CN206710509U - 一种直流系统绝缘电阻监测电路及系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种直流系统绝缘电阻监测电路，包括：升压电路、监测电路和电压值采样电路；所述升压电路，其包括第一升压器T1和第二升压器T2，用于对监测电路提供注入PWM波。所述电压采样电路用于对监测电路中的电压进行采样，从而计算出直流系统中的绝缘电路大小。相比于现有技术，本实用新型的电路通过注入直流信号从而提高检测精度。进一步，本实用新型的监测电路可以实时监测正、负极绝缘电阻的故障状况，并且不会对影响供电质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动车领域，特别是一种直流系统绝缘电阻监测电路；本实用新型还涉及一种应用该电路的监测系统。
背景技术
电动汽车的电池包的电压一般在300V左右的高压、并且电动汽车使用环境较为恶劣，由于振动、冲击、气候冷热交替以及动力电池腐蚀性液体、气体等的影响，其强电部分(如动力电池包、电机控制器、电机以及车载充电器等部件)与车体之间的绝缘容易出现损伤和破坏，使绝缘性能下降，电源正、负极引线通过绝缘层和底盘构成漏电流回路，使底盘电位上升，不仅会危及乘客的人身安全，还将影响车内电器的正常工作，准确、实时检测高压电气系统对车辆底盘绝缘性能、保证乘客安全、电气设备正常工作和车辆安全运行具有重要意义。
目前,在纯电动汽车、混合动力汽车电池组和储能电池组绝缘电阻检测等高压直流系统的绝缘电阻检测领域，主要方法有电桥平衡原理法、低频信号注入法。
其中，平衡电桥法的具体方法如下：
请参阅图1a-1b，其分别为现有技术平衡电桥法的开关断开和闭合时的电路图。同时闭合开K1″、K2″，则接入电阻R1″、R2″分别与绝缘电阻Rp、Rn并联。其中R1″＝R2″，同时设备的绝缘电阻在正常情况下，则Rp＝Rn。因此，通过判断U1″与U2″是否相等，如果不相等则认为绝缘电阻故障，U1″、U2″分别为正、负极绝缘电阻两端电压的测量值。
平衡电桥法存在的问题：1、同时闭合开关K1″、K2″，并联接入电阻会降低设备的绝缘性能，因此就降低了人员及设备的安全性；2.在绝缘电阻Rp、Rn同时降低时，则检测不到绝缘电阻故障；3.不具有绝缘电阻的实时监测功能。
请参阅图2，其为低频信号注入法的电路图。所述低频信号注入法具体如下：
首先，对绝缘电阻进行故障检测，打开开关K1、K2，计算出正、负极绝缘电阻的并联值Rpn；并将Rpn与设定的阈值Rth比较，来判断设备的绝缘电阻是否故障。
如果正常，则循环进行故障检测，否则，进行绝缘电阻计算，则断开负载、交流信号源，闭合开关K1、K2，分别测量电阻R1、R2两端电压，计算正、负极绝缘Rp、Rn的值。
该方法与平衡电桥法相比，可实时监测正、负极绝缘电阻的故障状况，且对整个负载没有影响；通过计算绝缘电阻Rp、Rn值的大小，以对整个系统的故障诊断提供依据，对人员及设备的安全提供实时的保障。然而，该方法仍然存在以下缺陷：使直流系统的纹波增大,影响供电质量，而且系统的分布电容会直接影响测量结果，使分辨率降低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种直流系统绝缘电阻监测电路及系统。
本实用新型通过以下的方案实现：一种直流系统绝缘电阻监测电路，包括：升压电路、监测电路和电压值采样电路；
所述升压电路，其包括第一升压器T1和第二升压器T2；
所述监测电路，其包括第一继电器触点S1、第二继电器触点S2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；
所述第一继电器触点S1一端与电池包装置的正极连接，另一端依次与第一电阻R1、第三电阻R3、第五电阻R5和第七电阻R7连接，并通过第二继电器触点S2与电池包装置的负极连接；所述第一继电器S1与第一电阻R1的连接点接第一二极管D1的负极，第二继电器S1与第七电阻R1的连接点接第二二极管D2的正极，第一二极管D1的正极与第二电阻R2、第四电阻R4、第六电阻R5、第八电阻R8、第二二极管D2的负极依次连接；所述第四电阻R4和第六电阻R6的连接点接地，第三电阻R3与第五电阻R5的连接点接地；
所述电压值采样电路分别用于对第三电阻R3、第五电阻R5、第四电阻R4和第六电阻R6两端电压进行采集；
所述第一升压器T1的输入端接收PWM波，输出端并联在第二电阻R2的两端；
所述第二升压器T2的输入端接收PWM波，输出端并联在第八电阻R8的两端。
相比于现有技术，本实用新型提供了一种用于电动车等直流系统的绝缘电阻的电路，本实用新型的电路通过注入直流信号从而提高检测精度。进一步，本实用新型的监测电路可以实时监测正、负极绝缘电阻的故障状况，并且不会对影响供电质量。
作为本实用新型的进一步改进，所述第一电阻R1和第七电阻R7的大小在45MΩ～55MΩ之间，所述第三电阻R3和第五电阻R5的大小在4.7KΩ～10KΩ之间。
作为本实用新型的进一步改进，所述电压值采样电路上设有滤波电路，用于消除直流电压中的杂波。
本实用新型还提供了一种直流系统绝缘电阻监测系统，其包括电池包装置、绝缘监测装置、MCU处理器、电池管理系统和整车控制器；
所述绝缘监测装置用于对电池包装置的绝缘电阻进行监测；
所述MCU处理器分别于电池管理系统和绝缘监测装置连接，用于接收电池管理系统的指令，并将绝缘监测装置所监测的绝缘电阻的阻值大小发送至电池管理系统；
所述整车控制器与所述电池管理系统连接，用于接收电池管理系统所监测的绝缘电阻的阻值，并根据绝缘电阻的阻值大小发出警告；
所述绝缘监测装置内设有直流系统绝缘电阻监测电路，所述绝缘电阻监测电路包括：升压电路、监测电路和电压值采样电路；
所述升压电路，其包括第一升压器T1和第二升压器T2；
所述监测电路，其包括第一继电器触点S1、第二继电器触点S2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；
所述第一继电器触点S1一端与电池包装置的正极连接，另一端依次与第一电阻R1、第三电阻R3、第五电阻R5和第七电阻R7连接，并通过第二继电器触点S2与电池包装置的负极连接；所述第一继电器触点S1另一端同时与第一二极管D1的负极连接，该第一二极管D3的正极依次与第二电阻R2、第四电阻R4、第六电阻R5、第八电阻R8连接，该第八电阻R8的另一端与第二二极管D2的负极连接，该第二二极管D2的正极通过第二继电器触点S2与电池包装置的负极连接；所述第四电阻R4和第六电阻R6相互连接的一端接地，所述第三电阻R3与第五电阻R5相互连接的一端接地；
所述电压值采样电路分别用于对第三电阻R3、第五电阻R5、第四电阻R4和第六电阻R6两端电压进行采集；
所述第一升压器T1的输入端接收PWM波，输出端并联在第二电阻R2的两端；
所述第二升压器T2的输入端接收PWM波，输出端并联在第八电阻R8的两端。
作为本实用新型的进一步改进，所述第一电阻R1和第七电阻R7的大小在45MΩ～55MΩ之间，所述第三电阻R3和第五电阻R5的大小在4.7KΩ～10KΩ之间。
作为本实用新型的进一步改进，所述电压值采样电路上设有滤波电路，用于消除直流电压中的杂波。
综上所述，相比于现有技术，本实用新型提供了一种用于电动车等直流系统的绝缘电阻的电路，本实用新型的电路通过注入直流信号从而提高检测精度。进一步，本实用新型的监测电路可以实时监测正、负极绝缘电阻的故障状况，并且不会对影响供电质量。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。
附图说明
图1a是现有技术平衡电桥法的开关断开时的电路图。
图1b是现有技术平衡电桥法的开关闭合时的电路图。
图2是低频信号注入法的电路图。
图3的本实用新型的监测电路的电路图。
图4是本实用新型的监测系统的连接框图。
图5的本实用新型的监测方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
本实用新型主要针对现有技术中采用平衡电桥法或低频注入法时所产生的缺陷，提供了一种直流系统绝缘电阻监测电路、检测系统和检测方法，具体的方案通过以下实施例进行介绍：
实施例1
首先，本实用新型提供了一种监测电路，用于对电动车的直流系统的绝缘电阻进行实时监测，从而计算出该直流系统的绝缘电阻值的大小。以下具体介绍本实用新型的监测电路的电路构成，请参阅图3，其为本实用新型的监测电路的电路图。本实用新型提供了一种直流系统绝缘电阻监测电路，包括：升压电路、监测电路和电压值采样电路。
所述升压电路，其包括第一升压器T1和第二升压器T2。
所述监测电路，其包括第一继电器触点S1、第二继电器触点S2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8。
所述第一继电器触点S1一端与电池包装置的正极连接，另一端依次与第一电阻R1、第三电阻R3、第五电阻R5和第七电阻R7连接，并通过第二继电器触点S2与电池包装置的负极连接；所述第一继电器S1与第一电阻R1的连接点接第一二极管D1的负极，第二继电器S1与第七电阻R1的连接点接第二二极管D2的正极，第一二极管D1的正极与第二电阻R2、第四电阻R4、第六电阻R5、第八电阻R8、第二二极管D2的负极依次连接；所述第四电阻R4和第六电阻R6的连接点接地，第三电阻R3与第五电阻R5的连接点接地。
所述电压值采样电路分别用于对第三电阻R3、第五电阻R5、第四电阻R4和第六电阻R6两端电压进行采集。
所述第一升压器T1的输入端接收PWM波，输出端并联在第二电阻R2的两端。
所述第二升压器T2的输入端接收PWM波，输出端并联在第八电阻R8的两端。
进一步，所述第一电阻R1和第七电阻R7的大小在45MΩ～55MΩ之间，所述第三电阻R3和第五电阻R5的大小在4.7KΩ～10KΩ之间。具体的，当针对不同对象进行绝缘电阻监测时，可以采用不同阻值的电阻。
进一步，由于电机工作使直流电压含有杂波，因此在在采样电路上增加π型等滤波电路，使取样电阻所采样到的数据更精确，效果更好。
实施例2
结合实施例1的监测电路，本实用新型还提供了一个用于电动车的直流系统绝缘电阻的监测系统。具体请参阅图4，其为本实用新型的监测系统的连接框图。本实用新型还提供了一种直流系统绝缘电阻监测系统，其包括电池包装置1、绝缘监测装置2、MCU处理器3、电池管理系统4和整车控制器5。
所述绝缘监测装置2用于对电池包装置的绝缘电阻进行监测；
所述MCU处理器3分别于电池管理系统和绝缘监测装置连接，用于接收电池管理系统的指令，并将绝缘监测装置所监测的绝缘电阻的阻值大小发送至电池管理系统；
所述整车控制器5与所述电池管理系统4连接，用于接收电池管理系统所监测的绝缘电阻的阻值，并根据绝缘电阻的阻值大小发出警告。
所述绝缘监测装置2内设有实施例1中所述的直流系统绝缘电阻监测电路。所述绝缘电阻监测电路包括：升压电路、监测电路和电压值采样电路。
所述升压电路，其包括第一升压器T1和第二升压器T2；
所述监测电路，其包括第一继电器触点S1、第二继电器触点S2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；
所述第一继电器触点S1一端与电池包装置的正极连接，另一端依次与第一电阻R1、第三电阻R3、第五电阻R5和第七电阻R7连接，并通过第二继电器触点S2与电池包装置的负极连接；所述第一继电器S1与第一电阻R1的连接点接第一二极管D1的负极，第二继电器S1与第七电阻R1的连接点接第二二极管D2的正极，第一二极管D1的正极与第二电阻R2、第四电阻R4、第六电阻R5、第八电阻R8、第二二极管D2的负极依次连接；所述第四电阻R4和第六电阻R6的连接点接地，第三电阻R3与第五电阻R5的连接点接地。
所述电压值采样电路分别用于对第三电阻R3、第五电阻R5、第四电阻R4和第六电阻R6两端电压进行采集；
所述第一升压器T1的输入端接收PWM波，输出端并联在第二电阻R2的两端；
所述第二升压器T2的输入端接收PWM波，输出端并联在第八电阻R8的两端。
作为本实用新型的进一步改进，所述第一电阻R1和第七电阻R7的大小在45MΩ～55MΩ之间，所述第三电阻R3和第五电阻R5的大小在4.7KΩ～10KΩ之间。
实施例3
请参阅图5，其为本实用新型的监测方法的步骤流程图。基于实施例2中的直流系统绝缘电阻监测系统，本实用新型还提供了一种应用上述直流系统绝缘电阻监测系统的监测方法，包括以下步骤：
步骤S1：接收监测命令，闭合继电器S1、S2，MCU不给PWM信号，升压电路不工作；
步骤S2：对第三电阻R3、第五电阻R5的电压进行采样，计算直流系统正、负母线对地绝缘电阻上的电压U+、U-和直流系统总电压U＝U++U-，则正、负母线对地绝缘电阻所分得的直流母线总电压的分压比N＝U-/U+＝Rn/Rp。
S3：当Rn>Rp，且U、U+和U-处于预先设定的范围内，断开所述分压比较大一侧的负端继电器S2，MCU给升压电路PWM信号，通过第一升压器T1在第二电阻R2两端产生一个直流电压信号；若U或U+或U-处于预定的范围外，发出报警信号，跳至步骤S6。
当Rn＜Rp，且U、U+和U-处于预先设定的范围内，断开所述分压比较大一侧的负端继电器S1，MCU给升压电路PWM信号，通过第一升压器T2在第八电阻R8两端产生一个直流电压信号；若U或U+或U-处于预定的范围外，发出报警信号，跳至步骤S6。
S4：当Rn>Rp，通过在第四电阻R4采样得到的电压Ucc，计算通过第一升压器T1注入直流电流的大小，同时再对第三电阻R3的电压进行采样，计算出在正端升压电路工作时，正母线对地绝缘电阻上所分得的电压U+′和对地绝缘电阻的阻值Rp。
其中，U+′/Rp＝Ucc/R4+(U－U+′)/Rn，结合分压比等式，可得
当Rn＜Rp，通过在第六电阻R6采样得到的电压Ucc，计算通过第一升压器T2注入直流电流的大小，同时再对第五电阻R5的电压进行采样，计算出在正端升压电路工作时，正母线对地绝缘电阻上所分得的电压U-′和对地绝缘电阻的阻值Rn。
其中，U-′/Rn＝Ucc/R6+(U－U-′)/Rp，结合分压比等式，可得
S5：当Rn>Rp，根据分压比N计算负母线对地绝缘电阻的阻值Rn，若Rp、Rn两者或之一小于预先设定的规定值，则发出报警信号。
当Rn＜Rp，根据分压比N计算负母线对地绝缘电阻的阻值Rp，若Rp、Rn两者或之一小于预先设定的规定值，则发出报警信号。
S6：关断继电器S1、S2，MCU不给PWM信号，升压电路不工作，等待下一次监测命令。
综上所述，相比于现有技术，本实用新型提供了一种用于电动车等直流系统的绝缘电阻的电路，本实用新型的电路通过注入直流信号从而提高检测精度。进一步，本实用新型的监测电路可以实时监测正、负极绝缘电阻的故障状况，并且不会对影响供电质量。
同时，在基于监测电路的基础上，本实用新型还提供了一种用于监测直流系统的绝缘电阻的监测系统，以及应用该监测系统的监测方法。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种直流系统绝缘电阻监测电路，其特征在于：包括：升压电路、监测电路和电压值采样电路；
所述升压电路，其包括第一升压器T1和第二升压器T2；
所述监测电路，其包括第一继电器触点S1、第二继电器触点S2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；
所述第一继电器触点S1一端与电池包装置的正极连接，另一端依次与第一电阻R1、第三电阻R3、第五电阻R5和第七电阻R7连接，并通过第二继电器触点S2与电池包装置的负极连接；所述第一继电器S1与第一电阻R1的连接点接第一二极管D1的负极，第二继电器S1与第七电阻R1的连接点接第二二极管D2的正极，第一二极管D1的正极与第二电阻R2、第四电阻R4、第六电阻R5、第八电阻R8、第二二极管D2的负极依次连接；所述第四电阻R4和第六电阻R6的连接点接地，第三电阻R3与第五电阻R5的连接点接地；
所述电压值采样电路分别用于对第三电阻R3、第五电阻R5、第四电阻R4和第六电阻R6两端电压进行采集；
所述第一升压器T1的输入端接收PWM波，输出端并联在第二电阻R2的两端；
所述第二升压器T2的输入端接收PWM波，输出端并联在第八电阻R8的两端。
2.根据权利要求1所述直流系统绝缘电阻监测电路，其特征在于：所述电压值采样电路上设有滤波电路，用于消除直流电压中的杂波。
3.根据权利要求1所述直流系统绝缘电阻监测电路，其特征在于：所述第一电阻R1和第七电阻R7的大小在45MΩ～55MΩ之间，所述第三电阻R3和第五电阻R5的大小在4.7KΩ～10KΩ之间。
4.一种直流系统绝缘电阻监测系统，其特征在于：包括电池包装置、绝缘监测装置、MCU处理器、电池管理系统和整车控制器；
所述绝缘监测装置用于对电池包装置的绝缘电阻进行监测；
所述MCU处理器分别于电池管理系统和绝缘监测装置连接，用于接收电池管理系统的指令，并将绝缘监测装置所监测的绝缘电阻的阻值大小发送至电池管理系统；
所述整车控制器与所述电池管理系统连接，用于接收电池管理系统所监测的绝缘电阻的阻值，并根据绝缘电阻的阻值大小发出警告；
所述绝缘监测装置内设有直流系统绝缘电阻监测电路，所述绝缘电阻监测电路包括：升压电路、监测电路和电压值采样电路；
所述升压电路，其包括第一升压器T1和第二升压器T2；
所述监测电路，其包括第一继电器触点S1、第二继电器触点S2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；
所述第一继电器触点S1一端与电池包装置的正极连接，另一端依次与第一电阻R1、第三电阻R3、第五电阻R5和第七电阻R7连接，并通过第二继电器触点S2与电池包装置的负极连接；所述第一继电器触点S1另一端同时与第一二极管D1的负极连接，该第一二极管D3的正极依次与第二电阻R2、第四电阻R4、第六电阻R5、第八电阻R8连接，该第八电阻R8的另一端与第二二极管D2的负极连接，该第二二极管D2的正极通过第二继电器触点S2与电池包装置的负极连接；所述第四电阻R4和第六电阻R6相互连接的一端接地，所述第三电阻R3与第五电阻R5相互连接的一端接地；
所述电压值采样电路分别用于对第三电阻R3、第五电阻R5、第四电阻R4和第六电阻R6两端电压进行采集；
所述第一升压器T1的输入端接收PWM波，输出端并联在第二电阻R2的两端；
所述第二升压器T2的输入端接收PWM波，输出端并联在第八电阻R8的两端。
5.根据权利要求4所述直流系统绝缘电阻监测系统，其特征在于：所述第一电阻R1和第七电阻R7的大小在45MΩ～55MΩ之间，所述第三电阻R3和第五电阻R5的大小在4.7KΩ～10KΩ之间。
6.根据权利要求4所述直流系统绝缘电阻监测系统，其特征在于：所述电压值采样电路上设有滤波电路，用于消除直流电压中的杂波。
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