CN219245662U - 一种车用高压绝缘监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种车用高压绝缘监测装置，包括总压接入电路模块、测量电路模块、MCU控制模块、报警输出模块以及CAN接口模块，总压接入电路模块的输入端与高压电池组连接，其输出端与测量电路模块的输入端连接；MCU控制模块由第一隔离电源进行供电；测量电路模块由第二隔离电源进行供电，并通过第一电气隔离单元与MCU控制模块进行通讯连接；报警输出模块通过第二电气隔离单元与MCU控制模块进行通讯连接；CAN接口模块由第三隔离电源进行供电，并通过第三电气隔离单元与MCU控制模块进行通讯连接；第一隔离电源的输出端分别与第二隔离电源、第三隔离电源的输入端连接。本实用新型确保车用高压绝缘监测模块的使用安全。

Description

一种车用高压绝缘监测装置

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车监测设备技术领域，尤其涉及一种车用高压绝缘监测装置。

背景技术

近年来，随着科学技术不断进步，以动力电池组为主要动力的新能源汽车进入了发展的快车道，越来越被人们所接受。

在新能源汽车中，动力电池组是其重要组成部分，动力电池组的工作电压一般都很高，需要具备优良的绝缘性能，来保证用车安全。实际使用中，在新能源车行驶过程中，动力电池组的直流母线绝缘介质在受到震动、温湿度变化、污染腐蚀等情况，都可能导致其绝缘介质老化甚至破损，造成绝缘强度降低，严重时会危及人身安全。

为保证新能源汽车的使用安全和车内乘客的生命安全，就需要实时掌握其绝缘性能并一直控制在安全阀值内，因此准确实时监测动力电池组的绝缘电阻就具有重要意义。

目前，对新能源汽车绝缘监测的电压范围一般在300V～800V之间，通用型绝缘监测产品能基本满足大多数场合的应用。但是，在一些特殊场合中，例如一些新能源特种车辆，其要求电压范围在1500V～2000V之间，通用型绝缘监测产品已经无法满足监测要求。

为此，本申请人经过有益的探索和研究，找到了解决上述问题的方法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：针对现有技术的不足而提供一种车用高压绝缘监测装置，其具备在0V～2200V电压范围内监测新能源汽车绝缘性能及电压的功能。

本实用新型所要解决的技术问题可以采用如下技术方案来实现：

一种车用高压绝缘监测装置，包括总压接入电路模块、测量电路模块、MCU控制模块、报警输出模块以及CAN接口模块，所述总压接入电路模块的输入端与高压电池组连接，其输出端与所述测量电路模块的输入端连接；其特征在于，

所述MCU控制模块由第一隔离电源进行供电；

所述测量电路模块由第二隔离电源进行供电，并通过第一电气隔离单元与所述MCU控制模块进行通讯连接；

所述报警输出模块通过第二电气隔离单元与所述MCU控制模块进行通讯连接；

所述CAN接口模块由第三隔离电源进行供电，并通过第三电气隔离单元与所述MCU控制模块进行通讯连接；

所述第一隔离电源的输出端分别与所述第二隔离电源、第三隔离电源的输入端连接。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述第一隔离电源、第二隔离电源、第三隔离电源为DC-DC转换器。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述第一电气隔离单元为电气隔离芯片，所述第二电气隔离单元为光耦隔离器件，第三电气隔离单元为电气隔离芯片。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述总压接入电路模块包括第一、第二总压接入电阻和第一、第二总压接入开关，所述第一、第二总压接入电阻的一端与所述高压电池组的正、负极端连接，其另一端与所述第一、第二总压接入开关的一端连接，所述第一、第二总压接入开关的另一端作为所述总压接入电路模块的正、负极输出端。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述测量电路模块包括反馈电阻、信号发生电路单元、低通滤波电路单元、信号变换放大电路单元以及ADC转换单元，所述总压接入电路模块的正、负极输出端并接在所述反馈电阻的第一、第二端上，所述反馈电阻的第一端与所述低通滤波电路的输入端连接，其第二端接地并与所述信号发生电路单元连接，所述信号变换放大电路单元的输入端一方面与所述低通滤波电路的输出端连接，另一方面与所述MCU控制模块连接，其输出端与所述ADC转换单元的输入端连接，所述ADC转换单元的输出端与所述MCU控制模块连接。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述信号变换放大电路单元包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十电阻、第一、第二、第三、第四电容以及第一、第二运算放大器；

所述第一电阻的一端与所述MCU控制模块连接，其另一端分别与所述第一电容的一端、第二电阻的一端并接，所述第一电容的另一端接地，所述第二电阻的另一端与所述第二电容的一端、第三电阻的一端、第四电阻的一端并接，所述第二电容的另一端接地，所述第三电阻的另一端与第三电容的一端并接后连接至所述第一运算放大器的负极输入端上，所述第四电阻的另一端与所述第三电容的另一端并接后连接至所述第一运算放大器的输出端上，所述第一运算放大器的正极输入端通过第五电阻与所述第二隔离电源连接；

所述第六电阻的一端连接至所述第一运算放大器的输出端上，其另一端与所述第七电阻的一端、第八电阻的一端并接后连接至所述第二运算放大器的负极输入端上，所述第七电阻的另一端与所述低通滤波电路的输出端连接，所述第八电阻的另一端连接至所述第二运算放大器的输出端上，所述第二运算放大器的正极输入端通过所述第九电阻接地，所述第十电阻的一端与所述第四电容的一端并接后作为所述信号变换放大电路的输出端与所述ADC转换单元的输入端连接，所述第四电容的另一端接地。

由于采用了如上技术方案，本实用新型的有益效果在于：本实用新型在低压侧和高压侧通过电气隔离器件进行完全隔离，确保车用高压绝缘监测模块的使用安全，同时本实用新型具备监测0～2200V高压电池组母线绝缘电阻和总电压的功能，并能对外进行交互。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的信号变换放大电路单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图1，图中给出的是一种车用高压绝缘监测装置，包括总压接入电路模块100、测量电路模块200、MCU控制模块300、报警输出模块400以及CAN接口模块500。

总压接入电路模块100的输入端与高压电池组10连接，其输出端与测量电路模块200的输入端连接。具体地，总压接入电路模块100包括总压接入电阻110a、110b和总压接入开关120a、120b。总压接入电阻110a、110b的一端与高压电池组10的正、负极端连接，其另一端与总压接入开关120a、120b的一端连接，总压接入开关120a、120b的另一端作为总压接入电路模块100的正、负极输出端。

总压接入电路模块100实现对外部高压电池组母线输入的限流和控制。通过在总压接入电路模块100内正、负极通路上设置总压接入电阻110a、110b，总压接入电阻110a、110b的阻值在1M以上，对外部高压输入进行限流。在装置工作时，总压接入电路模块100内开关导通。在装置不工作时，总压接入电路模块100内开关断开，实现外部高压电池组10的母线输入与装置内部其他内部电路的隔离。

MCU控制模块300由隔离电源600a进行供电，实现供电隔离，MCU控制模块300采用的是型号为STM32F103R8T6的MCU芯片。测量电路模块200由隔离电源600b进行供电，实现供电隔离，并通过电气隔离单元700a与MCU控制模块300进行通讯连接，实现电气隔离。报警输出模块400通过电气隔离单元700b与MCU控制模块300进行通讯连接，实现电气隔离。CAN接口模块500由隔离电源600c进行供电，实现供电隔离，并通过电气隔离单元700c与MCU控制模块300进行通讯连接，实现电气隔离。隔离电源600a的输出端分别与隔离电源600b、600c的输入端连接，隔离电源600b、600c的电能由隔离电源600a来提供。

在本实施例中，隔离电源600a、600b、600c优选地采用DC-DC转换器。电气隔离单元700a优选地采用型号为CA-IS374x系列的电气隔离芯片；电气隔离单元700b优选地采用型号为TLP172GM的光耦隔离器件；电气隔离单元700c优选地采用型号为ADUM1201ARZ的电气隔离芯片。

本实用新型通过多个电气隔离器件组合，实现高压侧和低压侧的高电气隔离度和高精度测量，确保车用高压绝缘监测模块的使用安全，同时本实用新型具备监测0～2200V高压电池组母线绝缘电阻和总电压的功能，并能对外进行交互。

测量电路模块200包括反馈电阻210、信号发生电路单元220、低通滤波电路单元230、信号变换放大电路单元240以及ADC转换单元250。总压接入电路模块100的正、负极输出端并接在反馈电阻210的第一、第二端上，反馈电阻210的第一端与低通滤波电路230的输入端连接，其第二端接地并与信号发生电路单元220连接，信号变换放大电路单元240的输入端一方面与低通滤波电路230的输出端连接，另一方面与MCU控制模块300连接，其输出端与ADC转换单元250的输入端连接，ADC转换单元250的输出端与MCU控制模块300连接。

信号发生电路单元220包含推挽电路(含三极管、电阻)、信号源(DCDC:5V转±15V)；MCU电气隔离信号通过推挽电路将信号源电压信号(+15V、-15V)变换输出对称的低频方波电压信号。

低通滤波电路单元230包含电阻、电容、运算放大器等元器件，构成低通滤波放大电路，放大倍数为-1。本单元含多个低通滤波放大电路。

ADC转换单元250采用的是型号为AD7923BRUZ的ADC转换器。

测量电路模块200通过信号发生电路单元220产生一个低频方波注入到搭铁地上，取反馈电阻210两端电压作为绝缘电阻测量信号，绝缘电阻测量信号先通过低通滤波电路单元230进行滤波，再通过信号变换放大电路单元240将绝缘电阻测量信号放大，最后通过ADC转换单元250转换成绝缘电阻对应的数模值。同时，在母线回路选中一段分压电阻，取其两端的电压值作为总电压测量信号，总电压测量信号通过减法运算电路变换，而后通过ADC转换单元250转换成总电压对应的数模值。MCU控制模块300用于接收测量电路模块200输出的数模值，并运算成绝缘电阻值和总压值，同时根据绝缘电阻值和总压值判断绝缘状态。CAN接口模块500实现与外界进行总电压、绝缘电阻的数据交互。报警输出模块400用于接收MCU控制模块300传送的绝缘状态，并将向外输出绝缘状态。

参见图2，信号变换放大电路单元240包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、电容C1、C2、C3、C4以及运算放大器U1、U2。

电阻R1的一端与MCU控制模块300连接，用于接收MCU控制模块300输出的PWM信号，其另一端分别与电容C1的一端、电阻R2的一端并接，电容C1的另一端接地，电阻R2的另一端与电容C2的一端、电阻R3的一端、电阻R4的一端并接，电容C2的另一端接地，电阻R3的另一端与电容C3的一端并接后连接至运算放大器U1的负极输入端上，电阻R4的另一端与电容C3的另一端并接后连接至运算放大器U1的输出端上，运算放大器U1的正极输入端通过电阻R5与隔离电源600b连接；

电阻R6的一端连接至运算放大器U1的输出端上，其另一端与电阻R7的一端、电阻R8的一端并接后连接至运算放大器U2的负极输入端上，电阻R7的另一端与低通滤波电路230的输出端连接，电阻R8的另一端连接至运算放大器U2的输出端上，运算放大器U2的正极输入端通过电阻R9接地，电阻R10的一端与电容C4的一端并接后作为信号变换放大电路240的输出端与ADC转换单元250的输入端连接，电容C4的另一端接地。

MCU控制模块300输出PWM信号经过电气隔离单元700a连接到信号变换放大电路单元240，信号变换放大电路单元240内部先经过二阶低通滤波电路(该二阶低通滤波电路由电阻R1、R2和电容C1、C2构成)，连接至运算放大器U1中运放反向输入端，通过MCU控制模块300调节PWM的占空比，产生一个隔离变换电压，和低通滤波电路230输出的需要测量的信号相互叠加抵消，产生一个合理的负电压小信号(-1.5～0V)，再经过运算放大器U2，产生一个0～5V的电压，有利于提高采样的精度。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种车用高压绝缘监测装置，包括总压接入电路模块、测量电路模块、MCU控制模块、报警输出模块以及CAN接口模块，所述总压接入电路模块的输入端与高压电池组连接，其输出端与所述测量电路模块的输入端连接；其特征在于，

所述MCU控制模块由第一隔离电源进行供电；

所述测量电路模块由第二隔离电源进行供电，并通过第一电气隔离单元与所述MCU控制模块进行通讯连接；

所述报警输出模块通过第二电气隔离单元与所述MCU控制模块进行通讯连接；

所述CAN接口模块由第三隔离电源进行供电，并通过第三电气隔离单元与所述MCU控制模块进行通讯连接；

所述第一隔离电源的输出端分别与所述第二隔离电源、第三隔离电源的输入端连接。

2.如权利要求1所述的车用高压绝缘监测装置，其特征在于，所述第一隔离电源、第二隔离电源、第三隔离电源为DC-DC转换器。

3.如权利要求1所述的车用高压绝缘监测装置，其特征在于，所述第一电气隔离单元为电气隔离芯片，所述第二电气隔离单元为光耦隔离器件，第三电气隔离单元为电气隔离芯片。

4.如权利要求1所述的车用高压绝缘监测装置，其特征在于，所述总压接入电路模块包括第一、第二总压接入电阻和第一、第二总压接入开关，所述第一、第二总压接入电阻的一端与所述高压电池组的正、负极端连接，其另一端与所述第一、第二总压接入开关的一端连接，所述第一、第二总压接入开关的另一端作为所述总压接入电路模块的正、负极输出端。

5.如权利要求1至4中任一项所述的车用高压绝缘监测装置，其特征在于，所述测量电路模块包括反馈电阻、信号发生电路单元、低通滤波电路单元、信号变换放大电路单元以及ADC转换单元，所述总压接入电路模块的正、负极输出端并接在所述反馈电阻的第一、第二端上，所述反馈电阻的第一端与所述低通滤波电路的输入端连接，其第二端接地并与所述信号发生电路单元连接，所述信号变换放大电路单元的输入端一方面与所述低通滤波电路的输出端连接，另一方面与所述MCU控制模块连接，其输出端与所述ADC转换单元的输入端连接，所述ADC转换单元的输出端与所述MCU控制模块连接。

6.如权利要求5所述的车用高压绝缘监测装置，其特征在于，所述信号变换放大电路单元包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十电阻、第一、第二、第三、第四电容以及第一、第二运算放大器；

所述第一电阻的一端与所述MCU控制模块连接，其另一端分别与所述第一电容的一端、第二电阻的一端并接，所述第一电容的另一端接地，所述第二电阻的另一端与所述第二电容的一端、第三电阻的一端、第四电阻的一端并接，所述第二电容的另一端接地，所述第三电阻的另一端与第三电容的一端并接后连接至所述第一运算放大器的负极输入端上，所述第四电阻的另一端与所述第三电容的另一端并接后连接至所述第一运算放大器的输出端上，所述第一运算放大器的正极输入端通过第五电阻与所述第二隔离电源连接；

所述第六电阻的一端连接至所述第一运算放大器的输出端上，其另一端与所述第七电阻的一端、第八电阻的一端并接后连接至所述第二运算放大器的负极输入端上，所述第七电阻的另一端与所述低通滤波电路的输出端连接，所述第八电阻的另一端连接至所述第二运算放大器的输出端上，所述第二运算放大器的正极输入端通过所述第九电阻接地，所述第十电阻的一端与所述第四电容的一端并接后作为所述信号变换放大电路的输出端与所述ADC转换单元的输入端连接，所述第四电容的另一端接地。

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