改进型纯电动汽车多点漏电绝缘电阻在线监测系统及方法与流程

本发明涉及电动汽车绝缘安全领域，特别是涉及一种改进型纯电动汽车多点漏电绝缘电阻在线监测系统及方法。

背景技术：

随着新能源行业作为战略性产业得到政府政策上的大力扶持，我国新能源汽车产销量成为世界第一，走在了世界前列。但随着市场存有量的增加，动力电池系统的安全问题逐渐成为制约新能源和电动汽车发展的瓶颈，开发出安全、可靠、性价比高的动力电池系统是下一阶段我国电动汽车发展所面临的必须解决的难题。作为电源系统电气安全的一个重要组成部分，如何及时有效的发现系统的漏电故障，对于快速消除车辆安全隐患，实现人身安全防护具有十分重要的意义。

目前市场上对于电动车电源系统绝缘电阻的监测主要有两种方法。

第一种方法是电桥法，如图1所示。参考GB/T 18384.1-2015中5.1.3中所述测量方法。在采样电阻并入系统前后，分别测量主正及主负电极对地之间的电压，通过欧姆定律从而计算出系统的绝缘电阻。但对于以下情况无法进行有效监测：

1)电源系统动力回路在系统内部(单体电芯)以及整车上发生多点漏电的无法进行有效准确监测；

2)对正负母线对电平台绝缘电阻均等下降或者其相近的对称性直流电阻接地情况下的绝缘电阻测量，绝缘故障监测。

第二种方法是信号注入法，如图2所示。其工作原理是通过激励源在系统动力回路与整车电平台之间注入测量信号。MCU主控单元通过测量采样电阻电阻Rm上的电压，进行数据采样处理分析、滤波，进行复杂的数学运算，计算出系统绝缘电阻的大小。MCU可通过DO输出告警信号或者通过CAN网络发送相应的绝缘电阻值和故障等级。该方法的优点是可准确监测电源系统动力回路交流侧及直流侧任一点位置(包含单体电池)对地绝缘水平降低的故障，缺点是无法单独上报电池组正极端“+”对电平台绝缘电阻Rp，电池组负极端“-”对电平台绝缘电阻Rn，多点漏电故障时可上报系统对地绝缘电阻，无法识别各个点的单独漏电电阻及具体位置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种绝缘监测方法，可在线监测电源系统任一点绝缘阻值的变化，在绝缘阻值下降到安全值以下时，进一步识别判断从而确定故障级别及正负极漏电的相对位置。

为达到上述目的，本发明采用以下实现方案：

一种改进型纯电动汽车多点漏电绝缘电阻在线监测系统，包括BMS、电池组系统、通讯模块和信号注入法绝缘监测模块，所述BMS包括MCU主控和BMS绝缘监测模块，所述电池组系统分别与BMS绝缘监测模块和信号注入法绝缘监测模块连接，且所述MCU主控与BMS绝缘监测模块和信号注入法绝缘监测模块连接，且所述MCU主控与信号注入法绝缘监测模块通过通讯模块进行通讯，通过MCU主控的逻辑控制实现BMS绝缘监测模块和信号注入法绝缘监测模块对电池组系统绝缘电阻的监测。

具体的，所述BMS绝缘监测模块包括检测电阻R1和R2、可编程控制开关S1和S2，所述可编程控制开关S1和检测电阻R1串联在电池组系统的正极和电动汽车的电平台之间，所述可编程控制开关S2和检测电阻R2串联在电池组系统的负极和电动汽车的电平台之间。

所述具备绝缘监测功能BMS作为主控单元负责绝缘监测方法流程实现，其具备CAN通信报文的接收和发送功能，采用电桥法实现绝缘监测功能，对于电池组系统主正和主负之间电压采集回路须具有S1、S2两个可编程控制开关，通过可编程控制开关S1、S2控制总正和总负之间电压采集。

具体的，所述信号注入法绝缘监测模块包括激励源、采样电阻Rm、可编程控制开关S3和S4、检测电阻R3和R4，所述可编程控制开关S3和检测电阻R3串联在电池组系统的正极和采样电阻Rm之间，所述可编程控制开关S4和检测电阻R4串联在电池组系统的负极和采样电阻Rm之间，所述激励源连接在电动汽车的电平台与采样电阻Rm引出端之间。其中，所述激励源为施加到电源系统与电平台之间绝缘电阻上的正弦波或方波电压源信号。

信号注入法绝缘监测模块通过对被测对象电池组系统施加激励信号，同时对反馈信号进行数据采样处理分析，进行复杂的数学运算，计算出电池组系统绝缘电阻的变化。BMS通过CAN通信报文实现对信号注入法绝缘监测模块的工作状态进行控制。当控制位m＝1时，信号注入法绝缘模块响应闭合S3、S4，开启BMS绝缘监测功能；当控制位m＝0时，信号注入法绝缘模块响应停止绝缘监测功能，断开S3、S4开关。

具体的，所述通讯模块为CAN通讯模块。使用CAN协议其主要功能是实现BMS和信号注入法绝缘监测模块之间通讯控制及数据传输功能。除CAN以外，也可以采用其它通信协议实现与本申请描述实现相同功能的通信方式。

一种改进型纯电动汽车多点漏电绝缘电阻在线监测方法，包括以下步骤：采用电桥法的绝缘监测设备和信号注入法的绝缘模块通过MCU主控的逻辑控制实现系统绝缘电阻的监测；

首先，通过信号注入法实现对电池组系统任一点绝缘电阻R的监测和判断，按照GB/T 18384.1-2015的要求进行及时的告警提醒，便于检修维护，且轻微告警设置为一般告警值，严重告警设置为严重告警值；当监测到电池组系统绝缘电阻R的阻值低于一般告警值要求时，进行一般故障报警并上报绝缘电阻R的阻值；当监测到电池组系统绝缘电阻R的阻值低于严重告警值时，MCU主控控制停止信号注入法绝缘监测模块，改用BMS绝缘监测模块的电桥法监测电池组正极端“+”对电平台的绝缘电阻Rp和电池组负极端“-”对电平台的绝缘电阻Rn。

按照GB/T 18384.1-2015中“5.1.4要求”规定，如直流回路或者采用附加防护的交流回路，其最小绝缘阻值不允许小于100Ω/V；规定如包含交流回路且没有附加防护，则此值不小于500Ω/V。依据电动车交流回路防护情况制订合适告警阈值，如均为直流回路或者采用附加防护的交流电流，其一般告警值设为500Ω/V，严重告警设置为100Ω/V；如包含交流回路且没有附加防护，其一般告警值设为1000Ω/V，严重告警设置为500Ω/V。

具体步骤为，

1)BMS上电自检，自检状态正常，断开可编程控制开关S1、S2，通过CAN通讯模块控制信号注入法绝缘监测模块工作，执行步骤2)；

2)BMS的MCU主控通过CAN通信模块控制闭合可编程控制开关S3、S4，开启信号注入法绝缘监测功能；通过MCU主控测量采样电阻Rm上的电压值，计算出电池组系统绝缘电阻R，并判断电池组系统绝缘电阻R是否低于一般告警值的要求，按照GB/T 18384.1-2015要求进行如下判断，如果电池组系统绝缘电阻R＜一般告警值，则执行步骤3)，否则持续进行判断；

3)如果MCU主控监测到电池组系统绝缘电阻R＜严重告警值，则执行步骤4)，否则上报“绝缘一级故障”或按电动汽车VCU通讯协议中的要求上报绝缘阻值R或故障；

4)BMS通过CAN通讯模块控制信号注入法绝缘监测模块停止工作，断开可编程控制开关S3、S4，闭合可编程控制开关S1、S2，开启BMS绝缘监测功能，执行步骤5)；

5)MCU主控分别采集检测电阻R1和R2两端的电压U1和U2，通过S1、S2开关的通断，测量得到R1、R2两端不同的U1和U2的电压值，进而计算得出电池组正极端“+”对电平台的绝缘电阻Rp和电池组负极端“-”对电平台的绝缘电阻Rn，并判断电池组正极端“+”对电平台的绝缘电阻Rp和电池组负极端“-”对电平台的绝缘电阻Rn与严重告警值的关系，如满足“Rp<严重警告值”或“Rn<严重警告值”，则上报“绝缘二级故障”或按电动汽车VCU通讯协议中的要求上报绝缘阻值Rp、Rn或故障，并停止电动车电源系统的工作，否则返回执行步骤2)。

所述电池组系统在本申请中描述绝缘监测方法工作过程中应处于通路状态。采用信号注入法具备通信唤醒开启功能，采用可编程控制开关S3、S4控制总正和总负之间电压U1、U2的采集。电平台指的是电动汽车的地。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种改进型纯电动汽车多点漏电绝缘电阻在线监测系统及方法，采用信号注入法准确监测系统动力回路任一点漏电电阻，并依据告警值进行故障的上报告警，在故障告警发生后，通过电桥法进一步检测正端和负端的漏电电阻分别是多少，按照要求进行绝缘阻值和故障的上报，通过本发明方法可实现电源系统动力回路任意点的系统绝缘阻值，并在绝缘故障出现时通过本方法进一步地对电源系统正端和负端的绝缘阻值进行检测并上报整车VCU控制系统。与电桥法相比，电桥法无法实现电源系统多点漏电及电源系统内部漏电故障的准确检测，通过本方法解决了以上问题，可实现动力回路任意点或系统的绝缘电阻检测；与信号注入法相比，信号注入法只能检测系统绝缘阻值，通过本方法不仅可实现系统绝缘电阻的检测，也能实现电源系统正端和负端绝缘电阻的进一步检测确认，避免绝缘故障的误报漏报。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是现有技术中电桥法绝缘监测的原理示意图；

图2是现有技术中信号注入法绝缘监测的原理示意图；

图3是本发明绝缘监测方法实现的原理示意图；

图4是本发明绝缘监测方法实现的流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图3所示，一种改进型纯电动汽车多点漏电绝缘电阻在线监测系统，包括BMS、电池组系统、通讯模块和信号注入法绝缘监测模块，所述BMS包括MCU主控和BMS绝缘监测模块，所述电池组系统分别与BMS绝缘监测模块和信号注入法绝缘监测模块连接，且所述MCU主控与BMS绝缘监测模块和信号注入法绝缘监测模块连接，且所述MCU主控与信号注入法绝缘监测模块通过通讯模块进行通讯，通过MCU主控的逻辑控制实现BMS绝缘监测模块和信号注入法绝缘监测模块对电池组系统绝缘电阻的监测。

具体的，所述BMS绝缘监测模块包括检测电阻R1和R2、可编程控制开关S1和S2，所述可编程控制开关S1和检测电阻R1串联在电池组系统的正极和电动汽车的电平台之间，所述可编程控制开关S2和检测电阻R2串联在电池组系统的负极和电动汽车的电平台之间。

所述具备绝缘监测功能BMS作为主控单元负责绝缘监测方法流程实现，其具备CAN通信报文的接收和发送功能，采用电桥法实现绝缘监测功能，对于电池组系统主正和主负之间电压采集回路须具有S1、S2两个可编程控制开关，通过可编程控制开关S1、S2控制总正和总负之间电压采集。

具体的，所述信号注入法绝缘监测模块包括激励源、采样电阻Rm、可编程控制开关S3和S4、检测电阻R3和R4，所述可编程控制开关S3和检测电阻R3串联在电池组系统的正极和采样电阻Rm之间，所述可编程控制开关S4和检测电阻R4串联在电池组系统的负极和采样电阻Rm之间，所述激励源连接在电动汽车的电平台与采样电阻Rm引出端之间。其中，所述激励源为施加到电源系统与电平台之间绝缘电阻上的正弦波或方波电压源信号。

信号注入法绝缘监测模块通过对被测对象电池组系统施加激励信号，同时对反馈信号进行数据采样处理分析，进行复杂的数学运算，计算出电池组系统绝缘电阻的变化。BMS通过CAN通信报文实现对信号注入法绝缘监测模块的工作状态进行控制。当控制位m＝1时，信号注入法绝缘模块响应闭合S3、S4，开启BMS绝缘监测功能；当控制位m＝0时，信号注入法绝缘模块响应停止绝缘监测功能，断开S3、S4开关。

具体的，所述通讯模块为CAN通讯模块。使用CAN协议其主要功能是实现BMS和信号注入法绝缘监测模块之间通讯控制及数据传输功能。除CAN以外，也可以采用其它通信协议实现与本申请描述实现相同功能的通信方式。

如图4所示，一种改进型纯电动汽车多点漏电绝缘电阻在线监测方法，包括以下步骤：采用电桥法的绝缘监测设备和信号注入法的绝缘模块通过MCU主控的逻辑控制实现系统绝缘电阻的监测；

首先，通过信号注入法实现对电池组系统任一点绝缘电阻R的监测和判断，按照GB/T 18384.1-2015的要求进行及时的告警提醒，便于检修维护，且轻微告警设置为一般告警值，严重告警设置为严重告警值；当监测到电池组系统绝缘电阻R的阻值低于一般告警值要求时，进行一般故障报警并上报绝缘电阻R的阻值；当监测到电池组系统绝缘电阻R的阻值低于严重告警值时，MCU主控控制停止信号注入法绝缘监测模块，改用BMS绝缘监测模块的电桥法监测电池组正极端“+”对电平台的绝缘电阻Rp和电池组负极端“-”对电平台的绝缘电阻Rn。

按照GB/T 18384.1-2015中“5.1.4要求”规定，如直流回路或者采用附加防护的交流回路，其最小绝缘阻值不允许小于100Ω/V；规定如包含交流回路且没有附加防护，则此值不小于500Ω/V。依据电动车交流回路防护情况制订合适告警阈值，如均为直流回路或者采用附加防护的交流电流，其一般告警值设为500Ω/V，严重告警设置为100Ω/V；如包含交流回路且没有附加防护，其一般告警值设为1000Ω/V，严重告警设置为500Ω/V。

具体步骤为，

1)BMS上电自检，自检状态正常，断开可编程控制开关S1、S2，通过CAN通讯模块控制信号注入法绝缘监测模块工作，执行步骤2)；

2)BMS的MCU主控通过CAN通信模块控制闭合可编程控制开关S3、S4，开启信号注入法绝缘监测功能；通过MCU主控测量采样电阻Rm上的电压值，计算出电池组系统绝缘电阻R，并判断电池组系统绝缘电阻R是否低于一般告警值的要求，按照GB/T 18384.1-2015要求进行如下判断，如果电池组系统绝缘电阻R＜一般告警值，则执行步骤3)，否则持续进行判断；

3)如果MCU主控监测到电池组系统绝缘电阻R＜严重告警值，则执行步骤4)，否则上报“绝缘一级故障”或按电动汽车VCU通讯协议中的要求上报绝缘阻值R或故障；

4)BMS通过CAN通讯模块控制信号注入法绝缘监测模块停止工作，断开可编程控制开关S3、S4，闭合可编程控制开关S1、S2，开启BMS绝缘监测功能，执行步骤5)；

5)MCU主控分别采集检测电阻R1和R2两端的电压U1和U2，通过S1、S2开关的通断，测量得到R1、R2两端不同的U1和U2的电压值，进而计算得出电池组正极端“+”对电平台的绝缘电阻Rp和电池组负极端“-”对电平台的绝缘电阻Rn，并判断电池组正极端“+”对电平台的绝缘电阻Rp和电池组负极端“-”对电平台的绝缘电阻Rn与严重告警值的关系，如满足“Rp<严重警告值”或“Rn<严重警告值”，则上报“绝缘二级故障”或按电动汽车VCU通讯协议中的要求上报绝缘阻值Rp、Rn或故障，并停止电动车电源系统的工作，否则返回执行步骤2)。

所述电池组系统在本申请中描述绝缘监测方法工作过程中应处于通路状态。采用信号注入法具备通信唤醒开启功能，采用可编程控制开关S3、S4控制总正和总负之间电压U1、U2的采集。BMS通过CAN通信报文实现对信号注入法绝缘监测模块的工作状态进行控制。当控制位m＝1时，信号注入法绝缘模块响应闭合S3、S4，开启BMS绝缘监测功能；当控制位m＝0时，信号注入法绝缘模块响应停止绝缘监测功能，断开可编程控制开关S3、S4。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。