KR101361935B1

KR101361935B1 - 차량용 절연 저항 검출 장치

Info

Publication number: KR101361935B1
Application number: KR1020127009339A
Authority: KR
Inventors: 나오히사 모리모토
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: JPWO2012029214A1; US8878543B2; US20120280697A1; KR20120068904A; CN102687026B; EP2613162A1; JP4917192B1; EP2613162B1; WO2012029214A1; CN102687026A; EP2613162A4

Abstract

차량용 절연 저항 검출 장치는, 주기 신호를 생성하는 주기 신호 생성부와, 일단에 주기 신호가 인가되는 제 1 저항과, 제 1 저항의 타단에 일단이 접속되고, 타단이 고전압 회로에 접속된 제 1 캐패시터와, 제 1 저항의 타단에 일단이 접속된 제 2 캐패시터와, 제 2 캐패시터의 타단에 일단이 접속되고, 타단이 저전압 회로의 회로 그라운드인 저압 그라운드에 접속된 제 2 저항과, 제 2 캐패시터의 타단으로부터 제 2 캐패시터의 일단으로 향하는 방향이 순방향으로 되는 방향의 다이오드와 제 3 저항이 직렬로 접속되어 구성되고, 또한 제 2 캐패시터와 병렬로 접속된 직렬 회로와, 상기 저압 그라운드와 상기 제 2 캐패시터의 타단 사이의 전압을 검출 신호로서 검출하는 전압 검출부와, 검출 신호의 진폭에 근거하여, 절연 저항의 저항값을 검출하는 절연 저항 검출부를 구비하였다.

Description

차량용 절연 저항 검출 장치{INSULATION RESISTANCE DETECTION DEVICE FOR VEHICLE}

본 발명은 저전압 회로와 고전압 회로간의 절연 저항을 검출하는 차량용 절연 저항 검출 장치에 관한 것이다.

최근, 엔진과 전기 모터를 병용한 하이브리드 자동차가 널리 이용되고, 전기 자동차의 이용도 확대되고 있다. 이러한, 전기 모터를 동력원으로서 이용하는 차량은 모터 구동용의 전원으로서 고전압, 예컨대 288V~600V 정도의 전압을 출력하는 고전압 전원을 구비하고 있다. 이러한 고전압 전원은, 예컨대 리튬 이온 2차 전지나 니켈 수소 2차 전지 등의 2차 전지가 복수 직렬 접속된 조전지(組電池)에 의해서 구성되어 있다.

그리고, 이러한 고전압 전원으로부터 전원 전압이 공급되는 모터나 인버터, 혹은 이들에 전원 전압을 배전하는 배선 등, 고전압 전원에 접속된 회로인 고전압 회로는 차체와는 절연되어 있다. 이것에 의해, 차체에 접촉된 사용자가 감전되는 것을 방지하는 구조로 되어 있다.

또, 예컨대 차 내의 스테레오나 조명, 카 내비게이션(car navigation) 장치 등의 전기 기기류나, ECU(Electronic Control Unit) 등의 저전압으로 동작하는 기기에 전원 전압을 공급하기 위해서, 예컨대 12V의 납축전지가 저전압 전원으로서 차량에 탑재되어 있다. 그리고, 차량의 차체가, 이 저전압 전원으로부터 전원 전압이 공급되는 전기 기기류나 ECU 등의 저전압 회로의 회로 그라운드로 되어 있다. 즉, 차체는, 저전압 회로의 일부인 회로 그라운드를 구성하고 있어, 고전압 회로와 저전압 회로은 절연되어 있다.

그리고, 이러한 고전압 부분을 구비한 차량에 있어서, 고전압 회로와 차체(저전압 회로)간의 절연 저항값을 측정하는 절연 저항 검출 회로가 이용되고 있다. 예컨대 케이블의 피복이 벗겨져 차체에 접촉하는 등, 누전의 발생에 의해 고전압 회로와 차체간의 절연 저항이 저하하면, 이러한 절연 저항값의 저하가 절연 저항 검출 회로에 의해 검출되어, 차량 내의 인스트루먼트 패널에 있는 경고등이 점등되므로, 승무원이나 서비스 맨에게 주의를 촉구하게 되어 있다.

이러한 절연 저항 검출 회로로서, 종래, 측정용의 교류 신호를 저항과 캐패시터(이하, 결합 캐패시터라고 부름)를 거쳐서 고전압 회로에 출력하고, 저항과 결합 캐패시터의 접속점에 생긴 전압을 A/D 컨버터로 검출하여, 그 검출 전압의 신호 진폭으로부터 절연 저항을 검출하는 기술이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이러한 절연 저항 검출 회로 자체는 저전압 회로이기 때문에, 결합 캐패시터를 거쳐서 절연 저항 검출 회로와 고전압 회로를 접속함으로써, 직류 전류를 차단하여, 고전압 회로와 저전압 회로간의 절연을 유지하게 되어 있다.

이러한 절연 저항 검출 회로에서는, 결합 캐패시터와 절연 저항의 직렬 임피던스와 상기 저항에 의한 분압비에 따라, 상기 신호 진폭이 변화하기 때문에, 신호 진폭으로부터 절연 저항을 검출할 수 있다.

그러나, 상술한 절연 저항 검출 회로에서는, 누전이 생긴 순간은, 고전압 전원의 고전압에 의해서, 결합 캐패시터의 절연 저항 검출 회로측의 전압(전위)이 순간적으로 변동하기 때문에, A/D 컨버터에 입력되는 직류 전위가 수백 볼트 변화된다. 그렇게 하면, A/D 컨버터의 입력 전압 범위는 통상 5V~10V정도이기 때문에, 결합 캐패시터의 전압이 A/D 컨버터의 입력 전압 범위 외로 되어 버려, 상기 신호 진폭을 검출할 수 없게 되어 버린다.

그 후, 결합 캐패시터가 그 시정수에 따라, 측정용의 교류 신호에 의해 충방전되고, 결합 캐패시터의 전압이 A/D 컨버터의 입력 전압 범위 내로 돌아올 때까지 A/D 컨버터에 의해 상기 신호 진폭을 검출할 수 없기 때문에, 절연 저항을 검출하는 것도 불가능하다. 그렇게 하면, 누전 등에 의해서 절연 저항이 저하하고 나서, 승무원이나 서비스 맨에게 경고를 발하기까지 시간 지연이 생기게 되어 문제이다.

이 시간 지연은, 결합 캐패시터의 충방전에 관련한 시정수에 의해 생기고 있으므로, 결합 캐패시터의 정전 용량을 작게 하면, 누전의 발생으로부터 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 지연 시간을 단축할 수 있다고 생각할 수 있다.

그러나, 결합 캐패시터의 정전 용량을 작게 하면, 차량 주행시의 노이즈나 인버터 노이즈 등의 영향으로 결합 캐패시터의 전압이 변동하기 쉬워져, 절연 저항의 오검출이나 오동작이 생기기 쉬워진다고 하는 문제가 있었다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2004－104923호 공보

본 발명의 목적은, 결합 캐패시터의 정전 용량을 작게 하는 일없이, 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간을 단축할 수 있는 차량용 절연 저항 검출 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 국면에 따른 차량용 절연 저항 검출 장치는, 저전압 회로와 고전압 회로간의 절연 저항을 검출하는 차량용 절연 저항 검출 장치로서, 미리 설정된 설정 주파수를 갖는 주기 신호를 생성하는 주기 신호 생성부와, 상기 주기 신호 생성부에 일단(一端)이 접속되고, 당해 일단에 상기 주기 신호가 인가되는 제 1 저항과, 상기 제 1 저항의 타단에 일단이 접속되고, 타단이 상기 고전압 회로에 접속된 제 1 캐패시터와, 상기 제 1 저항의 타단에 일단이 접속된 제 2 캐패시터와, 상기 제 2 캐패시터의 타단에 일단이 접속되고, 타단이 상기 저전압 회로의 회로 그라운드인 저압 그라운드에 접속된 제 2 저항과, 상기 제 2 캐패시터의 타단으로부터 상기 제 2 캐패시터의 일단으로 향하는 방향이 순방향으로 되는 방향의 다이오드와 제 3 저항이 직렬로 접속되어 구성되고, 또한 상기 제 2 캐패시터와 병렬로 접속된 직렬 회로와, 상기 저압 그라운드와 상기 제 2 캐패시터의 타단 사이의 전압을 검출 신호로서 검출하는 전압 검출부와, 상기 검출 신호의 진폭에 근거하여, 상기 절연 저항의 저항값을 검출하는 절연 저항 검출부를 구비한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 절연 저항 검출 장치를 구비한 차량의 구성의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 절연 저항 검출 장치의 동작을 시뮬레이션하는 것에 의해서 얻어진 검출 신호와 검출값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 도 1에 나타내는 절연 저항 검출 장치의 동작을 시뮬레이션하는 것에 의해서 얻어진 검출 신호와 검출값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 1에 나타내는 절연 저항 검출 장치의 동작을 시뮬레이션하는 것에 의해서 얻어진 검출 신호와 검출값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1에 나타내는 절연 저항 검출 장치의 동작을 시뮬레이션하는 것에 의해서 얻어진 검출 신호와 검출값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 1에 나타내는 절연 저항 검출 장치의 동작을 시뮬레이션하는 것에 의해서 얻어진 검출 신호와 검출값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 비교예에 따른 절연 저항 검출 장치를 나타내는 회로도이다.
도 8은 도 7에 나타내는 비교예의 동작을 시뮬레이션하는 것에 의해서 얻어진 검출 신호와 검출값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 7에 나타내는 비교예의 동작을 시뮬레이션하는 것에 의해서 얻어진 검출 신호와 검출값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 7에 나타내는 비교예의 동작을 시뮬레이션하는 것에 의해서 얻어진 검출 신호와 검출값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 7에 나타내는 비교예의 동작을 시뮬레이션하는 것에 의해서 얻어진 검출 신호와 검출값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 7에 나타내는 비교예의 동작을 시뮬레이션하는 것에 의해서 얻어진 검출 신호와 검출값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 실시예와 비교예에서, 누전되었을 때의 저항값 r과 절연 저항의 검출 가능 시간의 관계를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명에 따른 실시 형태를 도면에 근거하여 설명한다. 또, 각 도면에 있어서 동일한 부호를 부여한 구성은 동일한 구성인 것을 나타내고, 그 설명을 생략한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 절연 저항 검출 장치를 구비한 차량의 구성의 일례를 나타내는 회로도이다. 도 1에 나타내는 차량(1)은, 예컨대 하이브리드 자동차나 연료 전지차 등의 전기 자동차이다. 또, 차량에는, 하이브리드 자동차나 연료 전지차 외에, 내연 기관을 이용하지 않는 전기 자동차, 및 전동 이륜차 등, 여러 차량이 포함된다.

도 1에 나타내는 차량(1)은 모터(4), 조전지(3), 인버터(5), 전압 감시 회로(6), 2차 전지(7), 및 절연 저항 검출 장치(2)를 구비하고 있다. 절연 저항 검출 장치(2)는 차량용 절연 저항 검출 장치의 일례이다. 절연 저항 검출 장치(2)는 주기 신호 생성부(21), AD(Analog Digital) 컨버터(22)(전압 검출부), 절연 저항 검출부(23), LED(Light Emitting Diode)(24), 저항 R1(제 1 저항), 결합 캐패시터 C1(제 1 캐패시터), 캐패시터 C2(제 2 캐패시터), 저항 R2(제 2 저항), 정전압원 E1(중간 전압 생성부), 저항 R3(제 3 저항), 다이오드 D, 저항 R4, 및 캐패시터 C3을 구비하고 있다.

그리고, 조전지(3)와, 조전지(3)에 접속된 모터(4), 인버터(5), 및 전압 감시 회로(6)의 일부에 의해서 고전압 회로(101)가 구성되어 있다. 또한, 2차 전지(7)와, 2차 전지(7)에 접속된 절연 저항 검출 장치(2), 및 전압 감시 회로(6)의 일부에 의해서 저전압 회로(102)가 구성되어 있다. 고전압 회로(101)는, 저전압 회로(102)보다 높은 전압을 이용하는 회로이며, 사용자의 감전을 방지할 수 있도록 저전압 회로(102)와는 절연되어 있다. 전압 감시 회로(6)는 고전압 회로(101)와 저전압 회로(102) 사이에 걸쳐 마련되어 있다.

절연 저항 검출 장치(2)는, 고전압 회로(101)와 저전압 회로(102) 사이의 저항인 절연 저항 R의 저항값 r을 측정하고, 그 저항값 r에 근거하여 누전의 발생을 검출한다.

조전지(3)는 복수의 2차 전지(31), 예컨대 1개에서 1.2V를 출력하는 니켈 수소 2차 전지가 복수, 예컨대 240개~500개 정도 직렬로 접속되어, 288V~600V 정도의 고전압을 출력한다. 또, 연료 전지차의 경우는, 조전지(3) 대신에 연료 전지가 이용된다.

인버터(5)는 조전지(3)로부터 출력된 직류 전압을 모터 구동용의 3상 전원 전압 U, V, W로 변환한다. 인버터(5)의 스위칭 주파수는, 예컨대 1㎑~50㎑로 되어 있다.

전압 감시 회로(6)는, 예컨대 AD 컨버터를 이용하여 구성되어 있으며, 조전지(3)의 단자 전압, 혹은 조전지(3)를 구성하는 개개의 2차 전지(31)의 단자 전압을 측정하고, 도면에서 생략한 ECU에 출력한다. 이 ECU는, 전압 감시 회로(6)에 의해 측정된 조전지(3)나 각 2차 전지(31)의 단자 전압에 따라, 조전지(3)의 충방전을 제어하거나 인버터(5)의 동작을 제어하거나 한다. 전압 감시 회로(6)에는, 조전지(3)와는 별도로 설치된 2차 전지(7)로부터 동작용 전원 전압이 공급되고 있다.

2차 전지(7)는 저전압 회로(102)용의 저전압 전원이며, 예컨대 12V의 납축전지에 의해 구성되어 있다. 2차 전지(7)가 출력하는 직류 12V의 전원 전압이나, 혹은 이 전원 전압이 도면에서 생략한 전원 회로에 의해서 예컨대 5V의 전원 전압으로 되고, 이러한 전원 전압이 저전압 회로(102)의 각부의 동작용 전원 전압으로서 공급되고 있다.

그리고, 2차 전지(7)는, 그 음극이 차량(1)의 차체에 접속되고, 그 차체가 저전압 회로(102)의 회로 그라운드인 저압 그라운드 B로 되어 있다. 그렇게 하면, 조전지(3)는 전압 감시 회로(6)의 내부 저항을 거쳐서 저압 그라운드 B, 즉 차체에 접속되게 된다.

도 1에 있어서, 저항(8)은 전압 감시 회로(6)의 내부 저항 등에 의해 생긴 저항을 나타내고 있다. 저항(8)은, 예컨대 조전지(3)의 출력 전압이 400V인 경우, 정상시(저항(9)이 오픈)에 있어서, 저항(8)을 흐르는 전류가 예컨대 1㎃ 이하로 되도록, 500㏀ 이상의 저항값으로 되어 있다. 1㎃는 인체의 감지 전류인 3~4㎃보다 충분히 작은 전류값이다

또한, 저항(9)은, 조전지(3)의 양극 단자(32)에 접속된 배선 L1이나 조전지(3)의 음극 단자(33)에 접속된 배선 L2가 누전 사고에 의해 저압 그라운드 B인 차체에 접촉하면, 누전 저항으로서 생긴 저항(9)이 저항(8)과 병렬로 접속된다. 절연 저항 R은 저항(8)과 저항(9)이 병렬로 접속된 합성 저항으로서 얻어진다.

또, 도 1에 있어서는, 저항(9)이 음극 단자(33)에 접속되는 예, 즉 배선 L2가 차체에 접촉한 예를 나타내고 있지만, 조전지(3)의 내부 저항은 작기 때문에, 배선 L1이 차체에 접촉한 것에 의해 생기는 저항도, 배선 L2가 차체에 접촉했을 경우와 마찬가지로, 저항(9)으로 나타내어진다.

주기 신호 생성부(21)는 설정 주파수 fs의 주기 신호 S1을 생성하는 발진 회로이다. 설정 주파수 fs는, 인버터(5)의 스위칭 주파수인 1㎑~50㎑보다 충분히 낮은 주파수로 설정되어 있으며, 예컨대 1㎐~10㎐ 정도의 주파수로 되어 있다. 이것에 의해, 인버터(5)로부터 생기는 스위칭 노이즈의 주파수보다, 설정 주파수 fs가 작아지도록 되어 있다. 주기 신호 생성부(21)는 주기 신호 S1로서, 정현파를 출력하더라도 좋고, 구형파를 출력하더라도 좋다.

주기 신호 생성부(21)는, 예컨대 5V의 전원 전압으로 동작하고, 주기 신호 S1로서, 진폭(피크 투 피크 전압)이 5V인 신호, 즉 2.5V를 중심 전압으로 하여 ±2.5V의 범위에서 변화하는 신호를 출력한다.

저항 R1의 일단은 주기 신호 생성부(21)에 접속되고, 저항 R1의 타단은 결합 캐패시터 C1의 일단에 접속되어 있다. 결합 캐패시터 C1의 타단은 조전지(3)의 음극 단자(33), 즉 고전압 회로(101)에 접속되어 있다. 그리고, 주기 신호 생성부(21)는 저항 R1과 결합 캐패시터 C1의 직렬 회로를 거쳐서 주기 신호 S1을 음극 단자(33)에 출력한다.

또한, 저항 R1의 타단과 결합 캐패시터 C1의 접속점 P1에, 캐패시터 C2의 일단이 접속되고, 캐패시터 C2의 타단이 저항 R2와 정전압원 E1을 거쳐서 저압 그라운드 B에 접속되어 있다. 정전압원 E1은 AD 컨버터(22)의 입력 전압 범위의 상한값과 하한값의 중간의 전압을 출력하는 정전압 전원 회로이다.

AD 컨버터(22)의 입력 전압 범위가 예컨대 0V~10V인 경우, 정전압원 E1은, 주기 신호 생성부(21)로부터 출력되는 주기 신호 S1의 진폭의 1/2인 2.5V보다 높고, 또한 AD 컨버터(22)의 입력 전압 범위의 상한값보다 2.5V 이상 낮은 전압, 예컨대 3.3V를 출력한다.

이것에 의해, 저항 R2와 정전압원 E1의 직렬 회로는, 접속점 P1로부터 캐패시터 C2를 통과한 교류 신호의 하한값을 0V보다 상승시키고, 교류 신호의 상한값을 10V 이하로 함으로써, 캐패시터 C2를 통과한 교류 신호가 AD 컨버터(22)의 입력 전압 범위에 들어가도록 조정한다.

또, 정전압원 E1은 반드시 필요하지 않으며, 접속점 P2는 저항 R2를 거쳐서 저압 그라운드 B에 접속되어 있더라도 좋다.

또한, 정전압원 E1을 구비하지 않고, 마이너스의 전압 범위가 포함되는 입력 전압 범위를 갖는 AD 컨버터(22), 예컨대 입력 전압 범위가 -5V~＋5V인 AD 컨버터(22)를 이용하더라도 좋다.

또한, 캐패시터 C2의 타단과 저항 R2의 접속점 P2에, 저항 R3의 일단이 접속되고, 저항 R3의 타단이 다이오드 D의 애노드에 접속되고, 다이오드 D의 캐소드가 접속점 P1에 접속되어 있다. 이것에 의해, 저항 R3과 다이오드 D의 직렬 회로가 캐패시터 C2와 병렬로 접속되어 있다. 또한, 다이오드 D는, 접속점 P2로부터 접속점 P1로 향하는 방향이 순방향으로 되도록, 그 방향이 설정되어 있다.

또, 다이오드 D와 저항 R3은, 그 위치가 바뀌어도 좋고, 접속점 P2에 다이오드 D의 애노드가 접속되고, 다이오드 D의 캐소드가 저항 R3의 일단에 접속되고, 저항 R3의 타단이 접속점 P1에 접속되어 있더라도 좋다.

접속점 P2에는, 저항 R4의 일단이 접속되고, 저항 R4의 타단이 캐패시터 C3의 일단에 접속되고, 캐패시터 C3의 타단이 저압 그라운드 B에 접속되어 있다. 저항 R4와 캐패시터 C3은 로우패스 필터(25)를 구성하고 있다.

로우패스 필터(25)의 컷오프 주파수는, 설정 주파수 fs보다 높고, 인버터(5)의 스위칭 주파수보다 낮은 주파수, 예컨대 100㎐ 정도로 되어 있다.

또, 반드시 로우패스 필터(25)를 구비할 필요는 없으며, 접속점 P2가 직접 AD 컨버터(22)에 접속되어 있더라도 좋다.

AD 컨버터(22)는 저항 R4와 캐패시터 C3의 접속점 P3의 전압을 검출 신호 S2로서 검출한다. AD 컨버터(22)는 검출 신호 S2를 점차적으로 디지털값으로 변환하여 검출값 S3으로서 절연 저항 검출부(23)에 출력한다. AD 컨버터(22)의 입력 전압 범위는, 예컨대 0V~10V로 되어 있고, 이 입력 전압 범위 외의 전압에 대해서는 디지털 변환할 수 없다.

또, AD 컨버터(22)는, 반드시 1 소자로 구성되어 있을 필요는 없고, 예컨대 앰프와 AD 컨버터가 조합되어, AD 컨버터(22)가 구성되어 있더라도 좋다.

절연 저항 검출부(23)는, 예컨대, CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 및 그 주변 회로 등을 구비하여 구성되어 있다. 그리고, 예컨대 ROM에 기억된 제어 프로그램을 실행하는 것에 의해, AD 컨버터(22)로부터 출력된 전압값에 근거하여, 절연 저항 R의 저항값 r을 취득하거나, 절연 저항 R의 이상, 예컨대 누전을 검출하거나 한다.

구체적으로는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 주기 신호 생성부(21)로부터 출력된 주기 신호 S1이, 저항 R1과, 결합 캐패시터 C1 및 절연 저항 R의 직렬 회로에 의해서 얻어지는 분압비 X로 분압되고, 그 분압 전압이 접속점 P1에 나타난다. 그렇게 하면, 접속점 P1에 나타나는 교류 신호의 진폭도 분압비 X에 따라 변화한다. 그리고, 분압비 X는, 절연 저항 R의 저항값 r에 따라 정해지기 때문에, 접속점 P1에 나타나는 교류 신호의 진폭도 또한 절연 저항 R의 저항값 r에 따라 결정되게 된다.

이렇게 해서 접속점 P1에 나타난 교류 신호는, 캐패시터 C2를 통과하고, 저항 R2와 정전압원 E1에 의해서, 그 진폭의 중심이 3.3V로 되고, 또 로우패스 필터(25)에 의해서 인버터 노이즈가 저감되어, 검출 신호 S2로서 AD 컨버터(22)에 입력된다. 그렇게 하면, 검출 신호 S2의 피크 투 피크 전압, 즉 진폭 Vpp도 또한 절연 저항 R의 저항값 r에 따라 결정되고, 저항값 r이 작아질수록 진폭 Vpp도 작아지게 된다.

그리고, 절연 저항 검출부(23)는, 예컨대, AD 컨버터(22)에 의해서 디지털값으로 변환된 검출값 S3의 상한 피크값으로부터 하한 피크치을 감산하는 것에 의해서 검출 신호 S2의 진폭 Vpp를 산출한다.

상술한 바와 같이, 진폭 Vpp는 절연 저항 R의 저항값 r에 따라 결정된다. 그래서, 예컨대, 진폭 Vpp와, 절연 저항 R의 저항값 r의 대응 관계가, 미리 구해져 LUT(Look Up Table)로서 ROM에 기억되어 있다. 이 경우, LUT는, 진폭 Vpp가 작을수록, 저항값 r이 작아지도록, 진폭 Vpp와 저항값 r을 대응지어 기억하게 된다. 절연 저항 검출부(23)는, 이 LUT에 의해서, 진폭 Vpp와 대응지어 기억되어 있는 저항값 r을 절연 저항 R의 저항값 r로서 취득한다.

또한, 절연 저항 검출부(23)는, 진폭 Vpp로부터 구해진 저항값 r이, 미리 설정된 판정값, 예컨대 40㏀을 하회한 경우에, 누전 사고 등에 의한 절연 저항의 저하가 생겼다고 판정하여, 예컨대 차량 내의 인스트루먼트 패널에 마련된 LED(24)를 발광시킨다. 이것에 의해, 절연 저항 검출부(23)는 절연 저항의 이상을 승무원이나 서비스 맨에게 알린다.

또, LED(24) 대신에 액정 표시기 등의 표시 장치를 구비하고, 절연 저항 검출부(23)에 의해 산출된 저항값 r이나 경고 메시지를 표시 장치에 표시시키더라도 좋다.

다음으로, 상술한 바와 같이 구성된 절연 저항 검출 장치(2)의 누전이 발생했을 때의 동작에 대해 설명한다.

도 2~도 6은 도 1에 나타내는 절연 저항 검출 장치(2)의 동작을 시뮬레이션하는 것에 의해서 얻어진 검출 신호 S2와 검출값 S3의 변화를 나타내는 그래프이다. 가로축은 시뮬레이션 개시(0초)로부터의 시간의 경과를 나타내고, 세로축이 전압을 나타내고 있다.

또한, 캐패시터 C2, 저항 R2, R3, 다이오드 D에 의한, 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간의 단축 효과를 나타내기 위해서, 도 7에 나타내는 비교 회로의 시뮬레이션 결과를 도 8~도 12에 나타낸다.

도 2~도 12에 나타내는 시뮬레이션의 조건은, 설정 주파수 fs=2.5㎐, 저항 R1: 75㏀, 저항 R2: 1㏁, 저항 R3: 1㏁, 저항 R4: 91㏀, 결합 캐패시터 C1: 2.35㎌, 캐패시터 C2: 1㎌, 캐패시터 C3: 0.1㎌, 정전압원 E1: 3.3V, AD 컨버터(22)의 입력 전압 범위가 0V~10V, 조전지(3)의 출력 전압이 400V로 하였다.

도 7에 나타내는 절연 저항 검출 장치(2x)는, 절연 저항 검출 장치(2)의 효과를 나타내기 위한 비교예로서, 절연 저항 검출 장치(2)에서의 캐패시터 C2, 저항 R2, R3, 다이오드 D, 및 정전압원 E1을 구비하지 않는 점을 제외하고, 도 1에 나타내는 절연 저항 검출 장치(2)와 동일하게 구성되어 있다.

먼저, 도 2, 도 8을 참조하여, 절연 저항 검출 장치(2)와 그 비교예인 절연 저항 검출 장치(2x)의 누전이 발생했을 때의 동작에 대해 설명한다. 도 2, 도 8에 나타내는 그래프는, 경과 시간 1초의 타이밍에 있어서, 조전지(3)의 양극 단자(32)측의 배선 L1과, 차체인 저압 그라운드 B 사이에서, 절연 저항 R의 저항값 r이 200㏀의 누전이 발생한 경우의 검출 신호 S2와 검출값 S3의 변화를 나타내고 있다.

경과 시간 1초의 타이밍에서 누전이 발생하면, 누전이 생긴 순간, 조전지(3)의 출력 전압에 의해서 순간적으로, 결합 캐패시터 C1의, 저항 R1측의 접속점 P1의 전압이 급격하게 저하하기 때문에, 검출 신호 S2가 급격하게 저하하여 검출 신호 S2가 0V를 하회한다. 그렇게 하면, 검출 신호 S2가 AD 컨버터(22)의 입력 전압 범위 외로 되어, AD 컨버터(22)는 검출 신호 S2를 검출할 수 없다. 그 때문에, 검출값 S3이 주기 신호 파형을 나타내지 않도록 되는 결과, 절연 저항 검출부(23)는, 진폭 Vpp를 검출할 수 없어, 따라서 절연 저항 R을 검출할 수 없게 된다.

그 후, 결합 캐패시터 C1의 충전 시정수에 따라, 결합 캐패시터 C1이 서서히 충전되어 검출 신호 S2가 0V를 초과하면, 일단 AD 컨버터(22)는 검출 신호 S2를 검출 가능해지지만, 도 2에 나타내는 바와 같이 검출 신호 S2는 오버쇼트되어 10V를 초과하고, 다시 검출 신호 S2이 AD 컨버터(22)의 입력 전압 범위 외로 된다. 그 때문에, 다시 검출 신호 S2가 저하하여 AD 컨버터(22)의 입력 전압 범위로 되는 경과 시간 2.2초의 타이밍이 될 때까지, 절연 저항 검출부(23)는, 진폭 Vpp를 검출할 수 없어, 따라서 절연 저항 R을 검출할 수 없다.

즉, 누전이 발생한 경과 시간 1초의 타이밍으로부터 검출 신호 S2가 안정되어 AD 컨버터(22)의 입력 전압 범위 내로 되는 경과 시간 2.2초까지의 1.2초가, 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간으로 된다. 이하, 도 3~도 6, 및 도 8~도 12에 대해서도, 마찬가지로 해서 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간을 그래프로부터 알 수 있다.

도 2에 나타내는 절연 저항 검출 장치(2)의 실시예에서는, 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간은 약 1.2초로 되었다. 이에 반해, 도 8에 나타내는 비교예에서는, 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간은 약 2.1초로 되었다.

이것에 의해, 절연 저항 검출 장치(2)는, 캐패시터 C2, 저항 R2, R3, 다이오드 D를 구비하는 것에 의해서, 저항값 r이 200㏀의 누전이 발생했을 때, 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간을 단축할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

도 3, 도 9는 누전되었을 때의 저항값 r을 300㏀로 했을 때의, 절연 저항 검출 장치(2)의 실시예와 비교예의 시뮬레이션 결과를 각각 나타내는 그래프이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 절연 저항 검출 장치(2)의 실시예에서는 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간이 약 0.6초인데 반해, 도 9에 나타내는 비교예에서는 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간이 약 2.6초로 되었다.

도 4, 도 10은, 누전되었을 때의 저항값 r을 500㏀로 했을 때의, 절연 저항 검출 장치(2)의 실시예와 비교예의 시뮬레이션 결과를 각각 나타내는 그래프이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 절연 저항 검출 장치(2)의 실시예에서는 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간이 약 0.6초인데 반해, 도 10에 나타내는 비교예에서는 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간이 약 2.9초로 되었다.

도 5, 도 11은, 누전되었을 때의 저항값 r을 700㏀로 했을 때의, 절연 저항 검출 장치(2)의 실시예와 비교예의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 절연 저항 검출 장치(2)의 실시예에서는 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간이 약 0.9초인데 반해, 도 11에 나타내는 비교예에서는 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간이 약 3.3초가 되었다.

도 6, 도 12는, 누전되었을 때의 저항값 r을 1000㏀로 했을 때의, 절연 저항 검출 장치(2)의 실시예와 비교예의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 절연 저항 검출 장치(2)의 실시예에서는 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간이 약 1.0초인데 반해, 도 12에 나타내는 비교예에서는 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간이 약 3.3초가 되었다.

이상과 같이, 누전되었을 때의 저항값 r이 200㏀, 300㏀, 500㏀, 700㏀, 1000㏀ 중 어디에서도, 캐패시터 C2, 저항 R2, R3, 다이오드 D를 구비하고 않는 비교예보다, 캐패시터 C2, 저항 R2, R3, 다이오드 D를 구비하는 절연 저항 검출 장치(2)가, 결합 캐패시터 C1의 정전 용량이 동일한 조건하에서, 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간이 짧아지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 13에 나타내는 바와 같이, 누전되었을 때의 저항값 r과 절연 저항의 검출 가능 시간의 관계로부터, 캐패시터 C2, 저항 R2, R3, 및 다이오드 D를 구비하는 절연 저항 검출 장치(2)쪽이, 저항값 r이 200㏀ 이상일 때 절연 저항의 검출 가능 시간이 보다 단축될 수 있는 것을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 일 국면에 따른 차량용 절연 저항 검출 장치는, 저전압 회로와 고전압 회로간의 절연 저항을 검출하는 차량용 절연 저항 검출 장치로서, 미리 설정된 설정 주파수를 가지는 주기 신호를 생성하는 주기 신호 생성부와, 상기 주기 신호 생성부에 일단이 접속되고, 당해 일단에 상기 주기 신호가 인가되는 제 1 저항과, 상기 제 1 저항의 타단에 일단이 접속되고, 타단이 상기 고전압 회로에 접속된 제 1 캐패시터와, 상기 제 1 저항의 타단에 일단이 접속된 제 2 캐패시터와, 상기 제 2 캐패시터의 타단에 일단이 접속되고, 타단이 상기 저전압 회로의 회로 그라운드인 저압 그라운드에 접속된 제 2 저항과, 상기 제 2 캐패시터의 타단으로부터 상기 제 2 캐패시터의 일단으로 향하는 방향이 순방향으로 되는 방향의 다이오드와 제 3 저항이 직렬로 접속되어 구성되고, 또한 상기 제 2 캐패시터와 병렬로 접속된 직렬 회로와, 상기 저압 그라운드와 상기 제 2 캐패시터의 타단 사이의 전압을 검출 신호로서 검출하는 전압 검출부와, 상기 검출 신호의 진폭에 근거하여, 상기 절연 저항의 저항값을 검출하는 절연 저항 검출부를 구비한다.

본 발명자 등은, 이 구성에 의하면, 결합 캐패시터의 정전 용량을 작게 하는 일없이, 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간을 단축할 수 있는 것을 발견하였다.

또한, 상기 전압 검출부가 검출 가능한 전압 범위의 상한값과 하한값 사이의 중간의 전압을 생성하는 중간 전압 생성부를 더 구비하고, 상기 제 2 저항의 타단은 상기 중간 전압 생성부를 거쳐서 상기 저압 그라운드에 접속되고 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 제 1 저항과, 제 1 캐패시터와 절연 저항의 직렬 회로에 의해서, 주기 신호가 분압되어 얻어진 교류 신호의 오프셋 전압이, 제 2 캐패시터를 거친 후, 제 2 저항과 중간 전압 생성부의 직렬 회로에 의해서, 전압 검출부가 검출 가능한 전압 범위의 상한값과 하한값 사이의 중간의 전압으로 조절되기 때문에, 검출 신호의 전압을, 전압 검출부가 검출 가능한 전압 범위로 하는 것이 용이하다.

또한, 상기 설정 주파수는 상기 고전압 회로에서 생기는 노이즈의 주파수보다 낮은 주파수이고, 상기 차량용 절연 저항 검출 장치는, 상기 고전압 회로에서 생기는 노이즈의 주파수보다 낮고, 상기 설정 주파수보다 높은 컷오프 주파수를 가지는 로우패스 필터를 더 구비하며, 상기 로우패스 필터는 상기 제 2 캐패시터의 타단과 상기 전압 검출부 사이에 접속되고, 상기 전압 검출부는 상기 로우패스 필터를 거쳐서 상기 검출 신호를 검출하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 고전압 회로에서 생긴 노이즈 성분이 로우패스 필터에 의해서 검출 신호로부터 저감된다. 그 결과, 절연 저항 검출부에 의한, 검출 신호의 진폭에 근거하는 절연 저항의 검출 정밀도가 향상된다.

또한, 상기 절연 저항 검출부는, 상기 검출 신호의 진폭이 작아질수록, 상기 절연 저항의 저항값으로서 작은 값을 검출하는 것이 바람직하다.

검출 신호의 진폭은, 제 1 저항과, 제 1 캐패시터와 절연 저항의 직렬 회로에 의해서 얻어지는 분압비에 따라 정해진다. 그리고, 분압비는, 절연 저항의 저항값에 따라 변화하고, 절연 저항의 저항값이 작을수록, 검출 신호의 진폭이 작아진다. 따라서, 절연 저항 검출부는, 검출 신호의 진폭이 작아질수록, 절연 저항의 저항값으로서 작은 값을 검출함으로써, 절연 저항의 저항값을 취득하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 절연 저항 검출부는, 상기 검출 신호의 진폭이 미리 설정된 판정값을 하회했을 때, 상기 절연 저항에 이상이 생긴 것을 검출하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 절연 저항의 저항값이 작을수록, 검출 신호의 진폭이 작아지기 때문에, 판정값을 적절히 설정해 둠으로써, 절연 저항 검출부는, 검출 신호의 진폭이 미리 설정된 판정값을 하회했을 때, 절연 저항에 이상이 생겼다고 판정하는 것이 가능해진다.

이러한 구성의 절연 저항 검출 장치는, 결합 캐패시터의 정전 용량을 작게 하는 일없이, 누전이 발생하고 나서 절연 저항의 검출이 가능하게 될 때까지의 시간을 단축할 수 있다.

본 출원은 2010년 8월 31일에 출원된 일본 특허 출원 제2010-194404호를 기초로 하는 것이며, 그 내용은 본원에 포함되는 것이다.

또, 발명을 실시하기 위한 구체적인 설명란에서 이루어진 구체적인 실시 형태 또는 실시예는, 어디까지나, 본 발명의 기술 내용을 분명히 하는 것으로서, 그러한 구체적인 예에만 한정하여 협의적으로 해석되어야 할 것은 아니며, 본 발명의 정신과 다음에 기재하는 특허청구범위의 범위 내에서 여러 가지 변경하여 실시할 수 있는 것이다.

(산업상의 이용 가능성)

고전압 부분을 가지는 하이브리드 자동차나 전기 자동차, 그 외의 차량의 절연 저항을 검출하는 차량용 절연 저항 검출 장치로서 매우 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

저전압 회로와 고전압 회로간의 절연 저항을 검출하는 차량용 절연 저항 검출 장치로서,
미리 설정된 설정 주파수를 가지는 주기 신호를 생성하는 주기 신호 생성부와,
상기 주기 신호 생성부에 일단(一端)이 접속되고, 상기 일단에 상기 주기 신호가 인가되는 제 1 저항과,
상기 제 1 저항의 타단에 일단이 접속되고, 타단이 상기 고전압 회로에 접속된 제 1 캐패시터와,
상기 제 1 저항의 타단에 일단이 접속된 제 2 캐패시터와,
상기 제 2 캐패시터의 타단에 일단이 접속되고, 타단이 상기 저전압 회로의 회로 그라운드인 저압 그라운드에 접속된 제 2 저항과,
상기 제 2 캐패시터의 타단으로부터 상기 제 2 캐패시터의 일단으로 향하는 방향이 순방향으로 되는 방향의 다이오드와 제 3 저항이 직렬로 접속되어 구성되고, 또한 상기 제 2 캐패시터와 병렬로 접속된 직렬 회로와,
상기 저압 그라운드와 상기 제 2 캐패시터의 타단 사이의 전압을 검출 신호로서 검출하는 전압 검출부와,
상기 검출 신호의 진폭에 근거하여, 상기 절연 저항의 저항값을 검출하는 절연 저항 검출부
를 구비하는 차량용 절연 저항 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전압 검출부가 검출 가능한 전압 범위의 상한값와 하한값 사이의 중간의 전압을 생성하는 중간 전압 생성부를 더 구비하고,
상기 제 2 저항의 타단은 상기 중간 전압 생성부를 거쳐서 상기 저압 그라운드에 접속되어 있는
차량용 절연 저항 검출 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 설정 주파수는 상기 고전압 회로에서 생기는 노이즈의 주파수보다 낮은 주파수이고,
상기 차량용 절연 저항 검출 장치는, 상기 고전압 회로에서 생기는 노이즈의 주파수보다 낮고, 상기 설정 주파수보다 높은 컷오프 주파수를 갖는 로우패스 필터를 더 구비하며,
상기 로우패스 필터는 상기 제 2 캐패시터의 타단과 상기 전압 검출부 사이에 접속되고,
상기 전압 검출부는 상기 로우패스 필터를 거쳐서 상기 검출 신호를 검출하는
차량용 절연 저항 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 절연 저항 검출부는 상기 검출 신호의 진폭이 작아질수록, 상기 절연 저항의 저항값으로서 작은 값을 검출하는
차량용 절연 저항 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 절연 저항 검출부는, 상기 검출 신호의 진폭이 미리 설정된 판정값을 하회했을 때, 상기 절연 저항에 이상이 생긴 것을 검출하는
차량용 절연 저항 검출 장치.