CN1404578A - 电源装置的漏电检测电路 - Google Patents

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Abstract

在具备由多个电池(12a)构成的电池单元(12)的电源装置中，在电池单元12的正侧端子与负侧端子之间连接介入了2个分压电阻(30、32)的第1电流线路(34)，同时连接介入了2个保护用电阻(14、16)和2个检测用电阻(18、20)的第2电流线路(22)，第2线路(22)的中点经绝缘电阻(28)与地(26)连接。对2个运算放大器(36、38)输入由检测用电阻(18、20)检测出的电压(V1、V2)与从分压电阻(14、16)的连接点(35)得到的基准电压(Vc)的电压差作为输入电压(V1IN、V2IN)，根据从该运算放大器(36、38)得到的输出电压(V1OUT、V2OUT)来检测漏电的发生。

Description

电源装置的漏电检测电路
技术领域
本发明涉及在电动汽车上安装的电源装置的漏电检测电路，特别是涉及由多个电池构成的电源装置的漏电检测电路。
背景技术
最近，在电动汽车中安装了发生240V以上的高电压的电池单元，作为行驶用电机的电源。在这样的电池单元与车体之间安装绝缘构件，在电隔离的浮置状态下将这样的电池单元固定在车体上，以免人触电，但如果电池单元的电压如上述那样成为高电压，则发生漏电、即电池与车体之间的短路事故的问题。
例如，如果电池的电解液漏出到外部或在雨天行驶时侵入的水分进入附着于电池表面等的尘土上，则绝缘材料的绝缘性下降，成为能流过微小的漏电电流的绝缘不良状态，对车体施加电池单元的高电压。其结果，因人体与车体接触引起的触电事故及因伴随导电性工具等的接触的大电流放电引起的火花发生的危险性增大了。
因此，以往设置了图6中示出的漏电检测电路，进行了漏电检测。在该漏电检测电路中，在电池单元1的两端连接一对电阻5、6，同时将该一对电阻5、6的中点经漏电检测用的电阻2与地(车体)3连接。
但是，由于互相串联地连接镍氢电池等的多个二次电池来构成电池单元1，故存在二次电池相互间的连接部与地之间产生绝缘破坏的可能性。在这样的位置上产生了绝缘破坏的情况下，如后述那样，存在发生不能进行漏电检测的不敏感区段或检测灵敏度降低的问题。
即，在图6中，电阻4显示出在电池单元1的中点引起了绝缘破坏的情况，在漏电检测用电阻2中，在用实线箭头和点线箭头示出的2个路径中流过电流。如果将这些电流定为图示的i1、i2，则这些电流的大小分别如下式所示。
    i1＝(B/2)/(Rs+R1+R)
    i2＝(B/2)/(Rs+R2+R)
在此，在电阻5的电阻值R1与电阻6的电阻值R2相等的情况下，由于2个电流i1、i2的大小相等，而且方向相反，故尽管发生了漏电，但检测电压V1为零。此外，即使使电阻5与电阻6的值不同，在构成电池单元1的多个电池的某一个的连接部处发生了漏电的情况下，也产生不敏感区段。
此时，由于如上所述，电流i1、i2在互相抵销的方向上流动，故检测电压V1成为小的值，灵敏度下降，难以进行检测。再者，在电池单元1的电压(+B)发生了变动的情况下，由于漏电的检测值根据该电压而变化，故也存在不能进行精度良好的漏电检测的问题。
因此，本发明的目的在于在由高电压的电池单元构成的电源装置中，提供能利用简单的结构可靠地检测出电池单元的漏电、同时可推测漏电部位的漏电检测电路。
发明的公开
本发明的电源装置的漏电检测电路具备：第1电流路径，被连接到上述电池单元的两电极上，具有发生与两电极间的电位差对应的基准电压的基准点；第2电流路径，被连接到上述电池单元的两电极上，具有不同的电位的3点，将该3点内的中点经绝缘电阻与地连接；第1和第2比较器，在一个输入端上分别从夹住上述第2电流路径的中点的2点接受电压，在另一个输入端上从上述第1电流路径的基准点接受基准电压；以及检测电路，根据上述第1和第2比较器的输出来检测漏电的发生。
在上述本发明的漏电检测电路中，在构成电池单元的多个电池的某一个的连接部处发生了漏电时，流过第1电流路径的电流没有变化，在基准点上发生的基准电压是恒定的。与此不同，在第2电流路径中，由于漏电电流从上述中点经过绝缘电阻流向地(车体)，故在夹住上述中点的2点的电位中发生变动，由此，在第1和第2比较器的输出状态中产生变化。其结果，可检测漏电的发生。
因而，即使漏电电压随漏电电流的大小而变动，但由于固定了基准电压，故能可靠地进行漏电检测。
在具体的结构中，在构成电池单元的多个电池的某一个的连接点处发生了漏电的情况下，调整了上述第1和第2电流路径的电路常数，以便在电池单元的两电极间发生的电位分布内的与1个电池对应的电位分布区域的内侧包含基于上述第1和第2比较器的输出的漏电检测中的不敏感区段。
由此，可消除漏电检测中的不敏感区段的问题。
此外，本发明的电源装置的漏电检测电路具备：第1电流路径，其两端被连接到上述电池单元的两电极上，互相串联地连接第1分压电阻和第2分压电阻并使其介于上述两端间；第2电流路径，其两端被连接到上述电池单元的两电极上，依次串联地连接第1保护用电阻、第1检测用电阻和第2检测用电阻、第2保护用电阻并使其介于上述两端间；地连接线路，经绝缘电阻将介于上述第2电流路径中的第1检测用电阻与第2检测用电阻的连接点与地连接；第1比较器，将介于上述第2电流路径中的第1保护用电阻与第1检测用电阻的连接点连接到一个输入端上，同时将介于上述第1电流路径中的第1分压电阻与第2分压电阻的连接点连接到另一个输入端上；第2比较器，将介于上述第2电流路径中的第2检测用电阻与第2保护用电阻的连接点连接到一个输入端上，同时将介于上述第1电流路径中的第1分压电阻与第2分压电阻的连接点连接到另一个输入端上；以及检测电路，根据上述第1和第2比较器的输出来检测漏电的发生。
在上述本发明的漏电检测电路中，在构成电池单元的多个电池的某一个的连接部处发生了漏电时，流过第1电流路径的电流没有变化，因而，在第1分压电阻与第2分压电阻的连接点(基准点)上发生的基准电压是恒定的。与此不同，在第2电流路径中，由于漏电电流从上述第1检测用电阻与第2检测用电阻的连接点(中点)经过地连接线路和绝缘电阻流向地(车体)，故在第1保护用电阻与第1检测用电阻的连接点的电位和第2检测用电阻与第2保护用电阻的连接点的电位中产生与漏电电流的大小对应的变动，由此，在第1和第2比较器的输出状态中产生变化。其结果，可检测漏电的发生。
因而，即使漏电电压随漏电电流的大小而变动，但由于固定了基准电压，故能可靠地进行漏电检测。
在具体的结构中，上述第1和第2比较器分别根据对一个输入端施加的电压和对另一个输入端施加的基准电压的大小关系，输出电位不同的2个信号。例如，通过使施加到一个输入端上的电压超过施加到另一个输入端上的基准电压，第1比较器输出高电平的信号，同时，通过使施加到一个输入端上的电压低于施加到另一个输入端上的基准电压，第2比较器输出高电平的信号。
此外，在具体的结构中，上述检测电路具备连接到上述第1比较器的输出端和上述第2比较器的输出端上的光电耦合器，该光电耦合器由根据上述两输出端的电位进行发光工作的发光二极管和根据该发光二极管的发光而导通的光电晶体管构成，根据光电晶体管的导通/关断来检测漏电的发生。
此外，在具体的结构中，在构成电池单元的多个电池的某一个的连接点处发生了漏电的情况下，调整了介于上述第1电流路径中的第1和第2分压电阻、介于上述第2电流路径中的第1和第2保护用电阻以及第1和第2检测用电阻的电阻值，以便在电池单元的两电极间发生的电位分布内的与1个电池对应的电位分布区域的内侧包含使施加到上述第1比较器的一个输入端上的电压超过施加到另一个输入端上的基准电压、同时使施加到上述第2比较器的一个输入端上的电压低于施加到另一个输入端上的基准电压而产生的漏电检测的不敏感区段。
由此，即使在构成电池单元的多个电池的某一个的连接点处发生了漏电，漏电发生部位的电位也不会处于上述不敏感区段中。
如上所述，按照本发明的电源装置的漏电检测电路，能可靠地检测出在构成电池单元的多个电池的连接点处产生的漏电，由此，可预防触电事故。
附图的简单的说明
图1是示出本发明的漏电检测电路的结构例的电路图。
图2是示出在电池单元中存在发生漏电的可能性的部位的说明图。
图3是表示漏电发生部位的电位与对于2个运算放大器的输入电压的关系的曲线图。
图4是通过变更电路常数来消除不敏感区段的问题的例子中的与图3同样的曲线图。
图5是示出图1的电路的一部分的等效电路和电路常数的图。
图6是示出现有的漏电检测电路的结构的电路图。
用于实施发明的最佳形态
以下，按照附图，关于在电动汽车中安装的电源装置的漏电检测电路中已实施的例子，具体地说明本发明。
如图1中所示，串联地连接多个二次电池12a，构成2个电池模块12A、12B，同时，利用两个电池模块12A、12B构成了1个电池单元12，该电池单元12经绝缘构件安装在车体上。此外，作为二次电池12a，使用了镍氢电池等，在电池单元12的正端子与负端子之间，例如可得到总电压300V。
从电池单元12的正端子和负端子分别引出正侧电力线10a和负侧电力线10b，连接到图示省略的变换器上。变换器例如由IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等的开关元件构成，将从电池单元12供给的直流电力变换为交流电力，供给行驶用电机。
本发明的漏电检测电路10具备在正侧电力线10a与负侧电力线10b之间互相并列地连接的第1电流线路34和第2电流线路22。在第1电流线路34中，以互相串联的关系介入了电阻值分别为56kΩ的第1分压电阻30和第2分压电阻32。此外，在第2电流线路22中，以互相串联的关系介入高电阻值1MΩ的第1保护用电阻14和第2保护用电阻16，同时在两保护用电阻14、16之间，以互相串联的关系介入了电阻值分别为22kΩ的第1检测用电阻18和第2检测用电阻20。
介于第2电流线路22中的第1检测用电阻18与第2检测用电阻20的连接点经高电阻值6MΩ的绝缘电阻28，与地(车体)26连接。
此外，本发明的漏电检测电路10具备第1运算放大器36和第2运算放大器38。介于第1电流线路34中的第1分压电阻30和第2分压电阻32的连接点(基准点)35经电阻值为100kΩ的电流限制电阻44连接到第1运算放大器36的负输入端子上，同时经电阻值为100kΩ的电流限制电阻46连接到第2运算放大器38的正输入端子上。介于第2电流线路22中的第1保护用电阻14与第1检测用电阻18的连接点P1经电阻值为100kΩ的电流限制电阻42连接到第1运算放大器36的正输入端子上，同时第2保护用电阻16与第2检测用电阻20的连接点P2经电阻值为100kΩ的电流限制电阻48连接到第2运算放大器38的负输入端子上。
此外，对各运算放大器36、38供给图示的分别为+15V和-15V的规定的电源电压。
此外，本发明的漏电检测电路10具备由发光二极管50和光电晶体管52构成的光电耦合器40。第1运算放大器36的输出端与第2运算放大器38的输出端分别经电阻54、56互相连接，其连接点连接到发光二极管50上。如后述的那样，发光二极管因漏电的发生而发光，由此，光电晶体管52导通，对图示省略的微计算机报告漏电的发生。
在没有发生漏电的情况下，利用绝缘电阻28将高电压的电池单元12与地(车体)26绝缘，由于处于浮置状态，故在第2电流线路22的第1和第2检测用电阻18、20中不流过漏电电流。因而，在哪一个检测用电阻18、20的两端都不发生因漏电引起的电压。
在此，例如电池单元12的负端子经图1中所示的电阻值为100kΩ的接地电阻58接地，假定发生了漏电。此时，从图1中示出的电池单元12的负端子延伸的负侧电源线路10b经接地电阻58与地(车体)26连接(接地)。因而，漏电电流经地26流到第1和第2保护用电阻14、16、第1和第2检测用电阻18、20、绝缘电阻28以及接地电阻58中，在第1和第2检测用电阻18、20的各自的两端发生由两端引起的电压V1和V2。
这些电压V1和V2作为与从第1电流线路34的基准点35施加的基准电压Vc的电压差V1IN、V2IN，输入到第1和第2运算放大器36、38中，在各运算放大器36、38中与规定值进行比较。而且，如果输入电压V1IN、V2IN超过规定值，则各运算放大器36、38发生输出电压V10UT、V20UT。
在图1中示出的例子中，由于电池单元12的负端子侧经电阻值为100kΩ的接地电阻58接地，流过漏电电流ig，故可假定形成了图5中示出的等效电路。从该等效电路可得到以下的关系式。在此，i是电路电流。
              i＝138.5V/1.022MΩ＝135.5μA
              ig＝138.5V/6.1MΩ＝22.7μA
          V1＝(135.5μA+22.7μA)×22kΩ＝3.48V
          V2＝135.5μA×22kΩ＝2.98V
          V1IN＝(138.5V+3.48V)-150V＝-8.02V
          V2IN＝(138.5V-2.98V)-150V-＝-14.48V
因而，V10UT＝-15V，V20UT＝+15V，其结果，光电耦合器40的发光二极管50发光，光电晶体管52导通。微计算机检测来自光电晶体管52的信号从高电平切换为低电平，判定为发生了漏电。
此外，在电池单元12的正端子一侧发生了漏电的情况下，也成为同样的结果。
此外，在没有发生漏电的情况下，由于只发生电路电流I，因为V1IN＝3.23V，V2IN＝-3.23V，V10UT＝+15V，V20UT＝-15V，故光电耦合器40维持关断的状态。
但是，在电池单元12中，如图2中所示，从电池单元12的正端子和负端子引出电力线，同时也从电池12a相互间的连接点引出电压检测线，再者，电力线也从电池模块12A、12B相互间的连接点朝向安全开关延伸，因此，通过任一条线接地，都发生漏电。即，在图2中用×标记示出的各部位处，存在漏电发生的可能性。
如果对于这些存在漏电的可能性的全部的部位求图1中示出的输入电压V1IN、V2IN，则成为下述的结果。此外，在此，由16个电池构成电池单元12，将该电池单元的输出电压定为240V(15×16)。
(1)电力线(±)/变换器的直流侧(±)±120V
(2)电池模块的电压检测线          ±15V×8点
(3)安全开关线                       0V
图3是在接地电阻58为100kΩ的情况下将各漏电发生部位的定为x轴、将输入电压V1IN、V2IN定为y轴、用实线和虚线表示在各部位上发生了漏电时的输入电压V1IN、V2IN的曲线图。
如图3中所示，根据发生了漏电的部位，存在①V1IN＞0、V2IN＜0，②V1IN＜0、V2IN＜0，③V1IN＞0、V2IN＞0的情况，但在②和③的情况下，光电耦合器导通，可进行漏电检测，但在①的情况下，光电耦合器不导通，不能进行漏电检测。即，在具有上述的电路常数的漏电检测电路10中，关于图3的±4.5V以内的漏电部位，不能检测漏电，产生了不敏感区段。
因此，在本实施例中，通过如后述那样调整漏电检测电路10的电路常数，避免了不敏感区段的影响。
表1示出了上述的存在漏电发生的可能性的部位(1)、(2)和(3)内的代表点(±120、±90V、±30V、0V)处的输入电压V1IN、V2IN的计算结果。
表1
漏电电阻     -120V     -90V     -30V     0V     30V     90V     120V
    V1IN   短路     -6.63     -4.33     0.28     2.58     4.89     9.49     11.8
    V2IN     -11.8     -9.49     -4.89     -2.58     -0.28     4.33     6.63
    V1IN   100k     -6.49     -4.22     0.31     2.58     4.85     9.39     11.66
    V2IN     -11.66     -9.39     -4.85     -2.58     -0.31     4.22     6.49
为了能在存在漏电发生的可能性的全部的部位处进行漏电检测，使漏电部位处的输入电压V1IN、V2IN都为正或负即可，该条件如下所述。
(1)使图3中的输入电压V1IN和V2IN的x轴切片处于0～15V或0～-15V的范围内。
(2)使表示漏电检测电压Va(图1的P1的电位)、Vb(图1的P2的电位)的变化的直线与基准电位Vc的交点处于0～15V或0～-15V的范围内。
在表2中示出变更了电路常数以便满足这些条件的结果。
表2
  R1(k)     R2(k)     R3(k)   R4(k)     RC1(k)     RC2(k)     ZDC1     ZDC2
  变更前   1000     22     22   1000     56     56     15V     15V
  变更后   3450     10     10   3300     58.5     56     15V     15V
此外，图4示出了电路常数变更后的漏电检测电路10中将接地电阻58定为100kΩ的情况下的与图3同样的曲线图。
再者，表3示出了电路常数变更后的各漏电部位处的输入电压V1IN、V2IN的计算结果。
表3
漏电电阻   -120V   -90V   -30V   0V   30V   90V   120V
  V1IN(Va)   短路   -25.42(-28.04)   -18.84(-21.46)   -5.68(-8.3)   0.9(-1.72)   7.48(4.86)   20.64(18.02)   27.21(24.59)
  V2IN(Vb)   -26.12(-28.74)   -19.54(-22.16)   -6.39(-9.01)   0.19(-2.43)   6.77(4.15)   19.92(17.3)   26.5(23.88)
  V1IN(Va)   100k   -25.09(-27.71)   -18.59(-21.21)   -5.6(-8.22)   0.89(-1.73)   7.39(4.77)   20.37(17.75)   26.87(24.25)
  V2IN(Vb)   -25.79(-28.41)   -19.3(-21.92)   -6.31(-8.93)   0.18(-2.44)   6.68(4.06)   19.66(17.04)   26.16(23.54)
根据以上的计算结果，判明了通过变更电路常数、即通过适当地调整保护用电阻与检测用电阻的比(漏电检测电压Va与Vb的值)和分压电阻的比(基准电压Vc的值)，可对于存在漏电发生的可能性的全部的部位进行漏电检测。
在图1中示出的漏电检测电路10中，由于可从电池单元12的结构预先确定存在漏电发生的可能性的部位，故通过设定保护用电阻、检测用电阻和分压电阻的各电阻值以使漏电检测的不敏感区段偏离漏电部位，可对于全部的部位进行漏电检测。

Claims (8)

1.一种电源装置的漏电检测电路，该电源装置具备由多个电池构成的电池单元，其特征在于，具备：
第1电流路径，被连接到上述电池单元的两电极上，具有发生与两电极间的电位差对应的基准电压的基准点；
第2电流路径，被连接到上述电池单元的两电极上，具有不同的电位的3点，将该3点内的中点经绝缘电阻与地连接；
第1和第2比较器，在一个输入端上分别从夹住上述第2电流路径的中点的2点接受电压，在另一个输入端上从上述第1电流路径的基准点接受基准电压；以及
检测电路，根据上述第1和第2比较器的输出来检测漏电的发生。
2.如权利要求1中所述的电源装置的漏电检测电路，其特征在于：
在构成电池单元的多个电池的某一个的连接点处发生了漏电的情况下，调整了上述第1和第2电流路径的电路常数，以便在电池单元的两电极间发生的电位分布内的与1个电池对应的电位分布区域的内侧包含基于上述第1和第2比较器的输出的漏电检测中的不敏感区段。
3.一种电源装置的漏电检测电路，该电源装置具备由多个电池构成的电池单元，其特征在于，具备：
第1电流路径，其两端被连接到上述电池单元的两电极上，互相串联地连接第1分压电阻和第2分压电阻并使其介于上述两端间；
第2电流路径，其两端被连接到上述电池单元的两电极上，依次串联地连接第1保护用电阻、第1检测用电阻和第2检测用电阻、第2保护用电阻并使其介于上述两端间；
地连接线路，经绝缘电阻将介于上述第2电流路径中的第1检测用电阻与第2检测用电阻的连接点与地连接；
第1比较器，将介于上述第2电流路径中的第1保护用电阻与第1检测用电阻的连接点连接到一个输入端上，同时将介于上述第1电流路径中的第1分压电阻与第2分压电阻的连接点连接到另一个输入端上；
第2比较器，将介于上述第2电流路径中的第2检测用电阻与第2保护用电阻的连接点连接到一个输入端上，同时将介于上述第1电流路径中的第1分压电阻与第2分压电阻的连接点连接到另一个输入端上；以及
检测电路，根据上述第1和第2比较器的输出来检测漏电的发生。
4.如权利要求3中所述的电源装置的漏电检测电路，其特征在于：
上述第1和第2比较器分别根据对一个输入端施加的电压和对另一个输入端施加的基准电压的大小关系，输出电位不同的2个信号。
5.如权利要求3或4中所述的电源装置的漏电检测电路，其特征在于：
上述检测电路具备连接到上述第1比较器的输出端和上述第2比较器的输出端上的光电耦合器，该光电耦合器由根据上述两输出端的电位进行发光工作的发光二极管和根据该发光二极管的发光而导通的光电晶体管构成，根据光电晶体管的导通/关断来检测漏电的发生。
6.如权利要求3至5的任一项中所述的电源装置的漏电检测电路，其特征在于：
通过使施加到上述第1比较器的一个输入端上的电压超过施加到另一个输入端上的基准电压、同时使施加到上述第2比较器的一个输入端上的电压低于施加到另一个输入端上的基准电压，产生漏电检测的不敏感区段。
7.如权利要求3至6的任一项中所述的电源装置的漏电检测电路，其特征在于：
在构成电池单元的多个电池的某一个的连接点处发生了漏电的情况下，调整了上述第1和第2电流路径的电路常数，以便在电池单元的两电极间发生的电位分布内的与1个电池对应的电位分布区域的内侧包含基于上述第1和第2比较器的输出的漏电检测中的不敏感区段。
8.如权利要求7中所述的电源装置的漏电检测电路，其特征在于：
作为上述第1和第2电流路径的电路常数，调整了介于上述第1电流路径中的第1和第2分压电阻、介于上述第2电流路径中的第1和第2保护用电阻以及第1和第2检测用电阻的电阻值。
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