CN106990275B - 对地绝缘电阻电压采样方法及装置 - Google Patents

对地绝缘电阻电压采样方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种对地绝缘电阻电压采样方法及装置，其中该方法包括：在电桥桥臂未闭合时，采集母线电压作为校准母线电压；在桥臂闭合时，采集电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压；计算至少两组中母线电压与绝缘对地电压的比值，并判断第一次采样的母线电压及绝缘对地电压的比值分别与后续采样的母线电压及绝缘对地电压的比值之差是否都在在预设范围内；若差值在预设范围内，计算校准母线电压与第一次采样的母线电压的比值，根据第一次采样的绝缘对地电压及该比值计算滤波后的绝缘对地电压。本发明技术方案提高了滤波处理速度及提高了采样时的抗干扰能力。

Description

对地绝缘电阻电压采样方法及装置
技术领域
本发明涉及不平衡电桥对地绝缘电阻电压采样技术领域，特别涉及一种对地绝缘电阻电压采样方法及装置。
背景技术
直流电源(如电动汽车动力蓄电池、光伏阵列等)对地绝缘阻抗不良或阻值低于规定值，将使得直流电源对地形成高压，进而使应用该直流电源的设备的外壳带电，不仅易损坏设备，还给人身安全带来巨大威胁。因此，有必要对直流电源对地绝缘阻抗进行检测，以便及时采取相应的调节措施，保证绝缘阻抗始终满足规定要求。
现有技术一般通过电桥平衡原理的检测方法，直流电源正负极对地之间均并联给定的电阻值，与直流电源的正负极对地电阻形成一个电阻电桥，通过采样桥臂的电压值结合直流电源正负极最大电压值并计算得到当前直流电源正负极对地电阻，再通过和标准规范中规定的绝缘阻抗值进行比较判断当前直流电源正负极对地绝缘阻抗是否良好。
对于采样到的桥臂电压，为了稳定和不受到干扰通常会用到以下滤波方式对采样电压进行处理：
1、采用无源滤波电路进行滤波，但是无源滤波电路带负载能力差，抗干扰特性不理想；
2、采用有源滤波电路进行滤波，但是有源滤波电路会使采样信号的时间变长，特别是直流高压频繁变化的时候，对电压的采样时间会有较大影响，从而使的对滤波的处理速度变慢。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种对地绝缘电阻电压采样方法，旨在提高滤波处理速度、提采样时的高抗干扰能力。
为实现上述目的，本发明提出的对地绝缘电阻电压采样方法，包括：
在电桥桥臂未闭合时，采集母线电压作为校准母线电压；
在桥臂闭合时，采集电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压；
计算至少两组中母线电压与绝缘对地电压的比值，并判断第一次采样的母线电压及绝缘对地电压的比值分别与后续采样的母线电压及绝缘对地电压的比值之差是否都在预设范围内；
若差值在预设范围内，计算校准母线电压与第一次采样的母线电压的比值，根据第一次采样的绝缘对地电压及该比值计算滤波后的绝缘对地电压。
优选地，在所述“在桥臂闭合时，采集电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压”包括：
桥臂闭合后，按设定的采样周期获取电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压。
优选地，若差值不在预设范围内时，舍弃最先采样的一组母线电压与绝缘对地电压，将下一组母线电压与绝缘对地电压作为新的第一次采样并重新采样一组母线电压与绝缘对地电压计算其比值。
优选地，根据第一次采样的绝缘对地电压及该比值计算滤波后的绝缘对地电压：
将第一次采样的绝缘对地电压与校准母线电压和第一次采样的母线电压的比值相乘计算得到滤波后的绝缘对地电压。
优选地，计算所述比值的电压值为连续采样获取的母线电压与绝缘对地电压。
本发明还提出一种对地绝缘电阻电压采样装置，所述装置包括：
采样模块：在电桥桥臂未闭合时，采集母线电压作为校准母线电压；在桥臂闭合时，采集电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压；
判断模块：计算至少两组中母线电压与绝缘对地电压的比值，并判断第一次采样的母线电压及绝缘对地电压的比值分别与后续采样的母线电压及绝缘对地电压的比值之差是否都在预设范围内；
滤波计算模块：若差值在预设范围内，计算校准母线电压与第一次采样的母线电压的比值，根据第一次采样的绝缘对地电压及该比值计算滤波后的绝缘对地电压。
优选地，所述采样模块桥臂闭合后，在设定的采样周期获取电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压。。
优选地，所述判断模块在差值不在预设范围内时，舍弃最先采样的一组母线电压与绝缘对地电压，将下一组母线电压与绝缘对地电压作为新的第一次采样并重新采样一组母线电压与绝缘对地电压，计算其比值。
优选地，所述滤波计算模块将将第一次采样的绝缘对地电压与校准母线电压和第一次采样的母线电压的比值相乘计算得到滤波后的绝缘对地电压。
优选地，计算所述比值的电压值为连续采样获取的母线电压与绝缘对地电压。
本发明技术方案利用采样的母线电压及绝缘对地电压的硬件电路在阻抗上呈线性关系，当母线电压受影响波动时，绝缘对地电压也随之变化，且变化比例一致。在滤波处理中，在判断第一次采样的母线电压及绝缘对地电压的比值分别与后续采样的母线电压及绝缘对地电压的比值之差都在预设范围内时，据第一次采样的绝缘对地电压及校准母线电压与第一次采样的母线电压的比值计算滤波后的绝缘对地电压。本发明技术方案可以很好的适应电池电压不稳定的情况，快速采样母线电压及绝缘对地电压，同时硬件上简化滤波电路，可以降低成本，能够很好的适应直流高压频繁变化的情况，抗干扰能力强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明对地绝缘电阻电压采样方法一实施例的流程图；
图2为本发明对地绝缘电阻电压采样方法的采样电路结构示意图；
图3为发明对地绝缘电阻电压采样方法中母线电压与绝缘对地电压时序波形示意图；
图4为本发明对地绝缘电阻电压采样装置一实施例的功能模块图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种对地绝缘电阻电压采样方法。
在本发明实施例中，如图1所示，该对地绝缘电阻电压采样方法，包括：
S10、在电桥桥臂未闭合时，采集母线电压作为校准母线电压；
S20、在桥臂闭合时，采集电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压；
S30、计算至少两组中母线电压与绝缘对地电压的比值，并判断第一次采样的母线电压及绝缘对地电压的比值分别与后续采样的母线电压及绝缘对地电压的比值之差是否都在预设范围内；
S50、若差值在预设范围内，计算校准母线电压与第一次采样的母线电压的比值，根据第一次采样的绝缘对地电压及该比值计算滤波后的绝缘对地电压。
本实施例中采用如图2所示的原理图，其中，电阻R1、电阻R2、电阻R3及电阻R4均为采样电阻，Vrf，Vbus分别表示绝缘对地电压及母线电压。采样到的电压Vrf，Vbus输出至设置于电动汽车上的电压检测器。电桥两桥臂通过导线连接至电动汽车的车体，相当于接地。
本实施例中，该对地绝缘电阻电压采样方法应用于电动汽车上，在电动汽车出现加速、刹车等状况时，高压直流电源的母线电压会出现抖动，绝缘对地电压也随之出现抖动。
本实施例中，采用Vbus/Vrf比值对象为滤波对象，充分利用不平衡桥方案的硬件电路，母线电压Vbus变化时，绝缘对地电压Vrf同时也变化，在判断Vrf，Vbus波动是否稳定后，再依据第一次采样到的绝缘对地电压Vrf及校准母线电压与第一次采样的母线电压的比值计算滤波后的绝缘对地电压。
本发明技术方案利用采样的母线电压及绝缘对地电压的硬件电路在阻抗上呈线性关系，当母线电压受影响波动时，绝缘对地电压也随之变化，且变化比例一致。在滤波处理中，在判断第一次采样的母线电压及绝缘对地电压的比值分别与后续采样的母线电压及绝缘对地电压的比值之差都在预设范围内时，据第一次采样的绝缘对地电压及校准母线电压与第一次采样的母线电压的比值计算滤波后的绝缘对地电压。本发明技术方案可以很好的适应电池电压不稳定的情况，快速采样母线电压及绝缘对地电压，同时硬件上简化滤波电路，可以降低成本，能够很好的适应直流高压频繁变化的情况，抗干扰能力强。
进一步地，在所述“在桥臂闭合时，采集电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压”包括：
在桥臂闭合后，按设定的采样周期获取电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压。这里通过设定采样周期，可调节采样精度，便于根据实际需求而灵活设置。
S40、若差值不在预设范围内时，舍弃最先采样的一组母线电压与绝缘对地电压，将时序相邻的下一组母线电压与绝缘对地电压作为新的第一次采样，并重新采样一组母线电压与绝缘对地电压计算其比值。
需要说明的是，本实施例中，丢掉最先采样的第一组数据，以下一组数据作为基准，重新采样另一组绝缘对地电压及母线电压，加入对比。以此类推，以最终各组绝缘对地电压及母线电压比值之差是都在预设范围内判断为稳定，再以此时第一次采样的绝缘对地电压和母线电压，已经预先采样得到校准母线电压计算滤波值。
需要说明的是，为采样和判断的准确性，本发明技术方案中，设定采样周期，并可对采样周期进行延时设置，按照预设周期采样母线电压与绝缘对地电压，并计算每组中母线电压与绝缘对地电压的比值，将采样时序上相邻的母线电压与绝缘对地电压的比值作差，判断差值是否在预设范围内。例如在采样到N1、N2、N3…Nn共n组采样，N1～Nn在时序上连续，计算出对应的比值K1、K2、K3…Kn，以K1为基准，作差Kn-K1、Kn-1-K1、…K2-K1，得到(n-1)个差值，分别判断这些(n-1)个差值是否在预设范围内，当母线电压与绝缘对地电压的比值处于预设范围内时，再计算校准母线电压与第一次采样的母线电压的比值，根据第一次采样的绝缘对地电压及该比值计算滤波后的绝缘对地电压；若这些(n-1)个差值任一个不在预设范围内，则丢掉K1，重新采样第N+1组数据，计算得比值Kn+1加入该数列，以K2为基准，重复如上进行差值计算，直到所有差值都在预设范围内，再计算滤波后的绝缘对地电压。
具体地，根据第一次采样的绝缘对地电压及该比值计算滤波后的绝缘对地电压包括：
将第一次采样的绝缘对地电压与校准母线电压和第一次采样的母线电压的比值相乘计算得到滤波后的绝缘对地电压。
假设采样到校准母线电压值为Vbus0，采样到的两组电压值分别为(Vrf，Vbus)及(Vrf1，Vbus1)，滤波对象为第一组电压值(Vrf，Vbus)，滤波后的绝缘对地电压计算公式为：
V＝Vrf*(C)；
其中，C＝Vbus0/Vbus。
进一步地，计算所述比值的电压值为连续采样获取的母线电压与绝缘对地电压。在进行计算时，采用时序上采样连续的两组母线电压及绝缘对地电压，这是因为这样的两组电压值其变化趋势较为接近，通过计算比值等滤波处理后得到的值更接近实际的电压值。
先结合图3对本发明实施例作进一步阐述：
在电桥桥臂未闭合时，采样到的校准母线电压值为Vbus，t0时刻采样到的Vrf0及Vbus0的电压值，此时因为母线电压抖动，绝缘对地电压的电压值也会出现抖动。
t1时刻采样到的电压为Vrf1和Vbus1，因为电阻元件的正比关系，在计算Vbus1/Vrf1与Vbus0/Vrf0的比值，当两比值之差趋于在预设范围内时，此次采样的电压值判断为稳定。若采样值不稳定，则继续采样一组母线电压及绝缘对地电压，重复上述判断，直到求得的差值趋于相等或在预设范围内。
根据系数C＝Vbus/Vbus0，就可以得出参与计算的Vrf值，即Vrf＝Vrf0*(C)。故在t1即可采样电压值，时间延迟为t1-t0，比普通方法采样速度快(普通方法的延时时间为t2-t0)。
参照图4，基于上述对地绝缘电阻电压采样方法，本发明还提出一种对地绝缘电阻电压采样装置，所述装置包括：
采样模块100：在电桥桥臂未闭合时，采集母线电压作为校准母线电压；在桥臂闭合时，采集电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压；
判断模块200：计算至少两组中母线电压与绝缘对地电压的比值，并判断第一次采样的母线电压及绝缘对地电压的比值分别与后续采样的母线电压及绝缘对地电压的比值之差是否都在预设范围内；
滤波计算模块300：若差值在预设范围内，计算校准母线电压与第一次采样的母线电压的比值，根据第一次采样的绝缘对地电压及该比值计算滤波后的绝缘对地电压。
请继续参照图2，本实施例中，该对地绝缘电阻电压采样装置应用于电动汽车上。实现上述对地绝缘电阻电压采样方法的程序烧录于控制器中。
进一步地，桥臂闭合后，按设定的采样周期获取电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压。
所述判断模块在差值不在预设范围内时，舍弃最先采样的一组母线电压与绝缘对地电压，将下一组母线电压与绝缘对地电压作为新的第一次采样并重新采样一组母线电压与绝缘对地电压，计算其比值。
进一步地，所述滤波计算模块300将第一次采样的绝缘对地电压与校准母线电压和第一次采样的母线电压的比值相乘计算得到滤波后的绝缘对地电压。
优选地，计算所述比值的电压值为连续采样获取的母线电压与绝缘对地电压。
本发明技术方案提高了滤波处理速度、降低了硬件成本且提采样时的高抗干扰能力。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种对地绝缘电阻电压采样方法，其特征在于，包括：
在电桥桥臂未闭合时，采集母线电压作为校准母线电压，其中，所述电桥桥臂为不平衡电桥的电桥桥臂；
在桥臂闭合时，采集电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压；
计算至少两组中母线电压与绝缘对地电压的比值，并判断第一次采样的母线电压及绝缘对地电压的比值分别与后续采样的母线电压及绝缘对地电压的比值之差是否都在预设范围内；
若差值在预设范围内，计算校准母线电压与第一次采样的母线电压的比值，根据第一次采样的绝缘对地电压及该比值计算滤波后的绝缘对地电压。
2.如权利要求1所述的对地绝缘电阻电压采样方法，其特征在于，所述“在桥臂闭合时，采集电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压”包括：
桥臂闭合后，按设定的采样周期获取电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压。
3.如权利要求1所述的对地绝缘电阻电压采样方法，其特征在于，
若差值不在预设范围内时，舍弃最先采样的一组母线电压与绝缘对地电压，将下一组母线电压与绝缘对地电压作为新的第一次采样并重新采样一组母线电压与绝缘对地电压计算其比值。
4.如权利要求1-3任一项所述的对地绝缘电阻电压采样方法，其特征在于，根据第一次采样的绝缘对地电压及该比值计算滤波后的绝缘对地电压包括：
将第一次采样的绝缘对地电压与校准母线电压和第一次采样的母线电压的比值相乘计算得到滤波后的绝缘对地电压。
5.如权利要求1-3任一项所述的对地绝缘电阻电压采样方法，其特征在于，计算所述比值的电压值为连续采样获取的母线电压与绝缘对地电压。
6.一种对地绝缘电阻电压采样装置，其特征在于，所述装置包括：
采样模块：在电桥桥臂未闭合时，采集母线电压作为校准母线电压；在桥臂闭合时，采集电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压，其中，所述电桥桥臂为不平衡电桥的电桥桥臂；
判断模块：计算至少两组中母线电压与绝缘对地电压的比值，并判断第一次采样的母线电压及绝缘对地电压的比值分别与后续采样的母线电压及绝缘对地电压的比值之差是否都在预设范围内；
滤波计算模块：若差值在预设范围内，计算校准母线电压与第一次采样的母线电压的比值，根据第一次采样的绝缘对地电压及该比值计算滤波后的绝缘对地电压。
7.如权利要求6所述的对地绝缘电阻电压采样装置，其特征在于，所述采样模块桥臂闭合后，按设定的采样周期获取电桥桥臂的绝缘对地电压及母线电压。
8.如权利要求7所述的对地绝缘电阻电压采样装置，其特征在于，所述判断模块在差值不在预设范围内时，舍弃最先采样的一组母线电压与绝缘对地电压，将下一组母线电压与绝缘对地电压作为新的第一次采样并重新采样一组母线电压与绝缘对地电压，计算其比值。
9.如权利要求6-8中任意一项所述的对地绝缘电阻电压采样装置，其特征在于，所述滤波计算模块将第一次采样的绝缘对地电压与校准母线电压和第一次采样的母线电压的比值相乘计算得到滤波后的绝缘对地电压。
10.如权利要求6-8中任意一项所述的对地绝缘电阻电压采样装置，其特征在于，计算所述比值的电压值为连续采样获取的母线电压与绝缘对地电压。
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