淺談多點電動汽車絕緣測試儀

葉香美

摘 要：文章介紹了電動汽車絕緣電阻測試的基本原理，設(shè)計了電動汽車絕緣電阻測試系統(tǒng)。電動汽車絕緣多點測試儀主要研究內(nèi)容包括：正負母線對底盤的電壓測量電路、標準偏置電阻的投切控制電路、多個測試點切換電路、MCU（單片機）檢測電路、聲光報警電路、液晶顯示電路。實際樣機試驗顯示，檢測誤差控制在5%以內(nèi)，可有效監(jiān)測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：電動汽車；絕緣電阻測試；單片機

絕緣檢測技術(shù)是電動汽車關(guān)系人身安全的一項重要技術(shù)。國家相關(guān)標準規(guī)定，根據(jù)電動汽車和人體安全標準，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，為保證電動汽車的絕緣安全，必須在車輛運行過程中對于蓄電池組對車體的絕緣電阻進行測量并及時報警。可見，絕緣電阻測量方法對于動力電池組的應(yīng)用技術(shù)而言意義重大。

1 主要研究內(nèi)容

圖1 電動汽車絕緣多點測試儀工作原理圖

多點在線監(jiān)測方法原理如上圖所示，該方法通過測量電池正極、負極分別對地接入測量電阻測量出電池正負極與地之間的電壓，計算出電池正負極對地漏電電阻。對于多個測試點的絕緣測試只要切換相應(yīng)測試點的地，不增加后續(xù)電路，成本低，安全性高。測得的信號傳到單片機，進行存儲，通過分析系統(tǒng)絕緣電阻的變化趨勢，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對絕緣電阻下降趨勢做出預(yù)測，測量值接近報警閾值時發(fā)出預(yù)警信息，有效避免了絕緣故障的發(fā)生。

2 設(shè)計方案

整機由電源模塊、信號處理模塊、隔離放大模塊、顯示單元等幾部分組成。

2.1 電壓檢測原理分析與計算

一個測試點絕緣性測量電路如圖2所示。通過測量電池正極、負極分別對地接入測量電阻測量出電池正負極與地之間的電壓，計算出電池正負極對地漏電電阻。J1、J2由單片機控制的電子開關(guān)；R3、R4構(gòu)成電池負極接入測量電阻，R5、R6構(gòu)成電池正極接入測量電阻。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為電池負極的漏電電阻。

（1）

（2）

R7=R8，（1）/（2）得：■=■

（3）

（4）

2.2 電壓信號隔離電路

采用4051和ISO124作為電壓信號隔離電路。4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，有A、B和C三個二進制控制輸入端以及INH共4個輸入，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)字信號可控制峰峰值至20V的模擬信號。例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，則0～5V的數(shù)字信號可控制-13.5～4.5V的模擬信號。這些開關(guān)電路在整個VDD-VSS和VDD-VEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號的邏輯狀態(tài)無關(guān)。當INH輸入端="1"時，所有的通道截止。只有當INH=0時，三位二進制信號才可以選通8通道中的一個通道，連接該輸入端至輸出。其中VEE可以接負電壓，也可以接地。當輸入電壓有負值時，VEE必須接負電壓，其他時候可以接地。

2.3 控制核心-單片機

本測試儀采用STC12C5A60S2單片機，STC12C5A60S2單片機是一款功能比較強大的單片機，它擁有兩個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單片機內(nèi)部有一個獨立波特率發(fā)生器，串口1可以使用定時器1作為波特率發(fā)生器，也可以使用獨立波特率發(fā)生器作為波特率發(fā)生器；而串口2只能使用獨立波特率發(fā)生器作為波特率發(fā)生器。

多點電動汽車絕緣測試儀能實現(xiàn)任意多點的測量，不需附加交流測試電源，電路簡單，成本低，可以數(shù)據(jù)存儲。多路電壓切換電路與隔離放大器單元采用了隔離放大器，是的測量系統(tǒng)與動力電池完全隔離，提高了汽車的安全性能。為汽車設(shè)計者、生產(chǎn)商家、維修人員提供第一手數(shù)據(jù)，此外還具有精度高、實用性強、實用價值高、性價比高、容易推廣等優(yōu)點。