JPWO2014027512A1 - 電源装置 - Google Patents
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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)。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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