CN112666431A - 一种电动汽车直流高压系统全状态绝缘检测控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电动汽车直流高压系统全状态绝缘检测控制方法，包括：步骤10，当判定电动汽车启动开关处于开启状态时，采集对应电路的第一采样电压与第二采样电压；步骤20，根据第一、第二采样电压之间电压绝对值的大小关系，若第一采样电压不等于第二采样电压，重新采集对应电路的第三采样电压；步骤30，当判定第三采样电压大于状态阈值时，将继电器的状态进行互换，并重新采集相应电路的第四采样电压；步骤40，当判定第四采样电压等于状态阈值时，根据上述采样电压，计算动力电池的第一绝缘比值，以判断动力电池的绝缘状态。通过本申请中的技术方案，对电动汽车的全过程进行绝缘检测，保证了电动汽车生命周期的全过程安全。

Description

一种电动汽车直流高压系统全状态绝缘检测控制方法

技术领域

本申请涉及电动汽车的技术领域，具体而言，涉及一种电动汽车直流高压系统全状态绝缘检测控制方法。

背景技术

电动汽车高压电气系统与工业中电气化系统相比，其工作环境相对更加恶劣。主要体现在电动汽车多数在室外工作，会经历太阳的暴晒、雨雪的侵蚀、四季温湿度的更替，以及在运行工作过程中经历自身的振动载荷、机械冲击和碰撞挤压等恶劣环境。因此，电动汽车高压电气系统在运行过程中，绝缘材料经受具有协同效应的电、热、机械等其他多种应力影响，会加速出现不同程度的开裂、老化与磨损，从而导致高压电缆的绝缘强度下降，影响整车电气系统的正常运行，甚至引起触电、起火等重大灾难。所以动力电池等高压设备的绝缘性能检测至关重要，是电池管理系统安全检测的重要任务。

电动汽车的车载高压绝缘检测一般根据是否外接信号源，分为无源式与有源式两大类。无源式检测方法主要是将分压电阻和偏置电阻并联接入待测电气系统，通过采样偏置电阻上的电压信号，计算出绝缘电阻值，该类方法主要缺点有：(1)当正负极母线的绝缘电阻值同比例下降或对称时，所列计算方程无解，因而无法测量；(2)接入的偏执电阻本身存在降低系统的绝缘性能，且接入的电阻阻值的选取对检测结果影响较大；(3)只有在正负极母线带电工作时才能检测。

有源式则是通过外接电源产生高压或低压信号注入到电气系统中，通过采集反馈信号来计算绝缘电阻值。该类方法主要缺点有：(1)高压信号注入法中，高压注入会对电路系统会造成较大瞬时冲击，影响电池及电路安全，且高压注入还会加重绝缘安全问题；(2)低压信号注入法中，直流信号容易给系统带来较大的电磁干扰，低频信号会增大系统的直流电压波纹，此外，系统的对地电容会直接影响测量结果；脉冲信号容易受电源电压变化的干扰导致测量误差较大。

公开号为CN109100618A的发明，利用的无源式平衡桥-不平衡桥法测量正负极绝缘阻值，通过AD采样，判断正负极母线对地电压的大小关系后，在电压较小侧接入采样电阻，列出方程计算并判断绝缘性能。该方法优点是结构简单、精度较高、成本较低。缺点是没有考虑正负极母线绝缘电阻值等比例下降或对称时的情况，以及局限于只有在正负极母线带电工作时才能检测。

公开号为CN109406880A的发明，通过控制采集电路的可变电阻和可变电源的参考电压值来计算绝缘阻值，其优点是测量范围扩大且可调，接入的偏执电阻也更好的匹配于待测电阻，有效提高了检测精度范围。缺点是可变电阻和可变电源需要精准且不易受外界因素影响，接入的可变电阻会导致绝缘性能降低等。

公开号为CN103076497A的发明，通过检测电容的充放电电压变化值来计算正负极的绝缘阻值，其优点是采用电容隔离的方式使得检测系统与电池系统的有效隔离，能够滤除部分信号干扰，一定程度提升检测精度，其缺点是电容的充放电使得检测周期较长，时效性偏低。

综上，现有绝缘检测技术不仅均需要计算出绝缘阻值，才可以获取绝缘性能，而且没有对电动汽车的状态进行划分，无法做到电动汽车的全状态检测，存在漏电隐患。

发明内容

本申请的目的在于：根据电动汽车运行状态，对电动汽车的全过程进行绝缘检测，保证了电动汽车生命周期的全过程安全。在电动汽车启动开关关闭状态能够保证计算出绝缘阻值大小；在电动汽车启动开关开启时能够省去绝缘性能良好情况下的计算过程，单边出现故障也可省去多余计算，且只计算故障边情况。此外，当存在漏电时能够快速及时发现漏电，从而保护人身安全。更加贴合电动汽车实际应用。

本申请的技术方案是：提供了一种电动汽车直流高压系统全状态绝缘检测控制方法，方法适用于AD采样电路对电动汽车的动力电池进行绝缘检测，AD采样电路的外接电路包括依次串联的电阻R3、电阻R1、电阻R2以及电阻R4，电阻R1和电阻R3之间设置有继电器K1，电阻R2和电阻R4之间设置有继电器K2，电阻R3、继电器K1、电阻R1并联于动力电池正极等效电阻R_P的两端，电阻R2、继电器K2、电阻R4并联于动力电池负极等效电阻R_N的两端，方法包括：步骤10，当判定电动汽车启动开关处于开启状态时，采集AD采样电路中的第一采样电压与第二采样电压，其中，第一采样电压为电阻R1两端的电压，第二采样电压为电阻R2两端的电压，继电器K1和继电器K2处于闭合状态；步骤20，若第一采样电压不等于第二采样电压，将第一采样电压与第二采样电压中电压值较小的一侧电路记作第一重采样电路，并将电压值较大的一侧电路记作第二重采样电路，将第一重采样电路中的继电器由闭合状态转换为断开状态，并重新采集第二重采样电路中的采样电压，记作第三采样电压；步骤30，当判定第三采样电压大于状态阈值时，将继电器K1与继电器K2的状态进行互换，并重新采集第一重采样电路中的采样电压，记作第四采样电压；步骤40，当判定第四采样电压等于状态阈值时，根据第一采样电压、第二采样电压、第三采样电压，计算第一重采样电路对应侧动力电池的第一绝缘比值，并根据第一绝缘比值，判断动力电池的绝缘状态。

上述任一项技术方案中，进一步地，动力电池包括正极等效电阻R_P和负极等效电阻R_N，第一绝缘比值为第一正极绝缘比值K_P’或第一负极绝缘比值K_N’中的一个，步骤40中，具体包括：

当第一采样电压的电压值大于第二采样电压的电压值时，第一绝缘比值为第一负极绝缘比值K_N’，第一负极绝缘比值K_N’的计算公式为：

式中，U₁为第一采样电压，U₂为第二采样电压，U’₁为第一条件下的第三采样电压；

当第一采样电压的电压值小于第二采样电压的电压值时，第一绝缘比值为第一正极绝缘比值K_P’，第一正极绝缘比值K_P’的计算公式为：

式中，U₁为第一采样电压，U₂为第二采样电压，U”₂为第二条件下的第三采样电压。

上述任一项技术方案中，进一步地，步骤40中，还包括：步骤41，当判定第四采样电压大于状态阈值时，根据第一采样电压、第二采样电压、第三采样电压、第四采样电压，计算当前状态下动力电池的第二绝缘比值；步骤42，根据第二绝缘比值，判断动力电池的绝缘状态。

上述任一项技术方案中，进一步地，第二绝缘比值包括第二正极绝缘比值、第二负极绝缘比值，步骤41，具体包括：

当第一采样电压的电压值大于第二采样电压的电压值时，第二绝缘比值的计算公式为：

式中，K_P”为第二正极绝缘比值，K_N”为第二负极绝缘比值，U₁为第一采样电压，U₂为第二采样电压，U’₁为第三采样电压，U’₂为第四采样电压；

当第一采样电压的电压值小于第二采样电压的电压值时，第二绝缘比值的计算公式为：

式中，K_P”为第二正极绝缘比值，K_N”为第二负极绝缘比值，U₁为第一采样电压，U₂为第二采样电压，U”₂为第三采样电压，U”₁为第四采样电压。

上述任一项技术方案中，进一步地，方法还包括：步骤50，当判定第三采样电压等于状态阈值时，将动力电池的绝缘状态标记为绝缘。

上述任一项技术方案中，进一步地，AD采样电路还包括分压电路和电压采样电路，分压电路包括依次串联的电阻R5、开关S2、开关S3以及电阻R6，分压电路与外接电路组成桥式电路，电压采样电路包括开关S1和采样电阻R_M，开关S1、开关S2、开关S3处于断开状态，步骤10还包括：步骤11，若第一采样电压等于第二采样电压，将继电器K1和继电器K2置为断开状态，并将开关S1、开关S2、开关S3置为闭合状态；步骤12，向采样电阻R_M注入第一复合方波信号，根据第一复合方波信号的电压值、第一采样电压、第二采样电压，计算当前状态下动力电池的第三绝缘比值；步骤13，根据第三绝缘比值，判断动力电池的绝缘状态。

上述任一项技术方案中，进一步地，方法还包括：步骤60，当判定电动汽车启动开关处于关闭状态时，将继电器K1和继电器K2置为断开状态，并将开关S1、开关S2、开关S3置于闭合状态；

步骤70，向采样电阻R_M注入第二复合方波信号，根据第二复合方波信号的电压值、动力电池总电压，计算当前状态下动力电池的第四绝缘比值，其中，第四绝缘比值包括第四正极绝缘比值、第四负极绝缘比值，第四绝缘比值的计算公式为：

式中，K_P””为第四正极绝缘比值，K_N””为第四负极绝缘比值，U₀为动力电池的电压值，ΔU_S为复合方波信号的正负电压值的差值，ΔU_M为复合方波信号的正负压值部分通过电池电气系统后在采样电阻R_M处采集的对应的第一采样信号的差值，U_M0为复合方波信号零压值部分通过电池电气系统后在采样电阻R_M处采集的对应的第二采样信号，R_S为电阻R₅和电阻R₆的电阻值；

步骤80，根据第四绝缘比值，判断动力电池的绝缘状态。

本申请的有益效果是：

本申请中的技术方案，根据电动汽车运行状态，包括电动汽车启动开关开启状态与电动汽车启动开关关闭状态，对电动汽车的全过程进行绝缘检测，保证了电动汽车生命周期的全过程安全。在电动汽车启动开关关闭状态能够保证计算出绝缘阻值大小；在电动汽车启动开关开启时能够省去绝缘性能良好情况下的计算过程，单边出现故障也可省去多余计算，且只计算故障边情况。

相对于无源式的绝缘检测方法而言：

1、本申请可以在车载高压系统掉电时(即电动汽车启动开关关闭状态)进行绝缘检测。

2、避免了长期接入外接电阻，而导致动力电池本身绝缘性能降低的问题。

3、本申请可以在绝缘性能良好的情况下，避免计算过程，防止计算出错，并减小了车载系统的运算开销，降低了对硬件数据处理性能的需求；此外，在可能存在绝缘异常的情况下，还可以省去多余计算步骤，只计算可能存在绝缘故障的一侧，进行单边故障运算，提高绝缘检测效率和反馈效率，有助于避免漏电事故。

4、本申请解决了正负绝缘电阻相等或者同比例下降时，绝缘性能检测异常的问题，提高了绝缘检测的准确性和可靠性。

相对于有源式的绝缘检测方法而言：

1、本申请中的技术方案可以进行单边故障运算，减小了车载系统的运算开销，还可以省去多余计算步骤，提高绝缘检测效率和反馈效率，有助于避免漏电事故。

2、本申请仅在特殊情况下才会注入方波电压信号，避免了因持续注入方波电压信号产生的电磁干扰与电压波纹，对电动汽车产生的干扰较小。并且本申请的方波电压信号为低压方波信号，不会造成瞬态冲击。

3、本申请中的绝缘检测控制方法更加稳定，受到分布对地电容影响很小，绝缘检测更加稳定，降低了误判的可能性。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请的一个实施例的AD采样电路的示意框图；

图2是根据本申请的一个实施例的绝缘检测系统中各功能模块的示意框图；

图3是根据本申请的一个实施例的电动汽车直流高压系统全状态绝缘检测控制方法的示意流程图；

图4是根据本申请的另一个实施例的电动汽车启动开关处于开启状态下绝缘检测的示意框图；

图5是根据本申请的又一个实施例的电动汽车启动开关处于开启状态下绝缘检测的示意框图；

图6是根据本申请的一个实施例的电动汽车启动开关处于开启状态下绝缘检测的示意框图；

图7是根据本申请的一个实施例的电动汽车启动开关处于关闭状态下绝缘检测的示意框图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一：

如图1所示，本实施例示出了一种适用于电动汽车动力电池的AD采样电路的示意框图，该AD采样电路并联在电动汽车动力电池的两端，动力电池模块中等效设置有串联的正极等效电阻R_P和负极等效电阻R_N，该AD采样电路包括外接电路、分压电路以及电压采样电路，外接电路、分压电路并联在正极等效电阻R_P和负极等效电阻R_N的两端。

R_P、R_N是电动汽车动力电池组正负极对地等效绝缘电阻，其大小由电动汽车动力电池的电压决定，国家标准(GB/T 18384.1—2015电动汽车安全要求第1部分：车载可充电储能系统)要求直流电源绝缘电阻阻值与电压的比值不能小于100Ω/V，为安全起见，电动汽车绝缘性能设计时该比值一般大于1000Ω/V。

外接电路包括依次串联的电阻R3、电阻R1、电阻R2以及电阻R4，是已知电阻值的外接电阻，其中，R₃、R₄由一系列电阻串联构成。电阻R1和电阻R3之间设置有继电器K1，电阻R2和电阻R4之间设置有继电器K2，继电器K1和继电器K2的输出端分别连接于MCU的输出端，以便控制继电器K1、继电器K2的闭合与断开。

进一步的，为了能够准确地采集外接电路中的电流，特别是在漏电流很小的情况下，在电阻R1和电阻R2的两端分别并联一个电压放大器，避免漏电流达不到AD采样电压范围，无法获取采样电压的情况。放大采集到的电阻R1、电阻R2两端电压后，将所对应的电压值传输到处理器(MCU)中，再由处理器反推回去，以确定电阻R1、电阻R2两端的实际电压值。

电阻R₁、R₂、R₃、R₄是已知电阻值的外接电阻，R₃、R₄由一系列电阻串联构成，满足R₁＝R₂，R₃＝R₄，且阻值大小根据电动汽车动力电池的电压决定，即R₁、R₂、R₃、R₄并联到R_P、R_N时，其并联值满足电阻与电压之比的安全范围。处理器(MCU)通过继电器K1、K2的闭合决定是否接入电阻R₁、R₂、R₃、R₄。

分压电路包括依次串联的电阻R5、开关S2、开关S3以及电阻R₆。电阻R₅、R₆为接入的桥式分压电阻，在执行脉冲方波信号注入的工作状态中参与检测电路的分压作用，且R₅＝R₆＝R_S。

电压采样电路包括开关S1和采样电阻R_M，开关S5的一端连接于采样电阻R_M的一端，开关S5的另一端连接于正极等效电阻R_P和负极等效电阻R_N之间，采样电阻R_M的另一端连接于开关S2、开关S3之间。设定采样电阻R_M在执行脉冲信号注入时的电压值为U_M。

需要说明的是，脉冲方波信号发生器是由该绝缘检测系统自身的电源供电，由处理器控制MOS管产生正负或正负零复合方波信号。

实施例二：

如图2所示，本实施例提供了一种绝缘检测系统，该系统可以集成在电动汽车的电气控制系统上，连接于正极等效电阻R_P和负极等效电阻R_N的两端，以对电动汽车进行绝缘检测。

该绝缘检测系统主要包括处理器、AD采样模块、第一脉冲方波信号发生模块、第一脉冲方波信号采集模块、第一脉冲方波信号输出模块、动力电池绝缘电阻、第二标记脉冲方波信号采集模块、CAN通讯模块、预警指示与断电保护执行模块。

在本实施例中设定电动汽车工作状态包括两种：第一工作状态，电动汽车启动开关处于开启状态，此时动力电池与电气设备已连接；第二工作状态，电动汽车启动开关处于关闭状态，此时动力电池与汽车其他电气设备处于断开状态。

AD采样模块由上述实施例中的AD采样电路构成，接收处理器的信息对电阻R₁、R₂两端电压进行采集，并经模数转换器把模拟信号转换为数字信号后反馈到处理器进行计算处理。

第一标记脉冲方波信号发生模块是根据处理器信息控制产生正负零复合方波或正负方波信号，处理器根据不同的电动汽车工作状态对第一标记脉冲方波信号发生模块进行不同的控制。

第一标记脉冲方波信号采集模块目的是根据处理器的信息控制采集第一标记脉冲方波信号发生模块所产生的正负零复合方波或正负方波，经模数转换器转换后把模拟信号转换为数字信号发送处理器，利用滤波算法，以降低干扰信号的影响，并把滤波后的数据进行计算处理。

第一标记脉冲方波信号输出模块是把第一标记脉冲方波信号发生模块产生的正负零复合方波或正负方波从车体注入然后流入等效电阻R_P、R_N。

第二标记脉冲方波信号采集模块目的是根据处理器的信息控制采集第一标记脉冲方波信号发生模块所产生的正负零复合方波或正负方波经过动力电池绝缘电阻R_P、R_N后的信号，经模数转换器转换后把模拟信号转换为数字信号发送到处理器，利用滤波算法，以降低干扰信号的影响，并把滤波后的数据进行计算处理。

CAN通讯模块主要是实现车载电脑与本车载直流高压绝缘状态在线检测系统完成信息通讯，用于获取电动汽车启动开关开闭状态等，把相应的信息发送到处理器处理，以便处理器执行对应的控制逻辑方案。

预警指示与断电保护执行模块，接收到处理器发送的执行信息后发出相应的预警指示或者断电停车的指令。

处理器主要功能是通过电动汽车工作状态信息来判定执行第一工作状态检测、第二工作状态检测逻辑控制方案。

在第一工作状态时，控制AD采样模块采集电阻R₁、R₂两端电压U₁、U₂，然后经模数转换器把模拟信号转换为数字信号后反馈到处理器，并判断U₁、U₂的关系，若U₁＝U₂，则判定电桥处于平衡状态，即得到R_P＝R_N，此时处理器控制第一标记脉冲方波信号发生模块产生正负方波信号，对于所产生的波形被第一标记脉冲方波信号采集模块采集，模数转换器把模拟信号转换成数字信号后传输到处理器进行处理，同时以确保发射的波形与最初设定的保持一致，所产生的正负方波发送到第一标记脉冲方波信号输出模块，经第一标记脉冲方波信号输出模块从车身注入到等效电阻R_P、R_N后，输出的正负方波信号流回绝缘检测系统的采样电阻R_M，被第二标记脉冲方波信号采集模块采集，模数转换器把模拟信号转换成数字信号后传输到处理器计算处理，并通过CAN通讯发送执行命令到预警指示与断电保护模块执行相应的指令。

设定状态阈值，本实施例中状态阈值可以为0。若U₁＞U₂，处理器控制继电器K₁闭合，K₂断开，控制AD采样模块采集R₁两端电压U’₁，发送到处理器，此时处理器判断U’₁与状态阈值0的关系，若U’₁＝0，则说明负极等效电阻R_N绝缘性能良好，正极等效电阻R_P绝缘性能更优；若U’₁＞0，处理器在控制K₂闭合，K₁断开，AD采样模块采集电阻R₂两端电压U’₂，若U’₂＝0，则正极等效电阻R_P绝缘性能良好，处理器则根据采集数据只需要计算K_N即可；若U’₂＞0，此时处理器无法判断等效电阻R_P、R_N绝缘性能良好，需要分别计算K_P、K_N的大小来确定是否满足绝缘性能要求。

同理，当U₁＜U₂，则有R_P＜R_N，处理器控制继电器K₂闭合，K₁断开，AD采样模块采集电阻R₂两端电压U”₂，发送到处理器，处理器此时判断U”₂与状态阈值0的关系，若U”₂＝0，则说明正极等效电阻R_P绝缘性能良好，负极等效电阻R_N绝缘性能更优；若U”₂＞0，处理器在控制K₁闭合，K₂断开，AD采样模块采集电阻R₁两端电压U”₁，若U”₁＝0，则负极等效电阻R_N绝缘性能良好，则只需要计算K_P即可；若U”₁＞0，此时处理器无法判断R_P、R_N绝缘性能良好，需要分别计算K_P、K_N的大小来确定是否满足绝缘性能要求。

最后计算结果根据报警分级区间，通过CAN通讯模块发送执行命令到预警指示与断电保护模块执行相应的指令。

在第二工作状态时，控制第一标记脉冲方波信号发生模块产生正负零复合方波，对于所产生的波形被第一标记脉冲方波信号采集模块采集，其内部设置的模数转换器把模拟信号转换成数字信号后，传输到处理器进行处理，同时以确保发射的波形与最初设定的保持一致，所产生的正负零复合方波发送到第一标记脉冲方波信号输出模块，经第一标记脉冲方波信号输出模块从车身注入到动力电池绝缘电阻两端，即正极等效电阻R_P和负极等效电阻R_N两端，之后输出的正负零复合方波信号流回至AD采样电路中的采样电阻R_M，被第二标记脉冲方波信号采集模块采集，其内部设置的模数转换器把模拟信号转换成数字信号后传输到处理器计算处理，当判定异常时，通过CAN通讯模块发送执行命令到预警指示与断电保护模块执行相应的指令。

实施例三：

在上述实施例的基础上，如图3所示，本实施例提供了一种电动汽车直流高压系统全状态绝缘检测控制方法，方法适用于上述实施例中的AD采样电路对电动汽车进行绝缘检测。方法全过程为电动汽车两种不同工作状态的检测方式协调工作。电动汽车工作状态是根据电动汽车的启动开关的开启或关闭进行判断的，若启动开关开启，则执行第一工作状态对应的绝缘检测；若启动开关关闭，则执行第二工作状态对应的绝缘检测。

在执行第一工作状态对应的绝缘检测时，方法包括：

步骤10，当判定电动汽车启动开关处于开启状态时(即电动汽车的高压系统接通)，处理器控制AD采样电路，采集AD采样电路中的第一采样电压与第二采样电压，其中，第一采样电压为电阻R1两端的电压，第二采样电压为电阻R2两端的电压，继电器K1和继电器K2处于闭合状态；

具体的，此时动力电池与电气设备已连接，此时因为动力电池供电，高压线路具有电压，设定以车身为参考基准，处理器控制闭合继电器K1、K2，S1、S2、S3保持断开状态。动力电池的电压在电动汽车运行期间，尤其是行驶过程，会出现不容忽视的波动。为避免动力电池因电压不稳导致的采样电压不准、出现计算偏差较大而引起误判，因此，采用平均值法来减小采样电压的误差，由时钟计算在100ms内，均布采集10次电阻R₁、电阻R₂两端电压，求出10次的平均值分别记作第一采样电压U₁、第二采样电压U₂，同时判断U₁、U₂关系，包括三种情况：U₁＞U₂；U₁＜U₂；U₁＝U₂。

步骤20，当U₁＞U₂或者U₁＜U₂时，即判断第一采样电压与第二采样电压之间电压值的大小关系，若第一采样电压不等于第二采样电压，将第一采样电压U₁与第二采样电压U₂中电压值较小的一侧电路记作第一重采样电路，并将电压值较大的一侧电路记作第二重采样电路，将第一重采样电路中的继电器由闭合状态转换为断开状态，并重新采集第二重采样电路中的采样电压，记作第三采样电压；

步骤30，当判定第三采样电压大于状态阈值时，将继电器K1与继电器K2的状态进行互换，并重新采集第一重采样电路中的采样电压，记作第四采样电压；本实施例中，设定状态阈值的取值为0。

步骤40，当判定第四采样电压等于状态阈值0时，根据第一采样电压、第二采样电压、第三采样电压，计算第一重采样电路对应侧动力电池的第一绝缘比值，并根据第一绝缘比值，判断动力电池的绝缘状态。

需要说明的是，本实施例中的第一采样电压、第二采样电压、第三采样电压、第四采样电压的取值均为绝对值。

进一步的，如图4和图5所示，动力电池包括正极等效电阻R_P和负极等效电阻R_N，第一绝缘比值为第一正极绝缘比值K_P’或第一负极绝缘比值K_N’中的一个，该步骤40中，具体包括：

当第一采样电压的电压值U₁大于第二采样电压的电压值U₂时，第一绝缘比值(第一负极绝缘比值)K_N’的计算公式为：

式中，U₁为第一采样电压，U₂为第二采样电压，U’₁为第一条件下的第三采样电压，即第一采样电压的电压值U₁大于第二采样电压的电压值U₂时的第三采样电压；

具体的，当U₁＞U₂时，通过分析可知：动力电池正极等效电阻的阻值大于负极等效电阻的阻值，即R_P＞R_N，此时，电压值较小的一侧电路(第一重采样电路)为电阻R2、继电器K2、电阻R4串联的电路(对应于动力电池的负极等效电阻R_N)，继电器K₁闭合、K₂断开，采集R₁两端电压U’₁，记作第三采样电压，当判定U’₁＞0时，再控制继电器K₂闭合、K₁断开，采集电阻R₂两端电压U’₂，记作第四采样电压。若U’₂＝0，则R_P绝缘性能良好，仅需要计算负极等效电阻R_N，即电压值较小的一侧电路的第一绝缘比值K_N’，以判断动力电池的绝缘状态。

同样的，当第一采样电压的电压值U₁小于第二采样电压的电压值U₂时，第一绝缘比值(第一正极绝缘比值)K_P’的计算公式为：

式中，U₁为所述第一采样电压，U₂为所述第二采样电压，U”₂为第二条件下的第三采样电压，即第一采样电压的电压值U₁小于第二采样电压的电压值U₂时的第三采样电压；

当U₁＜U₂时，通过分析可知：动力电池正极等效电阻的阻值小于负极等效电阻的阻值，即R_P＜R_N，此时，电压值较小的一侧电路(第一重采样电路)为电阻R1、继电器K1、电阻R3串联的电路(对应于动力电池的正极等效电阻R_P)，继电器K₂闭合、K₁断开，采集R₂两端电压U”₂，记作第三采样电压，当判定U”₂＞0时，再控制继电器K₁闭合、K₂断开，采集电阻R₁两端电压U”₁，记作第四采样电压。若U”₁＝0，则R_N绝缘性能良好，仅需要计算正极等效电阻R_P，即电压值较小的一侧电路的第一绝缘比值K_P’，以判断动力电池的绝缘状态。

进一步的，步骤40中，还包括：

步骤41，当判定第四采样电压大于状态阈值0时，根据第一采样电压、第二采样电压、第三采样电压、第四采样电压，计算当前状态下动力电池的第二绝缘比值；其中，第二绝缘比值包括第二正极绝缘比值、第二负极绝缘比值，步骤41，具体包括：

当第一采样电压的电压值大于第二采样电压的电压值时(第一条件下)，第三采样电压为U’₁、第四采样电压为U’₂，若U’₂＞0，此时无法判断直接R_P、R_N绝缘性能良好，需要分别计算当前状态下(第一条件下)动力电池的第二正极绝缘比值K_P”、第二负极绝缘比值K_N”的大小，以判断是否满足绝缘性能要求，此时，第二绝缘比值的计算公式为：

式中，K_P”为第二正极绝缘比值，K_N”为第二负极绝缘比值，U₁为第一采样电压，U₂为第二采样电压，U’₁为第三采样电压，U’₂为第四采样电压；

当第一采样电压的电压值小于第二采样电压的电压值时(第二条件下)，第三采样电压为U”₂、第四采样电压为U”₁，若U”₁＞0，此时无法判断直接R_P、R_N绝缘性能良好，需要分别计算当前状态下(第二条件下)动力电池的第二正极绝缘比值K_P”、第二负极绝缘比值K_N”的大小，以判断是否满足绝缘性能要求，此时，第二绝缘比值的计算公式为：

式中，K_P”为第二正极绝缘比值，K_N”为第二负极绝缘比值，U₁为第一采样电压，U₂为第二采样电压，U”₂为第三采样电压，U”₁为第四采样电压。

步骤42，根据第二绝缘比值，判断动力电池的绝缘状态。

进一步的，方法还包括：步骤50，当判定第三采样电压等于状态阈值0时，将动力电池的绝缘状态标记为绝缘。

具体的，当U₁＞U₂时(第一条件下)，如果第三采样电压U’₁等于状态阈值0，则说明R_N绝缘性能良好，R_P绝缘性能更优；当U₁＜U₂时(第二条件下)，如果第三采样电压U”₂等于0，则说明R_P绝缘性能良好，R_N绝缘性能更优。因此，当U₁≠U₂时，如果第三采样电压等于0，则代表动力电池的绝缘状态良好，满足绝缘性能要求。

进一步的，如图6所示，AD采样电路还包括分压电路和电压采样电路，分压电路包括依次串联的电阻R5、开关S2、开关S3以及电阻R6，分压电路与外接电路组成桥式电路，电压采样电路包括开关S1和采样电阻R_M，开关S1、开关S2、开关S3处于断开状态，步骤10还包括：

步骤11，若第一采样电压U₁等于第二采样电压U₂，将继电器K1和继电器K2置为断开状态，并将开关S1、开关S2、开关S3置为闭合状态；

具体的，当第一采样电压等于第二采样电压，即U₁＝U₂时，外接电路和分压电路组成的电桥处于平衡状态，可以得到R_P＝R_N，此时处理器控制闭合S1、S2、S3，继电器K1、K2保持断开状态。

步骤12，向采样电阻R_M注入第一复合方波信号，根据第一复合方波信号的电压值、动力电池总电压，计算当前状态下动力电池的第三绝缘比值；即第一采样电压U₁等于第二采样电压U₂时的动力电池的第三绝缘比值。

具体的，处理器执行注入电压方波信号(第一复合方波信号)，方波信号源开始工作，由车体注入电压方波信号，由动力电池绝缘电阻R_P、R_N和分压电阻R₅、R₆流回采样电阻R_M，然后在采样电阻R_M处采集反馈信号，即得到采样电阻R_M处的电压值，经模数转换器把模拟信号转换为离散的数字信号后，发送到滤波模块进行滤波处理，最后把该数据发送到处理器进行计算处理，得到第三绝缘比值，包括第三正极绝缘比值K_P”’、第三负极绝缘比值K_N”’，两者的计算公式为：

式中，U_S为第一复合方波信号的电压值；U_M为第一复合方波信号的电压通过电池电气系统后在R_M处采集的对应的采样信号的电压值；R_S为电阻R₅和电阻R₆的电阻值，且R₅＝R₆＝R_S；R_M为采样电阻的电阻。

步骤13，根据第三绝缘比值，判断动力电池的绝缘状态。

综上所述，在执行第一工作状态对应的绝缘检测时，检测过程如下：

采用平均值法来减小采样电压的误差，由时钟计算在100ms内，均布采集10次电阻R₁、电阻R₂两端电压，求出10次的平均值分别记作第一采样电压U₁、第二采样电压U₂。

同时判断U₁、U₂关系，当U₁＝U₂时，外接电路和分压电路组成的电桥处于平衡状态，可以得到R_P＝R_N，此时处理器控制闭合S1、S2、S3，继电器K1、K2保持断开状态。处理器执行注入电压方波信号(第一复合方波信号)，方波信号源开始工作，由车体注入电压方波信号，由动力电池绝缘电阻R_P、R_N和分压电阻R₅、R₆流回采样电阻R_M，然后在采样电阻R_M处采集反馈信号，即得到采样电阻R_M处的电压值，经模数转换器把模拟信号转换为离散的数字信号后，发送到滤波模块进行滤波处理，最后把该数据发送到处理器进行计算处理，计算动力电池的绝缘比值K_P”’、K_N”’，

其中：U_S为第一复合方波信号的电压值；U_M为第一复合方波信号的电压通过电池电气系统后在R_M处采集的对应的采样信号的电压值；R_S为电阻R₅和电阻R₆的电阻值，且R₅＝R₆＝R_S；R_M为采样电阻的电阻。判断K_P、K_N范围。

当U₁＞U₂，则有R_P＞R_N，然后控制继电器K₁闭合，K₂断开，采集R₁两端电压U’₁，此时判断U’₁与0的关系，若U’₁＝0，则说明R_N绝缘性能良好，R_P绝缘性能更优；若U’₁＞0，再控制继电器K₂闭合、K₁断开，采集R₂两端电压U’₂，若U’₂＝0，则R_P绝缘性能良好，则只需要计算K_N’即可，计算如下：

若U’₂＞0，此时无法判断直接R_P、R_N绝缘性能良好，需要分别计算K_P、K_N的大小是否满足绝缘性能要求，具体计算如下：

同理，当U₁＜U₂，则有R_P＜R_N，控制继电器K₂闭合，K₁断开，采集R₂两端电压U”₂，此时判断U”₂与0的关系，若U”₂＝0，则说明R_P绝缘性能良好，R_N绝缘性能更优；若U”₂＞0，在控制K₁闭合，K₂断开，采集R₁两端电压U”₁，若U”₁＝0，则R_N绝缘性能良好，则只需要计算K_P’即可，计算如下：

若U”₁＞0，此时无法判断直接R_P、R_N绝缘性能良好，需要分别计算K_P、K_N的大小是否满足绝缘性能要求，具体计算如下：

如图7所示，在执行第二工作状态对应的绝缘检测时，方法还包括：

步骤60，当判定动力电池处于关闭状态时，将继电器K1和继电器K2置为断开状态，并将开关S1、开关S2、开关S3置于闭合状态；

具体的，第二工作状态是电动汽车启动开关处于关闭状态，即电动汽车的高压系统断开，此时动力电池与汽车其他电气设备处于断开状态。为了避免在放置期间绝缘电阻出现问题而不能及时发现，导致电动汽车在启动后发生触电事故，该绝缘检测系统配有独立电源，脉冲信号的发生和该系统的运行均为该电源供电，定期检查绝缘电阻阻值，检测周期为每小时一次。处理器控制闭合S1、S2、S3，继电器K1、K2保持断开状态。

步骤70，向采样电阻R_M注入第二复合方波信号，根据第二复合方波信号的电压值、动力电池总电压，计算当前状态下(电动汽车启动开关处于关闭状态)动力电池的第四绝缘比值，其中，第四绝缘比值包括第四正极绝缘比值、第四负极绝缘比值，第四绝缘比值的计算公式为：

式中，K_P””为第四正极绝缘比值，K_N””为第四负极绝缘比值，U₀为动力电池的电压值，ΔU_S为复合方波信号的正负电压值的差值，ΔU_M为复合方波信号的正负压值部分通过电池电气系统后在采样电阻R_M处采集的对应的第一采样信号的差值，U_M0为复合方波信号零压值部分通过电池电气系统后在采样电阻R_M处采集的对应的第二采样信号，R_S为电阻R₅和电阻R₆的电阻值。

具体的，由处理器控制脉冲信号源，产生正负零复合方波信号(第二复合方波信号)，通过车身注入该信号，由动力电池绝缘电阻R_P、R_N和分压电阻R₅、R₆流回采样电阻R_M，然后在R_M处采集对应的反馈信号，经模数转换器把模拟信号转换为离散的数字信号后，发送到滤波模块进行滤波处理，最后把数据发送到处理器进行计算处理，得到当前状态下的第四绝缘比值K_P””和K_N””。

步骤80，根据第四绝缘比值，判断动力电池的绝缘状态。

具体的，上述判断动力电池的绝缘状态的标准为以下所示：

若①K_P与K_N均大于1000Ω/V，可判定正负端阻值均为安全阻值，继续执行下一次检测；②500Ω/V＜K_P(K_N)≤1000Ω/V，可判定正(负)端发生一级安全提示，提醒驾乘人员注意绝缘性能下降，需要做检查与处理；③100Ω/V＜K_P(K_N)≤500Ω/V，可判定正负端发生二级警告，需要尽快处理绝缘安全性能下降问题，如检查并及时更换高压线路等；④K_P(K_N)≤100Ω/V，可判定正(负)端发生三级严重安全报警，车子发出警报声音显示安全严重警告，无法接通动力电池与其他设备连接，且禁止行驶，提示驾乘人员必须排除故障方可启动行驶。若在行驶过程，则语音提示在安全路段紧急停车，待电动汽车停稳后，断开动力电池供电。

以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种电动汽车直流高压系统全状态绝缘检测控制方法，包括：步骤10，当判定电动汽车启动开关处于开启状态时，采集AD采样电路中的第一采样电压与第二采样电压，其中，第一采样电压为电阻R1两端的电压，第二采样电压为电阻R2两端的电压，继电器K1和继电器K2处于闭合状态；步骤20，若第一采样电压不等于第二采样电压，将第一采样电压与第二采样电压中电压值较小的一侧电路记作第一重采样电路，并将电压值较大的一侧电路记作第二重采样电路，将第一重采样电路中的继电器由闭合状态转换为断开状态，并重新采集第二重采样电路中的采样电压，记作第三采样电压；步骤30，当判定第三采样电压大于状态阈值时，将继电器K1与继电器K2的状态进行互换，并重新采集第一重采样电路中的采样电压，记作第四采样电压；步骤40，当判定第四采样电压等于状态阈值时，根据第一采样电压、第二采样电压、第三采样电压，计算第一重采样电路对应侧动力电池的第一绝缘比值，并根据第一绝缘比值，判断动力电池的绝缘状态。通过本申请中的技术方案，对电动汽车的全过程进行绝缘检测，保证了电动汽车生命周期的全过程安全。

本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。

本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (7)

1.一种电动汽车直流高压系统全状态绝缘检测控制方法，其特征在于，所述方法适用于AD采样电路对电动汽车的动力电池进行绝缘检测，所述AD采样电路的外接电路包括依次串联的电阻R3、电阻R1、电阻R2以及电阻R4，所述电阻R1和所述电阻R3之间设置有继电器K1，所述电阻R2和所述电阻R4之间设置有继电器K2，所述电阻R3、所述继电器K1、所述电阻R1并联于所述动力电池正极等效电阻R_P的两端，所述电阻R2、所述继电器K2、所述电阻R4并联于所述动力电池负极等效电阻R_N的两端，其特征在于，所述方法包括：

步骤10，当判定电动汽车启动开关处于开启状态时，采集所述所述AD采样电路中的第一采样电压与第二采样电压，其中，所述第一采样电压为电阻R1两端的电压，所述第二采样电压为电阻R2两端的电压，所述继电器K1和所述继电器K2处于闭合状态；

步骤20，若所述第一采样电压不等于所述第二采样电压，将所述第一采样电压与所述第二采样电压中电压值较小的一侧电路记作第一重采样电路，并将电压值较大的一侧电路记作第二重采样电路，将所述第一重采样电路中的继电器由所述闭合状态转换为断开状态，并重新采集所述第二重采样电路中的采样电压，记作第三采样电压；

步骤30，当判定所述第三采样电压大于状态阈值时，将所述继电器K1与所述继电器K2的状态进行互换，并重新采集所述第一重采样电路中的采样电压，记作第四采样电压；

步骤40，当判定所述第四采样电压等于所述状态阈值时，根据所述第一采样电压、所述第二采样电压、所述第三采样电压，计算所述第一重采样电路对应侧所述动力电池的第一绝缘比值，并根据所述第一绝缘比值，判断所述动力电池的绝缘状态。

2.如权利要求1所述的电动汽车直流高压系统全状态绝缘检测控制方法，其特征在于，所述动力电池包括所述正极等效电阻RP和所述负极等效电阻R_N，所述第一绝缘比值为第一正极绝缘比值K_P′或第一负极绝缘比值K_N’中的一个，所述步骤40中，具体包括：

当所述第一采样电压的电压值大于所述第二采样电压的电压值时，所述第一绝缘比值为所述第一负极绝缘比值K_N′，所述第一负极绝缘比值K_N′的计算公式为：

式中，U₁为所述第一采样电压，U₂为所述第二采样电压，U’₁为第一条件下的所述第三采样电压；

当所述第一采样电压的电压值小于所述第二采样电压的电压值时，所述第一绝缘比值为所述第一正极绝缘比值K_P’，所述第一正极绝缘比值K_P’的计算公式为：

式中，U₁为所述第一采样电压，U₂为所述第二采样电压，U”₂为第二条件下的所述第三采样电压。

3.如权利要求1所述的电动汽车直流高压系统全状态绝缘检测控制方法，其特征在于，所述步骤40中，还包括：

步骤41，当判定所述第四采样电压大于状态阈值时，根据所述第一采样电压、所述第二采样电压、所述第三采样电压、所述第四采样电压，计算当前状态下所述动力电池的第二绝缘比值；

步骤42，根据所述第二绝缘比值，判断所述动力电池的绝缘状态。

4.如权利要求3所述的电动汽车直流高压系统全状态绝缘检测控制方法，其特征在于，所述第二绝缘比值包括第二正极绝缘比值、第二负极绝缘比值，所述步骤41，具体包括：

当所述第一采样电压的电压值大于所述第二采样电压的电压值时，所述第二绝缘比值的计算公式为：

式中，K_P”为所述第二正极绝缘比值，K_N”为所述第二负极绝缘比值，U₁为所述第一采样电压，U₂为所述第二采样电压，U′₁为所述第三采样电压，U’₂为所述第四采样电压；

当所述第一采样电压的电压值小于所述第二采样电压的电压值时，所述第二绝缘比值的计算公式为：

式中，K_P”为所述第二正极绝缘比值，K_N”为所述第二负极绝缘比值，U₁为所述第一采样电压，U₂为所述第二采样电压，U”₂为所述第三采样电压，U”₁为所述第四采样电压。

5.如权利要求1至4中任一项所述的电动汽车直流高压系统全状态绝缘检测控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤50，当判定所述第三采样电压等于状态阈值时，将所述动力电池的绝缘状态标记为绝缘。

6.如权利要求1至4中任一项所述的电动汽车直流高压系统全状态绝缘检测控制方法，其特征在于，所述AD采样电路还包括分压电路和电压采样电路，所述分压电路包括依次串联的电阻R5、开关S2、开关S3以及电阻R6，所述分压电路与所述外接电路组成桥式电路，所述电压采样电路包括开关S1和采样电阻R_M，所述开关S1、所述开关S2、所述开关S3处于断开状态，所述步骤10还包括：

步骤11，若所述第一采样电压等于所述第二采样电压，将所述继电器K1和所述继电器K2置为断开状态，并将所述开关S1、所述开关S2、所述开关S3置为闭合状态；

步骤12，向所述采样电阻R_M注入第一复合方波信号，根据所述第一复合方波信号的电压值、所述第一采样电压、所述第二采样电压，计算当前状态下所述动力电池的第三绝缘比值；

步骤13，根据所述第三绝缘比值，判断所述动力电池的绝缘状态。

7.如权利要求6所述的电动汽车直流高压系统全状态绝缘检测控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤60，当判定所述电动汽车启动开关处于关闭状态时，将所述继电器K1和所述继电器K2置为断开状态，并将所述开关S1、所述开关S2、所述开关S3置于闭合状态；

步骤70，向所述采样电阻R_M注入第二复合方波信号，根据所述第二复合方波信号的电压值、所述动力电池总电压，计算当前状态下所述动力电池的第四绝缘比值，其中，所述第四绝缘比值包括第四正极绝缘比值、第四负极绝缘比值，所述第四绝缘比值的计算公式为：

式中，K_P””为所述第四正极绝缘比值，K_N””为所述第四负极绝缘比值，U₀为所述动力电池的电压值，ΔU_S为所述复合方波信号的正负电压值的差值，ΔU_M为所述复合方波信号的正负压值部分通过电池电气系统后在所述采样电阻R_M处采集的对应的第一采样信号的差值，U_M0为所述复合方波信号零压值部分通过电池电气系统后在所述采样电阻R_M处采集的对应的第二采样信号，R_S为所述电阻R₅和所述电阻R₆的电阻值；

步骤80，根据所述第四绝缘比值，判断所述动力电池的绝缘状态。

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