CN108037427A - 一种检测动力电池包绝缘性的设备、动力系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种检测动力电池包绝缘性的设备、动力系统及汽车，该设备包括：第一开关、第二开关和绝缘检测电路；其中，第一开关的第一端连接绝缘检测电路的输出端，第一开关的第二端连接动力电池包；第二开关的第一端连接绝缘检测电路的输出端，第二开关的第二端连接高压部件。绝缘检测电路，通过控制第一开关与第二开关的开关状态，实现对动力电池包内的绝缘性以及动力电池包外的绝缘性进行单独的检测。进而，利用该检测动力电池包绝缘性设备的电动汽车，可以全面的检测到动力电池包的故障，使该电动汽车使用更加安全，提升用户体验。

Description

一种检测动力电池包绝缘性的设备、动力系统及汽车

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种检测动力电池包绝缘性的设备、动力系统及汽车。

背景技术

随着能源的不断枯竭和环境污染的严重，目前电动汽车越来越受重视。动力电池包用于为电动汽车提供动力。

对于轿车类的电动汽车大概需要300V-450V的电压，对于巴士类的电动汽车大概需要600V-700V的电压。由于单节电池的电压太小，因此动力电池包一般是包括多个电池组串联在一起，而每个电池组又包括多节电池串联或串并联在一起。

由此可见，由于电动汽车的动力电池包的电压较高，相对于用户来说，属于高压。如果动力电池包与外界绝缘出现问题，将导致漏电。这样会对驾驶员、乘客甚至路人造成伤害。

因此，需要提供一种能够全面准确检测动力电池包是否绝缘良好的方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的以上技术问题，本发明提供一种检测动力电池包绝缘性的设备、动力系统及汽车，能够准确全面检测动力电池包的绝缘性。

本发明提供了一种检测动力电池包绝缘性的设备，包括：第一开关、第二开关和绝缘检测电路；

其中，第一开关的第一端连接绝缘检测电路的输出端，第一开关的第二端连接动力电池包；

第二开关的第一端连接绝缘检测电路的输出端，第二开关的第二端连接高压部件；

绝缘检测电路，用于当第一开关闭合，第二开关断开时，输出注入信号给动力电池包，并获得动力电池包内的绝缘阻抗；当第一开关断开，第二开关闭合时，输出注入信号给高压部件，并获得动力电池包外的绝缘阻抗。

可选地，注入信号为交流电流信号。

可选地，绝缘检测电路包括交流恒流电流源和第一电容；

交流恒流电流源，用于产生注入信号；

第一电容的第一端连接交流恒流电流源的输出端，第一电容的第二端连接绝缘检测电路的输出端。

可选地，绝缘检测电路包括模数转换器和电池管理系统；

模数转换器的输入端连接注入信号；

模数转换器，用于将检测的模拟电压信号转换为数字电压信号并发送给电池管理系统；检测的模拟电压信号对应注入信号在绝缘阻抗上的电压；

电池管理系统，用于根据数字电压信号计算获得动力电池包内的绝缘阻抗和动力电池包外的绝缘阻抗。

可选地，电池管理系统，还用于控制第一开关和第二开关的开关状态。

可选地，电池管理系统，还用于根据动力电池包内的绝缘阻抗的大小或动力电池包外的绝缘阻抗的大小确定绝缘等级，当确定发生一级绝缘故障时，用于控制动力电池包断开与高压部件的连接；当确定发生二级绝缘故障时，用于报警。

可选地，还包括：第三开关和第四开关；

第三开关的两端分别连接动力电池包的正极和高压部件的正极；第四开关的两端分别连接动力电池包的负极和高压部件的负极；

电池管理系统，用于控制第三开关和第四开关的开关状态来控制动力电池包与高压部件的连接状态。

可选地，绝缘检测电路还包括信号变换电路，用于将注入信号转换为模数转换器处理要求的信号。

另外，本发明还提供了一种动力系统，应用于电动汽车，包括所述检测动力电池包绝缘性的设备，还包括：动力电池包和高压部件；

动力电池包，用于为高压部件供电；

高压部件，用于为电动汽车提供驱动力。

此外，本发明还提供了一种电动汽车，包括所述动力系统，还包括整车控制器；

整车控制器，用于监控动力系统。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

该检测动力电池包绝缘性的设备，包括：第一开关、第二开关和绝缘检测电路；其中，第一开关的第一端连接绝缘检测电路的输出端，第一开关的第二端连接动力电池包；第二开关的第一端连接绝缘检测电路的输出端，第二开关的第二端连接高压部件。绝缘检测电路，用于当第一开关闭合，第二开关断开时，输出注入信号给动力电池包，并获得动力电池包内的绝缘阻抗；当第一开关断开，第二开关闭合时，输出注入信号给高压部件，并获得动力电池包外的绝缘阻抗。

该检测动力电池包绝缘性的设备，利用第一开关与第二开关，分别将绝缘检测电路与动力电池包、高压部件相连，通过控制第一开关与第二开关的开关状态，实现对动力电池包内的绝缘性以及动力电池包外的绝缘性的检测，即，实现对动力电池包绝缘性准确、全面的检测。进而，利用该检测动力电池包绝缘性设备的电动汽车，可以全面的检测到动力电池包的故障，使该电动汽车使用更加安全、可靠，提升用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种检测动力电池包绝缘性的设备结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种检测动力电池包绝缘性的电路图；

图3为本发明实施例三提供的一种动力系统的结构示意图；

图4为本发明实施例四提供的一种电动汽车的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着电动汽车的发展，电动汽车的动力提供部件——动力电池包的性能备受关注，尤其是动力电池包的安全性。

电动汽车的动力电池包的电压，相对于用户来说属于高压，如果动力电池包与外界绝缘出现问题，导致漏电，会对驾驶员、乘客甚至路人造成触电等伤害。

采用信号注入法，将注入信号注入动力电池包以及高压部件，并且，对检测结果对应的信号进行处理，检测结果的大小用于表征动力电池包以及高压部件的绝缘性。

发明人研究发现上述检测动力电池包绝缘性的设备存在以下缺点：

当电动汽车不采用动力电池包充当动力源，且处于制动力回收状态时，高压部件仍然会出现高压状态，由于该检测动力电池包绝缘性的设备只能整体检测动力电池包和高压部件对车架的总绝缘电阻，而不能单独检测动力电池包外的绝缘电阻，即不能单独检测高压部件与车架的绝缘电阻。可见，利用该检测动力电池包绝缘性设备检测到的结果不够全面、可靠。

基于对上述检测动力电池包绝缘性的研究，为了实现对动力电池包绝缘性检测的全面性，本发明提供了一种检测动力电池包绝缘性的设备。

本发明提供的检测动力电池包绝缘性的设备，包括：第一开关、第二开关和绝缘检测电路，利用第一开关与第二开关，分别将绝缘检测电路与动力电池包、高压部件相连，通过控制第一开关与第二开关的开关状态，实现对动力电池包内的绝缘电阻以及动力电池包外的绝缘电阻的检测，即，实现对动力电池包绝缘性进行全面检测。

首先，为了使本领域技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，介绍本发明中涉及的动力电池包内的绝缘阻抗和动力电池包外的绝缘阻抗。

其中动力电池包内的绝缘阻抗是指动力电池包与动力电池包的外壳之间的绝缘阻抗，由于动力电池包的外壳与车架是连接在一起的，因此，又称为动力电池包与车架之间的绝缘阻抗。而动力电池包外的绝缘阻抗是指高压部件与车架之间的绝缘阻抗。

由于电动汽车的动力源为电机，而电动汽车使用的电机为交流电机，动力电池包输出的电能为直流电，因此需要逆变器将直流电逆变为交流电为交流电机提供电能。另外，由于汽车上的一些负载也需要电能，例如灯和空调，此类负载需要的是低压直流电，因此，需要DC-DC转换器将动力电池包输出的高压直流电转换为低压直流电为以上的负载供电。

本发明中的高压部件至少包括逆变器和DC-DC转换器。

实施例一

参见图1，为本发明实施例提供的一种检测动力电池包绝缘性的设备的结构示意图。

该检测动力电池包绝缘性的设备10包括：第一开关101、第二开关102和绝缘检测电路103。

第一开关101的第一端连接绝缘检测电路103的输出端，第一开关101的第二端连接动力电池包20；

第二开关102的第一端连接绝缘检测电路103的输出端，第二开关102的第二端连接高压部件30。

其中，第一开关101，用于实现绝缘检测电路103与动力电池包20的通断，当第一开关101断开时，绝缘检测电路103不检测动力电池包内的绝缘阻抗；当第一开关101闭合时，绝缘检测电路103注入信号到动力电池包20，可以检测动力电池包内的绝缘阻抗。

第二开关102，用于实现绝缘检测电路103与高压部件30的通断，当第二开关102断开时，绝缘检测电路103不检测动力电池包外的绝缘阻抗；当第二开关102闭合时，绝缘检测电路103注入信号到高压部件30，可以检测动力电池包外的绝缘阻抗。

在具体实现时，第一开关101和第二开关102可以为各种开关实现形式，包括继电器、IGBT等，优先可以使用干簧继电器。

绝缘检测电路103，用于当第一开关101闭合，第二开关102断开时，输出注入信号给动力电池包20，并获得动力电池包内的绝缘阻抗；当第一开关101断开，第二开关102闭合时，输出注入信号给高压部件30，并获得动力电池包外的绝缘阻抗。

可以理解的是，绝缘检测电路103检测的信号可以反映动力电池包内或动力电池包外的绝缘性。如果绝缘性良好，则绝缘检测电路103获得的检测结果较大；如果绝缘性较差，则绝缘检测电路103获得的检测结果较小。

注入信号会在绝缘电阻上产生压降。一般绝缘检测电路103获得的检测结果为电压信号。该电压信号可以表征绝缘电阻上的电压。

本实施例提供的检测动力电池包绝缘性的设备，通过在绝缘检测电路103与动力电池包20之间设置第一开关101，在绝缘检测电路与高压部件30之间设置第二开关102，通过控制第一开关101与第二开关102的开关状态，实现对动力电池包内的绝缘电阻以及动力电池包外的绝缘电阻的单独检测，从而实现动力电池包绝缘性的全面检测。

实施例二

下面结合附图2对该检测动力电池包绝缘性设备的中的绝缘检测电路进行详细介绍。

参见图2，为本发明又一实施例提供的检测动力电池包绝缘性的电路图。

本实施例中，绝缘检测电路103包括：交流恒流电流源103a，第一电容C1，模数转换器103c和电池管理系统103d。

具体的，交流恒流电流源103a的输出端与第一电容C1的第一端相连。

交流恒流电流源103a，用于产生交流恒流电流信号，并将该交流恒流电流信号作为注入信号，经过第一电容C1分别注入动力电池包20以及高压部件30。

具体实现时，第一电容C1的第一端与交流恒流电流源相连，第一电容C1的第二端连接绝缘检测电路的输出端。

由于电容C1具有通交流隔直流的作用，因此，交流恒流电流源103a输出的交流恒流电流信号可以通过C1注入动力电池包20以及高压部件30。由于C1的隔直流的作用，而绝缘检测电路103检测信号时，不会检测到动力电池包20输出的直流信号。

具体的，模数转换器103c的输入端与注入信号相连，输出端与电池管理系统103d相连。

模数转换器103c，用于将检测的模拟电压信号转换为数字电压信号并发送给所述电池管理系统103d；所述检测的模拟电压信号对应所述注入信号在绝缘阻抗上的电压。

具体的，电池管理系统103d的输入端与模数转换器103c的输出端相连。

电池管理系统103d，用于根据接收到的数字电压信号，计算动力电池包内的绝缘阻抗和动力电池包外的绝缘阻抗。因为该数字电压信号对应注入信号在绝缘阻抗上的电压。而且注入信号为恒定的交流电流信号，检测的数字电压信号的大小可以反应绝缘阻抗的大小。

另外，该电池管理系统103d，还用于控制第一开关101和第二开关102的开关状态。

具体实现时，当电池管理系统103d控制第一开关101闭合时，注入信号经过第一电容C1输入动力电池包20；当电池管理系统103d控制第二开关102闭合时，注入信号经过第一电容C1输入高压部件30。

需要说明的是，电池管理系统103d可以为目前比较成熟的电池管理系统(BMS，Battery Management System)，例如BMS中的微处理器MCU可以采用XC164实现。本实施例中采用BMS控制第一开关101和第二开关102属于纯硬件实现，不涉及任何软件控制。例如MCU的I/O接口可以直接连接第一开关101和第二开关102的驱动端，当然MCU的I/O接口也可以经过驱动电路连接第一开关101和第二开关102的驱动端。

此外，该电池管理系统103d，还用于计算动力电池包内的绝缘阻抗或动力电池包外的绝缘阻抗，并根据计算的绝缘阻抗的大小确定该动力电池包的绝缘等级，做出相应的控制。

一种实现方式是，电池管理系统103d获得绝缘阻抗，将绝缘阻抗发送给整车控制器，由整车控制器来判断绝缘等级，当整车控制器根据绝缘阻抗判断需要断开动力电池包与高压部件的连接时，会发送控制命令给电池管理系统103d，电池管理系统103d再控制动力电池包与高压部件断开。

另外一种实现方式中，也可以电池管理系统103d自己判断故障等级进行相应控制。具体为，预设第一绝缘阻抗阈值和第二绝缘阻抗阈值，其中，第一绝缘阻抗阈值大于第二绝缘阻抗阈值。当获得的动力电池包内的绝缘阻抗或动力电池包外的绝缘阻抗，大于第一绝缘阻抗阈值时，确定没有发生绝缘故障，此时，该电池管理系统103d不采取相应的控制措施；当获得的动力电池包内的绝缘阻抗或动力电池包外的绝缘阻抗，小于等于第一绝缘阻抗阈值，且大于第二绝缘阻抗阈值时，确定发生二级绝缘故障，此时，该电池管理系统103d控制其所属的电动汽车进行相应的报警；当获得的动力电池包内的绝缘阻抗或动力电池包外的绝缘阻抗，小于等于第二绝缘阻抗阈值时，确定发生一级绝缘故障，此时，该电池管理系统103d控制动力电池包20断开与高压部件30的连接。

显然，一级绝缘故障的危险性高于二级绝缘故障的危险性。

可以理解的是，上述电池管理系统103d还用于通过开关控制动力电池包20断开与高压部件30的连接。

在具体实现时，检测动力电池包绝缘性的设备10中还包括：第三开关104和第四开关105。

其中，第三开关104的两端分别连接动力电池包20的正极和高压部件30的正极；第四开关105的两端分别连接动力电池包20的负极和高压部件30的负极。

电池管理系统103d，用于控制第三开关104和第四开关105的开关状态，进而控制动力电池包20与高压部件30的连接状态。

与第一开关101和第二开关102类似，第三开关104和第四开关105可以为各种开关的实现形式，包括继电器、IGBT等，优先可以使用干簧继电器。具体选型可以根据实际需要来选择，本申请实施例中不做限定。

可以理解的是，电池管理系统103d控制其所属的电动汽车进行报警，可以通过特定的报警指示灯、蜂鸣器、语音提醒等形式中的一种或者几种实现，本申请实施例中不做限定。

需要说明的是，对于第一绝缘阻抗阈值和第二绝缘阻抗阈值，可以由技术人员根据车型、生产厂家等的不同，进行具体设定。

另一实现方式中，电池管理系统103d与其所属电动汽车的整车控制器相连。电池管理系统103d将获得的动力电池包内的绝缘阻抗或动力电池包外的绝缘阻抗，发送到整车控制器。由整车控制器确定动力电池包的绝缘等级，并将确定的绝缘等级反馈给电池管理系统103d，最终由电池管理系统103d对所属的电动汽车进行相应的控制。

上述两种实现方式，均可以实现由电池管理系统103d对动力电池包内的绝缘阻抗和动力电池包外的绝缘阻抗进行检测，进而确定绝缘等级，根据绝缘等级对电动汽车进行相应的控制，实现对动力电池包绝缘性的全面检测，进而最大程度确保电动汽车的可靠性和安全性。

具体的，绝缘检测电路103还包括信号变换电路103e。

信号变换电路103e，用于将注入信号转换为符合模数转换器103c处理要求的信号。

在本实施例中，该信号变换电路103e为放大器。

放大器的第一输入端连接注入信号；

放大器的第二输入端连接该放大器的输出端；

放大器的输出端连接模数转换器103c。

其中，放大器的作用具体为：一方面，对注入信号进行幅值转换，转换为符合模数转换器103c接收范围的信号；另一方面，对注入信号进行极性转换，由于模数转换器103c仅可以处理极性为正的信号，而注入信号为交流恒流电流信号，其极性有正有负，因此，放大器将注入信号转换为极性为正的信号，输入模数转换器103c，供模数转换器103c对注入信号进行处理。

高压部件30具体包括：DC-DC转换器，电机，其他用电设备。其中，DC-DC转换器，用于对动力电池包20输出的高压电信号进行降压，转换为符合电动汽车上其他用电设备要求的低压电信号。具体实现时，DC-DC转换器输出的低电压信号的电压值可以是24V或者12V。

电机，用于为电动汽车提供驱动，具体可以是交流异步电机或者交流同步电机。

其他用电设备，具体为电动汽车常规的用电设备，比如：车灯、车载空调等。

本实施例提供的绝缘检测电路包括交流恒流电流源，利用交流恒流电流源产生恒定的交流电流信号作为注入信号，由于注入信号是恒定的，因此，利用欧姆定律，该恒流的交流电流在绝缘阻抗上产生电压，当绝缘阻抗越大时，则产生的电压越大，反之越小。因此，可以利用该原理检测绝缘阻抗的大小，即检测的电压信号越大，表明绝缘阻抗越大，则绝缘性越好，反之越差。而且电池管理系统还可以根据检测的绝缘阻抗的大小确定对应的绝缘等级，进而根据绝缘等级对电动汽车进行相应的控制，保证动力电池包以及汽车和驾驶人员的安全性。

实施例三

本发明实施例还提供了一种动力系统，下面结合附图进行详细的介绍。

参见图3，该图为本发明实施例提供的该动力系统的结构示意图。

该动力系统，应用于电动汽车，包括：动力电池包20，高压部30，以及实施例一中的检测动力电池包绝缘性的设备10。

其中，动力电池包20，用于为高压部件30供电；

高压部件30，用于为电动汽车提供驱动力；

检测动力电池包绝缘性的设备10，用于检测电动汽车的动力电池包内的绝缘性以及动力电池包外的绝缘性，获得动力电池包20的绝缘等级，进而根据绝缘等级对电动汽车进行相应的控制。

上述描述为电动汽车中动力系统的工作过程，其中，检测动力电池包绝缘性的设备的具体实现方式可以参见实施例一和实施例二中的描述，这里不再赘述。

本发明实施例提供的动力系统，由于检测动力电池包绝缘性的设备可以全面的检测动力电池包内的绝缘性以及动力电池包外的绝缘性，获得动力电池包的绝缘等级，进而根据绝缘等级对电动汽车进行相应的控制。因此，包括该检测动力电池包绝缘性设备的动力系统，安全性和可靠性得到大大的提升。

实施例四

本发明实施例还提供了一种电动汽车，下面结合附图进行详细介绍。

需要说明的是，该电动汽车可以为纯电动汽车，也可以为混合动力汽车。

参见图4，为本发明实施例提供的电动汽车的结构示意图。

该电动汽车，包括：整车控制器42，以及实施例三中的动力系统41；

其中，整车控制器42，用于监控动力系统；

动力系统41，用于利用检测动力电池包绝缘性的设备，为电动汽车提供安全、可靠的驱动动力。

上述描述为电动汽车的工作过程，其中，动力系统的具体实现方式可以参见实施例三中的描述，这里不再赘述。

本发明实施例提供的电动汽车，由于动力系统包括一种可以全面检测动力电池包绝缘性的设备，故，该动力系统可以为电动汽车提供安全、可靠的动力，进而确保该电动汽车的安全性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种检测动力电池包绝缘性的设备，其特征在于，包括：第一开关、第二开关和绝缘检测电路；

所述第一开关的第一端连接所述绝缘检测电路的输出端，所述第一开关的第二端连接动力电池包；

所述第二开关的第一端连接所述绝缘检测电路的输出端，所述第二开关的第二端连接高压部件；

所述绝缘检测电路，用于当所述第一开关闭合，所述第二开关断开时，输出注入信号给所述动力电池包，并获得所述动力电池包内的绝缘阻抗；当所述第一开关断开，所述第二开关闭合时，输出所述注入信号给所述高压部件，并获得所述动力电池包外的绝缘阻抗。

2.根据权利要求1所述的检测动力电池包绝缘性的设备，其特征在于，所述注入信号为交流电流信号。

3.根据权利要求2所述的检测动力电池包绝缘性的设备，其特征在于，所述绝缘检测电路包括交流恒流电流源和第一电容；

所述交流恒流电流源，用于产生所述注入信号；

所述第一电容的第一端连接所述交流恒流电流源的输出端，所述第一电容的第二端连接所述绝缘检测电路的输出端。

4.根据权利要求1-3任一项所述的检测动力电池包绝缘性的设备，其特征在于，所述绝缘检测电路包括模数转换器和电池管理系统；

所述模数转换器的输入端连接所述注入信号；

所述模数转换器，用于将检测的模拟电压信号转换为数字电压信号并发送给所述电池管理系统；所述检测的模拟电压信号对应所述注入信号在绝缘阻抗上的电压；

所述电池管理系统，用于根据所述数字电压信号计算获得所述动力电池包内的绝缘阻抗和所述动力电池包外的绝缘阻抗。

5.根据权利要求4所述的检测动力电池包绝缘性的设备，其特征在于，所述电池管理系统，还用于控制所述第一开关和第二开关的开关状态。

6.根据权利要求4所述的检测动力电池包绝缘性的设备，其特征在于，所述电池管理系统，还用于根据所述动力电池包内的绝缘阻抗的大小或所述动力电池包外的绝缘阻抗的大小确定绝缘等级，当确定发生一级绝缘故障时，用于控制所述动力电池包断开与所述高压部件的连接；当确定发生二级绝缘故障时，用于报警。

7.根据权利要求6所述的检测动力电池包绝缘性的设备，其特征在于，还包括：第三开关和第四开关；

所述第三开关的两端分别连接所述动力电池包的正极和所述高压部件的正极；所述第四开关的两端分别连接所述动力电池包的负极和所述高压部件的负极；

所述电池管理系统，用于控制所述第三开关和第四开关的开关状态来控制所述动力电池包与所述高压部件的连接状态。

8.根据权利要求4所述的检测动力电池包绝缘性的设备，其特征在于，所述绝缘检测电路还包括信号变换电路，用于将所述注入信号转换为模数转换器处理要求的信号。

9.一种动力系统，其特征在于，应用于电动汽车，包括权利要求1-8任一项所述的设备，还包括：动力电池包和高压部件；

所述动力电池包，用于为所述高压部件供电；

所述高压部件，用于为所述电动汽车提供驱动力。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求9所述的动力系统，还包括整车控制器；

所述整车控制器，用于监控所述动力系统。