一种特殊电桥法设计的充电桩绝缘监测装置的制造方法
【专利摘要】一种特殊电桥法设计的充电桩绝缘监测装置，包括依次连接的平衡电桥模块、不平衡电桥模块、电压转换模块、电压隔离模块、信号处理模块和通信模块。平衡电桥模块由正电源对大地的一对电阻和负电源对大地的一对电阻组成，其中电压转换模块采集的电压取自这两对电阻各自的分压；电压隔离模块用于将输入的电压转换为弱电电压信号；信号处理模块将输入的电压进行数字变换并计算出接地电阻的大小；通信模块则用于将计算结果发送到系统主机。该装置可推断出充电桩接地的故障方式，并可较精确的计算出接地电阻的大小。基于该监测方法的充电桩绝缘监测装置可以稳定可靠的监测直流充电桩的接地故障及接地电阻的大小，是目前该领域比较有优势的监测方式。
【专利说明】
一种特殊电桥法设计的充电桩绝缘监测装置
技术领域
[0001]本发明涉及充电粧绝缘监测，尤其是涉及一种直流充电粧接地故障安全性监测装置。
【背景技术】
[0002]随着电动汽车充电站及充电粧的大量建设和应用，其安全性越来越受到重视。尤其是直流充电粧功率大、体积大、电压高，并且往往配有蓄电池进行储能，结构复杂。当充电粧输出直流侧绝缘不好的时候，会造成设备损坏，火灾，以及人身触电。由于直流输出侧漏电故障无法使交流侧的漏电保护器动作，所以，增加直流侧绝缘监测以及接地故障保护装置显得尤为重要。
[0003]现在的充电粧绝缘监测方法主要有电桥平衡原理和低频探测原理。根据电桥平衡原理实现的绝缘监测装置被广泛使用，但它不能监测充电粧正、负极绝缘同等下降时的情况;绝缘监测装置即使报警，也不能直接得到系统对地的绝缘电阻大小。用低频探测原理监测接地故障是近几年采用的一种新方法，但它所能监测的接地电阻受充电粧对地分布电容的制约，而且低频交流信号容易受外界的干扰，另外注入的低频交流信号增大充电粧的电压纹波系数。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种特殊电桥法设计的充电粧绝缘监测装置，在保证精度的前提下，尽可能的提高监测速度并能计算出各种绝缘故障情况下接地电阻的大小，方便查找问题所在。
[0005]本发明的技术方案为:一种特殊电桥法设计的充电粧绝缘监测装置，包括检测电路和后处理电路，检测电路的输出端与后处理电路的输入端连接，其特征在于，所述的检测电路由平衡电桥模块和不平衡电桥模块组成，该平衡电桥模块由第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻组成，第一电阻和第二电阻串联在充电粧电源的正极与接地端之间，两者的接点为一个输出端;该第三电阻和第四电阻串联在接地端与充电粧电源的负极之间，两者的接点为另一个输出端;两个输出端与所述的后处理电路的输入端连接;该不平衡电桥模块由第五电阻、第六电阻、第一开关和第二开关组成，第五电阻和第一开关串联在充电粧电源的正极与接地端之间；第六电阻和第二开关串联在接地端与充电粧电源的负极之间；在所述的检测电路与充电粧电源的正极和负极之间分别连接有第三开关和第四开关。
[0006]所述的后处理电路由依次连接的电压转换模块、电压隔离模块、信号处理模块和通信模块组成;所述的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均为电控开关，并由控制器控制，该通信模块与该控制器建立通信连接。
[0007]本发明的优点是:利用平衡电桥模块和不平衡电桥模块，能够稳定可靠的监测直流充电粧的接地故障及接地电阻的大小，进而将充电粧的绝缘故障信息经通信模块与充电粧控制器通信完成充电安全判断，大大提高了充电粧的安全性。结构简单，容易实施。
【附图说明】
[0008]图1为本发明的整体电路结构示意图；
[0009]图2是本发明的后处理电路的构成框图。
【具体实施方式】
[0010]如图1和图2所示，本发明一种特殊电桥法设计的充电粧绝缘监测装置，包括检测电路A和后处理电路B，检测电路A的输出端与后处理电路B的输入端连接，其特征在于，所述的检测电路A由平衡电桥模块I和不平衡电桥模块2组成，该平衡电桥模块I由第一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4组成，第一电阻Rl和第二电阻R2串联在充电粧电源的正极P+与接地端之间，两者的接点为一个输出端V+;该第三电阻R3和第四电阻R4串联在接地端与充电粧电源的负极P-之间，两者的接点为另一个输出端V-;两个输出端V+、V-与所述的后处理电路的输入端连接;该不平衡电桥模块2由第五电阻R5、第六电阻R6、第一开关Kl和第二开关K2组成，第五电阻R5和第一开关Kl串联在充电粧电源的正极P+与接地端之间；第六电阻R6和第二开关K2串联在接地端与充电粧电源的负极P-之间；在所述的检测电路A与充电粧电源的正极P+和负极P-之间分别连接有第三开关K3和第四开关K4。
[0011]所述的后处理电路B由依次连接的电压转换模块3、电压隔离模块4、信号处理模块5和通信模块6组成(为常规技术)；所述的第一至第四开关K1-K4均为电控开关，并由控制器7控制，该通信模块6与该控制器7建立通信连接。
[0012]本发明的工作原理说明如下:
[0013]平衡电桥模块I用于监测充电粧单端接地的情况，不平衡电桥模块2用于监测充电粧正负极同时接地的情况。平衡电桥模块I四个电阻R1-R4构成的分压得到的两个电压输出端V+和V-的电压值作为接地电阻的计算判据。电压转换模块3、电压隔离模块4和信号处理模块5将分压电压值进行隔离后再作为输入进行计算处理。通信模块6负责将接地类型及接地位置接地电阻等信息传送给控制器7(充电粧的主控板)。
[0014]所述的不平衡电桥模块2中的两个开关K1、K2分别控制电阻R5、R6的接入。
[0015]图1中分别连接在充电粧电源的正极P+和负极P-与接地端之间的Rx和Ry为本发明的计算对象，即充电粧的接地电阻。
[0016]第三开关K3和第四开关K4接通后，电阻R1-R4组成的平衡电桥模块I始终连接到充电粧输出电源正负极之间。然后通过开关Kl和K2选择性的将电阻R5和R6接入。
[0017]所述的电压转换模块3将采集的电压取自这两对电阻各自的分压。电压隔离模块负责将分压后的电压转换为信号处理模块可以采集的电压信号。信号处理模块采集电压隔离模块隔离后的电压进行数字变换计算接地绝缘情况，并可计算接地电阻的大小。通信模块则负责将电源的接地情况和接地电阻的大小计算后发送到系统主机。其特征在于:其构成包括平衡电阻模块和不平衡电阻模块并且由嵌入式硬件系统控制这两种模块的分时变换。测量母线电阻时，利用平衡电阻模块监测单端接地。测量母线电阻时，利用不平衡电阻模块监测正电源与负电源同时接地。
[0018]本发明在工作时，各开关的控制可以人工控制也可通过控制器自动控制。工作过程说明如下:
[0019]第一步:K1断开，K2断开，K3闭合，K4闭合，当1^ = 1^ =无穷时(无接地)有￥1=-￥2;
[0020]当Ry=无穷时(单端接地)，由V1、V2通过解方程VI / (R5 //Rx) = V2/R6，可以计算出接地电阻Rx的大小；
[0021]当Rx=无穷时(单端接地)，由V1、V2通过解方程Vl/R5 = V2/(R6//Ry)，可以计算出接地电阻Ry的大小；
?0022] 当Rx = Ryf无穷时，即系统处于平衡接地时，V1=_V2，不能进行检测；
[0023]当Rx乒Ry时，即双端接地时，有Vl/(R5//RX)=V2/(R6//Ry)不能直接求解，处理方法是将Rx或Ry中较大的一个看作无穷，按单端接地的方法求解，所求的的接地电阻值大于实际值，Rx、Ry的电阻值越接近，则测量误差越大，达到Rx=Ry时，测量误差达到无穷。
[0024]第二步:Kl断开，K2闭合，K3闭合，K4闭合，根据测到的V+可得到的是正母对地电压Vl，根据测到的V-可得到的是负母对地电压Vl，。
[0025]第三步:K2断开，Kl闭合，K3闭合，K4闭合，根据测到的V+可得到的是正母对地电压V2，根据测到的V-可得到的是负母对地电压V2’。根据近似计算可得正母线接地电阻Rx =(VI ’ V2-V1V2 ’)/( VI’ V2 ’ R-Vl ’ V2R1+V2 ’ V1R+V2 ’ VlRl )*R*R1。
[0026]同理可得负母线接地电阻:Ry=(Vl’V2-VlV2’)/(VlV2’R+VlV2’Rl+V2VlR-V2Vl’R1)*R*R1
[0027]通过以上各种情况计算出的Rx，Ry即为接地电阻值大小，可以根据此电阻值大小判断接地情况。
【主权项】
1.一种特殊电桥法设计的充电粧绝缘监测装置，包括检测电路(A)和后处理电路，检测电路的输出端与后处理电路的输入端连接，其特征在于，所述的检测电路(A)由平衡电桥模块(I)和不平衡电桥模块(2)组成，该平衡电桥模块(I)由第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)组成，第一电阻(Rl)和第二电阻(R2)串联在充电粧电源的正极(P+)与接地端之间，两者的接点为一个输出端(V+);该第三电阻(R3)和第四电阻(R4)串联在接地端与充电粧电源的负极(P-)之间，两者的接点为另一个输出端(V-);两个输出端(V+、V_)与所述的后处理电路的输入端连接;该不平衡电桥模块(2)由第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第一开关(Kl)和第二开关(K2)组成，第五电阻(R5)和第一开关(Kl)串联在充电粧电源的正极(P+)与接地端之间；第六电阻(R6)和第二开关(K2)串联在接地端与充电粧电源的负极(P-)之间；在所述的检测电路(A)与充电粧电源的正极(P+)和负极(P-)之间分别连接有第三开关(K3)和第四开关(K4)。2.根据权利要求1所述的特殊电桥法设计的充电粧绝缘监测装置，其特征在于，所述的后处理电路(B)由依次连接的电压转换模块(3)、电压隔离模块(4)、信号处理模块(5)和通信模块(6)组成;所述的第一开关(Kl)、第二开关(K2)、第三开关(K3)和第四开关(K4)均为电控开关，并由控制器(7)控制，该通信模块(6)与该控制器(7)建立通信连接。
【文档编号】G01R31/14GK106093739SQ201610707089
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月23日
【发明人】刘灿东, 王明伟, 王栋, 肖波, 郭兆静, 刘以军, 王越
【申请人】山东泰开自动化有限公司