与传统的混合动力汽车绝缘检测模型不同,目前大多数混合动力汽车都采用低频脉冲信号注入法实时检测绝缘电阻模型的高压漏电诊断技术。此方法最大特点在于,测量时不受直流电源的影响,运行或停止时都能进行测量,并且因为绝缘电阻计算完全依赖于系统内唯一点的共模电位点采样值,这样整个系统的结构相对简单,绝缘电阻检测硬件的体积也相对缩小,在实际应用中有着良好的可操作性。图1所示为为丰田混合动力THS- II系统采用的RC低频脉冲信号注入法的检测车辆绝缘电阻的原理图。
图1 THS-II系统检测绝缘电阻原理图
图1中虚线框内即为混合动力系统高压电路整体模型。r1、 r3(22, 24)是HV蓄电池正极与车辆底盘之间的绝缘电阻,r2、 r4(23,25)是HV蓄电池负极与车辆底盘之间的绝缘电阻,HV蓄电池(12)为混合动力汽车的高压直流电源。虚线框下面为绝缘电阻检测系统的主体电路,绝缘电阻检测系统(50)由检测电路和信号处理电路组成。检测电路包括与共模电位参考点(30)串联的耦合电容器(52)、检测电阻(54)和脉冲振荡发生器(56),信号处理电路包括采样信号Vx滤波器(58)、放大器(60)以及波峰值检测电路(62)和控制器(70) 。控制器(70)具有响应于经处理的叠加交流频率信号波峰值(VX)的输出,与共模电位参考点Vx' (30)的电压作比较,计算相对应的绝缘电阻值。控制器(70)配置包括绝缘电阻降检测模块(72),用于产生脉冲振荡信号,并基于波峰值检测电路(62)检测到的值判断绝缘电阻是否下降。共模电压变化请求模块(74)用于绝缘电阻对HVCPU(40)的共模电位变化进行平衡,以便能够精确检测绝缘电阻值。绝缘电阻检测故障确定模块(76),根据通过来自共模电位改变前后的输出比较,以确定绝缘电阻检测部分或类似部件是否存在故障。
这里Vp是脉冲振荡器(56)产生的5V方波信号,信号的地与车辆底盘共地。图中/x表示采样点的共模电位(电压)。由模拟电子电路知识可知,如果在电路中注入脉冲信号,电路中内阻很小的直流电流源可视为短路,内阻很大的电流源可视为开路。通常来说,HV蓄电池的内阻为mΩ级别,当电压上升后,HV蓄电池的内阻依然很小,依据此原则,当脉冲振荡器(56)发出脉冲信号后,可以认为直流电压源短路,如图2所示为简化电路。
图2 简化电路
由于直流电压源可视为短路,正极绝缘电阻r1、 r3与负极绝缘电阻r2、 r4形成一个总并联电阻为R,即等效于绝缘电阻。根据电路串并联等效原则可知,R
在检测过程中,检测电阻Rd和绝缘电阻R形成串联电路,当检测电路中施加脉电压号后,采样电压Vx就是电路中的分压。公式中:Vx—采样电压;Vp—脉冲振荡信号电压;R—绝缘电阻值;Rd—检测电阻值;Cc—隔离电容器值;f-脉冲振荡信号频率。由此得到采样电压Vx与绝缘电阻R的关系如图3所示。
图3采样电压Vx与绝缘电阻R的关系
由此可知,绝缘电阻越大,采样电压Vx越大,反之,绝缘电阻减小,采样电压Vx变小。丰田混合动力THS- II系统将Vx值经处理后转换为HV控制ECU的数据“ShortWaveHighestVal”,该值在0和5V之间来表示绝缘电阻大小。可通过智能检测仪的ECU数据流查看。图4所示为“ShortWaveHighestVal”的特性图。车辆刚开始上电时"ShortWaveHighestVa“会降至约1.5V,应该将车辆置于READY-0N状态一段时间后,再进行漏电检测电路工作情况的检查,"ShortWaveHighestVal"在驱动控制系统升压时可能降至约0V,由共模电压变化请求模块(74)控制,所以应在未进行升压时作出绝缘电阻减小的故障判断。
图4 ShortWaveHighestVal5,的特性图