專利名稱：一種動力電池組對地絕緣電阻檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動汽車技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種動力電池組對地絕緣電阻檢測電路。
背景技術(shù)：
在全球石油資源日趨緊張、人類環(huán)保意識日益增強(qiáng)的今天，動力電池組在電動汽車、 風(fēng)能發(fā)電等技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在電動汽車領(lǐng)域，動力電池的工作電壓一般在直流 300V以上，采用較高的電壓規(guī)范，減小了電氣設(shè)備的工作電流、降低了電氣設(shè)備和整車的 重量；在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，動力電池組的工作電壓更達(dá)到1200V左右。較高的工作電壓對動 力電池組與環(huán)境地之間的絕緣性能提出了更高的要求。高壓電纜線絕緣介質(zhì)老化或受潮濕 環(huán)境影響等因素都會導(dǎo)致高電壓電路和環(huán)境地之間的絕緣性能下降，電源正負(fù)極引線將通 過絕緣層和環(huán)境地構(gòu)成漏電流回路，使環(huán)境地電位上升，不僅會危及周圍人員的人身安全； 而且，當(dāng)高電壓電路和環(huán)境地之間發(fā)生多點絕緣性能嚴(yán)重下降時，還會導(dǎo)致漏電回路的熱 積累效應(yīng)，可能造成電氣火災(zāi)。因此，實時、定量地檢測動力電池組相對環(huán)境地的電氣絕 緣性能具有重要的意義。
對于封閉回路的高壓直流電氣系統(tǒng)，其絕緣性能通常用電氣系統(tǒng)中電源對地漏電流的 大小來表征，現(xiàn)在普遍使用兩種漏電流檢測的方法輔助電源法和電流傳感法。在中國某 些電力機(jī)車采用的漏電檢測器中，使用一個直流110V的檢測用輔助蓄電池，蓄電池正極 與待測高壓直流電源的負(fù)極相連，蓄電池負(fù)極與機(jī)車機(jī)殼實現(xiàn)一點連接。在待測系統(tǒng)絕緣 性能良好的情況下，蓄電源沒有電流回路，漏電流為零；在電源電纜絕緣層老化或環(huán)境潮 濕等情況下，蓄電池通過電纜線絕緣層形成閉合回路、產(chǎn)生漏電流，檢測器根據(jù)漏電流的 大小進(jìn)行報警，并關(guān)斷待測系統(tǒng)的電源。這種漏電檢測器不僅需要直流110V的輔助電源， 增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度；而且，這種檢測方法難以區(qū)分絕緣故障源是來自電源的正極 引線電纜還是負(fù)極引線電纜。采用霍爾式電流傳感器是對高壓直流系統(tǒng)進(jìn)行漏電檢測的另 一種方法，將待測系統(tǒng)中電源的正極和負(fù)極一起同方向穿過電流傳感器，當(dāng)沒有漏電流時， 從電源正極流出的電流等于返回到電源負(fù)極的電流，因此，穿過電流傳感器的總電流為零， 電流傳感器輸出電壓為零；當(dāng)發(fā)生漏電現(xiàn)象時，電流傳感器輸出電壓不為零。根據(jù)該電壓 的正負(fù)可以進(jìn)一步判斷產(chǎn)生漏電流的來源是來自電源正極引線電纜還是電源負(fù)極引線電 纜，但是，應(yīng)用這種檢測方法的前提是待測電源必須處于工作狀態(tài)，要有工作電流的流出 和流入，它無法在電源空載狀態(tài)下評價電源的對地絕緣性能。此外，還有專利應(yīng)用高壓電源正極母線和負(fù)極母線分別對環(huán)境地分壓的方式來判斷絕緣程度，但是，它無法檢測正極 母線和負(fù)極母線對地絕緣電阻同步下降的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種動力電池組對地絕緣電阻檢 測電路，該檢測電路直接計算動力電池組對環(huán)境地的絕緣電阻，以確定待測系統(tǒng)的絕緣性 能；且具有電路結(jié)構(gòu)簡單，檢測回路與高壓電路實現(xiàn)隔離。檢測精度高等特點。
本發(fā)明的動力電池組對地絕緣電阻檢測電路由第一電壓傳感器Nl、第二電壓傳感器 N2、第三電壓傳感器N3、光耦M0S管N4、單片機(jī)N5，以及第一電阻Rll、第二電阻R12、 第三電阻R21、第四電阻R22、第五電阻R31、第六電阻R32、第七電阻R41、電源組成； 其中，待測動力電池組正極母線A點通過電阻Rll與第一電壓傳感器Nl的1端相連，第 一電壓傳感器Nl的2端與待測動力電池組負(fù)極母線B點相連，第一電壓傳感器Nl的3端 接電源-VCC、第一電壓傳感器5端接電源VCC、第一電壓傳感器4端通過電阻R12與單片 機(jī)地相連；待測動力電池組正極母線A點通過電阻R21與第二電壓傳感器N2的1端相連， 第二電壓傳感器N2的2端與光耦M0S管N4的8端相連，第二電壓傳感器N2的3端接電 源-VCC、第二電壓傳感器N2的5端接電源VCC、電壓傳感器N2的4端通過電阻R22與單 片機(jī)地相連。光耦M0S管N4的6、 7端同時與環(huán)境地G點相連，光耦M0S管N4的5端通 過電阻R31與第三電壓傳感器N3的1端相連，第三電壓傳感器N3的2端與待測動力電池 組負(fù)極母線B點相連，第三電壓傳感器N3的3端接電源-VCC、第三電壓傳感器N3的5端 接電源VCC、第三電壓傳感器4端通過電阻R32與控制電路地相連；光耦M0S管N4的1、 3端相連，同時通過電阻R41接到電源VCC，光耦M0S管N4的2端和4端分別接到單片機(jī) 的數(shù)字輸出口 PO. 1和P0.2。
本發(fā)明的特點及效果
本發(fā)明基于在直流電源系統(tǒng)中，定量描述一種介質(zhì)絕緣性能和導(dǎo)電性能的物理量是電阻。 導(dǎo)體的電阻小、絕緣體的電阻大，絕緣體電阻的大小表征了介質(zhì)的絕緣性能，電阻越大， 絕緣性能越好，反之亦然，稱該電阻為絕緣電阻。本發(fā)明通過設(shè)計變阻抗橋式電路、檢測 流過絕緣電阻的微小電流，直接計算出絕緣電阻。本發(fā)明適用于電動汽車或風(fēng)力發(fā)電等 應(yīng)用高壓直流電源的場合。 '
該電路結(jié)構(gòu)簡單，檢測回路和高壓電路之間實現(xiàn)隔離。絕緣電阻的檢測算法簡單、精 度高。


4圖1為本發(fā)明的用于動力電池組對地絕緣電阻檢測電路原理圖。
圖2為本發(fā)明的用于動力電池組負(fù)極母線對環(huán)境地絕緣電阻R-的檢測電路原理圖。
圖3為本發(fā)明的用于動力電池組正極母線對環(huán)境地絕緣電阻R+的檢測電路原理圖。
具體實施例方式
參照附圖，將進(jìn)一步敘述本發(fā)明的具體內(nèi)容及實施例。
本發(fā)明提出的動力電池組對地絕緣電阻檢測電路如圖l所示，由電壓傳感器N1、 N2、 N3、光耦M0S管N4、單片機(jī)N5、以及電阻Rll、 R12、 R21、 R22、 R31、 R32、 R41組成； 其中，待測動力電池組正極母線A點通過電阻Rll與電壓傳感器Nl的1端相連，電壓傳 感器Nl的2端與待測動力電池組負(fù)極母線B點相連，電壓傳感器Nl的3端接電源-VCC、 5端接電源VCC、 4端通過電阻R12與單片機(jī)地相連；待測動力電池組正極母線A點通過電 阻R21與電壓傳感器N2的1端相連，電壓傳感器N2的2端與光耦MOS管N4的8端相連， 電壓傳感器N2的3端接電源-VCC、電壓傳感器N2的5端接電源VCC、電壓傳感器N2的4 端通過電阻R22與單片機(jī)地相連。光耦M0S管N4的6、 7端同時與環(huán)境地G點相連，光耦 MOS管N4的5端通過電阻R31與電壓傳感器N3的1端相連，電壓傳感器N3的2端與待測 動力電池組負(fù)極母線B點相連，N3的3端接電源-VCC、 5端接電源VCC、 4端通過電阻R32 與單片機(jī)地相連；光耦M0S管N4的1、 3端相連，同時通過電阻R41接到電源VCC， N4的 2端和4端分別接到單片機(jī)的數(shù)字輸出口 PO. 1和P0.2;待測動力電池組正極母線A點對 環(huán)境地絕緣電阻R+、待測動力電池組負(fù)極母線B點對環(huán)境地絕緣電阻R-構(gòu)成了橋式阻抗 電路。
本發(fā)明的工作原理為
待測動力電池組正極母線A點通過電阻Rll與電壓傳感器Nl的1端相連，Nl的2端 與待測動力電池組負(fù)極母線B點相連，Nl的3端接電源-VCC、 5端接電源VCC、 4端通過 電阻R12與單片機(jī)地相連。通過檢測電阻R12上的電壓，得到待測動力電池組總電壓U0。
當(dāng)單片機(jī)PO. 1輸出低電平信號時，Vcc通過R41、光耦MOS管N4的1、 2端到P0. 1 形成電流回路，N4的7、 8端導(dǎo)通，電壓U0從A點通過R21、 N2的1端、N2的2端、N4 的7、 8端、經(jīng)過環(huán)境地G點、絕緣電阻R-jiJB點形成電流回路，根據(jù)該電流回路可以計 算出絕緣電阻R-—。當(dāng)單片機(jī)PO. 2輸出低電平信號時，Vcc通過R41、 N4的3、 4端到PO. 2 形成電流回路，N4的5、 6端導(dǎo)通，電壓UO從A點通過絕緣電阻R+、環(huán)境地G點、N4的 5、 6端、R31、 N3的l端、N3的2端到B點形成電流回路，根據(jù)該電流回路可以計算出絕 緣電阻R+。具體計算如下
當(dāng)A、 B端施加高電壓U0時，A點通過Rll、 Nl的1端、電壓傳感器Nl的2端到B點產(chǎn)生電流111:"=由電壓傳感器N1的作用，在N1的4端產(chǎn)生電流I12通過電阻R12流到單片機(jī)的地， 電流111和112滿足/ =U (2)』12 "Ml其中，k為比例系數(shù)，由電壓傳感器N1的型號決定。 電阻R12兩端的電壓U12通過單片機(jī)采樣得到，其數(shù)值為-〃 一 W . / (3)由公式(1)——(3)，得到i (4)當(dāng)單片機(jī)輸出P0.1為低電平、P0.2為高電平為高電平時，絕緣電阻R+、 R-和本電路 的等效連接如圖2所示。電壓U0從A點通過R21、 N2的1端、N2的2端經(jīng)過環(huán)境地G點、 絕緣電阻R一到B點產(chǎn)生電流121:工^ (5) 21 i 21 +及_由電壓傳感器N2的作用，在N2的4端產(chǎn)生電流122通過電阻R22流到單片機(jī)的地， 電流121和122滿足<formula>formula see original document page 6</formula>其中，k為比例系數(shù)，由電壓傳感器的型號決定。 電阻R22兩端的電壓U22通過單片機(jī)采樣得到，其數(shù)值為:<formula>formula see original document page 6</formula>由公式(4)——(7)，得到<formula>formula see original document page 6</formula>通過單片機(jī)采集電壓U12和U22，根據(jù)公式(8)可以計算得到電壓R—。當(dāng)單片機(jī)輸出P0. 1為高電平、P0.2為低電平為高電平時，絕緣電阻R+、 R-和本電路 的等效連接如圖3所示。電壓UO從A點通過絕緣電阻R+、環(huán)境地G點、R31、 N3的1端、 N3的2端到B點產(chǎn)生電流131:<formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 7</formula>)其中，k為比例系數(shù)，由電壓傳感器的型號決定。電阻R32兩端的電壓U32通過單片機(jī)采樣得到，其數(shù)值為<formula>formula see original document page 7</formula>由公式(4)、 (9)<formula>formula see original document page 7</formula>通過單片機(jī)采集電壓U12和U32，根據(jù)公式(12)可以計算得到電壓R+。 該電路的實施例分別說明如下電壓傳感器Nl、 N2和N3采用北京森社電子有限公司的CHV-25P型隔離式磁補(bǔ)償霍爾 傳感器，其l、 2端接高壓測量回路，額定工作電流為10mA，電流變比看k-2.5。 5端接電 源Vcc， 3端接電源-Vcc， 4端為測量輸出端。Nl 、 N2和N3的1、 2端輸入電壓可達(dá)4000V。 假設(shè)高壓U0-500V，取電阻R11^50kQ， Ill=lOmA， I12=25mA，取電阻R12-160Q，計算得到 U12=4V，能夠滿足單片機(jī)輸入的要求。同理，分別取電阻R21和R3i為50k Q ，電阻R22和 R32為160 Q 。光耦MOS管采用日本松下公司生產(chǎn)的AQW258,當(dāng)1、 2端流過電流時，7、 8端導(dǎo)通； 當(dāng)3、 4端流過電流時，5、 6端導(dǎo)通。其5、 6端，7、 8端之間最大電壓可達(dá)1500V，最大 電流為0. 16A。 '單片機(jī)采用Infenion公司的16位單片機(jī)XC164CS-32F;單片機(jī)的控制電路為常規(guī)電路。
權(quán)利要求
1、一種動力電池組對地絕緣電阻檢測電路，其特征在于，由第一電壓傳感器(N1)、第二電壓傳感器(N2)、第三電壓傳感器(N3)、光耦MOS管(N4)、單片機(jī)(N5)，以及第一電阻(R11)、第二電阻(R12)、第三電阻(R21)、第四電阻(R22)、第五電阻(R31)、第六電阻(R32)、第七電阻(R41)、電源組成；其中，待測動力電池組正極母線A點通過電阻R11與第一電壓傳感器(N1)的1端相連，第一電壓傳感器(N1)的2端與待測動力電池組負(fù)極母線B點相連，第一電壓傳感器(N1)的3端接電源-VCC、第一電壓傳感器(N1)5端接電源VCC、第一電壓傳感器(N1)4端通過第二電阻(R12)與單片機(jī)地相連；待測動力電池組正極母線A點通過第三電阻(R21)與第二電壓傳感器(N2)的1端相連，第二電壓傳感器(N2)的2端與光耦MOS管(N4)的8端相連，第二電壓傳感器(N2)的3端接電源-VCC、第二電壓傳感器(N2)的5端接電源VCC、第二電壓傳感器(N2)的4端通過第四電阻(R22)與單片機(jī)地相連；光耦MOS管(N4)的6、7端同時與環(huán)境地G點相連，光耦MOS管(N4)的5端通過第五電阻R31與第三電壓傳感器(N3)的1端相連，第三電壓傳感器(N3)的2端與待測動力電池組負(fù)極母線B點相連，第三電壓傳感器(N3)的3端接電源-VCC、第三電壓傳感器(N3)的5端接電源VCC、第三電壓傳感器4端通過第六電阻(R32)與控制電路地相連；光耦MOS管(N4)的1、3端相連，同時通過第七電阻(R41)接到電源VCC，光耦MOS管(N4)的2端和4端分別接到單片機(jī)的數(shù)字輸出口P0.1和P0.2。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述電路，其特征在于，所述電路中，A點對環(huán)境地絕緣電阻R+、 B點對環(huán)境地絕緣電阻R-構(gòu)成了橋式阻抗電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述電路，其特征在于，所述第一、第二、第三電壓傳感器 采用隔離式磁補(bǔ)償霍爾傳感器，該三個電壓傳感器的l、 2端輸入最大電壓為4000V。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的動力電池組對地絕緣電阻檢測電路，其特征在于，光 耦MOS管采用AQW258，其5、 6端，7、 8端之間最大電壓為1500V。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種動力電池組對地絕緣電阻檢測電路，屬于動力電池組應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。本電路由電壓傳感器、光耦MOS管、單片機(jī)，以及電阻、電源組成；其中，電阻R11與電壓傳感器N1的1端相連，N1的3端接電源-VCC、N1的5端接電源VCC、N1的4端通過電阻R12與單片機(jī)地相連；電阻R21與電壓傳感器N2的1端相連，N2的2端與光耦MOS管N4的8端相連，N2的3端接電源-VCC、N2的5端接電源VCC、N2的4端通過電阻R22與單片機(jī)地相連；N4的6、7端同時與環(huán)境地G點相連，N4的5端通過電阻R31與電壓傳感器N3的1端相連，N3的2端與待測動力電池組負(fù)極母線B點相連，N3的3端接電源-VCC、N3的5端接電源VCC、N3的4端通過電阻R32與電路地相連；N4的1、3端相連，同時通過電阻R41接到電源VCC，N4的2端和4端分別接到單片機(jī)的數(shù)字輸出口P0.1和P0.2。本電路具有結(jié)構(gòu)簡單，檢測精度高等特點。
文檔編號G01R27/16GK101655523SQ20091009256
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者斌 仇, 柯軼煒, 陳伏虎, 陳全世, 勇 黃 申請人:清華大學(xué)