CN112816904A - 接地故障检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种接地故障检测装置，包括：电容，其作为飞跨电容运行；第一切换单元，其用于在电池的正极侧与电容的第一电极板经由电阻串联连接的状态与电容的第一电极板经由测量电阻接地的状态之间切换；第二切换单元，其用于在高压电池的负极侧与检测电容的第二电极板经由电阻串联连接的状态与检测电容的第二电极板经由电阻接地的状态之间切换；控制单元，用于控制第一切换单元和第二切换单元；以及补偿分压电路，其对测量电阻中产生的电压进行分压和补偿。控制单元具有：第一端口，其用于接收在测量电阻中产生的电压的输入；以及第二端口，其用于接收从补偿分压电路输出的电压的输入。

Description

接地故障检测装置
技术领域
本发明涉及一种使用飞跨电容的接地故障检测装置。
背景技术
在诸如包括发动机和电动机作为驱动源的混合动力车辆或者电动车辆这样的车辆中，安装在车身上的电池充电，并且从电池供给的电力用于产生驱动力。通常的，涉及电池的电源电路被配置为处理200V以上的高压的高压电路。为了确保安全性，包括电池的高压电路具有不接地的结构，其与用作地基准电位点的车身电绝缘。
此外，存在一种包括升压器的车辆，该升压器将电池的正电位升压，并且将电池的升压后的正电位供应到负载，以提高负载的驱动效率。在配备有升压器的车辆中，电池的输出(即，升压器的初级侧)以及升压器的输出(即，次级侧)与车身电绝缘并且不接地，并且车辆被配置为使得其不用作电池和升压器的地。因此，在具有升压器的车辆中，需要检测升压器的次级侧与地之间的绝缘电阻以及电池与地之间的绝缘电阻，以监控接地故障状况。
因此，为了监控车辆与设置有电池和升压器的***，特别是从电池经由升压器和车身到诸如电动机这样的负载的主电源***之间的接地故障状况，设置接地故障检测装置。使用称为飞跨电容的电容器的方法被广泛用于接地故障检测装置。
图12是示出传统的飞跨电容型的接地故障检测装置500的配置实例的框图。接地故障检测装置500是连接到不接地的电池B并且检测包括电池B和升压器520的***的接地故障的装置。接地故障检测装置500、升压器520、负载540等被作为主装置(未示出)的外部控制装置控制。
这里，电池B的输出侧(即，初级侧)的正极与地之间的绝缘电阻被表示为RLp1，并且负极与地之间的绝缘电阻被表示为RLn1。此外，升压器520的输出侧(即，次级侧正极)与地之间的绝缘电阻被表示为RLp2，并且负极与地之间的绝缘电阻被表示为RLn2。正极侧绝缘电阻RLp是RLp1与RLp2的合成电阻，并且负极侧绝缘电阻RLn是RLn1与RLn2的合成电阻。则正极侧绝缘电阻RLp与负极侧绝缘电阻RLn的合成电阻成为***绝缘电阻RL。
用作飞跨电容的电容C1在通过接通/断开开关S1-S4而形成的路径中充电，并且充电电压由控制装置510测量。
已知计算RL的技术作为获得绝缘电阻RL的方法，测量V0、Vcn和Vcp，计算(Vcn+Vcp)/V0，并且基于获得的计算值通过参考预先创建的表格数据获得绝缘电阻。当获得的绝缘电阻RL低于预定基准值时，接地故障检测装置500判定已经发生接地故障，并且向外部控制装置输出警告。
这里，V0是与通过接通开关S1和S2而形成的路径上测量出的电池B的电压相对应的值。此时，电容C1的电极板中的连接到电池B的正极侧的电极板称为第一电极板，并且电容C1的电极板中的连接到电池B的负极侧的电极板称为第二电极板。
Vcn是在通过接通开关S1和开关S4而形成的充电路径中在电池B的正极侧测量的电压值，并且是包括负极侧绝缘电阻RLn的影响的电压值。Vcp是在通过接通开关S2和S3而形成的充电路径中在电池B的负极侧测量的电压值，并且是具有正极侧绝缘电子RLp的影响的电压值。
通常地，在接地故障判定时，进行V0测量、Vcn测量、V0测量和Vcp测量作为一个循环。在切换各个测量时，读取电容C1的充电电压，并且电容C1通过接通开关S3和S4所形成的路径放电。
另外，当升压器520正在进行升压操作并且开关S1和开关S4接通以测量Vcn时，升压后的电压被正极侧绝缘电阻RLp和负极侧绝缘电阻RLn分压而获得的电压施加到电容C1的第二电极板。
当该电压变得高于从电池B的正极侧施加的电压时，潜行电流使得电容C1以与正常极性相反的极性充电。即，第二电极板侧具有高电位，并且施加到作为测量电阻的电阻R3的电压变为负的。由于控制装置510通常将正电位设置为测量范围，所以在该情况下，由控制装置510测量的电压变为0，并且不能计算绝缘电阻RL。
为了解决该问题，专利文献1公开了一种接地故障检测装置600，其包括负电位测量电路620，如图13所示。这里，负电位测量电路620包括二极管Da、电阻Ra、由光学MOS-FET构成的开关Sa和电阻Rb。另外，接地故障检测装置600设置有开关S5和电阻R5。
在测量Vcn时，当以与正常相反的极性为电容C1充电时，接地故障检测装置600接通开关S5和开关Sa而不是接通开关S3和开关S4来利用控制装置610的A/D1对电容C1充电，并且利用该控制装置610的A/D2测量电容C1的充电电压。结果，测量了以相反极性充电的电容C1的充电电压，并且能够计算绝缘电阻RL。
参考列表
专利文献
专利文献1：JP 2011-17586 A
发明内容
技术问题
在专利文献1描述的发明中，通过在包括升压器的接地故障检测装置***中设置包括二极管、电阻和开关的负电位测量电路，即使当以相反极性对飞跨电容充电时，也能够测量充电电压。然而，在专利文献1描述的发明中，需要控制开关S5和开关Sa，并且配置和控制复杂化。
此外，在图12所示的配置中，如果开关S1和开关S3两者均由于故障等而接通，则电池B与控制装置610无电阻地相连，并且存在控制装置61将暴露于高压的风险。因此，如在图14所示的接地故障检测装置700中一样，通过使开关S1与开关S3不无电阻地相连而保护控制装置710。然而，在这样的接地故障检测装置700中，存在二极管D0。因此，电流不能从电容C1的第一板流向二极管D0。即使施加到电容C1的第二板的电压变得高于从电池B的正极侧施加的电压，也没有电流流入电容C1，并且电容C1维持不充电。因此，在图14所示的接地故障检测装置700中，即使添加了图13所示的负电位测量电路，当施加到电容C1的第二板的电压高于从电池B的正极侧施加的电压时，也不能计算绝缘电阻RL。
因此，本发明的目的是使得能够容易地测量充电电压，而不考虑飞跨电容的充电方向。
解决问题的方案
为了解决以上问题，根据本发明，提供了一种接地故障检测装置，该接地故障检测装置连接到将电力经由升压电路供给到负载的不接地的电池，计算设置有所述电池的***的绝缘电阻，并且检测接地故障，
所述接地故障检测装置包括：
电容，该电容具有第一电极板和第二电极板，并且作为飞跨电容运行；
第一切换单元，该第一切换单元用于在所述电池的正极侧和所述电容的所述第一电极板经由电阻串联连接的状态与所述电容的所述第一电极板经由测量电阻接地的状态之间切换；
第二切换单元，该第二切换单元用于在所述高压电池的负极侧和所述电容的所述第二电极板经由电阻串联连接的状态与所述电容的所述第二电极板经由电阻接地的状态之间切换；
控制单元，该控制单元用于控制所述第一切换单元和所述第二切换单元；以及
补偿分压电路，该补偿分压电路对所述测量电阻中产生的电压进行分压和补偿，
其中，所述控制单元具有第一端口和第二端口，所述第一端口用于接收在所述测量电阻中产生的电压的输入，所述第二端口用于接收从所述补偿分压电路输出的电压的输入。
此外，通过控制所述第一切换单元和所述第二切换单元，所述控制单元可以在以下路径之间切换：V0充电路径，包括所述电池和所述电容；Vcn充电路径，包括所述电池、作为所述电池的负极侧与地之间的绝缘电阻的负侧绝缘电阻以及所述电容；Vcp充电路径，包括所述电池、作为所述电池的正极侧与地之间的绝缘电阻的正侧绝缘电阻以及所述电容；以及充电电压测量路径，包括所述电容和所述测量电阻，并且在所述充电电压测量路径中，所述控制单元分别从所述第一端口和所述第二端口接收基于在所述V0充电路径中的在所述电容中充电的电压V0的电压的输入、基于在所述Vcn充电路径中的在所述电容中充电的电压Vcn的电压的输入以及基于通过所述Vcp充电路径在所述电容中充电的电压Vcp的电压的输入，并且当基于从所述第一端口接收的所述电压Vcn的电压的测量值大于0时，所述控制单元根据从所述第一端口接收的基于所述电压V0的电压的测量值、基于所述电压Vcn的电压的测量值以及基于所述电压Vcp的电压的测量值，计算所述绝缘电阻。
通过控制所述第一切换单元和所述第二切换单元，所述控制单元可以在以下路径之间切换：V0充电路径，包括所述电池和所述电容；Vcn充电路径，包括所述电池、作为所述电池的负极侧与地之间的绝缘电阻的负侧绝缘电阻以及所述电容；Vcp充电路径，包括所述电池、作为所述电池的正极侧与地之间的绝缘电阻的正侧绝缘电阻以及所述电容；以及充电电压测量路径，包括所述电容和所述测量电阻，并且在所述充电电压测量路径中，所述控制单元分别从所述第一端口和所述第二端口接收基于在所述V0充电路径中的在所述电容中充电的电压V0的电压的输入、基于在所述Vcn充电路径中的在所述电容中充电的电压Vcn的电压的输入以及基于通过所述Vcp充电路径在所述电容中充电的电压Vcp的电压的输入，并且当基于从所述第一端口接收的所述电压Vcn的电压的测量值大于0时，所述控制单元根据基于所述第一端口处的测量值的所述电压V0与基于所述第二端口处的测量值的电压V0的平均值、基于所述第一端口处的测量值的所述电压Vcn与基于所述第二端口处的测量值的上述电压Vcn的平均值以及基于所述第一端口处的测量值的所述电压Vcp与基于所述第二端口处的测量值的所述电压Vcp的平均值，计算所述绝缘电阻。
当从所述第一端口接收的基于所述电压Vcn的电压的测量值为0时，所述控制单元可以根据从所述第二端口接收的基于所述电压V0的电压的测量值、基于所述电压Vcn的电压的测量值以及基于所述电压Vcp的电压的测量值，计算所述绝缘电阻。
当从所述第一端口接收的基于所述电压Vcn的电压的测量值为0时，所述控制单元可以根据从所述第一端口接收的基于所述电压V0的电压的测量值和基于所述电压Vcp的电压的测量值以及从所述第二端口接收的基于所述电压Vcn的电压的测量值，计算所述绝缘电阻。
所述接地故障检测装置可以还包括：端口故障发生判定单元，该端口故障发生判定单元用于计算以下差之中的至少一者：基于所述第一端口处的测量值的电压V0与基于所述第二端口处的测量值的电压V0之间的差；基于所述第一端口处的测量值的电压Vcn与基于所述第二端口处的测量值的电压Vcn之间的差；以及基于所述第一端口处的测量值的电压Vcp与基于所述第二端口处的测量值的电压Vcp之间的差，并且当计算的所述差等于或大于预定阈值时，判定在所述第一端口和所述第二端口中的至少一者中产生异常。
所述补偿分压电路可以具有：输入端子，在所述测量电阻中产生的电压输入到该输入端子；输出端子，该输出端子用于输出所述输出电压；第一电阻，该第一电阻连接在所述输入端子与所述输出端子之间；电压源，该电压源供给恒定电压；第二电阻，该第二电阻的一端连接到所述电压源，并且该第二电阻的另一端连接到将所述第一电阻与所述输出端子连接的线路；以及第三电阻，该第三电阻的一端接地，并且该第三电阻的另一端连接到将所述第一电阻与所述输出端子连接的线路。
发明的有益效果
根据本发明，能够容易地测量充电电压，而不考虑飞跨电容的充电方向。
附图说明
图1是示出本实施例的接地故障检测装置的配置的框图；
图2是示出本实施例的接地故障检测装置的另一种配置的框图；
图3是示出本实施例的接地故障检测装置的操作的流程图；
图4是示出V0充电路径的图；
图5是示出充电测量/放电路径的图；
图6是示出Vcn充电路径的图；
图7是示出Vcp充电路径的图；
图8是示出本实施例的补偿分压电路的配置实例的框图；
图9是示出本实施例中的储存在飞跨电容中的电压与测量电压之间的关系的图；
图10是示出本实施例的接地故障检测装置的另一种配置的框图；
图11是示出本实施例的接地故障检测装置的另一种配置的框图；
图12是示出传统的飞跨电容***的接地故障检测装置的配置实例的框图；
图13是示出即使当飞跨电容以相反极性充电时也能够测量充电电压的传统配置的框图；以及
图14是示出用于保护控制装置免于高压的传统配置的框图。
参考标记列表
100 接地故障检测装置
110 控制装置
120 补偿分压电路
520 升压器
540 负载
A/D1 第一A/D口
A/D2 第二A/D口
具体实施方式
<接地故障检测装置100>
下文将参考附图描述根据本发明的实施例的接地故障检测装置。图1是示出本实施例的接地故障检测装置100的配置的框图。接地故障检测装置100是如下装置：其连接到向负载540供应电力的不接地的电池B，并且检测设置有电池B和升压器520的***的接地故障。接地故障检测装置100、升压器520、负载540等被作为高电平装置的外部控制装置(未示出)控制。
这里，电池B的输出侧(即，正极的初级侧)与地之间的绝缘电阻被表示为RLp1，并且负极与地之间的绝缘电阻被表示为RLn1。此外，升压器520的输出侧(即，正极的次级侧)与地之间的绝缘电阻被表示为RLp2，并且负极与地之间的绝缘电阻被表示为RLn2。正极侧绝缘电阻RLp是RLp1与RLp2的合成电阻，并且负极侧绝缘电阻RLn是RLn1与RLn2的合成电阻。于是，正极侧绝缘电阻RLp与负极侧绝缘电阻RLn的合成电阻成为***绝缘电阻RL。
电池B由诸如锂离子电池这样的可充电电池构成。电池B的正极经由升压器520连接到诸如电动机这样的负载540的正极，并且电池B的负极连接到负载540的负极。
如附图中所示，接地故障检测装100包括用作飞跨电容的电容C1。
接地故障检测装置100包括在电容C1周围的四个开关S1至S4，用于切换测量路径并且控制电容C1的充电/放电。这些开关可以由诸如光学MOS-FET这样的隔离开关元件构成。
开关S1的一端连接到电池B的正极，并且另一端连接到电阻R1。电阻R1的另一端连接到电容C1的第一电极板。传统地，如图14所示，从电池B的正极到电容C1为正向的二极管连接在开关S1与电阻R1之间。然而，在本实施例中，省略了该二极管。结果，在本实施例中，当施加到电容C1的第二电极板的电压大于从电池B的正极侧施加的电压时，电容C1以与正常充电相反的极性充电。
电容C1的第一电极板也连接到二极管D1和二极管D2的并联电路的一端，其中二极管D1与电阻R6串联连接。这里，二极管D1和二极管D2连接为使得它们的正向彼此相反，并且二极管D1的阳极连接到电容C1的第一电极板侧。
与电阻R6串联连接的二极管D1与二极管D2的并联电路的另一端连接到开关S3的一端，开关S3的另一端连接到电阻R3，并且电阻R3的另一端接地。因此，电容C1的第一电极板的电压被电阻R6和电阻R3分压。通常地，由于电池B具有高电压，所以充入电容C1中的电压也变为高电压。因此，在本实施例中，为了保持由控制装置110测量的电压是低的，电容C1的第一电极板的电压被电阻R6和电阻R3分压。此外，控制装置110的第一A/D口A/D1连接到将开关S3与电阻R3连接的线路。
此外，在本实施例中，除了控制装置110的第一A/D口A/D1之外，补偿分压电路120的一端连接到将开关S3与电阻R3相连的线路，并且电路120的另一端连接到控制装置110的第二A/D口A/D2。电压补偿与分压电路120是对施加到电阻R3的电压进行分压和补偿的电路。即，电压补偿与分压电路120将施加到电阻R3的电压VR3分压a倍(0<a<1)，并且将电压补偿(偏移)预定电压b(b＞0)。在本实施例中，通过将施加到电阻R3的电压分压并补偿而获得的电压(aVR3+b)也通过控制装置110测量。
开关S2的一端连接到电池B的负极，并且另一端连接到电容C1的第二电极板。开关S4的一端连接到电容C1的第二电极板，并且另一端连接到电阻R4。电阻R4的另一端接地。
控制装置110由微计算机等构成，并且通过执行预先嵌入的程序而控制接地故障检测装置100中的各种操作。具体地，开关S1至S4被分别控制以切换测量路径，并且控制电容C1的充电和放电。
此外，控制装置110从第一A/D口A/D1输入在作为测量电阻的电阻R3中产生的模拟电压电平。控制装置110通过基于测量值进行预定计算而计算绝缘电阻RL。控制装置110的测量数据、当检测到接地故障时的警报等输出到外部控制装置。
控制装置110测量例如0V至5V的预定范围的正电压。因此，在不考虑以相反方向对电容C1充电的传统的接地故障检测装置中，确定电阻R6和R3的值，使得与电阻R3相关的电压落入0V至5V的范围内。如果电容C1的充电范围为0V至500V，则电阻R6和R3的值被设定为以大约1/100分压。
然而，考虑到电容C1以相反的方向充电，电容C1的充电范围为-500V至500V。此时，施加到电阻R3的电压处于-5V至5V的范围内，该范围比控制装置110的测量范围宽。当控制装置110测量在测量范围外的电压时，控制装置110输出0作为测量值。因此，当施加到电阻R3的电压在-5V至0V的范围内时，从控制装置110的第一A/D口A/D1输入的电压为-5V至0V，并且控制装置110输出0作为测量值。因此，不能仅通过从控制装置110的第一A/D口A/D1输入的电压值计算绝缘电阻RL。
因此，本实施例的接地故障检测装置100具有补偿分压电路120，其通过将施加到电阻R3的电压范围分压而将该电压范围压缩，并且进一步地对该电压范围正向补偿，以输出正电压值。被补偿分压电路120分压并补偿的电压从第二A/D口A/D2输入到控制装置110。因此，在本实施例中，即使电容C1以与正常极性相反的极性充电时，正电压值也从第二A/D口A/D2输入到控制装置110。因此，在本实施例中，即使电容C1以与正常极性相反的极性充电，也能够通过控制装置110测量电压。即，在本实施例中，能够测量充电电压，而不考虑飞跨电容的充电方向。
例如，如果施加到电阻R3的电压范围被压缩1/2至-2.5V到2.5V的范围，并且进一步补偿2.5V，则能够以0至5V的范围测量施加到电阻R3的-5至5V范围内的电压。如将在稍后描述的，为了简化电路配置，例如，通过将施加到电阻R3的电压范围压缩至2/5并且补偿2V，可以在0至4V的范围内测量施加到电阻R3的-5V至5V的范围内的电压。当然，可以使用与电容C1的充电范围以及控制装置的测量范围相对应的其它电压分压比和补偿量。
此外，如图2所示，接地故障检测装置100可以具有滤波器F1和F2以去除噪音。此外，如图2所示，为了保护控制装置110，接地故障检测装置100可以具有电压限制单元130，其限制输入到控制装置110的电压的值。如图2所示，电压限制单元130可以由例如电阻、接地的二极管以及连接到电压源的二极管构成，并且可以将该电压源的电压设定为等于或低于控制装置110的测量范围的上限。由此，测量范围内的电压输入到控制装置110，而不论在测量电阻R3中产生的电压的值如何。
<接地故障检测装置100的操作>
将参考图3的流程图描述具有以上配置的接地故障检测装置100的操作。例如，接地故障检测装置100以V0测量周期(步骤S201)、Vcn测量周期(步骤S202)、V0测量周期(步骤S203)、Vcp测量周期(步骤S204)、绝缘电阻RL计算和接地故障判定(步骤S205至S209)为一个循环重复测量操作。
在V0测量周期(步骤S201、步骤S203)中，测量与电池B电压相对应的电压V0。因此，开关S1和开关S2接通，并且开关S3和开关S4断开，从而充以电压V0。此时，如图4所示，电池B、电阻R1和电容C1用作充电路径，并且电容C1以正极性充电。
其后，如图5所示，开关S1和开关S2断开，并且开关S3和开关S4接通。基于从第一A/D口A/D1的输入，控制装置110测量V0。基于从第二A/D口A/D2的输入，测量V0被分压并补偿的值V02。然后，在相同的电路中，电容C1放电以用于下一测量。
在Vcn测量周期(步骤S202)中，测量反映负极侧绝缘电阻RLn的影响的电压。因此，开关S1和开关S4接通，并且开关S2和开关S3断开，从而充以电压Vcn。此时，如图6所示，电池B、电阻R1、电容C1、电阻R4和负极侧绝缘电阻RLn用作测量路径。
其后，如图5所示，开关S1和开关S2断开，并且开关S3和开关S4接通。基于从第一A/D口A/D1的输入，控制装置110测量Vcn。基于从第二A/D口A/D2的输入，测量Vcn被分压并补偿的值Vcn2。
当升压器520正在进行升压操作时，将通过正极侧绝缘电阻RLp和负极侧绝缘电阻RLn对升压电压进行分压而获得的电压施加到电容C1的第二电极板。当该电压变得大于从电池B的正极侧施加的电压时，电容C1由于电流的回转而以与正常极性相反的极性充电。
当电容C1以相反极性充电时，Vcn取负值，并且成为在控制装置110的测量范围之外的值。因此，当控制装置110基于从第一A/D口A/D1的输入而测量Vcn时，测量值变为0。另一方面，在Vcn2中，如上所述，Vcn被补偿分压电路120分压且补偿，并且其值处于控制装置110的测量范围内。因此，在本实施例中，即使Vcn是负的，控制装置110也能够基于从第二A/D口A/D2的输入而测量Vcn被分压且补偿的值Vcn2。即，在本实施例中，即使电容C1以相反的极性充电，也能够测量反映负极侧绝缘电阻RLn的影响的电压。
在Vcp测量周期中(步骤S204)，测量反映正极侧绝缘电阻RLp的影响的电压。因此，开关S2和开关S3接通，并且开关S1和开关S4断开，以充电Vcp。此时，如图7所示，电池B、正极侧绝缘电阻电阻RLp、电阻R3和电容C1用作充电路径，并且电容C1以正极性充电。
其后，如图5所示，开关S1和开关S2断开，并且开关S3和开关S4接通。控制装置110基于从第一A/D口A/D1的输入测量Vcp。基于从第二A/D口A/D2的输入，测量Vcp被分压并补偿的值Vcp2。接着，以相同的电路使电容C1放电以用于下一测量循环。
控制装置110判定Vcn是否为0(步骤S205)，并且当Vcn不是0时(步骤S205，否)，控制装置110基于在上述测量周期中获得的V0、Vcn、Vcp计算绝缘电阻RL(步骤S206)。然后，当绝缘电阻RL等于或者低于预定的判定基准等级时(步骤S207，否)，判定发生接地故障，并且向外部控制装置输出警报(步骤S208)。
另一方面，当Vcn是0时(步骤S205，是)，控制装置110基于在前述测量周期中获得的V02、Vcn2和Vcp2参考预先创建的表格数据计算绝缘电阻RL(步骤S209)。
以这种方式，在本实施例中，当Vcn是正的时，基于从第一A/D口A/D1输入的输入V0、Vcn和Vcp判定是否已经发生接地故障。当Vcn是负的时，基于从第二A/D口A/D2的输入V02、Vcn2和Vcp2，判定是否已经发生接地故障。如上所述，由于补偿分压电路120的输出总是正值，所以能够仅通过使用从第二A/D口A/D2输入的电压值而判定是否已经发生接地故障。然而，如上所述，补偿分压电路120将与电阻R3相关的电压范围压缩。因此，从补偿分压电路120输出并且从第二A/D口A/D2输入的电压值具有比从第一A/D口A/D1输入的电压值低的分辨率。如果仅通过使用从第二A/D口A/D2输入的电压值检测接地故障的发生，则检测接地故障的准确度可能降低。因此，在本实施例中，当Vcn是正的时，为了防止接地故障的检测的准确度降低，设计为基于从第一A/D口A/D1输入的输入V0、Vcn、Vcp判定是否已经发生接地故障。
在步骤S209中，可以基于V0、Vcn2和Vcp而不是V02、Vcn2和Vcp2参考预先创建的表格数据而计算绝缘电阻RL。以这种方式，即使当Vcn是负的时，通过使用从第一A/D口A/D1输入的V0和Vcp判定接地故障的产生，也能够抑制接地故障的检测准确度的降低。
此外，在步骤S206中，可以基于从第二A/D口A/D2输入的电压值而计算V0、Vcn和Vcp。可以通过使用算得的V0与在以上测量周期中获得的V0的平均值、算得的Vcn与在上述测量周期中获得的Vcn的平均值以及算得的Vcp与在以上测量周期中获得的Vcp的平均值来计算绝缘电阻RL。由此，能够在降低噪声的影响的同时，检测接地故障的产生。
此外，在本实施例中，为了使输入到控制装置110的电压值取值为正，利用补偿分压电路120，在将施加到电阻R3的电压VR3分压a倍之后，将电压变大地补偿预定电压b至电压(aVR3+b)。因此，当施加到电阻R3的电压VR3为0时，Vcn2是b。因此，在步骤S205中，除了判定Vcn是否为0之外，优选地还判定Vcn2是否为b以上。然后，当Vcn是0并且Vcn2小于b时，可以基于V02、Vcn2和Vcp2计算绝缘电阻RL。当Vcn不是0或者Vcn2是b以上时，可以基于V0、Vcn和Vcp计算绝缘电阻RL。由此，即使当噪声包含在Vcn中时，也能够更加准确地判定Vcn是否为负。
此外，可以基于从第二A/D口A/D2输入的电压值计算V0(Vcn、Vcp)，并且计算出的V0(Vcn、Vcp)与在上述测量周期中获得的V0(Vcn、Vcp)之间的差可以与预定阈值进行比较。如果第一A/D口A/D1和第二A/D口A/D2两者均正常，则这些值应当大致相同。因此，当这些值之间的差大于预期的电路之间的变化的值时，有较高可能性第一A/D口A/D1和第二A/D口A/D2中的至少一者发生故障或者劣化。因此，接地故障检测装置100可以具有端口故障发生判定单元，其计算基于从第二A/D口A/D2输入的电压值所算出的V0(Vcn、Vcp)与在上述测量周期中获得的V0(Vcn、Vcp)之间的差，并且当该差等于或大于预定阈值时，判定在第一A/D口A/D1和第二A/D口A/D2的至少一者中已经产生异常。其后，可以检测第一A/D口A/D1和第二A/D口A/D2中的哪一个有异常，并且可以使用没有发生异常的端口。
<补偿分压电路120>
图8是示出本实施例的补偿分压电路120的配置实例的框图。补偿分压电路120包括：输入端子121，该输入端子121连接到将开关S3与电阻R3连接的线路；输出端子122，其连接到控制装置110；三个电阻RO1、RO2和RO3；以及电压源VS，其供给恒定电压。电阻RO1的一端连接到输入端子121，并且电阻RO1的另一端连接到输出端子122。电阻RO2的一端连接到电压源VS，并且电阻RO2的另一端连接到将电阻RO1与输出端子122连接的线路。电阻RO3的一端接地，并且电阻RO3的另一端连接到将电阻RO1与输出端子122连接的线路。在该电路中，施加到电阻RO3的电压VRO3从输出端子122输出，并且由控制装置110测量。
在该电路中，施加到电阻RO3的电压VRO3通过以下等式获得。
Figure BDA0002780379810000161
因此，在该电路中，当能够由控制装置110测量的电压的上限值为Vcmax时，如果三个电阻RO1、RO2和RO3以及供给恒定电压的电压源VS的值被设定为使得0≦VRO3≦Vcmax，则即使电容C1以与正常极性相反的极性充电，也能够利用控制装置110测量电压。
例如，当R6/R3＝99时，当储存在电容C1中的电压在-500V与500V之间变化时，施加到电阻R3的电压在-5V与5V之间变化。因此，假定本实施例的补偿分压电路120不存在，并且控制装置110直接测量施加到电阻R3的电压，则当储存在电容C1中的电压的值在-500V与0V之间时，由控制装置110测量的电压变为0，如图7中的虚线所示。从而，施加到电阻R3的电压不能被控制装置110准确地测量。
另一方面，在本实施例中，例如，当RO1＝RO2＝RO3/2并且VS＝5V时，施加到电阻RO3的电压VRO3为(2/5)(VR3+5)。因此，当储存在电容C1中的电压在-500V至500V的范围内并且施加到电阻R3的电压在-5V至5V之间时，施加到电阻RO3的电压VRO3在0V与4V之间。即，在本实施例中，即使储存在电容C1中的电压是负的，施加到电阻RO3的电压VRO3也不是负的，而是正的，并且变为5V以下。因此，如图9中的实线所示，在本实施例中，即使当储存在电容C1中的电压的值在-500V与0V之间，控制装置110也能够准确地测量电压。即，在本实施例中，即使电容C1以与正常极性相反的极性充电，也能够利用控制装置110测量电压。即，在本实施例中，能够测量充电电压，而不考虑飞跨电容的充电方向。
此外，此时，电阻RO3可以由串联连接的具有相同电阻值的两个电阻RO32和RO32构成。此时，RO1＝RO2＝RO32＝RO32，并且变得能够利用具有相同电阻值的四个电阻而构造补偿分压电路。结果，能够以高准确度构造补偿分压电路120。
顺便提及，图8所示的补偿分压电路120是一个实例，并且可以具有其它电路配置。例如，输入端子处的电压可以由两个电阻分压，并且通过使用由运算放大器等构成的加法器电路进行补偿。
通过将电阻RO2经由开关连接到将端子RO1与输出端子122连接的线路，将电阻RO3经由开关连接到将电阻RO1与输出端子122连接的线路并且断开这些开关，能够从第二A/D口A/D2输入与从第一A/D口A/D1输入的电压值相对应的电压值。即，能够在不设置第一A/D口A/D1的情况下通过与上述相同的方法检测接地故障。然而，在通过接通开关而受到补偿分压电路120影响的电压值与通过断开开关而不受补偿分压电路120影响的电压值之间，引入的噪声不同。因此，本实施例设置有两个A/D口。在本实施例中，设置两个A/D口，即，第一A/D口A/D1和第二A/D口A/D2。因此，能够利用不同的A/D口接收被补偿分压电路120影响的电压值以及不被补偿分压电路120影响的电压值。例如，如图2所示，能够***适用于各电压值的滤波器F1和F2。
<切换单元>
在本身实施例中，开关S1或者开关S3中的一者总是接通的。而且，两个开关不能同时接通。因此，开关S1与开关S3形成了切换单元，该切换单元在电池B的正极侧与电容C1的正极侧端串联连接的状态与电容C1的正极侧端接地的状态之间切换。如图10所示，该切换单元可以由C触点开关Sc1构成，来代替开关S1和开关S2。此外，如图11所示，可以由彼此协同操作的两个C触点开关所组成的双继电器St1构成。
类似地，在本实施例中，开关S2和开关S4中的一者总是接通的。而且，两个开关不能同时接通。因此，开关S2与开关S4形成了切换单元，该切换单元在电池B的负极侧与电容C1的负极侧端串联连接的状态与电容C1的负极侧端接地的状态之间切换。该切换单元可以由C触点开关Sc2构成，如图10所示，来代替开关S1和开关S2。此外，如图11所示，可以使用双继电器St2。
以上已经根据本发明的优选实施例而描述了本发明。这里，已经通过示出的具体实例而描述了本发明。然而，可以在不背离权利要求描述的本发明的精神和范围的情况下，对这些具体实例进行各种变形和改变。

Claims (7)

1.一种接地故障检测装置，该接地故障检测装置连接到不接地的电池，该不接地的电池将电力经由升压电路供给到负载，所述接地故障检测装置计算设置有所述电池的***的绝缘电阻，并且检测接地故障，
所述接地故障检测装置包括：
电容，该电容具有第一电极板和第二电极板，并且作为飞跨电容运行；
第一切换单元，该第一切换单元用于在所述电池的正极侧和所述电容的所述第一电极板经由电阻串联连接的状态与所述电容的所述第一电极板经由测量电阻而接地的状态之间进行切换；
第二切换单元，该第二切换单元用于在所述电池的负极侧和所述电容的所述第二电极板经由电阻串联连接的状态与所述电容的所述第二电极板经由所述测量电阻而接地的状态之间进行切换；
控制单元，该控制单元用于控制所述第一切换单元和所述第二切换单元；以及
补偿分压电路，该补偿分压电路对所述测量电阻中产生的电压进行分压和补偿，
其中，所述控制单元具有第一端口和第二端口，所述第一端口用于接收在所述测量电阻中产生的电压的输入，所述第二端口用于接收从所述补偿分压电路输出的电压的输入。
2.根据权利要求1所述的接地故障检测装置，
其中，通过控制所述第一切换单元和所述第二切换单元，所述控制单元在以下路径之间进行切换：V0充电路径，该V0充电路径包括所述电池和所述电容；Vcn充电路径，该Vcn充电路径包括所述电池、作为所述电池的负极侧与地之间的绝缘电阻的负侧绝缘电阻以及所述电容；Vcp充电路径，该Vcp充电路径包括所述电池、作为所述电池的正极侧与地之间的绝缘电阻的正侧绝缘电阻以及所述电容；以及充电电压测量路径，该充电电压测量路径包括所述电容和所述测量电阻，并且
在所述充电电压测量路径中，所述控制单元分别从所述第一端口和所述第二端口接收基于在所述V0充电路径中的在所述电容中充电的电压V0的电压的输入、基于在所述Vcn充电路径中的在所述电容中充电的电压Vcn的电压的输入以及基于通过所述Vcp充电路径在所述电容中充电的电压Vcp的电压的输入，并且
当从所述第一端口接收的基于所述电压Vcn的电压的测量值大于0时，所述控制单元根据从所述第一端口接收的基于所述电压V0的电压的测量值、基于所述电压Vcn的电压的测量值以及基于所述电压Vcp的电压的测量值，计算所述绝缘电阻。
3.根据权利要求1所述的接地故障检测装置，
其中，通过控制所述第一切换单元和所述第二切换单元，所述控制单元在以下路径之间进行切换：V0充电路径，该V0充电路径包括所述电池和所述电容；Vcn充电路径，该Vcn充电路径包括所述电池、作为所述电池的负极侧与地之间的绝缘电阻的负侧绝缘电阻以及所述电容；Vcp充电路径，该Vcp充电路径包括所述电池、作为所述电池的正极侧与地之间的绝缘电阻的正侧绝缘电阻以及所述电容；以及充电电压测量路径，该充电电压测量路径包括所述电容和所述测量电阻，并且
在所述充电电压测量路径中，所述控制单元分别从所述第一端口和所述第二端口接收基于在所述V0充电路径中的在所述电容中充电的电压V0的电压的输入、基于在所述Vcn充电路径中的在所述电容中充电的电压Vcn的电压的输入以及基于通过所述Vcp充电路径在所述电容中充电的电压Vcp的电压的输入，并且
当从所述第一端口接收的基于所述电压Vcn的电压的测量值大于0时，所述控制单元根据基于所述第一端口处的测量值的所述电压V0与基于所述第二端口处的测量值的所述电压V0的平均值、基于所述第一端口处的测量值的所述电压Vcn与基于所述第二端口处的测量值的所述电压Vcn的平均值以及基于所述第一端口处的测量值的所述电压Vcp与基于所述第二端口处的测量值的所述电压Vcp的平均值，计算所述绝缘电阻。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的接地故障检测装置，
其中，当从所述第一端口接收的基于所述电压Vcn的电压的测量值为0时，所述控制单元根据从所述第二端口接收的基于所述电压V0的电压的测量值、基于所述电压Vcn的电压的测量值以及基于所述电压Vcp的电压的测量值，计算所述绝缘电阻。
5.根据权利要求1至3的任意一项所述的接地故障检测装置，
其中，当从所述第一端口接收的基于所述电压Vcn的电压的测量值为0时，所述控制单元根据从所述第一端口接收的基于所述电压V0的电压的测量值和基于所述电压Vcp的电压的测量值以及从所述第二端口接收的基于所述电压Vcn的电压的测量值，计算所述绝缘电阻。
6.根据权利要求1至5的任意一项所述的接地故障检测装置，还包括端口故障发生判定单元，该端口故障发生判定单元用于计算以下差之中的至少一者：基于所述第一端口处的测量值的电压V0与基于所述第二端口处的测量值的电压V0之间的差、基于所述第一端口处的测量值的电压Vcn与基于所述第二端口处的测量值的电压Vcn之间的差以及基于所述第一端口处的测量值的电压Vcp与基于所述第二端口处的测量值的电压Vcp之间的差，并且
当计算的所述差等于或大于预定阈值时，所述端口故障发生判定单元判定在所述第一端口和所述第二端口中的至少一者中产生异常。
7.根据权利要求1至6的任意一项所述的接地故障检测装置，
其中，所述补偿分压电路具有：输入端子，在所述测量电阻中产生的电压被输入到该输入端子；输出端子，该输出端子用于输出所述输出电压；第一电阻，该第一电阻连接在所述输入端子与所述输出端子之间；电压源，该电压源供给恒定电压；第二电阻，该第二电阻的一端连接到所述电压源，并且该第二电阻的另一端连接到将所述第一电阻与所述输出端子连接的线路；以及第三电阻，该第三电阻的一端接地，并且该第三电阻的另一端连接到将所述第一电阻与所述输出端子连接的线路。
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