特許 7542554 漏電検出装置、車両用電源システム

(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】

(24)【登録日】2024-08-22

(45)【発行日】2024-08-30

(54)【発明の名称】漏電検出装置、車両用電源システム

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/52 20200101AFI20240823BHJP

   G01R 31/64 20200101ALI20240823BHJP

   G01R 31/00 20060101ALI20240823BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20240823BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20240823BHJP

   B60L 58/10 20190101ALI20240823BHJP

【ＦＩ】

G01R31/52

G01R31/64

G01R31/00

B60L3/00 S

B60L50/60

B60L58/10

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021561160

(86)(22)【出願日】2020-08-18

(86)【国際出願番号】 JP2020031045

(87)【国際公開番号】W WO2021106284

(87)【国際公開日】2021-06-03

【審査請求日】2023-06-02

(31)【優先権主張番号】P 2019213255

(32)【優先日】2019-11-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001889

【氏名又は名称】三洋電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123102

【弁理士】

【氏名又は名称】宗田 悟志

(72)【発明者】

【氏名】中山 正人

【審査官】田口 孝明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１５１５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１６３２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１７６１７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１４２２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２４１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９５１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０２９２１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０３－２０９１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／１４３５３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－１１４４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１６３１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０５３１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０９８６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０８５８３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ ３１／５０－３１／７４、

３１／００－３１／０１、

３１／２４－３１／２５、

３１／４０－３１／４４、

Ｂ６０Ｌ １／００－３／１２、

７／００－１３／００、

１５／００－５８／４０、

Ｈ０２Ｈ ３／０８－３／２５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両のシャーシアースと絶縁された状態で搭載され、前記車両内の負荷に電力を供給する蓄電部と、前記蓄電部と前記負荷を接続する配線に挿入されるスイッチと、を備える車両に搭載される漏電検出装置であって、
アースと絶縁された状態で、負荷に接続されている蓄電部の電流経路に一端が接続されるカップリングコンデンサと、
周期的に変化する周期電圧を生成して、前記カップリングコンデンサの他端に第１抵抗を介して印加する電圧出力部と、
前記カップリングコンデンサと前記第１抵抗との間の接続点と、所定の固定電位との間に直列に接続された第２抵抗および第３抵抗と、
前記第２抵抗と前記第３抵抗との間の分圧点の電圧を測定する電圧測定部と、
前記電圧出力部から前記周期電圧が出力されている状態において、前記電圧測定部により測定された電圧をもとに、前記蓄電部の電流経路と前記アース間の漏電の有無を判定する漏電判定部と、
前記電圧出力部から固定電圧が出力されている状態において、前記スイッチがターンオンされるときに、前記電圧測定部により測定される電圧をもとに、前記カップリングコンデンサが正常であるか否かを判定する診断部と、
を備えることを特徴とする漏電検出装置。

【請求項2】

車両のシャーシアースと絶縁された状態で搭載され、前記車両内の負荷に電力を供給する蓄電部と、前記蓄電部と前記負荷を接続する配線に挿入されるスイッチと、を備える車両に搭載される漏電検出装置であって、
アースと絶縁された状態で、負荷に接続されている蓄電部の電流経路に一端が接続されるカップリングコンデンサと、
周期的に変化する周期電圧を生成して、前記カップリングコンデンサの他端に抵抗を介して印加する電圧出力部と、
前記カップリングコンデンサと前記抵抗との間の接続点の電圧を測定する電圧測定部と、
前記電圧出力部から前記周期電圧が出力されている状態において、前記電圧測定部により測定された電圧をもとに、前記蓄電部の電流経路と前記アース間の漏電の有無を判定する漏電判定部と、
前記電圧出力部から前記電圧測定部の測定レンジの中心付近の値に設定された固定電圧が出力されている状態において、前記スイッチがターンオンされるときに、前記電圧測定部により測定される電圧をもとに、前記カップリングコンデンサが正常であるか否かを判定する診断部と、
を備えることを特徴とする漏電検出装置。

【請求項3】

前記診断部は、前記スイッチがターンオンされるときに、前記電圧測定部により測定された電圧の変動幅が規定値以下の場合、前記カップリングコンデンサを異常と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】

前記スイッチは、
前記蓄電部の正極と前記負荷の一端が接続されるプラス配線に挿入される正極リレーと、
前記蓄電部の負極と前記負荷の他端が接続されるマイナス配線に挿入される負極リレーと、
前記正極リレー又は前記負極リレーに並列に接続されたプリチャージリレーと、を含み、
前記診断部は、前記３つのリレーの１つがターンオンされてから、３つがオン状態になるまでの期間における前記測定された電圧の変動幅が、前記規定値以下の場合、前記カップリングコンデンサを異常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】

車両のシャーシアースと絶縁された状態で搭載され、前記車両内の負荷に電力を供給する蓄電部と、
請求項１から４のいずれか１項に記載の漏電検出装置と、
を備えることを特徴とする車両用電源システム。

【請求項6】

前記診断部は、前記車両の起動後、最初に前記スイッチがターンオンされるとき、前記カップリングコンデンサが正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項５に記載の車両用電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アースから絶縁された負荷の漏電を検出する漏電検出装置、車両用電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）が普及してきている。これらの電動車両には、補機電池（一般的に１２Ｖ出力の鉛電池）と別に高電圧の駆動用電池（トラクションバッテリ）が搭載される。感電を防止するために、高電圧の駆動用電池、インバータ、走行用モータを含む強電回路と、車両のボディ（シャーシアース）間は絶縁される。

【0003】

強電回路の車両側のプラス配線とシャーシアース間、及び強電回路の車両側のマイナス配線とシャーシアース間には、それぞれＹコンデンサが挿入され、高電圧の駆動用電池から車両側の負荷に供給される電源が安定化されている。強電回路とシャーシアース間の絶縁抵抗を監視して漏電を検出する漏電検出装置が搭載される。

【0004】

ＡＣ方式の漏電検出装置では、駆動用電池の正極端子または負極端子に、抵抗とカップリングコンデンサを介してパルス電圧を印加し、当該抵抗と当該カップリングコンデンサとの接続点の電圧を測定し、漏電の有無を検出する。

【0005】

ＡＣ方式の漏電検出装置において、カップリングコンデンサの故障を診断する方法として、電池側と車両側の間のリレー（コンタクタ）の開閉時における波高値の変動をもとに診断する方法がある。波高値の変動が規定値以下の場合、カップリングコンデンサに異常が発生していると判定する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００４－５３３６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記したカップリングコンデンサの故障診断方法では、波高値の変動を測定する必要があるため、波高値の上側ピーク値を下側ピーク値の電圧を特定する必要がある。上側ピーク値または下側ピーク値の測定タイミングがずれると、正確な波高値を測定することができなくなる。また、上側ピーク値と下側ピーク値の両方を測定しないと波高値が確定しないため、波高値の測定周期に時間的な制約がある。複数回の判定を行う場合、時間がかかる。波高値の上側ピーク値の変動、又は波高値の下側ピーク値の変動をもとにカップリングコンデンサの故障を診断する場合も同様である。

【0008】

本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、漏電検出装置のカップリングコンデンサの故障診断を迅速かつ高精度に行う技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本開示のある態様の漏電検出装置は、車両のシャーシアースと絶縁された状態で搭載され、前記車両内の負荷に電力を供給する蓄電部と、前記蓄電部と前記負荷を接続する配線に挿入されるスイッチと、を備える車両に搭載される漏電検出装置であって、アースと絶縁された状態で、負荷に接続されている蓄電部の電流経路に一端が接続されるカップリングコンデンサと、周期的に変化する周期電圧を生成して、前記カップリングコンデンサの他端に第１抵抗を介して印加する電圧出力部と、前記カップリングコンデンサと前記第１抵抗との間の接続点と、所定の固定電位との間に直列に接続された第２抵抗および第３抵抗と、前記第２抵抗と前記第３抵抗との間の分圧点の電圧を測定する電圧測定部と、前記電圧出力部から前記周期電圧が出力されている状態において、前記電圧測定部により測定された電圧をもとに、前記蓄電部の電流経路と前記アース間の漏電の有無を判定する漏電判定部と、前記電圧出力部から固定電圧が出力されている状態において、前記スイッチがターンオンされるときに、前記電圧測定部により測定される電圧をもとに、前記カップリングコンデンサが正常であるか否かを判定する診断部と、を備える。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、漏電検出装置のカップリングコンデンサの故障診断を迅速かつ高精度に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】比較例に係る漏電検出装置を備える電源システムの構成を説明するための図である。

【図2】印加パルス波形と測定電圧波形の一例を示す図である。

【図3】比較例に係るカップリングコンデンサＣｃの故障診断時の測定波形の一例を示す図である。

【図4】実施の形態に係る漏電検出装置を備える電源システムの構成を説明するための図である。

【図5】実施の形態に係るカップリングコンデンサＣｃの故障診断時の測定波形の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（比較例）
図１は、比較例に係る漏電検出装置１０を備える電源システム５の構成を説明するための図である。電源システム５は電動車両に搭載される。電源システム５は電動車両内において、補機電池（通常、１２Ｖ出力の鉛電池が使用される）と別に設けられる。電源システム５は、高電圧の蓄電部２０、及び漏電検出装置１０を含む。蓄電部２０は、直列接続された複数のセルＥ１－Ｅｎを含む。セルには、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、鉛電池セル、電気二重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル等を用いることができる。以下、本明細書ではリチウムイオン電池セル（公称電圧：３．６－３．７Ｖ）を使用する例を想定する。

【0013】

電動車両は高電圧の負荷として、インバータ２及びモータ３を備える。蓄電部２０の正極とインバータ２の一端がプラス配線Ｌｐで接続され、蓄電部２０の負極とインバータ２の他端がマイナス配線Ｌｍで接続される。インバータ２と並列に大容量のコンデンサ４が接続される。プラス配線Ｌｐに正側メインリレーＭＲｐが挿入され、マイナス配線Ｌｍに負側メインリレーＭＲｍが挿入される。

【0014】

正側メインリレーＭＲｐと並列に、直列接続されたプリチャージリレーＭＲｐｐとプリチャージ抵抗Ｒｐが接続される。正側メインリレーＭＲｐがオン（クローズ）されるに先立ち、プリチャージリレーＭＲｐｐがオン（クローズ）されることにより、コンデンサ４に、制限された電流でプリチャージすることができ、突入電流を抑制することができる。なお、直列接続されたプリチャージリレーとプリチャージ抵抗は、負側メインリレーＭＲｍに対して並列に接続されてもよい。

【0015】

正側メインリレーＭＲｐ、プリチャージリレーＭＲｐｐ及び負側メインリレーＭＲｍは、蓄電部２０と電動車両内の高電圧の負荷との間の導通／遮断を制御するコンタクタとして機能する。なおリレーの代わりに、高耐圧・高絶縁の半導体スイッチを使用することも可能である。

【0016】

インバータ２は、蓄電部２０とモータ３の間に接続される双方向インバータである。インバータ２は力行時、蓄電部２０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。回生時、モータ３から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電部２０に供給する。モータ３には例えば、三相交流モータが使用される。モータ３は力行時、インバータ２から供給される交流電力に応じて回転する。回生時、減速による回転エネルギーを交流電力に変換してインバータ２に供給する。

【0017】

蓄電部２０は、電動車両のシャーシアースと絶縁された状態で電動車両に搭載される。補機電池は、負極がシャーシアースと導通した状態で電動車両に搭載される。なお、正側メインリレーＭＲｐよりインバータ２側のプラス配線Ｌｐとシャーシアース間が正側ＹコンデンサＣｐを介して接続される。また、負側メインリレーＭＲｍよりインバータ２側のマイナス配線Ｌｍとシャーシアース間が負側ＹコンデンサＣｍを介して接続される。正側ＹコンデンサＣｐ及び負側ＹコンデンサＣｍは、プラス配線Ｌｐとシャーシアース間、及びマイナス配線Ｌｍとシャーシアース間をそれぞれ直流的に絶縁するとともに、プラス配線Ｌｐ及びマイナス配線Ｌｍの電圧を安定化させる作用を有する。

【0018】

蓄電部２０がシャーシアースから理想的に絶縁されている場合、蓄電部２０の中間電位がシャーシアースの電位近辺に維持される。例えば、蓄電部２０の両端電圧が２５０Ｖの場合、蓄電部２０の正極電位が＋１２５Ｖ近辺、負極電位が－１２５Ｖ近辺に維持される。高電圧の蓄電部２０とシャーシアース間が導通した状態で、人間が電動車両の露出した導電部に触れると感電する危険がある。そこで高電圧の蓄電部２０を搭載した電動車両では、漏電検出装置１０を搭載して、高電圧の車両負荷に接続されている蓄電部２０の電流経路とシャーシアース間の絶縁状態を監視する必要がある。図１では、プラス配線Ｌｐとシャーシアース間の絶縁状態を正側漏電抵抗Ｒｌｐ、マイナス配線Ｌｍとシャーシアース間の絶縁状態を負側漏電抵抗Ｒｌｍと表している。

【0019】

比較例では漏電検出装置１０は、カップリングコンデンサＣｃ、第１抵抗Ｒ１、第１オペアンプＯＰ１、第２抵抗Ｒ２、平滑用コンデンサＣ１、第２オペアンプＯＰ２及び制御部１１を含む。制御部１１は、発振部１１ａ、電圧測定部１１ｂ、漏電判定部１１ｃ及び診断部１１ｄを含む。制御部１１は例えば、マイクロコンピュータ及び不揮発メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ）により構成することができる。

【0020】

カップリングコンデンサＣｃは、蓄電部２０の電流経路に一端が接続される。図１に示す例では蓄電部２０の負極にカップリングコンデンサＣｃの一端が接続されている。なお、カップリングコンデンサＣｃの一端は、蓄電部２０の正極に接続されてもよいし、蓄電部２０内の複数のセルＥ１－Ｅｎのいずれかのノードに接続されてもよい。カップリングコンデンサＣｃの他端は、第１抵抗Ｒ１を介して電圧出力部の出力端に接続される。カップリングコンデンサＣｃの他端と第１抵抗Ｒ１との間の接続点が測定点Ａとなる。なお、第１抵抗Ｒ１の代わりに他のインピーダンス素子を使用してもよい。

【0021】

図１ではカップリングコンデンサＣｃに、比較的安価に大容量化することができるアルミ電解コンデンサが使用されている。アルミ電解コンデンサは極性を有しており、図１ではアルミ電解コンデンサの正極が測定点Ａに接続され、アルミ電解コンデンサの負極が蓄電部２０の負極に接続されている。カップリングコンデンサＣｃは、複数のアルミ電解コンデンサが直列に接続されて構成されていてもよい。この場合、１つのコンデンサがショート故障しても、残りのコンデンサにより直流的な絶縁を維持することができる。

【0022】

上記の電圧出力部は、周期的に変化する周期電圧を生成して、生成した周期電圧をカップリングコンデンサＣｃの他端に第１抵抗Ｒ１を介して印加する。以下、本明細書では周期電圧として矩形波電圧を使用する例を想定する。

【0023】

電圧出力部は、発振部１１ａ及び第１オペアンプＯＰ１を含む。発振部１１ａは、マルチバイブレータや局部発振器を含み、予め設定された周波数の矩形波を発生させる。発振部１１ａにより生成された矩形波電圧は、第１オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に入力される。第１オペアンプＯＰ１の出力端子は第１抵抗Ｒ１に接続される。第１オペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子が接続される。第１オペアンプＯＰ１の正側電源端子は第１固定電位（電源電位Ｖｃｃ）に接続され、第１オペアンプＯＰ１の負側電源端子は第２固定電位（グラウンド電位ＧＮＤ）に接続される。以下、本明細書では電源電位Ｖｃｃが５Ｖ、グラウンド電位ＧＮＤが０Ｖの例を想定する。

【0024】

第１オペアンプＯＰ１は、増幅率が１倍でインピーダンス変換だけを行うボルテージフォロアとして機能する。なお、第１オペアンプＯＰ１の代わりに、一方の入力端子が第１固定電位に接続されたＡＮＤゲート、又は一方の入力端子が第２固定電位に接続されたＯＲゲートを使用してもよい。制御部１１と測定点Ａのインピーダンスを分離するバッファとして機能する素子であれば、第１オペアンプＯＰ１を代替可能である。

【0025】

測定点Ａは、第２抵抗Ｒ２を介して第２オペアンプＯＰ２の非反転入力端子に接続される。第２オペアンプＯＰ２の反転入力端子と出力端子が接続される。第２オペアンプＯＰ２も、増幅率が１倍でインピーダンス変換だけを行うボルテージフォロアとして機能する。第２オペアンプＯＰ２の非反転入力端子と第２固定電位（グラウンド電位ＧＮＤ）との間に平滑用コンデンサＣ１が接続される。平滑用コンデンサＣ１は、第２オペアンプＯＰ２の非反転入力端子に入力される電圧のノイズを除去する。

【0026】

第２オペアンプＯＰ２は、測定点Ａの電圧を電圧測定部１１ｂに出力する。電圧測定部１１ｂは測定点Ａの電圧を測定する。電圧測定部１１ｂはＡ／Ｄコンバータを含み、当該Ａ／Ｄコンバータは、発振部１１ａにより生成される矩形波電圧の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジのタイミングに同期したタイミングで、測定点Ａのアナログ電圧をサンプリングし、サンプリングしたアナログ電圧をデジタル値に変換する。矩形波電圧の立ち上がりエッジのタイミングでサンプリングされた電圧は、測定された電圧波形の下側ピーク値に相当し、矩形波電圧の立ち下がりエッジのタイミングでサンプリングされた電圧は、測定された電圧波形の上側ピーク値に相当する。なお、矩形波電圧の鈍りを考慮して、下側ピーク値をサンプリングすべきタイミングと、上側ピーク値をサンプリングすべきタイミングが調整されていてもよい。電圧測定部１１ｂは、測定点Ａの電圧を漏電判定部１１ｃと診断部１１ｄに出力する。

【0027】

漏電判定部１１ｃは、電圧測定部１１ｂにより測定された測定点Ａの電圧をもとに、蓄電部２０の電流経路とシャーシアース間の漏電の有無を判定する。漏電判定部１１ｃは、上側ピーク値と下側ピーク値との差分で示されるピークピーク値が、設定値より小さい場合、蓄電部２０の電流経路とシャーシアース間に漏電が発生していると判定する。当該設定値は、設計者による実験やシミュレーションにより予め導出された漏電発生時の測定電圧波形のピークピーク値をもとに決定される。蓄電部２０の電流経路とシャーシアース間に漏電が発生している場合、第１オペアンプＯＰ１から、検出抵抗として作用している第１抵抗Ｒ１を介してカップリングコンデンサＣｃに交流電流が流れる。第１抵抗Ｒ１に電流が流れると、電圧降下により測定点Ａの電圧振幅が縮小する。

【0028】

図２は、印加パルス波形と測定電圧波形の一例を示す図である。電圧出力部から測定点Ａに印加されるパルス波形は、ハイサイド電位が５Ｖでローサイド電位が０Ｖに設定されている。漏電判定部１１ｃは、測定点Ａにパルス電圧が印加されている期間に測定された電圧波形の上側ピーク値Ｖｐ１と下側ピーク値Ｖｐ２を特定し、上側ピーク値Ｖｐ１と下側ピーク値Ｖｐ２との差分で規定されるピークピーク値をもとに漏電の有無を判定する。

【0029】

図１に戻る。診断部１１ｄは、電圧測定部１１ｂにより測定された測定点Ａの電圧をもとに、カップリングコンデンサＣｃが正常であるか否か故障診断する。具体的には、電圧出力部から測定点Ａにパルス電圧が印加されている状態において、診断部１１ｄは、正側メインリレーＭＲｐのオン（クローズ）前後、正側メインリレーＭＲｐのオフ（オープン）前後、負側メインリレーＭＲｍのオン前後、又は負側メインリレーＭＲｍのオフ前後における測定電圧の変化量をもとに、カップリングコンデンサＣｃを診断する。

【0030】

図３は、比較例に係るカップリングコンデンサＣｃの故障診断時の測定波形の一例を示す図である。図３は、正側メインリレーＭＲｐのオン前後、及び正側メインリレーＭＲｐのオフ前後における測定電圧の変化量をもとに、カップリングコンデンサＣｃを診断する例を示している。

【0031】

診断部１１ｄは、正側メインリレーＭＲｐのオン直後の測定電圧のピークピーク値Ｖｐｐｃの、オン直前の測定電圧のピークピーク値Ｖｐｐｒ（規定値）からの低下量が規定値以下のときカップリングコンデンサＣｃを正常と判定し、当該規定値以下でないとき異常と判定する。カップリングコンデンサＣｃが正常に車両側に接続されていれば、正側メインリレーＭＲｐのオンに伴い、車両側の漏電状態の変化が測定波形の低下として現れる。カップリングコンデンサＣｃが異常な場合、この測定波形の低下が現れない。

【0032】

また診断部１１ｄは、正側メインリレーＭＲｐのオフ時にカップリングコンデンサＣｃを診断してもよい。診断部１１ｄは、正側メインリレーＭＲｐのオフ直後の測定電圧のピークピーク値Ｖｐｐｏの、オフ直前の測定電圧のピークピーク値Ｖｐｐｒ（基準値）からの上昇量が規定値以上のときカップリングコンデンサＣｃを正常と判定し、当該規定値以上でないとき異常と判定する。カップリングコンデンサＣｃが正常に車両側に接続されていれば、正側メインリレーＭＲｐのオフに伴い、車両側の漏電状態の変化が測定波形の上昇として現れる。カップリングコンデンサＣｃが異常な場合、この測定波形の上昇が現れない。

【0033】

なお診断部１１ｄは、正側メインリレーＭＲｐのオン時とオフ時の両方で、それぞれの規定値以上の変動を検出したとき、カップリングコンデンサＣｃを正常と判定してもよい。なお図３では、正側メインリレーＭＲｐのオン時またはオフ時のピークピーク値の測定電圧の変動をもとにカップリングコンデンサＣｃを診断したが、負側メインリレーＭＲｍのオン時またはオフ時の測定電圧のピークピーク値の変動をもとにカップリングコンデンサＣｃを診断してもよい。

【0034】

（実施の形態）
図４は、実施の形態に係る漏電検出装置１０を備える電源システム５の構成を説明するための図である。以下、図１に示した比較例に係る電源システム５の構成との相違点を説明する。実施の形態では第３抵抗Ｒ３及び第３オペアンプＯＰ３が追加される。制御部１１は、定電圧出力部１１ｅをさらに含む。定電圧出力部１１ｅは、第１基準電圧（本実施の形態では５Ｖ）と第２基準電圧（本実施の形態では０Ｖ）の少なくとも一方の固定電圧を出力することができる。

【0035】

本実施の形態では、発振部１１ａ及び第１オペアンプＯＰ１が第１電圧出力部を構成し、定電圧出力部１１ｅ及び第３オペアンプＯＰ３が第２電圧出力部を構成する。本実施の形態では、第１電圧出力部からも、第１基準電圧と第２基準電圧の少なくとも一方の固定電圧を出力することができるように構成される。

【0036】

カップリングコンデンサＣｃと第１抵抗Ｒ１との間の接続点Ａと、第２電圧出力部との間に直列に第２抵抗Ｒ２及び第３抵抗Ｒ３が接続される。より具体的には、定電圧出力部１１ｅから出力される定電圧は、第３オペアンプＯＰ３の非反転入力端子に入力される。第３オペアンプＯＰ３の出力端子は第３抵抗Ｒ３に接続される。第３オペアンプＯＰ３の反転入力端子と出力端子が接続される。第３オペアンプＯＰ３も、増幅率が１倍でインピーダンス変換だけを行うボルテージフォロアとして機能する。

【0037】

本実施の形態では、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３の分圧点電圧が第２オペアンプＯＰ２の非反転入力端子に入力される。即ち、電圧測定部１１ｂは、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３の分圧点電圧を測定することにより、測定点Ａの電圧を圧縮された電圧で測定する。漏電判定部１１ｃは、電圧測定部１１ｂにより測定された電圧の振幅値をもとに、漏電抵抗変換テーブルを参照して漏電抵抗値を算出し、蓄電部２０の電流経路とシャーシアース間の漏電の有無を判定する。本実施の形態では、測定点Ａの電圧を分圧して測定することにより、測定点Ａの電圧が測定レンジ（本実施の形態では０～５Ｖ）から外れる期間を減少させることができる。即ち、漏電判定ができない期間を減少させることができる。

【0038】

診断部１１ｄは、第１電圧出力部から固定電圧が出力されている状態において、正側メインリレーＭＲｐ、負側メインリレーＭＲ及びプリチャージリレーＭＲｐｐのオンシーケンス中に、電圧測定部１１ｂにより測定される電圧をもとに、カップリングコンデンサＣｃが正常であるか否か診断する。具体的には診断部１１ｄは、当該オンシーケンス中に測定される電圧の変動幅が規定値を超えるときカップリングコンデンサＣｃを正常と判定し、当該規定値以下のときカップリングコンデンサＣｃを異常と判定する。

【0039】

当該規定値は、設計者による実験やシミュレーションにより得られるデータに基づき設定される。

【0040】

診断部１１ｄは車両の起動（キーオン）後、最初に正側メインリレーＭＲｐ、負側メインリレーＭＲ及びプリチャージリレーＭＲｐｐがターンオンされるときに、カップリングコンデンサＣｃの診断を行ってもよい。その場合、第１電圧出力部は車両の起動後、第１電圧出力部から固定電圧を出力する。車両側の図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）は、車両の起動から所定時間経過後に正側メインリレーＭＲｐ、負側メインリレーＭＲｍ及びプリチャージリレーＭＲｐｐのオンシーケンスを開始する。診断部１１ｄは当該オンシーケンス中に、カップリングコンデンサＣｃの診断を行う。当該オンシーケンスの終了後、第１電圧出力部は出力電圧を固定電圧からパルス電圧に切り替え、漏電判定部１１ｃは漏電の監視を開始する。

【0041】

図５は、実施の形態に係るカップリングコンデンサＣｃの故障診断時の測定波形の一例を示す図である。第１電圧出力部は車両の起動後、固定電圧を出力する。例えば、第１抵抗Ｒ１の抵抗値が２００ｋΩ、第２抵抗Ｒ２の抵抗値が１０００ｋΩ、及び第３抵抗Ｒ３の抵抗値が１０００ｋΩであり、第１電圧出力部から５Ｖ、第２電圧出力部から０Ｖを出力する場合、電圧測定部１１ｂにより測定される固定電圧は、下記（式１）に示すように約２．２７Ｖになる。同様の回路定数で、第１電圧出力部から０Ｖ、第２電圧出力部から５Ｖを出力する場合、電圧測定部１１ｂにより測定される固定電圧は、下記（式２）に示すように約２．７３Ｖになる。

【0042】

５×（１０００／（２００＋１０００＋１０００））≒２．２７ ・・・（式１）
５×（（２００＋１０００）／（２００＋１０００＋１０００））≒２．７３ ・・・
（式２）

【0043】

図５に示す例では車両側のＥＣＵは、車両の起動から数百ｍｓ経過した後、正側メインリレーＭＲｐ、負側メインリレーＭＲ及びプリチャージリレーＭＲｐｐのオンシーケンスを開始する。この経過時間ｔ１は、平滑用コンデンサＣ１による測定波形の鈍りの影響をなくすための時間であり、測定波形が安定するまでの時間である。

【0044】

図５に示す例では、オンシーケンス期間ｔ２が数百ｍｓに設定されており、オンシーケンス期間ｔ２中に車両側のＥＣＵは、負側メインリレーＭＲｍ、プリチャージリレーＭＲｐｐ、正側メインリレーＭＲｐの順番でターンオンする。なおプリチャージリレーが負極側に接続されている場合、ＥＣＵは、正側メインリレーＭＲｐ、プリチャージリレー、負側メインリレーＭＲｍの順番でターンオンする。

【0045】

診断部１１ｄは、オンシーケンス期間ｔ２中における測定電圧の変動幅ΔＶが規定値を超えるときカップリングコンデンサＣｃを正常と判定し、当該規定値以下のときカップリングコンデンサＣｃを異常と判定する。変動幅ΔＶは、オンシーケンス期間ｔ２中における測定電圧の最大値と最小値の差分で規定される。

【0046】

以上説明したように本実施の形態によれば、固定電圧が印加された状態で、オンシーケンス期間ｔ２中における測定電圧の変動幅ΔＶをもとにカップリングコンデンサＣｃの故障診断を行う。これにより、カップリングコンデンサＣｃの故障診断を迅速かつ高精度に行うことができる。

【0047】

本実施の形態では、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３の分圧点の電圧を測定しているため、固定電圧が印加された場合、測定レンジの中間近傍で固定電圧を測定することができる。したがって、測定電圧が上昇しても低下しても、その変動を高精度に測定することができる。これに対し、図１に示した比較例に係る回路構成では、０Ｖの固定電圧が印加された場合、測定電圧の低下を検出することが困難であり、５Ｖの固定電圧が印加された場合、測定電圧の上昇を検出することが困難である。

【0048】

なお、パルス電圧を印加した状態で測定されるピークピーク値の上側ピーク値の変動、または下側ピーク値の変動をもとに、カップリングコンデンサＣｃの故障診断を行うことも考えられる。しかしながら通常、ピークピーク値は数百ｍｓ以上の周期で変動するため、上側ピーク値または下側ピーク値は、数百ｍｓ以上の周期でしか検出できず、複数点のピーク値をサンプリングするには時間がかかる。

【0049】

この点、固定電圧であれば、数十ｍｓ以下の周期で値を測定できるため、規定値を超える電圧変動の有無を迅速に確定させることができる。初期の安定化時間ｔ１を含めても、１ｓ以下でカップリングコンデンサＣｃの診断を完了させることができる。

【0050】

以上、本開示を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【0051】

図１に示した回路構成において、電圧出力部が、電圧測定部１１ｂの測定レンジの中心付近の値に設定された固定電圧を出力し、診断部１１ｄが、コンタクタのオンシーケンス期間中に測定される電圧をもとに、カップリングコンデンサＣｃが正常であるか否かを判定してもよい。電圧測定部１１ｂの測定レンジの中心付近の値は、測定レンジの中心電圧の±１Ｖの範囲内に設定された値であってもよい。例えば、測定レンジが０～５Ｖである場合、固定電圧は１．５～３．５Ｖの範囲内の値に設定される。なお、固定電圧の値は、測定電圧が上下の変動により測定レンジの上限または下限に張り付くことが抑制された値であれば、測定レンジの中心電圧の±１Ｖの範囲外に設定されてもよい。以上の方法でも、上記実施の形態と同様の効果が得られる。

【0052】

上記実施の形態では、車両の起動時にカップリングコンデンサＣｃの故障診断を行う例を説明した。この点、車両の駐車後にカップリングコンデンサＣｃの故障診断を行ってもよい。その場合、時間的に余裕があるため、コンタクタのオン／オフを複数回、繰り返し、複数回の判定結果をもとに最終的な診断を行ってもよい。

【0053】

上記実施の形態では、正側メインリレーＭＲｐと並列に、プリチャージリレーＭＲｐｐとプリチャージ抵抗Ｒｐが接続されているが、負荷が小さい場合、プリチャージリレーＭＲｐｐとプリチャージ抵抗Ｒｐが省略された構成も可能である。

【0054】

上記実施の形態では、第１電圧出力部から第１抵抗Ｒ１を介してカップリングコンデンサＣｃに矩形波電圧を印加する例を説明した。この点、正弦波電圧をカップリングコンデンサＣｃに印加してもよい。この場合も漏電判定部１１ｃは、測定点Ａの電圧波形からピークピーク値を特定し、上記実施の形態と同様に漏電の有無を判定することができる。

【0055】

上記実施の形態では、漏電検出装置１０を電動車両に搭載して使用する例を説明した。この点、上記実施の形態に係る漏電検出装置１０は車載用途以外の用途にも適用できる。蓄電部２０、及び蓄電部２０から電力供給を受ける負荷がアースから絶縁されている構成であれば、負荷はどのような負荷であってもよい。例えば、鉄道車両内で使用される負荷であってもよい。

【0056】

なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。

【0057】

［項目１］
車両のシャーシアースと絶縁された状態で搭載され、前記車両内の負荷（２）に電力を供給する蓄電部（２０）と、前記蓄電部（２０）と前記負荷（２）を接続する配線に挿入されるスイッチ（ＭＲｐ、ＭＲｍ、ＭＲｐｐ）と、を備える車両に搭載される漏電検出装置（１０）であって、
アースと絶縁された状態で、負荷（２）に接続されている蓄電部（２０）の電流経路に一端が接続されるカップリングコンデンサ（Ｃｃ）と、
周期的に変化する周期電圧を生成して、前記カップリングコンデンサ（Ｃｃ）の他端に第１抵抗（Ｒ１）を介して印加する電圧出力部（１１ａ、ＯＰ１）と、
前記カップリングコンデンサ（Ｃｃ）と前記第１抵抗（Ｒ１）との間の接続点と、所定の固定電位との間に直列に接続された第２抵抗（Ｒ２）および第３抵抗（Ｒ３）と、
前記第２抵抗（Ｒ２）と前記第３抵抗（Ｒ３）との間の分圧点の電圧を測定する電圧測定部（１１ｂ）と、
前記電圧出力部（１１ａ、ＯＰ１）から前記周期電圧が出力されている状態において、前記電圧測定部（１１ｂ）により測定された電圧をもとに、前記蓄電部（２０）の電流経路と前記アース間の漏電の有無を判定する漏電判定部（１１ｃ）と、
前記電圧出力部（１１ａ、ＯＰ１）から固定電圧が出力されている状態において、前記スイッチ（ＭＲｐ、ＭＲｍ、ＭＲｐｐ）がターンオンされるときに、前記電圧測定部（１１ｂ）により測定される電圧をもとに、前記カップリングコンデンサ（Ｃｃ）が正常であるか否かを判定する診断部（１１ｄ）と、
を備えることを特徴とする漏電検出装置（１０）。
これによれば、カップリングコンデンサ（Ｃｃ）の故障診断を迅速かつ高精度に行うことができる。
［項目２］
車両のシャーシアースと絶縁された状態で搭載され、前記車両内の負荷（２）に電力を供給する蓄電部（２０）と、前記蓄電部（２０）と前記負荷（２）を接続する配線に挿入されるスイッチ（ＭＲｐ、ＭＲｍ、ＭＲｐｐ）と、を備える車両に搭載される漏電検出装置（１０）であって、
周期的に変化する周期電圧を生成して、前記カップリングコンデンサ（Ｃｃ）の他端に抵抗（Ｒ１）を介して印加する電圧出力部（１１ａ、ＯＰ１）と、
前記カップリングコンデンサ（Ｃｃ）と前記抵抗（Ｒ１）との間の接続点の電圧を測定する電圧測定部（１１ｂ）と、
前記電圧出力部（１１ａ、ＯＰ１）から前記周期電圧が出力されている状態において、前記電圧測定部（１１ｂ）により測定された電圧をもとに、前記蓄電部（２０）の電流経路と前記アース間の漏電の有無を判定する漏電判定部（１１ｃ）と、
前記電圧出力部（１１ａ、ＯＰ１）から前記電圧測定部（１１ｂ）の測定レンジの中心付近の値に設定された固定電圧が出力されている状態において、前記スイッチ（ＭＲｐ、ＭＲｍ、ＭＲｐｐ）がターンオンされるときに、前記電圧測定部（１１ｂ）により測定される電圧をもとに、前記カップリングコンデンサ（Ｃｃ）が正常であるか否かを判定する診断部（１１ｄ）と、
を備えることを特徴とする漏電検出装置。
これによれば、カップリングコンデンサ（Ｃｃ）の故障診断を迅速かつ高精度に行うことができる。
［項目３］
前記診断部（１１ｄ）は、前記スイッチ（ＭＲｐ、ＭＲｍ、ＭＲｐｐ）がターンオンされるときに、前記電圧測定部（１１ｂ）により測定された電圧の変動幅が規定値以下の場合、前記カップリングコンデンサ（Ｃｃ）を異常と判定することを特徴とする項目１または２に記載の漏電検出装置（１０）。
これによれば、カップリングコンデンサ（Ｃｃ）の故障診断を迅速かつ高精度に行うことができる。
［項目４］
前記スイッチ（ＭＲｐ、ＭＲｍ、ＭＲｐｐ）は、
前記蓄電部（２０）の正極と前記負荷（２）の一端が接続されるプラス配線に挿入される正極リレー（ＭＲｐ）と、
前記蓄電部（２０）の負極と前記負荷（２）の他端が接続されるマイナス配線に挿入される負極リレー（ＭＲｍ）と、
前記正極リレー（ＭＲｐ）又は前記負極リレー（ＭＲｍ）に並列に接続されたプリチャージリレー（ＭＲｐｐ）と、を含み、
前記診断部（１１ｄ）は、前記３つのリレー（ＭＲｐ、ＭＲｍ、ＭＲｐｐ）の１つがターンオンされてから、３つがオン状態になるまでの期間における前記測定された電圧の変動幅が、前記規定値以下の場合、前記カップリングコンデンサ（Ｃｃ）を異常と判定することを特徴とする項目３に記載の漏電検出装置（１０）。
これによれば、プリチャージリレーを含むコンタクタで車両側の負荷（２）と接続される構成において、カップリングコンデンサ（Ｃｃ）の故障診断を迅速かつ高精度に行うことができる。
［項目５］
車両のシャーシアースと絶縁された状態で搭載され、前記車両内の負荷（２）に電力を供給する蓄電部（２０）と、
項目１から４のいずれか１項に記載の漏電検出装置（１０）と、
を備えることを特徴とする車両用電源システム（５）。
これによれば、カップリングコンデンサ（Ｃｃ）の故障診断を迅速かつ高精度に行うことができる漏電検出装置（１０）を備える車両用電源システム（５）を実現することができる。
［項目６］
前記診断部（１１ｄ）は、前記車両の起動後、最初に前記スイッチ（ＭＲｐ、ＭＲｍ、ＭＲｐｐ）がターンオンされるとき、前記カップリングコンデンサ（Ｃｃ）が正常であるか否かを判定することを特徴とする項目５に記載の車両用電源システム（５）。
これによれば、特別な診断期間を設定せずとも、カップリングコンデンサ（Ｃｃ）の故障診断を行うことができる。

【符号の説明】

【0058】

２ インバータ、 ３ モータ、 ４ コンデンサ、 Ｌｐ プラス配線、 Ｌｍ マイナス配線、 Ｃｐ 正側Ｙコンデンサ、 Ｃｍ 負側Ｙコンデンサ、 Ｒｌｐ 正側漏電抵抗、 Ｒｌｍ 負側漏電抵抗、 ＭＲｐ 正側メインリレー、 ＭＲｍ 負側メインリレー、 ＭＲｐｐ プリチャージリレー、 Ｒｐ プリチャージ抵抗、 ５ 電源システム、 ２０ 蓄電部、 Ｅ１－Ｅｎ セル、 １０ 漏電検出装置、 １１ 制御部、
１１ａ 発振部、 １１ｂ 電圧測定部、 １１ｃ 漏電判定部、 １１ｄ 診断部、
１１ｅ 定電圧出力部、 Ｃｃ カップリングコンデンサ、 Ｒ１ 第１抵抗、 Ｒ２
第２抵抗、 Ｒ３ 第３抵抗、 Ｃ１ 平滑用コンデンサ、 ＯＰ１ 第１オペアンプ、 ＯＰ２ 第２オペアンプ、 ＯＰ３ 第３オペアンプ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】