【电动汽车资源网EV江湖 129Lab】这里介绍一个信号注入法测量绝缘电阻的例子。下图中,V1是基准电阻R1的前端电压,V2为基准电阻R1的后端电压,Vcc为5V电压,D1、D2是钳位二极管,用在钳制基准电阻R1的后端电压V2在0-5V,C1为高压电容,采用飞思卡尔单片机。其中与该电路的接口为单片机控制口,Rx为需要测量的绝缘电阻。
V1的测量电路包括电阻R5、放大器E1、电阻R6。V2的测量电路包括电阻R7、放大器E2、电阻R8、放大器E3、电阻R9、电容C4.后端放大器主要为了防止零点漂移,V1、V2外接单片机的控制口来采集基准电阻R1两端的电压。R4为上拉电阻,防止放电时候流经三极管Q的电压过高而造成击穿。
该电路通过采集基准电阻R1两端电压,经过单片机计算得出绝缘电阻Rx。当高压电池系统正极或者内部发生绝缘失效时,电流从正极或内部一次流经绝缘电阻、二极管D2、限流电阻以及电容,然后流回负极,形成闭合回路。当电容充满电之后,回路中的电流为零,此时可以忽略二极管D2的压降,则高压电容的电压等于电池总压。
因此,高压电容正常情况下可以起到将电池系统与车身隔离的作用,并且可以平衡绝缘电阻非接地端与电池总负端之间的电压,使电容正端与绝缘电阻非接地端之间的电压接近于零,使得电池系统本身的电压不产生附加电流,计算得到的绝缘电阻数值更加准确。
此外,当绝缘电阻快速恢复正常时,电容上的电荷可以很快通过二极管D1向充电端的额电路释放,从而消除故障。负极端短路的绝缘检测原理相同,主要检测时序如下:
1) 单片机CPU输出低电平时,三极管Q截止,此时通过充电端Vcc向高压电容C1充电,并实时采集基准电阻R1两端的电压V11、V12.
2) 单片机CPU输出高电平时,三极管Q导通,此时高压电容C1向接地端放电,并实时采集基准电阻R1两段电压V21、V22.
3) 计算绝缘电阻Rx,由欧姆定律可知,在控制按元输出低电平时,在该电路对高压电容充电过程中,有以下关系
在控制单元输出高电平时,三极管导通,高压电容反向放电,此时,同时检测出基准电阻前端电压V21及后端电压V22,有以下关系
上面两个方程可以得到:
基准电阻R1和限流电阻R2为已知电阻,例如R1等于200kΩ,R2等于20kΩ。由于三极管由截止到导通所需时间很短,并且基准电阻和高压电容的容值很大,高压电容C的放电时间常数可达100ms-5s,因此可以认为三极管Q从截止到导通的短暂时间中,高压电容C两端的电压基本不变,即V1e跟V2e相等,进一步得到:
其中,
参考:基于低频信号法的电动汽车绝缘检测方法研究
混合动力汽车用电池包动态绝缘电阻检测方法研究
（来源：电动汽车资源网EV江湖 作者：129Lab）
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