CN116338310A - 绝缘电阻检测装置以及故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够检测对施加于检测电阻的电压进行测量的测量部的故障的绝缘电阻检测装置以及故障检测方法。实施方式所涉及的绝缘电阻检测装置具备测量部和控制部。测量部具备：与电池的正极侧连接的第一开关；与电池的负极侧连接的第二开关；检测电阻；以及对施加于检测电阻的电压进行测量的测量电路。控制部接通第一开关及第二开关中的一个开关并断开另一个开关，从而形成电池、电池的绝缘电阻和检测电阻的串联连接电路，基于由测量电路测量的电压计算绝缘电阻。控制部接通第一开关及所述第二开关，形成电池和检测电阻的串联连接电路，基于由测量电路测量的电压检测测量部的故障。

Description

绝缘电阻检测装置以及故障检测方法
技术领域
公开的实施方式涉及绝缘电阻检测装置以及故障检测方法。
背景技术
有一种绝缘电阻检测装置，其具备测量部，该测量部具备与电池的正极侧连接的第一开关、与负极侧连接的第二开关、检测电阻和对施加于检测电阻的电压进行测量的测量电路，对电池的绝缘电阻进行检测(例如，参照专利文献1)。
绝缘电阻检测装置接通第一开关以及第二开关中的一个开关，断开另一个开关，形成电池、电池的绝缘电阻和检测电阻的串联连接电路，根据由测量电路测量的电压检测电池的绝缘电阻。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-66090号公报
然而，若测量施加于检测电阻的电压的测量部发生故障，则绝缘电阻检测装置无法检测电池的绝缘电阻。
发明内容
实施方式的一个方式是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够检测对施加于检测电阻的电压进行测量的测量部的故障的绝缘电阻检测装置以及故障检测方法。
实施方式的一方式所涉及的绝缘电阻检测装置具备测量部和控制部。测量部具备：与电池的正极侧连接的第一开关；与所述电池的负极侧连接的第二开关；检测电阻；以及对施加于所述检测电阻的电压进行测量的测量电路。控制部接通所述第一开关及所述第二开关中的一个开关并断开另一个开关，从而形成所述电池、所述电池的绝缘电阻和所述检测电阻的串联连接电路，基于由所述测量电路测量的电压来计算所述绝缘电阻。所述控制部接通所述第一开关及所述第二开关，形成所述电池和所述检测电阻的串联连接电路，基于由所述测量电路测量的电压来检测所述测量部的故障。
实施方式的一方式所涉及的绝缘电阻检测装置以及故障检测方法起到能够检测对施加于检测电阻的电压进行测量的测量部的故障的效果。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的绝缘电阻检测装置的结构例的说明图。
图2是表示实施方式所涉及的绝缘电阻检测装置的动作例的说明图。
图3是表示实施方式所涉及的绝缘电阻检测装置的动作例的说明图。
图4是表示实施方式所涉及的绝缘电阻检测装置的动作例的说明图。
图5是表示实施方式所涉及的测量部的结构例的说明图。
图6是表示实施方式所涉及的控制部执行的处理的一例的流程图。
图7是表示实施方式所涉及的控制部执行的处理的一例的流程图。
图8是表示实施方式的变形例所涉及的绝缘电阻检测装置的结构例的说明图。
图9是表示实施方式的变形例所涉及的控制部执行的处理的一例的流程图。
-符号说明-
1 绝缘电阻检测装置
2 测量部
21 第一开关
22 第二开关
23、24 检测电阻
25 测量电路
26、27 限制电阻
3 控制部
4 电池监视装置
51、52、55、65 电容器
53、54、62、63、64 电阻
61 差动放大器
66 偏置
7 电压生成器
71 固定电压源
72 第三开关
10 电池
11 电池单体
12、13 绝缘电阻。
具体实施方式
以下，参照附图，详细地说明绝缘电阻检测装置以及故障检测方法的实施方式。另外，本发明并不限定于以下所示的实施方式。实施方式所涉及的绝缘电阻检测装置例如搭载于电动汽车、混合动力汽车等使用电动马达的驱动力行驶的车辆。
对车辆的电动马达供给电力的电池使用输出数100V以上的高电压的高压的二次蓄电池(例如锂离子电池)。该电池若发生漏电，则有触电等的可能。
因此，电池收纳于绝缘性的壳体等而与外部电绝缘。电池的壳体在新品的状态下，电阻值为数MΩ，几乎不通电。然而，电池的壳体有时会因例如经年劣化等而导致绝缘性能降低。因此，绝缘电阻检测装置例如检测并监视作为电池的绝缘电阻的壳体的绝缘电阻。
[1.绝缘检测装置的结构例]
图1是表示实施方式所涉及的绝缘电阻检测装置1的结构例的说明图。如图1所示，绝缘电阻检测装置1经由高压侧的绝缘电阻12以及低压侧的绝缘电阻13与电池10连接。电池10具备串联连接的多个电池单体11。
高压侧的绝缘电阻12以及低压侧的绝缘电阻13不是电阻元件，而是收纳前述的电池10的绝缘性的壳体的一部分。另外，高压侧的绝缘电阻12以及低压侧的绝缘电阻13也可以是为了将电池10与电池10的外部电绝缘而设置的电阻元件。
绝缘电阻检测装置1具备测量部2和控制部3。测量部2具备与电池10的正极侧连接的第一开关21、与电池10的负极侧连接的第二开关22、检测电阻23、24、对向检测电阻23、24施加的电压进行测量的测量电路25。进而，测量部2具备限制电阻26、27。
控制部3包括具有CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等的微型计算机、各种电路。控制部3通过使用RAM作为作业区域来执行CPU存储在ROM中的程序，由此控制第一开关21以及第二开关22。
控制部3使第一开关21以及第二开关22中的一方的开关接通，使另一方的开关断开而形成电池10、电池10的绝缘电阻12、13与检测电阻23、24的串联连接电路，基于由测量电路25测量的电压来计算绝缘电阻12、13。
另外，控制部3的一部分或者全部也可以由ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)等硬件构成。
[2.绝缘电阻检测装置的动作例]
接下来，参照图2～图4，对绝缘电阻检测装置1的动作例进行说明。图2以及图3是表示实施方式所涉及的绝缘电阻检测装置1的动作例的说明图。
[2.1.绝缘电阻检测时动作]
例如，在检测低压侧的绝缘电阻13的电阻值的情况下，如图2所示，控制部3接通第一开关21，断开第二开关22而形成电池10、限制电阻26、检测电阻23、低压侧的绝缘电阻13的第一串联连接电路R1。而且，测量电路25测量施加于检测电阻23的电压(检测电阻23的两端的电压差)，并将测量结果输出至控制部3。
此时，若低压侧的绝缘电阻13的电阻值足够高，则电流几乎不流过第一串联连接电路R1。在这种情况下，由测量电路25测量的电压成为接近0V的值。与此相对，若低压侧的绝缘电阻13的电阻值降低，则电流在第一串联连接电路R1中流动。而且，低压侧的绝缘电阻13的电阻越低，则由测量电路25测量的电压为越高的值。
因此，控制部3基于由测量电路25测量的电压，计算低压侧的绝缘电阻13的电阻值，若计算出的电阻值为给定电阻值以上，则判定为没有漏电。此外，若计算出的电阻值小于给定电阻值，则控制部3判定为存在漏电。控制部3在判定为存在漏电的情况下，例如通过警告灯等警告装置向用户警告该情况。
此外，例如，在检测高压侧的绝缘电阻12的电阻值的情况下，如图3所示，控制部3使第一开关21断开，使第二开关22接通而形成电池10、高压侧的绝缘电阻12、检测电阻24、以及限制电阻27的第二串联连接电路R2。而且，测量电路25测量施加于检测电阻24的电压(检测电阻24的两端的电压差)，并将测量结果输出至控制部3。
此时，若高压侧的绝缘电阻12的电阻值足够高，则电流几乎不流过第二串联连接电路R2。在这种情况下，由测量电路25测量的电压成为接近0V的值。与此相对，若高压侧的绝缘电阻12的电阻值降低，则电流在第二串联连接电路R2中流动。而且，高压侧的绝缘电阻12的电阻越低，则由测量电路25测量的电压为越高的值。
因此，控制部3基于由测量电路25测量的电压，计算高压侧的绝缘电阻12的电阻值，若计算出的电阻值为给定电阻值以上，则判定为没有漏电。此外，若计算出的电阻值小于给定电阻值，则控制部3判定为存在漏电。控制部3在判定为存在漏电的情况下，例如通过警告灯等警告装置向用户警告该情况。
这样，绝缘电阻检测装置1基于由测量部2测量的施加于检测电阻23、24的电压来计算绝缘电阻12、13的电阻值，因此在测量部2发生了故障的情况下，无法计算出绝缘电阻12、13的电阻值。因此，实施方式所涉及的绝缘电阻检测装置1的控制部3在检测绝缘电阻12、13之前，进行测量部2是否发生了故障的检查。
[2.2.测量部的故障检查时动作]
在进行测量部2的检查的情况下，如图4所示，控制部3使第一开关21以及第二开关22接通而形成电池10与检测电阻23、24的串联连接电路，基于由测量电路25测量的电压来检测测量部2的故障。
例如，在测量部2未发生故障的情况下，当第一开关21以及第二开关22接通时，测量部2将电池10的电压所对应的电压值作为测量结果输出到控制部3。
具体而言，若将电池10的电压设为V，将检测电阻23、24、限制电阻26、27的电阻值分别设为R23、R24、R26、R27，则测量部2将由检测电阻23、24对电池10的电压V进行分压而得到的电压值即V×(R23+R24)/(R23+R24+R26+R27)输出至控制部3。
相对于此，在测量部2发生了故障的情况下，当第一开关21以及第二开关22被接通时，测量部2将与电池10的电压所对应的电压值不同的电压值作为测量结果输出到控制部3。
因此，控制部3在接通了第一开关21以及第二开关22的情况下，若从测量部2输入电池10的电压所对应的电压值，则能够判定为测量部2未发生故障。
此外，控制部3在接通了第一开关21以及第二开关22的情况下，若从测量部2输入与电池10的电压所对应的电压值不同的电压值，则能够判定为测量部2发生了故障。
这样，控制部3能够仅通过同时接通为了检测绝缘电阻12、13而交替地接通以及断开的第一开关21和第二开关22，并检测此时从测量部2输入的测量结果，来检测测量部2的故障。
[3.测量部的结构例]
接下来，参照图5，与测量部2的具体的结构例一起，对控制部3的动作和测量部2中的有可能发生故障的部位的具体例进行说明。图5是实施方式所涉及的测量部2的结构例的说明图。另外，在图5所示的结构例中，对于与图1所示的结构要素相同的结构要素，标注与图1所示的附图标记相同的附图标记，从而省略重复的说明。
如图5所示，测量部2的限制电阻26、27分别由多个串联连接的电阻元件构成。此外，测量部2具备与各检测电阻23、24并联连接的电容器51、52。电容器51、52对施加于各检测电阻23、24的电压中包括的噪声分量进行平滑化
此外，测量电路25具备差动放大器61，在第一开关21与差动放大器61之间具备电阻53，在第二开关22与差动放大器61之间具备电阻54。此外，测量电路25在连接电阻53与差动放大器61的布线与接地之间、以及连接电阻53与差动放大器61的布线与接地之间分别连接有电容器55。电容器55对输入到测量电路25的电压中包括的噪声分量进行平滑化。
在差动放大器61的正侧输入经由电阻67连接有施加偏置电压的偏置电压生成器(偏置66)。差动放大器61的输出经由电阻62反馈到差动放大器61的负侧输入。此外，差动放大器61的输出经由由电阻63、64以及电容器65构成的CR滤波器与控制部3连接。
控制部3与作为外部装置的一例的电池监视装置4连接。电池监视装置4是监视包括电池10的电压、SOC(State Of Charge)等的电池10的状态的装置。控制部3在检测到测量部2的故障的情况下，从电池监视装置4接收并取得电池10的电压。
然后，控制部3将第一开关21以及第二开关22接通，将从测量部2输入的电池10的电压的测量结果与从电池监视装置4输入的电池10的电压进行比较。控制部3在测量部2的测量结果、即从对检测电阻23、24施加的电压进行逆运算得到的电池10的电压与从电池监视装置4取得的电池10的电压近似相等的情况下，判定为测量部2没有发生故障。近似相等包括完全一致的情况和即使存在若干差异也能够判断为正常的情况。
相对于此，例如，在电池10的电压实际上是数100V时，若测量部2的测量结果为0V，则存在限制电阻26、27、电阻53、54、64的开路故障、第一开关21以及第二开关22的开路故障、电阻63以及电容器55、65的短路故障的可能性。此外，例如，在电池10的电压与测量部2的测量结果有很大不同的情况下，存在差动放大器61的增益异常的可能性。
因此，控制部3在测量部2的测量结果、即根据对检测电阻23、24施加的电压求出的电池10的电压与从电池监视装置4取得的电池10的电压之差超过给定的阈值的情况下，判定为测量部2发生了故障。
这样，控制部3将第一开关21以及第二开关22同时接通，将此时从测量部2输入的测量结果与从电池监视装置4取得的电池10的电压进行比较，由此能够检测测量部2的故障。
另外，在前述的例子中，将根据测量部2的测量结果求出的电池10的电压与从电池监视装置4取得的电池10的电压进行比较，判定测量部2的故障。取而代之，也可以用(R23+R24)/(R23+R24+R26+R27)的式子对从电池监视装置4取得的电池10的电压进行分压，并与测量部2的测量结果进行比较。在这种情况下，控制部3在以给定的分压比率对从电池监视装置4接收到的电池10的电压进行分压而得到的电压与由测量电路25测量出的电压近似相等的情况下，判定为测量部2没有故障。
[4.控制部执行的处理]
接下来，参照图6以及图7，对绝缘电阻检测装置1的控制部3执行的处理进行说明。图6以及图7是表示实施方式所涉及的控制部3执行的处理的一例的流程图。控制部3在车辆的电源接通的期间，依次反复执行图6以及图7所示的处理。
具体而言，如图6所示，控制部3首先接通第一开关21以及第二开关22双方的开关(步骤S101)。然后，控制部3判定测量部2的电压的测量结果与从电池监视装置4取得的电池10的电压之差是否为阈值以下(步骤S102)。
控制部3在判定为测量结果与电池10的电压之差为阈值以下的情况下(步骤S102，是)，判定为测量部2没有故障(步骤S103)。此外，控制部3在判定为测量部2的测量结果与电池10的电压之差不在阈值以下的情况下(步骤S102，否)，判定为测量部2存在故障(步骤S104)，对用户进行警告(步骤S105)。
然后，控制部3开始图7所示的处理。具体而言，如图7所示，控制部3首先将第一开关21接通，将第二开关22断开而形成第一串联连接电路R1(步骤S201)。然后，控制部3根据由测量部2测量出的电压来计算绝缘电阻13的绝缘电阻值(步骤S202)，判定绝缘电阻值是否为电池10的绝缘没有问题的给定的电阻值以上(步骤S203)。
控制部3在判定为绝缘电阻值为给定的电阻值以上的情况下(步骤S203，是)，判定为没有漏电(步骤S204)。之后，控制部3将第一开关21断开，将第二开关22接通而形成第二串联连接电路R2(步骤S205)。
然后，控制部3根据由测量部2测量出的电压来计算绝缘电阻12的绝缘电阻值(步骤S206)，判定绝缘电阻值是否为电池10的绝缘没有问题的给定的电阻值以上(步骤S207)。
控制部3在判定为绝缘电阻值为给定的电阻值以上的情况下(步骤S207，是)，判定为没有漏电(步骤S208)，结束处理，再次从图6所示的步骤S101开始处理。
此外，控制部3在步骤S203或者步骤S207中判定为绝缘电阻值不是给定的电阻值以上的情况下(步骤S203，否，或者步骤S207，否)，判定为存在漏电(步骤S209)。之后，控制部3对用户警告存在漏电(步骤S210)，结束处理，再次从图6所示的步骤S101开始处理。
[5.绝缘电阻检测装置的变形例]
接下来，参照图8，对绝缘电阻检测装置的变形例进行说明。图8是表示实施方式的变形例所涉及的绝缘电阻检测装置1a的结构例的说明图。在此，对于图8所示的结构要素中的与图5所示的结构要素相同的构成要素，标注与图5所示的附图标记相同的附图标记，从而省略重复的说明。
如图8所示，绝缘电阻检测装置1a除了图5所示的绝缘电阻检测装置1所具备的结构以外，还具备能够对检测电阻23、24施加已知的固定电压的电压生成器7。电压生成器7具备输出固定电压的固定电压源71和第三开关72。
绝缘电阻检测装置1a的控制部3a在检测到测量电路25的故障的情况下，使第一开关21以及第二开关22断开，形成电压生成器7和检测电阻23、24的串联连接电路，对检测电阻23、24施加固定电压。然后，控制部3a基于由测量电路25测量的电压来检测测量部2的故障。
具体而言，控制部3a断开第一开关21以及第二开关22，接通第三开关72，若由测量电路25测量的电压是与已知的固定电压对应的电压，即与已知的固定电压近似相等的情况下，判定为测量电路25没有故障。
此时，控制部3a根据由测量电路25测量的电压来推断施加于检测电阻23、24的电压，若推断出的电压与已知的固定电压之差小于阈值，则判定为测量电路25无故障。
此外，若推定出的电压与已知的固定电压之差为阈值以上，则控制部3a判定为测量电路25存在故障。由此，控制部3a能够判定在测量部2中测量电路25是否发生了故障。
[6.变形例所涉及的控制部执行的处理]
接下来，参照图9，对变形例所涉及的控制部3a执行的处理进行说明。图9是表示实施方式的变形例所涉及的控制部3a执行的处理的流程图。
控制部3a进行图9所示的处理来代替图6以及图7所示的处理中的图6所示的处理。即，控制部3a依次重复执行图9所示的处理和图7所示的处理。
如图9所示，控制部3a首先断开第一开关21以及第二开关22双方的开关，接通第三开关72(步骤S301)。之后，控制部3a执行与图6所示的步骤S102～S105相同的处理。
通过该处理，控制部3a能够在步骤S103中判定为测量部2的测量电路25没有故障。此外，控制部3a能够在步骤S104中判定为测量部2的测量电路25存在故障。
本领域技术人员能够容易地导出进一步的效果、变形例。因此，本发明的更广泛的方式并不限定于以上所示且记述的特定的详细以及代表性的实施方式。因此，能够在不脱离由所附的权利要求书以及其等同物定义的总括的发明的概念的精神或者范围的情况下进行各种变更。

Claims (8)

1.一种绝缘电阻检测装置，具备：
测量部，具备与电池的正极侧连接的第一开关、与所述电池的负极侧连接的第二开关、检测电阻及对施加于所述检测电阻的电压进行测量的测量电路；以及
控制部，接通所述第一开关及所述第二开关中的一个开关并断开另一个开关，从而形成所述电池、所述电池的绝缘电阻和所述检测电阻的串联连接电路，且基于由所述测量电路测量的电压来计算所述绝缘电阻，
所述控制部接通所述第一开关及所述第二开关，形成所述电池和所述检测电阻的串联连接电路，且基于由所述测量电路测量的电压来检测所述测量部的故障。
2.根据权利要求1所述的绝缘电阻检测装置，其中，
所述控制部基于从外部装置接收到的所述电池的电压和由所述测量电路测量的电压来检测所述测量部的故障。
3.根据权利要求2所述的绝缘电阻检测装置，其中，
所述控制部基于由所述测量电路测量的电压来计算所述电池的电压，在所述算出的电池的电压与从所述外部装置接收到的所述电池的电压近似相等的情况下，判定为所述测量部没有故障。
4.根据权利要求2所述的绝缘电阻检测装置，其中，
所述控制部在以给定的分压比率对从所述外部装置接收到的所述电池的电压进行分压而得到的电压与由所述测量电路测量的电压近似相等的情况下，判定为所述测量部没有故障。
5.一种绝缘电阻检测装置，具备：
测量部，具备与电池的正极侧连接的第一开关、与所述电池的负极侧连接的第二开关、检测电阻及对施加于所述检测电阻的电压进行测量的测量电路；
控制部，接通所述第一开关及所述第二开关中的一个开关并断开另一个开关，从而形成所述电池、所述电池的绝缘电阻和所述检测电阻的串联连接电路，且基于由所述测量电路测量的电压来计算所述绝缘电阻；以及
电压生成器，能够将固定电压施加于所述检测电阻，
所述控制部断开所述第一开关及所述第二开关，形成所述电压生成器和所述检测电阻的串联连接电路，使所述固定电压施加于所述检测电阻，基于由所述测量电路测量的电压来检测所述测量部的故障。
6.根据权利要求5所述的绝缘电阻检测装置，其中，
若由所述测量电路测量的电压是与所述固定电压相应的电压，则所述控制部判定为所述测量部没有故障。
7.一种故障检测方法，
绝缘电阻检测装置具备：
测量部，具备与电池的正极侧连接的第一开关、与所述电池的负极侧连接的第二开关、检测电阻及对施加于所述检测电阻的电压进行测量的测量电路；以及
控制部，接通所述第一开关及所述第二开关中的一个开关并断开另一个开关，从而形成所述电池、所述电池的绝缘电阻和所述检测电阻的串联连接电路，且基于由所述测量电路测量的电压来计算所述绝缘电阻，
所述绝缘电阻检测装置的所述控制部接通所述第一开关及所述第二开关，从而形成所述电池和所述检测电阻的串联连接电路，并基于由所述测量电路测量的电压来检测所述测量部的故障。
8.一种故障检测方法，
绝缘电阻检测装置具备：
测量部，具备与电池的正极侧连接的第一开关、与所述电池的负极侧连接的第二开关、检测电阻及对施加于所述检测电阻的电压进行测量的测量电路；
控制部，接通所述第一开关及所述第二开关中的一个开关并断开另一个开关，从而形成所述电池、所述电池的绝缘电阻和所述检测电阻的串联连接电路，且基于由所述测量电路测量的电压来计算所述绝缘电阻；以及
电压生成器，能够将固定电压施加于所述检测电阻，
所述绝缘电阻检测装置的所述控制部断开所述第一开关及所述第二开关，从而形成所述电压生成器和所述检测电阻的串联连接电路，使所述固定电压施加于所述检测电阻，并基于由所述测量电路测量的电压检测所述测量部的故障。
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