本發(fā)明涉及絕緣電阻檢測技術領域，更為具體來說，本發(fā)明為一種基于注入周期自適應策略的絕緣電阻檢測裝置及方法。

背景技術：

高壓供配電系統(tǒng)在型號任務中的應用逐漸增多，尤其是以軍用全電驅為代表的能源供給系統(tǒng)，通常包含高壓電池組、高壓配電箱、發(fā)電機組、高壓充電器、高壓電源變換器等設備，其母線電壓通常可達到500vdc至700vdc，甚至更高。上述設備均涉及高壓電氣絕緣問題，而工作條件、振動、溫度及濕度的變化都有可能造成動力電纜及其他絕緣材料迅速老化甚至絕緣破損，使絕緣強度大大降低，不僅會危及駕乘人員的人身安全，還將影響低壓電氣的正常工作。因此，準確、實時地檢測高壓電氣系統(tǒng)對車輛底盤絕緣性能，對保證乘客安全、電氣設備正常工作和車輛安全運行具有重要意義。

現(xiàn)有檢測的方法主要有電橋平衡方法和低頻探測方法。根據(jù)電橋平衡方法實現(xiàn)的絕緣監(jiān)測裝置被廣泛應用，但它不能檢測直流系統(tǒng)正負極絕緣同等下降時的情況，在直流系統(tǒng)正負極絕緣同等下降時電橋平衡檢測絕緣電阻方法不起作用，不僅如此，絕緣監(jiān)測裝置即使報警，也不能直接得到機車供電系統(tǒng)對地的絕緣電阻大小；低頻探測方法具有更高的檢測精度和可靠性，但是，該方法容易受到直流系統(tǒng)支路中存在的對地分布電容的影響，從而導致檢測結果不準確。

因此，如何在直流系統(tǒng)正負極絕緣同等下降情況下進行絕緣電阻檢測、如何避免直流系統(tǒng)支路中存在的對地分布電容對絕緣電阻檢測的影響且提高絕緣電阻檢測的精確度，成為了本領域技術人員亟待解決的技術問題和始終研究的重點。

技術實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有的絕緣電阻檢測方法容易受到對地電容的影響或無法在直流系統(tǒng)正負極絕緣同等下降的情況下進行檢測等問題，本發(fā)明提供了一種基于注入周期自適應策略的絕緣電阻檢測裝置及方法，能夠有效地避免對地電容對絕緣電阻檢測產生的影響，并能夠在直流系統(tǒng)正負極絕緣同等下降的情況下對絕緣電阻進行有效的檢測。

為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明公開了一種基于注入周期自適應策略的絕緣電阻檢測裝置，所述絕緣電阻為機車底盤與機車供電系統(tǒng)之間的絕緣電阻；該檢測裝置包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、采樣電阻、信號注入電路、電壓信號采集電路及微控制器，所述第一電阻和第二電阻依次串聯(lián)于機車供電系統(tǒng)的負極與采樣電阻一端之間，第三電阻和第四電阻依次串聯(lián)于機車供電系統(tǒng)的正極與采樣電阻一端之間，采樣電阻另一端串聯(lián)信號注入電路后連接機車底盤；所述電壓信號采集電路、信號注入電路均與所述微控制器連接，所述電壓信號采集電路用于采集采樣電阻分擔的電壓，所述微控制器用于計算所述絕緣電阻的值。

本發(fā)明創(chuàng)新通過信號注入電路向檢測回路中注入信號、檢測采樣電阻電壓等方式實現(xiàn)對絕緣電阻的檢測，該方法有效克服了電橋平衡方法存在的在直流系統(tǒng)的正負極絕緣同等下降時電橋平衡檢測絕緣電阻方法不起作用的問題，更有效克服了低頻探測方法由于受對地分布電容而檢測結果不準確的問題。

進一步地，所述采樣電阻與信號注入電路連接的一端接地。

通過上述改進的電路結果，本發(fā)明只需測量采樣電阻與第二電阻之間的連接點電壓即可得到采樣電阻分擔的采樣電壓。

進一步地，所述第一電阻和第三電阻的阻值相同，所述第二電阻和第四電阻的阻值相同。

通過上述對第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻的阻值的設置方式，本發(fā)明優(yōu)化了計算絕緣電阻的方法，使絕緣電阻檢測的實時性更好。

進一步地，所述信號注入電路為推挽電路，所述信號注入電路向檢測回路中注入的信號為正負對稱的方波信號。

在微控制器的控制下，本發(fā)明可通過推挽電路能夠較好地實現(xiàn)向檢測回路中注入信號，采用推挽電路降低了整個絕緣電阻檢測裝置設計的時間和難度。

進一步地，所述電壓信號采集電路與微控制器之間串聯(lián)信號調理電路；該檢測裝置還包括l+端子、l-端子及ke/e端子，所述l+端子自所述第一電阻引出、與所述機車供電系統(tǒng)的負極連接，所述l-端子自所述第三電阻引出、與所述機車供電系統(tǒng)的正極連接，所述ke/e端子自信號注入電路引出、與所述機車底盤連接。

在本發(fā)明絕緣電阻檢測裝置制作完成后，直接將l+端子、l-端子及ke/e端子連接即可實現(xiàn)本發(fā)明的目的，因而本發(fā)明具有使用方法、操作簡單等優(yōu)點，便于被操作人員掌握。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種基于注入周期自適應策略的絕緣電阻檢測方法，該檢測方法利用上述的基于注入周期自適應策略的絕緣電阻檢測裝置進行絕緣電阻檢測，該檢測方法包括如下步驟，

步驟1，通過信號注入電路產生第一激勵信號ue1，每隔第一時間周期獲取一次采樣電阻分擔的采樣電壓；

步驟2，計算相鄰周期的第一采樣電壓變化率；

步驟3，判斷所述第一采樣電壓變化率是否小于電壓變化率限定值，如果是，則記錄此時的采樣電壓uf1、執(zhí)行步驟5；如果否，則執(zhí)行步驟4；

步驟4，判斷產生第一激勵信號的時長是否達到最大注入周期，如果是，則記錄此時的采樣電壓uf2和此時的第一采樣電壓變化率c1，執(zhí)行步驟5；如果否，則返回步驟2；

步驟5，切換信號注入電路產生第二激勵信號ue2，每隔第二時間周期獲取一次采樣電阻分擔的采樣電壓；其中，所述第二激勵信號與所述第一激勵信號方向相反；

步驟6，計算相鄰周期的第二采樣電壓變化率；

步驟7，判斷所述第二采樣電壓變化率是否小于電壓變化率限定值，如果是，則記錄此時的采樣電壓uf3、執(zhí)行步驟9；如果否，則執(zhí)行步驟8；

步驟8，判斷產生第二激勵信號的時長是否達到最大注入周期，如果是，則記錄此時的采樣電壓uf4和此時的第二采樣電壓變化率c2，執(zhí)行步驟10，如果否，則返回步驟6；

步驟9，利用所述第一激勵信號ue1、第二激勵信號ue2、采樣電壓uf1、采樣電壓uf3、采樣電阻、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻計算絕緣電阻，然后返回步驟1或結束；

步驟10，利用所述第一激勵信號ue1、第二激勵信號ue2、采樣電壓uf2、采樣電壓uf4、采樣電阻、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻計算絕緣電阻，然后返回步驟1或結束。

本發(fā)明創(chuàng)新通過信號注入電路向檢測回路中注入信號、檢測采樣電阻電壓等方式實現(xiàn)對絕緣電阻的檢測，該方法有效克服了電橋平衡方法存在的在直流系統(tǒng)的正負極絕緣同等下降時電橋平衡檢測絕緣電阻方法不起作用的問題，更有效克服了低頻探測方法由于受對地分布電容而檢測結果不準確的問題。

進一步地，步驟3中，判斷小于電壓變化率限定值的第一采樣電壓變化率連續(xù)產生的個數(shù)是否超過第一預設個數(shù)，如果是，則記錄此時的采樣電壓uf1、執(zhí)行步驟5；如果否，則執(zhí)行步驟4；

步驟7中，判斷小于電壓變化率限定值的第二采樣電壓變化率連續(xù)產生的個數(shù)是否超過第二預設個數(shù)，如果是，則記錄此時的采樣電壓uf3、執(zhí)行步驟9；如果否，則執(zhí)行步驟8。

對于采樣電壓變化率幅度變化的判斷，本發(fā)明通過上述判斷采樣電壓變化率是否穩(wěn)定的方式避免了誤檢測情況的發(fā)生，提高了本發(fā)明對絕緣電阻檢測的準確性和可靠性。

進一步地，步驟9中，采用如下的方式計算絕緣電阻rf,

其中，第一電阻和第三電阻的阻值相同，均為ri；第二電阻和第四電阻的阻值相同，均為rn。

進一步地，步驟10中，采用如下的方式計算絕緣電阻rf,

其中，第一電阻和第三電阻的阻值相同，均為ri；第二電阻和第四電阻的阻值相同，均為rn；ρ為補償因子。

進一步地，采用分段方式確定補償因子ρ的取值；

當c1、c2的范圍均為(0,5mv)時，則ρ＝1.1；

當c1、c2的范圍均為[5mv,10mv)時，則ρ＝2.0；

當c1、c2的范圍均為[10mv,20mv)時，則ρ＝2.5；

當c1、c2的范圍均為[20mv,+∞)時，則ρ＝3.0。

通過上述的計算方法，本發(fā)明能夠快速、準確地檢測出絕緣電阻阻值的大小，具有實時性好、精確度高等突出優(yōu)點。

本發(fā)明的有益效果為：針對高壓系統(tǒng)復雜多變的電路結構，本發(fā)明可通過自動調整信號注入周期的方式消除對地電容對絕緣電阻檢測產生的影響，提高了絕緣電阻實時檢測的精度，本發(fā)明徹底拋棄了電橋平衡檢測方法，能夠在直流系統(tǒng)正負極絕緣同等下降的情況下對絕緣電阻進行有效的檢測。本發(fā)明具有檢測精度高、實時性好、可靠性強等優(yōu)點，可推廣至民用純電動和混合動力車輛使用。

附圖說明

圖1為絕緣電阻檢測裝置工作原理示意圖。

圖2為絕緣電阻檢測裝置內的硬件連接關系示意圖。

圖3為推挽電路結構示意示意圖。

圖4為實施例一中的基于注入周期自適應策略的絕緣電阻檢測方法流程示意圖。

圖5為實施例二中的基于注入周期自適應策略的絕緣電阻檢測方法流程示意圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發(fā)明基于注入周期自適應策略的絕緣電阻檢測裝置及方法進行詳細的解釋和說明。

實施例一：

如圖1至4所示，本實施例首先提供了一種基于注入周期自適應策略的絕緣電阻檢測裝置。如圖1所示，左側圖框代表機車的高壓直流系統(tǒng)、絕緣電阻、底盤，直流電壓一般為500vdc至700vdc，本發(fā)明涉及到的絕緣電阻為機車底盤與機車供電系統(tǒng)之間的絕緣電阻；右側圖框為本發(fā)明接入的絕緣電阻檢測電路部分。

具體來說，如圖1、2所示，該檢測裝置包括第一電阻r1、第二電阻r2、第三電阻r3、第四電阻r4、采樣電阻rm、信號注入電路、電壓信號采集電路及微控制器，第一電阻r1和第二電阻r2依次串聯(lián)于機車供電系統(tǒng)的負極與采樣電阻rm一端之間，第三電阻r3和第四電阻r4依次串聯(lián)于機車供電系統(tǒng)的正極與采樣電阻rm一端之間，采樣電阻rm另一端串聯(lián)信號注入電路后連接機車底盤，該檢測裝置還包括l+端子、l-端子及ke/e端子，l+端子自第一電阻r1引出、與機車供電系統(tǒng)的負極連接，l-端子自第三電阻r3引出、與機車供電系統(tǒng)的正極連接，ke/e端子自信號注入電路引出、與機車底盤連接。通過信號注入電路注入電壓u注入，而構成機車供電系統(tǒng)、機車底盤、采樣電阻rm的檢測回路，檢測回路內的電流為im，在采樣電阻rm上產生一個采樣電壓um，在控制器的控制、采集和運算下可計算出絕緣電阻的大小，不僅如此，如圖1和圖2所示，本發(fā)明可通過檢測a點和b點之間的電壓值un得出機車供電系統(tǒng)的電壓值，其中，a點為第一電阻r1和第二電阻r2之間的連接點，b點為第三電阻r3和第四電阻r4之間的連接點；需要說明的是，僅僅對絕緣電路的檢測而言，可將第一電阻和第二電阻合并為阻值為r1+r2的電阻、將第三電阻和第四電阻合并為阻值為r3+r4的電阻。本實施例的絕緣電阻檢測裝置還包括與微控制器連接的can通信電路，計算得出的絕緣電阻阻值和機車供電系統(tǒng)的電壓值通過can通信電路的can端口對外輸出。本實施例中，采樣電阻rm與信號注入電路連接的一端接地，則只檢測采樣電阻rm與第二電阻r2之間的連接點即可得到采樣電阻rm分擔的采樣電壓；電壓信號采集電路用于采集采樣電阻rm分擔的電壓，微控制器用于計算絕緣電阻的值，電壓信號采集電路、信號注入電路均與微控制器連接，電壓信號采集電路與微控制器之間串聯(lián)信號調理電路，通過信號調理電路對采集的電壓信號進行中值濾波，從而消除高頻信號對采樣回路的干擾；在本發(fā)明提供的技術方案的基礎上，本發(fā)明中涉及的電壓信號采集電路、信號調理電路、can通信電路、供電電路、信號注入電路均可從常規(guī)電路中進行合理而明智的選擇。

本實施例中，為方便計算，第一電阻r1和第三電阻r3的阻值相同，第二電阻r2和第四電阻r4的阻值相同，另外，如圖3所示，本實施例中的信號注入電路可為典型的推挽電路，推挽電路一端ke/e與機車底盤連接、另外兩端u9_19和u9_20均與采樣電阻rm連接，信號注入電路向檢測回路中注入的信號為正負對稱的方波信號。

如圖4所示，本實施例還提供了基于注入周期自適應策略的絕緣電阻檢測方法，該檢測方法上述的基于注入周期自適應策略的絕緣電阻檢測裝置進行絕緣電阻檢測，通過信號注入電路在機車底盤和機車供電系統(tǒng)之間產生電壓信號，本實施例中，該電壓信號為正負對稱的方波信號。在實際的檢測過程中，該檢測方法包括如下步驟，

步驟1，通過信號注入電路產生第一激勵信號ue1，每隔第一時間周期獲取一次采樣電阻rm分擔的采樣電壓；本實施例中，第一激勵信號ue1為正激勵信號，當然，也可為負激勵信號，第一時間周期可為10ms。

步驟2，計算相鄰周期的第一采樣電壓變化率|δum1|；“相鄰周期”應理解為“當前周期t與t+1周期”或“當前周期t與t-1周期”。

步驟3，判斷第一采樣電壓變化率|δum1|是否小于電壓變化率限定值α，如果是，表明機車供電系統(tǒng)對地分布電容已經充電完成，則記錄此時的采樣電壓uf1、執(zhí)行步驟5；如果否，則執(zhí)行步驟4；本實施例中，α＝50mv。

步驟4，判斷產生第一激勵信號的時長是否達到最大注入周期t，如果是，則記錄此時的采樣電壓uf2和此時的第一采樣電壓變化率|δum1|＝c1，執(zhí)行步驟5；如果否，則返回步驟2；本實施例中，最大注入周期t＝10s。

步驟5，切換信號注入電路產生第二激勵信號ue2，每隔第二時間周期獲取一次采樣電阻rm分擔的采樣電壓；其中，第二激勵信號與第一激勵信號方向相反；本實施例中，第二激勵信號ue2為負激勵信號，當然，當?shù)谝患钚盘杣e1為負激勵信號時，第二激勵信號ue2為正激勵信號；第二時間周期可與第一時間周期相同，因而第二時間周期可為10ms。

基于對第一電壓變化率和最大注入周期的判斷，本發(fā)明通過上述步驟4和步驟5達到了注入周期自適應的目的，如果機車供電系統(tǒng)對地分布電容已經充電完成，則切換信號注入電路反向注入信號；如果在最大注入周期時還未將對地分布電容充滿，則強制切換信號注入電路反向注入信號。

步驟6，類似于步驟2，本步驟計算相鄰周期的第二采樣電壓變化率|δum2|。

步驟7，判斷第二采樣電壓變化率|δum2|是否小于電壓變化率限定值α，如果是，表明機車供電系統(tǒng)對地分布電容已經充電完成，則記錄此時的采樣電壓uf3、執(zhí)行步驟9；如果否，則執(zhí)行步驟8，應當理解，若注入第一激勵信號時可在最大注入周期t內使對地分布電容充電完成，則注入第二激勵信號時往往可在最大注入周期t內使對地分布電容充電完成，反之亦然。

步驟8，判斷產生第二激勵信號的時長是否達到最大注入周期t，如果是，則記錄此時的采樣電壓uf4和此時的第二采樣電壓變化率|δum2|＝c2，執(zhí)行步驟10，如果否，則返回步驟6、繼續(xù)計算第二采樣電壓變化率；

步驟9，利用第一激勵信號ue1、第二激勵信號ue2、采樣電壓uf1、采樣電壓uf3、采樣電阻rm、第一電阻r1、第二電阻r2、第三電阻r3、第四電阻r4計算絕緣電阻，然后返回步驟1重新進行檢測或結束；本實施例中采用如下的方式計算絕緣電阻rf,rf為機車供電系統(tǒng)正負母線對地絕緣電阻rf+和rf-的并聯(lián)值，此時ρ＝0。

其中，第一電阻r1和第三電阻r3的阻值相同，均為ri；第二電阻r2和第四電阻r4的阻值相同，均為rn。

步驟10，利用第一激勵信號ue1、第二激勵信號ue2、采樣電壓uf2、采樣電壓uf4、采樣電阻rm、第一電阻r1、第二電阻r2、第三電阻r3、第四電阻r4計算絕緣電阻，然后返回步驟1重新進行檢測或結束。本實施例中，采用如下的方式計算絕緣電阻rf,

其中，第一電阻r1和第三電阻r3的阻值相同，均為ri；第二電阻r2和第四電阻r4的阻值相同，均為rn；ρ為補償因子，并采用分段方式確定補償因子ρ的取值；

當c1、c2的范圍均為(0,5mv)時，則ρ＝1.1；

當c1、c2的范圍均為[5mv,10mv)時，則ρ＝2.0；

當c1、c2的范圍均為[10mv,20mv)時，則ρ＝2.5；

當c1、c2的范圍均為[20mv,+∞)時，則ρ＝3.0。

如圖1、4所示，其中計算得出的絕緣電阻值為高壓正負母線對車體電阻的并聯(lián)值，如果整車的絕緣電阻下降，例如，整車絕緣電阻降低到了500kω，先觸發(fā)二級報警，可用于提示駕駛員，需要盡快進行檢修維護了；當整車絕緣電阻繼續(xù)下降時，例如整車絕緣電阻降低到80kω，觸發(fā)一級告警，用于給整車提供一個緊急的停機信號，表示整車絕緣電阻已經嚴重下降，需要立即停機檢修。

實施例二：

如圖1、2、3、5所示，本實施例與實施例一基本相同，其區(qū)別在于對絕緣電阻檢測方法作了進一步改進，不僅要判斷出電壓變化率小于電壓變化率限定值α，還有判斷有多少個連續(xù)的電壓變化率小于α，避免意外情況導致電壓變化率小于電壓變化率限定值，從而提高判斷對地電容是否充滿的準確性。

步驟3中，在判斷第一采樣電壓變化率|δum1|小于電壓變化率限定值α后，還需判斷小于電壓變化率限定值α的第一采樣電壓變化率|δum1|連續(xù)產生的個數(shù)是否超過第一預設個數(shù)，如果是，則記錄此時的采樣電壓u_f1、執(zhí)行步驟5；如果否，則執(zhí)行步驟4；本實施例中，第一預設個數(shù)為10。

步驟7中，在判斷第二采樣電壓變化率|δum2|小于電壓變化率限定值α后，還需判斷小于電壓變化率限定值α的第二采樣電壓變化率|δum2|連續(xù)產生的個數(shù)是否超過第二預設個數(shù)，如果是，則記錄此時的采樣電壓u_f3、執(zhí)行步驟9；如果否，則執(zhí)行步驟8。本實施例中，第二預設個數(shù)為10。

本發(fā)明中，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

在本說明書的描述中，參考術語“本實施例”、“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明實質內容上所作的任何修改、等同替換和簡單改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。