CN115603273A - 用于识别电路中的接地故障的位置的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种识别电路中的接地故障的位置和/或量值的***和方法，所述电路具有将电池串与多个负载及所述负载之间的接地参考连接的总线。所述总线的电位相对于接地参考在第一方向上移位。确定所述总线中的在所述电池串与所述接地参考之间的第一阻抗，且所述总线相对于所述接地参考在第二方向上移位。确定所述总线中的在所述电池串与所述接地参考之间的第二阻抗。基于所述第一阻抗与所述第二阻抗之间的关系，确定接地故障的位置和/或严重程度。

Description

用于识别电路中的接地故障的位置的方法
技术领域
本文中所描述的主题涉及能量存储***内的接地故障的检测方法和***。
背景技术
多种能量存储***可使用存储在电池中的电能以对动力***的一个或多个组件供电。能量存储***中可存在许多发生接地故障的机会。储能装置和***变得更多产，这可产生更多的潜在故障点。另外，储能装置正用于更安全的关键应用(例如，高速的自驾驶汽车)，且这些装置的电压持续增加，从而增加接地故障的风险。尽可能早地检测接地故障是合乎需要的，因为第二或额外接地故障可能对能量存储***是有害或灾难性的。
一些已知的接地故障检测***要求添加大量设备和/或专用无源电路以检测接地故障。这两者可导致高成本和与能量存储***一起封装的额外组件。此外，其它***可能具有其中接地故障可无法检测到的盲点。
因此，需要不要求添加大量设备或专用无源电路的用于检测能量存储***中的接地故障的***和方法。
发明内容
在一个实施例中，提供一种用于识别电路中的接地故障的位置和/或量值的方法，所述电路具有将电池串与多个负载及负载之间的接地参考连接的总线。方法可包括：使电路的总线相对于接地参考在第一方向上移位；确定总线中的在电池串与接地参考之间的第一阻抗；使电路的总线相对于接地参考在第二方向上移位；确定总线中的在电池串与接地参考之间的第二阻抗；以及基于第一阻抗与第二阻抗之间的关系，识别接地故障的位置和/或严重程度。
在一个实施例中，提供另一种方法，其包括：启动与具有两个或更多个电池单元的至少一个电池串耦合的逆变器。在第一频率下启动逆变器以进行以下中的一个或多个：将第一电流发送到至少一个电池串或从至少一个电池串汲取第一电流。方法还包括：确定发送到至少一个电池串或从至少一个电池串汲取的第一电流；在第二频率下启动逆变器以进行以下中的一个或多个：将第二电流发送到至少一个电池串或从至少一个电池串汲取第二电流；确定发送到至少一个电池串或从至少一个电池串汲取的第二电流；从所测量的第一电流和第二电流确定阻抗和阻抗的相角，以及识别具有至少一个电池串和逆变器的电路中的绝缘故障，绝缘故障响应于超过阈值的相角或相对于时间改变的相角而被识别。
在一个实施例中，提供***(例如，接地阻抗和故障检测***)，且***包含控制器，所述控制器配置成识别电路中的接地故障的位置，所述电路具有将电池串与多个负载及负载之间的接地参考连接的总线。控制器配置成通过以下来识别接地故障的位置：使电路的总线相对于接地参考在第一方向上移位；确定总线中的在电池串与接地参考之间的第一阻抗；使电路的总线相对于接地参考在第二方向上移位；确定总线中的在电池串与接地参考之间的第二阻抗；以及基于第一阻抗与第二阻抗之间的关系而将电池串中的若干电池单元中的电池单元识别为具有接地故障。
附图说明
本公开主题可通过参考附图阅读非限制性实施例的以下描述来理解，其中在下文中：
图1示出具有接地阻抗和/或故障检测能力的能量存储***的一个实例；
图2示出用于识别电路串中的接地阻抗和/或故障的位置和/或量值的方法的一个实例的流程图；
图3示出当导电总线在开关断开的情况下移位时，与电池串中的接地故障的不同严重程度相关联的特性关系的正极集合；
图4示出当总线在开关都断开的情况下移位时，与串中的接地故障的不同严重程度相关联的特性关系的负极集合；
图5示出与图3中所绘示的特性关系的正极集合相比当总线在不同方向上移位时，与串中的接地故障的不同严重程度相关联的特性关系的另一正极集合；以及
图6示出与图4中绘示的关系相比当总线在不同方向上移位时，与串中的接地故障的不同严重程度相关联的特性关系的另一负极集合。
具体实施方式
本文中所描述的主题的实施例涉及具有接地阻抗和/或故障检测能力的能量存储***以及确定接地阻抗的相关联方法，该方法可用于检测能量存储***中的接地故障。能量存储***可具有例如电池单元的储能装置。***和方法可通过改变或添加能量存储***的控制器的软件或其它编程而低本高效实施。为了保护储能装置，可使用开关(接触器等)的集合连接和/或断开连接储能装置。储能装置可具有在(导电性地耦合储能装置的)导电电池总线上被参考到接地参考以测量电压的阻抗、用作高电压指示器等等。这些阻抗可在开关的任一侧上，且用于在断开或闭合开关时使接地参考移位或以其它方式移动接地参考。使用动力***中现有的例如预充电电阻器、逆变器、绝缘接触器等组件使接地参考移位，可使得能量存储***中的故障可视化。逆变器(或类似切换组件)还可用于在无需额外组件的情况下完成测试，例如tanδ(tan delta)测试。
可在不向封装添加额外组件以及没有该额外组件带来的高成本的情况下完成检测。由其它组件占据的任何空间对于所存储的能量为较小空间且在动力***中为更多成本。
在一个实施例中，能量存储***中的电压测量用于确定接地阻抗，其可用于检测能量存储***内的接地故障的量值和位置。能量存储***的接地参考可通过闭合开关(例如，绝缘串接触器)而移位以确定接地阻抗。当此接地阻抗降低到低于指定阈值阻抗时，那么可检测到接地故障。阈值阻抗可基于电池单元(例如，单元的化学性质、单元是否并联或串联、单元的功率电平、单元的电压、单元的温度、单元的寿命等)而改变。响应于检测到接地故障，可对操作者产生警报或其它通知，可改变或停止由能量存储***至少部分地供电的动力***(例如，车辆或静止***)的操作等等。
图1示出能量存储***100的一个实例。***包含控制器102，其操作以控制动力***108的电路106中的电可控开关104(例如，开关104A、104B)的状态。电路包含使电路的组件彼此导电连接的导电总线128。该总线可表示一个或多个导线、迹线、电缆等等。开关104A可称为正极侧开关，因为该开关位于串的正极端子、端或输出端与电路的其余部分之间。开关104B可称为负极侧开关，因为该开关位于串的负极端子、端或输出端与电路的其余部分之间。开关可为接触器或其它类型的电开关。图1中绘示的电路的组件的数目和/或布置仅提供为一个实例。可提供额外或更少组件，和/或组件可处于与所绘示的布置不同的布置。
控制器可表示硬件电路***，其包含一个或多个处理器(例如，一个或多个集成电路、一个或多个现场可编程门阵列、一个或多个微处理器等)和/或与所述一个或多个处理器连接，所述一个或多个处理器操作以经由导电路径(例如，导线、电缆、导电总线、导电迹线等)发送信号和/或以无线方式将信号发送到开关以控制断开哪些开关，闭合哪些开关以及何时断开或闭合开关。控制器可自动产生这些信号和/或可基于(例如，来自操作者和/或动力***的)输入产生信号。
电路包含电池单元112的一个或多个串110，其将能量(例如，直流电)供应到动力***的一个或多个负载114以对负载供电。如本文中所描述，电池单元可指作为能够通过化学反应产生电能和/或存储电能以供稍后使用的装置的电化学单元。单元组可指彼此并联连接的两个或更多个电池单元。单元堆叠可指彼此串联连接的两个或更多个单元组。包可指彼此串联连接的两个或更多个单元堆叠，且其任选地可设置在封装或外壳中。串可指彼此串联连接的两个或更多个包。任选地，开关中的一个或多个可设置在串中的至少一个的子部分之间。举例来说，正极侧开关和/或负极侧开关可设置在单元之间、单元组之间、单元堆叠之间或串中的包之间。
电路可包含：充电开关或接触器134，其断开或闭合以耦合串与负载；放电开关或接触器136，其断开或闭合以耦合串与外部电源以用于对串充电。电路可包含预充电开关或接触器130，其用于将串及总线与电阻性元件或负载132连接或断开连接，以在闭合充电/放电开关或接触器以将串耦合到负载之前对总线预充电，和/或在闭合正/负极侧开关以将外部电源(例如，公用电网、发电机、作为发电机操作的牵引电动机等)耦合到串之前对串充电。电路可包含控制电流从串到负载的传导的逆变器138。逆变器可在不同时间触发(例如，闭合)以将从串供应的直流电转换成供应到负载的交流电。
动力***可表示至少部分地由存储在电池串内的电池单元中的电能供电的静止或移动***。举例来说，可由电池串提供动力***的所有能量需求，或可由电池串提供动力***的所有能量需求的一部分。动力***可为车辆，例如采矿车辆、轨道车辆、汽车、卡车、公共汽车、船舶、农用车辆等等。负载可表示电动机、灯、处理器、鼓风机等等。
电路包含第一接地参考连接116(图1中的“接地(Ground)”，其在串之间的位置中通过阻抗装置118(图1中的“Rvam”)与串耦合。本文中所描述的接地参考连接将电路与大地接地参考或另一接地参考(例如，车辆车身或底盘)连接。阻抗装置可表示电路的负载。例如，阻抗装置可表示灯或发光二极管、电压放大器、栅格电阻器等等。任选地，阻抗装置可表示在图1中标记的位置处测量阻抗、电压等等的传感器(例如，电压表和电流表或Rvam)。在装置由串供电时，阻抗装置可用于测量阻抗，如本文中所描述。接地参考与正极侧开关(或串的正极端)之间的阻抗装置可称为正极侧阻抗装置。接地参考与负极侧开关(或串的负极端)之间的阻抗装置可称为负极侧阻抗装置。
电路包含第二接地参考连接120，其在串中的每一个与开关之间的位置中通过额外阻抗装置与串耦合。第三接地参考连接122在正极侧开关与二极管集合124之间的位置中和在负极侧开关与负载之间的另一位置中通过额外阻抗装置与串耦合。一个或多个额外接地参考连接126通过额外阻抗装置和二极管集合与串耦合。能量存储***任选地可具有与图1中绘示的串并联设置的其它等效串。这些额外接地参考连接通过正极侧开关与负载之间的二极管集合与正极侧开关耦合，且与负极侧开关耦合。可比图1中所绘示(如由图1中的省略号所表示)提供一个或多个额外接地参考连接或更少的接地参考连接。
串中的接地故障可通过串的正极和负极电压测量值相对于接地参考的失配而显而易见(或更显而易见)。在闭合开关之前和闭合开关之后，将例如(可使用这些测量到的电压计算的)阻抗、电压等等的特性相对于接地进行比较可揭示接地故障的量值和位置。在特性的测量之间闭合正极侧开关或负极侧开关可使电路的接地参考移位以使得能够识别接地故障的量值和位置。接地故障的量值在图1中标记为“Rfault”。
继续参考图1中绘示的电路，图2示出用于识别电路串中的接地故障的位置和/或量值的方法200的一个实例的流程图。方法可使用电路和/或动力***的现有组件执行。换句话说，可通过执行本文中所描述的操作而识别串中的接地故障的位置和/或量值，但不必将任何新组件添加到电路或动力***。阻抗装置可为动力***的用于执行其它操作的现有装置，例如车辆内部的显示器上的灯、将由能耗制动产生的再生能量耗散为热量的电阻器、已存在于动力***中的电压表/电流表(例如，向操作者显示串的电压的传感器)等等。开关可为用于其它目的的现有开关或接触器，所述目的例如将串与总线连接或断开以用于控制负载何时从串接收直流电、何时对串充电等。
在202处，使电路的总线相对于接地参考在第一方向上移位。该移位可通过在保持开关中的一个断开的同时闭合开关中的另一个来实施。当与大地接地或车辆底盘(例如，接地参考连接)相比较时，这改变了总线的电位。可通过在保持负极侧开关闭合的同时断开正极侧开关而在第一方向上发生移位。控制器可(例如，经由有线和/或无线连接)与开关连通以控制哪一开关断开和哪一开关闭合。
在204处，可确定串与接地参考之间的特性。特性可为由阻抗装置中的一个或多个测量或根据阻抗装置所测量的另一特性计算或以其它方式导出的阻抗、电压等等。举例来说，阻抗装置可测量串与接地参考之间的电压和/或电流。这个或这些测量值可由控制器传送或获得，且控制器可基于所测量的电压和/或电流(例如，通过将所测量的电压除以所测量的电流)计算阻抗。
在206处，使电路的总线相对于接地参考在不同于第一方向的第二方向上移位。可通过改变在202、204处断开的开关和在202、204处闭合的开关来实施该移位。举例来说，如果在202、204处正极侧开关断开且负极侧开关闭合，那么在206(和如下文所描述的208)处正极侧开关闭合且负极侧开关断开。相反地，如果在202、204处正极侧开关闭合且负极侧开关断开，那么在206(和如下文所描述的208)处正极侧开关断开且负极侧开关闭合。
在208处，确定串与接地参考之间的特性。特性可为由阻抗装置中的一个或多个测量、计算或以其它方式导出的阻抗、电压等等。用于在204处确定特性的相同或不同阻抗装置可用于在208处确定特性。
当两个开关断开时，电路的总线可相对于接地居中。举例来说，总线在正极侧开关和负极侧开关都断开时可不具有任何电位(正极或负极电位)。或者，当两个开关都断开时，总线可能不相对于接地居中。总线在正极侧开关和负极侧开关断开时可具有正极或负极电位(例如，电压)。在任一情境中，可通过如上文结合202、204、206、208所描述断开和闭合开关以及确定特性来使总线的电位移位。
总线的移位可在两个开关断开或两个开关闭合的情况下发生。举例来说，可在202处断开两个开关，且当两个开关断开时在204处确定特性。接着，可在206处闭合一个或两个开关，且在一个或两个开关闭合时在208处确定另一特性。作为另一实例，可在202处闭合两个开关，且当两个开关闭合时在204处确定特性。接着可在206处断开一个或两个开关，且当一个或两个开关断开时在208处确定另一特性。
在210处，基于或使用所确定的特性在串中识别接地故障。可通过确定故障的位置和/或严重程度来识别接地故障。接地故障的位置可为具有接地故障的电池单元、单元组、单元堆叠或包(例如，不合需要地或无意地连接到接地参考的单元、单元组、单元堆叠或包)。接地故障的严重程度可为接地故障的阻抗。串中的接地故障的位置与接地之间的连接可具有阻抗或电阻。随着该连接的阻抗或电阻增加，可降低后续接地故障的严重程度。随着该连接的阻抗或电阻减小，接地故障的严重程度提高。
图3示出当总线在两个开关都断开的情况下移位时，与串中的接地故障的不同严重程度相关联的特性关系302A到302K的正极集合300。当总线移位时，使用正极侧阻抗装置中的一个或多个测量或计算图3中所绘示的关系(例如，在202处移位且在204处测量或计算)。图4示出当总线有意地居中时，与串中的接地故障的不同严重程度相关联的特性关系402(例如，关系402A到402K)的负极集合400的实例。当接地的两侧上的阻抗相等时，总线可有意地居中，这也可意味着接地的两侧上的电位相等。替代地，图4中绘示的关系的负极集合可表示另一状态(例如，当总线未有意地居中时)。当总线移位时，使用负极侧阻抗装置中的一个或多个测量或计算图4中绘示的关系(例如，在202处移位且在204处测量或计算)。每一集合中的不同关系与串中的不同位置(例如，不同单元、不同单元组、不同单元堆叠或不同包)和不同严重程度(例如，故障的位置与接地之间的不同阻抗)相关联。可凭经验确定或测量与每一位置和严重程度相关联的关系，例如，通过在不同位置创建接地故障且使用正极侧阻抗装置和负极侧阻抗装置测量特性。
沿着表示使用正极侧阻抗装置确定的特性的不同值的水平轴线304和表示串中的不同位置(例如，串的不同电位)的竖直轴线306绘示正极侧关系302A到302K。因为串中的单元可部分地或完全彼此串联连接，所以沿竖直轴线的不同电位可表示串中的不同位置。沿着表示使用负极侧阻抗装置确定的特性的不同值的水平轴线404和上文所描述的竖直轴线306绘示负极侧关系402A到402K。
在(根据一个实例的)操作中，开关可断开，且正极侧阻抗装置可用于测量或确定总线的特性。在所示出的实例中，正极侧阻抗装置可测量或用于计算400伏的电压310作为特性，如图3中所绘示。但仅凭这一单个特性，控制器可能无法确定接地故障的位置或严重程度。如图3中所绘示，在沿竖直轴线的不同电压下，400伏的所测量特性与302D到302K相交。因此，仅根据这一单个特性，不清楚接地故障的位置是否在沿竖直轴线的任何值处，所述值与沿水平轴线的400伏与关系302D到302K的多个相交点对应。另外，关系302A到302K在盲点308彼此相交，其中归因于在盲点处沿水平轴线与关系302A到302K的所有关系相交的特性值，接地故障的严重程度将是未知的。
负极侧阻抗装置测量的特性也出现了类似问题。在(根据一个实例的)操作中，开关可断开，且负极侧阻抗装置可用于测量或确定总线的特性410，例如-850伏(如图4中所绘示)。但归因于沿水平轴线的特性的值与沿竖直轴线的不同值处的多个关系402D到402K相交，仅凭这一单个特性，控制器可能无法确定接地故障的位置或严重程度。如上文所描述，仅根据这一单个特性，不清楚接地故障的位置是否在沿竖直轴线的任何值处，所述值与沿水平轴线的-850伏与关系402D到402K的多个相交点对应。另外，关系402A到402K在另一盲点408彼此相交，其中归因于在盲点处沿水平轴线与关系402A到402K的所有关系相交的特性值，接地故障的严重程度将是未知的。
可通过使总线移位来识别接地故障的位置和严重程度，如上文所描述。使总线移位可移动或改变上文所描述的盲点的位置。这产生可用于解决未知情况的第二等效电路，因为该第二电路引入在执行202和204时不在电路中的新的或不同的阻抗装置。图5示出与特性关系的正极集合300相比当总线在不同方向上移位时，与串中的接地故障的不同严重程度相关联的特性关系502A到502K的另一正极集合500。举例来说，虽然关系302A到302K可与通过断开两个开关而移位的总线相关联，但关系502A到502K可与通过闭合开关中的一个(例如，负极侧开关)且保持另一开关断开而移位的总线相关联。当总线移位时，使用正极侧阻抗装置中的一个或多个测量或计算图5中所绘示的关系(例如，在206处移位且在208处测量或计算)。沿着上文所描述的水平轴线304和竖直轴线306绘示图5中的正极侧关系502A到502K。
图6示出与关系402A到402K相比当总线在不同方向上移位时，与串中的接地故障的不同严重程度相关联的特性关系602A到602K的另一负极集合600(例如，其中负极侧开关闭合但正极侧开关保持断开)。当总线移位时，使用负极侧阻抗装置中的一个或多个测量或计算图6中绘示的关系(例如，在206处移位且在208处测量或计算)。每一集合中的不同关系与串中的不同位置和不同严重程度相关联。可凭经验确定或测量与每一位置和严重程度相关联的关系，例如，通过在不同位置创建接地故障且使用正极侧阻抗装置和负极侧阻抗装置测量特性。沿着上文所描述的水平轴线404和竖直轴线306绘示负极侧关系602。
在使用正极侧阻抗装置测量或计算400伏的电压(图3中所绘示)和使用负极侧阻抗装置测量或计算850伏的电压(图4中所绘示)之后，可通过闭合正极侧开关或负极侧开关而使总线移位，再次使用正极侧阻抗装置来测量或计算电压，且再次使用负极侧阻抗装置来测量或计算电压。在图5和6中示出的实例中，正极侧阻抗装置测量或用于计算700伏的电压510(图5中所绘示)，且负极侧阻抗装置测量或用于计算550伏的电压610(图6中所绘示)。
这些特性(例如，电压310、410、510、610)全部与关系302F、402F相交，在使总线移位之前(图3和4)和在使总线移位之后(图5和6)使用正极侧阻抗装置和负极侧阻抗装置测量或计算的所述关系302F、402F可用于确定接地故障的位置和/或严重程度。在图3到6所绘示的实例中，所测量或计算的电压310、410、510、610全部与关系302F、402F、502F、602F(其在图3、4、5和6的图例中全部标记为200000以指示短路的量值，例如200,000欧姆的阻抗)的串中的相同位置(例如，在图3到6中沿竖向轴线的275伏)相交。相反地，对于任何其它关系，所计算或测量的电压310、410、510、610并不与沿竖直轴线的相同位置相交。因此，潜在接地故障的位置在与275伏的电位相关联的串处，且潜在接地故障的量值识别为200千欧姆。如果潜在接地故障的量值小于指定或可自定义阈值，那么控制器可确定接地故障存在。
响应于检测到此类接地故障，控制器可产生或通告警报(例如，可听声音、闪光灯等等)，通知动力***的操作者所识别的故障(包含故障的位置和/或严重程度)和/或可隔离故障所在的串。可通过断开串的相对侧上的开关以使串与总线断开连接来隔离所述串。控制器可在动力***或能量存储***的操作期间一次或多次执行针对接地故障的这一测试。举例来说，控制器可一天一次(通常或更多或更少)执行这一测试，且同时电池串不被充电或对任何负载供电。控制器可通过闭合负极侧开关(而正极侧开关断开)且接着闭合正极侧开关(而负极侧开关断开)的串联循环。控制器可获得在这一串联期间使用正极侧阻抗装置和负极侧阻抗装置获得的测量值：(a)当正极侧开关和负极侧断开时(例如，当正极侧开关仍断开时，在将负极侧开关从闭合切换到断开之间的时间期间，或当负极侧开关仍断开时，在闭合正极侧开关之前的时间期间)；和(b)当负极侧开关或正极侧开关闭合时。控制器可使用这些测量值(或特性)来确定接地故障的位置和/或严重程度，如上文所描述。
任选地，控制器可通过识别正极侧开关和负极侧开关两个同时断开的时间段(即使是暂时性或短时间段)而执行针对接地故障的这一测试。控制器可使用阻抗装置中的一个或多个来测量或计算总线上的电位。如果总线具有正极电位或负极电位，那么控制器可在不必闭合正极侧开关或负极侧开关的情况下识别电池串内的接地故障。控制器可产生或通告检测到接地故障的警报，但可不通知操作者接地故障的位置或严重程度。控制器可控制正极侧开关和负极侧开关保持断开以防止接地故障损坏动力***或能量存储***的任何组件。
能量存储***可具有图1中绘示的与相同负载中的一个或多个耦合的若干电路。每一电路可具有单独控制器，或同一控制器可用于进行本文中所描述的接地故障测试方法。可通过同时检查多个串(例如，在每一测试迭代期间将电路划分为不同集合和较小集合直到识别到具有接地故障的电路为止)而减少测试用于接地故障的不同电路中的串所需的时间。举例来说，能量存储***可具有八个串，其中在第五串中有未检测到的接地故障。控制器可检查与第一到第四串连接的总线的电位以确定接地故障是否存在，如上文所描述。如果未检测到接地故障，那么控制器可检查与第五到第八串连接的总线的电位以确定是否存在接地故障。如果在第五到第八串中检测到接地故障，那么控制器可检查第四和第五串中的总线的电位以确定是否存在接地故障。当检测到接地故障的存在时，控制器接着可单独地检查与第四串连接的总线的电位，且接着检查第五串，以确定接地故障存在于第五串中。控制器可接着使与第五串连接的总线移位以确定第五串中的接地故障的位置和严重程度，如上文所描述。以这种方式测试许多串可减少识别接地故障所需的测试的数目。
电路的总线可以除(如上文所描述的)闭合正极侧开关或负极侧开关中的一个以外的一个或多个方式移位。举例来说，电路中的逆变器中的一个或多个可被触发或闭合以使串相对于接地移位。作为另一实例，预充电开关或接触器可闭合以将电阻器和/或额外电路***连接到总线(其中电阻器和/或额外电路***参考或连接到接地或接地参考)。
检测***任选地可使用已存在于电路中的组件执行tanδ测试以识别总线或其它导电组件周围的绝缘的故障或降低。控制器可在第一频率下启动逆变器中的至少一个以从串传导电流或将电流传导到串。举例来说，控制器可在第一频率下使逆变器内的开关在断开和闭合状态之间转动，以允许电流在第一频率下从串通过逆变器向负载传导，或允许电流在第一频率下通过逆变器向串传导。在第一频率下启动(或触发)逆变器可产生离开逆变器的电流波形，例如正弦波形。
阻抗装置中的一个或多个可通过所产生的波形而测量通过总线传导的电流。举例来说，阻抗装置中的一个或多个可表示或包含测量通过总线传导的电流的电流表。控制器可接着在不同于第一频率的第二频率下启动逆变器。在第二频率下启动的逆变器可与在第一频率下启动的逆变器相同或不同。当在第二频率下启动逆变器时，相同或其它阻抗装置可再次测量电流。控制器可接着从(在第一频率和第二频率下的)电流的这些测量值来计算相角(和任选的，阻抗)。控制器将相角与阈值进行比较，且如果相角超过阈值，那么控制器确定(例如，在总线和/或串周围的)绝缘已故障或需要维护或更换。任选地，响应于随时间推移增大或以超过指定速率的速率增大的相角(即使相角尚未超过阈值)，控制器可反复地计算相角且确定绝缘已故障、正故障或需要维护或更换。任选地，可将第一串的相角与另一串的相角进行比较。如果相角不同，那么该差异可指示问题(例如，绝缘故障)。控制器可接着通告警报(如上文所描述)，将信号发送到另一装置(例如，调度***)以调度电路的维护，和/或(例如，通过断开正极侧开关和负极侧开关)停用串以防止绝缘故障引起损坏。
在一个实施例中，提供一种用于识别电路中的接地故障的位置和/或量值的方法，所述电路具有将电池串与多个负载及负载之间的接地参考连接的总线。方法可包括：使电路的总线相对于接地参考在第一方向上移位；确定总线中的在电池串与接地参考之间的第一阻抗；使电路的总线相对于接地参考在第二方向上移位；确定总线中的在电池串与接地参考之间的第二阻抗；以及基于第一阻抗与第二阻抗之间的关系而识别接地故障的位置和/或严重程度。
通过闭合设置在电池串的正极端与负载之间的正极侧开关，可使总线相对于接地参考在第一方向上移位。通过闭合设置在电池串的负极端与负载之间的负极侧开关，可使总线相对于接地参考在第二方向上移位。阻抗可包含电压放大器、发光二极管或栅格电阻器中的一个或多个。
识别电池单元可包括：识别确定的第一阻抗与多个电池单元的电压之间的第一关系；识别确定的第二阻抗与多个电池单元的电压之间的第二关系；以及确定多个电池单元中的哪个电池单元与第一关系以及第二关系相关联。第一关系和第二关系中的每一个可包含在不同关系的不同集合中，且不同关系中的每一个与多个电池单元的不同单元相关联。不同集合中的每一个中的不同关系可在相交盲点处彼此相交，且使总线在第一方向或第二方向上移位改变相交盲点。
总线可通过第一接触器与对电池串充电的电源耦合且通过第二接触器与由电池串供电的负载耦合。使总线在第一方向上移位、确定第一阻抗、使总线在第二方向上移位以及确定第二阻抗可在第一接触器和第二接触器两个都断开时进行。
总线可通过第一接触器与对电池串充电的电源耦合、且通过第二接触器与由电池串供电的负载耦合。方法还可包含断开设置在电池串的正极端与负载之间的正极侧开关以及设置在电池串的负极端与负载之间的负极侧开关。可在第一接触器和第二接触器断开时断开正极侧开关和负极侧开关。方法还可包括：通过在正极侧开关和负极侧开关断开时确定负载中的第三阻抗而确定总线是否在第一方向或第二方向上移位，在第一接触器和第二接触器断开时测量第三阻抗；以及响应于基于第三阻抗确定总线已移位而阻止第一接触器或第二接触器闭合。电路可为若干电路中的第一电路，可针对电路的不同集合同时执行使总线在第一方向上移位、确定第一阻抗、使总线在第二方向上移位以及确定第二阻抗，以确定接地故障是否存在于集合中的电路中的任一个中。可通过闭合电阻器与负载之间的一个或多个开关而使总线相对于接地参考在第一方向上和第二方向上移位。
方法还可包括以下中的一个或多个：产生警报以通知操作者电池单元具有接地故障；和/或将具有接地故障的电池单元从负载停用或与负载断开连接。
可通过以下中的一个或多个而使总线相对于接地参考在第一方向上和第二方向上移位：启动与电池串耦合的逆变器，和/或将参考接地参考的电阻器和额外电路***耦合到总线。
在一个实施例中，提供另一种方法，其包括启动与具有两个或更多个电池单元的至少一个电池串耦合的逆变器。在第一频率下启动逆变器以进行以下中的一个或多个：将第一电流发送到至少一个电池串或从至少一个电池串汲取第一电流。方法还包括：测量发送到至少一个电池串或从至少一个电池串汲取的第一电流；在第二频率下启动逆变器以进行以下中的一个或多个：将第二电流发送到至少一个电池串或从至少一个电池串汲取第二电流；测量发送到至少一个电池串或从至少一个电池串汲取的第二电流；从所测量的第一电流和第二电流确定阻抗和阻抗的相角，以及识别具有至少一个电池串和逆变器的电路中的绝缘故障，绝缘故障响应于超过阈值的相角或相对于时间改变的相角而被识别。方法还可包括响应于识别绝缘故障而调度电路的维护或停用至少一个电池串。
在一个实施例中，提供***(例如，接地阻抗和故障检测***)，且***包含控制器，所述控制器配置成识别电路中的接地故障的位置，所述电路具有将电池串与多个负载及负载之间的接地参考连接的总线。控制器配置成通过以下来识别接地故障的位置：使电路的总线相对于接地参考在第一方向上移位；确定总线中的在电池串与接地参考之间的第一阻抗；使电路的总线相对于接地参考在第二方向上移位；确定总线中的在电池串与接地参考之间的第二阻抗；以及基于第一阻抗与第二阻抗之间的关系而将电池串中的若干电池单元中的电池单元识别为具有接地故障。
控制器可配置成通过闭合设置在电池串的正极端与负载之间的正极侧开关而使总线相对于接地参考在第一方向上移位。控制器可配置成通过闭合设置在电池串的负极端与负载之间的负极侧开关而使总线相对于接地参考在第二方向上移位。当总线移位时，总线可不相对于接地参考居中。
如本文中所使用，术语“处理器”和“计算机”以及例如“处理装置”、“计算装置”和“控制器”的相关术语可不仅限于本领域中称为计算机的那些集成电路，还指代微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、现场可编程门阵列和专用集成电路，和其它可编程电路。合适的存储器可包含例如计算机可读介质。计算机可读介质可为例如随机存取存储器(RAM)、计算机可读非易失性介质，例如快闪存储器。术语“非暂时性计算机可读介质”表示针对短期和长期信息存储实施的有形的基于计算机的装置，所述信息例如计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块或任何装置中的其它数据。因此，本文中所描述的方法可编码为体现于包含但不限于存储装置和/或存储器装置的有形的非暂时性计算机可读介质中的可执行指令。这种指令在由处理器执行时使得处理器执行本文中所描述的方法的至少一部分。因此，所述术语包含有形的计算机可读介质，包含但不限于非暂时性计算机存储装置，包含但不限于易失性和非易失性介质，以及可移动和不可移动介质，例如固件、物理和虚拟存储装置、CD-ROMS、DVD和其它数字源，例如网络或因特网。
除非上下文另外明确地指明，否则单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”包含复数指代。“任选的”或“任选地”意味着随后描述的事件或情况可发生或可不发生，且本说明书可包含事件发生的实例和事件不发生的实例。如本文在整个说明书和权利要求中所使用，近似语言可用来修改可允许变化的任何定量表示，而不引起它可能涉及的基本功能的变化。因此，由例如“约”、“大体上”和“近似”的一个或多个术语修饰的值可不限于指定的精确值。在至少一些实例中，近似语言可对应于用于测量所述值的仪器的精度。此处以及说明书和权利要求书通篇中，范围限制可组合和/或互换，除非上下文或语言另外指示，否则此类范围可经识别且包含其中含有的所有子范围。
本书面描述使用实例来公开包含最佳模式的实施例，且使本领域的技术人员能够实践所述实施例，包含制造和使用任何装置或***以及执行任何并入的方法。权利要求书限定本公开可获专利的范围，且包含本领域的技术人员了解的其它实例。如果这种其它实例具有与所附权利要求的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包含与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构要素，那么这种其它实例希望在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于识别电路中的接地故障的位置的方法，所述电路具有将电池串与多个负载及所述负载之间的接地参考连接的总线，所述方法包括：
使所述电路的所述总线相对于所述接地参考在第一方向上移位；
确定所述电路中的在所述电池串与所述接地参考之间的第一阻抗；
使所述电路的所述总线相对于所述接地参考在第二方向上移位；
确定所述电路中的在所述电池串与所述接地参考之间的第二阻抗；以及
基于所述第一阻抗与所述第二阻抗之间的关系，识别所述接地故障的位置和/或严重程度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过闭合设置在所述电池串的正极端与所述负载之间的正极侧开关而使所述总线相对于所述接地参考在所述第一方向上移位。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过闭合设置在所述电池串的负极端与所述负载之间的负极侧开关而使所述总线相对于所述接地参考在所述第二方向上移位。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阻抗包含电压放大器、发光二极管或栅格电阻器中的一个或多个。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，识别电池单元包括：
识别所确定的所述第一阻抗与多个电池单元的电压之间的第一关系；
识别所确定的所述第二阻抗与所述多个电池单元的电压之间的第二关系；以及
确定所述多个电池单元中的哪个电池单元与所述第一关系以及所述第二关系相关联。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，
所述第一关系和所述第二关系中的每一个被包含在不同关系的不同集合中，且
所述不同关系中的每一个与所述多个电池单元的不同单元相关联。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，
所述不同集合中的每一个中的所述不同关系在相交盲点处彼此相交，且
使所述总线在所述第一方向或所述第二方向上移位改变所述相交盲点。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述总线通过第一接触器与对所述电池串充电的电源耦合，且通过第二接触器与由所述电池串供电的负载耦合，
其中，使所述总线在所述第一方向上移位、确定所述第一阻抗、使所述总线在所述第二方向上移位以及确定所述第二阻抗，在所述第一接触器和所述第二接触器两个都断开时进行。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述总线通过第一接触器与对所述电池串充电的电源耦合、且通过第二接触器与由所述电池串供电的负载耦合，且所述方法进一步包括：
断开设置在所述电池串的正极端与所述负载之间的正极侧开关以及设置在所述电池串的负极端与所述负载之间的负极侧开关，其中，在所述第一接触器和所述第二接触器断开时断开所述正极侧开关和所述负极侧开关；
通过在所述正极侧开关和所述负极侧开关断开时确定所述负载中的第三阻抗而确定所述总线是否在所述第一方向或所述第二方向上移位，在所述第一接触器和所述第二接触器断开时测量所述第三阻抗；以及
响应于基于所述第三阻抗确定所述总线已移位，阻止所述第一接触器或所述第二接触器闭合。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，通过闭合电阻器与所述负载之间的一个或多个开关而使所述总线相对于所述接地参考在所述第一方向上和所述第二方向上移位。
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