JP4572829B2 - 車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置に関する。

特許文献１、２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）中の所定点に発振器から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やパルス電圧を印加し、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。この方式は、カップリングコンデンサにより対地絶縁性能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。

しかし、車両用途では回路系の対地絶縁性能が低下する故障の発生確率は非常に小さく、対地絶縁性能低下が車両寿命中に１度も発生しない場合がほとんどであるので、車両用対地絶縁抵抗低下検出装置が正常に動作するか否かを確認する故障判定機能が必要となる。

本出願人の出願になる特許文献３は、図５に示すように、人体に影響の無いレベルで実際に対地絶縁回路に絶縁低下を発生させることにより、車両用対地絶縁抵抗低下検出装置の動作確認を行うことを提案している。

図５に示す絶縁抵抗低下回路について更に説明する。１は対地絶縁回路をなす車載高電圧回路、２はカップリングコンデンサ、３は発振回路部、５はマイクロコンピュータであり、これらは車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置を構成している。その他の回路素子については後述する実施形態と同じであるため説明を省略する。２００は車載高電圧回路１の対地絶縁抵抗を低下させる対地絶縁抵抗低下回路であって、絶縁低下発生用の抵抗器２０１とリレー２０２とを直列してなる。
特許第２９３３４９０号公報 特開平０８−０７０５０３号公報 特開平１０−２２１３９５号公報 特開２００４−５３３６７号公報

しかしながら、特許文献３の回路動作確認方法では、人体に影響の無いレベルとはいえ実際に絶縁低下を発生させることから、安全性の観点からあまり好ましくはない。また、車載高電圧回路１は数百Ｖといった高電圧に使用されるため、対地絶縁抵抗低下回路の絶縁低下発生用の抵抗器２０１及びリレー２０２の耐圧性能要求厳しく、車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置全体の回路コストに占める対地絶縁抵抗低下回路のコストが無視できないという問題が生じていた。

また、高電圧の車載高電圧回路１に接続された対地絶縁抵抗低下回路に故障が生じると、漏電電流の増大などの問題が派生する可能性も否定できない。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、製造コストを抑止しつつ動作確認が可能な車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置を提供することをその目的としている。

上記課題を解決する本発明の車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置は、車体に対して絶縁された車載高電圧回路である対地絶縁回路中の所定の一点に出力端が接続されるカップリングコンデンサと、交流電圧又はパルス電圧を電流増幅するボルテージホロワと、このボルテージホロワの出力電流を制限する出力抵抗器とを有し、低電位端が接地されて前記カップリングコンデンサの入力端に前記出力抵抗器から出力される交流電圧又はパルス電圧を印加する発振回路部と、前記発振回路部から前記カップリングコンデンサを通じて前記対地絶縁回路に流れる信号電圧を前記カップリングコンデンサの前記入力端側から検出するとともに、検出した前記信号電圧の大きさに応じて前記対地絶縁回路の電気絶縁の良否を判定する検出回路部と、を備える車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置において、前記発振回路部と前記ボルテージホロワとの間に接続され、前記対地絶縁回路の対地絶縁抵抗が低下した場合に相当する信号電圧を出力する擬似絶縁低下回路を有することを特徴としている。
また、車体に対して絶縁された車載高電圧回路である対地絶縁回路中の所定の一点に出力端が接続されるカップリングコンデンサと、交流電圧又はパルス電圧を電流増幅するボルテージホロワと、このボルテージホロワの出力電流を制限する出力抵抗器とを有し、低電位端が接地されて前記カップリングコンデンサの入力端に前記出力抵抗器から出力される交流電圧又はパルス電圧を印加する発振回路部と、前記発振回路部から前記カップリングコンデンサを通じて前記対地絶縁回路に流れる信号電圧を前記カップリングコンデンサの前記入力端側から検出するとともに、検出した前記信号電圧の大きさに応じて前記対地絶縁回路の電気絶縁の良否を判定するマイクロコンピュータと、を備える車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置において、前記カップリングコンデンサの入力端に一端が接続された入力抵抗器と、この入力抵抗器の他端に入力側が接続されたローパスフィルタとを備え、前記ローパスフィルタの出力側に、前記対地絶縁回路の対地絶縁抵抗が低下した場合に相当する信号電圧を出力する擬似絶縁低下回路を備えることを特徴としている。

すなわち、この本発明は、高電圧の対地絶縁回路の対地絶縁抵抗を実際に低下させて発振回路部や検出回路部の動作確認を行う従来方式に代えて、これら発振回路部や検出回路部の所定部位に擬似的に同様の信号電圧波形を発生させ、これにより、この所定部位よりも下流側の動作確認を行うので、高い耐電圧及び信頼性が要求される回路素子の使用が要求される対地絶縁抵抗低下回路を対地絶縁回路に接続する必要が無く、低電圧かつ安価な回路素子を用いて車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置の発振回路部や検出回路部の動作確認を行うことができる。また、極めて高電圧の対地絶縁回路と接地ラインとの間に余分な回路素子を接続する必要が無いため、この回路素子の故障を心配する必要もない。

好適な態様において、前記擬似絶縁低下回路は、前記発振回路部から前記カップリングコンデンサの入力端へ振幅が小さいパルス電圧を印加する。このようにすれば、発振回路部及び検出回路部の動作確認を行うことができる。
また、車体に対して絶縁された車載高電圧回路である対地絶縁回路中の所定の一点に出力端が接続されるカップリングコンデンサと、交流電圧又はパルス電圧を電流増幅するボルテージホロワと、このボルテージホロワの出力電流を制限する出力抵抗器とが出力側に接続され、前記カップリングコンデンサの入力端に前記ボルテージホロワ及び前記出力抵抗器を介して交流電圧又はパルス電圧を印加するマイクロコンピュータと、前記発振回路部から前記カップリングコンデンサを通じて前記対地絶縁回路に流れる信号電圧を前記カップリングコンデンサの前記入力端側から検出するとともに、検出した前記信号電圧の大きさに応じて前記対地絶縁回路の電気絶縁の良否を判定する検出回路部と、を備える車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置において、前記マイクロコンピュータは、動作確認期間に、その他の期間に出力されるパルス電圧よりも振幅が小さいテストパルス電圧を前記ボルテージホロワに出力することを特徴としている。

なお、前記発振回路部は、前記パルス電圧を発生するパルス電圧発生回路部と、前記パルス電圧を増幅する増幅部とを有し、前記擬似絶縁低下回路は、前記パルス電圧発生回路部と前記増幅部との間に介設される。このようにすれば、擬似絶縁低下回路の電力消費を低減することができるので、回路コストを低減することができる。

なお、前記検出回路部は、前記カップリングコンデンサの入力端電位の振幅を所定しきい値電圧と比較するコンパレータを有し、前記擬似絶縁低下回路は、前記コンパレータよりも前段側にて前記検出回路部に内蔵される。このようにすれば、擬似絶縁低下回路の電力消費を低減することができるので、回路コストを低減することができる。

本発明の車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置の好適な実施形態を図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるべきものではなく、その他の公知技術等を用いて本発明の技術思想を実施できることは当然である。

（実施形態１）
まず、回路構成を図１を参照して説明する。

この実施例の車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置は、車体に対して電気絶縁された車載高電圧回路（本発明で言う対地絶縁回路）１の一点に出力端Ｃｏが接続されるカップリングコンデンサ２と、低電位端が接地されてカップリングコンデンサ２の入力端Ｃｉにパルス電圧を印加する発振回路部３と、発振回路部３からカップリングコンデンサ２を通じて車載高電圧回路１に流れ込む漏電電流に略比例するカップリングコンデンサ２の入力端電位である信号電圧Ｖｓをカップリングコンデンサ２の入力端側から検出するとともに、検出した信号電圧Ｖｓの大きさに応じて車載高電圧回路１の電気絶縁の良否を判定する検出回路部４と、これら発振回路部３及び検出回路部４の回路動作を確認するための回路動作確認回路部（本発明で言う擬似絶縁低下回路に相当）１００とを有している。なお、車載高電圧回路１は、対地絶縁された数百Ｖの高電圧バッテリ１Ａ、走行用の三相ブラシレスＤＣモータ、このモータを駆動制御する三相インバータ回路を有しており、ハイブリッド車の高電圧バッテリ回路系を構成している。Ｒｉは、この車載高電圧回路１の等価対地絶縁抵抗を表す。

この実施例では、発振回路部３及び検出回路部４は、マイクロコンピュータ５、ボルテージホロワ６、出力抵抗器７、入力抵抗器８、ローパスフィルタ９、ピークホールド回路１０A、コンパレータ１０及びクランプダイオード１１、１２からなる。なお、クランプダイオード１１、１２は振幅制限リミッタである。したがって、この実施例の車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置は、カップリングコンデンサ２、発振回路部３及び検出回路部４により構成されている。

発振回路部３は、マイクロコンピュータ５に内蔵されて所定周波数のパルス電圧Ｖｐを出力するパルス発生部と、このパルス電圧Ｖｐを電流増幅するボルテージホロワ６と、ボルテージホロワ６の出力電流を制限する出力抵抗器７とからなる。

検出回路部４は、カップリングコンデンサ２の入力端Ｃｉとローパスフィルタ９の入力端とを接続する入力抵抗器８と、ローパスフィルタ９と、ピークホールド回路１０Aと、コンパレータ１０と、クランプダイオード１１、１２と、マイクロコンピュータ５とからなる。マイクロコンピュータ５は、コンパレータ１０から入力される電圧Ｖｓの振幅に基づいて車載高電圧回路１の対地絶縁性能を判定するとともに、後述する回路動作確認回路部１００に回路動作確認指令を出力する。

回路動作確認回路部１００は、回路動作確認スイッチをなすエミッタ接地形式のトランジスタ１０１と、マイクロコンピュータ５のパルス電圧出力端とボルテージホロワ６の＋入力端とを接続する分圧抵抗１０２と、ボルテージホロワ６の＋入力端とトランジスタ１０１のコレクタとの間を接続する分圧抵抗１０３とからなる。分圧抵抗１０２、１０３はいわゆる抵抗分圧回路を構成している。

次に、図１の回路動作を図２を参照して説明する。

マイクロコンピュータ５は分圧抵抗１０２、ボルテージホロワ６、出力抵抗器７、カップリングコンデンサ２を順次通じて車載高電圧回路１の任意の一端に低周波数（たとえば数百Ｈｚ以下）のパルス電圧を印加する。

ボルテージホロワ６の出力電圧は、出力抵抗器７と、カップリングコンデンサ２の静電容量と、車載高電圧回路１の対地絶縁抵抗Ｒｉとで分圧されると考えることができるので、カップリングコンデンサ２の入力端電位Ｖｓは、対地絶縁抵抗Ｒｉが高ければ高くなり、対地絶縁抵抗Ｒｉが低ければ低くなる。すなわち、カップリングコンデンサ２の入力端電位である信号電圧Ｖｓは、対地絶縁抵抗Ｒｉに略比例する。この信号電圧Ｖｓは、電流制限用の入力抵抗器８を通じてローパスフィルタ９に入力され、このローパスフィルタ９により高周波ノイズ成分をカットされた後、パルス信号電圧Ｖｉとしてピークホールド回路１０Aにて波高値をホールドされてる。この波高値はコンパレータ１０に入力されてしきい値電圧Ｖｔｈと比較され、比較結果がマイクロコンピュータ５に送信される。

しきい値電圧Ｖｔｈは、対地絶縁抵抗Ｒｉが許容可能な最小値未満となった場合にコンパレータ１０が反転して常時ローレベルを出力するように設定されている。コンパレータ１０は、対地絶縁抵抗Ｒｉがこの許容可能な最小値以上であればパルス電圧Ｖｐと同期したパルス信号電圧Ｖｉをマイクロコンピュータ５に入力し、対地絶縁抵抗Ｒｉがこの許容可能な最小値未満となればマイクロコンピュータ５に常時ローレベルを入力し、マイクロコンピュータ５は、この入力電圧波形変化により車載高電圧回路１の対地絶縁抵抗Ｒｉのレベルを判定する。

次に、この実施例の要部をなす回路動作確認回路部１００の動作を以下に説明する。マイクロコンピュータ５は、発振回路部３及び検出回路部４の動作を確認するために、たとえばエンジン始動時又は定期的に、所定短期間Ｔだけトランジスタ（回路動作確認スイッチ）１０１をオンする。その結果、ボルテージホロワ６は、分圧抵抗１０２、１０３の抵抗比に応じて振幅が低減されたパルス電圧を受け取り、ピークホールド回路１０Aを通じてコンパレータ１０には振幅が低減されたパルス信号電圧Ｖｉが入力される。ただし、分圧抵抗１０２、１０３からなる抵抗分圧回路は、コンパレータ１０に入力されるパルス信号電圧Ｖｉの波高値がしきい値電圧Ｖｔｈよりも小さくなるように設定されている。

これにより、もし発振回路部３及び検出回路部４が正常であれば、トランジスタ１０１をオンしている動作確認期間Ｔにマイクロコンピュータ５に入力されるコンパレータ１０の出力電圧Ｖｏは常にローレベルとなり、もし、発振回路部３や検出回路部４を構成する回路素子に不良が生じていれば、ローレベルとはならずハイレベルとなるので、発振回路部３や検出回路部４の動作確認を行うことができる。

なお、発振回路部３や検出回路部４の故障形態として、上記動作確認期間Ｔに及びそれ以外の期間の両方においてコンパレータ１０の出力電圧Ｖｏがローレベルとなる故障モードも存在するが、この場合には、上記期間Ｔ以外の期間に正常なパルス電圧がマイクロコンピュータ５に入力しないことにより発振回路部３や検出回路部４の故障判定を行うことができるため、問題は生じない。

（効果）
この実施例は、カップリングコンデンサ２の出力端Ｃｏ側の等価絶縁抵抗Ｒｉが低下したと同様の電圧を少なくとも検出回路部４に発振回路部３側から印加することにより、検出回路部４の動作不良を判定するので、車載高電圧回路１側に回路動作確認回路部１００に相当する高電圧仕様のスイッチや抵抗器を設ける必要がなく、回路動作確認を回路構成及び製造コストを大幅に低減しつつ行うことができる。また、車載高電圧回路１側にてたとえ人体に影響が無いレベルとはいえ漏電を実際に発生させることが無いので、回路動作上又は安全上好適である。特に、車載高電圧回路１側に回路動作確認回路部１００を設ける場合に、この回路動作確認回路部１００自体が不良となって漏電事故が生じる可能性を低減できることは大きなメリットである。

（実施形態２）
他の実施例を図３を参照して以下に説明する。この実施形態は、回路動作確認回路部１００をローパスフィルタ９の出力端に接続したものである。ただし、この実施形態では、ピークホールド回路１０A及びコンパレータ１０の回路機能はマイクロコンピュータ５のソフトウエア処理により代替されている。すなわち、マイクロコンピュータ５は、検出回路部４を兼ねている。このようにすれば、コンパレータ１０が確実に動作するか否かを上記と同様に判定することができる。

（実施形態３）
他の実施例を図４を参照して以下に説明する。この実施形態は、回路動作確認回路部１００をマイクロコンピュータ５に内蔵したものである。すなわち、マイクロコンピュータ５は、図２に示す動作確認期間Ｔに、その他の期間に出力されるパルス電圧Ｖｐよりも振幅が小さいテストパルス電圧Ｖｐ’をボルテージホロワ６に出力する。当然、テストパルス電圧Ｖｐ’の振幅は、コンパレータ１０が常時ローレベルを出力するように設定される。このようにすれば、図１に示す回路動作確認回路部１００を省略することができる。

実施形態１の車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置を示す回路図である。 図１の回路の動作を示すタイミングチャートである。 実施形態２の車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置を示す回路図である。 実施形態３の車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置を示す回路図である。 従来技術を示す図である。

符号の説明

１ 車載高電圧回路
１Ａ 高電圧バッテリ
２ カップリングコンデンサ
３ 発振回路部
４ 検出回路部
５ マイクロコンピュータ
６ ボルテージホロワ
７ 出力抵抗器
８ 入力抵抗器
９ ローパスフィルタ
１０ コンパレータ
１０A ピークホールド回路
１１、１２ クランプダイオード
１００ 回路動作確認回路部
１０１ トランジスタ
１０２ 分圧抵抗
１０３ 分圧抵抗

Claims (4)

1. 車体に対して絶縁された車載高電圧回路である対地絶縁回路中の所定の一点に出力端が接続されるカップリングコンデンサと、
   交流電圧又はパルス電圧を電流増幅するボルテージホロワと、このボルテージホロワの出力電流を制限する出力抵抗器とを有し、低電位端が接地されて前記カップリングコンデンサの入力端に前記出力抵抗器から出力される交流電圧又はパルス電圧を印加する発振回路部と、
   前記発振回路部から前記カップリングコンデンサを通じて前記対地絶縁回路に流れる信号電圧を前記カップリングコンデンサの前記入力端側から検出するとともに、検出した前記信号電圧の大きさに応じて前記対地絶縁回路の電気絶縁の良否を判定する検出回路部と、
   を備える車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置において、
   前記発振回路部と前記ボルテージホロワとの間に接続され、前記対地絶縁回路の対地絶縁抵抗が低下した場合に相当する信号電圧を出力する擬似絶縁低下回路を有することを特徴とする車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置。
2. 車体に対して絶縁された車載高電圧回路である対地絶縁回路中の所定の一点に出力端が接続されるカップリングコンデンサと、
   交流電圧又はパルス電圧を電流増幅するボルテージホロワと、このボルテージホロワの出力電流を制限する出力抵抗器とを有し、低電位端が接地されて前記カップリングコンデンサの入力端に前記出力抵抗器から出力される交流電圧又はパルス電圧を印加する発振回路部と、
   前記発振回路部から前記カップリングコンデンサを通じて前記対地絶縁回路に流れる信号電圧を前記カップリングコンデンサの前記入力端側から検出するとともに、検出した前記信号電圧の大きさに応じて前記対地絶縁回路の電気絶縁の良否を判定するマイクロコンピュータと、
   を備える車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置において、
   前記カップリングコンデンサの入力端に一端が接続された入力抵抗器と、この入力抵抗器の他端に入力側が接続されたローパスフィルタとを備え、前記ローパスフィルタの出力側に、前記対地絶縁回路の対地絶縁抵抗が低下した場合に相当する信号電圧を出力する擬似絶縁低下回路を備えることを特徴とする車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置。
3. 請求項１又は２に記載の車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置において、
   前記擬似絶縁低下回路は、
   前記発振回路部から前記カップリングコンデンサの入力端へ振幅が小さいパルス電圧を印加する車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置。
4. 車体に対して絶縁された車載高電圧回路である対地絶縁回路中の所定の一点に出力端が接続されるカップリングコンデンサと、
   交流電圧又はパルス電圧を電流増幅するボルテージホロワと、このボルテージホロワの出力電流を制限する出力抵抗器とが出力側に接続され、前記カップリングコンデンサの入力端に前記ボルテージホロワ及び前記出力抵抗器を介して交流電圧又はパルス電圧を印加するマイクロコンピュータと、
   前記発振回路部から前記カップリングコンデンサを通じて前記対地絶縁回路に流れる信号電圧を前記カップリングコンデンサの前記入力端側から検出するとともに、検出した前記信号電圧の大きさに応じて前記対地絶縁回路の電気絶縁の良否を判定する検出回路部と、
   を備える車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置において、
   前記マイクロコンピュータは、動作確認期間に、その他の期間に出力されるパルス電圧よりも振幅が小さいテストパルス電圧を前記ボルテージホロワに出力することを特徴とする車両用対地絶縁回路の絶縁性能診断装置。

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