JP4983527B2 - 漏電検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、高電圧回路と低電圧回路とを独立して備えた回路において漏電を検出する漏電検出方法に関する。

近年、電気自動車やハイブリッド自動車といった電力を用いて走行できる車両においては、駆動力を発生するための電気には高電圧の電気が用いられている。このように高電圧の電気が流れる回路（高電圧回路）は、人が高圧電源にふれても感電しないように、車両のボデーグランドから分離されたフローティング状態になっている。そして、絶縁破壊が起きている場合、人が高圧系に触れると電流が流れるパスができるため感電する。このため、絶縁破壊による漏電を検出することが重要となっている。

高電圧回路の漏電を検出する方法としては、たとえば、高電圧回路にカップリングコンデンサを介して漏電検出回路を接続し、カップリングコンデンサに入力したパルスの波形値の低下で漏電を検出する方法がある。この検出装置では、高電圧回路を流れる電気の電圧が変動した場合にもパルスの波形値が変化するため、誤検知が発生する等の漏電の検知が十分でないという問題があった。また、漏電検知のために漏電検出回路を新たに接続する必要があり、装置の体格およびコストが増加するという問題もあった。

別の高電圧回路の漏電を検出する検出装置が、特許文献１に開示されている。

特許文献１には、高圧直流電源と、この高圧直流電源のプラス及びマイナス側の間に直列に結線された複数の保護用抵抗及び検出用抵抗と、これらの検出用抵抗の一端を電気自動車、電車などのボデーグランドへ接地するスイッチと、電気自動車、電車などの漏電を判定する漏電判定部とを備えた漏電検出装置が開示されている。

この漏電検出装置においても、漏電判定部や複数の抵抗およびスイッチなどの新たな装置を回路に接続する必要があり、コストが増加するという問題があった。
特開平６−１５３３０１号公報

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、簡単に漏電の検出をできる漏電検出方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者は高電圧回路の漏電検出について検討を重ねた結果本発明をなすに至った。

すなわち、請求項１に記載の本発明の漏電検出方法は、絶縁された低電位回路と高電位回路を有する回路で、高電位回路は電源電圧とそれを昇圧した昇圧電源の、第一高電位電圧系回路と第二高電位電圧系回路を有し、低電位回路と高電位回路の間の漏電検出方法であって、少なくとも第一高電位電圧系回路の電圧を二つの抵抗Ｒａ，Ｒｂを介して低電位回路の所定電位に接続する第一高電位電圧系抵抗回路と、少なくとも第二高電位電圧系回路の電圧を二つの抵抗Ｒｃ，Ｒｄを介して低電位回路の所定電位に接続する第二高電位電圧系抵抗回路と、二つの抵抗Ｒａ，Ｒｂの中性点と二つの抵抗Ｒｃ，Ｒｄの中性点とを接続する接続回路と、を有し、該接続回路の電位の測定値と、各抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄの抵抗値ならびに第一高電位電圧系抵抗回路及び第二高電位電圧系抵抗回路の両端の電位から予め決定されたしきい値と、を比較して高電位回路の漏電を検出することを特徴とする。

請求項２に記載の検出方法は、請求項１に記載の検出装置において、前記第一高電位電圧系回路と前記第二高電位電圧系回路は、前記低電位回路に並列に接続された回路であることを特徴とする。

請求項３に記載の検出方法は、請求項１〜２のいずれかに記載の検出方法において、前記第一高電位電圧系回路と前記第二高電位電圧系回路は、前記第一高電位電圧系回路または前記第二高電位電圧回路の電圧を差動検出する回路の一部を構成することを特徴とする。

請求項１に記載の本発明の漏電検出方法は、第一高電位電圧系と第二高電位電圧系を含む高電位回路と低電位回路のそれぞれを所定電位に接続する第一高電位電圧系抵抗回路と第二高電位電圧系抵抗回路とをそれぞれの中性点で接続する接続回路の電位の変化から漏電の検出を行う構成となっている。本発明の漏電検出方法は、漏電による短絡が発生すると、Ｒａ〜Ｒｄのいずれかがバイパスされて、接続回路の電位が変化する。この電位の変化から漏電の検出を行うことができる。つまり、従来のように新たに漏電を検出するための装置を付加する必要がなくなっている。すなわち、本発明の漏電検出方法は、漏電検出回路を付加することなく回路の漏電を検出することができる。

また、本発明の漏電検出方法では、接続回路の電位の変化から漏電を検出するため、第一高電位電圧系回路および第二高電位電圧系回路の電圧が変動しても漏電の検出を行うことができる効果を発揮する。

請求項２に記載の本発明の漏電検出方法によると、第一高電位電圧系及び第二高電位電圧系が低電位回路に並列に接続されたことで、所定電位を第一高電位電圧系、第二高電位電圧系の電位内とすることができ、所定電位を簡単に求めることができる。第一高電位電圧系抵抗回路及び第二高電位電圧系抵抗回路の所定の電位を、低電位電源の負極に接続することで、所定電位を低電位回路のＧＮＤに設定することが可能となり、接続回路の電位を簡単に算出できるようになる。

請求項３に記載の本発明の漏電検出方法によると、従来から第一高電位電圧系回路及び第二高電位電圧系回路のそれぞれに組み付けられていた電圧検出回路を用いることができ、新たに回路装置を組み付ける必要がなくなる効果を発揮する。

以下、具体的な実施の形態を用いて本発明を説明する。

（実施形態例）
本形態例においては、図１に示した構成を有する回路であって、高電圧回路１のバッテリ１０の電圧を昇圧部３で昇圧して高電位電圧系２２に高電圧を印加する昇圧回路を有する高電位系と低電位系の回路の漏電を検出した。図１に示した構成の回路は、ハイブリッド車や電気自動車の昇圧回路に用いられている。

第一高電位電圧系１１は、バッテリ１０と昇圧部３と、を電気的に接続した回路である。

第二高電位電圧系２２は、昇圧部３により昇圧された高電圧が印加される回路である。図１においては、インバータＩＮＶを介してモータＭが接続されている。

第一高電位電圧系１１には、第一高電位電圧系抵抗回路４が接続されている。第一高電位電圧系抵抗回路４は、第一高電位電圧系１１の高電位側の点Ａを二つの抵抗Ｒ_１，Ｒ_３を介して設定電位に接続する経路４Ａと、第一高電位電圧系１１の低電位側の点Ｂを二つの抵抗Ｒ_２，Ｒ_４を介して設定電位に接続する経路４Ｂと、経路４Ａの二つの抵抗Ｒ_１，Ｒ_３の中性点と経路４Ｂの二つの抵抗Ｒ_２，Ｒ_４の中性点との差から電圧を検出する電圧計４０と、を有している。すなわち、低電圧回路１は、電圧計４０により差動で電圧が検知されている。

第二高電位電圧系２２には、第二高電位電圧系抵抗回路５が接続されている。第二高電位電圧系抵抗回路５は、第二高電位電圧系２の高電位側の点Ｃを二つの抵抗Ｒ_５，Ｒ_７を介して設定電位に接続する経路５Ａと、高電位電圧系２２の低電位側の点Ｄを二つの抵抗Ｒ_６，Ｒ_８を介して設定電位に接続する経路５Ｂと、経路５Ａの二つの抵抗Ｒ_５，Ｒ_７の中性点と経路５Ｂの二つの抵抗Ｒ_６，Ｒ_８の中性点との差から電圧を検出する電圧計５０と、を有している。すなわち、第二高電位電圧系回路２は、電圧計５０により差動で電圧が検知されている。

高圧系回路において、四つの経路４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂが接続される設定電位は、いずれも同じ電位であり、低電位系の回路の所定の電位である。

（漏電の検出）
図１に示した高電位回路の第一高電位電圧系抵抗回路４および第二高電位電圧系抵抗回路５の構成は、図２に示した回路構成と考えることができる。なお、図２中のＶｌ：高電位回路１の点Ａでの電位、Ｖｈ：高電位回路２の点Ｃでの電位、高圧ＧＮＤ：高電圧回路２の点Ｄ、点Ｂでの電位、設定ＧＮＤ：低電位系の設定電位を示す。

図２に示した回路における設定電位は、下記に記載したように求められる。

まず、図２に示した構成の回路を、図３に示した回路として考える。すなわち、Ｒａ：Ｒ１，Ｒ３の合成抵抗、Ｒｂ：Ｒ２，Ｒ４の合成抵抗、Ｒｃ：Ｒ５，Ｒ７の合成抵抗、Ｒｄ：Ｒ６，Ｒ８の合成抵抗、Ｉａ：Ｒａを流れる電気の電流、Ｉｃ：Ｒｃを流れる電気の電流、Ｉｅ：ＲｂとＲｄの合成抵抗を流れる電気の電流、である。

設定ＧＮＤの電位をＶとしたときに、下記数１〜４式が成り立つ。

数１〜４式からは、下記数５式が導かれる。なお、数５式中のＲｅはＲｂとＲｄの合成抵抗［Ｒｅ＝（Ｒｂ・Ｒｄ）／（Ｒｂ＋Ｒｄ）］である。

数５式に示したように、設定ＧＮＤの電位（設定電位）Ｖを構成するＶｈおよびＶｌは、第一高電位電圧系抵抗回路４および第二高電位電圧系抵抗回路５のそれぞれの差動による電圧計４０，５０で得られ、それぞれの抵抗値は回路を形成するときに求められる。すなわち、昇圧回路を有する高電圧系においては既知の値であり、この昇圧回路の設定電位を求めることができる。

そして、設定ＧＮＤの電位の測定値と、算出された設定電位の比較から、漏電の検出（判定）を行うことができる。漏電の判定は、たとえば、測定値と予め設定されたしきい値との比較から行うことができる。

（実施例）
より具体的に、漏電の検出方法について説明する。

図２に示した回路において、Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ：８ＭΩ、Ｖｌの電位：２５０Ｖ、Ｖｈの電位：６５０Ｖの場合（図４）には、設定ＧＮＤの電位（設定電位）Ｖが（２５０＋６５０）／４＝２２５Ｖとなる。

そして、第二高電位電圧系抵抗回路２の高電位側（Ｃ点近傍）に漏電（低電位回路（設定電位）との短絡）が生じたときには、図５に示したように、抵抗Ｒｃと並列な経路で第二高電位電圧系２２と設定ＧＮＤが接続された状態となる。この状態では、設定ＧＮＤにおける電位の測定値は、高電圧回路２の電位Ｖｈ＝６５０Ｖとなる。つまり、漏電がない場合よりも測定値が大きくなっている。

また、第二高電位電圧系回路２の低電位側（Ｄ点近傍）に漏電（低電位回路（設定電位）との短絡）が生じたときには、図６に示したように、抵抗Ｒｄと並列な経路で高圧ＧＮＤと設定ＧＮＤが接続された状態となる。この状態では、設定ＧＮＤにおける電位の測定値は、高圧ＧＮＤの電位＝０Ｖとなる。つまり、漏電がない場合よりも測定値が小さくなっている。

このように、漏電が発生すると、設定ＧＮＤにおける電位の測定値は、大きく変化する。このため、図７に示したようなしきい値を設定して判定を行うことで、漏電の判定を行うことができる。

ここで、上記の形態では、短絡経路が０Ωでの短絡による漏電を用いて説明したが、漏電経路が抵抗値を有する場合においても同様に漏電の判定を行うことができる。

（その他の形態）
上記の形態例では、設定電位を測定することで漏電の判定を行っていたが、図１中のＥ点の電位を測定して漏電の判定を行ってもよい。

上記の数５式からは、数６式に示した図１のＥ点における電圧Ｖｅを導くことができる。

数６式に示したように、Ｅ点における電圧Ｖｅは、Ｖｈ，Ｖおよび抵抗Ｒ_５，Ｒ_７から求めることができる。つまり、設定ＧＮＤの電位（設定電位）よりも、電位の測定が容易な高電圧系回路５中の点で電位の測定を行うことができる。

より具体的には、図４に示した場合でのＥ点における電圧Ｖｅは、（６５０−２２５）×（Ｒ_５，Ｒ_７の抵抗分圧値）となり、上記形態の場合と同様に算出できる。すなわち、本実施形態例では、より簡単に電位（電圧）を測定することができるため、より簡単に漏電の検出を行うことができる。

実施形態例の回路の構成を示した図である。 第一及び第二高電位電圧系抵抗回路の構成を示した図である。 第一及び第二高電位電圧系抵抗回路の構成を示した図である。 第一及び第二高電位電圧系抵抗回路の構成を示した図である。 漏電時の第一及び第二高電位電圧系抵抗回路の構成を示した図である。 漏電時の第一及び第二高電位電圧系抵抗回路の構成を示した図である。 設定電位の測定値としきい値を示したグラフである。

符号の説明

１：高電圧回路 １０：バッテリ
１１：第一高電位電圧系
２２：第二高電位電圧系
３：昇圧部
４：第一高電位電圧系抵抗回路
５：第二高電位電圧系抵抗回路

Claims (3)

1. 絶縁された低電位回路と高電位回路を有する回路で、該高電位回路は電源電圧とそれを昇圧した昇圧電源の、第一高電位電圧系回路と第二高電位電圧系回路を有し、該低電位回路と該高電位回路の間の漏電検出方法であって、
   少なくとも第一高電位電圧系回路の電圧を二つの抵抗Ｒａ，Ｒｂを介して該低電位回路の所定電位に接続する第一高電位電圧系抵抗回路と、
   少なくとも第二高電位電圧系回路の電圧を二つの抵抗Ｒｃ，Ｒｄを介して該低電位回路の所定電位に接続する第二高電位電圧系抵抗回路と、
   二つの抵抗Ｒａ，Ｒｂの中性点と二つの抵抗Ｒｃ，Ｒｄの中性点とを接続する接続回路と、
   を有し、
   該接続回路の電位の測定値と、各該抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄの抵抗値ならびに該第一高電位電圧系抵抗回路及び該第二高電位電圧系抵抗回路の両端の電位から予め決定されたしきい値と、を比較して該高電位回路の漏電を検出することを特徴とする漏電検出方法。
2. 前記第一高電位電圧系回路と前記第二高電位電圧系回路は、前記低電位回路に並列に接続された回路である請求項１記載の漏電検出方法。
3. 前記第一高電位電圧系回路と前記第二高電位電圧系回路は、前記第一高電位電圧系回路または前記第二高電位電圧回路の電圧を差動検出する回路の一部を構成する請求項１〜２のいずれかに記載の漏電検出方法。