CN103472306B - 一种电动汽车高压绝缘检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动汽车高压绝缘检测方法及系统。高压发生电路对高压电容器充电；高压电容器对车身地的绝缘电阻和寄生电容放电，根据电容放电公式计算绝缘电阻。检测系统结构：微处理器脉冲宽度调制端口与MOS驱动电路输入端相连；高压发生电路第一个输入端与系统低压工作电源相联；第二个输入端与MOS驱动电路输出端相联接；高压电容器联接在高压发生电路输出端与车身地间；开关K3联接在高压电容器与电压测量电路输入端间；电压测量电路输出端与微处理器A/D转换端口相连；高压电容器连接在高压二极管D3正极，开关K1、K2并联在高压二极管D3负极；开关K1与高压电池组正极相连，开关K2与高压电池组负极相连。本发明的积极效果在于可靠反应动力电池组电压级别系统绝缘。

Description

一种电动汽车高压绝缘检测方法及系统

技术领域

本发明属于汽车电子技术领域，涉及一种电动汽车高压绝缘检测方法及系统，特别适用于电动汽车高压系统与低压系统的绝缘性在线检测。

背景技术

电动车的动力来源于其搭载的高压电池组，电动车高压电路系统包括高压电池组、高压电池组正极对车身地的绝缘电阻Rp和高压电池组正极对车身地的寄生电容Cs1；高压电池组负极对车身地的绝缘电阻Rn和高压电池组负极对车身地的寄生电容Cs2。高压电池组电压高达几百伏，整车要求高压系统与低压系统必须完全隔离，杜绝高压系统和低压系统之间电气相通，漏电流大于人体安全电流时对人体造成伤害。

目前均使用低压直流或低压交流方法对高压系统和低压系统进行绝缘检测，此低压绝缘检测方法的不足之处在于：许多材料在低电压时是不导电的，低电压时用传统万用表测量电阻为无穷大，但电压提高到一定程度后就会导电，随着电压的提高导电性会越来越高（如用500V兆欧表测量的电阻小于1兆欧）。用低压进行绝缘检测的方法无法检测出在当前高压电池组电压级别下的高压电路系统绝缘情况。

发明内容：

本发明公开了一种电动汽车高压绝缘检测方法及系统，用与电动车高压电池组电压同一级别的高压对高压电路系统的绝缘性进行检测，以解决现有技术中用低压进行绝缘检测的方法无法检测出在当前高压电池组电压级别下的高压电路系统绝缘情况等问题。

本发明一种电动汽车高压绝缘检测方法，其特征在于：高压发生电路对高压电容器充电；高压电容器对车身地的绝缘电阻和寄生电容放电，电压测量电路测量高压电容器的电压，根据电容放电公式计算绝缘电阻。

高压发生电路包括一个高压二极管D2，高压二极管D2负极与高压电容器一端相连接；高压电容器通过开关K1和开关K2加载在电动车高压电路系统的高压电池组与车身地之间；高压发生电路对高压电容器充电；高压二极管D2对高压电容器电流反向截止；开关K3联接在高压电容器与电压测量电路输入端之间；

第一步：开关K1、开关K2断开，开关K3闭合，电压测量电路测量高压电容器的电压；高压电容器的电压未达到预定值U0时，使高压电容器充电；当高压电容器的电压达到预定的值U0，断开K3。

闭合开关K1，开关K2、开关K3断开；高压电容器与高压电池组正极相连通，高压电容器通过高压电池组正极对车身地的绝缘电阻Rp和寄生电容Cs1放电，根据电容放电公式

计算绝缘电阻Rp。

第二步：开关K1、开关K2断开，开关K3闭合，电压测量电路测量高压电容器的电压；高压电容器的电压未达到预定值U0时，使高压电容器充电；当高压电容器的电压达到预定的值U0，断开K3。

闭合开关K2，开关K1、开关K3断开；高压电容器与高压电池组负极相连通，高压电容器通过高压电池组负极对车身地的绝缘电阻Rn和寄生电容Cs2放电，根据电容放电公式

计算绝缘电阻Rn。

当高压发生电路对高压电容器充电达到预定值时，由于高压二极管D2的存在使得高压电容器无法通过高压二极管D2和变压器的次级线圈对车身地放电，只有当K1或者K2闭合时才能对车身地放电，实现了高压电路系统与车身地的隔离。

高压绝缘检测系统包括：微处理器、CAN（控制器局域网）通讯电路、MOS驱动电路、高压发生电路、高压电容器、电压测量电路、高压二极管D3、开关K1、开关K2、开关K3；高压发生电路包括一个高压二极管D2、第一个输入端、第二个输入端，高压发生电路的高压二极管D2负极与高压电容器一端相连接；微处理器的PWM脉冲宽度调制端口与MOS驱动电路输入端相连；高压发生电路第一个输入端与系统低压工作电源相联接；高压发生电路第二个输入端与MOS驱动电路的输出端相联接；高压电容器联接在高压发生电路的输出端与车身地之间；开关K3联接在高压电容器与电压测量电路输入端之间；电压测量电路输出端与微处理器的A/D转换端口相连；高压电容器连接在高压二极管D3正极上，开关K1、开关K2并联连接在高压二极管D3负极上；开关K1与电动车高压电路系统中的高压电池组正极相连接，开关K2与电动车高压电路系统中的高压电池组负极相连接。

微处理器PWM脉冲宽度调制端口输出PWM脉冲宽度调制信号，高压发生电路实现对高压电容器的充电；电压测量电路实现对高压电容器充电电压的实时测量。

高压发生电路为高压电容器充电，高压电容器达到的电压至少为电动车高压电路系统标称电压1.5倍或500VDC，两者取较高值。

高压发生电路包括N通道场效应晶体管Q1、瞬态电压抑制二极管D1、变压器、高压二极管D2；N通道场效应晶体管Q1的栅极与MOS驱动电路的输出端相连；N通道场效应晶体管Q1的漏极与瞬态电压抑制二极管D1的负极相连接；N通道场效应晶体管Q1的源极与车身地相连；变压器初级线圈的一端与N通道场效应晶体管Q1的漏极相连接；变压器的初级线圈另一端与系统工作电源（12V/24V）相连；变压器次级线圈一端与高压二极管D2正极相连，变压器次级线圈另一端与车身地相连；瞬态电压抑制二极管D1的正极与车身地相连；高压二极管D2负极与高压电容器一端相连接。MOS驱动电路输出PWM信号控制N通道场效应晶体管Q1的导通与截止，变压器初级线圈上产生断续的电流，当N通道场效应晶体管Q1截止时，变压器初级线圈储存的能量反激到次级线圈，通过高压二极管D2使高压电容器充电。

高压电容器容值应大于等于10倍高压电池组正极对车身地GND寄生电容Cs1和高压电池组负极对车身地GND的寄生电容Cs2两者最大值。

本发明的积极效果在于：用与电动车高压电池组电压同一级别的高压对整车的绝缘性进行检测，可以精确计算高压电池组正负极分别对车身地的绝缘电阻值，可靠的反应出当前动力电池组电压级别下的系统绝缘情况，降低了寄生电容对检测结果的影响，可通过通讯系统和电池管理系统进行通讯，实现绝缘电阻的监控及故障报警。设计成本低廉，安全可靠。

附图说明：

图1为本发明绝缘检测方法流程图；

图2为本发明电路结构示意图；

图中：1微处理器、2MOS驱动电路、3高压发生电路、4电压测量电路、5CAN通讯电路、Cd高压电容器、D3高压二极管、K1开关、K2开关、K3开关、Q1N通道场效应晶体管、D1瞬态电压抑制二极管、D2高压二极管、T1变压器、6高压电路系统、6a高压电池组、Rp高压电池组正极对车身地的绝缘电阻、Cs1高压电池组正极对车身地的寄生电容、Rn高压电池组负极对车身地的绝缘电阻、Cs2高压电池组负极对车身地的寄生电容、GND车身地。

具体实施方式：

以下结合附图详细说明本发明的一个实施例。

如图1、图2所示：本实施例电动汽车高压绝缘检测系统包括：微处理器1、MOS驱动电路2、高压发生电路3、电压测量电路4、CAN通讯电路5、高压电容器Cd、高压二极管D3、开关K1、开关K2、开关K3。高压电容器Cd容值为10倍高压电池组正极对车身地的寄生电容Cs1和高压电池组负极对车身地的寄生电容Cs2两者最大值。

高压发生电路3包括N通道场效应晶体管Q1、瞬态电压抑制二极管D1、变压器T1、高压二极管D2、第一个输入端、第二个输入端；N通道场效应晶体管Q1的栅极（即高压发生电路3的第二个输入端）与MOS驱动电路2的输出端相连；N通道场效应晶体管Q1的漏极与瞬态电压抑制二极管D1的负极相连接；N通道场效应晶体管Q1的源极与车身地GND相连；变压器T1初级线圈的一端与N通道场效应晶体管Q1的漏极相连接；变压器T1的初级线圈另一端（即高压发生电路3的第一个输入端）与系统工作电源（12V/24V）相连；变压器T1次级线圈一端与高压二极管D2正极相连，变压器T1次级线圈另一端与车身地GND相连；瞬态电压抑制二极管D1的正极与车身地GND相连；MOS驱动电路2输出PWM信号控制N通道场效应晶体管Q1的导通与截止，变压器T1初级线圈上产生断续的电流，当N通道场效应晶体管Q1截止时，变压器T1初级线圈储存的能量反激到次级线圈；高压二极管D2负极与高压电容器Cd一端相连接，通过高压二极管D2使高压电容器Cd充电。

高压发生电路3第一个输入端与系统低压工作电源相联接；高压发生电路3第二个输入端与MOS驱动电路2的输出端相联接；高压电容器Cd联接在高压发生电路3的输出端与车身地GND之间；开关K3联接在高压电容器Cd与电压测量电路4输入端之间；电压测量电路4输出端与微处理器1的A/D转换端口相连；高压电容器Cd连接在高压二极管D3正极上，开关K1、K2并联连接在高压二极管D3负极上；开关K1与电动车高压电路系统6中的高压电池组6a正极相连接，K2与电动车高压电路系统6中的高压电池组6a负极相连接。

微处理器1的PWM脉冲宽度调制端口与MOS驱动电路2输入端相连；MOS驱动电路2输出端高压发生电路3第二个输入端相连；微处理器1的PWM脉冲宽度调制端口输出PWM脉冲宽度调制信号，高压发生电路3为高压电容器Cd充电，高压电容器Cd达到的电压至少为高压电路系统6标称电压1.5倍或500VDC（两者取较高值）；电压测量电路4实现对高压电容器Cd充电电压的实时测量。

如图1所示，工作过程如下：

第一步：开关K1、开关K2断开，开关K3闭合，电压测量电路4测量高压电容器Cd的电压；高压电容器Cd的电压未达到预定值U0时，使高压电容器Cd充电；当高压电容器Cd的电压达到预定的值U0，断开开关K3。

启动微处理器1内部定时器模块开始计时，闭合开关K1，断开开关K2、开关K3；高压电容器Cd与高压电池组6a正极相连，通过高压电池组6a正极对车身地GND的绝缘电阻Rp和寄生电容Cs1放电；放电时间设定为T,当定时器模块计时达到放电设定的时间T时，断开开关K1，闭合开关K3，电压测量电路4测量此时高压电容器Cd的电压U1。

根据公式（1）计算绝缘电阻值。

公式（1）

第二步：重复执行，开关K1、开关K2断开，开关K3闭合，电压测量电路4测量高压电容器Cd的电压；高压电容器Cd的电压未达到预定值U0时，使高压电容器Cd充电；当高压电容器Cd的电压达到预定的值U0，断开开关K3。

启动微处理器1内部定时器模块开始计时，闭合开关K2，断开开关K1、开关K3；高压电容器Cd与高压电池组6a负极相连，通过高压电池组6a负极对车身地GND的绝缘电阻Rn和寄生电容Cs2放电；放电时间设定为T，当定时器模块计时达到放电设定的时间T时，断开开关K2，闭合开关K3，电压测量电路4测量此时高压电容器Cd的电压U2。

根据公式（2）计算绝缘电阻值Rn。

公式（2）

Claims (5)

1.一种电动汽车高压绝缘检测方法，其特征在于：高压发生电路对高压电容器充电；高压电容器对车身地的绝缘电阻和寄生电容放电，电压测量电路测量高压电容器的电压，根据电容放电公式计算绝缘电阻。

2.根据权利要求1所述的电动汽车高压绝缘检测方法，其特征在于：高压发生电路包括一个高压二极管D2，高压二极管D2负极与高压电容器一端相连接；高压电容器通过开关K1和开关K2加载在电动车高压电路系统的高压电池组与车身地之间；高压发生电路对高压电容器充电；高压二极管D2对高压电容器电流反向截止；开关K3联接在高压电容器与电压测量电路输入端之间；

第一步：开关K1、开关K2断开，开关K3闭合，电压测量电路测量高压电容器的电压；高压电容器的电压未达到预定值U0时，使高压电容器充电；当高压电容器的电压达到预定的值U0，断开K3；

闭合开关K1，开关K2、开关K3断开；高压电容器与高压电池组正极相连通，高压电容器通过高压电池组正极对车身地的绝缘电阻Rp和寄生电容Cs1放电，根据电容放电公式

计算绝缘电阻Rp；

第二步：开关K1、开关K2断开，开关K3闭合，电压测量电路测量高压电容器的电压；高压电容器的电压未达到预定值U0时，使高压电容器充电；当高压电容器的电压达到预定的值U0，断开K3；

闭合开关K2，开关K1、开关K3断开；高压电容器与高压电池组负极相连通，高压电容器通过高压电池组负极对车身地的绝缘电阻Rn和寄生电容Cs2放电，根据电容放电公式

计算绝缘电阻Rn。

3.实现权利要求1所述的高压绝缘检测系统，其特征在于：微处理器、CAN通讯电路、MOS驱动电路、高压发生电路、高压电容器、电压测量电路、高压二极管D3、开关K1、开关K2、开关K3；高压发生电路包括一个高压二极管D2、第一个输入端、第二个输入端，高压发生电路的高压二极管D2负极与高压电容器一端相连接；微处理器的PWM脉冲宽度调制端口与MOS驱动电路输入端相连；高压发生电路第一个输入端与系统低压工作电源相联接；高压发生电路第二个输入端与MOS驱动电路的输出端相联接；高压电容器联接在高压发生电路的输出端与车身地之间；开关K3联接在高压电容器与电压测量电路输入端之间；电压测量电路输出端与微处理器的A/D转换端口相连；高压电容器连接在高压二极管D3正极上，开关K1、开关K2并联连接在高压二极管D3负极上；开关K1与电动车高压电路系统中的高压电池组正极相连接，开关K2与电动车高压电路系统中的高压电池组负极相连接。

4.根据权利要求3所述的高压绝缘检测系统，其特征在于：高压发生电路为高压电容器充电，电压至少为高压电路系统标称电压1.5倍或500VDC，两者取较高值。

5.根据权利要求3所述的高压绝缘检测系统，其特征在于：高压电容器容值应大于等于10倍高压电池组正极对车身地GND寄生电容Cs1和高压电池组负极对车身地GND的寄生电容Cs2两者最大值。