一种在电动汽车动力电池连接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连接时的绝缘阻值检测方法，该方法可以准确快速的计算出正负极绝缘阻值和等效Y电容值。在电动汽车动力电池连接的情况下，考虑了系统Y电容对采样电压的影响，对采样电压进行建模，通过变遗忘因子递推最小二乘算法辨识出模型参数，根据辨识出的参数计算绝缘阻值和等效Y电容值，消除了电动汽车中等效Y电容对绝缘检测的影响，减小了噪声对采样电压信号的干扰，绝缘检测结果更加精确可靠，检测算法响应速度快，时效性更强，同时避免计算资源浪费，减小误差，实用性更强。实用性更强。实用性更强。

【技术实现步骤摘要】
一种在电动汽车动力电池连接时的绝缘阻值检测方法


[0001]本专利技术涉及电动汽车
，更具体的说是涉及一种在电动汽车动力电池连接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。

技术介绍

[0002]目前，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，常面临高温、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]传统的绝缘阻值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。比如电路中加入的电子开关会对高压母线引入开关噪声，再比如由于动力电池两极和电底盘之间存在Y电容，电桥法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。
[0005]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。
[0006]不难发现，现有的电动汽车动力电池绝缘阻值检测方法检测精度较低、时效性差且检测效率难以保证，无法满足实际使用需求。
[0007]因此，如何提供一种高效、精确的电动汽车动力电池绝缘电阻值检测方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提供了一种在电动汽车动力电池连接时的绝缘阻值检测方法，该方法基于变遗忘因子递推最小二乘的绝缘阻值检测算法，能够消除Y电容对测量过程的影响，并快速准确的计算出绝缘阻值和等效Y电容的大小，有效解决了现有的绝缘阻值检测方法检测精度较低、时效性差且检测效率难以保证等问题。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种在电动汽车动力电池连接时的绝缘阻值检测方法，该方法包括：
[0011]S1：构建含有Y电容的动力电池连接时的绝缘检测电路模型，并获取所述绝缘检测电路模型中采样电压的连续时间函数；
[0012]S2：将所述采样电压的连续时间函数转化为离散时间函数；
[0013]S3：采用一阶泰勒级数展开算法将所述采样电压的离散时间函数线性化，得到所述采样电压的最小二乘回归方程形式表达式；
[0014]S4：采用变遗忘因子递推最小二乘算法对所述采样电压的最小二乘回归方程形式表达式中参数进行辨识；
[0015]S5：将参数辨识过程中采样到的动力电池电压进行算术平均值滤波，得到对应的动力电池电压值；
[0016]S6：根据所述动力电池电压值以及辨识得到的参数，计算得到绝缘阻值和等效Y电容值。
[0017]进一步地，所述S1中，含有Y电容的动力电池连接时的绝缘检测电路模型包括电动汽车高压系统等效电路和绝缘检测电路；
[0018]所述电动汽车高压系统等效电路包括动力电池、正极绝缘电阻、负极绝缘电阻、正极Y电容、负极Y电容以及电底盘，所述动力电池的正极分别与所述正极绝缘电阻和所述正极Y电容电连接，所述动力电池的负极分别与所述负极绝缘电阻和所述负极Y电容电连接，所述正极绝缘电阻、负极绝缘电阻、正极Y电容和负极Y电容均与所述电底盘电连接；
[0019]所述绝缘检测电路包括第一限流电阻、第二限流电阻、采样电阻以及脉冲信号发生器，所述第一限流电阻一端与所述动力电池的正极电连接，所述第二限流电阻的一端与所述动力电池的负极电连接，所述第一限流电阻的另一端和所述第二限流电阻的另一端均与所述采样电阻电连接，所述脉冲信号发生器与所述电底盘电连接，所述脉冲信号发生器和所述采样电阻均接地。
[0020]本专利技术中上述绝缘检测电路模型工作时，脉冲信号发生器产生幅值为U
s
的方波信号，通过电底盘注入到汽车高压系统等效电路中，经过电动汽车的正极绝缘电阻、负极绝缘电阻以及正极Y电容和负极Y电容，流回到绝缘检测电路中，信号经过采样电路上的第一限流电阻和第二限流电阻，回到采样电阻。
[0021]由于系统Y电容的存在，导致采样电阻上的采样电压U
f
不再是方波信号，因此，所述S1中，采样电压的连续时间函数为：
[0022]U
f
(t)＝a1+a
2 exp(
‑
t/a3)
[0023]其中，a1为响应稳态分量，既是采样电压的平稳值，也是无Y电容时的采样电压值；a2为响应增益，即在方波信号发生阶跃时的采样电压值与平稳时的采样电压值的差值，由于a2不参与绝缘阻值和Y电容值的计算，因此对它不做考虑；a3为响应时间常数，即等效Y电容的时间常数。
[0024]进一步地，所述S2中，采样电压的离散时间函数为：
[0025]U
f
(k)＝a1(k)+a2(k)exp(
‑
kΔt/a3(k))
[0026]其中，Δt为采样时间间隔。
[0027]由于采样电压U
f
在时间t下的离散时间函数模型为非线性模型，考虑到计算复杂度和估计精度，本专利技术采用一阶泰勒级数展开将其线性化。最终，所述S3中，采样电压的最小二乘回归方程形式表达式为：
[0028]U
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在电动汽车动力电池连接时的绝缘阻值检测方法，其特征在于，包括：S1：构建含有Y电容的动力电池连接时的绝缘检测电路模型，并获取所述绝缘检测电路模型中采样电压的连续时间函数；S2：将所述采样电压的连续时间函数转化为离散时间函数；S3：采用一阶泰勒级数展开算法将所述采样电压的离散时间函数线性化，得到所述采样电压的最小二乘回归方程形式表达式；S4：采用变遗忘因子递推最小二乘算法对所述采样电压的最小二乘回归方程形式表达式中参数进行辨识；S5：将参数辨识过程中采样到的动力电池电压进行算术平均值滤波，得到对应的动力电池电压值；S6：根据所述动力电池电压值以及辨识得到的参数，计算得到绝缘阻值和等效Y电容值。2.根据权利要求1所述的一种在电动汽车动力电池连接时的绝缘阻值检测方法，其特征在于，所述S1中，含有Y电容的动力电池连接时的绝缘检测电路模型包括电动汽车高压系统等效电路和绝缘检测电路；所述电动汽车高压系统等效电路包括动力电池、正极绝缘电阻、负极绝缘电阻、正极Y电容、负极Y电容以及电底盘，所述动力电池的正极分别与所述正极绝缘电阻和所述正极Y电容电连接，所述动力电池的负极分别与所述负极绝缘电阻和所述负极Y电容电连接，所述正极绝缘电阻、负极绝缘电阻、正极Y电容和负极Y电容均与所述电底盘电连接；所述绝缘检测电路包括第一限流电阻、第二限流电阻、采样电阻以及脉冲信号发生器，所述第一限流电阻一端与所述动力电池的正极电连接，所述第二限流电阻的一端与所述动力电池的负极电连接，所述第一限流电阻的另一端和所述第二限流电阻的另一端均与所述采样电阻电连接，所述脉冲信号发生器与所述电底盘电连接，所述脉冲信号发生器和所述采样电阻均接地。3.根据权利要求1所述的一种在电动汽车动力电池连接时的绝缘阻值检测方法，其特征在于，所述S1中，采样电压的连续时间函数为：U
f
(t)＝a1+a2exp(
‑
t/a3)其中，a1为响应稳态分量，既是采样电压的平稳值，也是无Y电容时的采样电压值；a2为响应增益，即在方波信号发生阶跃时的采样电压值与平稳时的采样电压值的差值；a3为响应时间常数，即等效Y电容的时间常数。4.根据权利要求1所述的一种在电动汽车动力电池连接时的绝缘阻值检测方法，其特征在于，所述S2中，采样电压的离散时间函数为：U
f
(k)＝a1(k)+a2(k)exp(
‑
kΔt/a3(k))其中，Δt为采样时间间隔。5.根据权利要求1所述的一种在电动汽车动力电池连接时的绝缘阻值检测方法，其特征在于，所述S3中，采样电压的最小二乘回归方程形式表达式为：U
f
(k)＝H(k)A(k)+Y(k)+V(k)其中，H(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),a2(k),a3(k)]，Y(k)为常值误差项，V(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1所述的一种在电动汽车动力电池连接时的绝缘阻值检测方法，其特征在于，所述S4，具体包括：S401：设置最小二乘的参数初始值误差协方差初始值P(0)，设置遗忘因子的参数λ0、λ1以及β，并设置收敛的参数w和ε；S402：计算遗忘因子λ，k时刻的遗忘因子λ(k)的计算公式为：λ(k)＝λ1‑
(λ1‑
λ0)exp(
‑
βkΔt)S403：计算观测...

【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：