專利名稱：用于檢測絕緣狀態(tài)檢測單元的快速電容器的故障的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測未接地電源相對于接地電勢部分的接地故障或者絕緣狀態(tài)的單元，并且特別地，涉及一種用于檢測在這種單元中使用的快速電容器的故障的裝置。
背景技術：
使用電力作為驅(qū)動能的車輛通常采用被構(gòu)造為與車身絕緣的未接地電源的高壓 (例如，200V)直流電源。為了檢測未接地電源相對于車身，即相對于地電勢部分的接地故障或者絕緣狀態(tài)，使用采用了快速電容器的檢測單元。檢測單元控制內(nèi)部開關，來分別利用與地電勢部分絕緣的直流電源的電壓對應的充電量、與直流電源的正接線柱側(cè)上的接地故障電阻對應的充電量以及與直流電源的負接線柱側(cè)上的接地故障電阻對應的充電量對快速電容器充電。之后，檢測單元的控制器測量每個充電量的充電電壓、計算直流電源的正負接線柱側(cè)上的接地故障電阻，并且檢測直流電源的接地故障或絕緣狀態(tài)。近些年來，所述快速電容器需要由小型且實現(xiàn)大電容的陶瓷電容器制成。已知陶瓷電容器根據(jù)直流偏置而大幅改變其電容。為了消除直流偏置對陶瓷電容器電容的影響， 例如，日本待審專利申請公開No. 2009-281986公開了一種用于將檢測單元構(gòu)造為使得在接地故障電阻處于報警等級時的狀態(tài)下，陶瓷電容器的充電電壓變?yōu)榕c在同直流電源的電壓相對應的充電量時發(fā)生的充電電壓相等的技術。

發(fā)明內(nèi)容
快速電容器的電容不僅僅由于上述直流偏置而改變而且還由于該快速電容器的環(huán)境溫度或特性變化而改變。需要在不考慮快速電容器的電容變化的情況下檢測電源的絕緣狀態(tài)。還需要通過將由故障引起的這種電容改變與由快速電容器的個體特性差異而引起的電容改變區(qū)分開，來檢測可能改變快速電容器的電容的該快速電容器的故障。為了增大電容，快速電容器有時由彼此并聯(lián)連接的多個陶瓷電容器構(gòu)成。在這種情況下，快速電容器的其中一些陶瓷電容器可能發(fā)生諸如開路故障的故障。這種故障可能弓丨起快速電容器的電容改變，并且這種電容改變類似于由快速電容器的個體特性可變性所引起的電容改變。如果該快速電容器的故障是在沒有將其與由于快速電容器的個體特性可變性所引起的電容改變混淆的情況下檢測出的，則是非常有用的。本發(fā)明提供了一種用于檢測在利用快速電容器檢測一對象的接地故障或絕緣狀態(tài)的絕緣狀態(tài)檢測單元的該快速電容器的故障的裝置，能夠檢測使電容受到改變的該快速電容器的故障，同時不使該電容改變與甚至在快速電容器正常工作時也可能在該快速電容器中發(fā)生的電容改變相混淆。根據(jù)本發(fā)明第一方面，用于檢測絕緣狀態(tài)檢測器中的快速電容器的故障的裝置，該絕緣狀態(tài)檢測單元根據(jù)利用與直流電源的電壓對應的充電量充電的快速電容器的充電電壓和通過包括直流電源的絕緣電阻的絕緣電阻測量電路充電的快速電容器的充電電壓， 來檢測與地電勢部分絕緣的直流電源的絕緣狀態(tài)，該裝置包括充電電壓測量單元，被構(gòu)造成測量快速電容器的峰值充電電壓；放電電壓測量電源，被構(gòu)造成測量在快速電容器開始放電之后預定時間該快速電容器的放電電壓，所述快速電容器以利用充電電壓測量單元所測得的峰值充電電壓充電；以及診斷單元，被構(gòu)造成根據(jù)快速電容器在從該快速電容器開始放電起的時段內(nèi)的放電量診斷該快速電容器的故障，所述放電量從利用充電電壓測量單元測得的峰值充電電壓與利用放電電壓測量單元測得的放電電壓之間的差獲得。


圖1是圖示了絕緣狀態(tài)檢測單元的電路圖，該絕緣狀態(tài)檢測單元具有根據(jù)本發(fā)明實施例的用于檢測快速電容器的故障的裝置；圖2是圖示了布設在圖1的絕緣狀態(tài)檢測單元中的采樣保持電路的電路圖；圖3是圖示了圖1和圖2的開關的接通/斷開與電容器的充電狀態(tài)之間的關系的時間圖；圖4A圖示了圖1的快速電容器的一個實例；圖4B圖示了圖4A的快速電容器的故障狀態(tài)的一個實例；圖5圖示了測量充電和放電電壓以檢測圖4B的故障狀態(tài)的時刻；圖6是列出了可用于檢測圖4B的故障狀態(tài)的閾值的實例的表格；并且圖7是圖示了根據(jù)存儲在ROM中的程序由布設在圖1的檢測單元中的微機所進行的故障診斷處理的流程圖。
具體實施例方式將參考附圖來詳細描述本發(fā)明的實施例。圖1是圖示了具有根據(jù)本發(fā)明實施例的用于檢測快速電容器故障的裝置的一種絕緣狀態(tài)檢測單元的電路圖。絕緣狀檢測裝置10檢測在與諸如車身(未示出)的地電勢部分絕緣的直流電源B的正接線柱側(cè)上的主電路布線Ip或者該直流電源B的負接線柱側(cè)上的主電路布線In的接地故障或者的絕緣狀態(tài)。在圖1中，“RLp”是正接線柱側(cè)上的接地故障電阻，而“RLn”是負接線柱側(cè)上的接地故障電阻。這些接地故障電阻RLp和RLn是當正接線柱側(cè)上的主電路布線Ip或負接線柱側(cè)上的主電路布線In發(fā)生接地故障時可能出現(xiàn)的假想電阻。用于檢測主電路布線Ip或In的接地故障或絕緣狀態(tài)的絕緣狀態(tài)檢測單元10包括具有快速電容器Cl的接地故障檢測器11 ；采樣并且保持所述快速電容器Cl的充電電壓和放電電壓的采樣保持電路(S/H) 13 ；以及諸如檢測保持在所述采樣保持電路13中的值并且測量所述快速電容器Cl的充電/放電電壓的微控制器的微機15。根據(jù)本實施例的快速電容器Cl是陶瓷電容器。除了快速電容器Cl之外，所述接地故障檢測器11還包括開關Sl和S2以及開關 S3和S4,該開關Sl和S2將快速電容器Cl選擇性連接于直流電源B的正極和負極，該開關 S3和S4將快速電容器Cl選擇性地連接于微機15和地電勢部分。在快速電容器Cl與開關Sl之間，串聯(lián)連接有電阻器R1。在快速電容器Cl與開關S2之間，串聯(lián)連接有電阻器R2。當微機15測量快速電容器Cl的充電電壓或放電電壓時，必須保證直流電源B的絕緣。為此，電阻器Rl和R2具有同樣高的電阻值。圖2是圖示了采樣保持電路13的電路圖。采樣保持電路13包括具有與微機15 的第一 A/D變換端口 A/D1相連的第一端的開關M ；連接在所述開關M的第一端與所述地電勢部分之間的讀取電容器(read capacitor) Ca ；以及串聯(lián)連接在所述開關M的第二端與所述開關S3之間的電阻器Ra。當開關M處于閉合時，讀取電容器Ca被充有經(jīng)過電阻器Ra在開關M的第一端處出現(xiàn)的電勢。微機15利用電壓比直流電壓B的電壓更低的電源(未示出)運轉(zhuǎn)，以使直流電源 B與微機15的地電勢隔離。接地故障檢測器11的開關Sl至S4和采樣保持電路13的開關 Sa例如由與直流電源B絕緣并且通過微機15而被接通/斷開的光學MOSFET制成。微機15的第一 A/D變換端口 A/D1通過采樣保持電路13連接于開關S3。采樣保持電路13與開關S3的連接點經(jīng)由電阻器R4接地。在開關S4與地電勢部分之間，連接有電阻器R5?？焖匐娙萜鰿l的一端側(cè)(圖1中的上方電極側(cè))上的開關Sl和S3串聯(lián)連接。 在開關Sl和S3的連接點與快速電容器Cl的第一端之間，連接有電流方向的開關電路X。電流方向的開關電路X是一并聯(lián)電路，該并聯(lián)電路包括包含二極管DO和電阻器 Rl的串聯(lián)電路，所述二極管DO的正向是從開關Sl指向快速電容器Cl的第一端；包含二極管Dl的電路，該二極管Dl的正向是從開關S3指向快速電容器Cl的第一端；以及包含二極管D2和電阻器R3的串聯(lián)電路，該二極管D2的正向是從快速電容器Cl的第一端指向開關 S3。將說明通過所述絕緣狀態(tài)檢測單元10進行檢測直流電源B的接地故障或絕緣狀態(tài)的次序。首先，微機15將開關Sl和S2接通且將開關S3、S4和M斷開達預定時間。所述預定時間短于使所述快速電容器完全充電所需要的時間。這引起了流經(jīng)沿直流電源B的正極、正接線柱側(cè)上的主電路布線lp、開關Si、二極管DO、電阻器R1、快速電容器Cl的第一端(圖1中的上方電極)、快速電容器Cl的第二端 (圖1中的下方電極)、電阻器R2、開關S2、負接線柱側(cè)上的主電路布線In以及直流電源B 的負極而延伸的路徑的充電電流。將這種充電電路稱作為第一充電電路。 在該第一充電電路中，快速電容器Cl被充有與直流電源B的電壓對應的充電量。 由于該充電，快速電容器Cl的第一端變?yōu)檎龢O而其第二端變?yōu)樨摌O。之后，微機15斷開開關Sl和S2而接通開關S3和S4。這將快速電容器Cl的正極經(jīng)過二極管D2、電阻器R3和開關S3而連接到采樣保持電路13，并且將該快速電容器Cl的負極經(jīng)過開關S4和電阻器R5而連接于地電勢部分。結(jié)果，所述快速電容器Cl放電。如圖3的時間圖所示，微機15在時間Tl時接通開關S3和S4，并且同時，接通采樣保持電路13的開關M達短的時間(Tl和T2之間的間隔，例如，200到300 μ s)。結(jié)果，快速電容器Cl的充電電壓被電阻器R3和R4所分壓，并且由于電阻器R3兩端的電壓的驅(qū)動力而對讀取電容器Ca充電。當快速電容器Cl開始放電時，該快速電容器Cl具有與直流電源B的電壓對應的充電量。因此，當在該快速電容器Cl開始放電之后即刻，用所述快速電容器Cl的放電電壓對所述讀取電容器Ca充電時，該讀取電容器Ca的充電量等于與直流電源B的電壓乘以電阻器R4和R5的分壓比相對應的充電量。微機15在時間T2時斷開采樣保持電路13的開關Sa，并且所述讀取電容器Ca的分壓電荷電勢從采樣保持電路13傳遞到微機15的第一 A/D變換端口 A/D1，并且被測量。 根據(jù)所測得的值、電阻器R3和R4的分壓比以及電阻器R4和R5的分壓比，微機15計算與直流電源B的電壓對應的快速電容器Cl的充電電壓Vcl。在斷開采樣保持電路13的開關M之后，并且當在測量快速電容器Cl的充電電壓 Vcl的時候，開關S3和S4處于接通狀態(tài)，因此，快速電容器Cl連續(xù)地放電。當在時間T3時完成了快速電容器Cl的充電電壓Vcl的測量時，微機15接通采樣保持電路13的開關Μ。這導致了快速電容器Cl和讀取電容器Ca的放電。當這些電容器 Cl和Ca在時間Τ4時完全放電時，微機15斷開開關S3、S4和Μ。在使快速電容器Cl和讀取電容器Ca完全放電之后，微機15接通開關Sl和S4并且斷開開關S2和S3達上述預定時間。這引起了流經(jīng)沿直流電源B的正極、正接線柱側(cè)上的主電路布線lp、開關Si、二極管DO、電阻器R1、快速電容器Cl的第一端、快速電容器Cl的第二端、開關S4、電阻器R5、地電勢部分、負接線柱側(cè)上的接地故障電阻RLru負接線柱側(cè)上的主電路布線In以及直流電源B的負極而延伸的路徑的充電電流。將該充電電路稱作為第二充電電路。在該第二充電電路中，快速電容器Cl被充有與負接線柱側(cè)上的接地故障電阻RLn 對應的充電量。由于此，快速電容器Cl的第一端變?yōu)檎龢O而其第二端變?yōu)樨摌O。之后，微機15在圖3的時間Tl時斷開開關Sl和S2而接通開關S3和S4。同時， 微機15接通采樣保持電路13的開關M達短的時間，例如，圖3中的Tl和T2之間的200 到300 μ s的間隔。直到微機15再次接通采樣保持電路13的開關M為止，S卩，在圖3的時間Τ2和Τ3 之間的間隔期間，與測量和直流電源B的電壓對應的快速電容器Cl的充電電壓Vcl類似， 微機15測量與負接線柱側(cè)上的接地故障電阻RLn對應的快速電容器Cl的充電電壓Vcl-。之后，微機15使快速電容器Cl和讀取電容器Ca完全放電，接通開關S2和S3，并且斷開開關Sl和S4達上述預定時間。這引起了流經(jīng)沿直流電源B的正極、正接線柱側(cè)上的主電路布線lp、正接線柱側(cè)上的接地故障電阻RLp、地電勢部分、電阻器R4、開關S3、二極管D1、快速電容器Cl的第一端、快速電容器Cl的第二端、電阻器R2、開關S2、負接線柱側(cè)上的主電路布線In以及直流電源B的負極而延伸的路徑的充電電流。將該充電電路稱作為第三充電電路。在該第三充電電路中，快速電容器Cl被充有與正接線柱側(cè)上的接地故障電阻RLp 對應的充電量。這使得快速電容器Cl的第一端為正而其第二端為負。之后，微機15在圖3的時間Tl時斷開開關Sl和S2而接通開關S3和S4。同時， 微機15接通采樣保持電路13的開關M達短的時間，例如，圖3中的Tl和T2之間的200 到300 μ s的間隔。直到微機15再次接通采樣保持電路13的開關&為止，即，在圖3的T2和T3之間的間隔期間，與測量和直流電源B的電壓對應的快速電容器Cl的充電電壓Vcl類似以及與測量和負接線柱側(cè)上的接地故障電阻RLn對應的快速電容器Cl的充電電壓Vcl-類似，微機15測量與正接線柱側(cè)上的接地故障電阻RLp對應的快速電容器Cl的充電電壓Vcl+。 之后，快速電容器Cl和讀取電容器Ca被完全放電?？梢允古c直流電源B的電壓對應的快速電容器Cl的充電電壓Vcl、與負接線柱側(cè)上的接地故障電阻RLn對應的快速電容器Cl的充電電壓Vcl-、與正接線柱側(cè)上的接地故障電阻RLp對應的快速電容器Cl的充電電壓Vcl+與正接線柱側(cè)上的接地故障電阻RLp和負接線柱側(cè)上的接地故障電阻RLn的并聯(lián)組合電阻值R相關聯(lián)。即，組合電阻R可以表達為 [{(Vcl+)+ (Vcl-)}/Vcl]的函數(shù)。根據(jù)這種關系，微機15計算正負接線柱側(cè)上的接地故障電阻RLp和RLn的并聯(lián)組合電阻值，以檢測直流電源B的接地故障或絕緣狀態(tài)。用作為根據(jù)本實施例的接地故障檢測器11中的快速電容器Cl的陶瓷電容器隨著直流偏置而大幅改變其電容。該快速電容器Cl的電容還根據(jù)環(huán)境溫度和用作為該快速電容器Cl的陶瓷電容器的個體特性差異而變化。為了消除在該快速電容器Cl的電容中的這種變化的影響，可以改變由微機15所進行的測量充電電壓Vcl、Vcl-和Vcl+的順序。將對這進行說明。如果快速電容器Cl的電容減小為比正常狀態(tài)中的小，則通過對該快速電容器Cl 充電特定時段而達到的充電量增大為比正常狀態(tài)中的大。結(jié)果，從開始放電起的特定間隔內(nèi)，該快速電容器Cl的放電量變大。如果快速電容器Cl的電容增大為比正常狀態(tài)中的大，則通過對該快速電容器Cl 充電特定時段而達到的充電量減小為比正常狀態(tài)中的小。結(jié)果，從開始放電起的特定間隔內(nèi)，該快速電容器Cl的放電量變小。當在開始放電之后經(jīng)過了特定時間時，快速電容器Cl的放電接近飽和，因此，在飽和后，該快速電容器Cl的放電量接近均衡，而與該快速電容器Cl的電容大于還是小于正常狀態(tài)的電容無關。這意味著盡管快速電容器Cl的充電量隨著該快速電容器Cl的電容特性的變化而大幅變化，但是在放電開始后的特定時間，快速電容器Cl的放電電壓的變化變小。更精確地，在對快速電容器Cl充電達預定時間tl之后開始放電時的放電電壓VDl以及從快速電容器Cl開始放電起時段t2之后的放電電壓VD2滿足下面的關系式Vm =V0 l-exp|-I
權(quán)利要求
1.一種用于檢測絕緣狀態(tài)檢測單元的快速電容器的故障的裝置，該絕緣狀態(tài)檢測單元根據(jù)(i)被充電有與直流電源的電壓對應的充電量充電的快速電容器的充電電壓和(ii) 通過包括直流電源的絕緣電阻的絕緣電阻測量電路充電的快速電容器的充電電壓來檢測與地電勢部分絕緣的直流電源的絕緣狀態(tài)，所述裝置包括充電電壓測量單元，該充電電壓測量單元被構(gòu)造成測量所述快速電容器的峰值充電電壓；放電電壓測量電源，該放電電壓測量單元被構(gòu)造成測量在所述快速電容器開始放電之后預定時間所述快速電容器的放電電壓，所述快速電容器以利用所述充電電壓測量單元所測得的峰值充電電壓充電；以及診斷單元，該診斷單元被構(gòu)造成根據(jù)在從所述快速電容器開始放電起的時段內(nèi)所述快速電容器的放電量來診斷該快速電容器的故障，所述放電量從利用所述充電電壓測量單元測得的峰值充電電壓與利用所述放電電壓測量單元測得的放電電壓之間的差獲得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，根據(jù)利用所述放電電壓測量單元測得的放電電壓來獲得被充電有與直流電源的電壓對應的充電量的所述快速電容器的充電電壓。
全文摘要
一種用于檢測在絕緣狀態(tài)檢測單元的快速電容器的故障的裝置，在該快速電容器開始放電時，根據(jù)讀取電容器的充電電壓測量快速電容器的放電電壓(步驟S1)。在從放電開始起一時段之后，該裝置根據(jù)讀取電容器的充電電壓來測量快速電容器的放電電壓(步驟S3)。根據(jù)測得的放電電壓之間的差，所述裝置獲得快速電容器的放電量(步驟S5)，將該放電量與基準閾值比較，并且診斷構(gòu)成所述快速電容器的四個電容器的開路故障(步驟S7)。
文檔編號G01R35/00GK102539961SQ20111042787
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者河村佳浩 申請人:矢崎總業(yè)株式會社