葉香美

摘 要：文章介紹了電動(dòng)汽車絕緣電阻測(cè)試的基本原理，設(shè)計(jì)了電動(dòng)汽車絕緣電阻測(cè)試系統(tǒng)。電動(dòng)汽車絕緣多點(diǎn)測(cè)試儀主要研究?jī)?nèi)容包括：正負(fù)母線對(duì)底盤的電壓測(cè)量電路、標(biāo)準(zhǔn)偏置電阻的投切控制電路、多個(gè)測(cè)試點(diǎn)切換電路、MCU（單片機(jī)）檢測(cè)電路、聲光報(bào)警電路、液晶顯示電路。實(shí)際樣機(jī)試驗(yàn)顯示，檢測(cè)誤差控制在5%以內(nèi)，可有效監(jiān)測(cè)車體與高壓線路之間的絕緣故障，避免司乘人員受到傷害。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；絕緣電阻測(cè)試；單片機(jī)

絕緣檢測(cè)技術(shù)是電動(dòng)汽車關(guān)系人身安全的一項(xiàng)重要技術(shù)。國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，根據(jù)電動(dòng)汽車和人體安全標(biāo)準(zhǔn)，在最大交流工作電壓小于660V。最大直流工作電壓小于1000V，以及整車質(zhì)量小于3500kg的條件下，電動(dòng)汽車的高壓安全要求如下：（1）人體的安全電壓低于35V，觸電電流和持續(xù)時(shí)間乘積的最大值小于30mA·S；（2）絕緣電阻除以電池的額定電壓至少應(yīng)該大于100Ω/V，最好是能夠確保大于500Ω/V。因此，為保證電動(dòng)汽車的絕緣安全，必須在車輛運(yùn)行過程中對(duì)于蓄電池組對(duì)車體的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量并及時(shí)報(bào)警?？梢?，絕緣電阻測(cè)量方法對(duì)于動(dòng)力電池組的應(yīng)用技術(shù)而言意義重大。

1 主要研究?jī)?nèi)容

圖1 電動(dòng)汽車絕緣多點(diǎn)測(cè)試儀工作原理圖

多點(diǎn)在線監(jiān)測(cè)方法原理如上圖所示，該方法通過測(cè)量電池正極、負(fù)極分別對(duì)地接入測(cè)量電阻測(cè)量出電池正負(fù)極與地之間的電壓，計(jì)算出電池正負(fù)極對(duì)地漏電電阻。對(duì)于多個(gè)測(cè)試點(diǎn)的絕緣測(cè)試只要切換相應(yīng)測(cè)試點(diǎn)的地，不增加后續(xù)電路，成本低，安全性高。測(cè)得的信號(hào)傳到單片機(jī)，進(jìn)行存儲(chǔ)，通過分析系統(tǒng)絕緣電阻的變化趨勢(shì)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對(duì)絕緣電阻下降趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)，測(cè)量值接近報(bào)警閾值時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，有效避免了絕緣故障的發(fā)生。

2 設(shè)計(jì)方案

整機(jī)由電源模塊、信號(hào)處理模塊、隔離放大模塊、顯示單元等幾部分組成。

2.1 電壓檢測(cè)原理分析與計(jì)算

一個(gè)測(cè)試點(diǎn)絕緣性測(cè)量電路如圖2所示。通過測(cè)量電池正極、負(fù)極分別對(duì)地接入測(cè)量電阻測(cè)量出電池正負(fù)極與地之間的電壓，計(jì)算出電池正負(fù)極對(duì)地漏電電阻。J1、J2由單片機(jī)控制的電子開關(guān)；R3、R4構(gòu)成電池負(fù)極接入測(cè)量電阻，R5、R6構(gòu)成電池正極接入測(cè)量電阻。令R7= R3+R4，R8= R5+R6，R7=R8，V1為J1閉合，J2斷開情況下的R3、R4電阻上的電壓，V2為J2閉合，J1斷開情況下的R5、R6電阻上的電壓，V0為電池電壓，R1為電池正極的漏電電阻，R2為電池負(fù)極的漏電電阻。

（1）

（2）

R7=R8，（1）/（2）得：■=■

（3）

（4）

2.2 電壓信號(hào)隔離電路

采用4051和ISO124作為電壓信號(hào)隔離電路。4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，有A、B和C三個(gè)二進(jìn)制控制輸入端以及INH共4個(gè)輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.5～20V的數(shù)字信號(hào)可控制峰峰值至20V的模擬信號(hào)。例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，則0～5V的數(shù)字信號(hào)可控制-13.5～4.5V的模擬信號(hào)。這些開關(guān)電路在整個(gè)VDD-VSS和VDD-VEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無關(guān)。當(dāng)INH輸入端="1"時(shí)，所有的通道截止。只有當(dāng)INH=0時(shí)，三位二進(jìn)制信號(hào)才可以選通8通道中的一個(gè)通道，連接該輸入端至輸出。其中VEE可以接負(fù)電壓，也可以接地。當(dāng)輸入電壓有負(fù)值時(shí)，VEE必須接負(fù)電壓，其他時(shí)候可以接地。

2.3 控制核心-單片機(jī)

本測(cè)試儀采用STC12C5A60S2單片機(jī)，STC12C5A60S2單片機(jī)是一款功能比較強(qiáng)大的單片機(jī)，它擁有兩個(gè)全雙工串行通信接口，串口1的功能及操作與傳統(tǒng)51單片機(jī)串行口相同；內(nèi)含8路10位AD，內(nèi)存為60K；特殊的是STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)獨(dú)立波特率發(fā)生器，串口1可以使用定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器，也可以使用獨(dú)立波特率發(fā)生器作為波特率發(fā)生器；而串口2只能使用獨(dú)立波特率發(fā)生器作為波特率發(fā)生器。

多點(diǎn)電動(dòng)汽車絕緣測(cè)試儀能實(shí)現(xiàn)任意多點(diǎn)的測(cè)量，不需附加交流測(cè)試電源，電路簡(jiǎn)單，成本低，可以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。多路電壓切換電路與隔離放大器單元采用了隔離放大器，是的測(cè)量系統(tǒng)與動(dòng)力電池完全隔離，提高了汽車的安全性能。為汽車設(shè)計(jì)者、生產(chǎn)商家、維修人員提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)，此外還具有精度高、實(shí)用性強(qiáng)、實(shí)用價(jià)值高、性價(jià)比高、容易推廣等優(yōu)點(diǎn)。