CN110072728A - 用于电动车辆dc电源电路的泄漏电流和故障位置检测的***和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于DC电源电路中的泄漏电流检测和故障位置识别的***和方法。该***包括位于整个DC电源电路中的多个DC泄漏电流检测器，DC泄漏电流检测器被配置为感测和定位DC电源电路中的泄漏电流故障。每个DC泄漏电流检测器被配置为在其输出处产生净电压，该净电压指示在相应的DC泄漏电流检测器所处的位置处是否存在泄漏电流故障。与DC泄漏电流检测器可操作通信的逻辑装置接收来自每个DC泄漏电流检测器的包括净电压输出的输出信号，并基于从多个DC泄漏电流检测器接收的输出信号定位DC电源电路中的泄漏电流故障。

Description

用于电动车辆DC电源电路的泄漏电流和故障位置检测的*** 和方法
技术领域
本发明一般涉及混合动力和电动车辆中的DC电源电路，并且更具体地，涉及用于混合动力和电动车辆中的DC电源电路中的泄漏电流检测和故障位置识别的***和方法。
背景技术
混合动力电动车辆可组合内燃发动机和由诸如牵引电池的能量存储装置供电的电动机来推进车辆。这种组合可通过使内燃机和电动机各自在增加的效率的相应范围内操作来提高整体燃料效率。例如，电动机可有效地从静态发车加速，而内燃机在恒定发动机运行的持续时期，诸如在高速公路行驶中，可以是有效的。具有用于提高初始加速度的电动机允许混合动力电动车辆中的内燃机更小且更省油。
纯电动车辆使用存储的电能为电动机提供动力，该电动机推动车辆并且还可操作辅助驱动器。纯电动车辆可使用一个或多个存储的电能源。例如，第一储存电能源可用于提供更持久的能量，而第二储存电能源可用于提供更高功率的能量，例如用于加速。
无论是混合电动类型还是纯电动类型的插电式电动车辆被配置为使用来自外部源的电能来为牵引电池再充电。作为实例，这种车辆可包括公路和越野车辆、高尔夫球车、邻域电动车辆、叉车和公用卡车。这些车辆可使用车外固定电池充电器或车载电池充电器将电能从公用电网或可再生能源传输到车辆的车载牵引电池。插电式车辆可包括电路和连接，以便于例如从公用电网或其他外部源对牵引电池进行再充电。另外，可提供能够反转从车辆的DC总线接收的电力并且输出可提供回公用电网或可能需要电力的另一AC负载的AC电力的输出功率逆变器。
车辆的DC电源电路——即，能量存储装置、电池充电器、输出逆变器和牵引电动机或连接到车辆中的DC总线/网络的其他负载——通常***作使得它们是与车辆框架电隔离，使得DC电源导体之一与车辆框架之间的故障(短路)不会产生大的故障电流。虽然由于DC电源电路与车辆框架隔离而提供了这种保护，但是应该认识到，期望在车辆运行期间检测DC电源电路中的高阻抗、低泄漏电流故障，从而提供保护策略以在第二故障发展之前检测故障并关闭DC电源电路中的电源。此外，在故障是通过人的泄漏电流的情况下，期望将检测故障所需的电流量限制到低水平。
现有技术中已知的用于检测TDI电力公司所呈现的到车辆框架的泄漏电流的接地故障电路的实例在图1中示出，其中，示出了车辆DC电源电路2，其包括接地故障检测电路4和相关电阻器6，其用于检测由DC电源总线8上的任何地方的故障引起的到车辆框架的泄漏电流。接地故障检测电路4用于检测电阻器6上的电压变化，其指示DC电源电路2中的泄漏电流。故障期间的实际电压取决于故障泄漏路径的电阻与两个偏置电阻器6的比率。对于图1中所示的电阻器6的值，泄漏电流的通常原因的电阻与偏置电阻之比足够低，以在故障期间产生电压的显著变化。在正常条件下，电阻器6在1兆欧姆电阻器上建立95伏的电压。在从正电源到地的故障期间，1兆欧电阻上的电压可升至380伏。在从负电源到地的故障期间，电压可降至0伏特。在图1中的电路2的情况下，通过从DC总线8的正侧到车辆框架的故障的电流被限制在+0.38毫安。对于从DC总线8的负侧到车辆框架的故障，故障电流被限制在大约-0.13毫安。
然而，尽管图1的接地故障检测电路可检测由DC电源总线上的任何地方的故障引起的到车辆框架的泄漏电流，接地故障检测电路不给出关于故障位置的任何指示。也就是说，由接地故障检测电路获取/分析的电压读数不提供关于车辆DC电源电路内的故障位置的信息，因为电压读数不取决于故障的位置。已经认识到，故障位置的指示将是有益的，因为这种信息对于DC电源电路的诊断和修复是有用的。
因此，希望提供一种用于混合动力和电动车辆中的DC电源电路中的泄漏电流检测和故障位置识别的***和方法。这种***和方法将识别DC电源电路中的故障的位置，以便提供DC电源电路的诊断和修复。该***和方法可以以独立的方式使用而不使用其他已知的故障检测电路，或者也可与其他已知的故障检测电路结合使用。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种***包括DC电源电路，该DC电源电路具有包括一对导体的DC总线；一个或多个能量存储装置，连接到DC总线以向其提供DC电力；一个或多个功率转换器，连接到DC总线并且被配置为调节DC电力；以及一个或多个负载，被定位成从DC总线或相应的一个或多个功率转换器中的一个接收电力。该***还包括位于整个DC电源电路中的多个DC泄漏电流检测器，该多个DC泄漏电流检测器被配置为感测和定位DC电源电路中的泄漏电流故障，并且其中，多个DC泄漏电流检测器中的每一个被配置为在其输出处产生净电压，该净电压指示在相应的DC泄漏电流检测器所处的位置处是否存在泄漏电流故障。
根据本发明的另一方面，公开了一种在包括多个独立分支的DC电源电路中感测和定位泄漏电流故障的方法。该方法包括将多个DC泄漏电流检测器定位在至少一部分独立分支上的整个DC电源电路上。该方法还包括在多个DC泄漏电流检测器中的每一个处产生净电压输出，该净电压输出指示在相应的DC泄漏电流检测器所处的位置处是否存在泄漏电流故障并且将输出信号从多个DC泄漏电流检测器中的每一个发送到可操作地连接到多个DC泄漏电流检测器的逻辑装置，来自每个相应的DC泄漏电流检测器的输出信号表示其净电压输出。该方法还包括经由逻辑装置分析从多个DC泄漏电流检测器发送的输出信号，以识别DC电源电路中的泄漏电流故障的位置。
根据本发明的又一方面，一种车辆包括底盘和与底盘电隔离的DC电源电路，DC电源电路包括DC分配总线，该DC分配总线包括多个独立分支和多个电耦接到DC分配总线的***组件；多个***组件，包括每个能量存储装置、功率转换器和车辆负载中的一个或多个。车辆还包括多个DC泄漏电流检测器，其位于多个独立分支上的整个DC电源电路中，多个DC泄漏电流检测器被配置为感测DC电源电路中的泄漏电流故障。车辆还包括与多个DC泄漏电流检测器可操作通信的逻辑装置，该逻辑装置被编程为从多个DC泄漏电流检测器中的每一个接收输出信号，该输出信号包括来自每个相应的DC泄漏电流检测器的净电压输出数据，该净电压输出数据指示在相应的DC泄漏电流检测器所处的位置处是否存在泄漏电流故障。逻辑装置还被编程为基于从多个DC泄漏电流检测器接收的输出信号来定位DC电源电路中的泄漏电流故障。
根据以下详细描述和附图，各种其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
附图示出了目前预期用于实施本发明的实施例。
在附图中：
图1是现有技术中已知的电动车辆中的DC电源电路和相关接地故障检测电路的示意图。
图2是根据本发明的实施例的电动车辆中的DC电源电路的示意图，其中多个DC泄漏电流检测器定位在整个电路中。
图3是根据本发明实施例的具有不饱和变压器的DC泄漏电流检测器的示意图。
图4是示出根据本发明的实施例的注入图3的DC泄漏电流检测器的激励绕组中的锯齿激励电流波形的曲线图。
图5是示出根据本发明的实施例的响应于DC电源电路中沿其测量分支的泄漏电流的由图3的DC泄漏电流检测器产生的净电压输出波形的曲线图。
图6是根据本发明实施例的具有饱和变压器的DC泄漏电流检测器的示意图。
图7是示出根据本发明的实施例的注入图6的DC泄漏电流检测器的激励绕组中的锯齿波激励电流波形的曲线图。
图8是示出根据本发明的实施例的响应于DC电源电路中沿其测量的分支的泄漏电流的由图6的DC泄漏电流检测器产生的净电压输出波形的曲线图。
图9和图10是根据本发明的实施例的电动车辆中的DC电源电路以及附加的接地故障检测电路的示意图，其中多个DC泄漏电流检测器定位在整个电路中。
具体实施方式
本发明的实施例涉及用于混合动力和电动车辆中的DC电源电路中的泄漏电流检测和故障位置识别的***和方法。为DC电源电路提供接地故障检测电路，其包括位于整个DC电源电路中的多个DC泄漏电流检测器，其中DC泄漏电流检测器用于确定DC电源电路中的任何泄漏电流的路径。
尽管下面将本发明的实施例描述为插电式电动车辆注入/实施例的一部分，但应认识到本发明的实施例也可结合到混合插电式电动车辆中、非插电式电动车辆和具有多个分支(除了在车辆环境中)的其他通用DC电源电路，其中希望能够识别电路中的当前故障的位置。因此，应认识到，本发明的实施例一般不限于插电式电动车辆或电动/混合动力车辆，并且本发明的实施例可在具有多个分支的其他通用DC电源电路中使用或与其一起使用。
参照图2，描绘了插电式电动车辆10，并且其中可采用本发明的实施例。插电式电动车辆10包括DC电源电路12，其在电路中包括的一个或多个能量存储装置、负载和功率转换器之间分配电力。典型的插电式电动车辆10包括作为DC电源电路12的一部分的能够作为电动机或发电机运行的电气装置或机器14。在一个实施例中，电机14是牵引电动机，其机械地耦接到车辆10的一个或多个驱动轮或轴(未示出)，以在作为电动机操作时向车辆提供推进。在车辆10的再生制动期间，电机14通过修复通常在摩擦制动***中损失的能量而用作发电机。
如图2所示，DC电源电路12还包括牵引电池或电池组16，其存储可由电机14使用的能量。在一个实施例中，车辆电池组16在耦接到其上的DC分配总线22的一对导体18，20上提供高压DC输出。一个或多个功率转换器24，26可连接到DC分配总线22。功率转换器24，26调节并将来自分配总线22的电力转换成可由电机14和/或其他负载28使用的形式——其中，一个或多个功率转换器24，26被配置为例如提供在牵引电池16和电机14之间双向地传递能量的能力。根据实施例，功率转换器24，26包括耦接到DC分配总线22的双向DC-AC电压逆变器24，以将DC总线上的DC电力反转为由电机使用的三相AC电力。在电机14用作发电机的再生模式中，DC-AC电压逆变器24可将由电机14产生的三相AC电流转换为与牵引电池16兼容的DC电压。双向DC到AC电压逆变器24可以是已知的结构，并且包括六个半相模块(未示出)，它们配对以形成三相。功率转换器24，26还可包括一个或多个DC到DC电压转换器26，其被配置为将一个DC电压转换为另一个DC电压。这种DC到DC电压转换器26可以是已知的结构，并且包括耦接到一对开关并耦接到一对二极管(未示出)的电感器，其中开关被控制以降低或升高来自DC分配总线22的电压到适合于由从其接收电力的另一车辆负载28使用的水平——诸如例如加热模块或空调模块。
当插电式电动车辆10停放或不使用时，可能希望将车辆***例如公用电网或可再生能源以恢复或对电池组16再充电。因此，图2示出了车辆10的DC电源电路12，其包括用于车辆电池组16的再充电的充电***30。充电***30包括充电端口32，充电端口32可以是被配置为在其中接收充电连接器(例如电源线/电源插头)的任何类型的端口，用于将电力从外部电源传输到车辆10。充电端口32可电连接到充电器或车载电力转换模块34(即，“电池充电器”)，其调节从充电端口32提供的电力，以便为牵引电池16提供适当的电压和电流水平，诸如经由从外部电源接收的电力的整流和/或DC-DC转换。然后，由电池充电器34调节的电力被提供给DC分配总线22。
在一个实施例中，输出功率逆变器36也包括在DC电源电路12中。可提供输出逆变器36，其能够反转从车辆的DC分配总线22接收的电力并输出AC电力，该AC电力可被提供回公用电网或可能需要电力的另一个AC负载。如图2所示，可提供多个开关38，40，例如接触器，以选择性地将输出逆变器36的输出端连接到公用电网或外部AC负载。提供第一对接触器38以选择性地将输出逆变器36的输出端连接到公用电网，并且提供第二对接触器40以选择性地将输出逆变器36的输出端连接到外部AC负载。第一和第二对接触器38，40中的每一个通常处于打开位置，但是当希望从输出逆变器36向公用电网或外部AC负载之一提供AC电力时，选择性地关闭。
为了操作和控制上述DC电源电路12的各种组件，在插电式电动车辆10中包括一个或多个相关控制器44，以控制和监控组件的操作。控制器44可经由串行总线(例如，控制器区域网络(CAN))或经由分立导体进行通信，并且可存在***控制器46以协调各种控制器44及其相关组件的操作。
如图2所示，牵引电池16可具有正端子50和负端子52，连接到DC总线22的导体18，20。牵引电池端子50，52与底盘接地(即，车辆框架/底盘)54之间的电隔离根据政府法规和/或行业标准的要求，可根据高压***中的电隔离的最小值维持，诸如电池端子50，52和底盘接地54之间的电隔离不小于500欧姆/伏特。底盘接地54被定义为DC电源电路12的电气装置电连接到的公共参考点。电隔离可被描述为底盘接地54和牵引电池16的端子50，52之间的泄漏电阻。在正常条件下，泄漏电阻(可能发生在DC电源电路12内的各个位置处)将具有相对大的值和很少或没有泄漏电流将流过底盘接地54。然而，在故障条件下，泄漏电阻可减小，使得更大水平的泄漏电流流过底盘接地54。
根据本发明的实施例，多个DC泄漏电流检测器58放置在车辆10的整个DC电源电路12中，用于检测电隔离问题的存在。DC泄漏电流检测器58用于检测由DC电源电路12中的任何地方的故障引起的到车辆框架54的泄漏电流，并且还用于定位低泄漏电流故障——其中DC泄漏电流检测器58的操作能够确定DC电源电路12内的泄漏电流的路径。更具体地，DC泄漏电流检测器58定位在DC电源电路12的DC总线22的多个独立分支60中的每一个上，其中每个分支60在其上包括DC电源电路12的组件(例如，电池组16、电机14、DC-AC逆变器24、DC-DC转换器26、电池充电器34、输出逆变器36等)。以这种方式，可单独监视DC总线22的每个独立分支60以检测其中的泄漏电流。
DC泄漏电流检测器58在DC电源电路12中/上的示例性放置在图2中示出，其中，每个检测器58被指示为位于DC总线22的相应分支60的导体对18，20周围。然后通过观察哪些DC泄漏电流检测器58检测到泄漏电流以及哪些DC泄漏电流检测器58没有检测到泄漏电流来确定泄漏电流的路径。DC泄漏电流检测器58连接到逻辑装置62，根据本发明的实施例，逻辑装置62可结合到***控制器46中，或者可作为单独的控制器或逻辑装置提供，其中DC泄漏电流检测器58的输出被提供给逻辑装置62以确定故障位置。也就是说，逻辑装置62用于基于哪些特定DC泄漏电流检测器58指示故障来确定故障位置。作为一个实例，电池充电器16的端子50，52处的故障将导致泄漏电流从电池组16流到电池充电器34，使得电池组16的端子处的DC泄漏电流检测器58以及电池充电器34处的DC泄漏电流检测器58将检测故障，而输出逆变器36的端子处和推进电动机14处的DC泄漏电流检测器58将不会检测到故障——因此导致逻辑装置62确定故障位于电池组16和电池充电器34之间的路径上。
通常，可检测DC泄漏电流的任何类型的传感器可用作DC泄漏电流检测器58。然而，根据本发明的示例性实施例，DC泄漏电流检测器58包括一对变压器，如下面将参考图3至图8更详细地描述，其涉及变压器的结构及其在检测DC泄漏电流中的操作。如图3和图6所示，每个DC泄漏电流检测器58包括一对变压器64，66，每个变压器由芯68和一对绕组70，72形成，其中每个芯68具有相同的磁化特性(即B和H场关系)。芯68构造成使得DC总线22的导体18，20穿过形成在芯中的开口。因为主电力导体18，20通常是大规格电线，并且为了简化电力电路的结构，主电力导体18，20少次数地通过芯68，理想地仅通过一次。绕每个芯68缠绕的一对绕组70，72包括激励绕组70和检测绕组72，其中，绕组的极性在图3和图6中示出，按通常惯例使用点表示。激励/偏置电路74电耦接到每个变压器64，66的激励绕组70，以选择性地向其注入电流信号，同时每个变压器64，66的检测绕组72的输出76——即，检测器58的输出76——可操作地连接到逻辑电路62以提供输出信号。
根据本发明的一个实施例，并且如图3所示，DC泄漏电流检测器58通过构造为并且操作其变压器64，66作为不饱和变压器来检测泄漏电流故障。在DC泄漏电流检测器58的操作中，检测器被定位成使得DC电力***12的导体18，20穿过变压器的每个芯68中的开口，产生作为电流总和的磁场。通过经由激励/偏置电路74将少量电流注入到变压器64，66的激励绕组70上来检测磁场。由激励/偏置电路74注入的典型激励电流在图4中示出为锯齿波形，但是可认识到其他波形形状也是可能的。激励电流的作用是在芯68内产生使芯略微饱和的变化的磁通量。
在将电流信号注入到每个变压器64，66上的激励绕组70中时，在每个变压器64，66上的检测绕组72上监视电压——其中检测绕组72上电压的存在或不存在指示在DC泄漏电流检测器58所处的被监视位置处的导体18，20上是否存在泄漏电流。也就是说，只要没有通过导体18，20的泄漏电流，每个芯68中的磁通偏移就相等且相反。结果，在每个检测绕组72中产生的电压相等且相反，并且DC泄漏电流检测器58的输出端76处的净电压为零。然而，导体18，20上存在泄漏电流导致两个芯68中的磁通波形之间的对称性被破坏。结果，将存在当一个芯68饱和而另一个不饱和时的短暂周期，这将在检测绕组72上产生净电压波形，然后在输出端76处从DC泄漏电流检测器58输出。输出端76处的这种净电压波形的实例在图5中示出，其指示导体18，20上的泄漏电流。
根据本发明的另一个实施例，并且如图6所示，DC泄漏电流检测器58通过构造为并且将其变压器64，66作为饱和变压器来操作来检测泄漏电流故障。因此，与图3的不饱和变压器相比，DC泄漏电流检测器58中的绕组70，72中的一个的极性反转，如图6所示，两个芯68通常都是饱和的。在DC泄漏电流检测器58的操作中，检测器被定位成使得DC电力***12的导体18，20穿过变压器64，66的每个芯68中的开口，从而产生作为电流之和的磁场。通过经由激励/偏置电路74将少量电流注入变压器64，66的激励绕组70来检测磁场，其中注入的电流信号包括使变压器芯68保持饱和的DC偏压。包括DC偏压的锯齿波形激励电流根据一个实施例在图7中示出。
在将电流信号注入到每个变压器64，66上的激励绕组70中时，在每个变压器64，66的检测绕组72上监测电压——其中检测绕组72上的电压的存在或不存在指示在DC泄漏电流检测器58所处的被监视位置处的导体18，20上是否存在泄漏电流。在图6的不饱和变压器实施例中，泄漏电流的存在抵消了变压器64，66之一中的偏置，使其脱离饱和，这将导致电压出现在变压器64，66上的检测绕组72上，而在无故障条件下将没有信号。然后将脱离饱和的变压器64，66的检测绕组72上的净电压波形提供给DC泄漏电流检测器58的输出端76并且将其发送到逻辑装置62，其中在图8中示出了这种指示导体18，20上的泄漏电流的净电压波形的实例。
关于由激励/偏置电路74产生的使变压器芯68保持饱和的注入电流信号，可认识到，由于泄漏电流量由用于维持车辆框架54和电源电路之间的电压差的图2中所示的DC电源电路12中的电阻器55，56的尺寸确定故障电流量是提前已知的，并且激励/偏置电路74可设计成使得泄漏电流近似抵消其中一个芯68中的DC偏置。
因此，关于图3至图8中示出和描述的饱和和不饱和变压器结构/操作，因此，可看出，实施例在关于导体18，20中的泄漏电流的检测的交替原理上操作。图3和图6的实施例之间的另一个不同之处在于，对于饱和变压器64，66，每个激励绕组70对于每个芯68的匝数不必相同。实际上，取决于图2中电阻器55，56的尺寸，每个激励绕组70的匝数将是故意不同的，其大小适合于反映从DC电源电路12的正侧或负侧到框架54的故障流动的泄漏电流量的差异。
现在回头参考图2，虽然其中的实施例被示出为包括在DC分配总线22的每个独立分支60上的独立DC泄漏电流检测器58，其共同操作以识别和定位DC电源电路中的泄漏电流故障而无需使用其它/附加故障检测电路，应认识到本发明的其他实施例可包括附加的接地故障检测电路48。也就是说，其他已知的接地故障检测电路48可与DC泄漏电流检测器58结合使用以监视流过底盘接地54的泄漏电流水平。可与DC泄漏电流检测器58结合使用的这种已知接地故障检测电路48的实例示于图9和图10中。如图所示，接地故障检测电路48可连接到牵引电池16的每个端子50，52和DC总线22，并用于检测一对电阻器55，56中/之间的电压变化，该变化指示DC电源电路12中的泄漏电流。故障期间的实际电压取决于故障泄漏路径的电阻与两个偏置电阻器55，56的电阻之比，其中，应认识到泄漏电流的通常原因的电阻与偏置电阻之比足够低，以在故障期间产生电压的显著变化。因此，接地故障检测电路48可容易地检测到电阻器55，56中的任一个上的电压变化，以识别到车辆框架54的接地故障泄漏电流的存在。
在图9的实施例中，提供接地故障检测电路48，用于识别DC电源电路12中的泄漏电流故障，并且在每个独立分支60上提供DC泄漏电流检测器58——包括连接到电池充电器16的的端子50，52的分支60。DC泄漏电流检测器58可如上面参考图2至图8所述的那样操作，以检测泄漏电流并定位故障，其中接地故障检测电路48在与泄漏电流检测器58一起操作时提供泄漏电流故障检测的一些冗余，以提高DC电源电路12中泄漏电流故障检测的可靠性。在图10中所示的替代实施例中，连接到电池充电器16的端子50，52的分支60在其上不包括DC泄漏电流检测器58。在这样的实施例中，泄漏故障的位置仍然可由其他DC泄漏电流检测器58识别，或者如果没有DC泄漏电流检测器58检测到故障但是接地故障检测电路48检测到故障，然后，知道泄漏故障位于分支上，而其上没有DC泄漏电流检测器58。
有利地，本发明的实施例因此提供用于混合动力和电动车辆中的DC电源电路中的泄漏电流检测和故障位置识别的***和方法。多个DC泄漏电流检测器位于整个DC电源电路中，其中DC泄漏电流检测器用于确定DC电源电路中任何泄漏电流的路径。
根据本发明的一个实施例，一种***包括DC电源电路，该DC电源电路具有包括一对导体的DC总线；一个或多个能量存储装置，连接到DC总线以向其提供DC电力；一个或多个功率转换器，连接到DC总线并且被配置为调节DC电力；以及一个或多个负载，被定位成从DC总线或相应的一个或多个功率转换器中的一个接收电力。该***还包括位于整个DC电源电路中的多个DC泄漏电流检测器，该多个DC泄漏电流检测器被配置为感测和定位DC电源电路中的泄漏电流故障，并且其中多个DC泄漏电流检测器中的每一个被配置为在其输出处产生净电压，该净电压指示在相应的DC泄漏电流检测器所处的位置处是否存在泄漏电流故障。
根据本发明的另一个实施例，公开了一种在包括多个独立分支的DC电源电路中感测和定位泄漏电流故障的方法。该方法包括在至少一部分独立分支上将多个DC泄漏电流检测器定位在整个DC电源电路中。该方法还包括在多个DC泄漏电流检测器中的每一个处产生净电压输出，该净电压输出指示在相应的DC泄漏电流检测器所处的位置处是否存在泄漏电流故障并将输出信号从多个DC泄漏电流检测器中的每一个发送到可操作地连接到多个DC泄漏电流检测器的逻辑装置，来自每个相应DC泄漏电流检测器的输出信号表示其净电压输出。该方法还包括经由逻辑装置分析从多个DC泄漏电流检测器发送的输出信号，以识别DC电源电路中的泄漏电流故障的位置。
根据本发明的又一个实施例，一种车辆包括底盘和与底盘电隔离的DC电源电路，该DC电源电路包括DC分配总线，该DC分配总线包括多个独立分支和多个***组件，其电耦接到DC分配总线，多个***组件包括能量存储装置、功率转换器和车辆负载中的每一个中的一个或多个。车辆还包括多个DC泄漏电流检测器，其位于多个独立分支上的整个DC电源电路中，多个DC泄漏电流检测器被配置为感测DC电源电路中的泄漏电流故障。车辆还包括与多个DC泄漏电流检测器可操作通信的逻辑装置，该逻辑装置被编程为从多个DC泄漏电流检测器中的每一个接收输出信号，该输出信号包括来自每个相应的DC泄漏电流检测器的净电压输出数据，该净电压输出数据指示在相应的DC泄漏电流检测器所处的位置处是否存在泄漏电流故障。逻辑装置还被编程为基于从多个DC泄漏电流检测器接收的输出信号来定位DC电源电路中的泄漏电流故障。
虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但应容易理解，本发明不限于这些公开的实施例。相反，可修改本发明以结合此前未描述但与本发明的精神和范围相当的任何数量的变化、改变、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应该理解，本发明的各方面可仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应被视为受前述描述的限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。

Claims (20)

1.一种***，包括：
DC电源电路，包括：
DC总线，所述DC总线包括一对导体；
一个或多个能量存储装置，连接到所述DC总线以为其提供DC电源；
一个或多个功率转换器，连接到所述DC总线并配置为调节所述DC电源；和
一个或多个负载，定位成从所述DC总线或相应的一个或多个功率转换器中的一个功率转换器接收电力；和
多个DC泄漏电流检测器，位于整个所述DC电源电路中，所述多个DC泄漏电流检测器被配置为感测和定位所述DC电源电路中的泄漏电流故障；
其中，所述多个DC泄漏电流检测器中的每一个DC泄漏电流检测器被配置为在其输出处产生净电压，该净电压指示在相应的DC泄漏电流检测器所处的位置处是否存在泄漏电流故障。
2.根据权利要求1所述的***，还包括操作地耦接到所述多个DC泄漏电流检测器的逻辑装置，所述逻辑装置被配置为：
接收来自所述多个DC泄漏电流检测器中的每一个DC泄漏电流检测器的输出信号，所述输出信号表示相应的DC泄漏电流检测器的输出处的净电压；以及
基于从所述多个DC泄漏电流检测器接收的输出信号，定位所述DC电源电路中的所述泄漏电流故障；
其中，所述输出信号的模式，以及它们指示在相应的DC泄漏电流检测器所处的位置处存在的所述泄漏电流故障，被分析以定位所述DC电源电路中的所述泄漏电流故障。
3.根据权利要求1所述的***，其中，所述DC总线包括多个独立分支，每个独立分支在其上包括所述能量存储装置、功率转换器和其上的负载中的相应一个。
4.根据权利要求3所述的***，其中，所述多个DC泄漏电流检测器中的相应DC泄漏电流检测器位于所述多个独立分支中的每一个独立分支上。
5.根据权利要求3所述的***，还包括接地故障检测电路和相关电阻器，所述接地故障检测电路和相关电阻器被配置成检测所述DC总线的独立分支上的泄漏电流。
6.根据权利要求5所述的***，其中，所述接地故障检测电路和相关电阻器位于所述DC总线的一个独立分支上，并且所述多个DC泄漏电流检测器位于所述DC总线的其余独立分支上。
7.根据权利要求5所述的***，其中，所述接地故障检测电路和相关电阻器位于所述DC总线的一个独立分支上，并且所述多个DC泄漏电流检测器中的相应DC泄漏电流检测器位于所述多个独立分支的每个分支上，包括具有所述接地故障检测电路和相关电阻器的独立分支。
8.根据权利要求1所述的***，其中，所述多个DC泄漏电流检测器中的每一个DC泄漏电流检测器包括：
一对变压器，所述一对变压器中的每个变压器包括：
磁芯，位于所述DC总线的一对导体周围；和
绕所述磁芯缠绕的一对绕组，所述一对绕组包括激励绕组和检测绕组；
偏置电路，连接到所述一对变压器中的每个变压器中的激励绕组，以向其注入电流信号；和
检测器输出端，连接到所述一对变压器中的每个变压器中的检测绕组，以从其接收电压，使得所述净电压出现在所述检测器输出端。
9.根据权利要求8所述的***，其中，所述一对变压器包括不饱和变压器，其中所注入的电流信号产生变化的磁通量，所述变化的磁通量使所述变压器的磁芯略微饱和；并且
其中，当在相应的DC泄漏电流检测器的位置处的导体中存在泄漏电流时，所述变压器的磁芯中的磁通波形之间的对称性被破坏，使得一个变压器的磁芯饱和并且另一个变压器的磁芯是不饱和的，使得所述检测器输出端的净电压具有非零值。
10.根据权利要求8所述的***，其中，所述一对变压器包括饱和变压器，其中所注入的电流信号包括使所述变压器的磁芯保持饱和的DC偏压；并且
其中，当在相应的DC泄漏电流检测器的位置处的导体中存在泄漏电流时，一个变压器的磁芯退出饱和并且另一个变压器的磁芯保持饱和，使得所述检测器输出端的净电压具有非零值。
11.根据权利要求1所述的***，其中，所述DC电源电路包括在电动车辆或混合动力车辆上，并且其中，所述DC电源电路与所述电动车辆或混合动力车辆的车辆底盘电隔离。
12.一种在包括多个独立分支的DC电源电路中感测和定位泄漏电流故障的方法，所述方法包括：
将多个DC泄漏电流检测器定位在至少一部分独立分支上的整个DC电源电路中；
在所述多个DC泄漏电流检测器中的每一个DC泄漏电流检测器处产生净电压输出，所述净电压输出指示在相应的DC泄漏电流检测器所处的位置处是否存在泄漏电流故障；
将来自所述多个DC泄漏电流检测器中的每一个DC泄漏电流检测器的输出信号传输到操作地连接到所述多个DC泄漏电流检测器的逻辑装置，来自每个相应的DC泄漏电流检测器的输出信号表示其净电压输出；以及
经由所述逻辑装置，分析从所述多个DC泄漏电流检测器发送的输出信号，以识别所述DC电源电路中的泄漏电流故障的位置。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，定位所述多个DC泄漏电流检测器包括将DC泄漏电流检测器定位在所述多个独立分支中的每一个独立分支上。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括将接地故障检测电路和相关电阻器定位在DC总线的一个独立分支上。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，定位所述多个DC泄漏电流检测器包括以下之一：
将DC泄漏电流检测器定位在除了所述接地故障检测电路和所述相关电阻器所在的一个独立分支之外的所述多个独立分支中的每一个独立分支上；以及
将DC泄漏电流检测器定位在所述多个独立分支中的每一个独立分支上，使得所述接地故障检测电路和相关电阻器以及DC泄漏电流检测器冗余地定位在所述一个独立分支上。
16.一种车辆，包括：
底盘；
DC电源电路，与所述底盘电隔离，所述DC电源电路包括：
DC分配总线，包括多个独立分支；和
多个***组件，电耦接到所述DC分配总线，所述多个***组件包括每个能量存储装置、功率转换器和车辆负载中的一个或多个；
多个DC泄漏电流检测器，位于所述多个独立分支上的整个DC电源电路中，所述多个DC泄漏电流检测器被配置为感测所述DC电源电路中的泄漏电流故障；以及
逻辑装置，与所述多个DC泄漏电流检测器操作地通信，所述逻辑装置被编程为：
从所述多个DC泄漏电流检测器中的每一个DC泄漏电流检测器接收输出信号，该输出信号包括来自每个相应的DC泄漏电流检测器的净电压输出数据，所述净电压输出数据指示在所述相应的DC泄漏电流检测器所在的位置处是否存在泄漏电流故障；和
基于从所述多个DC泄漏电流检测器接收的输出信号，定位所述DC电源电路中的所述泄漏电流故障。
17.根据权利要求16所述的车辆，其中，在定位所述DC电源电路中的所述泄漏电流故障时，所述逻辑装置被编程为评估所述输出信号的模式，并且它们指示所述泄漏电流故障存在于相应的DC泄漏电流检测器所处的位置处，以确定所述DC电源电路中的所述泄漏电流故障的路径。
18.根据权利要求16所述的车辆，还包括接地故障检测电路和相关电阻器，所述接地故障检测电路和相关电阻器被配置为检测DC总线的一个独立分支上的泄漏电流，所述接地故障检测电路替换所述一个独立分支上的相应的DC泄漏电流检测器或与所述一个独立分支上的相应的DC泄漏电流检测器组合使用。
19.根据权利要求16所述的车辆，其中，所述多个DC泄漏电流检测器中的每一个DC泄漏电流检测器包括：
一对变压器，所述一对变压器中的每个变压器包括：
磁芯，位于DC总线的一对导体周围；和
绕所述磁芯缠绕的一对绕组，所述一对绕组包括激励绕组和检测绕组；
偏置电路，连接到所述一对变压器中的每个变压器中的激励绕组，以向其注入电流信号；和
检测器输出端，连接到所述一对变压器中的每个变压器中的检测绕组，以从其接收电压，使得所述净电压出现在所述检测器输出端。
20.根据权利要求16所述的车辆，其中，所述多个***组件包括以下中的至少一个：电池组、推进电动机、车辆负载、用于向所述推进电动机提供AC电力的DC-AC逆变器、用于对所述电池组充电的电池充电器和用于将AC电力从所述车辆输出到外部负载的输出逆变器。
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