CN104502712B - 一种电动汽车动力***绝缘检测控制装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车动力***绝缘检测控制装置和控制方法，包括：绝缘检测控制器、第一开关、第二开关、正极绝缘检测装置、负极绝缘检测装置，动力蓄电池组正极连接第一开关信号输入端，所述第一开关控制端连接绝缘检测控制器控制端，所述第一开关信号输出端连接正极绝缘检测装置信号输入端，所述正极绝缘检测装置信号输出端连接绝缘检测控制器信号输入端；动力蓄电池组负极连接第二开关信号输入端，所述第二开关控制端连接绝缘检测控制器控制端，所述第二开关信号输出端连接负极绝缘检测装置信号输入端，所述负极绝缘检测装置信号输出端连接绝缘检测控制器信号输入端。

Description

一种电动汽车动力***绝缘检测控制装置和控制方法

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种电动汽车动力***绝缘检测控制装置和控制方法。

背景技术

目前电动汽车上蓄电池动力***的电压通常都超过了人体能够承受的安全电压，而诸如绝缘老化、涉水、淋雨等客观因素都会使原有绝缘电阻进一步下降，从而在使用或者维修过程中，给使用、维修人员带来触电危险，因此，研制出一种车载实时高效、低成本的电动汽车动力电池***绝缘检测控制装置就显得很有必要。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种电动汽车动力***绝缘检测控制装置和控制方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种电动汽车动力***绝缘检测控制装置，其关键在于，包括：绝缘检测控制器、第一开关、第二开关、正极绝缘检测装置、负极绝缘检测装置，

动力蓄电池组E1正极连接第一开关信号输入端，所述第一开关控制端连接绝缘检测控制器控制端，所述第一开关信号输出端连接正极绝缘检测装置信号输入端，所述正极绝缘检测装置信号输出端连接绝缘检测控制器信号输入端；

动力蓄电池组E1负极连接第二开关信号输入端，所述第二开关控制端连接绝缘检测控制器控制端，所述第二开关信号输出端连接负极绝缘检测装置信号输入端，所述负极绝缘检测装置信号输出端连接绝缘检测控制器信号输入端。

所述的电动汽车动力***绝缘检测控制装置，优选的，还包括：第三电阻和第四电阻，

所述第三电阻一端连接在动力蓄电池组E1正极和第一开关信号输入端之间，所述第三电阻另一端连接电动车电底盘，所述第四电阻一端连接在动力蓄电池组E1负极和第二开关信号输入端之间，所述第四电阻另一端连接电动车电底盘。

所述的电动汽车动力***绝缘检测控制装置，优选的，所述正极绝缘检测装置包括：第一电阻、第二电阻、第一场效应管、第二场效应管、第一绝缘电阻Ro1，

第一电阻一端连接第一开关连接端，所述第一电阻另一端分别连接第二电阻一端和绝缘检测控制器信号输入端，所述第二电阻另一端连接第一场效应管漏极，所述第一场效应管栅极连接绝缘检测控制器控制端，所述第一场效应管源极分别连接第二场效应管源极和电动车电底盘，所述第二场效应管栅极连接绝缘检测控制器控制端，所述第二场效应管漏极连接第一绝缘电阻Ro1一端，所述第一绝缘电阻Ro1另一端连接第一开关信号输出端。

所述的电动汽车动力***绝缘检测控制装置，优选的，所述负极绝缘检测装置包括：第五电阻、第六电阻、第三场效应管、第四场效应管、第二绝缘电阻Ro2，

第三场效应管源极连接第二开关信号输出端，所述第三场效应管漏极连接第二绝缘电阻Ro2一端，所述第二绝缘电阻Ro2另一端连接电动车电底盘，所述第二开关信号输出端还连接第四场效应管源极，所述第四场效应管漏极连接第六电阻一端，所述第六电阻另一端分别连接第五电阻一端和绝缘检测控制器信号输入端，所述第五电阻另一端还连接第二绝缘电阻Ro2，所述第四场效应管栅极连接绝缘检测控制器信号输入端。

所述的电动汽车动力***绝缘检测控制装置，优选的，还包括：电池管理器BMS和显示装置，

所述电池管理器BMS信号输入端通过CAN总线与绝缘检测控制器信号输出端连接，所述电池管理器BMS信号输出端连接显示装置，所述显示装置用于显示绝缘检测数据和进行报警显示。

本发明还公开一种电动汽车动力***绝缘检测控制方法，其关键在于，包括如下步骤：

步骤1，通过权利要求1所述的装置，测试动力蓄电池组正极对电底盘电压，从而检测绝缘电阻值是否超过阈值，判断是否报警操作；

步骤2，通过权利要求1所述的装置，测试动力蓄电池组负极对电底盘电压，从而检测绝缘电阻值是否超过阈值，判断是否报警操作。

所述的电动汽车动力***绝缘检测控制方法，优选的，所述步骤1包括：

步骤1-1，绝缘检测控制器的第一开关控制端输出信号使第一开关接通，绝缘检测控制器的第一场效应管控制端输出高电平信号使第一场效应管饱和导通，绝缘检测控制器的第二场效应管控制端输出低电平信号使第二场效应管截止断开；绝缘检测控制器的第二开关控制端输出信号使第二开关处于断开状态，通过公式：

VR3+VR4＝VE1，

VR1+VR2＝VR3，

VR2＝R2×VR3÷(R1+R2)，

上式中VR3为第三电阻上压降，VR4为第四电阻上压降，VE1为蓄电池组的总电压，VR1为第一电阻上压降，VR2为第二电阻上压降；使用第二电阻上的分压被送到绝缘检测控制器的第一A/D信号输入端后，第二电阻上的压降VR2被测试出来，将该VR2的电压值代入下式得到

VR3＝(R1+R2)×VR2÷R2。

所述的电动汽车动力***绝缘检测控制方法，优选的，所述步骤2包括：

步骤2-1，绝缘检测控制器的第二开关控制端输出信号使第二开关接通，绝缘检测控制器的第四场效应管控制端输出高电平信号使第四场效应管饱和导通，绝缘检测控制器的第三场效应管控制端输出低电平信号使第三场效应管截止断开，绝缘检测控制器的第一开关控制端输出信号使第一开关处于断开状态，如下式：

VR5+VR6＝VR4，

上式中VR4为第四电阻上压降，VR5为第五电阻上压降，VR6为第六电阻上压降，使用第五电阻上的分压被送到绝缘检测控制器的第二A/D信号输入端后，第五电阻上的压降VR5被测试出来，将该VR5的电压值代入VR5＝R5×VR4÷(R5+R6)，得到如下式：

VR4＝(R5+R6)×VR5÷R5。

所述的电动汽车动力***绝缘检测控制方法，优选的，所述步骤1包括：

步骤1-2，绝缘检测控制器对VR3和VR4进行比较，如果VR3＞VR4，说明第三电阻＞第四电阻，为了测试第四电阻，引入已知电阻值的第一绝缘电阻；

绝缘检测控制器的第一开关控制端输出信号使第一开关接通，绝缘检测控制器的第一场效应管控制端输出高电平信号使第一场效应管饱和导通，绝缘检测控制器的第二场效应管控制端输出高电平信号使第二场效应管饱和导通；绝缘检测控制器的第二开关控制端输出信号使第二开关处于断开状态，此时第一绝缘电阻与第三电阻并联，设并联为R3¹，如下公式:

VR3¹＝(R1+R2)×VR2¹÷R2，

根据步骤1-1的测试方法，VR2¹也被绝缘检测控制器测得，从而由上式得到VR3¹。

所述的电动汽车动力***绝缘检测控制方法，优选的，所述步骤2包括：

步骤2-1，如果VR4＞VR3，说明第四电阻＞第三电阻，为了测试第三电阻，引入已知电阻值的第二绝缘电阻，

绝缘检测控制器的第二开关控制端输出信号使第二开关接通，绝缘检测控制器的第四场效应管控制端输出高电平信号使第四场效应管饱和导通，绝缘检测控制器的第三场效应管控制端输出高电平信号使第三场效应管饱和导通；绝缘检测控制器的第一开关控制端输出信号使第一开关处于断开状态，此时第二绝缘电阻与第四电阻并联，设并联为R4¹，如下式:

VR4¹＝(R5+R6)×VR5¹÷R5，

根据步骤2-1使用的测试方法，VR5¹被绝缘检测控制器测得，从而由上式式得到VR4¹。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

由于本装置采用的是精密电阻试测法，比采用外电压测试法电路简单，成本下降；当需要采用专用绝缘测试仪器来维修或者检测车辆的绝缘电阻时，可以通过上位机控制第一、第二开关处于断开状态即可，也可以将第一、第二开关设置为手动开关控制。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的电路原理连接图；

图2为本发明的第1步测试电池组正极电压等效电路图；

图3为本发明的第2步测试电池组负极电压等效电路图；

图4为本发明的第3步测试电池组正极电压等效电路图；

图5为本发明的第4步测试电池组负极电压等效电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。

本发明的目的是提供一种电动汽车动力电池***绝缘检测控制装置，该装置在车辆行驶和充电中实时检测动力电池***E1的正极、负极分别对电底盘(车体)的绝缘电阻，当测得的绝缘电阻值＜允许的二级绝缘电阻值时(500Ω/V)，本装置首先通过CAN总线把二级绝缘电阻故障传递给电池管理器BMS，电池管理器BMS控制显示仪表进行二级绝缘电阻光闪烁报警，提示车辆使用者；当测得的绝缘电阻值＜允许的一级绝缘电阻值时(100Ω/V)，本装置在通过CAN总线把一级绝缘电阻故障传递给电池管理器BMS，电池管理器BMS控制显示仪表进行一级绝缘电阻光闪烁报警的同时，再通过电池管理器BMS控制动力电池***的正、负极与车辆的动力电机断开，以保证人员与车辆的绝缘安全。

在图1中，第一开关、第二开关为继电器，所述第一开关、第二开关作用是为了解决采用其它专用绝缘测试仪器来维修或者检测车辆绝缘***而设置的，平时第一开关、第二开关为常闭接通状态，E1为动力蓄电池组，Q1、Q2、Q3、Q4为N型场效应管，电阻R1+R2＝电阻R5+R6≥10MΩ，R2＝R5＝1％R1,R1＝R6,电阻R1、R2、R5、R6均为已知电阻值的精密电阻，Ro1＝Ro2为按照500Ω/V配置的已知电阻值的精密电阻(按动力蓄电池的标称电压计算，如动力蓄电池的标称电压＝320V时，Ro1＝500×320＝160KΩ。)，电阻R3和R4分别为动力蓄电池组正、负极对电底盘的绝缘电阻，一般为有限电阻值，且二者一般也不相等，R3或者R4中任一者超过允许值，即为***绝缘超过允许值，即小的一个电阻值为***的绝缘电阻值，***按设定程序进行报警和控制。

使用时，按如下方式对绝缘电阻R3和R4分别进行测试：

第1步，测试蓄电池组正极对电底盘电压VR3：

绝缘检测控制器的第一开关控制端A4输出信号使第一开关接通，绝缘检测控制器的第一场效应管控制端A2输出高电平信号使第一场效应管Q1饱和导通，绝缘检测控制器的第二场效应管控制端A3输出低电平信号使第二场效应管Q2截止断开；绝缘检测控制器的第二开关控制端A5输出信号使第二开关处于断开状态，由于场效应管饱和导通时的导通电阻为几十毫欧量级，该几十毫欧级电阻对测试电路没有影响，相当于短路，此时有等效电路如图2，由图2有:

VR3+VR4＝VE1 (1)

VR1+VR2＝VR3 (2)

VR2＝R2×VR3÷(R1+R2) (3)

上述(1)、(2)、(3)式中VR3为绝缘电阻R3上压降，VR4为绝缘电阻R4上压降，VE1为蓄电池组的总电压，VR1为精密电阻R1上压降，VR2为精密电阻R2上压降；由于R1和R2为精密已知电阻，在图2使用下R2上的分压被送到绝缘检测控制器的第一A/D信号输入端A1后，电阻R2上的压降VR2被测试出来，将该VR2的电压值代入(3)式，得到

VR3＝(R1+R2)×VR2÷R2 (4)

第2步，测试蓄电池组负极对电底盘电压VR4：

绝缘检测控制器的第二开关控制端A5输出信号使第二开关接通，绝缘检测控制器的第四场效应管控制端A8输出高电平信号使第四场效应管Q1饱和导通，绝缘检测控制器的第三场效应管控制端A6输出低电平信号使第三场效应管Q3截止断开，绝缘检测控制器的第一开关控制端A4输出信号使第一开关处于断开状态；此时有等效电路如图3，由图3有:

VR5+VR6＝VR4 (5)

VR5＝R5×VR4÷(R5+R6) (6)

(5)式中VR4为绝缘电阻R4上压降，VR5为精密电阻R5上压降，VR6为精密电阻R6上压降；由于R5和R6为精密已知电阻，在图3使用下R5上的分压被送到绝缘检测控制器的第二A/D信号输入端A7后，电阻R5上的压降VR5被测试出来(负压可以进行绝对值处理)，将该VR5的电压值代入(6)式，得到

VR4＝(R5+R6)×VR5÷R5 (7)

第3步，绝缘检测控制器对VR3和VR4进行比较，如果VR3＞VR4，说明绝缘电阻R3＞R4(流过R3和R4的漏电流是相等的)，***绝缘电阻由R4确定，为了测试R4，引入已知电阻值的精密电阻Ro1。

绝缘检测控制器的第一开关控制端A4输出信号使第一开关接通，绝缘检测控制器的第一场效应管控制端A2输出高电平信号使第一场效应管Q1饱和导通，绝缘检测控制器的第二场效应管控制端A3输出高电平信号使第二场效应管Q2饱和导通；绝缘检测控制器的第二开关控制端A5输出信号使第二开关处于断开状态，此时有等效电路如图4，此时Ro1与R3并联，设并联为R3¹，由图4有:

VR3¹＝(R1+R2)×VR2¹÷R2 (8)

根据第1步使用的测试方法，VR2¹也可以被绝缘检测控制器测得，从而由(8)式得到VR3¹。

第4步，如果VR4＞VR3，说明绝缘电阻R4＞R3，***绝缘电阻由R3确定，为了测试R3，引入已知电阻值的精密电阻Ro2。

绝缘检测控制器的第二开关控制端A5输出信号使第二开关接通，绝缘检测控制器的第四场效应管控制端A8输出高电平信号使第四场效应管Q4饱和导通，绝缘检测控制器的第三场效应管控制端A6输出高电平信号使第三场效应管Q3饱和导通；绝缘检测控制器的第一开关控制端A4输出信号使第一开关处于断开状态，此时有等效电路如图5，此时Ro2与R4并联，设并联为R4¹，由图5有:

VR4¹＝(R5+R6)×VR5¹÷R5 (9)

根据第2步使用的测试方法，VR5¹也可以被绝缘检测控制器测得，从而由(9)式得到VR4¹。

由上述(1)式到(9)式可以得到本装置检测动力蓄电池组***绝缘电阻的结果为：

当VR3＞VR4时，

绝缘电阻R4＝(VR3-VR3¹)×Ro1×(1+VR4÷VR3)÷VR3¹

当VR4＞VR3时，

绝缘电阻R3＝(VR4-VR4¹)×Ro2×(1+VR3÷VR4)÷VR4¹

本装置根据测得绝缘电阻进行判断后，进行相应的报警和控制。

所述绝缘检测控制器使用89C51和A/D转换器以及***电路能够实现，或者使用电池管理***(BMS)。

由于本装置采用的是精密电阻试测法，比采用外电压测试法电路简单，成本下降；当需要采用专用绝缘测试仪器来维修或者检测车辆的绝缘电阻时，可以通过上位机控制第一、第二开关处于断开状态即可，也可以将第一、第二开关设置为手动开关控制。

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发明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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种电动汽车动力***绝缘检测控制装置，其特征在于，包括：绝缘检测控制器、第一开关、第二开关、正极绝缘检测装置、负极绝缘检测装置，

动力蓄电池组(E1)正极连接第一开关信号输入端，所述第一开关控制端连接绝缘检测控制器控制端，所述第一开关信号输出端连接正极绝缘检测装置信号输入端，所述正极绝缘检测装置信号输出端连接绝缘检测控制器信号输入端；

动力蓄电池组(E1)负极连接第二开关信号输入端，所述第二开关控制端连接绝缘检测控制器控制端，所述第二开关信号输出端连接负极绝缘检测装置信号输入端，所述负极绝缘检测装置信号输出端连接绝缘检测控制器信号输入端；

该电动汽车动力***绝缘检测控制装置包括如下步骤：

步骤1，通过所述的电动汽车动力***绝缘检测控制装置，测试动力蓄电池组正极对电底盘电压，从而检测绝缘电阻值是否超过阈值，判断是否报警操作；

步骤1-1，绝缘检测控制器的第一开关控制端输出信号使第一开关接通，绝缘检测控制器的第一场效应管控制端输出高电平信号使第一场效应管饱和导通，绝缘检测控制器的第二场效应管控制端输出低电平信号使第二场效应管截止断开；绝缘检测控制器的第二开关控制端输出信号使第二开关处于断开状态，通过公式：

VR3+VR4＝VE1，

VR1+VR2＝VR3，

VR2＝R2×VR3÷(R1+R2)，

上式中VR3为第三电阻上压降，VR4为第四电阻上压降，VE1为蓄电池组的总电压，VR1为第一电阻上压降，VR2为第二电阻上压降；使用第二电阻上的分压被送到绝缘检测控制器的第一A/D信号输入端后，第二电阻上的压降VR2被测试出来，将该VR2的电压值代入下式得到，

VR3＝(R1+R2)×VR2÷R2；

步骤1-2，绝缘检测控制器对VR3和VR4进行比较，如果VR3＞VR4，说明第三电阻＞第四电阻，为了测试第四电阻，引入已知电阻值的第一绝缘电阻；

绝缘检测控制器的第一开关控制端输出信号使第一开关接通，绝缘检测控制器的第一场效应管控制端输出高电平信号使第一场效应管饱和导通，绝缘检测控制器的第二场效应管控制端输出高电平信号使第二场效应管饱和导通；绝缘检测控制器的第二开关控制端输出信号使第二开关处于断开状态，此时第一绝缘电阻与第三电阻并联，设并联为R3¹，如下公式：

VR3¹＝(R1+R2)×VR2¹÷R2，

根据步骤1-1的测试方法，VR2¹也被绝缘检测控制器测得，从而由上式得到VR3¹；

步骤2，所述的电动汽车动力***绝缘检测控制装置，测试动力蓄电池组负极对电底盘电压，从而检测绝缘电阻值是否超过阈值，判断是否报警操作；

步骤2-1，绝缘检测控制器的第二开关控制端输出信号使第二开关接通，绝缘检测控制器的第四场效应管控制端输出高电平信号使第四场效应管饱和导通，绝缘检测控制器的第三场效应管控制端输出低电平信号使第三场效应管 截止断开，绝缘检测控制器的第一开关控制端输出信号使第一开关处于断开状态，如下式：

VR5+VR6＝VR4，

上式中VR4为第四电阻上压降，VR5为第五电阻上压降，VR6为第六电阻上压降，使用第五电阻上的分压被送到绝缘检测控制器的第二A/D信号输入端后，第五电阻上的压降VR5被测试出来，将该VR5的电压值代入VR5＝R5×VR4÷(R5+R6)，得到如下式：

VR4＝(R5+R6)×VR5÷R5；

步骤2-2，如果VR4＞VR3，说明第四电阻＞第三电阻，为了测试第三电阻，引入已知电阻值的第二绝缘电阻，

绝缘检测控制器的第二开关控制端输出信号使第二开关接通，绝缘检测控制器的第四场效应管控制端输出高电平信号使第四场效应管饱和导通，绝缘检测控制器的第三场效应管控制端输出高电平信号使第三场效应管饱和导通；绝缘检测控制器的第一开关控制端输出信号使第一开关处于断开状态，此时第二绝缘电阻与第四电阻并联，设并联为R4¹，如下式：

VR4¹＝(R5+R6)×VR5¹÷R5，

根据步骤2-1使用的测试方法，VR5¹被绝缘检测控制器测得，从而由上式得到VR4¹。

2.根据权利要求1所述的电动汽车动力***绝缘检测控制装置，其特征在于，还包括：第三电阻和第四电阻，

所述第三电阻一端连接在动力蓄电池组(E1)正极和第一开关信号输入端之间，所述第三电阻另一端连接电动车电底盘，所述第四电阻一端连接在动力蓄电池组(E1)负极和第二开关信号输入端之间，所述第四电阻另一端连 接电动车电底盘。

3.根据权利要求1所述的电动汽车动力***绝缘检测控制装置，其特征在于，所述正极绝缘检测装置包括：第一电阻、第二电阻、第一场效应管、第二场效应管、第一绝缘电阻(Ro1)，

第一电阻一端连接第一开关连接端，所述第一电阻另一端分别连接第二电阻一端和绝缘检测控制器信号输入端，所述第二电阻另一端连接第一场效应管漏极，所述第一场效应管栅极连接绝缘检测控制器控制端，所述第一场效应管源极分别连接第二场效应管源极和电动车电底盘，所述第二场效应管栅极连接绝缘检测控制器控制端，所述第二场效应管漏极连接第一绝缘电阻(Ro1)一端，所述第一绝缘电阻(Ro1)另一端连接第一开关信号输出端。

4.根据权利要求1所述的电动汽车动力***绝缘检测控制装置，其特征在于，所述负极绝缘检测装置包括：第五电阻、第六电阻、第三场效应管、第四场效应管、第二绝缘电阻(Ro2)，

第三场效应管源极连接第二开关信号输出端，所述第三场效应管漏极连接第二绝缘电阻(Ro2)一端，所述第二绝缘电阻(Ro2)另一端连接电动车电底盘，所述第二开关信号输出端还连接第四场效应管源极，所述第四场效应管漏极连接第六电阻一端，所述第六电阻另一端分别连接第五电阻一端和绝缘检测控制器信号输入端，所述第五电阻另一端还连接第二绝缘电阻(Ro2)，所述第四场效应管栅极连接绝缘检测控制器信号输入端。

5.根据权利要求1所述的电动汽车动力***绝缘检测控制装置，其特征在于，还包括：电池管理器(BMS)和显示装置，

所述电池管理器(BMS)信号输入端通过CAN总线与绝缘检测控制器信号输出端连接，所述电池管理器(BMS)信号输出端连接显示装置，所述显 示装置用于显示绝缘检测数据和进行报警显示。