CN105676091B - 一种电池组绝缘检测装置及其绝缘检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池组绝缘检测装置及其绝缘检测方法，绝缘检测装置包括控制器和与电池模块一一对应的绝缘检测模块，每一个绝缘检测模块的信号输入端连接对应电池模块的正负极，绝缘检测模块输出连接到控制器的信号输入端。在进行绝缘检测时，对于任意一个电池模块，首先，采集该电池模块对应的正极检测电阻上和负极检测电阻上的电流值；然后比较采集到的两个电流值，当这两个电流值之间的误差大于设定的第一比较阈值时，判定该电池模块绝缘不良。该检测装置能够准确得出该电池组内的哪一个电池模块出现了绝缘故障，能够准确判定电池组内部的绝缘故障部位，为后续的故障检修以及故障排除打下基础，确保电池组使用的安全型、可靠性和经济性。

Description

一种电池组绝缘检测装置及其绝缘检测方法

技术领域

本发明涉及一种电池组绝缘检测装置及其绝缘检测方法。

背景技术

随着全国新能源行业的快速发展，为满足市场需求，各领域对锂电池电源系统的能量等级和电压等级要求也在逐步提高，目前锂电池电源系统均具有成组特性，即电池系统中的核心部件为包括由若干个电池模块串联构成的电池组，即该电池组由n个电池模块依次串联构成，每个电池模块由至少一个单体电池组成。面对高电压、高能量密度的电池系统，因绝缘不良而引发的电池系统内部故障也最为常见，由其引发的内部放电、内部短路带来的危害也最大，因此如何提高其使用安全性，实现绝缘状态的自动巡检、自动排查、自动预警及自动保护等功能，对系统整体使用的安全性、可靠性及稳定性均具有不可替代的重要意义。

而实现这一保护功能的核心部件为其绝缘检测单元。目前常规成组的动力电池系统，多采用在系统主正、主负部分设置绝缘检测装置，来实现系统的绝缘检测，比如申请号为201120521255.4的中国专利申请公开了一种电动车动力电池系统的绝缘检测仪，该检测仪能够获取电池系统的绝缘电阻值。该检测仪可在系统任意点发生绝缘不良时，及时上传故障信息，便于远端监控，但该方式无法准确判定电池组内部的绝缘故障部位。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池组绝缘检测装置，用以解决传统的绝缘检测装置无法确定绝缘故障部位的问题。本发明同时提供一种电池组绝缘检测方法。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种电池组绝缘检测装置，该电池组由n个电池模块依次串联构成，该绝缘检测装置包括控制器和与电池模块一一对应的绝缘检测模块，绝缘检测模块的信号输入端连接对应电池模块的正负极，所述绝缘检测模块输出连接到所述控制器的信号输入端。

所述绝缘检测模块包括正极信号输入端、负极信号输入端、正极电流互感器、负极电流互感器和运算单元，所述正极信号输入端用于连接对应电池模块的正极，所述负极信号输入端用于连接对应电池模块的负极；所述绝缘检测模块包括两条检测线路，第一检测线路上串设有正极检测电阻和所述正极电流互感器，第二检测线路上串设有负极检测电阻和所述负极电流互感器，所述第一检测线路的一端为所述正极信号输入端，所述第二检测线路的一端为所述负极信号输入端，所述第一检测线路的另一端连接所述第二检测线路的另一端，并连接接地极；所述正极电流互感器和负极电流互感器的信号输出端连接所述运算单元，所述运算单元用于对采集到的电流信息进行比较，所述运算单元输出连接所述控制器的信号输入端。

所述绝缘检测装置还包括一个用于检测整个电池组绝缘情况的主回路绝缘检测单元，所述主回路绝缘检测单元包括主回路运算单元，第一个电池模块对应的绝缘检测模块中的负极电流互感器的信号输出端连接所述主回路运算单元，第n个电池模块对应的绝缘检测模块中的正极电流互感器的信号输出端连接所述主回路运算单元，所述主回路运算单元用于对采集到的电流信息进行比较，所述主回路运算单元输出连接所述控制器的信号输入端。

所述绝缘检测装置还包括串设在相邻电池模块之间的连接线路上的控制开关，所述控制器控制连接所述控制开关。

所述控制器为BMS。

所有的绝缘检测模块共用一个接地极。

一种上述电池组绝缘检测装置的电池组绝缘检测方法，该检测方法包括以下步骤：

(1)、对于任意一个电池模块，采集该电池模块对应的正极检测电阻上和负极检测电阻上的电流值；

(2)、比较采集到的两个电流值，当该电池模块对应的正极检测电阻上的电流值与该电池模块对应的负极检测电阻上的电流值之间的误差值大于设定的第一比较阈值时，判定该电池模块绝缘不良。

在所述步骤(1)之前，所述检测方法还包括以下步骤：

1)、对于整个电池组，采集第一个电池模块对应的绝缘检测模块中的负极检测电阻上的电流值，以及第n个电池模块对应的绝缘检测模块中的正极检测电阻上的电流值；

2)、比较采集到的两个电流值，当所述第一个电池模块对应的绝缘检测模块中的负极检测电阻上的电流值与所述第n个电池模块对应的绝缘检测模块中的正极检测电阻上的电流值之间的误差值大于设定的第二比较阈值时，进行所述步骤(1)。

本发明提供的电池组绝缘检测装置中，包括多个绝缘检测模块，绝缘检测模块的个数与电池模块的个数相同，并且两者一一对应，每一个绝缘检测模块的信号输入端连接对应电池模块的正负极，能够检测出对应电池模块的绝缘状况，所以，该检测装置能够检测出所有的电池模块的绝缘情况，进而能够准确得出该电池组内的哪一个电池模块出现了绝缘故障，所以，该绝缘检测装置能够与准确判定电池组内部的绝缘故障部位，为后续的故障检修以及故障排除打下基础，确保电池组使用的安全型、可靠性和经济性。

本发明提供的电池组绝缘检测方法，对于任意一个电池模块，首先，采集该电池模块对应的正极检测电阻上和负极检测电阻上的电流值；然后，比较采集到的两个电流值，当这两个电流值之间的误差大于设定的第一比较阈值时，判定该电池模块绝缘不良。该方法步骤简单，涉及到的检测参数较少，并且能够准确地检测出电池组中的各个电池模块的绝缘情况。

附图说明

图1是电源系统的整体架构图；

图2是绝缘检测装置与电池组之间的连接示意图；

图3是绝缘检测模块的结构示意图；

图4是绝缘检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的电源系统包括电池组和电池组绝缘检测装置，其中，电池组的布置方式与现有的常规布置方式相同，由若干个依次串联的电池模块组成，每个电池模块由一个或者多个单体电池组成。电池模块的配置可根据实际需要进行灵活设置。由于电池组属于常规技术，这里不做赘述，本实施例中，单体电池以具有代表性的锂电池为例，并且该电池组由n个电池模块组成；以下对电池组绝缘检测装置进行重点说明。

如图2所示，电池组绝缘检测装置包括n个绝缘检测模块，绝缘检测模块与电池模块之间一一对应，每一个绝缘检测模块的信号输入端连接对应电池模块的正负极，图2中，绝缘检测模块1与电池模块1连接，绝缘检测模块2与电池模块2连接……绝缘检测模块n与电池模块n连接；n个绝缘检测模块的输出端均连接到BMS的信号输入端。每个绝缘检测模块检测对应电池模块的绝缘状态，并将检测得到的信息传输给BMS，BMS进行后续的处理。

n个绝缘检测模块的结构相同，如图3所示，对于任意一个绝缘检测模块，该绝缘检测模块包括正极信号输入端、负极信号输入端、正极电流互感器、负极电流互感器和运算单元，正极信号输入端用于连接对应电池模块的正极，负极信号输入端用于连接对应电池模块的负极；绝缘检测模块包括两条检测线路，第一检测线路上串设有正极检测电阻和正极电流互感器，第二检测线路上串设有负极检测电阻和负极电流互感器，第一检测线路的一端为正极信号输入端，第二检测线路的一端为负极信号输入端，第一检测线路的另一端连接第二检测线路的另一端，并连接接地极；正极电流互感器用于采集正极检测电阻上的电流，负极电流互感器用于采集负极检测电阻上的电流，正极电流互感器和负极电流互感器的信号输出端连接对应运算单元的信号输入端。n个绝缘检测模块就对应有n个运算单元，这n个运算单元均输出连接到BMS上的对应的信号输入端。从图3中能够看出，n个绝缘检测模块还可以共用一个接地极。

另外，BMS还与整车控制器进行通信连接，方便信息的上传。

对于其中任意一个绝缘检测模块，运算单元用于对采集到的电流信息进行比较处理，当系统因各类原因发生绝缘不良时，会出现流过正负检测电阻的电流不相等的情况。运算单元计算出正负检测电阻上的电流之间的差值，BMS根据系统电压等级及系统绝缘要求综合判定正负电流差值是否超过设定的第一绝缘不良阈值，当超出该阈值时，确定该电池模块为绝缘不良故障，可通过通讯方式获取系统运行状态，同时发送报警信息提示相应人员应立即采取相应措施，由于BMS接收所有的绝缘检测模块的绝缘状况，所以BMS很容易查找出发生绝缘故障的电池模块，并将判定结果上传，实现电池组的绝缘检测及故障定位的功能。

进一步地，为了在出现绝缘故障时，对相应的电池模块进行切除或者对所有的电池模块进行切除，本发明提供的该绝缘检测装置还包括若干个控制开关，本实施例以接触器为例。每相邻两个电池模块之间的连接线路上均串设有一个接触器，所以，图2中有n-1个接触器，BMS控制连接该n-1个接触器。当出现绝缘不良时，BMS控制对应的接触器开关立即切断，使得对应的电池模块解列，实现快速分断和电池组的绝缘检测及保护预警功能。

另外，为了得到整个电池组的整体绝缘状态，该绝缘检测装置还包括一个主回路绝缘检测模块，如图3所示，该主回路绝缘检测模块包括主回路运算单元，电池组的第一个电池模块对应的绝缘检测模块中的负极电流互感器的信号输出端连接主回路运算单元，第n个(即电池组最后一个)电池模块对应的绝缘检测模块中的正极电流互感器的信号输出端连接主回路运算单元，主回路运算单元用于对采集到的电流信息进行比较，主回路运算单元输出连接控制器的信号输入端。

如图4所示，当系统内各电池模块状态正常，且系统绝缘正常时，回路中所有控制开关均闭合，电源系统正常工作，此时仅有主回路绝缘检测模块处于工作状态，其余各电池模块对应的绝缘检测模块则处于待机状态。该主回路绝缘检测模块的工作原理与上述绝缘检测模块的工作原理相同，为：采集第一个电池模块对应的绝缘检测模块中的负极检测电阻上的电流值，以及第n个电池模块对应的绝缘检测模块中的正极检测电阻上的电流值，然后比较这两个电流值，当差值大于设定的第二比较阈值时，判定该电池组绝缘不良，然后控制各电池模块对应的绝缘检测模块工作，进行后续的对每个电池模块进行绝缘检测的步骤，具体过程在前面文字中已作出描述，这里不再具体说明。

本实施例中的两个比较阈值可以根据具体情况和判定精度进行设置。

另外，在切除有绝缘故障的电池模块时，除了只对出现绝缘故障的电池模块进行切除，即断开出现绝缘故障的电池模块两端的接触器之外，还可以对电池模块进行全部切除。

为了保证使用安全，在电源系统的主回路中设置有熔断器，其串联在系统主回路之中，而且BMS还具有常规的功能作用，比如负责采集电池组的电压温度等信息。

上述实施例中，相邻电池模块之间设置有控制开关以及后续的控制属于进一步的实施方式，作为其他的方式，控制开关还可以不设置，该检测装置只进行绝缘故障的定位。

上述实施例中，主回路绝缘检测属于进一步的技术特征，作为其他的实施例，主回路绝缘检测模块以及对应的整个电池组绝缘检测均可以舍去，所以，该实施例中，检测方法就为：不事先进行整个电池组的绝缘检测，而是直接进行各个电池模块的绝缘检测。

上述实施例中，绝缘检测模块的绝缘检测原理为：比较正负电阻上的电流，然后根据两个电流的误差值的大小来进行绝缘判定；当然，绝缘检测模块并不局限于上述检测方式，作为其他的实施例，绝缘检测模块还可以为背景技术中的申请号为201120521255.4的专利文件中公开的绝缘检测仪，其利用的是通过检测绝缘电阻值来进行绝缘判定。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电池组绝缘检测装置，该电池组由n个电池模块依次串联构成，其特征在于，该绝缘检测装置包括控制器和与电池模块一一对应的绝缘检测模块，绝缘检测模块的信号输入端连接对应电池模块的正负极，所述绝缘检测模块输出连接到所述控制器的信号输入端；

所述绝缘检测模块包括正极信号输入端、负极信号输入端、正极电流互感器、负极电流互感器和运算单元，所述正极信号输入端用于连接对应电池模块的正极，所述负极信号输入端用于连接对应电池模块的负极；所述绝缘检测模块包括两条检测线路，第一检测线路上串设有正极检测电阻和所述正极电流互感器，第二检测线路上串设有负极检测电阻和所述负极电流互感器，所述第一检测线路的一端为所述正极信号输入端，所述第二检测线路的一端为所述负极信号输入端，所述第一检测线路的另一端连接所述第二检测线路的另一端，并连接接地极；所述正极电流互感器和负极电流互感器的信号输出端连接所述运算单元，所述运算单元用于对采集到的电流信息进行比较，所述运算单元输出连接所述控制器的信号输入端。

2.根据权利要求1所述的电池组绝缘检测装置，其特征在于，所述绝缘检测装置还包括一个用于检测整个电池组绝缘情况的主回路绝缘检测单元，所述主回路绝缘检测单元包括主回路运算单元，第一个电池模块对应的绝缘检测模块中的负极电流互感器的信号输出端连接所述主回路运算单元，第n个电池模块对应的绝缘检测模块中的正极电流互感器的信号输出端连接所述主回路运算单元，所述主回路运算单元用于对采集到的电流信息进行比较，所述主回路运算单元输出连接所述控制器的信号输入端。

3.根据权利要求1所述的电池组绝缘检测装置，其特征在于，所述绝缘检测装置还包括串设在相邻电池模块之间的连接线路上的控制开关，所述控制器控制连接所述控制开关。

4.根据权利要求1所述的电池组绝缘检测装置，其特征在于，所述控制器为BMS。

5.根据权利要求1所述的电池组绝缘检测装置，其特征在于，所有的绝缘检测模块共用一个接地极。

6.一种专用于权利要求1所述的电池组绝缘检测装置的电池组绝缘检测方法，其特征在于，该检测方法包括以下步骤：

(1)、对于任意一个电池模块，采集该电池模块对应的正极检测电阻上和负极检测电阻上的电流值；

(2)、比较采集到的两个电流值，当该电池模块对应的正极检测电阻上的电流值与该电池模块对应的负极检测电阻上的电流值之间的误差值大于设定的第一比较阈值时，判定该电池模块绝缘不良。

7.根据权利要求6所述的电池组绝缘检测方法，其特征在于，在所述步骤(1)之前，所述检测方法还包括以下步骤：

1)、对于整个电池组，采集第一个电池模块对应的绝缘检测模块中的负极检测电阻上的电流值，以及第n个电池模块对应的绝缘检测模块中的正极检测电阻上的电流值；

2)、比较采集到的两个电流值，当所述第一个电池模块对应的绝缘检测模块中的负极检测电阻上的电流值与所述第n个电池模块对应的绝缘检测模块中的正极检测电阻上的电流值之间的误差值大于设定的第二比较阈值时，进行所述步骤(1)。