CN107064603A - 一种桥臂分压采集方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种桥臂分压采集方法，该方法包括：在采样周期内对桥臂分压进行连续采样，得到至少三组分压采样值，并计算各组的平均采样值，其中，每组中均包含预设个数的分压采样值；根据所述各组的平均采样值确定电桥中分布电容的充放电状态；根据所述分布电容的充放电状态和所述至少三组分压采样值，确定桥臂分压的目标采样值。基于上述方法及装置，通过在桥臂开关状态改变前期，对桥臂分压连续地采样结合电桥中分布电容的充放电状态，可以提前确定出最终的桥臂分压的目标采样值，能够有效的针对不同分布电容进行自动的适应，消除分布电容对电压采集带来的影响，且无需等待分布电容的充放电结束，提高了桥臂分压采集的采集速度和准确性。

Description

一种桥臂分压采集方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及绝缘与漏电检测技术领域，尤其涉及一种桥臂分压采集方法及装置。

背景技术

目前，电动汽车事业取得了长足的进步，而电动汽车是以动力电池组作为能源驱动电机工作，从而使汽车行驶的。日常生活中电动汽车的动力电压都在36V(伏特)以上，有的甚至达到好几百伏，这个电压值远远超过了人体安全电压的范围和国家规定的安全电压值，这也意味着动力电池组一旦发生漏电危险，立即会对人体生命造成严重威胁。因此，在电动汽车的动力系统安全问题上，高压漏电问题不容忽视。为了达到安全的目的，电动汽车的动力系统必须要有一个非常稳定可靠的绝缘阻值。绝缘阻值是电动汽车上的电气设备和电气线路最基本的绝缘性能的指标，良好的绝缘性能可以保证电气设备和线路安全正常的运行，能够为电动汽车的正常行驶和使用者的安全问题提供一个保障。

不平衡电桥法是目前比较常用的绝缘与漏电检测技术，其理想原理模型如图1所示，在图1的电池供电系统中，Z+、Z-分别为电池正极对地电压与电池负极对地电压；RP、RN分别为电池正极与负极对地绝缘等效电阻；R1、R4为不平衡电桥法桥臂电阻；Sp、Sn为开关；R2、R3为对应桥臂分压电阻Vp、Vn为分压电阻上的分压。通过，对Sp、Sn的闭合或断开，即改变电路中桥臂电阻接入电路与否，对应采集以下三个不同时间的Vp与Vn：(1)开始，闭合Sp、Sn，采集Vp与Vn；(2)保持闭合Sp并断开Sn，采集Vp记为Vp1；(3)最后断开Sp闭合Sn，采集Vn记为Vn1，并通过联立方程的方式求得RP与RN对地的等效电阻阻值(不平衡电桥绝缘计算方法在此不详细说明)，从而判断该系统是否存在电池正负极对地绝缘过低，即漏电故障。

但由于不平衡电桥法的实际应用过程中，总压对地存在分布电容，该分布电容可能来自于接在总压与地之间的其他设备之间(如：电控器、转向泵等等)的压差，使得不平衡电桥的原理模型发生了变化，如图2所示，在Sp与Sn闭合或断开时，由于电路等效电阻的变化，使得图2中正极对地的分布电容CP与负极对地的分布电容CN产生了RC充放电的情况，与之对应的使得Vp与Vn的采集也出现了等比例的波动。

目前现有技术中对Vp、Vn等目标电压的采集做法是使用固定的延时，固定延时过后，立即进行电压采集，采集固定次数(如20次)的电压值进行平均，然后闭合或断开Sp、Sn对其他电压使用同样的方法采集。但如果延时不足，在充放电尚未完成的时间进行电压采集，电压取样不准确，将严重影响绝缘阻值的计算。并且在电池供电的直流系统中(如电动汽车)，总压正负极两端往往还接有电控器与转向泵。导致在行车过程中，系统分布电容大小不确定，使RC时间常数更加难以确定，造成采集错误与计算错误。

发明内容

本发明提供一种桥臂分压采集方法及装置，以实现准确的桥臂分压采集。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种桥臂分压采集方法，所述方法包括：

在采样周期内对桥臂分压进行连续采样，得到至少三组分压采样值，并计算各组的平均采样值，其中，每组中均包含预设个数的分压采样值；

根据所述各组的平均采样值确定电桥中分布电容的充放电状态；

根据所述分布电容的充放电状态和所述至少三组分压采样值，确定桥臂分压的目标采样值。

进一步地，上述方法中，所述根据所述各组的平均采样值确定电桥中分布电容的充放电状态，包括：

依次计算相邻两组的平均采样值的差值；

判断所述差值的绝对值是否小于或等于预设阈值；

若是，则确定所述电桥中分布电容处于充放电结束状态；

若否，则确定所述电桥中分布电容处于充放电进行状态。

进一步地，上述方法中，所述根据所述分布电容的充放电状态和所述至少三组分压采样值，确定桥臂分压的目标采样值，包括：

如果所述分布电容处于充放电结束状态，则提取当前状态的电压作为桥臂分压的目标采样值；

如果所述分布电容处于充放电进行状态，则根据所述至少三组分压采样值和电容充放电公式确定桥臂分压的目标采样值。

进一步地，上述方法中，所述根据所述至少三组分压采样值和电容充放电公式确定桥臂分压的目标采样值，包括：

将所述至少三组分压采样值作为Vt，其对应的分压采样时间作为t分别代入电容充放电公式Vt＝E*exp(-t/RC)，联立方程计算确定系数E与1/RC的值；

根据所述系数E和1/RC的值和电容充放电公式拟合出充放电差值曲线，并通过所述充放电差值曲线确定所述分布电容的充放电结束时间；

将所述分布电容的充放电结束时间代入所述电容充放电公式确定桥臂分压的目标采样值。

第二方面，本发明实施例提供了一种桥臂分压采集装置，所述装置包括：

采样计算模块，用于在采样周期内对桥臂分压进行连续采样，得到至少三组分压采样值，并计算各组的平均采样值，其中，每组中均包含预设个数的分压采样值；

状态确定模块，用于根据所述各组的平均采样值确定电桥中分布电容的充放电状态；

目标确定模块，用于根据所述分布电容的充放电状态和所述至少三组分压采样值，确定桥臂分压的目标采样值。

进一步地，上述装置中，所述状态确定模块包括：

差值计算单元，用于依次计算相邻两组的平均采样值的差值；

差值判断单元，用于判断所述差值的绝对值是否小于或等于预设阈值；

状态确定单元，用于当差值判断单元判断所述差值的绝对值小于或等于预设阈值时，则确定所述电桥中分布电容处于充放电结束状态；

所述状态确定单元还用于当差值判断单元判断所述差值的绝对值大于预设阈值时，则确定所述电桥中分布电容处于充放电进行状态。

进一步地，上述装置中，所述目标确定模块包括：

第一确定子模块，用于如果所述分布电容处于充放电结束状态，则提取当前状态的电压为作为桥臂分压的目标采样值；

第二确定子模块，用于如果所述分布电容处于充放电进行状态，则根据所述至少三组分压采样值和电容充放电公式确定桥臂分压的目标采样值。

进一步地，上述装置中，所述第二确定子模块包括：

系数计算单元，用于将所述至少三组分压采样值作为Vt，其对应的分压采样时间作为t分别代入电容充放电公式Vt＝E*exp(-t/RC)，联立方程计算确定系数E与1/RC的值；

时间预估单元，用于根据所述系数E和1/RC的值和电容充放电公式拟合出充放电差值曲线，并通过所述充放电差值曲线预估所述分布电容的充放电结束时间；

目标确定单元，用于将所述分布电容的充放电结束时间代入所述电容充放电公式确定桥臂分压的目标采样值。

本发明实施例所提供的技术方案，通过在桥臂开关状态改变前期，对桥臂分压连续地采样结合电桥中分布电容的充放电状态，可以提前确定出最终的桥臂分压的目标采样值，能够有效的针对不同分布电容进行自动的适应，消除分布电容对电压采集带来的影响，且无需等待分布电容的充放电结束，提高了桥臂分压采集的采集速度和准确性。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中利用不平衡电桥法对电池供电系统进行绝缘漏电检测的理想原理模型示意图；

图2为不平衡电桥法在应用过程中总压对地存在分布电容的实际原理模型示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种桥臂分压采集方法的流程示意图；

图4为本发明实施例二提供的一种桥臂分压采集装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

请参阅附图3，为本发明实施例一提供的一种桥臂分压采集方法的流程示意图，该方法适用于对电动汽车的电池供电系统进行绝缘与漏电检测的场景，该方法由桥臂分压采集装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件实现，可以集成于漏电检测仪或电池管理系统的内部。该方法具体包括如下步骤：

S101、在采样周期内对桥臂分压进行连续采样，得到至少三组分压采样值，并计算各组的平均采样值，其中，每组中均包含预设个数的分压采样值。

其中，所述预设个数根据实际情况而定，示例性的，将所述连续采集的分压采样值按采样的先后顺序以每20个采样点为一组。

需要说明的是，在每次闭合或断开桥臂开关时，由于电路中等效电阻的变化，使得正极对地的分布电容与负极对地的分布电容产生了RC充放电的情况，与此同时，使得桥臂分压的采集也出现了等比例的波动。若在充放电尚未完成的时间进行桥臂分压采集，会出现桥臂分压采样不准确的情况，严重影响了对电池供电系统的绝缘性能的计算，因此，现有技术中为了保证桥臂分压采集的准确性，桥臂分压的采集需要延时一段足以让RC充放电完成的时间，而当工况条件复杂，电压波动较大时，桥臂分压的采集将会需要花费较长时间。本发明实施例中对桥臂分压连续采样的采样周期可任意且不唯一，不受RC充放电的影响，示例性的，定在桥臂开关闭合或断开的前期可提高采集效率。

进一步需要说明的是，采样周期直接可以是连续无间断的，也可以间隔一段时间，优选的，可以是一个采样周期结束后紧接着下一个周期的开始，重复循环至少三组，即可实现对电池供电系统的绝缘与漏电检测。

S102、根据所述各组的平均采样值确定电桥中分布电容的充放电状态。

所述电桥中分布电容的充放电状态包括：充放电结束状态和充放电进行状态，可由所述各组的平均采样值确定。

具体的，所述S102包括以下步骤：依次计算相邻两组的平均采样值的差值；判断所述差值的绝对值是否小于或等于预设阈值；若是，则确定所述电桥中分布电容处于充放电结束状态；若否，则确定所述电桥中分布电容处于充放电进行状态。

需要说明的是，对前后采集的两组平均采样值作差，当且仅当连续判断三组的平均采样值的差值的绝对值均满足小于或等于预设阈值这一条件时，可确定所述电桥中分布电容处于充放电结束状态。示例性的，所述预设阈值可以是3，即前后两组采集到的平均采样值的对比波动≤3时，充放电基本结束；反之，则确定所述电桥中分布电容处于充放电进行状态。

S103、根据所述分布电容的充放电状态和所述至少三组分压采样值，确定桥臂分压的目标采样值。

具体的，通过本实施例S102中所述各组的平均采样值确定的分布电容的充放电状态结合所述至少三组分压采样值的对比计算可确定桥臂分压的目标采样值。

其中，通过分压采样值的分组个数可以是3组、5组、10组、15组、20组或更多，通过将实际采集到的数据使用Matlab仿真验证进行数据对比，结果表明至少只需3组分压采样值数据即可，但若使用更多组的数据，可以使得最终结果的偏差更小。

优选的，所述根据所述分布电容的充放电状态和所述至少三组分压采样值，确定桥臂分压的目标采样值，包括：如果所述分布电容处于充放电结束状态，则提取当前状态的电压作为桥臂分压的目标采样值；如果所述分布电容处于充放电进行状态，则根据所述至少三组分压采样值和电容充放电公式确定桥臂分压的目标采样值。

其中，如果在采样周期内采集分压采样值时，所述分布电容的充放电刚好结束或接近结束时，此时波动较小，可以将该时刻的桥臂分压的分压采样值进行提取作为最终的目标采样值，本实施例提供的方法相比固定延时的做法的优势在于分压采样值的提取将不会受到任何影响，从而可以保证绝缘阻值计算的准确性。

具体的，所述根据所述至少三组分压采样值和电容充放电公式确定桥臂分压的目标采样值，包括：将所述至少三组分压采样值作为Vt，其对应的分压采样时间作为t分别代入电容充放电公式Vt＝E*exp(-t/RC)，联立方程计算确定系数E与1/RC的值；根据所述系数E和1/RC的值和电容充放电公式拟合出充放电差值曲线，并通过所述充放电差值曲线确定所述分布电容的充放电结束时间；将所述分布电容的充放电结束时间代入所述电容充放电公式确定桥臂分压的目标采样值。

需要说明的是，在依次确定了桥臂开关断开或闭合时对应的桥臂分压的目标采样值后，可通过联立方程的方式确定电池正极与负极对地绝缘等效电阻对地的等效电阻阻值，从而判断该系统是否存在电池正负极对地绝缘过低，即漏电故障，其中，不平衡电桥绝缘计算方法在现有技术中已公开充分且多被使用，也不是本方案设计的重点，在此不做深入阐述。

本发明实施例所提供的技术方案，通过在桥臂开关状态改变前期，对桥臂分压连续地采样结合电桥中分布电容的充放电状态，可以提前确定出最终的桥臂分压的目标采样值，能够有效的针对不同分布电容进行自动的适应，消除分布电容对电压采集带来的影响，且无需等待分布电容的充放电结束，提高了桥臂分压采集的采集速度和准确性。

实施例二

请参阅附图4，为本发明实施例二提供的一种桥臂分压采集装置的结构示意图，该装置适用于执行本发明实施例提供的桥臂分压采集方法。该装置具体包含如下模块：

采样计算模块210，用于在采样周期内对桥臂分压进行连续采样，得到至少三组分压采样值，并计算各组的平均采样值，其中，每组中均包含预设个数的分压采样值；

状态确定模块220，用于根据所述各组的平均采样值确定电桥中分布电容的充放电状态；

目标确定模块230，用于根据所述分布电容的充放电状态和所述至少三组分压采样值，确定桥臂分压的目标采样值。

优选的，所述状态确定模块包括：

差值计算单元，用于依次计算相邻两组的平均采样值的差值；

差值判断单元，用于判断所述差值的绝对值是否小于或等于预设阈值；

状态确定单元，用于当差值判断单元判断所述差值的绝对值小于或等于预设阈值时，则确定所述电桥中分布电容处于充放电结束状态；

所述状态确定单元还用于当差值判断单元判断所述差值的绝对值大于预设阈值时，则确定所述电桥中分布电容处于充放电进行状态。

优选的，所述目标确定模块包括：

第一确定子模块，用于如果所述分布电容处于充放电结束状态，则提取当前状态的电压为作为桥臂分压的目标采样值；

第二确定子模块，用于如果所述分布电容处于充放电进行状态，则根据所述至少三组分压采样值和电容充放电公式确定桥臂分压的目标采样值。

优选的，所述第二确定子模块包括：

系数计算单元，用于将所述至少三组分压采样值作为Vt，其对应的分压采样时间作为t分别代入电容充放电公式Vt＝E*exp(-t/RC)，联立方程计算确定系数E与1/RC的值；

时间预估单元，用于根据所述系数E和1/RC的值和电容充放电公式拟合出充放电差值曲线，并通过所述充放电差值曲线预估所述分布电容的充放电结束时间；

目标确定单元，用于将所述分布电容的充放电结束时间代入所述电容充放电公式确定桥臂分压的目标采样值。

本实施例通过在采样周期内对桥臂分压进行连续采样，得到至少三组分压采样值，并计算各组的平均采样值，其中，每组中均包含预设个数的分压采样值；根据所述各组的平均采样值确定电桥中分布电容的充放电状态；根据所述分布电容的充放电状态和所述至少三组分压采样值，确定桥臂分压的目标采样值。基于上述方法及装置，通过在桥臂开关状态改变前期，对桥臂分压连续地采样结合电桥中分布电容的充放电状态，可以提前确定出最终的桥臂分压的目标采样值，能够有效的针对不同分布电容进行自动的适应，消除分布电容对电压采集带来的影响，且无需等待分布电容的充放电结束，提高了桥臂分压采集的采集速度和准确性。

上述装置可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种桥臂分压采集方法，其特征在于，包括：

在采样周期内对桥臂分压进行连续采样，得到至少三组分压采样值，并计算各组的平均采样值，其中，每组中均包含预设个数的分压采样值；

根据所述各组的平均采样值确定电桥中分布电容的充放电状态；

根据所述分布电容的充放电状态和所述至少三组分压采样值，确定桥臂分压的目标采样值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述各组的平均采样值确定电桥中分布电容的充放电状态，包括：

依次计算相邻两组的平均采样值的差值；

判断所述差值的绝对值是否小于或等于预设阈值；

若是，则确定所述电桥中分布电容处于充放电结束状态；

若否，则确定所述电桥中分布电容处于充放电进行状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述分布电容的充放电状态和所述至少三组分压采样值，确定桥臂分压的目标采样值，包括：

如果所述分布电容处于充放电结束状态，则提取当前状态的电压作为桥臂分压的目标采样值；

如果所述分布电容处于充放电进行状态，则根据所述至少三组分压采样值和电容充放电公式确定桥臂分压的目标采样值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述至少三组分压采样值和电容充放电公式确定桥臂分压的目标采样值，包括：

将所述至少三组分压采样值作为Vt，其对应的分压采样时间作为t分别代入电容充放电公式Vt＝E*exp(-t/RC)，联立方程计算确定系数E与1/RC的值；

根据所述系数E和1/RC的值和电容充放电公式拟合出充放电差值曲线，并通过所述充放电差值曲线确定所述分布电容的充放电结束时间；

将所述分布电容的充放电结束时间代入所述电容充放电公式确定桥臂分压的目标采样值。

5.一种桥臂分压采集装置，其特征在于，包括：

采样计算模块，用于在采样周期内对桥臂分压进行连续采样，得到至少三组分压采样值，并计算各组的平均采样值，其中，每组中均包含预设个数的分压采样值；

状态确定模块，用于根据所述各组的平均采样值确定电桥中分布电容的充放电状态；

目标确定模块，用于根据所述分布电容的充放电状态和所述至少三组分压采样值，确定桥臂分压的目标采样值。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述状态确定模块包括：

差值计算单元，用于依次计算相邻两组的平均采样值的差值；

差值判断单元，用于判断所述差值的绝对值是否小于或等于预设阈值；

状态确定单元，用于当差值判断单元判断所述差值的绝对值小于或等于预设阈值时，则确定所述电桥中分布电容处于充放电结束状态；

所述状态确定单元还用于当差值判断单元判断所述差值的绝对值大于预设阈值时，则确定所述电桥中分布电容处于充放电进行状态。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述目标确定模块包括：

第一确定子模块，用于如果所述分布电容处于充放电结束状态，则提取当前状态的电压为作为桥臂分压的目标采样值；

第二确定子模块，用于如果所述分布电容处于充放电进行状态，则根据所述至少三组分压采样值和电容充放电公式确定桥臂分压的目标采样值。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二确定子模块包括：

系数计算单元，用于将所述至少三组分压采样值作为Vt，其对应的分压采样时间作为t分别代入电容充放电公式Vt＝E*exp(-t/RC)，联立方程计算确定系数E与1/RC的值；

时间预估单元，用于根据所述系数E和1/RC的值和电容充放电公式拟合出充放电差值曲线，并通过所述充放电差值曲线预估所述分布电容的充放电结束时间；

目标确定单元，用于将所述分布电容的充放电结束时间代入所述电容充放电公式确定桥臂分压的目标采样值。