[发明专利]一种用于船舶动力电池组的绝缘检测系统及检测方法

权利要求书

1.一种用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，其特征在于，包括顺序连接的直流系统、检测电路和采样电路、AD转换电路及单片机MCU，其中，

所述直流系统设有动力电池组V_B、正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn，其中，正极绝缘电阻Rp的一端与动力电池组V_B的正极连接，另一端接地，负极绝缘电阻Rn的一端与动力电池组V_B的负极连接，另一端接地；

所述检测电路和采样电路中的检测电路设有第一桥臂电阻R、第二桥臂电阻R₁、第三桥臂电阻R₃、继电器开关S，其中，第一桥臂电阻R的一端与正极绝缘电阻Rp连接、另一端接地，第二桥臂电阻R₁的一端与负极绝缘电阻Rn连接，另一端接地，第三桥臂电阻R₃的一端与开关S连接，另一端接地，开关S的另一端与动力电池组V_B的负极连接；

所述检测电路和采样电路中的采样电路设有并联的二极管VD和电容C、电阻R₂，其中，电阻R₂的一端与第三桥臂电阻R₃相连，另一端与二极管VD和电容C的并联电路相连；

所述检测电路和采样电路中，正极为动力电池组V_B正母线对地电压，负极为动力电池组V_B负母线对地电压，系统上电时，动力电池组V_B和内部电阻构成检测回路，通过采集各部分电压值来计算绝缘电阻，正极对地电压、负极对地电压对应的采样点均位于正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn的连接处，采样电路采集对应支路上的电压作为采样电压，过程为：闭合支路上的开关S，并采样对应支路上的动力电池组V_B正极对地电压、动力电池组V_B负极对地电压；断开支路上的开关S，并采样对应支路上的动力电池组V_B正极对地电压、动力电池组V_B负极对地电压；

所述的AD转换电路及单片机MCU由AD芯片或带AD采样的电池采样模拟前端芯片和单片机组成。

2.根据权利要求1所述的用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，其特征在于，所述两条第一桥臂电阻R、第二桥臂电阻R₁、第三桥臂电阻R₃均为功率为2W、精度为1％的精密电阻，其中第一桥臂电阻R和第三桥臂电阻R₃阻值大小一致。

3.根据权利要求1所述的用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，其特征在于，所述继电器开关S为HFD4/5-S的继电器，继电器的闭合与断开由单片机MCU控制。

4.根据权利要求1所述的用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，其特征在于，所述二极管VD为LESD3Z5.0CMT1G静电保护二极管。

5.根据权利要求1所述的用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，其特征在于，所述电容C的容值为1nf。

6.根据权利要求1所述的用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，其特征在于，所述正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn基于霍夫电压定律和开关S计算如公式(1)、公式(2)所示：

7.一种用于船舶动力电池组的绝缘检测系统的检测方法，其特征在于，包括权利要求1-权利要求6任意一项所述的用于船舶动力电池组的绝缘检测系统，所述方法包括如下步骤：

S1：初步设置单臂不平衡桥中各参数的取值，各参数包括：实际正绝缘电阻Rp、负绝缘电阻Rn和桥臂电阻R、R₁，即假设绝缘要求是X，电压是Y，则绝缘电阻Rp和Rn的取值＝XY，桥臂电阻R、R₁的取值＝2XY；

S2：将初步设置的各参数的取值：桥臂电阻R⁰、桥臂电阻R₁⁰、正极绝缘电阻Rp⁰、负极绝缘电阻Rn⁰和动力电池组的电压值V⁰，代入正、负极绝缘电阻的公式(1)、公式(2)，计算得出结果为：

测量计算的值Actual Rp⁰和Actual Rn⁰与参考的绝缘电阻Rp⁰、Rn⁰进行比较，根据误差公式E^x＝(Actual Rp^x-Rp^x)/Rp^x*100％，E^x为测量误差，方差公式为测量误差的平均数，S²为方差，判断该误差的绝对值是否低于5％和方差是否低于0.3，若相对误差5％且方差0.3，即初步设置的各参数的取值满足要求，若相对误差5％或方差0.3，即初步设置的各参数的取值不满足要求，需重新设置，直到满足实际应用要求；

S3：根据绝缘电阻计算公式(1)、公式(2)可知，影响绝缘电阻测量的因素有4个，分别为桥臂电阻R、桥臂电阻R₁、Rp、Rn、动力电池组电压V，根据初步设置的各参数的取值R⁰、R₁⁰、Rp⁰和Rn⁰、V⁰，设置四组对比实验，探讨单因素对绝缘电阻测量的影响；

S4：第一组实验：根据初步设置的桥臂电阻R⁰，设置一组试验变量R^x，分别为：R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶...R^x，其中R^x＝yR⁰，根据误差和方差的范围，确定y的取值范围为1/5～5倍，依次测量电路中不同R^x下的V₁、V₂、V₃、V₄，得到x组实验结果，分别代入正、负极绝缘电阻的计算公式(1)、公式(2)，求得实验结果Actual Rp¹、Rp²、Rp³、Rp⁴、Rp⁵、Rp⁶、..Rp^x和Actual Rn¹、Rn²、Rn³、Rn⁴、Rn⁵、Rn⁶...Rn^x，将实验结果依次代入测量误差公式：E^x＝(Actual Rn^x-Rn^x)/Rn^x*100％，得到不同R^x下的绝缘测量误差结果，作出不同桥臂电阻R^x的绝缘电阻值测量的相对误差图，相对误差图中横坐标是不同的桥臂电阻R^x，纵坐标是对应的E^x的绝对值|E^x|，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的相对误差，然后，再将实验结果依次代入方差公式得到不同R^x下的方差，作出不同桥臂电阻R^x的绝缘电阻测量的方差图，方差图中横坐标为不同的桥臂电阻R^x，纵坐标是对应的S_x²，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的方差；

S5：第二组实验：根据初步设置的桥臂电阻R₁⁰，设置一组试验变量R₁^x，分别为：R₁¹、R₁²、R₁³、R₁⁴、R₁⁵、R₁⁶...R^x，其中，R₁^x＝y₁R₁⁰，根据误差和方差的范围，确定y₁的取值范围为1/5～5倍，依次测量电路中不同R₁^x下的V₁、V₂、V₃、V₄，得到x组实验结果，分别代入正、负极绝缘电阻的计算公式(1)、公式(2)，求得实验结果Actual Rp¹、Rp²、Rp³、Rp⁴、Rp⁵、Rp⁶..Rp^x和ActualRn¹、Rn²、Rn³、Rn⁴、Rn⁵、Rn⁶..Rn^x，将实验结果依次代入测量误差公式：E^x＝(Actual Rn^x-Rn^x)/Rn^x*100％，得到不同R₁^x下的绝缘测量误差结果，作出不同桥臂电阻R₁^x的绝缘电阻值测量的相对误差图，相对误差图中横坐标是不同的桥臂电阻R₁^x，纵坐标是对应的E^x的绝对值|E^x|，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的相对误差，然后，再将实验结果依次代入方差公式得到不同R₁^x下的方差，作出不同桥臂电阻R₁^x的绝缘电阻测量的方差图，方差图中横坐标是不同的桥臂电阻R₁^x，纵坐标是对应的S_x²，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的方差；

S6：第三组实验：根据初步设置的Rp⁰和Rn⁰，设置一组试验变量R_n^x，分别为：Rn¹、Rn²、Rn³、Rn⁴、Rn⁵、Rn⁶...R^x，其中Rn^x＝y₂Rn⁰，根据误差和方差的范围，确定y₂的取值范围为1/4～5倍，依次测量电路中不同R_n^x下的V₁、V₂、V₃、V₄，得到x组实验结果，分别代入正、负极绝缘电阻的计算公式(1)、公式(2)，求得实验结果Actual Rp¹、Rp²、Rp³、Rp⁴、Rp⁵、Rp⁶...Rp^x和ActualRn¹、Rn²、Rn³、Rn⁴、Rn⁵、Rn⁶...Rn^x，将实验结果依次代入测量误差公式：E^x＝(Actual Rn^x-Rn^x)/Rn^x*100％，得到不同R_n^x下的绝缘测量误差结果，作出不同绝缘电阻R_n^x的测量值误差图，测量值误差图中横坐标是不同的负极绝缘电阻Rn^x，纵坐标是对应的E^x的绝对值|E^x|，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的相对误差，然后，再将实验结果依次代入方差公式得到不同Rn^x下的方差，作出不同桥臂电阻Rn^x的绝缘电阻测量的方差图，方差图中横坐标是不同的负极绝缘电阻Rn^x，纵坐标是对应的S_x²，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的方差；

S7：第四组实验：根据初步设置的V⁰，设置一组试验变量V^x，分别为：V¹、V²、V³、V⁴、V⁵...R^x，其中V^x＝y₃V⁰，根据误差和方差的范围，确定y₃的取值范围为1～5倍，依次测量电路中不同V^x下的V₁、V₂、V₃、V₄，得到x组实验结果，分别代入正、负极绝缘电阻的计算公式(1)、公式(2)，求得实验结果Actual Rp¹、Rp²、Rp³、Rp⁴、Rp⁵...Rp^x和Actual Rn¹、Rn²、Rn³、Rn⁴、Rn⁵...Rn^x，将实验结果依次代入测量误差公式：E^x＝(Actual Rn^x-Rn^x)/Rn^x*100％，得到不同V^x下的绝缘测量误差结果，作出不同V^x的测量值误差图，测量值误差图中横坐标是不同的V^x，纵坐标是对应的E^x的绝对值|E^x|，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的相对误差，然后，再将实验结果依次代入方差公式得到不同V^x下的方差，作出不同V^x的绝缘电阻测量的方差图，方差图中横坐标是不同的V^x，纵坐标是对应的S_x²，横纵坐标的交集，即绝缘电阻值测量的方差；

S8：分析上述四组对比实验，各因素对绝缘电阻测量的方差与相对误差，找出满足绝缘电阻值测量的相对误差5％且方差0.3的试验组，通过总结该试验组的取值规律获得一组近似关系，即y_i的取值范围，根据该近似关系设计一组最佳的电桥电阻匹配设计方案。