CN101968513A - 动力电池组的接地电阻检测系统 - Google Patents

Abstract

动力电池组的接地电阻检测系统，设有控制器和检测电路，所述检测电路设有模拟电源(V_S)、受控切换开关(K)、第一电阻(R_A)以及第二电阻(R_B)，其中所述第一电阻(R_A)连接于所述动力电池组的一电极侧，并经由受控切换开关(K)、模拟电源(V_S)连接至接地点，所述第二电阻(R_B)连接于所述动力电池组的另一电极侧，并经由所述受控切换开关(K)直接连接至所述接地点，所述控制器连接于所述检测电路，并控制所述受控切换开关(K)的切换。本发明在电动设备、例如电动汽车运行时能够同时检测正接地电阻和负接地电阻，其电路结构简单，检测电路通过控制器控制，易于编程，接口简单，工作可靠，适于推广应用。

Description

动力电池组的接地电阻检测系统 

技术领域

本发明涉及动力电池组领域，具体地，涉及一种动力电池组的接地电阻检测系统。 

背景技术

所谓接地电阻，就是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻，一般而言，接地电阻包括接地线和接地体本身的电阻、接地体与大地的电阻之间的接触电阻以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限大远处的大地电阻。 

一些电动设备，例如电动汽车采用动力电池组进行高压供电。高压电缆线绝缘介质的老化或受潮等因素常常会导置高压电缆线与车身底盘之间绝缘程度下降，动力电池组的正负极将通过绝缘介质与车身底盘形成的回路而产生漏电，这会危及到乘客的安全，同时也会影响到整车控制系统的正常工作。所以，实时检测动力电池组接地电阻的大小，对于保证乘客的安全、整车控制系统的正常工作以及车辆正常运行有着重要意义。 

但是，目前尚缺乏一套对动力电池组接地电阻进行有效检测的检测系统。有鉴于此，需要一种动力电池组的接地电阻检测系统。 

发明内容

本发明的目的是提供一种动力电池组的接地电阻检测系统，以能够有效地对动力电池组的接地电阻进行检测，并充分保证电动设备，例如电动车的正常运行。 

上述目的通过如下技术方案实现：动力电池组的接地电阻检测系统，设有控制器和检测电路，所述检测电路设有模拟电源、受控切换开关、第一电阻以 及第二电阻，其中所述第一电阻连接于所述动力电池组的一侧电极，并经由受控切换开关、模拟电源连接至接地点，所述第二电阻可分离地连接于所述动力电池组的另一侧电极，并经由所述受控切换开关直接连接至所述接地点；所述控制器连接于所述检测电路，并控制所述受控切换开关的切换。 

优选地，所述控制器为单片机，并设有采样模块、控制转换模块以及计算模块，其中所述采样模块在所述受控切换开关处在不同位置时采集所述第一电阻与所述动力电池组的连接点处的电压、所述第二电阻与所述动力电池组的连接点处的电压、所述模拟电源的电压以及所述动力电池组的电压，并通过减法器将采集的各个电压信号值缩小，进而通过线性光耦隔离器输送各个电压信号，所述控制转换模块接收所述采样模块输送的电压信号并对电压信号进行模数转换，所述计算模块对经过模数转换的信号进行计算处理。 

优选地，所述模拟电源的输出电压的幅值通过DC-DC隔离变压器与所述动力电池组的电压的幅值保持同步。 

优选地，所述控制器还连接于显示系统。 

本发明采用控制器控制受控切换开关，通过对检测电路的连接点的电压在不同情况下进行检测，然后由控制器计算获得接地电阻。本发明的优点在于，在电动设备、例如电动汽车运行时，能够同时检测正接地电阻和负接地电阻。本发明的接地电阻检测系统的电路结构简单，检测电路通过控制器控制，易于编程，接口简单，工作可靠，适于推广应用。 

附图说明

图1为本发明动力电池组的接地电阻检测系统的结构原理框图； 

图2为本发明接地电阻检测系统的模拟电源的形成原理例示图； 

图3为本发明接地电阻检测系统的采样电路的连接示意图； 

图4为本发明接地电阻检测系统的控制器的控制原理示意图。 

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明动力电池组的接地电阻检测系统。 

参见图1所示，其中虚线位置的电阻R+、R-为待检测的接地电阻。本发明公开的动力电池组的接地电阻检测系统，设有控制器和检测电路，所述检测 电路设有模拟电源V_S、受控切换开关K、以及阻值相等的第一电阻R_A和第二电阻R_B，其中所述第一电阻R_A连接于所述动力电池组的一侧电极，并经由受控切换开关K、模拟电源V_S连接至接地点，所述第二电阻R_B连接于所述动力电池组的另一侧电极，并经由所述受控切换开关K直接连接至所述接地点；所述控制器连接于所述检测电路，并控制所述受控切换开关的切换。 

模拟电源VS可以通过多种方式形成，例如，参见图2所示，优选地，可以采用动力电池组的电压(例如24V)为输入电压，通过高频DC-DC隔离变压器，产生两组电压，一组是检测系统中用的模拟电源V_S，其输出电压的幅值与动力电池组的电压V_BAT的幅值同步，另一组为控制用的辅助电源VCC。VS电源的功率不大，但稳定性，纹波要求高。用上图的方法，结构简单，器件少，关键易于控制。VCC是变压器中的一组抽头，加一个二级管整流就行了，主要用于驱动图4中的两只MOS管，要求不高，只要在二级管后加一只三端稳压块即可。当然，模拟电源V_S可以采用多种形成方法，而并不限于这种通过DC-DC隔离变压器的获得。 

以下参照图1描述本发明的检测系统检测接地电阻的原理和操作过程，其中，R+，R-是要测量的接地电阻。需要说明的是，有关接地电阻的计算可以采用多种计算方法，以下结合本发明的相关操作过程示例性地说明其中一种。此外，为简化计算，第一电阻RA和第二电阻RB的电阻值可以设置为均为R，因此在以下的公式中统一以R表示。 

在测量时，通过控制器的接口隔离控制将K打到1位置，基于基尔霍夫定理得到一方程组(1)， 

$\frac{V_B-V_S}{R}+\frac{V_A-V_S}{R}+\frac{V_A}{R+}+\frac{V_B}{R-}=0---\left(1\right)$

其中V_A为图1中当受控切换开关K在1位置时A点的电压，V_B为图1中当受控切换开关K在1位置时B点的电压。 

再通过控制器的接口将隔离控制K打到2位置，得到一方程组(2)， 

$\frac{{V^{\′}}_B}{R-}+\frac{{V^{\′}}_A}{R+}+\frac{{V^{\′}}_B}{R}+\frac{{V^{\′}}_A}{R}=0---\left(2\right)$

其中V_A’为图1中当受控切换开关K在2位置时A点的电压，V_B’为图1中当受控切换开关K在2位置时B点的电压。 

在上述公式(1)和(2)中，显然地，V_A-V_B＝V_BAT(即动力电池组的电压)，V_A’-V_B’＝V_BAT，联解方程组(1)，(2)得到一方程组(3) 

$R+=\frac{(V_A-{V^{\′}}_A)V_{\mathrm{BAT}}}{2V_S{V}_{\mathrm{BAT}}-(V_A+{V^{\′}}_A)V_{\mathrm{BAT}}}R$

$R-=\frac{(V_A-{V^{\′}}_A)V_{\mathrm{BAT}}}{{{2V}^{\′}}_A{V}_S+{V^{\′}}_A{V}_{\mathrm{BAT}}-V_A{V}_{\mathrm{BAT}}}R---\left(3\right)$

只要测量出受控切换开关K在1位置和2位置的V_A和V_A’的值、以及V_S和VBAT的值就可以计算出R+和R-的数值。 

受控切换开关K在1位置和2位置的VA和VA’的值、以及VS和VBAT的值可以通过多种公知的电路进行测量。例如，参见图3和图4，优选地，所述控制器为单片机，并设有采样模块、控制转换模块以及计算模块，其中所述采样模块在所述受控切换开关K处在不同位置时采集所述第一电阻R_A与所述动力电池组的连接点A处的电压、所述第二电阻R_B与所述动力电池组的连接点B处的电压、所述模拟电源V_S的电压以及所述动力电池组V_BAT的电压，并通过减法器将采集的各个电压信号值缩小，进而通过线性光耦隔离器输送各个电压信号，所述控制转换模块接收所述采样模块输送的电压信号并对电压信号进行模数转换，所述计算模块对经过模数转换的信号进行计算处理。 

具体地，参见图3，V_BAT的电压可以通过差分采样，将高压动力电池组的 正负两端电压通过电阻分压，经减法器处理获得。其中D2B为高精度的运算放大器。其它电压(V_A，V_B，V_S)都是通过电阻分压后，送到高精度的运算放大器，经处理后获得。 

参见图4，在启动绝缘电阻测试系统时，当单片机的P0.3中输出一低电平，P0.2输出高电平，使U3工作，U4不工作。G2的电位变高，使图3中的V2场郊应管导通，V3场郊应管导通，这相当于图1中受控切换开关K处于1位置。当单片机的P0.3中输出一高电平，P0.2输出低电平，使U3一工作，U4工作，使得图3中的V2场郊应管不导通，V3场郊应管导通，这相当于于图1中受控切换开关K处于2位置。绝缘电阻测试系统时停止工作时，P0.3，P0.2都输出高电平，图3中的V2，V3场郊应管都不导通。 

无论在位置1时，还是在位置2时，都是单片机通过控制P0.0，P0.1的电平的高低去控制U1，U2的工作状态，并进一步去控制模拟电子开关V4的选通状态，将各路采样电压(V_BAT，V_S，V_B，V_A)依次送到高精度运算放大器D3A。D3A的输出经线隔离光耦D5，再送到高精度运算放大器D4B。D4B的输出送到单片机P0.4。单片机通模数转换后，计算得出各和电压值，然后再用方程组(3)的公式，计算得正负接地电阻的大小，并进而送到显示系统去显示。所有电压采样都经过高精度运算放大器，以提高其准确性。 

此外，为了提高测量精度，所有电压采样回路中都加入RC滤波。单片机在测量时，各路电压都测量多次取平均值，并可以在单片机中增加抗干扰措施。 

由此可见，本发明公开的动力电池组的接地电阻检测系统，采用控制器自动控制受控切换开关，在所述受控切换开关在不同位置时通过对回路的相应点的电压进行检测。，然后由控制器计算得出接地电阻，其优点是：无论车在运行时还是静止时，都能同时测正接地和负接地定量电阻。不仅如此，其还可以 指出是正母线接地还是负母线接地，并通过显示系统来显示，及时为司机提供信息。此外，由于第一电阻R_A和第二电阻R_B均为可分离的连接，在不测量可以与动力电池组断开(例如使得受控切换开关K处于中位，即既不处于位置1，也不处于位置2)，因此，在不进行接地电阻测量时，并无电阻接地，从而减少了车身漏电的可能。此外，本发明的接地电阻检测系统的电路结构简单，检测电路通过控制器控制，易于编程，接口简单，工作可靠，适于推广应用。 

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，可以通过任何合适的方式进行任意组合，其同样落入本发明所公开的范围之内。另外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。 

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。本发明的保护范围由权利要求限定。 

Claims (4)

1.动力电池组的接地电阻检测系统，其特征是，设有控制器和检测电路，所述检测电路设有模拟电源(V_S)、受控切换开关(K)、第一电阻(R_A)以及第二电阻(R_B)，其中所述第一电阻(R_A)连接于所述动力电池组的一电极侧，并经由受控切换开关(K)、模拟电源(V_S)连接至接地点，所述第二电阻(R_B)连接于所述动力电池组的另一电极侧，并经由所述受控切换开关(K)直接连接至所述接地点，所述控制器连接于所述检测电路，并控制所述受控切换开关(K)的切换。

2.根据权利要求1所述的动力电池组的接地电阻检测系统，其特征是，所述控制器为单片机，并设有采样模块、控制转换模块以及计算模块，其中所述采样模块在所述受控切换开关(K)处在不同位置时采集所述第一电阻(R_A)与所述动力电池组的连接点(A)处的电压、所述第二电阻(R_B)与所述动力电池组的连接点(B)处的电压、所述模拟电源(V_S)的电压以及所述动力电池组(V_BAT)的电压，并通过减法器将采集的各个电压信号值缩小，进而通过线性光耦隔离器输送各个电压信号，所述控制转换模块接收所述采样模块输送的电压信号并对电压信号进行模数转换，所述计算模块对经过模数转换的信号进行计算处理。

3.根据权利要求1所述的动力电池组的接地电阻检测系统，其特征是，所述模拟电源(V_S)的输出电压的幅值通过DC-DC隔离变压器与所述动力电池组的电压的幅值保持同步。

4.根据权利要求1所述的动力电池组的接地电阻检测系统，其特征是，所述控制器还连接于显示系统。

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