CN113030656A - 一种绝缘检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绝缘检测装置及方法。绝缘检测装置包括：检测电路，电阻R1和电阻R2串联，其串联线路的一端连接直流母线正极，另一端连接直流母线负极；电阻R3和开关S1串联后，与电阻R1并联；且电阻R1和电阻R2的连接点通过开关S2接地；正极电压采集电路，包括运算放大器A1、第一滤波支路；运算放大器A1的输入端连接直流母线正极，输出端通过第一滤波支路连接充电主控模块的正极采样点；负极电压采集电路，包括运算放大器A2、第二滤波支路；运算放大器A2的输入端连接直流母线负极，输出端通过第二滤波支路连接充电主控模块的负极采样点。本发明能够有效的防止强电磁的干扰，提高直流母线电压采集的精度，进而提高绝缘检测的精度。

Description

一种绝缘检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种绝缘检测装置及方法，属于绝缘检测技术领域。

背景技术

直流充电机是一种专为电动汽车的车用电池充电的设备，是采用直流充电模式为电动汽车动力蓄电池总成进行充电的充电机。直流充电机具有充电速度快，可靠性高的优点，正越来越受到市场重视。

然而由于直流充电机一般安装于室外，容易受到撞击、下雨等因素导致电缆破损、设备进水或者潮湿等现象，使得直流充电机的绝缘性能下降。当直流侧绝缘不佳的时候，会造成设备损坏、火灾以及人身触电等不良故障，因此，绝缘检测显得尤为重要。

绝缘检测是计算直流侧正、负极输出端对地的绝缘电阻。根据《GB_T 18487.1-2015电动汽车闯到充电系统第1部分：通用要求》的相关规定，当绝缘电阻＞500Ω/V时视为安全，100Ω/V＜绝缘电阻≤500Ω/V时应当进行绝缘异常报警，但仍可以正常充电，当绝缘电阻≤100Ω/V时视为绝缘故障，应停止充电。

现有技术中，对直流充电机的绝缘检测一般采用不平衡电桥法，但是由于充电机所处环境为强电磁干扰环境，只采用不平衡电桥法的电路容易到电磁干扰，导致绝缘检测精度不高，甚至出现错误。另外，充电机绝缘检测装置的实施过程，需要有与之匹配的检测方法，方可保证绝缘检测过程的准确性。

发明内容

本申请的目的在于提供一种绝缘检测装置及方法，用以解决现有绝缘检测精度准确性低的问题。

为实现上述目的，本申请提出了一种绝缘检测装置的技术方案，包括：

检测电路，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、开关S1和开关S2，电阻R1和电阻R2串联，其串联线路的一端连接直流母线正极，另一端连接直流母线负极；电阻R3和开关S1串联后，与电阻R1并联；且电阻R1和电阻R2的连接点通过开关S2接地；

正极电压采集电路，包括运算放大器A1、第一滤波支路；运算放大器A1的输入端连接直流母线正极，输出端通过第一滤波支路连接充电主控模块的正极采样点；

负极电压采集电路，包括运算放大器A2、第二滤波支路；运算放大器A2的输入端连接直流母线负极，输出端通过第二滤波支路连接充电主控模块的负极采样点。

本发明的绝缘检测装置的技术方案的有益效果是：本发明通过在电压采集电路中设置滤波电路，能够有效的防止强电磁的干扰，提高直流母线电压采集的精度，进而提高绝缘检测的精度。

进一步的，为了提高直流母线正极电压采集的精度，所述正极采样点还通过电阻R9连接第一参考电压。

进一步的，为了提高直流母线负极电压采集的精度，所述负极采样点还通过电阻R15连接第二参考电压。

进一步的，所述第一滤波支路包括串联的电阻R8和接地电容C1。

进一步的，所述第二滤波支路包括串联的电阻R14和接地电容C3。

另外，本申请提出了一种采用上述绝缘检测装置的绝缘检测方法的技术方案，包括以下步骤：

1)控制开关S2闭合，采集正极采样点的电压

以及负极采样点的电压

2)控制开关S2和开关S1闭合，采集正极采样点的电压

以及负极采样点的电压

3)根据

计算出开关S2闭合时，直流母线正极的电压V₊₁；根据

计算出开关S2闭合时，直流母线负极的电压V_-1；根据

计算出开关S2和开关S1闭合时，直流母线正极的电压V₊₂；根据

计算出开关S2和开关S1闭合时，直流母线负极的电压V_-2；

4)根据V₊₁、V_-1、V₊₂、V_-2计算得出直流母线正极对地的绝缘电阻R+和直流母线负极对地的绝缘电阻R-，计算过程如下：

5)判断绝缘电阻R+和绝缘电阻R-的大小，完成绝缘检测。

本发明的绝缘检测方法的技术方案的有益效果是：由于绝缘检测装置的电压采集电路中设置有滤波电路，因此充电主控模块对正极采样点以及负极采样点进行采样后，结合滤波电路对直流母线的正负极电压进行计算，该计算结果为有效的防止强电磁的干扰后的结果，提高直流母线电压采集的精度，进而提高绝缘检测的精度。

进一步的，为了提高直流母线正极电压采集的精度，所述正极采样点还通过电阻R9连接第一参考电压，所述步骤3)中计算V₊₁和V₊₂时还结合了电阻R9、第一参考电压、以及充电主控模块采集引脚的等效电阻Rx。

进一步的，为了提高直流母线负极电压采集的精度，所述负极采样点还通过电阻R15连接第二参考电压，所述步骤3)中计算V_-1和V_-2时还结合了电阻R15、第二参考电压以及充电主控模块采集引脚的等效电阻Rx。

进一步的，为了扩张绝缘检测的范围，使绝缘检测直接能够完备地达到车端电池，不留死角，在控制开关S2闭合前，还包括控制正极直流接触器K1和负极直流接触器K2闭合的步骤。

进一步的，为了避免闭合正极直流接触器K1和负极直流接触器K2后对车载电池的冲击，控制正极直流接触器K1和负极直流接触器K2闭合前，还包括检测正极直流接触器K1和负极直流接触器K2内、外侧电压的步骤。

附图说明

图1是本发明直流充电机的充电电路原理图；

图2是本发明绝缘检测装置的主电路图；

图3是本发明绝缘检测装置的正极电压采集电路的电路图；

图4是本发明绝缘检测装置的负极电压采集电路的电路图；

图5是本发明绝缘检测方法的流程图。

具体实施方式

绝缘检测装置实施例：

本实施例的绝缘检测装置安装在直流充电机中，对直流充电机进行绝缘检测。直流充电机的结构以及充电原理如图1所示，直流充电机包括低压直流电源、充电主控模块、功率控制模块、充电模块、计费控制单元、以及绝缘检测装置。

其中，低压直流电源为DC12V电源，与充电主控模块、功率控制模块、计费控制单元供电连接，用于为充电主控模块、功率控制模块、计费控制单元提供低压电源。

充电主控模块为直流充电机的核心器件，充电主控模块与计费控制单元、功率控制模块通信连接；充电主控模块还通过CAN通信线(S+、S-)与车辆控制器通信连接；充电主控模块的控制端与电子锁连接，以实现对电子锁的控制；充电主控模块的电源输出端与车辆控制器的供电线路(A+、A-)上连接有低压辅助电源接触器K3和K4，以实现充电主控模块对车辆控制器的低压供电；充电主控模块用于控制整个充电过程。

功率控制模块与充电模块通信连接，用于接收充电主控模块的指令控制充电模块的功率输出。

充电模块的交流侧连接380V三相交流电源，充电模块的直流侧的输出端连接有直流母线正极支路DC+和直流母线负极支路DC-，直流母线正极支路DC+和直流母线负极支路DC-的输出端用于通过电动汽车充电回路接触器K5和K6连接电池包，为电池包(车载电池)进行充电；直流母线正极支路DC+和直流母线负极支路DC-之间设置有泄放支路，泄放支路上串设有泄放支路接触器K7，用于控制泄放支路的通断；直流母线正极支路DC+还设置有熔断器FU、分流器RSX、正极直流接触器K1，直流母线负极支路DC-上设置有分流器RS、负极直流接触器K2，在分流器RSX和分流器RS的输出端之间设置绝缘检测装置，用于检测直流母线正极对地的绝缘电阻R+、以及直流母线负极对地的绝缘电阻R-。

绝缘检测装置包括如图2所示的检测电路、如图3所示的正极电压采集电路、以及如图4所示的负极电压采集电路。

检测电路为不平衡桥电路，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、开关S1和开关S2，电阻R1和电阻R2串联，其串联线路的一端V+连接直流母线正极，另一端V-连接直流母线负极；电阻R3和开关S1串联后，与电阻R1并联；且电阻R1和电阻R2的连接点通过开关S2接地。其中电阻R1、电阻R2和电阻R3的阻值相同，开关S1和开关S2均为接触器。

正极电压采集电路用于得到V+的电压，包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、运算放大器A1、电容C1、以及电压模块。运算放大器A1的同相输入端通过电阻R5连接直流母线正极，并且同相输入端通过电阻R7接地；运算放大器A1的反向输入端通过电阻R4接地；运算放大器A1的输出端和反相输入端之间设置电阻R6；串联的电阻R8和接地的电容C1组成的第一滤波支路；运算放大器A1的输出端通过第一滤波支路连接充电主控模块的正极采样点；且正极采样点还通过电阻R9连接参考电压Vref(第一参考电压)，参考电压由电压模块提供。

负极电压采集电路用于得到V-的电压，包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、运算放大器A2、电容C3、以及电压模块。运算放大器A2的反相输入端通过电阻R10连接直流母线负极；运算放大器A2的同向输入端通过电阻R11接地，电阻R11与电阻R13并联；运算放大器A2的输出端和反相输入端之间设置电阻R12；串联的电阻R14和接地的电容C3组成的第二滤波支路；运算放大器A2的输出端通过第二滤波支路连接充电主控模块的负极采样点；且负极采样点还通过电阻R15连接参考电压Vref(第二参考电压)，参考电压由电压模块提供，并且第一参考电压和第二参考电压相同。

正极电压采集电路和负极电压采集电路中，电阻R4、电阻R5、电阻R10、电阻R11的阻值相同；电阻R6、电阻R7、电阻R12、电阻R13的阻值相同；电阻R8、电阻R14的阻值相同；电阻R9、电阻R15的阻值相同，电容C1、电容C3的容值相同。

充电主控模块的绝缘检测方法为：控制开关S1和开关S2的通断，通过正极采样点Vx+的电压，以及负极采样点Vx-的电压，进而计算得到V+和V-的电压，进而计算得出绝缘电阻R+和绝缘电阻R-。

根据检测电路可知，在闭合开关S2的情况下，满足以下方程：

其中：V₊₁为闭合开关S2时，V+点处的电压；V_-1为闭合开关S2时，V-点处的电压。

在闭合开关S1和开关S2的情况下，满足以下方程：

其中：V₊₂为闭合开关S1和开关S2时，V+点处的电压；V_-2为闭合开关S1和开关S2时，V-点处的电压。

在得到V₊₁、V_-1、V₊₂、V_-2之后，结合上述公式即可计算出绝缘电阻R+和绝缘电阻R-，V₊₁、V_-1、V₊₂、V_-2的计算公式如下：

其中，

为闭合开关S2时，Vout+点处的电压；

为闭合开关S2时，Vx+点处的电压；R_x为充电主控模块采集引脚的等效电阻；

为闭合开关S2时，Vout-点处的电压；

为闭合开关S2时，Vx-点处的电压；

为闭合开关S1和开关S2时，Vout+点处的电压；

为闭合开关S1和开关S2时，Vx+点处的电压；

为闭合开关S1和开关S2时，Vout-点处的电压；

为闭合开关S1和开关S2时，Vx-点处的电压。

上述公式中，

和

在开关S2闭合时，通过充电主控模块采集得到；

和

在开关S1和开关S2闭合时，通过充电主控模块采集得到；

和

采集得到后，可计算出

和

进而计算出V₊₁和V_-1；

和

采集得到后，可计算出

和

进而计算出V₊₂和V_-2。

具体的绝缘检测方法如图5所示，包括以下步骤：

1)车辆与直流充电机完成物理连接，充电主控模块与车辆控制器通信连接后，进行绝缘检测；

2)充电主控模块检测正极直流接触器K1和负极直流接触器K2的状态(检测K1和K2的状态的目的在于避免出现接触器误动、粘连等影响绝缘检测的结果)，并且检测正极直流接触器K1和负极直流接触器K2外侧的电压是否＜10V(保证外侧电压在＜10V，才能够在K1和K2闭合后，减少对电路设备，特别是对电池包的冲击，防止电路出现回流现象)，若正极直流接触器K1和负极直流接触器K2为断开，且外侧电压均＜10V，则进入步骤3)；反之充电故障，充电结束；

3)绝缘检测电压＝充电机额定电压(本步骤是为了确定充电主控模块中的进行绝缘检测时充电机电压这个参数，由于绝缘检测时，电压的大小一般由充电机额定电压决定，因此直接将充电机额定电压定为绝缘检测电压作为绝缘检测的基础，当然在充电主控模块与车辆控制器通信后，充电控制器还会将车辆的最高允许充电电流等其他参数发送至充电主控模块，这属于充电主控模块的参数设定步骤)；

4)充电主控模块向功率控制模块发送开机指令，功率控制模块控制充电模块开始工作，若充电模块工作正常，则执行步骤5)；若充电模块工作异常，则充电故障，结束充电；

5)充电主控模块检测正极直流接触器K1和负极直流接触器K2的内侧电压，若内测电压均在-(1～10V)之间，则进入步骤6)(与检测外测电压的意义相同)，反之则充电故障，结束充电；

6)充电主控模块控制正极直流接触器K1和负极直流接触器K2闭合，若闭合，则进入步骤7)，若不闭合，则充电故障，结束充电；

7)检测开关S1和开关S2的状态，若开关S1或开关S2未断开，则充电故障，结束充电；若开关S1和开关S2均为断开状态，闭合开关S2，并控制开关S2闭合延时一定时间(延时时间可调，一般设定在100ms-1s范围内)，使得充电主控模块可以采集到充分滤波后的

和

8)接着充电主控模块控制开关S1闭合(此时应当为开关S1和开关S2均闭合)，同样控制开关S1闭合延时一段时间，使得充电主控模块可以采集到充分滤波后的

和

9)结合上述公式可计算出绝缘电阻R+和绝缘电阻R-；

10)判断绝缘电阻R+和绝缘电阻R-是否符合要求，不符合则报警，符合则进入步骤11)；

11)充电主控模块控制充电模块为待机状态，控制泄放支路接触器K7闭合，将直流母线正极和负极之间的电压泄放掉，防止电路长时间留存高电压，对人身、设备造成伤害。

上述完成充电机的绝缘检测，绝缘检测完成后，进入预充电过程，开始对电池包进行充电。

上述实施例中，为了简化计算过程，电阻R1、电阻R2和电阻R3的阻值相同，作为其他实施方式，电阻R1、电阻R2和电阻R3的阻值也可以不相同，本发明对此不做限制。

上述实施例中，为了使得电路分析设计简介清晰，结果明显，正极电压采集电路和负极电压采集电路为对称设计，并且部分阻值为相同的，作为其他实施方式，正极电压采集电路和负极电压采集电路也可以为非对称设计，电阻的阻值可以按照需求进行设定。

上述实施例中，为了避免绝缘检测结果有误，提高绝缘检测的准确度和安全性，在闭合开关S2前，进行K1和K2状态的检测、K1和K2的内外侧电压的检测，作为其他实施方式，在保证绝缘检测准确和安全不受影响的情况下，直接闭合开关S2即可。

上述实施例中，为了扩展绝缘检测范围，在闭合开关S2前，控制K1和K2闭合，作为其他实施方式，在保证其他范围内的绝缘正常的情况下，绝缘检测时，K1和K2也可以不闭合。

上述实施例中，为了提高电压采集的精度，实现电压补偿，采集到正极采样点和负极采样点的电压，进行计算时，结合了参考电压Vref、以及充电主控模块采集引脚的等效电阻Rx，作为其他实施方式，也可以不结合Vref和Rx，直接通过运算放大器和滤波支路计算即可。

关于滤波支路的实现形式很多，本发明并不局限于串联的电阻和接地电容的形式。

本发明通过在电压采集电路中设置滤波电路防止了强电磁对电压采集的干扰，提高了直流母线电压采集的精度，进而提高了绝缘检测的精度，减少了电动汽车充电故障发生的频次，增加充电过程的安全性，有利于新能源电动汽车领域直流充电机的推广应用。

Claims (10)

1.一种绝缘检测装置，其特征在于，包括：

检测电路，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、开关S1和开关S2，电阻R1和电阻R2串联，其串联线路的一端连接直流母线正极，另一端连接直流母线负极；电阻R3和开关S1串联后，与电阻R1并联；且电阻R1和电阻R2的连接点通过开关S2接地；

正极电压采集电路，包括运算放大器A1、第一滤波支路；运算放大器A1的输入端连接直流母线正极，输出端通过第一滤波支路连接充电主控模块的正极采样点；

负极电压采集电路，包括运算放大器A2、第二滤波支路；运算放大器A2的输入端连接直流母线负极，输出端通过第二滤波支路连接充电主控模块的负极采样点。

2.根据权利要求1所述的绝缘检测装置，其特征在于，所述正极采样点还通过电阻R9连接第一参考电压。

3.根据权利要求1或2所述的绝缘检测装置，其特征在于，所述负极采样点还通过电阻R15连接第二参考电压。

4.根据权利要求1所述的绝缘检测装置，其特征在于，所述第一滤波支路包括串联的电阻R8和接地电容C1。

5.根据权利要求1或4所述的绝缘检测装置，其特征在于，所述第二滤波支路包括串联的电阻R14和接地电容C3。

6.一种如权利要求1所述的绝缘检测装置的绝缘检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)控制开关S2闭合，采集正极采样点的电压

以及负极采样点的电压

2)控制开关S2和开关S1闭合，采集正极采样点的电压

以及负极采样点的电压

3)根据

计算出开关S2闭合时，直流母线正极的电压V₊₁；根据

计算出开关S2闭合时，直流母线负极的电压V_-1；根据

计算出开关S2和开关S1闭合时，直流母线正极的电压V₊₂；根据

计算出开关S2和开关S1闭合时，直流母线负极的电压V_-2；

4)根据V₊₁、V_-1、V₊₂、V_-2计算得出直流母线正极对地的绝缘电阻R+和直流母线负极对地的绝缘电阻R-，计算过程如下：

5)判断绝缘电阻R+和绝缘电阻R-的大小，完成绝缘检测。

7.根据权利要求6所述的绝缘检测方法，其特征在于，所述正极采样点还通过电阻R9连接第一参考电压，所述步骤3)中计算V₊₁和V₊₂时还结合了电阻R9、第一参考电压、以及充电主控模块采集引脚的等效电阻Rx。

8.根据权利要求6或7所述的绝缘检测方法，其特征在于，所述负极采样点还通过电阻R15连接第二参考电压，所述步骤3)中计算V_-1和V_-2时还结合了电阻R15、第二参考电压以及充电主控模块采集引脚的等效电阻Rx。

9.根据权利要求6所述的绝缘检测方法，其特征在于，在控制开关S2闭合前，还包括控制正极直流接触器K1和负极直流接触器K2闭合的步骤。

10.根据权利要求9所述的绝缘检测方法，其特征在于，控制正极直流接触器K1和负极直流接触器K2闭合前，还包括检测正极直流接触器K1和负极直流接触器K2内、外侧电压的步骤。

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