CN109061309B - 一种车体绝缘测量电路及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车体绝缘测量电路，包括动力电池和车体，所述车体上具有第一连接端和第二连接端，所述动力电池的正极分别通过第一电阻与所述第一连接端连接、通过第二电阻与所述第二连接端连接，所述动力电池的负极分别通过第三电阻与所述第一连接端连接、通过第四电阻与所述第二连接端连接，所述第一电阻同时与第一开关串联，所述第二电阻同时与第三开关串联，所述第三电阻同时与第二开关串联，所述第四电阻同时与第四开关串联的技术方案，本发明可用于车体绝缘电阻测量。

Description

一种车体绝缘测量电路及测量方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种车体绝缘测量电路及测量方法。

背景技术

随着汽车行业和汽车电子技术的迅速发展，各种数字电子设备，特别是数字电子计算机的应用日益广泛，几乎渗透到国民经济的所有领域之中，汽车电子绝缘检测设备也不例外。

什么是绝缘？工程上一般意义的绝缘是指，为了隔离人、其他带电或者不带电结构，在带电器件表面包裹一层不导电物质的做法。不导电的物质被叫做绝缘材料。比较不同绝缘材料或者系统绝缘能力的高低有几个参数：绝缘电阻、漏电流，一般用于表示绝缘测试结果。绝缘电阻(即绝缘介质所具有的电阻值)，是衡量介质绝缘性能好坏的物理量，在常见的测量方式中，则表现为带电器件与壳体、大地等参考平台之间的电阻值，由于数值较大，单位常用“兆欧”表示。

电动汽车，与传统车相比，电子电气系统的比例大大增加。并且，电动汽车动力系统是以往不曾在汽车上使用过的高压系统，动辄几百伏的电压平台。因此电气绝缘是电动汽车高压安全的重要项目。根据相关标准中对人体安全电流的要求(DC 10mA，AC 2mA)，GB-T 18384-2015电动汽车安全要求中规定，绝缘电阻最低要求：直流100Ω/V，交流500Ω/V。电气系统如果出现绝缘失效，视程度不同，会造成累进的后果。系统中只有一个点绝缘出现故障，暂时对系统不会产生明显影响；出现多点绝缘失效，则漏电流会在两点之间流转，在附近材料上积累热量，遇到适当情形，可能会引发火灾。同时，影响电器的正常工作；最严重的情形，可能发生人员触电。当然，汽车的电气都在底盘等乘车人员一般无法触及的地方，最可能遇到触电危险的，可能是生产和维修人员。

动力电池包，是有源系统，测量绝缘电阻的过程中，可以利用自身的电源。而普通的材料测量绝缘，则需要借助测量仪器的电源进行。动力电池系统的绝缘电阻测量，主要有两类方法：一类是低频交流信号注入法，另一类是外接电阻法。

交流信号注入法，指给动力电池正负极之间注入一定频率的低压交流信号，通过测量系统反馈，获得系统的绝缘电阻，缺点是，测试信号在系统中形成波纹干扰，影响系统正常工作。

外接电阻法，在正负极之间接入一系列电阻，利用电路中设置开关的通断，可以获得两个状态下电阻上的电压值，通过列出电路状态方程，两个方程联立解出动力电池正极对地和负极对地的电阻值，判断电池正负极对地绝缘情况，其最大的缺陷是：当动力电池内部与底盘之间发生类似短路故障时，无论测量开关处于断开或闭合位置，高压正极对地电压和高压负极对地电压值不会变化或变化很小。因此这种方法不能准确测量这种故障情况下的绝缘电阻值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种车体绝缘测量电路及测量方法，该测量电路及测量方法克服测试信号对系统造成的干扰，以及不能准确测量电池内部与汽车底盘之间发生类似短路故障情况下的绝缘电阻值，同时还能宽数量级的各种输出(如报告高压正极对地绝缘电阻小还是高压负极对地绝缘电阻小)，在发生绝缘故障时，方便系统排除故障，易于维护。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种车体绝缘测量电路，包括动力电池E和车体，所述车体上具有第一连接端和第二连接端，所述动力电池E的正极分别通过第一电阻R0与所述第一连接端连接、通过第二电阻Ra与所述第二连接端连接，所述动力电池E的负极分别通过第三电阻R0与所述第一连接端连接、通过第四电阻Rc与所述第二连接端连接，所述第一电阻R0同时与第一开关k1串联，所述第二电阻Ra同时与第三开关k3串联，所述第三电阻R0同时与第二开关k2串联，所述第四电阻Rc同时与第四开关k4串联，所述动力电池E的正极还与第一分压电阻Rb的一端连接，所述第一分压电阻Rb的另一端为正测量端P，所述动力电池E的负极还与第二分压电阻Rb的一端连接，所述第二分压电阻Rb的另一端为负测量端N。

优选地，所述第一开关k1、所述第二开关k2、所述第三开关k3和所述第四开关k4均为光耦开关。

优选地，所述动力电池E的正极与第一继电器的常开开关串联，所述第一继电器的线圈与第一驱动电路连接，所述动力电池E的负极与第二继电器的常开开关串联，所述第二继电器的线圈与第二驱动电路连接。

一种车体绝缘测量方法，步骤①：闭合第三开关k3和第四开关k4，从正测量端P测量出电压值Vp，从负测量端N测量出电压值Vn；步骤②：再闭合k1或K2，再次从正测量端P测量出电压值Vp_after或者再次从负测量端N测量出电压值Vn_after；步骤③：根据公式Rin＝(Vp-Vp_after)*R0/Vp_after或者Rin＝(Vn-Vn_after)*R0/Vn_after求出系统总输入电阻Rin；步骤④：最后根据公式Rm＝Rin*Rtest/(Rtest-Rin)求出Rm，其中，Rm为动力电池E的正极与车体之间的绝缘电阻和动力电池E的负极与车体之间的绝缘电阻的并联值，Rtest为系统恒定阻抗。

优选地，根据公式1/Rtest＝1/Ra+1/Rb+1/Rb+1/Rc求出Rtest。

优选地，在步骤②中，判断Vp是否大于Vn，如果成立，闭合k1，从正测量端P测量出电压值Vp_after，否则闭合k2，从负测量端N测量出电压值Vn_after。

优选地，在步骤③中，如果在步骤②中判断的Vp大于Vn，则通过公式Rin＝(Vp-Vp_after)*R0/Vp_after求出Rin，如果在步骤②中判断的Vp小于Vn，则通过公式Rin＝(Vn-Vn_after)*R0/Vn_after求出Rin。

更优选地，将求出的Rin和Rtest进行比较，如果Rin大于Rtest，则定义输出Rm＝50000KΩ，表示系统有开路现象或者数值计算错误，如果Rin小于Rtest，则根据Rm＝Rin*Rtest/(Rtest-Rin)求出Rm。

更优选地，如果Rin小于Rtest时求出的Rm≥500KΩ则为正常值，当Rm<500KΩ时发出二级警报，当Rm≤100KΩ时发出一级警报。

优选地，在步骤②中，每次测量出电压值Vp_after或者电压值Vn_after后，将对应的k1或K2打开，方便下次循环测量。

本发明的有益效果：本发明通过平衡电桥外接电阻来测量系统绝缘并联电阻，通过四个对称开关的通断改变接入的标准电阻值，然后通过测量并入标准电阻前后动力电池正负极对车体间的电压变化，来得到系统绝缘并联电阻。

本发明通过直接计算系统绝缘并联阻值，即先求得系统总输入电阻(Rin)，再减去系统恒定阻抗(Rtest)，求得绝缘并联阻抗Rm，而不是分别测量电池正负极与车体的绝缘电阻，成功有效的解决当动力电池内部与底盘之间发生类似短路故障时，无论测量开关处于断开或闭合位置，高压正极对地电压和高压负极对地电压值不会变化或变化很小的问题。

本发明相较于其他的监测方法，平衡电桥测量并联电阻的绝缘监测具有更高的稳定性和可靠性，系统安全系数更高。

本发明在测量过程中可方便的给出高压正极对地绝缘电阻和高压负极对地绝缘电阻，当动力电池内部与车辆底盘发生漏电时可方便系统排除故障，易于维护。

本发明测量并联绝缘电阻，更容易避免系统干扰，测量误差小，可以实现高精度、宽范围的输出，通用性更强。

附图说明

图1是本发明一种车体绝缘测量电路的结构示意图；

图2是本发明一种车体绝缘测量电路的测量流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1所示，本发明的一种车体绝缘测量电路，包括动力电池E和车体100，车体100包括车壳体、底盘，所述车体100接地GND，所述车体100上具有第一连接端A和第二连接端B，所述动力电池E的正极分别通过第一电阻R0与所述第一连接端A连接、通过第二电阻Ra与所述第二连接端B连接，所述动力电池E的负极分别通过第三电阻R0与所述第一连接端A连接、通过第四电阻Rc与所述第二连接端B连接，所述第一电阻R0同时与第一开关k1串联，通过所述第一开关k1开闭所述第一电阻R0所在的支路，所述第二电阻Ra同时与第三开关k3串联，通过所述第三开关k3开闭所述第二电阻Ra所在的支路，所述第三电阻R0同时与第二开关k2串联，通过所述第二开关k2开闭所述第三电阻R0所在的支路，所述第四电阻Rc同时与第四开关k4串联，通过所述第四开关k4开闭所述第四电阻Rc所在的支路，所述动力电池E的正极还与第一分压电阻Rb的一端连接，所述第一分压电阻Rb的另一端为正测量端P，所述动力电池E的负极还与第二分压电阻Rb的一端连接，所述第二分压电阻Rb的另一端为负测量端N，正测量端P和负测量端N均与单片机连接，通过单片机进行测量运算；

进一步的，所述第一开关k1、所述第二开关k2、所述第三开关k3和所述第四开关k4均为光耦开关，但也不排除采用其他开关电路，如三极管、MOS管和可控硅等电子元器件组成的开关电路；

所述动力电池E的正极与第一继电器T1的常开开关串联，所述第一继电器T1的线圈与第一驱动电路10连接，通过第一驱动电路10控制第一继电器T1的线圈的得电或失电从而控制第一继电器T1的常开开关关闭或开启，所述动力电池E的负极与第二继电器T2的常开开关串联，所述第二继电器T2的线圈与第二驱动电路20连接，通过第二驱动电路20控制第二继电器T2的线圈的得电或失电从而控制第二继电器T2的常开开关关闭或开启；

在测量时，第一继电器T1的常开开关和第二继电器T2的常开开关皆处于闭合状态。

如图2所示，一种车体绝缘测量方法，步骤①：闭合第三开关k3和第四开关k4，从正测量端P测量出电压值Vp，从负测量端N测量出电压值Vn；步骤②：再闭合k1或K2，再次从正测量端P测量出电压值Vp_after或者再次从负测量端N测量出电压值Vn_after；步骤③：根据公式Rin＝(Vp-Vp_after)*R0/Vp_after或者Rin＝(Vn-Vn_after)*R0/Vn_after求出系统总输入电阻Rin；步骤④：最后根据公式Rm＝Rin*Rtest/(Rtest-Rin)求出Rm，其中，Rm为动力电池E的正极与车体100之间的绝缘电阻和动力电池E的负极与车体100之间的绝缘电阻的并联值，即为所要求的并联绝缘阻值，Rtest为系统恒定阻值，Rtest通过公式1/Rtest＝1/Ra+1/Rb+1/Rb+1/Rc求出；

进一步的，在步骤②中，在闭合k1或者k2之前，需要先判断Vp是否大于Vn，如果成立，闭合k1，从正测量端P测量出电压值Vp_after，否则闭合k2，从负测量端N测量出电压值Vn_after；

进一步的，在步骤③中，如果在步骤②中判断的Vp大于Vn，则通过公式Rin＝(Vp-Vp_after)*R0/Vp_after求出Rin，如果在步骤②中判断的Vp小于Vn，则通过公式Rin＝(Vn-Vn_after)*R0/Vn_after求出Rin；

进一步的，在步骤④中，将步骤③中求出的Rin和Rtest进行比较，如果Rin大于Rtest，则定义输出Rm＝50000KΩ，表示系统有开路现象或者数值计算错误，如果Rin小于Rtest，则根据Rm＝Rin*Rtest/(Rtest-Rin)求出Rm；如果Rin小于Rtest时求出的Rm≥500KΩ则为正常值，当Rm<500KΩ时发出二级警报提醒测试人员注意系统中可能有漏电现象，当Rm≤100KΩ时发出一级警报提醒测试人员注意系统中有漏电现象；

需要注意的是，在步骤②中，每次测量出电压值Vp_after或者电压值Vn_after后，需要将对应的k1或K2打开，方便下次循环测量；

其中R0≥350KΩ，Ra≥3000KΩ，Rb≥15000KΩ，Rc≥1500KΩ，传统外接电阻法并入的标准电阻的阻值一般都小于500kΩ，对整车绝缘造成一定影响。在我们的方法中，对并入的标准电阻的阻值进行了优化，避免了其对整车绝缘的影响。采用k1到k4四个开关的顺序通断，使得电池正负极对车体100的电压不平衡，也有效的避免了对绝缘检测的影响。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种车体绝缘测量方法，其特征在于，包括车体绝缘测量电路，所述车体绝缘测量电路包括动力电池E和车体，其特征在于，所述车体上具有第一连接端和第二连接端，所述动力电池E的正极分别通过第一电阻R0与所述第一连接端连接、通过第二电阻Ra与所述第二连接端连接，所述动力电池E的负极分别通过第三电阻R0与所述第一连接端连接、通过第四电阻Rc与所述第二连接端连接，所述第一电阻R0同时与第一开关k1串联，所述第二电阻Ra同时与第三开关k3串联，所述第三电阻R0同时与第二开关k2串联，所述第四电阻Rc同时与第四开关k4串联，所述动力电池E的正极还与第一分压电阻Rb的一端连接，所述第一分压电阻Rb的另一端为正测量端P，所述动力电池E的负极还与第二分压电阻Rb的一端连接，所述第二分压电阻Rb的另一端为负测量端N

所述车体绝缘测量方法包括，步骤①：闭合第三开关k3和第四开关k4，从正测量端P测量出电压值Vp，从负测量端N测量出电压值Vn；步骤②：再闭合第一开关k1或第二开关k2，再次从正测量端P测量出电压值Vp_after或者再次从负测量端N测量出电压值Vn_after；步骤③：根据公式Rin＝(Vp-Vp_after)*R0/Vp_after或者Rin＝(Vn-Vn_after)*R0/Vn_after求出系统总输入电阻Rin；步骤④：最后根据公式Rm＝Rin*Rtest/(Rtest-Rin)求出Rm，其中，Rm为动力电池E的正极与车体之间的绝缘电阻和动力电池E的负极与车体之间的绝缘电阻的并联值，Rtest为系统恒定阻抗，根据公式1/Rtest＝1/Ra+1/Rb+1/Rb+1/Rc求出Rtest。

2.如权利要求1所述的一种车体绝缘测量方法，其特征在于，在步骤②中，判断Vp是否大于Vn，如果成立，闭合k1，从正测量端P测量出电压值Vp_after，否则闭合k2，从负测量端N测量出电压值Vn_after。

3.如权利要求1所述的一种车体绝缘测量方法，其特征在于，在步骤③中，如果在步骤②中判断的Vp大于Vn，则通过公式Rin＝(Vp-Vp_after)*R0/Vp_after求出Rin，如果在步骤②中判断的Vp小于Vn，则通过公式Rin＝(Vn-Vn_after)*R0/Vn_after求出Rin。

4.如权利要求3所述的一种车体绝缘测量方法，其特征在于，将求出的Rin和Rtest进行比较，如果Rin大于Rtest，则定义输出Rm＝50000KΩ，表示系统有开路现象或者数值计算错误，如果Rin小于Rtest，则根据Rm＝Rin*Rtest/(Rtest-Rin)求出Rm。

5.如权利要求4所述的一种车体绝缘测量方法，其特征在于，如果Rin小于Rtest时求出的Rm≥500KΩ则为正常值，当Rm<500KΩ时发出二级警报，当Rm≤100KΩ时发出一级警报。

6.如权利要求1所述的一种车体绝缘测量方法，其特征在于，在步骤②中，每次测量出电压值Vp_after或者电压值Vn_after后，将对应的第一开关k1或第二开关k2打开，方便下次循环测量。

7.如权利要求1所述的一种车体绝缘测量方法，其特征在于，所述第一开关k1、所述第二开关k2、所述第三开关k3和所述第四开关k4均为光耦开关。

8.如权利要求1所述的一种车体绝缘测量方法，其特征在于，所述动力电池E的正极与第一继电器的常开开关串联，所述第一继电器的线圈与第一驱动电路连接，所述动力电池E的负极与第二继电器的常开开关串联，所述第二继电器的线圈与第二驱动电路连接。

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