专利名称：确定dc电路的绝缘电阻的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的附加特征用于确定DC电路的绝缘电阻的方法， 该DC电路至少具有第一和第二端子。本发明还涉及一种根据权利要求8所述用于确定DC 电路的绝缘电阻的绝缘电阻测量电路，该DC电路至少具有第一和第二端子。
背景技术：
通常，可以将本发明用于确定直流(DC)电路中任何两个端子，像两个独立的DC网络之间的绝缘电阻。有利地，可以将本发明用于电动车辆，像混合动力车或全电动车的领域中。在这样的车辆中，需要用高能电池提供所需的电能量，以适于作为车辆的牵引电池。与已知的车中的12伏电池相比，牵引电池通常需要高很多的电压，以便在可接受范围内保持所需电流。由于电压更高，为了避免乘客接触到高压并避免触电，重要的是确保电池，或一般地DC电路有充分绝缘。出于安全的原因，因此需要以永久方式监测绝缘电阻。专利申请EP 1 898 227 Al提出了一种电池组总电压检测和泄露检测设备，其检测电池组和地电势之间的泄露。

发明内容
本发明的目的在于提供一种用于确定DC电路的绝缘电阻的易用方案，可以利用电池管理系统实施该方案，成本开支非常少。通过如独立权利要求1和8中阐述的本发明实现这一目标。本发明具有若干优点。例如，本发明能够容易且廉价地利用已知现有电池管理系统实现绝缘电阻确定的安全性能。电池管理系统是检查电池状态，尤其是电动车辆牵引电池状态的装置。电池管理系统还能够检查电池的每个电池单元或电池单元组的状态。电池管理系统还能够控制电池单元的充放电并能够抑制电池单元的过度充电和过度放电。此外，电池管理系统能够提供要向用户显示的数据，像电池状态值。本发明仅需要非常少的硬件开支，像欧姆电阻器，在本发明的某实施例中，像微处理器可控制的电气或电子开关。还可以将本发明实现为微处理器中的软件模块，例如现有电池管理系统中的子例程。在第一实施例中，本发明包括一种用于确定DC电路的绝缘电阻的方法，所述DC电路至少具有第一和第二端子，所述方法包括a)测量周期，包括al)测量所述第一端子和参考电势之间的至少一个第一端子电压样本以及所述第一和第二端子之间的至少一个第一高压样本， a2)测量所述第二端子和所述参考电势之间的至少一个第二端子电压样本以及所述第一和第二端子之间的至少一个第二高压样本， a3)测量第一和第二端子之间汲取的电流的样本，该电流样本是至少在获取测量周期的电压样本前后立即获取的，
b)使用所述电流样本验证所测量电流的变化是否未超过预定变化率，c)从测量周期的第一和第二端子电压样本和第一和第二高压样本并从测量电路的电阻值计算总绝缘电阻，d)计算所述第一端子和所述参考电势之间的第一绝缘电阻以及所述第二端子和所述参考电势之间的第二绝缘电阻，所述第一和第二绝缘电阻的每个都是从总绝缘电阻、 测量周期的第一和第二端子电压样本以及第一和第二高压样本以及从所述测量电路的电阻值计算的。例如，可以通过微处理器中的第一模拟到数字转换通道测量第一端子电压，可以通过同一微处理器中的独立的第二模拟到数字转换通道或在独立的微处理器中测量第二端子电压样本。对于独立微处理器而言，微处理器通过数据通信线连接以交换关于所测量端子电压样本的信息。进一步有利的是经由微处理器的同一模拟到数字转换通道测量第一端子电压样本和第二端子电压样本。在这种情况下，提供开关模块以将模拟到数字转换通道与第一端子或第二端子连接。进一步有利地，在测量电压样本期间监测第一和第二端子之间汲取(drawn)的电流。通过这样的电流监测，可以检查电流随时间的变化。这样能够根据所测量电流的变化率执行本发明的若干电压测量步骤。在认为对于精确测量电压样本而言所测量电流的变化过高的情况下，可以丢弃所测量值，可以在所测量电流的变化率处于适当范围中时测量新的电压样本。例如，如果检测到所测量电流的变化超过预定变化率，可以在延迟之后获取第一端子电压、第二端子电压、第一高压和/或第二高压的新样本。于是，可以包括等待步骤， 用于提高所测量电压样本的精确度。所测量电流预定变化率的有利值为200A/S。进一步有利的是，根据DC电路相对于参考电势的解耦电容并从测量电路的电阻值确定延迟。此外，可以考虑假设的绝缘标准电阻值来确定延迟。然而，在有利实施例中， 假设绝缘电阻值比测量电路的电阻值高得多，可以忽略绝缘电阻值。为了确定延迟，可以假设测量电路的电阻值并联连接到绝缘电阻值。此外，有利的是紧密地一起测量至少一个第一端子电压样本和至少一个第一高压样本，这意味着同时或至少在较短时间内(time frame)测量。这确保了所测量样本彼此相关，确保了确定绝缘电阻的结果所需水平的精确度。有利地，测量第一端子电压和第一高压样本之间的延迟小于50ms。同样的情况适用于第二端子电压样本和第二高压样本的测量。此外，本发明有利地提供了，从所测量值，即测量周期的第一和第二端子电压样本和第一和第二高压样本并从测量电路的电阻值计算总绝缘电阻。本发明还提供了，在第一端子和参考电势之间的第一绝缘电阻以及第二端子和参考电势之间的第二绝缘电阻之间进行区分。本发明有利地提供了，从总绝缘电阻、测量周期的第一和第二端子电压样本和第一和第二高压样本并从测量电路的电阻值计算这些个体第一和第二绝缘电阻。这提供了关于DC电路的绝缘状态的详细信息和概要。尤其可以早期检测到绝缘缺陷并提供关于缺陷位置的信息。在本发明的有利实施例中，在测量周期之内测量第一端子电压、第二端子电压、第一高压和/或第二高压的多个样本。然后从多个样本计算绝缘电阻。可以仅向第一端子电
5压、第二端子电压、第一高压或第二高压之一或向它们中的一组或它们中的每个应用测量多个样本的概念。这取决于所需的精确度和可能的外部噪声信号。在有利实施例中，通过施加对多个样本进行滤波的步骤将多个样本转换成滤波值。可以应用任何类型的数字滤波方法，例如数字低通滤波器或计算多个样本的平均值。在本发明的有利实施例中，参考电势是参考DC电路的公共地电势。在将本发明用于电动车辆中的情况下，参考电势可以是车辆的地，例如车辆底盘。一种用于确定至少具有第一和第二端子的DC电路的绝缘电阻的有利绝缘电阻测量电路包括具有电压感测连接和参考电势连接的测量电路，用于将所述电压感测连接连接到所述第一端子或所述第二端子的开关模块，以及用于感测所述第一和第二端子之间的高压的模块和用于感测所述第一和第二端子之间汲取的电流的模块。进一步有利地，根据上述方法操作绝缘电阻测量电路。利用附图以举例方式进一步描述本发明。


图1示意性地示出了本发明第一实施例的电路图，图2示意性地示出了本发明第二实施例的电路图，图3示出了根据本发明的方法的时序图。
具体实施例方式
在附图中，类似附图标记用于相同要素。图1示出了包括电池B的DC电路，电池B连接到第一端子1和第二端子2。电流感测模块4在电池和第二端子2之间与电池B串联。电池B具有连接到第一端子1的正端子以及经由电流感测模块4连接到第二端子2的负端子。此外，电压感测模块3连接到第一端子1和第二端子2。电压感测模块感测第一和第二端子1、2之间的高电压。图1还示出了第一端子1相对于参考电势的绝缘阻抗的等效电路图，参考电势可以是用于参考DC电路的公共地电势。等效电路图利用绝缘电阻RIl和解耦电容CYl表示第一端子1的绝缘阻抗，绝缘电阻RIl和解耦电容CYl并联于第一端子1和参考电势7之间。类似地，图1示出了第二端子2相对于所示参考电势7的绝缘阻抗的等效电路图。该等效电路图包括在第二端子2和参考电势7之间并联连接的第二绝缘电阻RI2和第二解耦电容CY2。图1还示出了绝缘电阻测量电路5，6，其包括信号感测网络5和微处理器6。信号感测网络5包括第一开关SWl，其允许将第一端子1连接到第一感测电阻器Rl。此外，信号感测电路5包括第二开关SW2，其允许将第二端子2连接到第二感测电阻器R2。开关SW1、 SW2是导通/切断开关，可以从微处理器6经由控制线10、11控制它们。微处理器可以控制开关SW1、SW2，使得SWl或SW2闭合，但二者不同时闭合。开关SW1、SW2可以是半导体开关或电流接触，例如继电器。第一感测电阻器Rl和第二感测电阻器R2都连接到信号调节元件Si，信号调节元件Sl例如可以包括由电阻器和电容器构成的低通滤波器。信号调节元件Sl经由输出线9 向微处理器6提供输出信号，输出信号是第一端子1或第二端子2的电压测量结果。输出线9例如连接到微处理器6的模拟到数字转换通道。信号调节元件Sl可以包括其他元件， 例如微处理器制造商建议的用于将信号施加到模拟到数字转换通道的电子电路元件。微处理器6通过线路8连接到参考电势7。微处理器6、电压感测模块3和/或电流感测模块4可以是车辆中已经存在的用于控制和管理电池B的电池管理系统的一部分。 电流感测模块4可以包括用于电流到电压变换的旁路电阻器。图2示出了与图1类似的布置。与图1不同的是信号感测电路5，其包括与第一感测电阻器Rl串联的第一信号调节元件Sl以及与第二感测电阻器R2串联的第二信号调节元件62。不是利用开关SW1、SW2将不同端子1、2交替连接到仅一个模拟到数字转换通道， 图2示出了使用微处理器6的两个独立模拟到数字转换通道的实施例。通过第一感测电阻器Rl、第一信号调节元件Sl和线路9将来自第一端子1的电压馈送到微处理器6的第一模拟到数字转换通道。通过第二感测电阻器R2、第二信号调节元件S2和线路12将来自第二端子2的电压馈送到微处理器6的第二模拟到数字转换通道。可以与第一信号调节元件 Sl以相同方式设计第二信号调节元件S2。图2的实施例不需要两个开关元件SW1、SW2，但需要微处理器的第二模拟到数字转换通道。因此，图1和图2的实施例对于特定要求而言都是有利的。图3示出了用于确定如上文结合图1所述的DC电路的绝缘电阻的方法时序图。在时间点t1;由来自微处理器6的信号闭合开关SW1。在短的延迟之后，执行数据采集阶段。 在数据采集阶段期间，通过转换通过线路9馈送到微处理器的信号，测量第一端子1处的电压，作为微处理器6中的多个第一端子电压样本VI。还在微处理器中对电压感测模块3感测的电压采样，作为第一高压样本HV1。在微处理器6中将电流感测模块4感测的电流样本同时作为电流样本Ix。然后数据采集阶段结束。然后，在时间点、，通过比较电流样本Ix， 例如通过将最后一个电流样本与第一个电流样本进行比较来确定所测量电流的变化率。验证所测量电流的变化低于还是高于预定变化率，定义预定变化率是为了确保电压样本Vl 和HVl具有一定精确度。如果所测量电流未超过预定变化率，在微处理器中存储第一端子电压样本Vl和第一高压样本HVl作为有效样本。在所测量电流超过预定变化率的情况下，在延迟DT之后获取第一端子电压Vl和第一高压HVl的新样本。例如通过以下公式计算延迟DT DT = K · (CY1+CY2) · (R1+RS1)其中K是要针对具体环境定义的比例常数，例如可以具有值1.5, 是第一信号调节元件Sl的欧姆电阻。然后，在时间点t3，通过来自微处理器6的信号打开第一开关SW1，并闭合第二开关SW2。在短的延迟之后，执行另一数据采集阶段。在数据采集阶段期间，以和前述相同方式测量第二端子电压样本V2和第二高压样本HV2。同时，测量电流I。然后数据采集阶段结束。然后，在时间点t4，通过验证所测量电流是否未超过如前所述的预定变化率，以同样方式确认第二端子电压样本V2和第二高压样本HV2。在所测量电流超过预定变化率的情况下，在延迟DT之后获取第二端子电压V2和第二高压HV2的新样本，例如通过以下公式计算延迟DT DT = K · (CY1+CY2) · (R2+RS1)然后，在时间点、，基于确认的第一和第二电压样本V1、V2和第一和第二高压样本HVUHV2,并从元件R1、R2、S1、S2的电阻值计算总绝缘电阻RI和第一和第二绝缘电阻RI1、 RI2。例如可以通过以下公式进行计算
权利要求
1.一种用于确定DC电路的绝缘电阻(RI，RIl, RI2)的方法，所述DC电路至少具有第一和第二端子(1，2)，所述方法包括a)测量周期，包括al)测量所述第一端子(1)和参考电势(7)之间的至少一个第一端子电压样本(Vl)以及所述第一和第二端子(1, 之间的至少一个第一高压样本(HVl)，a2)测量所述第二端子( 和所述参考电势(7)之间的至少一个第二端子电压样本 (V2)以及所述第一和第二端子(1，2)之间的至少一个第二高压样本(HV2)，a3)测量所述第一和第二端子(1, 之间汲取的电流(I)的样本(Ix)，所述电流样本 (Ix)至少是在获取测量周期的电压样本前后立即获取的，b)使用所述电流样本(Ix)验证所测量电流(I)的变化是否未超过预定变化率，c)从所述测量周期的所述第一和第二端子电压样本(VI，V2)和所述第一和第二高压样本(HVl, HV2)并从测量电路(5,6)的电阻值(Rl, R2，Si，S2)计算总绝缘电阻(RI)，d)计算所述第一端子(1)和所述参考电势(7)之间的第一绝缘电阻(RI1)以及所述第二端子( 和所述参考电势(7)之间的第二绝缘电阻(RI2)，所述第一和第二绝缘电阻(RI1，RI2)中的每个都是从总绝缘电阻(RI)、所述测量周期的第一和第二端子电压样本 (VI，V2)以及第一和第二高压样本(HV1，HV2)以及从所述测量电路(5，6)的电阻值(R1， R2，Si，S2)计算的。
2.根据权利要求1所述的方法，包括验证所测量电流(I)的变化是否未超过预定变化率，如果所测量电流的所述变化超过所述预定变化率，则在延迟(DT)之后获取所述第一端子电压(VI)、所述第二端子电压(V2)、所述第一高压(HVl)和/或所述第二高压(HV2)的新样本。
3.根据权利要求2所述的方法，包括根据DC电路相对于所述参考电势(7)的解耦电容 (CYl, CY2)并从所述测量电路(5，6)的电阻值(Rl，R2，Si，S2)确定所述延迟(DT)。
4.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，包括在测量周期中测量所述第一端子电压(VI)、所述第二端子电压(V2)、所述第一高压(HVl)和/或所述第二高压(HW)的多个样本，并且具体而言，通过对所述多个样本进行滤波计算所述第一端子电压(VI)、所述第二端子电压(V2)、所述第一高压(HVl)和/或所述第二高压(HW)的滤波值，从而从所述多个样本来计算所述绝缘电阻。
5.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，包括通过将所述测量电路(5，6)切换到所述第一端子(1)或所述第二端子( 测量所述第一和第二端子电压样本(VI，V2)，并且在切换所述测量电路(5，6)之后过去稳定时间时，获取所述第一端子电压(VI)、所述第二端子电压(V2)、所述第一高压(HVl)和/或所述第二高压(HW)的样本。
6.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，所述DC电路中包括电池(B)，所述电池(B)具有正端子和负端子，所述正端子连接到所述第一端子(1)，所述负端子连接到所述第二端子⑵。
7.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，包括所述参考电势(7)是参考DC电路的公共地电势。
8.一种用于确定至少具有第一和第二端子(1，2)的DC电路的绝缘电阻的绝缘电阻测量电路(5，6)，包括具有电压感测连接(9)和参考电势连接⑶的测量电路、用于将所述电压感测连接(9)连接到所述第一端子(1)或所述第二端子O)的开关模块(SW1，SW2)、以及用于感测所述第一和第二端子(1，2)之间的高压(HV1，HV2)的模块(3)和用于感测所述第一和第二端子(1, 之间汲取的电流(I)的模块。
9.根据权利要求8所述的绝缘电阻测量电路，所述开关模块(SW1，SW2)包括连接到所述第一端子(1)的第一开关(SWl)和连接到所述第二端子O)的第二开关(SW》，以及连接到所述第一和第二开关(SW1，SW2)的公共电压测量网络(R1，R2，S1)，由此所述测量网络 (R1, R2，Si)能够通过所述第一和第二开关(SW1，SW2)连接到所述第一端子或所述第二端子(1，2)。
10.根据权利要求8到9中的至少一项所述的绝缘电阻测量电路，所述DC电路中包括电池(B)，所述电池(B)具有正端子和负端子，所述正端子连接到所述第一端子(1)，所述负端子连接到所述第二端子(2)。
11.根据权利要求8到10中的至少一项所述的绝缘电阻测量电路，包括所述参考电势(7)是参考DC电路的公共地电势。
12.根据权利要求8到11中的至少一项所述的绝缘电阻测量电路，根据权利要求1到 7中的至少一项所述的方法操作所述绝缘电阻测量电路。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定DC电路的绝缘电阻的方法，该DC电路至少具有第一和第二端子，所述方法包括a)测量周期，b)使用电流样本验证所测量电流的变化是否未超过预定变化率，c)从测量周期的第一和第二端子电压样本和第一和第二高压样本并从测量电路的电阻值计算总绝缘电阻，d)计算第一端子和参考电势之间的第一绝缘电阻以及第二端子和参考电势之间的第二绝缘电阻，第一和第二绝缘电阻的每个都是从总绝缘电阻、所述测量周期的第一和第二端子电压样本以及第一和第二高压样本以及从所述测量电路的电阻值计算的。此外，公开了一种绝缘电阻测量电路。
文档编号G01R27/02GK102288823SQ201010588410
公开日2011年12月21日 申请日期2010年12月10日 优先权日2009年12月10日
发明者J·富克, S·埃尔南多, Y·勒布朗 申请人:江森自控帅福得先进能源动力系统有限责任公司