锂电储能备电系统高压绝缘检测电路的制作方法

本实用新型涉及一种锂电储能备电系统高压绝缘检测电路。

背景技术：

随着我国低碳、绿色能源战略的推进，新一轮电力体制改革配套政策的落实，储能的应用价值得到了市场的认可，成为推进我国能源变革和能源结构调整的技术亮点，锂电储能系统将逐步替代传统铅酸备电系统这是必然的趋势，目标锂电储能系统应用领域为通信基站、数据中心机房、电力站点的备电系统等，应用前景非常广阔。特别是锂电储能系统用在光伏储能等高压场合不断增加，各地电能储备用来削峰填谷的作用越来越大，需求市场也在变大，系统电压都在上百伏甚至达到上千伏，高压系统和周围机壳之间的绝缘安全变得尤其关键，关乎到人生安全，当前常用绝缘检测方法主要有高频信号注入法、电流传感法、不平衡电桥法等，这些检测方法都有一些明显缺点，具体如下。

1、高频信号注入法，是将高频交流信号注入到高低压系统中，然后经过整个需要检测的回路后，在信号另外一端对信号进行回采，通过计算信号幅值衰减和相位来推算绝缘电阻。这种方法主要缺点是对系统上增加了一个高频干扰源，影响直流系统的稳定性，可能引起其他设备工作异常。同时信号检测容易受系统上分布电容的影响，影响检测准确性。

2、电流传感法：这种方法是将待检测的支路穿过电流耦合线圈，当回路有电流时，线圈又耦合电流，通过检测电流大小来计算绝缘电阻阻值。该方法缺陷是待测的电源必须处于工作状态，不能在设备工作前就对设备的绝缘状态进行判断。这种情况在高压系统中是不允许的。该方法比较适合在工作过程中进行紧缺检测。

3、平衡电桥法：电桥法是利用电阻分压原理进行监测，认为系统对机壳是一个电阻，将正负电源对机壳各认为是一个等效电阻，然后在检测时候人为在正对地，负对地增加一个电阻，和正负电源对地的电阻组成一个电桥，通过电压偏差来计算正极或负极对机壳的电阻。该方法缺陷是检测精度比较低，同时在正负母线绝缘电阻同时下降时候检测不准确。检测过程中同样要求高压系统工作。

因此，针对现有问题，很有必要设计一种锂电储能备电系统高压绝缘检测电路，以解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种锂电储能备电系统高压绝缘检测电路，其具有高可靠性、高精度、低成本的绝缘检测、低压检测、安全的特性。

本实用新型是这样实现的：一种锂电储能备电系统高压绝缘检测电路，其包括：

一第一节点，所述第一节点通过第一电阻、低频方波信号处理电路连接至低频信号发射端口，所述第一节点还依次通过第二电容、第一电容连接至第一开关，所述第一开关用以连接锂电储能备；

一第二节点，所述第二节点依次通过低通滤波单元电路、过欠压保护电路连结至AD采样端口，所述第二节点和第一节点之间通过第二电阻连接，第二节点通过第三电容接地。

进一步地，所述第一开关连接锂电储能备的外壳。

进一步地，所述第一电容、第二电容串联。

本实用新型首先将第一开关K1断开，通过CPU产生低频方波信号，在充电结束时候，采集第三电容C3端口电压大小，记为V0。放电结束后，采集第三电容C3端口电压大小，记为V1。第一开关K1断开后可以默认为高压和低压的绝缘电阻为无穷大。然后将第一开关K1闭合，通过CPU产生低频方波信号，在充电结束时候，采集第三电容C3端口电压大小，记为V2。放电结束后，采集第三电容C3端口电压大小，记为V3，根据电压V0、V1、V2、V3的电压值和电容电压变化特性函数，来计算绝缘电阻Rp。

本实用新型的主要优点是：

1、抗干扰能力强：滤波电路可以滤除系统上的干扰（系统上干扰基本都在KHz以上），提高采集精度和信号质量。

2、测试精确度高：可以在第一开关K1断开时候校准测量系统因为环境因素（温度、湿度等）和器件衰减而带来的测量误差，通过校准，可以持续保证绝缘电阻测量的精度。

3、安全性高：电路不需要系统高压电路工作，就可以提前完成绝缘检测，在绝缘检测完成后，根据检测情况来确定系统是否能上高压工作，保证系统工作前的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的锂电储能备电系统高压绝缘检测电路拓扑图；

图2为本实用新型提供的低频方波信号处理电路原理图；

图3为本实用新型提供的低通滤波单元电路原理图；

图4为本实用新型提供的过欠压保护电路原理图；

图5为本实用新型提供的高压绝缘检测信号波形图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图5，本实用新型实施例提供一种锂电储能备电系统高压绝缘检测电路，其包括：一第一节点1，所述第一节点1通过第一电阻、低频方波信号处理电路连接至低频信号发射端口，所述第一节点1还依次通过第二电容、第一电容连接至第一开关，所述第一开关用以连接锂电储能备；一第二节点2，所述第二节点2依次通过低通滤波单元电路、过欠压保护电路连结至AD采样端口，所述第二节点2和第一节点1之间通过第二电阻连接，第二节点2通过第三电容接地。所述第一开关连接锂电储能备的外壳，所述第一电容、第二电容串联。

首先对图1进行说明，第一开关K1：用来校准C1、C2的容值变化。第一开关K1断开，认为高压和低压绝缘电阻无穷大，通过检测第三电容C3端电压来确认第一电容C1、第二电容C2的容值变化对回路电压的影响。绝缘检测电容包括第一电容C1、第二电容C2：根据第一电容C1、第二电容C2大小调整充放电的电压大小，根据固定时间内充放电的电压大小计算绝缘阻值大小。第一电阻R1：用来充电电流限流。低频方波信号处理电路：用来提升波形质量和提高驱动能力。第二电阻R2和第三电容C3：用来进行电压波形大小钳位，保证在绝缘电阻为0或者为无穷大时候的电压波形不会在充电或者放电时间内达到充满状态或者放电到0状态。提升绝缘电阻检测精度。低通滤波单元电路：用来滤除系统上其他零部件产生的高频干扰，该滤波器截止频率在100Hz或以下。系统上主要干扰都在KHz级别。CPU单元：用来产生低频方波波形（Hz级别信号），和采集绝缘检测回路的电压值，根据电压情况来计算出绝缘电阻的阻值，该电路工作原理为cpu控制端口发出一个低频方波信号，经过信号处理电路（主要用来提高驱动能力和改变电压幅值），信号经过第一电阻R1限流，然后给第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3分别充电，在绝缘电阻Rp很大（近似无穷大）时候，电流基本全部充电到第三电容C3（通过第二电阻R2来保证在充电周期内第三电容C3充电电压不会大于80%，来保证充电过程中电压充电的斜率，提高绝缘电阻Rp检测的分辨率），然后经过低通滤波单元（截止频率在100Hz附近，或者更低，来滤除系统上的干扰，系统上干扰基本都在KHz或以上，来保证信号质量），经过过压保护单元后，进入cpu的AD端口进行电压采样。CPU根据采集电压值来计算绝缘电阻Rp的大小。当绝缘电阻Rp下降，则充电到第一电容C1、第二电容C2的电流变多，第三电容C3的电流变小，在周期内第三电容C3端的电压变小，CPU的AD端口的电压变小，CPU根据电压大小来计算绝缘电阻Rp的大小，绝缘电阻Rp也称为等效绝缘电阻Rp，即锂电储能备电系统的绝缘性能。

计算过程如下：

1、第一开关K1断开，通过CPU产生低频方波信号，经过以上计算步骤，在充电结束时候，采集第三电容C3端口电压大小，记为V0。放电结束后，采集第三电容C3端口电压大小，记为V1。第一开关K1断开后可以默认为高压和低压的绝缘电阻为无穷大，第三电容C3端口电压如图5中实线所示。该过程可以把电路实际使用中的环境因素变化、电容使用时间长后的参数变化等影响测量的因素全部考虑进来，这些因素变化最终导致的就是第三电容C3两端电压的变化，通过CPU计算来衡量出来。

2、第一开关K1闭合，通过CPU产生低频方波信号，经过以上计算步骤，在充电结束时候，采集第三电容C3端口电压大小，记为V2。放电结束后，采集第三C3端口电压大小，记为V3。

3、计算绝缘电阻，CPU根据电压V0、V1、V2、V3的电压值和电容电压变化特性函数，来计算绝缘电阻Rp。本设计中，信号发生可以直接用信号发生电路替代，而不是采用cpu产生。第一开关K1可以为继电器，也可以为光电开关器件等，AD采集可以采用专用AD芯片实现，这些名称的变化不收本设计思路的影响。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。