一种电动汽车直流充电桩绝缘检测系统和检测方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电动汽车充电粧技术领域，特别涉及一种直流充电粧对地绝缘电阻的 检测系统和检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球节能和环保意识的不断增强，新能源领域的电动汽车产业迅速发展。与 此同时，随着电动汽车充电粧的大量建设和应用，其安全性越来越受到厂家和用户的重视。 尤其是直流充电粧，具有功率大、体积大、电压高、结构复杂的特点。因此，在直流充电粧的 设计中，对直流侧输出电压对地的绝缘性能提出了较高的要求。
[0003] 由于充电粧往往安装在室外，工作条件比较恶劣，下雨导致设备进水或潮湿、受到 撞击导致电缆破损等可能性多种多样，环境湿度和温度的变化也会导致充电粧内绝缘材料 的不断老化。此时，直流正负母线将通过绝缘层和充电粧外壳构成漏电回路，这不仅会危及 用户的人身安全，还将影响充电粧和电动汽车中其它系统的正常工作，造成设备的损坏，甚 至引发火灾。因此，实时检测充电粧直流侧对地的绝缘性能，对保证用户安全、电气设备安 全和车辆安全具有重要意义。
[0004] 现有的直流绝缘检测方法主要有平衡电桥法和低频信号注入法。市场上根据平衡 电桥法进行绝缘检测的装置很多，然而它们只能定性判断绝缘故障，并不能得到接地电阻 数值；并且当正负极接地电阻同时下降时，即使已经超越报警界限，装置也不会动作；当正 负极接地电阻数值都较大但差值很大时，装置会误报警。低频信号注入法受系统对地分布 电容影响较大，接地检测及支路查找成功率低；而且低频交流信号的注入增大了直流系统 的电压纹波，影响直流系统的安全运行。另外，现有的绝缘检测系统仅仅针对电动汽车整车 或动力电池组进行，而很少针对直流充电粧直流输出侧进行检测。而充电粧中的直流侧漏 电故障无法使交流侧的漏电保护器动作，所以，增加直流侧绝缘检测和故障保护装置显得 尤为重要。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种专门针对电动汽车直流充电粧的绝缘检测系统以及检 测方法，能够准确计算出高压直流正负母线对地的绝缘电阻值并进行故障判断，同时，可通 过通讯系统，对绝缘阻值进行实时检测、故障报警和保护动作。
[0006] 为了实现本发明的目的，采取如下技术方案：
[0007] -种电动汽车直流充电粧绝缘检测系统，包括：桥式阻抗网络、电压调理电路、隔 离单元、A/D采样单元、主控单元、通讯单元和故障报警单元；
[0008] 所述桥式阻抗网络的输入与电动汽车直流充电粧正负母线相连接，所述桥式阻抗 网络的输出与所述电压调理电路的输入相连接，所述电压调理电路的输出与所述隔离单元 的输入相连接，所述隔离单元的输出与所述A/D采用单元的输入相连接，所述A/D采用单元 的输出与所述主控单元的输入相连接，所述主控单元的输出分别与所述通讯单元和所述故 障报警单元相连接，所述主控单元的另两路输出与所述桥式阻抗网络相连接；
[0009] 所述桥式阻抗网络用于直流充电粧的电压信息检测，所述电压信息依次经所述电 压调理电路、所述隔离单元和所述A/D采样单元处理后送入所述主控单元；所述主控单元 对A/D采样单元处理后的电压信息进行计算得到直流充电粧的正母线对地绝缘电阻值和 负母线对地绝缘电阻值，所述主控单元一方面控制所述故障报警单元报警，所述主控单元 另一方面将计算的电阻值通过所述通讯单元发送给电动汽车直流充电粧控制系统。
[0010] 作为优选，所述桥式阻抗网络采用乒乓式变阻抗桥式电路，包括开关单元和分压 电路，所述分压电路包括分压电路一和分压电路二；所述开关单元分别与所述分压电路一 和所述分压电路二相连接，所述分压电路一的一个端口和所述分压电路二的一个端口相连 接、并且连线接地；所述分压电路一的输出端和所述分压电路二的输出端均与所述电压调 理电路的输入端相连接。
[0011] 作为优选，所述开关单元包括：开关Si、S2;所述分压电路一包括：电阻RP、RP1、R9; 所述分压电路二包括：rn、rn1、r8
[0012] 所述RP的一端与所述电动汽车直流充电粧的正母线相连接，RN的一端与所述电动 汽车直流充电粧的负母线相连接，所述RP的另一端和所述RN的另一端均接地；所述Si的一 端和所述电动汽车直流充电粧的正母线相连接，所述另一端和所述R9的一端相连接； 所述&的一端和所述电动汽车直流充电粧的负母线相连接，所述3 2的另一端和所述1?8的 一端相连接；所述R9的另一端和RP1的一端相连接，所述R8的另一端和RN1的一端相连接， 所述RP1的另一端和所述RN1的另一端均接地。
[0013] 作为优选，所述电压信息包括：直流充电粧的正母线对地电压、直流充电粧的负母 线对地电压以及所述正母线和所述负母线之间的电压。
[0014] 作为优选，所述电压调理电路包括电压跟随器和滤波电路；所述电压跟随器包括： 运算放达器Ai、A2、A3、A4，电阻札、R2、R4、R6、R7，电容Q、C4;所述滤波电路包括：电阻R3、R5， 电容C2、C3;
[0015] 所述心的输出端和反相输入端相连，所述Ai的同相输入端通过Ri与所述RP1的一 端相连，所述4的输出端连接R2的一端，所述R2的另一端连接R3的一端，所述R3的另一端 连接A2的同相输入端，所述A2的输出端连接反相输入端，所述Ci的两端分别连接R2的另一 端和A2的反相输入端，所述C2的一端连接A2的同相输入端、所述C2的另一端接地；
[0016] 所述A3的输出端和反相输入端相连，所述A3的同相输入端通过R4与所述RN1的一 端相连，所述^的输出端连接R5的一端，所述R5的另一端连接R6的一端，所述R6的另一端 连接所述A4的反相输入端，所述R7和所述C4并联后的两端分别连接A4的反相输入端和输 出端，所述A4的同相输入端接地，所述C3的一端连接R5的另一端、所述C3的另一端接地。
[0017] 作为优选，所述隔离单元采用线性模拟光耦隔离，所述通讯单元采用RS485接口， 所述故障报警单元采用指示灯和蜂鸣器。
[0018] 作为优选，所述隔离单元采用HCNR200。
[0019] 作为优选，所述A/D采样单元和所述主控单元采用LPC822型32位单片机。
[0020] 基于上述系统，本发明还提出了一种电动汽车直流充电粧绝缘检测方法，包括如 下步骤：
[0021] 步骤1 :主控单元等待接收直流充电粧控制系统下达绝缘检测指令；
[0022] 步骤2 :主控单元若接收到绝缘检测指令，则执行步骤3,否则执行步骤1 ;
[0023] 步骤3 :使开关SJP32全部闭合，测量正桥臂采样电阻RP1上的电压UP和负桥臂 采样电阻RN1上的电SUN，依电阻分压关系得到直流充电粧的正母线和负母线之间的电压U 为：
[0024]
[0025] 步骤4 :控制开关Si闭合、S2断开，使得正桥臂上的电阻R9和采样电阻RP1与正母 线对地绝缘电阻RP并联后再与负母线对地绝缘电阻RN串联构成回路，测量正桥臂采样电阻 RP1上的电压Ui，由分压关系可以得到如下关系式：
[0026]
[0027] 其中，U为直流充电粧的正母线和负母线之间的电压；
[0028] 步骤5 :控制开关Si断开、S2闭合，使得负桥臂上的电阻Rs和采样电阻RN1与负母 线对地绝缘电阻&并联后再与正母线对地绝缘电阻RP串联构成回路，测量负桥臂采样电阻 RN1上的电压1]2，由分压关系可以得到如下关系式：
[0029]
[0030] 步骤6 :依据步骤3至步骤5中的关系式，并且取Rs=R9=R，得到直流充电粧的 正母线对地绝缘电阻RP和负母线对地绝缘电阻RN的关系式为：
[0031]
[0032] 步骤7 :通过步骤3至步骤5中测量的电压％、1^、1]1、1]2，依据步骤6中的关系式即 可精确计算出直流充电粧的正母线对地绝缘电阻RP和负母线对地绝缘电阻RN的值；
[0033] 步骤8 :将步骤7中计算的馬和RN的值与标准规定的阈值进行比较，根据比较结 果得出直流充电粧的绝缘等级，并依据绝缘等级启动故障报警单元。
[0034] 进一步，所述步骤8中的绝缘等级具体为：当RP