CN107688132B - 用于在规定时间段判定漏电的判定设备 - Google Patents

用于在规定时间段判定漏电的判定设备 Download PDF

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Abstract

判定具有电压源的规定电路中的漏电的判定设备包括：AC信号输出单元，其向连接到规定电路的信号线输出AC信号；检测单元，其检测AC信号的峰值；以及判定单元，其基于峰值对规定电路进行漏电判定。规定电路包括开关元件，这些开关元件使电压源与规定电压之间的连接切换到导通或断开；并且判定设备禁止开关元件从导通切换到断开的时间点或从断开状态切换到导通状态的时间点与从AC信号输出单元开始输出AC信号的时间点直到检测单元检测到AC信号的峰值这一时间段重叠。

Description

用于在规定时间段判定漏电的判定设备
技术领域
本发明涉及对于在具有电压源的规定电路中是否有漏电进行判定的判定设备。
背景技术
安装在车辆中并且检测电气***的绝缘电阻减小的绝缘判定设备(漏电判定设备)是众所周知的。例如，日本专利申请号2014-155329公开了用于向连接到电气***的信号线路输出具有预定频率的AC(交流)信号并且基于该信号线上AC信号的峰值来判定漏电的配置。
在这里，当电压源与规定电压(例如，接地电压)之间的连接状态有临时改变时，会有连接到电气***的信号线的公共电压将波动并且判定漏电将出现误差这方面的担忧。
发明内容
已鉴于上文描述的情况实现本公开并且本公开提供在电压源与规定电压之间的连接状态临时改变时抑制不正确的漏电判定的设备。
第一配置是判定设备，该判定设备判定具有电压源的规定电路中的漏电，并且包括：AC信号输出单元，该AC信号输出单元向连接到规定电路的信号线输出具有规定频率的AC信号；检测单元，该检测单元检测信号线上的交流电路信号的峰值；以及判定单元，该判定单元基于峰值对规定电路进行漏电判定；其中规定电路包括第一和第二开关元件(Pip、Pin，14、15)，这些开关元件使电压源与规定电压之间的连接切换到导通状态或断开状态；并且判定设备禁止开关元件从导通状态切换到断开状态的时间点、及从断开状态切换到导通状态的时间点与从AC信号输出单元开始输出AC信号的时间点直到检测单元检测到AC信号的峰值这一时间段重叠。
当使电压源与规定电压之间的连接导通或断开的开关元件的状态改变时，信号线的电压改变，并且基于信号线上的AC的峰值来判定漏电的精度降低。因此，通过设置使电压源与规定电压之间的连接导通或断开的开关元件的状态改变的时间点以使它不包括在从AC信号输出单元开始输出AC信号的时间点直到检测单元检测到AC信号的峰值这一时间段内，从而可抑制不正确的漏电判定。
在第二配置中，第一配置中的规定电路连接到差分放大器电路，作为电压源的电池的两个端子都连接到该差分放大器电路；差分放大器电路经由规定电阻与规定电路连接；并且在电池的两个端子中的至少一个端子与差分放大器电路之间提供第一开关元件(Pip，Pin)。
飞跨电容器(flying capacitor)法通常用作用于检测作为电压源的电池的端子电压的配置；然而，飞跨电容器法的问题在于电路配置变复杂。因此，代替飞跨电容器法，其中差分放大器电路连接到电池的两个端子并且基于来自该差分放大器电路的输出电压来检测电池的端子电压的配置是可能的。差分放大器电路使电池的第一端子(正电极或负电极)的电压与规定电压之间的差异以分压电阻来进行分压，并且具有向之输入分压电压的运算放大器。此外，典型地，为了省电而在电池的第一端子与差分放大器电路之间提供开关元件。当开关元件的状态改变时，电池与规定电压之间的连接状态改变。
也就是说，当在电池的两个端子中的至少一个与差分放大器电路之间提供的第一开关元件的状态改变时，信号线的电压改变，并且基于信号线上的AC信号的峰值来判定漏电的精度降低。因此，通过设置使电池的第一端子与差分放大器电路之间的第一开关元件的状态的时间点以使它不包括在从AC信号输出单元开始输出AC信号的时间点直到检测单元检测到AC信号的峰值这一时间段内，可进行电压检测并且抑制不正确的漏电判定。
在第三配置中，在电池的两个端子中的至少一个端子与第二配置中的差分放大器电路之间提供的第一开关元件在每个规定周期从断开状态切换到导通状态；并且在从AC信号输出单元开始输出AC信号的时间点直到检测单元检测到AC信号的峰值这一时间段内，判定设备禁止在电池的两个端子中的至少一个端子与差分放大器电路之间提供的第一开关元件从断开状态切换到导通状态。
此外，在通过在每个规定周期将第一开关元件设置到ON(导通)状态来使差分放大器电路和电池连接并且进行电压检测的配置中，配置是这样的：其在从开始输出AC信号的时间点直到检测单元检测到AC信号的峰值这一时间段期间禁止切换第一开关元件的状态，该时间段是进行漏电判定的时间段。利用该配置，可抑制不正确的漏电判定，且同时在每个规定周期获得电池的端子电压。
在第四配置中，第一到第三配置中的任一个规定电路包括电负载，该电负载连接到规定电压，同时连接到电压源；并且在电压源与电负载之间提供第二开关元件。
连接到电压源的电负载典型地在某一位置连接到规定电压(例如，接地电压)。在这里，在其中在电压源与电负载之间提供第二开关元件的配置中，当这些第二开关元件的状态改变时，电压源与规定电压之间的连接状态改变。
也就是说，当在电压源与电负载之间提供的第二开关元件的状态改变时，上文描述的信号线上的电压改变，并且基于信号线上的AC信号的峰值来判定漏电的精度降低。因此，通过设置在电压源与电负载之间提供的第二开关元件的状态改变的时间点以使它不包括在从AC信号输出单元开始输出AC信号的时间点直到检测单元检测到AC信号的峰值这一时间段内，可抑制不正确的漏电判定。
第五配置禁止第一和第二开关元件从导通状态变成断开状态的时间点、及从断开状态变成导通状态的时间点与从AC信号输出单元开始输出AC信号的时间点直到AC信号输出单元停止输出AC信号这一时间段重叠。
通过设置使电压源与规定电压之间的连接导通或断开的第一和第二开关元件的状态改变的时间点以使它不包括在从AC信号输出单元开始输出AC信号的时间点直到检测单元检测到AC信号的峰值这一时间段内，可以更可靠地抑制不正确的漏电判定。
附图说明
图1是实施例的电气配置图。
图2是电压检测单元的电气配置图。
图3是图示了电池组与绝缘电阻之间的连接的图。
图4是图示了电池组与绝缘电阻之间的连接的图。
图5是图示了电池组与绝缘电阻之间的连接的图。
图6是图示了电池组与绝缘电阻之间的连接的图。
图7是图示了电池组与绝缘电阻之间的连接的图。
图8是图示了漏电判定波形与公共电压波动的重叠的图。
图9是图示了用于禁止实施例的开关状态改变的过程的流程图。
图10是图示了实施例的效应的图。
具体实施方式
在下面，将参考附图来解释第一实施例，在该第一实施例中“漏电判定设备”应用于车辆(例如，混合动力车辆、电动汽车及类似物)，该车辆包括旋转电机(rotatingelectrical machine)作为车载主单元。
如在图1中示出的，该实施例的车载电机控制***包括电池组10、逆变器30、电动发电机40和控制设备50、60。逆变器30和电动发电机40对应于“电负载”。
电池组10经由逆变器30电连接到电动发电机40。电池组10是蓄电池，其具有例如100V或以上的端子电压并且配置有串联连接的多个电池模块11。此外，电池组11配置有串联连接的多个电池单元。使用例如锂离子蓄电池或镍氢蓄电池作为电池单元是可能的。电池组10和电池模块11分别对应于“电池”和“电压源”。双电层电容器、DC到DC转换器及类似物也可以用作“电压源”。
电动发电机40是能够向驱动轮(未示出)传送功率的车载主单元。在该实施例中，3相永磁同步电机用作电动发电机40。
逆变器30具有三组串联连接体：U、V、W相上臂开关Sup、Svp、Swp，和U、V、W相下臂开关Sun、Svn、Swn。串联连接体中的每个与平滑电容器22并联连接。电动发电机40的U、V、W相绕组的一端连接到串联连接体中的每个的连接点。顺便一提，在该实施例中，电压控制型半导体开关元件用于开关Sup至Swn，并且更特定地使用IGBT。续流二极管Dup、Dun、Dvp、Dvn、Dwp、Dwn分别与开关Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swn反并联连接。
电池控制设备50从电流传感器41获得在电池组10(也就是说，电池模块11)中流动的充电/放电电流I的所检测值、从电压检测单元80获得电池组10的电池模块11中的每个的端子电压的所检测值以及从温度传感器43获得电池模块11中的每个的温度的所检测值。基于获得的所检测值，电池控制设备50对电池模块11中的每个计算充电速率。电池控制设备50是包括CPU、ROM和RAM的控制设备。
此外，当在电池模块11中的任一个中出现过度放电、过度充电或异常温升时，电池控制设备50通过使在电池组10与逆变器30之间提供的继电器开关14、15切换到OFF(断开)状态而停止对电池组10充电和放电。
逆变器控制设备60从相电流传感器45获得逆变器30中的每个相的输出电功率的所检测值，并且从在电动发电机40中提供的旋转角传感器46获得电动发电机40的旋转角的所检测值。此外，逆变器控制设备60进行与电池控制设备50的通信，并且从电池控制设备50获得电池组10的充电/放电电流I的所检测值，以及电池模块11中的每个的充电速率的已计算值。
逆变器控制设备60基于获得的所检测值和已计算值来进行使升压转换器20的开关Scp、Scn接通/切断的控制以及进行使开关逆变器30的开关Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swn接通/切断的控制。逆变器控制设备60是包括CPU、ROM和RAM的控制设备。一个控制设备可配置成既充当电池控制设备50，又充当逆变器控制设备60。
该实施例的电池控制设备50通过控制漏电检测单元70来检测高压电路中的漏电，该高压电路包括电池组10、逆变器30和电动发电机40。漏电检测单元70包括输出具有规定频率的AC(即，交流)信号的AC信号输出单元71，和带通滤波器72。在该实施例中，电池控制设备50和漏电检测单元70形成“漏电判定设备”。
AC信号输出单元71经由在信号线上提供的电阻器73和电容器74连接到高压电路(规定电路)的连接点Y(电池组10的低压侧上的端子)。电容器74采用直流隔离方式直接隔离是低压电路的电池控制设备50与是高压电路的电池组10、逆变器30和电动发电机40。
高压电路的每个部分经由绝缘电阻连接到逆变器30和电动发电机40的机架。在图1中，高压电路的每个部分中的绝缘电阻共同表达为绝缘电阻RX。
带通滤波器72连接到电阻器73与电容器74的连接点X。当AC信号输出单元71向信号线输出AC信号时，连接点X处的电压是将由AC信号输出单元71输出的AC电压以电阻器73的电阻值RA和绝缘电阻RX的电阻值RX分压而获得的值。
通过获得连接点X处的电压，充当“检测单元”和“判定单元”的电池控制设备50获得绝缘电阻RX的电阻值RX，并且判定高压电路的绝缘状态。更特定地，通过经由带通滤波器72获得连接点X处的电压，电池控制设备50获得连接点X处的电压的峰值。然后，基于连接点X处电压的峰值与由AC信号输出单元71输出的AC信号的峰值的比率，电池控制设备50获得绝缘电阻RX的电阻值RX，并且判定高压电路是否绝缘。
在该实施例中，电压检测单元80使用电阻分压法来进行电压检测。在下面，将使用图2解释电压检测单元80的配置和操作。
电池组10是n个电池模块11的串联连接体。在这里，这也表达为电池模块C1至Cn。指数i越小，电池模块Ci(i＝1至n)位于朝高压侧越远的地方，因此电池模块C1位于最接近高压侧的地方，并且电池模块Cn位于最接近低压侧的地方。
电压检测单元80具有光继电器P1p至Pnp，以及P1n至Pnn。在电池模块Ci的正电极端子与差分放大器电路81之间提供光继电器Pip，并且在电池模块Ci的负电极端子与差分放大器电路81之间提供光继电器Pin。
差分放大器电路81包括运算放大器OP，和电阻器R1至R4。电池模块Ci的正电极端子经由光继电器Pip和电阻器R1连接到运算放大器OP的反向输入端子(-端子)。此外，运算放大器OP的输出端子经由电阻器R2连接到运算放大器OP的反向输入端子。此外，电池模块Ci的负电极端子经由光继电器Pin和电阻器R3连接到运算放大器OP的非反向输入端子(+端子)。此外，规定的参考电压经由电阻器R4连接到运算放大器OP的非反向输入端子。
当电阻器R1、R3的电阻值取为R1并且电阻器R2、R4的电阻值取为R2时，在电池模块Ci的端子电压取为Vi时运算放大器OP(也就是说，差分放大器电路81)的输出电压Vout是：
Vout＝-(R2/R1)Vi。
电池控制设备50获得差分放大器电路81的输出电压，并且基于获得的值而能够获得每个电池模块Ci的端子电压Vi。
在这里，当使用电压检测单元80进行电压检测并且光继电器Pip、Pin在OFF状态(断开状态)与ON状态(导通状态)之间切换时，电池组10与接地电压之间的连接状态改变。因此，由于连接点Y处的电压(电池组10的低压侧上的端子电压，也就是说，公共电压)改变，连接点X处的电压改变，并且因此，有可能将出现高压电路是否绝缘的不正确判定。
此外，当继电器开关14、15也在ON状态与OFF状态之间切换时，电池组10与接地电压之间的连接状态改变。因此，通过改变连接点Y处的电压，连接点X处的电压因此改变，并且因此，有可能出现高压电路是否绝缘的不正确判定。
在下文将使用图3和图4解释继电器开关14、15在ON状态与OFF状态之间切换所引起的高压电路的公共电压的波动。
如在图3中示出的，电池组10经由比继电器开关14、15更靠逆变器30侧(电负载侧)的绝缘电阻RXa、RXb连接到接地电压(逆变器30和电动发电机40的机架接地)。此外，电池组10经由比继电器开关14、15更靠电池组10侧的绝缘电阻RXc连接到接地电压。绝缘电阻RXa至RXc表达在高压电路与机架接地之间存在的绝缘特性(漏电的难度)。为了简化，在下文的解释中，电池组10的端子电压取为例如200V，并且绝缘电阻RXa至RXc的电阻值分别取为10MΩ。
如在图3中示出的，当继电器开关14、15都设置成ON状态时，电池组10的正电极经由绝缘电阻RXa连接到接地电压，并且电池组10的负电极经由绝缘电阻RXb连接到接地电压。因此，电池组10的正电极处的电压关于接地电压变成100V，并且电池组10的负电极处的电压关于接地电压变成-100V。
然而，如在图4中示出的，当继电器开关14设置成ON状态并且继电器开关15设置成OFF状态时，电池组10的正电极经由绝缘电阻RXa连接到接地电压，并且电池组10的负电极经由绝缘电阻RXc连接到接地电压。在该情况下，电流未在绝缘电阻RXa、RXc中流动，并且电池组10的负电极处的电压关于接地电压变成0V，并且电池组10的正电极处的电压关于接地电压变成200V。
也就是说，当图3中示出的继电器开关14、15都设置成ON状态时，以及当图4中示出的继电器开关14设置成ON状态并且继电器开关15设置成OFF状态时，连接点Y(电池组10的负电极)处的电压上下波动100V。
接着，将使用图5至图7解释随着光继电器Pip、Pin在ON状态与OFF状态之间切换而发生的高压电路的公共电压的波动。
在图5中示出的示例中，为了简化解释，电池组10的电池模块11的数量取为二(n＝2)。电池模块C1的正电极经由比光继电器P1p更靠运算放大器OP侧的电阻器R1连接到运算放大器OP的反向输入端子。电池模块C1的负电极经由比光继电器P1n更靠运算放大器OP侧的电阻器R3连接到运算放大器OP的非反向输入端子。电池模块C2的正电极经由比光继电器P2p更靠运算放大器的电阻器R1连接到运算放大器OP的反向输入端子。电池模块C2的负电极经由比光继电器P2n更靠运算放大器OP侧的电阻器R3连接到运算放大器OP的非反向输入端子。
在差分放大器电路81中，非反向输入端子和反向输入端子虚短路。此外，差分放大器电路81的输出在低压电路中经由电阻Rd连接到接地电压。因此，光继电器P1p、P1n、P2p和P2n全部设置成ON状态的情况下的等效电路可以如在图6中示出的那样表示。
在图6中表示的等效电路中，电池组10的正电极(电池模块C1的正电极)经由包括电阻器R1及类似物(电阻值取为例如10MΩ)的组合电阻RYa连接到接地电压，并且电池组10的负电极(电池模块C2的负电极)经由包括电阻器R3及类似物(电阻值取为例如10MΩ)的组合电阻RYd连接到接地电压。因此，电池组10的正电极处的电压关于接地电压变成100V，并且电池组10的负电极(电池模块C2的负电极)的电压关于接地电压变成-100V。
此外，当光继电器P1p、P1n每个设置成ON状态并且光继电器P2p、P2n每个设置成OFF状态时的等效电路可以如图7中示出的那样表示。
在图7中表示的等效电路中，电池模块C1的正电极经由组合电阻RYa连接到接地电压，并且电池模块C1的负电极经由包括电阻器R3及类似物的组合电阻RYb连接到接地电压。因此，电池模块C1的正电极(电池组10的正电极)处的电压关于接地电压变成50V，并且电池模块C1的负电极处的电压关于接地电压变成-50V。此外，电池模块C2的负电极(电池组10的负电极)的电压关于接地电压变成-150V。
也就是说，当图6中示出的光继电器P1p、P1n、P2p和P2n全部设置成ON状态、图7中示出的光继电器P1p、P1n每个设置成ON状态并且光继电器P2p、P2n每个设置成OFF状态时，连接点Y(电池组10的负电极)处的电压上下波动50V。
根据继电器开关14、15的状态以及光继电器Pip、Pin的状态，电池组10的负电极处的电压(公共电压)关于接地电压波动。因此，连接点X处的电压改变并且存在高压电路是否绝缘将被不正确判定这一可能性。
图8示出当电池模块11的电压检测时序(光继电器Pip、Pin的ON时序)与在漏电判定中施加AC电压相重叠时的漏电检测波形的示例。通过对光继电器Pip、Pin进行OFF状态和ON状态的切换，出现公共电压波动，并且公共电压的该波动与从AC信号输出单元71输出的AC信号重叠。由于该重叠，存在高压电路是否绝缘将被不正确判定这一可能性。
因此，在该实施例中，设置继电器开关14、15和光继电器Pip、Pin的状态改变的时间点以使它不包括在从AC信号输出单元71输出AC信号的时间点直到电池控制设备50作为“检测单元”检测到AC信号的峰值的时间点这一时间段内。因此，不正确的漏电判定得到抑制。在这里，继电器开关14、15和光继电器Pip、Pin是使电池组10(和电池模块11)与规定电压(接地电压)之间的连接切换到导通状态或到断开状态的开关元件。
图9示出了流程图，该流程图示出在该实施例中用于禁止开关状态改变的抑制改变的过程。该过程由电池控制设备50针对每个规定周期进行。
在步骤S01中，电池控制设备50确定该时间段是否是漏电判定期。在这里，漏电判定期是包括从AC信号输出单元71开始输出AC信号的时间点直到电池控制设备50检测到AC信号的峰值这一时间段。更特定地，漏电判定期是从AC信号输出单元71开始输出AC信号的时间点直到AC信号输出单元71停止输出AC信号的时间点这一时间段。
当时间段处于漏电判定期(S01：YES(是))时，在步骤S02中，电池控制设备50禁止开关状态改变。也就是说，禁止继电器开关14、15切换以及禁止电压检测单元80检测电压，并且处理结束。此外，当时间段不是漏电判定期(S01：NO(否))时，在步骤S03中，电池控制设备50确定用于检测电压的检测期是否已过去。当检测期已过去(S03：YES)时，在步骤S04中，电池控制设备50将光继电器Pip、Pin设置成ON状态、进行电压检测并且过程结束。当检测期还未过去(S03：NO)时，电池控制设备50照原样结束处理。
图10示出当电池模块11的电压检测时序(光继电器Pip、Pin的ON(导通)时序)与漏电判定中AC信号的输出的重叠被禁止时的漏电判定波形的示例。在图10中示出的示例中，随光继电器Pip、Pin的状态改变出现的公共电压的波动与漏电判定中使用的AC信号的重叠被避免。
(其他实施例)
-在上文描述的实施例中，配置是这样的：其使得在每个规定检测期检测电池模块11的端子电压，然而，代替该配置，配置可以是这样的：其使得在任意时序检测电池模块11的端子电压。
-电池组10用作“电池”，然而代替该配置，单个电池可用作“电池”。
-在上文的实施例中，配置是这样的：其禁止漏电判定期与继电器开关14、15的状态切换的时间点重叠，以及漏电判定期与光继电器Pip、Pin的状态切换的时间点重叠。对此修改，配置可以是这样的：其仅仅禁止漏电判定期与继电器开关14、15的状态切换的时间点重叠或漏电判定期与光继电器Pip、Pin的状态切换的时间点重叠中的一个。
-配置可以是这样的：其在电池控制设备50作为“检测单元”检测到AC信号的峰值时使AC信号输出单元结束AC信号的输出。利用该配置，使输出AC信号用于在一定范围(在该范围内判定漏电是可能的)内判定漏电的时间段缩短，这是可能的。因此，使可能改变作为“开关元件”的继电器开关14、15和光继电器Pip、Pin的状态所处的时间段延长，这是可能的。
-配置是这样的：其使得光继电器Pip、Pin分别连接到电池模块11的正电极和负电极，然而，对此修改，配置可以是这样的：其使得光继电器仅连接到正电极或负电极中的一个。此外，配置是这样的：其使得继电器开关14、15分别连接到电池组10的正电极和负电极，然而，对此修改，配置可以是这样的：其使得继电器开关仅连接到正电极或负电极中的一个。此外，代替光继电器和继电器开关，可使用诸如MOS-FET及类似物的其他开关元件。
-只要“规定电路”具有“电压源”，电路就不限于上文的实施例的电路。

Claims (5)

1.一种判定设备，其判定具有电压源的规定电路中的漏电，并且包括：
AC信号输出单元，其向连接到所述规定电路的信号线输出具有规定频率的交流信号；
检测单元，其检测所述信号线上的AC信号的峰值；以及
判定单元，其基于所述峰值对所述规定电路进行漏电判定；其中
所述规定电路包括第一开关元件和第二开关元件，所述第一开关元件和所述第二开关元件使所述电压源与规定电压之间的连接切换到导通状态或断开状态；以及
所述判定设备禁止所述第一开关元件和所述第二开关元件从所述导通状态切换到所述断开状态的时间点及从所述断开状态切换到导通状态的时间点与从所述AC信号输出单元开始输出所述AC信号的时间点直到所述检测单元检测到所述AC信号的峰值这一时间段重叠。
2.如权利要求1所述的判定设备，其中
所述规定电路连接到差分放大器电路，作为所述电压源的电池的两个端子都连接到所述差分放大器电路；
所述差分放大器电路经由规定电阻与所述规定电路连接；以及
在所述电池的两个端子中的至少一个端子与所述差分放大器电路之间提供所述第一开关元件。
3.如权利要求2所述的判定设备，其中
在所述电池的两个端子中的至少一个端子与所述差分放大器电路之间提供的第一开关元件在每个规定周期从断开状态切换到导通状态；以及
在从所述AC信号输出单元开始输出所述AC信号的时间点直到所述检测单元检测到所述AC信号的峰值这一时间段内，所述判定设备禁止在所述电池的两个端子中的至少一个端子与所述差分放大器电路之间提供的第一开关元件从断开状态切换到导通状态。
4.如权利要求1至3中任一项所述的判定设备，其中
所述规定电路包括电负载，所述电负载连接到所述规定电压，同时连接到所述电压源；以及
在所述电压源与所述电负载之间提供所述第二开关元件。
5.如权利要求1至3中任一项所述的判定设备，其禁止所述第一开关元件和所述第二开关元件从导通状态变成断开状态的时间点及从断开状态变成导通状态的时间点与从所述AC信号输出单元开始输出所述AC信号的时间点直到AC信号输出单元停止输出所述AC信号这一时间段重叠。
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