JP4017770B2 - 電気車両の漏電検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感電防止のために車両ボディから電気的に絶縁された高圧の電池パックを備えた電気自動車等の電気車両において、車両ボディと電池パック間の絶縁劣化に起因する漏電を検出する漏電検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力を駆動源として用いる電気車両では、駆動源である高電圧な組電池からの感電を防止するため、組電池を、グランドである車両ボディから分離した閉回路の構成をとっている。しかし、電池パックの材質変質あるいは付着物などによって絶縁特性が劣化した場合、高圧な組電池と車両ボディが電気的に接続され、車両ボディに触れた人間を伝って漏洩電流が流れ、感電の危険性が生じる。
【０００３】
漏電は絶縁部位すべての漏洩電流の和であり、電流の流れる系を特定することは困難である。漏電を検出する装置として、これまで、コンデンサやトランスによって直流的に絶縁された状態で交流信号を印加して漏電抵抗を検出する交流方式と、コンデンサやトランスを用いず、
直流的に計測する非絶縁な直流方式がある。交流方式でトランスを用いた例として、例えば特開昭５７−１１９２６３号公報、直流方式を用いた例として、例えば特開昭６０−２６２０６９号公報がある。
【０００４】
図２０は漏電を示す等価回路である。本来漏電は分布定数的な概念でモデル化されるべきであるが、組電池すべての電位ノードから電流が漏れ出る場合の可能性を考慮すれば、電池パック３の等価回路は、組電池３ａと、抵抗とコンデンサによる集中定数によって表記した漏電アドミタンス３ｂで表現される。図２０において、Ｉ０〜Ｉｎは各ノードから車両ボディに向かって流れる漏えい電流であり、電流の重ね合わせの理により、漏洩電流の総和Ｉは、電流Ｉ０〜Ｉｎの総和に等しい。
【０００５】
【数５】
【０００６】
ここで、電池の内部アドミタンスが無視できるほど小さい場合には、車両グランドと組電池３ａの間のアドミタンスは、各アドミタンス要素の総和として、
【０００７】
【数６】
【０００８】
として表すことができ、図２０は図２１に示すように、交流等価回路として、電池パック３をさらに簡略化したものとして表すことが出来る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
漏電検出の方式として、交流方式の特徴は次のようになる。
（１）絶縁されているので直流電流が流れず、安全性に優れる
（２）検出するアドミタンスは車両の浮遊容量を含むため、誤差を含んでいる
（３）漏電抵抗の検出精度を上げるためには、より低周波の交流信号が有利であるが、低周波化によって応答性が劣化し、また入力コンデンサが大型化する
（４）車両の浮遊容量に影響され、検出値に変動が生じやすく、また車両外形に応じて浮遊容量も変わるため、漏電判定の基準を定めにくい
例えば、図２２に示す交流方式の従来の構成では、アドミタンスの絶対値として求められるので、図２３のベクトル図上に示すように、アドミタンスの絶対値|YLEAK|を漏電抵抗として便宜的に代用していることになる。（数１）参照。
【００１０】
【数１】
【００１１】
これでは、浮遊容量Ｃｓによって、漏電判定が誤差を含むことになる。また、浮遊容量Ｃｓの影響を小さくして精度を向上させるためには位相角φを小さくする必要があるが、そのためには検出信号の低周波化が必要であった。
【００１２】
一方、直流方式では、上記（１）、（２）、（３）、（４）の交流方式に纏わる問題点は解消されるが、電池パック自体の漏電抵抗分の誤差が入り込み精度が低いという課題があった。また、検出のために、測定系と駆動系が直流的に接続され、感電の危険性があった。
【００１３】
本発明は、上記従来の交流方式及び直流方式に見られる問題点を解決するものである。まず、交流方式においては、交流信号を高圧電池パックに印加して、その振幅と位相関係からアドミタンスを求め、さらに位相角の余弦からアドミタンスの抵抗成分の逆数である抵抗成分を求めることで、安全性の高い、常に検出可能な漏電検出装置を供給することを目的とする。
【００１４】
ここで、漏電を表現するのにインピーダンスZを用いて行うことももちろん可能であるが、数式上、アドミタンスの方が表現し易いため、以下、アドミタンス及び抵抗の逆数（コンダクタンス）で説明を進める。
【００１５】
尚、漏電判定に際して、アドミタンスの実数部、つまり抵抗の逆数のまま漏電判定を行うことも、もちろん可能である。
【００１６】
また、直流方式においては、直流電源を外部から組電池の一ノードに印加した場合の直流電流を求め、さらに直流電源の極性を反転した場合の直流電流を求め、差分を用いて漏電抵抗を求めることで、組電池の電圧と、アドミタンスの容量成分の影響を補正した漏電検出装置及びその装置を用いた装置を供給することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明の交流方式においては、安全性の高い交流信号による漏電検出方式を用いて、漏電アドミタンスから抵抗成分を導出して、車両ボディの容量成分を補正し、漏電判定を正確に行うことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は交流方式による、本発明の漏電検出装置の原理構成図である。構成要素について説明する。
【００２１】
１は交流信号を発生する交流信号源、２は漏電検出回路と電池パックを絶縁して、交流を電池パックに送り込むためのコンデンサ、３−ａｃは交流等価回路を用いて表現した電池パック、３ａは高電圧な組電池、３ｂ−２は電池パックと車両ボディとの間の集中定数表記による漏電アドミタンス、４は交流信号源１の交流電流iと、交流電圧vの位相差を電圧Ｖφに変換する位相弁別手段、５はコンデンサ２に流れる交流電流ｉと、交流信号源１の交流電圧から漏電アドミタンスに相当する電圧|VYLEAK|を出力するアドミタンス検出手段、６は抵抗成分算出手段６ａと、比較手段６ｂから成る漏電判定手段である。抵抗成分算出手段６ａによって位相差に相当する電圧Ｖφと、アドミタンスの絶対値から、アドミタンスの実数部つまり漏電の抵抗成分を求め、比較手段６ｂによりその抵抗成分と漏電基準値と比較を行い、漏電かどうかを判定する。
【００２２】
次に動作について説明すると、交流信号源１と車両ボディとの間の系全体のアドミタンスは図２０の３ｂと等しく、図２３の複素ベクトルにて示され、系全体のアドミタンスＹは、
【００２３】
【数７】
【００２４】
となる。このとき、
【００２５】
【数８】
【００２６】
ならば、図１５に示すように、電圧vは電圧vinをコンデンサ２と漏電アドミタンス３ｂ−２つまり|YLEAK|で分圧したものであり、電圧vと電圧vinの位相と振幅はほとんど等しいと見なすことができる。よって、電圧ｖを絶縁増幅手段１６を介して計測しても良いが、図３などのように電圧vinで代用する事が可能となる。これは、高圧で危険なコンデンサ２の組電池側電圧を計測せずに、交流信号源１側の電圧を計測すれば良いことを意味する。分圧による振幅減少分は、数１８による補正後電圧v'inを用いることも可能である。
【００２７】
【数１８】
【００２８】
以下、図２〜図１３において、電圧v及び電圧vinを用いた場合の構成図をそれぞれ示す。また、求めたいアドミタンスＹLEAKは（数９）のようになる。
【００２９】
【数９】
【００３０】
電流iは、交流信号源１とコンデンサ２を介して車両ボディに漏洩する交流電流である。４は交流信号源１の交流電流iと、交流電圧vの位相差を電圧Ｖφに変換する位相弁別手段である。位相弁別手段４は、一構成例としては、図２（ａ）に示すように、電圧比較回路４ａ、排他論理和４ｂ、積分回路４ｃによって構成することができる。尚、電圧比較回路４ａは電位を比較するコンパレータ４ａ−１、抵抗４ａ−２によって構成される。コンパレータ４ａ−１は、電流ｉと電圧ｖの位相差を感度良く検知するために、飽和増幅手段として用いているのであるが、勿論、図２（ｂ）に示すような増幅率の高い増幅器でも構成可能である。
【００３１】
４ｂは排他論理和、４ｃは交流電流iと交流電圧vの位相差に相当する電圧Ｖφを求めるため、排他論理和４ｂの出力電圧を平均化するための、抵抗とコンデンサによる積分回路である。尚、抵抗４ａ−２は位相弁別の動作の本質にかかるものではなく、省略しても実現することは可能である。位相の比較結果を電圧Ｖφに変換する手段として、ここでは積分回路４ｃを用いているが、デジタル回路によってデューティ比を精度良く検知して出力する回路でも構わない。電流ｉと電圧ｖの位相差は０〜π／２の範囲で検知し、積分回路４ｃの出力電圧はハイ側出力電圧をＥ[V]、排他論理和出力のデューティ比をＤ[%]とすると、平均電圧Ｖφは、
【００３２】
【数１０】
【００３３】
【数１１】
【００３４】
となる。排他論理和の出力電圧が、ローの時０ボルトで、ハイの時Ｅボルトを理想的に出力するならば、原理上、図１６に示すように位相差電圧Ｖφは位相差φに対して直線的に変化する。
【００３５】
次に、入力コンデンサＣｄ=10uF、浮遊容量Ｃｓ=0.1uFにおいて、周波数1kHz、振幅1Vの単一正弦波信号を入力した場合の各部の動作波形を示す。図１７，図１８には、RLEAKが100kΩ、51kΩ、10kΩ、1kΩの各場合について、整形後の交流電流i'と交流電圧v'、及び位相弁別手段４の出力電圧Ｖfの動作波形を示している。図１９には前述の条件で漏電抵抗RLEAKを変化させた場合の位相弁別手段４の出力電圧特性を示す。図１７、図１８において、横軸：時間で、縦軸：電圧あるいは電流である。
【００３６】
アドミタンス検出手段５では、漏電アドミタンス３ｂ−２に流れる電流ｉは、電流検出手段９で検出され、交流電圧ｖとともに、それぞれ２乗平均をとって実効値変換手段５ａによって実効値に変換され、さらに除算演算手段５ｂによって、実効値電圧｜vRMS｜で実効値電流｜ｉRMS｜を除してアドミタンス|Y|を求めることができる。
【００３７】
尚、電流ｉを得るための手段は交流電圧発生手段１とコンデンサＣｄと漏電アドミタンス３ｂ−２の系の中にあれば良く、挿入場所は図１に限らない。また、トランスなどで間接的に計測する場合は、コンデンサＣｄから見て、組電池３ａ側に挿入されていても構わない。
【００３８】
尚、図４，図５に示すように、実効値変換手段５ａの代わりに、ピーク検出手段５ｃで、交流信号源１の電圧のピーク値と、コンデンサ２に流れる電流のピーク値を見つけ、除算演算手段５ｂにより、その電流ピーク値を電圧ピーク値で除算することで、実効値と比べて比較的簡単にアドミタンス|Y|を求めることができる。
【００３９】
尚、図６，図７に示すように、実効電圧が既知の単位電圧である交流信号源１を用いることによって、図２、３におけるアドミタンス検出の過程で行っていた除算が不要となり、大幅な簡易化が行える。
【００４０】
尚、図８，図９に示すように、ピーク電圧が既知の単位電圧である交流信号源１を用いることによって、図４、５におけるアドミタンス検出の過程で行っていた除算が上記同様不要となり、大幅な簡易化が行える。
【００４１】
漏電判定手段６においては、電圧−余弦変換手段６ａ−１が、位相差φに対応する電圧Ｖφから、電圧Vφと余弦との対応関係を予め格納したテーブルを参照して、位相差φの余弦を求め、乗算手段６ａ−２が、その余弦とアドミタンス|YLEAK|との乗算を行い、アドミタンスの絶対値から漏電抵抗RLEAKである抵抗成分を求める。漏電抵抗RLEAKは漏電抵抗基準値と比較手段６ｂによって比較され、漏電判定を得る。漏電判定手段6は、アナログ／デジタル変換回路とマイクロコンピュータを用いて実現可能で、電圧-余弦変換手段6a-1は、上記で説明したメモリ構成によるルックアップテーブルの他に、マイコン演算で実現することができる。図１９は、漏電抵抗を500kオームから1kオームまで変化させた時の、位相弁別手段４の出力電圧特性である。
【００４２】
他の一実施の形態として、図１０、図１１に、別の交流方式による漏電検出回路を示す。構成要素について説明する。４は既に説明した電流ｉと電圧ｖの位相差を抽出する位相弁別手段、６ｃは位相電圧Ｖfの正接tanφを求める変換手段、６ｄは正接tanφを用いて（数３）に従って抵抗成分|YREAL|を算出する抵抗成分算出手段、６ｂはすでに説明した漏電判定のため、所定の基準値と比較する比較手段である。これによって、アドミタンス検出手段５を不要化することが可能となる。なお、図１１はｖinを用いる例である。
【００４３】
他の一実施の形態として、図１２、図１３に、浮遊容量Ｃｓを推定するための推定手段を示す。上記実施の形態においては浮遊容量Ｃｓは予め別の手段計測されており、既知であるという前提で説明したが、浮遊容量Ｃｓを推定することによって、より精度の高い漏電検知を行うことを目的とする。構成要素について述べると、１５ａは交流電圧及び交流電流のピーク値を保持するためのピーク検出手段、１５ｂは（数４）に従って浮遊容量Ｃｓを推定するＣｓ推定手段である。尚、１５ｂの演算手段はルックアップテーブルでも構成可能である。なお、１５は浮遊容量推定手段である。なお、図１３はｖinを用いる例である。
【００４４】
交流信号源１から、ｆ1に比べて、比較的高い周波数ｆ2を出力させることで、１／（２πｆ2Cd）《 ＲLEAK となり、電圧|ｖ|は、ＣｓとＣｄとの分圧とみなせるようになる。そのとき、系に流れる交流電流を|ｉ|とすると、（数４）の上式となり、ここからＣｓが決まる。
【００４５】
これによって、先に述べた実施の形態においては、漏電アドミタンスから抵抗成分を推定する処理において、コンデンサＣｄと浮遊容量Ｃｓは既知の値として扱ってきたものが、本実施の形態では、実測によって、精度良く浮遊容量Ｃｓを与えることができるようになり、漏電検出の精度が向上する。
【００４６】
なお、他の実施の形態として、図２６〜図３３に、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路を示す。新たな構成要素を説明すると、４ｆはコンデンサ２に流れる交流電流の負から正へのゼロクロスで、エッジ出力するエッジ検出手段、４ｇはエッジ検出手段４ｆの出力のタイミングによって交流信号源１の電圧をサンプル／ホールドするサンプル／ホールド手段、６ｅは、アドミツタンス検出手段５の出力であるアドミタンス|YLEAK|と、サンプル／ホールド手段４ｇの出力であるリアクタンス|X|を用いて、数１７に従って漏電抵抗GLEAKを求める抵抗成分算出手段である。
【００４７】
【数１７】
【００４８】
処理について説明すると、タイミング発生手段４ｆのタイミングでサンプル／ホールドされた交流信号源１の電圧ｖは、自身の振幅Ｖで除すことによって、コンデンサ２と漏電アドミタンス３ｂ−２のリアクタンス|X|となる原理を用いている。得られたリアクタンス|X|と、アドミタンス|YLEAK|から、数１７の処理を行う抵抗成分算出手段６ｅによって、漏電抵抗GLEAKの逆数が求められ、さらに比較手段６ｂによって所定の基準値と比較することで、漏電を判定することができる。
【００４９】
なお、図２６〜図３３では、交流信号源１の実効値あるいはピーク値を単位振幅とすることによって、除算演算５ｂを省略することが出来る。
【００５０】
なお、上記実施の形態における漏電検知においては、交流電圧v及びvinまた電流iには雑音が重畳されていないことを仮定して説明を進めた。しかし、電気車両には、インバータモータ等の駆動源が伴っているので、コンデンサ２を介して組電池側のインバータノイズが交流信号発生手段側に流れ込む。このノイズが、交流信号発生手段１側の増幅段を破壊したり、また、位相やアドミタンスの検知に際して、誤差を与える要因となる。よって、図２５に示すように、+V〜車両ボディ以外の所定外の電圧レベルをカットするリミッタ１８を挿入することで破壊を防ぐことができる。さらに図１，図２，図３，図４，図５，図６，図７，図８，図９，図１０，図１１，図１２，図１３に示すように電流i及び電圧vを検知する回路においては、交流信号発生手段１からの検知信号以外の帯域の雑音をカットするバンドパスフィルタ１７を介することで、雑音下での正確な漏電検知を可能とする。なお、ノイズの周波数帯が比較的高周波寄りのみの場合は、バンドパスフィルタはローパスフィルタでも代用可能である。
【００５１】
図１４は直流方式による本発明に関連する発明の漏電検出装置の構成図である。構成要素について説明すると、３は図９で説明した電池パック、３ａは前記にて説明した直列にｎ個の組電池、３ｂは集中定数表記による漏電アドミタンス、１１は直流電圧Ｖボルトを発生する直流電圧源、１２は直流電圧源１１の極性を反転するための極性反転スイッチ、１３は直流電流を検出する電流検出手段、１４は値が既知RKオームの抵抗である。
【００５２】
次に、動作について説明する。図１４に示すように、まず、極性反転スイッチ１２をＡ側に閉じ、直流電圧源１１からの電圧Ｖを組電池３ａの最低電位に接続する。このとき、回路方程式は、組電池の電池の数がｎの場合、
【００５３】
【数１２】
【００５４】
となる。例えば、ｎ＝２の場合についての、計算例を示すと電流検出手段１３によって計測される直流電流ＩＡは
【００５５】
【数１３】
【００５６】
となる。（数１３）（数１４）（数１６）のダブルスラッシュは、抵抗の並列接続であることを意味する。
【００５７】
次に、極性反転スイッチ１２をＢ側に閉じて、直流電圧源１１からの電圧Ｖを電池パックの最低電位に接続する。このとき、電流検出手段１３によって計測される直流電流ＩＢは、Ｖ→−Ｖと置換して、
【００５８】
【数１４】
【００５９】
となる。これら電流ＩＡ、ＩＢの差分をとり、次式
【００６０】
【数１５】
【００６１】
に代入すると、
【００６２】
【数１６】
【００６３】
となり、Vは消去される。抵抗１４の抵抗値はRKオームで既知なので、その値を差し引くと、残りの値は漏電抵抗として求められる。
【００６４】
尚、図１４では組電池３ａの最低電位に、抵抗１４を介して直流電圧源１１の電圧Ｖを印加したが、電池の内部抵抗が漏電抵抗に比べて十分に小さいので、組電池３ａの最高電位を含め、あらゆるノードに接続しても、上記と同じ計算で漏電抵抗が求められる。直流方式では、このように、アドミタンスの逆数の容量成分Ｃ０〜Ｃｎの影響は全く受けず、また組電池の電圧にも全く影響を受けない。また、尚、回路上の電流検出手段１３の位置は、図１４に示す位置に限定されず、要は抵抗１４を介して流れる直流電圧源１１の電流を検出すれば良いので、抵抗１４と直流電圧源１１と車両ボディから成る系のどこかに挿入されていればよい。
【００６５】
尚、上記はn=2の場合について説明したが、（数１２）の連立方程式を解いてIA,IBを求めればn=自然数の場合において、一般化がなされる。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、交流信号を用いて、安全に漏電抵抗を検出することができる。精度向上のために無理な低周波数化を図ることなく、扱いやすい周波数を用いることができるので、応答性良く、かつ、小型化が可能になる。
【００６７】
また、組電池の最高電位あるいは最低電位に直流電源によって電位を与え、直流電源の極性を切り替えた場合のそれぞれの電流から、差分演算を行うことで、組電池の電圧によらず、漏電抵抗を簡易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の交流方式漏電検出装置の構成の原理図
【図２】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の一構成図
【図３】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図４】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図５】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図６】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図７】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図８】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図９】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図１０】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図１１】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図１２】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図１３】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図１４】本発明に関連する発明の直流方式漏電検出装置の実施の形態の一構成図
【図１５】本発明の漏電検出装置の、各部の検知信号の電圧・電流を示す図
【図１６】位相弁別回路の入・出力波形及び積分回路通過後の平均電圧を示す図
【図１７】本発明の漏電検出装置の位相弁別回路の入力・出力波形及び積分回路通過後の平均電圧を示す波形図
【図１８】本発明の漏電検出装置の位相弁別回路の入力・出力波形及び積分回路通過後の平均電圧を示す波形図
【図１９】本発明の漏電検出装置の漏電抵抗RLEAKと位相弁別回路の平均出力電圧Ｖφを示すグラフ
【図２０】電池パックの漏電アドミタンスを示す等価回路図
【図２１】電池パックの漏電アドミタンスを示す交流等価回路図
【図２２】従来の交流方式での漏電検出装置の構成図
【図２３】漏電アドミタンスの複素ベクトルを示す図
【図２４】位相弁別手段の他の実施の形態の一構成図
【図２５】検知電圧及び電流に重畳するノイズを除去する実施の形態の一構成図
【図２６】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【図２７】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【図２８】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【図２９】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【図３０】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【図３１】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【図３２】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【図３３】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【符号の説明】
１ 交流信号源
２ コンデンサ
３ 電池パック
３−ａｃ 交流等価回路を用いて表現した電池パック
３ａ 組電池
３ｂ 漏電アドミタンス
３ｂ−２ 電池の内部インピーダンスを無視した場合の、漏電アドミタンスの交流等価回路
４ 位相弁別手段
４ａ 波形整形手段
４ａ−１ コンパレータ
４ａ−２ 抵抗
４ｂ 排他論理和
４ｃ 積分回路
４ｄ 乗算器
４ｅ 積分回路
４ｆ タイミング発生手段
４ｇ サンプル＆ホールド手段
５ アドミタンス検出手段
５ａ 実効値変換手段
５ｂ 除算手段
５ｃ ピーク検出手段
６ 漏電判定手段
６ａ 抵抗成分算出手段
６ａ−１ 電圧−余弦変換手段
６ａ−２ 乗算手段
６ｂ 比較手段
６ｃ Ｖf→tanφ変換手段
６ｄ 抵抗成分算出手段
６ｅ 抵抗性分算出手段
９ 電流検出手段
１１ 直流電圧源
１２ 極性反転スイッチ
１３ 直流電流検出手段
１４ 抵抗
１５ 浮遊容量算出手段
１５ａ ピークホールド
１５ｂ Ｃｓ推定手段
１６ 絶縁増幅手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、感電防止のために車両ボディから電気的に絶縁された高圧の電池パックを備えた電気自動車等の電気車両において、車両ボディと電池パック間の絶縁劣化に起因する漏電を検出する漏電検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力を駆動源として用いる電気車両では、駆動源である高電圧な組電池からの感電を防止するため、組電池を、グランドである車両ボディから分離した閉回路の構成をとっている。しかし、電池パックの材質変質あるいは付着物などによって絶縁特性が劣化した場合、高圧な組電池と車両ボディが電気的に接続され、車両ボディに触れた人間を伝って漏洩電流が流れ、感電の危険性が生じる。
【０００３】
漏電は絶縁部位すべての漏洩電流の和であり、電流の流れる系を特定することは困難である。漏電を検出する装置として、これまで、コンデンサやトランスによって直流的に絶縁された状態で交流信号を印加して漏電抵抗を検出する交流方式と、コンデンサやトランスを用いず、
直流的に計測する非絶縁な直流方式がある。交流方式でトランスを用いた例として、例えば特開昭５７−１１９２６３号公報、直流方式を用いた例として、例えば特開昭６０−２６２０６９号公報がある。
【０００４】
図２０は漏電を示す等価回路である。本来漏電は分布定数的な概念でモデル化されるべきであるが、組電池すべての電位ノードから電流が漏れ出る場合の可能性を考慮すれば、電池パック３の等価回路は、組電池３ａと、抵抗とコンデンサによる集中定数によって表記した漏電アドミタンス３ｂで表現される。図２０において、Ｉ０〜Ｉｎは各ノードから車両ボディに向かって流れる漏えい電流であり、電流の重ね合わせの理により、漏洩電流の総和Ｉは、電流Ｉ０〜Ｉｎの総和に等しい。
【０００５】
【数５】
ここで、電池の内部アドミタンスが無視できるほど小さい場合には、車両グランドと組電池３ａの間のアドミタンスは、各アドミタンス要素の総和として、
【０００７】
【数６】
として表すことができ、図２０は図２１に示すように、交流等価回路として、電池パック３をさらに簡略化したものとして表すことが出来る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
漏電検出の方式として、交流方式の特徴は次のようになる。
（１）絶縁されているので直流電流が流れず、安全性に優れる
（２）検出するアドミタンスは車両の浮遊容量を含むため、誤差を含んでいる
（３）漏電抵抗の検出精度を上げるためには、より低周波の交流信号が有利であるが、低周波化によって応答性が劣化し、また入力コンデンサが大型化する
（４）車両の浮遊容量に影響され、検出値に変動が生じやすく、また車両外形に応じて浮遊容量も変わるため、漏電判定の基準を定めにくい
例えば、図２２に示す交流方式の従来の構成では、アドミタンスの絶対値として求められるので、図２３のベクトル図上に示すように、アドミタンスの絶対値|YLEAK|を漏電抵抗として便宜的に代用していることになる。（数１）参照。
【００１０】
【数１】
これでは、浮遊容量Ｃｓによって、漏電判定が誤差を含むことになる。また、浮遊容量Ｃｓの影響を小さくして精度を向上させるためには位相角φを小さくする必要があるが、そのためには検出信号の低周波化が必要であった。
【００１２】
一方、直流方式では、上記（１）、（２）、（３）、（４）の交流方式に纏わる問題点は解消されるが、電池パック自体の漏電抵抗分の誤差が入り込み精度が低いという課題があった。また、検出のために、測定系と駆動系が直流的に接続され、感電の危険性があった。
【００１３】
本発明は、上記従来の交流方式及び直流方式に見られる問題点を解決するものである。まず、交流方式においては、交流信号を高圧電池パックに印加して、その振幅と位相関係からアドミタンスを求め、さらに位相角の余弦からアドミタンスの抵抗成分の逆数である抵抗成分を求めることで、安全性の高い、常に検出可能な漏電検出装置を供給することを目的とする。
【００１４】
ここで、漏電を表現するのにインピーダンスZを用いて行うことももちろん可能であるが、数式上、アドミタンスの方が表現し易いため、以下、アドミタンス及び抵抗の逆数（コンダクタンス）で説明を進める。
【００１５】
尚、漏電判定に際して、アドミタンスの実数部、つまり抵抗の逆数のまま漏電判定を行うことも、もちろん可能である。
【００１６】
また、直流方式においては、直流電源を外部から組電池の一ノードに印加した場合の直流電流を求め、さらに直流電源の極性を反転した場合の直流電流を求め、差分を用いて漏電抵抗を求めることで、組電池の電圧と、アドミタンスの容量成分の影響を補正した漏電検出装置及びその装置を用いた装置を供給することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明の交流方式においては、安全性の高い交流信号による漏電検出方式を用いて、漏電アドミタンスから抵抗成分を導出して、車両ボディの容量成分を補正し、漏電判定を正確に行うことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は交流方式による、本発明の漏電検出装置の原理構成図である。構成要素について説明する。
【００２１】
１は交流信号を発生する交流信号源、２は漏電検出回路と電池パックを絶縁して、交流を電池パックに送り込むためのコンデンサ、３−ａｃは交流等価回路を用いて表現した電池パック、３ａは高電圧な組電池、３ｂ−２は電池パックと車両ボディとの間の集中定数表記による漏電アドミタンス、４は交流信号源１の交流電流iと、交流電圧vの位相差を電圧Ｖφに変換する位相弁別手段、５はコンデンサ２に流れる交流電流ｉと、交流信号源１の交流電圧から漏電アドミタンスに相当する電圧|VYLEAK|を出力するアドミタンス検出手段、６は抵抗成分算出手段６ａと、比較手段６ｂから成る漏電判定手段である。抵抗成分算出手段６ａによって位相差に相当する電圧Ｖφと、アドミタンスの絶対値から、アドミタンスの実数部つまり漏電の抵抗成分を求め、比較手段６ｂによりその抵抗成分と漏電基準値と比較を行い、漏電かどうかを判定する。
【００２２】
次に動作について説明すると、交流信号源１と車両ボディとの間の系全体のアドミタンスは図２０の３ｂと等しく、図２３の複素ベクトルにて示され、系全体のアドミタンスＹは、
【００２３】
【数７】
となる。このとき、
【００２５】
【数８】
ならば、図１５に示すように、電圧vは電圧vinをコンデンサ２と漏電アドミタンス３ｂ−２つまり|YLEAK|で分圧したものであり、電圧vと電圧vinの位相と振幅はほとんど等しいと見なすことができる。よって、電圧ｖを絶縁増幅手段１６を介して計測しても良いが、図３などのように電圧vinで代用する事が可能となる。これは、高圧で危険なコンデンサ２の組電池側電圧を計測せずに、交流信号源１側の電圧を計測すれば良いことを意味する。分圧による振幅減少分は、数１８による補正後電圧v'inを用いることも可能である。
【００２７】
【数１８】
以下、図２〜図１３において、電圧v及び電圧vinを用いた場合の構成図をそれぞれ示す。また、求めたいアドミタンスＹLEAKは（数９）のようになる。
【００２９】
【数９】
電流iは、交流信号源１とコンデンサ２を介して車両ボディに漏洩する交流電流である。４は交流信号源１の交流電流iと、交流電圧vの位相差を電圧Ｖφに変換する位相弁別手段である。位相弁別手段４は、一構成例としては、図２（ａ）に示すように、電圧比較回路４ａ、排他論理和４ｂ、積分回路４ｃによって構成することができる。尚、電圧比較回路４ａは電位を比較するコンパレータ４ａ−１、抵抗４ａ−２によって構成される。コンパレータ４ａ−１は、電流ｉと電圧ｖの位相差を感度良く検知するために、飽和増幅手段として用いているのであるが、勿論、図２（ｂ）に示すような増幅率の高い増幅器でも構成可能である。
【００３１】
４ｂは排他論理和、４ｃは交流電流iと交流電圧vの位相差に相当する電圧Ｖφを求めるため、排他論理和４ｂの出力電圧を平均化するための、抵抗とコンデンサによる積分回路である。尚、抵抗４ａ−２は位相弁別の動作の本質にかかるものではなく、省略しても実現することは可能である。位相の比較結果を電圧Ｖφに変換する手段として、ここでは積分回路４ｃを用いているが、デジタル回路によってデューティ比を精度良く検知して出力する回路でも構わない。電流ｉと電圧ｖの位相差は０〜π／２の範囲で検知し、積分回路４ｃの出力電圧はハイ側出力電圧をＥ[V]、排他論理和出力のデューティ比をＤ[%]とすると、平均電圧Ｖφは、
【００３２】
【数１０】
【数１１】
となる。排他論理和の出力電圧が、ローの時０ボルトで、ハイの時Ｅボルトを理想的に出力するならば、原理上、図１６に示すように位相差電圧Ｖφは位相差φに対して直線的に変化する。
【００３５】
次に、入力コンデンサＣｄ=10uF、浮遊容量Ｃｓ=0.1uFにおいて、周波数1kHz、振幅1Vの単一正弦波信号を入力した場合の各部の動作波形を示す。図１７，図１８には、RLEAKが100kΩ、51kΩ、10kΩ、1kΩの各場合について、整形後の交流電流i'と交流電圧v'、及び位相弁別手段４の出力電圧Ｖfの動作波形を示している。図１９には前述の条件で漏電抵抗RLEAKを変化させた場合の位相弁別手段４の出力電圧特性を示す。図１７、図１８において、横軸：時間で、縦軸：電圧あるいは電流である。
【００３６】
アドミタンス検出手段５では、漏電アドミタンス３ｂ−２に流れる電流ｉは、電流検出手段９で検出され、交流電圧ｖとともに、それぞれ２乗平均をとって実効値変換手段５ａによって実効値に変換され、さらに除算演算手段５ｂによって、実効値電圧｜vRMS｜で実効値電流｜ｉRMS｜を除してアドミタンス|Y|を求めることができる。
【００３７】
尚、電流ｉを得るための手段は交流電圧発生手段１とコンデンサＣｄと漏電アドミタンス３ｂ−２の系の中にあれば良く、挿入場所は図１に限らない。また、トランスなどで間接的に計測する場合は、コンデンサＣｄから見て、組電池３ａ側に挿入されていても構わない。
【００３８】
尚、図４，図５に示すように、実効値変換手段５ａの代わりに、ピーク検出手段５ｃで、交流信号源１の電圧のピーク値と、コンデンサ２に流れる電流のピーク値を見つけ、除算演算手段５ｂにより、その電流ピーク値を電圧ピーク値で除算することで、実効値と比べて比較的簡単にアドミタンス|Y|を求めることができる。
【００３９】
尚、図６，図７に示すように、実効電圧が既知の単位電圧である交流信号源１を用いることによって、図２、３におけるアドミタンス検出の過程で行っていた除算が不要となり、大幅な簡易化が行える。
【００４０】
尚、図８，図９に示すように、ピーク電圧が既知の単位電圧である交流信号源１を用いることによって、図４、５におけるアドミタンス検出の過程で行っていた除算が上記同様不要となり、大幅な簡易化が行える。
【００４１】
漏電判定手段６においては、電圧−余弦変換手段６ａ−１が、位相差φに対応する電圧Ｖφから、電圧Vφと余弦との対応関係を予め格納したテーブルを参照して、位相差φの余弦を求め、乗算手段６ａ−２が、その余弦とアドミタンス|YLEAK|との乗算を行い、アドミタンスの絶対値から漏電抵抗RLEAKである抵抗成分を求める。漏電抵抗RLEAKは漏電抵抗基準値と比較手段６ｂによって比較され、漏電判定を得る。漏電判定手段6は、アナログ／デジタル変換回路とマイクロコンピュータを用いて実現可能で、電圧-余弦変換手段6a-1は、上記で説明したメモリ構成によるルックアップテーブルの他に、マイコン演算で実現することができる。図１９は、漏電抵抗を500kオームから1kオームまで変化させた時の、位相弁別手段４の出力電圧特性である。
【００４２】
他の一実施の形態として、図１０、図１１に、別の交流方式による漏電検出回路を示す。構成要素について説明する。４は既に説明した電流ｉと電圧ｖの位相差を抽出する位相弁別手段、６ｃは位相電圧Ｖfの正接tanφを求める変換手段、６ｄは正接tanφを用いて（数３）に従って抵抗成分|YREAL|を算出する抵抗成分算出手段、６ｂはすでに説明した漏電判定のため、所定の基準値と比較する比較手段である。これによって、アドミタンス検出手段５を不要化することが可能となる。なお、図１１はｖinを用いる例である。
【００４３】
他の一実施の形態として、図１２、図１３に、浮遊容量Ｃｓを推定するための推定手段を示す。上記実施の形態においては浮遊容量Ｃｓは予め別の手段計測されており、既知であるという前提で説明したが、浮遊容量Ｃｓを推定することによって、より精度の高い漏電検知を行うことを目的とする。構成要素について述べると、１５ａは交流電圧及び交流電流のピーク値を保持するためのピーク検出手段、１５ｂは（数４）に従って浮遊容量Ｃｓを推定するＣｓ推定手段である。尚、１５ｂの演算手段はルックアップテーブルでも構成可能である。なお、１５は浮遊容量推定手段である。なお、図１３はｖinを用いる例である。
【００４４】
交流信号源１から、ｆ1に比べて、比較的高い周波数ｆ2を出力させることで、１／（２πｆ2Cd）《 ＲLEAK となり、電圧|ｖ|は、ＣｓとＣｄとの分圧とみなせるようになる。そのとき、系に流れる交流電流を|ｉ|とすると、（数４）の上式となり、ここからＣｓが決まる。
【００４５】
これによって、先に述べた実施の形態においては、漏電アドミタンスから抵抗成分を推定する処理において、コンデンサＣｄと浮遊容量Ｃｓは既知の値として扱ってきたものが、本実施の形態では、実測によって、精度良く浮遊容量Ｃｓを与えることができるようになり、漏電検出の精度が向上する。
【００４６】
なお、他の実施の形態として、図２６〜図３３に、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路を示す。新たな構成要素を説明すると、４ｆはコンデンサ２に流れる交流電流の負から正へのゼロクロスで、エッジ出力するエッジ検出手段、４ｇはエッジ検出手段４ｆの出力のタイミングによって交流信号源１の電圧をサンプル／ホールドするサンプル／ホールド手段、６ｅは、アドミツタンス検出手段５の出力であるアドミタンス|YLEAK|と、サンプル／ホールド手段４ｇの出力であるリアクタンス|X|を用いて、数１７に従って漏電抵抗GLEAKを求める抵抗成分算出手段である。
【００４７】
【数１７】
処理について説明すると、タイミング発生手段４ｆのタイミングでサンプル／ホールドされた交流信号源１の電圧ｖは、自身の振幅Ｖで除すことによって、コンデンサ２と漏電アドミタンス３ｂ−２のリアクタンス|X|となる原理を用いている。得られたリアクタンス|X|と、アドミタンス|YLEAK|から、数１７の処理を行う抵抗成分算出手段６ｅによって、漏電抵抗GLEAKの逆数が求められ、さらに比較手段６ｂによって所定の基準値と比較することで、漏電を判定することができる。
【００４９】
なお、図２６〜図３３では、交流信号源１の実効値あるいはピーク値を単位振幅とすることによって、除算演算５ｂを省略することが出来る。
【００５０】
なお、上記実施の形態における漏電検知においては、交流電圧v及びvinまた電流iには雑音が重畳されていないことを仮定して説明を進めた。しかし、電気車両には、インバータモータ等の駆動源が伴っているので、コンデンサ２を介して組電池側のインバータノイズが交流信号発生手段側に流れ込む。このノイズが、交流信号発生手段１側の増幅段を破壊したり、また、位相やアドミタンスの検知に際して、誤差を与える要因となる。よって、図２５に示すように、+V〜車両ボディ以外の所定外の電圧レベルをカットするリミッタ１８を挿入することで破壊を防ぐことができる。さらに図１，図２，図３，図４，図５，図６，図７，図８，図９，図１０，図１１，図１２，図１３に示すように電流i及び電圧vを検知する回路においては、交流信号発生手段１からの検知信号以外の帯域の雑音をカットするバンドパスフィルタ１７を介することで、雑音下での正確な漏電検知を可能とする。なお、ノイズの周波数帯が比較的高周波寄りのみの場合は、バンドパスフィルタはローパスフィルタでも代用可能である。
【００５１】
図１４は直流方式による本発明に関連する発明の漏電検出装置の構成図である。構成要素について説明すると、３は図９で説明した電池パック、３ａは前記にて説明した直列にｎ個の組電池、３ｂは集中定数表記による漏電アドミタンス、１１は直流電圧Ｖボルトを発生する直流電圧源、１２は直流電圧源１１の極性を反転するための極性反転スイッチ、１３は直流電流を検出する電流検出手段、１４は値が既知RKオームの抵抗である。
【００５２】
次に、動作について説明する。図１４に示すように、まず、極性反転スイッチ１２をＡ側に閉じ、直流電圧源１１からの電圧Ｖを組電池３ａの最低電位に接続する。このとき、回路方程式は、組電池の電池の数がｎの場合、
【００５３】
【数１２】
となる。例えば、ｎ＝２の場合についての、計算例を示すと電流検出手段１３によって計測される直流電流ＩＡは
【００５５】
【数１３】
となる。（数１３）（数１４）（数１６）のダブルスラッシュは、抵抗の並列接続であることを意味する。
【００５７】
次に、極性反転スイッチ１２をＢ側に閉じて、直流電圧源１１からの電圧Ｖを電池パックの最低電位に接続する。このとき、電流検出手段１３によって計測される直流電流ＩＢは、Ｖ→−Ｖと置換して、
【００５８】
【数１４】
となる。これら電流ＩＡ、ＩＢの差分をとり、次式
【００６０】
【数１５】
に代入すると、
【００６２】
【数１６】
となり、Vは消去される。抵抗１４の抵抗値はRKオームで既知なので、その値を差し引くと、残りの値は漏電抵抗として求められる。
【００６４】
尚、図１４では組電池３ａの最低電位に、抵抗１４を介して直流電圧源１１の電圧Ｖを印加したが、電池の内部抵抗が漏電抵抗に比べて十分に小さいので、組電池３ａの最高電位を含め、あらゆるノードに接続しても、上記と同じ計算で漏電抵抗が求められる。直流方式では、このように、アドミタンスの逆数の容量成分Ｃ０〜Ｃｎの影響は全く受けず、また組電池の電圧にも全く影響を受けない。また、尚、回路上の電流検出手段１３の位置は、図１４に示す位置に限定されず、要は抵抗１４を介して流れる直流電圧源１１の電流を検出すれば良いので、抵抗１４と直流電圧源１１と車両ボディから成る系のどこかに挿入されていればよい。
【００６５】
尚、上記はn=2の場合について説明したが、（数１２）の連立方程式を解いてIA,IBを求めればn=自然数の場合において、一般化がなされる。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、交流信号を用いて、安全に漏電抵抗を検出することができる。精度向上のために無理な低周波数化を図ることなく、扱いやすい周波数を用いることができるので、応答性良く、かつ、小型化が可能になる。
【００６７】
また、組電池の最高電位あるいは最低電位に直流電源によって電位を与え、直流電源の極性を切り替えた場合のそれぞれの電流から、差分演算を行うことで、組電池の電圧によらず、漏電抵抗を簡易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の交流方式漏電検出装置の構成の原理図
【図２】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の一構成図
【図３】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図４】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図５】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図６】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図７】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図８】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図９】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図１０】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図１１】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図１２】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図１３】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の一構成図
【図１４】本発明に関連する発明の直流方式漏電検出装置の実施の形態の一構成図
【図１５】本発明の漏電検出装置の、各部の検知信号の電圧・電流を示す図
【図１６】位相弁別回路の入・出力波形及び積分回路通過後の平均電圧を示す図
【図１７】本発明の漏電検出装置の位相弁別回路の入力・出力波形及び積分回路通過後の平均電圧を示す波形図
【図１８】本発明の漏電検出装置の位相弁別回路の入力・出力波形及び積分回路通過後の平均電圧を示す波形図
【図１９】本発明の漏電検出装置の漏電抵抗RLEAKと位相弁別回路の平均出力電圧Ｖφを示すグラフ
【図２０】電池パックの漏電アドミタンスを示す等価回路図
【図２１】電池パックの漏電アドミタンスを示す交流等価回路図
【図２２】従来の交流方式での漏電検出装置の構成図
【図２３】漏電アドミタンスの複素ベクトルを示す図
【図２４】位相弁別手段の他の実施の形態の一構成図
【図２５】検知電圧及び電流に重畳するノイズを除去する実施の形態の一構成図
【図２６】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【図２７】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【図２８】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【図２９】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【図３０】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【図３１】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【図３２】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【図３３】本発明の交流方式漏電検出装置の実施の形態の他の他の実施の形態として、位相弁別手段を用いない場合の、交流方式による漏電検出回路の一構成図
【符号の説明】
１ 交流信号源
２ コンデンサ
３ 電池パック
３−ａｃ 交流等価回路を用いて表現した電池パック
３ａ 組電池
３ｂ 漏電アドミタンス
３ｂ−２ 電池の内部インピーダンスを無視した場合の、漏電アドミタンスの交流等価回路
４ 位相弁別手段
４ａ 波形整形手段
４ａ−１ コンパレータ
４ａ−２ 抵抗
４ｂ 排他論理和
４ｃ 積分回路
４ｄ 乗算器
４ｅ 積分回路
４ｆ タイミング発生手段
４ｇ サンプル＆ホールド手段
５ アドミタンス検出手段
５ａ 実効値変換手段
５ｂ 除算手段
５ｃ ピーク検出手段
６ 漏電判定手段
６ａ 抵抗成分算出手段
６ａ−１ 電圧−余弦変換手段
６ａ−２ 乗算手段
６ｂ 比較手段
６ｃ Ｖf→tanφ変換手段
６ｄ 抵抗成分算出手段
６ｅ 抵抗性分算出手段
９ 電流検出手段
１１ 直流電圧源
１２ 極性反転スイッチ
１３ 直流電流検出手段
１４ 抵抗
１５ 浮遊容量算出手段
１５ａ ピークホールド
１５ｂ Ｃｓ推定手段
１６ 絶縁増幅手段
Claims (9)
- 車両ボディから電池パックが直流的に絶縁されている電気車両の、漏電検出装置において、
前記車両ボディと、前記電池パックの低圧側電位あるいは高圧側電位との間に単一周波数のｆ１ヘルツ正弦波信号の検知信号Ｓ１を供給する第１の交流信号発生手段と、
前記交流信号発生手段と前記電池パックの低圧側電位あるいは高圧側電位との間を直流的に絶縁して、かつ交流的に接続する容量Ｃｄのコンデンサと、
前記検知信号Ｓ１の、前記コンデンサのいずれか一方の側の交流信号電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
前記検知信号Ｓ１の交流信号電流ｉを検出する第１の電流検出手段と、
前記検知信号Ｓ１の交流信号電圧及び電流iの振幅から漏電アドミタンス|Y|を求めるアドミタンス算出手段と、
前記検知信号Ｓ１の交流信号電圧及び電流iの位相差fを求める位相弁別手段と、
前記アドミタンス|Y|と、前記位相差fから、前記アドミタンス|Y|の実数部を算出する抵抗成分算出手段と、
前記抵抗成分と漏電判定の基準となる所定のしきい値を比較する比較手段とを備えたことを特徴とする漏電検出装置。 - 前記アドミタンス算出手段は、前記電流iの振幅の実効値を、前記電圧の振幅の実効値で除し、前記アドミタンス|Y|を算出することを特徴とする請求項１記載の漏電検出装置。
- 前記アドミタンス算出手段は、前記電流iの振幅のピーク値を、前記電圧の振幅のピーク値で除し、前記アドミタンス|Y|を算出することを特徴とする請求項１記載の漏電検出装置。
- 車両ボディから電池パックが直流的に絶縁されている電気車両の、漏電検出装置において、
前記車両ボディと、前記電池パックの低圧側電位あるいは高圧側電位との間に振幅ｖで単一周波数のｆ１ヘルツ正弦波信号であって、その電圧実効値又はピーク値が単位電圧である検知信号Ｓ１を供給する第１の交流信号発生手段と、
前記交流信号発生手段と前記電池パックの低圧側電位あるいは高圧側電位との間を直流的に絶縁して、かつ交流的に接続する容量Ｃｄのコンデンサと、
前記検知信号Ｓ１の前記コンデンサのいずれか一方の側の交流信号電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
前記検知信号Ｓ１の交流信号電流ｉを検出する第１の電流検出手段と、
前記検知信号Ｓ１の電流iの振幅から漏電アドミタンス|Y|を求めるアドミタンス算出手段と、
前記検知信号Ｓ１の交流信号電圧及び電流iの位相差fを求める位相弁別手段と、
前記アドミタンス|Y|と、前記位相差fから、前記アドミタンス|Y|の実数部を算出する抵抗成分算出手段と、
前記抵抗成分と漏電判定の基準となる所定のしきい値を比較する比較手段とを備えたことを特徴とする漏電検出装置。 - 前記抵抗成分算出手段は、前記位相差fの余弦cosφを出力する余弦算出手段と、前記アドミタンス|Y|と、前記cosφから
- 前記電圧検出手段が検出する電圧は、前記コンデンサの前記電池パック側の交流信号電圧ｖであり、その検出された交流信号電圧ｖは、アイソレーション増幅回路を介して前記位相弁別手段と前記アドミタンス算出手段に入力されることを特徴とする請求項１に記載の漏電検出装置。
- 前記電圧検出手段が検出する電圧は、前記コンデンサの前記交流信号発生手段側の交流信号電圧ｖinであり、その検出された交流信号電圧ｖinは、前記位相弁別手段と前記アドミタンス算出手段に入力されることを特徴とする請求項１記載の漏電検出装置。
- 前記電圧検出手段が検出する電圧は、前記コンデンサの前記電池パック側の交流信号電圧ｖであり、その検出された交流信号電圧ｖは、アイソレーション増幅回路を介して前記位相弁別手段に入力されることを特徴とする請求項４記載の漏電検出装置。
- 前記電圧検出手段が検出する電圧は、前記コンデンサの前記交流信号発生手段側の交流信号電圧ｖinであり、その検出された交流信号電圧ｖinは、前記位相弁別手段に入力されることを特徴とする請求項４記載の漏電検出装置。
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