JP4035775B2 - 自動車の漏電検知システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、定格電圧が例えば５０Ｖ以上の直流電源を搭載した自動車の車体への漏電を検知するための自動車の漏電検知システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、電気自動車やハイブリッド自動車において電気駆動を行う場合の電気システムの基本構成を示したものである。
同図において、１は例えば１００Ｖ以上の定格電圧を有する第１の車載直流電源としての主電池、２Ｐ，２Ｎはヒューズ、３は直流コンタクタ、４は車両駆動電動機１０を駆動する電圧形インバータ、５は交流コンタクタである。また、６１Ｐ，６１Ｎ，６２Ｐ，６２Ｎ，６３Ｐ，６３Ｎ，６４ａ，６４ｂ，６４ｃは給電線（主回路ハーネス）であり、末尾記号Ｐは正極側、Ｎは負極側給電線を示している。なお、ヒューズ２Ｐ，２Ｎ、交流コンタクタ５は省略される場合もある。
更に、４１はインバータ４の電流平滑用入力コンデンサ、４２は半導体スイッチ部である。インバータ４による電動機１０の駆動方法は公知であるため、ここではその制御内容の説明を省略する。
【０００３】
内燃機関を動力源とするエンジン自動車に搭載される電池は、通常、１２Ｖまたは２４Ｖと電圧が低く、かつ負極側が車体に接続されている。
一方、図１３に示した電気システムにおいて、主電池電圧は１００Ｖ以上であるため、安全上から給電線を含む通電部は車体に対して電気的に絶縁されている。このため、電気自動車等の電気システムにおける重要な解決課題の一つとして、駆動回路から車体への漏電を検知し、人間の感電を防止することが挙げられる。
【０００４】
そこで図１４は、第１の従来技術として、図１３の電気システムに採用されている漏電検知システムの一例を示したものである。
図１４において、７は漏電検知装置、７１は高周波電源、７２はコンデンサ、７３は電流検出器としてのＣＴ（変流器）、７４はＣＴ７３に接続された漏電電流検出回路、８は漏電検知時に所定の保護動作を行うための車両制御装置、９は自動車の車体であり、その他の構成要素は図１３と同一の参照符号を付してある。
なお、前記コンデンサ７２の一端は正極側の給電線６３Ｐに接続されている。
【０００５】
図１４の漏電時における動作を、図１５、図１６を参照しつつ説明する。
まず、図１５により、正極側の給電線６３Ｐまたは通電部（図示せず）の絶縁が劣化した場合の漏電検出動作を説明する。図１５において、２００Ｐは、正極側の給電線６３Ｐまたは通電部と車体９との間の漏電部を等価的に示した絶縁抵抗である。
図１５に矢印で示す漏電電流は、高周波電源７１からコンデンサ７２、給電線６３Ｐ、等価絶縁抵抗２００Ｐを流れるため、この電流をＣＴ７３により検出することができる。
【０００６】
次に、図１６により、負極側の給電線６３Ｎまたは通電部の絶縁が劣化した場合の漏電検出動作を説明する。図１６において、２００Ｎは、負極側の給電線６３Ｎまたは通電部と車体９との間の漏電部を等価的に示した絶縁抵抗である。図１６に矢印で示す漏電電流は、高周波電源７１からコンデンサ７２、給電線６３Ｐ、コンデンサ４１、給電線６３Ｎ、等価絶縁抵抗２００Ｎを流れるため、この電流はＣＴ７３により検出することができる。
【０００７】
図１５，図１６において、ＣＴ７３の一次側に流れる電流Ｉｌ（実効値）は、数式１によって表される。
【０００８】
［数１］
Ｉｌ＝Ｅ／｛（１／２πｆＣ）２＋Ｒｌ ２ ｝１／２
ここで
Ｅ：高周波電源７１の電圧（実効値）〔Ｖ〕
ｆ：高周波電源７１の周波数〔Ｈｚ〕
Ｃ：コンデンサ７２の容量〔Ｆ〕
Ｒｌ：等価絶縁抵抗２００Ｐまたは２００Ｎの抵抗値〔Ω〕
【０００９】
なお、数式１におけるｆ，Ｃは、検知すべき漏電レベルにおける等価絶縁抵抗値Ｒｌ０に対して、数式２が成り立つように決められている。
【００１０】
［数２］
（１／２πｆＣ）＜Ｒｌ０
【００１１】
次に、図１７は、電気自動車やハイブリッド自動車において電気駆動を行う場合の他の電気システムの基本構成を示したものである。
同図において、図１３と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
【００１２】
図１７において、９０は第２の車載直流電源としての補助電池であり、一般に１２Ｖまたは２４Ｖの定格電圧を有すると共に、その負極は車体９に接続されている。９１は主電池１の直流電力を変換して補助電池９０を充電するための直流−直流コンバータ、９２は直流コンタクタ、９３Ｐ，９３Ｎは補助ヒューズ、９４は補助電池９０を電源とする照明装置や音響装置等の車載機器、９００Ｐ，９００Ｎは直流−直流コンバータ９１の給電線である。
なお、ヒューズ９３Ｐ，９３Ｎは省略される場合もある。
【００１３】
図１８は、図１７における直流−直流コンバータ９１の回路構成の一例であり、公知の２石フォワード方式の直流−直流コンバータを用いた例を示している。
図１８において、９１０は入力コンデンサ、９１１Ｐ，９１１Ｎは半導体スイッチング素子、９１２Ｐ，９１２Ｎはダイオード、９１３は高周波絶縁変圧器、９１３Ｐはその高圧巻線、９１３Ｓは低圧巻線、９１４は整流器、９１４ａ，９１４ｂはダイオード、９１５は電流平滑用リアクトル、９１６は電流平滑用コンデンサである。
【００１４】
上記直流−直流コンバータ９１では、半導体スイッチング素子９１１Ｐ，９１１Ｎを数１０ｋＨｚ以上の高周波でスイッチングすることにより変圧器９１３の高圧巻線９１３Ｐに高周波交流電圧を発生させる。そして、絶縁降圧された高周波交流電圧が低圧巻線９１３Ｓに発生し、この電圧が整流器９１４により直流電圧に変換され、その後、平滑されて補助電池９０に供給される。
また、半導体スイッチング素子９１１Ｐ，９１１Ｎの通流率を制御することにより直流−直流コンバータ９１の出力電圧を変化させ、補助電池９０の充電電流を制御している。
この種の２石フォワード方式の直流−直流コンバータの制御方法及び動作は、例えば特開平５−３３６７４２号公報「２石フォワード形スイッチング電源装置」等により公知であるため、ここでは詳述を省略する。
【００１５】
図１７、図１８に示した電気システムにおいても、前述した図１４のような漏電検知システムが適用されており、その動作は図１５，図１６と同様である。
【００１６】
なお、上記従来技術のように漏電検知機能を有する電気自動車の電源装置が、下記の特許文献１に記載されている。
この電源装置は、走行用モータ等に給電するバッテリーと、このバッテリーから給電されて商用電源負荷に商用交流電圧を供給するインバータと、商用電源負荷とバッテリーとの間に介設された遮断スイッチと、バッテリーから漏出する地絡電流が所定値以上である場合に遮断スイッチを遮断する漏電検出回路とを備えたものであり、前記漏電検出回路は、商用電源負荷への給電回路系及び走行モータ等への給電回路系の漏電を検出するものである。
【００１７】
【特許文献１】
特開平１０−２９０５２９号公報（請求項１、請求項２、図１、図２等）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
定格電圧が５０Ｖ以上の直流電源を搭載した電気自動車やハイブリッド自動車では、この直流電源からの給電線をはじめとして、すべての通電部を車体に対して電気絶縁すると共に、これらの給電線等から車体への漏電を漏電検出装置により確実に検知し、人体の安全を確保することが必要である。
この場合、漏電検知システムとしては、
（１）装置の構成がシンプルであること
（２）装置が安価であること
（３）作動信頼性が高いこと
等が解決課題として求められている。
【００１９】
しかしながら、図１４に示した漏電検知装置７では、専用の電源として高周波電源７１が必要である。また、特許文献１に記載された漏電検知システムも、矩形波発振器やインピーダンス変換器等を有する発振回路部と、比較器等を有する検出回路とから構成されており、部品点数が多く回路構成も概して複雑である。
【００２０】
そこで本発明は、前述した漏電検知システムに要求される種々の課題を解決し、構成が簡単で安価であり、しかも信頼性の高い漏電検知システムを提供しようとするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１〜３に記載した発明は、車両駆動用のインバータから車両駆動電動機に出力される電圧が交流電圧であることに着目してなされたものである。
また、請求項４〜７に記載した発明は、第２の車載直流電源である補助電池を充電するための直流−直流コンバータの絶縁変圧器の作動電圧が、高周波の交流電圧であることに着目してなされたものである。
なお、請求項８〜１２に記載した発明は、上記各請求項記載の発明を一層具体化したものである。
【００２２】
すなわち、請求項１に記載した発明は、車載直流電源の電力によりインバータを介し車両駆動電動機を駆動すると共に、前記電動機への給電線を含む通電部が車体に対して電気的に絶縁されてなる自動車の電気システムにおいて、
前記インバータの交流出力側に発生する交流電圧を電源とする漏電検知装置を備え、
この漏電検知装置は、
前記インバータの交流出力側と前記車体との間に接続されたコンデンサと電流検出器との直列回路を有し、
前記交流電圧を電源として、前記電流検出器に流れる電流値から前記通電部の前記車体への漏電を検知するものである。
【００２４】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
前記漏電検知装置は、
前記インバータの交流出力側に星形結線されたコンデンサと、その中性点と前記車体との間に接続された電流検出器とからなる直列回路を備え、
前記電流検出器に流れる電流値から前記通電部の漏電を検知するものである。
【００２５】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
自動車を駆動する以前に前記インバータを起動して前記通電部の漏電を検知するものである。
【００２６】
請求項４に記載した発明は、第１の車載直流電源の電力を絶縁型の直流−直流コンバータを介して第２の車載直流電源に供給すると共に、第１の車載直流電源からインバータを介し車両駆動電動機を駆動し、この電動機への給電線を含む通電部が車体に対して電気的に接続されてなる自動車の電気システムにおいて、
２石フォワード方式の前記直流−直流コンバータを構成する半導体スイッチング素子をスイッチングすることにより、前記半導体スイッチング素子に直列接続された絶縁変圧器の第１の車載直流電源側の巻線に発生する交流電圧を電源とする漏電検知装置を備え、
前記漏電検知装置は、
前記絶縁変圧器の第１の車載直流電源側の巻線と前記車体との間に接続されたコンデンサと電流検出器との直列回路を備え、
前記電流検出器に流れる電流値から前記通電部の前記車体への漏電を検知するものである。
【００２８】
請求項５に記載した発明は、請求項４に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
請求項４に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
前記漏電検知装置は、
前記絶縁変圧器の第１の車載直流電源側の巻線の両端間に互いに直列接続された複数のコンデンサと、これらのコンデンサの相互接続点と前記車体との間に接続された電流検出器とを備え、
前記電流検出器に流れる電流値から前記通電部の漏電を検知するものである。
【００２９】
請求項６に記載した発明は、請求項４または５に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
自動車を駆動する以前に前記直流−直流コンバータを起動して前記通電部の漏電を検知するものである。
【００３１】
なお、上記各発明において、請求項７に記載するように、電流検出器に流れる電流をローパスフィルタを介して検出し、この検出電流値が規定値以上になった時に漏電発生を検知することが望ましい。
また、請求項８または１０に記載するように、車載直流電源または第１の車載直流電源としては、その定格電圧が５０Ｖ以上のものが想定される。
更に、請求項９または１１に記載するように、車載直流電源あるいは第１の車載直流電源としては、二次電池、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、燃料電池、整流器等の適用が可能である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。図１３、図１７と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
【００３３】
図１において、１００Ａは漏電検知装置であり、一端が給電線６４ａ，６４ｂ，６４ｃにそれぞれ接続され、他端が一括して車体９に接続されたコンデンサ（すなわち星形結線されたコンデンサ）１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃと、これらのコンデンサ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの他端（中性点）と車体９との間に一次側がそれぞれ接続されたＣＴ １０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃと、これらの二次側と車両制御装置８との間にそれぞれ接続された漏電検知部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃとから構成されている。
【００３４】
漏電検知部１１０ａは、電流検出回路１０３ａ、ローパスフィルタ１０４ａ、漏電検知回路１０５ａを順次接続して構成され、同様に漏電検知部１１０ｂは、電流検出回路１０３ｂ、ローパスフィルタ１０４ｂ、漏電検知回路１０５ｂにより、漏電検知部１１０ｃは、電流検出回路１０３ｃ、ローパスフィルタ１０４ｃ、漏電検知回路１０５ｃにより、それぞれ構成されている。
なお、この実施形態の漏電検知動作は、後述する如く、第２実施形態の動作とほぼ同様である。
【００３５】
図２は、本発明の第２実施形態を示す回路構成図であり、図１と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
この実施形態に係る漏電検知装置１００Ｂが図１と異なる点は、星形結線されたコンデンサ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの中性点と車体９との間に共通のＣＴ１０２を接続し、その二次側に電流検出回路１０３、ローパスフィルタ１０４、漏電検知回路１０５からなる共通の漏電検知部１１０を接続したことである。
【００３６】
次に、図２の実施形態の動作を説明する。
図３は、図２の主要部を示しており、給電線６４ａ，６４ｂからの漏電がない場合の動作説明図である。図２における電圧形インバータ４は三相インバータで示してあるが、図３では、半導体スイッチ部４２の三相のうちＡ相，Ｂ相の二アームを示してあり、これらの各アームはＩＧＢＴからなる半導体スイッチング素子４２１〜４２４により構成されている。なお、半導体スイッチ部４２の三相全ての半導体スイッチング素子には、還流ダイオードがそれぞれ逆並列に接続されているが、これらは図示を省略してある。図３において、ａはＡ相出力端子、ｂはＢ相出力端子である。
【００３７】
いま、給電線６４ａ，６４ｂからの漏電はないので、対車体９の絶縁抵抗は無限大である。従って、半導体スイッチング素子４２２のオン時にコンデンサ１０１ａ，１０１ｂを通って矢印の如く電流Ｉｃが流れるが、ＣＴ１０２を通る電流Ｉｌはゼロである。
【００３８】
図４は、図３の動作波形図である。
図４において、Ｖａｂは図３の各相出力端子ａ，ｂ間の電圧波形であり、電圧形インバータ４の直流入力電圧Ｖｄを振幅とする矩形波電圧である。
Ｉｃはコンデンサ１０１ａ，１０１ｂを流れる電流波形であり、電圧Ｖａｂの立ち上がり時及び電圧立ち下り時のｄｖ／ｄｔに応じてパルス状の電流が流れる。ＩｌはＣＴ１０２を流れる漏電電流波形であり、前述の如く漏電していないためゼロになっている。
【００３９】
図５は、インバータ４の出力側のＢ相の給電線６４ｂが漏電した場合における図２の主要部を示す図であり、２０１ｂは給電線６４ｂの漏電部を示す等価絶縁抵抗である。
半導体スイッチ部４２の出力端子ａ，ｂ間には図４と同じ電圧Ｖａｂが発生しており、この電圧Ｖａｂにより、半導体スイッチング素子４２４のオン時にコンデンサ１０１ａ及び等価絶縁抵抗２０１ｂを通って矢印の電流がＣＴ１０２に流れる。
【００４０】
図６は図５の動作波形図である。電流Ｉｃの波形において、電圧Ｖａｂの立ち上がり時及び立ち下り時のｄｖ／ｄｔに応じた電流が流れるのは図４と同じであるが、電圧Ｖａｂの波形に対応した漏電電流Ｉｒが等価絶縁抵抗２０１ｂに流れる。この漏電電流Ｉｒは、数式３によって表される。
【００４１】
［数３］
Ｉｒ＝Ｖｄ／Ｒｄ〔Ａ〕
ここで、Ｖｄ：インバータ４の直流入力電圧〔Ｖ〕
Ｒｄ：漏電部の等価絶縁抵抗２０１ｂの抵抗値〔Ω〕
である。
【００４２】
すなわちＣＴ１０２には、図６のＩｃで示すように、電圧Ｖａｂの立ち上がり時及び立ち下り時のｄｖ／ｄｔに応じた電流（図４におけるＩｃに相当）と、数式３に示したＩｒとの合成電流が流れる。なお、図６における電流ＩｌはＣＴ１０２を流れる電流Ｉｃの平均値であり、その大きさをＩｒｍとする。
【００４３】
ＣＴ１０２を流れる電流Ｉｃは図２の電流検出回路１０３により検出され、ローパスフィルタ１０４により高周波成分を除去して平均化され、漏電検知回路１０５に入力される。
漏電検知回路１０５では、入力された電流値（図６におけるＩｒｍ）が規定値を超えたら漏電発生と判断し、車両制御装置８に信号を送って直流コンタクタ３の開放や警報の発生等の必要な保護処置を行う。
【００４４】
なお、上記説明はＢ相の給電線６４ｂの漏電時における動作であるが、Ａ相の給電線６４ａや残りの一相（Ｃ相）の給電線６４ｃの漏電時も動作はほぼ同様である。
また、図１の第１実施形態において、インバータ４の出力側の給電線６４ａ，６４ｂ，６４ｃが漏電した場合の漏電検知部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃの動作も、上記説明と実質的に同一であるため、説明を省略する。
【００４５】
ここで、図１の第１実施形態では、インバータ４の給電線６４ａ，６４ｂ，６４ｃのうち、どの給電線を含む経路で漏電が発生したかを個別に検出できる利点がある。
【００４６】
次に、図７は、第２実施形態において、漏電がインバータ４の入力側で発生した場合の主要部の説明図であり、正極側の給電線６３Ｐにおける漏電を想定したものである。図７において、２０１Ｐは漏電部の等価絶縁抵抗である。
【００４７】
この場合、インバータ４の出力端子ａ，ｂ間の電圧Ｖａｂにより、半導体スイッチング素子４２１のオン時に等価絶縁抵抗２０１Ｐ、コンデンサ１０１ａ及びＣＴ１０２を通って流れる電流は、矢印で示す通りとなる。この電流をＣＴ１０２及び漏電検知部１１０により検出する動作は、図５、図６の場合と同じであるため、説明を省略する。また、負極側の給電線６３Ｎにおける漏電時の動作も容易に想像されるため、説明を省略する。
更に、第１実施形態において、インバータ４の入力側の給電線６３Ｐ，６３Ｎが漏電した場合の漏電検知部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃの動作も、図７の場合と実質的に同一である。
【００４８】
なお、上記各実施形態では、自動車を駆動する以前に（例えば交流コンタクタ５が開放されているか電動機１０の動力を車輪（図示せず）に伝達していない状態で）、電圧形インバータ４を起動することにより、インバータ４の入力側または出力側の給電線等の漏電を予め検知することが可能であり、これによって電気システムの信頼性が大幅に向上する。
【００４９】
図８は、本発明の第３実施形態を示す回路構成図である。この実施形態は、図１７に示したような補助電池充電用の直流−直流コンバータを有する電気システムにおいて、直流−直流コンバータの直流給電線やインバータの交流給電線の漏電を検出する漏電検知システムに関するものである。
【００５０】
図８において、９１は図１７，図１８に示した２石フォワード方式の直流−直流コンバータである。このコンバータ９１の正極側の直流給電線９０１Ｐはコンデンサ１０１Ｐを介して車体９に接続され、負極側の直流給電線９０１Ｎはコンデンサ１０１Ｎを介して車体９に接続されている。
コンデンサ１０１Ｐ，１０１Ｎと車体９との間には、ＣＴ １０２Ｐ，１０２Ｎがそれぞれ接続されており、これらの二次側には、電流検出回路１０３Ｐ，１０３Ｎ、ローパスフィルタ１０４Ｐ，１０４Ｎ、漏電検知回路１０５Ｐ，１０５Ｎがそれぞれ順次接続され、漏電検知回路１０５Ｐ，１０５Ｎの出力側には車両制御装置８が接続されている。
なお、１００Ｃは漏電検知装置、１１０Ｐ，１１０Ｎは漏電検知部である。
【００５１】
上記直流−直流コンバータ９１では、図１７，図１８と同様に、半導体スイッチング素子９１１Ｐ，９１１Ｎを数１０ｋＨｚ以上の高周波でスイッチングすることにより高周波絶縁変圧器９１３の高圧巻線９１３Ｐに高周波交流電圧を発生させる。そして、絶縁降圧された高周波交流電圧が低圧巻線９１３Ｓに発生し、この電圧が図１８の整流器９１４により直流電圧に変換され、その後、平滑されて補助電池９０に供給される。また、半導体スイッチング素子９１１Ｐ，９１１Ｎの通流率を制御することにより直流−直流コンバータ９１の出力電圧を変化させ、補助電池９０の充電電流を制御している。
上記の直流−直流コンバータ９１の動作は、前述した如く周知であるため、詳細な説明を省略する。
なお、この実施形態における漏電検知動作は、後述する如く、第４実施形態の動作とほぼ同様である。
【００５２】
図９は、本発明の第４実施形態を示す回路構成図であり、図８と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
図８の実施形態との相違点は、図９に示した漏電検知装置１００Ｄにおいて、コンデンサ１０１Ｐ，１０１Ｎの相互接続点を車体９に接続すると共に、前記相互接続点と車体９との間に接続されたＣＴ １０２の二次側に電流検出回路１０３、ローパスフィルタ１０４、漏電検知回路１０５を順次接続し、その出力側に車両制御装置８を接続した点であり、漏電検知部１１０を共通化した点である。
【００５３】
次に、図９の実施形態の動作を説明する。
図１０は、図９の主要部を示しており、直流給電線９０１Ｐ，９０１Ｎからの漏電がない場合の動作説明図である。なお、高周波絶縁変圧器９１３の高圧巻線９１３Ｐの両端を端子ａ，ｂとする。
この場合、直流給電線９０１Ｐ，９０１Ｎの車体９に対する絶縁抵抗は無限大であり、コンデンサ１０１Ｐ，１０１Ｎを通って電流Ｉｃが流れるが、ＣＴ１０２を通る電流Ｉｌはゼロである。
この時の電圧Ｖａｂ、電流Ｉｃ，Ｉｌの波形は図４と同様であり、特に電圧Ｖａｂの波形は矩形波となっている。
【００５４】
図１１は、負極側の直流給電線９０１Ｎが漏電した場合における図９の主要部を示す図であり、２０１Ｎは直流給電線９０１Ｎの漏電部を示す等価絶縁抵抗である。
この場合、図４と同じ電圧Ｖａｂが高圧巻線９１３Ｐの両端に発生していると共に、半導体スイッチング素子９１１Ｐがオンすると、コンデンサ１０１Ｐ及び等価絶縁抵抗２０１Ｎを通って矢印の電流がＣＴ１０２に流れる。
【００５５】
この電流には、電圧Ｖａｂの波形に対応して等価絶縁抵抗２０１Ｎを流れる図６の漏電電流Ｉｒが含まれており、この漏電電流Ｉｒは、前述した数式３によって表される。なお、数式３におけるＶｄは直流−直流コンバータ９１の直流入力電圧（インバータ４の直流入力電圧に等しい）であり、数式３のＲｄは漏電部の等価絶縁抵抗２０１Ｎの抵抗値と読み替えるものとする。
【００５６】
図１１のＣＴ１０２には、前述した第２実施形態と同様に、図６のＩｃで示す如く、電圧Ｖａｂの立ち上がり時及び立ち下り時のｄｖ／ｄｔに応じた電流（図４におけるＩｃに相当）と、数式３に示したＩｒとの合成電流が流れる。図６の電流ＩｌはＣＴ１０２を流れる電流Ｉｃの平均値であり、その大きさはＩｒｍである。
【００５７】
ＣＴ１０２を流れる電流Ｉｃは図９の電流検出回路１０３により検出され、ローパスフィルタ１０４により高周波成分を除去して平均化され、漏電検知回路１０５に入力される。
漏電検知回路１０５では、入力された電流値（図６におけるＩｒｍ）が規定値を超えたら漏電発生と判断し、車両制御装置８に信号を送って図１７における直流コンタクタ９２の開放や警報の発生等の必要な保護処置を行うものである。
【００５８】
上記説明は負極側の直流給電線９０１Ｎの漏電時における動作であるが、正極側の直流給電線９０１Ｐの漏電時も動作は同様である。
また、図８に示した第３実施形態において、直流給電線９０１Ｐ，９０１Ｎが漏電した場合のＣＴ １０２Ｐ，１０２Ｎ及び漏電検知部１１０Ｐ，１１０Ｎによる動作も、上記説明と実質的に同一であるため、説明を省略する。
【００５９】
次に、図１２は、第４実施形態において、インバータ４（半導体スイッチ部４２）の出力側のＢ相の給電線６４ｂが漏電した場合の主要部の説明図である。図１２において、２０１ｂは漏電部の等価絶縁抵抗である。
図１２では、図３と同様に半導体スイッチ部４２の三相のうちＡ相，Ｂ相の二アームを示してある。また、半導体スイッチ部４２の三相全ての半導体スイッチング素子には、還流ダイオードがそれぞれ逆並列に接続されているが、これらは図示を省略してある。
【００６０】
給電線６４ｂで漏電が発生すると、インバータ４の半導体スイッチング素子４２４及び直流−直流コンバータ９１の半導体スイッチング素子９１１Ｐがオンすることにより、図１２の矢印で示すようにコンデンサ１０１Ｐ及び等価絶縁抵抗２０１ｂを通って漏電電流が流れる。この電流はＣＴ １０２により検出され、以降の漏電検知部１１０により前記同様に検知動作が実行される。インバータ４のＡ相の給電線６４ａが漏電した場合や残りの一相（Ｃ相）の給電線６４ｃが漏電した際の動作も容易に想像されるため、説明を省略する。
更に、第３実施形態において、インバータ４の出力側の給電線６４ａ，６４ｂ，６４ｃが漏電した場合には、ＣＴ １０２Ｐ，１０２Ｎ及び漏電検知部１１０Ｐ，１１０Ｎが漏電を検知することになり、その動作は図１２の場合と実質的に同一である。
【００６１】
上記第３，第４実施形態において、自動車を駆動する以前に（例えば交流コンタクタ５が開放されているか電動機１０の動力を車輪（図示せず）に伝達していない状態で）、直流−直流コンバータ９１、更にはインバータ４を起動することにより、給電線等の通電部の漏電を予め検知することができ、これによって電気システムの信頼性が大幅に向上する。
【００６２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、車両駆動用インバータの交流出力電圧または直流−直流コンバータが有する絶縁変圧器の巻線に発生する交流電圧を漏電検知装置の電源として使用するため、次の効果を期待することができる。
（１）漏電検知装置の専用電源を不要とし、従来技術に比べて部品点数の減少、回路構成の簡略化、価格の低減が可能になる。
（２）インバータの出力電圧や直流−直流コンバータの絶縁変圧器による発生電圧を電源電圧として使用するため、作動信頼性が高い。
（３）自動車の駆動以前にインバータや直流−直流コンバータを起動することにより漏電検知を前もって実行可能であり、信頼性の高い電気システムを提供することができる。
【００６３】
なお、上記説明は車載直流電源として二次電池を使用する場合を想定しているが、二次電池以外の直流電源、例えば、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、燃料電池、整流器等をもちいる場合にも本発明を適用することができる。
更に、本発明は、高圧の車載直流電源を備えた電気駆動システムを有するハイブリッド自動車にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。
【図３】非漏電時における図２の主要部を示す図である。
【図４】図３の動作波形図である。
【図５】インバータの出力側の漏電時における図２の主要部を示す図である。
【図６】図５の動作説明図である。
【図７】インバータの入力側の漏電時における図２の主要部を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態を示す回路構成図である。
【図９】本発明の第４実施形態を示す回路構成図である。
【図１０】非漏電時における図９の主要部を示す図である。
【図１１】直流−直流コンバータの直流給電線の漏電時における図９の主要部を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態におけるインバータの出力側の漏電時の動作説明図である。
【図１３】電気自動車等における電気システムの回路構成図である。
【図１４】第１の従来技術としての漏電検知システムの回路構成図である。
【図１５】図１４における正極側給電線の漏電時の動作説明図である。
【図１６】図１４における負極側給電線の漏電時の動作説明図である。
【図１７】電気自動車等における他の電気システムの回路構成図である。
【図１８】図１７における直流−直流コンバータの回路構成図である。
【符号の説明】
１：主電池
２Ｐ，２Ｎ：ヒューズ
３：直流コンタクタ
４：インバータ
４１：入力コンデンサ
４２：半導体スイッチ部
５：交流コンタクタ
６１Ｐ，６１Ｎ，６２Ｐ，６２Ｎ，６３Ｐ，６３Ｎ，６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，９０１Ｐ，９０１Ｎ：給電線
８：車両制御装置
９：車体
９０：補助電池
９１：直流−直流コンバータ
９１０：コンデンサ
９１１Ｐ，９１１Ｎ：半導体スイッチング素子
９１２Ｐ，９１２Ｎ，９１４ａ，９１４ｂ：ダイオード
９１３：高周波絶縁変圧器
９１３Ｐ：高圧巻線
９１３Ｓ：低圧巻線
９１４：整流器
９１５：電流平滑用リアクトル
９１６：電流平滑用コンデンサ
１０：車両駆動電動機
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ：漏電検知装置
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１Ｐ，１０１Ｎ：コンデンサ
１０２，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２Ｐ，１０２Ｎ：ＣＴ
１０３，１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３Ｐ，１０３Ｎ：電流検出器
１０４，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４Ｐ，１０４Ｎ：ローパスフィルタ
１０５，１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５Ｐ，１０５Ｎ：漏電検知回路
１１０，１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０Ｐ，１１０Ｎ：漏電検知部
２０１ｂ，２０１Ｐ，２０１Ｎ：等価絶縁抵抗
【発明の属する技術分野】
この発明は、定格電圧が例えば５０Ｖ以上の直流電源を搭載した自動車の車体への漏電を検知するための自動車の漏電検知システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、電気自動車やハイブリッド自動車において電気駆動を行う場合の電気システムの基本構成を示したものである。
同図において、１は例えば１００Ｖ以上の定格電圧を有する第１の車載直流電源としての主電池、２Ｐ，２Ｎはヒューズ、３は直流コンタクタ、４は車両駆動電動機１０を駆動する電圧形インバータ、５は交流コンタクタである。また、６１Ｐ，６１Ｎ，６２Ｐ，６２Ｎ，６３Ｐ，６３Ｎ，６４ａ，６４ｂ，６４ｃは給電線（主回路ハーネス）であり、末尾記号Ｐは正極側、Ｎは負極側給電線を示している。なお、ヒューズ２Ｐ，２Ｎ、交流コンタクタ５は省略される場合もある。
更に、４１はインバータ４の電流平滑用入力コンデンサ、４２は半導体スイッチ部である。インバータ４による電動機１０の駆動方法は公知であるため、ここではその制御内容の説明を省略する。
【０００３】
内燃機関を動力源とするエンジン自動車に搭載される電池は、通常、１２Ｖまたは２４Ｖと電圧が低く、かつ負極側が車体に接続されている。
一方、図１３に示した電気システムにおいて、主電池電圧は１００Ｖ以上であるため、安全上から給電線を含む通電部は車体に対して電気的に絶縁されている。このため、電気自動車等の電気システムにおける重要な解決課題の一つとして、駆動回路から車体への漏電を検知し、人間の感電を防止することが挙げられる。
【０００４】
そこで図１４は、第１の従来技術として、図１３の電気システムに採用されている漏電検知システムの一例を示したものである。
図１４において、７は漏電検知装置、７１は高周波電源、７２はコンデンサ、７３は電流検出器としてのＣＴ（変流器）、７４はＣＴ７３に接続された漏電電流検出回路、８は漏電検知時に所定の保護動作を行うための車両制御装置、９は自動車の車体であり、その他の構成要素は図１３と同一の参照符号を付してある。
なお、前記コンデンサ７２の一端は正極側の給電線６３Ｐに接続されている。
【０００５】
図１４の漏電時における動作を、図１５、図１６を参照しつつ説明する。
まず、図１５により、正極側の給電線６３Ｐまたは通電部（図示せず）の絶縁が劣化した場合の漏電検出動作を説明する。図１５において、２００Ｐは、正極側の給電線６３Ｐまたは通電部と車体９との間の漏電部を等価的に示した絶縁抵抗である。
図１５に矢印で示す漏電電流は、高周波電源７１からコンデンサ７２、給電線６３Ｐ、等価絶縁抵抗２００Ｐを流れるため、この電流をＣＴ７３により検出することができる。
【０００６】
次に、図１６により、負極側の給電線６３Ｎまたは通電部の絶縁が劣化した場合の漏電検出動作を説明する。図１６において、２００Ｎは、負極側の給電線６３Ｎまたは通電部と車体９との間の漏電部を等価的に示した絶縁抵抗である。図１６に矢印で示す漏電電流は、高周波電源７１からコンデンサ７２、給電線６３Ｐ、コンデンサ４１、給電線６３Ｎ、等価絶縁抵抗２００Ｎを流れるため、この電流はＣＴ７３により検出することができる。
【０００７】
図１５，図１６において、ＣＴ７３の一次側に流れる電流Ｉｌ（実効値）は、数式１によって表される。
【０００８】
［数１］
Ｉｌ＝Ｅ／｛（１／２πｆＣ）２＋Ｒｌ ２ ｝１／２
ここで
Ｅ：高周波電源７１の電圧（実効値）〔Ｖ〕
ｆ：高周波電源７１の周波数〔Ｈｚ〕
Ｃ：コンデンサ７２の容量〔Ｆ〕
Ｒｌ：等価絶縁抵抗２００Ｐまたは２００Ｎの抵抗値〔Ω〕
【０００９】
なお、数式１におけるｆ，Ｃは、検知すべき漏電レベルにおける等価絶縁抵抗値Ｒｌ０に対して、数式２が成り立つように決められている。
【００１０】
［数２］
（１／２πｆＣ）＜Ｒｌ０
【００１１】
次に、図１７は、電気自動車やハイブリッド自動車において電気駆動を行う場合の他の電気システムの基本構成を示したものである。
同図において、図１３と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
【００１２】
図１７において、９０は第２の車載直流電源としての補助電池であり、一般に１２Ｖまたは２４Ｖの定格電圧を有すると共に、その負極は車体９に接続されている。９１は主電池１の直流電力を変換して補助電池９０を充電するための直流−直流コンバータ、９２は直流コンタクタ、９３Ｐ，９３Ｎは補助ヒューズ、９４は補助電池９０を電源とする照明装置や音響装置等の車載機器、９００Ｐ，９００Ｎは直流−直流コンバータ９１の給電線である。
なお、ヒューズ９３Ｐ，９３Ｎは省略される場合もある。
【００１３】
図１８は、図１７における直流−直流コンバータ９１の回路構成の一例であり、公知の２石フォワード方式の直流−直流コンバータを用いた例を示している。
図１８において、９１０は入力コンデンサ、９１１Ｐ，９１１Ｎは半導体スイッチング素子、９１２Ｐ，９１２Ｎはダイオード、９１３は高周波絶縁変圧器、９１３Ｐはその高圧巻線、９１３Ｓは低圧巻線、９１４は整流器、９１４ａ，９１４ｂはダイオード、９１５は電流平滑用リアクトル、９１６は電流平滑用コンデンサである。
【００１４】
上記直流−直流コンバータ９１では、半導体スイッチング素子９１１Ｐ，９１１Ｎを数１０ｋＨｚ以上の高周波でスイッチングすることにより変圧器９１３の高圧巻線９１３Ｐに高周波交流電圧を発生させる。そして、絶縁降圧された高周波交流電圧が低圧巻線９１３Ｓに発生し、この電圧が整流器９１４により直流電圧に変換され、その後、平滑されて補助電池９０に供給される。
また、半導体スイッチング素子９１１Ｐ，９１１Ｎの通流率を制御することにより直流−直流コンバータ９１の出力電圧を変化させ、補助電池９０の充電電流を制御している。
この種の２石フォワード方式の直流−直流コンバータの制御方法及び動作は、例えば特開平５−３３６７４２号公報「２石フォワード形スイッチング電源装置」等により公知であるため、ここでは詳述を省略する。
【００１５】
図１７、図１８に示した電気システムにおいても、前述した図１４のような漏電検知システムが適用されており、その動作は図１５，図１６と同様である。
【００１６】
なお、上記従来技術のように漏電検知機能を有する電気自動車の電源装置が、下記の特許文献１に記載されている。
この電源装置は、走行用モータ等に給電するバッテリーと、このバッテリーから給電されて商用電源負荷に商用交流電圧を供給するインバータと、商用電源負荷とバッテリーとの間に介設された遮断スイッチと、バッテリーから漏出する地絡電流が所定値以上である場合に遮断スイッチを遮断する漏電検出回路とを備えたものであり、前記漏電検出回路は、商用電源負荷への給電回路系及び走行モータ等への給電回路系の漏電を検出するものである。
【００１７】
【特許文献１】
特開平１０−２９０５２９号公報（請求項１、請求項２、図１、図２等）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
定格電圧が５０Ｖ以上の直流電源を搭載した電気自動車やハイブリッド自動車では、この直流電源からの給電線をはじめとして、すべての通電部を車体に対して電気絶縁すると共に、これらの給電線等から車体への漏電を漏電検出装置により確実に検知し、人体の安全を確保することが必要である。
この場合、漏電検知システムとしては、
（１）装置の構成がシンプルであること
（２）装置が安価であること
（３）作動信頼性が高いこと
等が解決課題として求められている。
【００１９】
しかしながら、図１４に示した漏電検知装置７では、専用の電源として高周波電源７１が必要である。また、特許文献１に記載された漏電検知システムも、矩形波発振器やインピーダンス変換器等を有する発振回路部と、比較器等を有する検出回路とから構成されており、部品点数が多く回路構成も概して複雑である。
【００２０】
そこで本発明は、前述した漏電検知システムに要求される種々の課題を解決し、構成が簡単で安価であり、しかも信頼性の高い漏電検知システムを提供しようとするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１〜３に記載した発明は、車両駆動用のインバータから車両駆動電動機に出力される電圧が交流電圧であることに着目してなされたものである。
また、請求項４〜７に記載した発明は、第２の車載直流電源である補助電池を充電するための直流−直流コンバータの絶縁変圧器の作動電圧が、高周波の交流電圧であることに着目してなされたものである。
なお、請求項８〜１２に記載した発明は、上記各請求項記載の発明を一層具体化したものである。
【００２２】
すなわち、請求項１に記載した発明は、車載直流電源の電力によりインバータを介し車両駆動電動機を駆動すると共に、前記電動機への給電線を含む通電部が車体に対して電気的に絶縁されてなる自動車の電気システムにおいて、
前記インバータの交流出力側に発生する交流電圧を電源とする漏電検知装置を備え、
この漏電検知装置は、
前記インバータの交流出力側と前記車体との間に接続されたコンデンサと電流検出器との直列回路を有し、
前記交流電圧を電源として、前記電流検出器に流れる電流値から前記通電部の前記車体への漏電を検知するものである。
【００２４】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
前記漏電検知装置は、
前記インバータの交流出力側に星形結線されたコンデンサと、その中性点と前記車体との間に接続された電流検出器とからなる直列回路を備え、
前記電流検出器に流れる電流値から前記通電部の漏電を検知するものである。
【００２５】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
自動車を駆動する以前に前記インバータを起動して前記通電部の漏電を検知するものである。
【００２６】
請求項４に記載した発明は、第１の車載直流電源の電力を絶縁型の直流−直流コンバータを介して第２の車載直流電源に供給すると共に、第１の車載直流電源からインバータを介し車両駆動電動機を駆動し、この電動機への給電線を含む通電部が車体に対して電気的に接続されてなる自動車の電気システムにおいて、
２石フォワード方式の前記直流−直流コンバータを構成する半導体スイッチング素子をスイッチングすることにより、前記半導体スイッチング素子に直列接続された絶縁変圧器の第１の車載直流電源側の巻線に発生する交流電圧を電源とする漏電検知装置を備え、
前記漏電検知装置は、
前記絶縁変圧器の第１の車載直流電源側の巻線と前記車体との間に接続されたコンデンサと電流検出器との直列回路を備え、
前記電流検出器に流れる電流値から前記通電部の前記車体への漏電を検知するものである。
【００２８】
請求項５に記載した発明は、請求項４に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
請求項４に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
前記漏電検知装置は、
前記絶縁変圧器の第１の車載直流電源側の巻線の両端間に互いに直列接続された複数のコンデンサと、これらのコンデンサの相互接続点と前記車体との間に接続された電流検出器とを備え、
前記電流検出器に流れる電流値から前記通電部の漏電を検知するものである。
【００２９】
請求項６に記載した発明は、請求項４または５に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
自動車を駆動する以前に前記直流−直流コンバータを起動して前記通電部の漏電を検知するものである。
【００３１】
なお、上記各発明において、請求項７に記載するように、電流検出器に流れる電流をローパスフィルタを介して検出し、この検出電流値が規定値以上になった時に漏電発生を検知することが望ましい。
また、請求項８または１０に記載するように、車載直流電源または第１の車載直流電源としては、その定格電圧が５０Ｖ以上のものが想定される。
更に、請求項９または１１に記載するように、車載直流電源あるいは第１の車載直流電源としては、二次電池、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、燃料電池、整流器等の適用が可能である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。図１３、図１７と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
【００３３】
図１において、１００Ａは漏電検知装置であり、一端が給電線６４ａ，６４ｂ，６４ｃにそれぞれ接続され、他端が一括して車体９に接続されたコンデンサ（すなわち星形結線されたコンデンサ）１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃと、これらのコンデンサ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの他端（中性点）と車体９との間に一次側がそれぞれ接続されたＣＴ １０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃと、これらの二次側と車両制御装置８との間にそれぞれ接続された漏電検知部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃとから構成されている。
【００３４】
漏電検知部１１０ａは、電流検出回路１０３ａ、ローパスフィルタ１０４ａ、漏電検知回路１０５ａを順次接続して構成され、同様に漏電検知部１１０ｂは、電流検出回路１０３ｂ、ローパスフィルタ１０４ｂ、漏電検知回路１０５ｂにより、漏電検知部１１０ｃは、電流検出回路１０３ｃ、ローパスフィルタ１０４ｃ、漏電検知回路１０５ｃにより、それぞれ構成されている。
なお、この実施形態の漏電検知動作は、後述する如く、第２実施形態の動作とほぼ同様である。
【００３５】
図２は、本発明の第２実施形態を示す回路構成図であり、図１と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
この実施形態に係る漏電検知装置１００Ｂが図１と異なる点は、星形結線されたコンデンサ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの中性点と車体９との間に共通のＣＴ１０２を接続し、その二次側に電流検出回路１０３、ローパスフィルタ１０４、漏電検知回路１０５からなる共通の漏電検知部１１０を接続したことである。
【００３６】
次に、図２の実施形態の動作を説明する。
図３は、図２の主要部を示しており、給電線６４ａ，６４ｂからの漏電がない場合の動作説明図である。図２における電圧形インバータ４は三相インバータで示してあるが、図３では、半導体スイッチ部４２の三相のうちＡ相，Ｂ相の二アームを示してあり、これらの各アームはＩＧＢＴからなる半導体スイッチング素子４２１〜４２４により構成されている。なお、半導体スイッチ部４２の三相全ての半導体スイッチング素子には、還流ダイオードがそれぞれ逆並列に接続されているが、これらは図示を省略してある。図３において、ａはＡ相出力端子、ｂはＢ相出力端子である。
【００３７】
いま、給電線６４ａ，６４ｂからの漏電はないので、対車体９の絶縁抵抗は無限大である。従って、半導体スイッチング素子４２２のオン時にコンデンサ１０１ａ，１０１ｂを通って矢印の如く電流Ｉｃが流れるが、ＣＴ１０２を通る電流Ｉｌはゼロである。
【００３８】
図４は、図３の動作波形図である。
図４において、Ｖａｂは図３の各相出力端子ａ，ｂ間の電圧波形であり、電圧形インバータ４の直流入力電圧Ｖｄを振幅とする矩形波電圧である。
Ｉｃはコンデンサ１０１ａ，１０１ｂを流れる電流波形であり、電圧Ｖａｂの立ち上がり時及び電圧立ち下り時のｄｖ／ｄｔに応じてパルス状の電流が流れる。ＩｌはＣＴ１０２を流れる漏電電流波形であり、前述の如く漏電していないためゼロになっている。
【００３９】
図５は、インバータ４の出力側のＢ相の給電線６４ｂが漏電した場合における図２の主要部を示す図であり、２０１ｂは給電線６４ｂの漏電部を示す等価絶縁抵抗である。
半導体スイッチ部４２の出力端子ａ，ｂ間には図４と同じ電圧Ｖａｂが発生しており、この電圧Ｖａｂにより、半導体スイッチング素子４２４のオン時にコンデンサ１０１ａ及び等価絶縁抵抗２０１ｂを通って矢印の電流がＣＴ１０２に流れる。
【００４０】
図６は図５の動作波形図である。電流Ｉｃの波形において、電圧Ｖａｂの立ち上がり時及び立ち下り時のｄｖ／ｄｔに応じた電流が流れるのは図４と同じであるが、電圧Ｖａｂの波形に対応した漏電電流Ｉｒが等価絶縁抵抗２０１ｂに流れる。この漏電電流Ｉｒは、数式３によって表される。
【００４１】
［数３］
Ｉｒ＝Ｖｄ／Ｒｄ〔Ａ〕
ここで、Ｖｄ：インバータ４の直流入力電圧〔Ｖ〕
Ｒｄ：漏電部の等価絶縁抵抗２０１ｂの抵抗値〔Ω〕
である。
【００４２】
すなわちＣＴ１０２には、図６のＩｃで示すように、電圧Ｖａｂの立ち上がり時及び立ち下り時のｄｖ／ｄｔに応じた電流（図４におけるＩｃに相当）と、数式３に示したＩｒとの合成電流が流れる。なお、図６における電流ＩｌはＣＴ１０２を流れる電流Ｉｃの平均値であり、その大きさをＩｒｍとする。
【００４３】
ＣＴ１０２を流れる電流Ｉｃは図２の電流検出回路１０３により検出され、ローパスフィルタ１０４により高周波成分を除去して平均化され、漏電検知回路１０５に入力される。
漏電検知回路１０５では、入力された電流値（図６におけるＩｒｍ）が規定値を超えたら漏電発生と判断し、車両制御装置８に信号を送って直流コンタクタ３の開放や警報の発生等の必要な保護処置を行う。
【００４４】
なお、上記説明はＢ相の給電線６４ｂの漏電時における動作であるが、Ａ相の給電線６４ａや残りの一相（Ｃ相）の給電線６４ｃの漏電時も動作はほぼ同様である。
また、図１の第１実施形態において、インバータ４の出力側の給電線６４ａ，６４ｂ，６４ｃが漏電した場合の漏電検知部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃの動作も、上記説明と実質的に同一であるため、説明を省略する。
【００４５】
ここで、図１の第１実施形態では、インバータ４の給電線６４ａ，６４ｂ，６４ｃのうち、どの給電線を含む経路で漏電が発生したかを個別に検出できる利点がある。
【００４６】
次に、図７は、第２実施形態において、漏電がインバータ４の入力側で発生した場合の主要部の説明図であり、正極側の給電線６３Ｐにおける漏電を想定したものである。図７において、２０１Ｐは漏電部の等価絶縁抵抗である。
【００４７】
この場合、インバータ４の出力端子ａ，ｂ間の電圧Ｖａｂにより、半導体スイッチング素子４２１のオン時に等価絶縁抵抗２０１Ｐ、コンデンサ１０１ａ及びＣＴ１０２を通って流れる電流は、矢印で示す通りとなる。この電流をＣＴ１０２及び漏電検知部１１０により検出する動作は、図５、図６の場合と同じであるため、説明を省略する。また、負極側の給電線６３Ｎにおける漏電時の動作も容易に想像されるため、説明を省略する。
更に、第１実施形態において、インバータ４の入力側の給電線６３Ｐ，６３Ｎが漏電した場合の漏電検知部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃの動作も、図７の場合と実質的に同一である。
【００４８】
なお、上記各実施形態では、自動車を駆動する以前に（例えば交流コンタクタ５が開放されているか電動機１０の動力を車輪（図示せず）に伝達していない状態で）、電圧形インバータ４を起動することにより、インバータ４の入力側または出力側の給電線等の漏電を予め検知することが可能であり、これによって電気システムの信頼性が大幅に向上する。
【００４９】
図８は、本発明の第３実施形態を示す回路構成図である。この実施形態は、図１７に示したような補助電池充電用の直流−直流コンバータを有する電気システムにおいて、直流−直流コンバータの直流給電線やインバータの交流給電線の漏電を検出する漏電検知システムに関するものである。
【００５０】
図８において、９１は図１７，図１８に示した２石フォワード方式の直流−直流コンバータである。このコンバータ９１の正極側の直流給電線９０１Ｐはコンデンサ１０１Ｐを介して車体９に接続され、負極側の直流給電線９０１Ｎはコンデンサ１０１Ｎを介して車体９に接続されている。
コンデンサ１０１Ｐ，１０１Ｎと車体９との間には、ＣＴ １０２Ｐ，１０２Ｎがそれぞれ接続されており、これらの二次側には、電流検出回路１０３Ｐ，１０３Ｎ、ローパスフィルタ１０４Ｐ，１０４Ｎ、漏電検知回路１０５Ｐ，１０５Ｎがそれぞれ順次接続され、漏電検知回路１０５Ｐ，１０５Ｎの出力側には車両制御装置８が接続されている。
なお、１００Ｃは漏電検知装置、１１０Ｐ，１１０Ｎは漏電検知部である。
【００５１】
上記直流−直流コンバータ９１では、図１７，図１８と同様に、半導体スイッチング素子９１１Ｐ，９１１Ｎを数１０ｋＨｚ以上の高周波でスイッチングすることにより高周波絶縁変圧器９１３の高圧巻線９１３Ｐに高周波交流電圧を発生させる。そして、絶縁降圧された高周波交流電圧が低圧巻線９１３Ｓに発生し、この電圧が図１８の整流器９１４により直流電圧に変換され、その後、平滑されて補助電池９０に供給される。また、半導体スイッチング素子９１１Ｐ，９１１Ｎの通流率を制御することにより直流−直流コンバータ９１の出力電圧を変化させ、補助電池９０の充電電流を制御している。
上記の直流−直流コンバータ９１の動作は、前述した如く周知であるため、詳細な説明を省略する。
なお、この実施形態における漏電検知動作は、後述する如く、第４実施形態の動作とほぼ同様である。
【００５２】
図９は、本発明の第４実施形態を示す回路構成図であり、図８と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
図８の実施形態との相違点は、図９に示した漏電検知装置１００Ｄにおいて、コンデンサ１０１Ｐ，１０１Ｎの相互接続点を車体９に接続すると共に、前記相互接続点と車体９との間に接続されたＣＴ １０２の二次側に電流検出回路１０３、ローパスフィルタ１０４、漏電検知回路１０５を順次接続し、その出力側に車両制御装置８を接続した点であり、漏電検知部１１０を共通化した点である。
【００５３】
次に、図９の実施形態の動作を説明する。
図１０は、図９の主要部を示しており、直流給電線９０１Ｐ，９０１Ｎからの漏電がない場合の動作説明図である。なお、高周波絶縁変圧器９１３の高圧巻線９１３Ｐの両端を端子ａ，ｂとする。
この場合、直流給電線９０１Ｐ，９０１Ｎの車体９に対する絶縁抵抗は無限大であり、コンデンサ１０１Ｐ，１０１Ｎを通って電流Ｉｃが流れるが、ＣＴ１０２を通る電流Ｉｌはゼロである。
この時の電圧Ｖａｂ、電流Ｉｃ，Ｉｌの波形は図４と同様であり、特に電圧Ｖａｂの波形は矩形波となっている。
【００５４】
図１１は、負極側の直流給電線９０１Ｎが漏電した場合における図９の主要部を示す図であり、２０１Ｎは直流給電線９０１Ｎの漏電部を示す等価絶縁抵抗である。
この場合、図４と同じ電圧Ｖａｂが高圧巻線９１３Ｐの両端に発生していると共に、半導体スイッチング素子９１１Ｐがオンすると、コンデンサ１０１Ｐ及び等価絶縁抵抗２０１Ｎを通って矢印の電流がＣＴ１０２に流れる。
【００５５】
この電流には、電圧Ｖａｂの波形に対応して等価絶縁抵抗２０１Ｎを流れる図６の漏電電流Ｉｒが含まれており、この漏電電流Ｉｒは、前述した数式３によって表される。なお、数式３におけるＶｄは直流−直流コンバータ９１の直流入力電圧（インバータ４の直流入力電圧に等しい）であり、数式３のＲｄは漏電部の等価絶縁抵抗２０１Ｎの抵抗値と読み替えるものとする。
【００５６】
図１１のＣＴ１０２には、前述した第２実施形態と同様に、図６のＩｃで示す如く、電圧Ｖａｂの立ち上がり時及び立ち下り時のｄｖ／ｄｔに応じた電流（図４におけるＩｃに相当）と、数式３に示したＩｒとの合成電流が流れる。図６の電流ＩｌはＣＴ１０２を流れる電流Ｉｃの平均値であり、その大きさはＩｒｍである。
【００５７】
ＣＴ１０２を流れる電流Ｉｃは図９の電流検出回路１０３により検出され、ローパスフィルタ１０４により高周波成分を除去して平均化され、漏電検知回路１０５に入力される。
漏電検知回路１０５では、入力された電流値（図６におけるＩｒｍ）が規定値を超えたら漏電発生と判断し、車両制御装置８に信号を送って図１７における直流コンタクタ９２の開放や警報の発生等の必要な保護処置を行うものである。
【００５８】
上記説明は負極側の直流給電線９０１Ｎの漏電時における動作であるが、正極側の直流給電線９０１Ｐの漏電時も動作は同様である。
また、図８に示した第３実施形態において、直流給電線９０１Ｐ，９０１Ｎが漏電した場合のＣＴ １０２Ｐ，１０２Ｎ及び漏電検知部１１０Ｐ，１１０Ｎによる動作も、上記説明と実質的に同一であるため、説明を省略する。
【００５９】
次に、図１２は、第４実施形態において、インバータ４（半導体スイッチ部４２）の出力側のＢ相の給電線６４ｂが漏電した場合の主要部の説明図である。図１２において、２０１ｂは漏電部の等価絶縁抵抗である。
図１２では、図３と同様に半導体スイッチ部４２の三相のうちＡ相，Ｂ相の二アームを示してある。また、半導体スイッチ部４２の三相全ての半導体スイッチング素子には、還流ダイオードがそれぞれ逆並列に接続されているが、これらは図示を省略してある。
【００６０】
給電線６４ｂで漏電が発生すると、インバータ４の半導体スイッチング素子４２４及び直流−直流コンバータ９１の半導体スイッチング素子９１１Ｐがオンすることにより、図１２の矢印で示すようにコンデンサ１０１Ｐ及び等価絶縁抵抗２０１ｂを通って漏電電流が流れる。この電流はＣＴ １０２により検出され、以降の漏電検知部１１０により前記同様に検知動作が実行される。インバータ４のＡ相の給電線６４ａが漏電した場合や残りの一相（Ｃ相）の給電線６４ｃが漏電した際の動作も容易に想像されるため、説明を省略する。
更に、第３実施形態において、インバータ４の出力側の給電線６４ａ，６４ｂ，６４ｃが漏電した場合には、ＣＴ １０２Ｐ，１０２Ｎ及び漏電検知部１１０Ｐ，１１０Ｎが漏電を検知することになり、その動作は図１２の場合と実質的に同一である。
【００６１】
上記第３，第４実施形態において、自動車を駆動する以前に（例えば交流コンタクタ５が開放されているか電動機１０の動力を車輪（図示せず）に伝達していない状態で）、直流−直流コンバータ９１、更にはインバータ４を起動することにより、給電線等の通電部の漏電を予め検知することができ、これによって電気システムの信頼性が大幅に向上する。
【００６２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、車両駆動用インバータの交流出力電圧または直流−直流コンバータが有する絶縁変圧器の巻線に発生する交流電圧を漏電検知装置の電源として使用するため、次の効果を期待することができる。
（１）漏電検知装置の専用電源を不要とし、従来技術に比べて部品点数の減少、回路構成の簡略化、価格の低減が可能になる。
（２）インバータの出力電圧や直流−直流コンバータの絶縁変圧器による発生電圧を電源電圧として使用するため、作動信頼性が高い。
（３）自動車の駆動以前にインバータや直流−直流コンバータを起動することにより漏電検知を前もって実行可能であり、信頼性の高い電気システムを提供することができる。
【００６３】
なお、上記説明は車載直流電源として二次電池を使用する場合を想定しているが、二次電池以外の直流電源、例えば、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、燃料電池、整流器等をもちいる場合にも本発明を適用することができる。
更に、本発明は、高圧の車載直流電源を備えた電気駆動システムを有するハイブリッド自動車にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。
【図３】非漏電時における図２の主要部を示す図である。
【図４】図３の動作波形図である。
【図５】インバータの出力側の漏電時における図２の主要部を示す図である。
【図６】図５の動作説明図である。
【図７】インバータの入力側の漏電時における図２の主要部を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態を示す回路構成図である。
【図９】本発明の第４実施形態を示す回路構成図である。
【図１０】非漏電時における図９の主要部を示す図である。
【図１１】直流−直流コンバータの直流給電線の漏電時における図９の主要部を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態におけるインバータの出力側の漏電時の動作説明図である。
【図１３】電気自動車等における電気システムの回路構成図である。
【図１４】第１の従来技術としての漏電検知システムの回路構成図である。
【図１５】図１４における正極側給電線の漏電時の動作説明図である。
【図１６】図１４における負極側給電線の漏電時の動作説明図である。
【図１７】電気自動車等における他の電気システムの回路構成図である。
【図１８】図１７における直流−直流コンバータの回路構成図である。
【符号の説明】
１：主電池
２Ｐ，２Ｎ：ヒューズ
３：直流コンタクタ
４：インバータ
４１：入力コンデンサ
４２：半導体スイッチ部
５：交流コンタクタ
６１Ｐ，６１Ｎ，６２Ｐ，６２Ｎ，６３Ｐ，６３Ｎ，６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，９０１Ｐ，９０１Ｎ：給電線
８：車両制御装置
９：車体
９０：補助電池
９１：直流−直流コンバータ
９１０：コンデンサ
９１１Ｐ，９１１Ｎ：半導体スイッチング素子
９１２Ｐ，９１２Ｎ，９１４ａ，９１４ｂ：ダイオード
９１３：高周波絶縁変圧器
９１３Ｐ：高圧巻線
９１３Ｓ：低圧巻線
９１４：整流器
９１５：電流平滑用リアクトル
９１６：電流平滑用コンデンサ
１０：車両駆動電動機
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ：漏電検知装置
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１Ｐ，１０１Ｎ：コンデンサ
１０２，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２Ｐ，１０２Ｎ：ＣＴ
１０３，１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３Ｐ，１０３Ｎ：電流検出器
１０４，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４Ｐ，１０４Ｎ：ローパスフィルタ
１０５，１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５Ｐ，１０５Ｎ：漏電検知回路
１１０，１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０Ｐ，１１０Ｎ：漏電検知部
２０１ｂ，２０１Ｐ，２０１Ｎ：等価絶縁抵抗
Claims (11)
- 車載直流電源の電力によりインバータを介し車両駆動電動機を駆動すると共に、前記電動機への給電線を含む通電部が車体に対して電気的に絶縁されてなる自動車の電気システムにおいて、
前記インバータの交流出力側に発生する交流電圧を電源とする漏電検知装置を備え、
この漏電検知装置は、
前記インバータの交流出力側と前記車体との間に接続されたコンデンサと電流検出器との直列回路を有し、
前記交流電圧を電源として、前記電流検出器に流れる電流値から前記通電部の前記車体への漏電を検知することを特徴とする自動車の漏電検知システム。 - 請求項１に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
前記漏電検知装置は、
前記インバータの交流出力側に星形結線されたコンデンサと、その中性点と前記車体との間に接続された電流検出器とからなる直列回路を備え、
前記電流検出器に流れる電流値から前記通電部の漏電を検知することを特徴とする自動車の漏電検知システム。 - 請求項１または２に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
自動車を駆動する以前に前記インバータを起動して前記通電部の漏電を検知することを特徴とする自動車の漏電検知システム。 - 第１の車載直流電源の電力を絶縁型の直流−直流コンバータを介して第２の車載直流電源に供給すると共に、第１の車載直流電源からインバータを介し車両駆動電動機を駆動し、この電動機への給電線を含む通電部が車体に対して電気的に接続されてなる自動車の電気システムにおいて、
２石フォワード方式の前記直流−直流コンバータを構成する半導体スイッチング素子をスイッチングすることにより、前記半導体スイッチング素子に直列接続された絶縁変圧器の第１の車載直流電源側の巻線に発生する交流電圧を電源とする漏電検知装置を備え、
前記漏電検知装置は、
前記絶縁変圧器の第１の車載直流電源側の巻線と前記車体との間に接続されたコンデンサと電流検出器との直列回路を備え、
前記電流検出器に流れる電流値から前記通電部の前記車体への漏電を検知することを特徴とする自動車の漏電検知システム。 - 請求項４に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
前記漏電検知装置は、
前記絶縁変圧器の第１の車載直流電源側の巻線の両端間に互いに直列接続された複数のコンデンサと、これらのコンデンサの相互接続点と前記車体との間に接続された電流検出器とを備え、
前記電流検出器に流れる電流値から前記通電部の漏電を検知することを特徴とする自動車の漏電検知システム。 - 請求項４または５に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
自動車を駆動する以前に前記直流−直流コンバータを起動して前記通電部の漏電を検知することを特徴とする自動車の漏電検知システム。 - 請求項１〜６の何れか１項に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
前記電流検出器に流れる電流をローパスフィルタを介して検出し、この検出電流値が規 定値以上になった時に漏電発生を検知することを特徴とする自動車の漏電検知システム。 - 請求項１〜３，７の何れか１項に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
車載直流電源の定格電圧が５０Ｖ以上であることを特徴とする自動車の漏電検知システム。 - 請求項１〜３，７，８の何れか１項に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
車載直流電源が、二次電池、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、燃料電池、整流器の何れかであることを特徴とする自動車の漏電検知システム。 - 請求項４〜７の何れか１項に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
第１の車載直流電源の定格電圧が５０Ｖ以上であることを特徴とする自動車の漏電検知システム。 - 請求項４〜７，１０の何れか１項に記載した自動車の漏電検知システムにおいて、
第１の車載直流電源が、二次電池、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、燃料電池、整流器の何れかであることを特徴とする自動車の漏電検知システム。
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