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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Leckagedetektionsschaltung zur
Verwendung in einer Stromversorgung, mit der ein Elektromotorfahrzeug
versehen ist, und insbesondere eine Leckagedetektionsschaltung zur
Verwendung in einer Stromversorgung, die eine Anzahl von Zellen
hat.
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Elektrische
Motorfahrzeuge werden seit kurzem mit einer Zelleneinheit versehen,
die als Stromversorgungsquelle für
einen Antriebsmotor dient und eine hohe Spannung von wenigstens
240 V erzeugt. Die Zelleneinheit hat zwischen der Einheit und dem
Fahrzeugkörper
ein Isolierelement montiert und ist an dem Fahrzeugkörper in
einem schwebenden Zustand fixiert, da sie getrennt ist, um zu vermeiden,
dass Menschen elektrische Schläge
erhalten. Die Zelleneinheit erlangt wie vorstehend beschrieben eine
hohe Spannung, was das Problem der elektrischen Leckage hervorruft,
d.h. eines Kurzschlussunfalls zwischen der Zelle und dem Fahrzeugkörper.
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Beispielsweise
tritt Elektrolyt aus der Zelle aus, oder Staub, der an einer Oberfläche der
Zelle anhaftet, etc. wird mit Wasser übergossen, das in die Oberfläche eintritt,
während
das Fahrzeug bei regnerischem Wetter gefahren wird, um die Isolationseigenschaften
des Isolierelements zu beeinträchtigen,
was einen solchen Isolationsausfall verursacht, dass ein schwacher
Leckagestrom fließt,
wodurch der Fahrzeugkörper
mit einer hohen Spannung der Zelleneinheit beaufschlagt wird. Dies
erhöht
die Gefahr einschließlich
eines Unfalls durch elektrischen Schlag, der durch menschlichen
Kontakt mit dem Fahrzeugkörper
verursacht wird, und das Auftreten von Funken, was durch große Stromentladung
in Kontakt mit einem elektrisch leitfähigen Werkzeug etc. verursacht
wird.
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Es
ist herkömmlicherweise
die Praxis, elektrische Leckage zu detektieren, indem eine Leckagedetektionsschaltung
wie in der 6 gezeigt vorgesehen ist. Bei
der Leckagedetektionsschaltung sind ein Paar Widerstände 5, 6 jeweils
mit dem gegenüberliegenden
Ende einer Zelleneinheit 1 verbunden. Ein mittlerer Punkt zwischen
den Widerständen 5, 6 ist über einen
Widerstand 2 zum Detektieren von elektrischer Leckage an Masse
(Fahrzeugkörper)
angeschlossen.
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Die
Zelleneinheit 1 hat eine Anzahl von Sekundärzellen,
wie beispielsweise Nickel-Wasserstoff-Zellen, die
miteinander in Reihe geschaltet sind, was wahrscheinlich zwischen
einem Punkt der Verbindung zwischen Sekundärzellen und Masse einen Kurzschluss
verursacht. Das Auftreten von Kurzschluss an einer solchen Position
führt zu
dem Problem, dass eine tote Zone erzeugt wird, in welcher die Leckage
nicht detektiert werden kann, oder die Detektionsempfindlichkeit
verringert wird, wie dies weiter unten beschrieben wird.
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Wie
in der 6 gezeigt, entspricht ein Widerstand 4 dem
Auftreten eines Durchschlags an einem mittleren Punkt der Zelleneinheit 1.
Strom fließt
durch einen Leckagedetektionswiderstand 2 entlang von zwei Wegen,
wie dies durch einen Pfeil in einer durchgezogenen Linie und durch
einen Pfeil in einer gestrichelten Linie angegeben ist. Angenommen,
die Ströme
sind i1, i2, wie dargestellt, werden die Ströme wie folgt ausgedrückt: i1 = (B/2)/(Rs + R1 + R) i2
= (B/2)/(Rs + R2 + R)
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Für den Fall,
dass ein Wert des Widerstandes R1 für den Widerstand 5 gleich
einem Wert des Widerstands R2 für
den Widerstand 6 ist, haben die zwei Ströme i1 und
i2 eine gleiche Größe und eine
entgegengesetzte Strömrichtung,
so dass eine detektierte Spannung V1 trotz des elektrischen Leckageauftretens
0 ist. Selbst wenn der Wert des Widerstands für den Widerstand 5 sich
von dem Wert des Widerstands 6 unterscheidet, wird eine
Totzone erzeugt, wenn an irgendeinem Punkt der Verbindung zwischen
der Anzahl von Zellen, welche die Zelleneinheit 1 bilden,
eine Leckage auftritt.
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In
diesem Fall fließen
die Ströme
i1 und i2 in zueinander entgegengesetzten Richtungen, wie vorstehend
beschrieben, so dass die detektierte Spannung V1 einen kleineren
Wert erhält,
wodurch die Empfindlichkeit reduziert wird, wodurch es schwierig
wird, die Spannung zu detektieren. Wenn weiterhin eine Spannung (+B)
der Zelleneinheit 1 variiert, ändert die Spannung einen Detektionswert
der Leckage, wodurch das Problem hervorgerufen wird, dass die Leckage
nicht mit hoher Genauigkeit detektiert werden kann.
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In
der JP-A-702018524 ist ein Leckagedetektor für eine Hochspannungs-Gleichstromversorgung
offenbart. Der Leckagedetektor hat eine Reihe von Paaren detektierender
Widerstände,
die zwischen einem Paar Schutzwiderstände in Reihe angeordnet sind.
Erste und zweite Verstärker
verstärken
die Potentialdifferenzen an jedem detektierenden Widerstand, und
ein Komparator vergleicht die Ausgänge der Verstärker.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltung zur Erkennung
von Lecks zur Verwendung in einer Stromversorgung zu schaffen, die
eine Zelleneinheit mit hoher Spannung aufweist, wobei die Schaltung
so ausgebildet ist, dass sie zuverlässig mit einer einfachen Struktur
das Auftreten von Lecks in einer Zelleneinheit detektieren kann,
und die so ausgebildet ist, dass sie einen Teil des Lecks voraussetzen
kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Schaltung zur Erkennung von Lecks zur Verwendung
in einer Stromversorgung geschaffen, mit einer Zelleneinheit mit
einer Anzahl von Zellen, wobei die Schaltung aufweist
einen
Strompfad, der an der gegenüberliegenden
Elektroden der Zelleneinheit, die eine Anzahl von Zellen aufweist,
anschließbar
ist und der einen Referenzpunkt hat, der eine Referenzspannung entsprechend
der Potentialdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Elektroden erzeugt,
einen
zweiten Strompfad, der an die gegenüberliegenden Elektroden der
Zelleneinheit anschließbar
ist und der drei Punkte hat, die sich in der Potentialdifferenz
unterscheiden, wobei der mittlere Punkt der drei Punkte über einen
Isolationswiderstand mit Masse verbunden ist;
erste und zweite
Komparatoren, die jeweils entsprechende erste und zweite Eingangsenden
haben, in welchen entsprechende Spannungen von den durch den mittleren
Punkt getrennten zwei Punkten des zweiten Strompfads an die jeweiligen
ersten Eingangsenden der ersten und zweiten Komparatoren angelegt
werden und eine Spannung vom Referenzpunkt des ersten Strompfads
an die entsprechenden zweiten Eingangsenden der ersten und zweiten
Komparatoren angelegt wird, und
eine Detektionsschaltung, die
das Auftreten von Lecks basierend auf den Ausgängen der ersten und zweiten Komparatoren
erkennt.
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Bei
dieser Schaltung zur Erkennung von Lecks wird angenommen, dass das
Leck an irgendeinem Punkt der Verbindung zwischen der Anzahl von
Zellen, welche die Zelleneinheit bilden, auftritt. Es besteht keine Änderung
des Stroms, der durch den ersten Strompfad fließt, und die Referenzspannung,
die am Referenzpunkt erzeugt wird, ist konstant. Andererseits fließt in dem
zweiten Strompfad der Leckagestrom von dem mittleren Punkt durch
den Isolationswiderstand zur Masse (Fahrzeugkörper), erzeugt eine Änderung
des Potentials der zwei Punkte, die durch den mittleren Punkt getrennt
sind, wodurch die Ausgänge
der ersten und zweiten Komparatoren geändert werden. Als Ergebnis
wird das Auftreten von Lecks detektiert.
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Selbst
wenn demgemäß die Leckspannung
zusammen mit der Größe des Leckstroms
variiert, kann das Leck zuverlässig
detektiert werden, da die Referenzspannung festgelegt ist.
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Ausdrücklich anzugeben
ist, dass eine Schaltungskonstante der ersten und zweiten Strompfade
so eingestellt sein kann, dass im Fall des Auftretens eines Lecks
an irgendeinem Punkt der Verbindung zwischen den Zellen, welche
die Zelleneinheit bilden, basierend auf den Ausgängen der ersten und zweiten
Komparatoren im Inneren einer Potentialverteilungsregion entsprechend
einer Zelle eine Totzone enthalten ist, die in der Potentialverteilung
enthalten ist, welche zwischen gegenüberliegenden Elektroden der
Zelleneinheit erzeugt ist.
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Dies
kann dazu beitragen, das Problem der Totzone bei der Leckerkennung
zu eliminieren.
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Der
erste Strompfad kann gegenüberliegende
Enden haben, die jeweils mit den gegenüberliegenden Elektroden der
Zelleneinheit verbindbar sind, und kann erste und zweite Spannungsteilerwiderstände aufweisen,
die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei die Widerstände zwischen
den gegenüberliegenden
Enden eingesetzt sind, der zweite Strompfad kann gegenüberliegende
Enden haben, die jeweils an gegenüberliegenden Elektroden der
Zelleneinheit anschließbar
sind, und kann nacheinander in Reihe geschaltet einen ersten Schutzwiderstand,
einen ersten Detektionswiderstand, einen zweiten Detektionswiderstand
und einen zweiten Schutzwiderstand aufweisen, wobei die Widerstände zwischen
den gegenüberliegenden
Enden eingesetzt sind,
den mittleren Punkt zwischen dem ersten
Detektionswiderstand und dem zweiten Detektionswiderstand, die in den
zweiten Strompfad eingesetzt sind,
wobei das erste Eingangsende
des ersten Komparators an einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schutzwiderstand
und dem ersten Detektionswiderstand, die in den zweiten Strompfad
eingesetzt sind, das zweite Eingangsende des ersten Komparators
an einen Verbindungspunkt zwischen dem ersten Spannungsteilerwiderstand
und dem zweiten Spannungsteilerwiderstand, die in den. ersten Strompfad
eingesetzt sind, verbunden ist, welcher als ein Referenzpunkt dient,
das
erste Eingangsende des zweiten Komparators an einen Verbindungspunkt
zwischen dem zweiten Detektionswiderstand und dem zweiten Schutzwiderstand,
die in die zweite Stromleitung eingesetzt sind, angeschlossen ist,
das zweite Eingangsende des zweiten Komparators mit dem Verbindungspunkt
zwischen dem ersten Spannungsteilerwiderstand und dem zweiten Spannungsteilerwiderstand,
die in dem ersten Strompfad eingesetzt sind, verbunden ist und der
als ein Referenzpunkt dient.
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Ausdrücklich anzugeben
ist, dass die ersten und zweiten Komparatoren jeweils ein Signal
ausgeben, welches in seinem Potential sich entsprechend der Größenrelation
zwischen der Spannung, mit der das erste Eingangsende beaufschlagt
wird, und der Referenzspannung, mit der das zweite Eingangsende
beaufschlagt wird, und der Referenzspannung, mit der das zweite
Eingangsende beaufschlagt wird, unterscheidet. Beispielsweise gibt
der erste Komparator ein Signal "hoch" aus, wenn die Spannung,
mit der das erste Eingangsende beauf schlagt wird, größer als
die Spannung ist, mit welcher das zweite Eingangsende beaufschlagt
wird. Der zweite Komparator gibt ein Signal "hoch" aus,
wenn die Spannung, mit der das erste Eingangsende beaufschlagt wird,
kleiner als die Spannung ist, mit der das zweite Eingangsende beaufschlagt
wird.
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Weiterhin
ist ausdrücklich
anzugeben. dass die Detektionsschaltung einen Photokoppler haben
kann, der an ein Ausgangsende des ersten Komparators und an ein
Ausgangsende des zweiten Komparators angeschlossen ist. Der Photokoppler
kann eine lichtemittierende Diode zum Emittieren von Licht entsprechend
der Potentiale der Ausgangsenden und einen Phototransistor aufweisen,
der bei Lichtemittieren der lichtemittierenden Diode eingeschaltet
wird und der das Auftreten von Lecks basierend auf Ein/Aus des Phototransistors detektiert.
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Weiterhin
ist ausdrücklich
anzugeben, dass die Widerstandswerte für die ersten und zweiten Spannungsteilerwiderstände, die
in den ersten Strompfad eingesetzt sind, für die ersten und zweiten Schutzwiderstände, die
in die zweiten Stromleitung eingesetzt sind, und für die ersten
und zweiten Detektionswiderstände, die
in den zweiten Strompfad eingesetzt sind, so eingestellt sein können, dass
im Fall des Auftretens von Lecks an irgendeinem Punkt der Verbindung
zwischen der Anzahl von Zellen, welche die Zelleneinheit bilden,
die Totzone beim Erkennen von Lecks, in welcher eine Spannung, mit
der ein Eingangsende des ersten Komparators beaufschlagt wird, größer als
die Referenzspannung ist, mit der das andere Eingangsende beaufschlagt
wird, und eine Spannung, mit der ein Eingangsende des zweiten Komparators
beaufschlagt wird, kleiner als eine Referenzspannung ist, die dem
anderen Eingangsende beaufschlagt wird, in dem Inneren eines Potentialverteilungsbereichs
entsprechend einer Zelle enthalten ist, der in der Potentialverteilung
enthalten ist, die zwischen gegenüberliegenden Elektroden der
Zelleneinheit erzeugt wird.
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Daraus
folgt, dass selbst für
den Fall, dass an irgendeinem Verbindungspunkt zwischen der Anzahl von
Zellen, welche die Zelleneinheit enthält, das Leck auftritt, das
Potential am Punkt des Auftretens des Lecks nicht der Totzone entspricht.
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Durch
diese Schaltung zur Erkennung von Lecks zur Verwendung in der Stromversorgung
gemäß der Erfindung
kann das Auftreten von Lecks am Punkt der Verbindung zwischen einer
Anzahl von Zellen, die die Zelleneinheit aufweist, zuverlässig detektiert
werden. Dies kann Unfällen
durch Stromschlag zuvorkommen.
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1 ist
ein Konstruktionsbeispiel einer Schaltung zur Erkennung von Lecks,
das die Erfindung verkörpert;
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2 ist
eine schematische Darstellung zum Angeben eines Punktes, der die
Möglichkeit
des Auftretens eines Lecks in einer Zelleneinheit hat;
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3 ist
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Potential
bei Auftreten des Lecks und einer Eingangsspannung zu zwei Operationsverstärkern zeigt;
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4 ist
eine grafische Darstellung, die ein Beispiel zum Eliminieren des
Problems einer Totzone durch Ändern
einer Schaltungskonstante auf die gleiche Art und Weise wie 3 zeigt;
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5 ist
eine schematische Darstellung einer Äquivalentschaltung, die Teil
einer in der 1 gezeigten Schaltung und einer
Schaltungskonstante ist; und
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6 ist
ein Schaltbild, das die Konstruktion einer herkömmlichen Schaltung zur Erkennung
von Lecks zeigt.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen wird die Schaltung zur Erkennung
von Lecks, welche die Erfindung verkörpert, zur Verwendung in einer
Stromversorgung, die in einem Elektromotorfahrzeug montiert ist, detailliert
beschrieben.
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Wie
in der 1 gezeigt, haben zwei Zellmodule 12A, 12B eine
Anzahl von Sekundärzellen 12a,
die in Reihe geschaltet sind. Die zwei Zellmodule 12A, 12B bilden
eine Zellenein heit 12, die über ein Isolierelement an einem
Fahrzeugkörper
montiert ist. Als Sekundärzellen 12a werden
Nickel-Wasserstoffzellen etc. verwendet. Zwischen einem positiven
Anschluss und einem negativen Anschluss der Zelleneinheit 12 werden
beispielsweise 300 V als Gesamtspannung erhalten.
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Die
Stromleitung 10a der positiven Seite und die Stromleitung 10b der
negativen Seite, erstrecken sich jeweils von einem positiven und
einem negativen Anschluss der Zelleneinheit 12 und sind
mit einem nicht gezeigten Inverter verbunden. Der Inverter hat ein
Schaltelement, wie beispielsweise einen IGBT (Bipolar-Transistor
mit isoliertem Gate) etc., und wandelt den Gleichstrom in einen
Wechselstrom um, um einen Antriebsmotor mit Strom zu versorgen.
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Die
Schaltung 10 zur Erkennung von Lecks gemäß der Erfindung
hat eine erste Stromleitung 34 und eine zweite Stromleitung 22,
die zueinander parallel zwischen der Stromleitung 10a der
positiven Seite und der Stromleitung 10b der negativen
Seite geschaltet sind. In die erste Stromleitung 34 sind
ein erster Spannungsteilerwiderstand 30 und ein zweiter
Spannungsteilerwiderstand 32 eingesetzt, die jeweils einen
Widerstandswert von 56 kΩ haben
und zueinander parallel liegen. In die zweite Stromleitung 22 sind
ein erster Schutzwiderstand 14 und ein zweiter Schutzwiderstand 16 eingesetzt,
die jeweils einen hohen Widerstandswert von 1 MΩ haben und zueinander parallel
liegen. Zwischen die zwei Schutzwiderstände 14, 16 sind
ein erster Detektionswiderstand 18 und ein zweiter Detektionswiderstand 20 eingesetzt,
die jeweils einen Widerstandswert von 22 kΩ haben und die zueinander parallel
liegen.
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Ein
Verbindungspunkt 24 zwischen den ersten und zweiten Detektionswiderständen 18, 20,
die in die zweite Stromleitung 22 eingesetzt sind, ist
durch einen Isolationswiderstand 28 mit einem hohen Widerstandswert
von 6 MΩ an
Masse (den Fahrzeugkörper)
angeschlossen.
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Die
Schaltung zur Erkennung von Lecks gemäß der Erfindung hat einen ersten
Operationsverstärker 36 und
einen zweiten Operationsverstärker 38.
Ein Verbindungspunkt 35 (Refe renzpunkt) zwischen dem ersten
Spannungsteilerwiderstand 30 und dem zweiten Spannungsteilerwiderstand 32,
die in die erste Stromleitung 34 eingesetzt sind, ist an
einen negativen Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers 36 über einen
Strombegrenzungswiderstand 44 angeschlossen, der einen
Widerstandswert von 100 kΩ hat,
und ist über
einen Strombegrenzungswiderstand 46, der einen Widerstandswert
von 100 kΩ hat,
mit einem positiven Anschluss des zweiten Operationsverstärkers 38 verbunden.
Ein Verbindungspunkt P1 zwischen dem ersten Schutzwiderstand 14 und
dem ersten Detektionswiderstand 8, die in die zweite Stromleitung 22 eingesetzt sind,
ist über
einen Strombegrenzungswiderstand 22, der einen Widerstandswert
von 100 kΩ hat,
mit einem positiven Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers 36 verbunden.
Ein Verbindungspunkt P2 zwischen dem zweiten Schutzwiderstand 16 und
dem zweiten Detektionswiderstand 20 ist über einen
Strombegrenzungswiderstand 48, der einen Widerstandswert
von 100 kΩ hat,
mit einem negativen Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers 38 verbunden.
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Den
Operationsverstärkern 36, 38 sind
jeweils wie dargestellt, definierte Stromversorgungsspannungen +15
V, –15
V gegeben.
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Die
Schaltung zur Erkennung von Lecks gemäß der vorliegenden Erfindung
hat einen Photokoppler 40 mit einer lichtemittierenden
Diode 50 und einem Phototransistor 52. Ein Ausgangsende
des ersten Operationsverstärkers 36 und
das des zweiten Operationsverstärkers 38 sind
jeweils über
Widerstände 54, 56 miteinander
verbunden und ein Verbindungspunkt ist mit der lichtemittierenden
Diode 50 verbunden. Das Auftreten von Lecks bewirkt, dass
die lichtemittierende Diode Licht emittiert, wie dies im Folgenden
beschrieben wird, um den Phototransistor 52 elektrisch
leitend zu machen, wodurch das Auftreten von Lecks einem nicht gezeigten
Mikrocomputer gemeldet wird.
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Wenn
kein Leck auftritt ist die Zelleneinheit 12 mit hoher Spannung
gegenüber
der Masse (Fahrzeugkörper) 26 durch
einen Isolierwiderstand 28 elektrisch isoliert, um in einem
schwebenden Zustand zu sein, so dass durch die ersten und zweiten
Detektionswiderstände 18, 20 der
zweiten Stromleitung 22 kein Leckagestrom fließt. Demgemäß wird zwischen den
gegenüberliegenden
Enden jedes der Detektionswiderstände 18, 20 keine
Leckagespannung erzeugt.
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Beispielsweise
wird angenommen, dass ein negativer Anschluss der Zelleneinheit 12 fehlerhaft über einen
Massewiderstand 58, der einen Widerstandswert von 100 kΩ hat, an
Masse gelegt ist, wie dies in der 1 gezeigt
ist, welcher das Auftreten eines Lecks verursacht. In diesem Fall
ist die Stromleitung 10b der negativen Seite, die von einem
negativen Anschluss der Zelleneinheit 12 ausgeht, an die
Masse 26 (Fahrzeug) über
den Massewiderstand 58 gelegt, wie dies in der 1 gezeigt
ist. Demgemäß fließt der Leckagestrom durch
die ersten und zweiten Schutzwiderstände 14, 16,
die ersten und zweiten Detektionswiderstände 18, 20, den
Isolationswiderstand 28 und den Massewiderstand 58 über die
Masse 26, erzeugt eine Spannung V1 und eine Spannung V2
resultierend aus dem Leck zwischen den gegenüberliegenden Enden jedes der
ersten und zweiten Detektionswiderstände 18, 20.
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Die
Spannungsdiferenzen V1IN und V2IN zwischen jeder der Spannungen
V1, V2 und einer Referenzspannung Vc, die vom Referenzpunkt 35 der
ersten Stromleitung 34 beaufschlagt wird, werden jeweils
an den ersten und zweiten Operationsverstärkern 36, 38 eingegeben.
Die Spannungsdifferenzen werden jeweils in den Operationsverstärkern 36, 38 mit
den vorbestimmten Werten verglichen. Wenn die Eingangsspannungen V1IN
und V2IN größer als
der vorbestimmte Wert werden, erzeugen die Operationsverstärker 36, 38 jeweils Ausgangsspannungen
V1OUT und V2OUT.
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Bei
dem in der 1 gezeigten Beispiel ist der
negative Anschluss der Zelleneinheit 12 fehlerhaft über den
Massewiderstand 58, der einen Widerstandswert von 100 kΩ hat, an
Masse gelegt, und es fließt
ein Leckagestrom ig, bildet eine Äquivalentschaltung wie in der 5 gezeigt.
Bei der Äquivalentschaltung
wird die folgende Beziehung erhalten, wobei i ein Schaltungsstrom
ist. i = 138,5 V/1,022 MΩ = 135,5 μA ig
= 138,5 V/6,1 MΩ =
22,7 μA V1 = (135,5 μA
+ 22,7 μA) × 22 kΩ = 3,48
V V2 = 135,5 μA × 22 kΩ = 2,98 V V1IN
= (138,5 V + 3,48 V) – 150
V = –8,02
V V2IN = (138,5 V – 2,98 V) – 150 V = –14,48 V
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Demgemäß gilt V1OUT
= –15
V und V2OUT = +15 V, mit dem Ergebnis, dass die lichtemittierende Diode 50 des
Photokopplers 40 Licht emittiert, um den Phototransistor 52 einzuschalten.
Der Mikrocomputer detektiert, dass ein Signal vom Phototransistor 52 sich
von hoch auf niedrig umgeschaltet hat, wodurch das Auftreten von
Lecks erfasst wird.
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Weiterhin
erfolgt für
den Fall, dass das Leck an der positiven Anschlussseite der Zelleneinheit
auftritt, das gleiche wie vorstehend beschrieben.
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Wenn
kein Leck auftritt, wird nur der Schaltungsstrom i erzeugt, gilt
V1IN = 3,23 V, V2IN = 3,23 V, V1OUT = +15 V und V2OUT = +15 V, so
dass der Photokoppler 40 ausgeschaltet gehalten wird.
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Bei
der Zelleneinheit 12 erstrecken sich die Stromleitungen
jeweils von den positiven und den negativen Anschlüssen der
Zelleneinheit 12 wie in der 2 gezeigt,
und die Spannungsdetektionsleitungen erstrecken sich von den Verbindungspunkten
zwischen den Zellen 12a, und ferner erstrecken sich Leitungen
von den Verbindungspunkten zwischen Zellenmodulen 12A und 12B zu
einem Sicherheitsschalter, so dass, wenn irgendeine Leitung dieser
Leitungen fehlerhaft an Masse gelegt ist, ein Leck auftritt. Es
besteht die Möglichkeit, dass
an jedem Punkt, der in der 2 durch
ein Kreuz markiert ist, das Leck auftritt.
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Die
in der
1 gezeigten Eingangsspannungen V1IN und V2IN sind
für jeden
Punkt gefunden, bei dem die Möglichkeit
des Auftretens des Lecks besteht, und das gefundene Ergebnis wird
wie folgt erzielt. In diesem Fall hat die Zelleneinheit
12 16
Zellen und die Einheit hat eine Ausgangsspannung von 240 V (= 15
V × 16).
| (1)
Stromleitung (±)/Gleichstromseite
des Inverters (±) | ±120 V |
| (2)
Spannungsdetektionsleitung des Zellmoduls | ±15 V × 8 Punkte |
| (3)
Sicherheitsschaltleitung | 0
V |
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3 ist
eine grafische Darstellung, die die Eingangsspannung V1IN bzw. V2IN
in einer durchgezogenen Linie bzw. in einer gestrichelten Linie
zeigt, wenn an jedem Punkt das Leck auftritt, wobei ein Potential an
jedem Punkt des Auftretens des Lecks als X-Achse und ein Potential
der Eingangsspannung V1IN und V2IN als Y-Achse aufgetragen ist,
und zwar für
den Fall, bei dem Massewiderstand 58 gleich 100 kΩ ist.
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3 zeigt,
dass die folgenden drei Fälle
in Abhängigkeit
von dem Punkt des Auftretens eines Lecks vorhanden sind:
➀ V1IN > 0, V2IN < 0, ➁ V1IN < 0, V2IN < 0, ➂ V1IN > 0, V2IN > 0. In den Fällen ➁ und ➂ ist
der Photokoppler eingeschaltet, um das Erkennen des Lecks zu erlauben,
während
in dem Fall von ➀ der Photokoppler nicht eingeschaltet
ist und dadurch das Leck nicht detektiert werden kann. Das heißt, bei
der Schaltung 10 zur Erkennung von Lecks mit der vorstehend
beschriebenen Schaltungskonstante kann das Leck nicht an Leckpunkten
innerhalb von ±45
V detektiert werden, wie in der 3 gezeigt,
wodurch eine Totzone erzeugt ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird der Einfluss der Totzone vermieden, indem die Schaltungskonstante der
Schaltung 10 zur Erkennung von Lecks wie im Folgenden beschrieben,
eingestellt wird.
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Tabelle
1 zeigt das Ergebnis der Berechnung des Eingangsspannung V1IN und
V2IN an den repräsentativen
Punkten (±120
V, ±90
V, ±30
V, 0 V) aus den Punkten (1), (2) und (3), die jeweils die Möglichkeit des
Auftretens eines Lecks haben, wie dies vorstehend beschrieben ist.
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Um
das Erkennen von Lecks an jedem Punkt zu ermöglichen, bei dem die Möglichkeit
des Auftretens des Lecks besteht, sollten beide Eingangsspannungen
V1IN und V2IN am Punkt des Auftretens des Lecks positiv oder negativ
gemacht sein. Die Bedingungen hierfür sind wie folgt:
- (1) X-Abschnitt der Eingangsspannung V1IN und V2IN wie in 3 gezeigt,
liegt im Bereich von 0 bis 15 V oder 0 bis –15 V.
- (2) Der Schnittpunkt einer durchgezogenen Linie, die die Änderung
der Leckagedetektionsspannung Va (Potential P1 in 1),
Vb (Potential von P2 in 1) und dem Referenzpotential
Vc zeigt, liegt im Bereich von 0 bis 15 V oder 0 bis –15 V.
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2 zeigt
das Ergebnis, welches durch Ändern
des Schaltungskonstante erzielt wird, um die vorstehenden Bedingungen
zu erfüllen.
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Weiterhin
zeigt die 4 eine grafische Darstellung
auf die gleiche Weise wie 3 für den Fall,
bei dem der Massewiderstand 58 gleich 100 kΩ ist, bei
der Schaltung 10 zur Erkennung von Lecks nach der Änderung
der Schaltungskonstante.
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Tabelle
3 zeigt ferner das Ergebnis, welches durch Berechnen der Eingangsspannung
V1IN und V2IN nach der Änderung
der Schaltungskonstante an jedem Punkt des Auftretens von Lecks
erzielt wird.
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Gemäß den vorstehenden
Berechnungsergebnissen wurde herausgefunden, dass das Leck für jeden Punkt
detektiert werden kann, an welchem die Möglichkeit des Auftretens eines
Lecks besteht, indem die Schaltungskonstante geändert wird, d.h. durch geeignetes
Einstellen des Verhältnisses
von Schutzwiderstand zu Detektionswiderstand (Wert der Leckagedetektionsspannung
Va und dem von Vb) und des Verhältnisses des
Spannungsteilungswiderstands (Wert der Referenzspannung Vc).
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Bei
der in der 1 gezeigten Schaltung 10 zur
Erkennung von Lecks kann der Punkt, an welchem die Möglichkeit
des Auftretens eines Lecks besteht, im Voraus identifiziert werden,
so dass das Leck an jedem Punkt detektiert werden kann, indem jeder
Wert des Schutz-, Detektions- und Spannungsteilungswiderstands so
gesetzt wird, dass die Totzone der Leckerkennung vom Leckpunkt verschoben
ist.
