[发明专利]绝缘缺陷的检测

说明书

本发明涉及直流（DC）电压电源或网络相对于地面的绝缘。

大功率直流电压电力系统经历了显著的发展。事实上，许多运输系统都包含直流电压供应器。

具体地，混合式燃烧/电动或电动车辆包含大功率电池组。为了获得适当的电压电平，串联放置若干电化学蓄电池。为了获得大功率和大容量，串联放置若干组蓄电池。级数(蓄电池的组数)和每一级中并联的蓄电池的数目根据所希望的电压、电流和电池容量而变化。若干蓄电池的联用被称作一组蓄电池。这些车辆所使用的电化学蓄电池通常为锂离子型的，这是因为锂离子蓄电池以有限的重量和体积储存大量能量的能力。磷酸铁锂离子LiFePO4类型的电池技术由于固有的高安全等级而得到了显著发展，但缺点为稍微受限制的能量储存密度。

这些电池组用于借助逆变器来推进交流（AC）电动机。这些电机所需的电压电平达到数百伏特，通常约为400伏特。这些电池组还具有高容量，以便赋予电动模式下车辆的续航。特定于汽车应用的一些技术原因导致在车辆的机械主体(由车辆的金属底盘和金属车架形成，且因此用户可进入)和电池组电势之间使用绝缘。主要原因为，不可能在驾驶中第一次绝缘缺陷发生时立刻断开牵引用电池组。例如以下情形，其中在蓄电池组的一个极上出现绝缘缺陷时，另一个极已连接到机械结构。这会显现为短路和保险丝的立即熔断。这将具有使车辆危险的结果。考虑到牵引动力的消失或再生式制动，因此必须使电池组绝缘，并出于个人安全的原因用绝缘监测仪来检查这种绝缘。事实上，如果在发生第一缺陷时用户无风险，那么适宜的方法是在出现具有断开牵引用电池组的效果的第二缺陷之前警示所述用户该第一缺陷，因为这会导致电池组的正极端子和负极端子之间的短路。另外，在发生所述第二缺陷时，电池的电压将直接连接到车辆的机械主体，并且因此用户将可能和机械主体接触。考虑到这种能量源对用户的潜在风险，必须尤其小心地注意电池和机械主体之间的绝缘以及所述绝缘的监测。车辆的任何导电部分必须相对于主体绝缘。通过使用绝缘材料来实现这种绝缘。绝缘可能随着时间而退化(由于振动、机械碰撞、灰尘等)，并且因此将机械主体置于危险的可能性中。

另外，可能使用并未和电力网络电绝缘的充电器。按照规范，车辆的机械主体在再充电期间是接地的，而且常规使用的中性点机制(EE机制)在驻停时将中性点接地，这相当于在再充电期间将车辆的机械主体连接到电池的一个电势。因此，和只施加电池的整个电压的一半且首要是监测所述电压的标称情形相比，在这些再充电期间，横跨绝缘端子施加此电池的整个电压。这种绝缘可能不能处理整个电压，从而形成立即导致短路的第二缺陷。

根据现有技术的电动车辆通常具有意图用于三相电动机的电力供应的电池组。所述电池组包括电化学蓄电池。装备有保险丝的保护装置连接到电池组的端子。绝缘监测装置也连接到所述电池组的端子，并连接到车辆的机械主体。所述绝缘监测装置连接到计算机，以便将检测到的绝缘缺陷发信号给所述计算机。所述计算机由车载网络电池组供电。所述电池组的端子利用截止系统将电压+Vbat和-Vbat施加到逆变器的直流输入端。所述截止系统包括由所述计算机控制的电力接触器。所述电动机连接到所述逆变器的交流输出端。根据现有技术，已知多种类型的绝缘监测。

文件FR2671190具体地描述一种用于监测直流电压电力网络的绝缘的装置。该文件描述以低频率(在4Hz和10Hz之间)注入交流分量(约30V)的电阻电桥。检测电路测量通过绝缘阻抗器和测量电阻器直到接地的电流。这种电路的设计涉及对电阻电桥的电阻器的额定值的折衷。

电阻电桥会引起保持较明显的电力消耗，以便保留适当的测量精密度。例如考虑到电动车辆的续航降低的因素，这种电流消耗可能变得与车载系统中的应用不相容。另外，具体考虑到使用额定为高直流电压的低频率发电机，这种装置是相对昂贵的。此外，检测电路只允许检测端子之一和接地之间的绝缘缺陷，而不允许检测另一个端子和接地之间的绝缘缺陷。另外，这种监测装置易发生误报(false positive)错误，这些误报错误会通过非适时的检测而显现，这是因为在交流电流通过逆变器中存在的共模电容器时所述监测装置会检测到绝缘缺陷。

在电动车辆1中通常实施的另一种解决方案中，绝缘监测装置包括电阻分压器。双向光耦合器连接在分压器的中点和机械主体之间。分压器在所述中点的任一侧上的电阻器是一样的。因此，当不存在绝缘缺陷时，横跨光耦合器的端子的电压为零，并且不发信号通知绝缘缺陷。当在电池组的端子之一和机械主体之间出现绝缘缺陷时，分压器的中点电势就会偏移。然后横跨光耦合器的端子出现电压，因此产生绝缘缺陷信号。