CN106814291A - 用于检测环境友好型车辆中的介电击穿的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供用于检测环境友好型车辆中的介电击穿的装置和方法。该装置包括：测量器，被配置为测量跨高压电池布置的绝缘电阻器的电阻值；以及控制器，被配置为使用测量器来测量施加至绝缘电阻器的电压并且分析所测量的电压的图案以检测介电击穿部分。

Description

用于检测环境友好型车辆中的介电击穿的装置和方法

相关申请的引证

本申请基于2015年12月2日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0170941号并且要求该韩国专利申请的优先权的权益，其全部公开内容通过引证结合于此。

技术领域

本公开涉及用于检测介电击穿的装置和方法，并且更具体地，涉及基于绝缘电阻电压的波形分析来检测介电击穿部分。

背景技术

通常，诸如混合动力车辆和电动车辆的环境友好型车辆包括绝缘电阻测量器，该绝缘电阻测量器被配置为检测是否发生介电击穿以便防止由于电泄漏导致的损坏。现有绝缘电阻测量器使用交流(AC)介电击穿环境(例如，该环境通常包括可变频率分量)下的绝缘电阻瞬时值，并且因此具有基于可变频率的大小而调整的测量值。因此，当在整个测量区段中使用电池组电压的平均值时，测量精确度降低。此外，现有绝缘电阻测量器可能不区分发生介电击穿的部分。

在该部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，并且因此其可能包含不构成在本国对于本领域技术人员来说已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开提供用于检测环境友好型车辆中的介电击穿的装置和方法，该装置和方法能够基于绝缘电阻电压的波形分析来检测介电击穿部分。根据本公开的示例性实施方式，用于检测环境友好型车辆中的介电击穿的装置可包括：测量器，被配置为测量跨高压电池放置的绝缘电阻器的电阻值；以及控制器，被配置为使用测量器来测量施加至绝缘电阻器的电压并且分析所测量的电压的图案以检测介电击穿部分。

测量器可包括：第一电阻器和第二电阻器，被配置为串联耦接至跨高压电池布置的绝缘电阻器中的每一个；第一开关和第二开关，被配置为串联耦接至第一电阻器和第二电阻器并且交替地闭合；第三电阻器，被配置为耦接至布置在第一开关与第二开关之间的触点(contact)；以及比较器，被配置为测量跨第三电阻器的电压。

控制器可被配置为基于跨第三电阻器的电压根据电压分配规则来计算绝缘电阻器的电阻值。控制器可被配置为当进入介电击穿检测模式时，选择第一开关和第二开关中的任一个以便将所选择的开关切换为闭合状态。控制器可进一步被配置为当所选择的开关被切换为闭合状态时，通过测量器测量施加至绝缘电阻器的电压。控制器可被配置为当绝缘电阻电压的斜率收敛至特定值时，确定介电击穿是直流(DC)介电击穿。控制器可被配置为当绝缘电阻电压的斜率调整为负值和正值时，确定介电击穿是AC介电击穿。

根据本公开的另一示例性实施方式，用于检测环境友好型车辆中的介电击穿的方法可包括：测量施加至跨高压电池放置的绝缘电阻器的电压；以及基于绝缘电阻电压的波形来确定介电击穿部分。绝缘电阻电压的测量可包括：当进入介电击穿检测模式时，选择第一开关和第二开关中的任一个并且将所选择的开关切换为闭合状态；以及当所选择的开关处于闭合状态时，测量绝缘电阻电压。介电击穿部分的确定可包括：确认绝缘电阻电压的斜率的调整；以及基于绝缘电阻电压的斜率的调整来确定介电击穿部分。当确认斜率的变化时，可确定绝缘电阻电压在先前绝缘电阻电压以下。

响应于确定绝缘电阻电压小于先前绝缘电阻电压，可计算在整个测量区段中的电池组的电压平均值以及在测量周期结束时测量的绝缘电阻电压的瞬时值。基于所计算的结果小于预设阈值，介电击穿可被确定为DC介电击穿。此外，响应于确定绝缘电阻电压超过先前绝缘电阻电压，可计算相同测量周期内的电池组的电压平均值以及测量的绝缘电阻电压的平均值。基于所计算的结果小于预设阈值，介电击穿可被确定为AC介电击穿。

附图说明

从以下结合附图进行的详细描述中，本公开的以上和其他目的、特征以及优点将更加显而易见：

图1是示出根据本公开的示例性实施方式的用于检测环境友好型车辆中的介电击穿的装置的示例性配置框图；

图2是在有关本公开的示例性实施方式的绝缘状态下测量的绝缘电阻电压的示例性曲线图；

图3A和图3B在有关本公开的示例性实施方式的介电击穿状态下测量的绝缘电阻电压的示例性曲线图；并且

图4是根据本公开的示例性实施方式的用于检测环境友好型车辆中的介电击穿的方法的示例性流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本公开的示例性实施方式。应注意，在对附图中的每一个的部件给出参考标号时，相同组件将由相同参考标号表示，即使它们在不同附图中示出。此外，在描述本公开的示例性实施方式时，在熟知结构或功能可能不必要地模糊对本公开的示例性实施方式的理解的情况下，将不对其进行详细描述。

本文中所使用的术语仅是为了描述具体示例性实施方式的目的，而并非旨在限制本公开。除非上下文另有明确说明，否则如本文中所用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式。应进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括(comprise)”和/或“包含(comprising)”时，规定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合的存在或添加。如本文使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任意和所有组合。例如，为了使得本发明的描述清楚，未示出无关部件，并且为了清晰起见，夸大了层和区域的厚度。此外，当描述一个层在另一个层或基板“上”时，该层可直接在另一个层或基板上，或者其间可布置有第三层。

应理解，如本文使用的术语“车辆(vehicle)”或“车辆的(vehicular)”或其他类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种船只、舰船的船舶；航天器等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、燃烧式车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，来源于石油以外的能源的燃料)。

图1是示出根据本公开的示例性实施方式的检测环境友好型车辆中的介电击穿的装置的示例性配置框图。图2是在有关本公开的绝缘状态下测量的绝缘电阻电压的示例性曲线图。图3A和图3B是在有关本公开的介电击穿状态下测量的绝缘电阻电压的示例性曲线图。

如图1所示，检测环境友好型车辆中的介电击穿的装置可包括测量器110和控制器120。该装置可安装在电池管理系统(BMS)内。具体地，测量器110可被配置为测量第一绝缘电阻器Ri1或第二绝缘电阻器Ri2的电阻值，该第一绝缘电阻器和第二绝缘电阻器布置在高压电池Batt(其安装在车辆内)与它们自身的接地之间。第一绝缘电阻器Ri1和第二绝缘电阻器Ri2可布置在高压电池Batt的第一端子和第二端子处。测量器110可包括第一电阻器Rs1、第二电阻器Rs2、第三电阻器Rm、第一开关SW1、第二开关SW2以及比较器CMP。

第一电阻器Rs1的第一端子可串联耦接至第一绝缘电阻器Ri1，并且第一电阻器Rs1的第二端子可串联耦接至第一开关SW1的第一端子。第二电阻器Rs2的第一端子可串联耦接至第二绝缘电阻器Ri2，并且第二电阻器Rs2的第二端子可串联耦接至第二开关SW2的第一端子。第二电阻器Rs2与第一电阻器Rs1可并联连接。第一开关SW1与第二开关SW2可交替地闭合(close)。当第一开关SW1切换为闭合状态时，第二开关SW2可切换为断开状态(opened state)。例如，当第一开关SW1切换为断开状态时，第二开关SW2可切换为闭合状态。

测量器110可被配置为当第一开关SW1处于闭合状态时，测量连接至电池Batt的正(+)端子的绝缘电阻器Ri1的电阻值，并且可被配置为当第二开关SW2处于闭合状态时，测量耦接至电池Batt的负(-)端子的绝缘电阻器Ri2的电阻值。第三电阻器Rm可布置在第一开关SW1与第二开关SW2之间的触点与它们自身的接地之间。第三电阻器Rm可基于第一开关SW1和第二开关SW2的操作而串联耦接至第一电阻器Rs1或第二电阻器Rs2。

比较器CMP可被配置为感测跨第三电阻器Rm的电压VRm，并且向控制器120传输所感测的电压VRm。比较器CMP也可被配置为基于绝缘电阻来测量跨第三电阻器Rm的电压VRm。比较器CMP可被配置为当电压稳定时，基于控制器120的控制来测量施加至第三电阻器Rm的电压。例如，如图2所示，当电压稳定(箭头)时，可测量施加至第三电阻器Rm的电压。控制器120可被配置为操作测量器110以便周期性测量绝缘电阻器(Ri1或Ri2)的电阻值(例如，绝缘电阻值)。具体地，控制器120可被配置为基于电压分配规则，利用由测量器110测量的电压来计算绝缘电阻值。

控制器120可被配置为当控制器进入介电击穿检测模式时，向第一开关SW1和第二开关SW2传输切换命令以便将第一开关SW或第二开关SW2切换为闭合状态。开关SW1和开关SW2的闭合状态可维持一个周期T的1/2，并且可测量该周期内施加至绝缘电阻器的电压(例如，绝缘电阻电压)。控制器120可被配置为基于测量的绝缘电阻电压Viso(t)的波形分析来分别检测介电击穿是AC端子处的介电击穿还是DC端子处的介电击穿。控制器120可被配置为当测量的绝缘电阻电压的斜率(slope)在测量周期内连续收敛至具体值(例如，0或负值)时，确定介电击穿是DC介电击穿。如图3A所示，控制器120可被配置为当绝缘电阻电压的斜率收敛至具体值并且因此绝缘电阻电压可稳定时，确定介电击穿是DC介电击穿。

此外，控制器120可被配置为当测量的绝缘电阻电压的斜率连续调整为负值和正值时，确定介电击穿是AC介电击穿。如图3B所示，当由于3相控制，绝缘电阻电压的斜率连续调整为负值和正值时，控制器120可被配置为确定介电击穿是AC介电击穿。例如，控制器120可被配置为使用测量器110来测量当前绝缘电阻电压Viso(t)。此外，控制器120可被配置为确认测量的当前绝缘电阻电压Viso(t)何时小于先前测量的绝缘电阻电压(例如，先前绝缘电阻电压)Viso(t-1)。换言之，控制器120可被配置为确认绝缘电阻电压Viso(t)的斜率的逆转何时出现。

控制器120可被配置为当测量的绝缘电阻电压Viso(t)小于先前测量的电压Viso(t-1)时，确认测量周期(测量区段)结束。例如，控制器120可被配置为确认测量周期达到T/2。控制器120可被配置为计算在整个测量区段中的电池组(battery pack)的电压平均值以及在测量周期结束时测量的绝缘电阻电压的瞬时值。控制器120可进一步被配置为当所计算的值小于预设阈值时，确定介电击穿是DC介电击穿。具体地，阈值可以是先前通过实验获取的值。

此外，控制器120可被配置为当测量的绝缘电阻电压Viso(t)超过先前测量电压Viso(t-1)时，计算在相同测量周期内的电池组的电压平均值以及测量的绝缘电阻电压的平均值。控制器120可被配置为当所计算的平均值小于预设阈值时，确定介电击穿是AC介电击穿。例如，阈值可以是先前通过实验获取的值。在此，阈值取决于绝缘电路配置。

图4是示出根据本公开的示例性实施方式的用于检测环境友好型车辆中的介电击穿的方法的示例性流程图。根据本公开的示例性实施方式的用于检测介电击穿的方法可测量施加至放置在高压电池的两个端子处的绝缘电阻器的电压，并且分析所测量的电压的波形以确定介电击穿是AC端子介电击穿还是DC端子介电击穿。在下文中，将更详细地描述用于检测介电击穿的方法。

控制器120可被配置为当进入介电击穿检测模式时，选择测量器110的第一开关SW1和第二开关SW2中的任一个，并且将所选择的开关切换为闭合状态(S110)。控制器120可被配置为当所选择的开关SW1或SW2被切换为闭合状态时，使用测量器110来测量施加至绝缘电阻器的当前电压(S120)。控制器120可被配置为将当前测量的绝缘电阻电压与先前测量的绝缘电阻电压(例如，先前绝缘电阻电压)相比较(S130)。换言之，控制器120可被配置为确认测量的绝缘电阻电压的斜率以便确认斜率是否已逆转。控制器120可被配置为在当前绝缘电阻电压小于先前绝缘电阻电压时，确认测量周期(例如，区段)是否结束(S140)。控制器120可被配置为计算在整个测量区段中的电池组的电压平均值以及在测量周期结束时测量的绝缘电阻电压的瞬时值(S150)。控制器120可被配置为当所计算的值小于预设阈值时，确定介电击穿是DC介电击穿(S160和S170)。

在当前绝缘电阻电压等于或大于先前绝缘电阻电压(S130)时，控制器120可被配置为计算相同测量周期内的电池组的电压平均值以及测量的绝缘电阻电压的平均值(S155)。控制器120可被配置为确认所计算的平均值是否小于预设阈值(S165)。控制器120可被进一步配置为当所计算的电池组的电压平均值以及测量的绝缘电阻电压的平均值小于预设阈值时，确定介电击穿是AC介电击穿(S175)。

如上所述，根据本公开的示例性实施方式，可通过测量施加至绝缘电阻器的电压并且分析所测量的电压波形来检测介电击穿部分(位置)。换言之，本公开可区分AC端子处的介电击穿或DC端子处的介电击穿。此外，本公开可通过高压系统电路来最小化引入电池管理系统的绝缘电阻测量器的高频分量的效果。

在上文中，尽管已参考示例性实施方式和附图描述了本公开，但本公开不限于此，在不背离在所附权利要求中要求保护的本公开的精神和范围的情况下，可由本公开所属领域的技术人员进行各种修改和改变。

附图中各元件的符号

120：控制器

S110：将SW1和SW2中的任一个切换为闭合状态

S120：测量当前绝缘电阻电压

S130：当前测量的电压在先前测量电压以下吗？

S140：测量结束？

S150：计算在整个测量周期中的电池组的电压平均值以及测量的绝缘电阻的瞬时值

S155：计算电池组的电压平均值以及测量的绝缘电阻电压

S160：所计算的值<阈值？

S165：所计算的值<阈值？

S170：确定DC介电击穿位置

S175：确定AC介电击穿位置。

Claims (13)

1.一种用于检测环境友好型车辆中的介电击穿的装置，包括：

测量器，被配置为测量位于高压电池两端的绝缘电阻器的电阻值；以及

控制器，被配置为使用所述测量器来测量施加至所述绝缘电阻器的电压并且分析所测量的电压的图案以检测介电击穿部分。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述测量器包括：

第一电阻器和第二电阻器，串联连接至布置在所述高压电池两端的所述绝缘电阻器中的每一个；

第一开关和第二开关，串联连接至所述第一电阻器和所述第二电阻器并且交替地闭合；

第三电阻器，连接至布置在所述第一开关与所述第二开关之间的触点；以及

比较器，被配置为测量所述第三电阻器两端的电压。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述控制器被配置为基于所述第三电阻器两端的电压，根据电压分配规则计算所述绝缘电阻器的电阻值。

4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述控制器被配置为在进入介电击穿检测模式时，选择所述第一开关和所述第二开关中的任一个以便将所选择的开关切换为闭合状态。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述控制器被配置为当所选择的开关被切换为所述闭合状态时，通过所述测量器测量施加至所述绝缘电阻器的电压。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制器被配置为基于绝缘电阻电压的斜率收敛至具体值，来确定所述介电击穿是直流介电击穿。

7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制器被配置为当绝缘电阻电压的斜率被调整为负值和正值时，确定所述介电击穿是交流介电击穿。

8.一种用于检测环境友好型车辆中的介电击穿的方法，包括如下步骤：

通过控制器测量施加至在高压电池两端布置的绝缘电阻器的电压；以及

通过所述控制器基于绝缘电阻电压的波形来确定介电击穿部分。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，测量所述绝缘电阻电压的步骤包括：

在进入介电击穿检测模式时，通过所述控制器选择第一开关和第二开关中的任一个并且将所选择的开关切换为闭合状态；以及

当所选择的开关被布置为处于所述闭合状态时，通过所述控制器测量所述绝缘电阻电压。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述介电击穿部分的步骤包括：

通过所述控制器，确认所述绝缘电阻电压的斜率的变化；以及

通过所述控制器，基于所述绝缘电阻电压的所述斜率的变化来确定所述介电击穿部分。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，基于所述斜率的变化，来确认所述绝缘电阻电压是否小于先前绝缘电阻电压。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在确定所述介电击穿部分时，当所述绝缘电阻电压小于所述先前绝缘电阻电压时，计算在整个测量区段中的电池组的电压平均值以及在测量周期结束时测量的所述绝缘电阻电压的瞬时值，并且基于所计算的结果小于预设阈值来确定所述介电击穿是直流介电击穿。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，在确定所述介电击穿部分时，当所述绝缘电阻电压超过所述先前绝缘电阻电压时，计算在相同测量周期内的电池组的电压平均值以及测量的所述绝缘电阻电压的平均值，并且基于所计算的结果小于预设阈值来确定所述介电击穿是交流介电击穿。