電動汽車絕緣電阻監測儀的製作方法

2023-07-12 00:10:56 2

專利名稱：電動汽車絕緣電阻監測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及汽車絕緣監測技術領域，特別涉及一種用於電動汽車絕緣電阻實時監測的儀器。
背景技術：
目前在電動汽車上，由於蓄電池動力系統的電壓通常都會超過人體能夠承受的安全電壓，而諸如絕緣老化、涉水、淋雨等客觀因素都會使原有絕緣電阻下降，從而在使用或者維修過程中，由於絕緣電阻的下降，容易給使用、維修人員帶來觸電危險，因此，研製出一種高效、低成本的電動汽車絕緣電阻監測儀器是非常必要的。

實用新型內容有鑑於此，本實用新型的目的是提供一種電動汽車絕緣電阻監測儀。在行駛、維修過程中可以實時監控高壓動力蓄電池系統正、負極分別對電底盤的絕緣電阻，從而可以保障使用、維修人員的安全性。本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的該種電動汽車絕緣電阻監測儀包括隔離型升壓穩壓電源模塊，用於提供檢測用電壓以及向其他模塊供電；絕緣電阻測量模塊，用於動力蓄電池系統正極、負極分別對電底盤的絕緣電阻的測量；測量處理模塊，用於接收絕緣電阻測量模塊輸出的測量模擬信號值；結果輸出模塊，用於向外輸出經測量處理模塊的判定結果信號。所述隔離型升壓穩壓電源模塊包括電源輸入端，用於與車內的低壓電源相聯接；所述隔離型升壓穩壓電源模塊還包括一對檢測用電壓輸出端V2+和V2-，以及另一對檢測用電壓輸出端V3+和V3-，兩對電壓輸出端輸出的電壓幅值相等，所述電壓輸出端V3+串聯第一電阻後與動力蓄電池系統的正極相聯接，所述電壓輸出端V3-通過第六電阻接地；所述電壓輸出端V2+串聯第二電阻後與動力蓄電池系統的負極相聯接，電壓輸出端V2-通過第五電阻接地；所述隔離型升壓穩壓電源模塊還包括負電源-V4和正電源+V4，作為絕緣電阻測量模塊、測量處理模塊和結果輸出模塊的供電電源。所述絕緣電阻測量模塊包括動力蓄電池系統正極對電底盤的測量電路以及動力蓄電池系統負極極對電底盤的測量電路；所述動力蓄電池系統正極對電底盤的測量電路包括第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第十一電阻以及第一電容、第一運放和第二運放；所述第一運放的同相端聯接至電壓輸出端V3-，其反相端與輸出端相聯接，構成電壓跟隨器；第一運放的輸出端通過第七電阻聯接至第二運放的反相端，所述第二運放的 同相端通過第八電阻接地，第二運放的反相端通過第九電阻接地，第二運放的輸出端與反相端之間通過第十電阻相聯接，所述第二運放的輸出端通過第十一電阻聯接至測量處理模塊的正極測量模擬信號輸入端，所述第一電容的一端接地，另一端聯接於第十一電阻與測量處理模塊的公共接點；所述動力蓄電池系統負極對電底盤的測量電路包括第十二電阻、第十三電阻、第十四電阻、第十五電阻、第十六電阻，以及第二電容、第三運放和第四運放；所述第三運放的同相端聯接至電壓輸出端V2-，其反相端與輸出端相聯接，構成電壓跟隨器；第三運放的輸出端通過第十三電阻聯接至第四運放的反相端，所述第四運放的同相端通過第十四電阻接地，第四運放的反相端通過第十六電阻接地，第四運放的輸出端與反相端之間通過第十五電阻相聯接，所述第四運放的輸出端通過第十二電阻聯接至測量處理模塊的負極測量模擬信號輸入端，所述第二電容的一端接地，另一端聯接於第十二電阻與測量處理模塊的公共接點。所述測量處理模塊為由帶有至少2路模擬/數字轉換的單片機構成，或由2路模擬/數字轉換器和不帶A/D轉換的單片機組成的電路構成。所述結果輸出模塊包括網絡傳輸接口電路，所述網絡傳輸接口電路由專用協議接口晶片組成。所述結果輸出模塊還包括聲光信號報警電路，所述聲光信號報警電路包括第十七電阻、第十八電阻、第十九電阻、第二十電阻、第一三極體和第二三極體；所述測量處理模塊的一路信號輸出埠通過第十七電阻聯接至第一三極體的基極，第一三極體的發射極接地，第一三極體的基極與發射極之間連接有第十八電阻，當測量處理模塊判定動力蓄電池系統正極對電底盤的絕緣電阻超標時，所述第一三極體的集電極作為信號輸出端向外輸出聲光報警觸發信號；所述測量處理模塊的另一路信號輸出埠通過第十九電阻聯接至第二三極體的基極，第二三極體的發射極接地，第二三極體的基極與發射極之間連接有第二十電阻，當測量處理模塊判定動力蓄電池系統負極對電底盤的絕緣電阻超標時，所述第二三極體的集電極作為信號輸出端向外輸出聲光報警觸發信號。本實用新型的有益效果是I.本實用新型車載時可以實時監測動力蓄電池系統正極或者負極對電底盤的絕緣電阻，當發現絕緣電阻不夠時，配合其它部件進行聲、光提示或其它操作，避免人員觸電危險，提高了人、車的安全性；2.本實用新型結構緊湊，既可車載又可專用，使用靈活；3.本實用新型製造成本低，適合推廣使用。

圖I為本實用新型的各模塊連接示意圖；圖2為本實用新型的實施例電路連接圖。
具體實施方式
以下將參照附圖，對本實用新型的優選實施例進行詳細的描述。如圖I所示，本實用新型的電動汽車絕緣電阻監測儀，包括⑴隔離型升壓穩壓電源模塊用於提供檢測用電壓以及向其他模塊供電；(2)絕緣電阻測量模塊用於動力蓄電池系統正極、負極分別對電底盤的絕緣電阻的測量；(3)測量處理模塊用於接收絕緣電阻測量模塊輸出的測量模擬信號值；(4)結果輸出模塊用於向外輸出經測量處理模塊的判定結果信號。下面將分別闡述本實施例中，各模塊採用的具體電路組成結構。應當理解，優選實施例僅為了說明本實用新型，而不是為了限制本實用新型的保護範圍。如圖2所示，本實施例中，隔離型升壓穩壓電源模塊包括電源輸入端，用於與車內的低壓電源相聯接；所述隔離型升壓穩壓電源模塊還包括一對檢測用電壓輸出端V2+和V2-,以及另一對檢測用電壓輸出端V3+和V3-，兩對電壓輸出端輸出的電壓幅值相等，所述電壓輸出端V3+串聯第一電阻Rl後與動力蓄電池系統的正極相聯接，所述電壓輸出端
V3-通過第六電阻R6接地；所述電壓輸出端V2+串聯第二電阻R2後與動力蓄電池系統的負極相聯接，電壓輸出端V2-通過第五電阻R5接地；所述隔離型升壓穩壓電源模塊還包括負電源-V4和正電源+V4，作為絕緣電阻測量模塊、測量處理模塊和結果輸出模塊的供電電源。需要說明的是，本實施例中，Rl = R2，R5 = R6，而且為已知阻值的溫度特性好的高精度材料電阻。本實施例中，絕緣電阻測量模塊包括動力蓄電池系統正極對電底盤的測量電路以及動力蓄電池系統負極極對電底盤的測量電路；所述動力蓄電池系統正極對電底盤的測量電路包括第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第i^一電阻R11，以及第一電容Cl、第一運放Ul和第二運放U2 ；第一運放Ul的同相端聯接至電壓輸出端V3-，其反相端與輸出端相聯接，構成電壓跟隨器；第一運放Ul的輸出端通過第七電阻R7聯接至第二運放U2的反相端，所述第二運放U2的同相端通過第八電阻R8接地，第二運放U2的反相端通過第九電阻R9接地，第二運放的輸出端與反相端之間通過第十電阻RlO相聯接，所述第二運放U2的輸出端通過第十一電阻Rll聯接至測量處理模塊的正極測量模擬信號輸入端，所述第一電容Cl的一端接地，另一端聯接於第十一電阻Rll與測量處理模塊的公共接點；動力蓄電池系統負極對電底盤的測量電路包括第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第十六電阻R16，以及第二電容C2、第三運放U3和第四運放U4 ；所述第三運放U3的同相端聯接至電壓輸出端V2-，其反相端與輸出端相聯接，構成電壓跟隨器；第三運放U3的輸出端通過第十三電阻R13聯接至第四運放U4的反相端，所述第四運放U4的同相端通過第十四電阻R14接地，第四運放U4的反相端通過第十六電阻R16接地，第四運放的輸出端與反相端之間通過第十五電阻R15相聯接，所述第四運放U4的輸出端通過第十二電阻R12聯接至測量處理模塊的負極測量模擬信號輸入端，所述第二電容C2的一端接地，另一端聯接於第十二電阻R12與測量處理模塊的公共接點。本實施例中，所述測量處理模塊為由帶有至少2路模擬/數字轉換的單片機構成，或由2路模擬/數字轉換器和不帶A/D轉換的單片機組成的電路構成。本實施例中，所述結果輸出模塊包括網絡傳輸接口電路，所述網絡傳輸接口電路由專用協議接口晶片U6組成(如RSXXX系列晶片)。所述結果輸出模塊還包括聲光信號報警電路，所述聲光信號報警電路包括第十七電阻R17、第十八電阻R18、第十九電阻R19、第二十電阻R20、第一三極體Ql和第二三極體Q2 ；[0038]所述測量處理模塊的一路信號輸出埠通過第十七電阻R17聯接至第一三極體Ql的基極，第一三極體Ql的發射極接地，第一三極體Ql的基極與發射極之間連接有第十八電阻R18，當測量處理模塊判定動力蓄電池系統正極對電底盤的絕緣電阻R3超標時，所述第一三極體Ql的集電極作為信號輸出端向外輸出聲光報警觸發信號；所述測量處理模塊的另一路信號輸出埠通過第十九電阻R19聯接至第二三極體Q2的基極，第二三極體Q2的發射極接地，第二三極體Q2的基極與發射極之間連接有第二十電阻R20，當測量處理模塊判定動力蓄電池系統負極對電底盤的絕緣電阻R4超標時，所述第二三極體Q2的集電極作 為信號輸出端向外輸出聲光報警觸發信號。使用中，如果動力蓄電池系統正極或者負極對電底盤的絕緣電阻R3、R4因某種原因下降到允許的正常值以下時，監測儀測量到相應絕緣電阻值後，通過CAN總線輸出是哪一路的絕緣電阻值下降以及具體絕緣電阻值，從而通過相應控制器或顯示器，進行聲、光提示或其它操作；當然，也可以通過Ql、Q2實現聲、光提示或其它操作。本實用新型的檢測原理分述如下(I)動力蓄電池組正極對電底盤的絕緣電阻的檢測電壓V3+產生的電流13(電流方向如圖2)經R1、R3、R6回到V3-，在電流13迴路中，有電壓方程V3 = I3X (R1+R3+R6) (I)由於R1、R6為已知電阻值，R3為待測電阻，V3為已知電壓，如果測得電阻R6上的壓降VR6，有13 = VR6 + R6(2)則R3通過上述1、2式可以求出，R6上的壓降VR6，經Ul取出後，通過R7送到U2的反相端，經放大後，(改變RlO取值可以得到不同的放大係數)通過Rll在Cl進行積分，該積分信號的值設為Va3 Va3 = KXVR6(3)式中K為放大係數K = RlO+ R9(4)Va3從第I模數輸入端Al送入單片機進行模擬信號轉換為數位訊號，單片機根據該數位訊號所對應的Va3電壓值，通過對上述1、2、3、4式求解即可得到絕緣電阻值R3，將R3與所要求的絕緣電阻值進行比較，如果超標，通過單片機的輸出口 01、02、03及集成電路U6輸出動力蓄電池組正極對電底盤的絕緣電阻報警數據，通過04及三極體Ql輸出動力蓄電池組正極對電底盤的絕緣電阻報警信號，到相應控制器或顯示器，進行聲、光提示或其它操作；如果需要絕緣電阻R3實時(間隔)輸出，則通過01、02、03及U6輸出動力蓄電池組正極對電底盤的絕緣電阻數據給相關接收顯示部分；其中01、02為數據輸出線,03為U6的選通信號。(2)動力蓄電池組負極對電底盤的絕緣電阻的檢測電壓V2+產生的電流12(電流方向如圖2)經R2、R4、R5回到V2-，在電流12迴路中，有電壓方程V2 = I2X (R2+R4+R5) (5)由於R2、R5為已知電阻值，R4為待測電阻，V2為已知電壓，如果測得電阻R5上的壓降VR5，有12 = VR5 + R5(6)[0055]則R4通過上述1、2式可以求出，R5上的壓降VR5，經U3取出後，通過R13送到反相放大器U4的反相端，經放大後，(改變R15取值可以得到不同的放大係數)通過R12在C2進行積分，該積分信號的值設為Va2 Va2 = KXVR5(7)式中K為放大係數K = R15 + R16(8)Va2從第2模數輸入端A2送入單片機進行模擬信號轉換為數位訊號，單片機根據該數位訊號所對應的Va2電壓值，通過對上述5、6、7、8式求解即可得到絕緣電阻值R4，將R4與所要求的絕緣電阻值進行比較，如果超標，通過單片機的輸出口 01、02、03及U6輸出動力蓄電池組負極對電底盤的絕緣電阻報警數據，通過05及Q2輸出動力蓄電池組負極對電底盤的絕緣電阻報警信號，到相應控制器或顯示器，進行聲、光提示或其它操作；如果需要絕緣電阻R4實時(或間隔)輸出，則通過01、02、03及U6輸出動力蓄電池組負極對電底盤 的絕緣電阻數據給相關接收顯示部分。
權利要求1.電動汽車絕緣電阻監測儀，其特徵在於所述電阻監測儀包括 隔離型升壓穩壓電源模塊，用於提供檢測用電壓以及向其他模塊供電； 絕緣電阻測量模塊，用於動カ蓄電池系統正極、負極分別對電底盤的絕緣電阻的測量; 測量處理模塊，用於接收絕緣電阻測量模塊輸出的測量模擬信號值； 結果輸出模塊，用於向外輸出經測量處理模塊的判定結果信號。
2.根據權利要求I所述的電動汽車絕緣電阻監測儀，其特徵在於所述隔離型升壓穩壓電源模塊包括電源輸入端，用於與車內的低壓電源相聯接； 所述隔離型升壓穩壓電源模塊還包括一對檢測用電壓輸出端V2+和V2-，以及另ー對檢測用電壓輸出端V3+和V3-，兩對電壓輸出端輸出的電壓幅值相等，所述電壓輸出端V3+串聯第一電阻(Rl)後與動カ蓄電池系統的正極相聯接，所述電壓輸出端V3-通過第六電阻(R6)接地；所述電壓輸出端V2+串聯第二電阻(R2)後與動カ蓄電池系統的負極相聯接，電壓輸出端V2-通過第五電阻(R5)接地； 所述隔離型升壓穩壓電源模塊還包括負電源-V4和正電源+V4，作為絕緣電阻測量模塊、測量處理模塊和結果輸出模塊的供電電源。
3.根據權利要求I或2所述的電動汽車絕緣電阻監測儀，其特徵在於所述絕緣電阻測量模塊包括動カ蓄電池系統正極對電底盤的測量電路以及動カ蓄電池系統負極極對電底盤的測量電路； 所述動カ蓄電池系統正極對電底盤的測量電路包括第七電阻(R7)、第八電阻(R8)、第九電阻(R9)、第十電阻(RlO)、第十一電阻(Rll)，以及第一電容(Cl)、第一運放(Ul)和第ニ運放(U2)； 所述第一運放(Ul)的同相端聯接至電壓輸出端V3-，其反相端與輸出端相聯接，構成電壓跟隨器；第一運放(Ul)的輸出端通過第七電阻(R7)聯接至第二運放(U2)的反相端，所述第二運放(U2)的同相端通過第八電阻(R8)接地，第二運放(U2)的反相端通過第九電阻(R9)接地，第二運放的輸出端與反相端之間通過第十電阻(RlO)相聯接，所述第二運放(U2)的輸出端通過第十一電阻(Rll)聯接至測量處理模塊的正極測量模擬信號輸入端，所述第一電容(Cl)的一端接地，另一端聯接於第十一電阻(Rll)與測量處理模塊的公共接點； 所述動カ蓄電池系統負極對電底盤的測量電路包括第十二電阻(R12)、第十三電阻(R13)、第十四電阻(R14)、第十五電阻(R15)、第十六電阻(R16)，以及第二電容(C2)、第三運放(U3)和第四運放(U4)； 所述第三運放(U3)的同相端聯接至電壓輸出端V2-，其反相端與輸出端相聯接，構成電壓跟隨器；第三運放(U3)的輸出端通過第十三電阻(R13)聯接至第四運放(U4)的反相端，所述第四運放(U4)的同相端通過第十四電阻(R14)接地，第四運放(U4)的反相端通過第十六電阻(R16)接地，第四運放的輸出端與反相端之間通過第十五電阻(R15)相聯接，所述第四運放(U4)的輸出端通過第十二電阻(R12)聯接至測量處理模塊的負極測量模擬信號輸入端，所述第二電容(C2)的一端接地，另一端聯接於第十二電阻(R12)與測量處理模塊的公共接點。
4.根據權利要求3所述的電動汽車絕緣電阻監測儀，其特徵在於所述測量處理模塊為由帶有至少2路模擬/數字轉換的單片機構成，或由2路模擬/數字轉換器和不帶A/D轉換的單片機組成的電路構成。
5.根據權利要求4所述的電動汽車絕緣電阻監測儀，其特徵在於所述結果輸出模塊包括網絡傳輸接ロ電路，所述網絡傳輸接ロ電路由專用協議接ロ晶片組成。
6.根據權利要求5所述的電動汽車絕緣電阻監測儀，其特徵在於所述結果輸出模塊還包括聲光信號報警電路，所述聲光信號報警電路包括第十七電阻(R17)、第十八電阻(R18)、第十九電阻(R19)、第二十電阻(R20)、第一三極體(Ql)和第二三極體(Q2)； 所述測量處理模塊的一路信號輸出端ロ通過第十七電阻(R17)聯接至第一三極體(Ql)的基極，第一三極體(Ql)的發射極接地，第一三極體(Ql)的基極與發射極之間連接有第十八電阻(R18)，當測量處理模塊判定動カ蓄電池系統正極對電底盤的絕緣電阻超標時，所述第一三極體(Ql)的集電極作為信號輸出端向外輸出聲光報警觸發信號； 所述測量處理模塊的另一路信號輸出端ロ通過第十九電阻(R19)聯接至第二三極體(Q2)的基極，第二三極體(Q2)的發射極接地，第二三極體(Q2)的基極與發射極之間連接有第二十電阻(R20)，當測量處理模塊判定動カ蓄電池系統負極對電底盤的絕緣電阻超標時，所述第二三極體(Q2)的集電極作為信號輸出端向外輸出聲光報警觸發信號。
專利摘要本實用新型公開了一種電動汽車絕緣電阻監測儀，包括(1)隔離型升壓穩壓電源模塊，用於提供檢測用電壓以及向其他模塊供電；(2)絕緣電阻測量模塊，用於動力蓄電池系統正極、負極分別對電底盤的絕緣電阻的測量；(3)測量處理模塊，用於接收絕緣電阻測量模塊輸出的測量模擬信號值；(4)結果輸出模塊，用於向外輸出經測量處理模塊的判定結果信號，本實用新型車載時可以實時監測動力蓄電池系統正極或者負極對電底盤的絕緣電阻，當發現絕緣電阻不夠時，配合其它部件進行聲、光提示或其它操作，避免人員觸電危險，提高了人、車的安全性。
文檔編號G01R27/02GK202421340SQ201120548690
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月23日 優先權日2011年12月23日
發明者冷全生, 南富乾, 張興海, 李珩, 梁鵬, 熊代榮, 程波 申請人:重慶小康工業集團股份有限公司