CN110895301A - 一种直流充电机的绝缘检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流充电机的绝缘检测装置，包括：模拟采集器、微处理器、直流输出回路继电器内侧电压采样电路、直流输出回路继电器外侧电压采样电路，充电电流采样电路，所述直流输出回路继电器内侧电压采样电路的一端、直流输出回路继电器外侧电压采样电路一端，充电电流采样电路一端均电连接至模拟采集器的输入端，所述直流输出回路继电器内侧电压采样电路的另一端、直流输出回路继电器外侧电压采样电路另一端，充电电流采样电路另一端均与直流充电机的电流输出端电连接，所述模拟采集器的输出端与微处理器的输入端电连接，所述微处理器的输出端直流充电机控制器的输入端电连接。本发明提高了绝缘检测精度和可靠性。

Description

一种直流充电机的绝缘检测装置
技术领域
本发明涉及绝缘检测技术领域，更具体地，涉及一种直流充电机的绝缘检测装置。
背景技术
随着电动汽车的日益推广，国家电网公司及南方电网公司均开始涉足电动汽车充电设施的运营建设，相应的国标和技术规范标准也相继制定和更新完善。根据电动汽车直流充电机的技术规范和功能要求，需要对充电机直流母线对地进行绝缘在线监测，同时需要测量充电过程中的电流，以及对直流继电器内外侧电压进行采集。
当前市场上的电动汽车直流充电设备，都具备绝缘检测功能，但大多功能不齐，或者精度不足，容易发生误判动作，可靠性较差，甚至存在安全风险。部分设备采用多个分立模块的形式实现全部功能，因而使得制造和维护成本大大增加。
发明内容
本发明为克服上述现有技术绝缘检测测量精度低、可靠性差的缺陷，提供一种直流充电机的绝缘检测装置。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种直流充电机的绝缘检测装置，包括：模拟采集器、微处理器、直流输出回路继电器内侧电压采样电路、直流输出回路继电器外侧电压采样电路，充电电流采样电路，所述直流输出回路继电器内侧电压采样电路的一端、直流输出回路继电器外侧电压采样电路一端，充电电流采样电路一端均电连接至模拟采集器的输入端，所述直流输出回路继电器内侧电压采样电路的另一端、直流输出回路继电器外侧电压采样电路另一端，充电电流采样电路另一端均与直流充电机的电流输出端电连接，所述模拟采集器的输出端与微处理器的输入端电连接，所述微处理器的输出端直流充电机控制器的输入端电连接。
进一步地，所述直流输出回路继电器内侧电压采集电路包括：电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、Rx、Ry，开关S1、S2、S3，所述模拟采集器包括有第一采集输入端，第二采集输入端，第三采集输入端，第四采集输入端，所述直流输出回路继电器内侧电压采集电路与模拟采集器的具体电路连接为：
直流充电机电流输出端的正向输出分别电连接至电阻R1的一端，电阻R4的一端，电阻R7的一端，电阻Rx的一端，所述电阻R1的另一端连接至电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接至电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接至直流充电机电流输出端的负向输出，电阻R4的另一端连接至电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接至电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接至开关S1的一端，开关S1的另一端接地，电阻R7的另一端连接至开关S2的一端，开关S2的另一端连接至开关S3的一端，开关S3的另一端连接至电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接直流充电机电流输出端的负向输出，电阻Rx的另一端连接至电阻Ry的一端，电阻Ry的另一端连接直流充电机电流输出端的负向输出，所述模拟采集器的第一采集输入端连接至电阻R2的两端，所述模拟采集器的第二采集输入端连接至电阻R5的两端。
进一步地，所述直流输出回路继电器外侧电压采样电路包括：电阻R9、R10、R11，直流充电机的电流输出端包括：电阻Ri，第一直流继电器K1，第二直流继电器K2，直流输出回路继电器外侧电压采样电路与模拟采集器的具体连接关系为：直流充电机的电流输出端的正向输出连接至电阻Ri的一端，电阻Ri的另一端连接至第二直流继电器的一端，第二直流继电器的另一端连接至电路R9的一端，电阻R9的另一端电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接至电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接至第一直流继电器的一端，第一直流继电器的另一端连接至直流充电机的电流输出端的负向输出，所述模拟采集器的第三采集输入端连接至电阻R10的两端。
进一步地，所述充电电流采样电路包括：线性隔离光耦OC，充电电流采样电路与模拟采集器的电路连接关系为：所述线性隔离光耦OC的输入端分别连接在电阻Ri的两端，模拟采集器的第四采集输入端连接至线性隔离光耦OC的输出端。
进一步地，所述微处理器的输出端直流充电机控制器的输入端通过RS485方式通信连接。
进一步地，所述模拟采集器的输出端与微处理器的输入端通过SPI方式通信连接。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过不同的分立采集电路实现了对不同绝缘检测量的同时采集，在分立的采集电路中采用非平衡电桥法使得采集精度更高，同时在电流采样中通过隔离线性光耦进行电气隔离提高了绝缘检测的可靠性。
附图说明
图1为本发明绝缘检测装置电路原理图。
图2为本发明中直流充电机一侧电路原理图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1-图2所示，本发明实施例提供了一种直流充电机的绝缘检测装置，包括：模拟采集器、微处理器、直流输出回路继电器内侧电压采样电路、直流输出回路继电器外侧电压采样电路，充电电流采样电路，所述直流输出回路继电器内侧电压采样电路的一端、直流输出回路继电器外侧电压采样电路一端，充电电流采样电路一端均电连接至模拟采集器的输入端，所述直流输出回路继电器内侧电压采样电路的另一端、直流输出回路继电器外侧电压采样电路另一端，充电电流采样电路另一端均与直流充电机的电流输出端电连接，所述模拟采集器的输出端与微处理器的输入端电连接，所述微处理器的输出端直流充电机控制器的输入端电连接。
在一个具体的实施例中，所述微处理器的输出端直流充电机控制器的输入端通过RS485方式通信连接。所述模拟采集器的输出端与微处理器的输入端通过SPI方式通信连接。
进一步地，所述直流输出回路继电器内侧电压采集电路包括：电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、Rx、Ry，开关S1、S2、S3，所述模拟采集器包括有第一采集输入端，第二采集输入端，第三采集输入端，第四采集输入端，所述直流输出回路继电器内侧电压采集电路与模拟采集器的具体电路连接为：
直流充电机电流输出端的正向输出分别电连接至电阻R1的一端，电阻R4的一端，电阻R7的一端，电阻Rx的一端，所述电阻R1的另一端连接至电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接至电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接至直流充电机电流输出端的负向输出，电阻R4的另一端连接至电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接至电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接至开关S1的一端，开关S1的另一端接地，电阻R7的另一端连接至开关S2的一端，开关S2的另一端连接至开关S3的一端，开关S3的另一端连接至电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接直流充电机电流输出端的负向输出，电阻Rx的另一端连接至电阻Ry的一端，电阻Ry的另一端连接直流充电机电流输出端的负向输出，所述模拟采集器的第一采集输入端连接至电阻R2的两端，所述模拟采集器的第二采集输入端连接至电阻R5的两端。
在本发明中，直流输出回路继电器内侧电压采集电路采用非平衡电桥法对正负母线对大地之间进行绝缘性能检测，避免传统平衡电桥法在正负极同时存在接地故障无法检测的问题，同时也可以避免传统注入脉冲法在相对低阻值的区间测量精度低的问题。
进一步地，所述直流输出回路继电器外侧电压采样电路包括：电阻R9、R10、R11，直流充电机的电流输出端包括：电阻Ri，第一直流继电器K1，第二直流继电器K2，直流输出回路继电器外侧电压采样电路与模拟采集器的具体连接关系为：直流充电机的电流输出端的正向输出连接至电阻Ri的一端，电阻Ri的另一端连接至第二直流继电器的一端，第二直流继电器的另一端连接至电路R9的一端，电阻R9的另一端电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接至电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接至第一直流继电器的一端，第一直流继电器的另一端连接至直流充电机的电流输出端的负向输出，所述模拟采集器的第三采集输入端连接至电阻R10的两端。
进一步地，所述充电电流采样电路包括：线性隔离光耦OC，充电电流采样电路与模拟采集器的电路连接关系为：所述线性隔离光耦OC的输入端分别连接在电阻Ri的两端，模拟采集器的第四采集输入端连接至线性隔离光耦OC的输出端。
工作原理：
在一个具体的实施例中，微控制器可以采用stm32单片机，通过SPI方式控制和读取模拟采集器的测量量，所述测量量包括：直流继电器内侧电压值、直流继电器外侧电压值、输出电流值、正极母线对地绝缘电阻值和负极母线对地的绝缘电阻值，微处理器将测量量通过RS485通信方式传输至充直流电机控制器。
计算原理如下：
在直流输出回路继电器内侧电压采集电路中设定模拟采集器采集的R2两端电压为U1，R5两端电压为U2，直流充电机直流输出端的正向输出和负向输出之间的电压为正负母线电压记为Ui(即直流继电器内侧电压值)，U正为正向输出的对地电压(即正极母线对地的电压)，U负为负向输出的对地电压(负极母线对地的电压)，S1S2S3为可控隔离开关，当绝缘装置停止检测工作时，S1、S2、S3都处于断开状态，保证正负极母线对地的绝缘性能；Rx、Ry分别为需要计算的正极母线对地和负极母线对地的绝缘电阻。
其中通过U1采样点可以算出正负母线之间的电压Ui，根据欧姆定律
Figure BDA0002275779720000051
其中通过U2可以算出正负母线对地的电压分别记为U正、U负，
Figure BDA0002275779720000052
U负＝Ui-U正 (3)
其中U2分两步进行采样，
第一步同时闭合S1、S2、S3，U2测量值为U21，即
Figure BDA0002275779720000053
Figure BDA0002275779720000054
根据基尔霍夫电流定律I1+I2+I3＝I4+I5,即
Figure BDA0002275779720000061
把等式(4)、等式(5)代入等式(6)可得
Figure BDA0002275779720000062
第二步闭合S1、S3断开S2，U2测量值为U22，即
Figure BDA0002275779720000063
Figure BDA0002275779720000064
根据基尔霍夫电流定律I1+I3＝I4+I5,即
Figure BDA0002275779720000065
把等式(8)、等式(9)代入等式(10)可得
Figure BDA0002275779720000066
设
Figure BDA0002275779720000067
Figure BDA0002275779720000068
等式(7)可简化为，
Figure BDA0002275779720000069
设
Figure BDA00022757797200000610
Figure BDA00022757797200000611
等式(11)可简化为，
Figure BDA0002275779720000071
联合等式(12)等式(13)，解方程可以得出
Figure BDA0002275779720000072
直流继电器外侧电压值计算：
R9、R10、R11串联电路的端电压为直流继电器外侧电压记为U外，R10两端电压为U3,则
Figure BDA0002275779720000073
输出电流值的计算：
在本发明中采用高精度的隔离线性光耦进行电气隔离，保证极高的采集精度和可靠性。设输出电流值为I充，输出端电阻Ri(即直流充电机的分流器内阻值)，线性隔离光耦的增益为g，模拟采集器的第四采集输入端电压为U4,则
Figure BDA0002275779720000074
由上述计算可得：输出电流值I充，直流继电器内侧电压值Ui，直流继电器外侧电压值U外，正极母线对地绝缘电阻值Rx和负极母线对地的绝缘电阻值Ry。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直流充电机的绝缘检测装置，其特征在于，包括：模拟采集器、微处理器、直流输出回路继电器内侧电压采样电路、直流输出回路继电器外侧电压采样电路，充电电流采样电路，所述直流输出回路继电器内侧电压采样电路的一端、直流输出回路继电器外侧电压采样电路一端，充电电流采样电路一端均电连接至模拟采集器的输入端，所述直流输出回路继电器内侧电压采样电路的另一端、直流输出回路继电器外侧电压采样电路另一端，充电电流采样电路另一端均与直流充电机的电流输出端电连接，所述模拟采集器的输出端与微处理器的输入端电连接，所述微处理器的输出端直流充电机控制器的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种直流充电机的绝缘检测装置，其特征在于，其特征在于，所述直流输出回路继电器内侧电压采集电路包括：电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、Rx、Ry，开关S1、S2、S3，所述模拟采集器包括有第一采集输入端，第二采集输入端，第三采集输入端，第四采集输入端，所述直流输出回路继电器内侧电压采集电路与模拟采集器的具体电路连接为：
直流充电机电流输出端的正向输出分别电连接至电阻R1的一端，电阻R4的一端，电阻R7的一端，电阻Rx的一端，所述电阻R1的另一端连接至电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接至电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接至直流充电机电流输出端的负向输出，电阻R4的另一端连接至电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接至电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接至开关S1的一端，开关S1的另一端接地，电阻R7的另一端连接至开关S2的一端，开关S2的另一端连接至开关S3的一端，开关S3的另一端连接至电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接直流充电机电流输出端的负向输出，电阻Rx的另一端连接至电阻Ry的一端，电阻Ry的另一端连接直流充电机电流输出端的负向输出，所述模拟采集器的第一采集输入端连接至电阻R2的两端，所述模拟采集器的第二采集输入端连接至电阻R5的两端。
3.根据权利要求2所述的一种直流充电机的绝缘检测装置，其特征在于，所述直流输出回路继电器外侧电压采样电路包括：电阻R9、R10、R11，直流充电机的电流输出端包括：电阻Ri，第一直流继电器K1，第二直流继电器K2，直流输出回路继电器外侧电压采样电路与模拟采集器的具体连接关系为：直流充电机的电流输出端的正向输出连接至电阻Ri的一端，电阻Ri的另一端连接至第二直流继电器的一端，第二直流继电器的另一端连接至电路R9的一端，电阻R9的另一端电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接至电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接至第一直流继电器的一端，第一直流继电器的另一端连接至直流充电机的电流输出端的负向输出，所述模拟采集器的第三采集输入端连接至电阻R10的两端。
4.根据权利要求3所述的一种直流充电机的绝缘检测装置，其特征在于，所述充电电流采样电路包括：线性隔离光耦OC，充电电流采样电路与模拟采集器的电路连接关系为：所述线性隔离光耦OC的输入端分别连接在电阻Ri的两端，模拟采集器的第四采集输入端连接至线性隔离光耦OC的输出端。
5.根据权利要求1所述的一种直流充电机的绝缘检测装置，其特征在于，所述微处理器的输出端直流充电机控制器的输入端通过RS485方式通信连接。
6.根据权利要求1所述的一种直流充电机的绝缘检测装置，其特征在于，所述模拟采集器的输出端与微处理器的输入端通过SPI方式通信连接。
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