出装置は、車体に対して絶縁された対地絶縁車載回路中の所定の一点に一端が接続されるカップリングコンデンサと、前記カップリングコンデンサの他端から前記車体に流れる交流電流を検出するインピーダンス素子と、前記インピーダンス素子の電圧降下に基づいて前記対地絶縁車載回路の対地絶縁の程度を検出する検出回路部とを備える車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置において、前記対地絶縁車載回路は、モータと、前記モータの電機子コイルにＰＷＭ制御三相交流電圧を印加するモータ制御回路を含み、前記検出回路部は、前記モータ制御回路から出力される前記ＰＷＭ制御三相交流電圧の搬送周波数成分に基づいて前記車載対地絶縁回路の対地絶縁の程度を検出することを特徴としている。
【００１４】
本発明によれば、検出回路部の発振回路を省略して回路構成の簡素化と電力消費の節減を実現できるとともに、ＰＷＭ制御三相交流電圧が含む搬送周波数成分やサイドバンド成分と上記発振回路の周波数との混合がないので、検出精度を向上することができる。
【００１５】
なお、本発明において、対地絶縁回路を流れる交流周波数成分としては、検出回路部側から導入してもよく、又は、対地絶縁回路自体が発生する交流周波数成分を利用してもよい。
【００１６】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の構成に加えて更に、前記検出回路部は、前記インピーダンス素子の電圧降下から前記搬送周波数成分を抽出するフィルタの出力電圧に基づいて前記車載対地絶縁回路の対地絶縁の程度を判定する。
この態様によれば、対地絶縁回路を流れる交流周波数成分のうち、地絡検出に有効な上記搬送周波数成分をフィルタにより抽出してその大きさによりこの対地絶縁回路の地絡又は漏電の程度を検出するので、この対地絶縁回路の地絡又は漏電の程度を精度よく検出することができる。
【００１７】
請求項３記載の構成によれば請求項２記載の構成に加えて更に、前記対地絶縁車載回路が、互いに異なる搬送周波数成分をもつ前記ＰＷＭ制御三相交流電圧を複数の前記モータに個別に印加する複数のモータ制御回路を含み、前記検出回路部が、前記フィルタが分別して検出する前記各ＰＷＭ搬送周波数成分に基づいて前記車載対地絶縁回路の地絡又は漏電箇所を判定するので、たとえば絶縁不良モータを簡単に判定することができる。
【００１８】
請求項４記載の構成によれば請求項２記載の構成に加えて更に、前記検出回路部が、前記電機子コイルの三相交流電流の零相電流成分を検出する零相電流検出回路を有し、前記零相電流と前記フィルタ出力とに基づいて前記地絡又は漏電の程度を検出するので、更に正確に地絡又は漏電の状態を検出することができる。
【００１９】
請求項５記載の構成によれば請求項１記載の構成に加えて更に、前記検出回路部が、前記電機子コイルの三相交流電流の零相電流成分を検出する零相電流検出回路を有し、前記零相電流と前記フィルタ出力とに基づいて前記モータ制御回路の対地容量を推定し、前記モータ制御回路の対地容量と前記フィルタ出力とに基づいて、前記モータに対する人体接触時の感電の程度を推定するので、対地容量の変動による感電作用の変動を検出することができる。
【００２０】
請求項６記載の構成によれば請求項１記載の構成に加えて更に、前記検出回路部が、検出した前記地絡又は漏電の程度により判定した前記対地絶縁車載回路に対する人体接触時の感電電流の程度が所定の警報しきい値を超える場合に警報信号を出力するので、単に地絡又は漏電を検出すると言うだけでなく、この地絡又は漏電により人体接触時に所定レベルの危険が生じる場合にのみそれを警報するので、人体感電時の被害を適切に防止することができる。
【００２１】
請求項７記載の構成によれば請求項１記載の構成に加えて更に、前記検出回路部が、前記インピーダンス素子の電圧降下から互いに異なる複数の所定の交流周波数成分を抽出する複数のフィルタが検出する前記各交流周波数成分に基づいて前記車載対地絶縁回路の地絡又は漏電の程度を検出するので、更に精密に地絡又は漏電の度合いを検出することができる。
【００２２】
請求項８記載の構成によれば請求項６及び７記載の構成に加えて更に、前記検出回路部が、検出した前記各交流周波数成分毎に人体接触時の感電の程度を推定し、前記各交流周波数成分毎の前記各感電による影響の程度に応じて前記警報しきい値を変更するので、地絡又は漏電による人体感電の被害に対してより精密に警報の可否を判定することができる。
【００２３】
請求項９記載の構成によれば請求項７記載の構成に加えて更に、前記検出回路部が、前記各フィルタが検出する前記各交流周波数成分に基づいて前記車載対地絶縁回路の対地容量の変動による前記車載対地絶縁回路の人体感電の程度の変動を補償するので、車載対地絶縁回路の対地容量が変動しても、正確に感電の程度を判定することができるとともに、たとえばモータなど対地容量の変動も検出することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置を実施例を参照して具体的に説明する。
（実施例１）
実施例１の装置を図1に示すブロック回路図を参照して説明する。図１は、電気自動車の走行モータ駆動回路を示している。
（回路構成）
1は検出回路部、2は対地絶縁された走行モータ駆動回路（車載対地絶縁回路）である。
【００２５】
3は高電圧（たとえば約３００Ｖ）のバッテリであり、バッテリ3は三相のインバータ4に直流電源電圧を印加する。この直流電源電圧はインバータ4のIGBT6のＰＷＭスイッチングにより三相交流電圧に変換されつモータ5の三相電機子コイル7に印加され、モータ5が回転する。インバータ4は本発明で言うモータ制御回路である。
【００２６】
8はインバータ4と車体（接地）間の絶縁抵抗（対地抵抗）Rbであり、9はインバータ4と車体（接地）間の浮遊容量（対地容量）Cbである。17は三相電機子コイル7と車体（接地）間の浮遊容量（対地容量）Cmである。両端に矢印をもつ点線18は三相電機子コイル（インバータ4と三相電機子コイル7とを結ぶケーブルを含むものとする）７が絶縁不良である場合の電流経路を示す。
【００２７】
10はカップリングコンデンサCaであり、11は一端が接地された検出抵抗（インピーダンス素子）であり、検出抵抗11の他端はカップリングコンデンサ10を通じてバッテリ3の負極に接続されている。カップリングコンデンサ10を通じて検出抵抗11には交流電圧降下が生じ、この交流電圧降下はフィルタ回路（フィルタ）13を通じて感電電流推定部（検出回路部）14に出力され、感電電流推定部14は出力部（警報出力部）15に警報を出力する。フィルタ回路13はインバータ4のＰＷＭキャリヤ周波数を抽出するバンドパスフィルタ又は共振フィルタである。
（動作）
上記回路の動作を図２、図３を参照して以下に説明する。
【００２８】
図２は走行モータ駆動回路2の絶縁良好時に、図3はその絶縁不良時に、人体16がインバータ4の低位直流線と車体とに接触した場合を示す。
【００２９】
図２に示す絶縁良好時には、走行モータ駆動回路2の絶縁性が良好であるために、人体16を経由する電流ループが形成されず、人体16に感電電流は流れない。
【００３０】
しかし、たとえばモータ5の絶縁劣化などにより浮遊容量17(Cm)が増加したりして三相電機子コイル7の対地絶縁インピーダンスが低下すると、ＰＷＭキャリヤ周波数の交流感電電流が経路18に流れる。この交流感電電流は、上記浮遊容量17(Cm)などの増加（上記対地絶縁インピーダンスの低下）に応じて増大する。この場合における人体感電時の交流感電電流の大きさは、上記浮遊容量17(Cm)（上記対地絶縁インピーダンス）の大きさの程度を判定することにより推定することができる。
【００３１】
そこで、この実施例では、インバータ4の運転時における検出抵抗11に図１に示す電流経路で流れるＰＷＭキャリヤ周波数の電流成分を検出抵抗11の電圧降下に変換し、フィルタ回路13で抽出する。次に、このフィルタ回路13の出力電圧を感電電流推定部14で検出する。
【００３２】
この実施例において重要なことは、バッテリ3の電圧自体は略一定であるため、図１において、走行モータ駆動回路（車載対地絶縁回路）2の対地絶縁インピーダンスが一定であれば、インバータ4の動作により検出抵抗11に流れるＰＷＭキャリヤ周波数成分の電流は一定となり、検出抵抗11の電圧降下の変動は走行モータ駆動回路2の対地絶縁インピーダンスの変動に強い相関をもつことである。
【００３３】
また、感電の危険を報知するこの実施例において最低限重要なことは、所定の電気抵抗体とみなした人体が走行モータ駆動回路2と車体（接地）間に接続された場合に、この人体を流れる感電電流が所定しきい値レベルを超えるかどうかを判定することである。この場合、バッテリ3の電圧は略一定であるので、結局、この感電判定は、走行モータ駆動回路2の対地絶縁インピーダンスの大きさが所定値になったかどうかを判定することによりわかる。
【００３４】
この感電電流は、上記ＰＷＭキャリヤ周波数成分の電流による検出抵抗11の電圧降下の大きさに対して一定の比率をもつとみなすことができるので、言い換えれば、上記走行モータ駆動回路2の対地絶縁インピーダンスは、上記ＰＷＭキャリヤ周波数成分の漏電電流を計測することによりわかるので、検出抵抗11によるＰＷＭキャリヤ周波数成分の電流による電圧降下が所定しきい値レベルに達したかどうかを判定することにより感電の危険の有無を判定することができる。
【００３５】
この実施例では、感電電流推定部14は、整流回路、平滑回路、比較回路を順次備え、フィルタ回路13で抽出したＰＷＭキャリヤ周波数成分の交流出力電圧を整流回路で整流し、平滑回路で平滑し、この平滑電圧を比較回路で所定しきい値と比較し、上記出力電圧がこのしきい値を超えたら、危険と判定したハイレベル電圧を出力部15に出力し、出力部15はこれを受けて警報を出力する。
【００３６】
このしきい値は、人体感電時に許可すべきではない感電電流が人体に流れるかどうかで設定しておく。たとえば、人体の電気抵抗を500Ωとして上記しきい値を設定することができる。なお、これは最悪条件(被水時)を想定した場合の値で、IEC(国際電気標準会議)により規定された値を用いてもよい。また、検出抵抗Raとしては、たとえば100kΩと人体抵抗500Ωに比べ大きいものを用いることが好ましい。これは、絶縁不良時(特に三相電機子コイル7の地絡時など)において検出抵抗11に流れる電流が過大となるのを防止するためである。
【００３７】
もちろん、感電電流推定部14において、フィルタ回路13の出力電圧を検波、平滑後、この平滑出力をＡ／Ｄ変換回路でデジタル信号とし、このデジタル信号を処理して人体感電の有無を判定してもよい。
【００３８】
なお、上記説明において、三相電機子コイル7の浮遊容量Cmにて走行モータ駆動回路2の対地絶縁性の低下を代表したのは、三相電機子コイル7やそれへの給電ケーブルなどがもっとも電気絶縁が低下しやすいためであり、このように電気絶縁が低下すると、絶縁皮膜の薄肉化などにより三相電機子コイル7の浮遊容量Cmがまず最初大きくなり、その後、対地絶縁インピーダンスの対地絶縁抵抗成分が低下するためである。すなわち、走行モータ駆動回路（車載対地絶縁回路）2の浮遊容量（対地容量）の増大を判定することにより、地絡前にその後の漏電、地絡の発生を予見することができる。
【００３９】
もちろん、正確には、検出抵抗11によるＰＷＭキャリヤ周波数成分の電圧降下自体は走行モータ駆動回路2の対地絶縁インピーダンスの変化自体を検出するわけであるから、この対地絶縁インピーダンスにおける実数部分すなわち抵抗成分の減少によるＰＷＭキャリヤ周波数成分の電流増大も検出しているわけである。
【００４０】
また、カップリングコンデンサ10は、検出回路部1への走行モータ駆動回路2からの直流高電圧が入力するのを防止しているが、同時に、走行モータ駆動回路2に人体が接触した場合にこの検出抵抗11を含む検出回路部1を通じて人体に直流感電電流が流れるのを防止する。当然、上記ＰＷＭキャリヤ周波数におけるカップリングコンデンサ10のインピーダンスは、検出抵抗11のそれよりも十分小さく設定することが好ましく、たとえば10μFに設定することができる。
【００４１】
図１〜図３で説明した回路における人体接触時の交流感電電流値（人体が電流を感じる値）の実効値と、検出抵抗11の電圧降下の実効値との関係を図４に示す。図4に示すように、人体接触時の感電電流と検出抵抗11の電圧降下の振幅とは比例していることがわかる。
（実施例２）
複数の周波数を検出することにより人体の影響度に応じた警報を出力する他の実施例を図５を参照して以下に説明する。
【００４２】
検出回路部1以外は、図１の回路と同じである。実施例１ではフィルタ回路13は一つのバンドパスフィルタにより構成されていたが、この実施例のフィルタ回路13は、検出抵抗11が検出する電圧の３つの周波数帯域を個別に検出する３つバンドパスフィルタを内蔵し、各バンドパスフィルタが抽出した交流周波数成分（１、５、１０kHz）は個別に感電電流推定部14に入力され、感電電流推定部14はこれら３つの交流周波数成分を個別に検波し、平滑した後、個別にコンパレータによりそれぞれことなるしきい値と比較し、これらの比較結果を判定部19に出力し、判定部19は各コンパレータから出力される判定結果に基づいて感電危険の有無を判定する。この実施例では、判定部19は簡単にオア回路で構成され、いずれかの交流周波数成分において感電危険が生じたら出力部15に警報出力を指令するものとする。
【００４３】
なお、上記バンドパスフィルタは１、５、１０kHzを中心周波数とする所定の帯域幅を有している。各コンパレータのしきい値は、たとえば図７に示す交流感電電流（人体が関知する（感電する）電流の最小値（実効値）と周波数との関係により設定される。
【００４４】
すなわち、人体の感電感度は感電電流の周波数によって異なり、低周波数ほどその影響度が大きいので、この実施例のように、周波数ごとに検出抵抗11の電圧降下量を検出し、その大きさを、低周波数になるほど小さいしきい値（図７参照）と比較して、いずれかの周波数成分がしきい値を超える場合に警報を出力すれば、人体への影響度に応じた絶縁不良の検出が可能となる。
【００４５】
なお、この実施例では、車載対地絶縁回路1が上記各周波数成分の交流電圧発生源をもつか、又は、検出回路部1から車載対地絶縁回路１に上記各周波数成分の交流電圧をカップリングコンデンサを通じて印加することが好ましい。後者の場合には、このカップリングコンデンサはカップリングコンデンサ10に兼用することができる。その他、走行モータ駆動回路2のＰＷＭキャリヤ周波数を１０kHzの交流電流に用いれば、他の周波数だけを追加すればよい。また、走行モータ駆動回路（車載対地絶縁回路）2が図１に示すＰＷＭキャリヤ周波数がkHzであるインバータ4の他に、ＰＷＭ制御三相交流電圧のキャリヤ周波数が非常に小さい（ここでは１、５kHz）のＰＷＭ制御用のインバータを有していれば、図５の回路は、図１と同様に交流電流源を設けることなく採用することができる。
【００４６】
また、図５のように検出抵抗11の電圧降下から所定の交流周波数成分を抽出する複数のバンドパスフィルタを並列に設ける以外に、周波数可変の一つのバンドパスフィルタを設けて時間順次に各周波数成分の検出を行ってもよいし、各バンドパスフィルタの出力の判定をマルチプレクサを通じて時間順次に感電電流推定部14に入力してもよい。
【００４７】
各バンドパスフィルタ出力ごとの判定しきい値は図７のマップに基づいて設定されている。図７のマップは、人体が感じる最小交流電流（感電電流）の実効値と周波数との関係を示す。判定部19にて絶縁不良と判定された場合、出力部15で絶縁不良出力又は警報出力を行う。
【００４８】
（変形態様）
変形態様を図６に示す。
【００４９】
図６は、フィルタ回路13をFFT処理回路に変更した場合を示し、この場合の処理は車両制御等に用いるECU内で演算処理することができる。本構成は、新規に処理部分に対する回路設置の必要がないため、低コストで実現可能である。
（実施例３）
絶縁不良個所判別を可能とする他の実施例を図８を参照して以下に説明する。
【００５０】
図８は、図５において、検出回路部1に絶縁不良個所特定部２１を追加したものである。
【００５１】
この絶縁不良個所特定部２１は、フィルタ回路13の各バンドパスフィルタから出力される各交流電圧の波高値をピークホールド回路により検出し、各交流電圧のうち波高値が最も大きくかつ感電しきい値に相当する所定値以上であるものを比較回路により抽出する。そしてこの波高値が最も大きくかつ感電しきい値を超えるＰＷＭキャリヤ周波数からこのＰＷＭキャリヤ周波数を用いるモータ駆動回路が対地絶縁不良個所であると判定して出力部15に出力する。
【００５２】
なお、この実施例では、フィルタ回路13の各バンドパスフィルタの中心周波数に等しいＰＷＭキャリヤ周波数をもつ３つのモータ駆動回路が車載対地絶縁回路１に設けられているものとする。
【００５３】
（変形態様）
上記絶縁不良個所特定部２１を用いずに絶縁不良個所を特定することができる。
【００５４】
すなわち、図５の感電電流推定部14はどのバンドパスフィルタの出力電圧がしきい値レベルを超えたかどうかを判定することができるので、この情報に基づいて、上記と同様に絶縁不良個所特定部２１を特定することができる。
【００５５】
（変形態様）
上記実施例において、各バンドパスフィルタの通過中心周波数は、上記１、５、１０kHzの代わりに、各モータ駆動回路のＰＷＭキャリヤ周波数に合わせて設定することができる。また、通常において、ＰＷＭキャリヤ周波数は相当高く設定されることが多いので、図５又は図８において、１０kHzの中心通過周波数をもつバンドパスフィルタの通過帯域幅をたとえば２kHz程度に広く設定しておき、３個のモータ駆動回路のＰＷＭキャリヤ周波数を９、１０、１１kHzに設定し、１０kHzの中心通過周波数をもつバンドパスフィルタの出力電圧を更に９、１０、１１kHzの共振周波数をもつ同調フィルタで再度分離し、この分離した交流電圧の実効値や波高値から上記と同様に絶縁不良が生じたモータ駆動回路を判定するようにしてもよい。更に、フィルタ回路13にてFFT処理を行っても同様の効果を得ることができる。
（実施例４）
Cb変化に対する精度悪化抑制を可能とする他の実施例を図９を参照して以下に説明する。
【００５６】
図９は図１において、コンデンサ12(Cc)をバッテリ3の正極端及び負極端と接地（車体）との間に設けたものである。
【００５７】
この実施例では、実施例１と同様に浮遊容量Cmの増大を実施例１の方式で検出することによりモータ5の対地絶縁性が許容範囲を超えたかどうかを判定し、超えた場合にそれを警報している。
【００５８】
しかし、インバータ4の対地絶縁インピーダンス、たとえばインバータ4とバッテリ3とを接続する高位電源線や低位電源線の対地絶縁インピーダンス8、9が低下すると、インバータ4にて生じるＰＷＭキャリヤ周波数の交流電流がモータ5の対地絶縁インピーダンス17、検出抵抗11を巡って流れる場合に、対地絶縁インピーダンス8、9が検出抵抗11に対して並列接続された状態となるため、検出抵抗11を流れるＰＷＭキャリヤ周波数の交流成分が減少し、検出感度が低下してしまう。その結果、フィルタ回路13の電圧降下がしきい値レベル以下であるにも関わらず、走行モータ駆動回路2に人体が接触した場合に人間が感電を感じる結果となってしまう。
【００５９】
これに対して、この実施例ではコンデンサ12をインバータ4の直流側の対地絶縁インピーダンス8、9と並列に接続しているので、上記した対地絶縁インピーダンス8、9の変動によるインバータ4の直流側対地絶縁インピーダンスの全体としての変動率を低減し、この変動による検出抵抗11の感度の変動を低減して、検出抵抗11の検出精度を向上することができる。
【００６０】
この効果を図10に示す。図10は検出精度の誤差（変動）を縦軸に、コンデンサ12(Cc)の容量を横軸に設定して、両者間の関係を示す。図１０からわかるように、コンデンサ１2の容量増加とともに、対地絶縁インピーダンス8、9の変動の影響による検出抵抗11の電圧降下の変動を減少することができることがわかる。
（実施例５）
零相電流検出・補正によりインバータ4の対地絶縁インピーダンス8、９の変動の影響を低減して判定精度の向上を実現する他の実施例を図１１を参照して説明する。
【００６１】
図１１は、後述する零相電流検出回路部を追加するとともに、検出した零相電流とフィルタ回路13の出力との両方から感電の程度を検出するマイコン２５に図１の感電電流推定部14を置換したものである。
【００６２】
図11において、22は零相変流器、23は電流−電圧変換回路、24はバンドパスフィルタ回路、25は入力ポートごとにＡ／Ｄコンバータを有するECUである。
【００６３】
検出抵抗11の電位Vaは、複数のバンドパスフィルタを内蔵するフィルタ回路13にて検出する周波数毎にフィルタリングされ、ECU25へ入力される。零相変流器22は、モータ5の対地絶縁インピーダンス（主として浮遊容量）Ｃmを通じで車体に流れる交流電流成分を検出し、この交流電流成分は電流−電圧変換回路23にて電圧V0へ変換された後、フィルタ回路24の各バンドパスフィルタごとに検出すべき周波数毎に抽出されて、ECU25に入力される。ECUは、入力される各周波数成分をそれぞれ検波し、平滑し、デジタル周波数信号に変換した後、各デジタル周波数信号間の演算を行い、この演算結果に基づいて人体が接触した際の感電電流を推定し、それがしきい値レベルを超えるかどうかを判定する。
【００６４】
ECU25の処理を図12のフローチャートを参照して以下に説明する。
【００６５】
エンジン始動後、S1にて零相電圧V0、検出抵抗１１の電圧Vaを読み込み、S2にてV0、Vaをそれぞれ零相電流値i0、検出抵抗11の電流iaに変換する。変換は、用いる検出手法等により異なるため、その都度演算式を設定する。
【００６６】
次のS3では、求めたi0、iaを用いて、インバータ4の対地絶縁インピーダンス（ここでは浮遊容量）Ｃb（近似値）を次式によって算出する。
【００６７】
Cb＝1/2πf×(i0-ia)/(100000×ia) (F)
fはＰＷＭキャリヤ周波数(Hz)、i0は零相電流(A)、iaは検出抵抗11の電流(A)である。上式は、検出抵抗11(Ra)と浮遊容量Cbとが並列接続の関係にあることから求められる演算式である。なお、カップリングコンデンサ10(Ca)の影響はカップリングコンデンサ10の交流インピーダンスが小さく影響が小さいために省略している。
【００６８】
次のS4では、検出抵抗11の電流iaと、浮遊容量Ｃbとからあらかじめ記憶するマップに基づいて人体接触時の感電電流ihを読み取る。このマップの例を図13に示す。
【００６９】
次のS5では、マップから求めた感電電流ihがあらかじめ設定されたしきい値レベルよりも大きいかどうかを判定し、しきい値レベル以上であればS6にて警報出力を出力部15に指令し、検出値よりも小さい場合はS1に戻り、以上を繰り返し継続して判定を行う。
【００７０】
この実施例によれば、検出抵抗11の電圧降下と人体接触時の感電電流との関係が、インバータ（モータ制御回路）4と車体との間の対地絶縁インピーダンス（特にその容量）が変化することにより変化する検出精度の劣化を、零相電流検出によりインバータ4の浮遊容量9を推定し、この浮遊容量9により電流iaを補正して感電電流ihとすることにより補正しているので、高精度の感電危険の判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の実施例において検出回路を電気車両に接続した際の構成を示す図である。
【図２】 図2は本発明の実施例において検出回路を電気車両に接続した際に人体が接触した際の構成を示す図である。
【図３】 図3は本発明の実施例において検出回路を電気車両に接続した際に人体が接触した際の構成を示す図である。
【図４】 図4は本発明の実施例において人体接触時に流れる交流感電電流と本検出回路で得られた検出部電位振幅量の測定例を示す図である。
【図５】 図5は本発明の他の実施例▲１▼における検出回路構成を示す図である。
【図６】 図6は本発明の他の実施例▲１▼における検出回路構成を示す図である。
【図７】 図7は本発明の他の実施例▲１▼における判定マップを示す図である。
【図８】 図8は本発明の他の実施例▲２▼における検出回路構成を示す図である。
【図９】 図9は本発明の他の実施例▲３▼における検出回路構成を示す図である。
【図１０】 図10は本発明の他の実施例▲３▼においてボディ⇔回路直流部間容量と最大検出誤差の関係を示す図である。
【図１１】 図11は本発明の他の実施例▲４▼における検出回路構成を示す図である。
【図１２】 図12は本発明の他の実施例▲４▼におけるECUの制御フローチャートを示す図である。
【図１３】 図13は本発明の他の実施例▲４▼におけるボディ⇔回路直流部間容量、人体接触時の感電電流と検出抵抗部電流の関係を示す図である。
【符号の説明】
1・・・検出回路部
2・・・走行モータ駆動回路
3・・・バッテリ
4・・・インバータ
5・・・モータ
6・・・IGBT
7・・・三相電機子コイル
8・・・インバータの対地絶縁抵抗Rb
9・・・インバータ４の浮遊容量Cb
10・・・カップリングコンデンサCa
11・・・検出抵抗
12・・・コンデンサCc
13・・・フィルタ回路
14・・・感電電流推定部
15・・・出力部
16・・・人体
17・・・モータ（三相電機子コイル）の浮遊容量
18・・・電流経路
19・・・感電レベル判定回路
20・・・感電電流推定回路
21・・・絶縁不良個所判定回路
22・・・零相変流器
23・・・電流−電圧変換回路
24・・・バンドパスフィルタ回路
25・・・ECU
【発明が属する技術分野】
本発明は、車両用カップリングコンデンサ型漏電検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許第２９３３４９０は、対地的に浮遊状態に保持された回路（以下、対地絶縁回路ともいう）中の所定点に電圧検出抵抗及びカップリングコンデンサを順次介して交流電圧を印加し、この対地絶縁Ｒ回路における地絡による電圧検出抵抗の電圧降下の変動を検出する地絡検出方式（以下、カップリングコンデンサ型漏電検出方式ともいうものとする）を提案している。
【０００３】
この方式は、カップリングコンデンサにより対地絶縁用の検出回路系を対地絶縁回路から直流的に分離することができるので、この検出回路で検出した信号電圧を、通常の対地電源電圧で作動する制御回路で処理することができ、回路構成を簡素化することができるという利点がある。
【０００４】
特開平11-218554号公報は、上記カップリングコンデンサ型漏電検出方式において、対地絶縁回路の所定点の対地インピーダンスと位相角とを求め、これらにより人体接触時の感電の程度に対応する対地インピーダンスの抵抗成分を求めることを提案している。
【０００５】
ハイブリッド車や燃料電池車やバッテリ車では、走行モータとして大容量の交流モータが用いられるのが通常であり、この交流モータの制御はＰＷＭ制御を行うモータ制御回路により実施されるのが通常である。また、このような大容量の走行モータに給電するバッテリは配線抵抗損失低減などのために高電圧化（たとえば約３００Ｖ）されるのが通常であり、その結果、バッテリから上記モータ制御回路を通じて走行モータに至るモータ給電回路系は感電防止などの理由から対地絶縁されるのが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のカップリングコンデンサ型漏電検出方式では、対地絶縁回路の対地寄生容量が大きいと、検出回路系に内蔵する交流電源を大出力化しなければならず、検出回路系の大型化を招き、消費電力の増大も招いた。また、対地絶縁回路が発生する交流電圧、交流電流の影響により、検出回路系が検出する交流信号のＳ／Ｎ比が低下するという問題もあった。
【０００７】
次に、上記した対地絶縁され、高電圧化されたモータ給電回路系では、このモータ給電回路系に人体が接触して感電が生じる可能性がある。
【０００８】
そこで、上記カップリングコンデンサ型漏電検出方式を用いてこのモータ給電回路系に対する人体接触時の感電電流を推定しておき、推定感電電流が大きいと思われる場合に、警報するなどの対策を講じることが望まれる。
【０００９】
しかし、上記した従来のカップリングコンデンサ型漏電検出方式では、走行モータ系の対地絶縁の程度と、モータ給電回路系（その三相出力ラインは上記走行モータ系とみなすものとする）の対地絶縁の程度とを分離することが容易ではなく、漏電箇所の分別が容易ではなかった。
【００１０】
更に説明すると、人体が接触しやすい走行モータ系の漏電の程度を検出しようとする場合を考える。まず、走行モータ系の対地絶縁が低下する場合にはこの走行モータに印加される交流電圧により走行モータ系から対地（正確には車体）に流れる交流電流が増大するために、カップリングコンデンサと直列接続された漏電電流検出素子に回り込んで流れる交流電流が増大するので、検出したこの交流電流の大きさに正相関をもつものとして走行モータ系の対地絶縁の程度を推定することができる。
【００１１】
しかし、モータ給電回路系の対地絶縁が低下する場合、これは、検出回路系にとって検出すべき走行モータ系の対地絶縁インピーダンスに対して並列接続されるこのモータ給電回路系の対地絶縁インピーダンスが低下することを意味し、検出するべき走行モータ系の対地絶縁の程度の検出感度が低下してしまう。すなわち、検出回路系の交流電源からカップリングコンデンサを通じて給電される交流電流の一部はモータ給電回路系を通じて接地点に流れてしまい、検出するべき走行モータ系に達しないことになり、走行モータ系の対地絶縁の程度の検出にとって感度低下要因となってしまう。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、対地絶縁された車載モータの対地絶縁性の程度、又は、この対地絶縁性の程度に関連する人体感電時の影響の程度を、簡素に推定、警報可能な車載対地絶縁モータの対地絶縁性検出装置を提供することをその目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の車載対地絶縁モータの対地絶縁性検出装置は、車体に対して絶縁された対地絶縁車載回路中の所定の一点に一端が接続されるカップリングコンデンサと、前記カップリングコンデンサの他端から前記車体に流れる交流電流を検出するインピーダンス素子と、前記インピーダンス素子の電圧降下に基づいて前記対地絶縁車載回路の対地絶縁の程度を検出する検出回路部とを備える車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置において、前記対地絶縁車載回路は、モータと、前記モータの電機子コイルにＰＷＭ制御三相交流電圧を印加するモータ制御回路を含み、前記検出回路部は、前記モータ制御回路から出力される前記ＰＷＭ制御三相交流電圧の搬送周波数成分に基づいて前記車載対地絶縁回路の対地絶縁の程度を検出することを特徴としている。
【００１４】
本発明によれば、検出回路部の発振回路を省略して回路構成の簡素化と電力消費の節減を実現できるとともに、ＰＷＭ制御三相交流電圧が含む搬送周波数成分やサイドバンド成分と上記発振回路の周波数との混合がないので、検出精度を向上することができる。
【００１５】
なお、本発明において、対地絶縁回路を流れる交流周波数成分としては、検出回路部側から導入してもよく、又は、対地絶縁回路自体が発生する交流周波数成分を利用してもよい。
【００１６】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の構成に加えて更に、前記検出回路部は、前記インピーダンス素子の電圧降下から前記搬送周波数成分を抽出するフィルタの出力電圧に基づいて前記車載対地絶縁回路の対地絶縁の程度を判定する。
この態様によれば、対地絶縁回路を流れる交流周波数成分のうち、地絡検出に有効な上記搬送周波数成分をフィルタにより抽出してその大きさによりこの対地絶縁回路の地絡又は漏電の程度を検出するので、この対地絶縁回路の地絡又は漏電の程度を精度よく検出することができる。
【００１７】
請求項３記載の構成によれば請求項２記載の構成に加えて更に、前記対地絶縁車載回路が、互いに異なる搬送周波数成分をもつ前記ＰＷＭ制御三相交流電圧を複数の前記モータに個別に印加する複数のモータ制御回路を含み、前記検出回路部が、前記フィルタが分別して検出する前記各ＰＷＭ搬送周波数成分に基づいて前記車載対地絶縁回路の地絡又は漏電箇所を判定するので、たとえば絶縁不良モータを簡単に判定することができる。
【００１８】
請求項４記載の構成によれば請求項２記載の構成に加えて更に、前記検出回路部が、前記電機子コイルの三相交流電流の零相電流成分を検出する零相電流検出回路を有し、前記零相電流と前記フィルタ出力とに基づいて前記地絡又は漏電の程度を検出するので、更に正確に地絡又は漏電の状態を検出することができる。
【００１９】
請求項５記載の構成によれば請求項１記載の構成に加えて更に、前記検出回路部が、前記電機子コイルの三相交流電流の零相電流成分を検出する零相電流検出回路を有し、前記零相電流と前記フィルタ出力とに基づいて前記モータ制御回路の対地容量を推定し、前記モータ制御回路の対地容量と前記フィルタ出力とに基づいて、前記モータに対する人体接触時の感電の程度を推定するので、対地容量の変動による感電作用の変動を検出することができる。
【００２０】
請求項６記載の構成によれば請求項１記載の構成に加えて更に、前記検出回路部が、検出した前記地絡又は漏電の程度により判定した前記対地絶縁車載回路に対する人体接触時の感電電流の程度が所定の警報しきい値を超える場合に警報信号を出力するので、単に地絡又は漏電を検出すると言うだけでなく、この地絡又は漏電により人体接触時に所定レベルの危険が生じる場合にのみそれを警報するので、人体感電時の被害を適切に防止することができる。
【００２１】
請求項７記載の構成によれば請求項１記載の構成に加えて更に、前記検出回路部が、前記インピーダンス素子の電圧降下から互いに異なる複数の所定の交流周波数成分を抽出する複数のフィルタが検出する前記各交流周波数成分に基づいて前記車載対地絶縁回路の地絡又は漏電の程度を検出するので、更に精密に地絡又は漏電の度合いを検出することができる。
【００２２】
請求項８記載の構成によれば請求項６及び７記載の構成に加えて更に、前記検出回路部が、検出した前記各交流周波数成分毎に人体接触時の感電の程度を推定し、前記各交流周波数成分毎の前記各感電による影響の程度に応じて前記警報しきい値を変更するので、地絡又は漏電による人体感電の被害に対してより精密に警報の可否を判定することができる。
【００２３】
請求項９記載の構成によれば請求項７記載の構成に加えて更に、前記検出回路部が、前記各フィルタが検出する前記各交流周波数成分に基づいて前記車載対地絶縁回路の対地容量の変動による前記車載対地絶縁回路の人体感電の程度の変動を補償するので、車載対地絶縁回路の対地容量が変動しても、正確に感電の程度を判定することができるとともに、たとえばモータなど対地容量の変動も検出することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置を実施例を参照して具体的に説明する。
（実施例１）
実施例１の装置を図1に示すブロック回路図を参照して説明する。図１は、電気自動車の走行モータ駆動回路を示している。
（回路構成）
1は検出回路部、2は対地絶縁された走行モータ駆動回路（車載対地絶縁回路）である。
【００２５】
3は高電圧（たとえば約３００Ｖ）のバッテリであり、バッテリ3は三相のインバータ4に直流電源電圧を印加する。この直流電源電圧はインバータ4のIGBT6のＰＷＭスイッチングにより三相交流電圧に変換されつモータ5の三相電機子コイル7に印加され、モータ5が回転する。インバータ4は本発明で言うモータ制御回路である。
【００２６】
8はインバータ4と車体（接地）間の絶縁抵抗（対地抵抗）Rbであり、9はインバータ4と車体（接地）間の浮遊容量（対地容量）Cbである。17は三相電機子コイル7と車体（接地）間の浮遊容量（対地容量）Cmである。両端に矢印をもつ点線18は三相電機子コイル（インバータ4と三相電機子コイル7とを結ぶケーブルを含むものとする）７が絶縁不良である場合の電流経路を示す。
【００２７】
10はカップリングコンデンサCaであり、11は一端が接地された検出抵抗（インピーダンス素子）であり、検出抵抗11の他端はカップリングコンデンサ10を通じてバッテリ3の負極に接続されている。カップリングコンデンサ10を通じて検出抵抗11には交流電圧降下が生じ、この交流電圧降下はフィルタ回路（フィルタ）13を通じて感電電流推定部（検出回路部）14に出力され、感電電流推定部14は出力部（警報出力部）15に警報を出力する。フィルタ回路13はインバータ4のＰＷＭキャリヤ周波数を抽出するバンドパスフィルタ又は共振フィルタである。
（動作）
上記回路の動作を図２、図３を参照して以下に説明する。
【００２８】
図２は走行モータ駆動回路2の絶縁良好時に、図3はその絶縁不良時に、人体16がインバータ4の低位直流線と車体とに接触した場合を示す。
【００２９】
図２に示す絶縁良好時には、走行モータ駆動回路2の絶縁性が良好であるために、人体16を経由する電流ループが形成されず、人体16に感電電流は流れない。
【００３０】
しかし、たとえばモータ5の絶縁劣化などにより浮遊容量17(Cm)が増加したりして三相電機子コイル7の対地絶縁インピーダンスが低下すると、ＰＷＭキャリヤ周波数の交流感電電流が経路18に流れる。この交流感電電流は、上記浮遊容量17(Cm)などの増加（上記対地絶縁インピーダンスの低下）に応じて増大する。この場合における人体感電時の交流感電電流の大きさは、上記浮遊容量17(Cm)（上記対地絶縁インピーダンス）の大きさの程度を判定することにより推定することができる。
【００３１】
そこで、この実施例では、インバータ4の運転時における検出抵抗11に図１に示す電流経路で流れるＰＷＭキャリヤ周波数の電流成分を検出抵抗11の電圧降下に変換し、フィルタ回路13で抽出する。次に、このフィルタ回路13の出力電圧を感電電流推定部14で検出する。
【００３２】
この実施例において重要なことは、バッテリ3の電圧自体は略一定であるため、図１において、走行モータ駆動回路（車載対地絶縁回路）2の対地絶縁インピーダンスが一定であれば、インバータ4の動作により検出抵抗11に流れるＰＷＭキャリヤ周波数成分の電流は一定となり、検出抵抗11の電圧降下の変動は走行モータ駆動回路2の対地絶縁インピーダンスの変動に強い相関をもつことである。
【００３３】
また、感電の危険を報知するこの実施例において最低限重要なことは、所定の電気抵抗体とみなした人体が走行モータ駆動回路2と車体（接地）間に接続された場合に、この人体を流れる感電電流が所定しきい値レベルを超えるかどうかを判定することである。この場合、バッテリ3の電圧は略一定であるので、結局、この感電判定は、走行モータ駆動回路2の対地絶縁インピーダンスの大きさが所定値になったかどうかを判定することによりわかる。
【００３４】
この感電電流は、上記ＰＷＭキャリヤ周波数成分の電流による検出抵抗11の電圧降下の大きさに対して一定の比率をもつとみなすことができるので、言い換えれば、上記走行モータ駆動回路2の対地絶縁インピーダンスは、上記ＰＷＭキャリヤ周波数成分の漏電電流を計測することによりわかるので、検出抵抗11によるＰＷＭキャリヤ周波数成分の電流による電圧降下が所定しきい値レベルに達したかどうかを判定することにより感電の危険の有無を判定することができる。
【００３５】
この実施例では、感電電流推定部14は、整流回路、平滑回路、比較回路を順次備え、フィルタ回路13で抽出したＰＷＭキャリヤ周波数成分の交流出力電圧を整流回路で整流し、平滑回路で平滑し、この平滑電圧を比較回路で所定しきい値と比較し、上記出力電圧がこのしきい値を超えたら、危険と判定したハイレベル電圧を出力部15に出力し、出力部15はこれを受けて警報を出力する。
【００３６】
このしきい値は、人体感電時に許可すべきではない感電電流が人体に流れるかどうかで設定しておく。たとえば、人体の電気抵抗を500Ωとして上記しきい値を設定することができる。なお、これは最悪条件(被水時)を想定した場合の値で、IEC(国際電気標準会議)により規定された値を用いてもよい。また、検出抵抗Raとしては、たとえば100kΩと人体抵抗500Ωに比べ大きいものを用いることが好ましい。これは、絶縁不良時(特に三相電機子コイル7の地絡時など)において検出抵抗11に流れる電流が過大となるのを防止するためである。
【００３７】
もちろん、感電電流推定部14において、フィルタ回路13の出力電圧を検波、平滑後、この平滑出力をＡ／Ｄ変換回路でデジタル信号とし、このデジタル信号を処理して人体感電の有無を判定してもよい。
【００３８】
なお、上記説明において、三相電機子コイル7の浮遊容量Cmにて走行モータ駆動回路2の対地絶縁性の低下を代表したのは、三相電機子コイル7やそれへの給電ケーブルなどがもっとも電気絶縁が低下しやすいためであり、このように電気絶縁が低下すると、絶縁皮膜の薄肉化などにより三相電機子コイル7の浮遊容量Cmがまず最初大きくなり、その後、対地絶縁インピーダンスの対地絶縁抵抗成分が低下するためである。すなわち、走行モータ駆動回路（車載対地絶縁回路）2の浮遊容量（対地容量）の増大を判定することにより、地絡前にその後の漏電、地絡の発生を予見することができる。
【００３９】
もちろん、正確には、検出抵抗11によるＰＷＭキャリヤ周波数成分の電圧降下自体は走行モータ駆動回路2の対地絶縁インピーダンスの変化自体を検出するわけであるから、この対地絶縁インピーダンスにおける実数部分すなわち抵抗成分の減少によるＰＷＭキャリヤ周波数成分の電流増大も検出しているわけである。
【００４０】
また、カップリングコンデンサ10は、検出回路部1への走行モータ駆動回路2からの直流高電圧が入力するのを防止しているが、同時に、走行モータ駆動回路2に人体が接触した場合にこの検出抵抗11を含む検出回路部1を通じて人体に直流感電電流が流れるのを防止する。当然、上記ＰＷＭキャリヤ周波数におけるカップリングコンデンサ10のインピーダンスは、検出抵抗11のそれよりも十分小さく設定することが好ましく、たとえば10μFに設定することができる。
【００４１】
図１〜図３で説明した回路における人体接触時の交流感電電流値（人体が電流を感じる値）の実効値と、検出抵抗11の電圧降下の実効値との関係を図４に示す。図4に示すように、人体接触時の感電電流と検出抵抗11の電圧降下の振幅とは比例していることがわかる。
（実施例２）
複数の周波数を検出することにより人体の影響度に応じた警報を出力する他の実施例を図５を参照して以下に説明する。
【００４２】
検出回路部1以外は、図１の回路と同じである。実施例１ではフィルタ回路13は一つのバンドパスフィルタにより構成されていたが、この実施例のフィルタ回路13は、検出抵抗11が検出する電圧の３つの周波数帯域を個別に検出する３つバンドパスフィルタを内蔵し、各バンドパスフィルタが抽出した交流周波数成分（１、５、１０kHz）は個別に感電電流推定部14に入力され、感電電流推定部14はこれら３つの交流周波数成分を個別に検波し、平滑した後、個別にコンパレータによりそれぞれことなるしきい値と比較し、これらの比較結果を判定部19に出力し、判定部19は各コンパレータから出力される判定結果に基づいて感電危険の有無を判定する。この実施例では、判定部19は簡単にオア回路で構成され、いずれかの交流周波数成分において感電危険が生じたら出力部15に警報出力を指令するものとする。
【００４３】
なお、上記バンドパスフィルタは１、５、１０kHzを中心周波数とする所定の帯域幅を有している。各コンパレータのしきい値は、たとえば図７に示す交流感電電流（人体が関知する（感電する）電流の最小値（実効値）と周波数との関係により設定される。
【００４４】
すなわち、人体の感電感度は感電電流の周波数によって異なり、低周波数ほどその影響度が大きいので、この実施例のように、周波数ごとに検出抵抗11の電圧降下量を検出し、その大きさを、低周波数になるほど小さいしきい値（図７参照）と比較して、いずれかの周波数成分がしきい値を超える場合に警報を出力すれば、人体への影響度に応じた絶縁不良の検出が可能となる。
【００４５】
なお、この実施例では、車載対地絶縁回路1が上記各周波数成分の交流電圧発生源をもつか、又は、検出回路部1から車載対地絶縁回路１に上記各周波数成分の交流電圧をカップリングコンデンサを通じて印加することが好ましい。後者の場合には、このカップリングコンデンサはカップリングコンデンサ10に兼用することができる。その他、走行モータ駆動回路2のＰＷＭキャリヤ周波数を１０kHzの交流電流に用いれば、他の周波数だけを追加すればよい。また、走行モータ駆動回路（車載対地絶縁回路）2が図１に示すＰＷＭキャリヤ周波数がkHzであるインバータ4の他に、ＰＷＭ制御三相交流電圧のキャリヤ周波数が非常に小さい（ここでは１、５kHz）のＰＷＭ制御用のインバータを有していれば、図５の回路は、図１と同様に交流電流源を設けることなく採用することができる。
【００４６】
また、図５のように検出抵抗11の電圧降下から所定の交流周波数成分を抽出する複数のバンドパスフィルタを並列に設ける以外に、周波数可変の一つのバンドパスフィルタを設けて時間順次に各周波数成分の検出を行ってもよいし、各バンドパスフィルタの出力の判定をマルチプレクサを通じて時間順次に感電電流推定部14に入力してもよい。
【００４７】
各バンドパスフィルタ出力ごとの判定しきい値は図７のマップに基づいて設定されている。図７のマップは、人体が感じる最小交流電流（感電電流）の実効値と周波数との関係を示す。判定部19にて絶縁不良と判定された場合、出力部15で絶縁不良出力又は警報出力を行う。
【００４８】
（変形態様）
変形態様を図６に示す。
【００４９】
図６は、フィルタ回路13をFFT処理回路に変更した場合を示し、この場合の処理は車両制御等に用いるECU内で演算処理することができる。本構成は、新規に処理部分に対する回路設置の必要がないため、低コストで実現可能である。
（実施例３）
絶縁不良個所判別を可能とする他の実施例を図８を参照して以下に説明する。
【００５０】
図８は、図５において、検出回路部1に絶縁不良個所特定部２１を追加したものである。
【００５１】
この絶縁不良個所特定部２１は、フィルタ回路13の各バンドパスフィルタから出力される各交流電圧の波高値をピークホールド回路により検出し、各交流電圧のうち波高値が最も大きくかつ感電しきい値に相当する所定値以上であるものを比較回路により抽出する。そしてこの波高値が最も大きくかつ感電しきい値を超えるＰＷＭキャリヤ周波数からこのＰＷＭキャリヤ周波数を用いるモータ駆動回路が対地絶縁不良個所であると判定して出力部15に出力する。
【００５２】
なお、この実施例では、フィルタ回路13の各バンドパスフィルタの中心周波数に等しいＰＷＭキャリヤ周波数をもつ３つのモータ駆動回路が車載対地絶縁回路１に設けられているものとする。
【００５３】
（変形態様）
上記絶縁不良個所特定部２１を用いずに絶縁不良個所を特定することができる。
【００５４】
すなわち、図５の感電電流推定部14はどのバンドパスフィルタの出力電圧がしきい値レベルを超えたかどうかを判定することができるので、この情報に基づいて、上記と同様に絶縁不良個所特定部２１を特定することができる。
【００５５】
（変形態様）
上記実施例において、各バンドパスフィルタの通過中心周波数は、上記１、５、１０kHzの代わりに、各モータ駆動回路のＰＷＭキャリヤ周波数に合わせて設定することができる。また、通常において、ＰＷＭキャリヤ周波数は相当高く設定されることが多いので、図５又は図８において、１０kHzの中心通過周波数をもつバンドパスフィルタの通過帯域幅をたとえば２kHz程度に広く設定しておき、３個のモータ駆動回路のＰＷＭキャリヤ周波数を９、１０、１１kHzに設定し、１０kHzの中心通過周波数をもつバンドパスフィルタの出力電圧を更に９、１０、１１kHzの共振周波数をもつ同調フィルタで再度分離し、この分離した交流電圧の実効値や波高値から上記と同様に絶縁不良が生じたモータ駆動回路を判定するようにしてもよい。更に、フィルタ回路13にてFFT処理を行っても同様の効果を得ることができる。
（実施例４）
Cb変化に対する精度悪化抑制を可能とする他の実施例を図９を参照して以下に説明する。
【００５６】
図９は図１において、コンデンサ12(Cc)をバッテリ3の正極端及び負極端と接地（車体）との間に設けたものである。
【００５７】
この実施例では、実施例１と同様に浮遊容量Cmの増大を実施例１の方式で検出することによりモータ5の対地絶縁性が許容範囲を超えたかどうかを判定し、超えた場合にそれを警報している。
【００５８】
しかし、インバータ4の対地絶縁インピーダンス、たとえばインバータ4とバッテリ3とを接続する高位電源線や低位電源線の対地絶縁インピーダンス8、9が低下すると、インバータ4にて生じるＰＷＭキャリヤ周波数の交流電流がモータ5の対地絶縁インピーダンス17、検出抵抗11を巡って流れる場合に、対地絶縁インピーダンス8、9が検出抵抗11に対して並列接続された状態となるため、検出抵抗11を流れるＰＷＭキャリヤ周波数の交流成分が減少し、検出感度が低下してしまう。その結果、フィルタ回路13の電圧降下がしきい値レベル以下であるにも関わらず、走行モータ駆動回路2に人体が接触した場合に人間が感電を感じる結果となってしまう。
【００５９】
これに対して、この実施例ではコンデンサ12をインバータ4の直流側の対地絶縁インピーダンス8、9と並列に接続しているので、上記した対地絶縁インピーダンス8、9の変動によるインバータ4の直流側対地絶縁インピーダンスの全体としての変動率を低減し、この変動による検出抵抗11の感度の変動を低減して、検出抵抗11の検出精度を向上することができる。
【００６０】
この効果を図10に示す。図10は検出精度の誤差（変動）を縦軸に、コンデンサ12(Cc)の容量を横軸に設定して、両者間の関係を示す。図１０からわかるように、コンデンサ１2の容量増加とともに、対地絶縁インピーダンス8、9の変動の影響による検出抵抗11の電圧降下の変動を減少することができることがわかる。
（実施例５）
零相電流検出・補正によりインバータ4の対地絶縁インピーダンス8、９の変動の影響を低減して判定精度の向上を実現する他の実施例を図１１を参照して説明する。
【００６１】
図１１は、後述する零相電流検出回路部を追加するとともに、検出した零相電流とフィルタ回路13の出力との両方から感電の程度を検出するマイコン２５に図１の感電電流推定部14を置換したものである。
【００６２】
図11において、22は零相変流器、23は電流−電圧変換回路、24はバンドパスフィルタ回路、25は入力ポートごとにＡ／Ｄコンバータを有するECUである。
【００６３】
検出抵抗11の電位Vaは、複数のバンドパスフィルタを内蔵するフィルタ回路13にて検出する周波数毎にフィルタリングされ、ECU25へ入力される。零相変流器22は、モータ5の対地絶縁インピーダンス（主として浮遊容量）Ｃmを通じで車体に流れる交流電流成分を検出し、この交流電流成分は電流−電圧変換回路23にて電圧V0へ変換された後、フィルタ回路24の各バンドパスフィルタごとに検出すべき周波数毎に抽出されて、ECU25に入力される。ECUは、入力される各周波数成分をそれぞれ検波し、平滑し、デジタル周波数信号に変換した後、各デジタル周波数信号間の演算を行い、この演算結果に基づいて人体が接触した際の感電電流を推定し、それがしきい値レベルを超えるかどうかを判定する。
【００６４】
ECU25の処理を図12のフローチャートを参照して以下に説明する。
【００６５】
エンジン始動後、S1にて零相電圧V0、検出抵抗１１の電圧Vaを読み込み、S2にてV0、Vaをそれぞれ零相電流値i0、検出抵抗11の電流iaに変換する。変換は、用いる検出手法等により異なるため、その都度演算式を設定する。
【００６６】
次のS3では、求めたi0、iaを用いて、インバータ4の対地絶縁インピーダンス（ここでは浮遊容量）Ｃb（近似値）を次式によって算出する。
【００６７】
Cb＝1/2πf×(i0-ia)/(100000×ia) (F)
fはＰＷＭキャリヤ周波数(Hz)、i0は零相電流(A)、iaは検出抵抗11の電流(A)である。上式は、検出抵抗11(Ra)と浮遊容量Cbとが並列接続の関係にあることから求められる演算式である。なお、カップリングコンデンサ10(Ca)の影響はカップリングコンデンサ10の交流インピーダンスが小さく影響が小さいために省略している。
【００６８】
次のS4では、検出抵抗11の電流iaと、浮遊容量Ｃbとからあらかじめ記憶するマップに基づいて人体接触時の感電電流ihを読み取る。このマップの例を図13に示す。
【００６９】
次のS5では、マップから求めた感電電流ihがあらかじめ設定されたしきい値レベルよりも大きいかどうかを判定し、しきい値レベル以上であればS6にて警報出力を出力部15に指令し、検出値よりも小さい場合はS1に戻り、以上を繰り返し継続して判定を行う。
【００７０】
この実施例によれば、検出抵抗11の電圧降下と人体接触時の感電電流との関係が、インバータ（モータ制御回路）4と車体との間の対地絶縁インピーダンス（特にその容量）が変化することにより変化する検出精度の劣化を、零相電流検出によりインバータ4の浮遊容量9を推定し、この浮遊容量9により電流iaを補正して感電電流ihとすることにより補正しているので、高精度の感電危険の判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の実施例において検出回路を電気車両に接続した際の構成を示す図である。
【図２】 図2は本発明の実施例において検出回路を電気車両に接続した際に人体が接触した際の構成を示す図である。
【図３】 図3は本発明の実施例において検出回路を電気車両に接続した際に人体が接触した際の構成を示す図である。
【図４】 図4は本発明の実施例において人体接触時に流れる交流感電電流と本検出回路で得られた検出部電位振幅量の測定例を示す図である。
【図５】 図5は本発明の他の実施例▲１▼における検出回路構成を示す図である。
【図６】 図6は本発明の他の実施例▲１▼における検出回路構成を示す図である。
【図７】 図7は本発明の他の実施例▲１▼における判定マップを示す図である。
【図８】 図8は本発明の他の実施例▲２▼における検出回路構成を示す図である。
【図９】 図9は本発明の他の実施例▲３▼における検出回路構成を示す図である。
【図１０】 図10は本発明の他の実施例▲３▼においてボディ⇔回路直流部間容量と最大検出誤差の関係を示す図である。
【図１１】 図11は本発明の他の実施例▲４▼における検出回路構成を示す図である。
【図１２】 図12は本発明の他の実施例▲４▼におけるECUの制御フローチャートを示す図である。
【図１３】 図13は本発明の他の実施例▲４▼におけるボディ⇔回路直流部間容量、人体接触時の感電電流と検出抵抗部電流の関係を示す図である。
【符号の説明】
1・・・検出回路部
2・・・走行モータ駆動回路
3・・・バッテリ
4・・・インバータ
5・・・モータ
6・・・IGBT
7・・・三相電機子コイル
8・・・インバータの対地絶縁抵抗Rb
9・・・インバータ４の浮遊容量Cb
10・・・カップリングコンデンサCa
11・・・検出抵抗
12・・・コンデンサCc
13・・・フィルタ回路
14・・・感電電流推定部
15・・・出力部
16・・・人体
17・・・モータ（三相電機子コイル）の浮遊容量
18・・・電流経路
19・・・感電レベル判定回路
20・・・感電電流推定回路
21・・・絶縁不良個所判定回路
22・・・零相変流器
23・・・電流−電圧変換回路
24・・・バンドパスフィルタ回路
25・・・ECU
Claims (9)
- 車体に対して絶縁された対地絶縁車載回路中の所定の一点に一端が接続されるカップリングコンデンサと、
前記カップリングコンデンサの他端から前記車体に流れる交流電流を検出するインピーダンス素子と、
前記インピーダンス素子の電圧降下に基づいて前記対地絶縁車載回路の対地絶縁の程度を検出する検出回路部と、
を備える車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置において、
前記対地絶縁車載回路は、
モータと、前記モータの電機子コイルにＰＷＭ制御三相交流電圧を印加するモータ制御回路を含み、
前記検出回路部は、
前記モータ制御回路から出力される前記ＰＷＭ制御三相交流電圧の搬送周波数成分に基づいて前記車載対地絶縁回路の対地絶縁の程度を検出することを特徴とする車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置。 - 請求項１記載の車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置において、
前記検出回路部は、
前記インピーダンス素子の電圧降下から前記搬送周波数成分を抽出するフィルタの出力電圧に基づいて前記車載対地絶縁回路の対地絶縁の程度を判定することを特徴とする車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置。 - 請求項１記載の車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置において、
前記対地絶縁車載回路は、
互いに異なる搬送周波数成分をもつ前記ＰＷＭ制御三相交流電圧を複数の前記モータに個別に印加する複数のモータ制御回路を含み、
前記検出回路部は、
前記フィルタが分別して検出する前記各ＰＷＭ搬送周波数成分に基づいて前記車載対地絶縁回路の対地絶縁不良の箇所を判定することを特徴とする車載対地絶縁モータ回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置。 - 請求項２記載の車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置において、
前記検出回路部は、
前記電機子コイルの三相交流電流の零相電流成分を検出する零相電流検出回路を有し、前記零相電流と前記フィルタ出力とに基づいて前記対地絶縁の程度を検出することを特徴とする車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置。 - 請求項１記載の車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置において、
前記検出回路部は、
前記電機子コイルの三相交流電流の零相電流成分を検出する零相電流検出回路を有し、前記零相電流と前記フィルタ出力とに基づいて前記モータ制御回路の対地容量を推定し、前記モータ制御回路の対地容量と前記フィルタ出力とに基づいて、前記モータに対する人体接触時の感電の程度を推定することを特徴とする車載対地絶縁モータ回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置。 - 請求項１記載の車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置において、
前記検出回路部は、
検出した前記対地絶縁の程度により判定した前記対地絶縁車載回路に対する人体接触時の感電電流の程度が所定の警報しきい値を超える場合に警報信号を出力することを特徴とする車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置。 - 請求項１記載の車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置において、
前記検出回路部は、
前記インピーダンス素子の電圧降下から互いに異なる複数の所定の交流周波数成分を抽出する複数のフィルタが検出する前記各交流周波数成分に基づいて前記車載対地絶縁回路の対地絶縁の程度を検出することを特徴とする車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置。 - 請求項６及び７記載の車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置において、
前記検出回路部は、
検出した前記各交流周波数成分毎に人体接触時の感電の程度を推定し、前記各交流周波数成分毎の前記各感電の程度に応じて前記警報しきい値を変更することを特徴とする車載対地絶縁モータ回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置。 - 請求項７記載の車載対地絶縁回路のカップリングコンデンサ式漏電検出装置において、
前記検出回路部は、
前記各フィルタが検出する前記各交流周波数成分に基づいて前記車載対地絶縁回路の対地容量の変動による前記車載対地絶縁回路の人体感電の程度の変動を補償することを特徴とする電気車両の絶縁不良検出回路。
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