一种绝缘安全防护装置及具有其的电动车的制作方法

1.本发明涉及空调系统技术领域，尤其涉及一种绝缘安全防护装置及具有其的电动车。


背景技术：

2.目前，纯电动车的动力来源主要依靠高压蓄电池，其内部承载了很多高压负载器件，例如轮轴驱动器、dcdc、压缩机、车载充电器等，这些器件都是高压输入器件，整车在对这些器件的安全防护上主要针对的是绝缘特性，通过绝缘检测手段来判断该器件是否存在安全隐患，当发现有问题的时候，会通过can总线报警，防止人身安全。
3.随着纯电动车的逐渐更新换代，高压蓄电池的容量越做越大，电压越做越高，安全问题层出不穷，已经给用户带来了很多安全问题。通过分析市场中几种典型的电动车，发现他们的技术特点基本类似，即依靠电桥平衡法检测高压回路是否有对外壳的电阻值来判断是否存在安全隐患，当绝缘监测仪检测到问题后向汽车vcu(整车控制单元，vehicle control unit，简称vcu)总成报警，然后由vcu总成切断问题高压点来确保安全。
4.但是，以上方法存在很大的问题缺陷，下面结合整车部分高压回路的示意图来做说明，如图1所示，r1为高压线对车架地的模拟电阻。绝缘检测仪悬挂于蓄电池与高压继电器之间，这里面存在如下问题：当高压负载没有工作的时却出现高压对地安全隐患的时候，虽然负载没有高压点，无法触及人身，但是此时绝缘检测仪也是无法知道出现了绝缘问题，所以，接下去就出现如下一个流程，vcu打开高压继电器，绝缘检测仪检测出安全问题，然后经过绝缘检测仪的内部延时和处理，利用can总线将故障信息发出告知vcu，vcu继而将继电器切断，此时才将高压切断。从vcu打开高压负载到关闭负载，这里面可以持续1秒以上的延迟，甚至一些车企为了防止出现误报等错误，将绝缘检测仪的延迟时间大大延长，更进一步延长了保护时间，从而对用户的安全造成了恶劣的影响。
5.假如为了避免上述问题，将绝缘检测仪器做成多路，并且在负载端也增加检测电路的话，由于电桥平衡法的特性，必须母线带有高压的情况下才能检测出绝缘电阻。所以存在技术难点，而且由于整车上的高压负载很多，不可能安装很多的绝缘监测仪来造成浪费。
6.为了解决上述问题，需要一种绝缘安全防护装置及具有其的电动车。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种绝缘安全防护装置及具有其的电动车，将绝缘安全防护装置安装于整车回路中后，可以提前对高压绝缘特性做检测，一旦发现绝缘不良可提前关闭高压输出，确保安全。所述技术方案如下：
8.一方面，本发明提供了一种绝缘安全防护装置，不依赖防护装置外部的高压母线作绝缘检测，所述装置包括以下模块：
9.高压继电器，其设置在防护装置外部的高压电源与高压支路之间；
10.倍压电路，其与所述高压继电器的输出侧连接，其用于将防护装置内部提供的低
压放大至绝缘检测要求的高压；
11.绝缘检测仪，用于对所述倍压电路与高压继电器的连接线路作绝缘检测；
12.cpu电路，分别与绝缘检测仪、高压继电器连接，其用于根据绝缘检测仪的检测数据控制所述高压继电器的通断；
13.电源模块，用于向所述倍压电路、绝缘检测仪、cpu电路提供工作电源。
14.进一步地，述绝缘安全防护装置还包括通信接口，其用于使所述cpu电路与防护装置外部实现双向通信。
15.进一步地，所述绝缘检测仪用于检测直流浮地系统正负极对地绝缘电阻值；若所述绝缘检测仪的检测值小于预设的合格阈值，则所述cpu电路控制所述高压继电器关断以切断所述绝缘安全防护装置外部的高压电源与高压支路之间的电连接。
16.进一步地，所述绝缘检测仪用于检测直流浮地系统正负极对地绝缘电阻值；
17.若所述绝缘检测仪的检测值小于或等于预设的第一电阻阈值，则所述cpu电路控制所述高压继电器关断以切断所述绝缘安全防护装置外部的高压电源与高压支路之间的电连接；
18.若所述绝缘检测仪的检测值大于预设的第一电阻阈值且小于预设的第二电阻阈值，其中，所述第一电阻阈值小于第二电阻阈值，则所述cpu电路驱动所述绝缘安全防护装置内部的报警电路，或者，所述cpu电路通过所述通信接口向所述绝缘安全防护装置外部发送报警指令。
19.进一步地，所述倍压电路为多级倍压组件，所述倍压电路放大的高压的能量小于或等于5w，或所述倍压电路放大的高压的维持时间小于或等于100ms。
20.进一步地，所述高压继电器的初始状态为关断状态，若所述所述绝缘检测仪检测到对地绝缘电阻值大于预设的合格阈值，则所述cpu电路控制所述高压继电器由关断状态转换为导通状态。
21.另一方面，本发明提供了一种具有绝缘安全防护装置的电动车，包括高压蓄电池、高压接线盒以及如上所述的绝缘安全防护装置，所述高压蓄电池与所述绝缘安全防护装置的高压继电器的输入侧连接，所述高压接线盒与所述高压继电器的输出侧连接。
22.进一步地，所述电动车还包括整车控制单元，所述绝缘安全防护装置包括通信接口，所述绝缘安全防护装置的cpu电路与所述整车控制单元通过所述通信接口双向通信。
23.进一步地，若所述绝缘安全防护装置的绝缘检测仪的检测值小于或等于预设的第一电阻阈值，则所述高压继电器关断以切断所述高压蓄电池与高压接线盒之间的电连接；
24.若所述绝缘检测仪的检测值大于预设的第一电阻阈值且小于预设的第二电阻阈值，其中，所述第一电阻阈值小于第二电阻阈值，则所述整车控制单元接收所述cpu电路的报警指令而控制电动车的仪表盘显示报警信息。
25.进一步地，所述电动车还包括低压蓄电池，所述绝缘安全防护装置还包括低压接口，所述低压接口的输入端与所述低压蓄电池连接，所述低压接口的输出端与所述绝缘安全防护装置的电源模块连接。
26.本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：
27.a.将绝缘安全防护装置安装于整车回路中，可以提前对高压绝缘特性做检测，当绝缘检测出现问题时，能够立即切断高压输出，有效地确保了电动车以及使用者的安全；
28.b.不依赖整车高压母线，通过内部倍压电路将低压放大至绝缘检测要求的高压，此高压能量小、时间短，对人体没有任何危害；
29.c.将监测和保护功能结合于一体，并且用户可以自行设定报警电阻阀值，一旦发生绝缘问题时立即自动将故障信息通知vcu以确保安全使用。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1是现有技术中的整车系统中绝缘检测电路示意图；
32.图2是本发明实施例提供的绝缘安全防护装置的电路示意图；
33.图3是本发明实施例提供的电动车整车系统与绝缘安全防护装置的连接示意图；
34.图4是本发明实施例提供的多级倍压组件的电路图；
35.图5是本发明实施例提供的一级倍压的原理电路图。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
37.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
38.在本发明的一个实施例中，提供了一种绝缘安全防护装置，可以用来检测直流浮地系统正负极对地绝缘电阻值，如图2所示，所述绝缘安全防护装置包括高压继电器、倍压电路、绝缘检测电路、cpu电路和电源模块，所述电源模块优选为隔离电源模块。
39.所述高压继电器设置在所述绝缘安全防护装置外部的高压电源与高压支路之间；所述倍压电路与所述高压继电器的输出侧连接，将所述绝缘安全防护装置内部提供的低压放大至绝缘检测要求的高压；所述绝缘检测电路对所述倍压电路与所述高压继电器的连接线路进行绝缘检测；所述cpu电路分别与所述绝缘检测电路、所述高压继电器连接，根据绝缘检测电路的检测数据来控制所述高压继电器的通断情况；所述隔离电源模块的输出端分别与所述倍压电路、绝缘检测电路、cpu电路连接，在所述隔离电源模块的供电作用下，由于所述隔离电源的隔离作用，所述绝缘安全防护装置的每个模块独立工作，不受干扰。
40.在本实施例中，所述绝缘安全防护装置通过设置所述倍压电路将低压放大至高压并输出于所述高压继电器的输出侧，同时，所述绝缘检测电路通过检测所述高压继电器与倍压电路间的模拟电阻值，若所述电阻检测值小于预设的合格阈值，则所述cpu电路控制所述高压继电器关断以切断所述绝缘安全防护装置外部的高压电源与高压支路之间的电连接，保证安全使用。此外，所述绝缘安全防护装置还可以设置指示灯来直观反映所述高压继电器的通断状态，若所述电阻检测值小于预设的合格阈值，则所述cpu电路控制对应的指示灯亮。再者，所述高压继电器的初始状态为关断状态，若所述所述绝缘检测电路检测到对地绝缘电阻值大于预设的合格阈值，说明对地绝缘检测结果通过，外部的高压电源与高压支路之间允许电连接，则所述cpu电路控制所述高压继电器由关断状态转换为导通状态。
41.除设置相应的指示灯以外，还可以设置can通信电路和低压接口，如图2所示，所述can通信电路与所述cpu电路、所述低压接口相连，用于使所述cpu电路与所述绝缘安全防护装置外部实现双向通信。在本实施例中，所述低压接口还与所述电源模块连接，在此情况下，所述电源模块不同于上述实施例中独立供电电源的形式，而是通过所述低压接口连接外部的低压电源(比如低压蓄电池)，结合如图3所示的电动车整车回路，所述隔离电源模块将电动车的整车系统中的低压蓄电池提供的电压(比如12v)转换为所述绝缘安全防护装置内部各模块单元所需的电压；
42.所述电动车整车回路如图3所示，包括高压蓄电池、高压接线盒、低压蓄电池、vcu、高压支路，在整车回路中，所述高压蓄电池与所述绝缘安全防护装置的高压继电器的输入侧连接，所述高压接线盒与所述高压继电器的输出侧连接，所述低压蓄电池与所述绝缘安全防护装置的低压接口的输入侧连接，所述绝缘安全防护装置与所述高压支路的输入侧连接，所述绝缘安全防护装置的cpu电路与所述vcu通过所述can通信电路双向通信。具体地，若所述绝缘检测电路检测到的电阻值小于或等于预设的第一电阻阈值(比如1kω)，说明检测到重大问题，必须立即切断(或不应导通)，则所述cpu电路控制所述高压继电器关断以切断所述整车回路中的高压电源(图3中的高压蓄电池)与高压支路之间的电连接；若所述绝缘检测电路检测到的电阻值大于预设的第一电阻阈值且小于预设的第二电阻阈值(比如20mω)，判定为检测到轻度问题，可以继续使用车辆，但需要提示驾驶人员去4s店维修或排查故障，则除了可以采用所述cpu电路驱动所述绝缘安全防护装置内部的报警电路进行报警处理以外，所述cpu电路还可以通过所述can通信电路向所述vcu发送报警指令，所述vcu进一步控制仪表盘上故障灯亮起。显而易见地，所述第一电阻阈值小于第二电阻阈值。
43.以上控制逻辑除了可以通过计算机程序来实现，还可以通过电路实现在所述绝缘检测电路检测到的电阻值小于或等于预设的第一电阻阈值的情况下，所述cpu电路控制所述高压继电器关断，电路具体可以为比较器电路，将所述绝缘检测电路检测到的电阻值与预设的第一电阻阈值分别作为比较器电路的输入，若检测到的电阻值小于第一电阻阈值，则比较器电路输出信号0(则所述cpu电路控制所述高压继电器关断)，否则输出信号1(则所述cpu电路控制所述高压继电器导通)。
44.具体地，实现所述绝缘检测电路检测到的电阻值大于预设的第一电阻阈值且小于预设的第二电阻阈值(比如20mω)的情况下，所述cpu电路控制所述高压继电器导通，且触发报警提示的具体电路可以如下：可以设置两个比较器和一个与门电路，其中一个比较器用于比较检测到的电阻值与第一电阻阈值，另一个比较器用于比较检测到的电阻值与第二
电阻阈值，两个比较器的输出值作为与门电路的输入，当检测到的电阻值大于第一电阻阈值时，第一比较器输出1，当检测到的电阻值小于第二电阻阈值时，第二比较器输出1，仅在此情况下，与门电路输出1，即控制所述高压继电器导通，以及触发报警提示。
45.所述倍压电路为多级倍压组件，所述倍压电路放大的高压的能量小于或等于5w，或所述倍压电路放大的高压的维持时间小于或等于100ms。所述多级倍压组件的电路结构示意图如图4所示，所述多级倍压组件为现有技术，其实质为多个一级倍压电路的叠加，所述一级倍压电路的电路拓扑图如图5所示，其倍压原理如下：
46.(1)负半周时，即a为负、b为正时，d1导通、d2截止，电源经d1向电容器c1充电，在理想情况下，此半周内，d1可看成短路，同时电容器c1充电到v
m
。
47.(2)正半周时，即a为正、b为负时，d1截止、d2导通，此时供电电源和c1串联后电压为2v
m
，于是向c2充电，使c2充电至最高值2v
m
。
48.在本发明的一个实施例中，提供了一种基于平衡电桥原理的直流对地绝缘监测模块并同时具备监测和保护功能于一体的绝缘安全防护装置。通过监测直流浮地系统正负极对地绝缘电阻值，用户可以设定报警电阻阀值，当绝缘电阻小于此值的时候，故障继电器直接切断高压回路，对应的指示灯亮。同时，通过can总线将故障信息通知整车vcu。所述装置有以下功能模块：
49.(1)倍压电路，所述绝缘安全防护装置的绝缘检测不依赖整车高压母线，由自己内部的倍压电路，将低压放大至绝缘检测要求的高压，但是这个高压由于能量很小(比如小于或等于5w)，时间很短(比如小于100ms)，对人体没有危害；
50.(2)高压继电器电路，通过一个高压继电器提供或关闭高压输出，当绝缘检测出现问题时立即切断高压输出，确保人身安全；
51.(3)can通讯电路，通过can/lin等通信方式，所述装置悬挂与整车通讯电路中，与vcu进行数据交互，vcu可以根据要求改变报警阈值，或根据报警信息通知车主去4s店维修；
52.(4)绝缘检测电路，用于绝缘检测以及数据处理，并提供给cpu的ad采样口；
53.(5)电源电路，输入为整车12v电压，转成5v/3.3v供各电路使用，然后需要隔离12v供倍压电路使用；
54.(6)低压接口，提供can通信以及12v低压。
55.所述装置在整车环境中的工作逻辑如下：当用户将车钥匙插入汽车后，12v供电恢复正常，模块开始工作，并且进行高压绝缘检测。当认为绝缘通过时，打开高压继电器，支路获取高压，当认为绝缘不通过时，关闭高压继电器，并且通过can通信告诉vcu提醒用户去4s店维修。
56.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。