CN113795763A - 短路检测设备、短路检测方法及电动车辆 - Google Patents

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Abstract

一种用于包括电池和底盘的电动车辆的短路检测设备，其包括：电池电压传感器，用于测量电池电压；第一串联电路，其包括串联连接在第一节点和第二节点之间的第一电阻器和第一开关，第一节点连接至电池的负极端子，第二节点可连接至底盘；第二串联电路，其包括串联连接在第二节点和第三节点之间的第二电阻器和第二开关，该第三节点连接至正极端子；分压器，其与第一串联电路并联联接，并且包括通过第四节点串联连接的第三电阻器和第四电阻器；模数转换器，其被配置为生成指示第一节点和第四节点之间的电压的数字信号；以及控制单元。控制单元在短路检测模式下基于由模数转换器测量到的至少一个检测电压确定电池的短路。

Description

短路检测设备、短路检测方法及电动车辆
技术领域
本公开涉及一种用于检测电池与底盘之间的漏电(electric leakage)的技术。
本申请要求于2019年10月31日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2019-0138010、2019年10月31日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2019-0138012、以及2020年9月1日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2020-0111225的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。
背景技术
近来，对于诸如笔记本电脑、摄像机、移动电话之类的便携式电子产品的需求急剧增加，并且随着电动车辆、用于蓄能的蓄能器、机器人和卫星的广泛发展，正在对可重复充电的高性能电池进行许多研究。
目前，市售的电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂电池等，其中锂电池没有或几乎没有记忆效应，因此锂电池比镍基电池更受重视，其优点在于便于随时进行充电，自放电率极低，并且能量密度高。
同时，在某些情况下，电池包括单个可充电电芯(cell)，但在许多情况下，多个电池串联和/或并联连接以提供高电压。
被实现为提供高电压的电池需要与电动车辆的底盘保持完全电绝缘状态。当电池的正极端子或负极端子中的至少一个与底盘之间发生绝缘击穿(即，漏电)时，在电池与底盘之间形成漏电流的流动路径，从而导致连接至电池的电子(electric)装置的故障或误操作，尤其是诸如触电之类的事故。
为了检测电池的漏电，需要使用电压检测装置来测量电连接至电池的至少两个节点之间的电压。包括专利文献1的现有技术使用底盘作为接地(作为用于电压测量的基准的电气(electrical)位置)，以对确定漏电所需的电压值进行采样。因此，将电池的负极端子代替底盘作为接地，无法应用专利文献1的技术。
另外，当在漏电检测设备内的部件(例如，开关、电阻器、模数转换器)中发生故障或误操作时，可能无法准确地检测电池与底盘之间的漏电。
(专利文献1)KR 10-2015-0081988A(2015年7月15日公开)
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决上述问题，并且因此本公开旨在提供使用电池的负极端子代替底盘作为接地来检测漏电检测所需电压的漏电检测设备、漏电检测方法、以及包括该漏电检测设备的电动车辆。
本公开还涉及用于在底盘与漏电检测设备电分离的状态下单独诊断漏电检测设备中所包括的部件的故障的方法。
本公开的这些和其他目的和优点可以通过以下描述来理解，并且将从本公开的实施方式变得显而易见。另外，将容易理解，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求中阐述的方式及其组合来实现。
技术方案
根据本公开一方面的漏电检测设备用于包括电池和底盘的电动车辆。该漏电检测设备包括：电池电压传感器，其被配置为测量电池的正极端子和负极端子之间的电池电压；第一串联电路，其包括串联连接在第一节点和第二节点之间的第一电阻器和第一开关，该第一节点连接至负极端子，并且该第二节点可连接至底盘；第二串联电路，其包括串联连接在第二节点和第三节点之间的第二电阻器和第二开关，该第三节点连接至正极端子；分压器，其与第一串联电路并联联接，并且包括通过第四节点串联连接的第三电阻器和第四电阻器；模数转换器，其被配置为生成指示第一节点和第四节点之间的电压的数字信号；以及控制单元，其以操作方式联接至电池电压传感器、第一开关、第二开关和模数转换器。控制单元被配置为在执行用于控制第一开关进入接通状态并且控制第二开关进入断开状态的第一漏电检测模式期间，在第一检测时间点基于数字信号确定第一检测电压。控制单元被配置为在执行用于控制第一开关进入断开状态并且控制第二开关进入接通状态的第二漏电检测模式期间，在第二检测时间点基于数字信号确定第二检测电压。控制单元被配置为基于电池电压、第一检测电压和第二检测电压，确定正极端子和底盘之间的第一绝缘电阻以及负极端子和底盘之间的第二绝缘电阻。控制单元被配置为基于第一绝缘电阻和第二绝缘电阻确定在电池中是否发生漏电。
第一电阻器的电阻可以等于第二电阻器的电阻。控制单元可以被配置为使用下式1确定第一绝缘电阻：
[式1]
Figure BDA0003335872860000031
(V1为第一检测电压，V2为第二检测电压，R1为第一电阻器的电阻，并且R(+)为第一绝缘电阻。)
控制单元可以被配置为使用下式2确定第二绝缘电阻：
[式2]
Figure BDA0003335872860000032
(VBatt为电池电压，R3为第三电阻器的电阻，R4为第四电阻器的电阻，并且R(-)为第二绝缘电阻。)
该漏电检测设备还可以包括：第三串联电路，其包括串联连接的第三开关和第五电阻器。第三开关可以连接在底盘和第二节点之间。第五电阻器可以连接在底盘和第三节点之间。当第三开关处于接通状态时，第二节点可以通过第三开关连接至底盘。当第三开关处于断开状态时，第二节点可以与底盘分离。
控制单元可以被配置为：在执行用于控制第二开关和第三开关进入断开状态的第一故障诊断模式期间，在第一诊断时间点基于数字信号确定第一诊断电压。控制单元可以被配置为基于第一诊断电压确定是否发生第二开关的短路故障或第三开关的短路故障中的至少一种。
控制单元可以被配置为当第一诊断电压高于第一阈值电压时，确定在第二开关或第三开关中的至少一个开关发生了短路故障。
控制单元可以被配置为在执行用于控制第一开关和第二开关进入接通状态并且控制第三开关进入断开状态的第二故障诊断模式期间，在第二诊断时间点基于数字信号确定第二诊断电压。控制单元可以被配置为基于电池电压和第二诊断电压，确定是否发生以下故障中的至少一种：第一开关的开路故障、第二开关的开路故障、第一电阻器的电阻故障、第二电阻器的电阻故障、第三电阻器的电阻故障或第四电阻器的电阻故障。
控制单元可以被配置为确定第一参考电压等于电池电压与第一分压比的乘积。控制单元可以被配置为当第二诊断电压与第一参考电压之间的差的绝对值大于第二阈值电压时，确定发生以下故障中的至少一种：第一开关的开路故障、第二开关的开路故障、第一电阻器的电阻故障、第二电阻器的电阻故障、第三电阻器的电阻故障或第四电阻器的电阻故障。
控制单元可以被配置为在执行其中第一开关和第三开关被控制进入断开状态并且第二开关被控制进入接通状态的第三故障诊断模式期间，在第三诊断时间点基于数字信号确定第三诊断电压。控制单元可以被配置为根据电池电压和第三诊断电压确定第一开关是否发生短路故障。
控制单元可以被配置为确定第二参考电压等于电池电压与第二分压比的乘积。控制单元可以被配置为当第三诊断电压与第二参考电压之间的差的绝对值大于第三阈值电压时，确定第一开关发生了短路故障。
控制单元可以被配置为在执行用于控制第一开关和第二开关进入断开状态并且控制第三开关进入接通状态的第四故障诊断模式期间，在第四诊断时间点基于数字信号确定第四诊断电压。控制单元可以被配置为基于第四诊断电压确定是否发生第三开关的开路故障。
控制单元可以被配置为当第四诊断电压低于第四阈值电压时，确定在第三开关中发生了开路故障。
根据本公开另一方面的电动车辆包括漏电检测设备。
根据本公开又一方面的使用漏电检测设备的漏电检测方法包括：在执行用于控制第一开关进入接通状态并且第二开关进入断开状态的第一漏电检测模式期间，在第一检测时间点基于数字信号确定第一检测电压；在执行用于控制第一开关进入断开状态并且控制第二开关进入接通状态的第二漏电检测模式期间，在第二检测时间点基于数字信号确定第二检测电压，基于电池电压、第一检测电压和第二检测电压，确定正极端子和底盘之间的第一绝缘电阻以及负极端子和底盘之间的第二绝缘电阻，以及基于第一绝缘电阻和第二绝缘电阻确定在电池中是否发生漏电。
漏电检测方法还可以包括：在执行用于控制第二开关和第三开关进入断开状态的第一故障诊断模式期间，在第一诊断时间点基于数字信号确定第一诊断电压；以及基于第一诊断电压确定是否发生第二开关的短路故障或第三开关的短路故障。
技术效果
根据本公开的至少一个实施方式，可以使用电池的负极端子代替底盘作为接地以检测漏电检测所需的电压，来检测电池和底盘之间的漏电。
另外，根据本发明的至少一个实施方式，可以在确定电池的正极端子和负极端子中的每一个与底盘之间的绝缘电阻之前检测电池的漏电。
此外，根据本公开的至少一个实施方式，可以在漏电检测设备与底盘电分离的状态下诊断漏电检测设备的故障。
本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员从所附权利要求中将清楚地理解这些和其他效果。
附图说明
附图例示了本公开的优选实施方式，并且与下面描述的本公开的详细描述一起用于提供对本公开的技术方案的进一步理解，因此本公开不应被解释为限于附图。
图1是示例性地示出了根据本公开的电动车辆的配置的图。
图2是示例性地示出了根据本公开第一实施方式的漏电检测方法的流程图。
图3是示例性地示出了根据本公开第二实施方式的漏电检测方法的流程图。
图4是示例性示出了根据本公开的漏电检测设备的自诊断的故障诊断方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。在进行描述之前，应当理解，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仅限于一般含义和字典含义，而是应以允许发明人适当地定义术语以获得最佳解释的原则为基础，基于与本公开的技术方案相对应的含义和概念进行解释。
因此，本文所描述的实施方式和附图中所示的示例仅是本公开的最优选的实施方式，并非旨在完整地描述本公开的技术方案，因此应当理解，在提交申请时可能已经对其做出了各种其他等同和修改。
包括诸如“第一”、“第二”等序数词的术语用于在各种元件当中将一个元件与其他元件区分开，并非旨在通过术语来限制元件。
除非上下文另外清楚地表示，否则应当理解，本说明书中使用的术语“包括”指定所述元件的存在，但不排除一个或更多个其他元件的存在或添加。另外，这里所使用的术语“控制单元”是指具有至少一种功能或操作的处理单元，并且可以由硬件或软件单独或组合地实现。
另外，在整个说明书中，将进一步理解，当一个元件被称为“连接至”另一元件时，该一个元件可以直接连接至另一元件或可以存在中间元件。
图1是示例性地示出了根据本公开的电动车辆的配置的图。
参照图1，电动车辆1包括底盘2、逆变器3、电动机4、电池10和漏电检测设备100。
逆变器3被设置为响应于来自漏电检测设备100的命令将来自电池10的直流(DC)转换为交流(AC)。电动机4是三相AC电动机，并利用由逆变器3产生的AC而运行。电动车辆1通过在电动机4运行过程中产生的驱动力而行驶。
电池10可以是串联和/或并联连接的多个电池单元B的组件。电池单元B可以包括可以重复充电的任何电池(诸如，锂离子电池)，并且不限于特定类型。
漏电检测设备100设置为电连接至电池10的正极端子11、电池10的负极端子12和底盘2。
在图1中，RP表示电池10的正极端子11与底盘2之间的第一漏电阻，而RN表示电池10的负极端子12与底盘2之间的第二漏电阻。第一漏电阻RP和第二漏电阻RN是表示电池10与底盘2的绝缘程度的虚拟电阻。当在电池10中没有发生漏电时，第一漏电阻RP和第二漏电阻RN二者具有超过阈值电阻的非常大的值。相反，当在电池10与底盘2之间由于来自外部的湿气渗入或电池10漏水而形成短路时(即，当在电池10中发生漏电时)，第一漏电阻RP或第二漏电阻RN中的至少一个将具有阈值电阻以下的非常小的值。在此，阈值电阻可以是预设值以防止触电事故。
漏电检测设备100包括第一节点至第四节点N1、N2、N3、N4、电池电压传感器102、第一串联电路110、第二串联电路120、分压器130、模数转换器(ADC)150和控制单元160。
漏电检测设备100还可以包括第三串联电路140和第五节点N5。第三串联电路140包括串联电连接的第五电阻器141和第三开关142。第五节点N5与底盘2具有基本相同的电位。因此，电连接至第五节点N5的部件代表该部件也电连接至底盘2。当从漏电检测设备100省略第三串联电路140中，第二节点N2和第五节点N5可以是相同的节点。
此处使用的术语“节点”是指两个或更多个电气部件彼此电联接的位置或区域。也就是说，第一节点至第五节点N1、N2、N3、N4、N5可以是用于在漏电检测设备200的每个部件、电池10和底盘2之间进行电连接的诸如汇流条或布线之类的导体的一部分。
更详细地，负极端子12、第一串联电路110、分压器130和ADC 150通过第一节点N1电连接。第一串联电路110、第二串联电路120、分压器130与第三开关142通过第二节点N2电连接。正极端子11、第二串联电路120和第五电阻器141通过第三节点N3电连接。分压器130和ADC 150通过第四节点N4电连接。底盘2、第三开关142和第五电阻器141通过第五节点N5电连接。
电池电压传感器102电连接至电池10的正极端子11和负极端子12，以测量电池10两端的电池电压。电池电压传感器102被配置为生成指示所测量的电池电压的信号。
第一串联电路110电连接在第一节点N1与第二节点N2之间。第一串联电路110包括串联电连接的第一电阻器111和第一开关112。也就是说，第一电阻器111的一端与第一开关112的一端共同连接，并且第一电阻器111的另一端与第一开关112的另一端中的任一端电连接至第一节点N1，而另一端电连接至第二节点N2。设置第一电阻器111以在第一开关112被控制为接通状态时防止涌入电流(inrush current)。
第二串联电路120电连接在第二节点N2与第三节点N3之间。第二串联电路120包括串联电连接的第二电阻器121和第二开关122。也就是说，第二电阻器121的一端与第二开关122的一端共同连接，并且第二电阻器121的另一端与第二开关122的另一端中的任一端电连接至第二节点N2，而另一个电连接至第三节点N3。设置第二电阻器121以防止当第二开关122被控制为接通状态时的涌入电流。第一电阻器111的电阻可以等于第二电阻器121的电阻。
第一开关112、第二开关122和第三开关142可以是诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的已知开关器件。
分压器130并联地电连接至第一串联电路110。也就是说，分压器130电连接在第一节点N1和第二节点N2之间。分压器130包括串联连接的第三电阻器131和第四电阻器132。第三电阻器131的一端与第四电阻器132的一端通过第四节点N4电连接。第三电阻器131的另一端电连接至第一节点N1，而第四电阻器132的另一端电连接至第二节点N2。第四电阻器132的电阻可以比第三电阻器131的电阻高几倍到几百倍。
第三开关142电连接在第二节点N2与第五节点N5之间。第五电阻器141电连接在第三节点N3和第五节点N5之间。因此，在第三开关142处于接通状态的同时，第五电阻器141可以并联电连接至第二串联电路120。第五电阻器141的电阻可以等于第三电阻器131的电阻和第四电阻器132的电阻之和。
ADC 150电连接至第一节点N1与第四节点N4。设置ADC 150以测量分压器130的第三电阻器131两端的电压。ADC 150被配置为使用节点N1作为接地，生成指示第一节点N1和第四节点N4之间的电压的数字信号，节点N1电连接至负极端子P1且与负极端子P1具有相同电位。
可以使用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器或用于执行其他功能的电气单元中的至少一种，以硬件实现控制单元160。控制单元160内可以包括存储器。存储器可以存储执行如下所述的方法所需的程序和数据。存储器可以包括例如闪存类型、硬盘类型、固态盘(SSD)类型、硅盘驱动器(SDD)类型、微型多媒体卡类型、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或可编程只读存储器(PROM)中的至少一种类型的存储介质。
控制单元160可以操作地联接至电池电压传感器102、第一开关112、第二开关122、第三开关142及ADC 150。控制单元160可以独立控制第一开关112、第二开关122和第三开关142。也就是说，第一开关112、第二开关122和第三开关142中的每一个可以被控制为接通或断开状态。
控制单元160可以选择性地输出第一切换至第三切换S1、S2、S3中的至少一个以独立地控制第一开关至第三开关112、122、142。
当第一开关112响应于来自控制单元160的第一切换信号S1而被控制进入接通状态时，第一节点N1可以通过第一串联电路110电连接至第二节点N2。
当第二开关122响应于来自控制单元160的第二切换信号S2而被控制进入接通状态时，第二节点N2可以通过第二串联电路120电连接至第三节点N3。
当第三开关142响应于来自控制单元160的第三切换信号S3而被控制进入接通状态时，第五节点N5可以通过第三开关142电连接至第二节点N2。
指示第一电阻器111、第二电阻器121、第三电阻器131、第四电阻器132和第五电阻器141中的每一个的预设电阻的数据被预先存储在存储器中。
设置分压器130，以根据第一节点N1和第二节点N2之间的电压生成第一节点N1和第四节点N4之间的电压。第一节点N1和第二节点N2之间的电压是分压器130两端的电压。第一节点N1和第四节点N4之间的电压是第四电阻器132两端的电压。
第一节点N1和第四节点N4之间的电压与第一节点N1和第二节点N2之间的电压的比值等于第四电阻器132的电阻与第三电阻器131的电阻和第四电阻器132的电阻之和的比值。例如，当第一节点N1和第二节点N2之间的电压为100V，第三电阻器131的电阻值5.98MΩ，第四电阻器132的电阻为0.02MΩ时，第一节点N1与第四节点N4之间的电压为100×0.02/(5.98+0.02)V。
控制单元160可以选择性地执行第一漏电检测模式和第二漏电检测模式，以检测漏电。在停止电池10的充电/放电时，控制单元160可以顺序地执行第一漏电检测模式和第二漏电检测模式。
当控制单元160执行第一漏电检测模式时，控制单元160控制第一开关112进入接通状态并且控制第二开关122进入断开状态。在执行第一漏电检测模式期间，控制单元160在第一检测时间点基于由ADC 150生成的数字信号确定第一检测电压。第一检测电压为在第一检测时间点第三电阻器131两端的电压。第一检测时间点可以是从第一漏电检测模式的开始时间起已经经过了预定时段的时间点。这是因为紧接在执行第一漏电检测模式之后，第一节点N1和第四节点N4之间的电压可能由于第一开关112和第二开关122的状态的瞬时变化而不稳定。
当控制单元160执行第二漏电检测模式时，控制单元160控制第一开关112进入断开状态并且控制第二开关122进入接通状态。在执行第二漏电检测模式期间，控制单元160在第二检测时间点基于由ADC 150生成的数字信号确定第二检测电压。第二检测电压是在第二检测时间点第三电阻器131两端的电压。第二检测时间点可以是从第二漏电检测模式的开始时间起已经经过了预定时段的时间点。这是因为紧接在执行第二漏电检测模式之后，第一节点N1和第四节点N4之间的电压可能由于第一开关112和第二开关122的状态的瞬时变化而不稳定。
在第一漏电检测模式和第二漏电检测模式期间，控制单元160可以控制第三开关142进入接通状态。
当在第二漏电检测模式之前执行第一漏电检测模式时，控制单元160可以在确定第一检测电压的时间点执行第二漏电检测模式。当在第一漏电检测模式之前执行第二漏电检测模式时，控制单元160可以在确定第二检测电压的时间点执行第一漏电检测模式。
在第一漏电检测模式期间，第一电阻器111并联电连接至分压器130和第二漏电阻RN，并且第二电阻器121与第二节点N2电分离。因此，第一检测电压具有根据下式1的关系。
[式1]
Figure BDA0003335872860000101
在第二漏电检测模式期间，第一电阻器111与第二节点N2电分离，而第二电阻器121与第五电阻器141和第一漏电电阻RP并联电连接。因此，第二检测电压具有根据下式2的关系。
[式2]
Figure BDA0003335872860000102
在式1和式2中，VBatt为电池电压，R1为第一电阻器111的电阻，R2为第二电阻器121的电阻，R3为第三电阻器131的电阻，R4为第四电阻器132的电阻，V1为第一检测电压，而V2为第二检测电压。
R(+)为指示正极端子11与底盘2之间的绝缘状态的第一绝缘电阻。R(+)为第一漏电阻RP与第五电阻器141的电阻R5的并联组合电阻。也就是说，R(+)＝R5∥RP＝(R5×RP)/(R5+RP)。可以从漏电检测设备100省略第五电阻器141，并且在这种情况下，R(+)等于第一漏电阻RP。
R(-)为指示负极端子12与底盘2之间的绝缘状态的第二绝缘电阻。R(-)为第二漏电阻RN与分压器130的电阻的并联组合电阻。分压器130的电阻等于第三电阻器131的电阻R3与第四电阻器132的电阻R4之和。也就是说，R(-)＝(R3+R4)∥RN＝{(R3+R4)×RN}/(R3+R4+RN)。
在式1和式2中，只有R(+)和R(-)是未知的。因此，当第一电阻器111的电阻R1等于第二电阻器121的电阻R2时，可以从式1和式2得出用于R(+)的式3和用于R(-)的式4。
[式3]
Figure BDA0003335872860000111
[式4]
Figure BDA0003335872860000112
如果给定了V1、V2和R1，则可以从式3确定R(+)。
控制单元160可以使用下式5来确定第三绝缘电阻。
[式5]
Figure BDA0003335872860000113
在式5中，Rleak是第三绝缘电阻。第三绝缘电阻为第一绝缘电阻R(+)与第二绝缘电阻R(-)的并联组合电阻。
第一绝缘电阻R(+)小于预定的第一参考电阻表示第一漏电阻RP小于阈值电阻。第二绝缘电阻R(-)小于预定的第二参考电阻表示第二漏电阻RN小于阈值电阻。
当第一绝缘电阻R(+)小于第一参考电阻，第二绝缘电阻R(-)小于第二参考电阻，或第三绝缘电阻Rleak小于预定的第三参考电阻时，控制单元160可以生成漏电报警信号以通知电池10中发生漏电。第一参考电阻可以等于第二参考电阻。第三参考电阻可以低于第一参考电阻和第二参考电阻中较小的一个。第三参考电阻可以是第一参考电阻和第二参考电阻的并联组合电阻。
漏电检测设备100还可以包括接口单元170。接口单元170可以包括显示器或扬声器中的至少一个，以将来自控制单元160的漏电报警信号输出为用户能够识别的格式的信号。
在下文中，将描述使用漏电检测设备100的根据第一实施方式和第二实施方式的漏电检测方法。在执行每种漏电检测方法的同时，第三开关142可以保持处于接通状态。可以在执行每种漏电检测方法之前确定电池电压VBatt。
图2是示例性地示出了根据本公开第一实施方式的漏电检测方法的流程图。
参照图1和图2，在步骤S210中，控制单元160执行第一漏电检测模式以控制第一开关112进入接通状态并且控制第二开关122进入断开状态。
在步骤S220中，控制单元160在执行第一漏电检测模式期间在第一检测时间点基于由ADC 150生成的数字信号确定第一检测电压。
在步骤S230中，控制单元160执行第二漏电检测模式，以控制第一开关112进入断开状态并且控制第二开关122进入接通状态。
在步骤S240中，控制单元160在执行第二漏电检测模式期间在第二检测时间点基于由ADC 150生成的数字信号确定第二检测电压。
在步骤S250中，控制单元160基于第一检测电压和第二检测电压确定指示电池10的正极端子11与底盘2之间的绝缘状态的第一绝缘电阻R(+)(参见式3)。
在步骤S260中，控制单元160基于第一检测电压和第二检测电压确定指示电池10的负极端子12与底盘2之间的绝缘状态的第二绝缘电阻R(-)(参见式4)。
在步骤S270中，控制单元160基于第一绝缘电阻和第二绝缘电阻确定第三绝缘电阻(参见式5)。可以从图2的方法中省略步骤S270。
在步骤S280中，控制单元160基于第一绝缘电阻、第二绝缘电阻或第三绝缘电阻中的至少一个来确定电池10中是否发生漏电。当步骤S280的值为“是”时，执行步骤S290。
在步骤S290中，控制单元160生成漏电报警信号。
图3是示例性地示出了根据本公开第二实施方式的漏电检测方法的流程图。与图的2方法相比，图3的方法还包括步骤S325、S342和S344。图3的方法的其余步骤与图2的方法相同。
参照图1和图3，在步骤S310中，控制单元160执行第一漏电检测模式，以控制第一开关112进入接通状态并且控制第二开关122进入断开状态。
在步骤S320中，控制单元160在执行第一漏电检测模式期间在第一检测时间点基于由ADC 150生成的数字信号确定第一检测电压。
在步骤S325中，控制单元160确定第一检测电压是否高于阈值电压。即使电池电压相等，但是随着第一漏电阻RP降低，分压器130两端的电压也会增加，从而第一检测电压可以增加。因此，第一检测电压高于阈值电压可能是由于第一漏电阻RP小于阈值电阻而导致的。阈值电压是考虑仿真结果而预设的，并且例如，阈值电压可以与如下所述的第一阈值电压相同。当步骤S325的值为“是”时，执行步骤S390。当步骤S325的值为“否”时，执行步骤S330。
在步骤S330中，控制单元160执行第二漏电检测模式，以控制第一开关112进入断开状态并且控制第二开关122进入接通状态。
在步骤S340中，控制单元160在执行第二漏电检测模式期间在第二检测时间点基于由ADC 150生成的数字信号确定第二检测电压。
在步骤S342中，控制单元160确定第一检测电压是否等于或高于第二检测电压。在物理方面，第一绝缘电阻R(+)和第二绝缘电阻R(-)应为正值。然而，在式3和式4中，当第一检测电压V1等于或高于第二检测电压V2时，第一绝缘电阻R(+)和第二绝缘电阻R(-)中的每一个为0或负值。步骤S342的值为“是”表示在步骤S310、S310、S320、S325、S330或S340中的至少一个中发生错误。当步骤S342的值为“是”时，执行步骤S344。当步骤S342的值为“否”时，执行步骤S350。
在步骤S344中，控制单元160生成故障报警信号。故障报警信号指示在漏电检测设备100中发生故障，并且无法检测到漏电。接口单元170可以将来自控制单元160的故障报警信号输出为用户能够识别的形式的信号。
在步骤S350中，控制单元160基于第一检测电压和第二检测电压，确定指示电池10的正极端子11与底盘2之间的绝缘状态的第一绝缘电阻R(+)(参见式3)。
在步骤S360中，控制单元160基于第一检测电压和第二检测电压确定指示电池10的负极端子12与底盘2之间的绝缘状态的第二绝缘电阻R(-)(参见式4)。
在步骤S370中，控制单元160基于第一绝缘电阻和第二绝缘电阻来确定第三绝缘电阻(参见式5)。可以从图3的方法中省略步骤S370。
在步骤S380中，控制单元160基于第一绝缘电阻、第二绝缘电阻或第三绝缘电阻中的至少一个来确定电池10中是否发生漏电。当步骤S380的值为“是”时，执行步骤S390。
在步骤S390中，控制单元160生成漏电报警信号。
可以从图3的方法可以省略S325、或者步骤S342和S344。
同时，当在漏电检测设备100的开关112、122、142和电阻器111、121、131、132、141中的至少一个中发生故障时，不能正确地执行根据第一实施方式和第二实施方式的漏电检测方法。因此，为了确保根据图2或图3的漏电检测方法的结果的准确性，需要执行故障诊断方法，该故障诊断方式用于确定在漏电检测设备100的开关112、122、142中的至少一个或电阻器111、121、131、132、141中的至少一个中是否发生故障。
图4是示例性示出了本公开的漏电检测设备的自诊断的故障诊断方法的流程图。图4的方法是漏电检测设备100的自诊断过程。作为漏电检测方法，可以包括图4的方法的步骤。可以在图2或图3的漏电检测方法之前执行图4的方法。
参照图1和图4，在步骤S410中，控制单元160执行第一故障诊断模式。第一故障诊断模式是用于控制第二开关122和第三开关142进入断开状态的模式。控制第三开关142进入断开状态的原因是为了将电连接至底盘2的第五节点N5与第二节点N2电分离。当第三开关142断开时，电池10、漏电检测设备100和底盘2之间的闭合电路断开。在第一故障诊断模式下，第一开关112可以被控制为断开状态，但是也可以被控制进入接通状态。
在步骤S412中，控制单元160在执行第一故障诊断模式期间在第一诊断时间点基于由ADC 150生成的数字信号确定第一诊断电压。第一诊断时间点可以是从第一故障诊断模式的开始时间起已经经过了预定时段的时间点。第一诊断电压指示在第一诊断时间点第三电阻器131两端的电压。
在步骤S414中，控制单元160基于第一诊断电压确定是否发生第一故障状态。第一故障状态指示第二开关122或第三开关142中的至少一个的短路故障。短路故障是开关不能断开的故障。
当第二开关122和第三开关142二者通过第一故障诊断模式而被断开时，分压器130与正极端子11电分离，并且第一诊断电压等于或小于该ADC 150的电压分辨率(例如，0.03V)。相反，当第二开关122或第三开关142中的任何至少一个未被断开时，第一诊断电压远高于电压分辨率。
当第一诊断电压高于第一阈值电压时，控制单元160确定发生了第一故障状态。考虑到ADC 150的电压分辨率，第一阈值电压被预设为例如0.04V。步骤S414的值为“是”指示在第二开关122或第三开关142中的至少一个中发生短路故障。步骤S414的值为“否”指示第二开关122和第三开关142二者被断开。当步骤S414的值为“否”时，执行步骤S420。当步骤S414的值为“是”时，执行步骤S450。
在步骤S420中，控制单元160执行第二故障诊断模式。第二故障诊断模式是用于控制第一开关112和第二开关122进入接通状态并且控制第三开关142进入断开状态的模式。控制第三开关142进入断开状态的原因是为了将电连接至底盘2的第五节点N5与第二节点N2电分离。
在步骤S422中，控制单元16在执行第二故障诊断模式期间在第二诊断时间点基于由ADC 150生成的数字信号确定第二诊断电压。第二诊断时间点可以是从第二故障诊断模式的开始时间起已经经过了预定时段的时间点。第二诊断电压指示在第二诊断时间点第三电阻器131两端的电压。
在步骤S424中，控制单元160基于第二诊断电压和电池电压确定是否发生第二故障状态。第二故障状态指示第一开关112的开路故障、第二开关122的开路故障、第一电阻器111的电阻故障、第二电阻器121的电阻故障、第三电阻器131的电阻故障和第四电阻器132的电阻故障。开路故障是开关不能被接通的故障。电阻故障指示电阻器的实际电阻值与电阻器的预设电阻值之间的差超出预定水平。
当第一开关112和第二开关122二者在第二故障诊断模式下被接通而第三开关142被断开时，分压器130并联电连接至第一串联电路110但通过第二串联电路120电连接至正极端子11。因此，当正常执行第二故障诊断模式时，电池电压和第二诊断电压具有根据下式6的关系。
[式6]
Figure BDA0003335872860000151
式6中，Vbatt表示电池电压，Vdia_2表示第二诊断电压，而Svd_1表示第一分压比。当发生第二故障状态时，电池电压与第二诊断电压不满足根据式6的关系。可以在步骤S424之前确定式6的电池电压VBatt。
控制单元160确定第一参考电压等于电池电压与第一分压比的乘积。随后，当第二诊断电压和第一参考电压之间的差的绝对值大于第二阈值电压时，控制单元160确定发生第二故障状态。考虑到ADC 150的电压分辨率，预设第二阈值电压。例如，第二阈值电压可以等于第一阈值电压。步骤S424的值为“是”指示发生了以下故障中的至少一种：第一开关112的开路故障、第二开关122的开路故障、第一电阻器111的电阻故障、第二电阻器121的电阻故障、第三电阻器131的电阻故障和第四电阻器132的电阻故障。步骤S424的值为“否”指示没有发生以下中的任何一种：第一开关112的开路故障、第二开关122的开路故障、第一电阻器111的电阻故障、第二电阻器121的电阻故障、第三电阻器131的电阻故障、和第四电阻器132的电阻故障。当步骤S424的值为“否”时，执行步骤S430。当步骤S424的值为“是”时，执行步骤S450。
在步骤S430中，控制单元160执行第三故障诊断模式。第三故障诊断模式是用于控制第二开关122进入接通状态并且控制第一开关112和第三开关142进入断开状态的模式。控制第三开关142进入断开状态的原因是为了将电连接至底盘2的第五节点N5与第二节点N2电分离。
在步骤S432中，控制单元160在执行第三故障诊断模式期间在第三诊断时间点基于由ADC 150生成的数字信号确定第三诊断电压。第三诊断时间点可以是从第三故障诊断模式的开始时间起已经经过了预定时段的时间点。第三诊断电压指示在第三诊断时间点第三电阻器131两端的电压。
在步骤S434中，控制单元160基于第三诊断电压和电池电压确定是否发生第三故障状态。第三故障状态指示第一开关112的短路故障。
当通过第三故障诊断模式，第一开关112和第三开关142二者被断开且第二开关122被接通时，分压器130通过第二串联电路120电连接至正极端子11。在这种情况下，电池电压和第三诊断电压具有根据下式7的关系。
[式7]
Figure BDA0003335872860000161
式7中，Vbatt表示电池电压，Vdia_3表示第三诊断电压，而Svd_2表示第二分压比。当发生第三故障状态时，电池电压与第三诊断电压不满足根据式7的关系。可以在步骤S434之前确定式7的电池电压VBatt。
控制单元160确定第二参考电压等于电池电压与第二分压比的乘积。随后，当第三诊断电压与第二参考电压之间的差的绝对值大于第三阈值电压时，控制单元160确定发生第三故障状态。考虑到ADC 150的电压分辨率，预设第三阈值电压。例如，第三阈值电压可以等于第一阈值电压。
当步骤S434的值为“是”时，执行步骤S450。当步骤S434的值为“否”时，执行步骤S440。
在步骤S440中，控制单元160执行第四故障诊断模式。第四故障诊断模式是用于控制第一开关112和第二开关122进入断开状态并且控制第三开关142进入接通状态的模式。
在步骤S442中，控制单元160在执行第四故障诊断模式期间在第四诊断时间点基于由ADC 150生成的数字信号确定第四诊断电压。第四诊断时间点可以是从第四故障诊断模式的开始时间起已经经过了预定时段的时间点。第四诊断电压指示在第四诊断时间点第三电阻器131两端的电压。
在步骤S444中，控制单元160基于第四诊断电压确定是否发生第四故障状态。第四故障状态指示第三开关142的开路故障。
当第四开关142通过第四故障诊断模式而被接通时，由于分压器130通过第五电阻器141电连接至正极端子11，因此第四诊断电压等于或大于ADC 150的电压分辨率(例如，0.03V)。因此，当第四诊断电压低于第四阈值电压时，控制单元160确定发生第四故障状态。考虑到ADC 150的电压分辨率，预设第四阈值电压。例如，第四阈值电压可以等于第一阈值电压。
另选地，当第四诊断电压与第三参考电压之间的差的绝对值大于第五阈值电压时，控制单元160确定发生第四故障状态。第三参考电压等于电池电压与第三分压比的乘积。考虑到ADC 150的电压分辨率，预设第五阈值电压。例如，第五阈值电压可以等于第一阈值电压。当第三开关142通过第四故障诊断模式而被正常闭合时，第三分压比、电池电压和第四诊断电压满足下式8的关系。
[式8]
Figure BDA0003335872860000171
式8中，Vbatt表示电池电压，Vdia_4表示第四诊断电压，而Svd_3表示第三分压比。当在第三开关142中发生开路故障时，电池电压与第四诊断电压不满足等式8的关系。可以在步骤S444之前确定式8的电池电压VBatt。
当步骤S444的值为“是”时，执行步骤S450。当步骤S444的值为“否”时，可以执行图2的步骤S210或图3的步骤S310。
在步骤S450中，控制单元160生成故障报警信号。故障报警信号指示在漏电检测设备100中发生故障，并且无法检测漏电。接口单元170可以将来自控制单元160的故障报警信号输出为用户能够识别的形式的信号。
以上描述的本公开的实施方式并非仅通过设备和方法来实现，并且还可以通过实现与本公开的实施方式的配置对应的功能的程序或上面记录有该程序的记录介质来实现，并且本领域技术人员可以从先前描述的实施方式的公开内容中容易地实现这样的实现。
附加地，由于本领域技术人员在不脱离本公开的技术方案的情况下可以对本公开进行多种替换、修改和变型，因此本公开不受前述实施方式和附图的限制，并且一些或所有实施方式可以选择性地组合以对本公开进行各种修改。

Claims (15)

1.一种用于电动车辆的漏电检测设备，该电动车辆包括电池和底盘，该漏电检测设备包括：
电池电压传感器，该电池电压传感器被配置为测量所述电池的正极端子和负极端子之间的电池电压；
第一串联电路，该第一串联电路包括串联连接在第一节点和第二节点之间的第一电阻器和第一开关，该第一节点连接至所述负极端子，该第二节点连接至所述底盘；
第二串联电路，该第二串联电路包括串联连接在所述第二节点和第三节点之间的第二电阻器和第二开关，该第三节点连接至所述正极端子；
分压器，该分压器与所述第一串联电路并联联接，并且包括通过第四节点串联连接的第三电阻器和第四电阻器；
模数转换器，该模数转换器被配置为生成指示所述第一节点和所述第四节点之间的电压的数字信号；以及
控制单元，该控制单元以操作方式联接至所述电池电压传感器、所述第一开关、所述第二开关和所述模数转换器，
其中，所述控制单元被配置为：
在执行用于控制所述第一开关进入接通状态并且控制所述第二开关进入断开状态的第一漏电检测模式期间，在第一检测时间点基于所述数字信号确定第一检测电压，
在执行用于控制所述第一开关进入断开状态并且控制所述第二开关进入接通状态的第二漏电检测模式期间，在第二检测时间点基于所述数字信号确定第二检测电压，
基于所述电池电压、所述第一检测电压和所述第二检测电压，确定所述正极端子和所述底盘之间的第一绝缘电阻以及所述负极端子和所述底盘之间的第二绝缘电阻，并且
基于所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻确定在所述电池中是否发生漏电。
2.根据权利要求1所述的漏电检测设备，其中，所述第一电阻器的电阻等于所述第二电阻器的电阻，
所述控制单元被配置为使用下式1确定所述第一绝缘电阻：
[式1]
Figure FDA0003335872850000021
其中，V1为所述第一检测电压，V2为所述第二检测电压，R1为所述第一电阻器的电阻，并且R(+)为所述第一绝缘电阻。
3.根据权利要求1所述的漏电检测设备，其中，所述控制单元被配置为使用下式2确定所述第二绝缘电阻：
[式2]
Figure FDA0003335872850000022
其中，VBatt为所述电池电压，R3为所述第三电阻器的电阻，R4为所述第四电阻器的电阻，并且R(-)为所述第二绝缘电阻。
4.根据权利要求1所述的漏电检测设备，所述漏电检测设备还包括：
第三串联电路，该第三串联电路包括串联连接的第三开关和第五电阻器，
其中，所述第三开关连接在所述底盘和所述第二节点之间，
所述第五电阻器连接在所述底盘和所述第三节点之间，
当所述第三开关处于接通状态时，所述第二节点通过所述第三开关连接至所述底盘，并且
当所述第三开关处于断开状态时，所述第二节点与所述底盘分离。
5.根据权利要求4所述的漏电检测设备，其中，所述控制单元被配置为：
在执行用于控制所述第二开关和所述第三开关进入断开状态的第一故障诊断模式期间，在第一诊断时间点基于所述数字信号确定第一诊断电压，并且
基于所述第一诊断电压确定是否发生所述第二开关的短路故障或所述第三开关的短路故障中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的漏电检测设备，其中，所述控制单元被配置为当所述第一诊断电压高于第一阈值电压时，确定所述第二开关或所述第三开关的至少一个开关发生了短路故障。
7.根据权利要求5所述的漏电检测设备，其中，所述控制单元被配置为：
在执行用于控制所述第一开关和所述第二开关进入接通状态并且控制所述第三开关进入断开状态的第二故障诊断模式期间，在第二诊断时间点基于所述数字信号确定第二诊断电压，并且
基于所述电池电压和所述第二诊断电压，确定是否发生以下故障中的至少一种：所述第一开关的开路故障、所述第二开关的开路故障、所述第一电阻器的电阻故障、所述第二电阻器的电阻故障、所述第三电阻器的电阻故障或所述第四电阻器的电阻故障。
8.根据权利要求7所述的漏电检测设备，其中，所述控制单元被配置为：
确定第一参考电压等于所述电池电压与第一分压比的乘积，并且
当所述第二诊断电压与所述第一参考电压之间的差的绝对值大于第二阈值电压时，确定发生以下故障中的至少一种：所述第一开关的开路故障、所述第二开关的开路故障、所述第一电阻器的电阻故障、所述第二电阻器的电阻故障、所述第三电阻器的电阻故障或所述第四电阻器的电阻故障。
9.根据权利要求7所述的漏电检测设备，其中，所述控制单元被配置为：
在执行其中所述第一开关和所述第三开关被控制进入断开状态并且所述第二开关被控制进入所述接通状态的第三故障诊断模式期间，在第三诊断时间点基于所述数字信号确定第三诊断电压，并且
根据所述电池电压和所述第三诊断电压确定所述第一开关是否发生短路故障。
10.根据权利要求9所述的漏电检测设备，其中，所述控制单元被配置为：
确定第二参考电压等于所述电池电压与第二分压比的乘积，并且
当所述第三诊断电压与所述第二参考电压之间的差的绝对值大于第三阈值电压时，确定所述第一开关发生了短路故障。
11.根据权利要求9所述的漏电检测设备，其中，所述控制单元被配置为：
在执行用于控制所述第一开关和所述第二开关进入断开状态并且所述第三开关进入所述接通状态的第四故障诊断模式期间，在第四诊断时间点基于所述数字信号确定第四诊断电压，并且
基于所述第四诊断电压确定是否发生所述第三开关的开路故障。
12.根据权利要求11所述的漏电检测设备，其中，所述控制单元被配置为当所述第四诊断电压低于第四阈值电压时，确定所述第三开关发生了开路故障。
13.一种电动车辆，该电动车辆包括根据权利要求1至12中任一项所述的漏电检测设备。
14.一种使用根据权利要求1至12中任一项所述的漏电检测设备的漏电检测方法，该漏电检测方法包括以下步骤：
在执行用于控制所述第一开关进入接通状态并且所述第二开关进入断开状态的第一漏电检测模式期间，在第一检测时间点基于所述数字信号确定第一检测电压；
在执行用于控制所述第一开关进入断开状态并且控制所述第二开关进入接通状态的第二漏电检测模式期间，在第二检测时间点基于所述数字信号确定第二检测电压；
基于所述电池电压、所述第一检测电压和所述第二检测电压，确定所述正极端子和所述底盘之间的第一绝缘电阻以及所述负极端子和所述底盘之间的第二绝缘电阻；以及
基于所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻确定在所述电池中是否发生漏电。
15.根据权利要求14所述的漏电检测方法，该漏电检测方法还包括以下步骤：
在执行用于控制所述第二开关和第三开关进入断开状态的第一故障诊断模式期间，在第一诊断时间点基于所述数字信号确定第一诊断电压，并且
基于所述第一诊断电压确定是否发生所述第二开关的短路故障或所述第三开关的短路故障。
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