JPH0870502A - 電気自動車の漏電検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 第一に、漏電がない場合において、走行用電
池の端子と車体との間で発生する電圧を抑える。第二
に、漏電の対処作業を軽減する。 【構成】 漏電検出装置１０は、走行用電池８２の端子
１２０〜１２ｎと車体８４とを電気的に絶縁した状態で
これらの電圧差を検出する電圧差検出手段１４０〜１４
ｎと、電圧差検出手段１４０〜１４ｎで一定以上の電圧
差が検出されたことを表示する漏電表示手段１６０〜１
６ｎとを備えたものである。そして、走行用電池８２は
複数の電池８２１〜８２ｎが直列接続されてなり、電池
８２１〜８２ｎの端子１２０〜１２ｎのそれぞれに対応
して、電圧差検出手段１４０〜１４ｎ及び漏電表示手段
１６０〜１６ｎが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電池をエネルギ源と
し，モータを動力源とする電気自動車に用いられる漏電
検出装置に関し、詳しくは、電池の漏電を検出するため
の漏電検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車には、高電圧かつ大量の走行
用電池が載置されている。走行用電池と車体との間は、
電気的に絶縁されているが、ほこり，雨水，液洩れ等に
よって漏電が生じることがある。その漏電を検出するた
めの漏電検出装置として、実開平6-2901号公報に記載さ
れているものが知られている。

【０００３】この従来の漏電検出装置を図８に示す。漏
電検出装置８０は、走行用電池８２の端子８２ｐ，８２
ｍと車体８４との間に設けた漏電検出用の抵抗器８６
１，８６２と、抵抗器８６１，８６２の端子電圧Ｖ₁ ，
Ｖ₂ を監視する差動増幅器８８１，８８２と、端子電圧
Ｖ₁ ，Ｖ₂ の値が所定値以上かどうかを比較する比較器
９０１，９０２と、端子電圧Ｖ₁ ，Ｖ₂ の値が所定値以
上になったときにメンテナンス指示を報知するオアゲー
ト９２及び発光ダイオード９４とを備えている。また、
電源スイッチ９６は、走行用電池８２の電力を走行用モ
ータ（図示せず）へ供給するものである。抵抗器９８
は、電流制限用である。

【０００４】次に、漏電検出装置８０の動作を説明す
る。

【０００５】（１）漏電がない場合

【０００６】正極端子８２ｐ→抵抗器８６１→車体８４
→抵抗器８６２→負極端子８２ｍというループで、常に
一定電流が流れている。そのため、端子電圧Ｖ₁ ，Ｖ₂
は、一定の正常値を示す。

【０００７】（２）漏電がある場合

【０００８】例えば、正極端子８２ｐと車体８４との間
で漏電が生じたとする。すると、抵抗器８６１には電流
が流れなくなるので、正極端子８２ｐ→車体８４→抵抗
器８６２→負極端子８２ｍというループで、異常に大き
い電流が流れる。そのため、端子電圧Ｖ₁ は「０」とな
り、端子電圧，Ｖ₂ は異常に大きい値を示す。これによ
り、端子電圧Ｖ₂ の値が所定値以上となり、発光ダイオ
ード９４が点灯する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、漏電検
出装置８０では、次のような問題があった。

【００１０】前述のように漏電がない場合でも、走行
用電池８２と車体８４との間に常に一定電流が流れてい
るので、端子８２ｐ，８２ｍと車体８４との間には高電
圧が発生している。したがって、端子８２ｐ，８２ｍと
車体８４とを同時に触れると、感電するおそれがあっ
た。

【００１１】走行用電池８２は、一般には多数の電池
が直列接続されたものである。ところが、漏電が検出さ
れても、その漏電がどの電池で発生しているかまでは、
わからない。そのため、作業者は、漏電が検出された後
に、電池の端子を一個づつテスタで調べることにより、
漏電箇所を捜し出す必要があった。この作業は、電池の
数が多いために、極めて煩雑なものであった。

【００１２】

【発明の目的】そこで、本発明の第一の目的は、漏電が
ない場合において、走行用電池の端子と車体との間で発
生する電圧を抑えた漏電検出装置を提供することにあ
る。また、本発明の第二の目的は、漏電の対処作業を軽
減させた漏電検出装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る漏電検出装
置は、上記目的を達成するためになされたものである。

【００１４】請求項１記載の漏電検出装置は、走行用電
池の端子と電気自動車の車体とを電気的に絶縁した状態
でこれらの電圧差を検出する電圧差検出手段と、この電
圧差検出手段で一定以上の電圧差が検出されたことを表
示する漏電表示手段とを備えたものである。

【００１５】請求項２記載の漏電検出装置は、請求項１
記載の漏電検出装置において、前記走行用電池は複数の
電池が直列接続されてなり、これらの電池の端子のそれ
ぞれに対応して前記電圧差検出手段及び前記漏電表示手
段が設けられたものである。

【００１６】

【作用】請求項１記載の漏電検出装置の作用は、次のと
おりである。電圧差検出手段は、走行用電池の端子と車
体とを電気的に絶縁した状態でこれらの電圧差を検出す
る。したがって、端子と車体との間に漏電がなければ、
端子と車体との間には電圧が発生しない。

【００１７】請求項２記載の漏電検出装置の作用は、次
のとおりである。走行用電池を構成する各電池には、そ
れぞれ電圧差検出手段及び漏電表示手段が設けられてい
る。したがって、ある電池に漏電が発生すると、その電
池に対応する電圧差検出手段及び漏電表示手段が動作す
る。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明に係る漏電検出装置の一実施
例を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明す
る。ただし、図８と同一部分は同一符号を付して重複説
明を省略する。

【００１９】漏電検出装置１０は、走行用電池８２の端
子１２０〜１２ｎと車体８４とを電気的に絶縁した状態
でこれらの電圧差を検出する電圧差検出手段１４０〜１
４ｎと、電圧差検出手段１４０〜１４ｎで一定以上の電
圧差が検出されたことを表示する漏電表示手段１６０〜
１６ｎとを備えたものである。そして、走行用電池８２
は複数の電池８２１〜８２ｎが直列接続されてなり、電
池８２１〜８２ｎの端子１２０〜１２ｎのそれぞれに対
応して、電圧差検出手段１４０〜１４ｎ及び漏電表示手
段１６０〜１６ｎが設けられている。

【００２０】電圧差検出手段１４０は、比較器ＣＰ₀ ，
過電圧保護用のツェナーダイオードＤ₀ ，電流制限用の
抵抗器Ｒ₀₀，基準電圧設定用の可変抵抗器Ｒ₀₁等によっ
て構成されている。電圧差検出手段１４１は、比較器Ｃ
Ｐ₁ ，電流制限用の抵抗器Ｒ₁₀，基準電圧設定用の抵抗
器Ｒ₁₁，Ｒ₁₂等によって構成されている。電圧差検出手
段１４２〜１４ｎも、電圧差検出手段１４１と同様に構
成されている。抵抗器Ｒ₁₁〜Ｒ_n1の抵抗値はすべて同じ
である。ただし、抵抗器Ｒ₁₂〜Ｒ_n2の抵抗値は、端子１
２１〜１２ｎの電圧のそれぞれに対応させるために、Ｒ
₁₂＜Ｒ₂₂＜・・・＜Ｒ_n2の関係にある。

【００２１】比較器ＣＰ₀ は、＋入力端子側に車体８４
が接続され、−入力端子側に端子１２１が接続されてい
る。比較器ＣＰ₁ 〜ＣＰ_n は、−入力端子側に車体８４
が接続され、＋入力端子側に端子１２０が分圧器２０を
介して接続されている。比較器ＣＰ₀ 〜ＣＰ_n はオペア
ンプであるため、その入力バイアス電流は[nA]のオーダ
である。したがって、比較器ＣＰ₀ 〜ＣＰ_n の入力抵抗
は、おおよそ100 〜1000[MΩ] となる。これにより、電
圧差検出手段１４０〜１４ｎは、端子１２０〜１２ｎと
車体８４とを実質的に絶縁した状態で、これらの電圧差
を検出できることになる。

【００２２】漏電表示手段１６０は、比較器ＣＰ₀ ，Ｃ
Ｐ₁ の出力を入力するオアゲート０Ｒ₀ ，比較器Ｃ
Ｐ₀ ，ＣＰ₁ の出力によって点灯する発光ダイオードＬ
₀ ，電流制限用の抵抗器Ｒ_L0等によって構成されてい
る。漏電表示手段１６１は、比較器ＣＰ₁ の出力によっ
て点灯する発光ダイオードＬ₁ ，電流制限用の抵抗器Ｒ
_L1等によって構成されている。漏電表示手段１６２〜１
６ｎも、漏電表示手段１６１と同様に構成されている。

【００２３】端子１２０と車体８４との間に発生した漏
電電圧Ｖａは、過電圧保護用の分圧器２０を通して、例
えば10分の１に分圧された分圧電圧Ｖｂになり、比較器
ＣＰ₁ 〜ＣＰ_n の＋入力端子に印加されるようになって
いる。

【００２４】図２は、分圧器２０を示す回路図である。
以下、図１及び図２に基づき説明する。

【００２５】一定以上の電圧が印加されると導通する二
端子素子としてのツェナーダイオード２０１と、電流制
限用の抵抗器２０２と、発光ダイオード２０３とが、直
列に接続されるとともに端子１２０と車体８４との間に
接続されている。発光ダイオード２０３は、フォトトラ
ンジスタ２０４とともにフォトカプラを構成している。
フォトトランジスタ２０４のコレクタにはリレーのソレ
ノイド２０５が接続されており、ツェナーダイオード２
０１等の出力側にはリレーの常開接点２０６が接続され
ている。さらに、常開接点２０６の出力側には、分圧用
の抵抗器２０７，２０８が直列に接続されている。

【００２６】漏電電圧Ｖａが発生すると、ツェナーダイ
オード２０１が導通し、発光ダイオード２０３が点灯す
る。すると、フォトトランジスタ２０４がオンとなっ
て、ソレノイド２０５が通電され、常開接点２０６が閉
路する。これにより、抵抗器２０８から分圧電圧Ｖｂが
出力される。

【００２７】漏電電圧Ｖａが発生しなければ、ツェナー
ダイオード２０１は降伏しない。このとき、ツェナーダ
イオード２０１の入力抵抗は極めて大きいので、端子１
２０〜１２ｎと車体８４とを実質的に絶縁した状態で、
これらの電圧差を検出できることになる。

【００２８】なお、ツェナーダイオード２０１の代わり
に、一般のｐｎ接合ダイオード，ショットキーダイオー
ド，バリスタ，放電管等を用いてもよい。

【００２９】図３は、発光ダイオードＬ₀ 〜Ｌ_n の点灯
状態を示す図表である。以下、図１乃至図３に基づき漏
電検出装置１０の動作を説明する。

【００３０】電池８２１〜８２ｎのそれぞれは、出力電
圧2[V]のセルを六個直列接続したものであり、12[V] の
出力電圧を有する。走行用電池８２は、十個の電池８２
１〜８２ｎ（ｎ＝10）からなり、出力電力が120[V]であ
る。

【００３１】イ）端子１２０で漏電が発生して、車体８
４が端子１２０と同電位になったとする。このとき、端
子１２０と端子１２１との漏電電圧Ｖｃは、-12[V]とな
る。ツェナーダイオードＤ₀ は、-12[V]では降伏しな
い。また、比較器ＣＰ₀ の＋入力端子には、-10[V]の基
準電圧が印加されている。したがって、比較器ＣＰ₀ の
出力は「Ｈ（高電位）」となり、オアゲートＯＲ₀ の出
力も「Ｈ」となって、発光ダイオードＬ₀ が点灯する。

【００３２】一方、端子１２０と車体８４との間に発生
する漏電電圧Ｖａは、端子１２０と車体８４とが同電位
であるので、0[V]である。したがって、発光ダイオード
Ｌ₁〜Ｌ_n は点灯しない。すなわち、発光ダイオードＬ
₀ のみが点灯することにより、端子１２０で漏電が発生
していることがわかる。

【００３３】ロ）端子１２１で漏電が発生して、車体８
４が端子１２１と同電位になったとする。このとき、端
子１２０と車体８４との漏電電圧Ｖｃが0[V]となるの
で、比較器ＣＰ₀ の出力は、「Ｌ（低電位）」となる。

【００３４】一方、端子１２０と車体８４との間に発生
する漏電電圧Ｖａは、端子１２１と車体８４とが同電位
であるので、12[V] である。したがって、分圧電圧Ｖｂ
は、1.2[V]となり、−入力端子の基準電圧の最も小さい
比較器ＣＰ₁ の出力のみが「Ｈ」となる。すなわち、発
光ダイオードＬ₀ ，Ｌ₁ のみが点灯することにより、端
子１２１で漏電が発生していることがわかる。また、端
子１２０と端子１２１との間には、図示しない六個のセ
ルの端子があるので、2[V]＜Ｖａで比較器ＣＰ₁ の出力
が「Ｈ」となるように、−入力端子の基準電圧が設定さ
れている。

【００３５】ハ）端子１２２で漏電が発生して、車体８
４が端子１２２と同電位になったとする。このとき、端
子１２１と車体８４との漏電電圧Ｖｃが12[V] となるの
で、比較器ＣＰ₀ の出力は、「Ｌ（低電位）」となる。

【００３６】一方、端子１２０と車体８４との間に発生
する漏電電圧Ｖａは、端子１２２と車体８４とが同電位
であるので、24[V] である。したがって、分圧電圧Ｖｂ
は、2.4[V]となり、−入力端子の基準電圧の最も小さい
比較器ＣＰ₁ と次に小さい比較器ＣＰ₂ との出力のみが
「Ｈ」となる。すなわち、発光ダイオードＬ₀ ，Ｌ₁，
Ｌ₂ のみが点灯することにより、端子１２２で漏電が発
生していることがわかる。また、端子１２１と端子１２
２との間には、図示しない六個のセルの端子があるの
で、12.2[V] ＜Ｖａで比較器ＣＰ₂ の出力が「Ｈ」とな
るように、−入力端子の基準電圧が設定されている。

【００３７】ニ）図示しない端子１２３〜端子１２（ｎ
−１）の間で漏電が発生した場合も、上記ロ），ハ）に
準ずる。

【００３８】ホ）端子１２ｎで漏電が発生して、車体８
４が端子１２ｎと同電位になったとする。このとき、端
子１２０と車体８４との間に発生する漏電電圧Ｖａは、
端子１２ｎと車体８４とが同電位であるので、120 [V]
である。したがって、分圧電圧Ｖｂは、12[V] となり、
比較器ＣＰ₀ を除くすべての比較器ＣＰ₁ 〜ＣＰ_n の出
力が「Ｈ」となる。すなわち、すべての発光ダイオード
Ｌ₀ 〜Ｌ_n が点灯することにより、端子１２ｎで漏電が
発生していることがわかる。また、端子１２（ｎ−１）
と端子１２ｎとの間には、図示しない六個のセルの端子
があるので、108.2[V]＜Ｖａで比較器ＣＰ₁ の出力が
「Ｈ」となるように、−入力端子の基準電圧が設定され
ている。

【００３９】なお、図１において、走行用電池８２の出
力電圧が低い場合や、比較器ＣＰ₁〜ＣＰ_n の入力端子
が高耐圧である場合等、比較器ＣＰ₁ 〜ＣＰ_n の入力端
子を保護する必要がなければ、分圧器２０は不要であ
る。

【００４０】また、電圧差検出手段１４０…及び漏電表
示手段１６０…は、必ずしも、電池８２１…の端子１２
０…のそれぞれに対応して一個づつ設けなくてもよい。
例えば、電圧差検出手段１４０…及び漏電表示手段１６
０…は、電池８２１…の数に関係なく一個だけとしても
よく、一個の電池８２１…を構成する各セルごとに一個
づつとしてもよい。

【００４１】図４乃至図７は、本発明に係る漏電検出装
置の他の実施例を示している。本実施例は、図１に示し
た漏電検出装置１０における分圧器２０の代わりに次の
分圧器３０を用いただけのものである。したがって、分
圧器３０のみを以下に説明する。

【００４２】図４は、分圧器３０の基本的構成を示すブ
ロック図である。漏電電圧Ｖａは、Ｖ／Ｆコンバータ４
０で電圧値に比例した出力周波数Ｆに変換される。出力
周波数Ｆは、Ｆ／Ｖコンバータ５０で周波数に比例した
分圧電圧Ｖｂに変換される。Ｖ／Ｆコンバータ４０及び
Ｆ／Ｖコンバータ５０の比例定数を種々に設定すること
によって、所望の倍率が得られる。

【００４３】図５は、Ｖ／Ｆコンバータ４０を示す回路
図である。図６は、図５におけるトランジスタ４０３の
エミッタ電圧Ｖ_E の波形図である。以下、これらの図面
に基づき説明する。

【００４４】Ｖ／Ｆコンバータ４０は、オペアンプ４０
１とタイマーＩＣ４０２を中心に、トランジスタ４０
３，４０４、ダイオード４０５，４０６、ツェナーダイ
オード４０７、コンデンサ４０８〜４１０、抵抗器４１
１〜４１８等から構成されている。タイマーＩＣ４０２
は、広く用いられている「555 」である。

【００４５】タイマーＩＣ４０２の発振周波数は、オペ
アンプ４０１の出力に接続されたトランジスタ４０３に
よって制御される。タイマーＩＣ４０２の出力端子の
出力波形が「Ｌ」レベルの間（図６におけるＴ₁ ）、ト
ランジスタ４０４がオフとなっているので、トランジス
タ４０３がオンとなっている。したがって、トランジス
タ４０３のコレクタには、オペアンプ４０１の出力電圧
に応じた電流Ｉ_C が流れる。電流Ｉ_C の大きさに応じ
て、タイマーＩＣ４０２のトリガ端子に接続されたコ
ンデンサ４０９の放電時間Ｔ₁ が変化する。すなわち、
コンデンサ４０９の容量値をＣ₂ 、タイマーＩＣ４０２
の基準電圧端子に接続されたツェナーダイオード４０
７のツェナー電圧値をＶ_Z とすると、放電時間Ｔ₁ は次
式で与えられる。

【００４６】 Ｔ₁ ＝Ｃ₂ ・Ｖ_Z ／２Ｉ_C ・・・・・ （１）

【００４７】タイマーＩＣ４０２の出力端子の出力波
形が「Ｈ」レベルの間（図６におけるＴ₂ ）、出力端子
からダイオード４０６，抵抗器４１６を通って、コン
デンサ４０９へ充電電流が流れる。一方、トランジスタ
４０４がオンとなってトランジスタ４０３のベースを0
[V]にするので、トランジスタ４０３がオフとなってい
る。したがって、電流Ｉ_C ＝0[A]となっている。このと
きの、充電時間Ｔ₂ は、抵抗器４１６の抵抗値Ｒ₂ によ
って決まる。ここで、トランジスタ４０３のエミッタ電
圧Ｖ_E の波形は、抵抗器４１５の抵抗値をＲ₁ とする
と、Ｖ_E ＝Ｉ_C ・Ｒ₁ の時間Ｔ₁ とＶ_E ＝０の時間Ｔ₂
とから構成される。このエミッタ電圧Ｖ_E の波形は、オ
ペアンプ４０１に接続されたコンデンサ４０８によって
積分される。したがって、エミッタ電圧Ｖ_E の平均値と
漏電電圧（入力電圧）Ｖａとが等しくなった時に、平衡
する。すなわち、

【００４８】 Ｖａ＝Ｉ_C ・Ｒ₁ ・Ｔ₁ ／（Ｔ₁ ＋Ｔ₂ ） ・・・・・ （２）

【００４９】の関係が得られる。また、出力周波数Ｆ
は、Ｆ＝１／（Ｔ₁ ＋Ｔ₂ ）であるから、（１）式及び
（２）式より、

【００５０】 Ｆ＝Ｖａ／（Ｉ_C ・Ｒ₁ ・Ｔ₁ ）＝２Ｖａ／（Ｒ₁ ・Ｃ₂ ・Ｖ_Z ） ・・・・ ・ （３）

【００５１】という関係が得られる。すなわち、出力周
波数Ｆは漏電電圧Ｖａに比例し、比例定数は２／（Ｒ₁
・Ｃ₂ ・Ｖ_Z ）である。

【００５２】図７は、Ｆ／Ｖコンバータ５０を示す回路
図である。以下、この図面に基づき説明する。

【００５３】Ｆ／Ｖコンバータ５０は、Ｆ／Ｖコンバー
タ用のＩＣ５０１と、外付け用の抵抗器５０２〜５０８
と、外付け用のコンデンサ５０９〜５１２とから構成さ
れている。ＩＣ５０１は、株式会社東芝製「TA8029S 」
を用いている。

【００５４】ここで、コンデンサ５１０の容量値を
Ｃ_T 、抵抗器５０３の抵抗値をＲ_T 、電源電圧をＶ₊ と
すると、分圧電圧（出力電圧）Ｖｂは、次式で与えられ
る。

【００５５】 Ｖｂ＝7.8 Ｃ_T ・Ｒ_T ・Ｖ₊ ・Ｆ ・・・・・ （４）

【００５６】すなわち、分圧電圧Ｖｂは出力周波数Ｆに
比例し、比例定数は7.8 Ｃ_T ・Ｒ_T・Ｖ₊ である。

【００５７】なお、分圧器３０の前段に図２に示す分圧
器２０を設けてもよい。

【００５８】

【発明の効果】請求項１記載の漏電検出装置によれば、
電圧差検出手段が走行用電池の端子と車体とを電気的に
絶縁した状態でこれらの電圧差を検出するので、漏電が
ない場合において、端子と車体との間で発生する電圧を
抑えることができる。したがって、不測の感電を防止で
きる。

【００５９】請求項２記載の漏電検出装置によれば、あ
る電池に漏電が発生すると、その電池に対応する電圧差
検出手段及び漏電表示手段が動作する。したがって、作
業者が漏電箇所を容易に知ることができるので、漏電の
対処作業を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る漏電検出装置の一実施例を示す回
路図である。

【図２】図１における分圧器を示す回路図である。

【図３】図１における発光ダイオードの点灯状態を示す
図表である。

【図４】本発明に係る漏電検出装置の他の実施例を示す
ブロック図である。

【図５】図４におけるＶ／Ｆコンバータを示す回路図で
ある。

【図６】図５におけるトランジスタ４０３のエミッタ電
圧Ｖ_E の波形図である。

【図７】図４におけるＦ／Ｖコンバータを示す回路図で
ある。

【図８】従来の漏電検出装置を示す回路図である。

【符号の説明】

１０ 漏電検出装置 １２０〜１２ｎ 走行用電池の端子 １４０〜１４ｎ 電圧差検出手段 １６０〜１６ｎ 漏電表示手段 ２０，３０ 分圧器 ８２ 走行用電池 ８２１〜８２ｎ 電池 ８４ 車体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行用電池の端子と電気自動車の車体と
   を電気的に絶縁した状態でこれらの電圧差を検出する電
   圧差検出手段と、この電圧差検出手段で一定以上の電圧
   差が検出されたことを表示する漏電表示手段とを備えた
   電気自動車の漏電検出装置。
2. 【請求項２】 前記走行用電池は複数の電池が直列接続
   されてなり、これらの電池の端子のそれぞれに対応して
   前記電圧差検出手段及び前記漏電表示手段が設けられた
   請求項１記載の電気自動車の漏電検出装置。