一种车载充电机及其交流侧绝缘检测电路及方法

技术领域

本发明涉及充电设备技术领域，特别涉及一种车载充电机及其交流侧绝缘检测电路及方法。

背景技术

随着新能源汽车在市场和政府推动下快速发展，电动汽车的市场占有率在不断增加。车载充电机作为电动车尤其是乘用车充电必不可少的部件，其好坏直接影响到车辆的安全性和可靠性。并且，由于市场需求的增长以及技术的进步，车载充电机的功能越来越丰富，双向功率流动成为发展趋势。

在车载充电机反向输出交流电给交流负载时，需要检测其输出交流电对车身绝缘情况，以避免绝缘异常导致元器件损坏以及造成人员触电风险。目前常用检测方法有离线检测和在线检测两种方式，离线检测只在上电工作前进行检测，而在线检测方式可以在实时逆变输出交流电时进行检测，可在绝缘异常时及时关闭功率输出，可靠性更高。

现有技术中，较为有效的一种在线检测方式为：分别在逆变电路输出零线和火线设置一个分压电路，以检测交流电输出两极在车身处分压，然后对检测结果进行加和处理，进而实现绝缘检测与异常判断。但是，该在线检测方式存在检测电路复杂、成本高的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种车载充电机及其交流侧绝缘检测电路及方法，解决现有技术中存在电路复杂且成本高的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种车载充电机的交流侧绝缘检测方法，包括：

所述车载充电机反向输出时，采集所述车载充电机的交流侧两极在理想中点处分压和车身处分压；

确定所述理想中点处分压与所述车身处分压之间的相对差值；

判断所述相对差值中的交流分量幅值是否大于预设阈值；

若判断结果为是，则确定所述交流侧的绝缘阻抗异常。

优选的，确定所述理想中点处分压与所述车身处分压之间的相对差值，包括：

对所述理想中点处分压进行偏置，抬升所述理想中点处分压与所述车身处分压之间的电位差；

对所述电位差进行处理，得到所述相对差值。

优选的，对所述电位差进行处理，包括：

对所述电位差进行阻抗匹配处理和滤波处理。

本发明第二方面提供了一种车载充电机的交流侧绝缘检测电路，包括：采样分压电路、差值确定电路以及控制器；其中：

所述采样分压电路用于在所述车载充电机反向输出时，采集所述车载充电机的交流侧两极在理想中点处分压；

所述差值确定电路用于确定所述理想中点处分压与车身处分压之间的相对差值；所述车身处分压为所述车载充电机反向输出时，所述交流侧两极在车身处因车身与所述交流侧两极之间绝缘阻抗的存在而形成的分压；

所述控制器用于判断所述相对差值中的交流分量幅值是否大于预设阈值；若判断结果为是，则确定所述交流侧的绝缘阻抗异常。

优选的，所述采样分压电路的输入端两端口分别与所述交流侧的两极连接，所述采样分压电路中的理想中点作为所述采样分压电路的输出端、输出所述理想中点处分压。

优选的，所述采样分压电路包括：至少两个分压器件；其中：

各所述分压器件串联连接，串联后的两端作为所述采样分压电路的输入端两端口，串联支路中相对于所述交流侧两极分压相等的点作为所述理想中点。

优选的，所述差值确定电路包括：偏置电路和差值比较处理电路；

所述偏置电路用于对所述理想中点处分压进行偏置，抬升所述理想中点处分压与所述车身处分压之间的电位差；

所述差值比较处理电路用于对所述电位差进行处理，得到所述相对差值。

优选的，所述偏置电路包括：偏置电源和偏置分压电路；其中：

所述偏置分压电路的中间点连接所述采样分压电路的理想中点，所述偏置分压电路的一端连接所述偏置电源的正极；

所述偏置电源的负极和所述偏置分压电路的另一端均接车身。

优选的，所述偏置分压电路包括：至少两个偏置分压电阻；其中：

各所述偏置分压电阻串联连接，串联后的两端分别作为所述偏置分压电路的两端，串联支路中的任意一点作为所述偏置分压电路的中间点。

优选的，所述差值比较处理电路的输入端连接所述采样分压电路的理想中点，所述差值比较处理电路的输出端连接至所述控制器的输入端。

优选的，所述差值比较处理电路包括：阻抗匹配电路以及滤波电路；其中：

所述阻抗匹配电路的输入端作为所述差值比较处理电路的输入端，所述阻抗匹配电路的输出端连接至所述滤波电路的输入端；

所述滤波电路的输出端作为差值比较处理电路的输出端。

优选的，所述阻抗匹配电路为运算放大器；其中：

所述运算放大器的同相输入端作为所述阻抗匹配电路的输入端，所述运算放大器的反相输入端连接所述运算放大器的输出端，连接点作为所述阻抗匹配电路的输出端。

优选的，所述滤波电路包括：第一电阻和第一电容；其中：

所述第一电阻的一端作为所述滤波电路的输入端；

所述第一电阻的另一端连接所述第一电容的一端，连接点作为所述滤波电路的输出端；

所述第一电容的另一端接车身。

优选的，所述控制器为微控制单元、数字信号处理器或可编程门阵列中的任一种。

本发明第三方面还提供了一种车载充电机，所述车载充电机为双向车载充电机或多合一双向车载电源集成模块，所述车载充电机的交流侧设置有如上述任一项所述的车载充电机的交流侧绝缘检测电路。

基于上述本发明提供的车载充电机的交流侧绝缘检测方法，在车载充电机反向输出时，实时对其交流侧两极在理想中点处分压和车身处分压进行采集，并确定理想中点处分压与车身处分压之间的相对差值；然后根据车载充电机的交流侧两极在绝缘正常时对车身阻抗相等、分压相等，在绝缘异常时交流侧两极对车身阻抗不等、分压不相等的特性，对该相对差值中的交流分量幅值进行判断，若其大于预设阈值，则判定该车载充电机交流侧的绝缘阻抗异常；相对于现有技术采用检测具体阻抗值的方案，本发明提供的车载充电机的交流侧绝缘检测方法，仅需要对车载充电机的交流侧两极在理想中点处分压和车身处分压的压差进行比较判断，即可确定交流侧的绝缘阻抗是否异常，设置的电路结构比较简单，减小了系统成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种车载充电机的交流侧绝缘检测方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种车载充电机的交流侧两极实际绝缘阻抗与虚拟阻抗的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种车载充电机的交流侧绝缘检测方法的流程图；

图4为图2中的车载充电机的交流侧两极对理想中点的电压波形图；

图5为本发明另一实施例提供的一种车载充电机的交流侧绝缘检测电路的结构示意图；

图6为本发明另一实施例提供的一种车载充电机的交流侧绝缘检测电路中偏置电路的结构示意图；

图7为本发明另一实施例提供的一种车载充电机的交流侧绝缘检测电路中差值确定电路的结构示意图；

图8和图9分别为本发明另一实施例提供的一种车载充电机的交流侧绝缘检测电路的差值确定电路中偏置电路和差值比较处理电路的结构示意图；

图10为本发明另一实施例提供的一种车载充电机的交流侧绝缘检测电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供的车载充电机的交流侧绝缘检测方法，能够解决现有技术中存在系统成本高的问题。

该交流侧绝缘检测方法的流程图如图1所示，包括：

S101、车载充电机反向输出时，采集车载充电机的交流侧两极在理想中点处分压和车身处分压。

车载充电机反向输出时，也即运行于逆变状态，对外输出交流电。如图2所示，AC为该车载充电机反向输出时的交流电，火线L与零线N则为交流侧两极，假设X1和X2分别为交流侧火线L与零线N对车身实际绝缘阻抗，即o1点处电压为该车载充电机的交流侧两极在车身处分压，而通过添加在交流侧火线L与零线N相对于o点相等的两个阻抗R，则o点可视为理想中点。需要说明的是，如图2所示的交流侧的阻抗R示意图仅是本发明实施例的一个示例，不仅限于此，实际应用时，理想中点o两侧的阻抗R都可以是任意个数阻抗的串并联形式，只要理想中点o两侧的阻抗值相同，即可保证该理想中点o相对于交流侧两极的电压值相等；例如，可以设置3个阻抗R1、R2和R3，阻值关系为R1+R2＝R3，则R1与R2串联连接后的一端再与R3相连的连接点即为理想中点o，设置其他数量和阻值的阻抗时可以此类推；并且，其中的阻抗R也不仅限为电阻，也可以是电容或电感或者任意组合等。

S102、确定理想中点处分压与车身处分压之间的相对差值。

车载充电机反向输出交流电时，若其交流侧两极的绝缘阻抗正常，则交流侧两极对车身阻抗相等，即理想中点处分压与车身处分压相等；而若其交流侧两极的绝缘阻抗异常，则交流侧两极对车身阻抗不等，即理想中点处分压与车身处分压不再相等。

因此，采集到理想中点处分压和车身处分压后，进而计算二者的相对差值，以检测车身绝缘阻抗是否异常，其计算过程可如图3所示：

S201、对理想中点处分压进行偏置，抬升理想中点处分压与车身处分压之间的电位差。

如图2所示，理论上，车载充电机的交流侧两极相对于理想中点的电压不随着输出交流电的变化而变化，具体为：假设火线L和零线N输出为220V/50Hz交流电，则火线L和o点之间的电压

也即，若交流侧两极的绝缘阻抗正常，即阻抗X1与阻抗X2相等，则o1点与o点电位相等。而阻抗X1与阻抗X2不相等时，o1点与理想中点o之间存在电位差，该电位差为交流量，且会随着交流电两极电压的变化而变化；如图2所示，X1与X2为纯电阻时，o1点与o点间电位差表达式为：

S202、对电位差进行处理，得到相对差值。

实际应用时，对电位差进行处理可以包括：对电位差进行阻抗匹配处理和滤波处理，但不仅限于此。

获得该相对差值后，执行步骤S103。

S103、判断相对差值中的交流分量幅值是否大于预设阈值。

对于车载充电机而言，当其对外输出交流电时，若交流侧两极对车身绝缘正常且相等，则车身和理想中点可以认为是等电位，即o1点电压等于o点电压。但是，若交流侧某一极对车身出现绝缘异常，则交流侧两极对车身绝缘阻抗将不再相等，o1点和o点之间会存在电位差，并且，该电位差越大，则车身绝缘阻抗的差值越大，即X1和X2的差值越大；因此，若该相对差值中的交流分量幅值大于预设阈值时，可以判定该车载充电机的交流侧绝缘阻抗异常；也即，若步骤S103的判断结果为是，则执行步骤S104。其中，该预设阈值的具体取值可由技术人员视具体情况而定，例如，可以为车身绝缘所要求最小电阻的分压，均在本发明实施例的保护范围之内。

S104、确定交流侧的绝缘阻抗异常。

本实施例提供的车载充电机的交流侧绝缘检测方法，仅需要利用对理想中点处分压和车身处分压的相对差值进行比较判断，即可确定交流侧的绝缘阻抗是否异常，无需增加复杂的电路，相对于现有技术采用检测具体阻抗值的方案，减小了系统成本。并且，本方法虽然降低了绝缘检测的采样精度，但是由于车载充电机的设计标准里并未要求绝缘阻抗值的确切计算，因此，通过此种检测方式，可检测出交流侧单点绝缘失效时的故障发生以及严重情况，能够满足逆变交流侧的绝缘检测基本要求。

本发明另一实施例提供了一种车载充电机的交流侧绝缘检测电路，其结构示意如图5所示，包括：采样分压电路110、差值确定电路120以及控制器130；其中：

采样分压电路110用于在车载充电机反向输出时，采集车载充电机的交流侧两极在理想中点处分压。

差值确定电路120用于确定理想中点处分压与车身处分压之间的相对差值；其中，该车身处分压是指车载充电机反向输出时，其交流侧两极在车身处因车身与所述交流侧两极之间绝缘阻抗(如图2或图10中的X1和X2所示)的存在而形成的分压，即o1点处电压。

控制器130用于判断相对差值中的交流分量幅值是否大于预设阈值；若判断结果为是，则确定交流侧的绝缘阻抗异常。

如图5所示，采样分压电路110的输入端两端口分别与交流侧的两极(如图2或图5中L和N所示)连接，采样分压电路110中的理想中点(如图2和图6中的o点)作为采样分压电路110的输出端、输出该理想中点处分压。

实际应用中，该采样分压电路110包括：至少两个分压器件；其中，该分压器件可以是电阻、电容或电感中的任意一种，或者是电阻、电容与电感两两或三者之间组合，均在本发明实施例的保护范围之内。图6中以电阻R作为分压器件为例进行展示，各分压器件串联连接，串联后的两端作为采样分压电路110的输入端两端口，串联支路中相对于交流侧两极分压相等的点作为该理想中点；如图6所示，假设两个电阻R的阻值相等，则理想中点为两个电阻R的连接点o。实际应用时，理想中点o两侧的阻抗R都可以是任意个数阻抗的串并联形式，只要理想中点o两侧的阻抗值相同，即可保证交流侧火线L和零线N与理想中点o之间的电压幅值相等；例如，可以设置3个阻抗R1、R2和R3，阻值关系为R1+R2＝R3，则R1与R2串联连接后的一端再与R3相连的连接点即为理想中点o，设置其他数量和阻值的阻抗时可以此类推，不再赘述。

由以上实施例所述理想中点处分压与车身处分压之间的相对差值的确定过程可见，差值确定电路120优选包括：偏置电路210和差值比较处理电路220；其结构示意图如图7所示，其中，偏置电路210用于对理想中点处分压进行偏置，抬升理想中点处分压与车身处分压之间的电位差；而差值比较处理电路220则用于对该电位差进行处理，得到相对差值。

该偏置电路210包括：偏置电源(如图8中VCC所示)和偏置分压电路.。实际应用中，该偏置分压电路由至少两个偏置分压电阻(如图8中的Rb1和Rb2所示)组成，各偏置分压电阻串联连接，串联后的两端分别作为偏置分压电路的两端，串联支路中的任意一点作为偏置分压电路的中间点；本发明实施例以偏置分压电阻的数量为两个为例进行展示，其结构示意图如图8所示；偏置分压电路的中间点连接采样分压电路110的理想中点，偏置分压电路的一端连接偏置电源的正极，偏置电源的负极和偏置分压电路的另一端均接车身。

值得说明的是，偏置电路210对理想中点处分压进行偏置，抬升理想中点处分压与车身处分压之间的电位差的具体过程为：偏置分压电路产生偏置电压，进而由偏置电压对理想中点处分压进行偏置，并通过直流偏置将电位差交流分量抬升，此时，电位差被抬升至：VCC*Rb2/(Rb1+Rb2)；举例说明，假设偏置电源电压VCC为3.3V，且Rb1＝Rb2，则理想中点o的偏置电压为1.65V，此时，若输出交流侧L和N对车身的绝缘阻抗相等、即X1＝X2，则理想中点o与车身处的电压差为1.65V的纯直流量；而当X1与X2不相等时，车身相对于理想中点存在交流分量，此时，理想中点o与车身处分压的电位差除1.65V直流分量外还叠加有交流分量；并且，X1与X2相差越多，则交流分量幅值越大；极限情况下，比如输出交流侧L极与车身短接即X1＝0，此时理想中点o与车身处分压的电位差交流分量幅值最大。

而差值比较处理电路220则包括：阻抗匹配电路以及滤波电路；其中，阻抗匹配电路的输入端作为差值比较处理电路220的输入端，阻抗匹配电路的输出端连接至滤波电路的输入端；滤波电路的输出端作为差值比较处理电路220的输出端。该阻抗匹配电路用于对上述偏置电路210抬升后的电位差进行阻抗匹配，然后发送给滤波电路，由滤波电路进行滤波处理得到理想中点处分压与车身处分压之间的相对差值。

实际应用时，如图9所示，该阻抗匹配电路可以为运算放大器，运算放大器的同相输入端作为阻抗匹配电路的输入端，运算放大器的反相输入端连接运算放大器的输出端，连接点作为阻抗匹配电路的输出端；而滤波电路可以由第一电阻R1和第一电容C1构成，以第一电阻R1的一端作为滤波电路的输入端；则第一电阻R1的另一端连接第一电容C1的一端，连接点作为滤波电路的输出端；第一电容C1的另一端接车身；需要说明的是，本发明实施例的阻抗匹配电路和滤波电路不仅限于此，现有技术中的其他阻抗匹配电路和滤波电路均可。

然后，差值比较处理电路220将相对差值发送给控制器130的采样端口，由控制器130判断相对差值中的交流分量幅值是否大于预设阈值；若判断结果为是，则确定交流侧的绝缘阻抗异常。其中，该控制器130为微控制单元、数字信号处理器或可编程门阵列中的任一种，均在本发明实施例的保护范围之内。

并且，基于图5-图9展示的结构示意图，本发明实施例提供的车载充电机的交流侧绝缘检测电路一种优选的结构示意图如图10所示，但不仅限于此。

本实施例提供的车载充电机的交流侧绝缘检测电路，仅需要增加采样分压电路110和差值确定电路120，即可确定车载充电机的交流侧两极在车身处分压与理想中点处分压的差值，进而通过对该差值进行比较确定绝缘阻抗是否出现异常；也即，本实施例的车载充电机的交流侧绝缘检测电路，只需添加较少数量分压电阻，以及简单信号处理即可对绝缘阻抗进行判断，相对于现有技术，电路结构比较简单，且成本较低。虽然不能检测出具体的绝缘阻抗值，但是可以检测出X1和X2阻抗相差多少，当相差一定程度时，就可以判定交流侧绝缘有问题；目的是检测交流侧绝缘是否小到危险范围，如果是即可直接输出报信号、提示检修。

其余的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例提供了一种车载充电机，其输出交流侧设置有如以上实施例提供的车载充电机的交流侧绝缘检测电路，具体的，该车载充电机可以为双向车载充电机或多合一双向车载电源集成模块，其充电电路结构与现有技术中的车载充电机相同，不再赘述。

其余的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。