CN101755371B - 充电监视装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种充电监视装置，包括：设置在具有蓄电池的负载部与经由多条线向所述负载部供给电流的外部交流电源之间，用于遮断从所述外部交流电源向所述负载部的电流供给的开闭器；输出与流经所述各线的电流的差值相对应的检测信号的电流检测电路；抑制所述检测信号中所含的直流成分的抑制电路；对所述检测信号中所含的多个频率成分进行滤波，使得频率越高的频率成份的衰减量越大的滤波电路；对所述检测信号经过所述滤波电路及所述抑制电路而得到的输出信号进行整流平滑的整流平滑电路；以及当通过所述整流平滑电路平滑后的信号值超过预先设定的基准值时，检测出漏电并让所述开闭器遮断的漏电判定电路。

Description

充电监视装置
技术领域
本发明涉及一种充电监视装置，被设置在具有蓄电池的负载部与外部交流电源之间，包括漏电判定电路以及当该漏电判定电路判定为漏电时将所述负载部与外部交流电源之间遮断的开闭器。
背景技术
以往，已知有利用来自电池的电力进行驱动的电动车辆及在必要时能够取出电池中蓄积的电力的辅助电源系统，对这些装置所配备的电池的充电主要利用家庭用或工业用的外部交流电源进行。此时，由于充电线与装置的连接不良或者装置的电池周围可能发生的绝缘不完全等，有可能会在充电时发生漏电。由于触电、装置的故障或充电效率的损失等理由，要求尽早检测出这种漏电。而且，在装置与地面(ground)绝缘的结构中，充电时的漏电电荷经由人体流入地面时有可能会造成不适感。
在日本专利公开公报特开平11-205909号(以下称作“专利文献1”)中，公开了一种具有检测充电时的漏电的漏电遮断器(earth-leakage breaker)和插座(wall socket)的充电电路。该漏电遮断器设在外部电源与电动汽车的充电继电器之间，包括霍尔元件(Hall element)、漏电继电器及检测电路。霍尔元件在充电电路发生短路时输出电信号，检测电路基于来自霍尔元件的所述电信号，将漏电继电器由闭合状态设为开状态而将充电电路遮断。然而，在专利文献1中，检测电路用于检测充电电路有无短路，而并不检测微弱的漏电。
作为检测该微弱漏电的装置，以往已知有在来自外部交流电源的两条交流线上分别设置零相变流器(zero-phase-sequence current transformer)，通过检测流经两条线的电流的差值，从而能够检测出微弱的漏电电流的漏电监视装置。
然而，通常对蓄电池进行充电的充电控制电路采用具有暂时充电来自外部交流电源的电路和用于电压转换后进行充电的高频转换电路等的转换电路。并且，在利用此种充电控制电路进行充电时，为了吸收在外部交流电源与蓄电池连接的瞬间或开始充电时与外部交流电源侧之间产生的电压差而使之平衡，临时性的过渡电流会经由降噪用电容等而流过，由此，存在漏电监视装置发生误动作的可能性。以往并未采取与此点相关的对策，从防止误动作的观点来看，在漏电检测的精度上存在一定的限制。同样的问题在车载电池的充电领域以外的家庭、商业、工业方面利用的电池充电中也有可能会发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种充电监视装置，在从外部交流电源对作为负载部的电池进行充电时，可防止因伴随充电开始而产生的来自负载侧的暂时的过渡电流而引起的误检测，检测出微弱的漏电。
本发明所涉及的充电监视装置包括：开闭器，设置在具有蓄电池的负载部与经由包括两条交流线的多条线向所述负载部供给电流的外部交流电源之间，用于遮断从所述外部交流电源向所述负载部的电流供给；电流检测电路，输出与流经所述多条线的电流的差值相对应的检测信号；抑制电路，抑制所述检测信号中所含的直流成分；滤波电路，对所述检测信号中所含的多个频率成分进行滤波，使得频率越高的频率成份的衰减量越大；整流平滑电路，对所述检测信号经过所述滤波电路及所述抑制电路而得到的输出信号进行整流平滑；漏电判定电路，当通过所述整流平滑电路平滑后的信号值超过预先设定的基准值时，检测出漏电并让所述开闭器遮断；以及在所述开闭器被指示处于开状态时，检测与所述开闭器相比更靠近所述蓄电池一侧的所述各交流线间的电压的接点状态检测部。
根据该结构，充电监视装置在充电时设置在具有蓄电池的负载部与外部交流电源之间。在充电时，当由漏电判定电路判定为漏电时，所述负载部与外部交流电源之间被开闭器遮断而停止充电动作。电流检测电路将与流经所述外部交流电源的各线的电流的差值相对应的电压作为检测信号而输出。该检测信号作为与流经各线的交流电流同相的信号而被输出。抑制电路抑制所述检测信号中所含的直流成分。而且，滤波电路对检测信号中所含的多个频率成分以频率越高的频率成份的衰减量越大的方式，即大致与感知电流相对应的方式进行滤波。并且，整流平滑电路对经过所述滤波电路及所述抑制电路后的输出进行整流平滑后，输出至漏电判定电路。漏电判定电路当整流平滑电路的输出值超过指定的基准值时，生成遮断开闭器的遮断信号。即，即使在未发生漏电时的差值为0，但开始充电后为了吸收外部交流电源与负载侧电路的电位差，基于流经交流线的临时性的过渡电流产生差值的情况下，也可通过基于该差值的信号抑制直流成分，从而抑制差值的检测信号的直流值进一步防止误检测，可高精度地检测有无漏电。
附图说明
图1是表示将本发明所涉及的充电监视装置适用于具备蓄电池的充电装置时的一实施方式的方框图。
图2是表示图1所示的漏电检测电路的一例的详细方框图。
图3是表示图2所示的低通滤波器(Low-pass filter)的一例的电路图。
图4是表示使包含多重频率的电流值与感知的阈值(断路电流)对应的低通滤波器的频率特性的一例的图。
图5是表示图1所示的电压监视器的一例的详细方框图。
图6是表示图5所示的电压监视电路的结构的一例的电路图。
图7是图1所示的电压监视器的另一实施方式的方框图。
具体实施方式
图1是表示将本发明所涉及的充电监视装置适用于具备蓄电池(battery)的充电装置时的一实施方式的方框图。在图1中，充电监视装置1具备与外部交流电源AC侧连接的插头(plug)P1和与所述充电装置(负载部)的电池连接的插头(或插座)P2，并在其间设置用于充电监视的电路块2。在插头P1、P2之间，设有交流线L1、L2(Hot、Cold)、接地线(GND)及与负载部之间的控制信号线。
用于充电监视的电路块2包括：设置于交流线L1、L2之间的作为电磁继电器(electromagnetic relay，遮断器)的开闭器11；在开闭器11的外部交流电源AC侧，设在交流线L1、L2之间的作为电流检测电路的零相变流器(ZCT)12；以及测试用的电磁继电器13。另外，可以使用例如光电耦合继电器(Photo MOS relay)之类的半导体开关元件等各种开关元件来取代电磁继电器13。
开闭器11具备分别设置在交流线L1、L2上的继电器接点111、112。电磁继电器13跨设于交流线L1、L2且跨越ZCT12而连接。具体而言，在ZCT12的其中一侧，交流线L1、L2中的其中一条通过ZCT12的外侧并经由电阻R13和电磁继电器13的串联电路而与ZCT12的另一侧的交流线L1、L2中另一条连接。
而且，电路块2包括电源电路21、控制电路22、漏电检测电路23、接地监视器24、电压监视器25(接点状态检测部)以及测试电路26(接点状态检测单元的一部分，熔着判定部)。电源电路21与插头P1的输入侧的交流线L1、L2连接，并与外部交流电源AC连接，由此生成各电路部所需电平的电源电压。
控制电路22与例如负载部50所具备的充电控制电路51(参照图2)之间进行与电池53(参照图2)的连接确认、测试动作的指示以及用于开始充电的许可信号的通讯。漏电检测电路23基于ZCT12的输出信号检测漏电。
电压监视器25连接于插头P2的输入侧的交流线L1、L2，检测交流线L1、L2间的电压。在电压监视器25上，经由ZCT12(设为初级侧)输入有从接地线GND分支出的副接地线S-GND。测试电路26执行开闭器11的测试动作，并将其测试结果通知给控制电路22。
设置于漏电检测电路23的输出侧的励磁线圈230是开闭器11的励磁线圈，当由漏电检测电路23检测到漏电时，电流供给被停止，将开闭器11的继电器接点111、112一并由闭合状态转为开状态。而且，充电开始时，电流流经励磁线圈230而将继电器接点111、112一并由开状态切换为闭合状态。
控制电路22当接收来自电源电路21的电力供给时启动，与负载部50的例如充电控制电路51进行用于连接确认的通讯，当连接得到确认时，指示测试电路26进行测试动作。并且，当通过测试动作判断为正常时，允许开始充电。
测试电路26将电磁继电器13切换为闭合状态，使交流线L1、L2间经由电阻R13短路指定时间。继而，根据该短路，如后所述地用漏电检测电路23检测出发生异常(漏电)，开闭器11切换为开状态，并且由电压监视器25检测到由于该切换交流线L1、L2间电压已消失时，测试电路26视为漏电检测电路23及开闭器11正常动作，并将该检测结果输出至控制电路22。
另外，测试电路26当相反地检测到电压监视器25未检测电压变化等异常时，将表示在测试时刻已存在异常的信号输出至控制电路22。另外，在电压监视器25的检测(check)包括开闭器11的继电器接点111、112有无熔着。电压监视器25的详细情况如图5所示。
控制电路22在从测试电路26接收到表示正常的信号时，对负载部50进行充电开始的指示，而在接收到表示异常的信号时，则不允许负载部50的充电。漏电检测电路23用于检测充电动作中有无异常，详细情况如图2所示。
图5是表示图1所示的电压监视器25的一例的详细的方框图。在图5中，ZCT12采用例如在由坡莫合金(permalloy)等强磁性体构成的环状线芯上多次卷绕的次级线圈(coil)，在该环状的内侧插通交流线L1、L2及副接地线S-GND作为初级侧。副接地线S-GND是在接地线GND的中途即插头P1与ZCT12之间分支出的，如后所述用作电压监视器25的共用线(接地)。
电压监视器25包括第1及第2电压监视电路251、252，两者具有基本上相同的电路结构。第1电压监视电路251是以从输入的信号中遮断直流成分的例如由电容等构成的DC截止电路2511(直流成分遮断电路)、将输入的交流信号整流成直流信号的整流电路2512、检测整流后的电压信号的电平的电压检测电路2513、检测并判定所检测出的电压电平是否超过指定的设定值的判定电路2514的顺序连接而构成。同样地，第2电压监视电路252也是按照DC截止电路2521(直流成分遮断电路)、整流电路2522、电压检测电路2523及判定电路2524的顺序连接而构成。
在第1电压监视电路251中，从插头P1观察，DC截止电路2511在经过ZCT12及开闭器11之后的位置A连接于交流线L1。并且，DC截止电路2511、整流电路2512、电压检测电路2513及判定电路2514的共用侧分别连接于副接地线S-GND。在第2电压监视电路252中，从插头P1观察，DC截止电路2521在经过ZCT12及开闭器11之后的位置B连接于交流线L2。并且，DC截止电路2521、整流电路2522、电压检测电路2523及判定电路2524的共用侧分别连接于副接地线S-GND。
图6是表示第1电压监视电路251及第2电压监视电路252的结构的一例的电路图。图6所示的第1电压监视电路251中，交流线L1的位置A经由电容Cm1(第3电容)、电阻Rm1(第3电阻)及二极管D1与比较器(comparator)CMP(电压检测电路)的其中一个输入端子连接。而且，电阻Rm1与二极管D1的连接点经由电阻Rm2(第4电阻)连接于副接地线S-GND。而且，二极管D1与比较器CMP的连接点经由电容Cm2(第4电容)连接于副接地线S-GND。
并且，在比较器CMP的另一个输入端子上，连接有生成预先设定的基准电压的基准电压源E。此时，电容Cm1相当于DC截止电路2511的一例，二极管D1相当于整流电路2512的一例，比较器CMP相当于电压检测电路2513及判定电路2514的一例。
电压监视电路252除了交流线L2的位置B取代位置A连接于电容Cm1之处以外，与电压监视电路251同样地构成，因此省略其说明。
其次，说明电压监视器25进行的开闭器11的熔着状态检测动作。首先，从测试电路26输出将开闭器11设为开状态的指示信号。具体而言，停止对励磁线圈230提供励磁电流。如果各继电器接点111、112正常动作(不熔着)，则均成为开(open)状态，如果并非如此，则至少一个异常(熔着)的继电器接点111、112仍处于闭合(close)状态。
接着，从测试电路26对第1、第2电压监视电路251、252分别输出进行检测动作的指示。受该指示，第1、第2电压监视电路251、252开始检测动作，根据检测电压的电平将判定结果输出至测试电路26。
现在假设开闭器11的继电器接点111、112均为正常，则分支线L11、L21被断路而不对电压监视器25供给电压，因此DC截止电路2511、2521上无电压施加。但是，有可能会从具有插头TL的负载部50(参照图2)内的后述的电位差吸收用电容C50、C51、C52的任一个向电压监视电路251、252流入蓄积电荷程度的直流电流。
然而，由于在电压监视电路251、252中设有DC截止电路2511、2521，因此从电容C50、C51、C52提供的直流电流会被遮断，不会流入整流电路2512、2512(应为2522)，所以在电压检测电路2513、2523中，不会因从电容C50、C51、C52供给的直流电流而导致错误地检测出电压。这样，防止电压检测电路2513、2523中的电压的误检测，由此降低在判定电路2514、2524中，因从电容C50、C51、C52供给的直流电流导致误检测出开闭器11异常的可能性。因而，在这样的情况下，也能正常地进行开闭器11的熔着状态检测。
在对专利文献1(日本专利公开公报特开平11-205909号)所示那样设置在外部交流电源与电池之间的电磁继电器进行熔着检测时，在敷设于负载部的电容中蓄积有电荷的状态下，由于在电磁继电器的两侧存在所谓的电源部，因而与上述电容C50、C51、C52同样地，应检测的电流值有可能会受到来自电池侧的影响等而无法进行准确的熔着检测。而且，当外部交流电源的接地线因某种原因浮游于地面(earth)，造成两者间电容耦合的状态时，该电容耦合有可能会影响应检测的电流，从而无法进行准确的熔着检测。
然而，根据图1所示的充电监视装置1，由于电压监视器25具备DC截止电路2511、2521(直流成分遮断电路)，因此，可以提供一种通过排除来自其他部位的迂回电流(sneakcurrent)的影响而准确地检测有无来自外部交流电源的交流电流，从而能够准确地进行开闭器的继电器接点的熔着检测的充电监视装置。
其次，假设开闭器11的继电器接点111、112中的任一个、例如继电器接点111发生了熔着，则因经过交流线L1而输入的交流电流，仅对DC截止电路2511施加电压。该产生电压经整流电路2512整流后，在电压检测电路2513进行电压电平的检测，因超过指定的设定电平，由判定电路2514判定为异常。因而，检测出继电器接点111的熔着。
同样地，当两个继电器接点111、112均发生了熔着时，在判定电路2514、2524两者中均判定为异常。因此，在任何情况下均能正常地进行开闭器11的每个继电器接点的熔着状态检测。
另外，由于各电压监视电路251、252采用了遮断输入到DC截止电路2511、2521的直流成分而仅使交流成分全部通过并反馈到副接地线S-GND的结构，因此如后所述，与反馈到接地线GND的结构相比，能够使在ZCT12的初级侧的线上的链接磁通量(interlinkage magnetic fluxes)平衡，其结果，尽管存在电压监视电路251、252，但仍能够确保漏电检测电路23的正常动作。另外，电压检测电路2513、2523也可通过数字处理进行，因而，也可通过使用微机用软件进行判定处理而构成判定电路2514、2524。
图2是表示漏电检测电路23的一例的详细方框图。在图2中，首先，负载部50具有与插头P2连接的插头TL，经由该插头TL，交流线L1、L2、接地线GND及控制信号线可连接于负载部50。负载部50包括转换器(inverter)方式的公知的充电控制电路51、继电器52及可充放电的电池(蓄电池)53。另外，从电池53接出的输出侧省略图示。而且，充电控制电路51可采用各种方式，例如也可以暂时充以交流线L1、L2的电压，再以高频转换(switching)成指定的直流电压，并经由继电器52以例如十几安培左右的电流对电池53进行充电。继电器52是用于使满充电时的充电动作停止的装置。
而且，在交流线L1、L2间连接有电容C50，在交流线L1与GND间连接有电容C51，在交流线L2与GND间连接有电容C52。对于这些电容C50、C51、C52，当插头P2与插头TL连接而开始充电动作时，有时会由于为了吸收充电控制电路51内的转换电压电平与交流线L1、L2的电压电平之间的差而临时产生的过渡电流的重叠，在交流线L1、L2间产生电位差。而且，由于在充电控制电路51内以高频进行转换(switching)动作，高频噪声的电流流经交流线L1、L2同样会产生电位差，至少1个电容中会流过各个值的噪声电流。
并且，由于流经电容C50、C51、C52的如上所述的电流，充电监视装置1的交流线L1、L2间产生电流差。同样地，由于电力系统线、各连接用插头、电池53周围的绝缘性的下降，或者与地面或其他具有电压的部位之间的短路等引起的漏电，也会在交流线L1、L2间产生电流差。
ZCT12用于检测该电流之差。ZCT12采用在例如以坡莫合金等强磁性体构成的环状线芯上多次卷绕的次级线圈(coil)，在该环状的内侧插通有交流线L1、L2及接地线。根据该结构，在线圈的两端，感应产生与流过交流线L1、L2、接地线(但在接地线采用单相200V交流的情况下，因为接地，所以无须考虑)的通常为60Hz且彼此逆向的各个电流产生的(逆向的)各链接磁通量的差值相对应的电压。因此，在交流线L1、L2中流过正常的交流电流的期间，彼此逆向的各链接磁通量相等，差值为零，ZCT12无输出，另一方面，当任一个交流线上流过漏电电流，或者有来自其他部分的电流重叠时，交流线L1、L2间的电流不同，所以会在ZCT12的线圈的两端产生差值电压。
另外，如图5说明，通过在电压监视电路251、252的输入段设置DC截止电路2511、2521，从交流线L1、L2流入电压监视器25的交流电流经由副接地线S-GND使该交流电流成分确实地反馈到ZCT12，因此，即使因充电中流入电压监视器25的电流导致流经交流线L1、L2的电流产生差异时，交流线L1、L2中产生的磁通的差值也会因副接地线S-GND的反馈电流而抵消，其结果，不会因为电压监视器25的影响而造成误检测出漏电。
具体而言，从电压监视器25向副接地线S-GND的电流反馈通过图6所示的电阻Rm2及电容Cm2进行。
如背景技术中所述，由于充电线与装置的连接不良、装置的电池周围可能发生的绝缘不完全等，有可能会在充电时发生漏电。以触电、装置的故障、充电效率的损失等理由，要求尽早检测出这种漏电。而且，在装置对地面绝缘的结构中，充电时的漏电电荷经由人体流入地面时有时会造成不适感。
对此，如专利文献1(日本专利公开公报特开平11-205909号)所示，在外部交流电源与电池之间设置具备继电器的充电装置的状态下进行充电。该继电器是针对来自外部交流电源的两条交流线分别具有继电器接点的电磁继电器。并且，如专利文献1所示，当通过漏电检测电路确认到漏电时，将电磁继电器的两继电器接点同时切换为开状态，使外部交流电源从电池侧断开。
然而，由于对此种装置的电池的充电以十几安培的相对较大的电流来进行，因而电磁继电器会因在反复闭合断开时产生的过渡性的突发电流(inrush current)而使继电器接点反复地熔解(尽管是微少的熔解)，存在有时会与固定端熔着的可能性。因此，以往已知有在充电监视装置内具备检测电磁继电器的熔着的电路。该熔着检测电路是在与外部交流电源连接且被赋予使电磁继电器处于开状态的指示信号的状态下，检测两条交流线间有无电压的结构，如果检测到电压，就判定为有熔着。
进一步，作为检测继电器接点与固定点的熔着的技术，已知有如日本专利公开公报特开2006-310219号所示，在电动车辆中设置于连接电池与转换器间的两条电流供给线的中途的熔着检测装置。该熔着检测装置能够对分别设置在两条电流供给线上的各个主继电器(main relay)R1、R2检测有无熔着，通过逐个检测有无熔着，在两个继电器接点发生熔着之前尽可能早地检测出继电器的异常。
然而，日本专利公开公报特开2006-310219号中记载的熔着检测装置中，主继电器R1、R2是能够独自地闭合断开驱动的继电器，可以说是分开的继电器，因而要对各继电器依次赋予驱动信号，并依次进行检测动作，与各继电器接点同步闭合断开的1个电磁继电器不同。作为分别检测电磁继电器的各继电器接点有无熔着的电路结构，可以考虑具备在指示电磁继电器处于开状态时，分别检测各交流线与接地线之间有无电压的一对电路的结构。
另一方面，与专利文献1不同，作为能够检测微弱漏电的装置，以往一般采用的是设置有将来自外部交流电源的两条交流线作为初级侧而插通的零相变流器，通过检测流经两交流线的电流的差值，从而能够检测出微弱的漏电电流的漏电监视装置。这样，在检测流经两交流线的电流的差值的结构中，如果采用分别检测各交流线与接地线之间有无电压的一对电路作为熔着检测电路，则由于在一条交流线与接地线间经由熔着检测电路流过电流，流经两交流线间的电流会不平衡，在零相变流器会检测出电流差，从而有可能导致漏电检测电路误动作。
然而，在图1所示的充电监视装置1中，从交流线L1、L2流入电压监视器25的交流电流会经由副接地线S-GND反馈到ZCT12，因此可以提供一种虽然具备通过检测与接地线之间的电压而分别检测各条交流线上所设的各继电器接点有无熔着的电路结构，但是可防止对使用零相变流器的漏电检测精度的影响，即使对于微弱的漏电也不会发生误检测的漏电监视装置。
中点接地电路231起到电压抑制电路的作用，采用在ZCT12的线圈的两端并联连接电阻值相等的两个电阻R1、R2的串联电路和容量值相等的两个电容C1、C2的串联电路，且将电阻R1、R2的中点及电容C1、C2的中点接地的结构。线圈的检测电压经过中点接地电路231输入到差动放大电路232。在将ZCT12的线圈的两终端直接输入到差动放大器的结构中，当交流线L1、L2中的其中一条重叠有伴随所述充电开始的过渡电流时，在差动放大器中会产生来自线圈的临时性的差值电压作为直流信号，但通过设置中点接地电路231，即使有临时性的直流成分的电流流过，由于其输出的中间值与接地基准一致，因此输出不会偏于一方的极性，为此，作为直流成分的值得到抑制。因此，能够防止对于伴随充电开始产生的临时性过渡电流在交流线L1、L2上的不均衡的重叠，而判定为有漏电的误检测的情况。
差动放大电路232包括两个运算放大器，采用将ZCT12的线圈的两端分别连接于各运算放大器的其中一个输入端子，放大与被接地的另一个输入端子的差值并输出，从而得到两个运算放大器的输出的差值的结构。在以1个运算放大器放大差值并输出的结构中，放大器的偏置电压(offset voltage)会影响差值电压，有可能会包含相应的误差，但通过并设两个运算放大器，可以使两偏置电压抵消，而在与零电位之间将输入电压的差值放大，从而能够确保高精度。
低通滤波器233(滤波电路)是考虑到漏电电流的频率特性的滤波器。该低通滤波器233是在漏电电流中包含例如在商用电源频率上重叠有噪声频率的情况那样的多个频率(多重频率)时采用的滤波器，其电路的一例如图3所示。
图3所示的低通滤波器用于模拟电流的频率与人体所感知的电流值的关系(Let-go曲线)。在图3中，低通滤波器233包括第1输入端子Ti1、第2输入端子Ti2、第1输出端子To1以及第2输出端子To2。
并且，第1输入端子Ti1经由电阻Rf1(第1电阻)连接于第1输出端子To1，在与第1输入端子Ti1(应为第2输入端子Ti2)连接的第2输出端子To2和第1输出端子To1之间，连接有电容Cf1(第1电容)与电阻Rf2(第2电阻)的串联电路，与该串联电路并联地连接有电容Cf2(第2电容)。
由此，由差动放大电路232输出到第1输入端子Ti1与第2输入端子Ti2之间的信号经低通滤波器233滤波后，输出到第1输出端子To1与第2输出端子To2之间，并输出到DC截止滤波器234。
而且，电阻Rf1的电阻值例如设定为10KΩ，电阻Rf2的电阻值例如设定为20KΩ，电容Cf1的静电容量例如设定为0.0062μF，电容Cf2的静电容量例如设定为0.0091μF。
在实际的装置中，较为理想的是作为漏电检测电路23整体得到与Let-go曲线相适应的频率特性，低通滤波器233也同样较为理想的是，其频率特性被设定为：作为漏电检测电路23整体而得到与Let-go曲线相适应的频率特性。作为如此设定频率特性的低通滤波器233，可采用在图3所示的低通滤波器233中，不具备电容Cf2，且例如将电阻Rf1的电阻值设定为10KΩ，将电阻Rf2的电阻值设定为5.1KΩ，将电容Cf1的静电容量设定为390pF的低通滤波器。
图4是说明使包含多重频率的电流值与感知的阈值(断路电流)相对应的所述低通滤波器233的频率特性的一例的图(“感知电流的阈值”，作者Dalziel.C.F，AIEE会报，PartIII-B，第990页至996页，1954年发行)。
在图4中，实线曲线表示人体所感知的，应切断漏电的电流(断路电流)的临界值。另外，虚线曲线表示使用上述的低通滤波器233并适当设定下述判定电路236中的基准值而得到的漏电的判定值。
根据图4，频率为50Hz或60Hz时，断路电流为5mA左右，另一方面，随着频率变高，断路电流值变高，频率和信号衰减特性与感知的阈值相对应。因此，低通滤波器233的频率特性设定为电流流经人体时的频率越高衰减量越大，由此，其频率特性被设定为：与该电流的频率和人体所感知的电流值的关系(Let-go曲线)相对应。
由此，在漏电检测电路中，例如设想商用交流频率而采用只让60Hz通过的滤波器时，例如当在60Hz、3mA的电流上重叠有1KHz、5mA的噪声电流时，合计为8mA，应切断漏电(应断路)，但由于1KHz的噪声电流被滤波电路遮断，因此无法检测、切断漏电。
然而，在充电监视装置1中，由于低通滤波器233以与电流的频率和人体所感知的电流值的关系(Let-go曲线)相对应的方式被设定频率特性，因此即使在电流的临界值较高的高频率区域，也能与Let-go曲线相对应地增大衰减量并使其通过，因此对于重叠有多个频率的泄漏电流，也能够适当地检测出漏电。
DC截止滤波器234是从基于重叠在交流线L1、L2上的、充电开始时的所述临时性过渡电流而检测出的差值电压中遮断直流成分的结构，具有代表性的是采用直流成分截止用电容的结构。通过该DC截止滤波器234直流成分被遮断，因此能够防止根据因所述充电开始时的临时性过渡电流的重叠引起的检测信号而判断为有漏电的误检测。另外，所述中点接地电路231及DC截止滤波器234分别构成抑制电路，但除了设置两电路的结构以外，也可以采用任意一个的电路结构。
整流平滑电路235对DC截止滤波器234的输出信号进行整流，并进一步进行平滑后输出。对于整流平滑电路235的整流动作，由于利用DC截止滤波器234遮断直流成分，因此可采用全波整流方式的电路结构，且通过采用全波整流，能够在抑制直流成分之后提高漏电检测的灵敏度及响应性(responsiveness)。判定电路236(漏电判定电路)作为对输入信号值与预先设定的基准值进行比较的比较电路，当输入信号值超过基准值时，视为发生漏电，停止对励磁线圈230的供给电流，并将开闭器11由充电中的闭合状态切换成异常时的开状态。
另外，判定电路236也可采用将输入信号转换成数字信号，并利用微机通过软件进行比较判定处理的方式。而且，也可采用不具备副接地线S-GND的结构。
在本实施方式中，通过在电压监视器25中采用副接地线S-GND，尽管存在电压监视器25也能确保漏电检测电路23的高精度的检测动作，而在充电前的测试动作以后(测试充电动作中)，通过设置例如以电或者机械方式将电压监视器25从交流线L1、L2分离的开关(switch)，从而能够排除电压监视器25带来的影响。或者，也可通过采用其他各种方法，抑制因电压监视器25的存在而对漏电检测精度造成的影响。此时，作为电压监视器25，可采用以下所示的另一实施方式，也无需副接地线S-GND。
图7是图1所示的电压监视器的其他实施方式的方框图。图7所示的电压监视电路250具有与图5所示的电压监视电路251(252)相同的电路结构，是由DC截止电路2501、整流电路2502、电压检测电路2503及判定电路2504依次连接而构成。另外，在电压监视电路250的输入段的DC截止电路2501连接有交流线L1、L2的分支线L11、L21。
在图7所示的实施方式中，并非分别对开闭器11的各继电器接点111、112进行熔着检测，而是能够检测出继电器接点111、112的至少一个发生了熔着。通过该电路结构，对于来自负载部50的电容C50、C51、C52的蓄积电荷所造成的电流的迂回，也能够遮断直流成分，从而不会误检测熔着状态，能够高精度地进行检测。
而且，对于图5所示的电压监视器25的实施方式，本发明也可取代将各电压监视电路251、252的共用侧连接于副接地线S-GND的方式，而采用与接地线GND连接的方式。即使这样，通过与图7的情况同样地处理，不仅能确保高精度的熔着检测，还能抑制对漏电检测电路23的影响。
而且，在本实施方式中，以单相200V交流、60Hz为例进行了说明，但本发明可适用于各种外部交流电源(电压、频率)。而且，本发明也可适用于对具备发动机与电动机这两种动力源的汽车或电动汽车的电池的充电系统、对家庭用电动设备的电池的蓄电系统、太阳能发电或风力发电中的蓄电系统等。
即，本发明所涉及的充电监视装置包括：开闭器，设置在具有蓄电池的负载部与经由多条线向所述负载部供给电流的外部交流电源之间，用于遮断从所述外部交流电源向所述负载部的电流供给；电流检测电路，输出与流经所述各线的电流的差值相对应的检测信号；抑制电路，抑制所述检测信号中所含的直流成分；滤波电路，对所述检测信号中所含的多个频率成分进行滤波，使得频率越高的频率成份的衰减量越大；整流平滑电路，对所述检测信号经过所述滤波电路及所述抑制电路而得到的输出信号进行整流平滑；以及漏电判定电路，当通过所述整流平滑电路平滑后的信号值超过预先设定的基准值时，检测出漏电并让所述开闭器遮断。
根据该结构，充电监视装置在充电时设置在具有蓄电池的负载部与外部交流电源之间。在充电时，当由漏电判定电路判定为漏电时，所述负载部与外部交流电源之间被开闭器遮断而停止充电动作。电流检测电路将与流经所述外部交流电源的各线的电流的差值相应的电压作为检测信号而输出。该检测信号作为与流经各线的交流电流同相的信号而输出。抑制电路抑制所述检测信号中所含的直流成分。而且，滤波电路以频率越高衰减量越大，即大致与感知电流相对应的方式，对检测信号中所含的多个频率成分进行滤波。并且，整流平滑电路对经由所述滤波电路及所述抑制电路的输出进行整流平滑后，输出至漏电判定电路。漏电判定电路在整流平滑电路的输出值超过指定的基准值时，生成遮断开闭器的遮断信号并输出。即，未发生漏电时差值为0，而充电开始后为了吸收外部交流电源与负载侧电路的电位差，即使因流经交流线的临时性过渡电流产生了差值，也可通过基于该差值的信号抑制直流成分，能够抑制差值的检测信号的直流值而进一步防止误检测，从而可高精度地检测有无漏电。
而且，较为理想的是，所述滤波电路的频率特性被设定成与电流流经人体时该电流的频率和人体所感知的电流值的关系相对应。
根据该结构，由于以与人体对各频率的感知程度相应的衰减量使检测信号衰减后输出到后段的电路，因此即使在漏电电流中包含有多个频率成分的情况下，也容易适当地设定漏电的检测值。
而且，较为理想的是，所述滤波电路为：第1输入端子经由第1电阻连接于第1输出端子，在与所述第1输入端子(应为第2输入端子)连接的第2输出端子和所述第1输出端子之间，连接有第1电容与第2电阻的串联电路，所述滤波后的信号被输出到所述第1及第2输出端子之间，所述电流检测电路将所述检测信号输出到所述第1及第2输入端子之间。
根据该结构，容易以频率越高衰减量越大的方式设定滤波电路的频率特性，或者以与电流的频率和人体所感知的电流值的关系相对应的方式设定滤波电路的频率特性。
而且，较为理想的是，所述滤波电路频率特性被设定成，使经过该滤波电路、所述抑制电路及所述整流平滑电路到达所述漏电判定电路的路径整体的频率特性与当电流流经所述人体时该电流的频率和人体所感知的电流值的关系相对应。
根据该结构，在漏电判定电路中，能够以与电流的频率和人体所感知的电流值的关系相对应的方式来检测漏电。
而且，较为理想的是，所述抑制电路是遮断直流成分的直流成分截止电路。
根据该结构，能够遮断因所述的临时性过渡电流产生的差值中所含的直流成分。
而且，较为理想的是，所述电流检测电路是具有卷绕在环状线芯上的检测线圈的零相变流器。
该结构适合用作电流检测电路。
而且，较为理想的是，所述抑制电路是将所述检测线圈的两个端子分别经由电阻接地的电路。
如果是以往的方式，差值会在检测线圈的两端子间作为直流电压而产生，如果采用如该结构，将检测线圈的两端子分别经由电阻连接于地线的电路，即使有临时性的直流成分的电流流过，由于其输出的中间与接地基准一致，因此输出也不会偏向单方极性，其结果检测值得到抑制。因此，能够抑制因所述的临时性过渡电流产生的差值中所含的直流成分。
而且，较为理想的是还包括对所述检测线圈的各端子与接地间的电压差值分别进行放大的差动放大电路。
如该结构，当将检测线圈的两端子间引导至差动放大电路时，会导致放大电路的偏置电压被包含在差值的放大中，难以确保仅差值的放大精度，但通过对所述检测线圈的各端子与地线的电压差值分别进行放大，两差动放大电路的偏置电压将会抵消，因此不会产生放大误差，能提高精度。
而且，较为理想的是，所述多条线包括1条接地线和两条交流线，所述开闭器具有分别闭合和断开所述两条交流线的各继电器接点，在所述电流检测电路中的环状线芯，从所述接地线分支出的副接地线和所述两条交流线从与所述开闭器相比更靠近所述外部交流电源一侧插通，所述充电监视装置还包括接点状态检测部，在所述开闭器被指示处于开状态时，分别检测与所述开闭器相比更靠近所述蓄电池一侧的所述各交流线与插通在所述线芯中的副接地线之间的电压，所述接点状态检测部将从所述各交流线流入的电流的交流成分从所述副接地线经由所述线芯反馈到所述接地线。
根据该结构，设置在外部交流电源与经过来自该外部交流电源的接地线及两条交流线进行充电的蓄电池之间的开闭器具有分别闭合和断开两条交流线的各继电器接点。因此，开闭器除了有两个继电器接点发生熔着的情况以外，也有仅一个继电器接点发生熔着的情况。在所述开闭器被指示处于开状态时，通过接点状态检测部分别检测与所述开闭器相比更靠近所述蓄电池一侧的各交流线与从接地线分支出的副接地线之间的电压的产生。如果在至少一个检测到电压的产生，则对应一侧的继电器接点发生了熔着，如果任一侧均未检测到电压的产生，则原则上各继电器接点未发生熔着。而且，在与开闭器相比更靠近外部交流电源一侧流经两条交流线及副接地线的电流的差值经由零相变流器而作为电压而被检测出。如果检测到电压差值，就判断为有漏电，如果未检测到，则视为无漏电。在此，在充电动作中，从各交流线经由接点状态检测部而在副接地线的回路(loop)中流过交流电流的一部分，但通过将该副接地线设为零相变流器的初级侧，两交流线与副接地线的磁通匝连数将抵消，其结果，还通过接点状态检测部，漏电检测单元不会进行误检测，因此对于微弱的漏电也能够进行检测。
而且，较为理想的是，所述接点状态检测部在其输入段具有遮断所述各交流线的直流成分的直流成分遮断电路。
根据该结构，即使在连接有电池的状态下进行熔着状态的检测，由于从电池侧流入的直流电流全部被遮断，因此在熔着状态的检测时，电池侧的影响将被排除。另外，在该结构中，虽然存在从交流线向副接地线的电流环流，但由于副接地线被设为零相变流器的初级侧，因此如上所述，其影响将被排除。
而且，较为理想的是，所述接点状态检测部包括分别检测所述各交流线与插通在所述线芯中的副接地线之间的电压的两个电压监视电路，在所述各电压监视电路中，所述各交流线经由第3电容、第3电阻及二极管连接于电压检测电路，所述第3电阻与所述二极管的连接点经由所述第4电阻连接于所述副接地线，所述二极管与所述电压检测电路的连接点经由第4电容连接于所述副接地线。
根据该结构，能够通过第4电阻及第4电容，使从各交流线流入接点状态检测部的交流电流成分从副接地线经由所述线芯反馈到所述接地线。
而且，较为理想的是，所述多条线包括两条交流线，所述充电监视装置包括在所述开闭器被指示处于开状态时，检测与所述开闭器相比更靠近所述蓄电池一侧的所述各交流线间的电压的接点状态检测部，所述接点状态检测部在其输入段具有遮断直流成分的直流成分遮断电路。
根据该结构，开闭器设置在外部交流电源与经过来自该外部交流电源的两交流线进行充电的蓄电池之间，所述外部交流电源与所述蓄电池之间通过继电器接点的闭合和断开动作而被闭合和断开。接点状态检测部在所述开闭器被指示处于开状态时(受到指示的期间)，检测与所述开闭器相比更靠近所述蓄电池一侧的所述交流线间的电压。即，根据来自外部交流电源的交流电流是否经由开闭器而被检测到，来检测继电器接点有无熔着。而且，通过在接点状态检测部的输入段具有遮断直流成分的直流成分遮断电路，遮断了来自蓄电池侧的直流电流成分的寄生或者因外部交流电源的接地线在地面之间产生电容耦合而迂回的直流电流等，因此能够通过接点状态检测部准确地仅检测有无来自外部交流电源的交流电流。
而且，较为理想的是，所述开闭器具有分别闭合或断开所述两条交流线的各继电器接点，所述接点状态检测部具有分别检测所述各交流线与接地线之间的电压的电路。
根据该结构，接点状态检测部分别检测交流线中的其中一条与接地线之间以及交流线中的另一条与接地线之间有无流过来自外部交流电源的各交流电流，因此能够分别检测出对应于各交流线而设置的继电器接点的熔着。
而且，较为理想的是，所述充电监视装置还包括：基于所述接点状态检测部检测出的各电压，检测所述各继电器接点有无熔着的熔着判定部；以及当所述熔着判定部检测出所述各继电器接点中的任一个熔着时，禁止对所述负载部中的所述蓄电池的充电的控制电路。
根据该结构，当熔着判定部侦测出所述各继电器接点中的任一个的熔着时，能够禁止对负载部中的蓄电池的充电，因此可提高对蓄电池进行充电时的安全性。

Claims (14)

1.一种充电监视装置，其特征在于包括：
开闭器，设置在具有蓄电池的负载部与经由包括两条交流线的多条线向所述负载部供给电流的外部交流电源之间，用于遮断从所述外部交流电源向所述负载部的电流供给；
电流检测电路，输出与流经所述多条线的电流的差值相对应的检测信号；
抑制电路，抑制所述检测信号中所含的直流成分；
滤波电路，对所述检测信号中所含的多个频率成分进行滤波，使得频率越高的频率成份的衰减量越大；
整流平滑电路，对所述检测信号经过所述滤波电路及所述抑制电路而得到的输出信号进行整流平滑；
漏电判定电路，当通过所述整流平滑电路平滑后的信号值超过预先设定的基准值时，检测出漏电并让所述开闭器遮断；以及
在所述开闭器被指示处于开状态时，检测与所述开闭器相比更靠近所述蓄电池一侧的所述各交流线间的电压的接点状态检测部。
2.根据权利要求1所述的充电监视装置，其特征在于：
所述滤波电路的频率特性被设定成与当电流流经人体时该电流的频率和人体所感知的电流值的关系相对应。
3.根据权利要求1所述的充电监视装置，其特征在于：
所述滤波电路为：第1输入端子经由第1电阻连接于第1输出端子，在与第2输入端子连接的第2输出端子和所述第1输出端子之间，连接有第1电容与第2电阻的串联电路，所述滤波后的信号被输出到所述第1及第2输出端子之间，
所述电流检测电路将所述检测信号输出到所述第1及第2输入端子之间。
4.根据权利要求3所述的充电监视装置，其特征在于：
所述滤波电路的频率特性被设定成，使经过该滤波电路、所述抑制电路及所述整流平滑电路到达所述漏电判定电路的路径整体的频率特性与当电流流经人体时该电流的频率和人体所感知的电流值的关系相对应。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的充电监视装置，其特征在于：
所述抑制电路是遮断直流成分的直流成分截止电路。
6.根据权利要求1所述的充电监视装置，其特征在于：
所述电流检测电路是具有卷绕在环状线芯上的检测线圈的零相变流器。
7.根据权利要求6所述的充电监视装置，其特征在于：
所述抑制电路是将所述检测线圈的两个端子分别经由电阻接地的电路。
8.根据权利要求6或7所述的充电监视装置，其特征在于还包括：
对所述检测线圈的各端子与接地间的电压差值分别进行放大的差动放大电路。
9.根据权利要求6所述的充电监视装置，其特征在于：
所述多条线还包括1条接地线，
所述开闭器具有分别闭合或断开所述两条交流线的各继电器接点，
在所述电流检测电路的环状线芯，从所述接地线分支出的副接地线和所述两条交流线从与所述开闭器相比更靠近所述外部交流电源一侧插通，
所述接点状态检测部，分别检测与所述开闭器相比更靠近所述蓄电池一侧的所述各交流线与插通在所述环状线芯中的副接地线之间的电压，
所述接点状态检测部，将从所述各交流线流入的电流的交流成分从所述副接地线经由所述环状线芯反馈到所述接地线。
10.根据权利要求9所述的充电监视装置，其特征在于：
所述接点状态检测部，在其输入段具有遮断所述各交流线的直流成分的直流成分遮断电路。
11.根据权利要求10所述的充电监视装置，其特征在于：
所述接点状态检测部包括分别检测所述各交流线与插通在所述环状线芯中的副接地线之间的电压的两个电压监视电路，
在所述各电压监视电路中，所述各交流线经由第3电容、第3电阻及二极管连接于电压检测电路，所述第3电阻与所述二极管的连接点经由第4电阻连接于所述副接地线，所述二极管与所述电压检测电路的连接点经由第4电容连接于所述副接地线。
12.根据权利要求1所述的充电监视装置，其特征在于：
所述接点状态检测部在其输入段具有遮断直流成分的直流成分遮断电路。
13.根据权利要求12所述的充电监视装置，其特征在于：
所述开闭器具有分别闭合或断开所述两条交流线的各继电器接点，
所述接点状态检测部具备分别检测所述各交流线与接地线之间的电压的电路。
14.根据权利要求9至11、13中任一项所述的充电监视装置，其特征在于还包括：
熔着判定部，基于所述接点状态检测部检测出的各电压，检测所述各继电器接点有无熔着；以及
控制电路，当所述熔着判定部检测出所述各继电器接点中的任一个发生熔着时，禁止所述负载部中的所述蓄电池的充电。
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