一种电动汽车高压绝缘监测装置制造方法
【专利摘要】本发明提出一种电动汽车高压绝缘监测装置，包括：相互串联的第一电阻和第二电阻；相互串联的第三电阻和开关；第一监测模块，监测开关闭合时高压母线正极相对于地的第一电压，和开关断开时高压母线正极相对于地的第二电压；第二监测模块，监测开关闭合时高压母线正极相对于负极的第三电压，和开关断开时高压母线正极相对于负极的第四电压；控制器模块，对开关进行控制，根据第一电压至第四电压计算高压母线正极至地之间的第一绝缘电阻和母线负极至地之间的第二绝缘电阻。本发明的实施例能够动态实时的测量电动汽车的高压绝缘电阻值，从而能够准确地判断高压系统是否良好，以便驾驶员能够安全可靠地控制高压电路的通断，确保人车安全。
【专利说明】一种电动汽车高压绝缘监测装置【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车制造【技术领域】，特别涉及一种电动汽车高压绝缘监测装置。
【背景技术】
[0002]目前，国内电动车绝缘监测方法主要是在直流母线正负极和车身电底盘之间接入电阻，通过电子开关或高压接触器接通电阻和电底盘，电流或电压传感器做辅助，然后测量电阻上的电压或电流，再计算得到绝缘状态，这些检验方法只能监测单端绝缘破坏情况，当直流母线正负极绝缘同时超差时却不能监测到和报警，从而使车辆的直流系统(高压系统)存在安全隐患。
【发明内容】
[0003]本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0004]为此，本发明的一个目的在于提出一种能够实时的测量电动汽车高压绝缘电阻值，从而判断高压系统是否良好，确保电动汽车高压绝缘监测装置的安全可靠，保证驾驶员和乘客的神人安全。
[0005]为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种电动汽车高压绝缘监测装置，包括:相互串联的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与所述第二电阻的一端相连，所述第一电阻的另一端与高压母线正极相连，所述第二电阻的另一端与所述高压母线负极相连，所述第一电阻和第二电阻之间的第一节点接地；相互串联的第三电阻和开关，所述第三电阻与所述开关串联之后与所述第一电阻并联；第一监测模块，所述第一监测模块分别监测所述开关处于闭合状态时所述高压母线正极相对于地的第一电压，和所述开关处于断开状态时所述高压母线正极相对于地的第二电压；第二监测模块，所述第二监测模块分别监测所述开关处于闭合状态时 所述高压母线正极相对于高压母线负极的第三电压，和所述开关处于断开状态时所述高压母线正极相对于高压母线负极的第四电压；以及控制器模块，用于对所述开关进行控制，并根据所述第一电压至第四电压分别计算所述高压母线正极至地之间的第一绝缘电阻和所述高压母线负极至地之间的第二绝缘电阻。
[0006]根据本发明实施例的电动汽车高压绝缘监测装置，能够实时的监测并计算高压母线对车身底盘的绝缘电阻值，从而可以清楚的判断高压系统是否良好，并在整车高压单极或两级(高压母线正极和高压母线负极)同时出现绝缘破坏时能监测出整车绝缘的状况，并在绝缘状况出现异常时，整车控制电路能够安全可靠的控制高压电路的通断，确保人车安全。另外，该监测装置具有成本低，且电路简单、体积小、精度高的优点，特别适用于有安全电压要求的高压系统中，确保高压系统的安全、可靠，保证驾驶员及乘客的人身安全。
[0007]另外，根据本发明上述实施例的电动汽车高压绝缘监测装置还可以具有如下附加的技术特征:
[0008]在本发明的实施例中 ，所述第一电阻和第二电阻之间的第一节点通过汽车底盘接地。[0009]在本发明的实施例中，所述第一电阻的阻值与所述第二电阻的阻值相等。
[0010]在本发明的实施例中，所述开关为光耦开关。
[0011 ] 在本发明的实施例中，所述装置还包括:第一线性隔离模块，所述第一线性隔离模块连接在所述第一监测模块和所述控制器模块之间；以及第二线性隔离模块，所述第二线性隔离模块连接在所述第二监测模块和所述控制器模块之间。
[0012]在本发明的实施例中，所述第一线性隔离模块和第二线性隔离模块为线性隔离放大器 HNCR200。
[0013]在本发明的实施例中，所述第一监测模块包括:串联在所述高压母线正极之上的第三电阻和第四电阻，所述第四电阻的一端接地，所述第三电阻和第四电阻之间具有第二节点；第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第二节点相连；以及第一放大器，所述第一放大器的正输入端与所述第五电阻的另一端相连，所述第一放大器的负输入端与所述第一放大器的输出端相连，所述第一放大器的输出端为所述第一监测模块的输出端。
[0014]在本发明的实施例中，所述第二监测模块包括:串联在所述高压母线负极之上的第六电阻和第七电阻，所述第六电阻和第七电阻之间具有第三节点；第二放大器，所述第二放大器的正输入端与所述第二节点相连，所述第二放大器的负输入端与所述第三节点相连，所述第二放大器的输出端与所述第七电阻的另一端相连；第八电阻，所述第八电阻的一端与所述第二放大器的输出端相连；第三放大器，所述第三放大器的正输入端与所述第八电阻的另一端相连，所述第三放大器的负输入端与所述第三放大器的输出端相连，所述第三放大器的输出端为所述第二监测模块的输出端。
[0015]在本发明的实施例中，所述第三电阻的阻值大于所述第四电阻的阻值。
[0016]在本发明的实施例中，所述第六电阻的阻值大于所述第七电阻的阻值。
[0017]在本发明的实施例中，所述装置还包括:与所述第一电阻并联的第一电容；以及与所述第二电阻并联的第二电容。
[0018]在本发明的实施例中，所述控制器模块根据如下公式计算所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻:R+/(R++R_)=U5/U7，其中，R+为第一绝缘电阻，R-为第二绝缘电阻，U5为所述第二电压，U7为所述第四电压。
[0019]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0021]图1为根据本发明一个实施例的电动汽车高压绝缘监测装置的电路图。
【具体实施方式】
[0022]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0023]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于
附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0024]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0025]以下结合附图详细描述根据本发明实施例的电动汽车高压绝缘监测装置。
[0026]如图1所示，根据本发明一个实施例的电动汽车高压绝缘监测装置的电路图，包括:第一电阻110、第二电阻120、第三电阻130、开关140、第一监测模块150、第二监测模块160和控制器模块170。
[0027]具体地，第一电阻110和第二电阻120串联，第一电阻110的一端与第二电阻120的一端相连，第一电阻110的另一端与高压母线正极U+相连，第二电阻120的另一端与高压母线负极U-相连，且第一电阻110和第二电阻120之间的第一节点NI通过汽车底盘接地。在本发明的一个实施例中，第一电阻110和第二电阻120的阻值相等，且具体阻值应较大，从而避免影响整个高压系统的绝缘性能。第三电阻130和开关140相互串联，且第三电阻130和开关140在串联之后与第一电阻110并联。其中，开关140为但不限于:光耦开关。第三电阻130的阻值根据根据实际需要设定实际电路而定。
[0028]第一监测模块150分别监测开关140处于闭合状态时高压母线正极高压母线正极U+相对于地的第一电压U5’，和开关140处于断开状态时高压母线正极高压母线正极U+相对于地的第二电压U5，即开关140处于闭合和断开两种状态下高压母线正极U+相对于地的电压U5’和U5。第二监测模块160分别监测开关140处于闭合状态时高压母线正极U+相对于负极的第三电压U7’，和开关140处于断开状态时高压母线正极U+相对于负极的第四电压U7，即开关140处于闭合和断开两种状态下高压母线正极U+相对于负极U-的电压U7’和U7。控制器模块170用于对开关140进行控制，并根据第一电压至第四电压分别计算高压母线正极U+至地之间的第一绝缘电阻R+和高压母线负极U-至地之间的第二绝缘电阻R-。其中，控制器模块170根据R+/ (R++R-) =U5/U7计算第一绝缘电阻R+和第二绝缘电阻R-的阻值。
[0029]作为一个具体的示例，如图1所示，第一监测模块150包括:第四电阻151、第五电阻152、第六电阻153和第一放大器154。
[0030]其中，第四电阻151和第五电阻152串联在高压母线正极U+之上，第五电阻152的一端接地，第四电阻151和第五电阻152之间具有第二节点N2，且第四电阻151的阻值大于第五电阻152的阻值，由此，能够把高压信号转变为可供控制器模块170处理使用的低压信号。第六电阻153的一端与第二节点N2相连。第一放大器154的正输入端与第六电阻153的另一端相连,第一放大器154的负输入端与第一放大器154的输出端相连,且第一放大器154的输出端为第一监测模块150的输出端。其中，第一放大器154和第六电阻153的作用为对信号功率进行放大。
[0031]再次结合图1，第二监测模块160包括:第七电阻161、第八电阻162、第二放大器163、第九电阻164和第三放大器165。
[0032]其中，第七电阻161和第八电阻162串联在高压母线负极U-之上，且第七电阻161和第八电阻162之间具有第三节点N3。第七电阻161的阻值大于第八电阻162的阻值，由此，能够把高压信号转变为可供控制器模块170处理使用的低压信号。第二放大器163的正输入端与第二节点N2相连，负输入端与第三节点N3相连，第二放大器163的输出端与第八电阻162的另一端相连。第二放大器163与第四电阻151、第五电阻152、第七电阻161、第八电阻162 —方面用来测量高压母线电压和正极U+相对于地的电压，另一方面可以将高压信号转换成可供控制器模块170处理使用的低压信号。第九电阻164的一端与第二放大器163的输出端相连。第三放大器165的正输入端与第九电阻164的另一端相连,第三放大器165的负输入端与其输出端相连,且其输出端为第二监测模块160的输出端。其中，第三放大器165和第九电阻164用于对信号的功率进行放大。
[0033]结合图1，本发明实施例的电动汽车高压绝缘监测装置，还包括:第一线性隔离模块180、第二线性隔离模块190、第一电容200和第二电容210。
[0034]具体地，第一线性隔离模块180连接在第一监测模块150和控制器模块170之间，用于对高压系统和低压系统进行隔离，确保低压系统不受高压系统的影响。且第一线性隔离模块180为但不限于:线性隔离放大器HNCR200。第二线性隔离模块190连接在第二监测模块160和控制器模块170之间，用于对高压系统和低压系统进行隔离，确保低压系统不受高压系统的影响。且第二线性隔离模块190为但不限于:线性隔离放大器HNCR200。
[0035]进一步地，第一电容200与第一电阻110并联，用于滤波以消除高频噪音对电路的影响。第二电容210与第二电阻120并联，用于滤波以消除高频噪音对电路的影响。
[0036]再次结合图1，取高压母线正极U+和负极U-为采集点，在两点之间串入两个已知阻值的标准电阻，即第一电阻Iio和第二电阻120。两个电阻之间的第一节点NI通过汽车底盘接地(GND);通过第二放大器163和第四电阻151、第五电阻152、第七电阻161、第八电阻162构成用来测量高压母线的电压及正极相对于地的电压，并且把高压信号转变成可供控制器模块170处理使用的低压信号；在高压母线正极U+与地之间接入测量偏置电阻(第三电阻130)和光电开关(开关140),利用控制器模块170输出高速脉冲信号驱动光电开关(开关140)以便接入第三电阻130 ;在开关140导通和断开期间控制器模块170分别采集经过处理后电压信号，通过控制器模块170计算出高压母线正极U+和负极U-对地的绝缘阻值，即第一绝缘阻值R+和第二绝缘阻值R-。在本发明的一个实施例中，通过预设的高压母线正极U+、负极U-对地的绝缘电阻的安全阈值，当测量值，即第一绝缘阻值R+和第二绝缘阻值R-低于安全阈值时，控制器模块170发出报警信号。其中，安全阈值指高压母线正极U+和负极U-对地绝缘时向高压母线正极U+和负极U-施加最大电压对应的绝缘电阻值。
[0037]如图1所示，本发明实施例的电动汽车高压绝缘监测装置的具体工作原理是:高压母线正极U+与电底盘(地)之间接入测量第三电阻130 (偏置电阻)和开关140 (光耦开关)，利用控制器模块170的高速控制单元输出脉冲信号驱动光电开关控制第三电阻130接入和断开；采样处理后的电压信号U7正比于母线电压，U5正比于母线正极U+对电底盘地电压，在送入控制器模块170进行计算之前，采用线性隔离电路对高压与低压系统进行隔离，确保低压不受高压系统的影响，线性隔离电路预选已得到广泛应用的线性隔离放大器HNCR200 ;在开关140导通和断开期间控制器模块170分别测量U5和U7的数值，通过控制逻辑计算出母线电压正极U+和负极U-对电底盘的绝缘阻值R+和R-；电路中使用的电容主要用来滤波以消除高频噪音对系统的影响。
[0038]通过控制逻辑计算绝缘阻值的过程为:由电路可知正极U+和负极U-绝缘电阻R+、R-存在如下数学关系，即R+/(R++R-) =U5/U7, U5正比于U+，U7正比于(U-+U+)。根据U5/U7值可知，正极U+和负极U-的绝缘电阻R+和R-哪一个更小，若U5/U7≥1/2说明正极U+比负极U-绝缘性好，反之则差，其中，R+为第一绝缘电阻(高压母线正极U+对地绝缘电阻)，R-为第二绝缘电阻(高压母线负极U-对地绝缘电阻)，U5为所述第二电压，U7为所述第四电压。
[0039]具体地，当开关140断开时，可测出此时的U5和U7 ;接通开关140，即在母线正极U+与地之间接入第三电阻130，测量此时U5，和U7，。逻辑方程式如下:
[0040]A*R5，/[ (A+R5，)R6，]=U5/(U7_U5)
[0041]A=(第四电阻151+第五电阻152);
[0042]B*R5，/[(B+R5’)R6 ’ ]=U5 ’ / (U7-U5)
[0043]B=(第四电阻151+第五电阻152)*第三电阻130/(第四电阻151+第五电阻152+第三电阻130)；
[0044]式中，R5’、R6’为第一电阻110、第二电阻120与高压母线正极U+和负极U-对电底盘地的绝缘阻值RP、RN的并联值，即:
[0045]R5’ =第一电阻 110*RP/(第一电阻 110+RP)；
[0046]R6’ =第二电阻 120*RN/(第二电阻 120+RN)；
[0047]由上面四式联立即可计算出整车母线正极U+和负极U-对电底盘地的绝缘电阻的大小RP、RN。RP、RN即实际测量的高压母线正极U+和负极U-对地绝缘电阻R+和R-的阻值。
[0048]从而当RP和/或RN小于安全阈值时时，判断高压系统绝缘出现故障，控制器模块170发出报警信号提示驾驶员及时处理，确保人车安全。
[0049]根据本发明实施例的电动汽车高压绝缘监测装置，能够实时的监测并计算高压母线对车身底盘的绝缘电阻值，从而可以清楚的判断高压系统是否良好，并在整车高压单极或两级(高压母线正极和高压母线负极)同时出现绝缘破坏时能监测出整车绝缘的状况，并在绝缘状况出现异常时，整车控制电路能够安全可靠的控制高压电路的通断，确保人车安全。另外，该监测装置具有成本低，且电路简单、体积小、精度高的优点，特别适用于有安全电压要求的高压系统中，确保高压系统的安全、可靠，保证驾驶员及乘客的人身安全。
[0050]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示 例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0051]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。
【权利要求】
1.一种电动汽车高压绝缘监测装置，其特征在于，包括: 相互串联的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与所述第二电阻的一端相连，所述第一电阻的另一端与高压母线正极相连，所述第二电阻的另一端与所述高压母线负极相连，所述第一电阻和第二电阻之间的第一节点接地； 相互串联的第三电阻和开关，所述第三电阻与所述开关串联之后与所述第一电阻并联； 第一监测模块，所述第一监测模块分别监测所述开关处于闭合状态时所述高压母线正极相对于地的第一电压，和所述开关处于断开状态时所述高压母线正极相对于地的第二电压； 第二监测模块，所述第二监测模块分别监测所述开关处于闭合状态时所述高压母线正极相对于高压母线负极的第三电压，和所述开关处于断开状态时所述高压母线正极相对于高压母线负极的第四电压；以及 控制器模块，用于对所述开关进行控制，并根据所述第一电压至第四电压分别计算所述高压母线正极至地之间的第一绝缘电阻和所述高压母线负极至地之间的第二绝缘电阻。
2.如权利要求1所述的电动汽车高压绝缘监测装置，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻之间的第一节点通过汽车底盘接地。
3.如权利要求1所述的电动汽车高压绝缘监测装置，其特征在于，所述第一电阻的阻值与所述第二电阻的阻值相等。
4.如权利要求1所述的电动汽车高压绝缘监测装置，其特征在于，所述开关为光耦开 关。
5.如权利要求1所述的电动汽车高压绝缘监测装置，其特征在于，还包括: 第一线性隔离模块，所述第一线性隔离模块连接在所述第一监测模块和所述控制器模块之间；以及 第二线性隔离模块，所述第二线性隔离模块连接在所述第二监测模块和所述控制器模块之间。
6.如权利要求5所述的电动汽车高压绝缘监测装置，其特征在于，所述第一线性隔离模块和第二线性隔离模块为线性隔离放大器HNCR200。
7.如权利要求1所述的电动汽车高压绝缘监测装置，其特征在于，所述第一监测模块包括: 串联在所述高压母线正极之上的第四电阻和第五电阻，所述第五电阻的一端接地，所述第四电阻和第五电阻之间具有第二节点； 第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第二节点相连；以及 第一放大器，所述第一放大器的正输入端与所述第六电阻的另一端相连，所述第一放大器的负输入端与所述第一放大器的输出端相连，所述第一放大器的输出端为所述第一监测模块的输出端。
8.如权利要求7所述的电动汽车高压绝缘监测装置，其特征在于，所述第二监测模块包括: 串联在所述高压母线负极之上的第七电阻和第八电阻，所述第七电阻和第八电阻之间具有第三节点；第二放大器，所述第二放大器的正输入端与所述第二节点相连，所述第二放大器的负输入端与所述第三节点相连，所述第二放大器的输出端与所述第八电阻的另一端相连；第九电阻，所述第九电阻的一端与所述第二放大器的输出端相连； 第三放大器，所述第三放大器的正输入端与所述第九电阻的另一端相连，所述第三放大器的负输入端与所述第三放大器的输出端相连，所述第三放大器的输出端为所述第二监测模块的输出端。
9.如权利要求7所述的电动汽车高压绝缘监测装置，其特征在于，所述第四电阻的阻值大于所述第五电阻的阻值。
10.如权利要求8所述的电动汽车高压绝缘监测装置，其特征在于，所述第七电阻的阻值大于所述第八电阻的阻值。
11.如权利要求1所述的电动汽车高压绝缘监测装置，其特征在于，还包括: 与所述第一电阻并联的第一电容；以及 与所述第二电阻并联的第二电容。
12.如权利要求1所述的电动汽车高压绝缘监测装置，其特征在于，所述控制器模块根据如下公式计算所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻:
R+/(R++R-)=U5/U7, 其中，R+为第一绝缘电阻，R-为第二绝缘电阻，U5为所述第二电压，U7为所述第四电 压。
【文档编号】G01R27/02GK103884911SQ201210559003
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2012年12月20日
【发明者】王玉红 申请人:北汽福田汽车股份有限公司