(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象の漏電を検出する漏電検出装置において、
交流信号を発振する発振回路と、
前記検出対象と前記発振回路との間に直列に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサと前記発振回路との間に直列に接続される抵抗と、
前記抵抗の両端の電圧比を検出する電圧比検出手段と、
前記抵抗の両端の電圧の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記抵抗の両端の電圧の電圧比および位相差に基づいて、漏電の有無を検出する漏電検出手段と
を備えることを特徴とする漏電検出装置。
【請求項２】
前記漏電検出手段は、前記抵抗の両端の電圧の電圧比および位相差に基づいて、前記検出対象とアース間の直流抵抗成分を算出し、算出した直流抵抗成分と所定の閾値とを比較した結果に基づいて、漏電の有無を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の漏電検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、漏電検出装置に関し、特に、検出対象に交流信号を印加して漏電検出を行う漏電検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
EV（Electric Vehicle、電気自動車）、HEV（Hybrid Electric Vehicle、ハイブリッドカー）、PHEV（Plug-in Hybrid Electric Vehicle、プラグインハイブリッドカー）などの電動車両において、高電圧電源や高電圧負荷（例えば、駆動用モータ制御インバータ等）により構成される高電圧回路は、感電を防止するために、電動車両のボディアースに対して絶縁されている。しかし、事故や、高電圧電源で使用する高圧バッテリのバッテリ液の付着等により、高電圧回路とボディアース間の絶縁抵抗が低下し、漏電が発生した場合に、利用者が感電する恐れがあるため、漏電の有無を検出する漏電検出装置が電動車両に設けられる。そして、絶縁抵抗が所定の閾値（例えば１００ｋΩ）以下に低下すると、漏電検出装置は漏電が発生していると判定し、感電防止のため、例えば、各負荷への電力の供給を停止したり、充電動作を停止したりする等の措置が施される。
【０００３】
そこで、従来、カップリングコンデンサを介して交流信号を高電圧回路に印加し、交流信号の振幅変動量から漏電を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、従来、車両のボディと高圧バッテリの間に交流信号を印加して、交流信号の電圧と電流の位相関係から、ボディと高圧バッテリとの間のアドミタンスの抵抗成分を求め、求めた抵抗成分から漏電を検出することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、従来、車両のボディと高圧バッテリの間に、抵抗とコンデンサとの直列回路を介して交流電圧を印加し、当該抵抗の両端の電圧を測定し、測定した電圧に基づいて、ボディと高圧バッテリ間の浮遊容量を算出する。そして、浮遊容量の算出値、抵抗の入力側電圧Vin、および、検出したい絶縁抵抗の抵抗値から、抵抗の出力側電圧Voutの基準データを設定し、実際の出力側電圧Voutと比較することにより、漏電を検出することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の漏電検出方法では、車両側の容量成分を含めた合成インピーダンスしか検出できないため、高電圧回路の配線による浮遊容量や高電圧負荷に実装されたコンデンサの影響を受けてしまう。また、浮遊容量は経年変化するため、絶縁抵抗が劣化しなくても、浮遊容量の変動により漏電が誤検出される恐れがある。
【０００７】
また、特許文献２に記載の漏電検出方法では、アドミタンスの抵抗成分の検出に必要な微小電流を測定するために、高精度の電流測定回路を設ける必要がある。逆に、電流測定回路の精度が低い場合、漏電が誤検出される恐れがある。
【０００８】
さらに、特許文献３に記載の漏電検出方法は、浮遊容量がほとんど変化しないことが想定されているため、浮遊容量が変化した場合、漏電が誤検出される恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−７０５０３号公報
【特許文献２】特開平１１−２１８５５４号公報
【特許文献３】特開２００２−３２３５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、検出対象の浮遊容量の影響を除いて、より正確に漏電を検出できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面の漏電検出装置は、検出対象の漏電を検出する漏電検出装置であって、交流信号を発振する発振回路と、前記検出対象と前記発振回路との間に直列に接続されるコンデンサと、前記コンデンサと前記発振回路との間に直列に接続される抵抗と、前記抵抗の両端の電圧比を検出する電圧比検出手段と、前記抵抗の両端の電圧の位相差を検出する位相差検出手段と、前記抵抗の両端の電圧の電圧比および位相差に基づいて、漏電の有無を検出する漏電検出手段とを備える。
【００１２】
本発明の一側面の漏電検出装置においては、交流信号が抵抗およびコンデンサを介して検出対象に印加され、前記抵抗の両端の電圧比、および、前記抵抗の両端の電圧の位相差が検出され、前記抵抗の両端の電圧の電圧比および位相差に基づいて、漏電の有無が検出される。
【００１３】
従って、検出対象の浮遊容量の影響を除いて、より正確に漏電を検出することができる。
【００１４】
この検出対象は、例えば、電動車両の高電圧回路により構成される。この電圧比検出手段、位相差検出手段、漏電検出手段は、例えば、マイクロコンピュータまたはプロセッサ等により構成される。
【００１５】
この漏電検出手段には、前記抵抗の両端の電圧の電圧比および位相差に基づいて、前記検出対象とアース間の直流抵抗成分を算出させ、算出した直流抵抗成分と所定の閾値とを比較した結果に基づいて、漏電の有無を検出させることができる。
【００１６】
これにより、漏電を検出する基準を所望の値に設定することができる。
【００１７】
このアースは、例えば、電子機器や電気回路等のアース、電動車両のボディアース等により構成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一側面によれば、検出対象の漏電を検出することができる。特に、本発明の一側面によれば、検出対象の浮遊容量の影響を除いて、より正確に漏電を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用した漏電検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】漏電検出装置の演算部の機能の構成例を示すブロック図である。
【図３】浮遊容量が存在しない場合に検出される交流電圧のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】浮遊容量が存在する場合に検出される交流電圧のシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
２．変形例
【００２１】
＜１．実施の形態＞
［漏電検出装置の構成例］
図１は、本発明を適用した漏電検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。漏電検出装置１０１は、例えば、高電圧回路１０２を備える電動車両に設けられ、高電圧回路１０２と電動車両のボディアース間の漏電の有無を検出する。漏電検出装置１０１は、発振回路１１１、抵抗１１２、カップリングコンデンサ１１３、電圧検出部１１４，１１５、および、演算部１１６を含むように構成される。
【００２２】
発振回路１１１と高電圧回路１０２の間には、抵抗１１２およびカップリングコンデンサ１１３が直列に接続されており、発振回路１１１から出力される交流信号が、抵抗１１２およびカップリングコンデンサ１１３を介して、高電圧回路１０２に印加される。なお、発振回路１１１の抵抗１１２に接続されている一端と異なる一端は、ボディアースに接続されている。また、カップリングコンデンサ１１３の抵抗１１２に接続されている一端と異なる一端は、高電圧回路１０２のバッテリ１２１の−端子に接続されている。
【００２３】
電圧検出部１１４は、発振回路１１１と抵抗１１２の間の交流電圧Ｖ１を検出し、検出結果を示す信号を演算部１１６に供給する。電圧検出部１１５は、抵抗１１２とカップリングコンデンサ１１３の間の交流電圧Ｖ２を検出し、検出結果を示す信号を演算部１１６に供給する。すなわち、電圧検出部１１４,１１５により、抵抗１１２の両端の交流電圧Ｖ１，Ｖ２が検出される。
【００２４】
演算部１１６は、例えば、マイクロコンピュータまたはプロセッサ等により構成される。演算部１１６は、後述するように、交流電圧Ｖ１と交流電圧Ｖ２の振幅比｜ＶＳ｜（＝｜Ｖ２／Ｖ１｜）および位相差φに基づいて、高電圧回路１０２とボディアース間の漏電の有無を検出し、検出結果を外部に出力する。
【００２５】
高電圧回路１０２は、バッテリ１２１および高電圧負荷１２２を含むように構成される。高電圧負荷１２２は、例えば、電動車両の駆動用モータ制御インバータ、エアコンディショナのコンプレッサモータ等により構成され、バッテリ１２１の電力により駆動される。
【００２６】
また、高電圧回路１０２とボディアース間は絶縁されている。従って、図１に示されるように、両者が絶縁抵抗１３１により接続されていると等価的に見なすことができる。また、高電圧回路１０２とボディアース間には、浮遊容量１３２が存在する。
【００２７】
なお、以下、抵抗１１２の抵抗値をＲＳ、カップリングコンデンサ１１３の容量をＣＩ、絶縁抵抗１３１の抵抗値をＲＬ、浮遊容量１３２の容量をＣｆで表す。また、発振回路１１１の交流信号の周波数をｆで表し、角周波数をω（＝2πｆ）で表す。
【００２８】
［演算部１１６の構成例］
演算部１１６は、振幅比検出部１５１、位相差検出部１５２、および、漏電検出部１５３を含むように構成される。
【００２９】
振幅比検出部１５１は、交流電圧Ｖ１と交流電圧Ｖ２の振幅比｜ＶＳ｜を検出し、振幅比｜ＶＳ｜を漏電検出部１５３の直流抵抗算出部１６１に出力する。
【００３０】
位相差検出部１５２は、交流電圧Ｖ１と交流電圧Ｖ２の位相差φを検出し、位相差φを漏電検出部１５３の直流抵抗算出部１６１に出力する。
【００３１】
漏電検出部１５３は、直流抵抗算出部１６１、比較部１６２、および、メモリ１６３を含むように構成され、以下に述べる方法で、高電圧回路１０２とボディアース間の漏電の有無を検出する。
【００３２】
直流抵抗算出部１６１は、交流電圧Ｖ１と交流電圧Ｖ２の振幅比｜ＶＳ｜および位相差φから、絶縁抵抗１３１の抵抗値ＲＬを算出する。
【００３３】
［絶縁抵抗１３１の抵抗値ＲＬの算出方法］
ここで、絶縁抵抗１３１の抵抗値ＲＬの算出方法について説明する。
【００３４】
高電圧回路１０２とボディアース間の合成インピーダンスＺＬは、次式（１）により表される。
【００３５】
【数１】
0005382813.tif 000002
【００３６】
カップリングコンデンサ１１３の容量ＣＩと合成インピーダンスＺＬとの合成インピーダンスをＺｈとし、Ｖ２／Ｖ１＝ＶＳとすると、ＶＳは次式（２）により表される。
【００３７】
【数２】
0005382813.tif 000003
【００３８】
よって、交流電圧Ｖ１と交流電圧Ｖ２の振幅比｜ＶＳ｜は、次式（３）により表される。
【００３９】
【数３】
0005382813.tif 000004
【００４０】
また、交流電圧Ｖ１と交流電圧Ｖ２の位相差φに基づく−tanφは、次式（４）により表される。
【００４１】
【数４】
0005382813.tif 000005
【００４２】
式（３）および式（４）から、絶縁抵抗１３１の抵抗値ＲＬは、次式（５）により表される。
【００４３】
【数５】
0005382813.tif 000006
【００４４】
抵抗１１２の抵抗値ＲＳ、および、カップリングコンデンサ１１３の容量ＣＩは既知なので、検出した交流電圧Ｖ１と交流電圧Ｖ２の振幅比｜ＶＳ｜および位相差φを式（５）に適用することにより、合成インピーダンスＺＬの直流抵抗成分である絶縁抵抗１３１の抵抗値ＲＬを求めることができる。
【００４５】
直流抵抗算出部１６１は、以上のようにして算出した抵抗値ＲＬを比較部１６２に出力する。
【００４６】
比較部１６２は、抵抗値ＲＬと、メモリ１６３に予め記憶されている漏電検出抵抗しきい値とを比較し、比較した結果に基づいて漏電の有無を検出する。すなわち、比較部１６２は、抵抗値ＲＬが漏電検出抵抗しきい値以上である場合、漏電が発生していないと判定し、抵抗値ＲＬが漏電検出抵抗しきい値未満である場合、漏電が発生していると判定する。比較部１６２は、漏電の有無の検出結果を外部に出力する。
【００４７】
［交流電圧Ｖ１，Ｖ２のシミュレーション結果］
図３および図４は、図１の回路において、浮遊容量１３２が存在しない場合と存在する場合の交流電圧Ｖ１，Ｖ２のシミュレーション結果を示している。なお、両図のシミュレーションの条件は、浮遊容量１３２の容量Ｃｆのみが異なり、他は同じである。具体的には、図３のシミュレーションでは、容量Ｃｆ＝０μＦに設定し、図４のシミュレーションでは、容量Ｃｆ＝０．５μＦに設定している。また、両図のシミュレーションとも、抵抗１１２の抵抗値ＲＳ＝１００ｋΩ、カップリングコンデンサ１１３の容量ＣＩ＝１μＦ、絶縁抵抗１３１の抵抗値ＲＬ＝１００ｋΩ、発振回路１１１の交流信号の周波数ｆ＝１０Ｈｚに設定している。
【００４８】
図４のシミュレーション結果を図３のシミュレーション結果と比較すると、交流電圧Ｖ１と交流電圧Ｖ２との間に位相差φが生じるとともに、交流電圧Ｖ２の振幅小さくなっていることが分かる。すなわち、浮遊容量１３２の容量Ｃｆにより、交流電圧Ｖ１と交流電圧Ｖ２の振幅比｜ＶＳ｜および位相差φが変動することが分かる。
【００４９】
従って、上述した特許文献１では、交流信号の波高値と検出電圧の波高値を単純に比較して漏電検出を行っているため、例えば、図４に示されるように、浮遊容量により検出電圧が低下した場合に、漏電の誤検出が発生する可能性がある。
【００５０】
以上のようにして、漏電検出装置１０１によれば、浮遊容量１３２の影響を除いて、絶縁抵抗１３１の抵抗値ＲＬのみに基づいて漏電の有無を検出することができ、その結果、漏電の検出精度が向上する。
【００５１】
また、上述した特許文献２に記載の発明のように、微小電流を検出することなく、交流電圧Ｖ１と交流電圧Ｖ２の振幅比｜ＶＳ｜および位相差φのみを検出するだけで、漏電の検出精度を向上させることができる。
【００５２】
＜２．変形例＞
以上の説明では、漏電検出装置１０１を電動車両に適用する例を示したが、本発明は、電動車両以外の他の装置の漏電検出に適用することが可能である。
【００５３】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１０１  漏電検出装置
１０２  高電圧回路
１１１  発振回路
１１２  抵抗
１１３  カップリングコンデンサ
１１４,１１５  電圧検出部
１１６  演算部
１２１  バッテリ
１２２  高電圧負荷
１３１  絶縁抵抗
１３２  浮遊容量
１５１  振幅比検出部
１５２  位相差検出部
１５３  漏電検出部
１６１  直流抵抗算出部
１６２  比較部
【図１】
0005382813.tif 000007
【図２】
0005382813.tif 000008
【図３】
0005382813.tif 000009
【図４】
0005382813.tif 000010