CN108076658B - 包括用于检测电绝缘故障的电路的电气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电气系统，包括：端子(V+,V‑)，其能够连接到能够在所述端子之间传送电压的安装的电源(4)；电路，其用于检测在电源和形成浮动电接地的壳体(14)之间的电绝缘故障。检测电路包括：可控电压发生器(40)，其能够以不同的电势使壳体和单个第一端子极化；电流测量装置(44)，其测量进入所述第一端子并且离开电源的点的电流；控制单元(46)，其能够根据所述至少一个测量电流值来计算至少一个绝缘电阻的值。

Description

包括用于检测电绝缘故障的电路的电气系统
本发明涉及电网或电直流(DC)电压电源相对于参考电压的绝缘。
大功率DC电压电气系统是重大发展的主题。实际上，许多运输系统包括DC电压电源。
内燃/电动混合动力车辆或电动车辆尤其包括大功率电池。为了获得足够的电压水平，几个电化学蓄电池串联放置。为了获得大功率和容量，几组蓄电池串联放置。级数(蓄电池组的数量)和每级中并联的蓄电池的数量根据期望的电压、期望的电流和期望的电池容量而变化。几个蓄电池的联接称为蓄电池的电池。
这种电池通常用于通过逆变器来驱动AC电动马达。这种马达所需的电压水平达到几百伏特，通常约为400伏特。这种电池还包括大容量，以促进车辆在电动模式下的自主性。特定于汽车应用的几个技术原因导致在车辆的机械接地或主体(由车辆的底盘和金属车身形成，且因此易于被用户接近)与电池的电势之间使用绝缘。
主要原因是当在行驶时出现第一绝缘故障时，瞬间断开驱动电池是不可行的。例如，在电池的一个极连接到机械接地并且在另一个极出现绝缘故障的情况下。这导致短路且保护熔断器立即熔断。由于驱动力或恢复制动的消失，这将具有使车辆危险的影响。因此，这意味着电池必须绝缘，并且出于人员的安全的原因，由绝缘监测器监测该绝缘。实际上，如果在第一故障时用户没有危险，则在发生第二次故障之前，应该为该第一故障产生警告，由于引起电池正极和负极之间的短路，该第二故障具有断开驱动电池的影响。另外，在发生该第二故障时，电池的电压会直接连接到车辆的机械接地，并因此用户可能会与后者接触。考虑到针对用户的这种能量源的潜在风险，绝缘和电池与机械接地之间绝缘的监测必须特别有效和可靠。电连接到电池的车辆的任何部分必须相对于地面绝缘。这种绝缘是通过使用电绝缘材料形成的。这种绝缘能够随着时间退化(由于振动、机械撞击、灰尘和污垢等)，并且因此对电接地施加危险的可能性。
此外，可以设想使用不与电网电流绝缘的充电器。由于在再充电期间车辆的电接地通过调节来连接到地，并且中性点接地系统通常用在(TT系统)中性点连接到地的住宅物业，这相当于在再充电期间，将车辆的接地连接到电池的电势之一。因此，在这些再充电期间，与仅该电压的一半被施加并且(首要)被监测的标称情况相比，电池的满电压被施加在绝缘的两个端子上。这种绝缘可能不能够承受瞬间产生导致短路的第二故障的满电压。
根据现有技术的电动车辆通常具有被设计成用于为三相电动马达供电的电池。电池包括电化学蓄电池。配备有熔断器的保护装置连接到电池的端子。用于监测绝缘的装置(或用于检测绝缘故障的电路)也连接到电池的端子并连接到车辆的接地。绝缘监测装置连接到计算机，以通知它所检测的绝缘故障。该计算机由一个车载电力系统电池供电。该电池的负极连接到车辆的接地。断路器系统包括由计算机控制的电力接触器。
现有技术中已知有两种类型的绝缘监测电路：
-电阻测量电路，其中通过由连接在电池的端子之间的多个电阻器形成的分压器来测量漏电流；
-电容放电测量电路，其中从电容器向绝缘电阻注入电流，然后测量该电容器到绝缘电阻的放电时间。
电阻测量电路具有其需要连接到电池的两个端子的缺点，这一事实使其集成到车辆中复杂化。此外，它们通常不允许在电池的任一点检测故障。
另一方面，电容测量电路具有其他缺点。特别是，工业上通常使用的电化学电容器的电容值通常不稳定并且趋于随时间漂移，这使得计算错误。此外，出于在短路可能出现的情况下的安全原因，这种电容器必须能够承受高电压(通常为几百伏的量级)。这样的电容器通常非常昂贵且占据大的体积。此外，这样的电路通常不允许在电池内定位故障的位置。
文件WO2014/086381描述了一种电气系统，该电气系统意在连接到车载电源并配备有用于检测七个电源和形成浮动电接地的车辆主体之间的电绝缘故障的电路。该系统包括选择性地连接在主体和电源端子之间的校准电阻。该电阻的端子两端的电压允许确定绝缘故障的幅度。这种系统不能测量源于电源的中间点的绝缘故障电流。
文件US2013/0300430描述了一种用于分析绝缘故障的系统。系统经由校准电阻器和各自的开关，顺序地将电源的每个端子连接到底盘。每个电阻器的端子两端的电压允许确定绝缘故障的幅度。这种解决方案对于源于电源的中间点的绝缘故障电流来说并不完全令人满意。
文件FR2976084描述了一种用于检测针对电压源的绝缘故障的系统。检测系统包括选择性地将电源的每个端子连接到底盘的电流限制器。这种系统不能测量源于电源的中间点的绝缘故障电流。
文件US2013/0314097描述了一种用于分析绝缘故障的系统。该系统经由校准电阻器和各自的开关，顺序地将电源的每个端子连接到底盘。这种系统不能测量源于电源的中间点的绝缘故障电流。
本发明旨在解决这些缺点中的一个或更多个。因此，本发明涉及如在所附权利要求1中限定的电气系统。本发明还涉及从属权利要求中的变型。本领域的技术人员将理解，从属权利要求中的变型的特征中的每个可以独立于权利要求1的特征而组合，而不构成中间概括。
根据另一方面，本发明涉及一种用于检测车载电源与形成浮动电接地的车辆主体之间的绝缘故障的方法，诸如所附权利要求所限定的。
通过举例并且以非限制性的方式，参照附图从下文给出的描述中，本发明的其它特征和优点将变得更清楚明显，其中：
-图1示意性地说明了电动汽车车辆，其包括DC电压源和用于检测该DC电压源的电绝缘中的故障的电路；
-图2示意性地说明了图1中的DC电压源中的绝缘故障；
-图3示意性地说明了图1中的检测电路；
-图4示意性说明了使用图3中的用于检测绝缘故障的电路的方法的一个示例；
-图5示意性说明了响应于由图1中的检测电路注入的电流而在图1中车辆的绝缘电阻中流动的电流的量表示的时间变化轮廓；
-图6是图3中检测电路的另一实施例；
-图7示意性地说明了图6中的用于检测包括逆变器的电路中的绝缘故障的检测电路的使用；
-图8示意性说明了图1中的DC电压源中的多个绝缘故障。
在本说明书中，没有详细描述本领域技术人员公知的特征和功能。
图1示意性地示出具有电力推进的汽车车辆2。
该车辆2包括为其提供电源的电气系统。该系统包括连接在两个端子V-和V+之间的电功率的车载电源4。术语“车载”被理解为表示电源不永久连接到电网。这里，电源4被设计成传送值随时间保持恒定的DC电压Vbat。这里，电源4是通过电力连接在端子V-和V+之间的彼此串联连接的蓄电池6的可再充电电池。为了简化图1，只绘出了蓄电池6的三个单元。然而在实践中，电池包括大量的蓄电池6，例如在40到150个蓄电池之间。蓄电池的数量取决于期望获得的电压Vbat以及也取决于蓄电池6的特性。当电池被充电时，电压Vbat通常高于或等于100V或400V。在这个示例中，电压Vbat等于400V。
端子V+、V-电连接到电负载8，用于向该负载8供应电力。在这个示例中，负载8包括逆变器10和电动马达12，诸如三相异步马达。逆变器10将其接收的DC电压Vbat转换成用于给电马达12供电的AC电压。马达12为车辆2提供推进。
该车辆2包括主体14，在此通过通常由导电金属材料组成的该车辆2的车身和底盘来形成该主体14。该主体14形成浮动的电接地。因此，主体14不会永久地电连接到地。
电气系统还包括用于检测电源4和主体14之间的绝缘故障的电路16。电路16电连接到主体14和电源4的单个端子(这里是端子V-)。下面将更详细地描述该电路16。
在该示例中，车辆2还包括保护电路20和功率耦合电路22。以本身已知的方式，电路20包括熔断器，该熔断器被配置为在存在短路时断开连接。电路22包括开关24和26，开关24和26允许电池4的端子交替地与逆变器10选择性地连接和断开。这里，开关24和26的选择性的断开和接通由电池管理系统(或BMS)28控制。该BMS 28通常通过用于供应车辆2的车载电网的电池30来供应，电池30的电压水平远低于电源4的电压水平。在此，BMS 28(例如经由数据交换链路)连接到电路16，用于在电路16检测到绝缘故障的情况下控制开关24和26的断开。
“绝缘故障”在这里被理解为表示在主体14与电源4的电势点(诸如端子V+、V-中的一个)之间的低电阻的电接触的异常存在。这里，如果电阻低于或等于预定的安全阈值(例如100kΩ)，则认为电阻低。
通常在没有绝缘故障的情况下，主体14(一方面)与电源4的任何电势点(另一方面)之间的电阻高于100kΩ或1MΩ。可替选地，该电阻可以被模拟为无限值的电阻。由于这个高电阻值，在电源4和主体14之间没有可能造成危险的漏电流流动。
图2说明了电源4的点32与主体14之间的单个绝缘故障。此处，该绝缘故障的结果是，连接该点32和主体14的绝缘电阻34具有低于安全阈值的值(由Ri表示)。潜在危险的漏电流从电源4经过该电阻34流到主体14。这种漏电流是不希望的，并且可能使车辆2的用户处于危险中，该用户与主体14(在此其连接到车辆2的车身)直接接触。
例如，点32位于电源4的两个相邻蓄电池之间。然后，电源4可以被认为是在端子V+、V-之间彼此串联连接并且位于点32的两侧上的两个DC电压源36和38。电源36、38分别在它们的端子之间传送电压(1-α)*Vbat和α*Vbat，其中系数α是属于区间[0；1]的实数。系数α的知识允许知道电源4中故障的位置。更确切地说，系数α表示电源4中由绝缘故障各自的电导加权的绝缘故障的位置的重心。
图3示出了电路16的一个实施例。这里，该电路16包括：
-装置39，其用于在端子V-与主体之间施加电压，以便在必要时在电阻34的端子两端产生电位差，并且因此引起电流流过该电阻34；
-电阻器42和52，其作用将在下文中变得清楚；
-装置44，其用于测量流过端子V-和电阻34的电流，
-控制单元46。
这里，装置39包括可控电压发生器40和电阻52。与现有技术中遇到的无源电阻器相比，电压发生器40能够在其端子之间强加受控的电势差。根据在控制接口上接收到的控制信号，发生器40能够在极48、50之间施加电压Vd。在该示例中，电压Vd是DC电压。Vd的值优选地低于或等于50V，例如在0V到24V之间。电压Vd被施加，使得当电压Vd为正时，发生器40的极48具有高于极50的电势的电势。
这里，电阻器42和发生器40在端子V-和主体14之间彼此串联连接。
在该示例中，电阻器42连接在极48和主体14之间。如将在下文中看到的，发生器40的极50连接到端子V-。因此，电压Vd的施加导致流过装置44和电阻34的电流Id出现。然而该电流Id不被认为是漏电流。
电阻器52连接在端子V-和极48之间。该电阻器52允许确保电源4与电路16的其余部分之间的更好的绝缘，从而避免电流Id的值变得太高并且对用户造成危险。例如，该电阻器52的值(由Rd表示)被选择为尽可能低以便于电流Id的测量，然而同时足够高以不降低电路16的电绝缘。对于400V的电压，电阻Rd将优选被选择为比(例如100kOhms量级的)绝缘电阻的异常值高，例如5倍高或甚至10倍高，导致4mA的最大可接受电流(为了人身安全通常允许的最高最大可接受电流是10mA量级的)。例如，值Rd从而等于500kΩ。
电阻42的值(由Rs表示)有利地被选择为使得比例Rd/Rs在1到100之间或在10到50之间。该比值Rd/Rs允许电流Id的值以及因此由装置44测量的电压的值被保持在窄的范围内。这简化了装置44的设计。特别地，如果由装置测量的电压保持低于或等于20V或10V，则不需要使装置44电流绝缘。例如，在电压Vbat等于400V并且比例Rd/Rs等于100的情况下，由装置44测量的电压低于4V或5V。
装置44被设计成测量流过电阻器52(Rd)、发生器40、电阻器42(Rs)、电阻34和位于点32与端子V-之间的电源4的一部分的电流Id。例如，装置44包括电阻器42以及使用差分放大器的、与电阻器42并联电连接的模拟/数字转换器43。这里，装置44因而测量电阻器42的端子两端的电势差Vmes。使用值Rs的现有知识，从这自动地推断出流过电阻器42的电流的值。
单元46被设计成：
-自动控制发生器40连续施加电压Vd的多个不同值；
-针对由发生器40施加的电压值Vd中的每一个，自动获取由装置44测量的电流Id的对应值；
-使用所获取的电流值Id和所施加的电压值Vd，自动计算与所述绝缘故障相关联的电阻34的值。
例如，单元46包括微处理器以及与发生器40和装置44的通信接口。
在该示例中，认为只存在位于点32处的一个绝缘故障。由发生器40施加两个不同值的电压Vd(由Vd1和Vd2表示)。这些值中的每一个对应于流过电阻器42的电流Id1和Id2。然后，通过以下公式计算电阻34的值Ri：
Ri＝(Vd1-Vd2)/(Id2-Id1)-(Rd+Rs)。
然而，在实践中，与值Rd相比，值Rs可以被忽略，并且该公式可以以下方式来简化：
Ri＝(Vd1-Vd2)/(Id2-Id1)-Rd [方程1]。
系数α的值也可以通过以下公式计算：
α＝(Id2*Vd1-Id1*Vd2)/(Id2*Vbat-Id1*Vbat) [方程2]。
图4描述了用于检测绝缘故障的系统的操作的一个示例。
在步骤60期间，单元46控制发生器40，用于在极48与50之间施加电压Vd1。当施加该电压Vd1时，装置44测量电流Id1并将测量值传输至单元46。有利地，在该步骤中，电流Id1在测量之前处于稳定。例如，在施加Vd1之后，在装置44测量电流Id1之前，允许一定的预定时间延迟。实际上，当(这里通过施加电压Vd1)注入电流Id1时，后者最初具有被称为瞬态状态的阶段，在该阶段期间其值显著变化，随后是被称为恒定状态的阶段，在该状态期间其值稳定在一个基本不变的值。在进行Id1的测量之前，优选的是等待恒定状态建立，因为这时测量的精度更好。预定时间延迟的值取决于电压Vd随时间变化的方式，并且也取决于电路16。瞬态阶段的持续时间取决于存在于电源4和主体14之间的电容的值。预定时间延迟的选择因此间接地取决于这些电容的值。
例如，图5说明了响应于所施加的电压Vd(曲线61)的测量电压Vmes(因此间接地，电流Id1)随时间t(以秒为单位)的变化轮廓(曲线63)，以具有等于0.5Hz的频率的方波周期性变化。在该示例中，预定时间延迟被选择为等于750ms。
随后，在步骤62(图4)期间，单元46控制发生器40，用于在极48与50之间施加电压Vd2。当施加该电压Vd2时，装置44测量电流Id2并将测量值传输至单元46。有利地，如对于电流Id1，电流Id2的值在测量之前被允许稳定。
最后，在步骤64期间，借助于先前定义的方程1，使用值Vd1、Vd2、Id1和Id2，由单元16自动计算电阻Ri。
有利地，在该步骤中，系数α也通过先前定义的方程2来计算。
电路16因此能够连接到电源4的单个端子。因此相应地有利于其在车辆2内的集成，尤其是相对于通过需要连接到电池的两个端子的分压器、基于电阻的测量来检测绝缘故障的已知电路。
此外，电路16允许可靠地检测绝缘故障，特别是相对于使用用于注入电流的电容器的已知方法。实际上，由于电容器的性能随时间的波动，后者的精度受到限制。
最后，由于系数α的计算，电路16允许在绝缘故障的位置上获得信息。这在电源4由多个蓄电池6组成的情况下是特别有用的。实际上，电池内的蓄电池6通常各自具有相同的电压。借助于系数α，能够检测到绝缘故障位于这些蓄电池的组件中的哪个点。从而相应地改善绝缘故障的诊断和修复。例如，每个蓄电池6产生电压Vcell。故障的位置能够通过比较量α*Vbat和X*Vcell来确定，其中X是整数。
在图3中所示出的示例中，应当注意到，电压Vd可以是正的或负的。利用上述选择规定，当电压Vd是正的时，取决于电源4内的点32的位置，电流Id能够在一个方向上或在另一方向上流动，并且取决于该情况，主体的电势可以低于或高于端子V-的电势。对于电流的这种双重可能的方向选择可能使发生器40和测量电路44的实现复杂化。为了避免这种潜在的困难，可以设想施加负电压Vd。因此，电流Id将总是在相同的方向上流动(于是，图3中指示的电流Id将是负的)。图6示出了被设计成替代电路16的电路80。例如，除了电路80还包括电阻器82之外，该电路80与电路16相同，端子V-经由电阻器82电连接到发生器40的极50。这里，该电阻器82起着与电阻器52相同的作用。电阻器82的值Rd优选地以与电阻器52相同的方式选择。对于电阻器42的值Rs同样如此。在该示例中，Rs等于5kΩ，并且Rd等于500kΩ。应该注意，如前面的图3，电流Id是流过电阻器42(Rs)的电流，并且当其从发生器40流到主体14时其被认为是正的。
另一方面，电路80还包括用于测量由发生器40施加的电压Vd的装置84。
当由发生器40施加的Vd的值低时，并且当Vd的设定值与实际施加的值Vd之间存在具有差异的风险时，装置84是特别有用的。这可能使得Ri的计算错误。装置84允许使用实际施加的Vd的值来计算。
这里，装置84包括在极48和50之间彼此串联连接以形成分压器的电阻器86和88以及电压传感器90。
例如，传感器90包括模拟/数字电压转换器。电阻器86和88的值(分别由Rp1和Rp2表示)优选以限制由传感器90测量的电压值的这种方式来选择。
此外，电阻86和88也用于使电流Id能够在两个方向上流动。更确切地说，发生器传送电流(I0+Id)，该电流一方面可以分成在电阻器86和88中流动的偏置电流I0，另一方面可以分成在电阻器42(电源4和绝缘电阻34)中流动的电流Id。偏置电流I0被提供为在绝对值上比电流Id更高，使得电流I0+Id总是在相同的方向上流动(这对于发生器40是有利的)；因此电阻器88的端子两端的电压总是在相同的方向上偏置(这有利于电路90的设计)。另一方面，取决于电压Vd的符号和绝缘故障的位置，电流Id可以是正的或负的。
应该注意，在电源4被测试的情况下，如前所述，可以优选地选择负电压Vd使得电流Id总是负的，这有利于电路43的设计。
在该示例中，值Rp1和Rp2分别等于5kΩ和1kΩ，这意味着由传感器90测量的电压保持在0V到5V之间。
以这种方式，能够使用更简单设计的传感器90。例如，不需要必须包含差分转换器。
这里，传感器90不直接测量电压Vd。它测量值Vd*Rp1/(Rp1+Rp2)+Vmes，Vmes是由装置44测量的电压值。然而，可以使用由传感器90测量的值、由装置44测量的值以及借助于已知的Rp1和Rp2的值，来简单地计算Vd的值。
此外，在电路80中，在Vd的值为负的情况下，可以检测负载8中的绝缘故障，特别是当该负载包括逆变器10时并且当后者不能工作时，如在下面将详细看到。
图7示出了在车辆2中使用的逆变器10的一部分。逆变器10由电源4在DC电压输入接口上供电。逆变器10通过电连接器在输出接口上将用于供电的三相AC电压传送至马达12，每个电连接器对应于该电压的一个相。这里，绝缘故障存在于相连接器中的一个相连接器上、这个连接器的一个点100与主体14之间。值Ri'的电阻102与该绝缘故障相关联。
在已知的方式中，逆变器10包括多个可控功率开关104。这些开关104的连续切换提供了逆变器10的操作。这里，开关104中的每个包括：
-例如IGBT(Isolated Gate Bipolar Transistor，隔离栅双极型晶体管)类型的功率晶体管106，
-电连接在该晶体管的集电极和发射极之间的‘续流二极管’108。
在已知的方式中，这种逆变器包括用于控制和同步开关104的切换的装置。这里，该切换通过将控制信号传送至晶体管106的栅极来提供。为了有利于阅读图7，就没有示出该装置。
由于发生器40施加的电压Vd的极性的颠倒，电路80允许在逆变器10中正常情况下电流流动的方向的相反方向上产生电流Id。该电流Id的方向和路径在这里由箭头110表示。更确切地说，该电流Id在逆变器110内流动，经过开关106中的一个或更多，直到其到达点100并且流过电阻102。通常，当逆变器10不工作时，晶体管106断开并且不允许电流通过。然而，由于其颠倒的流动方向，电流能够流过二极管108。
根据另一实施例，电路16和80不限于仅存在一个故障的情况，并且可以用于检测同时存在的几个故障的存在。
图8示出了在同时存在n个绝缘故障的情况下并且在电源4的几个分离点处，电源4和电路16的等效电路。这里，数字n是大于或等于1的整数。这里，将这些故障中的每一个模拟为彼此串联连接的并且在端子V-与主体14之间的电压源V[i]和有限值的电阻R[i]和电压源V[i]，其中i是在范围1到与n之间的整数指数。这些故障在主体14和电源4的端子V-之间彼此并联连接。优选地，电阻R[i]各自每个具有小于或等于n*1MΩ的值，以这种方式，等效于这些并联电阻R[i]并联的电阻的值小于或等于1MΩ或者100kΩ。为了简化，在该图8中仅示出了包括电源40和电阻器42的电路16的一部分。特别是，这里没有示出电阻器52。
于是，在电压Vd存在的情况下的电流Id的值由下式给出：
Figure GDA0002356822670000111
电压V[i]和电阻R[i]的值可以通过施加2*n个不同的Vd值并且通过测量针对它们中的每一个的电流Id的值来计算。从方程3开始，然后获得具有2*n个未知数的2*n个方程组，其可以被求解以便获得电压V[i]和电阻R[i]的n个值。例如，相应地，模块46被配置为自动执行该计算。
如果对绝缘故障的定位做出某些假设，则方程组中的未知数的数目可以减少。例如，认为绝缘故障只能够出现在端子V+或V-处，或者出现在形成电源4的电池的蓄电池之间的连接器中。因此，要施加的电压Vd的值的数量减少。
例如，在n＝2的特定情况下，可以认为绝缘故障仅出现在电源的端子V+和V-处。这符合以下条件：V[1]＝Vbat并且V[2]＝0V。于是，只需要Vd的两个值(由Vd1和Vd2表示)通过如下公式来计算分别与这两个故障相关联的绝缘电阻R[1]和R[2]，
R[1]＝[(Vd1-Vd2)/(Id2-Id1)-Rd]/α [方程4]
R[2]＝[(Vd1-Vd2)/(Id2-Id1)-Rd]/(1-α) [方程5]
其中α＝R'i/R[1]，R'i是等效电阻的值，使得1/R'i＝1/R[1]+1/R[2]。系数α的表达式例如是由前述方程2给出的。
在实践中，由于故障的数目n通常预先是未知的，因此可以对由发生器40施加的Vd的不同的值的数量m进行选择。该数量m不一定等于2*n。数量m有利地根据期望获得的精度来选择。
例如，首先利用m＝1来实现检测方法，然后增加m的值重复。
如果n大于1，则针对m＝1的计算允许获得等效于n个故障的单个故障的特性(绝缘电阻Ri的值和系数α的值)。利用更大的m值重复该方法允许改善计算的这些故障的特性的精度。然后，该方法能够继续以更高的m值连续应用，直到测量无法提供任何精度上的增益。这意味着n个故障已被识别。
相反，在电源4内的绝缘故障的出现概率低并且绝缘故障的危险主要涉及端子V+和V-的情况下，将能够执行简化的检测。作为第一步，例如可以不通过发生器施加电压(Vd零，电流能够流过发生器，或者如图6中流过与发生器并联的偏置电阻器)来试图检测故障是否存在于端子V+上。因此，电流能够通过端子V+与主体之间的“上”绝缘电阻从端子V+流到主体，然后通过电阻器52(或82)和42流回到端子V-。如果上绝缘电阻足够低，则可以通过装置44检测电流。如果没有检测到电流，则可以推断出，在端子V+处的上绝缘是好的。随后能够测试在端子V-处的绝缘。首先应当注意，如果端子V-和主体之间的“下”绝缘电阻(尤其相对于上绝缘电阻)足够低，则端子V-的电势将倾向于与主体的电势相同，并且将没有电流“自然地”流过发生器40和电阻器52(或82)和42。然后，由发生器40施加非零电压Vd，允许在端子V-与主体之间“强制”施加电势差，并且因此，非零电流Id将被建立并且能够被装置44测量。
许多其他实施例是可能的。
包括电源4和电路16的电气系统不限于汽车车辆2，并且可以在许多其它电动系统中实现，用于检测电源4的端子与形成该系统的浮动电接地的主体之间的绝缘故障。对于电路80也是如此。尤其，电路80结合逆变器10的使用不限于汽车车辆2和/或马达12。
电源4可以不同；举例而言，其可以由一个或更多个超级电容器组成。其也可以由DC电压发生器(诸如光伏板或其他配备有燃料箱的燃料电池)组成。
电压Vbat的值可以不同。作为变型，电源4不传送DC电压。例如，电压Vbat不是恒定的，而是随时间波动的。例如，电压Vbat在包括在Vbat1和Vbat2之间的电压范围内波动，其中Vbat1等于200V，并且Vbat2等于350V。在这种情况下，相应地修改Ri的值和系数α的值的计算。例如，前述的方程2被修改为如下：α＝(Id2*Vd1-Id1*Vd2)/(Id2*Vbat1-Id1*Vbat2)。
优选地，电压Vbat的值以小于或等于50Hz或100Hz的频率波动。
作为变型，电压Vbat是AC电压。
负载8可以不同；例如，其可以由DC电动马达组成。
逆变器10可以采取不同的形式。特别地，开关104可以是不同的。例如，晶体管106是功率MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)。在这种情况下，二极管108以公知的方式，通过形成该晶体管的半导体材料的层的界面被形成在部件内。另外，二极管108不一定由独立部件形成。其他类型的晶体管也可以使用。绝缘故障可以位于不同位置处，例如马达12内。
电路16可以连接在主体14和端子V+之间。在这种情况下，作为结果，装置39的连接被修改。
电阻器42可以被不同地放置在电路内。例如，极48接地，并且电阻器连接在极50和电源4的端子V-之间。
装置44可以是不同的。例如，装置44包括替代电阻器42和逆变器43的霍尔-效应电流传感器或尼尔-效应电流传感器。
Ri、Rd、Rs的值可以是不同的。类似地，Rd的值和比例Rd/Rs的值可以是不同的。
管理单元28可以电连接到电源4的一个端子，优选地，电路16或80连接到的一个端子。
装置39可以是不同的。例如，发生器40和电阻器52被等效电路(Norton定理)替代，该等效电路包括与主体14和端子V-之间的电阻器并联电连接的电流源。
步骤60、62和64可以以不同的方式来实现，特别是当存在多于一个的故障时。
装置84可以以不同的方式组成。
电阻器86和88可以被省略。
绝缘故障可能在除电源4的内部之外的其他地方。
有利地，可以逐步地改变Vd的值，直到测量到零的电流Id为止。已知当Id＝0时达到故障。
电压Vd可以采取不同的值，例如高于24V。选择高的Vd值可能是有利的，因为这增加了Id的测量的精度。然而，这对装置44所需的特性有影响。因此，寻求Id的测量的精度与电路16或80的实现的简单性之间的折衷。

Claims (12)

1.一种电气系统，包括：
-端子(V+,V-)，其能够连接到被设计成在这些端子之间传送电压的车载电源(4)；
-电路，其用于检测所述车载电源和形成浮动电接地的车辆主体(14)之间的电绝缘故障，绝缘故障对应于所述主体和所述车载电源的至少一个点之间的至少一个绝缘电阻(Ri)的电阻异常值；
其特征在于，所述电路包括：
·可控电压发生器(40)，其连接到所述主体并且连接到所述端子之间的单个第一端子，并且被设计成以不同的电势对所述主体和所述单个第一端子施加偏压；
·装置(44)，其用于测量进入所述第一端子并且穿过所述车载电源的所述至少一个点流出的电流，该电流随后经过所述至少一个绝缘电阻流到所述主体；
·控制单元(46)，其被设计成：
·控制所述可控电压发生器在所述主体和所述单个第一端子之间施加至少一个非零值的电压，
·针对所施加的电压的每个值，获取由所述装置测量的所述电流的至少一个值；
·基于所测量的所述电流的所述至少一个值来计算至少一个绝缘电阻的值。
2.根据权利要求1所述的电气系统，还包括第一电阻器(52)，该第一电阻器和所述可控电压发生器彼此串联连接在所述端子中的一个端子和所述主体之间，所述第一电阻器的值Rd大于所述电阻异常值。
3.根据权利要求2所述的电气系统，其中，所述控制单元能够通过以下公式来计算与单个等效绝缘故障相关联的绝缘电阻：
Ri＝(Vd1-Vd2)/(Id2-Id1)–Rd，
其中，Ri是所述绝缘电阻的值，Id1和Id2分别是针对由所述可控电压发生器连续施加的电压Vd1和Vd2的电流测量值。
4.根据权利要求2所述的电气系统，其中：
-所述电路能够检测所述车载电源(4)和所述主体之间的两个绝缘故障；
-所述控制单元能够通过以下公式来计算分别与所述两个绝缘故障相关联的两个绝缘电阻R[1]和R[2]：
R[1]＝[(Vd1-Vd2)/(Id2-Id1)-Rd]/α
R[2]＝[(Vd1-Vd2)/(Id2-Id1)-Rd]/(1-α)
其中，Id1和Id2分别是针对由所述可控电压发生器连续施加的所述电压Vd1和Vd2的电流测量值，以及α是0和1之间的系数。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的电气系统，其中，所述装置包括具有值Rs的第二电阻器(42)以及用于测量所述第二电阻器的端子两端的电压的装置，该用于测量所述第二电阻器的端子两端的电压的装置包括差分放大器；
所述可控电压发生器、所述第一电阻器(52)和所述第二电阻器(42)串联放置在所述主体和所述单个第一端子之间。
6.根据权利要求5所述的电气系统，其中，所述第一电阻器的电阻值和所述第二电阻器的电阻值之间的比例Rd/Rs在10和100之间。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的电气系统，其中，所述可控电压发生器被设计成在该可控电压发生器的第一极和第二极之间施加电压，所述第一极连接到所述单个第一端子，所述第二极连接到所述主体；其中，所述单个第一端子是负端子(V-)或正端子(V+)，所述正端子(V+)的电势高于所述负端子(V-)的电势；并且其中，当所述可控电压发生器分别根据所述可控电压发生器是连接到所述负端子(V-)还是所述正端子(V+)来施加电压时，所述可控电压发生器的所述第一极(48)具有高于或低于所述第二极(50)的电势的电势，这导致所述主体的电势分别低于所述负端子(V-)的电势或者高于所述正端子(V+)的电势。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的电气系统，其中，所述电路还包括用于测量由所述可控电压发生器传送的所述电压的装置(84)。
9.根据权利要求8所述的电气系统，包括第三电阻器和第四电阻器(Rp1,Rp2)，所述第三电阻器和第四电阻器在所述可控电压发生器的第一极和第二极之间彼此串联连接，以形成分压器；并且其中，所述用于测量由所述可控电压发生器传送的所述电压的装置电连接到所述分压器的中点。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中，所述可控电压发生器被配置为使得所述所施加的电压在绝对值上大于或等于0伏并且小于或等于24伏。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中，所述可控电压发生器被配置为使得所述所施加的电压是直流电压。
12.一种用于检测车载电源与形成浮动电接地的车辆主体之间的绝缘故障的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-实施如权利要求1-11之一所述的系统；
-由所述可控电压发生器在所述主体和所述单个第一端子之间施加至少一个非零值的电压；
-针对所施加的电压的每个值，获取由所述用于测量进入所述第一端子并且穿过所述车载电源的所述至少一个点流出的电流的装置测量的所述电流的至少一个值；
-基于所测量的所述电流的所述至少一个值来计算至少一个绝缘电阻的值。
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