高压线路绝缘检测装置

摘要

本申请提出高压线路绝缘检测装置。包括：在高压线路未上高压前，方波发生器产生周期为2T的方波信号，方波信号输入到RC振荡电路，在方波的高电平持续期间使电容C充电，在方波的低电平持续期间使电容C放电；电压采集模块在方波高电平持续期间的第一设定时刻采集电阻R与电容C之间的K点的电压Vk_high，并在方波低电平持续期间的第二设定时刻采集K点的电压Vk_low，将采集到的Vk_high、Vk_low发送给处理器模块；处理器模块计算Vk_high和Vk_low的差值，根据二者的差值计算待检测绝缘点与接地平台之间的绝缘电阻值，若绝缘电阻值小于预设安全阈值，则向警报模块上报高压绝缘故障。本申请简单、高效、成本低，且能够方便地移植到任何待检测绝缘点，实现高效多点测量。

权利要求

1.一种高压线路绝缘检测装置，其特征在于，该装置包括：由电阻R和电容C串联组成的RC振荡电路(11)、方波发生器(12)、电压采集模块(13)、处理器模块(14)和警报模块(15)，其中：RC振荡电路(11)中的电容C的一端连接位于高压线路与接地平台之间的待检测绝缘点(A)，电容C的另一端与电阻R连接，电阻R的另一端与方波发生器(12)连接，电阻R与电容C之间的任一点K连接电压采集模块(13)，电压采集模块(13)的另一端连接处理器模块(14)，处理器模块(14)的另一端与警报模块(15)连接，其中：在高压线路未上高压前，方波发生器(12)产生周期为2T的方波信号，包括长度为T的高电平信号和长度为T的低电平信号，该方波信号输入到RC振荡电路(11)，从而：在方波的高电平持续期间使电容C充电，在方波的低电平持续期间使电容C放电；

电压采集模块(13)在方波高电平持续期间的第一设定时刻采集K点的电压Vk_high，并在方波低电平持续期间的第二设定时刻采集K点的电压Vk_low，将采集到的Vk_high、Vk_low发送给处理器模块(14)；

处理器模块(14)计算Vk_high和Vk_low的差值，根据二者的差值计算待检测绝缘点与接地平台之间的绝缘电阻值，若绝缘电阻值小于预设安全阈值，则向警报模块(15)上报高压绝缘故障。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压采集模块(13)采集电压Vk_high的第一设定时刻为：高电平持续期间的中间时刻；

所述电压采集模块(13)采集电压Vk_low的第二设定时刻为：低电平持续期间的中间时刻。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述方波发生器(12)与RC振荡电路(11)之间串联放大模块，所述放大模块用于对方波发生器(12)输出的方波信号进行放大后输出到RC振荡电路(11)。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器模块(14)计算待检测绝缘点与接地平台之间的绝缘电阻值包括：根据如下公式计算待检测绝缘点与接地平台之间的绝缘电阻值Rins：

其中，E为方波信号的高电平信号施加在RC振荡电路(11)上的电压，R为电阻R的阻值，C为电容C的电容值，thigh为所述第一设定时刻，tlow为所述第二设定时刻。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述处理器模块(14)进一步用于，预先计算并保存不同的(Vk_high-Vk_low)的取值对应的Rins值，且，所述计算待检测绝缘点与接地平台之间的绝缘电阻值为：

根据计算出的电压采集模块(13)发来的Vk_high和Vk_low的差值，直接查找到该差值对应的Rins值。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述方波发生器(12)产生方波信号的周期

2T为20ms，所述电阻R的阻值为100KΩ，所述电容C的电容值为0.2μF。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述待检测绝缘点为多个，且该多个待检测绝缘点与接地平台之间的绝缘电阻值都不小于预设安全阈值时，在该多个待检测绝缘点的绝缘电阻值中选择最小绝缘电阻值显示给管理员。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置位于电动车辆上，所述高压线路为电动车辆上的高压线路，所述接地平台为车体平台。

说明书

高压线路绝缘检测装置

技术领域

[0001] 本发明涉及绝缘性能检测技术领域，尤其涉及高压线路绝缘检测装置。

背景技术

[0002] 近些年电动汽车动力蓄电池从低端90V到高端350V甚至更高的供电电压平台发展，因此高压安全性必须放到首位考虑，同时对车辆绝缘检测提出更高的要求。通常车辆工作环境复杂多变，外部环境影响或不正当使用车辆均有可能导致车辆高压线路绝缘性能下降甚至漏电，将会对人身财产安全造成严重威胁，因此必须对电动车辆绝缘情况进行监测，并给予用户提醒指示。

[0003] 现阶段电动汽车绝缘检测方法中多采用电阻分压计算方法，属于被动绝缘检测范畴。通常设计高压系统正、负母线对地不同的分压电路组合，并在该电路中并入已知大小电阻，通过高压总线与车体平台的电压衰减特点来计算绝缘电阻大小。

[0004] 另一种方法为信号注入的方式，属于主动绝缘检测方法范畴。在该类方法中控制器作为信号源，通过向信号源、高压线路以及车体平台之间的电气系统注入电压信号来完成绝缘电阻的相关计算工作。该电气系统通常为R-R电路与R-C电路。R-R电路是指车辆高压线路、信号源以及车体平台组成分压回路，通过分别注入已知大小的正、负电压，根据分压电路特点来求解绝缘电阻大小。

[0005] 被动类绝缘测试方法稳定、应用广泛，但是整个测量过程首先需要电池输出高压到线路上，无法获得在车辆未上高压前的绝缘情况，无法对系统绝缘故障定位；另一方面在电池在正、负绝缘性能均出现降低时不能及时报警。

[0006] 主动绝缘R-R检测方式需要搭建正、负信号源，对构建电路要求较高，多点测量时电路庞大且复杂。

发明内容

[0007] 本发明提供高压线路绝缘检测装置，以实现简单、高效的高压线路绝缘检测。

[0008] 本发明的技术方案是这样实现的：

[0009] 一种高压线路绝缘检测装置，该装置包括：由电阻R和电容C串联组成的RC振荡电路、方波发生器、电压采集模块和处理器模块，其中：

[0010] RC振荡电路中的电容C的一端连接位于高压线路与接地平台之间的待检测绝缘点A，电容C的另一端与电阻R连接，电阻R的另一端与方波发生器连接，电阻R与电容C之间的任一点K连接电压采集模块，电压采集模块的另一端连接处理器模块，处理器模块的另一端与警报模块连接，其中：

[0011] 在高压线路未上高压前，方波发生器产生周期为2T的方波信号，包括长度为T的高电平信号和长度为T的低电平信号，该方波信号输入到RC振荡电路，从而：在方波的高电平持续期间使电容C充电，在方波的低电平持续期间使电容C放电；

[0012] 电压采集模块在方波高电平持续期间的第一设定时刻采集K点的电压Vk_high，并在方波低电平持续期间的第二设定时刻采集K点的电压Vk_low，将采集到的Vk_high、Vk_low发送给处理器模块；

[0013] 处理器模块计算Vk_high和Vk_low的差值，根据二者的差值计算待检测绝缘点与接地平台之间的绝缘电阻值，若绝缘电阻值小于预设安全阈值，则向警报模块上报高压绝缘故障。

[0014] 所述电压采集模块采集电压Vk_high的第一设定时刻为：高电平持续期间的中间时刻；

[0015] 所述电压采集模块采集电压Vk_low的第二设定时刻为：低电平持续期间的中间时刻。

[0016] 所述方波发生器与RC振荡电路之间串联放大模块，所述放大模块用于对方波发生器输出的方波信号进行放大后输出到RC振荡电路。

[0017] 所述处理器模块计算待检测绝缘点与接地平台之间的绝缘电阻值包括：

[0018] 根据如下公式计算待检测绝缘点与接地平台之间的绝缘电阻值Rins：

[0019]

[0020] 其中，E为方波信号的高电平信号施加在RC振荡电路上的电压，R为电阻R的阻值，C为电容C的电容值，thigh为所述第一设定时刻，tlow为所述第二设定时刻。

[0021] 所述处理器模块进一步用于，预先计算并保存不同的(Vk_high-Vk_low)的取值对应的Rins值，且，

[0022] 所述计算待检测绝缘点与接地平台之间的绝缘电阻值为：

[0023] 根据计算出的电压采集模块发来的Vk_high和Vk_low的差值，直接查找到该差值对应的Rins值。

[0024] 所述方波发生器产生方波信号的周期2T为20ms，所述电阻R的阻值为100KΩ，所述电容C的电容值为0.2μF。

[0025] 当所述待检测绝缘点为多个，且该多个待检测绝缘点与接地平台之间的绝缘电阻值都不小于预设安全阈值时，在该多个待检测绝缘点的绝缘电阻值中选择最小绝缘电阻值显示给管理员。

[0026] 所述装置位于电动车辆上，所述高压线路为电动车辆上的高压线路，所述接地平台为车体平台。

[0027] 本发明采用R-C电路注入方式检测高压线路的绝缘性能，简单、高效、成本低，且能够方便地移植到任何待检测绝缘点，实现高效多点测量。

附图说明

[0028] 图1为本申请实施例提供的高压线路绝缘检测装置的组成示意图；

[0029] 图2为方波发生器输出的方波信号和K点的电压的变化示意图；

[0030] 图3为本申请提供的(Vk_high-Vk_low)与Rins的对应关系的示例图；

[0031] 图4为本申请提供的高压线路绝缘检测装置在继电器绝缘诊断、电池包内绝缘诊断的应用实例。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

[0033] 图1为本申请实施例提供的高压线路绝缘检测装置的组成示意图，该装置主要包括：RC振荡电路11、方波发生器12、电压采集模块13、处理器模块14和警报模块15，其中：

[0034] RC振荡电路11由电阻R和电容C串联组成。其中，

[0035] 电容C的一端连接高压线路与接地平台之间的待检测绝缘点(图1中为A点)，电容C的另一端连接电阻R；

[0036] 电阻R的一端连接电容C，电阻R的另一端与方波发生器12连接。

[0037] 电压采集模块13的一端接入电阻R与电容C之间的任一点(图1中为K点)，电压采集模块13的另一端连接处理器模块14。

[0038] 处理器模块14的一端连接电压采集模块13，处理器模块14的另一端连接警报模块15连接。

[0039] 在高压线路未上高压前，方波发生器12产生周期为2T的方波信号，包括：长度为T的高电平信号和长度为T的低电平信号，该方波信号输入到RC振荡电路11，从而：在方波的高电平持续期间对电容C充电，在方波的低电平持续期间使电容C放电；

[0040] 电压采集模块13在方波高电平持续期间的第一设定时刻thigh采集K点的电压Vk_high，在方波低电平持续期间的第二设定时刻tlow采集K点的电压Vk_low，并将采集的Vk_high、Vk_low实时发送给处理器模块14；

[0041] 第一设定时刻thigh例如：高电压持续期间的中间时刻，第二设定时刻tlow例如：低电压持续期间的中间时刻。

[0042] 处理器模块14接收电压采集模块13采集的Vk_high、Vk_low，根据Vk_high、Vk_low，计算待检测绝缘点与接地平台之间的绝缘电阻值Rins，若Rins小于预设安全阈值，则向警报模块15上报高压绝缘故障；

[0043] 警报模块15收到处理器模块14发来的高压绝缘故障时，发出高压绝缘警报。

[0044] 具体地，处理器模块14根据如下公式计算待检测绝缘点与车体平台之间的绝缘电阻值Rins：

[0045]

[0046] 其中，E为方波的高电平信号施加在RC振荡电路11上的电压，图1中E为方波的高电平电压，R为电阻R的电阻值，C为电容C的电容值，thigh为方波高电平持续期间采集K点的电压的时刻，0≤thigh

[0047] 上述公式(1)的原理如下：

[0048] 以图1所示的电路为例，在方波发生器12产生周期为2T的方波期间，令I表示经过电阻R的电流，则：

[0049] 在方波发生器12产生方波信号之前，A点会存在初始电压V0，其中，在高压线路未上高压时V0＝0，则根据基尔霍夫电压定律有如下关系式：

[0050]

[0051] 对式(2)进行拉普拉斯变换可获得电流I(t)如下：

[0052]

[0053] 方波信号处于高电平时给电容C充电，则在高电平持续期间的任一时刻thigh(0≤thigh

[0054]

[0055] 当thigh等于方波高电平周期T时，电容C获得最大充电量，此时电容C两端的电压达到最大值Vc_max：

[0056]

[0057] 在方波低电平持续期间，电容C以基准电压Vc_max向外放电，在方波低电平持续期间的任一时刻tlow(T≤tlow<2T)时，K点的电压Vk_low如下：

[0058]

[0059] 至此，综合式(4)和式(6)可得上述公式(1)：

[0060]

[0061] 可以看出，只要在方波高电平持续期间采集任一时刻thigh(0≤thigh

[0062] 在实际应用中，为了简化计算，可以取thigh＝T/2，tlow＝3T/2。

[0063] 图2为方波发生器12输出的方波信号和K点的电压的变化示意图，其中，上方为方波发生器12输出的方波信号，下方为K点的电压。

[0064] 在实际应用中，为了加快运算速度，可以预先计算出不同的(Vk_high-Vk_low)对应的Rins，并将该对应关系存储到处理器模块14中，这样处理器模块14收到电压采集模块13采集的方波高电平持续期间的K点的电压Vk_high和方波低电平持续期间的K点的电压Vk_low后，就可根据(Vk_high-Vk_low)在存储的对应关系中直接查找到对应的Rins。

[0065] 图3为本申请提供的(Vk_high-Vk_low)与Rins的对应关系的示例图，其中，横坐标为(Vk_high-Vk_low)，单位为v(伏)，纵坐标为Rins，单位为mΩ(兆欧)。

[0066] 另外，当方波发生器12输出的电压不足以驱动RC振荡电路11时，此时可在方波发生器12与RC振荡电路11之间串联一放大模块，以对方波发生器12输出的方波信号进行放大后输出到RC振荡电路11。

[0067] 本申请中，电阻R、电容C的取值通常根据车辆系统绝缘精度要求区间以及绝缘上报时间来综合考虑。在一实施例中，方波周期2T选为20ms，电阻R选为100kΩ(千欧)，电容C的取值考虑车辆车身之间存在寄生电容的影响，通常电容C的取值比设计值大0.1uF左右，如：电容C选择为0.2μF(微法)。

[0068] 本申请提供的高压线路绝缘检测装置轻量可靠，可以很方便地移植到任何待检测绝缘点，实现高效多点测量，可以同时完成多个检测点不同绝缘情况的检测，根据检测结果来定位漏电故障区间。

[0069] 图4为本申请提供的高压线路绝缘检测装置在继电器绝缘诊断、电池包内绝缘诊断的一个应用实例。其中，待检测绝缘点1～n(n为大于1的整数)分别对应图1中的A点，相当于在高压线路的不同线段处注入高频信号，实现高压线路分段检测电动车辆高压线路对地的绝缘电阻情况，实现分段精确定位。通过对比在待检测绝缘点1与点2的绝缘电阻特性可以分析出继电器工作状态是否异常；在电池包内应用，可以对比待检测绝缘点n-1与点n两观测点的绝缘情况，快速定位电池单体的绝缘故障。

[0070] 本申请提供的高压线路绝缘检测装置可应用于电动车辆上，此时，高压线路为电动车辆上的高压线路，接地平台为车体平台。

[0071] 在实际应用中，当对多个点同时进行绝缘检测时，即待检测绝缘点为多个时，处理器模块14在判定该多个待检测绝缘点到接地平台的绝缘电阻值都不小于预设安全阈值时，在该多个待检测绝缘点的绝缘电阻值中选择最小绝缘电阻值显示给管理员。

[0072] 本申请的有益技术效果如下：

[0073] 本申请通过采用R-C电路注入方式检测高压线路的绝缘性能，实现简单、高效、成本低，可以在未上高压前获得高压线路绝缘情况，进一步提高漏电预防能力；且能够方便地移植到任何待检测绝缘点，实现高效多点测量。

[0074] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。