JPWO2014027512A1 - 電源装置 - Google Patents

Abstract

交流電源１０と、交流電源１０に接続する二次電池とを備えたバッテリ３０電源装置において、バッテリ３０と交流電源１０との間に設けられ、電池３０と交流電源１０とを選択的に接続もしくは切断する第１スイッチと、第１スイッチよりバッテリ３０側に接続され、バッテリ３０の地絡を検知する地絡検知手段とを備え、地絡検知手段は、第１スイッチがオフ状態である場合に、バッテリ３０の地絡を検知する。

Description

本発明は、電源装置に関するものである。

本出願は、２０１２年８月１４日に出願された日本国特許出願の特願２０１２―１７９７８９に基づく優先権を主張するものであり、文献の参照による組み込みが認められる指定国については、上記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。

バッテリ群からなる直流電源系の地絡を検出する地絡検出装置において、直流負極給電線に接続された地絡検出端子とパルス信号発生手段との間に検出抵抗及び直流遮断用のカップリングコンデンサを接続し、検出抵抗とカップリングコンデンサの接続点に現れる、パルス信号の検出電圧と基準電圧との差から地絡時の絶縁抵抗の低下を検知するものが知られている（特許文献１）。

特開２００４−１３８４３４号公報

しかしながら、上記の直流電源系を、インバータを介して交流の系統電力に接続し、当該交流の系統電力により直流電源を充電させる電源システムにおいては、交流の系統電力が接地されているため、上記従来の地絡検出装置では、地絡時の絶縁抵抗の低下を検知することができない、という問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、接地された交流電源と、交流電源に接続する二次電池とを備えた電源装置において、二次電池の地絡を検出することができる電源装置を提供することである。

本発明は、二次電池と交流電源との間に、二次電池と交流電源とを選択的に接続または切断する第１スイッチを接続し、二次電池の地絡を検知する地絡検知手段を第１スイッチより二次電池側に接続し、第１スイッチをオフにした状態で、当該地絡検知手段により二次電池の地絡を検知することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、第１スイッチをオフにすることで、交流電源の接地部分と、地絡検知手段により二次電池の地絡を検知する回路部分が遮断されるため、交流電源の接地に影響されることなく、二次電池の地絡を検知することができる、という効果を奏する。

本発明の実施形態に係る電源装置を含む電源システムの回路図である。 図１の電源システムのブロック図である。 図２のコントローラの制御手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る電源装置を含む電源システムの回路図である。 図４の電源システムのブロック図である。 図５のコントローラの制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る電源装置の電源システムを示す回路図である。本例の電源装置は、交流電源を電流源の一つとする家庭用又は事業用の電源システムに適用される。

本例の電源装置を含む電源システムは、交流電源１０と、インバータ２０と、バッテリ（二次電池）３０と、平滑コンデンサ４０と、リレースイッチ５０（第１スイッチ）と、地絡検知回路６０とを備えている。交流電源１０は、図示しない負荷に対して電力を供給する電力源であり、また、インバータ２０を介してバッテリ３０に充電電力を供給する電力源でもある。交流電源１０は、変圧器を含み、変圧器の二次側の中性点を接地することで、アースをとっている。なお、この変圧器は例えば、一般的な家庭や施設に設けられ、電力会社から供給される交流電力を変圧して出力する変圧器である。

インバータ２０は、複数のスイッチング素子をブリッジ状に接続したＡＣ／ＤＣ変換回路であり、交流電源１０から供給される交流電力を直流電力に変換して、バッテリ３０に供給する変換回路である。また、インバータ２０は、バッテリ３０から出力される直流電力を交流電力に変換し、負荷１１０に電力を供給する。インバータ２０は、交流電源１０に接続された一対の電源線に接続され、交流電源１０とバッテリ３０との間に接続されている。

バッテリ３０は、リチウムイオン電池等の二次電池を複数接続した蓄電池である。本例の電源システムにおいて、バッテリ３０は、図示しない負荷へ供給するための電力を蓄電する電池である。本例は、例えば、電気料金の安い深夜時間帯に交流電源１０からの電力でバッテリ３０を充電し、昼間の時間帯に、バッテリ３０に貯めた電力を負荷に供給するよう、電力をコントロールしている。

平滑コンデンサ４０は、インバータ２０からバッテリ３０に供給される電力を整流するためのコンデンサであって、一対の電源線の正極側と負極側との間に接続され、インバータ２０とリレースイッチ５０との間に接続されている。

リレースイッチ５０は、バッテリ３０と交流電源１０との間を、導通及び遮断させるためのスイッチであり、インバータ２０とバッテリ３０との間に接続されている。リレースイッチ５０がオフ状態である場合には、バッテリ３０からの電力はインバータ２０に供給されず、また、インバータ２０からの電力はバッテリ３０に供給されない。

地絡検知回路６０はバッテリ３０の地絡を検知する回路であり、リレースイッチ５０よりバッテリ３０側に接続されている。図１の例では、地絡検知回路６０は、リレースイッチ５０の負極側の接点とバッテリ３０の負極とを接続する電力線に接続されている。すなわち、地絡検知回路６０はバッテリ３０とリレースイッチ５０との間に接続されているため、リレースイッチ５０がオフ状態である場合には、地絡検知回路６０はバッテリ３０の絶縁抵抗を検出することにより地絡（すなわち絶縁抵抗の低下）を検知可能な状態となる。一方、リレースイッチ５０がオン状態である場合には、リレースイッチ５０及びインバータ２０を介して交流電源１０の接地と導通されるため、検出された絶縁抵抗が小さい要因がバッテリ３０の絶縁抵抗の低下であるのか、交流電源１０の接地による絶縁抵抗の低下であるのかを判別できず、バッテリ３０の地絡を検知できない状態となる。

地絡検知回路６０は、コンデンサ６１、６５と、抵抗６２、６４と、パルス発信器６３と、比較器６７と有している。コンデンサ６１は一端がバッテリ３０（バッテリ３０の電極端子に接続された電力線）に接続され、他端が抵抗６２を介してパルス発信器６３に接続している。すなわち、パルス発信器６３は、コンデンサ６１及び抵抗６２の直列回路を介して電源線に接続されている。コンデンサ６１と抵抗６２との接続点（測定点）には、抵抗６４及びコンデンサ６５の直列回路からなるローパスフィルタが接続されている。比較器６７は、入力側を、抵抗６４とコンデンサ６５との接続点及び基準電圧６６に接続され、出力側を後述するコントローラに接続されている。

地絡検知回路６０により、バッテリ３０の地絡を検知する場合について、パルス発信器６３から所定の振幅を有する電圧信号であるパルスが出力され、コンデンサ６１を介してバッテリ３０（バッテリ３０の電極端子に接続された電力線）に入力される。バッテリ３０の絶縁抵抗に応じてコンデンサ６１の他端側、すなわち抵抗６２との接続点側の（測定点の）電圧変化が、比較器９７に入力される入力電圧の振幅変化として表れるため、地絡検知回路６０は、当該振幅電圧と基準電圧とを比較することで、バッテリ３０の絶縁抵抗の低下が発生しているか否かを判定する。基準電圧は、予め設定された、バッテリ３０の地絡を検知するための絶縁抵抗に相当する電圧閾値である。すなわち、比較器９７に入力される入力電圧の振幅（振幅電圧）が絶縁抵抗に相当するため、振幅電圧を基準電圧と比較することにより、バッテリ３０の絶縁抵抗の低下（地絡）を検出する。つまり、地絡検知回路６０は絶縁抵抗（すなわち振幅電圧）を検出し、検出した絶縁抵抗を地絡検知の為の基準となる絶縁抵抗（すなわち基準電圧）と比較して地絡の発生を検知しているとも言える。

バッテリ３０に地絡が発生していない場合には、比較器６７に入力される振幅電圧（応答電圧）は、基準電圧より高くなる。一方、バッテリ３０に地絡が発生した場合には、バッテリ３０の絶縁抵抗が低下する（例えば略ゼロになる）ため、比較器６７に入力される振幅電圧は、基準電圧より低くなる。これにより、地絡検知回路６０は、パルス発信器６３の入力パルスに対する振幅電圧と基準電圧とを比較することで、バッテリ３０の地絡を検知する。負荷１１０は、交流電源１０からの交流電力もしくはインバータ２０から出力される交流電力で駆動する、家庭や施設に備えられた電装負荷である。

次に、図２を用いて、本例の電源システムの電力系統について説明する。図２は、図１の電源システムの電力系統を示すブロック図である。図２において、太線は電力線（電源線）を示し、矢印は信号線を示している。

交流電源１０、インバータ２０、リレースイッチ５０、負荷１１０及びバッテリ３０は電力線で接続されている。コントローラ１００は、交流電源１０、インバータ２０、バッテリ３０、リレースイッチ５０及び地絡検知回路６０を制御するコントローラであって、信号線で接続されている。

次に、本例の電源システムの制御について説明する。コントローラ１００は、通常の制御モードと、バッテリ３０の地絡を検知する地絡検知モードを切り替えて、リレースイッチ５０等を制御する。まず、通常の制御モードについて説明する。

通常の制御モードでは、コントローラ１００はリレースイッチ５０をオンにして、バッテリ３０の電力を（インバータ２０を介して）負荷１１０に供給し、また交流電源１０の電力を（インバータ２０を介して）バッテリ３０に供給して、バッテリ３０を充電可能な状態にする。コントローラ１００は、負荷の利用状況に応じた需要電力や時間帯等に応じて、交流電源１０、インバータ２０及びバッテリ３０を制御する。例えば、昼間などの電気料金が高い時間帯には、コントローラ１００は、バッテリ３０の電力を負荷１１０に供給する。また、負荷１１０による需要電力が大きく、バッテリ３０だけの電力でカバーできない場合には、コントローラ１００は、バッテリ３０の電力に加えて、交流電源１０の電力を負荷１１０に供給する。

一方、電気料金の安い時間帯では、コントローラ１００は、交流電源１０の電力を負荷１１０に供給しつつ、バッテリ３０を充電する。バッテリ３０を充電する際には、コントローラ１００は、バッテリ３０の充電状態を管理しており、バッテリ３０が過充電とならないようにインバータ２０からバッテリ３０へ供給される充電電力を制御している。。これにより、コントローラ１００は、本例の電源システムにおいて、電力を管理している。

次に、地絡検知モードについて、説明する。上記のとおり、リレースイッチ５０をオンにした状態で、地絡検知手段６０は、バッテリ３０の地絡を検出するために、パルス発信器６３からパルスを発信し、比較器６７による電圧の比較で、バッテリ３０の絶縁抵抗を検出すると、交流電源１０の接地により、比較器６７へ入力される振幅電圧が電圧閾値より低くなるため、バッテリ３０が地絡していない場合でも、バッテリ３０の絶縁抵抗が低下し、バッテリ３０の地絡が発生している、と誤検知する可能性がある。そのため、本例では、地絡検知回路６０による地絡を検知する前に、リレースイッチ５０をオフの状態にするよう、以下のように制御する。

まず、コントローラ１００は、地絡検知モードを実行すると、リレースイッチ５０のオン及びオフの状態を確認する。リレースイッチ５０がオフ状態である場合には、コントローラ１００は、地絡検知回路６０を起動させて、バッテリ３０の絶縁抵抗を測定することで、バッテリ３０の地絡を検知する。

一方、コントローラ１００は、地絡検知モードを実行する際に、リレースイッチ５０がオン状態である場合には、リレースイッチ５０を流れる電流を検出し、検出電流が所定の電流閾値より低いか否かを判定する。電流閾値は、予め設定されており、リレースイッチ５０をオフにするための閾値の電流である。検出電流は、リレースイッチ５０が接続された電源線に電流センサを接続することで、検出してもよい。あるいは、コントローラ１００は、負荷の需要電力に応じて、交流電源１０の電力及びバッテリ３０の充放電電力を制御しているため、バッテリ３０の充放電電力からリレースイッチ５０に流れる電流を検出してもよい。

リレースイッチ５０の検出電流が電流閾値より低い場合（例えば略０の場合）には、リレースイッチ５０をオフにして、バッテリ３０から負荷１１０への電力供給を遮断したとしても、遮断による負荷１１０への供給電力の低下は低いため、交流電源１０の電力で負荷１１０を駆動することができる。また、バッテリ３０を充電している場合には、地絡検知の終了後に、バッテリ３０を充電すればよい。ゆえに、コントローラ１００は、リレースイッチ５０の検出電流が電流閾値より低い場合には、リレースイッチ５０をオフにして、地絡検知回路６０を起動させて、バッテリ３０の地絡を検出する。

一方、リレースイッチ５０の検出電流が電流閾値以上である場合には、コントローラ１００は、リレースイッチ５０をオン状態のままにしつつ、リレースイッチ５０の電流を検出する。そして、リレースイッチ５０の検出電流が電流閾値より低くなった時点で、コントローラ１００はリレースイッチをオフにし、バッテリ３０の地絡を検知する。

そして、バッテリ３０に地絡が発生していると判断した場合には、コントローラ１００は、ユーザに対して地絡の発生を報知しつつ、リレースイッチ５０をオフ状態で維持させることで、バッテリ３０の充放電を禁止する。

次に、図３を用いて、地絡検知モードにおける、コントローラ１００の制御手順を説明する。図３はコントローラ１００の制御手順を示すフローチャートである。

コントローラ１００は、地絡検知モードを実行すると、図３の制御処理を行う。まず、ステップＳ１にて、コントローラ１００は、リレースイッチ５０（第１スイッチ）がオフになっているか否かを確認する。リレースイッチ５０がオフになっている場合には、ステップＳ５に遷る。

リレースイッチ５０がオフになっていない場合には、コントローラ１００はリレースイッチ５０の電流を検出する（ステップＳ２）。ステップＳ３にて、コントローラ１００は、リレースイッチ５０の検出電流と電流閾値とを比較する。リレースイッチ５０の検出電流が電流閾値以上である場合には、ステップＳ２に戻り、再び、リレースイッチ５０の電流を検出する。

一方、検出電流が電流閾値より低い場合には、コントローラ１００はリレースイッチ５０をオフにする（ステップＳ４）。

ステップＳ５にて、コントローラ１００は地絡検知回路６０を起動させる。ステップＳ６にて、地絡検知回路６０は、パルス発信器６３のパルスに対する応答電圧を測定することで、バッテリ３０の絶縁抵抗を測定する。

ステップＳ７にて、地絡検知回路６０は、比較器６７により、当該応答電圧と基準電圧とを比較することで、絶縁抵抗が地絡検知閾値以上であるか否かを検出する。なお、地絡検知閾値は、基準電圧６６に対応する。そして、絶縁抵抗が地絡検知閾値以上である場合には、ステップＳ８にて、コントローラ１００は、バッテリ３０に地絡が発生していないと判断し、リレースイッチ５０をオンにして、地絡検知モードを終了させる。

絶縁抵抗が地絡検知閾値未満である場合には、ステップＳ９にて、コントローラ１００は、比較器６７による比較結果から、バッテリ３０に地絡が発生していると、判断し、ユーザーに地絡の発生を報知して地絡検知モードを終了させる。

上記のように、本例は、交流電源１０とバッテリ３０との間に接続されたリレースイッチ５０がオフ状態である場合に、地絡検知回路６０によりバッテリ３０の地絡を検知する。これにより、本例は、接地された交流電源１０の電力を、インバータを介して、バッテリ３０に供給する電源装置において、バッテリ３０の地絡を検知することができる。

ところで、バッテリ３０の地絡を検知するためには、メガオームテスターを用いて、バッテリ３０を絶縁状態（交流電源１０とバッテリ３０とを電気的に切り離した状態）とした上で、作業者によって地絡を検知する方法も考えられるが、本例ではメガオームテスターを用いることなく地絡を検知することができるため、地絡検知のための工数を削減することができる。

また、バッテリ３０の地絡検知時に、バッテリ３０の絶縁状態を確保するために、インバータ２０とバッテリ３０との間にトランスを設けた上で、バッテリ３０の地絡を検知する方法も考えられるが、トランスを設けた場合にはシステムが大型化し、電源装置のコストも上がり、また電源装置の動作音が大きくなるという問題がある。しかしながら、本例では、リレースイッチ５０をオフにすることで、絶縁状態を確保しているため、上記のトランスを省くことができる。

なお、本発明において、コントローラ１００は、インバータ２０に含まれる複数のスイッチング素子の全てをオフにすることによって、交流電源１０とバッテリ３０とを電気的に切り離した状態で、地絡検知回路６０により、バッテリ３０の地絡を検知してもよい。インバータ２０の複数のスイッチング素子をオフにした場合には、地絡検知回路６０は交流電源１０から遮断されるため、地絡検知回路６０が、交流電源１０の接地をバッテリ３０の地絡として誤検知することを防ぐことができる。

また、本発明において、コントローラ１００は、リレースイッチ５０を所定の周期でオフにして、地絡検知回路６０を制御して、バッテリ３０の地絡を検知させてもよい。所定の周期は、予め設定された周期であって、例えば１日（２４時間）に設定される。これにより、本例は、定期的にバッテリ３０の地絡を検知することができる。

なお、所定の周期でリレースイッチ５０をオフにするタイミングは、バッテリ３０の充放電制御が行われていない、例えば深夜時間帯に設定すればよい。

また、本発明において、コントローラ１００は、前回の地絡の検知時間からの経過時間を計測し、計測された経過時間が予め設定された制限時間を超えた場合に、リレースイッチ５０をオフにして、バッテリ３０の地絡を検知させるよう制御してもよい。計測された経過時間が制限時間を超える前に、リレースイッチ５０の検出電流が電流閾値より低くなり、地絡の検知が行われた場合には、経過時間の計測をリセットすればよい。これにより、本例は、定期的にバッテリ３０の地絡を検知することができる。

すなわち、コントローラ１００は、所定の時間あたり少なくとも１回はリレースイッチ５０をオフにして、バッテリ３０の地絡を検知させる。これにより、リレースイッチ５０のオン状態が継続される場合でも、リレースイッチ５０をオフにして、バッテリ３０の地絡を検知することができる。その結果として、安全性の高いシステムを提供することができる。

また本例において、コントローラ１００は、交流電源１０を利用する時間帯が夜間電力の時間帯（１日の中で電力料金が安くなる時間帯）である場合に、リレースイッチ５０をオフにして、地絡検知回路６０により、バッテリ３０の地絡を検知してもよい。これにより、バッテリ３０夜間電力の時間帯に、リレースイッチ５０をオフにするため、バッテリ３０から負荷１１０へ電力を供給できない分を交流電源１０からの電力で補った場合に、交流電源１０を使用する際の電力料金への影響を抑制しつつ、バッテリ３０の地絡を検知することができる。その結果として、ユーザに対する経済的な負担を増加させることなく安全性の高いシステムを提供することができる。

上記リレースイッチ５０が本発明の「第１スイッチ」に相当し、地絡検知回路６０が本発明の「地絡検知手段」に、コントローラ１００が本発明の「制御手段」に相当する。

《第２実施形態》
図４は、発明の他の実施形態に係る電源装置の電源システムを示す回路図である。本例では上述した第１実施形態に対して、リレースイッチ７０、漏電検知回路８０、ＤＣ／ＤＣコンバータ９１及び発電装置９２を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

図４に示すように、本例の電源装置を含む電源システムは、交流電源１０と、インバータ２０と、バッテリ３０と、平滑コンデンサ４０と、リレースイッチ５０（第１スイッチ）と、地絡検知回路６０と、リレースイッチ７０（第２スイッチ）と、漏電検知回路８０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ９１と、発電装置９２と、負荷１１０とを備えている。交流電源１０、インバータ２０、バッテリ３０、平滑コンデンサ４０、リレースイッチ５０（第１リレー）及び地絡検知回路６０の構成、接続関係は、第１実施形態に係る電源システムと同様であるため説明を省略する。

リレースイッチ７０は、インバータ２０に対し交流電源１０と反対側の回路、すなわちバッテリ３０、リレースイッチ５０、地絡検知回路６０及び漏電検知回路８０を含む回路を、交流電源１０から遮断するために設けられたスイッチである。リレースイッチ７０は、交流電源１０とインバータ２０との間に接続され、電源線に設けられている。また、負荷１１０は電源線上において、リレースイッチ７０とインバータ２０との間に接続されている。

漏電検知回路８０は、発電装置９２の漏電を検知するための回路である。漏電検知回路８０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９１を介して、リレースイッチ５０よりインバータ２０側に接続され、バッテリ３０とインバータ２０との間を接続する一対の電源線にそれぞれ接続されている。

漏電検知回路８０は、抵抗８１、８２及び電流センサ８３を有している。抵抗８１は正極側の電源線に接続され、抵抗８２は負極側の電源線に接続されている。電流センサ８３は、抵抗８１、８２にそれぞれ接続され、また接地されている。電流センサ８３は、抵抗８１に流れる電流から正極側の電流を検出し、抵抗８２に流れる電流から負極側の電流を検出する。

発電装置９２に漏電が発生した場合には、抵抗８１に流れる電流と、抵抗８２に流れる電流との電流差が、所定の電流閾値より高くなる。そのため、本例は、漏電検知回路８０を用いて、発電装置９２の正極側の電流と、発電装置９２の負極側の電流とを検出し、これらの電流の偏差を測定し、電流偏差が予め設定されている電流閾値より高くなった場合に、発電装置９２に漏電が発生している、と判断する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ９１は、発電装置９２とインバータ２０との間に接続され、発電装置９２により発電された電力を変換して、インバータ２０及びバッテリ３０に供給する変換回路である。

発電装置９２は、自己発電機能をもった発電装置であって、例えば太陽発電や燃料電池により構成される。すなわち、本例の電源システムは、交流電源１０及びバッテリ３０と、第３の電力源として発電装置９２を備えている。発電装置９２は負荷１１０に電力を供給する電力源として機能し、またバッテリ３０を充電するための電力源としても機能する。これにより、本例は、バッテリバッテリ３０と発電装置９２との並列回路を形成し、当該並列回路を、リレースイッチ７０を介して交流電源１０に接続している。

次に、図５を用いて、本例の電源システムの電力系統について説明する。図５は、図１の電源システムの電力系統を示すブロック図である。図５において、太線は電力線（電源線）を示し、矢印は信号線を示している。

交流電源１０、リレースイッチ７０、インバータ２０、リレースイッチ５０、バッテリ３０及び発電装置９２は電力線で接続されている。コントローラ１００は、交流電源１０、インバータ２０、バッテリ３０、リレースイッチ５０、地絡検知回路６０、リレースイッチ７０、漏電検知回路８０及び発電装置９２を制御するコントローラであって、信号線で接続されている。

次に、本例の電源システムの制御について説明する。コントローラ１００は、通常の制御モードと、地絡検知モードと、漏電検知回路８０の断線を検知する断線検知モードとを切り替えて、リレースイッチ５０、７０を制御する。

通常制御モードでは、コントローラ１００は、リレースイッチ５０及びリレースイッチ７０をオンにして、交流電源１０等を制御する。

地絡検知モードでは、コントローラ１００は、少なくともリレースイッチ５０をオフにして、地絡検知回路６０を制御して、バッテリ３０の地絡を検知する。

断線検知モードでは、コントローラ１００は、リレースイッチ７０の状態を確認し、リレースイッチ７０がオフ状態である場合には、以下の断線検知制御を行う。一方、リレースイッチ７０がオン状態である場合には、コントローラ１００は、リレースイッチ７０の電流と、予め設定された電流閾値とを比較する。そして、リレースイッチ７０電流が電流閾値より低い場合には、コントローラ１００は、リレースイッチ７０をオフにする。

次に、コントローラ１００は、リレースイッチ７０をオフにした状態で、リレースイッチ５０をオンにして、パルス発信器６３からパルス信号を出力し、比較器６７の出力から、漏電検知回路８０の断線を検知する。

リレースイッチ５０がオン状態である場合には、地絡検知回路６０は、リレースイッチ５０を介して、抵抗８１、８２を通り、漏電検知回路８０の接地点まで導通する。そのため、漏電検知回路８０で断線が生じている場合には、パルス発生器６３からの入力パルスに対して、比較器６７に入力される振幅電圧（応答電圧）は基準電圧より高くなる。一方、漏電検知回路８０で断線が生じていない場合には、比較器６７に入力される振幅電圧（応答電圧）は基準電圧より低くなる。これにより、コントローラ１００は、リレースイッチ５０がオン状態である際に地絡検知回路６０にて地絡の発生が検出されていなければ、漏電検知回路８０に断線が発生していることを検知することができる。

そして、漏電検知回路８０に断線が発生していると判断した場合には、コントローラ１００は、ユーザに対して断線の発生を報知する。

次に、図６を用いて、地絡検知モード及び断線検知モードにおける、コントローラ１００の制御について説明する。図６はコントローラ１００の制御手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１０にて、リレースイッチ５０及びリレースイッチ７０をオフ状態とする制御を行う。ステップＳ１０のリレースイッチ５０の制御手順は、第１実施形態のステップＳ１〜Ｓ４の制御手順と同様である。またステップＳ１０のリレースイッチ７０の制御手順は、ステップＳ１〜Ｓ４の制御手順をリレースイッチ７０に置き換えればよい。すなわち、リレースイッチ５０及びリレースイッチ７０共に、流れている電流が所定の閾値電流よりも小さく、オフ状態としても影響が小さい事が確認された場合にオフ状態とすればよい。

ステップＳ１０の制御処理の後について、ステップＳ１５〜Ｓ１８は、第１実施形態のステップＳ５〜８と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ１７の判定で、絶縁抵抗が地絡検知閾値以上である場合には、ステップＳ２０にて、コントローラ１００は、バッテリ３０に地絡が発生していないと判断し、リレースイッチ７０をオフ状態に保持したままリレースイッチ５０のみをオンにして、地絡検知モードを終了させて、断線検知モードに遷る。

ステップＳ２１にて、地絡検知回路６０は、パルス発信器６３のパルスに対する応答電圧を測定することで、漏電検知回路８０の絶縁抵抗を測定する。ステップＳ２２にて、地絡検知回路６０は、比較器６７により、当該応答電圧と基準電圧とを比較することで、漏電検知回路８０の絶縁抵抗が断線検知閾値未満であるか否かを検出する。断線検知閾値は、漏電検知回路８０で断線が生じているか否かを判断するための閾値であり、予め設定された値である。従って、少なくとも抵抗８１、８２のいずれにも断線が発生していない場合の応答電圧より高い値に設定され、基準電圧と対応する抵抗値である。なお、断線検知閾値は、基準電圧６６に対応するが、地絡検知閾値と異なる値に設定してもよい。

絶縁抵抗が断線検知閾値未満である場合には、ステップＳ２３にて、コントローラ１００は、漏電検知回路８０に断線が発生していないと判断し、リレースイッチ７０をオンにして、断線検知モードを終了させる。

一方、絶縁抵抗が断線検知閾値以上である場合には、ステップＳ２４にて、漏電検知回路８０に断線が発生していると判断し、断線検知モードを終了させる。

上記のように、本例は、リレースイッチ５０よりインバータ２０側で、バッテリ３０とインバータ２０との間を接続する一対の電源線に漏電検知回路８０を電気的に接続し、リレースイッチ５０がオン状態である場合に、地絡検知回路６０により、漏電検知回路８０の断線を検知する。これにより、漏電検知回路８０の断線の検知用の専用機構を別途設けなくても、断線を検知することができる。

また、本例は、リレースイッチ７０がオフ状態である場合に、地絡検知回路６０により、漏電検知回路８０の断線を検知する。これにより、地絡検知回路６０が確実に交流電源１０から遮断された状態で、漏電検知回路８０の断線を検知することができる。

なお、本例は、地絡検知回路６０により、漏電検知回路８０の断線を検知する場合に、リレースイッチ７０をオフにしたが、インバータ２０に含まれる複数のスイッチング素子をオフにして、断線を検知してもよい。

上記リレースイッチ７０が本発明の「第２スイッチ」に相当し、漏電検知回路８０が本発明の「漏電検知手段」に相当し、発電装置９２が本発明の「発電手段」に相当する。

《第３実施形態》
本発明の他の実施形態に係る電源装置の電源システムについて説明する。本例では、上述した第２実施形態に対して、地絡検知回路６０による漏電検知回路８０の断線検知の制御の一部が異なる。これ以外の構成は上述した第２実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

コントローラ１００は、リレースイッチ７０がオフ状態である場合に、リレースイッチ５０の正極側のスイッチである正極スイッチ５１のオン及びオフと、負極側のスイッチである負極スイッチ５２のオン及びオフを交互に切り替えて、漏電検知回路８０の絶縁抵抗を測定することで、漏電検知回路８０の断線部分を特定する。

コントローラ１００は、リレースイッチ５０の正極スイッチ５１をオンにし、負極スイッチ５２をオフにして、パルス発信器６３からパルス信号を出力し、比較器６７の出力から、漏電検知回路８０の断線を検知する。

正極スイッチ５１がオン状態で、負極スイッチ５２がオフ状態である場合には、地絡検知回路６０は、正極スイッチ５１を介して正極側の抵抗８１を通り、漏電検知回路８０の接地点まで導通する。一方、負極側については、負極スイッチ５２がオフ状態であるため、地絡検知回路６０は、負極側の抵抗８２と導通していない。

そして、かかる状態で、抵抗８１の部分で断線が生じている場合には、パルス発生器６３からの入力パルスに対して、比較器６７に入力される振幅電圧は基準電圧より高くなる。同様に、漏電検知回路８０の接地部分に断線が発生している場合も比較器６７に入力される振幅電圧は基準電圧より高くなる。一方、抵抗８１の部分及び漏電検知回路８０の接地部分に断線が発生していない場合には、比較器６７に入力される振幅電圧は基準電圧より低くなる。これにより、本例は、漏電検知回路８０の正極側の異常を検知することができる。

コントローラ１００は、リレースイッチ５０の正極スイッチ５１をオフにし、負極スイッチ５２をオンにして、パルス発信器６３からパルス信号を出力し、比較器６７の出力から、漏電検知回路８０の断線を検知する。

正極スイッチ５１がオフ状態で、負極スイッチ５２がオン状態である場合には、地絡検知回路６０は、負極スイッチ５２を介して負極側の抵抗８２を通り、地絡検知回路の接地点まで導通する。一方、正極側については、正極スイッチ５１がオフ状態であるため、地絡検知回路６０は、正極側の抵抗８１と導通していない。

そして、かかる状態で、抵抗８２の部分で断線が生じている場合には、パルス発生器６３からの入力パルスに対して、比較器６７に入力される振幅電圧は基準電圧より高くなる。同様に、漏電検知回路８０の接地部分に断線が発生している場合も比較器６７に入力される振幅電圧は基準電圧より高くなる。一方、抵抗８２の部分及び漏電検知回路８０の接地部分に断線が発生していない場合には、比較器６７に入力される振幅電圧は基準電圧より低くなる。これにより、本例は、漏電検知回路８０の負極側の異常を検知することができる。

そして、コントローラ１００は、正極スイッチ７１がオン状態、負極スイッチ７２がオフ状態であるときの断線検知結果と、正極スイッチ７１がオフ状態、負極スイッチ７２がオン状態であるときの断線検知結果とを組み合わせることで、抵抗８１の断線、抵抗８２の断線、漏電検知回路８０の接地部分の断線及び断線なし（正常）を区別して検知することができる。

表１に、正極スイッチ５１の状態及び負極スイッチ５２の状態、絶縁抵抗の測定結果に対する、断線検知の結果を示す。

表１において、正極スイッチ／負極スイッチのＯＮ、ＯＦＦは、それぞれのスイッチ５１、５２のオン、オフ状態を示している。正極スイッチ／負極スイッチのＯＮ／ＯＦＦは、正極スイッチ５１のオン状態、負極スイッチ５２のオフ状態を示している。また、正極スイッチ／負極スイッチのＯＦＦ／ＯＮは、正極スイッチ５１のオフ状態、負極スイッチ５２のオン状態を示している。丸印は、地絡検知回路６０で測定される絶縁抵抗が断線検知閾値未満である場合を示し、バツ印は、地絡検知回路６０で測定される絶縁抵抗が断線検知閾値以上である場合を示す。

表１に示すように、正極スイッチ５１がオン状態で負極スイッチ５２がオフ状態であって、パルス発生器６３からの入力パルスに対して、比較器６７に入力される振幅電圧（地絡検知回路６０で検知される電圧に相当）が基準電圧未満であり、正極スイッチ５１がオフ状態で負極スイッチ５２がオン状態であって、比較器６７に入力される振幅電圧が基準電圧未満である場合には、抵抗８１，８２及び接地部分の抵抗値が上昇していないため、コントローラ１００は漏電検知回路８０を正常として判断する。

また、正極スイッチ５１がオン状態で負極スイッチ５２がオフ状態であって、比較器６７に入力される振幅電圧が基準電圧以上であり、正極スイッチ５１がオフ状態で負極スイッチ５２がオン状態であって、比較器６７に入力される振幅電圧が基準電圧未満である場合には、抵抗８２及び接地部分の抵抗値の上昇はないが、抵抗８１の抵抗値が上昇しているため、コントローラ１００は抵抗８１で断線が発生していると判断し、漏電検知回路８０の正極側で異常が生じていると判断する。

また、正極スイッチ５１がオン状態で負極スイッチ５２がオフ状態であって、比較器６７に入力される振幅電圧が基準電圧未満であり、正極スイッチ５１がオフ状態で負極スイッチ５２がオン状態であって、比較器６７に入力される振幅電圧が基準電圧以上ある場合には、抵抗８１及び接地部分の抵抗値の上昇はないが、抵抗８２の抵抗値が上昇しているため、コントローラ１００は抵抗８２で断線が発生していると判断し、漏電検知回路８０の負極側で異常が生じていると判断する。

また、正極スイッチ５１がオン状態で負極スイッチ５２がオフ状態であって、比較器６７に入力される振幅電圧が基準電圧以上であり、正極スイッチ５１がオフ状態で負極スイッチ５２がオン状態であって、比較器６７に入力される振幅電圧が基準電圧以上ある場合には、抵抗８１、８２の抵抗値の上昇はないが、接地部分の抵抗値が上昇しているため、コントローラ１００は接地部分で断線が発生していると判断し、漏電検知回路８０の接地部分で異常が生じていると判断する。

上記のように本例は、正極スイッチ５１のオン及びオフと、負極スイッチ５２のオン及びオフを、互いに入れ替えて、スイッチを切り替え、地絡検知回路で検知される電圧と基準電圧とを比較し、表１の条件で、漏電検知回路８０の正極側の異常、負極側の異常、接地の異常及び漏電検知回路の正常を区別した上で、検知することができる。

１０…交流電源
２０…インバータ
３０…バッテリ
４０…平滑コンデンサ
５０…リレースイッチ
５１…正極スイッチ
５２…負極スイッチ
６０…地絡検知回路
６１、６５…コンデンサ
６２、６４…抵抗
６３…パルス発信器
６６…基準電圧
６７…比較器
７０…リレースイッチ
８０…漏電検知回路
８１、８２…抵抗
８３…電流センサ
９１…ＤＣ／ＤＣコンバータ
９２…発電装置

Claims (10)

1. 交流電源と、該交流電源に接続する二次電池とを備えた電源装置において、
   前記二次電池と前記交流電源との間に設けられ、前記二次電池と前記交流電源とを選択的に接続もしくは切断する第１スイッチと、
   前記第１スイッチより前記二次電池側に接続され、前記二次電池の地絡を検知する地絡検知手段とを備え、
   前記地絡検知手段は、
   前記第１スイッチがオフ状態である場合に、前記二次電池の地絡を検知する
   ことを特徴とする電源装置。
2. 前記二次電池は、前記交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して出力するインバータを介して前記交流電源に接続され、
   前記第１スイッチは、前記二次電池と前記インバータとの間に設けられ、前記二次電池と前記交流電源とを選択的に接続もしくは切断する
   ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 前記第１スイッチより前記インバータ側で、前記二次電池と前記インバータとの間を接続する一対の電源線に電気的に接続され、正極側の電流と負極側との電流とを比較することで、漏電を検知する漏電検知手段をさらに備え、
   前記地絡検知手段は、
   前記第１スイッチがオン状態である場合に、前記漏電検知手段の断線を検知する
   ことを特徴とする請求項２記載の電源装置。
4. 前記第１スイッチより前記インバータ側に電気的に接続された電源部をさらに備え、
   前記漏電検知手段は、前記電源部の漏電を検知する
   ことを特徴とする請求項３記載の電源装置。
5. 前記第１スイッチ及び前記地絡検知手段を制御する制御手段をさらに備え、
   前記第１スイッチは、前記二次電池の正極に接続される正極スイッチ及び前記二次電池の負極に接続される負極スイッチを有し、
   前記制御手段は、
   前記正極スイッチをオンに前記負極スイッチをオフにした状態で、前記地絡検知手段で検知される電圧が所定の電圧閾値未満であり、かつ、前記正極スイッチをオフに前記負極スイッチをオンにした状態で、前記地絡検知手段で検知される電圧が所定の電圧閾値未満である場合には、前記漏電検知手段を正常として判断し、
   前記正極スイッチをオンに前記負極スイッチをオフにした状態で、前記地絡検知手段で検知される電圧が所定の電圧閾値以上であり、かつ、前記正極スイッチをオフに前記負極スイッチをオンにした状態で、前記地絡検知手段で検知される電圧が所定の電圧閾値未満である場合には、前記漏電検知手段の正極側の異常として判断し、
   前記正極スイッチをオンに前記負極スイッチをオフにした状態で、前記地絡検知手段で検知される電圧が所定の電圧閾値未満であり、かつ、前記正極スイッチをオフに前記負極スイッチをオンにした状態で、前記地絡検知手段で検知される電圧が所定の電圧閾値以上である場合には、前記漏電検知手段の負極側の異常として判断し、
   前記正極スイッチをオンに前記負極スイッチをオフにした状態で、前記地絡検知手段で検知される電圧が所定の電圧閾値以上であり、かつ、前記正極スイッチをオフに前記負極スイッチをオンにした状態で、前記地絡検知手段で検知される電圧が所定の電圧閾値以上である場合には、前記漏電検知手段の接地の異常として判断する
   ことを特徴とする請求項３又は４記載の電源装置。
6. 前記交流電源と前記インバータとの間に接続される第２スイッチをさらに備え、
   前記地絡検知手段は、
   前記第２スイッチがオフ状態である場合に、前記漏電検知手段の断線を検知する
   ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の電源装置。
7. 前記地絡検知手段は、
   前記インバータに含まれる複数のスイッチング手段をオフにした状態で、前記二次電池の地絡を検知する
   ことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の電源装置。
8. 前記第１スイッチ及び前記地絡検知手段を制御する制御手段をさらに備え、
   前記制御手段は、
   所定の時間あたり少なくとも１回は前記第１スイッチをオフにして前記二次電池の地絡を検知させる
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電源装置。
9. 前記第１スイッチ及び前記地絡検知手段を制御する制御手段をさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記交流電源を利用する時間帯が夜間電力の時間帯である場合に、前記第１スイッチをオフにして前記二次電池の地絡を検知させる
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電源装置。
10. 前記地絡検知手段は、
    一端側が前記二次電池に対して接続されたコンデンサを有し、
    前記コンデンサの他端側となる測定点に、所定の電圧振幅を有するパルスを印加し、
    前記測定点に発生する電圧の振幅が予め定められた所定の基準電圧より低い場合に前記二次電池の地絡を検知する
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源装置。

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