TWI404944B - Insulation resistance measuring device for electric vehicles - Google Patents

Description

電動車輛的絕緣電阻量測裝置

本發明是有關於一種用於電動車輛的量測裝置，特別是指一種電動車輛的絕緣電阻量測裝置。

如圖1所示，一般電動車輛90通常包含一個高電壓系統91及一個低電壓系統92，該高電壓系統91主要是為了驅動一馬達911而採用高電壓電源V_B 供電，該低電壓系統92主要是為了提供一般低電壓運作的電子電路用電，該低電壓系統92的一接地端921會與該電動車輛90的一車身93電連接形成一接地系統(ground system)，該高電壓系統91不會與該車身93相連，所以該高電壓系統91會與該低電壓系統92形成隔絕狀態。

該電動車輛90組裝完成後，該高電壓系統91的一最高電位端912會與該車身93之間能視為具有一高電位絕緣電阻Ra，且一最低電位端913會與該車身93之間能視為具有一低電位絕緣電阻Rb，該高電位絕緣電阻Ra與該低電位絕緣電阻Rb的電阻值與使用安全性息息相關，如果電阻值不足則表示容易漏電，該高電壓系統91與該低電壓系統92的運作也會不穩定且容易損壞。

所以為了保障系統運作的穩定性及安全性，必須對該高電位絕緣電阻Ra與該低電位絕緣電阻Rb進行量測，美國專利第7592815號即揭露一種電動車輛的漏電偵測電路，然而從該專利的第3圖可以看出需要四個電阻21、22、31、32、兩個開關元件11、12，及一個反相器13才能組成一個量測單元，該專利的電路複雜度及製造成本都較高，且只能運算得到一總漏電阻抗R₁ ，無法經過運算分別得到該高電位絕緣電阻Ra與該低電位絕緣電阻Rb。

因此，本發明的目的在於提供一種電路複雜度低以及製造成本較低的電動車輛的絕緣電阻量測裝置。

該電動車輛包含一高電壓系統，及一低電壓系統，該高電壓系統的一最高電位端相對於該低電壓系統的一接地端之間能視為具有一高電位絕緣電阻，該高電壓系統的一最低電位端相對於該低電壓系統的接地端之間能視為具有一低電位絕緣電阻。

於是，本發明電動車輛的絕緣電阻量測裝置包含一量測單元、一電壓偵測單元，及一控制單元。

該量測單元包括一第一電位接頭、一第二電位接頭、一開關元件，及一量測電阻，該第一電位接頭用於電連接該高電壓系統的該最高電位端，該第二電位接頭用於電連接該低電壓系統的該接地端，該開關元件與該電阻是串聯於該第一電位接頭與該第二電位接頭之間。

該電壓偵測單元用於偵測該第一電位接頭與該第二電位接頭之間所形成的電壓。

該控制單元包括一控制模組，該控制模組能控制該開關元件截止或導通，該控制模組內建有該最高電位端的一最高電壓值、該量測電阻的電阻值、一第一函數，及一第二函數。

當該開關元件截止時，該控制模組經由該電壓偵測單元取得一與該第一電位接頭及該第二電位接頭之間有關的第一電壓值。

當該開關元件導通時，該控制模組經由該電壓偵測單元取得一與該第一電位接頭及該第二電位接頭之間有關的第二電壓值。

當該控制模組取得該第一電壓值與該第二電壓值時，該控制模組能使用該量測電阻值乘以一第一函數得到該高電位絕緣電阻，並使用該量測電阻值乘以一第二函數得到該低電位絕緣電阻，該第一函數與該第二函數都是該最高電壓值、該第一電壓值，及該第二電壓值的函數。

本發明的有益效果在於：由於該量測單元的電路複雜度低，只需要該開關元件與該量測電阻而不需要其它開關元件與額外的電阻，所以製造成本相當低，此外，使用時透過該控制模組的運算能分別得到該高電位絕緣電阻與該低電位絕緣電阻的阻值，對於製造者進行絕緣效果的評估與漏電的改善都有很高的參考價值，所以有助於使該電動車輛品質達到良好、穩定的使用效果。

有關本發明之前述及其它技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

如圖1、2所示，本發明電動車輛的絕緣電阻量測裝置200的較佳實施例是應用於一電動車輛90的量測，該電動車輛90包含一高電壓系統91，及一低電壓系統92，該高電壓系統91的一最高電位端912相對於該低電壓系統92的一接地端(GND)921能形成一高電位絕緣電阻Ra，該高電壓系統91的一最低電位端913相對於該低電壓系統92的接地端921能形成一低電位絕緣電阻Rb，在本實施例中該接地端921是電連接到該電動車輛90的一車身93上。

該絕緣電阻量測裝置200包含一量測單元20、一電壓偵測單元30，及一控制單元40。

該量測單元20包括一第一電位接頭21、一第二電位接頭22、一開關元件SW，及一量測電阻Rc。

該第一電位接頭21用於電連接該高電壓系統91的該最高電位端912。

該第二電位接頭22用於電連接該低電壓系統92的該接地端921，由於該接地端921在本實施例中與該車身93電連接，因此該第二電位接頭22在實際量測時能直接接觸該車身93形成電連接。

該開關元件SW與該電阻Rc是串聯於該第一電位接頭21與該第二電位接頭22之間。

該電壓偵測單元30用於偵測該第一電位接頭21與該第二電位接頭22之間所形成的電壓，在本實施例中該電壓偵測單元30採用運算放大器電路。

該控制單元40包括一控制模組41、一提示模組42，及一儲存模組43。

該控制模組41能控制該開關元件SW截止或導通，該控制模組41內建有該最高電位端912的一最高電壓值V_B 、該量測電阻Rc的電阻值、一第一函數、一第二函數、一第一安全值，及一第二安全值。

當該開關元件SW截止時，該控制模組41經由該電壓偵測單元30取得一與該第一電位接頭21及該第二電位接頭22之間有關的第一電壓值V_a 。

當該開關元件SW導通時，該控制模組41經由該電壓偵測單元30取得一與該第一電位接頭21及該第二電位接頭22之間有關的第二電壓值V_a ’。

當該控制模組41取得該第一電壓值V_a 與該第二電壓值V_a ’時，該控制模組41能使用該量測電阻Rc值乘以一第一函數得到該高電位絕緣電阻Ra，並使用該量測電阻Rc值乘以一第二函數得到該低電位絕緣電阻Rb，該第一函數與該第二函數都是該最高電壓值V_B 、該第一電壓值V_a ，及該第二電壓值V_a ’的函數。

如圖1、2、3、4所示，以下說明該高電位絕緣電阻Ra與該低電位絕緣電阻Rb的運算過程，當該開關元件SW截止時(如圖3所示)，可以得到運算式(1)為：

當該開關元件SW導通時(如圖4所示)，可以得到運算式(2)為：

綜合運算式(1)、(2)能得到：

其中，該第一函數為，該第二函數為，由於該最高電位端912的電壓值V_B 是在設計驅動該馬達911時就已知的資料，該量測電阻Rc的電阻值已知，該第一電壓值V_a 與該第二電壓值V_a ’都能經由該電壓偵測單元30量測得到，所以該控制模組41能順利運算出該高電位絕緣電阻Ra與該低電位絕緣電阻Rb。

使用時，該高電位絕緣電阻Ra與該低電位絕緣電阻Rb都能記錄在該儲存模組43中，當該高電位絕緣電阻Ra低於該第一安全值或該低電位絕緣電阻Rb低於該第二安全值時，該控制模組41會經由該提示模組42輸出一提示信號，該提示信號能選自於聲音信號、光信號，用以提醒工作人員該高電位絕緣電阻Ra或該低電位絕緣電阻Rb的電阻值不足。

藉此，由於該量測單元20的電路複雜度低，只需要該開關元件SW與該量測電阻Rc而不需要其它開關元件與額外的電阻，所以製造成本相當低，此外，使用時透過該控制模組41的運算能分別得到該高電位絕緣電阻Ra與該低電位絕緣電阻Rb的阻值，對於製造者進行絕緣效果的評估與漏電的改善都有很高的參考價值，所以有助於使該電動車輛品質達到良好、穩定的使用效果。

如圖1、5所示，值得一提的是，該第一電位接頭21也可以用於電連接該接地端921或該車身93，該第二電位接頭22也可以用於電連接該高電壓系統91的該最低電位端913，當使用者採用圖5的連接方式進行量測時，該高電位絕緣電阻Ra與該低電位絕緣電阻Rb的運算式如下：

其中，該第一函數為，該第二函數為，該開關元件SW截止時測得該第一電壓值V_b ，該開關元件SW導通時測得該第二電壓值V_b ’，藉此，該絕緣電阻量測裝置200同樣能運用相同的運算原理，達到量測出該高電位絕緣電阻Ra與該低電位絕緣電阻Rb的功能。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

200．．．絕緣電阻量測裝置

20．．．量測單元

21．．．第一電位接頭

22．．．第二電位接頭

SW．．．開關元件

Rc．．．量測電阻

30．．．電壓偵測單元

40．．．控制單元

41．．．控制模組

42．．．提示模組

43．．．儲存模組

V_B ．．．最高電壓值

V_a ．．．第一電壓值

V_a ’．．．第二電壓值

90．．．電動車輛

91．．．高電壓系統

911．．．馬達

912．．．最高電位端

913．．．最低電位端

92．．．低電壓系統

921．．．接地端

93．．．車身

Ra．．．高電位絕緣電阻

Rb．．．低電位絕緣電阻

圖1是一示意圖，說明一般電動車輛的一高電壓系統與一低電壓系統的配置架構；

圖2是一示意圖，說明本發明電動車輛的絕緣電阻量測裝置的較佳實施例；

圖3是一示意圖，說明該較佳實施例中，一開關元件截止時的電路變化情形；

圖4是一示意圖，說明該較佳實施例中，該開關元件導通時的電路變化情形；及

圖5是一示意圖，說明該較佳實施例中，一第一電位接頭與一第二電位接頭的量測情形。

200．．．絕緣電阻量測裝置

20．．．量測單元

21．．．第一電位接頭

22．．．第二電位接頭

SW．．．開關元件

Rc．．．量測電阻

30．．．電壓偵測單元

40．．．控制單元

41．．．控制模組

42．．．提示模組

43．．．儲存模組

V_B ．．．最高電壓值

90．．．電動車輛

912．．．最高電位端

913．．．最低電位端

921．．．接地端

Ra．．．高電位絕緣電阻

Rb．．．低電位絕緣電阻

Claims (8)

1. 一種電動車輛的絕緣電阻量測裝置，該電動車輛包含一高電壓系統，及一低電壓系統，該高電壓系統的一最高電位端相對於該低電壓系統的一接地端之間能視為具有一高電位絕緣電阻，該高電壓系統的一最低電位端相對於該低電壓系統的接地端之間能視為具有一低電位絕緣電阻，該絕緣電阻量測裝置包含：一量測單元，包括一第一電位接頭、一第二電位接頭、一開關元件，及一量測電阻，該第一電位接頭用於電連接該高電壓系統的該最高電位端，該第二電位接頭用於電連接該低電壓系統的該接地端，該開關元件與該電阻是串聯於該第一電位接頭與該第二電位接頭之間；一電壓偵測單元，用於偵測該第一電位接頭與該第二電位接頭之間所形成的電壓；一控制單元，包括一控制模組，該控制模組能控制該開關元件截止或導通，該控制模組內建有該最高電位端的一最高電壓值、該量測電阻的電阻值、一第一函數，及一第二函數，其中：當該開關元件截止時，該控制模組經由該電壓偵測單元取得一與該第一電位接頭及該第二電位接頭之間有關的第一電壓值；當該開關元件導通時，該控制模組經由該電壓偵測單元取得一與該第一電位接頭及該第二電位接頭之間有關的第二電壓值；當該控制模組取得該第一電壓值與該第二電壓值時，該控制模組能使用該量測電阻值乘以一第一函數得到該高電位絕緣電阻，並使用該量測電阻值乘以一第二函數得到該低電位絕緣電阻，該第一函數與該第二函數都是該最高電壓值、該第一電壓值，以及該第二電壓值的函數。
2. 根據申請專利範圍第1項所述電動車輛的絕緣電阻量測裝置，其中，該控制單元還包括一提示模組，該控制模組還內建有一第一安全值及一第二安全值，當該高電位絕緣電阻低於該第一安全值或該低電位絕緣電阻低於該第二安全值時，該控制模組會經由該提示模組輸出一提示信號。
3. 根據申請專利範圍第1項所述電動車輛的絕緣電阻量測裝置，其中，該控制單元還包括一儲存模組，該控制模組運算出的該高電位絕緣電阻及該低電位絕緣電阻是記錄在該儲存模組中。
4. 根據申請專利範圍第1項所述電動車輛的絕緣電阻量測裝置，其中，該第一函數為，該第二函數為，其中，V_B 是該最高電位端的電壓值，V_a 是該第一電壓值，V_a ’是該第二電壓值。
5. 一種電動車輛的絕緣電阻量測裝置，該電動車輛包含一高電壓系統，及一低電壓系統，該低電壓系統之一低電位端係與該電動車輛之一車身連接，該高電壓系統的一最高電位端相對於該低電壓系統的一接地端之間能視為具有一高電位絕緣電阻，該高電壓系統的一最低電位端相對於該低電壓系統的接地端之間能視為具有一低電位絕緣電阻，該絕緣電阻量測裝置包含：一量測單元，包括一第一電位接頭、一第二電位接頭、一開關元件，及一量測電阻，該第一電位接頭用於電連接該低電壓系統的該接地端，該第二電位接頭用於電連接該高電壓系統的該最低電位端，該開關元件與該電阻是串聯於該第一電位接頭與該第二電位接頭之間；一電壓偵測單元，用於偵測該第一電位接頭與該第二電位接頭之間所形成的電壓；一控制單元，包括一控制模組，該控制模組能控制該開關元件截止或導通，該控制模組內建有該最高電位端的一最高電壓值、該量測電阻的電阻值、一第一函數，及一第二函數，其中：當該開關元件截止時，該控制模組經由該電壓偵測單元取得一與該第一電位接頭及該第二電位接頭之間有關的第一電壓值；當該開關元件導通時，該控制模組經由該電壓偵測單元取得一與該第一電位接頭及該第二電位接頭之間有關的第二電壓值；當該控制模組取得該第一電壓值與該第二電壓值時，該控制模組能使用該量測電阻值乘以一第一函數得到該高電位絕緣電阻，並使用該量測電阻值乘以一第二函數得到該低電位絕緣電阻，該第一函數與該第二函數都是該最高電壓值、該第一電壓值，以及該第二電壓值的函數。
6. 根據申請專利範圍第5項所述電動車輛的絕緣電阻量測裝置，其中，該控制單元還包括一提示模組，該控制模組還內建有一第一安全值及一第二安全值，當該高電位絕緣電阻低於該第一安全值或該低電位絕緣電阻低於該第二安全值時，該控制模組會經由該提示模組輸出一提示信號。
7. 根據申請專利範圍第5項所述電動車輛的絕緣電阻量測裝置，其中，該控制單元還包括一儲存模組，該控制模組運算出的該高電位絕緣電阻及該低電位絕緣電阻是記錄在該儲存模組中。
8. 根據申請專利範圍第5項所述電動車輛的絕緣電阻量測裝置，其中，該第一函數為，該第二函數為，其中，V_B 是該最高電位端的電壓值，V_b 是該第一電壓值，V_b ’是該第二電壓值。