CN109799443B - 一种基于电动车辆的分布电容自适应绝缘检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于电动车辆的分布电容自适应绝缘检测方法，在现有绝缘检测电路中增加三个继电器：S₀、S₁、S₂；两个已知阻值的检测电阻：R₁、R₂；两个电压传感器，用于测量R_x、R_y的电压值；R₁与S₁串联后并联在R_x两端，R₂与S₂串联后并联在R_y两端，同时，R₁与S₁、R₂与S₂串联；S₀串联在电池模组的正极，控制所有支路的通断；通过控制不同继电器的通断，求解异常情况下的绝缘阻值R_x、R_y。本发明能够在车辆高压系统出现绝缘异常时快速响应，求出异常情况下的绝缘阻值。

Description

一种基于电动车辆的分布电容自适应绝缘检测方法

技术领域

本发明涉及电动车辆绝缘检测技术领域，具体涉及一种基于电动车辆的分布电容自适应绝缘检测方法。

背景技术

目前，随着电动车辆技术的发展，全车高压用电设备越来越多，其用电功率需求等级也越来越高，为适应高功率需求，在某些电动车辆，特别是特种车辆中，电压等级也随之提升。在这个背景下，电气安全性这一电动车辆必须满足的发展前提就愈发重要，因此，在设计电动车辆高压电气系统时就要同时兼顾电力驱动等功能需求和电气安全检测等安全需求。

传统的绝缘检测技术在绝缘阻值存在异常时能够快速响应，将绝缘异常情况快速上报，但如果车辆高压系统正负母线对车体存在较大分布电容时且本身绝缘正常时，电桥法绝缘检测技术若想测得准确的绝缘电阻，则需要通过延长测试时间(GB/T 3048.5推荐大于1min读数)排除分布电容电流的影响，否则测得的绝缘电阻值偏小，甚至低于安全值造成误报警，这显然不适应电动汽车特别是特种车辆快速起动的要求。随着电动汽车高压负载越来越多，每种车型甚至同一型号不同个体间的分布电容都存在差异，分布电容值难以估算。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于电动车辆的分布电容自适应绝缘检测方法，能够在车辆高压系统出现绝缘异常时快速响应，求出异常情况下的绝缘阻值。

本发明的具体实施方式如下：

一种基于电动车辆的分布电容自适应绝缘检测方法，绝缘检测电路为：绝缘电阻R_x、R_y串联后并联在电池模组两端，分布电容C_x、C_y串联后并联在电池模组两端，同时，连接R_x、R_y的导线中点与连接C_x、C_y的导线中点连接，增加三个继电器：S₀、S₁、S₂；两个已知阻值的检测电阻：R₁、R₂；两个电压传感器，用于测量R_x、R_y的电压值；

R₁与S₁串联后并联在R_x两端，R₂与S₂串联后并联在R_y两端，同时，R₁与S₁、R₂与S₂串联；S₀串联在电池模组的正极，控制所有支路的通断；

绝缘异常时，检测方法如下：

步骤一、保持S₀闭合，然后闭合S₁，保持S₂均处于断开状态，利用两个电压传感器分别测得R_x、R_y的电压值分别为U₁₊、U_1-；

步骤二、闭合S₂，保持S₁均处于断开状态，此时测得R_x、R_y的电压值分别为U₂₊、U_2-；此时绝缘阻值低于安全保护值，忽略两个电容；

步骤三、结合U₁₊、U_1-、U₂₊、U_2-、R₁、R₂，根据电阻分压原理，求出异常情况下的绝缘阻值R_x、R_y。

进一步地，进一步增加两个继电器：S₃、S₄；两个激励源：激励源Ⅰ与激励源Ⅱ；激励源Ⅰ串联S₃后并联在R_x两端，激励源Ⅱ串联S₄后也并联在R_y两端，同时，激励源Ⅰ与S₃、激励源Ⅱ与S₄串联；

用于求解排除分布电容影响的绝缘阻值和分布电容，方法如下：

步骤一、保持S₀断开，然后断开S₁、S₂、S₄，闭合S₃，通过控制激励源Ⅰ使能，给分布电容C_x充电，充满后，测得分布电容C_x两端电压U₊为U₀；

步骤二、断开S₃，此时开始计时，电路变为求一阶电路的零输入响应，当

时，时间t₁＝τ＝R_xC_x；

步骤三、断开S₂、S₄，闭合S₁、S₃，通过控制激励源Ⅰ使能，给分布电容C_x充电，充满后，测得分布电容C_x两端电压U₊为U₁；

步骤四、断开S₃，此时开始计时，电路变为求一阶电路的零输入响应，当

时，时间t₂＝τ₁＝(R_x//R₁)C_x，结合t₁、t₂方程，由此求得R_x、C_x；//表示并联关系；

步骤五、断开S₁、S₃、S₂，闭合S₄，通过控制激励源Ⅱ使能，给分布电容C_y充电，充满后，测得分布电容C_y两端电压U₊为U₀；

步骤六、断开S₄，此时开始计时，电路变为求一阶电路的零输入响应，当

时，时间t₃＝τ＝R_yC_y；

步骤七、断开S₁、S₃，闭合S₂、S₄，通过控制激励源Ⅱ使能，给分布电容C_y充电，充满后，测得分布电容C_y两端电压U₊为U₂；

步骤八、断开S₄，此时开始计时，电路变为求一阶电路的零输入响应，当

时，时间t₄＝τ₁＝(R_y//R₂)C_y；结合t₃、t₄方程，由此求得R_y、C_y。

有益效果：

本发明能够在车辆高压系统出现绝缘异常时快速响应，将故障状态上报，防止绝缘异常对车辆和驾乘人员造成更大的伤害；同时在分布电容未知的情况下，还能进一步测试出排除分布电容影响的绝缘阻值和全车高压系统正负母线对车体的分布电容，判断分布电容是否处于合理区间，将过大的分布电容上报上级系统，预防过大的分布电容对系统产生损害。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为第一阶段第一步测试的电路原理图；

图3为第一阶段第二步测试的电路原理图；

图4(a)、(b)为第二阶段第一步测试的电路原理图；

图5(a)、(b)为第二阶段第二步测试的电路原理图；

图6(a)、(b)为第二阶段第三步测试的电路原理图；

图7(a)、(b)为第二阶段第四步测试的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种基于电动车辆的分布电容自适应绝缘检测方法，在车辆高压系统分布电容参数未知的情况下，分两个阶段对绝缘电阻进行检测。传统电动车辆的分布电容绝缘检测电路为：R_x、R_y串联后并联在电池模组两端，C_x、C_y串联后并联在电池模组两端，同时，连接R_x、R_y的导线中点与连接C_x、C_y的导线中点连接，R_x、R_y是正负母线对车体的绝缘电阻，C_x、C_y是正负母线对车体的分布电容，即C_x并联在R_x两端，C_y并联在R_y两端。

如图1所示，本实施例增加五个继电器：S₀、S₁、S₂、S₃、S₄；两个激励源：激励源Ⅰ与激励源Ⅱ，激励源负责将车辆12V电压通过内部DCDC转化为400V高压；两个检测电阻：R₁、R₂，R₁、R₂阻值已知；两个电压传感器，用于测量R_x、R_y上的电压值U₊、U_-。R₁与S₁串联后并联在R_x两端，R₂与S₂串联后并联在R_y两端，同时，R₁与S₁、R₂与S₂串联；激励源Ⅰ串联S₃后并联在R_x两端，激励源Ⅱ串联S₄后也并联在R_y两端，同时，激励源Ⅰ与S₃、激励源Ⅱ与S₄串联。S₀串联在电池模组的正极，控制所有支路的通断。

绝缘检测方法如下：

第一阶段求解异常情况下的绝缘阻值R_x、R_y：

第一步测试，保持S₀闭合，首先闭合S₁，保持S₂、S₃、S₄均处于断开状态，如图2所示。此时测得U₊、U_-值分别为U₁₊、U_1-。根据电阻分压原理得式(1)：

其中R′_X＝R₁//C_X//R_X，R′₂＝C_y//R_y，//表示并联关系。

第二步测试，然后闭合S₂，保持S₁、S₃、S₄均处于断开状态，如图3所示。此时测得U₊、U_-值分别为U₂₊、U_2-。根据电阻分压原理得式(2)：

其中R′₁＝C_y//R_x，R′₁＝R₂//C_y//R_y。

当R_x、R_y很小，即绝缘阻值低于安全保护值时，由并联关系可知：R′_x＝R₁//R_x，R′₂≈R_y，R′_y＝R₂//R_y，R′₁≈R_x，联立式(1)和式(2)即可求出异常情况下的绝缘阻值R_x、R_y：

其中

第二阶段求解排除分布电容影响的绝缘阻值和全车高压系统正负母线对车体的分布电容：

第一步测试，保持S₀断开，首先断开S₁、S₂、S₄，闭合S₃，如图4(a)所示。通过控制激励源Ⅰ使能，给分布电容C_x充电，充满后，测得分布电容C_x两端电压U₊为U₀。断开S₃，如图4(b)所示，此时开始计时，电路变为求一阶电路的零输入响应，时间常数τ＝R_xC_x，当

时，时间t₁＝τ＝R_xC_x。

第二步测试，断开S₂、S₄，闭合S₁、S₃，如图5(a)所示。通过控制激励源Ⅰ使能，给分布电容C_x充电，充满后，测得分布电容C_x两端电压U₊为U₁。断开S₃，如图5(b)所示，此时开始计时，电路变为求一阶电路的零输入响应，时间常数τ₁＝(R_x//R₁)C_x，当

时，时间t₂＝τ₁＝(R_x//R₁)C_x。联立t₁、t₂方程，得：

第三步测试，断开S₁、S₃、S₂，闭合S₄，如图6(a)所示。通过控制激励源Ⅱ使能，给分布电容C_y充电，充满后，测得分布电容C_y两端电压U₊为U₀。断开S₄，如图6(b)所示，此时开始计时，电路变为求一阶电路的零输入响应，时间常数τ＝R_yC_y，当

时，时间t₃＝τ＝R_yC_y。

第四步测试，断开S₁、S₃，闭合S₂、S₄，如图7(a)所示。通过控制激励源Ⅱ使能，给分布电容C_y充电，充满后，测得分布电容C_y两端电压U₊为U₂。断开S₄，如图7(b)所示，此时开始计时，电路变为求一阶电路的零输入响应，时间常数τ₁＝(R_y//R₂)C_y，当

时，时间t₄＝τ₁＝(R_y//R₂)C_y。联立t₃、t₄方程，得：

通过两个阶段的测量和计算，当绝缘阻值异常且较低时，能够快速将异常状况和绝缘阻值上报，避免绝缘故障进一步扩大危害；同时在第二阶段能够将正负母线分别对车体的绝缘阻值和分布电容上报，方便维修和设计人员排除故障，判定系统的分布电容是否在合理区间。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于电动车辆的分布电容自适应绝缘检测方法，绝缘检测电路为：绝缘电阻R_x、R_y串联后并联在电池模组两端，分布电容C_x、C_y串联后并联在电池模组两端，同时，连接R_x、R_y的导线中点与连接C_x、C_y的导线中点连接，其特征在于，增加三个继电器：S₀、S₁、S₂；两个已知阻值的检测电阻：R₁、R₂；两个电压传感器，用于测量R_x、R_y的电压值；

R₁与S₁串联后并联在R_x两端，R₂与S₂串联后并联在R_y两端，同时，R₁与S₁、R₂与S₂串联；S₀串联在电池模组的正极，控制所有支路的通断；

绝缘异常时，检测方法如下：

步骤一、保持S₀闭合，然后闭合S₁，保持S₂均处于断开状态，利用两个电压传感器分别测得R_x、R_y的电压值分别为U₁₊、U_1-；

步骤二、闭合S₂，保持S₁均处于断开状态，此时测得R_x、R_y的电压值分别为U₂₊、U_2-；此时绝缘阻值低于安全保护值，忽略两个电容；

步骤三、结合U₁₊、U_1-、U₂₊、U_2-、R₁、R₂，根据电阻分压原理，求出异常情况下的绝缘阻值R_x、R_y；

进一步增加两个继电器：S₃、S₄；两个激励源：激励源Ⅰ与激励源Ⅱ；激励源Ⅰ串联S₃后并联在R_x两端，激励源Ⅱ串联S₄后也并联在R_y两端，同时，激励源Ⅰ与S₃、激励源Ⅱ与S₄串联；

用于求解排除分布电容影响的绝缘阻值和分布电容，方法如下：

步骤一、保持S₀断开，然后断开S₁、S₂、S₄，闭合S₃，通过控制激励源Ⅰ使能，给分布电容C_x充电，充满后，测得分布电容C_x两端电压U₊为U₀；

步骤二、断开S₃，此时开始计时，电路变为求一阶电路的零输入响应，当

时，时间t₁＝τ＝R_xC_x；

步骤三、断开S₂、S₄，闭合S₁、S₃，通过控制激励源Ⅰ使能，给分布电容C_x充电，充满后，测得分布电容C_x两端电压U₊为U₁；

步骤四、断开S₃，此时开始计时，电路变为求一阶电路的零输入响应，当

时，时间t₂＝τ₁＝(R_x//R₁)C_x，结合t₁、t₂方程，由此求得R_x、C_x；//表示并联关系；

步骤五、断开S₁、S₃、S₂，闭合S₄，通过控制激励源Ⅱ使能，给分布电容C_y充电，充满后，测得分布电容C_y两端电压U₊为U₀；

步骤六、断开S₄，此时开始计时，电路变为求一阶电路的零输入响应，当

时，时间t₃＝τ＝R_yC_y；

步骤七、断开S₁、S₃，闭合S₂、S₄，通过控制激励源Ⅱ使能，给分布电容C_y充电，充满后，测得分布电容C_y两端电压U₊为U₂；

步骤八、断开S₄，此时开始计时，电路变为求一阶电路的零输入响应，当

时，时间t₄＝τ₁＝(R_y//R₂)C_y；结合t₃、t₄方程，由此求得R_y、C_y。

Images