JP6365021B2 - 絶縁検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁検知装置に関するものである。

互いに直列接続された一対のＩＧＢＴ及びダイオードと、互いに直列接続された他の一対のＩＧＢＴ及びダイオードにより構成されたスイッチング回路を、単相商用交流電源と三相交流モータの単相入力端との間に介設し、三相インバータ回路をモータとバッテリとの間に介設する。そして、モータ駆動時には三相インバータ回路の各ＩＧＢＴをＰＷＭ制御して三相交流モータを駆動させる。また、バッテリ充電時には入力端に商用交流電源を接続し、商用交流電源からの電流がスイッチング回路を流れ、三相交流モータで高電圧高調波電圧を発生し、電圧を三相インバータ回路で全波整流して、バッテリを充電する電気自動車用充電装置が開示されている（特許文献１）。

特開平１１−１２２８２６号公報

しかしながら、地絡を検知するための地絡検知回路を上記の充電装置（強電回路）に接続した場合には、充電装置で発生する交流成分が当該地絡検知回路に印加され、地絡検知回路の誤動作を引き起こすおそれがあった。

本発明が解決しようとする課題は、強電回路で発生した交流成分が地絡検知回路に印加され、地絡検知回路で生じる誤動作を防ぐ地絡検知装置を提供することである。

本発明は、バッテリを含む強電回路の地絡を検知する地絡検知回路と、当該地絡検知回路に含まれる弱電回路と当該強電回路との間に接続されるスイッチと、バッテリの充電中に、当該スイッチのオン状態とオフ状態とを切り替える制御手段とを備えることによって上記課題を解決する。

本発明は、強電回路により交流成分が発生する動作条件であっても、地絡検知回路を強電回路から遮断できるように構成しているため、交流成分の印加による地絡検知回路の誤動作を防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る充電システムのブロック図である。 図１の絶縁検知装置の回路を説明するための図である。 ＳＷ部の指令値、ＳＷ部の状態、ＩＲ電圧検出部の検出電圧、及び充電許可信号（充電許可フラグ）の時間的な推移を示すグラフである。 ＳＷ部の指令値、ＳＷ部の状態、ＩＲ電圧検出部の検出電圧、及び充電許可信号（充電許可フラグ）の時間的な推移を示すグラフである。 図１のバッテリの充電中、ノイズがカップリングコンデンサ２１に入力されたときの電圧波形を示すグラフである。 制御モード、ＩＲ電圧検出部の検出電圧、及びＳＷ部３１の状態の時間的な推移を示すグラフである。 図１の絶縁検知装置の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の変形例に係る絶縁検知装置を説明するための図である。 本発明の変形例に係る絶縁検知装置を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る絶縁検知装置を含む車両の充電システムのブロック図である。本例の絶縁検知装置は、バッテリに接続され、強電回路の地絡を検知する装置である。なお、絶縁検知装置は、車両内の強電回路に限らず、他の強電回路に接続されてもよい。また、以下では車両を電気自動車として説明するが、車両は電気自動車に限らず、バッテリを備えたハイブリッド車両等の他の車両であってもよい。

図１に示すように、充電システムは、交流電源（商用電源）１と、スイッチ回路２と、モータ３と、コンバータ回路４と、バッテリ５と、絶縁検知装置１０とを備えている。

交流電源１は、例えば家庭用の系統電力であり、車両の外部電源である。交流電源１は、充電ケーブルを介して車両に接続される。スイッチ回路２は、交流電源１から出力される交流電力を昇圧して、コンバータ回路４に出力する回路である。スイッチ回路２は、充電ケーブルを介して交流電源１に接続され、配線によりモータ３に接続されている。スイッチ回路２は、トランジスタ等のスイッチング素子を少なくとも有している。

モータ３は、車両の駆動源である。力行時には、モータ３はバッテリ５の電力を用いて、車両の駆動輪を回転させるように駆動する。また回生時には、モータ３はバッテリ５に対して電力を供給する。

コンバータ回路４は、直流と交流との間で電力を変換するための回路である。モータ３の力行時には、コンバータ回路４は、バッテリ５の出力電力を交流電力に変換して、モータ３に出力する。モータ３の回生時には、モータ３の回転により発生した交流電力を直流電力に変換して、バッテリ５に出力する。また、交流電源１の電力によりバッテリ５を充電する場合には、コンバータ回路４は、スイッチ回路２から出力される交流電力を直流電力に変換して、バッテリ５に出力する。

バッテリ５は、リチウムイオン電池などの複数の二次電池（セル電池）を直列又は並列に接続して構成されており、充放電可能な電池である。なお、モータ３の回生によりバッテリ５を充電する場合には、モータ３が交流電源となり、充電電力がモータ３からコンバータ回路４を介してバッテリ１に供給される。また、交流電源１の電力でバッテリ５を充電する場合には、交流電源１が交流電源のとなり、充電電力がコンバータ回路４を介してバッテリ１に供給される。

絶縁検知装置１０はバッテリ５の負極側に接続されている。絶縁検知装置１０は、バッテリ５を含む強電回路の絶縁状態を検知する。

次に、図２を用いて、絶縁検知装置１０の構成を説明する。図２は、バッテリ５、絶縁検知装置１０、及び充電制御用の電子制御ユニット５０（ＥＣＵ）のブロック図である。

絶縁検知装置１０は、地絡検知回路２０と、スイッチ（ＳＷ）部３１、ＩＲ電圧検出部３２、比較器３３、制御モード判定部３４、ＮＯＴ回路３５、３９、フリップフロップ３６、診断モード設定部３７、セレクトスイッチ部３８、及びスイッチ故障診断部４０を有している。

地絡検知回路２０は、カップリングコンデンサ２１と、抵抗２２、２３と、増幅器２４、２５と、ＣＰＵ２６とを有している。地絡検知回路２０のアース線は、車両のボディに接続されている。カップリングコンデンサ２１は、バッテリ５を含む強電回路と地絡検知回路２０の弱電回路との間で、直流成分の絶縁を確保するための回路素子である。カップリングコンデンサ２１の一端は、ＳＷ部３１を介してバッテリ５の負極側に接続されている。カップリングコンデンサ２１の他端は、地絡検知回路２０の測定点Ａに接続されている。

抵抗２２はカップリングコンデンサ２１と増幅器２４との間に接続されている。抵抗２３はカップリングコンデンサ２１と増幅器２５との間に接続されている。増幅器２４は、ＣＰＵ２６から出力されるパルス信号を増幅する。増幅器２５は、抵抗２３を介して印加される入力電圧を増幅する。増幅器２４はＣＰＵ２６の出力側に接続され、増幅器２５はＣＰＵ２６の入力側に接続されている。

ＣＰＵ２６は、パルス発信器と、Ａ／Ｄ変換器と、地絡検知部を有しつつ、地絡の有無を検知するため制御回路である。ＣＰＵ２６は、パルス発信器によりパルス信号を出力する。パルス信号は、増幅器２４で増幅されて、測定点Ａに入力される。ＣＰＵ２６は、パルス信号の出力に対する応答電圧として、増幅器２５からＣＰＵ２６に入力される電圧をＡ／Ｄ変換器を用いて測定する。

バッテリ５に地絡が発生していない場合には、ＣＰＵ２６から出力されたパルス信号は、主に、測定点Ａ及び抵抗２３を流れて、増幅器２５を介してＣＰＵ２６のＡ／Ｄ変換器に入力される。そのため、測定点Ａの電圧は高く、Ａ／Ｄ変換器で測定される電圧振幅も高くなる。一方、バッテリ５に地絡が発生している場合には、ＣＰＵ２６から出力されたパルス信号は、測定点Ａに入力され、カップリングコンデンサ２１を通り、バッテリ５側に流れてしまう。そのため、測定点Ａの電圧は、地絡の発生していない時の電圧と比較して、低くなり、Ａ／Ｄ変換器で測定される電圧振幅も低くなる。

ＳＷ部３１は、ＮＯＴ回路３９の出力の基づき、バッテリ５の負極側と地絡検知回路２０との間の電気的な導通及び遮断を切り替えるスイッチである。ＩＲ電圧検出部３２は、カップリングコンデンサ２１の両端電圧を検出するためのセンサである。カップリングコンデンサ２１の両端への印加電圧のうち、測定点Ａ側の端子に印加される電圧は弱電回路の電圧であり、ＳＷ部３１側の端子に印加される電圧は強電回路の電圧である。そのため、ＩＲ電圧検出部３２は、バッテリ５を含む強電回路と、地絡検知回路２０の弱電回路との間の電圧を検出していることになる。そして、ＩＲ電圧検出部３２は、カップリングコンデンサ２１の両端電圧が高いほど検出値を高くし、当該検出値を比較器３３に出力する。

比較器３３は、ＩＲ電圧検出部３２で検出された検出電圧と、予め設定されている基準電圧とを比較する。基準電圧は、強電回路に流れる交流ノイズを検出するための電圧閾値であって、予め設定されている。比較器３３は、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧が基準電圧以上である場合には、論理値「１」をフリップフロップ３６のセット端子（Ｓ端子）に出力する。また、比較器３３は、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧が基準電圧未満である場合には、論理値「０」をフリップフロップ３６のセット端子（Ｓ端子）に出力する。

制御モード判定部３４は、ＥＣＵ５０から送信されるモード信号に基づき、バッテリ５の制御モードを判定する。制御モードには、バッテリ５を充電する充電モードと、バッテリ５の充電を停止している停止モードがある。

そして、制御モード判定部３４は、制御モードが充電モードである場合には、論理値「１」をＮＯＴ回路３５に出力する。また、制御モード判定部３４は、充電モード以外の制御モード（停止モード）のときに、論理値「０」をＮＯＴ回路３５に出力する。ＮＯＴ回路３５は、制御モード判定部３４からの入力値を反転させて、フリップフロップ３６のリセット端子（Ｒ端子）に出力する。すなわち、制御モードが充電モードのとき、フリップフロップ３６のリセット端子に入力される論理値は「０」となる。制御モードが停止モードのときは、フリップフロップ３６のリセット端子に入力される論理値「１」になる。

フリップフロップ３６は、比較器３３の出力及び制御モード判定部３４の出力に基づき、ＳＷ部３１のオフ状態を保持するための論理回路である。フリップフロップ３６のセット端子に入力される論理値が「１」、かつ、フリップフロップ３６のリセット端子に入力される論理値が「０」である場合には、フリップフロップ３６は、出力端子（Ｑ端子）から論理値「１」を出力する。また、フリップフロップ３６は、出力端子（Ｑ端子）から論理値「１」を出力した後、リセット端子に入力される論理値が「０」から「１」に切り替わらない限り、Ｑ端子からの論理値を、「１」の状態で保持する。そして、リセット端子に入力される論理値が「０」から「１」に切り替わった場合には、フリップフロップ３６は、Ｑ端子から論理値「０」を出力する。フリップフロップ３６の出力端子（Ｑ端子）の論理値「０」の状態で、フリップフロップ３６のセット端子に入力される論理値が「０」である場合には、フリップフロップ３６は、出力端子（Ｑ端子）から論理値「０」を出力する。

診断モード設定部３７は、スイッチ故障診断部４０から出力される診断信号に基づき、絶縁検知装置１０を診断モードで動作させる。後述するように、診断モードは、ＳＷ部３１のショート故障を診断するためのモードである。診断モード設定部３７は、診断信号を受信すると、ＳＷ部３１をオフ状態にするための指令値（ＳＷオフ指令値）をセレクトスイッチ（ＳＷ）部３８に出力する。

セレクトスイッチ（ＳＷ）部３８は、フリップフロップ３６の出力に基づき、ＳＷ部３１のオン、オフを切り替えるための論理値を、ＮＯＴ回路３９に出力する。また、診断モード設定部３７からＳＷオフ指令値がセレクトスイッチ部３８に入力された場合には、セレクトスイッチ部３８は、オフ指令値の信号を選択して、論理値「１」をＮＯＴ回路３９に出力する。一方、診断モード設定部３７からオフ指令値がセレクトスイッチ部３８に入力されてない場合には、セレクトスイッチ部３８は、フリップフロップ３６からの出力信号を選択する。そして、フリップフロップ３６の論理値が「１」である場合には、セレクトスイッチ部３８は論理値「１」をＮＯＴ回路３９に出力し、フリップフロップ３６の論理値が「０」である場合には、セレクトスイッチ部３８は論理値「０」をＮＯＴ回路３９に出力する。

ＮＯＴ回路３９は、セレクトスイッチ部３８からの入力値を反転させてＳＷ部３１に出力する。そして、ＮＯＴ回路３９から出力される論理値が「０」であるときには、ＳＷ部３１はオフ状態になり、論理値が「１」であるときには、ＳＷ部３１はオン状態になる。

スイッチ（ＳＷ）故障診断部４０は、ＳＷ部３１の故障を診断する。スイッチ故障診断部４０で診断されるＳＷ部３１の故障は、ＳＷ部３１のショート故障（オン固着）である。ショート故障を診断する際には、スイッチ故障診断部４０は、ＳＷ部３１をオフ状態にするための指令値を、診断モード設定部３７等を介して、ＮＯＴ回路３９の入力側に出力する。そして、スイッチ故障診断部４０は、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧から、ＳＷ部３１が、指令値通り、オフ状態になっているか否かを判定する。

なお、スイッチ故障診断部４０は、ＳＷ部３１のショート故障に限らず、ＳＷ部３１のオープン故障を診断してもよく、ＳＷ部３１のショート故障及びオープン故障を両方、診断してもよい。オープン故障を診断する際には、スイッチ故障診断部４０は、ＳＷ部３１をオン状態にするための指令値を、診断モード設定部３７等を介して、ＮＯＴ回路３９の入力側に出力する。そして、スイッチ故障診断部４０は、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧から、ＳＷ部３１が、指令値通り、オン状態になっているか否かを判定する。

ＥＣＵ５０は、バッテリ５の状態を管理しつつ、スイッチ回路２及びコンバータ回路４を制御することで、バッテリ５の充電及び放電を制御するためのコントローラである。またＥＣＵ５０は、スイッチ故障診断部４０から診断開始信号を受信した場合、又は、スイッチ故障診断部４０から充電禁止信号を受信した場合には、バッテリ５の充電を禁止する。診断開始信号は、スイッチ故障診断部４０によりＳＷ部３１の故障の診断が実行されることを示す信号である。充電禁止信号は、ＳＷ部３１の故障により、バッテリ５の充電を禁止することを示す信号である。

次に、絶縁検知装置１０の動作について、図２を用いて説明する。まず、ＳＷ部３１の故障を診断する際の動作について説明する。

スイッチ故障診断部４０は、ＳＷ部３１の故障を診断する際には、診断信号（診断開始信号）を診断モード設定部３７及びＥＣＵ５０に出力する。ＥＣＵ５０は、診断信号を受信すると、バッテリ５の充電を停止する。

すなわち、ＥＣＵ５０は、ＳＷ部３１の故障診断中、交流電源１の電力によるバッテリ５の充電を禁止する。これにより、バッテリ５の充電中の交流ノイズが、カップリングコンデンサ２１に流れることで、スイッチ故障診断部４０が、ＳＷ部３１の状態を誤って判定することを防ぐ。

また、スイッチ故障診断部４０は、診断信号を受信すると、ＳＷオフ指令値をセレクトスイッチ部３８に出力し、ＳＷ部３１には、ＮＯＴ回路３９から論理値「０」が入力される。

そして、ＳＷオフ指令値がセレクトスイッチ部３８に入力しているときに、ＩＲ電圧検出部３２は、カップリングコンデンサ２１の電圧を検出する。ＳＷ部３１が正常である場合には、ＳＷ部３１は指令値どおり、オフ状態になり、カップリングコンデンサ２１の両端電圧は、一定値（ゼロ、又は、カップリングコンデンサ２１に蓄積された電荷による電圧値）になる。

一方、ＳＷ部３１にショート故障が発生している場合には、ＳＷ部３１はオン状態になり、カップリングコンデンサ２１の一端は、バッテリ５の負極側と電気的に導通する。そのため、ＳＷ部３１の正常時におけるカップリングコンデンサ２１の両端電圧と比較して、カップリングコンデンサ２１の両端電圧は、高くなり、不安定になる。

ＩＲ電圧検出部３２は、カップリングコンデンサ２１の両端電圧の検出電圧をスイッチ故障診断部４０に出力する。スイッチ故障診断部４０は、ＳＷ部３１の入力値がＯＦＦ指令値（論理値「０」）の時に、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧が閾値電圧以下である場合、または、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧の変動幅が所定値以下である場合には、ＳＷ部３１が正常であると判定する。閾値電圧は、ＳＷ部３１が正常であるときのカップリングコンデンサ２１の両端電圧を示し、予め設定される閾値である。また所定値は、ＳＷ部３１が正常であるときのカップリングコンデンサ２１の両端電圧の変動幅を示し、予め設定される電圧幅の閾値である。

スイッチ故障診断部４０は、ＳＷ部３１が正常であると判定した場合には、診断制御の終了を示す診断信号を、診断モード設定部３７及びＥＣＵ５０に出力する。また、スイッチ故障診断部４０は、バッテリ５の充電を許可するための信号（充電許可信号）をＥＣＵに出力する。

診断モード設定部３７は、診断終了を示す診断信号を受信した場合には、診断モードの設定を解除しつつ、ＳＷオフ指令値の出力を停止する。

一方、スイッチ故障診断部４０は、ＳＷ部３１の入力値がＯＦＦ指令値（論理値「０」）の時に、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧が閾値電圧より高い場合、または、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧の変動幅が所定値より大きい場合には、ＳＷ部３１にショート故障が発生している、と判定する。スイッチ故障診断部４０は、ＳＷ部３１がショート故障であると判定した場合には、診断終了を示す診断信号を、診断モード設定部３７及びＥＣＵ５０に出力する。また、スイッチ故障診断部４０は、バッテリ５の充電を禁止するための信号（充電禁止信号）をＥＣＵ５０に出力する。

そして、ＥＣＵ５０は、充電禁止信号を受信すると、バッテリ５の充電を禁止する。これにより、ＳＷ部３１の故障により絶縁の検知ができない場合には、バッテリ５の充電が禁止されるため、充電システムの安全性を高めることができる。

診断モードから通常モードに切り替わる場合において、ＳＷ部３１の指令値、ＳＷ部３１の状態、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧、及び充電許可信号（充電許可フラグ）の時間的な推移を、図３及び図４を用いて説明する。図３は、ＳＷ部３１の正常時の推移を示し、図４は、ＳＷ部３１のショート故障時の推移を示す。なお、図３及び図４の横軸は時間を示しており、時刻（ｔ_０）より前の時間は診断モードの時間帯を示し、時刻（ｔ_０）以降の時間は通常モードの時間を示す。

ＳＷ部３１の正常時では、ＳＷ指令値のオフ指令値に伴い、ＳＷ部３１の状態はオフ状態になる。そして、カップリングコンデンサ２１の両端電圧は一定値（Ｖ_Ｌ）で推移する。スイッチ故障診断部４０は、時刻（ｔ_０）までの時間帯で、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧が一定値（Ｖ_Ｌ）であることを確認して、ＳＷ部３１が正常であると判定する。そして、スイッチ故障診断部４０は、時刻（ｔ_０）の時点で、診断モードから通常モードに移行する。

通常モードに切り替わると、時刻ｔ_１の時点で、スイッチ故障診断部４０は充電許可信号（充電許可フラグ：ＯＮ）をＥＣＵ５０に出力する。そして、ＥＣＵ５０は、制御モード判定部３４にモード信号を出力することで、ＳＷ部３１には、オン状態の指令値（論理値「１」）が入力される。そして、ＳＷ部３１はオン状態になる。

ＳＷ部３１のショート故障時では、ＳＷ指令値のオフ指令値がＳＷ部３１に入力されても、ＳＷ部３１の状態はオン状態のままである。そのため、カップリングコンデンサ２１の両端電圧は、は一定値（Ｖ_Ｌ）より高いＶ_Ｈとなり、不安定な状態で推移する。スイッチ故障診断部４０は、時刻（ｔ_０）までの時間帯で、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧が一定値（Ｖ_Ｌ）より高く、または、不安定であることを確認して、ＳＷ部３１がショート故障であると判定する。そして、スイッチ故障診断部４０は、時刻（ｔ_０）の時点で、診断モードから通常モードに移行し、時刻（ｔ_１）の時点で、充電禁止信号（充電許可フラグ：ＯＦＦ）をＥＣＵ５０に出力する。

次に、バッテリ５の充電中、交流ノイズを検知する際の動作について説明する。図１に示すように、シングルコンバータ方式の充電システムでは、交流成分をもった充電電流がバッテリ５に流れる。そして、交流成分の電流は、バッテリ５に接続された地絡検知回路２０にもノイズとして流れる。そのため、ノイズの発生時には、カップリングコンデンサに印加される電圧波形が、図５に示すような波形となる。図５は、バッテリ５の充電中に発生したノイズがカップリングコンデンサ２１に入力された場合の電圧波形（Ｖｃ）を示す。

ここで、図６に示すように、制御モードは、停止モード、充電モード、及び停止モードの順で遷移したとする。図６は、制御モード、ＩＲ電圧検出部の検出電圧、及びＳＷ部３１の状態の時間的な推移を示している。

ＥＣＵ５０は、停止モードの信号（モード信号）を制御モード判定部３４に出力する。制御モード判定部３４は、停止モードから充電モードに遷移した場合には、論理値「０」を論理値「１」にする。フリップフロップ３６のリセット端子には、論理値「０」が入力される。フリップフロップ３６のセット端子に「１」が入力されると、フリップフロップ３６の出力はそのまま「１」を保持する。ＮＯＴ回路３９は、フリップフロップ３６の出力値（論理値「１」）を反転させて、論理値「０」をＳＷ部３１に出力する。そして、ＳＷ部３１はオフ状態になる。

制御モード判定部３４は、充電モードを維持している間、論理値「１」を出力する。フリップフロップ３６のリセット端子には、論理値「０」が継続して入力される。また、停止モードでは、バッテリ５は充電されないため、交流ノイズは、カップリングコンデンサ２１に流れない。ＩＲ電圧検出部３２で検出される検出電圧は、基準電圧（Ｖ_ｔｈ）より低くなり、比較器３３は、論理値「０」をフリップフロップ３６のセット端子に出力する。そのため、フリップフロップ３６は、論理値「０」を出力し、ＳＷ部３１はオン状態となる。

時刻ｔ_ａの時点で、制御モードが停止モードから充電モードに切り替わる。ＥＣＵ５０は、充電モードの信号を制御モード判定部３４に出力する。制御モード判定部３４は、モードの切り替わりにより、論理値「０」を論理値「１」にする。フリップフロップ３６のリセット端子には、論理値「０」が入力される。時刻（ｔ_ａ）の時点で、フリップフロップ３６は論理値「０」を保持しているため、リセット端子に論理値「１」が入力されても、Ｑ端子の論理値は「０」のままである。そのため、ＳＷ部３１はオン状態を維持する。

時刻ｔ_ａから時刻ｔ_ｂの間は、バッテリ５は充電されているが、カップリングコンデンサ２１の両端電圧が、交流ノイズを検知できる程度まで上昇していないため、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧は、基準電圧（Ｖ_ｔｈ）より低く、フリップフロップ３６のセット端子には、論理値「０」が入力される。また、制御モード判定部３４は、モードを切り替えた後は、論理値「１」を出力し、フリップフロップ３６のリセット端子には、論理値「０」が入力される。そのため、フリップフロップ３６は、論理値「０」を継続して出力し、ＳＷ部３１はオン状態を維持する。

時刻ｔ_ｂの時点で、カップリングコンデンサ２１の両端電圧が、交流ノイズを検知できる程度まで上昇し、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧は、基準電圧（Ｖ_ｔｈ）以上になる。そして、フリップフロップ３６のセット端子には、論理値「１」が入力される。制御モードは充電モードで維持されているため、制御モード判定部３４は、論理値「１」を出力し、フリップフロップ３６のリセット端子には、論理値「０」が入力される。すなわち、フリップフロップ３６のセット端子とリセット端子には、論理値「１」と「０」がそれぞれ入力され、フリップフロップ３６は、Ｑ端子の論理値を「０」から「１」にする。そして、ＳＷ部３１はオン状態からオフ状態に切り替わる。

時刻ｔ_ｂから時刻ｔ_ｃの間、制御モードは充電モードで維持されるため、フリップフロップ３６のリセット端子には、論理値「１」が入力されず、フリップフロップ３６はＱ端子の出力を論理値「１」で保持し、ＳＷ部３１はオフ状態を継続する。

時刻ｔ_ｃの時点で、制御モードが充電モードから停止モードに切り替わる。制御モード判定部３４は、モードの切り替わりにより、論理値「１」を論理値「０」にする。フリップフロップ３８のリセット端子には、論理値「１」が入力される。時刻（ｔ_ｃ）の時点で、フリップフロップ３８は保持していた論理値「１」をリセットして、論理値「０」をＮＯＴ回路３９に出力する。そして、ＳＷ部３１はオフ状態からオン状態に切り替わる。

すなわち、制御モードが充電モードであり、かつ、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧が基準電圧（Ｖ_ｔｈ）以上である場合に、ＳＷ部３１はオフ状態となる。そして、少なくとも制御モードが充電モードから充電モード以外のモード（停止モード）に切り替わるまでは、フリップフロップ３６が、ＳＷ部３１をオフ状態で保持するように、論理値「１」を保持する。これにより、本例は、バッテリ５の充電中、交流ノイズが閾値を超えた場合には、強電回路と弱電回路とを切断した状態を維持できる。そのため、例えば、バッテリ５の充電中、交流ノイズの振幅電圧が一時的に閾値より低くなった場合でも、切断状態が維持され、地絡検知回路２０を強電回路から確実に絶縁できる。また、交流ノイズが大きく変動する条件下においても、ＳＷ部３１の切替のチャタリングを回避できる。

次に、図７を用いて、本例の絶縁検知装置の制御フローを説明する。図７は、制御フローを示すフローチャートである。なお、図７において、ステップＳ４以降の制御フローはループさせているが、例えば交流電源１の電力による充電を停止させた場合には、ループを抜け出して、図７の制御フローを終了させる。

ステップＳ１にて、ＩＲ電圧検出部３２はカップリングコンデンサ２１の電圧を検出し、スイッチ故障診断部４０は、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧に基づいて、ＳＷ部３１の故障を診断する。ステップＳ２にて、スイッチ故障診断部４０は、ＳＷ部３１の故障の有無を判定する。ＳＷ部３１が故障していると判定された場合には、ステップＳ３にて、スイッチ故障診断部４０は、充電禁止信号をＥＣＵ５０に送信する。そして、ＥＣＵ５０はバッテリ５の充電を禁止して、図７の制御フローは終了する。

一方、ＳＷ部３１が故障していないと判定された場合には、ステップＳ４に進む。ステップＳ４にて、スイッチ故障診断部４０は充電許可信号をＥＣＵ５０に送信する。ステップＳ５にて、制御モード判定部３４は、ＥＣＵ５０から送信されるモード信号に基づき、制御モードを判定する。ステップＳ６にて、制御モード判定部３４は、充電モードであるか否かを判定する。制御モードが充電モードである場合には、ステップＳ７に進み、制御モードが停止モードである場合にはステップＳ１４に進む。

ステップＳ７にて、フリップフロップ３６で保持している論理値が「１」を保持しているか否かによって、交流ノイズが有る状態を保持しているか否かが判定される。「交流ノイズ有り」の状態が保持されている場合、すなわち、フリップフロップ３６の保持する論理値が「１」である場合には、ステップＳ８にて、ＳＷ部３１はオフ状態を維持することで、強電回路と弱電回路との間の切断状態を維持する。そして、ステップＳ５に戻る。

ステップＳ７において、「交流ノイズ有り」の状態が保持されていない場合、すなわち、フリップフロップ３６の保持する論理値が「０」である場合には、ステップＳ９にて、ＩＲ電圧検出部３２はカップリングコンデンサ２１の電圧を検出し、比較器３３は、ＩＲ電圧検出部の検出電圧と基準電圧（Ｖ_ｔｈ）とを比較することで、交流ノイズの発生の有無を検知する。ステップＳ１０にて、比較器３３から出力される論理値が「１」であるか否かによって、ノイズが発生しているか否かが判定される。ノイズ有りと判定された場合には、ステップＳ１１にて、フリップフロップ３６はＱ端子の出力を論理値「０」から論理値「１」に切り替えつつ、論理値「１」で保持することで、ノイズ有りの状態が保持される。ステップＳ１２にて、ＳＷ部３１はオン状態からオフ状態に切り替えて、強電回路と弱電回路との間を切断する。そして、ステップＳ５に戻る。

ステップＳ１０において、ノイズが無しと判定された場合には、ステップＳ１３にて、ＳＷ部３１はオン状態となり、強電回路と弱電回路との間は接続される。そして、ステップＳ５に戻る。

ステップＳ６において、制御モードが停止モードである場合には、ステップＳ１４にて、フリップフロップ３６のリセット端子にリセット信号（論理値「１」）が入力されて、フリップフロップ３６の論理値が「０」にリセットされる。これにより、ノイズ有りの状態がリセットされる。なお、停止モードの継続中は、ステップＳ６の「ＮＯ」に進んだ後、ステップＳ１４の制御フローは実行されず、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５にて、ＳＷ部３１はオン状態となり、強電回路と弱電回路との間は接続される。そして、ステップＳ５に戻る。

上記のように、本例は、地絡検知回路２０により、バッテリ５を含む強電回路の地絡を検知し、地絡検知回路に含まれる弱電回路と強電回路との間にＳＷ部３１を接続し、バッテリ５の充電中に、ＳＷ部のオン状態とオフ状態と切り替える。これにより、強電回路で発生したノイズが地絡検知回路２０に印加することで、地絡検知回路２０が誤って動作することを防ぐ。

また本例は、バッテリ５の充電により強電回路に印加される交流ノイズの電圧を、ＩＲ電圧検出部３２で検出し、ＩＲ電圧検出部３２の検出電圧が閾値電圧（Ｖ_ｔｈ）以上である場合に、ＳＷ部３１をオフ状態にする。これにより、バッテリ５の充電中に、交流ノイズが閾値を超えるまで高くなった場合に、強電回路と弱電回路とを切断できるため、適切な条件下で、充電システムの絶縁を検知できる。

また本例は、スイッチ故障診断部４０によりＳＷ部３１の故障を診断する。これにより、ＳＷ部の故障により、強電回路と弱電回路とを切断できない条件下においても、地絡検知回路２０の誤動作を防ぐことができる。

なお、本発明の変形例として、図８に示すように、絶縁検知装置１０は、上記の構成の他にセル電圧検出部４１を備えている。セル電圧検出部４１は、バッテリ５に含まれるセル電池の両端の電圧を検出する。セル電圧検出部４１は検出電圧を比較器３３に出力する。バッテリ５の充電中に、交流ノイズが発生し、ノイズによる交流電圧がバッテリ５に印加された場合には、セル電池の振幅電圧が高くなる。そのため、セル電池の電圧が、ノイズ検出用の閾値以上になることを検知することで、交流ノイズを検出できる。

また、本発明の他の変形例として、図９に示すように、セル電圧検出部４１は、バッテリ５の両端の電圧を測定してもよい。

上記のＳＷ部３１が本発明の「スイッチ」に相当し、ＩＲ電圧検出部３２又はセル電圧検出部が本発明の「電圧測定手段」に相当し、スイッチ故障診断部４０が本発明の「故障診断部」に相当し、比較器３３、制御モード判定部３４、ＮＯＴ回路３５、３９、フリップフロップ３６、診断モード設定部３７、及びセレクトスイッチ部３８が本発明の「制御手段」に相当する。

１…交流電源
２…スイッチ回路
３…モータ
４…コンバータ回路
５…バッテリ
１０…絶縁検知装置
３１…スイッチ（ＳＷ）部
３２…ＩＲ検出部
３３…比較器
３４…制御モード判定部
３５、３９…ＮＯＴ回路
３６…フリップフロップ
３７…診断モード設定部
３８…セレクトスイッチ
４０…スイッチ故障診断部

Claims (7)

1. 交流電源の電力に基づいて充電可能なバッテリに接続される絶縁検知装置において、
   前記バッテリを含む強電回路の地絡を検知する地絡検知回路と、
   前記地絡検知回路に含まれる弱電回路と前記強電回路との間に接続されるスイッチと、
   前記バッテリの充電中に、前記スイッチのオン状態とオフ状態とを切り替える制御手段と、
   前記バッテリの充電により前記強電回路に印加される交流成分の電圧を測定する電圧測定手段とを備え、
   前記制御手段は、前記電圧測定手段の測定電圧が所定の閾値電圧以上である場合に、前記スイッチをオフ状態にする
   ことを特徴とする絶縁検知装置。
2. 請求項１記載の絶縁検知装置において、
   前記電圧測定手段は前記強電回路と前記弱電回路の間の電圧を測定する
   ことを特徴とする絶縁検知装置。
3. 請求項１記載の絶縁検知装置において、
   前記電圧測定手段は、前記バッテリに含まれるセル電池の両端の電圧を測定する
   ことを特徴とする絶縁検知装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の絶縁検知装置において、
   前記制御手段は、
   前記バッテリの制御モードが充電モードであるか否かを判定する判定部と、
   前記制御モードが前記充電モードであり、かつ、前記電圧測定手段の測定電圧が所定の閾値電圧以上である場合に、前記スイッチをオフ状態に切り替える切替部と、
   少なくとも前記制御モードが前記充電モードから前記充電モード以外のモードとに切り替わるまでは、前記オフ状態を保持する保持機構とを有する
   ことを特徴とする絶縁検知装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の絶縁検知装置において、
   前記制御手段は、前記スイッチの故障を診断する故障診断部を有する
   ことを特徴とする絶縁検知装置。
6. 請求項５に記載の絶縁検知装置において、
   前記制御手段は、
   前記故障診断部により前記スイッチが故障したと判定した場合には、前記電力による前記バッテリの充電制御を禁止する
   ことを特徴とする絶縁検知装置。
7. 請求項５又は６に記載の絶縁検知装置において、
   前記制御手段は、
   前記スイッチの故障診断中、前記電力による前記バッテリの充電を禁止する
   ことを特徴とする絶縁検知装置。

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