JP2012037278A - Electric leakage detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、漏電検出装置に関し、特に、検出対象に交流信号を印加して漏電検出を行う漏電検出装置に関する。 The present invention relates to a leakage detection device, and more particularly to a leakage detection device that detects leakage by applying an AC signal to a detection target.
EV(Electric Vehicle、電気自動車)、HEV(Hybrid Electric Vehicle、ハイブリッドカー)、PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle、プラグインハイブリッドカー)などの電動車両において、高電圧電源や高電圧負荷(例えば、駆動用モータ制御インバータ等)により構成される高電圧回路は、感電を防止するために、電動車両のボディアースに対して絶縁されている。しかし、事故や、高電圧電源で使用する高圧バッテリのバッテリ液の付着等により、高電圧回路とボディアース間の絶縁抵抗が低下し、漏電が発生した場合に、利用者が感電する恐れがあるため、漏電の有無を検出する漏電検出装置が電動車両に設けられる。そして、絶縁抵抗が所定の閾値(例えば100kΩ)以下に低下すると、漏電検出装置は漏電が発生していると判定し、感電防止のため、例えば、各負荷への電力の供給を停止したり、充電動作を停止したりする等の措置が施される。 In electric vehicles such as EVs (Electric Vehicles), HEVs (Hybrid Electric Vehicles, hybrid cars), and PHEVs (Plug-in Hybrid Electric Vehicles, plug-in hybrid cars), high-voltage power supplies and high-voltage loads (for example, driving) In order to prevent an electric shock, a high voltage circuit composed of a motor control inverter for a motor is insulated from the body ground of the electric vehicle. However, there is a risk that the user may get an electric shock if the insulation resistance between the high-voltage circuit and the body ground decreases due to an accident or the attachment of battery fluid from a high-voltage battery used with a high-voltage power supply, resulting in a leakage. Therefore, an electric leakage detection device that detects the presence or absence of electric leakage is provided in the electric vehicle. Then, when the insulation resistance falls below a predetermined threshold (for example, 100 kΩ), the leakage detection device determines that a leakage has occurred, and for example, to stop electric power supply, Measures such as stopping the charging operation are taken.
そこで、従来、カップリングコンデンサを介して交流信号を高電圧回路に印加し、交流信号の振幅変動量から漏電を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, conventionally, a method has been proposed in which an AC signal is applied to a high voltage circuit via a coupling capacitor, and leakage is detected from the amplitude fluctuation amount of the AC signal (see, for example, Patent Document 1).
また、従来、車両のボディと高圧バッテリの間に交流信号を印加して、交流信号の電圧と電流の位相関係から、ボディと高圧バッテリとの間のアドミタンスの抵抗成分を求め、求めた抵抗成分から漏電を検出することが提案されている(例えば、特許文献2参照)。 Conventionally, an AC signal is applied between the vehicle body and the high-voltage battery, and the resistance component of the admittance between the body and the high-voltage battery is obtained from the phase relationship between the voltage and current of the AC signal, and the obtained resistance component It has been proposed to detect electric leakage from (see, for example, Patent Document 2).
さらに、従来、車両のボディと高圧バッテリの間に、抵抗とコンデンサとの直列回路を介して交流電圧を印加し、当該抵抗の両端の電圧を測定し、測定した電圧に基づいて、ボディと高圧バッテリ間の浮遊容量を算出する。そして、浮遊容量の算出値、抵抗の入力側電圧Vin、および、検出したい絶縁抵抗の抵抗値から、抵抗の出力側電圧Voutの基準データを設定し、実際の出力側電圧Voutと比較することにより、漏電を検出することが提案されている(例えば、特許文献3参照)。 Further, conventionally, an AC voltage is applied between a vehicle body and a high voltage battery via a series circuit of a resistor and a capacitor, and a voltage across the resistor is measured. Based on the measured voltage, the body and the high voltage battery are measured. Calculate stray capacitance between batteries. And by setting the reference data of the output voltage Vout of the resistor from the calculated value of the stray capacitance, the input voltage Vin of the resistor, and the resistance value of the insulation resistance to be detected, and comparing it with the actual output voltage Vout It has been proposed to detect electric leakage (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、特許文献1に記載の漏電検出方法では、車両側の容量成分を含めた合成インピーダンスしか検出できないため、高電圧回路の配線による浮遊容量や高電圧負荷に実装されたコンデンサの影響を受けてしまう。また、浮遊容量は経年変化するため、絶縁抵抗が劣化しなくても、浮遊容量の変動により漏電が誤検出される恐れがある。
However, since the leakage detection method described in
また、特許文献2に記載の漏電検出方法では、アドミタンスの抵抗成分の検出に必要な微小電流を測定するために、高精度の電流測定回路を設ける必要がある。逆に、電流測定回路の精度が低い場合、漏電が誤検出される恐れがある。
In addition, in the leakage detection method described in
さらに、特許文献3に記載の漏電検出方法は、浮遊容量がほとんど変化しないことが想定されているため、浮遊容量が変化した場合、漏電が誤検出される恐れがある。
Furthermore, since the leakage detection method described in
本発明は、検出対象の浮遊容量の影響を除いて、より正確に漏電を検出できるようにするものである。 The present invention makes it possible to detect the leakage more accurately without the influence of the stray capacitance to be detected.
本発明の一側面の漏電検出装置は、検出対象の漏電を検出する漏電検出装置であって、交流信号を発振する発振回路と、前記検出対象と前記発振回路との間に直列に接続されるコンデンサと、前記コンデンサと前記発振回路との間に直列に接続される抵抗と、前記抵抗の両端の電圧比を検出する電圧比検出手段と、前記抵抗の両端の電圧の位相差を検出する位相差検出手段と、前記抵抗の両端の電圧の電圧比および位相差に基づいて、漏電の有無を検出する漏電検出手段とを備える。 A leakage detection device according to one aspect of the present invention is a leakage detection device that detects a leakage of a detection target, and is connected in series between an oscillation circuit that oscillates an AC signal, and the detection target and the oscillation circuit. A capacitor, a resistor connected in series between the capacitor and the oscillation circuit, a voltage ratio detecting means for detecting a voltage ratio at both ends of the resistor, and a position for detecting a phase difference between the voltages at both ends of the resistor. Phase difference detection means, and leakage detecting means for detecting the presence or absence of leakage based on the voltage ratio and phase difference of the voltage across the resistor.
本発明の一側面の漏電検出装置においては、交流信号が抵抗およびコンデンサを介して検出対象に印加され、前記抵抗の両端の電圧比、および、前記抵抗の両端の電圧の位相差が検出され、前記抵抗の両端の電圧の電圧比および位相差に基づいて、漏電の有無が検出される。 In the leakage detection device of one aspect of the present invention, an AC signal is applied to a detection target via a resistor and a capacitor, a voltage ratio between both ends of the resistor, and a phase difference between voltages at both ends of the resistor are detected. Based on a voltage ratio and a phase difference between voltages at both ends of the resistor, presence / absence of leakage is detected.
従って、検出対象の浮遊容量の影響を除いて、より正確に漏電を検出することができる。 Therefore, the leakage can be detected more accurately without the influence of the stray capacitance to be detected.
この検出対象は、例えば、電動車両の高電圧回路により構成される。この電圧比検出手段、位相差検出手段、漏電検出手段は、例えば、マイクロコンピュータまたはプロセッサ等により構成される。 This detection target is constituted by, for example, a high voltage circuit of an electric vehicle. This voltage ratio detection means, phase difference detection means, and leakage detection means are constituted by, for example, a microcomputer or a processor.
この漏電検出手段には、前記抵抗の両端の電圧の電圧比および位相差に基づいて、前記検出対象とアース間の直流抵抗成分を算出させ、算出した直流抵抗成分と所定の閾値とを比較した結果に基づいて、漏電の有無を検出させることができる。 The leakage detection means calculates a DC resistance component between the detection target and the ground based on a voltage ratio and a phase difference between voltages at both ends of the resistor, and compares the calculated DC resistance component with a predetermined threshold value. Based on the result, it is possible to detect the presence or absence of electric leakage.
これにより、漏電を検出する基準を所望の値に設定することができる。 Thereby, the reference | standard which detects electric leakage can be set to a desired value.
このアースは、例えば、電子機器や電気回路等のアース、電動車両のボディアース等により構成される。 This ground is constituted by, for example, a ground of an electronic device or an electric circuit, a body ground of an electric vehicle, or the like.
本発明の一側面によれば、検出対象の漏電を検出することができる。特に、本発明の一側面によれば、検出対象の浮遊容量の影響を除いて、より正確に漏電を検出することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to detect a leakage current to be detected. In particular, according to one aspect of the present invention, it is possible to more accurately detect a leakage current without the influence of the stray capacitance to be detected.
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.実施の形態
2.変形例
Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described. The description will be given in the following order.
1.
<1.実施の形態>
[漏電検出装置の構成例]
図1は、本発明を適用した漏電検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。漏電検出装置101は、例えば、高電圧回路102を備える電動車両に設けられ、高電圧回路102と電動車両のボディアース間の漏電の有無を検出する。漏電検出装置101は、発振回路111、抵抗112、カップリングコンデンサ113、電圧検出部114,115、および、演算部116を含むように構成される。
<1. Embodiment>
[Example of configuration of leakage detection device]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a leakage detection apparatus to which the present invention is applied. For example, the
発振回路111と高電圧回路102の間には、抵抗112およびカップリングコンデンサ113が直列に接続されており、発振回路111から出力される交流信号が、抵抗112およびカップリングコンデンサ113を介して、高電圧回路102に印加される。なお、発振回路111の抵抗112に接続されている一端と異なる一端は、ボディアースに接続されている。また、カップリングコンデンサ113の抵抗112に接続されている一端と異なる一端は、高電圧回路102のバッテリ121の−端子に接続されている。
A
電圧検出部114は、発振回路111と抵抗112の間の交流電圧V1を検出し、検出結果を示す信号を演算部116に供給する。電圧検出部115は、抵抗112とカップリングコンデンサ113の間の交流電圧V2を検出し、検出結果を示す信号を演算部116に供給する。すなわち、電圧検出部114,115により、抵抗112の両端の交流電圧V1,V2が検出される。
The
演算部116は、例えば、マイクロコンピュータまたはプロセッサ等により構成される。演算部116は、後述するように、交流電圧V1と交流電圧V2の振幅比|VS|(=|V2/V1|)および位相差φに基づいて、高電圧回路102とボディアース間の漏電の有無を検出し、検出結果を外部に出力する。
The
高電圧回路102は、バッテリ121および高電圧負荷122を含むように構成される。高電圧負荷122は、例えば、電動車両の駆動用モータ制御インバータ、エアコンディショナのコンプレッサモータ等により構成され、バッテリ121の電力により駆動される。
The
また、高電圧回路102とボディアース間は絶縁されている。従って、図1に示されるように、両者が絶縁抵抗131により接続されていると等価的に見なすことができる。また、高電圧回路102とボディアース間には、浮遊容量132が存在する。
Further, the
なお、以下、抵抗112の抵抗値をRS、カップリングコンデンサ113の容量をCI、絶縁抵抗131の抵抗値をRL、浮遊容量132の容量をCfで表す。また、発振回路111の交流信号の周波数をfで表し、角周波数をω(=2πf)で表す。
Hereinafter, the resistance value of the
[演算部116の構成例]
演算部116は、振幅比検出部151、位相差検出部152、および、漏電検出部153を含むように構成される。
[Configuration Example of Calculation Unit 116]
The
振幅比検出部151は、交流電圧V1と交流電圧V2の振幅比|VS|を検出し、振幅比|VS|を漏電検出部153の直流抵抗算出部161に出力する。
The amplitude
位相差検出部152は、交流電圧V1と交流電圧V2の位相差φを検出し、位相差φを漏電検出部153の直流抵抗算出部161に出力する。
The phase
漏電検出部153は、直流抵抗算出部161、比較部162、および、メモリ163を含むように構成され、以下に述べる方法で、高電圧回路102とボディアース間の漏電の有無を検出する。
The
直流抵抗算出部161は、交流電圧V1と交流電圧V2の振幅比|VS|および位相差φから、絶縁抵抗131の抵抗値RLを算出する。
The DC
[絶縁抵抗131の抵抗値RLの算出方法]
ここで、絶縁抵抗131の抵抗値RLの算出方法について説明する。
[Calculation Method of Resistance Value RL of Insulation Resistance 131]
Here, a method of calculating the resistance value RL of the
高電圧回路102とボディアース間の合成インピーダンスZLは、次式(1)により表される。
Combined impedance Z L between the high-
カップリングコンデンサ113の容量CIと合成インピーダンスZLとの合成インピーダンスをZhとし、V2/V1=VSとすると、VSは次式(2)により表される。
The combined impedance of the capacitor C I and a synthetic impedance Z L of the
よって、交流電圧V1と交流電圧V2の振幅比|VS|は、次式(3)により表される。 Therefore, the amplitude ratio | V S | of the AC voltage V 1 and the AC voltage V 2 is expressed by the following equation (3).
また、交流電圧V1と交流電圧V2の位相差φに基づく−tanφは、次式(4)により表される。 Also, -Tanfai based on the phase difference φ of the AC voltages V 1 and an AC voltage V 2 is represented by the following formula (4).
式(3)および式(4)から、絶縁抵抗131の抵抗値RLは、次式(5)により表される。
From the equations (3) and (4), the resistance value RL of the
抵抗112の抵抗値RS、および、カップリングコンデンサ113の容量CIは既知なので、検出した交流電圧V1と交流電圧V2の振幅比|VS|および位相差φを式(5)に適用することにより、合成インピーダンスZLの直流抵抗成分である絶縁抵抗131の抵抗値RLを求めることができる。
Since the resistance value R S of the
直流抵抗算出部161は、以上のようにして算出した抵抗値RLを比較部162に出力する。
The direct current
比較部162は、抵抗値RLと、メモリ163に予め記憶されている漏電検出抵抗しきい値とを比較し、比較した結果に基づいて漏電の有無を検出する。すなわち、比較部162は、抵抗値RLが漏電検出抵抗しきい値以上である場合、漏電が発生していないと判定し、抵抗値RLが漏電検出抵抗しきい値未満である場合、漏電が発生していると判定する。比較部162は、漏電の有無の検出結果を外部に出力する。
The
[交流電圧V1,V2のシミュレーション結果]
図3および図4は、図1の回路において、浮遊容量132が存在しない場合と存在する場合の交流電圧V1,V2のシミュレーション結果を示している。なお、両図のシミュレーションの条件は、浮遊容量132の容量Cfのみが異なり、他は同じである。具体的には、図3のシミュレーションでは、容量Cf=0μFに設定し、図4のシミュレーションでは、容量Cf=0.5μFに設定している。また、両図のシミュレーションとも、抵抗112の抵抗値RS=100kΩ、カップリングコンデンサ113の容量CI=1μF、絶縁抵抗131の抵抗値RL=100kΩ、発振回路111の交流信号の周波数f=10Hzに設定している。
[Simulation results of AC voltages V 1 and V 2 ]
3 and 4 show the simulation results of the AC voltages V 1 and V 2 when the
図4のシミュレーション結果を図3のシミュレーション結果と比較すると、交流電圧V1と交流電圧V2との間に位相差φが生じるとともに、交流電圧V2の振幅小さくなっていることが分かる。すなわち、浮遊容量132の容量Cfにより、交流電圧V1と交流電圧V2の振幅比|VS|および位相差φが変動することが分かる。
Comparing the simulation result of FIG. 4 with the simulation result of FIG. 3, it can be seen that a phase difference φ occurs between the AC voltage V 1 and the AC voltage V 2 and the amplitude of the AC voltage V 2 is small. That is, it can be seen that the amplitude ratio | V S | and the phase difference φ between the AC voltage V 1 and the AC voltage V 2 vary depending on the capacitance C f of the
従って、上述した特許文献1では、交流信号の波高値と検出電圧の波高値を単純に比較して漏電検出を行っているため、例えば、図4に示されるように、浮遊容量により検出電圧が低下した場合に、漏電の誤検出が発生する可能性がある。
Therefore, in
以上のようにして、漏電検出装置101によれば、浮遊容量132の影響を除いて、絶縁抵抗131の抵抗値RLのみに基づいて漏電の有無を検出することができ、その結果、漏電の検出精度が向上する。
As described above, according to the
また、上述した特許文献2に記載の発明のように、微小電流を検出することなく、交流電圧V1と交流電圧V2の振幅比|VS|および位相差φのみを検出するだけで、漏電の検出精度を向上させることができる。
Further, as in the invention described in
<2.変形例>
以上の説明では、漏電検出装置101を電動車両に適用する例を示したが、本発明は、電動車両以外の他の装置の漏電検出に適用することが可能である。
<2. Modification>
In the above description, the example in which the
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
101 漏電検出装置
102 高電圧回路
111 発振回路
112 抵抗
113 カップリングコンデンサ
114,115 電圧検出部
116 演算部
121 バッテリ
122 高電圧負荷
131 絶縁抵抗
132 浮遊容量
151 振幅比検出部
152 位相差検出部
153 漏電検出部
161 直流抵抗算出部
162 比較部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
交流信号を発振する発振回路と、
前記検出対象と前記発振回路との間に直列に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサと前記発振回路との間に直列に接続される抵抗と、
前記抵抗の両端の電圧比を検出する電圧比検出手段と、
前記抵抗の両端の電圧の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記抵抗の両端の電圧の電圧比および位相差に基づいて、漏電の有無を検出する漏電検出手段と
を備えることを特徴とする漏電検出装置。 In the leakage detection device that detects the leakage of the detection target,
An oscillation circuit for oscillating an AC signal;
A capacitor connected in series between the detection object and the oscillation circuit;
A resistor connected in series between the capacitor and the oscillation circuit;
Voltage ratio detecting means for detecting a voltage ratio between both ends of the resistor;
Phase difference detecting means for detecting a phase difference between voltages at both ends of the resistor;
A leakage detecting device comprising: a leakage detecting means for detecting the presence or absence of leakage based on a voltage ratio and a phase difference between voltages at both ends of the resistor.
ことを特徴とする請求項1に記載の漏電検出装置。 The leakage detection means calculates a DC resistance component between the detection target and the ground based on a voltage ratio and a phase difference between voltages at both ends of the resistor, and compares the calculated DC resistance component with a predetermined threshold value. The leakage detection device according to claim 1, wherein the presence / absence of leakage is detected based on the following.
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