JP5615335B2 - 漏電検知装置 - Google Patents

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。後記の特許文献１〜３には、このような漏電検知装置が記載されている。

また、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備えたものもある。特許文献２、３の漏電検知装置は、このような自己診断機能を備えたものである。

特許文献１には、カップリングコンデンサの一端側に直流電源のプラス端子を接続し、カップリングコンデンサの他端側となる測定点に、矩形波パルス信号を印加して、当該コンデンサを充電し、このとき測定点に発生する電圧信号を検出して、直流電源の地絡を検出する地絡検出装置が記載されている。本文献では、矩形波パルス信号が第１の位相となる時点で、測定点にて測定される電圧値と、矩形波パルス信号が第２の位相となる時点で、測定点にて測定される電圧値との差分を求める。そして、この差分電圧に基づいて、直流電源の地絡を検出する。

特許文献２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３には、カップリングコンデンサを通じて対地絶縁回路にパルス電圧を印加し、対地絶縁回路に流れる漏電電流に略比例する信号電圧の大きさに応じて、対地絶縁回路の絶縁良否を判定する絶縁性能診断装置が記載されている。本文献では、対地絶縁回路の対地絶縁抵抗が低下した場合と同じ信号変化を生じさせる疑似絶縁低下回路が設けられている。

図１３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、メモリ５、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６と、漏電判定部７と、診断部８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、トランジスタＱおよび抵抗Ｒ３〜Ｒ５からなる。高電圧のバッテリ（直流電源）３００の負極側は、ケーブルＷ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１５（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６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１４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１４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６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７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から漏電検知信号が出力される。

漏電検知装置２００の自己診断を行う場合は、上位装置からＣＰＵ１に、プリチェック要求信号が入力される。ＣＰＵ１の診断部８は、この信号を受けて、擬似漏電状態を作り出すために、図１５（ｂ）のように、擬似漏電回路４のトランジスタＱをオンにする。これにより、図１３の破線矢印で示すように、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１５（ｃ）のように、トランジスタＱ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７は「漏電あり」と判定する。そして、この判定に基づき、図１５（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８は、漏電検知が正常に行われていると判定する。

特開２００３−２５０２０１号公報 特開２００５−１２７８２１号公報 特開２００７−１６３２９１号公報

図１３において、バッテリ３００とグランドＧとの間には、浮遊容量Ｃｓが存在するため、パルス発生器２が出力するパルスにより、浮遊容量Ｃｓも充電される。したがって、カップリングコンデンサＣ１の容量が浮遊容量Ｃｓより小さいと、カップリングコンデンサＣ１は、浮遊容量Ｃｓの充電が完了する前に充電が完了し、短時間で飽和してしまう。この結果、図１４で示したような電圧変化が得られず、正常な漏電検知ができなくなる。したがって、カップリングコンデンサＣ１の容量は、浮遊容量Ｃｓに比べて十分大きな値でなければならない。このため、カップリングコンデンサＣ１の外形が大きくなって、基板上での実装面積が増加する。

本発明の課題は、カップリングコンデンサの容量を小さくすることが可能な漏電検知装置を提供することにある。

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、直流電源を擬似的に漏電状態にする擬似漏電回路と、一端が直流電源に接続され、他端が擬似漏電回路に接続される第２カップリングコンデンサと、擬似漏電回路により直流電源を擬似的に漏電状態にした場合に、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の他端と、第２カップリングコンデンサの他端との間に設けられた第１スイッチと、この第１スイッチのオン・オフを制御するスイッチ制御部とをさらに備える。そして、擬似漏電回路により直流電源を擬似的に漏電状態にして、診断部による診断を行う自己診断モードにおいては、スイッチ制御部が第１スイッチをオフにすることにより、パルス発生器に対して、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と、擬似漏電回路とが直列に接続される。また、擬似漏電回路により直流電源を擬似的に漏電状態にせず、漏電判定部による判定を行う通常モードにおいては、スイッチ制御部が第１スイッチをオンにすることにより、パルス発生器に対して、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とが並列に接続される。

このようにすると、通常モードの場合には、第１スイッチのオンにより、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とが並列接続されるので、それらの合成容量は、第１カップリングコンデンサだけの場合に比べて大きくなる。したがって、例えば両コンデンサの容量が同じである場合、それぞれのコンデンサの容量を従来の半分にしても、合成容量は従来と同じ容量となる。このため、第１および第２カップリングコンデンサとして、小容量のコンデンサを用いることができる。その結果、コンデンサの外形が小さくなって、基板上での実装面積が少なくて済む。また、第２カップリングコンデンサは、もともと漏電検知装置に備わっているものなので、第１カップリングコンデンサと並列接続されるコンデンサを新たに設ける必要もない。

本発明において、第２カップリングコンデンサの他端と第１スイッチとの接続点と、擬似漏電回路との間に、スイッチ制御部によりオン・オフが制御される第２スイッチを設けてもよい。この場合、スイッチ制御部は、自己診断モードにおいて、第１スイッチをオフにするとともに第２スイッチをオンにし、通常モードにおいて、第１スイッチをオンにするとともに第２スイッチをオフにする。

本発明において、直流電源に一端が接続された第１ケーブルの他端を、第１カップリングコンデンサの一端に接続するための第１端子と、直流電源に一端が接続された第２ケーブルの他端を、第２カップリングコンデンサの一端に接続するための第２端子とをさらに備えていてもよい。この場合、自己診断モードにおいては、パルス発生器から、第１カップリングコンデンサ、第１端子、第１ケーブル、第２ケーブル、第２端子、および第２カップリングコンデンサを経由して、擬似漏電回路に至る電流経路が形成される。また、通常モードにおいては、パルス発生器から、第１カップリングコンデンサ、第１端子、第１ケーブル、および第２ケーブルを経由して、グランドに至る電流経路と、パルス発生器から、第１スイッチ、第２カップリングコンデンサ、および第２端子を経由して、グランドに至る電流経路とが形成される。

本発明において、第１ケーブルおよび第２ケーブルの一方または両方が断線したことを検知する断線検知部をさらに備えていてもよい。この場合、断線検知部は、自己診断モードにおいて、電圧検出部により検出される電圧が閾値以上となったことに基づいて断線を検知する。

本発明によれば、カップリングコンデンサの容量を小さくすることが可能な漏電検知装置を提供できる効果がある。

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。 第１実施形態の自己診断モードにおける電流経路を示した回路図である。 第１実施形態の通常モードにおける電流経路を示した回路図である。 第１実施形態の動作（非断線時）を示したタイミングチャートである。 第１実施形態の動作（断線時）を示したタイミングチャートである。 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実施形態の自己診断モードにおける電流経路を示した回路図である。 第２実施形態の通常モードにおける電流経路を示した回路図である。 第２実施形態の動作（非断線時）を示したタイミングチャートである。 第２実施形態の動作（断線時）を示したタイミングチャートである。 本発明の第３実施形態による漏電検知装置を示した回路図である。 本発明の第４実施形態による漏電検知装置を示した回路図である。 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。 従来の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。以下では、電気自動車やハイブリッドカーに搭載される漏電検知装置に本発明を適用した例を挙げる。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Ｗ１，Ｗ２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、メモリ５、抵抗Ｒ１、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３、スイッチＳＷ１、および端子Ｔ１〜Ｔ５を備えている。

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６、漏電判定部７、診断部８、断線検知部９、およびスイッチ制御部１０を備えている。実際には、これらのブロック６〜１０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って、その一端は端子Ｔ１（第１端子）を介してバッテリ３００の負極に接続され、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、端子Ｔ２（第２端子）を介してバッテリ３００の負極に接続され、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、スイッチング素子としてのトランジスタＱと、抵抗Ｒ３〜Ｒ５とからなる。トランジスタＱのコレクタには抵抗Ｒ３が接続されており、カップリングコンデンサＣ３は、抵抗Ｒ３と直列に接続されている。トランジスタＱのエミッタは、グランドＧに接地されている。トランジスタＱのベースは、抵抗Ｒ５を介して、ＣＰＵ１に接続されている。抵抗Ｒ４は、トランジスタＱのベースとエミッタとにまたがって接続されている。

スイッチＳＷ１（第１スイッチ）は、カップリングコンデンサＣ１の他端と、カップリングコンデンサＣ３の他端との間に設けられている。詳しくは、スイッチＳＷ１の一端は、カップリングコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１との接続点（Ｐ点）に接続されており、スイッチＳＷ１の他端は、カップリングコンデンサＣ３と抵抗Ｒ３との接続点に接続されている。このスイッチＳＷ１は、ＣＰＵ１からの制御信号によりオン・オフ動作を行い、後述するように、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３同士の接続状態を切り替える。スイッチＳＷ１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５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５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６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において行われる。

漏電判定部７は、電圧検出部６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８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７が「漏電あり」と判定したか否かを診断する。

断線検知部９は、電圧検出部６が検出した電圧の状態に基づいて、ケーブルＷ１，Ｗ２の一方または両方が断線したことを検知する。

スイッチ制御部１０は、漏電検知装置１００の動作モード（通常モードおよび自己診断モード）に応じて、スイッチＳＷ１のオン・オフを制御する。

ケーブルＷ１（第１ケーブル）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１００の端子Ｔ１に接続され、この端子Ｔ１を介して、カップリングコンデンサＣ１の一端に接続されている。

ケーブルＷ２（第２ケーブル）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１００の端子Ｔ２に接続され、この端子Ｔ２を介して、カップリングコンデンサＣ３の一端に接続されている。

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。

漏電検知装置１００の端子Ｔ３〜Ｔ５は、ＣＰＵ１に接続されている。端子Ｔ３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Ｔ４からは、断線が検知された場合に断線検知信号が出力される。端子Ｔ５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。

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。

パルス発生器２は、図４（ａ）に示す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Ｔ５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は、漏電検知装置１００の動作モードを、自己診断モードに設定する。自己診断モードとは、擬似漏電回路４によりバッテリ３００を擬似的に漏電状態にして、診断部８による診断（漏電を正常に検知できるか否かの診断）を行うモードをいう。図２は、自己診断モードの回路状態を示している。

自己診断モードになると、ＣＰＵ１の診断部８は、トランジスタＱをオンにするための制御信号を出力する。トランジスタＱは、この制御信号が抵抗Ｒ５を介してベースに与えられることによって、図４（ｂ）に示すようにオンする。一方、ＣＰＵ１のスイッチ制御部１０は、自己診断モード中はスイッチＳＷ１をオンにするための制御信号を出力しない。このため、スイッチＳＷ１は図４（ｃ）に示すように、オフとなっている。したがって、自己診断モードにおいては、図２からわかるように、パルス発生器２に対して、カップリングコンデンサＣ１と、カップリングコンデンサＣ３と、擬似漏電回路４とが直列に接続されることになる。

トランジスタＱがオンすると、図２に破線矢印で示したように、パルス発生器２→抵抗Ｒ１→カップリングコンデンサＣ１→端子Ｔ１→ケーブルＷ１→ケーブルＷ２→端子Ｔ２→カップリングコンデンサＣ３→擬似漏電回路４の電流経路Ｘが形成される。なお、実際には、バッテリ３００とグランドＧ（車体）との間に浮遊容量Ｃｓが存在し、パルスによって浮遊容量Ｃｓにも充電が行われる。また、バッテリ３００に漏電が生じた場合は、バッテリ３００とグランドＧ（車体）との間に漏電抵抗Ｒｓが存在する。擬似漏電回路４のトランジスタＱのエミッタはグランドＧ（車体）に接地されているので、トランジスタＱ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が充電される。ここで、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３は直列に接続されているため、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３が並列に接続された場合（後述の通常モード）と比べて、Ｐ点の電位すなわち入力電圧Ｖの上昇が緩やかとなる。その結果、図４（ｄ）のｔ１に示すように、電圧検出部６での検出電圧が閾値ＳＨ未満となるので、漏電判定部７は「漏電あり」と判定する。そして、この判定に基づき、図４（ｅ）に示すように、ＣＰＵ１から漏電検知信号が出力される。これにより、診断部８は、漏電検知が正常に行われていると判定する。なお、ケーブルＷ１，Ｗ２に断線が生じていない場合は、図４（ｆ）に示すように、断線検知部９は断線検知信号を出力しない。断線検知の詳細については後述する。

自己診断が終了すると、ＣＰＵ１は、漏電検知装置１００の動作モードを、自己診断モードから通常モードに切り替える。通常モードとは、擬似漏電回路４によりバッテリ３００を擬似的に漏電状態にせず、漏電判定部７による判定（実際に漏電が生じているか否かの判定）を行うモードをいう。図３は、通常モードの回路状態を示している。

通常モードになると、ＣＰＵ１の診断部８は、トランジスタＱをオンさせていた制御信号の出力を停止する。このため、トランジスタＱは、図４（ｂ）に示すようにオフとなる。一方、ＣＰＵ１のスイッチ制御部１０は、スイッチＳＷ１をオンにするための制御信号を出力する。スイッチＳＷ１は、この制御信号により図４（ｃ）に示すようにオンとなる。したがって、通常モードにおいては、図３からわかるように、パルス発生器２に対して、カップリングコンデンサＣ１と、カップリングコンデンサＣ３とが並列に接続されることになる。

バッテリ３００に漏電が生じていない状態で、トランジスタＱがオフし、スイッチＳＷ１がオンすると、図３に破線矢印で示したように、パルス発生器２→抵抗Ｒ１→カップリングコンデンサＣ１→端子Ｔ１→ケーブルＷ１→ケーブルＷ２→浮遊容量Ｃｓ→グランドＧの電流経路Ｙと、パルス発生器２→抵抗Ｒ１→スイッチＳＷ１→カップリングコンデンサＣ３→端子Ｔ２→浮遊容量Ｃｓ→グランドＧの電流経路Ｚとが形成される。

これにより、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３が、パルス発生器２の出力パルスによって充電される。ここで、トランジスタＱがオン状態からオフ状態になるため、すなわち、抵抗Ｒ３がグランドＧに接続されている状態から、接続されていない状態になるため、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３が直列に接続された場合（前述の自己診断モード）と比べて、Ｐ点の電位すなわち入力電圧Ｖの上昇が急峻となる。したがって、図４（ｄ）のｔ２に示すように、電圧検出部６での検出電圧が閾値ＳＨ以上となるので、漏電判定部７は「漏電なし」と判定する。その結果、図４（ｅ）に示すように、ＣＰＵ１から漏電検知信号が出力されなくなる。

一方、バッテリ３００とグランドＧとの間に漏電が生じると、漏電抵抗Ｒｓの存在により、Ｐ点の電位の上昇が緩やかとなるので、図４（ｄ）のｔ３に示すように、電圧検出部６での検出電圧が閾値ＳＨ未満となる。このため、漏電判定部７は「漏電あり」と判定する。そして、この判定に基づき、図４（ｅ）に示すように、ＣＰＵ１から漏電検知信号が出力される。

次に、断線検知部９による断線検知について説明する。ケーブルＷ１，Ｗ２の一方または両方が断線した場合は、図２の電流経路Ｘが形成されないので、トランジスタＱをオンして自己診断モードにしても、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、ケーブル断線時の自己診断モードにおいては、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点の電圧すなわち検出電圧が、図５（ｄ）のｔ４に示すように、閾値ＳＨ以上となる。このため、漏電判定部７では「漏電なし」と判定されるので、図５（ｅ）に示すように、漏電検知信号は出力されない。そして、断線検知部９は、自己診断モードにおいて、検出電圧が閾値ＳＨ以上である状態が一定時間Ｔだけ継続した場合に、ケーブルＷ１，Ｗ２の一方または両方に断線が生じたことを検知する。断線が検知されると、図５（ｆ）のように、ＣＰＵ１から断線検知信号が出力される。この断線検知信号は、端子Ｔ４を介して上位装置へ送られ、上位装置において異常処理（例えば、断線を知らせる警報の出力）が行われる。

以上のように、第１実施形態においては、通常モード時にスイッチＳＷ１がオンすることにより、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３が並列接続されるので、それらの合成容量は、カップリングコンデンサＣ１だけの場合に比べて大きくなる。したがって、両コンデンサＣ１，Ｃ３の容量が同じである場合、それぞれのコンデンサの容量を従来の半分にしても、合成容量は従来と同じ容量となる。このため、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３として小容量のコンデンサを用いることができる。その結果、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３の外形が小さくなって、基板上での実装面積が少なくて済む。しかも、カップリングコンデンサＣ３は、もともと漏電検知装置１００に備わっているものなので、カップリングコンデンサＣ１と並列接続されるコンデンサを新たに設ける必要もない。さらに、第１実施形態では、断線検知部９によって、ケーブルＷ１，Ｗ２の断線を検知することができる。

次に、第２実施形態による漏電検知装置につき、図６〜図８を参照しながら説明する。図６〜図８では、図１〜図３と同一部分または対応する部分には同一符号を付してある。したがって、重複する部分の説明は省略する。

図６は、第２実施形態による漏電検知装置１０１の構成を示している。図６において、図１と異なる点は、カップリングコンデンサＣ３とスイッチＳＷ１との接続点と、擬似漏電回路４との間に、スイッチＳＷ２（第２スイッチ）が設けられている点である。このスイッチＳＷ２は、スイッチＳＷ１と同様に、フォトリレーなどから構成されていて、スイッチ制御部１０によりオン・オフが制御される。

自己診断モードにおいては、図７に示すように、スイッチ制御部１０は、スイッチＳＷ１をオフにするとともに、スイッチＳＷ２をオンにする。また、診断部８は、トランジスタＱをオンにする。この状態では、パルス発生器２に対して、カップリングコンデンサＣ１と、カップリングコンデンサＣ３と、擬似漏電回路４とが直列に接続される。そして、破線矢印で示したように、パルス発生器２→抵抗Ｒ１→カップリングコンデンサＣ１→端子Ｔ１→ケーブルＷ１→ケーブルＷ２→端子Ｔ２→カップリングコンデンサＣ３→スイッチＳＷ２→擬似漏電回路４の電流経路Ｘ’が形成される。これにより、擬似的な漏電状態が作り出される。自己診断モードにおける漏電検知装置１０１の動作は、第１実施形態の場合と同様であるので、詳細な説明を省略する。

一方、通常モードにおいては、図８に示すように、スイッチ制御部１０は、スイッチＳＷ１をオンにするとともに、スイッチＳＷ２をオフにする。また、診断部８は、トランジスタＱをオフにする。この状態では、パルス発生器２に対して、カップリングコンデンサＣ１と、カップリングコンデンサＣ３とが並列に接続される。そして、破線矢印で示したように、パルス発生器２→抵抗Ｒ１→カップリングコンデンサＣ１→端子Ｔ１→ケーブルＷ１→ケーブルＷ２→浮遊容量Ｃｓ→グランドＧの電流経路Ｙと、パルス発生器２→抵抗Ｒ１→スイッチＳＷ１→カップリングコンデンサＣ３→端子Ｔ２→浮遊容量Ｃｓ→グランドＧの電流経路Ｚとが形成される。

通常モードにおける漏電検知装置１０１の動作も、第１実施形態の場合と基本的に同じである。但し、第２実施形態では、通常モード時にスイッチＳＷ２がオフすることによって、擬似漏電回路４がカップリングコンデンサＣ１，Ｃ３から電気的に切り離される点が、第１実施形態と異なる。

第１実施形態の場合は、通常モードにおいて、擬似漏電回路４がカップリングコンデンサＣ１，Ｃ３と電気的に接続されている（図３参照）。このため、例えば、トランジスタＱのコレクタ・エミッタ間に存在する浮遊容量などが原因で、電流経路Ｚに流れる電流の一部が擬似漏電回路４に流れる場合がある。すると、Ｐ点の電位が変動し、漏電判定部７において閾値と比較される電圧値が変動するので、漏電判定部７で正確な漏電有無の判定ができなくなる。

しかるに、第２実施形態のように、スイッチＳＷ２により擬似漏電回路４をカップリングコンデンサＣ１，Ｃ３から電気的に切り離すことで、上述したトランジスタＱの浮遊容量などに起因してＰ点の電位が変動するのが回避され、漏電判定部７において漏電有無を正確に判定することができる。なお、トランジスタＱに関して、浮遊容量などの特性があらかじめ判明している場合は、当該特性を考慮して漏電判定部７の閾値を設定すればよいので、第１実施形態を採用しても問題はない。

第２実施形態においても、ケーブルＷ１，Ｗ２の断線を検知することができる。その原理は、第１実施形態と同様であるので、詳細についての説明は省略する。図９は、第２実施形態の非断線時における動作を示したタイミングチャート、図１０は、第２実施形態の断線時における動作を示したタイミングチャートである。図９および図１０とも、（ｄ）にスイッチＳＷ２の動作が追加されている点を除いて、図４および図５と同様である。

図１１は、本発明の第３実施形態による漏電検知装置１０２を示している。第３実施形態は、第１実施形態（図１）の端子Ｔ２とケーブルＷ２を省略し、カップリングコンデンサＣ３の一端を、漏電検知装置１０２内で端子Ｔ１に接続したものである。なお、本実施形態では、ケーブルＷ１の断線を検知できないので、ＣＰＵ１に断線検知部９は設けられておらず、断線検知信号を出力する端子Ｔ４も設けられていない。

この漏電検知装置１０２においては、図２および図３の電流経路Ｘ，Ｙ，Ｚの形成のされ方が異なるが、基本的な動作は、断線検知を除いて第１実施形態の場合と同じである。したがって、動作については、第１実施形態で説明した動作から容易に理解が可能なので、詳細な説明は省略する。

図１２は、本発明の第４実施形態による漏電検知装置１０３を示している。第４実施形態は、第２実施形態（図６）の端子Ｔ２とケーブルＷ２を省略し、カップリングコンデンサＣ３の一端を、漏電検知装置１０３内で端子Ｔ１に接続したものである。なお、本実施形態でも、ケーブルＷ１の断線を検知できないので、ＣＰＵ１に断線検知部９は設けられておらず、断線検知信号を出力する端子Ｔ４も設けられていない。

この漏電検知装置１０３においては、図７および図８の電流経路Ｘ’，Ｙ，Ｚの形成のされ方が異なるが、基本的な動作は、断線検知を除いて第２実施形態の場合と同じである。したがって、動作については、第２実施形態で説明した動作から容易に理解が可能なので、詳細な説明は省略する。

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ＳＷ１，ＳＷ２としてフォトリレーを例に挙げたが、フォトリレーに代えて電磁リレーを用いてもよい。また、擬似漏電回路４のトランジスタＱを、ＦＥＴやリレーなどに置き換えてもよい。

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、必要に応じて、カップリングコンデンサＣ１，Ｃ３の充電電荷を強制的に放電させるための放電回路を付加してもよい。

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６がＰ点の電圧を検出するとともに、漏電判定部７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６による電圧検出および漏電判定部７による漏電有無判定を行ってもよい。

また、前記の実施形態では、カップリングコンデンサＣ１の一端が直流電源３００の負極に接続されているが、カップリングコンデンサＣ１の一端を、直流電源３００の正極に接続してもよい。同様に、カップリングコンデンサＣ３の一端を、直流電源３００の正極に接続してもよい。

さらに、前記の実施形態では、電気自動車やハイブリッドカー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
６ 電圧検出部
７ 漏電判定部
８ 診断部
９ 断線検知部
１０ スイッチ制御部
１００，１０１，１０２，１０３ 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
ＳＷ１ スイッチ（第１スイッチ）
ＳＷ２ スイッチ（第２スイッチ）
Ｔ１ 端子（第１端子）
Ｔ２ 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）
Ｘ，Ｘ’，Ｙ，Ｚ 電流経路

Claims (4)

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、
   前記直流電源を擬似的に漏電状態にする擬似漏電回路と、
   一端が前記直流電源に接続され、他端が前記擬似漏電回路に接続される第２カップリングコンデンサと、
   前記擬似漏電回路により前記直流電源を擬似的に漏電状態にした場合に、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、
   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の他端と、前記第２カップリングコンデンサの他端との間に設けられた第１スイッチと、
   前記第１スイッチのオン・オフを制御するスイッチ制御部と、をさらに備え、
   前記擬似漏電回路により前記直流電源を擬似的に漏電状態にして、前記診断部による診断を行う自己診断モードにおいては、前記スイッチ制御部が前記第１スイッチをオフにすることにより、前記パルス発生器に対して、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と、前記擬似漏電回路とが直列に接続され、
   前記擬似漏電回路により前記直流電源を擬似的に漏電状態にせず、前記漏電判定部による判定を行う通常モードにおいては、前記スイッチ制御部が前記第１スイッチをオンにすることにより、前記パルス発生器に対して、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とが並列に接続される、ことを特徴とする漏電検知装置。
2. 請求項１に記載の漏電検知装置において、
   前記第２カップリングコンデンサの他端と前記第１スイッチとの接続点と、前記擬似漏電回路との間に、前記スイッチ制御部によりオン・オフが制御される第２スイッチを設け、
   前記スイッチ制御部は、
   前記自己診断モードにおいて、前記第１スイッチをオフにするとともに前記第２スイッチをオンにし、
   前記通常モードにおいて、前記第１スイッチをオンにするとともに前記第２スイッチをオフにする、ことを特徴とする漏電検知装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の漏電検知装置において、
   前記直流電源に一端が接続された第１ケーブルの他端を、前記第１カップリングコンデンサの一端に接続するための第１端子と、
   前記直流電源に一端が接続された第２ケーブルの他端を、前記第２カップリングコンデンサの一端に接続するための第２端子と、をさらに備え、
   前記自己診断モードにおいて、前記パルス発生器から、前記第１カップリングコンデンサ、前記第１端子、前記第１ケーブル、前記第２ケーブル、前記第２端子、および前記第２カップリングコンデンサを経由して、前記擬似漏電回路に至る電流経路が形成され、
   前記通常モードにおいて、前記パルス発生器から、前記第１カップリングコンデンサ、前記第１端子、前記第１ケーブル、および前記第２ケーブルを経由して、グランドに至る電流経路と、前記パルス発生器から、前記第１スイッチ、前記第２カップリングコンデンサ、および前記第２端子を経由して、グランドに至る電流経路とが形成される、ことを特徴とする漏電検知装置。
4. 請求項３に記載の漏電検知装置において、
   前記第１ケーブルおよび前記第２ケーブルの一方または両方が断線したことを検知する断線検知部をさらに備え、
   前記断線検知部は、前記自己診断モードにおいて、前記電圧検出部により検出される電圧が前記閾値以上となったことに基づいて断線を検知する、ことを特徴とする漏電検知装置。

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