CN103353581A - 一种电池组高压状态复合检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池组高压状态复合检测装置及检测方法，通过检测电池组Battery正极对电池组Battery负极的总电压Ua，电阻R5两端端电压Ur和Urˊ，计算得到电池组Battery正、负极分别对地的绝缘阻抗值Rx、Ry，从而获得电池组Battery绝缘性能状况。本发明通过在原绝缘检测电路的基础上的改进、完善，实现了对电池组绝缘状态的更好监控，同时可实现对预充电的有效控制、对主回路继电器状态的可靠判断。该电路简单实效，较好的实现了对电池组系统中相关高压状态的检测管理。

Description

一种电池组高压状态复合检测装置

技术领域

本发明涉及电动车及储能电池组检测领域，具体为一种电池组高压状态复合检测装置。

背景技术

当前电池组在电动车及储能领域的应用越来越广泛，这些电池组电压经常高达几百伏，在其应用中存在多种高压安全状态需进行完备的监控、管理，以确保人身安全及设备的可靠工作。

由于电池组对地的漏电状态关系到人身的安全，绝缘状态检测是高压电池组安全监控的首要方面，当前的接地电压检测法是绝缘检测采用的主要方法，如图2所示，通过在开关S9断开和闭合时R5两端电压值Ur和Urˊ的检测，以及电池组总电压Ua的检测，通过基尔霍夫定理便可计算出电池组总正极、总负极分别的对地电阻，从而计算出电池组绝缘性能的状况。

该方法简单实用，但也存在一些不足，如由于在电池组总正极、总负极与地之间连接了电阻，降低了整车的绝缘性能，同时该电路也使得电池组一直通过电阻自放电，长时间不充电会明显降低电池组的容量。

电池组与电机等容性负载形成的回路中，在主继电器闭合前，需对负载的电容进行预充电，以预防主继电器闭合时回路中形成瞬间大电流，损坏继电器或电池组。当前预充电回路主要是通过在主继电器旁并联一个功率电阻并增加控制开关的方式实现，预充电时先通过功率电阻对电容进行小电流充电，由于电容大小不同，预充电时间不同，当前主要采用固定延时时间的方式进行预充电。但此方式也存在几个缺点，首先是预充电时间的设置不方便设定，太长会影响系统的正常启动时间，较短又会引起预充电不足，产生瞬间电流；其次是若负载出现短路等故障，长时间持续恒定大电流的预充电会烧坏功率电阻，同时主继电器闭合后也会烧坏主继电器或负载。

大电流回路中主继电器在经过长时间的保护动作后，容易发生烧结短路或不吸合的现象，无法对电池组进行合理的保护与管理，因此必需对主继电器的实时工作状态提供预警管理，实时监控主继电器的工作状态是否与控制状态一致。当前采用MCU直接检测带触点反馈的继电器的输出信号，实现较为简单，但对继电器功能要求较强，实现成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电池组高压状态复合检测装置，以解决现有技术绝缘检测电路中存在的问题，并完善直流高压回路中的预充电判断与继电器状态检测功能，更优化、更全面的实现了直流高压回路中的相关安全状态管理。

本发明所采用的技术方案为：

1、一种电池组高压状态复合检测装置，所述电池组Battery正负极与一个电机控制器Motor两端连接构成回路，其中电池组Battery正极与电机控制器Motor对应端之间接入有主回路继电器S1，所述主回路继电器S1上并联有预充回路，所述预充回路由预充电继电器S2和功率电阻R0串联构成，其中预充电继电器S2靠近电池组Battery正极，功率电阻R0靠近电机控制器Motor，其特征在于：在电池组Battery正负极之间接入绝缘检测电路，绝缘检测电路由依次串联的开关S7、电阻R4、电阻R5、电阻R6、开关S8构成，其中开关S7靠近电池组Battery正极，开关S8靠近电池组Battery负极；在电池组Battery的正极与地之间接入由开关S9、电阻R7串联构成的串联支路一，其中开关S9靠近电池组Battery正极，电阻R7靠近地；在主回路继电器S1上与功率电阻R0连接的负载端悬空接入串联支路二，所述串联支路二由开关S4和电阻R2串联构成，其中开关S4靠近主回路继电器S1负载端，电阻R2靠近悬空端；在主回路继电器S1与预充电继电器S2连接的电池组总正极端悬空接入串联支路三，所述串联支路三由开关S3、电阻R1串联构成，其中开关S3靠近主回路继电器S1，电阻R1靠近与R2连接的悬空端；还包括单片机MCU，所述单片机MCU有两路输入，单片机MCU一路输入检测电池组Battery正极对电池组Battery负极的总电压Ua，同时分时检测主回路继电器S1负载端对电池组Battery负极的总电压Uaˊ，单片机MCU另一路输入检测电阻R5两端端电压，即S9断开时的电阻R5两端端电压Ur或S9闭合时的电阻R5两端端电压Urˊ。

本发明通过在原绝缘检测电路的基础上的改进、完善，实现了对电池组绝缘状态的更好监控，同时可实现对预充电的有效控制、对主回路继电器状态的可靠判断。该电路简单实效，较好的实现了对电池组系统中相关高压状态的检测管理。

附图说明

图1为本发明电路原理图。

图2为现有技术绝缘检测电路原理图。

具体实施方式

如图1所示。1、一种电池组高压状态复合检测装置，电池组Battery正负极与一个电机控制器Motor两端连接构成回路，其中电池组Battery正极与电机控制器Motor对应端之间接入有主回路继电器S1，主回路继电器S1上并联有预充回路，预充回路由预充电继电器S2和功率电阻R0串联构成，其中预充电继电器S2靠近电池组Battery正极，功率电阻R0靠近电机控制器Motor，在电池组Battery正负极之间接入绝缘检测电路，绝缘检测电路由依次串联的开关S7、电阻R4、电阻R5、电阻R6、开关S8构成，其中开关S7靠近电池组Battery正极，开关S8靠近电池组Battery负极；在电池组Battery的正极与地之间接入由开关S9、电阻R7串联构成的串联支路一，其中开关S9靠近电池组Battery正极，电阻R7靠近地；在主回路继电器S1上与功率电阻R0连接的负载端悬空接入串联支路二，所述串联支路二由开关S4和电阻R2串联构成，其中开关S4靠近主回路继电器S1负载端，电阻R2靠近悬空端；在主回路继电器S1与预充电继电器S2连接的电池组总正极端悬空接入串联支路三，所述串联支路三由开关S3、电阻R1串联构成，其中开关S3靠近主回路继电器S1，电阻R1靠近与R2连接的悬空端；还包括单片机MCU，所述单片机MCU有两路输入，单片机MCU一路输入检测电池组Battery正极对电池组Battery负极的总电压Ua，同时分时检测主回路继电器S1负载端对电池组Battery负极的总电压Uaˊ，单片机MCU另一路输入检测电阻R5两端端电压，即S9断开时的电阻R5两端端电压Ur或S9闭合时的电阻R5两端端电压Urˊ。

首先闭合开关S7、S8，断开开关S3、S4，当开关S9断开时，单片机MCU检测到电阻R5两端端电压Ur，当开关S9闭合时，单片机MCU检测到电阻R5两端端电压Urˊ；然后断开开关S3、S4、S9，当开关S3闭合而开关S4断开时，单片机MCU检测到电池组Battery正极对电池组Battery负极的总电压Ua；最后通过开关S9断开时电阻R5两端端电压Ur、通过开关S9闭合时电阻R5两端端电压Urˊ，以及总电压Ua计算出电池组Battery正、负极分别对地的绝缘阻抗值Rx、Ry，获得电池组Battery绝缘性能状况。该方法可有效的避免由于电池组总正负极串入电阻导致电池组绝缘阻抗减低现象，并消除了串入的电阻对电池组的自放电影响。

检测出Ur、Urˊ和Ua后，计算电池组总正负极对地的2个绝缘电阻值未知量Rx和Ry的方程组为：

S9断开： $\frac{\mathrm{Ur}/R5*(R4+R5)}{\mathrm{Rx}//(R4+R5)}=\frac{\mathrm{Ua}}{\mathrm{Rx}//(R4+R5)+\mathrm{Ry}//R6}$

S9闭合： $\frac{U{r}^{\′}/R5*(R4+R5)}{\mathrm{Rx}//R7//(R4+R5)}=\frac{\mathrm{Ua}}{\mathrm{Rx}//R7//(R4+R5)+\mathrm{Ry}//R6}$

其中Ry//R6表示Ry与R6的并联电阻值。

断开开关S3、S4、S9，当开关S3断开而开关S4闭合时，单片机MCU检测到主回路继电器S1负载端对电池组电池组Battery负极的总电压Uaˊ，预充电时，单片机MCU通过对总电压Ua和总电压Uaˊ的实时分时检测与对比分析，当总电压Ua和总电压Uaˊ之间差值Ua-Uaˊ小于设定的差值范围时，如小于回路最大可承受额定电流与回路额定内阻之乘积，单片机MCU闭合主回路继电器S1；当总电压Ua和总电压Uaˊ之间差值Ua-Uaˊ在一定时间内仍大于设定的差值范围，则需停止预充电，并进行相应的报警动作。该方法在结合绝缘检测回路的电路基础上，可有效的对预充电过程进行管理，在尽量缩短预充电时间的同时，保证了系统的工作可靠性。

主回路继电器S1断开或闭合后，单片机MCU通过对总电压Ua和总电压Uaˊ的实时分时检测与对比分析，计算总电压Ua和总电压Uaˊ之间差值Ua-Uaˊ，当该差值等于或接近于零时，主回路继电器S1为导通状态，当该差值等于或接近于电池组总压时，主回路继电器S1为关断状态，由此可判断主回路继电器S1的实际断开或闭合状态，进而判断继电器的实际工作性能。

Claims (1)

1.一种电池组高压状态复合检测装置，所述电池组Battery正负极与一个电机控制器Motor两端连接构成回路，其中电池组Battery正极与电机控制器Motor对应端之间接入有主回路继电器S1，所述主回路继电器S1上并联有预充回路，所述预充回路由预充电继电器S2和功率电阻R0串联构成，其中预充电继电器S2靠近电池组Battery正极，功率电阻R0靠近电机控制器Motor，其特征在于：在电池组Battery正负极之间接入绝缘检测电路，绝缘检测电路由依次串联的开关S7、电阻R4、电阻R5、电阻R6、开关S8构成，其中开关S7靠近电池组Battery正极，开关S8靠近电池组Battery负极；在电池组Battery的正极与地之间接入由开关S9、电阻R7串联构成的串联支路一，其中开关S9靠近电池组Battery正极，电阻R7靠近地；在主回路继电器S1上与功率电阻R0连接的负载端悬空接入串联支路二，所述串联支路二由开关S4和电阻R2串联构成，其中开关S4靠近主回路继电器S1负载端，电阻R2靠近悬空端；在主回路继电器S1与预充电继电器S2连接的电池组总正极端悬空接入串联支路三，所述串联支路三由开关S3、电阻R1串联构成，其中开关S3靠近主回路继电器S1，电阻R1靠近与R2连接的悬空端；还包括单片机MCU，所述单片机MCU有两路输入，单片机MCU一路输入检测电池组Battery正极对电池组Battery负极的总电压Ua，同时分时检测主回路继电器S1负载端对电池组Battery负极的总电压Uaˊ，单片机MCU另一路输入检测电阻R5两端端电压，即S9断开时的电阻R5两端端电压Ur或S9闭合时的电阻R5两端端电压Urˊ。

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