[发明专利]绝缘阻抗估计装置及估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种绝缘阻抗估计装置及估计方法，尤其涉及一种采用完整的等效电路模型，并使用适应性估计方法进行估计的绝缘阻抗估计装置及估计方法，可排除杂散电容效应与仅能在系统运作时估计大电路负端与机壳的绝缘阻抗的缺点，提高绝缘阻抗估计的精确度与信赖度。

背景技术

请参阅图1所示一种已知高压电力系统的架构，该高压电力系统10包含一变频器11、一充电器12与一电池组13，变频器11、充电器12与电池组13设置于一壳体14内，变频器11则电性连接一马达15，变频器11、充电器12以及电池组13的正极端以一正极端电力线L1并联，变频器11、充电器12以及电池组13的负极端以一负极端电力线L2并联，变频器11、充电器12与电池组13具有相同的电压，而壳体14接地G，因此壳体14具有一地电位。变频器11、充电器12与电池组13其中任一绝缘阻抗降低或失效，都可由测量正极端电力线L1及负极端电力线L2与壳体14间的阻抗值而得知。而变频器11、充电器12与电池组13必须与壳体14保持适度的绝缘阻抗值，以防止人员接触壳体14时造成触电风险。但是绝缘阻抗与初始电气设计、材料老化、天候、以及振动碰撞有关，因此必须随时对该阻抗其进行监测，以确保人员与高压电力系统10的安全。

该高压电力系统10的绝缘阻抗，可以连接正极端电力线L1及负极端电力线L2与壳体14间的正极端虚拟串联电阻Rp、负极端虚拟串联电阻Rn来表示，正极端虚拟串联电阻Rp、负极端虚拟串联电阻Rn分别并联一正极端杂散电容Cp以及一负极端杂散电容Cn，该正极端杂散电容Cp、负极端杂散电容Cn对于动态信号如方波会产生相当大的影响。但是目前绝缘阻抗的估计技术，均是输入低电压或电流于高压电力回路中，通过所连接RC电路所造成的波形变化来计算绝缘阻抗值，却未考虑壳体14间所存在的杂散电容与负载的高频谐波影响，因此对于高压电极两端的绝缘阻抗值无法进行准确估算，产生相当大的误差结果，不仅高压电力系统10容易受损，同时对人员安全造成严重影响。

就已知专利而言，例如美国专利US7560935“GROUND–FAULT RESISTANCE MEASUREMENT CURCUIT AND GROUND-FAULT DETECTION CIRCUIT”，其公开的检测高压电力系统绝缘阻抗的技术手段，主要利用电容与两组切换器对负极进行储放电，并利用RC曲线进行暂态估计；又例如美国公开专利US20110049977“SAFETY AND PERFORMANCE OPTIMIZED CONTROLS FOR LARGE SCALE ELECTRIC VEHICLE BATTERY SYSTEMS”，其公开检测高压电力系统绝缘阻抗的技术手段，主要利用电容与电阻电路分别与正负极连接，并利用RC曲线进行暂态估计。据此可知，已知前案都是依赖RC曲线的波形变化进行绝缘阻抗值估算，忽略了寄生或杂散电容对于动态方波信号会产生相当大的影响，导致绝缘阻抗估计出现相当大的误差。

发明内容

有鉴于已知技术的缺失，本发明提出一种绝缘阻抗估计装置及估计方法，采用完整的等效电路模型，并使用适应性估计方法进行估计，可排除杂散电容效应与仅能在系统运作时估计大电路负端与机壳的绝缘阻抗的缺点，因此可提高绝缘阻抗测量的精确度与信赖度。

为达到上述目的，本发明提出一种绝缘阻抗估计装置，用以估计一高压电力系统的绝缘阻抗，该高压电力系统包括一电池组与一壳体，该电池组具有一正极端及一负极端，该壳体接地，该正极端与接地间具有一正极端虚拟串联电阻，且该正极端虚拟串联电阻并联一正极端杂散电容。该负极端与接地间具有一负极端虚拟串联电阻，且该负极端虚拟串联电阻并联一负极端杂散电容，该绝缘阻抗估计装置包含：

一降压电力转换器，用以产生一噪声电压，该降压电力转换器通过一第一信号线连接该高压电力系统的负极端，在该降压电力转换器与该负极端之间串联一电阻，该降压电力转换器通过一第二信号线连接至该高压电力系统的接地；

一电压测量模块，与该降压电力转换器的第一信号线与第二信号线电性连接，由该电压测量模块测量该噪声电压以及该高压电力系统的负极端与接地间的电压；

一控制区域网络收发器，用以收发与处理讯息，使该绝缘阻抗估计装置与至少一外部管理系统相互传输讯息；以及

一数字信号处理器，用以进行电压计算以及一参数集合估计，该数字信号处理器包括：

一有限带宽白噪声产生器，用以产生一工作周率信号，并将该工作周率信号传送至该降压电力转换器，以驱动该降压电力转换器产生该噪声电压；