然而,电动汽车在实际长期运行过程中系统的绝缘电阻是变化的,而且RC1阻值不可能很小(否则直接降低了电动车的绝缘状况),阻值可以在静态测量时的100~500Ω/V之间选择,因此实际误差要更大。例如,对于标称300V的电动汽车直流系统,选择RC1=30kΩ,若要求绝缘电阻在最小值30kΩ时也满足测量结果误差小于5%,则必须使电压测量误差小于0.625%。
(二)电池电压瞬变的影响
电动汽车的绝缘电阻一般来讲是缓变参数,而测量过程很快,因此可以认为测量过程中实际待测绝缘电阻阻值保持不变。
假设利用式(3)、式(4)对应的检测方法,在S1、S2全部断开时电池电压为U,U=UP0+UN0,而S1闭合、S2断开时电池电压为U′,U′=U′PP+U′NP。
由式(3)、式(4)可以得到
将式(5)、式(6)分别与式(3)、式(4)比较可知,要得到正确的结果,必须保证U′NP/U′PP=UNP/UPP成立。对于实际绝缘电阻不变的情况下,参照图1所示电路,依据电路基本定律可以得到RN/(RP//RC1)(式中RP//RC1为2个电阻RP与RC1的并联值,以下相同),该值在短暂的测量过程中可以作为恒值处理,但必须保证测量过程中对电压UP0、UN0采样的同时性和对UPP、UNP采样的同时性,否则破坏了上述计算方法的正确条件。
系统设计
基于上述方法设计的系统,主要完成如下几方面功能:正负母线对电底盘的电压测量、标准偏置电阻的投切控制、报警参数设置、声光报警电路、液晶显示及通信。整个系统的硬件结构如图2所示。
(一)偏置电阻的自动配置
标准偏置电阻的选择应遵循以下原则:(1)基本不影响被测系统原有的绝缘性能;(2)要兼顾系统的测量精度要求;(3)根据系统电压等级自动配置不同等级的标准阻值;(4)高精度,低温漂系数。
系统的实际偏置电阻配置如表1所示。
(二)电压测量电路
由上述分析可知,在标准偏置电阻确定的情况下,电压检测的精度直接决定了最终结果的精度。一般来讲,电动汽车的标称电压在90~500V之间,运行过程中电池电压存在一定的波动范围,并且待测绝缘电阻也有一定的变化范围,因此,通用型监测系统的电压测量电路必须保证在全范围内实现等精度的测量,而且正、负母线对地电压的测量必须同时完成。文中采用低温漂精密电阻分压电路,结合双积分型高分辨率的A/D实现了等精度测量,主控单元与测量电路采用光电耦合器隔离。该种方法与采用LEM电压传感器的测量方案相比,克服了后者的温漂、零点漂移等问题,同时避免了其需要的10mA左右的工作电流影响被测系统的绝缘性能的缺点。
正、负母线对地电压的测量电路的结构和参数完全一致,其采集过程由CPU控制同时启动转换,满足测量参数的同时性。
(三)系统核心——CPU
CPU选用Motorola推出的HCS12系列16位MCU29S12DJ64[4],内部除中央处理单元CPU12外,不仅集成了FLASH、EEPROM及RAM存贮器,而且还集成CAN、BDLC、SCI、SPI和HSIO等多种接口,功能丰富,速度高、功耗低、性价比高、系统设计简单,同时芯片支持背景调试模式和大容量存贮器扩展。FLASH存贮器具有快速编程能力,灵活的保护与安全机制,而且擦除和写入无需外部加高电压。
试验结果
该系统分别在汕头国家电动汽车试验示范区和浙江万向集团电动汽车开发中心的电动中巴车和电动轿车上进行了装车运行试验。
在汕头的一辆中巴车上安装系统时,接线人员不小心用手碰到了正母线,马上有被电的感觉。中巴车额定电压110V,因此报警值设定为11kΩ。系统接线完成后进入正常工作,马上就发出声光报警。