JPH1123637A - 絶縁不良検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁を必要とする複数の電源マイナス端子間
の絶縁抵抗不良を安価な回路構成で高精度に検出及び判
定する。 【解決手段】 マイクロコンピュータ１から矩形波を出
力し、絶縁抵抗３とコンデンサ５とで形成される微分回
路で微分処理し、走行用バッテリ２のマイナス端子と車
体アース間の直流的な絶縁性を損なわない波形整形用微
分回路６に通した後、半波整流回路７により前記微分波
形を半波整流し、積分回路８にて半波整流した前記微分
波形を平均化してＤＣ電圧にし、増幅器９にて増幅後、
マイクロコンピュータ１に入力して、内部記憶装置１０
と比較することで絶縁抵抗３の大小を判定するようにす
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、絶縁を必要とす
る複数の電源を搭載した機器において、互いの電源のマ
イナス端子の絶縁抵抗を検出し、絶縁不良を警告するも
のであり、例えば、人体が走行用バッテリにより感電す
るのを防止する電気自動車の安全装置における絶縁不良
検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、例えば特公昭５７−２１９２１
号公報に示された従来の絶縁抵抗検出回路のブロック図
であり、図において、２１は蓄電池よりなる直流の走行
用電源、２２は電磁開閉器の接点部分で走行用電源スイ
ッチとしての２つの接点２２ａ，２２ｂよりなる。２３
はチョッパ回路で逆方向は常時導通の第１，第２の逆導
通サイリスタ２３ａ，２３ｂ、転流リアクトル２３ｃお
よび転流コンデンサ２３ｄよりなる。２４は走行用電動
機、２５は走行用電動機２４のフライホイールダイオー
ドであり、以上の回路構成により主回路をなす。

【０００３】２６は蓄電池よりなる直流の補機電源、２
７は絶縁抵抗検出回路で、プログラマブルユニジャンク
ショントランジスタ（商品名）よりなるＮゲートサイリ
スタ（以下単に「ＰＵＴ」という）２７ａ、このＰＵＴ
２７ａのゲートバイアスを決めてＰＵＴ２７ａの導通ア
ノード電位を決定するための抵抗２７ｂ，２７ｃ、ＰＵ
Ｔ２７ａの発振周期を決定するための抵抗２７ｄおよび
コンデンサ２７ｅ、このコンデンサ２７ｅの放電時の時
定数を決定してＰＵＴ２７ａの出力パルス幅を決定する
と共に、このＰＵＴ２７ａのアノード電流が過大になら
ない様に制限する抵抗２７ｆ、および走行用電動機２４
の前記接点２２ａ，２２ｂ以降の通電回路であるＡ点と
コンデンサ２７ｅとの間に接続した高抵抗２７ｇにより
構成される高抵抗検出器２７ｈと、この高抵抗検出器２
７ｈのＰＵＴ２７ａの発振周波数に応じた電圧値の出力
を発生する周波数−電圧変換器２８と、この周波数−電
圧変換器２８の出力電圧が設定値以下になると出力信号
を発生する比較器２９とよりなる。

【０００４】３０は安全対策手段としての警報ランプ点
灯回路で、運転者に警報するための警報ランプ３０ａ、
この警報ランプ３０ａを点灯させるためのランプ駆動用
トランジスタ３０ｂ，入力抵抗３０ｃおよびベース・エ
ミッタ抵抗３０ｄとよりなる。３１は通電されることに
より前記接点２２ａ，２２ｂを連動させて閉成させるた
めの電磁開閉器の励磁コイル、３２は励磁コイル通電制
御回路で、励磁コイル３１への通電を制御するためのト
ランジスタ３２ａ，入力抵抗３２ｂ、ベース・エミッタ
抵抗３２ｃおよび励磁コイル３１のフライホイールダイ
オード３２ｄとよりなる。

【０００５】３３は安全対策手段としての電源開放制御
回路で、励磁コイル通電制御回路３２の入力を短絡する
ためのトランジスタ３３ａの入力抵抗３３ｂおよびベー
ス・エミッタ抵抗３３ｃとよりなる。３４は主回路のＡ
点と車体との間の絶縁抵抗、３５は励磁コイル通電制御
回路３２の入力端子で図示せぬキースイッチを閉成した
状態において走行用電動機２４を回転するための諸条件
が満足されているときに信号が印加されるものである。
そして、補機電源２６の一端は車体にアースしてあると
共に、この補機電源２６に対して走行用電源２１は浮動
状態となしてあり、主回路のＡ点とコンデンサ２７ｅと
の間に接続した高抵抗２７ｇの抵抗値は主回路と補機電
源２６との間の絶縁抵抗に見合った大きな値にしてあ
る。

【０００６】次に、動作について説明する。まず主回路
部分の動作を説明する。励磁コイル通電制御回路３２の
入力端子３５に信号が印加されており、そのトランジス
タ３２ａが導通して電磁開閉器の励磁コイル３１に補機
電源２６より電圧が印加されていて、その両接点２２
ａ，２２ｂが閉じているとき、まず第２の逆導通サイリ
スタ２３ｂがトリガされ、転流リアクトル２３ｃ，転流
コンデンサ２３ｄ，第２の逆導通サイリスタ２３ｂおよ
び走行用電動機２４を通して前記コンデンサ２３ｄが走
行用電源２１によって図示極性に充電される。次に走行
用電動機２４に給電すべく第１の逆導通サイリスタ２３
ａをトリガする。

【０００７】これによって、第１の逆導通サイリスタ２
３ａを介して走行用電源２１より走行用電動機２４に給
電されると共に、転流コンデンサ２３ｄの充電電荷は転
流リアクトル２３ｃ、第１、第２の逆導通サイリスタ２
３ａ，２３ｂを通して振動し、このコンデンサ２３ｄは
図示極性と逆の極性に充電される。この状態で走行用電
動機２４への給電を遮断する場合には、第２の逆導通サ
イリスタ２３ｂをトリガすると、前記コンデンサ２３ｄ
の充電電荷は第２、第１の逆導通サイリスタ２３ｂ，２
３ａ、転流リアクトル２３ｃを通して振動し、第１の逆
導通サイリスタ２３ａをターンオフして再び図示極性に
コンデンサ２３ｄは充電される。以上の動作を繰り返し
走行用電動機２４に印加される平均電圧を制御し、この
電動機２４によって駆動される電気自動車の速度を制御
する。

【０００８】次いで、絶縁抵抗検出回路２７部分の動作
を説明する。補機電源２６より抵抗２７ｄに流れる電流
は、その一部が高抵抗２７ｇ及び主回路と車体との間の
絶縁抵抗３４を通して流れることにより、従って主回路
と車体との間の絶縁抵抗３４の値が小さくなるのに従っ
て補機電源２６によるコンデンサ２７ｅの充電はおそく
なり、高抵抗検出器２７ｈの発振周波数は小さくなる。
そして、絶縁抵抗３４が更に小さくなると、コンデンサ
２７ｅの端子であるＢ点の電位が抵抗２７ｂ，２７ｃに
よって設定されたＰＵＴ２７ａのゲート電位以上に上昇
することが出来なくなり、高抵抗検出器２７ｈの発振は
停止することになる。この様にして高抵抗検出器２７ｈ
の発振周波数は絶縁抵抗３４が無限大から低下するに従
い、抵抗２７ｄ，コンデンサ２７ｅによって設定された
周波数より０まで変化する。

【０００９】この出力周波数は周波数−電圧変換器２８
に印加され、前記高抵抗検出器２７ｈの発振周波数に応
じた電圧値の出力が周波数−電圧変換器２８に発生す
る。これが比較器２９に送られ、前記周波数−電圧変換
器２８の出力電圧が設定値以下になった場合には、この
比較器２９に出力信号が発生し、この信号が警報ランプ
点灯回路３０に送られ、そのトランジスタ３０ｂが導通
して警報ランプ３０ａが点灯する。これと同時に比較器
２９の出力信号が電源開放制御回路３３にも印加され、
そのトランジスタ３３ａが導通して励磁コイル通電制御
回路３２の入力信号を短絡させる。

【００１０】これによって、そのトランジスタ３２ａが
遮断して補機電源２６より電磁開閉器の励磁コイル３１
への通電が遮断され、その両接点２２ａ，２２ｂが開放
して走行用電源２１の端子間を開放させる。即ち、主回
路と車体との間の絶縁抵抗３４が設定値以下になるとこ
れを絶縁抵抗検出回路２７によって検出して、警報ラン
プ３０ａを点灯させ、これによって主回路と車体との間
の絶縁抵抗３４が所定値以下になったことを警報すると
共に、走行用電源２１の端子を開放して使用者が感電す
るのを防止することができる。

【００１１】また、上記においては、絶縁抵抗検出回路
２７の検出端子を走行用電動機２４の負極と接点２２ｂ
の間のＡ点に接続したが、走行用電動機２４の抵抗、ダ
イオード２５の順方向抵抗、転流リアクトル２３ｃの抵
抗、第１，第２の逆導通サイリスタ２３ａ，２３ｂのカ
ソードからアノードにかけての逆方向抵抗は主回路と車
体との間に要求される絶縁抵抗に比し極めて小さく無視
することができるため、走行用電動機２４の正極端子、
転流コンデンサ２３ｄの両方の端子、第１の逆導通サイ
リスタ２３ａのアノード側のいずれの箇所の絶縁抵抗の
低下をも検出することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の絶縁不良検出装
置は以上のように構成されているので、走行用バッテリ
のマイナス端子を高抵抗で内部検出回路と接続していた
ため、車体アースとの絶縁性が低下するという問題があ
った。また、回路構成も比較的大掛かりなものであり、
車載用検出回路には不向きであった。さらに、ＣＲ発振
回路及び周波数−電圧変換回路の動作が不安定であり、
自動車のような雑音環境の悪い条件下での使用には、検
出精度が粗いという欠点があった。

【００１３】この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あり、絶縁を必要とする複数の電
源間の直流的な絶縁性を損なうことなく、安価な構成で
高精度に測定できる絶縁不良検出装置を得ることを目的
としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る絶
縁不良検出装置は、絶縁を必要とする１又は複数の電源
マイナス端子間の絶縁抵抗不良を検出するものであっ
て、絶縁抵抗を検出するため発振波を発する発振手段
と、電源マイナス端子とアース間の直流的な絶縁性を損
わないように上記発振波を波形整形する微分回路と、上
記微分された波形を半波整流した後平均化する積分回路
と、この平均化された波形により絶縁抵抗の大小を判定
する判定手段を備えたことを特徴とする。

【００１５】請求項２の発明に係る絶縁不良検出装置
は、マイクロコンピュータから矩形波を出力し、絶縁抵
抗とコンデンサ５で形成される微分回路で微分処理し、
電源マイナス端子とアース間の直流的な絶縁性を損なわ
ない波形整形用微分回路に通した後、半波整流回路によ
り前記微分波形を半波整流し、積分回路にて半波整流し
た前記微分波形を平均化してＤＣ電圧にし、増幅器にて
増幅後、マイクロコンピュータに入力して、内部記憶装
置の設定値と比較することで絶縁抵抗の大小を判定する
ようにするものである。

【００１６】請求項３の発明に係る絶縁不良検出装置
は、電源マイナス端子の絶縁抵抗値が不良の場合は警告
を発する警告手段を備えたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の一実施形態を図に基づ
いて説明する。図１はこの発明の実施形態１による電気
自動車における安全装置の絶縁不良検出装置を示す構成
図であり、図において、マイクロコンピュータ１は矩形
波を出力し、走行用バッテリ２のマイナス端子と車体ア
ース間の絶縁抵抗３の電圧変換値を入力している。走行
用バッテリ２と車体アースとは電気的に絶縁された状態
にあり、走行用バッテリ２の両端子は電動機４に接続さ
れている。コンデンサ５は絶縁抵抗３と直流的に絶縁
し、かつ微分回路を形成しており、又、波形整形用微分
回路６は走行用バッテリ２のマイナス端子と車体アース
間の直流的な絶縁性を保持しつつ、絶縁抵抗３の大小を
測定するものである。

【００１８】上記微分回路６で微分された微分波形は半
波整流回路７により半波整流され、積分回路８にて半波
整流された前記微分波形を平均化してＤＣ電圧にし、増
幅器９にて増幅後、マイクロコンピュータ１にＡ／Ｄ変
換して入力される。内部記憶装置１０（例えばＲＯＭ）
は絶縁抵抗３の大小を判定する値及び絶縁不良と判定す
る値を記憶するものであり、絶縁不良警告ランプ１１は
運転者に絶縁不良を警告し、ランプ駆動用トランジスタ
１２により駆動される。

【００１９】次に、実施形態１による絶縁不良検出装置
の動作について説明する。絶縁抵抗３の値が数百ｋΩに
なったときに、コンデンサ５との微分波形のデューティ
が１０％以下程度になる周波数の矩形波（デューティ５
０％）をマイクロコンピュータ１から連続出力する。マ
イクロコンピュータ１から出力された矩形波は、コンデ
ンサ５と絶縁抵抗３により微分波形となる。一方、前記
微分波形は、波形整形用微分回路６を通過した後、半波
整流回路７によりマイナス成分の微分波形が半波整流さ
れる。前記半波整流された微分波形は、積分回路８によ
り平均化されたＤＣ電圧になり、さらに増幅器９により
マイクロコンピュータ１のＡ／Ｄ入力電圧範囲まで増幅
された後、マイクロコンピュータ１に入力される。マイ
クロコンピュータ１に入力された電圧は、内部記憶装置
１０に記憶しておいた値と比較することで、絶縁抵抗３
の大小を判定する。

【００２０】さらに、絶縁不良と判定する値をあらかじ
め内部記憶装置１０に記憶しておくことで、絶縁不良の
場合には絶縁不良警告ランプ１１を点灯し、運転者に感
電の危険性を促すことが可能となる。ここで、微分回路
６は、走行用バッテリ２のマイナス端子と車体アース間
の直流的な絶縁性を保つことが主目的であるため、コン
デンサ５と絶縁抵抗３とで生成される微分波形が、極力
同ゲインで半波整流回路７に入力できるよう、微分回路
６の時定数を大きくしている。また、コンデンサ５及び
微分回路６に使用するコンデンサは、低リーク・高耐圧
品を使用している。また、絶縁不良警告ランプ１１の代
わりに発光ダイオードやブザー等を使用することもでき
る。

【００２１】次に、絶縁抵抗３の大小を判定する回路に
おいて、各部の波形を詳細に説明する。図２は絶縁抵抗
３の値が十分大きい場合の各部の波形を示したものであ
る。図２(ａ)はマイクロコンピュータ１の発振波形、図
２(ｂ)はコンデンサ５通過後の波形、図２(ｃ)は半波整
流回路７通過後の波形、図２(ｄ)は増幅器９通過後の波
形をそれぞれ示している。絶縁抵抗３とコンデンサ５と
で形成される微分回路の時定数が大きくなるため、半波
整流回路７通過後の波形は、マイクロコンピュータ１か
ら出力された矩形波の形状とほぼ同一になり、積分回路
８及び増幅器９で平均化されたＤＣ電圧は、積分面積が
大きいため、高い電圧が得られる。

【００２２】図３は絶縁抵抗３の値が絶縁不良になるぐ
らい小さい場合の各部の波形を示したものである。図３
(ａ)はマイクロコンピュータ１の発振波形、図３(ｂ)は
コンデンサ５通過後の波形、図３(ｃ)は半波整流回路７
通過後の波形、図３(ｄ)は増幅器９通過後の波形をそれ
ぞれ示している。絶縁抵抗３の値が小さいと、絶縁抵抗
３とコンデンサ５とで形成される微分回路の時定数が小
さくなるため、半波整流回路７通過後の波形は、マイク
ロコンピュータ１から出力された矩形波のデューティが
極端に小さくなったものになり、積分回路８及び増幅器
９で平均化されたＤＣ電圧は、０Ｖに近くなる。ゆえ
に、マイクロコンピュータ１は増幅器９の出力電圧をＡ
／Ｄ変換することで容易に絶縁抵抗３の大小を判定する
ことが可能となる。

【００２３】以上のように、走行用バッテリ２のマイナ
ス端子と車体アース間の直流的な絶縁性を損なうことな
く、走行用バッテリ２のマイナス端子と車体アース間の
絶縁抵抗値を安価な構成で高精度に電圧に変換すること
ができ、この電圧値をマイクロコンピュータ１に入力す
ることによって、マイクロコンピュータ１で絶縁不良警
告ランプ１１を点灯させることにより、運転者に絶縁不
良を知らせることができる。

【００２４】このようにして、絶縁を必要とする他方の
電源のマイナス端子と検出回路間をコンデンサカップリ
ング方式でインターフェースするため、直流的な絶縁性
を損なうことなく、安価な構成で高精度に測定できる絶
縁抵抗検出装置及び判定手段を得ることができる。

【００２５】

【発明の効果】この発明に係る絶縁不良検出装置によれ
ば、電源マイナス端子の絶縁不良を安価な構成で高精度
に検出及び判定することができる。また電源マイナス端
子の直流的な絶縁抵抗を損わない効果がある。

【００２６】特に、請求項２の発明に係る絶縁不良検出
装置によれば、矩形波を出力すると共に、絶縁抵抗の大
小並びに絶縁不良を判定する手段を内蔵しているマイク
ロコンピュータと、絶縁抵抗と共に微分回路を形成する
コンデンサと、波形整形用微分回路と、上記微分回路に
より微分された波形を平均化し、この平均化された波形
をマイクロコンピュータに入力する積分回路とを備えた
ので、絶縁を必要とする複数の電源間の直流的な絶縁性
を損なうことなく、互いの電源のマイナス端子間の絶縁
抵抗値を高精度に電圧に変換し、マイクロコンピュータ
内でＡ／Ｄ変換することにより、絶縁抵抗値を判定する
ことが可能となる。

【００２７】また、請求項３の発明に係る絶縁不良検出
装置によれば、絶縁不良と判定する値を予めマイクロコ
ンピュータ等に記憶させておき、絶縁不良となった場合
警告ランプ等を点灯させるなどの手段を設けることによ
り、運転者等に絶縁不良を知らせることができ、感電を
防げる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態による電気自動車の絶
縁不良検出装置を示す構成図である。

【図２】 この発明の一実施形態による電気自動車の絶
縁不良検出装置において、絶縁抵抗が大きい場合の各部
の動作波形を示す図(ａ)(ｂ)(ｃ)(ｄ)である。

【図３】 この発明の一実施形態による電気自動車の絶
縁不良検出装置において、絶縁抵抗が小さい場合の各部
の動作波形を示す図(ａ)(ｂ)(ｃ)(ｄ)である。

【図４】 従来の絶縁抵抗検出回路を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ マイクロコンピュータ、３ 絶縁抵抗、５ コンデ
ンサ、６ 波形整形用微分回路、８ 積分回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁を必要とする１又は複数の電源マイ
   ナス端子間の絶縁抵抗不良を検出する絶縁不良検出装置
   であって、絶縁抵抗を検出するため発振波を発する発振
   手段と、電源マイナス端子とアース間の直流的な絶縁性
   を損わないように上記発振波を波形整形する微分回路
   と、上記微分された波形を平均化する積分回路と、この
   平均化された波形により絶縁抵抗の大小を判定する判定
   手段を備えたことを特徴とする絶縁不良検出装置。
2. 【請求項２】 絶縁を必要とする１又は複数の電源マイ
   ナス端子間の絶縁抵抗不良を検出する絶縁不良検出装置
   において、 矩形波を出力すると共に絶縁抵抗の大小を判定する手段
   を内蔵しているマイクロコンピュータと、上記マイクロ
   コンピュータの矩形波が入力されるとともに電源マイナ
   ス端子及びアースとの間に接続され上記絶縁抵抗を検出
   するためのコンデンサと、電源マイナス端子とアース間
   の直流的な絶縁性を損わないように上記矩形波を波形整
   形する微分回路と、上記微分回路により微分された波形
   を平均化し、この平均化された波形を上記マイクロコン
   ピュータに入力する積分回路とを備えたことを特徴とす
   る絶縁不良検出装置。
3. 【請求項３】 電源マイナス端子の絶縁抵抗値が不良の
   場合は警告を発する警告手段を備えた請求項１又は請求
   項２記載の絶縁不良検出装置。