CN108603903A - 计算电池的绝缘电阻的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的实施例的用于计算绝缘电阻的装置包括：切换单元，包括独立控制的第一开关和第二开关；第一保护电阻器和第一参考电阻器，当第一开关接通时被串联连接在接地与电池的正极端子之间；第二保护电阻器和第二参考电阻器，当第二开关接通时，被串联连接在接地与电池的负极端子之间；电压测量单元，被配置成测量施加到第一参考电阻器的第一检测电压和施加到第二参考电阻器的第二检测电压；以及处理器，被配置成确定在第一检测电压的测量值和第二检测电压的测量值中是否发生测量错误。

Description

计算电池的绝缘电阻的装置和方法
技术领域
本申请要求于2016年11月16日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2016-0152758的优先权，其公开内容通过引用被合并在此。
本公开涉及一种用于计算绝缘电阻的装置和方法，并且更具体地，涉及一种用于考虑电池的寄生电容快速且准确地计算电池的绝缘电阻的装置和方法。
背景技术
近来，对诸如膝上型计算机、摄像机和移动电话的便携式电子产品需求急剧增长，并且随着电动车辆、蓄能器、机器人和卫星的广泛发展，正在对能够重复充电的高性能二次电池进行许多研究。
目前，市场上可买到的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等，在它们当中，与镍基二次电池相比，锂二次电池由于没有记忆效应而自由地充电和放电、自放电率非常低并且高能量密度的优点而受到关注。
同时，在一些情况下，二次电池被用作单个二次电池，但是在许多情况下，为了提供高电压和/或高容量电力存储装置，多个二次电池被串联连接和/或并联使用，并且以包括电池管理系统的电池组的形式使用以控制内部的二次电池的整体充电/放电操作。
使用高电压高容量二次电池的蓄电装置保持绝缘状态是非常重要的。如果不维持电池的绝缘状态，则会发生泄漏电流，从而导致各种问题。具体而言，由于泄漏电流，电池寿命可能缩短，除此之外，连接到电池的电子设备可能会发生故障，并且可能发生诸如电击的安全相关事故。
为了防止泄漏电流，要求监测电池的绝缘电阻。
图1是示出电池和传统的绝缘电阻计算装置的构造的示意图。
参考图1，示出包括彼此串联和/或并联连接的两个或更多个单体21的电池20。另外，在电池20的两侧上的端子与节点(例如，汽车底盘)之间设置有各个绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)。绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)被说成是与电池20的绝缘状态相对应的虚拟电阻分量。当电池20的两侧上的端子的绝缘状况保持良好时，绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)的电阻值将具有足够大的值。相反地，当电池20处于绝缘击穿状态时，绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)的电阻值将会非常小、低于允许值。
再次参考图1，绝缘电阻计算装置10被连接到电池20的正电极端子和负电极端子。绝缘电阻计算装置10中具有测试电阻器11和电压测量单元12以测量施加到测试电阻器11的电压。绝缘电阻计算装置10使用通过电压测量单元12测量的电压值计算第一绝缘电阻RLeak(+)和第二绝缘电阻RLeak(-)。
寄生电容可以存在于电池20的两侧上的每个端子。类似于绝缘电阻，当寄生电容分量被建模为等效电路时，其可以被表示为两个电容器，每个电容器被并联连接至两个绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)。
图2是示出其中表示绝缘电阻和寄生电容分量的电池组的等效电路的示意图。即，如图2中所示，绝缘电阻RLeak(+)和寄生电容CP(+)可以并联连接在接地与电池20的正电极端子之间，并且绝缘电阻RLeak(-)和寄生电容CP(-)可以被并联连接在接地与电池20的负电极端子之间。如上所述，在存在寄生电容CP(+)、CP(-)的情况下，传统的绝缘电阻计算装置10难以精确地测量电压。这是因为对于测量稳定电压的电压测量单元12来说，需要等待直到寄生电容(CP(+)、CP(-))被充分放电。
换句话说，在不存在寄生电容CP(+)、CP(-)的理想情况下，电压值在切换之后立即具有恒定值，但是在存在寄生电容CP(+)、CP(-)的情况下，在某个时间段流逝之后电压达到稳定状态。
因此，根据现有技术，为了测量正确的电压值，需要耗费数秒钟或者更长时间，其是被施加到测试电阻器11的电压达到稳定状态的充分时间。
发明内容
技术问题
本公开被设计以解决诸如前述的问题，并且因此，本公开旨在提供一种用于在连接到电池的两侧上的每个电池的寄生电容被充分放电之前快速且准确地计算电池的绝缘电阻的设备和方法。
本公开的这些和其它目的和优点将通过下面的描述而被理解，并且将从本公开的实施例中变得显而易见。此外，将容易理解的是，本公开的目的和优点通过所附权利要求及其组合中提出的手段来实现。
技术方案
根据本公开的一个方面的绝缘电阻计算装置包括：切换单元，该切换单元包括独立控制的第一开关和第二开关；第一保护电阻器和第一参考电阻器，当第一开关接通时其被串联地连接在接地与电池的正电极端子之间；第二保护电阻器和第二参考电阻器，当第二开关被接通时其被串联地连接在接地与电池的负电极端子之间；电压测量单元，该电压测量单元被配置成测量施加到第一参考电阻器的第一检测电压和施加到第二参考电阻器的第二检测电压；以及处理器，该处理器被配置成根据预设规则控制第一开关和第二开关，以记录第一检测电压的测量值和第二检测电压的测量值，并且计算接地与电池的正电极端子之间的第一绝缘电阻和接地与电池的负电极端子之间的第二绝缘电阻。处理器被配置成：在第一开关被接通并且第二开关被断开的第一切换模式中记录通过电压测量单元顺序测量至少三次的第一检测电压的测量值，在第一开关被断开并且第二开关被接通的第二切换模式中记录通过电压测量单元顺序测量至少三次的第二检测电压的测量值，基于在第一切换模式中测量的第一检测电压的测量值中的至少两个，确定是否在第一切换模式下发生测量错误，基于在第二切换模式下记录的第二检测电压的测量值中的至少两个，确定在第二切换模式中是否发生测量错误，当确定在第一切换模式中未发生测量错误时，基于在第一切换模式下记录的第一检测电压的测量值，估计第一检测电压的收敛值，当确定在第二切换模式中没有发生测量错误时，基于在第二切换模式中记录的第二检测电压的测量值，估计第二检测电压的收敛值，并且基于第一检测电压的收敛值和第二检测电压的收敛值计算第一绝缘电阻和第二绝缘电阻。
另外，电压测量单元被配置成：在第一切换模式中在每个预设第一时间顺序地测量第一检测电压至少三次，并且在第二切换模式中在每个预设第二时间顺序地测量第二检测电压至少三次。
另外，第一切换模式中的测量值可以包括第一测量值、第一测量值之后的第二测量值以及第二测量值之后的第三测量值。在这种情况下，处理器可以被配置成：当第一测量值等于或者低于第二测量值，或者当第二测量值等于或者低于第三测量值时，确定在第一切换模式中发生测量错误。
另外，第二切换模式中的测量值可以包括第四测量值、第四测量值之后的第五测量值以及第五测量值之后的第六测量值。在这种情况下，处理器可以被配置成：当第四测量值等于或者低于第五测量值，或者当第五测量值等于或者小于第六测量值时，确定在第二切换模式中发生测量错误。
另外，第一切换模式下的测量值可以包括第一测量值、第一测量值之后的第二测量值以及第二测量值之后的第三测量值。处理器可以被配置成：当连接第一测量值和第二测量值的第一直线的斜率的绝对值等于或低于连接第二测量值和第三测量值的第二直线的斜率的绝对值时，确定在第一切换模式中发生测量错误。
另外，第二切换模式中的测量值可以包括第四测量值、第四测量值之后的第五测量值、以及第五测量值之后的第六测量值。在这种情况下，处理器可以被配置成：当连接第四测量值和第五测量值的第三直线的斜率的绝对值等于或低于连接第五测量值和第六测量值的第四直线的斜率的绝对值时，确定在第二切换模式中发生测量错误。
另外，处理器可以被配置成：当确定在第一切换模式中发生测量错误时重新执行第一切换模式，并且当确定在第二切换模式中发生测量错误时重新执行第二切换模式。
另外，绝缘电阻计算装置还可以包括连接在第二参考电阻器与接地之间的直流电压源。
另外，处理器可以被配置成：在第一开关被接通并且第二开关被接通的第三切换模式中测量第一检测电压和第二检测电压，并且进一步基于在第三切换模式中的第一检测电压的测量值和第二检测电压的测量值计算第一绝缘电阻和第二绝缘电阻。
根据本公开的另一方面的用于计算电池的绝缘电阻的方法使用绝缘电阻计算装置。该绝缘电阻计算方法包括：在第一开关被接通并且第二开关被断开的第一切换模式中顺序地测量第一检测电压至少三次；在第一开关被断开并且第二开关被接通的第二切换模式中顺序地测量第二检测电压至少三次；基于在第一切换模式中的测量值中的至少两个，确定是否在第一切换模式下发生测量错误；基于在第二切换模式下的测量值中的至少两个，确定在第二切换模式中是否发生测量错误；当确定在第一切换模式中未发生测量错误时，基于在第一切换模式下的测量值，估计第一检测电压的收敛值；当确定在第二切换模式中没有发生测量错误时，基于在第二切换模式中的测量值，估计第二检测电压的收敛值；以及基于第一检测电压的收敛值和第二检测电压的收敛值计算第一绝缘电阻和第二绝缘电阻。
有益效果
根据本公开的一个方面，能够在连接到电池两侧的端子上的寄生电容被充分放电之前快速且准确地计算连接到电池两侧的端子的两个绝缘电阻中的每一个。
本公开可以具有其他各种效果，并且本公开的这些其他效果将通过以下描述而被理解，并且从本公开的实施例中是显而易见的。
附图说明
附图图示本公开的优选实施例，并且与本公开的详细描述一起用作提供对本公开的技术方面的进一步理解，并且因此，本公开不被解释为限于附图。
图1是示出电池和传统的绝缘电阻计算装置的构造的示意图。
图2是示出其中表示绝缘电阻和寄生电容分量的电池组的等效电路的示意图。
图3是示出根据本公开的实施例的绝缘电阻计算装置的功能配置的示意图。
图4是示出根据本公开的实施例的电池组的电路配置的示意图。
图5是示出当根据本公开的实施例的绝缘电阻计算装置处于第一切换模式时形成在电池组中的第一电路的参考图。
图6是图示当图5中所示的第一电路被形成时第一检测电压的变化的参考图。
图7是图示当根据本公开的实施例的绝缘电阻计算装置处于第二切换模式时形成在电池组中的第二电路的参考图。
图8是图示当图7中所示的第二电路被形成时的第二检测电压的变化的参考图。
图9和图10是图示用于通过根据本公开的实施例的绝缘电阻计算装置确定在第一切换模式中的测量值中是否发生测量错误的操作的参考图。
图11和图12是图示用于通过根据本公开的实施例的绝缘电阻计算装置确定在第二切换模式中的测量值中是否发生测量错误的操作的参考图。
图13和图14是图示用于通过根据本公开的实施例的绝缘电阻计算装置基于第一收敛值和第二收敛值计算第一绝缘电阻和第二绝缘电阻的操作的参考图。
图15和16是示出根据本公开的实施例的绝缘电阻计算方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应该理解的是，说明书和所附权利要求中使用的术语或词语不应被解释为限于一般和词典的含义，而是基于对应于根据发明人被允许为最佳解释适当定义术语的原则的本公开的技术方面的含义和概念来解释。
因此，在此描述的实施例和在附图中示出的图示仅仅是本公开的最优选实施例，并非旨在完全地描述本公开，所以应理解的是，可以在提交本申请时对其进行其它等效和修改。
另外，在描述本公开时，当认为已知元件或功能的详细描述使得本公开的关键主题不明确时，其详细描述在此被省略。
图3是示出根据本公开的实施例的绝缘电阻计算装置的功能配置的示意图，并且图4是示出根据本公开的实施例的电池组10的电路配置的示意图。
参考图3和图4，绝缘电阻计算装置100连接到设置在电池组10中的电池20的正电极端子NP和负电极端子NN。
这里，电池20指的是单个电池单元21或多个电池单元21的组合，并且电池单元的组件可以包括串联或并联或串并联连接的电池单元21。
电池单元21可以是包括超电容器的双电层电容器或诸如锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池和镍锌电池的二次电池。
同时，电池20的正电极端子NP和负电极端子NN被连接到绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)。具体而言，第一绝缘电阻RLeak(+)被连接在接地与电池20的正电极端子NP之间，并且第二绝缘电阻RLeak(-)被连接在接地与电池20的负电极端子NN之间。
绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)被说成是用于表示电池组10的绝缘状况的等效电阻。当电池组10的绝缘状况保持良好时，第一和第二绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)的电阻值将会具有足够大的值，并且相反，当电池组10处于绝缘击穿状态时，第一和第二绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)的至少一个电阻值将具有低于临界值的非常小的值。
此外，寄生电容CP(+)、CP(-)被连接到电池20的正电极端子NP和负电极端子NN。具体地，正电极侧寄生电容CP(+)连接在接地与电池20的正电极端子NP之间，并且负电极侧寄生电容CP(-)连接在接地与电池20的负电极端子NN之间。类似于绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)，寄生电容CP(+)、CP(-)被认为是表示电容器分量的等效电容。如图4中所示，寄生电容CP(+)、CP(-)均可以以与绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)并联连接的形式被等效。
再次参考图3和4，绝缘电阻计算装置100包括第一保护电阻器R11、第二保护电阻器R21、第一参考电阻器R12、第二参考电阻器R22、切换单元130、电压测量单元150和处理器160。第一保护电阻R11和第一参考电阻R12经由第一公共节点NC1互连，并且被称为第一分压单元110。第二保护电阻器R21和第二参考电阻器R22经由第二公共节点NC2互连，并且被称为第二分压单元120。
根据一个实施例，绝缘电阻计算装置100还可以包括连接在第二参考电阻器R22与接地之间的直流电压源140。因为第二参考电阻器R22连接在接地与电池20的负电极端子NN之间，所以施加在第二公共节点NC2与接地之间的电压可以具有负值。因此，直流电压源140可以被提供用于使在第二公共节点NC2与接地之间施加的电压具有正值。在这种情况下，可以设置从直流电压源140输出的电压值VDC，使得施加在第二公共节点NC2与接地之间的电压具有正值(即，第二检测电压等于或大于0V)，并且预存储在处理器160中。
可选地，绝缘电阻计算装置100还可以包括信息呈现单元。信息呈现单元可以包括发光二极管(LED)、显示器和扬声器中的至少一个，以用户可识别的信号的形式输出与电池20的绝缘状况相关联的信息。
处理器160可以包括开关控制单元161、电压估计单元162和绝缘电阻计算单元163。另外，处理器160可以被实现为使得其也包括电压测量单元150。
切换单元130可以包括第一开关SW1和第二开关SW2。第一开关SW1可以连接在正电极端子NP和第一分压单元110之间。第二开关SW2可以连接在负电极端子NN和第二分压单元120之间。第一开关SW1和第二开关SW2可以响应于来自开关控制单元161的信号而被独立地控制。也就是说，当第一开关SW1和第二开关SW2各自被接通或断开时，第一开关SW1和第二开关SW2可以根据最多四种切合模式操作。四种切换模式包括第一切换模式，其中第一开关SW1和第二开关SW2被“接通-断开”；第二切换模式，其中第一开关SW1和第二开关SW2被“断开-接通”；第三切换模式，其中第一开关SW1和第二开关SW2“接通-接通”；以及第四切换模式，其中第一开关SW1和第二开关SW2“断开-断开”。因此，可以通过每种切换模式在电池组10中形成不同的电路。
当第一开关SW1接通时，第一保护电阻器R11和第一参考电阻器R12可以串联连接在接地与电池20的正电极端子NP之间。当第一开关SW1断开时，第一保护电阻器R11和第一参考电阻器R12可以与电池20的正电极端子NP电分离。
具体地，第一保护电阻R11的一端和第一参考电阻R12的一端通过第一公共节点NC1连接。另外，第一保护电阻器R11的另一端通过第一开关SW1连接到正电极端子NP或与正电极端子NP分开。另外，第一参考电阻器R12的另一端连接到接地。
当第二开关SW2被接通时，第二保护电阻器R21和第二参考电阻器R22可以串联连接在接地与电池20的负电极端子NN之间。当第二开关SW2被断开时，第二保护电阻器R21和第二参考电阻器R22可以与电池20的负电极端子NN电分离。
具体地，第二保护电阻R21的一端和第二参考电阻R22的一端通过第二公共节点NC2连接。另外，第二保护电阻R21的另一端通过第二开关SW2与负电极端子NN连接或分离。另外，第二参考电阻器R22的另一端连接到接地。
第一保护电阻器R11、第一参考电阻器R12、第二保护电阻器R21和第二参考电阻器R22的每个电阻值可以被预先存储在处理器160中。优选地，第一保护电阻器R11的电阻值与第一参考电阻器R12的电阻值之间的比率可以与第二保护电阻器R21的电阻值与第二参考电阻器R22的电阻值之间的比率相同。例如，第一保护电阻器R11的电阻值可以等于第二保护电阻器R21的电阻值，并且第一参考电阻器R12的电阻值可以等于第二参考电阻器R22的电阻值。
施加到第一分压单元110的电压可以基于第一保护电阻器R11的电阻值与第一参考电阻器R12的电阻值之间的比率来划分，并且由电压测量单元150测量。类似地，施加到第二分压单元120的电压可以基于第二保护电阻器R12的电阻值与第二参考电阻器R22的电阻值之间的比率来划分，并且由电压测量单元150测量。
开关控制单元161可以根据预设规则独立地控制第一开关SW1和第二开关SW2。即，开关控制单元161可以选择性地接通或断开第一开关SW1和第二开关SW2。开关控制单元161可以通过控制第一开关SW1和第二开关SW2在电池组10中形成不同的电路。
更具体地，开关控制单元161可以通过控制第一开关SW1和第二开关SW2如下地形成各种电路。
开关控制单元161在第一切换模式下接通第一开关SW1并且断开第二开关SW2以形成第一电路CC1。第一电路CC1指的是其中第一分压单元110连接到正电极端子NP并且第二分压单元120与负电极端子NN分离的电路。
另外，开关控制单元161在第二切换模式下断开第一开关SW1并且接通第二开关SW2以形成第二电路CC2。第二电路CC2指的是其中第一分压单元110与正电极端子NP分离并且第二分压单元120连接至负电极端子NN的电路。
另外，开关控制单元161在第三切换模式中接通第一开关SW1和第二开关SW2以形成第三电路。第三电路指的是其中第一分压单元110连接到正电极端子NP并且第二分压单元120连接到负电极端子NN的电路。
另外，开关控制单元161在第四切换模式中断开第一开关SW1和第二开关SW2以形成第四电路。第四电路指的是其中第一参考电阻器R12没有连接到正电极端子NP并且第二参考电阻器R22没有连接到负电极端子NN的电路。
电压测量单元150可以测量施加到第一公共节点NC1的电压(在下文中，被称为“第一检测电压”)和施加到第二公共节点NC2的电压(在下文中，被称为“第二检测电压”)。
为此，电压测量单元150可以包括连接到第一公共节点NC1的第一输入端口IN1和连接到第二公共节点NC2的第二输入端口IN2。电压测量单元150可以包括作为电压传感器的模拟-数字转换器(ADC)，并且ADC可以将与在第一输入端口IN1处形成的电势对应的模拟信号转换成数字信号，并且将与在第二输入端口IN2处形成的电势对应的模拟信号转换成数字信号。
电压测量单元150可以在第一切换模式中在每个预设第一时间顺序地测量第一检测电压至少三次，并且在第二切换模式中在每个预设第二时间顺序地测量第二检测电压至少三次。在这种情况下，第一时间和第二时间中的任何一个可以彼此相同或不同。另外，电压测量单元150可以在第三切换模式中测量第一检测电压和第二检测电压中的每一个至少一次。
电压测量单元150可以将第一切换模式中的测量值、第二切换模式中的测量值以及第三切换模式中的测量值发送到电压估计单元162。
电压估计单元162可以基于从电压测量单元150发送的在第三切换模式下的第一检测电压的测量值和第二检测电压的测量值来计算电池20的电压VBat。
另外，电压估计单元162可以基于从电压测量单元150发送的与第一切换模式和第二切换模式相关联的测量值来估计第一切换模式中的第一检测电压和第二切换模式中的第二检测电压中的每一个的收敛值。
如上所述，在第一切换模式中，由于寄生电容CP(+)而需要相当大的时间量来稳定第一检测电压(即，电压变化率等于或大于临界值)，并且在第一检测电压实际稳定之前，基于第一检测电压的测量值，电压估计单元162可以预先估计作为第一检测电压将最终到达的电压值的第一收敛值。
同样地，在第二切换模式中，由于寄生电容CP(-)而需要相当大的时间量来稳定第二检测电压，并且在第二检测电压实际稳定之前，基于第二检测电压的测量值，电压估计单元162可以预先估计作为第二检测电压将会最终到达的电压值的第二收敛值。
具体地，当形成第一电路CC1时，电压估计单元162可以记录通过电压测量单元150顺序测量至少三次的第一检测电压的测量值，并且基于记录的第一检测电压的测量值估计第一检测电压的收敛值。
除此之外，当形成第二电路CC2时，电压估计单元162可以记录通过电压测量单元150顺序测量至少三次的第二检测电压的测量值，并且基于记录的第二检测电压的测量值估计第二检测电压的第二收敛值。
电压估计单元162可以使用下面的等式1以估计第一收敛值和第二收敛值中的每一个。
[等式1]
在等式1中，当通过在第一切换模式中在每个预设的第一时间顺序地测量第一检测电压而获得的三个测量值被替换为y1、y2和y3时，yf是第一收敛值。
在等式1中，当通过在第二切换模式中在每个预设第二时间顺序地测量第二检测电压而获得的三个测量值被替换为y1、y2和y3时，yf是第二收敛值。
可以通过以下等式2至9得出等式1。
当在第一切换模式中形成的第一电路CC1的电阻器R11、R12、RLeak(+)、RLeak(-)的电阻值和电容器CP(+)、CP(-)的电容被等效时，第一电路CC1是一阶电路。类似地，当在第二切换模式中形成的第二电路CC2的电阻器R21、R22、RLeak(+)、RLeak(-)的电阻值和电容器CP(+)、CP(-)的电容被等效时，第二电路CC2也是与第一电路CC1不同的一阶电路。
因此，形成第一电路CC1时的第一检测电压和形成第二电路CC2时的第二检测电压可以以诸如下面的等式2的任意一阶电路的完全响应的形式来表示。
[等式2]
在等式2中，t是自形成一阶电路起流逝的时间，RC是一阶电路的时间常数，yf是对应于一阶电路的受迫响应的收敛值，yi是形成一阶电路后的初始值，v(t)是在t上的完全响应。
从等式2的两侧减去yf，则等式2可以表示为下面的等式3。
[等式3]
当t1<t2<t3时，v(t1)＝y1、v(t2)＝y2、v(t2)＝y3，并且t1、t2、t3中的每一个被等式3的t代替，给出下面三个等式。
[等式4]
[等式5]
[等式6]
当等式4除以等式5时，给出以下等式7，并且当等式5除以等式6时，给出以下等式8。
[等式7]
[等式8]
在等式7和等式8中，当t2-t1＝t3-t2时，给出下面的等式9。
[等式9]
当关于yf写等式9时，给出上面的等式1。也就是说，在表示一阶电路的完全响应的等式2中，只有yf、yi和RC是未知的，因此如果确定将针对y1、y2和y3中的每一个被代替的三个不同测量值，则可以获得用于一阶电路的完全响应的yf、yi和RC。
当完成电压估计单元162对第一收敛值和第二收敛值的估计时，绝缘电阻计算单元163可以基于估计的第一收敛值和第二收敛值计算第一绝缘电阻RLeak(+)和第二绝缘电阻RLeak(-)。
在下文中，将参考图5至8详细地描述用于估计第一收敛值和第二收敛值的操作。
图5是图示当根据本公开的实施例的绝缘电阻计算装置处于第一切换模式时在电池组10中形成的第一电路CC1的参考图，并且图6是图示当图1中所示的第一电路CC1被形成时第一检测电压中的变化的参考图。
参考图5和6，当在第一切换模式中第一开关接通并且第二开关断开时，第一电路CC1形成在电池组10中。在图6中示出的曲线图中，实线是存在寄生电容CP(+)、CP(-)时的轮廓，而虚线是没有寄生电容CP(+)、CP(-)时的轮廓。
当形成第一电路CC1时，电压测量单元150顺序地测量第一检测电压至少三次，并且将测量值发送到电压估计单元162。当形成第一电路CC1时，电压测量单元150推迟测量第二检测电压。
假定从TSW1_i到TSW1_f保持第一切换模式。在这种情况下，TSW1_i是当绝缘电阻计算装置进入第一切换模式时的时间点，并且与形成第一电路CC1的时间点相同。此外，TSW1_f是当第一个检测电压实际达到稳定状态时的时间点，并且可能取决于寄生电容CP(+)、CP(-)被充电多少而变化。另外，在图6中所示的曲线图中，TSW1_i之前和TSW1_f之后的区域表示当第一开关被断开时的第一检测电压。
电压测量单元150可以在TSW1_i之后各个第一时间顺序地测量第一检测电压至少三次。例如，电压测量单元150可以在ta、tb和tc处测量第一检测电压，并且将测量值Va、Vb、Vc发送到电压估计单元162。在这种情况下，第一时间＝tb-ta＝tc-tb。因此，电压估计单元162可以记录在ta处的测量值Va、在tb处的测量值Vb和在tc处的测量值Vc。
电压估计单元162可以通过分别将记录的测量值Va、Vb、Vc代替上述等式1的y1、y2和y3来估计TSW1_f之前的第一收敛值。例如，当Va＝5V、Vb＝2V、Vc＝1V时，通过等式1第一收敛值＝yf＝(4-5)/(4-6)＝0.5V。
图7是图示当根据本公开的实施例的绝缘电阻计算装置处于第二切换模式时在电池组10中形成的第二电路CC2的参考图，并且图8是图示当图7中所示的第二电路CC2被形成时第二检测电压中的变化的参考图。
参考图7和8，当在第二切换模式下第一开关被断开并且第二开关被接通时，第二电路CC2形成在电池组10中。在图8中所示的曲线图中，实线是存在寄生电容CP(+)、CP(-)时的轮廓，并且虚线是不存在寄生电容CP(+)、CP(-)时的轮廓。
当形成第二电路CC2时，电压测量单元150顺序地测量第二检测电压至少三次，并且将测量值发送到电压估计单元162。当形成第二电路CC2时，电压测量单元150推迟测量第一检测电压。
假设从TSW2_i到TSW2_f保持第二切换模式。在这种情况下，TSW2_i是绝缘电阻计算装置进入第二切换模式时的时间点，并且与形成第二电路CC2的时间点相同。另外，TSW2_f是当第二检测电压实际上达到稳定状态时的时间点，并且可以取决于寄生电容CP(+)、CP(-)被充电多少而变化。另外，在图8中所示的曲线图中，TSW2_i之前和TSW2_f之后的区域表示当第二开关被断开时的第二检测电压。
电压测量单元150可以在TSW2_i之后的各个第二时间顺序地测量第二检测电压至少三次。例如，电压测量单元150可以在td、te和tf处测量第二检测电压，并且将测量值Vd、Ve、Vf发送到电压估计单元162。在这种情况下，第二时间＝te-td＝tf-te。因此，电压估计单元162可以记录在td处的测量值Vd、在te处的测量值Ve和在tf处的测量值Vf。
电压估计单元162可以通过分别将所记录的测量值代替上述等式1的y1、y2和y3估计TSW2_f之前的第二收敛值。例如，当Vd＝6V、Ve＝9V、Vf＝10V时，通过等式1第二收敛值＝yf＝(81-60)/(18-16)＝10.5V。
同时，由于电压测量单元150的测量错误，由电压测量单元150测量的第一检测电压和/或第二检测电压可能与真实值不同。当基于与真实值不同的测量值估计第一收敛值和/或第二收敛值时，可能出现两个很大的问题。第一个问题是电池组10中发生绝缘击穿，但是错误地确定绝缘击穿没有发生。第二个问题是电池组10不处于绝缘击穿状态，但是错误地确定在电池组10中发生绝缘击穿。
因此，在基于第一收敛值和第二收敛值计算绝缘电阻RLeak(+)、RLeak(-)之前，有必要确定在第一切换模式和第二切换模式中的每一种模式中在测量期间是否存在测量错误。
图9和图10是图示用于通过根据本公开的实施例的绝缘电阻计算装置确定在第一切换模式中的测量值中是否发生测量错误的操作的参考图。假设Δt1＝t12-t11＝t13-t12。
考虑到一阶电路的完全响应的可变特性，可以预设用于确定第一切换模式中是否发生测量错误的准则。
具体地，从等式2中能够看到，一阶电路的完全响应易于以指数方式增大或减小。
因此，可以通过检查下述的第一和第二条件中的至少一个确定在第一切换模式中是否发生测量错误。
<第一条件>
在三个或更多个测量值中，任何一个测量值都大于稍后测量的测量值。
<第二条件>
在三个或更多测量值中，连接两个较早测量值的直线的斜率的绝对值大于连接两个稍后测量值的直线的斜率的绝对值。
当第一条件和第二条件中的至少一个不被满足时，电压估计单元162确定在第一切换模式中发生测量错误。优选地，电压估计单元162可以较早地检查第一条件和第二条件中的一个，并且当较早检查的条件被满足时，可以检查是否满足剩余条件。
参考图9，为了确定是否满足第一条件，电压估计单元162可以在第一切换模式期间通过电压测量单元150以依次的顺序检查在t11、t12和t13处测量的测量值V11、V12、V13中的至少两个的大小关系。也就是说，电压估计单元162可以检查V11和V12的大小关系和/或V12和V13的大小关系。
例如，在图9中，因为在其中发生测量错误的t12处的测量值V12等于或高于在比t12早的t11处的测量值V11，所以电压估计单元162可以确定不满足第一条件。在这种情况下，电压估计单元162可以确定在第一切换模式中的测量值V11、V12、V13中的至少一个中发生测量错误，而不需要检查是否满足第二条件。
参考图10，电压估计单元162计算至少两条直线的斜率以确定是否满足第二条件。具体地，电压估计单元162可以计算连接在t11处测量的测量值V11和在比t11晚的t12处测量的测量值V12的第一直线的斜率＝(V12-V11)/第一时间、和连接测量值V12和在t13处测量的测量值V13的第二直线的斜率＝(V13-V12)/第一时间中的每一个。
第一直线的斜率＝(V12-V11)/Δt1
第二直线的斜率＝(V13-V12)/Δt1
例如，如图10中所示，当由于在t12处的测量值V12和在t13处的测量值V13中发生的错误而导致第二直线的斜率的绝对值等于或高于第一直线的斜率的绝对值时，电压估计单元162可以确定第二条件不被满足。
当第一条件和第二条件中的至少一个不被满足时，电压估计单元162可以重新执行第一切换模式直到满足第一条件和第二条件。
图11和图12是图示根据本公开的实施例的用于确定通过绝缘电阻计算装置在第二切换模式中的测量值中是否发生测量错误的操作的参考图。假设Δt2＝t22-t21＝t23-t22。
类似于参考图9和图10在上面进行的描述，考虑到一阶电路的完全响应的可变特性，可以预设用于确定在第二切换模式中是否发生测量错误的准则。
可以通过检查下述的第三和第四条件中的至少一个确定是否在第二切换模式中发生测量错误。
<第三条件>
在三个或更多个测量值当中，任何一个测量值都低于稍后测量的测量值。
<第四条件>
在三个或更多测量值当中，连接两个较早的测量值的直线的斜率的绝对值大于连接两个较晚的测量值的直线的斜率的绝对值。
当第三条件和第四条件中的至少一个不满足时，电压估计单元162确定在第二切换模式中发生测量错误。优选地，电压估计单元162可以较早地检查第三条件和第四条件中的一个，并且当较早检查的条件被满足时，可以检查是否满足剩余条件。
参考图11，为了确定是否满足第三条件，电压估计单元162可以在第二切换模式下通过电压测量单元150以依次的顺序检查在t21、t22和t23处测量的测量值V21、V22、V23中的至少两个的大小关系。也就是说，电压估计单元162可以检查V21和V22的大小关系和/或V22和V23的大小关系。
例如，在图11中，因为在t12处测量的测量值V22等于或低于在比t12早的t11处测量的测量值V21，所以电压估计单元162可以确定不满足第三条件。在这种情况下，电压估计单元162可以确定在第二切换模式中在测量值V21、V22、V23中的至少一个中发生测量错误，而不需要检查是否满足第四条件。
参考图12，为了确定是否满足第四条件，电压估计单元162计算至少两条直线的斜率。具体地，电压估计单元162可以计算连接最早测量的测量值V21和稍后测量的测量值V22的第三直线的斜率和连接测量值V22和最近测量的测量值V23的第四直线的斜率V23中的每一个。
第三直线的斜率＝(V22-V21)/Δt2
第四直线的斜率＝(V23-V22)/Δt2
例如，如图12中所示，如果由于在t22处的测量值V12和在t23处的测量值V13中发生的错误而引起的第四直线的斜率的绝对值等于或高于第三直线的斜率的绝对值，电压估计单元162可以确定不满足第四条件。
当第三条件和第四条件中的至少一个不被满足时，电压估计单元162可以重新执行第二切换模式直到满足第三条件和第四条件。
可选地，当第一至第四条件全部满足时，处理器160可以将最近设置的第一时间减少预定值。类似地，当第一至第四条件全部满足时，处理器160可以将最近设置的第二时间减少预定值。也就是说，当满足第一到第四条件时，处理器160可以一起或者单独地减少用于第一切换模式中的第一检测电压的测量时间间隔Δt1和用于第二切换模式中的第二检测电压的测量时间间隔Δt2。
图13和图14是图示用于通过根据本公开的实施例的绝缘电阻计算装置基于第一收敛值和第二收敛值计算第一绝缘电阻和第二绝缘电阻的操作的参考图。
参考图13，示出其中从第一电路CC1去除寄生电容CP(+)、CP(-)的电路C11。另外，参考图14，示出其中从第二电路CC2去除寄生电容CP(+)、CP(-)的电路C12。
估计第一收敛值和第二收敛值的情况意味着第一检测电压和第二检测电压不再由于寄生电容CP(+)、CP(-)而改变并且达到稳定状态，并且因此第一电路CC1可以用电路CC11替换，并且第二电路CC2可以用电路CC12替换。
用于电路CC11的第一电路的等式可由以下等式10表示，并且用于电路CC12的第二电路等式可由下面的等式11表示。
[等式10]
[等式11]
在等式10和等式11中，R1等于第一保护电阻器R11和第二保护电阻器R21的电阻值，R2等于第一参考电阻器R12和第二参考电阻器R22的电阻值，VBat是电池的电压值，V1是第一收敛值，并且V2是第二收敛值。
在等式10和等式11的变量中，R1和R2是预设值，V1、V2和VBat是由电压估计单元162估计的值，并且因此，仅第一绝缘电阻RLeak(+)和第二绝缘电阻RLeak(-)是未知的。当针对第一绝缘电阻RLeak(+)和第二绝缘电阻RLeak(-)写等式10和等式11时，给出下面的等式12。
[等式12]
绝缘电阻计算单元163可以通过分别用第一收敛值和第二收敛值代替等式12的V1和V2来限定电池20的第一绝缘电阻RLeak(+)和第二绝缘电阻RLeak(-)的每个值。
绝缘电阻计算单元163可以通过将计算的第一绝缘电阻RLeak(+)和第二绝缘电阻RLeak(-)中的每一个与预设参考值进行比较来确定电池20中是否发生绝缘击穿。也就是说，当计算的第一绝缘电阻RLeak(+)和第二绝缘电阻RLeak(-)中的至少一个等于或低于参考值时，绝缘电阻计算单元163可以确定电池20处于泄漏状态。具体地，当第一绝缘电阻RLeak(+)等于或低于参考值时，绝缘电阻计算单元163可以确定在电池20的正电极端子一侧发生绝缘击穿，并且当第二绝缘电阻RLeak(-)等于或低于参考值时，确定在电池20的负电极端子一侧发生绝缘击穿。
当电池20被确定为处于泄漏状态时，绝缘电阻计算单元163可以输出包括用于通知电池20处于泄漏状态(即，绝缘击穿)的信息的报警信号。另外，报警信号甚至可以包括与第一绝缘电阻RLeak(+)和第二绝缘电阻RLeak(-)中的哪一个等于或者低于参考值相关联的信息。
根据本公开的另一方面，绝缘电阻计算装置100可以被包括在电池组10中。即，根据本公开的另一方面的电池组10可以包括绝缘电阻计算装置100。
另外，根据本公开的又一方面，绝缘电阻计算装置100可以被包括在电动车辆中。也就是说，根据本公开的又一方面的电动车辆可以包括绝缘电阻计算装置100。这里，电动车辆是使用电能作为电源的运输工具，并且包括电动车辆以及混合动力车辆。
在下文中，将描述根据本公开的另一方面的绝缘电阻计算方法。上述绝缘电阻计算装置的描述可以应用于根据本公开的另一方面的绝缘电阻计算方法，并且在此省略重复描述。
根据本公开的一个方面的绝缘电阻计算方法是用于使用上述绝缘电阻计算装置测量绝缘电阻的方法，并且绝缘电阻计算方法的每个步骤可以由上述绝缘电阻计算装置的各个元件执行。
图15和16是示出根据本公开的实施例的绝缘电阻计算方法的流程图。
首先，参考图15，在S1510处，处理器160通过控制开关单元130形成第一电路CC1。具体地，处理器160进入第一切换模式，并且接通第一开关SW1并断开第二开关SW2以形成第一电路CC1。
在S1520处，当形成第一电路CC1时，处理器160记录通过电压测量单元150顺序测量至少三次的第一检测电压的测量值。
在S1530处，处理器160确定在通过S1520记录的第一检测电压的测量值中是否发生测量错误。
在S1540处，处理器160基于所记录的第一检测电压的测量值估计第一收敛值。
在S1550处，处理器160通过控制切换单元130形成第二电路CC2。具体地，处理器160进入第二切换模式，并且断开第一开关SW1并接通第二开关SW2以形成第二电路CC2。
在S1560处，当形成第二电路CC2时处理器160记录通过电压测量单元150顺序测量至少三次的第二检测电压的测量值。
在S1570处，处理器160确定在通过S1550记录的第二检测电压的测量值中是否发生测量错误。
在S1580处，处理器160基于所记录的第二检测电压的测量值估计第二收敛值。
尽管图15示出S1510、S1520、S1530和S1540先于S1550、S1560、S1570和S1580，但是本公开不限于此顺序。
当S1540和S1580结束时，该方法进入S1585。
在S1585处，处理器160基于第一收敛值和第二收敛值计算第一绝缘电阻RLeak(+)和第二绝缘电阻RLeak(-)。
在S1590处，处理器160基于第一绝缘电阻RLeak(+)和第二绝缘电阻RLeak(-)确定电池20中是否发生绝缘击穿。
在S1595处，当通过S1590确定电池20中发生绝缘击穿时，处理器160输出报警信号。从处理器160输出的报警信号可以通过设置在绝缘电阻计算装置100和/或外部装置(例如，车辆)中的输出装置转换为用户可识别的格式(例如，图像、音频)。
可以在每个预设的操作周期迭代地执行在图15和图16中示出的以上步骤。
虽然在上文中已经关于有限数量的实施例和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，并且应理解，本领域的技术人员可以在本发明的技术方面和所附权利要求的等同范围中进行各种修改和变化。
在相应的实施例的上下文中描述的某些特征可以在单个实施例中组合实现。相反地，也能够在各种实施例中单独地或以任何合适的子组合实现在单个实施例的上下文中描述的各种特征。

Claims (10)

1.一种绝缘电阻计算装置，包括：
切换单元，所述切换单元包括独立控制的第一开关和第二开关；
第一保护电阻器和第一参考电阻器，当所述第一开关接通时所述第一保护电阻器和所述第一参考电阻器被串联地连接在接地与电池的正电极端子之间；
第二保护电阻器和第二参考电阻器，当所述第二开关被接通时所述第二保护电阻器和所述第二参考电阻器被串联地连接在所述接地与所述电池的负电极端子之间；
电压测量单元，所述电压测量单元被配置成测量施加到所述第一参考电阻器的第一检测电压和施加到所述第二参考电阻器的第二检测电压；以及
处理器，所述处理器被配置成根据预设规则控制所述第一开关和所述第二开关，记录所述第一检测电压的测量值和所述第二检测电压的测量值，并且计算所述接地与所述电池的所述正电极端子之间的第一绝缘电阻和所述接地与所述电池的负电极端子之间的第二绝缘电阻，
其中所述处理器被配置成：
在所述第一开关被接通并且所述第二开关被断开的第一切换模式中，记录通过所述电压测量单元顺序测量至少三次的所述第一检测电压的测量值，
在所述第一开关被断开并且所述第二开关被接通的第二切换模式中，记录通过所述电压测量单元顺序测量至少三次的所述第二检测电压的测量值，
基于在所述第一切换模式中记录的所述第一检测电压的测量值中的至少两个，确定在所述第一切换模式下是否发生测量错误，
基于在所述第二切换模式下记录的所述第二检测电压的测量值中的至少两个，确定在所述第二切换模式中是否发生测量错误，
当确定在所述第一切换模式中没有发生测量错误时，基于在所述第一切换模式下记录的所述第一检测电压的测量值，估计所述第一检测电压的收敛值，
当确定在所述第二切换模式中没有发生测量错误时，基于在所述第二切换模式中记录的所述第二检测电压的测量值，估计所述第二检测电压的收敛值，并且
基于所述第一检测电压的收敛值和所述第二检测电压的收敛值计算所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻。
2.根据权利要求1所述的绝缘电阻计算装置，其中，所述电压测量单元被配置成：
在所述第一切换模式中在每个预设第一时间顺序地测量所述第一检测电压至少三次，并且
在所述第二切换模式中在每个预设第二时间顺序地测量所述第二检测电压至少三次。
3.根据权利要求1所述的绝缘电阻计算装置，其中，在所述第一切换模式中的测量值包括第一测量值、所述第一测量值之后的第二测量值以及所述第二测量值之后的第三测量值，并且
所述处理器被配置成：
当所述第一测量值等于或者低于所述第二测量值，或者当所述第二测量值等于或者低于所述第三测量值时，确定在所述第一切换模式中发生测量错误。
4.根据权利要求1所述的绝缘电阻计算装置，其中，在所述第二切换模式中的测量值包括第四测量值、所述第四测量值之后的第五测量值以及所述第五测量值之后的第六测量值，并且
所述处理器被配置成：
当所述第四测量值等于或者低于所述第五测量值，或者当所述第五测量值等于或者小于所述第六测量值时，确定在所述第二切换模式中发生测量错误。
5.根据权利要求1所述的绝缘电阻计算装置，其中，所述第一切换模式下的测量值包括第一测量值、所述第一测量值之后的第二测量值以及所述第二测量值之后的第三测量值，并且
所述处理器被配置成：
当连接所述第一测量值和所述第二测量值的第一直线的斜率的绝对值等于或低于连接所述第二测量值和所述第三测量值的第二直线的斜率的绝对值时，确定在所述第一切换模式中发生测量错误。
6.根据权利要求1所述的绝缘电阻计算装置，其中，所述第二切换模式中的测量值包括第四测量值、所述第四测量值之后的第五测量值、以及所述第五测量值之后的第六测量值，并且
所述处理器被配置成：
当连接所述第四测量值和所述第五测量值的第三直线的斜率的绝对值等于或低于连接所述第五测量值和所述第六测量值的第四直线的斜率的绝对值时，确定在所述第二切换模式中发生测量错误。
7.根据权利要求1所述的绝缘电阻计算装置，其中，所述处理器被配置成：
当确定在所述第一切换模式中发生测量错误时重新执行所述第一切换模式，并且
当确定在所述第二切换模式中发生测量错误时重新执行所述第二切换模式。
8.根据权利要求1所述的绝缘电阻计算装置，进一步包括：
直流电压源，所述直流电压源被连接在所述第二参考电阻器与所述接地之间。
9.根据权利要求1所述的绝缘电阻计算装置，其中，所述处理器被配置成：
在所述第一开关被接通并且所述第二开关被接通的第三切换模式中测量所述第一检测电压和所述第二检测电压，并且
进一步基于在所述第三切换模式中的所述第一检测电压的测量值和所述第二检测电压的测量值计算所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻。
10.一种用于使用根据权利要求1至9中的任意一项所述的绝缘电阻计算装置计算绝缘电阻的方法，所述绝缘电阻计算方法包括：
在所述第一开关被接通并且所述第二开关被断开的第一切换模式中顺序地测量所述第一检测电压至少三次；
在所述第一开关被断开并且所述第二开关被接通的第二切换模式中顺序地测量所述第二检测电压至少三次；
基于在所述第一切换模式中的测量值中的至少两个，确定在所述第一切换模式下是否发生测量错误；
基于在所述第二切换模式下的测量值中的至少两个，确定在所述第二切换模式中是否发生测量错误；
当确定在所述第一切换模式中没有发生测量错误时，基于在所述第一切换模式下的测量值，估计所述第一检测电压的收敛值；
当确定在所述第二切换模式中没有发生测量错误时，基于在所述第二切换模式中的测量值，估计所述第二检测电压的收敛值；以及
基于所述第一检测电压的收敛值和所述第二检测电压的收敛值计算所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻。
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