WO2014027512A1 - 電源装置 - Google Patents

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WO2014027512A1
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switch
ground fault
power supply
detection means
fault detection
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ゆかり 塚本
森田　剛
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日産自動車株式会社
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a power supply device.
  • a detection resistor and a coupling capacitor for DC cutoff are provided between a ground fault detection terminal connected to a DC negative power supply line and a pulse signal generating means. And detecting a decrease in insulation resistance at the time of ground fault is known from the difference between the detection voltage of the pulse signal and the reference voltage appearing at the connection point of the detection resistor and the coupling capacitor (Patent Document 1). .
  • a problem to be solved by the present invention is to provide a power supply device that can detect a ground fault of a secondary battery in a power supply device including a grounded AC power supply and a secondary battery connected to the AC power supply. That is.
  • the present invention provides a ground fault detection means for detecting a ground fault of a secondary battery by connecting a first switch for selectively connecting or disconnecting the secondary battery and the AC power source between the secondary battery and the AC power source. Is connected to the secondary battery side from the first switch, and the ground fault of the secondary battery is detected by the ground fault detection means in a state where the first switch is turned off.
  • the grounding part of the AC power supply and the circuit part for detecting the ground fault of the secondary battery are cut off by the ground fault detection means by turning off the first switch. There is an effect that the ground fault of the secondary battery can be detected without being affected.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a power supply system including a power supply device according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram of the power supply system of FIG. It is a flowchart which shows the control procedure of the controller of FIG. It is a circuit diagram of the power supply system containing the power supply device which concerns on other embodiment of this invention. It is a block diagram of the power supply system of FIG. It is a flowchart which shows the control procedure of the controller of FIG.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a power supply system of a power supply device according to an embodiment of the present invention.
  • the power supply device of this example is applied to a household or business power supply system in which an AC power supply is one of current sources.
  • the power supply system including the power supply device of this example includes an AC power supply 10, an inverter 20, a battery (secondary battery) 30, a smoothing capacitor 40, a relay switch 50 (first switch), and a ground fault detection circuit 60. It has.
  • the AC power supply 10 is a power source that supplies power to a load (not shown), and is also a power source that supplies charging power to the battery 30 via the inverter 20.
  • the AC power supply 10 includes a transformer, and is grounded by grounding a neutral point on the secondary side of the transformer. This transformer is, for example, a transformer that is provided in a general home or facility and transforms and outputs AC power supplied from an electric power company.
  • the inverter 20 is an AC / DC conversion circuit in which a plurality of switching elements are connected in a bridge shape, and is a conversion circuit that converts AC power supplied from the AC power supply 10 into DC power and supplies the DC power to the battery 30. Further, the inverter 20 converts the DC power output from the battery 30 into AC power and supplies the load 110 with power. Inverter 20 is connected to a pair of power supply lines connected to AC power supply 10, and is connected between AC power supply 10 and battery 30.
  • the battery 30 is a storage battery in which a plurality of secondary batteries such as lithium ion batteries are connected.
  • the battery 30 is a battery that stores electric power to be supplied to a load (not shown).
  • the battery 30 is charged with the power from the AC power supply 10 at midnight when the electricity rate is low, and the power is controlled so that the power stored in the battery 30 is supplied to the load during the daytime. ing.
  • the smoothing capacitor 40 is a capacitor for rectifying the power supplied from the inverter 20 to the battery 30, and is connected between the positive electrode side and the negative electrode side of the pair of power supply lines, and between the inverter 20 and the relay switch 50. Connected between.
  • the relay switch 50 is a switch for electrically connecting and disconnecting the battery 30 and the AC power supply 10, and is connected between the inverter 20 and the battery 30. When the relay switch 50 is in the OFF state, the power from the battery 30 is not supplied to the inverter 20, and the power from the inverter 20 is not supplied to the battery 30.
  • the ground fault detection circuit 60 is a circuit that detects a ground fault of the battery 30 and is connected to the battery 30 side from the relay switch 50.
  • the ground fault detection circuit 60 is connected to a power line that connects the contact on the negative electrode side of the relay switch 50 and the negative electrode of the battery 30. That is, since the ground fault detection circuit 60 is connected between the battery 30 and the relay switch 50, the ground fault detection circuit 60 detects the insulation resistance of the battery 30 when the relay switch 50 is in the OFF state. Thus, a ground fault (that is, a decrease in insulation resistance) can be detected.
  • the relay switch 50 when the relay switch 50 is in the ON state, the relay switch 50 and the inverter 20 are connected to the ground of the AC power supply 10. Or whether the insulation resistance is lowered due to the grounding of the AC power supply 10, and the ground fault of the battery 30 cannot be detected.
  • the ground fault detection circuit 60 has capacitors 61 and 65, resistors 62 and 64, a pulse transmitter 63, and a comparator 67.
  • One end of the capacitor 61 is connected to the battery 30 (power line connected to the electrode terminal of the battery 30), and the other end is connected to the pulse transmitter 63 via the resistor 62. That is, the pulse transmitter 63 is connected to the power supply line through a series circuit of the capacitor 61 and the resistor 62.
  • a low-pass filter composed of a series circuit of a resistor 64 and a capacitor 65 is connected to a connection point (measurement point) between the capacitor 61 and the resistor 62.
  • the comparator 67 has an input side connected to a connection point between the resistor 64 and the capacitor 65 and a reference voltage 66, and an output side connected to a controller described later.
  • a pulse which is a voltage signal having a predetermined amplitude is output from the pulse transmitter 63, and the battery 30 (the electrode terminal of the battery 30 is passed through the capacitor 61. Input to the power line). Since the voltage change (at the measurement point) on the other end side of the capacitor 61, that is, the connection point side with the resistor 62, appears as a change in the amplitude of the input voltage input to the comparator 97 according to the insulation resistance of the battery 30, The fault detection circuit 60 determines whether or not the insulation resistance of the battery 30 has decreased by comparing the amplitude voltage with the reference voltage.
  • the reference voltage is a voltage threshold value corresponding to an insulation resistance for detecting a ground fault of the battery 30 set in advance. That is, since the amplitude (amplitude voltage) of the input voltage input to the comparator 97 corresponds to the insulation resistance, a decrease (ground fault) of the insulation resistance of the battery 30 is detected by comparing the amplitude voltage with the reference voltage. . That is, the ground fault detection circuit 60 detects the insulation resistance (ie, amplitude voltage), and compares the detected insulation resistance with the insulation resistance (ie, the reference voltage) used as a reference for ground fault detection to detect the occurrence of a ground fault. It can be said that they are doing.
  • the ground fault detection circuit 60 detects the ground fault of the battery 30 by comparing the amplitude voltage with respect to the input pulse of the pulse transmitter 63 and the reference voltage.
  • the load 110 is an electrical load provided in a home or facility that is driven by AC power from the AC power supply 10 or AC power output from the inverter 20.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a power system of the power supply system of FIG.
  • a thick line indicates a power line (power supply line)
  • an arrow indicates a signal line.
  • the controller 100 is a controller that controls the AC power supply 10, the inverter 20, the battery 30, the relay switch 50, and the ground fault detection circuit 60, and is connected by a signal line.
  • the controller 100 switches the normal control mode and the ground fault detection mode for detecting the ground fault of the battery 30 to control the relay switch 50 and the like.
  • the normal control mode will be described.
  • the controller 100 turns on the relay switch 50 to supply the power of the battery 30 to the load 110 (via the inverter 20) and the power of the AC power supply 10 (via the inverter 20). 30 to make the battery 30 in a chargeable state.
  • the controller 100 controls the AC power supply 10, the inverter 20, and the battery 30 according to demand power, time zone, and the like corresponding to the load usage status. For example, the controller 100 supplies the power of the battery 30 to the load 110 during a time period when the electricity rate is high, such as during the daytime. Further, when the demand power by the load 110 is large and cannot be covered by the power of the battery 30 alone, the controller 100 supplies the power of the AC power supply 10 to the load 110 in addition to the power of the battery 30.
  • the controller 100 charges the battery 30 while supplying the power of the AC power supply 10 to the load 110 in the time zone when the electricity bill is cheap.
  • the controller 100 manages the charging state of the battery 30 and controls the charging power supplied from the inverter 20 to the battery 30 so that the battery 30 is not overcharged. .
  • the controller 100 manages power in the power supply system of this example.
  • the ground fault detection means 60 transmits a pulse from the pulse transmitter 63 in order to detect a ground fault of the battery 30, and compares the voltage by the comparator 67.
  • the amplitude voltage input to the comparator 67 becomes lower than the voltage threshold due to the grounding of the AC power supply 10, so that the insulation resistance of the battery 30 can be obtained even when the battery 30 is not grounded. May decrease and erroneously detect that a ground fault has occurred in the battery 30. Therefore, in this example, before detecting the ground fault by the ground fault detection circuit 60, the following control is performed so that the relay switch 50 is turned off.
  • the controller 100 when executing the ground fault detection mode, the controller 100 confirms the ON / OFF state of the relay switch 50. When the relay switch 50 is in the OFF state, the controller 100 activates the ground fault detection circuit 60 and measures the insulation resistance of the battery 30 to detect the ground fault of the battery 30.
  • the controller 100 detects the current flowing through the relay switch 50 and determines whether or not the detected current is lower than a predetermined current threshold value. Determine.
  • the current threshold is set in advance and is a threshold current for turning off the relay switch 50.
  • the detected current may be detected by connecting a current sensor to the power supply line to which the relay switch 50 is connected.
  • the controller 100 since the controller 100 controls the power of the AC power supply 10 and the charge / discharge power of the battery 30 according to the demand power of the load, the controller 100 detects the current flowing through the relay switch 50 from the charge / discharge power of the battery 30. Also good.
  • the controller 100 turns off the relay switch 50 and activates the ground fault detection circuit 60 to detect the ground fault of the battery 30.
  • the controller 100 detects the current of the relay switch 50 while keeping the relay switch 50 in the ON state.
  • the controller 100 turns off the relay switch and detects a ground fault of the battery 30.
  • the controller 100 If it is determined that a ground fault has occurred in the battery 30, the controller 100 notifies the user of the occurrence of a ground fault and maintains the relay switch 50 in the off state, thereby allowing the battery 30 to The charging / discharging of is prohibited.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a control procedure of the controller 100.
  • step S1 the controller 100 confirms whether or not the relay switch 50 (first switch) is turned off. If the relay switch 50 is off, the process proceeds to step S5.
  • step S2 the controller 100 detects the current of the relay switch 50 (step S2).
  • step S3 the controller 100 compares the detected current of the relay switch 50 with a current threshold value. If the detected current of the relay switch 50 is equal to or greater than the current threshold value, the process returns to step S2, and the current of the relay switch 50 is detected again.
  • the controller 100 turns off the relay switch 50 (step S4).
  • step S5 the controller 100 activates the ground fault detection circuit 60.
  • step S ⁇ b> 6 the ground fault detection circuit 60 measures the insulation resistance of the battery 30 by measuring the response voltage to the pulse of the pulse transmitter 63.
  • step S7 the ground fault detection circuit 60 uses the comparator 67 to compare the response voltage with the reference voltage to detect whether the insulation resistance is equal to or greater than the ground fault detection threshold.
  • the ground fault detection threshold corresponds to the reference voltage 66. If the insulation resistance is equal to or greater than the ground fault detection threshold, the controller 100 determines in step S8 that no ground fault has occurred in the battery 30, turns on the relay switch 50, and detects the ground fault. End the mode.
  • step S9 the controller 100 determines from the comparison result by the comparator 67 that a ground fault has occurred in the battery 30, and notifies the user of the ground fault. Is notified and the ground fault detection mode is terminated.
  • the ground fault of the battery 30 is detected by the ground fault detection circuit 60 when the relay switch 50 connected between the AC power supply 10 and the battery 30 is in the OFF state.
  • this example can detect the ground fault of the battery 30 in the power supply device that supplies the power of the grounded AC power supply 10 to the battery 30 via the inverter.
  • the battery 30 in order to detect a ground fault of the battery 30, the battery 30 is in an insulated state (a state in which the AC power supply 10 and the battery 30 are electrically separated) using a mega ohm tester, and then grounded by an operator.
  • a method of detecting a fault is also conceivable, in this example, since a ground fault can be detected without using a mega ohm tester, man-hours for detecting a ground fault can be reduced.
  • a method of detecting a ground fault of the battery 30 after providing a transformer between the inverter 20 and the battery 30 can be considered.
  • the transformer is provided, there is a problem that the system becomes larger, the cost of the power supply device increases, and the operation sound of the power supply device becomes louder.
  • the above-described transformer can be omitted.
  • the controller 100 causes the ground fault detection circuit 60 to turn off all of the plurality of switching elements included in the inverter 20 so that the AC power supply 10 and the battery 30 are electrically disconnected.
  • the ground fault of the battery 30 may be detected.
  • the ground fault detection circuit 60 is disconnected from the AC power supply 10, so that the ground fault detection circuit 60 erroneously sets the ground of the AC power supply 10 as the ground fault of the battery 30. Detection can be prevented.
  • the controller 100 may turn off the relay switch 50 at a predetermined cycle and control the ground fault detection circuit 60 to detect the ground fault of the battery 30.
  • the predetermined cycle is a cycle set in advance, and is set to one day (24 hours), for example. Thereby, this example can detect the ground fault of the battery 30 regularly.
  • timing at which the relay switch 50 is turned off at a predetermined cycle may be set, for example, at midnight when the charge / discharge control of the battery 30 is not performed.
  • the controller 100 measures the elapsed time from the previous ground fault detection time, and turns off the relay switch 50 when the measured elapsed time exceeds a preset time limit.
  • the control may be performed so that the ground fault of the battery 30 is detected. If the detected current of the relay switch 50 becomes lower than the current threshold and the ground fault is detected before the measured elapsed time exceeds the time limit, the measurement of the elapsed time may be reset. Thereby, this example can detect the ground fault of the battery 30 regularly.
  • the controller 100 turns off the relay switch 50 at least once per predetermined time, and detects the ground fault of the battery 30. Thereby, even when the ON state of the relay switch 50 is continued, the relay switch 50 can be turned OFF and the ground fault of the battery 30 can be detected. As a result, a highly safe system can be provided.
  • the controller 100 turns off the relay switch 50 when the time zone in which the AC power supply 10 is used is the nighttime power time zone (the time zone in which the power charge is reduced during the day).
  • a ground fault of the battery 30 may be detected by the ground fault detection circuit 60.
  • the AC power supply 10 is used when the power from the battery 30 cannot be supplied to the load 110 with the power from the AC power supply 10. It is possible to detect the ground fault of the battery 30 while suppressing the influence on the power rate when the power is applied. As a result, a highly secure system can be provided without increasing the economic burden on the user.
  • the relay switch 50 corresponds to the “first switch” of the present invention
  • the ground fault detection circuit 60 corresponds to the “ground fault detection means” of the present invention
  • the controller 100 corresponds to the “control means” of the present invention.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a power supply system of a power supply device according to another embodiment of the invention. This example differs from the first embodiment described above in that a relay switch 70, a leakage detection circuit 80, a DC / DC converter 91, and a power generation device 92 are provided. Since the configuration other than this is the same as that of the first embodiment described above, the description thereof is incorporated as appropriate.
  • the power supply system including the power supply device of this example includes an AC power supply 10, an inverter 20, a battery 30, a smoothing capacitor 40, a relay switch 50 (first switch), and a ground fault detection circuit. 60, a relay switch 70 (second switch), a leakage detection circuit 80, a DC / DC converter 91, a power generation device 92, and a load 110.
  • the configurations and connection relationships of the AC power supply 10, the inverter 20, the battery 30, the smoothing capacitor 40, the relay switch 50 (first relay), and the ground fault detection circuit 60 are the same as those of the power supply system according to the first embodiment. Omitted.
  • the relay switch 70 is provided to cut off the circuit on the opposite side of the inverter 20 from the AC power supply 10, that is, the circuit including the battery 30, the relay switch 50, the ground fault detection circuit 60 and the leakage detection circuit 80 from the AC power supply 10. Switch.
  • the relay switch 70 is connected between the AC power supply 10 and the inverter 20 and is provided on the power supply line.
  • the load 110 is connected between the relay switch 70 and the inverter 20 on the power line.
  • the leakage detection circuit 80 is a circuit for detecting leakage of the power generation device 92.
  • the leakage detection circuit 80 is connected to the inverter 20 side from the relay switch 50 via the DC / DC converter 91, and is connected to a pair of power lines connecting the battery 30 and the inverter 20, respectively.
  • the earth leakage detection circuit 80 includes resistors 81 and 82 and a current sensor 83.
  • the resistor 81 is connected to the positive power line, and the resistor 82 is connected to the negative power line.
  • the current sensor 83 is connected to the resistors 81 and 82 and grounded. The current sensor 83 detects the positive current from the current flowing through the resistor 81 and detects the negative current from the current flowing through the resistor 82.
  • the leakage detection circuit 80 is used to detect the current on the positive electrode side of the power generation device 92 and the current on the negative electrode side of the power generation device 92, measure the deviation of these currents, When the current threshold value is higher than the set current threshold value, it is determined that electric leakage has occurred in the power generation device 92.
  • the DC / DC converter 91 is a conversion circuit that is connected between the power generation device 92 and the inverter 20, converts the power generated by the power generation device 92, and supplies the power to the inverter 20 and the battery 30.
  • the power generation device 92 is a power generation device having a self-power generation function, and includes, for example, a solar power generation or a fuel cell. That is, the power supply system of the present example includes the AC power supply 10 and the battery 30, and the power generation device 92 as a third power source.
  • the power generation device 92 functions as a power source that supplies power to the load 110 and also functions as a power source for charging the battery 30.
  • a parallel circuit of the battery battery 30 and the power generation device 92 is formed, and the parallel circuit is connected to the AC power supply 10 via the relay switch 70.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a power system of the power supply system of FIG.
  • thick lines indicate power lines (power supply lines), and arrows indicate signal lines.
  • the controller 100 is a controller that controls the AC power source 10, the inverter 20, the battery 30, the relay switch 50, the ground fault detection circuit 60, the relay switch 70, the leakage detection circuit 80, and the power generation device 92, and is connected by a signal line. Yes.
  • the controller 100 controls the relay switches 50 and 70 by switching between a normal control mode, a ground fault detection mode, and a disconnection detection mode for detecting disconnection of the leakage detection circuit 80.
  • the controller 100 turns on the relay switch 50 and the relay switch 70 to control the AC power supply 10 and the like.
  • the controller 100 turns off at least the relay switch 50 and controls the ground fault detection circuit 60 to detect the ground fault of the battery 30.
  • the controller 100 confirms the state of the relay switch 70, and performs the following disconnection detection control when the relay switch 70 is in the OFF state. On the other hand, when the relay switch 70 is in the ON state, the controller 100 compares the current of the relay switch 70 with a preset current threshold value. If the relay switch 70 current is lower than the current threshold, the controller 100 turns off the relay switch 70.
  • the controller 100 turns on the relay switch 50 with the relay switch 70 turned off, outputs a pulse signal from the pulse transmitter 63, and disconnects the leakage detection circuit 80 from the output of the comparator 67. Detect.
  • the ground fault detection circuit 60 is conducted through the relay switch 50 to the ground point of the leakage detection circuit 80 through the resistors 81 and 82. For this reason, when disconnection occurs in the leakage detection circuit 80, the amplitude voltage (response voltage) input to the comparator 67 is higher than the reference voltage with respect to the input pulse from the pulse generator 63. On the other hand, when no breakage occurs in the leakage detection circuit 80, the amplitude voltage (response voltage) input to the comparator 67 is lower than the reference voltage. Thereby, the controller 100 detects that the disconnection has occurred in the leakage detection circuit 80 if the occurrence of the ground fault is not detected in the ground fault detection circuit 60 when the relay switch 50 is in the ON state. be able to.
  • the controller 100 alert
  • FIG. 6 is a flowchart showing a control procedure of the controller 100.
  • step S10 the relay switch 50 and the relay switch 70 are controlled to be turned off.
  • the control procedure of the relay switch 50 in step S10 is the same as the control procedure in steps S1 to S4 of the first embodiment.
  • the control procedure of the relay switch 70 in step S10 may be replaced with the relay switch 70 from the control procedure in steps S1 to S4. That is, both the relay switch 50 and the relay switch 70 may be turned off when it is confirmed that the flowing current is smaller than a predetermined threshold current and the influence is small even in the off state.
  • steps S15 to S18 are the same as steps S5 to S8 in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
  • step S20 the controller 100 determines that no ground fault has occurred in the battery 30, and sets the relay switch 70 in the OFF state. While holding, only the relay switch 50 is turned on, the ground fault detection mode is terminated, and the disconnection detection mode is entered.
  • the ground fault detection circuit 60 measures the insulation resistance of the leakage detection circuit 80 by measuring the response voltage with respect to the pulse of the pulse transmitter 63.
  • the ground fault detection circuit 60 uses the comparator 67 to compare the response voltage with the reference voltage, thereby detecting whether the insulation resistance of the leakage detection circuit 80 is less than the disconnection detection threshold.
  • the disconnection detection threshold value is a threshold value for determining whether or not a disconnection has occurred in the leakage detection circuit 80, and is a preset value. Therefore, a resistance value corresponding to the reference voltage is set to a value higher than the response voltage when at least the resistors 81 and 82 are not disconnected.
  • the disconnection detection threshold corresponds to the reference voltage 66, but may be set to a value different from the ground fault detection threshold.
  • step S23 the controller 100 determines that the disconnection has not occurred in the leakage detection circuit 80, turns on the relay switch 70, and ends the disconnection detection mode.
  • step S24 if the insulation resistance is greater than or equal to the disconnection detection threshold, it is determined in step S24 that disconnection has occurred in the leakage detection circuit 80, and the disconnection detection mode is terminated.
  • the leakage detection circuit 80 is electrically connected to the pair of power lines connecting the battery 30 and the inverter 20 on the inverter 20 side of the relay switch 50, and the relay switch 50 is turned on.
  • the ground fault detection circuit 60 detects the disconnection of the leakage detection circuit 80. Thereby, even if it does not provide the exclusive mechanism for the detection of the disconnection of the leak detection circuit 80 separately, a disconnection can be detected.
  • the ground fault detection circuit 60 detects the disconnection of the leakage detection circuit 80. Thereby, disconnection of leakage detection circuit 80 can be detected in a state where ground fault detection circuit 60 is reliably disconnected from AC power supply 10.
  • the relay switch 70 when the ground fault detection circuit 60 detects the disconnection of the leakage detection circuit 80, the relay switch 70 is turned off. However, the plurality of switching elements included in the inverter 20 are turned off to disconnect the disconnection. It may be detected.
  • the relay switch 70 corresponds to the “second switch” of the present invention
  • the leakage detection circuit 80 corresponds to the “leakage detection means” of the present invention
  • the power generation device 92 corresponds to the “power generation means” of the present invention.
  • the controller 100 alternately turns on and off the positive switch 51 that is the positive switch of the relay switch 50 and on and off of the negative switch 52 that is the negative switch.
  • the disconnection portion of the leakage detection circuit 80 is specified.
  • the controller 100 turns on the positive switch 51 of the relay switch 50, turns off the negative switch 52, outputs a pulse signal from the pulse transmitter 63, and detects disconnection of the leakage detection circuit 80 from the output of the comparator 67. .
  • the ground fault detection circuit 60 passes through the positive electrode side resistor 81 through the positive electrode switch 51 to the ground point of the leakage detection circuit 80. To do.
  • the ground fault detection circuit 60 is not electrically connected to the resistor 82 on the negative electrode side.
  • the amplitude voltage input to the comparator 67 is higher than the reference voltage with respect to the input pulse from the pulse generator 63. Similarly, the amplitude voltage input to the comparator 67 is higher than the reference voltage even when a disconnection occurs in the ground portion of the leakage detection circuit 80. On the other hand, when no breakage occurs in the resistor 81 and the ground detection portion of the leakage detection circuit 80, the amplitude voltage input to the comparator 67 is lower than the reference voltage. Thereby, this example can detect an abnormality on the positive electrode side of the leakage detection circuit 80.
  • the controller 100 turns off the positive switch 51 of the relay switch 50, turns on the negative switch 52, outputs a pulse signal from the pulse transmitter 63, and detects disconnection of the leakage detection circuit 80 from the output of the comparator 67. .
  • the ground fault detection circuit 60 is conducted to the ground point of the ground fault detection circuit through the negative resistor 82 via the negative switch 52. To do. On the other hand, since the positive electrode switch 51 is in the off state on the positive electrode side, the ground fault detection circuit 60 is not electrically connected to the resistor 81 on the positive electrode side.
  • the amplitude voltage input to the comparator 67 is higher than the reference voltage with respect to the input pulse from the pulse generator 63. Similarly, the amplitude voltage input to the comparator 67 is higher than the reference voltage even when a disconnection occurs in the ground portion of the leakage detection circuit 80. On the other hand, when no disconnection occurs in the portion of the resistor 82 and the ground portion of the leakage detection circuit 80, the amplitude voltage input to the comparator 67 is lower than the reference voltage. Thereby, this example can detect the abnormality on the negative electrode side of the leakage detection circuit 80.
  • the controller 100 displays the disconnection detection result when the positive electrode switch 71 is on and the negative electrode switch 72 is off, and the disconnection detection result when the positive electrode switch 71 is off and the negative electrode switch 72 is on.
  • Table 1 shows the result of disconnection detection for the state of the positive electrode switch 51, the state of the negative electrode switch 52, and the measurement result of the insulation resistance.
  • ON / OFF of the positive electrode switch / negative electrode switch indicates the ON / OFF state of each switch 51, 52.
  • ON / OFF of the positive electrode switch / negative electrode switch indicates the ON state of the positive electrode switch 51 and the OFF state of the negative electrode switch 52.
  • OFF / ON of the positive electrode switch / negative electrode switch indicates the OFF state of the positive electrode switch 51 and the ON state of the negative electrode switch 52.
  • a circle indicates a case where the insulation resistance measured by the ground fault detection circuit 60 is less than the disconnection detection threshold, and a cross indicates a case where the insulation resistance measured by the ground fault detection circuit 60 is greater than or equal to the disconnection detection threshold. Show.
  • the controller 100 determines that the leakage detection circuit 80 is normal.
  • the positive switch 51 is in the on state and the negative switch 52 is in the off state
  • the amplitude voltage input to the comparator 67 is equal to or higher than the reference voltage
  • the positive switch 51 is in the off state
  • the negative switch 52 is in the on state.
  • the resistance value of the resistor 82 and the ground portion does not increase, but the resistance value of the resistor 81 is increased. It is determined that a break has occurred in the resistor 81, and it is determined that an abnormality has occurred on the positive electrode side of the leakage detection circuit 80.
  • the positive switch 51 is on and the negative switch 52 is off, the amplitude voltage input to the comparator 67 is less than the reference voltage, the positive switch 51 is off, and the negative switch 52 is on.
  • the amplitude voltage input to the comparator 67 is equal to or higher than the reference voltage, the resistance value of the resistor 81 and the ground portion does not increase, but the resistance value of the resistor 82 increases. 82, it is determined that a disconnection has occurred, and it is determined that an abnormality has occurred on the negative electrode side of the leakage detection circuit 80.
  • the positive switch 51 is in the on state and the negative switch 52 is in the off state
  • the amplitude voltage input to the comparator 67 is equal to or higher than the reference voltage
  • the positive switch 51 is in the off state
  • the negative switch 52 is in the on state.
  • the amplitude voltage input to the comparator 67 is equal to or higher than the reference voltage
  • the resistance values of the resistors 81 and 82 are not increased, but the resistance value of the ground portion is increased. It is determined that a disconnection has occurred, and it is determined that an abnormality has occurred in the grounding portion of the leakage detection circuit 80.
  • the positive switch 51 is turned on and off and the negative switch 52 is turned on and off, the switches are switched, and the voltage detected by the ground fault detection circuit is compared with the reference voltage.
  • Table 1 it is possible to detect after distinguishing the abnormality on the positive electrode side, the abnormality on the negative electrode side, the abnormality of grounding, and the normality of the leakage detection circuit of the leakage detection circuit 80.

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

電源装置
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　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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