JP6460306B2

JP6460306B2 - 漏電検出装置

Info

Publication number: JP6460306B2
Application number: JP2014167930A
Authority: JP
Inventors: 直明松岡
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2034-08-20
Also published as: JP2016045024A

Description

本発明は、直流電源に接続される回路の漏電を検出する漏電検出装置に関する。

電動モータにより駆動走行する電動車両や、エンジンと電動モータを併用して駆動走行するハイブリッド電動車両には、直流電源として多数の電池セルが積層された電池パックを備えている。電池パックは、高電圧で電動モータを駆動するものであり、接地電位部（直流電源に接続される回路）に対して絶縁された状態になっている。

直流電源に接続されている回路での漏電を検出する漏電検出装置としては、電池パックの最も低い電位側である負極側の電池セルと、最も高い電位側である正極側の電池セルの間の中間電位にあたる位置に、漏電検出回路を接続することが好ましい。中間電位にあたる位置に漏電検出回路を接続することで、電池セルの電圧のばらつきに拘わらず、漏電を検出することができる。

このため、従来から、直流電源の正極と負極の間に複数の抵抗を設け、抵抗により分圧した中間電位部を作り出し、中間電位部に漏電検出回路を接続する漏電検出装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の技術では、複数の抵抗により中間電位部を作っているため、電池パックの内部の電池セルの中間部に漏電検出回路を接続する必要がない。このため、個々の電池セルの電圧のばらつきに拘わらず、中間電位にあたる部位に漏電検出回路を接続することができ、漏電を的確に検出することができる。

しかし、車両用の直流電源は電圧が高いので、大きな電流を流すことができないため、中間電位部を作り出す抵抗は、発熱等が生じないように大きな抵抗値に設定されている。抵抗の抵抗値が大きい場合、漏電検出用の信号（交流信号）に対するインピーダンスが高くなり、抵抗による誤差が漏電検出用の信号波形に加わり、漏電検出用の信号波形が抵抗の影響を受けやすくなる。このため、漏電検出性能が低下する問題があるのが実情であった。

特開２００６−１３６１５１号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、抵抗により分圧した中間電位部を作り出すことができると共に、漏電検出用の信号波形に対する抵抗の影響を抑制することができる漏電検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る漏電検出装置は、負荷に電力を供給する直流電源、及び、複数の抵抗が直列に接続され、前記直流電源、及び、前記複数の抵抗を含む閉回路が形成される第１回路部と、前記第１回路部と並列に備えられ、前記直流電源、及び、前記抵抗よりもインピーダンスの値が低い複数のキャパシタが直列に接続され、前記直流電源、及び、前記複数のキャパシタを含む閉回路が形成される第２回路部と、前記第１回路部の前記複数の抵抗で分圧された中間電位部の部位、及び、前記第２回路部の前記複数のキャパシタのインピーダンスで分圧された中間部の部位に接続され、前記複数の抵抗で分圧された前記中間電位部の部位、及び、前記複数のキャパシタの前記インピーダンスで分圧された中間部の部位のそれぞれに、漏電検出用の交流信号を出力する漏電検出回路とを備え、前記インピーダンスは、前記漏電検出回路が出力する前記交流信号についてのインピーダンスであり、前記漏電検出回路からの交流信号の波形の状況に基づいて、前記負荷と前記直流電源が接続される回路の漏電を判定する漏電判定手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、複数の抵抗により直流回路部が中間電位部で分圧され、中間電位部の部位に漏電検出回路が接続されるため、直流電源に対して、抵抗により分圧した中間電位部を作り出すことができる。そして、抵抗よりもインピーダンスの値が低い複数のキャパシタの中間部の部位に漏電検出回路が接続されるため、漏電検出用の交流信号がインピーダンスの値が低いキャパシタで分圧されて直流電源の正極側、負極側に送られ、漏電検出用の交流信号に対する抵抗の影響を抑制することができる。

このため、抵抗により分圧した中間電位部を作り出すことができると共に、漏電検出用の信号波形に対する抵抗の影響を抑制することが可能になる。

そして、請求項２に係る本発明の漏電検出装置は、請求項１に記載の漏電検出装置において、前記第２回路部には、前記複数のキャパシタに対応して第２抵抗が直列に接続され、前記第２抵抗と、前記キャパシタの、前記漏電検出回路が出力する前記交流信号についてのインピーダンスの合計の値は、前記第１回路部の前記抵抗よりも低い値とされていることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、キャパシタに対応して第２抵抗が備えられ、第２抵抗とキャパシタのインピーダンスの合計の値は、第１回路部の抵抗よりも低い値とされているので、漏電検出用の交流信号をキャパシタで分圧できる状態を崩すことなく、接続時のキャパシタへの突入電流を第２抵抗で抑制することができる。

また、請求項３に係る本発明の漏電検出装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の漏電検出装置において、前記複数のキャパシタは、容量が同じであることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、正極側、負極側の直流電源の状態が異なっていても、同じ容量のキャパシタを通して直流電源の正極側、負極側に交流信号を送り、漏電を検出することができる。

請求項４に係る本発明の漏電検出装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の漏電検出装置において、前記漏電検出回路の前記第１回路部の、前記複数の抵抗で分圧された前記中間電位部の部位、及び、前記漏電検出回路の前記第２回路部の、前記複数のキャパシタの前記インピーダンスで分圧された中間部の部位のそれぞれには、強制的に漏電状態を発生させる強制漏電回路が接続されていることを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、強制漏電回路を用いて、直流電源に接続される漏電検出回路の機器の故障を判断することができる。

請求項５に係る本発明の漏電検出装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の漏電検出装置において、前記直流電源は、車両の駆動走行用の電動機に接続されていることを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、車両の駆動走行用の電動機と直流電源を接続する回路の漏電を検出することができる。

本発明の漏電検出装置は、抵抗により分圧した中間電位部を作り出すことができると共に、漏電検出用の信号波形に対する抵抗の影響を抑制することが可能になる。

本発明の一実施例に係る漏電検出装置を備えた車両の概念図である。本発明の一実施例に係る漏電検出装置の回路構成図である。本発明の他の実施例に係る漏電検出装置の回路構成図である。

図１、図２に基づいて本発明の漏電検出装置を説明する。

図１には本発明の一実施例に係る漏電検出装置を備えた車両（電気自動車）の全体の概略構成の概念、図２には本発明の一実施例に係る漏電検出装置の回路の構成を示してある。

図１に基づいて電気自動車の概略を説明する。

図に示すように、車両としての電気自動車１のフレーム（図示省略）には、直流電源としての電池パック２が取り付けられている。電池パック２は、複数の電池セルが積層されてモジュール化され、複数のモジュールがケース３の内部に配されている。

電気自動車１には駆動走行用の電動モータ５（負荷）が備えられ、電動モータ５には制御回路を有する制御装置６を介して電池パック２が接続されている。制御装置６の制御により、電動モータ５が駆動されて電気自動車１が走行する。

電池パック２内には電池の状態を管理する電池管理装置が設置され，電池管理装置には直流電源に接続される回路の漏電を検出するための漏電検出装置が備えられている。

図２に基づいて漏電検出装置を説明する。

電池パック２内の電池管理装置には漏電制御部１１が備えられ、漏電制御部１１は漏電検出回路１２との間で情報がやり取りされる。漏電検出回路１２には、信号発生器１３、漏電キャパシタ１４、フィルタ１５、検出回路１６が備えられている。

信号発生器１３では、漏電検出用の交流信号を発生させ、漏電キャパシタ１４から交流信号を出力する。出力された交流信号は直流電源が接続される回路に送られ、同時にフィルタ１５を介して検出回路１６にも送られる。

漏電検出用の交流信号は漏電状態により波形が変化し，検出回路１６では交流信号の波形の状況が検出され、波形の状況が漏電判定手段としての漏電制御部１１に送られる。漏電制御部１１では、交流信号の波形の状況により、直流電源が接続される回路の漏電が判断される。

漏電検出回路１２には、強制漏電回路１９が接続されている。強制漏電回路１９は、スイッチ２０、強制漏電抵抗１７の系が接地された回路とされ、スイッチ２０の操作により強制的に漏電状態を作り出す回路となっている。強制漏電回路１９を用いて、直流電源に接続される漏電検出回路１２の機器の故障を判断することができる。

直流電源としての電池パック２には、多数の電池セル８が備えられている。電池パック２の電力は、コンダクタ１８を介して負荷である電動モータ５に接続されている。

電池パック２の最も高い電位の正極側Ｐ、最も低い電位の負極側Ｎと、２つの抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎが直列に接続されて直流回路部（第１回路部）２１が形成されている。２つの抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎは、電池パック２が高電圧であっても大きな電流にならない、十分な抵抗値を有している。このため、発熱等の問題が生じることがない。

直流回路部２１と並列に備えられ、電池パック２の最も高い電位の正極側Ｐ、最も低い電位の負極側Ｎと、２つのキャパシタＣ_Ｐ、Ｃ_Ｎが直列に接続され、交流回路部（第２回路部）２２が形成されている。そして、交流回路部２２には、２つのキャパシタＣ_Ｐ、Ｃ_Ｎに対応して第２抵抗Ｒ_ＰＲが接続されている。

抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎのインピーダンスの値は等しく設定されている。キャパシタＣ_Ｐ、Ｃ_Ｎは、同一の容量（漏電キャパシタ１４と同一容量）で、抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎよりもインピーダンスの値が低く設定されている。更に、第２抵抗Ｒ_ＰＲとキャパシタＣ_Ｐのインピーダンスの合計の値は、抵抗Ｒ_Ｐのインピーダンスの値よりも低く設定されて、第２抵抗Ｒ_ＰＲとキャパシタＣ_Ｎのインピーダンスの合計の値は、抵抗Ｒ_Ｎのインピーダンスの値よりも低く設定されている。

直流回路部２１は２つの抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎで分圧されて中間電位部とされた部位が、漏電検出回路１２の漏電キャパシタ１４、及び、強制漏電回路１９のスイッチ２０に接続されている。また、交流回路部２２の２つのキャパシタＣ_Ｐ、Ｃ_Ｎで分圧されて中間部とされた部位が、漏電検出回路１２の漏電キャパシタ１４、及び、強制漏電回路１９のスイッチ２０に接続されている。

即ち、抵抗分圧点（中間電位部の部位）とキャパシタＣ_Ｐ、Ｃ_Ｎで作られたブリッジ回路の中間点に漏電検出回路１２の漏電キャパシタ１４、及び、強制漏電回路１９のスイッチ２０が接続されている。

上述した漏電検出装置では、信号発生器１３で漏電検出用の交流信号を発生させ、漏電キャパシタ１４から交流信号を出力する。出力された交流信号は、直流回路部２１の中間電位の部位から電池パック２の正極側Ｐ、負極側Ｎに送られ、同時にフィルタ１５を介して検出回路１６にも送られる。

検出回路１６では交流信号の波形の状況が検出され、波形の状況が漏電制御部１１に送られ、交流信号の波形の状況により、電池パック２が接続される回路の漏電が判断される。つまり、電気自動車１の駆動走行用の電動モータ５と電池パック２を接続する回路の漏電を検出することができる。

上述した漏電検出装置では、２つの抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎにより直流回路部２１が中間電位部で分圧され、直流回路部２１の中間電位部の部位に漏電検出回路１２が接続されるため、直流電源である電池パック２に対して、抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎにより分圧した中間電位部を作り出すことができる。このため、電池セル８の電圧のばらつきに拘わらず、漏電を検出することができる。

そして、抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎよりもインピーダンスの値が低い２つのキャパシタＣ_Ｐ、Ｃ_Ｎ、及び、第２抵抗Ｒ_ＰＲの中間部位に漏電検出回路１２が接続されるため、漏電検出用の交流信号がインピーダンスの値が低いキャパシタＣ_Ｐ（第２抵抗Ｒ_ＰＲ）、Ｃ_Ｎ（第２抵抗Ｒ_ＰＲ）、で分圧されて電池パック２の正極側Ｐ、負極側Ｎに送られ、漏電検出用の交流信号の波形に対する抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎの影響を抑制することができる。

つまり、抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎの影響をなくして、直流電源回路への交流信号のインピーダンスを下げて、交流信号の波形の漏電検出量を低下しにくい状態にし、中間電位を作り出すことができ、中間電位部での漏電検出性能が低下することが抑制されている。

このため、抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎにより分圧した中間電位部を作り出すことができると共に、漏電検出用の交流信号の波形に対する抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎの影響を抑制することが可能になる。従って、中間電位での漏電の検出性能が低下することがない。

また、２つのキャパシタＣ_Ｐ、Ｃ_Ｎに対応して第２抵抗Ｒ_ＰＲが備えられ、第２抵抗Ｒ_ＰＲとキャパシタＣ_Ｐ、Ｃ_Ｎのインピーダンスの合計の値は、直流回路部２１の抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎよりも低い値とされているので、漏電検出用の交流信号をキャパシタＣ_Ｐ、Ｃ_Ｎで分圧できる状態を崩すことなく、接続時のキャパシタＣ_Ｐ、Ｃ_Ｎへの突入電流を第２抵抗Ｒ_ＰＲで抑制して安全性を高くすることができる。

また、２つのキャパシタＣ_Ｐ、Ｃ_Ｎは、容量が同じであるので、電池パック２の正極側Ｐ、負極側Ｎの状態が異なっていても、同じ容量のキャパシタＣ_Ｐ、Ｃ_Ｎを通して電池パック２の正極側Ｐ、負極側Ｎに交流信号を送り、漏電を検出することができる。

このため、抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎにより分圧した中間電位部を作り出すことができると共に、漏電検出用の信号波形に対する抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎの影響を抑制することが可能になる。従って、抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎを備えていても、抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎ中間電位での漏電検出性能が低下することがない。

尚、上述した実施例は、２つの抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎ、２つのキャパシタＣ_Ｐ、Ｃ_Ｎを例に挙げて説明したが、抵抗、キャパシタの数は、分圧により中間電位部を作り出すことができれば２つに限らない。また、負荷として駆動走行用の電動モータ５を例に挙げて説明したが、直流電源により作動する負荷であれば、電動モータ５に限らない。

図３に基づいて本発明の他の実施例を説明する。

図３には本発明の他の実施例に係る漏電検出装置の回路の構成を示してある。尚、図２に示した漏電検出回路と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図３に示した漏電検出装置は、交流回路部２２に第２抵抗Ｒ_ＰＲが備えられていない構成となっている。このため、第２抵抗Ｒ_ＰＲを備えることなく、抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎの影響をなくして、交流信号の抵抗の値を下げることができ、インピーダンスを下げて、交流信号の波形の漏電検出量を低下しにくい状態にし、中間電位を作り出すことができる。

尚、漏電検出装置は、漏電検出回路１２に対する直流回路部２１と、交流回路部２２の位置が、図２に示した実施例と逆に構成されていてもよい。この場合でも、抵抗Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎの影響をなくして、交流信号の抵抗の値を下げることができ、インピーダンスを下げて、交流信号の波形の漏電検出量を低下しにくい状態にし、中間電位を作り出すことができる。

本発明は、直流電源に接続される回路の漏電を検出する漏電検出装置の産業分野で利用することができる。

１電気自動車
２電池パック
３ケース
５電動モータ
６制御装置
８電池セル
１１漏電制御部
１２漏電検出回路
１３信号発生器
１４漏電キャパシタ
１５フィルタ
１６検出回路
１７強制抵抗
１８コンダクタ
１９強制漏電回路
２０スイッチ
２１直流回路部（第１回路部）
２２交流回路部（第２回路部）
Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｎ抵抗
Ｃ_Ｐ、Ｃ_Ｎキャパシタ
Ｒ_ＰＲ第２抵抗

Claims

負荷に電力を供給する直流電源、及び、複数の抵抗が直列に接続され、前記直流電源、及び、前記複数の抵抗を含む閉回路が形成される第１回路部と、
前記第１回路部と並列に備えられ、前記直流電源、及び、前記抵抗よりもインピーダンスの値が低い複数のキャパシタが直列に接続され、前記直流電源、及び、前記複数のキャパシタを含む閉回路が形成される第２回路部と、
前記第１回路部の前記複数の抵抗で分圧された中間電位部の部位、及び、前記第２回路部の前記複数のキャパシタのインピーダンスで分圧された中間部の部位に接続され、前記複数の抵抗で分圧された前記中間電位部の部位、及び、前記複数のキャパシタの前記インピーダンスで分圧された中間部の部位のそれぞれに、漏電検出用の交流信号を出力する漏電検出回路とを備え、
前記インピーダンスは、前記漏電検出回路が出力する前記交流信号についてのインピーダンスであり、
前記漏電検出回路からの交流信号の波形の状況に基づいて、前記負荷と前記直流電源が接続される回路の漏電を判定する漏電判定手段とを備えた
ことを特徴とする漏電検出装置。
請求項１に記載の漏電検出装置において、
前記第２回路部には、
前記複数のキャパシタに対応して第２抵抗が直列に接続され、
前記第２抵抗と、前記キャパシタの、前記漏電検出回路が出力する前記交流信号についてのインピーダンスの合計の値は、前記第１回路部の前記抵抗よりも低い値とされている
ことを特徴とする漏電検出装置。
請求項１もしくは請求項２に記載の漏電検出装置において、
前記複数のキャパシタは、容量が同じである
ことを特徴とする漏電検出装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の漏電検出装置において、
前記漏電検出回路の前記第１回路部の、前記複数の抵抗で分圧された前記中間電位部の部位、及び、前記漏電検出回路の前記第２回路部の、前記複数のキャパシタの前記インピーダンスで分圧された中間部の部位のそれぞれには、
強制的に漏電状態を発生させる強制漏電回路が接続されている
ことを特徴とする漏電検出装置。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の漏電検出装置において、
前記直流電源は、
車両の駆動走行用の電動機に接続されている
ことを特徴とする漏電検出装置。