CN109103975B - 一种带绝缘检测功能的电池双向充放电设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种带绝缘检测功能的电池双向充放电设备，包括变压器、可逆AC‑DC模块、双向DC‑DC模块、检测单元和控制单元，还包括直流接触器KM3、直流接触器KM4、绝缘分流可变电阻R4、绝缘分流可变电阻R5和分流开关K5。本发明充放电设备，在对电池进行充放电前，能够进行全面有效的绝缘阻抗检测，防止操作人员触电，降低生产风险，保护人员和测试设备，提高了充放电设备使用的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电池充放电技术领域，特别涉及电池双向充放电设备的绝缘检测装置。
背景技术
电力储能、电动汽车的高速发展，对电池检测设备提出了更高的要求，在国际大环境中，供应链的竞争日趋激烈，产品质量和可靠性显得尤为重要，在这场竞争中，电池检测设备被提到了一个极其重要的位置，设备的好坏将直接影响产品的质量、合格率、生产效率和安全。电池测试设备作为电池检测部门和电池生产厂家的重要设备，对其安全性能极其重要。众所周知，电池检测设备在外力、恶劣环境和老化的过程中存在电源正接地或者电源负接地的可能，如果在进行对电池充放电时不能准确检测出设备的绝缘阻抗，或者设备绝缘检测存在盲区，将有可能对测试人员造成伤害，造成设备损坏。
发明内容
为解决目前电池充放电设备无绝缘阻抗检测，或者绝缘阻抗检测不全面、存在盲点等问题，本发明提供一种带绝缘检测功能的电池双向充放电设备，在进行电池测试时，无需外接检测设备，就能够可靠地检测充放电设备的绝缘阻抗。
本发明具体采用如下技术方案：
一种带绝缘检测功能的电池双向充放电设备，包括依次连接的变压器、可逆AC-DC模块和双向DC-DC模块，其特征在于还包括可控的直流接触器KM3、直流接触器KM4、绝缘分流可变电阻R4、绝缘分流可变电阻R5和可控的分流开关K5；所述直流接触器KM3的一端连接双向DC-DC模块的正输出端，另一端连接蓄电池组的正极；所述直流接触器KM4的一端连接双向DC-DC模块的负输出端，另一端连接蓄电池组的负极；所述绝缘分流可变电阻R4与绝缘分流可变电阻R5相互串联，绝缘分流可变电阻R4的一端连接蓄电池组的正极，绝缘分流可变电阻R5的一端连接蓄电池组的负极，两个电阻的串接端通过分流开关K5接地。
上述带绝缘检测功能的电池双向充放电设备的绝缘检测方法包括如下步骤：
步骤一：检测电池初始电压V1；
步骤二：闭合直流接触器KM3、KM4，检测DC-DC模块正输入端DC+对大地PE的电压V2，检测DC-DC模块负输入端DC-对大地PE电压V3，当|V1-(V2+V3)|≥V0，其中V0为设定值且V0小于等于10V，报系统异常，否则继续执行下一步；
步骤三：当|V1-(V2+V3)|＜V0，检测DC+对PE的电压V4，检测DC-对PE电压V5，得到方程1：V4/Rx＝V5/Ry；其中Rx为DC-DC模块正输入端DC+对大地PE的绝缘阻抗，Ry为DC-DC模块负输入端DC-对大地PE的绝缘阻抗；
步骤四：在上一步检测的基础上闭合DC-DC模块第二桥臂上桥臂的开关器件，检测DC+对PE的电压V6，检测DC-对PE的电压V7，判断系统是否正常：当|V4/V5-V6/V7|≤X％，其中X％为设定值且X％小于等于5％，判定系统正常，否则判定系统绝缘异常，不再进行绝缘检测，得到方程2:V6/Rx＝V7/Ry；
步骤五：在系统正常的基础上闭合分流开关K5，检测DC+对PE的电压V8，检测DC-对PE的电压V9，得到方程3：V8/(Rx‖R4)＝V9/(Ry‖R5)；
步骤六：断开Q15、KM3、KM4、K5；
步骤七：选择方程1或者方程2其中一个方程和方程3组成方程组，求解绝缘阻抗Rx、Ry，如果Rx、Ry都大于绝缘电阻阈值，或Rx||Ry大于绝缘电阻阈值，判定满足绝缘要求，否则不满足。
有益效果
本发明充放电设备，集成了绝缘检测装置，在对电池进行充放电前，无需外接检测设备，就能够进行全面有效的绝缘阻抗检测，防止操作人员触电，降低生产风险，保护人员和测试设备，提高了充放电设备使用的安全性和可靠性。
附图说明
图1：电池双向充放电设备电路拓扑
图2：电路拓扑简化图一；
图3：电路拓扑简化图二；
图4：电路拓扑简化图三。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围
电池双向充放电设备原理图如图1所示：
电路拓扑结构包括变压器、可逆AC-DC模块、双向DC-DC模块、绝缘阻抗检测装置。可逆AC-DC模块主要实现整流和逆变，在逆变时为电池放电，向电网输出能量；在整流时从电网输出能量，为电池充电。双向DC-DC模块主要在给电池充放电时实现升压和降压。绝缘阻抗检测装置主要实现充放电设备的绝缘检测。此外，电池双向充放电设备还包括检测单元和控制单元，检测单元用于采集系统控制所需要的电信号并传给控制单元，控制单元根据上传的电信号实现设备充放电控制及绝缘检测控制。
其中可逆AC-DC模块主要由可控开关器件Q1～Q12组成的三相逆变桥构成，通过变压器T1连接至电网。双向DC-DC模块主要由可控开关器件Q13～Q16组成的全桥变换电路构成，全桥变换电路的输出经电感L7、L8和电容C7组成的滤波电路滤波后到负载R3和蓄电池组。绝缘阻抗检测装置用到了双向DC-DC模块中的开关器件Q15(第二桥臂上桥臂的开关器件)，此外绝缘阻抗检测装置还包括直流接触器KM3、直流接触器KM4、绝缘分流可变电阻R4、绝缘分流可变电阻R5和分流开关K5。直流接触器KM3的一端连接双向DC-DC模块的正输出端，另一端连接蓄电池组的正极。直流接触器KM4的一端连接双向DC-DC模块的负输出端，另一端连接蓄电池组的负极。绝缘分流可变电阻R4与绝缘分流可变电阻R5相互串联，绝缘分流可变电阻R4的一端连接蓄电池组的正极，绝缘分流可变电阻R5的一端连接蓄电池组的负极，两个电阻的串接端通过分流开关K5接大地PE。直流接触器KM3、直流接触器KM4、分流开关K5均连接到控制单元，由控制单元控制开通或关断。
需要检测的绝缘电阻如主拓扑图中的电阻Rx、Ry，其中Rx为DC+对大地PE的绝缘阻抗，Ry为DC-对大地PE的绝缘阻抗。DC+为DC-DC模块正输入端的电压，DC-为DC-DC模块负输入端的电压。
本发明充放电设备的绝缘检测控制由控制单元实现，绝缘阻抗检测原理如下：
步骤一：检测单元检测电池初始电压V1，传给控制单元；
步骤二：控制单元闭合KM3、KM4，检测单元检测DC+对PE的电压V2，检测DC-对PE的电压V3，传给控制单元，当|V1-(V2+V3)|≥V0，控制单元报系统绝缘故障异常，否则继续执行下一步。理论上V1-(V2+V3)＝0V，故V0应该小一些，一般V0推荐设置为小于等于10V，根据实际情况可进行调整。
步骤三：当|V1-(V2+V3)|＜V0，检测单元检测DC+对PE的电压V4，检测DC-对PE电压V5，传给控制单元，根据主拓扑简化可得图2，根据节点电流为0，可得方程1：V4/Rx＝V5/Ry
步骤四：在上一步检测的基础上，控制单元闭合Q15(绝缘检测时，其他开关器件均断开，其他各模块不工作)，检测单元检测DC+对PE的电压V6，检测DC-对PE的电压V7，传给控制单元，控制单元根据检测的电压数据，判断系统是否正常：当|V4/V5-V6/V7|≤X％时(X％一般推荐设置为小于等于5％)，判定系统正常，否则判定系统绝缘异常，不再进行绝缘检测。闭合Q15时根据简化电路图3，得到方程2:V6/Rx＝V7/Ry。
步骤五：在系统正常的基础上，控制单元闭合分流开关K5，检测单元检测DC+对PE的电压V8，检测DC-对PE电压V9，传给控制单元。根据简化电路图4和节点电流为0,得到方程3：V8/(Rx‖R4)＝V9/(Ry‖R5)。
步骤六：控制单元断开Q15、KM3、KM4、K5。
步骤七：选择方程1或者方程2其中一个方程和方程3组成方程组，求解绝缘阻抗Rx、Ry。以联立方程2和方程3为例：
V6/Rx＝V7/Ry
V8/(Rx‖R4)＝V9/(Ry‖R5)解方程得：
控制单元根据计算得到的绝缘阻抗值，判断绝缘阻抗是否满足要求，一般有两种判断方式，第一种方式，单一判断，当Rx、Ry都大于设定绝缘电阻R，说明绝缘阻抗满足要求，否则不满足。第二种方法，当并联电阻Rx||Ry大于设定值R，满足绝缘要求，否则不满足。关于R的设定，一般要求1KV系统的漏电流不大于30mA,故绝缘阻抗R一般要求大于等于33KΩ。
Claims (3)
1.带绝缘检测功能的电池双向充放电设备的绝缘检测方法，所述带绝缘检测功能的电池双向充放电设备包括依次连接的变压器、可逆AC-DC模块和双向DC-DC模块，其特征在于还包括可控的直流接触器KM3、直流接触器KM4、绝缘分流可变电阻R4、绝缘分流可变电阻R5和可控的分流开关K5；所述直流接触器KM3的一端连接双向DC-DC模块的正输出端，另一端连接蓄电池组的正极；所述直流接触器KM4的一端连接双向DC-DC模块的负输出端，另一端连接蓄电池组的负极；所述绝缘分流可变电阻R4与绝缘分流可变电阻R5相互串联，绝缘分流可变电阻R4的一端连接蓄电池组的正极，绝缘分流可变电阻R5的一端连接蓄电池组的负极，两个电阻的串接端通过分流开关K5接地；所述双向DC-DC模块主要由可控开关器件Q13~Q16组成的全桥变换电路构成，其中可控开关器件Q13和可控开关器件Q14组成的第一桥臂，可控开关器件Q15和可控开关器件Q16组成的第二桥臂，双向DC-DC模块的输出经电感L7、电感L8及电容C7组成的滤波器到负载R3和蓄电池组；
所述绝缘检测方法包括如下步骤：
步骤一：检测电池初始电压V1；
步骤二：闭合直流接触器KM3、KM4，检测DC-DC模块正输入端DC+对大地PE的电压V2，检测DC-DC模块负输入端DC-对大地PE电压V3，当|V1-（V2+V3）|≥V0，其中V0为设定值且V0小于等于10V，报系统异常，否则继续执行下一步；
步骤三：当|V1-（V2+V3）|＜V0，检测DC+对PE的电压V4，检测DC-对PE电压V5，得到方程1：V4/Rx=V5/Ry；其中Rx为DC-DC模块正输入端DC+对大地PE的绝缘阻抗，Ry为DC-DC模块负输入端DC-对大地PE的绝缘阻抗；
步骤四：在上一步检测的基础上闭合DC-DC模块第二桥臂的开关器件Q15，检测DC+对PE的电压V6，检测DC-对PE的电压V7，判断系统是否正常：当|V4/V5-V6/V7|≤X%，其中X%为设定值且X%小于等于5%，判定系统正常，得到方程2:V6/Rx=V7/Ry，否则判定系统绝缘异常，不再进行绝缘检测；
步骤五：在系统正常的基础上闭合分流开关K5，检测DC+对PE的电压V8，检测DC-对PE的电压V9，得到方程3：V8/(Rx‖R4)=V9/(Ry‖R5)；
步骤六：断开Q15、KM3、KM4、K5；
步骤七：选择方程1或者方程2其中一个方程和方程3组成方程组，求解绝缘阻抗Rx、Ry，如果Rx、Ry都大于绝缘电阻阈值，或Rx||Ry大于绝缘电阻阈值，判定满足绝缘要求，否则不满足。
2.如权利要求1所述的带绝缘检测功能的电池双向充放电设备的绝缘检测方法，其特征在于所述可逆AC-DC模块主要由可控开关器件Q1~Q12组成的三相逆变桥构成，其交流母线端通过变压器连接至电网，直流母线端连接至双向DC-DC模块。
3.如权利要求1所述的带绝缘检测功能的电池双向充放电设备的绝缘检测方法，其特征在于所述带绝缘检测功能的电池双向充放电设备还包括检测单元和控制单元，检测单元用于采集系统控制所需要的电信号并传给控制单元，控制单元根据上传的电信号实现设备充放电控制及绝缘检测控制。
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