JP2008139249A - 電動車両用の漏電検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池の漏電を速やかに検出する。
【解決手段】電動車両用の漏電検出方法は、負荷と車両アースにコンデンサを接続している電動車両用の組電池１の漏電を検出する。この漏電検出方法は、組電池１を構成する直列に接続された複数の電池２の任意の直列接続点３を、漏電検出抵抗４を介してシャーシアースに接続した後、漏電検出抵抗４の両端の電圧（ＶL(t)）を所定のサンプリング周期（Δｔ）で検出し、検出される電圧変化から漏電抵抗値（ＲL）を演算する。
【選択図】図３

Description

本発明は、主として、ハイブリッドカーや電気自動車等の電動車両を走行させるモーターを駆動する電源装置の漏電を検出する電動車両用の漏電検出方法に関する。

電動車両を走行させる電源装置は、出力を大きくするために電圧を高くする必要がある。出力が電圧と電流の積に比例するからである。たとえば、ハイブリッドカーや電気自動車を走行させる電源装置の出力電圧は２００Ｖ以上と極めて高い。高電圧の電源装置は、漏電による人体への感電を防止するため、車両アース及び低圧電源（一般には鉛蓄電池）から絶縁されており、かつ、この漏電抵抗の低下を検出して高圧電源出力を切り離す装置が設けられている。漏電抵抗は、電源装置とアースとの間の抵抗である。この漏電抵抗値が小さすぎると感電しやすくなることから、漏電抵抗値は、たとえば５００Ω／Ｖと規定され、この場合、出力電圧が３００Ｖの組電池にあっては、許容される漏電抵抗値は１５０ｋΩとなる。漏電抵抗値がこの値よりも小さくなると、たとえば、組電池の出力側のコンタクタをオンに切り換えずにオフに保持して、感電を防止している。

本発明者は、漏電抵抗値を正確に検出する技術を開発した。（特許文献１参照）
特開２００５−３３８０１０号公報

本出願人が先に出願した電動車両用の漏電検出方法は、図１において、組電池１０を構成する直列に接続された複数の電池１１の内、任意の高電圧側と低電圧側との２箇所の電池の直列接続点Ｂ、Ａとシャーシアースとの間に、それぞれ直列に接続された漏電検出抵抗Ｒa、Ｒbと、それぞれの漏電検出抵抗Ｒa、Ｒbに直列に接続された漏電検出スイッチＳＷ１、ＳＷ２とを備える電動車両用漏電検出回路の、高電圧側の電池の直列接続点Ｂに接続された一方の漏電検出スイッチＳＷ１をｔのタイミングで閉じ、他方の漏電検出スイッチＳＷ２を開いたとき漏電検出抵抗Ｒaに発生する電圧Ｖl11(t)を測定するステップと、低電圧側の電池の直列接続点Ａに接続された他方の漏電検出スイッチＳＷ２をｔのタイミングで閉じ、一方の漏電検出スイッチＳＷ１を開いたとき漏電検出抵抗Ｒaに発生する電圧Ｖl12(t)を測定するステップと、高電圧側の電池の直列接続点Ｂでの電圧をＶg11(t)、低電圧側の電池の直列接続点Ａでの電圧をＶg12(t)として測定するステップと、異なる時間ｔを、ｔ1、ｔ2とするなら、ステップにより測定された値に基づき、漏電抵抗値の合成値Ｒlを

に基づいて演算するステップとを有する。

以上の電動車両用の漏電検出方法は、漏電抵抗値を正確に検出できる。ただ、この方法は、図１に示すように、負荷側に雑音を除去する等の目的でコンデンサ１８を漏電抵抗と並列に接続する状態では、漏電抵抗値を正確に検出できない。それは、図２に示すように、漏電検出スイッチＳＷ１、ＳＷ２を切り換えて、所定の電圧になるまでの時間をコンデンサ１８が遅らせるからである。以上の数４で漏電抵抗値を演算するには、漏電検出スイッチＳＷ１、ＳＷ２を切り換えた後、所定の電圧に飽和する電圧を検出する必要がある。変化する電圧が一定の電圧に飽和する時間は、漏電抵抗値が大きくなるにしたがって長くなる。このため、漏電検出スイッチＳＷ１、ＳＷ２を切り換えた後、相当の時間、たとえば１秒以上も待って電圧を検出する必要があり、漏電を速やかに検出できない。
また、車両の状態は、時々刻々と変化する。例えば、高圧電池の電圧は充放電により大きく変化するため、検出のための時間が長いと、漏電抵抗の検出精度が低下するおそれがある。

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、負荷側に上記コンデンサを接続する状態で組電池の漏電を速やかに検出できる電動車両用の漏電検出方法を提供することにある。

本発明の電動車両用の漏電検出方法は、負荷側にコンデンサを接続している電動車両用の組電池１の漏電を検出するための漏電検出方法であって、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。

本発明の請求項１の漏電検出方法は、組電池１を構成する直列に接続された複数の電池２の任意の直列接続点３を、漏電検出抵抗４を介してシャーシアースに接続した後、漏電検出抵抗４の両端の電圧（ＶL(t)）を所定のサンプリング周期（Δｔ）で検出し、検出される電圧変化から漏電抵抗値（ＲL）を演算する。

さらに、本発明の請求項２の漏電検出方法は、請求項１に加えて、所定のサンプリング周期（Δｔ）で検出される電圧（ＶL(t)）の変化から、以下の数５に基づいて漏電抵抗値（ＲL）を演算する。

ただし、これらの式において、Ｖ1は時間（ｔ）における漏電検出抵抗の両端の電圧ＶL(t)、Ｖ2は時間（ｔ＋Δｔ）における漏電検出抵抗の両端の電圧ＶL(t+Δt)、Ｖ3は時間（ｔ＋２Δｔ）における漏電検出抵抗の両端の電圧ＶL(t+Δt)であり、
Ｒは漏電検出抵抗の合成抵抗値、Ｃ1とＣ2は負荷と並列に接続している上記コンデンサの静電容量である。

本発明の請求項３の漏電検出方法は、組電池１を構成する直列に接続された複数の電池２の内、任意の高電圧側と低電圧側との２箇所の直列接続点３とシャーシアースとの間に、それぞれ直列に接続された漏電検出抵抗４ａ、４ｂと、漏電検出抵抗４ａ、４ｂに直列に接続された漏電検出スイッチＳＷ１、ＳＷ２とを備える漏電検出回路の、高電圧側の直列接続点３Ａに接続された一方の漏電検出スイッチＳＷ１をｔのタイミングで閉じ、他方の漏電検出スイッチＳＷ２を開いたとき漏電検出抵抗４ａに発生する電圧Ｖl1(t)を測定するステップと、低電圧側の直列接続点３Ｂに接続された他方の漏電検出スイッチＳＷ２をｔのタイミングで閉じ、一方の漏電検出スイッチＳＷ１を開いたとき漏電検出抵抗４ａに発生する電圧Ｖl2(t)を測定するステップと、高電圧側の直列接続点３Ａでの電圧をＶg1(t)、低電圧側の直列接続点３Ｂでの電圧をＶg2(t)として測定するステップと、異なる時間（ｔ）を、ｔ1、ｔ2とするなら、前記ステップにより測定された値に基づき、漏電抵抗値（ＲL）を以下の数６に基づいて演算するステップとで漏電抵抗値（ＲL）を検出する。

ただし、この式において、Ｒaは漏電検出抵抗４ａの抵抗値であり、Ｒbは漏電検出抵抗４ｂの抵抗値である。

さらに、この漏電検出方法は、漏電検出スイッチＳＷ１、ＳＷ２を切り換えた後、負荷に接続されるコンデンサ８と、漏電検出抵抗４ａ、４ｂ及び許容される漏電抵抗値（ＲL(max)）とで規定される時定数（τ）よりも長い測定禁止時間（Ｔ）を経過した後、漏電検出抵抗４ａに発生する電圧Ｖl1(t)と、電圧Ｖl2(t)と、高電圧側の直列接続点３Ａでの電圧Ｖg1(t)と、低電圧側の直列接続点３Ｂでの電圧Ｖg2(t)とを測定して、前記数６で演算して漏電抵抗を検出する。

本発明の請求項４の漏電検出方法は、請求項３に加えて、許容される漏電抵抗値（ＲL(max)）を３００Ω／Ｖ〜１０００Ω／Ｖの範囲としている。

本発明の請求項５の漏電検出方法は、請求項３に加えて、測定禁止時間（Ｔ）を、コンデンサ８と、漏電検出抵抗４ａ、４ｂ及び許容される漏電抵抗値（ＲL(max)）とで規定される時定数（τ）の３〜１０倍としている。

本発明の請求項６の漏電検出方法は、組電池１を構成する直列に接続された複数の電池２の任意の直列接続点３を、漏電検出抵抗４を介してシャーシアースに接続した後、漏電検出抵抗４の両端の電圧変化を検出し、検出される電圧変化が所定の電圧値に飽和するまでの収束時間（Ｓ）を検出し、この収束時間（Ｓ）から漏電抵抗値（ＲL）を検出する。

本発明の請求項７の漏電検出方法は、請求項６に加えて、検出される漏電検出抵抗（ＲL）の両端の電圧変化が所定の電圧値に飽和するまでの収束時間（Ｓ）を設定時間に比較して、漏電抵抗値（ＲL）が許容される漏電抵抗値（ＲL(max)）よりも大きいか小さいかを判定する。

本発明の請求項８の漏電検出方法は、組電池１を構成する直列に接続された複数の電池２の内、任意の高電圧側と低電圧側との２箇所の直列接続点３とシャーシアースとの間に、それぞれ直列に接続された漏電検出抵抗４ａ、４ｂと、漏電検出抵抗４ａ、４ｂに直列に接続された漏電検出スイッチＳＷ１、ＳＷ２とを備える漏電検出回路の、高電圧側の直列接続点３Ａに接続された一方の漏電検出スイッチＳＷ１をｔのタイミングで閉じ、他方の漏電検出スイッチＳＷ２を開いたとき漏電検出抵抗４ａに発生する電圧Ｖl1(t)を測定するステップと、低電圧側の直列接続点３Ｂに接続された他方の漏電検出スイッチＳＷ２をｔのタイミングで閉じ、一方の漏電検出スイッチＳＷ１を開いたとき漏電検出抵抗４ａに発生する電圧Ｖl2(t)を測定するステップと、高電圧側の直列接続点３Ａでの電圧をＶg1(t)、低電圧側の直列接続点３Ｂでの電圧をＶg2(t)として測定するステップと、異なる時間（ｔ）を、ｔ1、ｔ2とするなら、前記ステップにより測定された値に基づき、漏電抵抗値（ＲL）を以下の数７に基づいて演算するステップとで漏電抵抗値（ＲL）を検出する。

ただし、この式において、Ｒaは漏電検出抵抗４ａの抵抗値であり、Ｒbは漏電検出抵抗４ｂの抵抗値である。

さらに、この漏電検出方法は、漏電検出抵抗４の両端の電圧変化を検出し、検出される電圧変化が所定の電圧値に飽和した後、漏電検出抵抗４ａに発生する電圧Ｖl1(t)と、電圧Ｖl2(t)と、高電圧側の直列接続点３Ａでの電圧Ｖg1(t)と、低電圧側の直列接続点３Ｂでの電圧Ｖg2(t)とを測定して、以下の数７で演算して漏電抵抗値（ＲL）を検出する。

本発明の電動車両用の漏電検出方法は、負荷側にコンデンサを接続する状態で、組電池の漏電抵抗値を速やかに検出できる。

本発明の請求項１の漏電検出方法は、電池を直列に接続している組電池の任意の直列接続点を、漏電検出抵抗を介してシャーシアースに接続した後、漏電検出抵抗のシャーシアースに対する電圧ＶL(t)を所定のサンプリング周期（Δｔ）で検出し、検出される電圧変化から漏電抵抗値を演算する。図２は組電池の漏電抵抗値が変化すると漏電検出抵抗の電圧が変化する状態を示す。この図に示すように、漏電抵抗値が変化すると電圧が変化する特性が変化する。この図において、漏電抵抗値が小さくなると、曲線Ａから曲線Ｂに示すように、電圧が所定の電圧に飽和する時間が短くなる。このように、漏電抵抗値が電圧変化の特性を特定するので、電圧変化から漏電抵抗値は検出される。この方法は、電圧が変化する状態を検出して、漏電抵抗値を演算するので、コンデンサで電圧が飽和するまで待つことなく、漏電抵抗値を速やかに検出できる。

本発明の請求項３の漏電検出方法は、数２の式を使用して漏電抵抗値を演算する。ただ、この方法は、漏電検出スイッチＳＷ１、ＳＷ２を切り換えた後、コンデンサと、漏電検出抵抗及び許容される漏電抵抗値で規定される時定数よりも長い測定禁止時間を経過した後、漏電検出抵抗に発生する電圧Ｖl1(t)と、電圧Ｖl2(t)と、高電圧側の直列接続点での電圧Ｖg11(t)と低電圧側の直列接続点での電圧Ｖg2(t)とを測定して、前記数２で演算して漏電抵抗値を検出する。この方法は、許容される漏電抵抗値を速やかに検出できる。とくに、請求項５に記載するように、測定禁止時間を、コンデンサと、漏電検出抵抗及び許容される漏電抵抗値で規定される時定数の３〜１０倍とすることで、許容される漏電抵抗値を正確に検出できる。

この方法は、図３の回路例にて、漏電検出抵抗の抵抗値Ｒa＋Ｒbからなる合成抵抗Ｒを５５０ｋΩ、負荷に接続しているコンデンサの静電容量Ｃ1、Ｃ2を０．２２μＦ、許容される漏電抵抗値（ＲL(max)）を１５０ｋΩとした場合、コンデンサと、漏電検出抵抗及び許容される漏電抵抗値で規定される時定数（τ）は０．０５１ｓｅｃとなる。仮に、時定数の７倍を測定禁止時間とした場合、測定禁止時間（Ｔ）は０．３６３ｓｅｃとなる。この方法は、漏電検出スイッチＳＷ１、ＳＷ２を切り換えた後、０．３６３秒後に、電圧を検出して、検出した電圧値から数２でもって、許容される漏電抵抗値である１５０ｋΩの漏電抵抗を正確に演算できる。組電池に許容される漏電抵抗値を１５０ｋΩとする場合、これよりも極めて大きい漏電抵抗値は、測定禁止時間を０．３６３秒とする方法では、数２からは正確に検出できない。ただ、電動車両用の漏電検出は、組電池の漏電抵抗値が許容される電気抵抗よりも小さいときに、漏電と判定することから、許容される漏電抵抗値よりも極めて大きい漏電抵抗値は安全であるため、必ずしも正確に検出する必要はない。

また、本発明の請求項６の漏電検出方法は、組電池を構成する直列に接続された複数の電池の任意の直列接続点を、漏電検出抵抗を介してシャーシアースに接続した後、漏電検出抵抗の両端の電圧変化を検出し、検出される電圧変化が所定の電圧値に飽和するまでの収束時間を検出し、この収束時間から漏電抵抗値を検出するので、漏電抵抗値を速やかに検出できる。図２に示すように、電圧が所定の電圧に飽和する収束時間は、漏電抵抗値の関数となる。したがって、収束時間を検出して、漏電抵抗値を検出できる。

さらに、本発明の請求項８の漏電検出方法は、漏電検出抵抗の両端の電圧変化を検出し、検出される電圧変化が所定の電圧値に飽和した後、漏電検出抵抗に発生する電圧Ｖl1(t)と、電圧Ｖl2(t)と、高電圧側の直列接続点での電圧Ｖg11(t)と低電圧側の直列接続点での電圧Ｖg2(t)とを測定して、前記数３で演算して漏電抵抗値を検出する。したがって、この方法も、許容される漏電抵抗値を速やかに検出できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電動車両用の漏電検出方法を例示するものであって、本発明は電動車両用の漏電検出方法を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

図３は、本発明の電動車両用の漏電検出方法に使用する漏電検出回路の一例を示す。この図に示す漏電検出回路は、複数の電池２を直列に接続した組電池１と、この組電池１を構成する電池２の任意の高電圧側と低電圧側の２箇所の直列接続点３とシャーシアース（＝車両アース）との間に、それぞれ直列に接続された漏電検出抵抗４ａ、４ｂと、高電圧側の直列接続点３Ａに接続される漏電検出抵抗４ａ、４ｂに直列に接続された漏電検出スイッチＳＷ１と、低電圧側の直列接続点３Ｂに接続される漏電検出抵抗４ａ、４ｂに直列に接続された漏電検出スイッチＳＷ２と、電池接続点３の電圧と漏電検出抵抗４ａ、４ｂの電圧を検出する電圧検出回路５とを備える。ここで、電池２の直列接続点３は、組電池１の両端でも良い。また、漏電検出スイッチＳＷ１、ＳＷ２は個別のタイミングで開閉可能とする。

図の漏電検出回路は、２組の電圧検出回路５を備える。各々の電圧検出回路５は、時間（ｔ）のタイミングで直列接続点３の電圧Ｖg(t)と漏電検出抵抗４ａの電圧Ｖl(t)を検出する。プラス側の電圧検出回路５Ａは、高電圧側の直列接続点３Ａを基準点として、また、マイナス側の電圧検出回路５Ｂは、低電圧側の直列接続点３Ｂを基準点として、それぞれこれらに対する電圧を検出する。プラス側の電圧検出回路５Ａは、時間（ｔ）のタイミングで、高電圧側の直列接続点３Ａの電圧Ｖg1(t)として、高電圧側の直列接続点３Ａに対する中間接続点６の電圧を検出する。また、マイナス側の電圧検出回路５Ｂは、時間（ｔ）のタイミングで、低電圧側の直列接続点３Ｂの電圧Ｖg2(t)として、低電圧側の直列接続点３Ｂに対する中間接続点９の電圧を検出する。

さらに、プラス側の電圧検出回路５Ａは、時間（ｔ）のタイミングで、高電圧側の直列接続点３Ａに接続された一方の漏電検出スイッチＳＷ１を閉じ、低電圧側の直列接続点３Ｂに接続された他方の漏電検出スイッチＳＷ２を開いたとき、高電圧側の直列接続点３Ａに接続される漏電検出抵抗４ａの両端に発生する電圧Ｖl1(t)を検出する。また、マイナス側の電圧検出回路５Ｂは、時間（ｔ）のタイミングで、低電圧側の直列接続点３Ｂに接続された他方の漏電検出スイッチＳＷ２を閉じ、高電圧側の直列接続点３Ａに接続された一方の漏電検出スイッチＳＷ１を開いたとき、低電圧側の直列接続点３Ｂに接続される漏電検出抵抗４ａの両端に発生する電圧Ｖl2(t)を検出する。

漏電検出回路は、異なる時間（ｔ1）、（ｔ2）において、検出された電圧Ｖg1(t1)、Ｖg2(t1)、Ｖl1(t1)、Ｖg1(t2)、Ｖg2(t2)、Ｖl2(t2)から、漏電抵抗値（ＲL）を以下の数８で演算する。電圧検出回路５が電圧Ｖg1(t1)、Ｖg2(t1)、Ｖl1(t1)、Ｖg1(t2)、Ｖg2(t2)、Ｖl2(t2)を検出して漏電抵抗値（ＲL）を演算するために、漏電検出スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、図４に示すタイミングでオンオフに切り換えられる。

図４に示すように、電圧検出回路５は、漏電検出スイッチＳＷ１をＯＮ、漏電検出スイッチＳＷ２をＯＦＦとする状態から、漏電検出スイッチＳＷ１をＯＦＦに切り換える直前に、電圧データ組｛Ｖg1(t1)、Ｖg2(t1)、Ｖl1(t1)｝を検出する。続いて、漏電検出スイッチＳＷ１をＯＦＦ、漏電検出スイッチＳＷ２をＯＮとする状態から、漏電検出スイッチＳＷ２をＯＦＦに切り換える直前に、電圧データ組｛Ｖg1(t2)、Ｖg2(t2)、Ｖl1(t2)｝を取得する。得られた電圧から、数８で漏電抵抗値（ＲL）が演算される。

ただし、この式において、Ｒaは電流検出抵抗４ａの抵抗値、Ｒbは電流検出抵抗４ｂの抵抗値である。

組電池１の負荷にコンデンサ８が接続される電動車両用は、図２に示すように電圧検出回路５が検出する漏電検出抵抗４ａの両端の電圧Ｖl1(t)、Ｖl2(t)が、時間（ｔ）と共に変化し、時間（ｔ）が経過すると、所定の電圧値に飽和する。数８は、検出される電圧Ｖl1(t)、Ｖl2(t)が所定の電圧に飽和したときの電圧から正確な漏電抵抗値（ＲL）を演算できる。ただ、電圧検出回路５が検出する電圧Ｖl1(t)、Ｖl2(t)が飽和するまでに時間がかかる。電圧Ｖl1(t)、Ｖl2(t)が飽和する時間は、負荷に接続されるコンデンサ８の静電容量（Ｃ1、Ｃ2）と漏電抵抗値（ＲL）と漏電検出抵抗４ａ、４ｂの抵抗値（Ｒa、Ｒb）で変化する。すなわち、コンデンサ８と、漏電検出抵抗４ａ、４ｂと、漏電抵抗値（ＲL）により、電圧Ｖl1(t)、Ｖl2(t)の検出に対して時定数τが発生する。時定数τ（ＣＲ積）は、以下の数９で規定される。

ただし、この式において、Ｒは漏電検出抵抗４ａ、４ｂの合成抵抗であり、漏電検出抵抗４の全抵抗Ｒ＝Ｒa＋Ｒbである。

漏電検出抵抗４と漏電抵抗９は並列に接続される状態となり、コンデンサ８Ａ、８Ｂは、２並列となる。ここで漏電抵抗値（ＲL）以外は、全て設計で決まる値である。仮に漏電が発生していない場合（漏電抵抗値ＲL＝∞）、Ｃ1＝Ｃ2＝０．２２μＦ、Ｒ＝５５０ｋΩとすると、数９から時定数τ＝０．２４２ｓｅｃとなる。電圧検出回路５が検出する電圧Ｖl1(t)、Ｖl2(t)を充分に飽和させるために、図４において、漏電検出スイッチＳＷ１、ＳＷ２を切り換えた後、電圧を検出する測定禁止時間（Ｔ）を、時定数（τ）の０．２４２ｓｅｃよりも長く（例えば１／１０００まで安定するまで待つ場合は、時定数の７倍）、例えば１．６９４ｓｅｃ以上を設定しないと正しい漏電抵抗値（ＲL）が求まらない。漏電抵抗値（ＲL）は、システムが漏電状態にあるかどうかを判定するために使用する値であり、あまり測定に長時間をかけるのは好ましくない。

本発明は、漏電抵抗値（ＲL）を検出する時間を短縮するために、以下の［１］ないし［３］の方法で漏電抵抗値を検出する。

［１］組電池１を構成する直列に接続された複数の電池２の任意の直列接続点３を、漏電検出スイッチＳＷ１をオンに切り換えて、漏電検出抵抗４を介してシャーシアースに接続した後、時間（ｔ）のタイミングで漏電検出抵抗４の両端の電圧ＶL(t)を所定のサンプリング周期（Δｔ）で検出し、検出される電圧値から漏電抵抗値（ＲL）を演算する。この方法は、電圧検出回路５が検出する電圧の変化量から時定数（τ）を求め、この時定数（τ）より漏電抵抗値（ＲL）を求める。

数９において、時定数（τ）が求まれば、漏電検出抵抗４の抵抗値（Ｒ）とコンデンサ８の静電容量（Ｃ1、Ｃ2）が定数であるため漏電抵抗値（ＲL）を算出することができる。漏電検出スイッチＳＷ１、ＳＷ２を図５に示すように切り換え、漏電検出スイッチＳＷ１がＯＮに切り換えられたとき、所定のサンプリング周期（Δｔ）毎に、電圧検出回路５でもって漏電検出抵抗４の両端の電圧ＶL(t)をサンプリングする。このとき、各時間において、
時間ｔ1（＝Δｔ）にて、電圧Ｖ1（＝ＶL(t1)）
時間ｔ2（＝ｔ1＋Δｔ)にて、電圧Ｖ2（＝ＶL(t1+Δt)）
時間ｔ3（＝ｔ1＋２Δｔ)にて、電圧Ｖ3（＝ＶL(t1+2Δt)）
を計測する。電圧の変化量は時定数（τ）に従う減衰式で表現可能であり、以下と仮定する。

ただし、ａ、ｂは任意の定数

ここで各時間とデータ組（ｔ1，Ｖ1）、（ｔ1＋Δｔ，Ｖ2）、（ｔ1＋２Δｔ，Ｖ3）にて、以下の３式を構成する。

上式からｂ項を消去する。

さらに、上式からａ項を消去する。

この式より共通項ｅ^{−ｔ１／ＲＣ}を消去する。

この式を、ｅ^{−Δｔ／ＲＣ}について整理する。

この式を、ｅ^{−Δｔ／ＲＣ}について解く。

この式の自然対数をとる。

これより、時定数τ＝ＲＣを求める。

数１８の（τ）は、数９と等価であるため、数９を（ＲL）について解き、得られた数１９に、数１８で求められる（τ）を代入して漏電抵抗値（ＲL）が演算される。

この方法は、電圧検出回路５でもって、所定のサンプリング周期（Δｔ）で漏電検出抵抗４の両端の電圧を検出して、漏電抵抗値（ＲL）を検出できる。この方法は、原理的には、サンプリング周期（Δｔ）を短くしても漏電抵抗値（ＲL）を検出できる。ただ、サンプリング周期（Δｔ）が短すぎると、電圧検出回路５が検出する電圧変化が小さく、漏電抵抗値（ＲL）の検出精度が低下する。反対にサンプリング周期（Δｔ）を長くすると、漏電抵抗値（ＲL）の検出に時間がかかる。したがって、電圧検出回路５が電圧を検出するサンプリング周期（Δｔ）は、検出される漏電抵抗値（ＲL）の精度と、検出時間とを考慮して、たとえば、１０ｍｓｅｃ〜３００ｍｓｅｃ、好ましくは、５０ｍｓｅｃ〜２００ｍｓｅｃとする。

［２］この方法は、数６を使用して漏電抵抗値（ＲL）を検出する。ただし、検出すべき漏電抵抗値（ＲL）の値を時定数上限として測定禁止時間（Ｔ）を規定して、漏電抵抗値（ＲL）を検出する。

通常、検出すべき漏電抵抗値（ＲL）は、予めシステム電圧から決定される。例えば許容される漏電抵抗値（ＲL(max)）が５００Ω／Ｖを基準とする場合、組電池１の定格電圧が３００Ｖであると、許容される漏電抵抗値（ＲL(max)）は１５０ｋΩとなり、この値よりも小さいときに、電動車両用は漏電状態にあると判定して、システムは異常を発令する。このため、組電池１に漏電が発生した場合、発生しうる時定数（τ）は予め見積もることができる。

図３の回路例にて、漏電検出抵抗４の抵抗値Ｒ＝５５０ｋΩ、コンデンサ８の静電容量Ｃ1＝Ｃ2＝０．２２μＦ、許容される漏電抵抗値ＲL(max)＝１５０ｋΩとした場合、時定数（τ）は、数９より０．０５１ｓｅｃとなる。許容される漏電抵抗値（ＲL(max)）を正確に検出するために、時定数（τ）の７倍を測定禁止時間（Ｔ）とした場合、測定禁止時間（Ｔ）を０．３６３ｓｅｃと見積もることができる。すなわち、漏電検出スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンオフに切り換えた後、０．３６３ｓｅｃ経過した後、電圧検出回路５でもって電圧Ｖl1(t)、Ｖl2(t)を検出することで、数６を使用して、漏電抵抗値（ＲL）を正確に検出することができる。

この漏電検出方法は、計算方法として、従来の数４をそのまま適用可能であり、比較的簡単な式で許容される漏電抵抗値（ＲL）を求めることができる。この方法は、測定禁止時間（Ｔ）は、長くして許容される漏電抵抗値よりも大きな漏電抵抗値（ＲL）を検出できるが、測定禁止時間（Ｔ）を長くすると、測定に時間がかかる。したがって、測定禁止時間（Ｔ）はコンデンサ８と、漏電検出抵抗４及び許容される漏電抵抗値（ＲL(max)）で規定される時定数（τ）の３〜１０倍、好ましくは５〜１０倍とする。

［３］漏電検出抵抗の両端の電圧変化量を求め、検出される電圧変化量が所定の電圧値に飽和するまでの収束時間（Ｓ）を検出し、この収束時間（Ｓ）から漏電抵抗値（ＲL）を検出する。

図６のタイミングにおいて短時間のサンプリングを実施し、毎回差分を求める。この図にて、漏電がない場合、毎回のサンプリング（例えば１００ｍｓｅｃ毎）では時定数が長いため取得データが飽和しない。例えば１／１０００を閾値として、変化量がこの範囲内である場合、すなわち、数２０を満足する場合、飽和したと仮定する。

ただし、この式において、Ｖnは時間（ｔn）における漏電検出抵抗４の両端の電圧ＶL(tn)、Ｖn+1は時間（ｔn+1）における漏電検出抵抗４の両端の電圧ＶL(tn+1)である。

電圧変化量が所定値に飽和したことを検出すると、飽和までの収束時間（Ｓ）を検出する。図２に示すように、電圧が所定の電圧に飽和する収束時間（Ｓ）は、漏電抵抗値（ＲL）の関数となる。したがって、収束時間（Ｓ）を検出して、漏電抵抗値（ＲL）を検出できる。さらに、この漏電検出方法は、検出した収束時間（Ｓ）を設定時間に比較して、すなわち、検出する漏電検出抵抗（ＲL）の電圧が飽和するまでの時間を、許容される漏電抵抗値（ＲL(max)）の状態で電圧が飽和するまでの時間に比較して、漏電抵抗値（ＲL）が許容される漏電抵抗値（ＲL(max)）よりも大きいか小さいかを判定することができる。

さらに、この漏電検出方法では、漏電検出抵抗４の両端の電圧変化量が前述の数２０を満足するときに、飽和したとして、前述の数７に基づいて漏電抵抗値（ＲL）を求めることもできる。この漏電検出方法も、計算方法として、従来の数４をそのまま適用可能であり、比較的簡単な式で許容される漏電抵抗値（ＲL）を求めることができる。この方法は、漏電検出抵抗４の電圧変化の飽和を検出した時点で漏電抵抗値（ＲL）を求めるので、常に正確な漏電抵抗値（ＲL）を演算できる。

さらに、この漏電検出方法では、漏電が発生しない間は時定数が長いため、長めの周期でサンプリングと漏電抵抗値（ＲL）の計算を行う。図６に示すように、漏電発生点にて漏電が発生したとする。このとき、抵抗分が小さくなるため時定数が短くなり、例えば図６において時間（ｔm）の結果が数２０を満足した場合、飽和したとして漏電検出サイクルをこの時点まで短縮する。これにより、漏電が発生しない間は長周期でのサンプリングとし、漏電が発生した場合は短周期でのサンプリングとして、これらを自動的に切り換えることができる。この方法は、漏電状態を短時間で確実に判定することができるため、より安全なシステムが構築できる。

本発明の電動車両用の漏電検出方法は、負荷にコンデンサを接続している電気自動車やハイブリッド自動車の電源装置に好適に利用できる。

本出願人が先に出願した電動車両用の漏電検出方法に使用する漏電検出回路の回路図である。 漏電抵抗値によって漏電検出抵抗の電圧が変化する状態を示すグラフである。 本発明の一実施例にかかる電動車両用の漏電検出方法に使用する漏電検出回路の回路図である。 図３に示す漏電検出回路が漏電検出スイッチを切り換えて電圧を検出するタイミングを示す図である。 図３に示す漏電検出回路が所定のサンプリング周期で電圧を検出する一例を示す図である。 図３に示す漏電検出回路が所定のサンプリング周期で電圧を検出する他の一例を示す図である。

符号の説明

１…組電池
２…電池
３…直列接続点 ３Ａ…高電圧側の直列接続点
３Ｂ…低電圧側の直列接続点
４…漏電検出抵抗 ４ａ…漏電検出抵抗
４ｂ…漏電検出抵抗
５…電圧検出回路 ５Ａ…プラス側の電圧検出回路
５Ｂ…マイナス側の電圧検出回路
６…中間接続点
８…コンデンサ ８Ａ…コンデンサ
８Ｂ…コンデンサ
９…漏電抵抗
１０…組電池
１１…電池
１８…コンデンサ
ＳＷ１…漏電検出スイッチ
ＳＷ２…漏電検出スイッチ

Claims (8)

1. 負荷側にコンデンサ(8)を接続している電動車両用の組電池(1)の漏電を検出するための電動車両用の漏電検出方法であって、
   組電池(1)を構成する直列に接続された複数の電池(2)の任意の直列接続点(3)を、漏電検出抵抗(4)を介してシャーシアースに接続した後、漏電検出抵抗(4)の両端の電圧（ＶL(t)）を所定のサンプリング周期（Δｔ）で検出し、検出される電圧変化から漏電抵抗値（ＲL）を演算する電動車両用の漏電検出方法。
2. 組電池(1)を構成する直列に接続された複数の電池(2)の任意の直列接続点(3)を、漏電検出抵抗(4)を介してシャーシアースに接続した後、漏電検出抵抗(4)の両端の電圧（ＶL(t)）を所定のサンプリング周期（Δｔ）で検出し、検出される電圧（ＶL(t)）の変化から以下の数１に基づいて漏電抵抗値（ＲL）を演算する請求項１に記載される電動車両用の漏電検出方法。
   

   

   ただし、これらの式において、Ｖ1は時間（ｔ）における漏電検出抵抗の両端の電圧ＶL(t)、Ｖ2は時間（ｔ＋Δｔ）における漏電検出抵抗の両端の電圧ＶL(t+Δt)、Ｖ3は時間（ｔ＋２Δｔ）における漏電検出抵抗の両端の電圧ＶL(t+Δt)であり、
   Ｒは漏電検出抵抗の合成抵抗値、Ｃ1とＣ2は負荷と並列に接続しているコンデンサの静電容量である。
3. 負荷に並列にコンデンサ(8)を接続している電動車両用の組電池(1)の漏電を検出するための電動車両用の漏電検出方法であって、
   組電池(1)を構成する直列に接続された複数の電池(2)の内、任意の高電圧側と低電圧側との２箇所の電池の直列接続点(3)とシャーシアースとの間に、それぞれ直列に接続された漏電検出抵抗(4a)、(4b)と、前記漏電検出抵抗(4a)、(4b)にそれぞれ直列に接続された漏電検出スイッチ(SW1)、(SW2)とを備える漏電検出回路の、
   前記高電圧側の直列接続点(3A)に接続された一方の漏電検出スイッチ(SW1)をｔのタイミングで閉じ、他方の漏電検出スイッチ(SW2)を開いたとき漏電検出抵抗(4a)に発生する電圧Ｖl1(t)を測定するステップと、
   前記低電圧側の直列接続点(3B)に接続された他方の漏電検出スイッチ(SW2)をｔのタイミングで閉じ、一方の漏電検出スイッチ(SW1)を開いたとき漏電検出抵抗(4a)に発生する電圧Ｖl2(t)を測定するステップと、
   前記高電圧側の直列接続点(3A)での電圧をＶg1(t)、前記低電圧側の直列接続点(3B)での電圧をＶg2(t)として測定するステップと、
   異なる時間（ｔ）を、ｔ１、ｔ２とするなら、前記ステップにより測定された値に基づき、漏電抵抗値（ＲL）を以下の数２に基づいて演算するステップとで漏電抵抗値（ＲL）を検出する方法であって、
   漏電検出スイッチ(SW1)、(SW2)を切り換えた後、負荷に接続されるコンデンサ(8)と、漏電検出抵抗(4a)、(4b)及び許容される漏電抵抗値（ＲL(max)）とで規定される時定数（τ）よりも長い測定禁止時間（Ｔ）を経過した後、漏電検出抵抗(4a)に発生する電圧Ｖl1(t)と、電圧Ｖl2(t)と、前記高電圧側の直列接続点(3A)での電圧Ｖg1(t)と、前記低電圧側の直列接続点(3B)での電圧Ｖg2(t)とを測定して、以下の数２で演算して漏電抵抗値（ＲL）を検出することを特徴とする電動車両用の漏電検出方法。
   

   

   ただし、この式において、Ｒaは漏電検出抵抗(4a)の抵抗値であり、Ｒbは漏電検出抵抗(4b)の抵抗値である。
4. 許容される漏電抵抗値（ＲL(max)）が３００Ω／Ｖ〜１０００Ω／Ｖの範囲にある請求項３に記載される電動車両用の漏電検出方法。
5. 測定禁止時間（Ｔ）が、コンデンサ(8)と、漏電検出抵抗(4a)、(4b)及び許容される漏電抵抗値（ＲL(max)）とで規定される時定数（τ）の３〜１０倍である請求項３に記載される電動車両用の漏電検出方法。
6. 負荷側にコンデンサ(8)を接続してなる電動車両用の組電池(1)の漏電を検出するための電動車両用の漏電検出方法であって、
   組電池(1)を構成する直列に接続された複数の電池(2)の任意の直列接続点(3)を、漏電検出抵抗(4)を介してシャーシアースに接続した後、漏電検出抵抗(4)の両端の電圧変化を検出し、検出される電圧変化が所定の電圧値に飽和するまでの収束時間（Ｓ）を検出し、この収束時間（Ｓ）から漏電抵抗値（ＲL）を検出する電動車両用の漏電検出方法。
7. 組電池(1)を構成する直列に接続された複数の電池(2)の任意の直列接続点(3)を、漏電検出抵抗(4)を介してシャーシアースに接続した後、漏電検出抵抗(4)の両端の電圧変化を検出し、検出される電圧変化が所定の電圧値に飽和するまでの収束時間（Ｓ）を検出し、この収束時間（Ｓ）を設定時間に比較して、漏電抵抗値（ＲL）が許容される漏電抵抗値（ＲL(max)）よりも大きいか小さいかを判定する請求項６に記載される電動車両用の漏電検出方法。
8. 負荷に並列にコンデンサ(8)を接続している電動車両用の組電池(1)の漏電を検出するための電動車両用の漏電検出方法であって、
   組電池(1)を構成する直列に接続された複数の電池(2)の内、任意の高電圧側と低電圧側との２箇所の電池の直列接続点(3)とシャーシアースとの間に、それぞれ直列に接続された漏電検出抵抗(4a)、(4b)と、前記漏電検出抵抗(4a)、(4b)にそれぞれ直列に接続された漏電検出スイッチ(SW1)、(SW2)とを備える漏電検出回路の、
   前記高電圧側の直列接続点(3A)に接続された一方の漏電検出スイッチ(SW1)をｔのタイミングで閉じ、他方の漏電検出スイッチ(SW2)を開いたとき漏電検出抵抗(4a)に発生する電圧Ｖl1(t)を測定するステップと、
   前記低電圧側の直列接続点(3B)に接続された他方の漏電検出スイッチ(SW2)をｔのタイミングで閉じ、一方の漏電検出スイッチ(SW1)を開いたとき漏電検出抵抗(4a)に発生する電圧Ｖl2(t)を測定するステップと、
   前記高電圧側の直列接続点(3A)での電圧をＶg1(t)、前記低電圧側の直列接続点(3B)での電圧をＶg2(t)として測定するステップと、
   異なる時間（ｔ）を、ｔ１、ｔ２とするなら、前記ステップにより測定された値に基づき、漏電抵抗値（ＲL）を以下の数３に基づいて演算するステップとで漏電抵抗値（ＲL）を検出する方法であって、
   漏電検出抵抗(4)の両端の電圧変化を検出し、検出される電圧変化が所定の電圧値に飽和した後、漏電検出抵抗(4a)に発生する電圧Ｖl1(t)と、電圧Ｖl2(t)と、前記高電圧側の直列接続点(3A)での電圧Ｖg1(t)と、前記低電圧側の直列接続点(3B)での電圧Ｖg2(t)とを測定して、以下の数３で演算して漏電抵抗値（ＲL）を検出することを特徴とする電動車両用の漏電検出方法。
   

   

   ただし、この式において、Ｒaは漏電検出抵抗(4a)の抵抗値であり、Ｒbは漏電検出抵抗(4b)の抵抗値である。

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