电动汽车绝缘监测系统研究

摘要

　　随着全球能源危机、气候变暖、以及日益恶化的全球环境问题摆在人们的面前,人们己经开始意识到燃油汽车的坏处越来越大。曾经一度被冷落的电动汽车重新再次得到了重视,但是电动汽车的危险性比燃料汽车高得多。在电动汽车使用过程中一旦绝缘线绝缘性能下降将会照成很严重的后果。因此研究电动汽车绝缘检测很有必要。

　　首先本文介绍电动汽车高压侧,分析国内外对电动汽车研发的重视;再次通过总结查阅目前己有的相关资料,将目前市场比较常用的绝缘检测方法做出概述并且分析比较这几种结缘检测技术存在的优缺点,从而得到一种改进的绝缘检测方法。其特点利用偏置电阻法实现检测,而偏置电阻的控制由主控态片提供信号。

　　最后ARM　S片为核也开展硬件外围电路的设计。

　　在软件部分,针对本设计中使用的主控苍片,系统的介绍主控态片所使用的编译软件(keil)之后利用陆IL软件编写软件程序,在本设计中为了简化编程难度,将一个大程序分解成几个小程序。最后利用流程围的方式编写各个小程序以实现相对应的硬件功能。

　　设计完本文的硬件和软件系统后,本设计给出了设计好的实物图,并调用公司的测试数据,以此来验证该绝缘监测装置的准确性和可靠性。

　　关键词：绝缘,实时监测,偏置电阻,ARM

Abstract

　　With the increasing international oil crisis and people for the growth of awareness of environmental protection, the electric car has been more and more get the attention of the countries. Electric cars for can really achieve "zero emissions" and become one of the important developing direction of the car. Compared with the traditional cars, electric car battery as the main power, it's on the insulation of the electric vehicle p^fomance put forward higher requirements. In order to ensure that the electric car driving safety and passengers' personal safety, to develop a real-time, accurate and reliable monitoring the state of the electric insulation device appears very necessary.

　　Firstly, This paper introduces the cvirrent for dc system insulation monitoring method and electric cars as the main body of the measuring method to measure chip, after summarized the advantages and disadvantages, then put forward a kind of insulation detection algorithm based on pure electric vehicles, its characteristic is signal through the central control chip, using the method of bias resistors to achieve detection. As a result, improve the accuracy of the calculation of insulatioti resistance. Through the analysis of the principle diagram of die control by the method calculation formula for computing the insulation resistance, and with the ARM chip as the core to cany out the hardware circxiit design.

　　After an introduction to the compilation environment of system software, choose the KEIL software write software program, the overall program with selective branching structure conneetion structure. Based on the description of the flow charts of main program and subroutines, this paper introduces the ftinction of each module program implemented.

　　In part of hardware and software are introduced, the control platform of the core physical figure gives the relevant pictures and descriptions,and for debugging in several main problems are analyzed and the solution is given. Based on the measured error analysis of experimental data, in order to show that the insulationn monitoring device for the accuracy of measuring insulation resistance and reliability.

　　Keywords: insulationi Real-time monitoring, Bias resistors, ARM

　　中国经济的腾飞有目共睹,但是环境的污染也是困扰国人生活质量的一个很大的问题,据记载,1952年12月伦敦,在漫天迷雾的短短四天内,就有4000多人丧生,之后的两个月内又有8000多人死去。根据当时医生的回忆,在那短短的四天里医院已经挤满了人,医生都没有足够的地方和时间来捶救病人。据WT0报道全球20个大型污染城市中有化个在中国,在这16个城市当中雾霜、酸雨、光污染已经严重到不得不治理的地步,这些问题的引发很重要的原因就是燃油汽车尾气的排放。而随着中国的发展汽车市场也会越来越大,如果还是传统的汽油驱动车那么中国的环境想要改善会非常困难,目前中国机动车保有量为2.79亿量,同时中国也是世界汽车产销第一大国,按照每年10%的増长率来算未来中国所要面对的不仅仅是环境难W改善,另外还要应对因机动车辆过多而导致的原油消耗量的不断辉升所带来的能源危机问题。面对当前所遇到的一系列能源环境问风高效、清洁的节能电动车的研发与推广成为汽车行业发展的必然庭势。

　　现在市面上的汽车基本采用的燃油驱动,这种汽车基本不存在因绝缘问题导致的灾难,然而电动汽车不同,它是由电力驱动的,所;^为了保证电动车有足够的动化市场上常用的电动车通常会在车内装有电压比较离的电源,在电动车的髙压回路中,由于电压高,电阻小,这样就会形成此较大的电流。和想象的不一样的是电动车的蓄电池不是一个大的单独电源,它是由多个电压大小为3.　6V的小电池串联而来的,电压总和接近300V。由于电动汽车的驱动需要很高的电压,因此电动汽车的电源电池必须要始终保持为高压。如此W来,电动汽车的高压侧蓄电池电压长时间保持在300V左右,再加上高压侧蓄电池的正负极连接在绝缘导线的两端,而绝缘导线的电阻很小,再由公式I=U/R可得知,电动汽车高压侧回路的瞬间电流将会达到一个恐怖的数字。因而电动汽车绝缘系统的好坏就显得非常重要,如果高压侧绝缘老化这样对汽车驾驶人员带来很大的威胁,甚至有可能照成车辆自燃严重威胁到全车乘客的安全。

　　针对目前纯电动汽车在直流系统绝缘检测方法中所存在的问题,本文在目前现有绝缘检测方法的基拙上,提出了添加偏置电阻的方法,并相应研究出一种拥有检测速度快且检测精度髙的检测仪器。本课题针对纯电动汽车高压回路安全监控问题,对纯电动汽车高压回路的配置,并设计了一种基于ARM单片机的监测系统,最后做出监测实物,对绝缘监测可行性做出论证。本课题主要完成的工作内容如下:

　　(1)首先介绍电动汽车髙压侧需要进行绝缘检测的原因,再次通过査阅文献介绍世界重要的汽车生产国在电动汽车的研发状况己经中国电动汽车现状,通过这些来展现出电动汽车绝缘监测在电动汽车应用中的重要性。

　　(2)通过总结查阅目前己有的相关资料,将目前市场比较常用的绝缘检测方法做出概述并且分析比较这几种结缘检测技术存在的优缺点,从而提出一种改进的绝缘检测方法。

　　(3)根据该检测的原理设计出相应的硬件电路。从主控芯片的选择,电源电路的滤波W及电压降压到主控苍片可W使用的电皮的设计,根据电路的电压监测原理图依次设计纯电动汽车偏置电阻的接入、绝缘检测、预充电、高低压保护、髙压环路互锁等方面进行了研巧设计等几个方面,给出系统整体的硬件结构,并对抗干扰稳定性做出分析。

　　(4)利用子程序的方法将大程序模块化,从而编写出能够实现相应的硬件电路功能的软件。

　　(5)通过模型的建立多次测量实验数据,对原理方法的可行性和可靠性进行验证。

　　电动汽车绝缘检测系统测试：

测试集成图

巧件原理框图

看门狗电路图

电流整形电路

电路的电压监测原理图框图

目录

　　摘要
　　Abstract
　　1 绪论
　　　　1.1 课题研究的背景及意义
　　　　1.2 国内外发展状况
　　　　　　1.2.1 国内外电动汽车的发展现状
　　　　　　1.2.2 绝缘监测发展现状
　　　　1.3 本课题的主要工作
　　2 基于ARM单片机电动汽车绝缘监测系统的设计
　　　　2.1 电动汽车的电为系统
　　　　2.2 常用检测方法
　　　　2.3 绝缘检测原理及理论依据
　　　　2.4 绝缘电阻测量误差分析
　　　　　　2.4.1 测量参数对精度的影响
　　　　　　2.4.2 动力蓄电池电压瞬变的影响
　　　　2.5 本章小结
　　3 髙压侧安全监测系统硬件设计
　　　　3.1 硬件的设计要求
　　　　3.2 模块组成和硬件功能
　　　　3.3 各功能模块硬件电路
　　　　　　3.3.1 STM32F107主控制总片
　　　　　　3.3.2 电源电路
　　　　　　3.3.3 测量电路总体设计
　　　　　　3.3.4 偏置电阻接入原理
　　　　　　3.3.5 高低压保护电路
　　　　　　3.3.6 高压环路互锁电路
　　　　　　3.3.7 动为蓄电池组的测温电路
　　　　　　3.3.8 液晶显示模块电路设计
　　　　　　3.3.9 CAN通讯电路
　　　　3.4 硬件抗干扰设计
　　　　3.5 高压电系统运行状态管理策略
　　　　　　3.5.1 髙压环路互锁检测
　　　　　　3.5.2 绝缘检测
　　　　　　3.5.3 系统电压检测
　　　　　　3.5.4 湿度检测
　　　　3.6 本章小结
　　4 软件设计
　　　　4.1 软件开发环境介绍
　　　　4.2 软件实现的功能及整体思路
　　　　4.3 A/D采样程序
　　　　4.4 灯光报答程序
　　　　4.5 故障断开控制
　　　　4.6 系统软件可靠性设计与优化
　　　　4.7 本章小结
　　5 绝缘电阻计算模型验证试验
　　　　5.1 测试结果
　　　　5.2 绝缘电阻计算模型验证试验
　　　　5.3 本章小结
　　6 总结与展望
　　　　6.1 总结
　　　　6.2 展望
　　致谢
　　参考文献
　　作者简介及读研期间主要科研成果

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