CN103576044A - 漏电检测装置 - Google Patents

Abstract

一种漏电检测装置，检测从车辆地绝缘的电池的漏电，其包含：分压电路，分压所述电池的输出电压；漏电判定电路，在所述分压电路的后级设置，基于在分别经由所述电池的正极侧绝缘电阻或负极侧绝缘电阻的路径检测出的电压来判定漏电的有无；以及暗电流抑制电路，插入于连接所述电池的正极端子与所述分压电路的布线，或连接所述电池的负极端子与所述分压电路的布线的至少一方中，且并联连接开关与电阻。

Description

漏电检测装置

本申请基于于2012年7月18日申请的、日本特愿2012-159699号主张优先权，此处引用该内容。

技术领域

本发明涉及漏电检测装置。

背景技术

众所周知，在电动汽车或混合汽车等的车辆中，搭载了作为动力源的电动机与对该电动机提供电力的高电压、大容量的电池。该高压电池是将由多个锂离子电池或镍氢电池等构成的电池单元串联连接构成的。

这样的电动机驱动用的高压电池在安全上与车身地绝缘，因此监视高压电池与车身地的绝缘状态（换言之，检测漏电）是至关重要的。日本特开2011-102788号中公开了使用加速电容器（flying capacitor）方式，监视高压电池与车身地间的绝缘状态的技术。

发明内容

在日本特开2011-102788号中记载的技术中，存在电池的输出电压越变为高电压，就越需要高耐压的电路部件，装置成本增加的问题。此外，伴随电池的高电压化，有由于大的暗电流流过而电池的恶化发展的危险。

本发明的方式是鉴于上述情况而完成的，其目的为，提供最小限地抑制装置成本的增加，同时能够抑制暗电流引起的电池的恶化的漏电检测装置。

为了解决上述课题，本发明的方式采用以下结构。

（1）本发明的一方式的漏电检测装置，在检测从车辆地绝缘的电池的漏电的漏电检测装置中，包含：分压电路，分压所述电池的输出电压；漏电判定电路，在所述分压电路的后级设置，基于在分别经由所述电池的正极侧绝缘电阻或负极侧绝缘电阻的路径中检测出的电压来判定漏电的有无；暗电流抑制电路，插入于连接所述电池的正极端子与所述分压电路的布线，或连接所述电池的负极端子与所述分压电路的布线的至少一方，且并联连接开关与电阻。

（2）也可以是在上述（1）方式中，所述漏电判定电路将从所述车辆地绝缘的电容器中流过的电流的路径，选择性地切换为不经由所述电池的正极侧绝缘电阻以及负极侧绝缘电阻的第一路径、经由所述正极侧绝缘电阻的第二路径、以及经由所述负极侧绝缘电阻的第三路径，基于所述第一路径、第二路径以及第三路径各自在所述电容器中充电的电压，判定漏电的有无。

（3）也可以是在上述（1）或（2）方式中，构成所述分压电路的电阻全部具有相同的电阻值。

（4）也可以是在上述（2）或（3）方式中，所述漏电判定电路在检测在所述电容器中充电的电压时，也可以切断本电路与所述分压电路的电连接。

（5）也可以是在上述（2）至（4）的任一个方式中，所述暗电流抑制电路的开关在作为在所述电容器中流过的电流的路径而选择所述第一路径、第二路径以及第三路径的任一个，且在所述电容器充电的期间中变为导通状态，其他期间变为断开状态。

根据本发明的上述方式，在漏电判定电路的前级，设置对电池的输出电压进行分压的分压电路，因此能够降低构成漏电判定电路的电路部件的耐压（换言之，能够由低价格的电路部件构成漏电判定电路）。本发明中，仅设置分压电路与暗电流抑制电路的部分花费部件成本，如上述那样能够由低价格的电路部件构成漏电判定电路，因此能够总计上最小限地抑制装置成本的增加。

此外，通过本发明的上述方式，在连接电池的正极端子与分压电路的布线，或连接电池的负极端子与分压电路的布线的至少一方中，插入并联连接开关与电阻的暗电流抑制电路，因此能够抑制暗电流的发生。

即，通过本发明的上述方式，能够最小限地抑制装置成本的增加，同时抑制暗电流引起的电池的恶化。

附图说明

图1是本实施方式的一实施方式的漏电检测装置1的概略结构图。

图2是表示在漏电检测装置1中设置的各开关SW1～SW6的导通、断开状态的时间变化的时序图。

图3是表示开关SW1、SW2、SW3以及SW4在导通状态时，加速电容器C中流过的电流的路径（第一路径）的图。

图4A是表示开关SW1、SW2、SW4以及SW5在导通状态，开关SW3以及SW6在断开状态时，加速电容器C中流过的电流的路径（第二路径）的图。

图4B是表示开关SW1、SW2、SW3以及SW6在导通状态，开关SW4以及SW5在断开状态时，加速电容器C中流过的电流的路径（第三路径）的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的一实施方式。

图1是本实施方式的漏电检测装置1的概略结构图。该漏电检测装置1检测从车辆地BG绝缘的电动机驱动用的高压电池BT（例如额定电压900V的电池）的漏电，具有第一暗电流抑制电路2、第二暗电流抑制电路3、分压电路4以及漏电判定电路5。

第一暗电流抑制电路2由一端与高压电池BT的正极端子连接，另一端与分压电路4（细节后述的电阻R3）连接的开关SW1以及并联连接于该开关SW1的电阻R1构成。第二暗电流抑制电路3由一端与高压电池BT的负极端子连接，另一端与分压电路4（细节后述的电阻R5）连接的开关SW2以及并联连接于该开关SW2的电阻R2构成。

这样，本实施方式的漏电检测装置1中，在连接高压电池BT的正极端子与分压电路4（电阻R3）的布线、以及连接高压电池BT的负极端子与分压电路4（电阻R5）的布线双方中，插入并联连接开关与电阻的暗电流抑制电路。另外，通过在后述的漏电判定电路5中设置的电压检测电路6控制开关SW1以及开关SW2的导通、断开状态。

分压电路4经由第一暗电流抑制电路2和第二暗电流抑制电路3，与高压电池BT连接，将高压电池BT的例如900V的输出电压分压至例如600V左右，且由3个电阻R3、R4、R5构成。

电阻R3的一端与第一暗电流抑制电路2连接，另一端与电阻R4的一端以及漏电判定电路5（细节后述的开关SW3）连接。电阻R5的一端与第二暗电流抑制电路3连接，另一端与电阻R4的另一端以及漏电判定电路5（细节后述的开关SW4）连接。电阻R4的一端与电阻R3的另一端连接，另一端与电阻R5的另一端连接。另外，构成分压电路4的这些电阻R3、R4以及R5全部具有相同的电阻值。

漏电判定电路5，在分压电路4的后级设置，将从车辆地BG绝缘的电容器中流过的电流的路径，选择性地切换为不经由高压电池BT的正极侧绝缘电阻Rp以及负极侧绝缘电阻Rn的第一路径、经由正极侧绝缘电阻Rp的第二路径、经由负极侧绝缘电阻Rn的第三路径，基于这些第一路径、第二路径以及第三路径各自在电容器中充电的电压来判定漏电的有无。

这样的漏电判定电路5由与上述电容器相当的加速电容器C、4个开关SW3、SW4、SW5、SW6、4个电阻R6、R7、R8、R9、2个二极管D1、D2以及电压检测电路6构成。

开关SW3的一端与分压电路4（电阻R3的另一端）连接，另一端与开关SW5的一端、二极管D1的阳极端子以及二极管D2的阴极端子连接。开关SW4的一端与分压电路4（电阻R5的另一端）连接，另一端与开关SW6的一端以及加速电容器C的一端连接。

加速电容器C的一端与开关SW4的另一端以及开关SW6的一端连接，另一端与电阻R6的一端以及电阻R7的一端连接。电阻R6的一端与加速电容器C的另一端连接，另一端与二极管D1的阴极端子连接。电阻R7的一端与加速电容器C的另一端连接，另一端与二极管D2的阳极端子连接。

二极管D1的阳极端子与开关SW3的另一端、开关SW5的一端以及二极管D2的阴极端子连接，阴极端子与电阻R6的另一端连接。二极管D2的阳极端子与电阻R7的另一端连接，阴极端子与开关SW3的另一端、开关SW5的一端以及二极管D1的阳极端子连接。

开关SW5的一端与开关SW3的另一端、二极管D1的阳极端子以及二极管D2的阴极端子连接，另一端与电阻R8的一端以及电压检测电路6连接。开关SW6的一端与开关SW4的另一端以及加速电容器C的一端连接，另一端与电阻R9的一端连接。

电阻R8的一端与开关SW5的另一端以及电压检测电路6连接，另一端与电阻R9的另一端、电压检测电路6以及车辆地BG连接。电阻R9的一端与开关SW6的另一端连接，另一端与电阻R8的另一端、电压检测电路6以及车辆地BG连接。

电压检测电路6是根据例如微机等的程序执行各种处理的数字处理器，包含：通过控制开关SW1～SW6的导通、断开状态，将在加速电容器C中流过的电流的路径，选择性地切换为不经由上述的正极侧绝缘电阻Rp以及负极侧绝缘电阻Rn的第一路径、经由正极侧绝缘电阻Rp的第二路径、以及经由负极侧绝缘电阻Rn的第三路径的功能；以及检测这些第一路径、第二路径以及第三路径各自在加速电容器C中充电的电压，基于该检测结果来判定漏电的有无的功能。

以下，说明如上述所示构成的漏电检测装置1的动作。

图2是表示漏电检测装置1中设置的各开关SW1～SW6的导通、断开状态的时间变化的时序图。如该图2所示，非动作时，即未实施漏电检测动作的期间（图中的时刻t1～t2的期间）中，电压检测电路6控制全部的开关SW1～SW6为断开状态。

若全部的开关SW1～SW6变为断开状态，则在高压电池BT的正极端子→电阻R1→电阻R3→电阻R4→电阻R5→电阻R2→高压电池BT的负极端子这样的路径流过电流（暗电流），通过将第一暗电流抑制电路2的电阻R1与第二暗电流抑制电路3的电阻R2的电阻值设定得大，能够抑制暗电流。

若假设从图中的时刻t2开始漏电检测动作，则电压检测电路6首先在时刻t2至t3的期间中执行总电压充电处理。具体而言，电压检测电路6在时刻t2至t3的期间内，通过控制开关SW1、SW2、SW3以及SW4为导通状态，将加速电容器C中流过的电流的路径，切换为不经由正极侧绝缘电阻Rp以及负极侧绝缘电阻Rn的第一路径。

若开关SW1、SW2、SW3以及SW4变为导通状态，则如图3所示，在高压电池BT的正极端子→开关SW1→电阻R3→开关SW3→二极管D1→电阻R6→加速电容器C→开关SW4→电阻R5→开关SW2→高压电池BT的负极端子这样的路径（即第一路径）流过电流。

这样，在开关SW1、SW2、SW3以及SW4为导通状态的情况下，流过电流的第一路径的合成电阻R由下述（1）式表示，此外，在加速电容器C中充电的电压（即加速电容器C的端子间电压）Vc由下述（2）式表示。另外，下述（2）式中，Vb是高压电池BT的输出电压，Ton1是加速电容器C的充电时间（Ton1=t3-t2）。以下，将在执行上述总电压充电处理时，在加速电容器C中充电的电压Vc称为总电压。

【数1】

$R=\frac{R3}{(R4+R5)}+R6\·\·\·\left(1\right)$

$\mathrm{Vc}=\mathrm{Vb}\×\frac{R4}{(R3+R4+R5)}\×\{1-\mathrm{EXP}\left(\frac{-\mathrm{Ton}1}{R\×C}\right)\}\·\·\·\left(2\right)$

接着，电压检测电路6在图2中的时刻t3至t4的期间中执行总电压读取处理。具体而言，电压检测电路6在时刻t3至t4的期间内，通过控制开关SW1、SW2、SW3以及SW4为断开状态，同时控制开关SW5以及SW6为导通状态，检测加速电容器C的端子间电压、即总电压Vc（变换为数字值读取），保存该检测结果（总电压Vc的数字值）至内部存储器。

另外，实际上，总电压Vc通过电阻R7、R8以及R9分压，作为电阻R8的端子间电压被读取至电压检测电路6。因此，电压检测电路6将读取的电阻R8的端子间电压，基于电阻R7、R8以及R9的电阻值，换算为加速电容器C的端子间电压，即总电压Vc。

接着，电压检测电路6在图2中的时刻t4至t5的期间中执行正极侧绝缘电阻电压充电处理。具体而言，电压检测电路6在时刻t4至t5的期间内，通过控制开关SW1、SW2、SW4以及SW5为导通状态，同时控制开关SW3以及SW6为断开状态，将加速电容器C中流过的电流的路径，切换为经由正极侧绝缘电阻Rp的第二路径。

若开关SW1、SW2、SW4以及SW5变为导通状态，开关SW3以及SW6变为断开状态，则如图4A所示，在高压电池BT的正极端子→正极侧绝缘电阻Rp→车辆地BG→电阻R8→开关SW5→二极管D1→电阻R6→加速电容器C→开关SW4→电阻R5→开关SW2→高压电池BT的负极端子这样的路径（即第二路径）流过电流。

这样，在开关SW1、SW2、SW4以及SW5为导通状态，开关SW3以及SW6为断开状态的情况下，流过电流的第二路径的合成电阻R(+)由下述（3）式表示，另外，在加速电容器C中充电的电压Vcp由下述（4）式表示。另外，下述（4）式中，Ton2是加速电容器C的充电时间（Ton2=t5-t4）。以下，执行上述那样的正极侧绝缘电阻电压充电处理时，将在加速电容器C中充电的电压Vcp称为正极侧绝缘电阻电压。

【数2】

$R(+)=\frac{(R3+R4)}{R5}+R6+\frac{\mathrm{Rp}}{\mathrm{Rn}}\·\·\·\left(3\right)$

$\mathrm{Vcp}=\mathrm{Vb}\×(\frac{\mathrm{Rn}}{\mathrm{Rp}+\mathrm{Rn}}-\frac{R5}{R3+R4+R5})\×\{1-\mathrm{EXP}\left(\frac{-\mathrm{Ton}2}{R(+)\×C}\right)\}\·\·\·\left(4\right)$

接着，电压检测电路6在图2中的时刻t5至t6的期间中执行正极侧绝缘电阻电压读取处理。具体而言，电压检测电路6在时刻t5至t6的期间内，通过控制开关SW1、SW2、SW3以及SW4为断开状态，同时开关SW5以及SW6为导通状态，检测加速电容器C的端子间电压、即正极侧绝缘电阻电压Vcp（变换为数字值读取），保存该检测结果（正极侧绝缘电阻电压Vcp的数字值）至内部存储器。

另外，与上述相同，实际上，正极侧绝缘电阻电压Vcp通过电阻R7、R8以及R9分压，作为电阻R8的端子间电压被读取至电压检测电路6。因此，电压检测电路6基于电阻R7、R8以及R9的电阻值，将读取的电阻R8的端子间电压换算为正极侧绝缘电阻电压Vcp。

接着，电压检测电路6在图中的时刻t6至t7的期间中再度执行总电压充电处理。即，电压检测电路6在时刻t6至t7的期间内，通过控制开关SW1、SW2、SW3以及SW4为导通状态，将加速电容器C中流过的电流的路径切换为第一路径。由此，由上述（2）式表示的总电压Vc在加速电容器C中充电。

接着，电压检测电路6在图2中的时刻t7至t8的期间中执行总电压读取处理。即，电压检测电路6在时刻t7至t8的期间内，通过控制开关SW1、SW2、SW3以及SW4为断开状态，同时开关SW5以及SW6为导通状态，检测加速电容器C的端子间电压、即总电压Vc（变换为数字值读取），保存该检测结果（总电压Vc的数字值）至内部存储器。

接着，电压检测电路6在图2中的时刻t8至t9的期间中执行负极侧绝缘电阻电压充电处理。具体而言，电压检测电路6在时刻t8至t9的期间内，通过控制开关SW1、SW2、SW3以及SW6为导通状态，同时开关SW4以及SW5为断开状态，将加速电容器C中流过的电流的路径切换为经由负极侧绝缘电阻Rn的第三路径。

若开关SW1、SW2、SW3以及SW6为导通状态，开关SW4以及SW5为断开状态，则如图4B所示，在高压电池BT的正极端子→开关SW1→电阻R3→开关SW3→二极管D1→电阻R6→加速电容器C→开关SW6→电阻R9→车辆地BG→负极侧绝缘电阻Rn→高压电池BT的负极端子这样的路径（即第三路径）流过电流。

这样，在开关SW1、SW2、SW3以及SW6为导通状态，开关SW4以及SW5为断开状态的情况下，电流流过的第三路径的合成电阻R(-)由下述（5）式表示，此外，在加速电容器C中充电的电压Vcn由下述（6）式表示。另外，下述（6）式中，Ton2是加速电容器C的充电时间（Ton2=t9-t8）。以下，执行上述那样的负极侧绝缘电阻电压充电处理时，将在加速电容器C中充电的电压Vcn称为负极侧绝缘电阻电压。

【数3】

$R(-)=\frac{(R4+R5)}{R3}+R6+\frac{\mathrm{Rp}}{\mathrm{Rn}}\·\·\·\left(5\right)$

$\mathrm{Vcn}=\mathrm{Vb}\×(\frac{R4+R5}{R3+R4+R5}-\frac{\mathrm{Rn}}{\mathrm{Rp}+\mathrm{Rn}})\×\{1-\mathrm{EXP}\left(\frac{-\mathrm{Ton}2}{R(-)\×C}\right)\}\·\·\·\left(6\right)$

接着，电压检测电路6在图2中的时刻t9至t10的期间中执行负极侧绝缘电阻电压读取处理。具体而言，电压检测电路6在时刻t9至t10的期间内，通过控制开关SW1、SW2、SW3以及SW4为断开状态，同时控制开关SW5以及SW6为导通状态，检测加速电容器C的端子间电压、即负极侧绝缘电阻电压Vcn（变换为数字值读取），保存该检测结果（负极侧绝缘电阻电压Vcn的数字值）至内部存储器。

另外，与上述相同，实际上，负极侧绝缘电阻电压Vcn通过电阻R7、R8以及R9分压，作为电阻R8的端子间电压被读取至电压检测电路6。因此，电压检测电路6基于电阻R7、R8以及R9的电阻值，将读取的电阻R8的端子间电压换算为负极侧绝缘电阻电压Vcn。

电压检测电路6基于通过在上述那样的时刻t2至t10的期间中执行的各处理得到的总电压Vc、正极侧绝缘电阻电压Vcp、负极侧绝缘电阻电压Vcn算出绝缘电阻值，且在该算出的绝缘电阻值在阈值以下的情况下，判定为发生漏电。另外，假设R2=R4，则R(+)=R(-)=R，因此Vcn+Vcp由下述（7）式表示，绝缘电阻值由下述（8）式表示。

【数4】

$\mathrm{Vcn}+\mathrm{Vcp}=\mathrm{Vb}\×\frac{R4}{R3+R4+R5}\×\{1-\mathrm{EXP}\left(\frac{-\mathrm{Ton}2}{R\×C}\right)\}\·\·\·\left(7\right)$

【数5】

以上那样，通过本实施方式，在漏电判定电路5的前级设置了对高压电池BT进行分压的输出电压的分压电路4，因此能够降低构成漏电判定电路5的电路部件的耐压（换言之，能够由低价格的电路部件构成漏电判定电路5）。本实施方式中，仅设置分压电路4与暗电流抑制电路2、3的部分花费部件成本，但上述那样能够由低价格的电路部件构成漏电判定电路5，因此总计上能够最小限地抑制装置成本的增加。

此外，通过本实施方式，在连接高压电池BT的正极端子与分压电路4的布线，和连接高压电池BT的负极端子与分压电路4的布线双方中，插入并联连接开关与电阻的暗电流抑制电路2、3，因此能够抑制暗电流的发生。即，通过本实施方式的漏电检测装置1，能够最小限地抑制装置成本的增加，同时抑制暗电流引起的电池的恶化。

进而，若构成分压电路4的电阻R3、R4以及R5的电阻值变得过小，则漏电检测精度降低，但如本实施方式那样，由于假设构成分压电路4的电阻R3、R4以及R5的电阻值全部相同，能够维持漏电检测精度。

此外，在检测在加速电容器C中充电的电压时，通过作为开关SW1、SW2、SW3以及SW4为断开状态，开关SW5以及SW6为导通状态，切断漏电判定电路5与分压电路4的电连接，能够避免在开关SW5以及SW6中超过耐压的电压被施加。

另外，本发明不限于上述实施方式。例如，上述实施方式中，例示了在连接高压电池BT的正极端子与分压电路4的布线，以及连接高压电池BT的负极端子与分压电路4的布线的双方中，插入暗电流抑制电路2、3的情况，但即使仅在任一方的布线中插入该暗电流抑制电路2、3，也能发挥该效果。

此外，上述实施方式中，例示了将在加速电容器C中流过的电流的路径，选择性地切换为不经由正极侧绝缘电阻Rp以及负极侧绝缘电阻Rn的第一路径、经由正极侧绝缘电阻Rp的第二路径、以及经由负极侧绝缘电阻Rn的第三路径，基于这些第一路径、第二路径以及第三路径各自在加速电容器C中充电的电压来判定漏电的有无的所谓加速电容器方式的漏电判定电路5。本发明不限于此，也可以采用基于在分别经由高压电池BT的正极侧绝缘电阻Rp或负极侧绝缘电阻Rn的路径检测的电压来判定漏电的有无的漏电判定电路（例如电阻分压方式的漏电判定电路）。

Claims (5)

1.一种漏电检测装置，检测从车辆地绝缘的电池的漏电，其特征在于，包含：

分压电路，分压所述电池的输出电压；

漏电判定电路，在所述分压电路的后级设置，基于在分别经由所述电池的正极侧绝缘电阻或负极侧绝缘电阻的路径检测出的电压来判定漏电的有无；

暗电流抑制电路，插入于连接所述电池的正极端子与所述分压电路的布线，或连接所述电池的负极端子与所述分压电路的布线的至少一方中，且并联连接开关与电阻。

2.如权利要求1所述的漏电检测装置，其特征在于，

所述漏电判定电路将从所述车辆地绝缘的电容器中流过的电流的路径，选择性地切换为不经由所述电池的正极侧绝缘电阻以及负极侧绝缘电阻的第一路径、经由所述正极侧绝缘电阻的第二路径、以及经由所述负极侧绝缘电阻的第三路径，基于所述第一路径、第二路径以及第三路径各自在所述电容器中充电的电压来判定漏电的有无。

3.如权利要求1或2所述的漏电检测装置，其特征在于，

构成所述分压电路的电阻全部具有相同的电阻值。

4.如权利要求2或3所述的漏电检测装置，其特征在于，

所述漏电判定电路在检测在所述电容器中充电的电压时，切断本电路与所述分压电路的电连接。

5.如权利要求2～4中任一项所述的漏电检测装置，其特征在于，

所述暗电流抑制电路的开关，作为在所述电容器中流过的电流的路径而选择所述第一路径、第二路径以及第三路径的任一个，且在所述电容器充电的期间中变为导通状态，其他期间变为断开状态。

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