JP2014098681A - 漏電検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カップリングコンデンサの短絡を精度良く検出する。
【解決手段】漏電検知装置１００は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を備えている。短絡判定部１０は、カップリングコンデンサＣ１の短絡の有無を判定する場合に、まず、パルス発生器２からのパルス出力を停止させるとともに、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のすべてをオン状態にする。次に、スイッチＳＷ１をオン状態に維持する一方、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフ状態にする。その後、パルス発生器２からパルスを発生させて、当該パルスによりカップリングコンデンサＣ１，Ｃ３を充電する。そして、この充電の過程において、電圧検出部７が検出したカップリングコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１との接続点Ｐの電圧に基づいて、短絡判定部１０がカップリングコンデンサＣ１の短絡の有無を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源の漏電を検知するために用いられる漏電検知装置に関する。

例えば、電気自動車においては、モータや車載機器を駆動するための高電圧の直流電源（バッテリ）が搭載される。この直流電源は、グランドに接地されている車体と電気的に絶縁されている。しかしながら、何らかの原因により、直流電源と車体との間で絶縁不良や短絡等が発生した場合、直流電源からグランドへ至る経路に電流が流れ、漏電が生じる。そこで、この漏電を検知するための漏電検知装置が、直流電源に付設される。

漏電検知装置には、漏電検知を正常に行えるか否かをチェックすることができる、いわゆる自己診断機能を有するものがある。後記の特許文献１〜４に記載されている漏電検知装置は、このような自己診断機能を備えている。

特許文献１には、検出抵抗と絶縁抵抗との接続点と、グランドとの間に、自己診断用抵抗およびスイッチ素子が直列に接続された絶縁抵抗低下検出器が記載されている。本文献では、自己診断時に、スイッチ素子がオンの状態で、検出抵抗と絶縁抵抗との接続点に現れる電圧の値が基準値と異なる場合に、検出抵抗が劣化または故障したと判定される。

特許文献２には、パルス発振回路と直流電源との間に、カップリングコンデンサと検出抵抗の直列回路が設けられ、カップリングコンデンサと検出抵抗との接続点と、グランドとの間にローパスフィルタが接続された絶縁抵抗低下検出器が記載されている。本文献では、上記直列回路に異なるパルス幅のパルス信号を印加したときの、ローパスフィルタの出力の差分に基づいて、絶縁抵抗低下検出器の状態を検出する。

特許文献３には、カップリングコンデンサを複数設けた車両用地絡検出回路が記載されている。本文献では、複数のカップリングコンデンサを通過する信号により、車体と電気的に絶縁された高電圧系の地絡を検出するとともに、カップリングコンデンサの断線および短絡を検出する。

特許文献４には、カップリングコンデンサの一端と直流電源との間に第１スイッチが接続され、第１スイッチとカップリングコンデンサとの接続点と、グランドとの間に、地絡検出抵抗と第２スイッチとの直列回路が接続された地絡検出装置が記載されている。本文献では、まず第１スイッチがオフされ、次に第２スイッチがオンされ、その後カップリングコンデンサが充電される。そして、カップリングコンデンサの他端の電圧に基づいて、当該コンデンサの短絡有無が判定される。

図１２は、自己診断機能を備えた従来の漏電検知装置の一例を示している。漏電検知装置２００は、ＣＰＵ１、パルス発生器２、フィルタ回路３、擬似漏電回路４、放電回路５、メモリ６、抵抗Ｒ１、およびカップリングコンデンサＣ１，Ｃ３を備えている。ＣＰＵ１は、電圧検出部７と、漏電判定部８と、診断部９とを有している。フィルタ回路３は抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２からなる。擬似漏電回路４は、スイッチＳＷ１および抵抗Ｒ３からなる。高電圧のバッテリ３００（直流電源）の負極側は、ケーブルＷおよび端子Ｔ１を介して、漏電検知装置２００のカップリングコンデンサＣ１，Ｃ３に接続されている。バッテリ３００の正極側は、モータや車載機器などの負荷に接続されている。バッテリ３００とグランドＧとの間には、浮遊容量Ｃｓが存在し、バッテリ３００の漏電時には、漏電抵抗Ｒｓも存在する。

パルス発生器２は、図１４（ａ）のようなパルスを出力する。このパルスは、抵抗Ｒ１を介してカップリングコンデンサＣ１を充電し、この充電によって、Ｐ点の電位が上昇する。このＰ点の電位はフィルタ回路３を介して、入力電圧ＶとしてＣＰＵ１に入力される。ＣＰＵ１の電圧検出部７は、この入力電圧Ｖに基づいて、カップリングコンデンサＣ１の電圧を検出する。検出されたカップリングコンデンサＣ１の電圧を、以下では「検出電圧」という。

バッテリ３００に漏電が生じていない場合は、図１３の実線に示すように、検出電圧は急峻に上昇する。このため、時刻ｔｏでパルスが立ち上がってから、時刻ｔ１でパルスが立ち下がるまでの間に、検出電圧は閾値ＳＨを超える。一方、バッテリ３００とグランドＧとの間に漏電が生じている場合は、図１３の破線に示すように、検出電圧は、漏電抵抗Ｒｓのために緩やかに上昇する。このため、時刻ｔｏから時刻ｔ１までの間に、検出電圧は閾値ＳＨを超えない。

電圧検出部７は、パルスが立ち下がる時刻ｔ１において、カップリングコンデンサＣ１の電圧を検出する。漏電が生じていない場合は、検出電圧はＶａとなり、漏電が生じている場合は、検出電圧はＶｂとなる。ＣＰＵ１の漏電判定部８は、検出電圧と閾値ＳＨとを比較し、検出電圧が閾値ＳＨ以上（Ｖａ）であれば、「漏電なし」と判定し、検出電圧が閾値ＳＨ未満（Ｖｂ）であれば、「漏電あり」と判定する。「漏電あり」の場合は、ＣＰＵ１から端子Ｔ２を介して漏電検知信号が出力される。また、時刻ｔ１において放電回路５のスイッチＳＷ２がオンとなることで、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３の電荷が、放電回路５を通して放電される。

漏電検知装置２００の自己診断を行う場合は、上位装置から端子Ｔ３を介して、ＣＰＵ１にプリチェック要求信号が入力される。ＣＰＵ１の診断部９は、この信号を受けて、擬似漏電状態を作り出すために、図１４（ｂ）のように、擬似漏電回路４のスイッチＳＷ１をオンにする。これにより、パルス発生器２から、抵抗Ｒ１およびカップリングコンデンサＣ１，Ｃ３を経て、擬似漏電回路４へ至る電流経路が形成される。このため、パルス発生器２が出力するパルスにより、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３が共に充電される。この結果、Ｐ点の電位すなわち入力電圧Ｖの上昇が緩やかとなる。したがって、図１４（ｃ）のように、スイッチＳＷ１がオンの間は、カップリングコンデンサＣ１の検出電圧が閾値ＳＨ未満となるので、漏電判定部８は「漏電あり」と判定する。そして、この判定に基づき、図１４（ｄ）のようにＣＰＵ１から漏電検知信号が出力される。これにより、診断部９は、漏電検知が正常に行われていると判定する。

特開２００５−１２７８２１号公報 特開２００７−１６３１４１号公報 特開２００９−５３１３３号公報 特開２００５−９１２２４号公報

本発明は、上記のような漏電検知装置において、特許文献３や特許文献４とは異なる手段により、カップリングコンデンサの短絡を精度良く検出することを課題としている。

本発明に係る漏電検知装置は、一端が直流電源に接続される第１カップリングコンデンサと、この第１カップリングコンデンサの他端にパルスを供給するパルス発生器と、第１カップリングコンデンサの他端の電圧を検出する電圧検出部と、この電圧検出部が検出した電圧を閾値と比較し、その比較結果に基づいて直流電源の漏電の有無を判定する漏電判定部と、第１カップリングコンデンサの一端とグランドとの間に設けられ、第１スイッチおよびこれと直列に接続された第１抵抗を有し、第１スイッチがオンすることにより、直流電源を擬似的に漏電状態にする擬似漏電回路と、第１カップリングコンデンサの一端と擬似漏電回路との間に接続された第２カップリングコンデンサと、第１スイッチがオンして直流電源が擬似的に漏電状態となった場合に、漏電判定部が漏電ありと判定したか否かを診断する診断部と、第１カップリングコンデンサの他端とグランドとの間に設けられ、第２スイッチおよびこれと直列に接続された第２抵抗を有し、第２スイッチがオンすることにより、第１および第２カップリングコンデンサの電荷を放電させる放電回路とを備えている。

本発明では、上記漏電検知装置において、第１カップリングコンデンサと第２カップリングコンデンサの接続点と、直流電源との間に設けられた第３スイッチと、第１カップリングコンデンサの短絡の有無を判定する短絡判定部とをさらに備える。そして、短絡判定部は、短絡の有無を判定する場合に、パルス発生器からのパルス出力を停止させるとともに、第１スイッチ、第２スイッチ、および第３スイッチのすべてをオン状態にする。次に、第１スイッチをオン状態に維持する一方、第２スイッチおよび第３スイッチをオフ状態にする。その後、パルス発生器からパルスを発生させて、当該パルスにより第１および第２カップリングコンデンサを充電する。そして、この充電の過程において、電圧検出部が検出した第１カップリングコンデンサの他端の電圧に基づいて、当該第１カップリングコンデンサの短絡の有無を判定する。

このようにすると、パルス発生器と第１〜第３スイッチの各状態を、所定のシーケンスに従って切り替えることで、カップリングコンデンサの短絡を検出することができる。また、短絡有無の判定時に、まず、パルス発生器からのパルス出力を停止させて、第１ないし第３スイッチをすべてオン状態にするので、第１および第２カップリングコンデンサの電荷を放電することができる。そして、次に第２および第３スイッチをオフ状態にするので、放電回路の第２抵抗や、直流電源とグランド間に存在する浮遊容量および漏電抵抗の影響を排除することができる。そして、以上の処理を行った後に、パルス発生器からのパルスにより第１および第２カップリングコンデンサを充電するので、第１カップリングコンデンサの他端の電圧は、常に安定した変化を示す。このため、第１カップリングコンデンサの短絡有無を判定する場合の判定精度を向上させることができる。

また、本発明では、直流電源に一端が接続された第１ケーブルの他端が接続される第１端子と、直流電源に一端が接続された第２ケーブルの他端が接続される第２端子と、第１端子と第１カップリングコンデンサとの間に設けられた第３スイッチと、第２端子と第２カップリングコンデンサとの間に設けられた第４スイッチと、第１カップリングコンデンサと第３スイッチの接続点と、第２カップリングコンデンサと第４スイッチの接続点との間に設けられた第５スイッチとを有する構成を採用してもよい。

この場合、短絡判定部は、短絡の有無を判定する場合に、パルス発生器からのパルス出力を停止させるとともに、第１スイッチ、第２スイッチ、および第５スイッチをオン状態にし、かつ、第３スイッチと第４スイッチの少なくとも一方をオン状態にする。次に、第１スイッチおよび第５スイッチをオン状態に維持する一方、第２スイッチ、第３スイッチ、および第４スイッチをオフ状態にする。その後、パルス発生器からパルスを発生させて、当該パルスにより第１および第２カップリングコンデンサを充電する。そして、この充電の過程において、電圧検出部が検出した第１カップリングコンデンサの他端の電圧に基づいて、当該第１カップリングコンデンサの短絡の有無を判定する。

本発明によれば、カップリングコンデンサの短絡を精度良く検出することが可能な漏電検知装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態による漏電検知装置を示した回路図である。 図１から必要部分だけを抽出した回路図である。 第１実施形態による短絡判定手順を説明する回路図である。 第１実施形態による短絡判定手順を説明する回路図である。 第１実施形態による短絡判定手順を説明する回路図である。 充電電圧の時間的変化と、時間差を示した図である。 充電電圧の時間的変化と、電圧差を示した図である。 本発明の第２実施形態による漏電検知装置を示した回路図である。 第２実施形態による短絡判定手順を説明する回路図である。 第２実施形態による短絡判定手順を説明する回路図である。 第２実施形態による短絡判定手順を説明する回路図である。 従来の漏電検知装置を示した回路図である。 漏電時および非漏電時における検出電圧の波形図である。 漏電検知装置の動作を示したタイミングチャートである。

本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。図面において、同一の部分または対応する部分には、同一の符号を付してある。以下では、電気自動車やハイブリッド車に搭載される漏電検知装置を例に挙げる。但し、本発明の適用範囲は、車載用の漏電検知装置だけに限定されるものではない。

まず、第１実施形態による漏電検知装置の構成を、図１を参照しながら説明する。図１において、漏電検知装置１００は、ケーブルＷを介して、車載用の直流電源であるバッテリ３００の負極側に接続されている。バッテリ３００の正極側は、モータや車載機器などの負荷（図示省略）に接続されている。バッテリ３００は、出力電圧が数百ボルトの高電圧バッテリである。

漏電検知装置１００は、ＣＰＵ１、パルス発生器２、フィルタ回路３、擬似漏電回路４、放電回路５、メモリ６、抵抗Ｒ１、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３、スイッチＳＷ３、および端子Ｔ１〜Ｔ４を備えている。ＣＰＵ１には電源Ｖｃが供給され、パルス発生器２には、電源Ｖｃを昇圧した電源Ｖｍが供給される。

ＣＰＵ１は、漏電検知装置１００の動作を制御する制御手段を構成しており、電圧検出部７、漏電判定部８、診断部９、および短絡判定部１０を備えている。実際には、これらのブロック７〜１０の各機能は、ソフトウェアによって実現される。パルス発生器２は、ＣＰＵ１からの指令に基づき、所定周波数のパルスを生成する。抵抗Ｒ１はパルス発生器２の出力側に接続されている。カップリングコンデンサＣ１（第１カップリングコンデンサ）は、バッテリ３００と漏電検知装置１００とを直流的に分離するためのコンデンサである。カップリングコンデンサＣ１の一端は、スイッチＳＷ３および端子Ｔ１を介して、バッテリ３００に接続されている。カップリングコンデンサＣ１の他端は、抵抗Ｒ１を介して、パルス発生器２に接続されている。

フィルタ回路３は、抵抗Ｒ１とカップリングコンデンサＣ１との接続点（Ｐ点）と、ＣＰＵ１との間に設けられている。このフィルタ回路３は、ＣＰＵ１に入力される電圧のノイズを除去するためのもので、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２からなる。抵抗Ｒ２の一端はＰ点に接続されている。抵抗Ｒ２の他端は、ＣＰＵ１に接続されているとともに、コンデンサＣ２の一端に接続されている。コンデンサＣ２の他端は、グランドＧに接地されている。なお、本実施形態の場合、グランドＧは自動車の車体である。

カップリングコンデンサＣ３（第２カップリングコンデンサ）は、カップリングコンデンサＣ１と同様に、バッテリ３００と漏電検知装置１００とを直流的に分離するためのコンデンサである。カップリングコンデンサＣ３の一端は、スイッチＳＷ３および端子Ｔ１を介して、バッテリ３００に接続されている。カップリングコンデンサＣ３の他端は、擬似漏電回路４に接続されている。

擬似漏電回路４は、スイッチＳＷ１（第１スイッチ）と、これに直列に接続された抵抗Ｒ３（第１抵抗）とを有している。スイッチＳＷ１は、トランジスタやＦＥＴなどからなる。スイッチＳＷ１の一端は抵抗Ｒ３に接続されており、他端はグランドＧに接地されている。抵抗Ｒ３は、カップリングコンデンサＣ３とスイッチＳＷ１との間に接続されている。スイッチＳＷ１のオン・オフは、ＣＰＵ１により制御される。スイッチＳＷ１のオンにより、直流電源３００が擬似的な漏電状態となる。

放電回路５は、スイッチＳＷ２（第２スイッチ）と、これに直列に接続された抵抗Ｒ４（第２抵抗）とを有している。スイッチＳＷ２は、トランジスタやＦＥＴなどからなる。スイッチＳＷ２の一端は抵抗Ｒ４に接続されており、他端はグランドＧに接地されている。抵抗Ｒ４は、Ｐ点とスイッチＳＷ２との間に接続されている。スイッチＳＷ２のオン・オフは、ＣＰＵ１により制御される。スイッチＳＷ２のオンにより、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３の電荷が、放電回路５を通して放電される。

スイッチＳＷ３（第３スイッチ）は、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３の接続点と、直流電源３００（端子Ｔ１）との間に設けられている。スイッチＳＷ３のオン・オフは、ＣＰＵ１により制御される。スイッチＳＷ３としては、例えば、入力素子（ＬＥＤなど）と出力素子（ＭＯＳ型ＦＥＴなど）が内蔵され、入力側と出力側が電気的に絶縁されたフォトリレーを用いることができる。

メモリ６は、ＲＯＭやＲＡＭなどからなり、記憶部を構成している。このメモリ６には、ＣＰＵ１の動作プログラムや制御用データが記憶されているとともに、後述する漏電有無判定のための閾値ＳＨが記憶されている。

ＣＰＵ１において、電圧検出部７は、フィルタ回路３からＣＰＵ１に取り込まれる入力電圧Ｖに基づいて、Ｐ点の電圧を検出する。この電圧の検出は、パルス発生器２の出力パルスが立ち下がる時刻（図１３のｔ１）において行われる。

漏電判定部８は、電圧検出部７が検出したＰ点の電圧（以下、「検出電圧」という。）を閾値ＳＨと比較し、その比較結果に基づいて、バッテリ３００の漏電有無を判定する。

診断部９は、自己診断時に、擬似漏電回路４を駆動してバッテリ３００を擬似的に漏電状態にするとともに、この状態で漏電判定部８が「漏電あり」と判定したか否かを診断する。

短絡判定部１０は、後述する所定の手順に従って、カップリングコンデンサＣ１の短絡の有無を判定する。

端子Ｔ２〜Ｔ４は、ＣＰＵ１に接続されている。端子Ｔ２からは、漏電が検知された場合に漏電検知信号が出力される。端子Ｔ３には、自己診断を行う場合にプリチェック要求信号が入力される。端子Ｔ４からは、短絡が検知された場合に短絡検知信号が出力される。

次に、上記構成からなる漏電検知装置１００の動作について説明する。なお、図１３で示した漏電検出の原理と、図１４のタイムチャートは、本実施形態にも共通である。

パルス発生器２は、図１４（ａ）で示したような矩形波のパルスを所定周期で出力する。車両のイグニッションスイッチ（図示省略）がオンになると、上位装置（図示省略）から端子Ｔ３を介して、ＣＰＵ１にプリチェック要求信号が入力される。この信号を受けて、ＣＰＵ１の診断部９は、漏電を正常に検知できるか否かの自己診断を行うために、擬似漏電回路４のスイッチＳＷ１をオンにする。

スイッチＳＷ１がオンすると、パルス発生器２→抵抗Ｒ１→カップリングコンデンサＣ１→カップリングコンデンサＣ３→擬似漏電回路４の電流経路が形成される。擬似漏電回路４のスイッチＳＷ１はグランドＧ（車体）に接地されているので、スイッチＳＷ１のオンにより、バッテリ３００と車体との間で実際に漏電が生じた場合と同様の、擬似的な漏電状態が作り出される。

この擬似漏電状態においては、パルス発生器２が出力するパルスにより、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３が共に充電される。この結果、Ｐ点の電位すなわち入力電圧Ｖは緩やかに上昇し、図１４（ｃ）のように、スイッチＳＷ１がオンの間は、カップリングコンデンサＣ１の検出電圧が閾値ＳＨ未満となる。このため、漏電判定部８は「漏電あり」と判定する。そして、この判定に基づき、図１４（ｄ）のように、ＣＰＵ１から端子Ｔ２を介して、漏電検知信号が出力される。これにより、診断部９は、漏電検知装置１００において漏電検知が正常に行われていると判定する。以上の自己診断時の動作については、図１２で示した従来のものと同様である。

次に、短絡判定部１０による、カップリングコンデンサＣ１の短絡有無の判定手順について説明する。この短絡有無判定は、上述した漏電有無判定に続いて行ってもよいし、漏電有無判定とは別に、所定のタイミングで独立して行ってもよい。

図２は、図１から説明に必要な部分だけを抽出した回路図である。図２において、スイッチＳＷｐは、パルス発生器２に備わるパルス発生用のスイッチであって、トランジスタやＦＥＴなどからなる。スイッチＳＷｐのオン・オフは、ＣＰＵ１により制御される。

カップリングコンデンサＣ１の短絡の有無を判定する場合、短絡判定部１０は、図３に示すように、まずスイッチＳＷｐをオフにしてパルス発生器２からのパルス出力を停止させるとともに、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、およびスイッチＳＷ３のすべてをオン状態にする。これにより、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３の電荷と、フィルタ回路３のコンデンサＣ２の電荷が、破線矢印で示す放電経路を通って放電する。その結果、各コンデンサＣ１〜Ｃ３は、電荷のないリセット状態となる。

次に、短絡判定部１０は、図４に示すように、スイッチＳＷ１をオン状態に維持する一方、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ３をオフ状態にする。スイッチＳＷ２をオフにするのは、Ｐ点から抵抗Ｒ４を介してグランドＧへ至る電流経路が形成されないようにするためである。また、スイッチＳＷ３をオフにするのは、短絡有無の判定にあたって、浮遊容量Ｃｓや漏電抵抗Ｒｓが影響しないように、これらをカップリングコンデンサＣ１，Ｃ３から切り離すためである。

次に、短絡判定部１０は、図５に示すように、スイッチＳＷｐをオンさせる。これにより、パルス発生器２からパルスが出力される。このとき、スイッチＳＷ１はオン状態を維持しており、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ３はオフ状態を維持している。したがって、破線矢印で示すように、電源Ｖｍ→スイッチＳＷｐ→抵抗Ｒ１→カップリングコンデンサＣ１→カップリングコンデンサＣ３→抵抗Ｒ３→スイッチＳＷ１→グランドＧの電流経路が形成される。このため、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３が、パルス発生器２から出力されるパルスにより充電され、Ｐ点の電位が上昇する。（なお、抵抗Ｒ１から抵抗Ｒ２を介して、コンデンサＣ２も充電されるが、コンデンサＣ２に流れる電流は十分に小さいので、以下では無視する。）

図６は、充電によるＰ点の電圧Ｖｔの時間的変化を示している。電圧Ｖｔは次式で表される。

ここで、Ｖｍ：電源Ｖｍの電圧、ｔ：時間、Ｃ：カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３の合成容量、Ｒ：抵抗Ｒ１，Ｒ３の合成抵抗である。合成容量Ｃと合成抵抗Ｒは、それぞれ次式で表される。
Ｃ＝Ｃ１・Ｃ３／（Ｃ１＋Ｃ３） ・・・（２）
Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ３ ・・・（３）

カップリングコンデンサＣ１が短絡していない場合は、Ｐ点の電圧Ｖｔは、図６の実線のように変化する。このときの時定数（＝ＣＲ）は、上記の（２）式および（３）式で決まる値である。これに対して、カップリングコンデンサＣ１が短絡している場合は、合成容量がＣ＝Ｃ３となって（２）式の値より大きくなるので、時定数も大きくなる。このため、Ｐ点の電圧Ｖｔは、図６の破線のように変化する。

図６からわかるように、カップリングコンデンサＣ１が短絡していない場合は、電圧Ｖｔの立ち上がりが早く、カップリングコンデンサＣ１が短絡している場合は、電圧Ｖｔの立ち上がりが遅い。このため、電圧Ｖｔが所定の電圧Ｖｓに至るまでの時間は、短絡のない場合はｔ１、短絡のある場合はｔ２となり、ｔ１＜ｔ２の関係となる。そこで、ＣＰＵ１の短絡判定部１０は、この時間を測定し、測定した時間があらかじめ定めた基準値ｔαを超えていなければ、カップリングコンデンサＣ１は短絡していないと判定する。一方、測定した時間が基準値ｔαを超えていれば、短絡判定部１０は、カップリングコンデンサＣ１が短絡していると判定する。

短絡判定部１０は、カップリングコンデンサＣ１が短絡していると判定した場合、短絡検知信号を出力する。この短絡検知信号は、端子Ｔ４を介して上位装置へ送信される。上位装置では、この短絡検知信号に基づき、異常処理（例えば、短絡を知らせる警報の出力）が行われる。

図６においては、時間の測定に基づいてカップリングコンデンサＣ１の短絡有無を判定したが、図７に示すように、電圧の測定に基づいてカップリングコンデンサＣ１の短絡有無を判定してもよい。

図７において、ある時刻ｔｘにおけるＰ点の電圧Ｖｔは、短絡のない場合はＶ１、短絡のある場合はＶ２となり、Ｖ１＞Ｖ２の関係となる。そこで、ＣＰＵ１の電圧検出部７でこの電圧を検出し、検出電圧があらかじめ定めた基準値Ｖαを超えていれば、短絡判定部１０は、カップリングコンデンサＣ１は短絡していないと判定する。一方、検出電圧が基準値Ｖαを超えていなければ、短絡判定部１０は、カップリングコンデンサＣ１が短絡していると判定する。

以上のように、第１実施形態においては、パルス発生器２とスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の各状態を、所定のシーケンスに従って切り替えることで、カップリングコンデンサＣ１の短絡を検出することができる。また、短絡有無の判定時に、まず、パルス発生器２からのパルス出力を停止させて、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３をすべてオン状態にするので、各コンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を放電することができる。そして、次にスイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフ状態にするので、抵抗Ｒ４や、浮遊容量Ｃｓおよび漏電抵抗Ｒｓの影響を排除することができる。そして、以上の処理を行った後に、スイッチＳＷｐをオンさせて、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３を充電するので、Ｐ点の電圧Ｖｔは、常に安定した変化を示す。このため、コンデンサＣ１の短絡有無を判定する場合の判定精度を向上させることができる。

図８は、第２実施形態による漏電検知装置１０１を示している。この漏電検知装置１０１では、第１実施形態（図１）の構成に、端子Ｔ５（第２端子）、スイッチＳＷ４（第４スイッチ）、およびスイッチＳＷ５（第５スイッチ）が追加されている。そして、漏電検知装置１０１とバッテリ３００とは、ケーブルＷ１（第１ケーブル）およびケーブルＷ２（第２ケーブル）で接続される。その他の構成については、第１実施形態と同様である。

図８において、ケーブルＷ１の一端は、バッテリ３００の負極に接続されている。ケーブルＷ１の他端は、漏電検知装置１０１の端子Ｔ１に接続されている。ケーブルＷ２の一端は、バッテリ３００の負極に接続されている。ケーブルＷ２の他端は、漏電検知装置１０１の端子Ｔ５に接続されている。

実際には、例えば、ケーブルＷ１の一端は、バッテリ３００の負極を構成する同電位の２つの端子（図示省略）の一方に接続され、ケーブルＷ２の一端は、当該２つの端子の他方に接続される。

スイッチＳＷ３は、カップリングコンデンサＣ１と端子Ｔ１との間に設けられている。スイッチＳＷ４は、端子Ｔ５とカップリングコンデンサＣ３との間に設けられている。スイッチＳＷ５は、カップリングコンデンサＣ１とスイッチＳＷ３の接続点と、カップリングコンデンサＣ３とスイッチＳＷ４の接続点との間に設けられている。これらのスイッチＳＷ３〜ＳＷ５のオン・オフは、ＣＰＵ１により制御される。スイッチＳＷ３〜ＳＷ５としては、例えば、入力素子（ＬＥＤなど）と出力素子（ＭＯＳ型ＦＥＴなど）が内蔵され、入力側と出力側が電気的に絶縁されたフォトリレーを用いることができる。

次に、上記構成からなる漏電検知装置１０１の動作について説明する。上位装置から端子Ｔ３を介して、ＣＰＵ１にプリチェック要求信号が入力されると、ＣＰＵ１の診断部９は、漏電を正常に検知できるか否かの自己診断を行うために、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ３、およびスイッチＳＷ４をそれぞれオンにする（スイッチＳＷ２，ＳＷ５はオフ）。すると、パルス発生器２→抵抗Ｒ１→カップリングコンデンサＣ１→スイッチＳＷ３→端子Ｔ１→ケーブルＷ１→ケーブルＷ２→端子Ｔ５→スイッチＳＷ４→カップリングコンデンサＣ３→擬似漏電回路４の電流経路が形成される。これにより、バッテリ３００と車体との間で実際に漏電が生じた場合と同様の、擬似的な漏電状態が作り出される。

擬似漏電状態において、漏電検知が正常に行われているか否かを判定する自己診断の手法については、第１実施形態の場合と同じであるので、説明は省略する。

なお、スイッチＳＷ３，ＳＷ４をオンにする代わりに、スイッチＳＷ５をオンにして自己診断を行うこともできる。しかるに、スイッチＳＷ３，ＳＷ４をオンにした場合は、ケーブルＷ１，Ｗ２の断線を検知することができる。以下、これについて簡単に説明する。

ケーブルＷ１，Ｗ２の一方または両方が断線した場合は、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４がオンしていても、パルス発生器２から擬似漏電回路４へ至る電流経路が形成されない。よって、擬似漏電回路４による擬似的な漏電状態を作り出すことができない。その一方、ケーブルＷ１，Ｗ２が断線しても、端子Ｔ１とグランドＧとの間には、実際には浮遊容量（図示省略）が存在するので、パルス発生器２からカップリングコンデンサＣ１への充電経路は確保される。したがって、カップリングコンデンサＣ１のみがパルスで充電される結果、Ｐ点の電圧は閾値以上となるため、漏電判定部８では「漏電なし」と判定される。そして、自己診断時に、Ｐ点の電圧が閾値以上である状態が一定時間継続した場合に、ケーブルＷ１，Ｗ２の一方または両方に断線が生じたことが、ＣＰＵ１により検知される。

一方、カップリングコンデンサＣ１の短絡有無の判定は、以下のような手順に従って行われる。

図９は、図８から説明に必要な部分だけを抽出した回路図である。図９において、スイッチＳＷｐは、パルス発生器２に備わるパルス発生用のスイッチであって、トランジスタやＦＥＴなどからなる。スイッチＳＷｐのオン・オフは、ＣＰＵ１により制御される。

短絡判定部１０は、図９に示すように、まずスイッチＳＷｐをオフにしてパルス発生器２からのパルス出力を停止させるとともに、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ５をオン状態にする。また、スイッチＳＷ３，ＳＷ４の少なくとも一方をオン状態にする。ここでは、スイッチＳＷ３がオン状態、スイッチＳＷ４がオフ状態となっているが、スイッチＳＷ４をオン状態、スイッチＳＷ３をオフ状態にしてもよく、スイッチＳＷ３，ＳＷ４の両方をオン状態にしてもよい。スイッチＳＷ１〜ＳＷ５が図９の状態になることで、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３の電荷と、フィルタ回路３のコンデンサＣ２の電荷が、破線矢印で示す放電経路を通って放電する。その結果、各コンデンサＣ１〜Ｃ３は、電荷のないリセット状態となる。

次に、短絡判定部１０は、図１０に示すように、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ５とをオン状態に維持する一方、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４をオフ状態にする。スイッチＳＷ２をオフにするのは、Ｐ点から抵抗Ｒ４を介してグランドＧへ至る電流経路が形成されないようにするためである。また、スイッチＳＷ３，ＳＷ４をオフにするのは、短絡有無の判定にあたって、浮遊容量Ｃｓや漏電抵抗Ｒｓが影響しないように、これらをカップリングコンデンサＣ１，Ｃ３から切り離すためである。

次に、短絡判定部１０は、図１１に示すように、スイッチＳＷｐをオンさせる。これにより、パルス発生器２からパルスが出力される。このとき、スイッチＳＷ１，ＳＷ５はオン状態を維持しており、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４はオフ状態を維持している。したがって、破線矢印で示すように、電源Ｖｍ→スイッチＳＷｐ→抵抗Ｒ１→カップリングコンデンサＣ１→スイッチＳＷ５→カップリングコンデンサＣ３→抵抗Ｒ３→スイッチＳＷ１→グランドＧの電流経路が形成される。このため、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３が、パルス発生器２から出力されるパルスにより充電され、Ｐ点の電位が上昇する。（抵抗Ｒ１から抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ２に流れる電流は、第１実施形態の場合と同様に無視する。）

第２実施形態におけるカップリングコンデンサＣ１の短絡有無の判定方法は、第１実施形態の場合と同じであり、図６や図７で説明した通りである。第２実施形態においては、パルス発生器２とスイッチＳＷ１〜ＳＷ５の各状態を、所定のシーケンスに従って切り替えることで、カップリングコンデンサＣ１の短絡を検出することができる。また、短絡有無の判定時に、すべてのスイッチＳＷ１〜ＳＷ５をオンにして、コンデンサＣ１〜Ｃ３の電荷を放電し、次に、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４をオフ状態にして、抵抗Ｒ４や、浮遊容量Ｃｓおよび漏電抵抗Ｒｓの影響を排除するので、第１実施形態と同様に、コンデンサＣ１の短絡有無を判定する場合の判定精度を向上させることができる。

以上述べた実施形態では、カップリングコンデンサＣ１が短絡した場合を例に挙げたが、本発明では、カップリングコンデンサＣ３が短絡した場合も、前記と同様の手順により、短絡を検出することが可能である。

本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、前記の実施形態では、スイッチＳＷ３〜ＳＷ５としてフォトリレーを用いた例を挙げたが、フォトリレーに代えて、コイルと接点とを備えたマグネットリレーや、トランジスタあるいはＦＥＴなどを用いてもよい。また、前記の実施形態では、スイッチＳＷ１，ＳＷ２としてトランジスタやＦＥＴなどを用いた例を挙げたが、これらに代えて、フォトリレーやマグネットリレーを用いてもよい。

また、前記の実施形態では、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２からなるフィルタ回路３を設けた例を示したが、フィルタ回路３は本発明にとって必須のものではなく、省略してもよい。

また、前記の実施形態では、パルス発生器２から出力されるパルスの立ち下りのタイミングにおいて、電圧検出部７がＰ点の電圧を検出するとともに、漏電判定部８が漏電の有無を判定したが、本発明はこれに限定されない。例えば、パルスが立ち下がる前の予め定められた時点で、電圧検出部７による電圧検出および漏電判定部８による漏電有無判定を行ってもよい。

さらに、前記の実施形態では、電気自動車やハイブリッド車に搭載される漏電検知装置を例に挙げたが、本発明は、自動車に限らず、直流電源を備えた各種の装置に搭載される漏電検知装置に広く適用することができる。

２ パルス発生器
４ 擬似漏電回路
５ 放電回路
７ 電圧検出部
８ 漏電判定部
９ 診断部
１０ 短絡判定部
１００，１０１ 漏電検知装置
３００ バッテリ（直流電源）
Ｃ１ カップリングコンデンサ（第１カップリングコンデンサ）
Ｃ３ カップリングコンデンサ（第２カップリングコンデンサ）
Ｇ グランド
Ｒ３ 抵抗（第１抵抗）
Ｒ４ 抵抗（第２抵抗）
ＳＷ１ スイッチ（第１スイッチ）
ＳＷ２ スイッチ（第２スイッチ）
ＳＷ３ スイッチ（第３スイッチ）
ＳＷ４ スイッチ（第４スイッチ）
ＳＷ５ スイッチ（第５スイッチ）
Ｔ１ 端子（第１端子）
Ｔ５ 端子（第２端子）
Ｗ１ ケーブル（第１ケーブル）
Ｗ２ ケーブル（第２ケーブル）

Claims (2)

1. 一端が直流電源に接続される第１カップリングコンデンサと、
   前記第１カップリングコンデンサの他端にパルスを供給するパルス発生器と、
   前記第１カップリングコンデンサの他端の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部が検出した電圧を閾値と比較し、その比較結果に基づいて前記直流電源の漏電の有無を判定する漏電判定部と、
   前記第１カップリングコンデンサの一端とグランドとの間に設けられ、第１スイッチおよびこれと直列に接続された第１抵抗を有し、前記第１スイッチがオンすることにより、前記直流電源を擬似的に漏電状態にする擬似漏電回路と、
   前記第１カップリングコンデンサの一端と前記擬似漏電回路との間に接続された第２カップリングコンデンサと、
   前記第１スイッチがオンして前記直流電源が擬似的に漏電状態となった場合に、前記漏電判定部が漏電ありと判定したか否かを診断する診断部と、
   前記第１カップリングコンデンサの他端とグランドとの間に設けられ、第２スイッチおよびこれと直列に接続された第２抵抗を有し、前記第２スイッチがオンすることにより、前記第１および第２カップリングコンデンサの電荷を放電させる放電回路と、を備えた漏電検知装置において、
   前記第１カップリングコンデンサと前記第２カップリングコンデンサの接続点と、前記直流電源との間に設けられた第３スイッチと、
   前記第１カップリングコンデンサの短絡の有無を判定する短絡判定部と、をさらに備え、
   前記短絡判定部は、前記短絡の有無を判定する場合に、
   前記パルス発生器からのパルス出力を停止させるとともに、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および前記第３スイッチのすべてをオン状態にし、
   次に、前記第１スイッチをオン状態に維持する一方、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチをオフ状態にし、
   その後、前記パルス発生器からパルスを発生させて、当該パルスにより前記第１および第２カップリングコンデンサを充電し、
   前記充電の過程において、前記電圧検出部が検出した前記第１カップリングコンデンサの他端の電圧に基づいて、当該第１カップリングコンデンサの短絡の有無を判定する、ことを特徴とする漏電検知装置。
2. 一端が直流電源に接続される第１カップリングコンデンサと、
   前記第１カップリングコンデンサの他端にパルスを供給するパルス発生器と、
   前記第１カップリングコンデンサの他端の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部が検出した電圧を閾値と比較し、その比較結果に基づいて前記直流電源の漏電の有無を判定する漏電判定部と、
   前記第１カップリングコンデンサの一端とグランドとの間に設けられ、第１スイッチおよびこれと直列に接続された第１抵抗を有し、前記第１スイッチがオンすることにより、前記直流電源を擬似的に漏電状態にする擬似漏電回路と、
   前記第１カップリングコンデンサの一端と前記擬似漏電回路との間に接続された第２カップリングコンデンサと、
   前記第１スイッチがオンして前記直流電源が擬似的に漏電状態となった場合に、前記漏電判定部が漏電ありと判定したか否かを診断する診断部と、
   前記第１カップリングコンデンサの他端とグランドとの間に設けられ、第２スイッチおよびこれと直列に接続された第２抵抗を有し、前記第２スイッチがオンすることにより、前記第１および第２カップリングコンデンサの電荷を放電させる放電回路と、
   前記直流電源に一端が接続された第１ケーブルの他端が接続される第１端子と、
   前記直流電源に一端が接続された第２ケーブルの他端が接続される第２端子と、を備えた漏電検知装置において、
   前記第１端子と前記第１カップリングコンデンサとの間に設けられた第３スイッチと、
   前記第２端子と前記第２カップリングコンデンサとの間に設けられた第４スイッチと、
   前記第１カップリングコンデンサと前記第３スイッチの接続点と、前記第２カップリングコンデンサと前記第４スイッチの接続点との間に設けられた第５スイッチと、
   前記第１カップリングコンデンサの短絡の有無を判定する短絡判定部と、をさらに備え、
   前記短絡判定部は、前記短絡の有無を判定する場合に、
   前記パルス発生器からのパルス出力を停止させるとともに、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および前記第５スイッチをオン状態にし、かつ、前記第３スイッチと前記第４スイッチの少なくとも一方をオン状態にし、
   次に、前記第１スイッチおよび前記第５スイッチをオン状態に維持する一方、前記第２スイッチ、前記第３スイッチ、および前記第４スイッチをオフ状態にし、
   その後、前記パルス発生器からパルスを発生させて、当該パルスにより前記第１および第２カップリングコンデンサを充電し、
   前記充電の過程において、前記電圧検出部が検出した前記第１カップリングコンデンサの他端の電圧に基づいて、当該第１カップリングコンデンサの短絡の有無を判定する、ことを特徴とする漏電検知装置。

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