JP2010145376A - 漏電検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】漏電の有無を判定できるとともに、回路内部の異常も検出することができる漏電検出装置を提供する。
【解決手段】高電圧機器１６と高電圧回路の接地ＧＮＤとの間に配設されるＹコンデンサ１２０と、高周波信号及び低周波信号を重畳して出力するオシレータ１０１，１０２と、オシレータ１０１，１０２の出力端と高電圧回路との間に接続されたコンデンサ１０３と、Ｙコンデンサ１２０及びコンデンサ１０３を通過可能な高周波信号を検知する高周波判定回路１０６と、Ｙコンデンサ１２０は通過不可能で且つコンデンサ１０３は通過可能な低周波信号を検知する低周波判定回路１０５と、オシレータ１０１，１０２の出力端に接続され、所定の周波数を基準として高周波と低周波を分けて、それぞれ高周波判定回路１０６及び低周波判定回路１０５に入力するフィルタ１０４とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気自動車等に用いられ、高電圧回路と低電圧回路との間の漏電の有無を検出する漏電検出装置に関し、特に断線を検出することができるものに関する。

電気自動車やエンジンとモータを備えたハイブリッド車両等（以下、「電動車両」と称する）においては、リチウムイオン二次電池等の高電圧バッテリを駆動源としてモータを駆動制御するための高電圧回路と、鉛蓄電池等の低電圧バッテリを駆動源として音響機器などの電子機器を駆動するための低電圧回路とを有している。また、高電圧回路には、モータ駆動用のインバータが含まれている。

電動車両では、人体に対する安全性を確保するため、高電圧回路側から低電圧回路側への漏電を検出し、漏電が検出された場合、高電圧バッテリからの電力を遮断することが必要とされ、各種の漏電検出装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
特許３９８６８２３号公報

上述した漏電検出装置では、次のような問題があった。すなわち、信号発生器から出力される信号の周波数は、例えば１Ｈｚという低周波数に固定されている。これは、信号発生器からの信号に、結合コンデンサを介して重畳されるノイズとして、インバータにより発生するｋＨｚオーダのスイッチングノイズがあり、このノイズをＬＰＦ（ローパスフィルタ）で十分に減衰させるには、信号発生器で発生させる信号を１Ｈｚという低周波数に設定させる必要があるためである。このため、始動時において、イグニッションキースイッチをオンにしてから漏電の有無を検出するまでに要する時間が長くなる、という問題があった。

一方、これを解決するために、可変周波数（例えば、１Ｈｚから１００ｋＨｚの範囲）の信号発生器を設けるとともに、遮断周波数が可変（例えば、１Ｈｚから１００ｋＨｚの範囲）のＬＰＦ（ｆｃ可変）を設けた点と、低電圧回路側のスイッチがオン操作されて漏電検出部が漏電の有無を検出するまでの間、高電圧回路側のスイッチをオフ状態にし、信号発生器の周波数とＬＰＦの遮断周波数を通常動作時（１Ｈｚ）よりも高く（例えば、１０ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲で）設定することで、電動車両の始動時において高速な漏電検出を可能とするものがあった。

このような漏電検出装置はいずれも所定の信号を回路に送り、戻ってきた信号を受信し、発信信号と受信信号の信号強度がほぼ一致すれば漏電が発生していないと判定していた。

しかしながら、何らかの理由で回路内部で断線等の異常が合った場合も発信信号と受信信号がほぼ同じ強度となる。このため、漏電が無かった場合と同様に、高電圧回路が正常であると判定してしまう虞があった。

そこで、本発明は、漏電の有無を判定できるとともに、回路内部の異常も検出することができる漏電検出装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の漏電検出装置は次のように構成されている。

前記の課題を解決する第１の発明（請求項１に対応）に係る漏電検出装置は、高電圧機器を含む高電圧回路における漏電の有無を検出する漏電検出装置において、高電圧機器と高電圧回路の接地との間に配設されるＹコンデンサと、高周波信号及び低周波信号を発生し、重畳して出力する信号発生器と、信号発生器の出力端と高電圧回路との間に接続されたコンデンサと、Ｙコンデンサ及びコンデンサを通過可能な高周波信号を検知する高周波判定回路と、Ｙコンデンサは通過不可能で且つコンデンサは通過可能な低周波信号を検知する低周波判定回路と、前記信号発生器の出力端に接続され、所定の周波数を基準として高周波と低周波を分けて、それぞれ前記高周波判定回路及び前記低周波判定回路に入力するフィルタとを備えていることを特徴とする。

前記の課題を解決する第２の発明（請求項２に対応）に係る漏電検出装置において、前記高電圧機器は、高電圧バッテリと、交流モータと、前記高電圧バッテリからの直流電力を交流電力に変換して前記交流モータを駆動制御するインバータとを具備することを特徴とする。

請求項１に記載された発明によれば、車両の走行時又は停止時に関わらず、高周波信号及び低周波信号を発生し重畳して出力するので、切り替えることなしに高電圧回路の漏電の有無を判定することができるとともに、高電圧機器の端子と接地との間に配置され、高周波信号を通過させるＹコンデンサにより、高電圧回路内の断線も測定することができる。

請求項２に記載された発明によれば、高電圧機器がスイッチングノイズを発生させるインバータを含んでいる場合でも適用することが可能となる。

図１は本発明の一実施の形態に係る漏電検出装置１００が組み込まれた電動車両１０を模式的に示す説明図、図２は電動車両１０の要部を示すブロック図、図３は漏電検出装置１００における検出パターンを示す説明図である。

電動車両１０は、車体１１を備えている。車体１１には、車室１２と、この車室１２の下部に設けられた二次電池１３と、乗員空間１２の前部に設けられたフロント室１４とが設けられている。車体１１には駆動輪１５が設けられ、それぞれにインバータ及び駆動モータを含む高電圧機器１６が接続されている。なお、図２中１７は二次電池１３と高電圧機器１６との接続を行うコンタクタを示している。これら高電圧機器１６は、フロント室１４内の制御機器２０に接続されている。

図２に示すように、制御機器２０は、漏電検出装置１００を備えている。漏電検出装置１００は、低周波信号を発生する第１オシレータ（信号発生器）１０１と、高周波信号を発生する第２オシレータ（信号発生器）１０２を備えている。これら第１オシレータ１０１及び第２オシレータ１０２の出力端は接続されており、高周波信号と低周波信号とが重畳されて出力される。これら第１オシレータ１０１及び第２オシレータ１０２の出力端は、高電圧回路側に接続されたコンデンサ１０３と、フィルタ１０４の入力端とに接続されている。

フィルタ１０４は、所定の周波数を基準として高周波と低周波を分けて、低周波判定回路１０５及高周波判定回路１０６に入力する。低周波判定回路１０５及び高周波判定回路１０６の出力端は、漏電検査制御部１１０とを備えている。

さらに、高電圧機器１６の両端子は、高電圧回路側に設けられたＹコンデンサ１２０を介して接地（ＧＮＤ）している。

第１オシレータから出力される低周波信号は、コンデンサ１０３を通過可能で且つＹコンデンサ１２０を通過不可能な周波数に設定されている。また、第２オシレータから出力される高周波信号は、コンデンサ１０３及びＹコンデンサ１２０を通過可能な周波数に設定されている。

このように構成された漏電検出装置１００では、次のようにして漏電の検査が行われる。すなわち、漏電検査制御部１１０で電動車両１０の走行状態或いは停止状態が検知される。なお、図３は漏電検査制御部１１０での測定パターンと判定結果をまとめたものである。

走行時においてはコンタクタ１７が閉じられ、二次電池１３から高電圧機器１６に電力が供給される。第１オシレータ１０１及び第２オシレータ１０２から低周波信号と高周波信号とが重畳した検査信号が出力される。

検査信号は交流であるため、コンデンサ１０３を通過し、高電圧側に入る。高電圧側かフィルタ１０４に戻ってくる検査信号には、高電圧機器１６で発生した数ｋＨｚのスイッチングノイズが重畳されている。この検査信号をフィルタ１０４で低周波と高周波に分けて、低周波判定回路１０５及び高周波判定回路１０６に入力される。高周波判定回路１０６には、スイッチングノイズが重畳されているので、判定は行われない。

一方、低周波判定回路１０５において第１オシレータ１０１が出力した低周波信号とほぼ一致した信号が検知されれば、漏電は生じていない。これに対し、低周波信号が検知されなければ、出力した低周波信号と異なっていたり、大幅にレベルが低い場合には漏電が生じていると判定する。この検知の有無が漏電検査制御部１１０へ出力され、「正常」又は「異常」が判定される（図３参照）。

停止時においてはコンタクタ１７が開かれ、二次電池１３と高電圧機器１６との接続は解除される。この状態で、第１オシレータ１０１及び第２オシレータ１０２から低周波信号と高周波信号とが重畳した検査信号が出力される。なお、高電圧側での断線（例えば、図２中Ｐ点）も同時に検出できる。

走行時と同様に、第１オシレータ１０１及び第２オシレータ１０２から低周波信号と高周波信号とが重畳した検査信号が出力される。

検査信号は交流であるため、コンデンサ１０３を通過し、高電圧側に入る。高電圧側かフィルタ１０４に戻ってくる検査信号をフィルタ１０４で低周波と高周波に分けて、低周波判定回路１０５及び高周波判定回路１０６に入力される。なお、高電圧機器１６は停止しているため、フィルタ１０４に入力される検査信号にスイッチングノイズは重畳されていない。

低周波判定回路１０５において第１オシレータ１０１が出力した低周波信号とほぼ一致した信号が検知されれば、漏電は生じていない。一方、高周波判定回路１０６において第２オシレータ１０２が出力した高周波信号とほぼ一致した信号が検知されれば、断線が生じていると判定され、高周波信号とほぼ一致した信号が検知されなければ、断線は無いと判定される。

これは、次のような理由による。すなわち、高電圧側ではＹコンデンサ１２０を介して接続されている。Ｙコンデンサ１２０は第２オシレータ１０２が出力した高周波信号が通過できる容量に設定されているので、高電圧側で断線が無ければ高周波信号はＹコンデンサ１２０を介して接地し、高周波判定回路１０６に戻らない。これに対し、断線が有れば、そもそもＹコンデンサ１２０に高周波信号が達しないので、高周波判定回路１０６に高周波信号が戻ることになるためである。なお、低周波信号はＹコンデンサ１２０を通過できないので、断線の判定はできない。

低周波判定回路１０５において第１オシレータ１０１が出力した低周波信号と一致した信号が検知されなければ漏電が生じていると判定される。一方、高周波判定回路１０６において第２オシレータ１０２が出力した高周波信号とほぼ一致した信号が検知されれば、断線が生じていると判定され、高周波信号とほぼ一致した信号が検知されなければ、断線は無いと判定される。

このようにして低周波及び高周波の検知の有無が漏電検査制御部１１０へ出力され、「正常」又は「異常」が判定される（図３参照）。

上述したように、本実施の形態に係る漏電検出装置１００によれば、走行状態又は停止状態に関わらず、低周波信号及び高周波信号を重畳した検査信号を高電圧側に送ることで、切替を行うことなく漏電の有無を判定することができる。また、停止状態であれば、断線の有無も同時に測定することができる。さらに、高電圧側は直流であるためコンデンサ１０３を通過できず、低電圧側に高電圧がかかることがなく、安全性が高いとともにコストの面でも有利となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、漏電検出装置１００は制御装置２０内にあるように説明しているが、漏電検出装置１００は電池パック内に設けるようにしてもよい。したがって、高電圧側と低電圧側との電気的な区切りが設けられていれば、漏電検出装置１００の配設場所は限定されるものではない。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。

本発明の一実施の形態に係る漏電検出装置が組み込まれた電動車両を模式的に示す説明図。 同電動車両の要部を示すブロック図。 同漏電検出装置おける検出パターンを示す説明図。

符号の説明

１０…電動車両、１３…二次電池、１６…高電圧機器、２０…制御機器、１００…漏電検出装置、１０１…第１オシレータ（信号発生器）、１０２…第２オシレータ（信号発生器）、１０３…コンデンサ、１０４…フィルタ、１０５…低周波判定回路、１０６…高周波判定回路、１２０…Ｙコンデンサ。

Claims (2)

1. 高電圧機器を含む高電圧回路における漏電の有無を検出する漏電検出装置において、
   前記高電圧機器と前記高電圧回路の接地との間に配設されるＹコンデンサと、
   高周波信号及び低周波信号を発生し、重畳して出力する信号発生器と、
   前記信号発生器の出力端と前記高電圧回路との間に接続されたコンデンサと、
   前記Ｙコンデンサ及び前記コンデンサを通過可能な高周波信号を検知する高周波判定回路と、
   前記Ｙコンデンサは通過不可能で且つ前記コンデンサは通過可能な低周波信号を検知する低周波判定回路と、
   前記信号発生器の出力端に接続され、所定の周波数を基準として高周波と低周波を分けて、それぞれ前記高周波判定回路及び前記低周波判定回路に入力するフィルタと、
   を備えていることを特徴とする漏電検出装置。
2. 前記高電圧機器は、高電圧バッテリと、交流モータと、前記高電圧バッテリからの直流電力を交流電力に変換して前記交流モータを駆動制御するインバータとを具備することを特徴とする請求項１記載の漏電検出装置。

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