專利名稱：一種車輛高壓供電體制下的安全保護方法
技術領域：
本發明涉及保護方法，具體地講，涉及可應用于車輛的直流高壓供電體制下的安全保護方法。
背景技術：
車輛電氣系統供電體制經歷了從14伏、觀伏、士觀伏低壓直流電源系統。用電設備的增加以及新技術的應用導致電源系統的輸出功率不斷增加，低壓大電流供電方式的缺點日以凸現，提高電源系統的供電電壓勢在必然。目前裝甲車輛電源系統正在向270伏高壓直流電源系統以及混合電源系統轉變，高壓供電系統正在從原理向工程化轉化。在車輛上應用較高的供電電壓帶來的好處是顯而易見的，但必須首先解決供電安全的問題。在某項目中，電氣系統采用高壓供電體制，供電系統的供電電壓為28V直流及 270V直流，用混合輸出電源系統提供。由于所采用的供電電壓270V遠遠超過人體安全電壓，因此在270VDC供電電壓的發電機配電系統的使用過程中，要對所有實際中可能會出現的危及生命安全的情況采取特殊的防護措施，并應100%的檢測出危及生命安全的情況并進行保護。
發明內容
直流供電體制下的安全保護方法主要體現在機械設計與電氣設計兩個方面，包括結構設計、漏電流監測模塊、電流環檢測模塊、放電模塊及控制處理模塊，該安全保護方法實時監測高壓母線的漏電流和電流環路，一旦發生漏電流的值超過設定值或者電流環路發生故障的現象，控制處理模塊在設定的時間內切斷高壓回路；切斷回路后，放電模塊具有把存儲在電路中的危險高壓釋放的功能。本發明提供的一種車輛高壓供電體制下的安全保護方法，其改進之處在于所述安全保護方法為漏電流檢測處理保護，包括以下步驟1)選擇漏電流監測模塊、放電模塊及和控制處理模塊，漏電流檢測模塊的信號輸出端連接到控制處理模塊的信號輸入端，控制處理模塊的控制輸出端連接到放電模塊的控制輸入端；2)當電路中發生觸電事故的時候，正負母線上的電流總值就不為零，即產生了漏電流，傳感器檢測到正負母線電流的差值即為漏電流的值；3)控制處理模塊根據傳感器檢測到的值來計算變化前后的漏電流的差值，差值不超過30mA，說明沒有對人體構成觸電威脅，可以安全使用；如果該差值超過30mA，則控制處理模塊會在0. 2s內切斷全部高壓回路，并發出聲光報警，避免觸電事故的發生；4)控制處理模塊控制放電模塊把存儲在電路中的危險高壓電能通過電阻發熱做功的方式消耗掉，即轉換為熱能釋放出來。本發明提供的第一優選的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，所述安全保護方法為電流環路故障處理保護，包括以下步驟
1)選擇電流環檢測模塊、放電模塊及和控制處理模塊，電流環檢測模塊的信號輸出端連接到控制處理模塊的信號輸入端，控制處理模塊的控制輸出端連接到放電模塊的控制輸入端。2)檢測電纜插頭是否連接完好，只有電纜插頭連接完好的負載才能給予配電；3)在配電的過程中電流環檢測模塊實時監測電纜插頭連接狀態，一旦檢測到插頭松脫立即切斷電源并在控制處理模塊界面彈出故障報警提示。本發明提供的第二優選的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，所述漏電流監測模塊包括高壓負載、漏電流傳感器、電流傳感器和測試電壓裝置；所述高壓負載的接口處連接高壓正負母線一端，高壓正負母線的另一端穿過漏電流傳感器通過導線與依次開關、電流傳感器連接和測試電壓裝置連接。本發明提供的第三優選的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，所述電流環檢測模塊包括五芯高壓電纜插座、五芯高壓電纜插頭和電流環檢測線；所述五芯高壓電纜插座和五芯高壓電纜插頭對應，所述電流環檢測線穿過五芯高壓電纜插座和五芯高壓電纜插頭實現閉合或斷開。本發明提供的第四優選的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，所述五芯高壓電纜通過電纜嵌套構成，包括由內到外依次排列的隔離帶、總屏蔽層、護套和三個獨立電纜， 三個獨立電纜的外圍均設有電源線絕緣體，電源線絕緣體與隔離帶之間設有填充帶。本發明提供的第五優選的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，所述三個獨立電纜，其中兩個電纜均包括電源線導體和電源線絕緣體，電源線絕緣體位于電源線導體的外圍；另一個電纜包括類屏蔽層、隔離帶、和三個獨立電纜，每個獨立電纜包括信號線導體和信號線絕緣體，信號線絕緣體位于信號線導體的外圍，信號線導體、信號線絕緣體和類屏蔽層由內到外依次排列。本發明提供的第六優選的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，所述控制處理模塊為信號處理及控制電路板，包含A/D接口、電流環通/斷檢測接口、CPU和放電控制信號及其驅動輸出接口，所述A/D接口連接漏電流傳感器的輸出信號，電流環通/斷檢測接口連接電流環檢測線，電路板的輸出接口連接放電裝置的控制輸入端。本發明提供的第七優選的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，所述放電模塊為在每路負載前端并聯一個電阻放電裝置。本發明提供的第八優選的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，所述電阻放電裝置為一開關串聯一功率電阻，該開關受控于控制處理模塊，該電阻兩端的引腳或引線與其散熱的殼體之間要有足夠高的絕緣。1、結構設計高壓線路連接使用專用的五芯高壓電纜及與之相配的專用高壓電連接器，其結構包括填充帶、電源線、信號線、屏蔽層，信號線和電源線用屏蔽層分別隔離，使用具抗拉、抗磨、絕緣、耐高溫、柔軟等特性的高壓電纜和高壓連接器。高壓電纜及各個高壓設備均用文字或者符號指出其用途，包括操作的注意事項，高壓支路的電纜保護套選擇與低壓支路對比鮮明的顏色，加強警示作用。2、漏電流監測模塊漏電流監測模塊采用漏電流傳感器監測漏電流的大小，把高壓正負母線穿過漏電流傳感器，當電路中發生觸電事故的時候，正負母線上的電流總值就不為零，即產生了漏電流，傳感器可以檢測到正負母線電流的差值也就是漏電流的值。我國一般取30mA為人體的安全電流，由安全曲線可以看出，觸電時間在0. 以下和0. 2s以上，電流對人體的危害程度是大有差別的，觸電時間超過0. 2s時，致顫電流值將急劇降低，對人體的危害程度也會大大加強。但是由于設備自身會有不同程度的漏電流(高壓設備的自身漏電流不允許超過 30mA)，此種情況下即使電路中有漏電流對人體也是沒有傷害的；所以不同工況下，270VDC 電網設備自身的漏電流值是不同的，所以采取實時監測漏電流的方法來監測漏電流的值， 漏電流傳感器檢測到漏電流的值會直接傳給控制處理模塊。當電路中負載狀況不同時，高壓母線上設備自身的漏電流值也會因負載的不同而不同；控制處理模塊根據傳感器檢測到的值來計算變化前后的漏電流的差值，只要此差值不超過30mA，說明沒有對人體構成觸電威脅，可以安全使用。如果該差值超過30mA，則控制處理模塊會在0. ^內切斷全部高壓回路，并發出聲光報警，避免觸電事故的發生。本方法采用單片機直接輸出穩定的激磁信號，經電路放大后到激磁電路激磁；檢測電路經過整形電路處理后，直接送到單片機采樣端口，由單片機進行直接采樣，并進行數字濾波處理后，準確計算時間，大大縮短了檢測時間，滿足保護電路的要求，并給后級控制提供了足夠的時間。3、電流環路檢測模塊系統在配電的過程中實時監測負載電纜插頭的連接狀態以確保安全用電，用指示燈指示電纜插頭的連接狀態。控制處理模塊在給負載配電時遵循以下原則電流環檢測模塊首先檢測電纜插頭是否連接完好，只有電纜插頭連接完好的負載才能給予配電；其次在配電的過程中電流環檢測模塊實時監測電纜插頭連接狀態，一旦檢測到插頭松脫立即切斷電源并在控制處理模塊界面彈出故障報警提示。4、放電模塊高壓供電體系下的有些負載是容性負載，在設備斷電后短時間內仍然會有電荷聚集在設備的正負端，此時雖然斷電但是仍然有很大的安全隱患，為了解決這個問題，在每路負載前端并聯一個電阻放電裝置以達到放電的目的。漏電流檢測處理保護與電流環路故障處理保護結合效果更好。與現有技術相比，本發明提供的一種車輛高壓供電體制下的安全保護方法具有以下優點1、結構上采用專用五芯高壓電纜及與之相配的專用高壓電連接器，高壓電纜采用具有警示作用的鮮明顏色，防止人員無意間去接觸高壓電纜，保證了人員的安全。2、漏電流監測采用單片機直接控制及數字信號處理技術，提高了檢測精度，縮短了檢測時間，保證了人員的安全；3、采用電流檢測環技術實時監測高壓負載電纜插頭的連接狀態，具有插頭松脫保護的功能，防止人員觸電，確保其安全。4、高壓負載斷電后，采用放電裝置將殘存在高壓回路里的危險電能泄放掉，防止人員觸電，確保其安全。
圖1 本發明提供的一種車輛高壓供電體制下的安全保護方法的漏電流監測模塊、放電模塊及和控制處理模塊協作關系原理圖；圖2 本發明提供的一種車輛高壓供電體制下的安全保護方法的電流環檢測模塊、放電模塊及和控制處理模塊協作關系原理圖；圖3 本發明提供的一種車輛高壓供電體制下的安全保護方法的五芯高壓電纜結構圖；圖4 本發明提供的一種車輛高壓供電體制下的安全保護方法的漏電流監測模塊示意圖；圖5 本發明提供的一種車輛高壓供電體制下的安全保護方法的插頭連接完好 (左)及插頭松脫(右)示意圖；圖6 本發明提供的一種車輛高壓供電體制下的安全保護方法的漏電流檢測與保護原理圖(左)、電流環路檢測及插頭松脫保護原理圖(右)；圖7 本發明提供的一種車輛高壓供電體制下的安全保護方法的放電裝置與負載連接原理圖；圖中1-填充帶；2-電源線導體；3-電源線絕緣體；4-信號線導體；5-信號線絕緣體；6-類屏蔽層；7-隔離帶；8-總屏蔽層；9-護套；a漏電流檢測與保護；b電流環路檢測及插頭松脫保護。
具體實施例方式以下通過附圖及具體實施例對本發明提供的一種車輛高壓供電體制下的安全保護方法做進一步更詳細的說明。實施例1本實施例的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，安全保護方法為漏電流檢測處理保護，包括以下步驟1)選擇漏電流監測模塊、放電模塊及和控制處理模塊，漏電流檢測模塊的信號輸出端連接到控制處理模塊的信號輸入端，控制處理模塊的控制輸出端連接到放電模塊的控制輸入端；2)當電路中發生觸電事故的時候，正負母線上的電流總值就不為零，即產生了漏電流，傳感器檢測到正負母線電流的差值即為漏電流的值；3)控制處理模塊根據傳感器檢測到的值來計算變化前后的漏電流的差值，差值不超過30mA，說明沒有對人體構成觸電威脅，可以安全使用；如果該差值超過30mA，則控制處理模塊會在0. 2s內切斷全部高壓回路，并發出聲光報警，避免觸電事故的發生；4)控制處理模塊控制放電模塊把存儲在電路中的危險高壓電能通過電阻發熱做功的方式消耗掉，即轉換為熱能釋放出來。如圖4，漏電流監測模塊包括高壓負載、漏電流傳感器、電流傳感器和測試電壓裝置；高壓負載的接口處連接高壓正負母線一端，高壓正負母線的另一端穿過漏電流傳感器通過導線與依次開關、電流傳感器連接和測試電壓裝置連接。
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控制處理模塊為信號處理及控制電路板，包含A/D接口、電流環通/斷檢測接口、 CPU和放電控制信號及其驅動輸出接口，A/D接口連接漏電流傳感器的輸出信號，電流環通 /斷檢測接口連接電流環檢測線，電路板的輸出接口連接放電裝置的控制輸入端。放電模塊為在每路負載前端并聯一個電阻放電裝置，電阻放電裝置為一開關串聯一功率電阻，該開關受控于控制處理模塊，該電阻兩端的引腳或引線與其散熱的殼體之間要有足夠高的絕緣。如圖1及圖6(左)所示，漏電流監測模塊采用漏電流傳感器監測高壓用電設備漏電流的大小，將高壓正負母線一同穿過漏電流傳感器，當電路中發生觸電事故的時候，正負母線上的電流值代數和就不為零，即產生了漏電流，傳感器檢測到正負母線電流的差值即為漏電流的值。依次向用電設備的正母線與車體之間、負母線與車體之間施加測試電壓U， 電流傳感器測量相應的電流為1+和1-，根據歐姆定律，正母線對車體的絕緣電阻R+ = U/I+， 正母線對車體的絕緣電阻R_ = U/L·。如圖1所示，控制處理模塊將傳感器檢測到的漏電流值與用電設備固有存在的漏電流值進行比較，當它們之間差值不超過30mA，說明沒有對人體構成觸電威脅，可以安全使用，并在控制處理模塊界面彈出漏電告警提示；如果該差值超過30mA，則控制處理模塊將在0. 內切斷對應高壓用電設備的電源供應，并發出聲光報警，避免觸電事故的發生。控制處理模塊根據兩根電流環檢測線的連通與斷開，如圖6 (右)首先檢測電纜插頭是否連接完好，只有電纜插頭連接完好的高壓用電設備才能給予配電；其次在配電的過程中實時監測電纜插頭連接狀態，一旦檢測到插頭松脫立即切斷相應高壓用電設備的電源供應，并在控制處理模塊界面彈出故障報警提示。如圖7，放電模塊為在每路負載前端并聯一個電阻放電裝置，電阻放電裝置為一開關串聯一功率電阻，開關的另一端連接高壓正母線，電阻的另一端連接高壓負母線，該開關受控于控制處理模塊，該電阻兩端的引腳(或引線)與其散熱的殼體之間要有足夠高的絕緣。實施例2本實施例的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，安全保護方法為電流環路故障處理保護，包括以下步驟1)選擇電流環檢測模塊、放電模塊及和控制處理模塊，電流環檢測模塊的信號輸出端連接到控制處理模塊的信號輸入端，控制處理模塊的控制輸出端連接到放電模塊的控制輸入端。2)檢測電纜插頭是否連接完好，只有電纜插頭連接完好的負載才能給予配電；3)在配電的過程中電流環檢測模塊實時監測電纜插頭連接狀態，一旦檢測到插頭松脫立即切斷電源并在控制處理模塊界面彈出故障報警提示。如圖5，電流環檢測模塊包括五芯高壓電纜插座、五芯高壓電纜插頭和電流環檢測線；所述五芯高壓電纜插座和五芯高壓電纜插頭對應，所述電流環檢測線穿過五芯高壓電纜插座和五芯高壓電纜插頭實現閉合或斷開。如圖3所示，五芯高壓電纜通過電纜嵌套構成，包括由內到外依次排列的隔離帶 7、總屏蔽層8、護套9和三個獨立電纜，三個獨立電纜的外圍均設有電源線絕緣體3，電源線絕緣體3與隔離帶7之間設有填充帶1。
三個獨立電纜，其中兩個電纜均包括電源線導體2和電源線絕緣體3，電源線絕緣體3位于電源線導體2的外圍；另一個電纜包括類屏蔽層6、隔離帶7、和三個獨立電纜，每個獨立電纜包括信號線導體4和信號線絕緣體5，信號線絕緣體5位于信號線導體4的外圍，信號線導體4、信號線絕緣體5和類屏蔽層6由內到外依次排列。如圖5所示，插頭與插座連接完好時，電流環檢測線1和電流環檢測線2是連通的；插頭與插座未連接完好(即插頭松脫)時，電流環檢測線1和電流環檢測線2是斷開的。當電纜插頭連接好時，電源正母線-負載-電源負母線之間就形成了一個完整的電流環路(簡稱電流環)，根據電流環檢測線1與電流環檢測線的連通與斷開檢測電流環是否完好和電纜插頭是否松脫。 如圖1-2，控制處理模塊為信號處理及控制電路板，包含A/D接口、電流環通/斷檢測接口、CPU和放電控制信號及其驅動輸出接口，A/D接口連接漏電流傳感器的輸出信號，電流環通/斷檢測接口連接電流環檢測線，電路板的輸出接口連接放電裝置的控制輸入端。如圖7，放電模塊為在每路負載前端并聯一個電阻放電裝置，放電模塊為在每路負載前端并聯一個電阻放電裝置，電阻放電裝置為一開關串聯一功率電阻，開關的另一端連接高壓正母線，電阻的另一端連接高壓負母線，該開關受控于控制處理模塊，該電阻兩端的引腳(或引線)與其散熱的殼體之間要有足夠高的絕緣。實施例3本實施例的車輛高壓供電體制下的安全保護方法為將上述兩種方法結合使用。最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解技術人員閱讀本申請說明書后依然可以對本發明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，但這些修改或變更均未脫離本發明申請待批權利要求保護范圍之內。
權利要求
1.一種車輛高壓供電體制下的安全保護方法，其特征在于所述安全保護方法為漏電流檢測處理保護，包括以下步驟1)選擇漏電流監測模塊、放電模塊及和控制處理模塊，漏電流檢測模塊的信號輸出端連接到控制處理模塊的信號輸入端，控制處理模塊的控制輸出端連接到放電模塊的控制輸入端；2)當電路中發生觸電事故的時候，正負母線上的電流總值就不為零，即產生了漏電流， 傳感器檢測到正負母線電流的差值即為漏電流的值；3)控制處理模塊根據傳感器檢測到的值來計算變化前后的漏電流的差值，差值不超過 30mA，說明沒有對人體構成觸電威脅，可以安全使用；如果該差值超過30mA，則控制處理模塊會在0. 2s內切斷全部高壓回路，并發出聲光報警，避免觸電事故的發生；4)控制處理模塊控制放電模塊把存儲在電路中的危險高壓電能通過電阻發熱做功的方式消耗掉，即轉換為熱能釋放出來。
2.根據權利要求1所述的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，其特征在于所述安全保護方法為電流環路故障處理保護，包括以下步驟1)選擇電流環檢測模塊、放電模塊及和控制處理模塊，電流環檢測模塊的信號輸出端連接到控制處理模塊的信號輸入端，控制處理模塊的控制輸出端連接到放電模塊的控制輸入端。2)檢測電纜插頭是否連接完好，只有電纜插頭連接完好的負載才能給予配電；3)在配電的過程中電流環檢測模塊實時監測電纜插頭連接狀態，一旦檢測到插頭松脫立即切斷電源并在控制處理模塊界面彈出故障報警提示。
3.根據權利要求1所述的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，其特征在于所述漏電流監測模塊包括高壓負載、漏電流傳感器、電流傳感器和測試電壓裝置；所述高壓負載的接口處連接高壓正負母線一端，高壓正負母線的另一端穿過漏電流傳感器通過導線與依次開關、電流傳感器連接和測試電壓裝置連接。
4.根據權利要求1所述的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，其特征在于所述電流環檢測模塊包括五芯高壓電纜插座、五芯高壓電纜插頭和電流環檢測線；所述五芯高壓電纜插座和五芯高壓電纜插頭對應，所述電流環檢測線穿過五芯高壓電纜插座和五芯高壓電纜插頭實現閉合或斷開。
5.根據權利要求4所述的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，其特征在于所述五芯高壓電纜通過電纜嵌套構成，包括由內到外依次排列的隔離帶(7)、總屏蔽層(8)、護套(9) 和三個獨立電纜，三個獨立電纜的外圍均設有電源線絕緣體(3)，電源線絕緣體(3)與隔離帶(7)之間設有填充帶(1).
6.根據權利要求5所述的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，其特征在于所述三個獨立電纜，其中兩個電纜均包括電源線導體⑵和電源線絕緣體(3)，電源線絕緣體(3)位于電源線導體⑵的外圍；另一個電纜包括類屏蔽層(6)、隔離帶(7)、和三個獨立電纜，每個獨立電纜包括信號線導體(4)和信號線絕緣體(5)，信號線絕緣體(5)位于信號線導體 (4)的外圍，信號線導體G)、信號線絕緣體(5)和類屏蔽層(6)由內到外依次排列。
7.根據權利要求1所述的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，其特征在于所述控制處理模塊為信號處理及控制電路板，包含A/D接口、電流環通/斷檢測接口、CPU和放電控制信號及其驅動輸出接口，所述A/D接口連接漏電流傳感器的輸出信號，電流環通/斷檢測接口連接電流環檢測線，電路板的輸出接口連接放電裝置的控制輸入端。
8.根據權利要求1所述的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，其特征在于所述放電模塊為在每路負載前端并聯一個電阻放電裝置。
9.根據權利要求8所述的車輛高壓供電體制下的安全保護方法，其特征在于所述電阻放電裝置為一開關串聯一功率電阻，該開關受控于控制處理模塊，該電阻兩端的引腳或引線與其散熱的殼體之間要有足夠高的絕緣。
全文摘要
本發明涉及一種車輛高壓供電體制下的安全保護方法，方法為漏電流監測處理保護，包括以下步驟1)選擇漏電流監測模塊、放電模塊及和控制處理模塊，漏電流檢測模塊的信號輸出端連接到控制處理模塊的信號輸入端，控制處理模塊的控制輸出端連接到放電模塊的控制輸入端；2)當電路中發生觸電事故的時候，正負母線上的電流總值就不為零，傳感器檢測到正負母線電流的差值即為漏電流的值；3)控制處理模塊漏電流的差值，判斷是否發出聲光報警；4)控制處理模塊控制放電模塊把存儲在電路中的危險高壓電能通過電阻發熱做功的方式消耗掉；該安全保護方法實時監測高壓母線的漏電流和電流環路，控制處理模塊在設定的時間內切斷高壓回路。
文檔編號H01B7/02GK102170106SQ201110047920
公開日2011年8月31日 申請日期2011年2月28日 優先權日2011年2月28日
發明者劉榮昌, 宋克嶺, 李申, 蔣任君, 袁盛瑞, 高峰 申請人:中國北方車輛研究所