特許 6014404 漏電検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6014404

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】漏電検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/02 20060101AFI20161011BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20161011BHJP

   H01M 10/42 20060101ALI20161011BHJP

   H02H 3/16 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   G01R31/02

   H01M10/48 P

   H01M10/42 P

   H02H3/16 A

【請求項の数】5

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-169790(P2012-169790)

(22)【出願日】2012年7月31日

(65)【公開番号】特開2014-29293(P2014-29293A)

(43)【公開日】2014年2月13日

【審査請求日】2015年5月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000141901

【氏名又は名称】株式会社ケーヒン

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100146835

【弁理士】

【氏名又は名称】佐伯 義文

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(72)【発明者】

【氏名】鎌田 誠二

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 真一

【審査官】 濱本 禎広

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０８０１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２１２３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０２０１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０１／０６３３０６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３１／０２−３１／０７

Ｈ０１Ｍ １０／４２，１０／４８

Ｈ０２Ｈ ３／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一端がバッテリの正極端子に接続された第１保護抵抗と、
一端が前記第１保護抵抗の他端に接続された第１検出抵抗と、
一端が前記第１検出抵抗の他端に接続された第２検出抵抗と、
一端が前記第２検出抵抗の他端に接続され、他端が前記バッテリの負極端子に接続された第２保護抵抗と、
前記第２検出抵抗の一端に接続された車体グランドと、を備え、
前記車体グランドから絶縁されたバッテリの漏電を検出する漏電検出装置において、
任意のタイミングで前記第２検出抵抗の一端に基準電圧を印加するためのスイッチと、
前記スイッチの制御により前記第２検出抵抗の一端に基準電圧を印加した状態で、前記第１検出抵抗の一端の電圧を第１電圧として検出すると共に前記第２検出抵抗の他端の電圧を第２電圧として検出し、前記第１及び第２電圧の検出値に基づいて、前記バッテリの中点における漏電の有無を判定する漏電判定回路と、
を備えることを特徴とする漏電検出装置。

【請求項2】

前記漏電判定回路は、前記第２検出抵抗の一端に基準電圧を印加した状態で、前記第１及び第２電圧を検出し、前記第１電圧が第１閾値以上且つ前記第２電圧が第２閾値未満の場合に前記バッテリの中点に漏電有りと判定することを特徴とする請求項１に記載の漏電検出装置。

【請求項3】

前記漏電判定回路は、前記第２検出抵抗の一端に基準電圧を印加していない状態で、前記第１及び第２電圧を検出し、前記第１及び第２電圧の検出値に基づいて、前記バッテリの正極側或いは負極側における漏電の有無を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の漏電検出装置。

【請求項4】

前記漏電判定回路は、前記第２検出抵抗の一端に基準電圧を印加していない状態で、前記第１及び第２電圧を検出し、前記第１電圧が第３閾値以上且つ前記第２電圧が第４閾値以上の場合に前記バッテリの負極側に漏電有りと判定する一方、前記第１電圧が前記第３閾値未満且つ前記第２電圧が前記第４閾値未満の場合に前記バッテリの正極側に漏電有りと判定することを特徴とする請求項３に記載の漏電検出装置。

【請求項5】

前記第２検出抵抗の一端と前記車体グランドとの間に配置された第３保護抵抗を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の漏電検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、漏電検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

周知のように、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両には、動力源となるモータと、該モータに電力を供給する高電圧・大容量のバッテリが搭載されている。この高圧バッテリは、リチウムイオン電池或いは水素ニッケル電池等からなる電池セルを直列に複数接続して構成されるものである。このようなモータ駆動用の高圧バッテリは、安全上、車体グランドから絶縁されているため、高圧バッテリと車体グランド間の絶縁破壊を検出する（つまり漏電を検出する）ことは極めて重要である。

【0003】

下記特許文献１には、バッテリの正極側及び負極側のそれぞれに直列に接続された複数の保護抵抗及び２個の検出抵抗と、保護抵抗の両端を短絡または開放する複数のスイッチとを設け、互いに接続されてその接続部が車体グランドに接地された２個の検出抵抗の両端電圧またはそこに流れる電流の測定値から漏電を検出する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６−３０８１８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に記載の技術では、バッテリの中点で漏電が発生した場合（つまりバッテリの中点と車体グランド間に絶縁破壊が生じた場合）、バッテリの中点電圧と、２個の検出抵抗の両端電圧とが一致するため、漏電を検出できない可能性がある。

【0006】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、バッテリの中点で発生した漏電を精度良く検出することの可能な漏電検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明では、漏電検出装置に係る第１の解決手段として、一端がバッテリの正極端子に接続された第１保護抵抗と、一端が前記第１保護抵抗の他端に接続された第１検出抵抗と、一端が前記第１検出抵抗の他端に接続された第２検出抵抗と、一端が前記第２検出抵抗の他端に接続され、他端が前記バッテリの負極端子に接続された第２保護抵抗と、前記第２検出抵抗の一端に接続された車体グランドと、を備え、前記車体グランドから絶縁されたバッテリの漏電を検出する漏電検出装置において、任意のタイミングで前記第２検出抵抗の一端に基準電圧を印加するためのスイッチと、前記スイッチの制御により前記第２検出抵抗の一端に基準電圧を印加した状態で、前記第１検出抵抗の一端の電圧を第１電圧として検出すると共に前記第２検出抵抗の他端の電圧を第２電圧として検出し、前記第１及び第２電圧の検出値に基づいて、前記バッテリの中点における漏電の有無を判定する漏電判定回路とを備える、という手段を採用する。

【0008】

また、本発明では、漏電検出装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記漏電判定回路は、前記第２検出抵抗の一端に基準電圧を印加した状態で、前記第１及び第２電圧を検出し、前記第１電圧が第１閾値以上且つ前記第２電圧が第２閾値未満の場合に前記バッテリの中点に漏電有りと判定する、という手段を採用する。

【0009】

また、本発明では、漏電検出装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記漏電判定回路は、前記第２検出抵抗の一端に基準電圧を印加していない状態で、前記第１及び第２電圧を検出し、前記第１及び第２電圧の検出値に基づいて、前記バッテリの正極側或いは負極側における漏電の有無を判定する、という手段を採用する。

【0010】

また、本発明では、漏電検出装置に係る第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記漏電判定回路は、前記第２検出抵抗の一端に基準電圧を印加していない状態で、前記第１及び第２電圧を検出し、前記第１電圧が第３閾値以上且つ前記第２電圧が第４閾値以上の場合に前記バッテリの負極側に漏電有りと判定する一方、前記第１電圧が前記第３閾値未満且つ前記第２電圧が前記第４閾値未満の場合に前記バッテリの正極側に漏電有りと判定する、という手段を採用する。

【0011】

また、本発明では、漏電検出装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれか一つの解決手段において、前記第２検出抵抗の一端と前記車体グランドとの間に配置された第３保護抵抗を備える、という手段を採用する。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る漏電検出装置において、前記第２検出抵抗の一端に基準電圧を印加した状態では、バッテリ中点と車体グランド間の絶縁抵抗が小さくなるほど、第１電圧は上昇する一方、第２電圧は下降するという特徴的な現象が発生する。従って、これら第１及び第２電圧の検出値に基づいて、バッテリの中点における漏電の有無を判定することにより、バッテリの中点で発生した漏電を精度良く検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態に係る漏電検出装置１の概略構成図である。

【図2】スイッチＳＷがオフの状態で高圧バッテリＢＴの正極側に漏電が発生した場合に、漏電検出装置１にどのような経路で電流が流れるかを示した図（ａ）と、その経路で電流が流れた場合における、第１電圧ＶＨ、第２電圧ＶＬと絶縁抵抗ＲＬ_Ｈとの関係を示す図（ｂ）である。

【図3】スイッチＳＷがオフの状態で高圧バッテリＢＴの負極側に漏電が発生した場合に、漏電検出装置１にどのような経路で電流が流れるかを示した図（ａ）と、その経路で電流が流れた場合における、第１電圧ＶＨ、第２電圧ＶＬと絶縁抵抗ＲＬ_Ｌとの関係を示す図（ｂ）である。

【図4】スイッチＳＷがオンの状態で高圧バッテリＢＴの中点に漏電が発生した場合に、漏電検出装置１にどのような経路で電流が流れるかを示した図（ａ）と、その経路で電流が流れた場合における、第１電圧ＶＨ、第２電圧ＶＬと絶縁抵抗ＲＬ_Ｍとの関係を示す図（ｂ）である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る漏電検出装置１の概略構成図である。この漏電検出装置１は、車体グランドＢＧから絶縁されたモータ駆動用の高圧バッテリＢＴの漏電を検出するものであり、第１検出抵抗Ｒ１、第２検出抵抗Ｒ２、第１保護抵抗Ｒ３、第２保護抵抗Ｒ４、第３保護抵抗Ｒ５、スイッチＳＷ、漏電判定回路１０を備えている。

【0015】

第１保護抵抗Ｒ３は、一端が高圧バッテリＢＴの正極端子に接続され、他端が第１検出抵抗Ｒ１の一端に接続されている。第１検出抵抗Ｒ１は、一端が第１保護抵抗Ｒ３の他端に接続され、他端が第２検出抵抗Ｒ２の一端に接続されている。第２検出抵抗Ｒ２は、一端が第１検出抵抗Ｒ１の他端に接続され、他端が第２保護抵抗Ｒ４の一端に接続されている。第２保護抵抗Ｒ４は、一端が第２検出抵抗Ｒ２の他端に接続され、他端が高圧バッテリＢＴの負極端子に接続されている。第３保護抵抗Ｒ５は、一端が第１検出抵抗Ｒ１の他端及び第２検出抵抗Ｒ２の一端に接続され、他端が車体グランドＢＧに接続されている。

【0016】

スイッチＳＷは、例えばＭＯＳＦＥＴなど、任意のタイミングで第２検出抵抗Ｒ２の一端（第１検出抵抗Ｒ１と第２検出抵抗Ｒ２との接続点）に基準電圧Ｖrefを印加するための半導体スイッチング素子である。具体的には、スイッチＳＷの一端は第２検出抵抗Ｒ２の一端に接続され、他端は基準電圧Ｖrefが印加されている基準電圧線に接続されている。なお、この基準電圧Ｖrefは、漏電検出装置１の内部回路で生成したものでも良いし、或いは外部装置から供給されるものでも良い。

【0017】

漏電判定回路１０は、第１検出抵抗Ｒ１の一端の電圧を第１電圧ＶＨとして検出すると共に、第２検出抵抗Ｒ２の他端の電圧を第２電圧ＶＬとして検出し、これら第１及び第２電圧ＶＨ、ＶＬの検出値に基づいて、高圧バッテリＢＴにおける漏電の有無を判定するものであり、第１増幅回路１１、第２増幅回路１２及びマイクロコンピュータ（以下、マイコンと略す）１３を備えている。

【0018】

第１増幅回路１１は、例えばオペアンプ等であり、第１電圧ＶＨを増幅してマイコン１３に出力する。第２増幅回路１２は、例えばオペアンプ等であり、第２電圧ＶＬを増幅してマイコン１３に出力する。マイコン１３は、第１増幅回路１１から入力される第１電圧ＶＨと、第２増幅回路１２から入力される第２電圧ＶＬとをデジタル値に変換し、このデジタル値、つまり第１及び第２電圧ＶＨ、ＶＬの検出値に基づいて、高圧バッテリＢＴにおける漏電の有無を判定する。また、このマイコン１３は、スイッチＳＷのオン／オフを制御する機能も有している。

【0019】

以下、上記のように構成された漏電検出装置１の動作について説明する。
漏電検出装置１のマイコン１３は、漏電検出処理を開始すると、まず、スイッチＳＷをオフに制御した状態（つまり、第２検出抵抗Ｒ２の一端に基準電圧Ｖrefを印加していない状態）で、第１増幅回路１１から入力される第１電圧ＶＨと、第２増幅回路１２から入力される第２電圧ＶＬとをデジタル値に変換することにより、第１及び第２電圧ＶＨ、ＶＬの検出値を得る。

【0020】

図２（ａ）は、スイッチＳＷがオフの状態で高圧バッテリＢＴの正極側に漏電が発生した場合に、漏電検出装置１の内部において、どのような経路で電流が流れるかを示したものである。なお、図２（ａ）において、符号ＲＬ_Ｈは、高圧バッテリＢＴの正極端子と車体グランドＢＧ間の絶縁抵抗を示している。

【0021】

この図２（ａ）に示すように、スイッチＳＷがオフの状態で高圧バッテリＢＴの正極側に漏電が発生した場合、高圧バッテリＢＴの正極端子→絶縁抵抗ＲＬ_Ｈ→車体グランドＢＧ→第３保護抵抗Ｒ５→第２検出抵抗Ｒ２→第２保護抵抗Ｒ４→高圧バッテリＢＴの負極端子、という経路と、高圧バッテリＢＴの正極端子→第１保護抵抗Ｒ３→第１検出抵抗Ｒ１→第２検出抵抗Ｒ２→第２保護抵抗Ｒ４→高圧バッテリＢＴの負極端子、という経路で電流が流れる。

【0022】

図２（ｂ）は、上記のような経路で電流が流れた場合における、第１電圧ＶＨ、第２電圧ＶＬと絶縁抵抗ＲＬ_Ｈとの関係を示す図である。この図２（ｂ）に示すように、絶縁抵抗ＲＬ_Ｈが小さくなるほど、第１電圧ＶＨ及び第２電圧ＶＬは、一定の大小関係（ＶＨ＞ＶＬ）を保ったまま下降する。このような現象を利用することにより、第１電圧ＶＨ及び第２電圧ＶＬが、それぞれ閾値を下回った場合に、高圧バッテリＢＴの正極側で漏電が発生したと判定することができる。

【0023】

つまり、マイコン１３は、図２（ｂ）に示すように、スイッチＳＷをオフに制御した状態で得た第１電圧ＶＨが閾値ＶＨ_ｔｈ１（第３閾値）未満で且つ第２電圧ＶＬが閾値ＶＬ_ｔｈ１（第４閾値）未満の場合に、高圧バッテリＢＴの正極側に漏電有りと判定し、その判定結果を外部に出力する。なお、図２（ｂ）に示すように、閾値ＶＨ_ｔｈ１は、値ＶＬ_ｔｈ１より高く設定されている。

【0024】

図３（ａ）は、スイッチＳＷがオフの状態で高圧バッテリＢＴの負極側に漏電が発生した場合に、漏電検出装置１の内部において、どのような経路で電流が流れるかを示したものである。なお、図３（ａ）において、符号ＲＬ_Ｌは、高圧バッテリＢＴの負極端子と車体グランドＢＧ間の絶縁抵抗を示している。

【0025】

この図３（ａ）に示すように、スイッチＳＷがオフの状態で高圧バッテリＢＴの負極側に漏電が発生した場合、高圧バッテリＢＴの正極端子→第１保護抵抗Ｒ３→第１検出抵抗Ｒ１→第２検出抵抗Ｒ２→第２保護抵抗Ｒ４→高圧バッテリＢＴの負極端子、という経路と、高圧バッテリＢＴの負極端子→絶縁抵抗ＲＬ_Ｌ→車体グランドＢＧ→第３保護抵抗Ｒ５→第２検出抵抗Ｒ２→第２保護抵抗Ｒ４→高圧バッテリＢＴの負極端子、という経路で電流が流れる。

【0026】

図３（ｂ）は、上記のような経路で電流が流れた場合における、第１電圧ＶＨ、第２電圧ＶＬと絶縁抵抗ＲＬ_Ｌとの関係を示す図である。この図３（ｂ）に示すように、絶縁抵抗ＲＬ_Ｌが小さくなるほど、第１電圧ＶＨ及び第２電圧ＶＬは、一定の大小関係（ＶＨ＞ＶＬ）を保ったまま上昇する。このような現象を利用することにより、第１電圧ＶＨ及び第２電圧ＶＬが、それぞれ閾値以上となった場合に、高圧バッテリＢＴの負極側で漏電が発生したと判定することができる。

【0027】

つまり、マイコン１３は、図３（ｂ）に示すように、スイッチＳＷをオフに制御した状態で得た第１電圧ＶＨが閾値ＶＨ_ｔｈ１以上で且つ第２電圧ＶＬが閾値ＶＬ_ｔｈ１以上の場合に、高圧バッテリＢＴの負極側に漏電有りと判定し、その判定結果を外部に出力する。

【0028】

ところで、上記のように、スイッチＳＷがオフの状態では、高圧バッテリＢＴの正極側或いは負極側に発生した漏電を検出することができるが、図４（ａ）に示すように、高圧バッテリＢＴの中点で漏電が発生した場合、第１電圧ＶＨと第２電圧ＶＬが等しくなるため、漏電の有無を判定できない。そこで、マイコン１３は、スイッチＳＷをオフに制御した状態で得た第１及び第２電圧ＶＨ、ＶＬの検出値が等しい場合、スイッチＳＷをオンに切替える。

【0029】

そして、マイコン１３は、スイッチＳＷをオンに制御した状態（つまり、第２検出抵抗Ｒ２の一端に基準電圧Ｖrefを印加した状態）で、第１増幅回路１１から入力される第１電圧ＶＨと、第２増幅回路１２から入力される第２電圧ＶＬとをデジタル値に変換することにより、新たに第１及び第２電圧ＶＨ、ＶＬの検出値を得る。

【0030】

図４（ａ）は、スイッチＳＷがオンの状態で高圧バッテリＢＴの中点に漏電が発生した場合に、漏電検出装置１の内部において、どのような経路で電流が流れるかを示したものである。なお、図４（ａ）において、符号ＲＬ_Ｍは、高圧バッテリＢＴの中点と車体グランドＢＧ間の絶縁抵抗を示している。

【0031】

この図４（ａ）に示すように、スイッチＳＷがオンの状態で高圧バッテリＢＴの中点に漏電が発生した場合、高圧バッテリＢＴの中点→絶縁抵抗ＲＬ_Ｍ→車体グランドＢＧ→第３保護抵抗Ｒ５→第２検出抵抗Ｒ２→第２保護抵抗Ｒ４→高圧バッテリＢＴの負極端子、という経路と、高圧バッテリＢＴの正極端子→第１保護抵抗Ｒ３→第１検出抵抗Ｒ１→第２検出抵抗Ｒ２→第２保護抵抗Ｒ４→高圧バッテリＢＴの負極端子、という経路で電流が流れる。また、スイッチＳＷがオンとなるこことにより、第２検出抵抗Ｒ２の一端に基準電圧Ｖrefが印加される。

【0032】

図４（ｂ）は、上記のような経路で電流が流れた場合における、第１電圧ＶＨ、第２電圧ＶＬと絶縁抵抗ＲＬ_Ｍとの関係を示す図である。この図４（ｂ）に示すように、絶縁抵抗ＲＬ_Ｍが小さくなるほど、第１電圧ＶＨは上昇する一方、第２電圧ＶＬは下降する。このような現象を利用することにより、第１電圧ＶＨが閾値以上となり、且つ第２電圧ＶＬが閾値未満となった場合に、高圧バッテリＢＴの中点で漏電が発生したと判定することができる。

【0033】

つまり、マイコン１３は、図４（ｂ）に示すように、スイッチＳＷをオンに制御した状態で得た第１電圧ＶＨが閾値ＶＨ_ｔｈ２（第１閾値）以上で且つ第２電圧ＶＬが閾値ＶＬ_ｔｈ２（第２閾値）未満の場合に、高圧バッテリＢＴの中点に漏電有りと判定し、その判定結果を外部に出力する。なお、マイコン１３は、スイッチＳＷをオンに切替えた時、閾値ＶＨ_ｔｈ２を閾値ＶＨ_ｔｈ１より高く設定し、閾値ＶＬ_ｔｈ２を閾値ＶＬ_ｔｈ１より高く設定する。

【0034】

以上のように、本実施形態に係る漏電検出装置１によれば、高圧バッテリＢＴの漏電を検出することができ、特に従来では検出が困難であった高圧バッテリＢＴの中点で発生した漏電を精度良く検出することが可能となる。

【0035】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図１では、第１検出抵抗Ｒ１、第２検出抵抗Ｒ２、第１保護抵抗Ｒ３、第２保護抵抗Ｒ４及び第３保護抵抗Ｒ５が、それぞれあたかも一つの抵抗素子からなるように図示しているが、直列接続或いは並列接続された複数の抵抗素子からなるようにしても良い。

【符号の説明】

【0036】

１…漏電検出装置、Ｒ１…第１検出抵抗、Ｒ２…第２検出抵抗、Ｒ３…第１保護抵抗、Ｒ４…第２保護抵抗、Ｒ５…第３保護抵抗、ＳＷ…スイッチ、１０…漏電判定回路、ＢＴ…高圧バッテリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】