JP2007108074A - 漏電検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】漏電の検知において、高電圧システムの電圧変動に起因する誤検知の発生を正確に判定する。
【解決手段】燃料電池１、駆動モータ２および二次電池３を含む高電圧システムは、絶縁抵抗４を介してグランド５と絶縁されている。矩形波出力部２０は、検出抵抗３０およびカップリングコンデンサ４０を介して矩形波信号を高電圧システムに出力する。漏電検知部６０は、検出抵抗３０とカップリングコンデンサ４０との間における接続点Ｐの電圧Ｖpの変動に基づいて、高電圧システム１，２，３の漏電を検知する。誤検知判定部５０は、接続点Ｐの電圧Ｖpの変動に基づいて、漏電検知部６０による誤検知の発生を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高電圧システムの漏電を検知する漏電検知装置に関する。

例えば、特許文献１には、高電圧システム（高電圧電池など）と、この高電圧システムと絶縁されたグランドとの間の漏電を検知する手法が開示されている。この手法では、矩形波信号を、検出抵抗およびカップリングコンデンサを介して高電圧システムに出力する。そして、カップリングコンデンサ−検出抵抗間における接続点の電圧の変動に基づいて、高電圧システムの漏電が検知される。ところで、高電圧システムの電圧に変動が起こった場合には、この電圧変動の影響が接続点の電圧の変動にも現れるため、これがノイズとなり、漏電を誤検知してしまうという不都合がある。そのため、特許文献１の手法によれば、高電圧システムの電圧変動を直接的に検知し、高電圧システムに電圧変動が生じている場合には、誤検知の発生を判定し、漏電の検知を中止している。
特開２００４−２８６５２３号公報

しかしながら、特許文献１の手法によれば、高電圧システムの電圧変動が多く発生する場合には、漏電検知が中止される頻度が高くなってしまい、漏電の検知を有効に行うことができないという問題がある。すなわち、高電圧システムの電圧変動の速度や変化量によっては、接続点の電圧変動への影響が少ない場合もあり、このケースでは、漏電の検知を行うことができる状況であるにも拘わらず、漏電の検知が中止されてしまうという不都合がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、漏電の検知において、高電圧システムの電圧変動に起因する誤検知の発生を正確に判定することである。

かかる課題を解決するために、本発明は、漏電検知装置を提供する。この漏電検知装置は、高電圧システムと、検出抵抗と、カップリングコンデンサと、矩形波出力手段と、漏電検知手段と、誤検知判定手段とを有する。ここで、高電圧システムは、絶縁抵抗によってグランドと絶縁されている。矩形波出力手段は、検出抵抗およびカップリングコンデンサを介して高電圧システムに矩形波信号を出力する。漏電検知手段は、検出抵抗とカップリングコンデンサとの間における接続点の電圧の変動に基づいて、高電圧システムの漏電を検知する。誤検知判定手段は、接続点の電圧の変動に基づいて、漏電検知手段による誤検知の発生を判定する。

本発明によれば、接続点の電圧の変動そのものを用いて、高電圧システムの電圧変動に起因する漏電検知の誤検知の発生を判定している。そのため、高電圧システムの電圧変動に起因して接続点の電圧が変動するような状況が判定可能となり、その結果、誤検知の発生を正確に判定することができる。

以下、図面を参照し、本発明にかかる実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる漏電検知装置１０が適用された燃料電池車両の構成図である。燃料電池車両は、発電電力を発生する燃料電池１、燃料電池１からの発電電力によって駆動力を発生する駆動モータ２、および、燃料電池１からの発電電力を充電したり、電力を放電して駆動モータ２へと供給したりする二次電池３を主体に構成されている。燃料電池１、駆動モータ２および二次電池３を含む高電圧システムは、絶縁抵抗４によって、車体ボディ（グランド）５と電気的に絶縁されている。

漏電検知装置１０は、高電圧システムの漏電、すなわち、高電圧システムと、この高電圧システムと絶縁された車体ボディ５との間の漏電を検知する装置であり、矩形波出力部（矩形波出力手段）２０、検出抵抗３０、カップリングコンデンサ４０、誤検知判定部（誤検知判定手段）５０および漏電検知部（漏電検知手段）６０で構成されている。

矩形波出力部２０は、デューティ比５０％の所定周波数の矩形波信号（パルス信号）を発生し、これを、検出抵抗３０およびカップリングコンデンサ４０を介して、高電圧システムに出力する（具体的には、燃料電池１、駆動モータ２および二次電池３を接続する回路上の任意の点（例えば、二次電池３の近傍）に出力される）。高電圧システムは、絶縁抵抗４を介してグランド５と絶縁されている関係上、高電圧システムに矩形波信号を出力することにより、この矩形波信号は、検出抵抗３０およびカップリングコンデンサ４０を介して、絶縁抵抗４に出力される。ここで、漏電検知を行う前提として、検出抵抗３０およびカップリングコンデンサ４０は、互いに直列に接続されて、矩形波出力部２０から高電圧システムにかけて検出抵抗３０、カップリングコンデンサ４０の順に並んでいる。

矩形波出力部２０としては、発信回路を用いることができる。誤検知判定部５０および漏電検知部６０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースを主体に構成されるマイクロコンピュータを用いることができる。ただし、誤検知判定部５０と漏電検知部６０は、後述するこれらの機能をマイクロコンピュータの演算処理によって実現するのみならず、演算回路を用いてその機能を実現してもよい。また、矩形波出力部２０は、マイクロコンピュータを用いて矩形波信号を出力してもよい。

図２は、第１の実施形態にかかる誤検知判定部５０を示すブロック構成図である。誤検知判定部５０は、検出抵抗３０とカップリングコンデンサ４０との間における接続点Ｐの電圧Ｖpを検出し、この検出された電圧Ｖpの変動に基づいて、漏電検知部６０による誤検知の発生を判定する。具体的には、誤検知判定部５０は、接続点Ｐの電圧Ｖpに基づいて、高電圧システムの電圧変動に起因した接続点Ｐの電圧Ｖpの変動を評価するための評価電圧を算出し、この評価電圧に基づいて、誤検知の発生を判定する評価電圧判定部（評価電圧判定手段）５１を備えている。この評価電圧判定部５１は、これを機能的に捉えた場合、評価電圧算出部（評価電圧算出手段）５２と、条件設定部（条件設定手段）５３と、電圧比較部（第２の電圧比較手段）５４とを有している。

図３は、評価電圧算出部５２を示すブロック構成図である。評価電圧算出部５２は、評価電圧を算出する機能を担っており、高位側ピーク電圧検出部５２０と、低位側ピーク電圧検出部５２１と、中央値算出部５２２とで構成されている。高位側ピーク電圧検出部５２０は、所定のサンプリング周期（本実施形態では、矩形波パルスの発信周期）に対応する接続点Ｐの電圧Ｖpの推移における高位側のピーク電圧Ｖpuを検出し、低位側ピーク電圧検出部５２１は、所定のサンプリング周期に対応する接続点Ｐの電圧Ｖpの推移における低位側のピーク電圧Ｖplを検出する。ここで、高位側のピーク電圧Ｖpuは、一周期相当の矩形波信号の最大電圧（電圧レベルの高い側（High））に対応する接続点Ｐの電圧Ｖpを指し、低位側のピーク電圧Ｖplは、一周期相当の矩形波信号の最小電圧（電圧レベルの低い側（Low））に対応する接続点Ｐの電圧Ｖpである。

高位側ピーク電圧検出部５２０によって検出された高位側のピーク電圧Ｖpuと、低位側ピーク電圧検出部５２１によって検出された低位側のピーク電圧Ｖplとは、中央値算出部５２２に出力される。中央値算出部５２２は、高位側のピーク電圧Ｖpuと、低位側のピーク電圧Ｖplとに基づいて、その中央値（（Ｖpu＋Ｖpl）／２）を評価電圧Ｖpcとして算出する。ここで、中央値算出部５２２は、評価電圧（中央値）Ｖpcを算出する際には、同一のサンプリング周期内において検出された各ピーク電圧Ｖpu，Ｖplを用いてこの値を算出する。中央値算出部５２２によって算出された評価電圧Ｖpcは、後述する電圧比較部５４に対して出力される。

図４は、条件設定部５３を示すブロック構成図である。条件設定部５３は、漏電検知部６０によって漏電の検知を正常に行うことができる、評価電圧Ｖpcの範囲を規定した許容条件が設定されており、基準中央値設定部（基準中央値設定手段）５３０と、差分上限値設定部（差分上限値設定手段）５３１とで構成されている。基準中央値設定部５３０には、高電圧システムの電圧変動がないとみなせるケースでの評価電圧Ｖpcの理論値、すなわち、矩形波出力部２０が出力する矩形波信号の最大電圧Ｖmaxと最小電圧Ｖminとの中央値（（Ｖmax＋Ｖmin）／２）が、基準中央値Ｖpcsとして設定されている。差分上限値設定部５３１には、漏電検知部６０による誤検知が発生しないとみなせる、基準中央値Ｖpcsと評価電圧Ｖpcの差分の上限値が、差分上限値Ｖulとして設定されている。これらの設定部５３０，５３１に設定される基準中央値Ｖpcsおよび差分上限値Ｖulにより、基準中央値Ｖpcsを基準に、その値の正負方向に差分上限値Ｖulを加味した範囲が許容条件となる。これらの値Ｖpcs，Ｖulは、必要に応じて読み出され、電圧比較部５４によって参照される。

電圧比較部５４は、評価電圧算出部５２によって算出された評価電圧Ｖpcが、条件設定部５３に設定される許容条件を具備しない場合に、漏電検知部６０による誤検知の発生を判定する。具体的には、電圧比較部５４は、評価電圧Ｖpcと、基準中央値Ｖpcsとの差分の絶対値を差分絶対値として算出する。そして、電圧比較部５４は、算出された差分絶対値が差分上限値Ｖulよりも大きい場合、すなわち、許容条件を具備しない場合に、漏電検知部６０による誤検知の発生を判定する。一方、算出された差分絶対値が差分上限値Ｖul以下の場合、すなわち、許容条件を具備する場合には、電圧比較部５４は、漏電検知部６０による誤検知が発生しないとの判定を行う。電圧比較部５４による判定結果は、漏電検知部６０に対して出力される。

再び図１を参照するに、漏電検知部６０は、誤検知判定部５０（具体的には、電圧比較部５４）からの判定結果を参照し、必要に応じて、検出抵抗３０とカップリングコンデンサ４０との間における接続点Ｐの電圧Ｖpを検出し、この検出された電圧Ｖpの変動に基づいて、高電圧システムの漏電（すなわち、絶縁抵抗４の抵抗値の低下）を検知する。具体的には、漏電検知部６０は、上述した評価電圧算出部５２と同様、高位側のピーク電圧Ｖpuと低位側のピーク電圧Ｖplとを検出し、高位側のピーク電圧Ｖpuから低位側のピーク電圧Ｖplを減算した値を漏電判定値Ｖdとして算出する。そして、漏電検知部６０は、算出された漏電判定値Ｖdが、予め設定された基準漏電判定値よりも低下した場合に、高電圧システムの漏電を検知する。

以下、漏電検知装置１０の動作を説明する。図５は、接続点Ｐにおける電圧の変動の推移を示す図である。まず、矩形波出力部２０によって矩形波信号が出力されると、誤検知判定部５０は、接続点Ｐの電圧Ｖpに基づいて、高位側のピーク電圧Ｖpuおよび低位側のピーク電圧Ｖplを検出し、それらの中央値である評価電圧Ｖpcを算出する。また、漏電検知部６０は、誤検知判定部５０と同様に、接続点Ｐの電圧Ｖpに基づいて、高位側のピーク電圧Ｖpuおよび低位側のピーク電圧Ｖplを検出し、これらの値から漏電判定値Ｖdを算出する。

つぎに、誤検知判定部５０は、算出された評価電圧Ｖpcを許容条件と比較し、評価電圧Ｖpcが許容条件を具備するか否かを判定する。評価電圧Ｖpcが許容条件を具備しない場合（｜Ｖpc−Ｖpcs｜＞Ｖul）、誤検知判定部５０は、漏電検知部６０による誤検知の発生を判定する。一方、許容条件を具備する場合（｜Ｖpcs−Ｖpc｜≦Ｖul）、誤検知判定部５０は、漏電検知部６０による誤検知が発生しないとの判定を行う。

漏電検知部６０による誤検知が発生しないとの判定が行われた場合には、漏電検知部６０は、算出された漏電判定値Ｖdが基準漏電判定値よりも小さくなっているか否かを判定する。漏電判定値Ｖdが基準漏電判定値よりも小さくなっている場合には、漏電検知部６０は、高電圧システムの漏電を検知し、この検知結果を図示しない警報装置などを用いて漏電の検知を警報する。一方、漏電判定値Ｖdが基準漏電判定値以上の場合には、漏電検知部６０は、高電圧システムに漏電はないと判定した上で、再度、上述した一連の手順を実行する。

これに対し、漏電検知部６０による誤検知の発生が判定された場合には、漏電検知部６０は、算出された漏電判定値Ｖdを破棄した上で、高電圧システムの漏電の検知を中止し、再度、上述した一連の手順を実行する。

このような構成および動作からなる漏電検知装置１０の漏電検出概念について説明する。高電圧システムに漏電が発生している場合、すなわち、絶縁抵抗４の抵抗値が低下した場合、接続点Ｐの電圧Ｖpの変動としては、高位側のピーク電圧Ｖpuと低位側のピーク電圧Ｖplとの差が小さくなり、これにともない、これらの差分値（正確には、高位側のピーク電圧Ｖpuから低位側のピーク電圧Ｖplを減算した値）である漏電判定値Ｖdもその値が減少する傾向を示す。そのため、漏電検知部６０は、漏電判定値Ｖdの変動をモニタリングし、この値が所定の判定値（本実施形態では、基準漏電判定値）よりも小さくなった場合には、これをトリガーとして、漏電を検知する。

しかしながら、二次電池３の充放電などといったように、高電圧システムの電圧に変動が生じた場合には、その電圧変動の影響が接続点Ｐの電圧Ｖpにも波及し、漏電判定値Ｖdにノイズが含まれてしまうため、漏電の検知を正確に行うことができないという不都合がある。例えば、絶縁抵抗４の抵抗値が低下していないにも拘わらず、ノイズの影響によって漏電判定値Ｖdが基準漏電判定値よりも低下した場合には、これを漏電と検知してしまうといった如くである（誤検知の発生）。

本実施形態では、高位側のピーク電圧Ｖpuと低位側のピーク電圧Ｖplとの中央値である評価電圧Ｖpcを参照することにより、このような不都合を解消する。絶縁抵抗４の抵抗値が低下した場合、高位側のピーク電圧Ｖpuは低下し、低位側のピーク電圧Ｖplは増加する傾向を示す。この際、高位側のピーク電圧Ｖpuの低下幅と、低位側のピーク電圧Ｖplの増加幅とはほぼ同じ値となるため、これらのピーク電圧Ｖpu，Ｖplの中央値（評価電圧Ｖpc）は、絶縁抵抗値の低下の有無に拘わらず、矩形波信号の最大電圧Ｖmaxと最小電圧Ｖminとの中央値（基準中央値Ｖpcs）付近の値を推移する。

ところが、高電圧システムに電圧変動が生じた場合には、高位側のピーク電圧Ｖpuと低位側のピーク電圧Ｖplとに同程度のずれ（同量・同方向のずれ）が生じるため、評価電圧Ｖpcにも相対的なずれが生じ、基準中央値Ｖpcsから乖離する傾向となる。換言すれば、この評価電圧Ｖpcが基準中央値Ｖpcsから乖離した場合には、高電圧システムの電圧変動に起因して接続点Ｐの電圧Ｖpが変動してことを意味している。

もっとも、高位側のピーク電圧Ｖpuと低位側のピーク電圧Ｖplとに同程度のずれが生じているならば、その漏電判定値Ｖdは低下することがないので、これを漏電と検知することはない。ただし、接続点Ｐでの実際の電圧Ｖpには、高電圧システムの電圧変動の影響によって、高位側のピーク電圧Ｖpuと低位側のピーク電圧Ｖplとの差が減少し、漏電判定値Ｖdが基準漏電判定値から乖離する傾向を示す場合がある。これは、これらのピーク電圧Ｖpu，Ｖplは、システム上の制限からその上限値或いは下限値が制限されたり、それぞれの位相にずれが生じたりするためである。それ故に、このようなケースでは、やはり誤検知の発生が起こりうる。

そのため、本実施形態では、この評価電圧Ｖpcが基準中央値Ｖpcsから乖離していること条件に、高電圧システムの電圧変動に起因して接続点Ｐの電圧Ｖpが変動してことを判定し、これにより、漏電検知部６０による誤検知の発生を判定する。

このような検出概念に鑑み、本実施形態にかかる漏電検知装置１０は、高電圧システムの漏電の検知を行う前提として、以下の情報を実験やシミュレーションを通じ予め取得しておく。具体的には、その値よりも低下したことを条件として漏電を判断する絶縁抵抗４の抵抗値を設定した上で、この抵抗値に対応する漏電判定値Ｖdを基準漏電判定値として求めておく。この基準漏電判定値は、漏電検知部６０によって保持され、漏電検知の際には、接続点Ｐの電圧Ｖpに基づいて算出された漏電判定値Ｖdと比較される。

また、これらの情報が揃ったところで、漏電検知の対象となる高電圧システムに電圧変動を実際に発生させる実験を実施する。高電圧を変動させる方法としては、駆動モータ２といった負荷装置の負荷の増減や、二次電池３の充放電などが考えられる。高電圧システムの電圧を変動させる条件を決めるにあたり、その周波数と振幅を予め設定しておく。周波数と振幅を設定する場合には、対象とする高電圧システムの作動方法を調査し、実際の電圧変動が発生すると予測される範囲において、これを数点に分けて選択する。

つぎに、振幅と周波数との条件を組み合わせて、高電圧システムの電圧変動を発生させるとともに、矩形波出力部２０より矩形波信号を出力させる。そして、接続点Ｐの電圧Ｖpを参照した上で、高位側のピーク電圧Ｖpuと低位側のピーク電圧Ｖplとに基づいて評価電圧Ｖpcを算出し、基準中央値Ｖpcsからの差を評価する。具体的には、漏電判定値Ｖdが基準漏電判定値よりも低下した条件を抽出し、この抽出された条件において、基準中央値Ｖpcsと評価電圧Ｖpcと差分（絶対値）のうち、その値が最も小さくなる値を差分上限値Ｖulとして設定する。また、矩形波信号の最大電圧Ｖmaxと最小電圧Ｖminとの中央値を基準中央値Ｖpcsとして設定する。設定された基準中央値Ｖpcsおよび差分上限値Ｖulは、誤検知判定部５０（正確には、基準中央値設定部５３０および差分上限値設定部５３１）によって保持され、誤検知の判定の際には、接続点Ｐの電圧Ｖpに基づいて算出される評価電圧Ｖpcと比較される。

このように本実施形態によれば、接続点Ｐの電圧Ｖpの変動そのものを用いて、高電圧システムの電圧変動に起因する漏電検知の誤検知の発生を判定している。高電圧システムの電圧変動を直接的に検出し、この電圧変動に基づいて誤検知を判定する手法では、高電圧システムの電圧変動が生じている場合には、それに起因する接続点Ｐでの電圧変動への影響が小さいようなケースでも、誤検知の発生を判定してしまうといった不都合がある。しかしながら、本実施形態によれば、接続点Ｐの電圧Ｖpの変動そのものを用いることにより、高電圧システムの電圧変動に起因して接続点Ｐの電圧Ｖpが変動するような状況、すなわち、漏電検知部６０による誤検知が発生する状況を判定することができる。その結果、誤検知の発生を正確に判定することができる。

また、漏電検知部６０は、誤検知判定部５０によって、漏電検知部６０による誤検知の発生が判定された場合には、高電圧システムの漏電の検知を中止している。そのため、本実施形態によれば、誤検知の発生を正確に判定することができるので、漏電検知が中止される頻度を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、高位側のピーク電圧Ｖpuと低位側のピーク電圧Ｖplとに基づいて、高電圧システムの電圧変動に起因する電圧Ｖp（接続点Ｐの電圧）の変動を評価するための評価電圧Ｖpcが算出され、この評価電圧Ｖpcが許容条件を具備しない場合に、漏電検知部６０による誤検知の発生が判定される。評価電圧Ｖpcを使用することにより、高電圧システムの電圧変動に起因する接続点Ｐの電圧Ｖpへの影響を判断することが可能となり、これにより、誤検知が発生するような状況を正確に判定することができる。

ここで、評価電圧算出部５２は、高位側のピーク電圧Ｖpuと低位側のピーク電圧Ｖplとの中央値を、評価電圧Ｖpcとして算出する。本実施形態の構成に示すコンデンサカップリング型の漏電検知装置１０の特徴として、矩形波信号の応答結果である接続点Ｐの電圧Ｖpの変動において、高位側のピーク電圧Ｖpuと低位側のピーク電圧Ｖplの中央値（評価電圧Ｖpc）は、高電圧システムの電圧変動がなければ、絶縁抵抗に拘わらず一定の値を推移する（絶縁抵抗が変化した場合、高位側のピーク電圧Ｖpuおよび低位側のピーク電圧Ｖplは変化するが、その中央値は一定となる）。一方で、高電圧システムの電圧変動が発生した場合、高位側のピーク電圧Ｖpuおよび低位側のピーク電圧Ｖplは、基本的に、ほぼ同じ値だけ同方向へシフトするので、結果として評価電圧Ｖpcも変化する。このように、評価電圧Ｖpcは、検出すべき絶縁抵抗の変化については影響を受けず、高電圧システムの電圧変動において変動する。これにより、接続点Ｐの電圧Ｖpにおける、高電圧システムの電圧変動の影響を適切に切り分けることができるので、誤検知が発生するような状況を正確に判定することができる。

また、本実施形態によれば、条件設定部５３は、基準中央値Ｖpcsが設定される基準中央値設定手段と、差分上限値が設定される差分上限値設定手段とを有しており、許容条件は、基準中央値Ｖpcsに基づいて、この値の正負方向に、差分上限値Ｖulを加味した範囲となっている。これにより、評価電圧Ｖpcが許可条件を具備しないこと条件に、誤検知の発生を正確に判定することができる。

また、本実施形態によれば、電圧比較部５４は、評価電圧Ｖpcと、基準中央値Ｖpcsとの差分の絶対値を差分絶対値として算出するとともに、この算出された差分絶対値が差分上限値Ｖulよりも大きい場合に、漏電検知部６０による誤検知の発生を判定する。このように、基準中央値Ｖpcsと評価電圧Ｖpcとの差に応じて、誤検知を判定することで、その判定を簡単な演算手法で行うことができる。

なお、本実施形態において、漏電検知部６０は、漏電判定値Ｖdが基準漏電判定値よりも小さくなることを条件として漏電を検知する構成であるが、本発明はこれに限定されない。例えば、漏電検知部６０は、漏電判定値Ｖdが基準漏電判定値よりも小さくなってからの経過時間をカウントして、漏電判定値Ｖdが基準漏電判定値よりも小さくなっている経過時間が所定時間以上に到達したことを条件に、漏電を検知してもよい。かかる構成によれば、一時的な電圧変動の影響が排除され、より精度よく漏電の検知を行うことができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態にかかる漏電検知装置について説明する。この第２の実施形態にかかる漏電検知装置が第１の実施形態のそれと相違する点は、誤検知判定部５０ａの構成である。具体的には、図６に示すように、この誤検知判定部５０ａは、第１の実施形態に示す評価電圧判定部５１に加え、上下限電圧判定部（上下限電圧判定手段）５５をさらに備えている。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。

図７は、上下限電圧判定部５５を示すブロック構成図である。上下限電圧判定部５５は、上限値設定部（上限値設定手段）５６と、下限値設定部（下限値設定手段）５７と、電圧比較部（第１の電圧比較手段）５８とで構成されている。上限値設定部５６には、漏電検知部６０によって検知可能な電圧の上限値が設定されており、下限値設定部５７には、漏電検知手段によって検知可能な電圧の下限値が設定されている。電圧比較部５８は、接続点Ｐの電圧Ｖpが、上限値設定部５６に設定される上限値以上となる場合、或いは、接続点Ｐの電圧Ｖpが、下限値設定手段に設定される下限値以下となる場合に、漏電検知部６０による誤検知の発生を判定する。一方で、電圧比較部５８は、接続点Ｐの電圧Ｖpが、上限値設定部５６に設定される上限値よりも小さく、かつ、下限値設定手段に設定される下限値よりも大きい場合には、漏電検知部６０による誤検知が発生しないとの判定を行う。

接続点Ｐの電圧Ｖpの変動は、漏電検知装置１０として計測できる範囲、つまり、回路保護による電圧制限機能によって制限された範囲内の値を推移する。この範囲を超えている場合には、漏電判定値Ｖdおよび評価電圧Ｖpcの値としての信頼性が低下するため、漏電の検知を正常に行うことが困難である。そこで、漏電検知を行うための拘束条件として、接続点Ｐの電圧Ｖpが、システム上規制される上限値および下限値を超えているか否かを判定する。上限値設定部５６に設定される上限値、および、下限値設定部５７に設定される下限値は、実験やシミュレーションを通じて予め取得しておく。具体的には、保護回路の上下限電圧をそのまま設定してもよいし、実際に矩形波信号の振幅を増大させて、検出回路によって制限される上下限電圧の値をそのまま設定してもよい。

以下、第２の実施形態にかかる漏電検知装置の動作を説明する。まず、矩形波出力部２０によって矩形波信号が出力されると、誤検知判定部５０は、接続点Ｐの電圧Ｖpに基づいて、高位側のピーク電圧Ｖpuおよび低位側のピーク電圧Ｖplを検出し、それらの中央値である評価電圧Ｖpcを算出する。また、漏電検知部６０は、誤検知判定部５０と同様に、接続点Ｐの電圧Ｖpに基づいて、高位側のピーク電圧Ｖpuおよび低位側のピーク電圧Ｖplを検出し、これらの値から漏電判定値Ｖdを算出する。

つぎに、誤検知判定部５０は、接続点Ｐの電圧Ｖp（すなわち、高位側のピーク電圧Ｖpu或いは低位側のピーク電圧Ｖpl）が、上限値設定部５６に設定される上限値以上となるか否か、或いは、下限値設定手段に設定される下限値以下となるか否かを判断する。また、誤検知判定部５０は、算出された評価電圧Ｖpcを許容条件と比較し、許容電圧値Ｖpcが許容条件を具備するか否かを判定する。接続点Ｐの電圧Ｖpが上限値以上となる場合、或いは、接続点Ｐの電圧Ｖpが下限値以下となる場合、或いは、評価電圧Ｖpcが許容条件を具備しない場合には（｜Ｖpc−Ｖpcs｜＞Ｖul）、誤検知判定部５０は、漏電検知部６０による誤検知の発生を判定する。一方、接続点Ｐの電圧Ｖpが上限値よりも小さく、かつ、接続点Ｐの電圧Ｖpが下限値よりも大きく、かつ、許容条件を具備する場合には（｜Ｖpcs−Ｖpc｜≦Ｖul）、誤検知判定部５０は、漏電検知部６０による誤検知が発生しないとの判定を行う。

誤検知判定部５０が、漏電検知部６０による誤検知が発生しないとの判定を行った場合には、漏電検知部６０は、算出された漏電判定値Ｖdが基準漏電判定値以下となっているか否かを判定する。漏電判定値Ｖdが基準漏電判定値以下となっている場合には、漏電検知部６０は、高電圧システムに漏電があることを検知し、この検知結果を図示しない警報装置などを用いて警報する。一方、漏電判定値Ｖdが基準漏電判定値よりも大きい場合には、漏電検知部６０は、高電圧システムに漏電はないと判定した上で、再度、上述した一連の手順を実行する。

これに対し、誤検知判定部５０が、漏電検知部６０による誤検知の発生を判定した場合には、漏電検知部６０は、算出された漏電判定値Ｖdを破棄した上で、高電圧システムの漏電の検知を中止し、再度、上述した一連の手順を実行する。

このように、第２の実施形態によれば、高電圧システムの電圧変動の影響によって、接続点Ｐの電圧Ｖpが、検出可能な上下限値に伴う制限を越えた場合には、電圧制限機能によって制限される。そのため、実際には、絶縁抵抗が低下していないにも拘わらず、その電圧制限に起因して漏電判定値Ｖdが低下した場合には、漏電検知部６０が誤って漏電を検知してしまう可能性がある。しかしながら、本実施形態によれば、接続点Ｐの電圧Ｖpが上限値および下限値に達したことを検知することにより、誤検知の発生を判定することができるので、高電圧システムの電圧変動に起因する誤検知の発生を正確に判定することができる。

また、本実施形態によれば、上下限電圧判定部５５によって漏電検知装置の計測仕様による問題を解決し、第１の実施形態の構成に起因する効果を共に奏することができるので、高電圧システムの電圧変動に起因する誤検知の発生を正確に判定することができる。

なお、本実施形態では、誤検知判定部５０が、評価電圧判定部５１と上下限電圧判定部５５とを共に備える構成であるが、誤検知判定部５０が単独で上下限電圧判定部５５を備えている構成であってもよい。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態にかかる漏電検知装置について説明する。この第３の実施形態にかかる漏電検知装置が第１の実施形態のそれと相違する点は、評価電圧判定部５１ａの構成である。具体的には、図８に示すように、評価電圧判定部５１ａにおいて、条件設定部５３ａが、接続点Ｐの電圧Ｖpを参照した上で、許容条件を設定することにある。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。

図９は、第３の実施形態にかかる条件設定部５３ａのブロック構成図である。この条件設定部５３ａは、第１の実施形態に示す基準中央値設定部５３０に代えて基準中央値学習部５３２を備えるとともに、第１の実施形態と同様に、差分上限値設定部５３１を備えている。基準中央値学習部５３２は、基準中央値Ｖpcsを学習によって最適化する機能を担っており、高電圧システム側の電圧を検出した上で、接続点Ｐの電圧Ｖpとともに、高電圧システムの電圧変動を示す参照電圧Ｖhvsが入力されている。基準中央値Ｖpcsの学習方法としては、高電圧システムの電圧変動が所定値（高電圧システムの電圧変動がないとみなせるような参照電圧Ｖhvsの上限値）以下であることを前提に、高位側のピーク電圧Ｖpuと、低位側のピーク電圧Ｖplとに基づいて、その中央値（（Ｖpu＋Ｖpl）／２）を評価電圧Ｖpcとして算出する。そして、算出された評価電圧Ｖpcを加重平均処理、もしくは過去数点の平均化処理を行い、この演算値を、基準中央値Ｖpcsとして算出する。学習条件とする電圧変動の変動幅の設定については、高電圧システムの電圧センサの解像度の最小値、或いは、実測結果において安定した状態でも微細な変動程度を設定する。基準中央値学習部５３２において算出された基準中央値Ｖpcsと、差分上限値設定部５３１に設定される差分上限値Ｖulとにより、基準中央値Ｖpcsを基準に、その値の正負方向に差分上限値Ｖulを加味した範囲が許容条件となる。これらの値Ｖpcs，Ｖulは、必要に応じて読み出され、第１の実施形態と同様に、電圧比較部５４によって参照される。

このように、本実施形態によれば、矩形波出力部２０からの矩形波信号に対応する評価電圧（高位側のピーク電圧と低位側のピーク電圧の中央値）Ｖpcは、基本的に一定となる値であるが、漏電検知装置の回路の製造ばらつきなどにより、その中央値は例外的にばらつきを持つ。このばらつきを、基準中央値学習部５３２によって学習することで、誤検知判定部５０の判定精度の向上を図ることができる。

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態にかかる漏電検知装置について説明する。この第４の実施形態にかかる漏電検知装置が第１の実施形態のそれと相違する点は、評価電圧判定部５１における電圧比較部５４ａの構成である。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。

図１０は、第４の実施形態にかかる電圧比較部５４ａを示すブロック構成図である。この電圧比較部５４ａは、差分演算部５４０と、絶対値処理部５４１と、加重平均処理部５４２と、判定部５４３とを有する。差分演算部５４０は、評価電圧Ｖpcと、基準中央値Ｖpcsとの差分値を算出する。算出された差分値は、絶対値処理部５４１に出力される。絶対値処理部５４１は、入力された差分値を絶対値処理し、この値（差分絶対値）を加重平均処理部５４２に対して出力する。加重平均処理部５４２は、差分絶対値を処理対象として、加重平均処理を行い、処理された値（加重平均演算値）を、判定部５４３に出力する。加重平均処理を行うことにより、差分絶対値は、高周波ノイズを除去するローパスフィルタを通過させたのと同様な効果が得られるため、局所的なノイズを抑制することとなる。ここで、加重平均係数（重み係数）は、矩形波出力部２０が出力する矩形波周波数に基づいて設定することが好ましい。例えば、矩形波周波数の１０倍程度の周波数以下の変動を通すローパスフィルタとなるような係数を設定するといった如くである。判定部５４３は、加重平均演算値と差分上限値Ｖulとを比較し、加重平均演算値が差分上限値Ｖulよりも大きい場合、すなわち、許容条件を具備しない場合に、漏電検知部６０による誤検知の発生を判定する。一方、加重平均演算値が差分上限値Ｖul以下の場合、すなわち、許容条件を具備する場合には、電圧比較部５４は、漏電検知部６０による誤検知が発生しないとの判定を行う。電圧比較部５４による判定結果は、第１の実施形態と同様に、漏電検知部６０に対して出力される。

このように第４の実施形態によれば、差分絶対値に加重平均処理を施すことにより、ローパスフィルタの効果を期待でき、瞬時ノイズによって、誤検知判定部５０が漏電検知部６０による誤検知の発生を判定してしまうことを抑制することができる。これにより、誤検知判定部５０の判定精度の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、瞬時ノイズの影響を抑制するにあたり、矩形波信号の発信周波数に基づいた重み係数を用いて加重平均を行うことで、瞬時ノイズの影響を除外しつつ、高電圧システムの電圧変動による影響は除外しないことが可能となる。

なお、上述した第１から第４の実施形態は、それぞれ好ましい実施形態を記載したものであり、本発明はこれに限定されるものではなく、これらの実施形態を任意に組み合わせて適用することができる。また、本実施形態では、燃料電池車両を前提として、高電圧システムに、燃料電池１、駆動モータ２および二次電池３を例示したが、これ以外にも、高電圧用の負荷装置などを含んでもよく、また、これらを単独で、或いは、任意の組み合わせで使用する種々の高電圧システムの漏電検知に適用することができる。

本発明の第１の実施形態にかかる漏電検知装置が適用された燃料電池車両の構成図である。 第１の実施形態にかかる誤検知判定部を示すブロック構成図である。 図２における評価電圧算出部を示すブロック構成図である。 図２における条件設定部を示すブロック構成図である。 接続点Ｐにおける電圧の変動の推移を示す図である。 第２の実施形態にかかる誤検知判定部を示すブロック構成図である。 図６における上下限電圧判定部を示すブロック構成図である。 第３の実施形態にかかる評価電圧判定部を示すブロック構成図である。 図８における条件設定部を示すブロック構成図である。 第４の実施形態にかかる電圧比較部を示すブロック構成図である。

符号の説明

１ 燃料電池
２ 駆動モータ
３ 二次電池
４ 絶縁抵抗
５ 車体ボディ（グランド）
１０ 漏電検知装置
２０ 矩形波出力部
３０ 検出抵抗
４０ カップリングコンデンサ
５０ 誤検知判定部
５１ 評価電圧判定部
５２ 評価電圧算出部
５３ 条件設定部
５４ 電圧比較部
５５ 上下限電圧判定部
５６ 上限値設定部
５７ 下限値設定部
５８ 電圧比較部
６０ 漏電検知部

Claims (10)

1. 絶縁抵抗によってグランドと絶縁された高電圧システムと、
   矩形波信号を、検出抵抗およびカップリングコンデンサを介して前記高電圧システムに出力する矩形波出力手段と、
   前記検出抵抗と前記カップリングコンデンサとの間における接続点の電圧の変動に基づいて、前記高電圧システムの漏電を検知する漏電検知手段と、
   前記接続点の電圧の変動に基づいて、前記漏電検知手段による誤検知の発生を判定する誤検知判定手段と
   を有することを特徴とする漏電検知装置。
2. 前記漏電検知手段は、前記誤検知判定手段によって、前記漏電検知手段による誤検知の発生が判定された場合には、前記高電圧システムの漏電の検知を中止することを特徴とする請求項１に記載された漏電検知装置。
3. 前記誤検知判定手段は、
   前記漏電検知手段によって検知可能な電圧の上限値が設定される上限値設定手段と、
   前記漏電検知手段によって検知可能な電圧の下限値が設定される下限値設定手段と、
   前記接続点の電圧が、前記上限値設定手段に設定される前記上限値以上となる場合、或いは、前記接続点の電圧が、前記下限値設定手段に設定される前記下限値以下となる場合に、前記漏電検知手段による誤検知の発生を判定する第１の電圧比較手段と
   を有する上下限電圧判定手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載された漏電検知装置。
4. 前記誤検知判定手段は、
   所定のサンプリング周期に対応する前記接続点の電圧の推移における、高位側のピーク電圧と低位側のピーク電圧とに基づいて、前記高電圧システムの電圧変動に起因した前記接続点の電圧の変動を評価するための評価電圧を算出する評価電圧算出手段と、
   前記漏電検知手段によって漏電の検知を正常に行うことができる、前記評価電圧の範囲を規定した許容条件が設定される条件設定手段と、
   前記評価電圧算出手段によって算出された前記評価電圧が、前記条件設定手段に設定される前記許容条件を具備しない場合に、前記漏電検知手段による誤検知の発生を判定する第２の電圧比較手段と
   を有する評価電圧判定手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載された漏電検知装置。
5. 前記評価電圧算出手段は、前記高位側のピーク電圧と前記低位側のピーク電圧との中央値を、前記評価電圧として算出することを特徴とする請求項４に記載された漏電検知装置。
6. 前記条件設定手段は、
   前記矩形波出力手段が出力する前記矩形波信号の最大電圧と最小電圧との中央値が基準中央値として設定される基準中央値設定手段と、
   前記漏電検知手段による誤検知が発生しないとみなせる、前記基準中央値と前記評価電圧との差分の上限値が差分上限値として設定される差分上限値設定手段とを有し、
   前記許容条件は、前記基準中央値設定手段に設定される前記基準中央値に基づいて、当該基準中央値の正負方向に、前記差分上限値設定手段に設定される前記差分上限値を加味した範囲であることを特徴とする請求項５に記載された漏電検知装置。
7. 前記条件設定手段は、
   前記高電圧システムの電圧変動が所定値以下の状態における前記評価電圧の推移を、基準中央値として学習する基準中央値学習手段と、
   前記漏電検知手段による誤検知が発生しないとみなせる、前記基準中央値と前記評価電圧との差分の上限値が差分上限値として設定される差分上限値設定手段とを有し、
   前記許容条件は、前記基準中央値学習手段によって学習された前記基準中央値に基づいて、当該基準中央値の正負方向に、前記差分上限値設定手段に設定される前記差分上限値を加味した範囲であることを特徴とする請求項５に記載された漏電検知装置。
8. 前記第２の電圧比較手段は、前記評価電圧算出手段によって算出された前記評価電圧と、前記基準中央値との差分の絶対値を差分絶対値として算出するとともに、当該算出された差分絶対値が前記差分上限値設定手段に設定される差分上限値よりも大きい場合に、前記漏電検知手段による誤検知の発生を判定することを特徴とする請求項６または７に記載された漏電検知装置。
9. 前記第２の電圧比較手段は、前記算出された差分絶対値を処理対象として加重平均処理を行うことにより、加重平均演算値を算出するとともに、当該算出された加重平均演算値が前記差分上限値設定手段に設定される差分上限値よりも大きい場合に、前記漏電検知手段による誤検知の発生を判定することを特徴とする請求項８に記載された漏電検知装置。
10. 前記第２の電圧比較手段は、前記加重平均処理に用いる重み係数を、前記矩形波出力手段から出力される前記矩形波信号の発信周波数に基づいて設定することを特徴とする請求項９に記載された漏電検知装置。

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