CN208188203U - 用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，包括：开关模块，开关模块包括第一开关和第二开关，第一开关的一端与直流母线正极相连，另一端通过第一偏置电阻接地，第二开关的一端与直流母线负极相连，另一端通过第二偏置电阻接地；电压检测模块，用于检测开关模块处于不同状态下的直流母线正极相对地的电压和直流母线负极相对地的电压；控制器，用于控制第一开关和第二开关的导通或关断，并根据检测到的电压值和接入的偏置电阻计算虚拟直流系统的绝缘电阻。该测试仪可准确检测得到虚拟直流系统的绝缘电阻，便于为车辆动力系统在测试台架上的安全运行提供保障。

Description

用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪

技术领域

本申请涉及电力系统检测技术领域，特别涉及一种用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪。

背景技术

随着车辆技术的发展，高压电池的安全性得到广泛关注。车辆用动力电池绝缘检测系统，实时检测高压动力电池正负极对车身地的绝缘阻值，并通过通信模块将绝缘阻值输出至整车控制系统，对车辆高压电路的运行进行实时监测，保障人车安全。

车辆的车载动力系统性能和寿命试验需要在测试台架上进行充分验证，为保障台架的安全运行，电机控制器的高压直流进线侧正负极对地的绝缘性也是重点监测对象。因为非整车测试，车辆用的动力电池绝缘检测系统不能直接应用到测试台架上，需重新开发。

实用新型内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请的目的在于提出一种用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，以实现对模拟直流系统的绝缘电阻进行测试，以为车辆动力系统在测试台架上的安全运行提供保障。

为达到上述目的，本申请提出了的一种用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，包括：开关模块，所述开关模块包括第一开关和第二开关，其中，所述第一开关的一端与模拟直流系统的直流母线正极相连，所述第一开关的另一端通过第一偏置电阻接地，所述第二开关的一端与模拟直流系统的直流母线负极相连，所述第二开关的另一端通过第二偏置电阻接地；电压检测模块，所述电压检测模块包括第一检测单元和第二检测单元，其中，所述第一检测单元用于检测所述第一开关和所述第二开关均关断时所述直流母线正极相对地的第一电压，并检测所述第一开关导通且所述第二开关关断时所述直流母线正极相对地的第二电压，所述第二检测单元用于检测所述第一开关和所述第二开关均关断时所述直流母线负极相对地的第三电压，并检测所述第一开关关断且所述第二开关导通时所述直流母线负极相对地的第四电压；控制器，所述控制器分别与所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端和所述电压检测模块相连，所述控制器用于控制所述第一开关和第二开关的导通或关断，并根据所述第一电压、第二电压和第三电压计算所述虚拟直流系统的绝缘电阻，或者，根据所述第一电压、第三电压和第四电压计算所述虚拟直流系统的绝缘电阻。

根据本申请的用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，通过控制器控制第一开关和第二开关的关断和导通，同时通过电压检测模块分别采集第一开关、第二开关均关断和一个开关关断一个开关导通时的电压值，并通过控制器根据采集的电压值进行计算，即可以较准确地得到虚拟直流系统的绝缘电阻的阻值，由此，便于为车辆动力系统在测试台架上的安全运行提供保障。

另外，本申请的用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，还包括：显示器，所述显示器与所述控制器相连，所述显示器用于显示所述电压采集模块采集到的电压值和所述控制器计算得到的所述虚拟直流系统的绝缘电阻的阻值。

在一个示例中，所述电压检测模块，还包括：模数转换器，所述模数转换器的第一输入端与所述第一检测单元的输出端相连，所述模数转换器的第二输入端与所述第二检测单元的输出端相连；隔离器，所述隔离器的输入端与所述模数转换器的输出端相连，所述隔离器的输出端与所述控制器的输入端相连。

在一个示例中，用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，还包括驱动模块，所述驱动模块包括第一驱动器和第二驱动器，其中，所述控制器通过所述第一驱动器控制所述第一开关的导通和关断，所述控制器通过所述第二驱动器控制所述第二开关的导通和关断。

可选地，所述第一检测单元和所述第二检测单元均采用INA138，所述模数转换器采用 TLC2543IDW，所述隔离器采用ISO7420FE/E，所述第一驱动器和所述第二驱动器均采用 TLP127，所述控制器采用M9S12EXP100。

可选地，所述第一开关和所述第二开关均采用继电器。

可选地，偏置电阻R₀等于2MΩ。

在一个示例中，在所述直流系统绝缘电阻测试仪接入测试台架时，所述控制器通过CAN (Control Area Network，控制局域网)总线与所述测试台架通信，以将检测的电压值、计算得到的绝缘电阻值和绝缘电阻的状态判断信息发送至所述测试台架。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请一个实施例的用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪的结构示意图；

图2(a)、图2(b)分别为根据本申请不同示例的车辆动力系统的绝缘电阻所在回路的等效电路图；

图3为根据本申请一个实施例的电压检测模块的结构示意图；

图4为根据本申请一个示例的电压检测模块的部分电路的示意图；

图5为根据本申请一个示例的驱动模块的部分电路的示意图；

图6为根据本申请一个示例的开关模块的部分电路的示意图；

图7为根据本申请一个实施例的用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪的结构框图；

图8为根据本申请实施例的测试仪与测试台架通信的结构示意图；

图9为根据本申请一个实施例的测试仪与测试台架的CAN通信数据报文的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考图1-9来描述本申请实施例提出的用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，该测试仪能够检测用于给车辆动力系统供电的直流电源正负极对地的绝缘电阻。

如图1所示，用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪100包括：开关模块10、电压检测模块20和控制器30。其中，开关模块10包括第一开关S1和第二开关S2，其中，第一开关S1的一端与模拟直流系统的直流母线正极相连，第一开关S1的另一端通过第一偏置电阻R1接地，第二开关S2的一端与模拟直流系统的直流母线负极相连，第二开关S2的另一端通过第二偏置电阻R2接地。电压检测模块20包括第一检测单元21和第二检测单元22，其中，第一检测单元21用于检测第一开关S1和第二开关S2均关断时直流母线正极相对地的第一电压，并检测第一开关S1导通且第二开关S2关断时直流母线正极相对地的第二电压，第二检测单元22用于检测第一开关S1和第二开关S2均关断时直流母线负极相对地的第三电压，并检测第一开关S1关断且第二开关S2导通时直流母线负极相对地的第四电压。控制器30分别与第一开关S1的控制端、第二开关S2的控制端和电压检测模块20相连，控制器30用于控制第一开关S1和第二开关S2的导通或关断，并根据第一电压、第二电压和第三电压计算虚拟直流系统的绝缘电阻，或者，根据第一电压、第三电压和第四电压计算虚拟直流系统的绝缘电阻。应当理解，模拟直流系统即为模拟的车辆动力系统。

具体地，开关S1的导通或关断会改变直流系统的直流母线正极对地的实际电阻阻值，在直流系统母线电压不变的情况下，直流系统正极对地的电压发生变化；开关S2的导通或关断会改变直流系统的直流母线负极对地的实际电阻阻值，在直流系统母线电压不变的情况下，直流系统负极对地的电压发生变化。参见图2(a)，在开关S1、S2关断和S1导通S2关断时分别通过第一检测单元21获得直流系统母线正极对地的电压V_P、V_P′，在开关S1、 S2关断和S1关断S2导通时分别通过第二检测单元22获得直流系统母线负极对地的电压 V_N、V_N′，由控制器30根据V_P、V_P′、V_N来计算虚拟直流系统的绝缘电阻，或根据V_P、V_N、 V_N′来计算虚拟直流系统的绝缘电阻。下面以控制器30根据V_P、V_P′、V_N计算直流系统的绝缘电阻为例进行说明：

假设R_P、R_N分别是直流母线正极和直流母线负极对地的虚拟电阻，当开关S1、S2均关断时，通过第一检测单元21获得直流系统母线正极对地的电压V_P，并通过第二检测单元22获得直流系统母线负极对地的电压V_N，则有下式(1)成立：

此时，控制器30可根据采集到的V_P和V_N判断是控制第一开关S1导通还是控制第二开关S2导通。例如，V_P＞V_N时，控制S1导通，以使第一偏置电阻R1接入电路。即开关S1 导通S2关断，则有下式(2)成立：

由式(1)可得：

将式(3)代入式(2)可得：

由式(4)可得：

将式(5)代入式(3)可得：

此时，由于V_P＞V_N，所以R_P＞R_N，阻值较小的R_N即为所要求的虚拟直流系统的绝缘电阻R_X。

应当理解的是，当V_P＜V_N时，控制器30控制S2导通，以使第二偏置电阻R2接入电路，此时，将计算得到的R_P作为虚拟直流系统的绝缘电阻R_X；当V_P＝V_N时，控制器30可控制S1导通，也可控制S2导通，此时，计算得到的R_P＝R_N，可将R_P或R_N作为虚拟直流系统的绝缘电阻R_X。

可选地，第一偏置电阻R1与第二偏置电阻R2的阻值可以相等，此时，如图2(b)所示，还可以只设置一个偏置电阻。

进一步地，控制器30还可以在计算得到的虚拟直流系统的对地绝缘电阻R_X大于等于第一预设值时生成正常提示信息，在绝缘电阻R_X小于第一预设值时生成报警提示信息，以及在绝缘电阻R_X小于第二预设值时生成故障提示信息，第一预设值大于第二预设值。在该示例中，测试仪100可包括提示器，以对应控制器30生成的提示信息发出相应的提醒。

其中，第一预设值和第二预设值可根据国家安全标准值进行设定，例如，国家标准GB /T 18384.1-2001，国际标准BS ISO 6469.1-2009规定，绝缘电阻值除以车辆直流系统标称电压U，结果应大于100Ω/V，才符合安全要求，低于此值则判定纯车辆发生绝缘故障，此时可设定第一预设值为120*(V_P+V_N)Ω/V，第二预设值为100*(V_P+V_N)Ω/V。

如图3所示，电压检测模块20还包括：模数转换器23和隔离器24。其中，模数转换器23的第一输入端与第一检测单元21的输出端相连，模数转换器23的第二输入端与第二检测单元22的输出端相连，以将检测单元采集的电压值从模拟信号转换为数字信号，以便于控制器30处理；隔离器24的输入端与模数转换器23的输出端相连，隔离器24的输出端与控制器30的输入端相连，以减少或避免外部噪声对所采集电压值的干扰。

进一步地，如图3所示，测试仪100还包括：驱动模块40。其中，驱动模块40包括第一驱动器41和第二驱动器42，控制器30通过第一驱动器41控制第一开关11的导通和关断，控制器30通过第二驱动器42控制第二开关12的导通和关断。

可选地，第一开关11和第二开关12均采用继电器RELAY，第一检测单元21和第二检测单元22均采用INA138芯片，模数转换器23采用TLC2543IDW芯片，隔离器24采用ISO7420FE/E芯片，控制器30采用M9S12EXP100芯片，第一驱动器41和第二驱动器42均采用TLP127芯片。

举例而言，参照图4-图6，继电器RELAY1、RELAY3均关断时，分别通过对应的INA138精密仪表放大器(即第一检测单元21和第二检测单元22)采集高压正极HV-TSET+对地电压和高压负极HV-TSET-对地电压(采集到的电压格式为标准模拟信号格式)，然后通过TLC2543IDW模数转换器将模拟信号转换成数字信号，经过隔离器ISO7420FE/E输入到主控芯片M9S12EXP100(即控制器30)完成电压值(即V_P、V_N)的采集。

进一步地，主控芯片M9S12EXP100通过比较高压正极对地电压和高压负极对地电压的大小，来判断偏置电阻(即R1或R2)的并入回路。例如，如果V_P＞V_N，则将R1并入回路，并令U₁＝V_P，U₂＝V_N。此时主控芯片M9S12EXP100通过TLP127发光二极管U15驱动相应的继电器RELAY1(即第一开关S1)导通，使偏置电阻R1接入正极。

更进一步地，第一检测单元21测得偏置电阻R1接入后的电压U₁′，令R1＝R2＝R0＝2MΩ，此时主控芯片M9S12EXP100只需通过上式(6)即可计算得到虚拟直流系统的绝缘电阻进而可将R_X与安全值(即第一预设值和第二预设值)比较后作出状态判断，并生成相应的提示信息。

应当理解，可以预存公式其中，R₀为常量。当主控芯片判断V_P与V_N的大小关系后，可自动令V_P、V_N中取值较大的为U₁，取值较小的为U₂，并控制U₁对应的继电器闭合，R₀与高压侧虚拟电阻并联，并获取电压检测模块中高压侧的检测单元检测的电压U₁′。

需要说明的是，参见图5、图6，为触发测试仪100开启测试，可在驱动模块40中设置第三驱动器43，并在开关模块10中设置第三开关S3，以在控制器30接收到触发信号时，通过第三驱动器43控制第三开关S3导通，以便测试仪100开始进行绝缘电阻测试。

在一个示例中，如图7所示，测试仪100还包括显示器50。其中，显示器50与控制器30相连，显示器50用于在测试仪100工作时，实时显示电压采集模块20采集到的电压值和控制器30计算得到的绝缘电阻R_X，以便于用户查看。

其中，显示器50可以但不限于是LED显示屏、电容触摸屏等。

在本申请的实施例中，如图8所示，在直流系统绝缘电阻测试仪100接入测试台架200 时，控制器30通过CAN总线与测试台架200通信，以将计算得到的绝缘电阻R_X，以及R_X的状态判断信息(包括R_X是否正常、是否超出报警值、是否故障)发送给测试台架200，以便测试台架采取相应的安全策略，例如，R_X小于第二预设值，测试仪100则通过CAN总线向测试台架200发送故障提示信息，测试台架200执行护策略并执行安全停机。

具体地，如图9所示，测试仪100与测试台架200通之间的通信格式可定义为标准帧，通信波特率为500Kbps，ID定义为Ox002A，数据长度为8个字节数，测试仪100分别将母线正极对地电压和负极对地电压、绝缘电阻值和状态判断结果发送至测试台架200。测试台架200通过ID定义为Ox002B、数据长度为1个字节数的测试触发信号发送到测试仪100，以使测试仪100开始检测绝缘电阻。

具体而言，测试仪100的程序开发使用飞思卡尔的CodeWarrior5.0版本软件开发环境对单片机进行C语言编程，程序主要分为以下几块：1)主程序块；2)高压电压采集；3)高压继电器驱动；4)数据运算处理；5)通信等；该程序具有初始化、中断控制、定时中断、参数设置、CAN通信等功能。基于此，测试台架在线式绝缘电阻测试仪实施步骤如下：

步骤S01，根据功能需求设计可行性方案；

步骤S02，根据方案选择主要元器件并设计电路图、设计开发PCB(PrintedCircuit Board，印制电路板)板；

步骤S03，元器件采购、加工PCB板。

步骤S04，PCB板焊接、调试；

步骤S05，测试仪安装、接线；

步骤S06，测试仪硬件功能调试；

步骤S08，下载开发程序；

步骤S09，测试仪程序功能验证调试。

在测试时，通过耐高压信号夹，将测试台架200中对车辆的新能源电机控制器供电的高压直流电源正极、负极和地分别引入测试仪100，使用直流24V电源对测试仪100进行供电，确保内部元器件正常运行，通过CAN总线实现测试仪100与测试台架200的通信。可通过如下方式触发测试仪100的测试功能：

1)主控芯片定时触发，测试仪100安装上测试台架并上电后，控制器30通过定时器定时触发测试，并将采集信息、处理信息发送至测试台架200，其中，定时时间可自定义；

2)测试台架200通过CAN总线向测试仪100发送触发信息，以触发测试仪100测试；

3)通过外部开关信号触发测试仪100。

由此，通过上述测试触发方式，可使本申请的测试仪100根据不同的电机控制器样品在不同的测试台架200上灵活应用。

综上，根据本申请实施例的用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，通过控制器控制第一开关和第二开关的关断和导通，同时通过电压检测模块分别采集第一开关、第二开关均关断和一个开关关断一个开关导通时的电压值，并通过控制器根据采集的电压值进行计算，即可以较准确地得到虚拟直流系统的绝缘电阻，进而对绝缘电阻的阻值进行状态判断，并通过测试台架对状态进行相应处理，由此，为车辆动力系统在台架上的安全运行提供保障。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，其特征在于，包括：

开关模块，所述开关模块包括第一开关和第二开关，其中，所述第一开关的一端与模拟直流系统的直流母线正极相连，所述第一开关的另一端通过第一偏置电阻接地，所述第二开关的一端与模拟直流系统的直流母线负极相连，所述第二开关的另一端通过第二偏置电阻接地；

电压检测模块，所述电压检测模块包括第一检测单元和第二检测单元，其中，所述第一检测单元用于检测所述第一开关和所述第二开关均关断时所述直流母线正极相对地的第一电压，并检测所述第一开关导通且所述第二开关关断时所述直流母线正极相对地的第二电压，所述第二检测单元用于检测所述第一开关和所述第二开关均关断时所述直流母线负极相对地的第三电压，并检测所述第一开关关断且所述第二开关导通时所述直流母线负极相对地的第四电压；

控制器，所述控制器分别与所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端和所述电压检测模块相连，所述控制器用于控制所述第一开关和第二开关的导通或关断，并根据所述第一电压、第二电压和第三电压计算所述模拟直流系统的绝缘电阻，或者，根据所述第一电压、第三电压和第四电压计算所述模拟直流系统的绝缘电阻。

2.如权利要求1所述的用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，其特征在于，还包括：

显示器，所述显示器与所述控制器相连，所述显示器用于显示所述电压采集模块采集到的电压值和所述控制器计算得到的所述模拟直流系统的绝缘电阻的阻值。

3.如权利要求1所述的用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，其特征在于，所述电压检测模块，还包括：

模数转换器，所述模数转换器的第一输入端与所述第一检测单元的输出端相连，所述模数转换器的第二输入端与所述第二检测单元的输出端相连；

隔离器，所述隔离器的输入端与所述模数转换器的输出端相连，所述隔离器的输出端与所述控制器的输入端相连。

4.如权利要求3所述的用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，其特征在于，还包括驱动模块，所述驱动模块包括第一驱动器和第二驱动器，其中，

所述控制器通过所述第一驱动器控制所述第一开关的导通和关断，所述控制器通过所述第二驱动器控制所述第二开关的导通和关断。

5.如权利要求4所述的用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，其特征在于，所述第一检测单元和所述第二检测单元均采用INA138，所述模数转换器采用TLC2543IDW，所述隔离器采用ISO7420FE/E，所述第一驱动器和所述第二驱动器均采用TLP127，所述控制器采用M9S12EXP100。

6.如权利要求1所述的用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关均采用继电器。

7.如权利要求2所述的用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，其特征在于，偏置电阻R₀等于2MΩ。

8.如权利要求1-7中任一项所述的用于车辆动力系统的绝缘电阻测试仪，其特征在于，在所述直流系统绝缘电阻测试仪接入测试台架时，所述控制器通过CAN总线与所述测试台架通信，以将检测的电压值、计算得到的绝缘电阻值和绝缘电阻的状态判断信息发送至所述测试台架。