CN113311239B - 一种电动汽车绝缘电阻检测电路及方法 - Google Patents

一种电动汽车绝缘电阻检测电路及方法 Download PDF

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CN113311239B CN202110817579.0A CN202110817579A CN113311239B CN 113311239 B CN113311239 B CN 113311239B CN 202110817579 A CN202110817579 A CN 202110817579A CN 113311239 B CN113311239 B CN 113311239B
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    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/025—Measuring very high resistances, e.g. isolation resistances, i.e. megohm-meters

Abstract

本发明提供一种电动汽车绝缘电阻检测电路及方法，检测方法包括：步骤1，建立系统动态模型，并根据其阶跃响应，利用非线性最小二乘法进行模型参数辨识，计算出绝缘电阻值Rf1和系统响应周期；步骤2，根据电桥法测量绝缘电阻，并采用神经网络对模型进行参数辨识，计算出绝缘电阻值Rf2；步骤3，当Rf1与Rf2的差值小于预设阈值时，则将较小的绝缘电阻值作为测量值Rf。检测电路包括动态模型电路及电桥电路。相比传统方法，检测时间缩短，提高绝缘电阻检测的实时性。

Description

一种电动汽车绝缘电阻检测电路及方法
技术领域
本发明涉及电动汽车电子电路技术领域，具体涉及一种电动汽车绝缘电阻检测电路及方法。
背景技术
电动汽车的直流系统与许多电力电子设备相连，比如电机转换器、电池充电器、空调、DC-DC转换器。电动汽车行驶时，整体连接形成直流电力微电网系统。由于汽车电路电压远远高于人体的安全极限，当高压与车壳之间的绝缘阻值较低，电动汽车上的人员很有可能发生触电危险。任何设备的绝缘故障都会影响整个系统的安全。当系统的绝缘电阻降至阈值以下时，车辆会发出警告信号。如果情况严重，则必须切断高压系统并停止，以便进行故障排除。
由于电动汽车的直流系统连接各种电力电子设备，这些电力电子设备包含许多Y电容器和寄生电容器，构成了系统的大接地电容。传统的不平衡电桥法通过采样正负桥电压来切换正负桥电阻并计算绝缘电阻值。然而，当动力电池正负极有接地电容时，必须在电容器完全充电后对电桥电压进行采样。因此，测量时间非常长。这一未知的系统参数严重影响了绝缘电阻的监控精度和速度，不能满足电动汽车的实时性要求；并且不管哪种测量方式都容易受到外界因素的影响。
发明内容
发明提供一种结构简单、检测速度快的电动汽车绝缘电阻检测电路及方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电动汽车绝缘电阻检测方法，包括：
步骤1，建立系统动态模型，并根据其阶跃响应，利用非线性最小二乘法进行模型参数辨识，计算出绝缘电阻值Rf1和系统响应周期；
步骤2，根据电桥法测量绝缘电阻，并采用神经网络对模型进行参数辨识，计算出绝缘电阻值Rf2；
步骤3，当Rf1与Rf2的差值小于预设阈值时，则将较小的绝缘电阻值作为测量值Rf；
所述检测方法基于检测电路，所述检测电路包括电桥电路；
所述电桥电路包括，
动力电池Vdc；
开关S，所述开关S的第二端具有a端及b端两个接线端；
电阻R4的第一端与绝缘电阻RISO+的第一端、绝缘电阻RISO-的第二端相连，电阻R4的第二端与所述开关S的第一端相连；
电阻R5的第一端与绝缘电阻RISO-的第一端相连，电阻R5的第二端与所述开关S的a端相连；
电阻R6的第一端与开关S的b端相连，电阻R6的第二端与绝缘电阻RISO+的第二端相连；
绝缘电阻RISO+的第一端与接地电容C2的第一端相连，绝缘电阻RISO+的第二端与接地电容C2的第二端相连；
绝缘电阻RISO-的第一端与接地电容C1的第一端相连，绝缘电阻RISO-的第二端与接地电容C1的第二端相连；所述接地电容C1的第一端与所述动力电池Vdc的负极相连，接地电容C1的第二端与车壳相连；
所述接地电容C2的第一端与车壳相连，接地电容C2的第二端与所述动力电池Vdc的正极相连；
基于所述电桥电路，采用神经网络对电桥电路模型进行参数辨识，包括以下步骤：
S1，所述开关的a端接入电路，动力电池Vdc的负极和车壳之间的等效电阻为Ra，动力电池Vdc的正极和车壳之间的等效电阻为Rb，则Ra、Rb满足：
Figure GDA0003772157330000031
Rb＝RISO+
S2，所述开关的b端接入电路，动力电池Vdc的负极和车壳之间的等效电阻为Rc，动力电池Vdc的正极和车壳之间的等效电阻为Rd，则Rc、Rd满足：
Rc＝RISO-
Figure GDA0003772157330000032
所述R5与R6阻值大小相等，且设R4+R5＝R4+R6＝Re；
则：
Figure GDA0003772157330000033
Figure GDA0003772157330000034
Figure GDA0003772157330000041
Figure GDA0003772157330000042
S3，执行所述步骤S1及所述步骤S2，完成后计为一采样周期，根据采样所得电压得到RISO-、RISO+，具体地，
根据采样所得电压可知，
Figure GDA0003772157330000043
Figure GDA0003772157330000044
Figure GDA0003772157330000045
Figure GDA0003772157330000046
其中，τ1为开关的a端接入电路时的时间常数，
Figure GDA0003772157330000047
τ2为开关的b端接入电路时的时间常数，
Figure GDA0003772157330000048
Va1、Va2、Va3分别为开关的a端接入电路时节点①与节点②间的三次采样所得电压；Vb1、Vb2、Vb3分别为开关的a端接入电路时节点①与节点③间的三次采样所得电压；Vc1、Vc2、Vc3分别为开关的b端接入电路时节点①与节点②间的三次采样所得电压；Vd1、Vd2、Vd3分别为开关的b端接入电路时节点①与节点③间的三次采样所得电压；Δt为采样间隔；
开关S切换时，接地电容的充电过程属于一阶电路的全响应过程，以Va1、Vb1、Vc1、Vd1作为全响应的初始电压，可以得到：
Figure GDA0003772157330000051
Figure GDA0003772157330000052
Figure GDA0003772157330000053
Figure GDA0003772157330000054
则计算获得X11、X12、X21、X22的值：
Figure GDA0003772157330000055
Figure GDA0003772157330000056
Figure GDA0003772157330000057
Figure GDA0003772157330000058
将上述X11、X12、X21、X22所得的值分别代入S2中的关于X11、X12、X21、X22的四个方程，联立方程组可解得RISO-、RISO+：
Figure GDA0003772157330000059
Figure GDA00037721573300000510
进而，可得Rf2：
Figure GDA00037721573300000511
将基于所述动态模型电路所得的绝缘电阻Rf1，与基于所述电桥电路所得的绝缘电阻Rf2相比较：当Rf1与Rf2的差值小于预设阈值时，则将较小的绝缘电阻值作为测量值Rf。
进一步地，所述检测电路还包括动态模型电路，所述动态模型电路包括，
U与RP、RN构成的环路I，其中，U为动力电池电压，RP为所述动力电池正极与车壳之间的电阻，RN为动力电池负极与车壳之间的电阻；
U与R1、R2构成的环路II，其中，R1、R2为限流电阻；
R3与脉冲信号发生器构成环路III，其中，所述脉冲信号发生器用以产生幅值为US的阶跃电压时，所述R3为采样电阻；
其中，流经RP、RN、R1、R2、R3的电流分别为I1、I2、I3、I4、I，则I1、I2、I3、I4、I之间应满足：
I＝I1+I2 (式I)
I＝I3+I4 (式II)。
进一步地，基于所述动态模型电路得到所述绝缘电阻值检测方法的步骤包括，
31)计算得出流过所述采样电阻R3上的电流I；
对于所述环路I，有，
Figure GDA0003772157330000061
对于所述环路II，有，
U/s＝R1·I3+R2·I4 (式IV)
对于所述环路III，有，
Figure GDA0003772157330000071
由式I、式II、式III、式IV、式V得出流过所述采样电阻R3上的电流I，并作拉氏反变换得
Figure GDA0003772157330000072
其中，t为时间变量，参数a1为响应稳态分量，参数a2为响应增益，参数a3为响应时间常数；
32)得出所述采样电阻R3的响应稳态分量a1，
所述响应稳态分量a1及所述响应时间常数a3的参数表达式为：
Figure GDA0003772157330000073
Figure GDA0003772157330000074
其中，//表示若干电阻并联后的等效电阻，R＝R1＝R2，
因动力电池电压U的作用分量可以在后续的操作中消除，则有，
Figure GDA0003772157330000075
33)基于响应稳态分量a′1得出等效绝缘电阻的阻值，
所述采样电阻R3上的电压U3在脉冲注入信号下的阶跃响应为
Figure GDA0003772157330000076
其中，
Figure GDA0003772157330000077
b2＝a2·R3
b3＝a3
当所述采样电阻R3上的电压稳定时，忽略响应增益a2，即U3＝b1，对式VII作变形，得等效绝缘电阻Rf1：
Figure GDA0003772157330000081
由式VI可知，响应值在时间t下为非线性模型，采用非线性最小二乘法进行参数辨识。
进一步地，所述检测方法还包括基于非线性最小二乘法模型的参数识别的步骤，包括，
步骤34)测量m个数据点(ti，yi)(i＝1，2，3，...，m)，并对模型
Figure GDA0003772157330000082
Figure GDA0003772157330000083
进行参数辨识；
所述模型f(t)的均方差E(x)满足：
Figure GDA0003772157330000084
根据最小二乘法原理，所述均方差E(x)取得极小值的条件为：
Figure GDA0003772157330000085
基于迭代快速性，采用牛顿迭代法求解；
根据式(JT·J)·h＝-JT·f，算法迭代步长h由E(x)对x取极小值时得到，J为Jacobin矩阵；
所述模型f(t)的收敛条件为，
|E(x+h)-E(x)|＜ε
其中，ε为收敛条件的判断值，ε根据模型参数设定。
进一步地，参数辨识的算法步骤如下：
51)读取数据点(ti，yi)，并进行去野点，滑动平均滤波，保证数据的可靠性；
52)给辨识参数xT赋初始值，其中，xT＝[b1，b2，b3]；
53)计算Jacobin矩阵J，并计算迭代步长h；
54)判断收敛条件|E(x+h)-E(x)|＜ε是否满足；
若是，则认为E(x)已收敛，退出迭代，输出最优参数组
Figure GDA0003772157330000091
Figure GDA0003772157330000092
并执行步骤55)；
若否，则根据所述迭代步长h对所述辨识参数xT重新赋值，并返回执行步骤53)；
55)将所述最优参数
Figure GDA0003772157330000094
代入式VIII，得到等效绝缘电阻Rf1；由最优响应时间常数
Figure GDA0003772157330000093
确定系统响应时间，得出系统测量周期。
进一步地，系统动态模型中系统响应周期与根据电桥法测量绝缘电阻的采样周期相同。
本发明还公开了一种电动汽车绝缘电阻检测电路，所述检测电路用以执行上述电动汽车绝缘电阻检测方法，所述检测电路包括动态模型电路及电桥电路。
其中，所述动态模型电路包括，
U与RP、RN构成的环路I，其中，U为动力电池电压，RP为所述动力电池正极与车壳之间的电阻，RN为动力电池负极与车壳之间的电阻；
U与R1、R2构成的环路II，其中，R1、R2为检测的限流电阻；
R3与脉冲信号发生器构成环路III，其中，所述脉冲信号发生器用以产生幅值为US的阶跃电压时，所述R3为采样电阻；
所述电桥电路包括，
动力电池Vdc；
开关S，所述开关S的第二端具有a端及b端两个接线端；
电阻R4的第一端与绝缘电阻RISO+的第一端、绝缘电阻RISO-的第二端相连，电阻R4的第二端与所述开关S的第一端相连；
电阻R5的第一端与绝缘电阻RISO-的第一端相连，电阻R5的第二端与所述开关S的a端相连；
电阻R6的第一端与开关S的b端相连，电阻R6的第二端与绝缘电阻RISO+的第二端相连；
绝缘电阻RISO+的第一端与接地电容C2的第一端相连，绝缘电阻RISO+的第二端与接地电容C2的第二端相连；
绝缘电阻RISO-的第一端与接地电容C1的第一端相连，绝缘电阻RISO-的第二端与接地电容C1的第二端相连；所述接地电容C1的第一端与所述动力电池Vdc的负极相连，接地电容C1的第二端与车壳相连；
所述接地电容C2的第一端与车壳相连，接地电容C2的第二端与所述动力电池Vdc的正极相连。
在所述动态模型中，参数辨识方法相对定点采样方法能实时调整系统响应周期。当车辆绝缘性能降低时，电池组正负母线与车壳间的等效绝缘阻值由80MΩ向预警值200KΩ逼近，利用参数辨识方法PIM得到的测量周期也由0.8s到0.2s不断缩短，而利用定点采样方法FSM的系统测量周期不变，为当前工况下最大值0.8s，参数辨识方法PIM能更快测得预警值，发出预警信号，提高了系统响应速度。
有益效果：在低频注入法稳态测量模型的基础上，建立系统动态模型，并根据其阶跃响应，利用非线性最小二乘法进行模型参数辨识，精确计算出绝缘电阻值Rf1和系统响应周期，并通过电桥法进一步测量绝缘电阻Rf2，一方面，通过根据响应序列，采用非线性最小二乘法辨识电路模型参数，并依据该模型参数计算等效绝缘电阻值和测量周期。所提出的测量方法不仅有效抑制了测量噪声，而且可以实时调整测量周期，提高了绝缘电阻测量系统的精确性和响应速度，另外一方面，通过两种测量的方法可以进一步保证结果的精确性。
附图说明
图1为本实施例中一种电桥电路的连接示意图；
图2为步骤S1电路连接示意图；
图3为步骤S2电路连接示意图；
图4为步骤S1电路的等效电路图；
图5为步骤S2电路的等效电路图；
图6为采用电桥法测量绝缘电阻的采样周期示意图；
图7为本实施例中动态模型的等效电路图
图8为本实施例中动态模型辨识的流程图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一端”、“第二端”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，特别说明：如果这个元器件在电路图中是竖向放置的，那么“元器件的第一端”意思是上端、那么“元器件的第二端”意思是下端；如果这个元器件在电路图中是横向放置的，那么“元器件的第一端”意思是左端、那么“元器件的第二端”意思是右端。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式做详细说明。
一种电动汽车绝缘电阻检测电路，包括：
步骤1，建立系统动态模型，并根据其阶跃响应，利用非线性最小二乘法进行模型参数辨识，计算出绝缘电阻值Rf1和系统响应周期；
步骤2，根据电桥法测量绝缘电阻，并采用神经网络对模型进行参数辨识，计算出绝缘电阻值Rf2；
步骤3，当Rf1与Rf2的差值小于预设阈值时，则将较小的绝缘电阻值作为测量值Rf；
检测方法基于检测电路，检测电路包括电桥电路；
请参照图1，电桥电路包括，
动力电池Vdc；
开关S，开关S的第二端具有a端及b端两个接线端；
电阻R4的第一端与绝缘电阻RISO+的第一端、绝缘电阻RISO-的第二端相连，电阻R4的第二端与开关S的第一端相连；
电阻R5的第一端与绝缘电阻RISO-的第一端相连，电阻R5的第二端与开关S的a端相连；
电阻R6的第一端与开关S的b端相连，电阻R6的第二端与绝缘电阻RISO+的第二端相连；
绝缘电阻RISO+的第一端与接地电容C2的第一端相连，绝缘电阻RISO+的第二端与接地电容C2的第二端相连；
绝缘电阻RISO-的第一端与接地电容C1的第一端相连，绝缘电阻RISO-的第二端与接地电容C1的第二端相连；接地电容C1的第一端与动力电池Vdc的负极相连，接地电容C1的第二端与车壳相连；
接地电容C2的第一端与车壳相连，接地电容C2的第二端与动力电池Vdc的正极相连；
基于电桥电路，采用神经网络对电桥电路模型进行参数辨识，包括以下步骤：
S1，开关的a端接入电路，如图2和图4所示，动力电池Vdc的负极和车壳之间的等效电阻为Ra，动力电池Vdc的正极和车壳之间的等效电阻为Rb，则Ra、Rb满足：
Figure GDA0003772157330000131
Rb＝RISO+
S2，开关的b端接入电路，如图3和图5所示，动力电池Vdc的负极和车壳之间的等效电阻为Rc，动力电池Vdc的正极和车壳之间的等效电阻为Rd，则Rc、Rd满足：
Rc＝RISO-
Figure GDA0003772157330000141
R5与R6阻值大小相等，且设R4+R5＝R4+R6＝Re；
则：
Figure GDA0003772157330000142
Figure GDA0003772157330000143
Figure GDA0003772157330000144
Figure GDA0003772157330000145
S3，执行所述步骤S1及所述步骤S2，完成后计为一采样周期，根据采样所得电压得到RISO-、RISO+，具体地，
根据采样所得电压可知，
Figure GDA0003772157330000146
Figure GDA0003772157330000147
Figure GDA0003772157330000148
Figure GDA0003772157330000149
其中，τ1为开关的a端接入电路时的时间常数，
Figure GDA00037721573300001410
τ2为开关的b端接入电路时的时间常数，
Figure GDA0003772157330000151
Va1、Va2、Va3分别为开关的a端接入电路时节点①与节点②间的三次采样所得电压；Vb1、Vb2、Vb3分别为开关的a端接入电路时节点①与节点③间的三次采样所得电压；Vc1、Vc2、Vc3分别为开关的b端接入电路时节点①与节点②间的三次采样所得电压；Vd1、Vd2、Vd3分别为开关的b端接入电路时节点①与节点③间的三次采样所得电压；Δt为采样间隔；
S3中所述的采样周期参照如图6，开关S切换时，接地电容的充电过程属于一阶电路的全响应过程，开关S与a端相连时刻为t10，采样时间时间点为t11、t12、t13，开关S与b端相连时刻为t20，采样时间时间点为t21、t22、t23，采样间隔时间相等，为Δt；
开关S切换时，接地电容的充电过程属于一阶电路的全响应过程，以Va1、Vb1、Vc1、Vd1作为全响应的初始电压，可以得到：
Figure GDA0003772157330000152
Figure GDA0003772157330000153
Figure GDA0003772157330000154
Figure GDA0003772157330000155
则计算获得X11、X12、X21、X22的值：
Figure GDA0003772157330000156
Figure GDA0003772157330000157
Figure GDA0003772157330000161
Figure GDA0003772157330000162
将上述X11、X12、X21、X22所得的值分别代入S2中的关于X11、X12、X21、X22的四个方程，联立方程组可解得RISO-、RISO+：
Figure GDA0003772157330000163
Figure GDA0003772157330000164
进而，可得Rf2：
Figure GDA0003772157330000165
将基于动态模型电路所得的绝缘电阻Rf1，与基于电桥电路所得的绝缘电阻Rf2相比较：当Rf1与Rf2的差值小于预设阈值时，则将较小的绝缘电阻值作为测量值Rf。
进一步地，检测电路还包括动态模型电路，请参照图7，动态模型电路包括，
U与RP、RN构成的环路I，其中，U为动力电池电压，RP为动力电池正极与车壳之间的电阻，RN为动力电池负极与车壳之间的电阻；
U与R1、R2构成的环路II，其中，R1、R2为限流电阻；
R3与脉冲信号发生器构成环路III，其中，脉冲信号发生器用以产生幅值为US的阶跃电压时，R3为采样电阻；
其中，流经RP、RN、R1、R2、R3的电流分别为I1、I2、I3、I4、I，则I1、I2、I3、I4、I之间应满足：
I＝I1+I2 (式I)
I＝I3+I4 (式II)。
进一步地，基于动态模型电路得到绝缘电阻值检测方法的步骤包括，
31)计算得出流过采样电阻R3上的电流I；
对于环路I，有，
Figure GDA0003772157330000171
对于环路II，有，
U/s＝R1·I3+R2·I4 (式IV)
对于环路III，有，
Figure GDA0003772157330000172
由式I、式II、式III、式IV、式V得出流过采样电阻R3上的电流I，并作拉氏反变换得
Figure GDA0003772157330000173
其中，t为时间变量，参数a1为响应稳态分量，参数a2为响应增益，参数a3为响应时间常数；
32)得出采样电阻R3的响应稳态分量a1，
响应稳态分量a1及响应时间常数a3的参数表达式为：
Figure GDA0003772157330000181
Figure GDA0003772157330000182
其中，//表示若干电阻并联后的等效电阻，R＝R1＝R2，
因动力电池电压U的作用分量可以在后续的操作中消除，则有，
Figure GDA0003772157330000183
33)基于响应稳态分量a′1得出等效绝缘电阻的阻值，
采样电阻R3上的电压U3在脉冲注入信号下的阶跃响应为
Figure GDA0003772157330000184
其中，
Figure GDA0003772157330000185
b2＝a2·R3
b3＝a3
当采样电阻R3上的电压稳定时，忽略响应增益a2，即U3＝b1，对式VII作变形，得等效绝缘电阻Rf1：
Figure GDA0003772157330000186
由式VI可知，响应值在时间t下为非线性模型，采用非线性最小二乘法进行参数辨识。
进一步地，检测方法还包括基于非线性最小二乘法模型的参数识别的步骤，包括，
步骤34)测量m个数据点(ti，yi)(i＝1，2，3，...，m)，并对模型
Figure GDA0003772157330000191
Figure GDA0003772157330000192
进行参数辨识；
模型f(t)的均方差E(x)满足：
Figure GDA0003772157330000193
根据最小二乘法原理，均方差E(x)取得极小值的条件为：
Figure GDA0003772157330000194
基于迭代快速性，采用牛顿迭代法求解；
根据式(JT·J)·h＝-JT·f，算法迭代步长h由E(x)对x取极小值时得到，J为Jacobin矩阵；
模型f(t)的收敛条件为，
|E(x+h)-E(x)|＜ε
其中，ε为收敛条件的判断值，ε根据模型参数设定。
如图8所示，参数辨识的算法步骤如下：
51)读取数据点(ti，yi)，并进行去野点，滑动平均滤波，保证数据的可靠性；
52)给辨识参数xT赋初始值，其中，xT＝[b1，b2，b3]；
53)计算Jacobin矩阵J，并计算迭代步长h；
54)判断收敛条件|E(x+h)-E(x)|＜ε是否满足；
若是，则认为E(x)已收敛，退出迭代，输出最优参数组
Figure GDA0003772157330000195
Figure GDA0003772157330000196
并执行步骤55)；
若否，则根据迭代步长h对辨识参数xT重新赋值，并返回执行步骤53)；
55)将所述最优参数
Figure GDA0003772157330000201
代入式VIII，得到等效绝缘电阻Rf1；由最优响应时间常数
Figure GDA0003772157330000202
确定系统响应时间，得出系统测量周期。
进一步地，系统动态模型中系统响应周期与根据电桥法测量绝缘电阻的采样周期相同。
本发明还公开了一种电动汽车绝缘电阻检测电路，检测电路用以执行上述电动汽车绝缘电阻检测方法，检测电路包括动态模型电路及电桥电路。
其中，如图7所示，动态模型电路包括，
U与RP、RN构成的环路I，其中，U为动力电池电压，RP为动力电池正极与车壳之间的电阻，RN为动力电池负极与车壳之间的电阻；
U与R1、R2构成的环路II，其中，R1、R2为检测的限流电阻；
R3与脉冲信号发生器构成环路III，其中，脉冲信号发生器用以产生幅值为US的阶跃电压时，R3为采样电阻；
如图1所示，电桥电路包括，
动力电池Vdc；
开关S，开关S的第二端具有a端及b端两个接线端；
电阻R4的第一端与绝缘电阻RISO+的第一端、绝缘电阻RISO-的第二端相连，电阻R4的第二端与开关S的第一端相连；
电阻R5的第一端与绝缘电阻RISO-的第一端相连，电阻R5的第二端与开关S的a端相连；
电阻R6的第一端与开关S的b端相连，电阻R6的第二端与绝缘电阻RISO+的第二端相连；
绝缘电阻RISO+的第一端与接地电容C2的第一端相连，绝缘电阻RISO+的第二端与接地电容C2的第二端相连；
绝缘电阻RISO-的第一端与接地电容C1的第一端相连，绝缘电阻RISO-的第二端与接地电容C1的第二端相连；的接地电容C1的第一端与动力电池Vdc的负极相连，接地电容C1的第二端与车壳相连；
接地电容C2的第一端与车壳相连，接地电容C2的第二端与动力电池Vdc的正极相连。
在动态模型中，参数辨识方法相对定点采样方法能实时调整系统响应周期。当车辆绝缘性能降低时，电池组正负母线与车壳间的等效绝缘阻值由80MΩ向预警值200KΩ逼近，利用参数辨识方法PIM得到的测量周期也由0.8s到0.2s不断缩短，而利用定点采样方法FSM的系统测量周期不变，为当前工况下最大值0.8s，参数辨识方法PIM能更快测得预警值，发出预警信号，提高了系统响应速度。
以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电动汽车绝缘电阻检测方法，其特征在于，包括：
步骤1，建立系统动态模型，并根据其阶跃响应，利用非线性最小二乘法进行模型参数辨识，计算出绝缘电阻值Rf1和系统响应周期；
步骤2，根据电桥法测量绝缘电阻，并采用神经网络对模型进行参数辨识，计算出绝缘电阻值Rf2；
步骤3，当Rf1与Rf2的差值小于预设阈值时，则将较小的绝缘电阻值作为测量值Rf；
所述检测方法基于检测电路，所述检测电路包括电桥电路；
所述电桥电路包括，
动力电池Vdc；
开关S，所述开关S的第二端具有a端及b端两个接线端；
电阻R4的第一端与绝缘电阻RISO+的第一端、绝缘电阻RISO-的第二端相连，电阻R4的第二端与所述开关S的第一端相连；
电阻R5的第一端与绝缘电阻RISO-的第一端相连，电阻R5的第二端与所述开关S的a端相连；
电阻R6的第一端与开关S的b端相连，电阻R6的第二端与绝缘电阻RISO+的第二端相连；
绝缘电阻RISO+的第一端与接地电容C2的第一端相连，绝缘电阻RISO+的第二端与接地电容C2的第二端相连；
绝缘电阻RISO-的第一端与接地电容C1的第一端相连，绝缘电阻RISO-的第二端与接地电容C1的第二端相连；所述接地电容C1的第一端与所述动力电池Vdc的负极相连，接地电容C1的第二端与车壳相连；
所述接地电容C2的第一端与车壳相连，接地电容C2的第二端与所述动力电池Vdc的正极相连；
基于所述电桥电路，采用神经网络对电桥电路模型进行参数辨识，包括以下步骤：
S1，所述开关的a端接入电路，动力电池Vdc的负极和车壳之间的等效电阻为Ra，动力电池Vdc的正极和车壳之间的等效电阻为Rb，则Ra、Rb满足：
Figure FDA0003772157320000021
Rb＝RISO+
S2，所述开关的b端接入电路，动力电池Vdc的负极和车壳之间的等效电阻为Rc，动力电池Vdc的正极和车壳之间的等效电阻为Rd，则Rc、Rd满足：
Rc＝RISO-
Figure FDA0003772157320000022
所述R5与R6阻值大小相等，且设R4+R5＝R4+R6＝Re；
则：
Figure FDA0003772157320000023
Figure FDA0003772157320000024
Figure FDA0003772157320000025
Figure FDA0003772157320000031
S3，执行所述步骤S1及所述步骤S2，完成后计为一采样周期，根据采样所得电压得到RISO-、RISO+，具体地，
根据采样所得电压可知，
Figure FDA0003772157320000032
Figure FDA0003772157320000033
Figure FDA0003772157320000034
Figure FDA0003772157320000035
其中，τ1为开关的a端接入电路时的时间常数，
Figure FDA0003772157320000036
τ2为开关的b端接入电路时的时间常数，
Figure FDA0003772157320000037
Va1、Va2、Va3分别为开关的a端接入电路时节点①与节点②间的三次采样所得电压；Vb1、Vb2、Vb3分别为开关的a端接入电路时节点①与节点③间的三次采样所得电压；Vc1、Vc2、Vc3分别为开关的b端接入电路时节点①与节点②间的三次采样所得电压；Vd1、Vd2、Vd3分别为开关的b端接入电路时节点①与节点③间的三次采样所得电压；Δt为采样间隔；
开关S切换时，接地电容的充电过程属于一阶电路的全响应过程，以Va1、Vb1、Vc1、Vd1作为全响应的初始电压，可以得到：
Figure FDA0003772157320000038
Figure FDA0003772157320000039
Figure FDA0003772157320000041
Figure FDA0003772157320000042
则计算获得X11、X12、X21、X22的值：
Figure FDA0003772157320000043
Figure FDA0003772157320000044
Figure FDA0003772157320000045
Figure FDA0003772157320000046
将上述X11、X12、X21、X22所得的值分别代入S2中的关于X11、X12、X21、X22的四个方程，联立方程组可解得RISO-、RISO+：
Figure FDA0003772157320000047
Figure FDA0003772157320000048
进而，可得Rf2：
Figure FDA0003772157320000049
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车绝缘电阻检测方法，其特征在于：所述检测电路还包括动态模型电路，所述动态模型电路包括，
U与RP、RN构成的环路I，其中，U为动力电池电压，RP为所述动力电池正极与车壳之间的电阻，RN为动力电池负极与车壳之间的电阻；
U与R1、R2构成的环路II，其中，R1、R2为限流电阻；
R3与脉冲信号发生器构成环路III，其中，所述脉冲信号发生器用以产生幅值为US的阶跃电压时，所述R3为采样电阻；
其中，流经RP、RN、R1、R2、R3的电流分别为I1、I2、I3、I4、I，则I1、I2、I3、I4、I之间应满足：
I＝I1+I2 (式I)
I＝I3+I4 (式II)。
3.根据权利要求2所述的一种电动汽车绝缘电阻检测方法，其特征在于：基于所述动态模型电路得到所述绝缘电阻值检测方法的步骤包括，
31)计算得出流过所述采样电阻R3上的电流I；
对于所述环路I，有，
Figure FDA0003772157320000051
对于所述环路II，有，
U/s＝R1·I3+R2·I4 (式IV)
对于所述环路III，有，
Figure FDA0003772157320000052
由式I、式II、式III、式IV、式V得出流过所述采样电阻R3上的电流I，并作拉氏反变换得
Figure FDA0003772157320000053
其中，t为时间变量，参数a1为响应稳态分量，参数a2为响应增益，参数a3为响应时间常数；
32)得出所述采样电阻R3的响应稳态分量a1，
所述响应稳态分量a1及所述响应时间常数a3的参数表达式为：
Figure FDA0003772157320000061
Figure FDA0003772157320000062
其中，//表示若干电阻并联后的等效电阻，R＝R1＝R2，
因动力电池电压U的作用分量可以在后续的操作中消除，则有，
Figure FDA0003772157320000063
33)基于响应稳态分量a′1得出等效绝缘电阻的阻值，
所述采样电阻R3上的电压U3在脉冲注入信号下的阶跃响应为
Figure FDA0003772157320000064
其中，
Figure FDA0003772157320000065
b2＝a2·R3
b3＝a3
当所述采样电阻R3上的电压稳定时，忽略响应增益a2，即U3＝b1，对式VII作变形，得等效绝缘电阻Rf1：
Figure FDA0003772157320000066
由式VI可知，响应值在时间t下为非线性模型，采用非线性最小二乘法进行参数辨识。
4.根据权利要求3所述的一种电动汽车绝缘电阻检测方法，其特征在于：所述检测方法还包括基于非线性最小二乘法模型的参数识别的步骤，包括，
步骤34)测量m个数据点(ti，yi)(i＝1，2，3，...，m)，并对模型
Figure FDA0003772157320000071
Figure FDA0003772157320000072
进行参数辨识；
所述模型f(t)的均方差E(x)满足：
Figure FDA0003772157320000073
根据最小二乘法原理，所述均方差E(x)取得极小值的条件为：
Figure FDA0003772157320000074
基于迭代快速性，采用牛顿迭代法求解；
根据式(JT·J)·h＝-JT·f，算法迭代步长h由E(x)对x取极小值时得到，J为Jacobin矩阵；
所述模型f(t)的收敛条件为：
|E(x+h)-E(x)|<ε
其中，ε为收敛条件的判断值，ε根据模型参数设定。
5.根据权利要求4所述的一种电动汽车绝缘电阻检测方法，其特征在于，参数辨识的算法步骤如下：
51)读取数据点(ti，yi)，并进行去野点，滑动平均滤波，保证数据的可靠性；
52)给辨识参数xT赋初始值，其中，xT＝[b1，b2，b3]；
53)计算Jacobin矩阵J，并计算迭代步长h；
54)判断收敛条件|E(x+h)-E(x)|＜ε是否满足；
若是，则认为E(x)已收敛，退出迭代，输出最优参数组
Figure FDA0003772157320000081
Figure FDA0003772157320000082
并执行步骤55)；
若否，则根据所述迭代步长h对所述辨识参数xT重新赋值，并返回执行步骤53)；
55)将所述最优参数
Figure FDA0003772157320000083
代入式VIII，得到等效绝缘电阻Rf1；由最优响应时间常数
Figure FDA0003772157320000084
确定系统响应时间，得出系统测量周期。
6.根据权利要求5所述的一种电动汽车绝缘电阻检测方法，其特征在于，系统动态模型中系统响应周期与根据电桥法测量绝缘电阻的采样周期相同。
7.一种电动汽车绝缘电阻检测电路，所述检测电路用以执行如权利要求1-6中任一项所述的电动汽车绝缘电阻检测方法，其特征在于，所述检测电路包括动态模型电路及电桥电路；
其中，所述动态模型电路包括，
U与RP、RN构成的环路I，其中，U为动力电池电压，RP为所述动力电池正极与车壳之间的电阻，RN为动力电池负极与车壳之间的电阻；
U与R1、R2构成的环路II，其中，R1、R2为检测的限流电阻；
R3与脉冲信号发生器构成环路III，其中，所述脉冲信号发生器用以产生幅值为US的阶跃电压时，所述R3为采样电阻；
所述电桥电路包括，
动力电池Vdc；
开关S，所述开关S的第二端具有a端及b端两个接线端；
电阻R4的第一端与绝缘电阻RISO+的第一端、绝缘电阻RISO-的第二端相连，电阻R4的第二端与所述开关S的第一端相连；
电阻R5的第一端与绝缘电阻RISO-的第一端相连，电阻R5的第二端与所述开关S的a端相连；
电阻R6的第一端与开关S的b端相连，电阻R6的第二端与绝缘电阻RISO+的第二端相连；
绝缘电阻RISO+的第一端与接地电容C2的第一端相连，绝缘电阻RISO+的第二端与接地电容C2的第二端相连；
绝缘电阻RISO-的第一端与接地电容C1的第一端相连，绝缘电阻RISO-的第二端与接地电容C1的第二端相连；所述接地电容C1的第一端与所述动力电池Vdc的负极相连，接地电容C1的第二端与车壳相连；
所述接地电容C2的第一端与车壳相连，接地电容C2的第二端与所述动力电池Vdc的正极相连。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021005534B3 (de) * 2021-11-09 2023-03-30 Daimler Truck AG Verfahren zum Bestimmen zumindest eines aktuellen Kapazitätswerts einer Y-Kapazität eines elektrischen Bordnetzes, sowie elektrischen Bordnetz
CN114355048B (zh) * 2021-12-28 2022-09-16 海南大学 一种电动汽车的绝缘检测方法及系统
CN117665396A (zh) * 2024-01-31 2024-03-08 徐州徐工汽车制造有限公司 用于动力电池的绝缘电阻检测电路、方法、装置及介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102707144A (zh) * 2012-05-24 2012-10-03 北华大学 动力电池组母线绝缘电阻测量装置及方法
CN105842540A (zh) * 2016-03-23 2016-08-10 中车株洲电力机车研究所有限公司 一种直流母线绝缘电阻检测方法
JP2017044586A (ja) * 2015-08-27 2017-03-02 光商工株式会社 絶縁抵抗監視装置と検出電圧推定方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206020506U (zh) * 2016-08-27 2017-03-15 东风柳州汽车有限公司 开关式变电桥绝缘电阻检测电路
CN106291112B (zh) * 2016-10-27 2019-06-18 宁德时代新能源科技股份有限公司 绝缘电阻检测电路及方法
KR101991910B1 (ko) * 2016-11-16 2019-06-21 주식회사 엘지화학 배터리의 절연 저항 산출 장치 및 방법
CN109720235B (zh) * 2018-12-29 2020-06-30 蜂巢能源科技有限公司 基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统及电动汽车
CN109884395A (zh) * 2019-03-14 2019-06-14 芜湖职业技术学院 电动汽车高压绝缘电阻检测方法和系统
CN110687353B (zh) * 2019-11-15 2022-04-15 华霆（合肥）动力技术有限公司 绝缘电阻检测方法、装置、系统和存储介质

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102707144A (zh) * 2012-05-24 2012-10-03 北华大学 动力电池组母线绝缘电阻测量装置及方法
JP2017044586A (ja) * 2015-08-27 2017-03-02 光商工株式会社 絶縁抵抗監視装置と検出電圧推定方法
CN105842540A (zh) * 2016-03-23 2016-08-10 中车株洲电力机车研究所有限公司 一种直流母线绝缘电阻检测方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
电动汽车绝缘电阻在线监测系统设计;华显等;《河南机电高等专科学校学报》;20190915(第05期);第10-16页 *
直流系统接地故障检测的新方法;黄晶等;《广东电力》;20151125(第11期);第87-90页 *

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