CN112198367A - 绝缘电阻测量设备 - Google Patents

Abstract

一种绝缘电阻测量设备，设计成对交流电路的复阻抗进行计算，上述交流电路包括测量电阻器、耦合电容器、安装在车辆中的绝缘电阻器和接地电容。绝缘电阻测量设备包括正弦波电流施加装置，上述正弦波电流施加装置将交流信号施加到测量电阻器，并且对在正弦波电流施加装置与测量电阻器的连接点处出现的电压变化进行测量。交流信号和电压变化用于确定复阻抗。根据复阻抗来对绝缘电阻器的电阻值进行计算。这种结构使得电路尺寸能够减小。

Description

绝缘电阻测量设备

技术领域

本公开总体地涉及绝缘电阻测量设备。

背景技术

日本专利第一次公开第2016-128753号公开了一种接地故障检测装置(即绝缘电阻测量设备)，该接地故障检测装置用于配备有电源电路的车载电源系统中，上述电源电路包括电池和电气设备并且与用作接地部的车体电绝缘。电气设备包括：直流-直流转换器，上述直流-直流转换器通过第一继电器连接到电池；逆变器；旋转电机；以及电池充电器，上述电池充电器通过第二继电器连接到电池。

绝缘电阻测量设备设计成通过测量电阻器和耦合电容器将交流电压施加到电源电路，并且对由测量电阻器将交流电压分压而得到的交流信号的波高以及电源电路与车体之间的绝缘电阻进行测量。然后，绝缘电阻测量设备将波高与阈值进行比较，以对电源电路与车身之间是否发生漏电或短路进行诊断。

测量电阻器的通向电池的连接点具有下述危险，即由于车辆的公共电容(英文：common capacitance)的变化，高电压可能通过耦合电容器暂时地施加到该连接点。因此，连接到测量电阻器的通向电池的连接点的信号输入需要具有高电压电阻，从而导致包括信号输入的电路的尺寸增大。这可能导致电路的生产成本增加。

发明内容

因此，本公开的目的是提供一种能够减小其电路尺寸的绝缘电阻测量设备。

根据本公开的一个方面，提供一种绝缘电阻测量设备，包括：(a)耦合电容器，上述耦合电容器在第一端处连接到通向直流电源的电源路径；(b)测量电阻器，上述测量电阻器连接到耦合电容器的第二端；(c)电流施加装置，上述电流施加装置连接到测量电阻器，并且将交流电流施加到测量电阻器；(d)检测器，上述检测器在交流电流施加到测量电阻器时，对电流施加装置与测量电阻器的连接点处的电压变化进行检测；以及(e)计算器，上述计算器使用由检测器得到的电压变化和交流电流，来对交流电路中的复阻抗进行计算。交流电路包括测量电阻器、耦合电容器、绝缘电阻器和接地电容。绝缘电阻器配置于电源路径与接地部之间。计算器使用复阻抗来确定绝缘电阻器的电阻值。

绝缘电阻测量设备设计成对电流施加装置与测量电阻器之间的连接点处出现的电压变化，而不是耦合电容器与测量电阻器之间出现的电压变化进行测量，从而通过使用测量电阻器使得检测器所需的电压电阻降低。这使得交流电路的尺寸能够减小。

附图说明

通过以下给出的详细描述和本发明优选实施方式的附图将更全面地理解本发明，但是，详细描述和附图不应当被认为是将本发明限定于具体的实施方式，相反它们仅是用于说明和理解的目的。

在附图中：

图1是示出车载电动机控制系统的电路图；

图2是示出根据第一实施方式的绝缘电阻测量设备的电路图；

图3是示出包括图2中的绝缘电阻测量设备的交流电路的等效电路的电路图；

图4是表示复阻抗特性的图；

图5(a)是表示测量频率与复阻抗的绝对值之间的关系的图；

图5(b)是表示测量频率与复阻抗的相位之间的关系的图；

图6是由图1中的绝缘电阻测量设备执行的绝缘电阻测量程序的流程图；

图7是表示第二实施方式中的复阻抗特性的图；

图8(a)是表示第二实施方式中的测量频率与复阻抗的绝对值之间的关系的图；

图8(b)是表示第二实施方式中的测量频率与复阻抗的相位之间的关系的图；

图9是由第二实施方式中的绝缘电阻测量设备执行的绝缘电阻测量程序的流程图。

具体实施方式

第一实施方式

下面将参照附图描述在车辆中使用绝缘电阻测量设备的第一实施方式，上述车辆诸如为配备有旋转电机的电动车辆或混合动力车辆。

如图1所示的车载电动机控制系统包括电池单元10、电动机20、逆变器30和绝缘电阻测量设备50。

电池单元10通过逆变器30电连接到电动机20。电池单元10由端间电压例如为100V以上的蓄电池实现。电池单元10包括彼此串联连接的多个电池模块。每个电池模块包括彼此串联连接的多个电化学电池、诸如锂离子电池或镍氢电池。电池单元10用作直流电源。

电动机20用作安装在车辆中的主电源，以向车辆的未示出的驱动轮输送动力。在本实施方式中，电动机20由三相永磁同步电动机实现。

逆变器30包括全桥电路，上述全桥电路配备有与电动机20的绕组的相数相同数量的上下臂组。臂上安装有开关、诸如半导体开关，上述开关被接通或断开以对供给电动机20的每个相绕组的电流进行控制。

逆变器30中安装有未示出的逆变器控制器，上述逆变器控制器对与电动机20相关联的各种参数进行分析，以对安装在逆变器30中的开关的接通/断开操作进行控制，以响应于电动机模式请求或发电机模式请求来驱动电动机20。具体地，当接收电动机模式请求时，逆变器控制器用于通过逆变器30从电池单元10向电动机20供电，从而在电动机模式下驱动电动机20。替代地，当接收发电机模式请求时，逆变器控制器用于在使用车辆的驱动轮产生的动力的发电机模式下使电动机20运转，并且通过逆变器30将由电动机20产生的电力转换或输送到电池单元10，从而对电池单元10进行充电。

电池单元10在其正极端子处电连接到正极侧电源路径L1。正极侧电源路径L1电连接到电负载、诸如逆变器30的正极端子。正极侧电源路径L1与接地部G1、诸如车体电绝缘。正极侧电源路径L1与接地部G1之间的电绝缘的状态可以由绝缘电阻Rp(也称为对地绝缘电阻)表示。接地电容(即公共电容)、诸如消噪电容器或浮动电容通常存在于正极侧电源路径L1与接地部G1之间。这种电容在下文中被称为接地电容Cp。

类似地，电池单元10在其负极端子处电连接到负极侧电源路径L2。负极侧电源路径L2还电连接到逆变器30的负极端子。负极侧电源路径L2与接地部G1电绝缘。负极侧电源路径L2与接地部G1之间的电绝缘的状态可以由绝缘电阻Rn(也称为对地绝缘电阻)表示。接地电容(即公共电容)、诸如消噪电容器或浮动电容通常存在于负极侧电源路径L2与接地部G1之间。这种电容在下文中被称为接地电容Cn。

在下面的讨论中，绝缘电阻器Rp、Rn的组合也被称为绝缘电阻器Rg。接地电容Cp、Cn的组合也被称为接地电容Cg。

绝缘电阻测量设备50连接到正极侧电源路径L1和负极侧电源路径L2中的一个，并且对绝缘电阻器Rg的电阻值进行测量，以对正极侧电源路径L1和负极侧电源路径L2是否恰当地与接地部G1绝缘、即是否发生漏电进行判断。下面将详细描述绝缘电阻测量设备50。

下面将讨论如何对绝缘电阻器Rg的电阻值进行测量的原理。如图2所示，绝缘电阻测量设备50包括：耦合电容器Cs，上述耦合电容器Cs在其一端处连接到电源路径L1、L2；测量电阻器Rs，上述测量电阻器Rs连接到耦合电容器Cs的另一端；以及正弦波电流施加装置51(即交流电源)，上述正弦波电流施加装置51用于输出正弦波电流形式的交流信号I(即交流电流)。正弦波电流施加装置51通过测量电阻器Rs、耦合电容器Cs和电池单元10将正弦波电流输送到接地电容Cg和绝缘电阻器Rg。在车载电动机控制系统中，正弦波电流施加装置51、耦合电容器Cs、测量电阻器Rs、接地电容Cg和绝缘电阻器Rg由图3所示的等效电路表示。电池单元10用作DC(直流)电源，并且具有比接地电容Cg大得多的电容，因此从等效电路中省略。

接下来，将描述当交流信号I以正弦波电流的形式从图3中的等效电路中的正弦波电流施加装置51输出时，测量电压V中的变化。当交流信号I在等效电路中流动时，将导致在连接点M2与接地部G1之间出现的测量电压V经历根据或取决于交流电路(即等效电路)中的复阻抗的变化。因此，通过从接合点M2处产生的电压变化中提取表示所施加的交流信号I的频率f引起的电压变化的分量，可以基于频率f引起的电压变化来确定交流电路中的复阻抗。频率f在下文中也被称为测量频率。

上述交流电路具有图4所示的复阻抗特性。图4示出当复阻抗的相位θ为零，换言之，复阻抗的虚部Im_Z为零时，复阻抗的实部Re_Z(或绝对值|Z|)将与测量电阻器Rs的值或绝缘电阻器Rg和测量电阻器Rs的值的总值Rtotal相同。因此，通过在给定频率范围内改变正弦波电流的频率f来得到绝缘电阻器Rg的值。

基于上述原理，绝缘电阻测量设备50设计成根据复阻抗来得到复阻抗特性，并且确定绝缘电阻器Rg的值。下面还将详细描述绝缘电阻测量设备50的结构和测量操作。

如图2所示，绝缘电阻测量设备50配备有：耦合电容器Cs，上述耦合电容器Cs与负极侧电源路径L2连接；测量电阻器Rs，上述测量电阻器Rs与耦合电容器Cs连接；以及正弦波电流施加装置51，上述正弦波电流施加装置51与测量电阻器Rs连接，并且用作电流施加电路以输出交流信号I。

正弦波电流施加装置51、测量电阻器Rs和耦合电容器Cs彼此串联连接。正弦波电流施加装置51通过测量电阻器Rs连接到耦合电容器Cs。耦合电容器Cs与负极侧电源路径L2中的连接点M1连接。耦合电容器Cs用于阻断输入的直流分量，但是允许输入的交流分量在绝缘电阻测量设备50(即低压电路)与电池单元10、逆变器30或电动机20(即高压电路)之间经过。

绝缘电阻测量设备50还配备有带通滤波器52，上述带通滤波器52连接到测量电阻器Rs和正弦波电流施加装置51的连接点M2，并且用于对连接点处M2处出现的电压进行测量。带通滤波器52连接到锁定放大器53。带通滤波器52仅提取通过连接点M2输入其中的信号(即电压信号)的位于给定频带中的分量，并且将该分量输出到锁定放大器53。

绝缘电阻测量设备50还配备有用作检测器的锁定放大器53。锁定放大器53连接到正弦波电流施加装置51，并且配备有电流输出请求单元54，该电流输出请求单元54输出对正弦波电流施加装置51的请求以输出交流信号I。具体地，电流输出请求单元54连接到将详细描述的控制器70，并将请求信号S1发送到正弦波电流施加装置51，从而以正弦波电流的形式输出由控制器70指定的频率f的交流信号I。

电流输出请求单元54设计成将第一参照信号Ref1输出到乘法器55。第一参照信号Ref1是频率为f的正弦波电流的形式，并且与来自正弦波电流施加装置51的交流信号I同步地输出。因此，交流信号I和第一参照信号Ref1的相位彼此相同。

电流输出请求单元54设计成输出第二参照信号Ref2。第二参照信号Ref2是与第一参照信号Ref1(即交流信号I)的相位相差90°的正弦波电流的形式。换言之，选择第一参照信号Ref1使其自身与第二参照信号Ref2之间的相位差为90°。具体地，电流输出请求单元54通过安装在锁定放大器53中的相位偏移电路61来输出第一参照信号Ref1，以产生第二参照信号Ref2，该第二参照信号Ref2进而被输出到乘法器58。

锁定放大器53配备有乘法器55、58、积分器56、59以及滤波器57、60。乘法器55对响应信号Va和第一参照信号Ref1的乘积值X进行计算。响应信号Va是从带通滤波器52输入到乘法器55的电压信号(即电压变化)的形式。乘法器55将乘积值X输出到积分器56。积分器56将乘积值X平均，并且通过滤波器57将该乘积值X输出到控制器70。滤波器57包括低通滤波器，因此将与图3所示的交流电路中的复阻抗的实部Re_Z成比例的值输出到控制器70。

乘法器58对响应信号Va和第二参照信号Ref2的乘积值Y进行计算。响应信号Va是从带通滤波器52输入到乘法器58的电压信号(即电压变化)的形式。乘法器58将乘积值Y输出到积分器59。积分器59将乘积值Y平均，并且通过滤波器60将该乘积值Y输出到控制器70。滤波器60包括低通滤波器，因此将与图3所示的交流电路中的复阻抗的虚部Im_Z成比例的值输出到控制器70。

如上所述，绝缘电阻测量设备50配备有用作算术电路或计算器的控制器70。控制器70由电子控制单元实现，该电子控制单元配备有包括CPU、ROM、RAM和闪存的已知的微型计算机，并且执行各种算术操作以执行给定的控制任务。例如，控制器70确定交流信号I的频率f，并且指示正弦波电流施加装置51以输出交流信号I。在输出交流信号I之后，控制器70通过锁定放大器53接收与复阻抗的实部Re_Z及虚部Im_Z成比例的结果。然后，控制器70对从锁定放大器53输入的与复阻抗的实部Re_Z成比例的值、与复阻抗的虚部Im_Z成比例的值以及交流信号I进行分析，从而对复阻抗的相位θ和绝对值|Z|进行计算。控制器70还循环地改变交流信号I的频率f，并且得到相应频率f下的复阻抗的值。

如图4所示，交流信号I的频率f的顺序改变使得能够在复平面上表示复阻抗特性。图4中的点划线表示当绝缘电阻器Rg的电阻值降低时的复阻抗特性。

图5(a)表示复阻抗的绝对值|Z|与频率f之间的关系。图5(b)表示复阻抗的相位θ与频率f之间的关系。图5(a)和图5(b)中的点划线表示当绝缘电阻器Rg的电阻值降低时的关系。

当频率f以图5(a)和图5(b)所示的方式改变时，将出现两个频带：第二范围T2和第四范围T4，在这两个频带中，复阻抗的相位θ变为零，并且绝对值|Z|保持恒定。更具体地，在从频率f为零时直到达到第一频率f1的范围内，复阻抗的绝对值|Z|与频率f的增大成反比地减小。在下面的讨论中，从频率f为零时直到达到第一频率f1的范围在以下被称为第一范围T1。在从频率f为第一频率f1时直到达到第二频率f2的范围内，复阻抗的绝对值|Z|保持恒定，而与频率f的增大无关。这种范围在下文也被称为第二范围T2。

在频率f为第二频率f2时直到达到第三频率f3的范围内，复阻抗的绝对值|Z|与频率f的增大成反比地减小。这种范围在下文也被称为第三范围T3。当频率f高于第三频率f3时，复阻抗的绝对值|Z|保持恒定，而与频率f的增大无关。这种范围在下文也被称为第四范围T4。

如图5(b)清楚地所示，在第二范围T2和第四范围T4中的每一个中，复阻抗的相位θ为零。换言之，当频率f被改变，但绝对值|Z|保持恒定时，复阻抗的相位θ可以被确定为零。当绝缘电阻器Rg的电阻值减小，并且第一频率f1和第二频率f2增大时，除非绝缘电阻器Rg的电阻值变为零，否则第二范围T2将出现。

如图4所示，当复阻抗的相位θ为零时，绝对值|Z|将是测量电阻器Rs的电阻值或者测量电阻器Rs与绝缘电阻器Rg的电阻值的总值Rtotal。

因此，绝缘电阻测量设备50设计成使用上述事实来确定绝缘电阻器Rg的电阻值。具体地，控制器70改变交流信号I的频率f，然后在频率f的各个值处计算复阻抗的值。然后，控制器70指定第二范围T2和第四范围T4，其中绝对值|Z|保持恒定，而与频率f的变化无关。随后，控制器70将第二范围T2和第四范围T4中的测量电阻器Rs与绝对值|Z|进行比较，以对绝对值|Z|是测量电阻器Rs还是总值Rtotal进行确定。当确定绝对值|Z|为总值Rtotal时，控制器70从总值Rtotal中减去测量电阻器Rs的电阻值，以得到绝缘电阻器Rg的电阻值。随后，控制器70将绝缘电阻器Rg的电阻值与漏电阈值进行比较，以对是否发生漏电进行判断。控制器70将绝缘电阻器Rg的确定值和漏电的判断结果输出到与绝缘电阻测量设备50连接的ECU 100。

第三范围T3取决于角速度ω和接地电容Cg(即1/ωCg)。例如，随着接地电容Cg的增大，第三范围T3偏移到低频侧。替代地，随着接地电容Cg的减小，第三范围T3偏移到高频侧。电源电路与车体之间产生的接地电容Cg根据与电池电连接的电气设备的数量而改变。第三范围T3的偏移将导致第二范围T2和第四范围T4偏移。

然而，即使第二范围T2到第四范围T4随着接地电容Cg的变化而改变，也可以通过确保频率f所需的测量范围来对绝对值|Z|保持恒定的第二范围T2和第四范围T4进行检测。第二范围T2或第四范围T4中的绝对值|Z|不会随着第二范围T2或第四范围T4中的变化或偏移而改变。因此，在本实施方式中，即使改变接地电容Cg，计算绝对值|Z|的方法也可以确保在计算绝缘电阻器Rg的电阻值时所需的精度。

将参照图6描述绝缘电阻测量设备50的测量操作。测量操作循环地执行。

进入程序之后，例程前进到步骤S101，其中绝缘电阻测量设备50的控制器70将在先前的测量循环中计算出的复阻抗的绝对值|Z|(在下文中也被称为先前测量值|Zf|)重置为零。该例程前进到步骤S102，其中控制器70选择预定测量范围内的频率的最大值fmax作为测量频率f。该测量范围被选择为频带，在该频带内，绝缘电阻器Rg的电阻值是能检测的，并且在实验或模拟中确定。

例程前进到步骤S103，其中控制器70将测量频率f输出到锁定放大器53以检测复阻抗特性。具体地，当控制器70指定测量频率f时，锁定放大器53的电流输出请求单元54将请求信号S1输出到正弦波电流施加装置51，以输出测量频率f的交流信号I。在接收到请求信号S1时，正弦波电流施加装置51将交流信号I以正弦波电流的形式施加到测量电阻器Rs。另外，电流输出请求单元54将测量频率f的第一参照信号Ref1输出到乘法器55，并且还将测量频率f的第二参照信号Ref2输出到乘法器58。

锁定放大器53通过带通滤波器52获得在连接点M2处产生的电压V，然后将电压V的变化分量以响应信号Va的形式输出到锁定放大器53的乘法器55、58。锁定放大器53的乘法器55产生响应信号Va和第一参照信号Ref1的乘积值X，然后将该乘积值X输出到积分器56和滤波器57。积分器56和滤波器57产生与复阻抗的实部Re_Z成比例的值，并将该值输出到控制器70。

类似地，锁定放大器53的乘法器58产生响应信号Va和第二参照信号Ref2的乘积值Y，然后将该乘积值Y输出到积分器59和滤波器60。积分器59和滤波器60产生与复阻抗的虚部Im_Z成比例的值，然后将该值输出到控制器70。

在接收到与复阻抗的实部Re_Z及虚部Im_Z成比例的值时，控制器70对这些值和交流信号I进行分析，从而对复阻抗的实部Re_Z和虚部Im_Z进行计算。以这种方式，在步骤S103中确定复阻抗的实部Re_Z和虚部Im_Z。

随后，例程前进到步骤S104，其中控制器70使用复阻抗的实部Re_Z和虚部Im_Z来对复阻抗的绝对值|Z|进行计算，然后还对相位θ进行计算。

例程前进到步骤S105，其中控制器70对在该测量循环中计算的复阻抗的绝对值|Z|与在先前一个测量循环中计算的先前测量值|Zf|之间的差是否小于给定阈值Zth进行判断。考虑到测量偏差，阈值Zth被选择为接近零的值。

如果在步骤S105中获得否的答案，意味着绝对值|Z|和先前测量值|Zf|之间的差大于给定阈值Zth，然后，例程前进到步骤S106，其中控制器70将测量频率f减去给定值，以提供测量频率f的更新值。然后，例程前进到步骤S107，其中控制器70确定在步骤S104中得到的绝对值|Z|，以作为先前测量值|Zf|。然后，该例程返回到步骤S103。

从以上讨论中可以明显看出，步骤S105对绝对值|Z|是否随着测量频率f的变化而从先前测量值|Zf|发生了变化进行判断。换言之，步骤S105对当前是否已达到图5(b)所示的第二范围T2或第四范围T4进行判断。

替代地，如果在步骤S105中获得是的答案，则例程前进到步骤S108，其中控制器70对在步骤S104中得到的绝对值|Z|是否与测量电阻器Rs的电阻值相同进行判断。测量电阻器Rs的电阻值可以在设计绝缘电阻测量设备50时选择，因此是已知值。

如果在步骤S108中获得否的答案，则例程前进到步骤S109，其中控制器70得出绝对值|Z|与总值Rtotal相同的结论，然后从绝对值|Z|中减去测量电阻器Rs，以得到绝缘电阻器Rg的电阻值。然后，例程终止。

替代地，如果在步骤S108中获得是的答案，则例程前进到步骤S110，其中控制器70对频率f是否小于或等于在测量范围内设定的频率的最小值fmin进行判断。此判断对是否已使用从测量范围中选择的所有频率来完成复阻抗的计算进行判断。

如果在步骤S110中获得否的答案，则例程前进到步骤S106。替代地，如果获得是的答案，则例程前进到步骤S111，其中控制器70判断为绝缘电阻器Rg的电阻值为零，这意味着正在发生漏电。然后，例程终止。

在测量操作完成时，控制器70将复阻抗的计算结果和绝缘电阻器Rg的值输出到ECU 100。当在步骤S109中得到绝缘电阻器Rg的值时，控制器70将绝缘电阻器Rg的值与漏电阈值进行比较，以对是否发生漏电进行判断。当绝缘电阻器Rg的值小于漏电阈值时，控制器70判断为当前正在发生漏电。当在步骤S111中判断为正在发生漏电，并且判断为绝缘电阻器Rg的电阻值为零时，控制器70通知ECU 100发生漏电。

第一实施方式中的绝缘电阻测量设备50提供以下有益优点。

如上所述，正弦波电流施加装置51设计成将交流信号I施加到测量电阻器Rs。带通滤波器52对正弦波电流施加装置51与测量电阻器Rs的连接点处M2处的电压V进行测量。这些布置使得同对耦合电容器Cs与测量电阻器Rs之间的电压进行测量时相比，带通滤波器52和锁定放大器53所需的电压电阻能够通过测量电阻器Rs降低，从而使电路尺寸减小。

锁定放大器53通过带通滤波器52获得响应信号Va，上述响应信号Va指示在测量电阻器Rs与正弦波电流施加装置51之间的连接点处M2处出现的电压变化。然后，锁定放大器53使用响应信号Va与第一参照信号Ref1的乘积值以及响应信号Va与第二参照信号Ref2的乘积值来得到与复阻抗的实部及虚部成比例的值，并将该值输出到控制器70。然后，控制器70使用从锁定放大器53输入到自身的值来计算复阻抗的实部和虚部，并且使用复阻抗来确定绝缘电阻器Rg的电阻值。

从以上讨论中可以明显看出，锁定放大器53用于将响应信号Va乘以第一参照信号Ref1和第二参照信号Ref2，以便从测量电压V中仅提取由将交流信号I施加到测量电阻器Rs而产生的变化分量，换言之，从测量电压V中去除噪波。因此，锁定放大器53具有数字噪波降低功能，从而提高计算复阻抗的精度，并且使得诸如带通滤波器52等的模拟滤波器在结构上得以简化。

如果车辆中的噪波频率被改变，则通过改变测量频率f的范围或安装在锁定放大器53中的滤波器57、60(即低通滤波器)的软件设计，可以从测量电压V中恰当地去除噪波。由此，绝缘电阻测量设备50可以在不改变模拟滤波器、诸如带通滤波器52的情况下，针对不同类型的车辆通用地设计。

如上所述，图5(b)中所示的第二范围T2到第四范围T4随着接地电容Cg的变化而改变。然而，即使第二范围T2到第四范围T4随着接地电容Cg的变化而改变，也可以通过确保频率f所需的测量范围来对绝对值|Z|保持恒定的第二范围T2和第四范围T4进行检测。第二范围T2或第四范围T4中的绝对值|Z|不会随着第二范围T2或第四范围T4中的变化或偏移而改变。

因此，正弦波电流施加装置51设计成在测量范围内循环地改变交流信号I的测量频率f。控制器70还设计成指定第二范围T2和第四范围T4中的绝对值|Z|与测量电阻器Rs的电阻值不相同的一个(即第二范围T2)，在上述第二范围T2和上述第四范围T4中，即使测量频率f已经改变，绝对值|Z|也保持恒定。当判断为测量频率f已经改变，但是绝对值|Z|保持恒定且与测量电阻器Rs的电阻值不同时，控制器70判断为绝对值|Z|与总值Rtotal一致。这确保绝对值|Z|的计算精度、即绝缘电阻器Rg的电阻值的稳定性，而与接地电容Cg的变化无关，从而能够精确地检测漏电。

第二实施方式

下面将描述第二实施方式中的绝缘电阻测量设备50。与第一实施方式中的附图标记类似或相同的附图标记将指代类似或相同的部件，并且在此将省略其详细说明。

如在第一实施方式中已经讨论的，复阻抗的绝对值|Z|与图5(a)和图5(b)中的测量频率f有关。复阻抗的绝对值|Z|与测量频率f成反比地变化的第一范围T1取决于与角速度ω及接地电容Cg相关联的值(即1/ωCg)。例如，如图8(a)和图8(b)所示，耦合电容器Cs的减小将导致第一范围T1偏移到高频侧。

耦合电容器Cs太小将导致第二范围T2的消失或第二范围T2的不充分减小，在该第二范围T2中，复阻抗的绝对值|Z|保持恒定，而与测量频率f的变化无关。换言之，如在图7的复平面中所示，耦合电容器Cs太小将导致难以得到测量电阻器Rs与绝缘电阻器Rg的电阻值的总值Rtotal。因此，在第一实施方式中确定绝缘电阻器Rg的电阻值的方法需要使耦合电容器Cs保持较大的值。为了缓解这种缺点，第二实施方式中的绝缘电阻测量设备50设计成即使其耦合电容器Cs的尺寸减小，也能够对绝缘电阻器Rg的电阻值进行检测。

首先描述即使耦合电容器Cs的电容减小也能够确定绝缘电阻器Rg的电阻值的原理，换言之，将首先描述总值Rtotal消失的第二范围T2。

如图7所示，复阻抗特性以点P1与点P2之间的半圆形式表示，在上述点P1处，复阻抗的虚部Im_Z为零，并且复阻抗的实部Re_Z与测量电阻器Rs一致，在上述点P2处，复阻抗的虚部Im_Z为零，并且复阻抗的实部Re_Z与总值Rtotal一致。因此，发现复阻抗的虚部Im_Z在点P1与点P3之间的中间点P3处最大。还已知的是，复阻抗的相位θ最大的点P4稍微远离中间点P3。

因此，绝缘电阻器Rg的电阻值是通过对在中间点P3处的复阻抗的实部Re_Z的值进行计算而得到的，在该中间点P3处，复阻抗的虚部Im_Z最大，因为测量电阻器Rs的电阻值是已知的。具体地，绝缘电阻器Rg的电阻值是通过从中间点P3处的复阻抗的实部Re_Z减去测量电阻器Rs的电阻值并将其加倍而得到的。图9是在第二实施方式中执行的对绝缘电阻器Rg的电阻值进行计算的测量程序的流程图。

进入程序之后，例程前进到步骤S201，其中绝缘电阻测量设备50的控制器70将在先前的测量循环中计算的复阻抗的虚部Im_Z(在下文中也被称为先前虚部Im_Zf)重置为零。步骤S202到S204中的操作与步骤S102到S104中的操作相同，并且在此省略对其的详细说明。

在步骤S204之后，例程前进到步骤S205，其中控制器70对在该测量循环中得到的复阻抗的虚部Im_Z与先前虚部Im_Zf之间的差是否小于给定阈值Zth进行判断。考虑到测量偏差，阈值Zth被选择为接近零。因此，步骤S205对在测量频率f改变之后，在该测量循环中得到的虚部Im_Z是否已经从先前虚部Im_Zf改变，换言之，虚部Im_Z是否最大进行判断。

如果在步骤S205中获得否的答案，则例程前进到步骤S206，其中控制器70将测量频率f减去给定值，以提供测量频率f的更新值。然后，例程前进到步骤S207，其中控制器70确定在步骤S204中得到的虚部Im_Z，以作为先前虚部Im_Zf。然后，该例程返回到步骤S203。

替代地，如果在步骤S205中获得是的答案，则例程前进到步骤S208，其中控制器70对在步骤S203中得到的复阻抗的实部Re_Z是否与测量电阻器Rs的电阻值相同进行判断。

如果在步骤S208中获得否的答案，则例程前进到步骤S209，其中控制器70从复阻抗的实部Re_Z减去测量电阻器Rs的电阻值，然后将所得的结果乘以2。然后，控制器70将相乘的结果确定为绝缘电阻器Rg的电阻值。然后，例程终止。替代地，如果在步骤S208中获得是的答案，则例程前进到步骤S210。步骤S210、S211中的操作与步骤S110、S111中的操作相同，并且在此省略对其的详细说明。

第二实施方式中的绝缘电阻测量设备50提供以下有益优点。

如上所述，测量频率f在测量范围内循环地改变。控制器70对计算出的复阻抗的虚部Im_Z是否达到最大值进行判断。随后，当复阻抗的虚部Im_Z达到最大值时，控制器70从复阻抗的实部ReZ中减去测量电阻器Rs的电阻值，然后将所得的结果乘以2，从而得到绝缘电阻器Rg的电阻值。只要耦合电容器Cs的电容高于接地电容Cg，就可以指定虚部Im_Z的最大值。

因此，即使耦合电容器Cs的电容太小而无法确定第二范围T2，只要耦合电容器Cs的电容高于接地电容Cg，就可以指定复阻抗的虚部Im_Z最大的时间，并且使用在达到虚部Im_Z的最大值时的复阻抗的实部Re_Z来确定绝缘电阻器Rg的电阻值。这使得与第一实施方式相比，耦合电容器Cs的电容能够减小以减小电路的尺寸。

变型

上述实施方式可以以如下方式变型。

绝缘电阻测量设备50可以设计成通知ECU 100关于绝缘电阻器Rg的电阻值，以使得ECU 100能够使用绝缘电阻器Rg的电阻值来诊断漏电。

在步骤S105中，第一实施方式中的绝缘电阻测量设备50对复阻抗的绝对值|Z|是否已经保持恒定进行判断，但是可以替代地设计成对复阻抗的相位θ是否已经变为零(或考虑到测量偏差的接近零的值)进行判断。替代地，绝缘电阻测量设备50可以设计成对是否测量频率f已经改变但是复阻抗的相位θ在给定的时间段内保持为零进行判断。

虽然已经根据优选实施方式公开了本发明从而更好地理解本发明，但应当理解的是，在不脱离本发明原理的情况下，本发明可以以各种方式实施。因此，本发明应该被理解为包括所有可能的实施方式和对所示实施方式的变型，这些实施方式和变型可以在不脱离所附权利要求书中阐述的本发明原理的情况下实施。

如上所述的控制器或其操作可以由配备有处理器和存储器的计算机来实现，并且该计算机被编程以执行一个或多个任务，或者替代地由配备有由一个或多个硬件逻辑电路构成的处理器的计算机来建立。控制器或操作可以替代地通过具有被编程以执行一个或多个任务的存储器的处理器与由一个或多个硬件逻辑电路构成的处理器的组件的组合来实现。可以将计算机执行的程序作为由计算机执行的指令存储在非暂时性计算机可读介质中。

Claims (5)

1.一种绝缘电阻测量设备(5)，包括：

耦合电容器(Cs)，所述耦合电容器在第一端处连接到通向直流电源(10)的电源路径(L1、L2)；

测量电阻器(Rs)，所述测量电阻器连接到所述耦合电容器的第二端；

电流施加装置(51)，所述电流施加装置连接到所述测量电阻器，并且将交流电流施加到所述测量电阻器；

检测器(53)，所述检测器在所述交流电流施加到所述测量电阻器时，对所述电流施加装置与所述测量电阻器的连接点(M2)处的电压变化进行检测；以及

计算器(70)，所述计算器使用由所述检测器得到的所述电压变化和所述交流电流，来对交流电路中的复阻抗进行计算，所述交流电路包括所述测量电阻器、所述耦合电容器、绝缘电阻器和接地电容，所述绝缘电阻器配置在所述电源路径与接地部(G1)之间，所述计算器使用所述复阻抗来确定所述绝缘电阻器的电阻值。

2.如权利要求1所述的绝缘电阻测量设备，其特征在于，所述检测器对与所述交流电流同步地产生的第一参照信号和所述电压变化的第一乘积值以及第二参照信号和所述电压变化的第二乘积值进行计算，所述第二参照信号与所述交流电流的相位相差给定角度，并且其中所述计算器使用所述第一乘积值和所述第二乘积值来计算所述复阻抗。

3.如权利要求2所述的绝缘电阻测量设备，其特征在于，所述第一参照信号与所述第二参照信号的相位相差90°。

4.如权利要求1至3中任一项所述的绝缘电阻测量设备，其特征在于，所述电流施加装置在给定测量范围内循环地改变所述交流电流的频率，并且其中，当所述交流电流的所述频率改变但是所述复阻抗保持恒定时，以及当所述复阻抗的实部或绝对值与所述测量电阻器的电阻值不一致时，所述计算器基于所述复阻抗的所述实部或所述绝对值来确定所述绝缘电阻器的所述电阻值。

5.如权利要求1至4中任一项所述的绝缘电阻测量设备，其特征在于，所述电流施加装置在给定测量范围内循环地地改变所述交流电流的频率，并且其中，所述计算器从在所述复阻抗的虚部最大时得到的所述复阻抗的实部减去所述测量电阻器的电阻值，并将所得的结果乘以2，以确定所述绝缘电阻器的所述电阻值。

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