CN101576597A - 用于具有高压电网的交通工具的接地故障检测系统 - Google Patents

Abstract

一种用于检测使用高压(HV)电网的交通工具或其他系统中的电隔离的损失的接地故障检测系统和方法。通过对HV电容器充电，然后将其在不同时间连接在电网HV导线和地(或交通工具底盘)之间，并在固定时间段后测量它们剩余的电量，可确定电隔离的损失。根据在HV系统连接到HV电网期间通过前面提到的电容器损失的能量，HV系统可被认为与地适当地隔离或没有适当地隔离。

Description

用于具有高压电网的交通工具的接地故障检测系统

发明背景

完全或部分地依赖于电力的电动交通工具、混合动力电动交通工具以及其他的交通工具可包括高压(HV)电池。HV电池可连接到HV配电系统，所述HV配电系统将向/从任何数量的HV交通工具系统，例如但不限于牵引逆变器、充电器、DC-CD转换器以及其他HV负荷传送/获得能量。HV配电系统可包括导线、或其他基础设施以在HV系统之间传输HV能量。导线可用于表征(characterize)具有高压正极(HV_P)导线和高压负极(HV_N)导线的HV电力网络。因为这些导线中的任一导线都不连接到交通工具地(vehicle ground)(即交通工具底盘)，所以认为HV电力网络具有浮动地(floating ground)。

大量的低压(LV)系统可连接到交通工具地，例如但不限于交通工具灯、信息娱乐装置、空调系统、座椅调整电动机(seat motor)等。类似于HV电力网络，LV系统可依赖于LV电力网络以帮助分配LV能量。HV电力网络与LV电力网络的电隔离对于保持电力网络和依赖于电力网络的系统的正常运行是重要的。

发明概述

根据本发明的一个方面，提供了一种用于测试包括在交通工具系统中的分离的高压网络和低压网络的电隔离的方法，其中所述低压网络参考交通工具地，并且所述高压网络参考高压电池的负极，所述方法包括：

根据接地故障检测单元内的电容器放电来确定所述电隔离为可接受的或不可接受的，所述接地故障检测单元配置成使正导线电容器(Cp)向所述高压网络的高压正导线(HV_P)放电，以及使负导线电容器(Cn)向所述高压网络的高压负导线(HV_N)放电。

所述方法进一步可包括，根据所述Cp两端的电压(Vcp)和所述Cn两端的电压(Vcn)来确定所述电隔离为可接受的或不可接受的。

所述方法进一步可包括，根据以下方程确定Vcp：

$V_{\mathrm{Cp}}(t=t_{\mathrm{cp}})\≈V_{\mathrm{test}\_P}\·e^{-T/(C_p\·(R_{s\_P}+R_{\mathrm{gnd}\_P}))}.$

所述方法进一步可包括，根据以下方程确定Vcn：

$V_{\mathrm{Cn}}(t=t_{\mathrm{cn}})\≈-V_{\mathrm{test}\_N}\·e^{-T/(C_n\·(R_{s\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_N}))}.$

所述方法进一步可包括，根据所述接地故障检测单元两端的电压(Vgfdet)来确定所述电隔离为可接受的或不可接受的。

所述方法进一步可包括，根据以下方程确定Vgfdet：

$V_{\mathrm{GFDet}}\left(R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}\right)=V_{\mathrm{Cp}}(t=t_{\mathrm{cp}})-V_{\mathrm{cn}}(t=t_{\mathrm{cn}})=$

$[(V_{\mathrm{test}\_P}-V_{p\_\mathrm{EQ}})\·e^{-T/(C_p\·(R_{s\_p}+R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}))}+V_{p\_\mathrm{EQ}}]-[(V_{\mathrm{test}\_N}-V_{n\_\mathrm{EQ}})\·e^{-T/(C_n\·(R_{s\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}))}+V_{n\_\mathrm{EQ}}]$

所述方法进一步可包括，如果所述HV_P和所述HV_N的每一个的对地等效电阻在极限值以下，则确定所述电隔离为不可接受的。

所述方法进一步可包括，如果所述Cp或所述Cn中之一的两端的电压(Vcp或Vcn)小于期望的电压阈值，则确定所述Cp或所述Cn已经放电超过期望的阈值。

所述方法进一步可包括，确定所述Vcp和所述Vcn中的每一个的所述期望的电压阈值，所述期望的电压阈值对应于测试电压(Vtest_P和Vtest_N)，所述测试电压被用来用从包括在所述接地故障检测单元内的分离的电源提供的能量对Cp和Cn充电。

所述方法进一步可包括，在所述接地故障检测单元内的多个开关以便控制对所述Cp和所述Cn的充电和放电。

在所述方法中，Vtest_P和Vtest_N可大于包括在所述HV网络中的高压电池(HV_batt)的电压。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于测试包括在交通工具系统中的分离的高压网络和低压网络的电隔离的系统，其中所述低压网络参考交通工具底盘，而所述高压网络参考高压电池的负极，所述系统包括：

接地故障检测单元，其配置成根据被释放给所述高压网络的高压正导线(HV_P)和所述高压网络的高压负导线(HV_N)的能量来确定所述电隔离是可接受的或不可接受的。

在所述系统中，所述接地故障检测单元可包括向所述HV_P和所述HV_N释放能量的一个或更多电容器，其中基于从所述电容器释放的能量来确定所述电隔离是可接受的或不可接受的。

在所述系统中，所述接地故障检测单元可包括一个或更多开关以帮助选择性地使所述一个或更多电容器向所述HV_P和所述HV_N放电。

在所述系统中，所述接地故障检测单元可包括分别向所述HV_P和所述HV_N释放能量的分离的电容器(Cp和Cn)，以及其中如果Cn放电超过预定阈值，则所述接地故障检测单元确认HV_N的电隔离为不可接受的，以及如果Cp放电超过预定阈值，则所述接地故障检测单元确认HV_P的电隔离为不可接受的。

在所述系统中，所述接地故障检测单元可根据所述接地故障检测单元两端的电压(Vgfdet)来确定所述电隔离为可接受的或不可接受的，其中根据以下方程确定Vgfdet：

$V_{\mathrm{GFDet}}\left(R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}\right)=V_{\mathrm{Cp}}(t=t_{\mathrm{cp}})-V_{\mathrm{cn}}(t=t_{\mathrm{cn}})=$

$[(V_{\mathrm{test}\_P}-V_{p\_\mathrm{EQ}})\·e^{-T/(C_p\·(R_{s\_p}+R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}))}+V_{p\_\mathrm{EQ}}]-[(V_{\mathrm{test}\_N}-V_{n\_\mathrm{EQ}})\·e^{-T/(C_n\·(R_{s\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}))}+V_{n\_\mathrm{EQ}}]$

在所述系统中，所述接地故障检测单元可包括分别向所述HV_P和所述HV_N释放能量的分离的电容器(Cp和Cn)，以及其中所述接地故障检测单元根据所述Cp两端的电压(Vcp)和所述Cn两端的电压(Vcn)来确定所述电隔离为可接受的或不可接受的。

在所述系统中，所述接地故障检测单元可根据以下方程确定Vcp：

$V_{\mathrm{Cp}}(t=t_{\mathrm{cp}})\≈V_{\mathrm{test}\_P}\·e^{-T/(C_p\·(R_{s\_P}+R_{\mathrm{gnd}\_P}))}.$

在所述系统中，所述接地故障检测单元可根据以下方程确定Vcn：

$V_{\mathrm{Cn}}(t=t_{\mathrm{cn}})\≈-V_{\mathrm{test}\_N}\·e^{-T/(C_n\·(R_{s\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_N}))}.$

附图简述

图1示出了依据本发明的一个非限制性方面的HV交通工具系统；

图2示意性地示出了依据本发明的一个非限制性方面的测试电路(arrangement)；

图3a-3d示出了依据本发明的一个非限制性方面的开关的时序；

图4a-4d示出了依据本发明的一个非限制性方面的电容性放电；

图5示意性地示出了依据本发明的一个非限制性方面，当存在HV电池时的测试电路；

图6a-6b示出了依据本发明的一个非限制性方面，当存在牵引用电池时，接地故障检测器从HV_P和HV_N看起的等效电路；

图7图形化地示出了依据本发明的一个非限制性方面的等效电阻；

图8图形化地示出了依据本发明的一个非限制性方面的作为等效电阻的函数的接地故障检测系统的电压；以及

图9示意性地示出了依据本发明的一个非限制性方面的接地故障检测系统。

优选实施方式的详细描述

图1示出了依据本发明的一个非限制性方面的HV交通工具系统。该系统可包括向/从具有高压正极(HV_P)导线和高压负极(HV_N)导线的HV电力网络传送/接收HV能量的HV电池。HV电力网络可与向一个或更多LV负荷提供低压能量的低压(LV)电力网络电隔离。保持HV网络与LV网络电隔离对于保持电力网络和依赖于电力网络的系统的正常运行是重要的。本发明的一个非限制性方面预期测试此电隔离。

为了示例性的目的而不旨在限制本发明的范围和预期，系统被表示为包括可用来支持全部或部分地依赖于HV能量的基于交通工具的电路的一定数量的部件。这些部件可包括，但不限于电池充电器、HV电池、接地故障检测系统、HV负荷、HV DC/AC逆变器、HV电机(电动机)、HV到LV的DC/DC转换器、LV电池、交通工具地，以及LV负荷。电池充电器可配置成用从墙上插座或其他外部电源提供的能量对HV电池充电。DC/AC逆变器可用于将从HV电池提供的HV DC能量转换为AC能量，所述AC能量可用于驱动电机，所述电机也可配置成将电机的机械转动转化为可用于对HV电池充电的DC能量。HV到LV的DC/DC转换器可用于将HV能量转换为可用于运行LV负荷的LV能量。接地故障检测系统可与这些以及其他部件结合使用，以帮助测试依据本发明的一个非限制性方面的HV系统的电隔离。

图2示意性地示出了可用于测试依据本发明的一个非限制性方面的HV系统的电隔离的测试电路。测试电路可用来基于对HV系统中的每根导线的电容器放电(Cp，Cn)，来帮助测试HV网络与LV网络的电隔离。如图1所显示的，示出假想电阻器(phantom resistor)(Rgnd_P和Rgnd_N)以代表HV网络导线以及HV系统的其他元件对交通工具地的等效电阻。

Rgnd_P和Rgnd_N可通过物理方法在HV导线和交通工具底盘之间测量。它们的值反映HV电网与地之间的隔离程度。由于Rgnd_P和Rgnd_N，连接到这些电阻器中的任何电阻器的充电的电容器在固定时间后经历某种程度的放电，这取决于前面提到的电阻器的值(小电阻将产生大的电容器放电，而大电阻将产生小的电容器放电)。重要地，图2把HV电池从HV电力网络中排除。这样做是为了示例性的目的以及展示关于测试当交通工具不再运行或HV电池被以其他方式从HV网络移除时的电隔离的本发明的一个非限制性方面。

如果HV系统不恰当地与交通工具地或LV系统隔离，那么在系统中的某些地方发生故障(breakdown)，且一旦电容器Cp和Cn先前已被充电并连接到HV电网，就如图2所示，那么电容器Cp和Cn将把更大量的能量释放到HV系统中。隔离程度随着电容器放电的增加而降低。当HV与交通工具地及/或LV系统适当地隔离时，等效电阻就高于某一额定值或极限值，而当电隔离变得不适当时，对地的等效电阻就变得低于此极限值。随着对地的等效电阻降低，电隔离变得更差。

图2示意性地示出通过等效正电阻(Rgnd_P)和等效负电阻(Rgnd_N)使Cp和Cn向HV_P导线和HV_N导线放电。电容器放电的量反映各HV导线和地之间的等效电阻。如果放电为低(浅度的)，则等效电阻就高且可将隔离的特点描述为恰当的。如果放电在某一额定水平之上，则等效电阻较低且可将隔离的特点描述为不恰当的。接地故障检测电路可进一步包括一对HV电源，它们分别配置成用测试电压(Vtest_P)向对HV_P导线放电的电容器Cp充电，和用测试电压(Vtest_N)向对HV_N导线放电的电容器Cn充电。开关(SW1、SW2、SW3和SW4)可由控制器(未显示)或其他元件控制，以便帮助使Cp和Cn充电和放电以及执行本发明预期的其他操作。

从图2看，Vtest_P和Vtest_N是两个DC电压源，它们与HV交通工具电池相分离，用于分别通过S1和S3对Cp和Cn充电。S2和S4被用于在固定的时间期间，将Cp和Cn中的每一个连接到HV交通工具电力线(HV_P和HV_N)。Rs_P和Rs_N电阻器可用于在Rgnd_p或Rgnd_n的值很低、短路或不良隔离的情况下限制来自电容器的放电电流。

支路的每一路(一路对应于HV_P，而另一路对应于HV_N)在不同的时间操作，以使得它们不相互叠加。整个系统的操作可通过观察四个开关(SW1、SW2、SW3和SW4)的时序而被描述。在图3a-3d中显示了开关的接通(activation)。

按照此时序，并以处于断开状态的四个开关开始，在时刻t₁闭合S1以允许Cp被充电到等于Vtest_P(图3a)。在t₂之前，电容器被完全充满(Vcp＝Vtest_P)，然后S1断开。在时刻t₃，闭合S2并使之保持在闭合状态直到t₄为止。在此时间间隔(T＝t₄-t₃)中，使电容器Cp通过等于Rs_P与Rgnd_p之和的电阻器来放电(图3b)。在此放电过程后，在时刻t_cp，得到的电容器Cp两端的电压(Vcp)可近似为：

$V_{\mathrm{Cp}}(t=t_{\mathrm{cp}})\≈V_{\mathrm{test}\_P}\·e^{-T/(C_p\·(R_{s\_P}+R_{\mathrm{gnd}\_P}))}$ 方程1

而此电压如果在时刻t_cp测量，则因为其通过方程1与Rgnd_p相关，而反映HV_P线和GND之间存在的隔离的水平(level)(即Rgnd_p的大小)。t＝t_cp时，接近Vtest_p的Vcp的值表示由于大的Rgnd_p值而产生的在T期间的Cp的浅度放电。相反地，在T期间，Cp的深度放电意味着由于低的Rgnd_p值造成的接地故障。

为了估算在HV电网的负极侧(HV_N)的Rgnd_n，可使用开关S3和S4而采用类似的过程。在时刻t₅闭合S3，以允许Cn被充电到等于-Vtest_N(图3c)。在t₆之前，该电容器被完全充满(Vcn＝-Vtest_N)，然后S3断开。在时刻t₇，闭合S4并使之保持在闭合状态直到t₈为止。在此时间间隔(T＝t₈-t₇)期间，使电容器Cn通过等于Rs_N与Rgnd_n之和的电阻器放电(图3d)。在此放电过程后，在时刻t_cn，得到的电容器Cn两端的电压(Vcn)可近似为：

$V_{\mathrm{Cn}}(t=t_{\mathrm{cn}})\≈-V_{\mathrm{test}\_N}\·e^{-T/(C_n\·(R_{s\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_N}))}$ 方程2

如由方程2所描述的，此电压Vcn(t＝t_cn)给出关于在HV_N线和GND之间存在的隔离的水平(即Rgnd_n的大小)的信息。t＝t_cn时，接近-Vtest_n的Vcn的值表示由于大的Rgnd_n值而产生的在T期间的Cn的浅度放电。相反地，在T期间的Cn的深度放电意味着通过低的Rgnd_n值而造成的接地故障。

本接地故障检测器的操作也可通过观察如图4a-4d所图示的Cp和Cn两端的电压波形来描述。图4a、4b以及4c显示了没有接地故障(即Rgnd_p和Rgnd_n都是大的)时的电容器电压。在时刻t_cp和t_cn，两个电容器的电压分别与在时刻t₃和t₇的电容器的电压差不多相同，这表示电容器没有通过系统电阻器对地放电。

在图4d中能够检测到接地故障。当在时刻t_cn估算Cn两端的电压时，由于低的Rgnd_n值而造成了在时间间隔T＝t₈-t₇期间，该电压显著变化。

以上描述的接地故障检测器的操作以HV电系统中没有HV电池，即在车库中停止的汽车为基础。当存在牵引用HV电池时(例如当汽车行驶时)，测试中的系统改变并不得不以不同的方式表征特征和进行测量，以便检查是否存在接地故障。

图5示意性地示出了依据本发明的一个非限制性方面的存在HV电池时的测试电路。

前面提到的HV电池可被描绘为理想电压源加上低的等效串联电阻器(R_{s_batt})。从接地故障检测器的各侧(HV_P和HV_N)看到的电路可绘制如图6a-6b。图6a是接地故障检测器将要从HV_P探查的等效电路，而图6b是将要从HV_N探查的等效电路。两个等效都是通过对图5中的交通工具电网，相对于GND在HV_P和HV_N应用戴维宁定理(Thevenin’s theorem)而产生。

于是，其结果为：

$R_{p\_\mathrm{EQ}}=\frac{(R_{s\_\mathrm{batt}}+R_{\mathrm{gnd}\_n})\·R_{\mathrm{gnd}\_p}}{R_{s\_\mathrm{batt}}+R_{\mathrm{gnd}\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_p}}\≈\frac{R_{\mathrm{gnd}\_n}\·R_{\mathrm{gnd}\_p}}{R_{\mathrm{gnd}\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_p}}$ 方程3

$V_{p\_\mathrm{EQ}}=V_{\mathrm{HV}\_\mathrm{batt}}\frac{R_{\mathrm{gnd}\_p}}{R_{s\_\mathrm{batt}}+R_{\mathrm{gnd}\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_p}}\≈V_{\mathrm{HV}\_\mathrm{batt}}\frac{R_{\mathrm{gnd}\_p}}{R_{\mathrm{gnd}\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_p}}$ 方程4

$R_{n\_\mathrm{EQ}}=\frac{(R_{s\_\mathrm{batt}}+R_{\mathrm{gnd}\_p})\·R_{\mathrm{gnd}\_n}}{R_{s\_\mathrm{batt}}+R_{\mathrm{gnd}\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_p}}\≈\frac{R_{\mathrm{gnd}\_p}\·R_{\mathrm{gnd}\_n}}{R_{\mathrm{gnd}\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_p}}$ 方程5

$V_{n\_\mathrm{EQ}}=-V_{\mathrm{HV}\_\mathrm{batt}}\frac{R_{\mathrm{gnd}\_n}}{R_{s\_\mathrm{batt}}+R_{\mathrm{gnd}\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_p}}\≈-V_{\mathrm{HV}\_\mathrm{batt}}\frac{R_{\mathrm{gnd}\_n}}{R_{\mathrm{gnd}\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_p}}$ 方程6

从方程3和方程5可以看出两个等效电阻是近似相等的值(即Rgnd_p和Rgnd_n的并联)，这是合理的，因为可忽略电池的串联电阻器(其通常比漏电阻Rgnd_P和Rgnd_n小五个数量级以上，并在大的接地故障的情况下，也比这些电阻小达1000倍)。这样：

$R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}=R_{p\_\mathrm{EQ}}=R_{n\_\mathrm{EQ}}=\frac{R_{\mathrm{gnd}\_p}\·R_{\mathrm{gnd}\_n}}{R_{\mathrm{gnd}\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_p}}$ 方程7

且这是接地故障检测器在交通工具中存在HV电池时，为了检测可能的故障而估算的电阻(R_{gnd_EQ}＜R_limit)。

根据方程7，图7绘出了作为Rgnd_n和Rgnd_p的函数的Rgnd_EQ。这里，可为Rgnd_EQ设置检测水平(报警或故障)，根据该检测水平认为系统是正常的(即，不存在接地故障)。

如果接地故障检测器用于估算图6a和6b给出的网络HV_P和HV_N(即在交通工具行驶时的HV线)的等效电路的隔离水平，则接地故障检测器的电容器的放电可由下面的方程描述：

$V_{\mathrm{Cp}}(t=t_{\mathrm{cp}})=(V_{\mathrm{test}\_P}-V_{p\_\mathrm{EQ}})\·e^{-T/(C_p\·(R_{s\_p}+R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}))}+V_{p\_\mathrm{EQ}}$ 方程8

$V_{\mathrm{Cn}}(t=t_{\mathrm{cn}})=(V_{\mathrm{test}\_N}-V_{n\_\mathrm{EQ}})\·e^{-T/(C_n\·(R_{s\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}))}+V_{n\_\mathrm{EQ}}$ 方程9

如关于图3a-3b在以上所描述的，T＝t₄-t₃＝t₈-t₇，分别在时刻t_cp和t_cn的Vcp和Vcn可通过微控制器或分离的模-数转换器电路(未显示)获得并作为数字值保存在存储器中，下面的函数将其输出与测量的R_{gnd_EQ}联系起来：

$V_{\mathrm{GFDet}}\left(R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}\right)=V_{\mathrm{Cp}}(t=t_{\mathrm{cp}})-V_{\mathrm{cn}}(t=t_{\mathrm{cn}})=$

$[(V_{\mathrm{test}\_P}-V_{p\_\mathrm{EQ}})\·e^{-T/(C_p\·(R_{s\_p}+R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}))}+V_{p\_\mathrm{EQ}}]-[(V_{\mathrm{test}\_N}-V_{n\_\mathrm{EQ}})\·e^{-T/(C_n\·(R_{s\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}))}+V_{n\_\mathrm{EQ}}]$

方程10

为了说明性的目的，假定方程7、Rs_p＝Rs_n以及Cp＝Cn，图8绘出了V_GFDet＝f(R_{gnd_p}，R_{gnd_n})。另外，V_{test_P}可等于V_{test_N}，且它们都必须大于V_{HV_batt}以保证Cp和Cn充电至大于V_{hv_batt}的电压。这样，对于任何值的等效接地电阻，电容器将始终带有可用于HV电网电荷。这也将防止电容器在连接到交通工具电系统时从HV电池汲取能量。

关于所提出的接地故障检测器的实际实现，必须注意到可以有许多可选的解决方案或变化的形式。预期有根据本发明操作的任何系统(硬件+软件)。

图9显示了所描述的接地故障检测器的可能的实现的方块图。这里，输出开关、串联放电电阻器以及Cp和Cn电容器描示为处于基本电路中。开关SW2和SW4可包括小HV簧片继电器，其可用于支持低电流下高循环(high cycling)和HV切换(switching)的要求。

图2中的Vtest_P和Vtest_N电压源可经由2个小的反激DC/DC转换器实现，所述反激DC/DC转换器在微控制器通过SW1和SW2控制信号激活它们时生成需要的高压以对测量电容器充电。

在被两个滤波器级(filter stage)适当地调整后，电容器的电压VCp和VCn可通过微控制器的模-数转换器测量，所述两个滤波器级可用于对两个被测量的信号提供高阻抗输入的衰减和低通滤波。对于VCn，输入滤波器可以加倒相以适当地调节在微控制器的模-数转换器的输入的这种负电压。

根据本发明的一个非限制性方面，接地故障检测器可配置成支持或执行下列基本功能中的全部或一些功能：

●采样VCp和VCn电容器电压以获得它们的数字值，其为方程10的输入(即VCp(t＝t_cp)和-VCn(t＝t_cn))。

●依据图3a-3d中显示的时序，控制(开/关)四个SW信号。

●计算方程10并对比存储器中存储的检测水平估算作为结果的VGFdet值。如果VGFdet较低或相等，则交通工具电网被认为是不适当的(即没有与地面的适当隔离)。参考检测水平也由方程10，在Rgnd_EQ＝Rgnd_limit时给出。

●经由专用通道(例如CAN或LIN总线、硬接线的信号、LED或LCD等)与交通工具的管理者及/或人机界面进行通信，以便报告对接地故障的检测并得到需要的操作输入参数(BMS-电池监测系统报告的激起/睡眠状态、HV电池电压等)。

尽管已经示出并描述了本发明的实施方式，但并不期望这些实施方式示出并描述出本发明的所有可能形式。更确切地说，在说明书中使用的文字是描述性而不是限制性的文字，且应理解，可作出各种改变而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (19)

1.一种方法，所述方法用于测试包括在交通工具系统中的分离的高压网络和低压网络的电隔离，其中所述低压网络参考交通工具地，并且所述高压网络参考高压电池的负极，所述方法包括：

根据接地故障检测单元内的电容器放电来确定所述电隔离为可接受的或不可接受的，所述接地故障检测单元配置成使正导线电容器(Cp)向所述高压网络的高压正导线(HV_P)放电，以及使负导线电容器(Cn)向所述高压网络的高压负导线(HV_N)放电。

2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括根据所述Cp两端的电压(Vcp)和所述Cn两端的电压(Vcn)来确定所述电隔离为可接受的或不可接受的。

3.如权利要求2所述的方法，其进一步包括根据以下方程确定Vcp：

$V_{\mathrm{Cp}}(t=t_{\mathrm{cp}})\≈V_{\mathrm{test}\_P}\·e^{-T/(C_p\·(R_{s\_P}+R_{\mathrm{gnd}\_P}))}.$

4.如权利要求2所述的方法，其进一步包括根据以下方程确定Vcn：

$V_{\mathrm{Cn}}(t=t_{\mathrm{cn}})\≈-V_{\mathrm{test}\_N}\·e^{-T/(C_n\·(R_{s\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_N}))}.$

5.如权利要求1所述的方法，其进一步包括根据所述接地故障检测单元两端的电压(Vgfdet)来确定所述电隔离为可接受的或不可接受的。

6.如权利要求5所述的方法，其进一步包括根据以下方程确定Vgfdet：

$V_{\mathrm{GFDet}}\left(R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}\right)=V_{\mathrm{Cp}}(t=t_{\mathrm{cp}})-V_{\mathrm{cn}}(t=t_{\mathrm{cn}})=$

$[(V_{\mathrm{test}\_P}-V_{p\_\mathrm{EQ}})\·e^{-T/(C_p\·(R_{s\_p}+R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}))}+V_{p\_\mathrm{EQ}}]-[(V_{\mathrm{test}\_N}-V_{n\_\mathrm{EQ}})\·e^{-T/(C_n\·(R_{s\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}))}+V_{n\_\mathrm{EQ}}].$

7.如权利要求1所述的方法，其进一步包括如果所述HV_P和所述HV_N的每一个的对地等效电阻在极限值以下，则确定所述电隔离为不可接受的。

8.如权利要求1所述的方法，其进一步包括如果所述Cp或所述Cn中之一的两端的电压(Vcp或Vcn)小于期望的电压阈值，则确定所述Cp或所述Cn已经放电超过期望的阈值。

9.如权利要求8所述的方法，其进一步包括确定所述Vcp和所述Vcn中的每一个的所述期望的电压阈值，所述期望的电压阈值对应于测试电压(Vtest_P和Vtest_N)，所述测试电压被用来用从包括在所述接地故障检测单元内的分离的电源提供的能量对Cp和Cn充电。

10.如权利要求9所述的方法，其进一步包括控制包括在所述接地故障检测单元内的多个开关以便控制对所述Cp和所述Cn的充电和放电。

11.如权利要求9所述的方法，其中Vtest_P和Vtest_N大于包括在所述HV网络中的高压电池(HV_batt)的电压。

12.一种系统，所述系统用于测试包括在交通工具系统中的分离的高压网络和低压网络的电隔离，其中所述低压网络参考交通工具底盘，而所述高压网络参考高压电池的负极，所述系统包括：

接地故障检测单元，其配置成根据被释放给所述高压网络的高压正导线(HV_P)和所述高压网络的高压负导线(HV_N)的能量来确定所述电隔离是可接受的或不可接受的。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述接地故障检测单元包括向所述HV_P和所述HV_N释放能量的一个或更多电容器，其中基于从所述电容器释放的能量来确定所述电隔离是可接受的或不可接受的。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述接地故障检测单元包括一个或更多开关以帮助选择性地使所述一个或更多电容器向所述HV_P和所述HV_N放电。

15.如权利要求12所述的系统，其中所述接地故障检测单元包括分别向所述HV_P和所述HV_N释放能量的分离的电容器(Cp和Cn)，以及其中如果Cn放电超过预定阈值，则所述接地故障检测单元确认HV_N的电隔离为不可接受的，以及如果Cp放电超过预定阈值，则所述接地故障检测单元确认HV_P的电隔离为不可接受的。

16.如权利要求12所述的系统，其中所述接地故障检测单元根据所述接地故障检测单元两端的电压(Vgfdet)来确定所述电隔离为可接受的或不可接受的，其中根据以下方程确定Vgfdet：

$V_{\mathrm{GFDet}}\left(R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}\right)=V_{\mathrm{Cp}}(t=t_{\mathrm{cp}})-V_{\mathrm{cn}}(t=t_{\mathrm{cn}})=$

$[(V_{\mathrm{test}\_P}-V_{p\_\mathrm{EQ}})\·e^{-T/(C_p\·(R_{s\_p}+R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}))}+V_{p\_\mathrm{EQ}}]-[(V_{\mathrm{test}\_N}-V_{n\_\mathrm{EQ}})\·e^{-T/(C_n\·(R_{s\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_\mathrm{EQ}}))}+V_{n\_\mathrm{EQ}}].$

17.如权利要求12所述的系统，其中所述接地故障检测单元包括分别向所述HV_P和所述HV_N释放能量的分离的电容器(Cp和Cn)，以及其中所述接地故障检测单元根据所述Cp两端的电压(Vcp)和所述Cn两端的电压(Vcn)来确定所述电隔离为可接受的或不可接受的。

18.如权利要求17所述的系统，其中所述接地故障检测单元根据以下方程确定Vcp：

$V_{\mathrm{Cp}}(t=t_{\mathrm{cp}})\≈V_{\mathrm{test}\_P}\·e^{-T/(C_p\·(R_{s\_P}+R_{\mathrm{gnd}\_P}))}.$

19.如权利要求17所述的系统，其中所述接地故障检测单元根据以下方程确定Vcn：

$V_{\mathrm{Cn}}(t=t_{\mathrm{cn}})\≈-V_{\mathrm{test}\_N}\·e^{-T/(C_n\·(R_{s\_n}+R_{\mathrm{gnd}\_N}))}.$

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