WO2021106285A1

WO2021106285A1 - 漏電検出装置、車両用電源システム

Info

Publication number: WO2021106285A1
Application number: PCT/JP2020/031046
Authority: WO
Inventors: 中山　正人
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2021-06-03
Also published as: EP4068545A1; US20220413061A1; CN114746762A; JPWO2021106285A1; EP4068545A4

Abstract

漏電検出装置の故障診断を高精度に行うために、第１電圧出力部（１１ａ、ＯＰ１）は、周期的に変化する周期電圧を生成して、カップリングコンデンサ（Ｃｃ）の他端に第１抵抗（Ｒ１）を介して印加する。カップリングコンデンサ（Ｃｃ）と第１抵抗（Ｒ１）との間の接続点と、第２電圧出力部（１１ｅ、ＯＰ３）との間に第２抵抗（Ｒ２）および第３抵抗（Ｒ３）が直列に接続される。電圧測定部（１１ｂ）は、第２抵抗（Ｒ２）と第３抵抗（Ｒ３）との間の分圧点の電圧を測定する。分圧点に２種類の固定電圧が順番に印加される期間において、診断部（１１ｄ）は、電圧測定部（１１ｂ）により測定された電圧をもとに、漏電検出装置（１０）が正常であるか否かを判定する。

Description

漏電検出装置、車両用電源システム

　本発明は、アースから絶縁された負荷の漏電を検出する漏電検出装置、車両用電源システムに関する。

　近年、ハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）が普及してきている。これらの電動車両には、補機電池（一般的に１２Ｖ出力の鉛電池）と別に高電圧の駆動用電池（トラクションバッテリ）が搭載される。感電を防止するために、高電圧の駆動用電池、インバータ、走行用モータを含む強電回路と、車両のボディ（シャーシアース）間は絶縁される。

　強電回路の車両側のプラス配線とシャーシアース間、及び強電回路の車両側のマイナス配線とシャーシアース間には、それぞれＹコンデンサが挿入され、高電圧の駆動用電池から車両側の負荷に供給される電源が安定化されている。強電回路とシャーシアース間の絶縁抵抗を監視して漏電を検出する漏電検出装置が搭載される。

　ＡＣ方式の漏電検出装置では、駆動用電池の正極端子または負極端子に、抵抗とカップリングコンデンサを介してパルス電圧を印加し、当該抵抗と当該カップリングコンデンサとの接続点の電圧を測定し、漏電の有無を検出する。

　ＡＣ方式の漏電検出装置において、漏電検出装置自体の故障を診断する方法として、漏電検出時の周波数より十分に低い周波数のパルス電圧を印加し、印加した電圧と測定した電圧を比較し、両者が近似していれば正常と判定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１０／０５８８５５号

　カップリングコンデンサの劣化によりカップリングコンデンサの漏電が大きくなると、漏電検出装置から、カップリングコンデンサ及び車両の強電回路を経由して、シャーシアースに流れるリーク電流が大きくなる。上記した漏電検出装置の故障診断方法では、このリーク電流が大きくなると、印加したパルス電圧が低下し、印加した電圧と測定した電圧との間に大きな乖離が発生する。これにより、正常な漏電検出装置を異常と誤判定する可能性が高まる。この誤判定を抑制するには、両者の近似に対する判定基準を緩める必要があるが、その場合、異常な漏電検出装置を正常と誤判定する可能性が高まる。

　本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、漏電検出装置の故障診断を高精度に行う技術を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本開示のある態様の漏電検出装置は、アースと絶縁された状態で、負荷に接続されている蓄電部の電流経路に一端が接続されるカップリングコンデンサと、周期的に変化する周期電圧を生成して、前記カップリングコンデンサの他端に第１抵抗を介して印加する第１電圧出力部と、固定電圧を出力する第２電圧出力部と、前記カップリングコンデンサと前記第１抵抗との間の接続点と、前記第２電圧出力部との間に直列に接続された第２抵抗および第３抵抗と、前記第２抵抗と前記第３抵抗との間の分圧点の電圧を測定する電圧測定部と、前記第１電圧出力部から前記周期電圧が出力されている状態において、前記電圧測定部により測定された電圧をもとに、前記蓄電部の電流経路と前記アース間の漏電の有無を判定する漏電判定部と、前記分圧点に２種類の固定電圧が順番に印加される期間において、前記電圧測定部により測定された電圧をもとに、本漏電検出装置が正常であるか否かを判定する診断部と、を備える。

　本開示によれば、漏電検出装置の故障診断を高精度に行うことができる。

比較例に係る漏電検出装置を備える電源システムの構成を説明するための図である。印加パルス波形と測定電圧波形の一例を示す図である。図３（ａ）－（ｄ）は、比較例に係る漏電検出装置の故障診断時の測定波形の一例を示す図である。比較例に係る漏電検出装置を備える電源システムのリーク経路の一例を示す図である。実施の形態に係る漏電検出装置を備える電源システムの構成を説明するための図である。図６（ａ）－（ｄ）は、実施の形態に係る漏電検出装置の故障診断時の測定波形の一例を示す図である。実施の形態に係る漏電検出装置を備える電源システムのリーク経路の一例を示す図である。図８（ａ）－（ｄ）は、変形例１に係る漏電検出装置の故障診断時の測定波形の一例を示す図である。図９（ａ）－（ｄ）は、変形例２に係る漏電検出装置の故障診断時の測定波形の一例を示す図である。

（比較例）
　図１は、比較例に係る漏電検出装置１０を備える電源システム５の構成を説明するための図である。電源システム５は電動車両に搭載される。電源システム５は電動車両内において、補機電池（通常、１２Ｖ出力の鉛電池が使用される）と別に設けられる。電源システム５は、高電圧の蓄電部２０、及び漏電検出装置１０を含む。蓄電部２０は、直列接続された複数のセルＥ１－Ｅｎを含む。セルには、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、鉛電池セル、電気二重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル等を用いることができる。以下、本明細書ではリチウムイオン電池セル（公称電圧：３．６－３．７Ｖ）を使用する例を想定する。

　電動車両は高電圧の負荷として、インバータ２及びモータ３を備える。蓄電部２０の正極とインバータ２の一端がプラス配線Ｌｐで接続され、蓄電部２０の負極とインバータ２の他端がマイナス配線Ｌｍで接続される。プラス配線Ｌｐに正側メインリレーＭＲｐが挿入され、マイナス配線Ｌｍに負側メインリレーＭＲｍが挿入される。正側メインリレーＭＲｐと負側メインリレーＭＲｍは、蓄電部２０と電動車両内の高電圧の負荷との間の導通／遮断を制御するコンタクタとして機能する。なおリレーの代わりに、高耐圧・高絶縁の半導体スイッチを使用することも可能である。

　インバータ２は、蓄電部２０とモータ３の間に接続される双方向インバータである。インバータ２は力行時、蓄電部２０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。回生時、モータ３から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電部２０に供給する。モータ３には例えば、三相交流モータが使用される。モータ３は力行時、インバータ２から供給される交流電力に応じて回転する。回生時、減速による回転エネルギーを交流電力に変換してインバータ２に供給する。

　蓄電部２０は、電動車両のシャーシアースと絶縁された状態で電動車両に搭載される。補機電池は、負極がシャーシアースと導通した状態で電動車両に搭載される。なお、正側メインリレーＭＲｐよりインバータ２側のプラス配線Ｌｐとシャーシアース間が正側ＹコンデンサＣｐを介して接続される。また、負側メインリレーＭＲｍよりインバータ２側のマイナス配線Ｌｍとシャーシアース間が負側ＹコンデンサＣｍを介して接続される。正側ＹコンデンサＣｐ及び負側ＹコンデンサＣｍは、プラス配線Ｌｐとシャーシアース間、及びマイナス配線Ｌｍとシャーシアース間をそれぞれ直流的に絶縁するとともに、プラス配線Ｌｐ及びマイナス配線Ｌｍの電圧を安定化させる作用を有する。

　蓄電部２０がシャーシアースから理想的に絶縁されている場合、蓄電部２０の中間電位がシャーシアースの電位近辺に維持される。例えば、蓄電部２０の両端電圧が２５０Ｖの場合、蓄電部２０の正極電位が＋１２５Ｖ近辺、負極電位が－１２５Ｖ近辺に維持される。高電圧の蓄電部２０とシャーシアース間が導通した状態で、人間が電動車両の露出した導電部に触れると感電する危険がある。そこで高電圧の蓄電部２０を搭載した電動車両では、漏電検出装置１０を搭載して、高電圧の車両負荷に接続されている蓄電部２０の電流経路とシャーシアース間の絶縁状態を監視する必要がある。図１では、プラス配線Ｌｐとシャーシアース間の絶縁状態を正側漏電抵抗Ｒｌｐ、マイナス配線Ｌｍとシャーシアース間の絶縁状態を負側漏電抵抗Ｒｌｍと表している。

　比較例では漏電検出装置１０は、カップリングコンデンサＣｃ、第１抵抗Ｒ１、第１オペアンプＯＰ１、第２抵抗Ｒ２、平滑用コンデンサＣ１、第２オペアンプＯＰ２及び制御部１１を含む。制御部１１は、発振部１１ａ、電圧測定部１１ｂ、漏電判定部１１ｃ及び診断部１１ｄを含む。制御部１１は例えば、マイクロコンピュータ及び不揮発メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ）により構成することができる。

　カップリングコンデンサＣｃは、蓄電部２０の電流経路に一端が接続される。図１に示す例では蓄電部２０の負極にカップリングコンデンサＣｃの一端が接続されている。なお、カップリングコンデンサＣｃの一端は、蓄電部２０の正極に接続されてもよいし、蓄電部２０内の複数のセルＥ１－Ｅｎのいずれかのノードに接続されてもよい。カップリングコンデンサＣｃの他端は、第１抵抗Ｒ１を介して電圧出力部の出力端に接続される。カップリングコンデンサＣｃの他端と第１抵抗Ｒ１との間の接続点が測定点Ａとなる。なお、第１抵抗Ｒ１の代わりに他のインピーダンス素子を使用してもよい。

　図１ではカップリングコンデンサＣｃに、比較的安価に大容量化することができるアルミ電解コンデンサが使用されている。アルミ電解コンデンサは極性を有しており、図１ではアルミ電解コンデンサの正極が測定点Ａに接続され、アルミ電解コンデンサの負極が蓄電部２０の負極に接続されている。カップリングコンデンサＣｃは、複数のアルミ電解コンデンサが直列に接続されて構成されていてもよい。この場合、１つのコンデンサがショート故障しても、残りのコンデンサにより直流的な絶縁を維持することができる。

　上記の電圧出力部は、周期的に変化する周期電圧を生成して、生成した周期電圧をカップリングコンデンサＣｃの他端に第１抵抗Ｒ１を介して印加する。以下、本明細書では周期電圧として矩形波電圧を使用する例を想定する。

　電圧出力部は、発振部１１ａ及び第１オペアンプＯＰ１を含む。発振部１１ａは、マルチバイブレータや局部発振器を含み、予め設定された周波数の矩形波を発生させる。発振部１１ａにより生成された矩形波電圧は、第１オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に入力される。第１オペアンプＯＰ１の出力端子は第１抵抗Ｒ１に接続される。第１オペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子が接続される。第１オペアンプＯＰ１の正側電源端子は第１固定電位（電源電位Ｖｃｃ）に接続され、第１オペアンプＯＰ１の負側電源端子は第２固定電位（グラウンド電位ＧＮＤ）に接続される。以下、本明細書では電源電位Ｖｃｃが５Ｖ、グラウンド電位ＧＮＤが０Ｖの例を想定する。

　第１オペアンプＯＰ１は、増幅率が１倍でインピーダンス変換だけを行うボルテージフォロアとして機能する。なお、第１オペアンプＯＰ１の代わりに、一方の入力端子が第１固定電位に接続されたＡＮＤゲート、又は一方の入力端子が第２固定電位に接続されたＯＲゲートを使用してもよい。制御部１１と測定点Ａのインピーダンスを分離するバッファとして機能する素子であれば、第１オペアンプＯＰ１を代替可能である。

　測定点Ａは、第２抵抗Ｒ２を介して第２オペアンプＯＰ２の非反転入力端子に接続される。第２オペアンプＯＰ２の反転入力端子と出力端子が接続される。第２オペアンプＯＰ２も、増幅率が１倍でインピーダンス変換だけを行うボルテージフォロアとして機能する。第２オペアンプＯＰ２の非反転入力端子と第２固定電位（グラウンド電位ＧＮＤ）との間に平滑用コンデンサＣ１が接続される。平滑用コンデンサＣ１は、第２オペアンプＯＰ２の非反転入力端子に入力される電圧のノイズを除去する。

　第２オペアンプＯＰ２は、測定点Ａの電圧を電圧測定部１１ｂに出力する。電圧測定部１１ｂは測定点Ａの電圧を測定する。電圧測定部１１ｂはＡ／Ｄコンバータを含み、当該Ａ／Ｄコンバータは、発振部１１ａにより生成される矩形波電圧の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジのタイミングに同期したタイミングで、測定点Ａのアナログ電圧をサンプリングし、サンプリングしたアナログ電圧をデジタル値に変換する。矩形波電圧の立ち上がりエッジのタイミングでサンプリングされた電圧は、測定された電圧波形の下側ピーク値に相当し、矩形波電圧の立ち下がりエッジのタイミングでサンプリングされた電圧は、測定された電圧波形の上側ピーク値に相当する。なお、矩形波電圧の鈍りを考慮して、下側ピーク値をサンプリングすべきタイミングと、上側ピーク値をサンプリングすべきタイミングが調整されていてもよい。電圧測定部１１ｂは、測定点Ａの電圧を漏電判定部１１ｃと診断部１１ｄに出力する。

　漏電判定部１１ｃは、電圧測定部１１ｂにより測定された測定点Ａの電圧をもとに、蓄電部２０の電流経路とシャーシアース間の漏電の有無を判定する。漏電判定部１１ｃは、上側ピーク値と下側ピーク値との差分で示されるピークピーク値が、設定値より小さい場合、蓄電部２０の電流経路とシャーシアース間に漏電が発生していると判定する。当該設定値は、設計者による実験やシミュレーションにより予め導出された漏電発生時の測定電圧波形のピークピーク値をもとに決定される。蓄電部２０の電流経路とシャーシアース間に漏電が発生している場合、第１オペアンプＯＰ１から、検出抵抗として作用している第１抵抗Ｒ１を介してカップリングコンデンサＣｃに交流電流が流れる。第１抵抗Ｒ１に電流が流れると、電圧降下により測定点Ａの電圧振幅が縮小する。

　図２は、印加パルス波形と測定電圧波形の一例を示す図である。電圧出力部から測定点Ａに印加されるパルス波形は、ハイサイド電位が５Ｖでローサイド電位が０Ｖに設定されている。漏電判定部１１ｃは、測定点Ａにパルス電圧が印加されている期間に測定された電圧波形の上側ピーク値Ｖｐ１と下側ピーク値Ｖｐ２を特定し、上側ピーク値Ｖｐ１と下側ピーク値Ｖｐ２との差分で規定されるピークピーク値をもとに漏電の有無を判定する。

　図１に戻る。診断部１１ｄは、電圧測定部１１ｂにより測定された電圧をもとに、漏電検出装置１０が正常であるか否か判定する。即ち、漏電検出装置１０自体の故障の有無を診断する。漏電検出装置１０の故障診断時は、漏電検出時と比較して、十分に低い周波数のパルス電圧が測定点Ａに印加される。例えば、漏電検出時に１０Ｈｚ、漏電検出装置１０の故障診断時に１Ｈｚのパルス電圧が印加されてもよい。

　図３（ａ）－（ｄ）は、比較例に係る漏電検出装置１０の故障診断時の測定波形の一例を示す図である。図３（ａ）は、漏電検出装置１０が正常な場合の測定波形の一例を示している。発振部１１ａ、第１オペアンプＯＰ１、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第２オペアンプＯＰ２、電圧測定部１１ｂの経路が正常であれば、発振部１１ａから出力されたパルス電圧が、そのまま電圧測定部１１ｂで測定される。なお、平滑用コンデンサＣ１の影響により測定波形に鈍りが発生している。診断部１１ｄは、印加されたパルス電圧のハイレベル期間に測定された電圧が第１基準電圧（本比較例では５Ｖ）近辺の電圧であり、ローレベル期間に測定された電圧が第２基準電圧（本比較例では０Ｖ）近辺の電圧のとき、漏電検出装置１０を正常と判定する。

　ところで、カップリングコンデンサＣｃは劣化すると、リーク電流が増加する。カップリングコンデンサＣｃにアルミ電解コンデンサを使用する場合、無負荷状態で長時間放置されるとリーク電流が増加しやすくなる。

　図４は、比較例に係る漏電検出装置１０を備える電源システム５のリーク経路の一例を示す図である。蓄電部２０の電流経路とシャーシアース間には、正常な状態でも数十ＭΩ～１００ＭΩの漏電抵抗で、微小なリーク電流が流れている。正側メインリレーＭＲｐ及び負側メインリレーＭＲｍがオフ（オープン）の状態でも、蓄電部２０側の電流経路とシャーシアース間に微小なリーク電流が流れる（漏電抵抗Ｒｌｂ参照）。カップリングコンデンサＣｃの絶縁抵抗が低下すると、第１オペアンプＯＰ１、第１抵抗Ｒ１、カップリングコンデンサＣｃ、蓄電部２０、漏電抵抗Ｒｌｂの経路で微小なリーク電流が流れる。例えば、第１抵抗Ｒ１の抵抗値が２００ｋΩに設定されている場合、カップリングコンデンサＣｃの絶縁抵抗が２０ＭΩ程度まで低下すると、当該リーク電流の影響により、５Ｖ電源で生成されたパルス電圧の測定波形が１Ｖ程度低下する。

　図３（ｂ）は、第１オペアンプＯＰ１からシャーシアースに微小なリーク電流が流れている場合の測定波形の一例を示している。なお、漏電検出装置１０の回路自体は正常な状態にある。図３（ｂ）では当該リーク電流の影響により、測定波形全体が低下している。なお図３（ａ）－（ｄ）に示す例では、０Ｖ未満の電圧を検出できない測定回路を使用しているため、印加されたパルス電圧のローサイド期間の殆どの期間の測定電圧は、０Ｖにクランプされている。

　図３（ｃ）は、漏電検出装置１０が異常な場合の測定波形の一例を示している。図３（ｃ）では、印加されたパルス電圧のハイレベル期間とローレベル期間のいずれの期間でも、０Ｖ近辺の電圧が測定されている。診断部１１ｄは、印加されたパルス電圧のハイレベル期間に測定された電圧が、第１基準電圧（本比較例では５Ｖ）から規定値以上、乖離しているとき漏電検出装置１０を異常と判定する。例えば、発振部１１ａ、第１オペアンプＯＰ１、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第２オペアンプＯＰ２、電圧測定部１１ｂの経路のどこかが断線している場合、印加されたパルス電圧のハイレベル期間にも、０Ｖ近辺の電圧が測定されることになる。その他、いずれかの回路素子にショート故障またはオープン故障が発生している場合も、ハイレベル期間に測定された電圧が、第１基準電圧から大きく乖離する。

　図３（ｄ）は、漏電検出装置１０に使用される回路素子の定数が変化した場合の測定波形の一例を示している。比較例では、回路素子の定数が変化しても、印加されたパルス電圧の測定波形は、正常時と比較して殆ど変化しない。例えば、第１抵抗Ｒ１の抵抗値が劣化により、２００ｋΩから１００ｋΩに低下しても、パルス電圧の測定波形は殆ど変化しない。

　図３（ｂ）に示したように比較例に係る漏電検出装置１０の診断方法では、第１オペアンプＯＰ１からシャーシアースに流れる微小なリーク電流の影響を大きく受ける。図３（ｂ）に示した例では、漏電検出装置１０の回路自体は正常な状態にあるため、本来的には診断部１１ｄは漏電検出装置１０を正常と判定することが期待される。しかしながら、印加されたパルス電圧のハイサイド期間の測定電圧は４Ｖ近辺であり、本来の理論値である５Ｖから大きく乖離している。この状態を正常と判定するには、判定用の規定値に１Ｖ程度のマージンを設ける必要があり、判定基準を大幅に緩和する必要がある。この場合、回路素子の小さな故障を見逃すことになる。また、図３（ｄ）に示したように比較例に係る漏電検出装置１０の診断方法では、回路素子の定数の変化を検出することが難しい。具体的には第１抵抗Ｒ１の劣化を検出することが難しい。

（実施の形態）
　図５は、実施の形態に係る漏電検出装置１０を備える電源システム５の構成を説明するための図である。以下、図１に示した比較例に係る電源システム５の構成との相違点を説明する。実施の形態では第３抵抗Ｒ３及び第３オペアンプＯＰ３が追加される。制御部１１は、定電圧出力部１１ｅをさらに含む。定電圧出力部１１ｅは、第１基準電圧（本実施の形態では５Ｖ）と第２基準電圧（本実施の形態では０Ｖ）の２種類の固定電圧を出力することができる。

　本実施の形態では、発振部１１ａ及び第１オペアンプＯＰ１が第１電圧出力部を構成し、定電圧出力部１１ｅ及び第３オペアンプＯＰ３が第２電圧出力部を構成する。本実施の形態では、第１電圧出力部からも、第１基準電圧と第２基準電圧の２種類の固定電圧を出力することができるように構成される。

　カップリングコンデンサＣｃと第１抵抗Ｒ１との間の接続点Ａと、第２電圧出力部との間に直列に第２抵抗Ｒ２及び第３抵抗Ｒ３が接続される。より具体的には、定電圧出力部１１ｅから出力される定電圧は、第３オペアンプＯＰ３の非反転入力端子に入力される。第３オペアンプＯＰ３の出力端子は第３抵抗Ｒ３に接続される。第３オペアンプＯＰ３の反転入力端子と出力端子が接続される。第３オペアンプＯＰ３も、増幅率が１倍でインピーダンス変換だけを行うボルテージフォロアとして機能する。

　本実施の形態では、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３の分圧点電圧が第２オペアンプＯＰ２の非反転入力端子に入力される。即ち、電圧測定部１１ｂは、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３の分圧点電圧を測定することにより、測定点Ａの電圧を圧縮された電圧で測定する。漏電判定部１１ｃは、電圧測定部１１ｂにより測定された電圧の振幅値をもとに、漏電抵抗変換テーブルを参照して漏電抵抗値を算出し、蓄電部２０の電流経路とシャーシアース間の漏電の有無を判定する。本実施の形態では、測定点Ａの電圧を分圧して測定することにより、測定点Ａの電圧が測定レンジ（本実施の形態では０～５Ｖ）から外れる期間を減少させることができる。即ち、漏電判定ができない期間を減少させることができる。

　診断部１１ｄは、第１電圧出力部から２種類の固定電圧が順番に出力される期間において、電圧測定部１１ｂにより測定された電圧をもとに、漏電検出装置１０が正常であるか否か診断する。具体的には診断部１１ｄは、当該期間の第１状態で測定された電圧と、第２状態で測定された電圧との差分を算出し、当該差分が設定範囲内のとき漏電検出装置１０を正常と判定する。第１状態と第２状態はそれぞれ数秒間（例えば、４秒間）、継続される。

　図６（ａ）－（ｄ）は、実施の形態に係る漏電検出装置１０の故障診断時の測定波形の一例を示す図である。以下に示す例では、第１抵抗Ｒ１の抵抗値が２００ｋΩ、第２抵抗Ｒ２の抵抗値が１０００ｋΩ、及び第３抵抗Ｒ３の抵抗値が１０００ｋΩに設定されていることを前提とする。また第１状態において第１電圧出力部が第１基準電圧（本実施の形態では５Ｖ）を出力し、第２電圧出力部が第２基準電圧（本実施の形態では０Ｖ）を出力し、第２状態において第１電圧出力部が第２基準電圧を出力し、第２電圧出力部が第１基準電圧を出力することを前提とする。

　図６（ａ）は、漏電検出装置１０が正常な場合の測定波形の一例を示している。第１電圧出力部、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、第２電圧出力部、第２オペアンプＯＰ２、電圧測定部１１ｂが正常であれば、第１状態において約２．２７Ｖが測定され、第２状態において約２．７３Ｖが測定される。第１状態の測定電圧の理論値と、第２状態の測定電圧の理論値は下記（式１）、（式２）により算出される。

　５×（１０００／（２００＋１０００＋１０００））≒２．２７　・・・（式１）
　５×（（２００＋１０００）／（２００＋１０００＋１０００））≒２．７３　・・・
（式２）

　診断部１１ｄは両者の差分電圧ΔＶを算出する。この例では０．４６Ｖである。診断部１１ｄは差分電圧ΔＶが設定範囲内であれば、漏電検出装置１０を正常と判定する。設定範囲は、設計者による実験やシミュレーションにより得られるデータに基づき、最適な精度が得られる範囲に設定される。

　本実施の形態でも比較例と同様に、カップリングコンデンサＣｃが劣化すると、リーク電流が増加する。図７は、実施の形態に係る漏電検出装置１０を備える電源システム５のリーク経路の一例を示す図である。

　図６（ｂ）は、第１オペアンプＯＰ１からシャーシアースに微小なリーク電流が流れている場合の測定波形の一例を示している。なお、漏電検出装置１０の回路自体は正常な状態にある。図６（ｂ）では当該リーク電流の影響により、測定波形全体が１Ｖ低下している。第１状態において約１．２７Ｖが測定され、第２状態において約１．７２Ｖが測定されている。両者の差分電圧ΔＶは０．４６Ｖである。

　図６（ｃ）は、漏電検出装置１０が異常な場合の測定波形の一例を示している。図６（ｃ）では、第１状態と第２状態のいずれの状態でも、０Ｖ近辺の電圧が測定されている。両者の差分電圧ΔＶは０Ｖである。診断部１１ｄは差分電圧ΔＶが、所定の設定範囲（中心値が０．４６Ｖ）を外れるため、漏電検出装置１０を異常と判定する。

　図６（ｄ）は、漏電検出装置１０に使用される回路素子の定数が変化した場合の測定波形の一例を示している。図６（ｄ）に示す例は、第１抵抗Ｒ１の抵抗値が劣化により２００ｋΩから１００ｋΩに低下した場合の測定波形を示している。第１状態において約２．３８Ｖが測定され、第２状態において約２．６２Ｖが測定される。第１抵抗Ｒ１の抵抗値が１００ｋΩの場合、第１状態の測定電圧の理論値と、第２状態の測定電圧の理論値は下記（式３）、（式４）により算出される。

　５×（１０００／（１００＋１０００＋１０００））≒２．３８　・・・（式３）
　５×（（１００＋１０００）／（１００＋１０００＋１０００））≒２．６２　・・・
（式４）

　両者の差分電圧ΔＶは０．２４Ｖである。診断部１１ｄは差分電圧ΔＶが、所定の設定範囲（中心値が０．４６Ｖ）を外れるため、漏電検出装置１０を異常と判定する。

　以上説明したように本実施の形態によれば、分圧点に２種類の固定電圧が順番に印加される期間において、第１状態と第２状態の差分電圧ΔＶが設定範囲に収まるか否かを判定することにより、漏電検出装置１０の故障診断を高精度に行うことができる。具体的には、第１オペアンプＯＰ１からシャーシアースに微小なリーク電流が流れている場合でも、図６（ｂ）に示したように、差分電圧ΔＶは正常な状態とほぼ同じ値となる。したがって、微小なリーク電流の影響を殆ど受けずに、漏電検出装置１０の故障診断を行うことができる。この点、図３（ｂ）に示したように比較例では、微小なリーク電流の影響を大きく受ける。本実施の形態では、設定範囲のマージンを大きくとる必要がなく、回路素子の軽微な不具合の見逃しを減らすことができる。

　また、図６（ｄ）に示したように本実施の形態では、回路素子の定数の変化を検出することも可能である。具体的には検出抵抗として機能する第１抵抗Ｒ１の劣化を検出することができる。この点、図３（ｄ）に示したように比較例では、回路素子の定数の変化を検出することが難しい。

（変形例１）
　図８（ａ）－（ｄ）は、変形例１に係る漏電検出装置１０の故障診断時の測定波形の一例を示す図である。漏電検出装置１０の構成は、図５に示した構成と同様である。変形例１でも、第１抵抗Ｒ１の抵抗値が２００ｋΩ、第２抵抗Ｒ２の抵抗値が１０００ｋΩ、及び第３抵抗Ｒ３の抵抗値が１０００ｋΩに設定されていることを前提とする。また第１状態において第１電圧出力部が第１基準電圧（変形例１でも５Ｖ）を出力し、第２電圧出力部が第１基準電圧を出力し、第２状態において第１電圧出力部が第１基準電圧を出力し、第２電圧出力部が第２基準電圧（変形例１でも０Ｖ）を出力することを前提とする。

　図８（ａ）は、漏電検出装置１０が正常な場合の測定波形の一例を示している。第１電圧出力部、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、第２電圧出力部、第２オペアンプＯＰ２、電圧測定部１１ｂが正常であれば、第１状態において約５Ｖが測定され、第２状態において約２．２７Ｖが測定される。第１状態では、直列接続された第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３の両端に５Ｖが印加されるため、第１状態の測定電圧の理論値も５Ｖになる。第２状態の測定電圧の理論値は上記（式１）により算出される。

　診断部１１ｄは両者の差分電圧ΔＶを算出する。この例では２．７３Ｖである。診断部１１ｄは差分電圧ΔＶが設定範囲内であれば、漏電検出装置１０を正常と判定する。

　図８（ｂ）は、第１オペアンプＯＰ１からシャーシアースに微小なリーク電流が流れている場合の測定波形の一例を示している。なお、漏電検出装置１０の回路自体は正常な状態にある。図８（ｂ）では当該リーク電流の影響により、測定波形全体が１Ｖ低下している。第１状態において約４Ｖが測定され、第２状態において約１．２７Ｖが測定されている。両者の差分電圧ΔＶは２．７３Ｖである。診断部１１ｄは差分電圧ΔＶが、所定の設定範囲（中心値が２．７３Ｖ）に収まるため、漏電検出装置１０を正常と判定する。

　図８（ｃ）は、漏電検出装置１０が異常な場合の測定波形の一例を示している。図８（ｃ）では、第１状態と第２状態のいずれの状態でも、０Ｖ近辺の電圧が測定されている。両者の差分電圧ΔＶは０Ｖである。診断部１１ｄは差分電圧ΔＶが、所定の設定範囲（中心値が２．７３Ｖ）を外れるため、漏電検出装置１０を異常と判定する。

　図８（ｄ）は、漏電検出装置１０に使用される回路素子の定数が変化した場合の測定波形の一例を示している。図８（ｄ）に示す例は、第１抵抗Ｒ１の抵抗値が劣化により２００ｋΩから１００ｋΩに低下した場合の測定波形を示している。第１状態において約５Ｖが測定され、第２状態において約２．３８Ｖが測定される。第１状態では、直列接続された第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３の両端に５Ｖが印加されるため、第１抵抗の抵抗値に関わらず、第１状態の測定電圧の理論値も５Ｖになる。第２状態の測定電圧の理論値は上記（式３）により算出される。両者の差分電圧ΔＶは２．６２Ｖである。診断部１１ｄは差分電圧ΔＶが、所定の設定範囲（中心値が２．７３Ｖ）を外れるため、漏電検出装置１０を異常と判定する。

　以上説明したように変形例１によれば、第１電圧出力部が第１状態及び第２状態において、同じ電圧を継続して出力しても、第２電圧出力部の出力電圧を切り替えることにより、上記実施の形態と同様の効果を奏する。なお、第１電圧出力部は第１基準電圧に代えて第２基準電圧を継続して出力してもよい。

（変形例２）
　図９（ａ）－（ｄ）は、変形例２に係る漏電検出装置１０の故障診断時の測定波形の一例を示す図である。漏電検出装置１０の構成は、図５に示した構成と同様である。変形例２でも、第１抵抗Ｒ１の抵抗値が２００ｋΩ、第２抵抗Ｒ２の抵抗値が１０００ｋΩ、及び第３抵抗Ｒ３の抵抗値が１０００ｋΩに設定されていることを前提とする。また第１状態において第１電圧出力部が第１基準電圧（変形例２でも５Ｖ）を出力し、第２電圧出力部が第１基準電圧を出力し、第２状態において第１電圧出力部が第２基準電圧（変形例２でも０Ｖ）を出力し、第２電圧出力部が第１基準電圧を出力することを前提とする。

　図９（ａ）は、漏電検出装置１０が正常な場合の測定波形の一例を示している。第１電圧出力部、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、第２電圧出力部、第２オペアンプＯＰ２、電圧測定部１１ｂが正常であれば、第１状態において約５Ｖが測定され、第２状態において約２．７３Ｖが測定される。第１状態では、直列接続された第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３の両端に５Ｖが印加されるため、第１状態の測定電圧の理論値も５Ｖになる。第２状態の測定電圧の理論値は上記（式２）により算出される。

　診断部１１ｄは両者の差分電圧ΔＶを算出する。この例では２．２７Ｖである。診断部１１ｄは差分電圧ΔＶが設定範囲内であれば、漏電検出装置１０を正常と判定する。

　図９（ｂ）は、第１オペアンプＯＰ１からシャーシアースに微小なリーク電流が流れている場合の測定波形の一例を示している。なお、漏電検出装置１０の回路自体は正常な状態にある。図９（ｂ）では当該リーク電流の影響により、測定波形全体が１Ｖ低下している。第１状態において約４Ｖが測定され、第２状態において約１．７３Ｖが測定されている。両者の差分電圧ΔＶは２．２７Ｖである。診断部１１ｄは差分電圧ΔＶが、所定の設定範囲（中心値が２．２７Ｖ）に収まるため、漏電検出装置１０を正常と判定する。

　図９（ｃ）は、漏電検出装置１０が異常な場合の測定波形の一例を示している。図９（ｃ）では、第１状態と第２状態のいずれの状態でも、０Ｖ近辺の電圧が測定されている。両者の差分電圧ΔＶは０Ｖである。診断部１１ｄは差分電圧ΔＶが、所定の設定範囲（中心値が２．２７Ｖ）を外れるため、漏電検出装置１０を異常と判定する。

　図９（ｄ）は、漏電検出装置１０に使用される回路素子の定数が変化した場合の測定波形の一例を示している。図９（ｄ）に示す例は、第１抵抗Ｒ１の抵抗値が劣化により２００ｋΩから１００ｋΩに低下した場合の測定波形を示している。第１状態において約５Ｖが測定され、第２状態において約２．６２Ｖが測定される。第１状態では、直列接続された第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３の両端に５Ｖが印加されるため、第１抵抗の抵抗値に関わらず、第１状態の測定電圧の理論値も５Ｖになる。第２状態の測定電圧の理論値は上記（式４）により算出される。両者の差分電圧ΔＶは２．３８Ｖである。診断部１１ｄは差分電圧ΔＶが、所定の設定範囲（中心値が２．２７Ｖ）を外れるため、漏電検出装置１０を異常と判定する。

　以上説明したように変形例２によれば、第２電圧出力部が第１状態及び第２状態において、同じ電圧を継続して出力しても、第１電圧出力部の出力電圧を切り替えることにより、上記実施の形態と同様の効果を奏する。また変形例２によれば、変形例１と比較し、第２状態の測定電圧の理論値が高くなることから、測定波形全体の低下に対する耐性が大きくなる。なお、第２電圧出力部は第１基準電圧に代えて第２基準電圧を継続して出力してもよい。

　以上、本開示を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

　上記実施の形態では、第１基準電圧として電源電圧の５Ｖ、第２基準電圧としてグラウンド電圧の０Ｖを使用する例を説明した。この点、第１基準電圧、第２基準電圧は５Ｖ、０Ｖに限定されるものではなく、異なる任意の２種類の電圧を使用することができる。

　上記実施の形態では、第１電圧出力部から第１抵抗Ｒ１を介してカップリングコンデンサＣｃに矩形波電圧を印加する例を説明した。この点、正弦波電圧をカップリングコンデンサＣｃに印加してもよい。この場合も漏電判定部１１ｃは、測定点Ａの電圧波形からピークピーク値を特定し、上記実施の形態と同様に漏電の有無を判定することができる。

　上記実施の形態では、漏電検出装置１０を電動車両に搭載して使用する例を説明した。この点、実施の形態に係る漏電検出装置１０は車載用途以外の用途にも適用できる。蓄電部２０、及び蓄電部２０から電力供給を受ける負荷がアースから絶縁されている構成であれば、負荷はどのような負荷であってもよい。例えば、鉄道車両内で使用される負荷であってもよい。

　なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。

［項目１］
　アースと絶縁された状態で、負荷（２）に接続されている蓄電部（２０）の電流経路に一端が接続されるカップリングコンデンサ（Ｃｃ）と、
　周期的に変化する周期電圧を生成して、前記カップリングコンデンサ（Ｃｃ）の他端に第１抵抗（Ｒ１）を介して印加する第１電圧出力部（１１ａ、ＯＰ１）と、
　固定電圧を出力する第２電圧出力部（１１ｅ、ＯＰ３）と、
　前記カップリングコンデンサ（Ｃｃ）と前記第１抵抗（Ｒ１）との間の接続点と、前記第２電圧出力部（１１ｅ、ＯＰ３）との間に直列に接続された第２抵抗（Ｒ２）および第３抵抗（Ｒ３）と、
　前記第２抵抗（Ｒ２）と前記第３抵抗（Ｒ３）との間の分圧点の電圧を測定する電圧測定部（１１ｂ）と、
　前記第１電圧出力部（１１ａ、ＯＰ１）から前記周期電圧が出力されている状態において、前記電圧測定部（１１ｂ）により測定された電圧をもとに、前記蓄電部（２０）の電流経路と前記アース間の漏電の有無を判定する漏電判定部（１１ｃ）と、
　前記分圧点に２種類の固定電圧が順番に印加される期間において、前記電圧測定部（１１ｂ）により測定された電圧をもとに、本漏電検出装置（１０）が正常であるか否かを判定する診断部（１１ｄ）と、
　を備えることを特徴とする漏電検出装置（１０）。
　これによれば、漏電検出装置（１０）の故障診断を高精度に行うことができる。
［項目２］
　前記診断部（１１ｄ）は、前記期間の第１状態で測定された電圧と、前記期間の第２状態で測定された電圧との差分が、設定範囲を外れているとき、本漏電検出装置（１０）を異常と判定し、
　前記第２状態は、前記第１状態と比較して、前記第１電圧出力部（１１ａ、ＯＰ１）及び前記第２電圧出力部（１１ｅ、ＯＰ３）の少なくとも一方の出力電圧が異なることを特徴とする項目１に記載の漏電検出装置（１０）。
　これによれば、漏電検出装置（１０）の故障診断を高精度に行うことができる。
［項目３］
　前記第１電圧出力部（１１ａ、ＯＰ１）は、前記第１状態において第１基準電圧を出力し、前記第２状態において第２基準電圧を出力し、
　前記第２電圧出力部（１１ｅ、ＯＰ３）は、前記第１状態において前記第２基準電圧を出力し、前記第２状態において前記第１基準電圧を出力する、
　ことを特徴とする項目２に記載の漏電検出装置（１０）。
　これによれば、好適な判定用の差分電圧を測定することができる。
［項目４］
　前記第１電圧出力部（１１ａ、ＯＰ１）は、前記第１状態及び前記第２状態において、第１基準電圧または第２基準電圧を継続して出力し、
　前記第２電圧出力部（１１ｅ、ＯＰ３）は、前記第１状態において前記第１基準電圧を出力し、前記第２状態において前記第２基準電圧を出力する、
　ことを特徴とする項目２に記載の漏電検出装置（１０）。
　これによれば、好適な判定用の差分電圧を測定することができる。
［項目５］
　前記第１電圧出力部（１１ａ、ＯＰ１）は、前記第１状態において第１基準電圧を出力し、前記第２状態において第２基準電圧を出力し、
　前記第２電圧出力部（１１ｅ、ＯＰ３）は、前記第１状態及び前記第２状態において、前記第１基準電圧または前記第２基準電圧を継続して出力する、
　ことを特徴とする項目２に記載の漏電検出装置（１０）。
　これによれば、好適な判定用の差分電圧を測定することができる。
［項目６］
　前記第１基準電圧はハイサイド基準電圧であり、
　前記第２基準電圧はローサイド基準電圧である、
　ことを特徴とする項目３から５のいずれか１項に記載の漏電検出装置（１０）。
　これによれば、第１基準電圧と第２基準電圧を簡単に生成することができる。
［項目７］
　車両のシャーシアースと絶縁された状態で搭載され、前記車両内の負荷（２）に電力を供給する蓄電部（２０）と、
　項目１から６のいずれか１項に記載の漏電検出装置（１０）と、
　を備えることを特徴とする車両用電源システム（５）。
　これによれば、自身の故障診断を高精度に行うことができる漏電検出装置（１０）を備える車両用電源システム（５）を実現することができる。

　２　インバータ、　３　モータ、　Ｌｐ　プラス配線、　Ｌｍ　マイナス配線、　Ｃｐ　正側Ｙコンデンサ、　Ｃｍ　負側Ｙコンデンサ、　Ｒｌｐ　正側漏電抵抗、　Ｒｌｍ　負側漏電抵抗、　Ｒｌｂ　漏電抵抗、　ＭＲｐ　正側メインリレー、　ＭＲｍ　負側メインリレー、　５　電源システム、　２０　蓄電部、　Ｅ１－Ｅｎ　セル、　１０　漏電検出装置、　１１　制御部、　１１ａ　発振部、　１１ｂ　電圧測定部、　１１ｃ　漏電判定部、　１１ｄ　診断部、　１１ｅ　定電圧出力部、　Ｃｃ　カップリングコンデンサ、　Ｒ１　第１抵抗、　Ｒ２　第２抵抗、　Ｒ３　第３抵抗、　Ｃ１　平滑用コンデンサ、
　　ＯＰ１　第１オペアンプ、　ＯＰ２　第２オペアンプ、　ＯＰ３　第３オペアンプ。

Claims

　アースと絶縁された状態で、負荷に接続されている蓄電部の電流経路に一端が接続されるカップリングコンデンサと、
　周期的に変化する周期電圧を生成して、前記カップリングコンデンサの他端に第１抵抗を介して印加する第１電圧出力部と、
　固定電圧を出力する第２電圧出力部と、
　前記カップリングコンデンサと前記第１抵抗との間の接続点と、前記第２電圧出力部との間に直列に接続された第２抵抗および第３抵抗と、
　前記第２抵抗と前記第３抵抗との間の分圧点の電圧を測定する電圧測定部と、
　前記第１電圧出力部から前記周期電圧が出力されている状態において、前記電圧測定部により測定された電圧をもとに、前記蓄電部の電流経路と前記アース間の漏電の有無を判定する漏電判定部と、
　前記分圧点に２種類の固定電圧が順番に印加される期間において、前記電圧測定部により測定された電圧をもとに、本漏電検出装置が正常であるか否かを判定する診断部と、
　を備えることを特徴とする漏電検出装置。
　前記診断部は、前記期間の第１状態で測定された電圧と、前記期間の第２状態で測定された電圧との差分が、設定範囲を外れているとき、本漏電検出装置を異常と判定し、
　前記第２状態は、前記第１状態と比較して、前記第１電圧出力部及び前記第２電圧出力部の少なくとも一方の出力電圧が異なることを特徴とする請求項１に記載の漏電検出装置。
　前記第１電圧出力部は、前記第１状態において第１基準電圧を出力し、前記第２状態において第２基準電圧を出力し、
　前記第２電圧出力部は、前記第１状態において前記第２基準電圧を出力し、前記第２状態において前記第１基準電圧を出力する、
　ことを特徴とする請求項２に記載の漏電検出装置。
　前記第１電圧出力部は、前記第１状態及び前記第２状態において、第１基準電圧または第２基準電圧を継続して出力し、
　前記第２電圧出力部は、前記第１状態において前記第１基準電圧を出力し、前記第２状態において前記第２基準電圧を出力する、
　ことを特徴とする請求項２に記載の漏電検出装置。
　前記第１電圧出力部は、前記第１状態において第１基準電圧を出力し、前記第２状態において第２基準電圧を出力し、
　前記第２電圧出力部は、前記第１状態及び前記第２状態において、前記第１基準電圧または前記第２基準電圧を継続して出力する、
　ことを特徴とする請求項２に記載の漏電検出装置。
　前記第１基準電圧はハイサイド基準電圧であり、
　前記第２基準電圧はローサイド基準電圧である、
　ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の漏電検出装置。
　車両のシャーシアースと絶縁された状態で搭載され、前記車両内の負荷に電力を供給する蓄電部と、
　請求項１から６のいずれか１項に記載の漏電検出装置と、
　を備えることを特徴とする車両用電源システム。