一种用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试装置和方法与流程

本发明涉及纯电动矿用自卸车电气安全测试，尤其是涉及一种用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试装置和方法。

背景技术：

1、纯电动矿用自卸车的高压系统电压平台可达1600伏左右，其绝缘电阻测试对保障车辆安全运行至关重要。现有标准如gb/t45054-2024《土方机械纯电动非公路矿用自卸车试验方法》及相关专利文献公开的测试方法中，存在电压数据采集时间不一致、绝缘检测的准确性较差、绝缘检测效率低下、无法适应宽电压范围、矿山变频器干扰导致误差大、高压隔离存在电弧风险、与车辆电池管理系统绝缘监测功能冲突等技术问题。具体原因在于：现有有源测试缺乏同步采集机制，系统架构分离；传统测试装置采用单级开关控制，断开恢复时易产生电弧；与电池管理系统的通信多为单向或完全隔离，无法实现动态协同。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试装置，可实现针对纯电动矿用自卸车有源电路绝缘电阻快速准确检测，能够实现高精度同步采集，对纯电动矿用自卸车绝缘故障的早期预警进行有效检测。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试装置，包括：中央控制单元、高压隔离继电器组、电池管理系统通信接口模块和双通道电压采集模块；高压隔离继电器组连接在车辆高压系统与测试回路之间，中央控制单元与高压隔离继电器组连接，并控制高压隔离继电器组分阶段断开和闭合；电池管理系统通信接口模块与中央控制单元连接，并与车辆电池管理系统进行双向身份验证；双通道电压采集模块与中央控制单元连接，并同步采集车辆高压系统的正极对地电压和负极对地电压；还包括绝缘电阻测试模块，绝缘电阻测试模块包括标准电阻和高压切换开关，高压切换开关用于将标准电阻接入测试回路；中央控制单元还与绝缘电阻测试模块连接，用于控制高压切换开关，并根据标准电阻接入前后由双通道电压采集模块同步采集的正极对地电压和负极对地电压计算绝缘电阻。

4、优选的，所述高压隔离继电器组包括测量开关和直连开关；所述分阶段断开包括：先断开所述测量开关，再断开所述直连开关；所述分阶段闭合包括：先闭合所述直连开关，再闭合所述测量开关。

5、优选的，所述测量开关包括正极测量开关和负极测量开关，所述直连开关包括正极直连开关和负极直连开关。

6、优选的，所述双向身份验证包括：所述电池管理系统通信接口模块向车辆电池管理系统发送随机验证码，并接收车辆电池管理系统基于所述随机验证码生成的加密响应。

7、优选的，所述双通道电压采集模块的两个电压采样通道的同步采样时间差小于1微秒。

8、优选的，所述标准电阻的阻值为1兆欧，精度为±1%。

9、优选的，所述用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试装置还包括安全保护模块，所述安全保护模块采用双cpu冗余设计，独立于所述中央控制单元工作，并在检测到异常时在10毫秒内切断所有高压连接。

10、优选的，所述电池管理系统通信接口模块内置协议解析芯片，能够自动识别can总线、can fd总线和以太网通信协议。

11、优选的，所述中央控制单元被设置为根据检测到的电压等级自动调整所述双通道电压采集模块的采样频率和滤波截止频率。

12、本发明还提出一种用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试方法，应用于上述实施例中任一项所述的用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试装置，其特征在于，包括以下步骤：s1、系统初始化，对装置各模块进行上电自检及硬件看门狗复位，并加载测试参数；s2、车辆连接检测，通过测试电缆接口检测车辆高压系统连接状态，预采样判断电压等级范围，并自动识别电池管理系统的通信协议类型；s3、电池管理系统协同准备，向电池管理系统发送测试准备指令，通过随机验证码及加密响应的方式与电池管理系统进行双向身份验证，在接收到确认回复后临时禁用电池管理系统自带的绝缘监测功能；s4、安全隔离执行，控制高压隔离继电器组按两阶段断开策略动作，先断开测量开关，延时验证断开状态后，再断开直连开关；s5、环境参数采集，采集环境温度及湿度数据，并根据电压等级自动设置采样频率；s6、基准电压采样，控制双通道电压采集模块同步采集车辆高压系统的正极对地电压和负极对地电压，连续采样后取平均值作为基准电压；s7、标准电阻接入，控制绝缘电阻测试模块中的高压切换开关动作，将标准电阻接入测试回路，并等待系统稳定；s8、测试电压采样，在系统稳定后，再次控制双通道电压采集模块同步采集接入标准电阻后的正极对地电压和负极对地电压；s9、绝缘电阻计算，基于基准电压和测试电压计算绝缘电阻值；s10、安全恢复执行，控制高压隔离继电器组按两阶段恢复策略动作，先闭合直连开关，延时验证闭合状态后，再闭合测量开关，并进行绝缘完整性检查；s11、电池管理系统功能恢复，向电池管理系统发送测试完成指令，重新启用电池管理系统自带的绝缘监测功能，并验证功能恢复状态；s12、结果输出与存储，显示测试结果并生成测试报告。

13、优选的，在步骤s3中，若等待电池管理系统的确认回复超时，则重新发送测试准备指令，重发次数最多为三次。

14、优选的，在步骤s5中，还结合所述环境温度及湿度数据对所述采样频率及滤波截止频率进行校准，以抵消温漂及湿度干扰对测量的影响。

15、优选的，在步骤s8中，根据干扰强度自动调整采样点数，并对采集到的数据进行预处理，以消除共模干扰和差模干扰。

16、优选的，在步骤s9中，采用传统公式法与机器学习预测法对计算结果进行交叉验证。

17、优选的，在步骤s4和步骤s10中，由独立于中央控制单元的安全保护模块实时监控隔离与恢复状态，并在检测到异常时触发紧急断电保护。

18、本发明的有益效果为：

19、本发明通过采用分阶段断开和闭合的高压隔离继电器组，避免了大电流直接切换产生的电弧和电压冲击，提高了测试安全性；通过双向身份验证机制，实现了与车辆电池管理系统的动态协同，临时禁用和启用自带绝缘监测功能，消除了功能冲突和安全监控空窗期；通过双通道同步采集电压，保证了正负极电压数据的时间一致性，消除了因时间差导致的测量误差，提高了绝缘电阻计算的准确性；通过标准电阻接入和计算公式，实现了自动化测试，提升了检测效率；此外，通过冗余安全保护、多协议识别和动态参数自适应等辅助手段，进一步增强了系统的可靠性和宽电压适应性。本发明整体技术方案能够有效解决现有技术中存在的检测精度低、效率低、安全性差、兼容性差等问题，为纯电动矿车的高压安全提供了可靠保障。

1.一种用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试装置，其特征在于，包括：中央控制单元、高压隔离继电器组、电池管理系统通信接口模块和双通道电压采集模块；

2.根据权利要求1所述的用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试装置，其特征在于，所述高压隔离继电器组包括测量开关和直连开关；所述分阶段断开包括：先断开所述测量开关，再断开所述直连开关；所述分阶段闭合包括：先闭合所述直连开关，再闭合所述测量开关；所述测量开关包括正极测量开关和负极测量开关，所述直连开关包括正极直连开关和负极直连开关。

3.根据权利要求1所述的用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试装置，其特征在于，所述双向身份验证包括：所述电池管理系统通信接口模块向车辆电池管理系统发送随机验证码，并接收车辆电池管理系统基于所述随机验证码生成的加密响应。

4.根据权利要求1所述的用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试装置，其特征在于，所述双通道电压采集模块的两个电压采样通道的同步采样时间差小于1微秒。

5.根据权利要求1所述的用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试装置，其特征在于，还包括安全保护模块，所述安全保护模块采用双cpu冗余设计，独立于所述中央控制单元工作，并在检测到异常时在10毫秒内切断所有高压连接。

6.根据权利要求1所述的用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试装置，其特征在于，所述电池管理系统通信接口模块内置协议解析芯片，能够自动识别can总线、can fd总线和以太网通信协议。

7.根据权利要求1所述的用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试装置，其特征在于，所述中央控制单元被设置为根据检测到的电压等级自动调整所述双通道电压采集模块的采样频率和滤波截止频率。

8.一种用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试方法，应用于上述权利要求1-7中任一项所述的用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试装置，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试方法，其特征在于，在步骤s5中，还结合所述环境温度及湿度数据对所述采样频率及滤波截止频率进行校准，以抵消温漂及湿度干扰对测量的影响。

10.根据权利要求8所述的用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试方法，其特征在于，在步骤s8中，根据干扰强度自动调整采样点数，并对采集到的数据进行预处理，以消除共模干扰和差模干扰。

11.根据权利要求8所述的用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试方法，其特征在于，在步骤s9中，采用传统公式法与机器学习预测法对计算结果进行交叉验证。

12.根据权利要求8所述的用于纯电动矿车有源电路的绝缘电阻自动测试方法，其特征在于，在步骤s4和步骤s10中，由独立于中央控制单元的安全保护模块实时监控隔离与恢复状态，并在检测到异常时触发紧急断电保护。