一种直流充电桩绝缘监测电路及检测方法技术

本发明专利技术公开了一种直流充电桩绝缘监测电路，包括输入正向支路、输入负向支路、输出正向支路和输出负向支路；输入正向支路与输入负向支路均与至少一个电阻通过功率分配单元模块的内部地串联构成一个分压网络，而输出正向支路与输出负向支路均与至少一个投切电阻通过直流充电系统的地串联构成一个分压网络。本发明专利技术利用各支路对地电阻作为不平衡电桥检测的初始阻值，外加一路投切电阻即可实现不平衡电桥绝缘检测方案，同时用MCU实现绝缘电阻的计算并上报到集控显示屏。本发明专利技术无需实现电桥平衡，同时不受直流充电系统对地分布电容的制约，测量电路成本低，绝缘电阻检测策略简单易实施。并且可通过软件对被测参数进行校准，可实现绝缘电阻高精度测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于直流充电桩
，涉及一种直流充电桩绝缘监测电路及检测方法。
技术介绍
2008年10月埃隆·马斯克与MartinEberhard的团队将首批TeslaRoadster电动车下线并开始交付，续航里程高达394Km，0-100km/h加速时间仅需3.9s的TeslaRoadster点燃了全球电动汽车市场，全世界迎来了一场引领高科技领域的新能源改革。与此同时，随着核能发电、太阳能光伏发电以及风能发电原材料价格的下降，进一步推动新能源在本世纪改革的步伐，全球迎来了一场新能源风暴，同时推动了半导体工业、电动汽车产业、新能源发电产业以及电力电子领域的快速发展，迫使电力电子行业再一次成为时代进步的领军，扮演着新能源改革的重要角色。新能源领域的电动汽车产业迅速发展，电动汽车充电桩逐渐成为整个电动汽车产业发展的瓶颈，国家通过各种途径和手段大力推广充电桩的建设和应用。但近几年出现的不少电动汽车起火事件，使得电动汽车充电桩的安全性越来越受国家及用户的高度重视。直流充电桩具有大功率、大体积、高电压、结构与协议复杂的特点，迫使其成为安全问题的首要引领者。因此，在直流充电桩的设计中不仅增加智能主动防护与柔性充电系统，而且国标对直流充电桩输出侧对地的绝缘电阻提出了明确的指标要求。从电动汽车充电桩的应用环境出发，不管是直流单桩还是智能群充电系统，通常都是放置在室外，难免出现高温暴晒、闪电雷击、暴雨潮湿、高浓度硫氮气体以及撞击磨损的现象，致使高压大电流线缆破损或者直流充电桩内部绝缘器件的不断老化。导致直流充电桩输出端口正负母线与充电桩外壳通过失效绝缘层形成漏电流回路。这不仅对整套直流群充电系统的正常工作造成很大影响，而且存在很大的人身安全风险，甚至可能出现爆炸和火灾。因此，实现在线实时监测充电桩输出直流母线对地的绝缘电阻，对充电安全、客户安全、车辆安全具有不可估量的实用意义。目前，关于电动汽车智能快速群充电系统中的高效高功率直流充电电源模块，作为群充电系统主要充电设备PDU模块的能量索取单元，与可实现功率分配单元的PDU模块共同构成一个比较复杂的多分支充电网络。在一般情况下，绝缘电阻对直流快速群充电系统的运行并不影响，但若绝缘电阻过低或者存在接地故障点无法迅速找到并予以修复，又发生另一点接地故障，轻则导致产生大量的失败订单，重则可能引起重大安全事故的发生。纵观电动汽车智能群充电市场的蓬勃发展，现有直流快充智能群充电系绝缘统检测的方法主要有电桥平衡法和低频探测原理。根据电桥平衡原理实现的绝缘监测装置被广泛使用，但它不能检测直流充电系统绝缘电阻动态变化中正负母线各自的绝缘情况，并且市场上大量出现采用电桥平衡原理设计的绝缘监测装置，只能报出直流充电系统出现几级绝缘故障，而不能直接测量出直流充电系统对地具体的绝缘电阻阻值。DLT1392-2-14中指出用于检测直流充电系统的绝缘电阻精度需满足以下两种工况：1)若被测系统绝缘电阻低于60K时，绝缘电阻精度要满足±5％。2)若被测系统绝缘电阻高于60K时，绝缘电阻精度要满足±10％。该标准中明确给出绝缘电阻的精度而不是绝缘电阻等级。使用低频探测法测量接地电阻是近些年常用的一种方法，但它所能检测的绝缘电阻受直流充电系统对地分布电容的制约，而且低频交流信号易被外围电路干扰。综上所述，电桥平衡原理和低频探测原理均存在若干难以克服的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种直流充电桩绝缘监测电路及检测方法。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种直流充电桩绝缘监测电路，包括输入正向支路、输入负向支路、输出正向支路和输出负向支路；输入正向支路与输入负向支路均与至少一个电阻通过功率分配单元模块的内部地GND串联构成一个分压网络，而输出正向支路与输出负向支路均与至少一个投切电阻通过直流充电系统的地PE串联构成一个分压网络；输入正向支路与输入负向支路之间的连接点接功率分配单元模块的内部地GND，输出正向支路与输出负向支路的连接点接直流充电系统的地PE，直流充电系统的地PE直接与系统机架连接；功率分配单元模块的内部地GND与直流充电系统的地PE之间设置有接触器K0。本专利技术进一步的改进在于：所述输入正向支路包括输入正向端口Vin+，输入正向端口Vin+通过接触器Ka串联输入正向端口Vin+对功率分配单元模块的内部地GND的等效电阻Ra，等效电阻Ra的另一端接功率分配单元模块的内部地GND。所述输入正向端口Vin+通过接触器K1与输出负向端口VBAT+相连；输入负向支路包括输入负向端口Vin-，输入正向端口Vin-通过接触器K2与输出负向端口Vout-相连。所述输入正向支路包括四个输入正向端口，输入正向端口Vin1+通过投切接触器K1a串联输入正向端口Vin1+对功率分配单元模块的内部地GND的等效电阻R1a，等效电阻R1a的另一端接功率分配单元模块的内部地GND；输入正向端口Vin2+通过投切接触器K2a串联输入正向端口Vin2+对功率分配单元模块的内部地GND的等效电阻R2a，等效电阻R2a的另一端接功率分配单元模块的内部地GND；输入正向端口Vin3+通过接触器K3a串联输入正向端口Vin3+对功率分配单元模块的内部地GND的等效电阻R3a，等效电阻R3a的另一端接功率分配单元模块的内部地GND；输入正向端口Vin4+通过接触器K4a串联输入正向端口Vin4+对功率分配单元模块的内部地GND的等效电阻R4a，等效电阻R4a的另一端接功率分配单元模块的内部地GND。所述输入负向支路包括输入负向端口Vin-，输入正向端口Vin-与输出负向端口Vout-相连。所述输出正向支路包括输出正向端口VBAT+，输出正向端口VBAT+通过等效电阻R1与功率分配单元模块的内部地GND相连；输出正向端口VBAT+通过串接的等效电阻R3和开关K3与直流充电系统的地PE相连。所述输出负向支路包括输出负向端口Vout-，输出负向端口Vout-通过等效电阻R2与功率分配单元模块的内部地GND相连；输出负向端口Vout-通过串接的等效电阻R4和开关K4与直流充电系统的地PE相连。一种直流充电桩绝缘监测电路的检测方法，包括以下步骤：1)闭合接触器K1、接触器K2和接触器K0，再闭合接触器Ka，测量出等效电阻R1的两端电压Vc1，并得到如下关系式：Vc1=RaR1Rx(R2+Ry)(RaR1+R1Rx+RaRx)R2Ry+RaR1Rx(R2+Ry)×Vo]]>其中，Vo是绝缘检测电压值；2)由Vc1求解出输出负向端口Vout-对直流充电系统的地PE的电压Vc0，并确定Vc1与Vc0的大小关系，具体的关系式如下：Vc0＝Vo-Vc13)若Vc1﹥Vc0，则闭合开关K3，测量出等效电阻R1的两端电压Vc2，并得到如下关系式：Vc2=(RaR1Rx+RaR3Rx+R1R3Rx+RaR1R3)(R2+Ry)(RaR1Rx+RaR3Rx+R1R3Rx+RaR1R3)(R2+Ry)+R1R2R3RaRxTy×Vo]]>4)若Vc1﹤Vc0，则闭合开关K4，测量出R1两端电压Vc3，并得到如下关系式：Vc3=R1RaRx(R2Ry+R2R4+R4Ry)R1R本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流充电桩绝缘监测电路，其特征在于，包括输入正向支路、输入负向支路、输出正向支路和输出负向支路；输入正向支路与输入负向支路均与至少一个电阻通过功率分配单元模块的内部地GND串联构成一个分压网络，而输出正向支路与输出负向支路均与至少一个投切电阻通过直流充电系统的地PE串联构成一个分压网络；输入正向支路与输入负向支路之间的连接点接功率分配单元模块的内部地GND，输出正向支路与输出负向支路的连接点接直流充电系统的地PE，直流充电系统的地PE直接与系统机架连接；功率分配单元模块的内部地GND与直流充电系统的地PE之间设置有接触器K0。

【技术特征摘要】
1.一种直流充电桩绝缘监测电路，其特征在于，包括输入正向支路、输入负向支路、输出正向支路和输出负向支路；输入正向支路与输入负向支路均与至少一个电阻通过功率分配单元模块的内部地GND串联构成一个分压网络，而输出正向支路与输出负向支路均与至少一个投切电阻通过直流充电系统的地PE串联构成一个分压网络；输入正向支路与输入负向支路之间的连接点接功率分配单元模块的内部地GND，输出正向支路与输出负向支路的连接点接直流充电系统的地PE，直流充电系统的地PE直接与系统机架连接；功率分配单元模块的内部地GND与直流充电系统的地PE之间设置有接触器K0。2.根据权利要求1所述的直流充电桩绝缘监测电路，其特征在于，所述输入正向支路包括输入正向端口Vin+，输入正向端口Vin+通过接触器Ka串联输入正向端口Vin+对功率分配单元模块的内部地GND的等效电阻Ra，等效电阻Ra的另一端接功率分配单元模块的内部地GND。3.根据权利要求2所述的直流充电桩绝缘监测电路，其特征在于，所述输入正向端口Vin+通过接触器K1与输出负向端口VBAT+相连；输入负向支路包括输入负向端口Vin-，输入正向端口Vin-通过接触器K2与输出负向端口Vout-相连。4.根据权利要求1所述的直流充电桩绝缘监测电路，其特征在于，所述输入正向支路包括四个输入正向端口，输入正向端口Vin1+通过投切接触器K1a串联输入正向端口Vin1+对功率分配单元模块的内部地GND的等效电阻R1a，等效电阻R1a的另一端接功率分配单元模块的内部地GND；输入正向端口Vin2+通过投切接触器K2a串联输入正向端口Vin2+对功率分配单元模块的内部地GND的等效电阻R2a，等效电阻R2a的另一端接功率分配单元模块的内部地GND；输入正向端口Vin3+通过接触器K3a串联输入正向端口Vin3+对功率分配单元模块的内部地GND的等效电阻R3a，等效电阻R3a的另一端接功率分配单元模块的内部地GND；输入正向端口Vin4+通过接触器K4a串联输入正向端口Vin4+对功率分配单元模块的内部地GND的等效电阻R4a，等效电阻R4a的另一端接功率分配单元模块的内部地GND。5.根据权利要求1或4所述的直流充电桩绝缘监测电路，其特征在于，所述输入负向支路包括输入负向端口Vin-，输入正向端口Vin-与输出负向端口Vout-相连。6.根据权利要求2或4所述的直流充电桩绝缘监测电路，其特征在于，所述输出正向支路包括输出正向端口VBAT+，输出正向端口VBAT+通过等效电阻R1与功率分配单元模块的内部地GND相连；输出正向端口VBAT+通过串接的等效电阻R3和开关K3与直流充电系统的地PE相...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁庆民，茹永刚，沈得贵，邓兴旺，
申请(专利权)人：西安特锐德智能充电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61