Principios de detección de aislamiento para vehículos de nuevas energías

Actualmente existen dos métodos principales de detección de aislamiento, el método de puente y el método de inyección de CA, pero esta función se realiza a través del sistema de gestión de batería BMS. El método de puente, también conocido como método de detección pasiva, se utiliza principalmente para la detección de aislamiento debido al alto voltaje. El método de inyección de CA también se denomina método de detección activa, porque solo la alimentación de plomo-ácido de 12 V puede completar la función de detección de aislamiento. Existen muchas patentes sobre detección de aislamiento, pero la mayoría de ellas se basan en la evolución y optimización de los dos métodos anteriores. El resumen general es el siguiente (si hay algún problema, puede discutirlo y criticarme y corregirme):

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Interpretación de los puntos clave y dificultades del método puente:

(1) Principio de detección del método puente

El principio de funcionamiento del método puente es que el BMS detecta el electrodo positivo de alto voltaje y el cambio en el voltaje parcial entre el electrodo negativo de alto voltaje para calcular la resistencia de aislamiento del electrodo positivo/carrocería y el electrodo negativo/carrocería. El principio de detección es el siguiente:

1. Cierre el interruptor S1 y el interruptor S2: BMS detecta el voltaje V1, V2;

2. Cierre el interruptor S1, abra el interruptor S2: BMS detecta v. 1' Se pueden enumerar tres ecuaciones para la resistencia divisoria de voltaje del brazo del puente negativo y su relación, U=aV1+bV2.

5. Resuelva la ecuación de acuerdo con esta ecuación y podrá obtener el valor de resistencia del electrodo positivo/carcasa = Rp y el valor de resistencia del electrodo negativo/carcasa = Rn.

Los dos valores de resistencia son los valores de aislamiento que normalmente leemos en todo el vehículo. Lo anterior es el principio de detección del método puente.

(2) Dificultades de diseño del método del puente

La estabilidad y confiabilidad del método del puente deben centrarse en los siguientes puntos (los cuatro valores de voltaje anteriores V1, V2, V1 ', V2' en lo sucesivo denominados colectivamente V1, V2, bienvenido a agregar discusión):

1 Selección de relación de división de voltaje y ADC:

Para tener en cuenta. costo, la detección de aislamiento sacrificará algo de precisión (use muestreo de 12 ADC, o incluso use directamente el ADC dentro del microcontrolador). En este momento, debe seleccionar la relación de división de voltaje de la resistencia (R1/R2 o R4/R3).

Si la relación de división de voltaje de la resistencia es demasiado grande, la resolución de muestreo no es suficiente y no se puede lograr una alta precisión;

Si la relación de división de voltaje de la resistencia es demasiado pequeña, el muestreo excede No se pueden muestrear el rango ni todo el rango de voltaje.

2. La influencia de la capacitancia parásita:

Como todos sabemos, la existencia real de capacitancia parásita en todo el vehículo (generalmente del orden de varios cientos de nanofaradios, algunos son mucho más grande que esto) ).

Debido a que la capacitancia parásita causará V1, el valor de voltaje de V2 tardará un tiempo en estabilizarse. En este momento, ocurrirán varios problemas:

BMS no puede determinar con precisión el valor. punto de muestreo estable de V1, V2 El voltaje, así como el voltaje de V1 y V2, no es un voltaje dividido real debido al voltaje inestable del capacitor o a una fuga del capacitor, por lo que el valor de aislamiento calculado es inexacto. Este también es uno de los principales. razones por las que el aislamiento de algunos automóviles era inestable en los últimos años. Ahora ha mejorado mucho;

El BMS espera durante mucho tiempo a que el voltaje se estabilice, lo que resulta en un tiempo de detección de aislamiento prolongado, lo que resulta en un largo tiempo de detección del aislamiento. puede no cumplir con los requisitos de tiempo de FTTI en términos de seguridad funcional;

El valor de la capacitancia parásita cambiará con el clima y la antigüedad del vehículo. En este momento, es necesario garantizar que el diseño aún cumpla con los objetivos de tiempo y precisión de muestreo iniciales, lo que plantea requisitos más altos para la estabilidad y adaptabilidad del algoritmo, y se deben considerar los principales circuitos de hardware y filtrado de software.

3. El impacto de la sincronización de muestreo en tiempo real de los voltajes V1 y V2.

En teoría, cuanto mayor sea el rendimiento en tiempo real de V1 y V2, mejor será la precisión y estabilidad del muestreo de aislamiento. Desafortunadamente, esto es sólo una teoría y obviamente no está completamente sincronizado. Para facilitar la comprensión, asumiré una condición de trabajo real muy extrema de un vehículo para ilustrar el impacto del rendimiento sincronizado en tiempo real:

La primera etapa: pisar el acelerador en una pendiente pronunciada. En este momento, BMS solo detecta v 1' en el paso 2;

Segunda etapa: pisa el pedal del freno para bajar una pendiente pronunciada, y BMS solo detecta V2 en el paso 3;

Primero puede pensar en este escenario y su impacto en la detección de aislamiento. Cuando presiona el pedal del acelerador, la batería libera una gran cantidad de corriente externa. Debido a la resistencia interna de polarización DCR+ de la batería de litio, el alto voltaje de la batería caerá bruscamente (determinado por la corriente, generalmente 50 ~ 100 V, el voltaje de salida real de la batería es 350 V o 400 V). Cuando se pisa el pedal del freno, el alto voltaje del paquete de batería aumentará instantáneamente a 450 V debido a la recuperación de energía de frenado del vehículo, cargando el paquete de batería con alta corriente. Entonces aquí viene el problema. V1 'usa detección de voltaje parcial de 350 V, V2 'usa detección de voltaje parcial de 450 V. No es apropiado utilizar este conjunto de voltajes para calcular el aislamiento, pero el error en el valor del aislamiento es grande. En los casos más graves, pueden producirse falsas alarmas y omisiones de aislamiento, lo que lleva a las correspondientes estrategias de fallo para todo el vehículo.