一种纯电动汽车电池绝缘检测系统的设计

盐城工学院本科毕业设计说明书（2016）一种纯电动汽车电池绝缘检测系统的设计摘 要：电能是一种清洁能源，电动汽车则是一种清洁的代步工具。在许多城市，纯电动汽车已经非常普及。纯电动汽车不会排放尾气，产生噪音。诚然，纯电动汽车具有便捷环保的特性。不过，纯电动汽车也存在一些弊端。它的车载电瓶由多节小电池串联而成，电瓶电压非常高。这种非常大的工作电压需要车子车底盘和车子电瓶之间具有非常优良的绝缘性能。不过由于车子使用时间的上升，乘客的不正确使用，以及水汽的侵蚀、车体本身的逐步老化等各因素都可能引发电气事故。如果绝缘电阻降低到一个临界值，就很可能使得电瓶正、负极母线和车底盘构造出一个通过漏电流的回路。这不单单会干扰车子电器系统的正常运行，甚至可能对乘客造成人身伤害。因此必须研究出一种可以实现实时在线监测车子本身的电瓶对车子底部的绝缘性能监测装置。这对于及时发现电气故障，保障车子的正常运行和保障乘客的人身安全意义非凡。本文的设计灵感来源于当下普及快速的传感技术和物联网思想。本检测系统主要采用的是 STC 公司制做的低功耗微处理器。通过该处理器控制继电器的开断实现分别检测电瓶正负极的漏电流，把信号滤波后，放大，送至处理器，同时使用液晶LCD1602 进行数据的显示，再将采集到数据记录使用 CAN 无线模块进行传讯。由于电源供电的需要，本设计使用 TI 公司的专门的稳压芯片。在主控功能上，采用超低功耗的 STC15F2K60S2_PLCC44 实现环保节能。关键词：绝缘检测；纯电动汽车；漏电流；超低能耗一种纯电动汽车电池绝缘检测系统的设计An design of electric vehicle battery insulation detection systemAbstract:Electric energy is a very good clean energy. Electric car is a very convenient means of transportation. . In many places, the use of electric cars is very wide, and the speed of penetration is increasing.Although, the use of electric cars is not only convenient and environmentally friendly. But there are some disadvantages of the electric car itself. Safety problems of electric vehicles may affect the safety of passengers. The car battery of the electric vehicle is connected in series through a lot of lead batteries, which cause the voltage of the battery is very high. Due to this high voltage, the insulation of the battery and the chassis of the vehicle must be kept well. But with the aging of the car, the wrong operation of passengers, as well as the erosion of water vapor and other factors can lead to insulation failure. When the insulation performance is reduced to a threshold, it will make a point on the battery damage. May also cause serious consequences such as fire and explosion. Therefore, it is necessary to develop a kind of insulation detection system that can detect the leakage current. The system needs to be online monitoring, and can be found in a timely manner. This research is of great significance to ensure the safety of passengers.The design inspiration of this paper comes from the rapid development of sensor technology and Internet of things. The detection system is mainly used STC company to do the low power processor. The leakage current of the positive and negative electrode of the battery are respectively detected by the on-off of the single chip microcomputer control relay. The signal filtered amplified and sent to the processor processing. At the same time using liquid crystal LCD1602 display data. The collected data is recorded using CAN wireless module for communication. The laying of the line is very simple and easy to implement. Due to the need of power supply, this design uses TI companys specialized voltage regulator chip. In the main control function, the use of ultra low power consumption of STC15F2K60S2_PLCC44. This can achieve environmental protection and energy saving.Key Words: Insulation detection;Electric vehicle;leakage current;Ultra-low power consumption盐城工学院本科毕业设计说明书（2016）盐城工学院本科毕业设计说明书（2016）目 录1.概述 .11.1 引言 .11.2 研究现状 .21.3 目前常用的绝缘检测方法 .21.3 本设计研究的内容 .62. 整体方案设计 .72.1 方案比较 .72.2 方案选择 .72.3 总体概述 .72.4 检测硬件设计 .83.系统硬件电路的设计 .83.1 处理器选择 .83.2 通信设备选择 .113.3 信号处理电路的设计 .123.4 模数转换电路的设计 .133.5 显示器部分介绍 .133.6 电流取样电路的设计 .143.7 电源的设计 .144.系统软件设计 .154.1 软件简介 .155.系统调试 .16结束语 .18致 谢 .19参考文献 .20附录 1 .21附录 2 .22附录 3 .23一种纯电动汽车电池绝缘检测系统的设计盐城工学院本科毕业设计说明书（2016）11.概述1.1 引言纯电动汽车在上个世纪初具模型。电动汽车在行驶过程中不会排放尾气，噪声低，有利于生态自然。所以在当时纯电动汽车也初是兴盛一时。然而纯电动汽车也有它的弊端。相比传统汽车，它行驶的距离很短，并且充电时间长。电池寿命也不高，需要不停的更换电池。所以纯电动汽车目前不可用于长途，只能在本地短距离行驶。在这点上不是很方便 3。然而，环境的污染的问题日益严重的事实摆在人类面前。目前各国都在努力寻求突破的办法。结果纯电动汽车又一次进入大众视眼。当前电池的性能较以前提升不少。电动汽车所能驾驶的距离增加很多。这也注定了纯电动汽车终将走进千家万户。电动汽车有非常多的优点。然而它也也是有短板的。一些因为纯电动汽车的电池大都使用多节蓄电池串联，其总电压大小一般高于 400V4。所以万一发生电器方面的事故，很容易对乘客造成不可挽救的人身伤害。从这一点考虑，绝缘系统的研究发展必然伴随纯电动汽车的推广。这种系统的研究必然伴随电池的发展。绝缘检察可以大概的估算出车子本身的绝缘状态，这样一旦发生故障就能够做到及时地排查 5。这能够避免灾难的发生，挽救财产的损失，挽回人的性命。所以说绝检测量也是一种必然的责任。车子本身的绝缘状态易受使用者的影响。水汽，油渍，灰尘都可能影响整车的状态。即使绝缘老化是一种缓变得过程。但是由于乘客不一定时刻为安全方面着想。如果不定期做绝缘检测，最终会酿起事故。最好的做法就是最好可以把这个检测模块直接设计在车体内。做到时时动态监测车子的绝缘状况，可以省去不必要的麻烦。这更可以做到及时排查故障，最大程度保障乘客得生命和车子的使用安全。鉴于以上方面，对漏电流绝缘系统研究要可以达到下面四个要点：（1）做到实时得同步测量电动车的漏电流，帮助用户实时了解得指导车子绝缘情况。（2）能够通过液晶显示，用户可以更方便地观察。（3）可以将数据传输到车载系统。（4）可以具体的检测出是电池的哪一端发生的漏电，便于乘客检修。结合以上的几点，需要研制出智能化、安全化、准确化得纯电动汽车电池绝缘系统。该系统对于保障乘客的人身安全，增加电瓶寿命具有非常特殊的意义。一种纯电动汽车电池绝缘检测系统的设计21.2 研究现状现在我国关于电动汽车电池绝缘系统研究已取得了一些进展，已经完成了漏电检测的核心研究与开发，同时配合外部电路不同的传感器系统的研究，可以完成对各种车型，在不同种的环境下的漏电电流的安全检测。同时也有较多得通过使用新型的传感器技术对漏电流进行检测。也有很多采用微型处理器作为智能漏电电流的控制单元，最大限度的使充电智能化。我国国家标准规定，最大直流电压不高于 1000 伏特，车体重量低于 1000 千克的情况下：（1）人体安全电压值为 35 伏。 （2）触电电流大小和时间的乘积需低于 30mA.S。(3)电池对地的绝缘电阻除以电池电压不得低于 100V/ 6。为了车体的安全，电动汽车在使用过程中需要时时进行绝缘检测，保障车子和乘客的安全。1.3 目前常用的绝缘检测方法1.3.1 摇表测量法摇表这个名称使用的比较普遍。摇表的全名是兆欧表。摇表是一种非常普遍的测量工具。通常使用手遥发电机供电。摇表所使用的单位为兆欧。IF1 F2 N +SM -F2 F1I2RX R图 1-1 摇表原理图摇表的工作原理很简单。就是通过欧姆定律，用电压除以电流得出绝缘阻值大小。该表工作时产生激励电压，把它加到被测网络，在测电流就可以的出绝缘电阻大小。该表有两部分结构。发电机和电磁比率表。使用者使用手摇动手杆，那么电机就会制造出高压交流电。交流经过整流变成检测用的的直流。加到待盐城工学院本科毕业设计说明书（2016）3测装置就能求得当前绝缘阻值 7。但是这种方法也有一些不足之处：（1）需要在检测中维持手摇发电机一定的速度才可以保证正常电压得输出。（2）对于同一个摇表来说，其测量量程范围不大，其电压等级也不够高。（3） 刻度非线性。读数时不够精确，测量误差也比较大。（4）输出电压不够稳定，有波动，操作繁琐。1.3.2 交流测量法交流测量法先将往被测电阻网络中注入一种频率较低的交流电压。然后再通过比较计算最终得出相应的参数，就能够计算出当前绝缘状态。该种测算法采用来一个低频的信号产生器。由其发出一种低频地交流电再注入到电动汽车的车载系统中去。电瓶如果绝缘老化，该低频信号就会由接地线路和车子壳组成回路。使用移相的科技方法，把互感器采到的电压信号适当放大，滤波。该信号再与标准电压信号比较相位，过滤分布