采煤机屏蔽编织加强型橡套软电缆

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　　电动汽车行业的飞速发展,在满足现有功能的基础上,对其安全性能要求也是越来越高。动力电池作为新能源汽车部分或全部的动力源,其电压一般比较高,并且工作时充放电电流较大,加上恶劣的使用环境,如振动、冲击、气候冷热交替等影响,高压绝缘部分可能会出现绝缘故障。因此,采煤机屏蔽编织加强型橡套软电缆动力电池工作中,若电池组的正极或负极与车身发生短路,会影响汽车使用安全及人身安全,在高压电池的正极或负极与车身发生短路隐患时,能够及时通过绝缘电阻检测电路检出,并及时报故障进行处理才能避免人身安全受到伤害。因此,高压电池包的安全性一直是新能源汽车行业备受关注的问题,绝缘检测在新能源汽车行业的发展意义重大。目前,绝缘电阻检测电路及其控制方式一般比较复杂,且动态响应差,并且极易造成电池管理系统的损坏。针对高压电池包的危险性,以飞思卡尔单片机为控制器,设计出一种简单快速检测绝缘电阻的电路,其主要通过控制器向电路中注入电流,测量基准电阻两端电压,采煤机屏蔽编织加强型橡套软电缆并通过计算得出绝缘电阻值。实验证明,该绝缘电阻检测电路反应速度快、精度高,增加了新能源汽车使用的安全性。目前绝缘检测的方法主要有两种,一是采用信号注入的方法进行测量,另外一种方法是采用外接电阻切换测量。本文主要采用信号注入法进行绝缘电阻测试。信号注入法主要是通过注入一定频率的直流电压信号,通过测量反馈信号以测量绝缘电阻。图1为设计的绝缘检测电路。图中,V1为基准电阻R1的前端电压,V2为基准电阻R1的后端电压,VCC为5V电压,D1,D2为两个钳位二极管,用于钳制基准电阻R1的后端电压V2在0～5V之间,C1为高压电容,CPU为飞思卡尔单片机,其中与该电路的接口为单片机某一控制口,Rx为所需测试的当量绝缘电阻。V1的测压电路包括电阻R5、放大器E1及电阻R6。V2测压电路由电阻R7、放大器E2、电阻R8、放大器E3、电阻R9以及电容C4组成,后端放大器主要为了防止零点漂移,V1,V2外接单片机的控制口来采集基准电阻R1两端的电压值。

R4为上拉电阻,防止放电时流经三极管Q的电压过大而被击穿。该电路主要通过采集基准电阻R1两端电压,再经单片机处理计算得出当量绝缘电阻值Rx。当动力电池正极或电池中间部分发生绝缘故障时,电池组电流从正极或中间部分依次流经绝缘电阻、二极管D2、限流电阻以及电容再流回电池组负极,从而形成闭合回路,当电容充满电后,回路中的电流为零,此时可以忽略二极管D2的压降,则高压电容的电压等于电池组的总电压。因此,高压电容在正常情况下可以起到将电池组与车身隔离的作用,并且可以平衡当量绝缘电阻非接地端与电池组总负端之间的电压,使电容的正端与当量绝缘电阻非接地端之间的电压近似为零,从而使电池组自身的电压不能产生附加的电流,计算出来的绝缘电阻的数值更加准确。此外,当绝缘电阻快速恢复正常时,电容上的电荷可迅速地通过二极管D1向充电端的电路中释放,迅速消除故障。单片机(图1中CPU)输出低电平时,三极管Q截止,此时通过充电端VCC向高压电容C1充电,并实时采集基准电阻R1两端的电压V11,V12。单片机(图1中CPU)输出高电平时,三极管Q导通,此时高压电容C1向接地端放电,并实时采集基准电阻R1两端的电压V21,V22。软件设计是验证该绝缘检测电路的有效方法之一,系统软件采用基于单片机的C语言编程,其编程环境在CodeWarriorIDE中进行。具体软件时序流程见图2。维持充电状态,直到进入下个测试周期。实验仪器包括,集成绝缘检测电路的BMS电路板、色环电阻、四通道采样示波器、288V/6A·h的镍氢动力电池包。实验中采用镍氢动力电池包进行测试,连接好测试平台,图3为单板测试平台,采煤机屏蔽编织加强型橡套软电缆图4为色环电阻。在电池包电压采样电路中接入了2MΩ的电阻,因此,在测量的数据中实际绝缘电阻Rx应该是其与2MΩ并联的值,在电源负极连接上述阻值的电阻分别进行测试,在软件时序控制中示波器抓取V1,V2两端电压,其中图5为电池包负极接绝缘阻值30kΩ时捕捉的基准电阻R1两端V1,V2的波形;图6为电池包负极接绝缘阻值300kΩ时捕捉的基准电阻R1两端V1,V2的波形,记录采集后回放的数据,见表1。同理,其中图7为电池包正极接绝缘阻值200kΩ时抓取的基准电阻R1两端V1,V2的波形;图8为正极接绝缘阻值500kΩ时抓取的基准电阻R1两端V1,V2的波形,记录采集后回放的数据,见表2。由表2中数据可知,正负极绝缘检测等效,负极绝缘检测精度较正极略高,但在允许的误差范围之内,采样精度随着测试阻值的增大而降低,且当绝缘阻值在1MΩ以下时其采样精度大于95%。一般情况下,当电池包上强电后(电池包高压闭合),检测到绝缘阻值到达某一值时可触发绝缘故障报警,从而可以从源头发现电池包故障,保证车辆行驶安全与人身安全。绝缘检测是电动汽车发展过程中的一项关键技术,分析设计的快速响应动态绝缘电阻检测电路,通过高压电容将高压与低压进行隔离,矿用通信电缆降低高压对绝缘检测精度的影响,结合软件时序控制,在动力电池包上分别进行了正负极短接色环电阻测试,通过对高压电容的充放电,可以快速准确地测量出绝缘电阻,发现故障并及时触发报警,解决了现有绝缘电阻检测响应速度及检测精度等问题,保证汽车行驶安全与人身安全。测试表明,该测量电路具有稳定性好、电路简单、测试方法简便、抗干扰能力强、精度高、反馈速度快等优点,在新能源汽车的发展中具有重要前景。注:本文通讯作者为朱建新。
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