ITUB20159266A1 - Dispositivo elettronico, sistema e metodo per misure di resistenza di isolamento, con funzioni di auto-diagnosi 5 e di diagnosi di perdita di isolamento di un apparato elettrico energizzato rispetto a massa. - Google Patents
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Description
"Dispositivo elettronico, sistema e metodo per misure di resistenza di isolamento, con funzioni di auto-diagnosi e di diagnosi di perdita di isolamento di un apparato elettrico energizzato rispetto a massa"
DESCRIZIONE
SFONDO TECNOLOGICO DELL'INVENZIONE
Campo di applicazione.
La presente invenzione è relativa a un dispositivo, a un sistema e ad un metodo di misura della resistenza di isolamento di un apparato elettrico energizzato rispetto a massa, e quindi anche per una diagnosi di perdita di isolamento di tale apparato.
Si noti che, benché nella presente descrizione si illustri in particolare 1'applicazione dell'invenzione ad una batteria per motore elettrico o ibrido, a titolo di esempio, risulterà evidente che 1'invenzione è applicabile allo stesso modo ad un qualsiasi apparato o sistema elettrico energizzato rispetto a terra o ad una generica massa di riferimento o di protezione.
La presente invenzione riguarda inoltre un metodo di auto-diagnostica del dispositivo di cui sopra.
Descrizione dell'arte nota.
La sempre maggiore diffusione dell'uso di batterie elettrochimiche con tensioni nominali elevate, ad esempio in veicoli elettrici e ibridi, comporta la possibilità di rischio elettrico legato all'impiego di tali tensioni, che sono potenzialmente pericolose per persone e cose. Quindi, il pericolo connesso all'utilizzo di elettricità, finora considerato principalmente legato all'impiego dell'elettricità in ambito lavorativo o casalingo, ora si manifesta anche sulle vetture elettriche o ibride equipaggiate con sistemi di accumulo caratterizzati da tensioni elettriche potenzialmente pericolose.
L'ulteriore diffusione della trazione elettrica sui veicoli, prevista nei prossimi anni, connessa al frequente e diffuso utilizzo degli stessi per il trasporto di persone e cose, potrebbe comportare che il rischio elettrico e il potenziale pericolo, associato all'utilizzo di batterie al litio per la trazione, diventi in futuro una delle principali cause di rischio per 1'incolumità delle persone che utilizzano tali mezzi di trasporto.
Eventuali inconvenienti (quali ad esempio malfunzionamenti dovuti alla obsolescenza dei componenti dell'apparato elettrico, rottura dielettrica o scariche elettriche) pongono il problema della protezione da eventi potenzialmente pericolosi, quali il verificarsi di corto-circuiti o perdite di isolamento, che possono causare incendi e/o esplosioni, anche particolarmente gravi se in presenza di sostanze infiammabili o esplosive, e tali da giungere persino a mettere in pericolo la vita di persone.
Tra tali possibili inconvenienti, la perdita di isolamento della tensione di batteria rispetto a terra o ad una generica massa di riferimento o di protezione (guaie ad esempio lo chassis della vettura) è uno dei guasti che possono più frequentemente verificarsi.
Per fare un esempio, in caso di guasto dovuto ad un cavo con rivestimento danneggiato in contatto con il corpo veicolo, si produce una drastica diminuzione della resistenza di isolamento tra il circuito di alta tensione e il corpo del veicolo. Tale diminuzione della resistenza di isolamento è diagnosticabile mediante un circuito elettronico, anche di tipo noto, capace di rilevare la resistenza di isolamento.
Infatti, in veicoli elettrici ed ibridi equipaggiati con sistemi ad alta tensione, è noto 1'utilizzo di un circuito di rilevamento della resistenza di isolamento, inserito opportunamente nell'impianto elettrico, ed in grado di misurare "run-time" la resistenza di isolamento tra il circuito ad alta tensione e lo chassis del veicolo.
I requisiti specifici di sicurezza e protezione delle persone contro i rischi elettrici, applicabili ai sistemi di accumulo di energia ricaricabile a bordo dei veicoli elettrici (sia veicoli elettrici a batteria che veicoli con celle a combustibile o "fuel-cell") e dei veicoli ibridi, sono definiti nella norma internazionale ISO 6469. Ulteriori aspetti legati alla "safety" fanno riferimento alla norma ISO 26262.
Tra i diversi reguisiti di sicurezza e protezione, nella norma ISO 6469 viene indicata, tra 1'altro, la possibilità di utilizzare un sistema di monitoraggio della resistenza di isolamento per mezzo di un "isolation resistance monitoring System" installato sul veicolo per verificare 1'integrità del circuito ad alta tensione della batteria mediante la misura periodica, realizzata preferibilmente in modo automatico, del valore della resistenza di isolamento della batteria rispetto a terra o ad una generica massa di riferimento o di protezione.
Tuttavia, la funzionalità desiderata di una effettuazione automatica della misura di resistenza di isolamento pone il rilevante problema tecnico di riuscire a discriminare se, a fronte di una misura anomala della resistenza di isolamento, ciò sia dovuto ad un guasto di perdita di isolamento della batteria rispetto alla massa, oppure ad un guasto dello stesso circuito di misura della resistenza di isolamento.
Inoltre, emerge 1'ulteriore ed ancor più critico problema tecnico di rimediare ad eventuali situazioni in cui il circuito di misura della resistenza di isolamento si è guastato, o danneggiato, o deteriorato nel tempo, e di conseguenza non è più in grado di riconoscere una perdita di isolamento, nel caso in cui guesta accada.
A fronte di guanto sopra, è fortemente sentita 1'esigenza che il circuito o sistema di misura della resistenza di isolamento disponga di efficaci funzionalità di auto-diagnostica, atte ad evitare che un guasto nel circuito comprometta la corretta rilevazione della perdita di isolamento.
In aggiunta, si riscontra una sempre maggiore esigenza di accuratezza nella misura di resistenza di isolamento, al fine di fornire informazioni precise al sistema di gestione della batteria, e rendere più tempestive ed efficaci tutte le conseguenti procedure di sicurezza e protezione.
Nel contesto gui considerato, le soluzioni per la misura di resistenza di isolamento, attualmente note ed impiegate, non soddisfano pienamente le esigenze ed i requisiti sopra illustrati.
Infatti, benché 1'arte nota presenti numerose soluzioni per realizzare circuiti atti a misurare la resistenza di isolamento di un apparato rispetto ad una generica massa o chassis, tali soluzioni note non risolvono, e spesso non si pongono nemmeno, il problema che il circuito elettronico atto alla misura della resistenza di isolamento presenti una buona o elevata "diagnosticabilità" . Tale aspetto, pur sottovalutato, è molto delicato, poiché, come già osservato, una rottura o alterazione del circuito di misura della resistenza di isolamento, nella pratica assai freguente, può comportare una non corretta rilevazione di situazioni di guasto potenzialmente pericolose per la salute delle persone.
Alla luce di guanto sopra, principalmente nell'ambito di applicazioni automobilistiche ma anche in altri ambiti applicativi (si comprende agevolmente che esigenze analoghe possono emergere per apparati energizzati diversi da una batteria e usati in altri contesti), è fortemente sentita 1'esigenza di disporre di un dispositivo elettronico di misura della resistenza di isolamento progettato opportunamente sia per svolgere il compito primario di misurare con accuratezza il valore della resistenza di isolamento, sia per consentire procedure di auto-diagnostica al fine di prevenire 1'eventualità di mancate o errate rilevazioni di perdita di isolamento.
SOMMARIO DELL'INVENZIONE
Lo scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo elettronico di misura di resistenza di isolamento, e quindi per una diagnosi di perdita di isolamento, tale da consentire di ovviare almeno parzialmente agli inconvenienti qui sopra indicati con riferimento alla tecnica nota, e di rispondere alle summenzionate esigenze particolarmente avvertite nel settore tecnico considerato.
In particolare , il dispositivo di misura di resistenza di isolamento della presente invenzione fornisce una soluzione sia al problema della misura accurata della resistenza di isolamento, sia al problema dell'auto-diagnosi del dispositivo stesso, senza dover ricorrere a costosi circuiti di misura ridondati.
A tal fine, il dispositivo dell'invenzione prevede una misurazione di tipo "dinamico" (e non di tipo "statico" come in soluzioni note) basata su una particolare tecnica a commutazione in grado di rilevare in maniera più efficace problemi di degrado o di rottura del dispositivo stesso.
È altresì scopo dell'invenzione il fornire un sistema ed un metodo di misura di resistenza di isolamento, e di diagnosi di perdita di isolamento, impieganti il suddetto dispositivo.
Strettamente correlato agli scopi sopra menzionati, vi è 1'ulteriore scopo di fornire un metodo per 1'autodiagnosi del suddetto dispositivo, cioè un metodo atto a verificare la corretta funzionalità o meno del dispositivo, e ad identificare eventuali guasti.
I suddetti dispositivo, sistema, metodo di misura e metodo di auto-diagnosi possono essere principalmente impiegati in ambito "automotive" , ad esempio in sistemi di movimentazione di un veicolo a trazione elettrica o ibrida con batteria di classe B (da 60 V DC a 1500 V DC).
Tuttavia, essi possono essere utilizzati proficuamente in ogni altro contesto o applicazione che richieda un monitoraggio continuo della resistenza di isolamento di un circuito rispetto ad una generica massa o sistema di protezione .
Gli scopi sopra menzionati sono raggiunti mediante un dispositivo elettronico per la diagnosi di perdita di isolamento in accordo alla rivendicazione 1.
Ulteriori forme di realizzazione di tale dispositivo sono definite dalle rivendicazioni 2-6 .
Un sistema secondo 1'invenzione , impiegante il dispositivo suddetto, è definito nella rivendicazione 7.
Ulteriori forme di realizzazione di tale sistema sono definite dalle rivendicazioni 8-12.
Un metodo per misurare una resistenza di isolamento, secondo 1' invenzione, è definito nella rivendicazione 13.
Ulteriori forme di realizzazione di tale metodo sono definite dalle rivendicazioni 14-16.
Un metodo per diagnosticare una perdita di isolamento, impiegante il suddetto metodo di misura, è definito nella rivendicazione 17 .
Un metodo di autodiagnosi di un dispositivo secondo 1'invenzione è definito nella rivendicazione 18.
Ulteriori forme di realizzazione del metodo di autodiagnosi sono definite dalle rivendicazioni 19-25 .
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Ulteriori caratteristiche e vantaggi di tali dispositivo elettronico e sistema secondo 1'invenzione risulteranno dalla descrizione di seguito riportata di esempi preferiti di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle annesse figure , in cui:
- la figura 1 illustra un diagramma schematico di un dispositivo elettronico secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, in associazione con una batteria della guai e si deve misurare la resistenza di isolamento;
- la figura 2 illustra schematicamente una porzione di un dispositivo secondo un'ulteriore forma di realizzazione dell' invenzione;
- la figura 3 illustra un diagramma schematico di un sistema impiegante il dispositivo della figura 1;
- la figura 4 rappresenta un diagramma di segnali di pilotaggio utilizzati nel sistema della figura 3;
- le figure 5 e 6 rappresentano diagrammi temporali esemplificativi dell'evoluzione di segnali di tensione rilevati dal dispositivo dell'invenzione, e utilizzati dal metodo di misura secondo 1'invenzione.
Si fa presente che nelle suddette figure, elementi uguali o simili saranno indicati con gli stessi riferimenti numerici o alfanumerici.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Con riferimento alla figura 1, viene descritto innanzi tutto un dispositivo elettronico 1 per la diagnosi di perdita di isolamento di un apparato elettrico 2 energizzato rispetto ad una massa 3, avente un terminale negativo 21 ed un terminale positivo 22, attraverso la misura della resistenza di isolamento Rlminus, riferita al terminale negativo 21, cioè presente tra il terminale negativo 21 e la massa 3 dell'apparato 2, e della resistenza di isolamento RIpius, riferita al terminale positivo 22, cioè presente tra il terminale positivo 22 e la massa 3 dell'apparato 2.
Si noti che le suddette resistenze di isolamento Rlminus<e>RIpiussono resistenze parassite: infatti, in condizioni ideali , le resistenze di isolamento tra terminali dell'apparato elettrico energizzato 2 e la massa 3 dovrebbero essere virtualmente delle resistenze di valore infinito.
Si osservi inoltre che 1'apparato elettrico energizzato 2 cui il dispositivo è associato è, in un esempio applicativo preferito, una batteria 2 per motore elettrico o ibrido, in ambito automotive. Tuttavia, in altri esempi applicativi del dispositivo 1, tale apparato può essere un qualsiasi altro sistema (guaie ad esempio un inverter, ancora in ambito automotive, o un apparato elettrico usato in gualsiasi altro ambito) che sia energizzato rispetto a terra o a una generica massa di riferimento o di protezione.
Il dispositivo 1 comprende un primo terminale di dispositivo 11 ed un secondo terminale di dispositivo 12, rispettivamente collegabili ai terminali negativo 21 e positivo 22 dell'apparato elettrico energizzato 2. Inoltre, il dispositivo 1 comprende un primo gruppo resistenza-interruttore 13, un secondo gruppo resistenzainterruttore 14, un primo circuito di misura 15, disposto tra il primo terminale di dispositivo 11 e la massa 3, in parallelo al primo gruppo resistenza-interruttore 13, ed un secondo circuito di misura 16, disposto tra il secondo terminale di dispositivo 12 e la massa 3, in parallelo al secondo gruppo resistenza-interruttore 14.
Il primo gruppo resistenza-interruttore 13 comprende una prima resistenza campione RS collegabile o scollegabile in modo controllato tra il primo terminale di dispositivo li e la massa 3 mediante un primo interruttore di inserimento di resistenza campione Sminus.
Il secondo gruppo resistenza-interruttore 14 comprende una seconda resistenza campione RSpiuscollegabile o scollegabile in modo controllato tra il secondo terminale di dispositivo 12 e la massa 3 mediante un secondo interruttore di inserimento di resistenza campione SpiU3.
Il primo circuito di misura 15 comprende a sua volta un primo circuito di rilevazione 15 0, un primo circuito di modulazione di carica 151, e un primo resistor e di partizione RB^in^ collegato tra il primo terminale di dispositivo 11 e il primo circuito di rilevazione 150, in modo che il primo resistor e di partizione RBminused il primo circuito di rilevazione 150 siano disposti tra loro in serie.
Il primo circuito di rilevazione 150 comprende almeno un primo resistore R2 ed un primo condensatore Ci disposti tra loro in parallelo, in modo che ai capi del primo condensatore Ci, quando il primo terminale di dispositivo 11 è connesso all'apparato elettrico energizzato 2 , dopo un transitorio necessario affinché la misura raggiunga un primo stato di regime, sia presente una prima tensione di rilevazione VCBiBiadipendente dalla tensione negativa Vmitlusdell'apparato elettrico energizzato 2 . Il primo circuito di rilevazione 150 comprende inoltre un primo misuratore di tensione Umitms.
Il primo circuito di modulazione di carica 151 è disposto in parallelo rispetto al primo circuito di rilevazione 150, e comprende una prima resistenza di modulazione RI ed un primo interruttore di modulazione SW1 , disposto in serie alla prima resistenza di modulazione RI ed atto ad essere pilotato mediante un primo segnale di pilotaggio Vsw-minus, così che, quando il primo terminale di dispositivo 11 è connesso all'apparato elettrico energizzato 2, il primo condensatore CI venga parzialmente scaricato e ricaricato, rispettivamente , durante ogni periodo di chiusura e apertura del primo interruttore di modulazione SW1 , in modo tale che la prima tensione di rilevazione VCmmusoscilli tra un valore massimo di prima tensione di rilevazione VCminus-MAx e un valore minimo di prima tensione di rilevazione VCminua-Miu, intorno ad un valore intermedio di prima tensione di rilevazione VCminu;srappresentativo della tensione negativa Vminusdell'apparato elettrico energizzato 2 .
Il secondo circuito di misura 16 comprende a sua volta un secondo circuito di rilevazione 160, un secondo circuito di modulazione di carica 161, e un secondo resistor e di partizione RBpiuscollegato tra il secondo terminale di dispositivo 12 e il secondo circuito di rilevazione 160 , in modo che il secondo resistor e di partizione RBpiU3ed il secondo circuito di rilevazione 160 siano disposti tra loro in serie.
Il secondo circuito di rilevazione 160 comprende almeno un secondo resistore R6 ed un secondo condensatore C2 disposti tra loro in parallelo, in modo che ai capi del secondo condensatore C2 , quando il secondo terminale di dispositivo 12 è connesso all'apparato elettrico energizzato 2 , dopo un transitorio necessario affinché la misura raggiunga un secondo stato di regime, sia presente una seconda tensione di rilevazione VCplU3dipendente dalla tensione positiva Vpj-U3dell'apparato elettrico energizzato. Il secondo circuito di rilevazione 160 comprende inoltre un secondo misuratore di tensione UpiU3.
Il secondo circuito di modulazione di carica 161 è disposto in parallelo rispetto al secondo circuito di rilevazione 160, e comprende una seconda resistenza di modulazione R5 ed un secondo interruttore di modulazione SW2 , disposto in serie alla seconda resistenza di modulazione R5 ed atto ad essere pilotato mediante un secondo segnale di pilotaggio VSw-pius, così che, guando il secondo terminale di dispositivo 12 è connesso all' apparato elettrico energizzato 2, il secondo condensatore C2 venga parzialmente scaricato e ricaricato, rispettivamente , durante ogni periodo di chiusura e apertura del secondo interruttore di modulazione SW2, in modo tale che la seconda tensione di rilevazione VCplU3oscilli tra un valore massimo di seconda tensione di rilevazione VCPIU3_MAX ed un valore minimo di seconda tensione di rilevazione VCpius-MiN, intorno ad un valore intermedio di seconda tensione di rilevazione VCpiU3rappresentativo della tensione positiva Vpiusdell'apparato elettrico energizzato 2.
Il suddetto primo misuratore di tensione υω!1!13è configurato per fornire la prima tensione di rilevazione VCmijmsin condizioni sia di apertura che di chiusura del primo interruttore di gruppo resistenza-interruttore Sminus, in cui la prima resistenza campione RS è, rispettivamente , collegata e scollegata.
Il suddetto secondo misuratore di tensione Upj-U3è configurato per fornire la seconda tensione di rilevazione VCpiusin condizioni sia di apertura che di chiusura del secondo interruttore di gruppo resistenzainterruttore SplU3, in cui la seconda resistenza campione RSpiU3è, rispettivamente, collegata e scollegata.
In accordo con una forma di realizzazione , il dispositivo comprende inoltre un primo interruttore MmitlU3di dispositivo, atto a connettere o disconnettere in modo controllato il primo terminale del dispositivo 11 al terminale negativo 21 dell'apparato elettrico energizzato 2, ed un secondo interruttore MPIU3di dispositivo, atto a connettere o disconnettere in modo controllato il secondo terminale del dispositivo 12 al terminale positivo 22 dell' apparato elettrico energizzato 2.
In un esempio implementativo, ciascuno dei suddetti primo interruttore principale Mminuse secondo interruttore principale Mpiuscomprende un interruttore elettro-meccanico . Ciascuno dei suddetti primo interruttore di modulazione SW1 e secondo interruttore di modulazione SW2 comprende un rispettivo interruttore elettronico allo stato solido.
Secondo un'opzione realizzativa del dispositivo, il primo circuito di rilevazione 150 comprende inoltre un terzo resistor e R3 collegato tra il parallelo del primo resistore R2 e del primo condensatore CI e la massa 3; e il secondo circuito di rilevazione 160 comprende inoltre un guarto resistore R7 collegato tra il parallelo del secondo resistore R6 e del secondo condensatore C2 e la massa 3.
In accordo con un esempio realizzativo, il primo circuito di rilevazione 150 comprende inoltre un resistore d'uscita R4 e un diodo di uscita DI, connessi tra l'uscita del primo misuratore di tensione e massa. Analogamente, il secondo circuito di rilevazione 180 comprende inoltre un resistore d'uscita R8 e un diodo di uscita D2, connessi tra 1'uscita del primo misuratore di tensione Upiuse massa.
In accordo con un particolare esempio implementativo, il primo circuito di misura 15 ed il secondo circuito di misura 16 presentano un'identica struttura circuitale e parametri elettrici di resistori e condensatori corrispondenti rispettivamente identici.
In un'opzione implementativa, ciascuno dei suddetti primo misuratore di tensione Uminuse secondo misuratore di tensione Upiuscomprende un rispettivo amplificatore operazionale.
Secondo un esempio realizzativo, le suddette prima resistenza campione RSmmuae seconda resistenza campione RSpiuspresentano valori conformi a quelle previste nella norma ISO 6469.
Con riferimento ai dettagli mostrati in figura 1, e alle convenzioni usate si osservi quanto segue.
In figura 1, entro il riquadro tratteggiato, è raffigurato il circuito equivalente del pacco batteria 2 (che non fa parte del dispositivo, ma è in questo esempio 1'apparato elettrico energizzato 2 a cui il dispositivo 1 è collegabile per espletare le proprie funzioni). Ai lati del pacco batteria, e collegabile ad essa, è illustrato il dispositivo 1 di misura della resistenza di isolamento del pacco batteria, che risulta composto da due parti, raffigurate in figura 1 rispettivamente alla destra e alla sinistra del pacco batteria . I due interruttori comandati ed Mpluspossono connettere il dispositivo 1 ai due terminali del DC BUS , guando è richiesto di eseguire la misura della resistenza di isolamento, o altrimenti disconnetterlo .
Con riferimento allo schema equivalente del pacco batteria 2 , si indica con VEla tensione presente tra i terminali della batteria connessa al DC BUS e del guaie si vuole determinare la resistenza di isolamento rispetto ad una massa 3. Tale massa può essere una massa di protezione, ad esempio lo chassis della vettura nel caso di un veicolo elettrico, oppure una generica terra.
Con i riferimenti VpiU3e VmitlU3sono indicate rispettivamente la tensione del polo positivo e del polo negativo della batteria, rispetto alla suddetta massa.
Tra le suddette grandezze, vale la relazione VE= Vpius -Vilnusdove per convenzione, conformemente a guanto illustrato, Vmitiusha sempre segno negativo.
La resistenza di isolamento del pacco batteria è rappresentata attraverso due parametri concentrati, non noti a priori, uno, indicato come RIpius, riferito al terminale positivo del DC BUS, ed uno, indicato come Rlminus, riferito al terminale negativo del DC BUS.
Tali resistenze di isolamento rappresentano resistenze di dispersione, distribuite lungo tutta la batteria verso massa, attraverso le guali scorrono piccole correnti di perdita dovute ad un non perfetto isolamento tra gli elementi attivi della batteria e la massa. Naturalmente , le correnti di perdita e le resistenze di dispersione sono grandezze spurie, frutto di fenomeni parassiti non voluti, e guindi idealmente dovrebbero essere nulle.
Per completezza, nel modello della batteria vengono indicate anche le componenti capacitive parassite
e CIpius, che di fatto sono sempre presenti e associate alle resistenze di isolamento. Tali componenti capacitive introducono un ritardo nelle operazioni di misura e teoricamente andrebbero considerate ai fini della misura della resistenza di isolamento.
Nel caso in cui tra il DC BUS e la massa dello chassis siano state collocate delle capacità a "Y" con lo scopo di limitare le emissioni elettromagnetiche, esse hanno un valore predefinito e generalmente più elevato delle capacità parassite Ciminee CIpiU3, e guindi il ritardo dovuto a queste ultime può essere trascurato . Nel caso in cui non fossero presenti le suddette capacità a "Y", CIminu3e CIpiU3devono essere considerate ai fini della valutazione dei ritardi, e la loro presenza può essere trascurata, ai fini dei calcoli, solo se le acquisizioni di misura sono esequite dopo 1'esaurimento dei transitori di tensione causati da Clminuse CIpiU3.
Viene ora descritto, con riferimento alle fiqure 1 e 3, un sistema elettronico 10 per la diagnosi di perdita di isolamento di un apparato elettrico energizzato (ad esempio, una batteria) .
Tale sistema 10 comprende un dispositivo elettronico 1 , secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione precedentemente illustrate , per la diagnosi di perdita di isolamento di un apparato elettrico energizzato, e comprende inoltre un dispositivo di controllo 5 .
Il dispositivo di controllo 5 è configurato per generare e fornire al primo interruttore di modulazione SW1 il suddetto primo segnale di pilotaggio Vsw-minus, e per generare e fornire al secondo interruttore di modulazione SW2 il suddetto secondo segnale di pilotaggio
Vsw-plu3-Inoltre , il dispositivo di controllo 5 è configurato per ricevere dal primo misuratore di tensione Uminusla prima tensione di rilevazione VC^nuse dal secondo misuratore di tensione UpiU3la seconda tensione di rilevazione VCpius.
Il dispositivo di controllo 5 è inoltre configurato per determinare un primo valore di prima tensione di rilevazione VClmmus, in condizione di disconnessione della prima resistenza campione RS^n^, e per determinare un secondo valore di prima tensione di rilevazione VC2miilus, in condizione di connessione della prima resistenza campione RSminus.
Il dispositivo di controllo 5 è inoltre configurato per determinare un primo valore di seconda tensione di rilevazione VClpius, in condizione di disconnessione della seconda resistenza campione RSpius, e per determinare un secondo valore di seconda tensione di rilevazione VC2pius, in condizione di connessione della seconda resistenza campione RSpius.
Il dispositivo di controllo 5 è inoltre configurato per calcolare la resistenza di isolamento di terminale negativo Rlminuse la resistenza di isolamento di terminale positivo RIpiusdell' apparato elettrico energizzato, sulla base dei suddetti primo valore di prima tensione di rilevazione VClmmuse secondo valore di prima tensione di rilevazione VC2tlinuse/o dei suddetti primo valore di seconda tensione di rilevazione VClpiuse secondo valore di seconda tensione di rilevazione VC2pius. Secondo una opzione realizzativa del sistema 10, il dispositivo di controllo 5 è configurato per determinare il primo valore di prima tensione di rilevazione VClmmussulla base del valore massimo di prima tensione di rilevazione VClmm^-MAx e del valore minimo di prima tensione di rilevazione VClminU -MiN, in condizione di disconnessione della prima resistenza campione RS^nug, e per determinare il secondo valore di prima tensione di rilevazione VC2tlinu3, sulla base del valore massimo di prima tensione di rilevazione VC2ElinU3-MAx e del valore minimo di prima tensione di rilevazione VC2HlitlU3-MiN, in condizione di connessione della prima resistenza campione
RSminus-Analogamente il dispositivo di controllo 5 è configurato per determinare il primo valore di seconda tensione di rilevazione VClpiU3, sulla base del valore massimo di seconda tensione di rilevazione VC1PIU3-MAXe del valore minimo di seconda tensione di rilevazione VClpius-MiN, in condizione di disconnessione della seconda resistenza campione RSpiU3, e per determinare il secondo valore di seconda tensione di rilevazione VC2piU3, sulla base del valore massimo di seconda tensione di rilevazione VC2plU3-MAXe del valore minimo di seconda tensione di rilevazione VC2pius-MiN, in condizione di connessione della seconda resistenza campione RSpius.
Secondo un'opzione realizzativa alternativa, la determinazione dei suddetti primo o secondo valore di prima o seconda tensione di rilevazione viene effettuata dal dispositivo di controllo 5 sulla base di una media di campioni rilevati dai rispettivi segnali.
Secondo una forma di realizzazione del sistema, il suddetto primo segnale di pilotaggio uu segnale ad impulsi avente una prima freguenza, in cui la presenza e 1'assenza dell'impulso comandano la chiusura e 1'apertura, oppure la apertura e la chiusura, del primo interruttore di modulazione SW1, ed in cui la durata dell'impulso rispetto al periodo T associato alla prima freguenza definisce un primo duty-cycle chiusura-apertura DC1. Analogamente , il suddetto secondo segnale di pilotaggio Vsw-plU3è un segnale ad impulsi, avente una seconda freguenza, in cui la presenza e 1'assenza dell'impulso comandano la chiusura e 1'apertura, oppure la apertura e la chiusura, del secondo interruttore di modulazione SW2 , ed in cui la durata dell'impulso rispetto al periodo T associato alla seconda freguenza definisce il secondo duty-cycle chiusura-apertura DC2.
In accordo con una forma di realizzazione, il dispositivo di controllo 5 è inoltre configurato per regolare dinamicamente, durante la misura, uno o una qualsiasi combinazione dei seguenti parametri : prima frequenza del primo segnale di pilotaggio Vsw-minua/'seconda frequenza del secondo segnale di pilotaggio VSw-pius/primo duty-cycle chiusura- apertura DC1; secondo duty-cycle chiusura-apertura DC2 .
In un esempio implementativo, il primo ed il secondo segnale di pilotaggio (Vsw-minus, Vsw-pius) sono segnali periodici di tipo Fuise Width Modulation (PWM); la prima e la seconda frequenza di pilotaggio sono tra loro uguali; il primo duty-cycle chiusura- apertura DC1 ed il secondo duty-cycle chiusura-apertura DC2 sono tra loro uguali .
In un particolare esempio, i segnali di pilotaggio Vsw-minuse Vgw-piussono identici o derivano da uno stesso segnale . Tale situazione è raffigurata, a titolo di esempio, in figura 4.
Considerando ora congiuntamente le figure 1 e 3, si considerino i seguenti ulteriori dettagli descrittivi .
Il dispositivo di misura 1 utilizza una sorta di tecnica a commutazione , in ognuna delle sue parti.
Sul lato negativo della batteria, il dispositivo di misura 1 comprende , nell' esempio qui considerato, i resistori RBminus, RI, R2, R3, il condensatore CI, 1'interruttore SW1 e un amplificatore operazionale in configurazione invertente che misura la differenz a di tensione presente ai capi del condensatore Gl. Tale porzione del dispositivo è illustrata in figura 2.
Analogamente, sul lato positivo della batteria, il dispositivo di misura 1 comprende , nell'esempio gui considerato, i resistori RBpiUSjR5, R6, R7, il condensatore C2, 1'interruttore SW2 e 1'amplificatore operazionale, in configurazione non invertente , che misura la differenza di tensione presente ai capi del condensatore C2.
Gli interruttori SW1 e SW2 sono pilotati mediante due segnali di pilotaggio di tipo frequenziale, già precedentemente menzionati, ed indicati in figura 4 con i riferimenti Vsw-minuse VsW-piU3. Nel caso più semplice, illustrato in figura 4, i due segnali di pilotaggio sono PWM di freguenza e di duty-cycle modificabile entro un certo intervallo ammesso: ad esempio, il periodo può essere di 2 ms con duty-cycle = 50%, ottenendo un'onda guadra di freguenza 500 Hz perfettamente simmetrica con
T0n<=>TQff.
Con riferimento al ramo negativo del dispositivo (un'analoga illustrazione vale, mutatis mutandis, per il ramo positivo) la capacità CI serve a filtrare nel tempo la tensione presente ai capi del resistore R2; guando 1'interruttore SW1 è aperto, e guindi la resistenza RI è esclusa dal circuito di misura, la corrente di perdita che attraversa RBminusraggiunge la massa attraverso la resistenza R2 ed in parte è intercettata dalla capacità CI, che viene guindi caricata incrementando la tensione ai suoi capi. Quando invece 1'interruttore SW1 è chiuso, la resistenza RI , di valore relativamente più basso rispetto a R2, viene posta in parallelo alla serie composta da R2 ed R3; conseguentemente, la resistenza del parallelo diminuisce e la capacità CI inizia a scaricarsi .
Il ciclo di carica e scarica della capacità CI si ripete periodicamente stabilizzandosi intorno ad una posizione di eguilibrio, o stato stazionario di regime, dopo un certo transitorio .
La tensione media ai capi della capacità CI e della resistenza R2 dipende dalla corrente che attraversa la resistenza RBmitlU3e da un fattore di proporzionalità dipendente dal valore relativo della resistenza R2 rispetto alla resistenza RI ed R3 e dal duty-cycle con cui è comandato 1'interruttore SW1 . La corrente che attraversa la resistenza RBaimaè a sua volta proporzionale alla tensione VminUsdel polo negativo del pacco batteria rispetto a massa . Quindi, la tensione ai capi della capacità CI e la tensione VCminusacguisita dal sistema di misura della resistenza di isolamento è proporzionale alla tensione VminUs
Vantaggiosamente , ciò comporta che il fattore di proporzionalità tra VCtinuse può essere variato dinamicamente (ad esempio, variando il duty-cycle ) in funzione delle tensioni misurate , ove richiesto . Al contrario, nelle modalità note di misura, il fattore di proporzionalità tra VCmmuse Vminusè costante nel tempo e, definito il circuito di misura, non può essere cambiato.
Il periodo di commutazione dell' interruttore SW1 può essere scelto in modo da essere inferiore alle costanti di tempo dovute ai parametri parassiti presenti nel circuito della batteria (ciò è vero, ad esempio, per un periodo di commutazione pari ad 2 ms). In tal modo, la carica e la scarica del condensatore CI presenta un andamento approssimativamente lineare nel tempo.
Quindi, una volta raggiunta una condizione di eguilibrio durante la misura, guando le tensioni e VpiU3si sono stabilizzate raggiungendo uno stato di regime , ai capi della capacità CI è presente un segnale di forma triangolare oscillante tra due valori , il cui massimo è raggiunto a fine carica e il cui minimo è raggiunto a fine scarica, determinando una evoluzione temporale complessiva come guella illustrata a titolo di esempio in figura 5 (con riferimento a Vminus; si noti che Vpluspresenta un andamento analogo).
Il valore medio di ciascuna delle tensioni VCminU3e VCpiU3è facilmente ottenibile, ad esempio, campionando alternativamente il rispettivo segnale sul valore massimo e sul valore minimo.
Le tensioni VCmmuse VCpiussono direttamente proporzionali alle tensioni negativa e positiva della batteria rispetto a massa. Quindi, quando la misura si è stabilizzata, a regime, VCminuse VCpiusdipendono anche, indirettamente , dal valore incognito delle resistenze di isolamento Rimimi, RIpius, oltre che dalle resistenze e dai duty-cycle , noti, dei circuiti di misura.
Le considerazioni sin qui svolte si riferiscono al caso in cui i due commutatori Sn,inused Spiussono mantenuti entrambi aperti .
Nel seguito, ad illustrazione del metodo di misura della presente invenzione, sarà descritto 1'effetto ottenuto a seguito della attivazione di tali commutatori.
In diverse forme di realizzazione, il sistema 10 è configurato per effettuare metodi di misura e di diagnosi , e/o di operare procedure di auto-diagnosi , secondo quanto descritto nel seguito.
Viene ora descritto un metodo per misurare la resistenza di isolamento di terminale negativo Rlminus, presente tra un terminale negativo 11 e la massa 3 di un apparato elettrico energizzato 2, e la resistenza di isolamento di terminale positivo RIpius, presente tra un terminale positivo 12 e la massa 3 dello stesso apparato elettrico energizzato 2 .
In un tipico esempio applicativo, tale massa 3 è una massa "principale" dell' autoveicolo, ad esempio lo chassis dell' autoveicolo stesso.
Il metodo comprende innanzi tutto le fasi di connettere un primo circuito di misura 15 tra i suddetti terminale negativo 11 e massa 3 dell'apparato elettrico energizzato 2, per rilevare un primo valore VClmmusdi una prima tensione di rilevazione VCmmus, dipendente dalla tensione negativa dell'apparato elettrico energizzato 2 ; inoltre, connettere un secondo circuito di misura 16 tra i suddetti terminale positivo 12 e massa 3 dell' apparato elettrico energizzato 2, per rilevare un primo valore VClpiusdi una seconda tensione di rilevazione VCplus, dipendente dalla tensione positiva VpiU3dell'apparato elettrico energizzato 2.
Poi, il metodo comprende una delle seguenti due fasi tra loro alternative: collegare una prima resistenza campione RSminusin parallelo al primo circuito di misura 15 , tra i suddetti terminale negativo 11 e massa 3; oppure collegare una seconda resistenza campione RSpiusin parallelo al secondo circuito di misura 16, tra i suddetti terminale positivo 12 e massa 3.
Il metodo prevede poi di rilevare un secondo valore VC2minUsdella prima tensione di rilevazione VCminu3, e rilevare un secondo valore VC2piU3della seconda tensione di rilevazione VCpiU3, nella suddetta condizione di collegamento di una tra la prima resistenza campione RSminuse la seconda resistenza campione RSPJ-U3.
Infine, il metodo comprende la fase di calcolare la resistenza di isolamento di terminale negativo Rimimie la resistenza di isolamento di terminale positivo RIplusdell' apparato elettrico energizzato, sulla base dei suddetti primo valore di prima tensione di rilevazione VCljninus, secondo valore di prima tensione di rilevazione VCiminus, primo valore di seconda tensione di rilevazione VClpiuse secondo valore di seconda tensione di rilevazione VC2PJ-U3.
La suddetta fase di rilevare un primo valore di prima tensione di rilevazione VClmitlU3comprende i passi di: modulare la prima tensione di rilevazione VCainusmediante un segnale di modulazione ; poi, rilevare la prima tensione di rilevazione VCBin!13modulata; guindi, determinare il primo valore di prima tensione di rilevazione VClminU3, sulla base della prima tensione di rilevazione VCminu3modulata.
La suddetta fase di rilevare un primo valore di seconda tensione di rilevazione VClplU3comprende i passi di: modulare la seconda tensione di rilevazione VCpiU3mediante un segnale di modulazione ; poi, rilevare la seconda tensione di rilevazione VCpiU3modulata; quindi, determinare il primo valore di seconda tensione di rilevazione VClpiU3sulla base della seconda tensione di rilevazione VCpiU3modulata.
La suddetta fase di rilevare un secondo valore di prima tensione di rilevazione VC2minu3comprende i passi di : modulare nuovamente , mediante il segnale di modulazione, la prima tensione di rilevazione VCtiBia, mentre è collegata la suddetta prima resistenza campione RSminusoppure seconda resistenza campione RSpiU3; quindi, rilevare nuovamente la prima tensione di rilevazione VCminusmodulata, e determinare il secondo valore di prima tensione di rilevazione VC2minUs, sulla base della prima tensione di rilevazione VCmitlU3modulata, rilevata mentre è collegata la suddetta prima resistenza campione RSminu3oppure seconda resistenza campione RSPJ-U3.
La suddetta fase di rilevare un secondo valore di seconda tensione di rilevazione VC2PJ-U3comprende i passi di : modulare nuovamente , mediante il segnale di modulazione, la seconda tensione di rilevazione VCpiU3, mentre è collegata la suddetta prima resistenza campione RSminusoppure seconda resistenza campione RSpiU3; quindi, rilevare nuovamente la seconda tensione di rilevazione VCplU3modulata, e determinare un secondo valore di seconda tensione di rilevazione VC2piussulla base della seconda tensione di rilevazione VCpiusmodulata, mentre è collegata la suddetta prima resistenza campione RSminusoppure seconda resistenza campione RSpius.
Secondo una particolare forma di realizzazione, prima della suddetta fase di collegare la prima o la seconda resistenza campione, il metodo prevede di confrontare il primo valore di prima tensione di rilevazione VClminuscon il primo valore di seconda tensione di rilevazione VCpius;se dal confronto emerge che la prima tensione di rilevazione VCminU3è maggiore della seconda tensione di rilevazione VCpius, viene collegata la prima resistenza campione RSminus;se invece dal confronto emerge che la prima tensione di rilevazione VCminusè minore della seconda tensione di rilevazione VCplus, viene collegata la seconda resistenza campione RS>pius "
La forma di realizzazione sopra descritta permette vantaggiosamente di effettuare la procedura di misura che comporta il raggiungimento di tensioni in valore assoluto minori (si veda ad esempio la figura 6), il che riduce possibili criticità.
In accordo con una opzione realizzativa del metodo, la suddetta fase di modulare la prima tensione di rilevazione VCminuscomprende modulare la prima tensione di rilevazione VCmmusin modo che essa oscilli tra un valore massimo di prima tensione di rilevazione VClmmus-MAx ed un valore minimo di prima tensione di rilevazione VClminus-MIN
La suddetta fase di modulare nuovamente la prima tensione di rilevazione VCBl∞scomprende modulare nuovamente la prima tensione di rilevazione VCminusin modo che essa oscilli tra un nuovo valore massimo di prima tensione di rilevazione ed un nuovo valore minimo di prima tensione di rilevazione VC2minus-MiN.
La suddetta fase di modulare la seconda tensione di rilevazione VCpiuscomprende modulare la seconda tensione di rilevazione VCpiusin modo che essa oscilli tra un valore massimo di seconda tensione di rilevazione VClpiu^-MAXed un valore minimo di seconda tensione di rilevazione VClpius-MIN.
La suddetta fase di modulare nuovamente la seconda tensione di rilevazione VCpiuscomprende modulare la seconda tensione di rilevazione VCpiusin modo che essa oscilli tra un nuovo valore massimo di seconda tensione di rilevazione VCipiu^-MAx ed un nuovo valore minimo di seconda tensione di rilevazione VC2PIUS-MIN-Si osservi che nel metodo di misura di resistenza di isolamento, precedentemente descritto, sono previste diverse opzioni implementative in merito a come svolgere le fasi di rilevare la prima o la seconda tensione di rilevazione e di determinare il primo ed il secondo valore di tali prima o seconda tensione di rilevazione.
Secondo una opzione implementativa, la suddetta fase di rilevare una prima tensione di rilevazione VCmiIltl3modulata comprende misurare il valore massimo di prima tensione di rilevazione VClmmua-MAx e il valore minimo di prima tensione di rilevazione e determinare un primo valore di prima tensione di rilevazione VCLiww, sulla base del valore massimo di prima tensione di rilevazione VClmmus-MAx e del valore minimo di prima tensione di rilevazione VClMinua-MiN.
Analogamente , la suddetta fase di rilevare nuovamente una prima tensione di rilevazione VCmimwmodulata comprende misurare il valore massimo di prima tensione di rilevazione e il valore minimo di prima tensione di rilevazione VC2minU3-MiN, mentre è collegata la prima resistenza campione RSaitlU3o la seconda resistenza campione RSpiU3, e determinare poi un secondo valore di prima tensione di rilevazione VCiminua, sulla base di detti valore massimo di prima tensione di rilevazione VC2ininu3-Mfix e valore minimo di prima tensione di rilevazione VC2minus-MiK, rilevati mentre è collegata la prima resistenza campione RS^n^ o la seconda resistenza campione RSpiU3.
Inoltre , la suddetta fase di rilevare una seconda tensione di rilevazione VCpiU3comprende misurare il valore massimo di seconda tensione di rilevazione VClpiua-MAXe il valore minimo di seconda tensione di rilevazione VC1PIU3-MIN, e determinare un primo valore di seconda tensione di rilevazione VClpiU3, sulla base del valore massimo di seconda tensione di rilevazione VC1PIU3-MAX e del valore minimo di seconda tensione di rilevazione VClpius-Miu-Analogamente , la suddetta fase di rilevare nuovamente una seconda tensione di rilevazione VCpiU3modulata comprende misurare il valore massimo di seconda tensione di rilevazione VC2PIUS-MAXed il valore minimo di seconda tensione di rilevazione VC2PIU3-MIN, mentre è collegata la prima resistenza campione RSmmuso la seconda resistenza campione RSplus,; e determinare poi un secondo valore di seconda tensione di rilevazione VC2piU3, sulla base di detti valore massimo di seconda tensione di rilevazione VC2PIU3-MAXe valore minimo di seconda tensione di rilevazione VC2PIU3-MIN, rilevati mentre è collegata la prima resistenza campione RS^inuso la seconda resistenza campione RSpiU3.
Secondo un'opzione implementativa alternativa, le suddette fasi di rilevare una prima o una seconda tensione di rilevazione comprendono rilevare una sequenza di campioni della prima o seconda tensione di rilevazione modulate ; e le successive fasi di determinare un primo o secondo valore di prima o seconda tensione di rilevazione comprendono determinare un valore medio dei campioni rispettivamente rilevati .
Preferibilmente , le misurazioni summenzionate vengono effettuate in uno stato di regime stazionario, cioè dopo un tempo di assestamento successivo al transitorio che si determina ogniqualvolta si connettono o disconnettono rami del circuito.
A tal proposito, la misurazione dei campioni di segnale rilevati può essere impiegata anche per verificare la fine del transitorio e riconoscere il raggiungimento dello stato stazionario di regime.
Nel seguito, verranno riportati dettagli più precisi in merito ad un ulteriore esempio di implementazione del metodo di misura, unitamente ad una trattazione matematica esplicativa volta a mettere in luce le relazioni tra le varie grandezze in gioco.
Si faccia riferimento, ad esempio, alla figura 2, che illustra una porzione del "ramo negativo" del dispositivo 1, relativo alla tensione (argomenti ed illustrazioni del tutto analoghe valgono per il "ramo positivo" del dispositivo 1 relativo alla tensione Vplus).
Per determinare la relazione tra V„iWWe VCminussi può partire calcolando 1'oscillazione di tensione hVCminus(uguale a VClmmus-MAx - VClminus-MiN) generata dalla corrente lei che carica e scarica il condensatore CI per effetto dell' apertura e chiusura dell'interruttore SW1 (con periodi T0Ne TQFF)-
1 i 1
AVCminus low — jr fcijON * Τ'θΝ<= —>^cmirais\Qpp<= —>~JciJ)FF * TOFF (1) relazione valida nell 'ipotesi che la costante di carica e scarica del condensatore sia molto maggiore dei tempi T0Ne TQFF-Indicando con 10minu3la corrente che attraversa la resistenza di partizionamento RBminus, la corrente che attraversa il condensatore CI, guando 1'interruttore SW1 è chiuso, è:
_ R2^minus ~ VCmlnusiRl<R>2 3⁄4)
<Cl0N>3⁄43⁄4 R2R3
Quando invece 1'interruttore SW1 è aperto, e guindi la resistenza RI è scollegata dal circuito, la corrente che attraversa il condensatore CI è:
, _Γί1V<v>C '-<•>mi■nus
'CIOFF
K2
Si definisca inoltre Duty = T0u / (T0N+ T0FF)- Tale parametro corrisponde ai parametri DC1 o DC2, già menzionati in precedenza .
Sostituendo /C1,<e>^uty nella relazione (1), si ottiene:
Ri R2*Duty R3
I IOVmi ■nus — - -+_- —Duty) v<V>r<L>* [2]
Indicando con V0mitlU3la tensione partizionata presente al terminale negativo dell'operazionale invertente U^mus, si può determinare in funzione della tensione VC^nuge della corrente 10^,^ nel caso in cui l'interruttore SW1 è chiuso (fase ON):
irn _ IΓΠ _ V® minus~VCminus \ n _X<v u>minus ~ \<l u>minus R3)<Al ~>
_ [i<Q>minus
<KUm>““<s “>(R1+R3)
Ora, osservando che VmitlU3= RBminu310^.^ VOminua, si ottiene un'espressione per VmitlU30N-
I7_ ^1^3<">I<->RI ,nr) m
V minusjon L j L ' “3⁄4muj * ^mirtus
“1+ “3
Analogamente, dalla stessa espressione, facendo il limite per RI tendente ad infinito, si ottiene V^nus OFF/valida nel caso di fase OFF, con SW1 aperto.
Vjnimtsjaff ^minits R3<">I<" ">I<">^^rninus ^mirtus
La tensione Vmn^ si può esprimere come
VjTiinus — Duty * Vminus_on "i(l<—>Duty) * V _minus_off Per semplicità di calcolo, a titolo esemplificativo, si consideri il caso in cui Duty = 50%:
v _ ^mmus.on "I"^jninusjiff<v>mi .nus — n5*V<V>minus on 0.5 * V_minus_of f
che, esplicitando Vminu3 QN e Vminu3OFF, e sviluppando 1'espressione algebrica, diventa:
R^R3+ R^+ 2RBT(Ri+ 3⁄4)<R>ivr2R1+ R3^minus ^minus<">r ''^tninus
2(Ri 3⁄4) 2(R1+ R3)
Sostituendo in tale espressione 1'espressione [2 precedentemente indicata, si ha:
ΤΓ_1,^. /2Ri+2J3⁄4+J3⁄4 2R1R3+fl|+2RBmiK1Ì;(Jì1+JÌ3) 2R1+3⁄4 '\ lmmi«-^ mira^3⁄4(2(Ìi+3⁄4)2(R1+R3)<+>2(fi1+fi3)J
Con un procedimento del tutto analogo, si ottiene:
V — VC (<2 R>S<+2R>7<+R>S*2R3K7+^7+2RBpÌus(^3+fi7) , 2K;+R7\
-pì<U>5<—>P<ius>v R6(2R3+R7) 2(R3+R7)<">2(R;+R7)/
Come già osservato, 1'amplificatore UminU3è in configurazione invertente con guadagno unitario, in modo tale da ottenere in uscita una grandezza positiva rispetto alla massa dello chassis . Quindi, partendo da una grandezza elettrica Vminu3, negativa rispetto alla tensione dello chassis , si ottiene una tensione negativa VCminusin ingresso all'amplificatore e positiva -VCminmall' uscita dello stesso amplificatore.
Al contrario, 1'amplificatore UpiU3è in configurazione non invertente, poiché Vpiusrisulta essere già positiva rispetto alla tensione dello chassis.
Nel caso in cui i due rami del dispositivo siano realizzati in modo simmetrico, si ha: RBpj-us= RBminus= RB, ed inoltre: R5 = Ri, R6 = R2, R7 = R3.
In tal caso, le relazioni (3a) e (3b) diventano:
Tr ÌTr,(2R\+ 2R3+ 3⁄4 2R^R3 "I"Ri "I"2RB^R^-I-R%) 2R^-I-R3^<V≠US = VCplus>[ R2(2R1+ R3) * 2(R1+R3)<+>2(R1+R3)ì
2R±+ 2 R3+R22R^R3+R3+ 2RB(R·^ -I-R%) 2R^ -I- R3^ V miivus V,
R2(2R1+R3) 2(R1+R3)<+>2(R1+ R3)j
f2,Ft^+2ifg+i?22ii^/fg+jRg+2/fi? 2it^+ ίϊ^\ Ponendo
V 3⁄4 (2R1+R3) 2(R1+R3)<+>2(Λ1+3⁄4)/<~~>si ottengono le formule semplificate:
^_pZU5<—>^pit* *^
v<v>jninus — v<μ>e<u>mmu5*i4
Kpius<— —>C^^pZus<—>VCminus)*^ (4)
La formula (4) mostra che è sempre possibile determinare il valore di V^musdalla misura di VCBiIimed il valore di Vpiusdalla misura di VCpius, e la cui somma, in valore assoluto, è la tensione di batteria VB.
Dalla determinazione di VBiWWe di Vpiusnon è però possibile ancora calcolare il valore delle due resistenze di isolamento, perché le due equazioni (3a) e (3b), in base alle ipotesi fatte, sono linearmente dipendenti 1'una dall'altra. Per poter calcolare il valore delle due resistenze di isolamento RIpiuse RIminussi esegue allora un'ulteriore misura di Vmitluse di Vpiuadopo aver inserito nel circuito di misura almeno uno dei due resistori RSminuso RSpius, il cui valore è noto, attraverso la chiusura dei rispettivi interruttori o SpiU3.
Si osservi che nella espressione (4) tutti i parametri sono noti : A è noto, poiché esso è un dato di progetto dipendente dal valore delle resistenze scelte per il circuito di misura e del Duty e dallo stato degli interruttori Sminuso SpiU3; VCminU3e VCpiU3sono acguisite dal sistema di misura della resistenza di isolamento; la differenza VpiU3 -VminU3è la tensione di BUS DC o di batteria, acguisita separatamente .
Perciò, è sempre possibile eseguire, a meno di un errore di misura, un'analisi di congruenza tra i valori VCpiU3 -VCminusacquisiti dal sistema di misura della resistenza di isolamento e la tensione di batteria VE= VpiU3 -VmitlU3indipendentemente acquisita dal circuito di acquisizione dei segnali di tensione di batteria del BMS. In tal modo, è possibile diagnosticare preventivamente errori di guadagno o di offset presenti nel circuito di misura della resistenza di isolamento (si noti che questo è uno dei possibili test auto-diagnostici , che verranno descritti nel seguito) .
Il valore delle resistenze campione RSminused RSpius(che possono essere connesse e disconnesse dal polo negativo e dal polo positivo della batteria, rispettivamente , rispetto alla massa dello chassis) deve essere preferibilmente conforme a guanto indicato nella norma ISO 6469, tenendo conto anche della presenza in parallelo delle due resistenze del circuito di misura. In particolare, il valore della resistenza RS^musassume preferibilmente un valore dipendente dalla tensione di batteria VEin modo tale che il parallelo di RS con RB sia compreso tra circa 100 ohm/V a circa 500 ohm/V .
Tramite 1'inserimento nel circuito di misura di una delle resistenze RSMnu3, RSPJ-U3, attraverso i rispettivi interruttori SpiU3, Sminuì, è possibile sbilanciare le tensioni Vminuse Vplusrispetto alla massa e ricavare una nuova misura di tali tensioni rispetto alla massa attraverso 1'acguisizione delle tensioni VCminU3e VCpiU3.
Poiché tutti i componenti elettronici che realizzano il circuito di misura della resistenza di isolamento sono di valore noto, dalla misura di VC^muse di VCpiU3prima e dopo la chiusura di uno dei due interruttori Spiuae SmitlU3è possibile ricavare il valore della resistenza di isolamento della batteria rispetto alla massa dello chassis . Inoltre, attraverso 1'acquisizione periodica delle tensioni VCminuse di VCpiusè possibile ottenere una stima via via sempre più precisa delle due resistenze di isolamento.
Secondo un esempio implementativo, la procedura impiegata e 1'andamento temporale delle tensioni VCminuse di VCpiusdurante la chiusura di uno dei due interruttori Spiuse Sminussono rappresentate nella figura 6, secondo quanto qui di seguito illustrato .
Per eseguire la stima del valore delle resistenze di isolamento RIpiU3ed Rlminus (il che può avvenire in maniera pressoché continua durante il funzionamento del sistema) viene effettuata una prima acquisizione delle tensioni VCminus e VCpiU3con i due interruttori Sminus ed Spiusaperti. Poi, viene chiuso uno dei due interruttori Sp!uso Sminusa seconda che VCminussia maggiore o minore di
VCplus. Quindi, si attende che i due valori da acquisire si siano stabilizzati e successivamente viene eseguita una nuova acquisizione dei valori di VCminus e VCplus- Dalla doppia misura è possibile ricavare una prima stima del valore delle due resistenze di isolamento RIpius ed Rlminus-Tale procedura può essere eseguita periodicamente al fine di migliorarne 1'accuratezza e 1'attendibilità della misura nel tempo.
In figura 6 è mostrato a titolo di esempio l'andamento delle due tensioni VCminuse VCpius, acquisite durante la procedura di calcolo delle resistenze di isolamento. Nel caso specifico, si è supposto che Rlminus> RIpius, per cui nella prima fase, in cui i due interruttori Spiuae Sminussono aperti, la tensione VCminusè maggiore di VCpi^. Ciò comporta che nella seconda fase di misura venga chiuso 1'interruttore SminU, ponendo in parallelo alla resistenza Rlmmusla resistenza RSminus, la cui chiusura inverte lo sbilanciamento delle due tensioni , e al termine del transitorio viene eseguita una successiva misura delle due tensioni VCmmuse VCpius. Dalle misure ottenute attraverso le due acquisizioni , si ottiene il valore delle due resistenze di isolamento, attraverso una formula di conversione nota che verrà qui di seguito ricavata.
Nella figura 6 vengono anche evidenziate le oscillazioni dei due segnali VCuiitluse VCplus, dovute alla modulazione imposta, e sono quindi indicati i valori VClminus-max, VClminus-min, 1C<'>pi Γ,Ό: ΘVClpj-Us-inin(tra CUÌ VCI:, e VCpiusrispettivamente oscillano, nella situazione in cui la resistenza RSmmusnon è connessa) ed i valori VCiminus-majf, VCIv,ri. fVC2plus-max ΘVC2pius-mj-n(tra CUÌ VCminuse VCpiusrispettivamente oscillano, nella situazione in cui la resistenza RSminUsè connessa).
Verrà descritto qui di seguito un possibile algoritmo per il calcolo delle resistenze di isolamento.
Si indichi con RB'minu3la somma della resistenza RBminuse della resistenza equivalente del circuito di misura costituito dalle resistenze RI, R2, R3 e dalla capacità CI (influenzato anche del Duty di comando di SW1):
RB I B ^^mtnus
minits R minus
I® minits
Si consideri il caso in cui, dopo la prima fase di acquisizione VCminussia maqqiore di VCplU3. In tal caso, viene chiuso 1'interruttore S^inuse viene acquisito un nuovo valore di VCminus. Noto il nuovo valore di VCmmus, viene ricalcolata la corrente che attraversa il circuito di misura I0tilius, utilizzando la suddetta relazione [1].
Note IOminuse VCminus, si ricalcolano, analoqamente a quanto già illustrato, VCWUS-ON, VOminus-oFF, e VOtiBua· Si ottiene così una nuova stima di VmitlU3che indichiamo con V'
^ mlnus R^minus ^minus<">I<">^Ominus Indicando con RB2 il parallelo tra RB'minU3e RS^mua:
n m _ R<lx>B<u>m'i■nus*RS ■
<~>-
<nD>minus Τ ' Τ<no>ςminus
e sostituendo nelle espressioni [3a] e [3b] le espressioni sopra ottenute, si giunge a due relazioni algebriche che consentono il calcolo dei valori delle resistenze di isolamento RIpiuse Rlmmus, in funzione di Vminus ^ Ίn!r.!'.:;
RBmìnwi*RB2*VBATT*(Vminus
RIminus RB minus* VBA TT*V’m;,utsRB2*VBATT*Vminus+RBmiìms*Vminus*Vfminus- RB2*Vminus*V>minus
RB„s*RB2*VBATT*(y mimts-V’minus)
RI plus
RB„ ,·Κ, ΐ *V'., «~ RB2*V , s
Analogamente, se fosse VCuinusminore di VCpius, verrebbe chiuso SpiU3e si avrebbe il seguente calcolo:
RB p[us* BATT*(Vpius~V<!>plus)
fiL
RB2*V BATT*V<i>pius ~ RB2*VBATT*Vpius+RB<,>pius*<v>plus*<v>’ plus~ plus*<v>’ plus
<V>^ TT lus ~ V* p lus)
plus RBpivs*VBATT*V> plus — RB2*VBATT*Vpius+RBpius*Vplus*V<,>plus~ RB2*Vpius*V<,>plus
Viene ora descritto un metodo per diagnosticare una perdita di isolamento di un apparato elettrico energizzato 2.
Tale metodo comprende le fasi di misurare una resistenza di isolamento di terminale negativo Rlminus, presente tra un terminale negativo il e la massa 3 dell'apparato elettrico energizzato 2, ed una resistenza di isolamento di terminale positivo RIpius, presente tra un terminale positivo 12 e la massa 3 dell'apparato elettrico energizzato; e diagnosticare guindi la perdita di isolamento dell'apparato elettrico energizzato 2, o meno, sulla base della resistenza di isolamento di terminale negativo Rlminuse della resistenza di isolamento di terminale positivo RIpius che sono state misurate.
In tale metodo di diagnosi, la suddetta fase di misurare è effettuata mediante un metodo di misura della resistenza di isolamento secondo una delle forme realizzative precedentemente illustrate.
Nel seguito, verranno illustrati aspetti legati alle funzioni di autodiagnosi, che il dispositivo ed il sistema dell'invenzione sono in grado di operare, volti a garantire e verificare 1'integrità del circuito per la misura di isolamento. Tali funzioni comprendono un insieme di test che hanno lo scopo di verificare periodicamente 1'integrità del circuito di misura della resistenza di isolamento.
1/esecuzione di tali test può avvenire secondo una sequenza preordinata, tra una misura di resistenza di isolamento ed un'altra, oppure in funzione dell'esito dei test precedenti o in base allo stato di funzionamento in cui si trova il sistema in un certo momento.
Le funzioni di autodiagnosi possono comprendere un qualsiasi sottoinsieme dei test gui di seguito illustrati, a titolo di esempio, oppure di altri test simili: infatti, data la flessibilità del circuito di misura, è teoricamente possibile eseguire molti diversi test , alcuni dei quali tra loro perfettamente equivalenti ; ci si limiterà qui a descrivere solo i test più semplici o significativi.
I test eseguibili sono sostanzialmente "test di plausibilità" , effettuati in particolari condizioni operative del dispositivo, e in grado di verificare la corrispondenza o meno tra un valore letto e un rispettivo valore atteso .
Si consideri 1'auto-diagnosi di funzionamento degli interruttori di dispositivo Mmmus, Mpius, avente lo scopo di verificare 1'integrità dei due interruttori di dispositivo, o relè, che permettono la connessione e la disconnessione del circuito di misura della resistenza di isolamento dai poli della batteria. Tali relè, siano essi di tipo elettromeccanico, oppure realizzati mediante tecnologia elettronica (ad esempio relè a stato solido, photoMOS , MOSFET, e così via) sono frequentemente sottoposti a stress di natura elettrica e si possono danneggiare . Quando i due interruttori di dispositivo sono aperti, il dispositivo di misura è disconnesso dalla batteria e non è alimentato; quindi, le tensioni VCmitluse VCpiusdevono risultare pressoché nulle. Quando invece i due interruttori di dispositivo sono chiusi , il dispositivo di misura e connesso alla batteria ed è alimentato; quindi, le tensioni VCmitlU3e VCpiusdevono presentare valori la cui somma è proporzionale alla tensione di batteria e al duty-cycle applicato al dispositivo di misura, che, nei casi limite, può anche essere nullo (quando l interruttore SW1 è sempre aperto) o unitario (quando 1'interruttore SW1 sempre chiuso).
Si consideri ora 1'auto-diaqnosi di funzionamento del primo qruppo resistenza-interruttore (RSminU3, SminU3) e del secondo qruppo resistenza-interruttore (RSplus, Splus).
Tale auto-diagnosi comprende in particolare un test di verifica dell'integrità dei due interruttori (o relè) di inserimento di resistenza campione Spj-U3ed Sminus- Anche questi relè , siano essi di tipo elettromeccanico o di tipo elettronico, devono sopportare ai loro capi elevate differenze di potenziale e sono frequentemente sottoposti a stress di natura elettrica che li possono danneggiare.
Il test di verifica, in questo caso, può ad esempio consistere nel comandare i due interruttori di inserimento di resistenza campione SpiU3ed Smmuasequenzialmente nelle quattro configurazioni possibili, e, per ogni configurazione, leggere il valore o di VCmmuso di VCpiuso di entrambi, ed eseguire alcuni test di plausibilità sulla base dei valori letti.
Si consideri ora un'auto-diagnosi di integrità del dispositivo basata su un test di congruenza sul guadagno. Tale test si basa sul fatto che la somma delle tensioni VCpiU3e VCminusè legata alla tensione di batteria VBattraverso un fattore di proporzionalità indicato con A che dipende dal duty. In particolare, vale la relazione:
VCpj-us<—>VCminusA * ί'·'}■]r.:;t Ά’) in cui A è 1'attenuazione del circuito di acquisizione .
Il test di auto-diagnosi del guadagno comprende un insieme di meccanismi di sicurezza in grado di rilevare malfunzionamenti che possono portare ad una errata stima della tensione di batteria, partiz ionata nelle due tensioni VCpiU3e VCmmusriferite alla massa, il verificarsi di una qualsiasi condizione che modifichi il guadagno del circuito di misura (ad esempio una variazione delle resistenze RBminuso RBpius, oppure un errore di guadagno degli amplificatori Ummuso UpiU3). Tale test può prevedere ad esempio di confrontare il valore della tensione VEacquisita attraverso il dispositivo di misura di isolamento rispetto alla misura diretta della tensione di batteria VB, che è un' informazione disponibile attraverso altri circuiti di misura.
Si consideri ora 1'autodiagnosi degli interruttori (o commutatori ) di modulazione SW1 e SW2, volto a verificare la corretta funzionalità di tali commutatori attraverso la verifica della presenza e dell'ampiezza dell' oscillazione di modulazione sui segnali VCmitlue VCpiU3. Ad ogni fronte di commutazione di SW1 ed SW2, i segnali VCpiuse VCminu3sono misurati (previa verifica che si siano esauriti eventuali transitori presenti su tali segnali) e viene osservato se 1' oscillazione di modulazione sia presente su tali segnali , ed abbia 1'ampiezza attesa (dipendente a sua volta dall'ampiezza di VCpiU3e VCminus)- In caso di verifica positiva, il test è superato, altrimenti no.
Si consideri ancora un'autodiagnosi della rottura o del degrado dei componenti che realizzano il dispositivo di misura. Tale autodiagnosi comprende una serie di test elementari, che possono essere eseguiti ad hoc o anche durante il normale funzionamento del sistema . Tali test elementari sono test di congruenza, che prevedono di misurare sia i valori assoluti dei segnali Vpiuse VMinuasia le relative oscillazioni di modulazione hVCpluse AVCminus,· guindi, di confrontare tali valori con alcune soglie , e di diagnosticare , sulla base di tali confronti, i principali guasti o anomalie che si possono presentare nel dispositivo di misura della resistenza di isolamento.
Con riferimento ai suddetti test di congruenza e riconoscimento di guasti , vengono riportate , a titolo puramente esemplificativo e non esaustivo, due tabelle riassuntive degli esiti del test di congruenza, e del tipo di guasto ipotizzato sul circuito di misura.
VCm±nus< VTHRL * 0 VDC Tipo di guasto ipotizzabile sul circuito di misura
R2 in corto-circuito R4 in corto-circuito Di in corto-circuito CI in corto-circuito R3 circuito aperto RBminuscircuito aperto Uminusrotto
o in corto-circuito verso massa VCminU3> VTHR-H1 Tipo di guasto ipotizzabile R2 circuito aperto VCminU3> VTHR-H2 Tipo di guasto ipotizzabile Di circuito aperto
AVCminus< VTHRL <*> 0 VDC Tipo di guasto ipotizcabile Ri circuito aperto
B-Bminuscorto-circuito o circuito aperto
LVCminus<«>> VTHR-H3 Tipo di guasto ipotizzabile Ci circuito aperto
R2 circuito aperto AVCminus< VTHR-H4 Tipo di guasto ipotizzabile R3 circuito aperto
e, analogamente,
VCpiU3< VTHRL * 0 VDC Tipo di guasto ipotizzabile R6 in corto-circuito R8 in corto-circuito D2 in corto-circuito C2 in corto-circuito R7 circuito aperto RBminuscircuito aperto Ujninus rotto
o in corto-circuito verso massa VCpius> VTHR-H1 Tipo di guasto ipotizzabile R6 circuito aperto VCpius> VTHR-H2 Tipo di guasto ipotizzabile D2 circuito aperto
LVCpius< VTHRL Tipo di guasto ipotizzabile R5 circuito aperto RBpiuscorto-circuito o circuito aperto hVCpiU3 *> VTHR-H3 Tipo di guasto ipotizzabile C2 circuito aperto
R6 circuito aperto hVCpiU3< VTHR-H4 Tipo di guasto ipotizzabile R7 circuito aperto
Sulla base di quanto sopra illustrato, viene ora descritto un metodo di autodiagnosi di un dispositivo elettronico 1 per la diagnosi di perdita di isolamento di un apparato elettrico energizzato 2, in cui il dispositivo 1 è in accordo con una qualsiasi delle forme realizzative precedentemente descritte.
Tale metodo comprende le fasi di: effettuare una diagnosi di funzionamento del primo gruppo resistenzainterruttore (RSminua, Sminus)e del secondo gruppo resistenza-interruttore (RSpiU3, SpiU3)del dispositivo, sulla base di misure della prima VCminU3e della seconda tensione di rilevazione VCpiU3, effettuate dal dispositivo nelle condizioni in cui il primo interruttore di inserimento di resistenza campione SminU3ed il secondo interruttore di inserimento di resistenza campione SpiU3sono rispettivamente posti in una pluralità di condizioni appartenenti al seguente gruppo di condizioni: aperto, aperto; chiuso, aperto; aperto, chiuso; chiuso, chiuso.
II metodo prevede poi di effettuare un test di congruenza della misura operata dal dispositivo, sulla base della prima tensione di rilevazione VCnànuse della seconda tensione di rilevazione VCpiU3, come misurate dal dispositivo, e della tensione di batteria VE(cioè la differenza tra la tensione positiva Vpj-U3e la tensione negativa VBÌHUSdella batteria) , il cui valore è disponibile anche indipendentemente dalle misure del dispositivo 1 .
Il metodo prevede inoltre di verificare la presenza e misurare 1'ampiezza di una prima oscillazione AVC^musdella prima tensione di rilevazione VCminu3intorno al proprio valore di regime, mentre il primo interruttore di modulazione SW1 commuta tra apertura e chiusura, ed inoltre verificare la presenza e misurare 1'ampiezza di una seconda oscillazione hVCpiU3della seconda tensione di rilevazione VCpiU3intorno al proprio valore di regime, mentre il secondo interruttore di modulazione SW2 commuta tra apertura e chiusura.
Il metodo prevede infine di effettuare una diagnosi di funzionamento del primo circuito di misura e del secondo circuito di misura del dispositivo, sulla base di misure della prima tensione di rilevazione VCmmus, della seconda tensione di rilevazione VCpiU3, dell'ampiezza della prima oscillazione àWCmitlU3e dell'ampiezza della seconda oscillazione hVCplus.
Secondo una particolare forma di realizzazione del metodo di autodiagnosi , esso comprende, prima della fase di effettuare una diagnosi di funzionamento del primo gruppo resistenza-interruttore 13, l'ulteriore fase di effettuare una diagnosi di funzionamento degli interruttori di dispositivo Mpius), sulla base della prima tensione di rilevazione VC e della seconda tensione di rilevazione VCpius, misurate dal dispositivo in condizione di interruttori di dispositivo Mminu3, Mpiuschiusi.
In accordo con una opzione realizzativa del metodo di autodiagnosi, la fase di effettuare una diagnosi di funzionamento dei gruppi resistenza-interruttore comprende misurare la prima VCminuae la seconda tensione di rilevazione VCpiU3, nelle condizioni in cui il primo interruttore di inserimento di resistenza campione Sminused il secondo interruttore di inserimento di resistenza campione SpiU3sono rispettivamente posti nelle seguenti condizioni : aperto, aperto; chiuso, aperto; aperto, chiuso; chiuso, chiuso.
Secondo un esempio realizzativo del metodo di autodiagnosi, la fase di effettuare una diagnosi di funzionamento dei gruppi resistenza-interruttore 13, 14, comprende i seguenti primo, secondo, terzo e guarto test.
Il primo test comprende di aprire il primo interruttore di inserimento di resistenza campione S.iWWed il secondo interruttore di inserimento di resistenza campione SpiU3, misurare la prima VCminU3e la seconda tensione di rilevazione VCpiU3, dopo aver raggiunto una condizione di regime ; guindi, confrontare il valore assoluto della differenza tra la prima e la seconda tensione di rilevazione con una prima soglia THRO, e determinare un esito positivo del primo test se tale valore assoluto della differenza è minore della prima soglia THRO (infatti , un valore elevato della tensione è sintomo di un sbilanciamento delle due resistenze di isolamento) .
In un esempio implementativo, il primo test prevede inoltre di confrontare il valore assoluto della differenza tra la prima e la seconda tensione di rilevazione con una soglia di calibrazione (THRc) per determinare un primo od un secondo valore per una seconda soglia THR1 e per una terza soglia THR2 (che saranno impiegate nei test successivi ) a seconda che il valore assoluto della differenza sia maggiore o minore della soglia di calibrazione THRc.
Il secondo test comprende chiudere il primo interruttore di inserimento di resistenza campione Smmused aprire il secondo interruttore di inserimento di resistenza campione SplU3, dopo aver raggiunto una condizione di regime ; guindi, misurare la prima VCminU3e la seconda tensione di rilevazione VCpius, confrontare la differenza tra la seconda tensione di rilevazione VCpiU3e la prima tensione di rilevazione VCmintl3con il valore determinato (o memorizzato) per la seconda soglia THR1, e determinare un esito positivo del secondo test se tale differenza è maggiore della seconda soglia THR1.
Il terzo test comprende aprire il primo interruttore di inserimento di resistenza campione e chiudere il secondo interruttore di inserimento di resistenza campione Spiua, misurare la prima VCmitlU3e la seconda tensione di rilevazione VCpius, confrontare la differenza tra la prima tensione di rilevazione VCmmuse la seconda tensione di rilevazione VCpiU3con il valore determinato (o memorizzato) per la seconda soglia THR1, e determinare un esito positivo del terzo test se tale differenza è maggiore della seconda soglia THR1.
Il guarto test comprende chiudere il primo interruttore di inserimento di resistenza campione Smmuaed il secondo interruttore di inserimento di resistenza campione SpiU3, misurare la prima VCmitlU3e la seconda tensione di rilevazione VCpi^, confrontare il valore assoluto della differenza tra la prima e la seconda tensione di rilevazione con il valore determinato (o memorizzato) per la terza soglia THR2, e determinare un esito positivo del guarto test se tale valore assoluto della differenza è minore della terza soglia THR2.
Il metodo prevede infine di diagnosticare un funzionamento corretto dei gruppi resistenza-interruttore se tutti i guattro test, sopra illustrati, forniscono un esito positivo.
Si osservi che la diagnosi di funzionamento dei gruppi resistenza-interruttore può essere svolta in modi diversi . Ad esempio, secondo un'opzione alternativa alla precedente , tale diagnosi può essere svolta nel seguente modo .
Gli interruttori di inserimento di resistenza campione Sminuse Spiussono inizialmente aperti (mentre gli interruttori di commutazione SW1 ed SW2 possono essere indifferentemente aperti , o chiusi , o in fase di commutazione ). In tali condizioni, vengono misurate le tensioni νθΛΐ11ϋ3e VCplus.
Poi, viene chiuso uno gualsiasi tra Sminuse SpiU3e si verifica se il rispettivo inserimento della resistenza campione RSminuso di RSpiU3produca lo sbilanciamento atteso sulle tensioni VCmmuse VCpius.
In particolare , indicando con VCmmus-i e VCpiU3_i le tensioni misurate inizialmente, con VCm±nus-2 e VCpiU3_2 le tensioni misurate dopo la chiusura di uno tra Sminuse Spiuse con THRVCminus<e>THRVCpluSdue soglie opportunamente predefinite , affinché il test sia superato con successo occorre che, se viene chiuso Sminuì:
VCmious-2< VCmitlU3-i —THRVCminu3
VCpius_2 > VCpiU3_i THRVCpius
e se invece viene chiuso SpiU3:
VCminua-S> VC^inus-i+ THRVCminus
VCpius-2< VCpiua-! -THRVCpius
In accordo con una opzione realizzativa del metodo di autodiagnosi, la fase di effettuare un test di congruenza della misura operata dal dispositivo comprende: calcolare la somma della prima tensione di rilevazione VC^inuse della seconda tensione di rilevazione VCpiU3; memorizzare la differenza tra la tensione positiva VpiU3e negativa VMinu3della batteria, sulla base della tensione di batteria VE(che è appunto la differenza tra la tensione positiva e la tensione negativa della batteria) che è nota indipendentemente dalle misure del dispositivo (ad esempio, nota ad un sistema di gestione di batteria, o Battery Management System BMS, di più alto livello); calcolare poi un valore di confronto, pesando la tensione di batteria con un fattore (A) dipendente dai parametri elettrici del dispositivo; infine, determinare un esito positivo del test di congruenza se la suddetta somma della prima tensione di rilevazione VCmitlU3e della seconda tensione di rilevazione VCpiU3differisce dal suddetto valore di confronto per meno di una guantità predefinita.
In una particolare opzione implementativa, il fattore A è dato dalla seguente espressione :
Λf2 fl^+ 2fl3+ fi22 -I-fif 2flfi^fij+ fi3) 2fl^ -I- fi3
2 1 3 2(fi1-I- ff3) 2(fii+ fi3)
In accordo con una opzione realizzativa del metodo di autodiagnosi, la fase di verificare la presenza e misurare 1'ampiezza di una prima e di una seconda oscillazione comprende : far commutare il primo interruttore di modulazione SW1 tra apertura e chiusura, ad opera del primo segnale di pilotaggio; guindi , misurare il valore massimo di prima tensione di rilevazione VCininus-MAx ed il valore minimo di prima tensione di rilevazione VCmiilus-MiN, e calcolare la differenza tra tali valore massimo e minimo di prima tensione di rilevazione per determinare la prima ampiezza di oscillazione AVCmmus.
Analogamente si prevede di far commutare il secondo interruttore di modulazione SW2 tra apertura e chiusura, ad opera del secondo segnale di pilotaggio; poi, misurare il valore massimo di seconda tensione di rilevazione VCpius-MAx ed il valore minimo di seconda tensione di rilevazione VCpius-Miu, e calcolare la differenza tra tali valore massimo e minimo di seconda tensione di rilevazione per determinare la seconda ampiezza di oscillazione Δλ/C,
Poi, viene verificato se la prima ampiezza di oscillazione AVCmitlU3si mantenga entro un predefinito intervallo di valori accettabili , dipendente dalla prima tensione di rilevazione VCBÌBUS; e se la seconda ampiezza di oscillazione AVCpiussi mantenga entro un predefinito intervallo di valori accettabili , dipendente dalla seconda tensione di rilevazione VCplus.
In accordo con una opzione realizzativa del metodo di autodiagnosi, la fase di effettuare una diagnosi di funzionamento del primo (15) e del secondo circuito di misura (16) comprende: identificare un primo gruppo di possibili guasti del primo circuito di misura 15 se la prima tensione di rilevazione VCainmè inferiore ad una soglia bassa VTHRL; identificare un secondo gruppo di possibili guasti del primo circuito di misura 15 se la prima tensione di rilevazione VCmmusè superiore ad una prima soglia alta VTHR-H1 ; identificare un terzo gruppo di possibili guasti del primo circuito di misura 15 se 1'ampiezza della prima oscillazione AVCminusè inferiore ad una soglia bassa VTHRL; identificare un guarto gruppo di possibili guasti del primo circuito di misura 15 se 1'ampiezza della prima oscillazione AVCminUsè superiore ad una seconda soglia alta VTHR-H2; identificare un primo gruppo di possibili guasti del secondo circuito di misura 16 se la seconda tensione di rilevazione VCpiU3è inferiore ad una soglia bassa VTHRL, identificare un secondo gruppo di possibili guasti del secondo circuito di misura 16 se la seconda tensione di rilevazione VCpiusè superiore ad una terza soglia alta VTHR-H3; identificare un terzo gruppo di possibili guasti del secondo circuito di misura 16 se 1'ampiezza della seconda oscillazione hVCplU3è inferiore ad una soglia bassa VTHRL; identificare un quarto gruppo di possibili guasti del secondo circuito di misura 16 se 1'ampiezza della seconda oscillazione ÙVCpiU3è superiore ad una quarta soglia alta VTHR-H4; infine, determinare un corretto funzionamento del primo (15) e del secondo circuito di misura (16) se, a seguito delle precedenti fasi di identificare, non viene identificato alcun guasto.
Per una esemplificazione dei suddetti gruppi di guasti, che possono essere rilevati ed identificati dal metodo sopra descritto, si faccia riferimento alle tabelle riassuntive degli esiti dei test, precedentemente riportati nella presente descrizione.
Come si può constatare, lo scopo della presente invenzione è pienamente raggiunto dal dispositivo di misura, dal sistema di misura, dal metodo di misura e dal metodo di autodiagnosi, sopra descritti, in virtù delle loro caratteristiche.
Infatti , il dispositivo di misura, grazie alla tecnica "dinamica" di misura impiegata, cioè una tecnica "a commutazione" , è in grado di misurare le resistenze di isolamento in modo accurato, ed adattabile entro un ampio intervallo di resistenze di isolamento e di tensioni di misura . In particolare, come sopra osservato, il fattore di proporzionalità tra le tensioni rilevate (VCminuse VCplU3) e le tensioni di batteria (V^n^ e Vplus) può essere variato e regolato dinamicamente in funzione delle tensioni misurate .
Inoltre , il dispositivo secondo 1'invenzione , grazie alla sua struttura, consente di effettuare efficaci e nel contempo semplici procedure di autodiagnostica (sopra illustrate in dettaglio) atte a verificare il corretto funzionamento del dispositivo stesso, e ad identificare precisamente un eventuale guasto tra una pluralità di numerosi possibili guasti rilevabili .
Nel complesso, il dispositivo, il sistema e i metodi descritti presentano diversi aspetti innovativi (come già illustrato in dettaglio) che ottengono lo scopo di migliorare 1'accuratezza della misura e della diagnosi , diminuendo nel contempo in modo significativo i costi del dispositivo, rispetto alle soluzioni utilizzate comunemente nella tecnica nota; e conseguono inoltre lo scopo di rendere il dispositivo di misura facilmente auto-diagnosticabile , per verificarne il corretto funzionamento e 1'integrità nel corso del tempo, senza necessità di ricorrere a circuiti di misura ridondati e costosi.
Alle forme di realizzazione del dispositivo di misura, del sistema di misura, del metodo di misura e del metodo di auto-diagnosi sopra descritti , un tecnico del ramo, per soddisfare esigenze contingenti , potrà apportare modifiche , adattamenti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti , senza uscire dall 'ambito delle seguenti rivendicazioni.
Ognuna delle caratteristiche descritte come appartenente ad una possibile forma di realizzazione può essere realizzata indipendentemente dalle altre forme di realizzazione descritte . Si noti inoltre che il termine "comprendente" non esclude altri elementi o fasi, il termine "un" o "uno" non esclude una pluralità. Le figure non sono in scala, poiché privilegiano il requisito di evidenziare opportunamente le varie parti, per maggiore chiarezza illustrativa .
Claims (25)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo elettronico (1) per la diagnosi di perdita di isolamento di un apparato elettrico energizzato (2) rispetto ad una massa (3), avente un terminale negativo (21) e un terminale positivo (22), attraverso la misura di una resistenza di isolamento di terminale negativo (Rimimi) presente tra detto terminale negativo (21) e detta massa (3), e una resistenza di isolamento di terminale positivo (RIpiU3), presente tra detto terminale positivo (22) e detta massa (3), il dispositivo (1) comprendendo: un primo terminale di dispositivo (11) ed un secondo terminale di dispositivo (12), rispettivamente collegabili ai terminali negativo (21) e positivo (22) dell'apparato elettrico energizzato (2); un primo gruppo resistenza-interruttore (13), comprendente una prima resistenza campione (RSmmus)collegabile o scollegabile in modo controllato tra il primo terminale di dispositivo (11) e la massa (3) mediante un primo interruttore di inserimento di resistenza campione (Sminus) ; - un primo circuito di misura (15), disposto tra il primo terminale di dispositivo (11) e la massa (3), in parallelo al primo gruppo resistenza-interruttore (13); - un secondo gruppo resistenza-interruttore (14), comprendente una seconda resistenza campione (RSpius)collegabile o scollegabile in modo controllato tra il secondo terminale di dispositivo (12) e la massa (3) mediante un secondo interruttore di inserimento di resistenza campione (Spius) ; - un secondo circuito di misura (16), disposto tra il secondo terminale di dispositivo (12) e la massa, in parallelo al secondo gruppo resistenza-interruttore (14); in cui il primo circuito di misura (15) comprende: un primo circuito di rilevazione (150), comprendente almeno un primo resistore (R2) ed un primo condensatore (CI) disposti tra loro in parallelo, in modo che ai capi del primo condensatore (Cl), guando il primo terminale di dispositivo (11) è connesso all'apparato elettrico energizzato (2), dopo un transitorio necessario affinché la misura raggiunga un primo stato di regime, sia presente una prima tensione di rilevazione (VCminus)dipendente dalla tensione negativa (V^mus)dell'apparato elettrico energizzato (2); il primo circuito di rilevazione (150) comprendendo inoltre un primo misuratore di tensione (Ummus) ; - un primo circuito di modulazione di carica (151), disposto in parallelo rispetto al primo circuito di rilevazione (150), e comprendente una prima resistenza di modulazione (RI) ed un primo interruttore di modulazione (SW1), disposto in serie alla prima resistenza di modulazione (RI) ed atto ad essere pilotato mediante un primo segnale di pilotaggio (Vsw-minus), così che, guando il primo terminale di dispositivo (11) è connesso all'apparato elettrico energizzato (2), il primo condensatore (CI) venga parzialmente scaricato e ricaricato, rispettivamente , durante ogni periodo di chiusura e apertura del primo interruttore di modulazione (SW1), in modo tale che la prima tensione di rilevazione (VCminus)oscilli tra un valore massimo di prima tensione di rilevazione (VCmmus-MAx) e un valore minimo di prima tensione di rilevazione (VCminus-Miii), intorno ad un valore intermedio di prima tensione di rilevazione (VCminus)rappresentativo della tensione negativa (Vminu3)dell'apparato elettrico energizzato (2); un primo resistore di partizione (RBmitlU3)collegato tra il primo terminale di dispositivo (11) e il primo circuito di rilevazione (150), in modo che il primo resistore di partizione (RBminus )ed il primo circuito di rilevazione (150) siano disposti tra loro in serie; ed in cui il secondo circuito di misura (16) comprende: un secondo circuito di rilevazione (160), comprendente almeno un secondo resistore (R6) ed un secondo condensatore (C2) disposti tra loro in parallelo, in modo che ai capi del secondo condensatore (C2), quando il secondo terminale di dispositivo (12) è connesso all' apparato elettrico energizzato (2), dopo un transitorio necessario affinché la misura raggiunga un secondo stato di regime, sia presente una seconda tensione di rilevazione (VCpiU3) dipendente dalla tensione positiva (Vpiua) dell'apparato elettrico energizzato (2); il secondo circuito di rilevazione (160) comprendendo inoltre un secondo misuratore di tensione (UpiU3); un secondo circuito di modulazione di carica (161), disposto in parallelo rispetto al secondo circuito di rilevazione (160), e comprendente una seconda resistenza di modulazione (R5) ed un secondo interruttore di modulazione (SW2), disposto in serie alla seconda resistenza di modulazione (R5) ed atto ad essere pilotato mediante un secondo segnale di pilotaggio (Vsw-plU3), così che , quando il secondo terminale di dispositivo (12) è connesso all' apparato elettrico energizzato (2), il secondo condensatore (C2) venga parzialmente scaricato e ricaricato, rispettivamente , durante ogni periodo di chiusura e apertura del secondo interruttore di modulazione (SW2), in modo tale che la seconda tensione di rilevazione (VCpiua) oscilli tra un valore massimo di seconda tensione di rilevazione (VCp^ -M^) ed un valore minimo di seconda tensione di rilevazione (VCpiU3-MiN), intorno ad un valore intermedio di seconda tensione di rilevazione (VCpiU3) rappresentativo della tensione positiva (VpiU3) dell'apparato elettrico energizzato (2) ; un secondo resistor e di partizione (RBpius) collegato tra il secondo terminale di dispositivo (12) e il secondo circuito di rilevazione (160), in modo che il secondo resistore di partizione (RBpiU3) ed il secondo circuito di rilevazione (160) siano disposti tra loro in serie; in cui detto primo misuratore di tensione (U^inus) è configurato per fornire la prima tensione di rilevazione (VCminus) in condizioni sia di apertura che di chiusura del primo interruttore di gruppo resistenza-interruttore (Sminus), in cui la prima resistenza campione (RSmmus) è, rispettivamente , collegata e scollegata; ed in cui detto secondo misuratore di tensione (Upiua) è configurato per fornire la seconda tensione di rilevazione (VCpiU3) in condizioni sia di apertura che di chiusura del secondo interruttore di gruppo resistenzainterruttore (SpiU3), in cui la seconda resistenza campione (RSpiU3) è, rispettivamente , collegata e scollegata.
- 2. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, comprendente : un primo interruttore (M^mus)di dispositivo, atto a connettere o disconnettere in modo controllato il primo terminale (11) del dispositivo al terminale negativo (21) dell'apparato elettrico energizzato; - un secondo interruttore (MPIU3)di dispositivo, atto a connettere o disconnettere in modo controllato il secondo terminale (12) del dispositivo al terminale positivo (22) dell'apparato elettrico energizzato.
- 3. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui: - il primo circuito di rilevazione (150) comprende inoltre un terzo resistere (R3) collegato tra il parallelo del primo resistore (R2) e del primo condensatore (Cl) e la massa (3); il secondo circuito di rilevazione (160) comprende inoltre un guarto resistore (R7) collegato tra il parallelo del secondo resistore (R6) e del secondo condensatore (C2) e la massa (3).
- 4. Dispositivo (1) secondo una guaisiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui il primo circuito di misura (15) ed il secondo circuito di misura (16) presentano un'identica struttura circuitale e parametri elettrici di resisiori e condensatori corrispondenti rispettivamente identici .
- 5. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti , in cui: - ciascuno di detti primo interruttore principale (Mminu3) e secondo interruttore principale (Mpiua) comprende un interruttore elettromeccanico, ed in cui ciascuno di detti primo interruttore di modulazione (SW1) e secondo interruttore di modulazione (SW2) comprende un rispettivo interruttore elettronico allo stato solido.
- 6. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti , in cui ciascuno di detti primo misuratore di tensione (Ummus) e secondo misuratore di tensione (Uplus) comprende un rispettivo amplificatore operazionale .
- 7. Sistema elettronico (10) per la diaqnosi di perdita di isolamento di un apparato elettrico enerqizzato (2), comprendente un dispositivo elettronico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-6, ed inoltre un dispositivo di controllo (5), in cui il dispositivo di controllo (5) è configurato per: generare e fornire al primo interruttore di modulazione (SW1) detto primo segnale di pilotaggio (Vsw_ ElitlUS)/ generare e fornire al secondo interruttore di modulazione (SW2) detto secondo segnale di pilotaggio (Vsw-plU3) ricevere dal primo misuratore di tensione (UmitlU3) la prima tensione di rilevazione (VCminU3) e dal secondo misuratore di tensione (UplU3) la seconda tensione di rilevazione (VCpiU3); - determinare un primo valore di prima tensione di rilevazione (VClmmus), in condizione di disconnessione della prima resistenza campione (RSmmus), e determinare un secondo valore di prima tensione di rilevazione (VCiininus), in condizione di connessione della prima resistenza campione (RS^us); - determinare un primo valore di seconda tensione di rilevazione (VClpiU3), in condizione di disconnessione della seconda resistenza campione (RSpius), e determinare un secondo valore di seconda tensione di rilevazione (VC2pius), in condizione di connessione della seconda resistenza campione (RSpiU3); calcolare la resistenza di isolamento di terminale negativo (Rlminus) e la resistenza di isolamento di terminale positivo (RIpius) dell'apparato elettrico energizzato, sulla base di detti primo valore di prima tensione di rilevazione (VClmmua) e secondo valore di prima tensione di rilevazione (VCiminus) e/o di detti primo valore di seconda tensione di rilevazione (VClpius) e secondo valore di seconda tensione di rilevazione (VC2pius).
- 8. Sistema (100) secondo la rivendicazione 7 configurato inoltre per : - determinare il primo valore di prima tensione di rilevazione (VClmmus), sulla base di detti valore massimo di prima tensione di rilevazione (VClmm^-MAx) e valore minimo di prima tensione di rilevazione (VClmmus-MiN), in condizione di dis connessione della prima resistenza campione (RS^mus), e determinare il secondo valore di prima tensione di rilevazione (VC2minu3), sulla base di detti valore massimo di prima tensione di rilevazione (VC2minus-MAx) e valore minimo di prima tensione di rilevazione (V2Cminus-MiN), in condizione di connessione della prima resistenza campione (RSmmus); - determinare il primo valore di seconda tensione di rilevazione (VClpiU3), sulla base di detti valore massimo di seconda tensione di rilevazione (VC1PIU3-MAX) e valore minimo di seconda tensione di rilevazione (VClpiU3_ uiu), in condizione di disconnessione della seconda resistenza campione (RSpius), e determinare il secondo valore di seconda tensione di rilevazione (VC2piU3), sulla base di detti valore massimo di seconda tensione di rilevazione (VC2PIU3-MAX) e valore minimo di seconda tensione di rilevazione (VC2PIUS-MIN), in condizione di connessione della seconda resistenza campione (RSpius).
- 9. Sistema (100) secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui : - detto primo segnale di pilotaggio (VSw-minus) è un segnale ad impulsi avente una prima freguenza, in cui la presenza e l<f>assenza dell'impulso comandano la chiusura e 1'apertura, oppure la apertura e la chiusura, del primo interruttore di modulazione (SW1), ed in cui la durata dell' impulso rispetto al periodo associato alla prima freguenza definisce un primo duty-cycle chiusura-apertura (DC1); - detto secondo segnale di pilotaggio (VSw-pius) è un segnale ad impulsi, avente una seconda freguenza, in cui la presenza e 1'assenza dell' impulso comandano la chiusura e 1'apertura, oppure la apertura e la chiusura, del secondo interruttore di modulazione (SW2 ), ed in cui la durata dell'impulso rispetto al periodo associato alla seconda frequenza definisce il secondo duty-cycle chiusura-apertura (DC2) .
- 10. Sistema (100) secondo la rivendicazione 9, in cui il dispositivo di controllo (5) è inoltre configurato per regolare dinamicamente, durante la misura, uno o una gualsiasi combinazione dei seguenti parametri: prima frequenza del primo segnale di pilotaggio (Vsw-minus) ;seconda freguenza del secondo segnale di pilotaggio (VSw- pius); primo duty-cycle chiusura-apertura (DC1); secondo duty-cycle chiusura-apertura (DC2).
- 11. Sistema (100) secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui: - il primo ed il secondo segnale di pilotaggio (VSwrnitius, Vsw-pius) sono segnali periodici di tipo Pulse Width Modulation (PWM); - la prima e la seconda freguenza di pilotaggio sono tra loro uguali; - il primo duty-cycle chiusura-apertura (DC1) ed il secondo duty-cycle chiusura-apertura (DC2) sono tra loro uguali; - il primo secondo segnale di pilotaggio (Vsw-minus)ed il secondo segnale di pilotaggio (Vsw-pius) sono tra loro uguali o complementari.
- 12. Sistema (100) secondo una gualsiasi delle rivendicazioni 7-11, in cui il sistema (100) è configurato per effettuare un metodo secondo una qualsiasi delle seguenti rivendicazioni 13-17, e/o per operare procedure di auto-diagnosi , secondo una delle rivendicazioni 18-25.
- 13 . Metodo per misurare una resistenza di isolamento di terminale negativo (Rlminus)?presente tra un terminale negativo (11) e la massa (3) di un apparato elettrico energizzato (2), ed una resistenza di isolamento di terminale positivo (RIpius), presente tra un terminale positivo (12) e la massa (3) dell'apparato elettrico energizzato (2) , il metodo comprendendo le fasi di: - connettere un primo circuito di misura (15) tra detti terminale negativo (11) e massa (3), per rilevare un primo valore (VClminus) di una prima tensione di rilevazione (VC^in^), dipendente dalla tensione negativa (Vminu3) dell'apparato elettrico energizzato (2); - connettere un secondo circuito di misura (16) tra detti terminale positivo (12) e massa (3), per rilevare un primo valore (VClpius) di una seconda tensione di rilevazione (VCpiU3), dipendente dalla tensione positiva (Vpiua) dell'apparato elettrico energizzato (2); - alternativamente , collegare una prima resistenza campione (RS^n^) in parallelo al primo circuito di misura (15) tra detti terminale negativo (11) e massa (3), oppure collegare una seconda resistenza campione (RSpiU3) in parallelo al secondo circuito di misura (16) tra detti terminale positivo (12) e massa (3); - in detta condizione di collegamento di una tra la prima resistenza campione (RS^inus) e la seconda resistenza campione (RSpius), rilevare un secondo valore (VC2minu3) della prima tensione di rilevazione (VCniinus), e rilevare un secondo valore (VC2plus) della seconda tensione di rilevazione (VCpj-us); calcolare la resistenza di isolamento di terminale negativo (Rlminus) e la resistenza di isolamento di terminale positivo (RIpiua) dell'apparato elettrico energizzato (2) , sulla base di detti primo valore di prima tensione di rilevazione (VClmitlus), secondo valore di prima tensione di rilevazione (VCimmus), primo valore di seconda tensione di rilevazione (VClplus) e secondo valore di seconda tensione di rilevazione (VC2pius); in cui detta fase di rilevare un primo valore di prima tensione di rilevazione (VClmm^) comprende modulare la prima tensione di rilevazione (VCminus) mediante un segnale di modulazione , rilevare la prima tensione di rilevazione (VCminU) modulata, e determinare il primo valore di prima tensione di rilevazione (VClminua) sulla base della prima tensione di rilevazione VCminusmodulata; in cui detta fase di rilevare un primo valore di seconda tensione di rilevazione (VClpiU3) comprende modulare la seconda tensione di rilevazione (VCpius) mediante un segnale di modulazione , rilevare la seconda tensione di rilevazione (VCpj-U3) modulata, e determinare il primo valore di seconda tensione di rilevazione (VClpius) sulla base della seconda tensione di rilevazione (VCplU3) modulata; in cui detta fase di rilevare un secondo valore di prima tensione di rilevazione (VCi^mus) comprende: modulare nuovamente , mediante il segnale di modulazione, la prima tensione di rilevazione (VCminu3), mentre è collegata detta prima resistenza campione (RS,ninu3) oppure seconda resistenza campione (RSpiU3); rilevare nuovamente la prima tensione di rilevazione (VCmiriU3) modulata; determinare il secondo valore di prima tensione di rilevazione (VC2minU3) sulla base della prima tensione di rilevazione (VCmitlU3) modulata, rilevata mentre è collegata detta prima resistenza campione ( oppure seconda resistenza campione (RSpiU3); ed in cui detta fase di rilevare un secondo valore di seconda tensione di rilevazione (VC2piU3) comprende: modulare nuovamente , mediante il segnale di modulazione, la seconda tensione di rilevazione (VCplus), mentre è collegata detta prima resistenza campione (RSmiE1U3) oppure seconda resistenza campione (RSpius); rilevare nuovamente la seconda tensione di rilevazione (VCpius) modulata; determinare un secondo valore di seconda tensione di rilevazione (VCipius) sulla base della seconda tensione di rilevazione (VCpj-U3) modulata, mentre è collegata detta prima resistenza campione (RSmmus) oppure seconda resistenza campione (RSpiua).
- 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, comprendente, prima della fase di collegare la prima o la seconda resistenza campione, 1'ulteriore fase di confrontare il primo valore di prima tensione di rilevazione (VCln,itlU3) con il primo valore di seconda tensione di rilevazione (VCplU3); ed in cui detta fase di collegare una prima resistenza campione (RSmitms) oppure una seconda resistenza campione (RSpiU3) comprende: - collegare la prima resistenza campione (RSminus), mantenendo scollegata la seconda resistenza campione (RSpius), se la prima tensione di rilevazione (VCminU3) è maggiore della seconda tensione di rilevazione (VCpiU3); - collegare la seconda resistenza campione (RSpiU3), mantenendo scollegata la prima resistenza campione (RSminus) se l<a>prima tensione di rilevazione (VC^n^) è minore della seconda tensione di rilevazione (VCpiU3).
- 15 . Metodo secondo la rivendicazione 13 o 14, in cui: la fase di modulare la prima tensione di rilevazione (VCmmus) comprende modulare la prima tensione di rilevazione (VCmitlu3) in modo che essa oscilli tra un valore massimo di prima tensione di rilevazione (VClmmua-MAX) ed un valore minimo di prima tensione di rilevazione (VClminus-MIN) la fase di modulare nuovamente la prima tensione di rilevazione (VCmmus) comprende modulare nuovamente la prima tensione di rilevazione (VCmmus) in modo che essa oscilli tra un nuovo valore massimo di prima tensione di rilevazione (VC2tlinu3-MAx) ed un nuovo valore minimo di prima tensione di rilevazione (VC2minus-MiN); la fase di modulare la seconda tensione di rilevazione (VCpiU3) comprende modulare la seconda tensione di rilevazione (VCplU3) in modo che essa oscilli tra un valore massimo di seconda tensione di rilevazione (VC1PIUS-MAX) ed un valore minimo di seconda tensione di rilevazione (VClpius-MiN); la fase di modulare nuovamente la seconda tensione di rilevazione (VCpiU3) comprende modulare la seconda tensione di rilevazione (VCpiU3) in modo che essa oscilli tra un nuovo valore massimo di seconda tensione di rilevazione (VC2plU3-MAX) ed un nuovo valore minimo di seconda tensione di rilevazione (VC2PIU3-MIN).
- 16 . Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui: la fase di rilevare la prima tensione di rilevazione comprende misurare detti valore massimo di prima tensione di rilevazione (VClminus-MAx) e valore minimo di prima tensione di rilevazione (VClmm^-MiN)ì e la fase di determinare un primo valore di prima tensione di rilevazione comprende determinare il primo valore di prima tensione di rilevazione (VClmiI1U3) sulla base di detti valore massimo di prima tensione di rilevazione (VClminus-MAx) e valore minimo di prima tensione di rilevazione (VClmmus-Miu); - la fase di rilevare nuovamente la prima tensione di rilevazione comprende misurare nuovamente il valore massimo di prima tensione di rilevazione (VCimmus-MAx) ed il valore minimo di prima tensione di rilevazione (VCiminus-mu), mentre è collegata la prima resistenza campione (RSmitlU3) o la seconda resistenza campione (RSpiU3); e la fase di determinare un secondo valore di prima tensione di rilevazione comprende determinare il secondo valore di prima tensione di rilevazione (VCiminua) sulla base di detti valore massimo di prima tensione di rilevazione (VC2minu3-MAx) e valore minimo di prima tensione di rilevazione (VC2ininu3-MiM), rilevati mentre è connessa la prima resistenza campione (RS^nug) o la seconda resistenza campione (RSpiU3); la fase di rilevare la seconda tensione di rilevazione comprende misurare detti valore massimo di seconda tensione di rilevazione (VC1PIU3-MAX) e valore minimo di seconda tensione di rilevazione (VC1PIU3-MIN); e la fase di determinare un primo valore di seconda tensione di rilevazione comprende determinare il primo valore di seconda tensione di rilevazione (VClpiU3)sulla base di detti valore massimo di seconda tensione di rilevazione (VClpius-MAx) e valore minimo di seconda tensione di rilevazione (VC1PIU3-MIN); la fase di rilevare nuovamente la seconda tensione di rilevazione comprende misurare il valore massimo di seconda tensione di rilevazione (VC2PIU3-MAX) ed il valore minimo di seconda tensione di rilevazione (VC2PIU3-MIN) mentre è collegata la prima resistenza campione (RSminu3)o la seconda resistenza campione (RSpius) ;e la fase di determinare un secondo valore di seconda tensione di rilevazione comprende determinare il secondo valore di seconda tensione di rilevazione (VC2pius)sulla base di detti valore massimo di seconda tensione di rilevazione (VC2PIU3-MAX) ed il valore minimo di seconda tensione di rilevazione (VC2PIU3-MIN), rilevati mentre è connessa la prima resistenza campione (RS^mus)o la seconda resistenza campione (RSplus).
- 17 . Metodo per diagnosticare una perdita di isolamento di un apparato elettrico energizzato (2), comprendente : misurare una resistenza di isolamento di terminale negativo (Rlminus), presente tra un terminale negativo (11) e la massa (3) di un apparato elettrico energizzato, ed una resistenza di isolamento di terminale positivo (RIpius), presente tra un terminale positivo (12) e la massa (3) dell'apparato elettrico energizzato; diagnosticare la perdita di isolamento dell' apparato elettrico energizzato (2) sulla base della resistenza di isolamento di terminale negativo (Rlminus) misurata e della resistenza di isolamento di terminale positivo (RIpius) misurata, in cui detta fase di misurare è effettuata mediante un metodo in accordo con una delle rivendicazioni 13-16.
- 18 . Metodo di autodiagnosi di un dispositivo elettronico (1) per la diagnosi di perdita di isolamento di un apparato elettrico energizzato (2), il dispositivo (1) essendo conforme ad una guaisiasi delle rivendicazioni 1-6, il metodo comprendendo le fasi di: effettuare una diagnosi di funzionamento del primo gruppo resistenza-interruttore (RS^mus, SBÌBIB) e del secondo gruppo resistenza-interruttore (RSplus, Splus) del dispositivo, sulla base di misure della prima (VCminus) e della seconda tensione di rilevazione (VCpiU3), effettuate dal dispositivo nelle condizioni in cui il primo interruttore di inserimento di resistenza campione (Sminus) ed il secondo interruttore di inserimento di resistenza campione (SpiU3) sono rispettivamente in una pluralità di condizioni appartenenti al seguente gruppo di condizioni : aperto, aperto; chiuso, aperto; aperto, chiuso; chiuso, chiuso; effettuare un test di congruenza della misura operata dal dispositivo, sulla base della prima tensione di rilevazione (VCamua) e della seconda tensione di rilevazione (VCpiU3), come misurate dal dispositivo, e della tensione di batteria (VE), il cui valore è disponibile indipendentemente dalle misure del dispositivo (1); - verificare la presenza e misurare 1'ampiezza di una prima oscillazione (hVCmmus) della prima tensione di rilevazione (VCmmus) intorno al proprio valore di regime, mentre il primo interruttore di modulazione (SW1) commuta tra apertura e chiusura, ed inoltre verificare la presenza e misurare 1'ampiezza di una seconda oscillazione (hVCpiU3) della seconda tensione di rilevazione (VCpiU3) intorno al proprio valore di regime, mentre il secondo interruttore di modulazione (SW2) commuta tra apertura e chiusura; effettuare una diagnosi di funzionamento del primo circuito di misura e del secondo circuito di misura del dispositivo, sulla base di misure della prima tensione di rilevazione (VC^mus), della seconda tensione di rilevazione (VCpiUs), dell'ampiezza della prima oscillazione (AVCmmus)e dell'ampiezza della seconda oscillazione (AVCpius).
- 19. Metodo di autodiagnosi secondo la rivendicazione 18, in cui il dispositivo è in accordo con la rivendicazione 2, ed in cui il metodo comprende, prima delle fase di effettuare una diagnosi di funzionamento del primo gruppo resistenza-interruttore (13), 1'ulteriore fase di: - effettuare una diagnosi di funzionamento degli interruttori di dispositivo Mplus), sulla base della prima tensione di rilevazione (VCminus)e della seconda tensione di rilevazione (VCpius), misurate dal dispositivo in condizione di interruttori di dispositivo (Mainus, Mpius)chiusi.
- 20. Metodo di autodiagnosi secondo la rivendicazione 18, in cui la fase di effettuare una diagnosi di funzionamento dei gruppi resistenza-interruttore comprende misurare la prima (VCininU3)e la seconda tensione di rilevazione (VCpius), nelle condizioni in cui il primo interruttore di inserimento di resistenza campione (Smi^ ) ed il secondo interruttore di inserimento di resistenza campione (SpiU3) sono rispettivamente posti nelle seguenti condizioni : aperto, aperto; chiuso, aperto; aperto, chiuso; chiuso, chiuso.
- 21 . Metodo di autodiagnosi secondo la rivendicazione 20, in cui la fase di effettuare una diagnosi di funzionamento dei gruppi resistenza-interruttore (13, 14) comprende : un primo test comprendente aprire il primo interruttore di inserimento di resistenza campione (Sminus) ed il secondo interruttore di inserimento di resistenza campione (SpiU3), misurare la prima (VCmmus) e la seconda tensione di rilevazione (VCplus), confrontare il valore assoluto della differenza tra dette prima e seconda tensione di rilevazione con una prima soglia (THRO), e determinare un esito positivo del primo test se detto valore assoluto della differenza è minore della prima soglia (THRO); - un secondo test comprendente chiudere il primo interruttore di inserimento di resistenza campione (Sminus) ed aprire il secondo interruttore di inserimento di resistenza campione (SpiU3), misurare la prima (VCniinu3) e la seconda tensione di rilevazione (VCpiU3), confrontare la differenza tra la seconda tensione di rilevazione (VCpius) e la prima tensione di rilevazione (VCminus) con una seconda soglia (THR1 ), e determinare un esito positivo del secondo test se detta differenza è maggiore della seconda soglia (THR1); un terzo test comprendente aprire il primo interruttore di inserimento di resistenza campione (Sminus) e chiudere il secondo interruttore di inserimento di resistenza campione (Spius), misurare la prima (VCunus) e la seconda tensione di rilevazione (VCpius), confrontare la differenza tra la prima tensione di rilevazione (VCminus) e la seconda tensione di rilevazione (VCpius) con detta seconda soglia (THR1), e determinare un esito positivo del terzo test se detta differenza è maggiore della seconda soglia (THR1); - un guarto test comprendente chiudere il primo interruttore di inserimento di resistenza campione (Sminus) ed il secondo interruttore di inserimento di resistenza campione (Spius), misurare la prima (VCminus) e la seconda tensione di rilevazione (VCpius), confrontare il valore assoluto della differenza tra dette prima e seconda tensione di rilevazione con una terza soglia (THR2), e determinare un esito positivo del guarto test se detto valore assoluto della differenza è minore della terza soglia (THR2); diagnosticare un funzionamento corretto dei gruppi resistenza-interruttore se i detti primo, secondo, terzo e guarto test forniscono tutti un esito positivo.
- 22. Metodo secondo la rivendicazione 21, in cui detto primo test comprende inoltre confrontare il valore assoluto della differenza tra dette prima e seconda tensione di rilevazione con una soglia di calibrazione (THRc) per determinare un primo o un secondo valore per la seconda soglia (THR1) e un primo o un secondo valore per la terza soglia (THR2), a seconda che detto valore assoluto della differenza sia maggiore o minore della soglia di calibrazione (THRc).
- 23. Metodo di autodiagnosi secondo la rivendicazione 18, in cui la fase di effettuare un test di congruenza della misura operata dal dispositivo comprende: calcolare la somma della prima tensione di rilevazione (VCmitlus) e della seconda tensione di rilevazione (VCpius); memorizzare la differenza tra la tensione positiva (Vpius) e negativa (Vilnus) della batteria, sulla base della tensione di batteria (VE) nota indipendentemente dalle misure del dispositivo; - calcolare un valore di confronto, pesando detta differenza tra le tensioni di batteria con un fattore (A) dipendente dai parametri elettrici del dispositivo; determinare un esito positivo del test di congruenza se detta somma della prima tensione di rilevazione (VCmitlus)e della seconda tensione di rilevazione (VCpius)differisce da detto valore di confronto per meno di una quantità predefinita.
- 24. Metodo di autodiagnosi secondo la rivendicazione 18, in cui la fase di verificare la presenza e misurare 1'ampiezza di una prima e di una seconda oscillazione comprende: far commutare il primo interruttore di modulazione (SW1) tra apertura e chiusura, ad opera del primo segnale di pilotaggio; - misurare il valore massimo di prima tensione di rilevazione (VCmmus-MAx) ed il valore minimo di prima tensione di rilevazione (VCmmus-Mm), e calcolare la differenza tra detti valore massimo e minimo di prima tensione di rilevazione per determinare la prima ampiezza di oscillazione (AVCmmus) ; far commutare il secondo interruttore di modulazione (SW2) tra apertura e chiusura, ad opera del secondo segnale di pilotaggio; misurare il valore massimo di seconda tensione di rilevazione (VCPIU3-MAX) ed il valore minimo di seconda tensione di rilevazione (VCPIUS-MIN), e calcolare la differenza tra detti valore massimo e minimo di seconda tensione di rilevazione per determinare la seconda ampiezza di oscillazione (hVCpiU3) ; - verificare che la prima ampiezza di oscillazione (hVCminus)si mantenga entro un predefinito intervallo di valori accettabili, dipendente dalla prima tensione di rilevazione (VCminu3) ; verificare che la seconda ampiezza di oscillazione (hVCpiU3)si mantenga entro un predefinito intervallo di valori accettabili, dipendente dalla seconda tensione di rilevazione (VCpiU3).
- 25. Metodo di autodiagnosi secondo la rivendicazione 18, in cui la fase di effettuare una diagnosi di funzionamento del primo (15) e del secondo circuito di misura (16) comprende: - identificare un primo gruppo di possibili guasti del primo circuito di misura (15) se la prima tensione di rilevazione (VCmmus)è inferiore ad una soglia bassa (VTHRL); identificare un secondo gruppo di possibili guasti del primo circuito di misura (15) se la prima tensione di rilevazione (VCmiriU3) è superiore ad una prima soglia alta (VTHR-H1); - identificare un terzo gruppo di possibili guasti del primo circuito di misura (15) se l<f>ampiezza della prima oscillazione (LVCminu3) è inferiore ad una soglia bassa (VTHRL) ; - identificare un quarto gruppo di possibili guasti del primo circuito di misura (15) se 1'ampiezza della prima oscillazione (AVCmmus) è superiore ad una seconda soglia alta (VTHR-H2); - identificare un primo gruppo di possibili guasti del secondo circuito di misura (16) se la seconda tensione di rilevazione (VCpiU3) è inferiore ad una soglia bassa (VTHRL) ; identificare un secondo gruppo di possibili guasti del secondo circuito di misura (16) se la seconda tensione di rilevazione (VCpius) è superiore ad una terza soglia alta (VTHR-H3); - identificare un terzo gruppo di possibili guasti del secondo circuito di misura (16) se 1'ampiezza della seconda oscillazione (LVCpiU3) è inferiore ad una soglia bassa (VTHRL) ; - identificare un quarto gruppo di possibili guasti del secondo circuito di misura (16) se l<f>ampiezza della seconda oscillazione (LVCpiU3) è superiore ad una quarta soglia alta (VTHR-H4); - determinare un corretto funzionamento del primo (15 ) e del secondo circuito di misura (16) se, a seguito delle precedenti fasi di identificare , non viene identificato alcun guasto .
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