CN108680793B - 一种纯电动汽车绝缘电阻检测电路及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车绝缘电阻检测电路及其检测方法，其包括与动力电池正负极连接的交流注入电路和直流注入电路；交流注入电路包括隔离电容C1、采样电阻R7、继电器K1和交流信号源US；所述直流注入电路包括采样电阻R1、采样电阻R2、采样电阻R4、采样电阻R5、正极对电底盘隔离变压器T1、负极对电底盘隔离变压器T2、继电器K2、继电器K3；本发明的纯电动汽车绝缘电阻检测电路，实现了电动汽车正负极母线对电底盘绝缘电阻的实时检测，实现了即使在动力电池不对外输出电压状态下对系统进行绝缘电阻检测，实现了在不减低系统绝缘效果的情况下进行检测且提高了检测精度。

Description

一种纯电动汽车绝缘电阻检测电路及其检测方法

技术领域

本发明属于电路技术领域，具体涉及一种纯电动汽车绝缘电阻检测电路及其检测方法。

背景技术

随着我国对新能源汽车的推广，纯电动汽车的应用也越来越广泛。由于纯电动汽车的工作电压一般在300V以上，远远高于人体的安全电压，一旦发生漏电事故，将会危害驾乘人员的生命安全。绝缘电阻检测能够实时检测系统的绝缘状况，对防止人员触电具有重要意义。

现有的绝缘电阻检测方法主要有外接电阻切换法、平衡电桥法、低频低压注入法等。外接电阻切换法检测电路结构较简单，能够检测绝缘电阻值，但是外加电阻会降低系统的绝缘效果，而且不能实现系统的绝缘电阻实时监测。平衡电桥法也能检测绝缘电阻值，但因为同时并联电阻，会减低系统的绝缘效果，而且也不能够实时监测系统的绝缘电阻。低频低压注入法虽然能够检测出系统的绝缘电阻值，检测精度也高，但是当动力电池出现开路的情况下，这种检测方法无法实现系统的绝缘电阻检测。外接电阻切换法和平衡电桥法同样在动力电池不对外输出电压(开路)情况下，也无法实现系统的绝缘电阻检测。

因此，如何实现电动汽车正负极母线对电底盘绝缘电阻的实时检测、如何实现即使在动力电池不对外输出电压(开路)状态下对系统进行绝缘电阻检测、如何实现在不降低系统绝缘效果的情况下进行检测且提高检测精度，成为了本领域研究的重点和热点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种纯电动汽车绝缘电阻检测电路及其检测方法。其实现了电动汽车正负极母线对电底盘绝缘电阻的实时检测，实现了即使在动力电池不对外输出电压(开路)状态下对系统进行绝缘电阻检测，实现了在不减低系统绝缘效果的情况下进行检测且提高了检测精度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种纯电动汽车绝缘电阻检测电路，包括与动力电池正负极连接的交流注入电路和直流注入电路；

所述交流注入电路包括隔离电容C1、采样电阻R7、继电器K1和交流信号源US，动力电池的正极输出端依次连接继电器K1的常开触点、隔离电容C1、采样电阻R7、交流源US、动力电池的负极输出端，构成回路；

所述直流注入电路包括采样电阻R1、采样电阻R2、采样电阻R4、采样电阻R5、正极对电底盘隔离变压器T1、负极对电底盘隔离变压器T2、继电器K2、继电器K3，采样电阻R1的一端通过继电器K2的常开触点连接动力电池的正极输出端，采样电阻R1的另一端连接至电底盘；采样电阻R2的一端通过继电器K3的常开触点连接动力电池的负极输出端，采样电阻R2的另一端连接至电底盘；所述正极对电底盘隔离变压器T1的源边通过晶体管S1与直流电压源连接，正极对电底盘隔离变压器T1的副边设置整流二极管D1、滤波电容C2和电阻R3，微控制器的PWM信号输出端连接晶体管S1；负极对电底盘隔离变压器T2的源边通过晶体管S2与直流电压源连接，负极对电底盘隔离变压器T2的副边设置整流二极管D2、滤波电容C3和电阻R6，微控制器的另一PWM信号输出端连接晶体管S2；正极对电底盘隔离变压器T1的副边一端通过继电器K2连接动力电池的正极输出端，正极对电底盘隔离变压器T1的副边另一端通过采样电阻R4连接到电底盘；负极对电底盘隔离变压器T2的副边一端通过继电器K3连接动力电池的负极输出端，负极对电底盘隔离变压器T2的副边另一端通过采样电阻R5连接到电底盘。

在上述技术方案中，所述采样电阻R1、采样电阻R2、采样电阻R4、采样电阻R5、采样电阻R7分别通过采样电路和AD转换模块连接微控制器，实现微控制器读取各采样电阻的电压值。

在上述技术方案中，微控制器通过驱动电路连接继电器K1、继电器K2、继电器K3，实现对各继电器的控制。

所述纯电动汽车绝缘电阻检测电路的检测方法包括如下步骤：

步骤1，在执行步骤1之前，所有的继电器状态如图1所示。微控制器发出控制信号控制继电器K2、继电器K3闭合，并将微控制器采集采样电阻R1和R2上的电压U_R1、U_R2；

步骤2，步骤1结束之后，微控制器根据采样所得的电压计算动力电池的输出电压U0，U0＝U_R1+U_R2；

步骤3，根据步骤2计算所得U0，判断动力电池出输出电压是否为0，如果为0则执行步骤7，如果不为0，则执行步骤4；

步骤4，系统进入绝缘电阻实时检测状态，微控制发出控制信号使得继电器K1闭合，K2和K3断开，低频低压交流注入电路接入动力电池正负极母线，微控制器采集采样电阻R7上的电压U₇，微控制器根据R7电压值U₇计算动力电池正负极母线对电底盘绝缘电阻的并联值Rpn；

步骤5，根据步骤4计算的绝缘电阻并联值Rpn判断其是否小于设定的阈值，如果不小于设定阈值，则返回执行步骤3，如果小于设定阈值，则认为绝缘电阻故障，执行步骤6；

步骤6，步骤6是在系统发生绝缘故障状态下进行，其中隔离变压器T1、T2不工作。微控制器发出控制信号使继电器K1、K3断开，K2闭合，采集采样电阻R1的电压U₁₁，然后微控制器发出控制信号使继电器K1、K2断开，K3闭合，采集采样电阻R2的电压U₂₂，微控制器根据采集的采样电压计算动力电池正极母线对电底盘绝缘电阻Rp和动力电池负极母线对电底盘绝缘电阻Rn的值；

步骤7，步骤7是在动力电池不对外输出电压(开路)状态下进行，微控制器发出控制信号使继电器K1和K3断开，K2闭合，同时使正端的隔离变压器T1工作，采集采样电阻R1和R4的电压U₁、U₄，然后微控制器发出控制信号使继电器K1和K2断开，K3闭合，同时使负端的隔离变压器工作，采集采样电阻R2和R5的电压U₂、U₅，微控制器根据采集的采样电压计算动力电池正极母线对电底盘绝缘电阻Rp和动力电池负极母线对电底盘绝缘电阻Rn的值；

步骤8，步骤6或步骤7完成之后，执行步骤8，微控制器发出控制信号是继电器K1、K2和K3处于断开状态。

本发明的优点和有益效果为：

本发明的纯电动汽车绝缘电阻检测电路，实现了电动汽车正负极母线对电底盘绝缘电阻的实时检测，实现了即使在动力电池不对外输出电压(开路)状态下对系统进行绝缘电阻检测，实现了在不减低系统绝缘效果的情况下进行检测且提高了检测精度。

附图说明

图1是本发明检测电路原理图。

图2是本发明控制流程图。

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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

参见附图1，一种纯电动汽车绝缘电阻检测电路，包括与动力电池正负极连接的交流注入电路和直流注入电路。

所述交流注入电路包括隔离电容C1、采样电阻R7、继电器K1和交流信号源US，动力电池的正极输出端依次连接继电器K1的常开触点、隔离电容C1、采样电阻R7、交流源US、动力电池的负极输出端，构成回路。其工作原理阐述如下：

通过微控制器使继电器K1的常开触点闭合，交流注入电路接入动力电池正负极母线，微控制器通过采集采样电阻R7上所承担的电压和已知隔离电容C1的阻抗(阻抗为Xc＝1/ωC)，可以计算出正负母线对电底盘绝缘电阻的并联值Rpn。Rpn为动力电池正负极母线对电底盘的绝缘电阻的并联值，所以Rpn小于动力电池正极对电底盘的绝缘电阻值Rp和动力电池负极对电底盘的绝缘电阻值Rn，当Rpn的值小于设定阈值时，认为绝缘电阻故障。

所述直流注入电路包括采样电阻R1、采样电阻R2、采样电阻R4、采样电阻R5、正极对电底盘隔离变压器T1、负极对电底盘隔离变压器T2、继电器K2、继电器K3，采样电阻R1的一端通过继电器K2的常开触点连接动力电池的正极输出端，采样电阻R1的另一端连接至电底盘；采样电阻R2的一端通过继电器K3的常开触点连接动力电池的负极输出端，采样电阻R2的另一端连接至电底盘；所述正极对电底盘隔离变压器T1的源边通过晶体管S1与直流电压源(12V)连接，正极对电底盘隔离变压器T1的副边设置整流二极管D1、滤波电容C2和电阻R3，微控制器的PWM信号输出端连接晶体管S1，微控制器通过发出PWM信号控制晶体管S1，使变压器T1源边形成脉冲电流，然后会在变压器T1副边产生高压信号，通过阻容滤波和整流产生高压直流信号；同理，负极对电底盘隔离变压器T2的源边通过晶体管S2与直流电压源(12V)连接，负极对电底盘隔离变压器T2的副边设置整流二极管D2、滤波电容C3和电阻R6，微控制器的另一PWM信号输出端连接晶体管S2，微控制器通过发出PWM信号控制晶体管S2，使变压器T2源边形成脉冲电流，然后会在变压器T2副边产生高压信号，通过阻容滤波和整流产生高压直流信号；正极对电底盘隔离变压器T1的副边一端通过继电器K2连接动力电池的正极输出端，正极对电底盘隔离变压器T1的副边另一端通过采样电阻R4连接到电底盘。同理，负极对电底盘隔离变压器T2的副边一端通过继电器K3连接动力电池的负极输出端，负极对电底盘隔离变压器T2的副边另一端通过采样电阻R5连接到电底盘。其工作原理阐述如下：

直流注入电路在两种状态下接入动力电池正负极母线，一种是绝缘故障但动力电池未开路状态，另一种是动力电池不对外输出电压(开路)状态下。当绝缘故障时，将交流注入电路上的继电器K1断开，直流注入电路上的继电器K2、继电器K3依次闭合，但隔离变压器T1、T2不工作，微控制器通过采集采样电阻R1和R2上的电压计算出系统绝缘故障状态下动力电池正负极母线对电底盘绝缘电阻Rp和Rn的值。当动力电池不对外输出电压(开路)时，将交流注入电路上的继电器K1断开，直流注入电路上的继电器K2闭合、K3断开，正极对电底盘隔离变压器T1工作，负极对电底盘隔离变压器T2不工作，微控制器根据采样电阻R₁、R₄的采样电压计算出Rp，然后将K2断开、K3闭合，负极对电底盘隔离变压器T2工作，正极对电底盘隔离变压器T1不工作，微控制器根据采样电阻R₂、R₅的采样电压计算出Rn。

进一步的，所述采样电阻R1、采样电阻R2、采样电阻R4、采样电阻R5、采样电阻R7分别通过采样电路和AD转换模块连接微控制器，实现微控制器读取各采样电阻的电压值。

进一步的，微控制器通过驱动电路连接继电器K1、继电器K2、继电器K3，实现对各继电器的控制。

参见附图2，所述纯电动汽车绝缘电阻检测电路的检测方法包括如下步骤：

步骤1，在执行步骤1之前，所有的继电器状态如图1所示。微控制器发出控制信号控制继电器K2、继电器K3闭合，并将微控制器采集采样电阻R1和R2上的电压U_R1、U_R2；

步骤2，步骤1结束之后，微控制器根据采样所得的电压计算动力电池的输出电压U0，U0＝U_R1+U_R2；

步骤3，根据步骤2计算所得U0，判断动力电池出输出电压是否为0，如果为0则执行步骤7，如果不为0，则执行步骤4；

步骤4，系统进入绝缘电阻实时检测状态，微控制发出控制信号使得继电器K1闭合，K2和K3断开，低频低压交流注入电路接入动力电池正负极母线，微控制器采集采样电阻R7上的电压U₇，微控制器根据R7电压值U₇计算动力电池正负极母线对电底盘绝缘电阻的并联值Rpn；

步骤5，根据步骤4计算的绝缘电阻并联值Rpn判断其是否小于设定的阈值，如果不小于设定阈值，则返回执行步骤3，如果小于设定阈值，则认为绝缘电阻故障，执行步骤6；

步骤6，步骤6是在系统发生绝缘故障状态下进行，其中隔离变压器T1、T2不工作。微控制器发出控制信号使继电器K1、K3断开，K2闭合，采集采样电阻R1的电压U₁₁，然后微控制器发出控制信号使继电器K1、K2断开，K3闭合，采集采样电阻R2的电压U₂₂，微控制器根据采集的采样电压计算动力电池正极母线对电底盘绝缘电阻Rp和动力电池负极母线对电底盘绝缘电阻Rn的值；

步骤7，步骤7是在动力电池不对外输出电压(开路)状态下进行，微控制器发出控制信号使继电器K1和K3断开，K2闭合，同时使正端的隔离变压器T1工作，采集采样电阻R1和R4的电压U₁、U₄，然后微控制器发出控制信号使继电器K1和K2断开，K3闭合，同时使负端的隔离变压器工作，采集采样电阻R2和R5的电压U₂、U₅，微控制器根据采集的采样电压计算动力电池正极母线对电底盘绝缘电阻Rp和动力电池负极母线对电底盘绝缘电阻Rn的值；

步骤8，步骤6或步骤7完成之后，执行步骤8，微控制器发出控制信号是继电器K1、K2和K3处于断开状态。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种纯电动汽车绝缘电阻的检测方法，其特征在于：该方法应用一种纯电动汽车绝缘电阻检测电路，该纯电动汽车绝缘电阻检测电路包括：与动力电池正负极连接的交流注入电路和直流注入电路；

所述交流注入电路包括隔离电容C1、采样电阻R7、继电器K1和交流信号源US，动力电池的正极输出端依次连接继电器K1的常开触点、隔离电容C1、采样电阻R7、交流源US、动力电池的负极输出端，构成回路；

所述直流注入电路包括采样电阻R1、采样电阻R2、采样电阻R4、采样电阻R5、正极对电底盘隔离变压器T1、负极对电底盘隔离变压器T2、继电器K2、继电器K3，采样电阻R1的一端通过继电器K2的常开触点连接动力电池的正极输出端，采样电阻R1的另一端连接至电底盘；采样电阻R2的一端通过继电器K3的常开触点连接动力电池的负极输出端，采样电阻R2的另一端连接至电底盘；所述正极对电底盘隔离变压器T1的源边通过晶体管S1与直流电压源连接，正极对电底盘隔离变压器T1的副边设置整流二极管D1、滤波电容C2和电阻R3，微处理器的PWM信号输出端连接晶体管S1；负极对电底盘隔离变压器T2的源边通过晶体管S2与直流电压源连接，负极对电底盘隔离变压器T2的副边设置整流二极管D2、滤波电容C3和电阻R6，微处理器的另一PWM信号输出端连接晶体管S2；正极对电底盘隔离变压器T1的副边一端通过继电器K2连接动力电池的正极输出端，正极对电底盘隔离变压器T1的副边另一端通过采样电阻R4连接到电底盘；负极对电底盘隔离变压器T2的副边一端通过继电器K3连接动力电池的负极输出端，负极对电底盘隔离变压器T2的副边另一端通过采样电阻R5连接到电底盘；

应用所述的纯电动汽车绝缘电阻检测电路的检测方法，包括如下步骤：

步骤1，微控制器发出控制信号控制继电器K2、继电器K3闭合，并将微控制器采集采样电阻R1和R2上的电压U_R1、U_R2；

步骤2，步骤1结束之后，微控制器根据采样所得的电压计算动力电池的输出电压U0，U0＝U_R1+U_R2；

步骤3，根据步骤2计算所得U0，判断动力电池出输出电压是否为0，如果为0则执行步骤7，如果不为0，则执行步骤4；

步骤4，系统进入绝缘电阻实时检测状态，微控制器发出控制信号使得继电器K1闭合，K2和K3断开，低频低压交流注入电路接入动力电池正负极母线，微控制器采集采样电阻R7上的电压U₇，微控制器根据R7电压值U₇计算动力电池正负极母线对电底盘绝缘电阻的并联值Rpn；

步骤5，根据步骤4计算的绝缘电阻并联值Rpn判断其是否小于设定的阈值，如果不小于设定阈值，则返回执行步骤3，如果小于设定阈值，则认为绝缘电阻故障，执行步骤6；

步骤6，步骤6是在系统发生绝缘故障状态下进行，其中隔离变压器T1、T2不工作，微控制器发出控制信号使继电器K1、K3断开，K2闭合，采集采样电阻R1的电压U₁₁，然后微控制器发出控制信号使继电器K1、K2断开，K3闭合，采集采样电阻R2的电压U₂₂，微控制器根据采集的采样电压计算动力电池正极母线对电底盘绝缘电阻Rp和动力电池负极母线对电底盘绝缘电阻Rn的值；

步骤7，步骤7是在动力电池不对外输出电压状态下进行，微控制器发出控制信号使继电器K1和K3断开，K2闭合，同时使正端的隔离变压器T1工作，采集采样电阻R1和R4的电压U₁、U₄，然后微控制器发出控制信号使继电器K1和K2断开，K3闭合，同时使负端的隔离变压器工作，采集采样电阻R2和R5的电压U₂、U₅，微控制器根据采集的采样电压计算动力电池正极母线对电底盘绝缘电阻Rp和动力电池负极母线对电底盘绝缘电阻Rn的值；

步骤8，步骤6或步骤7完成之后，执行步骤8，微控制器发出控制信号是继电器K1、K2和K3处于断开状态。

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车绝缘电阻的检测方法，其特征在于：所述采样电阻R1、采样电阻R2、采样电阻R4、采样电阻R5、采样电阻R7分别通过采样电路和AD转换模块连接微控制器，实现微控制器读取各采样电阻的电压值。

3.根据权利要求1所述的纯电动汽车绝缘电阻的检测方法，其特征在于：微控制器通过驱动电路连接继电器K1、继电器K2、继电器K3，实现对各继电器的控制。

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