一种基于方波自动补偿策略的绝缘电阻检测方法与流程

本发明涉及军用电驱平台高压系统技术领域，更具体地，涉及一种基于方波自动补偿策略的绝缘电阻检测方法。

背景技术：

纯电驱动车辆和油电混合动力车辆在新能源车辆市场得到越来越多的推广的应用，覆盖了乘用车、物流车、大型商用车以及超重型军用混合动力车辆领域。随着驱动技术的发展，一方面大功率、高功率密度的电机在电动车得到应用，随之带来了的高电压等级、大电流等电气问题；另一方面，电压等级提高，对高压系统的绝缘性能提出了更高的要求。

对于军用电驱平台，大质量、长车身、宽轮距的特点决定了在电驱方案的选择上通常是多轴多电机驱动，相比普通民用车的单电机驱动，电机及控制器更多，高压电器要求更高，高压系统电路更复杂，同时设计安全性要求也更多，高压系统的绝缘性能必须始终保持在安全的范围内。除了静态的绝缘性能测试以外，车辆在行驶过程中的动态绝缘电阻测试也必不可少，开发针对军用电驱平台的绝缘电阻在线监测设备，及时监测车辆的控制故障尤为重要。

技术实现要素：

为了消除母线电压对测量绝缘电阻的影响，本发明提供了一种军用电驱平台上高压系统电路的绝缘电阻在线实时监测方案。具体而言，本发明提供了一种基于方波自动补偿策略的绝缘电阻检测方法，包括：

(1)通过调压获得多个供电电压；

(2)产生周期性的方波信号，作为低频注入信号；

(3)采集四路电压信号作为采样值，并基于所述采样值监测母线电压值；

(4)对母线电压进行补偿。

进一步地，所述步骤(1)中的多个供电电压包括5V、±12V、±40V三种不同的电压。

进一步地，所述步骤(1)中的多个供电电压是通过24V输入电压获得的。

进一步地，所述步骤(2)中的低频方波信号的幅值为±40V。

进一步地，所述步骤(3)基于这样的电路模型：该电路包括：高压母线对车体的正电阻R₊、高压母线对车体的负电阻R_-、第一分压电阻R₁、第二分压电阻R₂、采样电阻为R₃，所述高压母线对车体的正电阻R₊与所述第一分压电阻R₁串联构成第一串联支路，所述高压母线对车体的负电阻R_-与所述第二分压电阻R₂串联构成第二串联支路，所述第一串联支路和所述第二串联支路并联后与所述采样电阻为R₃串联构成第三串联支路，所述第三串联支路与低频注入信号的正、负输入端两侧并联。

进一步地，在所述高压母线对车体的正电阻R₊与所述第一分压电阻R₁之间以及在所述高压母线对车体的负电阻R_-与所述第二分压电阻R₂之间串联电压检测单元，用于检测所述高压母线对车体的正电阻R₊与所述第一分压电阻R₁之间的电压U_P和所述高压母线对车体的负电阻R_-与所述第二分压电阻R₂之间的电压U_N之间的电压差，所述电压U_P和U_N均为高压母线对测试回路的电压。

进一步地，假定母线电压值为U_dc，则根据所述电路模型可得：

变换可得

令则式(2)可变为

由公式(3)可得

由于母线电压U_dc不变，低频注入信号U_i为正负交变的直流电压信号，可得公式(5)，

整理上式可得，

由此，可求出高压系统对车体绝缘电阻为

进一步地，通过公式(4)可得，

通过式(8)可得，

在调理电路中，一般认为R₁＝R₂＝R，整理上式可得，

通过上式可知，当U'≥0时，R₊≥R_-；当U'<0时，R₊<R_-，从而判断出高压正负母线对车体绝缘电阻情况，为绝缘性能判断提供依据。

进一步地，所述步骤(4)包括：

实时检测R₃两端的电压值，与基准值，即直流母线电压为0时输入信号的值，进行比较，根据比较结果调节输入的PWM信号的占空比α，保证绝缘电阻的采样值仅与绝缘电阻的值有关，同时可以提高绝缘电阻测量时采样的精度。

进一步地，所述PWM信号的幅值为5V。

本发明的有益效果包括：

(1)本发明针对高压系统复杂多变的电路结构提出了基于母线电压和外加低频方波信号的母线电压测量技术，以及通过解耦补偿电路，提高了绝缘电阻实时监测的精度。

(2)本发明亦可推广至民用纯电动和混合动力车辆使用。

附图说明

图1示出了根据本发明的基于方波自动补偿策略的绝缘电阻检测方法的流程图。

图2示出了根据本发明的绝缘电阻检测电路模型原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于方波自动补偿策略的绝缘电阻检测方法，包括：

(1)通过调压获得多个供电电压；

(2)产生周期性的方波信号，作为低频注入信号；

(3)采集四路电压信号作为采样值，并基于所述采样值监测母线电压值；

(4)对母线电压进行补偿。

优选地，所述步骤(1)中的多个供电电压包括5V、±12V、±40V三种不同的电压。

优选地，所述步骤(1)中的多个供电电压是通过24V输入电压获得的。

优选地，所述步骤(2)中的低频方波信号的幅值为±40V。

优选地，所述步骤(3)基于这样的电路模型。如图2所示，该电路模型包括：高压母线对车体的正电阻R₊、高压母线对车体的负电阻R_-、第一分压电阻R₁、第二分压电阻R₂、采样电阻为R₃，所述高压母线对车体的正电阻R₊与所述第一分压电阻R₁串联构成第一串联支路，所述高压母线对车体的负电阻R_-与所述第二分压电阻R₂串联构成第二串联支路，所述第一串联支路和所述第二串联支路并联后与所述采样电阻为R₃串联构成第三串联支路，所述第三串联支路与低频注入信号的正、负输入端两侧并联。

优选地，在所述高压母线对车体的正电阻R₊与所述第一分压电阻R₁之间以及在所述高压母线对车体的负电阻R_-与所述第二分压电阻R₂之间串联电压检测单元，用于检测所述高压母线对车体的正电阻R₊与所述第一分压电阻R₁之间的电压U_P和所述高压母线对车体的负电阻R_-与所述第二分压电阻R₂之间的电压U_N之间的电压差，所述电压U_P和U_N均为高压母线对测试回路的电压。

优选地，低频信号经车体、正负母线绝缘电阻，形成检测回路，通过采集CN1_1和CN1_3之间的差值电压Un，可以求得高压系统母线电压。通过采集CN1_2与GND之间的电压Um，可以计算求得高压正负母线对车体的并联绝缘电阻值。具体为：假定母线电压值为U_dc，则根据所述电路模型可得：

变换可得

令则式(2)可变为

由公式(3)可得

由于母线电压U_dc不变，低频注入信号U_i为正负交变的直流电压信号，可得公式(5)，

整理上式可得，

由此，可求出高压系统对车体绝缘电阻为

优选地，通过公式(4)可得，

通过式(8)可得，

在调理电路中，一般认为R₁＝R₂＝R，整理上式可得，

通过上式可知，当U'≥0时，R₊≥R_-；当U'<0时，R₊<R_-，从而判断出高压正负母线对车体绝缘电阻情况，为绝缘性能判断提供依据。

根据本发明的优选实施例，上述计算过程通过两组分压电阻和两个采样电阻进行采样，经过差分电路处理后，送至单片机，计算得到母线电压值。这种采样电路一方面可以消除漏电流和电压波动的产生的干扰，另一方面不会对低频注入信号测量绝缘电阻的电路产生影响。

上述计算所使用的单片机型号为DSP IC 33FJ64GP706，控制电路电压为5V。

优选地，所述步骤(4)包括：

实时检测R₃两端的电压值，与基准值，即直流母线电压为0时输入信号的值，进行比较，根据比较结果调节输入的PWM信号的占空比α，保证绝缘电阻的采样值仅与绝缘电阻的值有关，同时可以提高绝缘电阻测量时采样的精度。

以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述是为阐明的目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例是为解说本发明的原理以及让所属领域的技术人员以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想企图由权利要求及其均等来决定。