用于检测电源和底盘之间的泄漏路径的故障检测方法技术

本发明专利技术提供了一种检测电动或者混和－电动车辆的直流功率系统和底盘地之间的接地故障状况的方法。所述方法包括：顺序地打开和闭合连接在所述车辆的所述直流功率系统的正节点和底盘地之间的第一开关以及连接在所述直流功率系统的负节点和所述底盘地之间的第二开关。顺序地打开和闭合所述第一和第二开关对存在于所述直流功率系统的金属部件和所述底盘之间的固有电容充电和放电。当所述固有电容被充电和放电时生成第一和第二电流。然后，使用所生成的第一和第二电流的测量值来确定在所述直流功率系统和所述车辆底盘地之间是否存在接地故障状况。

【技术实现步骤摘要】

下面的公开内容涉及用于高压DC系统的电气故障检测系统和方法。
技术介绍
很多因素，包括日益提高的能源价格、环境考虑以及新电池技术的发展，激发了对 电动汽车的兴趣。“插入(Plug-in)”型电动车辆只依赖于电池供电的电动机来推动车辆。 “混和”车辆使用电驱动马达结合汽油或者柴油为燃料的引擎的组合以获得更高的里程数。插入和混和车辆通常使用以大型电池或电池组供电的高压DC驱动器。在这些系 统中存在的电压范围可以从100到1000伏或者更高。因此，如果未将高压系统与车辆底盘 有效地隔离，则使用这些系统可能造成危险。DC变得危险的阈值电压可能低至55到60伏， 并且与高压DC电源接触可能导致严重的伤害。和直流接触易于导致使受害者紧握带电导 体的连续肌肉收缩，增大了烧伤或者其他伤害的风险。从高压系统到底盘的电流泄漏(故 障)可能由和底盘部件接触的磨损电线以及部件故障导致。盐、尘土和其他碎屑的腐蚀和 /或浸蚀可能提供电流路径。因此，识别潜在的危险故障非常重要。一种目前提出的故障检测器利用注入被隔离的地的电容耦合的信号。但是，在电 动车辆中的大量寄生和固有电容往往使这些设备对于可靠的使用电容耦合的信号用于故 障检测来说“噪声”过高。另一建议的方法是使用惠斯顿电桥。但是，跨过惠斯顿电桥的检 测节点的短路可能无法检测。因此，需要一种用于例如在电动车辆和其他应用中使用的高 压DC系统的更可靠的故障检测系统。
技术实现思路
在一个实施例中，提供了一种用于在直流系统和底盘地(chassisground)之间具 有固有电容(inherent capacitance)的设备中，监测所述直流系统以便监测接地故障的装 置。这个实施例包括连接在底盘地与第一和第二开关之间的故障检测模块。第一开关也连 接在所述直流系统的正节点和所述故障检测模块之间。第二开关连接在所述直流系统的负 节点和所述故障检测模块之间。提供了开关驱动器来顺序地打开和闭合所述第一开关和所 述第二开关，以使所述固有电容被充电和放电。在一个方面中，所述故障检测模块包括用于控制所述开关驱动器的控制器以及电 流传感器。电流传感器感测所述第一开关闭合时的第一电流和所述第二开关闭合时的第二 电流。然后，电流传感器把指示所述第一和第二电流的测量值或者安培数的信号传送到所 述控制器。连接到所述控制器的数据接口响应于所述第一和第二电流的测量值或者安培数5输出信号。所述电流传感器可以包括可编程增益放大器和模数信号转换器，其中，所述可编 程增益放大器向所述模数信号转换器传送信号，并且，所述模数信号转换器向所述控制器 传送信号。在另一方面，第一电阻串联连接在所述直流系统的正节点和所述第一开关之间。 并且，第二电阻连接在所述直流系统的负节点和所述第二开关之间。优选地，第一和第二电 阻的电阻基本相等。第一和第二电阻的电阻通常较高，在兆欧量级。所述装置可以包括连接到所述控制器的非易失性存储器，具有所述控制器用来根 据所述第一和第二电流中的变化检测故障的预编程指令。所述非易失性存储器还可以包括 或者被预编程为包括被所述控制器采用的、用于响应于所述第一和第二电流中的变化确定 所述直流系统信号的寄生电阻的指令，以及被所述控制器采用的、用于根据所述第一和第 二电流确定所述直流系统信号的泄漏电流的指令。在另一个实施例中，提供了一种用于具有直流功率系统的电动车辆的故障检测装 置，在所述直流功率系统和所述车辆的底盘之间具有固有电容，所述故障检测装置包括连 接到所述车辆的底盘地的故障检测模块。所述故障检测模块也连接到第一开关和第二开 关，第一开关和第二开关进而分别连接到所述直流功率系统的正节点和负节点。所述故障 检测模块包括开关输出驱动器控制部分，所述开关输出驱动器控制部分顺序地或者以交替 地方式打开和闭合第一和第二开关，以便以预定间隔对所述固有电容充电和放电。电流传 感器感测当固有电容被充电时所述第一开关闭合时的第一电流，并感测当固有电容被放电 时所述第二开关闭合时的第二电流。基于所感测的第一和第二电流的值，可以包括信号处 理器的数字控制器利用存储在非易失性存储器中的预编程的指令来确定在所述直流功率 系统和所述车辆的底盘之间是否存在接地故障状况。连接到所述数字控制器的数据接口把 指示是否检测到故障状况的信号发送到车辆的车载计算机或者其他的控制器或处理器。在又一个实施例中，一种检测电动车辆或者混和_电动车辆的直流功率系统中的 接地故障状况的方法包括顺序地打开和闭合连接在所述直流功率系统的正节点和所述电 动车辆的底盘地之间的第一开关以及连接在所述直流功率系统的负节点和所述电动车辆 的底盘地之间的第二开关。当第一和第二开关被打开和闭合时，功率系统的金属或者其他 导电部件和底盘之间的固有电容被充电和放电。当固有电容被充电和放电时，通过第一开 关的第一电流和通过第二开关的第二电流分别被测量。使用所测量的电流的值来确定在所 述直流功率系统和底盘地之间是否存在接地故障状况。附图说明为了更完善的理解，结合附图参考下列的描述，在附图中图1示出了采用根据本公开内容的故障检测系统的高压DC电气系统的示意图；图2是示出故障检测系统的模拟工作的图；图3是示出在故障情况下图1的故障检测系统的模拟工作的图；图4是表示在第二故障情况下图1的故障检测系统的模拟工作的图；图5是进一步示出图1的故障检测系统的模拟工作的图；和图6的框图示出了图1的故障检测模块的一种结构。具体实施例方式图1是采用示范性故障检测系统100的高压DC电气系统的示意图。例如，可以在 例如高尔夫球车或者汽车的电动车辆102 (由电动机104驱动，并由电池或者电池组106供 电)中采用系统100。也可以在汽油-电动混和或者其他类型的混和电动设备或者机器中 采用系统100。这些系统通常工作于较高的电压，例如100到1000伏或者更高。如图所示， 下面将更详细地描述的检测模块108通过第一开关110和第一电阻112连接到电池106的 正端子。检测模块108也通过第二开关116和第二电阻118连接到电池106的负端子。如 任选地所示那样，第一开关110和第二开关116可以被组合为单刀双掷型开关或者继电器 113。在工作中，开关110和116在故障检测模块108的控制下被顺序地打开和闭合。第 一和第二开关110、116是高压固态开关，例如光耦继电器。第一和第二电阻112、118是大 值电阻，通常在1兆欧或者更高的量级上。优选地，电阻112、118的电阻值相等或者基本相 等。在一个实施例中，其中，电池的地和底盘地122相对于彼此浮动，系统100包括可以包 括齐纳二极管120的过压保护设备。可以使用其他的设备来为这个系统提供过压保护。如 图所示，齐纳二极管120连接在底盘地122和高压系统之间，并具有略高于跨过直流供电系 统-电池或电池组106-的电势的击穿电压。在图1中，系统中的寄生电阻由电阻124表示。理想地，电阻124的值非常大，在 兆欧量级。电容126代表系统中存在于电池部分106和车辆底盘地122之间的固有电容。 在电动车辆的情况下，固有电容126通常因位置靠近或者邻近高压系统的金属部分的金属 底盘部件的数量和尺寸所致而较大。图2是示出示范性故障检测系统100的模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在直流系统和底盘地之间具有固有电容的设备中监测所述直流系统以便监测接地故障的装置，所述装置包含：故障检测模块；连接在所述直流系统的正节点和所述故障检测模块之间的第一开关；连接在所述直流系统的负节点和所述故障检测模块之间的第二开关；开关驱动器，顺序地打开和闭合所述第一开关和所述第二开关，以使所述固有电容被充电和放电；其中，所述故障检测模块被连接在所述底盘地和所述第一和第二开关之间，所述故障检测模块包含：用于控制所述开关驱动器的控制器；连接到所述控制器的电流传感器，所述电流传感器感测所述第一开关闭合时的第一电流和所述第二开关闭合时的第二电流，所述电流传感器提供电流测量值，其中，所述电流测量值是指示所述第一电流和所述第二电流中的每一个的安培数的信号；连接到所述控制器的数据接口，所述数据接口响应于根据控制器计算提供的结果输出信号，其中，所述控制器计算包含电流测量值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M普拉亘斯，B弗里兹，
申请(专利权)人：玛克西姆综合产品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]