专利名称：用于检测绝缘状态检测单元的快速电容器的故障的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测未接地电源相对于接地电势部分的接地故障或者绝缘状态的单元，并且特别地，涉及一种用于检测在这种单元中使用的快速电容器的故障的装置。
背景技术：
使用电力作为驱动能的车辆通常采用被构造为与车身绝缘的未接地电源的高压 (例如，200V)直流电源。为了检测未接地电源相对于车身，即相对于地电势部分的接地故障或者绝缘状态，使用采用了快速电容器的检测单元。检测单元控制内部开关，来分别利用与地电势部分绝缘的直流电源的电压对应的充电量、与直流电源的正接线柱侧上的接地故障电阻对应的充电量以及与直流电源的负接线柱侧上的接地故障电阻对应的充电量对快速电容器充电。之后，检测单元的控制器测量每个充电量的充电电压、计算直流电源的正负接线柱侧上的接地故障电阻，并且检测直流电源的接地故障或绝缘状态。近些年来，所述快速电容器需要由小型且实现大电容的陶瓷电容器制成。已知陶瓷电容器根据直流偏置而大幅改变其电容。为了消除直流偏置对陶瓷电容器电容的影响， 例如，日本待审专利申请公开No. 2009-281986公开了一种用于将检测单元构造为使得在接地故障电阻处于报警等级时的状态下，陶瓷电容器的充电电压变为与在同直流电源的电压相对应的充电量时发生的充电电压相等的技术。
发明内容
快速电容器的电容不仅仅由于上述直流偏置而改变而且还由于该快速电容器的环境温度或特性变化而改变。需要在不考虑快速电容器的电容变化的情况下检测电源的绝缘状态。还需要通过将由故障引起的这种电容改变与由快速电容器的个体特性差异而引起的电容改变区分开，来检测可能改变快速电容器的电容的该快速电容器的故障。为了增大电容，快速电容器有时由彼此并联连接的多个陶瓷电容器构成。在这种情况下，快速电容器的其中一些陶瓷电容器可能发生诸如开路故障的故障。这种故障可能弓丨起快速电容器的电容改变，并且这种电容改变类似于由快速电容器的个体特性可变性所引起的电容改变。如果该快速电容器的故障是在没有将其与由于快速电容器的个体特性可变性所引起的电容改变混淆的情况下检测出的，则是非常有用的。本发明提供了一种用于检测在利用快速电容器检测一对象的接地故障或绝缘状态的绝缘状态检测单元的该快速电容器的故障的装置，能够检测使电容受到改变的该快速电容器的故障，同时不使该电容改变与甚至在快速电容器正常工作时也可能在该快速电容器中发生的电容改变相混淆。根据本发明第一方面，用于检测绝缘状态检测器中的快速电容器的故障的装置，该绝缘状态检测单元根据利用与直流电源的电压对应的充电量充电的快速电容器的充电电压和通过包括直流电源的绝缘电阻的绝缘电阻测量电路充电的快速电容器的充电电压， 来检测与地电势部分绝缘的直流电源的绝缘状态，该装置包括充电电压测量单元，被构造成测量快速电容器的峰值充电电压；放电电压测量电源，被构造成测量在快速电容器开始放电之后预定时间该快速电容器的放电电压，所述快速电容器以利用充电电压测量单元所测得的峰值充电电压充电；以及诊断单元，被构造成根据快速电容器在从该快速电容器开始放电起的时段内的放电量诊断该快速电容器的故障，所述放电量从利用充电电压测量单元测得的峰值充电电压与利用放电电压测量单元测得的放电电压之间的差获得。
图1是图示了绝缘状态检测单元的电路图，该绝缘状态检测单元具有根据本发明实施例的用于检测快速电容器的故障的装置；图2是图示了布设在图1的绝缘状态检测单元中的采样保持电路的电路图；图3是图示了图1和图2的开关的接通/断开与电容器的充电状态之间的关系的时间图；图4A图示了图1的快速电容器的一个实例；图4B图示了图4A的快速电容器的故障状态的一个实例；图5图示了测量充电和放电电压以检测图4B的故障状态的时刻；图6是列出了可用于检测图4B的故障状态的阈值的实例的表格；并且图7是图示了根据存储在ROM中的程序由布设在图1的检测单元中的微机所进行的故障诊断处理的流程图。
具体实施例方式将参考附图来详细描述本发明的实施例。图1是图示了具有根据本发明实施例的用于检测快速电容器故障的装置的一种绝缘状态检测单元的电路图。绝缘状检测装置10检测在与诸如车身(未示出)的地电势部分绝缘的直流电源B的正接线柱侧上的主电路布线Ip或者该直流电源B的负接线柱侧上的主电路布线In的接地故障或者的绝缘状态。在图1中，“RLp”是正接线柱侧上的接地故障电阻，而“RLn”是负接线柱侧上的接地故障电阻。这些接地故障电阻RLp和RLn是当正接线柱侧上的主电路布线Ip或负接线柱侧上的主电路布线In发生接地故障时可能出现的假想电阻。用于检测主电路布线Ip或In的接地故障或绝缘状态的绝缘状态检测单元10包括具有快速电容器Cl的接地故障检测器11 ；采样并且保持所述快速电容器Cl的充电电压和放电电压的采样保持电路(S/H) 13 ；以及诸如检测保持在所述采样保持电路13中的值并且测量所述快速电容器Cl的充电/放电电压的微控制器的微机15。根据本实施例的快速电容器Cl是陶瓷电容器。除了快速电容器Cl之外，所述接地故障检测器11还包括开关Sl和S2以及开关 S3和S4,该开关Sl和S2将快速电容器Cl选择性连接于直流电源B的正极和负极，该开关 S3和S4将快速电容器Cl选择性地连接于微机15和地电势部分。在快速电容器Cl与开关Sl之间，串联连接有电阻器R1。在快速电容器Cl与开关S2之间，串联连接有电阻器R2。当微机15测量快速电容器Cl的充电电压或放电电压时，必须保证直流电源B的绝缘。为此，电阻器Rl和R2具有同样高的电阻值。图2是图示了采样保持电路13的电路图。采样保持电路13包括具有与微机15 的第一 A/D变换端口 A/D1相连的第一端的开关M ；连接在所述开关M的第一端与所述地电势部分之间的读取电容器(read capacitor) Ca ；以及串联连接在所述开关M的第二端与所述开关S3之间的电阻器Ra。当开关M处于闭合时，读取电容器Ca被充有经过电阻器Ra在开关M的第一端处出现的电势。微机15利用电压比直流电压B的电压更低的电源(未示出)运转，以使直流电源 B与微机15的地电势隔离。接地故障检测器11的开关Sl至S4和采样保持电路13的开关 Sa例如由与直流电源B绝缘并且通过微机15而被接通/断开的光学MOSFET制成。微机15的第一 A/D变换端口 A/D1通过采样保持电路13连接于开关S3。采样保持电路13与开关S3的连接点经由电阻器R4接地。在开关S4与地电势部分之间，连接有电阻器R5。快速电容器Cl的一端侧(图1中的上方电极侧)上的开关Sl和S3串联连接。 在开关Sl和S3的连接点与快速电容器Cl的第一端之间，连接有电流方向的开关电路X。电流方向的开关电路X是一并联电路，该并联电路包括包含二极管DO和电阻器 Rl的串联电路，所述二极管DO的正向是从开关Sl指向快速电容器Cl的第一端；包含二极管Dl的电路，该二极管Dl的正向是从开关S3指向快速电容器Cl的第一端；以及包含二极管D2和电阻器R3的串联电路，该二极管D2的正向是从快速电容器Cl的第一端指向开关 S3。将说明通过所述绝缘状态检测单元10进行检测直流电源B的接地故障或绝缘状态的次序。首先，微机15将开关Sl和S2接通且将开关S3、S4和M断开达预定时间。所述预定时间短于使所述快速电容器完全充电所需要的时间。这引起了流经沿直流电源B的正极、正接线柱侧上的主电路布线lp、开关Si、二极管DO、电阻器R1、快速电容器Cl的第一端(图1中的上方电极)、快速电容器Cl的第二端 (图1中的下方电极)、电阻器R2、开关S2、负接线柱侧上的主电路布线In以及直流电源B 的负极而延伸的路径的充电电流。将这种充电电路称作为第一充电电路。 在该第一充电电路中，快速电容器Cl被充有与直流电源B的电压对应的充电量。 由于该充电，快速电容器Cl的第一端变为正极而其第二端变为负极。之后，微机15断开开关Sl和S2而接通开关S3和S4。这将快速电容器Cl的正极经过二极管D2、电阻器R3和开关S3而连接到采样保持电路13，并且将该快速电容器Cl的负极经过开关S4和电阻器R5而连接于地电势部分。结果，所述快速电容器Cl放电。如图3的时间图所示，微机15在时间Tl时接通开关S3和S4，并且同时，接通采样保持电路13的开关M达短的时间(Tl和T2之间的间隔，例如，200到300 μ s)。结果，快速电容器Cl的充电电压被电阻器R3和R4所分压，并且由于电阻器R3两端的电压的驱动力而对读取电容器Ca充电。当快速电容器Cl开始放电时，该快速电容器Cl具有与直流电源B的电压对应的充电量。因此，当在该快速电容器Cl开始放电之后即刻，用所述快速电容器Cl的放电电压对所述读取电容器Ca充电时，该读取电容器Ca的充电量等于与直流电源B的电压乘以电阻器R4和R5的分压比相对应的充电量。微机15在时间T2时断开采样保持电路13的开关Sa，并且所述读取电容器Ca的分压电荷电势从采样保持电路13传递到微机15的第一 A/D变换端口 A/D1，并且被测量。 根据所测得的值、电阻器R3和R4的分压比以及电阻器R4和R5的分压比，微机15计算与直流电源B的电压对应的快速电容器Cl的充电电压Vcl。在断开采样保持电路13的开关M之后，并且当在测量快速电容器Cl的充电电压 Vcl的时候，开关S3和S4处于接通状态，因此，快速电容器Cl连续地放电。当在时间T3时完成了快速电容器Cl的充电电压Vcl的测量时，微机15接通采样保持电路13的开关Μ。这导致了快速电容器Cl和读取电容器Ca的放电。当这些电容器 Cl和Ca在时间Τ4时完全放电时，微机15断开开关S3、S4和Μ。在使快速电容器Cl和读取电容器Ca完全放电之后，微机15接通开关Sl和S4并且断开开关S2和S3达上述预定时间。这引起了流经沿直流电源B的正极、正接线柱侧上的主电路布线lp、开关Si、二极管DO、电阻器R1、快速电容器Cl的第一端、快速电容器Cl的第二端、开关S4、电阻器R5、地电势部分、负接线柱侧上的接地故障电阻RLru负接线柱侧上的主电路布线In以及直流电源B的负极而延伸的路径的充电电流。将该充电电路称作为第二充电电路。在该第二充电电路中，快速电容器Cl被充有与负接线柱侧上的接地故障电阻RLn 对应的充电量。由于此，快速电容器Cl的第一端变为正极而其第二端变为负极。之后，微机15在图3的时间Tl时断开开关Sl和S2而接通开关S3和S4。同时， 微机15接通采样保持电路13的开关M达短的时间，例如，图3中的Tl和T2之间的200 到300 μ s的间隔。直到微机15再次接通采样保持电路13的开关M为止，S卩，在图3的时间Τ2和Τ3 之间的间隔期间，与测量和直流电源B的电压对应的快速电容器Cl的充电电压Vcl类似， 微机15测量与负接线柱侧上的接地故障电阻RLn对应的快速电容器Cl的充电电压Vcl-。之后，微机15使快速电容器Cl和读取电容器Ca完全放电，接通开关S2和S3，并且断开开关Sl和S4达上述预定时间。这引起了流经沿直流电源B的正极、正接线柱侧上的主电路布线lp、正接线柱侧上的接地故障电阻RLp、地电势部分、电阻器R4、开关S3、二极管D1、快速电容器Cl的第一端、快速电容器Cl的第二端、电阻器R2、开关S2、负接线柱侧上的主电路布线In以及直流电源B的负极而延伸的路径的充电电流。将该充电电路称作为第三充电电路。在该第三充电电路中，快速电容器Cl被充有与正接线柱侧上的接地故障电阻RLp 对应的充电量。这使得快速电容器Cl的第一端为正而其第二端为负。之后，微机15在图3的时间Tl时断开开关Sl和S2而接通开关S3和S4。同时， 微机15接通采样保持电路13的开关M达短的时间，例如，图3中的Tl和T2之间的200 到300 μ s的间隔。直到微机15再次接通采样保持电路13的开关&为止，即，在图3的T2和T3之间的间隔期间，与测量和直流电源B的电压对应的快速电容器Cl的充电电压Vcl类似以及与测量和负接线柱侧上的接地故障电阻RLn对应的快速电容器Cl的充电电压Vcl-类似，微机15测量与正接线柱侧上的接地故障电阻RLp对应的快速电容器Cl的充电电压Vcl+。 之后，快速电容器Cl和读取电容器Ca被完全放电。可以使与直流电源B的电压对应的快速电容器Cl的充电电压Vcl、与负接线柱侧上的接地故障电阻RLn对应的快速电容器Cl的充电电压Vcl-、与正接线柱侧上的接地故障电阻RLp对应的快速电容器Cl的充电电压Vcl+与正接线柱侧上的接地故障电阻RLp和负接线柱侧上的接地故障电阻RLn的并联组合电阻值R相关联。即，组合电阻R可以表达为 [{(Vcl+)+ (Vcl-)}/Vcl]的函数。根据这种关系，微机15计算正负接线柱侧上的接地故障电阻RLp和RLn的并联组合电阻值，以检测直流电源B的接地故障或绝缘状态。用作为根据本实施例的接地故障检测器11中的快速电容器Cl的陶瓷电容器随着直流偏置而大幅改变其电容。该快速电容器Cl的电容还根据环境温度和用作为该快速电容器Cl的陶瓷电容器的个体特性差异而变化。为了消除在该快速电容器Cl的电容中的这种变化的影响，可以改变由微机15所进行的测量充电电压Vcl、Vcl-和Vcl+的顺序。将对这进行说明。如果快速电容器Cl的电容减小为比正常状态中的小，则通过对该快速电容器Cl 充电特定时段而达到的充电量增大为比正常状态中的大。结果，从开始放电起的特定间隔内，该快速电容器Cl的放电量变大。如果快速电容器Cl的电容增大为比正常状态中的大，则通过对该快速电容器Cl 充电特定时段而达到的充电量减小为比正常状态中的小。结果，从开始放电起的特定间隔内，该快速电容器Cl的放电量变小。当在开始放电之后经过了特定时间时，快速电容器Cl的放电接近饱和，因此，在饱和后，该快速电容器Cl的放电量接近均衡，而与该快速电容器Cl的电容大于还是小于正常状态的电容无关。这意味着尽管快速电容器Cl的充电量随着该快速电容器Cl的电容特性的变化而大幅变化，但是在放电开始后的特定时间，快速电容器Cl的放电电压的变化变小。更精确地，在对快速电容器Cl充电达预定时间tl之后开始放电时的放电电压VDl以及从快速电容器Cl开始放电起时段t2之后的放电电压VD2满足下面的关系式Vm =V0 l-exp|-I
权利要求
1.一种用于检测绝缘状态检测单元的快速电容器的故障的装置，该绝缘状态检测单元根据(i)被充电有与直流电源的电压对应的充电量充电的快速电容器的充电电压和(ii) 通过包括直流电源的绝缘电阻的绝缘电阻测量电路充电的快速电容器的充电电压来检测与地电势部分绝缘的直流电源的绝缘状态，所述装置包括充电电压测量单元，该充电电压测量单元被构造成测量所述快速电容器的峰值充电电压；放电电压测量电源，该放电电压测量单元被构造成测量在所述快速电容器开始放电之后预定时间所述快速电容器的放电电压，所述快速电容器以利用所述充电电压测量单元所测得的峰值充电电压充电；以及诊断单元，该诊断单元被构造成根据在从所述快速电容器开始放电起的时段内所述快速电容器的放电量来诊断该快速电容器的故障，所述放电量从利用所述充电电压测量单元测得的峰值充电电压与利用所述放电电压测量单元测得的放电电压之间的差获得。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，根据利用所述放电电压测量单元测得的放电电压来获得被充电有与直流电源的电压对应的充电量的所述快速电容器的充电电压。
全文摘要
一种用于检测在绝缘状态检测单元的快速电容器的故障的装置，在该快速电容器开始放电时，根据读取电容器的充电电压测量快速电容器的放电电压(步骤S1)。在从放电开始起一时段之后，该装置根据读取电容器的充电电压来测量快速电容器的放电电压(步骤S3)。根据测得的放电电压之间的差，所述装置获得快速电容器的放电量(步骤S5)，将该放电量与基准阈值比较，并且诊断构成所述快速电容器的四个电容器的开路故障(步骤S7)。
文档编号G01R35/00GK102539961SQ20111042787
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月19日 优先权日2010年12月20日
发明者河村佳浩 申请人:矢崎总业株式会社