本实用新型涉及电动汽车直流充电桩检测技术领域，具体涉及一种用于直流充电桩的计量和绝缘检测仪。
背景技术：
目前大多数光伏，逆变电源，电机控制，充电桩母线电流采集大都采用，前端用运放，中间加线性光耦，后段用运放的方式采集，这种方式线性度并不太好，而且涉及分离元器件很多，功耗也相对较大。
现有检测直流系统绝缘的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，但它不能检测直流系统正、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，用低频探测原理检测接地故障是近几年采用的一种新方法，但它所能检测的接地电阻受直流系统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直流系统的电压纹波系数。
现有大多数充电桩母线电流/电压采集采用线性光耦，例如采用hcnr200和hcnr201，电压传输比的线性度较差。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种用于直流充电桩的计量和绝缘检测仪。
一种用于直流充电桩的计量和绝缘检测仪，包括电源单元、控制采集单元和绝缘检测单元，电源单元与控制采集单元和绝缘检测单元连接，所述绝缘检测单元包括与控制采集单元连接的电桥驱动模块、继电器隔离模块、母线处理模块，绝缘检测端与继电器隔离模块连接，所述电桥驱动模块和继电器隔离模块分别与母线处理模块连接。
进一步的，所述的母线处理模块包括正母线绝缘处理模块和负母线绝缘处理模块，正母线绝缘处理模块包括第三同向次级分压电路和依次连接第三分压电路、第三跟随电路、第三反向电路、第三反向次级分压电路，第三跟随电路与第三同向次级分压电路连接；负母线绝缘处理模块包括依次连接的第四分压电路、第四跟随电路、第四反向电路、第四反向次级分压电路。
进一步的，所述电桥驱动模块包括驱动芯片u7、三极管q1和三极管q2，控制采集单元通过三极管q1与驱动芯片u7的输入端连接；控制采集单元通过三极管q2与驱动芯片u7的输入端连接，驱动芯片u7的两个负输入端接地agnd1，驱动芯片u7的输出端与母线处理模块连接。
进一步的，继电器隔离模块包括正继电器隔离模块和负继电器隔离模块，正继电器隔离模块包括继电器k1和三极管q3，控制采集单元通过三极管q3与继电器k1连接，正绝缘检测端通过继电器k1与母线处理模块连接；负继电器隔离模块包括继电器k2和三极管q4，控制采集单元通过三极管q4与继电器k2连接，负绝缘检测端通过继电器k2与母线处理模块连接。
进一步的，还包括计量单元，计量单元包括计量模块、光电隔离模块、电池母线电压调理模块和与计量模块连接的市电电压调理模块、市电电流调理模块，计量模块通过光电隔离模块与控制采集单元连接，电池母线电压调理模块与控制采集单元连接。
进一步的，所述的电池母线电压调理模块包括电池正母线电压调理模块和电池负母线电压调理模块，所述电池正母线电压调理模块包括第一同向次级分压电路和依次连接的第一分压电路、第一跟随电路、第一反向电路和第一反向次级分压电路，第一跟随电路与第一同向次级分压电路连接；电池负母线电压调理模块包括依次连接的第二分压电路、第二跟随电路、第二反向电路、第二反向次级分压电路。
进一步的，所述检测仪还包括通信单元和存储单元，通信模块采用rs485通信方式。
采用差分输入，线性度好，抗干扰能力强，分离元器件少，功耗也相对较小，同时运用了计量芯片对电压电流的的处理，满足了充电桩对电压电流采集的实时性和精度要求。其次系统采用平衡电桥与非平衡电桥相结合的测试原理，避免平衡电桥在正负母线同时接地无法检测的问题。
附图说明
图1为本实用新型模块图；
图2为计量单元模块图；
图3为绝缘检测单元模块图；
图4为第一电源转换模块电路原理图；
图5为第二电源转换模块电路原理图；
图6为控制采集单元电路原理图；
图7为通信单元电路原理图；
图8为存储单元电路原理图；
图9为市电电压和市电电流采电路原理图；
图10为电池正母线电压调理模块电路原理图；
图11为电池负母线电压调理模块电路原理图；
图12为光电隔离模块电路原理图；
图13为电桥驱动模块电路原理图；
图14为继电器隔离模块和母线处理模块电路原理图；
图15为显示模块电路原理图；
其中：1-电源单元；2-控制采集单元；3-存储单元；4-通信单元；5-绝缘检测单元；6-计量单元；7-光电隔离模块；8-计量模块；9-市电电压调理模块；10-电池母线电压调理模块；11-市电电流调理模块；12-继电器隔离模块；13-电桥驱动模块；14-母线处理模块。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本实用新型的技术方案做进一步说明。
本实用新型包括电源单元1、计量单元6、绝缘检测单元5、存储单元3、通信单元4和控制采集单元2，如图1所示。
所述电源单元1，包括第一电源转换模块和第二电源转换模块。
第一电源转换模块如图4所示，包括第一电源转换芯片u1，采用wra1205sdc-dc转换芯片，第一电源转换芯片u1的输入端接外部直流电源vc+和vs-，输出端分别为电源+5v1_dc、电源-5v1_dc、地agnd2，直流电源12+和12-之间设有电容c1a，vc+端设有保险丝f1，得到电源vc+和vc-，为计量单元6、绝缘检测单元5、通信单元4、存储单元3和控制采集单元2供电。地agnd2通过串联电阻r4得到dg2，+5v1_dc与dg2之间并联两个电容c12和c13滤波得到电源+5v1，+5v1通过串联电阻r6得到电源+d5v1。
第二电源转换模块如图5所示，输入端直接连接电源vc+和vs-，输出端+vo为电源+5v2,0v为地agnd1，cs为电源-5v2，在+5v2与agnd1之间并联两个电容c11和c10，在agnd1和-5v2之间并联两个电容c4和c3。同时+5v2与agnd1之间并联电容c5和c7，滤波后得电源+5v2a，电源+5v2a与agnd1之间并联电容c6和c8，电容c6的正端串联电阻r2得电源v+5d_dc，电容c6的负端串联电阻r3得地dg1，电源v+5d_dc和地dg1之间设有电容c9。
控制采集单元2如图6所示，包括控制采集芯片u3及其外围电路，控制采集芯片u3采用stm8s005k6，控制采集芯片u3的1脚nrst通过电容c2接地dg1；控制采集芯片u3的2脚和3脚接晶振y1，并通过电容c16和电容c19接地dg1；控制采集芯片u3的4脚vss直接接地dg1；控制采集芯片u3的5脚vcap通过电容c1接地dg1；控制采集芯片u3的6脚和7脚相连，并与电源v+5d_dc连接，电源v+5d_dc通过电阻r1与nrst连接；控制采集芯片u3的9脚直接接电源+5v2a；控制采集芯片u3的10脚直接与地agnd1相连；控制采集芯片u3的17脚、22脚至24脚分别通过电阻r88、r8、r7、r5与计量单元6连接，计量单元6将数据传输给控制采集芯片u3；控制采集芯片u3的26脚通过电阻r18上拉直电源+5v2，电源+5v2通过电容c31和电容c32并联接地agnd1。
通信单元4如图7所示，用于与外部进行通信，包括通信芯片u4及其外围电路，通信芯片u4具体采用max485esa，通信芯片u4的1脚rxd、2脚rts、4脚txd分别与控制采集芯片u3的31脚、18脚和30脚相连，通信芯片u4的3脚与2脚相连；通信芯片u4的5脚直接接地agnd1，6脚rs485a通过电阻r11上拉至电源+5v2，通过双向二极管p3接地agnd1，7脚rs485b通过电阻r19下拉至地agnd1，通过双向二极管p2接地agnd1，8脚接电源+5v2，并通过电容c17接地agnd1。
存储单元3如图8所示，用于存储控制采集芯片u3采集的数据，包括存储芯片u5及其外围电路，存储芯片u5具体采用at24c512bv，存储芯片u5的1脚至4脚、7脚均直接接地agnd1，5脚sda与控制采集芯片u3的11脚连接，并通过电阻r21上拉直电源+5v2a；6脚scl与控制采集芯片u3的27脚相连，并通过电阻r20上拉直电源+5v2a；8脚直接与电源+5v2a连接。
计量单元6如图3所示，可以计量市电电压v1+、电池母线电压v2+、v2-及市电电流i+、i-。所述计量市电电压v1+、电池母线电压v2+、v2-、及市电电流i+、i-均通过第一接口j1和第二接口j2接入电路。
计量单元6如图2所示，包括计量模块8、光电隔离模块7和与计量模块8连接的市电电压调理模块9、市电电流调理模块11，计量模块8通过光电隔离模块7与控制采集单元2连接，电池母线电压调理模块10与控制采集芯片u3连接。
所述计量模块8如图9所示，包括计量芯片u9及其外围电路，具体采用att7053bu芯片。计量芯片u9的1脚接电源+d5v1，并通过并联的电容c20和c21接地dg2；计量芯片u9的2脚为复位脚，通过电阻r13接电源+d5v1，通过电容c26接地dg2；计量芯片u9的3脚与地agnd2之间并联c24和c23；计量芯片u9的4脚通过电阻r12上拉直电源+d5v1；电源+5v1经过电容c28和电容c30滤波得到电源avcc，计量芯片u9的5脚与avcc相连；计量芯片u9的8脚和9脚相连并通过电阻r15接地agnd2；计量芯片u9的12脚通过电容c29和电容c27接地agnd2；计量芯片u9的13脚接地agnd2；计量芯片u9的18脚至21脚为spi通讯脚，18脚通过电阻r14接电源+d5v1，通过电容c25接地agnd2，18脚至21脚与光电隔离模块7连接；计量芯片u9的22脚和23脚之间串联晶振y2，并通过电容c18和电容c22接地dg2；计量芯片u9的24脚接地dg2。
所述光电隔离模块7如图12所示，光电隔离模块7采用光电隔离芯片u12，具体型号为adum1401，光电隔离芯片u12的1脚接电源+5v2，2脚和8脚均接地agnd1，1脚和2脚之间串联电容c58，7脚通过电阻r89上拉至电源+5v2。光电隔离芯片u12的16脚接电源+5v1，15脚和9脚均接地agnd2，16脚和15脚之间串联电容c59，10脚通过电阻r90上拉至电源+5v1。3脚至6脚与控制采集芯片u3连接，11脚至14脚与计量芯片u9连接。
市电电压调理模块9如图9所示，为市电电压vi+与地dg2之间串联电阻r22、电阻r23、电阻r24、电阻r25、电阻r26、电阻r27，电阻r27的两端并联电阻r28和电容c34，经过分压后的电压v3p与计量芯片u9的6脚连接；计量芯片u9的7脚通过并联的电阻r29和电容c36接地dg2。
电池母线电压调理模块10如图10和图11所示，包括电池正母线电压调理模块和电池负母线电压调理模块，所述电池正母线电压调理模块包括第一分压电路、第一跟随电路、第一反向电路、第一同向次级分压电路和第一反向次级分压电路。第一分压电路包括正母线电压v2+与地agnd1之间串联电阻r64、电阻r65、电阻r66、电阻r67、电阻r68、电阻l8、电阻r69，电阻r69的两端并联电容c49，电阻r69与电阻l8的公共端same-dc+与第一跟随电路连接。第一跟随电路包括第一运算放大器u10a，第一运算放大器u10a的8脚与电源+5v2连接，并通过电容c50接地agnd1，第一运算放大器u10a的4脚接-5v2，并通过电容c51接地agnd1，电阻r69与电阻l8的公共端same-dc+接第一运算放大器u10a的正输入端，负输入端直接与输出端h5相连，输出端h5与第一反向电路和第一同向次级分压电路连接。第一同向次级分压电路为第一运算放大器u10a的输出端h5与地agnd1之间串联电阻r72、电阻l6、电阻r73，电阻r73的两端并联电容c52，电阻l6与电阻r73的公共端接电阻rl6，电阻rl6的另一端pb8接控制采集芯片u3的12脚。第一反向电路包括第二运算放大器u10b，第二运算放大器u10b的正输入端通过电阻r87接地agnd1，负输入端通过电阻r70与第一运算放大器u10a的输出端h5相连，第二运算放大器u10b的负输入端和输出端之间串联电阻r71，输出端与第一反向次级分压电路连接。第一反向次级分压电路为第二运算放大器u10b的输出端h6与地agnd1之间串联电阻r74、电阻l7、电阻r75，电阻r75的两端并联电容c53，电阻l7与电阻r75的公共端接电阻rl7，电阻rl7的另一端pb7接控制采集芯片u3的14脚。
电池负母线电压调理模块包括第二分压电路、第二跟随电路、第二反向电路、第二反向次级分压电路。第二分压电路包括负母线电压v2-与地agnd1之间串联电阻r81、电阻r82、电阻r83、电阻r84、电阻r85、电阻l10、电阻r86，电阻r86的两端并联电容c57，电阻r86与电阻l10的公共端same-dc-与第二跟随电路连接。第二跟随电路包括第三运算放大器u11a，第三运算放大器u11a的8脚与电源+5v2连接，并通过电容c54接地agnd1，第三运算放大器u11a的4脚接-5v2，并通过电容c55接地agnd1，电阻r86与电阻l10的公共端same-dc-接第三运算放大器u11a的正输入端，负输入端直接与输出端h7相连，输出端h7与第二反向电路连接。第一反向电路包括第四运算放大器u11b，第四运算放大器u11b的正输入端通过电阻r76接地agnd1，负输入端通过电阻r77与第三运算放大器u11a的输出端h7相连，第四运算放大器u11b的负输入端和输出端h8之间串联电阻r78，输出端h8与第二反向次级分压电路连接。第二反向次级分压电路为第四运算放大器u11b的输出端h8与地agnd1之间串联电阻r79、电阻l9、电阻r80，电阻r80的两端并联电容c56，电阻l9与电阻r80的公共端接电阻rl9，电阻rl9的另一端pb6接控制采集芯片u3的15脚。
市电电流调理模块11如图9所示，为市电电流的正端i+通过电阻r33和电容c38接地dg2，市电电流的负端i-通过电阻r40和电容c40接地dg2，电阻r33和电容c38的公共端为v1p，电阻r40和电容c40的公共端为v1n，v1p和v1n分别与计量芯片u9的10脚和11脚连接。
绝缘检测单元5如图3所示，包括电桥驱动模块13、继电器隔离模块12、母线处理模块14。电桥驱动模块13如图13所示，包括驱动芯片u7、三极管q1和三极管q2，驱动芯片u7采用aqw216，控制采集芯片u3的28脚pb1通过电阻r32与三极管q1的基极连接，并通过电容c39接地agnd1，三极管q1的发射极接电源+5v2，三极管q1的集电极通过电阻r34接驱动芯片u7的1脚；控制采集芯片u3的29脚pb2通过电阻r38与三极管q2的基极连接，并通过电容c41接地agnd1，三极管q2的发射极接电源+5v2，三极管q1的集电极通过电阻r39接驱动芯片u7的3脚；驱动芯片u7的2脚、4脚、6脚和7脚接地agnd1，驱动芯片u7的8脚v-dc+与正母线绝缘处理模块连接，驱动芯片u7的5脚与负母线绝缘处理模块连接。
母线处理模块14如图14所示，包括正母线绝缘处理模块和负母线绝缘处理模块，正母线绝缘处理模块包括第三分压电路、第三跟随电路、第三反向电路、第三同向次级分压电路、第三反向次级分压电路。驱动芯片u7的8脚v-dc+与地agnd1之间串联有电阻r50、电阻r43、电阻r44、电阻r45、电阻r46、电阻r47、电阻l5、电阻r48，电阻r48的两端并联电容c44，电阻l5和电阻r48的公共端samv-dc+与第三跟随电路连接。第三跟随电路包括第五运算放大器u6a，第五运算放大器u6a的8脚接电源+5v2，并通过电容c35接地agnd1，第五运算放大器u6a的4脚接电源-5v2，并通过电容c37接地agnd1，电阻l5和电阻r48的公共端samv-dc+与第五运算放大器u6a的正输入端连接，第五运算放大器u6a的负输入端与输出端h3连接，第五运算放大器u6a的输出端h3与第三同向次级分压电路和第三反向电路连接。第三同向次级分压电路为第五运算放大器u6a的输出端h3通过电阻r36、电阻l1和电阻r41接地agnd1，且电阻r41的两端并联有电容c42，电阻l1和电阻r41的公共端接电阻rl1，电阻rl1的另一端pb3接控制采集芯片u3的13脚。第三反向电路包括第六运算放大器u6b，第六运算放大器u6b的正输入端通过电阻r30接地，第六运算放大器u6b的负输入端通过电阻r31与第五运算放大器u6a的输出端h3连接，并通过电阻r35与第六运算放大器u6b的输出端h4连接，第六运算放大器u6b的输出端h4与第三反向次级分压电路连接。第三反向次级分压电路为第六运算放大器u6b的输出端h4通过串联电阻r37、电阻l2、电阻r42接地agnd1，电阻r42两端与电容c43并联，电阻l2与电阻r42的公共端接电阻rl2，电阻rl2的另一端pb4接控制采集芯片u3的16脚。
负母线绝缘处理模块包括第四分压电路、第四跟随电路、第四反向电路、第四反向次级分压电路。驱动芯片u7的5脚v-dc-与地agnd1之间串联有电阻r63、电阻r54、电阻r55、电阻r56、电阻r57、电阻r58、电阻l4、电阻r60，电阻r60的两端并联电容c47，电阻l4和电阻r60的公共端samv-dc-与第四跟随电路连接。第四跟随电路包括第七运算放大器u8a，第七运算放大器的8脚接电源+5v2，并通过电容c45接地agnd1，第七运算放大器u8a的4脚接电源-5v2，并通过电容c46接地agnd1，电阻l4和电阻r60的公共端samv-dc-与第七运算放大器u8a的正输入端连接，第七运算放大器u8a的负输入端与输出端h1连接，第七运算放大器u8a的输出端h1与第四反向电路连接。第四反向电路包括第八运算放大器u8b，第八运算放大器u8b的正输入端通过电阻r51接地，第八运算放大器u8b的负输入端通过电阻r52与第七运算放大器u8a的输出端h1连接，并通过电阻r53与第八运算放大8b的输出端h2连接，第八运算放大器u8b的输出端h2与第四反向次级分压电路连接。第四反向次级分压电路为第八运算放大器u8b的输出端h2通过串联电阻r59、电阻l3、电阻r62接地agnd1，电阻r62两端与电容c48并联，电阻l3与电阻r62的公共端接电阻rl3，电阻rl3的另一端pb5接控制采集芯片u3的8脚。
继电器隔离模块12如图14所示，包括正继电器隔离模块和负继电器隔离模块，正继电器隔离模块包括继电器k1和三极管q3，三极管q3的基级通过电阻r49与控制采集芯片u3的19脚k2-ctl连接，发射极与电源+5v2连接，发射极与集电极之间串联二极管d1，且集电极接继电器k1的1脚，继电器k1的2脚接地agnd1，继电器k1的3脚接正绝缘检测端，继电器k1的4脚接电阻r50和电阻r43的公共端。负继电器隔离模块包括继电器k2和三极管q4，三极管q4的基级通过电阻r61与控制采集芯片u3的20脚k1-ctl连接，发射极与电源+5v2连接，发射极与集电极之间串联二极管d2，且集电极接继电器k2的1脚，继电器k2的2脚接地agnd1，继电器k2的3脚接负绝缘检测端，所述正绝缘检测端与负绝缘检测端分别为ac转dc模块的正输出端和负输出端，ac转dc模块输出给电池供电，继电器k2的4脚接电阻r63和电阻r54的公共端。
控制采集芯片u3的19脚k2-ctl和20脚k1-ctl控制继电器k1和k2的闭合，当继电器k1和k2闭合后，ac转dc模块的输出端才能接入电路，进行绝缘检测。控制采集芯片u3的28脚pb1和29脚pb2控制v-cd+和v-dc-是否与地agnd1连接，当v-cd+和v-dc-均与agnd1连接时，为非平衡电桥测量方式，当有一端未接入地agnd1时，为平衡电桥测量方式。
为了显示工作状态，本实用新型还设有显示模块，如图15所示，包括与控制采集芯片u3的21脚连接发光二极管led1，发光二极管led1的另一端通过电阻r17和电阻r16接电源+5v2，电阻r16的一端通过电阻r19接地agnd1。
采用独立电源隔离模块为计量芯片供电，电压采样回路采用多个精密电阻分压方式，并同时有滤波电路；电流采样回路从分流器两端的电压经过滤波电路直接送入计量芯片的采样口。计量芯片与控制采集信芯片采用带光电隔离的spi通讯；spi通讯保证了数据实时和稳定；计量芯片保证数据可靠和有效。
绝缘检测有效电压范围为dc150v～dc750v，输入母线电压由高压继电器接入或断开；直流浮地正负极对地绝缘电阻值为范围0～1.5m。用户可以通过rs485接口循环扫描监测模块实现数据获取，也可通过指令复位、停止模块工作。平衡模式采用平衡电桥测量绝缘电阻值，其理论模型假定系统正负母线在一端发生接地故障而另一端无故障的情况下，测试故障端接地电阻值。非平衡模式是在模块内部构建非平衡电桥，通过扫描正负端电压，而获得绝缘电阻值，该方法在正负母线同时发生接地故障时仍可测出其绝缘电阻。