用于绝缘电阻测量和绝缘损耗诊断的装置、系统和方法制造方法及图纸

技术编号:15722512 阅读:72 留言:0更新日期:2017-06-29 05:07
描述了用于诊断通电的电气设备(2)相对于地(3)的绝缘损耗的电子装置(1)。装置(1)具体地包括以受控方式可连接或可断开的第一电阻开关组(13)和第二电阻开关组(14),以及还包括分别与第一电阻开关组和第二电阻开关组并联布置的第一测量电路(15)和第二测量电路(16)。第一测量电路和第二测量电路(15、16)分别包括第一检测电路和第二检测电路(150、160)、第一电荷调制电路和第二电荷调制电路(151、161)以及第一分压电阻器和第二分压电阻器(RB

【技术实现步骤摘要】
用于绝缘电阻测量和绝缘损耗诊断的装置、系统和方法
本专利技术涉及一种用于测量通电的电气设备相对于地的绝缘电阻的装置、系统和方法,并且因此还涉及用于诊断这种设备的绝缘损耗的装置、系统和方法。具体来说,用于具有自我诊断功能的绝缘电阻测量和用于诊断通电的电气设备的相对于地的绝缘损耗的诊断的电子装置系统和方法。值得指出的是,尽管本说明书通过示例的方式具体地示出本专利技术应用于用于电动机或混合动力发动机的电池,但是显然本专利技术以相同的方式适用于相对于地面或相对于通用参考或安全接地的任何通电的电气设备或系统。本专利技术还涉及上述装置的自我诊断方法。
技术介绍
在具有高标称电压的电化学电池(例如在电动和混合动力车辆中)的使用中,不断增加的扩散导致可能的电风险,该电风险与使用这样的对人和物具有潜在的危险的电压相关联。因此,与使用电力相关联的危险,迄今为止其主要被认为与在工作或家庭环境内使用电力相关联,现在还出现在配备有存储系统的电动或混合动力车辆上,该存储系统以可能危险的电压为特征。预期在未来几年内,电动牵引在车辆上的进一步扩散(与其用于运输人和物的频繁和广泛使用相关联)可能导致与使用锂电池用于牵引相关联的电风险和潜在危险,其在未来变成对于使用这种交通工具的人的安全风险的主要原因之一。可能的缺陷(诸如像由于电气设备的组件陈旧导致的故障、电介质击穿或放电)引起保护免受潜在危险事件的问题,危险事件诸如发生短路或绝缘损耗,其可能导致火灾和/或爆炸,如果它们存在于易燃或爆炸性物质则这可能也是特别严重的,并且甚至会使人的生命处于危险之中。在这些可能的缺陷中,电池电压相对于地面或通用参考或安全接地(诸如像车辆的底盘)的绝缘损耗是可能最频繁出现的故障之一。例如,在由于护套损坏的电缆与车身接触而出现故障的情况下,在高压电路和车体之间产生绝缘电阻的急剧降低。可通过也为已知类型的能够检测绝缘电阻的电子电路来诊断这种绝缘电阻的降低。实际上,在配备有高压系统的电动和混合动力车辆中已知使用了绝缘检测电路,其被方便地插入电气系统中,并且能够在“运行时间”中测量高压电路和车辆底盘之间的绝缘电阻。在国际标准ISO6469中限定了适用于电动车辆(电池驱动的电动车辆和具有“燃料电池”的车辆)和混合动力车辆上的可再充电的能量存储系统的防止电风险的具体安全和人身保护要求。进一步的安全相关方面参见ISO26262标准。在各种安全和保护要求中,尤其是在ISO6469中,指出了这样的可能性:使用用于通过安装在车辆上的“绝缘电阻监测系统”监测绝缘电阻的系统,通过周期性测量(该测量优选地是自动执行的)电池相对于地面或者相对于通用参考或安全接地的绝缘电阻值来确定电池的高压电路的完整性。然而,自动执行绝缘电阻测量的期望功能提出了显著技术问题:对于绝缘电阻的异常测量,成功鉴别其是否是由于电池相对于地的绝缘损耗的故障或者是否是由于绝缘电阻测量电路本身故障。此外,进一步且甚至更关键的技术问题在于补救可能情况,该可能情况下绝缘电阻测量电路已经失效、或损坏、或随时间推移已经劣化,并且因此其不再能够识别绝缘损耗。相对于上述,强烈地感觉需要绝缘电阻测量电路或系统具有有效的自我诊断功能,该功能适于避免电路中的故障可能有损于绝缘损耗的正确检测的需求。另外,对绝缘电阻测量的精确性的需求不断增加,以便为电池管理系统提供准确的信息,并使随后的安全和保护程序更加及时和有效。在此考虑的背景下,目前已知和采用的用于绝缘电阻测量的解决方案不完全满足上述的需求和要求。实际上,尽管现有技术具有若干解决方案,用于制造适于测量设备相对于通用接地或底盘的绝缘电阻的电路,但是这些已知的解决方案不能解决并且通常甚至不考虑适于具有良好或增加的“诊断能力”的绝缘电阻测量的电子电路的问题。虽然被低估,但是这样的方面是非常脆弱的,因为如上所述,绝缘电阻测量电路的故障或改变,其实际上是相当频繁的,可能导致故障情况的不正确检测,这对于人的健康而言是存在潜在危险的。鉴于上述,强烈地感觉需要:主要在汽车应用的范围内,但是也在其它应用范围内(很容易理解对于除了电池之外的和用于其它背景下的通电的设备可能出现类似的需求),提供绝缘电阻的电子测量装置,该装置被方便地设计为执行精确测量绝缘电阻值的主要任务并且允许自我诊断过程以避免绝缘损耗检测失败或不正确的可能情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于绝缘电阻测量的电子装置,并且因此提供一种用于绝缘损耗诊断的电子装置,诸如允许至少部分地消除上文参考现有技术所指出的缺陷,并允许满足上述需求,特别是在所考虑
内的需求。具体地,本专利技术的用于测量绝缘电阻的装置提供对绝缘电阻精确测量问题和装置自身的自我诊断问题两者的解决方案,而无需依靠昂贵的冗余测量电路。为此目的,本专利技术的装置提供基于特定切换技术的“动态”类型测量(而不是如已知解决方案中的“静态”类型测量),其能够以更有效的方式检测装置本身的劣化或击穿问题的本专利技术的另一个目的在于提供一种用于使用上述装置来测量绝缘电阻和用于诊断绝缘损耗的系统和方法。与上述目的密切相关的另一个目的在于提供一种用于上述装置的自我诊断的方法,该方法是适于检查装置的正确功能或装置没有正确功能并识别可能故障的方法。上述装置、系统、测量方法和自我诊断的方法可主要用于“汽车”范围内,例如用于电牵引的运动系统中或具有B类电池(从60VDC至1500VDC)的混合动力车辆中。然而,它们可有利地用于需要连续监测电路的相对于通用接地或安全系统的绝缘电阻的所有其它背景或应用中。上述目的通过根据权利要求1所述的用于诊断绝缘损耗的电子装置来实现。这种装置的其它实施例在权利要求2至6中限定。根据本专利技术的采用前述装置的系统在权利要求7中限定。这种系统的其它实施例在权利要求8至12中限定。根据本专利技术的用于测量绝缘电阻的方法在权利要求13中限定。这种方法的其它实施例在权利要求14至16中限定。使用上述测量方法诊断绝缘损耗的方法在权利要求17中限定。根据本专利技术的装置的自我诊断方法在权利要求18中限定。自我诊断方法的其它实施例在权利要求19至25中限定。附图说明参照附图,根据本专利技术的这种电子装置和系统的进一步的特征和优点将从以下优选实施例的描述而变得显而易见,这些优选实施例仅通过非限制性的指示性示例给出,附图中:-图1示出根据本专利技术的一个实施例的电子装置的示意图,该电子装置与电池相关联,必须测量该电池的绝缘电阻;-图2示意性地示出根据本专利技术另一实施例的装置的一部分;-图3示出采用图1中所示装置的系统的示意图;-图4描绘了在图3所示的系统中使用的驱动信号的图;-图5和图6描绘了由本专利技术的装置检测并且由根据本专利技术的测量方法使用的电压信号的演变的示例性时间图。值得指出的是,上述附图中相同或相似的元件用相同的数字和/或字母表示。具体实施方式参考图1,首先描述一种电子装置1,其用于诊断通电的电气设备2相对于地3的绝缘损耗,该电气设备2具有负极端子21和正极端子22,该诊断通过测量涉及负极端子21的绝缘电阻RIminus和涉及正极端子22的绝缘电阻RIplus的,RIminus存在于设备2的负极端子21和地3之间,绝缘电阻RIplus存在于设备2的正极端子22和地3之间。值得指出的是,上述绝缘电阻RIminu本文档来自技高网
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用于绝缘电阻测量和绝缘损耗诊断的装置、系统和方法

【技术保护点】
一种电子装置(1),用于诊断通电的电气装置(2)相对于地(3)的绝缘损耗,电气装置(2)具有负极端子(21)和正极端子(22),诊断通过测量存在于所述负极端子(21)和所述地(3)之间的负极端子绝缘电阻(RI

【技术特征摘要】
2015.12.18 IT 1020150000849571.一种电子装置(1),用于诊断通电的电气装置(2)相对于地(3)的绝缘损耗,电气装置(2)具有负极端子(21)和正极端子(22),诊断通过测量存在于所述负极端子(21)和所述地(3)之间的负极端子绝缘电阻(RIminus)以及存在于所述正极端子(22)和所述地(3)之间的正极端子绝缘电阻(RIplus),装置(1)包括:-第一装置端子(11)和第二装置端子(12),第一装置端子(11)和第二装置端子(12)适合于分别连接到通电的电气设备(2)的负极端子(21)和正极端子(22);-第一电阻开关组(13),第一电阻开关组(13)包括第一采样电阻(RSminus),通过第一采样电阻插入开关(Sminus),第一采样电阻(RSminus)适于以受控的方式连接在第一装置端子(11)和地(3)之间,或从第一装置端子(11)和地(3)之间断开连接;-第一测量电路(15),第一测量电路(15)与第一电阻开关组(13)并联地布置在第一装置端子(11)和地(3)之间;-第二电阻开关组(14),第二电阻开关组(14)包括第二采样电阻(RSplus),通过第二采样电阻插入开关(Splus),第二采样电阻(RSplus)适于以受控的方式连接在第二装置端子(12)和地(3)之间,或从第二装置端子(12)和地(3)之间断开连接;-第二测量电路(16),第二测量电路(16)与第二电阻开关组(14)并联地布置在第二装置端子(12)和地(3)之间;其中第一测量电路(15)包括:-第一检测电路(150),第一检测电路(150)至少包括相互并联布置的第一电阻器(R2)和第一电容器(C1),使得当第一装置端子(11)连接到通电的电气设备(2)时,在测量达到第一稳定状态所需的瞬变之后,在第一电容器(C1)的端部处存在取决于通电的电气设备(2)的负电压(Vminus)的第一检测电压(VCminus);第一检测电路(150)还包括第一电压表(Uminus);-第一电荷调制电路(151),第一电荷调制电路(151)与第一检测电路(150)并联地布置,并且包括第一调制电阻(R1)和第一调制开关(SW1),第一调制开关(SW1)与第一调制电阻(R1)串联地布置并且适于由第一驱动信号(VSW-minus)控制,使得当第一装置端子(11)连接到通电的电气设备(2)时,在第一调制开关(SW1)的每个闭合和断开时段的期间,第一电容器(C1)分别被部分地放电和再充电,使得第一检测电压(VCminus)在第一检测电压最大值(VCminus-MAX)和第一检测电压最小值(VCminus-MIN)之间围绕第一检测电压中间值(VCminus)振荡,第一检测电压中间值(VCminus)表示通电的电气设备(2)的负电压(Vminus);-第一分压电阻器(RBminus),第一分压电阻器(RBminus)连接在第一装置端子(11)和第一检测电路(150)之间,使得第一分压电阻器(RBminus)和第一检测电路(150)相互串联地布置;并且其中第二测量电路(16)包括:-第二检测电路(160),第二检测电路(160)至少包括相互并联布置的第二电阻器(R6)和第二电容器(C2),使得当第二装置端子(12)连接到通电的电气设备(2)时,在测量达到第二稳定状态所需的瞬变之后,在第二电容器(C2)的端部处存在取决于通电的电气设备(2)的正电压(Vplus)的第二检测电压(VCplus);第二检测电路(160)还包括第二电压表(Uplus);-第二电荷调制电路(161),第二电荷调制电路(161)与第二检测电路(160)并联布置,并且包括第二调制电阻(R5)和第二调制开关(SW2),第二调制开关(SW2)与第二调制电阻(R5)串联布置并且适于由第二驱动信号(Vsw-plus)控制,使得当第二装置端子(12)连接到通电的电气设备(2)时,在第二调制开关(SW2)的每个闭合和断开时段的期间,第二电容器(C2)分别被部分地放电和再充电,使得第二检测电压(VCplus)在第二检测电压最大值(VCplus-MAX)和第二检测电压最小值(VCplus-MIN)之间之间围绕第二检测电压中间值(VCplus)振荡,第二检测电压中间值(VCplus)表示通电的电气设备(2)的正电压(Vplus);-第二分压电阻器(RBplus),第二分压电阻器(RBplus)连接在第二装置端子(12)和第二检测电路(160)之间,使得第二分压电阻器(RBplus)和第二检测电路(160)相互串联地布置;其中所述第一电压表(Uminus)被配置为在第一电阻开关组开关(Sminus)的断开和闭合条件下提供第一检测电压(VCminus),在第一电阻开关组开关(Sminus)的断开和闭合条件下,第一采样电阻(RSminus)分别被连接和断开连接;并且其中所述第二电压表(Uplus)被配置为在第二电阻开关组开关(Splus)的断开和闭合条件下提供第二检测电压(VCplus),在第二电阻开关组开关(Splus)的断开和闭合条件下,第二采样电阻(RSplus)分别被连接和断开连接。2.根据权利要求1所述的装置(1),包括:-第一装置开关(Mminus),第一装置开关(Mminus)适于以受控方式将装置的第一端子(11)连接到通电的电气设备的负极端子(21)或从通电的电气设备的负极端子(21)断开连接;-第二装置开关(Mplus),第二装置开关(Mplus)适于以受控的方式将装置的第二端子(12)连接到通电的电气设备的正极端子(22)或从通电的电气设备的正极端子(22)断开连接。3.根据权利要求1或2所述的装置(1),其中:-第一检测电路(150)还包括第三电阻器(R3),第三电阻器(R3)连接在第一电阻器(R2)和第一电容器(C1)的并联和地(3)之间;-第二检测电路(160)还包括第四电阻器(R7),第四电阻器(R7)连接在第二电阻器(R6)和第二电容器(C2)的并联与地(3)之间。4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置(1),其中第一测量电路(15)和第二测量电路(16)具有相同的电路结构,并且具有相应电阻器和电容器的分别相同的电参数。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1),其中:-所述第一装置开关(Mminus)和第二装置开关(Mplus)中的每一个包括机电开关;并且其中:-所述第一调制开关(SW1)和第二调制开关(SW2)中的每一个包括各自的固态电子开关。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1),其中所述第一电压表(Uminus)和第二电压表(Uplus)中的每一个包括各自的运算放大器。7.用于诊断通电的电气设备(2)的绝缘损耗的电子系统(10),包括根据权利要求1-6中任一项所述的电子装置(1),并且还包括控制装置(5),其中控制装置(5)被配置为:-产生并向第一调制开关(SW1)提供所述第一驱动信号(VSW-minus);-产生并向第二调制开关(SW2)提供所述第二驱动信号(VSW-plus);-从第一电压表(Uminus)接收第一检测电压(VCminus)以及从第二电压表(Uplus)接收第二检测电压(VCplus);-在第一采样电阻(RSminus)断开连接的条件下确定第一检测电压的第一值(VC1minus),并且在第一采样电阻(RSminus)连接的条件下确定第一检测电压的第二值(VC2minus);-在第二采样电阻(RSplus)断开连接的条件下确定第二检测电压的第一值(VC1plus),并且在第二采样电阻(RSplus)连接的条件下确定第二检测电压的第二值(VC2plus);-基于所述第一检测电压的第一值(VC1minus)和第一检测电压的第二值(VC2minus)和/或基于所述第二检测电压的第一值(VC1plus)和第二检测电压的第二值(VC2plus),计算通电的电气设备的负极端子绝缘电阻(RIminus)和正极端子绝缘电阻(RIplus)。8.根据权利要求7所述的系统(10),还配置为:-在第一采样电阻(RSminus)断开连接的条件下,基于所述第一检测电压最大值(VC1minus-MAX)和第一检测电压最小值(VC1minus-MIN)来确定第一检测电压的第一值(VC1minus),以及在第一采样电阻(RSminus)连接的条件下,基于所述第一检测电压最大值(VC2minus-MAX)和第一检测电压最小值(VC2minus-MIN)来确定第一检测电压的第二值(VC2minus);-在第二采样电阻(RSplus)断开连接的条件下,基于所述第二检测电压最大值(VC1plus-MAX)和第二检测电压最小值(VC1plus-MIN)来确定第二检测电压的第一值(VC1plus),并且在第二采样电阻(RSplus)连接的条件下,基于所述第二检测电压最大值(VC2plus-MAX)和第二检测电压最小值(VC2plus-MIN)来确定第二检测电压的第二值(VC2plus)。9.根据权利要求7或8所述的系统(10),其中:-所述第一驱动信号(VSW-minus)是具有第一频率的脉冲信号,其中脉冲的存在和不存在控制第一调制开关(SW1)的闭合和断开或者断开和闭合,并且其中相对于与第一频率相关联的周期的脉冲持续时间定义第一闭合-断开占空比(DC1);-所述第二驱动信号(VSW-plus)是具有第二频率的脉冲信号,其中脉冲的存在和不存在控制第二调制开关(SW2)的闭合和断开或者断开和闭合,并且其中相对于与第二频率相关联的周期的脉冲持续时间定义第二闭合-断开占空比(DC2)。10.根据权利要求9所述的系统(10),其中控制装置(5)还配置为在测量的期间,动态地调整以下参数中的一个或任意组合:第一驱动信号(VSW-minus)的第一频率;第二驱动信号(VSW-plus)的第二频率;第一闭合-断开占空比(DC1);第二闭合-断开占空比(DC2)。11.根据权利要求9或10所述的系统(10),其中:-第一驱动信号和第二驱动信号(VSW-minus、VSW-plus)是脉冲宽度调制(PWM)型的周期信号;-第一和第二驱动频率彼此相等;-第一闭合-断开占空比(DC1)和第二闭合-断开占空比(DC2)彼此相等;-第一驱动信号(VSW-minus)和第二驱动信号(VSW-plus)彼此相等或互补。12.根据权利要求7至11中任一项所述的系统(10),其中系统(10)被配置为执行根据以下权利要求13-17中任一项所述的方法,和/或执行根据权利要求18-25中之一所述的自我诊断程序。13.用于测量负极端子绝缘电阻(RIminus)和正极端子绝缘电阻(RIplus)的方法,负极端子绝缘电阻(RIminus)存在于通电的电气设备(2)的负极端子(11)和地(3)之间,正极端子绝缘电阻(RIplus)存在于通电的电气设备(2)的正极端子(12)和地(3)之间,所述方法包括以下步骤:-在所述负极端子(11)和地(3)之间连接第一测量电路(15),以检测第一检测电压(VCminus)的第一值(VC1minus),第一检测电压(VCminus)取决于通电的电气设备(2)的负电压(Vminus);-在所述正极端子(12)和地(3)之间连接第二测量电路(16),以检测第二检测电压(VCplus)的第一值(VC1plus),第二检测电压(VCplus)取决于通电的电气设备(2)的正电压(Vplus);-二择一地,在所述负极端子(11)和地(3)之间将第一采样电阻(RSminus)与第一测量电路(15)并联连接,或者在所述正极端子(12)和地(3)之间将第二采样电阻(RSplus)与第二测量电路(16)并联连接;-在第一采样电阻(RSminus)和第二采样电阻(RSplus)之一的连接的所述连接条件下,检测第一检测电压(VCminus)的第二值(VC2minus)以及检测第二检测电压(VCplus)的第二值(VC2plus);-基于所述第一检测电压的第一值(VC1minus)、第一检测电压的第二值(VC2minus)、第二检测电压的第一值(VC1plus)和第二检测电压的第二值(VC2plus),计算通电的电气设备(2)的负极端子绝缘电阻(RIminus)和正极端子绝缘电阻(RIplus);其中检测第一检测电压的第一值(VC1minus)的所述步骤包括:通过调制信号来调制第一检测电压(VCminus),检测经调制的第一检测电压(VCminus),以及基于经调制的第一检测电压(VCminus)来确定第一检测电压的第一值(VC1minus);其中检测第二检测电压的第一值(VC1plus)的所述步骤包括:通过调制信号来调制第二检测电压(VCplus),检测经调制的第二检测电压(VCplus),以及基于经调制的第二检测电压(VCplus)...

【专利技术属性】
技术研发人员:D·普里泰利R·苏丽亚G·奥里利奥A·切鲁蒂F·钱波利尼
申请(专利权)人:马涅蒂马瑞利公司
类型:发明
国别省市:意大利,IT

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