CN104714152B - 一种电动车用高压绝缘监测电路及监测方法 - Google Patents
一种电动车用高压绝缘监测电路及监测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种电动车用高压绝缘监测电路及监测方法,涉及绝缘监测技术领域,所述监测电路包括:分压电路、储能电路、第一分流电路、第一选通电路、第二分流电路、第二选通电路和处理器,所述处理器控制所述第一选通电路或第二选通电路的导通和截止,并且实时采集所述分压电路的输出端的电压值,以实现高压绝缘监测,本发明通过实时采集电压值实现高压绝缘监测,从而可以清楚的判断高压系统是否良好,并在直流母线单极或两级(直流母线的正极和直流母的负极)同时出现绝缘破坏时能监测出整车绝缘的状况。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘监测技术领域,特别涉及一种电动车用高压绝缘监测电路及监测方法。
背景技术
目前很多车辆均以动力电池和电动机为动力装置,例如:纯电动汽车,这些车辆的工作电压高达几百伏,其电压等级已经远远超出了人体的安全电压等级,对人体安全构成了威胁,因此高压电的安全性必须首先考虑,而其中整车高压电的绝缘性能是高压电安全性的主要问题之一。如果整车绝缘失效,其一车身带电,对司乘人员的人身安全造成隐患;其二绝缘失效,就会存在泄漏电流,如果不能及时的排除,就会使得高压部件外壳材料温度过高引发整车自燃和电池爆炸的危害,其他的危害还很多不再一一列举。
目前的绝缘监测方法主要是在直流母线正负极和车身电底盘之间接入电阻,通过电子开关或高压接触器接通电阻和电底盘,电流或电压传感器做辅助,然后测量电阻上的电压或电流,再计算得到绝缘状态,但这些监测方法只能监测单端绝缘破坏情况,当直流母线正负极绝缘同时超差时却无法监测到,导致车辆的直流系统(高压系统)存在安全隐患。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是:如何实现精确的高压绝缘监测,以避免可能出现的安全隐患。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明提供了一种电动车用高压绝缘监测电路,所述监测电路包括:分压电路、储能电路、第一分流电路、第一选通电路、第二分流电路、第二选通电路和处理器,所述分压电路的两个输入端分别与电动车的直流母线的正极和负极连接,所述储能电路设于所述分压电路的输出端与所述电动车的电底盘之间,所述第一分流电路与所述第一选通电路串联后接于所述直流母线的正极与电底盘之间,所述第二分流电路与所述第二选通电路串联后接于所述直流母线的负极与电底盘之间,所述分压电路的输出端、第一选通电路和第二选通电路均与所述处理器连接,所述处理器控制所述第一选通电路或第二选通电路的导通和截止,并且实时采集所述分压电路的输出端的电压值,以实现高压绝缘监测。
其中,所述储能电路在所述第一选通电路或第二选通电路处于导通状态时进行储能,所述处理器通过实时采集的电压值获得所述储能电路的储能时间及所述分压电路储能前后的输出端电压值,并根据所述储能电路的储能时间及所述分压电路储能前后的输出端电压值计算所述直流母线的正极和负极分别与所述电底盘之间的电阻值。
其中,所述监测电路还包括:第一滤波电路和第二滤波电路,所述第一滤波电路设于所述直流母线的正极与电底盘之间,所述第二滤波电路设于所述直流母线的负极与电底盘之间。
其中,所述第一滤波电路和第二滤波电路均为滤波电容。
其中,所述监测电路还包括:线性隔离电路,所述线性隔离电路设于所述分压电路的输出端与所述处理器之间。
其中,所述分压电路由两个串联的电阻组成。
其中,所述储能电路为RC电路。
其中,所述第一选通电路和第二选通电路为光电开关或继电器。
本发明还公开了一种电动车用高压绝缘监测方法,所述方法依次包括以下步骤:
处理器实时采集分压电路的输出端的电压值;
所述处理器控制两个分流电路中的一个导通;
所述处理器控制导通的分流电路截止;
所述处理器控制所述两个分流电路中的另一个导通;
所述处理器根据实时采集的电压值实现高压绝缘监测。
其中,所述第一分流电路或第二分流电路导通时,所述储能电路进行储能;
所述处理器根据实时采集的电压值实现高压绝缘监测包括:
所述处理器通过实时采集的电压值获得所述储能电路的储能时间及所述分压电路储能前后的输出端电压值;
根据所述储能电路的储能时间及所述分压电路储能前后的输出端电压值计算所述直流母线的正极和负极分别与所述电底盘之间的电阻值。
(三)有益效果
本发明通过实时采集电压值实现高压绝缘监测,从而可以清楚的判断高压系统是否良好,并在直流母线单极或两级(直流母线的正极和直流母的负极)同时出现绝缘破坏时能监测出整车绝缘的状况。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的电动车用高压绝缘监测电路的结构框图;
图2是本发明一种实施例的电动车用高压绝缘监测电路的电路原理图;
图3是本发明一种实施方式的电动车用高压绝缘监测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明一种实施方式的电动车用高压绝缘监测电路的结构框图;参照图1,所述监测电路包括:分压电路、储能电路、第一分流电路、第一选通电路、第二分流电路、第二选通电路和处理器,所述分压电路的两个输入端分别与直流母线的正极和负极连接,所述储能电路设于所述分压电路的输出端与电底盘之间,所述第一分流电路与所述第一选通电路串联后接于所述直流母线的正极与电底盘之间,所述第二分流电路与所述第二选通电路串联后接于所述直流母线的负极与电底盘之间,所述分压电路的输出端、第一选通电路和第二选通电路均与所述处理器连接,所述处理器控制所述第一选通电路或第二选通电路的导通和截止,并且实时采集所述分压电路的输出端的电压值,以实现高压绝缘监测。
为更直观的实现高压绝缘监测,优选地,所述储能电路在所述第一选通电路或第二选通电路处于导通状态时进行储能,所述处理器通过实时采集的电压值获得所述储能电路的储能时间及所述分压电路储能前后的输出端电压值,并根据所述储能电路的储能时间及所述分压电路储能前后的输出端电压值计算所述直流母线的正极和负极分别与所述电底盘之间的电阻值。
为消除高频噪音的影响,优选地,所述监测电路还包括:第一滤波电路和第二滤波电路,所述第一滤波电路设于所述直流母线的正极与电底盘之间,所述第二滤波电路设于所述直流母线的负极与电底盘之间。
为便于实现及节省成本,优选地,所述第一滤波电路和第二滤波电路均为滤波电容。
为确保低压不受高压系统的影响,优选地,所述监测电路还包括:线性隔离电路,所述线性隔离电路设于所述分压电路的输出端与所述处理器之间。
为便于实现及节省成本,优选地,所述分压电路由两个串联的电阻组成。
为便于实现及节省成本,优选地,所述储能电路为RC电路。
为进一步确保低压不受高压系统的影响,其特征在于,所述第一选通电路和第二选通电路为光电开关或继电器。
本实施方式的监测电路适用于各种车辆,尤其是高压系统为直流60V~790V的电动汽车。
实施例
下面以一个最优的实施例来说明本发明,但不限定本发明的保护范围。参照图2,图中,“Battery”为动力电池;U+、U-分别为直流母线的正极和负极;接地端为电底盘;在直流母线的正级和负极分别与电底盘之间接入2个偏置电阻R1(即第一分流电路)、R2(即第二分流电路)和2个光电开关J1(即第一选通电路)、J2(即第二选通电路),R1、R2阻值较大(即不小于400KΩ)且相同,否则易降低整车绝缘性能;在直流母线的回路中接入2个标准电阻R3、R4(R3和R4即组成分压电路),R3、R4阻值较大(即不小于2MΩ)且相同,以降低电池能量的损耗;在R3、R4中间点(即分压电路的输出端)与电底盘之间接入RC电路(即R5、C1组成,此处以RC并联电路为例来说明本发明,还可以为RC串联电路或其他等效的电路),以R3、R4中间点为检测点P,检测RC电路的充电时间,在送入CPU(即处理器,图中未示出)进行计算之前,采用线性隔离电路对高压与低压系统进行隔离,确保低压不受高压系统的影响,线性隔离电路预选已得到广泛应用的线性隔离放大器HNCR201;
设直流母线的正极和负极对电底盘的绝缘阻抗分别为RP、RN;利用CPU输出高速脉冲信号分别驱动光电开关J1、J2以便接入电阻R1、R2;
当J1、J2均断开时,动力电池电源通过电阻RP、RN、R3、R4进行分压,因电容C1通直流阻交流,其两端(检测点和电底盘之间)的电压差为R5的电压;当闭合J1开关后,母线电压正极与电底盘接入电阻R1,使得正极对电底盘的电阻变小,根据欧姆定律即母线负极相对于电底盘的电压差突然变大,因电容C1两端的电压(电底盘与检测点P之间)不能突变,通过并联的RC电路(即R5、C1)从电底盘向检测点P进行充电,平衡后电容的两端电压仍为R5两端的电压,这期间CPU测量RC电路的充电时间(即储能时间),通过逻辑公式计算出高压母线负极对电底盘的绝缘阻抗;相同道理当闭合J2开关后,母线电压负极与电底盘接入电阻R2,使得负极对电底盘的电阻变小,根据欧姆定律即母线正极相对于电底盘的电压差突然变大,因电容C1两端的电压(电底盘与检测点P之间)不能突变,通过并联的RC电路(即R5、C1)从检测点电底盘向P进行充电,平衡后电容的两端电压仍为R5两端的电压,这期间CPU测量RC电路的充电时间,通过逻辑公式计算出高压母线负极对电底盘的绝缘阻抗;电路中使用的电容C2、C3主要用来滤波以消除高频噪音对系统的影响。
CPU测量RC电路的充电时间可以通过下面方式进行:当闭合光电开关J1或J2时,开始计时,等检测到检测点P与电底盘之间的电压稳定不再变化时,即为RC电路的充电时间。
在J1、J2均断开时,因电容C1通直流阻交流,其两端(检测点和电底盘之间)的电压差很小可忽略不计,高压母线正极和负极相对于电底盘(即检测点P)之间的电压分别设为UP+和UP-,动力电池两端电压差为U。
UP+=(RP∥R3/(RP∥R3+RN∥R4))*U (1)
UP-=(RN∥R4/(RP∥R3+RN∥R4))*U (2)
当J1闭合后,母线负极相对于电底盘的电压差突然变大,通过并联的RC电路(即R5、C1)从检测点电底盘向P进行充电,CPU检测充电时间为t+,平衡后高压母线负极相对于电底盘(即检测点P)之间的电压设为UP-’
UP-’=(RN∥R4/(RP∥R3∥R1+RN∥R4))*U (3)
将J1断开,待检测点P电位平稳后,再闭合开关J2,母线正极相对于电底盘的电压差突然变大,通过并联的RC电路(即R5、C1)从电底盘向检测点P进行充电,CPU检测充电时间为t-,平衡后高压母线正极相对于电底盘(即检测点P)之间的电压设为UP+’
UP+’=(R3∥R1/(R3∥R1+RN∥R4∥R2))*U (4)
电容充电的公式为Vt=E*(1-exp(-t/RC))
其中E为电容C的初始电压,Vt为t时刻电容上的电压值
由此得出方程式如下:
UP+’=UP+*(1-exp(-t+/R5*C1)) (5)
UP-’=UP-*(1-exp(-t-/R5*C1)) (6)
其中R1、R2、R3、R4、R5、C1为已知部件,将(1)(2)(3)(4)(5)(6)由上面六式联立即可计算出整车母线正极和负极对电底盘绝缘阻抗RP、RN。
可通过在CPU中预设直流母线正极和负极对电底盘的绝缘阻抗的安全阈值,当测量值低于安全阈值时,CPU发出报警信号。
本实施例的监测电路具有以下优点:
1、能够实时的监测并计算直流母线对电底盘的绝缘阻抗,从而可以清楚的判断高压系统是否良好,并在直流高压的单极或两级(直流母线正极和直流母线负极)同时出现绝缘破坏时能监测出整车绝缘的状况,并在绝缘状况出现异常时,可便于整车控制电路安全可靠的控制高压电路的通断,确保人车安全;
2、利用光电隔离器件,隔离了高压与低压系统,确保低压不受高压系统的影响,运行安全可靠;
3、该监测电路具有成本低,且电路简单、体积小、精度高的优点;
4、特别适用于有安全电压要求的高压系统中,确保高压系统的安全、可靠,保证驾驶员及乘客的人身安全。
本发明还公开了一种电动车用高压绝缘监测方法,参照图3,所述方法包括以下步骤:
处理器实时采集分压电路的输出端的电压值;
所述处理器控制两个分流电路中的一个导通;
所述处理器控制导通的分流电路截止;
所述处理器控制所述两个分流电路中的另一个导通;(本方法中控制第一分流电路导通或第二分流电路导通没有先后关系,但控制另一个分流电路导通之前必须要控制当前分流电路截止)
所述处理器根据实时采集的电压值实现高压绝缘监测。
优选地,所述第一分流电路或第二分流电路导通时,所述储能电路进行储能;
所述处理器根据实时采集的电压值实现高压绝缘监测包括:
所述处理器通过实时采集的电压值获得所述储能电路的储能时间及所述分压电路储能前后的输出端电压值;
根据所述储能电路的储能时间及所述分压电路储能前后的输出端电压值计算所述直流母线的正极和负极分别与所述电底盘之间的电阻值。
以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴,本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (8)
1.一种电动车用高压绝缘监测电路,其特征在于,所述监测电路包括:分压电路、储能电路、第一分流电路、第一选通电路、第二分流电路、第二选通电路和处理器,所述分压电路的两个输入端分别与电动车的直流母线的正极和负极连接,所述储能电路设于所述分压电路的输出端与电底盘之间,所述第一分流电路与所述第一选通电路串联后接于所述直流母线的正极与所述电动车的电底盘之间,所述第二分流电路与所述第二选通电路串联后接于所述直流母线的负极与电底盘之间,所述分压电路的输出端、第一选通电路和第二选通电路均与所述处理器连接,所述处理器控制所述第一选通电路或第二选通电路的导通和截止,并且实时采集所述分压电路的输出端的电压值,以实现高压绝缘监测;
其中,所述储能电路在所述第一选通电路或第二选通电路处于导通状态时进行储能,所述处理器通过实时采集的电压值获得所述储能电路的储能时间及所述分压电路储能前后的输出端电压值,并根据所述储能电路的储能时间及所述分压电路储能前后的输出端电压值计算所述直流母线的正极和负极分别与所述电底盘之间的电阻值。
2.如权利要求1所述的监测电路,其特征在于,所述监测电路还包括:第一滤波电路和第二滤波电路,所述第一滤波电路设于所述直流母线的正极与电底盘之间,所述第二滤波电路设于所述直流母线的负极与电底盘之间。
3.如权利要求2所述的监测电路,其特征在于,所述第一滤波电路和第二滤波电路均为滤波电容。
4.如权利要求1所述的监测电路,其特征在于,所述监测电路还包括:线性隔离电路,所述线性隔离电路设于所述分压电路的输出端与所述处理器之间。
5.如权利要求1所述的监测电路,其特征在于,所述分压电路由两个串联的电阻组成。
6.如权利要求1所述的监测电路,其特征在于,所述储能电路为RC电路。
7.如权利要求1所述的监测电路,其特征在于,所述第一选通电路和第二选通电路为光电开关或继电器。
8.一种利用权利要求1~7中任一项所述的监测电路的电动车用高压绝缘监测方法,其特征在于,所述方法依次包括以下步骤:
处理器实时采集分压电路的输出端的电压值;
所述处理器控制两个分流电路中的一个导通;
所述处理器控制导通的分流电路截止;
所述处理器控制所述两个分流电路中的另一个导通;
所述处理器根据实时采集的电压值实现高压绝缘监测;
其中,所述第一分流电路或第二分流电路导通时,所述储能电路进行储能;
所述处理器根据实时采集的电压值实现高压绝缘监测包括:
所述处理器通过实时采集的电压值获得所述储能电路的储能时间及所述分压电路储能前后的输出端电压值;
根据所述储能电路的储能时间及所述分压电路储能前后的输出端电压值计算所述直流母线的正极和负极分别与所述电底盘之间的电阻值。
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