CN216526140U - 一种用于船舶动力电池组的绝缘检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，所述装置为包括顺序连接的直流系统、检测电路和采样电路、AD转换电路及单片机MCU，这种装置成本低、电路结构简单。

Description

一种用于船舶动力电池组的绝缘检测系统

技术领域

本实用新型涉及船舶动力电池技术，具体是一种用于船舶动力电池组的绝缘检测系统。

背景技术：

由于能源和环境问题日益突出，电动船舶越来越受到欢迎。为保证驾驶员和乘客的安全，电动船舶安全可靠运行至关重要，电动船舶储能系统电池组工作时直流电压高，远远超过安全电压，加上工作环境比较恶劣、电池绝缘性能变化剧烈，若不及时检测并处理，可能会造成安全事故和人员伤亡。

目前常用绝缘检测方法为信号高压注入法和电桥法。高压注入法是电池从高压系统断开时，外部注入高压监测漏电流，进而计算绝缘电阻的阻值，该监测方法能够实现电池不工作时的绝缘电阻监测，但是设计电路复杂，成本高；平衡电桥法可检测简单电路中的绝缘电阻，但当正负绝缘阻值同时下降时，易导致误监测，可靠性低。基于以上研究，传统的测量方法存在精度低、时间长、可靠性差等问题。中国专利公开号CN201410604060.4实用新型名称为“一种充电机绝缘检测装置和绝缘检测方法”的专利中，公开了一种充电机绝缘检测装置和绝缘检测方法，该方法采用平衡支路-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。该方法中绝缘检测电路的支路电路较多，设计电路复杂、成本高、各支路上对应测试电阻对绝缘电阻测试误差也没有考虑。

近年来，电动船舶发生绝缘报警时有发生，其主要原因是动力电池发生绝缘故障，故实时准确的检测动力电池组绝缘状态对电动船舶安全性具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提供一种用于船舶动力电池组的绝缘检测系统。这种装置成本低、电路结构简单。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，包括顺序连接的直流系统、检测电路和采样电路、AD转换电路及单片机MCU，其中，

所述直流系统设有动力电池组V_B、正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn，其中，正极绝缘电阻Rp的一端与动力电池组V_B的正极连接，另一端接地，负极绝缘电阻Rn的一端与动力电池组V_B的负极连接，另一端接地；

所述检测电路和采样电路中的检测电路设有两条第一桥臂电阻R、第二桥臂电阻R₁、第三桥臂电阻R₃、继电器开关S，其中，第一桥臂电阻R的一端与正极绝缘电阻Rp连接、另一端接地，第二桥臂电阻R₁的一端与负极绝缘电阻Rn连接，另一端接地，第三桥臂电阻R₃的一端与开关S连接，另一端接地，开关S的另一端与动力电池组V_B的负极连接；

所述检测电路和采样电路中的采样电路设有并联的二极管VD和电容C、电阻R₂，其中，电阻R₂的一端与第三桥臂电阻R₃相连，另一端与二极管VD和电容C的并联电路相连；

所述检测电路和采样电路中，正极为动力电池组V_B正母线对地电压，负极为动力电池组V_B负母线对地电压，系统上电时，动力电池组V_B和内部电阻构成检测回路，通过采集各部分电压值来计算绝缘电阻，正极对地电压、负极对地电压对应的采样点均位于正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn的连接处，采样电路采集对应支路上的电压作为采样电压，过程为：闭合支路上的开关S，并采样对应支路上的动力电池组V_B正极对地电压、动力电池组V_B负极对地电压；断开支路上的开关S，并采样对应支路上的动力电池组V_B正极对地电压、动力电池组V_B负极对地电压；

所述的AD转换电路及单片机MCU由AD芯片或带AD采样的电池采样模拟前端芯片和单片机组成。

所述第一桥臂电阻R、第二桥臂电阻R₁、第三桥臂电阻R₃均为功率为2W、精度为1％的精密电阻，其中第一桥臂电阻R和第三桥臂电阻R₃阻值大小一致。

所述继电器开关S为HFD4/5-S的继电器，继电器的闭合与断开由单片机MCU控制。

所述二极管VD为LESD3Z5.0CMT1G静电保护二极管。

所述电容C的容值为1nf。

开关S打开时，船舶底盘间与动力电池组正极的电压为V₁、与动力电池组负极的电压为V₂，开关S闭合时，船舶底盘间与动力电池正极的电压为V₃、与动力电池负极的电压为V₄，电压V₁、V₂之和为高压系统两端总电压V_B。

所述正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn基于霍夫电压定律和开关S计算如公式(1)、公式(2)所示：

根据船舶绝缘一般要求，电动船舶绝缘阻值需达到500Ω/V以上，即为绝缘性能良好，本技术方案设置报警阈值，当正、负极绝缘阻值为200Ω/V～500Ω/V时，启动一级报警，正、负极绝缘阻值处于100Ω/V～200Ω/V时，启动二级报警，正、负极绝缘阻值低于100Ω/V时，启动三级报警并断开继电器S。

采用上述的用于船舶动力电池组的绝缘检测系统的检测过程包括如下步骤：

S1：根据船舶一般要求，电动船舶动力电阻组绝缘要求需达到500Ω/V以上，才能认为该船舶绝缘性能良好，并且船舶绝缘检测的误差也要<5％才能满足实际的应用，首先实际测量电动船舶动力电池组的电压值，根据动力电池组的电压值V和绝缘阻值应满足>500Ω/V的条件，可初步设置单臂不平衡桥中各参数的取值，各参数包括：实际正绝缘电阻Rp、负绝缘电阻Rn和桥臂电阻R、R₁，即假设绝缘要求是X，电压是Y，则绝缘电阻Rp和Rn的取值＝XY，桥臂电阻R、R₁的取值＝2XY；

S2：将初步设置的各参数的取值：桥臂电阻R⁰、桥臂电阻R₁ ⁰、正极绝缘电阻Rp⁰、负极绝缘电阻Rn⁰和动力电池组的电压值V⁰，代入正、负极绝缘电阻的公式(1)、公式(2)，计算得出结果为：

测量计算的值Actual Rp⁰和Actual Rn⁰与参考的绝缘电阻Rp⁰、Rn⁰进行比较，即可根据误差公式E^x＝(Actual Rp^x-Rp^x)/Rp^x*100％，E^x为测量误差，方差公式

为测量误差的平均数，S²为方差，判断该误差的绝对值是否低于5％和方差是否低于0.3，若相对误差<5％且方差<0.3，即初步设置的各参数的取值满足要求，若相对误差>5％或方差>0.3，即初步设置的各参数的取值不满足要求，需重新设置，直到满足实际应用要求；

S3：根据绝缘电阻计算公式(1)、公式(2)可知，影响绝缘电阻测量的因素有4个，在考虑其影响时，顺序分别为桥臂电阻R、桥臂电阻R₁、Rp、Rn、动力电池组电压V，根据初步设置的各参数的取值R⁰、R₁ ⁰、Rp⁰和Rn⁰、V⁰，设置四组对比实验，探讨单因素对绝缘电阻测量的影响；

S4：第一组实验：根据初步设置的桥臂电阻R⁰，设置一组试验变量R^x，分别为：R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶...R^x，其中R^x＝yR⁰，根据误差和方差的范围，确定y的取值范围为1/5～5倍，依次测量电路中不同R^x下的V₁、V₂、V₃、V₄，得到x组实验结果，分别代入正、负极绝缘电阻的计算公式(1)、公式(2)，求得实验结果Actual Rp¹、Rp²、Rp³、Rp⁴、Rp⁵、Rp⁶、...Rp^x和Actual Rn¹、Rn²、Rn³、Rn⁴、Rn⁵、Rn⁶...Rn^x，将实验结果依次代入测量误差公式：E^x＝(Actual Rn^x-Rn^x)/Rn^x*100％，得到不同R^x下的绝缘测量误差结果，作出不同桥臂电阻R^x的绝缘电阻值测量的相对误差图，相对误差图中横坐标是不同的桥臂电阻R^x，纵坐标是对应的E^x的绝对值|E^x|，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的相对误差，然后，再将实验结果依次代入方差公式

得到不同R^x下的方差，作出不同桥臂电阻R^x的绝缘电阻测量的方差图，方差图中横坐标为不同的桥臂电阻R^x，纵坐标是对应的S_x ²，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的方差；

S5：第二组实验：根据初步设置的桥臂电阻R₁ ⁰，设置一组试验变量R₁ ^x，分别为：R₁ ¹、R₁ ²、R₁ ³、R₁ ⁴、R₁ ⁵、R₁ ⁶...R^x，其中，R₁ ^x＝y₁R₁ ⁰，根据误差和方差的范围，确定y₁的取值范围为1/5～5倍，依次测量电路中不同R₁ ^x下的V₁、V₂、V₃、V₄，得到x组实验结果，分别代入正、负极绝缘电阻的计算公式(1)、公式(2)，求得实验结果Actual Rp¹、Rp²、Rp³、Rp⁴、Rp⁵、Rp⁶..Rp^x和Actual Rn¹、Rn²、Rn³、Rn⁴、Rn⁵、Rn⁶..Rn^x，将实验结果依次代入测量误差公式：E^x＝(ActualRn^x-Rn^x)/Rn^x*100％，得到不同R₁ ^x下的绝缘测量误差结果，作出不同桥臂电阻R₁ ^x的绝缘电阻值测量的相对误差图，相对误差图中横坐标是不同的桥臂电阻R₁ ^x，纵坐标是对应的E^x的绝对值|E^x|，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的相对误差，然后，再将实验结果依次代入方差公式

得到不同R₁ ^x下的方差，作出不同桥臂电阻R₁ ^x的绝缘电阻测量的方差图，方差图中横坐标是不同的桥臂电阻R₁ ^x，纵坐标是对应的S_x ²，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的方差；

S6：第三组实验：根据初步设置的Rp⁰和Rn⁰，设置一组试验变量R_n ^x(这里以Rn⁰为例)，分别为：Rn¹、Rn²、Rn³、Rn⁴、Rn⁵、Rn⁶...R^x，其中Rn^x＝y₂Rn⁰，根据误差和方差的范围，确定y₂的取值范围为1/4～5倍，依次测量电路中不同R_n ^x下的V₁、V₂、V₃、V₄，得到x组实验结果，分别代入正、负极绝缘电阻的计算公式(1)、公式(2)，求得实验结果Actual Rp¹、Rp²、Rp³、Rp⁴、Rp⁵、Rp⁶...Rp^x和Actual Rn¹、Rn²、Rn³、Rn⁴、Rn⁵、Rn⁶...Rn^x，将实验结果依次代入测量误差公式：E^x＝(Actual Rn^x-Rn^x)/Rn^x*100％，得到不同R_n ^x下的绝缘测量误差结果，作出不同绝缘电阻R_n ^x的测量值误差图，测量值误差图中横坐标是不同的负极绝缘电阻Rn^x，纵坐标是对应的E^x的绝对值|E^x|，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的相对误差，然后，再将实验结果依次代入方差公式

得到不同Rn^x下的方差，作出不同桥臂电阻Rn^x的绝缘电阻测量的方差图，方差图中横坐标是不同的负极绝缘电阻Rn^x，纵坐标是对应的S_x ²，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的方差；

S7：第四组实验：根据初步设置的V⁰，设置一组试验变量V^x(这里以Rn⁰为例)，分别为：V¹、V²、V³、V⁴、V⁵...R^x，其中V^x＝y₃V⁰，根据误差和方差的范围，确定y₃的取值范围为1～5倍，依次测量电路中不同V^x下的V₁、V₂、V₃、V₄，得到x组实验结果，分别代入正、负极绝缘电阻的计算公式(1)、公式(2)，求得实验结果Actual Rp¹、Rp²、Rp³、Rp⁴、Rp⁵..Rp^x和Actual Rn¹、Rn²、Rn³、Rn⁴、Rn⁵..Rn^x，将实验结果依次代入测量误差公式：E^x＝(Actual Rn^x-Rn^x)/Rn^x*100％，得到不同V^x下的绝缘测量误差结果，作出不同V^x的测量值误差图，测量值误差图中横坐标是不同的V^x，纵坐标是对应的E^x的绝对值|E^x|，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的相对误差，然后，再将实验结果依次代入方差公式

得到不同V^x下的方差，作出不同V^x的绝缘电阻测量的方差图，方差图中横坐标是不同的V^x，纵坐标是对应的S_x ²，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的方差；

S8：分析上述四组对比实验，各因素对绝缘电阻测量的方差与相对误差，找出满足绝缘电阻值测量的相对误差<5％且方差<0.3的试验组，通过总结该试验组的取值规律可获得一组近似关系，即y_i的取值范围，根据该近似关系即可设计一组最佳的电桥电阻匹配设计方案。

本技术方案通过在正负极对船壳之间连接监测桥电阻，根据直流系统和支路的绝缘状态计算正负绝缘电阻，最后根据测量结果定量，研究了电路中不同电阻值大小对绝缘电阻测试误差的影响规律。

这种装置成本低、电路结构简单，这种方法操作简单、测量时间短，易于实现数字化测量。

附图说明：

图1为实施例的电路结构示意图；

图2为实施例中绝缘监控系统流程图；

图3为实施例中的桥臂电阻优化流程方法图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型内容作进一步的详细说明，但不是对本实用新型的限定。

参照图1，一种用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，包括顺序连接的直流系统、检测电路和采样电路、AD转换电路及单片机MCU，其中，

所述直流系统设有动力电池组V_B、正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn，其中，正极绝缘电阻Rp的一端与动力电池组V_B的正极连接，另一端接地，负极绝缘电阻Rn的一端与动力电池组V_B的负极连接，另一端接地；

所述检测电路和采样电路中的检测电路设有两条第一桥臂电阻R、第二桥臂电阻R₁、第三桥臂电阻R₃、继电器开关S，其中，第一桥臂电阻R的一端与正极绝缘电阻Rp连接、另一端接地，第二桥臂电阻R₁的一端与负极绝缘电阻Rn连接，另一端接地，第三桥臂电阻R₃的一端与开关S连接，另一端接地，开关S的另一端与动力电池组V_B的负极连接；

所述检测电路和采样电路中的采样电路设有并联的二极管VD和电容C、电阻R₂，其中，电阻R₂的一端与第三桥臂电阻R₃相连，另一端与二极管VD和电容C的并联电路相连；

所述检测电路和采样电路中，正极为动力电池组V_B正母线对地电压，负极为动力电池组V_B负母线对地电压，系统上电时，动力电池组V_B和内部电阻构成检测回路，通过采集各部分电压值来计算绝缘电阻，正极对地电压、负极对地电压对应的采样点均位于正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn的连接处，采样电路采集对应支路上的电压作为采样电压，过程为：闭合支路上的开关S，并采样对应支路上的动力电池组V_B正极对地电压、动力电池组V_B负极对地电压；断开支路上的开关S，并采样对应支路上的动力电池组V_B正极对地电压、动力电池组V_B负极对地电压；

所述的AD转换电路及单片机MCU由AD芯片或带AD采样的电池采样模拟前端芯片和单片机组成，本例中AD采样电路和单片机由AN49503和STM32F105VCT6芯片组成。

本例中第一桥臂电阻R、第二桥臂电阻R₁、第三桥臂电阻R₃均为功率为2W、精度为1％的精密电阻，其中第一桥臂电阻R和第三桥臂电阻R₃大小一样。

本例中继电器开关S为HFD4/5-S的继电器，继电器的闭合与断开由单片机MCU控制。

本例中所述二极管VD为LESD3Z5.0CMT1G静电保护二极管。

本例中电容C的容值为1nf。

本例中开关S打开时，船舶底盘间与动力电池组正极的电压为V₁、与动力电池组负极的电压为V₂，开关S闭合时，船舶底盘间与动力电池正极的电压为V₃、与动力电池负极的电压为V₄，电压V₁、V₂之和为高压系统两端总电压V_B。

本例中正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn基于霍夫电压定律和开关S计算如公式(1)、公式(2)所示：

用于船舶动力电池组的绝缘检测系统监控流程如图2所示，根据船舶绝缘一般要求，电动船舶绝缘阻值需达到500Ω/V以上，即为绝缘性能良好，本例设置报警阈值，当正、负极绝缘阻值为200Ω/V～500Ω/V时，启动一级报警，正、负极绝缘阻值处于100Ω/V～200Ω/V时，启动二级报警，正、负极绝缘阻值低于100Ω/V时，启动三级报警并断开继电器S。

如图3所示采用上述用于船舶动力电池组的绝缘检测系统的检测过程包括如下步骤：

S1：根据船舶一般要求，电动船舶动力电阻组绝缘要求需达到500Ω/V以上，才能认为该船舶绝缘性能良好，并且船舶绝缘检测的误差也要<5％才能满足实际的应用，首先实际测量电动船舶动力电池组的电压值，根据动力电池组的电压值V和绝缘阻值应满足>500Ω/V的条件，可初步设置单臂不平衡桥中各参数的取值，各参数包括：实际正绝缘电阻Rp、负绝缘电阻Rn和桥臂电阻R、R₁，即假设绝缘要求是X，电压是Y，则绝缘电阻Rp和Rn的取值＝XY，桥臂电阻R、R₁的取值＝2XY，本例中，为RS485发送实验数据，绝缘检测系统自动或按要求记录的，102.4V/300Ah磷酸铁锂电池，测试198.95kΩ和197.9kΩ的正负绝缘电阻，其中单臂不平衡桥臂电阻R和R₁分别为620kΩ和575kΩ；

S2：将初步设置的各参数的取值：桥臂电阻R⁰、桥臂电阻R₁ ⁰、正极绝缘电阻Rp⁰、负极绝缘电阻Rn⁰和动力电池组的电压值V⁰，代入正、负极绝缘电阻的公式(1)、公式(2)，计算得出结果为：

测量计算的值Actual Rp⁰和Actual Rn⁰与参考的绝缘电阻Rp⁰、Rn⁰进行比较，即可根据误差公式E^x＝(Actual Rp^x-Rp^x)/Rp^x*100％，E^x为测量误差，方差公式

为测量误差的平均数，S²为方差，判断该误差的绝对值是否低于5％和方差是否低于0.3，若相对误差<5％且方差<0.3，即初步设置的各参数的取值满足要求，若相对误差>5％或方差>0.3，即初步设置的各参数的取值不满足要求，需重新设置，直到满足实际应用要求；

S3：根据绝缘电阻计算公式(1)、公式(2)可知，影响绝缘电阻测量的因素有4个，在考虑其影响时，顺序分别为桥臂电阻R、桥臂电阻R₁、Rp、Rn、动力电池组电压V，根据初步设置的各参数的取值R⁰、R₁ ⁰、Rp⁰和Rn⁰、V⁰，设置四组对比实验，探讨单因素对绝缘电阻测量的影响；

S4：第一组实验：根据初步设置的桥臂电阻R⁰，设置一组试验变量R^x，分别为：R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶...R^x，其中R^x＝yR⁰，根据误差和方差的范围，确定y的取值范围为1/5～5倍，依次测量电路中不同R^x下的V₁、V₂、V₃、V₄，得到x组实验结果，分别代入正、负极绝缘电阻的计算公式(1)、公式(2)，求得实验结果Actual Rp¹、Rp²、Rp³、Rp⁴、Rp⁵、Rp⁶、..Rp^x和Actual Rn¹、Rn²、Rn³、Rn⁴、Rn⁵、Rn⁶...Rn^x，将实验结果依次代入测量误差公式：E^x＝(Actual Rn^x-Rn^x)/Rn^x*100％，得到不同R^x下的绝缘测量误差结果，作出不同桥臂电阻R^x的绝缘电阻值测量的相对误差图，相对误差图中横坐标是不同的桥臂电阻R^x，纵坐标是对应的E^x的绝对值|E^x|，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的相对误差，然后，再将实验结果依次代入方差公式

得到不同R^x下的方差，作出不同桥臂电阻R^x的绝缘电阻测量的方差图，方差图中横坐标为不同的桥臂电阻R^x，纵坐标是对应的S_x ²，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的方差，本例中，桥臂电阻R^x的取值分别为：61.8KΩ、122KΩ、181.5KΩ、241.5KΩ、301KΩ、362KΩ、432KΩ、510KΩ，其中，当R大于301KΩ时，正负绝缘电阻测量误差都较小，低于2.8％，当R为61.8kΩ时，方差最大约为1.45，随着R的增大方差逐渐减小，当R大于301kΩ时方差略小，约为0.079，得出结论：当单臂不平衡电桥桥臂电阻R与参考的绝缘电阻之比大于1.5倍时，电桥桥臂电阻R对绝缘测量的影响较小，反之，则对绝缘测量的影响较大；

S5：第二组实验：根据初步设置的桥臂电阻R₁ ⁰，设置一组试验变量R₁ ^x，分别为：R₁ ¹、R₁ ²、R₁ ³、R₁ ⁴、R₁ ⁵、R₁ ⁶...R^x，其中，R₁ ^x＝y₁R₁ ⁰，根据误差和方差的范围，确定y₁的取值范围为1/5～5倍，依次测量电路中不同R₁ ^x下的V₁、V₂、V₃、V₄，得到x组实验结果，分别代入正、负极绝缘电阻的计算公式(1)、公式(2)，求得实验结果Actual Rp¹、Rp²、Rp³、Rp⁴、Rp⁵、Rp⁶..Rp^x和Actual Rn¹、Rn²、Rn³、Rn⁴、Rn⁵、Rn⁶..Rn^x，将实验结果依次代入测量误差公式：E^x＝(ActualRn^x-Rn^x)/Rn^x*100％，得到不同R₁ ^x下的绝缘测量误差结果，作出不同桥臂电阻R₁ ^x的绝缘电阻值测量的相对误差图，相对误差图中横坐标是不同的桥臂电阻R₁ ^x，纵坐标是对应的E^x的绝对值|E^x|，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的相对误差，然后，再将实验结果依次代入方差公式

得到不同R₁ ^x下的方差，作出不同桥臂电阻R₁ ^x的绝缘电阻测量的方差图，方差图中横坐标是不同的桥臂电阻R₁ ^x，纵坐标是对应的S_x ²，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的方差，本例中，桥臂电阻R₁ ^x的取值分别为：61.8KΩ、120.8KΩ、181KΩ、240.5KΩ、299.5KΩ、361KΩ、431KΩ、473.5KΩ，其中正负绝缘电阻测量误差和方差基本都没有变化，得出结论：电桥桥臂电阻R₁对绝缘电阻的测量几乎没有影响；但是根据实验经验可知，桥臂电阻R₁的取值小于61.8kΩ或大于473.5kΩ，都会造成电阻发热烧坏，建议电桥桥臂电阻R₁与负极绝缘电阻Rn比值在1-2.5倍之间；

S6：第三组实验：根据初步设置的Rp⁰和Rn⁰，设置一组试验变量R_n ^x本例以Rn⁰为例，分别为：Rn¹、Rn²、Rn³、Rn⁴、Rn⁵、Rn⁶...R^x，其中Rn^x＝y₂Rn⁰，根据误差和方差的范围，确定y₂的取值范围为1/4～5倍，依次测量电路中不同R_n ^x下的V₁、V₂、V₃、V₄，得到x组实验结果，分别代入正、负极绝缘电阻的计算公式(1)、公式(2)，求得实验结果Actual Rp¹、Rp²、Rp³、Rp⁴、Rp⁵、Rp⁶...Rp^x和Actual Rn¹、Rn²、Rn³、Rn⁴、Rn⁵、Rn⁶...Rn^x，将实验结果依次代入测量误差公式：E^x＝(Actual Rn^x-Rn^x)/Rn^x*100％，得到不同R_n ^x下的绝缘测量误差结果，作出不同绝缘电阻R_n ^x的测量值误差图，测量值误差图中横坐标是不同的负极绝缘电阻Rn^x，纵坐标是对应的E^x的绝对值|E^x|，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的相对误差，然后，再将实验结果依次代入方差公式

得到不同Rn^x下的方差，作出不同桥臂电阻Rn^x的绝缘电阻测量的方差图，方差图中横坐标是不同的负极绝缘电阻Rn^x，纵坐标是对应的S_x ²，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的方差，本例中，负极绝缘电阻Rn^x的取值分别为61.45KΩ、120.8KΩ、180.6KΩ、240KΩ、299KΩ、360.5KΩ、430KΩ、507KΩ，其中，随着实际负极绝缘电阻取值增大，测量误差逐渐增大，当负极绝缘电阻取值大于299KΩ时，绝缘测量误差大于3％，方差也随负极绝缘电阻取值增大而逐渐增大，得出结论：当电桥桥臂电阻R与负极绝缘电阻Rn比值大于2倍时，对绝缘测量的影响较小，反之，则对绝缘测量的影响较大；

S7：第四组实验：根据初步设置的V⁰，设置一组试验变量V^x本例以Rn⁰为例，分别为：V¹、V²、V³、V⁴、V⁵...R^x，其中V^x＝y₃V⁰，根据误差和方差的范围，确定y₃的取值范围为1～5倍，依次测量电路中不同V^x下的V₁、V₂、V₃、V₄，得到x组实验结果，分别代入正、负极绝缘电阻的计算公式(1)、公式(2)，求得实验结果Actual Rp¹、Rp²、Rp³、Rp⁴、Rp⁵..Rp^x和Actual Rn¹、Rn²、Rn³、Rn⁴、Rn⁵..Rn^x，将实验结果依次代入测量误差公式：E^x＝(Actual Rn^x-Rn^x)/Rn^x*100％，得到不同V^x下的绝缘测量误差结果，作出不同V^x的测量值误差图，测量值误差图中横坐标是不同的V^x，纵坐标是对应的E^x的绝对值|E^x|，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的相对误差，然后，再将实验结果依次代入方差公式

得到不同V^x下的方差，作出不同V^x的绝缘电阻测量的方差图，方差图中横坐标是不同的V^x，纵坐标是对应的S_x ²，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的方差，本例中，电池组电压的取值分别为：100v、200v、300v、400v、500v，其中，电压由100v增加到500v时，测量误差由1.43％增加到3.14％，当电压为500v高压时，误差增加迅速，原因是电池电压过大，电阻的内阻升高，从而导致电阻发热烧坏，所以得出规律：电池组电压应该小于或等于400V比较合理，同时，根据电动船舶绝缘检测标准，设计电桥时，电压与负极绝缘电阻Rn之比需达到500Ω/V以上；

S8：分析上述四组对比实验，各因素对绝缘电阻测量的方差与相对误差，找出满足绝缘电阻值测量的相对误差<5％且方差<0.3的试验组，通过总结该试验组的取值规律可获得一组近似关系，即y_i的取值范围，根据该近似关系即可设计一组最佳的电桥电阻匹配设计方案，如下所示：

R＝xRn,(x≥2)

R₁＝yRn，(1≤y≤2.5)

Rn/V≥500Ω/V

其中Rn为负极绝缘电阻，R、R₁为桥臂电阻，V为船舶动力电池组的电压。

Claims (6)

1.一种用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，其特征在于，包括顺序连接的直流系统、检测电路和采样电路、AD转换电路及单片机MCU，其中，

所述直流系统设有动力电池组V_B、正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn，其中，正极绝缘电阻Rp的一端与动力电池组V_B的正极连接，另一端接地，负极绝缘电阻Rn的一端与动力电池组V_B的负极连接，另一端接地；

所述检测电路和采样电路中的检测电路设有第一桥臂电阻R、第二桥臂电阻R₁、第三桥臂电阻R₃、继电器开关S，其中，第一桥臂电阻R的一端与正极绝缘电阻Rp连接、另一端接地，第二桥臂电阻R₁的一端与负极绝缘电阻Rn连接，另一端接地，第三桥臂电阻R₃的一端与开关S连接，另一端接地，开关S的另一端与动力电池组V_B的负极连接；

所述检测电路和采样电路中的采样电路设有并联的二极管VD和电容C、电阻R₂，其中，电阻R₂的一端与第三桥臂电阻R₃相连，另一端与二极管VD和电容C的并联电路相连；

所述检测电路和采样电路中，正极为动力电池组V_B正母线对地电压，负极为动力电池组V_B负母线对地电压，系统上电时，动力电池组V_B和内部电阻构成检测回路，通过采集各部分电压值来计算绝缘电阻，正极对地电压、负极对地电压对应的采样点均位于正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn的连接处，采样电路采集对应支路上的电压作为采样电压，过程为：闭合支路上的开关S，并采样对应支路上的动力电池组V_B正极对地电压、动力电池组V_B负极对地电压；断开支路上的开关S，并采样对应支路上的动力电池组V_B正极对地电压、动力电池组V_B负极对地电压；

所述的AD转换电路及单片机MCU由AD芯片或带AD采样的电池采样模拟前端芯片和单片机组成。

2.根据权利要求1所述的用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，其特征在于，所述两条第一桥臂电阻R、第二桥臂电阻R₁、第三桥臂电阻R₃均为功率为2W、精度为1％的精密电阻，其中第一桥臂电阻R和第三桥臂电阻R₃阻值大小一致。

3.根据权利要求1所述的用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，其特征在于，所述继电器开关S为HFD4/5-S的继电器，继电器的闭合与断开由单片机MCU控制。

4.根据权利要求1所述的用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，其特征在于，所述二极管VD为LESD3Z5.0CMT1G静电保护二极管。

5.根据权利要求1所述的用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，其特征在于，所述电容C的容值为1nf。

6.根据权利要求1所述的用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，其特征在于，所述正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn基于霍夫电压定律和开关S计算如公式(1)、公式(2)所示：

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