一种车辆高压供电体制下的安全保护方法

摘要

本发明涉及一种车辆高压供电体制下的安全保护方法，方法为漏电流监测处理保护，包括以下步骤：1)选择漏电流监测模块、放电模块及和控制处理模块，漏电流检测模块的信号输出端连接到控制处理模块的信号输入端，控制处理模块的控制输出端连接到放电模块的控制输入端；2)当电路中发生触电事故的时候，正负母线上的电流总值就不为零，传感器检测到正负母线电流的差值即为漏电流的值；3)控制处理模块漏电流的差值，判断是否发出声光报警；4)控制处理模块控制放电模块把存储在电路中的危险高压电能通过电阻发热做功的方式消耗掉；该安全保护方法实时监测高压母线的漏电流和电流环路，控制处理模块在设定的时间内切断高压回路。

说明书

技术领域

本发明涉及保护方法，具体地讲，涉及可应用于车辆的直流高压供电体制下的安全保护方法。

背景技术

车辆电气系统供电体制经历了从14伏、28伏、±28伏低压直流电源系统。用电设备的增加以及新技术的应用导致电源系统的输出功率不断增加，低压大电流供电方式的缺点日以凸现，提高电源系统的供电电压势在必然。目前装甲车辆电源系统正在向270伏高压直流电源系统以及混合电源系统转变，高压供电系统正在从原理向工程化转化。在车辆上应用较高的供电电压带来的好处是显而易见的，但必须首先解决供电安全的问题。

在某项目中，电气系统采用高压供电体制，供电系统的供电电压为28V直流及270V直流，用混合输出电源系统提供。由于所采用的供电电压270V远远超过人体安全电压，因此在270VDC供电电压的发电机配电系统的使用过程中，要对所有实际中可能会出现的危及生命安全的情况采取特殊的防护措施，并应100％的检测出危及生命安全的情况并进行保护。

发明内容

直流供电体制下的安全保护方法主要体现在机械设计与电气设计两个方面，包括结构设计、漏电流监测模块、电流环检测模块、放电模块及控制处理模块，该安全保护方法实时监测高压母线的漏电流和电流环路，一旦发生漏电流的值超过设定值或者电流环路发生故障的现象，控制处理模块在设定的时间内切断高压回路；切断回路后，放电模块具有把存储在电路中的危险高压释放的功能。

本发明提供的一种车辆高压供电体制下的安全保护方法，其改进之处在于所述安全保护方法为漏电流检测处理保护，包括以下步骤：

1)选择漏电流监测模块、放电模块及和控制处理模块，漏电流检测模块的信号输出端连接到控制处理模块的信号输入端，控制处理模块的控制输出端连接到放电模块的控制输入端；

2)当电路中发生触电事故的时候，正负母线上的电流总值就不为零，即产生了漏电流，传感器检测到正负母线电流的差值即为漏电流的值；

3)控制处理模块根据传感器检测到的值来计算变化前后的漏电流的差值，差值不超过30mA，说明没有对人体构成触电威胁，可以安全使用；如果该差值超过30mA，则控制处理模块会在0.2s内切断全部高压回路，并发出声光报警，避免触电事故的发生；

4)控制处理模块控制放电模块把存储在电路中的危险高压电能通过电阻发热做功的方式消耗掉，即转换为热能释放出来。

本发明提供的第一优选的车辆高压供电体制下的安全保护方法，所述安全保护方法为电流环路故障处理保护，包括以下步骤：

1)选择电流环检测模块、放电模块及和控制处理模块，电流环检测模块的信号输出端连接到控制处理模块的信号输入端，控制处理模块的控制输出端连接到放电模块的控制输入端。

2)检测电缆插头是否连接完好，只有电缆插头连接完好的负载才能给予配电；

3)在配电的过程中电流环检测模块实时监测电缆插头连接状态，一旦检测到插头松脱立即切断电源并在控制处理模块界面弹出故障报警提示。

本发明提供的第二优选的车辆高压供电体制下的安全保护方法，所述漏电流监测模块包括高压负载、漏电流传感器、电流传感器和测试电压装置；所述高压负载的接口处连接高压正负母线一端，高压正负母线的另一端穿过漏电流传感器通过导线与依次开关、电流传感器连接和测试电压装置连接。

本发明提供的第三优选的车辆高压供电体制下的安全保护方法，所述电流环检测模块包括五芯高压电缆插座、五芯高压电缆插头和电流环检测线；所述五芯高压电缆插座和五芯高压电缆插头对应，所述电流环检测线穿过五芯高压电缆插座和五芯高压电缆插头实现闭合或断开。

本发明提供的第四优选的车辆高压供电体制下的安全保护方法，所述五芯高压电缆通过电缆嵌套构成，包括由内到外依次排列的隔离带、总屏蔽层、护套和三个独立电缆，三个独立电缆的外围均设有电源线绝缘体，电源线绝缘体与隔离带之间设有填充带。

本发明提供的第五优选的车辆高压供电体制下的安全保护方法，所述三个独立电缆，其中两个电缆均包括电源线导体和电源线绝缘体，电源线绝缘体位于电源线导体的外围；另一个电缆包括类屏蔽层、隔离带、和三个独立电缆，每个独立电缆包括信号线导体和信号线绝缘体，信号线绝缘体位于信号线导体的外围，信号线导体、信号线绝缘体和类屏蔽层由内到外依次排列。

本发明提供的第六优选的车辆高压供电体制下的安全保护方法，所述控制处理模块为信号处理及控制电路板，包含A/D接口、电流环通/断检测接口、CPU和放电控制信号及其驱动输出接口，所述A/D接口连接漏电流传感器的输出信号，电流环通/断检测接口连接电流环检测线，电路板的输出接口连接放电装置的控制输入端。

本发明提供的第七优选的车辆高压供电体制下的安全保护方法，所述放电模块为在每路负载前端并联一个电阻放电装置。

本发明提供的第八优选的车辆高压供电体制下的安全保护方法，所述电阻放电装置为一开关串联一功率电阻，该开关受控于控制处理模块，该电阻两端的引脚或引线与其散热的壳体之间要有足够高的绝缘。

1、结构设计

高压线路连接使用专用的五芯高压电缆及与之相配的专用高压电连接器，其结构包括填充带、电源线、信号线、屏蔽层，信号线和电源线用屏蔽层分别隔离，使用具抗拉、抗磨、绝缘、耐高温、柔软等特性的高压电缆和高压连接器。高压电缆及各个高压设备均用文字或者符号指出其用途，包括操作的注意事项，高压支路的电缆保护套选择与低压支路对比鲜明的颜色，加强警示作用。

2、漏电流监测模块

漏电流监测模块采用漏电流传感器监测漏电流的大小，把高压正负母线穿过漏电流传感器，当电路中发生触电事故的时候，正负母线上的电流总值就不为零，即产生了漏电流，传感器可以检测到正负母线电流的差值也就是漏电流的值。

我国一般取30mA为人体的安全电流，由安全曲线可以看出，触电时间在0.2s以下和0.2s以上，电流对人体的危害程度是大有差别的，触电时间超过0.2s时，致颤电流值将急剧降低，对人体的危害程度也会大大加强。

但是由于设备自身会有不同程度的漏电流(高压设备的自身漏电流不允许超过30mA)，此种情况下即使电路中有漏电流对人体也是没有伤害的；所以不同工况下，270VDC电网设备自身的漏电流值是不同的，所以采取实时监测漏电流的方法来监测漏电流的值，漏电流传感器检测到漏电流的值会直接传给控制处理模块。当电路中负载状况不同时，高压母线上设备自身的漏电流值也会因负载的不同而不同；

控制处理模块根据传感器检测到的值来计算变化前后的漏电流的差值，只要此差值不超过30mA，说明没有对人体构成触电威胁，可以安全使用。如果该差值超过30mA，则控制处理模块会在0.2s内切断全部高压回路，并发出声光报警，避免触电事故的发生。

本方法采用单片机直接输出稳定的激磁信号，经电路放大后到激磁电路激磁；检测电路经过整形电路处理后，直接送到单片机采样端口，由单片机进行直接采样，并进行数字滤波处理后，准确计算时间，大大缩短了检测时间，满足保护电路的要求，并给后级控制提供了足够的时间。

3、电流环路检测模块

系统在配电的过程中实时监测负载电缆插头的连接状态以确保安全用电，用指示灯指示电缆插头的连接状态。

控制处理模块在给负载配电时遵循以下原则：电流环检测模块首先检测电缆插头是否连接完好，只有电缆插头连接完好的负载才能给予配电；其次在配电的过程中电流环检测模块实时监测电缆插头连接状态，一旦检测到插头松脱立即切断电源并在控制处理模块界面弹出故障报警提示。

4、放电模块

高压供电体系下的有些负载是容性负载，在设备断电后短时间内仍然会有电荷聚集在设备的正负端，此时虽然断电但是仍然有很大的安全隐患，为了解决这个问题，在每路负载前端并联一个电阻放电装置以达到放电的目的。

漏电流检测处理保护与电流环路故障处理保护结合效果更好。

与现有技术相比，本发明提供的一种车辆高压供电体制下的安全保护方法具有以下优点：

1、结构上采用专用五芯高压电缆及与之相配的专用高压电连接器，高压电缆采用具有警示作用的鲜明颜色，防止人员无意间去接触高压电缆，保证了人员的安全。

2、漏电流监测采用单片机直接控制及数字信号处理技术，提高了检测精度，缩短了检测时间，保证了人员的安全；

3、采用电流检测环技术实时监测高压负载电缆插头的连接状态，具有插头松脱保护的功能，防止人员触电，确保其安全。

4、高压负载断电后，采用放电装置将残存在高压回路里的危险电能泄放掉，防止人员触电，确保其安全。

附图说明

图1：本发明提供的一种车辆高压供电体制下的安全保护方法的漏电流监测模块、放电模块及和控制处理模块协作关系原理图；

图2：本发明提供的一种车辆高压供电体制下的安全保护方法的电流环检测模块、放电模块及和控制处理模块协作关系原理图；

图3：本发明提供的一种车辆高压供电体制下的安全保护方法的五芯高压电缆结构图；

图4：本发明提供的一种车辆高压供电体制下的安全保护方法的漏电流监测模块示意图；

图5：本发明提供的一种车辆高压供电体制下的安全保护方法的插头连接完好(左)及插头松脱(右)示意图；

图6：本发明提供的一种车辆高压供电体制下的安全保护方法的漏电流检测与保护原理图(左)、电流环路检测及插头松脱保护原理图(右)；

图7：本发明提供的一种车辆高压供电体制下的安全保护方法的放电装置与负载连接原理图；

图中：1-填充带；2-电源线导体；3-电源线绝缘体；4-信号线导体；5-信号线绝缘体；6-类屏蔽层；7-隔离带；8-总屏蔽层；9-护套；a漏电流检测与保护；b电流环路检测及插头松脱保护。

具体实施方式

以下通过附图及具体实施例对本发明提供的一种车辆高压供电体制下的安全保护方法做进一步更详细的说明。

实施例1

本实施例的车辆高压供电体制下的安全保护方法，安全保护方法为漏电流检测处理保护，包括以下步骤：

1)选择漏电流监测模块、放电模块及和控制处理模块，漏电流检测模块的信号输出端连接到控制处理模块的信号输入端，控制处理模块的控制输出端连接到放电模块的控制输入端；

2)当电路中发生触电事故的时候，正负母线上的电流总值就不为零，即产生了漏电流，传感器检测到正负母线电流的差值即为漏电流的值；

3)控制处理模块根据传感器检测到的值来计算变化前后的漏电流的差值，差值不超过30mA，说明没有对人体构成触电威胁，可以安全使用；如果该差值超过30mA，则控制处理模块会在0.2s内切断全部高压回路，并发出声光报警，避免触电事故的发生；

4)控制处理模块控制放电模块把存储在电路中的危险高压电能通过电阻发热做功的方式消耗掉，即转换为热能释放出来。

如图4，漏电流监测模块包括高压负载、漏电流传感器、电流传感器和测试电压装置；高压负载的接口处连接高压正负母线一端，高压正负母线的另一端穿过漏电流传感器通过导线与依次开关、电流传感器连接和测试电压装置连接。

控制处理模块为信号处理及控制电路板，包含A/D接口、电流环通/断检测接口、CPU和放电控制信号及其驱动输出接口，A/D接口连接漏电流传感器的输出信号，电流环通/断检测接口连接电流环检测线，电路板的输出接口连接放电装置的控制输入端。

放电模块为在每路负载前端并联一个电阻放电装置，电阻放电装置为一开关串联一功率电阻，该开关受控于控制处理模块，该电阻两端的引脚或引线与其散热的壳体之间要有足够高的绝缘。

如图1及图6(左)所示，漏电流监测模块采用漏电流传感器监测高压用电设备漏电流的大小，将高压正负母线一同穿过漏电流传感器，当电路中发生触电事故的时候，正负母线上的电流值代数和就不为零，即产生了漏电流，传感器检测到正负母线电流的差值即为漏电流的值。依次向用电设备的正母线与车体之间、负母线与车体之间施加测试电压U，电流传感器测量相应的电流为I₊和I_-，根据欧姆定律，正母线对车体的绝缘电阻R₊＝U/I₊，正母线对车体的绝缘电阻R_-＝U/I_-。

如图1所示，控制处理模块将传感器检测到的漏电流值与用电设备固有存在的漏电流值进行比较，当它们之间差值不超过30mA，说明没有对人体构成触电威胁，可以安全使用，并在控制处理模块界面弹出漏电告警提示；如果该差值超过30mA，则控制处理模块将在0.2s内切断对应高压用电设备的电源供应，并发出声光报警，避免触电事故的发生。

控制处理模块根据两根电流环检测线的连通与断开，如图6(右)首先检测电缆插头是否连接完好，只有电缆插头连接完好的高压用电设备才能给予配电；其次在配电的过程中实时监测电缆插头连接状态，一旦检测到插头松脱立即切断相应高压用电设备的电源供应，并在控制处理模块界面弹出故障报警提示。

如图7，放电模块为在每路负载前端并联一个电阻放电装置，电阻放电装置为一开关串联一功率电阻，开关的另一端连接高压正母线，电阻的另一端连接高压负母线，该开关受控于控制处理模块，该电阻两端的引脚(或引线)与其散热的壳体之间要有足够高的绝缘。

实施例2

本实施例的车辆高压供电体制下的安全保护方法，安全保护方法为电流环路故障处理保护，包括以下步骤：

1)选择电流环检测模块、放电模块及和控制处理模块，电流环检测模块的信号输出端连接到控制处理模块的信号输入端，控制处理模块的控制输出端连接到放电模块的控制输入端。

2)检测电缆插头是否连接完好，只有电缆插头连接完好的负载才能给予配电；

3)在配电的过程中电流环检测模块实时监测电缆插头连接状态，一旦检测到插头松脱立即切断电源并在控制处理模块界面弹出故障报警提示。

如图5，电流环检测模块包括五芯高压电缆插座、五芯高压电缆插头和电流环检测线；所述五芯高压电缆插座和五芯高压电缆插头对应，所述电流环检测线穿过五芯高压电缆插座和五芯高压电缆插头实现闭合或断开。

如图3所示，五芯高压电缆通过电缆嵌套构成，包括由内到外依次排列的隔离带7、总屏蔽层8、护套9和三个独立电缆，三个独立电缆的外围均设有电源线绝缘体3，电源线绝缘体3与隔离带7之间设有填充带1。

三个独立电缆，其中两个电缆均包括电源线导体2和电源线绝缘体3，电源线绝缘体3位于电源线导体2的外围；另一个电缆包括类屏蔽层6、隔离带7、和三个独立电缆，每个独立电缆包括信号线导体4和信号线绝缘体5，信号线绝缘体5位于信号线导体4的外围，信号线导体4、信号线绝缘体5和类屏蔽层6由内到外依次排列。

如图5所示，插头与插座连接完好时，电流环检测线1和电流环检测线2是连通的；插头与插座未连接完好(即插头松脱)时，电流环检测线1和电流环检测线2是断开的。当电缆插头连接好时，电源正母线-负载-电源负母线之间就形成了一个完整的电流环路(简称电流环)，根据电流环检测线1与电流环检测线的连通与断开检测电流环是否完好和电缆插头是否松脱。

如图1-2，控制处理模块为信号处理及控制电路板，包含A/D接口、电流环通/断检测接口、CPU和放电控制信号及其驱动输出接口，A/D接口连接漏电流传感器的输出信号，电流环通/断检测接口连接电流环检测线，电路板的输出接口连接放电装置的控制输入端。

如图7，放电模块为在每路负载前端并联一个电阻放电装置，放电模块为在每路负载前端并联一个电阻放电装置，电阻放电装置为一开关串联一功率电阻，开关的另一端连接高压正母线，电阻的另一端连接高压负母线，该开关受控于控制处理模块，该电阻两端的引脚(或引线)与其散热的壳体之间要有足够高的绝缘。

实施例3

本实施例的车辆高压供电体制下的安全保护方法为将上述两种方法结合使用。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。