JP5406614B2

JP5406614B2 - 絶縁状態検出装置

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Publication number: JP5406614B2
Application number: JP2009166997A
Authority: JP
Inventors: 佳浩河村
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-07-15
Also published as: US8232806B2; JP2011021990A; US20110012606A1

Description

本発明は、接地電位部から絶縁された直流電源により充電されるフライングキャパシタの充電電圧に基づいて、直流電源の接地電位部に対する地絡や絶縁状態を検出する絶縁状態検出装置に関するものである。

例えば、推進用エネルギーとして電力を利用する車両においては、高圧化（例えば２００Ｖ）された直流電源を車体から絶縁するのか通常である。そして、このような直流電源の接地電位部に対する地絡や絶縁状態を検出する絶縁状態検出装置として従来から、直流電源により充電されるフライングキャパシタを用いたものが知られている。この種の絶縁状態検出装置では、直流電源の電圧に応じた充電電圧や、正負の地絡抵抗に応じた充電電圧で、フライングキャパシタを充電し、その充電電圧をマイクロコンピュータ等の計測手段で計測することで、直流電源の地絡や絶縁状態を検出する（例えば、特許文献１）。

特許第３２２４９７７号明細書

ところで、上述した直流電源には、高周波ノイズに対する対策を施すことが望ましい。そこで、直流電源の両極と接地電位部との間にＹコンデンサをそれぞれ介設すると、Ｙコンデンサに充電された電荷がフライングキャパシタの充電時に放電されて、フライングキャパシタに充電される。そのため、フライングキャパシタの充電電圧から直流電源の地絡や絶縁状態を検出する際には、Ｙコンデンサの放電電荷によるフライングキャパシタの充電分を考慮する必要がある。

このＹコンデンサの放電電荷によるフライングキャパシタの充電分は一定でなく、その時点における正側の地絡抵抗と負側の地絡抵抗とのバランスに応じて変動する。したがって、Ｙコンデンサの放電電荷によるフライングキャパシタの充電分を、その時点における正側の地絡抵抗と負側の地絡抵抗とのバランスに対応するパラメータで数式化することは、極めて困難であった。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、Ｙコンデンサの放電電荷によるフライングキャパシタの充電分が、フライングキャパシタの充電時点における正側の地絡抵抗と負側の地絡抵抗とのバランスに応じて変動しても、直流電源の地絡や絶縁状態をフライングキャパシタの充電電圧に基づいて正確に検出することができる絶縁状態検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の絶縁状態検出装置は、
接地電位部と正負の各極との間に正負の各Ｙコンデンサをそれぞれ介設した直流電源により充電されるフライングキャパシタの、前記接地電位部に対する絶縁状態における充電電圧と、一方の極を正側又は負側の地絡抵抗により前記接地電位部に接続した地絡状態における前記フライングキャパシタの、前記直流電源及び前記Ｙコンデンサによる充電電圧とに基づいて、前記直流電源の接地電位部に対する絶縁状態を検出する絶縁状態検出装置において、
前記正負の各Ｙコンデンサの両端電圧が、前記直流電源の電圧を正側及び負側の地絡抵抗の分圧比に応じて分割した電圧と一致しない非平衡状態において、前記地絡状態における前記フライングキャパシタの充電電圧が、実際の容量とは異なる想定容量とした場合の前記Ｙコンデンサ及び前記直流電源による充電電圧であるものとして、前記直流電源の絶縁状態を検出する検出手段を備える、
ことを特徴とする。

請求項１に記載した本発明の絶縁状態検出装置によれば、正負のＹコンデンサの両端電圧が、直流電源の電圧を正側及び負側の地絡抵抗の分圧比に応じて分割した電圧と一致しない非平衡状態においても、Ｙコンデンサの容量を実際の容量とは異なる想定容量とするだけで、フライングキャパシタの地絡状態及び絶縁状態における直流電源及びＹコンデンサによる充電電圧に基づいて、直流電源の絶縁状態を検出手段により検出できる。

このため、正負のＹコンデンサの両端電圧が、直流電源の電圧を正側及び負側の地絡抵抗の分圧比に応じて分割した電圧と一致する平衡状態にあるか否かに拘わらず、定型の数式によって直流電源の絶縁状態を検出することができる。

また、請求項２に記載した本発明の絶縁状態検出装置は、請求項１に記載した本発明の絶縁状態検出装置において、前記検出手段が、前記Ｙコンデンサの前記想定容量が実際の容量よりも大きい値であるものとして、正側の前記地絡抵抗により前記フライングキャパシタを前記接地電位部に接続した前記地絡状態における前記フライングキャパシタの充電電圧と、負側の前記地絡抵抗により前記フライングキャパシタを前記接地電位部に接続した前記地絡状態における前記フライングキャパシタの充電電圧と、前記絶縁状態における前記フライングキャパシタの充電電圧とに基づいて、前記直流電源の絶縁状態を検出することを特徴とする。

請求項２に記載した本発明の車両用指針式表示装置によれば、請求項１に記載した本発明の車両用指針式表示装置において、Ｙコンデンサの想定容量をＹコンデンサの実際の容量よりも大きい値とすれば、正負のＹコンデンサの両端電圧が非平衡状態にある場合でも、正側及び負側の各地絡抵抗によるフライングキャパシタの地絡状態における各充電電圧と、絶縁状態におけるフライングキャパシタの充電電圧とによって、定型の数式を用いて直流電源の絶縁状態を正確に検出することができる。

本発明の絶縁状態検出装置によれば、直流電源の地絡や絶縁状態を、フライングキャパシタの充電電圧に基づいて正確に検出することができる。

本発明の一実施形態に係る地絡センサの回路図である。図１の地絡センサによってを正側の地絡抵抗に応じてフライングキャパシタを充電する際に形成される充電回路を示す回路図である。図１の地絡センサによって計測されるフライングキャパシタの充電電圧に変動が生じる様子を示す説明図である。図１の地絡センサによって計測されるフライングキャパシタの充電電圧に変動が生じる様子を示す説明図である。正負の地絡抵抗の合成抵抗値（真値）に対する図１の地絡センサによって求めた正負の地絡抵抗の並列合成抵抗値の精度の相関を示すグラフである。

以下、本発明による絶縁状態検出装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る地絡センサの回路図である。図１中引用符号１１で示す地絡センサは、接地電位部から絶縁された高圧直流電源Ｂの絶縁状態を検出するものである。なお、図１中引用符号ＲLpは高圧直流電源Ｂの正側の地絡抵抗、ＲLnは同じく負側の地絡抵抗をそれぞれ示す。

前記地絡センサ１１（請求項中の絶縁状態検出装置に相当）は、両極性のフライングキャパシタＣ１と、スイッチＳ１〜Ｓ５とを有している。スイッチＳ１，Ｓ２は、フライングキャパシタＣ１の両極を高圧直流電源Ｂの正極及び負極にそれぞれ選択的に接続する。スイッチＳ３，Ｓ４は、フライングキャパシタＣ１の両極をマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記する。）１５及び接地電位部に選択的に接続する。スイッチＳ５は、フライングキャパシタＣ１の一方の極（図１中上方の極）を、放電のためにダイオードＤ１を介して接地電位部に選択的に接続する（選択的に接地させる）。

マイコン１５（請求項中の計測手段に相当）は高圧直流電源Ｂよりも低い低圧系の補機バッテリによって動作するもので、高圧直流電源Ｂはマイコン１５の接地電位からも絶縁されている。各スイッチＳ１〜Ｓ５は、例えば光ＭＯＳＦＥＴで構成されており、高圧直流電源Ｂから絶縁してマイコン１５によりオンオフ制御できるようになっている。

マイコン１５とスイッチＳ３との接続点は、抵抗Ｒ３を介して接地されており、スイッチＳ４，Ｓ５と接地電位部との間には、抵抗Ｒ４，Ｒ５がそれぞれ接続されている。フライングキャパシタＣ１の一端側のスイッチＳ１，Ｓ３は直列接続されており、両者の接続点とフライングキャパシタＣ１の一端との間には、電流方向切替回路が接続されている。

電流方向切替回路は並列回路であり、その一方は、スイッチＳ１，Ｓ３からフライングキャパシタＣ１の一端に向けて順方向となるダイオードＤ０と抵抗Ｒ１の直列回路で構成され、他方は、フライングキャパシタＣ１の一端からスイッチＳ１，Ｓ３に向けて順方向となる前記ダイオードＤ１と抵抗Ｒ６の直列回路で構成されている。

以上に説明した本実施形態の地絡センサ１１では、マイコン１５のＡ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１に、スイッチＳ３，Ｓ４によりフライングキャパシタＣ１の両極が選択的に接続される。

なお、本実施形態の高圧直流電源Ｂには、正負の各極と接地電位部との間に、コモンモードノイズ対策用のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−が介設されている。

上述した構成の地絡センサ１１では、地絡や絶縁状態を検出する際に、まず、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２をオンさせると共にスイッチＳ３〜Ｓ５をオフさせる。これにより、高圧直流電源Ｂの正極から、スイッチＳ１、ダイオードＤ０、抵抗Ｒ１、フライングキャパシタＣ１の一端、他端、及び、スイッチＳ２を経て、高圧直流電源Ｂの負極に至る充電回路を形成する。そして、この充電回路において、フライングキャパシタＣ１を高圧直流電源Ｂの電圧に応じた電荷量で充電する。この充電により、フライングキャパシタＣ１の一端が正極、他端が負極となる。

続いて、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ５をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせる。これにより、フライングキャパシタＣ１が、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ３、及び、抵抗Ｒ４の直列回路と並列接続される。そして、フライングキャパシタＣ１の充電電圧を抵抗Ｒ６，Ｒ３，Ｒ４で分圧したうちの抵抗Ｒ３の両端電圧の差に相当する電位が、マイコン１５の第１Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１に入力されて計測される。この計測値と、抵抗Ｒ６，Ｒ３，Ｒ４の分圧比とから、フライングキャパシタＣ１の充電電圧をマイコン１５で計測させる。したがって、本実施形態では、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ６、スイッチＳ３、抵抗Ｒ３、スイッチＳ４、及び、抵抗Ｒ４によって、計測回路が形成される。

そして、マイコン１５の制御により、スイッチＳ５をオンさせると共に他のスイッチＳ１〜Ｓ４をオフさせて、フライングキャパシタＣ１の一端（正極）を、ダイオードＤ１、スイッチＳ５、及び、抵抗Ｒ５を介して接地させて、放電回路を形成する。そして、この放電回路により、フライングキャパシタＣ１を放電させる。

次に、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ４をオンさせると共にスイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ５をオフさせる。これにより、図１に示すように、高圧直流電源Ｂの正極から、スイッチＳ１、ダイオードＤ０、抵抗Ｒ１、フライングキャパシタＣ１の一端、他端、スイッチＳ４、抵抗Ｒ４、（接地電位部）、及び、負側の地絡抵抗ＲLnを経て、高圧直流電源Ｂの負極に至る充電回路を形成する。そして、この充電回路において、フライングキャパシタＣ１を負側の地絡抵抗ＲLnに応じた電荷量で充電する。この充電により、フライングキャパシタＣ１の一端が正極、他端が負極となる。

続いて、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ５をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせて、高圧直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧の計測の際と同じ計測回路を形成する。そして、この計測回路を用いて、フライングキャパシタＣ１の充電電圧をマイコン１５で計測させる。

次に、マイコン１５の制御により、スイッチＳ２，Ｓ３をオンさせると共にスイッチＳ１，Ｓ４，Ｓ５をオフさせる。これにより、図２に示すように、高圧直流電源Ｂの正極から、正側の地絡抵抗ＲLp、（接地電位部）、抵抗Ｒ３、スイッチＳ３、ダイオードＤ０、抵抗Ｒ１、フライングキャパシタＣ１の一端、他端、及び、スイッチＳ２を経て、高圧直流電源Ｂの負極に至る充電回路を形成する。そして、この充電回路において、フライングキャパシタＣ１を正側の地絡抵抗ＲLpに応じた電荷量で充電する。この充電により、フライングキャパシタＣ１の一端が正極、他端が負極となる。

続いて、マイコン１５の制御により、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ５をオフさせると共にスイッチＳ３，Ｓ４をオンさせて、高圧直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧の計測の際や、負側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧の計測の際と同じ計測回路を形成する。そして、この計測回路を用いて、フライングキャパシタＣ１の充電電圧をマイコン１５で計測させる。

ところで、高圧直流電源Ｂの電圧に応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１、負側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−、及び、正側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋と、正側の地絡抵抗ＲLpと負側の地絡抵抗ＲLnとの並列合成抵抗値Ｒ＝（ＲLp＋ＲLn）／（ＲLp×ＲLn）との間には、下記関係式
（ＲLp＋ＲLn）／（ＲLp×ＲLn）＝｛（Ｖｃ１＋）＋（Ｖｃ１−）｝／Ｖｃ１
なる関係がある。

そこで、マイコン１５は、上記の関係式を用いて正側と負側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値を算出し、高圧直流電源Ｂの地絡や絶縁状態を検出することができる。

ところで、本実施形態では、高圧直流電源Ｂの正負の各極と接地電位部との間にＹコンデンサＹ＋，Ｙ−を介設している。これらのＹコンデンサＹ＋，Ｙ−は高圧直流電源Ｂによって充電される。

そして、フライングキャパシタＣ１を負側の地絡抵抗ＲLnに応じた電荷量で充電する際には、正側のＹコンデンサＹ＋の充電電荷が放電されて、この放電される充電電荷を含む電荷が、フライングキャパシタＣ１に充電される。

また、フライングキャパシタＣ１を正側の地絡抵抗ＲLpに応じた電荷量で充電する際には、負側のＹコンデンサＹ−の充電電荷が放電されて、この放電される充電電荷を含む電荷が、フライングキャパシタＣ１に充電される。

したがって、本実施形態の地絡センサ１１のマイコン１５が計測する、負側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−や、正側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋には、正側や負側のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−が放電する充電電荷の充電分が含まれている。

つまり、地絡センサ１１のマイコン１５が計測するフライングキャパシタＣ１の充電電圧は、正側や負側のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−が放電する充電電荷の充電分だけ、負側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−や、正側の地絡抵抗ＲLpに応じた充電電圧Ｖｃ１＋よりも高い値となる。したがって、上記関係式により正側と負側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値を求めると、実際の抵抗値よりも低い方にオフセットした値が求まってしまう。

したがって、本実施形態のマイコン１５は、負側の地絡抵抗ＲLnに応じた値として計測したフライングキャパシタＣ１の充電電圧から、正側のＹコンデンサＹ＋の放電電荷による充電分の電圧を差し引いた値を、負側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−の真値として算出する。また、マイコン１５は、正側の地絡抵抗ＲLpに応じた値として計測したフライングキャパシタＣ１の充電電圧から、負側のＹコンデンサＹ−の放電電荷による充電分の電圧を差し引いた値を、正側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋の真値として算出する。そして、マイコン１５は、算出した正側及び負側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋，Ｖｃ１−の真値を用いて、先に説明した下記関係式
（ＲLp＋ＲLn）／（ＲLp×ＲLn）＝｛（Ｖｃ１＋）＋（Ｖｃ１−）｝／Ｖｃ１
を計算して、正側と負側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値を算出し、高圧直流電源Ｂの地絡や絶縁状態を検出する。なお、正側及び負側のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の放電電荷による充電電圧は、正側及び負側のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の容量が分かれば計算で求めることができる。

但し、負側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−や、正側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋に含まれる、正側や負側のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−が放電する充電電荷の充電分は、常時一定の値ではなく、状況に応じて変動する。以下、その様子を図３及び図４により説明する。

まず、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の両端電圧は、初期的には、正側と負側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの直列回路における分圧抵抗比で高圧直流電源Ｂの電圧を分割した電圧となる。したがって、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の接続点の電位は、初期的には接地電位部の電位（ＧＮＤ電位）に一致する（図３の（１）の時点）。

ところが、例えば図３の（２）の時点に示すように、フライングキャパシタＣ１を負側の地絡抵抗ＲLnに応じた電荷量で充電する瞬間には、正側のＹコンデンサＹ＋が充電電荷を放電することに伴って、正側のＹコンデンサＹ＋の両端電圧が低下する。これにより、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の接続点の電位が接地電位部の電位（ＧＮＤ電位）よりも上昇する。

その後、正側のＹコンデンサＹ＋が再び高圧直流電源Ｂにより充電されるので、上昇した正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の接続点の電位は低下する。したがって、負側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電にある程度長い時間を取るか、あるいは、フライングキャパシタＣ１の放電後に、フライングキャパシタＣ１の充放電や充電電圧の計測を一切行わないアイドルタイムを十分に取るようにすれば、上昇した正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の接続点の電位は元の接地電位部の電位（ＧＮＤ電位）に戻る。

しかし、負側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電時間を長くしたり、フライングキャパシタＣ１の放電後に十分なアイドルタイムを取るようにすると、高圧直流電源Ｂの高電圧に感電する可能性がある期間が長く続くことになるので、危険防止の観点からそのようにすることはできない。そのため、図３の（３）の時点に示すように、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の接続点の電位が元の接地電位部の電位（ＧＮＤ電位）に戻る前に、次のステップである、正側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電を開始せざるを得ない。

これにより、図４の（１）の時点に示すように、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の接続点の電位が接地電位部の電位（ＧＮＤ電位）よりも高い状態で、フライングキャパシタＣ１を正側の地絡抵抗ＲLpに応じた電荷量で充電し始めることになる。

このため、フライングキャパシタＣ１を正側の地絡抵抗ＲLpに応じた電荷量で充電し始めた瞬間に、負側のＹコンデンサＹ−が放電する充電電荷量は、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の接続点の電位が接地電位部の電位（ＧＮＤ電位）に一致している場合とは異なる（少なくなる）。

したがって、マイコン１５で計測される正側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋に含まれる、負側のＹコンデンサＹ−が放電する充電電荷量は、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の接続点における電位が、接地電位部の電位（ＧＮＤ電位）と一致しているか否かによって、また、一致していない場合は、接地電位部の電位（ＧＮＤ電位）からどのくらいずれているかによって、異なることになる。よって、マイコン１５は、単にフライングキャパシタＣ１の充電電圧を計測しただけでは、正側と負側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値を正確に求めることができない。

また、図４の（２）の時点に示すように、フライングキャパシタＣ１を正側の地絡抵抗ＲLpに応じた電荷量で充電する瞬間には、負側のＹコンデンサＹ−が充電電荷を放電することに伴って、負側のＹコンデンサＹ−の両端電圧が低下する。これにより、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の接続点の電位が接地電位部の電位（ＧＮＤ電位）よりも低下する。

その後、負側のＹコンデンサＹ−が再び高圧直流電源Ｂにより充電されるので、低下した正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の接続点の電位は上昇する。したがって、正側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電にある程度長い時間を取るか、あるいは、フライングキャパシタＣ１の放電後に、フライングキャパシタＣ１の充放電や充電電圧の計測を一切行わないアイドルタイムを十分に取るようにすれば、低下した正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の接続点の電位は元の接地電位部の電位（ＧＮＤ電位）に戻る。

しかし、正側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電時間を長くしたり、フライングキャパシタＣ１の放電後に十分なアイドルタイムを取るようにすると、高圧直流電源Ｂの高電圧に感電する可能性がある期間が長く続くことになるので、危険防止の観点からそのようにすることはできない。そのため、図４の（３）の時点に示すように、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の接続点の電位が元の接地電位部の電位（ＧＮＤ電位）に戻る前に、次のステップである、負側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電を開始せざるを得ない。

これにより、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の接続点の電位が接地電位部の電位（ＧＮＤ電位）よりも高い状態で、フライングキャパシタＣ１を負側の地絡抵抗ＲLnに応じた電荷量で充電し始めることになる。

したがって、以後は、マイコン１５が計測する負側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１−に含まれる、正側のＹコンデンサＹ＋が放電する充電電荷量や、正側の地絡抵抗ＲLpに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋に含まれる、負側のＹコンデンサＹ−が放電する充電電荷量は、常に異なることになる。そのため、マイコン１５は、単にフライングキャパシタＣ１の充電電圧を計測しただけでは、正側と負側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値を正確に求めることができない。

そこで、本実施形態の地絡センサ１１のマイコン１５は、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の容量を、実際の容量とは異なる想定容量であるものと見倣して、正側及び負側のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の放電電荷による充電電圧を算出する。そして、算出した正側及び負側のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の充電電圧を、正側の地絡抵抗ＲLpや負側の地絡抵抗ＲLnに応じた値として計測したフライングキャパシタＣ１の充電電圧から差し引いて、正側の地絡抵抗ＲLpや負側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋，Ｖｃ１−の真値を算出する。そして、これらを用いて正側と負側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値を算出し、高圧直流電源Ｂの地絡や絶縁状態を検出するようにしている。

具体的には、本実施形態のマイコン１５は、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の容量を、実際の容量に一定の係数を乗じた容量と見倣して、正側及び負側のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の放電電荷による充電電圧を算出し、これを用いて、正側の地絡抵抗ＲLpや負側の地絡抵抗ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電電圧Ｖｃ１＋，Ｖｃ１−の真値を算出し、正側と負側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値を求める。なお、ここで言う一定の係数をどのような値にするか（本実施形態の場合は、実際の容量の１．２倍）は、実験的に求めることができる。

図５は、正負の地絡抵抗の並列合成抵抗値（真値）に対する、本実施形態の地絡センサ１１のマイコン１５によって求めた正負の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値の、精度（誤差）の相関を示すグラフである。このグラフにおいて、太い実線は、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の容量を、実際の容量と同じ値とした場合の相関を示す。また、細い実線は、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の容量を、実際の容量よりも大きい値（実際の容量の１．２倍）とした場合の相関を示す。さらに、破線は、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の容量を、実際の容量よりも小さい値（実際の容量の０．８倍）とした場合の相関を示す。

図５のグラフからも明らかなように、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の容量を、実際の容量よりも大きい値（実際の容量の１．２倍）とした場合は、正負の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値の真値を示す横軸の大半の領域で、縦軸に示す、マイコン１５によって求めた正負の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値の精度（真値に対する誤差）が、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の容量を実際の容量とした場合や、実際の容量よりも小さい容量と見倣した場合と比べて、良い値となっている。

なお、地絡センサ１１のマイコン１５が、例えば、自身で求めた正負の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値がある範囲内にあるときに、高圧直流電源Ｂの地絡や絶縁状態の不良を示す警報を出力する場合は、その並列合成抵抗値の範囲において、マイコン１５によって求めた正負の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値の精度が最も良くなるような値に、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の見倣し容量を決定すればよい。

例えば、図５のグラフの横軸における原点から２つ目の目盛までの範囲に、正負の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値があるときに、マイコン１５が警報を出力する場合は、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の容量を、本実施形態の場合とはむしろ反対に、実際の容量よりも小さい想定容量と見倣すようにしてもよい。

このような構成による本実施形態後絡センサ１１によれば、正側や負側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電時間を長くして、充電開始の瞬間における正側のＹコンデンサＹ＋又は負側のＹコンデンサＹ−の放電によって変動した正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の接続点の電位が、元の接地電位部の電位（ＧＮＤ電位）に戻るのを待たなくても、正側と負側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値を正確に求め、高圧直流電源Ｂの地絡や絶縁状態を精度良く検出することができる。

また、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−の接続点の電位が元の接地電位部の電位（ＧＮＤ電位）に戻るまで、正側や負側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnに応じたフライングキャパシタＣ１の充電を長時間続ける必要がないので、短時間の充電による安全性の高い高圧直流電源Ｂの地絡や絶縁状態の検出を実現することができる。

さらに、正負のＹコンデンサＹ＋，Ｙ−が存在しても、正側と負側の地絡抵抗ＲLp，ＲLnの並列合成抵抗値を正確に求めることができるので、高圧直流電源Ｂの地絡や絶縁状態の検出精度への影響を気にすることなく、ＹコンデンサＹ＋，Ｙ−に大容量のコンデンサを用いて、高圧直流電源Ｂに十分なコモンモードノイズ対策を施すことができる。

本発明は、接地電位部から絶縁された直流電源により充電されるフライングキャパシタの充電電圧に基づいて、接地電位部に対する直流電源の地絡や絶縁状態を検出する場合に用いて好適である。

１１地絡センサ（絶縁状態検出装置）
１５マイクロコンピュータ（検出手段）
Ａ／Ｄ１変換ポート
Ｂ高圧直流電源
Ｃ１フライングキャパシタ
Ｄ０ダイオード
Ｄ１ダイオード
ＲLn 正側の地絡抵抗
ＲLp 負側の地絡抵抗
Ｒ並列合成抵抗値
Ｒ１抵抗
Ｒ３抵抗
Ｒ４抵抗
Ｒ５抵抗
Ｒ６抵抗
Ｓ１スイッチ
Ｓ２スイッチ
Ｓ３スイッチ
Ｓ４スイッチ
Ｓ５スイッチ
Ｙ＋正側のＹコンデンサ
Ｙ− 負側のＹコンデンサ

Claims

接地電位部と正負の各極との間に正負の各Ｙコンデンサをそれぞれ介設した直流電源により充電されるフライングキャパシタの、前記接地電位部に対する絶縁状態における充電電圧と、一方の極を正側又は負側の地絡抵抗により前記接地電位部に接続した地絡状態における前記フライングキャパシタの、前記直流電源及び前記Ｙコンデンサによる充電電圧とに基づいて、前記直流電源の接地電位部に対する絶縁状態を検出する絶縁状態検出装置において、
前記正負の各Ｙコンデンサの両端電圧が、前記直流電源の電圧を正側及び負側の地絡抵抗の分圧比に応じて分割した電圧と一致しない非平衡状態において、前記地絡状態における前記フライングキャパシタの充電電圧が、実際の容量とは異なる想定容量とした場合の前記Ｙコンデンサ及び前記直流電源による充電電圧であるものとして、前記直流電源の絶縁状態を検出する検出手段を備える、
ことを特徴とする絶縁状態検出装置。
前記検出手段は、前記Ｙコンデンサの前記想定容量が実際の容量よりも大きい値であるものとして、正側の前記地絡抵抗により前記フライングキャパシタを前記接地電位部に接続した前記地絡状態における前記フライングキャパシタの充電電圧と、負側の前記地絡抵抗により前記フライングキャパシタを前記接地電位部に接続した前記地絡状態における前記フライングキャパシタの充電電圧と、前記絶縁状態における前記フライングキャパシタの充電電圧とに基づいて、前記直流電源の絶縁状態を検出することを特徴とする請求項１記載の絶縁状態検出装置。