CN102652265A - 使用电路故障自检测量装置来测量隔离高压以及检测隔离击穿 - Google Patents

Abstract

一种用于进行高压测量以测量电池组的电压并检测隔离故障的***。所述***包括第一电阻分压器，所述第一电阻分压器至少包括第一电阻元件和第二电阻元件。所述***还包括第二电阻分压器，所述第二电阻分压器包括第二电阻元件和第三电阻元件。所述***还包括多个开关，所述多个开关包括耦接在第二电阻元件与电池组之间的第一开关和第二开关。所述***还包括控制器，所述控制器被配置成：控制所述多个开关以第一模式进行操作以基于第一电阻分压器产生的电压来测量电池组的电压；以及控制所述多个开关至少以第二模式进行操作以基于第二电阻分压器产生的电压来检测隔离故障。

Description

使用电路故障自检测量装置来测量隔离高压以及检测隔离击穿

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年12月6日提交的名称为“SYSTEM ANDMETHOD FOR MEASURING ISOLATED HIGH VOLTAGE ANDDETECTING ISOLATION BREAKDOWN WITH MEASURES FORSELF-DETECTION OF CIRCUIT FAULTS”的美国临时申请No.61/420,264、于2010年12月6日提交的名称为“ELECTROCHEMICALCELL MONITORING AND BALANCING CIRCUIT WITHSELF-DIAGNOSTIC FEATURE”的美国临时申请No.61/420,259以及于2010年12月6日提交的名称为“ELECTROCHEMICAL CELLBALANCING CIRCUITS AND METHODS”的美国临时申请No.61/420,261的权益。

技术领域

本文中所描述的电路、***和方法涉及测量隔离高压和检测隔离击穿。

背景技术

电动车辆(“EV”)和混合动力电动车辆(“HEV”)正在成为燃气动力车辆的可行替代方案，但是提出了在传统燃气动力车辆中没有的独特挑战。电动车辆和混合动力电动车辆通常具有电池组，电池组包括多个串联的电池以产生可以为几百伏数量级的高压。在传统的燃气动力车辆中，车辆启动器电池具有较低的电压，通常为12至14伏。

在EV和HEV中，例如为了监测电池组电压，会需要对高压电路进行高压测量。期望能够检查发生在电池组的高压端子与底盘之间的故障。

可以执行高压(“HV”)测量来验证接触器的状态以及安全地执行接触器状态机；命令合适的充电电压以及验证所述充电电压；验证及确定部分地基于电池组电压的充电和放电界限；以及验证电池电压测量的总和(例如通过比较该总和与测量的电池组电压)。如果高压测量失效，则存在车辆不能够正确地闭合高压接触器以进入驾驶或充电模式的可能性，或者存在车辆不能够检测到被卡在断开或闭合状态的失效接触器的可能性。还存在电池组可能被提供不正确的充电电压或充电失效的可能性，或者存在电池电压检查失效从而阻止驾驶车辆的可能性。

如文中所使用的，高压测量被视为对电池的电池组电压的测量，或者被视为对连接到电池组电压的***的测量。电池组电压的范围可以为几十伏(例如20V、30V、50V等)至几千伏。对于启动器电池的测量或构成电池组的单个电池的测量，不需要高压(HV)测量。如果电池组被分成为数不多的部分，例如通过中间电池组断路器分开的正半部分和负半部分，则这些部分的测量将会被包括作为高压测量。

贯穿本文，术语“电池组”和“电池包”可以互换使用。

在包含有这样的电压的任何电池***中，高压的准确测量是必要的。为了提供安全又鲁棒的***，可以使用接触器将高压提供给服务可访问终端或将高压从服务可访问终端去除。“接触器”是用于切换功率电路的电控型开关，除了具有较高的电流和/或工作能力之外类似于继电器。控制接触器的电路的功率等级远低于被切换的电路。

可以提供通过测量高压值来验证这些接触器的正确操作的能力。准确的高压测量向电池管理***提供关于这些接触器的状态的反馈。

电池***将接口到外部充电器。高压测量值需要被准确地提供给这些充电器，以确保提供合适的充电电压。通常，验证来自充电器的电压也是电池管理***的责任。

电池管理***需要保持关于电池组的准确信息，以便于对***做出明智的决策。这些决策包括但不限于：使用预充电***和决定何时闭合接触器；向连接到电池组的***(例如充电器、电机控制器)提供电流和电压限制；以及数据收集。此外，通过比较电池测量值的总和与电池组高压测量值而将电池组高压测量值用于验证电池电压测量。这提供了另外的验证来验证电池电压测量值是准确的。

发明内容

一些实施例涉及一种用于进行高压测量以测量电池组的电压以及检测隔离故障的***。所述***包括第一电阻分压器和第二电阻分压器，所述第一电阻分压器具有至少第一电阻元件和第二电阻元件，所述第二电阻分压器具有第二电阻元件和第三电阻元件。所述***还包括多个开关，所述多个开关包括耦接在第二电阻元件与电池组之间的第一开关和第二开关。所述***还包括控制器，所述控制器被配置成：控制所述多个开关以第一模式进行操作以基于第一电阻分压器产生的电压来测量电池组的电压；以及控制所述多个开关至少以第二模式进行操作以基于第二电阻分压器产生的电压来检测隔离故障。

一些实施例涉及一种用于测量电池组的电压和检测隔离故障的***。所述***包括多个电阻元件和连接到所述多个电阻元件的多个开关。所述***还包括控制器，所述控制器被配置成：控制所述多个开关以第一模式进行操作以基于通过以第一配置将所述多个电阻元件耦接到电池组而产生的信号来测量电池组的电压；以及控制所述多个开关至少以第二模式进行操作以基于通过至少以第二配置将所述多个电阻元件耦接到电池组而产生的信号来检测隔离故障。

一些实施例涉及一种用于测量电池组的隔离故障的大小的***。所述***包括第一电阻分压器和第二电阻分压器，所述第一电阻分压器至少包括第一电阻元件和第二电阻元件，所述第二电阻分压器包括第二电阻元件和第三电阻元件。所述***还包括多个开关，所述多个开关耦接在第二电阻元件与电池组之间。所述***进一步包括控制器，所述控制器被配置成：控制所述多个开关以第一模式进行操作以使用第一电阻分压器进行第一测量；使用第二电阻分压器进行第二测量；以及基于第一测量和第二测量确定隔离故障的大小。

前述发明内容只是作为说明而提供，并不意在限制。

附图说明

图1示出了高压测量***的实施例的示意图，其中高压测量***包括开关、分压器和电容器以对电压进行采样。

图1A示出了一个示意图，该示意图示出高压测量***是可扩展的，可以用于进行其他电压的测量；

图2是具有Y电容和隔离故障的车辆的示意图。

图3示出了具有集成的隔离故障检测的优选高压测量***的实施例。

图4是示出了来自高压电池组的负半部分的隔离故障的测量的示意图。

图5是示出了来自高压电池组的正半部分的隔离故障的测量的示意图。

图6是图3的简化，其中以电阻器R_Measure和开关代替了测量电路，其中在电阻器R_Measure两端测量V_Measure。

图7是图6的简化，用于确定在开关闭合之后C_Y如何快速稳定。

图8示出了能够自诊断的通用电路，其包括在没有外部电压存在的情况下对测量电容器进行充放电的能力。

图9示出了可以被执行来用于验证高压测量电路的正确操作的步骤的流程图。

图10示出了简化的车辆电路，其包括高压电池组(V1)、具有预充电的接触器电路(K1、K2和K3)以及车辆逆变器。

图11示出了另一种车辆电路，所述车辆电路包括作为另外的高压感测点的FAST_CHARGE_POSITIVE和FAST_CHARGE_NEGATIVE。

图12示出了类似于图8的实施例，其中包括有另外的串联电阻器。

具体实施方式

图1示出了高压测量***的实施例的示意图。如图1所示，高压测量***包括形成电阻分压器的三个电阻器R1、R2和R3、开关S1至S6、保持测量值的电容器以及将电压转换成数字值的模数转换器(ADC)。

图1中的***示出了具有两个感测点的高压测量***。所述两个感测点连接到电池组电压V1。感测点位于V1与R1之间的接点处以及V1与R2之间的接点处。通过从电阻R3上的相应点(无论是正的点还是负的点)到待测量的节点之间加入电阻器R_n和串联开关S_n，所述***可扩展至任意数量的感测点，如图1a所示。这些另外的点可以用于测量接触器的负载侧的电压、中间电池组接触器或中间电池组断路器两端的电压、或根据需要的其他高压。

如将要描述的，所述***为廉价且可扩展的，利用高压测量与隔离测量的共享电路来降低部件成本和大小。所述***是可靠的并包括多种自检方法，以避免大多数电路和***的故障。所述***为安全的，内建有保护功能以防止故障导致危险事件。

隔离高压测量

在图1中，待测电压表示为V1。将开关S1和S2闭合，从而在R1、R2和R3之间建立电阻分压器。要注意的是，可以有任意数量的电阻器以用于将待测电压扩展到测量该电压的模数转换器(ADC)的可接受界限范围内的电平。当电阻分压器停留到稳定的电压时，开关S3和S4闭合，以对与R3并联的C1充电。当C1已被充电足够长的时间时，将S3和S4断开，从而去除电阻器以保持隔离，而同时C1保持测量值。然后，ADC通过闭合的开关S5和S6读取该值。然后，可以在软件中将转换的值乘以已知的标称电阻分压器的分压比来还原V1的实际值。

图2表示具有Y电容和隔离故障的车辆。Y电容为在电池组与底盘之间的任何电容并且可以存在于任何源中。它可以作为在电池与底盘之间的平行板电容而存在，它可以存在于监测电路中，并且它可以加入到充电器和逆变器中以根据电磁兼容(EMC)原则来滤除噪声。隔离故障可以是电池与底盘之间的任何电阻连接。单个隔离故障电阻可以将电池组引至底盘。如果这种情况发生，忙于电池组工作并接触底盘的人员会构成该电路，从而取决于故障的严重性而导致潜在危险或实际上危险的状况。另外，如果存在两个或更多个隔离故障，电流会流过这些故障，从而使电池放电并可能会损坏电路。最后，隔离故障可以表示电解质从电池泄漏或其他错误，并可以作为电池的“健康状态”测量的输入。重要的是，要注意隔离故障可以作为单个故障或作为产生单个戴维南等效故障的分布式故障而存在于电池***中。隔离故障还可以存在于充电器、逆变器、电池监测电路或连接到电池的其他东西中。通过电池组观察的故障电阻和Y电容会发生变化，并在任何给定时间为连接到电池组的东西的函数。

图3示出了具有集成的隔离故障检测的高压测量***的实施例的示意图。图3示出了具有VPack的电路，其中VPack连接到R1和R2。故障可以存在于电池组中的任何电压处。图3将电池组分成上部分(V_{Pack_Pos})和下部分(V_{_Pack_Neg})，故障位于两者之间。V_{Pack_Pos}或V_{Pack_Neg}可能为0V，这将表示直接从电池组正极或电池组负极到底盘的故障。V_{Pack_Pos}与V_{Pack_Neg}之和等于总的电池组电压。另外，可能具有多个故障，如图2所示。对于图3，故障被组合成表示为R_Fault的戴维南等效故障。V_Pack|、R_Fault和C_Y在高压测量***之外。要注意的是，R_Fault为所有电阻路径到底盘的戴维南等效，C_Y为所有的连接的电容器的并联组合。集成的隔离故障检测为高压***的一部分，其包括R_ISO_POS、R_ISO_NEG、S7和S8。要注意的是，R_ISO_POS和R_ISO_NEG实际上可以为同一电阻元件，这是因为它们从不在同一时间使用。V_Pack_POS是隔离故障上面的电池组部分，而V_Pack_Neg是隔离故障下面的电池组部分。直至测量完成之后为止，所述***才知道V_Pack_POS或V_Pack_Neg。对等式进行推导以确定R_Fault，通过将图3描绘成分成两个部分的电池组来简化V_Pack_POS和V_Pack_Neg。V_Pack_POS和V_Pack_Neg之和为V_Pack。同样，取决于连接到电池组的东西，R_Fault和C_Y会发生变化。例如，当将逆变器连接到电池组时，C_Y将变得较高。

隔离故障检测可以将已存在于合适的位置的部件用于高压测量来降低板级成本和复杂度。为了进行测量，通过闭合S1和S8从高压电池组的正极到底盘建立电阻分压器。然后，通过闭合S3和S4对电容器C1充电来测量电压，接着通过断开S3和S4并闭合S5和S6来测量电压。这种测量被标记为V_Measure_Pos，它很可能不等于V_Pack_Pos。现在，重复类似过程，通过闭合S2和S7从底盘到高压电池组的负极建立电阻分压器，然后重复上述相对于开关S3至S6的步骤来测量电压。这种测量被标记为V_Measure_Neg，它很可能不等于V_Pack_Neg。进行第三测量，第三测量为V_pack。根据这三个测量：V_Measure_Pos、V_Measure_Neg和V_Pack，可以确定V_Pack_Pos、V_Pack_Neg和R_Fault的值。

以下部分将示出在给出V_Pack、V_Measure_Pos和V_Measure_Neg的情况下如何计算R_Fault、V_Pack_Pos和V_Pack_Neg。

为了简单起见，将R_ISO_NEG(或R_ISO_POS)+R3+R1(或R2)称为R_Measure。V_Measure为R_Measure两端的测量电压并可以通过采用ADC读取它并将它乘以R_Measure/R3来确定。因此，

$V\_\mathrm{Measure}=\frac{R\_\mathrm{Measure}*V\_\mathrm{ADC}}{R\_3}$

R_Measure＝R_ISO_NEG+R3+R2＝R_ISO_POS+R3+R1

知道高压电池组电压、测量电路两端的比例电压和电路中的已知标称电阻使得能够计算R_FAULT。来自电池组的正极端和负极端两者的测量使得能够计算V_Pack_Neg，其为电池组内故障的位置。要注意的是，将首先示出没有C_Y作用的情况下的测量技术，然后在之后的过程中示出具有C_Y的作用的情况。

图4是示出了来自于高压电池组的负半部分的隔离故障的测量。图4是图3的简化，其中使用R_Measure代替测量电路，在R_Measure两端测量V_Measure，并且去除了C_Y。

将开关S2和S7闭合，建立从高压电池的负极到底盘地的测量。在存在R_FAULT的情况下，即从正极电压到底盘存在可测量的故障，将完成电流回路，从而在测量电路两端产生电压。如果不存在R_Fault，R_Fault将被视为无穷大，测量的电压将会是0V。该电流将被称为I_Neg。

(1) $I\_\mathrm{Neg}=\frac{V\_\mathrm{Pack}\_\mathrm{Neg}}{R\_\mathrm{Measure}+R\_\mathrm{Faule}}=\frac{V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Neg}}{R\_\mathrm{Measure}}$

图5是示出了来自于高压电池组的正半部分的隔离故障的测量的示意图。图5是图3的简化图，其中使用电阻器R_Measure替代测量电路，在电阻器R_Measure两端测量V_Measure，并去除了C_Y。将开关S1和S8闭合，建立了从高压电池的正极到底盘地的测量。在存在R_FAULT的情况下，即从高压电池到底盘存在可测量的故障，将完成电流回路，从而在电路两端产生电压。使用以上描述的高压测量，可以测量该电压。所获得的电路产生回路电流I_Pos。

(2) $I\_\mathrm{Pos}=\frac{V\_\mathrm{Pack}\_\mathrm{Pos}}{R\_\mathrm{Measure}+R\_\mathrm{Faule}}=\frac{V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Pos}}{R\_\mathrm{Measure}}$

由于已知回路电流I_neg和I_pos以及电池组电压是V_Pack_Pos与V_Pack_Neg之和的事实，可以导出如下等式。

(3)V_Pack＝V_Pack_Pos+V_Pack_Neg

(4) $I\_\mathrm{Neg}+I\_\mathrm{Pos}=\frac{V\_\mathrm{Pack}\_\mathrm{Neg}}{R\_\mathrm{Measure}+R\_\mathrm{Faule}}=\frac{V\_\mathrm{Pack}\_\mathrm{Pos}}{R\_\mathrm{Measure}+R\_\mathrm{Fault}}$

将I_neg和I_pos代入等式：

(5) $\frac{V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Pos}}{R\_\mathrm{Measure}}+\frac{V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Neg}}{R\_\mathrm{Measure}}=\frac{V\_\mathrm{Pack}\_\mathrm{Neg}}{R\_\mathrm{Measure}+R\_\mathrm{Faule}}+\frac{V\_\mathrm{Pack}\_\mathrm{Pos}}{R\_\mathrm{Measure}+R\_\mathrm{Fault}}$

简化并进行整理：

(6) $\frac{V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Pos}+V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Neg}}{R\_\mathrm{Measure}}=\frac{V\_\mathrm{Pack}\_\mathrm{Pos}+V\_\mathrm{Pack}\_\mathrm{Pos}}{R\_\mathrm{Measure}+R\_\mathrm{Fault}}$

将(3)代入到(6)中

(7) $\frac{V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Pos}+V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Neg}}{R\_\mathrm{Measure}}=\frac{V\_\mathrm{Pack}}{R\_\mathrm{Measure}+R\_\mathrm{Fault}}$

(8) $R\_\mathrm{Fault}=\frac{V\_\mathrm{Pack}*R\_\mathrm{Measure}}{V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Pos}+V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Neg}}-R\_\mathrm{Measure}$

(9) $R\_\mathrm{Fault}=(\frac{V\_\mathrm{Pack}}{V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Pos}+V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Neg}}-1)*R\_\mathrm{Measure}$

R_Fault测量误差

将会存在与电阻器容差、开关电阻范围、对测量电容器充电的RC时间、电容器的内部泄漏和模数转换器(ADC)精确度有关的误差。这些误差影响V_Pack项，以及V_Measure项和R_Measure项两者。

这些误差中的一些会使测量向相同方向偏斜并根据R_Fault的计算而相互抵消。例如，如果3个读数V_Pack、V_Pack_Pos和V_Pack_neg全部高出5％，则

不会变化，将不会引入误差。

在R_Measure中的任何误差将会直接影响R_Fault。同样，一些类型的误差例如模数转换器(ADC)中的积分非线性(INL)可以会使不同的测量在不同的方向上偏斜。这可以降低R_Fault测量的准确度。

要考虑的与R_Fault有关的第二项为测量对不同R_Fault范围中的测量误差的测量敏感度。如果R_Fault处于非常低的范围内，则

项接近0。为此，小的测量误差将会对测量R_Fault具有非常大的相对影响。对于非常大的R_Fault值，

项将变得非常大。在该范围下，分母中的小误差会对R_Fault的准确度具有较大的影响。通常，该***在测量大小与R_Measure同数量级的R_Fault值下是最准确的。

进一步阐述误差：

对于R_Measure存在两个值：软件所设想的R_Measure理想值和R_Measure真实值。

类似地，完美的***将具有对V_Pack、V_Measure_Pos和V_Measure_Neg的完美测量。然而，***实际上将读取在V_Pack_min和V_Pack_max之间的读数、针对V_Measure的在V_Measure_Pos_min和V_Measure_Pos_max之间的读数以及针对V_Measure_Neg的在V_MeasuFe_Neg_min和V_Measure_Neg_max之间的读数。

R_Measure_min(真实值)＜＝R_Measure_ideal(软件中的值)＜＝R_Measure_max(真实值)

V_Pack_Measured_Min(包括误差的软件值＜＝V_Pack(真实值)

V_Pack(真实值)＜＝V_Pack_Measured_Max(包括误差的软件值)

V_Measure_Pos_Min(包括误差的软件值)＜＝V_Measure Pos(真实值)

V_Measure_Pos(真实值)＜＝V_Measured_Pos_Max(包括误差的软件值)

V_Measure_Neg_Min(包括误差的软件值)＜＝V_Measure_Neg(真实值)

V_Measure_Neg(真实值)＜＝V_Measured_Neg_Max(包括误差的软件值)

$V\_\mathrm{Measure}=\frac{R\_\mathrm{Measure}*V\_\mathrm{ADC}}{R\_3}$

R_Measure＝R_ISO_NEG+R3+R2＝R_ISO_POS+R3+R1

(10) $R\_\mathrm{Fault}\_\mathrm{measured}\_\min =(\frac{V\_\mathrm{Pack}\_\mathrm{measured}\_\min }{V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Pos}\_\max +V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Neg}\_\max }-1)*R\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{ideal}$

(11) $R\_\mathrm{Fault}\_\mathrm{measured}\_\max =(\frac{V\_\mathrm{Pack}\_\mathrm{measured}\_\max }{V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Pos}\_\min +V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Neg}\_\min }-1)*R\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{ideal}$

给出：

V_Pack|、R_Fault、R_Measure_Ideal、V_Pack_Neg(以及因此的V_Pack_Pos)，知道R_Measure的容差以及V_Measure_Neg、V_Measure_Pos和V_Pack的测量误差，可以计算R_Fault的可能范围。

正确地计算不同组合下的误差是重要的。例如，R_Measure的误差将影响全部的三个测量值和最终的计算。然而，由于共享部件，一些误差可以独立地影响测量值并叠加起来。其他误差以相同的方式影响所有的测量值，从而彼此相消。

故障位置的确定

一旦知道R_Fault，使用如下式子可以确定故障在电池组内的位置(就电压而言)：

(9) $R\_\mathrm{Fault}=(\frac{V\_\mathrm{Pack}}{V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Pos}+V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Neg}}-1)*R\_\mathrm{Measure}$

(2) $\frac{V\_\mathrm{Pack}\_\mathrm{Neg}}{R\_\mathrm{Measure}+R\_\mathrm{Fault}}=\frac{V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Neg}}{R\_\mathrm{Measure}}$

(12) $V\_\mathrm{Pack}\_\mathrm{Neg}=\frac{V\_\mathrm{Measure}\_\mathrm{Neg}*(R\_\mathrm{Measure}+R\_\mathrm{Fault})}{R\_\mathrm{Measure}}$

如果存在单个故障，这将会是故障的位置；如果存在多个故障，这将会是戴维南等效位置。然而，该***不能确定是否存在多个故障；如果戴维南等效故障足够严重使得车辆停止服务，服务技术人员可以使用更先进的诊断技术来定位或修理多个故障。确定戴维南等效故障的大小是高压测量***的主要功能。

Y电容对测量R_Fault的影响

为了在存在Y电容的情况下进行测量，将会考虑Y电容的范围。尽管Y电容器通常存在于电池组的正极和电池组的负极至底盘之间以及存在于从电池到底盘之间，但从AC的观点看，并不关心它们在电池组中的位置。因此，为了分析的目的，将所有的电容器的并联组合加起来并替换成单个等效Y电容。

图6是图3的简化，其中测量电路被R_Measure和开关代替，在R_Measure两端测量V_Measure。开关实际上为图3中的S1、S2、S7和S8的组合。图6示出了在Pack_Positive与地之间的Y电容，但是可以容易地将它表示成位于电池组的负极与地之间或与R_Fault并联。图6还示出了与R_Measure1串联的单个开关。该开关表示在测量电路上所有串联的开关，使得R_Measure可以连接到电路或与电路断开。

在该开关断开的情况下，该电路的初始状态为：电压C_Y1＝V_Pack_Pos，只要R_Fault为足够小的值以确保在任何预充电或放电之后C_Y1稳定。

在开关闭合的情况下，将出现新的电路，该新的电路与图7等效。图7为图6的简化，用于确定在开关闭合之后C_Y如何快速稳定。如图6中所示，如果在进行隔离测量之前***充分稳定，C_Y将开始于在它两端的V_Pack_Pos电压。如果R_Fault为大的电阻，C_Y将开始于任何电压(但是R_Fault将会相当大)。在图7中，C_Y开始于标记为V_Intial的电压。C_Y通过R_Th电阻变化到V_Final＝V_Th的电压，V_Th为V_Pack_Pos、R_Fault和R_Measure网络的戴维南等效电压。R_Th为通过C_Y观察的R_Fault和R_Measure的戴维南等效电阻。

(13) $V\_\mathrm{Th}=\frac{V\_\mathrm{Pack}\_\mathrm{Pos}*R\_\mathrm{Measure}}{R\_\mathrm{Measure}+R\_\mathrm{Fault}}$

(14)

(R_Fault与R_Measure的并联组合)

(15)τ＝R_TH*C_y

(16)V_Measure_Pos(t)＝(V_Initial_V_th)*e^-t/τ+V_th

(17)V_Error(t)＝V_Measure_Pos(t)_V_th

(18)V_Error(t)＝(V_Initial-V_th)*e^-t/τ

Y电容测量时间的影响以及与R_Fault的准确度有关的其他误差

如果R_Fault足够小并且在隔离测量之间存在足够长的持续时间，则V_Initial＝V_Pack_Pos。

基于测量时间t，在该测量电压与在电路被给定无限的时间进行稳定的测量电压之间将存在一定的差异。当计算如何准确地测量总隔离故障时，该误差会被加入到其他误差中。

还要注意的是，当R_Fault远小于R_Measure时，R_th以及因此的τ两者均会明显减小。同样，R_Fault的值越小，V_Th越接近V_Initial。因此，与较小值的R_Fault相比，由等待较短的持续时间而引入的任何误差对较大值的R_Fault影响较大。

该信息可以与原R_Fault准确度信息相组合。对于基本测量误差，这些可以被测量，并且在R_Fault与R_Measure相同数量级的情况下为最小。在考虑Y电容的情况下，当R_Fault、R_Measure和C_Y允许更快速的稳定和/或测量时间足够长以允许C_Y稳定时，R_Fault的测量为最小。

根据所有的可用信息，可以平衡下面的约束以给予优化的***。

车辆处于行驶：

a)关于车辆处于行驶，R_Fault应当在至少一定较低的值处为准确的，以确定操作车辆是否安全。

b)关于车辆处于行驶，将存在较高的电容，该电容在将会降低较高的值的R_Fault的准确度。

c)关于车辆处于行驶，可以使用较短的测量时间，使得可以更频繁地测量规则的电池组和负载电压。

车辆未处于行驶

d)关于车辆未处于行驶，在较大的范围上R_Fault应当是准确的，所述较大的范围包括可以表示电池组泄漏的早期问题的较高值。

e)关于车辆未处于行驶，存在较小的Y电容，这是因为某些负载断开了。

f)关于车辆未处于行驶，可以增加隔离测量时间，这是因为不需要频繁地进行电池组测量和其他测量。

与该电路合作的软件根据如下使用该信息：R_Fault值存在两个阈值，一个用于确定车辆是否可以闭合接触器或保持接触器闭合，而第二个阈值用于警告。这两个阈值设置在R_Fault的低值，该低值用于表示车辆是否能够安全驾驶。设置这些值使得存在与每个值相关联的范围，基于C_Y的范围和V_Pack的容许范围提前知道可以在每一个阈值处的R_Fault范围。这些范围被制定得足够大，以允许测量误差和RC稳定时间误差。然后，可以基于具有用于安全车辆操作的足够准确的隔离测量，针对速度来优化测量时间。

当车辆空闲、不工作或充电并且允许更多的时间来进行隔离测量时，可以使用较长的测量周期来提高所测量的具有较大故障电阻的R_Fault值的准确度。作为健康算法的电池状态的一部分，这允许更准确地故障测量，并且可以用于检测任何潜在电池问题。

软件还能够使用上面列出的用于准确度的相同公式来计算R_Fault的准确度。这些公式在不同的车辆操作状况下基于被闭合的接触器来考虑不同的C_Y值。

实际上，电子数据表可以装有操作时的R_Fault、C_Y、测量时间、车辆不工作时的测量值和测量时间、R_Measure以及与V_Pack、V_Measure_Pos和V_Measure_Neg相关的误差。可以根据需要通过诸如校准器之类的装置来优化误差，可以调节R_Measure和测量时间，直至***满足所有期望的标准为止。

实际上，当操作车辆时，在100欧姆/伏至500欧姆/伏范围内的R_Fault值最具有吸引力。当车辆处于非操作状态时，在最高达2000欧姆/伏范围内的值最具有吸引力。为了将欧姆/伏形式的值转换成实际的电阻，将电池组的最大操作电压乘以欧姆/伏形式的值来获得实际电阻。当操作时，期望的测量时间为十几毫秒或者对于隔离测量来说为更快的时间。R_Fault也受到约束，使得当进行测量时通过该测量电阻器的电流应当小于几个毫安，以及使得以欧姆/伏形式表示的测量电路对于车辆制造者来说不是要关心的事。

电容的检测

在本文中，C1可以作为下面提及的诊断时间的一部分来进行测量。可以调节如下方程：

V_Measure_Pos(t)＝(V_Initial-V_th)*e^-t/τ+V_th

来计算在任何给定时间C1上的电压。这是具有C1和C_Y的二阶RC电路。C1上的电压将滞后于V_Measure_Pos上的电压。一旦R_Fault被确定，则可以根据如下来确定C_Y：对于较小的R_Fault值，在进行测量之前，***可以停留足够长的时间以使得V_Initial＝V_Fault。对于大的R_Fault值，可以使用测量电路R_Measure将底盘带向Pack_Negative，然后，可以根据已知的V_Initial进行正测量。

一旦V_Initial已知，通过在如下曲线的若干个点处进行采样：

V_Measure_Pos(t)＝(V_Initial-V_th)*e^-t/τ+V_th

可以确定τ，并因此可以确定C_Y。通过使用二阶计算可以考虑C1的二阶影响。根据曲线上的两个点以及已知的C1、Rth、V_th和t，可以计算C_Y。更多的点可以获得指数曲线拟合和对C_Y的更准确确定。

高压到底盘电压的摆幅

会存在一些其他测量装置或***，它们受底盘与高压点之间的电压的快速改变的影响。正确地选择部件的大小可以使这些摆幅的影响最小化，了解这些摆幅可以使受它们影响的任何测量电路能够被同步，使得在电压摆幅期间不进行测量。

给出：

V_Measure_Pos(t)＝(V_Initial-V_th)*e^-t/τ+V_th

(19) $\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dt}}=\frac{-(V\_\mathrm{Initial}-V\_\mathrm{th})}{\mathrm{\τ}}*e^{-t/\mathrm{\τ}}$

τ受C_Y和Rth影响。Rth为测量电阻和故障电阻的函数。最后，电压摆幅受V_th的影响，在故障电阻较小的情况下将存在较小电压摆幅。

将该信息放到一起，可以选择部件的大小以确保dV/dt永不超过某些阈值，或者当开始测量隔离故障时测量它要花费多长时间以及之后还有多长时间超过dV/dt阈值。该信息可以用于在某些测量和***变得不准确的期间进行同步、忽略或中断停止某些测量和***。

在一些实施例中，选择部件的大小使得在驾驶的时候可以连续地进行所有的测量。当车辆静止不动时，相同大小的部件需要电池电压测量被延迟，直至dV/dT下降到预定阈值之下为止。

自检

板上检测

图8示出了能够自诊断的电路的示意图，包括能够在不存在外部电压的情况下对测量电容进行充电和放电的能力。除了包括S8、R9、S10和R10的自检电路之外，图8的实施例与图3的实施例相同。另外，隔离电阻器R_ISO_POS和R_ISO_Neg具有共享电路，使得R4对于双方为公共的，而S7和S8是每个路径特有的。预定配置的开关的闭合将会通过电阻路径对电容器C1充电或放电。每个可用路径的标称电阻已知，因此预期的时间常数已知。在预定的时间量之后测量电容器的电压使得能够验证预期的开关的成功闭合或断开。

图9示出了操作的顺序，该操作用于验证高压测量电路的正确操作，这将在下面进行描述。随着每个部分通过自检，信任部件的列表将会增加。如果一个部分失效，序列被结束并且会设置失效代码。可以不需要知道具体的失效。在测试的开始，没有信任的部件，在测试结束时，可以被测试的每个部件都已被测试，该电路的核心元件被确定为可以工作。

下面的时序参数演示了一个实施例，可以基于软件时序和硬件容差而容易地修改所述时序参数。特别地，可以以任何合适的顺序测试部件。

要注意的是，通常，过程中的每一个步骤可以包括3个子步骤：

a)设置开关。

b)等待预定的时间量。

c)进行测量。

参照图6和图7，可以执行如下过程：

1.检查自检电路(S9、S10、R9和R10)

1)以所有开关断开为开始，闭合S9。等待S9接通并验证ADC是否被立即上拉到VCC轨。

2)闭合S10并等待S10接通，从而完成R9与R10的1∶2的分压器，测量在ADC处的电压，并确保该电压接近VCC轨的50％。

3)断开S9，保持S10闭合，等待S9断开。一旦S9断开，ADC的值应当为GND。

概表：

2.检测S5或S6是否被卡在闭合或断开状态。

1)以所有开关断开为开始，闭合开关S5、S6、S9。等待足够的时间使电容器接近完全充电。

2)断开S9，等待S9断开，然后读取电容器的电压，从而既确保电容器被完全充电，并保存它以用于之后的比较。

3)闭合S10，充分等待电容器部分放电，然后进行测量。该测量值应当接近基于电阻器容差、电容器容差和时序容差的先前全充电测量值的一个特定小部分。该测量值确保R10＊C1的大小在预期的范围内。

4)闭合S9，充分等待电容器接近VCC/2。然后进行测量，以确认范围。

5)接下来，断开S6、S9和S10。将电容从电路上去除，并等待S6断开。(S9和S10应当在S6之前断开)

6)闭合S9，一旦S9闭合立即进行测量。如果S6正确地断开，则电路将会立即从VCC/2上升到VCC，如果S6没有断开，则电容器将还在电路中，且电压会保持在VCC/2附近。

7)断开S9和S5，闭合S6。

8)闭合S9，一旦S9闭合，则立即进行测量。如果S5正确地断开，则电路将立即从VCC/2上升到VCC，如果S5没有断开，则电容器还在电路中，且电压将保持在VCC/2附近。

9)闭合S5，等待S5闭合(或根据需要等待较长的时间)并进行测量。这应当接近步骤4的测量。

10)闭合S9，一旦S9闭合，则立即进行测量。如果S5和S6正确地闭合，则电压将保持在2.5V附近，如果S5和S6之一断开，则电压将立即上升到5.0V。

概表

3.检测S3或S4是否被卡在闭合或断开状态——检查R3是否不能断开或被短路

1)以所有开关断开为开始，闭合开关S5、S6和S9。等待足够的时间，使得C1应当被完全充电。测量C1以确认和记录该读数。

2)断开S9并闭合S3。在S4被卡在闭合状态的情况下，等待足够持续时间，使得C1被显著地放电。进行读取，确保该读数与在考虑可接受的自放电和测量误差的情况下从C1读取的值相同。

3)断开S3并等待S3断开。

4)闭合S4并等待S4闭合，在S3被卡在闭合状态的情况下，等待足够持续时间，使得C1被显著地放电。进行读取，确保该读数与在考虑可接受的自放电和测量误差的情况下从C1读取的值相同。

5)闭合S3，等待C1足够持续时间，使得通过R3部分地放电。进行测量。确保该值在基于电容、电阻器和开关电阻的容差的预期范围内。

4.测量C1和R_SW

如果已知C1在小的范围内，这可以有助于测量Y电容。知道R_SW的值也可以帮助确定电路在不同操作条件下的准确增益。

可以基于R3的严格容差和测量S3和S4的电阻来测量C1。这将以3个步骤进行：

1)接通S9和S10，创建电阻分压器。基于该电阻分压器、R8和R9的容差以及S9和S10的饱和电压或电阻，计算VCC的范围。

2)接通S9、S5、S6、S3和S4，等待若干时间常数，使得C1被充分充电，在测量的电压中忽略RC时间的任何影响。基于该电压和已知的S9和S10的电阻，计算S5、S6、S3和S4的电阻。

3)基于已知S3和S4，对C1充电，以及通过R3、S3和S4使C1放电。重复地对该电压采样将使得能够更准确地确定时间常数并因此更准确地确定C1。要注意的是，两次采样可以产生C1的答案，然而，如果第一次采样是在激活S3和S4之前，由于不知道S3和S4的接通时间，所以不知道实际的放电时间，推荐在S3和S4闭合之后获得两个值，以确保在确定C1中使用了准确的时间。

使用作为S9和S10的低电阻FET将使得更准确地确定S3至S6的电阻。

如果已准确地知道了C1，可以将所有其他自检的预期测量范围控制得更严格，部件将不得较少地偏离它们的待测故障的标准。

5.检测S7或S8是否被卡在断开或闭合状态

在测试S7和S8之前，以上描述的S3/S4测试必须被执行且成功地通过。

1)闭合S5、S6和S9，等待充足的时长以确保C1被充电到VCC。

2)断开S9并闭合S3、S4和S8，等待足够的时间，使得在S7也被闭合的情况下电容器将放电至低电平，而在S7为断开的情况下通过R3部分地放电。进行测量，确保它在只通过R3路径放电的预期范围内。

3)断开所有开关，重复1来对电容器再次充电。

4)断开S9并闭合S3、S4和S7，等待足够的时间，使得在S8也被闭合的情况下电容器将放电至低电平，而在S8为断开的情况下通过S3部分地放电。进行测量，确保它在只通过R3路径放电的预期范围内。

5)断开所有开关，重复1来对电容器再次充电。

6)断开S9并闭合S3、S4、S7和S8，等待足够的时间，使得通过与R3并联的并联组合R5+R6将电容器放电至低电平。进行测量，确保它在只通过组合路径放电的预期范围内。

一种替代实施例为利用R4路径而不是R3来对C1进行放电。电阻器R4远大于R3，因此时序要求更长的延迟来验证正确的放电路径。

概表

要注意的是，将步骤6与步骤2和4进行比较，必须结合所有的值和时间不确定度来选择时间和电阻器，以使得具有R3的电路和具有与R5+R6并联的R3的电路在预期值的范围内不存在重叠。

6.检测R4是否不能断开或短路

1)开始于所有开关闭合，闭合S9、S5和S6以将C1充电至VCC。

2)断开S9和闭合S3和S7。

3)等待足够长的时间，使得如果R4低出50％或高出50％，它将被检测到。

4)测量C1上的电压，确保用于R4的正确范围。

作为测量上述放电时间的替代方案，也可以在所有的测试期间保持S9闭合来测量等效分压器，这是因为每个开关在电路中闭合。通过知道预期的电阻器比率，还可以知道在ADC处的测量电压。如果该电压处于预期范围内，可以验证正确的开关是断开的还是闭合的。然而，取决于部件的相对值，这可以是理想的也可以是不理想的。

离板检测

存在一些不能够使用高压测量***对自身进行检测的故障，例如S1和S2的故障。它们需要存在外部的电压来确定所有的一切是否正常工作。涉及外部部件的自测可以确保外部部件与内部部件的组合正常工作。然而，在存在故障的情况下，可以是外部部件失效也可以是高压***内的部件出现失效。对于离板检测，自诊断不能够确定地告诉故障是存在于高压测量***中还是存在于高压测量***外部的部件中，只能够确定存在故障。

一旦单元被任命进入服务，连接到部件的车辆和高压***中的任何单点故障都是可检测的。单点故障可以是线路故障、松动连接、接触器被卡在断开或闭合状态，或者是串联电阻器或高压开关(图1a中的R1n、R2n、S1n或S2n)的高压***内的PCB上的故障。存在一些高压测量***不能够检测的潜在多点故障。因此，重要的是正确地使用电池组以确保不存在原始故障。

7.确保S1和S2没有被卡在闭合状态

对于永久地连接到电池组电压的开关S1和S2，***可以确保R1和R2两者的正常范围以及确保S1和S2可以断开和闭合。

该方法工作如下：

1)测量电池组电压。

2)确保电池组电压加起来在容差范围内等于电池电压的总和。

3)通过相同的步骤来产生电池组测量电压，但不闭合S2。

4)如果S2被卡在闭合状态，将会读到电池组电压；如果S2正常工作，将会读到0V。

5)重复步骤3和4，但是保持S1断开，而不是S2断开。

如果步骤1或步骤2失败，可能是高压测量***内的开关或电阻器出现卡在关断状态的故障。也可能是没有电池组电压存在的情况，或者这是中间电池组断路器或接触器断开的情况。

另外的离板检测

该高压测量***的应用的一个示例为针对高能量存储***，例如在电动车辆和混合电动力车辆中使用的那些高能量存储***，当然它也可以用于其他应用如并网能量存储***中。图10示出了简化的车辆电路，该车辆电路包括高压电池组(V1)、具有预充电的接触器电路(K1、K2和K3)以及车辆逆变器。高压感测点将会布置在PACK_POSITIVE和PACK_NEGATIVE处以及LOAD_POSITIVE和LOAD_NEGATIVE处。测量正的点和负的点之间的差异提供了关于接触器的状态和预充电时序的信息。

一旦建立了有效的电池组电压，即测量的电池组电压在应用的预期范围内，如果发生故障，则可以确定故障发生在高压测量***的没有覆盖在“板上检测”中的剩余部分中。当测量电压时，测量中涉及的任何开关都可以断开，这可以验证该测量不再有效。这确保了所涉及的开关已成功断开。如果下一次试图进行相同的测量，而没有电压存在，则可以确定在测量路径的某个位置存在断开的部件，从而表示之前不存在的故障。这可以是线路故障或连接故障、断开的接触器、断开的电阻器或断开的高压开关。引起该问题的根源并不重要，这是因为这些故障中的任何一种故障都需要车辆进入服务。

高压测量***与接触器软件联合工作。接触器软件将连续地扫描高压电压测量，以确定当不期望存在电压时是否存在电压。这将是接触器被焊接闭合的迹象。

当进行不使用所提及的开关的另外的测量时，可以检测任何高压开关(S1n或S2n)的卡住状态。在两个正极侧开关闭合和一个负极侧开关闭合的情况下，有效电阻器比率将会发生改变。例如，假设在图1a中，S1C被卡在闭合状态，则快速充电正极连接到电池组正极。测量正在电池组正极和电池组负极之间进行，因此S1a和S2a也被闭合。R1c和R1a处于并联，从而改变电路的有效增益。对于两个负极侧开关和一个正极侧开关闭合的状况，情况相同。电阻器比率的变化将会改变从一个测量到下一个测量的高压测量。为此，假设R1c被卡在闭合状态，但是快速充电正极当前被连接到电池组负极。要注意的是，当测量电池组电压时以及当快速充电传感点归因于被闭合的接触器的组合而连接到电池组正极或电池组负极时，可能会发生S1C处于闭合卡住状态的故障。

通过加入更多的感测点，可以适用于更复杂的高压***。这可以包括额外的一组用于直接访问用于高电流DC充电的高压总线的正极或负极接触器、辅助负载或需要访问高压总线的任何其他应用。图11中示出了一个示例性应用。网络标号FAST_CHARGE_POSITIVE和FAST_CHARGE_NEGATIVE为额外的高压感测点。通过测量相对于PACK_NEGATIVE的FAST_CHARGE_POSITIVE，K4闭合卡住的故障为可检测的。通过测量相对于FAST_CHARGE_NEGATIVE的PACK_POSITIVE，K5闭合卡住的故障为可检测的。

分布式电阻

建立了以下分压器R1、R2和R3的串联电阻可以由串联的多个电阻器构成，所述分压器可以被扩展成包括R11和R10，如图12所示。在这种情况下，可以使电阻器的额定电压最小化，并且还可以使部件数量最小化，这是因为R10和R11将被任意数量的R1或R2共享。还可以将任何电阻器扩展成串联的多个电阻器。与R1和R2组合的电容器C2和C3提供低通滤波效果，同时通过将它与任意数量的R1或R2共享使电容保持最小值。在测量过程中，太大的电容将会增加相对于高压参考的底盘点摆幅的不理想效果。底盘移动会引起电池测量中的误差。

另外的方面

总之，文中描述的实施例在提供用于测量来自于隔离电池组的高压和隔离击穿的装置方面是极鲁棒的。***可以扩展成任意数量的感测点或任何配置的感测点，以使得可以利用任何配置的接触器电路。上述方法不仅提供了部件级故障的自检还提供了***级故障例如布线故障的自检。

特别受关注的是用于存储推进车辆的电能的大规模***以及用于电网支持和向远程位置供给电力的能量存储***。这些***通常被视为具有长使用寿命和极低故障率的期望。例如，提出的用于车辆的ISO 26262标准和ASIL标准对安全和可靠性具有非常严格的要求，并且在未来政府将会指定更严格的要求。

尽管文中已描述和示出了多种创新性的实施例，本领域的普通技术人员可以容易地想到多种其他装置和/或结构，以执行功能和/或获得结果和/或文中描述的一个或多个优点，每个这样的变化和/或修改均被视为落在文中描述的创新性实施例的保护范围内。通常，本领域的普通技术人员将容易理解：文中描述的所有参数、尺寸、材料以及配置都是示例性，实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于具体应用或创新性的教示被用在其中的应用。本领域的普通技术人员将会认识到或者能够确定除了使用常规实验之外，还可以使用文中描述的具体创新性实施例的各种等同物。因此，需要理解的是：之前所述的实施例只是作为示例而呈现，在所附权利要求和其等同物的保护范围内，除了所具体描述和要求的方式之外，可以通过其它方式来实践创新性的实施例。本公开内容的创新性实施例针对文中描述的每个单独特征、***、物品、材料、工具和/或方法。此外，在这样的特征、***、物品、材料、工具和/或方法不是相互不一致的情况下，任何两个或更多个这样的特征、***、物品、材料、工具和/或方法的组合均落在本公开内容的保护范围内。

例如，可以使用硬件、软件或它们的组合来实现控制器(例如文中描述的用于控制电路的开关的控制器)的实施例和/或(例如基于软件算法)实现测量的执行。当通过软件实现时，可以在任何合适的硬件处理器或硬件处理器的集合上执行软件代码，无论所述硬件处理器或硬件处理器集合是由单个计算机提供的或还是分布在多个计算机中。应当理解的是，通常可以将执行之前所描述的功能的任何部件或部件的集合视为控制所述功能的一个或多个控制器。可以通过多种方式来实现所述一个或多个控制器，例如通过被编程来执行上述功能的专用硬件或通用硬件(例如一个或多个处理器)。

此外，应当理解的是，计算机可以被实施为如下多种形式中的任何一种：例如机架安装式计算机、台式计算机、便携式计算机或平板电脑。此外，计算机还可以嵌入在总体上不被视为计算机但具有合适的处理能力的设备中，这样的设备包括个人数字助理(PDA)、智能手机或其它任何合适的便携式或固定式电子设备。

这样的计算机可以通过合适形式的一个或多个网络而相互联系，所述网络包括局域网或广域网，例如企业网以及智能网(IN)或因特网。这样的网络可以基于任何合适的技术，可以根据任何合适的协议进行操作，可以包括无线网、有线网或光纤网。

在此列举的各种方法或过程可以被编码成软件，该软件可以在采用多种操作***或平台中的任一种操作***或平台的一个或多个处理器上执行。此外，可以使用多种合适的编程语言和/或编程或脚本工具中的任何一种来编写这样的软件，还可以将这样的软件编译成可执行机器语言代码或在架构机或虚拟机上执行的中间代码。

在这方面，各种创新性构思可以实施成以一个或多个如下程序进行编码的程序可读存储介质(或多个计算机可读存储介质)(例如，计算机存储器、一个或多个软盘、压缩盘、光盘、磁带、闪存、场可编程门阵列形式或其他半导体器件形式的电路配置、或其它非暂时性介质或有形的计算机存储介质)，当在一个或多个计算机或其它处理器上执行所述一个或多个程序时，执行实现以上描述的本发明的各种实施例的方法。计算机可读介质或媒介可以是可传输的，使得存储在其上的程序可以被下载到一个或多个不同的计算机或其它处理器上以实现上面讨论的本发明的各个方面。

文中使用的术语“程序”或“软件”在一般意义上是指任何类型的计算机代码或计算机可执行指令集，这些代码或指令集可以被用于对计算机或其它处理器进行编程，以实现上面讨论的实施例的各个方面。此外，应当理解的是，根据一个方面，被执行来用于实现本发明的方法的一个或多个计算机程序不需要驻留在单个计算机或处理器中，而是可以以组合的方式分布在多个不同计算机或处理器中来实现本发明的各个方面。

计算机可执行指令可以是通过一个或多个计算机或其他设备执行的多种形式，例如程序模块。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。通常，程序模块的功能可以根据需要进行组合或分布在不同的实施例中。

另外，数据结构可以以任何合适的形式存储在计算机可读介质中。为了便于说明，数据结构可以被示出为具有通过数据结构中的位置而相关的字段。这样的关系同样可以通过在计算机可读介质中为字段的存储指派可以传达字段之间的关系的位置来实现。然而，可以使用任何合适的机制来建立数据结构的字段中的信息之间的关系，包括通过使用指针、标签或建立数据元件之间的关系的其它机制。

要注意的是，可以使用分立式电子元件、集成电路或将整个***的大部分或全部构建到特定于该应用的单个专用集成电路(ASIC)上来实现实际的实施例。

此外，各种创新性构思可以实施成一个或多个方法，已经提供了这样的一个示例。可以以任何合适的方式来排序作为方法的一部分而执行的操作。因此，可以将实施例构造成以不同于所示出的顺序来执行操作，这可以包括同时执行一些操作，即使这些操作在说明性的实施例中显示为顺序操作。

文中限定和使用的所有定义应当被理解成包括词典定义、通过参考而被并入本文的文献中的定义和/或所定义的术语的普通含义。

除非有明确的相反表示，在说明书和权利要求中使用的不定冠词“一个(a或an)”应当被理解成“至少一个”。

在说明书和权利要求书中使用的用语“和/或”应当被理解为如此连接的元件的“两者之一或两者兼而有之”，即，在一些情况下一起存在而在其它情况下分开存在的元件。以“和/或”列举的多个元件应当以相同的方式进行理解，即，如此相连的“一个或多个”元件。除了被用语“和/或”具体识别的元件之外，还可以可选地存在其它元件，而无论其与那些被具体识别的元件相关还是不相关。因此，作为非限制性的示例，参照“A和/或B”，当与开放式语言例如“包括”结合使用时，在一个实施例中可以仅指A(可选地包括除B以外的元件)；在另一个实施例中，仅指B(可选地包括除A以外的元件)；在又一个实施例中，指A和B(可选地包括其它元件)等。

在说明书和权利要求中使用的“或者”应当被理解成与上面定义的“和/或”具有相同的含义。例如，当在分离列表中的项时，“或”或“和/或”应当被解释为是包括在内的，即，包括多个元件或元件列表中的至少一个和多于一个，以及可选地包括另外未列出的项。只有被明确相反表示的用语，例如“仅其中一个”或“刚好其中一个”或当在权利要求中使用时，“由......组成(consisting of)”指的是只包括多个元件或元件列表中的一个。通常，文中使用的用语“或”当被排他性的用语例如“二者之一”、“其中之一”、“仅仅其中之一”或“刚好其中之一”修饰时应当被解释为表示排他性的替代用语(即，“一个或另一个而不是两者”)。当在权利要求中使用“基本上由......组成”时，其应当具有其在专利法领域中使用时的普通含义。

在说明书和权利要求中使用的关于一个或多个元件的列表的短语“至少一个”应当被理解成从该元件列表中的任一个或多个元件中选择的至少一个元件，但并不一定包括具体列出在该元件列表中的每个具体元件中的至少一个，以及不排除在该元件列表中的元件的任意组合。这种定义还允许可以可选地存在除了元件列表中的以“至少一个”所具体识别的元件之外的元件，而无论其与被具体识别的元件相关还是不相关。因此，作为非限制性的示例，“A和B中的至少一个”(或等效的“A或B中的至少一个”或等效的“A和/或B中的至少一个”)在一个实施例中可以指至少一个且可选地包括多于一个，即包括A而没有B(以及可选地包括B之外的元件)；在另一个实施例中可以指至少一个且可选地包括多于一个，即包括B而没有A(以及可选地包括A之外的元件)；在又一个实施例中可以指至少一个且可选择性地包括多于一个，即包括A和B(以及可选地包括其它部件)等。

在权利要求以及上述说明书中，所有的连接词例如“包括(comprising、including或composed of)”、“载有(carrying)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“涉及(involving)”、“拥有(holding)”等要被理解为开放式的，即，意思是包括但不限于。只有过渡语“由...组成(consisting of)”以及“基本上由....组成(consisting essentially of)”可以分别被理解成封闭或半封闭式过渡语。

Claims (30)

1.一种用于进行高压测量以测量电池组的电压和检测隔离故障的***，所述***包括：

第一电阻分压器，所述第一电阻分压器至少包括第一电阻元件和第二电阻元件；

第二电阻分压器，所述第二电阻分压器包括所述第二电阻元件和第三电阻元件；

多个开关，所述多个开关包括耦接在所述第二电阻元件与所述电池组之间的第一开关和第二开关；以及

控制器，所述控制器被配置成：控制所述多个开关以第一模式进行操作，以基于所述第一电阻分压器产生的电压来测量所述电池组的电压；以及控制所述多个开关至少以第二模式进行操作，以基于所述第二电阻分压器产生的电压来检测隔离故障。

2.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器被配置成控制所述多个开关以第三模式进行操作，以验证所述多个开关的操作。

3.根据权利要求1所述的***，其中所述第一电阻元件和所述第三电阻元件分别连接到所述电池组的第一端子和第二端子。

4.根据权利要求1所述的***，其中所述第一开关连接在所述第一电阻元件与所述第二电阻元件之间，所述第二开关连接在所述第二电阻元件与所述第三电阻元件之间。

5.根据权利要求1所述的***，其中所述***被配置成通过测量代表所述电池组的电压的所述第二电阻元件两端的电压来测量所述电池组的电压。

6.根据权利要求5所述的***，进一步包括：

第二组多个开关，所述第二组多个开关耦接到所述第二电阻元件，其中所述控制器被配置成通过接通所述第二组多个开关来对所述第二电阻元件两端的电压采样。

7.根据权利要求6所述的***，进一步包括电容器，所述电容器连接到所述第二组多个开关，以对所述第二电阻元件两端的电压采样。

8.根据权利要求1所述的***，进一步包括第三开关，以在所述多个开关被控制为以所述第二模式进行操作时，将所述第三电阻元件连接到所述第二电阻元件，其中所述控制器被配置成当所述多个开关被控制为以所述第二模式进行操作且所述第三开关被接通时进行第一隔离故障测量。

9.根据权利要求8所述的***，进一步包括：

第四开关，当所述多个开关被控制为以所述第二模式进行操作时，所述第四开关将所述第三电阻元件或第四电阻元件连接到所述第二电阻元件，其中所述控制器被配置成当所述多个开关被控制为以所述第二模式进行操作且所述第四开关被接通时进行第二隔离故障测量。

10.根据权利要求7所述的***，进一步包括第三组多个开关，所述第三组多个开关与所述第二组多个开关串联连接以将所述电容器耦接到测量电路。

11.根据权利要求10所述的***，其中所述控制器被配置成以自检模式控制所述***，以验证所述第三组多个开关、所述第二组多个开关和/或所述第一组多个开关的操作。

12.根据权利要求1所述的***，进一步包括：

模数转换器，所述模数转换器被配置成接收由所述第一电阻分压器或所述第二电阻分压器产生的电压，并将由所述第一电阻分压器或所述第二电阻分压器产生的电压转换成数字值。

13.根据权利要求12所述的***，进一步包括：

自检电路，所述自检电路连接到所述模数转换器的输入端，以将所述模数转换器耦接到至少一个参考电压。

14.根据权利要求13所述的***，其中所述控制器被配置成：通过将所述模数转换器的输入端耦接到所述至少一个参考电压以验证由所述模数转换器产生的数字值表示所述至少一个参考电压，来验证所述自检电路的操作。

15.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器被配置成确定在所述隔离故障两端的电压。

16.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器被配置成确定所述隔离故障的大小。

17.根据权利要求16所述的***，其中所述控制器被配置成确定测量所述隔离故障的大小的不确定度。

18.根据权利要求17所述的***，其中所述控制器被配置成使用第一测量时序在第一模式下进行隔离测量和使用第二测量时序在第二模式下进行隔离测量。

19.根据权利要求18所述的***，其中分别基于所述第一模式和所述第二模式的期望测量精度来选择所述第一测量时序和所述第二测量时序。

20.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器被配置成测量与所述隔离故障并联的电容。

21.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器被配置成当进行隔离测量时暂时停用电池测量。

22.根据权利要求1所述的***，进一步包括另外的电阻器和开关，以进行另外的高压测量。

23.一种用于测量电池组的电压和检测隔离故障的***，所述***包括：

多个电阻元件；

多个开关，所述多个开关连接到所述多个电阻元件；以及

控制器，所述控制器被配置成：控制所述多个开关以第一模式进行操作，以基于通过以第一配置将所述多个电阻元件耦接到所述电池组而产生的信号来测量所述电池组的电压；以及控制所述多个开关至少以第二模式进行操作，以基于通过至少以第二配置将所述多个电阻元件耦接到所述电池组而产生的信号来检测隔离故障。

24.根据权利要求23所述的***，其中所述控制器被配置成：控制所述多个开关以所述第二模式进行操作，从而以所述第二配置将所述多个电阻元件耦接到所述电池组，以进行第一隔离故障测量；以及控制所述多个开关以第三模式进行操作，从而以第三配置将所述多个开关耦接到所述电池组，以进行第二隔离故障测量。

25.根据权利要求24所述的***，其中所述控制器被配置成基于所述第一隔离故障测量和所述第二隔离故障测量来检测隔离故障。

26.根据权利要求24所述的***，其中所述控制器被配置成基于所述第一隔离故障测量和所述第二隔离故障测量来确定所述隔离故障的大小。

27.一种用于测量电池组的隔离故障的大小的***，所述***包括：

第一电阻分压器，所述第一电阻分压器至少包括第一电阻元件和第二电阻元件；

第二电阻分压器，所述第二电阻分压器包括所述第二电阻元件和第三电阻元件；

多个开关，所述多个开关耦接在所述第二电阻元件与所述电池组之间；

控制器，所述控制器被配置成：控制所述多个开关以第一模式进行操作，以使用所述第一电阻分压器进行第一测量，使用所述第二电阻分压器进行第二测量，以及基于所述第一测量和所述第二测量确定所述隔离故障的大小。

28.根据权利要求27所述的***，其中所述控制器被配置成确定所述隔离故障两端的电压。

29.根据权利要求27所述的***，其中所述控制器被配置成确定测量所述隔离故障的大小的不确定度。

30.根据权利要求27所述的***，其中所述控制器被配置成测量与所述隔离故障并联的电容。

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