电池系统中的绝缘电阻测量的制作方法

本发明涉及一种用于对电池的第一寄生绝缘电阻riso,pos与第二寄生绝缘电阻riso,neg进行绝缘电阻测量的电的线路布置。此外，本发明涉及一种用于借助于电的线路布置对电池的第一寄生绝缘电阻riso,pos与第二寄生绝缘电阻riso,neg进行绝缘电阻测量的方法。

背景技术：

1、在传统的用于对高压电池的绝缘电阻进行测量的系统中，用所限定的电阻有针对性地影响绝缘电阻，以便产生泄漏电流并且测量电压降。在此使用不同的测量方法，这些测量方法分别具有缺点。

2、一种得到推广的方案是，借助于参考电压源来提升测量信号，以便提供用于模数转换器的统一的测量基础。由此转换器的可用的测量范围减半，这降低了测量精度。此外，实际上的参考电压由于构件公差和老化而偏离额定电压并且受到噪声的影响，这使测量精度进一步变差。对参考电压的再次测量是必需的，这提高了电的线路布置的成本。

3、一种如在模拟设备和nxp半导体的参考设计中所使用的一样的、作为替代方案的方案完全在高压侧测量电压。在此，高压电池的负端子用作模数转换器的参考电位，由此取消额外的参考电压源。但是，在测量之前要建立与低压地线lvgnd的暂时的连接，所述低压地线随后又必须被分开。这种连接通过机械的开关元件来进行，所述机械的开关元件仅仅允许受限制的数量的开关过程并且随着时间的推移而失去可靠性。

4、de 10 2007 046 483 a1涉及一种用于对导电的部件的、相对于电力网的第一极和第二极的电绝缘进行监控的线路装置。所述线路装置具有以下特征，即：在一方面导电的部件与另一方面两个极之间分别布置了具有至少两个电阻的分压器，为两个分压器分别分配了用于测量在电阻中的至少一个电阻上出现的分电压，并且为两个分压器分别分配了用于可选地跨接电阻中的至少一个电阻的开关机构。

5、de 10 2010 051 588 a1涉及一种用于通过以下方式对车辆的高压系统的电绝缘进行检查的方法，即：在车辆中产生检查电压；将检查电压加载到高压系统的组件上；借助于检查电压在高压系统的组件的绝缘中测量部分放电；并且根据测量结果对绝缘的质量进行评估。

技术实现思路

1、按照本发明，提出一种用于借助于电池对第一寄生绝缘电阻riso,pos与第二寄生绝缘电阻riso,neg进行绝缘电阻测量的电的线路布置。

2、所述电的线路布置包括：

3、-低压地线lvgnd；

4、-电池电压ubatt；

5、-分压器，该分压器具有第一电阻r1和第二电阻r2及分压器电压uiso,pos，它们布置为使得能够实施对于电池的正端子hv+与低压地线lvgnd之间的电压降的测量，在此第一电阻r1和第二电阻r2是已知的并且能够暂时接入在电池的正端子hv+与低压地线lvgnd之间；

6、-已知的电阻r3；其能够暂时地接入在电池的负端子hv-与低压地线lvgnd之间；以及

7、-第一开关s1和第二开关s2，它们能够被操控用于中断绝缘。

8、第一寄生绝缘电阻riso,pos布置在正端子hv+与低压地线lvgnd之间并且第二寄生绝缘电阻riso,neg布置在负端子hv-与低压地线lvgnd之间。

9、通过按本发明的解决方案，有利地实现一种得到改进的电的线路布置，其用于单独地测量正端子hv+与低压地线lvgnd之间以及负端子hv-与低压地线lvgnd之间的寄生绝缘电阻。

10、在按照本发明提出的电的线路布置的一种优选的构造方案中，电池是高压电池并且电池电压ubatt是高压电池电压。

11、在按照本发明提出的电的线路布置的另一种设计方案中，第一开关s1和第二开关s2能够由电池控制设备来操控。

12、在按照本发明提出的电的线路布置的另一种设计方案中，第一开关s1被构造用于中断正端子hv+与低压地线lvgnd之间的绝缘并且第二开关s2被构造用于中断负端子hv-与低压地线lvgnd之间的绝缘。

13、在按照本发明提出的电的线路布置的另一种优选的设计方案中，能够如此设计第一电阻r1、第二电阻r2和已知的电阻r3，从而根据最大可预料的分压器电压uiso,pos来充分利用测量范围。

14、此外，按照本发明，提出一种用于对电的线路布置的电池的第一寄生绝缘电阻riso,pos与第二寄生绝缘电阻riso,neg进行绝缘电阻测量的方法。

15、所述方法至少包括以下步骤：

16、a）在第一开关s1闭合并且第二开关s2断开的情况下在第一时刻t1测量分压器电压uiso,pos和电池电压ubatt；

17、b）查明电压ua(t1)，其中基于在第一时刻t1的分压器电压uiso,pos来查明所述电压ua(t1)；

18、c）将第二开关s2闭合；

19、d）在第一开关s1闭合并且第二开关s2闭合的情况下在第一时刻t2测量分压器电压uiso,pos和电池电压ubatt；

20、e）查明电压ub(t2)，其中基于在第二时刻t2的分压器电压uiso,pos和电池电压ubatt来查明所述电压ub(t2)；

21、f）计算第一寄生绝缘电阻riso,pos和/或第二寄生绝缘电阻riso,neg。

22、通过按本发明的方法来保证一种得到改进的电的线路布置，其用于对正端子hv+与低压地线lvgnd之间以及负端子hv-与低压地线lvgnd之间的寄生绝缘电阻（riso,pos、riso,neg）进行单独测量。

23、对于绝缘电阻riso,pos、riso,neg的测量比如能够实施并且测评如下：首先在第一开关s1闭合并且第二开关s2断开的情况下在第一时刻t1测量分压器电压uiso,pos和电池电压ubatt。在这种情况中，有利的是，在第一时刻t1在第一电流节点和第三电流节点中运用基尔霍夫电流准则。第一电流节点在此被构造在电的线路布置的正端子上，而第二电流节点则被构造在电的线路布置的负端子上。一旦第一开关s1闭合并且第二开关s2断开，则三股电流流经第一电流节点，其中电流的总和等于0，参见公式（1）。一股电流从第一电流节点穿过电池经由第二寄生绝缘电阻riso,neg流往低压地线lvgnd。第二电流通过电阻riso,neg来流动并且通过在第一时刻t1在第二电流节点处的电压ub(t1)与低压地线lvgnd之间的电位差来驱动。在此，电压ub(t1)相应于在第一时刻t1在第一电流节点处的电压ua(t1)与在第一时刻t1的电池电压ubatt(t1)之间的差。另一电流从第一电流节点经由第一寄生绝缘电阻riso,pos流向低压地线lvgnd。同样另一电流从第一电流节点经由第一电阻r1和第二电阻r2流向低压地线lvgnd。

24、

25、此外，两股电流通过第三电流节点来流动，并且它们的总和按照基尔霍夫电流准则同样是零，所述电流准则在公式（2）中示出。第三电流节点因此在分压器的内部在第一开关s1与第二电阻r2之间实现。一股电流从第一电流节点流向第三电流节点并且更确切地经由第一电阻r1来流动。另一电流从第三电流节点流向低压地线lvgnd并且更确切地说经由第二电阻r2来流动。

26、

27、在公式（1）中所说明的、用于用来确定寄生绝缘电阻riso,pos、riso,neg的方程组的计算方式代表着用于能够基于在第一时刻t1的分压器电压uiso,pos来查明电压ua(t1)的第一贡献项。但是，在此要考虑到，在第一时刻t1在第一电流节点处的电压ua(t1)是未知的。但是，公式（2）提供了基于在第一时刻t1在第三电流节点处的、与在第一时刻t1的分压器电压uiso,pos相对应的电压uc(t1)来计算所提到的电压的可行方案，如在公式（2’）中所示。

28、

29、作为下一个步骤，如此将第二开关s2闭合，从而在第一开关s1闭合并且第二开关s2闭合的情况下在第一时刻t2测量分压器电压uiso,pos和电池电压ubatt(t1)。在此，在第二时刻t2将基尔霍夫电流准则运用到第二电流节点上。如果不仅第一开关s1而且第二开关s2都闭合，则在第二电流节点处汇聚四股电流，它们的总和是0，从公式（3）中可得知。在通过电压ua(t2)=电压ub(t2)+电池电压ubatt(t2)与低压地线lvgnd之间的电位差驱动的情况下，一股电流从第二节点穿过电池经由第一寄生绝缘电阻riso,pos流向低压地线lvgnd。另一股电流从第二电流节点经由第二寄生绝缘电阻riso,neg流向低压地线lvgnd。另外，在通过由电压ua(t2)=电压ub(t2)+电池电压ubatt(t2)与低压地线lvgnd代表的电位差驱动的情况下，一股电流从第二电流节点穿过电池经由第一电阻r1和第二电阻r2的组合流向低压地线lvgnd。此外，另一股电流从第二电流节点经由已知的电阻r3流往低压地线lvgnd。

30、

31、此外，在这里也适用基尔霍夫电压准则，根据公式（4）。

32、

33、以公式（3）为出发点，提供用于用来计算寄生绝缘电阻riso,pos、riso,neg的方程组的第二贡献项，所述第二贡献项允许基于在第二时刻t2的分压器电压uiso,pos和电池电压ubatt(t2)来查明电压ub(t2)，其中对方程组来说电压ub(t2)未知。不过，公式（4）与同样在第二时刻t2具有有效性的公式（2’）的组合允许基于分压器电压uiso,pos(t2)来计算电压ub(t2)，如在公式（4’）中所规定的那样。

34、

35、寄生绝缘电阻riso,pos和riso,neg的查明通过从公式（1）和（3）中产生的方程组的解来进行。为了简化数学上的过程，如下提出几个缩写的示例性的引入。

36、

37、

38、

39、此外，数学模型的简化通过绝缘电阻朝相应的电导giso,pos和giso,neg的转换来进行，由此公式（1）和（3）以以下形式而成立：

40、

41、根据当前的公式（1’）和（3’），从中产生公式（1’）对giso,pos和公式（3’）对giso,neg的可解性。这一点在公式（5）和（6）中看得出来。

42、

43、如果将（6）代入到（1’）中并且对电导giso,pos求解并且将（5）代入到（3’）中并且对电导giso,neg求解，则产生公式（7）和（8）：

44、

45、在将电导giso,pos、giso,neg转换为相应的电阻时，产生用于计算寄生绝缘电阻riso,pos和riso,neg的公式（9）和（10）。

46、

47、在使用前面所引入的缩写的情况下并且在使用公式（2’）和（4’）的情况下，能够通过已知的第一电阻r1和第二电阻r2以及已知的电阻r3并且通过可测量的电池电压ubatt(t1)和ubatt(t2)以及分压器电压uiso,pos(t1)和uiso,pos(t2)在比如软件中计算第一寄生绝缘电阻riso,pos和/或第二寄生绝缘电阻riso,neg。

48、在按照本发明提出的方法的有利的改进方案中，在步骤a.中在第一开关s1闭合并且第二开关s2闭合的情况下在第一时刻t1进行分压器电压uiso,pos和电池电压ubatt的测量，并且在步骤d.中在第一开关s1闭合并且第二开关s2断开的情况下在第二时刻t2进行分压器电压uiso,pos和电池电压ubatt的测量。

49、在按照本发明提出的方法的一种有利的改进方案中，在步骤a.之前对用于绝缘电阻测量的接通条件进行检查。

50、在按照本发明提出的方法的另一种改进方案中，在步骤a.之前实施对于分压器电压uiso,pos的第一梯度的检测。

51、在按照本发明提出的方法的另一种有利的改进方案中，在将第二开关s2闭合之后实施对于分压器电压uiso,pos的第二梯度的检测。

52、在按照本发明提出的方法的另一种有利的改进方案中，在计算第一寄生绝缘电阻riso,pos和/或第二寄生绝缘电阻riso,neg之后进行故障反应的触发。

53、在按照本发明提出的方法的优选的改进方案中，所述方法具有周期性的重复。

54、本发明的优点

55、按本发明的解决方案能够实现一种得到改进的电的线路布置，其用于对正端子hv+与低压地线lvgnd之间和负端子hv-与低压地线lvgnd之间的寄生绝缘电阻（riso,pos、riso,neg）进行单独测量。在此，放弃对于如在传统的系统中所使用的一样的参考电压源是一个决定性的优点。

56、对于参考电压源的放弃具有的优点是，避免构件公差的负面影响以及构件的老化。此外，叠加的噪声被排除在外。

57、此外，能够利用余下的模数转换器的完全的测量范围（分压器电压uiso,pos），这实现测量方法的得到改进的分辨率。

58、按照本发明提出的解决方案的另一个重要优点在于简化的计算公式，这些计算公式保证了对于绝缘电阻（riso,pos、riso,neg）的更快的并且更爱护资源的确定。这引起电池控制设备中的计算负荷的降低，这又可以以更小的时间上的和能量上的开销来处理测量值。这引起计算容量的更加有效的利用以及相关的系统、比如电池控制设备的总反应时间的改进。

59、此外，所提出的电的线路布置的突出之处在于相对于现有技术更小的成本开销。这应该有利地归因于用于参考电压源、两个模数转换器、用于参考电压以及用于负端子hv-与低压地线lvgnd之间的分压器的构件的节省并且最后归因于负端子hv-与低压地线lvgnd之间的分压器中的、具有较小的公差的精密电阻的节省。

60、所提出的算法（尤其是梯度检测）能够实现对于特别危急的、小的寄生绝缘电阻的快速的识别并且由此实现在绝缘故障的情况下对于电池管理系统的更快的反应。