本發(fā)明涉及電氣技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及絕緣電阻檢測方法及裝置。

背景技術(shù)：

眾所周知，在涉及到高壓系統(tǒng)的行業(yè)中，尤其是新能源電動車行業(yè)；絕緣電阻阻值這個技術(shù)指標(biāo)非常重要，會直接關(guān)系到生產(chǎn)、安全等一系列方面問題。絕緣電阻是在高壓蓄電池對大地之間客觀存在的固有電阻。有的高壓蓄電池跟大地之間并無任何之間相連，那么其固有電阻跟其外殼材料、空氣濕度等一系列自然因素相關(guān)。若該固有的絕緣電阻不滿足GBT18384的100Ω/V則相當(dāng)于電動車車體與高壓蓄電池間的絕緣特性極差，會給車中的人員造成觸電等安全事故。目前行業(yè)內(nèi)大部分產(chǎn)品都是采用GBT 18384的方案。

在GBT 18384的方案中，會存在一系列的缺點(diǎn)。最終并不能正常反饋出實(shí)際的絕緣電阻的真實(shí)情況。

傳統(tǒng)的絕緣檢測方案的基本原理是在直流正負(fù)母線和車體打鐵之間介入一系列電阻，然后通過簡單的電子開關(guān)或者繼電器切換接入阻值的的大小，測量在不同接入電阻情況下正負(fù)母線在被測電阻上的分壓，最后通過解方程式計(jì)算出正負(fù)母線對地的絕緣電阻。

圖1為傳統(tǒng)絕緣檢測原理，U_b表示電池組總電壓，R_n、R_p分別表示電池正負(fù)母線與車體大地之間的絕緣電阻，在電池組的正負(fù)母線與車體之間接入電阻、R₁、R₂、R₃、R₄、R、R′，U₁、U₂分別為正負(fù)母線在電阻R和R′上的壓降，S表示電子開關(guān)。

電阻R₄并聯(lián)電子開關(guān)S，通過S的斷開和閉合來改變R與R’的分壓比。當(dāng)S斷開的時候，得方程：

當(dāng)S閉合時，得到另外一個方程：

U′₂和U′₂分別表示S閉合時的正負(fù)母線對整車地采樣電阻R和R’兩端的電壓

由于串聯(lián)電阻R₁、R₂、R₃、R₄、R、R′，已知，所以通過(1)和(2)聯(lián)立就可以解出R_n、R_p。

這是目前業(yè)內(nèi)最常用的一種絕緣電阻檢測的方式。但是這方法存在以下幾種缺點(diǎn)：

1.傳統(tǒng)電阻在高壓正負(fù)母線之間一直串聯(lián)了電阻，會造成一定的漏電流。降低了車體的絕緣特性。

2.因?yàn)閁₁、U₂的電壓之和為高壓母線電壓，電壓較高所以無法直接測量。

3.在R_n、R_p電阻相近乃至相等的時候，無法直接測量出R_n、R_p的值。

4.隨著蓄電池自身的情況不同，隨著使用時間的推移，在長時間空置的時候，無法重新標(biāo)定。造成絕緣檢測存在一定的誤差。

5.公式復(fù)雜，抗干擾能力比較差。

6.無法區(qū)別R_n、R_p只有其中一個發(fā)生絕緣故障和R_n、R_p一起發(fā)生絕緣故障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種絕緣電阻檢測裝置，包括MOS管S₅、A/D采樣模塊、單片機(jī)、開關(guān)、電阻，所述開關(guān)包括開關(guān)S、開關(guān)S₁、開關(guān)S₂、開關(guān)S₃、開關(guān)S₄、開關(guān)S₆、開關(guān)S₇，所述電阻包括第一可控電阻、第二可控電阻、電阻R₁、電阻R₄，所述開關(guān)S與所述A/D采樣模塊相連構(gòu)成第一主線路，所述MOS管S₅分別與所述開關(guān)S₃和所述開關(guān)S₄相連，所述開關(guān)S₃分別與所述電阻R₁和所述開關(guān)S₁一端相連，所述R₁與所述電阻R₄串聯(lián)構(gòu)成第二主線路，所述開關(guān)S₁另一端連接于所述電阻R₁和所述電阻R₄之間，所述開關(guān)S₆一端與所述開關(guān)S₃相連，所述開關(guān)S₆另一端與所述第一可控電阻相連，所述第一可控電阻與所述第一主線路相連，所述第二可控電阻分別與所述第一主線路和所述開關(guān)S₇一端相連，所述開關(guān)S₇另一端與所述開關(guān)S₄相連，所述電阻R₄與所述開關(guān)S₄相連，所述開關(guān)S₂一端與所述開關(guān)S₄相連，所述開關(guān)S₂另一端連接于所述電阻R₁與所述電阻R₄之間，所述單片機(jī)與所述A/D采樣模塊相連。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該絕緣電阻檢測裝置還包括串聯(lián)于所述電阻R₁與所述電阻R₄之間的電阻R₂、電阻R、電阻R′、電阻R₃，所述開關(guān)S₁另一端連接于所述電阻R₁和所述電阻R₂之間，所述開關(guān)S₂另一端連接于所述電阻R₃和所述電阻R₄之間。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該絕緣電阻檢測裝置還包括濾波模塊，所述開關(guān)S與所述濾波模塊相連構(gòu)成第一主線路，所述濾波模塊與所述A/D采樣模塊相連，所述濾波模塊連接于所述電阻R₂與所述電阻R之間，且所述濾波模塊連接于所述電阻R′與所述電阻R₃之間。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該絕緣電阻檢測裝置還包括隔離模塊，所述隔離模塊一端與所述A/D采樣模塊相連，所述隔離模塊另一端與所述單片機(jī)相連。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述隔離模塊分別與所述第一可控電阻和所述第二可控電阻相連。

本發(fā)明還提供了一種絕緣電阻檢測方法，包括如下步驟：

第一步，在絕緣檢測開始時，使開關(guān)處于斷開狀態(tài)；

第二步，控制開關(guān)S3、S4使其將高壓側(cè)接入該絕緣電阻檢測裝置中，但此時不閉合其他開關(guān)，要保持其他開關(guān)的斷路狀態(tài)；

第三步，當(dāng)U1和U2穩(wěn)定下來后，利用電路的分壓電阻阻值，折算出總電壓跟上一次檢測的總壓進(jìn)行比較，如果時間和電壓變化超過設(shè)定值，則要進(jìn)行重新標(biāo)定，否則，則直接進(jìn)入到計(jì)算絕緣電阻的過程；

第四步，若總壓變化在設(shè)定范圍內(nèi)，則進(jìn)入到計(jì)算絕緣電阻的過程，閉合開關(guān)S，再讀出U1和U2的數(shù)據(jù)，用來進(jìn)行初次判斷，來斷定絕緣電阻的阻值符合表表1的哪種情況，分別進(jìn)入對應(yīng)的算法之中；

第五步，根據(jù)絕緣電阻的類型特性不同，進(jìn)入對應(yīng)其最優(yōu)的計(jì)算方案內(nèi)，計(jì)算出絕緣電阻的阻值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述第三步中，進(jìn)行重新標(biāo)定，包括如下步驟：

(1).將開關(guān)S₃、S₄切換到相對應(yīng)的檔位上；

(2).自適應(yīng)計(jì)算出該電池包的絕緣臨界值，然后通過單片機(jī)改變可控電阻的阻值；

(3).再通過開關(guān)S₅來注入一個穩(wěn)定的電壓；

(4).然后將開關(guān)S₆、S₇閉合，將可控電阻接入到后級檢測電路中，采得一次U′₁和U′₂，再斷開S₆和S₇；

(5).通過可控電阻模擬真實(shí)絕緣電阻來改變U1和U2的電壓，根據(jù)總電壓折算出理論U1和U2所采得的電壓，再跟真實(shí)所采得的U1和U2進(jìn)行標(biāo)定；

(6).可控電阻總共接入2次，標(biāo)定2次，標(biāo)定結(jié)束，返回到第四步。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述步驟(3)中，注入的電壓不小于5V、且不超過總電壓。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明可以從根本上解決正負(fù)母線對地的絕緣電阻測量問題，并且可以根據(jù)不通過高壓系統(tǒng)，利用軟件算法，進(jìn)行實(shí)時跟蹤標(biāo)定，進(jìn)一步提高絕緣電阻的檢測精度，保證乘車人員的安全。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)絕緣檢測原理圖。

圖2是本發(fā)明的絕緣電阻檢測裝置原理圖。

圖3是本發(fā)明的絕緣電阻檢測方法流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖2所示，本發(fā)明公開了一種絕緣電阻檢測裝置，包括MOS管S₅、A/D采樣模塊、單片機(jī)、開關(guān)、電阻，所述開關(guān)包括開關(guān)S、開關(guān)S₁、開關(guān)S₂、開關(guān)S₃、開關(guān)S₄、開關(guān)S₆、開關(guān)S₇，所述電阻包括第一可控電阻、第二可控電阻、電阻R₁、電阻R₄，所述開關(guān)S與所述A/D采樣模塊相連構(gòu)成第一主線路，所述MOS管S₅分別與所述開關(guān)S₃和所述開關(guān)S₄相連，所述開關(guān)S₃分別與所述電阻R₁和所述開關(guān)S₁一端相連，所述R₁與所述電阻R₄串聯(lián)構(gòu)成第二主線路，所述開關(guān)S₁另一端連接于所述電阻R₁和所述電阻R₄之間，所述開關(guān)S₆一端與所述開關(guān)S₃相連，所述開關(guān)S₆另一端與所述第一可控電阻相連，所述第一可控電阻與所述第一主線路相連，所述第二可控電阻分別與所述第一主線路和所述開關(guān)S₇一端相連，所述開關(guān)S₇另一端與所述開關(guān)S₄相連，所述電阻R₄與所述開關(guān)S₄相連，所述開關(guān)S₂一端與所述開關(guān)S₄相連，所述開關(guān)S₂另一端連接于所述電阻R₁與所述電阻R₄之間，所述單片機(jī)與所述A/D采樣模塊相連。

該絕緣電阻檢測裝置還包括串聯(lián)于所述電阻R₁與所述電阻R₄之間的電阻R₂、電阻R、電阻R′、電阻R₃，所述開關(guān)S₁另一端連接于所述電阻R₁和所述電阻R₂之間，所述開關(guān)S₂另一端連接于所述電阻R₃和所述電阻R₄之間。

該絕緣電阻檢測裝置還包括濾波模塊，所述開關(guān)S與所述濾波模塊相連構(gòu)成第一主線路，所述濾波模塊與所述A/D采樣模塊相連，所述濾波模塊連接于所述電阻R₂與所述電阻R之間，且所述濾波模塊連接于所述電阻R′與所述電阻R₃之間。

該絕緣電阻檢測裝置還包括隔離模塊，所述隔離模塊一端與所述A/D采樣模塊相連，所述隔離模塊另一端與所述單片機(jī)相連。

所述隔離模塊分別與所述第一可控電阻和所述第二可控電阻相連。

該絕緣電阻檢測裝置的檢測方案原理介紹如下：

本本發(fā)明只需要在出廠時進(jìn)行一次標(biāo)定后，通過開關(guān)S₃、S₄的切換，即可完成絕緣電阻的檢測和實(shí)時自動標(biāo)定的2種功能。因?yàn)樵摪l(fā)明可以做到實(shí)時自動標(biāo)定，同時也有一套高精度的算法方案，所以可以實(shí)現(xiàn)在絕緣電阻出現(xiàn)各種各類絕緣問題的時候均能滿足高精度的測量。

絕緣電阻檢測：通過閉合S，然后測出一組U₁、U₂；在通過S1的閉合，得出新的U′₁和U′₂；再S1斷開，通過S2的閉合得出一組新的U″₁和U″₂。然后將這六組數(shù)據(jù)U₁、U₂、U′₁、U′₂、U″₁U″₂帶入到相應(yīng)的算法之中。即可得到絕緣電阻的阻值。

自動標(biāo)定：將開關(guān)S₃切換到3檔，開關(guān)S₄切換到1檔。斷開開關(guān)S₆、S₇，此時單片機(jī)通過濾波、A/D采樣測出一組趨近于0V的U₁、U₂，用于0點(diǎn)的標(biāo)定和校準(zhǔn)。然后，閉合開關(guān)S₆、S₇，將單片機(jī)可以控制變化的可控電阻接入。然后通過控制開關(guān)MOS管S₅，來讓變壓器在高壓側(cè)產(chǎn)生一個穩(wěn)定的電壓(該電壓并不一定是高壓，低壓也同樣可以，所以無形之中增大了，標(biāo)定電壓輸入范圍，減少了門檻。)然后，通過改變可控電阻的阻值，讓其傳入的阻值符合GB18384的標(biāo)準(zhǔn)故障等級的電阻阻值(100Ω/V)測到一組新的U′₁、U′₂來進(jìn)行第一組增益的標(biāo)定。在之后，再次改變可控電阻的阻值，測得新的電壓U″₁、U″₂來進(jìn)行第二組增益的標(biāo)定。至此，自動標(biāo)定結(jié)束。

絕緣電阻發(fā)生故障的各類情況概述：

絕緣電阻是高壓電池包，總正和總負(fù)對地的固有電阻。這跟電池包箱體的制作息息相關(guān)，一但電池包生產(chǎn)完成，固有電阻在一段時間內(nèi)很難發(fā)生改變。而且一個優(yōu)良的電池包，其絕緣電阻應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過GB18384中所定義的100Ω/V。一般都是幾十兆，或者上百兆。

在這里我們假設(shè)以電池包為500V。那么按照GB18384的標(biāo)準(zhǔn)，Rn和Rp若任意一邊的阻值低于100Ω/V則就算絕緣故障。即為：50KΩ以下簡稱50K。

表1

本發(fā)明還公開了一種絕緣電阻檢測方法，包括如下步驟：

第一步，在絕緣檢測開始時，要先確認(rèn)該方案中所有的可控開關(guān)(可以是繼電器，也可以是MOS)處于斷開狀態(tài)，這樣也可以防止因絕緣檢測導(dǎo)致的電池持續(xù)漏電。造成電池電量的耗損。

第二步，控制開關(guān)S3、S4使其將高壓側(cè)接入該絕緣電阻檢測裝置中，但此時不閉合其他開關(guān)，要保持其他開關(guān)的斷路狀態(tài)。

第三步，當(dāng)U1和U2穩(wěn)定下來后，利用電路的分壓電阻阻值，折算出總電壓跟上一次檢測的總壓進(jìn)行比較，如果時間和電壓變化超過設(shè)定值(如果時間較長且電壓變化很大)，則要進(jìn)行重新標(biāo)定。如果不大，則直接進(jìn)入到計(jì)算絕緣電阻的過程。

第四步，若總壓變化在設(shè)定范圍內(nèi)(若總壓變化不大)，則進(jìn)入到計(jì)算絕緣電阻的過程，閉合開關(guān)S，再讀出U1和U2的數(shù)據(jù)，用來進(jìn)行初次判斷，來斷定絕緣電阻的阻值符合表表1的哪種情況，分別進(jìn)入對應(yīng)的算法之中。

第五步，根據(jù)絕緣電阻的類型特性不同，進(jìn)入對應(yīng)其最優(yōu)的計(jì)算方案內(nèi)，計(jì)算出絕緣電阻的阻值。

若在第三步時，經(jīng)過判斷進(jìn)入到自動標(biāo)定的算法中，則進(jìn)行以下幾步：

(1).將開關(guān)S₃、S₄切換到相對應(yīng)的檔位上。

(2).自適應(yīng)計(jì)算出該電池包的絕緣臨界值，然后通過單片機(jī)改變可控電阻的阻值；例如：500V系統(tǒng)，絕緣二級故障阻值為500*100Ω/V＝50KΩ，絕緣一級故障阻值為：500*500Ω/V＝250KΩ。則將正極對地的可控電阻調(diào)到50KΩ，另外一個調(diào)至250KΩ。

(3).再通過開關(guān)S₅來注入一個穩(wěn)定的電壓，電壓不需要很大(最小5V，最大不超過總電壓即可)。

(4).然后將開關(guān)S₆、S₇閉合，將可控電阻接入到后級檢測電路中，采得一次U′₁和U′₂，再斷開S₆和S₇，再將步驟(2)中所算出的電阻阻值，顛倒過來，例如：正極對地的可控電阻調(diào)到250K，另外一個調(diào)至50K。

(5).因?yàn)榭煽仉娮璧慕尤?，從而會改變U1和U2所采得的電壓。通過可控電阻模擬真實(shí)絕緣電阻來改變U1和U2的電壓。因?yàn)榻尤氲目煽仉娮?即為模擬真實(shí)的絕緣電阻)是可控已知的阻值，所以可以根據(jù)總電壓折算出理論U1和U2所采得的電壓，再跟真實(shí)所采得的U1和U2進(jìn)行標(biāo)定。

(6).可控電阻總共接入2次，標(biāo)定2次，標(biāo)定結(jié)束，返回到第四步。

在本發(fā)明中，R₁＝R₄，R₂＝R₃，R＝R′。

在圖3中所用到的公式如下：

公式1：

公式2：

公式3：

公式4：

公式5：

公式6:

本發(fā)明具有如下技術(shù)優(yōu)勢：

1.可以根據(jù)總電壓變化的情況進(jìn)行自動標(biāo)定和校準(zhǔn)。

2.可以識別出總正對地的絕緣電阻R_n和總負(fù)對地的絕緣電阻R_p的2個阻值的各種情況，各類搭配，且均能夠準(zhǔn)確的檢測出來。

3.在不檢測絕緣電阻的時候，可以關(guān)斷整個絕緣監(jiān)測模塊，從而減少電池包的自耗電。

4.可以跟總電壓進(jìn)行校準(zhǔn)。

5.根據(jù)絕緣電阻的絕緣特性的不同，采取不同的算法方案，抗干擾能力強(qiáng)。

6.U₁、U₂的電壓很小，便于采集。

本發(fā)明不同于GBT 18384中所述的絕緣電阻的檢測方案。

本發(fā)明分析了傳統(tǒng)絕緣姐弟檢測方案的缺點(diǎn)，并針對其缺點(diǎn)提出一種新型的高精度的絕緣電阻檢測方法及裝置，可以從根本上解決正負(fù)母線對地的絕緣電阻測量問題，并且可以根據(jù)不通過高壓系統(tǒng)，利用軟件算法，進(jìn)行實(shí)時跟蹤標(biāo)定，進(jìn)一步提高絕緣電阻的檢測精度，保證乘車人員的安全。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。