CN111366371B - 电动车碰撞电安全数据采集*** - Google Patents
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Abstract
电动车碰撞电安全数据采集***，包括一个采集测量模块、一个用于接收启动器的启动信号从而控制采集测量模块进行测量的运算模块，所述的采集测量模块包括一个测量电路，所述的测量电路三路输入端分别与待测电动车的高压母线正极V+端、底盘电平台VGND和高压母线负极V‑端连接，所述的测量电路五路输出端分别输出的五路信号是V+＇、VGND、V‑＇、Ivol+＇和Ivol‑＇；所述运算模块内的下位机主控制器一个输入端上还连接有一个用于控制数据采集***开始工作的启动器；还包括一个通过与串口转WIFI芯片无线连接的一个远程控制模块，所述的远程控制模块包括上位机；集成电压测量、电能测量、绝缘电阻测量于一体，可以根据试验车辆情况，选择不同测量方式。
Description
技术领域
本发明属于电子测量数据采集的技术领域，尤其是涉及电动车碰撞试验后电安全数据采集***。
背景技术
根据GB/T 31498-2015《电动汽车碰撞后安全要求》标准中规定，电动车碰撞后防触电安全要求检查可以采用四种方式进行，满足任意一项的要求即可，四种方式分别为电压检测、电能检测、物理防护检测和绝缘电阻检测。
对于物理防护检测和绝缘电阻检测两种方式，在GB/T 31498-2015《电动汽车碰撞后安全要求》未发布时已经具备相应的检测能力，采用绝缘电阻的测量计算相对繁琐，由于动力电池本身带电，需采用测量多组电压公式计算方式进行，耗时较长，结果不直观；并且采用绝缘电阻检测和物理防护检测两种方式判别时，需要试验人员手动接线进行测量，存在一定的安全风险，尤其是试验后，不确定动力电池是否安全的情况下，近距离操作更加危险。电压检测和电能检测两种方式，由于要求在碰撞后5s～60s之间进行测量，对的要求比较严格，这两种检测方式一直无法实现。
发明内容
本发明的目的在于解决上述存在的技术缺陷，从而提供一种电动车碰撞电安全数据采集***，集成电压测量、电能测量、绝缘电阻测量于一体，可以根据试验车辆情况，选择不同的测量方式。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：电动车碰撞电安全数据采集***，其特征在于：包括一个采集测量模块、一个用于接收启动器的启动信号从而控制采集测量模块进行测量的运算模块，所述的采集测量模块包括一个测量电路，所述的测量电路三路输入端分别与待测电动车的高压母线正极V+端、底盘电平台VGND和高压母线负极V-端连接，所述的测量电路五路输出端分别输出的五路信号是V+＇、VGND、V-＇、Ivol+＇和Ivol-＇，所述的测量电路五路输出端与分压电路输入端连接，所述分压电路输出端与电压跟随器的输入端连接，所述电压跟随器的输出端与差分电路输入端连接，还包括一个用于接收差分电路的四路信号进行处理并发送给滤波放大电路输入端的隔离放大器，一个用于接收滤波放大电路输出的四路信号进行转换并发送给主运算模块内的下位机主控制器输入端的AD转换器；
所述运算模块内的下位机主控制器一个输入端上还连接有一个用于控制数据采集***开始工作的启动器，所述下位机主控制器的并行输出端分别连接有串口转WIFI芯片和5个继电器(KT1、KT2、KT3、KT4、KT5)的线圈；
还包括一个通过与串口转WIFI芯片无线连接的一个远程控制模块，所述的远程控制模块包括上位机。
作为本发明的优选方案：所述的测量电路包括5个继电器(KT1、KT2、KT3、KT4、KT5)和一个标准测量电阻R0组成；所述的分压电路由4组并列的分压支路组成，所述的每组分压支路分别由3个电阻串联组成，所述的第一组分压支路由R21、R22和R23三个电阻串联组成，所述的电阻R21另一端与继电器KT1的常闭触点2端连接，所述继电器KT1的输入端1端与待测电动车的高压母线正极V+端连接，所述电阻R23另一端与待测电动车的底盘电平台VGND连接，所述电阻R22两端引出连接到电压跟随器输入端；所述的第二组分压支路由Ri1、Ri2和Ri3三个电阻串联组成，所述的电阻Ri1另一端连接在串接的电阻Rw与Re之间，所述电阻Rw另一端分别连接到继电器KT1的常闭触点2端、继电器KT4的常闭触点2端，所述的电阻Re另一端连接到继电器KT5的输入端1端，继电器KT5的常开触点3端分别连接到继电器KT3常闭触点2端、继电器KT4常开触点3端，继电器KT4的输入端1端与9个并列的标准测量电阻R0的公共端，9个并列的标准测量电阻R0另一端设置有调节开关S2，调节开关S2另一端与继电器KT2的常开触点3端连接，所述继电器KT2的输入端与待测电动车的底盘电平台VGND连接，所述电阻Ri3另一端分连接到电阻Re另一端，所述电阻Ri2两端引出连接到电压跟随器输入端；所述的第三组分压支路由Rb1、Rb2和Rb3三个电阻串联组成，所述的电阻Rb1另一端与继电器KT1的常闭触点2端连接，所述电阻Rb3另一端与继电器KT3的常闭触点2端连接，继电器KT3的输入端1端与待测电动车的高压母线负极V-端连接，所述电阻Rb2两端引出连接到电压跟随器输入端；所述的第四组分压支路由R11、R12和R13三个电阻串联组成，所述的电阻R11另一端与待测电动车的底盘电平台VGND连接，所述电阻R13另一端与继电器KT3的常闭触点2端连接，所述电阻R12两端引出连接到电压跟随器输入端。
作为本发明的优选方案：所述的下位机主控制器9一个输出端还连接有用于显示测量结果的车载显示器。
本发明的有益效果是：
1、集成电压测量、电能测量、绝缘电阻测量于一体，输出电压、电流、电能随时间的变化曲线，可手动采集计算任意时刻的高压母线对车身底盘的绝缘电阻值，以便实时监控高压***的高压、绝缘状态；
2、在绝缘电阻测量中，针对不同标称电压，设置有可调电阻，可以根据不同需求，选择更为合适的电阻，使计算更加快捷；
3、增加双表测量法，消除了测试设备本身内阻对绝缘电阻计算的影响，测量更稳定、计算更精准；
4、首次采用车载显示器与WIFI数据发送双保险方式，车载记录数据的同时将电动车辆上的电压、电流信号实时传送至笔记本电脑或手机APP，避免了近距离在碰撞后电动车辆边操作测量电压的情况，提高操作人员的安全性。
附图说明
图1是电动车碰撞电安全数据采集***框架图。
图2是采集模块的测量电路以及分压电路原理图。
图3是采集***电压测量原理图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，此附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构。
如图1所示，本发明包括一个采集测量模块13、一个用于接收启动器的启动信号从而控制采集测量模块13进行测量的运算模块14，采集测量模块13内部设置有测量电路1、分压电路2、电压跟随器3、差分电路4、隔离放大器5、滤波放大电路6及AD转换芯片7；所述的数据采集测量模块13中测量电路1三路输入端分别连接有待测电动车的高压母线正极V+端、底盘电平台VGND和高压母线负极V-端，所述测量电路1输出端与所述分压电路2输入端连接，所述的测量电路1五路输出端与分压电路2输入端连接，所述的测量电路1五路输出端分别输出的五路信号是V+＇、VGND、V-＇、Ivol+＇和Ivol-＇；所述分压电路2输出端与所述电压跟随器3的输入端连接，所述电压跟随器3的输出端与所述差分电路4输入端连接，所述差分电路4的输出端与所述隔离放大器5输入端连接，所述隔离放大器5的输出端与所述滤波放大电路6输入端连接，所述滤波放大电路6的输出端与所述AD转换器7输入端连接，所述AD转换器7采用AD公司生产的16位AD芯片ADS8555，采样频率为500Hz，所述AD转换器7的输出端与所述运算模块14中的下位机主控制器9输入端连接，运算模块14内的下位机主控制器9一个输入端上还连接有一个用于控制数据采集***开始工作的启动器8，所述的下位机主控制器9的并行输出端分别连接有串口转WIFI芯片10、车在显示器11和5个继电器(KT1、KT2、KT3、KT4、KT5)；还包括一个通过与串口转WIFI芯片10无线连接的一个远程控制模块15，所述的远程控制模块15包括上位机12。
如图2所示，包括有：测量电路1、分压电路2；其中测量电路包括5个型号为833H-1C-C的继电器、九个并联的不同阻值的标准电阻R0及一个放电保护电阻Rw和一个放电电阻Re，所述5个继电器(KT1、KT2、KT3、KT4、KT5)线圈连接在下位机主控制器9的输出端，放电保护电阻Rw、放电电阻Re与继电器KT1、KT3、KT5串联接入电动车的高压母线正极V+端与高压母线负极V-端之间；分压电路共有4组，每一组都有其单独的电压跟随器、差分电路、隔离放大器和滤波电路，每组分压电路分别由3个电阻串联组成，所述的第一组分压电路由R21、R22和R23三个电阻串联组成，R21和R23是8M标准电阻，R22是82K分压电阻，即分压电路输出电压是输入电压的1/200，输入电压允许范围0V～1000V(能够满足现在市场上所有电动车测量)，分压后输出电压范围是0V～5V，所述的电阻R21另一端与继电器KT1的常闭触点2端连接，所述继电器KT1的输入端1端与待测电动车的高压母线正极V+端连接，所述电阻R23另一端与待测电动车的底盘电平台VGND连接，所述电阻R21两端引出连接到电压跟随器3输入端；
所述的第二组分压电路由Ri1、Ri2和Ri3三个电阻值为6.8k的电阻串联组成，所述的电阻Ri1另一端连接在串接的电阻Rw与Re之间，所述电阻Rw另一端分别连接到继电器KT1的常闭触点2端、继电器KT4的常闭触点2端，所述的电阻Re另一端连接到继电器KT5的输入端1端，继电器KT5的常开触点3端分别连接到继电器KT3常闭触点2端、继电器KT4常开触点3端，继电器KT4的输入端1端与9个并列的标准测量电阻R0的公共端，9个并列的标准测量电阻R0另一端设置有调节开关S2，调节开关S2另一端与继电器KT2的常开触点3端连接，所述继电器KT2的输入端与待测电动车的底盘电平台VGND连接，所述电阻Ri3另一端分连接到电阻Re另一端，所述电阻Ri2两端引出连接到电压跟随器3输入端；
所述的第三组分压电路由Rb1、Rb2和Rb3三个电阻串联组成，Rb1和Rb3是8M标准电阻，R22是82K分压电阻，所述的电阻Rb1另一端与继电器KT1的常闭触点2端连接，所述电阻Rb3另一端与继电器KT3的常闭触点2端连接，继电器KT3的输入端1端与待测电动车的高压母线负极V-端连接，所述电阻Rb2两端引出连接到电压跟随器3输入端；
所述的第四组分压电路由R11、R12和R13三个电阻串联组成，R11和R13是8M标准电阻，R12是82K分压电阻，所述的电阻R11另一端与待测电动车的底盘电平台VGND连接，所述电阻R13另一端与继电器KT3的常闭触点2端连接，所述电阻R12两端引出连接到电压跟随器3输入端；
(1)电压测量原理
待测电动车的高压母线正极V+端与高压母线负极V-端经过第三组分压电路、待测电动车的高压母线负极V-端与底盘电平台VGND端经过第四组分压电路，待测电动车的高压母线正极V+端与底盘电平台VGND端经过第一组分压电路进行分压，将0V～1000V输入电压降低到0V～5V，然后经过电压跟随器，增大输入阻抗降低输出阻抗，再经过差分电路求出降压后的高压母线正极V+端与高压母线负极V-端电压Vb1，高压母线负极V-端与底盘电平台VGND端电压V1 1，高压母线正极V+端与底盘电平台VGND端电压V2 1，然后经过隔离放大器5和滤波放大电路6形成平滑的0V～5V电压，再由A/D转换芯片7将0V～5V模拟量信号转换为对应的数字量信号，传输给下位机主控制器9。下位机主控制器9经过标度变换，转换成与实际电压相匹配的0V～1000V电压值。
(2)电能测量原理
电能是指待测电动车的高压母线正极V+端与高压母线负极V-端之间电压Vb与经过放电电阻Re放电电流Ie的乘积与测量时间的积分，在碰撞后5s～60s内，继电器KT5常开触点3动作闭合，同时测量电压Vb与放电电流Ie，测量电流Ie时，继电器开关KT1、KT2、KT3、KT4、KT5对应接入的触点分别是2、2、2、2、3，待测电动车的高压母线正极V+端与高压母线负极V-端在KT1、Rw、Re、KT5、KT3形成回路，电流流过放电电阻Re，放电电阻Re两端接入分压电路2进行分压，将电压降低到0V～5V，然后经过差分电路4求出降压后放电电阻Re两端电压，然后经过隔离放大器5和滤波放大电路6形成平滑的0V～5V电压，再由A/D转换芯片将0V～5V模拟量信号转换为对应的数字量信号，传输给下位机主控制器9，下位机主控制器9首先通过计算得出放电电流Ie，然后将测量的相同相位的电压Vb与电流Ie的乘积在对应测量时间上积分，求出电能。
(3)绝缘电阻测量原理
由于被测电动车绝缘电阻值一般都在几十兆欧左右，与测量设备本身的内阻在同一数量级，因此计算绝缘电阻的过程中如果消除掉设备本身电阻的影响，计算结果会更加准确。基于上述原因，电动车碰撞电安全数据采集***绝缘电阻计算设有单表测量和双表测量两种方式，通过上位机12笔记本电脑或手机控制选择测量模式。
a)单表测量原理
根据被测车辆高压***的标称电压，通过可变电阻调节器旋钮开关S2，选择合适的的标准电阻R0。启动信号接口4接收到启动器发出的启动信号后，首先测量待测电动车的高压母线正极V+端与高压母线负极V-端之间电压Vb、待测电动车的高压母线负极V-端与底盘电平台VGND之间电压V1和待测电动车的高压母线正极V+端与底盘电平台VGND之间电压V2，测量原理与(1)电压测量原理相同。将测量结果传送至下位机主控制器进行比较运算，若V1≥V2，则KT1、KT2、KT4吸合，KT3不吸合，即KT1、KT2和KT4的触点1和常开触点3接通，KT3的触点1和常闭触点2接通，测量高压母线负极与电平台之间的电压V1＇。若V1＜V2，则KT2、KT3吸合，KT1、KT4不吸合，即KT2、KT3的触点1和触点3接通，KT1和KT4的触点1和触点2接通，测量高压母线正极与电平台之间的电压V2＇。对应电压大小，代入公式(1)或(2)可计算得绝缘电阻。
当V1≥V2时，
当V1＜V2时，
将计算的Ri除以被测电动车辆的标称电压即可得到所需的测量结果。
b)双表测量原理(消除设备内阻的影响进行计算)
根据被测车辆高压***的标称电压，通过可变电阻调节器旋钮开关S2，选择合适的的标准已知电阻R0，启动信号接口接收到触发开关的碰撞信号后，首先测量待测电动车的高压母线正极V+端与高压母线负极V-端之间电压Vb、待测电动车的高压母线负极V-端与底盘电平台VGND之间电压V1和待测电动车的高压母线正极V+端与底盘电平台VGND之间电压V2，测量原理与(1)电压测量原理相同。将测量结果传送至下位机主控制器进行比较运算，若V1≥V2，则KT2、KT4吸合，KT1、KT3不吸合，即KT2和KT4的触点1和触点3接通，KT1、KT3的触点1和触点2接通，测量高压母线负极与电平台之间的电压V1＇及高压母线正极与电平台之间的电压U2；若V1＜V2，则KT2吸合、KT1、KT3、KT4不吸合，即KT2的触点1和触点3接通，KT1、KT3和KT4的触点1和触点2接通，测量高压母线正极与电平台之间的电压V2＇及高压母线负极与电平台之间的电压U1。对应电压大小，将所测量的数值带入公式(3)或(4)中计算，得出绝缘电阻。
当V1≥V2时，
式中：r——测量电压表的内阻
当V1＜V2时，
式中：r——测量电压表的内阻
将计算的Ri除以被测电动车辆的标称电压即可得到所需的测量结果。
如图3所示，电压跟随器3的作用是降低输出阻抗，使输出电压不受后级阻抗的影响；差分电路4的作用是对两个输入信号之差进行放大；隔离放大器5的作用是隔离功率回路和控制回路，防止烧毁、击穿低压信号电路；滤波放大电路6的作用是滤除高频信号，且将滤波后的信号进行放大。
工作过程：运算模块中的下位机主控制器9在碰撞试验前处于对启动器8持续监控状态，启动器采用Tapeswitch带状开关，触发力值为7N，启动器固定在被测电动车与障碍壁发生碰撞时的第一接触位置。当汽车发生碰撞后，挤压带状开关，启动器工作，即启动器发出启动信号，下位机主控制器9通过控制5个继电器(KT1、KT2、KT3、KT4、KT5)的线圈的的电情况从而控制采集测量模块13中的测量电路1，采集测量模块13开始测量相关数据，同时下位机主控制器9接受上位机12的控制，上位机12可以是笔记本电脑或手机；下位机主控制器9采用意法半导体公司生产的STM32F407单片机，它是基于ARM内核的32位单片机，具有功能强、速度快等优点；测量模块1连接待测电动车的高压母线正极V+端、底盘电平台VGND和高压母线负极V-端，主要采集试验过程中待测电动车的高压母线正极V+端、待测电动车的高压母线负极V-端以及待测电动车的底盘电平台VGND相互之间的电压；采集测量模块13对测量信号进行处理后，通过运算模块14将碰撞后5s～60s之内待测电动车的高压母线正极V+端与高压母线负极V-端之间电压Vb、待测电动车的高压母线负极V-端与底盘电平台VGND之间电压V1和高压母线正极V+端与底盘电平台VGND之间电压V2信号实时显示在所述车载显示器11和所述上位机12的，直观的反应了三个电压信号随着时间的变化关系；采用车载显示器11和所述上位机12双显示有效保障保证数据不会丢失。
本发明集成电压测量、电能测量、绝缘电阻测量于一体，可以根据试验车辆情况，选择不同测量方式；在绝缘电阻测量中，针对不同标称电压，设置有可调电阻，可以根据不同需求，选择更为合适的电阻，使计算更加快捷；增加双表测量法，消除了测量仪器内阻对测量结果的影响，使测量更稳定、结果计算更精准；首次采用WIFI数据发送方式，将电动车辆上的电压、电流信号传送至笔记本电脑或手机，避免了近距离在碰撞后电动车辆边操作测量电压的情况，提高操作人员的安全性。
Claims (1)
1.电动车碰撞电安全数据采集***，其特征在于：包括一个采集测量模块(13)、一个用于接收启动器(8)的启动信号从而控制采集测量模块(13)进行测量的运算模块(14)，所述的采集测量模块(13)包括一个测量电路(1)，所述的测量电路(1)三路输入端分别与待测电动车的高压母线正极V+端、底盘电平台VGND和高压母线负极V-端连接，所述的测量电路(1)五路输出端分别输出的五路信号是V+＇、VGND、V-＇、Ivol+＇和Ivol-＇，所述的测量电路(1)五路输出端与分压电路(2)输入端连接，所述分压电路(2)输出端与电压跟随器(3)的输入端连接，所述电压跟随器(3)的输出端与差分电路(4)输入端连接，还包括一个用于接收差分电路(4)的四路信号进行处理并发送给滤波放大电路(6)输入端的隔离放大器(5)，一个用于接收滤波放大电路(6)输出的四路信号进行转换并发送给主运算模块内的下位机主控制器(9)输入端的AD转换器(7)；
所述运算模块(14)内的下位机主控制器(9)一个输入端上还连接有一个用于控制数据采集***开始工作的启动器(8)，所述下位机主控制器(9)的并行输出端分别连接有串口转WIFI芯片(10)和5个继电器KT1、KT2、KT3、KT4、KT5的线圈；
还包括一个通过与串口转WIFI芯片(10)无线连接的一个远程控制模块(15)，所述的远程控制模块(15)包括上位机(12)；
所述的测量电路(1)包括5个继电器KT1、KT2、KT3、KT4、KT5和一个标准测量电阻R0组成；所述的分压电路(2)由4组并列的分压支路组成，每组分压支路分别由3个电阻串联组成，第一组分压支路由R21、R22和R23三个电阻串联组成，电阻R21另一端与继电器KT1的常闭触点2端连接，继电器KT1的输入端1端与待测电动车的高压母线正极V+端连接，电阻R23另一端与待测电动车的底盘电平台VGND连接，电阻R22两端引出连接到电压跟随器(3)输入端；第二组分压支路由Ri1、Ri2和Ri3三个电阻串联组成，电阻Ri1另一端连接在串接的电阻Rw与Re之间，电阻Rw另一端分别连接到继电器KT1的常闭触点2端、继电器KT4的常闭触点2端，电阻Re另一端连接到继电器KT5的输入端1端，继电器KT5的常开触点3端分别连接到继电器KT3常闭触点2端、继电器KT4常开触点3端，继电器KT4的输入端1端与9个并列的标准测量电阻R0的公共端，9个并列的标准测量电阻R0另一端设置有调节开关S2，调节开关S2另一端与继电器KT2的常开触点3端连接，继电器KT2的输入端与待测电动车的底盘电平台VGND连接，电阻Ri3另一端分连接到电阻Re另一端，电阻Ri2两端引出连接到电压跟随器(3)输入端；第三组分压支路由Rb1、Rb2和Rb3三个电阻串联组成，电阻Rb1另一端与继电器KT1的常闭触点2端连接，电阻Rb3另一端与继电器KT3的常闭触点2端连接，继电器KT3的输入端1端与待测电动车的高压母线负极V-端连接，电阻Rb2两端引出连接到电压跟随器(3)输入端；第四组分压支路由R11、R12和R13三个电阻串联组成，电阻R11另一端与待测电动车的底盘电平台VGND连接，电阻R13另一端与继电器KT3的常闭触点2端连接，电阻R12两端引出连接到电压跟随器(3)输入端；
所述的下位机主控制器(9)一个输出端还连接有用于显示测量结果的车载显示器(11)。
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