CN113453943A - 漏电检测装置、车辆用电源*** - Google Patents
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Abstract
在漏电检测装置中为了抑制有时在耦合电容器中发生的泄漏电流的增加，第一耦合电容器(Cc1)的第一端子连接于与地线处于绝缘状态的蓄电部(20)的电流路径上的第一连接点。第二耦合电容器(Cc2)的第二端子连接于蓄电部(20)的电流路径上的、电位低于第一连接点的电位的第二连接点，第二耦合电容器(Cc2)的第一端子与第一耦合电容器(Cc1)的第二端子连接。交流输出部(13a)经由阻抗元件(Ra)对第一耦合电容器(Cc1)的第二端子与第二耦合电容器(Cc2)的第一端子之间的第三连接点(A)施加规定的交流电压。电压测定部(13b)测定第三连接点(A)的电压。判定部(13c)根据由电压测定部(13b)测定出的电压来判定有无漏电。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测与地线绝缘的负载的漏电的漏电检测装置、车辆用电源***。
背景技术
近年，混合动力车(HV)、插电式混合动力车(PHV)、电动汽车(EV)普及起来。在这些电动车辆中，与辅机电池(一般为12V输出的铅电池)分开地搭载高电压的驱动用电池(牵引电池)。为了防止触电，包括高电压的驱动用电池、逆变器以及行驶用马达的强电电路与车辆的车身(底盘地线)之间被绝缘。
在强电电路的车辆侧的正极配线与底盘地线之间以及强电电路的车辆侧的负极配线与底盘地线之间分别***有Y电容器，使从高电压的驱动用电池向车辆侧的负载供给的电源稳定化。搭载有监视强电电路与底盘地线之间的绝缘电阻来检测漏电的漏电检测装置。
在AC方式的漏电检测装置中，经由电阻和耦合电容器对驱动用电池的正极端子或负极端子施加脉冲电压并测定该电阻与该耦合电容器的连接点的电压，来检测有无漏电(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2010/143534号
发明内容
发明要解决的问题
在需要使耦合电容器大容量化的情况下，耦合电容器大多使用铝电解电容器。铝电解电容器与薄膜电容器、陶瓷电容器等其它种类的电容器相比，能够廉价地实现大容量化。
铝电解电容器具有以下性质：当无负载状态长时间持续时，绝缘降低从而泄漏电流增加。在驱动用电池与车辆负载之间的接触器处于开路的状态下，被用作耦合电容器的铝电解电容器基本上为无负载状态。
本发明是鉴于这样的状况而完成的，其目的在于提供一种在漏电检测装置中抑制有时在耦合电容器中发生的泄漏电流的增加的技术。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的某个方式的漏电检测装置具备：第一耦合电容器，其第一端子连接于与地线处于绝缘状态的蓄电部的电流路径上的第一连接点，所述蓄电部包括一个单体或串联连接的多个单体；第二耦合电容器，其第二端子连接于所述蓄电部的电流路径上的、电位低于所述第一连接点的电位的第二连接点，所述第二耦合电容器的第一端子与所述第一耦合电容器的第二端子连接；交流输出部，其经由阻抗元件对所述第一耦合电容器的第二端子与所述第二耦合电容器的第一端子之间的第三连接点施加规定的交流电压；电压测定部，其测定所述第三连接点的电压；以及判定部，其根据由所述电压测定部测定出的电压来判定有无漏电。
发明的效果
根据本发明，能够在漏电检测装置中抑制有时在耦合电容器中发生的泄漏电流的增加。
附图说明
图1是用于说明比较例1所涉及的具备漏电检测装置的电源***的结构的图。
图2的(a)、图2的(b)是表示从交流输出部对测定点A施加的矩形波脉冲波形以及由电压测定部测定出的测定点A的电压波形的一例的图。
图3是用于说明比较例2所涉及的具备漏电检测装置的电源***的结构的图。
图4是用于说明本发明的实施方式所涉及的具备漏电检测装置的电源***的结构的图。
具体实施方式
图1是用于说明比较例1所涉及的具备漏电检测装置10的电源***5的结构的图。电源***5搭载于电动车辆。在电动车辆内，与辅机电池(通常使用12V输出的铅电池)分开地设置电源***5。电源***5包括漏电检测装置10和高电压的蓄电部20。蓄电部20包括串联连接的多个单体E1-En。对于单体，能够使用锂离子电池单体、镍氢电池单体、铅电池单体、双电层电容器单体、锂离子电容器单体等。下面，在本说明书中，假定使用锂离子电池单体(标称电压：3.6V-3.7V)的例子。
电动车辆具备作为高电压的负载的逆变器2和马达3。蓄电部20的正极与逆变器2的一端通过正极配线Lp连接，蓄电部20的负极与逆变器2的另一端通过负极配线Lm连接。在正极配线Lp***有正侧主继电器MRp，在负极配线Lm***有负侧主继电器MRm。正侧主继电器MRp和负侧主继电器MRm作为用于控制蓄电部20与电动车辆内的高电压的负载之间的导通/切断的接触器发挥功能。此外，也能够使用高耐压且高绝缘的半导体开关来代替继电器。
逆变器2是连接在蓄电部20与马达3之间的双向逆变器。在动力运转时，逆变器2将从蓄电部20供给的直流电力转换为交流电力后供给到马达3。在再生时，将从马达3供给的交流电力转换为直流电力后供给到蓄电部20。马达3例如使用三相交流马达。在动力运转时，马达3与从逆变器2供给的交流电力相应地旋转。在再生时，将由减速产生的旋转能量转换为交流电力后供给到逆变器2。
蓄电部20以与电动车辆的底盘地线绝缘的状态搭载于电动车辆。辅机电池以负极与底盘地线导通的状态搭载于电动车辆。此外，比正侧主继电器MRp靠逆变器2侧的正极配线Lp与底盘地线之间经由正侧Y电容器Cp连接。另外，比负侧主继电器MRm靠逆变器2侧的负极配线Lm与底盘地线之间经由负侧Y电容器Cm连接。正侧Y电容器Cp和负侧Y电容器Cm具有以下作用：分别使正极配线Lp与底盘地线之间以及负极配线Lm与底盘地线之间对直流绝缘，并且使正极配线Lp和负极配线Lm的电压稳定化。
在蓄电部20与底盘地线理想绝缘的情况下，蓄电部20的中间电压维持在底盘地线的电压附近。例如，在蓄电部20的两端电压为400V的情况下，蓄电部20的正极电位维持在+200V附近，负极电位维持在-200V附近。在高电压的蓄电部20与底盘地线之间导通的状态下，存在人在触碰到电动车辆的露出的导电部时触电的危险。因此，在搭载有高电压的蓄电部20的电动车辆中，需要搭载漏电检测装置10来监视包括逆变器2的高电压的车辆负载与底盘地线之间的绝缘状态。在图1中，将正极配线Lp与底盘地线间的绝缘状态表示为正侧漏电电阻Rlp，将负极配线Lm与底盘地线间的绝缘状态表示为负侧漏电电阻Rlm。
漏电检测装置10的主要结构包括耦合电容器Cc、电阻Ra以及控制部13。控制部13包括交流输出部13a、电压测定部13b以及漏电判定部13c。控制部13例如能够由微型计算机和非易失性存储器(例如EEPROM、闪存)构成。
耦合电容器Cc的一端连接于蓄电部20的电流路径。在图1所示的例子中，耦合电容器Cc的一端与蓄电部20的负极连接。此外，耦合电容器Cc的一端也可以与蓄电部20的正极连接，还可以与蓄电部20内的多个单体E1-En的任一个节点连接。耦合电容器Cc的另一端经由电阻Ra来与控制部13的交流输出端子连接。此外，也可以使用其它的阻抗元件来代替电阻Ra。耦合电容器Cc与电阻Ra之间的连接点(测定点A)经由电阻Rb来与控制部13的测定电压输入端子连接。
在电阻Ra与控制部13的交流输出端子之间的连接点同底盘地线之间连接有第一齐纳二极管ZD1。在电阻Rb与控制部13的测定电压输入端子之间的连接点同底盘地线之间连接有第二齐纳二极管ZD2。第一齐纳二极管ZD1和第二齐纳二极管ZD2用于防止控制部13因主继电器MRp、MRm的开闭、电源***5的负载变动而被施加过电压。另外，保护控制部13免受浪涌电流、静电影响。
在图1中，耦合电容器Cc使用了能够比较廉价地实现大容量化的铝电解电容器。铝电解电容器具有极性，在图1中，铝电解电容器的正极与测定点A连接，铝电解电容器的负极与蓄电部20的负极连接。耦合电容器Cc也可以是将铝电解电容器串联连接来构成的。在该情况下，即使一个电容器发生短路故障，也能够通过剩余的电容器来维持绝缘。
交流输出部13a经由电阻Ra来对耦合电容器Cc的另一端施加规定的交流电压。交流输出部13a包括本地振荡器，交流输出部13a将由局部振荡器生成的矩形波脉冲整形为具有预先设定的频率和占空比的矩形波脉冲信号后输出。电压测定部13b对测定点A的电压进行测定。此外，在控制部13内未内置有A/D转换器的情况下，在测定点A与电压测定部13b之间设置A/D转换器(未图示)，该A/D转换器将测定点A的模拟电压转换为数字值后输出到电压测定部13b。
漏电判定部13c将由电压测定部13b测定出的测定点A的电压与设定值进行比较，来判定有无漏电。漏电判定部13c根据所施加的矩形波脉冲信号的钝化程度来判定有无漏电。
图2的(a)、(b)是表示从交流输出部13a对测定点A施加的矩形波脉冲波形以及由电压测定部13b测定出的测定点A的电压波形的一例的图。漏电判定部13c计算在紧挨在所施加的矩形波脉冲波形的上升沿之前的定时采样得到的测定点A的电压与在紧挨在所施加的矩形波脉冲波形的下降沿之前的定时采样得到的测定点A的电压的差分电压Vp-p。在计算出的差分电压Vp-p比设定值低的情况下，漏电判定部13c判定为发生了漏电。在发生了漏电的情况下，所施加的矩形波脉冲波形的钝化变大。计算出的差分电压Vp-p变低意味着矩形波脉冲波形的钝化变大。根据由设计者通过实验或模拟预先导出的发生漏电时的矩形波脉冲波形的钝化来决定上述设定值。
如上所述，在比较例1中，耦合电容器Cc使用了铝电解电容器。铝电解电容器当在无负载状态下被长时间放置时，容易发生泄漏电流增加等特性劣化。泄漏电流的增加因电介质皮膜与电解液发生化学反应导致耐压降低而发生。另外，泄漏电流的增加也因保护氧化皮膜的缺陷部的氧扩散到电解液中导致电解液流入缺陷部而发生。铝电解电容器的电解液在没有被施加电压的状态下无法保持正常的状态，容易引起上述化学反应。此外，虽然在被施加电压时返回到正常的状态，但返回到正常的状态需要时间。
在正侧主继电器MRp和负侧主继电器MRm为断开(开路)的状态且包括逆变器2的高电压的车辆负载与底盘地线之间没有发生漏电的情况下，耦合电容器Cc不被施加电压，成为无负载状态。在该状态下，耦合电容器Cc的泄漏电流容易增加。在耦合电容器Cc中流有大的泄漏电流的状态下，即使想要将正侧主继电器MRp和负侧主继电器MRm接通(闭合)来测定车辆负载与底盘地线之间的漏电电阻，也会因流过耦合电容器Cc的泄漏电流的影响而难以进行准确的测定。
因此，考虑设置即使在正侧主继电器MRp和负侧主继电器MRm断开的状态下也对耦合电容器Cc施加电压的结构。
图3是用于说明比较例2所涉及的具备漏电检测装置10的电源***5的结构的图。下面，对与图1所示的比较例1所涉及的电源***5的结构的不同点进行说明。在比较例2中，在蓄电部20的正极与测定点A之间连接有开关SW1。在正侧主继电器MRp和负侧主继电器MRm断开的状态下，通过定期地将开关SW1接通来对耦合电容器Cc施加电压。由此，能够防止被用作耦合电容器Cc的铝电解电容器中的泄漏电流增加等特性劣化。
在开关SW1接通的状态下，为包括蓄电部20的高电压侧的电路和包括漏电检测装置10的低电压侧的电路不被绝缘的状态。因而，相比于比较例1，在比较例2中，漏电检测装置10的安全性降低。另外，开关SW1需要使用绝缘性能高的开关(例如，光电MOS继电器)。绝缘性能高的开关昂贵，成为导致比较例2所涉及的漏电检测装置10的成本上升的主要原因。
图4是用于说明本发明的实施方式所涉及的具备漏电检测装置10的电源***5的结构的图。下面，对与图1所示的比较例1所涉及的电源***5的结构的不同点进行说明。在实施方式中，比较例1所涉及的耦合电容器Cc被分割为第一耦合电容器Cc1和第二耦合电容器Cc2这两个耦合电容器。第一耦合电容器Cc1和第二耦合电容器Cc2分别使用铝电解电容器。下面，假定第一耦合电容器Cc1和第二耦合电容器Cc2使用相同的铝电解电容器。此外，第一耦合电容器Cc1的电容与第二耦合电容器Cc2的电容也可以存在偏差。
第一耦合电容器Cc1的正极与蓄电部20的正极连接，第二耦合电容器Cc2的负极与蓄电部20的负极连接，第一耦合电容器Cc1的负极与第二耦合电容器Cc2的正极连接。第一耦合电容器Cc1的负极与第二耦合电容器Cc2的正极的连接点为上述测定点A。在该结构中，与正侧主继电器MRp及负侧主继电器MRm的接通/断开状态无关地，对串联连接的第一耦合电容器Cc1和第二耦合电容器Cc2的两端持续施加电压。
此外，由电压测定部13b测定出的测定点A处的交流电压波形与在比较例1中测定出的测定点A处的交流电压波形相同。无论在比较例1中还是在本实施方式中，直流成分均被耦合电容器Cc、或者第一耦合电容器Cc1及第二耦合电容器Cc2吸收，因此以交流波形来说是相同的。
如以上说明的那样，根据本实施方式，将耦合电容器Cc分割为两个，将第一耦合电容器Cc1连接在蓄电部20的正极与测定点A之间，将第二耦合电容器Cc2连接在蓄电部20的负极与测定点A之间。由此，成为对第一耦合电容器Cc1和第二耦合电容器Cc2始终施加电压的状态。因而，即使第一耦合电容器Cc1和第二耦合电容器Cc2使用铝电解电容器，也能够抑制泄漏电流增加。
如果耦合电容器使用铝电解电容器，则能够廉价地实现大容量的耦合电容器。另外，不需要如比较例2那样使用昂贵的绝缘性能高的开关SW1，因此能够抑制因追加开关SW1而导致的成本上升。
另外，根据本实施方式，包括蓄电部20的高电压侧的电路与包括漏电检测装置10的低电压侧的电路被第一耦合电容器Cc1和第二耦合电容器Cc2绝缘，因此与比较例2所示的结构相比安全性高。
另外，根据本实施方式，由于使用第一耦合电容器Cc1和第二耦合电容器Cc2，因此即使其中一个耦合电容器发生开路故障，也能够由另一个耦合电容器来维持固定的漏电检测功能。
以上，基于实施方式说明了本发明。本领域技术人员能够理解的是，实施方式是例示，这些实施方式的各构成要素、各处理过程的组合中可能存在各种变形例，另外这样的变形例也处于本发明的范围内。
在上述的实施方式中说明了将第一耦合电容器Cc1的正极与蓄电部20的正极连接、并将第二耦合电容器Cc2的负极与蓄电部20的负极连接的例子。关于这一点，也可以将第一耦合电容器Cc1的正极和第二耦合电容器Cc2的负极分别连接于蓄电部20内的串联连接的多个单体E1-En的电流路径上的两个连接点。此时，将第一耦合电容器Cc1的正极连接于两个连接点内的高电位的连接点，将第二耦合电容器Cc2的负极连接于低电位的连接点。虽然是这样的连接方式，但是由电压测定部13b测定出的测定点A处的交流电压波形与在上述实施方式中测定出的测定点A处的交流电压波形相同。
在上述实施方式中说明了从交流输出部13a经由电阻Ra来对第一耦合电容器Cc1和第二耦合电容器Cc2施加矩形波脉冲信号的例子。关于这一点，也可以对第一耦合电容器Cc1和第二耦合电容器Cc2施加正弦波信号。漏电判定部13c根据在测定点A处测定出的所施加的正弦波信号的钝化程度来判定有无漏电。
在上述实施方式中，说明了将漏电检测装置10搭载于电动车辆来使用的例子。关于这一点，也能够将实施方式所涉及的漏电检测装置10应用于除车载用途以外的用途。只要是蓄电部20及从蓄电部20接受电力供给的负载与地线绝缘且蓄电部20与负载之间通过开关进行导通/切断的结构即可，负载可以是任何负载。例如，也可以是在铁道车辆内使用的负载。
在上述实施方式中，说明了耦合电容器Cc使用铝电解电容器的例子。关于这一点，在耦合电容器Cc使用在无负载状态下表现与铝电解电容器同样的特性劣化的电容器的情况下，也能够应用上述的实施方式所涉及的结构。
此外，也可以根据以下的项目来确定实施方式。
[项目1]
一种漏电检测装置(10)，其特征在于，具备：
第一耦合电容器(Cc1)，其第一端子连接于与地线处于绝缘状态的蓄电部(20)的电流路径上的第一连接点，所述蓄电部包括一个单体或串联连接的多个单体(E1-En)；
第二耦合电容器(Cc2)，其第二端子连接于所述蓄电部(20)的电流路径上的、电位低于所述第一连接点的电位的第二连接点，所述第二耦合电容器(Cc2)的第一端子与所述第一耦合电容器(Cc1)的第二端子连接；
交流输出部(13a)，其经由阻抗元件(Ra)对所述第一耦合电容器(Cc1)的第二端子与所述第二耦合电容器(Cc2)的第一端子之间的第三连接点(A)施加规定的交流电压；
电压测定部(13b)，其测定所述第三连接点(A)的电压；以及
判定部(13c)，其根据由所述电压测定部(13b)测定出的电压来判定有无漏电。
由此，能够抑制有时在耦合电容器中发生的泄漏电流的增加。
[项目2]
根据项目1所述的漏电检测装置(10)，其特征在于，
所述第一耦合电容器(Cc1)和所述第二耦合电容器(Cc2)是铝电解电容器，
所述第一耦合电容器(Cc1)的第一端子和所述第二耦合电容器(Cc2)的第一端子是正极端子，
所述第一耦合电容器(Cc1)的第二端子和所述第二耦合电容器(Cc2)的第二端子是负极端子。
由此，能够抑制在无负载状态的铝电解电容器中发生的泄漏电流的增加。
[项目3]
根据项目1或2所述的漏电检测装置(10)，其特征在于，
所述第一连接点是所述蓄电部(20)的正极，
所述第二连接点是所述蓄电部(20)的负极。
由此，能够在蓄电部(20)之外设置与耦合电容器的连接点，从而容易进行对耦合电容器的连接。
[项目4]
一种车辆用电源***(5)，其特征在于，具备：
蓄电部(20)，其以与车辆的底盘地线绝缘的状态搭载，用于向所述车辆内的负载(2)供给电力；
第一开关(MRp)，其***于将所述蓄电部(20)的正极与所述负载(2)的一端进行连接的正极配线(Lp)；
第二开关(MRm)，其***于将所述蓄电部(20)的负极与所述负载(2)的另一端进行连接的负极配线(Lm)；以及
根据项目1或2所述的漏电检测装置(10)。
由此，能够实现一种车辆用电源***(5)，该车辆用电源***(5)具备有时在耦合电容器中发生的泄漏电流的增加被抑制了的漏电检测装置(10)。
附图标记说明
2：逆变器；3：马达；5：电源***；10：漏电检测装置；13：控制部；13a：交流输出部；13b：电压测定部；13c：漏电判定部；20：蓄电部；E1-En：单体；Cc：耦合电容器；Cc1：第一耦合电容器；Cc2：第二耦合电容器；Ra、Rb：电阻；SW1：开关；ZD1：第一齐纳二极管；ZD2：第二齐纳二极管；MRp：正侧主继电器；MRm：负侧主继电器；Lp：正极配线；Lm：负极配线；Cp：正侧Y电容器；Cm：负侧Y电容器；Rlp：正侧漏电电阻；Rlm：负侧漏电电阻。
Claims (4)
1.一种漏电检测装置，其特征在于，具备：
第一耦合电容器，其第一端子连接于与地线处于绝缘状态的蓄电部的电流路径上的第一连接点，所述蓄电部包括一个单体或串联连接的多个单体；
第二耦合电容器，其第二端子连接于所述蓄电部的电流路径上的、电位低于所述第一连接点的电位的第二连接点，所述第二耦合电容器的第一端子与所述第一耦合电容器的第二端子连接；
交流输出部，其经由阻抗元件对所述第一耦合电容器的第二端子与所述第二耦合电容器的第一端子之间的第三连接点施加规定的交流电压；
电压测定部，其测定所述第三连接点的电压；以及
判定部，其根据由所述电压测定部测定出的电压来判定有无漏电。
2.根据权利要求1所述的漏电检测装置，其特征在于，
所述第一耦合电容器和所述第二耦合电容器是铝电解电容器，
所述第一耦合电容器的第一端子和所述第二耦合电容器的第一端子是正极端子，
所述第一耦合电容器的第二端子和所述第二耦合电容器的第二端子是负极端子。
3.根据权利要求1或2所述的漏电检测装置，其特征在于，
所述第一连接点是所述蓄电部的正极，
所述第二连接点是所述蓄电部的负极。
4.一种车辆用电源***，其特征在于，具备：
蓄电部，其以与车辆的底盘地线绝缘的状态搭载，用于向所述车辆内的负载供给电力；
第一开关，其***于将所述蓄电部的正极与所述负载的一端进行连接的正极配线；
第二开关，其***于将所述蓄电部的负极与所述负载的另一端进行连接的负极配线；以及
根据权利要求1至3中的任一项所述的漏电检测装置。
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