JP2009081964A - 車両用の電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】漏電が発生する状態においても漏電検出回路の故障を正確に判定する。
【解決手段】車両用の電源装置は、複数の電池２を直列に接続しているバッテリ１と、直列に接続している電池２の第１の接続点１０をアース９に接続する第１の漏電検出抵抗１２と第１の漏電検出スイッチ１３との直列回路からなる第１の直列回路１１と、電池２の第２の接続点２０をアース９に接続する第２の漏電検出抵抗２２と第２の漏電検出スイッチ２３との直列回路からなる第２の直列回路２１と、第１の漏電検出抵抗１２及び第２の漏電検出抵抗２２の電圧を検出する電圧検出回路４とを備える漏電検出回路３を備える。さらに、車両用の電源装置は、第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３をオンオフに制御して、電圧検出回路４で検出される検出電圧から漏電検出回路３の故障を判定する故障検出回路５を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、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車両用の電源装置であって、漏電を検出する漏電検出回路を備える車両用の電源装置に関する。
電動車両を走行させる車両用の電源装置は、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こと、また、電圧が高いほどモーター駆動時に有利であるからである。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、メンテナンス時に作業者が触れることにより感電する恐れがあるので、安全性を考慮してシャーシーには接続されない。そのため、この電源装置には、感電を検出して回路を切り離すために、漏電抵抗を検出する機能が備わっている。漏電抵抗は、電源装置とシャーシーとの間の抵抗である。漏電抵抗を検出する車両用の電源装置はすでに開発されている。（特許文献１参照）
図１は、特許文献１の電源装置が漏電抵抗を検出する検出回路を示す。この図に示す漏電検出回路８０は、電池８２の接続点９０に、漏電検出抵抗９２と漏電検出スイッチ９３との直列回路９１を接続している。直列回路９１は、２組あって、第１の直列回路９１Ａと第２の直列回路９１Ｂとを電池８２の異なる接続点９０、９０に接続している。さらに、漏電検出回路８０は、漏電検出抵抗９２に発生する電圧を検出する電圧検出回路９４とを備える。この漏電検出回路９４は、第１の直列回路９１Ａと第２の直列回路９１Ｂの漏電検出スイッチ９３を交互にオンに切り換えて、漏電抵抗を検出できる。
特開２００６−２５５０２号公報
さらに、図１の電源装置は、両方の漏電検出スイッチ９３をオンに切り変えて、第１の直列回路９１Ａと第２の直列回路９１Ｂの故障を検出できる。両方の漏電検出スイッチ９３をオンに切り換えると、図の鎖線Ａで示すループに電流が流れるので、漏電検出抵抗９２の電圧を検出して直列回路９１や漏電検出スイッチ９３の故障を判定できる。たとえば、漏電検出スイッチがオンに切り換えられず、あるいは漏電検出抵抗の電気抵抗が変化すると、漏電検出抵抗の電圧が変化するからである。
しかしながら、図の漏電検出回路８０は、現実の漏電が発生する状態で、第１の直列回路９１Ａと第２の直列回路９１Ｂの故障を正確に判定できなくなる。それは、漏電抵抗が並列に接続されると、鎖線Ｂで示すように、漏電検出抵抗９２に漏電電流が流れて、これが漏電検出抵抗９２の電圧降下を変化させるからである。このため、漏電検出回路が故障しないにもかかわらず、漏電電流によって故障と判定されることがある。漏電検出回路が故障すると車両を停止させる必要があることから、漏電検出回路の故障は正確に判別することが大切である。
本発明は、このことを実現することに目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、漏電が発生する状態においても漏電検出回路の故障を正確に判定できる車両用の電源装置を提供することにある。
本発明の車両用の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
車両用の電源装置は、複数の電池２を直列に接続しているバッテリ１と、直列に接続している電池２の第１の接続点１０をアース９に接続する第１の漏電検出抵抗１２と第１の漏電検出スイッチ１３との直列回路からなる第１の直列回路１１と、電池２の第２の接続点２０をアース９に接続する第２の漏電検出抵抗２２と第２の漏電検出スイッチ２３との直列回路からなる第２の直列回路２１と、第１の漏電検出抵抗１２及び第２の漏電検出抵抗２２の電圧を検出する電圧検出回路４とを備える漏電検出回路３を備える。さらに、車両用の電源装置は、第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３をオンオフに制御して、電圧検出回路４で検出される検出電圧から漏電検出回路３の故障を判定する故障検出回路５を備える。
本発明の請求項２の車両用の電源装置は、故障検出回路５が、第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３をオンオフに切り変える状態で、第１の漏電検出抵抗１２と第２の漏電検出抵抗２２の電圧の比率から漏電検出回路３の故障を判定する。
本発明の請求項３の車両用の電源装置は、故障検出回路５が、第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３をオフとする第１のステップで、第１の漏電検出抵抗１２の第１の電圧と、第２の漏電検出抵抗２２の第２の電圧を検出して、第１の電圧／第２の電圧から第１ステップにおける第１電圧比を検出する。さらに、故障検出回路５は、第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３をオンとする第２のステップで、第１の漏電検出抵抗１２の第１の電圧と、第２の漏電検出抵抗２２の第２の電圧を検出して、第１の電圧／第２の電圧を検出して第２ステップにおける第２電圧比を検出する。さらにまた、故障検出回路５は、第１の漏電検出スイッチ１３をオン、第２の漏電検出スイッチ２３をオフとする第３のステップで、第１の漏電検出抵抗１２の第１の電圧と、第２の漏電検出抵抗２２の第２の電圧を検出して、第１の電圧／第２の電圧を検出して第３ステップにおける第３電圧比を検出する。また、故障検出回路５は、第１の漏電検出スイッチ１３をオフ、第２の漏電検出スイッチ２３をオンとする第４のステップで、第１の漏電検出抵抗１２の第１の電圧と、第２の漏電検出抵抗２２の第２の電圧を検出して、第１の電圧／第２の電圧を検出して第４ステップにおける第４電圧比を検出する。さらに、故障検出回路５は、第１電圧比と第２電圧比と第３電圧比と第４電圧比から漏電検出回路３の故障を判定する。
さらに、本発明の請求項４の車両用の電源装置は、故障検出回路５が、演算された第１電圧比と第２電圧比と第３電圧比と第４電圧比から、第３電圧比／第１電圧比と、第４電圧比／第１電圧比と、第３電圧比／第２電圧比と、第４電圧比／第２電圧比を検出する。さらに、故障検出回路５は、第３電圧比／第１電圧比と第４電圧比／第２電圧比から第１の直列回路１１の故障を判定し、第４電圧比／第１電圧比と第３電圧比／第２電圧比から第２の直列回路２１の故障を判定する。
さらに、本発明の請求項５の車両用の電源装置は、故障検出回路５が、第３電圧比／第１電圧比と第４電圧比／第２電圧比を設定範囲に比較して第１の直列回路１１の故障を判定し、第４電圧比／第１電圧比と第３電圧比／第２電圧比を設定範囲に比較して第２の直列回路２１の故障を判定する。
本発明の車両用の電源装置は、バッテリが漏電する状態においても、漏電検出回路の故障を正確に判定できる特徴がある。それは、本発明の電源装置が、第１の漏電検出スイッチと第２の漏電検出スイッチをオンオフに制御して、電圧検出回路で検出される検出電圧から漏電検出回路の故障を判定するからである。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用の電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
図２に示す車両用の電源装置は、複数の電池２を直列に接続している走行用のバッテリ１と、このバッテリ１の漏電を検出する漏電検出回路３とを備える。漏電検出回路３は、複数の電池２を直列に接続している電池２の第１の接続点１０をシャーシアース９に接続する第１の漏電検出抵抗１２と第１の漏電検出スイッチ１３との直列回路からなる第１の直列回路１１と、電池２の第２の接続点２０をシャーシアース９に接続する第２の漏電検出抵抗２２と第２の漏電検出スイッチ２３との直列回路からなる第２の直列回路２１と、第１の漏電検出抵抗１２及び第２の漏電検出抵抗２２の電圧を検出する電圧検出回路４と、第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３をオンオフに切り換えて、電圧検出回路４で検出される検出電圧から漏電検出回路３の故障を判定する故障検出回路５を備える。
バッテリ１は、複数の電池２を直列に接続している。電池２は、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池である。これらの電池２を直列に接続して、バッテリ１は出力電圧を２００Ｖ以上、たとえば、２５０Ｖないし３００Ｖとしている。バッテリ１の正負の出力側にはコンタクタ８を介して車両側の負荷（図示せず）に接続している。車両側の負荷はコンデンサーを並列に接続しているＤＣ／ＡＣインバータで、このＤＣ／ＡＣインバータの２次側にモータと発電機を接続している。コンタクタ８は、漏電検出回路３を備える制御回路（図示せず）でオンオフに制御される。制御回路は、漏電検出回路３で漏電を検出しない状態、いいかえると漏電抵抗を設定値よりも大きいと判定する状態で、コンタクタ８をオンに切り換えて、バッテリ１から車両側の負荷に電力を供給する。漏電検出回路３が漏電を検出する状態、すなわち漏電抵抗が設定値よりも小さいことを検出すると、コンタクタ８をオフに切り換えてバッテリ１を車両側の負荷から切り離して、漏電による感電を防止する。
第１の直列回路１１は、第１の漏電検出抵抗１２と、第１の漏電検出スイッチ１３とを直列に接続して、第１の漏電検出抵抗１２を第１の接続点１０に、第１の漏電検出スイッチ１３をシャーシアース９に接続している。第２の直列回路２１は、第２の漏電検出抵抗２２と第２の漏電検出スイッチ２３とを直列に接続して、第２の漏電検出抵抗２２を第２の接続点２０に、第２の漏電検出スイッチ２３をシャーシアース９に接続している。第１の漏電検出抵抗１２と第２の漏電検出抵抗２２は同じ電気抵抗としている。第１の漏電検出抵抗１２と第２の漏電検出抵抗２２を同じ電気抵抗とする電源装置は、漏電検出回路３が簡単に漏電を検出できる。ただ、本発明は、第１の漏電検出抵抗と第２の漏電検出抵抗の電気抵抗を必ずしも同じ電気抵抗とする必要はなく、異なる電気抵抗として漏電抵抗を検出し、また漏電検出回路の故障を検出することもできる。
第１の漏電検出抵抗１２と第２の漏電検出抵抗２２は、複数の検出抵抗６を直列に接続して電気抵抗を大きくしている。たとえば、第１の漏電検出抵抗１２と第２の漏電検出抵抗２２は、数１００ｋΩの検出抵抗を直列に接続して数ＭΩの電気抵抗としている。複数の検出抵抗６を直列に接続して高抵抗な電気抵抗とす漏電検出抵抗は、回路基板に固定する状態でリーク電流などによる電気抵抗の変化を防止しながら安定して高抵抗な状態に保持できる。複数の検出抵抗６を直列に接続している漏電検出抵抗は、いずれかの検出抵抗の電気抵抗が変化し、短絡し、あるいは切断すると電気抵抗が変化して、漏電を正確に検出できなくなって漏電検出回路３が故障する。また、漏電検出抵抗をひとつの検出抵抗としても、電気抵抗が変化し、短絡し、また切断された漏電検出回路が故障することがある。漏電検出回路の故障は、第１の漏電検出抵抗１２及び第２の漏電検出抵抗２２の電圧を検出して、故障検出回路５で判別される。
電圧検出回路４は、第１の漏電検出抵抗１２及び第２の漏電検出抵抗２２の電圧を検出する。この電圧検出回路４は、第１の漏電検出スイッチ１３と、第２の漏電検出スイッチ２３をオンオフに切り変えて、第１の漏電検出抵抗１２と、第２の漏電検出抵抗２２の電圧を検出する。図の電圧検出回路４は、第１の直列回路１１と第２の直列回路２１を接続している第１の接続点１０と第２の接続点２０との中間接続点３０に対する電圧を検出している。第１の直列回路１１を接続している第１の接続点１０と中間接続点３０との間の電圧と、第２の直列回路２１を接続している第２の接続点２０と中間接続点３０との電圧は等しくなるように、中間接続点３０を特定している。
さらに、図２の電源装置は、複数の検出抵抗６の接続点である第１の抵抗接続点１４と第２の抵抗接続点２４の電圧を分圧抵抗７で分圧して検出している。図２の電源装置は、第１の漏電検出抵抗１２の電圧を検出する電圧検出回路４Ａと、第２の漏電検出抵抗２２の電圧を検出する電圧検出回路４Ｂとからなる２組の電圧検出回路４を備える。この電圧検出回路４は、電圧検出回路４Ａで検出される検出電圧と、第１の接続点１０と中間接続点３０の間の電圧（Ｖ１）との差から第１の漏電検出抵抗１２の電圧を検出し、電圧検出回路４Ｂで検出される検出電圧と、第２の接続点１０と中間接続点３０の間の電圧（Ｖ２）との差から第２の漏電検出抵抗２２の電圧を検出する。
ただ、電圧検出回路は、入力側にマルチプレクサーを接続して、ひとつの電圧検出回路でもって、第１の漏電検出抵抗１２と第２の漏電検出抵抗２２の電圧を検出することができる。また、車両用の電源装置は、各々の電池２の電圧を検出するために、入力側にマルチプレクサーを接続している電池電圧検出回路（図示せず）を備える。したがって、この電池電圧検出回路を利用して、すなわち、電池電圧検出回路の入力側に接続しているマルチプレクサーに、第１の漏電検出抵抗１２の電圧と、第２の漏電検出抵抗２２の電圧を入力して、第１の漏電検出抵抗１２と第２の漏電検出抵抗２２の電圧を検出することができる。
以上の漏電検出回路３は、以下のようにして、漏電抵抗Ｒlを正確に検出する。この漏電検出回路３が漏電抵抗Ｒｌを検出する動作原理を図３ないし図５に基づいて説明する。これらの図に示す漏電検出回路３は、第１の接続点１０とアース９との間に、それぞれ直列に接続された検出抵抗Ｒa、Ｒbを第１の漏電検出抵抗１２とし、第２の接続点２０とアース９との間に、それぞれ直列に接続された検出抵抗Ｒa、Ｒbを第２の漏電検出抵抗２２としている。図の電圧検出回路４は、第１の漏電検出抵抗１２を構成する検出抵抗Ｒaの電圧を電圧検出回路４Ａで検出し、第２の漏電検出抵抗２２を構成する検出抵抗Ｒaの電圧を電圧検出回路４Ｂで検出する。電圧検出回路４Ａは、ｔのタイミングにおいて、第１の漏電検出スイッチ１３を閉じ、第２の漏電検出スイッチ２３を開いた状態で、第１の漏電検出抵抗１２の検出抵抗Ｒaに発生する電圧Ｖl11（ｔ）を検出する。また、電圧検出回路４Ｂは、ｔのタイミングにおいて、第２の漏電検出スイッチ２３を閉じ、第１の漏電検出スイッチ１３を開いた状態で、第２の漏電検出抵抗２２の検出抵抗Ｒaに発生する電圧Ｖl12（ｔ）を検出する。さらに、図の漏電検出回路３は、ｔのタイミングで、第１の接続点１０での電圧をＶg11（ｔ）、第２の接続点２０での電圧をＶg12（ｔ）として測定する電圧検出手段４０と、異なる時間ｔを、ｔ1、ｔ2とするとき、以下の数１に基づいて漏電抵抗Ｒlを演算する漏電演算部４１を備える。なお、図においては、漏電電流を検出する電流検出回路４２が開示されているが、後述するように、漏電電流は計算式に利用するだけであり、実際には使用していない。
Figure 2009081964
この構成によって漏電抵抗値を容易に得ることができ、漏電箇所が複数あっても回路全体の漏電抵抗値を演算することが可能である。
また、この漏電検出回路３は、ｔのタイミングでバッテリ１の両端の端子間電圧ＶT（ｔ）を測定する回路を備え、漏電演算部４１が、漏電箇所が一箇所である場合に、ｔのタイミングで漏電が発生した電池端子の電圧をＶl（ｔ）として、この電圧を端子間電圧ＶT（ｔ）と比例定数ＫlとによりＫlＶT（ｔ）と表わされるときに、以下の数２に基づいてを演算し、ｋlに基づいて漏電箇所を推定する。
Figure 2009081964
この漏電検出回路３は、漏電抵抗値のみならず漏電位置を特定できる。以下に、この漏電検出回路３で漏電抵抗を検出する方法を詳細に説明する。
図３に示す漏電検出回路３は、ｎ個の電池２を直列に接続したバッテリ１に対して付加されるものであって、説明のためバッテリ１の充放電回路等は図示していない。なお、電池２は、図においては単位セルとして示されているが、複数セルを直列或いは並列接続したものでも良い。
この漏電検出回路３は、各電池２の端子位置における電圧Ｖ0〜nを所定のタイミングで測定可能な電圧検出手段４０を備えている。ここで電圧検出手段４０で時間ｔに測定された電圧をＶ0〜n（ｔ）とする。ここで、Ｖ0（ｔ）、Ｖ1（ｔ）、Ｖ2（ｔ）、…、Ｖn-1（ｔ）、Ｖn（ｔ）は、Ｖ0（ｔ）に対する電位とする。また、いずれかの電池２で漏電が発生した場合は各電池２の端子から接地まで通電するため、漏電の等価回路として各電池２の端子が漏電抵抗Ｒ0〜nを介してアース９に接地（ここでは車両のシャーシに接続）されたものとする。さらに各漏電抵抗Ｒ0〜nには、電流Ｉ0〜nが流れていると想定している。ここで、電流検出回路４２で時間ｔに測定された電流をＩ0〜n（ｔ）とする。図３において、Ｉ0〜n（ｔ1、ｔ2）と示されるのは、Ｉ0〜n（ｔ1）または、Ｉ0〜n（ｔ2）ということを意味している。
さらに、第１の接続点１０に第１の直列回路１１を、第２の接続点２０に第２の直列回路２１をそれぞれ接続して接地する。ここで、第１の接続点１０と第２の接続点２０は、バッテリ１の両端でも良い。第１の漏電検出回路１２と第２の漏電検出回路２２を構成する検出抵抗Ｒa、Ｒbの抵抗値はそれぞれ同じとし、第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３は個別のタイミングで開閉可能とする。
図３の例では、第１の接続点１０に接続された第１の漏電検出スイッチ１３をｔ1のタイミングで閉じたとき、第１の漏電検出抵抗１２の検出抵抗Ｒa、Ｒbに流れる電流をＩg11（ｔ1）とし、ｔ2のタイミングで閉じたとき、第１の漏電検出抵抗１２の検出抵抗Ｒa、Ｒbに流れる電流をＩg11（ｔ2）とする。また、第２の接続点２０に接続された第２の漏電検出スイッチ２３をｔ1のタイミングで閉じたとき、第２の漏電検出抵抗２２の検出抵抗Ｒa、Ｒbに流れる電流をＩg12（ｔ1）とし、ｔ2のタイミングで閉じたとき、第２の漏電検出抵抗２２の検出抵抗Ｒa、Ｒbに流れる電流をＩg12（ｔ2）とする（ここで計測される電流は、電流検出回路４２を利用している）。さらにまた、第１の接続点１０と第２の接続点２０における電圧であって、それぞれｔ1、ｔ2のタイミングで電圧検出回路４０を用いて測定された電圧をＶl11（ｔ1）、Ｖl11（ｔ2）、Ｖl12（ｔ1）、Ｖl12（ｔ2）とする。ここで、検出抵抗Ｒa、Ｒbの合成抵抗をＲとし、また第１の接続点１０と第２の接続点２０間の電圧をＶf（ｔ1、ｔ2）とすると、以下の数３が成立する。
Figure 2009081964
ここで、Ｖg11（ｔ）は、上述の第１の接続点１０での電圧（図３においてはＶn-2（ｔ））であり、Ｖg12（ｔ）は、上述の第２の接続点２０での電圧（図３においてはＶ2（ｔ））である。下記に詳細に説明するが、上式を利用すると、図３の漏電抵抗値Ｒlは、以下の数４で表現できる。
Figure 2009081964
さらに、図３の漏電検出回路３は、漏電を検出し、漏電抵抗を演算、あるいは漏電位置を検出するための漏電演算部４１を備える。漏電演算部４１は、ゲートアレイ（ＦＰＧＡやＡＳＩＣ等）のハードウェアやソフトウェアで実現できる。また、演算結果として漏電抵抗値や漏電位置などを表示可能な表示部を備えてもよい。表示部はＬＥＤによる７セグメント表示器や液晶モニタなどが利用できる。
以下、上式を求める手順を詳述する。まず、時間ｔ1において、図４のように第２の漏電検出スイッチ２３を開き、第１の漏電検出スイッチ１３を閉じた時点では、第１の接続点１０に接続された第１の漏電検出抵抗１２の検出抵抗Ｒaに流れる電流Ｉg11（ｔ1）は、各漏電電流の総和となるから、以下の数５で表現できる。
Figure 2009081964
一方、漏電抵抗Ｒnに流れる電流Ｉn（ｔ1）は、以下の数６のように求めることができる。ただし上述の通りＲ＝Ｒa＋Ｒbとする。
Figure 2009081964
上記数５、数６より、Ｉg11（ｔ1）は、以下の数７のように表現できる。
Figure 2009081964
よって、上記数７を変形して、Ｉg11（ｔ1）は、以下の数８のように表現できる。
Figure 2009081964
一方、図５のように時間ｔ2において、第１の漏電検出スイッチ１３を開き、第２の漏電検出スイッチ２３を閉じた時点では、第２の接続点２０に接続された第２の漏電検出抵抗２２の検出抵抗Ｒaに流れる電流Ｉg12（ｔ2）は、各漏電電流の総和となるから、以下の数９で表現できる。
Figure 2009081964
上述の通り、漏電抵抗Ｒnに流れる電流Ｉn（ｔ2）より、上記数９は、以下の数１０のように変形できる。
Figure 2009081964
ゆえに、上記数１０を変形して電流Ｉg12（ｔ2）は、以下の数１１で表現できる。
Figure 2009081964
ここで、漏電が発生している位置、漏電抵抗値は、検出中、時間にかかわらず変化しないとしている。よって、漏電が発生している位置は、第１の漏電検出スイッチ１３、第２の漏電検出スイッチ２３を切り替えても変化しないため、以下の数１２が成立する。
さらには、ここでは、漏電抵抗値が十分に大きい範囲において漏電を想定しているので、漏電があってもなくても、漏電の大小にかかわらず、漏電が発生している位置が変化しないなら、任意の端子位置におけるＶi（ｔ）は、後述する端子間電圧ＶT（ｔ）に比例定数ｋiを掛けた値として表すことができる。そして、ｔ1、ｔ2において、同じ端子位置のＶi、端子間電圧ＶTは変動するかもしれないが、比例定数ｋiは変動しないことになる。よって、次の数１２が成り立つ。
Figure 2009081964
ここで、ＶT（ｔ）は、バッテリ１の両端に位置する端子間電圧、すなわち総電圧を表す。よって、各電池２は直列に接続されていることより、上記数１２を用いて、上記数８、数１１は、以下の数１３、数１４のように変形できる。また、この検出方法において、端子間電圧ＶT（ｔ）は、電圧検出手段４０にて電圧Ｖn（ｔ）、Ｖ0（ｔ）を測定し、漏電演算部４１にて差を求めることで得ることができる。つまり、ここでは、端子間電圧ＶT（ｔ）の測定は、電圧検出手段４０及び漏電演算部４１の回路にて行われる。これに代わって、端子間電圧ＶT（ｔ）を直接測定する回路を設けて測定し、測定値を漏電演算部に出力しても良い。
Figure 2009081964
Figure 2009081964
上記数１３は、以下の数１５のように変形できる。
Figure 2009081964
数１５を数１４に代入すると、以下の数１６が得られる。
Figure 2009081964
ここで、Ｖg11（ｔ1）とＶg12（ｔ2）の位置は、総電圧ＶT（ｔ1）、ＶT（ｔ2）に対して変化しないため、以下の数１７が成立する。
Figure 2009081964
上記においてεは定数である。したがって上記数１６は、さらに以下の数１８のように変形できる。
Figure 2009081964
ここで、以下の数１９〜数２２が成立する。
Figure 2009081964
Figure 2009081964
Figure 2009081964
Figure 2009081964
したがって、上記数１９〜数２２を数１８に代入すると、以下の数２３、即ち、数４のＲlが得られる。
Figure 2009081964
以上のようにして、漏電抵抗の合成抵抗値が演算により求められる。そして、漏電演算部４１において、この演算された漏電抵抗が、所定値と比較し、所定値以下である場合、警告表示等の対策を取ることになる。一方、漏電が一箇所で発生している場合は、抵抗値のみならず漏電の発生している部位についても演算することが可能となる。ここで、漏電がｌ点のみで発生したと想定し、ｌ点以外の漏電抵抗値が無限大であると仮定すると、以下の数２４が成立する。ただし、０≦ｌ≦ｎとする。
Figure 2009081964
このとき、上記数１３を変形してＩg11（ｔ1）を求めると、以下の数２５が成立する。
Figure 2009081964
よって、上記数３に数２５を代入すると、以下の数２６が成立する。
Figure 2009081964
この式から、数２４より、１／∞＝０として展開すると、ｋlは、以下の数２７のように演算できる。
Figure 2009081964
ここで、上式の分母のＶT（ｔ1）は、数１２より、Ｖn（ｔ1）−Ｖ0（ｔ1）である。
したがって、前述の数２３に基づき各測定値よりＲlが求めるまることより、上記数２７を演算することでｋlの値を得ることができる。そして、上述の数１２で示されるように、比例定数ｋlは、漏電抵抗Ｒlが接続された電池端子での電圧Ｖl（ｔ）（＝ｋlＶT（ｔ））を表すときにおいて、端子間電圧ＶT（ｔ）に掛ける比例定数ｋlである。したがって、この比例定数ｋlとは、漏電抵抗Ｒlが接続された電池端子の位置を意味することになるので、この値に基づいて漏電の発生部位を知ることが可能となる。なお、上記の方法では漏電箇所が一箇所の場合はｋlを正しく演算できるが、漏電が複数の部位で発生している場合には発生箇所を特定することは困難となる。ただ、この場合においても回路全体の漏電抵抗の合成値は上記数２３から得ることができる。
以上のようにして漏電検出回路３は、漏電抵抗Ｒlや漏電位置を示すｋlなどを演算し、必要に応じて演算結果を他の処理のため送出し、あるいは表示部で表示する。この方法は２つの時点における測定値に基づき、演算のみで漏電に関する情報を取得できるので、極めて容易に漏電を把握でき、特別なハードウェアを付加することなく既存の設備に適用できるという優れた特長が実現される。
故障検出回路５は、第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３をオンオフに切り変える状態で、第１の漏電検出抵抗１２と第２の漏電検出抵抗２２の電圧の比率から漏電検出回路３の故障を判定する。
この故障検出回路５は、第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３の両方をオフとする第１のステップで、第１の漏電検出抵抗１２の第１の電圧（ＶＬ１）ｓｔｅｐ１と、第２の漏電検出抵抗２２の第２の電圧（ＶＬ２）ｓｔｅｐ１を検出して、第１の電圧／第２の電圧から第１ステップにおける第１電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ１／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ１を検出する。さらに、第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３をオンとする第２のステップで、第１の漏電検出抵抗１２の第１の電圧（ＶＬ１）ｓｔｅｐ２と、第２の漏電検出抵抗２２の第２の電圧（ＶＬ２）ｓｔｅｐ２を検出して、第１の電圧／第２の電圧を検出して第２ステップにおける第２電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ２／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ２を検出する。さらにまた、第１の漏電検出スイッチ１３をオン、第２の漏電検出スイッチ２３をオフとする第３のステップで、第１の漏電検出抵抗１２の第１の電圧（ＶＬ１）ｓｔｅｐ３と、第２の漏電検出抵抗２２の第２の電圧（ＶＬ２）ｓｔｅｐ３を検出して、第１の電圧／第２の電圧を検出して第３ステップにおける第３電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ３／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ３を検出する。また、第１の漏電検出スイッチ１３をオフ、第２の漏電検出スイッチ２３をオンとする第４のステップで、第１の漏電検出抵抗１２の第１の電圧（ＶＬ１）ｓｔｅｐ４と、第２の漏電検出抵抗２２の第２の電圧（ＶＬ２）ｓｔｅｐ４を検出して、第１の電圧／第２の電圧を検出して第４ステップにおける第４電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ４／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ４を検出する。
故障検出回路５は、第１電圧比と第２電圧比と第３電圧比と第４電圧比から漏電検出回路３の故障を判定する。この故障検出回路５は、演算された第１電圧比と第２電圧比と第３電圧比と第４電圧比から、第３電圧比／第１電圧比と、第４電圧比／第１電圧比と、第３電圧比／第２電圧比と、第４電圧比／第２電圧比を検出し、第３電圧比／第１電圧比と第４電圧比／第２電圧比から第１の直列回路１１の故障を判定し、第４電圧比／第１電圧比と第３電圧比／第２電圧比から第２の直列回路２１の故障を判定する。
故障検出回路５が第１電圧比と第２電圧比と第３電圧比と第４電圧比から漏電検出回路３の故障を判定する動作原理を図６ないし図９に基づいて以下に説明する。ここで、図６は第１のステップ、すなわち、第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３の両方をオフとする状態を、図７は第２のステップ、すなわち、第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３の両方をオンとする状態を、図８は第３のステップ、すなわち、第１の漏電検出スイッチ１３をオン、第２の漏電検出スイッチ２３をオフとする状態を、図９は第４のステップ、すなわち、第１の漏電検出スイッチ１３をオフ、第２の漏電検出スイッチ２３をオンとする状態をそれぞれ示している。故障検出回路５は、第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３をオンオフに切り変える状態で、第１の漏電検出抵抗１２と第２の漏電検出抵抗２２の電圧を検出するが、第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３のいずれかが故障すると、第１のステップないし第４のステップにおける第１の漏電検出抵抗１２及び第２の漏電検出抵抗２２の電圧を適正に検出できなくなる。故障検出回路５は、このことを検出して、すなわち、各ステップにおける第１の漏電検出抵抗１２と第２の漏電検出抵抗２２の検出電圧から、第１の漏電検出スイッチ１３または第２の漏電検出スイッチ２３の故障を以下のようにして検出する。
［第１の漏電検出スイッチ１３の故障の検出］
（１）第１の漏電検出スイッチ１３が故障（ｏｐｅｎ）した場合
第１の漏電検出スイッチ１３が故障（ｏｐｅｎ）してオンに切り換えできなくなると、第１の漏電検出スイッチ１３は故障検出回路５からの制御信号に関わらずオフ状態に保持される。この状態になると、第２のステップ及び第３のステップにおいて、第１の漏電検出スイッチ１３は、オンに切り換えられることなく、図７と図８の鎖線Ａで示すようにオフ状態となる。したがって、第３のステップにおける第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３のオンオフ状態が第１のステップと等しくなり、また、第２のステップにおける第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３のオンオフ状態が第４のステップと等しくなる。このため、第３ステップにおける第３電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ３／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ３が第１ステップにおける第１電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ１／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ１と等しくなって、第３電圧比／第１電圧比は１となり、また、第２ステップにおける第２電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ２／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ２が第４ステップにおける第４電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ４／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ４と等しくなって、第４電圧比／第２電圧比は１となる。
（２）第１の漏電検出スイッチ１３が故障（ｓｈｏｒｔ）した場合
第１の漏電検出スイッチ１３が故障（ｓｈｏｒｔ）してオンからオフに切り換えできなくなると、第１の漏電検出スイッチ１３は故障検出回路５からの制御信号に関わらずオン状態に保持される。この状態になると、第１のステップ及び第４のステップにおいて、第１の漏電検出スイッチ１３は、オフに切り換えられることなく、図６と図９の鎖線Ｂで示すようにオン状態となる。したがって、第１のステップにおける第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３のオンオフ状態が第３のステップと等しくなり、また、第４のステップにおける第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３のオンオフ状態が第２のステップと等しくなる。このため、第１ステップにおける第１電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ１／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ１と第３ステップにおける第３電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ３／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ３が等しくなって、第３電圧比／第１電圧比は１となり、また、第４ステップにおける第４電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ４／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ４と第２ステップにおける第２電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ２／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ２が等しくなって、第４電圧比／第２電圧比は１となる。
したがって、故障検出回路５は、第３電圧比／第１電圧比と第４電圧比／第２電圧比とを設定範囲に比較して第１の漏電検出スイッチ１３の故障を検出できる。すなわち、故障検出回路５は、第３電圧比／第１電圧比と第４電圧比／第２電圧比の両方が設定範囲内にあると、第１の漏電検出スイッチ１３が故障と判定して、第１の直列回路１１の故障と判定する。しかも、この第１の漏電検出スイッチ１３の故障判定は、バッテリが漏電する状態においても、正確に判定できる。それは、第１の漏電検出スイッチ１３が故障する状態では、第１のステップと第３のステップにおける回路が等価となり、また、第２のステップと第４のステップにおける回路が等価となるので、第１の漏電検出スイッチ１３の故障を判定するための検出電圧が漏電の有無によって変化しないからである。
［第２の漏電検出スイッチ２３の故障の検出］
（１）第２の漏電検出スイッチ２３が故障（ｏｐｅｎ）した場合
第２の漏電検出スイッチ２３が故障（ｏｐｅｎ）してオンに切り換えできなくなると、第２の漏電検出スイッチ２３は故障検出回路５からの制御信号に関わらずオフ状態に保持される。この状態になると、第２のステップ及び第４のステップにおいて、第２の漏電検出スイッチ２３は、オンに切り換えられることなく、図７と図９の鎖線Ｃで示すようにオフ状態となる。したがって、第２のステップにおける第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３のオンオフ状態が第３のステップと等しくなり、また、第４のステップにおける第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３のオンオフ状態が第１のステップと等しくなる。このため、第２のステップにおける第２電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ２／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ２が第３ステップにおける第３電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ３／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ３と等しくなって、第３電圧比／第２電圧比は１となり、また、第４ステップにおける第４電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ４／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ４が第１ステップにおける第１電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ１／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ１と等しくなって、第４電圧比／第１電圧比は１となる。
（２）第２の漏電検出スイッチ２３が故障（ｓｈｏｒｔ）した場合
第２の漏電検出スイッチ２３が故障（ｓｈｏｒｔ）してオンからオフに切り換えできなくなると、第２の漏電検出スイッチ２３は故障検出回路５からの制御信号に関わらずオン状態に保持される。この状態になると、第１のステップ及び第３のステップにおいて、第２の漏電検出スイッチ２３は、オフに切り換えられることなく、図６と図８の鎖線Ｄで示すようにオン状態となる。したがって、第１のステップにおける第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３のオンオフ状態が第４のステップと等しくなり、また、第３のステップにおける第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３のオンオフ状態が第２のステップと等しくなる。このため、第１ステップにおける第１電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ１／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ１と第４ステップにおける第４電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ４／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ４が等しくなって、第４電圧比／第１電圧比は１となり、また、第３ステップにおける第３電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ３／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ３と第２ステップにおける第２電圧比（ＶＬ１）ｓｔｅｐ２／（ＶＬ２）ｓｔｅｐ２が等しくなって、第３電圧比／第２電圧比は１となる。
したがって、故障検出回路５は、第４電圧比／第１電圧比と第３電圧比／第２電圧比とを設定範囲に比較して第２の漏電検出スイッチ２３の故障を検出できる。すなわち、故障検出回路５は、第４電圧比／第１電圧比と第３電圧比／第２電圧比の両方が設定範囲内にあると、第２の漏電検出スイッチ２３が故障と判定して、第２の直列回路２１の故障と判定する。しかも、この第２の漏電検出スイッチ２３の故障判定は、バッテリが漏電する状態においても、正確に判定できる。それは、第２の漏電検出スイッチ２３が故障する状態では、第１のステップと第４のステップにおける回路が等価となり、また、第２のステップと第３のステップにおける回路が等価となるので、第２の漏電検出スイッチ２３の故障を判定するための検出電圧が漏電の有無によって変化しないからである。
以上のように、故障検出回路５は、第３電圧比／第１電圧比と第４電圧比／第２電圧比を設定範囲に比較して第１の直列回路１１の故障を判定し、第４電圧比／第１電圧比と第３電圧比／第２電圧比を設定範囲に比較して第２の直列回路２１の故障を判定する。たとえば、故障検出回路５は、以下の設定範囲に比較して、第１の直列回路１１と第２の直列回路２１の故障を検出する。
０．９５＜第３電圧比／第１電圧比＜１．０５…(ａ)
０．９５＜第４電圧比／第１電圧比＜１．０５…(ｂ)
０．９５＜第３電圧比／第２電圧比＜１．０５…(ｃ)
０．９５＜第４電圧比／第２電圧比＜１．０５…(ｄ)
故障検出回路５は、(ａ)〜(ｄ)の式において、(ａ)と(ｄ)の両方を満たす状態では、第１の直列回路１１の故障と判定する。また、(ｂ)と(ｃ)の両方を満たす状態では、第２の直列回路２１の故障と判定する。
以上は、電圧比の比率が、０．９５〜１．０５の設定範囲にある状態で直列回路を故障と判定するが、この設定範囲を狭くして直列回路の故障を正確に判定できる。また、この範囲は、漏電抵抗によって変化させることもできる。たとえば、この設定範囲を広くして、低い漏電抵抗における直列回路の故障を判定できる。
さらに、第２のステップにおいて、第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３をオンとすると、第１の直列回路１１と第２の直列回路２１に図２の鎖線Ａで示すループ電流が流れる。したがって、第１の接続点１０と第２の接続点２０の間の電圧（Ｖ１＋Ｖ２）は、複数の検出抵抗を直列に接続している漏電検出抵抗に分圧される。漏電検出抵抗の抵抗接続点の電圧は電圧検出回路４で検出されることから、第１の抵抗接続点１４の電圧（ＶＬ１）と第２の抵抗接続点２４の電圧（ＶＬ２）の加算値（ＶＬ１−ＶＬ２）［ＶＬ２は−電圧であるから電圧の絶対値としては加算される］は、第１の接続点１０と第２の接続点２０の間の電圧（Ｖ１＋Ｖ２）に対して特定の比率となる。しかしながら、漏電検出抵抗の電気抵抗が変化し、ショートし、切断され、あるいは第１の漏電検出スイッチ１３と第２の漏電検出スイッチ２３がオンに切り換えできなくなると、（Ｖ１＋Ｖ２）／（ＶＬ２−ＶＬ１）が設定範囲からずれる。したがって、漏電検出回路３は、ステップ２において、（Ｖ１＋Ｖ２）／（ＶＬ２−ＶＬ１）が設定範囲にあるかどうかを判定して、漏電検出回路３の故障を判定できる。
ただ、この第２のステップで漏電検出回路３の故障を判定する方法では、第１の漏電検出スイッチ１３または第２の漏電検出スイッチ２３の故障（ｏｐｅｎ）がある場合においても、（Ｖ１＋Ｖ２）／（ＶＬ２−ＶＬ１）が設定範囲からずれる。したがって、故障検出回路５は、まず、前述した第１のステップないし第４のステップで第１の漏電検出スイッチ１３または第２の漏電検出スイッチ２３の故障を判定し、これらのスイッチが正常であることを検出した後、第２のステップで漏電検出回路３の故障を判定することにより、漏電検出抵抗の電気抵抗の変化や、漏電検出回路３のショートや切断による故障を判定できる。
従来の車両用の電源装置の概略構成図である。 本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 図２に示す車両用の電源装置の漏電検出回路の動作原理を示す回路図である。 図３に示す回路において、時間ｔ1での動作を示す回路図である。 図３に示す回路において、時間ｔ2での動作を示す回路図である。 漏電検出回路の第１のステップを示す概略図である。 漏電検出回路の第２のステップを示す概略図である。 漏電検出回路の第３のステップを示す概略図である。 漏電検出回路の第４のステップを示す概略図である。
符号の説明
１…バッテリ
２…電池
３…漏電検出回路
４…電圧検出回路 ４Ａ…電圧検出回路
４Ｂ…電圧検出回路
５…故障検出回路
６…検出抵抗
７…分圧抵抗
８…コンタクタ
９…アース
１０…第１の接続点
１１…第１の直列回路
１２…第１の漏電検出抵抗
１３…第１の漏電検出スイッチ
１４…第１の抵抗接続点
２０…第２の接続点
２１…第２の直列回路
２２…第２の漏電検出抵抗
２３…第２の漏電検出スイッチ
２４…第２の抵抗接続点
３０…中間接続点
４０…電圧検出手段
４１…漏電演算部
４２…電流検出回路
８０…漏電検出回路
８２…電池
９０…接続点
９１…直列回路 ９１Ａ…第１の直列回路
９１Ｂ…第１の直列回路
９２…漏電検出抵抗
９３…漏電検出スイッチ
９４…電圧検出回路

Claims (5)

  1. 複数の電池(2)を直列に接続しているバッテリ(1)と、直列に接続している電池(2)の第１の接続点(10)をアース(9)に接続する第１の漏電検出抵抗(12)と第１の漏電検出スイッチ(13)との直列回路からなる第１の直列回路(11)と、電池(2)の第２の接続点(20)をアース(9)に接続する第２の漏電検出抵抗(22)と第２の漏電検出スイッチ(23)との直列回路からなる第２の直列回路(21)と、第１の漏電検出抵抗(12)及び第２の漏電検出抵抗(22)の電圧を検出する電圧検出回路(4)とを備える漏電検出回路(3)を備える車両用の電源装置であって、
    第１の漏電検出スイッチ(13)と第２の漏電検出スイッチ(23)をオンオフに制御して、電圧検出回路(4)で検出される検出電圧から漏電検出回路(3)の故障を判定する故障検出回路(5)を備える車両用の電源装置。
  2. 前記故障検出回路(5)が、第１の漏電検出スイッチ(13)と第２の漏電検出スイッチ(23)をオンオフに切り変える状態で、第１の漏電検出抵抗(12)と第２の漏電検出抵抗(22)の電圧の比率から漏電検出回路(3)の故障を判定する請求項１に記載される車両用の電源装置。
  3. 前記故障検出回路(5)が、第１の漏電検出スイッチ(13)と第２の漏電検出スイッチ(23)をオフとする第１のステップで、第１の漏電検出抵抗(12)の第１の電圧と、第２の漏電検出抵抗(22)の第２の電圧を検出して、第１の電圧／第２の電圧から第１ステップにおける第１電圧比を検出し、
    さらに、第１の漏電検出スイッチ(13)と第２の漏電検出スイッチ(23)をオンとする第２のステップで、第１の漏電検出抵抗(12)の第１の電圧と、第２の漏電検出抵抗(22)の第２の電圧を検出して、第１の電圧／第２の電圧を検出して第２ステップにおける第２電圧比を検出し、
    さらにまた、第１の漏電検出スイッチ(13)をオン、第２の漏電検出スイッチ(23)をオフとする第３のステップで、第１の漏電検出抵抗(12)の第１の電圧と、第２の漏電検出抵抗(22)の第２の電圧を検出して、第１の電圧／第２の電圧を検出して第３ステップにおける第３電圧比を検出し、
    また、第１の漏電検出スイッチ(13)をオフ、第２の漏電検出スイッチ(23)をオンとする第４のステップで、第１の漏電検出抵抗(12)の第１の電圧と、第２の漏電検出抵抗(22)の第２の電圧を検出して、第１の電圧／第２の電圧を検出して第４ステップにおける第４電圧比を検出し、
    第１電圧比と第２電圧比と第３電圧比と第４電圧比から漏電検出回路３の故障を判定する請求項１に記載される車両用の電源装置。
  4. 前記故障検出回路(5)が、演算された第１電圧比と第２電圧比と第３電圧比と第４電圧比から、第３電圧比／第１電圧比と、第４電圧比／第１電圧比と、第３電圧比／第２電圧比と、第４電圧比／第２電圧比を検出し、
    第３電圧比／第１電圧比と第４電圧比／第２電圧比から第１の直列回路(11)の故障を判定し、第４電圧比／第１電圧比と第３電圧比／第２電圧比から第２の直列回路(21)の故障を判定する請求項３に記載される車両用の電源装置。
  5. 前記故障検出回路(5)が、第３電圧比／第１電圧比と第４電圧比／第２電圧比を設定範囲に比較して第１の直列回路(11)の故障を判定し、第４電圧比／第１電圧比と第３電圧比／第２電圧比を設定範囲に比較して第２の直列回路(21)の故障を判定する請求項４に記載される車両用の電源装置。
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