CN114670643A - 一种绝缘故障诊断方法、装置、控制器及介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绝缘故障诊断方法，包括：BMS上电后，确定初始绝缘电阻；若初始绝缘电阻有效，启动绝缘故障诊断；启动绝缘故障诊断的步骤包括：重复N次采集绝缘检测电阻未接入电路时绝缘电阻检测电路的第一组对地电压以及绝缘检测电阻接入电路时绝缘电阻检测电路的第二组对地电压；在N次采集到的第一组对地电压和第二组对地电压均满足预设要求时，选取最后m个第一组对地电压和第二组对地电压计算绝缘电阻阻值；根据当前计算周期计算出的绝缘电阻阻值和上一计算周期计算出的绝缘电阻阻值对绝缘电阻有效标志位进行赋值；若当前计算周期的绝缘电阻阻值小于预设故障报警值且绝缘阻值计算有效次数大于预设故障报警次数，触发绝缘故障报警。

Description

一种绝缘故障诊断方法、装置、控制器及介质

技术领域

本发明用于电池管理系统控制器，以下简称BMS，具体涉及一种绝缘故障诊断方法、装置、控制器及介质。

背景技术

电动汽车的绝缘故障为高等级故障，严重时会导致车辆漏电、动力中断、起火甚至威胁人身安全。

对绝缘故障处理过于严苛，会使用户体验下降，导致用户抱怨；对绝缘故障处理过于宽松又会导致驾乘人员触电、甚至车辆起火等严重安全事故，所以设计一种合理的绝缘故障诊断方法显得尤为重要。

发明内容

本发明提供了一种绝缘故障诊断方法、装置、控制器及介质，用于进行绝缘故障诊断，并保障用户使用体验。

本发明的技术方案为：

本发明提供了一种绝缘故障诊断方法，包括：

电池管理系统BMS上电后，确定初始绝缘电阻Rn；

若初始绝缘电阻Rn有效，则启动绝缘故障诊断；启动绝缘故障诊断的步骤包括：

重复N次采集绝缘检测电阻未接入电路时绝缘电阻检测电路的第一组对地电压，以及重复N次绝缘检测电阻接入电路时绝缘电阻检测电路的第二组对地电压；

在N次采集到的第一组对地电压和第二组对地电压均满足预设要求时，选取N次结果中的最后m个第一组对地电压和第二组对地电压计算当前计算周期的绝缘电阻阻值；

根据当前计算周期计算出的绝缘电阻阻值和上一计算周期计算出的绝缘电阻阻值对绝缘电阻有效标志位进行赋值；

在绝缘电阻有效标志位为有效时，若当前计算周期的绝缘电阻阻值小于预设故障报警值且绝缘阻值计算有效次数大于预设故障报警次数，则触发绝缘故障报警。

优选地，N次采集到的第一组对地电压和第二组对地电压均满足预设要求是指：各第一正极对地电压与N次采集到的第一正极对地电压的均值的差值均小于预设电压、各第二正极对地电压与N次采集到的第二正极对地电压的均值的差值均小于预设电压、各第一负极对地电压与N次采集到的第一负极对地电压的均值的差值均小于预设电压，且各第二负极对地电压与N次采集到的第二负极对地电压的均值的差值均小于预设电压。

优选地，选取N次结果中的最后m个第一对地电压和第二对地电压计算当前计算周期的绝缘电阻阻值的步骤包括：

inpd_Ohm_iotnR=R3*（(U2_平′/U2_平)-( U1_平′/U1_平)）

其中，R3为绝缘电阻检测电路中的绝缘检测电阻的阻值，U2_平′为绝缘检测电阻未接入电路时绝缘电阻检测电路的第二负极对地电阻，U1_平′为绝缘检测电阻未接入电路时绝缘电阻检测电路的第二正极对地电阻，U2_平为绝缘检测电阻接入电路时绝缘电阻检测电路的第一负极对地电阻，U1_平为绝缘检测电阻接入电路时绝缘电阻检测电路的第一正极对地电阻。

优选地，绝缘电阻检测电路包括：电源，与所述电源的正极连接的第一等效Y电容、第一等效绝缘电阻、继电器、第一分压电阻，与所述电源的负极连接的第二等效Y电容、第二等效绝缘电阻和第二分压电阻；所述第一等效Y电容和所述第二等效Y电容连接，所述第一等效绝缘电阻和所述第二等效绝缘电阻连接，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻连接；

一端连接在所述第一等效Y电容和所述第二等效Y电容之间、另一端与所述继电器连接的绝缘检测电阻；

且第一等效Y电容、所述第二等效Y电容和所述绝缘检测电阻的一端接地；

通过控制所述继电器的开闭，实现所述绝缘检测电阻接入或不接入所述绝缘电阻检测电路中。

优选地，绝缘电阻有效标志位为有效的条件为：

当前计算周期内用于绝缘电阻计算的各第一正极对地电压U1和对应时刻的第一负极对地电压U2之和以及用于绝缘电阻计算的各第二正极对地电压U1′和对应时刻的第二负极对地电压U2′之和均大于或等于预设值；以及

当前计算周期内用于绝缘电阻计算的各第一正极对地电压U1、各第一负极对地电压U2、各第二正极对地电压U1′和各第二负极对地电压U2′与上一计算周期内用于绝缘电阻计算时所对应的各第一正极对地电压U1、各第一负极对地电压U2、各第二正极对地电压U1′和各第二负极对地电压U2′的差值位于预定差值范围内。

优选地，所述方法还包括：

在绝缘电阻有效标志位为有效时，将绝缘阻值计算有效计数加1；

在绝缘电阻有效标志位为无效时，将绝缘阻值计算有效计数清零。

本发明还提供了一种绝缘故障诊断装置，包括：

确定模块，用于电池管理系统BMS上电后，确定初始绝缘电阻Rn；

诊断模块，用于若初始绝缘电阻Rn有效，则启动绝缘故障诊断；启动绝缘故障诊断的步骤包括：

采集单元，用于重复N次采集绝缘检测电阻未接入电路时绝缘电阻检测电路的第一组对地电压，以及重复N次绝缘检测电阻接入电路时绝缘电阻检测电路的第二组对地电压；

在N次采集到的第一组对地电压和第二组对地电压均满足预设要求时，选取N次结果中的最后m个第一组对地电压和第二组对地电压计算当前计算周期的绝缘电阻阻值；

赋值单元，用于根据当前计算周期计算出的绝缘电阻阻值和上一计算周期计算出的绝缘电阻阻值对绝缘电阻有效标志位进行赋值；

触发单元，用于在绝缘电阻有效标志位为有效时，若当前计算周期的绝缘电阻阻值小于预设故障报警值且绝缘阻值计算有效次数大于预设故障报警次数，则触发绝缘故障报警。

本发明还提供了一种控制器，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的绝缘故障诊断方法。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的绝缘故障诊断方法。

本发明的有益效果为：

具有能够对长时间绝缘电阻降低的故障不漏报，对短时绝缘电阻降低的情况不误报的效果，提高整车可靠性，增强用户体验感，保证整车安全。

附图说明

图1为本实施例中的绝缘电阻检测硬件基本架构示意图；

图2为本实施例中的绝缘故障诊断软件架构示意图；

图3为本实施例中的绝缘故障诊断的流程图。

具体实施方式

参考图1，为绝缘电阻检测电路基本硬件架构，包含电压采集的第一分压电阻R1和第二分压R2，绝缘检测电阻R3以及绝缘检测继电器K1，Rp、Rn为待检测的绝缘电阻等效模型（即第一等效绝缘电阻Rp和第二等效绝缘电阻Rn），Cp、Cn为Y电容等效模型（即第一等效Y电容Cp和第二等效Y电容Cn）。

本实施例中的图1为绝缘电阻检测电路的硬件基本架构，参考国标法。

本实施例中的Rp为主正对低压地的等效绝缘电阻，Cp为主正对低压地的等效Y电容，Rn为主负对低压地的等效绝缘电阻，Cn为主负对低压地的等效Y电容。本文所述所有绝缘故障模型为负对地的绝缘电阻小于正对地的绝缘电阻，即Rn＜Rp。

本实施例中的U1、U2为值已知的绝缘检测电阻R3未接入时A、B两点电压分别对低压地的电压，A点电压为第一正极对地电压U1，B点电压为第二正极对地电压U2。

本实施例中的U1′、U2′为值已知的绝缘检测电阻R3接入后A、B两点电压，A点电压为第一负极对地电压U1′，B点电压为第二负极对地电压U2′。

根据国标法，绝缘电阻Rn=R3*（(U2′/U2)-( U1′/U1)）。

所述图2为绝缘故障诊断软件架构，图3为绝缘故障诊断流程。

所述inpd_Ohm_iotnR为通过国标法计算出来的绝缘电阻阻值，通过RTE传递给ASW；

所述inpd_flg_iotnRSt为绝缘电阻阻值有效标志位，1为绝缘电阻阻值有效，0为绝缘电阻阻值无效，通过RTE传递给ASW。

所述inpd_cntr_iotnRVld为绝缘电阻阻值有效计数，0-255循环，通过RTE传递给ASW。

国标法的绝缘电阻计算方法是基于理想模型的一种计算方法，用国标法能够准确计算绝缘电阻的前提条件为用于参与计算的U1、U2、U1′、U2′需达到稳定状态，在实际应用中，由于负载环境（等效绝缘电阻Rp、Rn、等效Y电容Cp、Cn）可能会发生变化，U1、U2、U1′、U2′达到稳定状态的时间会根据负载环境实时变化，无法准确预估，需实时判定U1、U2、U1′、U2′是否达到稳定状态，所以底层传给应用层的绝缘电阻阻值inpd_Ohm_iotnR为一个周期在随时变化的数据，传统的数据滤波方式无法满足电动汽车对绝缘电阻故障诊断的需求，本发明提供了一种基于可变周期的绝缘电阻计算方法的绝缘故障诊断方法，达到对长时间绝缘电阻降低的故障不漏报，对短时绝缘电阻降低的情况不误报的效果，提高整车可靠性，增强用户体验感，保证整车安全。

参考图3，为本实施例中的绝缘故障诊断的流程如下：

电池管理系统BMS上电后，绝缘电阻inpd_Ohm_iotnR赋值为默认值，默认值需大于绝缘故障诊断的初始绝缘电阻的阈值，此实施例里初始绝缘电阻的阈值为默认值，设定为65535K欧；绝缘电阻有效标志位inpd_flg_iotnRSt=0，绝缘检测有效值inpd_cntr_iotnRVld =0。

然后启动绝缘电阻计算流程，绝缘电阻计算方法参考国标法，此实施例里不展开进行详细说明。用于参与计算的U1、U2、U1′、U2′需达到稳定状态，达到稳定状态的判定方法如下：

进入绝缘电阻计算流程后，每10ms采集1次图1中A、B两点的电压，每次采集50次（N次），将50次（N次）采集到的电压值缓存到U1[50]、U2[50]、U1′[50]、U2′[50]中，并计算缓存的U1[50]、U2[50]、U1′[50]、U2′[50]的平均值，当缓存的50个（N个）电压值与平均值的差值不满足全部都小于某预设电压（本实施例推荐5V）时，重新进行U1[50]、U2[50]、U1′[50]、U2′[50]的采集，直至缓存的50个（N个）电压值与平均值的差值的绝对值全部都小于5V。

当缓存的50个电压值与平均值的差值全部都小于 5V时，认为第一等效Y电容Cp、第二等效Y电容Cn的充放电已完成，用于参与计算的U1、U2、U1′、U2′已达到稳定状态，将缓存的U1[50]、U2[50]、U1′[50]、U2′[50]中各自的最后5个电压求平均值得到参与绝缘电阻计算的U1、U2、U1′、U2′。绝缘电阻计算公式为Rn=R3*（(U2′/U2)-( U1′/U1)），则绝缘电阻阻值inpd_Ohm_iotnR=Rn=R3*（(U2′/U2)-( U1′/U1)）。

绝缘电阻计算完成后，需对当前计算出来的绝缘电阻阻值进行有效性判定，当当前绝缘电阻计算周期内出现如下情况时，认为当前周期计算的绝缘电阻无效，无效判定条件包括且不限于如下条件：

1、当前用于绝缘电阻计算的U1+U2、U1′+U2′＜某设定阈值（此专利推荐为100V）时，认为高压回路未接入，此周期计算出来的绝缘电阻无效；

2、当前绝缘电阻计算周期中出现高压回路继电器动作时，由于用于计算U1、U2、U1′、U2′的等效模型发生变化，此周期计算出来的绝缘电阻无效；

3、当前绝缘电阻计算周期中出现绝缘电阻跳变时，由于用于计算U1、U2、U1′、U2′的等效模型发生变化，此周期计算出来的绝缘电阻无效；绝缘电阻是否发生跳变通过当前计算周期的U1、U2、U1′、U2′与上一绝缘电阻计算周期的U1、U2、U1′、U2′做比较，当两个周期的U1、U2、U1′、U2′中任一差值大于某预设值（此实施例中推荐为50V）时，认为当前计算周期中绝缘电阻发生了较大变化，则此周期计算出来的绝缘电阻阻值无效。

当前周期计算的绝缘电阻经有效性判定为有效后，绝缘电阻有效标志位inpd_flg_iotnRSt置1，绝缘阻值计算有效计数inpd_cntr_iotnRVld +1，然后通过RTE将绝缘电阻阻值inpd_Ohm_iotnR、绝缘电阻有效标志位inpd_flg_iotnRSt、绝缘阻值计算有效计数inpd_cntr_iotnRVld传递给应用层。

当绝缘阻值计算有效计数inpd_cntr_iotnRVld累加为inpd_cntr_iotnRVld=255时，需将inpd_cntr_iotnRVld赋值为固定值，此固定值需（此专利推荐值为5）＞绝缘阻值计算有效计数inpd_cntr_iotnRVld绝缘故障报警阈值（此专利推荐值为3）。

当前周期计算的绝缘电阻经有效性判定为无效后，绝缘电阻阻值inpd_Ohm_iotnR赋值为默认值，绝缘电阻有效标志位inpd_flg_iotnRSt置0，绝缘阻值计算有效计数inpd_cntr_iotnRVld 清零，然后通过RTE将绝缘电阻阻值inpd_Ohm_iotnR、绝缘电阻有效标志位inpd_flg_iotnRSt、绝缘阻值计算有效计数inpd_cntr_iotnRVld传递给应用层。

然后再进入下一个绝缘电阻阻值计算周期，如此循环。

当应用层（ASW）收到绝缘电阻阻值inpd_Ohm_iotnR＜故障报警阈值，且绝缘阻值计算有效计数inpd_cntr_iotnRVld＞设定阈值（此专利推荐值为3）时，认为整车高压回路出现了绝缘故障，需报绝缘故障警告并进行相应的限制保护措施，以保证人身、车辆的安全。

本发明还提供了一种绝缘故障诊断装置，包括：

确定模块，用于电池管理系统BMS上电后，确定初始绝缘电阻Rn；

诊断模块，用于若初始绝缘电阻Rn有效，则启动绝缘故障诊断；启动绝缘故障诊断的步骤包括：

采集单元，用于重复N次采集绝缘检测电阻未接入电路时绝缘电阻检测电路的第一组对地电压，以及重复N次绝缘检测电阻接入电路时绝缘电阻检测电路的第二组对地电压；

在N次采集到的第一组对地电压和第二组对地电压均满足预设要求时，选取N次结果中的最后m个第一组对地电压和第二组对地电压计算当前计算周期的绝缘电阻阻值；

赋值单元，用于根据当前计算周期计算出的绝缘电阻阻值和上一计算周期计算出的绝缘电阻阻值对绝缘电阻有效标志位进行赋值；

触发单元，用于在绝缘电阻有效标志位为有效时，若当前计算周期的绝缘电阻阻值小于预设故障报警值且绝缘阻值计算有效次数大于预设故障报警次数，则触发绝缘故障报警。

本发明还提供了一种控制器，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的绝缘故障诊断方法。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的绝缘故障诊断方法。

Claims (9)

1.一种绝缘故障诊断方法，其特征在于，包括：

电池管理系统BMS上电后，确定初始绝缘电阻Rn；

若初始绝缘电阻Rn有效，则启动绝缘故障诊断；启动绝缘故障诊断的步骤包括：

重复N次采集绝缘检测电阻未接入电路时绝缘电阻检测电路的第一组对地电压，以及重复N次绝缘检测电阻接入电路时绝缘电阻检测电路的第二组对地电压；

在N次采集到的第一组对地电压和第二组对地电压均满足预设要求时，选取N次结果中的最后m个第一组对地电压和第二组对地电压计算当前计算周期的绝缘电阻阻值；

根据当前计算周期计算出的绝缘电阻阻值和上一计算周期计算出的绝缘电阻阻值对绝缘电阻有效标志位进行赋值；

在绝缘电阻有效标志位为有效时，若当前计算周期的绝缘电阻阻值小于预设故障报警值且绝缘阻值计算有效次数大于预设故障报警次数，则触发绝缘故障报警。

2.根据权利要求1所述的绝缘故障诊断方法，其特征在于，N次采集到的第一组对地电压和第二组对地电压均满足预设要求是指：各第一正极对地电压与N次采集到的第一正极对地电压的均值的差值均小于预设电压、各第二正极对地电压与N次采集到的第二正极对地电压的均值的差值均小于预设电压、各第一负极对地电压与N次采集到的第一负极对地电压的均值的差值均小于预设电压，且各第二负极对地电压与N次采集到的第二负极对地电压的均值的差值均小于预设电压。

3.根据权利要求1所述的绝缘故障诊断方法，其特征在于，选取N次结果中的最后m个第一对地电压和第二对地电压计算当前计算周期的绝缘电阻阻值的步骤包括：

inpd_Ohm_iotnR=R3*（(U2_平′/U2_平)-( U1_平′/U1_平)）

其中，R3为绝缘电阻检测电路中的绝缘检测电阻的阻值，U2_平′为绝缘检测电阻未接入电路时绝缘电阻检测电路的第二负极对地电阻，U1_平′为绝缘检测电阻未接入电路时绝缘电阻检测电路的第二正极对地电阻，U2_平为绝缘检测电阻接入电路时绝缘电阻检测电路的第一负极对地电阻，U1_平为绝缘检测电阻接入电路时绝缘电阻检测电路的第一正极对地电阻。

4.根据权利要求1所述的绝缘故障诊断方法，其特征在于，绝缘电阻检测电路包括：电源，与所述电源的正极连接的第一等效Y电容、第一等效绝缘电阻、继电器、第一分压电阻，与所述电源的负极连接的第二等效Y电容、第二等效绝缘电阻和第二分压电阻；所述第一等效Y电容和所述第二等效Y电容连接，所述第一等效绝缘电阻和所述第二等效绝缘电阻连接，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻连接；

一端连接在所述第一等效Y电容和所述第二等效Y电容之间、另一端与所述继电器连接的绝缘检测电阻；

且第一等效Y电容、所述第二等效Y电容和所述绝缘检测电阻的一端接地；

通过控制所述继电器的开闭，实现所述绝缘检测电阻接入或不接入所述绝缘电阻检测电路中。

5.根据权利要求1所述的绝缘故障诊断方法，其特征在于，绝缘电阻有效标志位为有效的条件为：

当前计算周期内用于绝缘电阻计算的各第一正极对地电压U1和对应时刻的第一负极对地电压U2之和以及用于绝缘电阻计算的各第二正极对地电压U1′和对应时刻的第二负极对地电压U2′之和均大于或等于预设值；以及

当前计算周期内用于绝缘电阻计算的各第一正极对地电压U1、各第一负极对地电压U2、各第二正极对地电压U1′和各第二负极对地电压U2′与上一计算周期内用于绝缘电阻计算时所对应的各第一正极对地电压U1、各第一负极对地电压U2、各第二正极对地电压U1′和各第二负极对地电压U2′的差值位于预定差值范围内。

6.根据权利要求1所述的绝缘故障诊断方法，其特征在于，所述方法还包括：

在绝缘电阻有效标志位为有效时，将绝缘阻值计算有效计数加1；

在绝缘电阻有效标志位为无效时，将绝缘阻值计算有效计数清零。

7.一种绝缘故障诊断装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于电池管理系统BMS上电后，确定初始绝缘电阻Rn；

诊断模块，用于若初始绝缘电阻Rn有效，则启动绝缘故障诊断；启动绝缘故障诊断的步骤包括：

采集单元，用于重复N次采集绝缘检测电阻未接入电路时绝缘电阻检测电路的第一组对地电压，以及重复N次绝缘检测电阻接入电路时绝缘电阻检测电路的第二组对地电压；

在N次采集到的第一组对地电压和第二组对地电压均满足预设要求时，选取N次结果中的最后m个第一组对地电压和第二组对地电压计算当前计算周期的绝缘电阻阻值；

赋值单元，用于根据当前计算周期计算出的绝缘电阻阻值和上一计算周期计算出的绝缘电阻阻值对绝缘电阻有效标志位进行赋值；

触发单元，用于在绝缘电阻有效标志位为有效时，若当前计算周期的绝缘电阻阻值小于预设故障报警值且绝缘阻值计算有效次数大于预设故障报警次数，则触发绝缘故障报警。

8.一种控制器，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至6中任一所述的绝缘故障诊断方法。

9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一所述的绝缘故障诊断方法。

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