CN108713150A - 诊断装置和包括该诊断装置的电力系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于电力系统的诊断装置。电力系统包括电池组件和至少一个接触器。至少一个接触器中的每一个被配置成选择性地闭合或断路电池组件和负载之间的电力供应路径。诊断装置被配置成在确定电池组件的电流泄漏的第一诊断功能和确定至少一个接触器的短路的第二诊断功能中的一个正在被执行的同时，执行第一诊断功能和第二诊断功能中的另一个。

Description

诊断装置和包括该诊断装置的电力系统
技术领域
本申请要求于2016年10月10日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2016-0130781的优先权，其公开内容通过引用被合并在此。
本发明涉及一种诊断装置和包括诊断装置的电力系统，并且更具体地，涉及一种用于诊断电力系统中产生的电流泄漏事故和短路事故的装置，和包括该装置的电力系统。
背景技术
近来，随着诸如笔记本电脑、摄像机、便携式电话等便携式电子产品需求的快速增长，以及电动汽车、用于能量储存的蓄电池、机器人、卫星等的认真开发，正在对能够重复充电和放电的高性能二次电池进行积极研究。
目前被商业化的二次电池是镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等，并且其中的锂二次电池，因为与镍基二次电池相比几乎不产生记忆效应根据自由充电/放电、自放电率非常低、以及高能量密度的优点，而受到关注。
同时，电力系统在诸如电动汽车的需要电能的各种装置中是必不可少的。电力系统通过选择性地闭合或断路至少一个接触器来负责电池和负载之间的稳定电力供应。
关于电力系统的安全性，需要诊断主要两种类型的事故的发生。一个是电池的电流泄漏事故，并且另一个是接触器的短路事故。当产生电流泄漏事故时，用户有遭受电击等的风险，并且当产生短路事故时，存在突然意外加速等的风险。
已经容易地公开用于诊断电流泄漏事故的现有技术和用于诊断短路事故的现有技术，但是没有公开用于同时诊断两种类型事故的现有技术。
如果不同时诊断电流泄漏事故和短路事故，则可能会产生严重的安全问题。例如，当在完成电流泄漏事故的诊断之后开始短路事故的诊断时，不能将短路事故的产生快速通知给用户。
发明内容
技术问题
本公开被设计以解决上述问题，并且因此本公开针对于提供一种诊断装置和包括该诊断装置的电力系统，该诊断装置能够当确定电池模块的电流泄漏的第一诊断功能被执行时执行确定至少一个接触器的短路的第二诊断功能，或者能够当第二诊断功能被执行时执行第一诊断功能。
从下面的详细描述中可以理解本公开的这些和其他目的和优点，并且从本公开的示例性实施例将变得更加明显。而且，将容易理解的是，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求及其组合中示出的手段来实现。
技术解决方案
用于实现目标的本公开的各种实施例如下。
在本公开的一个方面中，提供一种用于电力系统的诊断装置，该电力系统包括电池组件、第一接触器、第二接触器、第一保护电容器和第二保护电容器。该诊断装置包括：第一分压单元，该第一分压单元被连接在电力系统的接地与第一节点之间，电池组件的正电极和第一接触器的一端被共同连接到第一节点，并且该第一分压单元被配置成通过对施加在第一节点和接地之间的电压进行分压来产生第一检测电压；第二分压单元，该第二分压单元被连接在接地与第二节点之间，电池组件的负电极与第二连接器的一端被共同连接到第二节点，并且该第二分压单元被配置成用于通过对施加在第二节点和接地之间的电压进行分压来产生第二检测电压；第三分压单元，该第三分压单元被连接在第二节点和第三节点之间，第一保护电容器的一端与第一接触器的另一端被共同连接到第三节点，并且该第三分压单元被配置成通过对在第三节点和第二节点之间的电压进行分压来产生第三检测电压；以及控制单元，该控制单元被配置成控制第一接触器、第二接触器和第一至第三分压单元。该控制单元可以被配置成，在第一接触器和第二接触器被控制在断路状态下的非活动区段期间，执行第一诊断功能和第二诊断功能。第一诊断功能可以是基于第一检测电压和第二检测电压确定电池组件的电流泄漏的功能，并且第二诊断功能可以是基于第三检测电压确定第一接触器和第二接触器中的至少一个的短路的功能。
第一分压单元可以包括：第一分压器和第一开关，该第一分压器被配置成对施加在第一节点和接地之间的电压进行分压，并且包括第一保护电阻器和第一检测电阻器；该第一开关被配置成，响应于从控制单元输出的信号，将施加在第一节点和接地之间的电压选择性地施加到第一分压器。此外，第二分压单元可以包括：第二分压器和第二开关，该第二分压器被配置成对施加在第二节点和接地之间的电压进行分压，并且包括第二保护电阻器和第二检测电阻器；该第二开关被配置成，响应于从控制单元输出的信号，将施加在第二节点和接地之间的电压选择性地施加到第二分压器。在这种情况下，当第一开关处于闭合状态时，第一检测电阻器可以产生第一检测电压，并且当第二开关处于闭合状态时，第二检测电阻器可以产生第二检测电压。
第三分压单元可以包括：第三分压器和第三开关，该第三分压器被配置成对施加在第三节点和第二节点之间的电压进行分压，并且包括第三保护电阻器和第三检测电阻器；该第三开关被配置成，响应于从控制单元输出的信号，将施加在第三节点和第二节点之间的电压选择性地施加到第三分压器。在这种情况下，当第三开关处于闭合状态时，第三检测电阻器可以产生第三检测电压。
一起或单独地，非活动区段可以包括第一切换周期，在其中第一开关和第三开关被控制在闭合状态下，并且第二开关被控制在断路状态下。控制单元可以被配置成记录第一模式，该第一模式包括在第一切换周期期间根据时间多次测量的第三检测电压的值，并且基于第一模式确定第一接触器的短路。
一起或单独地，非活动区段可以包括第二切换周期，在其中第一开关被控制在断路状态下，并且第二开关和第三开关被控制在闭合状态下。控制单元可以被配置成记录第二模式，该第二模式包括在第二切换周期期间根据时间多次测量的第三检测电压的值，并且基于第二模式确定第二接触器的短路。
根据实施例，非活动区段可以包括：第一切换周期，在其中第一开关和第三开关被控制在闭合状态下，并且第二开关被控制在断路状态下；和第二切换周期，在其中第一开关被控制在断路状态下，并且第二开关和第三开关被控制在闭合状态下。控制单元可以被配置成，当第三检测电压在第一切换周期逐渐减小同时具有正值并且在第二切换周期期间逐渐增加同时具有负值时，确定第一接触器和第二接触器处于正常状态下。同时，控制单元可以被配置成，当在第一切换周期或第二切换周期期间第三检测电压的值保持恒定时，确定第一接触器和第二接触器由于故障而短路。
一起或者单独地，控制单元可以包括：微处理器；多路复用器，该多路复用器被配置成，响应于从微处理器提供的信号，选择第一至第三检测电压中的至少一个；以及模拟-数字转换器(ADC)，该模拟-数字转换器(ADC)被配置成，将由多路复用器所选择的检测电压转换成数字信号，并且将数字信号发送到微处理器。
优选地，第一保护电容器和第二保护电容器中的每一个的另一端可以被共同连接到接地。
在本公开的另一方面中，还提供一种包括诊断装置的电力系统。
在本公开的另一方面中，还提供一种包括电力系统的电动汽车。
有益效果
根据本公开的至少一个实施例，当确定电池模块的电流泄漏的第一诊断功能正在执行时能够执行确定至少一个接触器的短路的第二诊断功能，或者当第二诊断功能被执行时能够执行第一诊断功能。因此，能够快速地向用户通知关于电流泄漏事故和短路事故的产生的信息。
本公开的效果不受上述效果的限制，并且根据所附的权利要求，未提及的其他效果对于本领域的普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
附图图示本公开的优选实施例，并且与前述公开一起用作提供对本公开的技术特征的进一步理解，并且因此，本公开不应被解释为限于附图。
图1和图2是示意性地图示根据本公开的实施例的电力系统和诊断装置的功能配置的框图。
图3示意性地图示可以包括在图2的诊断装置中的各种电路的配置。
图4示意性地图示可以另外地包括在图2的诊断装置中的各种电路的配置。
图5是示意性地图示控制诊断装置的操作的控制单元的功能配置的框图。
图6和7是用于解释根据本公开的实施例的确定电池模块的电流泄漏的诊断装置的操作的参考图。
图8和图9是用于解释根据本公开的实施例的确定至少一个接触器的故障的诊断装置的操作的参考图。
图10和11图示根据本公开的实施例的可由诊断装置形成的电路。
图12和13是与图10和11中所图示的电路有关的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述本公开的优选实施例。在描述之前，应理解的是，在说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般和字典含义，而是基于允许发明人适当地定义术语以获得最佳解释的原则基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。
因此，这里提出的描述仅是用于说明目的的优选示例，并非旨在限制本公开的范围，因此应理解，可以在不脱离本发明的范围的情况下对其进行其他等同和修改。
此外，在本公开的描述中，当认为其可能模糊本公开的实质时，可能省略对相关公知配置或功能的详细说明。
在整个说明书中，当部件“包括”组件时，除非存在与其相反的特定描述，否则该部件能够进一步包括其他组件，不排除其他组件。在以下描述中，诸如<控制单元>的术语指示用于处理至少一个功能或操作的单元，其中控制单元可以体现为硬件或软件或通过组合硬件和软件来体现。
此外，在整个说明书中，当区域“连接”到另一区域时，这些区域不仅可以“直接连接”，而且还可以经由其间的另一设备被“间接连接”。
图1和图2是示意性地图示根据本公开的实施例的电力系统10和诊断装置200的功能配置的框图。
首先，参考图1，电力系统10可以被包括在能够存储和供应电能的装置中，诸如电动汽车1等。当然，除了电动汽车1之外，电力系统10可以被包括在诸如能量存储系统的大规模电力存储系统中，或者被包括在诸如智能电话的小型电力存储系统中。
电力系统10基本上可以包括电池模块100、诊断装置200、除噪电路300和负载400。
电池模块100包括至少一个电池单体。当多个电池单体被包括在电池模块100中时，它们中的任意一个可以串联或并联连接到另一个。包括在电池模块100中的电池单体可以代表性地是锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。当然，电池单体的类型不限于上面列出的那些，并且没有特别限制，只要电池单体可重复充电和放电。
负载400将从电池模块100提供的电能转换为另一种形式的能量。例如，负载400可以包括电动机，并且在这种情况下，负载400可以将从电池模块100提供的电能转换为旋转能量。因此，包括在电动汽车1中的车轮和/或冷却风扇可以旋转。作为另一示例，负载400可以包括电阻器。在这种情况下，负载400可以将从电池模块100提供的电能转换成热能。
除噪电路300被配置成通过被连接在电池模块100和负载400之间来去除从电池模块100和负载400中的任意一个传输到另一个的噪声。
诊断装置200被配置成通过被连接在电池模块100和负载400之间来诊断预定类型的事故的产生。诊断装置200被配置成至少确定电池模块100的电流泄漏。另外，诊断装置200可以确定在电池模块100和负载400之间的电力供应路径上提供的至少一个接触器的故障。此外，诊断装置200可以控制电池模块100和负载400之间的电力供应路径。这里，至少一个接触器可以以被包括在诊断装置200中的形式提供。
图2是详细地图示图1的电力系统10的图。参考图2，电池模块100包括电池组件Batt，其包括至少一个电池单体。而且，电池模块100可以以另外包括第一绝缘电阻器Ra和第二绝缘电阻器Rb的形式呈现。第一绝缘电阻器Ra和第二绝缘电阻器Rb可以表示分别指示电池组件Batt的正电极和负电极的绝缘状态的虚拟电阻器，而不是在电池模块100的制造期间有意提供的物理电阻器。
当电力系统10被包括在电动汽车1中时，接地2可以是底盘。第一绝缘电阻器Ra以连接在接地2和形成最高电位的电池组件Batt的正电极之间的形式提供。第二绝缘电阻器Rb以连接在接地2和形成最低电位的电池组件Batt的负电极之间的形式提供。第一绝缘电阻器Ra和第二绝缘电阻器Rb用于防止触电事故，并且仅当各自电阻值足够高时，能够抑制由于电流泄漏而从电池组件Batt流出的泄漏电流。
存储在电池组件Batt中的电能被供应到连接到第一端子PP和第二端子PN的负载400。电池组件Batt的正电极通过第一电源线L1电连接到第一端子PP。电池组件Batt的负电极通过第二电源线L2电连接到第二端子PN。
接触器SWC1和SWC2可以包括在第一电力线L1和第二电力线L2中的至少一个中。例如，如所图示的，第一接触器SWC1可以设置在第一电力线L1上，并且第二接触器SWC2可以设置在第二电力线L2上。在这种情况下，通过第一电力线L1的电力供应路径可以由第一接触器SWC1选择性地断路或闭合，并且通过第二电力线L2的电力供应路径可以由第二接触器SWC2选择性地断路或闭合。仅当第一接触器SWC1和第二接触器SWC2都处于闭合状态时，从电池组件Batt到负载400的电力供应才是可能的。换句话说，当第一接触器SWC1和第二接触器SWC2中的至少一个处于断路状态时，阻止从电池组件Batt到负载400的电力供应。
在一些情况下，可以从电力系统10中省略第一接触器SWC1和第二接触器SWC2中的任意一个。例如，可以以被包括在电力系统100中的形式仅实现来自于第一接触器SWC1和第二接触器SWC2当中的第一接触器SWC1。在这种情况下，当第一接触器SWC1处于断路状态时，电池组件Batt和负载400之间的电力供应被阻止，并且仅当第一接触器SWC1处于闭合状态时电池组件Batt和负载400之间的电力供应才被执行。包括在第一电力线L1和第二电力线L2中的至少一个中的接触器可以被包括在稍后描述的诊断装置200中。在下文中，假设电力系统10包括第一接触器SWC1和第二接触器SWC2两者。
除噪电路300可以包括第一保护电容器C1和第二保护电容器C2。第一保护电容器C1和第二保护电容器C2串联连接在第一端子PP和第二端子PN之间，并且每个的两端中的一端共同连接到接地2。第一保护电容器C1和第二保护电容器电容器C2可以称为“Y-CAP”。第一保护电容器C1和第二保护电容器C2被配置成通过各自的电容减轻从电池组件Batt和负载400中的任何一个传递到另一个的噪声，例如电磁波。在下文中，假设第一保护电容器C1的电容和第二保护电容器C2的电容相同。
诊断装置200可以被配置成可选择性地连接到第一节点N1、第二节点N2、第三节点N3、第四节点N4和接地2中的至少一个。
第一节点N1位于电池组件Batt的正电极和第一接触器SWC1的一端之间。换句话说，第一节点N1是电池模块100的正电极和第一接触器SWC1的一端共同连接的节点。
第二节点N2位于电池组件Batt的负电极和第二接触器SWC2的一端之间。换句话说，第二节点N2是电池模块100的负电极和第二接触器SWC2的一端共同连接的节点。
第三节点N3位于第一保护电容器C1的两端的未连接到接地2的一个和第一接触器SWC1的另一端之间。换句话说，第三节点N3是第一保护电容器C1的一端和第一接触器SWC1的另一端共同连接的节点。
第四节点N4位于第二保护电容器C2的两端的未连接到接地2的一个和第二接触器SWC2的另一端之间。换句话说，第四节点N4是第二保护电容器C2的一端和第二接触器SWC2的另一端共同连接的节点。
诊断装置200可以选择可组合自第一节点N1、第二节点N2、第三节点N3、第四节点N4和接地2的两个点，并且测量在所选择的两个点之间施加的电压。例如，诊断装置200可以测量第一节点N1和第四节点N4之间的电压。作为另一示例，诊断装置200可以测量第一节点N1和接地2之间的电压。
诊断装置200可以基于与第一节点N1、第二节点N2、第三节点N3和第四节点N4中的至少一个相关的电压，顺序地或同时地确定电池模块100的电流泄漏和接触器SWC1和SWC2的故障。这将在下面参考图4至图13详细描述。
图3示意性地图示可以包括在图2的诊断装置200中的各种电路的配置。
参考图3，诊断装置200可以包括多个分压单元210、220、230和240。
第一分压单元210被设置以能够连接在第一节点N1和接地2之间。第一分压单元210被配置成产生对应于施加在第一节点N1和接地2之间的电压的第一检测电压V1。具体地，第一分压单元210可以包括被配置成被彼此串联地连接的第一开关SW1和第一分压器。第一分压器可以包括第一保护电阻器R11和第一检测电阻器R12。第一开关SW1被配置成响应于从稍后描述的控制单元270输出的信号，将施加在正电极和接地2之间的电压选择性地施加到第一分压器。当第一开关SW1处于闭合状态时，施加在第一节点N1和接地2之间的电压被第一分压器分压。第一检测电压V1表示施加到第一检测电阻器R12的两端的电压。在图3中，第一开关SW1连接在第一保护电阻器R11和第一检测电阻器R12之间，但是其间的连接顺序不受限制。
第二分压单元220被设置以能够连接在第二节点N2和接地2之间。第二分压单元220被配置成产生对应于施加在第二节点N2和接地2之间的电压的第二检测电压V2。具体地，第二分压单元220可以包括被配置成彼此串联连接的第二开关SW2和第二分压器。第二分压器可以包括第二保护电阻器R21和第二检测电阻器R22。第二开关SW2被配置成响应于从稍后描述的控制单元270输出的信号，将施加在负电极和接地2之间的电压选择性地施加到第二分压器。当第二开关SW2处于闭合状态时，施加在第二节点N2和接地2之间的电压被第二分压器分压。第二检测电压V2表示施加到第二检测电阻器R22的两端的电压。在图3中，第二开关SW2连接在第二保护电阻器R21和第二检测电阻器R22之间，但是其间的连接顺序不受限制。
第一保护电阻器R11的电阻值与第一检测电阻器R12的电阻值之间的比率可以被设计为等于第二保护电阻器R21的电阻值与第二检测电阻R22的电阻值之间的比率。例如，第一保护电阻器R11的电阻值和第二保护电阻器R21的电阻值可以相同，并且第一检测电阻器R12的电阻值和第二检测电阻R22的电阻值可以相同。这里，为了保护第一检测电阻器R12和第二检测电阻器R22不受高电压的影响，第一保护电阻器R11和第二保护电阻器R21中的每一个的电阻值可以设计为充分大于第一检测电阻器R12和第二检测电阻器R22中的每一个的电阻值。例如，第一保护电阻器R11的电阻值可以是第一检测电阻器R12的电阻值的99倍大，并且此时，第一检测电压V1对应于第一节点N1和接地2之间施加的电压的1/100。
第一分压单元210和第二分压单元220可以被用于确定电池模块100的电流泄漏。
控制单元270可以基于第一检测电压V1和第二检测电压V2计算电池组件Batt的正电极和负电极之间的电压VB。
第三分压单元230被设置为能够连接在第三节点N3和第二节点N2之间。第三分压单元230被配置成产生与施加在第三节点N3和第二节点N2之间的电压对应的第三检测电压V3。具体地，第三分压单元230可以包括第三开关SW3和第三分压器。第三分压器可以包括第三保护电阻器R31和第三检测电阻器R32。第三开关SW3被配置成响应于从稍后描述的控制单元270输出的信号，将施加在第三节点N3和第二节点N2之间的电压选择性地施加到第三分压器。当第三开关SW3处于闭合状态时，施加在第三节点N3和第二节点N2之间的电压被第三分压器分压。第三检测电压V3表示施加到第三检测电阻器R32的两端的电压。在图3中，第三开关SW3连接在第三保护电阻器R31和第三检测电阻器R32之间，但是其间的连接顺序不受限制。
第四分压单元240被设置以能够连接在第一节点N1和第二节点N2之间。第四分压单元240被配置成产生与施加在第一节点N1和第二节点N2之间的电压，即电池组件Batt的电压VB，相对应的第四检测电压V4。
具体地，第四分压单元240可以包括第一开关SW4和第四分压器。第四分压器可以包括第四保护电阻器R41和第四检测电阻器R42。第四开关SW4被配置成响应于从稍后描述的控制单元270输出的信号，将施加在第一节点N1和第二节点N2之间的电压选择性地施加到第四分压器。当第四开关SW4处于闭合状态时，施加在第一节点N1和第二节点N2之间的电压被第四分压器分压。第四检测电压V4表示施加到第四检测电阻器R42的两端的电压。在图3中，第四开关SW4连接在第四保护电阻器R41和第四检测电阻器R42之间，但是其间的连接顺序不受限制。
控制单元270可以基于第四检测电压V4来计算电池组件Batt的电压VB。
第四保护电阻器R41的电阻值与第四检测电阻器R42的电阻值之间的比率可以被设计为等于第三保护电阻器R31的电阻值与第三检测电阻器R32的电阻值之间的比率。例如，第四保护电阻器R41的电阻值和第三保护电阻器R31的电阻值可以相同，并且第四检测电阻器R42的电阻值和第三检测电阻器R32的电阻值可以相同。这里，为了保护第四检测电阻器R42和第三检测电阻器R32免受高电压的影响，第四保护电阻器R41和第三保护电阻器R31中的每一个的电阻值可以被设计为充分大于第四检测电阻器R42和第三检测电阻器R32中的每一个的电阻值。
第三分压单元230可以被用于诊断第一接触器SWC1和/或第二接触器SWC2的故障。第四分压单元240可以被用于诊断电池模块100的电流泄漏、和第一接触器SWC1和/或第二接触器SWC2的故障。
图4示意性地图示可以另外包括在图2的诊断装置200中的各种电路的配置。
参考图4，诊断装置200还可以包括第五分压单元250和第六分压单元260中的至少一个。
第五分压单元250可以被设置以能够连接在第一节点N1和第四节点N4之间。第五分压单元250被配置成产生与施加在第一节点N1和第四节点N4之间的电压相对应的第五检测电压V5。具体地，第五分压单元250可以包括第五开关SW5和第五分压器。第五分压器可以包括第五保护电阻器R51和第五检测电阻器R52。第五开关SW5被配置成响应于从稍后描述的控制单元270输出的信号，将施加在第一节点N1和第四节点N4之间的电压选择性地施加到第五分压器。当第五开关SW5处于闭合状态时，施加在第一节点N1和第四节点N4之间的电压被第五分压器分压。第五检测电压V5表示施加到第五检测电阻器R52的两端的电压。在图4中，第五开关SW5被连接在第五保护电阻器R51和第五检测电阻器R52之间，但是其间的连接顺序不受限制。
第六分压单元260可以被设置以能够连接在第三节点N3和第四节点N4之间。第六分压单元260被配置成产生与施加在第三节点N3和第四节点N4之间的电压相对应的第六检测电压V6。具体地，第六分压单元260可以包括第六开关SW6和第六分压器。第六分压器可以包括第六保护电阻器R61和第六检测电阻器R62。第六开关SW6被配置成响应于从稍后描述的控制单元270输出的信号，将施加在第三节点N3和第四节点N4之间的电压选择性地施加到第六分压器。当第六开关SW6处于闭合状态时，施加在第三节点N3和第四节点N4之间的电压被第六分压器分压。第六检测电压V6表示施加到第六检测电阻器R62的两端的电压。在图3中，第六开关SW6连接在第六保护电阻器R61和第六检测电阻器R62之间，但是其间的连接顺序不受限制。
第五保护电阻器R51的电阻值与第五检测电阻器R52的电阻值之间的比率可以被设计为等于第六保护电阻器R61的电阻值与第六检测电阻器R62的电阻值之间的比率。例如，第五保护电阻器R51的电阻值和第六保护电阻器R61的电阻值可以相同，并且第五检测电阻器R52的电阻值和第六检测电阻器R62的电阻值可以相同。这里，为了保护第五检测电阻器R52和第六检测电阻器R62免受高电压的影响，第五保护电阻器R51和第六保护电阻器R61中的每一个的电阻值可以被设计为充分大于第五检测电阻器R52和第六检测电阻器R62中的每一个的电阻值。
第五分压单元250可以被用于确定第二接触器SWC2的故障。第六分压单元260可以被用于确定第一接触器SWC1和第二接触器SWC2的故障。
参考图3和图4，诊断装置200可以基本上包括第一分压单元210、第二分压单元220、第三分压单元230和控制单元270，并且还可以包括根据实施例的第四分压单元240、第五分压单元250和第六分压单元260中的至少一个。
在下文中，假设第一至第六开关SW1至SW6、接触器SWC1和SWC2以及电力线L1和L2的电阻值小到可忽略不计。
图5是示意性地图示控制诊断装置200的操作的控制单元270的功能配置的框图。
参考图5，诊断装置200的控制单元270可以包括微处理器271、多路复用器272和ADC 273。ADC 273表示模数转换器。
微处理器271可以管理诊断装置200的整体操作。微处理器271可通信地连接到诊断装置200中包括的其他组件，以便发送或接收与电力系统10有关的信号。
微处理器271可以输出指定多个开关SW1至SW6以及接触器SWC1和SWC2中的至少一个的操作状态的信号。换句话说，微处理器271可以单独地控制多个开关SW1至SW6以及接触器SWC1和SWC2中的至少一个，以致使它们中的每一个处于断路状态或闭合状态。微处理器271可以根据预定规则输出命令选择第一至第六检测电压V1至V6中的至少一个的信号S。
微处理器271中可以嵌入至少一个存储器。存储器可以预先存储与诊断装置200执行的各种操作有关的程序和数据。例如，存储器可以存储第一至第六分压单元210至260中的每一个中包括的电阻器的电阻值。作为另一示例，存储器可以在其上记录用于测量检测电压并且基于测量结果确定数种类型的事故的产生的数据和软件。
多路复用器272包括多个电压输入端口I1至I6、选择输入端口IS和输出端口OUT。由电压产生单元产生的检测电压V1至V6可以分别施加到电压输入端口I1至I6。
从微处理器271输出的信号S被输入到选择输入端口IS。多路复用器272基于输入到选择输入端口IS的信号选择多个电压输入端口I1到I6中的任何一个，并且将所选择的电压输入端口连接到输出端口OUT。换句话说，多路复用器272被配置成选择性地输出检测电压V1至V6中的一个。
ADC 273将从多路复用器272提供的模拟信号A转换为数字信号D，并将数字信号D传送到微处理器271。对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，模拟信号A可以是检测电压V1至V6中的任意一个。微处理器271可以基于从ADC 273接收的数字信号D单独地测量检测电压V1至V6。例如，微处理器271可以基于从ADC 273发送的数字信号D测量检测电压V1，同时电压输入端口I1和输出端口OUT根据微处理器271的命令由多路复用器272连接。
微处理器271可以基于关于检测电压V1至V6的测量结果来确定电池模块100的电流泄漏和/或至少一个接触器的故障中的每一个，并且输出各自通知确定结果的报警信号W1和W2。
图6和7是被引用以描述根据本公开的实施例的确定电池模块100的电流泄漏的诊断装置200的操作的图。为了便于描述，假设预先测量电池组件Batt的电压VB。
图6图示在电力系统10中形成的第一电路600。一起参考图2和图3，控制单元270可以通过控制第一开关SW1处于闭合状态并且来自于剩余的开关SW2至SW6当中的至少第二开关SW2和接触器SWC1和SWC2处于断路状态来形成第一电路600。在形成第一电路600的同时，控制单元270可以测量从第一分压单元210提供的第一检测电压V1。
当电池组件Batt的正电极正在泄漏时，与其不泄漏时相比，第一绝缘电阻器Ra的电阻值变得非常小。因此，因为电池组件Batt的大部分电压VB被施加到第二绝缘电阻器Rb，所以在电流泄漏期间测量的第一检测电压V1的大小可能小于在非电流泄漏期间测量的值。
图7图示在电力系统10中形成的第二电路700。一起参考图2和图3，控制单元270可以通过控制第二开关SW2处于闭合状态并且来自于剩余的开关SW1和SW3至SW6当中的至少第一开关SW1和接触器SWC1和SWC2处于断路状态形成第二电路700。在形成第二电路700的同时，控制单元270可以测量从第二分压单元220提供的第二检测电压V2。
当电池组件Batt的负电极正在泄漏时，与其不泄漏时相比，第二绝缘电阻器Rb的电阻值变得非常小。因此，因为在电池组件Batt的负电极的电流泄漏期间电池组件Batt的大部分电压VB被施加到第一绝缘电阻器Ra，所以在电流泄漏期间测量的第二检测电压V2的大小可能小于在非电流泄漏期间测量的值。
图8和图9是被引用以描述根据本公开的实施例的确定至少一个接触的故障的诊断装置的操作。为了便于描述，省略第一绝缘电阻器Ra和第二绝缘电阻器Rb的图示，并且假设预先测量电池组件Batt的电压VB。
图8图示在电力系统10中形成的第三电路800，其用于确定由第一接触器SWC1的故障引起的断开(开路故障)。一起参考图2和图3，控制单元270可以通过控制第三开关SW3和第一接触器SWC1处于闭合状态并且至少控制剩余的开关和第二接触器SWC2当中的第一开关SW1、第二开关SW2和第二接触器SWC2处于断路状态来形成第三电路800。在第三电路800中，因为第一开关SW1、第二开关SW2和第二接触器SWC2处于断路状态，所以第一保护电容器C1和第二保护电容器C2不可能影响第三节点N3和第二节点N2之间施加的电压。在形成第三电路800的同时，控制单元270可以测量从第三分压单元230提供的第三检测电压V3。
控制单元270可以通过比较预先测量的电池组件Batt的电压VB和从第三电路800测量的第三检测电压V3来确定第一接触器SWC1的断开。例如，当第三检测电压V3比电池组件Batt的电压VB低了至少预定的第一设定值时，可以确定产生第一接触器SWC1的断开故障。
图9图示在电力系统10中形成的第四电路900，其用于确定由第一接触器SWC1的故障引起的短路(短路故障)。由故障引起的短路状态可以被称为“常闭型状态”。
一起参考图2和图3，控制单元270可以通过控制第三开关SW3处于闭合状态，并且至少控制来自于剩余的开关当中的第一开关SW1和第二开关SW2、以及第一接触器SWC1和第二接触器SWC2处于断路状态形成第四电路900。在第四电路900中，因为第一开关SW1、第二开关SW2和第二接触器SWC2处于断路状态，第一保护电容器C1和第二保护电容器C2不可能影响第三节点N3和第二节点N2之间施加的电压。在形成第四电路900的同时，控制单元270可以测量从第三分压单元230提供的第三检测电压V3。
控制单元270可以通过比较预先测量的电池组件Batt的电压VB和从第四电路900测量的第三检测电压V3来确定第一接触器SWC1的短路。例如，当第三检测电压V3电池组件Batt的电压VB低了预定的第二设定值时，可以确定第一接触器SWC1被短路。
在图8和图9中，主要描述了用于确定第一接触器SWC1的故障的电路800和900，但是可以通过使用第五分压单元250而不是第三分压单元230以类似的方式确定第二接触器SWC2的故障。具体地，当在第五开关SW5和第二接触器SWC2处于闭合状态，并且来自于剩余开关和第二接触器SWC2当中的至少第一开关SW1、第二开关SW2和第一接触器SWC1处于断路状态的同时，为了确定第二接触器SWC2的断开，第五检测电压V5被测量到比电池组件Batt的电压VB小了至少第三个预定的第三设定值时，控制单元270可以确定产生第二接触器SWC2的断开故障。
可替选地，当在第五开关SW5处于闭合状态并且来自于剩余开关中的至少第一开关SW1和第二开关SW2和第一接触器SWC1和第二接触器SWC2处于断路状态的同时，为了确定第二接触器SWC2的短路，第五检测电压V5被测量到比电池组件Batt的电压VB低了第四预定的第三设定值时，可以确定产生第二接触器SWC2的短路。
图10和11图示根据本公开的实施例的可由诊断装置200形成的电路，并且图12和13是与图10和11中所图示的电路有关的曲线图。为了便于描述，省略第一绝缘电阻器Ra和第二绝缘电阻器Rb的图示，并且假设预先测量电池组件Batt的电压VB。
与图2和图3一起参考图10，识别在电力系统10中形成的第五电路1000。第五电路1000是在第一开关SW1和第三开关SW3处于闭合状态、并且第二开关SW2、第一接触器SWC1和第二接触器SWC2处于断路状态时形成的电路。第五电路1000是闭合回路，其包括正电极、第一节点N1、第一分压单元210、接地2、第一保护电容器C1、第三节点N3和第三分压单元230。在下文中，将第五电路1000连续地保持的区段被称为“第一切换周期”。
如所图示的，当形成第五电路1000时，随着电流I1在从电池组件Batt的正电极到负电极的方向上流动，通过电池组件Batt的电压VB对第一保护电容器C1充电。随着第一保护电容器C1逐渐充电，第三检测电压V3通过具有正值而逐渐减小。例如，当在长的时间段内第五电路1000被保持时，第一保护电容器C1的电压将变为与电池组件Batt的电压VB相同，并且结果，第三检测电压V3将变为0V。
与图2和图3一起参考图11，识别在电力系统10中形成的第六电路1100。第六电路1100是当第二开关SW2和第三开关SW3处于闭合状态、并且第一开关SW1、第一接触器SWC1和第二接触器SWC2处于断路状态时形成的电路。第六电路1100是闭合回路，其包括第二节点N2、第二分压单元220、接地2、第一保护电容器C1、第三节点N3和第三分压单元230。在下文中，连续保持第六电路1100的区段被称为“第二切换周期”。
如所图示的，当形成第六电路1100时，根据电流I2的流动，第一保护电容器C1被放电，并且反向电压被施加到第三检测电阻器R32。换句话说，由控制单元270检测的第三检测电压V3具有负值。在这种情况下，随着第一保护电容器C1逐渐放电，第三检测电压V3朝向0V增加。
在上面描述的第一切换周期和第二切换周期的长度可以设置为相同。控制单元270可以一起或单独地交替地执行第一切换周期和第二切换周期，同时控制第一接触器SWC1和第二接触器SWC2都处于断路状态。例如，第一切换周期和第二切换周期可以以第一切换周期→第二切换周期→第一切换周期→第二切换周期的顺序执行。
如下面将描述的，在形成第一电路600的同时，可以形成第五电路1000。换句话说，形成第一电路600的时段和形成第五电路1000的时段可以至少部分地重叠。而且，在形成第二电路700的同时，可以形成第六电路1100。换句话说，形成第二电路700的时段和形成第六电路1100的时段可以至少部分地重叠。在这方面，在通过使用第一电路600和第二电路700确定电池模块100的电流泄漏的同时，能够通过使用第五电路1000和第六电路1100确定第一接触器SWC1和第二接触器SWC2的短路。
在下文中，控制单元270控制第一接触器SWC1和第二接触器SWC2都处于断路状态的区段被称为“非活动区段”并且控制单元270控制第一接触器SWC1和第二接触器SWC2都处于闭合状态的区段被称为“活动区段”，并且假设电池组件Batt的电压VB保持恒定。在这方面，上述第一切换周期和第二切换周期都属于非活动区段。此外，对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在活动区段期间电池模块100和负载400之间的电力供应是可能的，并且在非活动区段期间电池模块100和负载400之间的电力供应被阻断。
在图12和图13中，在T0之前和T2之后属于活动区段，并且从T0到T2属于非活动区段。在图12和图13的非活动区段中，假设在时间段内第一切换周期和第二切换周期均被执行一次，其彼此不重叠。当然，在非活动区段期间，第一切换周期和第二切换周期中的至少一个可以执行至少两次。
首先，图12图示指示当第一接触器SWC1和第二接触器SWC2处于正常状态而没有由故障引起的短路时第三检测电压V3随时间的变化的模式。具体地，在T0之前和T2之后，因为电池组件Batt的电压VB通过第一接触器SWC1和第二接触器SWC2施加在第三节点N3和第二节点N2之间，所以第三检测电压V3可以保持为均匀的正值VS。
在图10的第五电路1000被形成的从T0到T1的第一切换周期期间，控制单元270可以记录包括通过根据时间多次测量第三检测电压V3而获得的值的第一模式。
在图11的第六电路1100被形成的从T1到T2的第二切换周期期间，控制单元270可以记录包括通过根据时间多次测量第三检测电压V3而获得的值的第二模式。这里，第二模式可以与第一模式分别记录。
如图12中所示，第一模式可以是在具有正值(即，高于0V)的同时逐渐减小的模式，并且第二模式可以是在具有负值(即，低于0V)的同时逐渐增加的模式。
当在第一切换周期期间记录的第一模式具有图12中所示的形式时，控制单元270可以确定第一接触器SWC1处于正常状态。
当在第二切换周期期间记录的模式具有图12中所示的形式时，控制单元270可以确定第二接触器SWC2处于正常状态。
当在第一切换周期期间记录的第一模式和在第二切换周期期间记录的第二模式都具有图12中所示的形式时，控制单元270可以确定第一接触器SWC1和第二接触器SWC2都处于正常状态。
同时，当仅来自于第一接触器SWC1和第二接触器SWC2当中的第一接触器SWC1由于故障而短路时，第一节点N1和第三节点N3通过第一接触器SWC1被电连接，而不管由控制单元270指定的非活动区段。在这种情况下，因为电池组件Batt的电压VB被施加到第三分压单元230，所以第三检测电压V3可能不遵循如图12中所示的第一模式。
而且，当仅来自于第一接触器SWC1和第二接触器SWC2当中的第二接触器SWC2由于故障而短路时，第二节点N2和第四节点N4通过第二接触器SWC2被电连接，而不管通过控制单元270指定的非活动区段。在这种情况下，第二分压单元220和第二保护电容器C2被并联连接，并且第三检测电压V3不遵循如图12中所示的第二模式。例如，第三检测电压V3可能等于或高于0V。
接下来，图13图示指示当第一接触器SWC1和第二接触器SWC2由于故障而短路时第三检测电压V3根据时间而变化的模式。如图12中所示，因为电池组件Batt的电压VB在T0之前和T2之后通过第一接触器SWC1和第二接触器SWC2施加在第三节点N3和第二节点N2之间，所以第三检测电压V3可以保持恒定为正值VS。
然而，当第一接触器SWC1和第二接触器SWC2都被短路时，第一接触器SWC1和第二接触器SWC2都保持闭合状态，而不管由控制单元270指定的非活动区段。因此，如图13中所示，第三检测电压V3可以从其中第一切换周期和第二切换周期被交替地执行的T0到T2保持均匀值VS，这与图12中所示的第三检测电压V3的连续变化模式形成鲜明对比。
参考图10和图12，如果第一接触器SWC1和第二接触器SWC2没有短路，则确定当执行第一切换周期或第二切换周期时第三检测电压V3根据时间而改变。因此，在第一切换周期或第二切换周期期间，难以将第三检测电压V3的值与预先测量的电池组件Batt的电压VB相比较。因此，在第一切换周期或第二切换周期期间，能够记录包括通过多次测量根据时间改变的第三检测电压V3而获得的值的模式，并且基于记录的模式同时或顺序地确定第一接触器SWC1和第二接触器SWC2的短路。
结果，确定电池模块100的电流泄漏的第一诊断功能和确定接触器SWC1和SWC2中的至少一个的短路的第二诊断功能可以不必在彼此不重叠的不同的时间段被执行。换句话说，在执行第一诊断功能的同时，可以执行第二诊断功能，并且在执行第二诊断功能的同时，可以执行第一诊断功能。
当然，根据需要，可以通过控制单元270控制当执行第一诊断功能和第二诊断功能时的时间段使得彼此不重叠。
再次参考图5，控制单元270可以输出通知第一诊断功能的执行结果的第一报警信号W1和/或通知第二诊断功能的执行结果的第二报警信号W2。
从控制单元270输出的第一报警信号W1和第二报警信号W2可以通过包括在电力系统10和/或电动汽车1中的信息引导装置(未示出)被转换成用户可识别的形式。例如，信息引导装置可以将报警信号W1和S2转换并且输出为视觉和/或声学信号。
在上面描述的本公开的实施例不仅通过装置和方法实现，而是可以通过实现与本公开的实施例的特征相对应的功能的程序或其上记录有程序的记录介质来实现，并且从上面描述的实施例的描述中，本领域的普通技术人员可以容易地实现这些实施例。
通过有限的实施例和附图已经描述本公开，但是本公开不限于此，并且本领域的普通技术人员在本公开的范围和所附的权利要求的等同范围内能够进行各种变化和修改。
此外，因为在本公开的技术构思的范围内，本领域的普通技术人员可以对在上面描述的本公开进行各种替换、修改和改变，所以本公开不限于上述实施例和附图，但是为了各种修改可以选择性地组合所有或一些实施例。

Claims (12)

1.一种用于电力系统的诊断装置，所述电力系统包括电池组件、第一接触器、第二接触器、第一保护电容器和第二保护电容器，所述诊断装置包括：
第一分压单元，所述第一分压单元被连接在所述电力系统的接地与第一节点之间，所述电池组件的正电极和所述第一接触器的一端被共同连接到所述第一节点，并且所述第一分压单元被配置成通过对施加在所述第一节点和所述接地之间的电压进行分压来产生第一检测电压；
第二分压单元，所述第二分压单元被连接在所述接地与第二节点之间，所述电池组件的负电极与所述第二连接器的一端被共同连接到所述第二节点，并且所述第二分压单元被配置成用于通过对施加在所述第二节点和所述接地之间的电压进行分压来产生第二检测电压；
第三分压单元，所述第三分压单元被连接在所述第二节点和第三节点之间，所述第一保护电容器的一端与所述第一接触器的另一端被共同连接到所述第三节点，并且所述第三分压单被配置成通过对在所述第三节点和所述第二节点之间的电压进行分压来产生第三检测电压；以及
控制单元，所述控制单元被配置成控制所述第一接触器、所述第二接触器和所述第一分压单元至所述第三分压单元，
其中，所述控制单元被配置成，在所述第一接触器和所述第二接触器被控制在断路状态下的非活动区段期间，执行第一诊断功能和第二诊断功能，
其中，所述第一诊断功能是基于所述第一检测电压和所述第二检测电压确定所述电池组件的电流泄漏的功能，并且
所述第二诊断功能是基于所述第三检测电压确定所述第一接触器和所述第二接触器中的至少一个的短路的功能。
2.根据权利要求1所述的诊断装置，其中，所述第一分压单元包括：
第一分压器，所述第一分压器被配置成对施加在所述第一节点和所述接地之间的电压进行分压，并且包括第一保护电阻器和第一检测电阻器；和
第一开关，所述第一开关被配置成，响应于从所述控制单元输出的信号，将施加在所述第一节点和所述接地之间的所述电压选择性地施加到所述第一分压器，并且
所述第二分压单元包括：
第二分压器，所述第二分压器被配置成对施加在所述第二节点和所述接地之间的电压进行分压，并且包括第二保护电阻器和第二检测电阻器；和
第二开关，所述第二开关被配置成，响应于从所述控制单元输出的信号，将施加在所述第二节点和所述接地之间的所述电压选择性地施加到所述第二分压器，
其中，当所述第一开关处于闭合状态时，所述第一检测电阻器产生所述第一检测电压，并且
当所述第二开关处于闭合状态时，所述第二检测电阻器产生所述第二检测电压。
3.根据权利要求2所述的诊断装置，其中所述第三分压单元包括：
第三分压器，所述第三分压器被配置成对施加在所述第三节点和所述第二节点之间的电压进行分压，并且包括第三保护电阻器和第三检测电阻器；和
第三开关，所述第三开关被配置成，响应于从所述控制单元输出的信号，将施加在所述第三节点和所述第二节点之间的所述电压选择性地施加到所述第三分压器，
其中，当所述第三开关处于闭合状态时，所述第三检测电阻器产生所述第三检测电压。
4.根据权利要求3所述的诊断装置，其中，所述非活动区段包括第一切换周期，在所述第一切换周期中，所述第一开关和所述第三开关被控制在闭合状态下，并且所述第二开关被控制在断路状态下，并且
所述控制单元被配置成记录第一模式，所述第一模式包括在所述第一切换周期期间根据时间多次测量的所述第三检测电压的值，并且基于所述第一模式确定所述第一接触器的短路。
5.根据权利要求3所述的诊断装置，其中，所述非活动区段包括第二切换周期，在所述第二切换周期中，所述第一开关被控制在断路状态下，并且所述第二开关和所述第三开关被控制在闭合状态下，并且
所述控制单元被配置成记录第二模式，所述第二模式包括在所述第二切换周期期间根据时间多次测量的所述第三检测电压的值，并且基于所述第二模式确定所述第二接触器的短路。
6.根据权利要求3所述的诊断装置，其中，所述非活动区段包括：
第一切换周期，在所述第一切换周期中，所述第一开关和所述第三开关被控制在闭合状态下，并且所述第二开关被控制在断路状态下；和
第二切换周期，在所述第二切换周期中，所述第一开关被控制在断路状态下，并且所述第二开关和所述第三开关被控制在闭合状态下，并且
所述控制单元被配置成，当所述第三检测电压在所述第一切换周期逐渐减小同时具有正值并且在所述第二切换周期期间逐渐增加同时具有负值时，确定所述第一接触器和所述第二接触器处于正常状态下。
7.根据权利要求6所述的诊断装置，其中，所述控制单元被配置成，当在所述第一切换周期或所述第二切换周期期间所述第三检测电压的值保持恒定时，确定所述第一接触器和所述第二接触器由于故障而短路。
8.根据权利要求1所述的诊断装置，其中，所述控制单元包括：
微处理器；
多路复用器，所述多路复用器被配置成，响应于从所述微处理器提供的信号，选择所述第一检测电压至所述第三检测电压中的至少一个；以及
模拟-数字转换器(ADC)，所述模拟-数字转换器被配置成，将由所述多路复用器所选择的检测电压转换成数字信号，并且将所述数字信号发送到所述微处理器。
9.根据权利要求1所述的诊断装置，其中，所述第一保护电容器和所述第二保护电容器中的每一个的另一端被共同连接到所述接地。
10.根据权利要求1所述的诊断装置，其中，所述控制单元被配置成，输出通知所述第一诊断功能的执行结果的第一报警信号和通知所述第二诊断功能的执行结果的第二报警信号。
11.一种电力系统，包括根据权利要求1至10中的任意一项所述的诊断装置。
12.一种电动汽车，包括根据权利要求11所述的电力系统。
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