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专利名称：绝缘劣化检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及绝缘劣化检测装置，其检测电动汽车等的车身和高压直流电流之间的绝缘劣化，该电动汽车具有比如与车身电绝缘的直流电源(以下，为了便于说明，有时称为高压直流电源，但没有多少伏特以上的限制)。
背景技术：
一般地，在将锂离子电池、超级电容电池等的高压直流电源用作驱动能源的电动汽车(或所谓的混合动力车)中，为了防止触电，形成将高压直流电源与处于接地电位的车身电绝缘开的方案。但是，在因电池盒的材质变质或附着物等绝缘特性劣化时，从高压直流电源流到车身的泄漏电流传递给与该车身接触的人，会产生触电的危险。为此，必须在电动车中设置绝缘劣化检测装置。本申请的发明人提出如专利文献1中所示的绝缘劣化检测装置，能够以较短时间检测绝缘劣化，或测定绝缘电阻值。通过采用该绝缘劣化检测装置，从驾驶者旋转启动开关的时刻起，能够以较短时间确认没有绝缘劣化，不对驾驶者造成不安全感，能够快速地启动电动汽车。已有技术文献专利文献专利文献1 日本特愿2009-102850号

发明内容
但是，在于专利文献1中提出的绝缘劣化检测装置中，由于在绝缘电容器中以一定周期交替地进行恒定电流的注入、抽出，故在注入和抽出的电流平衡不完全一致时，对误差进行累积计算，产生电压漂移。作为其应对措施，采用旁漏电阻。另外，在作为将主开关从关闭，到打开等的处理，从绝缘电容器的高压直流电源侧，施加台阶状的较大的干扰电压时，处于超压范围态，在该超压范围中，无法测定绝缘电阻值。专利文献1中提出的绝缘劣化检测装置中，即使在这样较大的干扰电压外加之后，仍在绝缘电容器中按照一定周期交替地进行恒定电流的注入、抽出，由此，在经过由该电路时间常数确定的规定时间之后，恢复到原始的能够测定的状态。另外，还具有在电动汽车的启动之后，产生绝缘劣化的情况，此时可能会对电动汽车等的使用者造成危险。于是，即使在电动汽车启动之后，仍必须马上能检测绝缘劣化，进行警报。另外，虽然在高压直流电源中不产生绝缘劣化，但最好在电动汽车的电动机驱动装置中的变频器或电动机中产生绝缘劣化时，仍能够检测该绝缘劣化。本发明是为了解决上述课题而提出的。本发明的目的在于提供一种绝缘劣化检测装置，其中，即使在注入和抽出的电流平衡不完全一致时，仍不产生误差累积造成的电压漂移问题，另外，即使在施加干扰电压时仍能够快速地恢复到能够测定的状态。
本发明的另一目的在于提供一种绝缘劣化检测装置，其中，即使在电动汽车等的启动之后，仍能够以较短时间进行有无绝缘劣化的检测，或测定绝缘电阻值。本发明的绝缘劣化检测装置的方案如下所述。(1)为了检测对接地部电绝缘的直流电源的漏电，该装置由与直流电源连接的绝缘电容器和测定电路构成，其特征在于，测定电路由恒定电流交变电路和运算控制电路构成，恒定电流交变电路按照其输出电压的峰值为一定电压的方式，在绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入、抽出，运算控制电路根据该注入、抽出的周期，判断有无绝缘劣化。通过形成这样的方案，即使在注入和抽出的电流存在不平衡时，仍进行到一定电压的电流注入、电流抽出，故不产生电压漂移的问题，不需要作为其应对措施的旁漏电阻。 另外，即使在从绝缘电容器的直流电源侧施加较大的干扰电压时，一定电压的电流抽出 (或电流注入)仍能够在之后的周期中进行，能快速地恢复到原始的能够测定的状态。(2)本发明的绝缘劣化检测装置中的恒定电流交变电路的特征在于，按照其输出电压的最大峰值和最小峰值的两者为一定电压的方式，在绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入、抽出。通过形成这样的方案，进行到一定电压的电流注入和到一定电压的电流抽出这两者，故注入时间和抽出时间这两者反映了绝缘电阻值。(3)本发明的绝缘劣化检测装置中的恒定电流交变电路的特征在于，按照其输出电压的最大峰值和最小峰值中的任意一者为一定电压的方式，在绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入或抽出中的任意一者，按照与注入和抽出中的任意一者所需时间相同的时间进行注入、抽出中的另一者。通过形成这样的方案，仅进行到一定电压的电流注入和到一定电压的电流抽出中的任意一者，故能够使电压检测简便。(4)本发明的绝缘劣化检测装置中的恒定电流交变电路的特征在于，按照其输出电压的最大峰值和最小峰值的两者为正电压或负电压的方式，在绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入、抽出。通过形成这样的方案，能够通过单电源，构成恒定电流交变电路。也可使最大峰值为正电压，最小峰值为0V，还可使最大峰值为0V，最小峰值为负电压。(5)本发明的绝缘劣化检测装置的特征在于，还设置齐纳二极管，其中，将输出电压限制在恒定电流交变电路的最大驱动电压以下。通过形成这样的方案，即使在施加大的干扰电压的情况下，仍能够使恒定电流交变电路动作，快速地恢复到原始的能够测定的状态。(6)本发明的绝缘劣化检测装置的特征在于，测定电路的绝缘劣化判断所需要的注入、抽出次数，在测定对象的机器启动时，按照小于机器动作时的程度设定。通过形成这样的方案，在测定对象的机器启动时，能够快速地进行绝缘劣化判断， 在机器动作时，能够进行考虑了所产生的干扰的绝缘劣化判断。(7)本发明的绝缘劣化检测装置为用于检测电动机驱动装置的绝缘劣化的装置， 该电动机驱动装置包括对接地部电绝缘的直流电源；通过来自该直流电源的电力而驱动的电动机；电力转换器，其将来自直流电源的电力转换为适合于上述电动机的驱动电力，其特征在于，该绝缘劣化检测装置包括测定电路，该测定电路与直流电源连接，测定电动机驱动装置中的绝缘电阻值，上述测定电路包括高频成分区分电路，其限制电力转换器的动作造成的高频成分向测定电路的流入。通过形成这样的方案，即使在电力转换器的动作时，仍不产生高频成分的影响，通过设置于直流电源侧的测定电路，能够正确地测定绝缘电阻值，能检测电动机驱动装置的绝缘劣化。(8)具体来说，本发明的绝缘劣化检测装置的特征在于，高频成分区分电路为低通滤波器，针对电力转换器产生的高频成分，与上述电力转换器和上述电动机形成闭环，其截止频率高于测定电路的恒定电流的注入、抽出动作的频率，按照低于电力转换器产生的高频成分的频率的程度设定。通过形成这样的方案，即使在电力转换器的动作时，其高频成分向测定电路的流入通过低通滤波器而被隔断。测定电路的恒定电流的注入、抽出动作的频率成分用于测定电路的绝缘电阻值的测定，能够检测电动机驱动装置的绝缘劣化。(9)此外，本发明的绝缘劣化检测装置的特征在于比如电动机为交流电动机，电力转换器为变频器，上述高频成分区分电路限制通过变频器的动作而产生的高频成分向测定电路的流入。通过形成这样的方案，即使在变频器的动作时，变频器产生的高频成分向测定电路的流入仍被高频成分区分电路(比如低通滤波器)而限制。于是，不受到其高频成分的影响，通过设置于直流电源侧的测定电路，能够正确地测定绝缘电阻值，能检测电动机驱动装置的绝缘劣化。另外，即使在电动机为直流电动机，电力转换器为斩波电路的情况下，本发明能同样地适用，斩波电路产生的高频成分向直流电源的流入，被高频成分区分电路(比如低通滤波器)而限制。(10)在这里，本发明人认为，在电力转换器为变频器，对变频器进行PWM控制时， 其高频成分为在变频器的PWM控制中产生的陷波。于是，高频成分区分电路(比如低通滤波器)由限制陷波的频率成分向直流电源侧的流入的陷波区分电路构成。通过形成这样的方案，即使在变频器的动作时，仍不产生其高频成分的影响，通过设置于直流电源侧的测定电路，能够正确地测定绝缘电阻值，能检测电动机驱动装置的绝缘劣化。按照本发明，能够提供下述的绝缘劣化检测装置，其中，即使在恒定电流的注入、 抽出存在不平衡时，仍不需要其造成的电压漂移的应对措施，另外，可缩短干扰造成的不能测定状态的持续时间。按照本发明，能够提供在电动汽车的启动之后，仍能够进行有无绝缘劣化的检测， 或测定绝缘电阻值的绝缘劣化检测装置。


图1为表示本发明的绝缘劣化检测装置和构成绝缘电阻测定对象的电动机驱动装置的整体结构的图；图2为表示采用本发明的恒定电流交变方式的绝缘劣化检测装置的等效电路；图3为表示图2所示的绝缘劣化检测装置中的电流注入、抽出动作的输出电压波形图；图4为表示由本发明人提出的在先申请的绝缘劣化检测装置的结构的图；图5为表示在在先申请的绝缘劣化检测装置中，施加干扰电压时的恒定电流注入、抽出动作的电压波形的图；图6为表示本发明的第1实施形式的绝缘劣化检测装置的结构的图；图7为表示绝缘电阻值为500kQ时，恒定电流注入、抽出动作的电压波形的图；图8为表示绝缘电阻值为IOOkQ时，恒定电流注入、抽出动作的电压波形的图；图9为图7的示意图；图10为图8的示意图；图11为表示在本发明的第1实施形式的绝缘劣化检测装置中，施加干扰电压时的恒定电流注入、抽出动作的电压波形的图；图12为表示针对绝缘电阻值大时，通过图6所示的恒定电流交变电路，仅进行上限电压为一定电压的注入、抽出动作时的电压波形的图；图13为表示针对绝缘电阻值大时，通过图6所示的恒定电流交变电路，仅进行下限电压为一定电压的注入、抽出动作时的电压波形的图；图14为表示按照最大峰值电压为正电压，最小峰值电压为OV的方式进行注入、抽出动作时的绝缘劣化检测装置所采用的齐纳二极管的连接的图；图15为图2所示的绝缘劣化检测装置中的变频器启动前后的输出电压波形图；图16为图15所示的输出电压波形图的变频器启动时的部分放大图；图17为表示电动机驱动装置的一个例子的结构图；图18为表示变频器的PWM控制的说明图；图19为表示通过变频器的PWM控制而产生的陷波的波形图；图20为表示本发明的第2实施形式的绝缘劣化检测装置的结构图；图21为表示图20所示的陷波区分电路的一个例子的电路图；图22为图20所示的绝缘劣化检测装置中的变频器启动前后的输出电压波形图。
具体实施例方式下面参照附图，对本发明的绝缘劣化检测装置的实施形式进行说明。首先，在对本发明的一个实施形式绝缘劣化检测装置的结构进行说明之前，通过图1对由电动汽车的绝缘劣化检测装置10和高电压电路15构成的整体结构进行说明。图1所示的高电压电路15由锂离子电池、高压直流电源16、主开关17、变频器18 和交流电动机19构成，在该高压直流电源16中，将超级电容电池重叠，该电源16用于产生高电压。测定电路12与包括电动汽车的普通汽车所使用的12V电源连接，在检测出绝缘劣化时，或当绝缘电阻值在规定值以下时，输出警报信号。即使在未到达产生绝缘劣化的绝缘不良的之前阶段，检测到绝缘电阻值在规定值以下，如果发出警报，则形成可靠性更高的绝缘劣化检测。另外，在平时监视绝缘电阻值，在低于设定电阻值时，按照输出预告信号或警报信号的方式构成。为了防止触电，高压直流电源16与处于接地电位的车身即机架绝缘， 该绝缘电阻(绝缘电阻)由Rx表示，漂移电容由Cx表示。
图2表示恒定电流交变方式的绝缘劣化检测装置的原理。首先，在注入恒定电流的过程中，通过来自图中未示出的运算控制电路的电流切换信号，恒定电流交变电路20反复进行针对每个取样周期Ts，将恒定电流I。的方向反转，在绝缘电容器11 (Ci)、绝缘电阻 Rx、漂移电容Cx中将恒定电流I。注入、抽出的动作。在这里，以电路的时间常数(τ x = CxRx) 的数倍而较大地设定取样周期Ts (Ts >> τ χ)。图3表示恒定电流的注入周期(+1。周期)、抽出周期(-1。周期)的恒定电流交变电路20的输出电压V。ut。乂^表示绝缘电容器端子间电压、V。x表示漂移电容电压。电流反转时的+1。周期的输出电压V。ut由下述的数学式1表示，-I。周期的输出电压V。ut由下述的数学式 2表示，其中，Ci的残留电压为Veitl。另外，对于V。ut(nTs)，简化表示为V。ut(nTs)=>4Vout(n)。数学式权利要求
1.一种绝缘劣化检测装置，为了检测对接地部电绝缘的直流电源的漏电，该装置由与上述直流电源连接的绝缘电容器和测定电路构成，其特征在于上述测定电路由恒定电流交变电路和运算控制电路构成；上述恒定电流交变电路按照其输出电压的峰值为一定电压的方式，在上述绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入、抽出；上述运算控制电路根据该注入、抽出的周期判断绝缘劣化。
2.根据权利要求1所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，上述恒定电流交变电路按照其输出电压的最大峰值和最小峰值的两者为一定电压的方式，在上述绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入、抽出。
3.根据权利要求1所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，上述恒定电流交变电路按照其输出电压的最大峰值和最小峰值中的任意一者为一定电压的方式，在上述绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入或抽出中的任意一者，按照与上述注入和抽出中的任意一者所需时间相同的时间，进行注入、抽出中的另一者。
4.根据权利要求1 3中的任何一项所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，上述恒定电流交变电路按照其输出电压的最大峰值和最小峰值的两者为正电压或负电压的方式，在上述绝缘电容器中交替地进行恒定电流的注入、抽出。
5.根据权利要求1 4中的任何一项所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，还设置齐纳二极管，其中，将输出电压限制在上述恒定电流交变电路的最大驱动电压以下。
6.根据权利要求1 5中的任何一项所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，根据上述测定电路产生的绝缘劣化判断所需要的注入、抽出次数，在测定对象的机器启动时，按照小于机器动作时的程度设定。
7.—种绝缘劣化检测装置，其用于检测电动机驱动装置的绝缘劣化，该电动机驱动装置包括针对接地部电绝缘的直流电源；通过来自该直流电源的电力而驱动的电动机；电力转换器，其将来自上述直流电源的电力转换为适合于上述电动机驱动的电力；该绝缘劣化检测装置特征在于，其还包括测定电路，该测定电路与上述直流电源连接，测定上述电动机驱动装置中的绝缘电阻值；上述测定电路具有高频成分区分电路，其限制上述电力转换器的动作造成的高频成分向上述测定电路的流入。
8.根据权利要求7所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，上述高频成分区分电路为低通滤波器，针对上述电力转换器产生的高频成分，与上述电力转换器和上述电动机形成闭环，其截止频率高于上述测定电路的恒定电流的注入、抽出动作的频率，按照低于上述电力转换器产生的高频成分的频率的程度设定。
9.根据权利要求7或8所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，上述电动机为交流电动机，上述电力转换器为变频器；上述高频成分区分电路限制通过上述变频器的动作而产生的高频成分向上述测定电路的流入。
10.根据权利要求7 9中的任何一项所述的绝缘劣化检测装置，其特征在于，上述高频成分为在上述变频器的PWM控制中产生的陷波。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种绝缘劣化检测装置，其中，不产生电压漂移的问题，且即使在施加干扰电压时仍能够快速地恢复到能够测定的状态。即使注入与抽出的电流存在不平衡的情况下，仍进行到一定电压的电流注入、电流抽出，故不产生电压漂移的问题，另外，即使从绝缘电容器的直流电源侧施加较大的干扰电压时，向一定电压的电流抽出(或电流注入)在其之后的周期进行，能够快速地恢复到原始的能够测定的状态。
文档编号G01R31/36GK102341714SQ201080010228
公开日2012年2月1日 申请日期2010年12月13日 优先权日2009年12月15日
发明者德田博厚, 深泽保, 福田哲夫 申请人:株式会社Pues