CN107643447A - 一种车辆绝缘检测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆绝缘检测电路及方法，该车辆绝缘检测电路包括：与车辆的整车地线连接的接地端；与动力电池的正极连接的第一检测电路，所述第一检测电路通过所述接地端接地，所述第一检测电路中设置有第一储能元件，所述第一储能元件连接在正极和接地端之间；与动力电池的负极连接的第二检测电路，所述第二检测电路通过所述接地端接地，所述第二检测电路中设置有第二储能元件，所述第二储能元件连接在负极和接地端之间。本发明实施例，通过在第一检测电路和第二检测电路中设置储能元件，使得在电压测量时能够保持总压稳定；在桥臂合时，能够避免在测试过程中人为降低绝缘阻抗。

Description

一种车辆绝缘检测电路及方法

技术领域

本发明涉及电路设计技术领域，特别涉及一种车辆绝缘检测电路及方法。

背景技术

电池设计是制约电动汽车发展的关键，电池对地的绝缘是影响电动汽车安全性的主要因素。电池的绝缘性能的好坏不仅关系到车载系统和电子设备的正常运行，尤为重要的是它关系到驾驶员的生命财产安全。

如何实时准确的检测电动汽车动力电池的绝缘电阻，对于提高电动汽车的安全性具有重要的意义。因此，出于对电动汽车的可靠性和安全性考虑，针对纯电动汽车高压系统的绝缘监测和自动诊断研究具有极其重要的意义。在相关技术中，往往采用信号注入法或有源绝缘电阻检测法。

但是信号注入法中交流信号的注入不仅增大了直流供电系统的纹波系数，影响供电质量，而且交流信号受到电路分布电容的影响，最终的检测精度不高。有源绝缘电阻检测法中瞬间的高电压对于电路的冲击很大，电路结构复杂且PWM(脉冲宽度调制，Pulse WidthModulation)波的稳定性也存在问题。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种车辆绝缘检测电路及方法，用以实现提高车辆绝缘检测的检测精度。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种车辆绝缘检测电路，包括：

与车辆的整车地线连接的接地端；

与动力电池的正极连接的第一检测电路，所述第一检测电路通过所述接地端接地，所述第一检测电路中设置有第一储能元件，所述第一储能元件连接在正极和接地端之间；

与动力电池的负极连接的第二检测电路，所述第二检测电路通过所述接地端接地，所述第二检测电路中设置有第二储能元件，所述第二储能元件连接在负极和接地端之间。

进一步的，所述第一检测电路包括：相互并联的第一支路、第二支路和第三支路，所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路的一端通过第一开关连接至所述动力电池的正极，另一端连接至所述接地端；

其中，所述第一支路包括：第二开关和与所述第二开关串联的第一电阻；

所述第二支路包括：所述第一储能元件；

所述第三支路包括：第二电阻、与所述第二电阻串联的第三电阻和设置在所述第二电阻和所述第三电阻之间的第一采样点。

进一步的，所述第二检测电路包括：相互并联的第四支路、第五支路和第六支路，所述第四支路、所述第五支路和所述第六支路的一端通过第三开关连接至所述动力电池的负极，另一端连接至所述接地端；

其中，所述第四支路包括：第四开关和与所述第四开关串联的第四电阻；

所述第五支路包括：所述第二储能元件；

所述第六支路包括：第五电阻、与所述第五电阻串联的第六电阻和设置在所述第五电阻和所述第六电阻之间的第二采样点。

进一步的，所述第一储能元件和所述第二储能元件均为电容。

进一步的，所述的车辆绝缘检测电路还包括：

分别与所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关连接的处理器；

且所述处理器通过电信号控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关的闭合或断开。

进一步的，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关均为光耦合开关。

根据本发明另一方面，本发明实施例还提供了一种汽车的绝缘检测方法，所述汽车包括如上所述的车辆绝缘检测电路；所述绝缘检测方法包括：

控制所述车辆绝缘检测电路处于第一工作模式，通过第一检测电路，检测所述第一检测电路上第一采样点的第一电压，通过第二检测电路，检测所述第二检测电路上第二采样点的第二电压；以及，控制所述车辆绝缘检测电路从所述第一工作模式进入至第二工作模式，并通过第一检测电路，检测所述第一采样点的第三电压；

控制所述车辆绝缘检测电路处于所述第一工作模式，以及控制所述车辆绝缘检测电路从所述第一工作模式进入至第三工作模式，并通过第二检测电路，检测所述第二采样点的第四电压；

根据所述第一电压、所述第二电压、所述第四电压，得到正极对地绝缘阻值，并根据所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压，得到负极对地绝缘阻值。

进一步的，所述第一工作模式为第一开关和第三开关闭合，第二开关和第四开关断开的工作模式；

所述第二工作模式为第一开关、第三开关和第四开关断开，第二开关闭合的工作模式；

所述第三工作模式为第一开关、第二开关和第三开关断开，第四开关闭合的工作模式。

进一步的，根据所述第一电压、所述第二电压、所述第四电压，得到正极对地绝缘阻值的步骤包括：

通过公式Rp＝(V_n1-V_n3)·R4·(1+V_p1/V_n1)/V_n3，计算获得正极对地绝缘阻值，其中，Rp表示正极对地绝缘阻值，V_n1表示第二电压，V_n3表示第四电压，V_p1表示第一电压，R4表示第四电阻的阻值；

根据所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压，得到负极对地绝缘阻值的步骤包括：

通过公式Rn＝(V_p1-V_p2)·R1·(1+V_n1/V_p1)/V_p2，计算获得负极对地绝缘阻值，其中，Rn表示负极对地绝缘阻值，V_p1表示第一电压，V_p2表示第三电压，V_n1表示第二电压，R1表示第一电阻的阻值。

进一步的，控制所述车辆绝缘检测电路处于第一工作模式后，等待第一预设时间间隔，执行通过第一检测电路，检测所述第一检测电路上第一采样点的第一电压，通过第二检测电路，检测所述第二检测电路上第二采样点的第二电压的步骤；

控制所述车辆绝缘检测电路从所述第一工作模式进入至第二工作模式后，等待第二预设时间间隔，执行通过第一检测电路，检测所述第一采样点的第三电压的步骤；

控制所述车辆绝缘检测电路处于所述第一工作模式后，等待第三预设时间间隔，执行控制所述车辆绝缘检测电路从所述第一工作模式进入至第三工作模式，并在等待第四预设时间间隔后，执行通过第二检测电路，检测所述第二采样点的第四电压的步骤。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种车辆绝缘检测电路及方法，至少具有以下有益效果：

本发明实施例，通过在第一检测电路和第二检测电路中设置储能元件，使得在电压测量时能够保持总压稳定；在桥臂合时，能够避免在测试过程中人为降低绝缘阻抗。

附图说明

图1为本发明实施例的车辆绝缘检测电路的电路图；

图2为本发明实施例的车辆绝缘检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

参见图1，本发明实施例提供了一种车辆绝缘检测电路，包括：

与车辆的整车地线连接的接地端GND；

与动力电池的正极连接的第一检测电路，所述第一检测电路通过所述接地端GND接地，所述第一检测电路中设置有第一储能元件C1，所述第一储能元件C1连接在正极和接地端GND之间；

与动力电池的负极连接的第二检测电路，所述第二检测电路通过所述接地端GND接地，所述第二检测电路中设置有第二储能元件C2，所述第二储能元件C2连接在负极和接地端GND之间。

本发明实施例，通过在第一检测电路和第二检测电路中设置储能元件，使得在电压测量时能够保持总压稳定；在桥臂合时，能够避免在测试过程中人为降低绝缘阻抗。

本发明实施例，通过接地端GND与车辆的整车地线相连接，使得在本发明实施例的车辆绝缘检测电路中能够等效出正极对地绝缘电阻Rp和负极对地绝缘电阻Rn，如图1所示，等效出的正极对地绝缘电阻Rp连接在正极和接地端GND之间，与第一储能元件C1并联，等效出的负极对地绝缘电阻Rn连接在负极和接地端GND之间，与第二储能元件C2并联，则通过第一检测电路和第二检测电路能够检测获得正极对地绝缘阻值和负极对地绝缘阻值。

其中，所述第一检测电路可以包括：相互并联的第一支路、第二支路和第三支路，所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路的一端通过第一开关K1连接至所述动力电池的正极，另一端连接至所述接地端GND；

其中，所述第一支路包括：第二开关K2和与所述第二开关K2串联的第一电阻R1；

所述第二支路包括：所述第一储能元件C1；

所述第三支路包括：第二电阻R2、与所述第二电阻R2串联的第三电阻R3和设置在所述第二电阻R2和所述第三电阻R3之间的第一采样点P。

所述第二检测电路可以包括：相互并联的第四支路、第五支路和第六支路，所述第四支路、所述第五支路和所述第六支路的一端通过第三开关K3连接至所述动力电池的负极，另一端连接至所述接地端GND；

其中，所述第四支路包括：第四开关K4和与所述第四开关K4串联的第四电阻R4；

所述第五支路包括：所述第二储能元件C2；

所述第六支路包括：第五电阻R5、与所述第五电阻R5串联的第六电阻R6和设置在所述第五电阻R5和所述第六电阻R6之间的第二采样点N。

其中，当第一开关K1和第三开关K3断开时，第一储能元件C1和第二储能元件C2均能够提供电池电压，从而在电压测量时保持总压稳定，避免了在测试过程中人为降低绝缘阻抗，提高了检测精度。

其中，第二电阻R2和第三电阻R3的阻值之和等于第五电阻R5和第六电阻R6的阻值之和。

其中，所述第一储能元件C1和所述第二储能元件C2均可以为电容，还可以是其他能够存储电能的电子元件。

其中，所述的车辆绝缘检测电路还可以包括：

分别与所述第一开关K1、所述第二开关K2、所述第三开关K3和所述第四开关K4连接的处理器(图中未示出)；

且所述处理器通过电信号控制所述第一开关K1、所述第二开关K2、所述第三开关K3和所述第四开关K4的闭合或断开。

在进行绝缘检测时，处理器根据具体的需要，控制第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4切断电路或闭合电路，通过处理器控制的方式，使得对动力系统的检测非常方便，避免了人为操作的误差问题，并且能够提高检测的精确度。

其中，在一优选实施例中，所述第一开关K1、所述第二开关K2、所述第三开关K3和所述第四开关K4均为光耦合开关。光耦合开关的输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。

参见图2，根据本发明另一方面，本发明实施例还提供了一种汽车的绝缘检测方法，所述汽车包括如上所述的车辆绝缘检测电路；所述绝缘检测方法包括：

步骤201，控制所述车辆绝缘检测电路处于第一工作模式，通过第一检测电路，检测所述第一检测电路上第一采样点P的第一电压，通过第二检测电路，检测所述第二检测电路上第二采样点N的第二电压；以及，控制所述车辆绝缘检测电路从所述第一工作模式进入至第二工作模式，并通过第一检测电路，检测所述第一采样点P的第三电压；

步骤202，控制所述车辆绝缘检测电路处于所述第一工作模式，以及控制所述车辆绝缘检测电路从所述第一工作模式进入至第三工作模式，并通过第二检测电路，检测所述第二采样点N的第四电压；

步骤203，根据所述第一电压、所述第二电压、所述第四电压，得到正极对地绝缘阻值，并根据所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压，得到负极对地绝缘阻值。

本发明实施例，通过第一采样点P和第二采样点N获得的电压，可列出和正极对地绝缘电阻Rp、负极对地绝缘电阻Rn有关的多个方程，进而联立解出正极对地绝缘阻值和负极对地绝缘阻值。

需要注意的是，上述获取电压的步骤之间除了进入第二工作模式和进入第三工作模式之前需要先进入并保持一段时间第一工作模式用于储能元件储能外，检测获得采样点电压的步骤之间并无特定的先后顺序，例如可以先采集第四电压，再采集第三电压。

其中，所述第一工作模式为第一开关K1和第三开关K3闭合，第二开关K2和第四开关K4断开的工作模式；

所述第二工作模式为第一开关K1、第三开关K3和第四开关K4断开，第二开关K2闭合的工作模式；

所述第三工作模式为第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3断开，第四开关K4闭合的工作模式。

进一步的，根据所述第一电压、所述第二电压、所述第四电压，得到正极对地绝缘阻值的步骤包括：

通过公式Rp＝(V_n1-V_n3)·R4·(1+V_p1/V_n1)/V_n3，计算获得正极对地绝缘阻值，其中，Rp表示正极对地绝缘阻值，V_n1表示第二电压，V_n3表示第四电压，V_p1表示第一电压，R4表示第四电阻的阻值；

根据所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压，得到负极对地绝缘阻值的步骤包括：

通过公式Rn＝(V_p1-V_p2)·R1·(1+V_n1/V_p1)/V_p2，计算获得负极对地绝缘阻值，其中，Rn表示负极对地绝缘阻值，V_p1表示第一电压，V_p2表示第三电压，V_n1表示第二电压，R1表示第一电阻的阻值。

具体的，可以通过输出高低电平来控制开关的断开或闭合，通断模式如下：

模式一：控制第一开关K1和第三开关K3闭合，第二开关K2和第四开关K4断开，等待50ms，检测对应采样点电压值为V_n1和V_p1；其中，V_n1表示第二采样点N在模式一下采集获得的电压，也就是类似V_xy中，则V_xy表示x采样点在y模式下的电压，x可以是第一采样点P或第二采样点N，y表示x在模式几下。

由模式一等待50ms后，进入模式二：控制第一开关K1、第三开关K3和第四开关K4断开，第二开关K2闭合，等待50ms，检测对应采样点电压值为V_n2和V_p2；

重复模式一，等待50ms后，进入模式三：控制第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3断开，第四开关K4闭合，等待50ms，检测对应采样点电压值为V_n3和V_p3；

其中，第一开关K1和第三开关K3接通时，采集得到V_n1和V_p1的同时对第一储能元件C1和第二储能元件C2充电；当第一开关K1和第三开关K3断开时，第一储能元件C1和第二储能元件C2充当电源放电得到V_n2和V_p2；V_n3和V_p3。

模式一、二、三所得数据组合，得到三个方程组，分别计算化简得到下面的公式:

模式一：

V_p1＝Rp·E/(Rp+Rn)；

V_n1＝Rn·E/(Rp+Rn)；

模式二：

V_p2＝(Rp//R1)·E/(Rp//R1+Rn)；

V_n2＝Rn·E/(Rp//R1+Rn)；

模式三：

V_p3＝Rp·E/(Rn//R4+Rp)；

V_n3＝(Rn//R4)·E/(Rn//R4+Rp)；

需要注意的是，其中E为动力电池电压，符号“/”表示除法，符号“//”表示两电阻并联所得电阻，例如上述公式中Rp//R1表示电阻Rp与电阻R1并联所得的电阻的阻值；

由模式一和模式二，模式一和模式三所得数据组合，得到两个方程组，分别计算化简得到下面的公式：

Rp＝(V_n1-V_n3)·R4·(1+V_p1/V_n1)/V_n3；

Rn＝(V_p1-V_p2)·R1·(1+V_n1/V_p1)/V_p2。

其中，控制所述车辆绝缘检测电路处于第一工作模式后，等待第一预设时间间隔，执行通过第一检测电路，检测所述第一检测电路上第一采样点的第一电压，通过第二检测电路，检测所述第二检测电路上第二采样点的第二电压的步骤；

控制所述车辆绝缘检测电路从所述第一工作模式进入至第二工作模式后，等待第二预设时间间隔，执行通过第一检测电路，检测所述第一采样点的第三电压的步骤；

控制所述车辆绝缘检测电路处于所述第一工作模式后，等待第三预设时间间隔，执行控制所述车辆绝缘检测电路从所述第一工作模式进入至第三工作模式，并在等待第四预设时间间隔后，执行通过第二检测电路，检测所述第二采样点的第四电压的步骤。

其中，等待预设时间间隔，便于储能元件储能，在上述模式举例中，第一预设时间间隔、第二预设时间间隔、第三预设时间间隔和第四预设时间间隔均设置为50ms，但是需要注意的是，上述预设时间间隔均可以根据实际情况进行预设，其相互之间并不一定相等。

综上，本发明实施例，通过在第一检测电路和第二检测电路中设置储能元件，使得在电压测量时能够保持总压稳定；在桥臂合时，能够避免在测试过程中人为降低绝缘阻抗。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车辆绝缘检测电路，其特征在于，包括：

与车辆的整车地线连接的接地端；

与动力电池的正极连接的第一检测电路，所述第一检测电路通过所述接地端接地，所述第一检测电路中设置有第一储能元件，所述第一储能元件连接在正极和接地端之间；

与动力电池的负极连接的第二检测电路，所述第二检测电路通过所述接地端接地，所述第二检测电路中设置有第二储能元件，所述第二储能元件连接在负极和接地端之间。

2.根据权利要求1所述的车辆绝缘检测电路，其特征在于，所述第一检测电路包括：相互并联的第一支路、第二支路和第三支路，所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路的一端通过第一开关连接至所述动力电池的正极，另一端连接至所述接地端；

其中，所述第一支路包括：第二开关和与所述第二开关串联的第一电阻；

所述第二支路包括：所述第一储能元件；

所述第三支路包括：第二电阻、与所述第二电阻串联的第三电阻和设置在所述第二电阻和所述第三电阻之间的第一采样点。

3.根据权利要求2所述的车辆绝缘检测电路，其特征在于，所述第二检测电路包括：相互并联的第四支路、第五支路和第六支路，所述第四支路、所述第五支路和所述第六支路的一端通过第三开关连接至所述动力电池的负极，另一端连接至所述接地端；

其中，所述第四支路包括：第四开关和与所述第四开关串联的第四电阻；

所述第五支路包括：所述第二储能元件；

所述第六支路包括：第五电阻、与所述第五电阻串联的第六电阻和设置在所述第五电阻和所述第六电阻之间的第二采样点。

4.根据权利要求3所述的车辆绝缘检测电路，其特征在于，所述第一储能元件和所述第二储能元件均为电容。

5.根据权利要求3所述的车辆绝缘检测电路，其特征在于，还包括：

分别与所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关连接的处理器；

且所述处理器通过电信号控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关的闭合或断开。

6.根据权利要求5所述的车辆绝缘检测电路，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关均为光耦合开关。

7.一种汽车的绝缘检测方法，其特征在于，所述汽车包括如权利要求1～6任一项所述的车辆绝缘检测电路；所述绝缘检测方法包括：

控制所述车辆绝缘检测电路处于第一工作模式，通过第一检测电路，检测所述第一检测电路上第一采样点的第一电压，通过第二检测电路，检测所述第二检测电路上第二采样点的第二电压；以及，控制所述车辆绝缘检测电路从所述第一工作模式进入至第二工作模式，并通过第一检测电路，检测所述第一采样点的第三电压；

控制所述车辆绝缘检测电路处于所述第一工作模式，以及控制所述车辆绝缘检测电路从所述第一工作模式进入至第三工作模式，并通过第二检测电路，检测所述第二采样点的第四电压；

根据所述第一电压、所述第二电压、所述第四电压，得到正极对地绝缘阻值，并根据所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压，得到负极对地绝缘阻值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一工作模式为第一开关和第三开关闭合，第二开关和第四开关断开的工作模式；

所述第二工作模式为第一开关、第三开关和第四开关断开，第二开关闭合的工作模式；

所述第三工作模式为第一开关、第二开关和第三开关断开，第四开关闭合的工作模式。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

根据所述第一电压、所述第二电压、所述第四电压，得到正极对地绝缘阻值的步骤包括：

通过公式Rp＝(V_n1-V_n3)·R4·(1+V_p1/V_n1)/V_n3，计算获得正极对地绝缘阻值，其中，Rp表示正极对地绝缘阻值，V_n1表示第二电压，V_n3表示第四电压，V_p1表示第一电压，R4表示第四电阻的阻值；

根据所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压，得到负极对地绝缘阻值的步骤包括：

通过公式Rn＝(V_p1-V_p2)·R1·(1+V_n1/V_p1)/V_p2，计算获得负极对地绝缘阻值，其中，Rn表示负极对地绝缘阻值，V_p1表示第一电压，V_p2表示第三电压，V_n1表示第二电压，R1表示第一电阻的阻值。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

控制所述车辆绝缘检测电路处于第一工作模式后，等待第一预设时间间隔，执行通过第一检测电路，检测所述第一检测电路上第一采样点的第一电压，通过第二检测电路，检测所述第二检测电路上第二采样点的第二电压的步骤；

控制所述车辆绝缘检测电路从所述第一工作模式进入至第二工作模式后，等待第二预设时间间隔，执行通过第一检测电路，检测所述第一采样点的第三电压的步骤；

控制所述车辆绝缘检测电路处于所述第一工作模式后，等待第三预设时间间隔，执行控制所述车辆绝缘检测电路从所述第一工作模式进入至第三工作模式，并在等待第四预设时间间隔后，执行通过第二检测电路，检测所述第二采样点的第四电压的步骤。