用于檢測絕緣缺陷的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于檢測連續(xù)電壓電源中的絕緣缺陷的裝置，所述裝置包括：第一輸入端子和第二輸入端子(47、48)；串聯(lián)連接在所述第一輸入端子和所述第二輸入端子之間的第一阻抗器和第二阻抗器(41、42)；和電流檢測電路(45)，其連接在電接地和所述第一阻抗器與第二阻抗器之間的中間點(diǎn)(49)之間。所述電流檢測電路(45)包含微控制器(453)，所述微控制器包括用于接收與所述絕緣缺陷電流成比例的電壓的輸入端子，所述輸入端子經(jīng)由第三阻抗器(456)連接到電力供應(yīng)器，所述電力供應(yīng)器的電壓電平具是所述直流電壓電源的電壓電平的十分之一或更低，所述輸入端子還經(jīng)由第四阻抗器(457)連接到所述電接地(93)，其中所述微控制器(453)被配置成確定絕緣缺陷的幅度。
【專利說明】用于檢測絕緣缺陷的裝置
[0001]本發(fā)明涉及直流(DC)電壓電力供應(yīng)器或網(wǎng)絡(luò)相對于地面的絕緣。
[0002]大功率直流電壓電力系統(tǒng)經(jīng)歷了顯著的發(fā)展。事實(shí)上，許多運(yùn)輸系統(tǒng)都包含直流 電壓供應(yīng)器。
[0003]具體地，混合式燃燒/電動(dòng)或電動(dòng)車輛包含大功率電池組。為了獲得適當(dāng)?shù)碾妷?電平，串聯(lián)地放置若干電化學(xué)蓄電池。為了獲得大功率和大容量，串聯(lián)地放置若干組蓄電 池。級數(shù)(蓄電池的組數(shù))和每一級中并聯(lián)的蓄電池的數(shù)目根據(jù)所希望的電池組的電壓、電 流和容量而變化。若干蓄電池的聯(lián)用被稱作一組蓄電池。這些車輛所使用的電化學(xué)蓄電池 通常為鋰離子型的，這是因?yàn)殇囯x子蓄電池以有限的重量和體積儲(chǔ)存大量能量的能力。磷 酸鐵鋰離子LiFePO4類型的電池技術(shù)由于固有的高安全等級而得到了顯著發(fā)展，但缺點(diǎn)為 稍微受限制的能量儲(chǔ)存密度。
[0004]這些電池組用于借助逆變器來推進(jìn)交流(AC)電動(dòng)機(jī)。這些電機(jī)所需的電壓電平達(dá) 到數(shù)百伏特，通常約為400伏特。這些電池組還具有高容量，以便有利于電動(dòng)模式下車輛的 續(xù)航。特定于機(jī)動(dòng)車應(yīng)用的一些技術(shù)原因?qū)е略谲囕v的機(jī)械主體(由車輛的金屬底盤和金 屬車架形成，且因此用戶可進(jìn)入)和電池電勢之間使用絕緣。主要原因?yàn)椋豢赡茉隈{駛中 第一絕緣缺陷發(fā)生時(shí)立即斷開牽引用電池組。例如以下情形，在其中在電池組的一個(gè)極上 出現(xiàn)絕緣缺陷時(shí)，另一個(gè)極已連接到機(jī)械結(jié)構(gòu)。這會(huì)顯現(xiàn)為短路和保險(xiǎn)絲的立即熔斷。這將 具有使車輛危險(xiǎn)的后果。考慮到牽引動(dòng)力的消失或再生式制動(dòng)，因此必須使電池絕緣，并出 于個(gè)人安全的原因用絕緣監(jiān)測儀來檢查這種絕緣。事實(shí)上，如果在發(fā)生第一缺陷時(shí)用戶無 風(fēng)險(xiǎn)，那么適宜的方法是在出現(xiàn)具有斷開牽引電池的效果的第二缺陷之前警示所述用戶此 第一缺陷，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致電池組的正極端子和負(fù)極端子之間的短路。另外，在發(fā)生此第二缺 陷時(shí)，電池組的電壓將直接連接到車輛的機(jī)械主體,并且因此用戶將可能和機(jī)械主體接觸。 考慮到這種能量源對用戶的潛在風(fēng)險(xiǎn)，必須尤其小心地注意電池和機(jī)械主體之間的絕緣以 及所述絕緣的監(jiān)測。車輛的任何導(dǎo)電部分必須相對于主體絕緣。通過使用絕緣材料來實(shí)現(xiàn) 這種絕緣。絕緣可能隨著時(shí)間而退化(由于振動(dòng)、機(jī)械撞擊、灰塵等)，并且因此將機(jī)械主體 置于危險(xiǎn)的可能性中。
[0005]另外，可能使用并未和電力網(wǎng)絡(luò)電絕緣的充電器。按照規(guī)范車輛的機(jī)械主體在再 充電期間是接地的，而且常規(guī)使用的中性點(diǎn)機(jī)制(EE機(jī)制)在駐停時(shí)將中性點(diǎn)接地，這相當(dāng) 于在再充電期間將車輛的機(jī)械主體連接到電池組的一個(gè)電勢。因此，和僅施加電池的整個(gè) 電壓的一半且首要是監(jiān)測所述電壓的標(biāo)稱情形相比，在這些再充電期間橫跨絕緣端子施加 此電池的整個(gè)電壓。此絕緣可能不能處理整個(gè)電壓，從而形成立即導(dǎo)致短路的第二缺陷。
[0006]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)車輛通常具有意圖用于三相電動(dòng)機(jī)的電力供應(yīng)的電池組。所 述電池組包括電化學(xué)蓄電池。備有保險(xiǎn)絲的保護(hù)裝置連接到電池組的端子。絕緣監(jiān)測裝置 也連接到所述電池組的端子，并連接到車輛的機(jī)械主體。所述絕緣監(jiān)測裝置連接到計(jì)算機(jī)， 以便將檢測到的絕緣缺陷發(fā)信號給所述計(jì)算機(jī)。此計(jì)算機(jī)由車載網(wǎng)絡(luò)電池組供電。所述電 池組的端子借助截止系統(tǒng)將電壓+Vbat和-Vbat施加到逆變器的直流輸入端。所述截止 系統(tǒng)包括由所述計(jì)算機(jī)控制的電力接觸器。所述電動(dòng)機(jī)連接到所述逆變器的交流輸出端。根據(jù)現(xiàn)有技木，已知各種類型的絕緣監(jiān)測。
[0007]文檔FR2671190具體地描述用于監(jiān)測直流電壓電力網(wǎng)絡(luò)的絕緣的裝置。此文檔描述以低頻率(在4Hz和IOHz之間)注入交流分量(約30V)的電阻電橋。檢測電路測量通過絕緣阻抗器和測量電阻器直到接地的電流。這種電路設(shè)計(jì)涉及對電阻電橋的電阻器的額定值的折衷。
[0008]電阻電橋會(huì)引起保持較明顯的電カ消耗，以便保留適當(dāng)?shù)臏y量精確度。例如考慮到電動(dòng)車輛續(xù)航降低的因素，這種電流消耗可能變得與車載系統(tǒng)中的應(yīng)用不相客。另外，具體考慮到使用額定為高直流電壓的低頻率發(fā)電機(jī)，這種裝置是相對昂貴的。此外，檢測電路只允許檢測端子之一和接地之間的絕緣缺陷，而不允許檢測另ー個(gè)端子和接地之間的絕緣缺陷。另外，這種監(jiān)測裝置易發(fā)生誤報(bào)(false positive)錯(cuò)誤，因?yàn)樵诮涣麟娏魍ㄟ^逆變器中存在的共模電容器時(shí)所述監(jiān)測裝置會(huì)檢測到絕緣缺陷。
[0009]在電動(dòng)車輛I中通常實(shí)施的另ー種解決方案中，絕緣監(jiān)測裝置包括電阻分壓器。在分壓器的中點(diǎn)和機(jī)械主體之間連接有微控制器。分壓器在所述中點(diǎn)的任一側(cè)上的電阻器是相同的。因此，當(dāng)不存在絕緣缺陷時(shí)，微控制器的輸入端上的電壓為零，并且不發(fā)信號通知絕緣缺陷。當(dāng)在電池的ー個(gè)端子和機(jī)械主體之間出現(xiàn)絕緣缺陷時(shí)，分壓器的中點(diǎn)電勢就會(huì)偏移。然后會(huì)在微控制器的輸入端上出現(xiàn)電壓，因此產(chǎn)生絕緣缺陷信號。
[0010]在所述中點(diǎn)和微控制器的輸入端之間連接有處理電路。此處理電路特別包括測量電阻器，其連接于基于所述車輛的車載網(wǎng)絡(luò)電池而產(chǎn)生的電勢-Vcc之間。在逆變器模式下的第一運(yùn)算放大器具有雙電カ供應(yīng)，其中ー個(gè)電勢為-Vcc且ー個(gè)電勢為+Vcc。此第一放大器的非逆變輸入端連接到-Vcc。此第一放大器的逆變輸入端借助第二電阻器和加法電路連接到所述中點(diǎn)，其中所述加法電路將逆變輸入端的電勢增加Vcc/2的量。在逆變器模式下的第二運(yùn)算放大器具有雙電カ供應(yīng)，其中ー個(gè)電勢為-Vcc且ー個(gè)電勢為+Vcc。此第二放大器的非逆變輸入端連接到-Vcc。此第二放大器的逆變輸入端借助第三電阻器連接到第一運(yùn)算放大器的輸出端。所述第二運(yùn)算放大器的輸出端連接到所述微控制器的輸入端。
[0011]這種解決方案證實(shí)為相對昂貴的，且需要大量硬件元件。另外，為了確保對電池的各種電荷水平都具有足夠的檢測能力，分壓器中存在的電阻器必須具有相對受限的值，約為50kQ。于是，這些電阻器會(huì)引起相對明顯的直流電カ消耗，這不利于電池所提供的續(xù)航。所述處理電路還引起不可忽視的電カ消耗。其還需要同時(shí)為負(fù)和為正的電カ供應(yīng)，因此增加了成本和復(fù)雜性。另外，只針對此功能使用必要的負(fù)電カ供應(yīng)。而且，希望能夠同時(shí)地確保保護(hù)用戶免受接觸電流以及絕緣缺陷量化的足夠精確度。
[0012]本發(fā)明的目的是解決這些缺點(diǎn)中的ー個(gè)或多個(gè)。因此，本發(fā)明涉及電カ供應(yīng)裝置，所述電カ供應(yīng)裝置包括:
[0013]-易于引起觸電的直流電壓電源，在其端子之間施加標(biāo)稱電壓Vm；
[0014]-用于檢測所述直流電壓電源的絕緣缺陷的裝置，其包括:
[0015]-連接到所述電壓電源的端子的第一輸入端子和第二輸入端子；
[0016]-在所述第一輸入端子和第二輸入端子之間串聯(lián)連接的第一阻抗器和第二阻抗器，所述第一阻抗器和第二阻抗器各自具有在Zmin和Zmax之間的阻抗值Z，其中Zmin=Vm/Imax且Zmax=L 5*Vm/Imax, Imax為標(biāo)準(zhǔn)安全閾值所定義的最大絕緣缺陷電流；
[0017]-電流檢測電路，其連接在電接地和所述第一阻抗器與第二阻抗器之間的中間點(diǎn)之間。
[0018]所述電流檢測電路包括:微控制器，其包括接收與源自所述中間點(diǎn)的絕緣缺陷電 流成比例的電壓的輸入端子，所述輸入端子借助第三阻抗器連接到具有電壓電平Vcc的電 力供應(yīng)器，其中所述電壓電平Vcc是所述直流電壓電源的電壓電平的十分之一或更低，而 且所述輸入端子借助第四阻抗器連接到所述電接地，所述微控制器被配置成根據(jù)施加到其 輸入端子的電壓來確定絕緣缺陷的幅度，所述第三阻抗器和第四阻抗器各自具有在Ztmin 和 Ztmax 之間的阻抗值 Zt,其中 Ztmin=Z*Vcc/ 且 Ztmax=Z*Vcc/2Vm。
[0019]根據(jù)一種變型，所述第一阻抗器和第二阻抗器被額定成使得當(dāng)電池的一個(gè)端子短 路到電接地時(shí)小于3.5mA的最大電流穿過所述第一阻抗器和第二阻抗器。
[0020]根據(jù)另一變型，所述裝置包括:
[0021]-第三斷路器，其與所述第一阻抗器串聯(lián)連接在所述第一輸入端子和所述中間點(diǎn) 之間；
[0022]-第四斷路器，其與所述第二阻抗器串聯(lián)連接在所述第二輸入端子和所述中間點(diǎn) 之間；
[0023]-控制電路，其被配置成同時(shí)地保持所述第三斷路器和第四斷路器中的一個(gè)斷開 而所述第三斷路器和第四斷路器中的另一個(gè)接通。
[0024]根據(jù)另一變型，所述裝置包括與所述第三阻抗器并聯(lián)連接的第一二極管，以及與 所述第四阻抗器并聯(lián)連接的第二二極管。
[0025]根據(jù)再一變型，所述第三阻抗器和第四阻抗器是基本相同的電阻器。
[0026]根據(jù)一種變型，所述裝置包括:
[0027]-第五阻抗器，其與所述第三阻抗器并聯(lián)連接且具有低于所述第三阻抗器的阻抗 值；
[0028]-第六阻抗器，其與所述第四阻抗器并聯(lián)連接且具有低于所述第四阻抗器的阻抗 值；
[0029]-第一斷路器，其與所述第五阻抗器串聯(lián)連接；
[0030]-第二斷路器，其與所述第六阻抗器串聯(lián)連接。
[0031]根據(jù)一種變型，所述裝置包括:控制電路，其被配置成瞬間地且同時(shí)地接通所述第 一斷路器和第二斷路器。
[0032]根據(jù)另一變型，所述控制電路被配置成確定絕緣缺陷的幅度超過閾值，且被配置 成當(dāng)確定越過所述閾值時(shí)瞬間地接通所述第一斷路器和第二斷路器。
[0033]根據(jù)另一變型，所述微控制器產(chǎn)生與所述中間點(diǎn)的電壓成比例的信號，且將所產(chǎn) 生的所述信號提供給所述控制電路。
[0034]根據(jù)另一變型，所述電力供應(yīng)器的電壓電平小于25V。
[0035]根據(jù)再一變型，所述第一阻抗器和第二阻抗器具有大于或等于IOOkQ的阻抗值。
[0036]根據(jù)另一變型，所述第一阻抗器和第二阻抗器是基本相同的電阻器。
[0037]機(jī)動(dòng)化系統(tǒng)，包括:
[0038]-如上文中所描述的電力供應(yīng)裝置，其中所述直流電壓電源為電池組；
[0039]-逆變器，其具有直流接口和交流接口，所述電池組的端子連接到所述直流接口；
[0040]-電動(dòng)機(jī)，其連接到所述逆變器的所述交流接口。[0041]根據(jù)ー種變型，橫跨所述電池的端子的電壓大于100V。
[0042]根據(jù)本發(fā)明在下文中給出的描述，借助完全非限制性的指示并參考附圖，將清楚地顯現(xiàn)本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點(diǎn)，在圖中:
[0043]-圖1為具有由電池供電的電動(dòng)機(jī)的示例性車輛的示意圖；
[0044]-圖2為絕緣缺陷檢測裝置的示意圖；
[0045]-圖3和圖4示出了在兩個(gè)監(jiān)測階段期間絕緣缺陷檢測裝置的配置；
[0046]-圖5為用于量化第一實(shí)施例的泄漏電流的電路的示意圖；
[0047]-圖6為第二實(shí)施例的泄漏電流量化電路的示意圖。
[0048]本發(fā)明提出ー種包含直流電壓電源的電カ供應(yīng)裝置，所述直流電壓電源易于引起觸電且在其端子之間施加標(biāo)稱電壓Vm。絕緣缺陷檢測裝置包括:連接到所述電壓電源的各端子的第一輸入端子和第二輸入端子。第一阻抗器和第二阻抗器串聯(lián)連接在所述輸入端子之間。電流檢測電路連接在電接地和所述第一阻抗器與第二阻抗器之間的中間點(diǎn)之間。此第一阻抗器和第二阻抗器各自具有在Zmin和Zmax之間的阻抗值Z,其中Zmin=Vm/Imax且Zmax=L 5*Vm/Imax, Imax為標(biāo)準(zhǔn)安全閾值所定義的最大絕緣缺陷電流。所述電流檢測電路包括微控制器，其輸入端子接收與源自所述中間點(diǎn)的絕緣缺陷電流成比例的電壓Vcc。所述輸入端子連接到兩個(gè)阻抗器的中間點(diǎn)，所述兩個(gè)阻抗器將其分別連接到接地和電カ供應(yīng)器。這兩個(gè)阻抗器各自具有在Ztmin和Ztmax之間的阻抗值Zt,其中Ztmin=Z*Vcc/ (4*Vm)且Ztmax=Z*VCC/2Vm。所述電カ供應(yīng)器的電平比所述直流電壓電源的電壓電平至少低十倍。
[0049]本發(fā)明使得可能用最少的硬件元件、用有限成本的硬件元件以及用測量電路的單一電カ供應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)泄漏電流測量。而且，本發(fā)明還使得可能確保保護(hù)人免受接觸電流，同時(shí)受益于絕緣缺陷電流的精確量化。
[0050]圖1示出了實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的示例性車輛I。所述車輛I是電動(dòng)車輛，其以本身已知的方式包括電池組2，所述電池組2包括串聯(lián)連接的電化學(xué)蓄電池21。電池組2包括串聯(lián)連接的大量蓄電池21，通常在40個(gè)蓄電池和150個(gè)蓄電池之間，這取決于所需要的電壓和所使用的蓄電池類型。橫跨充電了的電池組2的端子的電壓通常約為400V。電池組2將電壓+Vbat施加到第一端子，且將電壓-Vbat施加到第二端子。蓄電池21借助電カ連接而串聯(lián)連接。電池組2的端子連接到逆變器6的直流接ロ。電動(dòng)機(jī)7連接到逆變器6的交流接ロ。
[0051]借助保護(hù)電路3且借助電カ耦合電路5來實(shí)現(xiàn)電池組2的端子與逆變器6的直流接ロ之間的連接。保護(hù)電路3可以本身已知的方式包括被配置成在短路期間斷開所述連接的保險(xiǎn)絲。電カ耦合電路5包括斷路器51和52，使得可能選擇性地將電池組2的端子連接到逆變器6的直流接ロ /將電池組2的端子從逆變器6的直流接ロ斷開。斷路器51和52的斷開/接通由控制電路8控制，所述控制電路8通常為用于管理電池組2的操作的計(jì)算機(jī)?？刂齐娐?通常借助電池組91來供電，所述電池組91用于供應(yīng)車輛I的車載網(wǎng)絡(luò)，具有比電池組2的電壓電平更低得多的電壓電平?？刂齐娐?通常連接到機(jī)械主體93，其包含車輛I的金屬底盤和車架92。
[0052]用于檢測絕緣缺陷4的裝置連接到電池組2的端子和機(jī)械主體93。在圖2中示意性地詳述這種檢測裝置4的一個(gè)實(shí)施例。檢測裝置4包括輸入端子47和48，其中分別借助電カ連接95和96將電壓+Vbat和-Vbat施加到所述輸入端子47和48。檢測裝置4包括第一阻抗器41和第二阻抗器42 (在此實(shí)例中為電阻器)，所述第一阻抗器41和第二阻抗器 42串聯(lián)連接。在第一端子47和第二端子48之間阻抗器41和42通過中間點(diǎn)49連接，且優(yōu) 選地為具有基本相同的值。第一斷路器43和第一阻抗器41串聯(lián)連接在端子47與中間點(diǎn) 49之間。第二斷路器44和第二阻抗器42串聯(lián)連接在第二端子48與中間點(diǎn)49之間。在此 實(shí)例中，斷路器43和44為MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng))晶體管。當(dāng)然，可使用其他 類型的受控?cái)嗦菲??？刂齐娐?控制斷路器43和44的相應(yīng)斷開/接通。此外，檢測裝置 4包括與機(jī)械主體93的連接。檢測裝置4包括絕緣缺陷電流檢測電路45，其連接在中間點(diǎn) 49和機(jī)械主體93之間。所述檢測電路45被如下配置:當(dāng)接通與第一阻抗器或第二阻抗器 中的一個(gè)串聯(lián)的斷路器時(shí)，所述檢測電路45接收通過所述第一阻抗器或第二阻抗器的可 能絕緣缺陷電流。
[0053]如圖3中所示出，為了測試電池組2的+Vbat端子和機(jī)械主體93之間的絕緣，控制 電路8斷開斷路器43且接通斷路器44。然而，還可能設(shè)想通過同時(shí)接通斷路器43和44來 測試電池組2的端子和機(jī)械主體93之間的絕緣。然后，電流檢測電路45與阻抗器42串聯(lián) 連接在-Vbat端子和機(jī)械主體93之間。在+Vbat側(cè)上有絕緣缺陷的情形中，借助在+Vbat 端子和接地93之間的絕緣缺陷形成電路，且然后電流通過檢測電路45。
[0054]如圖4中示出，為了測試電池組2的-Vbat端子和機(jī)械主體93之間的絕緣，控制 電路8斷開斷路器44并接通斷路器43。然后，電流檢測電路45與阻抗器41串聯(lián)連接在 +Vbat端子和機(jī)械主體93之間。在-Vbat側(cè)上有絕緣缺陷的情形中，借助在-Vbat端子和 接地93之間的絕緣缺陷形成電路，且然后電流通過檢測電路45。
[0055]通過使用斷路器43和44，可以特別限制檢測裝置4的電力消耗，使得能夠特別限 制接通斷路器43和44的占空比。因此，檢測裝置4只是最低限度地影響電池組2的續(xù)航。 例如，可能設(shè)想在車輛I的操作期間以2秒和30秒之間的時(shí)間間隔(例如，每10秒)接通每 一斷路器43和44。將充分地限制切換晶體管43和44的速度，以限制在車輛I的電路中 產(chǎn)生電磁干擾。在接通斷路器43和44的占空比非常受限的情況下，可能使用阻抗器41和 42相對受限的值，因此使得可能在并不顯著地?fù)p害電池組2的續(xù)航的情況下增加檢測裝置 4的靈敏度。當(dāng)用戶可接近機(jī)械主體93 (例如，車輛I的車架)時(shí)，在出現(xiàn)第一絕緣缺陷時(shí) 通過此機(jī)械主體的最大電流必須小于由標(biāo)準(zhǔn)安全閾值所定義的最大絕緣缺陷電流Imax。例 如，所述絕緣缺陷電流將被定義為小于3.5mA (在文檔NF EN61851-21中(第8.2章的第8 頁)具體詳述的Imax值)。為此，阻抗器41和42將各自具有至少等于Zmin的阻抗值，其 中Zmin=Vm/Imax，且Vm為電池組2施加到端子47和48之間的標(biāo)稱電壓。通常，將使用電 阻值大于IOOkQ的電阻器41和42。電阻器41和42還可以用作免受源自網(wǎng)絡(luò)的過電壓的 保護(hù)，從而允許在使用未絕緣的外部充電器以確保電池組2的再充電的情況下保護(hù)晶體管 43和44。電阻器41和42還確保通過檢測電路45的電流的幅度衰減。
[0056]為了保持足夠低的絕緣缺陷檢測閾值，阻抗器41和42各自具有最多等于Zmax的 阻抗值 Z,其中 Zmax=L 5*Vm/Imax。
[0057]有利地，電阻器41和42由若干串聯(lián)電阻器形成，因此如果所述串聯(lián)電阻器中的一 個(gè)短路，那么剩余的串聯(lián)電阻器仍保護(hù)檢測裝置4免受短路。
[0058]有利地，電阻器41和42具有開路故障模式，且(例如)以盤繞式電阻器的形式體 現(xiàn)。在電阻器41或42中的一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，無論如何都保護(hù)檢測裝置4免受短路。[0059]圖5示出了檢測電路45的第一實(shí)施例，其使得可能確定絕緣缺陷電流的幅度，且因此來分析其隨時(shí)間的演變。檢測電路45包含微控制器453。微控制器453連接到輸入端491和機(jī)械主體93，且由電勢Vcc供電。電壓Vcc可以從電池組91獲得。例如，此電壓可以是3.3V，這對應(yīng)于電子電路的非常常見的電力供應(yīng)電平。電阻器456連接在Vcc和輸入端491之間。ニ極管454有利地和電阻器456并聯(lián)連接。電阻器457連接在Vcc和輸入端491之間。ニ極管455有利地和電阻器457并聯(lián)連接。施加到串聯(lián)的電阻器456和457的端子的電勢差Vcc為直流電源的電壓電平(電池組2的標(biāo)稱電壓電平)的十分之ー或更低，以便同時(shí)地保證用戶接觸地93的安全性，以及能夠使電路45具有低電壓硬件元件。
[0060]電阻器456和457具有相同的值。在并無絕緣缺陷電流的情況下，輸入端491上的電壓為值Vcc/2。
[0061]任何絕緣缺陷電流都會(huì)修改輸入端491上的電壓，無論其方向如何。在端子47處有絕緣缺陷的情形中，在微控制器453的輸入端491上讀取的電壓相對于Vcc/2增加，具有可達(dá)到值為R/2*Idef的幅度(其中R為電阻器456或457的值，且Idef為源自中間點(diǎn)49的缺陷電流)。在端子48處有絕緣缺陷的情形中，在微控制器453的輸入端491上讀取的電壓受限于Vcc/2，具有可達(dá)到值為R/2*Idef的幅度。
[0062]根據(jù)在輸入端491上讀取的電壓值，微控制器453可精確地確定絕緣缺陷的幅度。不需要使用具有相反電勢的電カ供應(yīng)，利用特別簡單的電路就可獲得此結(jié)果。在輸入端491上讀取的電壓值可被提供給控制電路8。例如，微控制器453可產(chǎn)生幅度和輸入端491上的電壓成比例的信號，并將此信號提供給控制電路8。
[0063]有利地，電壓Vcc借助電阻器456連接到輸入端491，且作為微控制器453的供應(yīng)電壓來施加該電壓Vcc。因此，單個(gè)電カ供應(yīng)是必要的，并且可以容易地從電池組91的電壓獲得。對私人車輛來說車載網(wǎng)絡(luò)電池通常具有小于14V的標(biāo)稱電壓，且對公共機(jī)動(dòng)車或卡車來說通常具有小于25V的標(biāo)稱電壓。
[0064]有利地，ニ極管454和455使得可能保護(hù)微控制器453免受源自電カ網(wǎng)絡(luò)的過電壓，尤其是在使用未絕緣充電器吋。事實(shí)上，如果電池組2的端子兩端的電壓以普通模式或差分模式出現(xiàn)，那么此電壓在輸入端491上會(huì)存在過電壓的風(fēng)險(xiǎn)的情況下，對電阻器456或457中明顯的電流流動(dòng)作出貢獻(xiàn)。因此，ニ極管454和455使得可能將輸入端491上的電壓限制在值-Vd和Vcc+Vd之間(其中Vd為ニ極管456和457的閾值電壓)。ニ極管454和455還使得可能既獲得良好的測量靈敏度又獲得受限的電カ消耗。在低幅度的電阻器456和457的情況下，ニ極管454和455將使得可能削減明顯的絕緣缺陷電流，或針對較弱的電流獲得良好的靈敏度。
[0065]實(shí)際上，地93并非置于中間點(diǎn)49的電勢，而是具有偏移值為Vcc/2的電勢。在設(shè)想為值Vcc的情況下(通常小于25V)，地93的這種電勢偏移既不會(huì)引起操作問題，也不會(huì)引起安全問題。
[0066]圖6示出了檢測電路45的第二實(shí)施例，其使得可能根據(jù)泄漏電流的幅度來修改靈敏度。這ー實(shí)施例的檢測電路和圖5的檢測電路基本相同，并且僅通過存在和電阻器456和457并聯(lián)連接的可切換電阻器而不同。
[0067]因此，電路45包括:與電阻器456并聯(lián)連接的電阻器461和斷路器463 ;與電阻器456并聯(lián)連接的電阻器465和斷路器467 ;與電阻器457并聯(lián)連接的電阻器462和斷路器464 ;與電阻器457并聯(lián)連接的電阻器466和斷路器468。
[0068]電阻器461的大小小于電阻器456的大小。同樣，電阻器465的大小小于電阻器 461的大小。電阻器462的大小小于電阻器457的大小。同樣，電阻器466的大小小于電阻 器462的大小。
[0069]在微控制器453未檢測到絕緣缺陷電流的存在的情形中，控制電路8保持?jǐn)嗦菲?463、464、467和468斷開。當(dāng)在輸入端491上測量的電壓偏移超過第一預(yù)定閾值時(shí)，微控制 器453或控制電路8確定存在絕緣缺陷。當(dāng)越過此第一偏移閾值時(shí)，控制電路8接通斷路器 463和464，以便增加微控制器453的測量靈敏度。斷路器463和464的接通都是瞬間的， 以便限制電力消耗，而且是同時(shí)的。當(dāng)在輸入端491上測量的電壓偏移超過第二預(yù)定臨限 值時(shí)，控制電路8接通斷路器467和468，以便進(jìn)一步增加微控制器453的測量靈敏度。斷 路器467和468的接通都是瞬間的，以便限制電力消耗，而且是同時(shí)的。
[0070]為了在接地93和電池組2的一個(gè)端子之間發(fā)生短路的情形中將輸入端491上的 電壓保持在接地電壓和Vcc之間，阻抗器456和457各自具有最多為Ztmax的阻抗，其中 Ztmax=Z*VCC/2Vm。為了保持輸入端491上的電壓充足以保證絕緣缺陷量化的最佳精確度， 阻抗器456和457各自具有至少為Ztmin的阻抗，其中Ztmin=Z*Vcc/4Vm。
[0071]在交流電電力設(shè)置方面，最常見的中性點(diǎn)機(jī)制為:
[0072]-EE機(jī)制:所述設(shè)置的中性點(diǎn)在發(fā)電機(jī)側(cè)接地，且金屬主體接地；
[0073]-EN機(jī)制:所述設(shè)置的中性點(diǎn)在發(fā)電機(jī)側(cè)接地，且金屬主體連接到中性點(diǎn)；
[0074]-1E機(jī)制:所述設(shè)置的中性點(diǎn)和地面絕緣，或通過發(fā)電機(jī)側(cè)上的高阻抗器連接，且 金屬主體連接到接地插座。
[0075]因此，中性點(diǎn)機(jī)制一方面定義中性點(diǎn)連接的方式，且另一方面定義在用戶側(cè)主體 連接的方式。接地布局的目的是為了通過檢查絕緣缺陷來保護(hù)人和硬件。
[0076]電池組2的接地布局可以視作電力網(wǎng)絡(luò)的IE中性點(diǎn)機(jī)制，也就是說，中性點(diǎn)相對 于地面絕緣，且機(jī)械主體連接到地面(但在駕駛時(shí)除外，這時(shí)借助輪胎使機(jī)械主體和地面絕 緣)。這種接地布局使得可能確保在出現(xiàn)第一絕緣缺陷時(shí)車輛服務(wù)的連續(xù)性。因此，用戶可 以繼續(xù)控制車輛，以便在良好的安全條件下停車。
[0077]為了確保通過電力網(wǎng)絡(luò)對電池組2進(jìn)行再充電，通常連接連接到所述網(wǎng)絡(luò)的交流 絕緣充電器。在這種情形中，保持IE機(jī)制。另一方面，電絕緣充電器比非絕緣充電器更昂 貴。在非絕緣充電器的情況下，在充電期間獲得EE機(jī)制，這相當(dāng)于在電力網(wǎng)絡(luò)的正交變期 間將地面連接到電池組2的電勢-Vbat。于是在這些交變期間，電流經(jīng)過地面。
【權(quán)利要求】
1.ー種電カ供應(yīng)裝置，其包括: -易于引起觸電的直流電壓電源(2)，在其端子之間施加標(biāo)稱電壓Vm ; -用于檢測所述直流電壓電源(2)的絕緣缺陷的裝置(4)，其包括: -連接到所述電壓電源的端子的第一輸入端子和第二輸入端子(47、48)； -在所述第一輸入端子和第二輸入端子(47、48)之間串聯(lián)連接的第一阻抗器和第二阻抗器(41、42)，所述第一阻抗器和第二阻抗器各自具有在Zmin和Zmax之間的阻抗值Z，其中Zmin=Vm/Imax且Zmax=L 5*Vm/Imax, Imax為標(biāo)準(zhǔn)安全閾值所定義的最大絕緣缺陷電流； -電流檢測電路(45)，其連接在電接地和所述第一阻抗器與第二阻抗器之間的中間點(diǎn)(49)之間； 其特征在于，所述電流檢測電路(45)包括微控制器(453)，該微控制器(453)包括接收和源自所述中間點(diǎn)(49)的絕緣缺陷電流成比例的電壓的輸入端子，所述輸入端子借助第三阻抗器(456)連接到具有電壓電平Vcc的電カ供應(yīng)器，其中所述電壓電平Vcc是所述直流電壓電源的電壓電平的十分之ー或更低，而且所述輸入端子借助第四阻抗器(457)連接到所述電接地(93)，所述微控制器(453)被配置成根據(jù)施加到其輸入端子的電壓來確定絕緣缺陷的幅度，所述第三阻抗器和第四阻抗器各自具有在Ztmin和Ztmax之間的阻抗值Zt,其中 Ztmin=Z*Vcc/ (4*Vm)且 Ztmax=Z*Vcc/2Vm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電カ供應(yīng)裝置，其中所述第一阻抗器和第二阻抗器被額定成使得當(dāng)電池組的ー個(gè)端子短路到電接地(93)時(shí)小于3.5mA的最大電流穿過所述第一阻抗器和第二阻抗器。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任ー項(xiàng)所述的電カ供應(yīng)裝置，包括: -第三斷路器(43)，其和所述第一阻抗器串聯(lián)連接在所述第一輸入端子和所述中間點(diǎn)之間； -第四斷路器(44)，其和所述第二阻抗器串聯(lián)連接在所述第二輸入端子和所述中間點(diǎn)之間； -控制電路(8)，其被配置成同時(shí)地保持所述第三斷路器和第四斷路器中的一個(gè)斷開而所述第三斷路器和第四斷路器中的另ー個(gè)接通。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任ー項(xiàng)所述的電カ供應(yīng)裝置，包括與所述第三阻抗器并聯(lián)連接的第一二極管(454)，以及與所述第四阻抗器并聯(lián)連接的第二二極管(455)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任ー項(xiàng)所述的電カ供應(yīng)裝置，其中所述第三阻抗器和第四阻抗器(456、457)是基本相同的電阻器。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任ー項(xiàng)所述的電カ供應(yīng)裝置，包括: -第五阻抗器(461)，其與所述第三阻抗器并聯(lián)連接且具有低于所述第三阻抗器的阻抗值； -第六阻抗器(462)，其與所述第四阻抗器并聯(lián)連接且具有低于所述第四阻抗器的阻抗值； -第一斷路器(463)，其與所述第五阻抗器串聯(lián)連接； -第二斷路器(464)，其與所述第六阻抗器串聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電カ供應(yīng)裝置，包括控制電路(8)，其被配置成瞬間地且同時(shí)地接通所述第一斷路器和第二斷路器(463、464)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力供應(yīng)裝置，其中所述控制電路(8)被配置成確定絕緣缺陷的幅度超過閾值，且被配置成當(dāng)確定越過所述閾值時(shí)瞬間地接通所述第一斷路器和第二斷路器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電力供應(yīng)裝置，其中所述微控制器(453)產(chǎn)生和所述中間點(diǎn)(49)的電壓成比例的信號，且將所產(chǎn)生的信號提供給所述控制電路。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的電力供應(yīng)裝置，其中所述電力供應(yīng)器的電壓電平小于25V。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的電力供應(yīng)裝置，其中所述第一阻抗器和第二阻抗器(454、455)具有大于或等于IOOkQ的阻抗值。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的電力供應(yīng)裝置，其中所述第一阻抗器和第二阻抗器是基本相同的電阻器。
13.—種機(jī)動(dòng)化系統(tǒng)(1)，其包括:-根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的電力供應(yīng)裝置，其中所述直流電壓電源為電池組；-逆變器出)，其具有直流接口和交流接口，所述電池組的端子連接到所述直流接口 ；-電動(dòng)機(jī)(7)，其連接到所述逆變器(6)的交流接口。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的·機(jī)動(dòng)化系統(tǒng)，其中橫跨所述電池組(2)的端子的電壓大于 IOOV0
【文檔編號】G01R27/18GK103597364SQ201280026765
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月1日
【發(fā)明者】達(dá)尼埃爾·沙特魯, 塞巴斯蒂安·喀考特, 朱利安·德西 申請人:原子能和替代能源委員會(huì)