電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置製造方法

2023-07-12 00:24:16

電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置，包括高壓電切斷單元、測量單元以及AD採樣模塊；高壓電切斷單元是由兩個高壓光耦繼電器構成，測量單元有同相電壓跟隨電路和反向電壓跟隨電路構成，AD採樣模塊由12位A/D採樣晶片和四通道的數字隔離晶片構成。本發明實現了電動汽車高壓系統對地的絕緣電阻的測量，通過CAN通訊實現傳輸，能夠實時監測高壓系統的絕緣性能，並在高壓系統發生絕緣故障時，能夠準確及時報警並切斷高壓迴路，保證乘客人身安全和財產安全。同時，本發明具有安全性高，監測精度高等優點。
【專利說明】
電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置

【技術領域】
[0001 ] 本發明屬於電動汽車【技術領域】，涉及一種電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置。

【背景技術】
[0002]電動汽車電壓工作範圍在300-600V，屬於高壓大電流系統，所以電動汽車安全性很重要，電動汽車高壓系統與汽車底盤之間的絕緣性能對乘客的人身安全和整車低壓系統工作的可靠性有著極其重要的影響。由於電動汽車高壓系統的設備工作條件比較惡劣，振動、摩擦、衝擊、酸鹼氣體的腐蝕、溫度及溼度的變化等都有可能造成動力電纜及其他絕緣材料迅速老化甚至絕緣破損，使得設備的絕緣性能大大降低。
[0003]目前，現有的監測絕緣電阻的技術還不能及時判斷電動汽車高壓系統總正端和總負端雙極同時存在絕緣故障的性能。


【發明內容】

[0004]本發明的目的在於提供一種安全性高，監測精度高的電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置。
[0005]本發明的目的可以通過以下技術方案實現:
電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置，包括高壓電切斷單元、測量單元以及AD採樣模塊；
高壓電切斷單元包括高壓光耦繼電器U6和U7、電阻R17?R20 ;高壓光耦繼電器U6的6腳為與電動汽車電池組GB總正端的連接端BAT+，高壓光耦繼電器U6的5腳是與測量單元A端的連接端，電阻R17的一端與電源+5V連接，電阻R17另一端與高壓光耦繼電器U6的I腳連接，高壓光耦繼電器U6的2腳與電阻R18連接，電阻R18的另一端為HVl+_input端;
高壓光耦繼電器U7的6腳為與電動汽車電池組GB總負端的連接端BAT-，高壓光耦繼電器U7的5腳是與測量單元B端的連接端，電阻R19 —端與5V電源連接，電阻R19另一端與高壓光耦繼電器U7的I腳連接，高壓光耦繼電器U7的2腳與電阻R20連接，電阻R20的另一端為HVl__input端；
測量單元包括光耦說、邪、運放仍、似、仍、電阻1?01、1?02、汜1?Ri20、Rl?R16、RN、RP、電容Cl?ClO ；
電阻ROl —端為測量單元的A端，電阻ROl另一端與光耦繼電器U4集電極連接，光耦繼電器U4發射極接地，光耦繼電器U4的二極體陽極通過電阻Rl連接到電源+5V，光耦繼電器U4的二極體陰極通過電阻R2連接到HV+_input端；電阻Ril —端與測量單元的A端連接，電阻Ril與電阻Ri2?RilO串聯與電阻R4、電阻R7的一端連接，電阻R7另一端接地；電阻R4的另一端連接到運放Ul的2腳，運放Ul的6腳連接到3腳，運放Ul的6腳通過電阻R3與二極體Dl陽極、D2陰極連接且連接到AD採樣晶片UlO的CHl端；電阻R5和電容C3並聯後一端連接到二極體Dl陽極和D2陰極連接處，另一端接地；二極體Dl陰極接電源+5V，二極體D2陽極接電源-12V ;運放Ul的4腳接電源-12V，7腳接電源+12V ;電容Cl跨接在地和電源-12V之間，電容C2跨接在地和電源+12V之間；
電阻R02 —端為測量單元的B端，電阻R02另一端與光耦繼電器U5集電極連接，光耦繼電器U5發射極接地，光耦繼電器U5的二極體陽極通過電阻RlO連接到電源+5V，光耦繼電器U5的二極體陰極通過電阻Rll連接到HV-_input端；電阻Rill —端連接到測量單元的的B端，電阻Rill與電阻Ril2?Ri20串聯與電阻R9、電阻R16的一端連接，電阻R16另一端接地；電阻R9的另一端連接到運放U3的3腳，運放U3的6腳通過電阻R8連接到3腳，運放U3的6腳連接到運放U2的2腳，運放U3的6腳連接到3腳同時連接電阻R12 —端，電阻R12另一端與二極體D3陽極、D4陰極連接且連接到AD採樣晶片UlO的CH2端；電阻R13和電容C9並聯後一端連接到二極體D3陽極和D4陰極連接處，另一端接地；二極體D3陰極接電源+5V，二極體D4陽極接電源-12V;運放U2、U3的4腳接電源-12V，7腳接電源+12V ；電容C6、C7跨接在地和電源-12V之間，電容C5、C8跨接在地和電源+12V之間；經上述連接後，測量單元的A端經過高壓電切斷單元的高壓光耦繼電器U6連接到電動汽車電池組GB的總正端，測量單元的B端經過高壓電切斷單元的高壓光耦繼電器U7連接到電動汽車電池組GB的總負端；電阻RP即為電動汽車電池組GB總正端BAT+對地需要測量的絕緣電阻，電阻RP的一端接到測量單元的A端，另一端接大地；電阻RN即為電動汽車電池組GB總負端BAT-對地需要測量的絕緣電阻，電阻RN的一端接到測量單元的的B端，另一端接大地；
AD採樣模塊包括單片機AD採樣晶片U8、四通道數字隔離晶片U9、單片機U10、電阻R21 ?29、電容 Cll ?C16 ；
AD採樣晶片UlO的I腳連接電源+5V和電容C11，電容Cll的另一端接地；AD採樣晶片U8的2腳為CHl端，3腳為CH2端，4腳接地，5腳接4.096V基準信號並通過電容C12接地，其中4.096V基準信號是通過+5V電源通過穩壓晶片REF3040降壓得到的，6腳通過電阻R21接地、7腳通過電阻R23接地、8腳通過電阻R22接地，同時6腳通過電阻R24接四通道數字隔離晶片U9的14腳，AD採樣晶片U8的8腳通過電阻R25接U9的13腳，AD採樣晶片U8的7腳通過電阻R26接U9的11腳，四通道數字隔離晶片U9的10、16腳接電源+5V，U9的9、15腳接地，電容C13跨接在U9的15、16腳之間，電容C14跨接在U9的9、10腳之間，U9的I腳接電源+5V，2腳接地，3腳接到單片機UlO的腳且與電阻R27 —端連接，4腳接UlO的SPSCK腳且與電阻R28 —端連接，6腳接單片機UlO的MRST腳且與電阻R29 —端連接，7腳接電源+5V，8腳接地，電容C15跨接在U9的1、2腳之間，電容C16跨接在四通道數字隔離晶片U9的7、8腳之間；電阻R27、28、29的另一端連地；單片機UlO設有HVl+_input端和HVl__input端兩個輸入端。
[0006]作為優選，運放Ul、U2、U3均為0P27GS ;高壓光耦繼電器U6和U7為AQY216EHA ；光耦繼電器U4、U5為PS2801。
[0007]作為優選，AD採樣晶片UlO為MAX1288，四通道數字隔離晶片U9為ADUM1401。
[0008]作為優選，單片機UlO的型號為S9S08DZ60。
[0009]本發明的有益效果:
I)本發明實現了電動汽車高壓系統對地的絕緣電阻的測量，通過CAN通訊實現傳輸，能夠實時監測高壓系統的絕緣性能，並在高壓系統發生絕緣故障時，能夠準確及時報警並切斷高壓迴路，保證乘客人身安全和財產安全。
[0010]2)本發明具有監測精度高，隔離效果好，電動汽車的高壓電採用高精度的電阻分壓後通過12位高解析度的AD採樣晶片採集，實現了絕緣電阻的高精度測量。並且在測量時把高壓電引入測量迴路，在不測量時，把高壓電和測量迴路通過高壓光耦繼電器實現完全隔離。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]為了便於本領域技術人員理解，下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0012]圖1是本發明電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置實施例的測量單元電路原理圖。
[0013]圖2為本發明電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置實施例的高壓電切斷單元電路原理圖。
[0014]圖3為本發明電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置實施例的AD採樣模塊電路原理圖。

【具體實施方式】
[0015]一種電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置，由測量單元電路、高壓電切斷單元電路和AD採樣模塊電路組成，用來測量電動汽車電池組GB的高壓電絕緣電阻。
[0016]如圖1和圖2所示，將測量單元電路的A端與高壓切斷單元的高壓光耦繼電器U6的6腳連接並通過U6連接到電動汽車電池組GB的總正端，同樣，測量單元電路的B端與高壓切斷單元的高壓光耦繼電器U7的6腳連接並通過U7連接到電動汽車電池組GB的總負端連接。
[0017]經過上述連接後，電阻RP為電動汽車電池組GB總正端BAT+對地需要測量的絕緣電阻，電阻RN為電動汽車電池組GB總負端BAT-對地需要測量的絕緣電阻，電阻ROl為電動汽車電池組GB總正端BAT+對地引入的偏置電阻，電阻R02為電動汽車電池組GB總負端BAT-對地弓丨入的偏置電阻，電動汽車電池組GB總正端BAT+經過Ri1-Ri 10高精度電阻分壓後得到O?4V的電壓為HV+電壓信號，HV+信號經過R4、C4、R6後進入運放Ul的3腳，R4是限流電阻，電容C4和電阻R6構成低通濾波電路實現對HV+電壓信號的濾波，運放Ul是起到電壓跟隨的作用，經過運放Ul的6腳輸出經過R3、C3、R5、D1、D2輸出CHl電壓信號到AD採樣模塊，這裡R3起到限流的作用，C3和R5構成低通濾波電路，Dl和D2 二極體起到嵌位和電壓保護的作用。其中運放Ul的型號為0P27GS。
[0018]電動汽車電池組GB總負端BAT-經過Rill_Ri20高精度電阻分壓後得到_4?OV的電壓為HV-電壓信號，HV-信號經過R9、C10、R14後進入運放U3的2腳，R9是限流電阻，ClO和R14構成低通濾波電路實現對HV-電壓信號的濾波，R9和R8構成電壓負反饋電路，運放U3的3腳通過R15電阻接地，運放U3是起到電壓反相的作用，經過運放U3的6腳輸出O?4V的電壓然後接入運放U2電壓跟隨電路後通過1?12、09、1?13、03、04輸出CH2電壓信號到AD採樣模塊，這裡電阻R12起到限流的作用，電容C9和電阻R13構成低通濾波電路，D3和D4 二極體起到嵌位和電壓保護的作用。其中運放U2、U3的型號為0P27GS。
[0019]由圖1所示:電動汽車電池組GB總正端BAT+對地電壓為:
BAT+= (HV+)*[R7+(Ri1+Ri2+....+Ri10) ]/R7 電動汽車電池組GB總負端BAT-對地電壓為:
BAT-=(HV-)*[R16+(Ri11+Ri12+....+Ri20)]/R16
電動汽車電池組GB總正端BAT+對地絕緣電阻為:
RP=ROI*R*[(HV1-)*(HV+)-(HVI+)*(HV-)]/{[(HV-)* (HVl+)-(HV+)*(HVH]*RVI+ (HV+)*(HV1+)*R}；
電動汽車電池組GB總負端BAT-對地絕緣電阻為:
RN=R02*R*[(HVl+)*(HV-)-(HV1-)*(HV+)]/{[ (HV+)* (HV1-)-(HV-)*(HVl+)]*RV2+ (HV-)* (HV1-) *R}；
注:RP和RN計算式的分別為Ril?RilO和Rill?Ri20的和為定值1510K，HVl+為電池組總正對地引入偏置電阻以後的採集到的電壓值，HVl-為電池組總負對地引入偏置電阻以後的採集到的電壓值，電阻ROl和R02為電動汽車電池組GB總正端和電動汽車電池組GB總負端對地引入的偏置電阻值，取值為1000歐姆?2000歐姆。
[0020]圖2是電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置的高壓電切斷單元電路，其中高壓光耦繼電器U6、U7的型號為AQY216EHA。
[0021]高壓光耦繼電器U6的6腳與電動汽車電池組GB總正端BAT+連接，U6的5腳與測量單元電路的A端連接，高壓光耦繼電器U6的I腳通過上拉電阻R17接+5V，高壓光耦繼電器U6的2腳連接限流電阻R18接單片機HVl+_input腳，當被測系統接入測量單元電路時，HVl+_input信號輸出低電平，高壓光耦繼電器U6導通。當監測是系統發生絕緣故障時，HVl+_input信號輸出高電平，高壓光耦繼電器U6截止，測量單元電路和被測系統斷開，能夠有效的保護系統的安全性。
[0022]高壓光耦繼電器U7的6腳與電動汽車電池組GB總負端BAT-連接，U7的5腳與測量單元電路的B端連接，高壓光耦繼電器U7的I腳通過上拉電阻R19接+5V，高壓光耦繼電器U7的2腳連接限流電阻R20接單片機的HVl-_input腳，當被測系統接入測量單元電路時，HVl-_input信號輸出低電平，高壓光耦繼電器U7導通。當監測是系統發生絕緣故障時，HVl-_input信號輸出高電平，高壓光耦繼電器U7截止，測量單元電路和被測系統斷開，能夠保護系統的安全性。
[0023]圖3是電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置的AD採樣模塊電路，其中AD採樣晶片U8的型號為MAX1288，四通道數字隔離晶片U9的型號為ADUM1401，單片機UlO的型號為S9S08DZ60。
[0024]經過跟隨電路後的CHl電壓信號接入AD採樣晶片U8的2腳，CH2電壓信號接入AD採樣晶片U8的3腳，AD採樣晶片U8的5腳接基準信號4.096V，4.096V基準信號是通過+5V電源通過穩壓晶片REF3040降壓得到的，I腳為AD採樣晶片U8供電電源+5V，4腳為GND, 6腳接片選信號CS，7腳接數據輸出信號D0UT，8腳接時鐘信號SCLK，AD採樣晶片U8採用SPI三線制傳輸通信，經過四通道數字隔離晶片U9隔離後輸出到單片機U10。
【權利要求】
1.電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置，其特徵在於，包括高壓電切斷單元、測量單元以及AD採樣模塊； 所述高壓電切斷單元包括高壓光耦繼電器U6和U7、電阻R17?R20 ;所述高壓光耦繼電器U6的6腳為與電動汽車電池組GB總正端的連接端BAT+，高壓光耦繼電器U6的5腳是與測量單元A端的連接端，電阻R17的一端與電源+5V連接，電阻R17另一端與高壓光耦繼電器U6的1腳連接，高壓光耦繼電器U6的2腳與電阻R18連接，電阻R18的另一端為HVl+_input 端； 所述高壓光耦繼電器U7的6腳為與電動汽車電池組GB總負端的連接端BAT-，高壓光耦繼電器U7的5腳是與測量單元B端的連接端，電阻R19 —端與5V電源連接，電阻R19另一端與高壓光耦繼電器U7的1腳連接，高壓光耦繼電器U7的2腳與電阻R20連接，電阻R20的另一端為HVl-_input端； 所述測量單元包括光耦U4、U5、運放Ul、U2、U3、電阻R01、R02、Ri 1?Ri20、R1?R16、RN、RP、電容 C1 ?C10 ； 所述電阻R01 —端為測量單元的A端，電阻R01另一端與光耦繼電器U4集電極連接，光耦繼電器U4發射極接地，光耦繼電器U4的二極體陽極通過電阻R1連接到電源+5V，光耦繼電器U4的二極體陰極通過電阻R2連接到HV+_input端；電阻Ril —端與測量單元的A端連接，電阻Ril與電阻Ri2?RilO串聯與電阻R4、電阻R7的一端連接，電阻R7另一端接地；電阻R4的另一端連接到運放U1的2腳，運放U1的6腳連接到3腳，運放U1的6腳通過電阻R3與二極體D1陽極、D2陰極連接且連接到AD採樣晶片U10的CH1端；電阻R5和電容C3並聯後一端連接到二極體D1陽極和D2陰極連接處，另一端接地；二極體D1陰極接電源+5V，二極體D2陽極接電源-12V ;運放U1的4腳接電源-12V，7腳接電源+12V ;電容C1跨接在地和電源-12V之間，電容C2跨接在地和電源+12V之間； 所述電阻R02—端為測量單元的B端，電阻R02另一端與光耦繼電器U5集電極連接，光耦繼電器U5發射極接地，光耦繼電器U5的二極體陽極通過電阻R10連接到電源+5V，光耦繼電器U5的二極體陰極通過電阻R11連接到HV-_input端；電阻Rill —端連接到測量單元的的B端，電阻Rill與電阻Ril2?Ri20串聯與電阻R9、電阻R16的一端連接，電阻R16另一端接地；電阻R9的另一端連接到運放U3的3腳，運放U3的6腳通過電阻R8連接到3腳，運放U3的6腳連接到運放U2的2腳，運放U3的6腳連接到3腳同時連接電阻R12 —端，電阻R12另一端與二極體D3陽極、D4陰極連接且連接到AD採樣晶片U10的CH2端；電阻R13和電容C9並聯後一端連接到二極體D3陽極和D4陰極連接處，另一端接地；二極體D3陰極接電源+5V，二極體D4陽極接電源-12V ;運放U2、U3的4腳接電源_12V，7腳接電源+12V ；電容C6、C7跨接在地和電源-12V之間，電容C5、C8跨接在地和電源+12V之間；所述AD採樣模塊包括單片機AD採樣晶片U8、四通道數字隔離晶片U9、單片機U10、電阻R21?29、電容C11?C16 ； 所述AD採樣晶片U10的1腳連接電源+5V和電容C11，電容C11的另一端接地；AD採樣晶片U8的2腳為CH1端，3腳為CH2端，4腳接地，5腳接基準信號4.096V並通過電容C12接地，其中4.096V基準信號通過+5V電源通過降壓得到，6腳通過電阻R21接地、7腳通過電阻R23接地、8腳通過電阻R22接地，同時6腳通過電阻R24接四通道數字隔離晶片U9的14腳，AD採樣晶片U8的8腳通過電阻R25接U9的13腳，AD採樣晶片U8的7腳通過電阻R26接U9的11腳，四通道數字隔離晶片U9的10、16腳接電源+5V，U9的9、15腳接地，電容C13跨接在U9的15、16腳之間，電容C14跨接在U9的9、10腳之間，U9的1腳接電源+5V,2腳接地，3腳接到單片機U10的腳且與電阻R27 —端連接，4腳接U10的SPSCK腳且與電阻R28 一端連接，6腳接單片機U10的MRST腳且與電阻R29 —端連接，7腳接電源+5V，8腳接地，電容C15跨接在U9的1、2腳之間，電容C16跨接在四通道數字隔離晶片U9的7、8腳之間；電阻R27、28、29的另一端連地；單片機U10設有HVl+_input端和HVl__input端兩個輸入端。
2.根據權利要求1所述的電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置，其特徵在於，所述運放Ul、U2、U3均為OP27GS ;所述高壓光耦繼電器U6和U7為AQY216EHA ;所述光耦繼電器U4、U5 為 PS2801。
3.根據權利要求1所述的電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置，其特徵在於，所述AD採樣晶片U10為MAX1288，所述四通道數字隔離晶片U9為ADUM1401。
4.根據權利要求1所述的電動汽車高壓電絕緣電阻測量裝置，其特徵在於，所述單片機U10的型號為S9S08DZ60。
【文檔編號】G01R27/02GK104407220SQ201410670029
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月20日 優先權日:2014年11月20日
【發明者】沈玉, 韓廷, 詹昌輝, 王恆, 姚京, 夏吉 申請人:合肥國軒高科動力能源股份公司