本實(shí)用新型屬于直流充電樁技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種直流充電樁絕緣監(jiān)測(cè)電路。

背景技術(shù)：

2008年10月埃隆·馬斯克與Martin Eberhard的團(tuán)隊(duì)將首批Tesla Roadster電動(dòng)車下線并開始交付，續(xù)航里程高達(dá)394Km，0-100km/h加速時(shí)間僅需3.9s的Tesla Roadster點(diǎn)燃了全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)，全世界迎來了一場(chǎng)引領(lǐng)高科技領(lǐng)域的新能源改革。與此同時(shí)，隨著核能發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電以及風(fēng)能發(fā)電原材料價(jià)格的下降，進(jìn)一步推動(dòng)新能源在本世紀(jì)改革的步伐，全球迎來了一場(chǎng)新能源風(fēng)暴，同時(shí)推動(dòng)了半導(dǎo)體工業(yè)、電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)、新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)以及電力電子領(lǐng)域的快速發(fā)展，迫使電力電子行業(yè)再一次成為時(shí)代進(jìn)步的領(lǐng)軍，扮演著新能源改革的重要角色。

新能源領(lǐng)域的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，電動(dòng)汽車充電樁逐漸成為整個(gè)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，國家通過各種途徑和手段大力推廣充電樁的建設(shè)和應(yīng)用。但近幾年出現(xiàn)的不少電動(dòng)汽車起火事件，使得電動(dòng)汽車充電樁的安全性越來越受國家及用戶的高度重視。直流充電樁具有大功率、大體積、高電壓、結(jié)構(gòu)與協(xié)議復(fù)雜的特點(diǎn)，迫使其成為安全問題的首要引領(lǐng)者。因此，在直流充電樁的設(shè)計(jì)中不僅增加智能主動(dòng)防護(hù)與柔性充電系統(tǒng)，而且國標(biāo)對(duì)直流充電樁輸出側(cè)對(duì)地的絕緣電阻提出了明確的指標(biāo)要求。

從電動(dòng)汽車充電樁的應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，不管是直流單樁還是智能群充電系統(tǒng)，通常都是放置在室外，難免出現(xiàn)高溫暴曬、閃電雷擊、暴雨潮濕、高濃度硫氮?dú)怏w以及撞擊磨損的現(xiàn)象，致使高壓大電流線纜破損或者直流充電樁內(nèi)部絕緣器件的不斷老化。導(dǎo)致直流充電樁輸出端口正負(fù)母線與充電樁外殼通過失效絕緣層形成漏電流回路。這不僅對(duì)整套直流群充電系統(tǒng)的正常工作造成很大影響，而且存在很大的人身安全風(fēng)險(xiǎn)，甚至可能出現(xiàn)爆炸和火災(zāi)。因此，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電樁輸出直流母線對(duì)地的絕緣電阻，對(duì)充電安全、客戶安全、車輛安全具有不可估量的實(shí)用意義。

目前，關(guān)于電動(dòng)汽車智能快速群充電系統(tǒng)中的高效高功率直流充電電源模塊，作為群充電系統(tǒng)主要充電設(shè)備PDU模塊的能量索取單元，與可實(shí)現(xiàn)功率分配單元的PDU模塊共同構(gòu)成一個(gè)比較復(fù)雜的多分支充電網(wǎng)絡(luò)。在一般情況下，絕緣電阻對(duì)直流快速群充電系統(tǒng)的運(yùn)行并不影響，但若絕緣電阻過低或者存在接地故障點(diǎn)無法迅速找到并予以修復(fù)，又發(fā)生另一點(diǎn)接地故障，輕則導(dǎo)致產(chǎn)生大量的失敗訂單，重則可能引起重大安全事故的發(fā)生。

縱觀電動(dòng)汽車智能群充電市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)有直流快充智能群充電系絕緣統(tǒng)檢測(cè)的方法主要有電橋平衡法和低頻探測(cè)原理。根據(jù)電橋平衡原理實(shí)現(xiàn)的絕緣監(jiān)測(cè)裝置被廣泛使用，但它不能檢測(cè)直流充電系統(tǒng)絕緣電阻動(dòng)態(tài)變化中正負(fù)母線各自的絕緣情況，并且市場(chǎng)上大量出現(xiàn)采用電橋平衡原理設(shè)計(jì)的絕緣監(jiān)測(cè)裝置，只能報(bào)出直流充電系統(tǒng)出現(xiàn)幾級(jí)絕緣故障，而不能直接測(cè)量出直流充電系統(tǒng)對(duì)地具體的絕緣電阻阻值。DLT 1392-2-14中指出，用于檢測(cè)直流充電系統(tǒng)的絕緣電阻精度需滿足以下兩種工況：1)若被測(cè)系統(tǒng)絕緣電阻低于60K時(shí)，絕緣電阻精度要滿足±5％。2)若被測(cè)系統(tǒng)絕緣電阻高于60K時(shí)，絕緣電阻精度要滿足±10％。該標(biāo)準(zhǔn)中明確給出絕緣電阻的精度而不是絕緣電阻等級(jí)。使用低頻探測(cè)法測(cè)量接地電阻是近些年常用的一種方法，但它所能檢測(cè)的絕緣電阻受直流充電系統(tǒng)對(duì)地分布電容的制約，而且低頻交流信號(hào)易被外圍電路干擾。綜上所述，電橋平衡原理和低頻探測(cè)原理均存在若干難以克服的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種直流充電樁絕緣監(jiān)測(cè)電路。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種直流充電樁絕緣監(jiān)測(cè)電路，包括輸入正向支路、輸入負(fù)向支路、輸出正向支路和輸出負(fù)向支路；輸入正向支路與輸入負(fù)向支路均與至少一個(gè)電阻通過功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)，而輸出正向支路與輸出負(fù)向支路均與至少一個(gè)投切電阻通過直流充電系統(tǒng)的地PE串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)；輸入正向支路與輸入負(fù)向支路之間的連接點(diǎn)接功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND，輸出正向支路與輸出負(fù)向支路的連接點(diǎn)接直流充電系統(tǒng)的地PE，直流充電系統(tǒng)的地PE直接與系統(tǒng)機(jī)架連接；功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND與直流充電系統(tǒng)的地PE之間設(shè)置有接觸器K0。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于：

所述輸入正向支路包括輸入正向端口V_in+，輸入正向端口V_in+通過接觸器Ka串聯(lián)輸入正向端口V_in+對(duì)功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND的等效電阻Ra，等效電阻Ra的另一端接功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND。

所述輸入正向端口V_in+通過接觸器K1與輸出負(fù)向端口VBAT+相連；輸入負(fù)向支路包括輸入負(fù)向端口V_in-，輸入正向端口V_in-通過接觸器K2與輸出負(fù)向端口Vout-相連。

所述輸入正向支路包括四個(gè)輸入正向端口，輸入正向端口V_in1+通過投切接觸器K1a串聯(lián)輸入正向端口V_in1+對(duì)功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND的等效電阻R1a，等效電阻R1a的另一端接功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND；輸入正向端口V_in2+通過投切接觸器K2a串聯(lián)輸入正向端口V_in2+對(duì)功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND的等效電阻R2a，等效電阻R2a的另一端接功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND；輸入正向端口V_in3+通過接觸器K3a串聯(lián)輸入正向端口V_in3+對(duì)功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND的等效電阻R3a，等效電阻R3a的另一端接功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND；輸入正向端口V_in4+通過接觸器K4a串聯(lián)輸入正向端口V_in4+對(duì)功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND的等效電阻R4a，等效電阻R4a的另一端接功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND。

所述輸入負(fù)向支路包括輸入負(fù)向端口V_in-，輸入正向端口V_in-與輸出負(fù)向端口Vout-相連。

所述輸出正向支路包括輸出正向端口VBAT+，輸出正向端口VBAT+通過等效電阻R1與功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND相連；輸出正向端口VBAT+通過串接的等效電阻R3和開關(guān)K3與直流充電系統(tǒng)的地PE相連。

所述輸出負(fù)向支路包括輸出負(fù)向端口Vout-，輸出負(fù)向端口Vout-通過等效電阻R2與功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND相連；輸出負(fù)向端口Vout-通過串接的等效電阻R4和開關(guān)K4與直流充電系統(tǒng)的地PE相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

本實(shí)用新型采用不平衡電橋檢測(cè)總的絕緣電阻，利用各支路對(duì)地電阻作為不平衡電橋檢測(cè)的初始阻值，外加一路投切電阻即可實(shí)現(xiàn)不平衡電橋絕緣檢測(cè)方案，同時(shí)用MCU實(shí)現(xiàn)絕緣電阻的計(jì)算并上報(bào)到集控顯示屏。本實(shí)用新型無需實(shí)現(xiàn)電橋平衡，同時(shí)不受直流充電系統(tǒng)對(duì)地分布電容的制約，測(cè)量電路成本低，絕緣電阻檢測(cè)策略簡單易實(shí)施。并且可通過軟件對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)絕緣電阻高精度測(cè)量。本實(shí)用新型充分利用功率分配模塊單元內(nèi)部各支路輸入輸出端口對(duì)PE的等效電阻組成絕緣檢測(cè)電路，結(jié)合輸出端口的投切電阻，通過對(duì)應(yīng)的投切策略，實(shí)現(xiàn)測(cè)量出輸出端口對(duì)地的絕緣等效電阻。

【附圖說明】

圖1為本實(shí)用新型的單路絕緣檢測(cè)等效電路圖；

圖2為本實(shí)用新型的單模塊絕緣檢測(cè)等效電路圖。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

本實(shí)用新型提出了直流充電樁絕緣監(jiān)測(cè)電路，實(shí)現(xiàn)有效處理直流充電系統(tǒng)功率分配單元模塊漏電檢測(cè)功能。

如圖1所示，圖1為一個(gè)單路絕緣檢測(cè)等效電路，該等效電路主要包括：輸入正向支路，輸入負(fù)向支路，輸出正向支路，輸出負(fù)向支路構(gòu)成。其中輸入正向與負(fù)向支路均與至少一個(gè)電阻通過GND串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)，而輸出正向與輸出負(fù)向支路均與至少一個(gè)投切電阻通過PE串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)。該絕緣檢測(cè)方案中，輸入正向支路與輸入負(fù)向支路之間的連接點(diǎn)接GND，GND為功率分配單元模塊內(nèi)部地；而輸出正向支路與輸出負(fù)向支路的連接點(diǎn)接PE，PE為直流充電系統(tǒng)的地(大地)，并直接與系統(tǒng)機(jī)架連接。

如圖1所示，輸入正向支路由Ra與R1并聯(lián)構(gòu)成，其中Ka是輸入正向端口對(duì)GND的投切開關(guān)，Ra是輸入正向端口對(duì)GND的等效電阻，R1是輸出正向端口對(duì)GND的等效電阻。輸入負(fù)向支路由R2構(gòu)成，R2是輸入負(fù)向端口對(duì)GND的電阻。需要注意輸入正向支路電阻與輸入負(fù)向支路電阻都是功率分配單元模塊內(nèi)部電路的等效電阻，不隸屬于絕緣檢測(cè)外加的匹配電阻，而且其等效電阻的阻值并不相等，即Ra//R1≠R2，具體等效阻值能夠通過功率分配單元模塊內(nèi)部電路計(jì)算得到。并且在絕緣電阻檢測(cè)策略中把Ra//R1與R2的阻值作為絕緣檢測(cè)策略的初始入口參數(shù)，用于調(diào)節(jié)絕緣電阻檢測(cè)的精度。

輸出正向支路由R3和K3串聯(lián)構(gòu)成，其中R3是輸出正向端口對(duì)PE的等效電阻，K3是輸出正向支路對(duì)PE的投切開關(guān)。輸出負(fù)向支路由R4和K4串聯(lián)構(gòu)成，其中R4是輸出負(fù)向端口對(duì)PE的等效電阻，K4是輸出負(fù)向支路對(duì)PE的投切開關(guān)。并且功率分配單元模塊的輸入正向端口與輸出正向端口之間設(shè)計(jì)一個(gè)功率開關(guān)K1，輸入負(fù)向端口與輸出負(fù)向端口之間設(shè)計(jì)一個(gè)功率開關(guān)K2，功率分配單元模塊的內(nèi)部地GND與直流充電系統(tǒng)的機(jī)架地PE之間設(shè)有一個(gè)開關(guān)K0。其中Vc為計(jì)算絕緣電阻的回采電壓。

如圖2所示，圖2為一個(gè)單模塊絕緣檢測(cè)等效電路，與單路絕緣檢測(cè)等效電路不同的是其輸入正向支路有四路，每一路可單獨(dú)工作，四路同時(shí)工作也沒有問題。

V_in1+、V_in2+、V_in3+、V_in4+為4路正向輸入電壓，其負(fù)向輸入接觸器吸合后等效為V_in-。其中，K1a是第一路輸入正向端口對(duì)GND的投切開關(guān)，R1a是第一路輸入正向端口對(duì)GND的等效電阻。K2a是第二路輸入正向端口對(duì)GND的投切開關(guān)，R2a是第二路輸入正向端口對(duì)GND的等效電阻。K3a是第三路輸入正向端口對(duì)GND的投切開關(guān)，R3a是第三路輸入正向端口對(duì)GND的等效電阻。K4a是第四路輸入正向端口對(duì)GND的投切開關(guān)，R4a是第四路輸入正向端口對(duì)GND的等效電阻。其余的接觸器與電阻均與單路絕緣檢測(cè)電路保持一致。

本實(shí)用新型充分利用功率分配模塊單元內(nèi)部各支路輸入輸出端口對(duì)PE的等效電阻組成絕緣檢測(cè)電路，結(jié)合輸出端口的投切電阻，通過對(duì)應(yīng)的投切策略，實(shí)現(xiàn)測(cè)量出輸出端口對(duì)地的絕緣等效電阻。

以上內(nèi)容僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí)用新型權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。