本發(fā)明涉及一種動力電池的絕緣檢測系統(tǒng)及應(yīng)用該系統(tǒng)的檢測方法，尤其涉及一種新型的基于電橋的電動汽車絕緣檢測系統(tǒng)及檢測方法。

背景技術(shù)：

為了解決環(huán)境污染和石油危機(jī)等全球性難題，純電動汽車得到了快速的發(fā)展。純電動汽車一般采用鏗電池作為動力電池，其電池組的電壓通常都在200v以上，這樣的電壓已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人體所能承受的安全范圍。純電動汽車在日常使用過程中，潮濕、振動、暴曬等惡劣的環(huán)境很容易引起電池高壓線束的老化和破皮，從而降低整車的絕緣安全性。當(dāng)電池的正、負(fù)母線與車體發(fā)生漏電時，將直接危害到駕駛員和乘客的人身安全。因此，準(zhǔn)確地對純電動汽車動力電池的絕緣狀況進(jìn)行檢測，當(dāng)絕緣性能下降時，及時報警，對提高電動汽車的安全性具有至關(guān)重要的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠準(zhǔn)確地對純電動汽車動力電池的絕緣狀況進(jìn)行檢測的系統(tǒng)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種改進(jìn)型電動汽車動力電池絕緣檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括串接在電池的正母線與底盤之間的常開繼電器k0及偏置電阻r，電池的負(fù)母線與底盤之間串接常開繼電器k1及偏置電阻r，stm32高性能單片機(jī)的一路adc采樣通道經(jīng)由降壓單元采集電池的正母線與底盤之間的電壓值u0，stm32高性能單片機(jī)的另一路adc采樣通道經(jīng)由極性轉(zhuǎn)換單元及降壓單元采集電池的負(fù)母線與底盤之間的電壓值u1，由stm32高性能單片機(jī)控制常開繼電器k0及常開繼電器k1的通道，同時，stm32高性能單片機(jī)通過電動汽車自身的電池管理系統(tǒng)采集電流信號，根據(jù)電流信號調(diào)整絕緣檢測的檢測周期。

優(yōu)選地，所述降壓單元采用差分運(yùn)算放大電路，該差分運(yùn)算放大電路由運(yùn)放及其外圍電阻構(gòu)成。

本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供了一種基于上述的改進(jìn)型電動汽車動力電池絕緣檢測系統(tǒng)的絕緣檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步、如權(quán)利要求1所述的絕緣檢測系統(tǒng)初始化后，將檢測周期設(shè)定為初始化值t0；

第二步、判斷是否達(dá)到檢測周期，若達(dá)到，則進(jìn)入第三步；

第三步、由stm32高性能單片機(jī)分別采樣得到電壓值u0及電壓值u1，判斷是否u0＞u1，若是，則進(jìn)入第四步，若不是，則進(jìn)入第五步；

第四步、閉合常開繼電器k0，并保持常開繼電器k1處于斷開狀態(tài)，再次測量得到正母線與底盤之間的電壓值，定義為u0′，以及負(fù)母線與底盤之間的電壓值，定義為u1′，根據(jù)以下公式計算得到負(fù)母線絕緣電阻rn：

將負(fù)母線絕緣電阻rn作為絕緣電阻記錄下來，當(dāng)記錄了兩次絕緣電阻后，進(jìn)入第六步，否則返回第二步；

第五步、保持常開繼電器k0處于斷開狀態(tài)，閉合常開繼電器k1，再次測量得到正母線與底盤之間的電壓值，定義為u0′，以及負(fù)母線與底盤之間的電壓值，定義為u1′，根據(jù)以下公式計算得到正母線絕緣電阻rp：

將負(fù)母線絕緣電阻rn作為絕緣電阻記錄下來，當(dāng)記錄了兩次絕緣電阻后，進(jìn)入第六步，否則返回第二步；

第六步、若電池電流大于零，則：

若兩次記錄的絕緣電阻均達(dá)到絕緣標(biāo)準(zhǔn)時，將檢測周期調(diào)整為t1，t1＞t0；若兩次記錄的絕緣電阻均低于絕緣標(biāo)準(zhǔn)時，報警，并且將為檢測周期調(diào)整為t2，t2＝t0；

若電池電流小于等于零，則：

若兩次記錄的絕緣電阻均達(dá)到絕緣標(biāo)準(zhǔn)時，將檢測周期調(diào)整為t3，t3＞t1；若兩次記錄的絕緣電阻均低于絕緣標(biāo)準(zhǔn)時，報警，并且將為檢測周期調(diào)整為t4，t1＜t4＜t3。

采用本發(fā)明后，當(dāng)電動汽車的絕緣性能下降時，能夠及時報警，從而提高電動汽車的安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電路框圖；

圖2為本發(fā)明的電原理圖；

圖3為本發(fā)明的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

如圖1所示，為本發(fā)明提供的一種改進(jìn)型電動汽車動力電池絕緣檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，其中：

主控單元采用st公司推出的具有arm核的stm32高性能單片機(jī)，其本身已經(jīng)內(nèi)嵌了16通道的12位高速adc，這樣可以簡化系統(tǒng)的硬件。主控單元的主要功能是控制電壓采集、繼電器驅(qū)動、絕緣電阻計算程序的正常運(yùn)行。

電橋單元由圖2中的常開繼電器k0、常開繼電器k1、偏置電阻r三個元件組成。在實(shí)際電路中，常開繼電器k0、常開繼電器k1采用體積小、性能可靠的干簧管繼電器，通過stm32高性能單片機(jī)控制常開繼電器k0、常開繼電器k1的通斷來改變正、負(fù)母線的對地電壓值。

電壓轉(zhuǎn)換單元可以將動力電池正、負(fù)母線對地電阻承受的高電壓信號轉(zhuǎn)化為低壓信號，該低壓信號可以直接用stm32高性能單片機(jī)進(jìn)行采集。其中電池正母線電阻對地承受的電壓降壓后，即可直接采集，而電池負(fù)母線電阻對地承受的電壓為負(fù)，除了降壓還需轉(zhuǎn)換電壓的極性。本系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換單元采用差分運(yùn)算放大電路。該差分運(yùn)算放大電路的主要優(yōu)點(diǎn)是輸人電阻大、電流小，能提高電壓的采樣精度，從而提高絕緣電阻檢測精度。實(shí)際電路中的運(yùn)放采用tl084芯片，其本身具有四路運(yùn)算放大器，一片tl084即可完成電池正、負(fù)母線對地電壓的轉(zhuǎn)換工作。

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要是基于stm32單片機(jī)的c語言編程，整個軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，以實(shí)現(xiàn)絕緣檢測周期的確定、電壓采集、繼電器驅(qū)動、絕緣電阻計算等功能。為了延長干簧管繼電器的開關(guān)壽命.且讓檢測系統(tǒng)的功耗盡可能低，增加純電動汽車的續(xù)航里程，實(shí)際的絕緣電阻檢測過程需要和電池管理系統(tǒng)相配合。根據(jù)電池管理系統(tǒng)采集的電流信號進(jìn)行檢測周期的調(diào)整。另外，檢測周期還需要根據(jù)檢測到的絕緣電阻的變化情況進(jìn)行調(diào)整。

本發(fā)明提供的一種絕緣檢測方法，具體包括以下步驟：

第一步、將絕緣檢測系統(tǒng)初始化后，將檢測周期設(shè)定為初始化值t0，本實(shí)施例中，t0＝1s；

第二步、判斷是否達(dá)到檢測周期，若達(dá)到，則進(jìn)入第三步；

第三步、由stm32高性能單片機(jī)分別采樣得到電壓值u0及電壓值u1，判斷是否u0＞u1，若是，則進(jìn)入第四步，若不是，則進(jìn)入第五步；

第四步、閉合常開繼電器k0，并保持常開繼電器k1處于斷開狀態(tài)，再次測量得到正母線與底盤之間的電壓值，定義為u0′，以及負(fù)母線與底盤之間的電壓值，定義為u1′，根據(jù)以下公式計算得到負(fù)母線絕緣電阻rn：

將負(fù)母線絕緣電阻rn作為絕緣電阻記錄下來，當(dāng)記錄了兩次絕緣電阻后，進(jìn)入第六步，否則返回第二步；

第五步、保持常開繼電器k0處于斷開狀態(tài)，閉合常開繼電器k1，再次測量得到正母線與底盤之間的電壓值，定義為u0′，以及負(fù)母線與底盤之間的電壓值，定義為u1′，根據(jù)以下公式計算得到正母線絕緣電阻rp：

將負(fù)母線絕緣電阻rn作為絕緣電阻記錄下來，當(dāng)記錄了兩次絕緣電阻后，進(jìn)入第六步，否則返回第二步；

第六步、若電池電流大于零，汽車啟動開始行駛，需要加快絕緣檢測的速度，則：

若兩次記錄的絕緣電阻均達(dá)到絕緣標(biāo)準(zhǔn)時，將檢測周期調(diào)整為t1，t1＞t0，本實(shí)施例中，t1＝30s；若兩次記錄的絕緣電阻均低于絕緣標(biāo)準(zhǔn)時，報警，并且將為檢測周期調(diào)整為t2，t2＝t0；

若電池電流小于等于零，汽車沒有啟動，處于停止或充電狀態(tài)，不需要快速檢測絕緣狀況，則：

若兩次記錄的絕緣電阻均達(dá)到絕緣標(biāo)準(zhǔn)時，將檢測周期調(diào)整為t3，t3＞t1，本實(shí)施例中，t3＝30min；若兩次記錄的絕緣電阻均低于絕緣標(biāo)準(zhǔn)時，報警，并且將為檢測周期調(diào)整為t4，t1＜t4＜t3，本實(shí)施例中，t4＝1min。具體如下：

實(shí)驗采用4節(jié)12v磷酸鐵銼電池組來模擬汽車的動力電池，10～150kω范圍內(nèi)的直插電阻模擬動力電池正、負(fù)母線的絕緣電阻。

實(shí)驗分兩種情況進(jìn)行，分別為：(1)正、負(fù)母線絕緣電阻都下降；(2)正、負(fù)母線只有一端絕緣電阻下降，另一端為無窮大。實(shí)驗結(jié)果表明，設(shè)計的純電動汽車絕緣電阻檢測系統(tǒng)能夠?qū)﹄姵卣?、?fù)母線出現(xiàn)的多種絕緣狀況進(jìn)行檢測，此檢測系統(tǒng)的絕緣電阻測量誤差控制在5％以內(nèi)，能夠滿足純電動汽車的絕緣檢測要求。