JP7243494B2 - 絶縁抵抗検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁抵抗検出装置に関するものである。

この種の漏電判定装置（絶縁抵抗検出装置）としては、特許文献１に記載されているように、電池及び電気機器を含む電源回路が、グランドとしての車体に対して電気的に絶縁されている車載電源システムに適用されるものが知られている。電気機器は、電池に第１リレーを介して接続されるＤＣＤＣコンバータ、インバータ、回転電機、及び電池に第２リレーを介して接続される充電器を含む。

この絶縁抵抗検出装置は、電源回路に対して検出抵抗及びカップリングコンデンサを介して交流の電圧を出力した状態で、検出抵抗と、電源回路及び車体の間の絶縁抵抗成分とで分圧された交流信号の波高値を検出する。そして、絶縁抵抗検出装置は、検出した波高値と判定閾値とを比較することにより、電源回路と車体との間の漏電の有無を判定する。

特開２０１６－１２８７５３号公報

ところで、検出抵抗の電池側の接続点は、カップリングコンデンサを介しているものの、車両のコモン容量の変動の影響により、一時的に高電圧が印加される場合がある。このため、検出抵抗の電池側の接続点に接続されている信号入力部は、高耐圧設計が必要となり、回路の大型化し、それに伴いコストがかかるといった問題が生じていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路を小型化することができる絶縁抵抗検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するための手段は、直流電源の電源端子に接続された電源経路と接地部との間における絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出装置において、前記電源経路に一端が接続された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に接続された検出抵抗と、前記検出抵抗に接続され、前記検出抵抗に交流電流を印加する電流印加部と、前記交流電流の印加時、前記電流印加部と前記検出抵抗との間における接続点での電圧変動を検出する検出部と、前記交流電流と、前記検出部により検出された前記電圧変動に基づき、前記検出抵抗、前記カップリングコンデンサ、車両の絶縁抵抗及び対地静電容量を含む交流回路における複素インピーダンスを算出し、当該複素インピーダンスに基づいて絶縁抵抗を算出する演算部と、を備えた。

上記手段では、カップリングコンデンサと、検出抵抗との間ではなく、電流印加部と前記検出抵抗との間における接続点での電圧変動を検出するため、検出抵抗を介在させるだけ、検出部の耐圧を下げることができ、回路を小型化することができる。

車載モータ制御システムを示す電気回路図。 絶縁抵抗検出装置を示す電気回路図。 交流回路の等価回路を示す回路図。 複素インピーダンス特性を示す図。 （ａ）は、測定周波数と、複素インピーダンスの絶対値の関係性を示す図であり、（ｂ）は、測定周波数と、複素インピーダンスの位相の関係性を示す図。 測定処理の流れを示すフローチャート。 第２実施形態の複素インピーダンス特性を示す図。 （ａ）は、第２実施形態における測定周波数と複素インピーダンスの絶対値との関係性を示す図であり、（ｂ）は、第２実施形態の測定周波数と複素インピーダンスの位相との関係性を示す図。 第２実施形態の測定処理の流れを示すフローチャート。

（第１実施形態）
以下、回転電機を備える車両（例えば、ハイブリッド車や電気自動車）に「絶縁抵抗検出装置」を適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、本実施形態の車載モータ制御システムは、組電池１０、モータ２０、インバータ３０、及び絶縁抵抗検出装置５０を備えている。

組電池１０は、インバータ３０を介して、モータ２０に電気的に接続されている。組電池１０は、例えば百Ｖ以上となる端子間電圧を有する蓄電池であり、複数の電池モジュールが直列接続されて構成されている。電池モジュールは、複数の電池セルが直列接続されて構成されている。電池セルとして、例えば、リチウムイオン蓄電池や、ニッケル水素蓄電池を用いることができる。組電池１０が直流電源に相当する。

モータ２０は、車載主機であり、図示しない駆動輪と動力伝達可能とされている。本実施形態では、モータ２０として、３相の永久磁石同期モータを用いている。

インバータ３０は、相巻線の相数と同数の上下アームを有するフルブリッジ回路により構成されており、各アームに設けられたスイッチ（半導体スイッチング素子）のオンオフにより、各相巻線において通電電流が調整される。

インバータ３０には、図示しないインバータ制御装置が設けられており、インバータ制御装置は、モータ２０における各種の検出情報や、力行駆動及び発電の要求に基づいて、インバータ３０における各スイッチのオンオフにより通電制御を実施する。これにより、インバータ制御装置は、組電池１０からインバータ３０を介してモータ２０に電力を供給し、モータ２０を力行駆動させる。また、インバータ制御装置は、駆動輪からの動力に基づいてモータ２０を発電させ、インバータ３０を介して、発電電力を変換して組電池１０に供給し、組電池１０を充電させる。

組電池１０の正極側電源端子に接続される正極側電源経路Ｌ１には、インバータ３０等の電気負荷の正極側端子が接続されている。この正極側電源経路Ｌ１は、車体などの接地部Ｇ１に対して電気的に絶縁されている。この正極側電源経路Ｌ１と、接地部Ｇ１との間における絶縁状態（対地絶縁抵抗）を絶縁抵抗Ｒｐとして表すことができる。また。正極側電源経路Ｌ１と、接地部Ｇ１との間には、ノイズ除去用のコンデンサや浮遊容量等の対地静電容量（コモン容量）が存在し、これらをまとめて対地静電容量Ｃｐとして表す。

同様に、組電池１０の負極側電源端子に接続される負極側電源経路Ｌ２には、インバータ３０等の電気負荷の負極側端子が接続されている。この負極側電源経路Ｌ２は、接地部Ｇ１に対して電気的に絶縁されている。この負極側電源経路Ｌ２と、接地部Ｇ１との間における絶縁状態（対地絶縁抵抗）を絶縁抵抗Ｒｎとして表すことができる。また。負極側電源経路Ｌ２と、接地部Ｇ１との間には、ノイズ除去用のコンデンサや浮遊容量等の対地静電容量（コモン容量）が存在し、これらをまとめて対地静電容量Ｃｎとして表す。

なお、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎをまとめて絶縁抵抗Ｒｇと示す場合があり、また、対地静電容量Ｃｐ，Ｃｎをまとめて対地静電容量Ｃｇと示す場合がある。

絶縁抵抗検出装置５０は、正極側電源経路Ｌ１と負極側電源経路Ｌ２のうちいずれかに接続されており、絶縁抵抗Ｒｇを検出し、正極側電源経路Ｌ１及び負極側電源経路Ｌ２が接地部Ｇ１に対して正常に絶縁されているか否か、すなわち、漏電の有無を判定する。以下、絶縁抵抗検出装置５０について説明する。

まず、本実施形態における絶縁抵抗Ｒｇの検出方法の原理について説明する。絶縁抵抗検出装置５０は、図２に示すように、電源経路Ｌ１，Ｌ２に一端が接続されたカップリングコンデンサＣｓと、カップリングコンデンサＣｓの他端に接続された検出抵抗Ｒｓと、正弦波電流（交流電流）である交流信号Ｉを印加可能な正弦波電流印加装置５１（交流電源）と、を備えている。そして、正弦波電流印加装置５１は、検出抵抗Ｒｓ、カップリングコンデンサＣｓ及び組電池１０を介して、対地静電容量Ｃｇ及び絶縁抵抗Ｒｇに正弦波電流を出力（印加）可能に構成されている。このため、車載モータ制御システムにおいて、正弦波電流印加装置５１、カップリングコンデンサＣｓ、検出抵抗Ｒｓ、対地静電容量Ｃｇ及び絶縁抵抗Ｒｇは、図３に示す等価回路にて表すことができる。なお、組電池１０は、直流電源であり、その電気容量が対地静電容量Ｃｇの電気容量に対して十分大きく、省略可能であるため、この等価回路から省略している。

図３に示す等価回路において、正弦波電流印加装置５１から、正弦波電流である交流信号Ｉが出力された場合における検出電圧Ｖの変化について説明する。交流信号Ｉが流れた場合、その影響により接続点Ｍ２と接地部Ｇ１との間の検出電圧Ｖには、等価回路である交流回路の複素インピーダンス情報を反映した電圧変動が生じる。そこで、接続点Ｍ２における電圧変動のうち、印加した交流信号Ｉの測定周波数ｆに応じた電圧変動を抽出すれば、当該電圧変動に基づいて、交流回路の複素インピーダンスを算出することが可能である。

そして、この交流回路における複素インピーダンス特性は、図４のようになる。図４に示すように、複素インピーダンスの位相θがゼロ、つまり、複素インピーダンスの虚部Ｉｍ＿Ｚがゼロであるとき、複素インピーダンスの実部Ｒｅ＿Ｚ（又は絶対値｜Ｚ｜）が、検出抵抗Ｒｓ、又は絶縁抵抗Ｒｇと検出抵抗Ｒｓの合計値Ｒｔｏｔａｌに相当する値となることがわかる。このため、正弦波電流の測定周波数ｆを所定の周波数範囲内で走査することにより、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値を特定することができる。

上記原理に基づいて、絶縁抵抗検出装置５０は、複素インピーダンス特性を検出し、複素インピーダンスに基づいて、絶縁抵抗Ｒｇを検出可能に構成されている。以下、本実施形態における絶縁抵抗検出装置５０の構成及び測定処理について詳しく説明する。

図２に示すように、絶縁抵抗検出装置５０は、負極側電源経路Ｌ２に接続されるカップリングコンデンサＣｓと、カップリングコンデンサＣｓに接続される検出抵抗Ｒｓと、検出抵抗Ｒｓに接続され、交流信号Ｉを出力する電流印加部としての正弦波電流印加装置５１を備える。

正弦波電流印加装置５１、検出抵抗Ｒｓ及びカップリングコンデンサＣｓは直列接続されており、正弦波電流印加装置５１は、検出抵抗Ｒｓを介してカップリングコンデンサＣｓに接続されている。カップリングコンデンサＣｓは、負極側電源経路Ｌ２の接続点Ｍ１に接続されている。カップリングコンデンサＣｓは、低電圧回路である絶縁抵抗検出装置５０と、高電圧回路である組電池１０、インバータ３０、及びモータ２０との間で、入力の直流成分を遮断する一方、交流成分を通過させるものである。

また、絶縁抵抗検出装置５０は、検出抵抗Ｒｓと正弦波電流印加装置５１との間における接続点Ｍ２に接続され、接続点Ｍ２における電圧を取得するバンドパスフィルタ５２を備える。バンドパスフィルタ５２は、ロックインアンプ５３に接続されている。そして、バンドパスフィルタ５２は、接続点Ｍ２を介して、入力される信号（電圧信号）のうち、予め決められた周波数帯域の信号のみをロックインアンプ５３に出力する装置である。

また、絶縁抵抗検出装置５０は、検出部としてのロックインアンプ５３を備える。ロックインアンプ５３は、正弦波電流印加装置５１に接続されており、正弦波電流印加装置５１に対して、交流信号Ｉの出力を指示する電流指示部５４が設けられている。電流指示部５４は、後述する制御装置７０に接続されており、制御装置７０から指示された測定周波数ｆの交流信号Ｉ（正弦波電流）を出力させるように、正弦波電流印加装置５１に指示信号Ｓ１を出力する。

また、電流指示部５４は、第１の参照信号Ｒｅｆ１を掛算器５５に出力するように構成されている。第１の参照信号Ｒｅｆ１は、正弦波電流印加装置５１から出力される交流信号Ｉと同期して出力される測定周波数ｆの正弦波電流である。つまり、交流信号Ｉと、第１の参照信号Ｒｅｆ１とは、位相が同じとなるように設定されている。

また、電流指示部５４は、第２の参照信号Ｒｅｆ２を出力するように構成されている。第２の参照信号Ｒｅｆ２は、第１の参照信号Ｒｅｆ１に対して、９０度（９０°）位相がシフトされた正弦波電流である。つまり、第１の参照信号Ｒｅｆ１は、第２の参照信号Ｒｅｆ２に対して、その位相差が９０°となるように設定されている。なお、本実施形態では、電流指示部５４が、ロックインアンプ５３に設けられた位相シフト回路６１を介して、第１の参照信号Ｒｅｆ１を出力することにより、第２の参照信号Ｒｅｆ２を生成するようにしている。この第２の参照信号Ｒｅｆ２は、掛算器５８に出力される。

ロックインアンプ５３は、掛算器５５，５８、積分器５６，５９及びフィルタ５７，６０を備える。掛算器５５は、バンドパスフィルタ５２を介して入力した電圧変動（電圧信号）としての応答信号Ｖａと、第１の参照信号Ｒｅｆ１とを掛け合わせた掛算値Ｘを算出し、積分器５６に出力する。積分器５６は、入力した掛算値Ｘを平均化して、フィルタ５７を介して制御装置７０に出力する。フィルタ５７は、ローパスフィルタである。これにより、制御装置７０は、図３に示す交流回路の複素インピーダンスの実部Ｒｅ＿Ｚに比例した値を入力することとなる。

また、掛算器５８は、バンドパスフィルタ５２を介して入力した電圧変動としての応答信号Ｖａと、第２の参照信号Ｒｅｆ２とを掛け合わせた掛算値Ｙを算出し、積分器５９に出力する。積分器５９は、入力した掛算値Ｙを平均化して、フィルタ６０を介して制御装置７０に出力する。フィルタ６０は、ローパスフィルタである。これにより、制御装置７０は、図３に示す交流回路の複素インピーダンスの虚部Ｉｍ＿Ｚに比例した値を入力することとなる。

また、絶縁抵抗検出装置５０は、演算部としての制御装置７０を備える。制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等からなる周知のマイクロコンピュータを備えた電子制御装置であり、各種制御及び演算を実施する。例えば、制御装置７０は、交流信号Ｉの測定周波数ｆを設定し、正弦波電流印加装置５１から交流信号Ｉを出力させ、その結果を、ロックインアンプ５３を介して複素インピーダンスの実部Ｒｅ＿Ｚに比例した値、及び虚部Ｉｍ＿Ｚに比例した値として取得する。そして、制御装置７０は、ロックインアンプ５３から入力した複素インピーダンスの実部Ｒｅ＿Ｚに比例した値、及び虚部Ｉｍ＿Ｚに比例した値及び交流信号Ｉに基づいて、複素インピーダンスの位相θ及び絶対値｜Ｚ｜を算出する。また、制御装置７０は、交流信号Ｉの測定周波数ｆを順次変更し、各測定周波数ｆにおける複素インピーダンスを算出する。

なお、交流信号Ｉの測定周波数ｆを順次変更することにより、図４に示すような複素インピーダンス特性を複素平面上に表すことができる。また、図４に示す一点鎖線は、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値が低下した場合の複素インピーダンス特性である。

ここで、図５（ａ）に、複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜と、測定周波数ｆとの関係を図示する。また、図５（ｂ）に、複素インピーダンスの位相θと、測定周波数ｆとの関係を図示する。図５において、一点鎖線は、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値が低下した場合における関係を示している。

図５に示すように、測定周波数ｆを変化させていくと、所定範囲内で複素インピーダンスの位相θがゼロとなり、かつ、絶対値｜Ｚ｜が一定値となる２つの第２区間Ｔ２，第４区間Ｔ４が生じる。より詳しく説明すると、測定周波数ｆがゼロであるときから、第１の周波数ｆ１となるまでは、測定周波数ｆの増加に反比例して、複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜が減少する。以下、測定周波数ｆがゼロであるときから、第１の周波数ｆ１となるまでの区間を、第１区間Ｔ１と示す。また、測定周波数ｆが第１の周波数ｆ１であるときから、第２の周波数ｆ２となるまでは、測定周波数ｆの増加に関わらず、複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜が一定値となる。測定周波数ｆが第１の周波数ｆ１であるときから、第２の周波数ｆ２となるまでの区間を、第２区間Ｔ２と示す。

さらに、測定周波数ｆが第２の周波数ｆ２であるときから、第３の周波数ｆ３となるまでは、測定周波数ｆの増加に反比例して、複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜が減少する。測定周波数ｆが第２の周波数ｆ２であるときから、第３の周波数ｆ３となるまでの区間を、第３区間Ｔ３と示す。そして、測定周波数ｆが第３の周波数ｆ３よりも大きくなると、測定周波数ｆの増加に関わらず、複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜が一定値となる。測定周波数ｆが第３の周波数ｆ３よりも大きい区間を、第４区間Ｔ４と示す。

そして、第２区間Ｔ２及び第４区間Ｔ４では、図５（ｂ）に示すように、複素インピーダンスの位相θがゼロとなる。言い換えると、測定周波数ｆを変化させているにもかかわらず、絶対値｜Ｚ｜が一定値となっている場合、複素インピーダンスの位相θがゼロであると判断することも可能である。なお、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値が低下した場合であっても、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２は、それぞれ大きくなるものの、絶縁抵抗Ｒｇがゼロとならない限り、第２区間Ｔ２が生じる。

そして、図４で示したように、複素インピーダンスの位相θがゼロとなったときの絶対値｜Ｚ｜は、検出抵抗Ｒｓ又は検出抵抗Ｒｓと絶縁抵抗Ｒｇの合計値Ｒｔｏｔａｌのいずれかである。

そこで、本実施形態では、この特性を利用して、絶縁抵抗Ｒｇを特定するように構成されている。すなわち、制御装置７０は、交流信号Ｉの測定周波数ｆを変化させて、各測定周波数ｆにおける複素インピーダンスを算出する。そして、制御装置７０は、測定周波数ｆを変化させても絶対値｜Ｚ｜が一定値となる第２区間Ｔ２及び第４区間Ｔ４を特定する。次に、制御装置７０は、第２区間Ｔ２及び第４区間Ｔ４における絶対値｜Ｚ｜と検出抵抗Ｒｓとの比較に基づいて、検出抵抗Ｒｓと、合計値Ｒｔｏｔａｌのいずれであるかを特定する。そして、制御装置７０は、合計値Ｒｔｏｔａｌを特定した場合、当該合計値Ｒｔｏｔａｌから検出抵抗Ｒｓの値を減算することにより、絶縁抵抗Ｒｇを特定する。その後、制御装置７０は、絶縁抵抗Ｒｇと漏電閾値とを比較することにより、漏電しているか否かを判定する。また、制御装置７０は、算出結果及び漏電の判定結果を絶縁抵抗検出装置５０に接続されているＥＣＵ１００等に出力する。

ところで、第３区間Ｔ３は、角速度ωと対地静電容量Ｃｇの値（１／ωＣｇ）に依存して、変化する。例えば、対地静電容量Ｃｇが大きくなると、低周波数側に移動し、小さくなると、高周波数側に移動する。ここで、電源回路と車体との間に発生する対地静電容量Ｃｇは、電池に電気的に接続される電気機器の数に応じて変化する。そして、第３区間Ｔ３の変化に伴い、第２区間Ｔ２及び第４区間Ｔ４も変化することとなる。

しかしながら、対地静電容量Ｃｇの変化に基づいて第２区間Ｔ２～第４区間Ｔ４が変化したとしても、測定周波数ｆの測定範囲を十分な範囲とすれば、絶対値｜Ｚ｜が一定値となる第２区間Ｔ２及び第４区間Ｔ４は検出可能である。また、第２区間Ｔ２及び第４区間Ｔ４の変化により、当該第２区間Ｔ２及び第４区間Ｔ４における各絶対値｜Ｚ｜が変化することもない。したがって、本実施形態の絶縁抵抗Ｒｇの算出方法によれば、対地静電容量Ｃｇの変化が変化しても、絶対値｜Ｚ｜の算出精度、すなわち、絶縁抵抗Ｒｇの算出精度が低下することはない。

次に、絶縁抵抗検出装置５０による測定処理について図６に基づいて説明する。

絶縁抵抗検出装置５０の制御装置７０は、前回測定した複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜の値（以下、単に前回測定値｜Ｚｆ｜と示す）をリセットして、ゼロを設定する（ステップＳ１０１）。次に、制御装置７０は、測定周波数ｆとして予め決められた測定範囲内の周波数のうち最大値ｆｍａｘを設定する（ステップＳ１０２）。測定範囲は、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値を検出可能な範囲とされ、実験やシミュレーションなどにより設定される。

次に、制御装置７０は、ロックインアンプ５３に対して、測定周波数ｆを指示して、複素インピーダンス特性を検出させる（ステップＳ１０３）。すなわち、ロックインアンプ５３は、制御装置７０から測定周波数ｆが指定された場合、その電流指示部５４は、正弦波電流印加装置５１に対して、指定された測定周波数ｆの交流信号Ｉを出力させるように指示信号Ｓ１を出力する。これにより、正弦波電流印加装置５１は、検出抵抗Ｒｓに対して正弦波電流である交流信号Ｉを印加する。また、電流指示部５４は、測定周波数ｆの第１の参照信号Ｒｅｆ１を掛算器５５に出力するとともに、測定周波数ｆの第２の参照信号Ｒｅｆ２を掛算器５８に出力させる。

ロックインアンプ５３は、バンドパスフィルタ５２を介して接続点Ｍ２における検出電圧Ｖを取得し、当該検出電圧Ｖに含まれる電圧変動部分を応答信号Ｖａとしてロックインアンプ５３の掛算器５５，５８に出力する。そして、ロックインアンプ５３の掛算器５５は、応答信号Ｖａと第１の参照信号Ｒｅｆ１を掛け合わせた掛算値Ｘを、積分器５６及びフィルタ５７を通過させることにより、複素インピーダンスの実部Ｒｅ＿Ｚに比例した値を、制御装置７０に対して出力する。

同様に、ロックインアンプ５３の掛算器５８は、応答信号Ｖａと第２の参照信号Ｒｅｆ２を掛け合わせた掛算値Ｙを、積分器５９及びフィルタ６０を通過させることにより、複素インピーダンスの虚部Ｉｍ＿Ｚに比例した値を、制御装置７０に対して出力する。

制御装置７０は、複素インピーダンスの実部Ｒｅ＿Ｚに比例した値及び虚部Ｉｍ＿Ｚに比例した値を入力すると、これらの値及び交流信号Ｉに基づいて複素インピーダンスの実部Ｒｅ＿Ｚ及び虚部Ｉｍ＿Ｚを算出する。以上のように、ステップＳ１０３において、複素インピーダンスの実部Ｒｅ＿Ｚ及び虚部Ｉｍ＿Ｚが計測される。

次に、制御装置７０は、複素インピーダンスの実部Ｒｅ＿Ｚ及び虚部Ｉｍ＿Ｚに基づいて、複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜を算出するとともに、位相θを算出する（ステップＳ１０４）。

次に、制御装置７０は、今回算出した複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜と前回測定値｜Ｚｆ｜との差が、所定の閾値Ｚｔｈよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０５）。所定の閾値Ｚｔｈは、測定公差を考慮したゼロに近い値である。

この判定結果が否定の場合、制御装置７０は、測定周波数ｆを所定値減少させて、新たな測定周波数ｆを設定する（ステップＳ１０６）。それと共に、制御装置７０は、ステップＳ１０４で算出した絶対値｜Ｚ｜を、前回測定値｜Ｚｆ｜として設定する（ステップＳ１０７）。そして、制御装置７０は、ステップＳ１０３以降の処理を再び実行する。

したがって、ステップＳ１０５では、測定周波数ｆを変化させたにもかかわらず、絶対値｜Ｚ｜が前回測定値｜Ｚｆ｜から変化しているか否かを判定していることとなる。つまり、図５における第２区間Ｔ２又は第４区間Ｔ４のいずれかであるか否かを判定している。

ステップＳ１０５の判定結果が肯定の場合、制御装置７０は、ステップＳ１０４で算出した絶対値｜Ｚ｜が検出抵抗Ｒｓの抵抗値と一致するか否かを判定する（ステップＳ１０８）。なお、検出抵抗Ｒｓの抵抗値は、絶縁抵抗検出装置５０を設計する段階で選択可能であり、既知の値である。

この判定結果が否定の場合、制御装置７０は、絶対値｜Ｚ｜が合計値Ｒｔｏｔａｌであると判定し、絶対値｜Ｚ｜から検出抵抗Ｒｓを減算することにより、絶縁抵抗Ｒｇを算出する（ステップＳ１０９）。そして、測定処理を終了する。

一方、ステップＳ１０８の判定結果が肯定の場合、制御装置７０は、測定範囲内の周波数のうち最小値ｆｍｉｎよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１１０）。すなわち、ステップＳ１１０において、制御装置７０は、測定範囲内の周波数について、複素インピーダンスの算出を完了したか否かを判定していることとなる。

ステップＳ１１０の判定結果が否定の場合、制御装置７０は、ステップＳ１０６の処理に移行する。一方、ステップＳ１１０の判定結果が肯定の場合、制御装置７０は、絶縁抵抗Ｒｇがゼロである（すなわち、漏電している）と判定する（ステップＳ１１１）。そして、測定処理を終了する。

測定処理を終了すると、制御装置７０は、ＥＣＵ１００等に複素インピーダンスの算出結果や、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値を通知する。また、制御装置７０は、ステップＳ１０９において絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値が算出された場合、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値と、予め決められた漏電閾値とを比較して、漏電しているか否かを判定する。つまり、制御装置７０は、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値が予め決められた漏電閾値以下である場合、漏電していると判定する。そして、制御装置７０は、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値と漏電閾値との比較に基づいて漏電していると判定した場合、及びステップＳ１１１において、絶縁抵抗Ｒｇがゼロであると判定した場合、ＥＣＵ１００に漏電していることを通知する。

第１実施形態の絶縁抵抗検出装置５０は、以下の効果を有する。

正弦波電流印加装置５１は、検出抵抗Ｒｓに交流信号Ｉを印加するように構成されている。そして、バンドパスフィルタ５２は、正弦波電流印加装置５１と検出抵抗Ｒｓとの間における接続点Ｍ２の電圧を検出電圧Ｖとして取得するように構成されている。このため、カップリングコンデンサＣｓと検出抵抗Ｒｓとの間における電圧を検出する場合に比較して、検出抵抗Ｒｓだけ、バンドパスフィルタ５２やロックインアンプ５３の耐圧を下げることができ、回路を小型化することができる。

ロックインアンプ５３は、バンドパスフィルタ５２を介して、検出抵抗Ｒｓと正弦波電流印加装置５１との接続点Ｍ２における電圧変動を応答信号Ｖａとして取得する。そして、ロックインアンプ５３は、応答信号Ｖａと第１の参照信号Ｒｅｆ１とを掛け合わせた値、及び応答信号Ｖａと第１の参照信号Ｒｅｆ１とを掛け合わせた値に基づいて、複素インピーダンスの実部及び虚部にそれぞれ比例した値を制御装置７０に出力する。制御装置７０は、複素インピーダンスの実部及び虚部にそれぞれ比例した値に基づいて複素インピーダンスの実部及び虚部を算出し、当該複素インピーダンスに基づいて絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値を特定する。

以上のように、ロックインアンプ５３は、応答信号Ｖａと参照信号Ｒｅｆ１、Ｒｅｆ２とを掛け合わせることにより、検出電圧Ｖのうち、交流信号Ｉに応じた電圧変動部分のみを抽出し、ノイズを除去している。つまり、ロックインアンプ５３によるデジタル手法を用いたノイズ除去手段を採用している。このため、複素インピーダンスの算出精度を向上させることができる。また、バンドパスフィルタ５２等のアナログフィルタを簡素化することができ、小型化することが可能となる。

また、車両のノイズ周波数が変更されたとしても、測定周波数ｆの測定範囲や、ロックインアンプ５３のローパスフィルタであるフィルタ５７，６０をソフトウェア的に変更すれば、ノイズを適切に除去することが可能となる。すなわち、バンドパスフィルタ５２等のアナログフィルタを変更することなく、車種の違いによらず、絶縁抵抗検出装置５０の共通設計が可能となる。

対地静電容量Ｃｇが変化に伴い、図５に示す第２区間Ｔ２～第４区間Ｔ４も変化する。しかしながら、対地静電容量Ｃｇの変化に基づいて第２区間Ｔ２～第４区間Ｔ４が変化したとしても、測定周波数ｆの測定範囲を十分な範囲とすれば、絶対値｜Ｚ｜が一定値となる第２区間Ｔ２及び第４区間Ｔ４区間は検出可能である。また、第２区間Ｔ２～第４区間Ｔ４が変化しても、当該第２区間Ｔ２～第４区間Ｔ４における絶対値｜Ｚ｜が変化することもない。

そこで、所定の測定範囲で交流信号Ｉの測定周波数ｆを順次変更するように正弦波電流印加装置５１を構成した。また、測定周波数ｆが変更されたにもかかわらず、絶対値｜Ｚ｜が変化しない第２区間Ｔ２及び第４区間Ｔ４のうち、当該絶対値｜Ｚ｜が、検出抵抗Ｒｓの抵抗値と一致しない第２区間Ｔ２を特定するように制御装置７０を構成した。すなわち、制御装置７０は、測定周波数ｆが変更されたにもかかわらず、絶対値｜Ｚ｜が変化しない場合であって、当該絶対値｜Ｚ｜が、検出抵抗Ｒｓの抵抗値と一致しない場合、当該絶対値｜Ｚ｜が、合計値Ｒｔｏｔａｌであると判断する。このため、対地静電容量Ｃｇの変化が変化しても、絶対値｜Ｚ｜の算出精度、すなわち、絶縁抵抗Ｒｇの算出精度が低下することを防止することができる。よって、精度よく漏電を判定することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の絶縁抵抗検出装置５０について説明する。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

第１実施形態において説明したように、複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜と測定周波数ｆの関係は、図５に図示する通りである。ここで、複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜が測定周波数ｆに反比例して変化する第１区間Ｔ１は、角速度ωとカップリングコンデンサＣｓの値（１／ωＣｓ）に依存して、変化する。例えば、カップリングコンデンサＣｓが小さくなると、図８に示すように、高周波数側に移動していく。

そして、カップリングコンデンサＣｓを小さくし過ぎると、測定周波数ｆの変化に関わらず、複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜が変化しない第２区間Ｔ２が存在しなくなる、若しくは、第２区間Ｔ２が短すぎて、判定が困難となる。つまり、カップリングコンデンサＣｓを小さくし過ぎると、図７の複素平面に示すように、検出抵抗Ｒｓと絶縁抵抗Ｒｇの合計値Ｒｔｏｔａｌを検出することができなくなる。このため、第１実施形態の検出方法を採用する場合、カップリングコンデンサＣｓをある程度の大きさを維持しなくてはならないという課題があった。そこで、第２実施形態では、カップリングコンデンサＣｓを小型化しても絶縁抵抗Ｒｇを検出することができるように、測定処理に対して、変更を加えている。以下、詳しく説明する。

まず、カップリングコンデンサＣｓの容量を小さくしても、つまり、合計値Ｒｔｏｔａｌに対応する第２区間Ｔ２が存在しなくなっても、絶縁抵抗Ｒｇが検出可能であることの原理について説明する。

図７に示すように、複素インピーダンスの虚部Ｉｍ＿Ｚがゼロであり、実部Ｒｅ＿Ｚが検出抵抗Ｒｓに相当する点Ｐ１と、虚部Ｉｍ＿Ｚがゼロであり、実部Ｒｅ＿Ｚが合計値Ｒｔｏｔａｌに相当する点Ｐ２との間において、複素インピーダンス特性は、半円を描くような軌跡となる。このため、点Ｐ１と点Ｐ２との中間点Ｐ３において、複素インピーダンスの虚部Ｉｍ＿Ｚは、極大値となることがわかる。なお、複素インピーダンスの位相θが最大となる点Ｐ４は、中間点Ｐ３に対して若干ずれることがわかっている。

したがって、複素インピーダンスの虚部Ｉｍ＿Ｚが、極大値となる中間点Ｐ３における複素インピーダンスの実部Ｒｅ＿Ｚを特定することができれば、検出抵抗Ｒｓは既知であるため、絶縁抵抗Ｒｇを特定することが可能である。具体的には、中間点Ｐ３における複素インピーダンスの実部Ｒｅ＿Ｚから検出抵抗Ｒｓを減算した値を２倍すれば、絶縁抵抗Ｒｇを特定することができる。以上の原理に基づいて、測定処理を図９に示すようにしている。

絶縁抵抗検出装置５０の制御装置７０は、前回測定した複素インピーダンスの虚部Ｉｍ＿Ｚの値（以下、単に前回虚部Ｉｍ＿Ｚｆと示す）をリセットして、ゼロを設定する（ステップＳ２０１）。ステップＳ２０２～ステップＳ２０４の処理は、第１実施形態の測定処理におけるステップＳ１０２～Ｓ１０４と同じであるので、説明を省略する。

ステップＳ２０４の処理後、制御装置７０は、今回算出した複素インピーダンスの虚部Ｉｍ＿Ｚと前回虚部Ｉｍ＿Ｚｆとの差が、所定の閾値Ｚｔｈよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２０５）。所定の閾値Ｚｔｈは、測定公差を考慮したゼロに近い値である。ステップＳ２０５では、測定周波数ｆを変化させたにもかかわらず、今回の虚部Ｉｍ＿Ｚが、前回虚部Ｉｍ＿Ｚｆから変化しているか否かを判定していることとなる。つまり、虚部Ｉｍ＿Ｚが極大値となっているか否かを判定している。

この判定結果が否定の場合、制御装置７０は、測定周波数ｆを所定値減少させて、新たな測定周波数ｆを設定する（ステップＳ２０６）。それと共に、制御装置７０は、ステップＳ２０４で算出した虚部Ｉｍ＿Ｚを、前回虚部Ｉｍ＿Ｚｆとして設定する（ステップＳ２０７）。そして、制御装置７０は、ステップＳ２０３以降の処理を再び実行する。

ステップＳ２０５の判定結果が肯定の場合、制御装置７０は、ステップＳ２０３で算出した複素インピーダンスの実部Ｒｅ＿Ｚが検出抵抗Ｒｓの抵抗値と一致するか否かを判定する（ステップＳ２０８）。

この判定結果が否定の場合、制御装置７０は、複素インピーダンスの実部Ｒｅ＿Ｚから検出抵抗Ｒｓを減算し、減算した値を２倍することにより得られた値を、絶縁抵抗Ｒｇとして算出する（ステップＳ２０９）。そして、測定処理を終了する。

一方、ステップＳ２０８の判定結果が肯定の場合、制御装置７０は、ステップＳ２１０以降の処理を実施する。ステップＳ２１０以降の処理は、第１実施形態における測定処理のステップＳ１１０以降の処理と同じであるため、説明を省略する。

この第２実施形態における絶縁抵抗検出装置５０では、以下のような効果を有する。

測定周波数ｆは、測定範囲内で順次変更されるように構成されており、制御装置７０は、算出した複素インピーダンスの虚部Ｉｍ＿Ｚが極大値となったか否かを判定する。そして、制御装置７０は、算出した複素インピーダンスの虚部Ｉｍ＿Ｚが極大値となったときの複素インピーダンスの実部Ｒｅ＿Ｚから検出抵抗Ｒｓを減算し、その結果を２倍した値を絶縁抵抗Ｒｇとして、特定することができる。そして、カップリングコンデンサＣｓの容量が、対地静電容量Ｃｇよりも大きければ、虚部Ｉｍ＿Ｚが極大値を特定することができる。

したがって、カップリングコンデンサＣｓを小さくして、第２区間Ｔ２を特定できなくなったとしても、カップリングコンデンサＣｓの容量が、対地静電容量Ｃｇよりも大きければ、極大値を特定し、当該極大値における実部Ｒｅ＿Ｚから絶縁抵抗Ｒｇを特定することができる。このため、カップリングコンデンサＣｓを、第１実施形態よりも小さくすることができ、回路をより小型化することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態を以下のように変更してもよい。

・上記実施形態において、絶縁抵抗検出装置５０は、絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値を通知し、ＥＣＵ１００等に当該絶縁抵抗Ｒｇの抵抗値に基づいて漏電を判定させてもよい。

・上記第１実施形態では、測定処理のステップＳ１０５において、複素インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜が一定値となっているか否かを判定したが、この別例として、複素インピーダンスの位相θがゼロ（又は、測定公差を考えてゼロ付近の値）となっているか否かを判定してもよい。また、この別例として、測定周波数ｆが変化しても、一定期間、複素インピーダンスの位相θがゼロであるか否かを判定するようにしてもよい。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０…組電池、５０…絶縁抵抗検出装置、５１…正弦波電流印加装置、５３…ロックインアンプ、７０…制御装置、Ｇ１…接地部、Ｒｇ…絶縁抵抗、Ｒｓ…検出抵抗。

Claims (4)

1. 直流電源（１０）の電源端子に接続された電源経路（Ｌ１，Ｌ２）と接地部（Ｇ１）との間における絶縁抵抗（Ｒｇ）を検出する絶縁抵抗検出装置（５０）において、
   前記電源経路に一端が接続されたカップリングコンデンサ（Ｃｓ）と、
   前記カップリングコンデンサの他端に接続された検出抵抗（Ｒｓ）と、
   前記検出抵抗に接続され、前記検出抵抗に交流電流を印加する電流印加部（５１）と、
   前記交流電流の印加時、前記電流印加部と前記検出抵抗との間における接続点（Ｍ２）での電圧変動を検出する検出部（５３）と、
   前記交流電流と、前記検出部により検出された前記電圧変動に基づき、前記検出抵抗、前記カップリングコンデンサ、車両の絶縁抵抗及び対地静電容量を含む交流回路における複素インピーダンスを算出し、当該複素インピーダンスに基づいて絶縁抵抗を算出する演算部（７０）と、を備え、
   前記電流印加部は、所定の測定範囲内で前記交流電流の周波数を順次変更するように構成されており、
   前記演算部は、前記交流電流の周波数が変更されたにもかかわらず、前記複素インピーダンスの絶対値が変化しない場合であって、当該複素インピーダンスの絶対値が、前記検出抵抗の抵抗値と一致しない場合、当該複素インピーダンスの絶対値に基づいて前記絶縁抵抗を算出する絶縁抵抗検出装置。
2. 直流電源（１０）の電源端子に接続された電源経路（Ｌ１，Ｌ２）と接地部（Ｇ１）との間における絶縁抵抗（Ｒｇ）を検出する絶縁抵抗検出装置（５０）において、
   前記電源経路に一端が接続されたカップリングコンデンサ（Ｃｓ）と、
   前記カップリングコンデンサの他端に接続された検出抵抗（Ｒｓ）と、
   前記検出抵抗に接続され、前記検出抵抗に交流電流を印加する電流印加部（５１）と、
   前記交流電流の印加時、前記電流印加部と前記検出抵抗との間における接続点（Ｍ２）での電圧変動を検出する検出部（５３）と、
   前記交流電流と、前記検出部により検出された前記電圧変動に基づき、前記検出抵抗、前記カップリングコンデンサ、車両の絶縁抵抗及び対地静電容量を含む交流回路における複素インピーダンスを算出し、当該複素インピーダンスに基づいて絶縁抵抗を算出する演算部（７０）と、を備え、
   前記電流印加部は、所定の測定範囲内で前記交流電流の周波数を順次変更するように構成されており、
   前記演算部は、算出した複素インピーダンスの虚部が極大値となったときにおける複素インピーダンスの実部から前記検出抵抗の抵抗値を減算し、その結果を２倍した値に基づいて前記絶縁抵抗の抵抗値を特定する絶縁抵抗検出装置。
3. 前記検出部は、前記交流電流に同期して出力される第１の参照信号と前記電圧変動との掛算値、及び前記交流電流に対して所定角度位相がずらされた第２の参照信号と前記電圧変動との掛算値を算出するように構成されており、
   前記演算部は、前記検出部により算出された掛算値に基づいて、前記複素インピーダンスを算出する請求項１又は２に記載の絶縁抵抗検出装置。
4. 前記第１の参照信号は、前記第２の参照信号に対してその位相差が９０°である請求項３に記載の絶縁抵抗検出装置。

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