CN103675628B - 一种电动车辆高压绝缘监测保护系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种电动车辆高压绝缘监测保护系统，包括高压监测电路、控制器与电源模块，所述高压监测电路包括波形发生器、电容、电阻以及位于高压电池负极、车身地之间的绝缘电阻，控制器包括AC/DC转换器、比较器、信号处理模块与逻辑判断处理模块，且电源模块为输出电压可调式电源；使用时，先由波形发生器不断产生波形信号，再由AC/DC转换器即时监测电阻两端的电压以反映绝缘电阻的变化，然后由比较器、信号处理模块、逻辑判断处理模块对监测结果依次处理以得到绝缘电阻的即时情况以进行绝缘控制。本设计不仅监测程序简单、具备绝缘监测提醒功能、可调能力较强，而且精确度高、安全性强，应用范围较广。

Description

一种电动车辆高压绝缘监测保护系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种车辆绝缘监测保护系统，尤其涉及一种电动车辆高压绝缘监测保护系统及其使用方法，属于电动汽车高压安全技术防护领域，具体适用于提高绝缘保护的精确性、安全性，并扩大其应用范围。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，电动汽车越来越受到重视。电动汽车的主要部件包括动力电池、电机、电动转向、电动空调、电动空压机以及高压电缆等，动力电池的电压一般情况下都在300V以上，一旦这些部件出现绝缘问题，将会直接危及驾乘人员的生命安全。因此在电动车辆上配备高压绝缘监测保护装置，实时准确地检测高压电气系统对车辆底盘绝缘性能，对保证乘客安全、电气设备正常工作和车辆安全运行具有重要意义。有鉴于此，目前电动车辆上已经开始配备高压绝缘监测系统，如中国专利授权公告号为CN202083767U，授权公告日为2011年12月21日的实用新型专利公开了一种高压绝缘监测装置，该装置包括：高压测量电路，与控制器相连，用于实时或定期采集供电电池的若干监测点的电压值，并将采集得到的电压信号传送至控制器；绝缘检测电路，与控制器相连，用于实时采集供电电池电压正极或地的电压值，并将采集得到的电压信号传送至控制器；控制器，用于根据所述高压测量电路发送的电压信号监测供电电路的高压异常状况，并根据绝缘检测电路发送的电压信号检测供电电池电压正极或地的绝缘异常现象。虽然该实用新型能由控制器根据监测到的多个电压值、电压信号以执行相关动作来保护驾驶人员的生命安全，但其仍旧具有以下缺陷：

首先，监测程序繁琐、精确度较低：该设计中，与控制器相连接的高压测量电路、绝缘监测电路均包含多个数据采集器，使用时，需要对多个点进行多个数据采集，且对所采集的每个数据都要经过多次处理后才传递给控制器，最后由控制器来判断监测点的高压绝缘情况。不仅监测对象太多，而且流经程序、仪器也太多，花费时间很长，存在很大的安全隐患，易在处理的过程中就会出现问题，毕竟，只要一个监测点的电压值出现绝缘问题，就势必会导致安全隐患；此外，采用多个数据采集器采集数据，且对每个数据都进行多次电压处理，不但步骤繁琐，而且会引起信号失真，从而降低数据的精确度，最终影响控制的判断。

其次，缺乏绝缘监测提醒功能、安全性较低：该设计虽然可由控制器进行绝缘判断，并实现绝缘控制，具有一定的安全性。但其缺乏必需的绝缘监测提醒功能，不仅导致只能在车辆出现绝缘故障时才会进行控制，易引发事故，安全性较低，而且，即使对车辆进行车辆控制，但也会由于没有绝缘提醒，而无法搞清车辆的故障所在，不利于排除故障。

再次，可调能力弱、应用范围较窄：该设计中的电源仅能提供3.3V这一种电压给控制器、高压测量电路、绝缘检测电路使用，不具备电压变换功能，也就不能适用于别的绝缘监测系统，如需要多种电压的系统，应用范围较窄。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的监测程序繁琐、精确度较低、缺乏绝缘监测提醒功能、应用范围较窄的缺陷与问题，提供一种监测程序简单、精确度较高、具备绝缘监测提醒功能、应用范围较广的电动车辆高压绝缘监测保护系统及其使用方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种电动车辆高压绝缘监测保护系统，包括高压监测电路、控制器与电源模块，所述高压监测电路的信号输出端与控制器的信号输入端相连接，且在控制器上连接有电源模块；

所述高压监测电路包括波形发生器、电容、电阻与绝缘电阻；所述控制器包括AC/DC转换器、比较器、信号处理模块与逻辑判断处理模块；所述电源模块为输出电压可调式电源；

所述电源模块的输入端与整车电源相连接，电源模块的输出端分别与波形发生器、AC/DC转换器、比较器、信号处理模块、逻辑判断处理模块相连接；

所述波形发生器的信号输出端分别与电容、电阻的一端相连接，电容的另一端分别与高压电池负极、绝缘电阻的一端相连接，绝缘电阻的另一端与车身地相连接，电阻的另一端与车身地相连接；

所述电阻的两端与AC/DC转换器的两个输入端相连接，AC/DC转换器的输出端与比较器的输入端相连接，比较器的两个输出端与信号处理模块的两个输入端连接，信号处理模块的两个输出端与逻辑判断处理模块的两个输入端连接，逻辑判断处理模块的输出端分别与报警装置、高压电池管理器相连接。

所述报警装置包括仪表及其上连接的信号灯、报警器。

所述电源模块的主芯片为LM2596–ADJ开关电压调节器，辅芯片为LM7805、MAX1847。

所述AC/DC转换器所用芯片为AD736。

所述比较器所用芯片为LM258。

所述波形发生器为三角波信号发生器或正弦波信号发生器。

一种上述电动车辆高压绝缘监测保护系统的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

先由电源模块将整车电源转换为不同的输出电压以满足波形发生器、AC/DC转换器、比较器、信号处理模块、逻辑判断处理模块的需要，得电后的波形发生器不停的产生波信号以分别经过电容、电阻，当高压电池负极、车身地之间的绝缘电阻发生变化时，电阻两端的电压会随之变化，同时，AC/DC转换器会即时采集电阻两端的电压，并将其转换为真有效值以传递给比较器，再由比较器比较真有效值、设定安全阀值的大小，并将比较结果发送给信号处理模块，然后由信号处理模块对比较结果进行处理以得到满足逻辑判断处理模块需求的处理后比较结果，并将处理后比较结果传递给逻辑判断处理模块，再由逻辑判断处理模块对处理后比较结果进行逻辑判断，然后将判断结果以PWM波的形式发送给报警装置、高压电池管理器以进行对应的报警操作、高压电池管理操作。

所述报警装置包括仪表及其上连接的信号灯、报警器；

所述报警操作是指：信号灯根据所接收到的不同占空比的PWM波，分别显示红色、黄色、绿色以提醒绝缘电阻处于危险情况、警告情况、安全情况，且当绝缘电阻处于警告情况或危险情况时，报警器报警。

所述高压电池管理操作是指：高压电池管理器先根据所接收到的不同占空比的PWM波以确定高压电池负极、车身地之间的绝缘电阻的变化情况，再根据绝缘电阻的变化情况控制相关执行机构动作。

所述波信号为三角波或正弦波信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种电动车辆高压绝缘监测保护系统及其使用方法中由波形发生器产生信号以传递给电容、电阻，再由AC/DC转换器对电阻两端的电压进行即时监测，电阻两端电压与绝缘电阻变化情况直接相关，AC/DC转换器监测的电压依次经比较器、信号处理模块、逻辑判断处理模块判断处理后，即可以PWM波的形式将绝缘电阻情况反馈给高压电池管理器、报警装置以进行绝缘控制。整个系统，不仅零部件数量较少、布局清晰，而且监测对象单一、针对性强，大大简化了监测程序，此外，只需对单一的目标信号进行处理，有利于提高信号的精确度。因此，本发明不仅监测程序简单，而且精确度较高。

2、本发明一种电动车辆高压绝缘监测保护系统及其使用方法中设置了报警装置以实现绝缘监测提醒功能，该报警装置可在出现绝缘故障时进行有效的报警以提示驾驶员，不仅安全性较高，而且目标明确，便于排除故障。尤其当报警装置包括仪表、信号灯、报警器，且能根据所接收到的不同占空比的PWM波进行不用颜色的信号显示时，其效果更好。因此，本发明不仅具备绝缘监测提醒功能，而且安全性较强。

3、本发明一种电动车辆高压绝缘监测保护系统及其使用方法中的电源模块为输出电压可调式电源，可调性较强，可对输出电压进行变换以满足不同服务对象的电压需求，应用范围较广，可适用于各种不同的绝缘监测系统，尤其当电源模块的主芯片为LM2596–ADJ开关电压调节器，辅芯片为LM7805、MAX1847时，其效果更好。因此，本发明不仅可调能力较强，而且应用范围较广。

4、本发明一种电动车辆高压绝缘监测保护系统及其使用方法中的AC/DC转换器所用芯片优选为AD73，该种芯片能够更加精确的测量各种电压波形的有效值，且不必考虑被测波形的参数以及失真，精确度和灵敏度都比较高，有利于提高本设计的使用效果。因此，本发明的精确度、灵敏度均较高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：电源模块1、控制器2、AC/DC转换器21、比较器22、信号处理模块23、逻辑判断处理模块24、高压监测电路3、波形发生器31、电容32、电阻33、绝缘电阻34、高压电池负极35、车身地36、报警装置4、仪表41、信号灯42、报警器43、高压电池管理器5、整车电源6。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，一种电动车辆高压绝缘监测保护系统，包括高压监测电路3、控制器2与电源模块1，所述高压监测电路3的信号输出端与控制器2的信号输入端相连接，且在控制器2上连接有电源模块1；

所述高压监测电路3包括波形发生器31、电容32、电阻33与绝缘电阻34；所述控制器2包括AC/DC转换器21、比较器22、信号处理模块23与逻辑判断处理模块24；所述电源模块1为输出电压可调式电源；

所述电源模块1的输入端与整车电源6相连接，电源模块1的输出端分别与波形发生器31、AC/DC转换器21、比较器22、信号处理模块23、逻辑判断处理模块24相连接；

所述波形发生器31的信号输出端分别与电容32、电阻33的一端相连接，电容32的另一端分别与高压电池负极35、绝缘电阻34的一端相连接，绝缘电阻34的另一端与车身地36相连接，电阻33的另一端与车身地36相连接；

所述电阻33的两端与AC/DC转换器21的两个输入端相连接，AC/DC转换器21的输出端与比较器22的输入端相连接，比较器22的两个输出端与信号处理模块23的两个输入端连接，信号处理模块23的两个输出端与逻辑判断处理模块24的两个输入端连接，逻辑判断处理模块24的输出端分别与报警装置4、高压电池管理器55相连接。

所述报警装置4包括仪表41及其上连接的信号灯42、报警器43。

所述电源模块1的主芯片为LM2596–ADJ开关电压调节器，辅芯片为LM7805、MAX1847。

所述AC/DC转换器21所用芯片为AD736。

所述比较器22所用芯片为LM258。

所述波形发生器31为三角波信号发生器或正弦波信号发生器。

一种上述电动车辆高压绝缘监测保护系统的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

先由电源模块1将整车电源6转换为不同的输出电压以满足波形发生器31、AC/DC转换器21、比较器22、信号处理模块23、逻辑判断处理模块24的需要，得电后的波形发生器31不停的产生波信号以分别经过电容32、电阻33，当高压电池负极35、车身地36之间的绝缘电阻34发生变化时，电阻33两端的电压会随之变化，同时，AC/DC转换器21会即时采集电阻33两端的电压，并将其转换为真有效值以传递给比较器22，再由比较器22比较真有效值、设定安全阀值的大小，并将比较结果发送给信号处理模块23，然后由信号处理模块23对比较结果进行处理以得到满足逻辑判断处理模块24需求的处理后比较结果，并将处理后比较结果传递给逻辑判断处理模块24，再由逻辑判断处理模块24对处理后比较结果进行逻辑判断，然后将判断结果以PWM波的形式发送给报警装置4、高压电池管理器5以进行对应的报警操作、高压电池管理操作。

所述报警装置4包括仪表41及其上连接的信号灯42、报警器43；

所述报警操作是指：信号灯42根据所接收到的不同占空比的PWM波，分别显示红色、黄色、绿色以提醒绝缘电阻34处于危险情况、警告情况、安全情况，且当绝缘电阻34处于警告情况或危险情况时，报警器43报警。

所述高压电池管理操作是指：高压电池管理器5先根据所接收到的不同占空比的PWM波以确定高压电池负极35、车身地36之间的绝缘电阻34的变化情况，再根据绝缘电阻34的变化情况控制相关执行机构动作。

所述波信号为三角波或正弦波信号。

本发明的原理说明如下：

1、整体监测过程：

波形发生器用于产生信号发送给电容和电阻，电容的主要作用是隔直流信号通交流信号，当高压电池负极、车身地之间的绝缘电阻发生变化时，电阻两端的电压必然发生变化，同时，AC/DC转换器可以时刻采集到电阻两端的该电压值，并将其转换为真有效值传递给比较器，比较器比较AC/DC转换器传递的真有效值与设定安全阀值的大小，并将结果发送给信号处理模块，信号处理模块的作用的是将比较器所发送的比较结果进行处理，使其满足逻辑判断处理模块的需求，并传递给逻辑判断处理模块，逻辑判断处理模块再对其进行逻辑判断后以PWM波形式发送给高压电池管理器和报警装置，报警装置包括仪表及其上连接的信号灯、报警器。该信号灯可以根据所接收到的不同占空比的PWM波，分别显示红色、黄色、绿色来提示驾驶员绝缘电阻是处于危险情况、警告情况、安全情况，当绝缘电阻处于警告情况或危险情况时，报警器报警，提示驾驶员停车检查。高压电池管理器也会根据所接收到的不同占空比的PWM波了解高压电池负极、车身地之间绝缘电阻的变化情况，进行安全保护。

2、电源模块：

电源模块采用主芯片为LM2596–ADJ开关电压调节器，配合LM7805、MAX1847芯片，可以将整车12V/24V电源转换为任意器件所需电压，如提供给波形发生器、AC/DC转换器、比较器、信号处理模块、逻辑判断处理模块所需要的输入电压，因此其应用范围比较广。

实施例1：

一种电动车辆高压绝缘监测保护系统，包括高压监测电路3、控制器2与电源模块1，所述高压监测电路3包括波形发生器31（如三角波信号发生器或正弦波信号发生器）、电容32、电阻33与绝缘电阻34，控制器2包括AC/DC转换器21、比较器22、信号处理模块23与逻辑判断处理模块24，且电源模块1为输出电压可调式电源；

所述电源模块1的输入端与整车电源6相连接，电源模块1的输出端分别与波形发生器31、AC/DC转换器21、比较器22、信号处理模块23、逻辑判断处理模块24相连接；

所述波形发生器31的信号输出端分别与电容32、电阻33的一端相连接，电容32的另一端分别与高压电池负极35、绝缘电阻34的一端相连接，绝缘电阻34的另一端与车身地36相连接，电阻33的另一端与车身地36相连接；

所述电阻33的两端与AC/DC转换器21的两个输入端相连接，AC/DC转换器21的输出端与比较器22的输入端相连接，比较器22的两个输出端与信号处理模块23的两个输入端连接，信号处理模块23的两个输出端与逻辑判断处理模块24的两个输入端连接，逻辑判断处理模块24的输出端分别与报警装置4（包括仪表41及其上连接的信号灯42、报警器43）、高压电池管理器55相连接。

一种上述电动车辆高压绝缘监测保护系统的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

先由电源模块1将整车电源6转换为不同的输出电压以满足波形发生器31、AC/DC转换器21、比较器22、信号处理模块23、逻辑判断处理模块24所需要的电压，得电后的波形发生器31不停的产生波信号（三角波或正弦波）以分别经过电容32、电阻33，当高压电池负极35、车身地36之间的绝缘电阻34发生变化时，电阻33两端的电压必然会随之变化，同时，加载在电阻33两端的AC/DC转换器21就会即时采集电阻33两端的电压，并将其转换为真有效值以传递给比较器22，再由比较器22比较真有效值、设定安全阀值的大小，并将比较结果发送给信号处理模块23，然后由信号处理模块23对比较结果进行处理以得到满足逻辑判断处理模块24需求的“处理后比较结果”，并将“处理后比较结果”传递给逻辑判断处理模块24，再由逻辑判断处理模块24对处理后比较结果进行逻辑判断，然后将判断结果以PWM波的形式发送给报警装置4、高压电池管理器5以进行对应的报警操作、高压电池管理操作；

所述报警操作是指：信号灯42可以根据所接收到的不同占空比的PWM波，分别显示红色、黄色、绿色来提示驾驶员绝缘电阻34处于危险情况、警告情况、安全情况，且当绝缘电阻34处于警告情况或危险情况时，报警器43报警，提示驾驶员停车检查；

所述高压电池管理操作是指：高压电池管理器5先根据所接收到的不同占空比的PWM波以确定高压电池负极35、车身地36之间的绝缘电阻34的变化情况，再根据绝缘电阻34的变化情况控制相关执行机构动作。

Claims (8)

1.一种电动车辆高压绝缘监测保护系统，包括高压监测电路（3）、控制器（2）与电源模块（1），所述高压监测电路（3）的信号输出端与控制器（2）的信号输入端相连接，且在控制器（2）上连接有电源模块（1），其特征在于：

所述高压监测电路（3）包括波形发生器（31）、电容（32）、电阻（33）与绝缘电阻（34）；所述控制器（2）包括AC/DC转换器（21）、比较器（22）、信号处理模块（23）与逻辑判断处理模块（24）；所述电源模块（1）为输出电压可调式电源；所述电源模块（1）的输入端与整车电源（6）相连接，电源模块（1）的输出端分别与波形发生器（31）、AC/DC转换器（21）、比较器（22）、信号处理模块（23）、逻辑判断处理模块（24）相连接；所述波形发生器（31）的信号输出端分别与电容（32）、电阻（33）的一端相连接，电容（32）的另一端分别与高压电池负极（35）、绝缘电阻（34）的一端相连接，绝缘电阻（34）的另一端与车身地（36）相连接，电阻（33）的另一端与车身地（36）相连接；所述电阻（33）的两端与AC/DC转换器（21）的两个输入端相连接，AC/DC转换器（21）的输出端与比较器（22）的输入端相连接，比较器（22）的两个输出端与信号处理模块（23）的两个输入端连接，信号处理模块（23）的两个输出端与逻辑判断处理模块（24）的两个输入端连接，逻辑判断处理模块（24）的输出端分别与报警装置（4）、高压电池管理器（5）相连接；

所述电动车辆高压绝缘监测保护系统依照下述步骤运行：先由电源模块（1）将整车电源（6）转换为不同的输出电压以满足波形发生器（31）、AC/DC转换器（21）、比较器（22）、信号处理模块（23）、逻辑判断处理模块（24）的需要，得电后的波形发生器（31）不停的产生波信号以分别经过电容（32）、电阻（33），当高压电池负极（35）、车身地（36）之间的绝缘电阻（34）发生变化时，电阻（33）两端的电压会随之变化，同时，AC/DC转换器（21）会即时采集电阻（33）两端的电压，并将其转换为真有效值以传递给比较器（22），再由比较器（22）比较真有效值、设定安全阀值的大小，并将比较结果发送给信号处理模块（23），然后由信号处理模块（23）对比较结果进行处理以得到满足逻辑判断处理模块（24）需求的处理后比较结果，并将处理后比较结果传递给逻辑判断处理模块（24），再由逻辑判断处理模块（24）对处理后比较结果进行逻辑判断，然后将判断结果以PWM波的形式发送给报警装置（4）、高压电池管理器（5）以进行对应的报警操作、高压电池管理操作。

2.根据权利要求1所述的一种电动车辆高压绝缘监测保护系统，其特征在于：所述电源模块（1）的主芯片为LM2596–ADJ开关电压调节器，辅芯片为LM7805、MAX1847。

3.根据权利要求1所述的一种电动车辆高压绝缘监测保护系统，其特征在于：所述AC/DC转换器（21）所用芯片为AD736。

4.根据权利要求1所述的一种电动车辆高压绝缘监测保护系统，其特征在于：所述比较器（22）所用芯片为LM258。

5.根据权利要求1所述的一种电动车辆高压绝缘监测保护系统，其特征在于：所述波形发生器（31）为三角波信号发生器或正弦波信号发生器。

6.根据权利要求1所述的一种电动车辆高压绝缘监测保护系统，其特征在于：

所述报警装置（4）包括仪表（41）及其上连接的信号灯（42）、报警器（43）；

所述报警操作是指：信号灯（42）根据所接收到的不同占空比的PWM波，分别显示红色、黄色、绿色以提醒绝缘电阻（34）处于危险情况、警告情况、安全情况，且当绝缘电阻（34）处于警告情况或危险情况时，报警器（43）报警。

7.根据权利要求1所述的一种电动车辆高压绝缘监测保护系统，其特征在于：所述高压电池管理操作是指：高压电池管理器（5）先根据所接收到的不同占空比的PWM波以确定高压电池负极（35）、车身地（36）之间的绝缘电阻（34）的变化情况，再根据绝缘电阻（34）的变化情况控制相关执行机构动作。

8.根据权利要求1所述的一种电动车辆高压绝缘监测保护系统，其特征在于：所述波信号为三角波或正弦波信号。