CN108089056A - 一种电动车整车b级闭合回路的绝缘测试设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备及方法，设备包括外壳，壳体上设有高压正极接口、高压负极接口、电底盘接口，用于测量回路正极与电底盘的电压和回路负极与电底盘的电压；外壳内设有两块相同且相互连接的电压测试电路板，其中，负极测试电路板用于测量回路负极与电底盘的电压，正极测试电路板用于测量回路正极与电底盘的电压。本发明提出了一种针对有电压源输出的电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备，实现了车辆B级高压回路通电情况下的绝缘电阻的测量；本发明开发的测试设备实现了测量电路的高低电压的隔离设计，从而保证测试人员的安全。
Description
技术领域
本发明属于电动车绝缘安全测试技术领域，尤其是涉及一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备及方法。
背景技术
现有的整车绝缘监测大都采用车辆自动监测。主要集成到车辆的电池管理***BMS或整车控制器VCU中，该种测试大都不直接计算出绝缘电阻，或绝缘电阻测量精度不高，只做绝缘安全性能的简单判定，而且车载的自检设备无法作为第三方认可的测试手段；另外，现在市面上绝缘测试设备大多是针对B级回路负载的，即电池不输出电压情况的绝缘电阻测试设备，这不符合车辆的实际使用状态，车辆的B级回路绝缘电阻应该是在电池参与的情况下，整个B级回路通电的情况下测量的结果。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备，解决了整车绝缘电阻的精确测量问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备，包括外壳，所述壳体上设有高压正极接口、高压负极接口、电底盘接口，所述高压正极接口、高压负极接口、电底盘接口分别连接测量设备的高压正极、高压负极、电底盘连接，用于测量回路正极与电底盘的电压和回路负极与电底盘的电压；
所述外壳内设有两块相同且相互连接的电压测试电路板，其中，负极测试电路板用于测量回路负极与电底盘的电压，正极测试电路板用于测量回路正极与电底盘的电压；
所述电压测试电路板包括电源模块、单片机、附属设备模块、绝缘电阻测量模块，所述电源模块用于给单片机和附属设备模块供电，所述单片机与附属设备模块中的设备进行通信，控制完成相应功能，所述单片机还控制绝缘电阻测量模块选中不同阻值的并联电阻支路，从而实现向电路中并入不同阻值电阻；
所述绝缘测试设备还通过单片机连接上位机显示器。
进一步的，所述电源模块通过电源接口接入外接电源，经过整流模块连接稳压模块，稳压模块连接两个DC-DC模块，所述DC-DC模块用于隔离电源并形成不同的参考地。
进一步的，所述绝缘电阻测量模块包含并联电阻支路、采样支路和绝缘电阻支路。
进一步的，所述附属设备模块包括CAN总线、光继电器和AD采集器，其中，CAN总线用于传输电路板中的电压采集数据，光继电器作为开关，控制绝缘电阻测量模块中不同电阻支路的导通，以实现并联不同阻值的电阻，所述光继电器还连接参考电阻，控制参考电阻吸合，从而控制参考电阻是否接入电路，所述AD采集器用于采集采样支路中的采样电阻处的电压。
进一步的，所述高压正极接口、高压负极接口、电底盘接口均连接单片机。
相对于现有技术，本发明所述的一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备具有以下优势：
(1)本发明提出了一种针对有电压源输出的电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备，实现了车辆B级高压回路通电情况下的绝缘电阻的测量；
(2)本发明开发的测试设备实现了测量电路的高低电压的隔离设计，从而保证测试人员的安全；
(3)本发明设计多组测试过程，对测试结果进行冗余处理，得出准确的测试结果。
本发明的另一目的在于提出一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试方法，解决了整车绝缘电阻的精确测量问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备的测试方法，具体包括如下步骤：
(1)使被测车辆通电达到可行驶状态，保证车辆上所有电力、电子开关处于激活状态；
(2)将车辆B级高压回路的正极、负极、电底盘分别通过连接线接到绝缘测试设备的高压正极接口、高压负极接口、电底盘接口；
(3)利用绝缘测试设备的AD采集器测量整车B级回路的正负两个端子和电底盘之间的电压；
(4)在绝缘测试设备上选择一个参考电阻，利用绝缘测试设备的AD采集器再次测量整车B级回路的正负两个端子和电底盘之间的电压；
(5)利用步骤(3)和步骤(4)得到的值计算得出车辆的绝缘电阻值。
进一步的，所述步骤(3)中得到的电压值记为U1_0、U1_1，所述步骤(4)中得到的电压值记为U2_0和U2_1，则可得
Rp＝Rn＝r 公式(3)
其中，Rp、Rn为绝缘测试设备电路中分别并入绝缘电阻R1、R2两端的原始电阻，Ra为参考电阻；
联立公式(1)(2)(3)可得
R1与R2中较小的即为整车的绝缘电阻，该计算过程集成到单片机中，最后将所计算得到的绝缘电阻值发到上位机显示器中。
进一步的，所述Rp、Rn阻值均为10.05 MΩ。
本发明所述的一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备的测试方法的有益效果与上述一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备的有益效果相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的绝缘测试设备与被测车辆的连接示意图；
图2为本发明实施例所述的接入参考电阻后的绝缘测试设备与被测车辆的连接示意图；
图3为本发明实施例所述的待测***的基本电路简图；
图4为本发明实施例所述的电压测试电路板的电路图；
图5为本发明实施例所述的正极测试电路板的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-5所示，本发明提供了一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备，包括外壳，所述壳体上设有高压正极接口、高压负极接口、电底盘接口，所述高压正极接口、高压负极接口、电底盘接口分别连接测量设备的高压正极、高压负极、电底盘连接，用于测量回路正极与电底盘的电压和回路负极与电底盘的电压；
所述外壳内设有两块相同且相互连接的电压测试电路板，其中，负极测试电路板用于测量回路负极与电底盘的电压，正极测试电路板用于测量回路正极与电底盘的电压；
所述电压测试电路板包括电源模块、单片机、附属设备模块、绝缘电阻测量模块，所述电源模块用于给单片机和附属设备模块供电，所述单片机与附属设备模块中的设备进行通信，控制完成相应功能，所述单片机还控制绝缘电阻测量模块选中不同阻值的并联电阻支路，从而实现向电路中并入不同阻值电阻；
所述绝缘测试设备还通过单片机连接上位机显示器。
正极测试电路板的具体结构如图5所示，主要由电源模块、单片机、附属设备模块、绝缘电阻测量模块四部分组成，其中
1)电源模块
设备在外接12V电源后通过一个整流装置，该整流装置可实现外接电源处的正反接。整流模块后连接一稳压模块，使电压稳定。稳压模块后接两个DC-DC模块，分别为CAN模块DC-DC和电池正极DC-DC。DC-DC模块的作用是隔离电源并形成不同的参考地。经电源隔离后，电池正极模块产生参考地GND_1，CAN模块产生参考地GND_3。电压测量需要在高电势点与低电势点形成电势差，在正极电路板中，可将电池正极输入B+作为高电势点，将车辆地GND_车接入电池正极DC-DC产生的GND_1作为低电势点，由此形成的ΔU＝B+-GND—1＞0，可在正极电路板中正常使用。而在负极电路板中，若继续将GND_车作为低电势点，将电池负极输入B-作为高电势点，由此形成的ΔU＝B—-GND车＜0，无法在负极电路板中正常使用。为此，在负极电路板中通过电池负极DC-DC产生隔离地GND_2，将电池负极B-接入GND_2作为低电势点，由此形成的ΔU＝GND车-GND2＞0。经过电池正极DC-DC后的隔离电源连接稳压模块后分别给单片机、光继电器和AD采集器供电。
2)附属设备模块
附属设备主要包括CAN总线、光继电器和AD采集器。其中，CAN总线负责传输电路板中的电压采集数据；光继电器作为开关，控制绝缘电阻测量模块中不同支路的导通，以实现并联不同阻值的电阻，所述光继电器还连接参考电阻，控制参考电阻吸合，从而控制参考电阻是否接入电路；AD采集器用来采集采样电阻处的电压，并通过采样电阻与所在支路总电阻的比例系数得到支路总电压。
3)MCU单片机模块
本项目采用MC9S12DP256单片机作为控制元件，单片机与附属模块中的设备进行通信，控制其完成相应功能。
4)绝缘电阻测量模块
绝缘电阻测量模块包含并联电阻支路、采样支路和绝缘电阻支路。单片机通过光继电器可控制选中不同阻值的并联电阻支路，从而实现向电路中并入不同阻值电阻，共配备了50KΩ，100KΩ，1MΩ，2MΩ，5MΩ几种精度达到1‰的参考电阻。在采样支路中，通过AD采集器获得采样电阻处的电压，并通过采样电阻与采样支路总电阻的比例系数得到采样支路总电压即高压正级与电底盘的电压值。
测试时，图1是将被测车辆的B级高压回路上电，然后找出车辆高压***通电状态下，回路的正极、回路的负极，电底盘，分别与测量设备的高压正，高压负和电底盘连接，分别测量得出回路正极与电底盘的电压和回路负极与电底盘的电压，其中REESS是可储能电源，电动车中一般代表电池。
图2是在图1连线的基础上，在车辆B级回路的高压正极和电底盘之间并联有可选的参考电阻R0(50KΩ，100KΩ，1MΩ，2MΩ，5MΩ)后，分别测量得出回路正极与电底盘的电压和回路负极与电底盘的电压。
图3是测量过程图，图中REESS代表了包含可储能电源的车辆B级回路。R1、R2代表B级回路正负两级与电底盘间的绝缘电阻，Rp、Rn代表测量电阻设备的附加的电阻，Ra代表了要并联的参考电阻，U1_0,U1_1代表分别测量的高压回路正负两个端子与电底盘间的电压，U2_0，U2_1,代表并入参考电阻Ra后高压回路正负两个端子与电底盘间的电压。
具体测试过程如下
(1)使被测车辆通电达到可行驶状态，保证车辆上所有电力、电子开关处于激活状态；
(2)将车辆B级高压回路的正极、负极、电底盘分别接到绝缘测试设备的高压正极接口、高压负极接口、电底盘接口。
(3)用绝缘测试设备的两个AD采集器测量整车B级回路的正负两个端子和电底盘之间的电压,记为U1_0、U1_1。
(4)在绝缘测试设备上选择一个已知参考电阻Ra，再用该设备的两个AD采集电路模块同时测量B级回路的两个端子(高压正和高压负)和电底盘之间的电压，记为U2_0、U2_1；
(5)计算绝缘电阻Ri，方法如下：其中Rp、Rn为测试设备电路中分别并入绝缘电阻R1、R2两端的原始电阻(该电阻与车辆绝缘电阻并联是要把车辆绝缘电阻拉低，使AD采集器能够采集该电阻)。其阻值均为10.05MΩ。
在测量过程中，首先测量R1、R2两端的电压，记为U1_0、U1_1。根据左右两路电流相等可列方程：
其后，在R1电阻侧并联电阻Ra，并测量R1、R2两端电压，记为U2_0、U2_1。同理，可列方程：
Rp＝Rn＝r 公式(3)
三个方程组联合最后得出车辆的绝缘电阻：
R1与R2中较小的即为整车的绝缘电阻，该计算过程集成到单片机中，最后将所计算得到的绝缘电阻值发到上位机显示器中，该设备可以存储500个测试结果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备，包括外壳，其特征在于：所述壳体上设有高压正极接口、高压负极接口、电底盘接口，所述高压正极接口、高压负极接口、电底盘接口分别连接测量设备的高压正极、高压负极、电底盘连接，用于测量回路正极与电底盘的电压和回路负极与电底盘的电压；
所述外壳内设有两块相同且相互连接的电压测试电路板，其中，负极测试电路板用于测量回路负极与电底盘的电压，正极测试电路板用于测量回路正极与电底盘的电压；
所述电压测试电路板包括电源模块、单片机、附属设备模块、绝缘电阻测量模块，所述电源模块用于给单片机和附属设备模块供电，所述单片机与附属设备模块中的设备进行通信，控制完成相应功能，所述单片机还控制绝缘电阻测量模块选中不同阻值的并联电阻支路，从而实现向电路中并入不同阻值电阻；
所述绝缘测试设备还通过单片机连接上位机显示器。
2.根据权利要求1所述的一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备，其特征在于：所述电源模块通过电源接口接入外接电源，经过整流模块连接稳压模块，稳压模块连接两个DC-DC模块，所述DC-DC模块用于隔离电源并形成不同的参考地。
3.根据权利要求1所述的一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备，其特征在于：所述绝缘电阻测量模块包含并联电阻支路、采样支路和绝缘电阻支路。
4.根据权利要求3所述的一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备，其特征在于：所述附属设备模块包括CAN总线、光继电器和AD采集器，其中，CAN总线用于传输电路板中的电压采集数据，光继电器作为开关，控制绝缘电阻测量模块中不同电阻支路的导通，以实现并联不同阻值的电阻，所述光继电器还连接参考电阻，控制参考电阻吸合，从而控制参考电阻是否接入电路，所述AD采集器用于采集采样支路中的采样电阻处的电压。
5.根据权利要求1所述的一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备，其特征在于：所述高压正极接口、高压负极接口、电底盘接口均连接单片机。
6.利用权利要求1-5任一项所述的一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备的测试方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
(1)使被测车辆通电达到可行驶状态，保证车辆上所有电力、电子开关处于激活状态；
(2)将车辆B级高压回路的正极、负极、电底盘分别通过连接线接到绝缘测试设备的高压正极接口、高压负极接口、电底盘接口；
(3)利用绝缘测试设备的AD采集器测量整车B级回路的正负两个端子和电底盘之间的电压；
(4)在绝缘测试设备上选择一个参考电阻，利用绝缘测试设备的AD采集器再次测量整车B级回路的正负两个端子和电底盘之间的电压；
(5)利用步骤(3)和步骤(4)得到的值计算得出车辆的绝缘电阻值。
7.根据权利要求6所述的一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备，其特征在于：所述步骤(3)中得到的电压值记为U1_0、U1_1，所述步骤(4)中得到的电压值记为U2_0和U2_1，则可得
Rp＝Rn＝r 公式(3)
其中，Rp、Rn为绝缘测试设备电路中分别并入绝缘电阻R1、R2两端的原始电阻，Ra为参考电阻；
联立公式(1)(2)(3)可得
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R1与R2中较小的即为整车的绝缘电阻，该计算过程集成到单片机中，最后将所计算得到的绝缘电阻值发到上位机显示器中。
8.根据权利要求7所述的一种电动车整车B级闭合回路的绝缘测试设备，其特征在于：所述Rp、Rn阻值均为10.05MΩ。
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