CN107991625B - 动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路与检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路与检测方法，包括第一泄放电阻、第二泄放电阻、第一采样电阻、第二采样电阻、第三采样电阻、第四采样电阻、检测启动开关、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关和第四控制开关；所述第一泄放电阻一端接被检测电池的正极，另一端接第一控制开关的一端，第一控制开关的另一端接地；第二泄放电阻一端接被检测电池的负极，另一端接第二控制开关的一端，第二控制开关的另一端接地。本发明提高了绝缘电阻的检测精度，以及避免了人为增加系统的漏电流。

Description

动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路与检测方法

技术领域

本发明涉及动力蓄电池管理应用技术领域，具体涉及一种动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路与检测方法。

背景技术

绝缘电阻检测是对动力蓄电池系统的正负母线与蓄电池壳体(可能是电动汽车的车体，也可能是蓄电池机柜或箱体等)的绝缘电阻进行检测，以保证动力蓄电池与外界的绝缘安全。因此，动力蓄电池管理系统需要实时监测动力蓄电池系统的绝缘情况，避免危机操作人员的生命安全。

目前，检测动力蓄电池组绝缘状况主要有两种方式：交流信号注入检测法和直流检测法。交流信号注入检测方案电路结构较复杂，开发难度较大，成本较高，越来越多的方案采用直流检测法来实现绝缘电阻的检测。

传统的采用直流检测法进行绝缘电阻检测的检测电路如下图1所示。

图1中，R1、R2、R3、R4为采样电阻，S1和S2是控制开关。闭合S1，断开S2，可获得Vp，进而可测得RP两端的电压VP；断开S1，闭合S2，可获得VN，进而可测得RN两端的电压VN。根据IP＝IN可得到下述方程，其中令

R_a＝R₁+R₂，R_b＝R₃+R₄，电池组的总电压为V_EAT，得到：

在实际的动力蓄电池系统中，蓄电池系统的正负极对壳体存在等效的Y电容(如下图2所示，R_P为电池正极对壳体的等效绝缘电阻，C_P为电池正极对壳体的等效Y电容，R_N为电池负极对壳体的等效绝缘电阻，C_N为电池负极对壳体的等效Y电容)。

由于存在C_P、C_N，V_P和V_N需要在开关闭合或断开一段时间后才能达到稳定状态。而达到稳定状态的时间与绝缘电阻R_P和R_N的大小密切相关，绝缘电阻的阻值越大，趋于稳定的时间就越长，导致绝缘电阻的检测周期受到影响。而当开关切换后，V_P和V_N在没有达到稳定状态的情况下进行电压采集，将很大程度的影响绝缘电阻的采集精度。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路与检测方法，用于提高绝缘电阻的检测精度。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路，包括第一泄放电阻、第二泄放电阻、第一采样电阻、第二采样电阻、第三采样电阻、第四采样电阻、检测启动开关、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关和第四控制开关；

所述第一泄放电阻一端接被检测电池的正极，另一端接第一控制开关的一端，第一控制开关的另一端接机壳；第二泄放电阻一端接被检测电池的负极，另一端接第二控制开关的一端，第二控制开关的另一端接机壳；

所述第一采样电阻一端接被检测电池的正极，另一端接第三控制开关，第三控制开关的另一端接第二采样电阻的一端，第二采样电阻的另一端接参考地；

所述第三采样电阻一端接参考地，另一端接第四控制开关，第四控制开关的另一端接第四采样电阻的一端，第四采样电阻的另一端接被检测电池的负极。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

根据本发明的一个实施方案，所述第一泄放电阻的阻值和所述第二泄放电阻的阻值相同。

根据本发明的另一个实施方案，还包括微控制器，所述微控制器用于控制检测启动开关、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关和第四控制开关。

根据本发明的另一个实施方案，还包括两通道模数转换模块和隔离通信模块，所述两通道模数转换模块、所述隔离通信模块和所述微控制器依次连接。

根据本发明的另一个实施方案，还包括第一滤波电路和第二滤波电路；所述第一滤波电路的输入端与第二采样电阻两端分别相连，所述第一滤波电路的输出端连接所述两通道模数转换模块的一通道输入端；所述第二滤波电路的输入端与第三采样电阻两端分别相连，所述的第二滤波电路的输出端连接所述两通道模数转换模块的另一通道输入端。

本发明还可以是：

一种绝缘电阻检测方法，包括以下步骤：

闭合所述检测启动开关，开始进行绝缘电阻检测；

依次闭合所述第一控制开关、所述第三控制开关，获取被检测电池第一正极对地电压值，然后依次断开所述第三控制开关、所述第一控制开关；

依次闭合所述第二控制开关、所述第四控制开关，获取被检测电池第一负极对地电压值，然后依次断开所述第四控制开关、所述第二控制开关；

断开所述检测启动开关，依次闭合所述第三控制开关、所述第四控制开关，获取被检测电池的总电压值，然后依次断开所述第三控制开关、所述第四控制开关。

根据本发明的另一个实施方案，还包括：

根据所述第二采样电阻两端的电压值、所述第二采样电阻的电阻值以及所述第一采样电阻的电阻值确定所述第一正极对地电压值；

根据所述第三采样电阻两端的电压值、所述第三采样电阻的电阻值以及所述第四采样电阻的电阻值确定所述第一负极对地电压值；

根据所述检测启动开关断开后，所述第二采样电阻两端的电压或者所述第三采样电阻两端的电压值、所述第一采样电阻的电阻值、所述第二采样电阻的电阻值、所述第三采样电阻的电阻值以及所述第四采样电阻的电阻值，确定所述被检测电池的总电压值。

根据本发明的另一个实施方案，还包括：

每隔预设时间读取一次所述第二采样电阻两端的电压值，根据所述第二采样电阻两端的电压读取值判断所述第二采样电阻两端的电压是否达到稳定，若是，则根据达到稳定状态后的所述第二采样电阻两端的电压读取值确定所述第二采样电阻两端的电压值；

每隔预设时间读取一次所述第三采样电阻两端的电压值，根据所述第三采样电阻两端的电压读取值判断所述第三采样电阻两端的电压是否达到稳定，若是，则根据达到稳定状态后的所述第三采样电阻两端的电压读取值确定所述第三采样电阻两端的电压值；

所述检测启动开关断开后，每隔预设时间读取一次所述第二采样电阻两端的电压值或所述第三采样电阻两端的电压值，根据所述第二采样电阻两端的电压读取值或者所述第三采样电阻两端的电压读取值判断所述第二采样电阻两端的电压或所述第三采样电阻两端的电压是否达到稳定，若是，则根据达到稳定状态后的所述第二采样电阻两端的电压读取值或者所述第三采样电阻两端的电压读取值确定所述被检测电池两端的电压值。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明的一种动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路与检测方法，1)在绝缘检测电路的参考地与机壳之间连接一个开关(所述检测启动开关)，需要进行绝缘电阻检测时，闭合该开关；在断开该开关时，在所述第三控制开关或第四控制开关的配合下，可执行电池组总电压的检测，不需要设计另外的蓄电池组总电压检测电路；

2)在被检测电池的正极与机壳之间连接了泄放电阻(所述第一泄放电阻)，在被检测电池的负极与机壳之间也连接了泄放电阻(所述第二泄放电阻)，泄放电阻与机壳的连接也各增加了一个开关(所述第一控制开关和所述第二控制开关)；如果没有控制开关，则泄放电阻始终连接在电池正负极与机壳之间，在蓄电池本身绝缘状态良好的情况下(即绝缘电阻非常大)，蓄电池系统的绝缘电阻的阻值约等于泄放电阻的阻值，并且会造成蓄电池组长期存在一定的漏电流。在进行绝缘电阻检测时，才闭合所述第一控制开关和所述第二控制开关，系统没有进行绝缘电阻检测时，断开所述第一控制开关和所述第二控制开关，避免人为增加系统的漏电流。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1传统的直流检测法进行绝缘电阻检测的原理示意图；

图2动力蓄电池系统等效模型；

图3为根据本发明一个实施例的原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

一种动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路，图3为本发明实施实例原理图。如图3所示，动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路包括：第一泄放电阻R₀₁、第二泄放电阻R₀₂、第一采样电阻R₁、第二采样电阻R₂、第三采样电阻R₃、第四采样电阻R₃、检测启动开关S₀、第一控制开关S₁、第二控制开关S₂、第三控制开关S₃和第四控制开关S₄；

第一泄放电阻R₀₁一端连接被检测动力蓄电池的正极，R₀₁的另一端连接第一控制开关S₁，S₁的另一端连接机壳；

第二泄放电阻R₀₂一端连接被检测动力蓄电池的负极，R₀₂的另一端连接第二控制开关S₂，S₂的另一端连接机壳；

第一采样电阻R₁一端连接被检测动力蓄电池的正极，R₁的另一端连接第三控制开关S₃的一端，S₃的另一端接第二采样电阻R₂的一端，R₂的另一端连接参考地；

第三采样电阻R₃一端连接参考地，R₃的另一端连接第四控制开关S₄的一端，S₄的另一端接第四采样电阻R₄的一端，R₄的另一端连接被检测动力蓄电池的负极。

如图3所示动力蓄电池绝缘电阻检测电路较佳的实施实例原理图。还可以包括微控制器105，微控制器105用于控制开关S₀～S₄的通断。更进一步的，还可以包括2通道模数转换器103、隔离通信模块104，2通道模数转换器103、隔离通信模块104、微控制器105依次相连。

为了避免噪声信号对采样的干扰，本发明的实施实例还可以包括第一滤波电路101、第二滤波电路102；第一滤波电路101的输入端连接第二采样电阻R₂的两端，输出端连接模数转换器的输入端；第二滤波电路102的输入端连接第三采样电阻R₃的两端，输出端连接模数转换器的输入端。

由于在被检测的动力蓄电池的正极连接了泄放电阻R₀₁，并通过开关S₁将泄放电阻R₀₁与机壳连接，在被检测的动力蓄电池的负极连接了泄放电阻R₀₂，并通过开关S₂将泄放电阻R₀₂与机壳连接；

需要进行绝缘电阻检测时，将S₁闭合，即泄放电阻R₀₁与正极绝缘电阻并联，将S₂闭合，即泄放电阻R₀₂与负极绝缘电阻并联；这样，闭合开关S₀启动绝缘电阻检测，在第三控制开关S₃、第四控制开关S₄闭合或断开时，采样电压V_p、V_n趋于稳定的时间分别与泄放电阻R₀₁与正极绝缘电阻R_P并联后的阻值、泄放电阻R₀₂与正极绝缘电阻R_N并联后的阻值相关，而R_P//R₀₁＜R₀₁，R_N//R₀₂＜R₀₂，使得采样电压V_p、V_n趋于稳定的时间分别小于第一泄放电阻R₀₁阻值对应的趋于稳定的时间、第二泄放电阻R₀₂阻值对应的趋于稳定的时间，因此，可以通过调整第一泄放电阻R₀₁和第二泄放电阻R₀₂的阻值实现对采样电压V_p、V_n的趋于稳定的时间，并且电路的趋于稳定的时间不会受到正极绝缘电阻和负极绝缘电阻的变化的影响。

本发明涉及的一种动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路，以图3为实施实例，完成绝缘电阻检测步骤如下：

步骤1)：由微控制器105控制开关S₀闭合；

步骤2)：由微控制器105控制开关S₁及S₃依次闭合，每隔预设时间读取一次第二采样电阻两端的电压值，根据所读取到的电压值判是否达到稳定，若是，则根据达到稳定状态后的第二采样电阻两端的电压读取值确定第二采样电阻两端的电压值，记为V_p；并由微控制器105控制开关S₃、S₁依次断开；

步骤3)：由微控制器105控制开关S₂、S₄依次闭合，每隔预设时间读取一次第三采样电阻两端的电压值，根据所读取到的电压值判是否达到稳定，若是，则根据达到稳定状态后的第三采样电阻两端的电压读取值确定第三采样电阻两端的电压值，记为V_n；并由微控制器105控制开关S₄、S₂依次断开；

步骤4)：由微控制器105控制开关S₀断开；

步骤5)：由微控制器105控制开关S₃、S₄一次闭合，每隔预设时间读取一次第二采样电阻两端的电压值或第三采样电阻两端的电压值，根据第二采样电阻两端的电压读取值或者第三采样电阻两端的电压读取值判断第二采样电阻两端的电压或第三采样电阻两端的电压是否达到稳定，若是，则根据达到稳定状态后的所述第二采样电阻两端的电压读取值或者第三采样电阻两端的电压读取值确定被检测电池两端的电压值，记为V_p1、V_n1；由微控制器105控制开关S₃、S₄依次断开；本实施实例中，为了更好的描述检测过程，以V_p1为例，不构成对本发明方案的限定。

由微控制器105根据以下公式确定绝缘电阻值，设被检测动力蓄电池的正极绝缘电阻两端电压为V_P，负极绝缘电阻两端电压为V_N，蓄电池的总电压记为V_BAT；

根据步骤1)所采集到的电压V_p，得到：

式(1)

根据步骤2)所采集到的电压V_n，得到：

式(2)

根据步骤5)所采集到的电压V_p1，得到：

式(3)

另记R_a＝R₁+R₂，R_b＝R₃+R₄，R_P1＝R_P//R₀₁，R_N1＝R_N//R₀₂，根据I_P＝I_N，得到

式(4)

式(5)

根据式(1)、(2)、(3)及式(5)可确定绝缘电阻值。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，不能理解为指示或者暗示相对重要性。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路，其特征在于包括第一泄放电阻(R₀₁)、第二泄放电阻(R₀₂)、第一采样电阻(R₁)、第二采样电阻(R₂)、第三采样电阻(R₃)、第四采样电阻(R₄)、检测启动开关(S₀)、第一控制开关(S₁)、第二控制开关(S₂)、第三控制开关(S₃)和第四控制开关(S₄)；

所述第一泄放电阻(R₀₁)一端接被检测电池的正极，另一端接第一控制开关(S₁)的一端，第一控制开关(S₁)的另一端接机壳；第二泄放电阻(R₀₂)一端接被检测电池的负极，另一端接第二控制开关(S₂)的一端，第二控制开关(S₂)的另一端接机壳；

所述第一采样电阻(R₁)一端接被检测电池的正极，另一端接第三控制开关(S₃)，第三控制开关(S₃)的另一端接第二采样电阻(R₂)的一端，第二采样电阻(R₂)的另一端接参考地；

所述第三采样电阻(R₃)一端接参考地，另一端接第四控制开关(S₄)，第四控制开关(S₄)的另一端接第四采样电阻(R₄)的一端，第四采样电阻(R₄)的另一端接被检测电池的负极；

所述检测启动开关(S₀)连接在绝缘检测电路的参考地与机壳之间。

2.根据权利要求1所述的动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路，其特征在于所述第一泄放电阻(R₀₁)的阻值和所述第二泄放电阻(R₀₂)的阻值相同。

3.根据权利要求1所述的动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路，其特征在于还包括微控制器(105)，所述微控制器(105)用于控制检测启动开关(S₀)、第一控制开关(S₁)、第二控制开关(S₂)、第三控制开关(S₃)和第四控制开关(S₄)。

4.根据权利要求3所述的动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路，其特征在于还包括两通道模数转换模块(103)和隔离通信模块(104)，所述两通道模数转换模块(103)、所述隔离通信模块(104)和所述微控制器依次连接。

5.根据权利要求4所述的动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路，其特征在于还包括第一滤波电路(101)和第二滤波电路(102)；所述第一滤波电路(101)的输入端与第二采样电阻(R₂)两端分别相连，所述第一滤波电路(101)的输出端连接所述两通道模数转换模块(103)的一通道输入端；所述第二滤波电路(102)的输入端与第三采样电阻(R₃)两端分别相连，所述的第二滤波电路(102)的输出端连接所述两通道模数转换模块(103)的另一通道输入端。

6.一种基于如权利要求1至5中任意一项所述动力蓄电池系统绝缘电阻检测电路的绝缘电阻检测方法，其特征还在于包括以下步骤：

闭合所述检测启动开关(S₀)，开始进行绝缘电阻检测；

依次闭合所述第一控制开关(S₁)、所述第三控制开关(S₃)，获取被检测电池第一正极对地电压值，然后依次断开所述第三控制开关(S₃)、所述第一控制开关(S₁)；

依次闭合所述第二控制开关(S₂)、所述第四控制开关(S₄)，获取被检测电池第一负极对地电压值，然后依次断开所述第四控制开关(S₄)、所述第二控制开关(S₂)；

断开所述检测启动开关(S₀)，依次闭合所述第三控制开关(S₃)、所述第四控制开关(S₄)，获取被检测电池的总电压值，然后依次断开所述第三控制开关(S₃)、所述第四控制开关(S₄)。

7.根据权利要求6所述的绝缘电阻检测方法，其特征在于还包括：

根据所述第二采样电阻(R₂)两端的电压值、所述第二采样电阻(R₂)的电阻值以及所述第一采样电阻(R₁)的电阻值确定所述第一正极对地电压值；

根据所述第三采样电阻(R₃)两端的电压值、所述第三采样电阻(R₃)的电阻值以及所述第四采样电阻(R₄)的电阻值确定所述第一负极对地电压值；

根据所述检测启动开关(S₀)断开后，所述第二采样电阻(R₂)两端的电压或者所述第三采样电阻(R₃)两端的电压值、所述第一采样电阻(R₁)的电阻值、所述第二采样电阻(R₂)的电阻值、所述第三采样电阻(R₃)的电阻值以及所述第四采样电阻(R₄)的电阻值，确定所述被检测电池的总电压值。

8.根据权利要求7所述的绝缘电阻检测方法，其特征在于还包括：

每隔预设时间读取一次所述第二采样电阻(R₂)两端的电压值，根据所述第二采样电阻(R₂)两端的电压读取值判断所述第二采样电阻(R₂)两端的电压是否达到稳定，若是，则根据达到稳定状态后的所述第二采样电阻(R₂)两端的电压读取值确定所述第二采样电阻(R₂)两端的电压值；

每隔预设时间读取一次所述第三采样电阻(R₃)两端的电压值，根据所述第三采样电阻(R₃)两端的电压读取值判断所述第三采样电阻(R₃)两端的电压是否达到稳定，若是，则根据达到稳定状态后的所述第三采样电阻(R₃)两端的电压读取值确定所述第三采样电阻(R₃)两端的电压值；

所述检测启动开关(S₀)断开后，每隔预设时间读取一次所述第二采样电阻(R₂)两端的电压值或所述第三采样电阻(R₃)两端的电压值，根据所述第二采样电阻(R₂)两端的电压读取值或者所述第三采样电阻(R₃)两端的电压读取值判断所述第二采样电阻(R₂)两端的电压或所述第三采样电阻(R₃)两端的电压是否达到稳定，若是，则根据达到稳定状态后的所述第二采样电阻(R₂)两端的电压读取值或者所述第三采样电阻(R₃)两端的电压读取值确定所述被检测电池两端的电压值。

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