JP4280145B2 - 絶縁抵抗低下検出器およびその自己診断方法 - Google Patents

Description

この発明は、ＥＶ（Electric Vehicle）やＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle ）等の高電圧車両における車体と直流電源間の絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器に関し、特に、検出器自体の動作を自己診断できる絶縁抵抗低下検出器およびその自己診断方法に関する。

従来、絶縁抵抗低下検出器として、たとえば、特許文献１に記載された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３および図４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。

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（図４（ａ）の左右参照）、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。

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。

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。

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、図３に示す絶縁抵抗３１が検出抵抗１３に比べて極めて大きく、矩形波パルスを絶縁抵抗３１と検出抵抗１３とで分圧した値が現れる接続点Ｐからは、予め設定した基準電圧Ｖ１より高い波高値の矩形パルスが出力される（図４（ｂ）の左側参照）。

このため、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、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（図４（ｃ）の左側参照）。そして、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、基準電圧より低くなり（図４（ｄ）の左側参照）、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（図４（ｅ）の左側参照）。

しかし、マイナス母線と車体Ｅとの間に地絡が発生し、図３に示す絶縁抵抗３１が低下すると、矩形波パルスを絶縁抵抗３１と検出抵抗とで分圧した値が現れる接続点Ｐからは、基準電圧Ｖ１より低い波高値の矩形パルスが出力される（図４（ｂ）の右側参照）。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（図４（ｃ）の右側参照）。

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、基準電圧より高くなり（図４（ｄ）の右側参照）、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の出力は絶縁抵抗の低下を示すハイレベルとなる（図４（ｅ）の右側参照）。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。
特開平８−７０５０３号公報

しかしながら、上述した地絡検出回路では、当該地絡検出回路を構成する部品の故障が生じたかどうかの自己診断を行うことはできないという問題があった。

そこで、本発明は、前記のような問題点に着目し、検出器自体の動作が正常に行われているかどうかを自己診断できる絶縁抵抗低下検出器およびその自己診断方法を提供することを課題とする。

前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絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、パルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号を検出抵抗及びカップリングコンデンサを介して前記直流電源系統に印加して、絶縁抵抗低下検出動作時に、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値に応じて前記絶縁抵抗の低下を検出する低下検出手段とを備えた絶縁抵抗低下検出器の自己診断方法であって、自己診断時、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点と接地間に自己診断用抵抗を接続し、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値が、基準値と異なる値になっていることを検出した場合に、前記検出抵抗の劣化または故障と判定することを特徴とする。

前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、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絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、パルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号を検出抵抗及びカップリングコンデンサを介して前記直流電源系統に印加して、絶縁抵抗低下検出動作時に、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値に応じて前記絶縁抵抗の低下を検出する低下検出手段とを備えた絶縁抵抗低下検出器の自己診断方法であって、自己診断時、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点と接地間に自己診断用抵抗を接続し、前記自己診断用抵抗の抵抗値を可変し、前記自己診断用抵抗の抵抗値の可変に応じて前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の変化率が、基準変化率と異なっていることを検出した場合に、前記検出抵抗の劣化または故障と判定することを特徴とする。

前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、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絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、パルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号を検出抵抗及びカップリングコンデンサを介して前記直流電源系統に印加して、絶縁抵抗低下検出動作時に、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値に応じて前記絶縁抵抗の低下を検出する低下検出手段とを備えた絶縁抵抗低下検出器において、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点と接地間に直列接続された自己診断用抵抗およびスイッチ素子と、前記スイッチ素子を、絶縁抵抗低下検出動作時にオフかつ自己診断動作時にオンになるように制御する制御手段と、前記スイッチ素子がオンになった時、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値が、基準値と異なる値になっていることを検出した場合に、前記検出抵抗の劣化または故障と判定する判定手段とをさらに備えたことを特徴とする。

前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、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絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、パルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号を検出抵抗及びカップリングコンデンサを介して前記直流電源系統に印加して、絶縁抵抗低下検出動作時に、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値に応じて前記絶縁抵抗の低下を検出する低下検出手段とを備えた絶縁抵抗低下検出器において、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点と接地間に直列接続された自己診断用抵抗およびスイッチ素子と、前記スイッチ素子を、絶縁抵抗低下検出動作時にオフかつ自己診断動作時にオンになるように制御する制御手段と、前記自己診断用抵抗の抵抗値を可変する可変手段と、前記スイッチ素子がオンになった時、前記自己診断用抵抗の抵抗値の可変に応じて前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の変化率が、基準変化率と異なっていることを検出した場合に、前記検出抵抗の劣化または故障と判定する判定手段とをさらに備えたことを特徴とする。

前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絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、パルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号を検出抵抗及びカップリングコンデンサを介して前記直流電源系統に印加して、絶縁抵抗低下検出動作時に、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値に応じて前記絶縁抵抗の低下を検出する低下検出手段とを備えた絶縁抵抗低下検出器において、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点と接地間に直列接続された自己診断用抵抗およびスイッチ素子と、前記スイッチ素子を、絶縁抵抗低下検出動作時にオフにすると共に自己診断動作時に可変抵抗として機能するように制御する制御手段と、自己診断動作時に前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の変化率が、基準変化率と異なっていることを検出した場合に、前記検出抵抗の劣化または故障と判定する判定手段とをさらに備えたことを特徴とする。

前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絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、パルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号を検出抵抗及びカップリングコンデンサを介して前記直流電源系統に印加して、絶縁抵抗低下検出動作時に、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値に応じて前記絶縁抵抗の低下を検出する低下検出手段とを備えた絶縁抵抗低下検出器において、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点と接地間に接続されたスイッチ素子と、前記スイッチ素子を、絶縁抵抗低下検出動作時にオフにすると共に、自己診断動作時に可変抵抗として機能するように制御する制御手段と、自己診断動作時に前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の変化率が、基準変化率と異なっていることを検出した場合に、前記検出抵抗の劣化または故障と判定する判定手段とをさらに備えたことを特徴とする。

前記課題を解決するためになされた請求項７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絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、パルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号を検出抵抗及びカップリングコンデンサを介して前記直流電源系統に印加して、絶縁抵抗低下検出動作時に、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値に応じて前記絶縁抵抗の低下を検出する低下検出手段とを備えた絶縁抵抗低下検出器において、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点と接地間に接続された電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタを、絶縁抵抗低下検出動作時にオフにすると共に、自己診断動作時に可変抵抗として機能するように制御する制御手段と、自己診断動作時に前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の変化率が、基準変化率と異なっていることを検出した場合に、前記検出抵抗の劣化または故障と判定する判定手段とをさらに備えたことを特徴とする。

前記課題を解決するためになされた請求項８記載の発明は、請求項３から７のいずれか１項に記載の絶縁抵抗低下検出器において、前記直流電源系統を前記交流回路に接続する母線と前記直流電源系統との間に接続され、前記制御手段により制御されて、前記絶縁抵抗低下検出動作時にオンにされかつ前記自己診断動作時にオフにされるスイッチをさらに備えたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、検出抵抗にその耐圧を上回るサージ電圧または過電圧等が印加されて劣化したり、何らかの原因で故障したりして、検出抵抗の抵抗値が元の正常値から増加した場合、検出抵抗の劣化や故障の有無を自己診断することができる。

請求項２記載の発明によれば、検出抵抗にその耐圧を上回るサージ電圧または過電圧等が印加されて劣化したり、何らかの原因で故障したりして、検出抵抗の抵抗値が元の正常値から増加した場合、接続点電圧の変化率を監視することにより、検出抵抗の劣化や故障の有無を精度良く自己診断することができる。

請求項３記載の発明によれば、検出抵抗にその耐圧を上回るサージ電圧または過電圧等が印加されて劣化したり、何らかの原因で故障したりして、検出抵抗の抵抗値が元の正常値から増加した場合、検出抵抗の劣化や故障の有無を自己診断することができる。

請求項４記載の発明によれば、検出抵抗にその耐圧を上回るサージ電圧または過電圧等が印加されて劣化したり、何らかの原因で故障したりして、検出抵抗の抵抗値が元の正常値から増加した場合、接続点電圧の変化率を監視することにより、検出抵抗の劣化や故障の有無を精度良く自己診断することができる。

請求項５記載の発明によれば、検出抵抗にその耐圧を上回るサージ電圧または過電圧等が印加されて劣化したり、何らかの原因で故障したりして、検出抵抗の抵抗値が元の正常値から増加した場合、接続点電圧の変化率を監視することにより、検出抵抗の劣化や故障の有無を精度良く自己診断することができる。また、スイッチ素子をスイッチ兼可変抵抗素子として使用しているので、簡単な回路構成で自己診断を行うことができる。

請求項６記載の発明によれば、検出抵抗にその耐圧を上回るサージ電圧または過電圧等が印加されて劣化したり、何らかの原因で故障したりして、検出抵抗の抵抗値が元の正常値から増加した場合、接続点電圧の変化率を監視することにより、検出抵抗の劣化や故障の有無を精度良く自己診断することができる。また、スイッチ素子をスイッチ兼可変抵抗素子として使用しているので、簡単な回路構成で自己診断を行うことができる。

請求項７記載の発明によれば、電界効果トランジスタを用いてスイッチ兼可変抵抗素子を実現することができる。

請求項８記載の発明によれば、絶縁抵抗低下（地絡）時においても、正確に検出抵抗の劣化や故障の有無を自己診断することができる。

以下、本発明の絶縁抵抗低下検出器およびその自己診断方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の自己診断方法を実施する絶縁抵抗低下検出器の実施の形態を示す回路図である。図１において、バッテリ群Ｂ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ＥＶやＨＥＶ等の高電圧車両へ給電する高電圧直流電源（たとえば、２００〜３００Ｖ）として設けられている。プラス母線Ｐおよびマイナス母線Ｎは、バッテリ群Ｂの直流電源系統からインバータ等の交流回路（図示しない）を介して高電圧車両の走行駆動回路系（図示しない）へ給電する。

絶縁抵抗低下検出器５０は、バッテリ群Ｂのプラス母線Ｐまたはマイナス母線Ｎと車体Ｅ間の絶縁抵抗Ｒｉの低下を検出するためのものである。図１では、絶縁抵抗Ｒｉは、マイナス母線Ｎと車体Ｅ間のみに示されている。絶縁抵抗低下検出器５０は、パルス信号発生手段としてのパルス発振回路５１と、低下検出手段、制御手段、可変手段および判定手段としての制御回路５２と、ローパスフィルタ５３と、波形整形回路５４と、自己診断回路５５と、検出抵抗Ｒｄおよび直流遮断用のカップリングコンデンサＣｏとを備えている。

検出抵抗ＲｄとカップリングコンデンサＣｏは、バッテリ群Ｂのマイナス側とマイナス母線Ｎ間に接続された絶縁抵抗検出端子Ｖｉとパルス発振回路５１の間に直列に接続されている。検出抵抗Ｒｄの抵抗値は、低下していない時の絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値（たとえば、数メガオーム）よりかなり小さく、かつ低下後の絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値（たとえば、地絡時にはほぼゼロオーム）より大きくなるように選択されている。検出抵抗Ｒｄの抵抗値は、一例として１００キロオームとされている。

パルス発振回路５１は、たとえばコルピッツ発振回路、水晶発振回路、ＣＲ発振回路等からなり、所定波高値の矩形波パルス信号Ｐ１を出力し、検出抵抗Ｒｄの一端に印加する。ここで波高値とは、１つのパルス信号のうち、波の高さの電圧値をいう。パルス発振回路５１は、制御回路５２からの制御信号Ｓ１によって制御されて、ＰＬＬ回路を構成する分周器の分周値を変更することにより、出力されるパルスの周波数が変更可能なものである。

制御回路５２は、たとえばマイクロコンピュータから構成されている。

ローパスフィルタ５３は、検出抵抗ＲｄとカップリングコンデンサＣｏ間の接続点と接地との間に直列接続された、抵抗ＲｆおよびコンデンサＣｆから構成されている。ローパスフィルタ５３は、検出抵抗ＲｄとカップリングコンデンサＣｏ間の接続点（言い換えると、検出抵抗Ｒｄと絶縁抵抗Ｒｉの接続点）に表れる接続点電圧Ｖｘから所定周波数以下の信号成分を通過させ、接続点電圧Ｖｘに重畳した雑音を除去する目的で設けられている。

波形整形回路５４は、その入力側がローパスフィルタ５３の抵抗ＲｆおよびコンデンサＣｆの接続点に接続され、出力側が制御回路５２に接続されており、ローパスフィルタ５３を通過した接続点電圧Ｖｘを波形整形して出力する。

自己診断回路５５は、検出抵抗ＲｄとカップリングコンデンサＣｏ間の接続点と接地との間に直列接続された自己診断用抵抗Ｒｓおよび接合型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑを備えている。この電界効果トランジスタＱは、通常の絶縁抵抗低下検出動作時にはオフになっており、自己診断動作時に制御回路５２からの制御信号Ｓ２で制御されてオンとされるスイッチ素子として動作する。自己診断用抵抗Ｒｓは、絶縁抵抗Ｒｉの低下していない正常時の抵抗値よりもかなり小さい抵抗値（たとえば、２００ｋΩ）を有するものである。

また、自己診断回路５５は、バッテリ群Ｂのプラス側とプラス母線Ｐ間に接続されたスイッチＳＷ１と、バッテリ群Ｂのマイナス側とマイナス母線Ｎ間に接続されたスイッチＳＷ２を備えている。スイッチＳＷ１およびＳＷ２は、リレー等からなり、通常オンとなっているが、自己診断動作時に制御回路５２からの制御信号Ｓ３により制御されてオフとなるものである。

また、検出抵抗ＲｄとカップリングコンデンサＣｏ間の接続点に表れる接続点電圧Ｖｘは、パルス発振回路５１からのパルス信号Ｐ１の波高値を検出抵抗Ｒｄと絶縁抵抗Ｒｉとで分圧した値となる。したがって、検出抵抗Ｒｄに比べて絶縁抵抗Ｒｉが大きい正常時、接続点電圧Ｖｘとしては、パルス信号Ｐ１とほぼ同じ波高値のパルスが現れる。一方、絶縁抵抗Ｒｉが低下すると、接続点電圧Ｖｘも小さくなり、地絡時にはほぼ０になる。

次に、上述した絶縁抵抗低下検出器の動作について、以下説明する。

まず、通常の絶縁抵抗低下検出動作について説明すると、制御回路５２は、通常動作時、絶縁抵抗の低下検出手段として働き、パルス発振回路５１から所定周波数（たとえば、３Ｈｚ）のパルス信号Ｐ１を出力し、このときのローパスフィルタ５３の出力波高値に基づいて絶縁抵抗Ｒｉの低下検出を行う。具体的には、ローパスフィルタ５３の出力波高値が、パルス信号Ｐ１の波高値とほぼ等しい場合は、制御回路５２は、絶縁抵抗が低下していないと判断する。一方、ローパスフィルタ５３の出力波高値がほぼ０である場合は、制御回路５２は、絶縁抵抗Ｒｉが低下した（すなわち、地絡）と判断する。

次に、絶縁抵抗低下検出器の自己診断動作について説明する。制御回路５２は、高電圧車両のイグニッションスイッチ（図示しない）のオン信号または自己診断開始スイッチ（図示しない）のオン操作による自己診断指示信号などの所定のトリガ信号に基づいて、絶縁抵抗低下検出動作を停止して自己診断動作を開始する。

自己診断動作の開始により、制御回路５２は、通常時ローレベルで自己診断時ハイレベルになる制御信号Ｓ２を出力することにより、電界効果トランジスタＱをオフからオンになるように制御する。それにより、検出抵抗ＲｄとカップリングコンデンサＣｏ間の接続点（言い換えると、検出抵抗Ｒｄと絶縁抵抗Ｒｉの接続点）に、自己診断用抵抗Ｒｓが接続された状態となる。

それにより、接続点電圧Ｖｘは、絶縁抵抗Ｒｉおよび自己診断用抵抗Ｒｓの並列合成抵抗値と検出抵抗Ｒｄの抵抗値とで分圧される。このときの分圧比は、自己診断用抵抗Ｒｄの抵抗値が絶縁抵抗Ｒｉの正常時の抵抗値よりかなり小さいので、自己診断用抵抗Ｒｓが接続される前の分圧比より小さくなる。そのため、接続点電圧Ｖｘの電圧は、自己診断開始前の電圧値より低下する。自己診断用抵抗Ｒｓの抵抗値は予め分かっているので、この接続点電圧Ｖｘの自己診断開始前から自己診断開始後の電圧低下の程度も予め分かる。

ところで、検出抵抗Ｒｄの抵抗値は、劣化や故障により増加することがある。たとえば、検出抵抗Ｒｄの劣化の原因として、以下に述べるような場合がある。すなわち、プラス母線Ｐおよびマイナス母線Ｎは、バッテリ群Ｂの直流電源系統からインバータ等の交流回路（図示しない）を介して高電圧車両の走行駆動回路系（モータ等を含むが、図示しない）へ給電している。そこで、インバータやモータ等で発生するノイズが、プラス母線Ｐまたはマイナス母線Ｎから絶縁抵抗検出端子Ｖｉを介して絶縁抵抗低下検出器５０に伝達され、カップリングコンデンサＣｏを介して検出抵抗Ｒｄに印加されることがある。このインバータやモータ等が発生するノイズが、検出抵抗Ｒｄの耐圧に対して振幅の大きいサージ電圧または過電圧となって印加された場合には、検出抵抗Ｒｄは、突発的に劣化してその抵抗値が正常時の抵抗値から増加することがある。

このような劣化や故障により検出抵抗Ｒｄの抵抗値が増加すると、自己診断時において、検出抵抗ＲｄとカップリングコンデンサＣｏ間の接続点の分圧比は、検出抵抗Ｒｄの抵抗値が正常な場合よりもさらに小さくなる。したがって、検出抵抗Ｒｄの劣化や故障の発生により、接続点電圧Ｖｘの電圧は、検出抵抗Ｒｄの抵抗値が正常な場合に予め分かっている上述の自己診断開始後の電圧値（基準値）よりさらに低下する。

したがって、制御回路５２は、自己診断開始後の接続点電圧Ｖｘの電圧値が基準値になっていれば、検出抵抗Ｒｄの劣化や故障はなく、絶縁抵抗低下検出器５０が正常に動作していると判定する。

一方、自己診断開始後の接続点電圧Ｖｘの電圧値が基準値と異なっている、すなわち基準値より低下していることを検出した場合には、制御回路５２は、検出抵抗Ｒｄの劣化や故障があり、絶縁抵抗低下検出器５０が正常に動作していないと判定する。

上述の判定後、制御回路５２は、ハイレベルからローレベルになる制御信号Ｓ２を出力することにより、電界効果トランジスタＱをオンからオフになるように制御する。それにより、検出抵抗ＲｄとカップリングコンデンサＣｏ間の接続点に接続された自己診断用抵抗Ｒｓが切り離された状態となり、自己診断動作が終了する。

このようにして、絶縁抵抗低下検出器５０は、自己診断動作時に構成部品、すなわち検出抵抗Ｒｄの劣化や故障を検出することができる。

なお上述の説明では、電界効果トランジスタＱは、制御回路５２から通常時ローレベルで自己診断時ハイレベルになる制御信号Ｓ２が印加されてオフからオンになるように制御されている。すなわち、スイッチ素子として使用されている電界効果トランジスタＱは、オン時にはドレイン電流が一定になる飽和領域で動作するように制御されている。

しかし、この電界効果トランジスタＱを、自己診断動作時ハイレベルになる制御信号Ｓ２が印加された時に、制御信号Ｓ２のレベルを調整することにより、ドレイン電流がドレイン−ソース間電圧の関数となる非飽和領域で動作するように制御することもできる。この場合には、電界効果トランジスタＱは、ドレイン−ソース間抵抗をゲートに印加される制御信号Ｓ２のレベルに応じて可変できる可変抵抗として使用することができる。

すなわち、電界効果トランジスタＱは、絶縁抵抗低下検出動作時（通常時）には、そのゲートに制御回路５２からローレベルの制御信号Ｓ２が印加されてオフとなり、自己診断時には、そのゲートに制御回路５２からハイレベルの制御信号Ｓ２が印加されて、ドレイン電流が制限され、見かけ上の可変抵抗素子として働く。この見かけ上の可変抵抗素子の抵抗値は、制御回路５２からのハイレベル制御信号のレベル調整に応じて可変することができる。または、制御回路５２から絶縁抵抗低下検出動作時（通常時）にローレベルで自己診断時にハイレベルになる信号のハイ部分に一定期間連続パルス波を重畳した制御信号をゲートに印加して、一定期間連続パルス波のパルス幅で、見かけ上、単位時間当たりのドレイン電流の平均値を制御することにより、見かけ上の可変抵抗素子の抵抗値を可変しても良い。

したがって、この場合には、検出抵抗ＲｄとカップリングコンデンサＣｏの接続点に、自己診断用抵抗Ｒｓと電界効果トランジスタＱによる抵抗の直列接続抵抗（実質的な自己診断用抵抗とみなすことができる）が接続されたことになる。それにより、接続点電圧Ｖｘは、自己診断用抵抗Ｒｓおよび電界効果トランジスタＱによる抵抗の直列抵抗値（実質的な自己診断用抵抗の抵抗値）と絶縁抵抗Ｒｉの抵抗値の並列合成抵抗値と、検出抵抗Ｒｄの抵抗値とで分圧される。

たとえば、電界効果トランジスタＱによる抵抗が１００ｋΩとなるように制御された場合には、自己診断時、自己診断用抵抗Ｒｓの抵抗値２００ｋΩに加えて合計３００ｋΩの実質的な自己診断用の合成抵抗が、検出抵抗ＲｄとカップリングコンデンサＣｏの接続点に接続されたことになる。

このような場合にも、電界効果トランジスタＱによる抵抗の抵抗値は予め設定することができるので、自己診断開始後の接続点電圧Ｖｘを検出することにより、制御回路５２は、構成部品、すなわち検出抵抗Ｒｄの劣化や故障を検出することができ、したがって、絶縁抵抗低下検出器５０が正常に動作しているか否かを診断することができる。

図２は、自己診断時の合成抵抗値（ｋΩ）対ローパスフィルタ５３の出力波高値（Ｖ）の関係を示すグラフである。曲線Ａは、検出抵抗Ｒｄの正常時を示し、曲線Ｂは、検出抵抗Ｒｄの劣化または故障による抵抗増加時を示す。なお、図２において、横軸の自己診断時の合成抵抗値（ｋΩ）は、自己診断用抵抗Ｒｓを２００ｋΩ、３００ｋΩ、４００ｋΩ、５００ｋΩ、６００ｋΩ、７００ｋΩまたは８００ｋΩの抵抗値を有するものに順次交換した場合と、自己診断用抵抗Ｒｓと電界効果トランジスタＱを可変抵抗素子として機能させた場合の抵抗分との直列合成抵抗（実質的な自己診断用抵抗）が２００ｋΩ〜８００ｋΩの抵抗値を有するように可変した場合の両方を意味している。

図２から、ある１点の自己診断用抵抗値（ｋΩ）における曲線Ａにおける出力波高値（Ｖ）に対する曲線（Ｂ）における出力波高値（Ｖ）の低下に基づいて、制御回路５２は、検出抵抗Ｒｄの劣化または故障を検出することができる。

なお、図２において、曲線Ｃは、自己診断時絶縁抵抗Ｒｉの低下（地絡）が発生している場合の特性を示している。絶縁抵抗Ｒｉの低下（地絡）時には、ローパスフィルタ５３の出力波高値はほぼゼロになるので、自己診断時には、このほぼゼロの出力波高値が、絶縁抵抗Ｒｉの低下（地絡）によるものなのか検出抵抗Ｒｄの劣化または故障によるものなのか区別することができない。

そこで、ローパスフィルタ５２の出力波高値がほぼゼロになっていることを検出した場合には、制御回路５２は、続いて、ハイレベルになる制御信号Ｓ３を出力することにより、スイッチＳＷ１およびＳＷ２をオンからオフになるように制御する。それにより、絶縁抵抗低下検出器５０は、バッテリ群Ｂと母線を含む直流電源系統から分離され、絶縁抵抗Ｒｉの低下（地絡）の影響を受けない状態となる。

この状態で、制御回路５２は、再度ローパスフィルタ５３の出力波高値を検出し、検出した出力波高値が、ほぼゼロの値から上昇した値となっていれば、検出抵抗Ｒｄの劣化または故障によるものと判定することができる。また、検出した出力波高値が相変わらずほぼゼロであれば、絶縁抵抗低下検出器５０の構成部品のいずれかの故障と判定することができる。

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。

たとえば、上述の実施の形態では、検出抵抗Ｒｄの劣化または故障の検出を、ある１点の自己診断時の合成抵抗値に対する自己診断開始前および自己診断開始後のローパスフィルタ５３の出力波高値に基づいて行っているが、これに代えて、２点以上の自己診断時の合成抵抗値に対するローパスフィルタ５３の出力波高値の変化の様子（たとえば、変化率）に基づいて、制御回路５２が検出抵抗Ｒｄの劣化または故障を検出することもできる。たとえば、制御回路５２は、電界効果トランジスタＱを可変抵抗として使用して、制御信号Ｓ３の制御により実質的な自己診断用の合成抵抗値を可変し、この可変に応じて接続点電圧Ｖｘの変化率を、検出抵抗Ｒｄの正常時の変化率（基準変化率）と比較する。そして、制御回路５２は、可変に応じた接続点電圧Ｖｘの変化率が基準変化率と異なっていることを検出した場合には、検出抵抗Ｒｄの劣化または故障と判定する。

また、他の実施例として、自己診断用抵抗Ｒｓを削除し、電界効果トランジスタＱを絶縁抵抗低下検出時にオフにすると共に、自己診断動作時に自己診断用抵抗として機能するように、制御回路５２からの制御信号Ｓ２によって制御しても良い。この場合にも、制御回路５２は、自己診断開始後の接続点電圧Ｖｘの電圧値が基準値になっていれば、検出抵抗Ｒｄの劣化や故障はなく、絶縁抵抗低下検出器５０が正常に動作していると判定する。一方、自己診断開始後の接続点電圧Ｖｘの電圧値が基準値と異なっている、すなわち基準値より低下していることを検出した場合には、制御回路５２は、検出抵抗Ｒｄの劣化や故障があり、絶縁抵抗低下検出器５０が正常に動作していないと判定することができる。

さらに、他の実施例として、自己診断用抵抗Ｒｓを削除し、電界効果トランジスタＱを絶縁抵抗低下検出時にオフにすると共に、自己診断動作時に自己診断用の可変抵抗として機能するように、制御回路５２からの制御信号Ｓ２によって制御しても良い。この場合にも、制御回路５２は、制御信号Ｓ３の制御により可変抵抗として機能する電界効果トランジスタＱの抵抗値を可変し、この可変に応じて接続点電圧Ｖｘの変化率を、検出抵抗Ｒｄの正常時の変化率（基準変化率）と比較する。そして、制御回路５２は、可変に応じた接続点電圧Ｖｘの変化率が基準変化率と異なっていることを検出した場合には、検出抵抗Ｒｄの劣化または故障と判定することができる。

また、上述した実施形態によれば、制御回路５２はマイクロコンピュータで構成されているが、たとえば、コンパレータ等で構成されるものであっても良い。

さらに、本発明は、検出抵抗Ｒｄの劣化または故障の検出以外に、ローパスフィルタ５３のコンデンサＣｆが劣化してその漏れ電流が増大して出力波高値が低下した場合にも適用可能である。

また、電界効果トランジスタＱ等で構成されるスイッチ素子は、半導体デバイス素子とは限らず、上記に説明したスイッチ兼可変抵抗素子として働く同一機能を有する機械的スイッチやスイッチ回路を含むものとする。

本発明の自己診断方法を実施した絶縁抵抗低下検出器の実施の形態を示す回路図である。 図１の絶縁抵抗低下検出器における自己診断時の合成抵抗値対ローパスフィルタの出力波高値の関係を示すグラフである。 従来の地絡検出回路の一例を示す回路図である。 図３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

５０ 絶縁抵抗低下検出器
５１ パルス発振回路（パルス信号発生手段）
５２ 制御回路（低下検出手段、制御手段、可変手段および判定手段）
５３ ローパスフィルタ
５４ 波形整形回路
５５ 自己診断回路
Ｂ バッテリ群
Ｃｏ カップリングコンデンサ
Ｅ 車体
Ｒｉ 絶縁抵抗
Ｒｄ 検出抵抗
Ｒｓ 自己診断用抵抗
Ｑ 電界効果トランジスタ（スイッチ素子）
ＳＷ１ スイッチ
ＳＷ２ スイッチ

Claims (8)

1. 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絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、パルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号を検出抵抗及びカップリングコンデンサを介して前記直流電源系統に印加して、絶縁抵抗低下検出動作時に、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値に応じて前記絶縁抵抗の低下を検出する低下検出手段とを備えた絶縁抵抗低下検出器の自己診断方法であって、
   自己診断時、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点と接地間に自己診断用抵抗を接続し、
   前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値が、基準値と異なる値になっていることを検出した場合に、前記検出抵抗の劣化または故障と判定する
   ことを特徴とする絶縁抵抗低下検出器の自己診断方法。
2. 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絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、パルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号を検出抵抗及びカップリングコンデンサを介して前記直流電源系統に印加して、絶縁抵抗低下検出動作時に、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値に応じて前記絶縁抵抗の低下を検出する低下検出手段とを備えた絶縁抵抗低下検出器の自己診断方法であって、
   自己診断時、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点と接地間に自己診断用抵抗を接続し、
   前記自己診断用抵抗の抵抗値を可変し、
   前記自己診断用抵抗の抵抗値の可変に応じて前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の変化率が、基準変化率と異なっていることを検出した場合に、前記検出抵抗の劣化または故障と判定する
   ことを特徴とする絶縁抵抗低下検出器の自己診断方法。
3. 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絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、パルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号を検出抵抗及びカップリングコンデンサを介して前記直流電源系統に印加して、絶縁抵抗低下検出動作時に、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値に応じて前記絶縁抵抗の低下を検出する低下検出手段とを備えた絶縁抵抗低下検出器において、
   前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点と接地間に直列接続された自己診断用抵抗およびスイッチ素子と、
   前記スイッチ素子を、絶縁抵抗低下検出動作時にオフかつ自己診断動作時にオンになるように制御する制御手段と、
   前記スイッチ素子がオンになった時、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値が、基準値と異なる値になっていることを検出した場合に、前記検出抵抗の劣化または故障と判定する判定手段とをさらに備えた
   ことを特徴とする絶縁抵抗低下検出器。
4. 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絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、パルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号を検出抵抗及びカップリングコンデンサを介して前記直流電源系統に印加して、絶縁抵抗低下検出動作時に、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値に応じて前記絶縁抵抗の低下を検出する低下検出手段とを備えた絶縁抵抗低下検出器において、
   前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点と接地間に直列接続された自己診断用抵抗および
   スイッチ素子と、
   前記スイッチ素子を、絶縁抵抗低下検出動作時にオフかつ自己診断動作時にオンになるように制御する制御手段と、
   前記自己診断用抵抗の抵抗値を可変する可変手段と、
   前記スイッチ素子がオンになった時、前記自己診断用抵抗の抵抗値の可変に応じて前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の変化率が、基準変化率と異なっていることを検出した場合に、前記検出抵抗の劣化または故障と判定する判定手段とをさらに備えた
   ことを特徴とする絶縁抵抗低下検出器。
5. 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絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、パルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号を検出抵抗及びカップリングコンデンサを介して前記直流電源系統に印加して、絶縁抵抗低下検出動作時に、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値に応じて前記絶縁抵抗の低下を検出する低下検出手段とを備えた絶縁抵抗低下検出器において、
   前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点と接地間に直列接続された自己診断用抵抗およびスイッチ素子と、
   前記スイッチ素子を、絶縁抵抗低下検出動作時にオフにすると共に自己診断動作時に可変抵抗として機能するように制御する制御手段と、
   自己診断動作時に前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の変化率が、基準変化率と異なっていることを検出した場合に、前記検出抵抗の劣化または故障と判定する判定手段とをさらに備えた
   ことを特徴とする絶縁抵抗低下検出器。
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絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、パルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号を検出抵抗及びカップリングコンデンサを介して前記直流電源系統に印加して、絶縁抵抗低下検出動作時に、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値に応じて前記絶縁抵抗の低下を検出する低下検出手段とを備えた絶縁抵抗低下検出器において、
   前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点と接地間に接続されたスイッチ素子と、
   前記スイッチ素子を、絶縁抵抗低下検出動作時にオフにすると共に、自己診断動作時に可変抵抗として機能するように制御する制御手段と、
   自己診断動作時に前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の変化率が、基準変化率と異なっていることを検出した場合に、前記検出抵抗の劣化または故障と判定する判定手段とをさらに備えた
   ことを特徴とする絶縁抵抗低下検出器。
7. 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絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗低下検出器であって、パルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号発生手段からの前記パルス信号を検出抵抗及びカップリングコンデンサを介して前記直流電源系統に印加して、絶縁抵抗低下検出動作時に、前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の値に応じて前記絶縁抵抗の低下を検出する低下検出手段とを備えた絶縁抵抗低下検出器において、
   前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点と接地間に接続された電界効果トランジスタと、
   前記電界効果トランジスタを、絶縁抵抗低下検出動作時にオフにすると共に、自己診断動作時に可変抵抗として機能するように制御する制御手段と、
   自己診断動作時に前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサの接続点に現れる接続点電圧の変化率が、基準変化率と異なっていることを検出した場合に、前記検出抵抗の劣化または故障と判
   定する判定手段とをさらに備えた
   ことを特徴とする絶縁抵抗低下検出器。
8. 前記直流電源系統を前記交流回路に接続する母線と前記直流電源系統との間に接続され、前記制御手段により制御されて、前記絶縁抵抗低下検出動作時にオンにされかつ前記自己診断動作時にオフにされるスイッチをさらに備えた
   ことを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の絶縁抵抗低下検出器。

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