CN211180008U - 一种高压直流绝缘检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高压直流绝缘检测装置，包括两路绝缘电阻检测电路，其中每路绝缘电阻检测电路包括直流电源正极对地固定臂、直流电源正极对地活动臂、直流电源负极对地固定臂、直流电源负极对地活动臂以及高压光耦；通过控制所述高压光耦U1和所述高压光耦U2的切换导通或断开使所述检测电路的桥臂的非平衡，通过读取所述模数转换器AD1和所述模数转换器AD2的电压值计算所述待检测的高压直流母线的绝缘电阻值R+、R‑。本实用新型尺寸小、功能强大，能同时两路绝缘电阻检测，响应快，快速变化可实时检测出；雷击浪涌、漏电流可控，安全等级高；便于安装使用，易于维护；在新能源高压直流充换电领域应用前景广阔。

Description

一种高压直流绝缘检测装置

技术领域

本实用新型涉及新能源充换电技术领域，尤其涉及如直流充电桩的直流输出端绝缘电阻检测、车载充电机直流输出端绝缘检测、电池包放电直流输出绝缘电阻检测等领域；具体地，涉及一种高压直流绝缘检测装置。

背景技术

新能源领域的高压直流充放电，户外安放或者车载的使用环境都比较恶劣，线缆老化速度快，充电桩设计一般为工业级，车载电机、电池需达到车规级，对安全要求极高，一旦线缆老化，绝缘电阻值降低，在高压大电流情况下极易发生闪络进而击穿短路，危及使用人员生命安全、造成严重的财产损失。为避免发生严重的事故，必须有可靠的绝缘电阻检测设备，不断检测绝缘电阻，当检测到阻值低于安全值，立即自动降电压降电流、切断直流回路，从而避免事故，方便设备检修维护。

市场还有很多绝缘检测装置使用的平衡电桥技术，在DC+对地和DC-对地电压同比例同速率变化时，不能有效检测绝缘电阻值，也不能区分多支路故障。

目前的绝缘检测装置对DC+、DC-分别对地电压快速变化的特殊情况不能实时检测绝缘电阻，在雷击浪涌和对地漏电流方面有隐患。

另外，绝缘检测装置也有采用变频探测原理，但易受直流系统对地分布电容的影响，并且注入的低频交流信号增大了直流系统的电压纹波系数，影响电源的质量。

经检索，申请(专利)号:201410604060.4，名称:一种充电机绝缘检测装置和绝缘检测方法，该发明采用平衡支路-非平衡支路法检测绝缘电阻，通过投切非平衡桥两臂电阻，使电桥没有一个固定的平衡点，能够计算出正负直流母线对地等效绝缘电阻。但是其桥臂切换开关使用的是普通电子继电器，在DC+、DC-对地电压快速变化时，由于普通电子继电器采用机械式开合，响应速度慢，绝缘电阻无法实时检测。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种高压直流绝缘检测装置，通过电路通过控制高压光耦U1、高压光耦U2这两个高压光耦的导通或断开的状态来实现桥臂的非平衡，得到DC1+对地绝缘电阻值和DC1-对地绝缘电阻值，从而对高压直流电路的绝缘情况进行检测。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供一种高压直流绝缘检测装置，所述检测装置包括相互独立的两路绝缘电阻检测电路，其中每路绝缘电阻检测电路包括直流电源正极对地固定臂、直流电源正极对地活动臂、直流电源负极对地固定臂、直流电源负极对地活动臂以及高压光耦；

所述直流电源正极对地固定臂和所述直流电源正极对地活动臂分别可连接待检测的高压直流母线的正极，且所述直流电源正极对地固定臂和所述直流电源正极对地活动臂分别连接至一高压光耦U1且通过连接模数转换器AD1输出；

所述直流电源负极对地固定臂和所述直流电源负极对地活动臂分别可连接所述待检测的高压直流母线的负极，且所述直流电源负极对地固定臂和所述直流电源负极对地活动臂分别连接至另一高压光耦U2且通过连接模数转换器AD2输出；

通过控制所述高压光耦U1和所述高压光耦U2的切换导通或断开使所述检测电路的桥臂的非平衡，通过读取所述模数转换器AD1和所述模数转换器AD2的电压值计算所述待检测的高压直流母线的绝缘电阻值R+、R-。

优选的，还包括继电器RL1，所述继电器RL1用于控制所述检测电路的接入状态。

优选的，所述直流电源正极对地固定臂由第三电阻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组成，上述电阻依次串联，其中：所述第三电阻R3的一端连接第四电阻R4，另一端与继电器RL1相连接；所述第八电阻R8的一端连接所述第七电阻R7，另一端与所述高压光耦U1相连接；所述模数转换器AD1连接在所述第七电阻R7和所述第八电阻R8之间。

优选的，所述直流电源正极对地活动臂由第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11组成，上述电阻之间依次串联，其中：所述第九电阻R9的一端连接所述第十电阻R10的一端，另一端与继电器RL1相连接，继电器RL1的另一端连接所述高压直流母线的正极；所述第十一电阻R11的一端与所述第十电阻R10的另一端连接，另一端与所述高压光耦U1相连接。

优选的，所述直流电源负极对地固定臂由第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17和第十八电阻R18组成，上述电阻依次串联，其中：所述第十三电阻R13的一端连接第十四电阻R14，另一端与所述高压光耦U2相连接；所述第八电阻R8的一端连接所述第七电阻R7，另一端与所述高压光耦U1相连接；所述第十八电阻R18的一端连接所述第十七电阻R17的一端，另一端连接到所述高压直流母线的负极；所述模数转换器AD2连接在所述第十三电阻R13、所述第十四电阻R14之间。

优选的，所述直流电源负极对地活动臂由第十九电阻R19、第二十电阻R20和第二十一电阻R21组成，上述电阻依次串联，其中：所述第十九电阻R19的一端连接所述第二十电阻R20的一端，另一端连接所述高压直流母线的负极；所述第二十一电阻R21的一端连接所述第二十电阻R20的另一端，所述第二十一电阻R21的另一端与所述高压光耦U2相连接。

优选的，所述检测装置还包括高压光耦U3，所述高压光耦U3连接高压光耦U1、高压光耦U2，控制所述检测电路的接地状态。

与现有技术相比，本实用新型具有如下至少一种的有益效果：

本实用新型上述检测装置，为避免发生严重的事故，提供可靠的绝缘电阻检测，绝缘电阻实时可测，当检测到阻值低于安全值，立即自动降电压降电流、切断直流回路，从而避免事故。

本实用新型上述的检测装置尺寸小、功能强大，能同时两路绝缘电阻检测，响应快，快速变化可实时检测出，并能有效检测绝缘电阻值，区分多支路故障。

本实用新型上述检测装置，雷击浪涌、漏电流可控，安全等级高。

本实用新型上述的检测装置，便于安装使用，易于维护，在新能源高压直流充换电领域应用前景广阔。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型一实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，为本实用新型一实施例的高压直流绝缘检测装置，通过控制两个光耦U1、U2的独立导通状态实现非平衡的桥臂结构，并通过非平衡桥来实现高压直流母线的绝缘电阻值的测量，进而判断高压直流电源的绝缘状态。

具体的，高压直流绝缘系统包括绝缘电阻检测电路，主要有继电器、高压光耦、贴片电阻等组成。该绝缘检测设备同时支持两路绝缘电阻检测。现按图1所示的对第一路DC1+、DC1-绝缘电阻检测电路举例说明，而第二路DC2+、DC2-的绝缘电阻检测电路和第一路绝缘电路检测电路的结构相同，两路绝缘检测电路相互独立。

如图1所示，每路绝缘电阻检测电路包括直流电源正极对地固定臂、直流电源正极对地活动臂、直流电源负极对地固定臂、直流电源负极对地活动臂以及高压光耦。

具体的，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、第八电阻R8组成DC1+对地固定臂即直流电源正极对地固定臂。第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11组成DC1+对地活动臂即直流电源正极对地活动臂。DC1+对地固定臂和DC1+对地活动臂之间连接，且DC1+对地活动臂受高压光耦U1控制是否接入，DC1+对地固定臂和DC1+对地活动臂所构成的桥臂可通过连接模数转换器AD1输出其所测得的电压值。具体的，在一实施例中，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按照序号大小依次串联，其中：第三电阻R3的一端连接第四电阻R4，另一端与继电器RL1相连接；第八电阻R8的一端连接第七电阻R7，另一端与高压光耦U1相连接；模数转换器AD1连接在第七电阻R7和第八电阻R8之间。

第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11按照序号大小依次串联，其中：所述第九电阻R9的一端连接所述第十电阻R10的一端，另一端与继电器RL1相连接，继电器RL1的另一端连接所述高压直流母线的正极；所述第十一电阻R11的一端与所述第十电阻R10的另一端连接，另一端与所述高压光耦U1相连接。

第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八R18组成DC1-对地固定臂即直流电源负极对地固定臂。第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21组成DC1-对地活动臂即直流电源负极对地活动臂。DC1-对地固定臂和DC1-对地活动臂之间连接，且DC-对地活动臂受高压光耦U2控制是否接入。DC1-对地固定臂和DC1-对地活动臂所构成的桥臂可通过连接模数转换器AD2输出其所测得的电压值。在一实施例中，第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17和第十八电阻R18按照序号大小依次串联，其中：所述第十三电阻R13的一端连接第十四电阻R14，另一端与所述高压光耦U2相连接；所述第八电阻R8的一端连接所述第七电阻R7，另一端与所述高压光耦U1相连接；所述第十八电阻R18的一端连接所述第十七电阻R17的一端，另一端连接到所述高压直流母线的负极；所述模数转换器AD2连接在所述第十三电阻R13、所述第十四电阻R14之间。

第十九电阻R19、第二十电阻R20和第二十一电阻R21按照序号大小依次串联，其中：所述第十九电阻R19的一端连接所述第二十电阻R20的一端，另一端连接所述高压直流母线的负极；所述第二十一电阻R21的一端连接所述第二十电阻R20的另一端，所述第二十一电阻R21的另一端与所述高压光耦U2相连接。

高压光耦U3的一端连接在绝缘电路参考地和大地之间，控制所述检测电路的接地状态，如图所示，高压光耦U3控制GND2和大地的导通。继电器RL1控制桥臂是否接入DC1+和DC1-之间。

电路通过控制高压光耦U1、高压光耦U2这两个高压光耦的导通或断开的状态来实现桥臂的非平衡，通过读取AD1、AD2的电压值来列方程，从而求出DC1+对地绝缘电阻值和DC1-对地绝缘电阻值。而采用高压光耦可大大提高响应速度，实现绝缘电阻的实时检测。

在一些实施例中，AD1、AD2可以是MCU的ADC管脚。

在一些实施例中，高压光耦U1、高压光耦U2、高压光耦U3均有4个引脚，例如可采用高压光耦ELM3083，其第一脚是控制端阳极，第二脚是控制端阴极，第三脚和第四脚都是终端脚。

具体的：高压光耦U1有4个接口，其中，第一引脚连接第十二电阻R12的一端，第十二电阻R12的另一端连接3.3V电源；第二引脚连接到MCU控制脚K1+；第三引脚连接到参考地GND2之间；第四引脚连接第十一电阻R11，第十一电阻R11的另一端连接第十电阻R10；

高压光耦U2有4个引脚，其中，第一引脚连接第二十二电阻R22的一端，二第十二电阻R22的另一端连接3.3V电源；第二引脚连接到MCU控制脚K1-；第三引脚连接到参考地GND2之间；第四引脚连接第二十一电阻R21，第二十一电阻R21的另一端连接第二十电阻R20；

高压光耦U3有4个引脚，其中，第一引脚连接第二十三电阻R23的一端，第二十三电阻R23的另一端连接3.3V电源；第二引脚连接到K1，该第二引脚由MCU控制；第三引脚连接到大地；第四引脚连接电线接地端GND2；

在一些实施例中，继电器RL1，例如可采用宏发HF49FD005-1H11继电器，其有4个引脚，其中第一引脚连接5V电源，第二引脚连接晶体管Q1的集电极，第三引脚连接在第三电阻R3和第九电阻R9之间，第四引脚连接直流电源正极DC1+。第一二极管D1、继电器RL1并联于晶体管Q1的集电极与5V电源之间，第一二极管D1正极连接晶体管Q1的集电极，负极连接5V电源。晶体管Q1的发射极连接电线接地端GND，基极连接电阻第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接控制输入端DO1，同时，第二电阻R2的一端连接在第一电阻R1与晶体管Q1的基极之间，第二电阻R2的另一端连接电线接地端GND。

采用上述实施例中的高压直流绝缘检测装置进行绝缘检测时，通过控制U1、U2两个光耦来实现桥臂的非平衡，通过读取AD1、AD2的电压值来列方程，从而求出DC1+对地绝缘电阻值和DC1-对地绝缘电阻值。具体检测步骤如下：

S1.先闭合继电器RL1，再控制导通高压光耦U3，最后再控制高压直流母线上高压输出，使所述高压直流母线可输出至绝缘电阻检测电路上；

S2.导通绝缘电阻检测电路中的高压光耦U1同时断开高压光耦U2，读取直流电源正极对地固定臂和直流电源正极对地活动臂所构成的桥臂的模数转换器AD1所输出的电压值V1，直流电源负极对地固定臂、直流电源负极对地活动臂所构成的桥臂的模数转换器AD2所输出的电压值V2；

S3.断开所述高压光耦U1同时导通所述高压光耦U2，读取所述模数转换器AD1所输出的电压值V3，模数转换器AD2所输出的电压值V4；

S4.通过联立电压值V1、电压值V2、电压值V3、电压值V4计算所述高压直流母线的绝缘电阻值R+、R-。

此时设DC1+对地绝缘电阻值为R+，DC1-对地绝缘电阻值为R-，可列以下两式：

【R+//(R3+R4+R5+R6+R7+R8)//(R9+R10+R11)】÷【R-//(R13+R14+R15+R16+R17+R18)】＝V1÷V2 ①

【R+//(R3+R4+R5+R6+R7+R8)】÷【R-//(R13+R14+R15+R16+R17+R18)//(R19+R20+R21)】＝V3÷V4 ②

式中，R3至R11即为第三电阻R3至第十一电阻R11的电阻值，R13至R21即为第十三电阻R13至第二十一电阻R21的电阻值；联立公式①和公式②可解得高压直流母线的绝缘电阻值R+、R-。

S5.绝缘检测要结束时，先停止直流母线高压输出，待电压降到规定范围以内后再断开高压光耦U3、断开继电器RL1。

通过非平衡桥来实现在DC+对地和DC-对地电压同比例同速率变化时，绝缘电阻可测。以及在DC+、DC-对地电压快速变化时，绝缘电阻实时可测。

本实用新型上述实施例中的高压直流绝缘检测装置可通过雷击浪涌、漏电流测试。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (7)

1.一种高压直流绝缘检测装置，其特征在于：包括相互独立的两路绝缘电阻检测电路，其中每路绝缘电阻检测电路包括直流电源正极对地固定臂、直流电源正极对地活动臂、直流电源负极对地固定臂、直流电源负极对地活动臂以及高压光耦；

所述直流电源正极对地固定臂和所述直流电源正极对地活动臂分别可连接待检测的高压直流母线的正极，且所述直流电源正极对地固定臂和所述直流电源正极对地活动臂分别连接至一高压光耦U1且通过连接模数转换器AD1输出；

所述直流电源负极对地固定臂和所述直流电源负极对地活动臂分别可连接所述待检测的高压直流母线的负极，且所述直流电源负极对地固定臂和所述直流电源负极对地活动臂分别连接至另一高压光耦U2且通过连接模数转换器AD2输出；

通过控制所述高压光耦U1和所述高压光耦U2的切换导通或断开使所述检测电路的桥臂非平衡，通过读取所述模数转换器AD1和所述模数转换器AD2的电压值计算所述待检测的高压直流母线的绝缘电阻值R+、R-。

2.根据权利要求1所述的一种高压直流绝缘检测装置，其特征在于：还包括继电器RL1，所述继电器RL1用于控制所述检测电路的接入状态。

3.根据权利要求2所述的一种高压直流绝缘检测装置，其特征在于：所述直流电源正极对地固定臂由第三电阻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组成，上述电阻依次串联，其中：所述第三电阻R3的一端连接第四电阻R4，另一端与继电器RL1相连接；所述第八电阻R8的一端连接所述第七电阻R7，另一端与所述高压光耦U1相连接；所述模数转换器AD1连接在所述第七电阻R7和所述第八电阻R8之间。

4.根据权利要求2所述的一种高压直流绝缘检测装置，其特征在于：所述直流电源正极对地活动臂由第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11组成，上述电阻之间依次串联，其中：所述第九电阻R9的一端连接所述第十电阻R10的一端，另一端与继电器RL1相连接，继电器RL1的另一端连接所述高压直流母线的正极；所述第十一电阻R11的一端与所述第十电阻R10的另一端连接，另一端与所述高压光耦U1相连接，所述直流电源正极对地活动臂受高压光耦U1控制是否接入。

5.根据权利要求3所述的一种高压直流绝缘检测装置，其特征在于：所述直流电源负极对地固定臂由第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17和第十八电阻R18组成，上述电阻依次串联，其中：所述第十三电阻R13的一端连接第十四电阻R14，另一端与所述高压光耦U2相连接；所述第八电阻R8的一端连接所述第七电阻R7，另一端与所述高压光耦U1相连接；所述第十八电阻R18的一端连接所述第十七电阻R17的一端，另一端连接到所述高压直流母线的负极；所述模数转换器AD2连接在所述第十三电阻R13、所述第十四电阻R14之间。

6.根据权利要求1所述的一种高压直流绝缘检测装置，其特征在于：所述直流电源负极对地活动臂由第十九电阻R19、第二十电阻R20和第二十一电阻R21组成，上述电阻依次串联，其中：所述第十九电阻R19的一端连接所述第二十电阻R20的一端，另一端连接所述高压直流母线的负极；所述第二十一电阻R21的一端连接所述第二十电阻R20的另一端，所述第二十一电阻R21的另一端与所述高压光耦U2相连接，所述直流电源负极对地活动臂受高压光耦U2控制是否接入。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种高压直流绝缘检测装置，其特征在于：所述检测装置还包括高压光耦U3，所述高压光耦U3连接高压光耦U1、高压光耦U2，控制所述检测电路的接地状态。

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