CN107727934A - 一种基于幅相检测原理的电动汽车动力电池绝缘电阻监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于幅相检测原理的电动汽车动力电池绝缘电阻监测装置，包括正弦波产生电路、反馈信号采样电路、正弦交流信号幅值检测电路、反馈信号幅值检测电路、相位差测量电路。其中正弦波产生电路用于产生正弦交流信号，作为***的信号源；反馈信号采样电路用于采样***反馈信号；正弦交流信号幅值检测电路用于检测正弦交流信号幅值；反馈信号幅值检测电路用于检测反馈信号幅值；相位差测量电路用于检测反馈信号和正弦交流信号之间的相位差。控制单元获取测量信号后，利用绝缘电阻计算公式计算出绝缘电阻。本发明可以实现实时检测，消除寄生电容对检测结果的影响，提高***检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池绝缘电阻的监测技术领域，特别涉及一种基于幅相检测原理的电动汽车动力电池绝缘电阻监测装置。
背景技术
为了满足电动汽车动力需求，电动汽车的电池组电压基本都在数百伏以上。因此为了确保乘车人员的人身安全以及***的可靠运行，需要实时在线监测电池组正负电极对地绝缘电阻。
专利号为201210425994.2公开了一种直流绝缘监测仪，是一种将霍尔电流传感器和电桥结合的测量方案，利用霍尔电流传感器检测直流母线对地漏电流，切换接入电阻构建测量电桥，从而构建电路方程求解绝缘电阻。该方案的缺点是电流传感器容易受到温漂影响，同时当漏电流较小时，电流传感器很难准确的检测出来，从而影响***的检测精度。
专利号为201310402311.6公开了一种电动汽车高压绝缘检测方法及***，其基本原理是利用高压发生电路对高压电容器充电，利用绝缘电阻和寄生电容对高压电容器进行放电，再根据电容放电特性求解绝缘电阻。该方案的缺点是频繁的高压充放电必定会损伤检测***和电池包，从而降低***的可靠性。
因此以上的检测方案实际应用效果并不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于幅相检测原理的电动汽车动力电池绝缘电阻监测装置，它能够实现电动汽车动力电池绝缘电阻监测功能。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于幅相检测原理的电动汽车动力电池绝缘电阻监测装置，包括正弦波产生电路、反馈信号采样电路、正弦交流信号幅值检测电路、反馈信号幅值检测电路、相位差测量电路，其中所述的交流信号产生电路用于产生正弦交流信号，作为***的信号源；反馈信号采样电路用于采样***反馈信号；正弦交流信号幅值检测电路用于检测正弦交流信号幅值；反馈信号幅值检测电路用于检测反馈信号幅值；相位差测量电路用于检测反馈信号和正弦交流信号之间的相位差，控制单元获取测量信号后，利用绝缘电阻计算公式计算出绝缘电阻。
进一步地，所述的正弦波产生电路由放大电路、正反馈电路、选频网络、稳幅环节组成。
进一步地，反馈信号采样电路由高精度的反馈电阻、限流电阻和隔离电容构建而成；反馈电阻用于采样反馈电压；限流电阻利用分压原理实现对电池组高压限流，以保护后续电路；隔离电容用于隔离电池组高压，降低直流高压对检测***的影响。
进一步地，正弦交流信号幅值检测电路和反馈信号幅值检测电路由放大电路、高速AD采样芯片电路构建而成；放大电路实现对待测信号的放大功能，使其满足AD采样要求；高速AD采样芯片电路用于高速采样待测信号，降低待测信号的失真度。
进一步地，相位差测量电路由整形电路、双稳态触发器电路构建而成。
进一步地，检测过程如下：
①***上电完成初始化后，控制器发出使能信号启动正弦波产生电路产生正弦交流信号；
②正弦交流信号由注入电路注入到汽车地盘上，经过测量电路在反馈电阻上形成分压，待***信号稳定后由正弦交流信号幅值检测电路测量正弦交流信号幅值，记为|Ui(S)|；反馈信号幅值检测电路测量反馈电阻上反馈信号的幅值，记为|Uo(S)|；相位差测量电路测量反馈信号和正弦交流信号的相位差，记为
③由自动控制理论分析得：
将正弦交流信号作为输入信号Ui，反馈信号作为输出信号Uo，***传递函数为：
则模值表达式为：
由于(Rf+R)RbCCbω2＜＜1，所以相位表达式为：
其中，
Rb：正负端对地绝缘电阻Rp和Rn的并联值；
Cb：正负端对地电容Cp和Cn的并联值；
C：隔离电容；
Rf：反馈电阻；
R：正负端限流电阻并联值；
ω：正弦交流信号角频率；
|Uo(S)|：反馈信号幅值；
|Ui(S)|：正弦交流信号幅值；
反馈信号和正弦交流信号的相位差；
因此，利用等式(2)、(3)联立即可求解出绝缘电阻并联值Rb；
其中， p＝(R+Rf)Cω，m＝RfCω，g＝|G(S)|。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明采用正弦交流信号注入的方式，选取适合的信号幅值，可以降低注入信号对电池组的损伤，同时测量结果不依赖于电池组电压，从而降低电池组高压对检测结果的影响。
2.本发明采用幅相检测原理可以实现实时检测，对车辆的工作状态无要求。
3.本发明对于检测双边绝缘电阻同时下降情况同样适用，依旧可以有效的检测出***的绝缘电阻。
4.本发明考虑到了电池组电极对地寄生电容对检测***的影响，将寄生电容作为绝缘电阻计算的参数之一，可以提高***检测精度。
附图说明
图1为本发明绝缘监测原理结构图；
图2为本发明绝缘监测原理结构简图。
图中附图标记含义为：1为正弦波产生电路，2为反馈信号采样电路，3为正弦交流信号幅值检测电路，4为反馈信号幅值检测电路，5为相位差测量电路。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
本发明的一种基于幅相检测原理的电动汽车动力电池绝缘电阻监测装置，其结构如图1所示，包括：正弦波产生电路1、反馈信号采样电路2、正弦交流信号幅值检测电路3、反馈信号幅值检测电路4、相位差测量电路5。
所述的正弦波产生电路用于产生正弦信号，作为***的信号源，将产生的正弦信号通过注入电路注入到汽车底盘中。
具体来说，所述的正弦波产生电路用于产生正弦信号，由放大电路、正反馈电路、选频网络、稳幅环节组成。放大电路对输入信号进行放大；正反馈电路将输出信号引入到输入端，作为反馈信号；选频网络用于选择满足***起振条件的特定频率，从而获取单一频率的正弦信号；稳幅环节用于稳定***的振荡，抑制波形失真。
所述的反馈信号采样电路，用于采集***反馈的交流信号。
具体来说，所述的反馈信号采样电路由高精度的反馈电阻、限流电阻、隔离电容搭建而成，利用电路分压原理，实现反馈信号采样功能。正弦波作为***输入信号，反馈电阻的端电压作为***的输出信号。
所述的反馈信号幅值检测电路和正弦交流信号幅值检测电路，分别用于检测反馈信号的幅值和正弦信号幅值，其数值之比即为传递函数模值。
具体来说，所述的正弦交流信号幅值检测电路和反馈信号幅值检测电路其电路原理基本一致，由放大电路和高速AD采样芯片电路构建而成，放大电路用于实现待测信号放大功能；高速AD芯片实现信号幅值高速采样，减少信号的失真。
所述的相位差测量电路，用于检测反馈信号和正弦信号的相位差，其数值即为***传递函数相位，同时相位差受到正弦信号频率的影响。
具体来说，所述的相位差测量电路由整形电路、双稳态触发器等电路构成，其中整形电路由施密特触发器电路构成，利用正反馈原理使得门限电压随着输出电压变化而变化，可以提高***的抗干扰能力。经过整型后的两个波形作为双稳态触发器电路的输入信号，通过此电路检测出信号相位差。
***工作原理：
①***上电后完成初始化，控制器发出使能信号启动正弦波产生电路1产生正弦交流信号。
②正弦交流信号由注入电路注入到汽车地盘上，在反馈电阻上形成反馈电压，待***信号稳定后由正弦交流信号幅值检测电路3测量正弦交流信号幅值，记为|Ui(S)|；由反馈信号幅值检测电路4测量反馈电阻上反馈信号的幅值，记为|Uo(S)|；相位差测量电路5测量反馈信号和正弦交流信号的相位差，记为
③令 利用下式联立求解出***绝缘电阻Rb。
绝缘电阻：
其中， p＝(R+Rf)Cω，m＝RfCω，g＝|G(S)|。
微处理器、常规电子器件、常规电路的连接及控制关系属于本领域技术人员的公知常识，在本说明书中不进行详细的赘述，本领域技术人员可根据实际应用情况进行芯片选型，选择公知手段对各个电子芯片进行布线连接。
Claims (6)
1.一种基于幅相检测原理的电动汽车动力电池绝缘电阻监测装置，其特征在于：包括正弦波产生电路(1)、反馈信号采样电路(2)、正弦交流信号幅值检测电路(3)、反馈信号幅值检测电路(4)、相位差测量电路(5)，其中所述的交流信号产生电路用于产生正弦交流信号，作为***的信号源；反馈信号采样电路用于采样***反馈信号；正弦交流信号幅值检测电路用于检测正弦交流信号幅值；反馈信号幅值检测电路用于检测反馈信号幅值；相位差测量电路用于检测反馈信号和正弦交流信号之间的相位差，控制单元获取测量信号后，利用绝缘电阻计算公式计算出绝缘电阻。
2.根据权利要求1所述的一种基于幅相检测原理的电动汽车动力电池绝缘电阻监测装置，其特征在于：所述的正弦波产生电路(1)由放大电路、正反馈电路、选频网络、稳幅环节组成。
3.根据权利要求1所述的一种基于幅相检测原理的电动汽车动力电池绝缘电阻监测装置，其特征在于：反馈信号采样电路(2)由高精度的反馈电阻、限流电阻和隔离电容构建而成；反馈电阻用于采样反馈电压；限流电阻利用分压原理实现对电池组高压限流，以保护后续电路；隔离电容用于隔离电池组高压，降低直流高压对检测***的影响。
4.根据权利要求1所述的一种基于幅相检测原理的电动汽车动力电池绝缘电阻监测装置，其特征在于：正弦交流信号幅值检测电路(3)和反馈信号幅值检测电路(4)由放大电路、高速AD采样芯片电路构建而成；放大电路实现对待测信号的放大功能，使其满足AD采样要求；高速AD采样芯片电路用于高速采样待测信号，降低待测信号的失真度。
5.根据权利要求1所述的一种基于幅相检测原理的电动汽车动力电池绝缘电阻监测装置，其特征在于：相位差测量电路(5)由整形电路、双稳态触发器电路构建而成，用于检测反馈信号和正弦交流信号之间的相位差。
6.根据权利要求1所述的一种基于幅相检测原理的电动汽车动力电池绝缘电阻监测装置，其特征在于：检测过程如下：
①***上电完成初始化后，控制器发出使能信号启动正弦波产生电路(1)产生正弦交流信号；
②正弦交流信号由注入电路注入到汽车地盘上，经过测量电路在反馈电阻上形成分压，待***信号稳定后由正弦交流信号幅值检测电路(3)测量正弦交流信号幅值，记为|Ui(S)|；反馈信号幅值检测电路(4)测量反馈电阻上反馈信号的幅值，记为|Uo(S)|；相位差测量电路(5)测量反馈信号和正弦交流信号的相位差，记为
③由自动控制理论分析得：
将正弦交流信号作为输入信号Ui，反馈信号作为输出信号Uo，***传递函数为：
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由于(Rf+R)RbCCbω2＜＜1，所以相位表达式为：
其中，
Rb：正负端对地绝缘电阻Rp和Rn的并联值；
Cb：正负端对地电容Cp和Cn的并联值；
C：隔离电容；
Rf：反馈电阻；
R：正负端限流电阻并联值；
ω：正弦交流信号角频率；
|Uo(S)|：反馈信号幅值；
|Ui(S)|：正弦交流信号幅值；
反馈信号和正弦交流信号的相位差；
因此，利用等式(2)、(3)联立即可求解出绝缘电阻并联值Rb；
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