CN103022969A - 一种电动汽车漏电保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车漏电保护装置，其特征在于：所述的保护装置为汽车高压电源的输出端与车辆底盘的地依次接入分压电路、滤波处理单元、多路开关再通过A/D转化器接入主控单元；主控单元通过光电继电器单元将标准偏置电阻单元接入汽车高压电源的回路中；主控单元连接到报警及保护单元，由于采用上述的电路结构，本发明的优点在于：1、可以在电动汽车出现高压漏电时能够及时切断工作电源并进行报警；2、反应速度快、性能稳定；3、生产成本相对较低。

Description

一种电动汽车漏电保护装置

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，特别涉及一种电动汽车漏电保护装置。

背景技术

目前电动汽车大致可以分为三类：纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车。其中，纯电动汽车由单一的蓄电池组供电；混合动力汽车由传统的内燃机和蓄电池组共同给动力***供给能量；燃料电池汽车上能量供给主要由燃料电池完成，同时辅以动力蓄电池组。无论电动汽车动力***的能量供给是蓄电池、燃料电池还是超级电容等，也无论构成蓄电池组的是铅酸蓄电池、金属氢化物镍蓄电池还是锂离子电池，都不可避免地牵涉到高电压问题。目前，电动汽车上的直流***电压等级涵盖了90~600 V的宽范围。

我国国家标准GB 3805-83《安全电压》将安全电压额定值的等级规定为：42、36、24、12、6 V，因此当电动汽车上的电路***发生漏电，将直接对乘员的生命造成严重威胁，同时漏电也将影响车上低压电气和车辆控制器的正常工作。

因而，提供一种能够解决上述困境的动汽车漏电保护装置是现有技术需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种电动汽车漏电保护装置，以达到在电动汽车出现高压漏电时能够及时切断工作电源的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种电动汽车漏电保护装置，其特征在于：所述的保护装置为汽车高压电源的输出端与车辆底盘的地依次接入分压电路、滤波处理单元、多路开关再通过A/D转化器接入主控单元；主控单元通过光电继电器单元将标准偏置电阻单元接入汽车高压电源的回路中；主控单元连接到报警及保护单元，从而实现对汽车高压电源漏电的检测和保护。

所述的主控单元通过光耦隔离接口控制多路开关。

所述的光电继电器单元为光电继电器K1、K2分别将标准偏置电阻R0接入到汽车高压电源的负极和正极上。

所述的汽车高压电源回路上设有电源总开关K。

所述的报警及保护单元分别连接到电源总开关K和蜂鸣器上，从而及时切断汽车的主电源并且进行蜂鸣报警。

所述的电源总开关K为DC功率继电器，主控单元驱动MOS管后再有MOS管驱动DC功率继电器。

所述的光电继电器K1、K2为光耦继电器AQW216.

所述的主控单元的控制芯片型号为MICROCHIP公司的PIC12F635芯片。

一种电动汽车漏电保护装置，由于采用上述的电路结构，本发明的优点在于：1、可以在电动汽车出现高压漏电时能够及时切断工作电源并进行报警；2、反应速度快、性能稳定；3、生产成本相对较低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；

图1为本发明一种电动汽车漏电保护装置的结构框图；

图2为本发明一种电动汽车漏电保护装置计算绝缘电阻中电压采集的电路图；

图3为本发明一种电动汽车漏电保护装置电源总开关K的电路图；

图4为本发明一种电动汽车漏电保护装置报警及保护单元的继电器控制电路图；

图5为本发明一种电动汽车漏电保护装置报警及保护单元的蜂鸣器控制电路图；

图6为本发明一种电动汽车漏电保护装置分压模块的电路图；

在图1中，1、主控单元；2、汽车高压电源；3、车辆底盘；4、分压电路；5、滤波处理单元；6、多路开关；7、A/D转换器；8、报警及保护单元；9、光电继电器单元；10、光耦隔离接口；11、标准偏置电阻。

具体实施方式

本发明通过测量高压电路与地间的绝缘电阻，然后经过单片机的处理，用于达到智能控制漏电保护装置的目的。

如图1-6所示，本发明为汽车高压电源2的输出端与车辆底盘3的地依次接入分压电路4、滤波处理单元5、多路开关6再通过A/D转化器7接入主控单元1；主控单元1通过光电继电器单元9将标准偏置电阻单元11接入汽车高压电源2的回路中；主控单元1连接到报警及保护单元8，从而实现对汽车高压电源2漏电的检测和保护。

主控单元1通过光耦隔离接口10控制多路开关5。光电继电器单元9为光电继电器K1、K2分别将标准偏置电阻R0接入到汽车高压电源2的负极和正极上。汽车高压电源2回路上设有电源总开关K。报警及保护单元8分别连接到电源总开关K和蜂鸣器上，从而及时切断汽车的主电源并且进行蜂鸣报警。

在电动汽车上使用的直流电源有动力蓄电池、燃料电池和超级电容等。不同的直流电源在电动汽车上的电路可抽象为统一的电路模型，如图3所示。其中：电源负线对地(地指车辆电底盘，以下同)电阻为R-、正线对地电阻为R+，电源电压为Ub，电源内阻为Rb(一般Rb的值很小，相对于R-、R+可以忽略) 。R0为测量所用的标准电阻，取值范围为lO0～500 R／V，按电源的标称电压计算。

电动汽车上高压电路***是否发生漏电可由电源的对地绝缘电阻大小来衡量。电源的绝缘电阻等于R-和R+中较小的，因为两个电阻中较小的会允许更大的电流流过动力蓄电池另一端与地线相接的外部电路。电动汽车的国家标准规定，绝缘电阻值除以电动汽车直流***标称电压U，结果应大于lO0～500 R／V，才符合安全的要求。标准中所推荐的动力蓄电池绝缘电阻测量方法只适用于静态测试，无法满足当车辆运行时对车辆电安全性的监控。

本装置通过测量电源正、负线对地间的电压，计算得到电源对地的绝缘电阻值。设负线与地之间电压在开关K 闭合前后分别为U11 和U12 正线与地之间电压在开关K2闭合前后分别为U21和U22 (假设所有电压值均为正值)。可得结论：

当U11≥U21时，电源绝缘电阻等于R+，且：

R+=R0×(1+U21/U11)×(U11/U12 -1)

当U11＜U21时，电源绝缘电阻等于R-，且：

R-=R0×(1+U11/U21)×(U21/U22 -1)

根据计算出的绝缘电阻值和电源标称电压大小可判断高压电路***中是否发生漏电。根据本发明对检测和输出要求，并兼顾器件性能的因素，选择MICROCHIP公司的PIC12F635芯片作为此控制***的主控芯片。

本方案中用到的开关有电源总开关K，控制定值电阻R0连接的开关Kl，K2以及多路开关。在选择开关K、Kl、K2时需要考虑其耐压值，漏电流大小，打开和关闭的作用时间以及驱动电流(电压)大小等因素。电源总开关K不仅需要耐高压，而且需要断开彻底，故选择DC功率继电器，而由于MCU的I／O口无法提供足够的电流和电压，故选择由MCU直接控制MOS管，再由MOS管控制继电器开关的通断，见图三。控制定值电阻R0连接的开关Kl，K2对开关的频率要求较高，选择耐高压的光耦继电器AQW216，光耦继电器无机械触点，因此没有触点的磨损，使用寿命接近于无限，其驱动部分具有光耦特性，抑制干扰传输；具有低电流控制、高隔离电压、高速切换、低泄漏电流的优良特性。

电动汽车上直流电源电压变化范围宽，除了根据***标称电压选择不同等级标准阻值外，还要考虑功耗及测量精度的影响，并尽量选择高精度、低温漂系数。本装置选用的实际标准电阻配置。

如图4-5所示，报警及保护单元分为两种类型：一类为继电器控制输出电路，另一类为报警喇叭控制的输出电路。

对于车载电源的高压，首先需要对其进行分压处理。分压电路模块如图6所示。其中电阻根据分压比例选择不同等级标准阻值，使得分压后的电压值方便处理器的处理。负极对地电压通过反相比例放大器进行分压，并将电压值反相以避免负电源的使用。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动汽车漏电保护装置，其特征在于：所述的保护装置为汽车高压电源（2）的输出端与车辆底盘（3）的地依次接入分压电路（4）、滤波处理单元（5）、多路开关（6）再通过A/D转化器（7）接入主控单元（1）；主控单元（1）通过光电继电器单元（9）将标准偏置电阻单元（11）接入汽车高压电源（2）的回路中；主控单元（1）连接到报警及保护单元（8）。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车漏电保护装置，其特征在于：所述的主控单元（1）通过光耦隔离接口（10）控制多路开关（6）。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车漏电保护装置，其特征在于：所述的光电继电器单元（9）为光电继电器（K1、K2）分别将标准偏置电阻（R0）接入到汽车高压电源（2）的负极和正极上。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车漏电保护装置，其特征在于：所述的汽车高压电源（2）回路上设有电源总开关（K）。

5.根据权利要求1或4所述的一种电动汽车漏电保护装置，其特征在于：所述的报警及保护单元（8）分别连接到电源总开关（K）和蜂鸣器上。

6.根据权利要求1或4所述的一种电动汽车漏电保护装置，其特征在于：所述的电源总开关（K）为DC功率继电器，主控单元（1）驱动MOS管后再有MOS管驱动DC功率继电器。

7.根据权利要求1所述的一种电动汽车漏电保护装置，其特征在于：所述的光电继电器（K1、K2）为光耦继电器AQW216。

8.根据权利要求1或2所述的一种电动汽车漏电保护装置，其特征在于：所述的主控单元（1）的控制芯片型号为MICROCHIP公司的PIC12F635芯片。 

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