JP2021047137A - 漏電判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動作確認を適切に行うことができる漏電判定装置を提供すること。【解決手段】漏電判定装置５０は、カップリングコンデンサＣ１と、検出抵抗Ｒ１と、電源部５４と、動作確認期間において、第１接続点Ｍ１での電圧を検出し、その検出電圧に基づき、漏電判定装置５０の動作確認を行う制御部５３と、動作確認期間中、第２接続点Ｍ１とグラウンドＧ１とを接続させる疑似漏電回路５５と、を備える。電源部５４は、予め決められた時間、第１電圧を出力してから、第１電圧よりも電圧値が低い第２電圧を出力するように構成されている。制御部５３は、検出電圧の波形形状に基づいて、漏電判定装置５５が正常に動作しているか否かを判定する。【選択図】 図５

Description

本発明は、漏電判定装置に関するものである。

車両に搭載された電気系統の漏電（絶縁状態）を、地絡抵抗の低下に基づいて判定する漏電判定装置（車両用地絡検出装置）として、その電気系統に接続される信号線に対して、矩形波を出力するとともに、その信号線における矩形波の電圧値（波高値）に基づいて、漏電判定を行う構成が知られている。

ところで、車両において、電気系統の漏電が発生確率は非常に小さいため、漏電判定装置の動作確認を行う必要がある。特許文献１に記載の発明では、疑似的に漏電を発生させる回路を内蔵することにより、動作確認を行っている。

特開２００７−１６３２９１号公報

ところで、対地静電容量が大きくなると、矩形波電圧の立ち上がりが遅くなる（ＣＲ時定数が大きくなる）。このため、検出誤差が大きくなり、判定精度が低下するという問題がある。そこで、近年では、矩形波電圧を出力する前に、矩形波電圧よりも電圧値が大きいパルス電圧を短時間印加して、対地静電容量の充電を急速に行うことにより、矩形波電圧の立ち上がりを早くする技術が提案されている。

しかしながら、従来の動作確認では、検出電圧の高低のみで判定しているため、パルス電圧の印加装置まで正常に動作しているか否かを適切に判断しにくかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、動作確認を適切に行うことができる漏電判定装置を提供することにある。

上記課題を解決するための手段は、直流電源の電源端子に接続された電源経路とグラウンドとの間における漏電を判定する漏電判定装置において、前記電源経路に一端が接続されたカップリングコンデンサと、前記カップリングコンデンサの他端に接続された検出抵抗と、前記検出抵抗に接続され、前記検出抵抗に所定の電圧を出力する電源部と、動作確認期間において、前記電源部が前記検出抵抗に前記所定の電圧を出力した場合における前記カップリングコンデンサと前記検出抵抗との第１接続点での電圧を検出し、その検出電圧に基づき、前記漏電判定装置の動作確認を行う動作判定部と、前記検出抵抗よりも前記カップリングコンデンサの側に設けられた第２接続点に一端が接続される一方で、他端がグラウンドに接続され、前記動作確認期間において、前記第２接続点とグラウンドとの間の電気経路を通電させる疑似漏電回路と、を備え、前記電源部は、前記所定の電圧を周期的に出力するとともに、前記所定の電圧として、予め決められた時間、第１電圧を出力してから、前記第１電圧よりも電圧値が低い第２電圧を出力するように構成されており、前記動作判定部は、前記検出電圧の波形形状に基づいて、前記漏電判定装置が正常に動作しているか否かを判定する。

疑似漏電回路により、擬似的に漏電させることにより、漏電判定装置が正常に動作するか否かを判定することができる。また、動作判定部は、検出電圧の波形形状に基づいて、電源部が正常に動作しているか否かを判定している。これにより、電源部が、予め決められた時間、第１電圧を出力してから、第１電圧よりも電圧値が低い第２電圧を出力するように構成されていても、第１電圧及び第２電圧がそれぞれ正常に出力されているか否かを適切に判定することができる。

漏電判定装置を示す電気回路図。 （ａ）は、従来における交流電圧を示すタイムチャートであり、（ｂ）及び（ｃ）は、従来における検出電圧の時間変化を示すタイムチャート。 （ａ）は、第１パルス信号を示すタイムチャートであり、（ｂ）は、第２パルス信号を示すタイムチャートであり、（ｃ）は、交流電圧を示すタイムチャート。 （ａ）及び（ｂ）は、検出電圧の時間変化を示すタイムチャート。 動作確認処理の流れを示すフローチャート。 （ａ）及び（ｂ）は、疑似漏電時における検出電圧の時間変化を示すタイムチャート。 第２実施形態における漏電判定装置を示す電気回路図。 （ａ）及び（ｂ）は、第２実施形態における検出電圧の時間変化を示すタイムチャート。 （ａ）及び（ｂ）は、第２実施形態における検出電圧の時間変化を示すタイムチャート。

（第１実施形態）
以下、車載主機として回転電機を備える車両（例えば、ハイブリッド車や電気自動車）に「漏電判定装置」を適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示す車載モータ制御システムは、組電池１０、モータ２０、インバータ３０、及び漏電判定装置５０を備えている。

組電池１０は、インバータ３０を介して、モータ２０に電気的に接続されている。組電池１０は、例えば百Ｖ以上となる端子間電圧を有する蓄電池であり、複数の電池モジュールが直列接続されて構成されている。電池モジュールは、複数の電池セルが直列接続されて構成されている。電池セルとして、例えば、リチウムイオン蓄電池や、ニッケル水素蓄電池を用いることができる。組電池１０が直流電源に相当する。

モータ２０は、車載主機であり、図示しない駆動輪と動力伝達可能とされている。本実施形態では、モータ２０として、３相の永久磁石同期モータを用いている。

インバータ３０は、相巻線の相数と同数の上下アームを有するフルブリッジ回路により構成されており、各アームに設けられたスイッチ（半導体スイッチング素子）のオンオフにより、各相巻線において通電電流が調整される。

インバータ３０には、図示しないインバータ制御装置が設けられており、インバータ制御装置は、モータ２０における各種の検出情報や、力行駆動及び発電の要求に基づいて、インバータ３０における各スイッチのオンオフにより通電制御を実施する。これにより、インバータ制御装置は、組電池１０からインバータ３０を介してモータ２０に電力を供給し、モータ２０を力行駆動させる。また、インバータ制御装置は、駆動輪からの動力に基づいてモータ２０を発電させ、インバータ３０を介して、発電電力を変換して組電池１０に供給し、組電池１０を充電させる。

組電池１０の正極側電源端子に接続される正極側電源経路Ｌ１には、インバータ３０等の電気負荷の正極側端子が接続されている。この正極側電源経路Ｌ１は、車体などのグラウンドＧ１に対して電気的に絶縁されている。この正極側電源経路Ｌ１と、グラウンドＧ１との間における絶縁状態（対地絶縁抵抗）を地絡抵抗Ｒｐとして表すことができる。また。正極側電源経路Ｌ１と、グラウンドＧ１との間には、ノイズ除去用のコンデンサや浮遊容量等の対地静電容量が存在し、これらをまとめて対地静電容量Ｃｐとして表す。

同様に、組電池１０の負極側電源端子に接続される負極側電源経路Ｌ２には、インバータ３０等の電気負荷の負極側端子が接続されている。この負極側電源経路Ｌ２は、グラウンドＧ１に対して電気的に絶縁されている。この負極側電源経路Ｌ２と、グラウンドＧ１との間における絶縁状態（対地絶縁抵抗）を地絡抵抗Ｒｎとして表すことができる。また。負極側電源経路Ｌ２と、グラウンドＧ１との間には、ノイズ除去用のコンデンサや浮遊容量等の対地静電容量が存在し、これらをまとめて対地静電容量Ｃｎとして表す。

なお、地絡抵抗Ｒｐ，Ｒｎをまとめて地絡抵抗Ｒｘと示す場合があり、また、対地静電容量Ｃｐ，Ｃｎをまとめて対地静電容量Ｃｘと示す場合がある。また、正極側電源経路Ｌ１及び負極側電源経路Ｌ２には、それぞれインバータ３０と組電池１０との間の通電及び通電遮断を切り替えるシステムメインリレーＳＭＲが設けられている。

漏電判定装置５０は、正極側電源経路Ｌ１と負極側電源経路Ｌ２のうちいずれかに接続されており、正極側電源経路Ｌ１及び負極側電源経路Ｌ２がグラウンドＧ１に対して正常に絶縁されているか否か、すなわち、漏電の有無を判定する。以下、漏電判定装置５０について説明する。

漏電判定装置５０は、回路部５１と、電圧検出器としてのＡ／Ｄ変換部５２と、動作判定部としての制御部５３と、を備えている。

回路部５１は、所定の電圧を出力する電源部５４と、検出抵抗Ｒ１と、カップリングコンデンサＣ１を備えている。電源部５４、検出抵抗Ｒ１及びカップリングコンデンサＣ１は直列接続されており、電源部５４の一端は、検出抵抗Ｒ１を介してカップリングコンデンサＣ１に接続されている。カップリングコンデンサＣ１は、負極側電源経路Ｌ２の接続点Ｍ０に接続されている。カップリングコンデンサＣ１は、低電圧回路である漏電判定装置５０と、高電圧回路である組電池１０、インバータ３０、及びモータ２０との間で、入力の直流成分を遮断する一方、交流成分を通過させるものである。なお、電源部５４の他端は、グラウンドＧ１に接続されている。

Ａ／Ｄ変換部５２は、一端が検出抵抗Ｒ１とカップリングコンデンサＣ１との間の第１接続点Ｍ１に接続され、他端がグラウンドＧ１に接続されている。Ａ／Ｄ変換部５２は、第１接続点Ｍ１を介して、入力される信号（アナログ信号）を制御部５３の処理に適した信号（デジタル信号）に変換して出力する装置である。

電源部５４が検出抵抗Ｒ１及びカップリングコンデンサＣ１を介して所定の電圧を出力する場合、第１接続点Ｍ１の電圧（検出電圧）は、最終的に、電源部５４が出力した所定の電圧を、検出抵抗Ｒ１の抵抗値と地絡抵抗Ｒｘの抵抗値とで分圧した値となる。Ａ／Ｄ変換部５２は、この検出電圧の値を入力する。なお、第１接続点Ｍ１とＡ／Ｄ変換部５２との間にバンドパスフィルタを設けてもよい。

制御部５３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏ等を備えたマイクロコンピュータを主体として構成されており、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、各種機能を実現する。なお、各種機能は、ハードウェアである電子回路によって実現されてもよく、あるいは、少なくとも一部をソフトウェア、すなわちコンピュータ上で実行される処理によって実現されてもよい。

制御部５３は、第１接続点Ｍ１の電圧を検出し、検出電圧に基づいて、高電圧回路の絶縁状態を判定、すなわち、漏電の有無を判定する。例えば、制御部５３は、第１接続点Ｍ１の検出電圧の電圧値と、閾値を比較して、漏電の有無を判定することができる。また、例えば、制御部５３は、第１接続点Ｍ１における検出電圧の電圧値と電源部５４が出力する電圧の電圧値との比に基づいて、地絡抵抗Ｒｘの抵抗値を取得し、漏電の有無を判定することができる。

制御部５３は、漏電が生じていると判定した場合、漏電に応じた各種処理を実行する。例えば、警報の出力を行う。また、例えば、組電池１０からの電力供給や充電を停止し、高電圧回路と組電池１０との通電を遮断する。

また、回路部５１は、疑似漏電回路５５を備える。疑似漏電回路５５は、検出抵抗Ｒ１とカップリングコンデンサＣ１との間の電気経路上の第２接続点Ｍ２に接続されている。疑似漏電回路５５については後述する。

ところで、従来において電源部が出力する電圧は、例えば、図２（ａ）に示すような矩形波の交流電圧が一般的であった。しかしながら、対地静電容量Ｃｘの大きさや対地静電容量Ｃｘの充電量により、検出電圧の時間変化（ＣＲ時定数の大きさ）が異なるという問題があった。この問題について、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に基づいて、より詳しく説明する。図２（ｂ）に地絡抵抗Ｒｘが大きい場合（すなわち、絶縁されている場合）における検出電圧の時間変化を示す。そして、図２（ｃ）に地絡抵抗Ｒｘが小さい場合（すなわち、漏電している場合）における検出電圧の時間変化を示す。

地絡抵抗Ｒｘが大きい場合であって、対地静電容量Ｃｘが小さい場合、図２（ｂ）において実線に示すように、出力される矩形波（交流電圧）にほぼ従って、検出電圧が時間変化する。一方、地絡抵抗Ｒｘが大きい場合であって、対地静電容量Ｃｘが大きい場合、図２（ｂ）において破線に示すように、出力される矩形波の変化にかなり遅れて、検出電圧が時間変化する。具体的には、遷移開始時にわずかに電圧が変化し、その後、時間の経過と共に電圧値が徐々に変化していくこととなる。例えば、立ち上がり開始時にわずかに電圧が上昇し、その後、時間の経過と共に電圧値が徐々に増加していくこととなる。また、立ち下がり開始時にわずかに電圧が下降し、その後、時間の経過と共に電圧値が徐々に減少していくこととなる。

つまり、地絡抵抗Ｒｘが大きい場合、対地静電容量Ｃｘの大きさにより、検出電圧の波形がかなり異なる。このため、地絡抵抗Ｒｘが大きい場合であっても、対地静電容量Ｃｘの大きさにより、漏電していると誤判定する可能性がある。例えば、検出タイミングを時点Ｔ１００に設定した場合、対地静電容量Ｃｘが小さい場合には、検出電圧が閾値Ｖｈを上回り、対地静電容量Ｃｘが大きい場合には、検出電圧が閾値Ｖｈを下回る可能性がある。この場合、誤判定が生じることとなる。検出タイミングを時点Ｔ１００よりも遅らせることで、検出誤差は抑制される傾向があるが、その場合、検出時間（つまり、判定時間）が長くなるという問題がある。

なお、地絡抵抗Ｒｘが小さい場合であって、対地静電容量Ｃｘが小さい場合、図２（ｃ）において実線に示すように、検出電圧が時間変化する。一方、地絡抵抗Ｒｘが小さい場合であって、対地静電容量Ｃｘが大きい場合、図２（ｃ）において破線に示すように、対地静電容量Ｃｘが小さい場合における検出電圧の波形（実線）に対して遷移開始時にわずかに遅れるものの、ほぼ同様に検出電圧が時間変化する。よって、地絡抵抗Ｒｘが小さい場合、対地静電容量Ｃｘの違いによる検出誤差は少なく、誤判定も少ないこととなる。

以上のように、対地静電容量Ｃｘの大きさにより、誤判定する可能性がある。そして、ハイブリッド車や電気自動車では、対地静電容量Ｃｘが大きくなる傾向があるため、従来のような矩形波のパルス信号では、判定精度を向上させつつ、判定時間を短縮することが困難となっていた。そこで、本実施形態の漏電判定装置５０を、以下のように構成している。

図１に示すように、電源部５４は、第１電源５４ａと、第２電源５４ｂと、を有する。第１電源５４ａ及び第２電源５４ｂは、共に矩形波のパルス信号（交流電圧）を出力可能に構成されている。ただし、第１電源５４ａが出力するパルス信号と、第２電源５４ｂが出力するパルス信号は、同じ交流周期であるものの、ピーク値など、その波形が異なるようになっている。以下、詳しく説明する。

図３（ａ）に示すように、第１電源５４ａが出力する第１パルス信号は、交流周期開始の時点Ｔ０から時点Ｔ１が経過するまで、電圧値が「Ｖ１」となる。そして、第１パルス信号は、時点Ｔ１の経過後から交流周期の後半開始の時点Ｔ３が経過するまで（交流周期の前半が終了するまで）、電圧値が「０（ゼロ）」となる。交流周期後半における第１パルス信号の波形は、極性が異なるだけで、交流周期前半における第１パルス信号の波形と同様である。すなわち、後半開始の時点Ｔ３から時点Ｔ４が経過するまで、電圧値が「−Ｖ１」となり、時点Ｔ４の経過後から交流周期が終了する時点Ｔ６まで、電圧値が「０（ゼロ）」となる波形を有する。

一方、図３（ｂ）に示すように、第２電源５４ｂが出力する第２パルス信号は、交流周期開始の時点Ｔ０から交流周期の後半開始の時点Ｔ３が経過するまで、電圧値が「Ｖ２」となる。交流周期後半における第２パルス信号の波形は、極性が異なるだけで、交流周期前半における第２パルス信号の波形と同様である。すなわち、第２パルス信号は、後半開始の時点Ｔ３から交流周期が終了する時点Ｔ６まで、電圧値が「−Ｖ２」となる波形を有する。

そして、第１電源５４ａから出力される第１パルス信号は、第２電源５４ｂから出力される第１パルス信号に比較して、ピーク値を大きくしている。つまり、電圧値「Ｖ１」の絶対値＞電圧値「Ｖ２」の絶対値となっている。その一方で、パルス信号がピーク値となっている時間（つまり、電圧値の絶対値が「Ｖ１」、若しくは「Ｖ２」である時間）は、第２パルス信号に比較して、第１パルス信号の方が短くなっている。

そして、第１電源５４ａは、第２電源５４ｂに対して直列に接続されており、第１電源５４ａと第２電源５４ｂは、交流周期の開始時を同期させてパルス信号をそれぞれ出力し、重複させている。このため、電源部５４は、第１電源５４ａからの第１パルス信号と、第２電源５４ｂからの第１パルス信号とを合成（重畳）させた電圧（以下、合成電圧と示す）を所定の電圧として出力することとなる。

図３（ｃ）に示すように、所定の電圧としての合成電圧は、交流周期開始の時点Ｔ０から時点Ｔ１が経過するまで、電圧値が「Ｖ１＋Ｖ２」となり、時点Ｔ１の経過後から交流周期後半開始の時点Ｔ３が経過するまで、電圧値が「Ｖ２」となる。交流周期後半における合成電圧の波形は、極性が異なるだけで、交流周期前半における合成電圧の波形と同様である。すなわち、合成電圧は、後半開始の時点Ｔ３から時点Ｔ４が経過するまで、電圧値が「−（Ｖ１＋Ｖ２）」となり、時点Ｔ４の経過後から交流周期が終了する時点Ｔ６まで、電圧値が「−Ｖ２」となる波形を有する。このような合成電圧が、漏電判定の際、電源部５４から交流電圧として出力されることとなる。

したがって、電源部５４は、周期的に、所定の電圧として、予め決められた時間（時点Ｔ０〜Ｔ１）、第１電圧「Ｖ１＋Ｖ２」を出力してから、第１電圧よりも電圧値（絶対値）が低い第２電圧「Ｖ２」を出力するように構成されていることとなる。

そして、本実施形態において、交流周期前半では、時点Ｔ１の経過後から交流周期後半開始の時点Ｔ３が経過するまでの間のいずれかのタイミングであって、時点Ｔ１から所定時間経過した検出タイミング（時点Ｔ２）において、第１接続点Ｍ１における電圧（検出電圧）の電圧値が検出される。また、交流周期後半では、時点Ｔ４の経過後から交流周期終了の時点Ｔ６が経過するまでの間のいずれかのタイミングであって、時点Ｔ４から所定時間経過した検出タイミング（時点Ｔ５）において、第１接続点Ｍ１における電圧（検出電圧）の電圧値が検出される。

したがって、時点Ｔ０から時点Ｔ１の間における期間、及び時点Ｔ３から時点Ｔ４の間における期間が、準備期間に相当する。また、検出タイミング（時点Ｔ２，Ｔ５）において出力される交流電圧（合成電圧）の絶対値（Ｖ２の絶対値）に比較して、準備期間（時点Ｔ０〜Ｔ１、Ｔ３〜Ｔ４）において出力される交流電圧の絶対値（Ｖ１＋Ｖ２の絶対値）は大きくなるといえる。

そして、このような合成電圧が出力されると、制御部５３は、Ａ／Ｄ変換部５２を介して第１接続点Ｍ１から、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すような波形の電圧（以下、検出電圧と示す）を検出することができる。図４（ａ）に地絡抵抗Ｒｘが大きい場合（すなわち、絶縁されている場合）における検出電圧の時間変化を示す。図４（ｂ）に地絡抵抗Ｒｘが小さい場合（すなわち、漏電している場合）における検出電圧の時間変化を示す。なお、以下では、交流周期の後半（時点Ｔ３〜Ｔ６）は、極性が異なるだけで交流周期の前半（時点Ｔ０〜Ｔ３）と同様であるため、交流周期の前半についてのみ説明し、後半についての説明を省略する場合がある。つまり、交流電圧が立ち上がる場合のみについて主に説明する。

地絡抵抗Ｒｘが大きい場合であって、対地静電容量Ｃｘが小さい場合、図４（ａ）の実線に示すように、出力される交流電圧としての合成電圧にほぼ従って、検出電圧が時間変化する。すなわち、検出電圧は、交流周期開始の時点Ｔ０から時点Ｔ１が経過するまで、電圧値が「Ｖ１１＋Ｖ１２」となる。そして、検出電圧は、時点Ｔ１の経過後（準備期間経過後）から交流周期の後半開始の時点Ｔ３が経過するまで、電圧値が「Ｖ１１」となる。交流周期後半の波形は、極性が異なるだけで、前半の波形とほぼ同じである。すなわち、後半開始の時点Ｔ３から時点Ｔ４が経過するまで、電圧値が「−（Ｖ１１＋Ｖ１２）」となる。そして、時点Ｔ４の経過後から交流周期が終了する時点Ｔ６まで、電圧値が「−Ｖ１１」となる。なお、Ｖ１１≦Ｖ２であり、Ｖ１２≦Ｖ１である。よって、Ｖ１１＋Ｖ１２≦Ｖ１＋Ｖ２である。

このため、地絡抵抗Ｒｘが大きい場合であって、対地静電容量Ｃｘが小さい場合、検出タイミング（時点Ｔ２）において検出される検出電圧の電圧値は「Ｖ１１」となる。電圧値「Ｖ１１」は、電圧値「Ｖ２」よりも小さいものの、閾値Ｖｈよりは大きいため、地絡抵抗Ｒｘが大きいと判定されることとなる。

一方、地絡抵抗Ｒｘが大きい場合であって、対地静電容量Ｃｘが大きい場合、図４（ａ）の破線に示すように、検出電圧は、対地静電容量Ｃｘが小さい場合に比較して、遷移開始時（立ち上がり開始時）において、電圧値が低くなる。具体的には、電圧値「Ｖ１１」よりも低い電圧値「Ｖ１３」となる。しかしながら、徐々に増加していき、最終的には対地静電容量Ｃｘが大きい場合と同様の電圧値を検出する。

すなわち、検出電圧は、交流周期開始の時点Ｔ０から時点Ｔ１が経過するまでにおいて、合成電圧の変化に従って電圧値が急上昇し、電圧値が「Ｖ１３」となる。なお、Ｖ１３は、少なくとも「Ｖ１＋Ｖ２」より小さく、本実施形態では、Ｖ１３＜Ｖ１１である。そして、時点Ｔ１の経過後（準備期間経過後）から交流周期の後半開始の時点Ｔ３が経過するまでに、電圧値が「Ｖ１１」となるように、徐々に増加していく。なお、後半開始の時点Ｔ３は、前半部分と極性を反対にしただけであるので説明を省略する。

このため、地絡抵抗Ｒｘが大きい場合であって、対地静電容量Ｃｘが大きい場合、検出タイミング（時点Ｔ２）において検出される検出電圧の電圧値は「Ｖ１３」以上となる。電圧値「Ｖ１３」は、電圧値「Ｖ１１」よりも小さいものの、閾値Ｖｈよりは大きいため、地絡抵抗Ｒｘが大きいと判定されることとなる。

ここで、図２（ｂ）において破線で示す従来における検出電圧と比較する。なお、比較のため、図２（ｂ）において破線で示した従来における検出電圧を、図４（ａ）において一点鎖線で示す。図４において一点鎖線で示すように、従来の検出電圧に比較して、本実施形態の検出電圧は、いずれの時点においても電圧値が高くなることがわかる。また、従来の検出電圧に比較して、出力された合成電圧の変化に対する追従性がよく、誤差が少ない。また、従来の検出電圧に比較して、対地静電容量Ｃｘが大きい場合における検出電圧の波形は、対地静電容量Ｃｘが小さい場合における波形に近くなりやすい。したがって、検出時間を短縮しても、検出誤差が少なくなる。

次に、地絡抵抗Ｒｘが小さい場合について説明する。地絡抵抗Ｒｘが小さい場合であって、対地静電容量Ｃｘが小さい場合、図４（ｂ）の実線に示すように、合成電圧の電圧値「Ｖ１＋Ｖ２」となったときに、合成電圧に従って、検出電圧の電圧値も急上昇する。そして、合成電圧の電圧値「Ｖ２」となったときに、合成電圧に従って、検出電圧の電圧値が急下降する。その際、合成電圧の電圧値「Ｖ２」よりも低い電圧値「Ｖ２１」に変化し、その後、徐々に増加していき最終的には、電圧値「Ｖ２２」となる。なお、検出電圧の電圧値「Ｖ２１，Ｖ２２」は、共に合成電圧の電圧値「Ｖ２」よりもはるかに低く、かつ、閾値Ｖｈよりも小さい値となる。

すなわち、検出電圧は、交流周期開始の時点Ｔ０から時点Ｔ１が経過するまでにおいて、合成電圧の変化に従って電圧値が急上昇し、電圧値が「Ｖ２０」となる。時点Ｔ１の経過後（準備期間経過後）に、合成電圧の変化に従って電圧値が急下降し、電圧値が「Ｖ２１」となり、その後、交流周期後半開始の時点Ｔ３が経過するまでに、電圧値が「Ｖ２２」となるように、徐々に増加していく。なお、後半開始の時点Ｔ３以降は、前半部分と極性を反対にしただけであるので説明を省略する。

以上のように、地絡抵抗Ｒｘが小さい場合であって、対地静電容量Ｃｘが小さい場合、時点Ｔ１以降から後半開始の時点Ｔ３を経過するまで、閾値Ｖｈよりも小さい値となる。このため、時点Ｔ１（準備期間経過後）から後半開始の時点Ｔ３までのいずれの時点で検出しても、地絡抵抗Ｒｘが小さく、漏電していると判定することとなる。

一方、地絡抵抗Ｒｘが小さい場合であって、対地静電容量Ｃｘが大きい場合、図４（ｂ）の破線に示すように、合成電圧の変化に対して、わずかに遅れて追従するように、検出電圧も変化する。

すなわち、検出電圧は、交流周期開始の時点Ｔ０から時点Ｔ１が経過するまでにおいて、合成電圧の変化に従って電圧値が急上昇し、電圧値が「Ｖ３０」となる。電圧値が「Ｖ３０」は、電圧値「Ｖ２０」よりも小さい値である。なお、電圧値が低くなるのは、対地静電容量Ｃｘが大きく、対地静電容量Ｃｘへの充電量が多いからであると考えられる。

そして、検出電圧は、時点Ｔ１の経過後（準備期間経過後）に、合成電圧の変化に従って電圧値が下降する。このとき、対地静電容量Ｃｘが大きい場合の検出電圧は、対地静電容量Ｃｘが小さい場合の検出電圧に比較して、緩やかに下降することとなる。なお、緩やかに下降するのは、対地静電容量Ｃｘが大きく、対地静電容量Ｃｘからの放電の影響によるものと考えられる。

その後、対地静電容量Ｃｘが大きい場合の検出電圧は、対地静電容量Ｃｘが小さい場合の検出電圧と同じ値となると、対地静電容量Ｃｘが小さい場合の検出電圧と同様に、交流周期の後半開始の時点Ｔ３が経過するまでに、電圧値が「Ｖ２２」となるように、徐々に増加していく。なお、後半開始の時点Ｔ３以降は、前半部分と極性を反対にしただけであるので説明を省略する。

このように、対地静電容量Ｃｘが大きい場合における検出電圧は、時点Ｔ１からの一定期間だけ対地静電容量Ｃｘが小さい場合に比較して、電圧値が高くなる傾向がある。しかしながら、対地静電容量Ｃｘが大きい場合における検出電圧の電圧値は指数関数的に減少するため、対地静電容量Ｃｘが小さい場合に比較して電圧値が高くなる傾向はすぐに解消され、その後は、対地静電容量Ｃｘが小さい場合と同様の波形となる。このため、準備期間経過後から一定期間経過した後のタイミング（時点Ｔ２，Ｔ５）に、検出電圧を取得することにより、対地静電容量Ｃｘが大きい場合であっても、地絡抵抗Ｒｘが小さいということ、すなわち、漏電していることを適切に判定することができる。

ところで、漏電しているか否かを適切に判定するためには、電源部５４などの動作確認が必要となる。すなわち、電源部から電圧が正常に出力されていることが、漏電判定の前提となる。漏電判定装置５０の動作確認を行う場合、一般的には擬似的に漏電させて、検出電圧の電圧値と閾値との比較により、動作確認が行われていた。

しかしながら、上述したような合成電圧である場合、単純な閾値との比較では、第２電源５４ｂはともかく、第１電源５４ａが正常に動作しているか否かを判定することは困難であった。そこで、本実施形態では、以下のように構成している。

まず、図１に基づいて擬似的に漏電させる疑似漏電回路５５について説明する。疑似漏電回路５５は、第２接続点Ｍ２とグラウンドＧ１との間の電気経路Ｌ３の通電及び通電遮断を切り替えるスイッチ部としての半導体スイッチ５５ａと、半導体スイッチ５５ａに直列接続されている分圧抵抗５５ｂと、を有する。

次に、制御部５３が実行する動作確認処理について図５に基づいて説明する。制御部５３は、車両のシステム始動時や所定期間経過時などに、動作確認処理を開始する。

動作確認処理を開始すると、制御部５３は、動作確認期間を設定し（ステップＳ１０１）、疑似漏電回路５５の半導体スイッチ５５ａをオンさせる（ステップＳ１０２）。すなわち、第２接続点Ｍ２とグラウンドＧ１との間を通電させて、疑似的に漏電させる。動作確認期間は、システムメインリレーＳＭＲがオフされ、ノイズ源となり得るインバータ３０から電気的に接続されている期間に設定されることが望ましい。

そして、制御部５３は、動作確認期間において、電源部５４から合成電圧を出力させて、Ａ／Ｄ変換部５２を介して、検出電圧を取得する（ステップＳ１０３）。制御部５３は、取得した検出電圧の波形形状に基づいて電源部５４や回路部５１等が正常に動作するか否かを判定する（ステップＳ１０４）。検出電圧の波形形状とは、検出電圧の高低の変化態様を指す。

ここで、図６に基づいて、検出電圧の波形形状に基づく動作確認について詳しく説明する。電源部５４や回路部５１等が正常に動作する場合、検出電圧は、図６（ａ）に示すような波形形状となり、複数の変曲点が生じる。すなわち、交流周期開始時において、電源部５４から電圧「Ｖ１＋Ｖ２」が印加されたとき、１つめの変曲点が生じる（時点Ｔ１１）。次に、電源部５４から電圧「Ｖ２」のみが印加されたとき、２つめの変曲点が生じる（時点Ｔ１２）。その後、検出電圧が急激に低下した後、再び増加に転じる。これにより、３つ目の変曲点が生じる（時点Ｔ１３）。

その後、電源部５４から電圧「−（Ｖ１＋Ｖ２）」が印加されたとき、４つめの変曲点が生じる（時点Ｔ１４）。次に、電源部５４から電圧「−Ｖ２」のみが印加されたとき、５つめの変曲点が生じる（時点Ｔ１５）。その後、検出電圧が急激に上昇した後、再び低下に転じる。これにより、６つ目の変曲点が生じる（時点Ｔ１６）。以降、交流周期ごとに、６つの変曲点が生じることとなる。

一方、第１電源５４ａが正常に動作していない場合（第１パルス信号が出力されない場合）には、図５（ｂ）に示すような波形形状となる。すなわち、交流周期開始時において、電源部５４から電圧「Ｖ２」のみが印加されたとき、１つめの変曲点が生じる（時点Ｔ１１）。次に、電源部５４から電圧「−Ｖ２」のみが印加されたとき、２つめの変曲点が生じる（時点Ｔ１５）。すなわち、第１パルス信号が出力されないため、変曲点の数が減ることがわかる。なお、第２電源５４ｂが正常に動作していない場合も同様に、変曲点の数が減る。

そこで、制御部５３は、ステップＳ１０４において、検出電圧から変曲点を特定し、１交流周期における変曲点の数が所定数（本実施形態では、６点）であるか否かを判定し、所定数である場合には、正常であると判定する。なお、変曲点の特定方法は任意の方法でよく、例えば、二階微分することにより、求めてもよいし、電圧値の増減が変化した時点を変曲点としてもよい。なお、複数の交流周期で取得した変曲点の数を平均し、平均値に基づいて判定してもよい。

そして、ステップＳ１０４の判定結果が肯定の場合、すなわち、正常に動作している場合、制御部５３は、正常である旨の信号を出力する（ステップＳ１０５）。一方、ステップＳ１０４の判定結果が否定の場合、すなわち、正常に動作していない場合、制御部５３は、異常である旨の信号を出力する（ステップＳ１０６）。そして、動作確認処理を終了する。

上記実施形態に示す構成により、以下に示すような有利な効果を有する。

疑似漏電回路５５により、擬似的に地絡させることにより、漏電判定装置５０が正常に動作するか否かを判定することができる。また、動作判定部としての制御部５３は、検出電圧の波形形状に基づいて、電源部５４が正常に動作しているか否かを判定している。これにより、電源部５４は、周期的に、予め決められた時間、第１電圧（Ｖ１＋Ｖ２）を出力してから、第１電圧よりも電圧値が低い第２電圧（Ｖ２）を出力するように構成されていても、第１電圧及び第２電圧がそれぞれ正常に出力されているか否かを適切に判定することができる。

電源部５４が、周期的に、予め決められた時間、第１電圧を出力してから、第１電圧よりも電圧値が低い第２電圧を出力するように構成されている場合、正常に合成電圧が出力されるのであれば、検出電圧の波形形状は、それに伴い所定数（上記実施形態では６つ）の変曲点が生じることとなる。このため、制御部５３は、変曲点の数に基づいて検出電圧の波形形状を特定し、正常に動作しているか否かを判定している。これにより、波形形状を適切に特定し、動作確認を適切に行うことができる。

インバータ３０は、ノイズ源となり得る。このため、動作確認期間を、電源経路からインバータ３０が遮断されている間に設定した。これにより、ノイズを少なくし、正常に動作するか否かを適切に判定することができる。

第２接続点Ｍ２は、検出抵抗Ｒ１と、カップリングコンデンサＣ１との間に設定される。これにより、カップリングコンデンサＣ１よりも電源経路Ｌ１，Ｌ２の側に疑似漏電回路５５を接続する場合に比較して、疑似漏電回路５５の耐圧を低くすることができる。

なお、第１実施形態では、分圧抵抗５５ｂに対して並列にコンデンサが接続されていない。このため、電源部５４から出力された合成電圧の波形形状と、検出電圧の波形形状とを対応させやすくなっている。このため、検出電圧の波形形状から、合成電圧を予測しやすくなっている。

対地静電容量Ｃｘが大きい場合、交流電圧を出力しても、対地静電容量Ｃｘへの充電の影響により、検出電圧の時間変化が緩やかになる。すなわち、ＣＲ時定数が大きくなる。そこで、検出タイミング（時点Ｔ２，Ｔ５）よりも前に設定される準備期間（時点Ｔ０〜Ｔ１、時点Ｔ３〜Ｔ４）において出力する交流電圧の電圧値の絶対値「Ｖ１＋Ｖ２」を、検出タイミングにおいて出力する交流電圧の電圧値の絶対値「Ｖ２」よりも大きくした。そして、検出タイミング（時点Ｔ２，Ｔ５）より前の準備期間（時点Ｔ０〜Ｔ１、時点Ｔ３〜Ｔ４）において、短期間で対地静電容量Ｃｘへの充電を行うこととした。

これにより、対地静電容量Ｃｘの影響を抑制することができ、対地静電容量Ｃｘによる検出誤差を抑制して、判定精度を向上させることができる。また、準備期間（時点Ｔ０〜Ｔ１、時点Ｔ３〜Ｔ４）中に、交流電圧の絶対値を大きくすることにより、従来方法のように、一定電圧を印加し続ける場合に比較して、対地静電容量Ｃｘへの充電を素早く完了させて、その影響を取り除くことができる。したがって、検出タイミング（時点Ｔ２，Ｔ５）を早期に設定することができ、電圧値を大きくする準備期間（時点Ｔ０〜Ｔ１、時点Ｔ３〜Ｔ４）を設けない場合に比較して、判定時間を短縮することができる。

準備期間（時点Ｔ０〜Ｔ１、時点Ｔ３〜Ｔ４）中に、対地静電容量Ｃｘへの充電が行われても、準備期間（時点Ｔ０〜Ｔ１、時点Ｔ３〜Ｔ４）が開始してから検出タイミング（時点Ｔ２，Ｔ５）が終了するまでの間で交流電圧の極性が変化する場合、対地静電容量Ｃｘが放電してしまい、充電の意味がなくなる。そこで、準備期間（時点Ｔ０〜Ｔ１、時点Ｔ３〜Ｔ４）が開始してから検出タイミングが終了するまでの間、交流電圧の極性を変化させることなく維持することで、対地静電容量Ｃｘの充電状態を維持し、対地静電容量Ｃｘによる検出誤差を抑制することとしている。

地絡抵抗Ｒｘが小さい場合であって、対地静電容量Ｃｘが大きい場合、準備期間（時点Ｔ０〜Ｔ１、時点Ｔ３〜Ｔ４）の経過後、対地静電容量Ｃｘによる放電により、検出電圧の絶対値が大きくなる場合がある（図４（ｂ）の破線で示す）。そこで、制御部５３は、準備期間（時点Ｔ０〜Ｔ１、時点Ｔ３〜Ｔ４）の終了後から所定時間経過後に検出電圧を取得することとし、対地静電容量Ｃｘによる放電の影響を抑制し、検出誤差を抑制することとしている。

電源部５４は、第１の矩形波の電圧（第１パルス信号）を出力する第１電源５４ａと、第２の矩形波の電圧（第２パルス信号）を出力する第２電源５４ｂと、を有する。そして、電源部５４は、準備期間（時点Ｔ０〜Ｔ１、時点Ｔ３〜Ｔ４）において、第１パルス信号と第２パルス信号と、を重複して出力するようにした。そして、準備期間の経過後、検出タイミング（時点Ｔ２，Ｔ５）が終了するまで、第２パルス信号のみを出力するようにした。これにより、準備期間において出力する交流電圧の電圧値の絶対値を、検出タイミングにおいて出力する交流電圧の電圧値の絶対値よりも大きくすることが、簡易な回路構成で達成することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の漏電判定装置５０について説明する。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

図７に示すように、第２実施形態における疑似漏電回路５５は、分圧抵抗５５ｂに対して並列に接続されているコンデンサ５５ｃを有する。このコンデンサ５５ｃは、電源経路に接続される対地静電容量Ｃｘよりもその容量が大きくなるように構成されている。なお、対地静電容量Ｃｘは、車両の種類によりその容量がほぼ決まっており、その容量よりもコンデンサ５５ｃの容量は大きくなるように定められている。

具体的には、コンデンサ５５ｃの容量及び分圧抵抗５５ｂの抵抗値が、電源部５４から合成電圧が正常に出力された場合において、図８（ａ）に示すように、検出電圧が矩形波（方形波）となるように設定されている。

これにより、電源部５４から合成電圧が正常に出力された場合、検出電圧を時間で微分すると、図８（ｂ）に示すように、電圧の極性が変化する時点においてのみ、動作判定用の閾値以上の微分値（ｄＶ／ｄｔ）を取り得ることとなる。

一方、電源部５４が正常に動作しない場合、例えば、第１パルス信号が正常に出力されていない場合、コンデンサ５５ｃが充電されないため、検出電圧は、図９（ａ）に示すような三角波形状を有することとなる。

このため、図９（ａ）に示すような三角波形状の検出電圧を時間微分すると、図９（ｂ）に示すように、所定期間以上、動作判定用の閾値以上の微分値（ｄＶ／ｄｔ）を取り得ることとなる。

そこで、第２実施形態の制御部５３は、動作確認処理のステップＳ１０４において、交流周期において取得された検出電圧を時間微分し、微分値の変化を示すタイムチャートを取得する。そして、制御部５３は、動作判定用の閾値以上の微分値が、所定期間継続している場合には、異常が生じていると判定し、動作判定用の閾値以上の微分値が、所定期間継続していない場合には、正常であると判定する。

第２実施形態では、以下に示す有利な効果を有する。

疑似漏電回路５５は、分圧抵抗５５ｂに対して並列に接続されているコンデンサ５５ｃを有する。このコンデンサ５５ｃにより、検出電圧からノイズを取り除くことができ、判定精度を向上させることができる。

また、コンデンサ５５ｃは、電源経路に接続される対地静電容量Ｃｘよりもその容量が大きくなるように構成されている。これにより、対地静電容量Ｃｘへの充電が完了する前に、疑似漏電回路５５のコンデンサ５５ｃの充電が完了してしまうことがなくなり、ノイズを確実に吸収することができる。

また、コンデンサ５５ｃの容量及び分圧抵抗５５ｂの抵抗値は、電源部５４から合成電圧が正常に出力された場合において、検出電圧が矩形波（方形波）となるように設定されている。これにより、制御部５３は、検出電圧の波形形状を時間微分し、その微分値が予め決められた期間、動作判定用の閾値を越えたか否かにより、電源部５４が正常に動作しているか否かを判定することができる。このため、変曲点を数える場合に比較して、計算が簡単となり、判定を容易に行うことができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。

・上記実施形態において、電源部５４が出力する交流電圧は、極性が変更するものであったが、極性を変更しないものであってもよい。例えば、出力（電圧印加）と停止を繰り返す交流電圧であってもよい。

・上記実施形態において、準備期間の終了から一定期間経過後に、検出タイミングを設定したが、準備期間の終了直後に検出タイミングを設定してもよい。この場合、準備期間において出力される交流電圧の電圧値や準備期間の長さを適切に調整すればよい。

・上記実施形態において、交流電圧の波形は、上述した波形に限らない。検出タイミングにおける電圧値の絶対値に比較して、準備期間における電圧値の絶対値が大きくなるのであれば、任意に変更してもよい。

・上記実施形態において、「直流電源」として組電池１０を用いたが、当該構成に代えて、「直流電源」として単電池を用いてもよい。

・上記実施形態において、漏電の有無を判定する高電圧回路は「直流電源（電圧源）」を有するものであればよく、上記実施形態の回路に限定されるものではない。

・上記実施形態において、準備期間の開始タイミングは、交流周期の開始タイミングと同じにしたが、検出タイミングよりも前であれば、任意に変更してもよい。例えば、第２パルス信号の出力開始から所定時間経過した時点において、第１パルス信号と第２パルス信号とを重複して出力してもよい。

・上記実施形態において、電源部５４は、第１電源５４ａと、第２電源５４ｂを有していたが、任意電圧波形印加回路にて、第１パルス信号と第２パルス信号の合成電圧を出力させるように構成してもよい。

・上記第１実施形態では、検出電圧の波形形状における変曲点の数により、正常であるか否かを判定したが、この方法に限定するものではない。例えば、検出電圧の波形形状の傾きが、上昇傾向にあるか、下降傾向にあるかを判別し、上昇傾向から下降傾向に変化した数に基づいて判定してもよい。また、傾きが変化した点に基づいて判定してもよい。また、上昇傾向の期間及び下降傾向の期間を特定し、それらを正常な波形形状における各期間と比較してもよい。また、上昇傾向となる回数、及び下降傾向となる回数について、出力電圧と検出電圧とでそれぞれ特定し、それらを比較してもよい。

・上記第１実施形態において、組電池１０の電圧を測定するとともに、動作確認を行ってもよい。

１０…組電池、５０…漏電判定装置、５３…制御部、５４…電源部、５５…疑似漏電回路、Ｃ１…カップリングコンデンサ、Ｇ１…グラウンド、Ｌ１…正極側電源経路、Ｌ２…負極側電源経路、Ｍ１…第１接続点、Ｍ２…第２接続点、Ｒ１…検出抵抗。

Claims (7)

1. 直流電源（１０）の電源端子に接続された電源経路（Ｌ１，Ｌ２）とグラウンド（Ｇ１）との間における漏電を判定する漏電判定装置（５０）において、
   前記電源経路に一端が接続されたカップリングコンデンサ（Ｃ１）と、
   前記カップリングコンデンサの他端に接続された検出抵抗（Ｒ１）と、
   前記検出抵抗に接続され、前記検出抵抗に所定の電圧を出力する電源部（５４）と、
   動作確認期間において、前記電源部が前記検出抵抗に前記所定の電圧を出力した場合における前記カップリングコンデンサと前記検出抵抗との第１接続点（Ｍ１）での電圧を検出し、その検出電圧に基づき、前記漏電判定装置の動作確認を行う動作判定部（５３）と、
   前記検出抵抗よりも前記カップリングコンデンサの側に設けられた第２接続点（Ｍ２）に一端が接続される一方で、他端がグラウンドに接続され、前記動作確認期間において、前記第２接続点とグラウンドとの間の電気経路を通電させる疑似漏電回路（５５）と、を備え、
   前記電源部は、前記所定の電圧を周期的に出力するとともに、前記所定の電圧として、予め決められた時間、第１電圧を出力してから、前記第１電圧よりも電圧値が低い第２電圧を出力するように構成されており、
   前記動作判定部は、前記検出電圧の波形形状に基づいて、前記漏電判定装置が正常に動作しているか否かを判定する漏電判定装置。
2. 前記動作判定部は、周期ごとに、前記検出電圧の波形形状における変曲点の数を特定し、変曲点の数に基づいて、前記漏電判定装置が正常に動作しているか否かを判定する請求項１に記載の漏電判定装置。
3. 前記疑似漏電回路は、前記第２接続点とグラウンドとの間の電気経路の通電及び通電遮断を切り替えるスイッチ部と、前記スイッチ部に直列接続されている分圧抵抗と、前記分圧抵抗に対して並列に接続されているコンデンサと、を有する請求項１に記載の漏電判定装置。
4. 前記コンデンサは、前記電源経路に接続される対地静電容量よりもその容量が大きくなるように構成されている請求項３に記載の漏電判定装置。
5. 前記コンデンサの容量及び前記分圧抵抗の抵抗値は、前記電源部から前記所定の電圧が正常に出力された場合において、前記検出電圧が矩形波となるように設定されており、
   前記動作判定部は、前記検出電圧の波形形状を微分し、その微分値が予め決められた期間、動作判定用の閾値を越えたか否かにより、前記漏電判定装置が正常に動作しているか否かを判定する請求項３又は４に記載の漏電判定装置。
6. 前記動作確認期間は、前記電源経路からインバータ（３０）が遮断されている間に設定される請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の漏電判定装置。
7. 前記第２接続点は、前記検出抵抗と、前記カップリングコンデンサとの間に設定される請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の漏電判定装置。

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