一种在电动汽车动力电池断开时的绝缘阻值检测方法技术

本发明专利技术公开了一种在电动汽车动力电池断开时的绝缘阻值检测方法，实际考虑了电动汽车高压系统中Y电容对测量过程的影响，建立了采样电压和母线电压的函数模型。对两个函数模型进行简化，大大减小了计算量，使算法更适合在车载嵌入式系统中使用。将简化后的模型用变遗忘因子递推最小二乘算法进行辨识，最后通过辨识结果计算出正极和负极绝缘阻值。本发明专利技术在低频信号注入法的基础上，建立并简化采样电压和母线电压的函数模型，将变遗忘因子递推最小二乘算法运用在绝缘检测中，消除了Y电容的影响。消除了Y电容的影响。消除了Y电容的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种在电动汽车动力电池断开时的绝缘阻值检测方法


[0001]本专利技术属于电动汽车动力电池
，特别涉及一种在电动汽车动力电池断开时，基于变遗忘因子递推最小二乘算法的绝缘阻值检测方法，涉及无电压源的非解耦和非解耦方式。

技术介绍

[0002]随着汽车污染物排放日益严重，电动汽车变得越来越受欢迎。锂离子电池具有较高的能量密度和功率密度，其高电压可以显著提高能量利用率。因此，大多数电动汽车使用高压锂离子电池作为动力电池。由于高压锂离子电池属于高压直流系统，因此动力电池的高压绝缘性能对于电动汽车的安全驾驶具有重要意义。电动汽车的运行条件复杂，有高温，高湿，高盐雾和振动碰撞等复杂环境。这些因素都会导致动力电池正负极母线和车辆电底盘之间的绝缘性能下降，使车辆底盘电位上升或下降，影响低压部件和高压部件的正常工作，危及驾乘人员的人身安全。因此对电动汽车动力电池绝缘电阻的检测至关重要，是电动汽车电气安全技术的核心内容，对整车和驾乘人员的安全具有重要意义。
[0003]不同于传统燃油车，电动汽车由众多高压部件组成，为了隔离高压母线和高压器件之间的电磁干扰，一般会在高压器件的电源入口处加入Y电容。对于电动汽车而言，一方面，车上众多高压部件附属的Y电容客观导致高压母线两极与车辆底盘之间一定会存在Y电容；另一方面，贯穿车身的高压母线线缆与底盘之间也会形成等效的Y电容。高压母线与电底盘之间跨接的系统Y电容，会使两者之间的阻抗特性发生改变，影响高压母线和地之间的绝缘性能。
[0004]传统的绝缘检测方法按照是否有外接电源可以分为无源式与有源式，常用的方法主要有电桥法和信号注入法。电桥法属于无源式，其基本原理是在动力电池正负极母线和车辆电底盘之间接入限流电阻，通过电子开关改变限流电阻的大小，测量在接入不同电阻情况下被测电阻上的分压，最后通过解方程计算绝缘电阻。电桥法电路简单，可以直接计算绝缘电阻，但该方法存在较多弊端：电路中加入的电子开关会对高压母线引入开关噪声；只能在动力电池连接时使用；动力电池两极和电底盘之间存在Y电容，需要增加测量周期来提高绝缘电阻检测精度，因此会降低测量系统响应速度。信号注入法属于有源式，其基本原理是通过车辆电底盘向高压系统注入检测信号，通过测量采样电阻上的电压信号来计算绝缘阻值。与电桥法相比，该方法没有在高压母线上引入开关噪声。目前，基于低频信号的注入法在电动汽车绝缘检测中得到了广泛应用。但是，动力电池两极和电底盘之间存在Y电容，由于Y电容的充放电过程，过短的信号周期会导致采样电压达不到平稳值，使绝缘阻值的测量结果偏小，引起系统误报警，信号周期过长则会降低测量系统响应速度。且Y电容值易受车辆零部件更换、环境温度湿度变化等外部因素的影响，进一步影响绝缘阻值测量精度和测量周期。此外，电动汽车的工况非常复杂，信号容易受到噪声的干扰，进一步导致测量精度的降低。
[0005]公开号为CN109100618A的专利技术，利用的无源式平衡桥
‑
不平衡桥法测量正负极绝
缘阻值，通过AD采样，判断正负极母线对地电压的大小关系后，在电压较小侧接入采样电阻，列出方程计算并判断绝缘性能。该方法优点是结构简单、成本较低。缺点是没有考虑正负极绝缘电阻值相等的情况；没有考虑Y电容对采样电阻上电压信号的影响；当动力电池断开时无法计算绝缘阻值。
[0006]公开号为CN103076497A的专利技术，通过检测电容的充放电电压值变化来计算正负极的绝缘阻值，其优点是采用电容隔离的方式使得检测系统与电池系统的有效隔离，能够滤除部分信号干扰，一定程度提升检测精度，其缺点是电容的充放电使得检测周期较长，时效性偏低。
[0007]公开号为CN105738701A的专利技术，该专利技术将电池总电压的波动大小加权后与测量绝缘阻值过程关联，波动大则权重小，波动小则权重大。优点是降低了电池电压波动对测量的影响，提高了测量精度。其缺点是：检测时间较长，计算复杂高，测量的实时性不够，并且没有考虑Y电容对测量系统的影响。
[0008]因此，在动力电池断开时，如何消除Y电容对测量过程的影响，且可以准确检测绝缘阻值，成为同行从业人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术的主要目的在于提供一种在电动汽车动力电池断开时的绝缘阻值检测方法，更具体的是一种在电动汽车动力电池断开时，基于变遗忘因子递推最小二乘的绝缘阻值检测方法，可解决上述问题，能够消除Y电容对测量过程的影响，并快速准确的计算出正极和负极绝缘阻值。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0011]本专利技术实施例提供一种在电动汽车动力电池断开时的绝缘阻值检测方法，包括：
[0012]S1、构建含有Y电容的动力电池断开时的绝缘检测电路模型；所述绝缘检测电路模型包括：绝缘检测等效电路和电动汽车高压等效系统；
[0013]S2、绝缘检测等效电路产生方波信号，通过电底盘注入到汽车高压等效系统，经过电动汽车的正负极绝缘电阻R
p
、R
n
和正负极Y电容C
p
、C
n
，流回到所述绝缘检测等效电路；
[0014]S3、根据流回的信号，建立采样电压和母线电压的函数模型；
[0015]S4、分别对所述采样电压和母线电压的函数模型进行简化，使含有五个参数的模型简化为只有三个参数的模型，并将简化后两个模型的连续时间函数模型转化为离散时间函数模型；
[0016]S5、采用变遗忘因子递推最小二乘算法分别对采样电压和母线电压离散时间函数模型的最小二乘模型参数进行辨识；
[0017]S6、通过辨识结果计算出正极和负极绝缘阻值。
[0018]进一步地，所述步骤S3，包括：
[0019]根据流回的信号，建立采样电压U
f
的值在时间t下的函数为：
[0020][0021]建立母线电压U
pn
的值在时间t下的函数为：
[0022][0023]a1、a2、a3、a4、a5、b1、b2、b3、b4、b5为两个函数模型的未知参数，e为常数。
[0024]进一步地，所述步骤S4，包括：
[0025]S41、基于计算绝缘阻值需要电压达到平稳时的采样电压值a1和母线电压值b1，且其他参数不涉及绝缘阻值的计算，将采样电压U
f
和母线电压U
pn
的函数模型进行简化；
[0026]S42、采样电压U
f
在时间t下的函数模型简化为：
[0027]U
f
(t)＝a1+a'2exp(
‑
t/a'3)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0028]母线电压U
pn
在时间t下的函数模型简化为：
[0029]U
pn
(t)＝b1+b
’2exp(
‑
t/b
’3)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0030]其中，a1和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在电动汽车动力电池断开时的绝缘阻值检测方法，其特征在于：包括：S1、构建含有Y电容的动力电池断开时的绝缘检测电路模型；所述绝缘检测电路模型包括：绝缘检测等效电路和电动汽车高压等效系统；S2、绝缘检测等效电路产生方波信号，通过电底盘注入到汽车高压等效系统，经过电动汽车的正负极绝缘电阻R
p
、R
n
和正负极Y电容C
p
、C
n
，流回到所述绝缘检测等效电路；S3、根据流回的信号，建立采样电压和母线电压的函数模型；S4、分别对所述采样电压和母线电压的函数模型进行简化，使含有五个参数的模型简化为只有三个参数的模型，并将简化后两个模型的连续时间函数模型转化为离散时间函数模型；S5、采用变遗忘因子递推最小二乘算法分别对采样电压和母线电压离散时间函数模型的最小二乘模型参数进行辨识；S6、通过辨识结果计算出正极和负极绝缘阻值。2.根据权利要求1所述的一种在电动汽车动力电池断开时的绝缘阻值检测方法，其特征在于：所述步骤S3，包括：根据流回的信号，建立采样电压U
f
的值在时间t下的函数为：建立母线电压U
pn
的值在时间t下的函数为：a1、a2、a3、a4、a5、b1、b2、b3、b4、b5为两个函数模型的未知参数，e为常数。3.根据权利要求2所述的一种在电动汽车动力电池断开时的绝缘阻值检测方法，其特征在于：所述步骤S4，包括：S41、基于计算绝缘阻值需要电压达到平稳时的采样电压值a1和母线电压值b1，且其他参数不涉及绝缘阻值的计算，将采样电压U
f
和母线电压U
pn
的函数模型进行简化；S42、采样电压U
f
在时间t下的函数模型简化为：U
f
(t)＝a1+a'2exp(
‑
t/a'3)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)母线电压U
pn
在时间t下的函数模型简化为：U
pn
(t)＝b1+b'2exp(
‑
t/b'3)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，a1和b1为简化后模型的响应稳态分量，也即是a1为采样电压的平稳值，b1为母线电压的平稳值；a'2和b'2为简化后模型的响应增益，a'3和b'3为简化后模型的响应时间常数；a'2、b'2、a'3和b'3不参与绝缘阻值的计算；S43、将采样电压U
f
简化后公式(3)的连续时间函数模型转化为离散时间函数模型，将母线电压U
pn
简化后公式(4)的连续时间函数模型转化为离散时间函数模型。4.根据权利要求3所述的一种在电动汽车动力电池断开时的绝缘阻值检测方法，其特征在于：所述步骤S43中，将采样电压U
f
简化后公式(3)的连续时间函数模型转化为离散时间函数模型，具体表达为：U
f
(k)＝a1(k)+a'2(k)exp(
‑
kΔt/a'3(k))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3
‑
1)其中，Δt为采样时间间隔；采样电压U
f
的离散时间函数模型为非线性模型，采用一阶泰
勒级数展开将其线性化，并转化为最小二乘模型。5.根据权利要求4所述的一种在电动汽车动力电池断开时的绝缘阻值检测方法，其特征在于：采样电压U
f
的离散时间函数模型为非线性模型，采用一阶泰勒级数展开将其线性化，并转化为最小二乘模型；包括：将U
f
(k)围绕上一时刻的参数估计值展开成泰勒级数，略去二次及以上项；采样电压U
f
简化后的函数模型转化为最小二乘模型，其表达式为：U
f
(k)＝H
a
(k)A(k)+Y
a
(k)+V
a
(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3
‑
2)其中，H
a
(k)为k时刻的观测矩阵；A(k)为k时刻的参数值，且A(k)＝[a1(k),a'2(k),a'3(k)]，Y
a
(k)为常值误差项，V
a
(k)为一维随机观测噪声且为零均值、独立的高斯白噪声序列。6.根据权利要求4所述的一种在电动汽车动力电池断开时的绝缘阻值检测方法，其特征在于：所述步骤S43中，将母线电压U
pn
简化后公式(4)的连续时间函数模型转化为离散时间函数模型，具体表达为：U
pn
(k)＝b1(k)+b'2(k)exp(
‑
kΔt/b'3(k))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔相雨，王崇太，李选妹，崔伟亚，曲轶，
申请(专利权)人：海南师范大学，
类型：发明
国别省市：