用于電動汽車的故障電弧檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于電動汽車的故障電弧檢測裝置，包括電流互感器、信號轉(zhuǎn)換電路、放大濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306、數(shù)字信號處理器U307、CAN通訊收發(fā)器U308和，串口收發(fā)器U309，這種用于電動汽車的故障電弧檢測裝置彌補了電動汽車行業(yè)中對于高壓直流總線上故障電弧檢測的空白，能精準、快速地檢測到故障電弧的發(fā)生，并及時將檢測結(jié)果告知用戶，以便用戶或遠程控制器能及時采取措施，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生，提高了電動汽車的安全性能。
【專利說明】用于電動汽車的故障電弧檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電動汽車制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于電動汽車的故障電弧檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣化程度越來越高，電路保護也越來越重要。許多嚴重的電氣事故卻是由低電流的故障電弧引起的。
[0003]電弧是一種氣體游離放電現(xiàn)象，也是一種等離子體。電弧中的電流從微觀上看是電子及正離子在電場作用下移動的結(jié)果，其中電子的移動構(gòu)成電流的主要部分。根據(jù)電弧產(chǎn)生的機理，電弧可以分為2類:好弧(插拔電器時產(chǎn)生的弧等)和壞弧(故障電弧)。故障電弧主要是由于電線等電氣絕緣老化、破損，空氣潮濕引起的空氣擊穿，或者電氣連接松動等原因造成的。電弧的特點是溫度很高，電流很小，持續(xù)時間短，一旦出現(xiàn)擊穿點則會頻繁出現(xiàn)。電弧放電時，會產(chǎn)生大量的熱，能引燃周圍的易燃易爆品，造成火災(zāi)甚至爆炸。
[0004]目前市場上越來越受歡迎的混合動力和電動汽車利用400-500V電池組并在整個汽車內(nèi)遍布高電壓直流電流。在這些汽車中的主電池盒逆變器功率級之間的高電壓直流總線是導(dǎo)致災(zāi)難性汽車火災(zāi)的眾所周知的潛在原因。在電動汽車的高電壓直流總線中加入電弧檢測功能可以減輕與高電壓相關(guān)的風險，從而使電動汽車更加安全，并使市場上的混合動力和電動汽車更受到認可。
[0005]但是，傳統(tǒng)的斷路器是根據(jù)電流的過載情況而設(shè)計的，而許多嚴重的電氣事故卻是由低電流的故障電弧引起的，傳統(tǒng)的斷路器并不能檢知或防止這種故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:為了解決目前針對于電動汽車高電壓直流總線上的故障電弧缺乏可靠準確的檢測裝置，導(dǎo)致電動汽車的使用存在安全隱患，本發(fā)明提供了一種用于電動汽車的故障電弧檢測裝置，通過基于FFT的數(shù)字濾波器對高壓直流總線上的電流進行頻譜分析，從而及時準確地檢測到故障電弧的發(fā)生來解決電動汽車存在的這一安全隱患。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種用于電動汽車的故障電弧檢測裝置，包括
[0008]電流互感器，一次繞組接在高壓直流總線上，用于采集高壓直流總線上的電流信號;
[0009]信號轉(zhuǎn)換電路，輸入端與所述電流互感器的二次繞組相連，將所述采集的電流信號濾除直流分量后轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號；
[0010]放大濾波電路，輸入端與所述信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，對所述模擬電壓信號放大和濾波；
[0011]模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306，輸出端與所述放大濾波電路的輸出端連接，將所述放大和濾波后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；
[0012]數(shù)字信號處理器U307，與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306的輸出端連接，對數(shù)字信號進行快速傅里葉變換得到所述高壓直流總線上的電流的頻譜，包括多個數(shù)字濾波器，所述數(shù)字濾波器對所述頻譜進行分析，檢測高壓直流總線上的高頻噪聲的振幅，并將檢測結(jié)果與內(nèi)置的故障電弧的閥值進行比對，從而判斷故障電弧是否發(fā)生；
[0013]CAN通訊收發(fā)器U308，與所述數(shù)字信號處理的CAN通訊接口連接，獲取故障電弧的判斷結(jié)果，并將所述故障電弧的判斷結(jié)果發(fā)送給遠程控制器；
[0014]串口收發(fā)器U309，所述數(shù)字信號處理器U307通過所述串口收發(fā)器U309與電腦相連，用于設(shè)置所述故障電弧的閥值。
[0015]針對故障電弧會在特定頻段改變高壓直流總線上的標稱功率這一特性，所述放大濾波電路濾除所述模擬電壓信號中頻率大于IOOKHz和小于40KHz部分，這樣也是為了隔離高壓直流總線上固有的頻譜噪聲，從而提高故障電弧檢測的準確性，另外，將頻段設(shè)置在40KHz與IOOKHz之間也是為了符合模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306的輸入范圍，提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306的轉(zhuǎn)換效率，進一步提升檢測裝置的性能。
[0016]具體的，所述放大濾波電路包括
[0017]運算放大器U302A，同相輸入端接所述信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端，用于對所述模擬電壓信號進行幅值放大；
[0018]巴特沃茲高通濾波器，包括運算放大器U303A和U304A，所述運算放大器U303A的同相輸入端接所述運算放大器U302A的輸出端，所述運算放大器U303A的輸出端與所述運算放大器U304A的同相輸入端連接；
[0019]低通濾波器，包括運算放大器U302B、U303B和U304B，所述運算放大器U304A的輸出端與運算放大器U302B的同相輸入端連接，所述運算放大器U304B的輸出端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306的輸入端連接。
[0020]由于在正常的使用中，高壓直流總線上固有的噪聲非常類似于故障電弧，
[0021]如果分辨率和速度不夠，檢測裝置很有可能無法區(qū)分故障電弧和非電弧事件，
[0022]因此所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306，型號為ADC161S626，IN+端與所述運算放大器U304B的輸出端連接，ADC161S626具有250KSPS的采樣速率和16的采樣精度，能提供必須的分辨率和速度，為精確可靠地檢測故障電弧的發(fā)生提供保障。
[0023]所述數(shù)字信號處理器U307，型號為TMS320F28035RSHS，其使用32位架構(gòu)，可以最快、最有效地處理數(shù)據(jù)，SPISOMIA端、SPICLKA端和SPISTEA端分別與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306的DOUT端、SCLK端和CSB端連接。
[0024]具體的，所述數(shù)字信號處理器U307還連接有下載接口 J303，用以向所述數(shù)字信號處理器U307中載入程序。
[0025]作為優(yōu)選，所述CAN通訊收發(fā)器U308，型號為PCA82C250，TXD端和RXD端分別與所述數(shù)字信號處理器U307的CANTXA端和CANRXA端相連。
[0026]具體的，所述CAN通訊收發(fā)器U308的CANH端和CANL端還連接有CAN總線接口J5。
[0027]作為優(yōu)選，所述串口收發(fā)器U309，型號為MAX232，Tlin端和Rlout端分別與所述數(shù)字信號處理器U307的SCITXDA端和SCIRXDA端相連接。[0028]所述串口收發(fā)器U309的T1ut端和Rlin端還連接有用于與電腦連接的串口接口J4，由此用戶通過控制電腦來設(shè)置故障電弧的閥值，使這種用于電動汽車的故障電弧檢測裝置具有高度的靈活性和穩(wěn)定性。
[0029]本發(fā)明的有益效果是，這種用于電動汽車的故障電弧檢測裝置將通過電流互感器采集到的模擬信號經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過快速傅里葉變換生成頻譜進行分析，利用數(shù)字濾波器檢測高壓直流總線上高頻噪聲的振幅變化，從而判斷故障電弧的發(fā)生，這種用于電動汽車的故障電弧檢測裝置彌補了電動汽車行業(yè)中對于高壓直流總線上故障電弧檢測的空白，能精準、快速地檢測到故障電弧的發(fā)生，并及時將檢測結(jié)果告知用戶，以便用戶或遠程控制器能及時采取措施，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生，提高了電動汽車的安全性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0031]圖1是本發(fā)明用于電動汽車的故障電弧檢測裝置的框架示意圖。
[0032]圖2是本發(fā)明用于電動汽車的故障電弧檢測裝置的放大濾波電路的分布圖。
[0033]圖3是本發(fā)明用于電動汽車的故障電弧檢測裝置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器部分的電路分布圖。
[0034]圖4是本發(fā)明用于電動汽車的故障電弧檢測裝置的數(shù)字信號處理器部分的電路分布圖。
[0035]圖5是本發(fā)明用于電動汽車的故障電弧檢測裝置的CAN通訊收發(fā)器和串口收發(fā)器部分的電路分布圖。
【具體實施方式】
[0036]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0037]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種用于電動汽車的故障電弧檢測裝置，包括
[0038]電流互感器，一次繞組接在高壓直流總線上，用于采集高壓直流總線上的電流信號;
[0039]信號轉(zhuǎn)換電路，輸入端與電流互感器的二次繞組相連，將采集的電流信號濾除直流分量后轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號；
[0040]放大濾波電路，輸入端與信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，對模擬電壓信號放大和濾波，濾除模擬電壓信號中頻率大于IOOKHz和小于40KHz部分；
[0041]模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306，輸出端與放大濾波電路的輸出端連接，將放大和濾波后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；
[0042]數(shù)字信號處理器U307，與模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306的輸出端連接，對數(shù)字信號進行快速傅里葉變換得到高壓直流總線上的電流的頻譜，包括多個數(shù)字濾波器，數(shù)字濾波器對頻譜進行分析，檢測高壓直流總線上的高頻噪聲的振幅，并將檢測結(jié)果與內(nèi)置的故障電弧的閥值進行比對，從而判斷故障電弧是否發(fā)生；
[0043]CAN通訊收發(fā)器U308，與數(shù)字信號處理的CAN通訊接口連接，獲取故障電弧的判斷結(jié)果，并將故障電弧的判斷結(jié)果發(fā)送給遠程控制器；[0044]串口收發(fā)器U309，數(shù)字信號處理器U307通過串口收發(fā)器U309與電腦相連，用于設(shè)置故障電弧的閥值。
[0045]如圖2所示，放大濾波電路包括
[0046]運算放大器U302A，同相輸入端接信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端，用于對模擬電壓信號進行幅值放大；
[0047]巴特沃茲高通濾波器，包括運算放大器U303A和U304A，運算放大器U303A的同相輸入端接運算放大器U302A的輸出端，運算放大器U303A的輸出端與運算放大器U304A的同相輸入端連接；
[0048]低通濾波器，包括運算放大器U302B、U303B和U304B，運算放大器U304A的輸出端與運算放大器U302B的同相輸入端連接，運算放大器U304B的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306的輸入端連接。
[0049]如圖3所示，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306，型號為ADC161S626，IN+端與運算放大器U304B的輸出端連接。
[0050]如圖4所示，數(shù)字信號處理器U307，型號為TMS320F28035RSHS，SPISOMIA端、SPICLKA端和SPISTEA端分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306的DOUT端、SCLK端和CSB端連接，數(shù)字信號處理器U307還連接有下載接口 J303，用以向數(shù)字信號處理器U307中載入程序。
[0051]如圖5所示，CAN通訊收發(fā)器U308，型號為PCA82C250，TXD端和RXD端分別與數(shù)字信號處理器U307的CANTXA端和CANRXA端相連，CAN通訊收發(fā)器U308的CANH端和CANL端還連接有CAN總線接口 J5，串口收發(fā)器U309，型號為MAX232，Tlin端和Rlout端分別與數(shù)字信號處理器U307的SCITXDA端和SCIRXDA端相連接，串口收發(fā)器U309的Tlout端和Rlin端還連接有用于與電腦連接的串口接口 J4。
[0052]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電動汽車的故障電弧檢測裝置，其特征在于:包括 電流互感器，一次繞組接在高壓直流總線上，用于采集高壓直流總線上的電流信號； 信號轉(zhuǎn)換電路，輸入端與所述電流互感器的二次繞組相連，將所述采集的電流信號濾除直流分量后轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號； 放大濾波電路，輸入端與所述信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，對所述模擬電壓信號放大和濾波； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306，輸出端與所述放大濾波電路的輸出端連接，將所述放大和濾波后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號； 數(shù)字信號處理器U307，與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306的輸出端連接，對數(shù)字信號進行快速傅里葉變換得到所述高壓直流總線上的電流的頻譜，包括多個數(shù)字濾波器，所述數(shù)字濾波器對所述頻譜進行分析，檢測高壓直流總線上的高頻噪聲的振幅，并將檢測結(jié)果與內(nèi)置的故障電弧的閥值進行比對，從而判斷故障電弧是否發(fā)生； CAN通訊收發(fā)器U308，與所述數(shù)字信號處理的CAN通訊接口連接，獲取故障電弧的判斷結(jié)果，并將所述故障電弧的判斷結(jié)果發(fā)送給遠程控制器； 串口收發(fā)器U309，所述數(shù)字信號處理器U307通過所述串口收發(fā)器U309與電腦相連，用于設(shè)置所述故障電弧的閥值。
2.如權(quán)利要求1所述的用于電動汽車的故障電弧檢測裝置，其特征在于:所述放大濾波電路濾除所述模擬電壓信號中頻率大于IOOKHz和小于40KHz部分。
3.如權(quán)利要求2所述的用于電動汽車的故障電弧檢測裝置，其特征在于:所述放大濾波電路包括` 運算放大器U302A，同相輸入端接所述信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端，用于對所述模擬電壓信號進行幅值放大； 巴特沃茲高通濾波器，包括運算放大器U303A和U304A，所述運算放大器U303A的同相輸入端接所述運算放大器U302A的輸出端，所述運算放大器U303A的輸出端與所述運算放大器U304A的同相輸入端連接； 低通濾波器，包括運算放大器U302B、U303B和U304B，所述運算放大器U304A的輸出端與運算放大器U302B的同相輸入端連接，所述運算放大器U304B的輸出端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306的輸入端連接。
4.如權(quán)利要求3所述的用于電動汽車的故障電弧檢測裝置，其特征在于:所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306，型號為ADC161S626，IN+端與所述運算放大器U304B的輸出端連接。
5.如權(quán)利要求4所述的用于電動汽車的故障電弧檢測裝置，其特征在于:所述數(shù)字信號處理器U307，型號為TMS320F28035RSHS，SPISOMIA端、SPICLKA端和SPISTEA端分別與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器U306的DOUT端、SCLK端和CSB端連接。
6.如權(quán)利要求5所述的用于電動汽車的故障電弧檢測裝置，其特征在于:所述數(shù)字信號處理器U307還連接有下載接口 J303，用以向所述數(shù)字信號處理器U307中載入程序。
7.如權(quán)利要求5所述的用于電動汽車的故障電弧檢測裝置，其特征在于:所述CAN通訊收發(fā)器U308，型號為PCA82C250，TXD端和RXD端分別與所述數(shù)字信號處理器U307的CANTXA端和CANRXA端相連。
8.如權(quán)利要求7所述的用于電動汽車的故障電弧檢測裝置，其特征在于:所述CAN通訊收發(fā)器U308的CANH端和CANL端還連接有CAN總線接口 J5。
9.如權(quán)利要求7所述的用于電動汽車的故障電弧檢測裝置，其特征在于:所述串口收發(fā)器U309，型號為MAX232，Tlin端和Rlout端分別與所述數(shù)字信號處理器U307的SCITXDA端和SCIRXDA端相連接。
10.如權(quán)利要求9所述的用于電動汽車的故障電弧檢測裝置，其特征在于:所述串口收發(fā)器U309的Tlo ut端和Rlin端還連接有用于與電腦連接的串口接口 J4。
【文檔編號】G01R31/12GK103869226SQ201410115106
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】馮相如, 鮑偉 申請人:馮相如