CN102539961B

CN102539961B - 用于检测绝缘状态检测单元的快速电容器的故障的装置

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Publication number: CN102539961B
Application number: CN201110427874.1A
Authority: CN
Inventors: 河村佳浩
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2031-12-19
Also published as: CN102539961A; US8373424B2; US20120153966A1; JP2012132725A; JP5687484B2

Abstract

一种用于检测在绝缘状态检测单元的快速电容器的故障的装置，在该快速电容器开始放电时，根据读取电容器的充电电压测量快速电容器的放电电压(步骤S1)。在从放电开始起一时段之后，该装置根据读取电容器的充电电压来测量快速电容器的放电电压(步骤S3)。根据测得的放电电压之间的差，所述装置获得快速电容器的放电量(步骤S5)，将该放电量与基准阈值比较，并且诊断构成所述快速电容器的四个电容器的开路故障(步骤S7)。

Description

用于检测绝缘状态检测单元的快速电容器的故障的装置

技术领域

本发明涉及一种用于检测未接地电源相对于接地电势部分的接地故障或者绝缘状态的单元，并且特别地，涉及一种用于检测在这种单元中使用的快速电容器的故障的装置。

背景技术

使用电力作为驱动能的车辆通常采用被构造为与车身绝缘的未接地电源的高压(例如，200V)直流电源。为了检测未接地电源相对于车身，即相对于地电势部分的接地故障或者绝缘状态，使用采用了快速电容器的检测单元。

检测单元控制内部开关，来分别利用与地电势部分绝缘的直流电源的电压对应的充电量、与直流电源的正接线柱侧上的接地故障电阻对应的充电量以及与直流电源的负接线柱侧上的接地故障电阻对应的充电量对快速电容器充电。之后，检测单元的控制器测量每个充电量的充电电压、计算直流电源的正负接线柱侧上的接地故障电阻，并且检测直流电源的接地故障或绝缘状态。

近些年来，所述快速电容器需要由小型且实现大电容的陶瓷电容器制成。已知陶瓷电容器根据直流偏置而大幅改变其电容。为了消除直流偏置对陶瓷电容器电容的影响，例如，日本待审专利申请公开No.2009-281986公开了一种用于将检测单元构造为使得在接地故障电阻处于报警等级时的状态下，陶瓷电容器的充电电压变为与在同直流电源的电压相对应的充电量时发生的充电电压相等的技术。

发明内容

快速电容器的电容不仅仅由于上述直流偏置而改变而且还由于该快速电容器的环境温度或特性变化而改变。需要在不考虑快速电容器的电容变化的情况下检测电源的绝缘状态。

还需要通过将由故障引起的这种电容改变与由快速电容器的个体特性差异而引起的电容改变区分开，来检测可能改变快速电容器的电容的该快速电容器的故障。

为了增大电容，快速电容器有时由彼此并联连接的多个陶瓷电容器构成。在这种情况下，快速电容器的其中一些陶瓷电容器可能发生诸如开路故障的故障。这种故障可能引起快速电容器的电容改变，并且这种电容改变类似于由快速电容器的个体特性可变性所引起的电容改变。如果该快速电容器的故障是在没有将其与由于快速电容器的个体特性可变性所引起的电容改变混淆的情况下检测出的，则是非常有用的。

本发明提供了一种用于检测在利用快速电容器检测一对象的接地故障或绝缘状态的绝缘状态检测单元的该快速电容器的故障的装置，能够检测使电容受到改变的该快速电容器的故障，同时不使该电容改变与甚至在快速电容器正常工作时也可能在该快速电容器中发生的电容改变相混淆。

根据本发明第一方面，用于检测绝缘状态检测器中的快速电容器的故障的装置，该绝缘状态检测单元根据利用与直流电源的电压对应的充电量充电的快速电容器的充电电压和通过包括直流电源的绝缘电阻的绝缘电阻测量电路充电的快速电容器的充电电压，来检测与地电势部分绝缘的直流电源的绝缘状态，该装置包括：充电电压测量单元，被构造成测量快速电容器的峰值充电电压；放电电压测量电源，被构造成测量在快速电容器开始放电之后预定时间该快速电容器的放电电压，所述快速电容器以利用充电电压测量单元所测得的峰值充电电压充电；以及诊断单元，被构造成根据快速电容器在从该快速电容器开始放电起的时段内的放电量诊断该快速电容器的故障，所述放电量从利用充电电压测量单元测得的峰值充电电压与利用放电电压测量单元测得的放电电压之间的差获得。

附图说明

图1是图示了绝缘状态检测单元的电路图，该绝缘状态检测单元具有根据本发明实施例的用于检测快速电容器的故障的装置；

图2是图示了布设在图1的绝缘状态检测单元中的采样保持电路的电路图；

图3是图示了图1和图2的开关的接通/断开与电容器的充电状态之间的关系的时间图；

图4A图示了图1的快速电容器的一个实例；

图4B图示了图4A的快速电容器的故障状态的一个实例；

图5图示了测量充电和放电电压以检测图4B的故障状态的时刻；

图6是列出了可用于检测图4B的故障状态的阈值的实例的表格；并且

图7是图示了根据存储在ROM中的程序由布设在图1的检测单元中的微机所进行的故障诊断处理的流程图。

具体实施方式

将参考附图来详细描述本发明的实施例。

图1是图示了具有根据本发明实施例的用于检测快速电容器故障的装置的一种绝缘状态检测单元的电路图。绝缘状检测装置10检测在与诸如车身(未示出)的地电势部分绝缘的直流电源B的正接线柱侧上的主电路布线1p或者该直流电源B的负接线柱侧上的主电路布线1n的接地故障或者的绝缘状态。

在图1中，“RLp”是正接线柱侧上的接地故障电阻，而“RLn”是负接线柱侧上的接地故障电阻。这些接地故障电阻RLp和RLn是当正接线柱侧上的主电路布线1p或负接线柱侧上的主电路布线1n发生接地故障时可能出现的假想电阻。

用于检测主电路布线1p或1n的接地故障或绝缘状态的绝缘状态检测单元10包括：具有快速电容器C1的接地故障检测器11；采样并且保持所述快速电容器C1的充电电压和放电电压的采样保持电路(S/H)13；以及诸如检测保持在所述采样保持电路13中的值并且测量所述快速电容器C1的充电/放电电压的微控制器的微机15。根据本实施例的快速电容器C1是陶瓷电容器。

除了快速电容器C1之外，所述接地故障检测器11还包括开关S1和S2以及开关S3和S4，该开关S1和S2将快速电容器C1选择性连接于直流电源B的正极和负极，该开关S3和S4将快速电容器C1选择性地连接于微机15和地电势部分。在快速电容器C1与开关S1之间，串联连接有电阻器R1。在快速电容器C1与开关S2之间，串联连接有电阻器R2。

当微机15测量快速电容器C1的充电电压或放电电压时，必须保证直流电源B的绝缘。为此，电阻器R1和R2具有同样高的电阻值。

图2是图示了采样保持电路13的电路图。采样保持电路13包括：具有与微机15的第一A/D变换端口A/D1相连的第一端的开关Sa；连接在所述开关Sa的第一端与所述地电势部分之间的读取电容器(readcapacitor)Ca；以及串联连接在所述开关Sa的第二端与所述开关S3之间的电阻器Ra。

当开关Sa处于闭合时，读取电容器Ca被充有经过电阻器Ra在开关Sa的第一端处出现的电势。

微机15利用电压比直流电压B的电压更低的电源(未示出)运转，以使直流电源B与微机15的地电势隔离。接地故障检测器11的开关S1至S4和采样保持电路13的开关Sa例如由与直流电源B绝缘并且通过微机15而被接通/断开的光学MOSFET制成。

微机15的第一A/D变换端口A/D1通过采样保持电路13连接于开关S3。采样保持电路13与开关S3的连接点经由电阻器R4接地。在开关S4与地电势部分之间，连接有电阻器R5。快速电容器C1的一端侧(图1中的上方电极侧)上的开关S1和S3串联连接。在开关S1和S3的连接点与快速电容器C1的第一端之间，连接有电流方向的开关电路X。

电流方向的开关电路X是一并联电路，该并联电路包括：包含二极管D0和电阻器R1的串联电路，所述二极管D0的正向是从开关S1指向快速电容器C1的第一端；包含二极管D1的电路，该二极管D1的正向是从开关S3指向快速电容器C1的第一端；以及包含二极管D2和电阻器R3的串联电路，该二极管D2的正向是从快速电容器C1的第一端指向开关S3。

将说明通过所述绝缘状态检测单元10进行检测直流电源B的接地故障或绝缘状态的次序。首先，微机15将开关S1和S2接通且将开关S3、S4和Sa断开达预定时间。所述预定时间短于使所述快速电容器完全充电所需要的时间。

这引起了流经沿直流电源B的正极、正接线柱侧上的主电路布线1p、开关S1、二极管D0、电阻器R1、快速电容器C1的第一端(图1中的上方电极)、快速电容器C1的第二端(图1中的下方电极)、电阻器R2、开关S2、负接线柱侧上的主电路布线1n以及直流电源B的负极而延伸的路径的充电电流。将这种充电电路称作为第一充电电路。

在该第一充电电路中，快速电容器C1被充有与直流电源B的电压对应的充电量。由于该充电，快速电容器C1的第一端变为正极而其第二端变为负极。

之后，微机15断开开关S1和S2而接通开关S3和S4。这将快速电容器C1的正极经过二极管D2、电阻器R3和开关S3而连接到采样保持电路13，并且将该快速电容器C1的负极经过开关S4和电阻器R5而连接于地电势部分。结果，所述快速电容器C1放电。

如图3的时间图所示，微机15在时间T1时接通开关S3和S4，并且同时，接通采样保持电路13的开关Sa达短的时间(T1和T2之间的间隔，例如，200到300μs)。结果，快速电容器C1的充电电压被电阻器R3和R4所分压，并且由于电阻器R3两端的电压的驱动力而对读取电容器Ca充电。

当快速电容器C1开始放电时，该快速电容器C1具有与直流电源B的电压对应的充电量。因此，当在该快速电容器C1开始放电之后即刻，用所述快速电容器C1的放电电压对所述读取电容器Ca充电时，该读取电容器Ca的充电量等于与直流电源B的电压乘以电阻器R4和R5的分压比相对应的充电量。

微机15在时间T2时断开采样保持电路13的开关Sa，并且所述读取电容器Ca的分压电荷电势从采样保持电路13传递到微机15的第一A/D变换端口A/D1，并且被测量。根据所测得的值、电阻器R3和R4的分压比以及电阻器R4和R5的分压比，微机15计算与直流电源B的电压对应的快速电容器C1的充电电压Vc1。

在断开采样保持电路13的开关Sa之后，并且当在测量快速电容器C1的充电电压Vc1的时候，开关S3和S4处于接通状态，因此，快速电容器C1连续地放电。

当在时间T3时完成了快速电容器C1的充电电压Vc1的测量时，微机15接通采样保持电路13的开关Sa。这导致了快速电容器C1和读取电容器Ca的放电。当这些电容器C1和Ca在时间T4时完全放电时，微机15断开开关S3、S4和Sa。

在使快速电容器C1和读取电容器Ca完全放电之后，微机15接通开关S1和S4并且断开开关S2和S3达上述预定时间。

这引起了流经沿直流电源B的正极、正接线柱侧上的主电路布线1p、开关S1、二极管D0、电阻器R1、快速电容器C1的第一端、快速电容器C1的第二端、开关S4、电阻器R5、地电势部分、负接线柱侧上的接地故障电阻RLn、负接线柱侧上的主电路布线1n以及直流电源B的负极而延伸的路径的充电电流。将该充电电路称作为第二充电电路。

在该第二充电电路中，快速电容器C1被充有与负接线柱侧上的接地故障电阻RLn对应的充电量。由于此，快速电容器C1的第一端变为正极而其第二端变为负极。

之后，微机15在图3的时间T1时断开开关S1和S2而接通开关S3和S4。同时，微机15接通采样保持电路13的开关Sa达短的时间，例如，图3中的T1和T2之间的200到300μs的间隔。

直到微机15再次接通采样保持电路13的开关Sa为止，即，在图3的时间T2和T3之间的间隔期间，与测量和直流电源B的电压对应的快速电容器C1的充电电压Vc1类似，微机15测量与负接线柱侧上的接地故障电阻RLn对应的快速电容器C1的充电电压Vc1-。

之后，微机15使快速电容器C1和读取电容器Ca完全放电，接通开关S2和S3，并且断开开关S1和S4达上述预定时间。

这引起了流经沿直流电源B的正极、正接线柱侧上的主电路布线1p、正接线柱侧上的接地故障电阻RLp、地电势部分、电阻器R4、开关S3、二极管D1、快速电容器C1的第一端、快速电容器C1的第二端、电阻器R2、开关S2、负接线柱侧上的主电路布线1n以及直流电源B的负极而延伸的路径的充电电流。将该充电电路称作为第三充电电路。

在该第三充电电路中，快速电容器C1被充有与正接线柱侧上的接地故障电阻RLp对应的充电量。这使得快速电容器C1的第一端为正而其第二端为负。

直到微机15再次接通采样保持电路13的开关Sa为止，即，在图3的T2和T3之间的间隔期间，与测量和直流电源B的电压对应的快速电容器C1的充电电压Vc1类似以及与测量和负接线柱侧上的接地故障电阻RLn对应的快速电容器C1的充电电压Vc1-类似，微机15测量与正接线柱侧上的接地故障电阻RLp对应的快速电容器C1的充电电压Vc1+。之后，快速电容器C1和读取电容器Ca被完全放电。

可以使与直流电源B的电压对应的快速电容器C1的充电电压Vc1、与负接线柱侧上的接地故障电阻RLn对应的快速电容器C1的充电电压Vc1-、与正接线柱侧上的接地故障电阻RLp对应的快速电容器C1的充电电压Vc1+与正接线柱侧上的接地故障电阻RLp和负接线柱侧上的接地故障电阻RLn的并联组合电阻值R相关联。即，组合电阻R可以表达为[{(Vc1+)+(Vc1-)}/Vc1]的函数。

根据这种关系，微机15计算正负接线柱侧上的接地故障电阻RLp和RLn的并联组合电阻值，以检测直流电源B的接地故障或绝缘状态。

用作为根据本实施例的接地故障检测器11中的快速电容器C1的陶瓷电容器随着直流偏置而大幅改变其电容。该快速电容器C1的电容还根据环境温度和用作为该快速电容器C1的陶瓷电容器的个体特性差异而变化。

为了消除在该快速电容器C1的电容中的这种变化的影响，可以改变由微机15所进行的测量充电电压Vc1、Vc1-和Vc1+的顺序。将对这进行说明。

如果快速电容器C1的电容减小为比正常状态中的小，则通过对该快速电容器C1充电特定时段而达到的充电量增大为比正常状态中的大。结果，从开始放电起的特定间隔内，该快速电容器C1的放电量变大。

如果快速电容器C1的电容增大为比正常状态中的大，则通过对该快速电容器C1充电特定时段而达到的充电量减小为比正常状态中的小。结果，从开始放电起的特定间隔内，该快速电容器C1的放电量变小。

当在开始放电之后经过了特定时间时，快速电容器C1的放电接近饱和，因此，在饱和后，该快速电容器C1的放电量接近均衡，而与该快速电容器C1的电容大于还是小于正常状态的电容无关。

这意味着：尽管快速电容器C1的充电量随着该快速电容器C1的电容特性的变化而大幅变化，但是在放电开始后的特定时间，快速电容器C1的放电电压的变化变小。更精确地，在对快速电容器C1充电达预定时间t1之后开始放电时的放电电压VD1以及从快速电容器C1开始放电起时段t2之后的放电电压VD2满足下面的关系式：

V_{D 1} = V_{0} [1 - \exp {- (\frac{t_{1}}{C_{1} {aR}_{C}})}]

V_{D 2} = V_{0} \exp {- (\frac{t_{2}}{C_{1} {aR}_{D}})},

其中，V0是快速电容器C1的充电电压，C1是快速电容器C1的电容；RC是充电电阻值，RD是放电电阻值；并且a是快速电容器C1的电容的变化系数(即，相对于正常状态下的电容的比率)。

在上述关系中显而易见的是，随着快速电容器C1的电容趋于减小，开始放电时的放电电压VD1增大，并且从开始放电起时段t2之后的放电电压VD2也增大。另一方面，随着快速电容器C1的电容趋于增大，放电电压VD1和VD2减小。

可以理解的是，通过在开始放电之后的特定时段内发生的快速电容器C1的放电量的增大或减小，消除了快速电容器C1的充电量相对于正常状态下该快速电容器C1的充电量的增大或减小。

换句话说，将由两种方法根据快速电容器C1的放电电压来求得在对快速电容器C1充电预定时间t1之后该快速电容器C1的充电电压，所述两种方法如下：

(i)利用放电电压VD2来求得充电电压V0

V0＝VD2/{(基于t2与C1×RD的放电比率)×(基于t1与C1×RC的充电比率)} ...(1)

(ii)利用放电电压VD 1来求得充电电压V0

V0＝VD1/(基于t1与C1×RC的充电比率) ...(2)

其中，“放电比率”是在放电之后的残余电荷比率，而“充电比率”是在充电之后的残余电荷比率。

如上所述，根据表达式(1)利用放电电压VD2求得充电电压V0比根据表达式(2)利用放电电压VD 1求得充电电压V0更加精确。

因此，在从快速电容器C1开始放电起特定时间之后，微机15断开开关S 1和S2并且接通开关S3、S4和Sa(在图3的时间T1时)。在此之后不久，微机15断开开关Sa。在这种短的时段(从图3中的T1到T2)期间，读取电容器Ca被充电并且通过微机15的第一A/D变换端口A/D1来测量通过对读取电容器Ca此时的充电电压分压而获得的电势。根据所测得的电势，微机15计算快速电容器C1的充电电压。

以这种方式，可以从在快速电容器C1开始放电之后起的特定时间(t2)所测得的放电电压VD2获得该快速电容器C1的充电电压Vc1、Vc1-和Vc1+。替换地，可以从放电电压VD2获得被充有与直流电源B的电压对应的充电量的快速电容器C1的充电电压Vc1，并且可以从开始放电时所测得的放电电压VD1获得与负接线柱侧上的接地故障电阻RLn对应的快速电容器C1的充电电压Vc1-以及与正接线柱侧上的接地故障电阻RLp对应的快速电容器C1的充电电压Vc1+。

快速电容器C1饱和时的时间点根据快速电容器C1的电容而不同。因此，电容异常的快速电容器C1的放电量基本等于电容正常的快速电容器C1的放电量的时间点，即，放电开始之后的特定时段(t2)根据异常电容是大于或是小于正常电容而不同。

为了处理这种情况，测量并且平均化从电容比正常大的所述快速电容器C1的放电量变为基本等于正常快速电容器C1的放电量的放电开始起的时段以及从电容比正常小的所述快速电容器C1的放电量变为基本等于正常快速电容器C1的放电量的放电开始起的时段。可以使用平均时段计算放电电压VD2。

快速电容器C1通常具有多个电容器。图4A图示了由彼此并联连接的四个电容器构造的快速电容器C1的一个实例。在图4A中，快速电容器C1具有0.12μF的电容，因此，形成该快速电容器C1的四个电容器分别具有0.03μF的电容。在图4B中，所述快速电容器C1的两个电容器具有开路故障。

在这种情况下，快速电容器C1的其它电容器是完好的，因此，快速电容器C1作为一个整体将不会导致开路故障，而仅仅是快速电容器C1的电容减小为小于该快速电容器C1的正常电容。如果使用快速电容器C1的放电电压VD2来求得该快速电容器C1的充电电压Vc1(Vc1-、Vc1+)，则该快速电容器C1的一些电容器的开路故障的影响被否除。因此，不能用所述充电电压Vc1(Vc1-、Vc1)来检测该快速电容器C1的一些电容器的开路故障。

为了准确地检测快速电容器C1的一些电容器所发生的开路故障，可以利用如果快速电容器C1的电容小于正常值，则快速电容器C1的放电量在从放电开始起的特定时段(例如，t2)内变大的上述事实。

如图5所示，由微机15利用开始放电时的放电电压VD1与从开始放电起时段t2之后的放电电压VD2之间的差来求得在该时段t2期间的放电量(放电比率)。基于该放电量(放电比率)，微机15诊断在快速电容器C1中是否一些电容器具有开路故障。在图5中，δV1是正常放电量，而δV2是具有开路故障的放电量。

图6是列出了用于判定放电量的阈值并且诊断快速电容器C1的故障的样本值的表格。在该图6中，左侧部分示出了当在充电电压(施加电压)V0＝100V、充电电阻值R_C＝1000KΩ并且充电时间t1＝0.1秒的状态下对快速电容器充电时所获得的值。

在图6的左侧部分中，R_C是快速电容器C1的充电电阻值，C1是快速电容器C1的电容，R_D是快速电容器C1的放电电阻值，并且V0是根据所述表达式(1)计算出的充电电压。

如果所述快速电容器C1的四个电容器所有都正常(图6中，基准(4个正常))，则该快速电容器C1具有1.2.E-07(F)的电容C1、56.54(V)的放电电压VD1和从表达式(1)获得的100(V)的充电电压V0。

如果所述快速电容器C1的四个电容器中的一个(两个、三个)具有开路故障(图6中，1个开路(两个开路、三个开路))，则该快速电容器C1具有9.0E-08(F)(6.0E-08(F)、3.0E-08(F))的电容C1、67.08(V)(81.11(V)、96.43(V))的放电电压VD1和从表达式(1)获得的118.64(V)(143.46(V)、170.56(V))的充电电压V0。

以这种方式，快速电容器C1的开路故障使得根据所述表达式(1)计算出的充电电压V0更高。因此，为了找出开路故障，必须将计算出的充电电压与所施加的源电压相比较。

如上所示，根据表达式(1)从放电电压VD1得出的充电电压V0反映了快速电容器C1的电容的减小。需要注意的是，为了消除快速电容器C1的个体特性差异的影响，可以根据表达式(2)从放电电压VD2计算充电电压V0。然而，这提供了非常接近100(V)的值，因此，不能够检测快速电容器C1的四个电容器中的一个(两个、三个)的开路故障。

图6的右侧部分所列出的值包括根据快速电容器C1开始放电时测得的放电电压VD 1与从放电开始起的时段t2之后测得的放电电压VD2之间的差ΔVD所计算出的快速电容器C1的放电量(放电比率)。所述时段t2对应于50％的放电量。

在快速电容器C1相对于初始电荷放电至50％的时段t2之后，该快速电容器C1在四个电容器都完好时具有28.36(V)的放电电压；在四个电容器中的一个具有开路故障时具有26.73(V)的放电电压；在四个电容器中的两个具有开路故障时具有20.41(V)的放电电压；而在四个电容器中的三个具有开路故障时具有6.10(V)的放电电压。

此时，VD1与VD2之间的差ΔVD在四个电容器都完好时是-28.18(V)；在一个电容器具有开路故障时是-40.35(V)；在两个电容器具有开路故障时是-60.71(V)；而在三个电容器具有开路故障时是-90.33(V)。这些值分别对应于-49.84(％)、-60.15(％)、-74.84(％)和-93.67(％)的放电比率。每个值的符号“-”表示减小。

当没有故障的快速电容器C1进行50％的放电时，在四个电容器中的一个(两个、三个)具有故障的情况下的该快速电容器C1进行60％或以上的放电。

在测量了所述50％的放电的情况下，即，当放电电压VD1在时段t2之后减小到放电电压VD2时，计算快速电容器C1的放电比率。如果计算出的放电量超过55％，则微机15判定所述快速电容器C1的四个电容器的其中任何一个具有故障。

与从VD1与VD2之间的差ΔVD获得的快速电容器C1的放电量(放电比率)有关，可以将诸如上述55％的阈值设定在-60.15(％)与-74.84(％)之间和-74.84(％)与-93.67(％)之间。利用这些阈值，微机15能够检测在快速电容器C1的四个电容器之中具有开路故障的电容器的数目。

上述的故障检测(诊断)是由微机15根据存储在ROM(未示出)中的故障诊断程序执行的。这将参考图7的流程图来说明。每当获得了快速电容器C1的充电电压Vc1、Vc1-和Vc1+时，或者当获得了这些充电电压中的一些时，执行所述程序。

在步骤S1中，微机15根据读取电容器Ca的充电电压在快速电容器C1开始放电时测量快速电容器C1的放电电压VD1(对应于权利要求中定义的“快速电容器的峰值充电电压”)。

在步骤S3中，微机15根据从开始放电起时段t2之后所述读取电容器Ca的充电电压测量快速电容器C1的放电电压VD2(对应于权利要求中定义的“快速电容器的放电电压”)。

在步骤S5中，微机15根据步骤S1中测得的放电电压VD1与步骤S3中测得的放电电压VD2之间的差ΔVD计算该快速电容器C1的放电量(放电比率)。在步骤S7中，微机将所算出的放电量(放电比率)与阈值比较，并且诊断快速电容器C1的四个电容器是否具有开路故障，并且必要时，查明故障电容器的数目。

这完成了检测过程。检测的结果可以用于显示警报或者控制绝缘状态检测单元10的操作。

根据本实施例，图7的流程图中的步骤S1由微机15执行，并且执行步骤S1所涉及的接地故障检测器11和采样保持电路13的部件由权利要求中定义的“充电电压测量单元”表示。

图7的步骤S3由微机15执行，并且执行步骤S3所涉及的接地故障检测器11和采样保持电路13的部件由权利要求中定义的“放电电压测量单元”表示。

图7的步骤S5和S7由微机15执行，并且执行步骤S5和S7所涉及的接地故障检测器11和采样保持电路13的部件由权利要求中定义的“诊断单元”表示。

即使在为了消除快速电容器C1的特性差异的影响，利用从快速电容器C1开始放电起时段t2之后测得的放电电压VD2求值该快速电容器C1的充电电压V0的情况下，也能够通过根据本实施例的绝缘状态检测单元10检测快速电容器C1的四个电容器的开路故障。

本实施例通过测量快速电容器C1开始放电时的放电电压VD1以及从开始放电起时段t2之后的放电电压VD2求得该快速电容器C1的充电电压V0。这些测得的放电电压VD1和VD2还用于求得放电量(放电比率)，以便检测根据本实施例的快速电容器C1中的任何故障。

代替测量放电电压VD1和VD2来求得快速电容器C1的充电电压V0，可以测量为快速电容器C1充电的峰值电压(相当于放电电压VD1)和在快速电容器C1开始放电之后达预定时间(例如，t2)时的放电电压(相当于放电电压VD2)，以便求得从快速电容器C1开始放电起的预定时间(t2)内的放电量(放电比率)。

根据本实施例，绝缘状态检测单元10利用在快速电容器C1开始放电之后经过了时段t2时所测得的放电电压VD2来求得该快速电容器C1的充电电压(给快速电容器C1充电的施加电压)，同时不受快速电容器C1的个体特性差异的影响。

本发明还可以应用于根据作为[{(Vc1+)+(Vc1-)}/Vc1]的函数而得到的上述组合电阻R或者根据表达式(1)求得快速电容器C1的充电电压(即，给快速电容器C1充电的施加电压)的绝缘状态检测单元。

当快速电容器发生了开路故障时，该快速电容器的电容减小为比正常的小。结果，该快速电容器的充电量增大为比正常的大，因此，在开始放电后的特定时段中被充电的快速电容器的放电量增大为比快速电容器正常时的放电量大。

基于这些事实，充电电压测量单元和放电电压测量单元测量充电电压和放电电压。根据充电电压和放电电压之间的差，根据本实施例的故障检测装置计算从快速电容器开始放电起的预定时段内的放电量。在所述装置将所计算出的放电量与没有故障的快速电容器的基准放电量相比较的情况下，如果所计算出的放电量明显大于基准放电量，则所述装置判定所述快速电容器具有开路故障。

当快速电容器具有彼此并联连接的多个电容器时，根据电容器的数目来设定若干基准值，并且与所计算出的放电量相比较，以判定发生在快速电容器中的故障的种类。

通过检测快速电容器的充电电压检测直流电源的绝缘状态的绝缘状态检测器的测量值还可以用于诊断根据本发明的快速电容器，从而使用于诊断快速电容器的故障而新安装的零部件数目最小化，并且简化了绝缘状态检测单元的整体结构。

如上所述，根据本发明的用于检测绝缘状态检测单元的快速电容器的故障的装置可以通过将由故障引起的快速电容器的电容改变与例如由于快速电容器的个体特性差异而会正常发生的快速电容器的电容改变区分开，来检测所述快速电容器的故障。所述绝缘状态检测单元的快速电容器用于检测未接地电源的接地故障或绝缘状态。

本申请要求2010年12月20日提交的日本专利申请2010-283573的日本专利申请的在美国法典第35篇§119下的优先权，其整个内容通过引用结合于此，本发明的范围由权利要求书所限定。

Claims

1.一种用于检测绝缘状态检测单元的快速电容器的故障的装置，该绝缘状态检测单元根据(i)被充电有与直流电源的电压对应的充电量的快速电容器的充电电压和(ii)通过包括直流电源的绝缘电阻的绝缘电阻测量电路充电的快速电容器的充电电压来检测与地电势部分绝缘的直流电源的绝缘状态，所述装置包括：

充电电压测量单元，该充电电压测量单元被构造成测量所述快速电容器的峰值充电电压；

放电电压测量单元，该放电电压测量单元被构造成测量在所述快速电容器开始放电之后预定时间所述快速电容器的放电电压，所述快速电容器以利用所述充电电压测量单元所测得的峰值充电电压充电；以及

诊断单元，该诊断单元被构造成根据在从所述快速电容器开始放电起的时段内所述快速电容器的放电量来诊断该快速电容器的故障，所述放电量从利用所述充电电压测量单元测得的峰值充电电压与利用所述放电电压测量单元测得的放电电压之间的差获得。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，根据利用所述放电电压测量单元测得的放电电压来获得被充电有与直流电源的电压对应的充电量的所述快速电容器的充电电压。