CN107478975A - 一种储能电站的绝缘检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及储能系统领域，公开一种储能电站的绝缘检测系统，包括：储能电池组、开关切换电路、电流检测电路、电流电压变换电路、MCU控制电路、倍压电路及整流电路，本发明提供一种储能电站的绝缘检测系统，该绝缘检测系统电路结构简单，同时能够具有较强的抗干扰能力，提高绝缘检测的精度。本发明为一种储能电站的绝缘检测系统，采用直流电压变换器将低电压转换为直流高压电作为测试电压，该测试电压施加于被测储能电池组的端口上经电流电压变换电路转换为相应的电压值，然后送入微处理器MCU进行计算处理，从而得出绝缘阻抗值。由于绝缘检测过程最为直接，所以测量快速直接，精度高，抗干扰能力强，可靠性高。

Description

一种储能电站的绝缘检测系统

技术领域

本发明涉及储能系统领域，特别是涉及一种储能电站的绝缘检测系统。

背景技术

储能电站是一个复杂的工业系统，涉及到储能电池、斩波器、逆变器、充电机等电力电子装置。因此，储能电站的绝缘检测系统对储能电站的操作人员安全尤为重要。在部分工业标准中定义了相关的安全要求：对于没有嵌入在一个完整的电路里的储能系统，如果在整个寿命期内没有交流电路，或交流电路有附加防护，其绝缘电阻除以它的最大工作电压，应不小于100Ω/V。如果包括交流电路且没有附加防护，则此值应不小于500Ω/V，如果储能系统集成在一个完整的工业设备里，可能需要一个更高的阻值，以确保操作人员的安全。

现阶段应用于储能电站绝缘检测的方法有平衡电桥法、电流传感法、电阻适配网络法等。其中，平衡电桥法利用平衡电桥原理检测动力电池的母线对地等效绝缘电阻，这种方法检测精度较高，但要求构建电路的精确度很高，并且，在正负极绝缘性能同时降低时不能准确及时报警。电流传感法采用霍尔式电流传感器检测母线泄露电流判断电气系统绝缘性，但应用这种检测方法的前提是，待测电源必须处于工作状态，要有工作电流的流入和流出，它无法在电源系统空载的情况下评价电源对地的绝缘性能。电阻适配网络法利用电路分压原理，通过测量分压电阻的电压，列方程组求得绝缘电阻值，虽然这种方法广泛应用于电动汽车绝缘电阻检测电路中，但当储能电站负载状况恶劣，运行过程中干扰较大，在绝缘电阻测量过程中，有一定的扰动信号，对计算结果影响较大。当前方法虽然可以通过检测不同参数判断系统绝缘性能，但存在不足，检测精度较高的方法电路结构相对复杂，或者检测方法对系统的工作状态有一定的要求，受外界信号干扰较大，影响测量算精度等。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种储能电站的绝缘检测系统，该绝缘检测系统电路结构简单，同时能够具有较强的抗干扰能力，提高绝缘检测的精度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种储能电站的绝缘检测系统，包括：储能电池组、开关切换电路、电流检测电路、电流电压变换电路、MCU控制电路、倍压电路及整流电路，

所述开关切换电路包括分别由所述MCU控制电路控制的第一开关单元和第二开关单元，所述MCU控制电路的信号输出端依次经所述倍压电路、所述整流电路、所述第一开关单元后与储能电池组的总正端连接，储能电池组的总负端依次经所述第二开关单元、所述电流检测电路、所述电流电压变换电路后与所述MCU控制电路的信号输入端连接，所述整流电路的检测输出端还与所述电流检测电路的检测输入端连接。

作为进一步优选的方案，所述MCU控制电路还包括微处理器MCU及与所述微处理器MCU连接的PWM发生模块，所述PWM发生模块的输出端与所述倍压电路的输入端连接。

作为进一步优选的方案，所述MCU控制电路还包括电压反馈电路，所述电压反馈电路的输入端与所述整流电路的输出端连接，输出端与所述微处理器MCU的电压输入端连接。

作为进一步优选的方案，所述电压反馈电路包括第七电阻R7、第九电阻R9和第十二电阻R12，

所述第七电阻R7的一端作为电压反馈电路的输入端，另一端经所述第十二电阻R12后接地；

所述第九电阻R9的一端与所述微处理器MCU的电压输入端连接，另一端与所述第七电阻R7和所述第十二电阻R12之间的连接节点连接。

作为进一步优选的方案，所述第一开关单元包括第一三极管Q1、第一电阻R1和第一线圈RL1，

所述第一三极管Q1的基极与所述MCU控制电路的第一开关控制端连接，集电极经所述第一电阻R1、所述第一线圈RL1后与供电电源VCC连接，发射极接地。

作为进一步优选的方案，所述第二开关单元包括第二三极管Q2、第二电阻R2和第二线圈RL2，

所述第二三极管Q2的基极与所述MCU控制电路的第二开关控制端连接，集电极经所述第二电阻R1、所述第二线圈RL2后与供电电源VCC连接，发射极接地。

作为进一步优选的方案，所述电流检测电路包括第三电阻R3，所述第三电阻R3的第一端与所述第二开关单元连接，第二端与接地。

作为进一步优选的方案，所述电流检测电路包括差分运算放大器U1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8和第十五电阻R15，

所述第三电阻R3的第一端还经所述第五电阻R5、所述第六电阻R6后接地，第二端经所述第四电阻R4、所述第八电阻R8后与所述差分运算放电器U1的输出端连接，所述差分运算放电器U1的输出端还经所述第十五电阻R15后与所述MCU控制电路的信号输入端连接；

所述差分运算放电器U1的同相输入端与所述第五电阻R5和所述第六电阻R6之间的连接节点连接，反相输入端与所述第四电阻R4和所述第八电阻R8之间的连接节点连接。

作为进一步优选的方案，所述倍压电路包括第三三极管Q3、变压器T1、第十电阻R10和第十六电阻R16，

所述第十电阻R10的一端与所述PWM发生模块的输出端连接，另一端与所述第三三极管Q3的基极连接；所述第三三极管Q3的集电极与所述变压器T1原边的一端连接，发射极经所述第十六电阻R16接地；

所述变压器T1原边的另一端接供电电源VCC，副边的两端分别与所述整流电路的两个输入端连接。

作为进一步优选的方案，所述整流电路包括由四个二极管组成的整流桥和与所述整流桥的输出端连接滤波电容C1。

本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：

本发明为一种储能电站的绝缘检测系统，采用直流电压变换器将低电压转换为直流高压电作为测试电压，该测试电压施加于被测储能电池组的端口上经电流电压变换电路转换为相应的电压值，然后送入微处理器MCU进行计算处理，从而得出绝缘阻抗值。由于绝缘检测过程最为直接，所以测量快速直接，精度高，抗干扰能力强，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的储能电站的绝缘检测系统的原理框图；

图2为图1的储能电站的绝缘检测系统的电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例

请参阅图1，本发明提供一种储能电站的绝缘检测系统10，包括：储能电池组100、开关切换电路200、电流检测电路300、电流电压变换电路400、MCU控制电路500、倍压电路600及整流电路700。

所述开关切换电路200包括分别由所述MCU控制电路500控制的第一开关单元210和第二开关单元220，所述MCU控制电路500的信号输出端依次经所述倍压电路600、所述整流电路700、所述第一开关单元210后与储能电池组100的总正端连接，储能电池组100的总负端依次经所述第二开关单元220、所述电流检测电路300、所述电流电压变换电路400后与所述MCU控制电路500的信号输入端连接，所述整流电路700的检测输出端还与所述电流检测电路300的检测输入端连接。

具体的，所述第一开关单元210包括第一不动端T1、第二不动端T2和第一切换开关SW1，所述第一切换开关SW1切换闭合于所述第一不动端T1或所述第二不动端T2，所述第一不动端T1与所述储能电池组100的总正端连接，所述第二不动端T2接地；所述第二开关单元220包括第三不动端T3、第四不动端T4和第二切换开关SW2，所述第二切换开关SW2切换闭合于所述第三不动端T3或所述第四不动端T4，所述第四不动端T4与所述储能电池组100的总负端连接，所述第三不动端T3接地。

要说明的是，所述第一切换开关SW1为单刀双掷继电器。所述第一切换开关SW1的继电器控制端与所述MCU控制电路的第一开关控制端连接。所述第二切换开关SW2为单刀双掷继电器。所述第二切换开关SW2的继电器控制端与所述MCU控制电路的第二开关控制端连接。所述储能电池组100包括若干个串联和/或并联的单体电池。所述整流电路700的输出端与所述第一切换开关SW1连接，所述第二切换开关SW2与所述电流检测电路300连接。

要说明的是，开关切换电路200用于切换储能电池组100总正端、总负端与大地之间进行不同组合的连接；电流检测电路300用于检测回路中的电流；电流电压变换电路400用于将电流值转换为电压值，并去除共模电压后送入MCU控制电路500；MCU控制电路500用于各电路之间的任务分配、数据搜集、事件判断以及动作执行。

所述MCU控制电路500还包括微处理器MCU510及与所述微处理器MCU510连接的PWM发生模块520，所述PWM发生模块520的输出端与所述倍压电路600的输入端连接。要说明的是，所述微处理器MCU510还通过数据通信管脚与外部的电池管理系统通讯连接，当绝缘检测系统检测到异常或者系统本身出现异常时，可以通过数据通信管脚向电池管理系统发出报警指令，以实现绝缘检测系统的报警功能。具体的，在图2中，微处理器MCU为U1。

请参阅图2，所述MCU控制电路500还包括电压反馈电路530，所述电压反馈电路530的输入端与所述整流电路700的输出端连接，输出端与所述微处理器MCU510的电压输入端连接。具体的，所述电压反馈电路530包括第七电阻R7、第九电阻R9和第十二电阻R12，所述第七电阻R7的一端作为电压反馈电路的输入端，另一端经所述第十二电阻R12后接地；所述第九电阻R9的一端与所述微处理器MCU510的电压输入端(AD1)连接，另一端与所述第七电阻R7和所述第十二电阻R12之间的连接节点连接。

要说明的是，所述第一开关单元包括第一三极管Q1、第一电阻R1和第一线圈RL1，所述第一三极管Q1的基极与所述MCU控制电路500的第一开关控制端连接，集电极经所述第一电阻R1、所述第一线圈后与供电电源VCC连接，发射极接地。

要说明的是，所述第二开关单元包括第二三极管Q2、第二电阻R2和第二线圈RL2，所述第二三极管Q2的基极与所述MCU控制电路500的第二开关控制端连接，集电极经所述第二电阻R1、所述第二线圈后与供电电源VCC连接，发射极接地。

进一步的，该绝缘检测系统还包括第十三电阻R13和第十四电阻R14，所述第十三电阻R13的一端与所述微控制器MCU的第一开关控制端(D02)连接，另一端与所述第一三极管Q1的基极连接；所述第十四电阻R14与所述微控制器MCU的第二开关控制端(D03)连接，另一端与所述第二三极管Q2的基极连接。

所述电流检测电路300包括第三电阻R3，所述第三电阻R3的第一端与所述第二开关单元连接，第二端与接地。所述第三电阻R3为采样电阻。

所述电流检测电路包括差分运算放大器U1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8和第十五电阻R15，所述第三电阻R3的第一端还经所述第五电阻R5、所述第六电阻R6后接地，第二端经所述第四电阻R4、所述第八电阻R8后与所述差分运算放电器U1的输出端连接，所述差分运算放电器U1的输出端还经所述第十五电阻R15后与所述MCU控制电路500的信号输入端连接；所述差分运算放电器U1的同相输入端与所述第五电阻R5和所述第六电阻R6之间的连接节点端连接，反相输入端与所述第四电阻R4和所述第八电阻R8之间的连接节点连接。

所述倍压电路600包括第三三极管Q3、变压器T1、第十电阻R10和第十六电阻R16，所述第十电阻R10的一端与所述PWM发生模块的输出端连接，另一端与所述第三三极管Q3的基极连接；所述第三三极管Q3的集电极与所述变压器T1原边的一端连接，发射极经所述第十六电阻R16接地；所述变压器T1原边的另一端接供电电源VCC，副边的两端分别与所述整流电路700的两个输入端连接。

所述整流电路700包括由四个二极管(D1、D2、D3、D4)组成的整流桥和与所述整流桥的输出端连接滤波电容C1。四个所述二极管分别为第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4。

其工作原理阐述如下：

微控制器MCU控制PWM发生模块产生脉宽调制PWM波形，用此PWM波形驱动增压变压器T1的原边，将系统供电的低电压变换为脉宽调制PWM信号，再经过倍压电路，即倍压变压器将低电压PWM信号变换为高电压脉宽调制PWM脉冲信号，再经过整流电路整流，并经过滤波电容平滑成直流高压测试电压V。开关切换电路将被测储能电池组总正端、总负端与大地进行不同组合的连接，进而使高压测试电压注入被测的部位，再经电流检测电路回到倍压电路和整流电路，形成回路，产生测试电流I，由电流检测电路对测试电流I进行测量，则根据R＝V/I可以计算出被测部位的阻抗值。电流检测电路对流经高压测试回路的电流进行精确测量，再由电流电压变换电路将电流值转换为电压值，去除共模电压后送入微处理器MCU的模数转换管脚中，从而间接测量出电流I的数值。

第一切换开关SW1、第二切换开关SW2由微控制器MCU进行控制，可以对储能电池组的不同被测部位进行测量：当第一切换开关SW1的触点接至第一不动端T2，第二切换开关SW2的触点接至第三不动端T3时，高压测试回路可以用于自检，测试测试回路中高压输出和电流检测电路是否存在异常；当第一切换开关SW1的触点接至第一不动端T1，第二切换开关SW2的触点接至第三不动端T3时，高压测试回路测量储能电池组总正端与大地之间的绝缘阻抗值Rp；当第一切换开关SW1的触点接至第二不动端T2，第二切换开关SW2的触点接至第四不动端T4时，高压测试回路测量大地与储能电池组的总负端之间的绝缘阻抗值Rn；当第一切换开关SW1的触点接至第一不动端T1，第二切换开关SW2的触点接至第四不动端T4时，高压测试回路测量储能电池组的总正端与储能电池组的总负端之间的绝缘阻抗值Rpn。

本发明为一种储能电站的绝缘检测系统，采用直流电压变换器将低电压转换为直流高压电作为测试电压，该测试电压施加于被测储能电池组的端口上经电流电压变换电路转换为相应的电压值，然后送入微处理器MCU进行计算处理，从而得出绝缘阻抗值。由于绝缘检测过程最为直接，所以测量快速直接，精度高，抗干扰能力强，可靠性高。

以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种储能电站的绝缘检测系统，其特征在于，包括：储能电池组、开关切换电路、电流检测电路、电流电压变换电路、MCU控制电路、倍压电路及整流电路，

所述开关切换电路包括分别由所述MCU控制电路控制的第一开关单元和第二开关单元，所述MCU控制电路的信号输出端依次经所述倍压电路、所述整流电路、所述第一开关单元后与储能电池组的总正端连接，储能电池组的总负端依次经所述第二开关单元、所述电流检测电路、所述电流电压变换电路后与所述MCU控制电路的信号输入端连接，所述整流电路的检测输出端还与所述电流检测电路的检测输入端连接。

2.根据权利要求1所述的储能电站的绝缘检测系统，其特征在于，所述MCU控制电路还包括微处理器MCU及与所述微处理器MCU连接的PWM发生模块，所述PWM发生模块的输出端与所述倍压电路的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的储能电站的绝缘检测系统，其特征在于，所述MCU控制电路还包括电压反馈电路，所述电压反馈电路的输入端与所述整流电路的输出端连接，输出端与所述微处理器MCU的电压输入端连接。

4.根据权利要求3所述的储能电站的绝缘检测系统，其特征在于，所述电压反馈电路包括第七电阻R7、第九电阻R9和第十二电阻R12，

所述第七电阻R7的一端作为电压反馈电路的输入端，另一端经所述第十二电阻R12后接地；

所述第九电阻R9的一端与所述微处理器MCU的电压输入端连接，另一端与所述第七电阻R7和所述第十二电阻R12之间的连接节点连接。

5.根据权利要求1所述的储能电站的绝缘检测系统，其特征在于，所述第一开关单元包括第一三极管Q1、第一电阻R1和第一线圈RL1，

所述第一三极管Q1的基极与所述MCU控制电路的第一开关控制端连接，集电极经所述第一电阻R1、所述第一线圈RL1后与供电电源VCC连接，发射极接地。

6.根据权利要求1所述的储能电站的绝缘检测系统，其特征在于，所述第二开关单元包括第二三极管Q2、第二电阻R2和第二线圈RL2，

所述第二三极管Q2的基极与所述MCU控制电路的第二开关控制端连接，集电极经所述第二电阻R1、所述第二线圈RL2后与供电电源VCC连接，发射极接地。

7.根据权利要求1所述的储能电站的绝缘检测系统，其特征在于，所述电流检测电路包括第三电阻R3，所述第三电阻R3的第一端与所述第二开关单元连接，第二端与接地。

8.根据权利要求7所述的储能电站的绝缘检测系统，其特征在于，所述电流检测电路包括差分运算放大器U1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8和第十五电阻R15，

所述第三电阻R3的第一端还经所述第五电阻R5、所述第六电阻R6后接地，第二端经所述第四电阻R4、所述第八电阻R8后与所述差分运算放电器U1的输出端连接，所述差分运算放电器U1的输出端还经所述第十五电阻R15后与所述MCU控制电路的信号输入端连接；

所述差分运算放电器U1的同相输入端与所述第五电阻R5和所述第六电阻R6之间的连接节点连接，反相输入端与所述第四电阻R4和所述第八电阻R8之间的连接节点连接。

9.根据权利要求2所述的储能电站的绝缘检测系统，其特征在于，所述倍压电路包括第三三极管Q3、变压器T1、第十电阻R10和第十六电阻R16，

所述第十电阻R10的一端与所述PWM发生模块的输出端连接，另一端与所述第三三极管Q3的基极连接；所述第三三极管Q3的集电极与所述变压器T1原边的一端连接，发射极经所述第十六电阻R16接地；

所述变压器T1原边的另一端接供电电源VCC，副边的两端分别与所述整流电路的两个输入端连接。

10.根据权利要求1所述的储能电站的绝缘检测系统，其特征在于，所述整流电路包括由四个二极管(D1、D2、D3、D4)组成的整流桥和与所述整流桥的输出端连接滤波电容C1。