專利名稱：電源裝置的漏電檢測電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在電動汽車上安裝的電源裝置的漏電檢測電路，特別是涉及由多個電池構成的電源裝置的漏電檢測電路。
例如，如果電池的電解液漏出到外部或在雨天行駛時侵入的水分進入附著于電池表面等的塵土上，則絕緣材料的絕緣性下降，成為能流過微小的漏電電流的絕緣不良狀態(tài)，對車體施加電池單元的高電壓。其結果，因人體與車體接觸引起的觸電事故及因伴隨導電性工具等的接觸的大電流放電引起的火花發(fā)生的危險性增大了。
因此，以往設置了圖6中示出的漏電檢測電路，進行了漏電檢測。在該漏電檢測電路中，在電池單元1的兩端連接一對電阻5、6，同時將該一對電阻5、6的中點經(jīng)漏電檢測用的電阻2與地(車體)3連接。
但是，由于互相串聯(lián)地連接鎳氫電池等的多個二次電池來構成電池單元1，故存在二次電池相互間的連接部與地之間產(chǎn)生絕緣破壞的可能性。在這樣的位置上產(chǎn)生了絕緣破壞的情況下，如后述那樣，存在發(fā)生不能進行漏電檢測的不敏感區(qū)段或檢測靈敏度降低的問題。
即，在圖6中，電阻4顯示出在電池單元1的中點引起了絕緣破壞的情況，在漏電檢測用電阻2中，在用實線箭頭和點線箭頭示出的2個路徑中流過電流。如果將這些電流定為圖示的i1、i2，則這些電流的大小分別如下式所示。
i1＝(B/2)/(Rs+R1+R)i2＝(B/2)/(Rs+R2+R)在此，在電阻5的電阻值R1與電阻6的電阻值R2相等的情況下，由于2個電流i1、i2的大小相等，而且方向相反，故盡管發(fā)生了漏電，但檢測電壓V1為零。此外，即使使電阻5與電阻6的值不同，在構成電池單元1的多個電池的某一個的連接部處發(fā)生了漏電的情況下，也產(chǎn)生不敏感區(qū)段。
此時，由于如上所述，電流i1、i2在互相抵銷的方向上流動，故檢測電壓V1成為小的值，靈敏度下降，難以進行檢測。再者，在電池單元1的電壓(+B)發(fā)生了變動的情況下，由于漏電的檢測值根據(jù)該電壓而變化，故也存在不能進行精度良好的漏電檢測的問題。
因此，本發(fā)明的目的在于在由高電壓的電池單元構成的電源裝置中，提供能利用簡單的結構可靠地檢測出電池單元的漏電、同時可推測漏電部位的漏電檢測電路。
在上述本發(fā)明的漏電檢測電路中，在構成電池單元的多個電池的某一個的連接部處發(fā)生了漏電時，流過第1電流路徑的電流沒有變化，在基準點上發(fā)生的基準電壓是恒定的。與此不同，在第2電流路徑中，由于漏電電流從上述中點經(jīng)過絕緣電阻流向地(車體)，故在夾住上述中點的2點的電位中發(fā)生變動，由此，在第1和第2比較器的輸出狀態(tài)中產(chǎn)生變化。其結果，可檢測漏電的發(fā)生。
因而，即使漏電電壓隨漏電電流的大小而變動，但由于固定了基準電壓，故能可靠地進行漏電檢測。
在具體的結構中，在構成電池單元的多個電池的某一個的連接點處發(fā)生了漏電的情況下，調(diào)整了上述第1和第2電流路徑的電路常數(shù)，以便在電池單元的兩電極間發(fā)生的電位分布內(nèi)的與1個電池對應的電位分布區(qū)域的內(nèi)側(cè)包含基于上述第1和第2比較器的輸出的漏電檢測中的不敏感區(qū)段。
由此，可消除漏電檢測中的不敏感區(qū)段的問題。
此外，本發(fā)明的電源裝置的漏電檢測電路具備第1電流路徑，其兩端被連接到上述電池單元的兩電極上，互相串聯(lián)地連接第1分壓電阻和第2分壓電阻并使其介于上述兩端間；第2電流路徑，其兩端被連接到上述電池單元的兩電極上，依次串聯(lián)地連接第1保護用電阻、第1檢測用電阻和第2檢測用電阻、第2保護用電阻并使其介于上述兩端間；地連接線路，經(jīng)絕緣電阻將介于上述第2電流路徑中的第1檢測用電阻與第2檢測用電阻的連接點與地連接；第1比較器，將介于上述第2電流路徑中的第1保護用電阻與第1檢測用電阻的連接點連接到一個輸入端上，同時將介于上述第1電流路徑中的第1分壓電阻與第2分壓電阻的連接點連接到另一個輸入端上；第2比較器，將介于上述第2電流路徑中的第2檢測用電阻與第2保護用電阻的連接點連接到一個輸入端上，同時將介于上述第1電流路徑中的第1分壓電阻與第2分壓電阻的連接點連接到另一個輸入端上；以及檢測電路，根據(jù)上述第1和第2比較器的輸出來檢測漏電的發(fā)生。
在上述本發(fā)明的漏電檢測電路中，在構成電池單元的多個電池的某一個的連接部處發(fā)生了漏電時，流過第1電流路徑的電流沒有變化，因而，在第1分壓電阻與第2分壓電阻的連接點(基準點)上發(fā)生的基準電壓是恒定的。與此不同，在第2電流路徑中，由于漏電電流從上述第1檢測用電阻與第2檢測用電阻的連接點(中點)經(jīng)過地連接線路和絕緣電阻流向地(車體)，故在第1保護用電阻與第1檢測用電阻的連接點的電位和第2檢測用電阻與第2保護用電阻的連接點的電位中產(chǎn)生與漏電電流的大小對應的變動，由此，在第1和第2比較器的輸出狀態(tài)中產(chǎn)生變化。其結果，可檢測漏電的發(fā)生。
因而，即使漏電電壓隨漏電電流的大小而變動，但由于固定了基準電壓，故能可靠地進行漏電檢測。
在具體的結構中，上述第1和第2比較器分別根據(jù)對一個輸入端施加的電壓和對另一個輸入端施加的基準電壓的大小關系，輸出電位不同的2個信號。例如，通過使施加到一個輸入端上的電壓超過施加到另一個輸入端上的基準電壓，第1比較器輸出高電平的信號，同時，通過使施加到一個輸入端上的電壓低于施加到另一個輸入端上的基準電壓，第2比較器輸出高電平的信號。
此外，在具體的結構中，上述檢測電路具備連接到上述第1比較器的輸出端和上述第2比較器的輸出端上的光電耦合器，該光電耦合器由根據(jù)上述兩輸出端的電位進行發(fā)光工作的發(fā)光二極管和根據(jù)該發(fā)光二極管的發(fā)光而導通的光電晶體管構成，根據(jù)光電晶體管的導通/關斷來檢測漏電的發(fā)生。
此外，在具體的結構中，在構成電池單元的多個電池的某一個的連接點處發(fā)生了漏電的情況下，調(diào)整了介于上述第1電流路徑中的第1和第2分壓電阻、介于上述第2電流路徑中的第1和第2保護用電阻以及第1和第2檢測用電阻的電阻值，以便在電池單元的兩電極間發(fā)生的電位分布內(nèi)的與1個電池對應的電位分布區(qū)域的內(nèi)側(cè)包含使施加到上述第1比較器的一個輸入端上的電壓超過施加到另一個輸入端上的基準電壓、同時使施加到上述第2比較器的一個輸入端上的電壓低于施加到另一個輸入端上的基準電壓而產(chǎn)生的漏電檢測的不敏感區(qū)段。
由此，即使在構成電池單元的多個電池的某一個的連接點處發(fā)生了漏電，漏電發(fā)生部位的電位也不會處于上述不敏感區(qū)段中。
如上所述，按照本發(fā)明的電源裝置的漏電檢測電路，能可靠地檢測出在構成電池單元的多個電池的連接點處產(chǎn)生的漏電，由此，可預防觸電事故。
附圖的簡單的說明

圖1是示出本發(fā)明的漏電檢測電路的結構例的電路圖。
圖2是示出在電池單元中存在發(fā)生漏電的可能性的部位的說明圖。
圖3是表示漏電發(fā)生部位的電位與對于2個運算放大器的輸入電壓的關系的曲線圖。
圖4是通過變更電路常數(shù)來消除不敏感區(qū)段的問題的例子中的與圖3同樣的曲線圖。
圖5是示出圖1的電路的一部分的等效電路和電路常數(shù)的圖。
圖6是示出現(xiàn)有的漏電檢測電路的結構的電路圖。
用于實施發(fā)明的最佳形態(tài)以下，按照附圖，關于在電動汽車中安裝的電源裝置的漏電檢測電路中已實施的例子，具體地說明本發(fā)明。
如圖1中所示，串聯(lián)地連接多個二次電池12a，構成2個電池模塊12A、12B，同時，利用兩個電池模塊12A、12B構成了1個電池單元12，該電池單元12經(jīng)絕緣構件安裝在車體上。此外，作為二次電池12a，使用了鎳氫電池等，在電池單元12的正端子與負端子之間，例如可得到總電壓300V。
從電池單元12的正端子和負端子分別引出正側(cè)電力線10a和負側(cè)電力線10b，連接到圖示省略的變換器上。變換器例如由IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)等的開關元件構成，將從電池單元12供給的直流電力變換為交流電力，供給行駛用電機。
本發(fā)明的漏電檢測電路10具備在正側(cè)電力線10a與負側(cè)電力線10b之間互相并列地連接的第1電流線路34和第2電流線路22。在第1電流線路34中，以互相串聯(lián)的關系介入了電阻值分別為56kΩ的第1分壓電阻30和第2分壓電阻32。此外，在第2電流線路22中，以互相串聯(lián)的關系介入高電阻值1MΩ的第1保護用電阻14和第2保護用電阻16，同時在兩保護用電阻14、16之間，以互相串聯(lián)的關系介入了電阻值分別為22kΩ的第1檢測用電阻18和第2檢測用電阻20。
介于第2電流線路22中的第1檢測用電阻18與第2檢測用電阻20的連接點經(jīng)高電阻值6MΩ的絕緣電阻28，與地(車體)26連接。
此外，本發(fā)明的漏電檢測電路10具備第1運算放大器36和第2運算放大器38。介于第1電流線路34中的第1分壓電阻30和第2分壓電阻32的連接點(基準點)35經(jīng)電阻值為100kΩ的電流限制電阻44連接到第1運算放大器36的負輸入端子上，同時經(jīng)電阻值為100kΩ的電流限制電阻46連接到第2運算放大器38的正輸入端子上。介于第2電流線路22中的第1保護用電阻14與第1檢測用電阻18的連接點P1經(jīng)電阻值為100kΩ的電流限制電阻42連接到第1運算放大器36的正輸入端子上，同時第2保護用電阻16與第2檢測用電阻20的連接點P2經(jīng)電阻值為100kΩ的電流限制電阻48連接到第2運算放大器38的負輸入端子上。
此外，對各運算放大器36、38供給圖示的分別為+15V和-15V的規(guī)定的電源電壓。
此外，本發(fā)明的漏電檢測電路10具備由發(fā)光二極管50和光電晶體管52構成的光電耦合器40。第1運算放大器36的輸出端與第2運算放大器38的輸出端分別經(jīng)電阻54、56互相連接，其連接點連接到發(fā)光二極管50上。如后述的那樣，發(fā)光二極管因漏電的發(fā)生而發(fā)光，由此，光電晶體管52導通，對圖示省略的微計算機報告漏電的發(fā)生。
在沒有發(fā)生漏電的情況下，利用絕緣電阻28將高電壓的電池單元12與地(車體)26絕緣，由于處于浮置狀態(tài)，故在第2電流線路22的第1和第2檢測用電阻18、20中不流過漏電電流。因而，在哪一個檢測用電阻18、20的兩端都不發(fā)生因漏電引起的電壓。
在此，例如電池單元12的負端子經(jīng)圖1中所示的電阻值為100kΩ的接地電阻58接地，假定發(fā)生了漏電。此時，從圖1中示出的電池單元12的負端子延伸的負側(cè)電源線路10b經(jīng)接地電阻58與地(車體)26連接(接地)。因而，漏電電流經(jīng)地26流到第1和第2保護用電阻14、16、第1和第2檢測用電阻18、20、絕緣電阻28以及接地電阻58中，在第1和第2檢測用電阻18、20的各自的兩端發(fā)生由兩端引起的電壓V1和V2。
這些電壓V1和V2作為與從第1電流線路34的基準點35施加的基準電壓Vc的電壓差V1IN、V2IN，輸入到第1和第2運算放大器36、38中，在各運算放大器36、38中與規(guī)定值進行比較。而且，如果輸入電壓V1IN、V2IN超過規(guī)定值，則各運算放大器36、38發(fā)生輸出電壓V10UT、V20UT。
在圖1中示出的例子中，由于電池單元12的負端子側(cè)經(jīng)電阻值為100kΩ的接地電阻58接地，流過漏電電流ig，故可假定形成了圖5中示出的等效電路。從該等效電路可得到以下的關系式。在此，i是電路電流。
i＝138.5V/1.022MΩ＝135.5μAig＝138.5V/6.1MΩ＝22.7μA
V1＝(135.5μA+22.7μA)×22kΩ＝3.48VV2＝135.5μA×22kΩ＝2.98VV1IN＝(138.5V+3.48V)-150V＝-8.02VV2IN＝(138.5V-2.98V)-150V-＝-14.48V因而，V10UT＝-15V，V20UT＝+15V，其結果，光電耦合器40的發(fā)光二極管50發(fā)光，光電晶體管52導通。微計算機檢測來自光電晶體管52的信號從高電平切換為低電平，判定為發(fā)生了漏電。
此外，在電池單元12的正端子一側(cè)發(fā)生了漏電的情況下，也成為同樣的結果。
此外，在沒有發(fā)生漏電的情況下，由于只發(fā)生電路電流I，因為V1IN＝3.23V，V2IN＝-3.23V，V10UT＝+15V，V20UT＝-15V，故光電耦合器40維持關斷的狀態(tài)。
但是，在電池單元12中，如圖2中所示，從電池單元12的正端子和負端子引出電力線，同時也從電池12a相互間的連接點引出電壓檢測線，再者，電力線也從電池模塊12A、12B相互間的連接點朝向安全開關延伸，因此，通過任一條線接地，都發(fā)生漏電。即，在圖2中用×標記示出的各部位處，存在漏電發(fā)生的可能性。
如果對于這些存在漏電的可能性的全部的部位求圖1中示出的輸入電壓V1IN、V2IN，則成為下述的結果。此外，在此，由16個電池構成電池單元12，將該電池單元的輸出電壓定為240V(15×16)。
(1)電力線(±)/變換器的直流側(cè)(±)±120V(2)電池模塊的電壓檢測線 ±15V×8點(3)安全開關線 0V圖3是在接地電阻58為100kΩ的情況下將各漏電發(fā)生部位的定為x軸、將輸入電壓V1IN、V2IN定為y軸、用實線和虛線表示在各部位上發(fā)生了漏電時的輸入電壓V1IN、V2IN的曲線圖。
如圖3中所示，根據(jù)發(fā)生了漏電的部位，存在①V1IN＞0、V2IN＜0，②V1IN＜0、V2IN＜0，③V1IN＞0、V2IN＞0的情況，但在②和③的情況下，光電耦合器導通，可進行漏電檢測，但在①的情況下，光電耦合器不導通，不能進行漏電檢測。即，在具有上述的電路常數(shù)的漏電檢測電路10中，關于圖3的±4.5V以內(nèi)的漏電部位，不能檢測漏電，產(chǎn)生了不敏感區(qū)段。
因此，在本實施例中，通過如后述那樣調(diào)整漏電檢測電路10的電路常數(shù)，避免了不敏感區(qū)段的影響。
表1示出了上述的存在漏電發(fā)生的可能性的部位(1)、(2)和(3)內(nèi)的代表點(±120、±90V、±30V、0V)處的輸入電壓V1IN、V2IN的計算結果。
表1

為了能在存在漏電發(fā)生的可能性的全部的部位處進行漏電檢測，使漏電部位處的輸入電壓V1IN、V2IN都為正或負即可，該條件如下所述。
(1)使圖3中的輸入電壓V1IN和V2IN的x軸切片處于0～15V或0～-15V的范圍內(nèi)。
(2)使表示漏電檢測電壓Va(圖1的P1的電位)、Vb(圖1的P2的電位)的變化的直線與基準電位Vc的交點處于0～15V或0～-15V的范圍內(nèi)。
在表2中示出變更了電路常數(shù)以便滿足這些條件的結果。
表2

此外，圖4示出了電路常數(shù)變更后的漏電檢測電路10中將接地電阻58定為100kΩ的情況下的與圖3同樣的曲線圖。
再者，表3示出了電路常數(shù)變更后的各漏電部位處的輸入電壓V1IN、V2IN的計算結果。
表3

根據(jù)以上的計算結果，判明了通過變更電路常數(shù)、即通過適當?shù)卣{(diào)整保護用電阻與檢測用電阻的比(漏電檢測電壓Va與Vb的值)和分壓電阻的比(基準電壓Vc的值)，可對于存在漏電發(fā)生的可能性的全部的部位進行漏電檢測。
在圖1中示出的漏電檢測電路10中，由于可從電池單元12的結構預先確定存在漏電發(fā)生的可能性的部位，故通過設定保護用電阻、檢測用電阻和分壓電阻的各電阻值以使漏電檢測的不敏感區(qū)段偏離漏電部位，可對于全部的部位進行漏電檢測。
權利要求
1.一種電源裝置的漏電檢測電路，該電源裝置具備由多個電池構成的電池單元，其特征在于，具備第1電流路徑，被連接到上述電池單元的兩電極上，具有發(fā)生與兩電極間的電位差對應的基準電壓的基準點；第2電流路徑，被連接到上述電池單元的兩電極上，具有不同的電位的3點，將該3點內(nèi)的中點經(jīng)絕緣電阻與地連接；第1和第2比較器，在一個輸入端上分別從夾住上述第2電流路徑的中點的2點接受電壓，在另一個輸入端上從上述第1電流路徑的基準點接受基準電壓；以及檢測電路，根據(jù)上述第1和第2比較器的輸出來檢測漏電的發(fā)生。
2.如權利要求1中所述的電源裝置的漏電檢測電路，其特征在于在構成電池單元的多個電池的某一個的連接點處發(fā)生了漏電的情況下，調(diào)整了上述第1和第2電流路徑的電路常數(shù)，以便在電池單元的兩電極間發(fā)生的電位分布內(nèi)的與1個電池對應的電位分布區(qū)域的內(nèi)側(cè)包含基于上述第1和第2比較器的輸出的漏電檢測中的不敏感區(qū)段。
3.一種電源裝置的漏電檢測電路，該電源裝置具備由多個電池構成的電池單元，其特征在于，具備第1電流路徑，其兩端被連接到上述電池單元的兩電極上，互相串聯(lián)地連接第1分壓電阻和第2分壓電阻并使其介于上述兩端間；第2電流路徑，其兩端被連接到上述電池單元的兩電極上，依次串聯(lián)地連接第1保護用電阻、第1檢測用電阻和第2檢測用電阻、第2保護用電阻并使其介于上述兩端間；地連接線路，經(jīng)絕緣電阻將介于上述第2電流路徑中的第1檢測用電阻與第2檢測用電阻的連接點與地連接；第1比較器，將介于上述第2電流路徑中的第1保護用電阻與第1檢測用電阻的連接點連接到一個輸入端上，同時將介于上述第1電流路徑中的第1分壓電阻與第2分壓電阻的連接點連接到另一個輸入端上；第2比較器，將介于上述第2電流路徑中的第2檢測用電阻與第2保護用電阻的連接點連接到一個輸入端上，同時將介于上述第1電流路徑中的第1分壓電阻與第2分壓電阻的連接點連接到另一個輸入端上；以及檢測電路，根據(jù)上述第1和第2比較器的輸出來檢測漏電的發(fā)生。
4.如權利要求3中所述的電源裝置的漏電檢測電路，其特征在于上述第1和第2比較器分別根據(jù)對一個輸入端施加的電壓和對另一個輸入端施加的基準電壓的大小關系，輸出電位不同的2個信號。
5.如權利要求3或4中所述的電源裝置的漏電檢測電路，其特征在于上述檢測電路具備連接到上述第1比較器的輸出端和上述第2比較器的輸出端上的光電耦合器，該光電耦合器由根據(jù)上述兩輸出端的電位進行發(fā)光工作的發(fā)光二極管和根據(jù)該發(fā)光二極管的發(fā)光而導通的光電晶體管構成，根據(jù)光電晶體管的導通/關斷來檢測漏電的發(fā)生。
6.如權利要求3至5的任一項中所述的電源裝置的漏電檢測電路，其特征在于通過使施加到上述第1比較器的一個輸入端上的電壓超過施加到另一個輸入端上的基準電壓、同時使施加到上述第2比較器的一個輸入端上的電壓低于施加到另一個輸入端上的基準電壓，產(chǎn)生漏電檢測的不敏感區(qū)段。
7.如權利要求3至6的任一項中所述的電源裝置的漏電檢測電路，其特征在于在構成電池單元的多個電池的某一個的連接點處發(fā)生了漏電的情況下，調(diào)整了上述第1和第2電流路徑的電路常數(shù)，以便在電池單元的兩電極間發(fā)生的電位分布內(nèi)的與1個電池對應的電位分布區(qū)域的內(nèi)側(cè)包含基于上述第1和第2比較器的輸出的漏電檢測中的不敏感區(qū)段。
8.如權利要求7中所述的電源裝置的漏電檢測電路，其特征在于作為上述第1和第2電流路徑的電路常數(shù)，調(diào)整了介于上述第1電流路徑中的第1和第2分壓電阻、介于上述第2電流路徑中的第1和第2保護用電阻以及第1和第2檢測用電阻的電阻值。
全文摘要
在具備由多個電池(12a)構成的電池單元(12)的電源裝置中，在電池單元12的正側(cè)端子與負側(cè)端子之間連接介入了2個分壓電阻(30、32)的第1電流線路(34)，同時連接介入了2個保護用電阻(14、16)和2個檢測用電阻(18、20)的第2電流線路(22)，第2線路(22)的中點經(jīng)絕緣電阻(28)與地(26)連接。對2個運算放大器(36、38)輸入由檢測用電阻(18、20)檢測出的電壓(V1、V2)與從分壓電阻(14、16)的連接點(35)得到的基準電壓(Vc)的電壓差作為輸入電壓(V1IN、V2IN)，根據(jù)從該運算放大器(36、38)得到的輸出電壓(V1OUT、V2OUT)來檢測漏電的發(fā)生。
文檔編號G01R31/40GK1404578SQ01805478
公開日2003年3月19日 申請日期2001年2月20日 優(yōu)先權日2000年2月22日
發(fā)明者湯鄉(xiāng)政樹 申請人:三洋電機株式會社