JP6139878B2 - 絶縁状態検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、フライングキャパシタを用いた絶縁状態検出装置に関する。

例えば、電気自動車のように、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、２００Ｖ程度の高電圧を出力する直流電源装置を搭載する場合がある。このような高電圧の直流電源装置を搭載した車両の場合には、直流電源装置の正負の電源ラインと車体との間が電気的に絶縁された状態で使用される。すなわち、車体は高電圧を出力する電源のアースとして利用しない。

このような車両においては、安全性の確保等のために、高電圧の直流電源出力の配線と車体との間が十分に電気絶縁されていることを検査して確認する必要がある。このような検査を行う場合に用いられる絶縁状態検出装置の従来技術に関しては、例えば特許文献１、特許文献２および特許文献３が知られている。

この種の絶縁状態検出装置は、フライングキャパシタを用いている。すなわち、スイッチング素子を介して、高電圧の正負の電源ラインと接地電極（車体）との間に一定時間だけ検出用コンデンサ（フライングキャパシタと呼ばれる）を接続する。このフライングキャパシタの充電電圧を監視し、この充電電圧から計算により地絡抵抗、すなわち電源ラインと接地電極との間の絶縁抵抗を算出する。

また、電源の高周波ノイズを除去したり動作を安定化するために、高電圧の正負の電源ラインと接地電極との間にはＹコンデンサ (ライン・バイパス・コンデンサ) と呼ばれるコンデンサ（キャパシタ）が接続される場合が多い。

特開２００８−８９３２２号公報 特開２００９−２８１９８６号公報 特開２０１１−２１９９０号公報

上述のようなフライングキャパシタ方式の絶縁状態検出装置においては、検出用コンデンサを充電する際の電流及び電圧が、上記のＹコンデンサの影響を受けることになる。なお、Ｙコンデンサが存在しない場合であっても、高電圧の直流電源出力の配線と車体との間に存在する浮遊容量の影響を受けて、検出用コンデンサの充電電流及び電圧が変化する。

このような絶縁状態検出装置が絶縁抵抗を測定する際には、フライングキャパシタに接続されたスイッチング素子をオンオフしてフライングキャパシタの充放電を切り替えながら電圧の測定を実施する。そして、所定の計算式を利用して電圧の測定値から絶縁抵抗を算出する。しかし、電圧の測定値には上記Ｙコンデンサ等の静電容量の影響が現れるので、前記計算式において計算の際に静電容量の影響を考慮しておかないと大きな計算誤差が発生する。特に、絶縁抵抗が大きい時には計算誤差が増大する。

しかし、Ｙコンデンサ等の静電容量の大きさは未知であり、しかも検査対象となる車体の種類など測定の状況に応じて計算結果に影響を及ぼす静電容量が大きく変動する可能性がある。

従って、絶縁抵抗の計算誤差を減らすために、例えば次のような処理が必要になると考えられる。絶縁抵抗を計測する前に、実際の計測環境において適当な測定器を用いて計算結果に影響を及ぼす静電容量の大きさを計測する。絶縁抵抗の算出に用いる計算式、あるいはこの計算式が使用する静電容量のパラメータを予め複数用意しておき、スイッチなどの切り替えにより、実際の静電容量に合わせた計算式又はパラメータを選択する。

しかしながら、静電容量の大きさを計測するために余分な作業が必要になり、絶縁抵抗の測定に手間がかかる。また、計算式やパラメータを検査者が操作可能なスイッチで切り替える場合には、複数のスイッチ等の部品を追加しなければならず、部品の実装スペースも余分に確保しなければならないので、装置のコストや大きさの点で不利になる。また、計算式やパラメータを変更するためにソフトウェアの書き換えを行う場合には、書き換えのために余分なインタフェースを追加しなければならないし、書き換えの作業も必要になる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁抵抗の測定に影響を及ぼすＹコンデンサ等の静電容量が未知の場合であっても、装置コストの大幅な上昇を招いたり検査者の余分な作業を必要とすることなく、精度の高い計測が可能な絶縁状態検出装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る絶縁状態検出装置は、下記（１）〜（３）を特徴としている。
（１） 所定の高圧直流電源出力の正極側電源ライン及び負極側電源ラインとそれぞれ接続される正極側入力端子及び負極側入力端子と、接地電極とを有し、フライングキャパシタの充電電圧に基づいて前記正極側電源ライン及び負極側電源ラインと前記接地電極との間の絶縁状態を把握する絶縁状態検出装置であって、
前記フライングキャパシタの充電電圧に関する計測値と所定の計算式とに基づいて、前記正極側電源ライン及び負極側電源ラインと前記接地電極との間の絶縁抵抗値を出力する地絡抵抗値算出部と、
少なくとも一時的に、前記正極側電源ライン又は負極側電源ラインと前記接地電極との間に接続される、抵抗値が既知の基準抵抗器と、
通常の計測に先立ち実行されるテストモードにおいて、前記基準抵抗器の抵抗値に基づき、前記正極側電源ラインと前記接地電極との間の正極側静電容量および前記負極側電源ラインと前記接地電極との間の負極側静電容量の影響を把握し、静電容量の影響を前記地絡抵抗値算出部の処理内容に反映するテストモード制御部と、
を備え、
前記地絡抵抗値算出部は、所定の計算式に基づき、計測値をパラメータとして入力して絶縁抵抗値を出力する換算マップを有し、
前記テストモード制御部は、前記テストモードで前記換算マップの出力に得られた絶縁抵抗値と、前記基準抵抗器の抵抗値との誤差分に基づき、前記換算マップの計算式を逆算して、前記正極側電源ラインと前記接地電極との間の正極側静電容量および前記負極側電源ラインと前記接地電極との間の負極側静電容量に相当する静電容量値を算出する静電容量算出部を有する
こと。
（２） 所定の高圧直流電源出力の正極側電源ライン及び負極側電源ラインとそれぞれ接続される正極側入力端子及び負極側入力端子と、接地電極とを有し、フライングキャパシタの充電電圧に基づいて前記正極側電源ライン及び負極側電源ラインと前記接地電極との間の絶縁状態を把握する絶縁状態検出装置であって、
前記フライングキャパシタの充電電圧に関する計測値と所定の計算式とに基づいて、前記正極側電源ライン及び負極側電源ラインと前記接地電極との間の絶縁抵抗値を出力する地絡抵抗値算出部と、
少なくとも一時的に、前記正極側電源ライン又は負極側電源ラインと前記接地電極との間に接続される、抵抗値が既知の基準抵抗器と、
通常の計測に先立ち実行されるテストモードにおいて、前記基準抵抗器の抵抗値に基づき、前記正極側電源ラインと前記接地電極との間の正極側静電容量および前記負極側電源ラインと前記接地電極との間の負極側静電容量の影響を把握し、静電容量の影響を前記地絡抵抗値算出部の処理内容に反映するテストモード制御部と、
を備え、
前記地絡抵抗値算出部は、計算式が想定している静電容量の大きさが互いに異なる複数の換算マップを有し、前記複数の換算マップの各々は、計測値をパラメータとして入力して絶縁抵抗値を出力し、
前記テストモード制御部は、前記テストモードの処理結果に従って、前記複数の換算マップの中の１つの換算マップを自動的に選択すること。
（３） 上記（１）又は上記（２）に記載の絶縁状態検出装置であって、
前記基準抵抗器は、漏電に関し警報すべき基準を表す所定の警報しきい値よりも大きい抵抗値を有すること。

上記（１）の構成の絶縁状態検出装置によれば、検査者の余分な作業を必要とすることなく精度の高い計測が可能になる。すなわち、前記テストモードで抵抗値が既知の基準抵抗器を接続することにより、実際の測定環境において影響を受ける静電容量の影響が自動的に前記地絡抵抗値算出部の処理内容に反映される。従って、前記Ｙコンデンサ等の静電容量が未知であっても、絶縁抵抗の測定誤差を減らすことができる。
加えて、絶縁抵抗の測定において影響を受ける静電容量の大きさを検査者等が知ることができる。従って、この絶縁状態検出装置を静電容量測定器として利用することも可能になる。
上記（２）の構成の絶縁状態検出装置によれば、検査者の余分な作業を必要とすることなく精度の高い計測が可能になる。すなわち、前記テストモードで抵抗値が既知の基準抵抗器を接続することにより、実際の測定環境において影響を受ける静電容量の影響が自動的に前記地絡抵抗値算出部の処理内容に反映される。加えて、実際の測定環境において影響を受ける静電容量の大きさに適した１つの換算マップが自動的に選択されるので、前記Ｙコンデンサ等の静電容量が未知であっても、絶縁抵抗の測定誤差を減らすことができる。
上記（３）の構成の絶縁状態検出装置によれば、比較的抵抗値の大きい基準抵抗器を用いるので、影響を受ける静電容量をより高感度で検出可能になる。また、基準抵抗器の抵抗値を警報しきい値よりも十分大きくすることにより、基準抵抗器を接続したまま通常の計測を実施することも可能になる。従って、追加するスイッチ等の部品を減らすことが可能になり、装置のコストダウンに繋がる。

本発明の絶縁状態検出装置によれば、絶縁抵抗の測定に影響を及ぼすＹコンデンサ等の静電容量が未知の場合であっても、装置コストの大幅な上昇を招いたり検査者の余分な作業を必要とすることなく、精度の高い計測が可能になる。すなわち、前記テストモードで抵抗値が既知の基準抵抗器を接続することにより、実際の測定環境において影響を受ける静電容量の影響が自動的に前記地絡抵抗値算出部の処理内容に反映される。従って、前記Ｙコンデンサ等の静電容量が未知の場合であっても、絶縁抵抗の測定誤差を減らすことができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、実施形態の絶縁状態検出装置の回路構成を示す電気回路図である。 図２は、換算マップの構成例（１）を示すブロック図である。 図３は、絶縁状態検出装置の主要な動作（１）を示すフローチャートである。 図４は、地絡抵抗値の大きさと測定誤差の大小との関係を示すグラフである。 図５は、換算マップの構成例（２）を示すブロック図である。 図６は、絶縁状態検出装置の主要な動作（２）を示すフローチャートである。 図７は、絶縁状態検出装置の主要な動作（３）を示すフローチャートである。 図８は、計測時の各スイッチング素子の切り替えタイミングの具体例を示すタイムチャートである。

本発明の絶縁状態検出装置に関する具体的な実施の形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

＜装置の構成＞
本実施形態における絶縁状態検出装置１０の構成および計測時の接続例を図１に示す。図１に示す直流高圧電源５０は、電気自動車などの車両に搭載され、２００Ｖ程度の高電圧の直流電力を出力する。

直流高圧電源５０の出力の正極側電源ライン１１１と接地電極１０３との間は電気的に絶縁されている。また、負極側電源ライン１１２と接地電極１０３との間も電気的に絶縁されている。接地電極１０３は、車両の車体などのアース部分に相当する。ここで、正極側電源ライン１１１と接地電極１０３との間の絶縁状態を地絡抵抗（ＲＬｐ）として表すことができる。また、負極側電源ライン１１２と接地電極１０３との間の絶縁状態を地絡抵抗（ＲＬｎ）として表すことができる。

また、コモンモードノイズを低減するために、図１に示すように、正極側電源ライン１１１と接地電極１０３との間にＹコンデンサ１０１を接続し、負極側電源ライン１１２と接地電極１０３との間にＹコンデンサ１０２を接続してある。

絶縁状態検出装置１０は、直流高圧電源５０の出力における地絡抵抗ＲＬｐ、ＲＬｎを検出し絶縁状態を把握するために用いる。地絡抵抗ＲＬｐ、ＲＬｎを検出する際には、図１に示すように、絶縁状態検出装置１０の正極側入力端子１３及び負極側入力端子１４をそれぞれ正極側電源ライン１１１及び負極側電源ライン１１２と接続する。また、絶縁状態検出装置１０の接地電極１５は、接地電極１０３と接続する。

図１に示すように、絶縁状態検出装置１０の回路にはフライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサＣ１が設けてある。また、検出用コンデンサＣ１の充電及び放電を制御するために、その周辺に５つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ５が設けてある。これらのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ５の各々は、例えば光ＭＯＳＦＥＴのように、絶縁された信号の制御によって接点の開閉（オフ／オン）状態を切替可能なスイッチである。

スイッチング素子Ｓ１は、一端が配線３１および抵抗器Ｒ１１を介して正極側入力端子１３と接続され、他端が配線３３と接続されている。スイッチング素子Ｓ２は、一端が配線３２および抵抗器Ｒ１２を介して負極側入力端子１４と接続され、他端が配線３４と接続されている。

スイッチング素子Ｓ３は、一端が配線３３と接続され、他端が配線３５と接続されている。スイッチング素子Ｓ４は、一端が配線３４と接続され、他端が抵抗器Ｒ４を介して接地電極１５と接続されている。

検出用コンデンサＣ１は、負極側端子が配線３４と接続されている。検出用コンデンサＣ１の正極側端子は、ダイオードＤ０及び抵抗器Ｒ１で構成される直列回路を介して配線３３と接続されている。また、検出用コンデンサＣ１の正極側端子は、ダイオードＤ１及び抵抗器Ｒ６で構成される直列回路を介して配線３３と接続されている。

スイッチング素子Ｓ５は、一端がダイオードＤ１のカソードと接続され、他端が抵抗器Ｒ５を介して接地電極１５と接続されている。配線３５は抵抗器Ｒ３を介して接地電極１５と接続されている。

本実施形態においては、特徴的な構成要素として、基準抵抗器Ｒｒｅｆを負極側電源ライン１１２と接地電極１０３との間に接続してある。基準抵抗器Ｒｒｅｆは、抵抗値が既知の電気抵抗であり、後述するテストモードのために特別に接続してある。基準抵抗器Ｒｒｅｆの抵抗値は、例えば図４に示す警報しきい値よりも十分に大きい値であり、実用的には数百ｋΩ程度の抵抗値に定める。

なお、図１の回路構成においては基準抵抗器Ｒｒｅｆを負極側電源ライン１１２に直接接続してあるが、適当なスイッチを介して接続しても良い。すなわち、基準抵抗器Ｒｒｅｆを必要とするのはテストモードのみであり、通常の計測時には基準抵抗器Ｒｒｅｆを負極側電源ライン１１２から切り離しても良い。また、基準抵抗器Ｒｒｅｆは、正極側電源ライン１１１と接地電極１０３との間に接続しても良い。

マイクロコンピュータ１１は、予め組み込まれたプログラムを実行することにより、絶縁状態検出装置１０に必要とされる各種制御を実行する。具体的には、マイクロコンピュータ１１は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ５を個別に制御して検出用コンデンサＣ１の充電及び放電を制御する。また、マイクロコンピュータ１１は検出用コンデンサＣ１の充電電圧に相当するアナログレベルを、入力回路２０および配線３６を介して入力し、この入力レベルに基づいて計算を行い、地絡抵抗ＲＬｐ及びＲＬｎを把握する。

本実施形態においては、配線３６からマイクロコンピュータ１１に入力されたアナログレベルに基づき地絡抵抗を算出するための計算式に相当する換算マップ１１ａをマイクロコンピュータ１１が搭載している。また、本実施形態では図１に示すように複数の換算マップを有している。この換算マップは、様々な値の入力値に対して予め計算した全ての計算結果をデータの集合として保持するメモリである。換算マップを利用することにより、実際の計算を省略したり簡略化することができる。

また、マイクロコンピュータ１１の入力ポートには、テストモードスイッチ１２が接続されている。ユーザがテストモードスイッチ１２を操作することにより、マイクロコンピュータ１１はテストモードの動作を開始することができる。

また、地絡抵抗の測定値や警報などを出力するために、マイクロコンピュータ１１の出力ポートは出力コネクタ２１に接続されている。出力コネクタ２１の出力には、例えば数値などを表示する表示器や警報用のブザーなどを接続することができる。

＜換算マップの構成例（１）＞
本実施形態における換算マップ１１ａの構成例を図２に示す。図２に示した例では、互いに独立した５つの換算マップＭＰ１１、ＭＰ１２、ＭＰ１３、ＭＰ１４、ＭＰ１５を備える場合を想定しているが、実際に搭載する換算マップの数については必要に応じて増減することができる。

図２に示した換算マップＭＰ１１〜ＭＰ１５は、それぞれ異なる静電容量Ｃを想定して計算式を計算した結果を保持している。想定する静電容量Ｃとは、地絡抵抗ＲＬｐ、ＲＬｎの測定に影響を及ぼす静電容量、すなわち、Ｙコンデンサ１０１、１０２や、正極側電源ライン１１１、負極側電源ライン１１２などの近傍に存在する浮遊容量の静電容量を意味している。このような静電容量Ｃは、専用の測定器を用いて事前に計測しない限り未知である場合が多く、環境の違いに応じて大きく変化する可能性もある。そこで、未知の静電容量Ｃに対応して複数の換算マップＭＰ１１〜ＭＰ１５が用意してある。

つまり、換算マップＭＰ１１は１番目の静電容量Ｃ（１）を想定した計算式に対応する計算結果のデータを保持している。同様に、換算マップＭＰ１２は２番目の静電容量Ｃ（２）を想定した計算式に対応し、換算マップＭＰ１３は３番目の静電容量Ｃ（３）を想定した計算式に対応し、換算マップＭＰ１４は４番目の静電容量Ｃ（４）を想定した計算式に対応し、換算マップＭＰ１５は５番目の静電容量Ｃ（５）を想定した計算式に対応する。

マイクロコンピュータ１１は、用意した複数の換算マップＭＰ１１〜ＭＰ１５のいずれか１つを選択的に使用して計算した地絡抵抗ＲＬｐ及びＲＬｎを計測結果として出力する。また、複数の換算マップＭＰ１１〜ＭＰ１５の中から最適な換算マップを選択するためにテストモードを実行する。

＜選択する換算マップと測定誤差との関係＞
地絡抵抗値の大きさと測定誤差の大小との関係の具体例を図４に示す。図４に示すように、選択した換算マップが適切でない場合には大きな測定誤差が発生する。

すなわち、選択したｎ番目の換算マップが想定している静電容量Ｃ（ｎ）が、実際のＹコンデンサ１０１等の静電容量と比べて大きい場合には、プラス側のずれが地絡抵抗ＲＬｐ及びＲＬｎの計測結果に現れる。逆に、選択したｎ番目の換算マップが想定している静電容量Ｃ（ｎ）が、実際のＹコンデンサ１０１等の静電容量と比べて小さい場合には、マイナス側のずれが地絡抵抗ＲＬｐ及びＲＬｎの計測結果に現れる。また、発生するずれの量は、図４のように地絡抵抗値が大きくなる従い増大する傾向にある。

従って、実際のＹコンデンサ１０１等の静電容量と一致する静電容量Ｃを想定している最適な１つの換算マップを選択することか重要である。これにより、地絡抵抗ＲＬｐ及びＲＬｎの計測結果が実際の値からずれるのを防止できる。後述するように、本実施形態では、最適な１つの換算マップを自動的に選択することができる。

＜装置の動作＞
＜検出用コンデンサ（フライングキャパシタ）Ｃ１の充放電の説明＞
＜切り替えのタイミング＞
計測時のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ５の切り替えタイミングの具体例を図８に示す。すなわち、地絡抵抗ＲＬｐ及びＲＬｎの計測を実施する際には、図８に示すような基本計測サイクルに従ってマイクロコンピュータ１１がスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ５のオンオフを制御し、地絡抵抗の算出に必要な計測値を取得する。

図８に示した基本計測サイクルは、「Ｖ０充電」、「計測」、「放電」、「Ｖｃ１−充電」、「計測」、「放電」、「Ｖ０充電」、「計測」、「放電」、「Ｖｃ１＋充電」、「計測」、「放電」の各区間の連なりにより構成されている。

時刻ｔ１−ｔ２の「Ｖ０充電」区間においては、スイッチング素子Ｓ１及びＳ２がオン（接点閉）になり、他のスイッチング素子はオフ（接点開）になる。時刻ｔ２−ｔ３の「計測」区間においては、スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がオンになり、他のスイッチング素子はオフになる。

時刻ｔ３−ｔ４の「放電」区間においては、スイッチング素子Ｓ４、Ｓ５がオンになり、他のスイッチング素子はオフになる。時刻ｔ４−ｔ５の「Ｖｃ１−充電」区間においては、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４がオンになり、他のスイッチング素子はオフになる。

時刻ｔ５−ｔ６の「計測」区間は、時刻ｔ２−ｔ３の「計測」区間と同様である。また、時刻ｔ６−ｔ７の「放電」区間は、時刻ｔ３−ｔ４の「放電」区間と同様である。時刻ｔ７−ｔ８の「Ｖ０充電」区間は、時刻ｔ１−ｔ２の「Ｖ０充電」区間と同様である。続く時刻ｔ８−ｔ９の「計測」区間は、時刻ｔ２−ｔ３の「計測」区間と同様である。また、時刻ｔ９−ｔ１０の「放電」区間は、時刻ｔ３−ｔ４の「放電」区間と同様である。

時刻ｔ１０−ｔ１１の「Ｖｃ１＋充電」区間においては、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３がオンになり、他のスイッチング素子はオフになる。時刻ｔ１１−ｔ１２の「計測」区間は、時刻ｔ２−ｔ３の「計測」区間と同様である。また、時刻ｔ１２−ｔ１３の「放電」区間は、時刻ｔ３−ｔ４の「放電」区間と同様である。

＜計測サイクルの各区間の通電経路及び動作＞
「Ｖ０充電」区間：
スイッチング素子Ｓ１の接点が閉になるので、正極側電源ライン１１１から正極側入力端子１３、配線３１、スイッチング素子Ｓ１、ダイオードＤ０、抵抗器Ｒ１を通って検出用コンデンサＣ１の正極側端子に電流が流れる。また、スイッチング素子Ｓ２の接点が閉になるので、検出用コンデンサＣ１の負極側端子から、配線３４、スイッチング素子Ｓ２、配線３２、負極側入力端子１４、負極側電源ライン１１２へ電流が流れる。従って、この電流により検出用コンデンサＣ１に電荷が充電される。

「計測」区間：
スイッチング素子Ｓ４の接点が閉になるので、検出用コンデンサＣ１の負極側端子が、抵抗器Ｒ４を介して接地電極１５と接続される。また、スイッチング素子Ｓ３の接点が閉になるので、検出用コンデンサＣ１の正極側端子が、ダイオードＤ１、抵抗器Ｒ６、スイッチング素子Ｓ３、配線３５、入力回路２０、配線３６を介してマイクロコンピュータ１１のアナログ入力ポートと接続される。従って、マイクロコンピュータ１１は、検出用コンデンサＣ１の充電電圧に比例したアナログレベルを検出することができる。

「放電」区間：
スイッチング素子Ｓ４の接点が閉になるので、検出用コンデンサＣ１の負極側端子が、抵抗器Ｒ４を介して接地電極１５と接続される。また、スイッチング素子Ｓ５の接点が閉になるので、検出用コンデンサＣ１の正極側端子が、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｓ５、抵抗器Ｒ５を介して接地電極１５と接続される。従って、検出用コンデンサＣ１に蓄積された電荷は放電する。

「Ｖｃ１−充電」区間：
スイッチング素子Ｓ１の接点が閉になるので、正極側電源ライン１１１から正極側入力端子１３、配線３１、スイッチング素子Ｓ１、ダイオードＤ０、抵抗器Ｒ１を通って検出用コンデンサＣ１の正極側端子に電流が流れる。また、スイッチング素子Ｓ４の接点が閉になるので、検出用コンデンサＣ１の負極側端子から、スイッチング素子Ｓ４、抵抗器Ｒ４、接地電極１５、接地電極１０３、地絡抵抗ＲＬｎを通って負極側電源ライン１１２に電流が流れる。この電流により、検出用コンデンサＣ１に電荷が充電される。この時の充電電圧は、地絡抵抗ＲＬｎの影響を反映した結果になる。

「Ｖｃ１＋充電」区間：
スイッチング素子Ｓ３の接点が閉になるので、正極側電源ライン１１１から地絡抵抗ＲＬｐ、接地電極１０３、接地電極１５、抵抗器Ｒ３、スイッチング素子Ｓ３、ダイオードＤ０、抵抗器Ｒ１を通って、検出用コンデンサＣ１の正極側端子に電流が流れる。また、スイッチング素子Ｓ２の接点が閉になるので、検出用コンデンサＣ１の負極側端子から、配線３４、スイッチング素子Ｓ２、配線３２、負極側入力端子１４、負極側電源ライン１１２へ電流が流れる。この電流により、検出用コンデンサＣ１に電荷が充電される。この時の充電電圧は、地絡抵抗ＲＬｐの影響を反映した結果になる。

＜基本的な地絡抵抗の計測動作＞
図１に示した絶縁状態検出装置１０の動作に関しては、基本的には以下の関係式が成立する。
（ＲＬp＋ＲＬn）／（ＲＬp×ＲＬn）＝｛(Ｖｃ１＋)＋(Ｖｃ１−)｝／Ｖｃ１
但し、
Ｖｃ１：直流高圧電源５０の出力電圧に応じた検出用コンデンサＣ１の充電電圧
Ｖｃ１−：負側の地絡抵抗ＲＬｎの影響を受けた検出用コンデンサＣ１の充電電圧
Ｖｃ１＋：正側の地絡抵抗ＲＬｐの影響を受けた検出用コンデンサＣ１の充電電圧
ＲＬp，ＲＬn：各地絡抵抗の抵抗値

従って、マイクロコンピュータ１１は、各状態でアナログ入力ポートに入力される信号レベルから各充電電圧「Ｖｃ１」、「Ｖｃ１−」、「Ｖｃ１＋」を把握し、上記関係式に基づいて地絡抵抗ＲＬｐ、ＲＬｎを算出することが可能である。

＜計測誤差の説明＞
一方、直流高圧電源５０の出力に接続されているＹコンデンサ１０１、１０２や正極側電源ライン１１１および負極側電源ライン１１２と接地電極１０３との間に存在する浮遊容量は、直流高圧電源５０の出力する電流により充電される。

Ｙコンデンサ１０１、１０２等の充電状態は、定常状態では安定し変化しない。しかし、前記「Ｖｃ１−充電」区間では、正側のＹコンデンサ１０１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、検出用コンデンサＣ１に充電される。また、前記「Ｖｃ１＋充電」区間では、負側のＹコンデンサ１０２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、検出用コンデンサＣ１に充電される。

したがって、マイクロコンピュータ１１が検出する各充電電圧「Ｖｃ１−」、「Ｖｃ１＋」には、Ｙコンデンサ１０１、１０２等の影響が含まれている。そのため、Ｙコンデンサ１０１、１０２等の静電容量の影響を想定した上で計算を実施しない限り、計測誤差が発生する。但し、Ｙコンデンサ１０１、１０２や浮遊容量等の実際の静電容量の大きさは未知であるため、計算式が想定している静電容量は実際の静電容量と必ずしも一致しない。従って、図４に示すような計測誤差が発生する。

＜計測誤差を減らすための動作＞
本実施形態では、図２に示したように、互いに想定する静電容量Ｃ（ｎ）が異なる独立した複数の換算マップＭＰ１１〜ＭＰ１５がマイクロコンピュータ１１に備わっている。従って、換算マップＭＰ１１〜ＭＰ１５のいずれかを適切に選択して使用することにより、地絡抵抗ＲＬｐ、ＲＬｎの計測誤差を減らすことができる。但し、Ｙコンデンサ１０１、１０２や浮遊容量等の実際の静電容量の大きさが未知の状況においては、換算マップＭＰ１１〜ＭＰ１５のいずれが適切なのかも不明である。適切な換算マップを自動的に選択するために後述するテストモードが実行される。

＜マイクロコンピュータ１１の動作＞
絶縁状態検出装置１０の主要な動作を図３に示す。図１に示したマイクロコンピュータ１１は、図３に示す動作を実行することができる。図３の各ステップについて以下に説明する。

ステップＳ１１では、Ｙコンデンサ１０１、１０２や浮遊容量等の静電容量の違いに対応できるように、計算式の想定する静電容量が互いに異なる複数の換算マップを用意しておく。本実施形態では、予めマイクロコンピュータ１１の内部メモリ上に、図２に示したような複数の換算マップＭＰ１１〜ＭＰ１５が用意されているので、マイクロコンピュータ１１は内部メモリにアクセスし換算マップＭＰ１１〜ＭＰ１５を取得できる。

ステップＳ１２〜Ｓ１６は、適切な換算マップを自動選択するために特別に設けられたテストモードの動作に相当する。すなわち、通常の計測に先立ち、実際の計測環境に合わせて換算マップを選択するために、マイクロコンピュータ１１はテストモードの動作を実行する。実際には、例えば図１に示したテストモードスイッチ１２をユーザが操作してマイクロコンピュータ１１に指示を与えることにより、テストモードを開始することができる。

ステップＳ１２では、図１に示すように、抵抗値が既知の基準抵抗器Ｒｒｅｆを負極側電源ライン１１２と接地電極１０３との間に接続する。図１のように最初から基準抵抗器Ｒｒｅｆが接続されている場合には、Ｓ１２では何もしなくて良い。なお、基準抵抗器Ｒｒｅｆを正極側電源ライン１１１と接地電極１０３との間に接続しても良い。また、基準抵抗器Ｒｒｅｆの抵抗値については、図４に示すように、地絡抵抗値の警報しきい値よりも十分大きい値に定めておく。

ステップＳ１３では、マイクロコンピュータ１１は、図８に示したような基本計測サイクルに従って、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ５のオンオフを制御し、地絡抵抗の算出に必要な計測値を取得する。

ステップＳ１４では、マイクロコンピュータ１１は、複数の換算マップＭＰ１１〜ＭＰ１５を順番に選択し、前のＳ１３で取得した計測値を選択した各換算マップに入力してマップ毎に地絡抵抗値の計算結果を取得する。

ステップＳ１５では、マイクロコンピュータ１１は、Ｓ１４で得られた複数の地絡抵抗値を基準抵抗器Ｒｒｅｆの抵抗値と比較し、Ｒｒｅｆに最も近い地絡抵抗値が得られた１つの換算マップを複数の換算マップＭＰ１１〜ＭＰ１５の中から選択する。

ステップＳ１６では、マイクロコンピュータ１１は、Ｓ１５で選択した換算マップの選択状態を維持したまま、このテストモードを終了して通常測定モードに移行する。

通常測定モードでは、ユーザが必要に応じて測定対象を切り替える。すなわち、絶縁状態検出装置１０の正極側入力端子１３および負極側入力端子１４の接続先の対象物（車両等）を変更する。例えば、同一車種の多数の車両の地絡抵抗を順番に検査する場合には、１回のテストモードが終了した後で、使用する換算マップを切り替えることなく通常モードで検査を続けることができる。

ステップＳ１７では、マイクロコンピュータ１１は、Ｓ１３と同様に図８に示したような基本計測サイクルに従って、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ５のオンオフを制御し、地絡抵抗の算出に必要な計測値を取得する。

ステップＳ１８では、選択された１つの換算マップにＳ１７で取得した計測値を入力し、前記換算マップの出力から計算結果である地絡抵抗値Ｒｘを取得する。

ステップＳ１９では、マイクロコンピュータ１１はＳ１８で取得した地絡抵抗値Ｒｘを警報しきい値Ｒｔｈ（図４参照）と比較する。「Ｒｘ＜Ｒｔｈ」の条件を満たす場合はＳ２０に進み、条件を満たさない場合はＳ２１に進む。

ステップＳ２０では、マイクロコンピュータ１１は、地絡抵抗値に関する警報を出力するために、所定の制御信号を出力コネクタ２１に出力する。

ステップＳ２１では、マイクロコンピュータ１１は、Ｓ１８で取得した地絡抵抗値Ｒｘの情報、又は「地絡なし（検査ＯＫ）」を表す情報を出力コネクタ２１に出力する。

＜変形例１＞
換算マップの構成例（２）を図５に示す。この変形例では、図５に示した単一の換算マップＭＰ２をマイクロコンピュータ１１が使用する。これ以外の回路構成については図１と同様である。

図５に示すように、換算マップＭＰ２は、容量パラメータＰｃと測定値とを入力パラメータとする計算式に対応するマップであり、パラメータの各々の値に対応した全ての計算結果をデータの集合として予め保持している。つまり、換算マップＭＰ２に容量パラメータＰｃおよび測定値を入力することにより、計算結果の地絡抵抗値を直ちに出力することができる。

但し、通常の状況では、前述のように検査対象のＹコンデンサ１０１、１０２や浮遊容量の影響を含む静電容量の大きさは未知である。従って、図５の換算マップＭＰ２を使用する場合には、容量パラメータＰｃとして適切な値を与えない限り、地絡抵抗値として正しい値を出力することができない。

絶縁状態検出装置の主要な動作（２）を図６に示す。この変形例では、図６に示した動作をマイクロコンピュータ１１が実行し、テストモードにおいて適切な容量パラメータＰｃを自動的に決定する。

図６に示す動作については、Ｓ１１Ｂ、Ｓ１４Ｂ、Ｓ１５Ｂ、Ｓ１６Ｂ、Ｓ１８Ｂの各ステップが図３の内容と異なっている。図３の内容と異なる各ステップについて以下に説明する。

ステップＳ１１Ｂでは、Ｙコンデンサ１０１、１０２や浮遊容量等の静電容量の違いに対応できるように、静電容量を１つの入力パラメータとする計算式に対応する図５のような換算マップＭＰ２を用意しておく。本実施形態では、予めマイクロコンピュータ１１の内部メモリ上に、図５に示したような換算マップＭＰ２が用意されているので、マイクロコンピュータ１１は内部メモリにアクセスし換算マップＭＰ２を取得できる。

ステップＳ１４Ｂでは、予め用意した複数の容量パラメータＰｃの値を順番に選択し、各容量パラメータＰｃおよび前のＳ１３で取得した計測値を換算マップＭＰ２に入力してＰｃの値毎に地絡抵抗値の計算結果を取得する。

ステップＳ１５Ｂでは、マイクロコンピュータ１１は、Ｓ１４Ｂで得られた複数の地絡抵抗値を基準抵抗器Ｒｒｅｆの抵抗値と比較し、複数のＰｃの中でＲｒｅｆに最も近い地絡抵抗値が得られた１つのＰｃの値を選択する。

ステップＳ１６Ｂでは、マイクロコンピュータ１１は、Ｓ１５で選択した１つの容量パラメータＰｃの値を選択的に換算マップＭＰ２に入力した状態を維持したまま、このテストモードを終了して通常測定モードに移行する。

ステップＳ１８Ｂでは、マイクロコンピュータ１１は、選択された１つの容量パラメータＰｃおよびＳ１７で取得した計測値を換算マップＭＰ２に入力し、前記換算マップの出力から計算結果である地絡抵抗値Ｒｘを取得する。

＜変形例２＞
前述のＹコンデンサ１０１、１０２や浮遊容量等の静電容量の値を出力する機能を追加した変形例について以下に説明する。

この変形例における絶縁状態検出装置１０の主要な動作（３）を図７に示す。図７においては、Ｓ２１Ｃ、Ｓ３１、Ｓ３２の各ステップが図３と異なっている。図３の内容と異なる各ステップについて以下に説明する。なお、この変形例で想定している電気回路の構成については図１と同様である。

ステップＳ３１では、マイクロコンピュータ１１は、前のＳ１５で選択された１つの換算マップ（ＭＰ１１〜ＭＰ１５のいずれか）が計算結果として出力する地絡抵抗値Ｒｔと、基準抵抗器Ｒｒｅｆの抵抗値との差分（計算誤差）ΔＲを算出する。

ステップＳ３２では、マイクロコンピュータ１１は、Ｓ１５で選択された１つの換算マップ（ＭＰ１１〜ＭＰ１５のいずれか）に対応する計算式に、Ｓ３１で得られた差分（計算誤差）ΔＲを適用し、前記計算式を逆算することにより、静電容量Ｃｘを算出する。

例えば、Ｓ１５で図２に示す換算マップＭＰ１３を選択した場合には、ＭＰ１３に相当する計算式が、想定した静電容量Ｃ（３）に基づいて地絡抵抗値Ｒｔを算出したことになるので、地絡抵抗値の差分（計算誤差）ΔＲだけ静電容量Ｃ（３）にもずれがあることになる。ＭＰ３の計算式を逆算することにより、差分（計算誤差）ΔＲ相当だけ静電容量Ｃ（３）のずれを修正することができ、その結果を静電容量Ｃｘとして算出することができる。

ステップＳ２１Ｃでは、マイクロコンピュータ１１は、Ｓ１８で取得した地絡抵抗値Ｒｘの情報、又は「地絡なし（検査ＯＫ）」を表す情報と、Ｓ３２で算出した静電容量Ｃｘの値を出力コネクタ２１に出力する。

＜その他の変形の可能性＞
図１に示した電気回路においては、基準抵抗器Ｒｒｅｆを負極側電源ライン１１２および接地電極１０３に直接接続してあるが、適当なスイッチを介して接続しても良い。また、このスイッチをマイクロコンピュータ１１が制御し、前述のテストモードを実行するとき以外のタイミングでは前記スイッチを解放して基準抵抗器Ｒｒｅｆを回路から切り離すように制御することもできる。

図１に示した電気回路においては、テストモードの開始を指示するためにテストモードスイッチ１２を設けてあるが、テストモードスイッチ１２を省略することも可能である。例えば、マイクロコンピュータ１１の動作が起動する毎に、あるいは定期的に、もしくはそれ以外の特定の条件を満たしたときにマイクロコンピュータ１１がテストモードを自動的に開始することもできる。

＜補足説明＞
（１）図１に示した絶縁状態検出装置１０は、所定の高圧直流電源（５０）出力の正極側電源ライン（１１１）及び負極側電源ライン（１１２）とそれぞれ接続される正極側入力端子（１３）及び負極側入力端子（１４）と、接地電極（１５）とを有し、フライングキャパシタ（Ｃ１）の充電電圧に基づいて前記正極側電源ライン及び負極側電源ラインと前記接地電極との間の絶縁状態を把握する。また、前記フライングキャパシタの充電電圧に関する計測値と所定の計算式とに基づいて、前記正極側電源ライン及び負極側電源ラインと前記接地電極との間の絶縁抵抗値を出力する地絡抵抗値算出部（１１ａ）と、少なくとも一時的に、前記正極側電源ライン又は負極側電源ラインと前記接地電極との間に接続される、抵抗値が既知の基準抵抗器（Ｒｒｅｆ）と、通常の計測に先立ち実行されるテストモードにおいて、前記基準抵抗器の抵抗値に基づき、前記正極側電源ラインと前記接地電極との間の正極側静電容量および前記負極側電源ラインと前記接地電極との間の負極側静電容量の影響を把握し、静電容量の影響を前記地絡抵抗値算出部の処理内容に反映するテストモード制御部（１１、Ｓ１２〜Ｓ１６）と、を備えている。

（２）また、前記地絡抵抗値算出部は、図２に示すように、計算式が想定している静電容量（Ｃ（１）〜Ｃ（５））の大きさが互いに異なる複数の換算マップ（ＭＰ１１〜ＭＰ１５）を有し、前記複数の換算マップの各々は、計測値をパラメータとして入力して絶縁抵抗値を出力する。また、図３に示すように、前記テストモード制御部は前記テストモードの処理結果に従って、前記複数の換算マップの中の１つの換算マップを自動的に選択する（Ｓ１５、Ｓ１６）。

（３）また、前記地絡抵抗値算出部は、図５に示すように、計測値および計算式が想定する静電容量の影響をパラメータとして入力し絶縁抵抗値を出力する換算マップＭＰ２を有する。また、前記テストモード制御部は、図６に示すように、前記テストモードの処理結果に従って静電容量に関する複数の影響量の中から１つの影響量を選択し、前記換算マップの入力に与える（Ｓ１４Ｂ、Ｓ１５Ｂ、Ｓ１６Ｂ）。

（４）また、前記基準抵抗器（Ｒｒｅｆ）は、図４に示すように、漏電に関し警報すべき基準を表す所定の警報しきい値よりも大きい抵抗値を有する。

（５）また、前記地絡抵抗値算出部は、所定の計算式に基づき、計測値をパラメータとして入力して絶縁抵抗値を出力する換算マップを有する。また、前記テストモード制御部は、図７に示すように、前記テストモードで前記換算マップの出力に得られた絶縁抵抗値と、前記基準抵抗器の抵抗値との誤差分に基づき、前記換算マップの計算式を逆算して、前記正極側電源ラインと前記接地電極との間の正極側静電容量および前記負極側電源ラインと前記接地電極との間の負極側静電容量に相当する静電容量値を算出する（Ｓ３１、Ｓ３２）静電容量算出部（１１）を有する。

１０ 絶縁状態検出装置
１１ マイクロコンピュータ
１１ａ，ＭＰ１１，ＭＰ１２，ＭＰ１３，ＭＰ１４，ＭＰ１５，ＭＰ２ 換算マップ
１２ テストモードスイッチ
１３ 正極側入力端子
１４ 負極側入力端子
１５ 接地電極
２０ 入力回路
２１ 出力コネクタ
３１〜３６ 配線
５０ 直流高圧電源
１０１，１０２ Ｙコンデンサ
１０３ 接地電極
１１１ 正極側電源ライン
１１２ 負極側電源ライン
Ｃ１ 検出用コンデンサ（フライングキャパシタ）
Ｃ２ コンデンサ
Ｄ０，Ｄ１ ダイオード
Ｐｃ 容量パラメータ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ１１，Ｒ１２ 抵抗器
Ｒｒｅｆ 基準抵抗器
ＲＬｐ，ＲＬｎ 地絡抵抗
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５ スイッチング素子

Claims (3)

1. 所定の高圧直流電源出力の正極側電源ライン及び負極側電源ラインとそれぞれ接続される正極側入力端子及び負極側入力端子と、接地電極とを有し、フライングキャパシタの充電電圧に基づいて前記正極側電源ライン及び負極側電源ラインと前記接地電極との間の絶縁状態を把握する絶縁状態検出装置であって、
   前記フライングキャパシタの充電電圧に関する計測値と所定の計算式とに基づいて、前記正極側電源ライン及び負極側電源ラインと前記接地電極との間の絶縁抵抗値を出力する地絡抵抗値算出部と、
   少なくとも一時的に、前記正極側電源ライン又は負極側電源ラインと前記接地電極との間に接続される、抵抗値が既知の基準抵抗器と、
   通常の計測に先立ち実行されるテストモードにおいて、前記基準抵抗器の抵抗値に基づき、前記正極側電源ラインと前記接地電極との間の正極側静電容量および前記負極側電源ラインと前記接地電極との間の負極側静電容量の影響を把握し、静電容量の影響を前記地絡抵抗値算出部の処理内容に反映するテストモード制御部と、
   を備え、
   前記地絡抵抗値算出部は、所定の計算式に基づき、計測値をパラメータとして入力して絶縁抵抗値を出力する換算マップを有し、
   前記テストモード制御部は、前記テストモードで前記換算マップの出力に得られた絶縁抵抗値と、前記基準抵抗器の抵抗値との誤差分に基づき、前記換算マップの計算式を逆算して、前記正極側電源ラインと前記接地電極との間の正極側静電容量および前記負極側電源ラインと前記接地電極との間の負極側静電容量に相当する静電容量値を算出する静電容量算出部を有する
   ことを特徴とする絶縁状態検出装置。
2. 所定の高圧直流電源出力の正極側電源ライン及び負極側電源ラインとそれぞれ接続される正極側入力端子及び負極側入力端子と、接地電極とを有し、フライングキャパシタの充電電圧に基づいて前記正極側電源ライン及び負極側電源ラインと前記接地電極との間の絶縁状態を把握する絶縁状態検出装置であって、
   前記フライングキャパシタの充電電圧に関する計測値と所定の計算式とに基づいて、前記正極側電源ライン及び負極側電源ラインと前記接地電極との間の絶縁抵抗値を出力する地絡抵抗値算出部と、
   少なくとも一時的に、前記正極側電源ライン又は負極側電源ラインと前記接地電極との間に接続される、抵抗値が既知の基準抵抗器と、
   通常の計測に先立ち実行されるテストモードにおいて、前記基準抵抗器の抵抗値に基づき、前記正極側電源ラインと前記接地電極との間の正極側静電容量および前記負極側電源ラインと前記接地電極との間の負極側静電容量の影響を把握し、静電容量の影響を前記地絡抵抗値算出部の処理内容に反映するテストモード制御部と、
   を備え、
   前記地絡抵抗値算出部は、計算式が想定している静電容量の大きさが互いに異なる複数の換算マップを有し、前記複数の換算マップの各々は、計測値をパラメータとして入力して絶縁抵抗値を出力し、
   前記テストモード制御部は、前記テストモードの処理結果に従って、前記複数の換算マップの中の１つの換算マップを自動的に選択する
   ことを特徴とする絶縁状態検出装置。
3. 前記基準抵抗器は、漏電に関し警報すべき基準を表す所定の警報しきい値よりも大きい抵抗値を有する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の絶縁状態検出装置。

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