一種電動汽車高壓絕緣監測裝置制造方法
【專利摘要】本發明提出一種電動汽車高壓絕緣監測裝置，包括：相互串聯的第一電阻和第二電阻；相互串聯的第三電阻和開關；第一監測模塊，監測開關閉合時高壓母線正極相對于地的第一電壓，和開關斷開時高壓母線正極相對于地的第二電壓；第二監測模塊，監測開關閉合時高壓母線正極相對于負極的第三電壓，和開關斷開時高壓母線正極相對于負極的第四電壓；控制器模塊，對開關進行控制，根據第一電壓至第四電壓計算高壓母線正極至地之間的第一絕緣電阻和母線負極至地之間的第二絕緣電阻。本發明的實施例能夠動態實時的測量電動汽車的高壓絕緣電阻值，從而能夠準確地判斷高壓系統是否良好，以便駕駛員能夠安全可靠地控制高壓電路的通斷，確保人車安全。
【專利說明】一種電動汽車高壓絕緣監測裝置【技術領域】
[0001]本發明涉及汽車制造【技術領域】，特別涉及一種電動汽車高壓絕緣監測裝置。
【背景技術】
[0002]目前，國內電動車絕緣監測方法主要是在直流母線正負極和車身電底盤之間接入電阻，通過電子開關或高壓接觸器接通電阻和電底盤，電流或電壓傳感器做輔助，然后測量電阻上的電壓或電流，再計算得到絕緣狀態，這些檢驗方法只能監測單端絕緣破壞情況，當直流母線正負極絕緣同時超差時卻不能監測到和報警，從而使車輛的直流系統(高壓系統)存在安全隱患。
【發明內容】
[0003]本發明旨在至少解決上述技術問題之一。
[0004]為此，本發明的一個目的在于提出一種能夠實時的測量電動汽車高壓絕緣電阻值，從而判斷高壓系統是否良好，確保電動汽車高壓絕緣監測裝置的安全可靠，保證駕駛員和乘客的神人安全。
[0005]為了實現上述目的，本發明的實施例提出了一種電動汽車高壓絕緣監測裝置，包括:相互串聯的第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的一端與所述第二電阻的一端相連，所述第一電阻的另一端與高壓母線正極相連，所述第二電阻的另一端與所述高壓母線負極相連，所述第一電阻和第二電阻之間的第一節點接地；相互串聯的第三電阻和開關，所述第三電阻與所述開關串聯之后與所述第一電阻并聯；第一監測模塊，所述第一監測模塊分別監測所述開關處于閉合狀態時所述高壓母線正極相對于地的第一電壓，和所述開關處于斷開狀態時所述高壓母線正極相對于地的第二電壓；第二監測模塊，所述第二監測模塊分別監測所述開關處于閉合狀態時 所述高壓母線正極相對于高壓母線負極的第三電壓，和所述開關處于斷開狀態時所述高壓母線正極相對于高壓母線負極的第四電壓；以及控制器模塊，用于對所述開關進行控制，并根據所述第一電壓至第四電壓分別計算所述高壓母線正極至地之間的第一絕緣電阻和所述高壓母線負極至地之間的第二絕緣電阻。
[0006]根據本發明實施例的電動汽車高壓絕緣監測裝置，能夠實時的監測并計算高壓母線對車身底盤的絕緣電阻值，從而可以清楚的判斷高壓系統是否良好，并在整車高壓單極或兩級(高壓母線正極和高壓母線負極)同時出現絕緣破壞時能監測出整車絕緣的狀況，并在絕緣狀況出現異常時，整車控制電路能夠安全可靠的控制高壓電路的通斷，確保人車安全。另外，該監測裝置具有成本低，且電路簡單、體積小、精度高的優點，特別適用于有安全電壓要求的高壓系統中，確保高壓系統的安全、可靠，保證駕駛員及乘客的人身安全。
[0007]另外，根據本發明上述實施例的電動汽車高壓絕緣監測裝置還可以具有如下附加的技術特征:
[0008]在本發明的實施例中 ，所述第一電阻和第二電阻之間的第一節點通過汽車底盤接地。[0009]在本發明的實施例中，所述第一電阻的阻值與所述第二電阻的阻值相等。
[0010]在本發明的實施例中，所述開關為光耦開關。
[0011 ] 在本發明的實施例中，所述裝置還包括:第一線性隔離模塊，所述第一線性隔離模塊連接在所述第一監測模塊和所述控制器模塊之間；以及第二線性隔離模塊，所述第二線性隔離模塊連接在所述第二監測模塊和所述控制器模塊之間。
[0012]在本發明的實施例中，所述第一線性隔離模塊和第二線性隔離模塊為線性隔離放大器 HNCR200。
[0013]在本發明的實施例中，所述第一監測模塊包括:串聯在所述高壓母線正極之上的第三電阻和第四電阻，所述第四電阻的一端接地，所述第三電阻和第四電阻之間具有第二節點；第五電阻，所述第五電阻的一端與所述第二節點相連；以及第一放大器，所述第一放大器的正輸入端與所述第五電阻的另一端相連，所述第一放大器的負輸入端與所述第一放大器的輸出端相連，所述第一放大器的輸出端為所述第一監測模塊的輸出端。
[0014]在本發明的實施例中，所述第二監測模塊包括:串聯在所述高壓母線負極之上的第六電阻和第七電阻，所述第六電阻和第七電阻之間具有第三節點；第二放大器，所述第二放大器的正輸入端與所述第二節點相連，所述第二放大器的負輸入端與所述第三節點相連，所述第二放大器的輸出端與所述第七電阻的另一端相連；第八電阻，所述第八電阻的一端與所述第二放大器的輸出端相連；第三放大器，所述第三放大器的正輸入端與所述第八電阻的另一端相連，所述第三放大器的負輸入端與所述第三放大器的輸出端相連，所述第三放大器的輸出端為所述第二監測模塊的輸出端。
[0015]在本發明的實施例中，所述第三電阻的阻值大于所述第四電阻的阻值。
[0016]在本發明的實施例中，所述第六電阻的阻值大于所述第七電阻的阻值。
[0017]在本發明的實施例中，所述裝置還包括:與所述第一電阻并聯的第一電容；以及與所述第二電阻并聯的第二電容。
[0018]在本發明的實施例中，所述控制器模塊根據如下公式計算所述第一絕緣電阻和所述第二絕緣電阻:R+/(R++R_)=U5/U7，其中，R+為第一絕緣電阻，R-為第二絕緣電阻，U5為所述第二電壓，U7為所述第四電壓。
[0019]本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0021]圖1為根據本發明一個實施例的電動汽車高壓絕緣監測裝置的電路圖。
【具體實施方式】
[0022]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0023]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于
附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0024]在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0025]以下結合附圖詳細描述根據本發明實施例的電動汽車高壓絕緣監測裝置。
[0026]如圖1所示，根據本發明一個實施例的電動汽車高壓絕緣監測裝置的電路圖，包括:第一電阻110、第二電阻120、第三電阻130、開關140、第一監測模塊150、第二監測模塊160和控制器模塊170。
[0027]具體地，第一電阻110和第二電阻120串聯，第一電阻110的一端與第二電阻120的一端相連，第一電阻110的另一端與高壓母線正極U+相連，第二電阻120的另一端與高壓母線負極U-相連，且第一電阻110和第二電阻120之間的第一節點NI通過汽車底盤接地。在本發明的一個實施例中，第一電阻110和第二電阻120的阻值相等，且具體阻值應較大，從而避免影響整個高壓系統的絕緣性能。第三電阻130和開關140相互串聯，且第三電阻130和開關140在串聯之后與第一電阻110并聯。其中，開關140為但不限于:光耦開關。第三電阻130的阻值根據根據實際需要設定實際電路而定。
[0028]第一監測模塊150分別監測開關140處于閉合狀態時高壓母線正極高壓母線正極U+相對于地的第一電壓U5’，和開關140處于斷開狀態時高壓母線正極高壓母線正極U+相對于地的第二電壓U5，即開關140處于閉合和斷開兩種狀態下高壓母線正極U+相對于地的電壓U5’和U5。第二監測模塊160分別監測開關140處于閉合狀態時高壓母線正極U+相對于負極的第三電壓U7’，和開關140處于斷開狀態時高壓母線正極U+相對于負極的第四電壓U7，即開關140處于閉合和斷開兩種狀態下高壓母線正極U+相對于負極U-的電壓U7’和U7。控制器模塊170用于對開關140進行控制，并根據第一電壓至第四電壓分別計算高壓母線正極U+至地之間的第一絕緣電阻R+和高壓母線負極U-至地之間的第二絕緣電阻R-。其中，控制器模塊170根據R+/ (R++R-) =U5/U7計算第一絕緣電阻R+和第二絕緣電阻R-的阻值。
[0029]作為一個具體的示例，如圖1所示，第一監測模塊150包括:第四電阻151、第五電阻152、第六電阻153和第一放大器154。
[0030]其中，第四電阻151和第五電阻152串聯在高壓母線正極U+之上，第五電阻152的一端接地，第四電阻151和第五電阻152之間具有第二節點N2，且第四電阻151的阻值大于第五電阻152的阻值，由此，能夠把高壓信號轉變為可供控制器模塊170處理使用的低壓信號。第六電阻153的一端與第二節點N2相連。第一放大器154的正輸入端與第六電阻153的另一端相連,第一放大器154的負輸入端與第一放大器154的輸出端相連,且第一放大器154的輸出端為第一監測模塊150的輸出端。其中，第一放大器154和第六電阻153的作用為對信號功率進行放大。
[0031]再次結合圖1，第二監測模塊160包括:第七電阻161、第八電阻162、第二放大器163、第九電阻164和第三放大器165。
[0032]其中，第七電阻161和第八電阻162串聯在高壓母線負極U-之上，且第七電阻161和第八電阻162之間具有第三節點N3。第七電阻161的阻值大于第八電阻162的阻值，由此，能夠把高壓信號轉變為可供控制器模塊170處理使用的低壓信號。第二放大器163的正輸入端與第二節點N2相連，負輸入端與第三節點N3相連，第二放大器163的輸出端與第八電阻162的另一端相連。第二放大器163與第四電阻151、第五電阻152、第七電阻161、第八電阻162 —方面用來測量高壓母線電壓和正極U+相對于地的電壓，另一方面可以將高壓信號轉換成可供控制器模塊170處理使用的低壓信號。第九電阻164的一端與第二放大器163的輸出端相連。第三放大器165的正輸入端與第九電阻164的另一端相連,第三放大器165的負輸入端與其輸出端相連,且其輸出端為第二監測模塊160的輸出端。其中，第三放大器165和第九電阻164用于對信號的功率進行放大。
[0033]結合圖1，本發明實施例的電動汽車高壓絕緣監測裝置，還包括:第一線性隔離模塊180、第二線性隔離模塊190、第一電容200和第二電容210。
[0034]具體地，第一線性隔離模塊180連接在第一監測模塊150和控制器模塊170之間，用于對高壓系統和低壓系統進行隔離，確保低壓系統不受高壓系統的影響。且第一線性隔離模塊180為但不限于:線性隔離放大器HNCR200。第二線性隔離模塊190連接在第二監測模塊160和控制器模塊170之間，用于對高壓系統和低壓系統進行隔離，確保低壓系統不受高壓系統的影響。且第二線性隔離模塊190為但不限于:線性隔離放大器HNCR200。
[0035]進一步地，第一電容200與第一電阻110并聯，用于濾波以消除高頻噪音對電路的影響。第二電容210與第二電阻120并聯，用于濾波以消除高頻噪音對電路的影響。
[0036]再次結合圖1，取高壓母線正極U+和負極U-為采集點，在兩點之間串入兩個已知阻值的標準電阻，即第一電阻Iio和第二電阻120。兩個電阻之間的第一節點NI通過汽車底盤接地(GND);通過第二放大器163和第四電阻151、第五電阻152、第七電阻161、第八電阻162構成用來測量高壓母線的電壓及正極相對于地的電壓，并且把高壓信號轉變成可供控制器模塊170處理使用的低壓信號；在高壓母線正極U+與地之間接入測量偏置電阻(第三電阻130)和光電開關(開關140),利用控制器模塊170輸出高速脈沖信號驅動光電開關(開關140)以便接入第三電阻130 ;在開關140導通和斷開期間控制器模塊170分別采集經過處理后電壓信號，通過控制器模塊170計算出高壓母線正極U+和負極U-對地的絕緣阻值，即第一絕緣阻值R+和第二絕緣阻值R-。在本發明的一個實施例中，通過預設的高壓母線正極U+、負極U-對地的絕緣電阻的安全閾值，當測量值，即第一絕緣阻值R+和第二絕緣阻值R-低于安全閾值時，控制器模塊170發出報警信號。其中，安全閾值指高壓母線正極U+和負極U-對地絕緣時向高壓母線正極U+和負極U-施加最大電壓對應的絕緣電阻值。
[0037]如圖1所示，本發明實施例的電動汽車高壓絕緣監測裝置的具體工作原理是:高壓母線正極U+與電底盤(地)之間接入測量第三電阻130 (偏置電阻)和開關140 (光耦開關)，利用控制器模塊170的高速控制單元輸出脈沖信號驅動光電開關控制第三電阻130接入和斷開；采樣處理后的電壓信號U7正比于母線電壓，U5正比于母線正極U+對電底盤地電壓，在送入控制器模塊170進行計算之前，采用線性隔離電路對高壓與低壓系統進行隔離，確保低壓不受高壓系統的影響，線性隔離電路預選已得到廣泛應用的線性隔離放大器HNCR200 ;在開關140導通和斷開期間控制器模塊170分別測量U5和U7的數值，通過控制邏輯計算出母線電壓正極U+和負極U-對電底盤的絕緣阻值R+和R-；電路中使用的電容主要用來濾波以消除高頻噪音對系統的影響。
[0038]通過控制邏輯計算絕緣阻值的過程為:由電路可知正極U+和負極U-絕緣電阻R+、R-存在如下數學關系，即R+/(R++R-) =U5/U7, U5正比于U+，U7正比于(U-+U+)。根據U5/U7值可知，正極U+和負極U-的絕緣電阻R+和R-哪一個更小，若U5/U7≥1/2說明正極U+比負極U-絕緣性好，反之則差，其中，R+為第一絕緣電阻(高壓母線正極U+對地絕緣電阻)，R-為第二絕緣電阻(高壓母線負極U-對地絕緣電阻)，U5為所述第二電壓，U7為所述第四電壓。
[0039]具體地，當開關140斷開時，可測出此時的U5和U7 ;接通開關140，即在母線正極U+與地之間接入第三電阻130，測量此時U5，和U7，。邏輯方程式如下:
[0040]A*R5，/[ (A+R5，)R6，]=U5/(U7_U5)
[0041]A=(第四電阻151+第五電阻152);
[0042]B*R5，/[(B+R5’)R6 ’ ]=U5 ’ / (U7-U5)
[0043]B=(第四電阻151+第五電阻152)*第三電阻130/(第四電阻151+第五電阻152+第三電阻130)；
[0044]式中，R5’、R6’為第一電阻110、第二電阻120與高壓母線正極U+和負極U-對電底盤地的絕緣阻值RP、RN的并聯值，即:
[0045]R5’ =第一電阻 110*RP/(第一電阻 110+RP)；
[0046]R6’ =第二電阻 120*RN/(第二電阻 120+RN)；
[0047]由上面四式聯立即可計算出整車母線正極U+和負極U-對電底盤地的絕緣電阻的大小RP、RN。RP、RN即實際測量的高壓母線正極U+和負極U-對地絕緣電阻R+和R-的阻值。
[0048]從而當RP和/或RN小于安全閾值時時，判斷高壓系統絕緣出現故障，控制器模塊170發出報警信號提示駕駛員及時處理，確保人車安全。
[0049]根據本發明實施例的電動汽車高壓絕緣監測裝置，能夠實時的監測并計算高壓母線對車身底盤的絕緣電阻值，從而可以清楚的判斷高壓系統是否良好，并在整車高壓單極或兩級(高壓母線正極和高壓母線負極)同時出現絕緣破壞時能監測出整車絕緣的狀況，并在絕緣狀況出現異常時，整車控制電路能夠安全可靠的控制高壓電路的通斷，確保人車安全。另外，該監測裝置具有成本低，且電路簡單、體積小、精度高的優點，特別適用于有安全電壓要求的高壓系統中，確保高壓系統的安全、可靠，保證駕駛員及乘客的人身安全。
[0050]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示 例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0051]盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同限定。
【權利要求】
1.一種電動汽車高壓絕緣監測裝置，其特征在于，包括: 相互串聯的第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的一端與所述第二電阻的一端相連，所述第一電阻的另一端與高壓母線正極相連，所述第二電阻的另一端與所述高壓母線負極相連，所述第一電阻和第二電阻之間的第一節點接地； 相互串聯的第三電阻和開關，所述第三電阻與所述開關串聯之后與所述第一電阻并聯； 第一監測模塊，所述第一監測模塊分別監測所述開關處于閉合狀態時所述高壓母線正極相對于地的第一電壓，和所述開關處于斷開狀態時所述高壓母線正極相對于地的第二電壓； 第二監測模塊，所述第二監測模塊分別監測所述開關處于閉合狀態時所述高壓母線正極相對于高壓母線負極的第三電壓，和所述開關處于斷開狀態時所述高壓母線正極相對于高壓母線負極的第四電壓；以及 控制器模塊，用于對所述開關進行控制，并根據所述第一電壓至第四電壓分別計算所述高壓母線正極至地之間的第一絕緣電阻和所述高壓母線負極至地之間的第二絕緣電阻。
2.如權利要求1所述的電動汽車高壓絕緣監測裝置，其特征在于，所述第一電阻和第二電阻之間的第一節點通過汽車底盤接地。
3.如權利要求1所述的電動汽車高壓絕緣監測裝置，其特征在于，所述第一電阻的阻值與所述第二電阻的阻值相等。
4.如權利要求1所述的電動汽車高壓絕緣監測裝置，其特征在于，所述開關為光耦開 關。
5.如權利要求1所述的電動汽車高壓絕緣監測裝置，其特征在于，還包括: 第一線性隔離模塊，所述第一線性隔離模塊連接在所述第一監測模塊和所述控制器模塊之間；以及 第二線性隔離模塊，所述第二線性隔離模塊連接在所述第二監測模塊和所述控制器模塊之間。
6.如權利要求5所述的電動汽車高壓絕緣監測裝置，其特征在于，所述第一線性隔離模塊和第二線性隔離模塊為線性隔離放大器HNCR200。
7.如權利要求1所述的電動汽車高壓絕緣監測裝置，其特征在于，所述第一監測模塊包括: 串聯在所述高壓母線正極之上的第四電阻和第五電阻，所述第五電阻的一端接地，所述第四電阻和第五電阻之間具有第二節點； 第六電阻，所述第六電阻的一端與所述第二節點相連；以及 第一放大器，所述第一放大器的正輸入端與所述第六電阻的另一端相連，所述第一放大器的負輸入端與所述第一放大器的輸出端相連，所述第一放大器的輸出端為所述第一監測模塊的輸出端。
8.如權利要求7所述的電動汽車高壓絕緣監測裝置，其特征在于，所述第二監測模塊包括: 串聯在所述高壓母線負極之上的第七電阻和第八電阻，所述第七電阻和第八電阻之間具有第三節點；第二放大器，所述第二放大器的正輸入端與所述第二節點相連，所述第二放大器的負輸入端與所述第三節點相連，所述第二放大器的輸出端與所述第八電阻的另一端相連；第九電阻，所述第九電阻的一端與所述第二放大器的輸出端相連； 第三放大器，所述第三放大器的正輸入端與所述第九電阻的另一端相連，所述第三放大器的負輸入端與所述第三放大器的輸出端相連，所述第三放大器的輸出端為所述第二監測模塊的輸出端。
9.如權利要求7所述的電動汽車高壓絕緣監測裝置，其特征在于，所述第四電阻的阻值大于所述第五電阻的阻值。
10.如權利要求8所述的電動汽車高壓絕緣監測裝置，其特征在于，所述第七電阻的阻值大于所述第八電阻的阻值。
11.如權利要求1所述的電動汽車高壓絕緣監測裝置，其特征在于，還包括: 與所述第一電阻并聯的第一電容；以及 與所述第二電阻并聯的第二電容。
12.如權利要求1所述的電動汽車高壓絕緣監測裝置，其特征在于，所述控制器模塊根據如下公式計算所述第一絕緣電阻和所述第二絕緣電阻:
R+/(R++R-)=U5/U7, 其中，R+為第一絕緣電阻，R-為第二絕緣電阻，U5為所述第二電壓，U7為所述第四電 壓。
【文檔編號】G01R27/02GK103884911SQ201210559003
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月20日 優先權日:2012年12月20日
【發明者】王玉紅 申請人:北汽福田汽車股份有限公司
專業數控銑床產品供應商
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