一种有源式直流系统绝缘电阻检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种有源式直流系统的绝缘电阻检测方法，适用于直流高电压源电器设备系统的绝缘电阻的实时检测。该方法的绝缘电阻检测分为两个检测阶段：故障检测、绝缘电阻计算，故障检测是通过测量“测量电阻”两端的电压，则可计算出正、负绝缘电阻的并联电阻值，并由该值来判断系统的正、负极绝缘电阻是否故障；绝缘电阻值计算是分别测量“接入电阻”两端电压值，可计算出正、负绝缘电阻值的大小。该方法的特征是可实时监测正、负极绝缘电阻的故障状况，且对整个负载没有影响；通过计算正、负绝缘电阻值的大小，以对整个系统的故障诊断提供依据。
【专利说明】一种有源式直流系统绝缘电阻检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种有源式直流系统的绝缘电阻检测方法，适用于直流高电压源电器设 备系统的绝缘电阻的实时监测，并能够在检测绝缘电阻故障后，离线检测，计算得到正、负 极绝缘电阻值，以对整个系统的故障诊断提供依据。适用的【技术领域】例如：纯电动汽车、混 合动力汽车电池组绝缘电阻检测；储能电池组绝缘电阻检测等高压直流系统的绝缘电阻检 测。
【背景技术】
[0002] 直流高电压源的电器设备系统运行在复杂的工作环境下，直流母线受到恶劣环境 的影响，其绝缘性能下降，从而产生较高的漏电电流，导致设备的低压器件、人员的安全得 不到保障。因此，绝缘电阻实时监测对设备系统及人员的安全意义重大。例如：电动汽车的 电池包的电压一般在300V左右的高压、并且电动汽车使用环境较为恶劣，由于振动、冲击、 气候冷热交替以及动力电池腐蚀性液体、气体等的影响，其强电部分（如动力电池包、电机 控制器、电机以及车载充电器等部件）与车体之间的绝缘容易出现损伤和破坏，使绝缘性 能下降，电源正、负极引线通过绝缘层和底盘构成漏电流回路，使底盘电位上升，不仅会危 及乘客的人身安全，还将影响车内电器的正常工作，准确、实时检测高压电气系统对车辆底 盘绝缘性能、保证乘客安全、电气设备正常工作和车辆安全运行具有重要意义。
[0003] 传统的绝缘检测方法：外接电阻切换法、平衡电桥法，这两种方法均需要外接电 阻、且是一种无源的绝缘电阻检测方法。外接电阻本身就会降低设备的绝缘性能，因此就降 低了人员及设备的安全性；其次，使用平衡电桥法时，在绝缘电阻R p、Rn同时降低时，则检测 不到绝缘电阻的故障；然而，这两种方法只能在系统运行之前、关闭之后，对设备进行一次 绝缘电阻的检测，不具有实时监测功能。
[0004] 外接电阻切换法：
[0005] 如图1所示，闭合开关V、断开开关K2'，如图1(b)所示，可得下式：
[0006]
【权利要求】
1. 一种有源式直流系统绝缘电阻检测方法。 设U为高电压的直流系统的电压源，&为负载，Rp、Rn分别为直流电压源的正极、负极对 地的绝缘电阻，即正、负极绝缘电阻，Us为低频率的交流信号源，R为测量电阻，C为隔离电 容，即功率型的大电容，Ri、R 2为绝缘电阻计算时的接入电阻，故障检测不接入。 该绝缘电阻检测方法的特征在于，其绝缘电阻检测分为两个阶段：故障检测、绝缘电阻 计算。故障检测时，注入低频交流信号源，频率w满足2彡w彡100Hz，可实时监测绝缘电阻 故障状态；在检测到绝缘阻值故障之后，断开负载，关闭交流信号源，再将电阻Ri、R 2分别与 绝缘电阻的正负极并联，接入电路，并测量Ri、R2两端电压Up、U n，结合故障检测数据可计算 出绝缘电阻Rp、Rn值的大小。
2. 如权利要求1所述的有源式直流系统绝缘电阻检测方法，其中所述的绝缘电阻故障 检测方法为：通过测量电阻R两端的电压，则可计算出正、负绝缘电阻的并联电阻值R pn，并 由该值来判断系统的正、负极绝缘电阻是否故障。包括以下步骤： 第一步：系统初始化。断开"接入电阻"、打开交流信号源。 第二步：计算正负极绝缘电阻的并联电阻值Rpn。通过测量"测量电阻"两端电压，则可 计算得到并联电阻值Rpn。 设
(1) 其中，us为交流信号源的电压，W为交流信号源的频率，且W满足2彡W彡100Hz，Rpn为 Rp、Rn的并联电阻：
(2) 且Rp、Rn均为被监测的未知量，同时，由式（1)可得：
(3) 因此，计算出Rp、Rn的并联电阻Rpn，并由Rpn与设定的阈值R th的比较可判断绝缘电阻是 否故障。 第三步：判断正、负极绝缘电阻故障状况，如果故障进入绝缘电阻计算，否则，循环执行 第二步。判断依据是相关标准设定的阈值与第二步计算并联电阻值Rpn的比较。 在正常情况下，绝缘电阻值Rp = Rn，又由式⑵可得，Rpn小于绝缘阻值Rp、Rn。因此，判 断Rpn是否小于阈值Rth，若是，则绝缘电阻故障，否则，绝缘电阻正常。 阈值Rth是通过相关技术标准及直流电压源的电压值的大小而设置。对于电动汽车电 池包，可设定阈值Rth = 175ΚΩ。 交流信号源Us对整个负载回路没有任何的影响，同时可实时监测绝缘电阻的故障状 况。
3. 如权利要求1所述的有源式直流系统绝缘电阻检测方法，其中所述的绝缘电阻的计 算为：在检测到绝缘电阻故障后，离线的检测，并计算出正、负极绝缘电阻值，为整个系统故 障诊断提供依据。包括以下步骤： 第一步：断开负载、关闭交流信号源。 第二步：接入"接入电阻"。在正、负极绝缘电阻两端分别并联两个"接入电阻"。 第三步：计算正、负极电阻值。测量两个接入电阻两端电压，并由故障检测数据，则可计 算正负极绝缘电阻值。 在监测到绝缘电阻故障之后，断开负载&、关闭交流信号源Us，再接入电阻Ri、R2。因此 电阻Ri、R2分别与绝缘电阻Rp、Rn并联，分别测量电阻Ri、R 2两端电压Up、Un，由此可得下式：
(4) 由式（2)、式（4)可得方程组：
(5) 其中，Rpn由式（3)可得，由式（5)可计算得到正、负极绝缘电阻值：
(6) 上式计算出正、负极绝缘电阻值的大小。
【文档编号】G01R27/14GK104142433SQ201310167477
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月9日 优先权日:2013年5月9日
【发明者】胡志坤, 蒋英明, 林勇, 杨为, 王文祥, 刘斌 申请人:中南大学