CN101267043A - 用来监控燃料电池的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用来监控燃料电池的方法和设备。方法和设备被提供用于通过正和负总线监控燃料电池供电电源的冷却剂电导率。该方法包括测量正总线的第一电压，测量负，总线的第二电压，在正总线和参考电势之间施加预定电阻，在施加电阻的时间周期之后测量正总线的第三电压，以及根据所测量的电压确定隔离电阻。该隔离电阻是冷却剂电导率的函数。

Description

用来监控燃料电池的方法和设备
技术领域
本发明总的来说涉及监控高压(HV)系统，并且更具体地说涉及用来监控燃料电池电力系统的方法和设备。
背景技术
在由燃料电池电力系统驱动的车辆中，燃料电池产生能量，所述能量可以通过HV总线提供给多个装置(例如功率变换器、电扇等)。燃料电池指的是一个或多个通常设置成电串联并且一般包括导电元件(例如板)的电池(例如堆)，所述导电元件具有形成在其中用于贯穿燃料电池分配合适的冷却剂的沟道或开口。冷却剂与燃料电池的阳极电接触。由于例如电离作用和材料污染之类的因素，冷却剂的电导率一般会降低。所希望的是，防止冷却剂不合需要的导电以及提供到地(例如车辆底盘)的电路径。
因此，希望提供用来监控燃料电池的冷却剂电导率的方法和设备。另外，希望提供用来连续测量燃料电池的冷却剂电导率的低成本和相对非侵入的方法和设备。此外，由随后的详细描述和所附权利要求，结合考虑附图以及前述的技术领域和背景技术，本发明的其它期望的特征和特性将会变得显而易见。
发明内容
方法和系统被提供用于监控燃料电池电源模块的冷却剂电导率。在一个实施例中，一种方法被提供用于测量燃料电池的冷却剂电导率，所述燃料电池通过正总线和负总线提供功率。该方法包括的步骤为：测量从正总线到参考电势的第一电压，测量从负总线到参考电势的第二电压，在正总线和参考电势之间施加预定电阻，在跨越正总线和参考电势施加预定电阻的第一预定时间周期之后测量从正总线到参考电势的第三电压，以及根据第一、第二、和第三电压确定隔离电阻。该隔离电阻是冷却剂电导率的函数。
在另一个实施例中，一种设备被提供用于测量燃料电池系统中的隔离电阻。所述设备包括被配置为与燃料电池阳极耦合的第一总线、被配置为与燃料电池阴极耦合的第二总线、具有耦合到第一总线的第一端子并且具有第二端子的电阻器、耦合到电阻器的第二端子的开关、以及具有耦合到开关的第一输入并且具有耦合到第一和第二总线的第二输入的控制器。所述开关被配置为选择性地将电阻器的第二端子耦合到参考电势。控制器被配置为指挥开关闭合、在开关闭合第一预定时间周期之后测量跨越电阻器的电压、以及根据所述电压确定隔离电阻。
在另一个实施例中，一种方法被提供用于监控由燃料电池供电的高压(HV)总线的隔离电阻。HV总线具有正和负节点。该方法包括的步骤为：测量从HV总线的正节点到参考电势的第一电压，测量从HV总线的负节点到参考电势的第二电压，耦合跨越HV总线的正节点和参考电势的预定电阻，在从耦合跨越HV总线的正节点和参考电势的预定电阻的第一预定时间周期之后测量HV总线的正节点和参考电势之间的第三电压，根据第一、第二、和第三电压确定隔离电阻，以及如果隔离电阻小于最小电阻的预定百分比则传送信号。该信号表示HV总线的低隔离电阻。
附图说明
下文中将结合下列附图描述本发明，其中类似数字表示类似的元件，以及
图1是根据本发明的示范性实施例的燃料电池控制电路的示意图；
图2是根据示范性实施例的隔离电阻测量电路的示意图；
图3是根据一个实施例的隔离电阻测量电路的电路图；
图4是根据本发明的示范性实施例的隔离电压与隔离电阻测量时间的关系曲线；
图5是根据本发明的示范性实施例的用来监控燃料电池电力系统中的隔离电阻的方法的流程图。
具体实施方式
下列详细描述实际上仅仅是说明性的并且不是旨在限制本发明的示范性实施例或本发明的示范性实施例的应用和使用。此外，并不打算被在前的技术领域、背景技术、发明内容或下列详细描述中介绍的任何表示的或暗示的理论所约束。
方法和设备被提供用于监控燃料电池电力系统。一般而言，燃料电池通过高压(HV)总线提供能量给多种装置，所述高压总线总的来说包括正总线和负总线。例如，燃料电池具有耦合到正总线的阴极和耦合到负总线的阳极，并且这些装置可以通过被耦合到所述总线中的一个或两个而耦合到HV总线。多种装置可以被耦合到HV总线(例如，以从那里汲取功率)。HV总线具有隔离电阻，所述隔离电阻可以由基本不变化的隔离电阻(例如电力电子装置和燃料电池几何结构)和归因于燃料电池冷却剂的变化的隔离电阻的多种组合(例如并联或串联)效果所产生。当燃料电池冷却剂相对“新”(例如新燃料电池电力系统或燃料电池冷却剂最近被更换过)时，从HV总线测量的隔离电阻基本上受基本不变化的隔离电阻支配。当燃料电池冷却剂随着时间的过去(例如数月)而退化时，从HV总线测量的隔离电阻受归因于燃料电池冷却剂的变化的隔离电阻支配，并且该测量的隔离电阻与燃料电池冷却剂的电导率成反比。因此，监控HV总线的隔离电阻提供燃料电池冷却剂的电导率的指示。
参考图1，根据本发明的示范性实施例示出燃料电池控制电路100。燃料电池控制电路100分别包括正和负HV总线102、104，耦合在HV总线102和104之间的燃料电池电源模块(FCPM)108(例如，FCPM 108的阳极耦合到正总线102并且FCPM 108的阴极耦合到负总线104)，耦合到HV总线102、104中的至少一个的一个或多个HV负载110，耦合在HV总线102和104之间的控制模块106，以及具有预定电阻并且具有耦合到正总线102的第一端子和耦合到控制模块106的第二端子的电阻器114。在该配置中，HV总线102、104被称作“隔离的”使得HV总线102、104不直接耦合到地或底盘(例如通常接地的车辆底盘)。
HV负载110可以包括一个或多个由FCPM 108提供能量的装置。在车辆应用中，HV负载110包括，但不必局限于，电扇、功率变换器等。附加装置(例如功率电子封装、功率管理分配(PMD)等)可以耦合到HV总线102和104。FCPM 108通过HV总线102、104提供功率并且包括一个或多个具有与FCPM 108的阳极和阴极中的至少一个接触的冷却剂的燃料电池(例如单个燃料电池或燃料电池堆)。FCPM 108可以进一步包括一个或多个与燃料电池电耦合的辅助电源(例如HV电池电源)。
控制模块106确定与HV总线102和104相关联的总隔离电阻，其与HV总线102和104的电导率成反比。当燃料电池冷却剂不显著退化时，从HV总线102和104测量的总隔离电阻受归因于HV负载110、燃料电池几何结构等的隔离电阻支配，所述隔离电阻基本不变化。当燃料电池冷却剂随着时间的过去而退化时，从HV总线102和104测量的总隔离电阻受归因于燃料电池冷却剂的变化的隔离电阻支配。因此监控来自HV总线102和104的总隔离电阻提供了燃料电池冷却剂的电导率的指示。
为监控总隔离电阻，控制模块106测量隔离电压(例如从HV总线102和104到参考电势例如地)并且引起隔离电压偏移。在一个实施例中，测试电阻与和正HV总线102相关联(例如从正HV总线102到地)的隔离电阻并联耦合以引起隔离电压偏移。在该实施例中，控制模块106选择性地将电阻器114耦合到参考电势(例如到地)并且测量从正HV总线102到地的正隔离电压。将该测量与先前测量的隔离电压(例如在将测试电阻与和正HV总线102相关联的隔离电阻并联耦合之前从正HV总线102到地的隔离电压)相比较。所得到的隔离电压的变化(例如在从正HV总线102到地的正隔离电压的变化)被控制模块106使用来确定总隔离电阻。
图2是根据本发明的示范性实施例的隔离电阻测量电路200的示意图。参考图1和2，电路200可以利用控制模块106来实施并且被配置为耦合到例如在FCPM 108中的一个或多个燃料电池(例如燃料电池堆A 206和燃料电池堆B 208)。在该实施例中，电路200包括具有耦合到正总线102的第一端子的电阻器114，以及耦合到电阻器114的第二端子的测试开关220。测试开关220可以是基于晶体管的装置(例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)装置、双极晶体管装置、绝缘栅双极晶体管(IGBT)装置等)以简化电路和侵扰(intrusiveness)，然而可以使用其它的开关装置和电路。
为HV总线102和104测量隔离电压(例如通过控制模块106)。例如，测量从正HV总线102到地的正隔离电压(V1)，并且测量从负HV总线104到地的负隔离电压(V2)。另外，可以测量从正HV总线102到地的正隔离电阻(Riso+)，并且可以测量从负HV总线104到地的负隔离电阻(Riso-)。另外，可以测量从HV总线102和104中的每一个相对于地的电容(C)。根据HV总线102、104和耦合到那里(例如Y-电容)的多个装置(例如HV负载110)预先确定电容(C)。电容(C)也可以帮助减小开关噪声。
在运行中，控制模块106测量正隔离电压(V1)和负隔离电压(V2)，并且由负隔离电压(V2)与正隔离电压(V1)的比率确定隔离比(k)。在燃料电池供电的车辆应用中，可以在执行一个或多个其它例行程序(例如燃料电池功率电平监控)过程期间定期执行正和负隔离电压测量。在该车辆应用中，可以通过另一个控制模块例如耦合到燃料电池206、208的PMD来执行正和负隔离电阻测量。该PMD可以具体实施为软件或固件、硬件，例如专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用的、专用的、或组)、组合逻辑电路、和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、和/或其它合适部件或其组合。在多个功能中，PMD可以被运行以管理来自燃料电池206、208的HV功率，将HV功率分配到多个装置，实行功率变换，测量HV总线102、104的隔离电阻，确定隔离比(k)，控制测试开关220，保持与燃料电池206、208相关联的HV安全等。PMD也可以运行一个或多个程序以执行这些功能。
对于隔离电压(V1和V2)的每一个定期测量而言，控制模块106引起隔离电压偏移。可以定期或间歇地执行隔离电阻确定。为了引起隔离电压偏移，控制模块106发射信号到测试开关220以闭合测试开关220并且由此将电阻器114的第二端子耦合到地。测试开关220闭合预定的时间量(t)，并且可以根据方便(例如具有可管理的电压值用于测量)来选择电阻器114的值，Rx。
根据闭合测试开关220之后的时间(t)，再次测量正隔离电压(V1)并且对于正隔离电阻(Riso+)求解下面的方程：
V1(t)＝Vdc/(k*Riso+/Rx+k+l)+[Vdc/(l+k)-Vdc/(k*Riso+/Rx+k+l)]*
e-[(k*Riso+/Rx+k+l)/2k*Riso+*C]*t(eq.l)，
其中Vdc是由燃料电池206、208提供的直流(DC)电压。可以使用多种方法求解该方程(eq.1)，包括但不必限于逐次逼近法。在不明显地减小燃料电池控制电路100的隔离的情况下可以选择时间(t)以充分引起隔离电压偏移(例如大约0.6秒)。
虽然测量了正隔离电压(V1)，但是在对电路200做出相应修改以能够转换与负隔离电阻(Riso-)并联的预定电阻的情况下，可以测量负隔离电压(V2)来确定隔离电阻。另外，可以利用eq.1的改进型式来求解负隔离电压(V2)。在测量正隔离电压(V1)之后，控制模块106指示测试开关220打开并且由此断开电阻器114。在预定时间周期(例如大约十(10)秒)之后，可以在电阻器114与正隔离电阻(例如从正HV总线102到地)并联耦合的情况下再次测量隔离电压(V1和V2)。可以根据测量隔离电压(V1和V2)的解决时间或其它操作特性例如求解eq.1的时间来选择该时间周期。因此，可以定期(例如每十(10)秒)确定总隔离电阻(Riso)。
控制模块106根据与负隔离电阻(Riso-)并联的正隔离电阻(Riso+)确定总隔离电阻(Riso)，并且确定总隔离电阻(Riso)是否在预定的最小电阻之内。由于燃料电池冷却剂随着时间而退化，总隔离电阻受归因于燃料电池冷却剂的变化的隔离电阻支配。在一个实施例中，控制模块106将总隔离电阻(Riso)报告给另一个控制模块(例如报告给使用控制器区域网(CAN)串行数据总线的燃料电池车辆控制器)，该另一个控制模块确定总隔离电阻(Riso)是否在预定的最小电阻之内。最小电阻可以以维持总隔离电阻(Riso)相对于燃料电池电压输出(例如大约100Ω到大约1V)的关系为基础。如果隔离电阻小于最小电阻，则这可能表示冷却剂电导率的充分变化以保证进一步行动(例如发送低隔离电阻警报并且最终更换冷却剂)。例如，如果总隔离电阻(Riso)小于最小电阻的大约120％，则发送低隔离电阻警报(例如通过CAN)。
图3是根据一个实施例的隔离电阻测量电路300的电路图。在该实施例中，电路300包括具有用来耦合到HV总线的第一端子的测试电阻314，具有耦合到测试电阻314的第二端子的阳极的二极管302，具有耦合到二极管302的阴极的漏极并且具有耦合到地的集电极的IGBT开关320，具有耦合到IGBT开关320的栅极的第一端子并且具有耦合到地的第二端子的第一电阻器306，以及具有耦合到IGBT开关320的栅极的第一端子并且具有被配置用于接收控制IGBT开关320打开和闭合的信号的第二端子的第二电阻器304。测试电阻314可以包括一个或多个电阻器(例如R3，R4，R5，R6，和R7)。
参考图2和3，可以插入隔离电阻测量电路300来代替隔离电阻测量电路200中的电阻器114和测试开关220。例如，测试电阻314的第一端子可以耦合到正HV总线102。在该实例中，第二电阻器304的第二端子从控制模块106接收信号以打开和闭合IGBT开关320。
图4是根据本发明的一个实施例的隔离电压402、404与隔离电阻测量时间的关系曲线。在该示范性实施例中，利用例如图2中所示的隔离电阻测量电路200随着时间的过去测量和绘制正隔离电压402和负隔离电压404。参考图2和4，在时间T0，通过闭合测试开关220来接通电阻器114以将电阻器114耦合到地。在时间T0之前，可以采样隔离电压402、404以确定隔离比(k)。隔离电压402、404响应于电阻器114的接通而降低，因为电阻器114从燃料电池206、208抽取能量。在时间T1(例如在时间T0之后大约0.6秒)，隔离电压402、404可以被采样并且被用来确定与HV总线102、104相关联并且表示燃料电池206、208的冷却剂电导率的总隔离电阻。在时间T1之后，测试开关220打开以断开电阻器114，并且隔离电压402、404恢复。可以选择电阻器114的值(Rx)以在接通电阻器114之后获得隔离电压402、404的充分可测量的偏差，同时也维持HV总线102、104的隔离。
图5是根据本发明的示例性实施例的用于监控燃料电池电力系统中的隔离电阻的方法500的流程图。参考图1、2、和5，测量正和负隔离电压(例如通过控制模块106)，如步骤505指示的。例如，测量从正HV总线102到地的正隔离电压，并且测量从负HV总线104到地的负隔离电压。由正和负隔离电压确定隔离比(例如k)，如步骤510所指示的。
如步骤515指示的，测试电阻被接通。例如，通过闭合测试开关220，电阻器(Rx)114跨越正HV总线102耦合到地。优选地，在接通测试电阻之前利用隔离电压的采样值来确定隔离比。如步骤520指示的，在接通测试电阻之后预定的时间量(例如大约0.6秒)消逝。如步骤525指示的，在预定的时间量之后，再次测量正隔离电压。如步骤530指示的，断开测试电阻。例如，通过打开测试开关220将电阻器(Rx)114与地解耦合(de-couple)。
如步骤535指示的，确定正隔离电阻(Riso+)。正隔离电阻(Riso+)相对于地与正HV总线102相关联。例如对于正隔离电阻(Riso+)求解下面的方程：
V1(t)＝Vdc/(k*Riso+/Rx+k+l)+[Vdc/(l+k)-Vdc/(k*Riso+/Rx+k+l)]*
e-[(k*Riso+/Rx+k+l)/2k*Riso+*C]*t
其中V1(t)是在预定的时间量(t)测量的正隔离电压，并且Vdc是由燃料电池206、208提供的DC电压。该方程可以使用逐次逼近法求解。
如步骤540指示的，对于与负隔离电阻(Riso-)并联的正隔离电阻(Riso+)确定总隔离电阻(例如Riso)。负隔离电阻(Riso-)相对于地与负HV总线104相关联。如步骤545指示的，通过CAN报告隔离电阻(Riso)。例如，控制模块106通过CAN发送表示隔离电阻的信号到燃料电池车辆控制器。如步骤550指示的，确定隔离电阻是否小于预定的最小电阻(Risomin)。在一个实施例中，确定隔离电阻(Riso)是否小于最小电阻(Risomin)的大约120％。如果隔离电阻(Riso)小于最小电阻(Risomin)的大约120％，则发送低电阻警报，如步骤555指示的。例如，如果Riso＜Risomin的120％，则控制模块106(通过CAN)发送表示低隔离电阻的信号到燃料电池车辆控制器。自断开测试电阻的另一个预定时间周期(例如大约10秒)之后，可以重复方法500。
虽然在前面的详细描述中已经介绍了至少一个示范性实施例，但是应当理解的是，存在很多个变化。也应当理解的是，示范性实施例仅仅是实例，且并不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性、或配置。相反，前面的详细描述将给本领域技术人员提供实施示范性实施例的便利路线图。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，元件的功能和设置可以进行多种变化，正如所附权利要求和其法律等效物中所列出的。

Claims (20)

1.一种用来监控具有冷却剂电导率的燃料电池的方法，该燃料电池通过正和负总线提供功率，该方法包括的步骤为：
测量从正总线到参考电势的第一电压；
测量从负总线到参考电势的第二电压；
在正总线和参考电势之间施加预定电阻；
在所述施加步骤之后的第一预定时间周期之后测量从正总线到参考电势的第三电压；以及
根据第一、第二、和第三电压确定隔离电阻，其中该隔离电阻是冷却剂电导率的函数。
2.根据权利要求1的方法，进一步包括通过控制器区域网发送信号，该信号表示隔离电阻。
3.根据权利要求1的方法，进一步包括在所述确定步骤之前将预定电阻断开第二预定时间周期。
4.根据权利要求1的方法，其中所述测量第三电压的步骤包括在所述施加预定电阻的步骤之后大约0.6秒时测量第三电压。
5.根据权利要求1的方法，其中所述确定隔离电阻的步骤包括：
确定第二电压与第一电压的比率；
根据第三电压、第二电压与第一电压的比率、预定电阻、第一预定时间周期、基于燃料电池的直流(DC)电源电压、以及从正总线和负总线中的一个到参考电势的预定电容来确定正隔离电阻。
6.根据权利要求5的方法，其中所述确定正隔离电阻的步骤包括求解：
V1(t)＝Vdc/(k*Riso+/Rx+k+l)+[Vdc/(l+k)-Vdc/(k*Riso+/Rx+k+l)]
*e-[(k*Riso+/Rx+k+l)/2k*Riso+*C]*t，
其中V1是第三电压，t是第一预定时间周期，Vdc是DC电源电压，k是第二电压与第一电压的比率，Riso+是正隔离电阻，Rx是从正总线到参考电势的预定电阻，并且C是预定电容。
7.根据权利要求6的方法，其中所述确定正隔离电阻的步骤包括利用逐次逼近法求解：
V1(t)＝Vdc/(k*Riso+/Rx+k+l)+[Vdc/(l+k)-Vdc/(k*Riso+/Rx+k+l)]
*e-[(k*Riso+/Rx+k+l)/2k*Riso+*C]*t。
8.根据权利要求1的方法，其中所述确定隔离电阻的步骤包括由与负隔离电阻并联的正隔离电阻、基于正总线到参考电势的正隔离电阻、以及基于负总线到参考电势的负隔离电阻确定隔离电阻。
9.一种用来测量燃料电池系统中的隔离电阻的设备，该设备包括：
被配置为与燃料电池阳极耦合的第一总线；
被配置为与燃料电池阴极耦合的第二总线；
具有耦合到所述第一总线的第一端子并且具有第二端子的电阻器；
耦合到所述电阻器的所述第二端子的开关，所述开关被配置为选择性地将所述电阻器的所述第二端子耦合到参考电势；以及
具有耦合到所述开关的第一输入并且具有耦合到所述第一和第二总线的第二输入的控制器，所述控制器被配置为：
指示所述开关闭合；
在所述开关闭合第一预定时间周期之后测量跨越所述电阻器的电压；以及
根据所述电压确定隔离电阻。
10.根据权利要求9的设备，其中所述控制器被进一步配置为：
测量从所述正总线到所述参考电势的第一隔离电压；
测量从所述负总线到所述参考电势的第二隔离电压；
确定所述第二隔离电压与所述第一隔离电压的比率；
确定从所述正总线到所述参考电势的正隔离电阻；以及
对于与负隔离电阻并联的所述正隔离电阻、从所述负总线到所述参考电势的所述负隔离电阻确定隔离电阻。
11.根据权利要求10的设备，其中所述控制器被进一步配置以发送隔离电阻。
12.根据权利要求10的设备，其中所述控制器被进一步配置以求解：
V1(t)＝Vdc/(k*Riso+/Rx+k+l)+[Vdc/(l+k)-Vdc/(k*Riso+/Rx+k+l)]
*e-[(k*Riso+/Rx+k+l)/2k*Riso+*C]*t，
其中V1是在所述开关闭合所述第一预定时间周期之后跨越所述电阻器的所述电压，t是所述第一预定时间周期，Vdc是从所述燃料电池阳极到所述燃料电池阴极的直流(DC)电压，k是所述第二隔离电压与所述第一隔离电压的所述比率，Riso+是所述正隔离电阻，Rx是从所述正总线到所述参考电势的预定电阻，并且C是从所述正总线和所述负总线中的一个到所述参考电势的预定电容。
13.根据权利要求1 2的设备，其中所述控制器被进一步配置以利用逐次逼近法求解：
V1(t)＝Vdc/(k*Riso+/Rx+k+l)+[Vdc/(l+k)-Vdc/(k*Riso+/Rx+k+l)]
*e-[(k*Riso+/Rx+k+l)/2k*Riso+*C]*t。
14.根据权利要求9的设备，其中在所述开关闭合所述第一预定时间周期之后所述控制器被进一步配置以指示所述开关在测量跨越所述电阻器的所述电压之后打开第二预定时间周期。
15.根据权利要求9的设备，其中所述控制器被进一步配置以便如果隔离电阻小于预定百分比则发送信号，所述信号表示低隔离电阻。
16.根据权利要求9的设备，其中所述控制器被进一步配置以：
发送隔离电阻；以及
如果隔离电阻小于最小电阻的大约120％则发送信号，所述信号表示低隔离电阻。
17.一种用于监控由燃料电池供电的高压(HV)总线的隔离电阻的方法，该HV总线具有正和负节点，所述方法包括的步骤为：
测量从HV总线的正节点到参考电势的第一电压；
测量从HV总线的负节点到参考电势的第二电压；
跨越HV总线的正节点和参考电势耦合预定电阻；
在自所述耦合步骤的第一预定时间周期之后测量HV总线的正节点和参考电势之间的第三电压；
根据第一、第二、和第三电压确定隔离电阻；以及
如果隔离电阻小于最小电阻的预定百分比则发送信号，所述信号表示HV总线的低隔离电阻。
18.根据权利要求17的方法，其中所述发送信号的步骤包括如果隔离电阻小于最小电阻的大约120％则发送信号。
19.根据权利要求17的方法，进一步包括，在所述确定隔离电阻的步骤之前，断开预定电阻。
20.根据权利要求17的方法，其中燃料电池具有燃料电池电压输出；并且其中所述发送信号的步骤包括如果隔离电阻小于最小电阻则发送信号用于维持隔离电阻相对于大约100Ω到大约1V的燃料电池电压输出的关系。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102257395A (zh) * 2008-11-17 2011-11-23 陶氏卡姆法国股份有限公司 监视电池的电能发生元件的电压的方法
CN103777080A (zh) * 2012-08-24 2014-05-07 通用汽车环球科技运作有限责任公司 高电压总线至底盘的隔离电阻和y-电容测量
CN104730313A (zh) * 2013-12-19 2015-06-24 大陆汽车系统公司 用于检测在电源之间的泄漏电流的方法和设备
CN105452885A (zh) * 2013-08-07 2016-03-30 株式会社Lg化学 用于确定电池组的隔离电阻的系统和方法
CN106199191A (zh) * 2014-03-30 2016-12-07 西奥公司 高电压隔离测量系统
CN106571480A (zh) * 2015-10-13 2017-04-19 通用汽车环球科技运作有限责任公司 在不断开接触器的情况下估算多电压燃料电池系统的冷却剂导电率
CN109661321A (zh) * 2016-09-14 2019-04-19 江森自控科技公司 隔离阻障故障检测电路
CN113030754A (zh) * 2021-03-30 2021-06-25 奇瑞汽车股份有限公司 燃料电池车的绝缘电阻检测方法、装置、设备和存储介质

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI122083B (fi) * 2009-01-23 2011-08-15 Waertsilae Finland Oy Järjestely ja menetelmä polttokennolaitteen sähköisen eristyksen seurantaan
US9017889B2 (en) * 2011-06-28 2015-04-28 GM Global Technology Operations LLC Frame sequence for a cell voltage measurement system with a low probability of natural occurrence
US20130027049A1 (en) * 2011-07-28 2013-01-31 Tesla Motors, Inc. Method for Determining Battery Pack Isolation Resistance Via Dual Bus Monitoring
US9046580B2 (en) 2011-08-23 2015-06-02 Tesla Motors, Inc. Battery thermal event detection system utilizing battery pack isolation monitoring
PL2801837T3 (pl) 2012-03-26 2019-05-31 Lg Chemical Ltd Urządzenie i sposób mierzenia oporności izolacji akumulatora
US9063179B2 (en) * 2012-09-26 2015-06-23 Lg Chem, Ltd. System and method for determining an isolation resistance of a battery pack disposed on a vehicle chassis
RU2666803C1 (ru) * 2013-12-13 2018-09-12 Инфовэа Зрт. Способ для измерения сопротивления изоляции в незаземленной электрической сети постоянного тока и для локализации замыкания на землю и двухполюсное устройство ввода тока
US9678847B2 (en) * 2014-05-27 2017-06-13 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for short fault detection in a controller area network
DE102015101074B4 (de) 2015-01-26 2021-10-07 Lisa Dräxlmaier GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Isolationsgröße sowie Kraftfahrzeug mit dieser Vorrichtung
US10729177B2 (en) * 2016-07-31 2020-08-04 Altria Client Services Llc Electronic vaping device, battery section, and charger
US10295584B2 (en) 2016-09-14 2019-05-21 Johnson Controls Technology Company Systems and methods for measuring isolation resistance
EP3361271B1 (en) * 2017-02-08 2022-06-01 Fico Triad, S.A. Device and method for measuring isolation resistance of battery powered systems
DE102017119992A1 (de) 2017-08-31 2019-02-28 Lisa Dräxlmaier GmbH Überwachungsvorrichtung zum Überwachen einer elektrischen Energiequelle in Bezug ihre Quellenspannung und ihre Isolationswiderstände sowie Hochvoltsystem und Verfahren zum Betreiben der Überwachungsvorrichtung
WO2020014101A1 (en) * 2018-07-11 2020-01-16 Bloom Energy Corporation Fuel cell stack grounding through an impedance creating element
US11223213B2 (en) 2018-10-18 2022-01-11 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery system and electric vehicle using the same
HUE054619T2 (hu) * 2018-10-18 2021-09-28 Samsung Sdi Co Ltd Berendezés és eljárás Y-kondenzátor kisütésére
US11177514B2 (en) * 2019-04-16 2021-11-16 Xing Power Inc. Battery system with management module
US11754629B2 (en) * 2019-08-06 2023-09-12 GM Global Technology Operations LLC Active isolation detection using adaptive bias resistance
CN110718707A (zh) * 2019-10-08 2020-01-21 吉利汽车研究院（宁波）有限公司 燃料电池冷却介质导电性监测系统、监测方法及车辆
US20230207846A1 (en) * 2021-12-28 2023-06-29 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc System and method for indirectly monitoring an isolation resistance of one or more fuel cells

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10006781A1 (de) * 2000-02-18 2002-03-14 Xcellsis Gmbh Vorrichtung mit einer Brennstoffzelle für die Erzeugung elektrischer Energie und mit Verteilung der elektrischen Energie an Verbraucher
DE10300539B4 (de) * 2003-01-09 2007-05-24 Daimlerchrysler Ag Schaltung und Verfahren zur Erfassung von Isolationsfehlern
US7317316B2 (en) * 2004-07-02 2008-01-08 Nucellsys Gmbh Apparatus and method for measuring the insulation resistance of a fuel cell system
US7862944B2 (en) * 2005-07-13 2011-01-04 Gm Global Technology Operations, Inc. Method for detection and diagnosis of isolation faults in fuel cell hybrid vehicles

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102257395A (zh) * 2008-11-17 2011-11-23 陶氏卡姆法国股份有限公司 监视电池的电能发生元件的电压的方法
CN103777080A (zh) * 2012-08-24 2014-05-07 通用汽车环球科技运作有限责任公司 高电压总线至底盘的隔离电阻和y-电容测量
CN105452885A (zh) * 2013-08-07 2016-03-30 株式会社Lg化学 用于确定电池组的隔离电阻的系统和方法
CN105452885B (zh) * 2013-08-07 2018-03-16 株式会社Lg化学 用于确定电池组的隔离电阻的系统和方法
CN104730313A (zh) * 2013-12-19 2015-06-24 大陆汽车系统公司 用于检测在电源之间的泄漏电流的方法和设备
CN106199191A (zh) * 2014-03-30 2016-12-07 西奥公司 高电压隔离测量系统
CN106199191B (zh) * 2014-03-30 2018-12-04 西奥公司 高电压隔离测量系统
CN106571480A (zh) * 2015-10-13 2017-04-19 通用汽车环球科技运作有限责任公司 在不断开接触器的情况下估算多电压燃料电池系统的冷却剂导电率
CN106571480B (zh) * 2015-10-13 2020-01-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 在不断开接触器的情况下估算多电压燃料电池系统的冷却剂导电率
CN109661321A (zh) * 2016-09-14 2019-04-19 江森自控科技公司 隔离阻障故障检测电路
CN113030754A (zh) * 2021-03-30 2021-06-25 奇瑞汽车股份有限公司 燃料电池车的绝缘电阻检测方法、装置、设备和存储介质
CN113030754B (zh) * 2021-03-30 2022-04-08 奇瑞汽车股份有限公司 燃料电池车的绝缘电阻检测方法、装置、设备和存储介质

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