JP5642146B2 - 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、電気自動車やハイブリッド車においては、車両走行用のモータを駆動するための高電圧バッテリ（直流電源）が搭載される。このバッテリは、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、バッテリと車体との間で絶縁不良や短絡等が発生した場合、バッテリ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、バッテリに付設される。特許文献１、２には、電気自動車などに搭載される漏電検知装置が記載されている。

図１０は、特許文献１の漏電検知装置を示している。漏電検知装置２００は、バッテリ１０の正極側に接続されたスイッチ１１と、バッテリ１０の負極側に接続されたスイッチ１３と、スイッチ１１と直列に接続された抵抗１２と、スイッチ１３と直列に接続された抵抗１４と、抵抗１２、１４の接続点とグランドＧとの間に接続された電圧検出抵抗１５と、電圧検出抵抗１５に接続された漏電検出・制御部１６とを備えている。漏電検出・制御部１６は、スイッチ１１、１３のオン・オフを制御するとともに、電圧検出抵抗１５の両端の電圧に基づいて、バッテリ１０の漏電を検出する。漏電警告表示部１７は、漏電検出・制御部１６が漏電を検出したときに、警告を表示する。バッテリ１０が接続された電源ライン２１ａ、２１ｂには、モータなどの車両負荷１８が接続される。

図１０において、バッテリ１０の正極側に漏電が発生し、電源ライン２１ａが漏電抵抗１９を介してグランドＧに接地された場合、これを検出するには、漏電検出・制御部１６によりスイッチ１３をオンにし、スイッチ１１をオフにする。すると、バッテリ１０の正極→電源ライン２１ａ→漏電抵抗１９→グランドＧ→電圧検出抵抗１５→抵抗１４→スイッチ１３→電源ライン２１ｂ→バッテリ１０の負極の経路で漏電電流が流れる。この漏電電流により、電圧検出抵抗１５に電圧降下が発生する。漏電検出・制御部１６は、電圧検出抵抗１５の両端の電圧に基づいて漏電を検出し、また当該電圧の方向により、バッテリ１０の正極側に漏電が発生したことを判別する。

一方、図１０において、バッテリ１０の負極側に漏電が発生し、電源ライン２１ｂが漏電抵抗２０を介してグランドＧに接地された場合、これを検出するには、漏電検出・制御部１６によりスイッチ１１をオンにし、スイッチ１３をオフにする。すると、バッテリ１０の正極→電源ライン２１ａ→スイッチ１１→抵抗１２→電圧検出抵抗１５→グランドＧ→漏電抵抗２０→電源ライン２１ｂ→バッテリ１０の負極の経路で漏電電流が流れる。この漏電電流により、電圧検出抵抗１５に電圧降下が発生する。漏電検出・制御部１６は、電圧検出抵抗１５の両端の電圧に基づいて漏電を検出し、また当該電圧の方向により、バッテリ１０の負極側に漏電が発生したことを判別する。

この漏電検知装置２００においては、スイッチ１１、１３を選択的にオンすることで、バッテリ１の正極側と負極側で同時に漏電が発生した場合でも、漏電を検出することができる。

図１１は、特許文献２の漏電検知装置を示している。漏電検知装置３００は、電源装置４００に付設される。電源装置４００は、バッテリ３０の電圧を昇圧する昇圧回路３１と、トランス３２と、昇圧された電圧を整流する整流回路３３と、整流された直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換回路３４と、変換された交流電圧から高調波成分を除去するフィルタ３５と、電源装置４００から負荷３７への給電路を開閉するスイッチ３６とを備えている。漏電検知装置３００は、整流回路３３の出力端の電源ライン５０ａ、５０ｂの間に直列接続された抵抗Ｒ７、Ｒ８と、抵抗Ｒ７、Ｒ８の接続点とグランドＧとの間に直列接続された電圧検出素子３９およびコンデンサＣｏと、電圧検出素子３９で検出された電圧を増幅する増幅器４０と、増幅器４０の出力に基づいて漏電有無を判定する判定部４１とを備えている。

この漏電検知装置３００では、ＤＣ／ＡＣ変換回路３４と負荷３７との間、すなわち交流の電源ライン６０ａ、６０ｂにおける漏電を検知する場合は、図１２に示すように、電圧検出素子３９として抵抗Ｒｓが用いられる。図１２では、簡略化のために、図１１の回路の一部を省略してある。

図１２において、電源ライン６０ａまたは６０ｂとグランドＧとの間に漏電が発生した場合は、漏電抵抗Ｒ９またはＲ１０、グランドＧ、コンデンサＣｏ、抵抗Ｒｓ、および抵抗Ｒ７またはＲ８を介して漏電電流が流れる。この漏電電流により、抵抗Ｒｓの両端に電圧Ｖｓが発生する。この電圧Ｖｓは交流電圧であって、増幅器４０を経て判定部４１に入力される。判定部４１は、電圧Ｖｓの実効値を閾値と比較し、実効値が閾値を超えたときに、電源ライン６０ａまたは６０ｂに漏電が発生したと判定する。

一方、整流回路３３とＤＣ／ＡＣ変換回路３４との間、すなわち直流の電源ライン５０ａ、５０ｂにおける漏電を検知する場合は、図１３に示すように、電圧検出素子３９としてコンデンサＣｓが用いられる。図１３では、簡略化のために、図１１の回路の一部を省略してある。

図１３において、電源ライン５０ａとグランドＧとの間に漏電が発生した場合は、漏電抵抗Ｒ９、グランドＧ、コンデンサＣｏ、コンデンサＣｓ、および抵抗Ｒ８を介して漏電電流が流れる。この漏電電流により、コンデンサＣｓの両端に電圧Ｖｓが発生する。この電圧Ｖｓは直流電圧であって、増幅器４０を経て判定部４１に入力される。判定部４１は、電圧Ｖｓを閾値と比較し、Ｖｓの値が閾値を超えておれば、漏電が発生したと判定する。また、判定部４１は、電圧Ｖｓの方向（極性）に基づいて、漏電発生箇所が電源ライン５０ａとグランドＧとの間であることを判別する。

また、図１３において、電源ライン５０ｂとグランドＧとの間に漏電が発生した場合は、抵抗Ｒ７、コンデンサＣｓ、コンデンサＣｏ、グランドＧ、および漏電抵抗Ｒ１０を介して漏電電流が流れる。この漏電電流により、コンデンサＣｓの両端に電圧Ｖｓが発生する。この電圧Ｖｓは直流電圧であって、増幅器４０を経て判定部４１に入力される。判定部４１は、電圧Ｖｓを閾値と比較し、Ｖｓの値が閾値を超えたときに、漏電が発生したと判定する。また、判定部４１は、電圧Ｖｓの方向（極性）に基づいて、漏電発生箇所が電源ライン５０ｂとグランドＧとの間であることを判別する。

この漏電検知装置３００においては、検出素子３９（抵抗ＲｓまたはコンデンサＣｓ）とグランドＧの間に、コンデンサＣｏが介在しているので、電源ライン５０ａ、５０ｂとグランドＧとの間が、直流的に絶縁されている。

特開平８−１６３７０４号公報 特開２００４−３４３９７２号公報

特許文献１の漏電検知装置２００（図１０）においては、漏電検知のためにスイッチ１１またはスイッチ１３をオンにすると、バッテリ１０が、スイッチ１１、１３、抵抗１２、１４、および電圧検出抵抗１５を介して、グランドＧに接地される。このため、漏電検知を行う場合に、バッテリ１０とグランドＧとの間を直流的に絶縁することができず、絶縁性能が低下する。

特許文献２の漏電検知装置３００（図１１）においては、電源ライン５０ａ、６０ａ側と、電源ライン５０ｂ、６０ｂ側とに同時に漏電が発生した場合、これを検知することができない。また、直流の電源ライン５０ａ、５０ｂの漏電を検知する場合（図１３）、絶縁用のコンデンサＣｏの電荷を放電できないので、コンデンサＣｓに代えて抵抗を用いると、当該抵抗に電圧が現れず、漏電検知ができなくなる。このため、電圧検出素子３９としてコンデンサＣｓが必須となるが、コンデンサは抵抗に比べて、コストや実装スペースの点で不利である。

本発明の課題は、漏電を検知する際に直流電源の絶縁を確保することができ、かつ、電源ラインの正極側と負極側で同時に漏電が発生した場合でも、漏電検知が可能な漏電検知装置を提供することにある。

本発明の他の課題は、直流電源の絶縁を確保するためのコンデンサの電荷の影響を排除し、電圧検出素子として抵抗を用い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、直流電源の正極と負極の間に直列に接続された、第１スイッチと第１抵抗の直列回路、および第２スイッチと第２抵抗の直列回路と、これらの直列回路の接続点とグランドとの間に直列に接続された、コンデンサおよび電圧検出抵抗と、電圧検出抵抗の両端の電圧を計測する電圧計測回路と、第１スイッチおよび第２スイッチのオン・オフを制御するとともに、第１スイッチまたは第２スイッチがオンしたときの、電圧計測回路で計測された電圧の値に基づいて、直流電源の漏電の有無を判定する制御部とを備える。

このような構成によると、漏電検知のために第１スイッチまたは第２スイッチをオンにした場合でも、直流電源の各極とグランドとの間が、コンデンサにより直流的に絶縁されている。したがって、直流電源が、各スイッチおよび各抵抗を介してグランドに接地されることはないので、絶縁性能を維持することができる。また、第１スイッチと第２スイッチを選択的にオンさせることで、直流電源の正極側と負極側で同時に漏電が発生した場合でも、漏電を検出することができる。

本発明では、上記コンデンサと並列に接続された第３スイッチをさらに備えるのが好ましい。この場合、制御部は、第１スイッチまたは第２スイッチをオンさせる前に、第３スイッチをオンさせて、コンデンサの電荷を第３スイッチを通して放電させる。

このようにすると、第１スイッチまたは第２スイッチがオンした時点では、コンデンサに電荷がない状態なので、電圧検出抵抗に漏電電流による電圧が現われる。したがって、電圧検出素子としてコンデンサを用いる必要がなく、抵抗を用いて電圧検出を行うことができる。

本発明において、第１スイッチと第１抵抗の直列回路は、直流電源の正極側に設けられ、第２スイッチと第２抵抗の直列回路は、直流電源の負極側に設けられていてもよい。この場合、制御部は、第１スイッチをオンさせ、第２スイッチをオフさせたときに、直流電源の負極側の漏電の有無を判定し、第２スイッチをオンさせ、第１スイッチをオフさせたときに、直流電源の正極側の漏電の有無を判定する。

本発明において、電圧計測回路は、第１スイッチまたは第２スイッチがオンすると、即時に、電圧検出抵抗の両端の電圧を計測するのが好ましい。

本発明の別の形態として、漏電検知装置は、直流電源の正極と負極の間に直列に接続された、第１スイッチと第１抵抗と第１コンデンサの直列回路、および第２スイッチと第２抵抗と第２コンデンサの直列回路と、第１コンデンサと並列に接続された第３スイッチと、第２コンデンサと並列に接続された第４スイッチと、上記各直列回路の接続点とグランドとの間に接続された電圧検出抵抗と、この電圧検出抵抗の両端の電圧を計測する電圧計測回路と、第１ないし第４スイッチのオン・オフを制御するとともに、第１スイッチまたは第２スイッチがオンしたときの、電圧計測回路で計測された電圧の値に基づいて、直流電源の漏電の有無を判定する制御部とを備えていてもよい。この場合、制御部は、第１スイッチをオンさせたときは、第４スイッチをオンさせて、第２コンデンサの電荷を第４スイッチを通して放電させ、第２スイッチをオンさせたときは、第３スイッチをオンさせて、第１コンデンサの電荷を第３スイッチを通して放電させる。

このようにすると、第１スイッチをオンさせて、直流電源の一方の極側の漏電検知を行っている間に、第２コンデンサの電荷が第４スイッチを通って放電する。また、第２スイッチをオンさせて、直流電源の他方の極側の漏電検知を行っている間に、第１コンデンサの電荷が第３スイッチを通って放電する。このため、漏電検知とコンデンサの放電を並行して行えるので、漏電を検知するまでの時間を短縮することができる。

本発明によれば、漏電を検知する際に直流電源の絶縁を確保することができ、かつ、電源ラインの正極側と負極側で同時に漏電が発生した場合でも、漏電検知が可能な漏電検知装置を提供することができる。

また、漏電検知の前にコンデンサの電荷を放電させることで、コンデンサの電荷の影響が排除され、電圧検出素子として抵抗を用いることが可能となる。

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。 図１におけるコンデンサの放電経路を示した図である。 第１実施形態において、バッテリの負極側の漏電を検知する場合の電流経路を示した図である。 第１実施形態において、バッテリの正極側の漏電を検知する場合の電流経路を示した図である。 第１実施形態の動作を示したタイムチャートである。 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実施形態において、バッテリの負極側の漏電を検知する場合の電流経路を示した図である。 第２実施形態において、バッテリの正極側の漏電を検知する場合の電流経路を示した図である。 第２実施形態の動作を示したタイムチャートである。 従来の漏電検知装置を示した回路図である。 従来の他の漏電検知装置を示した回路図である。 図１１の漏電検知装置における漏電状態を示した図である。 図１１の漏電検知装置における他の漏電状態を示した図である。

本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一の符号を付してある。以下では、電気自動車やハイブリッド車に搭載される漏電検知装置を例に挙げる。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１０１は、電源ライン５ａ、５ｂを介して、直流電源であるバッテリ１に接続されている。バッテリ１は、車両に搭載される数百ボルトの高電圧バッテリであって、例えばリチウムイオン電池からなる。バッテリ１の正極（＋側）は、電源ライン５ａに接続されており、バッテリ１の負極（−側）は、電源ライン５ｂに接続されている。電源ライン５ａ、５ｂ間には、車両の走行用モータなどの負荷２が接続されている。

漏電検知装置１０１は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、電圧検出抵抗Ｒｄ、コンデンサＣ、電圧計測回路３、および制御部４を備えている。スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、例えば、フォトリレーから構成されている。フォトリレーは、ＬＥＤなどの入力素子と、ＭＯＳ型ＦＥＴなどの出力素子が内蔵され、入力側と出力側が電気的に絶縁された開閉素子である。制御部４は、ＣＰＵやメモリを含むマイクロコンピュータから構成されている。

スイッチＳＷ１（第１スイッチ）の一端は、電源ライン５ａに接続されており、スイッチＳＷ１の他端は、抵抗Ｒ１（第１抵抗）の一端に接続されている。抵抗Ｒ１の他端は、抵抗Ｒ２（第２抵抗）の一端に接続されている。抵抗Ｒ２の他端は、スイッチＳＷ２（第２スイッチ）の一端に接続されている。スイッチＳＷ２の他端は、電源ライン５ｂに接続されている。したがって、電源ライン５ａ、５ｂ間に、スイッチＳＷ１と抵抗Ｒ１の直列回路と、スイッチＳＷ２と抵抗Ｒ２の直列回路とが、直列に接続されている。

これらの直列回路の接続点、つまり抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点Ｐには、コンデンサＣの一端が接続されている。コンデンサＣの他端は、電圧検出抵抗Ｒｄの一端に接続されている。電圧検出抵抗Ｒｄの他端は、グランドＧに接地されている。したがって、接続点ＰとグランドＧとの間に、コンデンサＣと電圧検出抵抗Ｒｄとが直列に接続されている。

抵抗Ｒ３の一端は、コンデンサＣの一端に接続されており、抵抗Ｒ３の他端は、スイッチＳＷ３（第３スイッチ）の一端に接続されている。スイッチＳＷ３の他端は、コンデンサＣの他端に接続されている。したがって、コンデンサＣの両端に、抵抗Ｒ３およびスイッチＳＷ３の直列回路が、並列に接続されている。

電圧検出抵抗Ｒｄの両端には、電圧計測回路３が接続されている。電圧計測回路３は、電圧検出抵抗Ｒｄの両端の電圧を計測する。電圧計測回路３の出力は、制御部４へ与えられる。制御部４は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオン・オフを制御するとともに、スイッチＳＷ１またはスイッチＳＷ２がオンしたときの、電圧計測回路３で計測された電圧の値に基づいて、バッテリ１の漏電有無を判定する。そして漏電有と判定された場合、制御部４から図示しない上位装置へ、漏電検知信号が出力される。上位装置は、例えば車両に搭載されているＥＣＵ（電子制御ユニット）である。

次に、第１実施形態による漏電検知装置１０１の動作を、図２〜図４を参照しながら説明する。

バッテリ１の漏電有無を検知する場合、制御部４は、図２に示すように、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオフの状態で、スイッチＳＷ３をオンにする。これにより、コンデンサＣに残留している電荷が、点線矢印のように、抵抗Ｒ３およびスイッチＳＷ３を通って放電し、コンデンサＣは電荷のないリセット状態となる。コンデンサＣの放電の間は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオフしているので、電源ライン５ａ、５ｂはグランドＧに接地されず、バッテリ１の絶縁が確保される。

コンデンサＣの放電が終了すると、制御部４は、図３に示すように、スイッチＳＷ３をオフにするとともに、スイッチＳＷ１をオンにする。スイッチＳＷ２はオフのままである。このとき、バッテリ１の負極側、すなわち電源ライン５ｂに漏電が発生していると、電源ライン５ｂとグランドＧとの間に、漏電抵抗Ｒｎが存在する。このため、点線矢印のように、バッテリ１の正極→電源ライン５ａ→スイッチＳＷ１→抵抗Ｒ１→コンデンサＣ→電圧検出抵抗Ｒｄ→グランドＧ→漏電抵抗Ｒｎ→電源ライン５ｂ→バッテリ１の負極の経路で、漏電電流が流れる。

この漏洩電流により、電圧検出抵抗Ｒｄの両端に電圧Ｖｄ（直流電圧）が発生する。電圧計測回路３は、この電圧Ｖｄを計測して制御部４へ出力する。制御部４は、計測された電圧Ｖｄを閾値と比較し、Ｖｄの値が閾値を超えておれば、漏電が発生したと判定し、漏電検知信号を出力する。さらに、制御部４は、電圧Ｖｄの方向（極性）に基づいて、漏電発生箇所が電源ライン５ｂとグランドＧとの間であることを判別する。なお、電圧Ｖｄの方向は、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２のオン・オフの状態に応じて決まるので、各スイッチのオン・オフの状態に基づいて、漏電発生箇所が電源ライン５ｂとグランドＧとの間であることを判別することもできる。

その後、制御部４は、スイッチＳＷ１をオフに切り替えるとともに、スイッチＳＷ３をオンに切り替える。これにより、漏電検知装置１０１は、再び図２の状態となり、図３の状態で充電されたコンデンサＣの電荷が、抵抗Ｒ３およびスイッチＳＷ３を通って放電する。その結果、コンデンサＣはリセット状態に戻る。

次に、制御部４は、図４に示すように、スイッチＳＷ３をオフにするとともに、スイッチＳＷ２をオンにする。スイッチＳＷ１はオフのままである。このとき、バッテリ１の正極側、すなわち電源ライン５ａに漏電が発生していると、電源ライン５ａとグランドＧとの間に、漏電抵抗Ｒｐが存在する。このため、点線矢印のように、バッテリ１の正極→電源ライン５ａ→漏電抵抗Ｒｐ→グランドＧ→電圧検出抵抗Ｒｄ→コンデンサＣ→抵抗Ｒ２→スイッチＳＷ２→電源ライン５ｂ→バッテリ１の負極の経路で、漏電電流が流れる。

この漏洩電流により、電圧検出抵抗Ｒｄの両端に電圧Ｖｄ（直流電圧）が発生する。電圧計測回路３は、この電圧Ｖｄを計測して制御部４へ出力する。制御部４は、計測された電圧Ｖｄを閾値と比較し、Ｖｄの値が閾値を超えておれば、漏電が発生したと判定し、漏電検知信号を出力する。さらに、制御部４は、電圧Ｖｄの方向（極性）に基づいて、漏電発生箇所が電源ライン５ａとグランドＧとの間であることを判別する。なお、電圧Ｖｄの方向は、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２のオン・オフの状態に応じて決まるので、各スイッチのオン・オフの状態に基づいて、漏電発生箇所が電源ライン５ａとグランドＧとの間であることを判別することもできる。

その後、制御部４は、スイッチＳＷ２をオフに切り替えるとともに、スイッチＳＷ３をオンに切り替える。これにより、漏電検知装置１０１は、再び図２の状態となり、図４の状態で充電されたコンデンサＣの電荷が、抵抗Ｒ３およびスイッチＳＷ３を通って放電する。その結果、コンデンサＣはリセット状態に戻る。

第１実施形態では、上述した動作が繰り返し実行される。すなわち、スイッチＳＷ１をオンして負極側の漏電有無を判定（図３）→スイッチＳＷ３をオンしてコンデンサＣの電荷を放電（図２）→スイッチＳＷ２をオンして正極側の漏電有無を判定（図４）→スイッチＳＷ３をオンしてコンデンサＣの電荷を放電（図２）、という動作が繰り返される。図５は、この動作を示したタイムチャートである。

第１実施形態によれば、漏電検知のためにスイッチＳＷ１またはＳＷ２をオンにした場合でも、バッテリ１の各極とグランドＧとの間が、コンデンサＣにより直流的に絶縁されている。したがって、バッテリ１が、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒｄを介してグランドＧに接地されることはないので、絶縁性能を維持することができる。また、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を選択的にオンさせることで、バッテリ１の正極側と負極側で同時に漏電が発生した場合でも、漏電を検出することができる。

また、第１実施形態においては、コンデンサＣと並列にスイッチＳＷ３を接続し、スイッチＳＷ１またはＳＷ２をオンさせる前に、スイッチＳＷ３をオンさせて、コンデンサの電荷をスイッチＳＷ３を通して放電させている。このため、スイッチＳＷ１またはＳＷ２がオンした時点では、コンデンサＣに電荷がない状態なので、電圧検出抵抗Ｒｄに漏電電流による電圧Ｖｄが現われる。したがって、電圧検出素子としてコンデンサを用いる必要がなく、抵抗を用いて電圧検出を行うことができる。

なお、スイッチＳＷ１またはＳＷ２がオンしてから一定時間が経過すると、コンデンサＣが満充電されて、電圧検出抵抗Ｒｄに電圧Ｖｄが現れなくなる。そこで、図５に示すように、スイッチＳＷ１またはＳＷ２がオンすると（タイミングｔ２、ｔ４、ｔ６）、即時に、電圧計測回路３が、電圧検出抵抗Ｒｄの電圧Ｖｄを計測するのが好ましい。これにより、確実に漏電検知を行うことができる。ただし、回路中に浮遊容量が存在する場合は、浮遊容量の電圧が安定した後に、電圧Ｖｄを計測するのが好ましい。なお、回路中に浮遊容量が存在する場合、コンデンサＣの容量は、浮遊容量に対して十分大きい値でなければならない。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

まず、第２実施形態による漏電検知装置の構成を、図６を参照しながら説明する。図６において、漏電検知装置１０２は、電源ライン５ａ、５ｂを介して、直流電源であるバッテリ１に接続されている。バッテリ１は、車両に搭載される数百ボルトの高電圧バッテリであって、例えばリチウムイオン電池からなる。バッテリ１の正極（＋側）は、電源ライン５ａに接続されており、バッテリ１の負極（−側）は、電源ライン５ｂに接続されている。電源ライン５ａ、５ｂ間には、車両の走行用モータなどの負荷（図示省略）が接続されている。

漏電検知装置１０２は、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ４、スイッチＳＷ５、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ５、電圧検出抵抗Ｒｄ、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、電圧計測回路３、および制御部４を備えている。スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５は、前述のフォトリレーから構成されている。制御部４は、ＣＰＵやメモリを含むマイクロコンピュータから構成されている。

コンデンサＣ１（第１コンデンサ）の一端は、電源ライン５ａに接続されており、コンデンサＣ１の他端は、スイッチＳＷ１（第１スイッチ）の一端に接続されている。スイッチＳＷ１の他端は、抵抗Ｒ１（第１抵抗）の一端に接続されている。抵抗Ｒ１の他端は、抵抗Ｒ２（第２抵抗）の一端に接続されている。抵抗Ｒ２の他端は、スイッチＳＷ２（第２スイッチ）の一端に接続されている。スイッチＳＷ２の他端は、コンデンサＣ２（第２コンデンサ）の一端に接続されている。コンデンサＣ２の他端は、電源ライン５ｂに接続されている。したがって、電源ライン５ａ、５ｂ間に、スイッチＳＷ１と抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列回路、および、スイッチＳＷ２と抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２の直列回路とが、直列に接続されている。

これらの直列回路の接続点、つまり抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点Ｐには、電圧検出抵抗Ｒｄの一端が接続されている。電圧検出抵抗Ｒｄの他端は、グランドＧに接地されている。したがって、接続点ＰとグランドＧとの間に、電圧検出抵抗Ｒｄが接続されている。

抵抗Ｒ４の一端は、コンデンサＣ１の一端に接続されており、抵抗Ｒ４の他端は、スイッチＳＷ４（第３スイッチ）の一端に接続されている。スイッチＳＷ４の他端は、コンデンサＣ１の他端に接続されている。したがって、コンデンサＣ１の両端に、抵抗Ｒ４およびスイッチＳＷ４の直列回路が、並列に接続されている。

抵抗Ｒ５の一端は、コンデンサＣ２の一端に接続されており、抵抗Ｒ５の他端は、スイッチＳＷ５（第４スイッチ）の一端に接続されている。スイッチＳＷ５の他端は、コンデンサＣ２の他端に接続されている。したがって、コンデンサＣ２の両端に、抵抗Ｒ５およびスイッチＳＷ５の直列回路が、並列に接続されている。

電圧検出抵抗Ｒｄの両端には、電圧計測回路３が接続されている。電圧計測回路３は、電圧検出抵抗Ｒｄの両端の電圧を計測する。電圧計測回路３の出力は、制御部４へ与えられる。制御部４は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５のオン・オフを制御するとともに、スイッチＳＷ１またはスイッチＳＷ２がオンしたときの、電圧計測回路３で計測された電圧の値に基づいて、バッテリ１の漏電有無を判定する。そして漏電有と判定された場合、制御部４から図示しない上位装置へ、漏電検知信号が出力される。上位装置は、例えば車両に搭載されているＥＣＵ（電子制御ユニット）である。

次に、第２実施形態による漏電検知装置１０２の動作を、図７および図８を参照しながら説明する。

バッテリ１の負極側、すなわち電源ライン５ｂにおける漏電有無を検知する場合、制御部４は、図７に示すように、スイッチＳＷ１、ＳＷ５をオンにするとともに、スイッチＳＷ２、ＳＷ４をオフにする。このとき、電源ライン５ｂに漏電が発生していると、電源ライン５ｂとグランドＧとの間に、漏電抵抗Ｒｎが存在する。したがって、スイッチＳＷ１のオンにより、点線矢印のように、バッテリ１の正極→電源ライン５ａ→コンデンサＣ１→スイッチＳＷ１→抵抗Ｒ１→電圧検出抵抗Ｒｄ→グランドＧ→漏電抵抗Ｒｎ→電源ライン５ｂ→バッテリ１の負極の経路で、漏電電流が流れる。

この漏洩電流により、電圧検出抵抗Ｒｄの両端に電圧Ｖｄ（直流電圧）が発生する。電圧計測回路３は、この電圧Ｖｄを計測して制御部４へ出力する。制御部４は、計測された電圧Ｖｄを閾値と比較し、Ｖｄの値が閾値を超えておれば、漏電が発生したと判定し、漏電検知信号を出力する。さらに、制御部４は、電圧Ｖｄの方向（極性）に基づいて、漏電発生箇所が電源ライン５ｂとグランドＧとの間であることを判別する。なお、電圧Ｖｄの方向は、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２のオン・オフの状態に応じて決まるので、各スイッチのオン・オフの状態に基づいて、漏電発生箇所が電源ライン５ｂとグランドＧとの間であることを判別することもできる。

一方、上述した漏電検知の動作と並行して、スイッチＳＷ５のオンにより、コンデンサＣ２に残留している電荷が、図７の点線矢印で示すように、抵抗Ｒ５およびスイッチＳＷ５を通って放電する。これにより、コンデンサＣ２は電荷のないリセット状態となる。

コンデンサＣ２の放電が終了すると、制御部４は、次にバッテリ１の正極側、すなわち電源ライン５ａにおける漏電有無の検知を開始する。すなわち、図８に示すように、スイッチＳＷ１、ＳＷ５をオフに切り替えるとともに、スイッチＳＷ２、ＳＷ４をオンにする。このとき、電源ライン５ａに漏電が発生していると、電源ライン５ａとグランドＧとの間に、漏電抵抗Ｒｐが存在する。したがって、スイッチＳＷ２のオンにより、点線矢印のように、バッテリ１の正極→電源ライン５ａ→漏電抵抗Ｒｐ→グランドＧ→電圧検出抵抗Ｒｄ→抵抗Ｒ２→スイッチＳＷ２→コンデンサＣ２→電源ライン５ｂ→バッテリ１の負極の経路で、漏電電流が流れる。

この漏洩電流により、電圧検出抵抗Ｒｄの両端に電圧Ｖｄ（直流電圧）が発生する。電圧計測回路３は、この電圧Ｖｄを計測して制御部４へ出力する。制御部４は、計測された電圧Ｖｄを閾値と比較し、Ｖｄの値が閾値を超えておれば、漏電が発生したと判定し、漏電検知信号を出力する。さらに、制御部４は、電圧Ｖｄの方向（極性）に基づいて、漏電発生箇所が電源ライン５ａとグランドＧとの間であることを判別する。なお、電圧Ｖｄの方向は、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２のオン・オフの状態に応じて決まるので、各スイッチのオン・オフの状態に基づいて、漏電発生箇所が電源ライン５ａとグランドＧとの間であることを判別することもできる。

一方、上述した漏電検知の動作と並行して、スイッチＳＷ４のオンにより、図７の状態で充電されたコンデンサＣ１の電荷が、図８の点線矢印で示すように、抵抗Ｒ４およびスイッチＳＷ４を通って放電する。これにより、コンデンサＣ１は電荷のないリセット状態となる。

その後、制御部４は、スイッチＳＷ２、ＳＷ４をオフに切り替えるとともに、スイッチＳＷ１、ＳＷ５をオンに切り替える。これにより、漏電検知装置１０２は、再び図７の状態となり、電源ライン５ｂにおける漏電有無の検知と、図８の状態で充電されたコンデンサＣ２の放電とが行われる。

第２実施形態では、上述したように、スイッチＳＷ１のオンによる負極側の漏電検知と、スイッチＳＷ５のオンによるコンデンサＣ２の放電とが並行して行われる（図７）。また、その後、スイッチＳＷ２のオンによる正極側の漏電検知と、スイッチＳＷ４のオンによるコンデンサＣ１の放電とが並行して行われる（図８）。そして、前者の動作と後者の動作とが、交互に実行される。図９は、この動作を示したタイムチャートである。

第２実施形態によれば、漏電検知のためにスイッチＳＷ１またはＳＷ２をオンにした場合でも、バッテリ１の各極とグランドＧとの間が、コンデンサＣ１、Ｃ２により直流的に絶縁されている。したがって、バッテリ１が、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒｄを介してグランドＧに接地されることはないので、絶縁性能を維持することができる。また、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を選択的にオンさせることで、バッテリ１の正極側と負極側で同時に漏電が発生した場合でも、漏電を検出することができる。

また、第２実施形態においては、スイッチＳＷ１をオンさせて、バッテリ１の負極側の漏電検知を行っている間に、コンデンサＣ２の電荷がスイッチＳＷ５を通って放電する。また、スイッチＳＷ２をオンさせて、バッテリ１の正極側の漏電検知を行っている間に、コンデンサＣ１の電荷がスイッチＳＷ４を通って放電する。このため、スイッチＳＷ１またはＳＷ２がオンした時点では、コンデンサＣ１またはＣ２に電荷がない状態なので、電圧検出抵抗Ｒｄに漏電電流による電圧Ｖｄが現われる。したがって、電圧検出素子としてコンデンサを用いる必要がなく、抵抗を用いて電圧検出を行うことができる。

また、第１実施形態の場合は、負極側の漏電検知と正極側の漏電検知との間に、コンデンサの電荷を放電させなければならないので、漏電を検知するまでに時間を要する。しかるに、第２実施形態によれば、漏電検知とコンデンサの放電とを並行して行えるので、漏電を検知するまでの時間を短縮することができる。

なお、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、スイッチＳＷ１またはＳＷ２がオンすると、即時に、電圧計測回路３が、電圧検出抵抗Ｒｄの電圧Ｖｄを計測することで、確実に漏電検知を行うことができる。ただし、第１実施形態と同様に、回路中に浮遊容量が存在する場合は、浮遊容量の電圧が安定した後に、電圧Ｖｄを計測するのが好ましい。また、回路中に浮遊容量が存在する場合、コンデンサＣの容量は、浮遊容量に対して十分大きい値でなければならない。

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、図１において、スイッチＳＷ１と抵抗Ｒ１の接続順序を入れ替えてもよく、スイッチＳＷ２と抵抗Ｒ２の接続順序を入れ替えてもよい。また、コンデンサＣと電圧検出抵抗Ｒｄの接続順序を入れ替えてもよい。

同様に、図６において、コンデンサＣ１、スイッチＳＷ１、抵抗Ｒ１の接続順序を入れ替えてもよく、コンデンサＣ２、スイッチＳＷ２、抵抗Ｒ２の接続順序を入れ替えてもよい。

また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５として、フォトリレーに代えて、コイルと接点を有するマグネットリレーなどの開閉素子を用いてもよい。

さらに、前記の実施形態では、電気自動車やハイブリッド車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。

１ バッテリ（直流電源）
２ 負荷
３ 電圧計測回路
４ 制御部
５ａ、５ｂ 電源ライン
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｇ グランド
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗
Ｒｄ 電圧検出抵抗
Ｒｐ 漏電抵抗（正極側）
Ｒｎ 漏電抵抗（負極側）
ＳＷ１〜ＳＷ５ スイッチ
１０１、１０２ 漏電検知装置

Claims (5)

1. 直流電源の正極と負極の間に直列に接続された、第１スイッチと第１抵抗の直列回路、および第２スイッチと第２抵抗の直列回路と、
   前記各直列回路の接続点とグランドとの間に直列に接続された、コンデンサおよび電圧検出抵抗と、
   前記電圧検出抵抗の両端の電圧を計測する電圧計測回路と、
   前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのオン・オフを制御するとともに、前記第１スイッチまたは前記第２スイッチがオンしたときの、前記電圧計測回路で計測された電圧の値に基づいて、前記直流電源の漏電の有無を判定する制御部と、
   を備えた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、
   前記コンデンサと並列に接続された第３スイッチをさらに備え、
   前記制御部は、前記第１スイッチまたは前記第２スイッチをオンさせる前に、前記第３スイッチをオンさせて、前記コンデンサの電荷を前記第３スイッチを通して放電させる、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、
   前記第１スイッチと前記第１抵抗の直列回路は、前記直流電源の正極側に設けられ、
   前記第２スイッチと前記第２抵抗の直列回路は、前記直流電源の負極側に設けられ、
   前記制御部は、
   前記第１スイッチをオンさせ、前記第２スイッチをオフさせたときに、前記直流電源の負極側の漏電の有無を判定し、
   前記第２スイッチをオンさせ、前記第１スイッチをオフさせたときに、前記直流電源の正極側の漏電の有無を判定する、ことを特徴とする漏電検知装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の漏電検知装置において、
   前記電圧計測回路は、前記第１スイッチまたは前記第２スイッチがオンすると、即時に、前記電圧検出抵抗の両端の電圧を計測する、ことを特徴とする漏電検知装置。
5. 直流電源の正極と負極の間に直列に接続された、第１スイッチと第１抵抗と第１コンデンサの直列回路、および第２スイッチと第２抵抗と第２コンデンサの直列回路と、
   前記第１コンデンサと並列に接続された第３スイッチと、
   前記第２コンデンサと並列に接続された第４スイッチと、
   前記各直列回路の接続点とグランドとの間に接続された電圧検出抵抗と、
   前記電圧検出抵抗の両端の電圧を計測する電圧計測回路と、
   前記第１ないし第４スイッチのオン・オフを制御するとともに、前記第１スイッチまたは前記第２スイッチがオンしたときの、前記電圧計測回路で計測された電圧の値に基づいて、前記直流電源の漏電の有無を判定する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記第１スイッチをオンさせたときは、前記第４スイッチをオンさせて、前記第２コンデンサの電荷を前記第４スイッチを通して放電させ、
   前記第２スイッチをオンさせたときは、前記第３スイッチをオンさせて、前記第１コンデンサの電荷を前記第３スイッチを通して放電させる、ことを特徴とする漏電検知装置。

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