JP3957598B2 - 絶縁抵抗検出方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車（ＰＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）等の電動車両に塔載される高電圧バッテリである組電池からの直流電力をリレーを介してインバータにより交流電力に変換してモータに供給して走行する電動車両の絶縁抵抗を検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気自動車（ＰＥＶ）や、エンジンとモータを備えたいわゆるハイブリッド車両（ＨＥＶ）等において、モータを駆動する際の主電源として、その高いエネルギー密度（すなわち、コンパクトにエネルギーを蓄積できる）と高い出力密度の点から、ニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）二次電池が主に使用されている。かかるＰＥＶやＨＥＶには、モータに対して十分な出力を供給できるように、単電池を複数個組み合わせて１つの組電池とし、その組電池が高電圧バッテリとして塔載されている。
【０００３】
このようなＨＥＶ等は、高電圧バッテリを駆動源としてモータを駆動制御するための高電圧回路と、低電圧バッテリを駆動源として音響機器などの電子機器を駆動するための低電圧回路とを有している。また、高電圧回路には、モータ駆動用のインバータが含まれる。
【０００４】
ＨＥＶ等の電動車両では、人体に対する安全性を確保するため、高電圧回路と車両のシャーシとの間の絶縁抵抗の値が十分大きいかを検出し、漏電により絶縁抵抗の値が低下した場合、ドライバー等に警告する、もしくは高電圧バッテリからの電力を遮断する。
【０００５】
図４は、従来の電動車両の部分構成を示す機能ブロック図である。図４において、電動車両１００は、モータなどの高電圧負荷１１を駆動制御する高電圧回路１０と、各種電子機器などの低電圧負荷２１を駆動する低電圧回路２０と、高電圧回路１０とシャーシとの間の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出装置３００とを有している。
【０００６】
高電圧回路１０には、高電圧バッテリ１２と、高電圧バッテリ１２からの電力を高電圧負荷１１側に対して導通または遮断する第２のスイッチ部１３と、高電圧負荷１１を駆動制御するインバータ１４と、インバータ１４の高電位入力端子とシャーシとの間に接続された抵抗１５と、インバータ１４の低電位入力端子とシャーシとの間に接続された抵抗１６とが含まれる。
【０００７】
高電圧バッテリ１２は、直列に接続された複数の二次電池（例えば、Ｎｉ−ＭＨ二次電池）１２１で構成されており、電動車両１００を走行させる駆動源としてのモータを回転駆動させるのに必要な高電圧（例えば、２８８Ｖ）を出力可能としている。第２のスイッチ部１３は、リレーなどで構成されており、モータなどの高電圧負荷１１を駆動させるのに必要な所定以上の電流容量を有している。インバータ１４は、モータ（例えば、３相交流モータ）を回転駆動させるべく、高電圧バッテリ１２からの直流電流を交流電流に変換する機能を有し、その入力部には動作を安定化するために、大容量の平滑用コンデンサ１４１が設けられている。抵抗１５（抵抗値Ｒ１）と抵抗１６（抵抗値Ｒ２）は、インバータ１４の平滑用コンデンサ１４１へのプリチャージ終了を充電電圧に基づいて判定するため、大きな抵抗値を有する（なお、充電電圧の検出回路は図示していない）。
【０００８】
低電圧回路２０には、低電圧バッテリ２２と、低電圧負荷２１との間の接続制御を可能とする第１のスイッチ部２３とが含まれる。
【０００９】
低電圧バッテリ２２は、直列に接続された複数の二次電池２２１で構成されており、イルミネーション表示部２１１や、電子機器としての音響機器２１２（例えば、ラジオやステレオ）などの低電圧負荷２１を駆動させるのに必要な低電圧（例えば、１２Ｖ）を出力可能としている。第１のスイッチ部２３は、イグニッションキースイッチであり、車両全体の電気系統をオン／オフ制御する。第１のスイッチ部２３は、第２のスイッチ部１３に連動しており、第１のスイッチ部２３のオン操作で第２のスイッチ部１３もオン動作し、第１のスイッチ部２３のオフ操作で第２のスイッチ部１３もオフ動作するようになっている。
【００１０】
絶縁抵抗検出装置３００には、所定周波数（例えば、１Ｈｚ）の正弦波または方形波信号を出力する信号発生器３１と、信号発生器３１からの信号を所定レベルにまで増幅する増幅器３２と、高電圧回路１０とシャーシとの間の絶縁抵抗（不図示）に応じて、増幅器３２からの信号を減衰させるための抵抗３３と、抵抗３３の一端と高電圧バッテリ１２の総マイナス端子との間に接続された結合コンデンサ３４と、増幅器３２から抵抗３３を介した信号の高周波成分を除去する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）３５と、ＬＰＦ３５からの信号を所定レベルにまで増幅する増幅器３６と、増幅器３６からの信号を１周期間隔（例えば、信号周波数を１Ｈｚとした場合、１ｓｅｃ）でデータ更新し、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３７と、Ａ／Ｄコンバータ３７からのディジタル信号を受けるマイクロコンピュータ（μＣＯＭ）３８とが含まれる。μＣＯＭ３８には、Ａ／Ｄコンバータ３７からのディジタル信号を所定の閾値と比較して絶縁抵抗の低下有り無しを判定する絶縁抵抗検出部３８１’が含まれる。
【００１１】
また、４０は、第１のスイッチ部２３のオン操作信号を受けて、絶縁抵抗検出部３８１’からの検出終了信号が絶縁抵抗の低下無しを示す場合、第２のスイッチ部１３をオン状態にし、絶縁抵抗検出部３８１’からの検出終了信号が絶縁抵抗の低下有りを示す場合、第２のスイッチ部１３をオフ状態にするスイッチ制御部である。
【００１２】
絶縁抵抗検出部３８１’は、まず車両起動時に、スイッチ制御部４０を介して第２のスイッチ部１３をオフ状態のままにし、Ａ／Ｄコンバータ３７からのディジタル信号を所定の閾値と比較し、高電圧バッテリ１２とシャーシとの間の絶縁抵抗が所定値（例えば、１００ｋΩ）以下になり、ディジタル信号が低下して閾値以下となった場合に絶縁抵抗の低下を検出し、その検出信号を、スイッチ制御部４０に出力するとともに、イルミネーション表示部２１１に出力し、その表示ランプを点灯させる。
【００１３】
スイッチ制御部４０は、第１のスイッチ部２３のオン操作信号を受けて、絶縁抵抗検出部３８１’からの検出信号が絶縁抵抗の低下無しを示す場合、第２のスイッチ部１３をオン状態にし、絶縁抵抗検出部３８１’からの検出信号が絶縁抵抗の低下有りを示す場合、第２のスイッチ部１３をオフ状態のままにする。
【００１４】
車両起動時に、高電圧バッテリ１２とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常であった場合、第２のスイッチ部１３がオン状態となり、高電圧バッテリ１２からの直流電力がインバータ１４により交流電力に変換され、モータに供給されて電動車両１００が走行できる状態になる。車両走行時にも、絶縁抵抗検出部３８１’は、第２のスイッチ部１３からインバータ１４までの経路とシャーシとの間の絶縁抵抗が低下していないかを判定する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
車両起動時に、第２のスイッチ部１３をオフ状態にして、高電圧バッテリ１２とシャーシとの間の絶縁抵抗の低下がなく、正常であると判定した場合でも、第２のスイッチ部１３からインバータ１４までの経路とシャーシとの絶縁抵抗が低下している場合がある。
【００１６】
この場合、第２のスイッチ部１３をオン状態にした瞬間、結合コンデンサ３４に充放電電流が流れ、Ａ／Ｄコンバータ３７への入力信号のレベルがＡ／Ｄ変換範囲を超えてしまい、信号レベルがゼロであるとみなされて、絶縁抵抗異常と誤判定されることになる。この問題について、図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃを用いて以下で説明する。
【００１７】
図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、それぞれ、インバータ１４の入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常である場合、インバータ１４の高電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が低下している場合、およびインバータ１４の低電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が低下している場合における、Ａ／Ｄコンバータ３７への入力信号の波形図である。
【００１８】
インバータ１４の高電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が異常ではないまでもある程度低下している場合、抵抗１５（抵抗値Ｒ１）と低下した絶縁抵抗（ＲＬ）とが並列に接続され、その合成抵抗値Ｒ１／／ＲＬが抵抗１６の抵抗値Ｒ２よりも小さくなる。
【００１９】
そのため、第２のスイッチ部１３をオン状態にした瞬間、結合コンデンサ３４にかかる電圧ＶＣが高電圧バッテリ１２の電圧ＶＢの１／２に等しかった平衡状態（図５Ａ）から、結合コンデンサ３４にかかる電圧ＶＣが高電圧バッテリ１２の電圧ＶＢに等しいという状態になり、抵抗３３から結合コンデンサ３４、抵抗１６を介してシャーシへと結合コンデンサ３４を充電する電流が瞬間的に流れ、図５Ｂに示すように、Ａ／Ｄコンバータ３７への入力信号のバイアスレベルがＡ／Ｄ変換範囲（ＶＴ−ＶＢ）を大きく下回ってしまう。
【００２０】
これにより、結合コンデンサ３４への充電がほぼ飽和状態になり、その結果、信号のバイアスレベルがＡ／Ｄコンバータ３７の変換範囲の中間値（ＶＭ）付近に達するまでに、長い時間を要することになる。この結果、絶縁抵抗が異常と判定される程度（例えば、１００ｋΩ）まで低下しているものとして誤検出される可能性がある。
【００２１】
一方、インバータ１４の低電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が異常ではないまでもある程度低下している場合、抵抗１６（抵抗値Ｒ２）と低下した絶縁抵抗（ＲＬ）とが並列に接続され、その合成抵抗値Ｒ２／／ＲＬが抵抗１５の抵抗値Ｒ１よりも小さくなる。
【００２２】
そのため、第２のスイッチ部１３をオン状態にした瞬間、結合コンデンサ３４にかかる電圧ＶＣが高電圧バッテリ１２の電圧ＶＢの１／２に等しかった平衡状態（図５Ａ）から、結合コンデンサ３４にかかる電圧ＶＣがゼロという状態になり、シャーシから抵抗１５、結合コンデンサ３４を介して抵抗３３へと結合コンデンサ３４を放電する電流が瞬間的に流れ、図５Ｃに示すように、Ａ／Ｄコンバータ３７への入力信号のバイアスレベルがＡ／Ｄ変換範囲（ＶＴ−ＶＢ）を大きく上回ってしまう。
【００２３】
この場合も、結合コンデンサ３４への放電がほぼ飽和状態になり、その結果、信号のバイアスレベルがＡ／Ｄコンバータ３７の変換範囲の中間値（ＶＭ）付近に達するまでに、長い時間を要することになる。この結果、絶縁抵抗が異常と判定される程度（例えば、１００ｋΩ）まで低下しているものとして誤検出される可能性がある。
【００２４】
上記のような誤検出を回避するためには、検出確定時間を長く設定すればよいが、その場合、人体に対する安全性の点からは好ましい対策ではない。
【００２５】
また、上記従来例では、Ａ／Ｄコンバータ３７により、増幅器３６からの信号を１周期間隔でサンプリングして、絶縁抵抗の低下を判定しているため、判定に要する時間がそれだけ長くなる。
【００２６】
上記の問題に加えて、車両走行時に、高電圧バッテリ１２に対する充放電が行われ、高電圧バッテリ１２の電圧ＶＢが変動するため、結合コンデンサ３４を充放電する電流が抵抗３３を流れることにより、絶縁抵抗検出部３８１’による検出精度が悪くなるという問題もある。この問題について、図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃを用いて以下で説明する。
【００２７】
図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃは、それぞれ、高電圧バッテリ１２の電圧変動がない場合、充電により高電圧バッテリ１２の電圧が上昇した場合、および放電により高電圧バッテリ１２の電圧が低下した場合における、Ａ／Ｄコンバータ３７への入力信号の波形図である。
【００２８】
車両制動時に高電圧バッテリ１２への充電が行われると、電圧ＶＢがシャーシの接地電位を中間値として増加し、その増加した電圧分により、抵抗３３を介して結合コンデンサ３４に充電電流が流れる。充電電流が抵抗３３を流れることにより、図６Ｂに示すように、そのオフセット電圧（抵抗３３の抵抗値×充電電流の値）分だけＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号のバイアスレベルが図６Ａの状態から下がり、絶縁抵抗を正確に検出することが困難になる。
【００２９】
一方、車両加速時や登坂時等に高電圧バッテリ１２から放電が行われると、電圧ＶＢがシャーシの接地電位を中間値として減少し、その減少した電圧分により、結合コンデンサ３４から抵抗３３を介して放電電流が流れる。放電電流が抵抗３３を流れることにより、図６Ｃに示すように、そのオフセット電圧（抵抗３３の抵抗値×充電電流の値）分だけＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号のバイアスレベルが図６Ａの状態から上がり、やはり絶縁抵抗を正確に検出することが困難になる。
【００３０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両起動時に高電圧回路とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常であるか否かをできる限り短い時間で検出し、かつ車両走行中に高電圧バッテリの電圧変動の影響を受けず、絶縁抵抗を正確かつ安定に検出することが可能な絶縁抵抗検出方法および装置を提供することにある。
【００３１】
前記の目的を達成するため、本発明に係る絶縁抵抗検出方法は、例えばニッケル−水素二次電池を複数個組み合わせて成る組電池（高電圧バッテリ）からの直流電力を、リレー（第２のスイッチ部）を介してインバータにより交流電力に変換してモータに供給する高電圧回路を有する電動車両に適用され、所定周波数（例えば、１Ｈｚ）の信号を発生する信号発生器と、信号発生器の出力端子に一端が接続され、高電圧回路（組電池からリレーまでの経路、リレーからインバータまでの経路）とシャーシとの間の絶縁抵抗と協働して、信号発生器の出力信号を減衰させるための抵抗性素子と、抵抗性素子の他端と組電池からリレーまでの経路とを容量結合する容量性素子とを用いて、絶縁抵抗を検出する方法であって、抵抗性素子を介した信号の振幅レベルを半周期（Ｔ／２）毎に算出するステップと、ある時点ｔｉで算出した第１の振幅レベルＶ（ｉ）とその半周期後の時点ｔｉ＋Ｔ／２で算出した第２の振幅レベルＶ（ｉ＋１）とを比較するステップと、比較ステップの結果、第２の振幅レベルＶ（ｉ＋１）が第１の振幅レベルＶ（ｉ）よりも所定値Ｖｔだけ低下した場合に、絶縁抵抗の低下を検出するステップとを含み、前記容量性素子は、前記抵抗性素子の他端と前記組電池の一方の端子との間に接続された第１の容量性素子と、前記抵抗性素子の他端と前記組電池の他方の端子との間に接続され、前記第１の容量性素子と同じ容量値を有する第２の容量性素子とからなることを特徴とすることを特徴とする。
【００３２】
この絶縁抵抗検出方法によれば、車両起動時に、リレーをオン状態にした際に、リレーからインバータまでの経路とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常か異常であるかをできる限り短い時間で判定することができる。
【００３４】
また、車両走行中に、高電圧バッテリの電圧が変動しても、抵抗性素子に流れる充放電電流を小さくして、抵抗性素子によるオフセット電圧を補償することで、検出対象の信号のバイアスレベルを安定化することができるので、絶縁抵抗を正確に検出することが可能になる。
【００３５】
前記の目的を達成するため、本発明に係る絶縁抵抗検出装置は、例えばニッケル−水素二次電池を複数個組み合わせて成る組電池（高電圧バッテリ）からの直流電力を、リレー（第２のスイッチ部）を介してインバータにより交流電力に変換してモータに供給する高電圧回路を有する電動車両における、高電圧回路（組電池からリレーまでの経路、リレーからインバータまでの経路）とシャーシとの間の絶縁抵抗を検出する装置であって、所定周波数（例えば、１Ｈｚ）の信号を発生する信号発生器と、信号発生器の出力端子に一端が接続され、絶縁抵抗と協働して信号発生器の出力信号を減衰させるための抵抗性素子と、抵抗性素子の他端と組電池の一方の端子との間に接続された第１の容量性素子と、抵抗性素子の他端と組電池の他方の端子との間に接続され、第１の容量性素子と同じ容量値を有する第２の容量性素子と、抵抗性素子を介した信号の振幅レベルに応じて、絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗検出部とを備えたことを特徴とする。
【００３６】
この絶縁抵抗検出装置によれば、車両走行中に、高電圧バッテリの電圧が変動しても、抵抗性素子に流れる充放電電流を小さくして、抵抗性素子によるオフセット電圧を補償することで、検出対象の信号のバイアスレベルを安定化することができるので、絶縁抵抗を正確に検出することが可能になる。
【００３７】
本発明に係る絶縁抵抗検出装置において、絶縁抵抗検出部は、抵抗性素子を介した信号の振幅レベルを半周期（Ｔ／２）毎に算出する手段（Ａ／Ｄコンバータ、絶縁抵抗検出部）と、ある時点ｔｉで算出した第１の振幅レベルＶ（ｉ）とその半周期後の時点ｔｉ＋Ｔ／２で算出した第２の振幅レベルＶ（ｉ＋１）とを比較し、比較の結果、第２の振幅レベルＶ（ｉ＋１）が第１の振幅レベルＶ（ｉ）よりも所定値Ｖｔだけ低下した場合に、絶縁抵抗の低下を検出する手段（絶縁抵抗検出部）とを備えることが好ましい。
【００３８】
これにより、車両起動時に、リレーをオン状態にした際に、リレーからインバータまでの経路とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常か異常であるかをできる限り短い時間で判定することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４０】
図１は、本発明の一実施形態に係る絶縁抵抗検出装置３０が適用される電動車両の部分構成を示す機能ブロック図である。なお、図１において、従来例を示す図４と同様の機能および構成を有する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
本実施形態が従来例と異なるのは、絶縁抵抗検出装置３０に、高電圧バッテリ１２の総マイナス部に一端が接続され、抵抗３３の他端に他端が接続された、従来と同様の第１の結合コンデンサ３４１（第１の容量性素子）に加えて、高電圧バッテリ１２の総プラス部に一端が接続され、抵抗３３の他端に他端が接続された第２の結合コンデンサ３４２（第２の容量性素子）を設けた点と、従来の絶縁抵抗検出部３８１’とは機能が異なる絶縁抵抗検出部３８１を設けた点にある。
【００４２】
以下、このように構成された絶縁抵抗の検出装置の動作について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態における絶縁抵抗検出ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【００４３】
図２において、イグニッションキースイッチである第１のスイッチ部２３がオン操作されると（Ｓ２０１）、まず、第２のスイッチ部１３をオフ状態にしたままで、高電圧バッテリ１２側の絶縁抵抗が正常であるかどうかが確認される（Ｓ２０２）。なお、ステップＳ２０２での確認処理は、後述するステップＳ２０４、Ｓ２０５での処理と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００４４】
ステップＳ２０２において、高電圧バッテリ１２側の絶縁抵抗が正常であると確認されると、μＣＯＭ３８内の絶縁抵抗検出部３８１は、スイッチ制御部４０を介して、第２のスイッチ部１３をオン状態に制御させ（Ｓ２０３）、計時タイマーがスタートされて（Ｓ２０４）、第２のスイッチ部１３からインバータ１４の入力側までの経路における絶縁抵抗を検出する処理に移行する。
【００４５】
信号発生器３１からの所定周波数（例えば、１Ｈｚ）の信号は、抵抗３３（抵抗性素子）、ＬＰＦ３５、増幅器３６を介して、μＣＯＭ３８内のＡ／Ｄコンバータ３７に入力され、半周期（Ｔ／２、例えば、０．５ｓｅｃ）毎のピークレベルがサンプリングされる（Ｓ２０５）。このとき、ピークレベルが正常にサンプリングされているかを判断し（Ｓ２０６）、この判断の結果、ピークレベルがサンプリングできない場合（Ｎｏ）、計時タイマーのカウント値Ｃｏｕｎｔが所定値Ｃｔ以上であるか否かを判断する（Ｓ２０７）。ここで、ステップＳ２０７では、絶縁抵抗が異常と判断できるほど低下している場合に、増幅器３６からの信号は、大幅にＡ／Ｄ変換範囲を超えており、結合コンデンサ３４１、３４２に対する充放電が飽和レベルに達するまでの時間が、安全性を考慮した規定時間内であるか否かを判断する。
【００４６】
ステップＳ２０７での判断の結果、カウント値Ｃｏｕｎｔが所定値Ｃｔ以上である場合（Ｙｅｓ）、後述するステップＳ２１１、Ｓ２１２、Ｓ２１３の処理が行われる。一方、ステップＳ２０７での判断の結果、カウント値Ｃｏｕｎｔが所定値Ｃｔ未満である場合、ステップＳ２０６、Ｓ２０７を繰り返し、信号のピークレベルがＡ／Ｄ変換範囲に入るまで待つ。
【００４７】
ステップＳ２０６の判断の結果、ピークレベルが正常にサンプリングされた場合（Ｙｅｓ）、絶縁抵抗検出部３８１において、ある時点ｔｉにおいて、その時点ｔｉの半周期前（すなわち、時点ｔｉ−Ｔ／２）の最大または最小ピークレベルと時点ｔｉの最小または最大ピークレベルとの差分から振幅レベルＶ（ｉ）（第１の振幅レベル）が算出され、続いて、時点ｔｉから半周期後の時点ｔｉ＋Ｔ／２において、その時点ｔｉ＋Ｔ／２の半周期前（すなわち、時点ｔｉ）の最小または最大ピークレベルと時点ｔｉ＋Ｔ／２の最大または最小ピークレベルとの差分から振幅レベルＶ（ｉ＋１）（第２の振幅レベル）が算出される（Ｓ２０８）。
【００４８】
次に、絶縁抵抗検出部３８１において、第１の振幅レベルＶ（ｉ）と第２の振幅レベルＶ（ｉ＋１）とが比較され、Ｖ（ｉ）とＶ（ｉ＋１）との差分をとった絶対値が所定値Ｖｔｈより大きいか否かが判断される（Ｓ２０９）。ステップＳ２０９での判断の結果、Ｖ（ｉ）とＶ（ｉ＋１）との差分絶対値が所定値Ｖｔｈ以下である場合（Ｎｏ）、絶縁抵抗の値は正常であると判定され（Ｓ２１０）、このルーチンを抜ける。
【００４９】
一方、ステップＳ２０９での判断の結果、Ｖ（ｉ）とＶ（ｉ＋１）との差分絶対値が所定値Ｖｔｈより大きい場合（Ｙｅｓ）、絶縁抵抗検出部３８１は、絶縁抵抗が異常であると判定し（Ｓ２１１）、スイッチ制御部４０を介して、第２のスイッチ部１３をオフ状態に制御させ（Ｓ２１２）、イルミネーション表示部２１１における異常表示ランプを点灯させる（Ｓ２１３）。
【００５０】
上記のステップＳ２１０において、絶縁抵抗が正常であると判定されると、車両は走行可能な状態になる。
【００５１】
次に、車両走行時に、高電圧バッテリ１２に対する充放電による電圧変動があっても、絶縁抵抗を正確かつ安定に検出できる原理について、図３Ａおよび図３Ｂを用いて説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、車両走行中に充電により高電圧バッテリ１２の電圧が増大した際の、従来例および本実施形態において結合コンデンサに流れる充電電流Ｉｃの経路を示す等価回路図である。
【００５２】
まず、従来例では、図３Ａに示すように、充電により高電圧バッテリ１２の電圧が増大した際に、抵抗３３（抵抗値Ｒ）を介して結合コンデンサ３４に充電電流Ｉｃが流れる。そのため、オフセット電圧（Ｒ×Ｉｃ）が発生して、図６Ｂに示したように、Ａ／Ｄコンバータ３７への入力信号のバイアスレベル（ＤＣレベル）が、Ａ／Ｄ変換範囲の中間値ＶＭから下がり、正確な絶縁抵抗を検出することができない。
【００５３】
しかし、本実施形態では、図１に示すように、従来と同様の第１の結合コンデンサ３４１に加えて、高電圧バッテリ１２の総プラス部に一端が接続され、抵抗３３の他端に他端が接続された第２の結合コンデンサ３４２を設けている。このため、図３Ｂに示すように、抵抗Ｒ３３には、充電電流Ｉｃは流れないので、オフセット電圧が発生することがない。よって、Ａ／Ｄコンバータ３７への入力信号のバイアスレベル（ＤＣレベル）は、Ａ／Ｄ変換範囲の中間値ＶＭに設定されるので、絶縁抵抗を正確かつ安定に検出することができる。
【００５４】
なお、高電圧バッテリ１２の電圧が増大する場合について例示および説明したが、放電により高電圧バッテリ１２の電圧が減少する場合についても同様に、絶縁抵抗を正確かつ安定に検出することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車両起動時に高電圧回路とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常であるか否かをできる限り短い時間で検出し、かつ車両走行中に高電圧バッテリの電圧変動の影響を受けず、絶縁抵抗を正確かつ安定に検出することが可能になる、という格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る絶縁抵抗検出装置が適用される電動車両の部分構成を示す機能ブロック図
【図２】 本実施形態における絶縁抵抗検出ルーチンの処理手順を示すフローチャート
【図３Ａ】 車両走行中に充電により高電圧バッテリ１２の電圧が増大した際の、従来例において結合コンデンサに流れる充電電流Ｉｃの経路を示す等価回路図
【図３Ｂ】 車両走行中に充電により高電圧バッテリ１２の電圧が増大した際の、本実施形態において結合コンデンサに流れる充電電流Ｉｃの経路を示す等価回路図
【図４】 従来の絶縁抵抗検出装置が適用される電動車両の部分構成を示す機能ブロック図
【図５Ａ】 インバータ１４の入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常である場合におけるＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号の波形図
【図５Ｂ】 インバータ１４の高電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が低下している場合におけるＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号の波形図
【図５Ｃ】 インバータ１４の低電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が低下している場合におけるＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号を波形図
【図６Ａ】 従来例において、高電圧バッテリ１２の電圧変動がない場合におけるＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号の波形図
【図６Ｂ】 従来例において、充電により高電圧バッテリ１２の電圧が上昇した場合におけるＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号の波形図
【図６Ｃ】 従来例において、放電により高電圧バッテリ１２の電圧が低下した場合におけるＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号の波形図
【符号の説明】
１ 電動車両
１０ 高電圧回路
１１ 高電圧負荷（モータ）
１２ 高電圧バッテリ（組電池）
１２１ 二次電池
１３ 第２のスイッチ部
１４ インバータ
１４１ 平滑用コンデンサ
１５、１６ 平滑用コンデンサ１４１の充電電圧検出用の抵抗
２０ 低電圧回路
２１ 低電圧負荷
２１１ イルミネーション表示部
２１２ 音響機器
２２ 低電圧バッテリ
２３ 第１のスイッチ部
３０ 絶縁抵抗検出装置
３１ 信号発生器
３２、３６ 増幅器
３３ 抵抗（抵抗性素子）
３４１ 第１の結合コンデンサ（第１の容量性素子）
３４２ 第２の結合コンデンサ（第２の容量性素子）
３５ 低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
３７ Ａ／Ｄコンバータ
３８ マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）
３８１ 絶縁抵抗検出部
４０ スイッチ制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車（ＰＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）等の電動車両に塔載される高電圧バッテリである組電池からの直流電力をリレーを介してインバータにより交流電力に変換してモータに供給して走行する電動車両の絶縁抵抗を検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気自動車（ＰＥＶ）や、エンジンとモータを備えたいわゆるハイブリッド車両（ＨＥＶ）等において、モータを駆動する際の主電源として、その高いエネルギー密度（すなわち、コンパクトにエネルギーを蓄積できる）と高い出力密度の点から、ニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）二次電池が主に使用されている。かかるＰＥＶやＨＥＶには、モータに対して十分な出力を供給できるように、単電池を複数個組み合わせて１つの組電池とし、その組電池が高電圧バッテリとして塔載されている。
【０００３】
このようなＨＥＶ等は、高電圧バッテリを駆動源としてモータを駆動制御するための高電圧回路と、低電圧バッテリを駆動源として音響機器などの電子機器を駆動するための低電圧回路とを有している。また、高電圧回路には、モータ駆動用のインバータが含まれる。
【０００４】
ＨＥＶ等の電動車両では、人体に対する安全性を確保するため、高電圧回路と車両のシャーシとの間の絶縁抵抗の値が十分大きいかを検出し、漏電により絶縁抵抗の値が低下した場合、ドライバー等に警告する、もしくは高電圧バッテリからの電力を遮断する。
【０００５】
図４は、従来の電動車両の部分構成を示す機能ブロック図である。図４において、電動車両１００は、モータなどの高電圧負荷１１を駆動制御する高電圧回路１０と、各種電子機器などの低電圧負荷２１を駆動する低電圧回路２０と、高電圧回路１０とシャーシとの間の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出装置３００とを有している。
【０００６】
高電圧回路１０には、高電圧バッテリ１２と、高電圧バッテリ１２からの電力を高電圧負荷１１側に対して導通または遮断する第２のスイッチ部１３と、高電圧負荷１１を駆動制御するインバータ１４と、インバータ１４の高電位入力端子とシャーシとの間に接続された抵抗１５と、インバータ１４の低電位入力端子とシャーシとの間に接続された抵抗１６とが含まれる。
【０００７】
高電圧バッテリ１２は、直列に接続された複数の二次電池（例えば、Ｎｉ−ＭＨ二次電池）１２１で構成されており、電動車両１００を走行させる駆動源としてのモータを回転駆動させるのに必要な高電圧（例えば、２８８Ｖ）を出力可能としている。第２のスイッチ部１３は、リレーなどで構成されており、モータなどの高電圧負荷１１を駆動させるのに必要な所定以上の電流容量を有している。インバータ１４は、モータ（例えば、３相交流モータ）を回転駆動させるべく、高電圧バッテリ１２からの直流電流を交流電流に変換する機能を有し、その入力部には動作を安定化するために、大容量の平滑用コンデンサ１４１が設けられている。抵抗１５（抵抗値Ｒ１）と抵抗１６（抵抗値Ｒ２）は、インバータ１４の平滑用コンデンサ１４１へのプリチャージ終了を充電電圧に基づいて判定するため、大きな抵抗値を有する（なお、充電電圧の検出回路は図示していない）。
【０００８】
低電圧回路２０には、低電圧バッテリ２２と、低電圧負荷２１との間の接続制御を可能とする第１のスイッチ部２３とが含まれる。
【０００９】
低電圧バッテリ２２は、直列に接続された複数の二次電池２２１で構成されており、イルミネーション表示部２１１や、電子機器としての音響機器２１２（例えば、ラジオやステレオ）などの低電圧負荷２１を駆動させるのに必要な低電圧（例えば、１２Ｖ）を出力可能としている。第１のスイッチ部２３は、イグニッションキースイッチであり、車両全体の電気系統をオン／オフ制御する。第１のスイッチ部２３は、第２のスイッチ部１３に連動しており、第１のスイッチ部２３のオン操作で第２のスイッチ部１３もオン動作し、第１のスイッチ部２３のオフ操作で第２のスイッチ部１３もオフ動作するようになっている。
【００１０】
絶縁抵抗検出装置３００には、所定周波数（例えば、１Ｈｚ）の正弦波または方形波信号を出力する信号発生器３１と、信号発生器３１からの信号を所定レベルにまで増幅する増幅器３２と、高電圧回路１０とシャーシとの間の絶縁抵抗（不図示）に応じて、増幅器３２からの信号を減衰させるための抵抗３３と、抵抗３３の一端と高電圧バッテリ１２の総マイナス端子との間に接続された結合コンデンサ３４と、増幅器３２から抵抗３３を介した信号の高周波成分を除去する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）３５と、ＬＰＦ３５からの信号を所定レベルにまで増幅する増幅器３６と、増幅器３６からの信号を１周期間隔（例えば、信号周波数を１Ｈｚとした場合、１ｓｅｃ）でデータ更新し、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３７と、Ａ／Ｄコンバータ３７からのディジタル信号を受けるマイクロコンピュータ（μＣＯＭ）３８とが含まれる。μＣＯＭ３８には、Ａ／Ｄコンバータ３７からのディジタル信号を所定の閾値と比較して絶縁抵抗の低下有り無しを判定する絶縁抵抗検出部３８１’が含まれる。
【００１１】
また、４０は、第１のスイッチ部２３のオン操作信号を受けて、絶縁抵抗検出部３８１’からの検出終了信号が絶縁抵抗の低下無しを示す場合、第２のスイッチ部１３をオン状態にし、絶縁抵抗検出部３８１’からの検出終了信号が絶縁抵抗の低下有りを示す場合、第２のスイッチ部１３をオフ状態にするスイッチ制御部である。
【００１２】
絶縁抵抗検出部３８１’は、まず車両起動時に、スイッチ制御部４０を介して第２のスイッチ部１３をオフ状態のままにし、Ａ／Ｄコンバータ３７からのディジタル信号を所定の閾値と比較し、高電圧バッテリ１２とシャーシとの間の絶縁抵抗が所定値（例えば、１００ｋΩ）以下になり、ディジタル信号が低下して閾値以下となった場合に絶縁抵抗の低下を検出し、その検出信号を、スイッチ制御部４０に出力するとともに、イルミネーション表示部２１１に出力し、その表示ランプを点灯させる。
【００１３】
スイッチ制御部４０は、第１のスイッチ部２３のオン操作信号を受けて、絶縁抵抗検出部３８１’からの検出信号が絶縁抵抗の低下無しを示す場合、第２のスイッチ部１３をオン状態にし、絶縁抵抗検出部３８１’からの検出信号が絶縁抵抗の低下有りを示す場合、第２のスイッチ部１３をオフ状態のままにする。
【００１４】
車両起動時に、高電圧バッテリ１２とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常であった場合、第２のスイッチ部１３がオン状態となり、高電圧バッテリ１２からの直流電力がインバータ１４により交流電力に変換され、モータに供給されて電動車両１００が走行できる状態になる。車両走行時にも、絶縁抵抗検出部３８１’は、第２のスイッチ部１３からインバータ１４までの経路とシャーシとの間の絶縁抵抗が低下していないかを判定する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
車両起動時に、第２のスイッチ部１３をオフ状態にして、高電圧バッテリ１２とシャーシとの間の絶縁抵抗の低下がなく、正常であると判定した場合でも、第２のスイッチ部１３からインバータ１４までの経路とシャーシとの絶縁抵抗が低下している場合がある。
【００１６】
この場合、第２のスイッチ部１３をオン状態にした瞬間、結合コンデンサ３４に充放電電流が流れ、Ａ／Ｄコンバータ３７への入力信号のレベルがＡ／Ｄ変換範囲を超えてしまい、信号レベルがゼロであるとみなされて、絶縁抵抗異常と誤判定されることになる。この問題について、図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃを用いて以下で説明する。
【００１７】
図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、それぞれ、インバータ１４の入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常である場合、インバータ１４の高電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が低下している場合、およびインバータ１４の低電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が低下している場合における、Ａ／Ｄコンバータ３７への入力信号の波形図である。
【００１８】
インバータ１４の高電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が異常ではないまでもある程度低下している場合、抵抗１５（抵抗値Ｒ１）と低下した絶縁抵抗（ＲＬ）とが並列に接続され、その合成抵抗値Ｒ１／／ＲＬが抵抗１６の抵抗値Ｒ２よりも小さくなる。
【００１９】
そのため、第２のスイッチ部１３をオン状態にした瞬間、結合コンデンサ３４にかかる電圧ＶＣが高電圧バッテリ１２の電圧ＶＢの１／２に等しかった平衡状態（図５Ａ）から、結合コンデンサ３４にかかる電圧ＶＣが高電圧バッテリ１２の電圧ＶＢに等しいという状態になり、抵抗３３から結合コンデンサ３４、抵抗１６を介してシャーシへと結合コンデンサ３４を充電する電流が瞬間的に流れ、図５Ｂに示すように、Ａ／Ｄコンバータ３７への入力信号のバイアスレベルがＡ／Ｄ変換範囲（ＶＴ−ＶＢ）を大きく下回ってしまう。
【００２０】
これにより、結合コンデンサ３４への充電がほぼ飽和状態になり、その結果、信号のバイアスレベルがＡ／Ｄコンバータ３７の変換範囲の中間値（ＶＭ）付近に達するまでに、長い時間を要することになる。この結果、絶縁抵抗が異常と判定される程度（例えば、１００ｋΩ）まで低下しているものとして誤検出される可能性がある。
【００２１】
一方、インバータ１４の低電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が異常ではないまでもある程度低下している場合、抵抗１６（抵抗値Ｒ２）と低下した絶縁抵抗（ＲＬ）とが並列に接続され、その合成抵抗値Ｒ２／／ＲＬが抵抗１５の抵抗値Ｒ１よりも小さくなる。
【００２２】
そのため、第２のスイッチ部１３をオン状態にした瞬間、結合コンデンサ３４にかかる電圧ＶＣが高電圧バッテリ１２の電圧ＶＢの１／２に等しかった平衡状態（図５Ａ）から、結合コンデンサ３４にかかる電圧ＶＣがゼロという状態になり、シャーシから抵抗１５、結合コンデンサ３４を介して抵抗３３へと結合コンデンサ３４を放電する電流が瞬間的に流れ、図５Ｃに示すように、Ａ／Ｄコンバータ３７への入力信号のバイアスレベルがＡ／Ｄ変換範囲（ＶＴ−ＶＢ）を大きく上回ってしまう。
【００２３】
この場合も、結合コンデンサ３４への放電がほぼ飽和状態になり、その結果、信号のバイアスレベルがＡ／Ｄコンバータ３７の変換範囲の中間値（ＶＭ）付近に達するまでに、長い時間を要することになる。この結果、絶縁抵抗が異常と判定される程度（例えば、１００ｋΩ）まで低下しているものとして誤検出される可能性がある。
【００２４】
上記のような誤検出を回避するためには、検出確定時間を長く設定すればよいが、その場合、人体に対する安全性の点からは好ましい対策ではない。
【００２５】
また、上記従来例では、Ａ／Ｄコンバータ３７により、増幅器３６からの信号を１周期間隔でサンプリングして、絶縁抵抗の低下を判定しているため、判定に要する時間がそれだけ長くなる。
【００２６】
上記の問題に加えて、車両走行時に、高電圧バッテリ１２に対する充放電が行われ、高電圧バッテリ１２の電圧ＶＢが変動するため、結合コンデンサ３４を充放電する電流が抵抗３３を流れることにより、絶縁抵抗検出部３８１’による検出精度が悪くなるという問題もある。この問題について、図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃを用いて以下で説明する。
【００２７】
図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃは、それぞれ、高電圧バッテリ１２の電圧変動がない場合、充電により高電圧バッテリ１２の電圧が上昇した場合、および放電により高電圧バッテリ１２の電圧が低下した場合における、Ａ／Ｄコンバータ３７への入力信号の波形図である。
【００２８】
車両制動時に高電圧バッテリ１２への充電が行われると、電圧ＶＢがシャーシの接地電位を中間値として増加し、その増加した電圧分により、抵抗３３を介して結合コンデンサ３４に充電電流が流れる。充電電流が抵抗３３を流れることにより、図６Ｂに示すように、そのオフセット電圧（抵抗３３の抵抗値×充電電流の値）分だけＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号のバイアスレベルが図６Ａの状態から下がり、絶縁抵抗を正確に検出することが困難になる。
【００２９】
一方、車両加速時や登坂時等に高電圧バッテリ１２から放電が行われると、電圧ＶＢがシャーシの接地電位を中間値として減少し、その減少した電圧分により、結合コンデンサ３４から抵抗３３を介して放電電流が流れる。放電電流が抵抗３３を流れることにより、図６Ｃに示すように、そのオフセット電圧（抵抗３３の抵抗値×充電電流の値）分だけＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号のバイアスレベルが図６Ａの状態から上がり、やはり絶縁抵抗を正確に検出することが困難になる。
【００３０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両起動時に高電圧回路とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常であるか否かをできる限り短い時間で検出し、かつ車両走行中に高電圧バッテリの電圧変動の影響を受けず、絶縁抵抗を正確かつ安定に検出することが可能な絶縁抵抗検出方法および装置を提供することにある。
【００３１】
前記の目的を達成するため、本発明に係る絶縁抵抗検出方法は、例えばニッケル−水素二次電池を複数個組み合わせて成る組電池（高電圧バッテリ）からの直流電力を、リレー（第２のスイッチ部）を介してインバータにより交流電力に変換してモータに供給する高電圧回路を有する電動車両に適用され、所定周波数（例えば、１Ｈｚ）の信号を発生する信号発生器と、信号発生器の出力端子に一端が接続され、高電圧回路（組電池からリレーまでの経路、リレーからインバータまでの経路）とシャーシとの間の絶縁抵抗と協働して、信号発生器の出力信号を減衰させるための抵抗性素子と、抵抗性素子の他端と組電池からリレーまでの経路とを容量結合する容量性素子とを用いて、絶縁抵抗を検出する方法であって、抵抗性素子を介した信号の振幅レベルを半周期（Ｔ／２）毎に算出するステップと、ある時点ｔｉで算出した第１の振幅レベルＶ（ｉ）とその半周期後の時点ｔｉ＋Ｔ／２で算出した第２の振幅レベルＶ（ｉ＋１）とを比較するステップと、比較ステップの結果、第２の振幅レベルＶ（ｉ＋１）が第１の振幅レベルＶ（ｉ）よりも所定値Ｖｔだけ低下した場合に、絶縁抵抗の低下を検出するステップとを含み、前記容量性素子は、前記抵抗性素子の他端と前記組電池の一方の端子との間に接続された第１の容量性素子と、前記抵抗性素子の他端と前記組電池の他方の端子との間に接続され、前記第１の容量性素子と同じ容量値を有する第２の容量性素子とからなることを特徴とすることを特徴とする。
【００３２】
この絶縁抵抗検出方法によれば、車両起動時に、リレーをオン状態にした際に、リレーからインバータまでの経路とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常か異常であるかをできる限り短い時間で判定することができる。
【００３４】
また、車両走行中に、高電圧バッテリの電圧が変動しても、抵抗性素子に流れる充放電電流を小さくして、抵抗性素子によるオフセット電圧を補償することで、検出対象の信号のバイアスレベルを安定化することができるので、絶縁抵抗を正確に検出することが可能になる。
【００３５】
前記の目的を達成するため、本発明に係る絶縁抵抗検出装置は、例えばニッケル−水素二次電池を複数個組み合わせて成る組電池（高電圧バッテリ）からの直流電力を、リレー（第２のスイッチ部）を介してインバータにより交流電力に変換してモータに供給する高電圧回路を有する電動車両における、高電圧回路（組電池からリレーまでの経路、リレーからインバータまでの経路）とシャーシとの間の絶縁抵抗を検出する装置であって、所定周波数（例えば、１Ｈｚ）の信号を発生する信号発生器と、信号発生器の出力端子に一端が接続され、絶縁抵抗と協働して信号発生器の出力信号を減衰させるための抵抗性素子と、抵抗性素子の他端と組電池の一方の端子との間に接続された第１の容量性素子と、抵抗性素子の他端と組電池の他方の端子との間に接続され、第１の容量性素子と同じ容量値を有する第２の容量性素子と、抵抗性素子を介した信号の振幅レベルに応じて、絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗検出部とを備えたことを特徴とする。
【００３６】
この絶縁抵抗検出装置によれば、車両走行中に、高電圧バッテリの電圧が変動しても、抵抗性素子に流れる充放電電流を小さくして、抵抗性素子によるオフセット電圧を補償することで、検出対象の信号のバイアスレベルを安定化することができるので、絶縁抵抗を正確に検出することが可能になる。
【００３７】
本発明に係る絶縁抵抗検出装置において、絶縁抵抗検出部は、抵抗性素子を介した信号の振幅レベルを半周期（Ｔ／２）毎に算出する手段（Ａ／Ｄコンバータ、絶縁抵抗検出部）と、ある時点ｔｉで算出した第１の振幅レベルＶ（ｉ）とその半周期後の時点ｔｉ＋Ｔ／２で算出した第２の振幅レベルＶ（ｉ＋１）とを比較し、比較の結果、第２の振幅レベルＶ（ｉ＋１）が第１の振幅レベルＶ（ｉ）よりも所定値Ｖｔだけ低下した場合に、絶縁抵抗の低下を検出する手段（絶縁抵抗検出部）とを備えることが好ましい。
【００３８】
これにより、車両起動時に、リレーをオン状態にした際に、リレーからインバータまでの経路とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常か異常であるかをできる限り短い時間で判定することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４０】
図１は、本発明の一実施形態に係る絶縁抵抗検出装置３０が適用される電動車両の部分構成を示す機能ブロック図である。なお、図１において、従来例を示す図４と同様の機能および構成を有する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
本実施形態が従来例と異なるのは、絶縁抵抗検出装置３０に、高電圧バッテリ１２の総マイナス部に一端が接続され、抵抗３３の他端に他端が接続された、従来と同様の第１の結合コンデンサ３４１（第１の容量性素子）に加えて、高電圧バッテリ１２の総プラス部に一端が接続され、抵抗３３の他端に他端が接続された第２の結合コンデンサ３４２（第２の容量性素子）を設けた点と、従来の絶縁抵抗検出部３８１’とは機能が異なる絶縁抵抗検出部３８１を設けた点にある。
【００４２】
以下、このように構成された絶縁抵抗の検出装置の動作について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態における絶縁抵抗検出ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【００４３】
図２において、イグニッションキースイッチである第１のスイッチ部２３がオン操作されると（Ｓ２０１）、まず、第２のスイッチ部１３をオフ状態にしたままで、高電圧バッテリ１２側の絶縁抵抗が正常であるかどうかが確認される（Ｓ２０２）。なお、ステップＳ２０２での確認処理は、後述するステップＳ２０４、Ｓ２０５での処理と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００４４】
ステップＳ２０２において、高電圧バッテリ１２側の絶縁抵抗が正常であると確認されると、μＣＯＭ３８内の絶縁抵抗検出部３８１は、スイッチ制御部４０を介して、第２のスイッチ部１３をオン状態に制御させ（Ｓ２０３）、計時タイマーがスタートされて（Ｓ２０４）、第２のスイッチ部１３からインバータ１４の入力側までの経路における絶縁抵抗を検出する処理に移行する。
【００４５】
信号発生器３１からの所定周波数（例えば、１Ｈｚ）の信号は、抵抗３３（抵抗性素子）、ＬＰＦ３５、増幅器３６を介して、μＣＯＭ３８内のＡ／Ｄコンバータ３７に入力され、半周期（Ｔ／２、例えば、０．５ｓｅｃ）毎のピークレベルがサンプリングされる（Ｓ２０５）。このとき、ピークレベルが正常にサンプリングされているかを判断し（Ｓ２０６）、この判断の結果、ピークレベルがサンプリングできない場合（Ｎｏ）、計時タイマーのカウント値Ｃｏｕｎｔが所定値Ｃｔ以上であるか否かを判断する（Ｓ２０７）。ここで、ステップＳ２０７では、絶縁抵抗が異常と判断できるほど低下している場合に、増幅器３６からの信号は、大幅にＡ／Ｄ変換範囲を超えており、結合コンデンサ３４１、３４２に対する充放電が飽和レベルに達するまでの時間が、安全性を考慮した規定時間内であるか否かを判断する。
【００４６】
ステップＳ２０７での判断の結果、カウント値Ｃｏｕｎｔが所定値Ｃｔ以上である場合（Ｙｅｓ）、後述するステップＳ２１１、Ｓ２１２、Ｓ２１３の処理が行われる。一方、ステップＳ２０７での判断の結果、カウント値Ｃｏｕｎｔが所定値Ｃｔ未満である場合、ステップＳ２０６、Ｓ２０７を繰り返し、信号のピークレベルがＡ／Ｄ変換範囲に入るまで待つ。
【００４７】
ステップＳ２０６の判断の結果、ピークレベルが正常にサンプリングされた場合（Ｙｅｓ）、絶縁抵抗検出部３８１において、ある時点ｔｉにおいて、その時点ｔｉの半周期前（すなわち、時点ｔｉ−Ｔ／２）の最大または最小ピークレベルと時点ｔｉの最小または最大ピークレベルとの差分から振幅レベルＶ（ｉ）（第１の振幅レベル）が算出され、続いて、時点ｔｉから半周期後の時点ｔｉ＋Ｔ／２において、その時点ｔｉ＋Ｔ／２の半周期前（すなわち、時点ｔｉ）の最小または最大ピークレベルと時点ｔｉ＋Ｔ／２の最大または最小ピークレベルとの差分から振幅レベルＶ（ｉ＋１）（第２の振幅レベル）が算出される（Ｓ２０８）。
【００４８】
次に、絶縁抵抗検出部３８１において、第１の振幅レベルＶ（ｉ）と第２の振幅レベルＶ（ｉ＋１）とが比較され、Ｖ（ｉ）とＶ（ｉ＋１）との差分をとった絶対値が所定値Ｖｔｈより大きいか否かが判断される（Ｓ２０９）。ステップＳ２０９での判断の結果、Ｖ（ｉ）とＶ（ｉ＋１）との差分絶対値が所定値Ｖｔｈ以下である場合（Ｎｏ）、絶縁抵抗の値は正常であると判定され（Ｓ２１０）、このルーチンを抜ける。
【００４９】
一方、ステップＳ２０９での判断の結果、Ｖ（ｉ）とＶ（ｉ＋１）との差分絶対値が所定値Ｖｔｈより大きい場合（Ｙｅｓ）、絶縁抵抗検出部３８１は、絶縁抵抗が異常であると判定し（Ｓ２１１）、スイッチ制御部４０を介して、第２のスイッチ部１３をオフ状態に制御させ（Ｓ２１２）、イルミネーション表示部２１１における異常表示ランプを点灯させる（Ｓ２１３）。
【００５０】
上記のステップＳ２１０において、絶縁抵抗が正常であると判定されると、車両は走行可能な状態になる。
【００５１】
次に、車両走行時に、高電圧バッテリ１２に対する充放電による電圧変動があっても、絶縁抵抗を正確かつ安定に検出できる原理について、図３Ａおよび図３Ｂを用いて説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、車両走行中に充電により高電圧バッテリ１２の電圧が増大した際の、従来例および本実施形態において結合コンデンサに流れる充電電流Ｉｃの経路を示す等価回路図である。
【００５２】
まず、従来例では、図３Ａに示すように、充電により高電圧バッテリ１２の電圧が増大した際に、抵抗３３（抵抗値Ｒ）を介して結合コンデンサ３４に充電電流Ｉｃが流れる。そのため、オフセット電圧（Ｒ×Ｉｃ）が発生して、図６Ｂに示したように、Ａ／Ｄコンバータ３７への入力信号のバイアスレベル（ＤＣレベル）が、Ａ／Ｄ変換範囲の中間値ＶＭから下がり、正確な絶縁抵抗を検出することができない。
【００５３】
しかし、本実施形態では、図１に示すように、従来と同様の第１の結合コンデンサ３４１に加えて、高電圧バッテリ１２の総プラス部に一端が接続され、抵抗３３の他端に他端が接続された第２の結合コンデンサ３４２を設けている。このため、図３Ｂに示すように、抵抗Ｒ３３には、充電電流Ｉｃは流れないので、オフセット電圧が発生することがない。よって、Ａ／Ｄコンバータ３７への入力信号のバイアスレベル（ＤＣレベル）は、Ａ／Ｄ変換範囲の中間値ＶＭに設定されるので、絶縁抵抗を正確かつ安定に検出することができる。
【００５４】
なお、高電圧バッテリ１２の電圧が増大する場合について例示および説明したが、放電により高電圧バッテリ１２の電圧が減少する場合についても同様に、絶縁抵抗を正確かつ安定に検出することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車両起動時に高電圧回路とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常であるか否かをできる限り短い時間で検出し、かつ車両走行中に高電圧バッテリの電圧変動の影響を受けず、絶縁抵抗を正確かつ安定に検出することが可能になる、という格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る絶縁抵抗検出装置が適用される電動車両の部分構成を示す機能ブロック図
【図２】 本実施形態における絶縁抵抗検出ルーチンの処理手順を示すフローチャート
【図３Ａ】 車両走行中に充電により高電圧バッテリ１２の電圧が増大した際の、従来例において結合コンデンサに流れる充電電流Ｉｃの経路を示す等価回路図
【図３Ｂ】 車両走行中に充電により高電圧バッテリ１２の電圧が増大した際の、本実施形態において結合コンデンサに流れる充電電流Ｉｃの経路を示す等価回路図
【図４】 従来の絶縁抵抗検出装置が適用される電動車両の部分構成を示す機能ブロック図
【図５Ａ】 インバータ１４の入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常である場合におけるＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号の波形図
【図５Ｂ】 インバータ１４の高電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が低下している場合におけるＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号の波形図
【図５Ｃ】 インバータ１４の低電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が低下している場合におけるＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号を波形図
【図６Ａ】 従来例において、高電圧バッテリ１２の電圧変動がない場合におけるＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号の波形図
【図６Ｂ】 従来例において、充電により高電圧バッテリ１２の電圧が上昇した場合におけるＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号の波形図
【図６Ｃ】 従来例において、放電により高電圧バッテリ１２の電圧が低下した場合におけるＡ／Ｄコンバータ３７への入力信号の波形図
【符号の説明】
１ 電動車両
１０ 高電圧回路
１１ 高電圧負荷（モータ）
１２ 高電圧バッテリ（組電池）
１２１ 二次電池
１３ 第２のスイッチ部
１４ インバータ
１４１ 平滑用コンデンサ
１５、１６ 平滑用コンデンサ１４１の充電電圧検出用の抵抗
２０ 低電圧回路
２１ 低電圧負荷
２１１ イルミネーション表示部
２１２ 音響機器
２２ 低電圧バッテリ
２３ 第１のスイッチ部
３０ 絶縁抵抗検出装置
３１ 信号発生器
３２、３６ 増幅器
３３ 抵抗（抵抗性素子）
３４１ 第１の結合コンデンサ（第１の容量性素子）
３４２ 第２の結合コンデンサ（第２の容量性素子）
３５ 低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
３７ Ａ／Ｄコンバータ
３８ マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）
３８１ 絶縁抵抗検出部
４０ スイッチ制御部
Claims (4)
- 二次電池を複数個組み合わせて成る組電池からの直流電力を、リレーを介してインバータにより交流電力に変換してモータに供給する高電圧回路を有する電動車両に適用され、所定周波数の信号を発生する信号発生器と、前記信号発生器の出力端子に一端が接続され、前記高電圧回路とシャーシとの間の絶縁抵抗と協働して、前記信号発生器の出力信号を減衰させるための抵抗性素子と、前記抵抗性素子の他端と前記組電池から前記リレーまでの経路とを容量結合する容量性素子とを用いて、前記絶縁抵抗を検出する方法であって、
前記抵抗性素子を介した信号の振幅レベルを半周期毎に算出するステップと、
ある時点で算出した第１の振幅レベルとその半周期後の時点で算出した第２の振幅レベルとを比較するステップと、
前記比較ステップの結果、前記第２の振幅レベルが前記第１の振幅レベルよりも所定値だけ低下した場合に、前記絶縁抵抗の低下を検出するステップとを含み、
前記容量性素子は、
前記抵抗性素子の他端と前記組電池の一方の端子との間に接続された第１の容量性素子と、
前記抵抗性素子の他端と前記組電池の他方の端子との間に接続され、前記第１の容量性素子と同じ容量値を有する第２の容量性素子とからなることを特徴とする絶縁抵抗検出方法。 - 二次電池を複数個組み合わせて成る組電池からの直流電力を、リレーを介してインバータにより交流電力に変換してモータに供給する高電圧回路を有する電動車両における、前記高電圧回路とシャーシとの間の絶縁抵抗を検出する装置であって、
所定周波数の信号を発生する信号発生器と、
前記信号発生器の出力端子に一端が接続され、前記絶縁抵抗と協働して前記信号発生器の出力信号を減衰させるための抵抗性素子と、
前記抵抗性素子の他端と前記組電池の一方の端子との間に接続された第１の容量性素子と、
前記抵抗性素子の他端と前記組電池の他方の端子との間に接続され、前記第１の容量性素子と同じ容量値を有する第２の容量性素子と、
前記抵抗性素子を介した信号の振幅レベルに応じて、前記絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗検出部とを備えたことを特徴とする絶縁抵抗検出装置。 - 前記絶縁抵抗検出部は、
前記抵抗性素子を介した信号の振幅レベルを半周期毎に算出する手段と、
ある時点で算出した第１の振幅レベルとその半周期後の時点で算出した第２の振幅レベルとを比較し、比較の結果、前記第２の振幅レベルが前記第１の振幅レベルよりも所定値だけ低下した場合に、前記絶縁抵抗の低下を検出する手段とを備えたことを特徴とする請求項２記載の絶縁抵抗検出装置。 - 前記二次電池はニッケル−水素二次電池である請求項２記載の絶縁抵抗検出装置。
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