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新能源汽車絕緣檢測原理

目前主流的絕緣檢測方法有兩種,電橋法和交流註入法,但是這個功能是通過電池管理系統BMS來實現的。電橋法又稱被動檢測法,主要是由於電壓較高才可以進行絕緣檢測。交流註入法又叫主動檢測法,因為只有12V鉛酸通電才能完成絕緣檢測功能。關於絕緣檢測的專利有很多,但大部分都是基於以上兩種方法的演化和優化。大致總結如下(如有不妥,歡迎大家討論,更歡迎大家批評指正):

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橋梁法的重點和難點解讀:

(壹)電橋法的檢測原理

電橋法的工作原理是BMS通過檢測高壓正極和高壓負極之間的分壓變化來計算正極/車體和負極/車體的絕緣電阻。檢測原理如下:

1.合上開關S1和開關S2:BMS檢測V1電壓,V2;

2.閉合開關S1,打開開關S2:BMS檢測v 1’的電壓;

3.斷開開關S1,閉合開關S2:BMS檢測V2的電壓;

4.根據以上三步,已知電池的總電壓U和正負橋臂的分壓電阻及其比值,可以列出三個方程U=aV1+bV2。

5.根據這個方程解方程,可以得到正極/外殼的電阻值=Rp,負極/外殼的電阻值=Rn。

兩個電阻值就是我們平時在整車上讀到的絕緣值,以上就是電橋法的檢測原理。

(二)橋梁法的設計難點

電橋法的穩定性和可靠性需要重點關註以下幾點(以上四個電壓值V1,V2,V1 ',V2 '以下統稱V1,V2,歡迎補充討論):

1.分壓比和ADC的選擇:

為了兼顧成本,絕緣檢測會犧牲壹些精度(用12位ADC采樣,甚至直接用單片機內部的ADC采樣)。此時,需要選擇電阻的分壓比(R1/R2或R4/R3)。

電阻分壓比過大,采樣分辨率不夠,無法達到高精度;

電阻分壓比過小時,采樣超量程,無法采樣整個電壓範圍。

2.寄生電容的影響:

眾所周知,整車上寄生電容的實際存在(壹般在幾百納法的量級,有的比這個量級大很多)。

因為寄生電容會導致V1,所以V2的電壓值穩定需要壹段時間,這個時候會出現幾個問題:

BMS無法準確判斷V1的穩定采樣點,V2電壓,以及V1,V2的電壓由於電容電壓不穩定或電容泄漏,不是真正的分壓,所以計算出的絕緣值不準確,這也是前幾年部分車絕緣不穩定的主要原因之壹,現在已經好很多了;

BMS等待電壓穩定時間較長,導致絕緣檢測時間較長,可能不符合FTTI在功能安全方面的時間要求;

寄生電容的值會隨著天氣和車輛的老化而變化。此時要保證設計仍然滿足前期的采樣精度和時間目標,對算法的穩定性和適應性提出了更高的要求,要考慮主要的硬件電路和軟件濾波。

3.電壓V1和V2實時采樣同步的影響。

理論上,V1和V2的實時性越高,絕緣采樣的準確性和穩定性越好。可惜這只是理論,顯然不能完全同步。為了便於理解,我將假設壹個非常極端的實車工況來說明同步實時性能的影響:

第壹階段:在陡坡上猛踩油門。此時BMS剛好檢測到步驟2的v 1’;

第二階段:猛踩剎車踏板下陡坡,此時BMS剛好檢測到第三步的V2;

可以先想想這個場景,以及它對絕緣檢測的影響。當您踩下油門踏板時,電池組會釋放大量外部電流。由於鋰電池的DCR+極化內阻,電池組的高電壓會急劇下降(由電流決定,壹般為50~100V,電池實際輸出電壓為350V為400V電壓)。當踩下制動踏板時,由於整車制動能量回收,電池組的高電壓會瞬間升高到450V,以大電流給電池組充電。那麽問題來了。V1 '用350V分壓檢測,V2 '用450V分壓檢測。用這組電壓計算絕緣不合適,但絕緣值誤差較大。最嚴重的情況下可能會出現絕緣的誤報和遺漏,導致整車相應的故障策略。

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