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CN111413545B - 车载充电机的绝缘阻抗检测电路和绝缘阻抗检测方法 - Google Patents

车载充电机的绝缘阻抗检测电路和绝缘阻抗检测方法 Download PDF

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CN111413545B CN202010310174.3A CN202010310174A CN111413545B CN 111413545 B CN111413545 B CN 111413545B CN 202010310174 A CN202010310174 A CN 202010310174A CN 111413545 B CN111413545 B CN 111413545B
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impedance
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Delta Electronics Shanghai Co Ltd
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Abstract

一种车载充电机的绝缘阻抗检测电路和绝缘阻抗检测方法，绝缘阻抗检测电路包括分压电路、偏置电路、阻抗匹配电路、电压采样电路以及控制器。分压电路的两端分别连接至车载充电机的第一交流端与第二交流端，并通过第一开关选择性地连接至阻抗匹配电路的第一端；阻抗匹配电路的第二端连接至偏置电路的第一端，偏置电路的第二端接地，阻抗匹配电路的第三端连接至电压采样电路的输入端；电压采样电路的输出端连接至控制器，并用于输出一绝缘阻抗检测信号至控制器；控制器用以根据绝缘阻抗检测信号判定是否发生绝缘阻抗异常。

Description

车载充电机的绝缘阻抗检测电路和绝缘阻抗检测方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种可同时兼容离线、在线检测的绝缘阻抗检测电路和绝缘阻抗检测方法。
背景技术
随着电动汽车的不断发展，电池续航里程在不断增加，同时对充电机的功能也提出了更高的要求，由原来的单向车载充电机逐渐发展为双向车载充电机。双向车载充电机在逆变工作时，将动力电池组输出的高压直流电转化为交流电供用户使用，为用户带来更多的便利。双向车载充电机作为电动汽车中十分重要的部件，其安全性和可靠性对整车起着至关重要的作用，在逆变工作时，如果发生线路故障，将会引起器件损坏甚至人身安全隐患，因此对双向车载充电机的交流输出线路进行绝缘阻抗检测十分必要。
其中，离线式绝缘阻抗检测能够在充电机运行前，检测交流输出线路是否存在绝缘异常，防止充电机在线路故障条件下有功率输出，造成安全隐患。而在线式绝缘阻抗检测能够在充电机放电工作过程中，实时监测线路绝缘阻抗情况，并在检测到绝缘阻抗异常情况下能够及时关闭功率输出，以避免造成安全隐患。
现有的绝缘阻抗检测技术主要是针对直流车载动力电池组，不适用于交流绝缘阻抗检测，且不能同时兼容在线与离线式绝缘阻抗检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可同时兼容离线、在线检测的双向车载充电机的绝缘阻抗检测电路和绝缘阻抗检测方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种车载充电机的绝缘阻抗检测电路，包括分压电路、偏置电路、阻抗匹配电路、电压采样电路以及控制器，其中，所述分压电路的两端分别连接至所述车载充电机的第一交流端与第二交流端，并通过第一开关选择性地连接至所述阻抗匹配电路的第一端；所述阻抗匹配电路的第二端连接至所述偏置电路的第一端，所述偏置电路的第二端接地，所述阻抗匹配电路的第三端连接至所述电压采样电路的输入端；所述电压采样电路的输出端连接至所述控制器，并用于输出一绝缘阻抗检测信号至所述控制器；所述控制器用以根据所述绝缘阻抗检测信号判定是否发生绝缘阻抗异常。
在本发明的一实施例中，所述分压电路包括第一电阻、第二电阻以及所述第一开关，所述第一电阻的两端分别耦接至所述车载充电机的所述第一交流端和所述第二交流端，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第一开关的一端连接，所述第一开关的另一端连接至所述阻抗匹配电路。
在本发明的一实施例中，所述电压采样电路包括跟随电路和滤波电路，所述跟随电路包括运算放大器，所述滤波电路包括第三电阻和第一电容，且所述跟随电路的输入端连接至所述阻抗匹配电路的第三端，所述跟随电路的输出端连接至所述滤波电路，所述滤波电路的输出端连接至所述控制器。
在本发明的一实施例中，所述偏置电路包含一偏置电源，所述偏置电源具有一偏置电压，所述偏置电源的正端与所述阻抗匹配电路的第二端连接，所述偏置电源的负端接地。
在本发明的一实施例中，所述控制器在所述车载充电机处于离线状态或处于逆变工作状态时是根据所述绝缘阻抗检测信号，并结合所述偏置电压，以及所述分压电路、所述阻抗匹配电路和所述电压采样电路的电路参数计算所述车载充电机的所述第一交流端和/或所述第二交流端对地的绝缘阻抗值，若所述绝缘阻抗值小于一设定阈值，则判定发生绝缘阻抗异常。
在本发明的一实施例中，在所述车载充电机处于逆变工作状态时，所述电压采样电路接收来自所述阻抗匹配电路的交直流叠加信号。
在本发明的一实施例中，所述阻抗匹配电路包括有并联连接的匹配电阻和匹配电容。
在本发明的一实施例中，所述阻抗匹配电路进一步包括一二极管，所述二极管的阳极与所述电压采样电路的输入端连接，所述二极管的阴极与所述偏置电路的第一端连接。
在本发明的一实施例中，所述控制器为微控制单元、数字信号处理器或现场可编程门阵列。
在本发明的一实施例中，所述车载充电机为双向车载充电机。
为了实现上述目的，本发明另提供一种基于如上所述的绝缘阻抗检测电路的绝缘阻抗检测方法，包括：在所述车载充电机处于离线状态或逆变工作状态时，闭合所述分压电路的所述第一开关，使得所述分压电路电性连接至所述阻抗匹配电路；通过所述阻抗匹配电路输出一第一信号；通过所述电压采样电路接收所述第一信号，并输出一绝缘阻抗检测信号至所述控制器；所述控制器根据所述绝缘阻抗检测信号判定是否发生绝缘阻抗异常。
在本发明的另一实施例中，所述绝缘阻抗检测方法还包括：所述控制器根据所述绝缘阻抗检测信号，并结合所述偏置电压、以及所述分压电路、所述阻抗匹配电路和所述电压采样电路的电路参数，计算所述车载充电机的所述第一交流端和/或所述第二交流端对地的绝缘阻抗值。
在本发明的另一实施例中，若所述绝缘阻抗值小于一设定阈值，则判定发生绝缘阻抗异常。
在本发明的另一实施例中，在所述车载充电机处于逆变工作状态时，所述第一信号为交直流叠加信号。
在本发明的另一实施例中，所述电压采样电路根据所述第一信号输出绝缘阻抗检测信号的步骤包括：通过所述电压采样电路对所述第一信号进行幅值处理；通过所述电压采样电路对所述第一信号进行滤波处理。
本发明的绝缘阻抗检测电路及检测方法可同时兼顾离线检测与在线检测，且成本低廉。并且，本发明的绝缘阻抗检测电路及检测方法在非逆变模式不会产生漏电流，不会影响非逆变模式正常工作。
本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1为本发明的双向车载充电机的绝缘阻抗检测电路的原理图；
图2为本发明的绝缘阻抗检测电路的分压电路的原理图；
图3为本发明的绝缘阻抗检测电路的电压采样电路的原理图；
图4本发明一较佳实施例的绝缘阻抗检测电路的结构示意图；
图5为本发明的双向车载充电机的绝缘阻抗检测方法的流程示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。实施方式中可能使用相对性的用语，例如“上”或“下”以描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”侧的组件将会成为在“下”侧的组件。此外，权利要求书中的术语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。
如图1～3所示，本发明的绝缘阻抗检测电路100是与一双向车载充电机200相连接。所述绝缘阻抗检测电路100主要包括分压电路10、偏置电路20、阻抗匹配电路30、电压采样电路40以及控制器50。所述分压电路10的两端是分别连接至所述双向车载充电机200的第一交流端和第二交流端，其中，所述第一交流端连接到火线(L线)，所述第二交流端连接到零线(N线)，并通过第一开关K1(参见图2)选择性地连接至所述阻抗匹配电路30的第一端。更为具体的，所述第一开关K1是被配置为在所述双向车载充电机200处于离线状态或处于逆变工作状态时闭合，使得所述分压电路10电性连接至所述阻抗匹配电路30；并且在所述双向车载充电机200处于非逆变工作状态时，所述第一开关K1断开，以断开所述分压电路10与所述阻抗匹配电路30之间的电连接。所述阻抗匹配电路30的第二端是连接至所述偏置电路20的第一端，所述偏置电路20的第二端接地，所述阻抗匹配电路30的第三端是连接至所述电压采样电路40的输入端。所述电压采样电路40的输出端是连接至所述控制器50，且所述电压采样电路40接收所述阻抗匹配电路30输出的第一信号S1，并经处理后输出一绝缘阻抗检测信号Vm至所述控制器50。所述控制器50是用以根据所述绝缘阻抗检测信号Vm判定是否发生绝缘阻抗异常。
较佳地，如图2所示，所述分压电路10例如可包括第一电阻R1、第二电阻R2以及所述第一开关K1。其中，所述第一电阻R1是并联在所述第一交流端与所述第二交流端之间，所述第二电阻R2的一端是连接至所述第一交流端与所述第一电阻R1的连接节点，所述第二电阻R2的另一端是与所述第一开关K1的一端连接，所述第一开关K1的另一端是连接至所述阻抗匹配电路30的第一端。但是，可以理解的是，在其他实施例中，所述分压电路10中的第二电阻R2的一端也可以是连接至所述第二交流端与所述第一电阻R1的连接节点；进一步地，所述第一电阻R1也可以是多个电阻的串联，所述第二电阻R2的一端是连接到其中的一个串联节点，这些并不作为对本发明的限制。
较佳地，如图3所示，所述电压采样电路40例如可包括跟随电路41和滤波电路42。其中，所述跟随电路41例如可包括但不限于运算放大器U1，所述滤波电路42例如可包括但不限于第三电阻R3和第一电容C1，且所述跟随电路41的输入端是连接至所述阻抗匹配电路30的第三端，所述跟随电路41的输出端是连接至所述滤波电路42，所述滤波电路42的输出端是连接至所述控制器50。
较佳地，如图4所示，结合图1，所述偏置电路20例如可包含一偏置电源V1(如图4所示)，所述偏置电源V1可具有一偏置电压，例如12V，所述偏置电源V1的正端是与所述阻抗匹配电路30的第二端连接，所述偏置电源V1的负端接地。所述偏置电路20可为所述阻抗匹配电路30提供电压偏置。
较佳地，如图4所示，所述阻抗匹配电路30例如可包括有并联连接的匹配电阻R4和匹配电容C2，通过合理设置匹配电容C2的值，可以对输入到阻抗匹配电路30的信号进行滤波。进一步地，所述阻抗匹配电路30还可包括一二极管D1，所述二极管D1的阳极是与所述电压采样电路40的输入端连接，所述二极管D1的阴极是与所述偏置电路20的第一端连接。所述二极管D1可起到保护后级的运算放大器U1的作用。
在本发明中，所述控制器50较佳地可为微控制单元(MCU)、数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA)。
其中，所述控制器50在所述双向车载充电机200处于离线状态或处于逆变工作状态时是根据所述绝缘阻抗检测信号Vm，并结合所述偏置电压、以及所述分压电路10与所述阻抗匹配电路30和所述电压采样电路40的电路参数计算所述双向车载充电机200的第一交流端和/或所述第二交流端对地的绝缘阻抗值，若所述绝缘阻抗值小于一设定阈值，则判定发生绝缘阻抗异常。其中，在所述双向车载充电机200处于逆变工作状态时，所述第一信号S1是为交流信号与直流信号的叠加信号。
值得注意的是，本发明的绝缘阻抗检测电路100也同样适用于单向车载充电机。
下面将以如图4所示的一较佳实施例的绝缘阻抗检测电路为例，详细说明本发明的绝缘阻抗检测方法。
在图4中，阻抗Rx为双向车载充电机200的第一交流端对地的绝缘阻抗，电压信号Vm为绝缘阻抗检测信号。
在图4中，第一电阻R1、第二电阻R2和第一开关K1组成分压电路，当双向车载充电机200工作在逆变模式时，第一开关K1闭合，检测电路可被接入并监测第一交流端对地的绝缘阻抗状态。当双向车载充电机200退出逆变模式，第一开关K1断开，检测电路被切除，可减小非逆变模式下的AC漏电流。
在图4中，匹配电阻R4、匹配电容C2和二极管D1构成阻抗匹配电路30，与12V的偏置电源V1连接。
离线检测时，所述双向车载充电机200的第一交流端和第二交流端之间无电压输出，此时偏置电源V1通过匹配电阻R4、匹配电容C2、二极管D1、第二电阻R2与所述第一交流端连接，偏置电源V1被第二电阻R2、阻抗Rx与匹配电阻R4串联分压，匹配电容C2表现为开路，二极管D1为截止状态，根据分压比例即可推算出阻抗Rx大小，具体计算如下：
Figure BDA0002457444270000061
若检测得到的阻抗Rx小于一设定阈值，则判定发生绝缘阻抗异常，此时即应禁止开机，以保证设备和人身安全。
在线检测时，当双向车载充电机200处于逆变工作状态时，所述双向车载充电机200的第一交流端和第二交流端之间存在交流电压。偏置电源V1同样通过匹配电阻R4、匹配电容C2、二极管D1、第二电阻R2与所述第一交流端连接，此时阻抗匹配电路30中的匹配电容C2对分压电路10输出的交流电压分量进行吸收，二极管D1对过高的交流电压进行箝位，此时传送至电压检测电路40的第一信号S1为交流信号与直流信号的叠加信号，再通过第三电阻R3、第五电阻R5、第一电容C1对运算放大器U1输出的信号进行滤波分压处理，最后输出绝缘阻抗检测信号Vm至所述控制器50，控制器50可根据上述公式计算出阻抗Rx的大小，并与所述设定阈值相比较来判定是否发生绝缘阻抗异常。若绝缘阻抗异常，则应立即停止功率输出，及时保护关机，以保证设备和人身安全。
在本较佳实施例中，在线检测方法与离线检测方法中阻抗Rx的计算方法相同，其中应用所述绝缘阻抗检测方法得到的绝缘阻抗检测信号Vm及阻抗Rx与实际的绝缘阻抗Rx’的对应关系如下表所示：
Figure BDA0002457444270000071
由上表可知，在离线和在线状态下，利用本实施例的绝缘阻抗检测方法得到的绝缘阻抗的误差较小，小于18％，满足设计要求。
在本发明中，如图4所示的方法不仅可计算第一交流端对地的绝缘阻抗，也可以结合第一电阻R1进一步计算出第二交流端对地的绝缘阻抗，用以判定是否发生绝缘阻抗异常。
在本发明中，当双向车载充电机200工作在非逆变模式下，第一开关K1被断开，以防止绝缘阻抗检测电路产生漏电流，从而可保证双向车载充电机200在非逆变模式下可正常工作。
如图5所示，结合参考图1、图4，本发明提供了一种双向车载充电机的绝缘阻抗检测方法600，其主要包括：
步骤S601，配置绝缘阻抗检测电路100；
步骤S602，在双向车载充电机200处于离线状态或处于逆变工作状态时闭合分压电路10的第一开关K1，使得分压电路10电性连接至阻抗匹配电路30；
步骤S603，通过阻抗匹配电路30输出一第一信号S1；
步骤S604，通过电压采样电路接收所述第一信号S1，并输出一绝缘阻抗检测信号Vm至控制器50；
步骤S605，控制器50根据所述绝缘阻抗检测信号Vm判定是否发生绝缘阻抗异常。
较佳地，所述控制器50在所述双向车载充电机200处于离线状态或处于逆变工作状态时是根据所述绝缘阻抗检测信号Vm，并结合所述偏置电压，以及所述分压电路10与所述阻抗匹配电路30和所述电压采样电路40的电路参数计算所述双向车载充电机200的第一交流端和/或所述第二交流端对地的绝缘阻抗值，若所述绝缘阻抗值小于一设定阈值，则判定发生绝缘阻抗异常。
较佳地，所述电压采样电路40根据所述第一信号S1输出绝缘阻抗检测信号Vm的过程可包括：通过所述电压采样电路40对所述第一信号S1进行幅值处理；以及通过所述电压采样电路40对所述第一信号S1进行滤波处理。
本发明的绝缘阻抗检测电路和绝缘阻抗检测方法可同时兼顾离线检测与在线检测，且成本低廉。并且，本发明的绝缘阻抗检测电路和绝缘阻抗检测方法可在非逆变模式下不产生漏电流，不影响非逆变模式下的正常工作。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (15)

1.一种车载充电机的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，包括分压电路、偏置电路、阻抗匹配电路、电压采样电路以及控制器，其中，
所述分压电路的两端分别连接至所述车载充电机的第一交流端与第二交流端，并通过第一开关选择性地连接至所述阻抗匹配电路的第一端，且所述分压电路采集的电压为第一电压或第二电压，其中，所述第一电压为所述第一交流端对地的电压，所述第二电压为所述第二交流端对地的电压；
所述阻抗匹配电路的第二端连接至所述偏置电路的第一端，所述偏置电路的第二端接地，所述阻抗匹配电路的第三端连接至所述电压采样电路的输入端；
所述电压采样电路的输出端连接至所述控制器，并用于输出一绝缘阻抗检测信号至所述控制器；
所述控制器用以在所述车载充电机处于离线状态或逆变工作状态时根据所述绝缘阻抗检测信号判定是否发生绝缘阻抗异常；
其中，所述第一开关被配置为在所述车载充电机处于离线状态或处于逆变工作状态时闭合，使得所述分压电路电性连接至所述阻抗匹配电路；并且在所述车载充电机处于非逆变工作状态时，所述第一开关断开，以断开所述分压电路与所述阻抗匹配电路之间的电连接。
2.根据权利要求1所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述分压电路包括第一电阻、第二电阻以及所述第一开关，所述第一电阻的两端分别耦接至所述车载充电机的所述第一交流端和所述第二交流端，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第一开关的一端连接，所述第一开关的另一端连接至所述阻抗匹配电路。
3.根据权利要求1所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述电压采样电路包括跟随电路和滤波电路，所述跟随电路包括运算放大器，所述滤波电路包括第三电阻和第一电容，且所述跟随电路的输入端连接至所述阻抗匹配电路的第三端，所述跟随电路的输出端连接至所述滤波电路，所述滤波电路的输出端连接至所述控制器。
4.根据权利要求1所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述偏置电路包含一偏置电源，所述偏置电源具有一偏置电压，所述偏置电源的正端与所述阻抗匹配电路的第二端连接，所述偏置电源的负端接地。
5.根据权利要求4所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述控制器在所述车载充电机处于离线状态或处于逆变工作状态时是根据所述绝缘阻抗检测信号，并结合所述偏置电压，以及所述分压电路、所述阻抗匹配电路和所述电压采样电路的电路参数计算所述车载充电机的所述第一交流端和/或所述第二交流端对地的绝缘阻抗值，若所述绝缘阻抗值小于一设定阈值，则判定发生绝缘阻抗异常。
6.根据权利要求5所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，在所述车载充电机处于逆变工作状态时，所述电压采样电路接收来自所述阻抗匹配电路的交直流叠加信号。
7.根据权利要求1所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述阻抗匹配电路包括有并联连接的匹配电阻和匹配电容。
8.根据权利要求7所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述阻抗匹配电路进一步包括一二极管，所述二极管的阳极与所述电压采样电路的输入端连接，所述二极管的阴极与所述偏置电路的第一端连接。
9.根据权利要求1所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述控制器为微控制单元、数字信号处理器或现场可编程门阵列。
10.根据权利要求1所述的绝缘阻抗检测电路，其特征在于，所述车载充电机为双向车载充电机。
11.一种基于如权利要求1-10任一所述的绝缘阻抗检测电路的绝缘阻抗检测方法，其特征在于，包括：
在所述车载充电机处于离线状态或逆变工作状态时，
闭合所述分压电路的所述第一开关，使得所述分压电路电性连接至所述阻抗匹配电路；
通过所述阻抗匹配电路输出一第一信号；
通过所述电压采样电路接收所述第一信号，并输出一绝缘阻抗检测信号至所述控制器；
所述控制器根据所述绝缘阻抗检测信号判定是否发生绝缘阻抗异常。
12.根据权利要求11所述的绝缘阻抗检测方法，其特征在于，所述绝缘阻抗检测方法还包括：
所述控制器根据所述绝缘阻抗检测信号，并结合所述偏置电压、以及所述分压电路、所述阻抗匹配电路和所述电压采样电路的电路参数，计算所述车载充电机的所述第一交流端和/或所述第二交流端对地的绝缘阻抗值。
13.根据权利要求12所述的绝缘阻抗检测方法，其特征在于，若所述绝缘阻抗值小于一设定阈值，则判定发生绝缘阻抗异常。
14.根据权利要求12所述的绝缘阻抗检测方法，其特征在于，在所述车载充电机处于逆变工作状态时，所述第一信号为交直流叠加信号。
15.根据权利要求11所述的绝缘阻抗检测方法，其特征在于，所述电压采样电路根据所述第一信号输出绝缘阻抗检测信号的步骤包括：
通过所述电压采样电路对所述第一信号进行幅值处理；
通过所述电压采样电路对所述第一信号进行滤波处理。
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