CN103605056B - 一种高压直流绝缘监测装置及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压直流绝缘监测装置，用于实时监测高压直流母线对参考地的绝缘电阻值，包括：两个限流电阻、采样电阻、匹配电阻、信号发生单元、控制单元和电源单元；控制单元包括指令子单元、采样子单元和计算子单元；指令子单元用于输出控制指令至信号发生单元；信号发生单元用于在接收到所述控制指令后输出低频测量信号，该低频测量信号分别经由匹配电阻，和绝缘电阻及两个限流电阻后，再经由采样电阻流回信号发生单元；采样子单元用于对采样电阻上的电压信号进行模数转换；计算子单元用于对转换结果进行计算，并得出所述绝缘电阻值。相应地，提供一种电动汽车。本发明所述高压直流绝缘监测装置能够动态、实时地监测电动汽车绝缘性能。

Description

一种高压直流绝缘监测装置及电动汽车

技术领域

本发明涉及高压直流系统绝缘监测技术领域，具体涉及一种高压直流绝缘监测装置，以及包括所述高压直流绝缘监测装置的电动汽车。

背景技术

在全球汽车工业面临金融危机、能源危机和环境保护等问题的巨大挑战下，发展电动汽车，实现汽车能源动力系统的电气化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成了广泛的共识。目前，我国已出台许多政策，扶持和引导电动汽车行业的快速发展，以加速提高国内电动汽车产业的竞争力，缩短其成熟期。

电动汽车是一种复杂的机电一体化产品，其包含很多高压部件，例如动力电池、电机、充电机、能量回收部件、压缩机以及其它由动力电池供电的部件，为保障使用安全，这些高压部件需具有良好的绝缘性能，虽然这些高压部件本身的绝缘特性在设计时就已经认真考虑，但由于车上工作环境比较恶劣，震动、酸碱气体的腐蚀、温度的变化以及湿度的变化等情况，都有可能造成动力电缆及其它高压部件的绝缘材料迅速老化甚至破损，极大地降低了其绝缘强度，严重危及人身安全。

以目前常见的锂电池为动力的电动汽车为例，为了达到其功率要求，锂电池动力汽车采用的是高压动力源，用于提供高压动力的动力电池由多个单体电池串联组成（即动力电池为多个单体电池串联形成的电池组），普通纯电动小客车的动力电池的总电压普遍高于100V，而纯电动大客车的动力电池的总电压更是高达500V，因此，一旦其高压部件出现绝缘问题，轻则影响整车驾驶性能，重则会造成高压部件损坏和人员伤亡，因此需要对电动汽车的绝缘情况进行监测，以确保乘客安全和整车的安全运行。

现有技术中，对电动汽车进行高压直流绝缘监测的较为成熟的技术方案只适用于静态监测，虽然其方案简单、成本较低，但由于无法实现动态监测，使其监测精度较低且容易受到整车阻抗网络干扰而出现误报问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种能够动态、实时地监测电动汽车绝缘性能的高压直流绝缘监测装置，以及包括所述高压直流绝缘监测装置的电动汽车。

解决本发明技术问题所采用的技术方案：

所述高压直流绝缘监测装置用于实时监测高压直流系统的直流母线对参考地的绝缘电阻值，其包括：两个限流电阻、采样电阻、匹配电阻、信号发生单元、控制单元和电源单元；所述控制单元包括指令子单元、采样子单元和计算子单元；

所述两个限流电阻串联在直流母线正负极之间；所述采样电阻的一端与两个限流电阻的串联节点相连，另一端与控制单元的采样子单元相连；所述匹配电阻的一端与两个限流电阻的串联节点相连，另一端连接至绝缘电阻与参考地相连的一端；所述信号发生单元的控制端与控制单元的指令子单元相连，输出端正极连接至绝缘电阻与参考地相连的一端，输出端负极连接至采样电阻与采样子单元相连的一端；所述电源单元用于分别为信号发生单元和控制单元供电；

所述控制单元的指令子单元用于输出控制指令至信号发生单元；所述信号发生单元用于在接收到所述控制指令后输出低频测量信号，该低频测量信号分别经由匹配电阻，和绝缘电阻及两个限流电阻后，再经由采样电阻流回信号发生单元；所述采样子单元用于对采样电阻上的电压信号进行模数转换，并将转换结果输出至计算子单元；所述计算子单元用于对采样子单元输出的所述转换结果进行计算，并得出所述绝缘电阻值。

优选地，所述信号发生单元输出的低频测量信号为正负对称的低频方波信号。

优选地，所述低频测量信号具有正半周期和负半周期；

所述计算子单元内预设有低频测量信号的正负半周期的峰-峰值；

或者，所述信号发生单元的控制端还与控制单元的采样子单元相连，所述信号发生单元还用于输出低频测量信号至采样子单元；所述采样子单元还用于对所述低频测量信号进行模数转换，并将转换结果输出至计算子单元；所述计算子单元还用于对采样子单元输出的所述转换结果进行计算，并得出低频测量信号的正负半周期的峰-峰值。

优选地，所述计算子单元计算得出的绝缘电阻值R_s为：

$R_s=\frac{R_p*{\mathrm{\λR}}_m}{R_p-{\mathrm{\λR}}_m}-\frac{R_i}{2}---\left(1\right)$

式（1）中，R_p为匹配电阻值，R_m为采样电阻值，R_i为单个限流电阻值，λ为自然系数，且其中，(V_m+-V_m-)为采样电阻上电压信号的正负半周期的峰-峰值电压差，(V_s+-V_s-)为低频测量信号的正负半周期的峰-峰值。

优选地，所述信号发生单元包括第一电阻、第二电阻、第一开关和第二开关；所述第一电阻、第一开关、第二开关和第二电阻依次串联在电源正负极之间，且第一开关与第二开关的串联节点为信号发生单元的输出端；

所述控制单元的指令子单元用于输出控制指令至第一开关和第二开关，以控制第一开关、第二开关闭合或断开；所述指令子单元在控制第一开关闭合、第二开关断开时，电源正极输出的电压信号依次经过第一电阻、第一开关后流至信号发生单元的输出端，对应形成低频测量信号的正半周期；所述指令子单元在控制第一开关断开、第二开关闭合时，电源负极输出的电压信号依次经过第二电阻、第二开关后流至信号发生单元的输出端，对应形成低频测量信号的负半周期。

优选地，所述高压直流绝缘监测装置还包括采样处理单元，其串联在采样电阻与控制单元的采样子单元之间，用于将采样电阻上的电压信号进行滤波处理后输出至采样子单元；所述电源单元还用于为采样处理单元供电。

优选地，所述高压直流绝缘监测装置还包括隔离处理单元，其用于对电源单元进行隔离处理。

优选地，所述隔离处理单元采用反激式DCDC变换器。

优选地，每个所述限流电阻均包括多个串联的子电阻；任一个所述限流电阻还包括与其中多个串联子电阻之一并联的子电阻；所述高压直流绝缘监测装置还包括高压采样单元，其用于对该并联子电阻上的电压信号进行模数转换，并将转换结果输出至控制单元的计算子单元；所述计算子单元还用于对高压采样单元输出的所述转换结果进行计算，并得出高压直流系统的总电压。

优选地，所述控制单元还包括报警子单元，其内预设有报警阈值；所述计算子单元还用于将其得出的所述绝缘电阻值输出至报警子单元；所述报警子单元用于将所述绝缘电阻值与所述报警阈值相比较，若比较结果为所述绝缘电阻值小于所述报警阈值，则报警。

本发明还提供一种电动汽车，其包括上述高压直流绝缘监测装置，所述高压直流绝缘监测装置用于实时监测电动汽车的高压直流系统中动力电池和电底盘之间的绝缘电阻值。

优选地，所述电动汽车为纯电动汽车、混合动力汽车或燃料电池汽车。

优选地，还包括整车控制单元，其内预设有报警阈值；

所述高压直流绝缘监测装置用于通过CAN总线将其得出的所述绝缘电阻值输出至整车控制单元；

所述整车控制单元用于通过CAN总线接收所述高压直流绝缘监测装置输出的所述绝缘电阻值，并将所述绝缘电阻值与所述报警阈值相比较，若比较结果为所述绝缘电阻值小于所述报警阈值，则发送断开指令至主接触器，以切断高压电源，并报警。

有益效果：

1）本发明所述高压直流绝缘监测装置采用低频测量信号注入法，该低频测量信号分别经由匹配电阻，和绝缘电阻及两个限流电阻后，再经由采样电阻流回信号发生单元，然后通过采集与绝缘电阻处于同一电路中的中的采样电阻的电压，基于基尔霍夫定律及欧姆定律，计算得出所述绝缘电阻值，从而实现了绝缘电阻值的动态、实时测量，其测量结果准确、精度高、抗干扰能力强；

2）本发明所述高压直流绝缘监测装置适用于任何需要动态、实时地监测其绝缘性能的高压直流系统中，例如，可应用于电动汽车中，能够动态、实时地监测电动汽车的动力电池和电底盘之间的绝缘电阻值，从而准确、实时地监测电动汽车高压直流系统对车辆底盘的绝缘性能，监测精度高；所述高压直流绝缘监测装置还能在所述绝缘电阻值低于某一报警阈值（可由本领域技术人员根据国标设定）时发出警报，与整车的兼容性好且不易受到整车阻抗网络的干扰而出现误报的问题，提高了整车运行的可靠性、安全性和故障预警能力，对保障乘客安全、整车电气设备正常工作和车辆安全运行具有重要意义；

3）本发明所述高压直流绝缘监测装置还能够将其测量到的所述绝缘电阻值通过CAN网络输出至整车控制单元（ECU），由整车控制单元实时监测电动汽车的绝缘性能；

4）本发明所述高压直流绝缘监测装置还能够实时采集高压直流系统的总电压，若所述高压直流绝缘监测装置应用于电动汽车中，则能够实时采集电动汽车的动力电池的总电压（即电池组的总电压），从而能够降低整车的维护费用和使用成本；

5）本发明所述高压直流绝缘监测装置应用于电动汽车时，能够自动适应整车高压直流系统漏电容和绝缘电阻值的大小，精度

高，可靠性好。

附图说明

图1为本发明实施例1所述高压直流绝缘监测装置的电路结构示意图；

图2为图1中信号发生单元的电路结构示意图；

图3为本发明实施例2所述高压直流绝缘监测装置的电路结构示意图；

图4为图3的等效电路模型示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种高压直流绝缘监测装置，用于实时监测高压直流系统的直流母线对参考地的绝缘电阻Rs的值，其包括：两个限流电阻Ri1和Ri2、采样电阻Rm、匹配电阻Rp、信号发生单元、控制单元和电源单元；所述控制单元包括指令子单元、采样子单元和计算子单元。

其中，所述两个限流电阻Ri1和Ri2的结构相同，且串联在直流母线正负极之间；所述采样电阻Rm的一端与两个限流电阻Ri1和Ri2的串联节点相连，另一端与控制单元的采样子单元相连；所述匹配电阻Rp的一端与两个限流电阻Ri1和Ri2的串联节点相连，另一端连接至绝缘电阻Rs与参考地相连的一端；所述信号发生单元的控制端与控制单元的指令子单元相连，输出端正极连接至绝缘电阻Rs与参考地相连的一端，输出端负极连接至采样电阻Rm与采样子单元相连的一端；所述电源单元用于分别为信号发生单元和控制单元供电。

所述控制单元的指令子单元用于输出控制指令至信号发生单元；所述信号发生单元用于在接收到所述控制指令后输出低频测量信号，该低频测量信号分别经由匹配电阻Rp，和绝缘电阻Rs及两个限流电阻Ri1和Ri2后，再经由采样电阻Rm流回信号发生单元；所述采样子单元用于对采样电阻Rm上的电压信号进行模数转换，并将转换结果输出至计算子单元；所述计算子单元根据绝缘电阻Rs所在电路中的各个电流回路，基于基尔霍夫定律及欧姆定律，对采样子单元输出的所述转换结果进行计算，并得出所述绝缘电阻值，从而实现高压直流系统的直流母线对参考地的绝缘电阻值的实时测量，与现有技术相比，测量精度高、可靠性高、采样范围宽。若所述高压直流绝缘监测装置应用于电动汽车，则所述采样子单元的采样时间与电动汽车的Y电容大小及动力电池点波动大小有关。

优选地，所述信号发生单元输出的低频测量信号为正负对称的低频方波信号，其有利于所述绝缘电阻值的计算。当然，所述低频测量信号也可以为其它已知的标准信号。

优选地，所述低频测量信号具有正半周期和负半周期；

所述计算子单元内预设有低频测量信号的正负半周期的峰-峰值，如果所述低频测量信号可以是已知的标准信号，则其正负半周期的峰-峰值也是已知的，因此可以预设于计算子单元中；

或者，也可对所述低频测量信号进行采样以得出其正负半周期的峰-峰值，具体的，所述信号发生单元的控制端还与控制单元的采样子单元相连，所述信号发生单元还用于输出低频测量信号至采样子单元；所述采样子单元还用于对所述低频测量信号进行模数转换，并将转换结果输出至计算子单元；所述计算子单元还用于对采样子单元输出的所述转换结果进行计算，并得出低频测量信号的正负半周期的峰-峰值。

优选地，所述计算子单元基于基尔霍夫定律及欧姆定律计算得出的绝缘电阻值R_s为：

$R_s=\frac{R_p*{\mathrm{\λR}}_m}{R_p-{\mathrm{\λR}}_m}-\frac{R_i}{2}---\left(1\right)$

式（1）中，R_p为匹配电阻值，R_m为采样电阻值，R_i为单个限流电阻值，λ为自然系数，且其中，(V_m+-V_m-)为采样电阻上电压信号的正负半周期的峰-峰值电压差，(V_s+-V_s-)为低频测量信号的正负半周期的峰-峰值。这里，所述采样电阻上电压信号的正负半周期的峰-峰值电压差可由计算子单元根据采样子单元对采样电阻上的电压信号进行模数转换后的转换结果计算得出；所述计算子单元内预设有匹配电阻值R_p、采样电阻值R_m和单个限流电阻值R_i。

优选地，如图2所示，所述信号发生单元包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一开关K1和第二开关K2；所述第一电阻R1、第一开关K1、第二开关K2和第二电阻R2依次串联在电源（由电源单元提供）正负极之间，且第一开关K1与第二开关K2的串联节点为信号发生单元的输出端OUT；所述控制单元的指令子单元用于输出控制指令至第一开关K1和第二开关K2，以控制第一开关K1、第二开关K2闭合或断开；其中，所述指令子单元输出控制指令MCU_CtrA以控制第一开关K1闭合、第二开关K2断开，则电源正极输出的电压信号依次经过第一电阻R1、第一开关K1后流至信号发生单元的输出端OUT（即输出端正极），对应形成低频测量信号的正半周期；所述指令子单元输出控制指令MCU_CtrB以控制第一开关K1断开、第二开关K2闭合，则电源负极输出的电压信号依次经过第二电阻R2、第二开关K2后流至信号发生单元的输出端OUT（即输出端负极），对应形成低频测量信号的负半周期。当然，所述信号发生单元也可采用现有低频信号发生器，或者其它能够输出低频测量信号的设备。

优选地，所述高压直流绝缘监测装置还包括采样处理单元，其串联在采样电阻与控制单元的采样子单元之间，用于将采样电阻上的电压信号进行滤波处理后输出至采样子单元；所述电源单元还用于为采样处理单元供电。所述采样处理单元可采用现有的滤波器。

若本实施例所述高压直流绝缘监测装置应用于电动汽车，由于车载低压电源（12V或24V）电气系统的参考地与电底盘相连，要使信号发生单元输出的低频测量信号加载到动力电池和电底盘之间的绝缘电阻上，就需要对电源单元进行隔离处理。

因此，优选地，所述高压直流绝缘监测装置还包括隔离处理单元，其用于对电源单元进行隔离处理。所述隔离处理单元可采用现有的DC/DC隔离模块。但是，由于信号发生单元、控制单元和采样处理单元的输入电压可能各不相同，所述电源单元就需要输出三组不同的电压。例如，第一组电压为±12V（V₊、V_-），提供给采样处理单元；第二组电压为±40V（V_s+、V_s-），提供给信号发生单元；第三组电压为±5V（V_cc+、V_cc-），提供给控制单元。相应地，就需要采用三个DC/DC隔离模块分别对所述三组电压进行隔离处理，采用的元器件较多，电路连接关系较为复杂。

为了克服上述缺陷，优选地，所述隔离处理单元采用反激式DCDC变换器（Flyback converter）。所述反激式DCDC变换器既能在输入电压和输出电压之间提供绝缘隔离，又能实现一组电压输入、多组电压输出，因此采用反激式DCDC变换器对电源单元进行隔离处理时，电源单元只需输出一组电压即可实现三组电压输出，采用的元器件较少，电路连接关系简单。由于反激式DCDC变换器属于现有技术，故对其详细结构不再赘述。

优选地，所述控制单元还包括与计算子单元相连的报警子单元，其内预设有报警阈值，所述报警阈值可由本领域技术人员根据国标设定；所述计算子单元还用于将其得出的所述绝缘电阻值输出至报警子单元；所述报警子单元用于将所述绝缘电阻值与所述报警阈值相比较，若比较结果为所述绝缘电阻值大于或等于所述报警阈值，则不动作，若比较结果为所述绝缘电阻值小于所述报警阈值，则报警，其报警方式可采用现有的声报警、光报警或者声光报警。

优选地，每个所述限流电阻均包括多个串联的子电阻；任一个所述限流电阻Ri1或Ri2还包括与其中多个串联子电阻之一并联的子电阻；所述高压直流绝缘监测装置还包括高压采样单元，其用于对该并联子电阻上的电压信号进行模数转换，并将转换结果输出至控制单元的计算子单元；所述计算子单元还用于对高压采样单元输出的所述转换结果进行计算，并得出高压直流系统的总电压。所述高压采样单元可采用现有的电压采样电路。

优选地，所述控制单元采用8位单片机（即MCU）；所述采样子单元采用8位单片机中的AD模块。

本实施例还提供一种包括上述高压直流绝缘监测装置的电动汽车，所述高压直流绝缘监测装置用于实时监测电动汽车的高压直流系统中动力电池和电底盘之间的绝缘电阻值。

所述电动汽车为纯电动汽车、混合动力汽车或燃料电池汽车。

实施例2：

如图3所示，本实施例提供一种应用于电动汽车的高压直流绝缘监测装置，用于实时监测电动汽车的高压直流系统中动力电池（即电池组）和电底盘之间的绝缘电阻Rs的值，所述高压直流绝缘监测装置包括：两个限流电阻Ri1和Ri2、采样电阻Rm、匹配电阻Rp、信号发生单元、采样处理单元、高压采样单元、控制单元、反激式DCDC变换器和电源单元；每个所述限流电阻均包括多个串联的子电阻；所述控制单元包括指令子单元、采样子单元和计算子单元。

其中，所述两个限流电阻Ri1和Ri2的结构相同，且串联在动力电池正负极之间，限流电阻Ri1与动力电池的负极相连，限流电阻Ri2与动力电池的正极相连；所述采样电阻Rm的一端与两个限流电阻Ri1和Ri2的串联节点相连，另一端经采样处理单元与控制单元的采样子单元相连，所述采样处理单元用于将采样电阻上的电压信号进行滤波处理后输出至采样子单元；所述控制单元中的采样子单元与计算子单元相连；所述匹配电阻Rp的一端与两个限流电阻Ri1和Ri2的串联节点相连，另一端连接至绝缘电阻与电底盘相连的一端。

所述信号发生单元的控制端与控制单元的指令子单元相连，

输出端正极连接至绝缘电阻Rs与电底盘相连的一端，输出端负极连接至采样电阻Rm与采样处理单元相连的一端；所述控制单元的指令子单元用于输出控制指令至信号发生单元；所述信号发生单元用于在接收到所述控制指令后输出正负对称的低频方波信号，该低频方波信号分别经由匹配电阻Rp，和绝缘电阻Rs及两个限流电阻Ri1和Ri2后，再经由采样电阻Rm流回信号发生单元；所述采样子单元用于对采样电阻Rm上的电压信号进行模数转换，并将转换结果输出至计算子单元；所述计算子单元内预设有匹配电阻值R_p、采样电阻值R_m、单个限流电阻值R_i和低频方波信号的正负半周期的峰-峰值(V_s+-V_s-)，用于对采样子单元输出的所述转换结果进行计算，以得出采样电阻上电压信号的正负半周期的峰-峰值电压差(V_m+-V_m-)，然后根据绝缘电阻所在电路中的各个电流回路，基于基尔霍夫定律及欧姆定律，计算得出绝缘电阻值，并通过CAN总线将其输出至整车控制单元（ECU）。

在测量所述绝缘电阻值的过程中要求高压直流绝缘监测装置不能对整车性能产生影响，因此，限流电阻Ri1和Ri2及匹配电阻Rp的阻值应符合整车高压零件的绝缘标准。

所述计算子单元计算得出的绝缘电阻值Rs为：

$R_s=\frac{R_p*{\mathrm{\λR}}_m}{R_p-{\mathrm{\λR}}_m}-\frac{R_i}{2}---\left(1\right)$

式（1）中，λ为自然系数，且

所述高压采样单元分别与任一个限流电阻Ri1或Ri2和采样子单元相连，假定该任一个限流电阻为限流电阻Ri1，则限流电阻Ri1还包括与其中多个串联子电阻之一并联的子电阻；所述高压采样单元用于对该并联子电阻上的电压信号进行模数转换，并将转换结果输出至控制单元的计算子单元；所述计算子单元还用于对高压采样单元输出的所述转换结果进行计算，并得出动力电池的总电压。可见，限流电阻Ri1和Ri2不仅用于准确测量动力电池和电底盘之间的绝缘电阻值，还用于测量动力电池的总电压。

所述电源单元与反激式DCDC变换器相连。所述电源单元输出的一组电压经反激式DCDC变换器隔离处理后分成三组电压，并分别用于为信号发生单元、采样处理单元和控制单元供电。

下面通过图4所示等效电路模型示意图详细分析计算子单元如何根据绝缘电阻Rs所在电路中的各个电流回路，基于基尔霍夫定律及欧姆定律，计算得出绝缘电阻值Rs。

其中，匹配电阻Rp、采样电阻Rm和信号发生单元的电源Vs（由电源单元和反激式DCDC变换器提供）串联构成电流回路Ⅰ；绝缘电阻Rs、限流电阻Ri2、采样电阻Rm及信号发生单元的电源Vs串联构成电流回路II；动力电池（电压为HV）、限流电阻Ri1和限流电阻Ri2串联构成电流回路III。为便于逻辑推导，分别定义电流回路Ⅰ～III中的电流流向如图4中所示箭头方向，同时定义绝缘电阻Rs、匹配电阻Rp及信号发生单元的输出端正极的公共端为节点A，两个限流电阻Ri1和Ri2的串联节点、匹配电阻Rp及采样电阻Rm的公共端为节点B。

根据电流回路Ⅰ～III中的电流流向以及基尔霍夫定律和欧姆定律，得出各个节点电流方程和各个电流回路的电压方程如下：

在低频方波信号的正半周期：

节点A的电流方程：I=I₁+I₂ （2）

节点B的电流方程：I+I₄=I₂+I₃ （3）

电流回路I电压方程：V_s+=I*R_m+I₂*R_p （4）

电流回路II电压方程：V_s+=I₁*R_s+I₃*R_i+I*R_m （5）

电流回路III电压方程：HV=I₃*R_i+I₄*R_i （6）

因节点B为采样电阻Rm的电压采样点，故节点B处的电压值V_m+可由采样子单元测得，故：

I=V_m+/R_m （7）

上述公式（4）～（7）中，R_m为采样电阻Rm的阻值，R_p为匹配电阻Rp的阻值，V_s+为信号发生单元的电源正电压，R_s为绝缘电阻Rs的阻值，R_i为限流电阻Ri1和Ri2的阻值，HV为动力电池的电压值，V_m+为节点B处的电压值。

对上述公式（2）～（7）进行整理并消去I、I₁、I₂、I₃和I₄，得出如下公式：

$V_{s+}-V_{m+}=\frac{R_p*[\frac{\mathrm{HV}}{2}+\frac{V_{m+}}{R_m}*(R_s+\frac{R_i}{2})]}{R_p+R_s+\frac{R_i}{2}}---\left(8\right)$

同理，在低频方波信号的负半周期，根据电流回路Ⅰ～III中的电流流向以及基尔霍夫定律和欧姆定律，得出各个节点电流方程和各个电流回路的电压方程，然后对所述方程进行整理得出如下公式：

$V_{s-}-V_{m-}=\frac{R_p*[\frac{\mathrm{HV}}{2}+\frac{V_{m-}}{R_m}*(R_s+\frac{R_i}{2})]}{R_p+R_s+\frac{R_i}{2}}---\left(9\right)$

分别将公式（8）和（9）的两边相减并进行整理，得出如下公式：

$\frac{(V_{s+}-V_{s-})-(V_{m+}-V_{m-})}{(V_{m+}-V_{m-})}*R_m=\frac{R_p*(R_s+R_i/2)}{R_p+(R_s+R_i/2)}---\left(10\right)$

公式（10）中，(V_s+-V_s-)为低频方波信号的正负半周期的峰-峰值，(V_m+-V_m-)为采样电阻上电压信号的正负半周期的峰-峰值电压差。

对公式（10）进行整理，得出如下公式：

$R_s=\frac{R_p*{\mathrm{\λR}}_m}{R_p-{\mathrm{\λR}}_m}-\frac{R_i}{2}---\left(1\right)$

式（1）中，λ为自然系数，且

本实施例还提供一种包括上述高压直流绝缘监测装置的电动汽车。

所述电动汽车包括整车控制单元（ECU），所述整车控制单元内预设有报警阈值（可由本领域技术人员根据国标设定），用于通过CAN总线接收所述高压直流绝缘监测装置输出的所述绝缘电阻值，并将所述绝缘电阻值与所述报警阈值相比较，若比较结果为所述绝缘电阻值小于所述报警阈值，则发送断开指令（即高电平或低电平信号）至主接触器（属于整车内现有的部件，其结构与连接关系不再赘述），以切断高压电源，并报警，其报警方式可采用现有的声报警、光报警或者声光报警，所述声报警可采用现有的蜂鸣器来实现，所述光报警可采用在整车的仪表盘上点亮故障报警灯来实现。。

本实施例中的其他结构及作用都与实施例1相同，这里不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种高压直流绝缘监测装置，用于实时监测高压直流系统的直流母线对参考地的绝缘电阻值，其特征在于，包括：两个限流电阻、采样电阻、匹配电阻、信号发生单元、控制单元和电源单元；所述控制单元包括指令子单元、采样子单元和计算子单元；

所述两个限流电阻串联在直流母线正负极之间；所述采样电阻的一端与两个限流电阻的串联节点相连，另一端与控制单元的采样子单元相连；所述匹配电阻的一端与两个限流电阻的串联节点相连，另一端连接至绝缘电阻与参考地相连的一端；所述信号发生单元的控制端与控制单元的指令子单元相连，输出端正极连接至绝缘电阻与参考地相连的一端，输出端负极连接至采样电阻与采样子单元相连的一端；所述电源单元用于分别为信号发生单元和控制单元供电；

所述控制单元的指令子单元用于输出控制指令至信号发生单元；所述信号发生单元用于在接收到所述控制指令后输出低频测量信号，该低频测量信号分别经由匹配电阻，和绝缘电阻及两个限流电阻后，再经由采样电阻流回信号发生单元；所述采样子单元用于对采样电阻上的电压信号进行模数转换，并将转换结果输出至计算子单元；所述计算子单元用于根据绝缘电阻所在电路中的各个电流回路，基于基尔霍夫定律及欧姆定律，对采样子单元输出的所述转换结果进行计算，并得出所述绝缘电阻值，

所述绝缘电阻所在电路中的各个电流回路包括电流回路Ⅰ、电流回路II和电流回路III，其中，由匹配电阻、采样电阻及信号发生单元的电源串联构成电流回路Ⅰ，由绝缘电阻、一个限流电阻、采样电阻及信号发生单元的电源串联构成电流回路II，由高压直流系统的动力电池和两个限流电阻串联构成电流回路III，所述信号发生单元的电源由电源单元提供，

所述低频测量信号具有正半周期和负半周期；

所述信号发生单元的控制端还与控制单元的采样子单元相连，所述信号发生单元还用于输出低频测量信号至采样子单元；所述采样子单元还用于对所述低频测量信号进行模数转换，并将转换结果输出至计算子单元；所述计算子单元还用于对采样子单元输出的所述转换结果进行计算，并得出低频测量信号的正负半周期的峰-峰值，

所述计算子单元计算得出的绝缘电阻值R_s为：

$R_s=\frac{R_p*{\mathrm{\λR}}_m}{R_p-{\mathrm{\λR}}_m}-\frac{R_i}{2}---\left(1\right)$

式(1)中，R_p为匹配电阻值，R_m为采样电阻值，R_i为单个限流电阻值，λ为自然系数，且其中，(V_m+-V_m-)为采样电阻上电压信号的正负半周期的峰-峰值电压差，(V_s+-V_s-)为低频测量信号的正负半周期的峰-峰值。

2.根据权利要求1所述的高压直流绝缘监测装置，其特征在于，所述信号发生单元输出的低频测量信号为正负对称的低频方波信号。

3.根据权利要求1所述的高压直流绝缘监测装置，其特征在于，

所述信号发生单元包括第一电阻、第二电阻、第一开关和第二开关；所述第一电阻、第一开关、第二开关和第二电阻依次串联在电源正负极之间，且第一开关与第二开关的串联节点为信号发生单元的输出端；

所述控制单元的指令子单元用于输出控制指令至第一开关和第二开关，以控制第一开关、第二开关闭合或断开；所述指令子单元在控制第一开关闭合、第二开关断开时，电源正极输出的电压信号依次经过第一电阻、第一开关后流至信号发生单元的输出端，对应形成低频测量信号的正半周期；所述指令子单元在控制第一开关断开、第二开关闭合时，电源负极输出的电压信号依次经过第二电阻、第二开关后流至信号发生单元的输出端，对应形成低频测量信号的负半周期。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的高压直流绝缘监测装置，其特征在于，所述高压直流绝缘监测装置还包括采样处理单元，其串联在采样电阻与控制单元的采样子单元之间，用于将采样电阻上的电压信号进行滤波处理后输出至采样子单元；所述电源单元还用于为采样处理单元供电。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的高压直流绝缘监测装置，其特征在于，所述高压直流绝缘监测装置还包括隔离处理单元，其用于对电源单元进行隔离处理。

6.根据权利要求5所述的高压直流绝缘监测装置，其特征在于，所述隔离处理单元采用反激式DCDC变换器。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的高压直流绝缘监测装置，其特征在于，每个所述限流电阻均包括多个串联的子电阻；任一个所述限流电阻还包括与其中多个串联子电阻之一并联的子电阻；所述高压直流绝缘监测装置还包括高压采样单元，其用于对该并联子电阻上的电压信号进行模数转换，并将转换结果输出至控制单元的计算子单元；所述计算子单元还用于对高压采样单元输出的所述转换结果进行计算，并得出高压直流系统的总电压。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的高压直流绝缘监测装置，其特征在于，所述控制单元还包括报警子单元，其内预设有报警阈值；所述计算子单元还用于将其得出的所述绝缘电阻值输出至报警子单元；所述报警子单元用于将所述绝缘电阻值与所述报警阈值相比较，若比较结果为所述绝缘电阻值小于所述报警阈值，则报警。

9.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1～7中任一项所述的高压直流绝缘监测装置，所述高压直流绝缘监测装置用于实时监测电动汽车的高压直流系统中动力电池和电底盘之间的绝缘电阻值。

10.根据权利要求9所述的电动汽车，其特征在于，所述电动汽车为纯电动汽车、混合动力汽车。

11.根据权利要求9所述的电动汽车，其特征在于，还包括整车控制单元，其内预设有报警阈值；

所述高压直流绝缘监测装置用于通过CAN总线将其得出的所述绝缘电阻值输出至整车控制单元；

所述整车控制单元用于通过CAN总线接收所述高压直流绝缘监测装置输出的所述绝缘电阻值，并将所述绝缘电阻值与所述报警阈值相比较，若比较结果为所述绝缘电阻值小于所述报警阈值，则发送断开指令至主接触器，以切断高压电源，并报警。