一种双向车载充电机绝缘阻抗检测电路的制作方法

1.本实用新型涉及电动汽车领域，尤其涉及一种双向车载充电机绝缘阻抗检测电路。


背景技术：

2.近年来，环境污染和能源危机问题日趋严俊，传统燃油车所带来的污染问题已经无法适应社会的发展；随着国民环保意识的提高，绿色出行已经成为一种新的出行理念；再加之政府的政策引导鼓励行业发展，使得新能源汽车行业已经成为当前最为热门的行业之一，其中电动汽车的发展最为迅速。车载充电机作为其核心部件，特别是近年来电动汽车对电动汽车(v2v)、电动汽车对用电设备(v2l)技术的成熟与普及，带有逆变功能的双向车载充电机(on-board charger，obc)与消费者更紧密的联系起来。绝缘阻抗作为其关键性能之一，通常在出厂时使用专门的设备对其进行检测，出厂后无法实时对绝缘性能进行监测或者检测精度不高，这给消费者的人身安全带来了较大隐患。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例公开了一种双向车载充电机绝缘阻抗检测电路，能够实时检测双向车载充电机的绝缘阻抗，有效地保护了消费者的人身安全。
4.第一方面，本技术实施例提供了一种双向车载充电机绝缘阻抗检测电路，该电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一开关、第二开关、第一电压表、第二电压表和处理单元，其中：
5.所述第一电阻与所述第二电阻串联，所述第二电阻远离所述第一电阻的一端连接所述第一开关的一端，所述第一开关的另一端接地，所述第一电阻远离所述第二电阻的一端连接双向车载充电机的第一端，所述第一电压表的两端分别接所述第二电阻的两端，
6.所述第三电阻与所述第四电阻串联，所述第四电阻远离所述第三电阻的一端连接所述第二开关的一端，所述第二开关的另一端接地，所述第三电阻远离所述第四电阻的一端连接所述双向车载充电机的第二端，所述第二电压表的两端分别接所述第四电阻的两端，
7.所述处理单元用于控制所述第一开关和所述第二开关的状态，以及根据所述第一电压表和所述第二电压表的电压值计算所述双向车载充电机的第一端和第二端的绝缘阻抗。
8.在上述方案中，通过双向车载充电机绝缘阻抗检测电路可以实时、准确进行绝缘阻抗的检测，从而在绝缘阻抗反映出电路绝缘故障时能够快速响应保护功能，因此，采用本技术实施例能够实时有效地保护车载消费者的人身安全。
9.结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一电阻远离所述第二电阻的一端具体通过第三开关连接双向车载充电机的第一端，所述第三电阻远离所述第四电阻的一端具体通过第四开关连接所述双向车载充电机的第二端；所述第三开关和所
述第四开关用于在所述双向车载充电机处于逆变工作状态时闭合。
10.结合第一方面，或者第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第一方面的又一种可能的实现方式中，在所述第三开关和所述第一电阻之间设置有第一整流二极管，以及在所述第四开关和所述第三电阻之间设置第二整流二极管。
11.结合第一方面，或者第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述处理单元具体用于：
12.在第一电压值等于零，第二电压值等于零的情况下，确定所述双向车载充电机的第一端和第二端的绝缘阻抗均为无穷大；其中，所述第一电压值为所述第一开关闭合，所述第二开关断开时，所述第一电压表的电压值，所述第二电压值为所述第二开关闭合，所述第一开关断开时，所述第二电压表的电压值。
13.结合第一方面，或者第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述第二电阻的阻值等于所述第四电阻的阻值；所述第一电阻的阻值等于所述第三电阻的阻值。
14.结合第一方面，或者第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述处理单元控制所述第一开关和第二开关闭合，并读取所述第一电压表的电压值和所述第二电压表的电压值。
15.所述第一电压表，用于测量在所述第一开关和所述第二开关均闭合时的电压值u1；
16.所述第二电压表，用于测量在所述第一开关和所述第二开关均闭合时的电压值u2；
17.其中，所述电压值u1和所述电压值u2用于计算得到所述双向车载充电机的第一端与第二端之间的电压。
18.例如，根据u1和u2计算所述双向车载充电机的第一端与第二端之间的电压u＿t，其中u＿t计算原理可以如下。
19.u_t＝u_a1 u_b1
[0020][0021][0022]
在此步骤，若u1等于0，可有等势点l的电压u＿a1＝0，从而推导出所述双向车载充电机的第一端的绝缘阻抗为rl＝0；或者，若u2等于0，可有等势点n的电压u＿b1＝0，从而推导出所述双向车载充电机的第二端的绝缘阻抗为rn＝0。这种情况下，检测双向车载充电机两端的绝缘阻抗的流程可以结束，即不用执行上述根据所述第一电压表和所述第二电压表的电压值计算所述双向车载充电机的第一端和第二端的绝缘阻抗的操作。
[0023]
结合第一方面，或者第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第一方面的又一种可能的实现方式中，在根据所述第一电压表和所述第二电压表的电压值计算所述双向车载充电机的第一端和第二端的绝缘阻抗方面，所述处理单元具体用于：
[0024]
在第一电压值等于零，第二电压值等于零的情况下，确定所述双向车载充电机的第一端和第二端的绝缘阻抗均为无穷大；其中，所述第一电压值为所述第一开关闭合，所述第二开关断开时，所述第一电压表的电压值，所述第二电压值为所述第二开关闭合，所述第
一开关断开时，所述第二电压表的电压值。
[0025]
结合第一方面，或者第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第一方面的又一种可能的实现方式中，
[0026]
所述处理单元，具体用于在所述第一电压值等于零，所述第二电压值不等于零的情况下，将所述双向车载充电机的第二端的绝缘阻抗rn确定为无穷大，以及根据所述双向车载充电机的第一端与第二端之间的电压u＿t、所述第二电压值u12、所述第三电阻r3和所述第四电阻r4计算所述双向车载充电机的第一端的绝缘阻抗rl，例如，所述双向车载充电机的第一端的绝缘阻抗rl可以如下：
[0027][0028][0029]
所述处理单元，具体用于在所述第一电压值不等于零，所述第二电压值等于零的情况下，将所述双向车载充电机的第一端的绝缘阻抗rl确定为无穷大，以及根据所述双向车载充电机的第一端与第二端之间的电压u＿t、所述第一电压值u11、所述第一电阻r1和所述第二电阻r2计算所述双向车载充电机的第二端的绝缘阻抗rn，例如，所述双向车载充电机的第二端的绝缘阻抗rn可以如下：
[0030][0031][0032]
结合第一方面，或者第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第一方面的又一种可能的实现方式中，
[0033]
所述处理单元，具体用于在所述第一电压值不等于零，所述第二电压值不等于零的情况下，根据所述双向车载充电机的第一端与第二端之间的电压u＿t、所述第一电压值u11、所述第二电压值u12、所述第一电阻r1、所述第二电阻r2、所述第三电阻r3和所述第四电阻r4计算所述双向车载充电机的所述第二端的绝缘阻抗rn，和所述第一端的绝缘阻抗rl，例如，所述双向车载充电机的所述第二端的绝缘阻抗rn，和所述第一端的绝缘阻抗rl分别为：
[0034][0035][0036][0037]
u_n1＝u_t-u_l1
[0038][0039]
u_n2＝u_t-u_n1
[0040]
可选的，计算出rn、rl之后，只取其中值较小的一个来判断是否出现电路绝缘故障。
[0041]
结合第一方面，或者第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述双向车载充电机的第一端与第二端之间的电压u＿t满足如下关系：
[0042]
u_t＝u_a1 u_b1
[0043][0044][0045]
其中，u1为所述第一开关和所述第二开关均闭合时所述第一电压表的电压值，u2为所述第一开关和所述第二开关均闭合时所述第二电压表的电压值。
[0046]
结合第一方面，或者第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述处理单元，还用于基于所述双向车载充电机的第一端的绝缘阻抗和第二端的绝缘阻抗中值较小的一个绝缘阻抗判断是否出现电路绝缘故障。
[0047]
结合第一方面，或者第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述处理单元，还用于在所述双向车载充电机处于逆变工作状态时，控制所述第三开关和所述第四开关闭合，以及在所述双向车载充电机处于非逆变工作状态时，控制所述第三开关和所述第四开关断开。
[0048]
通过实施本技术实施例，通过双向车载充电机绝缘阻抗检测电路可以实时、准确进行绝缘阻抗的检测，从而在绝缘阻抗反映出电路绝缘故障时能够快速响应保护功能，因此，采用本技术实施例能够实时有效地保护车载消费者的人身安全。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本技术实施例或背景技术中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0050]
图1是本技术实施例提供的一种双向车载充电机绝缘阻抗检测电路的结构示意图；
[0051]
图2是本技术实施例提供的一种电压表的电压值的变化示意图；
[0052]
图3是本技术实施例提供的又一种电压表的电压值的变化示意图；
[0053]
图4是本技术实施例提供的又一种电压表的电压值的变化示意图；
[0054]
图5是本技术实施例提供的一种双向车载充电机绝缘阻抗检测方法的流程示意图；
[0055]
图6是本技术实施例提供的又一种双向车载充电机绝缘阻抗检测电路的结构示意图；
[0056]
图7是本技术实施例提供的一种电压表的电压值的变化示意图；
[0057]
图8是本技术实施例提供的又一种电压表的电压值的变化示意图；
[0058]
图9是本技术实施例提供的又一种电压表的电压值的变化示意图。
具体实施方式
[0059]
下面将结合附图对本实用新型实施例中的技术方案进行描述。
[0060]
请参见图1，图1是本技术实施例提供的一种双向车载充电机绝缘阻抗检测电路，该检测电路包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一开关sw1、第二开关sw2、第一电压表v1、第二电压表v2和处理单元c1，如图1所示：
[0061]
所述第一电阻r1与所述第二电阻r2串联，所述第二电阻r2远离所述第一电阻r1的一端连接所述第一开关sw1的一端，所述第一开关sw1的另一端接地，所述第一电阻r1远离所述第二电阻r2的一端连接双向车载充电机的第一端，所述第一电压表v1的两端分别接所述第二电阻r2的两端，相当于第一电压表v1的一端接等势点p，另一端接该第一开关sw1的一端。
[0062]
所述第三电阻r3与所述第四电阻r4串联，所述第四电阻r4远离所述第三电阻r3的一端连接所述第二开关sw2的一端，所述第二开关sw2的另一端接地，所述第三电阻r3远离所述第四电阻r4的一端连接所述双向车载充电机的第二端，所述第二电压表v2的两端分别接所述第四电阻r4的两端，相当于第二电压表v2的一端接等势点q，另一端接该第二开关sw2的一端。
[0063]
可选的，第二电阻r2等于第四电阻r4的阻值。
[0064]
可选的，第一电阻r1等于第三电阻r3的阻值。
[0065]
该处理单元c1可以具体为处理器，比如中央处理器cpu，处理器可以是一个或多个处理器，例如，处理器可以包括一个或多个中央处理器。当处理器为多个处理器时，这多个处理器可以集成在同一块芯片上，也可以各自为独立的芯片。一个处理器可以包括一个或多个处理核。另外，该处理单元c1还可以为其他微型处理器，比如单片机，例如，可以为51单片机，或者stm32单片机，或者其他形式的单片机，或者用于车载的芯片等，本技术不做限定。
[0066]
所述处理单元c1用于控制第一开关sw1和所述第二开关sw2的状态，下面举例说明：
[0067]
例如，情况一，控制第一开关sw1和第二开关sw2都闭合；
[0068]
再如，情况二，控制第一开关sw1闭合，控制第二开关sw2断开；
[0069]
再如，情况三，控制第一开关sw1断开，控制第二开关sw2闭合。
[0070]
针对不同的情况，相应的电压表会测得电压值，该处理单元可以读取相应电压表的电压值，然后根据所述第一电压表v1和所述第二电压表v2的电压值计算所述双向车载充电机的第一端和第二端的绝缘阻抗(insulation impedance)。
[0071]
可选的，所述第一电阻r1远离所述第二电阻r2的一端具体通过第三开关sw3连接双向车载充电机的第一端，所述第三电阻r3远离所述第四电阻r4的一端具体通过第四开关r4连接所述双向车载充电机的第二端；所述第三开关sw3和所述第四开关sw4用于在所述双向车载充电机处于逆变(inverter)状态时闭合，该第三开关sw3和该第四开关sw4断开还是闭合可以由上述处理单元c1来进行控制，例如，当所述双向车载充电机处于逆变工作状态时，该处理单元c1控制该第三开关sw3和该第四开关sw4闭合，当所述双向车载充电机处于非逆变工作状态时，该处理单元控制该第三开关sw3和该第四开关sw4断开。这样做，一方面可以避免非逆变工作状态时双向车载充电机绝缘阻抗检测电路对双向车载充电机的影响；另一方面可以减小处理单元c1的运算量。
[0072]
计算所述双向车载充电机的第一端和第二端的绝缘阻抗的原理可以如下：
[0073]
前提：u11为所述第一电压值，u12为所述第二电压值，其中，所述第一电压值u11为所述第一开关sw1闭合，所述第二开关sw2断开时，所述第一电压表v1的电压值，第一开关sw1闭合第二开关sw2断开时第一电压表v1和第二电压表v2的电压值如图4所示；所述第二电压值u12为所述第二开关sw2闭合，所述第一开关sw1断开时，所述第二电压表v2的电压值，第一开关sw1断开第二开关sw2闭合时第一电压表v1和第二电压表v2的电压值如图3所示。u1为所述第一开关sw1和所述第二开关sw2均闭合时所述第一电压表v1的电压值，u2为所述第一开关sw1和所述第二开关sw2均闭合时所述第二电压表v2的电压值，第一开关sw1和第二开关sw2闭合时第一电压表v1和第二电压表v2的电压值如图2所示。u＿t为所述双向车载充电机的第一端与第二端之间的电压，其中，l为该第一端的等势点，n为该第二端的等势点，所述双向车载充电机的第一端与第二端之间的电压u＿t为根据所述第一电阻r1、所述第二电阻r2、所述第三电阻r3、所述第四电阻r4、所述第一开关和所述第二开关均闭合时所述第一电压表的电压值u1，所述第一开关和所述第二开关均闭合时所述第二电压表的电压值u2计算得到，例如，u＿t计算原理可以如下。
[0074]
u_t＝u_a1 u_b1
[0075][0076][0077]
若第一电压值u11等于零，第二电压值u12等于零，则确定所述双向车载充电机的第一端的绝缘阻抗rl为无穷大，确定所述双向车载充电机的第二端的绝缘阻抗rn为无穷大，第一端和第二端为双向车载充电机的火线端和零线端。
[0078]
若所述第一电压值u11等于零，所述第二电压值u12不等于零，则确定所述双向车载充电机的第二端的绝缘阻抗rn为无穷大，所述双向车载充电机的第一端的绝缘阻抗rl为根据所述双向车载充电机的第一端与第二端之间的电压u＿t、所述第二电压值u12、所述第三电阻r3和所述第四电阻r4计算得到，例如，所述双向车载充电机的第一端的绝缘阻抗rl可以如下：
[0079][0080][0081]
若所述第一电压值u11不等于零，所述第二电压值u12等于零，则确定所述双向车载充电机的第一端的绝缘阻抗rl为无穷大，所述双向车载充电机的第二端的绝缘阻抗rn为根据所述双向车载充电机的第一端与第二端之间的电压u＿t、所述第一电压值u11、所述第一电阻r1和所述第二电阻r2计算得到，例如，所述双向车载充电机的第二端的绝缘阻抗rn可以如下：
[0082][0083][0084]
若所述第一电压值u11不等于零，所述第二电压值u12不等于零，则所述双向车载
充电机的所述第二端的绝缘阻抗rn，和所述第一端的绝缘阻抗rl均为根据所述双向车载充电机的第一端与第二端之间的电压u＿t、所述第一电压值u11、所述第二电压值u12、所述第一电阻r1、所述第二电阻r2、所述第三电阻r3和所述第四电阻r4计算得到，例如，所述双向车载充电机的所述第二端的绝缘阻抗rn，和所述第一端的绝缘阻抗rl分别为：
[0085][0086][0087]
其中，中间量u＿l1、u＿n1、u＿l2、u＿n2的计算公式如下：
[0088][0089]
u_n1＝u_t-u_l1
[0090][0091]
u_n2＝u_t-u_n1
[0092]
需要说明的是，第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3、第四开关sw4、第一电压表v1和第二电压表v2均与处理单元c1建立了通信连接，因此，该处理单元c1可以控制第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3、第四开关sw4的断开或者闭合，以及读取第一电压表v1和第二电压表v2的电压值。可选的，计算出rn、rl之后，只取其中值较小的一个来判断是否出现电路绝缘故障。
[0093]
可选的，该绝缘阻抗检测电路还可以包括存储器，存储器包括但不限于是随机存储记忆体(random access memory，ram)、只读存储器(read－only memory，rom)、可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read only memory，eprom)、或便携式只读存储器(compact disc read－only memory，cd－rom)，该存储器用于存储用于进行控制的计算机程序以便支持处理单元c1对各个开关的控制，以及该存储器用于存储处理单元c1从各个电压表读取的电压值。
[0094]
请参见图5，图5是本技术实施例提供的又一种双向车载充电机绝缘阻抗检测方法的流程示意图，该方法基于图1或图6所示的电路结构来实现，该方法包括但不限于如下步骤。
[0095]
步骤s501：所述处理单元控制所述第一开关和第二开关闭合，并读取所述第一电压表的电压值和所述第二电压表的电压值。
[0096]
具体地，所述第一开关sw1和所述第二开关sw2均闭合时所述第一电压表v1的电压值可以表示为u1，所述第一开关sw1和所述第二开关sw2均闭合时所述第二电压表v2的电压值可以表示为u2。
[0097]
然后，根据u1和u2计算所述双向车载充电机的第一端与第二端之间的电压u＿t，u＿t计算原理可以如下。
[0098]
u_t＝u_a1 u_b1
[0099]
[0100][0101]
在此步骤，若u1等于0，可有等势点l的电压u＿a1＝0，从而推导出所述双向车载充电机的第一端的绝缘阻抗为rl＝0；或者，若u2等于0，可有等势点n的电压u＿b1＝0，从而推导出所述双向车载充电机的第二端的绝缘阻抗为rn＝0。这种情况下，检测双向车载充电机两端的绝缘阻抗的流程可以结束。
[0102]
步骤s502：所述处理单元控制所述第一开关断开以及控制所述第二开关闭合，并读取所述第二电压表的电压值。
[0103]
具体地，所述第二开关sw2闭合，所述第一开关sw1断开时，所述第二电压表v2的电压值可以表示为第二电压值u12。
[0104]
步骤s503：所述处理单元控制所述第二开关断开以及控制所述第一开关闭合，并读取所述第一电压表的电压值。
[0105]
具体地，所述第一开关sw1闭合，所述第二开关sw2断开时，所述第一电压表v1的电压值可以表示为第一电压值u11。
[0106]
步骤s504：处理单元根据所述第一开关和所述第二开关闭合时所述第一电压表的电压值和所述第二电压表的电压值、所述第一开关断开且和所述第二开关闭合时所述第二电压表的电压值、所述第一开关闭合且所述第二开关断开时所述第一电压表的电压值，计算所述双向车载充电机的第一端和第二端的绝缘阻抗。
[0107]
具体计算原理前面已有说明，此处不再赘述。
[0108]
在一种可选的方案中，还可以在图1所示的第三开关sw3和第一电阻r1之间设置第一整流二极管d1，以及在第四开关sw4和第三电阻r3之间设置第二整流二极管d1，具体如图6所示，可以理解，通过设置第一整流二极管d1和第二整流二极管d2，可以过滤掉负电压，因此，在第一电压表v1和第二电压表v2读取到的电压值为正的电压值，下面进行举例说明。
[0109]
例如，第一开关sw1闭合且第二开关sw2断开时第一电压表v1和第二电压表v2的电压值如图9所示；再如，第一开关sw1断开且第二开关sw2闭合时第一电压表v1和第二电压表v2的电压值如图8所示；再如，第一开关sw1和第二开关sw2闭合时第一电压表v1和第二电压表v2的电压值如图7所示。
[0110]
通过设置第一整流二极管d1和第二整流二极管d2，第一变压表v1和第二电压表v2读取的电压值不会出现负值，因此这些电压值在处理单元里面进行处理时，能够避免因无法处理部分或全部负电压值而导致计算结果不准确甚至无法获得计算结果的问题。
[0111]
可选的，该绝缘阻抗检测电路还可以包括存储器，存储器包括但不限于是随机存储记忆体(random access memory，ram)、只读存储器(read－only memory，rom)、可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read only memory，eprom)、或便携式只读存储器(compact disc read－only memory，cd－rom)，该存储器用于存储用于进行控制的计算机程序以便支持处理单元c1对各个开关的控制，以及该存储器用于存储处理单元c1从各个电压表读取的电压值。
[0112]
在上述方案中，通过双向车载充电机绝缘阻抗检测电路可以实时、准确进行绝缘阻抗的检测，从而在绝缘阻抗反映出电路绝缘故障时能够快速响应保护功能，因此，采用本技术实施例能够实时有效地保护驾乘人员的人身安全。
[0113]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。