浅谈多点电动汽车绝缘测试仪

叶香美

摘 要：文章介绍了电动汽车绝缘电阻测试的基本原理，设计了电动汽车绝缘电阻测试系统。电动汽车绝缘多点测试仪主要研究内容包括：正负母线对底盘的电压测量电路、标准偏置电阻的投切控制电路、多个测试点切换电路、MCU（单片机）检测电路、声光报警电路、液晶显示电路。实际样机试验显示，检测误差控制在5%以内，可有效监测车体与高压线路之间的绝缘故障，避免司乘人员受到伤害。

关键词：电动汽车；绝缘电阻测试；单片机

绝缘检测技术是电动汽车关系人身安全的一项重要技术。国家相关标准规定，根据电动汽车和人体安全标准，在最大交流工作电压小于660V。最大直流工作电压小于1000V，以及整车质量小于3500kg的条件下，电动汽车的高压安全要求如下：（1）人体的安全电压低于35V，触电电流和持续时间乘积的最大值小于30mA·S；（2）绝缘电阻除以电池的额定电压至少应该大于100Ω/V，最好是能够确保大于500Ω/V。因此，为保证电动汽车的绝缘安全，必须在车辆运行过程中对于蓄电池组对车体的绝缘电阻进行测量并及时报警。可见，绝缘电阻测量方法对于动力电池组的应用技术而言意义重大。

1 主要研究内容

图1 电动汽车绝缘多点测试仪工作原理图

多点在线监测方法原理如上图所示，该方法通过测量电池正极、负极分别对地接入测量电阻测量出电池正负极与地之间的电压，计算出电池正负极对地漏电电阻。对于多个测试点的绝缘测试只要切换相应测试点的地，不增加后续电路，成本低，安全性高。测得的信号传到单片机，进行存储，通过分析系统绝缘电阻的变化趋势，根据历史数据对绝缘电阻下降趋势做出预测，测量值接近报警阈值时发出预警信息，有效避免了绝缘故障的发生。

2 设计方案

整机由电源模块、信号处理模块、隔离放大模块、显示单元等几部分组成。

2.1 电压检测原理分析与计算

一个测试点绝缘性测量电路如图2所示。通过测量电池正极、负极分别对地接入测量电阻测量出电池正负极与地之间的电压，计算出电池正负极对地漏电电阻。J1、J2由单片机控制的电子开关；R3、R4构成电池负极接入测量电阻，R5、R6构成电池正极接入测量电阻。令R7= R3+R4，R8= R5+R6，R7=R8，V1为J1闭合，J2断开情况下的R3、R4电阻上的电压，V2为J2闭合，J1断开情况下的R5、R6电阻上的电压，V0为电池电压，R1为电池正极的漏电电阻，R2为电池负极的漏电电阻。

（1）

（2）

R7=R8，（1）/（2）得：■=■

（3）

（4）

2.2 电压信号隔离电路

采用4051和ISO124作为电压信号隔离电路。4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有A、B和C三个二进制控制输入端以及INH共4个输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰峰值至20V的模拟信号。例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号。这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。当INH输入端="1"时，所有的通道截止。只有当INH=0时，三位二进制信号才可以选通8通道中的一个通道，连接该输入端至输出。其中VEE可以接负电压，也可以接地。当输入电压有负值时，VEE必须接负电压，其他时候可以接地。

2.3 控制核心-单片机

本测试仪采用STC12C5A60S2单片机，STC12C5A60S2单片机是一款功能比较强大的单片机，它拥有两个全双工串行通信接口，串口1的功能及操作与传统51单片机串行口相同；内含8路10位AD，内存为60K；特殊的是STC12C5A60S2单片机内部有一个独立波特率发生器，串口1可以使用定时器1作为波特率发生器，也可以使用独立波特率发生器作为波特率发生器；而串口2只能使用独立波特率发生器作为波特率发生器。

多点电动汽车绝缘测试仪能实现任意多点的测量，不需附加交流测试电源，电路简单，成本低，可以数据存储。多路电压切换电路与隔离放大器单元采用了隔离放大器，是的测量系统与动力电池完全隔离，提高了汽车的安全性能。为汽车设计者、生产商家、维修人员提供第一手数据，此外还具有精度高、实用性强、实用价值高、性价比高、容易推广等优点。