JP4882336B2 - Earth leakage detector - Google Patents
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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。 The present invention relates to a leakage detector that detects a leakage of a high voltage system.
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。
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。 However, according to the technique of Patent Document 1, when a large voltage fluctuation of the high voltage system occurs, the frequency of detecting leakage is increased, and it is not possible to effectively detect the leakage. There is. In other words, depending on the speed and amount of voltage fluctuation of the high-voltage system, the influence on the voltage fluctuation at the connection point may be small, and in this case, even though it is a situation where leakage can be detected, There is an inconvenience that the detection of leakage is stopped.
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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to accurately determine the occurrence of a false detection due to voltage fluctuations in a high-voltage system in detecting leakage.
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し、所定のサンプリング周期に対応する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、高電圧システムの電圧変動に起因した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、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、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、評価電圧算出手段によって算出された評価電圧が、条件設定手段に設定される許容条件を具備しない場合に、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。評価電圧算出手段は、高位側のピーク電圧と低位側のピーク電圧との平均値を、評価電圧として算出する。条件設定手段は、矩形波出力手段が出力する矩形波信号の最大電圧と最小電圧との平均値が基準平均値として設定される基準平均値設定手段と、漏電検知手段による誤検知が発生しないとみなせる、基準平均値と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する。第2の電圧比較手段は、評価電圧算出手段によって算出された評価電圧と、基準平均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、漏電検知手段による誤検知の発生を判定する。 In order to solve this problem, the present invention provides a leakage detection device. The leakage detection device includes a high voltage system, a detection resistor, a coupling capacitor, a rectangular wave output unit, a leakage detection unit, and an erroneous detection determination unit. Here, the high voltage system is insulated from the ground by an insulation resistance. The rectangular wave output means outputs a rectangular wave signal to the high voltage system via the detection resistor and the coupling capacitor. The leakage detection means detects a leakage of the high voltage system based on a change in voltage at the connection point between the detection resistor and the coupling capacitor. Erroneous detection judgment means, based on the variation of the voltage at the connection point, to determine the occurrence of erroneous detection due to leak detection means, in the transition of the voltage at the connection point corresponding to the sampling period of Jo Tokoro, the peak voltage of the high side Based on the low-side peak voltage, the evaluation voltage calculation means for calculating the evaluation voltage for evaluating the fluctuation of the voltage at the connection point due to the voltage fluctuation of the high-voltage system, and the leakage detection means normalize the leakage detection The condition setting means for setting the allowable condition that defines the range of the evaluation voltage that can be performed and the evaluation voltage calculated by the evaluation voltage calculation means do not have the allowable condition set in the condition setting means And an evaluation voltage determination means having a second voltage comparison means for determining occurrence of erroneous detection by the leakage detection means. The evaluation voltage calculation means calculates the average value of the high-side peak voltage and the low-side peak voltage as the evaluation voltage. The condition setting means includes a reference average value setting means in which an average value of the maximum voltage and the minimum voltage of the rectangular wave signal output from the rectangular wave output means is set as a reference average value, and no erroneous detection by the leakage detection means. A difference upper limit setting means for setting an upper limit value of the difference between the reference average value and the evaluation voltage that can be regarded as a difference upper limit value is provided. The second voltage comparison means calculates the absolute value of the difference between the evaluation voltage calculated by the evaluation voltage calculation means and the reference average value as a difference absolute value, and the calculated difference absolute value is set as a difference upper limit value. When the difference upper limit value set in the means is larger, occurrence of erroneous detection by the leakage detection means is determined.
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。 According to the present invention, the occurrence of erroneous detection of leakage detection due to voltage fluctuation of the high voltage system is determined using the voltage fluctuation itself of the connection point. Therefore, it is possible to determine a situation in which the voltage at the connection point varies due to voltage variation of the high voltage system, and as a result, it is possible to accurately determine the occurrence of erroneous detection.
以下、図面を参照し、本発明にかかる実施形態を説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(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。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell vehicle to which a
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。
The
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。
The rectangular
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。
As the rectangular
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。
FIG. 2 is a block configuration diagram illustrating the false
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、平均値算出部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。
FIG. 3 is a block configuration diagram showing the evaluation
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、平均値算出部522に出力される。平均値算出部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、その平均値((Vpu+Vpl)/2)を評価電圧Vpcとして算出する。ここで、平均値算出部522は、評価電圧(平均値)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。平均値算出部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。
The high-side peak voltage Vpu detected by the high-side peak
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、基準平均値設定部(基準平均値設定手段)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。基準平均値設定部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との平均値((Vmax+Vmin)/2)が、基準平均値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、基準平均値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に設定される基準平均値Vpcsおよび差分上限値Vulにより、基準平均値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。
FIG. 4 is a block diagram showing the
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、基準平均値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。
When the evaluation voltage Vpc calculated by the evaluation
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。
Referring to FIG. 1 again, the
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、それらの平均値である評価電圧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。
Hereinafter, the operation of the
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。
Next, the erroneous
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。
When it is determined that no erroneous detection is made by the
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。
On the other hand, when the occurrence of erroneous detection by the
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。
The leakage detection concept of the
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)。
However, when the voltage of the high-voltage system fluctuates, such as charging / discharging of the
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との平均値である評価電圧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の平均値(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との平均値(基準平均値Vpcs)付近の値を推移する。
In this embodiment, such an inconvenience is solved by referring to the evaluation voltage Vpc that is an average value of the high-side peak voltage Vpu and the low-side peak voltage Vpl. When the resistance value of the
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、基準平均値Vpcsから乖離する傾向となる。換言すれば、この評価電圧Vpcが基準平均値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が変動していることを意味している。 However, when a voltage fluctuation occurs in the high voltage system, the same level deviation (same amount / same direction deviation) occurs between the high-side peak voltage Vpu and the low-side peak voltage Vpl. Also, a relative deviation occurs and tends to deviate from the reference average value Vpcs. In other words, when the evaluation voltage Vpc is deviated from the reference average value Vpcs, the voltage Vp of the connection point P due to the voltage variation of the high voltage system is meant that fluctuates.
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。 Of course, if there is a similar shift between the high-side peak voltage Vpu and the low-side peak voltage Vpl, the leakage determination value Vd will not decrease, so this is not detected as leakage. . However, in the actual voltage Vp at the connection point P, the difference between the high-side peak voltage Vpu and the low-side peak voltage Vpl decreases due to the influence of the voltage fluctuation of the high-voltage system, and the leakage determination value Vd is the reference. There may be a tendency to deviate from the leakage determination value. This is because these peak voltages Vpu and Vpl are limited in the upper limit value or the lower limit value due to limitations on the system, or the respective phases are shifted. Therefore, in such a case, an erroneous detection may still occur.
そのため、本実施形態では、この評価電圧Vpcが基準平均値Vpcsから乖離していることを条件に、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。
Therefore, in this embodiment, on condition that the evaluation voltage Vpc is deviated from the reference average value VPCS, it determines that fluctuates the voltage Vp of the connection point P due to the voltage variation of the high voltage system Thus, occurrence of erroneous detection by the
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。
In view of such a detection concept, the
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。
When these pieces of information are available, an experiment is performed to actually generate voltage fluctuations in the high-voltage system that is the target of leakage detection. As a method of changing the high voltage, increase / decrease in the load of the load device such as the
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、基準平均値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、基準平均値Vpcsと評価電圧Vpcとの差分(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との平均値を基準平均値Vpcsとして設定する。設定された基準平均値Vpcsおよび差分上限値Vulは、誤検知判定部50(正確には、基準平均値設定部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。
Next, a voltage fluctuation of the high voltage system is generated by combining conditions of amplitude and frequency, and a rectangular wave signal is output from the rectangular
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。
As described above, according to the present embodiment, the occurrence of erroneous detection of leakage detection due to the voltage fluctuation of the high voltage system is determined using the fluctuation of the voltage Vp at the connection point P itself. In the method of directly detecting the voltage fluctuation of the high voltage system and determining the false detection based on the voltage fluctuation, if the voltage fluctuation of the high voltage system has occurred, the voltage at the connection point P resulting from the voltage fluctuation Even in the case where the influence on the fluctuation is small, there is an inconvenience that the occurrence of erroneous detection is determined. However, according to the present embodiment, by using the fluctuation of the voltage Vp at the connection point P itself, a situation where the voltage Vp at the connection point P fluctuates due to the voltage fluctuation of the high voltage system, that is, leakage detection. A situation in which erroneous detection by the
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。
In addition, when the erroneous
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。
Further, according to the present embodiment, the fluctuation of the voltage Vp (the voltage at the connection point P) due to the voltage fluctuation of the high voltage system is evaluated based on the high-side peak voltage Vpu and the low-side peak voltage Vpl. When the evaluation voltage Vpc is calculated and the evaluation voltage Vpc does not satisfy the permissible condition, the occurrence of erroneous detection by the
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との平均値を、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の平均値(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、その平均値は一定となる)。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。
Here, the evaluation
また、本実施形態によれば、条件設定部53は、基準平均値Vpcsが設定される基準平均値設定手段と、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、基準平均値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。
In addition, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、電圧比較部54は、評価電圧Vpcと、基準平均値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、基準平均値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。
Further, according to the present embodiment, the
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。
In the present embodiment, the
(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。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a leakage detection apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. The difference between the leakage detection device according to the second embodiment and that of the first embodiment is the configuration of the erroneous
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。
FIG. 7 is a block diagram showing the upper / lower limit
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。
The fluctuation of the voltage Vp at the connection point P changes within a range that can be measured as the
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、それらの平均値である評価電圧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。
Hereinafter, the operation of the leakage detection apparatus according to the second embodiment will be described. First, when a rectangular wave signal is output by the rectangular
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。
Next, the erroneous
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。
If the erroneous
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。
On the other hand, when the erroneous
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。
As described above, according to the second embodiment, when the voltage Vp at the connection point P exceeds the limit associated with the detectable upper and lower limit values due to the influence of the voltage fluctuation of the high voltage system, the voltage limiting function is performed. Limited by. Therefore, in actuality, even when the insulation resistance is not lowered, but the leakage determination value Vd is reduced due to the voltage limit, the
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。
In addition, according to the present embodiment, the upper / lower limit
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。
In the present embodiment, the erroneous
(参考例)
以下、本発明の参考例にかかる漏電検知装置について説明する。この参考例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。
( Reference example )
Hereinafter, a leakage detection apparatus according to a reference example of the present invention will be described. The difference between the leakage detection device according to this reference example and that of the first embodiment is the configuration of the evaluation
図9は、参考例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平均値設定部530に代えて基準平均値学習部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。基準平均値学習部532は、基準平均値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。基準平均値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、その平均値((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、基準平均値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。基準平均値学習部532において算出された基準平均値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、基準平均値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。
FIG. 9 is a block diagram of the
このように、本参考例によれば、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平均値)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、その平均値は例外的にばらつきを持つ。このばらつきを、基準平均値学習部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。
As described above, according to this reference example , the evaluation voltage ( average value of the high-side peak voltage and the low-side peak voltage) Vpc corresponding to the rectangular wave signal from the rectangular
(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。
( Third embodiment)
Hereinafter, a leakage detection apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described. The difference between the leakage detection device according to the third embodiment and that of the first embodiment is the configuration of the voltage comparison unit 54 a in the evaluation
図10は、第3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、基準平均値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。
FIG. 10 is a block diagram showing a voltage comparison unit 54a according to the third embodiment. The voltage comparison unit 54 a includes a
このように第3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。
As described above, according to the third embodiment, it is possible to expect the effect of the low-pass filter by performing the weighted average process on the difference absolute value, and the erroneous
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。 In addition, according to the present embodiment, in order to suppress the influence of the instantaneous noise, the weighted average is performed using the weighting coefficient based on the transmission frequency of the rectangular wave signal, thereby eliminating the influence of the instantaneous noise, and the high voltage. It is possible to exclude the influence of the system voltage fluctuation.
なお、上述した第1から第3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。
The first to third embodiments described above describe preferred embodiments, respectively, and the present invention is not limited to this, and these embodiments can be applied in any combination. it can. Further, in the present embodiment, the fuel cell 1, the
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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し、
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、
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平均値を、前記評価電圧として算出し、
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平均値が基準平均値として設定される基準平均値設定手段と、
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、前記基準平均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、前記基準平均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漏電検知装置。 A high voltage system isolated from ground by an insulation resistor;
A rectangular wave output means for outputting a rectangular wave signal to the high voltage system via a detection resistor and a coupling capacitor;
A leakage detection means for detecting a leakage of the high voltage system based on a change in voltage at a connection point between the detection resistor and the coupling capacitor;
An erroneous detection determination means for determining occurrence of erroneous detection by the leakage detection means based on a voltage fluctuation at the connection point;
The erroneous detection determination means is
Based on the high-side peak voltage and the low-side peak voltage in the transition of the voltage at the connection point corresponding to a predetermined sampling period, the voltage change at the connection point due to the voltage fluctuation of the high-voltage system is determined. Evaluation voltage calculating means for calculating an evaluation voltage for evaluation;
Condition setting means for setting a permissible condition that defines a range of the evaluation voltage, and capable of normally detecting leakage by the leakage detection means;
A second voltage comparison unit for determining occurrence of a false detection by the leakage detection unit when the evaluation voltage calculated by the evaluation voltage calculation unit does not satisfy the allowable condition set in the condition setting unit;
An evaluation voltage determining means having
The evaluation voltage calculation means calculates an average value of the high-side peak voltage and the low-side peak voltage as the evaluation voltage,
The condition setting means includes:
Reference average value setting means in which an average value of the maximum voltage and the minimum voltage of the rectangular wave signal output by the rectangular wave output means is set as a reference average value;
A difference upper limit value setting means in which an upper limit value of a difference between the reference average value and the evaluation voltage, which can be regarded as no occurrence of erroneous detection by the leakage detection means, is set as a difference upper limit value;
The second voltage comparison unit calculates an absolute value of a difference between the evaluation voltage calculated by the evaluation voltage calculation unit and the reference average value as a difference absolute value, and the calculated difference absolute value is wherein when greater than the difference upper limit difference upper limit value set in the setting means, the electric leakage detecting device which is characterized that you determine the occurrence of erroneous detection due to the earth leakage detecting means.
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