CN106501611B - 绝缘电阻检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种绝缘电阻检测方法及装置，该绝缘电阻检测装置包括MOS管S₅、A/D采样模块、单片机、开关、电阻，所述开关包括开关S、开关S₁、开关S₂、开关S₃、开关S₄、开关S₆、开关S₇，所述电阻包括第一可控电阻、第二可控电阻、电阻R₁、电阻R₄。本发明的有益效果是：本发明可以从根本上解决正负母线对地的绝缘电阻测量问题，并且可以根据不通过高压***，利用软件算法，进行实时跟踪标定，进一步提高绝缘电阻的检测精度，保证乘车人员的安全。

Description

绝缘电阻检测方法及装置

技术领域

本发明涉及电气技术领域，尤其涉及绝缘电阻检测方法及装置。

背景技术

众所周知，在涉及到高压***的行业中，尤其是新能源电动车行业；绝缘电阻阻值这个技术指标非常重要，会直接关系到生产、安全等一系列方面问题。绝缘电阻是在高压蓄电池对大地之间客观存在的固有电阻。有的高压蓄电池跟大地之间并无任何之间相连，那么其固有电阻跟其外壳材料、空气湿度等一系列自然因素相关。若该固有的绝缘电阻不满足GBT18384的100Ω/V则相当于电动车车体与高压蓄电池间的绝缘特性极差，会给车中的人员造成触电等安全事故。目前行业内大部分产品都是采用GBT 18384的方案。

在GBT 18384的方案中，会存在一系列的缺点。最终并不能正常反馈出实际的绝缘电阻的真实情况。

传统的绝缘检测方案的基本原理是在直流正负母线和车体打铁之间介入一系列电阻，然后通过简单的电子开关或者继电器切换接入阻值的的大小，测量在不同接入电阻情况下正负母线在被测电阻上的分压，最后通过解方程式计算出正负母线对地的绝缘电阻。

图1为传统绝缘检测原理，U_b表示电池组总电压，R_n、R_p分别表示电池正负母线与车体大地之间的绝缘电阻，在电池组的正负母线与车体之间接入电阻、R₁、R₂、R₃、R₄、R、R′，U₁、U₂分别为正负母线在电阻R和R′上的压降，S表示电子开关。

电阻R₄并联电子开关S，通过S的断开和闭合来改变R与R’的分压比。当S断开的时候，得方程：

当S闭合时，得到另外一个方程：

U′₂和U′₂分别表示S闭合时的正负母线对整车地采样电阻R和R’两端的电压

由于串联电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R、R′，已知，所以通过(1)和(2)联立就可以解出R_n、R_p。

这是目前业内最常用的一种绝缘电阻检测的方式。但是这方法存在以下几种缺点：

1.传统电阻在高压正负母线之间一直串联了电阻，会造成一定的漏电流。降低了车体的绝缘特性。

2.因为U₁、U₂的电压之和为高压母线电压，电压较高所以无法直接测量。

3.在R_n、R_p电阻相近乃至相等的时候，无法直接测量出R_n、R_p的值。

4.随着蓄电池自身的情况不同，随着使用时间的推移，在长时间空置的时候，无法重新标定。造成绝缘检测存在一定的误差。

5.公式复杂，抗干扰能力比较差。

6.无法区别R_n、R_p只有其中一个发生绝缘故障和R_n、R_p一起发生绝缘故障。

发明内容

本发明提供了一种绝缘电阻检测装置，包括MOS管S₅、A/D采样模块、单片机、开关、电阻，所述开关包括开关S、开关S₁、开关S₂、开关S₃、开关S₄、开关S₆、开关S₇，所述电阻包括第一可控电阻、第二可控电阻、电阻R₁、电阻R₄，所述开关S与所述A/D采样模块相连构成第一主线路，所述MOS管S₅分别与所述开关S₃和所述开关S₄相连，所述开关S₃分别与所述电阻R₁和所述开关S₁一端相连，所述R₁与所述电阻R₄串联构成第二主线路，所述开关S₁另一端连接于所述电阻R₁和所述电阻R₄之间，所述开关S₆一端与所述开关S₃相连，所述开关S₆另一端与所述第一可控电阻相连，所述第一可控电阻与所述第一主线路相连，所述第二可控电阻分别与所述第一主线路和所述开关S₇一端相连，所述开关S₇另一端与所述开关S₄相连，所述电阻R₄与所述开关S₄相连，所述开关S₂一端与所述开关S₄相连，所述开关S₂另一端连接于所述电阻R₁与所述电阻R₄之间，所述单片机与所述A/D采样模块相连。

作为本发明的进一步改进，该绝缘电阻检测装置还包括串联于所述电阻R₁与所述电阻R₄之间的电阻R₂、电阻R、电阻R′、电阻R₃，所述开关S₁另一端连接于所述电阻R₁和所述电阻R₂之间，所述开关S₂另一端连接于所述电阻R₃和所述电阻R₄之间。

作为本发明的进一步改进，该绝缘电阻检测装置还包括滤波模块，所述开关S与所述滤波模块相连构成第一主线路，所述滤波模块与所述A/D采样模块相连，所述滤波模块连接于所述电阻R₂与所述电阻R之间，且所述滤波模块连接于所述电阻R′与所述电阻R₃之间。

作为本发明的进一步改进，该绝缘电阻检测装置还包括隔离模块，所述隔离模块一端与所述A/D采样模块相连，所述隔离模块另一端与所述单片机相连。

作为本发明的进一步改进，所述隔离模块分别与所述第一可控电阻和所述第二可控电阻相连。

本发明还提供了一种绝缘电阻检测方法，包括如下步骤：

第一步，在绝缘检测开始时，使开关处于断开状态；

第二步，控制开关S3、S4使其将高压侧接入该绝缘电阻检测装置中，但此时不闭合其他开关，要保持其他开关的断路状态；

第三步，当U1和U2稳定下来后，利用电路的分压电阻阻值，折算出总电压跟上一次检测的总压进行比较，如果时间和电压变化超过设定值，则要进行重新标定，否则，则直接进入到计算绝缘电阻的过程；

第四步，若总压变化在设定范围内，则进入到计算绝缘电阻的过程，闭合开关S，再读出U1和U2的数据，用来进行初次判断，来断定绝缘电阻的阻值符合表表1的哪种情况，分别进入对应的算法之中；

第五步，根据绝缘电阻的类型特性不同，进入对应其最优的计算方案内，计算出绝缘电阻的阻值。

作为本发明的进一步改进，在所述第三步中，进行重新标定，包括如下步骤：

(1).将开关S₃、S₄切换到相对应的档位上；

(2).自适应计算出该电池包的绝缘临界值，然后通过单片机改变可控电阻的阻值；

(3).再通过开关S₅来注入一个稳定的电压；

(4).然后将开关S₆、S₇闭合，将可控电阻接入到后级检测电路中，采得一次U′₁和U′₂，再断开S₆和S₇；

(5).通过可控电阻模拟真实绝缘电阻来改变U1和U2的电压，根据总电压折算出理论U1和U2所采得的电压，再跟真实所采得的U1和U2进行标定；

(6).可控电阻总共接入2次，标定2次，标定结束，返回到第四步。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤(3)中，注入的电压不小于5V、且不超过总电压。

本发明的有益效果是：本发明可以从根本上解决正负母线对地的绝缘电阻测量问题，并且可以根据不通过高压***，利用软件算法，进行实时跟踪标定，进一步提高绝缘电阻的检测精度，保证乘车人员的安全。

附图说明

图1是传统绝缘检测原理图。

图2是本发明的绝缘电阻检测装置原理图。

图3是本发明的绝缘电阻检测方法流程图。

具体实施方式

如图2所示，本发明公开了一种绝缘电阻检测装置，包括MOS管S₅、A/D采样模块、单片机、开关、电阻，所述开关包括开关S、开关S₁、开关S₂、开关S₃、开关S₄、开关S₆、开关S₇，所述电阻包括第一可控电阻、第二可控电阻、电阻R₁、电阻R₄，所述开关S与所述A/D采样模块相连构成第一主线路，所述MOS管S₅分别与所述开关S₃和所述开关S₄相连，所述开关S₃分别与所述电阻R₁和所述开关S₁一端相连，所述R₁与所述电阻R₄串联构成第二主线路，所述开关S₁另一端连接于所述电阻R₁和所述电阻R₄之间，所述开关S₆一端与所述开关S₃相连，所述开关S₆另一端与所述第一可控电阻相连，所述第一可控电阻与所述第一主线路相连，所述第二可控电阻分别与所述第一主线路和所述开关S₇一端相连，所述开关S₇另一端与所述开关S₄相连，所述电阻R₄与所述开关S₄相连，所述开关S₂一端与所述开关S₄相连，所述开关S₂另一端连接于所述电阻R₁与所述电阻R₄之间，所述单片机与所述A/D采样模块相连。

该绝缘电阻检测装置还包括串联于所述电阻R₁与所述电阻R₄之间的电阻R₂、电阻R、电阻R′、电阻R₃，所述开关S₁另一端连接于所述电阻R₁和所述电阻R₂之间，所述开关S₂另一端连接于所述电阻R₃和所述电阻R₄之间。

该绝缘电阻检测装置还包括滤波模块，所述开关S与所述滤波模块相连构成第一主线路，所述滤波模块与所述A/D采样模块相连，所述滤波模块连接于所述电阻R₂与所述电阻R之间，且所述滤波模块连接于所述电阻R′与所述电阻R₃之间。

该绝缘电阻检测装置还包括隔离模块，所述隔离模块一端与所述A/D采样模块相连，所述隔离模块另一端与所述单片机相连。

所述隔离模块分别与所述第一可控电阻和所述第二可控电阻相连。

该绝缘电阻检测装置的检测方案原理介绍如下：

本本发明只需要在出厂时进行一次标定后，通过开关S₃、S₄的切换，即可完成绝缘电阻的检测和实时自动标定的2种功能。因为该发明可以做到实时自动标定，同时也有一套高精度的算法方案，所以可以实现在绝缘电阻出现各种各类绝缘问题的时候均能满足高精度的测量。

绝缘电阻检测：通过闭合S，然后测出一组U₁、U₂；在通过S1的闭合，得出新的U′₁和U′₂；再S1断开，通过S2的闭合得出一组新的U″₁和U″₂。然后将这六组数据U₁、U₂、U′₁、U′₂、U″₁U″₂带入到相应的算法之中。即可得到绝缘电阻的阻值。

自动标定：将开关S₃切换到3档，开关S₄切换到1档。断开开关S₆、S₇，此时单片机通过滤波、A/D采样测出一组趋近于0V的U₁、U₂，用于0点的标定和校准。然后，闭合开关S₆、S₇，将单片机可以控制变化的可控电阻接入。然后通过控制开关MOS管S₅，来让变压器在高压侧产生一个稳定的电压(该电压并不一定是高压，低压也同样可以，所以无形之中增大了，标定电压输入范围，减少了门槛。)然后，通过改变可控电阻的阻值，让其传入的阻值符合GB18384的标准故障等级的电阻阻值(100Ω/V)测到一组新的U′₁、U′₂来进行第一组增益的标定。在之后，再次改变可控电阻的阻值，测得新的电压U″₁、U″₂来进行第二组增益的标定。至此，自动标定结束。

绝缘电阻发生故障的各类情况概述：

绝缘电阻是高压电池包，总正和总负对地的固有电阻。这跟电池包箱体的制作息息相关，一但电池包生产完成，固有电阻在一段时间内很难发生改变。而且一个优良的电池包，其绝缘电阻应该远远超过GB18384中所定义的100Ω/V。一般都是几十兆，或者上百兆。

在这里我们假设以电池包为500V。那么按照GB18384的标准，Rn和Rp若任意一边的阻值低于100Ω/V则就算绝缘故障。即为：50KΩ以下简称50K。

表1

本发明还公开了一种绝缘电阻检测方法，包括如下步骤：

第一步，在绝缘检测开始时，要先确认该方案中所有的可控开关(可以是继电器，也可以是MOS)处于断开状态，这样也可以防止因绝缘检测导致的电池持续漏电。造成电池电量的耗损。

第二步，控制开关S3、S4使其将高压侧接入该绝缘电阻检测装置中，但此时不闭合其他开关，要保持其他开关的断路状态。

第三步，当U1和U2稳定下来后，利用电路的分压电阻阻值，折算出总电压跟上一次检测的总压进行比较，如果时间和电压变化超过设定值(如果时间较长且电压变化很大)，则要进行重新标定。如果不大，则直接进入到计算绝缘电阻的过程。

第四步，若总压变化在设定范围内(若总压变化不大)，则进入到计算绝缘电阻的过程，闭合开关S，再读出U1和U2的数据，用来进行初次判断，来断定绝缘电阻的阻值符合表表1的哪种情况，分别进入对应的算法之中。

第五步，根据绝缘电阻的类型特性不同，进入对应其最优的计算方案内，计算出绝缘电阻的阻值。

若在第三步时，经过判断进入到自动标定的算法中，则进行以下几步：

(1).将开关S₃、S₄切换到相对应的档位上。

(2).自适应计算出该电池包的绝缘临界值，然后通过单片机改变可控电阻的阻值；例如：500V***，绝缘二级故障阻值为500*100Ω/V＝50KΩ，绝缘一级故障阻值为：500*500Ω/V＝250KΩ。则将正极对地的可控电阻调到50KΩ，另外一个调至250KΩ。

(3).再通过开关S₅来注入一个稳定的电压，电压不需要很大(最小5V，最大不超过总电压即可)。

(4).然后将开关S₆、S₇闭合，将可控电阻接入到后级检测电路中，采得一次U′₁和U′₂，再断开S₆和S₇，再将步骤(2)中所算出的电阻阻值，颠倒过来，例如：正极对地的可控电阻调到250K，另外一个调至50K。

(5).因为可控电阻的接入，从而会改变U1和U2所采得的电压。通过可控电阻模拟真实绝缘电阻来改变U1和U2的电压。因为接入的可控电阻(即为模拟真实的绝缘电阻)是可控已知的阻值，所以可以根据总电压折算出理论U1和U2所采得的电压，再跟真实所采得的U1和U2进行标定。

(6).可控电阻总共接入2次，标定2次，标定结束，返回到第四步。

在本发明中，R₁＝R₄，R₂＝R₃，R＝R′。

在图3中所用到的公式如下：

公式1：

公式2：

公式3：

公式4：

公式5：

公式6:

本发明具有如下技术优势：

1.可以根据总电压变化的情况进行自动标定和校准。

2.可以识别出总正对地的绝缘电阻R_n和总负对地的绝缘电阻R_p的2个阻值的各种情况，各类搭配，且均能够准确的检测出来。

3.在不检测绝缘电阻的时候，可以关断整个绝缘监测模块，从而减少电池包的自耗电。

4.可以跟总电压进行校准。

5.根据绝缘电阻的绝缘特性的不同，采取不同的算法方案，抗干扰能力强。

6.U₁、U₂的电压很小，便于采集。

本发明不同于GBT 18384中所述的绝缘电阻的检测方案。

本发明分析了传统绝缘姐弟检测方案的缺点，并针对其缺点提出一种新型的高精度的绝缘电阻检测方法及装置，可以从根本上解决正负母线对地的绝缘电阻测量问题，并且可以根据不通过高压***，利用软件算法，进行实时跟踪标定，进一步提高绝缘电阻的检测精度，保证乘车人员的安全。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种绝缘电阻检测装置，其特征在于，包括MOS管S₅、A/D采样模块、单片机、开关、电阻，所述开关包括开关S、开关S₁、开关S₂、开关S₃、开关S₄、开关S₆、开关S₇，所述电阻包括第一可控电阻、第二可控电阻、电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄，所述开关S一端与所述A/D采样模块相连构成第一主线路，开关S另一端接地，电压源U一端与所述MOS管S₅的源极相连，变压器一次侧分别与所述电压源U另一端和所述MOS管S₅的漏极相连，所述变压器二次侧一端经二极管与开关S₃一侧3档相连，所述变压器二次侧另一端与所述开关S₄一侧1档相连，所述开关S₃的另一侧3档与所述电阻R₁一端相连，所述开关S₃的另一侧1档分别与所述开关S₁一端、所述电阻R₁一端相连，所述电阻R₁另一端与所述电阻R₂一端连接构成第二主线路，所述开关S₁另一端连接于所述电阻R₁和所述电阻R₂之间，所述开关S₆一端与所述开关S₃一侧3档相连，所述开关S₆另一端与所述第一可控电阻一端相连，所述第一可控电阻另一端连接于所述开关S一端与所述A/D采样模块之间的主线路上，所述第二可控电阻一端连接于所述开关S一端与所述A/D采样模块之间的主线路上，所述第二可控电阻另一端与所述开关S₇一端相连，所述开关S₇另一端与所述开关S₄的一侧1档相连，所述电阻R₄一端分别与所述开关S₄的另一侧1档、所述开关S₄的另一侧3档、所述开关S₂一端相连，所述开关S₂另一端连接所述电阻R₃一端与所述电阻R₄另一端，所述单片机与所述A/D采样模块相连；所述开关S₃一侧1档和电池包的正极相连，所述开关S₄一侧3档与电池包负极相连；

所述电阻还包括电阻R、电阻R’，所述电阻R一端与所述电阻R₂另一端相连，所述电阻R另一端连接于所述开关S一端与所述A/D采样模块之间的主线路上，所述电阻R’一端与所述电阻R另一端相连，所述电阻R’另一端与所述电阻R₃相连。

2.根据权利要求1所述的绝缘电阻检测装置，其特征在于，该绝缘电阻检测装置还包括滤波模块，所述滤波模块一端包括第一接口、第二接口、第三接口，所述滤波模块第一接口与所述开关S一端相连，所述滤波模块另一端与所述A/D采样模块相连，所述滤波模块第二接口连接于所述电阻R₂与所述电阻R之间，且所述滤波模块第三接口连接于所述电阻R’与所述电阻R₃之间。

3.根据权利要求2所述的绝缘电阻检测装置，其特征在于，该绝缘电阻检测装置还包括隔离模块，所述隔离模块一端与所述A/D采样模块相连，所述隔离模块另一端与所述单片机相连。

4.根据权利要求3所述的绝缘电阻检测装置，其特征在于，所述隔离模块分别与所述第一可控电阻和所述第二可控电阻相连。

5.一种使用权利要求1-4任一项所述绝缘电阻检测装置进行的绝缘电阻检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，在绝缘检测开始时，使开关S、开关S₁、开关S₂、开关S₃、开关S₄、开关S₅、开关S₆、开关S₇处于断开状态；

第二步，控制开关S₃、S₄使其将高压侧接入该绝缘电阻检测装置中，但此时不闭合开关S、开关S₂、开关S₆、开关S₇，要保持开关S、开关S₂、开关S₆、开关S₇的断路状态；

第三步，当U₁和U₂稳定下来后，利用电路的分压电阻阻值，折算出总电压跟上一次检测的总电压进行比较，如果时间和电压变化超过设定值，则要进行重新标定，否则，则直接进入到计算绝缘电阻的过程，U₁表示第一电压值、U₂表示第二电压值、R表示电阻R的阻值、R’表示电阻R’的阻值、R₁表示电阻R₁的阻值、R₂表示电阻R₂的阻值、R₃表示电阻R₃的阻值、R₄表示电阻R₄的阻值；

第四步，若总电压变化在设定范围内，则进入到计算绝缘电阻的过程，闭合开关S，再读出U1和U2的数据，用来进行初次判断，来断定绝缘电阻的阻值符合表1的哪种情况，分别进入对应的算法之中；

第五步，根据绝缘电阻的类型特性不同，进入对应其所述算法的计算方案内，计算出绝缘电阻的阻值；

表1。

6.根据权利要求5所述的绝缘电阻检测方法，其特征在于，在所述第三步中，进行重新标定，包括如下步骤：

(1).将开关S₃、S₄切换到相对应的档位上；

(2).自适应计算出电池包的绝缘临界值，然后通过单片机改变可控电阻的阻值；

(3).再通过开关S₅来注入一个稳定的电压；

(4).然后将开关S₆、S₇闭合，将可控电阻接入到后级检测电路中，采得一次U′₁和U′₂，再断开S₆和S₇，再将步骤(2)中所算出的电阻阻值，颠倒过来；

(5).通过可控电阻模拟真实绝缘电阻来改变U₁和U₂的电压，根据总电压折算出理论U₁和U₂所采得的电压，再跟真实所采得的U₁和U₂进行标定；

(6).可控电阻总共接入2次，标定2次，标定结束，返回到第四步。

7.根据权利要求6所述的绝缘电阻检测方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，注入的电压不小于5V、且不超过总电压。