一种用于新能源汽车电性能测试的绝缘测试仪的制作方法
本实用新型涉及一种测试仪器，更具体的说，是涉及一种用于新能源汽车电性能测试的绝缘测试仪。
背景技术：
新能源汽车，尤其是电动汽车普及越来越广泛。对应的，电动汽车碰撞后有一系列的安全要求，国家标准化管理委员会在2015年发布了该标准。标准规定了带有b级电压电路的纯电动汽车、混合动力汽车正面碰撞、侧面碰撞后的特殊安全要求和试验方法。
目前对于该测试要求，国内尚欠缺针对的相应设备。测试要求根据美标fmvss305以及欧标ece修订，内容基本相似。综合总结，电动汽车碰撞后有以下测试要求：电动车绝缘电阻最小：100/500ω/v；在碰撞后的5秒内系统电压小于等于30vac和60vdc；电能小于0.2j。
目前，国外进口的针对上述测试要求的主要产品有ies1125以及iso332control。ies1125是根据美标fmvss305定制的产品，电压测试最小值需要大于50v，没有电能测试，数据容量较小。测试流程也没有完全跟国标一致。对于iso332control，传感器通道少，数据展示较少，完全需要数据上传，才能对数据进行详细分析，使用不方便。
技术实现要素：
本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种用于新能源汽车电性能测试的绝缘测试仪。
本实用新型包括高压采集单元、电能采集单元、温度采集单元、触发单元和高压产生单元。
所述的高压采集单元包括两路采样支路，每路采样支路包括并联的第一支路和第二支路，其中第一支路包括串接的参考电阻和开关，第二支路包括串接的两个电阻，在这两个电阻之间接有模数转换器，这两个电阻之和远大于被测车辆电阻，其中的一个采样支路用于获取正极与底盘之间的电压为v2，另一个采样支路用于获取负极与底盘之间的电压为v1。
所述的电能采集单元包括并联的第三支路和第四支路，其中第三支路由串接的电阻r4、r5组成，第四支路由并联的电阻r6、r7与电阻r8串接而成，还包括电能采集芯片，其中的电能计算过程中的电压取自电阻r4、r5的之间电压，电流取自流经电阻r8的电流；所述的电阻r6和电阻r7还分别连接有开关s5和开关s4，用于选择放放电速度。
所述的温度采集单元包括温度传感芯片，该温度传感芯片带有五个模拟输入引脚，该五个引脚通过三种不同的连接，实现与温度传感器2线，3线或4线连接。
所述的触发单元包括485通讯触发模块和开关触发模块。
进一步说：
所述的电阻r6的阻值为电阻r7阻值的10倍，且电阻r4的阻值+电阻r5的阻值>>电阻r6的阻值或电阻r7的阻值+电阻r8的阻值。
进一步说：
还包括足够大的sram，用于保存数据、
eeprom，用于保存系统参数，通过系统面板设置或者通过lan连接软件设置系统参数、和万年历，用户记录用户操作事件。
进一步说：
所述的系统面板包括三列数码管，显示测试过程中电压、电能、温度及绝缘电阻；面板上还有温度输入接口，电源输入接口，网络连接口，触发输入以及报警输出。
第一列数码管显示电压v1、碰撞前绝缘电阻r1以及电能te，穿插显示。
第二列数码管显示电压v2、碰撞后绝缘电阻r2。
第三列数码管显示电压vb以及可以保存数据的剩余时间tl。
面板上也包括红isop、蓝chs、黑isom三个香蕉头，用于连接外部被测车辆电池正极、底盘以及电池负极；电源输入接口dcin和网络连接口eth为8针lemo头，触发输入trg为5针lemo头，报警输出alm为5针lemo头，四路温度输入接口tm1、tm2、tm3和tm4为4针lemo头。
指示灯电压显示volt，绝缘电阻显示r，以及电能和剩余时间te/tl，此三显示灯结合穿插显示的三列数码管，当数码管显示相应参数时，对应指示灯亮。
进一步说：
还包括电压报警指示灯volt-alarm，绝缘电阻报警指示灯iso-alarm，电能及剩余保存时间报警指示灯te/tl-alarm，当相应的参数超出法规或设置标准时，相应指示灯报警。
和：
测试准备指示灯rdy，表示开机成功，配合长按按钮on/off按钮，开机成功后rdy灯亮起。
测试灯meas亮起代表绝缘仪进入开始测量数据模式，在长按start/stop按钮成功后，该meas灯亮起。
数据data指示灯亮起代表绝缘仪内部有数据，在进入测试之前必须清理数据，配合长按reset按钮，清除数据，data指示灯熄灭。
触发指示灯t0代表在测试过程中有触发事件。
网络指示灯eth代表连接网络，与上位机电脑软件有数据通讯。
充电指示灯charging代表正在充电。
供电指示灯bat代表正在使用电池供电。
本实用新型设计了一种用于安全电性能测试的绝缘测试仪，其测试要求根据法规gb31498，实现三个电压(vb，v1及v2)的测量，并判断是否符合法规要求；同时，具备电能测量功能，通过辅助触发输入确定碰撞后一定时间内电压分布计算碰撞后电能；绝缘电阻值使用内部直流电压源进行测量，提供高达1000v测量电压。该测试模块内置电池，支持数据记录及ethernet数据通讯功能。其中高压母线的测量电压为±1000v，拥有触发输入，可以在碰撞前后记录10hz数据达到6h，根据法规测试绝缘电阻，电能以及温度。电能范围＞0.4j，数据为iso标准数据格式。本实用新型实现了电动汽车在碰撞过程中全自动电性能测试，不仅为测试采集了可靠的数据，智能的测试流程也为测试员节省时间，方便操作。
附图说明
图1绝缘仪系统框图；
图2绝缘仪高压采集端原理图；
图3绝缘仪面板操作图；
图4绝缘仪电能采集原理图；
图5绝缘仪温度采集原理图；
图6绝缘仪触发原理图；
图7总线触发信号图；
图8高压输出器原理图；
图9测试总流程图；
图10绝缘电阻测量测量流程图；
图11电能测量流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型通过adc转换，采集电动车高电压，三点高电压包括底盘，电池正极以及电池负极，adc数据通过数字信号光隔离传输给mcu。
如图2所示，adc1、2高电压采集方法通过外部接口(红，蓝，黑三线)，分别连接电动车电池正极，底盘以及电池负极。正极与底盘之间的电压为v2，负极与底盘之间电压为v1，正负极之间的电压为vb。高电压通过电子r1与r2分压之后ad转换，通过光耦传输给mcu。adc3为系统自身输出的高电压检测，当电池断开电源，即battery-switch开关断开，此时s3闭合，系统自身产生高电压加载于电池两端。其中高电压端口在battery-switch开关断开之前也可以检测电能，电能通过ltc2946的sens+和sens-端输入采样电阻r8的电压得到电流。在vb端得到电压，ic通过公式计算得到电能te，spi传输给mcu，见图4。
所述电能测量信号方式仍然为通过电阻r4和r5分压产生ltc2946可以接受的vb信号，通过s5和s4选择开关，由mcu选择电流档次，来选择r6还是r7的放电速度，r8为电流采样电阻。
温度传感器通过rtd芯片把温度信号转换为数字信号传输给mcu。rtd转换芯片为max31865，可实现2线-4线热敏电阻传感器的rtd转换，把信号通过主机通讯给mcu。图5中，闭合s6为4线热敏电阻连接，分别连接line1-4；2线热敏电阻在4线基础上，line1-2并为一线，line3-4并未另一线；三线热敏电阻断开s6闭合s7，此时line2-4即为3线热敏电阻。
绝缘仪触发输入兼容485通讯触发和开关触发，见图6，开关触发通过t0_sw和t0_sw_rtn短接信号通过光耦，经过u2门电路再经过或非门u1形成触发信号。485信号同理，485信号通过max485芯片，通过光耦，经过u2门电路再经过或非门u1形成触发信号；两个信号可以兼容。
绝缘仪mcu端，通过ups供电，即当外部有电源供应时(dc_in)，锂电池不供电，外部电源供电同时给锂电池充电或者充满电。当外部无dc_in时，由锂电池供电。该功能的优势在于，碰撞过程中可锂电池独立供电，而实验之外，可以外部供电。
绝缘仪通过足够大的sram保存数据(32mb以上)，因为其数据采集频率为10hz，所以可保存7h以内测试数据。eeprom保存系统设置参数，可通过系统面板设置或者通过lan连接软件设置系统参数，并且保存在eeprom内。系统拥有万年历，可记录用户操作事件，见图1。
绝缘仪通过面板显示和开关直接操作，通过lan软件操作。面板包括三列数码管，显示测试过程中电压电能温度及绝缘电阻，面板也包括温度输入接口，电压输入接口，充电口，lan口，触发输入以及报警输出。按钮可以开启绝缘仪，启动测试以及清除测试数据，见图3。
以下进一步描述每个测量过程：
电压测量：按照法规要求，高压母线的电压vb，v1，v2的电压应小于固定值。如图3所示面板红isop、蓝chs、黑isom三个香蕉头连接外部被测车辆电池正极、底盘以及电池负极。isop和底盘之间的电压为v2，isom和底盘之间的电压为v1，isop和isom之间的电压为vb，即v2-v1。这三个电压为测试法规所要求的电压。因为它们的电压范围在±1000之间，所以通过电阻r1与r2分压得到adc可以识别的电压级别，如0-5v，然后adc模块把得到的模拟量转换为数字量，通过数字信号隔离传输给mcu，保证高压隔离，保护mcu信号端不被高压破坏。其中r1和r2分压比例为使得原有电压范围±1000转换为0-5v，并且保证r1+r2拥有足够的阻抗不影响被测车辆的实际电阻值，即被测车辆电阻需远小于r1+r2，见图2。
电能测量：按照法规要求，高压母线上的总电能te应小于0.2j。即在切断电池线路情况下，图2中battery-switch打开，此时母线上的残余电能。电能测量仍然通过测量电压通路线红isop、黑isom香蕉头连接外部被测车辆电池正极、电池负极。如图4所示为电能测量原理，batt+及batt-为电池正负极连接线，在碰撞后，连接电池正负极的线路断开，此时线上仍然有残余电能。此时，闭合开关s4或者s5中一个，即开始释放图4线路上的电能。此处，s4以及s5为等效电路，区别在于放电的速度，若电压较高，电能也较高，此时需要加快放电速度。即r6可为r7的10倍，则r7线路闭合s4时放电更快。r6r7与r8的比例以及r4和r5的比例原理和高电压测量分压原理相同，为电压范围±1000转换为ltc2946能接受的电压比例。此处r4+r5>>r6(r7)+r8，这样放电主要通过s4或者s5放电，r4r5线路放电电能可忽略不计，只为产生电能所需电压vb。电能通过ltc2946的sens+和sens-端输入采样电阻r8的电压得到电流。
绝缘电阻测量：根据法规要求，绝缘电阻的测量前提为在测量高电压vb、v1以及v2的情况下，如果v1大于或等于v2，则在高压母线的负极侧与底盘间插入一个已知电阻r0，安装完r0之后，再次测量高压母线的负极侧与底盘间的电压v1’。根据绝缘电阻计算公式：
ri＝r0×(vb/v1'-vb/v1)
如果v2大于v1，则在高压母线的正极侧与底盘间插入一个已知电阻r0，安装完r0之后，再次测量高压母线的正极侧与底盘间的电压v2’。根据绝缘电阻计算公式：
ri＝r0×(vb/v2'-vb/v2)
将结果ri除以高电压母线电压得到结果；
绝缘电阻＝ri/工作电压。
如图2所示，rref为需要插入的已知电阻r0，s1和s2为选项，在测量绝缘电阻前，先采集v2和v1的电压大小，比较v2和v1，若v2>v1，则闭合s2开关，再次测量v2的电压即可通过mcu计算得到绝缘电阻值。反之，若v1>v2，则闭合s1开关，再次测量v1的电压即可通过mcu计算得到绝缘电阻值.
温度测量：根据法规要求，碰撞结束后30min内，不应有电解液流出，视为电池不能有不正常温度，绝缘仪附带温度传感器实时监控电池温度，温度传感器通过rtd芯片把温度信号转换为数字信号，使用数字光耦隔离传输给mcu。rtd芯片为max31865可实现2线-4线热敏电阻传感器的rtd转换，把最终数字信号通过主机通讯给mcu。图5中，max31865芯片拥有drdy、sdo、cs、sclk、sdi引脚与主机通讯，有bias、refin以及isensor配合参考电阻作为温度模拟信号输入偏置；force2、force+、force-、rtdin-、rtdin+为5个模拟输入引脚，该五个引脚通过3种不同的输出连接，实现温度传感器(热敏电阻)2线，3线，4线连接。闭合s6为4线热敏电阻连接，分别连接line1-4；2线热敏电阻在4线基础上，line1-2并为一线，line3-4并未另一线；三线热敏电阻断开s6闭合s7，此时line2-4即为3线热敏电阻。在从绝缘仪开始测试到结束测试，可全程记录四路温度。
触发输入：触发输入为绝缘仪碰撞过程中的触发事件，相当于碰撞一瞬间的时刻。由于触发信号来源不同，需要兼容开关触发以及总线触发，总线为485总线。图6，开关触发通过t0_sw和t0_sw_rtn两点连接开关信号触发，开关输入两端使用瞬态抑制二极管防碰撞瞬间浪涌，初始无开关信号时，u3光耦无效，u2a前端用电阻拉低gnd高电平，通过u2a非门后为高电平，进入u1的b引脚，u1为与非门，即若开关闭合后，光耦有效，u2a前端为低电平，通过u1与非门后(计算公式
根据上表所述max485芯片在图6de和
绝缘仪通过ups供电，即如图1所示，可通过判断dc_in是否输入，选择使用锂电池供电或者外部dc_in输入供电。可即当外部有电源供应时(dc_in)，锂电池不供电，外部电源供电同时给锂电池充电或者充满电。当外部无dc_in时，由锂电池供电。该功能的优势在于，碰撞过程中可由充满电的锂电池独立供电，方便实验，当电池电量不足或实验之外，可以外部供电，保证足够电量。
绝缘仪在实验过程中，包括触发(碰撞)前后，都需要通过固定采集频率10hz采集所有测试数据，包括在碰撞前电动车电池温度，高电压，绝缘电阻以及碰撞后电池温度，高电压，绝缘电阻以及电能。这些数据通过足够大的sram保存(32mb以上)，所以可保存7h以内的测试数据。同时为了记录每次测试的设定参数eeprom保存系统设置参数，可通过系统面板设置或者通过lan连接软件设置系统参数，并且保存在eeprom内。
所示绝缘仪通过面板显示和开关直接操作，通过lan软件操作。如图3所示，面板包括三列数码管，第一列数码管显示电压v1碰撞前绝缘电阻r1以及电能te，穿插显示；第二列数码管显示电压v2以及碰撞后绝缘电阻r2；第三列数码管显示电压vb以及可以保存的剩余时间tl。面板也包括红isop、蓝chs、黑isom三个香蕉头连接外部被测车辆电池正极、底盘以及电池负极。电源输入dcin和网络连接eth输入口为8针lemo头，触发输入trg为5针lemo头，报警输出alm为5针lemo头，四路温度输入tm1-4的4个为4针lemo头。指示灯电压显示volt，绝缘电阻显示r，以及电能和剩余时间te/tl，此三显示灯结合穿插显示的三个数码管，当数码管显示相应参数时，对应指示灯亮。其他led指示灯包括电压报警volt-alarm，绝缘电阻报警iso-alarm，电能及剩余保存时间报警te/tl-alarm，当相应的参数超出法规或设置标准是，相应指示灯报警。其他led指示灯测试准备指示灯rdy表示开机成功，配合长按按钮on/off按钮，开机成功后rdy灯亮起；测试灯meas亮起代表绝缘仪进入开始测量数据模式，在长按start/stop按钮成功后，该meas灯亮起；数据data指示灯亮起代表绝缘仪内部有数据，在进入测试之前必须清理数据，配合长按reset按钮，清楚数据，data指示灯熄灭；触发灯t0代表在测试过程中有触发事件；网络灯eth代表连接网络，与上位机电脑软件有数据通讯；charging指示灯代表正在充电；bat指示灯代表正在使用电池供电。
测试仪操作流程说明：
1.使用配套线缆连接红色接正极，黑色接负极，蓝色接电底盘；与图3红isop、蓝chs、黑isom三个香蕉头连接，长按on/off开关(2s以上)直到rdy指示灯亮起，绝缘仪开机成功；此时若data指示灯亮起，表示内部有数据，需要长按reset按钮清楚数据，直到data指示灯熄灭。若data没有量则忽略此步骤。
2.开始测量，长按start/stop按钮，直到meas指示灯亮起，绝缘仪进入测量并记录数据模式，可记录接下来7个小时的数据。
3.开始测量后，总记录流程见图9：进入开始测量后，系统开始以10hz的频率记录全程记录电压v1，v2，vb以及四通道温度，并且在t0之前记录绝缘电阻。在t0之后，这里，系统内部设置了一些参数：是否电能测量、开始电能测量时间(5s)、开始绝缘电阻测量时间(60s)，也可以通过软件重新设置系统内部的这些参数。所以，在t0之后，5s判断是否测量电能，如果测量，则在t0后开始测量电能的时间测量电能，当电能测量结束后，再在绝缘电阻测量时间进入绝缘电阻测量，此时需开启内部高压输出器。或者如果不测量电能，这直接在绝缘电阻测量时间进入绝缘电阻测量。绝缘电阻测量结束则测试结束。
试验结束后，如果没有声光报警，表示当前车辆绝缘安全。长按start/stop按钮，直到measled指示灯熄灭；此时data指示灯亮表示有数据，t0指示灯亮表示已经接收到了t0触发。试验结果数据(根据c-ncap2018电参数测量)，通过led指示灯和数码管组合显示：碰撞前绝缘电阻riso_b(r/led第一行)碰撞后绝缘电阻riso_a(r/led第二行)；碰撞后三个电压值v1_min,v2_min,vb_min(volt/led第一行，第二行，第三行)；能量te(te/tl/led第一行)；内存倒计时tl(te/tlled第三行)。(如果需要试验过程中数据，则通过软件进行下载)。关机，长按on/off按钮，直到所有led指示灯熄灭。
4.总流程过程中绝缘电阻测量方法，见图10，流程在开始测试之后以10hz频率即100ms的周期记录绝缘电阻的值，在此过程中，会记录两次v1或者v2的值，总时间循环为t_meas，t_cal是每个周期内，s1或s2关闭前，v1，v2需要先计算个平均值；比如t_cal＝10*100ms，则先求出本t_meas前1秒的v1，v2的平均值v1_avg,v2_avg；比较平均值的大小，来确定s1闭合还是s2，流程图中，执行rios相关计算即为在闭合s1或者s2后同时在t_meas前测量第二次v1或者v2，通过公式计算绝缘电阻值，并判断是否报警。直到一个周期结束，重复此测量过程。
5.内部高电压供电，如图1所示，内部有高电压输出，图8为内部高压输出，系统通过mcu给高压输出器的引脚1和2目标电压信号，在引脚3输出所需电压，如300v。通过开关s8和s9给电池断开后的高压母线供电。供电时间为开始测量绝缘电阻的时间，包括电能测量的情况和无电能测量的情况，此过程都是在开始绝缘电阻开始测量时，开启内部高压供电。
6.电能测量流程，见图11，在电能测量使能时发生，根据原理图4测量电能，在t_te设置的t0后电能开始测量时间开始电能测量(如5s)。开始测量后，根据法规判断电压是否大于60v，如果小于60v则视为无电能，直接结束电能测量。如果大于60v，则有电能，开始图4原理电能测量，根据100ms测量周期，记录在sram中。实时判断放电后电压是否开始小于60v，小于则结束测量电能，如果没有小于60v，则在到达开始测试绝缘电阻时间结束电能测量，获取最终电能值，如果既没有小于60v，也没有到达绝缘电阻测试时间，则继续累计电能，直到两者情况之一满足为止。
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