接地故障检测装置的制作方法

1.本发明涉及一种使用飞跨电容器的接地故障检测装置。

背景技术：

2.在诸如包括发动机和电动马达作为驱动源的混合动力车辆或电动车辆这样的车辆中，对配备在车身中的电池充电，以利用从电池供应的电能产生推进力。电池相关的电源电路通常被配置为高压电路，其处理等于或高于200v的高电压。为了确保安全性，包括电池的高压电路具有与车身绝缘的非接地的配置，车身用作接地的基准电位点。
3.在配备有非接地高压电池的车辆中，设置了接地故障检测装置，以监测车身与设置有高压电池的系统之间的绝缘状态(接地故障)，所述系统具体地是从高压电池到电机的主电源系统。作为接地故障检测装置，利用称为飞跨电容器的电容器的方法已被广泛使用。
4.为了获得关于绝缘电阻的信息，飞跨电容器型的接地故障检测装置经由开关选择性地切换测量路径，每个测量路径均包括用作飞跨电容器的检测电容器，其中，接地故障检测装置执行v0测量、vc1n测量和vc1p测量。这里，v0测量是与高压电池的电压相对应的电压的测量。vc1n测量是反映作为负侧上的绝缘电阻的rln的影响的电压的测量。vc1p测量是反映作为正侧上的绝缘电阻的rlp的影响的电压的测量。
5.已知可以根据已经通过这些测量所获得的v0、vc1n和vc1p来计算通过将正侧上的绝缘电阻和负侧上的绝缘电阻组合在一起而获得的绝缘电阻。用于计算的操作是复杂的。因此，通常预先准备利用vc1/v0(其中vc1＝vc1p+vc1n)作为参考值对绝缘电阻进行转换的转换映射。然后，根据已经通过测量所获得的vc1/v0的值参考转换映射估计绝缘电阻，并且判定接地故障的发生。
6.在v0、vc1n和vc1p的任一测量中，在检测电容器已经被充电预定充电时间δtm时的充电电压被测量并被设置为测量值。充电时间δtm被设置为使得检测电容器未被完全充满的值，以便在短时间内确定接地故障。另一方面，在充电时间δtm太短的情况下，充电电压降低，并且检测精度由于噪声等的影响而降低。为此，考虑到判定时间与检测精度之间的平衡来确定充电时间δtm。
7.参考列表
8.专利文献
9.专利文献1：jp2017-78587a

技术实现要素：

10.能够基于检测电容器的电容量、测量路径上设置的充电电阻的值和充电时间δtm，来计算转换映射，该转换映射用于根据由v0测量、vc1n测量和vc1p测量的各测量结果所获得的参考值来获得绝缘电阻。
11.充电电阻的值和充电时间δtm能够被设置为基本不变的稳定值。然而，各个检测电容器的电容量彼此差异较大，而且，各个检测电容器的电容量在诸如温度这样的周围环
境的影响下发生变化。
12.在测量时的检测电容器的电容量从创建转换映射时所设定的检测电容器的电容量变化的情况下，要计算的绝缘电阻的精度可能会降低。
13.因此，本发明的目的是：在飞跨电容器型的接地故障检测装置中，即使当检测电容器的电容量改变时，也防止绝缘电阻的计算精度降低。
14.为了解决上述问题，本发明中的接地故障检测装置为如下的接地故障检测装置：该接地故障检测装置与非接地的电池连接，并且用于计算包括所述电池的系统的绝缘电阻，所述接地故障检测装置包括：
15.电容器，该电容器被配置为作为飞跨电容器运行；
16.开关组，该开关组被配置为在第一测量路径、第二测量路径和第三测量路径之间切换；所述第一测量路径包括所述电池和所述电容器；所述第二测量路径包括所述电池、负侧绝缘电阻和所述电容器，所述负侧绝缘电阻是所述电池的负侧线与地之间的绝缘电阻；所述第三测量路径包括所述电池、正侧绝缘电阻和所述电容器，所述正侧绝缘电阻是所述电池的正侧线与所述地之间的绝缘电阻；以及
17.控制单元，该控制单元被配置为基于所述第一测量路径至所述第三测量路径中的每个测量路径中的所述电容器的每个充电电压来计算参考值，并且所述控制单元被配置为参考预定转换映射来计算所述绝缘电阻，其中，
18.所述转换映射包括与所述电容器的电容量相对应的转换映射；并且
19.所述控制单元估计所述电容器的电容量，并且参考与已估计的所述电容器的电容量相对应的所述转换映射。
20.根据本发明，在飞跨电容器型的接地故障检测装置中，即使当检测电容器的电容量改变时，也能够防止绝缘电阻的计算精度的降低。
附图说明
21.图1是示出根据本发明的实施例的接地故障检测装置的配置的框图；
22.图2a和图2b是用于描述检测电容器的变化和检测误差的图；
23.图3是用于描述接地故障检测装置的接地故障判定操作的流程图；
24.图4是用于描述基于环境温度来估计检测电容器的电容量的方法的流程图；以及
25.图5是用于描述通过实际测量来估计检测电容器的电容量的方法的图。
26.参考标记列表
27.100
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接地故障检测装置
28.120
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控制装置
29.130
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检测电容器电容量估计单元
30.140
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转换映射
31.300
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高压电池
32.310
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负载
具体实施方式
33.将参照附图详细描述本发明的实施例。图1是示出根据本发明的实施例的接地故
障检测装置100的配置的框图。如附图中所示，接地故障检测装置100是飞跨电容器型的装置，其与高压电池300连接，并且检测设置有高压电池300的系统的接地故障。这里，rlp表示高压电池300的正极侧与地之间的绝缘电阻，rln表示高压电池300的负极侧与地之间的绝缘电阻。
34.高压电池300是用于驱动车辆行驶的电池。高压电池300配置有诸如锂离子电池这样的可充电电池，并且驱动包括例如电动马达这样的负载310。
35.如图所示，接地故障检测装置100包括作为飞跨电容器运行的检测电容器c1以及控制装置120。
36.另外，接地故障检测装置100在检测电容器c1的周围包括四个开关s1至s4，以便切换测量路径并控制检测电容器c1的充电和放电。这些开关各自可以配置有绝缘切换元件，例如光学mosfet。
37.开关s1具有与正极侧电源线连接的第一端和与二极管d1的阳极侧连接的第二端。二极管d1的阴极侧与电阻器r1的第一端连接，并且电阻器r1的第二端与检测电容器c1的第一极连接。开关s2的第一端与负极侧电源线连接，并且开关s2的第二端与电阻r2的第一端连接。电阻器r2的第二端与检测电容器c1的第二极连接。
38.开关s3的第一端与电阻器r3的第一端和二极管d3的阳极侧连接，并且开关s3的第二端与电阻器r5的第一端、控制装置120的模拟输入端子和第二极接地的电容器c2的第一极连接。二极管d3的阴极侧与检测电容器c1的第一极连接，电阻器r3的第二端与二极管d2的阴极侧连接，并且二极管d2的阳极侧与检测电容器c1的第一极连接。电阻器r5的第二端接地。开关s4的第一端与检测电容器c1的第二极连接，并且开关s4的第二端与电阻器r4的第一端连接。电阻器r4的第二端接地。
39.控制装置120配置有微计算机等，并且执行已预先并入的程序，以进行接地故障检测装置100所需的各种类型的控制。具体地，控制装置120分别控制开关s1至s4，以切换测量路径，并且还控制检测电容器c1的充电和放电。
40.用于v0测量、vc1n测量及vc1p测量的各测量电路类似于现有技术中的测量电路。也就是说，在v0测量中，开关s1和s2接通以对检测电容器c1充电。在vc1n测量中，开关s1和s4接通以对检测电容器c1充电。在vc1p测量中，开关s2和s3接通以对检测电容器c1充电。
41.另外，控制装置120从模拟输入端子接收与检测电容c1的充电电压相对应的模拟电平的输入，其中，该模拟电平用作测量值。基于这样的测量值来检测设置有高压电池300的系统的绝缘电阻的减小。当检测电容器c1的充电电压被施加到模拟输入端子时，开关s3和s4接通。在该路径下，检测电容器c1也被放电。
42.以上描述涉及在飞跨电容器型的接地故障检测装置中广泛使用的基本电路配置。然而，飞跨电容器型的接地故障检测装置具有各种变形。接地故障检测装置100的配置不限于附图中的示例。
43.在本实施例中，控制装置120还包括检测电容器电容量估计单元130和转换映射140。例如，检测电容器电容量估计单元130能够由执行预定程序的控制装置120构成，并且转换映射140能够配置在控制装置120中所包括的存储区域内。
44.检测电容器电容量估计单元130是估计检测电容器c1的当前电容量的区块。用于估计检测电容器c1的当前电容量的方法不受限制，可采用各种方法。
45.例如，电容器的电容量通常受温度影响。因此，能够使用温度计tm131(参见图1)测量检测电容器c1周围的温度，并计算从初始电容量的变化以进行估计。另外，可以通过实际测量来估计检测电容器c1的电容量。例如，使已经充电的检测电容器c1放电预定时间，并且能够基于放电之前与放电之后的充电电压的变化来计算电容量。在这种情况下，可以省略温度计tm131。稍后将描述用于估计检测电容器c1的当前电容量的过程。
46.转换映射140是用于将根据v0测量、vc1n测量和vc1p测量所获得的参考值转换为绝缘电阻的值的映射。转换映射140被创建为对应于检测电容器的电容量。例如，电容量能够根据其大小而被分类为多个组，并且能够为每个组创建转换映射140。对于每个组，确定表示该组的电容量。例如，可以设定表示由上限电容量和下限电容量所定义的组的中值的电容量。
47.能够基于检测电容器c1的电容量、测量路径中设置的充电电阻器(r1、r2)的值以及充电时间δtm来计算转换映射140。这里，充电电阻器的值和充电时间δtm是固定的，并且检测电容器c1的电容量根据表示该组的电容量改变，以创建每组的转换映射140。转换映射140包括标准转换映射140，其已被创建为对应于检测电容器c1的初始电容量。
48.在基于v0测量、vc1n测量和vc1p测量来计算参考值之后，控制装置120参考标准转换映射140或者与检测电容器c1的当前电容量的估计值相对应的转换映射140，来计算绝缘电阻。
49.本实施例中的接地故障检测装置100参考与检测电容器c1的当前电容量的估计值相对应的转换映射140来计算绝缘电阻。因此，即使当检测电容器的电容量改变时，也能够防止绝缘电阻的计算精度的降低。
50.这里，将参考图2a和2b描述检测电容器c1的变化和检测误差。图2a示出了检测电容器的电容量从初始电容量b增加到电容量a的情况以及电容量降低到电容量c的情况下的参考值相对于绝缘电阻的变化。如图中所示，在绝缘电阻低的区域与绝缘电阻高的区域之间，各个电容量的参考值产生差异，并且这样的差异在绝缘电阻低的区域中非常大。
51.图2b示出了如下情况下的检测误差：基于已经在电容量a、电容量b和电容量c的每种情况下获得的参考值，利用对应于初始电容量b的标准转换映射，来计算绝缘电阻。在绝缘电阻低的区域中，取决于电容量的参考值的差异是显著的，并且误差与真实绝缘电阻的比率增大，并且检测误差极大。理论上，在绝缘电阻等于充电电阻的电阻值rt处，误差变为零。然而，当绝缘电阻变得比其低时，误差陡然变大，并且计算精度降低。
52.相反，除非绝缘电阻降低到与充电电阻一样低，否则检测电容器c1的电容量的变化不会大幅影响绝缘电阻的计算精度。
53.出于此原因，在本实施例中，在存在绝缘电阻减小的可能性的情况下，估计检测电容器c1的当前电容量，且参考与已估计的检测电容器c1的当前电容量相对应的转换映射140。另一方面，在不存在绝缘电阻减小的可能性的情况下，不估计检测电容器c1的当前电容量，并且参考标准转换映射140。
54.因此，除了标准转换映射140之外，准备仅与绝缘电阻减小的区域相对应的转换映射140就足够了。因此，能够节省控制装置120中的转换映射140的存储区域。
55.然而，不管绝缘电阻减小的可能性如何，都可以估计检测电容器c1的当前电容量，并且可以参考与已估计的检测电容器c1的当前电容量相对应的转换映射140。因此，能够进
一步提高绝缘电阻的计算精度。
56.接下来，将参照图3的流程图来描述由具有上述配置的接地故障检测装置100进行的接地故障判定操作。该操作在控制装置120的控制下执行。
57.首先，控制开关s1至s4的断开和闭合，并且分别执行v0、vc1n和vc1p测量(s101)。然后，基于已经通过测量获得的v0、vc1n和vc1p来计算参考值(s102)。
58.基于已经通过测量获得的v0、vc1n和vc1p来确定是否存在绝缘电阻减小的可能性(s103)。如上所述，当绝缘电阻低于充电电阻时，误差增大。因此，例如，能够将v0《(vc1n+vc1p)成立的情况视作绝缘电阻减小的指示。
59.因此，在判定存在绝缘电阻减小的可能性的情况下(s103：是)，检测电容器电容量估计单元130估计检测电容器c1的当前电容量(s104)。稍后将描述用于估计检测电容器c1的当前电容量的过程。
60.接着，参考与已估计的检测电容器c1的电容量相对应的转换映射140(s105)，计算绝缘电阻(s107)。在计算绝缘电阻之后，基于已经获得的绝缘电阻是否低于预定参考值来判定接地故障(s108)。
61.另一方面，在判定不存在绝缘电阻减小的可能性的情况下(s103：否)，参考标准转换映射140(s106)，计算绝缘电阻(s107)。在计算绝缘电阻之后，基于已经获得的绝缘电阻是否低于预定参考值来判定接地故障(s108)。
62.最后，将描述利用检测电容器电容量估计单元130估计检测电容器c1的当前电容量的示例。首先，将参考图4的流程图描述基于检测电容器c1的环境温度的估计方法的过程。
63.在本方法中，在接地故障检测装置100的出厂(shipment)之前测量检测电容器c1在基准温度下的实际电容量。例如，能够通过对已充电的检测电容器c1放电预定时间，并测量充电电压在放电之前与放电之后的变化，来计算检测电容器c1的实际电容量。
64.然后，与实际电容量一起，实际测量或理论上获得每个环境温度下的检测电容器c1的估计电容量，并且将该估计电容量作为电容量表写入控制装置120中的存储区域中，该电容量表能够由检测电容器电容量估计单元130参考。代替电容量表，可以写入用于根据环境温度计算检测电容器c1的当前电容量的计算公式等。
65.当估计检测电容器c1的当前电容量时，利用温度计tm131获取检测电容器c1的环境温度(s201)。然后，参考在出厂之前已经写入的电容量表(s202)，并且估计对应于环境温度的电容量作为检测电容器c1的当前电容量(s203)。
66.接下来，将参考图5描述用于通过实际测量来估计检测电容器c1的当前电容量的方法。这里，使已经充电的检测电容器c1放电预定时间，并且基于充电电压在放电之前与放电之后的变化来计算检测电容器c1的当前电容量。此技术在专利文献jp2017-78587 a中描述，将仅描述其概要。
67.如图中所示，在检测电容器c1在时间t0与时间t1之间充电并且在时间t1与时间t2之间放电的情况下，时间t2处的充电电压v2与时间t1处的充电电压v1的比率取决于检测电容器c1的电容量。注意，假设充电电阻是已知的且恒定的。
68.为此，检测电容器电容量估计单元130控制开关s1至s4的断开和闭合，对检测电容器c1充电和放电预定时间，并且测量在结束充电时的检测电容器的充电电压v1和在结束放
电时的检测电容器的充电电压v2。然后，基于已经测量的充电电压和与放电时间相关的电阻，计算检测电容器c1的当前电容量。
69.具体地，c1＝(t2-t1)/(rd
×
ln(v2/v1))能够用于计算，其中，rd表示与放电时间相关的电阻。
70.如上所述，本实施例中的接地故障检测装置100估计检测电容器c1的当前电容量，并参考对应于估计值的转换映射140计算绝缘电阻。因此，即使当检测电容器的电容量改变时，也能够防止绝缘电阻的计算精度的降低。
71.在这种情况下，在不存在绝缘电阻减小的可能性的情况下，可以在不估计检测电容器c1的当前电容量的情况下参考标准转换映射140。因此，能够节省转换映射140在控制装置120中的存储区域。

技术特征：

1.一种接地故障检测装置，所述接地故障检测装置与非接地的电池连接，并且用于计算包括所述电池的系统的绝缘电阻，所述接地故障检测装置包括：电容器，该电容器被配置为作为飞跨电容器运行；开关组，该开关组被配置为在第一测量路径、第二测量路径和第三测量路径之间切换；所述第一测量路径包括所述电池和所述电容器；所述第二测量路径包括所述电池、负侧绝缘电阻和所述电容器，所述负侧绝缘电阻是所述电池的负侧线与地之间的绝缘电阻；所述第三测量路径包括所述电池、正侧绝缘电阻和所述电容器，所述正侧绝缘电阻是所述电池的正侧线与所述地之间的绝缘电阻；以及控制单元，该控制单元被配置为基于所述第一测量路径至所述第三测量路径之中的每个测量路径中的所述电容器的各充电电压来计算参考值，并且所述控制单元被配置为参考预定的转换映射来计算所述绝缘电阻，其中，所述转换映射包括与所述电容器的电容量相对应的转换映射；并且所述控制单元被配置为估计所述电容器的电容量，并且参考与已估计的所述电容器的电容量相对应的所述转换映射。2.根据权利要求1所述的接地故障检测装置，其中，所述控制单元被配置为：在基于已计算的所述参考值判定所述绝缘电阻低于预定标准时，估计所述电容器的电容量，并且参考与已估计的所述电容器的电容量相对应的所述转换映射。3.根据权利要求2所述的接地故障检测装置，其中，在所述绝缘电阻被判定为低于所述预定标准的所述参考值的范围内，创建与所述电容器的电容量相对应的所述转换映射。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的接地故障检测装置，其中，所述控制单元被配置为获得所述电容器的环境温度，并且基于已经获得的所述环境温度来估计所述电容器的电容量。5.根据权利要求1至3中的任一项所述的接地故障检测装置，其中，所述控制单元被配置为测量所述电容器放电预定时间之前和之后的充电电压，其中，在对所述电容器充电之后执行所述放电，并且其中，所述控制单元被配置为：基于放电之前和之后的所述充电电压的测量值，估计所述电容器的电容量。

技术总结

一种接地故障检测装置，包括：开关组，其被配置为在包括电池和电容器的第一测量路径、包括电池、负侧绝缘电阻和电容器的第二测量路径以及包括电池、正侧绝缘电阻和电容器第三测量路径之间切换；以及控制单元，其被配置为基于每个测量路径中的电容器的每个充电电压来计算参考值，并且被配置为参考预定转换映射来计算绝缘电阻，其中，转换映射包括与电容器的电容量相对应的转换映射，并且控制单元估计电容器的电容量，并且参考与已估计的电容器的电容量相对应的转换映射。量相对应的转换映射。量相对应的转换映射。

技术研发人员：

望月靖之 须藤议雄 有谷亮介

受保护的技术使用者：

矢崎总业株式会社

技术研发日：

2022.05.30

技术公布日：

2022/12/15