CN106461733A - 能够快速测量绝缘电阻的绝缘电阻测量设备和方法 - Google Patents
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Abstract
所公开的是尽管在电池组中存在寄生电容器组件也能够快速且精确地计算绝缘电阻的绝缘电阻测量设备和方法。
Description
技术领域
本公开涉及用于测量绝缘电阻的技术,且更具体地,涉及能够快速且精确测量绝缘电阻的绝缘电阻测量设备和方法。
本申请要求2014年10月2日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2014-0133391的权益,其全部内容通过引用并入于此。
背景技术
随着最近对诸如膝上型计算机、视频相机、移动电话等的便携电子产品的需求增加,电动汽车、储能电池、机器人、卫星等开始认真发展,且导致对能够重复充电和放电的高性能二次电池的活跃研究。
当前,商业可用二次电池包括镍镉、镍氢、镍锌和锂二次电池。其中,相比于基于镍的二次电池,锂二次电池由于的小的记忆效应而允许无限制的充电和放电,以及很低的自放电率和高能量密度,吸引了很多关注。
同时,这些二次电池被用作单个二次电池,但为了提供高电压和/或高电容的能量存储,也经常以串联和/或并联连接多个二次电池的形式来使用二次电池,也即,以包括电池管理装置的电池组的形式,所述电池管理装置用于控制其中二次电池的总体的充电和放电操作。
针对这样的使用高电压、高电容二次电池的电力存储装置,保持绝缘很重要。如果未维持电池组的绝缘,将生成泄漏电流,导致若干问题。具体地,泄漏电流可以缩短电池组的服务寿命,导致电池组所用于的电气设备的故障,且导致例如触电的安全事故。
为了防止泄漏电流的产生,电池组被提供有绝缘电阻测量设备,绝缘电阻测量设备可以监视绝缘电阻。这样的绝缘电阻测量设备频繁地或周期性地测量电池组的绝缘电阻,因此允许电池组管理装置监视绝缘状态。
图1图示地示出了提供有相关绝缘电阻测量设备的电池组的配置。
参考图1,电池组包括电池组件20,电池组件20是一个或多个电池胞(cell)21的集合。另外,在电池组件20的正电极端子和电池组件20的负电极端子上分别设置绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)。绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)可以是代表电池组绝缘状态的等效电阻。当电池组的绝缘状态被良好维持时,绝缘电阻的电阻值将具有足够高的值,然而当电池组的绝缘状态被打破时,绝缘电阻的电阻值将具有低于阈值的低值。
再次参考图1,绝缘电阻测量设备10被连接到电池组件20的正电极端子和负电极端子。绝缘电阻测量设备10其中包括测试电阻器11和用于测量施加到测试电阻器11的电压的电压测量单元12。绝缘电阻测量设备10通过使用经由电压测量单元12测量的电压值,计算正电极侧的绝缘电阻RLeak(+)和负电极侧的绝缘电阻RLeak(-)。
问题是电池组可能具有寄生电容器的存在。在以与绝缘电阻的方式相同的方式建模的寄生电容器组件的等效电路中,寄生电容器组件可以被表述为与绝缘电阻并联连接的电容器。
图2图示地示出了表现绝缘电阻和寄生电容器组件的电池组的等效电路。也即,在图2中图示的电池组包括绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)和并联连接到所述绝缘电阻的寄生电容器CP(+)、CP(-)。这样,当寄生电容器CP(+)、CP(-)存在时,绝缘电阻测量设备10很难正确地测量电压。也即,由于因寄生电容器CP(+)、CP(-)而在切换后出现的延迟,直到电压测量单元12正确测量电压前需要经过预定的时间,。
换言之,在没有寄生电容器CP(+)、CP(-)存在的理想情况下,电压值在切换后立即具有稳定值。然而,在具有寄生电容器CP(+)、CP(-)的情况下,电压在一定时间段之后达到稳态。
因此,为根据现有技术来测量正确的电压值,必须经过足够时间以允许切换后的电压达到稳态。换言之,绝缘电阻测量设备10需要附加的延迟时间以计算绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)。
作为总结,根据现有技术,电池组中寄生电容组件CP(+)、CP(-)的存在阻止了对绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)的立即计算。
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决现有技术的问题,且因此本公开针对的是,提供尽管电池组中存在寄生电容器组件也能够快速且精确地计算绝缘电阻的绝缘电阻测量设备和方法。
可以通过下述描述理解本公开的其他目标和优点,且本公开的实施例进一步阐述了本公开的其他目标和优点。同时,应容易理解,通过权利要求中描述的手段及其组合,可以实现本公开的其他目标和优点。
技术方案
在本公开的一个方面,提供了一种绝缘电阻测量设备,包括:连接到电池组件的正电极节点的正电极测试电阻器,连接到电池组件的负电极节点的负电极测试电阻器,将正电极测试电阻器和负电极测试电阻器分别连接到电池组件的正电极节点和负电极节点使得形成特定电路的开关单元,被配置为控制开关单元的开关控制单元,被配置为测量施加到正电极测试电阻器的第一电压和施加到负电极测试电阻器的第二电压的电压测量单元;以及电压估计单元,所述电压估计单元被配置为使得在形成特定电路之后,所述电压估计单元在开关控制单元的控制下根据预定的周期在至少两个周期读取在电压测量单元处所测量的第一电压和第二电压中的至少一个电压,且通过使用所读取的电压估计第一电压和第二电压中的至少一个电压的最终收敛值。
开关单元可以包括在第一线路上设置的、选择性地被接通或关断的第一开关和在第二线路上设置的、选择性地被接通或关断的第二开关,所述第一线路将电池组件的正电极节点连接到正电极测试电阻器,所述第二线路将电池组件的负电极节点连接到负电极测试电阻器。
特定电路可以是以下的任意一个:第一电路,其中第一开关和第二开关被接通;第二电路,其中第一开关被接通,且第二开关被关断;第三电路,其中第一开关被关断,且第二开关被接通;以及第四电路,其中第一开关和第二开关被关断。
在形成第二电路之后,电压估计单元可以根据预定的周期在至少两个周期读取在电压测量单元处所测量的第一电压,使用所读取的电压来计算第一估计值,且估计第一估计值是第一电压的最终收敛值。
在形成第三电路后,电压估计单元可以根据预定的周期在至少两个周期读取在电压测量单元处所测量的第二电压,使用所读取的电压来计算第二估计值,且估计第二估计值是第二电压的最终收敛值。
绝缘电阻测量设备可以附加地包括绝缘电阻计算单元,所述绝缘电阻计算单元被配置为使用第二电路方程、第三电路方程和第一估计值和第二估计值,计算电池组件的正电极侧的绝缘电阻和电池组件的负电极侧的绝缘电阻,第二电路方程是关于第二电路的电路方程,第三电路方程是关于第三电路的电路方程。
绝缘电阻计算单元可以通过将第一估计值代入第二电路方程、将第二估计值代入第三电路方程、且然后求解由第二电路方程和第三电路方程组成的二次方程组,来计算电池组件的正电极侧的和电池组件的负电极侧的绝缘电阻。
电压估计单元可以根据预定的周期在至少三个周期读取在电压测量单元处所测量的第一电压和第二电压中的至少一个电压,且通过使用所读取的电压估计第一电压和第二电压中的至少一个电压的最终收敛值。
电压估计单元可以使用在第一周期内读取的第一读取电压、在第二周期内读取的第二读取电压和在第三周期内读取的第三读取电压,使用下述方程,估计最终收敛值:
其中,yf=最终收敛值,y1=第一读取电压,y2=第二读取电压,且y3=第三读取电压。
绝缘电阻测量设备可以附加地包括在第一线路上设置的正电极分布电阻器和在第二线路上设置的负电极分布电阻器。
绝缘电阻测量设备可以附加地包括在第二线路上设置的DC电源。
从DC电力供应输出的电压幅值可以被设定为使得由电压测量单元所测量的第二电压是正值。
在本公开的另一个方面,也提供了包括上述绝缘电阻测量设备的电池组。
在本公开的再另一个方面,也提供了包括上述绝缘电阻测量设备的电动汽车。
在本公开的再另一个方面,也提供了一种绝缘电阻测量方法,包括以下步骤:准备绝缘电阻测量设备,所述绝缘电阻测量设备包括连接到电池组件的正电极节点的正电极测试电阻器、连接到电池组件的负电极节点的负电极测试电阻器、将正电极测试电阻器和负电极测试电阻器分别连接到电池组件的正电极节点和负电极节点使得形成特定电路的开关单元和被配置为测量施加到正电极测试电阻器的第一电压和施加到负电极测试电阻器的第二电压的电压测量单元,控制开关单元以形成特定电路,在形成特定电路之后,根据预定的周期在至少两个周期读取在电压测量单元处所测量的第一电压和第二电压中的至少一个电压,以及使用在读取步骤中所读取的电压,估计第一电压和第二电压中的至少一个电压的最终收敛值。
开关单元可以包括在第一线路上设置的、选择性地被接通或关断的第一开关和在第二线路上设置的、选择性地被接通或关断的第二开关,所述第一线路将电池组件的正电极节点连接到正电极测试电阻器,所述第二线路将电池组件的负电极节点连接到负电极测试电阻器。
特定电路可以是以下的任意一个:第一电路,其中第一开关和第二开关被接通;第二电路,其中第一开关被接通,且第二开关被关断;第三电路,其中第一开关被关断,且第二开关被接通;以及第四电路,其中第一开关和第二开关被关断。
形成特定电路的所述步骤可以包括形成第二电路。所述读取步骤可包括,在形成第二电路之后,根据预定的周期在至少两个周期读取第一电压。所述估计步骤可以包括,使用在所述读取步骤中所读取的电压计算第一估计值,且估计第一估计值是第一电压的最终收敛值。
形成特定电路的所述步骤可以包括形成第三电路。所述读取步骤可包括,在形成第三电路后,根据预定的周期在至少两个周期读取第二电压。所述估计步骤可以包括,使用在所述读取步骤中所读取的电压计算第二估计值,且估计第二估计值是第二电压的最终收敛值。形成第三电路、读取第二电压、和估计第二估计值是第二电压的最终收敛值的步骤可以在形成第二电路、读取第一电压、和估计第一估计值是第一电压的最终收敛值的步骤之前或之后被执行。
绝缘电阻测量方法可以附加地包括使用第二电路方程、第三电路方程和第一估计值和第二估计值,计算电池组件的正电极侧的绝缘电阻和电池组件的负电极侧的绝缘电阻,所述第二电路方程是关于第二电路的电路方程,所述第三电路方程是关于第三电路的电路方程。
绝缘电阻计算步骤可以包括通过将第一估计值代入第二电路方程、将第二估计值代入第三电路方程、且然后求解由第二电路方程和第三电路方程组成的二次方程组,来计算电池组件的正电极侧的和电池组件的负电极侧的绝缘电阻。
读取步骤可包括根据预定的周期在至少三个周期读取第一电压和第二电压中的至少一个电压,以及估计步骤可以包括通过使用所读取的电压,估计第一电压和第二电压中的至少一个电压的最终收敛值。
估计步骤可以包括使用在第一周期内读取的第一读取电压、在第二周期内读取的第二读取电压和在第三周期内读取的第三读取电压,使用下述方程,估计最终收敛值:
其中,yf=最终收敛值,y1=第一读取电压,y2=第二读取电压,y3=第三读取电压。
有益效果
本公开给出下述效果。根据本公开的方面,可以在恒定时间间隔读取电压,且可以使用所读取的电压预测电压的最终收敛值。也即,在达到稳态前,能够预测作为稳态电压值的最终收敛值,且使用同样方法,能够快速测量绝缘电阻。
附加地,可以提供各种其他效果,可以通过本文提供的描述来理解这些效果,以及从本公开的示例中进一步阐明了这些效果。
附图说明
附图图示了本公开的优选实施例,且与上述公开一起,用作提供对本公开的技术特性的进一步理解。然而,本公开不应被解释为受限于附图。其中
图1图示地示出了提供有现有绝缘电阻测量设备的电池组的配置。
图2图示地示出了电池组的等效电路,其中表现了绝缘电阻和寄生电容组件。
图3图示地示出了根据本公开的示例实施例的绝缘电阻测量设备的功能配置。
图4图示地示出了提供有根据本公开的实施例的绝缘电阻测量设备的电池组的电路配置。
图5示出了关于图4的电路配置的第二电路的表示。
图6示出了关于图4的电路配置的第三电路的表示。
图7是表示根据本公开示例实施例的绝缘电阻测量方法的流程图。
图8是表示根据本公开的另一示例实施例的绝缘电阻测量方法的流程图。
具体实施方式
在下文里,将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前,应理解基于为了进行最好解释允许发明人适当地定义术语的原则,在说明书和权利要求中使用的术语不应被解释为受限于通常的和词典的含义,而应基于对应于本公开的技术方面的含义和概念而被解释。
因此,本文提出的描述仅是只为了图示目的的优选示例,非旨在限制本公开的范围,因此应理解可以在不背离本公开的精神和范围的情况下,对其作出其他等价物和修改。
进一步,在本公开的描述中,将不详细描述已知的现有配置或功能,这是因为其可能混淆本公开的主题。
图3图示地示出了根据本公开的示例实施例的绝缘电阻测量设备的功能配置,且图4图示地示出了根据本公开的示例实施例的提供有绝缘电阻测量设备的电池组的电路配置。
参考图3和图4,绝缘电阻测量设备100被连接到在电池组中设置的电池组件200的正电极节点NP和负电极节点NN。
在这种情况下,电池组件200代表单个电池胞210或电池胞210的集合,且电池胞的集合可以由串联、并联或串并联连接的电池胞210组成。
电池胞210可以是二次电池,诸如包括超级电容器的双电层电容器或锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。
同时,绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)被连接到电池组件200的正电极节点NP和负电极节点NN。也即,正电极侧的绝缘电阻RLeak(+)被连接到电池组件200的正电极节点NP,且负电极侧的绝缘电阻RLeak(-)被连接到电池组件200的负电极节点NN。绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)可以是代表电池组的绝缘状态的等效电阻。当电池组的绝缘状态被良好维持时,绝缘电阻的电阻值将具有足够高的值,然而当绝缘状态被打破时,绝缘电阻的电阻值将具有低于阈值的低值。
进一步,寄生电容器CP(+)、CP(-)被连接到电池组件200的正电极节点Np和负电极节点NN。也即,正电极侧的寄生电容器CP(+)被连接到电池组件200的正电极节点NP,且负电极侧的寄生电容CP(-)被连接到电池组件200的负电极节点NN。与上述绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)类似,这些寄生电容CP(+)、CP(-)可以被看作表示电容器组件的等效电容器。如图4所示,寄生电容器CP(+)、CP(-)可以被建模成到电池组件200的绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)的并联连接的形式。
再次参考图3和图4,根据示例实施例的绝缘电阻测量设备100可以包括正电极测试电阻器110、负电极测试电阻器120、开关单元130、电压测量单元150、开关控制单元140、电压估计单元160和绝缘电阻计算单元170。
正电极测试电阻器110可以被连接到电池组件200的正电极节点NP。正电极测试电阻器110的一端可以被连接到电池组件200的正电极节点NP,且另一端可以被连接到接地节点。也即,如图4所示,正电极测试电阻器110可以被提供在电池组件200的正电极节点NP和地(也即,接地节点)之间。
负电极测试电阻器120可以被连接到电池组件200的负电极节点NN。负电极测试电阻器120的一端可以被连接到电池组件200的负电极节点NN,且另一端可以被连接到接地节点。也即,如图4所示,负电极测试电阻器120可以被提供在电池组件200的负电极节点NN和地(也即,接地节点)之间。
开关单元130可以将电池组件200电连接到测试电阻,或将其从测试电阻断开。也即,开关单元130可以将正电极测试电阻器110连接到电池组件200的正电极节点NP或将正电极测试电阻器110从电池组件200的正电极节点NP断开,或将负电极测试电阻器120连接到电池组件200的负电极节点NN或将负电极测试电阻器120从电池组件200的负电极节点NN断开。这样的开关单元130的开关操作允许正电极测试电阻器110和电池组件200的正电极端子被连接或断开,且允许负电极测试电阻器120和电池组件200的负电极端子被连接或断开,使得可以形成特定电路。
根据示例实施例,如图4所示,开关单元130可以包括第一开关SW1和第二开关SW2。
第一开关SW1可以将电池组件200的正电极节点NP连接到正电极测试电阻器110或将电池组件200的正电极节点NP从正电极测试电阻器110断开。第一开关SW1可以被提供在第一线路L1上以选择性地被接通或关断,第一线路L1将电池组件200的正电极节点NP连接到正电极测试电阻器110。
第二开关SW2可以将电池组件200的负电极节点NN连接到负电极测试电阻器120或将电池组件200的负电极节点NN从负电极测试电阻器120断开。第二开关SW2可以被提供在第二线路L2上以选择性地被接通或关断,第二线路L2将电池组件200的负电极节点NN连接到负电极测试电阻器120。
开关控制单元140可以控制第一开关SW1和第二开关SW2。也即,开关控制单元140可以选择性地接通或关断第一开关SW1和第二开关SW2。开关控制单元140可以控制第一开关SW1和第二开关SW2以形成特定电路。
更具体地,开关控制单元140可以控制第一开关SW1和第二开关SW2以形成包括以下示例那些的各种电路。
开关控制单元140可以接通第一开关SW1和第二开关SW2以形成第一电路。第一电路代表其中正电极测试电阻器110被连接到正电极节点NP且负电极测试电阻器120被连接到负电极节点NN的电路。
进一步,开关控制单元140可以接通第一开关SW1和关断第二开关SW2以形成第二电路。第二电路表示其中正电极测试电阻器110被连接到正电极节点NP且负电极测试电阻器120未被连接到负电极节点NN的电路。
进一步,开关控制单元140可以关断第一开关SW1和接通第二开关SW2以形成第三电路。第三电路表示其中正电极测试电阻器110未被连接到正电极节点NP,且负电极测试电阻器120被连接到负电极节点NN的电路。
进一步,开关控制单元140可以关断第一开关SW1和第二开关SW2以形成第四电路。第四电路表示其中正电极测试电阻器110未被连接到正电极节点NP且负电极测试电阻器120未被连接到负电极节点NN的电路。
如上述,开关控制单元140可以控制第一开关SW1和第二开关SW2以形成彼此不同的各种电路。
电压测量单元150可以测量施加到正电极测试电阻器110的电压和施加到负电极测试电阻器120的电压。在这种情况下,施加到正电极测试电阻器110的电压可以被称为“第一电压”,且施加到负电极测试电阻器120的电压可以被称为“第二电压”。进一步,电压测量单元150可以由正电极电压测量单元150和负电极电压测量单元150组成。也即,电压测量单元150可以被细分为测量施加到正电极测试电阻器110上的电压的正电极电压测量单元,和测量施加到负电极测试电阻器120上的电压的负电极电压测量单元。
在根据开关控制单元140的控制形成特定电路之后,电压估计单元160可以估计第一电压和第二电压中的至少一个的最终收敛值。也即,在根据开关控制单元140的控制形成特定电路之后,电压估计单元160可以估计当第一电压达到稳态时的电压值,或可以估计当第二电压达到稳态时的电压值。
如以上在现有技术的描述中所描述的,由于电池组具有此处呈现的寄生电容器CP(+)、CP(-),如果电压测量单元150在根据开关控制单元140的控制形成特定电路之后直接测量第一电压或第二电压,可以测量瞬态的电压值。因此,为了测量稳态下的第一电压和第二电压,必须经过足够时间。
电压估计单元160可以被配置为迅速测量绝缘电阻,也即,通过估计最终收敛值,不需要等到第一电压或第二电压到达稳态,所述最终收敛值是当第一电压或第二电压到达稳态后的电压值。
更精确地,电压估计单元160可以在根据开关控制单元140的控制形成特定电路后,根据预定的周期在至少两个周期读取在电压测量单元150处所测量的第一电压和第二电压中的至少一个电压,且使用所读取的电压,估计第一电压和第二电压中的至少一个电压的最终收敛值。
在一个示例中,电压估计单元160可以在根据开关控制单元140的控制形成第二电路之后,估计第一电压的最终收敛值。电压估计单元160可以在第二电路形成之后,使用在电压测量单元150处所测量的第一电压,估计第一电压的最终收敛值。也即,电压估计单元160可以使用在电压测量单元150处所测量的第一电压,且可以根据预定的周期在两个或更多周期读取第一电压。电压估计单元160可以根据预定的在两个或更多周期进行读取,且使用在两个或更多周期所读取的第一电压估计第一电压的最终收敛值。在这种情况下,被估计为第一电压的最终收敛值的值可以被称为“第一估计值”。
以相似的方式,电压估计单元160可以在根据开关控制单元140的控制形成第三电路之后,估计第二电压的最终收敛值。在第三电路形成之后,电压估计单元160可以使用在电压测量单元150处所测量的第二电压,估计第二电压的最终收敛值。也即,电压估计单元160可以使用在电压测量单元150处所测量的第二电压,且可以根据预定的周期在两个或更多周期读取第二电压,且随后使用在两个或更多周期所读取的第二电压估计第二电压的最终收敛值。在这种情况下,被估计为第二电压的最终收敛值的值可以被称为“第二估计值”。
当电压估计单元160确定最终的第一电压的最终收敛值和第二电压的最终收敛值时,绝缘电阻测量设备100可以使用第一电压和第二电压的最终收敛值,计算电池组件200的正电极侧的绝缘电阻RLeak(+)和电池组件200的负电极侧的绝缘电阻RLeak(-)。
绝缘电阻计算单元170可以通过使用第一电压的最终收敛值和第二电压的最终收敛值,计算电池组件200的正电极侧的绝缘电阻RLeak(+)和电池组件200的负电极侧的绝缘电阻RLeak(-)。更具体地,绝缘电阻计算单元170可以通过使用关于所述电路的电路方程和最终收敛值,计算电池组件200的正电极侧的绝缘电阻RLeak(+)和电池组件200的负电极侧的绝缘电阻RLeak(-),其中电路方程被用作计算最终收敛值的基础。
同时,在计算绝缘电阻时,可以通过预测电压的最终收敛值和利用该结果,实现绝缘电阻的快速计算。在下文中,将详细描述根据示例实施例的计算绝缘电阻的过程。
根据示例实施例,可以通过下述过程来执行计算绝缘电阻。
首先,如图5所示,开关控制单元140控制开关以形成第二电路。也即,开关控制单元140可以控制开关单元130,使得正电极测试电阻器110和电池组件200的正电极节点NP被电连接,而此时负电极测试电阻器120和电池组件200的负电极节点NN未被电连接。随后,在形成第二电路之后,电压测量单元150测量第一电压,也即,施加到正电极测试电阻器110的电压。随后,电压估计单元160根据预定的周期在两个或多个周期读取在电压测量单元150处所测量的电压。作为示例,从形成第二电路时起经过任意时间t1之后,电压估计单元160根据预定的周期D1,在三个或更多个周期读取第一电压。也即,电压估计单元160读取作为t1+D1时的第一电压的第一读取电压,也即作为t1+2*D1时的第一电压的第二读取电压,和作为t1+3*D1时的第一电压的第三读取电压。随后,电压估计单元160通过使用所读取的第一电压,估计第一电压的最终收敛值。当通过这样的过程来估计第一电压的最终收敛值时,随后以相似的方法来估计第二电压的最终收敛值。
如图6所示,开关控制单元140控制开关以形成第三电路。也即,开关控制单元140可以控制开关单元130,使得负电极测试电阻器120和电池组件200的负电极节点NN被电连接,而此时正电极测试电阻器110和电池组件200的正电极节点NP未被电连接。随后,在形成第三电路之后,电压测量单元150测量第二电压,也即,施加到负电极测试电阻器120的电压。随后,电压估计单元160根据预先确定的周期,在两个或多个周期读取在电压测量单元150处所测量的第二电压。同时,读取第二电压的周期可以与读取第一电压的周期相同,尽管也可以将其设定为不同。相似于读取第一电压的情况,从形成第三电路时起经过任意时间t2之后,电压估计单元160根据预定的周期D2,在三个周期读取第二电压。也即,电压估计单元160读取作为t2+D2时的第二电压的第一读取电压,作为t2+2*D2时的第二电压的第二读取电压,和作为t2+3*D2时的第二电压的第三读取电压。随后,电压估计单元160通过使用所述读取的第二电压,估计第二电压的最终收敛值。
当如上所述,通过使用第二电路方程和第三电路方程估计第一电压的最终收敛值和第二电压的最终收敛值时,计算电池组件200的正电极侧的绝缘电阻RLeak(+)和电池组件200的负电极侧的绝缘电阻RLeak(-),其中第二电路方程是关于第二电路的、被用于确定第一电压的最终收敛值的基础的电路方程,第三电路方程是关于第三电路的、被用于确定第二电压的最终收敛值的基础的电路方程。也即,绝缘电阻计算单元170通过使用第二电路方程、第三电路方程、作为第一电压的最终收敛值的第一估计值和作为第二电压的最终收敛值的第二估计值,来计算电池组件200的正电极侧的绝缘电阻RLeak(+)和电池组件200的负电极侧的绝缘电阻RLeak(-)。
更精确地,绝缘电阻计算单元170可以通过将第一估计值代入第二电路方程和将第二估计值代入第三电路方程,导出具有正电极侧的绝缘电阻RLeak(+)和负电极侧的绝缘电阻RLeak(-)作为未知数的两个方程。也即,绝缘电阻计算单元170可以导出二次方程组。二次方程组由被代入第一估计值的第二电路方程和由被代入第二估计值的第三电路方程组成。绝缘电阻计算单元170可以通过求解这样的二次方程组,找到两个未知量的值。也即,绝缘电阻计算单元170可以通过求解二次方程组,计算未知量,也即正电极侧的绝缘电阻RLeak(+)和负电极侧的绝缘电阻RLeak(-)。
优选地,在估计电压的最终收敛值中,电压估计单元160可以在三个或更多个周期读取电压,且使用所述三个或更多周期的电压。也即,根据预定的周期,电压估计单元160可以在至少三个周期读取在电压测量单元150处所测量的第一电压和第二电压中的至少一个电压,且通过使用所读取的电压,估计第一电压和第二电压中的至少一个电压的最终收敛值。
在一个示例中,电压估计单元160可以读取三个周期的电压,且使用以下的方程估计最终收敛值。也即,电压估计单元160可以通过将在第一个周期内读取的第一读取电压、第二个周期内读取的第二读取电压和第三个周期内读取的第三读取电压代入以下的方程,来估计最终收敛值:
<方程1>
其中,yf代表最终收敛值,y1是第一读取电压,y2是第二读取电压,且y3是第三读取电压。
作为示例,为了估计第一电压的最终收敛值,电压估计单元160可以对于第一电压读取三个周期的电压。也即,电压估计单元160可以对于第一电压读取第一读取电压、第二读取电压和第三读取电压。电压估计单元160可以随后通过将所读取的电压值代入上述方程,来估计第一电压的最终收敛值。
可以使用与上述的方法相同的方法,估计第二电压的最终收敛值,为了简洁起见,将不再冗余地对其进行详细描述。
同时,以下将描述使用方程1导出电压的最终收敛值的过程。
作为测量主体的电压是施加到测试电阻器的电压,且由于电容器组件,施加到测试电阻器的电压可以在以下的方程中被表述。也即,施加到测试电阻器的电压可以被表述为由于电阻组件和电容器组件而对主要RC电路的响应。
<方程2>
其中,v(t)代表施加到测试电阻器的电压,yf是v(t)的最终收敛值,yi是v(t)的初始值,R是特定电路的等效电阻,且C是特定电路的电容或电容量。
通过从方程2的两边都减去yf,方程2可以被表述为下面的方程:
<方程3>
将在t1、t2、t3处测量的v(t)作为y1、y2、y3,且通过将对于t的t1、t2、t3代入方程3中,导出下面的三个方程。
<方程4>
<方程5>
<方程6>
通过将方程4除以方程5和将方程5除以方程6,导出下列方程。
<方程7>
<方程8>
在方程7和8,当以相等间隔测量t1、t2和t3时,方程7右侧的指数函数和方程8右侧的指数函数具有相同的值。因此,方程7和方程8具有下列关系。
<方程9>
通过相对于yf重新排列方程9,导出方程1。因此,可以通过将第一读取电压、第二读取电压和第三读取电压代入方程1而获得所述电压的最终收敛值。
可选择地,电压估计单元160可以重复地估计最终收敛值。在这样的情况下,电压估计单元160可以对于同样周期重复地估计最终收敛值,或替选地,电压估计单元160可以对于不同的周期重复地估计最终收敛值。进一步,可以通过对重复估计的最终收敛值计算算术平均值而估计最终收敛值。
进一步,可选择地,根据本公开示例实施例的绝缘电阻测量设备100可以附加地包括电压分布电阻器。再次参考图4,根据示例实施例的绝缘电阻测量设备100包括在第一线路L1上提供的正电极分布电阻器RDP和在第二线路L2上提供的负电极分布电阻器RDN。正电极分布电阻器RDP和负电极分布电阻器RDN与正电极测试电阻器110和负电极测试电阻器120分别串联连接。也即,正电极分布电阻器RDP可以与正电极测试电阻器110串联连接以将施加到正电极测试电阻器110上的电压调整到合适水平。相似地,负电极分布电阻器RDN可以与负电极测试电阻器120串联连接以将施加到负电极测试电阻器120上的电压调整到合适水平。
进一步,可选择地,根据本公开的示例实施例的绝缘电阻测量设备100可以附加地包括在第二线路L2上提供的DC电源VDC。也即,绝缘电阻测量设备100可以附加地包括向负电极测试电阻器120施加预定的电压的DC电源VDC。由于负电极测试电阻器120被连接到电池组件200的负电极节点NN,施加到负电极测试电阻器120上的电压可以不是正值。因此,可以在第二线路L2上提供DC电源VDC,使得施加到负电极测试电阻器120上的电压值能够是正值。进一步,从DC电源VDC输出的电压幅值可以被设定,使得施加到负电极测试电阻器120上的第二电压是正值。
根据本公开的另一个方面,上述绝缘电阻测量设备100可以被包括在电池组中。也即,根据本公开的另一个方面的电池组可以包括上述绝缘电阻测量设备100。
进一步,根据本公开的再另一个方面,上述绝缘电阻测量设备100可以被包括在电动汽车中。也即,根据本公开的再另一个方面的电动汽车可以包括上述绝缘电阻测量设备100。此处使用的“电动汽车”指的是使用电能作为能源的运输工具,且其不仅包括电动汽车,也包括混合动力汽车。
在下文中,将描述根据本公开的再另一个方面的绝缘电阻测量方法。由于上述对于绝缘电阻测量设备的描述将相等地适用于绝缘电阻测量方法,因此以下将不冗余地描述根据本公开的再另一个方面的绝缘电阻测量方法。
根据本公开的方面的绝缘电阻测量方法是使用上述绝缘电阻测量设备来测量绝缘电阻的方法,且绝缘电阻测量方法的相应操作的主体可以是上述绝缘电阻测量设备的相应元件。
图7是表示根据本公开的示例实施例的绝缘电阻测量方法的流程图。
参考图7,根据本公开的示例实施例的绝缘电阻测量方法首先在S710执行准备绝缘电阻测量设备的步骤,所述绝缘电阻测量设备包括正电极测试电阻器110、负电极测试电阻器120、开关单元130和电压测量单元150。在这种情况下,正电极测试电阻器110可以被连接到电池组件200的正电极节点NP,且负电极测试电阻器120可以连接到电池组件200的负电极节点NN。进一步,开关单元130可以将正电极测试电阻器110和负电极测试电阻器120分别地连接到电池组件200的正电极节点NP和负电极节点NN,使得可以形成特定的电路。电压测量单元150可以测量施加到正电极测试电阻器110的第一电压和施加到负电极测试电阻器120的第二电压。
开关单元130可以包括第一开关SW1和第二开关SW2。在这种情况下,第一开关SW1可以被提供在第一线路L1上以选择性地被接通或关断,第一线路L1将电池组件200的正电极节点NP连接到正电极测试电阻器110。进一步,第二开关SW2可以被提供在第二线路L2上以选择性地被接通或关断,第二线路L2将电池组件200的负电极节点NN连接到负电极测试电阻器120。
随后,绝缘电阻测量方法可以在S720执行控制开关单元130以形成特定电路的步骤。本文使用的“特定电路”可以是上述第一电路、第二电路、第三电路和第四电路中的任意一个。
随后,在S730,在形成特定电路之后,绝缘电阻测量方法可以执行根据预定的周期在至少两个周期读取第一电压和第二电压中的至少一个的步骤。
优选地,读取步骤S730可以涉及根据预定的周期在至少三个周期读取第一电压和第二电压中的至少一个电压。在一个示例中,读取步骤S730可以涉及根据预定的周期对第一电压和第二电压中的至少一个电压进行三次读取。在这样的情况中,在第一个周期期间读取的电压可以被看作第一读取电压,在第二个周期期间读取的电压可以被看作第二读取电压,且在第三个周期期间读取的电压可以被看作第三读取电压。
随后,在S740,绝缘电阻测量方法可以执行使用在读取步骤S730中所读取的电压估计第一电压和第二电压中的至少一个电压的最终收敛值的步骤。
优选地,估计步骤S740可以涉及使用在读取步骤的三个周期期间读取的电压,且使用以下提供的方程1来估计最终收敛值。
<方程1>
其中,yf表示最终收敛值,y1是第一读取电压,y2是第二读取电压,且y3是第三读取电压。
随后,在S750,绝缘电阻测量方法可以执行使用所述电压的最终收敛值计算电池组件200的绝缘电阻的步骤。
图8是表示根据本公开的另一示例实施例的绝缘电阻测量方法的流程图。
在图8中所示的根据本公开的另一示例实施例的绝缘电阻测量方法是通过形成第二电路且随后估计第一电压的最终收敛值,以及形成第三电路且随后估计第二电压的最终收敛值来测量绝缘电阻的方法。
参考图8,根据本公开的示例实施例的绝缘电阻测量方法首先在S810执行准备绝缘电阻测量设备的步骤,所述绝缘电阻测量设备包括正电极测试电阻器110、负电极测试电阻器120、开关单元130和电压测量单元150。
随后,在S820,绝缘电阻测量方法执行控制开关单元130以形成第二电路的步骤。
随后,在S830,在形成第二电路后,绝缘电阻测量方法执行根据预定的周期在三个周期读取第一电压的步骤。
随后,在S840,绝缘电阻测量方法执行通过将第一电压的第一读取电压、第二读取电压和第三读取电压代入上述方程1来估计作为第一电压的最终收敛值的第一估计值的步骤。
随后,在S850,绝缘电阻测量方法执行控制开关单元130以形成第三电路的步骤。
随后,在S860,在形成第三电路之后,绝缘电阻测量方法执行根据预定的周期在三个周期读取第二电压的步骤。
随后,在S870,绝缘电阻测量方法执行通过将第二电压的第一读取电压、第二读取电压和第三读取电压代入上述方程1来估计作为第二电压的最终收敛值的第二估计值的步骤。
随后,在S880,绝缘电阻测量方法执行使用第二电路方程、第三电路方程和第一估计值和第二估计值来计算电池组件200的正电极侧的绝缘电阻RLeak(+)和负电极侧的绝缘电阻RLeak(-)的步骤,其中第二电路方程是关于第二电路的电路方程,第三电路方程是关于第三电路的电路方程。
可选择地,绝缘电阻计算步骤S880可以涉及通过将第一估计值代入第二电路方程、将第二估计值代入第三电路方程,且随后找到由第二电路方程和第三电路方程组成的联立二次方程的解,来计算电池组件200的正电极侧的绝缘电阻RLeak(+)和电池组件200的负电极侧的绝缘电阻RLeak(-)。
同时,尽管用于估计第一电压的最终收敛值的步骤S820、830、840被图示为在用于估计第二电压的最终收敛值的步骤S850、S860、S870之前执行的步骤,但本公开不限于这样的步骤顺序。也即,用于估计第二电压的最终收敛值的步骤S850、860、870当然可以先于用于估计第一电压的最终收敛值的步骤S820、S830、S840。
已详细描述了本公开。然而,应理解在指示本公开的优选实施例时,仅以示例的形式给出详细的描述和具体的示例,且对本领域技术人员而言,从具体实施方式中,在本公开范围内的各种改变和修改将显而易见。
在本公开的独立示例实施例中描述的特征可以合并至在一个单个实施例中被实现。相反地,在本文作为单个示例实施例描述的多种特征可以在多种示例实施例中被独立地实现,或在合适的子组合中被实现。
Claims (23)
1.一种绝缘电阻测量设备,包括:
正电极测试电阻器,所述正电极测试电阻器连接到电池组件的正电极节点;
负电极测试电阻器,所述负电极测试电阻器连接到所述电池组件的负电极节点;
开关单元,所述开关单元把所述正电极测试电阻器和所述负电极测试电阻器分别连接到所述电池组件的所述正电极节点和所述负电极节点,使得形成特定电路;
开关控制单元,所述开关控制单元被配置为控制所述开关单元;
电压测量单元,所述电压测量单元被配置为测量施加到所述正电极测试电阻器的第一电压和施加到所述负电极测试电阻器的第二电压;以及
电压估计单元,所述电压估计单元被配置,使得在形成所述特定电路之后,所述电压估计单元在所述开关控制单元的控制下,根据预定的周期在至少两个周期读取所述电压测量单元测量的所述第一电压和所述第二电压中的至少一个电压,且通过使用所读取的电压,估计所述第一电压和所述第二电压中的至少一个电压的最终收敛值。
2.根据权利要求1所述的绝缘电阻测量设备,其中,所述开关单元包括:
在第一线路上设置的、选择性地被接通或关断的第一开关,所述第一线路把所述电池组件的所述正电极节点连接到所述正电极测试电阻器;以及
在第二线路上设置的、选择性地被接通或关断的第二开关,所述第二线路把所述电池组件的所述负电极节点连接到所述负电极测试电阻器。
3.根据权利要求2所述的绝缘电阻测量设备,其中,所述特定电路是以下的任意一个:第一电路,其中所述第一开关和所述第二开关被接通;第二电路,其中所述第一开关被接通,且所述第二开关被关断;第三电路,其中所述第一开关被关断,且所述第二开关被接通;以及第四电路,其中所述第一开关和所述第二开关被关断。
4.根据权利要求3所述的绝缘电阻测量设备,其中,在形成所述第二电路后,所述电压估计单元根据所述预定的周期在至少两个周期读取所述电压测量单元测量的所述第一电压,使用所读取的电压来计算第一估计值,且估计所述第一估计值是所述第一电压的最终收敛值。
5.根据权利要求4所述的绝缘电阻测量设备,其中,在形成所述第三电路后,所述电压估计单元根据所述预定的周期在至少两个周期读取所述电压测量单元测量的所述第二电压,使用所读取的电压来计算第二估计值,且估计所述第二估计值是所述第二电压的最终收敛值。
6.根据权利要求5所述的绝缘电阻测量设备,其中,所述绝缘电阻测量设备进一步包括绝缘电阻计算单元,所述绝缘电阻计算单元被配置为使用第二电路方程、第三电路方程和所述第一估计值和所述第二估计值,计算所述电池组件的正电极侧的绝缘电阻和所述电池组件的负电极侧的绝缘电阻,所述第二电路方程是关于所述第二电路的电路方程,所述第三电路方程是关于所述第三电路的电路方程。
7.根据权利要求6所述的绝缘电阻测量设备,其中,所述绝缘电阻计算单元通过把所述第一估计值代入所述第二电路方程、把所述第二估计值代入所述第三电路方程、且然后求解由所述第二电路方程和所述第三电路方程组成的二次方程组,来计算所述电池组件的所述正电极侧的所述绝缘电阻和所述电池组件的所述负电极侧的所述绝缘电阻。
8.根据权利要求1所述的绝缘电阻测量设备,其中,所述电压估计单元根据预定的周期在至少三个周期读取所述电压测量单元测量的所述第一电压和所述第二电压中的至少一个电压,且通过使用所读取的电压,估计所述第一电压和所述第二电压中的至少一个电压的最终收敛值。
9.根据权利要求8所述的绝缘电阻测量设备,其中,所述电压估计单元使用在第一周期内读取的第一读取电压、在第二周期内读取的第二读取电压和在第三周期内读取的第三读取电压,使用以下方程,估计所述最终收敛值:
其中,yf=最终收敛值,y1=第一读取电压,y2=第二读取电压,且y3=第三读取电压。
10.根据权利要求1所述的绝缘电阻测量设备,其中,所述绝缘电阻测量设备进一步包括在所述第一线路上设置的正电极分布电阻器和在所述第二线路上设置的负电极分布电阻器。
11.根据权利要求1所述的绝缘电阻测量设备,其中,所述绝缘电阻测量设备进一步包括在所述第二线路上设置的DC电源。
12.根据权利要求11所述的绝缘电阻测量设备,其中,从所述DC电源输出的电压幅值被设定为使得由所述电压测量单元测量的所述第二电压是正值。
13.包括根据权利要求1至12中任一项所述的绝缘电阻测量设备的电池组。
14.包括根据权利要求1至12中任一项所述的绝缘电阻测量设备的电动汽车。
15.一种绝缘电阻测量方法,包括以下步骤:
准备绝缘电阻测量设备,所述绝缘电阻测量设备包括:连接到电池组件的正电极节点的正电极测试电阻器,连接到所述电池组件的负电极节点的负电极测试电阻器,把所述正电极测试电阻器和所述负电极测试电阻器分别连接到所述电池组件的所述正电极节点和所述负电极节点使得形成特定电路的开关单元,以及被配置为测量施加到所述正电极测试电阻器的第一电压和施加到所述负电极测试电阻器的第二电压的电压测量单元;
控制所述开关单元以形成特定电路;
在形成所述特定电路之后,根据预定的周期在至少两个周期读取所述第一电压和所述第二电压中的至少一个电压;以及
使用在上述读取步骤中所读取的电压,估计所述第一电压和所述第二电压中的所述至少一个电压的最终收敛值。
16.根据权利要求15所述的绝缘电阻测量方法,其中,所述开关单元包括:
在第一线路上设置的、选择性地被接通或关断的第一开关,所述第一线路将所述电池组件的所述正电极节点连接到所述正电极测试电阻器;以及
在第二线路上设置的、选择性地被接通或关断的第二开关,所述第二线路将所述电池组件的所述负电极节点连接到所述负电极测试电阻器。
17.根据权利要求16所述的绝缘电阻测量方法,其中,所述特定电路是以下的任意一个:第一电路,其中所述第一开关和所述第二开关被接通;第二电路,其中所述第一开关被接通,且所述第二开关被关断;第三电路,其中所述第一开关被关断,且所述第二开关被接通;以及第四电路,其中所述第一开关和所述第二开关被关断。
18.根据权利要求17所述的绝缘电阻测量方法,其中,形成所述特定电路的所述步骤包括形成所述第二电路,
所述读取步骤包括,在形成所述第二电路之后,根据所述预定的周期在至少两个周期读取所述第一电压,以及
所述估计步骤包括,使用在所述读取步骤中所读取的电压计算第一估计值,且估计所述第一估计值是所述第一电压的最终收敛值。
19.根据权利要求18所述的绝缘电阻测量方法,其中,形成所述特定电路的所述步骤包括形成所述第三电路,
所述读取步骤包括,在形成所述第三电路后,根据所述预定的周期在至少两个周期读取所述第二电压,以及
所述估计步骤包括,使用在所述读取步骤中所读取的电压计算第二估计值,且估计所述第二估计值是所述第二电压的最终收敛值,
其中形成所述第三电路、读取所述第二电压和估计所述第二估计值是所述第二电压的最终收敛值的步骤可以在形成所述第二电路、读取所述第一电压和估计所述第一估计值是所述第一电压的最终收敛值的步骤之前或之后被执行。
20.根据权利要求19所述的绝缘电阻测量方法,其中,所述绝缘电阻测量方法进一步包括使用第二电路方程、第三电路方程和所述第一估计值和所述第二估计值,计算所述电池组件的正电极侧的绝缘电阻和所述电池组件的负电极侧的绝缘电阻,所述第二电路方程是关于所述第二电路的电路方程,所述第三电路方程是关于所述第三电路的电路方程。
21.根据权利要求20所述的绝缘电阻测量方法,其中,所述绝缘电阻计算步骤包括通过把所述第一估计值代入所述第二电路方程、把所述第二估计值代入所述第三电路方程、且然后求解由所述第二电路方程和所述第三电路方程组成的二次方程组,来计算所述电池组件的所述正电极侧的所述绝缘电阻和所述电池组件的所述负电极侧的所述绝缘电阻。
22.根据权利要求15所述的绝缘电阻测量方法,其中,所述读取步骤包括根据预定的周期在至少三个周期读取所述第一电压和所述第二电压中的至少一个电压,以及
所述估计步骤包括通过使用所读取的电压,估计所述第一电压和所述第二电压中的所述至少一个电压的最终收敛值。
23.根据权利要求22所述的绝缘电阻测量方法,其中,所述估计步骤包括使用在第一周期内读取的第一读取电压、在第二周期内读取的第二读取电压和在第三周期内读取的第三读取电压,使用以下方程,估计所述最终收敛值:
其中,yf=最终收敛值,y1=第一读取电压,y2=第二读取电压,y3=第三读取电压。
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Legal Events
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211209 Address after: Seoul, South Kerean Patentee after: LG Energy Solution Address before: Seoul, South Kerean Patentee before: LG CHEM, Ltd. |
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TR01 | Transfer of patent right |