CN113376435A - 一种绝缘监控电路、方法及电动汽车 - Google Patents

一种绝缘监控电路、方法及电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种绝缘监控电路、方法及电动汽车，涉及汽车安全技术领域，该绝缘监控电路，包括：绝缘电阻检测电路、与所述绝缘电阻检测电路连接的滤波电路以及与所述滤波电路连接的电压采样电路；其中，绝缘电阻检测电路包括：连接在待测动力电池的正极与车身地之间的第一分压电阻、第一采样电阻、第一开关和第二分压电阻；连接在待测动力电池的负极与车身地之间的第三分压电阻、第二采样电阻、第二开关和第四分压电阻。本发明的方案绝缘监控电路的绝缘监控结果上报时间快，抗干扰能力强，信号检测准确。

Description

一种绝缘监控电路、方法及电动汽车
技术领域
本发明属于汽车安全技术领域，尤其是涉及一种绝缘监控电路、方法及电动汽车。
背景技术
电动汽车在检测绝缘时，通常采用国标要求的被动式电桥法，稳定性高但是计算反馈时间慢，一般需要30秒到1分钟。主动式绝缘一般采用信号发射的方式进行绝缘监控，反馈速度快，一般1秒到5秒内可以快速上报绝缘故障，缺点是稳定性比较差，容易受到Y电容、高压部件或者电机电磁干扰产生误报。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种绝缘监控电路、方法及电动汽车，从而解决现有技术中绝缘监控系统未能兼顾被动式电桥法及主动式信号检测绝缘法的优点的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种绝缘监控电路，应用于电动汽车，包括：
绝缘电阻检测电路、与所述绝缘电阻检测电路连接的滤波电路以及与所述滤波电路连接的电压采样电路；
其中，所述绝缘电阻检测电路包括：
连接在待测动力电池的正极与车身地之间的第一分压电阻、第一采样电阻、第一开关和第二分压电阻；
其中，所述第一分压电阻和所述第一采样电阻串联，串联后与所述第二分压电阻并联，所述第一开关和所述第二分压电阻串联；
连接在所述待测动力电池的负极与所述车身地之间的第三分压电阻、第二采样电阻、第二开关和第四分压电阻；
其中，所述第三分压电阻和所述第二采样电阻串联，串联后与所述第四分压电阻并联，所述第二开关和所述第四分压电阻串联。
可选地，所述绝缘电阻检测电路还包括：
连接在所述待测动力电池的正极的高压正极继电器以及所述高压正极继电器与所述车身地之间的第一电容；
连接在所述待测动力电池的负极的高压负极继电器以及所述高压负极继电器与所述车身地之间的第二电容。
可选地，所述滤波电路分别连接所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的两端；
所述滤波电路用于，对所述第一采样电阻的第一采样电压和所述第二采样电阻的第二采样电压进行滤波。
可选地，所述电压采样电路连接在所述滤波电路之后；
所述电压采样电路用于，对滤波后的所述第一采样电阻的第一采样电压和所述第二采样电阻的第二采样电压进行采样。
本发明还提供一种绝缘监控方法，应用于如上所述的绝缘监控电路，所述方法包括：
计算不同动力电池的绝缘电阻值；
根据所述绝缘电阻值，模拟所述绝缘电阻值对车身地采样电压波形，获取绝缘电阻的对地采样电压波形标定图；
控制所述绝缘监控电路，获取绝缘电阻的对地采样电压波形采样图；
根据所述采样图，确定所述待测动力电池的绝缘监控结果；
在确定所述绝缘监控结果为所述待测动力电池的绝缘正常时，对照所述标定图获取所述待测动力电池的绝缘电阻值。
可选地，计算不同动力电池的绝缘电阻值，包括：
分别获取不同动力电池的正负极端子对所述车身地的电压，较高侧电压定义为U1，较低侧电压定义为U′1，相应的两个绝缘电阻分别定义为Ri1和Ri2，两个绝缘电阻中较小的Ri2为所述动力电池的绝缘电阻Ri；
与所述绝缘电阻Ri并联一个已知电阻Rx；
在并联所述已知电阻Rx后，分别获取所述动力电池的正负极端子对所述车身地的电压，定义为U2，U′2；
根据公式
Figure BDA0002404031340000031
获取不同动力电池的绝缘电阻值Ri。
可选地，控制所述绝缘监控电路，获取绝缘电阻的对地采样电压波形采样图，包括：
控制所述高压正极继电器和所述高压负极继电器闭合；
在所述高压正极继电器和所述高压负极继电器闭合之后达到预设时长时，根据预设检测时序图，调整所述第一开关以及所述第二开关的动作，同时采集所述第一采样电阻两端的第一采样电压以及所述第二采样电阻两端的第二采样电压；
根据所述第一采样电阻两端的第一采样电压以及所述第二采样电阻两端的第二采样电压，获取绝缘电阻的对地采样电压波形采样图。
可选地，所述预设时长为所述绝缘检测电路达到稳定状态所需要的时间。
可选地，根据所述采样图，确定所述待测动力电池的绝缘监控结果，包括：
根据预设的绝缘电阻系数的报警阈值，获取正常采样电压的采样周期，分析所述待测动力电池的绝缘监控结果。
可选地，在确定所述绝缘监控结果为所述待测动力电池的绝缘正常时，对照所述标定图获取所述待测动力电池的绝缘电阻值，包括：
根据所述采样图，获取电压变化值，并对照所述标定图，获取所述待测动力电池的绝缘电阻值。
本发明还提供一种电动汽车，包括如上所述的绝缘监控电路。
本发明还提供一种电动汽车，包括电池管理系统控制器或整车控制器，还包括存储在所述电池管理系统控制器或所述整车控制器上并可在所述电池管理系统控制器或所述整车控制器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述电池管理系统控制器或所述整车控制器执行时实现如上任一项所述的绝缘监控方法中的步骤。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：
上述方案中，该绝缘监控电路，应用于电动汽车，包括：绝缘电阻检测电路、与所述绝缘电阻检测电路连接的滤波电路以及与所述滤波电路连接的电压采样电路；其中，所述绝缘电阻检测电路包括：连接在待测动力电池的正极与车身地之间的第一分压电阻、第一采样电阻、第一开关和第二分压电阻；其中，所述第一分压电阻和所述第一采样电阻串联，串联后与所述第二分压电阻并联，所述第一开关和所述第三分压电阻串联；连接在所述待测动力电池的负极与所述车身地之间的第三分压电阻、第二采样电阻、第二开关和第四分压电阻；其中，所述第三分压电阻和所述第二采样电阻串联，串联后与所述第四分压电阻并联，所述第二开关和所述第四分压电阻串联。本发明的方案兼顾电桥法和信号检测绝缘的优点，上报时间快，抗干扰能力强。
附图说明
图1为本发明实施例的绝缘监控电路中绝缘检测电路示意图；
图2为本发明实施例的绝缘监控方法的基本步骤示意图；
图3为本发明实施例的绝缘监控电路中滤波电路示意图；
图4为本发明实施例的绝缘电阻异常采样波形对比示意图；
图5为本发明实施例的绝缘监控方法中预设绝缘检测时序示意图；
图6为本发明实施例的绝缘监控方法中绝缘电阻的对地采样电压波形示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明实施例针对现有技术中绝缘监控系统未能兼顾被动式电桥法及主动式信号检测绝缘法的优点的问题，提供了一种绝缘监控电路、方法及电动汽车，实现了绝缘监控结果上报时间快，抗干扰能力强，信号检测准确的目的。
如图1所示，本发明实施例提供了一种绝缘监控电路，应用于电动汽车，包括：
绝缘电阻检测电路、与所述绝缘电阻检测电路连接的滤波电路以及与所述滤波电路连接的电压采样电路；
其中，所述绝缘电阻检测电路包括：
连接在待测动力电池B的正极与车身地之间的第一分压电阻R1、第一采样电阻R2、第一开关S1和第二分压电阻R0；
其中，所述第一分压电阻R1和所述第一采样电阻R3串联，串联后与所述第二分压电阻R0并联，所述第一开关S1和所述第二分压电阻R0串联；
连接在所述待测动力电池B的负极与所述车身地之间的第三分压电阻R3、第二采样电阻R4、第二开关S2和第四分压电阻R0'；
其中，所述第三分压电阻R3和所述第二采样电阻R4串联，串联后与所述第四分压电阻R0'并联，所述第二开关S2和所述第四分压电阻R0'串联。
本发明的该实施例中，所述绝缘检测电路稳定性高，用于检测所述待测动力电池B的绝缘电阻，所述电压采样电路经所述滤波电路排除干扰后采集所述绝缘检测电路的电压信号，可快速反应。而且，所述滤波电路排除不同车速的电机转速、Y电容老化和充电桩绝缘监控系统的作用对所述绝缘检测电路的干扰，增加了所述绝缘监控电路的抗干扰能力，提高了所述电压采样电路的电压采样波形的准确性。
具体地，所述绝缘电阻检测电路还包括：
连接在所述待测动力电池B的正极的高压正极继电器Kp以及所述高压正极继电器Kp与所述车身地之间的第一电容C1；
连接在所述待测动力电池B的负极的高压负极继电器Kn以及所述高压负极继电器Kn与所述车身地之间的第二电容C2。
本发明的该实施例中，图1中的电阻Rp为所述待测动力电池B的正极对车身地之间的绝缘电阻，电阻Rn为所述待测动力电池B的负极对车身地之间的绝缘电阻；所示高压正极继电器Kp为所述动力电池B的主正继电器，所示高压负极继电器Kn为所述动力电池B的主负继电器，电阻Rm为所述待测动力电池B的预充电阻，继电器Km为所述待测动力电池B的预充继电器，所示第一电容C1为所述待测动力电池B的正极母线对车身地等效Y电容，所述第二电容C2为所述动力电池B的负极母线对车身地等效Y电容，所述第一电容C1的值以高压动力电池系统所有零部件正极对车身地的Y电容的总和进行估算，所述第二电容C2的值以所述待测动力电池B的所有零部件负极对车身地的Y电容的总和进行估算。
本发明一可选的实施例中，所述滤波电路分别连接所述第一采样电阻R2和所述第二采样电阻R4的两端；
所述滤波电路用于，对所述第一采样电阻R2的第一采样电压Up和所述第二采样电阻R4的第二采样电压Un进行滤波。
如图3所示，本发明的该实施例中，所述滤波电路对所述电压采样电路进行有源低通滤波，排除其他波形干扰。所述滤波电路可选采用三阶有源低通滤波电路，而且，硬件支持干扰标定，根据干扰实测进行标定，并确定图3所述滤波电路中的电阻和电容值，确保滤掉各个频段的干扰信号，保证采样电压的准确性，Vin表示输入滤波前的所述第一采样电压Up和所述第二采样电压Un，Vout表示输出滤波后的所述第一采样电压Up和所述第二采样电压Un。
其中，针对所述滤波电路排除不同车速的电机转速、Y电容老化以及充电过程中充电桩绝缘监控作用对所述第一采样电压Up和所述第二采样电压Un的波形干扰，所述滤波电路的干扰实测包括以下三点：
(1)针对不同车速的电机转速对采样电压波形的干扰优化，通过测试不同车速的波形干扰，对不同车速的干扰波形进行标定，并自学习，排除不同车速的电机转速干扰。
(2)针对Y电容老化后对采样电压波形的干扰优化，对Y电容老化后的波形标定及对Y电容老化判断，并自学习。
(3)如图4所示采样电压峰值的干扰，针对充电过程充电桩绝缘监控作用对采样电压波形的干扰优化，并自学习。
本发明一可选的实施例中，所述电压采样电路连接在所述滤波电路之后；
所述电压采样电路用于，对滤波后的所述第一采样电阻R2的第一采样电压Up和所述第二采样电阻R4的第二采样电压Un进行采样。
本发明的该实施例中，在所述电动汽车进行高压上电时，当所述待测动力电池B的系统闭合所述高压负极继电器Kn时，若高压系统绝缘正常，则图1中的电流会通过所述待测动力电池B的正极-闭合S1时，R0//(R1+R2)或断开S1时，(R1+R2)-C2-所述待测动力电池B的负极形成的回路为第二电容C2充电，在所述绝缘检测电路达到稳态后采集到的第一采样电阻R2两端的电压和第二采样电阻R4两端的电压；同理，如果先闭合所述高压正极继电器Kp，电流会通过所述待测动力电池B的正极-C1-闭合S2时，R0'//(R3+R4)或断开S2时(R3+R4)-所述待测动力电池B的负极形成的回路为第一电容C1充电，在达到稳态后采集第一采样电阻R2两端的电压和第二采样电阻R4两端的电压。其中，“//”为两者并联的关系。
如图2所示，本发明实施例还提供一种绝缘监控方法，应用于如上所述的绝缘监控电路，所述方法包括：
步骤S21，计算不同动力电池的绝缘电阻值Ri；
步骤S22，根据所述绝缘电阻值Ri，模拟所述绝缘电阻值Ri对车身地采样电压波形，获取绝缘电阻的对地采样电压波形标定图；
步骤S23，控制所述绝缘监控电路，获取绝缘电阻的对地采样电压波形采样图；
步骤S24，根据所述采样图，确定所述待测动力电池B的绝缘监控结果；
步骤S25，在确定所述绝缘监控结果为所述待测动力电池B的绝缘正常时，对照所述标定图获取所述待测动力电池B的绝缘电阻值Ri。
具体地，步骤S21，计算不同动力电池的绝缘电阻值Ri，包括：
分别获取不同动力电池的正负极端子对所述车身地的电压，较高侧电压定义为U1，较低侧电压定义为U′1，相应的两个绝缘电阻分别定义为Ri1和Ri2，两个绝缘电阻中较小的Ri2为所述动力电池的绝缘电阻Ri；
与所述绝缘电阻Ri并联一个已知电阻Rx；
在并联所述已知电阻Rx后，分别获取所述动力电池的正负极端子对所述车身地的电压，定义为U2，U′2；
根据公式
Figure BDA0002404031340000071
获取不同动力电池的绝缘电阻值Ri。
本发明一可选的实施例中，步骤S23，控制所述绝缘监控电路，获取绝缘电阻的对地采样电压波形采样图，包括：
控制所述高压正极继电器Kp和所述高压负极继电器Kn闭合；
在所述高压正极继电器Kp和所述高压负极继电器Kn闭合之后达到预设时长时，根据预设检测时序图，调整所述第一开关S1以及所述第二开关S2的动作，同时采集所述第一采样电阻R2两端的第一采样电压Up以及所述第二采样电阻R4两端的第二采样电压Un；
根据所述第一采样电阻R2两端的第一采样电压Up以及所述第二采样电阻R4两端的第二采样电压Un，获取绝缘电阻的对地采样电压波形采样图。
进一步地，所述预设时长为所述绝缘检测电路达到稳定状态所需要的时间。
如图5所示，需要说明的是，所述预设时长为所述绝缘检测电路在所述高压正极继电器Kp和所述高压负极继电器Kn均闭合之后达到稳定状态所需要的时间，所述预设时长优选为：3max((R1+R2)C2，(R3+R4)C1)+3max(R0//(R1+R2)C2，R0'//(R3+R4)C1)。根据图5预设检测时序图，周期性调整所述第一开关S1以及所述第二开关S2的闭合或断开动作，同时采集所述绝缘检测电路稳态后的采样电压。
如图6所示，本发明一可选的实施例中，步骤S24，根据所述采样图，确定所述待测动力电池B的绝缘监控结果，包括：
根据预设的绝缘电阻系数的报警阈值，获取正常采样电压的采样周期，分析所述待测动力电池B的绝缘监控结果。
本发明的该实施例中，预设的绝缘电阻系数的报警阈值为500Ω/V，优选正常采样电压的采样周期为电压范围根据绝缘电阻值大于所述报警阈值，大约6秒完成一次采样；而异常采样电压的采样周期为电压范围根据绝缘电阻值小于所述报警阈值，大约1至2秒完成一次采样周期，采样周期时间大大缩短，绝缘电阻越低，周期越短。根据采样周期可得出所述待测动力电池B的绝缘监控结果为绝缘正常或绝缘异常，并进行快速上报。
本发明一可选的实施例中，步骤S25，在确定所述绝缘监控结果为所述待测动力电池B的绝缘正常时，对照所述标定图获取所述待测动力电池B的绝缘电阻值Ri，包括：
根据所述采样图，获取电压变化值，并对照所述标定图，获取所述待测动力电池B的绝缘电阻值Ri。
本发明的该实施例中，根据图6所述采样图，由a1，a2，a3，b1，b2和b3表示的采样电压波形确定电压变化值，再对照所述标定图，直接获取并上报所述待测动力电池B的绝缘电阻值Ri，快速准确。
还需要说明的是，在确定所述绝缘监控结果为所述待测动力电池B的绝缘异常时，在三个峰值斜率波形周期后，优选5秒内，快速上报故障。其中，对波形判断可根据标定值和计算值自学习修正。
本发明实施例还提供一种电动汽车，包括如上所述的绝缘监控电路。
本发明实施例还提供一种电动汽车，包括电池管理系统控制器或整车控制器，还包括存储在所述电池管理系统控制器或所述整车控制器上并可在所述电池管理系统控制器或所述整车控制器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述电池管理系统控制器或所述整车控制器执行时实现如上所述的绝缘监控方法中的步骤。
本发明的该实施例中，该电动汽车具有绝缘监控电路抗干扰能力增强，绝缘电阻计算的准确性提高，快速上报绝缘故障以及兼顾被动式电桥法和主动式信号检测绝缘的优点。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种绝缘监控电路，应用于电动汽车，其特征在于，包括：
绝缘电阻检测电路、与所述绝缘电阻检测电路连接的滤波电路以及与所述滤波电路连接的电压采样电路；
其中，所述绝缘电阻检测电路包括：
连接在待测动力电池(B)的正极与车身地之间的第一分压电阻(R1)、第一采样电阻(R2)、第一开关(S1)和第二分压电阻(R0)；
其中，所述第一分压电阻(R1)和所述第一采样电阻(R3)串联，串联后与所述第二分压电阻(R0)并联，所述第一开关(S1)和所述第二分压电阻(R0)串联；
连接在所述待测动力电池(B)的负极与所述车身地之间的第三分压电阻(R3)、第二采样电阻(R4)、第二开关(S2)和第四分压电阻(R0')；
其中，所述第三分压电阻(R3)和所述第二采样电阻(R4)串联，串联后与所述第四分压电阻(R0')并联，所述第二开关(S2)和所述第四分压电阻(R0')串联。
2.根据权利要求1所述的绝缘监控电路，其特征在于，所述绝缘电阻检测电路还包括：
连接在所述待测动力电池(B)的正极的高压正极继电器(Kp)以及所述高压正极继电器(Kp)与所述车身地之间的第一电容(C1)；
连接在所述待测动力电池(B)的负极的高压负极继电器(Kn)以及所述高压负极继电器(Kn)与所述车身地之间的第二电容(C2)。
3.根据权利要求1所述的绝缘监控电路，其特征在于，所述滤波电路分别连接所述第一采样电阻(R2)和所述第二采样电阻(R4)的两端；
所述滤波电路用于，对所述第一采样电阻(R2)的第一采样电压(Up)和所述第二采样电阻(R4)的第二采样电压(Un)进行滤波。
4.根据权利要求1所述的绝缘监控电路，其特征在于，所述电压采样电路连接在所述滤波电路之后；
所述电压采样电路用于，对滤波后的所述第一采样电阻(R2)的第一采样电压(Up)和所述第二采样电阻(R4)的第二采样电压(Un)进行采样。
5.一种绝缘监控方法，应用于如权利要求1至4任一项所述的绝缘监控电路，其特征在于，所述方法包括：
计算不同动力电池的绝缘电阻值(Ri)；
根据所述绝缘电阻值(Ri)，模拟所述绝缘电阻值(Ri)对车身地采样电压波形，获取绝缘电阻的对地采样电压波形标定图；
控制所述绝缘监控电路，获取绝缘电阻的对地采样电压波形采样图；
根据所述采样图，确定所述待测动力电池(B)的绝缘监控结果；
在确定所述绝缘监控结果为所述待测动力电池(B)的绝缘正常时，对照所述标定图获取所述待测动力电池(B)的绝缘电阻值(Ri)。
6.根据权利要求5所述的绝缘监控方法，其特征在于，计算不同动力电池的绝缘电阻值(Ri)，包括：
分别获取不同动力电池的正负极端子对所述车身地的电压，较高侧电压定义为(U1)，较低侧电压定义为(U′1)，相应的两个绝缘电阻分别定义为(Ri1)和(Ri2)，两个绝缘电阻中较小的(Ri2)为所述动力电池的绝缘电阻(Ri)；
与所述绝缘电阻(Ri)并联一个已知电阻(Rx)；
在并联所述已知电阻(Rx)后，分别获取所述动力电池的正负极端子对所述车身地的电压，定义为(U2)，(U′2)；
根据公式
Figure FDA0002404031330000021
获取不同动力电池的绝缘电阻值(Ri)。
7.根据权利要求5所述的绝缘监控方法，其特征在于，控制所述绝缘监控电路，获取绝缘电阻的对地采样电压波形采样图，包括：
控制所述高压正极继电器(Kp)和所述高压负极继电器(Kn)闭合；
在所述高压正极继电器(Kp)和所述高压负极继电器(Kn)闭合之后达到预设时长时，根据预设检测时序图，调整所述第一开关(S1)以及所述第二开关(S2)的动作，同时采集所述第一采样电阻(R2)两端的第一采样电压(Up)以及所述第二采样电阻(R4)两端的第二采样电压(Un)；
根据所述第一采样电阻(R2)两端的第一采样电压(Up)以及所述第二采样电阻(R4)两端的第二采样电压(Un)，获取绝缘电阻的对地采样电压波形采样图。
8.根据权利要求7所述的绝缘监控方法，其特征在于，所述预设时长为所述绝缘检测电路达到稳定状态所需要的时间。
9.根据权利要求5所述的绝缘监控方法，其特征在于，根据所述采样图，确定所述待测动力电池(B)的绝缘监控结果，包括：
根据预设的绝缘电阻系数的报警阈值，获取正常采样电压的采样周期，分析所述待测动力电池(B)的绝缘监控结果。
10.根据权利要求5所述的绝缘监控方法，其特征在于，在确定所述绝缘监控结果为所述待测动力电池(B)的绝缘正常时，对照所述标定图获取所述待测动力电池(B)的绝缘电阻值(Ri)，包括：
根据所述采样图，获取电压变化值，并对照所述标定图，获取所述待测动力电池(B)的绝缘电阻值(Ri)。
11.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1至4中任一项所述的绝缘监控电路。
12.一种电动汽车，包括电池管理系统控制器或整车控制器，其特征在于，还包括存储在所述电池管理系统控制器或所述整车控制器上并可在所述电池管理系统控制器或所述整车控制器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述电池管理系统控制器或所述整车控制器执行时实现如权利要求5至10任一项所述的绝缘监控方法中的步骤。
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