可检测开关不正常导通的电池断路器及其检测方法与流程

本发明关于一种可检测开关不正常导通的电池断路器及其检测方法，特别是一种适用于电动车，以判断电动车的电池断路器开关是否熔接而不正常导通的电池断路器及其检测方法。

背景技术：

现有的交通工具通常藉由燃烧汽油作为动力来源，随着环保观念的推动，为了降低燃烧汽油以及采集石油对环境造成的伤害，目前有许多研究和资源投入于发展电动车。虽然电动車以电力作为动力来源可降低对环境的伤害，但其电力系统的电池容量、充放电效率和系统的稳定性皆关联于电动车质量的好坏。

电动车供电系统中，通常在电源供给至电动车电力的电流路径上设置电池断路器，藉由电池断路器的导通与否决定电动车的电门开启(key on)或电门关闭(key off)。然而，当使用者已经控制电池断路器截止，但电池断路器却因为开关熔接或其他原因，而不正常导通时，电源会持续地供电给电动车，进而造成电源的消耗。现有的电池断路器并未具有检测开关是否不正常导通的机制，而检测开关是否导通的方法通常是在开关的两端设置电压计，藉由测量开关两端的电压来判断开关是否导通。然而，若电池断路器采用此种方法不仅增加检测的次数，且需要在每一个开关的两端增设电压计，进而增加检测成本。

技术实现要素：

本发明在于提供一种可检测开关不正常导通的电池断路器及其检测方法，藉以解决现有电池断路器无法检测电池断路器的开关是否不正常导通的问题，进而降低电动车的电源不正常消耗的情形。

本发明所公开的可检测开关不正常导通的电池断路器，具有第一开关、第二开关及处理器。第一开关设置于电源的第一端及负载之间的第一电流路径，且依据致能信号选择性地导通。第二开关设置于电源的第二端及负载之间的第二电流路径，且依据致能信号选择性地导通。处理器电性连接第一电流路径和第二电流路径其中之一，当致能信号指示第一开关及第二开关切换至截止时，处理器依据第一电流路径和第二电流路径其中之一的电压值与预设电压值，判断第一开关和第二开关其中之一是否不正常导通，并当判断第一开关和第二开关其中之一不正常导通时，处理器比较第一电流路径和第二电流路径其中之一的电压值与预设电压值的大小，判断第一开关不正常导通或第二开关不正常导通。

本发明所公开的检测电池断路器的开关不正常导通的方法，适用于电池断路器。电池断路器具有第一开关及第二开关，第一开关设置于电源的第一端与负载之间的第一电流路径。第二开关设置于电源的第二端与负载之间的第二电流路径。电池断路器检测开关不正常导通的方法具有依据致能信号选择性地导通第一开关及第二开关。当致能信号指示第一开关及第二开关切换至截止时，依据第一电流路径和第二电流路径其中之一的电压值与预设电压值，判断第一开关和第二开关其中之一是否不正常导通。当判断第一开关和第二开关其中之一不正常导通时，比较第一电流路径和第二电流路径其中之一的电压值与预设电压值的大小，判断第一开关不正常导通或第二开关不正常导通。

根据上述本发明所公开的可检测开关不正常导通的电池断路器及其检测方法，藉由处理器检测第一电流路径和第二电流路径上的电压大小，可据以判断第一开关或第二开关其中之一是否不正常导通，亦可判断出是第一开关不正常导通或第二开关不正常导通，藉以使电池断路器可以检测电池断路器的开关是否不正常导通，进而降低电动车的电源不正常消耗的情形。

以上关于本公开内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。

附图说明

图1为根据本发明一实施例所绘示的电池断路器的电路示意图。

图2为根据本发明另一实施例所绘示的电池断路器的电路示意图。

图3为根据本发明再一实施例所绘示的预设电压波形和实际电压波形的示意图。

图4为根据本发明一实施例所绘示的测量绝缘阻抗的方法的步骤流程图。

图5为根据本发明另一实施例所绘示的测量绝缘阻抗的方法的步骤流程图。

其中附图标记为：

10、40 电池断路器

11、41 第一开关

13、43 第二开关

15、45 处理器

47 第三开关

49 第四开关

20、50 电源

21、51 第一端

23、53 第二端

30、60 负载

Z1、Z3 第一绝缘阻抗

Z2、Z4 第二绝缘阻抗

Ra、Re 第一内部阻抗

Rb、Rf 第二内部阻抗

Rc、Rd 电阻

P1、P3 第一电流路径

P2、P4 第二电流路径

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、申请专利范围及图式，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例为进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参照图1，图1为根据本发明一实施例所绘示的电池断路器的电路示意图。如图1所示，电池断路器10具有第一开关11、第二开关13及处理器15。第一开关11设置于电源20的第一端21及负载30之间的第一电流路径P1，且依据致能信号选择性地导通。第二开关13设置于电源20的第二端23及负载30之间的第二电流路径P2，且依据致能信号选择性地导通。处理器15电性连接第一电流路径P1和第二电流路径P2其中之一，当致能信号指示第一开关11及第二开关13切换至截止时，处理器15依据第一电流路径P1和第二电流路径P2其中之一的电压值与预设电压值，判断第一开关11和第二开关13其中之一是否不正常导通，并当判断第一开关11和第二开关13其中之一不正常导通时，处理器15比较第一电流路径P1和第二电流路径P2其中之一的电压值与预设电压值的大小，判断第一开关11不正常导通或第二开关13不正常导通。

电源20的第一端21及第二端23例如为电池的正极端及负极端。第一开关11用以导通电源20的正极端至负载30之间的电流路径，第二开关13用以导通电源20的负极端至负载30之间的电流路径。当第一开关11和第二开关13受热或其他因素而熔接时，可能会导至电源20正极端或负极端持续地供电至负载30，因此，藉由检测第一电流路径P1和第二电流路径P2其中之一的电压值，可以判断第一开关11或第二开关13发生不正常导通的情形。

再者，由于目前电动车的电力系统大多是搭接于车体，作为电力系统的低电压准位。而电力系统和车体之间的绝缘阻抗，通常被用作为电力系统漏电防护的依据，亦即电动车的绝缘阻抗需要被控制于一个限制值以上，以确保电动车电力系统的防护效果。然而，由于电动车在行驶过程中，例如行驶过水洼、碰撞或路面不平而摩擦到车体等状况，都有可能会造成电动车绝缘阻抗的改变，因此，于另一个实施例中，电池断路器10除了可以检测第一开关11或第二开关13是否不正常导通外，电池断路器10亦可以用以测量绝缘阻抗的大小。

请参照图2，图2为根据本发明另一实施例所绘示的电池断路器的电路示意图。如图2所示，电池断路器40电性连接于电源50和负载60之间。电池断路器40具有第一开关41、第二开关43、第三开关47及第四开关49及处理器45。电源50具有第一端51及第二端53，例如正极端及负极端。负载60为电动车内部的用电组件，例如直流对直流转换器、电子控制器、二次侧模块、马达、仪表、车灯或其他用电组件，本实施例不予限制。电源50的第一端51和第二端53电性连接至一个低电压准位，例如车体或其他合适的地方。电源50的第一端51与低电压准位之间具有第一绝缘阻抗Z3，电源50的第二端53与低电压准位之间具有第二绝缘阻抗Z4，为了方便说明，图2中的低电压准位以接地端显示，但并不以此为限。

第一开关41设置于电源50的第一端51及负载60之间的第一电流路径P3。第二开关43设于电源50的第二端53及负载60之间的第二电流路径P4。第三开关47具有第一等效电阻值，且并联于第一绝缘阻抗Z3。第四开关49具有第二等效电阻值，且并联于第二绝缘阻抗Z4。为了方便说明，图2中以电阻Rc表示第三开关47的等效电阻，以电阻Rd表示第四开关49的等效电阻。于其他实施例中，电池断路器40亦可以具有第一电阻及第二电阻，第一电阻串联于第三开关47，第二电阻串联于该第四开关49。换言之，图2中的电阻Rc亦可以表示第一电阻，电阻Rd亦可以表示第二电阻，本实施例不予限制。

处理器45电性连接第一电流路径P3和第二电流路径P4其中之一，用以控制第三开关47及第四开关49，并当第三开关47及第四开关49选择性地导通时，处理器45依据第一电流路径P3和第二电流路径P4其中之一的电压值，判断第一绝缘阻抗Z3和第二绝缘阻抗Z4的大小。于图2中，处理器45电性连接至第一电流路径P3和第二电流路径P4，在实际的应用中，可依据实际的需求，只将处理器45电性连接第一电流路径P3和第二电流路径P4其中之一，本实施例不予限制。

于图2中，电池断路器40更具有第一内部阻抗Re及第二内部阻抗Rf。第一内部阻抗Re位于第一开关41与负载60之间，且电性连接于第一电流路径P3及参考电位端之间。第二内部阻抗Rf位于第二开关43与负载60之间，且电性连接第二电流路径P4及参考电位端之间。也就是说，第一内部阻抗Re为电池断路器40的第一电流路径P3与低电压准位之间的等效阻抗，第二内部阻抗Rf电池断路器40的第二电流路径P4与低电压准位之间的等效阻抗。于本实施例的图标中显示第一内部阻抗Re及第二内部阻抗Rf为方便说明之用，并非用以限制本实施例，亦即于其他实施例中可以取消第一内部阻抗Re及第二内部阻抗Rf的设置。第一内部阻抗Re及第二内部阻抗Rf例如电动车中的其他杂散电阻或其他合适的电阻，本实施例不予限制。

于本实施例的图式中，第一开关41、第二开关43、第三开关47及第四开关49以简单的开关符号显示，然而在实际的例子中，第一开关41、第二开关43、第三开关47及第四开关49可以为晶体管、继电器或其他合适的开关电路或组件，本实施例不予限制。此外，第一开关41及第二开关43受控于致能信号而选择性地导通，致能信号例如为电动车启动时，电动车的电门开启(key on)和电门关闭(key off)的信号。当第一开关41及第二开关43导通时，电源50经流电池断路器40而供电给负载60。

当电池断路器40要测量第一绝缘阻抗Z3和第二绝缘阻抗Z4时，首先根据图2所示，于第一开关41及第二开关43截止时，处理器45控制第三开关47及第四开关49选择性地导通，以测量第一电流路径P3或第二电流路径P4的电压值。兹以测量第一电流路径P3为例来说，当第三开关47导通，第四开关49截止时，处理器45测量第一电流路径P3，以取得第一电流路径P3的第一检测电压值。当第三开关47截止，第四开关49导通时，处理器45测量第二电流路径P4，以取得第二电流路径P4的第二检测电压值。之后，处理器45依据第一检测电压值、第二检测电压值、电阻Rc和电阻Rd的电阻值，判断第一绝缘阻抗Z3及第二绝缘阻抗Z4的大小。

也就是说，不论电阻Rc的电阻值是第三开关47的等效阻抗值或第一电阻的电阻值，电阻Rc的电阻值可以被预先取得并储存于处理器45中，同理地电阻Rd的电阻值亦被预先取得并储存于处理器45中。处理器45取得第一电流路径P3的第一检测电压值和第二检测电压值中，第一检测电压值是电源50、第一绝缘阻抗Z3、电阻Rc及第二绝缘阻抗Z4形成的回路中，第一绝缘阻抗Z3并联电阻Rc的分压。第二检测电压值是电源50、第一绝缘阻抗Z3、电阻Rd及第二绝缘阻抗Z4形成的回路中，第一绝缘阻抗Z3的分压。处理器45可以藉由第一检测电压值、第二检测电压值和已知的电阻Rc和电阻Rd的电阻值，计算出第一绝缘阻抗Z3及第二绝缘阻抗Z4的大小。

同理地，当第一开关41及第二开关43导通时，处理器45亦可以控制第三开关47及第四开关49选择性地导通，以依据第一电流路径P3或第二电流路径P4的电压值，判断第一绝缘阻抗Z3和第二绝缘阻抗Z4的大小。当第一开关41及第二开关43导通时，于电源50、第一绝缘阻抗Z3、电阻Rc、第一内部阻抗Re、第二绝缘阻抗Z4及第二内部阻抗Rf形成的回路中，第一检测电压值是第一绝缘阻抗Z3并联电阻Rc并联第一内部阻抗Re的分压。于电源50、第一绝缘阻抗Z3、第一内部阻抗Re、第二绝缘阻抗Z4、电阻Rd及第二内部阻抗Rf形成的回路中，第二检测电压值是第一绝缘阻抗Z3并联第一内部阻抗Re的分压。

处理器45藉由第一检测电压值、第二检测电压值和已储存的电阻Rc、电阻Rd、第一内部阻抗Re及第二内部阻抗Rf的电阻值，计算出第一绝缘阻抗Z3及第二绝缘阻抗Z4的大小。据此，电动车于行驶前或行驶中皆可以处理器45控制第三开关及第四开关的切换导通，来判断第一绝缘阻抗Z3和第二绝缘阻抗Z4的大小，据以确保电动车电力系统的防护效果。

于一个实施例中，处理器45电性连接至警示器。当处理器45第一绝缘阻抗Z3和第二绝缘阻抗Z4的阻抗值低于一个预设阈值时，警示器发出阻抗异常警示，例如显示于电动车的仪表板上。预设阈值可依据电动车的绝缘阻抗需求设定，例如200KΩ或其他合适的阻抗值。

再者，当第一开关41及第二开关43受控于致能信号，由导通切换至截止时，处理器45控制第三开关47及第四开关49截止，并依据第一电流路径P3和第二电流路径P4其中之一的电压值与一个预设电压值，判断第一开关41和第二开关43其中之一是否不正常导通。更详细来说，当第一开关41及第二开关43切换至截止时，若第一开关41和第二开关43正常截止，第一电流路径P3的电压值为电源50、第一绝缘阻抗Z3和第二绝缘阻抗Z4形成的回路中第一绝缘阻抗Z3的分压。当第一开关41和第二开关43其中之一不正常导通时，第一电流路径P3的电压值会不同于正常截止时的电压值。

举例来说，当第一开关41不正常导通时，于电源50、第一绝缘阻抗Z3、第一内部阻抗Re和第二绝缘阻抗Z4形成的回路中，第一电流路径P3的电压值是第一绝缘阻抗Z3并联第一内部阻抗Re的分压。当第二开关43不正常导通时，第一电流路径P3的电压值为电源50、第一绝缘阻抗Z3、第二绝缘阻抗Z4和第二内部阻抗Rf形成的回路中第一绝缘阻抗Z3的分压。

换言之，当第一开关41不正常导通时，第一电流路径P3的电压值小于正常截止时第一电流路径P3的电压值。当第二开关43不正常导通时，第一电流路径P3的电压值大于正常截止时第一电流路径P3的电压值。故，以正常截止时第一电流路径P3的电压值作为一个预设电压值，当处理器45判断第一开关41和第二开关43其中之一不正常导通时，处理器45比较第一电流路径P3电压值与预设电压值的大小，可以据以判断是第一开关41发生不正常导通或第二开关43发生不正常导通。

于本实施例中，不正常导通的情形可以是第一开关或第二开关发生故障、熔接或其他的状况。此外，本实施例中比较第一电流路径P3电压值与预设电压值，于其他实施例中，亦可以比较第二电流路径P4的电压值和另外的预设电压值，抑或是一并地比较第一电流路径P3和第二电流路径P4来判断是第一开关41发生不正常导通或第二开关43发生不正常导通，本实施例不予限制。

请一并参照图3，图3为根据本发明一实施例所绘示的预设电压波形和实际电压波形的示意图。如图所示，前述实施例中的预设电压值亦可以是如图3中虚线所示的预设电压波形。也就是说，当第一开关41及第二开关43切换至截止时，若第一开关41和第二开关43正常截止，处理器45控制第三开关47截止，第四开关49导通时，第一电流路径P3的电压会如第一区间Int1中的虚线所示。处理器45控制第三开关47截止，第四开关49截止时，第一电流路径P3的电压会如第二区间Int2中的虚线所示。处理器45控制第三开关47导通，第四开关49截止时，第一电流路径P3的电压会如第三区间Int3中的虚线所示。

当第一开关41和第二开关43不正常导通，且处理器45控制第三开关47截止，第四开关49导通时，第一电流路径P3的电压会如第一区间Int1中的实线所示。当第一开关41和第二开关43不正常导通，且处理器45控制第三开关47截止，第四开关49截止时，第一电流路径P3的电压会如第二区间Int2中的实线所示。当第一开关41和第二开关43不正常导通，且处理器45控制第三开关47导通，第四开关49截止时，第一电流路径P3的电压会如第三区间Int3中的实线所示。据此，处理器45可以依据第一电流路径P3上实际电压波形与预设电压波形的差异，判断第一开关41和第二开关43其中之一是否不正常导通。并且，如同前述的，处理器45亦可以依据实际电压波形的电压位准高于或低于预设电压波形电压位准，据以判断是第一开关41发生不正常导通或第二开关43发生不正常导通。

是以，电池断路器40除了可以判断内部的开关是否不正常导通以外，电池断路器40亦可以在电动车行驶前、行驶过程中和行驶后都可以对绝缘电阻进行实时地测量。

为了更清楚地说明检测电池断路器开关不正常导通的方法，请一并参照图2与图4，图4为根据本发明一实施例所绘示的测量绝缘阻抗的方法的步骤流程图。如图所示，于步骤S701中，依据致能信号选择性地导通第一开关11及第二开关13。于步骤S703中，当致能信号指示第一开关11及第二开关13切换至截止时，依据第一电流路径P1和第二电流路径P2其中之一的电压值与预设电压值，判断第一开关11和第二开关13其中之一是否不正常导通。于步骤S705中，当判断第一开关11和第二开关13其中之一不正常导通时，比较第一电流路径P1和第二电流路径P2其中之一的电压值与预设电压值的大小，判断第一开关11不正常导通或第二开关13不正常导通。本发明所述的判断方法实际上均已经公开在前述记载的实施例中，本实施例在此不重复说明。

于另一个实施例中，请一并参照图2与图5，图5为根据本发明一实施例所绘示的测量绝缘阻抗的方法的步骤流程图。如图所示，于步骤S801中，依据致能信号选择性地导通第一开关41及第二开关43。于步骤S803中，当处理器45控制第三开关47导通，第四开关49截止时，取得第一电流路径P3和第二电流路径P4其中之一的第一检测电压值。于步骤S805中，当处理器45控制第三开关47截止，第四开关导通49时，取得第一电流路径P3和第二电流路径P4其中之一的第二检测电压值。于步骤S807中，依据第一检测电压值、第二检测电压值、第三开关47的第一等效电阻值及第四开关49的第二等效电阻值，判断第一绝缘阻抗Z3及第二绝缘阻抗Z4的大小。于步骤S809中，当处理器45控制第三开关47截止、第四开关49截止且致能信号指示第一开关41及第二开关43切换至截止时，依据第一电流路径P3和第二电流路径P4其中之一的电压值与预设电压值，判断第一开关41和第二开关43其中之一是否不正常导通。于步骤S811中，当判断第一开关41和第二开关43其中之一不正常导通时，比较第一电流路径P3和第二电流路径P4其中之一的电压值与预设电压值的大小，判断第一开关41不正常导通或第二开关43不正常导通。本发明所述的判断方法实际上均已经公开在前述记载的实施例中，本实施例在此不重复说明。

综合以上所述，本发明实施例提供一种可检测开关不正常导通的电池断路器及其检测方法，当第一开关及第二开关由导通切换至截止时，藉由处理器检测第一电流路径和第二电流路径上的电压大小，来判断第一开关或第二开关其中之一是否不正常导通，藉以让电池断路器可以检测内部的开关是否不正常导通，进而发出警示告知开关不正常导通的情形。于另一个实施例中，电池断路器藉由将第三开关并联于第一绝缘阻抗，将第四开关并联于第二绝缘阻抗，并由处理器来控制第三开关及第四开关的切换导通，以依据第一电流路径和第二电流路径其中之一的电压值，判断第一绝缘阻抗和第二绝缘阻抗的大小，据以确保电动车电力系统的防护效果。