TW202219530A - 判定電路中之電阻 - Google Patents

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Abstract

判定一電路中之一電阻包括以下步驟：將一電壓脈衝施加至該電路之一測試點，該電壓脈衝具有一預定脈衝持續時間；在該脈衝持續時間之至少一部分期間量測該電路之一回應點處之一電可觀測量；在該脈衝持續時間期間從該量測可觀測量估計一期望值；及從該期望值判定該電阻。

Description

判定電路中之電阻
本發明係關於判定一電路中之一電阻。對應實施方案係關於一種電阻判定方法、一種電阻判定裝置、一種電阻判定系統、一種電阻判定微控制器以及一種對應電阻判定程式。本發明可(例如)在電池充電中發現應用，如同(例如)包含電信、汽車、消費性產品等等之諸多領域中所常見。
在廣闊的電路領域中，判定此一電路內之一電阻係一常見任務。當監測其中待判定之電阻相關於(例如)電路之部件與一車輛之一外殼、底盤或車身之部件之間的絕緣之一電路之絕緣時，此一電阻可能令人特別關注。
一般而言，絕緣監測可藉由連續判定電路之兩個部分之間的所謂絕緣電阻來實施，其中要求電壓(可為一高電壓)被限制於電路之一第一部分中且不會與電路之一第二部分接觸，其會對電路之一部分以及電路附近之任何人造成嚴重危險。一旦判定此一電路中之一故障(其通常意謂絕緣電阻降至一預定臨限值以下)，即可執行一適當反應，諸如切斷電路及因此避免危險、損壞及受傷。
絕緣監測之一態樣在於，可連續判定絕緣電阻，包含在一很短時間跨度內判定是否發生一故障，可立即行動及採取適當措施。在一些習知系統中，此通常並非問題，因為可用用於判定一電阻以提供一足夠高反應性來允許及時反應之方法。此等方法及概念包含在電路之某個測試點重複或週期性地施加電壓脈衝且接著量測回應。
然而，隨著高電壓系統進入日常生活(例如依包含尤其電動汽車之新技術之形式)，絕緣監測及因此判定一電阻變得越來越重要。當然，若一電路使用高電壓，則需要一更高絕緣電阻。一進一步態樣係使用較大電容器，此通常會使正確量測之反應變慢，尤其在電壓脈衝之情況下。所提及之電容器亦包含所謂的Y電容器，其等通常連接於負載、電源與待隔離之部分之間，且通常具有用於減少諸如電磁干擾(EMI)之雜訊之相對較高電容。
然而，在此等情況中，施加電壓脈衝可能變形，且因此電路對脈衝之回應無法足夠快地量測，此係在一故障情況中達成一足夠快回應所需的。事實上，在習知技術中，會比考慮到測試電壓脈衝之脈衝長度、脈衝之重複時間或簡單地用於達成可靠及充分保護之最大反應時間需要更多時間來判定系統之一電阻或絕緣狀態。
因此，尤其在絕緣監測之情況下，需要判定一電路中之一電阻之改良方式。再者，需要允許在一短時框內判定一電阻使得電阻可連續即時判定之概念。特定而言，期望此等概念甚至在電路中提供可靠輸出，其中針對判定電阻而量測之對應可觀測量在連續、即時或準即時電阻判定所需之時框內不會聚。
以上問題由獨立技術方案之標的物解決。進一步較佳實施例由附屬技術方案之標的給定。
根據本發明之一實施例，提供一種判定一電路中之一電阻之方法，其包括以下步驟：將一電壓脈衝施加至該電路之一測試點，該電壓脈衝具有一預定脈衝持續時間；在該脈衝持續時間之至少一部分期間量測該電路之一回應點處之一電可觀測量；在該脈衝持續時間期間從該量測可觀測量估計一期望值；及從該期望值判定該電阻。
根據本發明之另一實施例，提供一種用於判定一電路中之一電阻之裝置，其經組態以：將一電壓脈衝施加至該電路之一測試點，該電壓脈衝具有一預定脈衝持續時間；在該脈衝持續時間之至少一部分期間量測該電路之一回應點處之一電可觀測量；在該脈衝持續時間期間從該量測可觀測量估計一期望值；及從該期望值判定該電阻。
根據本發明之另一實施例，提供一種微控制器，其用於指示一設備執行判定一電路中之一電阻之步驟，該等步驟包括：將一電壓脈衝施加至該電路之一測試點，該電壓脈衝具有一預定脈衝持續時間；在該脈衝持續時間之至少一部分期間量測該電路之一回應點處之一電可觀測量；在該脈衝持續時間期間從該量測可觀測量估計一期望值；及從該期望值判定該電阻。
根據本發明之另一實施例，提供一種用於判定一電路中之一電阻之電腦實施程式，其包括指示一裝置在操作期間進行以下之程式碼：將一電壓脈衝施加至該電路之一測試點，該電壓脈衝具有一預定脈衝持續時間；在該脈衝持續時間之至少一部分期間量測該電路之一回應點處之一電可觀測量；在該脈衝持續時間期間從該量測可觀測量估計一期望值；及從該期望值判定該電阻。
圖1A展示根據本發明之實施例之經受電阻判定之一電路1之一示意圖。電路1可通常包含電性及電子組件、主動及/或被動組件、模組、積體電路、導體、導線、印刷電路板、底盤及罩殼及其類似者，因為此等在習知技術全部被熟知。電路1可為一不接地電路、一車側電池電路、一高電壓系統中之一電路、表示一整個設備(諸如包含底盤及車身之一車輛)之一電路或任何其他電路。電路1提供至少一測試點10、至少一回應點11及至少一電阻100，其用於表示電路1之一部件201至電路之一些其他部件或組件202之間的一電阻。另一部件202可由電路1完全包括或亦可朝向電路1之一外部延伸。
在本發明之一特定變動中，組件/另一部件202可為至少部分環繞電路1之部分之一底盤或外殼，且電阻100可為使作為電路1之部分之底盤202與電路1之各自部件(例如攜載一高電壓且應由底盤保護之部件)電隔離之一對應絕緣電阻。一般而言，在此等實施例中，組件202表示將與電路或其對應部件充分隔離之實體。在一些實施例中，電路可包括一電容器101，諸如Y電容器，其係並聯於電阻100以減少電磁干擾之一電容器。
如圖1A中所展示，一電壓脈衝VP施加至測試點10。電壓脈衝VP可具有一預定脈衝持續時間，其在本發明中之別處由Tp標示。電壓脈衝可具有(例如)一矩形形狀。另外，可根據對程序之要求來改變脈衝之持續時間。例如，持續時間可在即時監測之頻率必須增大時縮短或可在無需即時監測高頻率之延長。另外，在調整持續時間時，可考量運算限制。此外，可適當近似可簡化脈衝之產生之任何形狀且因此不限於確切形式。形狀可僅具有正分量或僅負分量或正分量及負分量兩者。正及負分量可相同以對稱或可不同以導致一不對稱形狀。為對稱，可有利地使形狀、振幅及脈衝持續時間相等之正分量及負分量交替。此外，脈衝可為週期性或非週期性的。脈衝可進一步包括若干子脈衝或可為一單一脈衝。
在回應點11處，可量測電路1之一電可觀測量eO；此可在電壓脈衝VP之脈衝持續時間之至少一部分內進行。經量測可觀測量可為系統之電壓、電流或電阻以及可經量測之系統之任何其他量。特定而言，可觀測量可為僅隱含地與以上量、估計量或電阻相關之一導出量。為簡化量測，量測電壓可為有利的。應注意，電路可包括超過一個回應點11，尤其在量測超過一個電可觀測量eO之情況中，此等不同電可觀測量可在相同回應點或不同回應點處量測。此在電路1之不同部分處量測不同電壓之情況中尤其有關。
基於量測電可觀測量eO，可估計一期望值且接著可從期望值判定電阻100。類似於量測可觀測量，估計期望值可為電壓、電流或電阻以及可經量測之系統之任何其他量，包含僅隱含地與以上量、量測可觀測量或電阻相關之一導出量。從量測可觀測量估計期望值可包括將量測可觀測量擬合成一預定模型以估計期望值，但亦可包括直接從量測可觀測量推斷期望值。預定模型可預先在複數個候選模型中選擇或可基於量測可觀測量選自複數個候選模型。用於估計之方法可預先在複數個估計方法中選擇或可基於量測可觀測量來選擇。
從估計期望值判定電阻可藉由從估計期望值直接推斷電阻(例如，在期望值係一電阻之情況中)來執行，或可藉由進一步操縱各自計算估計期望值(例如，若估計期望值係一電壓或一電流)來執行；接著判定電阻可使用估計期望值、系統之已知或量測參數及歐姆定律來進行。換言之，若量測可觀測量並非一電阻，則所有量測值可在執行估計之前轉換成電阻，或首先執行有關量之估計且接著執行轉換成一電阻。
圖1B展示根據本發明之一實施例之經受絕緣電阻判定之一進一步電路之一示意圖。針對大多數部分，結合圖1A提供之解釋及描述亦應用於此電路且因此僅描述差異。根據所展示之實施例，測試點10係至元件202之一電連接，且回應點11係至藉由電阻100與元件202分離之電路1之部件201之一電連接。在本實施例之一特定變動中，元件202係至少部分圍封電路之部分之一底盤，其攜載將在一絕緣電阻之意義上由電阻100絕緣之一電壓。
圖1C展示根據本發明之一實施例之經受絕緣電阻判定之一進一步電路之一示意圖。針對大多數部分，結合圖1A及圖1B提供之解釋及描述亦應用於電路1且因此僅描述差異。明確而言，本實施例考量採用測試點10來施加電壓脈衝VP以及量測電可觀測量eO兩者之替代方案。為此，一多工器、開關及/或方向耦合器(展示為組件13)可視情況提供以將一個測試點10用於兩個目的。
圖1D展示在一電動車輛充電之情況中且根據本發明之一實施例之經受絕緣電阻判定之一電路之一示意圖。本實施例係針對其中一電動車輛2充電之一情形。明確而言，展示車輛2包含一金屬或至少部分導電底盤20，其在與電纜23連接至電動車輛充電站3時被充電。更詳細而言，在充電期間，電纜23將車輛之一電路1'連接至一電源及電壓源(站3)。在此情況中，電路1'將至少包括一電池21、車身20之至少一部分及其他組件且將為根據本發明之實施例經受絕緣電阻判定及監測之實體。電阻100將被假定為介於攜載將與底盤20絕緣之一電壓之電路1'之部件之間。因此，在此情況中，電阻100表示保護外部(例如，觸碰車輛之操作者)免受內部潛在危險電壓之一絕緣電阻。即，絕緣電阻對底盤及車內潛在人員提供保護。
圖2A展示根據一實施例之用於判定一電阻之一方法之一流程圖。在一第一步驟S21中，將具有一預定脈衝持續時間Tp之一電壓脈衝VP施加至電路1之一測試點10。此電壓可為(例如)+40 V或-40 V。施加電壓脈衝可使用脈衝注入來執行。接著，在步驟S22中，在脈衝持續時間Tp之至少一部分期間，在電路1之一回應點11處量測電可觀測量eO。此外，在步驟S23中，在脈衝持續時間期間，從量測電可觀測量eO估計一期望值。有利地，脈衝持續時間可比可觀測量在一預定容差內接近期望值之一時間跨度短。此估計可使用擬合來執行，即，在一預定模型中使用量測電可觀測量來判定電可觀測量之期望值。此等擬合方法之實例係最小平方方法，諸如最小平方法或總體最小平方。用於擬合之可行模型係指數函數、線性函數以及多項式函數及正弦函數。因此，所使用之擬合方法或模型不受特定限制。此外，在步驟S24中，從期望值判定電阻。
在一額外步驟S25中，圖2A中未描繪，基於判定電阻來判定是否發生一故障，其中故障可為一短路、一電阻降至一預定臨限值以下、一絕緣洩漏或取決於電路及其特性以及電阻之目的之任何其他故障。另外，方法可進一步包括對判定故障作出反應之一步驟S26，圖2A亦未描繪。此可包括切斷電路、減少電流及/或電壓或允許補救判定故障或啟動適當對策之其他保護措施。
圖2B展示根據一實施例之用於判定一電阻之一方法之一更詳細流程圖。在一第一步驟S201中，產生一正脈衝。接著，在步驟S202中，從一類比轉數位轉換器(ADC)讀取值。在步驟S203中，從ADC值計算電壓值。此等電壓值可包括與一正值電壓脈衝或一電壓脈衝之正值分量相關聯之一正電壓Vp、與一負值電壓脈衝或一電壓脈衝之負值分量相關聯之一負電壓Vn及係施加至底盤之電壓之一底盤電壓Ch。
在步驟S204中，基於電路1之量測電壓值及計算電阻來計算電流值。在步驟S205中，計算正電流及電壓。在步驟S206中，收集正電流值用於擬合。在步驟S207中，結束及評估正脈衝之擬合。在步驟S208中，產生一負脈衝。接著，在步驟S209中，從一ADC讀取值。在步驟S210中，從ADC值計算電壓值。在步驟S211中，基於電路之計算電壓值及電阻來計算電流值。
在步驟S212中，計算負電流及電壓。在步驟S213中，收集負電流值用於擬合。在步驟S214中，結束及評估負脈衝之擬合。在步驟S215中，將脈衝電流計算為來自擬合正脈衝之評估值與來自擬合負脈衝之評估值之差的一半，且將底盤電壓計算為正底盤電壓與負底盤電壓之差的一半。在步驟S216中，將絕緣電阻計算為基於底盤電壓與脈衝電流之間的比率減去Rcasc之電阻，其中電阻Rcasc可為在本文件中之別處進一步解釋之一串接電阻。
圖3A展示根據本發明之一實施例之經受電阻判定之一電路1''之一視圖。在本實施例中，電路1''包括至少一電池311、一負載312、一脈衝產生器313、用於量測一正電壓之一電路系統314、用於量測負電壓之一電路系統315、用於量測底盤電壓之一電路系統316、及一底盤317。電池311經由兩個線(一正極線P及一負極線N)連接至負載312。脈衝產生器313產生一電壓脈衝且將其施加於底盤317之側上。在本實施例中，因此，測試點10與底盤317電連接，且在電路之各種部分處考量三個回應點11-1、11-2及11-3。
明確而言，考量一第一電阻100n及一第二電阻100p (其等分別表示底盤317與正極線P及負極線N之一絕緣)之一側上游(相對於脈衝產生器313)處之一第一測試點11-1。此等兩個電阻一起形成絕緣電阻Riso。因此，在本實施例中，經受判定之電阻表示一絕緣電阻。對應絕緣電阻由各包含並行且個別地針對正電源線P及負電源線N兩者提供之一電阻及一(Y-)電容之集合100p及100n表示。
電路系統316經提供用於量測回應點11-1處及因此底盤317處之電壓且包括(例如)一低通濾波器(LPF)、用於偏移相加之一部件及至一類比轉數位轉換器(ADC)或一對應ADC等等之一連接/介面。回應點11-1之上游可提供一電阻Rch1，而回應點11-1之下游可提供一電阻Rch2。一低通濾波器通常濾出高於一預定臨限值之高頻率分量之全部或實質部分。此通常用於減少信號中之雜訊，其在電動車輛之情況中尤其可取，因為反相器、馬達及開關通常產生相當大有效功率之雜訊。偏移相加描述將一常數部分(偏移)相加至信號之程序。此在信號饋送至一ADC中時可取，因為一些ADC未經組態以量測負電壓值。藉由相加一適當偏移以使整個信號變為正或至少非負，整個信號可饋送至ADC且由ADC量測。電路系統316在底盤電阻Rch之上游之一點處連接至底盤，底盤電阻Rch繼而與接地ISOGND接地。因此，施加脈衝清晰可見且由電路系統316偵測。
電路系統314經配置以量測回應點11-2處及因此電連接至正電壓線P之一點處之電壓且可基本上類似於所描述之電路系統315、316實施。然而，在本實施例中，電路系統314進一步包括一放大器，諸如一操作及/或反相放大器。此放大器可用於將正電壓校平至相同於負電壓之位準。電路系統314亦在一電阻Rcasc之下游之一點處連接至正電源線P。此外，可提供一電阻R1p，其繼而與接地ISOGND接地。因此，施加脈衝清晰可見且由電路系統314偵測。
電路系統315經配置以量測回應點11-3處及因此電連接至負電壓線N之一點處之電壓且可基本上類似於所描述之電路系統316實施。然而，電路系統315經調適以量測耦合至負電源線N之負電壓。電路系統315在一電阻Rcasc之下游之一點處連接至負電源線N。此外，可提供一電阻R1n，其繼而與接地ISOGND接地。因此，施加脈衝清晰可見且由電路系統315偵測，如由表示電路內來自電源313之電壓脈衝之傳播之虛線所描繪。
在底盤(線) 317與正極線P及負極線N之間，假定作為集合100p及100n之部分之絕緣電阻。底盤317與正極線P之間的絕緣電阻之集合100p包括並聯連接之一電阻Rp及一電容器Cp，而底盤317與負極線N之間的絕緣電阻之集合100n包括並聯連接之電阻Rn及電容器Cn。電阻Rp及Rn因此形成絕緣電阻Riso，其中 1/Riso = 1/Rp + 1/Rn。
電容器Cp及Cn係能夠減少電磁干擾之Y電容器之實例，如本發明中別處所提及。在下文中，將描述電路之功能及可如何判定絕緣電阻。
脈衝產生器313經調適以將一電壓脈衝施加至系統。電路系統314、315及316量測到達各自測試點處之各自電壓：部件314量測正電壓Vp，部件315量測負電壓Vn，且部件316量測底盤電壓Vch。因此，在電路1''及本實施例之設置中，如下判定一電阻： -一電壓脈衝VP由脈衝產生器313施加至電路1''之測試點10，測試點10配置於待判定之一電阻Rn、Rp之一側上。電壓脈衝VP具有一預定脈衝持續時間Tp。 -電阻Rn、Rp之另一側上之一第一回應點11-2處之一電可觀測量eO1在脈衝持續時間Tp之至少一部分期間由電路系統314量測。 -電阻Rn、Rp之另一側上之一進一步回應點11-3處之一進一步電可觀測量eO2在脈衝持續時間Tp之至少一部分期間由電路系統315量測。 -電阻Rn、Rp之一側上之一參考回應點11-1處之一參考電可觀測量eORef在脈衝持續時間Tp之至少一部分期間由電路系統316量測。 -在脈衝持續時間Tp期間，期望值eV分別從量測電可觀測量eO1及量測進一步電可觀測量eO2估計。 -電阻Riso從期望值及量測參考電可觀測量判定。
在下文中，在判定電路1''中之一電阻之內文中討論例示性細節。明確而言，絕緣電阻Riso可計算為 Riso=Vch/Ipulse–Rcasc，並聯，
其中Rcasc，並聯係與量測正電壓及負電壓之部件相關聯之兩個電阻Rcasc之所得電阻。Ipulse係歸因於由脈衝產生器313產生之施加脈衝VP之電流。當施加等量之一正分量及一負分量且正分量及負分量分別由電路系統314及電路系統315單獨量測時，偏移電流以及電池之電流相互抵消使得Ipulse僅為正量測電流與負量測電流之差的一半。此等電流可藉由量測由形成電路系統314及電路系統315之部分之ADC量測之對應電壓且使其除以Rcasc電阻來判定。因此， Ipulse = (Imeasp - Imeasn) / 2。
在本文中，Imeasp指示在脈衝產生器313施加之脈衝VP之正部分期間之量測電流，且Imeasn指示由脈衝產生器313施加之脈衝VP之負部分。此外，一般 Imeas = Ip - In， 其中 Ip = Vp / Rcasc 且 In = Vn / Rcasc。
類似地，底盤電壓Vch必須在脈衝VP之正部分及負部分期間量測且可判定為 Vch = (Vchp - Vchn) / 2。
因此，絕緣電阻Riso可藉由在施加脈衝VP之正部分及負部分期間由三個格子電路系統314、315及316量測三個不同電壓Vp、Vn及Vch來計算。重要的是，此等值假定為期望值，即，在初始峰值之後，歸因於施加/改變一電壓已消失。
圖3B展示根據一實例性之一電阻判定裝置之一方塊圖。在此實施例中，電阻判定裝置包括一分壓器321、一低通濾波器322(其可為一主動低通濾波器)、偏移相加之一部件323、一類比轉數位轉換器324、一數位隔離器325、一微控制器328及一脈衝產生器329。
微控制器328可經由一介面334與諸如一控制器區域網路(CAN)收發器或一高側開關(HSS)之外部元件通信以傳送潛在發生錯誤。特定而言，微控制器可經組態以在施加電壓脈衝VP之脈衝持續時間Tp期間透過與ADC 324之間接連接從量測可觀測量估計一期望值eV。基於此，微控制器亦可經組態以從估計期望值判定電阻。此外，微控制器可對電阻判定之結果作出反應，即，可判定是否發生諸如一短路、一電阻超過一預定臨限值或一絕緣洩漏之一故障且可啟動對判定故障之任何適當反應。
數位隔離器325將電路分離成兩個電隔離部分。同樣地，一隔離電源可為對應分離成隔離電源341之一左側部分及隔離電源342之一右側部分之電阻判定裝置之部分。電源將電流/電壓提供至負載以及一低壓降穩壓器，其轉換一電壓使其可施加至一電荷泵反相器以及用於供電給類比及數位電路系統。微控制器328可為一汽車微控制器。數位隔離器將數位輸出提供至脈衝產生器329。
脈衝產生器329將電壓脈衝VP提供至分壓器321，脈衝係施加至電路1之測試點10之具有一預定持續時間Tp之電壓脈衝。分壓器321將一正電壓Vp、一負電壓Vn及一底盤電壓Vch提供至主動低通濾波器322，其濾出高頻率足量以減少雜訊。接著，濾波電壓提供至偏移相加之部件323。部件323將一偏移相加至接收電壓(正電壓Vp及負電壓Vn兩者)，其中部件323亦首先將一反相放大施加至正電壓Vp。
最後，此等電壓提供至ADC 324。ADC 324亦從脈衝產生器329接收資訊。在主動低通濾波器322、偏移相加部件323及ADC 324處執行之此等步驟可概括為在施加電壓脈衝VP之脈衝持續時間Tp之至少一部分期間量測電路1之至少一回應點11處之電可觀測量EO。
圖4A展示一分壓器之三個不同部分。頂部展示彼此連接之分壓器之前兩個部分，而下部展示可不直接連接至其他部分之分壓器之第三部分。分壓器之第一部分可包括用於將分壓器之此部分連接至高電壓HV+之一連接部分。此外，其可包括串聯之一組電阻，諸如電阻R108、R109、R110、R111、R112、R113、R114及R115。此等電阻可具有全部相同值或可具有不同值。較佳地，此等電阻可具有諸如330 kΩ、270 kΩ或300 kΩ之值。
特定而言，此等電阻經配置使得來自連接部分之第一電阻具有最高值，接著具有最低值之第二電阻及具有中間值之剩餘電阻，所有此等剩餘電阻可為相同的。在該串聯之最後旁邊可提供一開關，其可將三個部分中之第一者與分壓器之第二部分連接，本文件中別處進行描述。在開關之後，可提供一電阻R117、一瞬時電壓抑制二極體D24、一電阻R107及一電容器C127，接著可導致正電壓Vp之一IN-OUT轉換器；此等部分可此順序提供。電阻R117、二極體D24、電容器C127可與剩餘部分並聯提供且可接地。電阻R117可具有值4.7 kΩ，而電阻R107可具有值47 kΩ，電容器C127可具有值10 pF，且IN-OUT轉換器可具有Follower SchDoc類型。
分壓器之第二部分可包括用於將分壓器之此部分連接至高電壓HV-之負側之一連接部分。此外，其可包括串聯之一組電阻，諸如電阻R120、R121、R122、R123、R124、R125、R126及R127。此等電阻可具有全部相同值或可具有不同值。較佳地，此等電阻可具有諸如330 kΩ、270 kΩ或300 kΩ之值。特定而言，此等電阻經配置使得來自連接部分之第一電阻具有最高值，接著具有最低值之第二電阻及具有中間值之剩餘電阻，所有此等剩餘電阻可為相同的。
在該串聯之最後旁邊可提供一開關，其可將三個部分中之第一者與分壓器之第一部分連接，本文件中別處進行描述。在開關之後，可提供一電阻R118、一瞬時電壓抑制二極體D25、一電阻R119及一電容器C128，接著可導致正電壓Vp之一IN-OUT轉換器；此等部分可此順序提供。電阻R118、二極體D25、電容器C128可與剩餘部分並聯提供且可接地。電阻R118可具有值4.7 kΩ，而電阻R119可具有值47 kΩ，電容器C128可具有值10 pF，且IN-OUT轉換器可具有Follower SchDoc類型。
分壓器之第二部分亦可含有連接至分壓器之第一部分及第二部分之兩個開關之一電路。此電路可包括一個二極體D26、具有一正極側及一負極側之一元件以及MOSFET Q8，一元件ENABLE、一電阻R130可接地。元件提供成並聯於二極體D26，MOSFET Q8提供成並聯於電阻R130，而此等兩個部件提供成彼此串聯。電阻可具有值10 kΩ，電源可為一組件D5V0，二極體D26可為1N4148WX-TP類型，MOSFET可為BSS138N H6327類型。
分壓器之第三部分經由底盤將一交流信號ACSIGNAL與底盤電壓Vch連接。即，元件AC SIGNAL連接至底盤，其繼而依類似於別處描述之前兩個部分之一方式連接至底盤電壓。此連接可包括一組電阻R131、R132、R133、R134、R135、一瞬時電壓抑制二極體、一電容器C129及一IN-OUT轉換器。電阻R131、R132、R133可具有相同值且該值可為100 kΩ，此外，其等可相鄰於底盤串聯提供。電阻R135可接著提供且可並聯提供。其可具有值8.06 kΩ。之後可為二極體D27，其亦可與主線並聯提供至底盤電壓Vch。接著，電阻R134可串聯提供，接著係可並聯提供之電容器C129。並聯提供之所有三個元件可接地。電阻R134可具有值47 kΩ。IN-OUT轉換器可為Follower SchDoc類型。
圖4B展示脈衝產生器之示意圖。自左側開始，圖5A展示具有5 V之一電壓之一電源，其連接至接地之兩個串聯電阻R75及R76。第一電阻R75可具有值118 kΩ，而第二電阻可具有值47 kΩ。在此等電阻之間可提供一線，連接至一比較器U10。此外，可提供一INPUT、+40V之一電源、-40 V之一電源、一電阻R78，其等全部連接至比較器U10。電阻R78可具有值2.2 kΩ。離開比較器U10之一線可分叉成兩條，此等線之各者可分別在頂線上提供有一電阻R74，在底線上提供有一電阻R77。此等電阻兩者可具有值1 kΩ。
在電阻之後，線之各者可通向一電晶體，用於頂線之一電晶體Q3及用於底線之一電晶體Q4。電晶體Q4可具有Hfe=100、Icmax=50mA、Ibmin=0.5mA之特性，此外，其可與一電阻R79串聯，該電阻繼而可與具有電壓-40V之一電源連接。電阻R79可具有10 Ω及Rs之特性，10mA=100mV。電晶體Q3可具有Hfe=100、ICmax=50mA、Ibmin=0.5mA之特性且可為PMBTA45,215類型。兩個電晶體Q3及Q4連接且連接線可具有至SIGOUT之一分支。該連接線可具有特性ILmax=10mA。
在上游，電晶體Q3可與一電阻R71串聯連接，電阻R71連接至具有+40 V之一電壓之一電源。電阻R71可具有特性10 Ω及Rs，10mA=100mV。電阻R71之上游及下游可提供連接至一比較器U9之一線。此外，比較器U9可接地且可連接至具有電壓+5 V之一電源。比較器U9可為INA169NA3K類型。除此等線之外，比較器U9可連接至一元件+IFB。沿此線可提供：一電阻R73、一電阻R72、一電容器C84及一個二極體D1，其等可此順序提供。電阻R73可與連接線並聯提供且可具有特性RL (47 kΩ)。電阻R72可提供成串聯於比較器U9與元件+IFB之間且可具有值1.47 kΩ。電容器C84可具有值220 nF。由電阻R72及電容器C84組成之複合體(其可視為一RC電路)可具有特性Fc=492Hz。二極體D1可為PTVS6V051UR類型。
圖5A展示關於脈衝持續時間Tp期間之估計處理之細節。在圖5A中，一矩形電壓脈衝VP被施加一脈衝持續時間Tp。粗線(首先係實線且接著變成虛線)展示脈衝持續時間Tp期間之電可觀測量eO之行為。例如，在脈衝VP開始時，電可觀測量eO假定一相對較高初始值，接著下降。可假定電可觀測量eO在一定時間之後且在一預定容差內接近某個期望值eV。具體而言，可假定在大於脈衝持續時間Tp之一時間T處接近期望值eV。此處應注意，在脈衝持續時間Tp之後之電可觀測量eO之行為具有理論性質，因為必須預期，隨施加電壓之變化，一旦脈衝持續時間結束，電可觀測量亦會改變。然而，圖5A中展示，在脈衝持續時間結束時，電可觀量測eO之值不在時間T之後接近之期望值eV之預定容差內。一高初始值(即，實質上不同於期望值eV)可為(例如)歸因於電容器及絕緣電阻之一變形，且隨電容及絕緣電阻增加而增加。此效應可藉由考量電阻及電容之乘積來解釋，即，使用圖3a中之項，Rp及Cp之乘積、Rn及Cn之乘積。該乘積之一增加導致變形增加，亦因為具有一較高電容之一電容器充電較慢，因此導致信號失真。此可由一指數定律解釋，因為其通常用於描述一RC電路之時間行為。
在脈衝持續時間Tp之至少一部分期間，電可觀測量eO被量測為eOm且如一實線所展示。量測之電可觀測量eOm用於在電可觀測量eO在稍後時間T實際上達到期望值eV之前估計電可觀測量eO之期望值eV。根據一實施例，在第一粗體期間量測電可觀測量eOm足以基於量測之電可觀測量eOm來估計電可觀測量eO之期望值eV。基於此，可判定電阻。特定而言，本發明之實施例允許此判定，即使在脈衝持續時間Tp期間，電可觀測量eO在預定容差內未接近所關注之期望值eV，但僅在其後實質上在時間T接近。電可觀測量eO之一假定及假設行為在已知的(因為測量)行為(如實線所展示)與估計期望值eV之間用一虛線繪製且由eO'表示。
因此，不僅判定可比使用接近脈衝持續時間結束之值之習知方法更快，該方法亦可藉由估計期望值來判定電阻，不論在脈衝持續時間期間是否接近期望值。具體而言，本發明之實施例使得電阻判定—且尤其絕緣電阻判定—更加靈敏，與有效電路之特性(包含可能高電容、電感及其他反應分量)無關。
圖5B展示關於在施加持續時間為Tp之一電壓脈衝VP時電可觀測量eO隨時間之行為之細節，例如，發生在與結合圖3A所描述之電路相同、類似或等效之一電路中。圖5B展示呈電流In及Ip之形式之電可觀測量之對應行為，電流In及Ip導出自例如隨時間變化由圖3A之電路314及315量測之一電壓。一電壓脈衝類似地施加且具有持續時間Tp，當然，其在電可觀測量之行為中可見。
可使用如本發明中別處所描述之細節來判定脈衝序列之各部分之電阻。亦類似於圖5A，電可觀測量eO在脈沖開始時具有最高值，接著下降，接近一期望值。向期望值衰減可遵循一指數定律，但亦可遵循任何其他遞減函數。特定而言，期望值係用於判定電阻之相關值。因此，需要可在脈衝持續時間Tp結束之前判定該值。當判定電阻係一絕緣電阻且需要即時連續監測時，此尤其重要。
圖5B不僅展示一電可觀測量eO，亦展示在施加脈衝時電池與負載之間的正極線上量測之電可觀測量以及在施加脈衝時電池與負載之間的負極線上量測之電可觀測量，就一電可觀測量及本發明中別處所提及之一進一步電可觀測量而言。此外，圖5B亦展示電可觀測量之間的差異—與圖3A之描述一致—在一實施例中被計算以判定電阻。應注意，在初始階段之後，電可觀測量之變化對應於施加電池電壓。
此外，系統接近期望值eV所需之時間取決於所使用之參數。特定而言，系統中通常施加之電壓會具有一影響：若系統使用高電壓，則提供足夠絕緣所需之電阻亦很高。此外，在此情況中，提供足夠EMI降低所需之電容亦更高。此等兩個因素導致在接近期望值之前之一更長時間T。換言之，高電阻及高電容導致接近量測可觀測量eO之期望值eV之前之等待時間T增加。此會導致其中在接近期望值eV之前等待之一情境並非一可行策略。
因此，此一系統需要一種不基於上文但使用一不同路線之判定電阻之方法。相反，提供將脈衝持續時間Tp之一第一部分中量測之電可觀測量擬合成一預定模型之一步驟。藉由新增擬合步驟，可縮減漫長等待時間，且可減少甚至消除對系統參數之依賴。實際上，使用一適當估計方法，判定程序與電可觀測量eO之期望值之一量測無關，而是被擬合，且基於擬合值來執行進一步步驟。
因此，提供一種用於判定電阻之一更快方法，特定而言，提供一種獨立於或較少依賴於系統參數之方法，歸因於達到相關電可觀測量之期望值之前之漫長等待時間，系統參數會使一絕緣電阻監測不可行。
圖6A展示一裝置實施例61之一示意圖。裝置實施例可包括印刷電路板(PCB) 611，其形成組件安裝其上之基座。PCB 611可具有孔612，其用於將PCB安裝至另一實體(諸如電動車輛之一實體)上。此外，裝置61可包括一高電壓連接器613。此外，裝置61可包括安裝於PCB 611上之一模組614，模組614可(例如)為一繼電器。此外，一離散被動組件615及/或一離散主動組件617可為裝置61之部分且可安裝於PCB 611上。此外，一積體電路(IC) 616亦可為裝置61之部分，且IC 616亦可安裝於PCB上。裝置61經組態以產生及施加具有一預定脈衝持續時間Tp之一電壓脈衝VP至一電路1之一測試點10，在脈衝持續時間Tp之至少一部分期間量測電路之一回應點處之電可觀測量，在脈衝持續時間Tp期間從量測可觀測量估計一期望值，且從期望值進一步判定電阻。
圖6B展示本發明之一般裝置實施例60之一示意圖。裝置實施例60包含一記憶體601、一處理單元600及一介面602。記憶體601可與處理單元600交換資料，且處理單元600可與介面602另外交換資料，而介面602可提供至電路1之一連接。因此，處理單元600提供有來自記憶體601之資料且指示介面602將具有預定持續時間Tp之電壓脈衝VP將被施加至電路1傳送至電路1。在下一步驟中，介面602由處理單元600指示以請求在脈衝持續時間Tp之至少一部分期間量測電路1之電可觀測量eO。接收之後，處理單元600在脈衝持續時間期間估計電可觀測量eO之一期望值eV，且在下一步驟中基於期望值eV以及儲存於記憶體中之資料來判定電阻。在一進一步步驟中，處理單元600可將該電阻及判定是否發生一故障之結果經由介面602傳送至外部且可進一步啟動一適當反應。
儘管已經描述詳細實施例，但此等僅用於提供對由獨立技術方案界定之本發明之一較佳理解且不應被視為限制。
1:電路 1':電路 1'':電路 2:電動車輛 3:電動車輛充電站 10:測試點 11:回應點 11-1:回應點/測試點 11-2:回應點 11-3:回應點 13:組件 20:底盤/車身 21:電池 23:電纜 60:裝置 61:裝置 100:電阻 100n:第一電阻 100p:第二電阻 101:電容器 201:部件 202:部件/組件/底盤 311:電池 312:負載 313:脈衝產生器/電源 314:電路系統 315:電路系統 316:電路系統 317:底盤 321:分壓器 322:低通濾波器 323:偏移相加部件 324:類比轉數位轉換器 325:數位隔離器 328:微控制器 329:脈衝產生器 334:介面 341:隔離電源 342:隔離電源 600:處理單元 601:記憶體 602:介面 611:印刷電路板(PCB) 612:孔 613:高電壓連接器 614:模組 615:離散被動組件 616:積體電路(IC) 617:離散主動組件 AC SIGNAL:元件/交流信號 C84:電容器 C127:電容器 C128:電容器 C129:電容器 Cn:電容器 Cp:電容器 D1:二極體 D5V0:組件 D24:瞬時電壓抑制二極體 D25:瞬時電壓抑制二極體 D26:二極體 D27:二極體 ENABLE:元件 eO:電可觀測量 eO':電可觀測量 eO1:電可觀測量 eO2:電可觀測量 eOm:電可觀測量 eORef:參考電可觀測量 eV:期望值 HV+:高電壓 Imeasn:負部分 Imeasp:正部分 In:電流 Ip:電流 Ipulse:電流 IsoGND:接地 N:負極線/負電源線 P:正極線/正電源線 Q3:電晶體 Q4:電晶體 Q8:MOSFET R1n:電阻 R1p:電阻 R71:電阻 R72:電阻 R73:電阻 R74:電阻 R75:電阻 R76:電阻 R77:電阻 R78:電阻 R79:電阻 R107:電阻 R108:電阻 R109:電阻 R110:電阻 R111:電阻 R112:電阻 R113:電阻 R114:電阻 R115:電阻 R117:電阻 R118:電阻 R119:電阻 R120:電阻 R121:電阻 R122:電阻 R123:電阻 R124:電阻 R125:電阻 R126:電阻 R127:電阻 R130:電阻 R131:電阻 R132:電阻 R133:電阻 R134:電阻 R135:電阻 Rcasc:電阻 Rch:底盤電阻 Rch1:電阻 Rch2:電阻 Riso:絕緣電阻 Rn:電阻 Rp:電阻 S21:第一步驟 S22:步驟 S23:步驟 S24:步驟 S201:第一步驟 S202:步驟 S203:步驟 S204:步驟 S205:步驟 S206:步驟 S207:步驟 S208:步驟 S209:步驟 S210:步驟 S211:步驟 S212:步驟 S213:步驟 S214:步驟 S215:步驟 S216:步驟 Tp:預定脈衝持續時間 U9:比較器 U10:比較器 Vch:底盤電壓 Vn:負電壓 VP:電壓脈衝/正電壓 +IFB:元件
將參考圖式來描述本發明之實施例，其等經呈現以較佳理解發明概念但不應視為限制本發明，其中：
圖1A至圖1C展示根據本發明之一實施例之經受絕緣電阻判定之電路之示意圖；
圖1D展示在電動車輛充電之情況下且根據本發明之一實施例之經受絕緣電阻判定之一電路之一示意圖；
圖2A及圖2B展示本發明之一般方法實施例之流程圖；
圖3A及圖3B展示根據本發明之一實施例之經受絕緣電阻判定之電路之視圖；
圖4A及圖4B展示根據本發明之對應實施例之結合圖3A及/或圖3B之電路提及及解釋之組件之細節之示意圖；
圖5A及圖5B展示根據本發明之一實施例在經受絕緣電阻判定之電路之情況下電可觀測量及施加信號之示意圖；
圖6A展示本發明之一裝置實施例之一示意圖；及
圖6B展示本發明之一般裝置實施例之一示意圖。
1:電路
10:測試點
11:回應點
100:電阻
101:電容器
201:部件
202:部件/組件/底盤
eO:電可觀測量
VP:電壓脈衝

Claims (15)

  1. 一種判定一電路中之一電阻之方法，其包括以下步驟： 將一電壓脈衝施加至該電路之一測試點，該電壓脈衝具有一預定脈衝持續時間； 在該脈衝持續時間之至少一部分期間量測該電路之一回應點處之一電可觀測量； 在該脈衝持續時間期間從該量測可觀測量估計一期望值；及 從該期望值判定該電阻。
  2. 如請求項1之方法，其中該電壓脈衝在該待判定電阻之一側上之一測試點處施加且該電可觀測量在該待判定電阻之另一側上之一回應點處量測。
  3. 如請求項1之方法，其中該電壓脈衝在該待判定電阻之一側上之一測試點處施加且該電可觀測量在該待判定電阻之另一側上之一回應點處量測，且該方法進一步包括量測該待判定電阻之該一側上之一參考回應點處之一參考電可觀測量之一步驟。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其進一步包括量測一進一步回應點處之一進一步電可觀測量之一步驟。
  5. 如請求項4之方法，其中該電壓脈衝在該待判定電阻之一側上之一測試點處施加且該電可觀測量以及該進一步電可觀測量兩者分別在該待判定電阻之該另一側上之一回應點及進一步回應點處量測。
  6. 如請求項1之方法，其中該電可觀測量在相同於施加該電壓脈衝之該測試點之一回應點處量測。
  7. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該脈衝持續時間比該可觀測量在一預定容差內接近該期望值之一時間跨度短。
  8. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該電阻係一絕緣電阻。
  9. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該電路係一不接地電路、一車側電池電路、一高電壓系統中之一電路、包括一Y電容器之一電路或充電期間之一電路之任一者。
  10. 如請求項1至3中任一項之方法，其中施加一電壓脈衝之步驟包括疊加一電壓脈衝。
  11. 如請求項10之方法，其中該疊加電壓脈衝係一交流電壓脈衝。
  12. 如請求項1至3中任一項之方法，其中任何電可觀測量係一電壓或一電流。
  13. 如請求項1至3中任一項之方法，其中估計該電可觀測量之該期望值之步驟包括：將一模型擬合至該等電可觀測量之該等量測值，其中該模型較佳為一指數模型。
  14. 如請求項1至3中任一項之方法，其進一步包括基於該判定電阻來判定是否發生一故障之一步驟，其中該故障係一短路、一電阻超過一預定臨限值或一絕緣洩露之任一者。
  15. 一種用於判定一電路中之一電阻之裝置，其經組態以： 將一電壓脈衝施加至該電路之一測試點，該電壓脈衝具有一預定脈衝持續時間； 在該脈衝持續時間之至少一部分期間量測該電路之一回應點處之一電可觀測量； 在該脈衝持續時間期間從該量測可觀測量估計一期望值；及 從該期望值判定該電阻。
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