JP6831362B2 - 漏電検出装置、漏電検出システム、および診断方法 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、漏電検出装置、漏電検出システム、および診断方法に関する。

従来、漏電検出装置は、電源とグランドとの間を絶縁する絶縁抵抗の抵抗値に基づいて電源からの漏電を検出する漏電検出回路を備える。かかる漏電検出装置は、電源電圧を超えるサージ電圧等の突発的な高電圧から回路素子を保護するために、電源との間に並列に接続されるツェナーダイオード等の定電圧素子を備える（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１２５１６８号公報

しかしながら、漏電検出装置は、定電圧素子がショート故障すると、漏電を正確に検出することができなくなる場合がある。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で定電圧素子のショート故障を診断することができる漏電検出装置、漏電検出システム、および診断方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る漏電検出装置は、漏電検出回路と、複数の定電圧素子と、複数のスイッチと、診断部とを備える。漏電検出回路は、電源とグランドとの間を絶縁する絶縁抵抗の抵抗値に基づいて前記電源からの漏電を検出するための回路である。複数の直列接続された定電圧素子は、前記漏電検出回路と前記電源との間に並列接続され、前記電源から前記漏電検出回路へ印加される電圧を所定電圧に保持する。複数のスイッチは、前記定電圧素子に並列接続されて前記定電圧素子をバイパス接続する。診断部は、診断対象外の前記定電圧素子に並列接続された前記スイッチをオンにし、診断対象の前記定電圧素子に並列接続された前記スイッチをオフにした場合に、前記診断対象の定電圧素子により保持される電圧に基づいて前記定電圧素子のショート故障診断を行う。

実施形態の一態様に係る漏電検出装置、漏電検出システム、および診断方法によれば、簡易な構成で定電圧素子のショート故障を診断することができる。

図１は、実施形態に係る漏電検出システムの構成の一例を示す説明図である。 図２は、実施形態に係る漏電検出装置が行う漏電検出動作の説明図である。 図３は、実施形態に係る漏電検出装置が行う漏電検出動作の説明図である。 図４は、実施形態に係る漏電検出装置が行う漏電検出動作の説明図である。 図５は、実施形態に係る第１ダイオードがショート故障した状態を示す説明図である。 図６は、実施形態に係る漏電検出装置が行う定電圧素子の診断動作の説明図である。 図７は、実施形態に係る漏電検出装置が行う定電圧素子の診断動作の説明図である。 図８は、実施形態に係る漏電検出装置が行う第１診断スイッチおよび第２診断スイッチのオープン故障診断動作の説明図である。

以下、添付図面を参照して、漏電検出装置、漏電検出システム、および診断方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

以下では、電気自動車の電源の一例である高圧バッテリ（以下、単にバッテリと記載する）から車両のグランドへの漏電を検出する漏電検出システムを例に挙げて説明する。なお、実施形態に係る漏電検出システムは、電気自動車のバッテリに限らず、任意のバッテリからの漏電検出に適用することが可能である。

図１は、実施形態に係る漏電検出システム１００の構成の一例を示す説明図である。図１に示すように、漏電検出システム１００は、バッテリＢＴと、第１絶縁抵抗Ｒａと、第２絶縁抵抗Ｒｂと、漏電検出装置１とを備える。

バッテリＢＴは、例えば、リチウムイオンバッテリ等の充放電可能な二次電池である。バッテリＢＴは、例えば、急速充電装置や車両の回生エネルギーによって充電され、車両を走行させるモータ等の負荷へ電力を供給する。ここでは、バッテリＢＴの定格電圧が２４０Ｖ〜４００Ｖであり、車両のグランド（以下、車両グランドと記載する）が３６０Ｖである場合について説明する。

第１絶縁抵抗Ｒａと第２絶縁抵抗Ｒｂは、直列に接続され、バッテリＢＴと漏電検出装置１との間に並列に接続される。具体的には、第１絶縁抵抗Ｒａは、一端がバッテリＢＴの正極に接続され、他端が第２絶縁抵抗Ｒｂの一端および車両グランドに接続される。第２絶縁抵抗Ｒｂの他端は、バッテリＢＴの負極に接続される。

かかる第１絶縁抵抗Ｒａおよび第２絶縁抵抗Ｒｂは、抵抗値が数メガΩのものが使用されているが、何等かの原因で抵抗値が低下した場合、バッテリＢＴから車両グランドへの漏電が発生し、例えば、急速充電を行う際に感電の危険性がある。

そこで、漏電検出装置１は、感電を防止するため、例えば、バッテリＢＴの充電中にバッテリＢＴからの漏電を検出する。かかる漏電検出装置１は、第１絶縁抵抗Ｒａおよび第２絶縁抵抗Ｒｂの抵抗値に基づいてバッテリＢＴからの漏電を検出するための漏電検出回路１０と、マイクロコンピュータ（以下、マイコン３と記載する）とを備える。

漏電検出回路１０は、フライングキャパシタＣと、差動増幅器２とを備える。フライングキャパシタＣは、バッテリＢＴと差動増幅器２との間に並列に接続される。フライングキャパシタＣが備える一対の電極のうち、一方の電極は、第１スイッチＳｗ１、第１保護抵抗Ｒ１、および高圧側接続端子Ｂを介してバッテリＢＴの正極に接続される。

また、フライングキャパシタＣの他方の電極は、第２スイッチＳｗ２、第２保護抵抗Ｒ２、および低圧側接続端子Ｇを介してバッテリＢＴの負極に接続される。これにより、フライングキャパシタＣは、第１スイッチＳｗ１および第２スイッチＳｗ２が共にオフになることで、バッテリＢＴから切断される。

また、フライングキャパシタＣが備える一対の電極のうち、一方の電極は、第３スイッチＳｗ３を介して差動増幅器２の２つの入力端子のうちの一方の入力端子に接続される。また、フライングキャパシタＣの他方の電極は、第４スイッチＳｗ４を介して差動増幅器２の他方の入力端子に接続される。

また、第３スイッチＳｗ３と差動増幅器２とを接続する配線は、第３保護抵抗Ｒ３を介して車両グランドに接続される。第４スイッチＳｗ４と差動増幅器２とを接続する配線は、第４保護抵抗Ｒ４を介して車両グランドに接続される。

また、フライングキャパシタＣの一方の電極は、第５スイッチＳｗ５および第５保護抵抗Ｒ５を介して、第２スイッチＳｗ２と第４スイッチＳｗ４とを接続する配線に接続される。

差動増幅器２は、フライングキャパシタＣの充電電圧を検出する。具体的には、差動増幅器２は、フライングキャパシタＣの一対の電極間の電位差（電圧）を増幅してマイコン３へ出力する。

マイコン３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。なお、マイコン３は、一部または全部がＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成されてもよい。

マイコン３は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを、ＲＡＭを作業領域として使用して実行し、第１〜第４スイッチＳｗ１〜Ｓｗ４の動作制御を行い、差動増幅器２から入力される電圧に基づいて漏電が発生したか否かを判定する判定部として機能する。

なお、漏電検出装置１が行う漏電検出動作の一例については、図２〜図４を参照して後述する。また、マイコン３は、第５スイッチＳｗ５および第２スイッチＳｗ２をオンにすることで、フライングキャパシタＣを放電させてリセットする制御も行う。

さらに、漏電検出装置１は、電源電圧の定格電圧を超えるサージ電圧等の突発的な高電圧から漏電検出回路１０の回路素子を保護する直列接続された複数（ここでは、４個）の定電圧素子Ｄ１〜Ｄ４を備える。

定電圧素子Ｄ１〜Ｄ４は、例えば、ツェナーダイオードである。なお、定電圧素子Ｄ１〜Ｄ４は、所定電圧以上の電圧が印加された場合に、出力電圧を所定電圧に保持（固定）できる回路素子であれば、例えば、出力電圧固定型の３端子レギュレータ等、任意の定電圧素子であってもよい。

以下では、定電圧素子Ｄ１〜Ｄ４を区別するために、定電圧素子Ｄ１を第１ダイオードＤ１、定電圧素子Ｄ２を第２ダイオードＤ２、定電圧素子Ｄ３を第３ダイオードＤ３、定電圧素子Ｄ４を第４ダイオードＤ４と称して説明する。また、ここでは、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４の各ツェナー電圧が１１０Ｖである場合について説明する。

直列接続された第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４は、バッテリＢＴと漏電検出回路１０との間に並列に接続される。具体的には、第１ダイオードＤ１は、カソードが第１保護抵抗Ｒ１および高圧側接続端子Ｂを介してバッテリＢＴの正極に接続され、アノードが第２ダイオードＤ２のカソードに接続される。

また、第２ダイオードＤ２のアノードは、第３ダイオードＤ３のカソードに接続される。第３ダイオードＤ３のアノードは、第４ダイオードＤ４のカソードに接続される。第４ダイオードＤ４のアノードは、第２保護抵抗Ｒ２および低圧側接続端子Ｇを介してバッテリＢＴの負極に接続される。

これにより、漏電検出装置１では、バッテリＢＴから漏電検出回路１０へ印加される電圧が４４０Ｖ以上になった場合に、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４のカソードからアノードへ電流が流れて、漏電検出回路１０へ印加される電圧が４４０Ｖに保持される。したがって、漏電検出装置１は、電源電圧の定格電圧を超えるサージ電圧等の突発的な高電圧が印加される場合に、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４によって、漏電検出回路１０の回路素子を高電圧から保護することができる。

ただし、漏電検出装置１は、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４のうち、いずれかの定電圧素子がショート故障を起こした場合、漏電の発生を正確に検出することができなくなることがある。

そこで、漏電検出装置１は、定電圧素子のショート故障を診断するため、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４に並列接続されて第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４をバイパス接続する第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７を備える。

具体的には、第１診断スイッチＳｗ６は、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２をバイパスする電流の経路を接続する。また、第２診断スイッチＳｗ７は、第３ダイオードＤ３および第４ダイオードＤ４をバイパスする電流の経路を接続する。

そして、マイコン３は、第１スイッチＳｗ１および第２スイッチＳｗ２を接続させた状態で第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７の動作制御を行い、そのときのフライングキャパシタＣの充電電圧に基づいて定電圧素子のショート故障を診断する。

このとき、マイコン３は、定電圧素子のショート故障を診断する診断部として機能する。このように、漏電検出装置１は、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４に並列接続されて第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４をバイパス接続する第１，第２診断スイッチＳｗ６，Ｓｗ７を備えるという簡易な構成で定電圧素子のショート故障を診断することができる。なお、漏電検出装置１が定電圧素子のショート故障を診断する場合の動作の一例については、図５を参照して後述する。

次に、図２〜図８を参照し、漏電検出装置１の動作について説明する。以下では、定電圧素子が正常な状態での漏電検出動作、定電圧素子がショート故障した状態での漏電検出動作、定電圧素子のショート故障診断動作、第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７のオープン故障診断動作の順に説明する。

まず、図２〜図４を参照し、定電圧素子が正常な状態での漏電検出動作について説明する。図２〜図４は、実施形態に係る漏電検出装置１が行う漏電検出動作の説明図である。漏電検出装置１は、例えば、バッテリＢＴの急速充電中に、バッテリＢＴからの漏電の有無を判定する。

図２に示すように、漏電検出装置１は、第１絶縁抵抗Ｒａの抵抗値の低下による漏電の検出を行う場合、マイコン３によって、所定時間の間、第２スイッチＳｗ２および第３スイッチＳｗ３をオンにし、第１スイッチＳｗ１および第４スイッチＳｗ４をオフにする。

そして、漏電検出装置１は、所定時間が経過した後に、第２スイッチＳｗ２および第３スイッチＳｗ３をオフにする。この間、マイコン３は、第５スイッチＳｗ５をオフにしておく。これにより、電流は、第２スイッチＳｗ２および第３スイッチＳｗ３がオンの期間に、図２に太線矢印で示す経路を流れる。

具体的には、電流は、バッテリＢＴの正極、第１絶縁抵抗Ｒａ、車両グランド、第３保護抵抗Ｒ３、第３スイッチＳｗ３、フライングキャパシタＣ、第２スイッチＳｗ２、第２保護抵抗Ｒ２、低圧側接続端子Ｇ、バッテリＢＴの負極の順に流れる。

このとき、フライングキャパシタＣは、第１絶縁抵抗Ｒａの抵抗値が正常であれば、３６０Ｖから第３保護抵抗Ｒ３および第２保護抵抗Ｒ２による電圧降下分を差し引いた正常時の充電電圧で充電される。しかし、フライングキャパシタＣは、第１絶縁抵抗Ｒａの抵抗値が低下して漏電している場合、正常時の充電電圧より高い電圧で充電される。

そこで、図３に示すように、マイコン３は、第３スイッチＳｗ３および第４スイッチＳｗ４をオンにし、差動増幅器２から入力されるフライングキャパシタＣの充電電圧に応じた電圧を参照する。

そして、マイコン３は、差動増幅器２から入力される電圧が所定の閾値以上であった場合に、第１絶縁抵抗Ｒａの抵抗値の低下による漏電が発生していると判定する。その後、マイコン３は、第５スイッチＳｗ５をオンにして、フライングキャパシタＣをリセットする。

また、図４に示すように、漏電検出装置１は、第２絶縁抵抗Ｒｂの抵抗値の低下による漏電の検出を行う場合、マイコン３によって、所定時間の間、第１スイッチＳｗ１および第４スイッチＳｗ４をオンにし、第３スイッチＳｗ３および第２スイッチＳｗ２をオフにする。

そして、漏電検出装置１は、所定時間が経過した後に、第１スイッチＳｗ１および第４スイッチＳｗ４をオフにする。この間、マイコン３は、第５スイッチＳｗ５をオフにしておく。これにより、電流は、第１スイッチＳｗ１および第４スイッチＳｗ４がオンの期間に、図４に太線矢印で示す経路を流れる。

具体的には、電流は、バッテリＢＴの正極、高圧側接続端子Ｂ、第１保護抵抗Ｒ１、第１スイッチＳｗ１、フライングキャパシタＣ、第４スイッチＳｗ４、第４保護抵抗Ｒ４、車両グランド、第２絶縁抵抗Ｒｂ、バッテリＢＴの負極の順に流れる。

このとき、フライングキャパシタＣは、第２絶縁抵抗Ｒｂの抵抗値が正常であれば、４０Ｖから第１保護抵抗Ｒ１および第４保護抵抗Ｒ４による電圧降下分を差し引いた正常時の充電電圧で充電される。しかし、フライングキャパシタＣは、第２絶縁抵抗Ｒｂの抵抗値が低下して漏電している場合、正常時の充電電圧より高い電圧で充電される。

そこで、図３に示すように、マイコン３は、第３スイッチＳｗ３および第４スイッチＳｗ４をオンにし、差動増幅器２から入力されるフライングキャパシタＣの充電電圧に応じた電圧を参照する。

そして、マイコン３は、差動増幅器２から入力される電圧が所定の閾値以上であった場合に、第２絶縁抵抗Ｒｂの抵抗値の低下による漏電が発生していると判定する。その後、マイコン３は、第５スイッチＳｗ５をオンにして、フライングキャパシタＣをリセットする。

次に、図５を参照し、定電圧素子がショート故障した状態での漏電検出動作について説明する。図５は、実施形態に係る第１ダイオードＤ１がショート故障した状態を示す説明図である。

漏電検出装置１は、例えば、第１ダイオードＤ１がショート故障している状態で、第２絶縁抵抗Ｒｂの抵抗値の低下による漏電を検出する動作を行うと、図５に太線矢印および太点線矢印で示す経路に電流が流れる。

具体的には、前述したように、マイコン３は、第２絶縁抵抗Ｒｂの抵抗値の低下による漏電検出する場合、第１スイッチＳｗ１および第４スイッチＳｗ４をオンにする。これにより、電流は、第１ダイオードＤ１がショート故障していなければ、図４に太線矢印で示す経路を流れ、フライングキャパシタＣは、図４に示す上側の電極が正、下側の電極が負に帯電する。

しかしながら、第１ダイオードＤ１がショート故障している場合、電流は、図５に太線矢印および太点線矢印で示す経路を電流が流れる。具体的には、第１ダイオードＤ１がショート故障した場合、直列接続された第２〜第４ダイオードＤ２〜Ｄ４は、両端の電位差が３３０Ｖを超えると、カソードからアノードへ電流を流し、両端の電圧を３３０Ｖに保持する。これにより、第１ダイオードＤ１のカソード側の電位が３３０Ｖになる。

このため、例えば、バッテリＢＴの電圧が４００Ｖの場合、図５に太点線矢印で示すように、電流は、バッテリＢＴの正極から、高圧側接続端子Ｂ、第１保護抵抗Ｒ１、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４、第２保護抵抗Ｒ２、低圧側接続端子Ｇ、バッテリＢＴの負極の順に流れる。

さらに、このとき、第１ダイオードＤ１のカソードの電位は、３３０Ｖで車両グランドの電位である３６０Ｖよりも低いため、車両グランドから第１ダイオードＤ１のカソードへ向かう電流の流れが形成される。

したがって、電流は、図５に太線矢印で示すように、バッテリＢＴの正極から、第１絶縁抵抗Ｒａ、車両グランド、第４保護抵抗Ｒ４、第４スイッチＳｗ４、フライングキャパシタＣ、第１スイッチＳｗ１、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４、第２保護抵抗Ｒ２、低圧側接続端子Ｇ、バッテリＢＴの負極の順に流れる。

その結果、フライングキャパシタＣは、図５に示す上側の電極が負、下側の電極が正に帯電し、図４に示す第１ダイオードＤ１がショート故障していない場合と電極の正負が逆になる。

マイコン３は、この状態で第１スイッチＳｗ１および第４スイッチＳｗ４をオフにし、その後、第３スイッチＳｗ３および第４スイッチＳｗ４をオンにした場合、フライングキャパシタＣから本来とは極性が逆の電圧が入力される差動増幅器２の出力を参照する。このため、マイコン３は、漏電の有無を正常に判定することができない。

そこで、漏電検出装置１は、漏電を検出する前に、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４のショート故障の診断を行い、ショート故障がなければ漏電検出を行って、漏電がない場合に、バッテリＢＴの急速充電を許可する。また、漏電検出装置１は、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４のいずれかがショート故障している場合、または漏電がある場合に、バッテリＢＴの急速充電を禁止する。

次に、図６および図７を参照し、実施形態に係る漏電検出装置１が行う定電圧素子の診断動作について説明する。図６および図７は、実施形態に係る漏電検出装置１が行う定電圧素子の診断動作の説明図である。

マイコン３は、定電圧素子のショート故障診断を行う場合、診断対象外の定電圧素子に並列接続されたスイッチをオンにし、診断対象の定電圧素子に並列接続されたスイッチをオフにする。そして、マイコン３は、診断対象の定電圧素子によって保持される電圧に基づいて診断対象の定電圧素子のショート故障診断を行う。

例えば、マイコン３は、図６に示すように、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２のショート故障診断を行う場合、第２診断スイッチＳｗ７をオンにし、第１診断スイッチＳｗ６をオフにする。このとき、電流は、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２のどちらもショート故障していなければ、図６に太線矢印で示す経路を流れる。

具体的には、電流は、バッテリＢＴの正極から高圧側接続端子Ｂ、第１保護抵抗Ｒ１、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２、第２診断スイッチＳｗ７、第２保護抵抗Ｒ２、低圧側接続端子Ｇ、バッテリＢＴの負極へ流れる。

その後、マイコン３は、第１スイッチＳｗ１および第２スイッチＳｗ２をオンにする。これにより、電流は、図６に太点線矢印で示す経路にも流れる。具体的には、電流は、第１ダイオードＤ１のカソードから分岐して、第１スイッチＳｗ１、フライングキャパシタＣ、第２スイッチＳｗ２を通り、第２保護抵抗Ｒ２へ流れる。

このとき、フライングキャパシタＣの充電電圧は、例えば、バッテリＢＴの電圧が４００Ｖの場合、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２が故障していなければ、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２のツェナー電圧（２２０Ｖ）に保持される。

そこで、マイコン３は、第１スイッチＳｗ１および第２スイッチＳｗ２をオフにした後、第３スイッチＳｗ３および第４スイッチＳｗ４をオフにして、フライングキャパシタＣの充電電圧に応じた電圧を差動増幅器２から取得する。

このとき、マイコン３は、フライングキャパシタＣの充電電圧が２２０Ｖのときに、差動増幅器２から出力される電圧を取得した場合に、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２のどちらもショート故障していないと診断する。

これに対して、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２のうち、例えば、第１ダイオードＤ１がショート故障していた場合、電流は、図７に太線矢印で示す経路と、太点線矢印で示す経路とに流れる。

かかる場合、フライングキャパシタＣの充電電圧は、第２ダイオードＤ２のツェナー電圧（１１０Ｖ）に保持される。このため、マイコン３は、第３スイッチＳｗ３および第４スイッチＳｗ４をオンにすると、フライングキャパシタＣの充電電圧が１１０Ｖのときに、差動増幅器２から出力される電圧を取得することになる。

また、マイコン３は、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２のうち、第２ダイオードＤ２がショート故障していた場合にも、第１ダイオードＤ１がショート故障していた場合と同様の電圧を差動増幅器２から取得する。

また、マイコン３は、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２の両方がショート故障していた場合、フライングキャパシタＣの充電電圧が０Ｖになるので、０Ｖの電圧を差動増幅器２から取得する。

このため、マイコン３は、フライングキャパシタＣの充電電圧が１１０Ｖよりも高いときに差動増幅器２から出力される電圧を取得した場合に、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２がショート故障していないと診断する。

なお、マイコン３は、第３スイッチＳｗ３および第４スイッチＳｗ４をオンにして差動増幅器２から０Ｖの電圧を取得する場合には、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２がショート故障していると診断する。

また、マイコン３は、第３ダイオードＤ３および第４ダイオードＤ４のショート故障診断を行う場合、第１診断スイッチＳｗ６をオンにて、第１スイッチＳｗ１および第２スイッチＳｗ２をオンにする。その後、マイコン３は、第１スイッチＳｗ１および第２スイッチＳｗ２をオフにして、第３スイッチＳｗ３および第４スイッチＳｗ４をオンにする。

そして、マイコン３は、フライングキャパシタＣの充電電圧が２２０Ｖのときに、差動増幅器２から出力される電圧を取得した場合に、第３ダイオードＤ３および第４ダイオードＤ４のどちらもショート故障していないと診断する。

また、マイコン３は、フライングキャパシタＣの充電電圧が１１０Ｖよりも高いときに差動増幅器２から出力される電圧を取得した場合に、第３ダイオードＤ３および第４ダイオードＤ４がショート故障していないと診断する。

また、マイコン３は、第３スイッチＳｗ３および第４スイッチＳｗ４をオンにして差動増幅器２から０Ｖの電圧を取得する場合には、第３ダイオードＤ３および第４ダイオードＤ４がショート故障していると診断する。

このように、漏電検出装置１は、漏電検出のための基本構成に加えて、第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７を備えるという簡易な構成で第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４のショート故障診断を行うことができる。

また、漏電検出装置１が備える直列接続された複数の定電圧素子は、ツェナーダイオードであり、バッテリＢＴの正極と漏電検出回路１０とを接続する配線にカソードが接続され、バッテリＢＴの負極と漏電検出回路１０とを接続する配線にアノードが接続される。

これにより、漏電検出装置１は、ツェナーダイオードをバイパス接続する第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７のオンとオフとを切替えて、フライングキャパシタＣの充電電圧を参照するという簡易な処理によって第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４のショート故障診断を行うことができる。

また、漏電検出装置１は、ツェナーダイオードによって保持される電圧がツェナー電圧未満であった場合に、ツェナーダイオードがショート故障していると診断する。このように、漏電検出装置１は、ツェナーダイオードによって保持される電圧がツェナー電圧未満か否かを判定するという簡易な処理によって、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４のショート故障診断を行うことができる。

また、漏電検出回路１０は、バッテリＢＴから第１絶縁抵抗Ｒａまたは第２絶縁抵抗Ｒｂを介して印加される電圧によって充電されるフライングキャパシタＣを備え、フライングキャパシタＣの充電電圧に基づいて漏電を検出する。

また、マイコン３は、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４のうち、診断対象の定電圧素子により保持される電圧によって充電されたフライングキャパシタＣの充電電圧が定電圧素子のツェナー電圧未満である場合に、診断対象の定電圧素子がショート故障していると診断する。

このように、漏電検出装置１は、フライングキャパシタＣを漏電検出用と、定電圧素子の診断用とに兼用することで回路素子数の増大を抑制することにより、製品のコストを低減することができる。

なお、第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７を備えていない漏電検出装置でもバッテリＢＴの電圧が十分に高ければ定電圧素子のショート故障を診断することは可能であるが、バッテリＢＴの電圧が低い場合に診断不可能となる場合がある。

ここで、図１を参照し、図１に示す漏電検出装置１が仮に第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７を備えていなかった場合について説明する。かかる場合、漏電検出装置１では、バッテリＢＴの電圧が４００Ｖであり、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４が全てショート故障していなければ、フライングキャパシタＣの充電電圧が４００Ｖになる。

このとき、例えば、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４のうち、いずれか一つがショート故障していた場合、フライングキャパシタＣの充電電圧は、３３０Ｖになる。このため、マイコン３は、フライングキャパシタＣの充電電圧が３３０Ｖよりも高ければ、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４が全てショート故障していないと正確に診断することができる。

しかしながら、例えば、バッテリＢＴの電圧が２４０Ｖであった場合、フライングキャパシタＣの充電電圧は、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４が全てショート故障していなくても、いずれか一つがショート故障していても２４０Ｖとなる。このため、マイコン３は、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４のうち、いずれかがショート故障しているという診断を行うことができない。

これに対して、第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７を備える漏電検出装置１は、バッテリＢＴの電圧が２４０Ｖまで低下しても、正確なショート故障診断を行うことができる。

例えば、図７に示すように、マイコン３は、第１ダイオードＤ１がショート故障しているときにバッテリＢＴの電圧が２４０Ｖまで低下していた場合、第１診断スイッチＳｗ６をオフ、第２診断スイッチＳｗ７をオンにする。

このとき、フライングキャパシタＣの充電電圧は、第１ダイオードＤ１がショート故障していなければ２２０Ｖとなるが、第１ダイオードＤ１がショート故障しているため、第２ダイオードＤ２のツェナー電圧である１１０Ｖに保持される。

このため、マイコン３は、フライングキャパシタＣの充電電圧が１１０Ｖより高ければ第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２がショート故障していない、充電電圧が１１０Ｖより高くなければ、ショート故障していると正確に診断することができる。

このように、漏電検出装置１によれば、例えば、バッテリＢＴの定格電圧が２４０Ｖ〜４００Ｖの場合、定格電圧の範囲内であれば、バッテリＢＴの電圧がいかなる電圧であっても第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４のショート故障を正確に診断することができる。

また、漏電検出装置１は、第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７のオープン故障を診断することもできる。次に、図８を参照し、漏電検出装置１が行う第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７のオープン故障診断動作について説明する。

図８に示すように、マイコン３は、第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７のオープン故障診断を行う場合、第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７を共にオンにする。

これにより、電流は、図８に太線矢印で示すように、バッテリＢＴの正極から、高圧側接続端子Ｂ、第１保護抵抗Ｒ１、第１診断スイッチＳｗ６、第２診断スイッチＳｗ７、第２保護抵抗Ｒ２、低圧側接続端子Ｇ、バッテリＢＴの負極の順に流れる。

このとき、電流は、第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７がオープン故障していなければ、フライングキャパシタＣに流れることがない。このため、マイコン３は、その後、第１スイッチＳｗ１および第２スイッチＳｗ２をオフにし、第３スイッチＳｗ３および第４スイッチＳｗ４をオンにする。

そして、マイコン３は、フライングキャパシタＣが充電されていなければ、第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７がオープン故障していないと診断する。また、マイコン３は、フライングキャパシタＣが充電されていれば、第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７の少なくともいずれか一方がオープン故障していると診断する。

このように、漏電検出装置１は、第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７を共にオンにして、フライングキャパシタＣの充電電圧を参照するだけで、第１診断スイッチＳｗ６および第２診断スイッチＳｗ７のオープン故障を診断することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１００ 漏電検出システム
１ 漏電検出装置
２ 差動増幅器
３ マイコン
１０ 漏電検出回路
ＢＴ バッテリ
Ｒａ 第１絶縁抵抗
Ｒｂ 第２絶縁抵抗
Ｒ１ 第１保護抵抗
Ｒ２ 第２保護抵抗
Ｒ３ 第３保護抵抗
Ｒ４ 第４保護抵抗
Ｒ５ 第５保護抵抗
Ｄ１ 第１ダイオード
Ｄ２ 第２ダイオード
Ｄ３ 第３ダイオード
Ｄ４ 第４ダイオード
Ｓｗ１ 第１スイッチ
Ｓｗ２ 第２スイッチ
Ｓｗ３ 第３スイッチ
Ｓｗ４ 第４スイッチ
Ｓｗ５ 第５スイッチ
Ｓｗ６ 第１診断スイッチ
Ｓｗ７ 第２診断スイッチ
Ｂ 高圧側接続端子
Ｇ 低圧側接続端子
Ｃ フライングキャパシタ

Claims (7)

1. 電源とグランドとの間を絶縁する絶縁抵抗の抵抗値に基づいて前記電源からの漏電を検出するための漏電検出回路と、
   前記漏電検出回路と前記電源との間に並列接続され、前記電源から前記漏電検出回路へ印加される電圧を所定電圧に保持する複数の直列接続された定電圧素子と、
   前記定電圧素子に並列接続されて前記定電圧素子をバイパス接続する複数のスイッチと、
   診断対象外の前記定電圧素子に並列接続された前記スイッチをオンにし、診断対象の前記定電圧素子に並列接続された前記スイッチをオフにした場合に、前記診断対象の定電圧素子により保持される電圧に基づいて前記定電圧素子のショート故障診断を行う診断部と
   を備えることを特徴とする漏電検出装置。
2. 前記定電圧素子は、
   ツェナーダイオードであり、前記電源の正極と前記漏電検出回路とを接続する配線にカソードが接続され、前記電源の負極と前記漏電検出回路とを接続する配線にアノードが接続される
   ことを特徴とする請求項１に記載の漏電検出装置。
3. 前記診断部は、
   前記診断対象のツェナーダイオードにより保持される電圧が前記定電圧素子のツェナー電圧未満である場合に、前記診断対象の定電圧素子がショート故障していると診断する
   ことを特徴とする請求項２に記載の漏電検出装置。
4. 前記漏電検出回路は、
   前記電源から前記絶縁抵抗を介して印加される電圧によって充電されるフライングキャパシタを備え、前記フライングキャパシタの充電電圧に基づいて漏電を検出し、
   前記診断部は、
   前記診断対象のツェナーダイオードにより保持される電圧によって充電された前記フライングキャパシタの充電電圧が前記定電圧素子のツェナー電圧未満である場合に、前記診断対象の定電圧素子がショート故障していると診断する
   ことを特徴とする請求項３に記載の漏電検出装置。
5. 前記診断部は、
   全ての前記スイッチをオンにする制御を行って前記フライングキャパシタが充電された場合に、いずれかの前記スイッチがオープン故障していると診断する
   ことを特徴とする請求項４に記載の漏電検出装置。
6. 電源と、
   前記電源およびグランド間を絶縁する絶縁抵抗と、
   前記電源からの漏電を検出する漏電検出装置とを備え、
   前記漏電検出装置は、
   前記絶縁抵抗の抵抗値に基づいて前記電源からの漏電を検出するための漏電検出回路と、
   前記漏電検出回路と前記電源との間に並列接続され、前記電源から前記漏電検出回路へ印加される電圧を所定電圧に保持する複数の直列接続された定電圧素子と、
   前記定電圧素子に並列接続されて前記定電圧素子をバイパス接続する複数のスイッチと、
   診断対象外の前記定電圧素子に並列接続された前記スイッチをオンにし、診断対象の前記定電圧素子に並列接続された前記スイッチをオフにした場合に、前記診断対象の定電圧素子により保持される電圧に基づいて前記定電圧素子のショート故障診断を行う診断部と
   を備えることを特徴とする漏電検出システム。
7. 電源とグランドとの間を絶縁する絶縁抵抗の抵抗値に基づいて前記電源からの漏電を検出するための漏電検出回路と、前記漏電検出回路と前記電源との間に並列接続され、前記電源から前記漏電検出回路へ印加される電圧を所定電圧に保持する複数の直列接続された定電圧素子とを備える漏電検出装置の診断方法であって、
   前記漏電検出装置の診断部が、
   前記定電圧素子に並列接続されて前記定電圧素子をバイパス接続する複数のスイッチのうち、診断対象外の前記定電圧素子に並列接続された前記スイッチをオンにし、診断対象の前記定電圧素子に並列接続された前記スイッチをオフにする工程と、
   前記診断対象の定電圧素子により保持される電圧に基づいて前記定電圧素子のショート故障診断を行う工程と
   を含むことを特徴とする診断方法。

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