WO2021199490A1

WO2021199490A1 - 漏電検出装置、車両用電源システム

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Publication number: WO2021199490A1
Application number: PCT/JP2020/043109
Authority: WO
Inventors: 陽介中川
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2021-10-07
Also published as: CN115335715A; JPWO2021199490A1; EP4130761B1; EP4130761A1; US20230152359A1; EP4130761A4

Abstract

アースと絶縁された状態で、蓄電部（２０）と負荷が電源ラインで接続された高圧部の漏電を検出する漏電検出装置（１０）において、蓄電部（２０）と負荷間の電流経路とアース間にＹコンデンサ（ＣＹ）が接続される。漏電検出装置（１０）の駆動部（１１）は、蓄電部（２０）と負荷間の電流経路に、駆動用カップリングコンデンサ（Ｃｄ１）を介して、矩形波電圧を出力して、Ｙコンデンサ（ＣＹ）を充電もしくは放電させる。漏電検出部（１２）は、Ｙコンデンサ（ＣＹ）の充電もしくは放電に応じて変化した電流経路の測定点の電圧が、元の電圧に収束していく推移に応じて、電流経路とアース間の漏電の有無を判定する。

Description

漏電検出装置、車両用電源システム

　本開示は、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電源ラインとシャーシアース間、及び強電回路の車両側のマイナス電源ライン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。地絡が発生すると測定点のインピーダンスが低下し、測定点の電圧が低下するため、測定点の電圧が閾値以下のとき漏電が発生したと判定できる（例えば、特許文献１参照）。

特開平８－７０５０３号

　当該方式では、Ｙコンデンサの容量が大きくなると、Ｙコンデンサと並列接続の関係にある絶縁抵抗の測定精度が低下する。Ｙコンデンサの容量が大きくなるとＹコンデンサのインピーダンスが低下するため、絶縁抵抗の算出値に対するＹコンデンサの変動の影響が大きくなる。

　Ｙコンデンサの容量が大きい場合でも絶縁抵抗の測定精度を維持するため、印加パルスの駆動周波数を低下させることが考えられる。その場合、カップリングコンデンサのインピーダンスが大きくなり、絶縁抵抗の算出値に対するカップリングコンデンサの誤差の影響が大きくなる。カップリングコンデンサの誤差の影響を低下させるためにカップリングコンデンサの容量を大きくすることが考えられる。カップリングコンデンサは高圧部と低圧部間を接続するコンデンサであるため、高耐圧のコンデンサが必要となる。高容量かつ高耐圧のコンデンサを使用するとコストが増大する。

　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、Ｙコンデンサの容量が大きい場合でも、低コストで高精度に漏電を検出する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、蓄電部と負荷が電源ラインで接続された高圧部の漏電を検出する漏電検出装置であって、前記蓄電部と前記負荷間の電流経路と前記アース間にＹコンデンサが接続されており、前記漏電検出装置は、前記蓄電部と前記負荷間の前記電流経路に、駆動用カップリングコンデンサを介して、矩形波電圧を出力して、前記Ｙコンデンサを充電もしくは放電させる駆動部と、前記Ｙコンデンサの充電もしくは放電に応じて変化した前記電流経路の測定点の電圧が、元の電圧に収束していく推移に応じて、前記電流経路と前記アース間の漏電の有無を判定する漏電検出部と、を備える。

　本開示によれば、Ｙコンデンサの容量が大きい場合でも、低コストで高精度に漏電を検出することができる。

実施の形態１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。実施の形態１に係る漏電検出装置による漏電検出時の各地点の電圧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構成を説明するための図である。図４（ａ）－（ｂ）は、地絡発生前のＡ点の電圧波形と、地絡発生後のＡ点の電圧波形の一例を示す図である。実施の形態２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。実施の形態３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。実施の形態３に係る漏電検出装置による漏電検出時の各地点の電圧波形の一例を示す図である。

（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１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、高電圧系の蓄電部２０と低電圧系の漏電検出装置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。

　電動車両は高電圧系の負荷として、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の一端がプラス電源ラインＬｐで接続され、蓄電部２０の負極とインバータ２の他端がマイナス電源ラインＬｍで接続される。プラス電源ラインＬｐに正側メインリレーＭＲｐが挿入され、マイナス電源ライン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系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。正側メインリレーＭＲｐよりインバータ２側のプラス電源ラインＬｐとシャーシアース間が第１のＹコンデンサＣＹ１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側のマイナス電源ラインＬｍとシャーシアース間が第２のＹコンデンサＣＹ２を介して接続される。第１のＹコンデンサＣＹ１及び第２のＹコンデンサＣＹ２は、プラス電源ラインＬｐとシャーシアース間、及びマイナス電源ライン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、プラス電源ラインＬｐ及びマイナス電源ラインＬｍの電圧を安定化させる作用を有する。なお、第１のＹコンデンサＣＹ１と第２のＹコンデンサＣＹ２の一方を省略する構成も可能である。

　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。高電圧系の蓄電部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。そこで高電圧系の蓄電部２０を搭載した電動車両では、漏電検出装置１０を搭載して、高電圧系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、プラス電源ラインＬｐとシャーシアース間の絶縁状態を第１漏電抵抗ＲＬ１、マイナス電源ラインＬｍとシャーシアース間の絶縁状態を第２漏電抵抗ＲＬ２と表している。

　漏電検出装置１０は、駆動部１１及び漏電検出部１２を有する。駆動部１１は、駆動用カップリングコンデンサＣｄ１、出力抵抗Ｒｏ、オペアンプＯＰ１、発振部１１ａ、第１保護ダイオードＤ１、及び第２保護ダイオードＤ２を含む。

　駆動用カップリングコンデンサＣｄ１は、蓄電部２０と車両負荷間の電流経路に一端が接続される。図１に示す例ではプラス電源ラインＬｐに駆動用カップリングコンデンサＣｄ１の一端が接続されている。なお、駆動用カップリングコンデンサＣｄ１の一端は、当該電流経路上であれば、どの位置に接続されてもよい。例えば、マイナス電源ラインＬｍに接続されてもよい。駆動用カップリングコンデンサＣｄ１の他端は、出力抵抗Ｒｏに接続される。駆動用カップリングコンデンサＣｄ１の他端と出力抵抗Ｒｏ間の配線と、低電圧系の電源電位Ｖｃｃ間に第１保護ダイオードＤ１が接続され、当該配線とグランド電位間に第２保護ダイオードＤ２が接続される。

　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（パルス）を発生させる。発振部１１ａにより生成された矩形波電圧は、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に入力される。オペアンプＯＰ１の出力端子は出力抵抗Ｒｏに接続される。オペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子が接続される。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。

　発振部１１ａは、オペアンプＯＰ１、出力抵抗Ｒｏを介してＡ点に矩形波電圧を出力する。Ａ点に出力された矩形波電圧は、駆動用カップリングコンデンサＣｄ１を介して、蓄電部２０と車両負荷間の電流経路上のＢ点に印加される。これにより、第１のＹコンデンサＣＹ１及び第２のＹコンデンサＣＹ２に電荷が充電、または第１のＹコンデンサＣＹ１及び第２のＹコンデンサＣＹ２から電荷が放電される。

　漏電検出部１２は、測定用カップリングコンデンサＣｄ２、抵抗Ｒｆ、コンデンサＣｆ、Ａ／Ｄ変換器１２ａ、電圧測定部１２ｂ、漏電判定部１２ｃ、第３保護ダイオードＤ３、及び第４保護ダイオードＤ４を含む。

　測定用カップリングコンデンサＣｄ２は、蓄電部２０と車両負荷間の電流経路に一端が接続される。図１では、測定用カップリングコンデンサＣｄ２の一端が、当該電流経路上の駆動用カップリングコンデンサＣｄ１が接続されたＢ点に接続されているが、当該電流経路上であれば、どの位置に接続されてもよい。測定用カップリングコンデンサＣｄ２の他端は、抵抗ＲｆとコンデンサＣｆにより構成されるローパスフィルタに接続される。測定用カップリングコンデンサＣｄ２の他端と抵抗Ｒｆ間の配線と、低電圧系の電源電位Ｖｃｃ間に第３保護ダイオードＤ３が接続され、当該配線とグランド電位間に第４保護ダイオードＤ４が接続される。

　当該ローパスフィルタは、測定用カップリングコンデンサＣｄ２から入力されるＣ点の電圧からノイズを除去し、ノイズが除去されたＤ点の電圧を出力する。Ａ／Ｄ変換器１２ａは、当該ローパスフィルタから入力されるＤ点のアナログ電圧をデジタル値の電圧に変換し、電圧測定部１２ｂに出力する。電圧測定部１２ｂは、Ａ／Ｄ変換器１２ａから入力されるデジタル値の電圧を測定する。漏電判定部１２ｃは、電圧測定部１２ｂにより測定された電圧をもとに、蓄電部２０と車両負荷間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。

　図１において、発振部１１ａ、電圧測定部１２ｂ及び漏電判定部１２ｃは、１つのＩＣにより構成されてもよい。

　実施の形態１では、駆動部１１から矩形波電圧をＢ点に印加して第１のＹコンデンサＣＹ１及び第２のＹコンデンサＣＹ２に電荷を充電する。第１のＹコンデンサＣＹ１及び第２のＹコンデンサＣＹ２に充電された電荷分が、第１漏電抵抗ＲＬ１及び第２漏電抵抗ＲＬ２を介して、放電される際の電圧推移（具体的には電圧の変化速度）をもとに漏電を検出する。

　図２は、実施の形態１に係る漏電検出装置１０による漏電検出時の各地点の電圧波形の一例を示す図である。Ａ点の電圧波形が立ち上がると、第１のＹコンデンサＣＹ１及び第２のＹコンデンサＣＹ２に電荷が充電され、第１のＹコンデンサＣＹ１及び第２のＹコンデンサＣＹ２の容量増加により、Ｂの電圧が上昇する（Ｗ１参照）。Ｂ点の電圧変動分は、測定用カップリングコンデンサＣｄ２を介してＣ点に伝達される。Ｄ点の電圧波形は、Ｃ点の電圧波形から上記ローパスフィルタによりノイズが除去されたものである（Ｗ２参照）。漏電検出装置１０から見て、Ａ点の電圧が駆動用の出力電圧Ｖｏｕｔであり、Ｄ点の電圧が測定用の入力電圧Ｖｉｎである。

　第１のＹコンデンサＣＹ１及び第２のＹコンデンサＣＹ２に充電された電荷が、第１漏電抵抗ＲＬ１及び第２漏電抵抗ＲＬ２を介して抜けていくにしたがい、Ｂ点の電圧が徐々に低下し、元の電圧に収束していく。実施の形態１では、このＢ点の電圧の戻り時間を測定することにより、漏電抵抗値を算出する。

　以下の計算式では、第１漏電抵抗ＲＬ１及び第２漏電抵抗ＲＬ２の並列抵抗値を単にＲＬと表記する。第１のＹコンデンサＣＹ１及び第２のＹコンデンサＣＹ２の並列容量値を単にＣＹと表記する。駆動用カップリングコンデンサＣｄ１の容量値を単にＣｄと表記する。図１に示した回路のＢ点の時定数τは下記（式１）のように定義される。Ｄ点の入力電圧Ｖｉｎは下記（式２）のように定義される。Ｅは、駆動部１１からＢ点に印加される電圧である。

　τ＝ＲＬ×（ＣＹ＋Ｃｄ）　・・・（式１）
　Ｖｉｎ＝Ｅ×Ｃｄ／（Ｃｄ＋ＣＹ）×ｅ^－ｔ／τ　・・・（式２）

　漏電判定部１２ｃは、Ｖｉｎ＝Ｅ×Ｃｄ／（Ｃｄ＋ＣＹ）×ｅ^－ａとなる時間ｔを測定する。ｔ＝ａτ＝ａ×（ＲＬ×ＣＹ）という関係が成り立つため、絶縁抵抗ＲＬは下記（式３）のように定義される。
　ＲＬ＝ｔ／（ａ×ＣＹ）　・・・（式３）

　漏電抵抗ＲＬが小さいほど、Ｄ点の電圧は短時間で元の電圧に収束する。漏電判定部１２ｃは、Ｄ点の電圧ＶｉｎがＥ×Ｃｄ／（Ｃｄ＋ＣＹ）×ｅ^－αとなる時間ｔを測定し、漏電抵抗ＲＬの値を算出する。漏電判定部１２ｃは、算出した漏電抵抗ＲＬの値と、抵抗閾値を比較し、算出した漏電抵抗ＲＬの値が抵抗閾値以下のとき、漏電が発生したと判定する。または、漏電判定部１２ｃは、駆動電圧Ｖｏｕｔが印加されてから設定時間経過後に測定されたＤ点の電圧Ｖｉｎの値と、電圧閾値を比較する。漏電判定部１２ｃは、測定されたＤ点の電圧Ｖｉｎの値が電圧閾値以下のとき、漏電が発生したと判定する。上記の抵抗閾値、設定時間、及び電圧閾値は、漏電と判定する漏電抵抗値に基づき予め設定される。

（比較例）
　図３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。以下、図１に示した実施の形態１に係る漏電検出装置１０との相違点を説明する。比較例では、測定用カップリングコンデンサＣｄ２が設けられず、漏電検出部１２は、駆動用カップリングコンデンサＣｄ１と出力抵抗Ｒｏ間のＡ点の電圧を測定する。漏電検出部１２は、出力抵抗Ｒｏ、駆動用カップリングコンデンサＣｄ１、漏電抵抗ＲＬのインピーダンス比率から漏電を検出する。

　図４（ａ）－（ｂ）は、地絡発生前のＡ点の電圧波形と、地絡発生後のＡ点の電圧波形の一例を示す図である。図４（ａ）は地絡発生前のＡ点の電圧波形を、図４（ｂ）は地絡発生後のＡ点の電圧波形をそれぞれ示している。地絡が発生するとＡ点のインピーダンスが低下し、Ａ点の電圧が低下する。漏電判定部１２ｃは、Ａ点の測定電圧値が電圧閾値Ｖｔｈ以下の場合、漏電が発生したと判定する。

　しかしながら実際には、漏電抵抗ＲＬと並列にＹコンデンサＣＹが接続されている。ＹコンデンサＣＹの容量が大きい（＝インピーダンスが小さい）場合、漏電抵抗ＲＬの変化が合成インピーダンスに与える影響度が小さくなる。これにより、漏電抵抗ＲＬを高精度に検出することが困難になる。

　Ｙコンデンサの容量が大きい場合でも絶縁抵抗ＲＬの検出精度を維持するため、駆動電圧の周波数を低下させることが考えられる。その場合、上述したように駆動用カップリングコンデンサＣｄ１に、高容量かつ高耐圧のコンデンサを使用することが必要となり、コストが増大する。

　この点、実施の形態１では上記（式３）に示したように、駆動用カップリングコンデンサＣｄ１の容量が漏電抵抗ＲＬの検出精度に影響を与えない。したがって、ＹコンデンサＣＹの容量が大きい場合でも、駆動用カップリングコンデンサＣｄ１にハイスペックなものを使用せずに、駆動電圧の周波数を低下させることができる。このように実施の形態１によれば、ＹコンデンサＣＹの容量が大きい場合でも、低コストで高精度に漏電を検出することができる。

（実施の形態２）
　図５は、実施の形態２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に示した実施の形態１に係る漏電検出装置１０との相違点を説明する。実施の形態２では、プラス電源ラインＬｐとシャーシアース間に第１のＹコンデンサＣＹ１と並列に、調整抵抗Ｒｃと調整スイッチＲｃが直列に接続される。なお、調整抵抗Ｒｃと調整スイッチＲｃは、マイナス電源ラインＬｍとシャーシアース間に接続されてもよい。

　以下の計算式では、第１漏電抵抗ＲＬ１と第２漏電抵抗ＲＬ２と調整抵抗Ｒｃの並列抵抗値をＲＬ’と表記する。図５に示した回路において、調整用スイッチＳＷｃがオフのときの、Ｂ点の時定数τ１は下記（式４）のように定義される。調整用スイッチＳＷｃがオフのときの、Ｄ点の入力電圧Ｖｉｎは下記（式５）のように定義される。調整用スイッチＳＷｃがオンのときの、Ｂ点の時定数τ２は下記（式６）のように定義される。調整用スイッチＳＷｃがオンのときの、Ｄ点の入力電圧Ｖｉｎは下記（式７）のように定義される。

　τ１＝ＲＬ×（ＣＹ＋Ｃｄ）　・・・（式４）
　Ｖｉｎ＝Ｅ×Ｃｄ／（Ｃｄ＋ＣＹ）×ｅ^{－ｔ／τ１}　・・・（式５）
　τ２＝ＲＬ'×（ＣＹ＋Ｃｄ）　・・・（式６）
　Ｖｉｎ＝Ｅ×Ｃｄ／（Ｃｄ＋ＣＹ）×ｅ^{－ｔ／τ２}　・・・（式７）

　漏電判定部１２ｃは、Ｖｉｎ＝Ｅ×Ｃｄ／（Ｃｄ＋ＣＹ）×ｅ^－αとなる時間ｔを測定する。調整用スイッチＳＷｃがオフのときの時間ｔ１は下記（式８）のように定義され、調整用スイッチＳＷｃがオンのときの時間ｔ２は下記（式９）のように定義される。

　ｔ１＝ａτ１＝ａ×（ＲＬ×ＣＹ）　・・・（式８）
　ｔ２＝ａτ２＝ａ×（ＲＬ’×ＣＹ）　・・・（式９）

　漏電抵抗ＲＬと調整抵抗Ｒｃの合成抵抗ＲＬ’は、下記（式１０）のように定義される。
　ＲＬ’＝ＲＬ×Ｒｃ／（ＲＬ＋Ｒｃ）　・・・（式１０）

　上記（式８）、（式９）、（式１０）より、ｔ２は、下記（式１１）のように書き換えることができる。
　ｔ２＝ａ×ＲＬ’×ｔ１／（ａ×ＲＬ）
　　　＝ｔ１×ＲＬ’／ＲＬ
　　　＝ｔ１×Ｒｃ／（ＲＬ＋Ｒｃ）　・・・（式１１）

　上記（式１１）をＲＬについて解くと、下記（式１２）のように定義できる。
　ＲＬ＝ｔ１×Ｒｃ／ｔ２－Ｒｃ　・・・（式１２）

　このように実施の形態２では、漏電判定部１２ｃは、調整用スイッチＳＷｃがオフのときのＶｉｎ＝Ｅ×Ｃｄ／（Ｃｄ＋ＣＹ）×ｅ^－αとなる時間ｔ１と、調整用スイッチＳＷｃがオンのときのＶｉｎ＝Ｅ×Ｃｄ／（Ｃｄ＋ＣＹ）×ｅ^－αとなる時間ｔ２を測定し、漏電抵抗ＲＬの値を算出する。漏電判定部１２ｃは、算出した漏電抵抗ＲＬの値と、抵抗閾値を比較し、算出した漏電抵抗ＲＬの値が抵抗閾値以下のとき、漏電が発生したと判定する。

　上記（式１２）に示したように、実施の形態２によれば、算出する漏電抵抗ＲＬから、駆動用カップリングコンデンサＣｄ１のばらつきの影響に加えて、ＹコンデンサＣＹのばらつきの影響も除去できる。これにより、漏電の検出精度をさらに高めることができる。

（実施の形態３）
　図６は、実施の形態３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に示した実施の形態１に係る漏電検出装置１０との相違点を説明する。実施の形態３では、出力抵抗Ｒｏと駆動用カップリングコンデンサＣｄ１との間にスイッチＳＷ１が挿入される。測定用カップリングコンデンサＣｄ２が設けられず、漏電検出部１２は、スイッチＳＷ１がオフの期間に、駆動用カップリングコンデンサＣｄ１を介して、Ｂ点の電圧を測定する。

　図７は、実施の形態３に係る漏電検出装置１０による漏電検出時の各地点の電圧波形の一例を示す図である。スイッチＳＷ１がオンの状態において、Ａ点の電圧波形が立ち上がると、ＹコンデンサＣＹに電荷が充電され、ＹコンデンサＣＹの容量増加により、Ｂの電圧が上昇する（Ｗ１参照）。その後、漏電検出部１２はスイッチＳＷ１をターンオフする。

　スイッチＳＷ１がオフの状態になると、Ｂ点の電圧変動分が、測定用カップリングコンデンサＣｄ２を介してＣ点に伝達される。Ｄ点の電圧波形は、Ｃ点の電圧波形から上記ローパスフィルタによりノイズが除去されたものである（Ｗ２参照）。ＹコンデンサＣＹに充電された電荷が、漏電抵抗ＲＬを介して抜けていくにしたがい、Ｂ点の電圧が徐々に低下し、元の電圧に収束していく。実施の形態３でも、実施の形態１と同様に漏電抵抗ＲＬの値を算出することができる。

　以上説明したように実施の形態３によれば、測定用カップリングコンデンサＣｄ２を省略することができるため、コスト及び回路面積を削減することができる。

　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。

　例えば、実施の形態２と実施の形態３を組み合わせてもよい。具体的には図６の回路構成において、プラス電源ラインＬｐとシャーシアース間に第１のＹコンデンサＣＹ１と並列に、調整抵抗Ｒｃと調整スイッチＲｃが直列に接続されてもよい。なお、調整抵抗Ｒｃと調整スイッチＲｃは、マイナス電源ラインＬｍとシャーシアース間に接続されてもよい。

　上記実施の形態では、駆動部１１から充電用の矩形波電圧をＢ点に印加してＹコンデンサＣＹに電荷を充電し、ＹコンデンサＣＹに充電された電荷分が、漏電抵抗ＲＬを介して放電される際の電圧推移（具体的には、電圧の変化速度）をもとに漏電を検出した。この点、駆動部１１から放電用の矩形波電圧をＢ点に印加してＹコンデンサＣＹから電荷を放電させ、ＹコンデンサＣＹから放電された電荷分が、漏電抵抗ＲＬを介して充電される際の電圧推移をもとに漏電を検出してもよい。

　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、蓄電部（２０）と負荷（２）が電源ライン（Ｌｐ、Ｌｍ）で接続された高圧部の漏電を検出する漏電検出装置（１０）であって、
　前記蓄電部（２０）と前記負荷（２）間の電流経路と前記アース間にＹコンデンサ（ＣＹ）が接続されており、
　前記漏電検出装置（１０）は、
　前記蓄電部（２０）と前記負荷（２）間の前記電流経路に、駆動用カップリングコンデンサ（Ｃｄ１）を介して、矩形波電圧を出力して、前記Ｙコンデンサ（ＣＹ）を充電もしくは放電させる駆動部（１１）と、
　前記Ｙコンデンサ（ＣＹ）の充電もしくは放電に応じて変化した前記電流経路の測定点の電圧が、元の電圧に収束していく推移に応じて、前記電流経路と前記アース間の漏電の有無を判定する漏電検出部（１２）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、Ｙコンデンサ（ＣＹ）の容量が大きい場合でも、低コストで高精度に漏電を検出することができる。
［項目２］
　前記漏電検出部（１２）は、前記Ｙコンデンサ（ＣＹ）を充電もしくは放電させてからの、前記測定点の電圧の推移をもとに、前記電流経路と前記アース間の漏電抵抗値を算出し、算出した漏電抵抗値が閾値以下のとき、前記電流経路と前記アース間に漏電が発生していると判定す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、算出する漏電抵抗値から駆動用カップリングコンデンサ（Ｃｄ１）の影響を除去することができる。
［項目３］
　前記漏電検出部（１２）は、前記電流経路の測定点の電圧を、測定用カップリングコンデンサ（Ｃｄ２）を介して、測定することを特徴とする項目１または２に記載の漏電検出装置（１０）。
　これによれば、前記電流経路の電圧変動の推移を測定することができる。
［項目４］
　前記駆動部（１１）は、
　前記矩形波電圧を出力する発振部（１１ａ）と、
　前記発振部（１１ａ）の出力に接続される出力抵抗（Ｒｏ）と、
　前記出力抵抗（Ｒｏ）と、前記駆動用カップリングコンデンサ（Ｃｄ１）との間に挿入されるスイッチ（ＳＷ１）と、を含み、
　前記漏電検出部（１２）は、
　前記スイッチ（ＳＷ１）がオフの期間に、前記駆動用カップリングコンデンサ（Ｃｄ１）を介して、前記電流経路の測定点の電圧を測定する電圧測定部（１２ｂ）を含む、
　ことを特徴とする項目１または２に記載の漏電検出装置（１０）。
　これによれば、測定用カップリングコンデンサ（Ｃｄ２）を省略することができる。
［項目５］
　前記電流経路と前記アース間にＹコンデンサ（ＣＹ）と並列に、調整抵抗（Ｒｃ）と調整スイッチ（ＳＷｃ）が直列に接続され、
　前記漏電検出部（１２）は、前記調整スイッチ（ＳＷｃ）がオンの期間とオフ期間の、前記電流経路の測定点の電圧をもとに、前記電流経路と前記アース間の漏電抵抗値を算出することを特徴とする項目１から４のいずれか１項に記載の漏電検出装置（１０）。
　これによれば、算出する漏電抵抗値からＹコンデンサ（ＣＹ）の影響を除去することができる。
［項目６］
　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５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、Ｙコンデンサ（ＣＹ）の容量が大きい場合でも、低コストで高精度に漏電を検出する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。

　５　電源システム、　２０　蓄電部、　２　インバータ、　３　モータ、　Ｌｐ　プラス電源ライン、　Ｌｍ　マイナス電源ライン、　ＣＹ　Ｙコンデンサ、　Ｃｄ１　駆動用カップリングコンデンサ、　Ｃｄ２　測定用カップリングコンデンサ、　Ｃｆ　コンデンサ、　ＲＬ　漏電抵抗、　Ｒｏ　出力抵抗、　Ｒｆ　抵抗、　ＭＲｐ　正側メインリレー、　ＭＲｍ　負側メインリレー、　Ｅ１－Ｅｎ　セル、　１０　漏電検出装置、　１１　駆動部、　１１ａ　発振部、　１２　漏電検出部、　１２ａ　Ａ／Ｄ変換器、　１２ｂ　電圧測定部、　１２ｃ　漏電判定部、　ＯＰ１　オペアンプ、　ＳＷ１　スイッチ、　ＳＷｃ　調整用スイッチ、　Ｒｃ　調整用抵抗、　Ｄ１－Ｄ４　保護ダイオード。

Claims

　アースと絶縁された状態で、蓄電部と負荷が電源ラインで接続された高圧部の漏電を検出する漏電検出装置であって、
　前記蓄電部と前記負荷間の電流経路と前記アース間にＹコンデンサが接続されており、
　前記漏電検出装置は、
　前記蓄電部と前記負荷間の前記電流経路に、駆動用カップリングコンデンサを介して、矩形波電圧を出力して、前記Ｙコンデンサを充電もしくは放電させる駆動部と、
　前記Ｙコンデンサの充電もしくは放電に応じて変化した前記電流経路の測定点の電圧が、元の電圧に収束していく推移に応じて、前記電流経路と前記アース間の漏電の有無を判定する漏電検出部と、
　を備えることを特徴とする漏電検出装置。
　前記漏電検出部は、前記Ｙコンデンサを充電もしくは放電させてからの、前記測定点の電圧の推移をもとに、前記電流経路と前記アース間の漏電抵抗値を算出し、算出した漏電抵抗値が閾値以下のとき、前記電流経路と前記アース間に漏電が発生していると判定することを特徴とする請求項１に記載の漏電検出装置。
　前記漏電検出部は、前記電流経路の測定点の電圧を、測定用カップリングコンデンサを介して、測定することを特徴とする請求項１または２に記載の漏電検出装置。
　前記駆動部は、
　前記矩形波電圧を出力する発振部と、
　前記発振部の出力に接続される出力抵抗と、
　前記出力抵抗と、前記駆動用カップリングコンデンサとの間に挿入されるスイッチと、
を含み、
　前記漏電検出部は、
　前記スイッチがオフの期間に、前記駆動用カップリングコンデンサを介して、前記電流経路の測定点の電圧を測定する電圧測定部を含む、
　ことを特徴とする請求項１または２に記載の漏電検出装置。
　前記電流経路と前記アース間にＹコンデンサと並列に、調整抵抗と調整スイッチが直列に接続され、
　前記漏電検出部は、前記調整スイッチがオンの期間とオフ期間の、前記電流経路の測定点の電圧をもとに、前記電流経路と前記アース間の漏電抵抗値を算出することを特徴とする請求項１から４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５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。