JP4061168B2 - 地絡検知装置および絶縁抵抗計測装置 - Google Patents
地絡検知装置および絶縁抵抗計測装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等の高電圧車両における地絡を検出する地絡検知装置および地絡時の絶縁抵抗値を計測する絶縁抵抗計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような地絡検知装置として、たとえば、特許第２９３３４９０号公報に示す電気自動車の地絡検出回路がある。この地絡検出回路は、図７および図８に示すように、高電圧直流電源（たとえば、２００〜３００Ｖ）として設けられたバッテリ群Ｂと、バッテリ群Ｂから直流正極給電線であるプラス母線４と直流負極給電線であるマイナス母線５を介して給電された直流を交流に変換するＤＣ−ＡＣ変換器としてのインバータ２と、インバータ２から交流給電線であるＵ相線６、Ｖ相線７およびＷ相線８を介して交流が給電される交流モータ３とからなる電気自動車の走行駆動回路系Ａにおいて、バッテリ群Ｂからの車体Ｅへの地絡を検出するためのもので、交流信号出力回路として発振回路１０と、電圧レベル変化検出回路として検出部２０とからなり、発振回路１０と検出部２０との接続点Ｐと走行駆動回路系Ａのバッテリ群Ｂのプラス母線４との間がカップリングコンデンサ１０Ａで接続されており、直流成分が遮断される。
【０００３】
発振回路１０において、発振器１１は、デューティ比５０％の一定周波数の矩形波パルスを発生し、次段のインピーダンス変換器１２は、発振器１１の矩形波パルスをそのままのデューティ比で出力し、発振回路１０の交流信号出力は、検出抵抗１３を介して接続点Ｐに現れる。検出抵抗１３は、地絡発生時に、地絡抵抗３１とによって分圧器として作用する。
【０００４】
検出部２０には、発振回路１０の交流信号出力が現れる検出抵抗１３とカップリングコンデンサ１０Ａとの接続点Ｐの電圧レベルを基準電圧Ｖ１と比較するための比較器２１が設けられており、接続点Ｐは比較器２１の反転入力端子に接続されている。比較器２１の非反転入力端子には、分圧抵抗２２、２３によって基準電圧Ｖ１を設定した基準電圧回路が接続されている。
【０００５】
なお、インピーダンス変換器１２および比較器２１を構成する演算増幅器は、地絡発生時に逆電圧、過電圧から保護するため、インピーダンス変換器１２の出力側、比較器２１の入力側に保護用のダイオード１５〜１８が接続されている。
【０００６】
このような回路構成により、地絡が発生していない平常時には、接続点Ｐのインピーダンスに変化がないため、比較器２１の反転入力端子には、予め設定した基準電圧Ｖ１より高い波高値を有する矩形波パルスが入力されるため、比較器２１の出力はデューティ比５０％の矩形波パルスとなる。このため、抵抗２４およびコンデンサ２５の平滑回路２６によって現れる平滑電圧は、基準電圧より低くなり、それが比較器２７の非反転入力端子に入力されて、比較器２７の出力は正常を示すローレベルとなる。
【０００７】
しかし、マイナス母線と車体Ｅとの間に地絡が発生し、図６に示す地絡抵抗３１が現れた場合には、カップリングコンデンサ１０Ａは、バッテリ群Ｂ、カップリングコンデンサ１０Ａ、検出抵抗１３、インピーダンス変換器１２、アースラインＧＮＤ、車体Ｅ、地絡抵抗３１、バッテリ群Ｂの経路で、バッテリ群Ｂの電圧値まで充電される。
【０００８】
同時に、インピーダンス変換器１２の出力は、交流信号出力の矩形波パルスであるため、検出抵抗１３、カップリングコンデンサ１０Ａ、バッテリ群Ｂ、地絡抵抗３１、車体Ｅ、インピーダンス変換器１２の経路で伝達し、カップリングコンデンサ１０Ａの充電完了と共に、インピーダンス変換器１２の出力である矩形波パルスの波高値が検出抵抗１３および地絡抵抗３１で分圧される発振振幅に小さくなって安定する。
【０００９】
このため、比較器２１の反転入力端子には、基準電圧Ｖ１より低い波高値の矩形波パルスが入力され、比較器２１のデューティ比は１００％に変化する。この結果、抵抗２４およびコンデンサ２５の平滑回路２６によって現れる平滑電圧Ｖｒは、基準電圧Ｖ２より高くなり、それが比較器２７の非反転入力端子に入力されて、比較器２７の出力は地絡を示すハイレベルとなる。以上の通り、バッテリ群Ｂにおいて地絡が発生した場合には、比較器２７の論理レベルより地絡を検出することができる。
【００１０】
【特許文献１】
特許第２９３３４９０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許第２９３３４９０号公報に記載された従来技術は、次のような問題点がある。
（１）絶縁抵抗の検出感度が低い。
（２）平滑後のリップルが誤差要因となり、地絡検知精度が低い。
（３）車両側のノイズに弱い。
（４）車両側容量変動で精度が低下する。
【００１２】
よって本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、地絡の検出感度及び精度を向上させノイズに強い地絡検知装置および地絡時の絶縁抵抗値を計測する絶縁抵抗計測装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、車体と電気的に絶縁された直流電源系統並びに該直流電源系統に接続された交流回路を含む車両における地絡を検出する地絡検知装置であって、ハイレベルとローレベルを所定の周期で繰り返すパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、上記パルス信号発生手段からの上記パルス信号を上記直流電源系統に印加するための検出抵抗およびカップリングコンデンサと、上記検出抵抗と上記カップリングコンデンサの接続点に現れる、上記パルス信号のハイレベル区間またはローレベル区間における検出電圧と第１の基準電圧との差を、上記ハイレベル区間またはローレベル区間の一部である積分区間にわたって積分する積分手段と、上記積分手段の出力に応じて地絡の有無を判定し地絡検知出力を得る地絡判定手段と、を含むことを特徴とする地絡検知装置に存する。
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、車体と電気的に絶縁された直流電源系統並びに該直流電源系統に接続された交流回路を含む車両における地絡を検出する地絡検知装置は、ハイレベルとローレベルを所定の周期で繰り返すパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、パルス信号発生手段からのパルス信号を直流電源系統に印加するための検出抵抗およびカップリングコンデンサと、検出抵抗とカップリングコンデンサの接続点に現れる、パルス信号のハイレベル区間またはローレベル区間における検出電圧と第１の基準電圧との差を、ハイレベル区間またはローレベル区間の一部である積分区間にわたって積分する積分手段と、積分手段の出力に応じて地絡の有無を判定し地絡検知出力を得る地絡判定手段とを含むので、絶縁抵抗の検出感度および地絡検知精度が向上すると共に、車両側のノイズに強い地絡検知装置が得られる。
【００１５】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、前記積分手段は、前記検出電圧と前記第１の基準電圧との差を積分する積分回路と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号に基づいて、前記積分区間以外の区間にわたって上記積分回路をリセットするための積分リセット信号を生成する積分リセット信号生成回路とを含むことを特徴とする請求項１記載の地絡検知装置に存する。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、積分手段は、検出電圧と第１の基準電圧との差を積分する積分回路と、パルス信号発生手段からのパルス信号に基づいて、積分区間以外の区間にわたって積分回路をリセットするための積分リセット信号を生成する積分リセット信号生成回路とを含むので、区間積分による地絡検知を容易に行うことができる。
【００１７】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、前記地絡判定手段は、前記積分手段の出力を第２の基準電圧と比較して地絡検知出力を得るヒステリシスコンパレータからなることを特徴とする請求項１または２記載の地絡検知装置に存する。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、地絡判定手段は、積分手段の出力を第２の基準電圧と比較して地絡検知出力を得るヒステリシスコンパレータからなるので、区間積分された積分手段の出力に基づいて、容易に地絡検知出力を得ることができる。
【００１９】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明は、前記地絡判定手段は、前記積分手段の出力の積分値をサンプルホールドして地絡検知出力を得るサンプルホールド回路からなることを特徴とする請求項１または２記載の地絡検知装置に存する。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、地絡判定手段は、積分手段の出力の積分値をサンプルホールドして地絡検知出力を得るサンプルホールド回路からなるので、区間積分された積分手段の出力に基づいて、容易に地絡検知出力を得ることができる。
【００２３】
上記課題を解決するためになされた請求項５記載の発明は、車体と電気的に絶縁された直流電源系統並びに該直流電源系統に接続された交流回路を含む車両における地絡時の絶縁抵抗を計測する絶縁抵抗計測装置であって、ハイレベルとローレベルを所定の周期で繰り返すパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、上記パルス信号発生手段からの上記パルス信号を上記直流電源系統に印加するための検出抵抗およびカップリングコンデンサと、上記検出抵抗と上記カップリングコンデンサの接続点に現れる、上記パルス信号のハイレベル区間またはローレベル区間における検出電圧と第１の基準電圧との差を、上記ハイレベル区間またはローレベル区間の一部である積分区間にわたって積分する積分手段と、上記積分手段の出力の積分値をＡ／Ｄ変換し、上記絶縁抵抗の抵抗値に相当するデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、を含むことを特徴とする絶縁抵抗計測装置に存する。
【００２４】
請求項５記載の発明によれば、車体と電気的に絶縁された直流電源系統並びに該直流電源系統に接続された交流回路を含む車両における地絡時の絶縁抵抗を計測する絶縁抵抗計測装置は、ハイレベルとローレベルを所定の周期で繰り返すパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、パルス信号発生手段からのパルス信号を直流電源系統に印加するための検出抵抗およびカップリングコンデンサと、検出抵抗とカップリングコンデンサの接続点に現れる、パルス信号のハイレベル区間またはローレベル区間における検出電圧と第１の基準電圧との差を、ハイレベル区間またはローレベル区間の一部である積分区間にわたって積分する積分手段と、積分手段の出力の積分値をＡ／Ｄ変換し、絶縁抵抗の抵抗値に相当するデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、を含むので、容易に絶縁抵抗の抵抗値に応じたデジタル値を得ることができる。
【００２５】
上記課題を解決するためになされた請求項６記載の発明は、車体と電気的に絶縁された直流電源系統並びに該直流電源系統に接続された交流回路を含む車両における地絡時の絶縁抵抗を計測する絶縁抵抗計測装置であって、請求項１から４のいずれか１項に記載の地絡検知装置と、前記積分手段の出力の積分値をＡ／Ｄ変換し、上記絶縁抵抗の抵抗値に相当するデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、を含むことを特徴とする絶縁抵抗計測装置に存する。
【００２６】
請求項５記載の発明によれば、車体と電気的に絶縁された直流電源系統並びに該直流電源系統に接続された交流回路を含む車両における地絡時の絶縁抵抗を計測する絶縁抵抗計測装置は、請求項１から４のいずれか１項に地絡検知装置と、積分手段の出力の積分値をＡ／Ｄ変換し、絶縁抵抗の抵抗値に相当するデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、を含むので、容易に絶縁抵抗の抵抗値に応じたデジタル値を得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る地絡検知装置の実施の形態を示すブロック図である。図１において、本発明の地絡検知装置１は、直流正極給電線であるプラス母線Ｐと直流負極給電線であるマイナス母線Ｎを介して走行駆動回路系（図示しない）へ給電する高電圧直流電源（たとえば、２００〜３００Ｖ）として設けられたバッテリ群Ｂからなる直流電源系統並びに該直流電源系統に接続されたインバータ等の交流回路を含む高電圧車両における車体Ｅへの地絡を検出するためのものであり、ハイレベルとローレベルを所定の周期で繰り返すパルス信号を出力するパルス信号発生手段３１と、パルス信号発生手段３１からのパルス信号を直流電源系統に印加するために、パルス信号発生手段３１と、マイナス母線Ｎに接続された車両側の地絡検出端子Ｖｉとの間に直列接続された検出抵抗Ｒ０４および直流遮断用のカップリングコンデンサＣｏと、検出抵抗Ｒ０４とカップリングコンデンサＣｏの接続点に現れる、パルス信号のハイレベル区間またはローレベル区間における検出電圧Ｖｘと第１の基準電圧との差を、ハイレベル区間またはローレベル区間の少なくとも一部である積分区間にわたって積分する積分手段３２と、積分手段３２の出力を第２の基準電圧と比較して地絡検知出力を得る地絡判定手段３３とを含む。
【００２８】
図２は、図１の地絡検知装置１の具体的構成例を示す回路図である。図２において、地絡検知装置１のパルス信号発生手段３１は、インバータＩＣ１，ＩＣ２、抵抗Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３およびコンデンサＣ０１を含み、ハイレベルとローレベルを所定の周期Ｔ１で繰り返すデューティ比５０％の一定周波数を有する矩形波パルス信号Ｖｏｓｃを出力する矩形波発振回路からなる。矩形波発振回路からの矩形波パルス信号は、検出抵抗Ｒ０４を介して、検出抵抗Ｒ０４とカップリングコンデンサＣｏの接続点に検出電圧Ｖｘとして現れる。検出抵抗Ｒ０４は、地絡発生時に、車両側の絶縁抵抗ＲＬとによって検出電圧Ｖｘを分圧する分圧器として働く。
【００２９】
積分手段３２は、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ０６，Ｒ０７，Ｒ０８、コンデンサＣ０２およびアナログスイッチＳＷ１を含む積分回路と、インバータＩＣ３，ＩＣ４，ＩＣ５、ＮＡＮＤゲートＩＣ６、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４およびコンデンサＣ０３，Ｃ０４を含む積分リセット信号生成回路とからなるリセット付き積分回路で構成される。積分回路のオペアンプＯＰ１の非反転入力端子には、抵抗Ｒ０６と抵抗Ｒ０７の接続点に現れる第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が供給され、反転入力端子には、検出抵抗Ｒ０４とカップリングコンデンサＣｏの接続点に現れる検出電圧Ｖｘが抵抗Ｒ０５を介して供給される。積分リセット信号生成回路のコンデンサＣ０３には、矩形波発振回路からの矩形波パルス信号ＶｏｓｃがインバータＩＣ３を介して供給され、生成された積分リセット信号は、ＮＡＮＤゲートＩＣ６の出力端子から積分回路のアナログスイッチＳＷ１に制御信号として供給される。
【００３０】
地絡判定手段３３は、オペアンプＯＰ２および抵抗Ｒ０９，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２を含む地絡判定回路からなる。この地絡判定回路のオペアンプＯＰ２の反転入力端子には、抵抗Ｒ０９と抵抗１０の接続点に現れる第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２（なお、この実施の形態では、Ｖｒｅｆ２＝Ｖｒｅｆ１となるように設定されている）が供給され、非反転入力端子には、抵抗Ｒ１１を介して積分回路の積分出力が供給される。オペアンプＯＰ２の非反転入力端子と出力端子間に抵抗Ｒ１２が接続されることにより、この地絡判定回路は、入力電圧が増大する時は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２で決まる帰還電圧を第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２にプラスした上限基準電圧（ＶH ）を超えるときにローレベルからハイレベルに遷移し、また入力電圧が減少する時は、上述の帰還電圧を第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２からマイナスした下限基準電圧（ＶL ）以下になったときにハイレベルからローレベルに遷移するヒステリシスコンパレータとして機能し、オペアンプＯＰ２の出力端子に接続された検知端子に地絡検知出力Ｖｌｅｋを出力する。
【００３１】
なお、パルス信号発生手段３１の出力側と積分手段３２の入力側には、地絡発生時にパルス信号発生手段３１の出力側インバータと積分手段の入力側オペアンプを、逆電圧または過電圧から保護するための保護用ダイオードＤ０１，Ｄ０２，Ｄ０３，Ｄ０４が接続されている。また、一端が検出抵抗Ｒ０４に接続されたカップリングコンデンサＣｏの他端と車体間には、絶縁抵抗ＲＬと並列に現れる車両側容量ＣＬに応じた容量値を有し、車両側容量ＣＬの変動による地絡検知の誤差を低減するための補償用コンデンサＣａｄｄが接続されている。車両側容量ＣＬは、イグニッションオン／オフ時や、交流回路に負荷として交流モータが接続された場合に変動し、また車種によっても変動するので、補償用コンデンサＣａｄｄの容量値は、このような車両側容量の変動による地絡検知への影響が小さくなるように設定される。
【００３２】
次に、上述の構成を有する地絡検知装置１の動作について、図３に示す各部信号のタイミングチャートを参照しながら説明する。なお、図３において、（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、地絡非発生時および地絡発生時の各部信号のタイミングチャートを示す。
【００３３】
まず地絡が発生していない平常時には、絶縁抵抗ＲＬが無限大に近いため、図３（Ａ）に示すようにハイレベルとローレベルを所定の周期Ｔ１で繰り返すデューティ比５０％の一定周波数を有するパルス信号発生手段３１からの矩形波パルス信号は、カップリングコンデンサＣｏを介してバッテリ群Ｂのプラス母線Ｐおよびマイナス母線Ｎと車体Ｅ間に流れることはなく、図３（Ａ）に示す波形の検出電圧Ｖｘとして検出抵抗Ｒ０４、抵抗Ｒ０５を介して積分手段３２に供給される。このとき、積分手段３２の積分回路の反転入力端子に供給される検出電圧Ｖｘは、その波高値が、積分回路のオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に供給される第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも高くなるように設定されている。
【００３４】
図３の波形に示すように、検出電圧Ｖｘが矩形波に近いとき、矩形波の波高値の概算式Ｖｘ＿ｐｋは、以下の概算式（１）で表される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
また、パルス信号発生手段３１からの矩形波パルス信号は、インバータＩＣ３を介して積分リセット信号生成回路のコンデンサＣ０３にも供給される。積分リセット信号生成回路は、供給された矩形波パルス信号に基づいて、図３（Ａ）に示すように、矩形波パルス信号のハイレベル区間（Ｔ１）の少なくとも一部である積分区間（Ｔ３）はローレベルかつ積分区間（Ｔ３）以外の期間はハイレベルとなるような積分リセット信号Ｖｒｓｔを生成し、積分回路のアナログスイッチＳＷ１へ制御信号として供給する。その結果、アナログスイッチＳＷ１は、積分区間（Ｔ３）以外の期間はオンとなるように制御されて、コンデンサＣ０２の両端を短絡することにより積分回路をリセットし、積分区間（Ｔ３）の間はオフとなるように制御されて、コンデンサＣ０２の両端を開放することにより積分回路の積分動作を行わせる。
【００３７】
それにより、積分回路は、図３（Ａ）に示すように、積分区間（Ｔ３）以外の期間はレベルＶｒｅｆ２となり、積分区間（Ｔ３）の間は、検出電圧Ｖｘと第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１の差を区間積分してレベルＶｒｅｆ２から次第に減少する波形の積分出力Ｖｉｎｔを地絡判定手段３３に供給する。積分出力Ｖｉｎｔは、以下の式（２）で表される。
【００３８】
【数２】
【００３９】
そこで、地絡判定手段３３としてのヒステリシスコンパレータにおいて、供給された積分出力のレベルが下限基準電圧（ＶL ）以下になると、その出力はハイレベルからローレベルに遷移し、検知端子には、地絡無しと判定するローレベル信号が現れる。そして、パルス信号発生手段３１からの矩形波パルス信号の次のハイレベル区間が到来しても、積分出力Ｖｉｎｔは常にレベルＶｒｅｆ２以下であるので、検知端子には、相変わらず地絡無しと判定するローレベル信号が現れる。
【００４０】
次に、地絡が発生し、絶縁抵抗ＲＬの抵抗値が低下すると、パルス信号発生手段３１からの矩形波パルス信号は、カップリングコンデンサＣｏを介して絶縁抵抗ＲＬから車体Ｅへに流れ、その結果、検出電圧Ｖｘは、検出抵抗Ｒ０４と絶縁抵抗ＲＬで分圧され、その波高値が図３（Ｂ）に示すように第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１より小さくなって検出抵抗Ｒ０４、抵抗Ｒ０５を介して積分手段３２に供給される。
【００４１】
それにより、積分回路は、図３（Ｂ）に示すように、積分区間（Ｔ３）以外の期間はレベルＶｒｅｆ２となり、積分区間（ｔ３）の間は、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１と検出電圧Ｖｘとの差を区間積分してレベルＶｒｅｆ２から次第に増大する波形の積分出力Ｖｉｎｔを地絡判定手段３３に供給する。
【００４２】
そこで、地絡判定手段３３としてのヒステリシスコンパレータにおいて、供給された積分出力のレベルが上限基準電圧（ＶH ）を超えると、その出力はローレベルからハイレベルに遷移し、検知端子には、地絡有りと判定するハイレベル信号が現れる。そして、パルス信号発生手段３１からの矩形波パルス信号の次のハイレベル区間が到来しても、積分出力Ｖｉｎｔは常にレベルＶｒｅｆ２以上であるので、検知端子には、相変わらず地絡有りと判定するハイレベル信号が現れる。
【００４３】
このようにして、バッテリ群Ｂにおいて地絡が発生した場合には、検知端子に地絡検知出力を得ることができる。
【００４４】
なお、積分出力電圧Ｖｉｎｔを表す上述の式（２）において、各変数に現実的な値（代表値）、たとえばＲ０５＝１００ｋΩ、Ｃ０＝０．０２２μＦ、Ｔ３＝２２ｍｓを代入すると、
【００４５】
【数３】
【００４６】
となる。このときの積分手段３２、すなわち積分リセット付き積分回路の利得は１０倍である。一方、図６に示す従来の装置は、検出電圧Ｖｘをしきい値判定している。
【００４７】
したがって、本発明の地絡検知装置によれば、従来の装置より絶縁抵抗ＲＬの検出感度が向上できる。また、地絡判定のしきい値付近における地絡の有無が不確定になる範囲も狭くできる。したがって、地絡検知の精度が向上する。
【００４８】
地絡判定のしきい値付近における地絡有無が不確定になる範囲とは、地絡検知装置の出力で地絡の有無が判定できない範囲である。特許文献１に示されている図８の接続点Ｐ電圧の矩形波の崩れは、地絡判定のしきい値付近における地絡の有無を不確定にする。図７の回路は、地絡の有無を調べるために絶縁抵抗３１に電流を流すため、カップリングコンデンサ１０Ａに流れる電流に応じてカップリングコンデンサ１０Ａの端子間電圧が変化する。したがって、このカップリングコンデンサ１０Ａの端子間電圧の変化が矩形波の崩れになる。この矩形波の崩れは、実用的な回路では避けることが難しいものである。特許文献１における接続点Ｐ電圧の矩形波が崩れたとき、接続点Ｐ電圧の矩形波の上底が斜めになると、図７の比較器２７の地絡判定の出力は、ハイとローの２つの状態を持つ。このハイとローの２つの状態がある範囲が、地絡検知装置の出力で地絡の有無が判定できない範囲である。一方、本発明では、地絡判定のしきい値電圧Ｖｒｅｆ１と検出電圧Ｖｘの差を区間積分した積分出力電圧値で地絡の有無を判定する方式であり、特許文献１における比較器２７の出力のような地絡判定出力が不確定になる範囲が狭い。本発明では、後段の地絡判定回路のパラメータを適当に設定することで、地絡判定のしきい値付近における地絡の有無が不確定になる範囲を従来装置より狭くすることができる。
【００４９】
さらに、本発明では、地絡判定のしきい値電圧Ｖｒｅｆ１と検出電圧Ｖｘの差を区間積分しているので、積分区間より十分に短い周期の正負対称なノイズを除去することができる。これは、積分回路の入力に正負対称なノイズが入力するとノイズの１周期でキャンセルされるからである。
【００５０】
次に、図４は、図１の地絡検知装置１の具体的構成の他の例を示す回路図である。図４に示す回路は、図２に示す回路とほぼ同一であるが、以下の点で異なっている。すなわち、パルス信号発生手段３１の構成が、図２の矩形波発振回路と異なり、外部矩形波信号源（図示しない）から矩形波パルス信号が入力されるトリガ信号入力端子Ｖｔｇ、トランジスタＱ１、抵抗Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７およびインバータＩＣ９からなり、インバータＩＣ９の出力端子より、図２の回路における矩形発振回路の矩形波パルス信号と同様の出力が得られる。また、積分手段３２においては、積分回路の前段に、オペアンプＯＰ３、抵抗Ｒ１８およびコンデンサＣ０５，Ｃ０６からなるローパスフィルタが追加されている。このローパスフィルタは、パルス信号発生手段３１からの矩形波パルス信号のみを通過させ、それより高い周波数のノイズが積分回路に入力されるのを阻止するように作用する。
【００５１】
また、積分手段３２の積分リセット信号生成回路は、図２におけるインバータＩＣ３を省き、また図２におけるＮＡＮＤゲートＩＣ６に代えてＡＮＤゲートＩＣ７およびインバータＩＣ８を含み、インバータ８の出力端子から得られる積分リセット信号が、積分回路のアナログスイッチＳＷ１の制御信号として供給される。
【００５２】
また、地絡判定手段３３は、オペアンプＯＰ４，ＯＰ５、抵抗Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４、コンデンサＣ０７，Ｃ０８，Ｃ０９、ツェナーダイオードＺＤ１およびアナログスイッチＳＷ２，ＳＷ３からなるサンプルホールド回路で構成される。オペアンプ４の出力側には出力端子Ｖｏｕｔ１が接続され、オペアンプ５の出力側には出力端子Ｖｏｕｔ２が接続されている。アナログスイッチＳＷ２，ＳＷ３には、積分リセット信号生成回路のＡＮＤゲート７の出力端子から得られる、積分リセット信号と逆極性の信号が制御信号として供給される。
【００５３】
上述の構成では、図４の積分リセット信号生成回路において図２におけるインバータＩＣ３が省かれているので、積分手段３２は、検出抵抗Ｒ０４とカップリングコンデンサＣｏの接続点に現れる、パルス信号Ｖｏｓｃのローレベル区間において区間積分を行う。
【００５４】
図５（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、図４の回路図における地絡非発生時および地絡発生時の各部信号のタイミングチャートを示す。
【００５５】
図４の地絡検知装置１では、サンプルホールド回路により、積分手段３２における積分回路の積分出力の積分値（積分区間Ｔ３の終端部の電圧）をサンプルホールドすることができる。すなわち、アナログスイッチＳＷ２，ＳＷ３は、積分区間（Ｔ３）中はオンになり、積分区間（Ｔ３）以外の期間はオフとなるように制御され、それにより、出力端子Ｖｏｕｔ１には、たとえば図５（Ａ）に示す地絡無しの場合の積分区間（Ｔ３）の終端部における積分回路の積分値（Ｖｉｎｔ＿ｅｘ１）および図５（Ｂ）に示す地絡有りの場合の積分区間（Ｔ３）の終端部における積分回路の積分値（Ｖｉｎｔ＿ｅｘ２）のアナログ電圧値を出力する。このアナログ電圧値は、絶縁抵抗ＲＬの抵抗値に応じた値となる。また、出力端子Ｖｏｕｔ２には、積分区間（Ｔ３）の間出力電圧をほぼゼロボルト（ＧＮＤ）に保った波形を出力することができる。
【００５６】
このように、図５の回路を有する地絡検知装置によれば、絶縁抵抗ＲＬの抵抗値に応じたアナログ電圧値のパルス波形を出力することができる。
【００５７】
次に、本発明の地絡検知装置は絶縁抵抗計測装置に応用することができ、この応用例について以下に説明する。
【００５８】
図６は、本発明の地絡検知装置を応用した絶縁抵抗計測装置の構成例を示す回路図である。図６においては、図２に示す地絡検知装置における地絡判定手段３３を除く回路を採用し、さらに、積分手段３２における積分回路の出力側にＡ／Ｄコンバータ３４を接続し、Ａ／Ｄコンバータ３４の入力読み込みタイミング信号として積分リセット信号生成回路からの積分リセット信号Ｖｒｓｔが供給されている。
【００５９】
上述の構成では、Ａ／Ｄコンバータ３４によって、積分手段３２における積分回路の積分出力の積分値（積分区間Ｔ３の終端部の電圧）が、積分リセット信号生成回路からの積分リセット信号Ｖｒｓｔで決定されるタイミングで読み込まれて、Ａ／Ｄ変換される。そして、絶縁抵抗ＲＬの抵抗値が変わると、積分回路の積分出力の積分値もそれに応じて変わるので、積分値に相当するデジタル値が、絶縁抵抗ＲＬの抵抗値を表すデジタル値としてＡ／Ｄコンバータ３４の出力側の複数の絶縁抵抗計測端子Ｖｄ１，Ｖｄ２，．．，Ｖｄｎのうちの対応する絶縁抵抗計測端子に出力される。
【００６０】
このように、地絡検知装置を応用した絶縁抵抗計測装置によれば、容易に絶縁抵抗の抵抗値に応じたデジタル値を得ることができる。
【００６１】
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００６２】
たとえば、積分区間（Ｔ３）は、上述の実施の形態では、パルス信号のハイレベル区間の少なくとも一部の区間としているが、これに代えてローレベル区間の少なくとも一部の区間としても良く、また、その長さをパルス信号のハイレベル区間またはローレベル区間内で適宜変更することができる。
【００６３】
また、パルス信号発生手段３１として、上述の実施の形態では矩形波発振回路を用いているが、これに限らず、矩形波以外の波形のパルス信号を発生する回路を用いても良い。
【００６４】
また、図６の絶縁抵抗計測装置では、図２に示す地絡検知装置における地絡判定手段３３を除く回路を採用しているが、これに限らず、図２に示す地絡検知装置の全回路を採用し、積分手段３２における積分回路の出力側にＡ／Ｄコンバータ３４を接続し、Ａ／Ｄコンバータ３４の入力読み込みタイミング信号として積分リセット信号生成回路からの積分リセット信号Ｖｒｓｔが供給されるように構成しても良い。この場合には、地絡判定回路３３の出力側に地絡検知出力を得ると共に、地絡時の絶縁抵抗の抵抗値を表すデジタル値も同時に得る事ができる。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、絶縁抵抗の検出感度および地絡検知精度が向上すると共に、車両側のノイズに強い地絡検知装置が得られる。
【００６６】
請求項２記載の発明によれば、区間積分による地絡検知を容易に行うことができる。
【００６７】
請求項３記載の発明によれば、区間積分された積分手段の出力に基づいて、容易に地絡検知出力を得ることができる。
【００６８】
請求項４記載の発明によれば、区間積分された積分手段の出力に基づいて、容易に地絡検知出力を得ることができる。
【００７０】
請求項５記載の発明によれば、容易に絶縁抵抗の抵抗値に応じたデジタル値を得ることができる。
【００７１】
請求項６記載の発明によれば、容易に絶縁抵抗の抵抗値に応じたデジタル値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地絡検知装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１の地絡検知装置の具体的構成例を示す回路図である。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、図２の回路図における地絡非発生時および地絡発生時の各部信号のタイミングチャートを示す。
【図４】図１の地絡検知装置の具体的構成の他の例を示す回路図である。
【図５】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、図４の回路図における地絡非発生時および地絡発生時の各部信号のタイミングチャートを示す。
【図６】本発明の地絡検知装置を応用した絶縁抵抗計測装置の構成例を示す回路図である。
【図７】従来の地絡検出回路の回路図である。
【図８】図７の地絡検出回路の作動説明のための波形図である。
【符号の説明】
１ 地絡検知装置
３１ パルス信号発生手段
３２ 積分手段
３３ 地絡判定手段
３４ Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ変換手段）
ＲＬ 絶縁抵抗
Ｒ０４ 検出抵抗
Ｃｏ カップリングコンデンサ
ＣＬ 車両側容量
Ｃａｄｄ 補償用コンデンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等の高電圧車両における地絡を検出する地絡検知装置および地絡時の絶縁抵抗値を計測する絶縁抵抗計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような地絡検知装置として、たとえば、特許第２９３３４９０号公報に示す電気自動車の地絡検出回路がある。この地絡検出回路は、図７および図８に示すように、高電圧直流電源（たとえば、２００〜３００Ｖ）として設けられたバッテリ群Ｂと、バッテリ群Ｂから直流正極給電線であるプラス母線４と直流負極給電線であるマイナス母線５を介して給電された直流を交流に変換するＤＣ−ＡＣ変換器としてのインバータ２と、インバータ２から交流給電線であるＵ相線６、Ｖ相線７およびＷ相線８を介して交流が給電される交流モータ３とからなる電気自動車の走行駆動回路系Ａにおいて、バッテリ群Ｂからの車体Ｅへの地絡を検出するためのもので、交流信号出力回路として発振回路１０と、電圧レベル変化検出回路として検出部２０とからなり、発振回路１０と検出部２０との接続点Ｐと走行駆動回路系Ａのバッテリ群Ｂのプラス母線４との間がカップリングコンデンサ１０Ａで接続されており、直流成分が遮断される。
【０００３】
発振回路１０において、発振器１１は、デューティ比５０％の一定周波数の矩形波パルスを発生し、次段のインピーダンス変換器１２は、発振器１１の矩形波パルスをそのままのデューティ比で出力し、発振回路１０の交流信号出力は、検出抵抗１３を介して接続点Ｐに現れる。検出抵抗１３は、地絡発生時に、地絡抵抗３１とによって分圧器として作用する。
【０００４】
検出部２０には、発振回路１０の交流信号出力が現れる検出抵抗１３とカップリングコンデンサ１０Ａとの接続点Ｐの電圧レベルを基準電圧Ｖ１と比較するための比較器２１が設けられており、接続点Ｐは比較器２１の反転入力端子に接続されている。比較器２１の非反転入力端子には、分圧抵抗２２、２３によって基準電圧Ｖ１を設定した基準電圧回路が接続されている。
【０００５】
なお、インピーダンス変換器１２および比較器２１を構成する演算増幅器は、地絡発生時に逆電圧、過電圧から保護するため、インピーダンス変換器１２の出力側、比較器２１の入力側に保護用のダイオード１５〜１８が接続されている。
【０００６】
このような回路構成により、地絡が発生していない平常時には、接続点Ｐのインピーダンスに変化がないため、比較器２１の反転入力端子には、予め設定した基準電圧Ｖ１より高い波高値を有する矩形波パルスが入力されるため、比較器２１の出力はデューティ比５０％の矩形波パルスとなる。このため、抵抗２４およびコンデンサ２５の平滑回路２６によって現れる平滑電圧は、基準電圧より低くなり、それが比較器２７の非反転入力端子に入力されて、比較器２７の出力は正常を示すローレベルとなる。
【０００７】
しかし、マイナス母線と車体Ｅとの間に地絡が発生し、図６に示す地絡抵抗３１が現れた場合には、カップリングコンデンサ１０Ａは、バッテリ群Ｂ、カップリングコンデンサ１０Ａ、検出抵抗１３、インピーダンス変換器１２、アースラインＧＮＤ、車体Ｅ、地絡抵抗３１、バッテリ群Ｂの経路で、バッテリ群Ｂの電圧値まで充電される。
【０００８】
同時に、インピーダンス変換器１２の出力は、交流信号出力の矩形波パルスであるため、検出抵抗１３、カップリングコンデンサ１０Ａ、バッテリ群Ｂ、地絡抵抗３１、車体Ｅ、インピーダンス変換器１２の経路で伝達し、カップリングコンデンサ１０Ａの充電完了と共に、インピーダンス変換器１２の出力である矩形波パルスの波高値が検出抵抗１３および地絡抵抗３１で分圧される発振振幅に小さくなって安定する。
【０００９】
このため、比較器２１の反転入力端子には、基準電圧Ｖ１より低い波高値の矩形波パルスが入力され、比較器２１のデューティ比は１００％に変化する。この結果、抵抗２４およびコンデンサ２５の平滑回路２６によって現れる平滑電圧Ｖｒは、基準電圧Ｖ２より高くなり、それが比較器２７の非反転入力端子に入力されて、比較器２７の出力は地絡を示すハイレベルとなる。以上の通り、バッテリ群Ｂにおいて地絡が発生した場合には、比較器２７の論理レベルより地絡を検出することができる。
【００１０】
【特許文献１】
特許第２９３３４９０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許第２９３３４９０号公報に記載された従来技術は、次のような問題点がある。
（１）絶縁抵抗の検出感度が低い。
（２）平滑後のリップルが誤差要因となり、地絡検知精度が低い。
（３）車両側のノイズに弱い。
（４）車両側容量変動で精度が低下する。
【００１２】
よって本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、地絡の検出感度及び精度を向上させノイズに強い地絡検知装置および地絡時の絶縁抵抗値を計測する絶縁抵抗計測装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、車体と電気的に絶縁された直流電源系統並びに該直流電源系統に接続された交流回路を含む車両における地絡を検出する地絡検知装置であって、ハイレベルとローレベルを所定の周期で繰り返すパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、上記パルス信号発生手段からの上記パルス信号を上記直流電源系統に印加するための検出抵抗およびカップリングコンデンサと、上記検出抵抗と上記カップリングコンデンサの接続点に現れる、上記パルス信号のハイレベル区間またはローレベル区間における検出電圧と第１の基準電圧との差を、上記ハイレベル区間またはローレベル区間の一部である積分区間にわたって積分する積分手段と、上記積分手段の出力に応じて地絡の有無を判定し地絡検知出力を得る地絡判定手段と、を含むことを特徴とする地絡検知装置に存する。
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、車体と電気的に絶縁された直流電源系統並びに該直流電源系統に接続された交流回路を含む車両における地絡を検出する地絡検知装置は、ハイレベルとローレベルを所定の周期で繰り返すパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、パルス信号発生手段からのパルス信号を直流電源系統に印加するための検出抵抗およびカップリングコンデンサと、検出抵抗とカップリングコンデンサの接続点に現れる、パルス信号のハイレベル区間またはローレベル区間における検出電圧と第１の基準電圧との差を、ハイレベル区間またはローレベル区間の一部である積分区間にわたって積分する積分手段と、積分手段の出力に応じて地絡の有無を判定し地絡検知出力を得る地絡判定手段とを含むので、絶縁抵抗の検出感度および地絡検知精度が向上すると共に、車両側のノイズに強い地絡検知装置が得られる。
【００１５】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、前記積分手段は、前記検出電圧と前記第１の基準電圧との差を積分する積分回路と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号に基づいて、前記積分区間以外の区間にわたって上記積分回路をリセットするための積分リセット信号を生成する積分リセット信号生成回路とを含むことを特徴とする請求項１記載の地絡検知装置に存する。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、積分手段は、検出電圧と第１の基準電圧との差を積分する積分回路と、パルス信号発生手段からのパルス信号に基づいて、積分区間以外の区間にわたって積分回路をリセットするための積分リセット信号を生成する積分リセット信号生成回路とを含むので、区間積分による地絡検知を容易に行うことができる。
【００１７】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、前記地絡判定手段は、前記積分手段の出力を第２の基準電圧と比較して地絡検知出力を得るヒステリシスコンパレータからなることを特徴とする請求項１または２記載の地絡検知装置に存する。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、地絡判定手段は、積分手段の出力を第２の基準電圧と比較して地絡検知出力を得るヒステリシスコンパレータからなるので、区間積分された積分手段の出力に基づいて、容易に地絡検知出力を得ることができる。
【００１９】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明は、前記地絡判定手段は、前記積分手段の出力の積分値をサンプルホールドして地絡検知出力を得るサンプルホールド回路からなることを特徴とする請求項１または２記載の地絡検知装置に存する。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、地絡判定手段は、積分手段の出力の積分値をサンプルホールドして地絡検知出力を得るサンプルホールド回路からなるので、区間積分された積分手段の出力に基づいて、容易に地絡検知出力を得ることができる。
【００２３】
上記課題を解決するためになされた請求項５記載の発明は、車体と電気的に絶縁された直流電源系統並びに該直流電源系統に接続された交流回路を含む車両における地絡時の絶縁抵抗を計測する絶縁抵抗計測装置であって、ハイレベルとローレベルを所定の周期で繰り返すパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、上記パルス信号発生手段からの上記パルス信号を上記直流電源系統に印加するための検出抵抗およびカップリングコンデンサと、上記検出抵抗と上記カップリングコンデンサの接続点に現れる、上記パルス信号のハイレベル区間またはローレベル区間における検出電圧と第１の基準電圧との差を、上記ハイレベル区間またはローレベル区間の一部である積分区間にわたって積分する積分手段と、上記積分手段の出力の積分値をＡ／Ｄ変換し、上記絶縁抵抗の抵抗値に相当するデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、を含むことを特徴とする絶縁抵抗計測装置に存する。
【００２４】
請求項５記載の発明によれば、車体と電気的に絶縁された直流電源系統並びに該直流電源系統に接続された交流回路を含む車両における地絡時の絶縁抵抗を計測する絶縁抵抗計測装置は、ハイレベルとローレベルを所定の周期で繰り返すパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、パルス信号発生手段からのパルス信号を直流電源系統に印加するための検出抵抗およびカップリングコンデンサと、検出抵抗とカップリングコンデンサの接続点に現れる、パルス信号のハイレベル区間またはローレベル区間における検出電圧と第１の基準電圧との差を、ハイレベル区間またはローレベル区間の一部である積分区間にわたって積分する積分手段と、積分手段の出力の積分値をＡ／Ｄ変換し、絶縁抵抗の抵抗値に相当するデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、を含むので、容易に絶縁抵抗の抵抗値に応じたデジタル値を得ることができる。
【００２５】
上記課題を解決するためになされた請求項６記載の発明は、車体と電気的に絶縁された直流電源系統並びに該直流電源系統に接続された交流回路を含む車両における地絡時の絶縁抵抗を計測する絶縁抵抗計測装置であって、請求項１から４のいずれか１項に記載の地絡検知装置と、前記積分手段の出力の積分値をＡ／Ｄ変換し、上記絶縁抵抗の抵抗値に相当するデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、を含むことを特徴とする絶縁抵抗計測装置に存する。
【００２６】
請求項５記載の発明によれば、車体と電気的に絶縁された直流電源系統並びに該直流電源系統に接続された交流回路を含む車両における地絡時の絶縁抵抗を計測する絶縁抵抗計測装置は、請求項１から４のいずれか１項に地絡検知装置と、積分手段の出力の積分値をＡ／Ｄ変換し、絶縁抵抗の抵抗値に相当するデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、を含むので、容易に絶縁抵抗の抵抗値に応じたデジタル値を得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る地絡検知装置の実施の形態を示すブロック図である。図１において、本発明の地絡検知装置１は、直流正極給電線であるプラス母線Ｐと直流負極給電線であるマイナス母線Ｎを介して走行駆動回路系（図示しない）へ給電する高電圧直流電源（たとえば、２００〜３００Ｖ）として設けられたバッテリ群Ｂからなる直流電源系統並びに該直流電源系統に接続されたインバータ等の交流回路を含む高電圧車両における車体Ｅへの地絡を検出するためのものであり、ハイレベルとローレベルを所定の周期で繰り返すパルス信号を出力するパルス信号発生手段３１と、パルス信号発生手段３１からのパルス信号を直流電源系統に印加するために、パルス信号発生手段３１と、マイナス母線Ｎに接続された車両側の地絡検出端子Ｖｉとの間に直列接続された検出抵抗Ｒ０４および直流遮断用のカップリングコンデンサＣｏと、検出抵抗Ｒ０４とカップリングコンデンサＣｏの接続点に現れる、パルス信号のハイレベル区間またはローレベル区間における検出電圧Ｖｘと第１の基準電圧との差を、ハイレベル区間またはローレベル区間の少なくとも一部である積分区間にわたって積分する積分手段３２と、積分手段３２の出力を第２の基準電圧と比較して地絡検知出力を得る地絡判定手段３３とを含む。
【００２８】
図２は、図１の地絡検知装置１の具体的構成例を示す回路図である。図２において、地絡検知装置１のパルス信号発生手段３１は、インバータＩＣ１，ＩＣ２、抵抗Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３およびコンデンサＣ０１を含み、ハイレベルとローレベルを所定の周期Ｔ１で繰り返すデューティ比５０％の一定周波数を有する矩形波パルス信号Ｖｏｓｃを出力する矩形波発振回路からなる。矩形波発振回路からの矩形波パルス信号は、検出抵抗Ｒ０４を介して、検出抵抗Ｒ０４とカップリングコンデンサＣｏの接続点に検出電圧Ｖｘとして現れる。検出抵抗Ｒ０４は、地絡発生時に、車両側の絶縁抵抗ＲＬとによって検出電圧Ｖｘを分圧する分圧器として働く。
【００２９】
積分手段３２は、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ０６，Ｒ０７，Ｒ０８、コンデンサＣ０２およびアナログスイッチＳＷ１を含む積分回路と、インバータＩＣ３，ＩＣ４，ＩＣ５、ＮＡＮＤゲートＩＣ６、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４およびコンデンサＣ０３，Ｃ０４を含む積分リセット信号生成回路とからなるリセット付き積分回路で構成される。積分回路のオペアンプＯＰ１の非反転入力端子には、抵抗Ｒ０６と抵抗Ｒ０７の接続点に現れる第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が供給され、反転入力端子には、検出抵抗Ｒ０４とカップリングコンデンサＣｏの接続点に現れる検出電圧Ｖｘが抵抗Ｒ０５を介して供給される。積分リセット信号生成回路のコンデンサＣ０３には、矩形波発振回路からの矩形波パルス信号ＶｏｓｃがインバータＩＣ３を介して供給され、生成された積分リセット信号は、ＮＡＮＤゲートＩＣ６の出力端子から積分回路のアナログスイッチＳＷ１に制御信号として供給される。
【００３０】
地絡判定手段３３は、オペアンプＯＰ２および抵抗Ｒ０９，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２を含む地絡判定回路からなる。この地絡判定回路のオペアンプＯＰ２の反転入力端子には、抵抗Ｒ０９と抵抗１０の接続点に現れる第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２（なお、この実施の形態では、Ｖｒｅｆ２＝Ｖｒｅｆ１となるように設定されている）が供給され、非反転入力端子には、抵抗Ｒ１１を介して積分回路の積分出力が供給される。オペアンプＯＰ２の非反転入力端子と出力端子間に抵抗Ｒ１２が接続されることにより、この地絡判定回路は、入力電圧が増大する時は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２で決まる帰還電圧を第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２にプラスした上限基準電圧（ＶH ）を超えるときにローレベルからハイレベルに遷移し、また入力電圧が減少する時は、上述の帰還電圧を第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２からマイナスした下限基準電圧（ＶL ）以下になったときにハイレベルからローレベルに遷移するヒステリシスコンパレータとして機能し、オペアンプＯＰ２の出力端子に接続された検知端子に地絡検知出力Ｖｌｅｋを出力する。
【００３１】
なお、パルス信号発生手段３１の出力側と積分手段３２の入力側には、地絡発生時にパルス信号発生手段３１の出力側インバータと積分手段の入力側オペアンプを、逆電圧または過電圧から保護するための保護用ダイオードＤ０１，Ｄ０２，Ｄ０３，Ｄ０４が接続されている。また、一端が検出抵抗Ｒ０４に接続されたカップリングコンデンサＣｏの他端と車体間には、絶縁抵抗ＲＬと並列に現れる車両側容量ＣＬに応じた容量値を有し、車両側容量ＣＬの変動による地絡検知の誤差を低減するための補償用コンデンサＣａｄｄが接続されている。車両側容量ＣＬは、イグニッションオン／オフ時や、交流回路に負荷として交流モータが接続された場合に変動し、また車種によっても変動するので、補償用コンデンサＣａｄｄの容量値は、このような車両側容量の変動による地絡検知への影響が小さくなるように設定される。
【００３２】
次に、上述の構成を有する地絡検知装置１の動作について、図３に示す各部信号のタイミングチャートを参照しながら説明する。なお、図３において、（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、地絡非発生時および地絡発生時の各部信号のタイミングチャートを示す。
【００３３】
まず地絡が発生していない平常時には、絶縁抵抗ＲＬが無限大に近いため、図３（Ａ）に示すようにハイレベルとローレベルを所定の周期Ｔ１で繰り返すデューティ比５０％の一定周波数を有するパルス信号発生手段３１からの矩形波パルス信号は、カップリングコンデンサＣｏを介してバッテリ群Ｂのプラス母線Ｐおよびマイナス母線Ｎと車体Ｅ間に流れることはなく、図３（Ａ）に示す波形の検出電圧Ｖｘとして検出抵抗Ｒ０４、抵抗Ｒ０５を介して積分手段３２に供給される。このとき、積分手段３２の積分回路の反転入力端子に供給される検出電圧Ｖｘは、その波高値が、積分回路のオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に供給される第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも高くなるように設定されている。
【００３４】
図３の波形に示すように、検出電圧Ｖｘが矩形波に近いとき、矩形波の波高値の概算式Ｖｘ＿ｐｋは、以下の概算式（１）で表される。
【００３５】
【数１】
また、パルス信号発生手段３１からの矩形波パルス信号は、インバータＩＣ３を介して積分リセット信号生成回路のコンデンサＣ０３にも供給される。積分リセット信号生成回路は、供給された矩形波パルス信号に基づいて、図３（Ａ）に示すように、矩形波パルス信号のハイレベル区間（Ｔ１）の少なくとも一部である積分区間（Ｔ３）はローレベルかつ積分区間（Ｔ３）以外の期間はハイレベルとなるような積分リセット信号Ｖｒｓｔを生成し、積分回路のアナログスイッチＳＷ１へ制御信号として供給する。その結果、アナログスイッチＳＷ１は、積分区間（Ｔ３）以外の期間はオンとなるように制御されて、コンデンサＣ０２の両端を短絡することにより積分回路をリセットし、積分区間（Ｔ３）の間はオフとなるように制御されて、コンデンサＣ０２の両端を開放することにより積分回路の積分動作を行わせる。
【００３７】
それにより、積分回路は、図３（Ａ）に示すように、積分区間（Ｔ３）以外の期間はレベルＶｒｅｆ２となり、積分区間（Ｔ３）の間は、検出電圧Ｖｘと第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１の差を区間積分してレベルＶｒｅｆ２から次第に減少する波形の積分出力Ｖｉｎｔを地絡判定手段３３に供給する。積分出力Ｖｉｎｔは、以下の式（２）で表される。
【００３８】
【数２】
そこで、地絡判定手段３３としてのヒステリシスコンパレータにおいて、供給された積分出力のレベルが下限基準電圧（ＶL ）以下になると、その出力はハイレベルからローレベルに遷移し、検知端子には、地絡無しと判定するローレベル信号が現れる。そして、パルス信号発生手段３１からの矩形波パルス信号の次のハイレベル区間が到来しても、積分出力Ｖｉｎｔは常にレベルＶｒｅｆ２以下であるので、検知端子には、相変わらず地絡無しと判定するローレベル信号が現れる。
【００４０】
次に、地絡が発生し、絶縁抵抗ＲＬの抵抗値が低下すると、パルス信号発生手段３１からの矩形波パルス信号は、カップリングコンデンサＣｏを介して絶縁抵抗ＲＬから車体Ｅへに流れ、その結果、検出電圧Ｖｘは、検出抵抗Ｒ０４と絶縁抵抗ＲＬで分圧され、その波高値が図３（Ｂ）に示すように第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１より小さくなって検出抵抗Ｒ０４、抵抗Ｒ０５を介して積分手段３２に供給される。
【００４１】
それにより、積分回路は、図３（Ｂ）に示すように、積分区間（Ｔ３）以外の期間はレベルＶｒｅｆ２となり、積分区間（ｔ３）の間は、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１と検出電圧Ｖｘとの差を区間積分してレベルＶｒｅｆ２から次第に増大する波形の積分出力Ｖｉｎｔを地絡判定手段３３に供給する。
【００４２】
そこで、地絡判定手段３３としてのヒステリシスコンパレータにおいて、供給された積分出力のレベルが上限基準電圧（ＶH ）を超えると、その出力はローレベルからハイレベルに遷移し、検知端子には、地絡有りと判定するハイレベル信号が現れる。そして、パルス信号発生手段３１からの矩形波パルス信号の次のハイレベル区間が到来しても、積分出力Ｖｉｎｔは常にレベルＶｒｅｆ２以上であるので、検知端子には、相変わらず地絡有りと判定するハイレベル信号が現れる。
【００４３】
このようにして、バッテリ群Ｂにおいて地絡が発生した場合には、検知端子に地絡検知出力を得ることができる。
【００４４】
なお、積分出力電圧Ｖｉｎｔを表す上述の式（２）において、各変数に現実的な値（代表値）、たとえばＲ０５＝１００ｋΩ、Ｃ０＝０．０２２μＦ、Ｔ３＝２２ｍｓを代入すると、
【００４５】
【数３】
となる。このときの積分手段３２、すなわち積分リセット付き積分回路の利得は１０倍である。一方、図６に示す従来の装置は、検出電圧Ｖｘをしきい値判定している。
【００４７】
したがって、本発明の地絡検知装置によれば、従来の装置より絶縁抵抗ＲＬの検出感度が向上できる。また、地絡判定のしきい値付近における地絡の有無が不確定になる範囲も狭くできる。したがって、地絡検知の精度が向上する。
【００４８】
地絡判定のしきい値付近における地絡有無が不確定になる範囲とは、地絡検知装置の出力で地絡の有無が判定できない範囲である。特許文献１に示されている図８の接続点Ｐ電圧の矩形波の崩れは、地絡判定のしきい値付近における地絡の有無を不確定にする。図７の回路は、地絡の有無を調べるために絶縁抵抗３１に電流を流すため、カップリングコンデンサ１０Ａに流れる電流に応じてカップリングコンデンサ１０Ａの端子間電圧が変化する。したがって、このカップリングコンデンサ１０Ａの端子間電圧の変化が矩形波の崩れになる。この矩形波の崩れは、実用的な回路では避けることが難しいものである。特許文献１における接続点Ｐ電圧の矩形波が崩れたとき、接続点Ｐ電圧の矩形波の上底が斜めになると、図７の比較器２７の地絡判定の出力は、ハイとローの２つの状態を持つ。このハイとローの２つの状態がある範囲が、地絡検知装置の出力で地絡の有無が判定できない範囲である。一方、本発明では、地絡判定のしきい値電圧Ｖｒｅｆ１と検出電圧Ｖｘの差を区間積分した積分出力電圧値で地絡の有無を判定する方式であり、特許文献１における比較器２７の出力のような地絡判定出力が不確定になる範囲が狭い。本発明では、後段の地絡判定回路のパラメータを適当に設定することで、地絡判定のしきい値付近における地絡の有無が不確定になる範囲を従来装置より狭くすることができる。
【００４９】
さらに、本発明では、地絡判定のしきい値電圧Ｖｒｅｆ１と検出電圧Ｖｘの差を区間積分しているので、積分区間より十分に短い周期の正負対称なノイズを除去することができる。これは、積分回路の入力に正負対称なノイズが入力するとノイズの１周期でキャンセルされるからである。
【００５０】
次に、図４は、図１の地絡検知装置１の具体的構成の他の例を示す回路図である。図４に示す回路は、図２に示す回路とほぼ同一であるが、以下の点で異なっている。すなわち、パルス信号発生手段３１の構成が、図２の矩形波発振回路と異なり、外部矩形波信号源（図示しない）から矩形波パルス信号が入力されるトリガ信号入力端子Ｖｔｇ、トランジスタＱ１、抵抗Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７およびインバータＩＣ９からなり、インバータＩＣ９の出力端子より、図２の回路における矩形発振回路の矩形波パルス信号と同様の出力が得られる。また、積分手段３２においては、積分回路の前段に、オペアンプＯＰ３、抵抗Ｒ１８およびコンデンサＣ０５，Ｃ０６からなるローパスフィルタが追加されている。このローパスフィルタは、パルス信号発生手段３１からの矩形波パルス信号のみを通過させ、それより高い周波数のノイズが積分回路に入力されるのを阻止するように作用する。
【００５１】
また、積分手段３２の積分リセット信号生成回路は、図２におけるインバータＩＣ３を省き、また図２におけるＮＡＮＤゲートＩＣ６に代えてＡＮＤゲートＩＣ７およびインバータＩＣ８を含み、インバータ８の出力端子から得られる積分リセット信号が、積分回路のアナログスイッチＳＷ１の制御信号として供給される。
【００５２】
また、地絡判定手段３３は、オペアンプＯＰ４，ＯＰ５、抵抗Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４、コンデンサＣ０７，Ｃ０８，Ｃ０９、ツェナーダイオードＺＤ１およびアナログスイッチＳＷ２，ＳＷ３からなるサンプルホールド回路で構成される。オペアンプ４の出力側には出力端子Ｖｏｕｔ１が接続され、オペアンプ５の出力側には出力端子Ｖｏｕｔ２が接続されている。アナログスイッチＳＷ２，ＳＷ３には、積分リセット信号生成回路のＡＮＤゲート７の出力端子から得られる、積分リセット信号と逆極性の信号が制御信号として供給される。
【００５３】
上述の構成では、図４の積分リセット信号生成回路において図２におけるインバータＩＣ３が省かれているので、積分手段３２は、検出抵抗Ｒ０４とカップリングコンデンサＣｏの接続点に現れる、パルス信号Ｖｏｓｃのローレベル区間において区間積分を行う。
【００５４】
図５（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、図４の回路図における地絡非発生時および地絡発生時の各部信号のタイミングチャートを示す。
【００５５】
図４の地絡検知装置１では、サンプルホールド回路により、積分手段３２における積分回路の積分出力の積分値（積分区間Ｔ３の終端部の電圧）をサンプルホールドすることができる。すなわち、アナログスイッチＳＷ２，ＳＷ３は、積分区間（Ｔ３）中はオンになり、積分区間（Ｔ３）以外の期間はオフとなるように制御され、それにより、出力端子Ｖｏｕｔ１には、たとえば図５（Ａ）に示す地絡無しの場合の積分区間（Ｔ３）の終端部における積分回路の積分値（Ｖｉｎｔ＿ｅｘ１）および図５（Ｂ）に示す地絡有りの場合の積分区間（Ｔ３）の終端部における積分回路の積分値（Ｖｉｎｔ＿ｅｘ２）のアナログ電圧値を出力する。このアナログ電圧値は、絶縁抵抗ＲＬの抵抗値に応じた値となる。また、出力端子Ｖｏｕｔ２には、積分区間（Ｔ３）の間出力電圧をほぼゼロボルト（ＧＮＤ）に保った波形を出力することができる。
【００５６】
このように、図５の回路を有する地絡検知装置によれば、絶縁抵抗ＲＬの抵抗値に応じたアナログ電圧値のパルス波形を出力することができる。
【００５７】
次に、本発明の地絡検知装置は絶縁抵抗計測装置に応用することができ、この応用例について以下に説明する。
【００５８】
図６は、本発明の地絡検知装置を応用した絶縁抵抗計測装置の構成例を示す回路図である。図６においては、図２に示す地絡検知装置における地絡判定手段３３を除く回路を採用し、さらに、積分手段３２における積分回路の出力側にＡ／Ｄコンバータ３４を接続し、Ａ／Ｄコンバータ３４の入力読み込みタイミング信号として積分リセット信号生成回路からの積分リセット信号Ｖｒｓｔが供給されている。
【００５９】
上述の構成では、Ａ／Ｄコンバータ３４によって、積分手段３２における積分回路の積分出力の積分値（積分区間Ｔ３の終端部の電圧）が、積分リセット信号生成回路からの積分リセット信号Ｖｒｓｔで決定されるタイミングで読み込まれて、Ａ／Ｄ変換される。そして、絶縁抵抗ＲＬの抵抗値が変わると、積分回路の積分出力の積分値もそれに応じて変わるので、積分値に相当するデジタル値が、絶縁抵抗ＲＬの抵抗値を表すデジタル値としてＡ／Ｄコンバータ３４の出力側の複数の絶縁抵抗計測端子Ｖｄ１，Ｖｄ２，．．，Ｖｄｎのうちの対応する絶縁抵抗計測端子に出力される。
【００６０】
このように、地絡検知装置を応用した絶縁抵抗計測装置によれば、容易に絶縁抵抗の抵抗値に応じたデジタル値を得ることができる。
【００６１】
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００６２】
たとえば、積分区間（Ｔ３）は、上述の実施の形態では、パルス信号のハイレベル区間の少なくとも一部の区間としているが、これに代えてローレベル区間の少なくとも一部の区間としても良く、また、その長さをパルス信号のハイレベル区間またはローレベル区間内で適宜変更することができる。
【００６３】
また、パルス信号発生手段３１として、上述の実施の形態では矩形波発振回路を用いているが、これに限らず、矩形波以外の波形のパルス信号を発生する回路を用いても良い。
【００６４】
また、図６の絶縁抵抗計測装置では、図２に示す地絡検知装置における地絡判定手段３３を除く回路を採用しているが、これに限らず、図２に示す地絡検知装置の全回路を採用し、積分手段３２における積分回路の出力側にＡ／Ｄコンバータ３４を接続し、Ａ／Ｄコンバータ３４の入力読み込みタイミング信号として積分リセット信号生成回路からの積分リセット信号Ｖｒｓｔが供給されるように構成しても良い。この場合には、地絡判定回路３３の出力側に地絡検知出力を得ると共に、地絡時の絶縁抵抗の抵抗値を表すデジタル値も同時に得る事ができる。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、絶縁抵抗の検出感度および地絡検知精度が向上すると共に、車両側のノイズに強い地絡検知装置が得られる。
【００６６】
請求項２記載の発明によれば、区間積分による地絡検知を容易に行うことができる。
【００６７】
請求項３記載の発明によれば、区間積分された積分手段の出力に基づいて、容易に地絡検知出力を得ることができる。
【００６８】
請求項４記載の発明によれば、区間積分された積分手段の出力に基づいて、容易に地絡検知出力を得ることができる。
【００７０】
請求項５記載の発明によれば、容易に絶縁抵抗の抵抗値に応じたデジタル値を得ることができる。
【００７１】
請求項６記載の発明によれば、容易に絶縁抵抗の抵抗値に応じたデジタル値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地絡検知装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１の地絡検知装置の具体的構成例を示す回路図である。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、図２の回路図における地絡非発生時および地絡発生時の各部信号のタイミングチャートを示す。
【図４】図１の地絡検知装置の具体的構成の他の例を示す回路図である。
【図５】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、図４の回路図における地絡非発生時および地絡発生時の各部信号のタイミングチャートを示す。
【図６】本発明の地絡検知装置を応用した絶縁抵抗計測装置の構成例を示す回路図である。
【図７】従来の地絡検出回路の回路図である。
【図８】図７の地絡検出回路の作動説明のための波形図である。
【符号の説明】
１ 地絡検知装置
３１ パルス信号発生手段
３２ 積分手段
３３ 地絡判定手段
３４ Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ変換手段）
ＲＬ 絶縁抵抗
Ｒ０４ 検出抵抗
Ｃｏ カップリングコンデンサ
ＣＬ 車両側容量
Ｃａｄｄ 補償用コンデンサ
Claims (6)
- 車体と電気的に絶縁された直流電源系統並びに該直流電源系統に接続された交流回路を含む車両における地絡を検出する地絡検知装置であって、
ハイレベルとローレベルを所定の周期で繰り返すパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、
上記パルス信号発生手段からの上記パルス信号を上記直流電源系統に印加するための検出抵抗およびカップリングコンデンサと、
上記検出抵抗と上記カップリングコンデンサの接続点に現れる、上記パルス信号のハイレベル区間またはローレベル区間における検出電圧と第１の基準電圧との差を、上記ハイレベル区間またはローレベル区間の一部である積分区間にわたって積分する積分手段と、
上記積分手段の出力に応じて地絡の有無を判定し地絡検知出力を得る地絡判定手段と、
を含むことを特徴とする地絡検知装置。 - 前記積分手段は、前記検出電圧と前記第１の基準電圧との差を積分する積分回路と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号に基づいて、前記積分区間以外の区間にわたって上記積分回路をリセットするための積分リセット信号を生成する積分リセット信号生成回路とを含む
ことを特徴とする請求項１記載の地絡検知装置。 - 前記地絡判定手段は、前記積分手段の出力を第２の基準電圧と比較して地絡検知出力を得るヒステリシスコンパレータからなる
ことを特徴とする請求項１または２記載の地絡検知装置。 - 前記地絡判定手段は、前記積分手段の出力の積分値をサンプルホールドして地絡検知出力を得るサンプルホールド回路からなる
ことを特徴とする請求項１または２記載の地絡検知装置。 - 車体と電気的に絶縁された直流電源系統並びに該直流電源系統に接続された交流回路を含む車両における地絡時の絶縁抵抗を計測する絶縁抵抗計測装置であって、
ハイレベルとローレベルを所定の周期で繰り返すパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、
上記パルス信号発生手段からの上記パルス信号を上記直流電源系統に印加するための検出抵抗およびカップリングコンデンサと、
上記検出抵抗と上記カップリングコンデンサの接続点に現れる、上記パルス信号のハイレベル区間またはローレベル区間における検出電圧と第１の基準電圧との差を、上記ハイレベル区間またはローレベル区間の一部である積分区間にわたって積分する積分手段と、
上記積分手段の出力の積分値をＡ／Ｄ変換し、上記絶縁抵抗の抵抗値に相当するデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、
を含むことを特徴とする絶縁抵抗計測装置。 - 車体と電気的に絶縁された直流電源系統並びに該直流電源系統に接続された交流回路を含む車両における地絡時の絶縁抵抗を計測する絶縁抵抗計測装置であって、
請求項１から４のいずれか１項に記載の地絡検知装置と、
前記積分手段の出力の積分値をＡ／Ｄ変換し、上記絶縁抵抗の抵抗値に相当するデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、
を含むことを特徴とする絶縁抵抗計測装置。
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