(57)【要約】【課題】基準電位と（ａ）  浮動電力源、（ｂ）  浮動電力源の第１の端子に結合する第１の電力導体、及び（ｃ）  浮動電力源の第２の端子に結合する第２の電力導体のうちの少なくとも１つとの間の不要な電路を検出する故障検出システムを提供する。【解決手段】このシステムは、第１及び第２の電力導体に電気的に結合するとともに、基準電位に対する第１の電圧信号を提供する出力端子を有するインピーダンスネットワーク、及び、第１の電圧信号と基準電圧とに応答して、第１の電圧信号と基準電圧間の差が所定値を超えるとき不要な電路の存在を示す増幅信号を発生する増幅器回路を含む。【選択図】  図２
2004361137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準電位と（ａ）  浮動電力源、（ｂ）  前記電力源の第１の端子に結合する第１の電力導体、及び（ｃ）  前記電力源の第２の端子に結合する第２の電力導体のうちの少なくとも１つとの間の不要な電路を検出するシステムであって、
前記第１及び第２の電力導体に電気的に結合するとともに、前記基準電位に対する第１の電圧信号を提供する出力端子を有するインピーダンスネットワーク、及び
前記第１の電圧信号と基準電圧とに応答して、前記第１の電圧信号と前記基準電圧間の差が所定値を超えるとき前記不要な電路の存在を示す増幅信号を発生する増幅器回路を含むことを特徴とする故障検出システム。
【請求項２】
前記増幅信号に結合する入力路と前記第１及び第２の電力導体に結合する出力路を有する補償回路であって、前記第１及び第２の電力導体の少なくとも一方に補償信号を提供し前記第１の電圧信号と前記基準電圧間の差を減少させる前記補償回路を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の故障検出システム。
【請求項３】
前記補償信号は前記増幅信号の大きさに従って変化することを特徴とする請求項２に記載の故障検出システム。
【請求項４】
前記補償回路は電圧を感知する負荷を含み、感知された電圧は前記補償信号により印加される補償の程度に相当することを特徴とする請求項２に記載の故障検出システム。
【請求項５】
前記補償回路は前記第１及び第２の電力導体への個別の導電路を提供する一対のスイッチを含むことを特徴とする請求項２に記載の故障検出システム。
【請求項６】
前記一対のスイッチは一対のトランジスタからなることを特徴とする請求項５に記載の故障検出システム。
【請求項７】
前記トランジスタの各々は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であることを特徴とする請求項６に記載の故障検出システム。
【請求項８】
前記一対のスイッチの一方は前記増幅信号の特性に応答して作動し、連携した前記導電路に沿って前記第１及び第２の電力導体の対応する１つに導通し、前記導電路と連携したインピーダンス（対前記基準電位）を生成することによって、前記不要な電路により生じる前記第１及び第２の電力導体の１つと前記基準電位間インピーダンスインバランスを十分相殺することを特徴とする請求項５に記載の故障検出システム。
【請求項９】
電源は浮動電源からなることを特徴とする請求項１に記載の故障検出システム。
【請求項１０】
前記浮動電源は相互に接続された１つ以上のバッテリーからなることを特徴とする請求項９に記載の故障検出システム。
【請求項１１】
前記浮動電源は相互に接続された１つ以上の燃料電池からなることを特徴とする請求項９に記載の故障検出システム。
【請求項１２】
前記浮動電源は相互に接続された１つ以上のキャパシタからなることを特徴とする請求項９に記載の故障検出システム。
【請求項１３】
前記補償回路は一対の電流リミッタを含み、各リミッタは前記導電路の対応する１つと連携しそこを通る電流量を所定値に制限することを特徴とする請求項８に記載の故障検出システム。
【請求項１４】
基準電位と（ａ）  電力源、（ｂ）  前記電力源の第１の端子に結合する第１の電力導体、及び（ｃ）  前記電力源の第２の端子に結合する第２の電力導体のうちの少なくとも１つとの間の不要な電路を検出するシステムであって、
前記第１及び第２の電力導体に電気的に結合するとともに、前記基準電位に対する第１の電圧信号を提供する出力端子を有するインピーダンスネットワーク、及び
前記第１の電圧信号と基準電圧とに応答して、前記第１の電圧信号と前記基準電圧間の差が所定値を超えるとき前記不要な電路の存在を示す増幅信号を発生する手段を含むことを特徴とする故障検出システム。
【請求項１５】
前記増幅信号に応答し前記第１及び第２の電力導体の１つへの前記増幅信号用の導電路を提供し、補償信号を発生して前記第１の電圧信号と前記基準電圧間の差を減少させる手段を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の故障検出システム。
【請求項１６】
前記電力源は浮動電力源からなることを特徴とする請求項１４に記載の故障検出システム。
【請求項１７】
増幅信号を発生する前記手段は、帰還装置を含む高利得増幅器回路からなることを特徴とする請求項１４に記載の故障検出システム。
【請求項１８】
基準電位と（ａ）  浮動電力源、（ｂ）  前記電力源の第１の端子に結合する第１の電力導体、及び（ｃ）  前記電力源の第２の端子に結合する第２の電力導体のうちの少なくとも１つとの間の不要な電路を検出し補償するシステムであって、
前記第１及び第２の電力導体に電気的に結合するとともに、前記基準電位に対する第１の電圧信号を提供する出力端子を有するインピーダンスネットワーク、
前記第１の電圧信号と基準電圧とに応答して、前記第１の電圧信号と前記基準電圧間の差が所定値を超えるとき前記不要な電路の存在を示す増幅信号を発生する高利得増幅器、及び
前記高利得増幅器の出力に電気的に結合する入力とそれぞれ前記第１及び第２の電力導体に導電路を介して電気的に結合する第１及び第２の出力とを有する補償回路であって、前記第１及び第２の電力導体の少なくとも一方に補償信号を提供し、前記補償信号は前記増幅信号の大きさに従って前記第１の電圧信号と前記基準電圧間の差を減少させる前記補償回路を含むことを特徴とする故障検出システム。
【請求項１９】
前記補償回路は、前記補償信号により印加される補償の程度に相当する電圧を感知する負荷を含むことを特徴とする請求項１８に記載の故障検出システム。
【請求項２０】
第１の電力導体に結合する第１の端子と第２の電力導体に結合する第２の端子とを有する浮動電力源、
前記第１の電力導体に電気的に結合された第１の端子、前記第２の電力導体に電気的に結合された第２の端子、および基準電位に結合された第３の端子を有し、前記第１及び第２の電力導体にかかる電圧（対前記基準電位）を等しくバランスするインピーダンスネットワークであって、前記第１の電力導体、前記第２の電力導体、及び前記電力源のうちの少なくとも１つと前記基準電位間の偶発的な電路の発生に基づいて、偶発的な電圧が前記インピーダンスネットワークの前記第３の端子で生じる前記インピーダンスネットワーク、
前記第３の端子に電気的に結合され、前記第３の端子での前記偶発的な電圧と前記基準電位間の差に比例する制御信号を提供するように動作する増幅器、及び
前記制御信号に電気的に結合し、帰還路を介して前記第１及び第２の電力導体の少なくとも一方に補償信号を提供し、前記補償信号が前記第３の端子で生じる前記偶発的な電圧と前記基準電位間の差を減少させるように動作する補償回路を含むことを特徴とする故障モニタ装置。
【請求項２１】
基準電位と（ａ）  電力源、（ｂ）  前記電力源の第１の端子に結合する第１の電力導体、及び（ｃ）  前記電力源の第２の端子に結合する第２の電力導体のうちの少なくとも１つとの間の不要な電路を検出するシステムであって、
前記第１及び第２の電力導体に電気的に結合され、前記第１及び第２の電力導体にかかる電圧を基準電圧の周りに等しく中心化するように動作するインピーダンスネットワークであって、前記基準電圧に対する中心電圧信号を提供するタップを有する前記インピーダンスネットワーク、
前記タップに電気的に結合される第１の入力端子、前記第１の電力導体に電気的に結合された第２の端子、および前記第２の電力導体に電気的に結合された第３の端子を有するトランジスタ、及び
前記トランジスタの前記第３の端子に電気的に結合される第１の端子、前記基準電圧に電気的に結合された第２の端子、および出力端子を有する増幅器回路であって、その第１の端子と出力端子間に帰還ループを有して前記トランジスタの前記第３の端子に補償信号を提供し、前記第３の端子から前記第２の電力導体へ流れる電流量を修正する前記増幅器回路を含むことを特徴とする故障検出システム。
【請求項２２】
第１の電力導体に結合する第１の端子と第２の電力導体に結合する第２の端子とを有する浮動電力源、
前記第１の電力導体に電気的に結合された第１の端子、前記第２の電力導体に電気的に結合された第２の端子、および車体に結合された第３の端子を有し、前記第１及び第２の電力導体にかかる電圧（対車体）を等しくバランスするインピーダンスネットワークであって、前記車体と前記浮動電力源内節点間の偶発的な電路の発生に基づいて、偶発的な電圧信号が前記第１及び第２の電力導体間インピーダンスインバランス（対車体）によって前記インピーダンスネットワークの前記第３の端子で生じる前記インピーダンスネットワーク、
前記偶発的な電圧信号に応答し前記第１及び第２の電力導体間インピーダンスインバランス（対車体）を示す制御信号を提供する増幅器、及び
前記増幅器に電気的に結合し、前記第１及び第２の電力導体の少なくとも一方に補償インピーダンス路を提供し、前記第１及び第２の電力導体間電圧（対車体）を均等化する補償回路を含むことを特徴とする故障検出補償システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、接地故障保護、より詳細には、接地故障条件を検出するＤＣ接地故障センサーシステムに関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
電気自動車は、推進動力用内燃機関に依存するのではなく、比較的大きな電気牽引バッテリーに依存する車両である。電気自動車の牽引バッテリーは自動車を推進させる電気牽引モーターに連結し、そして牽引バッテリーは再充電して繰り返し使用できる。
【０００３】
牽引バッテリーは、従来の１２ボルト自動車蓄電バッテリーに比べて、比較的大きな容量を有していなければならず、且つ、比較的大きな電力を供給しなければならないことは理解されよう。電力はバッテリー電圧とシステム電流に正比例するから、牽引バッテリーの満たすべき高電力供給要件は、電気自動車に存在する電圧が、内燃機関が動いていないとき補助負荷に電源を供給するのに比較的低い電力と低い電圧の蓄電バッテリーのみを通常必要とする化石燃料で動く自動車に存在する電圧より高くなるであろうことを必然的に意味する。
【０００４】
ハイブリッド電気車両（ＨＥＶ）は、従来の車両の内燃機関を、電気車両のバッテリーと電気モーターに組み合わせる。これにより、従来の車両より燃料の経済性が増す。また、この組み合わせによって、ユーザーが従来の車両から予期するより航続距離が延長され、迅速な燃料補給が行えるとともに、電気車両のエネルギーや環境の利益の重要部分が提供される。ＨＥＶの実用上の利益は、従来の車両に比べて燃料の経済性の向上と低い排気を含む。ＨＥＶは、その固有の柔軟性のため、応用範囲が広く、個人の輸送から商業的運搬にまで使用できる。
【０００５】
電気或いはハイブリッド電気車両は、化石燃料の燃焼を殆ど、或いは、全く必要としないので、斯かる車両は、化石燃料で動く車両とは対照的に、環境に有害な排気を殆ど、或いは、全く出さない。斯かる車両は、化石燃料で動く乗用車に取って代わって、ますます魅力を増しつつある。しかしながら、牽引バッテリーの高電圧要件のために、電気或いはハイブリッド電気車両の電気的安全性の心配が生じる。
【０００６】
例えば、所期の電気回路外の不所望の電流（即ち、接地故障条件）によって、（ＨＥＶ推進システムのような）システム内の電子部品が大きなダメージを受けて、電子装置が不能になったり破壊されたりする。加えて、斯かる接地故障条件により、感電が生じ、従来の比較的低電圧の自動車蓄電バッテリーシステムに比べて、感電が高電圧牽引バッテリーシステムとの接触で生じた場合、深刻な結果を招き得る。斯かる感電の可能性を減少させるために、多くの牽引バッテリーシステムは、従来の自動車蓄電バッテリーシステムとは対照的に、自動車の車台に接地されていない。その代わり、多くの牽引バッテリーシステムは閉ループ帰路を有し、システムの負の電力導体（即ち、電流帰路）を電気或いはハイブリッド電気車両の車台から絶縁させる。
【０００７】
図１は、ＤＣ接地故障を検出する検出回路を示す。高インピーダンスネットワーク７００は、第１の正電力導体２００と第２の負電力導体３００との間に結合し、接地基準電位（即ち、車台電圧）５４０に対して正負の電圧値間に一続きに並んだ高電圧バッテリーを等しくバランスするように動作する。高インピーダンスネットワーク７００は、直列に接続された抵抗器Ｒａ，Ｒｂ，…Ｒｎであって、第１の電力導体２００に結合された第１の端子７１０、第２の電力導体３００に結合された第２の端子７２０、および抵抗器Ｒ１６８を介して接地基準電位５４０に結合された第３の端子７３０を有する抵抗器Ｒａ，Ｒｂ，…Ｒｎからなる。抵抗器Ｒａ，Ｒｂ，…Ｒｎの各々は等しい抵抗を有し、電圧の大きさが車台の上下に等しく中心化されるように配列することが好ましい。感知抵抗器Ｒ１６８は、抵抗器Ｒ１６８を通る誘導電流を感知することによって、不所望なインピーダンス故障によるこの中心化のシフトを検出するように動作する。
【０００８】
斯かる絶縁させたシステムは、正又は負の電力導体と車台との間の短絡、或いは低インピーダンス接続が生じた場合、人への感電の可能性を最小限にし得るが、斯かる回路は車台（基準電位）と正又は負の電力導体との間の不要な電路の検出のみを提供する。それは、車台と一続きの蓄積エネルギーの中心との間の不要な電路の検出を提供できず、両電力導体と車台との間の電圧電位を再均等化するように何らの補償も提供できない。高電圧蓄積エネルギー内のＤＣ接地故障条件を感知し、斯かる条件を補正するように能動的に補償する接地故障検出システムが望まれる。
【０００９】
【発明の概要】
故障検出システムは、基準電位と（ａ）  浮動電力源、（ｂ）  浮動電力源の第１の端子に結合する第１の電力導体、及び（ｃ）  浮動電力源の第２の端子に結合する第２の電力導体のうちの少なくとも１つとの間の不要な電路を検出する。このシステムは、第１及び第２の電力導体に電気的に結合するとともに、基準電位に対する第１の電圧信号を提供する出力端子を有するインピーダンスネットワーク、及び、第１の電圧信号と基準電圧とに応答して、第１の電圧信号と基準電圧間の差が所定値を超えるとき不要な電路の存在を示す増幅信号を発生する増幅器回路を含む。車台基準と浮動電力源内節点間の不要な電路の場合、システムは中心点からのインピーダンスインバランス（対車体）を示す信号を検出し、補償インピーダンスを提供して第１及び第２の電力導体間電圧（対車体）を均等化するように動作する。
【００１０】
故障検出システムは、基準電位と（ａ）  浮動電力源、（ｂ）  電力源の第１の端子に結合する第１の電力導体、及び（ｃ）  電力源の第２の端子に結合する第２の電力導体のうちの少なくとも１つとの間の不要な電路を検出し補償するシステムであって、第１及び第２の電力導体に電気的に結合するとともに、基準電位に対する第１の電圧信号を提供する出力端子を有するインピーダンスネットワーク、第１の電圧信号と基準電圧とに応答して、第１の電圧信号と基準電圧間の差が所定値を超えるとき不要な電路の存在を示す増幅信号を発生する高利得増幅器、及び高利得増幅器の出力に電気的に結合する入力とそれぞれ第１及び第２の電力導体に導電路を介して電気的に結合する第１及び第２の出力とを有する補償回路であって、第１及び第２の電力導体の少なくとも一方に補償信号を提供し、補償信号は増幅信号の大きさに従って第１の電圧信号と基準電圧間の差を減少させる補償回路を含む。
【００１１】
故障モニタ装置は、第１の電力導体に結合する第１の端子と第２の電力導体に結合する第２の端子とを有する浮動電力源、第１の電力導体に電気的に結合された第１の端子、第２の電力導体に電気的に結合された第２の端子、および基準電位に結合された第３の端子を有し、第１及び第２の電力導体にかかる電圧（対基準電位）を等しくバランスするインピーダンスネットワークであって、第１の電力導体、第２の電力導体、及び電力源のうちの少なくとも１つと基準電位間の偶発的な電路の発生に基づいて、偶発的な電圧がインピーダンスネットワークの第３の端子で生じるインピーダンスネットワーク、第３の端子に電気的に結合され、第３の端子での偶発的な電圧と基準電位間の差に比例する制御信号を提供するように動作する増幅器、及び制御信号に電気的に結合し、帰還路を介して第１及び第２の電力導体の少なくとも一方に補償信号を提供し、補償信号が第３の端子で生じる偶発的な電圧と基準電位間の差を減少させるように動作する補償回路を含む。
【００１２】
故障検出システムは、基準電位と（ａ）  電力源、（ｂ）  電力源の第１の端子に結合する第１の電力導体、及び（ｃ）  電力源の第２の端子に結合する第２の電力導体のうちの少なくとも１つとの間の不要な電路を検出するシステムであって、第１及び第２の電力導体に電気的に結合され、第１及び第２の電力導体にかかる電圧を基準電圧の周りに等しく中心化するように動作するインピーダンスネットワークであって、基準電圧に対する中心電圧信号を提供するタップを有するインピーダンスネットワーク、タップに電気的に結合される第１の入力端子、第１の電力導体に電気的に結合された第２の端子、および第２の電力導体に電気的に結合された第３の端子を有するトランジスタ、及びトランジスタの第３の端子に電気的に結合される第１の端子、基準電圧に電気的に結合された第２の端子、および出力端子を有する増幅器回路であって、その第１の端子と出力端子間に帰還ループを有してトランジスタの第３の端子に補償信号を提供し、第３の端子から第２の電力導体へ流れる電流量を修正する増幅器回路を含む。
【００１３】
故障検出補償システムは、第１の電力導体に結合する第１の端子と第２の電力導体に結合する第２の端子とを有する浮動電力源、第１の電力導体に電気的に結合された第１の端子、第２の電力導体に電気的に結合された第２の端子、および車体に結合された第３の端子を有し、第１及び第２の電力導体にかかる電圧（対車体）を等しくバランスするインピーダンスネットワークであって、車体と浮動電力源内節点間の偶発的な電路の発生に基づいて、偶発的な電圧信号が第１及び第２の電力導体間インピーダンスインバランス（対車体）によってインピーダンスネットワークの第３の端子で生じるインピーダンスネットワーク、偶発的な電圧信号に応答し第１及び第２の電力導体間インピーダンスインバランス（対車体）を示す制御信号を提供する増幅器、及び増幅器に電気的に結合し、第１及び第２の電力導体の少なくとも一方に補償インピーダンス路を提供し、第１及び第２の電力導体間電圧（対車体）を均等化する補償回路を含む。
【００１４】
本発明の諸利益、性質、及び他の種々の特徴は、図面を参照しながら次に詳述される実施例によって、より明瞭になるであろう。
【００１５】
図２Ａは、高電力導体２００又は低電力導体３００或いは電力源１００のような負荷と車台或いは接地のような基準電位５４０との間の短絡或いは超低インピーダンス接続のような偶発的な電路を検出する本発明によるＤＣ接地故障検出器システム１０の簡略化した実施例を示す。電力源１００は、一続きのバッテリー１０１Ａ、１０１Ｂからなり、高電圧（例えば、６００Ｖ）の電源を提供し電気牽引モーター（図示せず）のような負荷を駆動する。代わりに、電力源１００はシステムに電源或いはエネルギー源を供給する直列キャパシタ（例えば、ウルトラキャパシタ）、燃料電池、或いは機械的に蓄積されたエネルギー源からなってもよい。第１の電力導体２００は、電力源１００の端子１１０に電気的に結合し、負荷或いはモーターに第１の電力源（例えば、正ＤＣリンク）を提供する。第２の電力導体３００は、電力源１００の端子１５０に電気的に結合し、モーターに第２の電力源（例えば、負ＤＣリンク）を提供する。
【００１６】
第１および第２の電力導体間に電気的に結合した高インピーダンスネットワーク７００は、接地基準電位（即ち、車台電圧）５４０に対して正負の電圧値間に電源の一続きの高電圧バッテリーを等しくバランスするように動作する。高インピーダンスネットワーク７００は、直列に接続された抵抗器Ｒａ，Ｒｂ，…Ｒｎであって、第１の電力導体２００に結合された第１の端子７１０、第２の電力導体３００に結合された第２の端子７２０、および第３の端子或いはタップ７３０を有する抵抗器Ｒａ，Ｒｂ，…Ｒｎからなり、第１および第２の電力導体電圧間浮動電源を中心化する中心電圧信号（対基準電圧）を提供する。好ましいのは、抵抗器Ｒａ，Ｒｂ，…Ｒｎの各々が、等しい抵抗を有し、接地５４０に対する節点７１０での電圧の大きさが、接地５４０に対する節点７２０での電圧の大きさに等しいように配列され、端子（節点）７３０での中心電圧が基準或いは接地（即ち、車台）電圧５４０に等しいことである。
【００１７】
高利得増幅器からなる増幅器装置４００は、電圧信号７３２を受信するようにタップ７３０に電気的に結合した非反転入力４１０と、基準電圧５４０に電気的に結合した反転入力４２０とを有する。高利得増幅器装置４００は、電圧信号７３２と基準（即ち、車台）電圧５４０とに応答し、出力端子４３０で増幅信号Ｓ１を発生する。増幅信号Ｓ１は、電圧信号７３２と基準電位５４０間の差に相当する。正常動作条件下では（即ち、短絡或いは低インピーダンス条件がないとき）、高電圧バスが第１の電力導体２００（＋ＤＣリンク）と第２の電力導体３００（−ＤＣリンク）との間に等しくバランスされるので、分圧器タップ７３０での出力信号は基準電圧（例えば、０Ｖ）に等しい。また、増幅器装置４００から出力される増幅信号Ｓ１も、基準電圧（０Ｖ）に対して、０Ｖである。しかしながら、短絡或いは低インピーダンス接続が発生すると、電圧信号７３２と基準電圧５４０間の差が所定値を超え、出力信号Ｓ１は、（ａ）  第１の電力導体、（ｂ）  第２の電力導体、（ｃ）  バッテリーパック電力源のうちの１つと基準或いは車台電圧との間の不要な電路の存在を示す。
【００１８】
高電力絶縁増幅器５１０からなる補償回路５００は、高利得増幅器の出力に電気的に結合した入力５１２を有する。第１端子５１４は電路２０２を介して第１の電力導体２００に電気的に結合し、第２端子５１６は電路２０４を介して第２の電力導体３００に電気的に結合する。感知抵抗器Ｒｓからなるセンサー５３０は、出力端子５１８と基準電圧５４０との間に電気的に結合し、生成されたバランスインピーダンスを流れる電流を抵抗器Ｒｓにかかる電圧によって感知する。図示するように、Ｒｓ、Ｒ１によって得られるインピーダンスと端子５１４と５１８間内部インピーダンスは、図２Ｂ、２Ｃ、２Ｄに示すように、不要な電路インピーダンスに等しい大きさのインピーダンスを対向電力導体と車台との間に提供するバランスとして作用する。このように、エネルギー蓄積システムは「バランスされた」ままであり、正導体と車台との間の電圧は負導体と車台との間の電圧に等しい。電圧信号Ｖｓは、例えばシステムコントローラーへ戻され得る。補償信号が、対応する補償路（２０２、２０４）を経由して、基準電位（車台）から第１および第２の電力導体の少なくとも一方へ、或いは、第１および第２の電力導体の少なくとも一方から基準電位（車台）へ提供される。補償路は増幅信号Ｓ１から発生し、第１の電圧信号と基準電圧間の差を減少させる。実施例では、補償信号は増幅信号の大きさに従ってこの差を減少させ、よって回路を再バランスさせる。
【００１９】
図２Ｂは、電力導体２００と車台５４０との間に発生した故障Ｆ１による約１ｍＡの小漏電電流を補償するように路２０４に沿って第２の電力導体に印加された補償信号Ｃ１を示す図２Ａに示す回路の略図である。実施例では、電力オペアンプの利得を２ｍＡ／Ｖｏｌｔと仮定すると、増幅器装置４００の出力で増幅信号Ｓ１＝−０．５Ｖが検出される。５００（抵抗器Ｒｓでの電圧降下を感知し、１ｍＡの補正電流Ｃ１を電力導体３００へ送り、故障Ｆ１による漏電電流を補償する。
【００２０】
図２Ｃは、電力導体２００と車台５４０との間に発生した大故障Ｆ２による約５ｍＡの大漏電電流を補償するように第２の電力導体に印加された補償信号Ｃ１を示す図２Ａに示す回路の略図である。この場合、電力導体２００での電圧は基準電位（即ち、０Ｖ）にある。従って、電力導体３００での電圧は全体の電源電圧Ｖｐｓ（即ち、−６００Ｖ）である。よって、タップ７３０での電圧はＶｐｓ／２或いは−３００Ｖである。従って、オペアンプ４００の出力は−５Ｖで飽和する。５００（抵抗器Ｒｓでの電圧降下を感知し、５ｍＡの補正電流Ｃ１を電力導体３００へ送り、大故障Ｆ２による漏電電流を補償する。
【００２１】
図２Ｄは、電源１００内に、図示例では電源バッテリーパック１００のバッテリー１０１Ａと１０１Ｂ間に発生した大故障Ｆ３による約５ｍＡの大漏電電流を補償するように第１の電力導体２００に印加された補償信号Ｃ２を示す図２Ａに示す回路の略図である。この場合、タップ７３０での電圧は約１ｍＶであり、増幅器回路４００に供給され基準電圧と比較される。オペアンプ４００の出力Ｓ１は＋５Ｖで飽和する。５ｍＡの電流Ｃ２が、路２０２を通って感知抵抗器Ｒｓを流れる。
【００２２】
図３Ａに示す代替実施例では、ＤＣ接地故障検出モニターシステム３０は、第１端子で電力導体２００に結合したバッテリ１０１Ａと第２端子で電力導体３００に結合したバッテリ１０１Ｂとを有する浮動蓄電池パック１００を含む。インピーダンスネットワーク７００は、第１の電力導体２００に結合された第１の端子７１０、第２の電力導体３００に結合された第２の端子７２０、および第３の端子或いはタップ７３０を有する直列抵抗器ＲａとＲｂからなり、第１および第２の電力導体電圧間浮動電源を中心化する中心電圧信号（対基準電圧）を提供する。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のようなトランジスタデバイス３００は、タップ７３０の出力に結合された第１の端子３００ａ、電力導体２００に結合された第２の端子３００ｂ、および節点Ａで負荷素子３１０と増幅器３２０の反転入力とに結合された第３の端子３００ｃを有する。トランジスタデバイス３００は、第２の電力導体３００に結合されたバイアス抵抗器である負荷素子３１０を有するソースフォロワとして配置する。増幅器３２０の非反転入力は、電圧Ｖに結合する。増幅器３２０の出力信号Ｓ１は、負帰還抵抗器Ｒｎを介して反転端子に結合する。接地故障が存在しない場合、モニターシステム３０の動作は以下の通りである。６００Ｖの電源バッテリーパック電圧Ｖに対して、抵抗器Ｒａでの電圧降下ＶＲａは３００Ｖであり、抵抗器Ｒｂでの電圧降下ＶＲｂに等しい（即ち、ＶＲｂ＝３００Ｖ）。ゲート端子３００ａとドレイン端子３００ｂ間に３．５Ｖの電圧降下が存在する。よって、電力導体２００での電圧は＋３０３．５Ｖであり、電力導体３００での電圧は−２９６．５Ｖである。電力導体２００からバイアス抵抗器３１０を流れるバイアス電流Ｉバイアスは約１０ｍＡである。増幅器３２０の反転入力での電圧は０Ｖであり、出力Ｓ１も０Ｖである。
【００２３】
図３Ｂは、電力導体２００と車台５４０との間に発生した故障Ｆ１による約２ｍＡの小漏電電流を補償するようにバイアス抵抗器３１０を介して第２の電力導体３００に印加された２ｍＡの補償信号Ｃ１を示す図３Ａに示す回路の略図である。導体２００から流れる８ｍＡのバイアス電流Ｉバイアスは、故障Ｆ１による漏電電流を補償するように抵抗器３１０へ帰還する補償電流信号Ｃ１と合わさる。
【００２４】
図３Ｃは、電力導体２００と車台５４０との間に発生した大故障Ｆ２による約２０ｍＡの大漏電電流を補償するように第２の電力導体３００に印加された補償信号Ｃ１を示す図３Ａに示す回路の略図である。さらに、図３Ｃは節点Ａと車台５４０との間に結合されたクランプダイオード３１２のようなリミッタを含む。この場合、電力導体２００での電圧は基準電位（即ち、０Ｖ）にある。導体２００から流れるバイアス電流Ｉバイアスは０ｍＡである。ダイオード３１２は−０．７Ｖのクランプ電圧ＶＣＬで節点Ａにおいて電圧をクランプするように動作し、オペアンプ３２０は出力信号Ｓ１が＋５Ｖにあるように飽和状態で配置する。１０ｍＡの補償電流Ｃ１が増幅器３２０の帰還路を通ってバイアス抵抗器３１０へ流れ、１０ｍＡの補償電流Ｃ２がダイオード３１２を通って抵抗器３１０へ流れる。このように、Ｃ１  ＋Ｃ２＝２０ｍＡの電流が抵抗器３１０を流れ、電力導体３００へ送られて大故障Ｆ２による漏電電流を補償する。
【００２５】
図４は、別の代替実施例であり、電流源３３０を図２Ａのバイアス抵抗器３１０の代わりに配置する。電流源３３０は、故障電流を任意の或いは所定のレベル、例えば１０ｍＡに制限するように動作できる。
【００２６】
図５は、本発明による能動ＤＣ接地故障検出モニターシステム５００のより詳細な実施例を示す。第１の電力導体２００と第２の電力導体３００間に電気的に結合した高インピーダンスネットワーク７００は、接地基準電位（即ち、車台電圧）５４０に対して正負の電圧値間に電力源（図示せず）の一続きの高電圧バッテリを等しくバランスするように動作する。高インピーダンスネットワーク７００は、直列に接続された抵抗器Ｒａ，Ｒｂ，…Ｒｈであって、第１の電力導体２００に結合された第１の端子７１０、第２の電力導体３００に結合された第２の端子７２０、および第３の端子或いはタップ７３０を有する抵抗器Ｒａ，Ｒｂ，…Ｒｈからなり、第１および第２の電力導体電圧間浮動電源を中心化する中心電圧信号（対基準電圧）を提供する。好ましいのは、抵抗器Ｒａ，Ｒｂ，…Ｒｈの各々が、等しい抵抗を有し、接地５４０に対する節点７１０での電圧の大きさが、接地５４０に対する節点７２０での電圧の大きさに等しいように配列されることである。高利得増幅器からなる増幅器装置４００は、電圧信号７３２を受信するようにタップ７３０に電気的に結合した非反転入力４１０と、抵抗器Ｒ１５５を介して基準電圧５４０に電気的に結合した反転入力４２０とを有する。クランプダイオードＤ２１とＤ２３として図示する入力保護回路７４０は、増幅器装置の入力を保護するように動作する。高利得増幅器装置４００は、電圧信号７３２と基準（即ち、車台）電圧とに応答し、出力端子で増幅信号Ｓ１を発生する。増幅信号Ｓ１は、電圧信号７３２（パックの中心）と基準電圧間の差に相当する。増幅器の出力は、抵抗器Ｒ１２９、Ｒ１５４、Ｒ１５５とキャパシタＣ３７、Ｃ３８、Ｃ４０、Ｃ４４とからなる帰還ループ補償用エラー補償回路４０８を介して反転入力に結合する。図５に示すように、回路は、高利得増幅器を使用して車台に対して高電圧バスの中心での電圧を比較する。高電圧側が車台に対して中心化される場合、電圧は（部品許容差内で）等しくなる。即ち、正常動作条件下では（即ち、短絡或いは低インピーダンス条件がないとき）、高電圧バスが第１の電力導体２００（＋ＤＣリンク）と第２の電力導体３００（−ＤＣリンク）との間に等しくバランスされるので、例えば、バスの高電圧側に対応する分圧器タップ７３０での出力信号は基準電圧（例えば、０Ｖ）に等しい。また、増幅器装置４００から出力される増幅信号Ｓ１も、基準電圧（０Ｖ）に対して、０Ｖである。しかしながら、短絡或いは低インピーダンス接続が発生すると、電圧信号７３２と基準電圧５４０間の差が所定値を超え、出力信号Ｓ１は、（ａ）  第１の電力導体、（ｂ）  第２の電力導体、（ｃ）  バッテリーパック電力源のうちの１つと基準或いは車台電圧との間の不要な電路の存在を示す。この場合、十分な電圧差が存在すると、増幅器装置４００は導電路８０、９０を介してＦＥＴスイッチＱ８又はＦＥＴスイッチＱ９のいずれかを作動する（即ち、オンにする）ように動作する。これは、オプトカプラＵ６８、Ｕ５７として図示する対応するカプラ８２、９２の一方をオンにすることによって達成し得る。カプラは、対応するフィルタ回路８３、９３からスイッチＱ８、Ｑ９まで通るそれぞれの導電路を作動させる。「高い側」スイッチ（ＦＥＴ  Ｑ８）又は「低い側」スイッチ（ＦＥＴ  Ｑ９）のいずれかを作動することは、車台に対して高電圧バスを再バランスするように等しい逆インピーダンス（対車台）を生成するように作用する。スイッチＱ８、Ｑ９のいずれかをオンにし、（スイッチＱ８用補償路２０２とスイッチＱ９用補償路２０４を介して提供される）生成されたバランスインピーダンスを通る電流Ｉｓを感知抵抗器Ｒ１９４にかかる電圧により感知する。感知した電圧は、システムコントローラー或いは他の制御デバイスへ戻され得る。電流制限回路８５，９５は、それぞれのＦＥＴ  Ｑ８、Ｑ９を通る電流を所定値（例えば＋５ｍＡ又は−５ｍＡ）に制限し回路を保護するように動作する。このように、所定値以下の漏電のため、回路はパック電圧を中心化するように依然動作できる。上述した回路は、例えば自動挿入機器を使用してプリント回路板上に装着され、ハイブリッド電気車両や電気車両を含む用途、或いは接地故障の検出補正を必要とする場合など種々の用途に使用され得る。
【００２７】
以上に、本発明を固有の実施例について説明したけれど、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例えば、接地故障検出モニター回路およびシステムを帰還ループに基づいて示したが、図６は本発明による開ループシステムの実施例を提供する。図６では、第１の正電力導体２００と第２の負電力導体３００との間に結合した分圧器７００は、ＦＥＴデバイス６１０のゲートに結合したセンタータップ７３０を有する。ＦＥＴデバイス６１０は、ソースが抵抗器Ｒ１とダイオードＺＤを介してゲートに結合するソースフォロワとして構成する。増幅器装置６２０は、反転及び非反転端子に印加された電圧差を感知し、この電圧差を示す出力信号を提供する。この出力信号は、Ｒｎを通る負帰還路を経由して反転入力に印加される。このように、最大漏電電流（ＩＧＦ）の検出後、接地故障は断定され、バッテリパックはその中心電圧からずれる傾向がある。さらに、図７に示すように、ゲートをダイオードＺＤによりクランプするソースフォロワ構成において複数のＦＥＴ７１０、７１５を互いに結合してもよい。センタータップ７３０の出力は電流保護回路７５０を介して増幅器装置７２５の反転入力に結合し、非反転入力は基準電位に結合する。出力信号Ｓ１は、中心電圧信号と基準電位間の差に相当し、不要な電路或いは接地故障条件の存在を示す。これら及び他の全ての斯かる修正および変更は、特許請求の範囲内にあるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＤＣ接地故障検出システムの略図である。
【図２】Ａ．本発明の実施例によるＤＣ接地故障検出システムの略図である。
Ｂ．本発明による小漏電電流を補償する補償信号を示す図２Ａに示す回路の略図である。
Ｃ．本発明による大漏電電流を補償するように印加される補償信号を示す図２Ａに示す回路の略図である。
Ｄ．本発明によるバッテリーパック電源のバッテリー間に発生した故障による大漏電電流を補償するように印加された補償信号を示す図２Ａに示す回路の略図である。
【図３】Ａ．本発明の別の実施例によるＤＣ接地故障検出システムの略図である。
Ｂ．本発明による小漏電電流を補償する補償信号を示す図３Ａに示す回路の略図である。
Ｃ．本発明による大漏電電流を補償するように印加される補償信号を示す図３Ａに示す回路の略図である。
【図４】本発明の別の実施例によるＤＣ接地故障検出システムの略図である。
【図５】本発明の別の実施例によるＤＣ接地故障検出システムのより詳細な略図である。
【図６】本発明の別の実施例によるＤＣ接地故障検出システムの略図である。
【図７】本発明の別の実施例によるＤＣ接地故障検出システムの略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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