(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧回路と低電圧回路との間における漏電の有無を検出する装置であって、
周波数が可変設定された信号を発生する信号発生器と、
前記信号発生器からの信号を、前記高電圧回路と前記低電圧回路との間の絶縁抵抗と協働して減衰させるための抵抗性素子と、
前記抵抗性素子の他端と前記高電圧回路とを容量結合する容量性素子と、
前記信号発生器において設定された周波数の信号が通過するように遮断周波数が可変設定され、前記抵抗性素子を介した信号に重畳される前記容量性素子を介した高周波成分を減衰させる低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタを介した信号の振幅レベルを所定の閾値と比較して、前記高電圧回路と前記低電圧回路との間の漏電の有無を検出する漏電検出部と、
前記信号発生器の信号周波数および前記低域通過フィルタの遮断周波数を、前記高電圧回路の起動後よりも、前記低電圧回路の起動後で且つ前記高電圧回路の起動前のほうで高く設定する制御部とを備えたことを特徴とする漏電検出装置。
【請求項２】
前記低電圧回路は、二次電池が複数個組み合わされて成る低電圧バッテリと、前記低電圧バッテリからの電力を低電圧負荷に対して導通／遮断する第１のスイッチ部とを含み、
前記高電圧回路は、二次電池が複数個組み合わされて成る高電圧バッテリと、前記第１のスイッチ部がオン状態にされ前記漏電検出部が漏電の無いことを検出した後、前記高電圧バッテリからの電力を高電圧負荷に対して導通し、または前記第１のスイッチ部がオン状態にされ前記漏電検出部が漏電の有ることを検出した後、前記高電圧バッテリからの電力を前記高電圧負荷に対して遮断する第２のスイッチ部とを含むことを特徴とする請求項１記載の漏電検出装置。
【請求項３】
前記高電圧回路は、前記高電圧負荷としての交流モータと、前記高電圧バッテリからの直流電力を交流電力に変換して前記交流モータを駆動制御するインバータとを含むことを特徴とする請求項２記載の漏電検出装置。
【請求項４】
前記信号発生器、前記漏電検出部、および前記制御部は、コンピュータシステム内に構成されることを特徴とする請求項１記載の漏電検出装置。
【請求項５】
前記信号発生器はパルス幅変調信号を出力することを特徴とする請求項４記載の漏電検出装置。
【請求項６】
前記信号発生器はデジタル／アナログ変換器として構成されることを特徴とする請求項４記載の漏電検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電気自動車（ＰＥＶ）やハイブリッド車両（ＨＥＶ）等に用いられ、高電圧回路と低電圧回路との間の漏電の有無を検出する漏電検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気自動車（ＰＥＶ）や、エンジンとモータを備えたいわゆるハイブリッド車両（ＨＥＶ）等において、モータを駆動する際の主電源として、その高いエネルギー密度（すなわち、コンパクトにエネルギーを蓄積できる）と高い出力密度の点から、ニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）バッテリが主に使用されている。かかるＰＥＶやＨＥＶには、モータに対して十分な出力を供給できるように、単電池を複数個組み合わせて１つの組電池とし、その組電池が高電圧バッテリとして塔載されている。
【０００３】
このようなＨＥＶ等は、高電圧バッテリを駆動源としてモータを駆動制御するための高電圧回路と、低電圧バッテリを駆動源として音響機器などの電子機器を駆動するための低電圧回路とを有している。また、高電圧回路には、モータ駆動用のインバータが含まれる。
【０００４】
ＨＥＶ等の電動車両では、人体に対する安全性を確保するため、高電圧回路側から低電圧回路側への漏電を検出し、漏電が検出された場合、高電圧バッテリからの電力を遮断することが必要とされる。
【０００５】
図５は、従来の電動車両の部分構成を示す機能ブロック図である。図５において、電動車両１００は、モータなどの高電圧負荷１１を駆動制御する高電圧回路１０と、各種電子機器などの低電圧負荷２１を駆動する低電圧回路２０と、高電圧回路１０と低電圧回路２０との間の漏電の有無を検出する漏電検出装置３００とを有している。
【０００６】
高電圧回路１０には、高電圧バッテリ１２と、高電圧バッテリ１２からの電力を高電圧負荷１１側に対して導通／遮断する第２のスイッチ部１３と、高電圧負荷１１を駆動制御するインバータ１４とが含まれる。
【０００７】
高電圧バッテリ１２は、直列に接続された複数の二次電池（例えば、Ｎｉ−ＭＨ二次電池）１２１で構成されており、電動車両１００を走行させる駆動源としてのモータを回転駆動させるのに必要な高電圧（例えば、４００Ｖ）を出力可能としている。第２のスイッチ部１３は、リレーなどで構成されており、モータなどの高電圧負荷１１を駆動させるのに必要な所定以上の電流容量を有している。インバータ１４は、モータ（例えば、３相交流モータ）を回転駆動させるべく、高電圧バッテリ１２からの直流電流を交流電流に変換する機能を有する。
【０００８】
低電圧回路２０には、低電圧バッテリ２２と、低電圧負荷２１との間の接続制御を可能とする第１のスイッチ部２３とが含まれる。
【０００９】
低電圧バッテリ２２は、直列に接続された複数の二次電池２２１で構成されており、イルミネーション表示部２１１や、電子機器としての音響機器２１２（例えば、ラジオやステレオ）などの低電圧負荷２１を駆動させるのに必要な低電圧（例えば、１２Ｖ）を出力可能としている。第１のスイッチ部２３は、イグニッションキースイッチであり、車両全体の電気系統をオン／オフ制御する。第１のスイッチ部２３は、第２のスイッチ部１３に連動しており、漏電検出装置３００のスイッチ制御部３８２を介して、第１のスイッチ部２３のオン操作で第２のスイッチ部１３もオン動作し、第１のスイッチ部２３のオフ操作で第２のスイッチ部１３もオフ動作するようになっている。
【００１０】
漏電検出装置３００には、正弦波または方形波信号を出力する信号発生器（固定周波数）３１０と、信号発生器３１０からの信号を所定レベルにまで増幅する増幅器３２と、高電圧回路１０と低電圧回路２０との間の絶縁抵抗（不図示）に応じて、増幅器３２からの信号を減衰させるための抵抗３３と、抵抗３３の一端と高電圧回路１０とを容量結合する結合コンデンサ３４と、増幅器３２から抵抗３３を介した信号の高周波成分を除去する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）３５０と、ＬＰＦ３５０からの信号を所定レベルにまで増幅する増幅器３６と、増幅器３６からの信号を所定周期でサンプリングし、デジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３７と、Ａ／Ｄコンバータ３７からのデジタル信号を受けるマイクロコンピュータ（μＣＯＭ）３８とが含まれる。
【００１１】
また、μＣＯＭ３８には、Ａ／Ｄコンバータ３７からのデジタル信号を所定の閾値と比較して漏電の有無を検出する漏電検出部３８１と、第１のスイッチ部２３のオン操作信号を受けて、漏電検出部３８１からの検出終了信号が漏電無しを示す場合、第２のスイッチ部１３をオン状態にし、漏電検出部３８１からの検出終了信号が漏電有りを示す場合、第２のスイッチ部１３をオフ状態のままにするスイッチ制御部３８２’とが含まれる。
【００１２】
漏電検出部３８１は、Ａ／Ｄコンバータ３７からのデジタル信号を所定の閾値と比較し、高電圧回路１０と低電圧回路２０との間の絶縁抵抗が所定値（例えば、１００ｋΩ）以下になり、デジタル信号が低下して閾値以下となった場合に漏電有りを検出し、その検出信号を、スイッチ制御部３８２’に出力するとともに、イルミネーション表示部２１１に出力し、その漏電表示ランプを点灯させる。
【００１３】
スイッチ制御部３８２’は、第１のスイッチ部２３のオン操作信号を受けて、漏電検出部３８１からの検出信号が漏電無しを示す場合、第２のスイッチ部１３をオン状態にし、漏電検出部３８１からの検出信号が漏電有りを示す場合、第２のスイッチ部１３をオフ状態のままにする。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の漏電検出装置３００において、信号発生器３１０から出力される信号の周波数は、例えば１Ｈｚという低周波数に固定されている。これは、信号発生器３１０からの信号に、結合コンデンサ３４を介して重畳されるノイズとして、インバータ１４により発生するｋＨｚオーダーのスイッチングノイズがあり、このノイズをＬＰＦ３５０で十分に減衰させるには、信号発生器３１０で発生させる信号を１Ｈｚという低周波数に設定せざるを得ないためである。
【００１５】
このため、始動時において、イグニッションキースイッチをオンにしてから漏電の有無を検出するまでに要する時間（確定時間）が長くなる、という問題があった。
【００１６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＨＥＶ等の始動時において高速な漏電検出を可能とする漏電検出装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る漏電検出装置は、高電圧回路と低電圧回路との間における漏電の有無を検出する装置であって、周波数が可変設定された信号を発生する信号発生器と、信号発生器からの信号を、高電圧回路と低電圧回路との間の絶縁抵抗と協働して減衰させるための抵抗性素子と、抵抗性素子の他端と高電圧回路とを容量結合する容量性素子と、信号発生器において設定された周波数の信号が通過するように遮断周波数が可変設定され、抵抗性素子を介した信号に重畳される容量性素子を介した高周波成分を減衰させる低域通過フィルタと、低域通過フィルタを介した信号の振幅レベルを所定の閾値と比較して、高電圧回路と低電圧回路との間の漏電の有無を検出する漏電検出部と、信号発生器の信号周波数および低域通過フィルタの遮断周波数を、高電圧回路の起動後よりも、低電圧回路の起動後で且つ高電圧回路の起動前のほうで高く設定する制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、例えばＨＥＶ等の始動時において、高電圧回路が起動される前に、漏電検出を高速に行うことができる。
【００１９】
本発明に係る漏電検出装置において、低電圧回路は、二次電池が複数個組み合わされて成る低電圧バッテリと、低電圧バッテリからの電力を低電圧負荷に対して導通／遮断する第１のスイッチ部とを含み、高電圧回路は、二次電池が複数個組み合わされて成る高電圧バッテリと、第１のスイッチ部がオン状態にされ漏電検出部が漏電の無いことを検出した後、高電圧バッテリからの電力を高電圧負荷に対して導通し、または第１のスイッチ部がオン状態にされ漏電検出部が漏電の有ることを検出した後、高電圧バッテリからの電力を高電圧負荷に対して遮断する第２のスイッチ部とを含むことが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、第１のスイッチ部として、例えばイグニッションキースイッチがオンにされてから、高電圧バッテリから第２のスイッチ部を介して高電圧負荷に高電力が供給される前に、ノイズの影響を受けずに漏電判定を行うことができる。
【００２１】
この場合、高電圧回路に、高電圧負荷としての交流モータと、高電圧バッテリからの直流電力を交流電力に変換して交流モータを駆動制御するインバータとが含まれる場合に、インバータによるスイッチングノイズの影響を受けずに正確な漏電判定を行うことができる点で好ましい。
【００２２】
また、本発明に係る漏電検出装置において、信号発生器、漏電検出部、および制御部は、コンピュータシステムとして電池用の電子制御ユニット（電池ＥＣＵ）内に構成されることが、回路を小形化できる点で好ましい。
【００２３】
この場合、信号発生器は、電池ＥＣＵを構成するマイクロコンピュータ（μＣＯＭ）に内蔵されたＰＷＭ（パルス幅変調）信号発生器で構成され、ＰＷＭ信号発生器から出力されるＰＷＭ信号が低域通過フィルタにより正弦波信号に変換される。また、信号発生器をμＣＯＭに内蔵されたＤ／Ａ（デジタル／アナログ）コンバータで構成しても良い。これにより、μＣＯＭ内で信号発生器の周波数を可変することができる。
【００２４】
また、正弦波信号をμＣＯＭに内蔵されるＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータによりデジタル信号に変換し、このデジタル信号のデータ値に基づいて漏電判定を行っても良い。これにより、μＣＯＭ外の回路部品点数をさらに削減することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る漏電検出装置を含む電動車両の部分構成例を示す機能ブロック図である。なお、図１において、従来例を示す図５と同じ機能要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２７】
本実施形態が従来例と異なるのは、固定周波数（１Ｈｚ）の信号発生器３１０の代わりに可変周波数（例えば、１Ｈｚから１００ｋＨｚの範囲）の信号発生器３１を、遮断周波数が固定のＬＰＦ３５０の代わりに遮断周波数が可変（例えば、１Ｈｚから１００ｋＨｚの範囲）のＬＰＦ３５（ｆｃ可変）を設けた点と、第１のスイッチ部がオン操作されて漏電検出部３８１が漏電の有無を検出するまでの間、第２のスイッチ部をオフ状態にし、信号発生器３１の周波数とＬＰＦ３５の遮断周波数を通常動作時（１Ｈｚ）よりも高く（例えば、１０ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲で）設定する制御部３８２を設けた点にある。
【００２８】
次に、このように構成された漏電検出装置の動作について説明する。
【００２９】
まず、イグニッションキースイッチである第１のスイッチ部２３がオン操作されると、このオン操作信号を制御部３８２が受けて、第２のスイッチ部１３をオフ状態のままとし、信号発生器３１の発振周波数を例えば１０ｋＨｚに、またＬＰＦ３５の遮断周波数ｆｃを１０ｋＨｚに設定する。
【００３０】
この状態で、漏電が発生していない場合、高電圧回路１０と低電圧回路２０との間の絶縁抵抗が十分大きい（例えば、数１００ｋΩ）ため、信号発生器３１から増幅器３２、抵抗３３（例えば、１００ｋΩ）を介した信号は、僅かな減衰しか受けずに、ＬＰＦ３５、増幅器３６を介してＡ／Ｄコンバータ３７に入力され、そこで所定周期でサンプリングされ、μＣＯＭ３８Ａ内の漏電検出部３８１にデジタル信号として入力される。漏電検出部３８１は、デジタル信号のデータ値を所定の閾値と比較し、デジタル信号のデータ値が所定の閾値よりも大きいので、漏電無しと検出する。
【００３１】
次に、制御部３８２は、漏電検出部３８１からの漏電無しを示す検出信号を受けて、第２のスイッチ部１３をオン状態に制御して、インバータ１４への電力供給を可能にするとともに、信号発生器３１の発振周波数およびＬＰＦ３５の遮断周波数を通常動作時の１Ｈｚに設定する。
【００３２】
一方、漏電が発生している場合、高電圧回路１０と低電圧回路２０との間の絶縁抵抗が小さくなっている（例えば、１００ｋΩ以下）ため、信号発生器３１から増幅器３２、抵抗３３（例えば、１００ｋΩ）を介した信号は、そのレベルが１／２以上減衰し、ＬＰＦ３５、増幅器３６を介してＡ／Ｄコンバータ３７に入力され、そこで所定周期でサンプリングされ、μＣＯＭ３８Ａ内の漏電検出部３８１にデジタル信号として入力される。漏電検出部３８１は、デジタル信号のデータ値を所定の閾値と比較し、デジタル信号のデータ値が所定の閾値よりも小さいので、漏電有りと検出し、その検出信号をイルミネーション表示部２１１に出力し、その漏電表示ランプを点灯させる。もしくは、データを送信する通信用のインターフェース回路を備えた出力部を介して、車両側ＥＣＵへ漏電状態発生の情報を伝達する。
【００３３】
また、制御部３８２は、漏電検出部３８１からの漏電有りを示す検出信号を受けて、第２のスイッチ部１３をオフ状態のままに制御する。
【００３４】
従来では、信号発生器３１０からの正弦波信号に、高電圧回路１０のインバータ１４による数ｋＨｚオーダーのスイッチングノイズ（スパイク状ノイズ）が重畳されるため、そのノイズをＬＰＦ３５０で十分減衰させるために、信号発生器３１０の発振周波数を１Ｈｚという低周波数に固定する必要があった。これにより、漏電の有無を検出するまでに要する時間（確定時間）が長くなっていた。
【００３５】
しかしながら、上記のように、本実施形態によれば、第１のスイッチ部２３がオン操作されてから第２のスイッチ部がオン状態になる前、すなわちインバータ１４によるスイッチング動作が開始する前に、ノイズの影響を受けない状態で、信号発生器３１の発振周波数およびＬＰＦ３５の遮断周波数を例えば１０ｋＨｚに可変設定することにより、第１のスイッチ部２３がオン操作されてから漏電検出部３８１が漏電の有無を検出するまでの時間を大幅に短縮することができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、信号発生器３１の発振周波数およびＬＰＦ３５の遮断周波数を１０ｋＨｚに可変設定したが、回路性能とコストとの観点から、それらの周波数をさらに高くすることで、確定時間をさらに短縮することが可能になる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る漏電検出装置を含む電動車両の部分構成例を示す機能ブロック図である。なお、図２において、第１の実施形態を示す図１と同じ機能要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
本実施形態が第１の実施形態と異なるのは、μＣＯＭ３８Ａの外部に設けた信号発生器３１の代わりに、μＣＯＭ３８Ｂに内蔵されたＰＷＭ信号発生器３８３を用いて、またμＣＯＭ３８Ａの外部に設けたＡ／Ｄコンバータ３７の代わりに、μＣＯＭ３８Ｂに内蔵されたＡ／Ｄコンバータ３８４を用いて漏電検出装置３０Ｂを構成した点にある。
【００３９】
μＣＯＭ３８Ｂ内のＰＷＭ信号発生器３８３から出力されるＰＷＭ信号は、増幅器３２、抵抗３３を介して、ＬＰＦ３５により正弦波信号に変換され、増幅器３６を介して、μＣＯＭ３８Ｂ内のＡ／Ｄコンバータ３８４によりデジタル信号に変換される。これ以降の動作については、第１の実施形態と同じである。
【００４０】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る漏電検出装置を含む電動車両の変形例を示す機能ブロック図である。なお、図３において、図２と同じ機能要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
この変形例では、μＣＯＭ３８Ｂに内蔵されたＰＷＭ信号発生器３８３の代わりに、μＣＯＭ３８Ｃに内蔵されたＤ／Ａコンバータ３８５を用いて漏電検出装置３０Ｂを構成した点にある。
【００４２】
上記の構成によれば、μＣＯＭ外の回路部品点数を削減することができる。
【００４３】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る漏電検出装置を含む電動車両の部分構成例を示す機能ブロック図である。なお、図４において、第２の実施形態の変形例を示す図３と同じ機能要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４４】
本実施形態では、第２の実施形態の構成に加えて、μＣＯＭ３８Ｄ内に、低電圧バッテリ２２の電圧レベルを検出する電圧検出部３８６と、制御部３８２からの制御信号に応じて、電圧検出部３８６からの検出電圧に基づいてＤ／Ａコンバータ３８５から出力される信号の振幅を可変設定するレンジ設定部３８７とが設けられている。
【００４５】
上記の構成によれば、電圧検出部３８６により、低電圧バッテリ２２の電圧レベルをモニターして、漏電検出動作時に、検出した電圧レベルが低い場合（例えば、最低電圧の８Ｖ）、レンジ設定部３８７によりＤ／Ａコンバータ３８５から出力される信号レベルが増大するように制御し、検出した電圧レベルが高い場合（例えば、オルタネータ動作中の１３．５Ｖ）、レンジ設定部３８７によりＤ／Ａコンバータ３８５から出力される信号レベルが減少するように制御することで、Ｓ／Ｎ比を向上できるため、耐ノイズ性に優れた漏電検出装置を実現することができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、Ｄ／Ａコンバータ３８５から出力される信号の振幅を可変設定するように構成したが、固定利得を有する増幅器３２、３６の代わりに、電圧検出部３８６からの検出電圧に応じて利得を可変できる可変利得増幅器を用いても、同様の効果が得られる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例えばＨＥＶ等の始動時において、高電圧回路が起動される前に、各種ノイズの影響を受けることなく、漏電検出を高速に行うことができる、という格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係る漏電検出装置の一構成例を示す機能ブロック図
【図２】  本発明の第２の実施形態に係る漏電検出装置の一構成例を示す機能ブロック図
【図３】  本発明の第２の実施形態に係る漏電検出装置の変形例を示す機能ブロック図
【図４】  本発明の第３の実施形態に係る漏電検出装置の一構成例を示す機能ブロック図
【図５】  従来の漏電検出装置の一構成例を示す機能ブロック図
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ  電動車両
１０  高電圧回路
１１  高電圧負荷（モータ）
１２  高電圧バッテリ
１２１、２２１  二次電池
１３  第２のスイッチ部
１４  インバータ
２０  低電圧回路
２１  低電圧負荷
２１１  イルミネーション表示部
２１２  音響機器
２２  低電圧バッテリ
２３  第１のスイッチ部
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ  漏電検出装置
３１  信号発生器
３２、３６  増幅器
３３  抵抗（抵抗性素子）
３４  結合コンデンサ（容量性素子）
３５  ＬＰＦ（ｆｃ可変）
３７  Ａ／Ｄコンバータ
３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、３８Ｄ  マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）
３８１  漏電検出部
３８２  制御部
３８３  ＰＷＭ信号発生器
３８４  Ａ／Ｄコンバータ
３８５  Ｄ／Ａコンバータ
３８６  レンジ設定部
３９  電圧検出部
【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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