CN113945760A - 电动汽车绝缘电阻检测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车绝缘电阻检测***，该***包括：检测装置，检测装置包括：控制单元；设置在电源正极与地之间的第一偏置电阻、在电源负极与地之间的第二偏置电阻；设置在电源正极与地之间、并且串联连接的第三分压电阻和第一分压电阻，在电源负极与地之间、并且串联连接的第四分压电阻和第二分压电阻；分别与控制单元连接的第一电压采集单元和第二电压采集单元；第一电压采集单元用于采集第一分压电阻的电压；第二电压采集单元用于采集第二分压电阻的电压；控制单元根据第一分压电阻的电压和第二分压电阻的电压，确定正极母线对地的绝缘电阻的值、以及负极母线对地的绝缘电阻的值。本发明***可以实现对电动汽车绝缘电阻的准确检测。

Description

电动汽车绝缘电阻检测***

技术领域

本发明涉及绝缘电阻检测技术领域，具体涉及一种电动汽车绝缘电阻检测***。

背景技术

近年来，不可再生能源被过度开采，部分资源已近枯竭，纯电动汽车成为主流新能源项目。由于纯电动汽车的电压平台属于B级电压(60v-1500v)，与人体直接接触会威胁到接触者的人身安全，所以在设计高压***时既要考虑车辆的能动性，又要考虑高压下的绝缘问题。在实际使用中，由于车辆的震动；绝缘材料热老化、光老化；摩擦损伤等问题的存在，高压***绝缘性能有可能下降或失效。绝缘性能一旦下降甚至失效，高压电池组将与车辆的底盘形成电路回路，随着电位的上升，严重威胁到车辆运行安全和驾乘人员的人身安全。当高压电池组与底盘之间多点的绝缘性能降低时，极有可能引发热积累效应，引起车辆自燃。因此，对于整车高压电气***的绝缘性能实现监测功能是纯电动汽车设计时必须考虑的核心内容，对于驾乘的人身安全、设备的运行以及车辆的运转具有重要的意义。

发明内容

本发明提供一种电动汽车绝缘电阻检测***，可以实现对电动汽车绝缘电阻的准确检测，保证整车高压电气***的绝缘性能。

为此，本发明提供如下技术方案：

一种电动汽车绝缘电阻检测***，所述***包括：检测装置，所述检测装置包括：

控制单元；

设置在电源正极与地之间的第一偏置电阻R₁、设置在电源负极与地之间的第二偏置电阻R₂；在电源正极与第一偏置电阻R₁之间还串接有第三开关S₃和第一开关S₁；在地与第二偏置电阻R₂之间还串接有第二开关S₂；

设置在电源正极与地之间、并且串联连接的第三分压电阻R₁₃和第一分压电阻R₁₁，设置在电源负极与地之间、并且串联连接的第四分压电阻R₁₄和第二分压电阻R₁₂；

分别与控制单元连接的第一电压采集单元和第二电压采集单元；所述第一电压采集单元用于采集第一分压电阻R₁₁的电压；所述第二电压采集单元用于采集第二分压电阻R₁₂的电压；

所述控制单元根据第一分压电阻R₁₁的电压和第二分压电阻R₁₂的电压，确定正极母线对地的绝缘电阻R_p的值、以及负极母线对地的绝缘电阻R_n的值，并将其中较小的一个值作为电动汽车绝缘电阻的检测值。

可选地，所述控制单元为单片机；

所述第一开关、第二开关、第三开关均为继电器，所述继电器的一端接地，另一端接单片机的I/O口。

可选地，第一分压电阻R₁₁和第四分压电阻R₁₄均为滑动变阻器。

可选地，所述第一电压采集单元包括：第一电压跟随电路；所述第二电压采集单元包括：串联连接的第二电压跟随电路和反向比例放大电路。

可选地，所述检测装置还包括：与所述控制单元连接的显示单元，用于显示每次采样的电压值以及正、负母线对地的绝缘电阻值。

可选地，所述检测装置还包括：与所述控制单元连接的报警单元；

所述控制单元在用于根据所述电动汽车绝缘电阻的检测值触发所述报警单元进行报警。

可选地，所述报警单元包括：并联连接的LED灯和蜂鸣器；

在所述电动汽车绝缘电阻的绝缘强度小于一级报警阈值时，所述控制单元触发所述LED灯点亮报警；

在所述电动汽车绝缘电阻的绝缘强度小于二级报警阈值时，所述控制单元触发所述蜂鸣器响动报警。

可选地，所述控制单元还用于在所述电动汽车绝缘电阻的绝缘强度小于二级报警阈值，控制所述第三开关、第一开关、第二开关断开。

可选地，所述***还包括：上位机；

所述控制单元通过串行通信接口与上位机进行通信，包括：接收上位机的控制指令，并将计算得到的正极母线对地的绝缘电阻R_p的值、以及负极母线对地的绝缘电阻R_n的值传送给所述上位机。

可选地，所述***还包括：用户终端；

所述控制单元通过无线接口与所述用户终端进行通信，包括：将计算得到的正极母线对地的绝缘电阻R_p的值、以及负极母线对地的绝缘电阻R_n的值传送给所述用户终端。

本发明实施例提供的电动汽车绝缘电阻检测***，通过设置偏置电阻和分压电阻，并采集相应开关不同状态情况下两个分压电阻上的电压，进而计算得到绝缘电阻的阻值。本发明方案结构简单，可以方便、快速地实现对电动汽车绝缘电阻的检测。

进一步地，将分压电阻设计为滑动变阻器，从而能够在不同电源电压下完成对绝缘电阻的检测，也就是说，可以测量不同电源电压的电动车的绝缘电阻，提高了***的适应性。

进一步地，通过设置报警单元，在检测到汽车绝缘电阻的阻值小于设定阈值时进行报警，可以有效提醒用户或检测人员更换绝缘电阻或直接断开电源电压。

附图说明

图1是现有的纯电动汽车电气***框架示意图；

图2是本发明电动汽车绝缘电阻检测***中检测装置的一种结构框图；

图3是本发明电动汽车绝缘电阻检测***中检测装置检测绝缘电阻的原理图；

图4是本发明电动汽车绝缘电阻检测***中检测装置的另一种结构框图；

图5是本发明电动汽车绝缘电阻检测方法的一种流程图。

具体实施方式

在纯电动汽车的电气***中一般分为高压***与低压***。高压***由蓄电池进行供电，主要包括：驱动电机、空调***、DC/DC***等大功率部件。低压***一般为12V或24V，主要为雨刷、车灯、车辆控制器等部件供电。图1为纯电动汽车电气***框架示意图。

在纯电动汽车的绝缘电阻检测***中，对于绝缘电阻的定义为：当高压电池组与底盘间某一点发生短路时，最大泄漏电流所对应的电阻。纯电动汽车中高压电池组的电压属于B级电压(60V-1500V)，在车辆运行过程中，产生的电流可能达到几十安。因此在设计纯电动汽车时，必须要考虑到车身与内部器件绝缘性能的问题，其设计必须要严苛遵照电动汽车安全防范标准以及有关国家标准，保证驾乘人员的人身安全。国标GB/T18384-2015中有明确规定，当电动汽车处于最大工作电压状态时，汽车中直流高压电路的绝缘强度应满足大于或等于100Ω/V的条件；其交流高压电路的绝缘强度应满足大于或等于500Ω/V的条件。

基于上述纯电动汽车电气***架构及国家相关标准，本发明提供一种电动汽车绝缘电阻检测***，该***的一种实施例包括：检测装置，用于对电动汽车绝缘电阻进行检测，进而保证整车高压电气***的绝缘性能，保证驾乘人员的安全。

如图2所示，是本发明电动汽车绝缘电阻检测***中检测装置的一种结构框图。

在该实施例中，所述检测装置包括：

控制单元20；

设置在电源正极与地之间的第一偏置电阻R₁、设置在电源负极与地之间的第二偏置电阻R₂；在电源正极与第一偏置电阻R₁之间还串接有第三开关S₃和第一开关S₁；在地与第二偏置电阻R₂之间还串接有第二开关S₂；

设置在电源正极与地之间、并且串联连接的第三分压电阻R₁₃和第一分压电阻R₁₁，设置在电源负极与地之间、并且串联连接的第四分压电阻R₁₄和第二分压电阻R₁₂；

分别与控制单元20连接的第一电压采集单元21和第二电压采集单元22；其中，所述第一电压采集单元21用于采集第一分压电阻R₁₁的电压；所述第二电压采集单元22用于采集第二分压电阻R₁₂的电压。

相应地，所述控制单元20根据第一分压电阻R₁₁的电压和第二分压电阻R₁₂的电压，确定正极母线对地的绝缘电阻R_p的值、以及负极母线对地的绝缘电阻R_n的值，并将其中较小的一个值作为电动汽车绝缘电阻的检测值。

上面所述的地可以是汽车底盘。所述控制单元可以采用单片机来实现，比如mega16单片机。

下面结合图3所示本发明电动汽车绝缘电阻检测***中检测装置检测绝缘电阻的原理图，对正、负极母线对地的绝缘电阻的检测过程进行说明。

图3中，R_p为正极母线对地的绝缘电阻，R_n为负极母线对地的绝缘电阻；R₁和R₂为偏置电阻；R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₁₄为分压电阻。这些电阻需要满足以下关系：R₁＝R₂，R₁₁＝R₁₂，R₁₃＝R₁₄。

在检测时，将采集R₁₁、R₁₂的电压，并计算得到R_p与R_n，其中电阻阻值小的那个即为高压***的绝缘电阻阻值。具体过程如下：

1)断开开关S₁、S₂，采集R₁₁和R₁₂的电压分别记为V₁、V₂。

2)当V₁大于或等于V₂时，开关S₁闭合，此时采集到R₁₁和R₁₂的电压分别记为V₁′、V₂′，得到：

V₁+V₂＝V₁'+V₂' ⑶

结合上述式子⑴、⑵、⑶可以得到：

3)同理，当V₁小于V₂时，开关S₂闭合，此时采集到R₁₁和R₁₂的电压分别记为V₁′、V₂′，得到：

V₁+V₂＝V₁'+V₂' ⑻

结合上述式子⑹、⑺、⑻可以得到：

4)通过以上两种情况，可以得到：

进而得到R_p和R_n如下：

需要说明的是，基于前面所述的国标GB/T18384-2015中的要求，在本发明实施例中，偏置电阻R₁、R₂的阻值相等，且偏置电阻除以高压电池组的最大工作电压后，其范围应在100Ω/V～500Ω/V。设计分压电阻R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₁₄时需要注意的是：既要避免出现采集的电压过小导致计算误差过大的情况，也要避免采集电压过大超出了单片机的工作电压范围的情况出现，为此，可以预先规定采集R₁₁与R₁₂的电压范围在0到2V之间，分压电阻的取值确定过程如下：

假设只有正极的母线对地的绝缘电阻出现故障，得到：

并且R-R₁₁＝R₁₃；

同理，当只有负极的母线的绝缘电阻出现故障时，可以得到：

并且R-R₁₂＝R₁₄；

由此可以得到所有的分压电阻的参考阻值。在实际设计中分压电阻取到参考阻值附近，可以避免上述两种情况的出现。

在实际应用中，除了以上电阻的选值范围需要注意外，还需要注意的是：在开关闭合前后两次对分压电阻的采样，需要高压电池组的总电压保持不变；即将两次采样视为同步采样，忽略两次采样的时间差。

另外，第一分压电阻R₁₁和第四分压电阻R₁₄可以采用滑动变阻器。这样设计，在测量不同电源电压的电动车时，不用更换整个绝缘监测装置，只需要根据上述公式计算出当前电源电压条件下的分压电阻值，就可以对绝缘电阻进行检测。

需要说明的是，在实际应用中，对第一开关S₁、第二开关S₂、第三开关S₃的控制，可以采用手动控制方式，也可以由所述控制单元20对其进行自动控制，对此本发明实施例不做限定。

继续参照图2，为了便于在电压采集过程中对第一开关S₁、第二开关S₂、第三开关S₃的控制，所述第一开关S₁、第二开关S₂、第三开关S₃可以采用继电器，所述继电器的一端接地，另一端接单片机的I/O口。

所述第一电压采集单元21可以采用电压跟随器，由于电压跟随器具有高输入阻抗、低输出阻抗的特点，因此还具有缓冲功能、隔离功能、阻抗匹配功能，从而降低后一级电路对前一级电路的影响。

所述第二电压采集单元22可以包括：电压跟随器和反向比例放大电路，由于第一级电压跟随器的输出电压与想要采集的电压相位相反，所以在第二级中采用反向比例放大电路。所述反向比例放大电路的放大倍数为1，从而使得第二级放大电路的输出电压符合单片机的输入电压范围。

在本发明实施例中，所述控制单元20作为主控芯片，实现模数转换、控制开关等功能。

在实际应用中，所述检测装置可以设置在电动汽车的控制电路板上，以实现对电动汽车绝缘电阻的实时检测，当然也可以独立设置，并设置相应的接线探头，在需要对某个电动汽车绝缘电阻进行检测时，只需将所述接线探头连接到电动汽车的相应部件上完成相应检测。

进一步地，在本发明电动汽车绝缘电阻检测***的另一实施例中，如图4所示，所述检测装置还可包括：与所述控制单元20连接的报警单元23，用于根据控制单元20的触发进行报警，比如在电动汽车绝缘电阻的检测值小于设定阈值时，控制单元20触发报警单元23报警。在实际应用中，所述报警单元可以包括：并联连接的LED灯和蜂鸣器。

在一种具体应用中，将电动汽车绝缘电阻的绝缘强度分为两个等级，分别为100Ω/V(二级报警阈值)、500Ω/V(一级报警阈值)。相应地，在所述电动汽车绝缘电阻的绝缘强度小于一级报警阈值时，所述控制单元触发所述LED灯点亮报警；在所述电动汽车绝缘电阻的绝缘强度小于二级报警阈值时，所述控制单元触发所述蜂鸣器响动报警。通过报警单元的设置，可以提示使用者绝缘电阻的阻值超过了报警阈值，需要更换绝缘电阻或直接断开电源电压。

当然，在所述电动汽车绝缘电阻的绝缘强度小于二级报警阈值时，还可以由控制单元20自动控制第三开关、第一开关、第二开关断开。

下面结合图4所示***及图5所示本发明电动汽车绝缘电阻检测方法的流程图，说明本发明电动汽车绝缘电阻检测过程。

闭合开关S3，接通高压电气***的总电源。采集分压电阻的电压，记为V₁、V₂。比较V₁、V₂的大小，如果V₁大于V₂时，说明R_p大于R_n，此时闭合开关S1，并入偏置电阻；否则闭合开关S2，并入偏置电阻。再次对分压电阻的电压进行采集，记为V₃、V₄。此时通过V₁、V₂、V₃、V₄可以计算出正、负母线对地的绝缘电阻的阻值R_p和R_n，两者中取小的一个记为***的绝缘电阻。计算***的绝缘电阻R_p或R_n与电源的最大电压乘以500的值的大小；当R_p或R_n小于这个值时，触发一级警报——LED警报；如果R_p或R_n比电源的最大电压乘以100的值还要小的话，将触发二级警报——蜂鸣器警报。触发声光报警单元的同时为了保护驾乘人员的安全，断开***的所有开关。

本发明实施例提供的电动汽车绝缘电阻检测***，通过设置偏置电阻和分压电阻，并采集相应开关不同状态情况下两个分压电阻上的电压，进而计算得到绝缘电阻的阻值。本发明方案结构简单，可以方便、快速地实现对电动汽车绝缘电阻的检测。进一步地，将分压电阻设计为滑动变阻器，从而能够在不同电源电压下完成对绝缘电阻的检测，也就是说，可以测量不同电源电压的电动车的绝缘电阻，提高了***的适应性。

在检测时，为了使检测人员更直观地、准确地了解电动汽车绝缘电阻当前的绝缘强度，在本发明电动汽车绝缘电阻检测***的另一实施例中，所述检测装置还可包括：与所述控制单元20连接的显示单元(未图示)，用于显示每次采样的电压值以及正、负母线对地的绝缘电阻值，所述显示单元具体可以采用LCD显示器。

为了进一步提高检测***的检测效率，在本发明电动汽车绝缘电阻检测***的另一实施例中，所述***还可包括：上位机，相应地，所述控制单元20还具有串行通信接口，以实现与上位机的通信，主要包括：接收上位机的控制指令，并将计算得到的正极母线对地的绝缘电阻R_p的值、以及负极母线对地的绝缘电阻R_n的值通过所述串行通信接口传送给上位机，最终在上位机显示出正、负母线绝缘电阻的阻值。当然，在实际应用中，也可以将每个采集到的四个分压的电压值V1、V2、V3、V4上传给上位机并显示，对此本发明实施例不做限定。

进一步地，在本发明电动汽车绝缘电阻检测***的另一实施例中，所述***还可包括，用户终端，比如手机等移动设备；相应地，所述控制单元20通过无线接口实现与用户终端的通信，比如，将计算得到的正极母线对地的绝缘电阻R_p的值、以及负极母线对地的绝缘电阻R_n的值传送给所述用户终端，以使用户及时了解电动汽车绝缘电阻当前的绝缘强度。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。而且，以上所描述的***实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块和单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个网络单元上，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及装置，其仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。因此，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 (10)

1.一种电动汽车绝缘电阻检测***，其特征在于，所述***包括：检测装置，所述检测装置包括：

控制单元；

设置在电源正极与地之间的第一偏置电阻R₁、设置在电源负极与地之间的第二偏置电阻R₂；在电源正极与第一偏置电阻R₁之间还串接有第三开关S₃和第一开关S₁；在地与第二偏置电阻R₂之间还串接有第二开关S₂；

设置在电源正极与地之间、并且串联连接的第三分压电阻R₁₃和第一分压电阻R₁₁，设置在电源负极与地之间、并且串联连接的第四分压电阻R₁₄和第二分压电阻R₁₂；

分别与控制单元连接的第一电压采集单元和第二电压采集单元；所述第一电压采集单元用于采集第一分压电阻R₁₁的电压；所述第二电压采集单元用于采集第二分压电阻R₁₂的电压；

所述控制单元根据第一分压电阻R₁₁的电压和第二分压电阻R₁₂的电压，确定正极母线对地的绝缘电阻R_p的值、以及负极母线对地的绝缘电阻R_n的值，并将其中较小的一个值作为电动汽车绝缘电阻的检测值。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述控制单元为单片机；

所述第一开关、第二开关、第三开关均为继电器，所述继电器的一端接地，另一端接单片机的I/O口。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，第一分压电阻R₁₁和第四分压电阻R₁₄均为滑动变阻器。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一电压采集单元包括：第一电压跟随电路；所述第二电压采集单元包括：串联连接的第二电压跟随电路和反向比例放大电路。

5.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述检测装置还包括：与所述控制单元连接的显示单元，用于显示每次采样的电压值以及正、负母线对地的绝缘电阻值。

6.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述检测装置还包括：与所述控制单元连接的报警单元；

所述控制单元在用于根据所述电动汽车绝缘电阻的检测值触发所述报警单元进行报警。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述报警单元包括：并联连接的LED灯和蜂鸣器；

在所述电动汽车绝缘电阻的绝缘强度小于一级报警阈值时，所述控制单元触发所述LED灯点亮报警；

在所述电动汽车绝缘电阻的绝缘强度小于二级报警阈值时，所述控制单元触发所述蜂鸣器响动报警。

8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述控制单元还用于在所述电动汽车绝缘电阻的绝缘强度小于二级报警阈值，控制所述第三开关、第一开关、第二开关断开。

9.根据权利要求1至8任一项所述的***，其特征在于，所述***还包括：上位机；

所述控制单元通过串行通信接口与上位机进行通信，包括：接收上位机的控制指令，并将计算得到的正极母线对地的绝缘电阻R_p的值、以及负极母线对地的绝缘电阻R_n的值传送给所述上位机。

10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述***还包括：用户终端；

所述控制单元通过无线接口与所述用户终端进行通信，包括：将计算得到的正极母线对地的绝缘电阻R_p的值、以及负极母线对地的绝缘电阻R_n的值传送给所述用户终端。

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