JP5220195B2 - コンデンサ異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流母線間に直列接続された複数個のコンデンサからなるコンデンサ群の異常を検出するコンデンサ異常検出装置に関する。

直流母線間に直列接続された複数個のコンデンサの異常を検出する装置（回路）として、例えば下記特許文献１に示されたものがある。この特許文献１に示された異常検出装置では、正常時にコンデンサ１個分の電圧値が入るべき所定の上限レベルおよび下限レベルの基準信号を作成する演算増幅器を設け、コンデンサ１個分の印加電圧が正常時にとるべき上限、下限範囲を逸脱したことをコンパレータで検出する構成を開示している。

特開平４−１２０４７５号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される異常検出装置は、一つの直流電源入力に対する検出回路の構成を開示するのみであり、複数の直流電源入力に対する考慮がなされていない。したがって、特許文献１に開示された技術を複数の直流電源入力に対して適用した場合の回路構成は冗長的であり、回路主要部品の更なる削減が可能である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、直流母線間に直列接続された複数個のコンデンサからなるコンデンサ群の異常を検出するコンデンサ異常検出装置において、回路主要部品の更なる削減を可能とするコンデンサ異常検出装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるコンデンサ異常検出装置は、直流電源の直流母線間に直列接続された複数個のコンデンサからなるコンデンサ群の異常を検出するコンデンサ異常検出装置において、前記直流電源は、負側の直流母線が共通接続された第１および第２の直流電源からなり、前記第１の直流電源における第１の直流母線間の電圧を検出する第１の電圧検出回路と、前記第２の直流電源における第２の直流母線間の電圧を検出する第２の電圧検出回路と、前記第１の直流母線間に接続された第１のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧と、前記第２の直流母線間に接続された第２のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧との差電圧を検出する第３の電圧検出回路と、前記第１〜第３の電圧検出回路の出力電圧に基づいて、前記第１のコンデンサ群または前記第２のコンデンサ群に属するコンデンサの異常を判定する比較判定回路と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、回路主要部品の更なる削減を可能とするコンデンサ異常検出装置を提供することができるという効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態１にかかるコンデンサ異常検出装置の構成を示す回路図である。 図２は、本発明の実施の形態２にかかるコンデンサ異常検出装置の構成を示す回路図である。 図３は、本発明の実施の形態３にかかるコンデンサ異常検出装置の構成を示す回路図である。 図４は、電圧検出回路および比較判定回路の各所要数を比較して示した図表である。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかるコンデンサ異常検出装置を詳細に説明する。なお、以下の内容により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるコンデンサ異常検出装置の構成を示す回路図である。図１に示すように、実施の形態１のコンデンサ異常検出装置は、例えば太陽電池モジュールや燃料電池などである複数の直流電源（図１では、２個を例示）を直流入力とし、これらの直流電源の各直流母線間に直列接続された複数個のコンデンサからなるコンデンサ群の異常を検出する装置として示されており、具体的な構成はつぎのとおりである。

図１において、第１の直流電源である直流電源１と第２の直流電源である直流電源２とは、直流電源１の負極から引き出された負側の直流母線７Ｎと直流電源２の負極から引き出された負側の直流母線８Ｎとが同電位となるように共通接続されている。また、直流電源１の正極から引き出された正側の直流母線７Ｐと、負側の直流母線７Ｎとの間、すなわち直流母線７Ｐ，７Ｎからなる第１の直流母線間には直列接続された第１のコンデンサ群であるコンデンサ４ａ〜４ｃが接続され、直流母線７Ｐ，７Ｎ間の電圧が抵抗器１１ａ〜１１ｃによって分圧されている。また、直流電源２の正極から引き出された正側の直流母線８Ｐと、負側の直流母線８Ｎとの間、すなわち直流母線８Ｐ，８Ｎからなる第２の直流母線間には直列接続された第２のコンデンサ群であるコンデンサ５ａ〜５ｃが接続され、直流母線８Ｐ，８Ｎ間の電圧が抵抗器１２ａ〜１２ｃによって分圧されている。なお、直流電源１およびコンデンサ４ａ〜４ｃによって、直流電源回路１０ａが構成され、直流電源２およびコンデンサ５ａ〜５ｃによって、直流電源回路１０ｂが構成される。

実施の形態１にかかるコンデンサ異常検出装置は、直流電源回路１０ａにおける直流母線間電圧（直流母線７Ｐ，７Ｎ間の電圧）を検出する第１の電圧検出回路としての電圧検出回路１５ａ、直流電源回路１０ｂにおける直流母線間電圧（直流母線８Ｐ，８Ｎ間の電圧）を検出する第２の電圧検出回路としての電圧検出回路１５ｂ、コンデンサ４ａ〜４ｃの中から任意に選択された一のコンデンサの端子電圧（図１では、コンデンサ４ｃを例示）と、コンデンサ５ａ〜５ｃの中から任意に選択された一のコンデンサの端子電圧（図１では、コンデンサ５ｃを例示）との間の電圧（電位差）を検出する第３の電圧検出回路としての電圧検出回路１５ｃ、電圧検出回路１５ａ，１５ｂの出力電圧をそれぞれ定数倍（図１では、１／３倍を例示）する定数倍回路１６ａ，１６ｂ、定数倍回路１６ａと定数倍回路１６ｂの差電圧を演算する加減算回路１７および、加減算回路１７の出力電圧と電圧検出回路１５ｃの出力電圧との差電圧に基づいて所定の比較判定結果を出力する比較判定回路１８を備えて構成される。

なお、図１において、“Ｖ_S1”は、直流電源１の出力電圧であり、“Ｖ_S2”は直流電源２の出力電圧である。また、図１では、直流母線７Ｐ，７Ｎ間の電圧が抵抗値の等しい抵抗器１１ａ〜１１ｃによって分圧される場合を想定している。この場合、各コンデンサの端子電圧は共に等しくなるため、定数倍回路１６ａ，１６ｂにおける定数倍の値を“１／３”に設定している。したがって、抵抗器１１ａ〜１１ｃの各抵抗値が等しくない場合には、各抵抗値に見合った（具体的には各抵抗値に比例）値に設定すればよい。

また、図１では、電圧検出回路１５ｃに対する入力として、それぞれコンデンサ４ｃ，５ｃの電圧を用いているが、この構成に限定されるものではない。例えば、図１の回路構成であれば、コンデンサ４ｂ，５ｂの各電圧（コンデンサ４ｂ，５ｂの各正極側電圧（コンデンサ４ａ，４ｂ間の端子電圧およびコンデンサ５ａ，５ｂ間の端子電圧））を電圧検出回路１５ｃに対する入力として構成してもよい。

つぎに、実施の形態１にかかるコンデンサ異常検出装置の動作について図１を参照して説明する。図１において、「Ｖ_S1」は、直流母線７Ｎ（直流母線８Ｎ）を基準とする直流母線７Ｐの電圧（直流電源１の出力電圧）であり、「Ｖ_S2」は直流母線７Ｎ（直流母線８Ｎ）を基準とする直流母線８Ｐの電圧（直流電源２の出力電圧）である。なお、以下、各部の電圧は、全て直流母線７Ｎ（直流母線８Ｎ）を基準とする電圧として説明する。

＜各コンデンサ群に異常がない場合の動作＞
まず、コンデンサ４ａ〜４ｃが正常に動作している場合、コンデンサ４ａ〜４ｃの各端子電圧はバランスがとれるので、電圧検出回路１５ｃに対する一方の入力電圧は「Ｖ_S1／３」となる。同様に、コンデンサ５ａ〜５ｃが正常に動作している場合、電圧検出回路１５ｃに対する他方の入力電圧は「Ｖ_S2／３」となる。よって、電圧検出回路１５ｃの出力電圧は、双方の差電圧である「（Ｖ_S1−Ｖ_S2）／３」となる。

一方、電圧検出回路１５ａ，１５ｂに対しては、それぞれ直流母線７Ｐ，７Ｎ間の電圧および直流母線８Ｐ，８Ｎ間の電圧が入力されるので、電圧検出回路１５ａ，１５ｂの出力電圧は、それぞれ「Ｖ_S1」および「Ｖ_S2」である。よって、定数倍回路１６ａ，１６ｂを介してその差電圧を演算する加減算回路１７の出力は「（Ｖ_S1−Ｖ_S2）／３」である。

したがって、直流電源１または直流電源２の出力電圧変動などに起因して、コンデンサ４ｃまたはコンデンサ５ｃの端子電圧に若干の変動があったとしても、比較判定回路１８への入力電圧である加減算回路１７の出力電圧と電圧検出回路１５ｃの出力電圧との間には有意差がなく、比較判定回路１８の出力である比較判定結果は「正常」となる。

＜各コンデンサ群の一方に異常がある場合の動作＞
各コンデンサ群の一方に異常がある場合の一例として、例えばコンデンサ４ａが短絡故障した場合（他のコンデンサは全て正常とする）、直流電源１の出力電圧Ｖ_S1は、コンデンサ４ｂとコンデンサ４ｃの両端に分圧されて印加されるので、コンデンサ４ｃの出力電圧は「Ｖ_S1／２」に上昇する。

よって、電圧検出回路１５ｃの出力電圧は「（Ｖ_S1／２）−（Ｖ_S2／３）」となり、比較判定回路１８への入力電圧である加減算回路１７の出力電圧「（Ｖ_S1−Ｖ_S2）／３」と、電圧検出回路１５ｃの出力電圧「（Ｖ_S1／２）−（Ｖ_S2／３）」との間には、次式に示される電位差が生ずる。

｛（Ｖ_S1−Ｖ_S2）／３｝−｛（Ｖ_S1／２）−（Ｖ_S2／３）｝
＝（Ｖ_S1／３−Ｖ_S1／２）−Ｖ_S2／３＋Ｖ_S2／３
＝−Ｖ_S1／６ …（１）

一方、コンデンサ５ａが短絡故障した場合（他のコンデンサは全て正常とする）、同様にコンデンサ５ｃの出力電圧は「Ｖ_S1／２」に上昇し、比較判定回路１８への入力電圧である加減算回路１７の出力電圧「（Ｖ_S1−Ｖ_S2）／３」と、電圧検出回路１５ｃの出力電圧「（Ｖ_S1／３）−（Ｖ_S2／２）」との間には、次式に示される電位差が生ずる。

｛（Ｖ_S1−Ｖ_S2）／３｝−｛（Ｖ_S1／３）−（Ｖ_S2／２）｝
＝（Ｖ_S1／３−Ｖ_S1／３）−Ｖ_S2／３＋Ｖ_S2／２
＝Ｖ_S2／６ …（２）

ここで、コンデンサ４ａが短絡故障した場合、比較判定回路の結果(1)が負の値であり、一方、コンデンサ５ａが短絡故障した場合、比較判定回路の結果(2)が正の値であり、比較判定回路の正負の値で直流電源回路１０ａに接続されたコンデンサが短絡故障したのか直流回路１０ｂに接続されたコンデンサが短絡故障したのか判定が可能となる。

上記の説明では、直流電源回路１０ａのコンデンサ４ａあるいは直流回路１０ｂのコンデンサ５ａが短絡故障した場合について説明したが、他のコンデンサであるコンデンサ４ｂまたはコンデンサ４ｃあるいはコンデンサ５ｂまたはコンデンサ５ｃが短絡故障した場合についても同様な電位差を検出することができ、「直流電源回路１０ａのコンデンサ異常」あるいは「直流電源回路１０ｂのコンデンサ異常」の検出が可能となる。

なお、図１では、電圧検出回路１５ｃの一方の入力端にコンデンサ４ｃの端子電圧を入力し、他方の入力端にコンデンサ５ｃの端子電圧を入力する構成について例示したが、この構成に限定されるものではない。例えば、電圧検出回路１５ｃの一方の入力端にコンデンサ４ｂの端子電圧を入力し、他方の入力端にコンデンサ５ｃの端子電圧を入力する構成であっても構わない。なお、このような構成の場合には、定数倍回路１６ａの係数（定数倍値）を「２／３」に設定すればよい。

また、比較判定回路１８の結果の正負に関し、構成如何によって、「直流電源回路１０ａのコンデンサ異常」のときに比較判定回路１８の結果が正になる場合もあるが、このとき「直流電源回路１０ｂのコンデンサ異常」となると、比較判定回路１８の結果が負になり、「直流電源回路１０ａのコンデンサ異常」と「直流電源回路１０ｂのコンデンサ異常」に対して比較判定回路１８の結果は片側が正であればもう片側が負となるため、直流電源回路１０ａもしくは直流電源回路１０ｂのどちらのコンデンサが異常であるかの判定が可能となる。

また、図１の構成の場合、直流電源回路１０ａにおける一のコンデンサと、直流電源回路１０ｂにおける一のコンデンサとが同時に故障した場合、比較判定回路１８に対する入力電圧に有意差がなくなる可能性がある。しかしながら、直流電源回路１０ａにおけるコンデンサと、直流電源回路１０ｂにおけるコンデンサとが同時に故障する可能性は低いので、そのような心配は杞憂である。また、直流電源回路１０ａにおける一のコンデンサと、直流電源回路１０ｂにおける一のコンデンサとが同一検出期間に同時に故障する可能性は極めて低いので、比較判定回路１８による検出動作の頻度を高め、あるいは比較判定回路１８による検出処理を周期的または定期的に行うようにすれば、「直流電源回路１０ａまたは直流電源回路１０ｂにおけるコンデンサ異常」の確実な検出が可能となる。

以上説明したように、実施の形態１のコンデンサ異常検出装置によれば、負側の直流母線が共通接続された２個の直流電源が構成されるとき、第１の電圧検出回路は、第１の直流電源における第１の直流母線間の電圧を検出し、第２の電圧検出回路は、第２の直流電源における第２の直流母線間の電圧を検出し、第３の電圧検出回路は、第１の直流母線間に接続された第１のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧と、前記第２の直流母線間に接続された第２のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧との差電圧を検出し、比較判定回路は、前記第１〜第３の電圧検出回路の出力電圧に基づいて前記第１のコンデンサ群または前記第２のコンデンサ群に属するコンデンサの異常を判定することとしたので、コンデンサ異常検出装置に必要な回路主要部品の削減が可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１のコンデンサ異常検出装置では、２個の直流電源にそれぞれ接続されたコンデンサ群の異常を検出するための構成として、３個の電圧検出回路と、１個の比較判定回路とで実現する構成を開示したが、実施の形態２のコンデンサ異常検出装置では、２個の電圧検出回路と、１個の比較判定回路とで実現する構成を開示するものである。なお、図２は、本発明の実施の形態２にかかるコンデンサ異常検出装置の構成を示す回路図であり、図１と同一の構成部については同一符号を付して示し、重複する説明は省略する。

実施の形態２にかかるコンデンサ異常検出装置は、図２に示すように、直流電源回路１０ａにおける直流母線７Ｐの母線電圧と、直流電源回路１０ｂにおける直流母線８Ｐの母線電圧との差電圧を検出する第１の電圧検出回路としての電圧検出回路２５ａ、コンデンサ４ａ〜４ｃの中から任意に選択された一のコンデンサの端子電圧（図２では、コンデンサ４ｃを例示）と、コンデンサ５ａ〜５ｃの中から任意に選択された一のコンデンサの端子電圧（図２では、コンデンサ５ｃを例示）との間の電圧（電位差）を検出する第２の電圧検出回路としての電圧検出回路２５ｂ、電圧検出回路２５ａの出力電圧を定数倍（図２では、１／３倍を例示）する定数倍回路２６および、定数倍回路２６の出力電圧と電圧検出回路２５ｂの出力電圧との差電圧に基づいて所定の比較判定結果を出力する比較判定回路２８を備えて構成される。なお、各コンデンサの容量値が等しくない場合の考慮事項や、コンデンサ電圧の検出位置に関する考慮事項については、実施の形態１のときと同様である。

つぎに、実施の形態２にかかるコンデンサ異常検出装置の動作について図２を参照して説明する。

＜各コンデンサ群に異常がない場合の動作＞
まず、コンデンサ４ａ〜４ｃが正常に動作している場合、コンデンサ４ａ〜４ｃの各端子電圧はバランスがとれるので、電圧検出回路２５ｂに対する一方の入力電圧は「Ｖ_S1／３」となる。同様に、コンデンサ５ａ〜５ｃが正常に動作している場合、電圧検出回路２５ｂに対する他方の入力電圧は「Ｖ_S2／３」となる。よって、電圧検出回路２５ｂの出力電圧は、双方の差電圧である「（Ｖ_S1−Ｖ_S2）／３」となる。

一方、電圧検出回路２５ａに対しては、直流母線７Ｐの電圧と、直流母線８Ｐの電圧とが入力されるので、電圧検出回路２５ａの出力電圧は、「Ｖ_S1−Ｖ_S2」である。よって、定数倍回路２６の出力は「（Ｖ_S1−Ｖ_S2）／３」である。

したがって、直流電源１または直流電源２の出力電圧変動などに起因して、コンデンサ４ｃまたはコンデンサ５ｃの端子電圧に若干の変動があったとしても、比較判定回路２８への入力電圧である定数倍回路２６の出力電圧と電圧検出回路２５ｂの出力電圧との間には有意差がなく、比較判定回路２８の出力である比較判定結果は「正常」となる。

＜各コンデンサ群の一方に異常がある場合の動作＞
ここでは、実施の形態１のときと同様に、コンデンサ４ａのみが短絡故障した場合について説明する。コンデンサ４ａが短絡故障した場合、直流電源１の出力電圧Ｖ_S1は、コンデンサ４ｂとコンデンサ４ｃの両端に印加されるので、コンデンサ４ｃの出力電圧は「Ｖ_S1／２」に上昇する。

よって、電圧検出回路２５ｂの出力電圧は「（Ｖ_S1／２）−（Ｖ_S2／３）」となり、比較判定回路２８への入力電圧である定数倍回路２６の出力電圧「（Ｖ_S1−Ｖ_S2）／３」と、電圧検出回路２５ｂの出力電圧「（Ｖ_S1／２）−（Ｖ_S2／３）」との間には、実施の形態１のときと同様に、上記（１）式に示される電位差が生ずる。比較判定回路２８は、この電位差を検出し、比較判定結果として「直流電源回路１０ａにおけるコンデンサ異常」を検出することができる。

なお、「直流電源回路１０ｂにおけるコンデンサ異常」を検出する動作を含むその他の動作については、実施の形態１のときと同様であり、重複する説明を省略する。

また、図２では、負側の直流母線が共通接続された２個の直流電源が構成される場合の実施の形態について示したが、偶数個の直流電源が構成される電源システムの場合には、２個ずつのグループに区分し、当該各グループに属する一方の直流電源を直流電源１とし、他方の直流電源を直流電源２として、本実施の形態に示した回路構成を適用すればよい。

以上説明したように、実施の形態２のコンデンサ異常検出装置によれば、負側の直流母線が共通接続された２ｎ個（ｎは自然数）の直流電源が構成されるとき、第１の電圧検出回路は、２ｎ個の直流電源を２個単位でグルーピングしたｎ個のグループに区分すると共に、当該ｎ個の各グループに属する一方および他方の直流電源のうちの一方の直流電源における正側の直流母線と、他方の直流電源における正側の直流母線との間の電圧を検出し、第２の電圧検出回路は、一方の直流電源における直流母線間に接続された第１のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧と、他方の直流電源における直流母線間に接続された第２のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧との差電圧を検出し、比較判定回路は、第１および第２の電圧検出回路の出力電圧に基づいて、第１のコンデンサ群または第２のコンデンサ群に属するコンデンサの異常を判定することとしたので、コンデンサ異常検出装置に必要な回路主要部品の更なる削減が可能となる。

実施の形態３．
実施の形態２のコンデンサ異常検出装置では、２個の直流電源にそれぞれ接続されたコンデンサ群の異常を検出するための構成として、２個の電圧検出回路と、１個の比較判定回路とで実現する構成を開示したが、実施の形態３のコンデンサ異常検出装置では、３個の直流電源にそれぞれ接続されたコンデンサ群の異常を検出するための構成として、４個の電圧検出回路と、２個の比較判定回路とで実現する構成を開示するものである。なお、図３は、本発明の実施の形態３にかかるコンデンサ異常検出装置の構成を示す回路図であり、図１，２と同一の構成部については、同一符号を付して示し、重複する説明は適宜省略する。

実施の形態３にかかるコンデンサ異常検出装置は、図２の接続構成と図３の接続構成との比較から理解できるように、実施の形態２の構成に加え、直流電源３およびコンデンサ６ａ〜６ｃおよび抵抗器１３ａ〜１３ｃを具備し、負側の直流母線９Ｎが他の負側の直流母線７Ｎ，８Ｎに共通接続される直流電源回路１０ｃ、直流電源回路１０ｂにおける直流母線８Ｐの母線電圧（直流電源回路１０ａにおける直流母線７Ｐの母線電圧でも可）と、直流電源回路１０ｃにおける正側の直流母線９Ｐの母線電圧との差電圧を検出する第３の電圧検出回路としての電圧検出回路３２、電圧検出回路２５ｂへの入力信号として選択されたコンデンサ５ｃの端子電圧（コンデンサ４ｃの端子電圧でも可）と、コンデンサ６ａ〜６ｃの中から任意に選択された一のコンデンサの端子電圧（図３では、コンデンサ６ｃを例示）との間の電圧（電位差）を検出する電圧検出回路３４、電圧検出回路３２の出力電圧を定数倍（図３では、１／３倍を例示）する定数倍回路３６、定数倍回路３６の出力電圧と電圧検出回路３４の出力電圧との差電圧に基づいて所定の比較判定結果を出力する第２の比較判定回路としての比較判定回路３８を備えて構成される。なお、各コンデンサの容量値が等しくない場合の考慮事項や、コンデンサ電圧の検出位置に関する考慮事項については、実施の形態１，２のときと同様である。

つぎに、実施の形態３にかかるコンデンサ異常検出装置の動作について図３を参照して説明する。

＜各コンデンサ群に異常がない場合の動作＞
まず、コンデンサ４ａ〜４ｃが正常に動作している場合、コンデンサ４ａ〜４ｃの各端子電圧はバランスがとれるので、電圧検出回路２５ｂに対する一方の入力電圧は「Ｖ_S1／３」となる。また、コンデンサ５ａ〜５ｃが正常に動作している場合、電圧検出回路２５ｂに対する他方の入力電圧は「Ｖ_S2／３」となる。よって、電圧検出回路２５ｂの出力電圧は、双方の差電圧である「（Ｖ_S1−Ｖ_S2）／３」となる。電圧検出回路３４に対しても、同様な説明をすることができ、電圧検出回路３４の出力電圧は、「（Ｖ_S2−Ｖ_S3）／３」となる。

一方、電圧検出回路２５ａに対しては、直流母線７Ｐの電圧と、直流母線８Ｐの電圧とが入力されるので、電圧検出回路２５ａの出力電圧は、「Ｖ_S1−Ｖ_S2」である。よって、定数倍回路２６の出力は「（Ｖ_S1−Ｖ_S2）／３」である。電圧検出回路３２に対しても、同様な説明をすることができ、電圧検出回路３２の出力電圧は、「Ｖ_S2−Ｖ_S3」であり、定数倍回路３６の出力は「（Ｖ_S2−Ｖ_S3）／３」である。

したがって、直流電源１または直流電源２の出力電圧変動などに起因して、コンデンサ４ｃまたはコンデンサ５ｃの端子電圧に若干の変動があったとしても、比較判定回路２８への入力電圧である定数倍回路２６の出力電圧と電圧検出回路２５ｂの出力電圧との間には有意差がなく、比較判定回路２８の出力である第１の比較判定結果は「正常」となる。同様に、直流電源２または直流電源３の出力電圧変動などに起因して、コンデンサ５ｃまたはコンデンサ６ｃの端子電圧に若干の変動があったとしても、比較判定回路３８への入力電圧である定数倍回路３６の出力電圧と電圧検出回路３４の出力電圧との間には有意差がなく、比較判定回路３８の出力である第２の比較判定結果は「正常」となる。

＜各コンデンサ群の一方に異常がある場合の動作＞
ここでは、実施の形態１，２のときと同様に、コンデンサ４ａのみが短絡故障した場合について説明する。コンデンサ４ａが短絡故障した場合、直流電源１の出力電圧Ｖ_S1は、コンデンサ４ｂとコンデンサ４ｃの両端に印加されるので、コンデンサ４ｃの出力電圧は「Ｖ_S1／２」に上昇する。

よって、電圧検出回路２５ｂの出力電圧は「（Ｖ_S1／２）−（Ｖ_S2／３）」となり、比較判定回路２８への入力電圧である定数倍回路２６の出力電圧「（Ｖ_S1−Ｖ_S2）／３」と、電圧検出回路２５ｂの出力電圧「（Ｖ_S1／２）−（Ｖ_S2／３）」との間には、実施の形態１，２のときと同様に、上記（１）式に示される電位差が生ずる。

一方、電圧検出回路３４に対しては、正常なコンデンサ５ｃ，６ｃの各出力電圧が入力される構成であるため、比較判定回路３８は、バランスの崩れていない電位差を検出し、第２の比較判定結果として「正常」を出力する。

よって、第１の比較判定結果が「負」であり、第２の比較判定結果が「正常」であるため、コンデンサ異常検出装置は、「直流電源回路１０ａのコンデンサ異常」を検出する。

また、図３の構成の場合、第１の比較判定結果のみが「コンデンサ異常」である場合に「直流電源回路１０ａのコンデンサ異常」を検出し、第２の比較判定結果のみが「コンデンサ異常」である場合に「直流電源回路１０ｃのコンデンサ異常」を検出し、第１および第２の比較判定結果の双方が「コンデンサ異常」である場合に「直流電源回路１０ｂのコンデンサ異常」を検出することができる。

なお、短絡故障以外のコンデンサ異常を含むその他の動作については、実施の形態１，２のときと同様であり、重複する説明を省略する。

また、図３では、負側の直流母線が共通接続された３個の直流電源が構成される場合の実施の形態について、図２に示すような負側の直流母線が共通接続された２個の直流電源を有する実施の形態２の構成に、１個の直流電源、２個の電圧検出回路および、１個の比較判定回路が付加される構成として示した。この構成を拡張すれば、３個以上、かつ、奇数個の直流電源が構成される電源システムへの適用が可能となる。すなわち、負側の直流母線が共通接続された（２ｎ＋１）個（ｎは自然数）の直流電源が構成される場合に、（２ｎ＋１）個の直流電源のうちの２ｎ個の直流電源を２個ずつのグループに区分したｎ個のグループと、残余１個の直流電源とに区分すし、２個の直流電源を有するｎ個のグループについては、実施の形態２に示した回路構成を適用し、残余１個の直流電源については、実施の形態３に示した回路構成を適用すればよい。

最後に、実施の形態１〜３の回路における電圧検出回路および比較判定回路の各数と、背景技術の項で採り上げた特許文献１の回路における電圧検出回路および比較判定回路の各数とを比較する。なお、特許文献１における論理回路、反転論理ゲート、およびツェナーダイオードならびに、実施の形態１における加減算回路および定数倍回路については、電圧検出回路および比較判定回路に比べて回路規模が小さいので、比較対象から除外する。

まず、特許文献１の回路では、一の直流電源に直列接続された一のコンデンサ群に対し、２個の電圧検出回路と１個の比較判定回路とが必要となる。一方、実施の形態１の回路では、図１に示すように、直流電源数が２個であり、電圧検出回路数が３個であるので、一の直流電源に直列接続された一のコンデンサ群に対し、１．５個の電圧検出回路と１個の比較判定回路とで構成することができる。したがって、実施の形態１のコンデンサ異常検出装置によれば、従来回路に比して、部品点数を削減した構成となっている。

また、実施の形態２の回路では、図２に示すように、２個の直流電源に対し、２個の電圧検出回路と１個の比較判定回路とが必要であり、実施の形態３の回路では、図３に示すように、３個の直流電源に対し、４個の電圧検出回路と２個の比較判定回路とが必要である。したがって、実施の形態２，３のコンデンサ異常検出装置によれば、従来回路および実施の形態１の回路に比して、直流電源数あたりの部品点数を削減した構成となっている。

図４は、電圧検出回路および比較判定回路の各所要数を比較して示した図表であり、同図（ａ）は電圧検出回路の所要数、（ｂ）は比較判定回路の所要数を示している。図４に示すように、直流電源数（ｎ）が大きくなればなるほど、電圧検出回路所要数および比較判定回路所要数の削減効果は大きくなる。このため、本実施の形態にかかるコンデンサ異常検出装置は、例えば太陽光発電システムのように、太陽電池モジュール毎に直流電源が設けられる電源システムに好適である。

以上説明したように、実施の形態３のコンデンサ異常検出装置によれば、負側の直流母線が共通接続された（２ｎ＋１）個（ｎは自然数）の直流電源が構成されるとき第１の電圧検出回路は、（２ｎ＋１）個の直流電源のうちの２ｎ個の直流電源を２個単位でグルーピングしたｎ個のグループと、残余１個の直流電源とに区分すると共に、当該ｎ個の各グループに属する一方および他方の直流電源のうちの一方の直流電源における正側の直流母線と、他方の直流電源における正側の直流母線との間の電圧を検出し、第２の電圧検出回路は、一方の直流電源における直流母線間に接続された第１のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧と、他方の直流電源における直流母線間に接続された第２のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧との差電圧を検出し、第１の比較判定回路は、第１および第２の電圧検出回路の出力電圧に基づいて、第１のコンデンサ群または第２のコンデンサ群に属するコンデンサの異常を判定し、第３の電圧検出回路は、ｎ個のグループに属する直流電源の中から任意に選択された直流電源における正側の直流母線と、残余１個の直流電源における正側の直流母線との間の電圧を検出し、第４の電圧検出回路は、当該選択された直流電源における直流母線間に接続された第１または第２のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧と、残余１個の直流電源における直流母線間に接続された第３のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧との差電圧を検出し、第２の比較判定回路は、第３および第４の電圧検出回路の出力電圧に基づいて、第１〜第３のコンデンサ群に属するコンデンサの異常を判定することとしたので、コンデンサ異常検出装置に必要な回路主要部品の更なる削減が可能となる。

なお、上記実施の形態１〜３では、各直流母線間に接続されたコンデンサ群と同様に各直流母線間に接続されると共に、コンデンサ群を構成する各コンデンサに並列に接続され各直流母線間の電圧を分圧する抵抗器を具備する構成を例示したが、これらの抵抗器を省略しても構わない。

ただし、抵抗器を省略した場合には、コンデンサの経年変化等により、コンデンサ容量が変動してコンデンサ容量間にバラツキが生じ、各電圧検出回路への入力電圧が変動する可能性がある。このため、抵抗器を省略した構成の場合における各比較判定回路の判定処理では、コンデンサの経年変化によるコンデンサ容量の変動を考慮した判定処理が望まれる。

以上のように、本発明にかかるコンデンサ異常検出装置は、回路主要部品の更なる削減を可能とする発明として有用である。

１〜３ 直流電源
４ａ〜４ｃ，５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃ コンデンサ
７Ｐ，７Ｎ，８Ｐ，８Ｎ，９Ｐ，９Ｎ 直流母線
１０ａ〜１０ｃ 直流電源回路
１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃ，１３ａ〜１３ｃ 抵抗器
１５ａ〜１５ｃ，２５ａ，２５ｂ，３２，３４ 電圧検出回路
１６ａ，１６ｂ，２６，３６ 定数倍回路
１７ 加減算回路
１８，２８，３８ 比較判定回路

Claims (4)

1. 直流電源の直流母線間に直列接続された複数個のコンデンサからなるコンデンサ群の異常を検出するコンデンサ異常検出装置において、
   前記直流電源は、負側の直流母線が共通接続された第１および第２の直流電源からなり、
   前記第１の直流電源における第１の直流母線間の電圧を検出する第１の電圧検出回路と、
   前記第２の直流電源における第２の直流母線間の電圧を検出する第２の電圧検出回路と、
   前記第１の直流母線間に接続された第１のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧と、前記第２の直流母線間に接続された第２のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧との差電圧を検出する第３の電圧検出回路と、
   前記第１〜第３の電圧検出回路の出力電圧に基づいて、前記第１のコンデンサ群または前記第２のコンデンサ群に属するコンデンサの異常を判定する比較判定回路と、
   を備えたことを特徴とするコンデンサ異常検出装置。
2. 直流電源の直流母線間に直列接続された複数個のコンデンサからなるコンデンサ群の異常を検出するコンデンサ異常検出装置において、
   前記直流電源は、負側の直流母線が共通接続された２ｎ個（ｎは自然数）の直流電源からなり、
   前記２ｎ個の直流電源を２個単位でグルーピングしたｎ個のグループに区分すると共に、当該ｎ個の各グループに属する一方および他方の直流電源のうちの一方の直流電源における正側の直流母線と、他方の直流電源における正側の直流母線との間の電圧を検出する第１の電圧検出回路と、
   前記一方の直流電源における直流母線間に接続された第１のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧と、前記他方の直流電源における直流母線間に接続された第２のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧との差電圧を検出する第２の電圧検出回路と、
   前記第１および第２の電圧検出回路の出力電圧に基づいて、前記第１のコンデンサ群または前記第２のコンデンサ群に属するコンデンサの異常を判定する比較判定回路と、
   を前記区分したグループ毎に備えたことを特徴とするコンデンサ異常検出装置。
3. 直流電源の直流母線間に直列接続された複数個のコンデンサからなるコンデンサ群の異常を検出するコンデンサ異常検出装置において、
   前記直流電源は、負側の直流母線が共通接続された（２ｎ＋１）個（ｎは自然数）の直流電源からなり、
   前記（２ｎ＋１）個の直流電源のうちの２ｎ個の直流電源を２個単位でグルーピングしたｎ個のグループと、残余１個の直流電源とに区分すると共に、当該ｎ個の各グループに属する一方および他方の直流電源のうちの一方の直流電源における正側の直流母線と、他方の直流電源における正側の直流母線との間の電圧を検出する第１の電圧検出回路と、
   前記一方の直流電源における直流母線間に接続された第１のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧と、前記他方の直流電源における直流母線間に接続された第２のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧との差電圧を検出する第２の電圧検出回路と、
   前記第１および第２の電圧検出回路の出力電圧に基づいて、前記第１のコンデンサ群または前記第２のコンデンサ群に属するコンデンサの異常を判定する第１の比較判定回路と、
   を前記各グループ毎に備え、
   前記ｎ個のグループに属する直流電源の中から任意に選択された直流電源における正側の直流母線と、前記残余１個の直流電源における正側の直流母線との間の電圧を検出する第３の電圧検出回路と、
   前記選択された直流電源における直流母線間に接続された前記第１または前記第２のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧と、前記残余１個の直流電源における直流母線間に接続された第３のコンデンサ群に属する何れか一つのコンデンサの端子電圧との差電圧を検出する第４の電圧検出回路と、
   前記第３および第４の電圧検出回路の出力電圧に基づいて、前記第１〜第３のコンデンサ群に属するコンデンサの異常を判定する第２の比較判定回路と、
   を備えたことを特徴とするコンデンサ異常検出装置。
4. 前記各コンデンサ群を構成する各コンデンサに並列に接続されると共に、直列に接続されて前記各直流母線間に接続され、当該各直流母線間の電圧を分圧する抵抗器を具備することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のコンデンサ異常検出装置。

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