CN108099609A - 一种绝缘检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绝缘检测电路，应用于蓄电池的绝缘检测，所述电路包括：依次串联连接的第一偏置电阻、第一开关和第一采样电阻，其中所述第一偏置电阻还与所述蓄电池的正极母线端连接；依次串联连接的第二偏置电阻、第二开关和第二采样电阻，其中所述第二偏置电阻还与所述蓄电池的负极母线端连接，所述第二采样电阻与所述第一采样电阻连接，连接点接地；电压采集电路，第一输入端与所述第一开关和所述第一采样电阻之间的连接线路连接，第二输入端与所述第二开关和所述第二采样电阻之间的连接线路连接。本发明的检测电路，同时进行绝缘电阻与总电压的采集，减少了一路总电压采集电路，降低了控制器成本。

Description

一种绝缘检测电路
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种绝缘检测电路。
背景技术
随着电动汽车的应用越来越广泛，汽车安全性也得到高度重视。电动汽车电池组的电压和容量越来越大，随着电池使用时间的增长，电池组自身或者连接线老化等多种原因，可能导致电池组和车身之间的绝缘出现问题。由于电池组的电压远远超过人体安全电压，电池组的绝缘问题直接影响乘车人员的安全，所以电池组和车身之间的绝缘检测非常重要。
目前，应用于电动汽车的电池管理系统(Battery Management System，简称BMS)的绝缘检测电路的原理一般采用电桥平衡法，只是不同的厂家所设计的硬件电路及控制策略有所区别。其中应用最广泛的绝缘检测原理是基于GB/T 18384.1-2015国家标准，需要控制四个开关，测量四个电压，才能计算出正、负母线对地的绝缘阻值，且不能采集电池包的总电压。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种绝缘检测电路，解决了绝缘检测电路复杂且不能同时测量总电压的问题。
依据本发明的一个方面，提供了一种绝缘检测电路，应用于蓄电池的绝缘检测，所述电路包括：
依次串联连接的第一偏置电阻、第一开关和第一采样电阻，其中所述第一偏置电阻还与所述蓄电池的正极母线端连接；
依次串联连接的第二偏置电阻、第二开关和第二采样电阻，其中所述第二偏置电阻还与所述蓄电池的负极母线端连接，所述第二采样电阻与所述第一采样电阻连接，连接点接地；
电压采集电路，第一输入端与所述第一开关和所述第一采样电阻之间的连接线路连接，第二输入端与所述第二开关和所述第二采样电阻之间的连接线路连接；所述电压采集电路用于采集所述第一开关和第二开关闭合时，所述第一采样电阻和第二采样电阻两端的第一电压；所述第一开关闭合、第二开关断开时，所述第一采样电阻和第二采样电阻两端的第二电压；以及所述第一开关断开、第二开关闭合时，所述第一采样电阻和第二采样电阻两端的第三电压，以用于根据所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压计算所述绝缘检测的检测参数。
可选地，所述绝缘检测电路还包括：
控制器，与所述电压采集电路连接，用于获取所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压，根据所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压计算所述绝缘检测的检测参数。
可选地，所述控制器还与所述第一开关和第二开关连接，用于控制所述第一开关和第二开关的通断。
可选地，所述第一偏置电阻与所述第二偏置电阻的阻值相等；所述第一采样电阻与所述第二采样电阻的阻值相等；
所述第一偏置电阻与所述第一采样电阻的比值为200:1。
可选地，所述电压采集电路包括光隔离放大器和运算放大器；
所述光隔离放大器的第一输入端与所述第一开关和所述第一采样电阻之间的连接线路连接，第二输入端与所述第二开关和所述第二采样电阻之间的连接线路连接；
所述光隔离放大器的输出端与所述运算放大器的输入端连接。
可选地，所述电压采集电路还包括模数转换AD模块，所述AD模块与所述运算放大器的输出端连接，用于获取所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压。
可选地，所述检测参数包括：所述蓄电池的正极对地绝缘电阻的阻值、所述蓄电池的负极对地绝缘电阻的阻值和所述蓄电池的总电压。
可选地，所述控制器计算蓄电池的正极对地绝缘电阻阻值通过公式：
Rp＝(1-Kp·Kn)·R/(Kn+Kp·Kn)；
所述控制器计算蓄电池的负极对地绝缘电阻阻值通过公式：
Rn＝(1-Kp·Kn)·R/(Kp+Kp·Kn)；
其中，Rp为正极对地绝缘电阻，Rn为负极对地绝缘电阻，Kp为正极比例系数，Kn为负极比例系数，R为所述第一偏置电阻和第一采样电阻串联或所述第二偏置电阻和第二采样电阻串联的等效电阻。
可选地，所述正极比例系数通过公式Kp＝V2/(V1-V2)计算得到；
所述负极比例系数通过公式Kn＝V3/(V1-V3)计算得到；
其中，V1为第一电压；V2为第二电压；V3为第三电压。
可选地，所述控制器通过公式：
V＝K·V1计算得出蓄电池的总电压；
其中，V为蓄电池的总电压；V1为第一电压；K为常数，且由所述第一偏置电阻与所述第一采样电阻的比值确定。
本发明的实施例的有益效果是：
上述方案中的绝缘检测电路，只需控制两个开关，测量三次电压就可以计算出正、负母线对地的绝缘电阻值，同时每次检测可以测量一次电池包的总电压，同时进行了绝缘电阻与总电压的采集，减少了一路总电压采集电路，降低了控制器成本。
附图说明
图1表示本发明实施例的绝缘检测电路的结构框图；
图2表示本发明实施例的绝缘检测电路的具体结构框图；
图3表示本发明实施例的绝缘检测电路的原理图之一；
图4表示本发明实施例的绝缘检测电路的原理图之二。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种绝缘检测电路，应用于蓄电池1的绝缘检测，所述电路包括：
依次串联连接的第一偏置电阻R1、第一开关K1和第一采样电阻R2，其中所述第一偏置电阻R1还与所述蓄电池的正极母线端连接；
依次串联连接的第二偏置电阻R3、第二开关K2和第二采样电阻R4，其中所述第二偏置电阻R3还与所述蓄电池的负极母线端连接，所述第二采样电阻R4与所述第一采样电阻R2连接，连接点接地；
电压采集电路2，第一输入端与所述第一开关K1和所述第一采样电阻R2之间的连接线路连接，第二输入端与所述第二开关K2和所述第二采样电阻R4之间的连接线路连接；所述电压采集电路2用于采集所述第一开关K1和第二开关K2闭合时，所述第一采样电阻R2和第二采样电阻R4两端的第一电压V1；所述第一开关K1闭合、第二开关K2断开时，所述第一采样电阻R2和第二采样电阻R4两端的第二电压V2；以及所述第一开关K1断开、第二开关K2闭合时，所述第一采样电阻R2和第二采样电阻R4两端的第三电压V3，以用于根据所述第一电压V1、所述第二电压V2和所述第三电压V3计算所述绝缘检测的检测参数。
具体地，如图2所示，所述绝缘检测电路还包括：
控制器3，与所述电压采集电路2连接，用于获取所述第一电压V1、所述第二电压V2和所述第三电压V3，根据所述第一电压V1、所述第二电压V2和所述第三电压V3计算所述绝缘检测的检测参数。
所述控制器3还与所述第一开关K1和第二开关K2连接，用于控制所述第一开关K1和第二开关K2的通断。
该实施例中，蓄电池1输出电压，所述控制器3通过控制所述第一开关K1和第二开关K2的通断，并通过所述电压采集电路2采集串联的所述第一采样电阻R2和第二采样电阻R4两端的电压，根据所述第一开关K1和第二开关K2同时闭合时的第一电压V1、所述第一开关K1闭合第二开关K2断开时的第二电压V2以及所述第一开关K1断开第二开关K2闭合时的第三电压V3，计算蓄电池正负母线的对地绝缘电阻值以及蓄电池的总电压值。其中，所述第一采样电阻R2与第二采样电阻R4连接，且连接点接地，该接地指的是接车身参考地。
电压采集电路2采用一个光隔离放大器与一个普通运算放大器的组合形式，解决了检测过程中所测电压不共地的问题，既实现了高低压的隔离，又实现了电压采集功能。
该方案中，绝缘检测电路只需控制两个开关，测量三次电压就可以计算出正、负母线对地的绝缘电阻值，以及蓄电池的总电压，同时进行了绝缘电阻与总电压的采集，减少了一路总电压采集电路，降低了控制器成本。
本发明的上述实施例中，所述第一偏置电阻R1与所述第二偏置电阻R3的阻值相等；所述第一采样电阻R2与所述第二采样电阻R4的阻值相等；
所述第一偏置电阻R1与所述第一采样电阻R2的比值为200:1。
该实施例中，通过控制器控制所述第一开关K1和第二开关K2的通断，从而控制所述第一偏置电阻R1与所述第二偏置电阻R3接入检测电路，以改变电路接入的电阻值，同时起到分压作用。
所述第一偏置电阻R1、第二偏置电阻R3、第一采样电阻R2和第二采样电阻R4的阻值可以改变，但保证第一偏置电阻R1与所述第一采样电阻R2的比值为200:1不变。
具体地，如图3所示，所述电压采集电路2包括光隔离放大器21和运算放大器22；
所述光隔离放大器21的第一输入端与所述第一开关K1和所述第一采样电阻R2之间的连接线路连接，第二输入端与所述第二开关K2和所述第二采样电阻R4之间的连接线路连接；
所述光隔离放大器21的输出端与所述运算放大器22的输入端连接。
该实施例中，由于在电压信号传输的过程中，输入和输出电压并不是相对同一个参考地的电压值，所以需要考虑共地问题。其中，所述光隔离放大器21可以将高压和低压的电压信号进行隔离，并按照一定比例放大。所述运算放大器22用于将所述光隔离放大器输出的电压信号再次放大，以达到模数转换AD模块的参考电压的要求。
值得指出的是，若所述光隔离放大器21输出的电压信号可以与所述模数转换AD模块的参考电压匹配，则所述运算放大器22可以省略。其中，所述电压采集电路2的光隔离放大器和运算放大器组合的形式还可以替换为隔离芯片与模数转换AD采集芯片组合，或者隔离芯片与运算放大器组合的形式，以达到高低压隔离的目的，但是隔离芯片成本较高，不利于降低控制器成本。
本发明的上述实施例中，所述电压采集电路2还包括模数转换AD模块，所述AD模块与所述运算放大器22的输出端连接，用于获取所述第一电压V1、所述第二电压V2和所述第三电压V3。
该实施例中，由于所述第一偏置电阻R1与所述第一采样电阻R2的比值为200:1，且绝缘电阻检测的是电压量，所以所述AD模块采集的V1为蓄电池正负极之间的电压的1/201，即蓄电池总电压的1/201；V2为蓄电池正极与车身参考地之间电压的1/201；V3为蓄电池负极与车身参考地之间电压的1/201。
该实施例的绝缘检测电路利用一个AD接口即可完成绝缘检测和蓄电池总电压的采集，对于整个采集电路来说，可以减少一路总电压采集电路，从而降低控制器成本。
本发明的上述实施例中，所述检测参数包括：所述蓄电池的正极对地绝缘电阻Rp的阻值、所述蓄电池的负极对地绝缘电阻Rn的阻值和所述蓄电池的总电压V。
如图4所示，所述正极对地绝缘电阻Rp和负极对地绝缘电阻Rn分别代表了蓄电池的正、负母线对车身参考地的绝缘电阻，通过计算所述正极对地绝缘电阻Rp和负极对地绝缘电阻Rn的阻值，判断其阻值是否符合安全要求，避免了由于电池组的绝缘问题影响乘车人员的安全。
具体地，所述控制器3计算蓄电池的正极对地绝缘电阻阻值通过公式：
Rp＝(1-Kp·Kn)·R/(Kn+Kp·Kn)；
所述控制器3计算蓄电池的负极对地绝缘电阻阻值通过公式：
Rn＝(1-Kp·Kn)·R/(Kp+Kp·Kn)；
其中，Rp为蓄电池的正极对地绝缘电阻，Rn为蓄电池的负极对地绝缘电阻，Kp为正极比例系数，Kn为负极比例系数，R为所述第一偏置电阻和第一采样电阻串联或所述第二偏置电阻和第二采样电阻串联的等效电阻。
本发明的上述实施例中，所述正极比例系数通过公式Kp＝V2/(V1-V2)计算得到；
所述负极比例系数通过公式Kn＝V3/(V1-V3)计算得到；
其中，V1为第一电压；V2为第二电压；V3为第三电压。
具体地，所述控制器3通过公式：
V＝K·V1计算得出蓄电池的总电压；
其中，V为蓄电池的总电压；V1为第一电压；K为常数，且由所述第一偏置电阻与所述第一采样电阻的比值确定。
该实施例中，K的值等于所述第一偏置电阻R1的阻值与所述第一采样电阻R2的阻值的和除以两者的最大公约数，由于所述第一偏置电阻R1与所述第一采样电阻R2的比值为200:1，则优选地，K的值为201。
本发明的该实施例，绝缘检测电路只需控制两个开关，测量三次电压就可以计算出正、负母线对地的绝缘电阻值，同时每次检测可以测量一次电池包的总电压，同时进行了绝缘电阻与总电压的采集，减少了一路总电压采集电路，降低了控制器成本。
以上所述的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人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种绝缘检测电路，应用于蓄电池(1)的绝缘检测，其特征在于，所述电路包括：
依次串联连接的第一偏置电阻、第一开关和第一采样电阻，其中所述第一偏置电阻还与所述蓄电池的正极母线端连接；
依次串联连接的第二偏置电阻、第二开关和第二采样电阻，其中所述第二偏置电阻还与所述蓄电池的负极母线端连接，所述第二采样电阻与所述第一采样电阻连接，连接点接地；
电压采集电路(2)，第一输入端与所述第一开关和所述第一采样电阻之间的连接线路连接，第二输入端与所述第二开关和所述第二采样电阻之间的连接线路连接；所述电压采集电路(2)用于采集所述第一开关和第二开关闭合时，所述第一采样电阻和第二采样电阻两端的第一电压；所述第一开关闭合、第二开关断开时，所述第一采样电阻和第二采样电阻两端的第二电压；以及所述第一开关断开、第二开关闭合时，所述第一采样电阻和第二采样电阻两端的第三电压，以用于根据所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压计算所述绝缘检测的检测参数。
2.根据权利要求1所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述绝缘检测电路还包括：
控制器(3)，与所述电压采集电路(2)连接，用于获取所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压，根据所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压计算所述绝缘检测的检测参数。
3.根据权利要求2所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述控制器(3)还与所述第一开关和第二开关连接，用于控制所述第一开关和第二开关的通断。
4.根据权利要求1所述绝缘检测电路，其特征在于，所述第一偏置电阻与所述第二偏置电阻的阻值相等；所述第一采样电阻与所述第二采样电阻的阻值相等；
所述第一偏置电阻与所述第一采样电阻的比值为200∶1。
5.根据权利要求1所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述电压采集电路(2)包括光隔离放大器(21)和运算放大器(22)；
所述光隔离放大器(21)的第一输入端与所述第一开关和所述第一采样电阻之间的连接线路连接，第二输入端与所述第二开关和所述第二采样电阻之间的连接线路连接；
所述光隔离放大器(21)的输出端与所述运算放大器(22)的输入端连接。
6.根据权利要求5所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述电压采集电路(2)还包括模数转换AD模块，所述AD模块与所述运算放大器(22)的输出端连接，用于获取所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压。
7.根据权利要求2所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述检测参数包括：所述蓄电池的正极对地绝缘电阻的阻值、所述蓄电池的负极对地绝缘电阻的阻值和所述蓄电池的总电压。
8.根据权利要求7所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述控制器(3)计算蓄电池的正极对地绝缘电阻阻值通过公式：
Rp＝(1-Kp·Kn)·R/(Kn+Kp·Kn)；
所述控制器(3)计算蓄电池的负极对地绝缘电阻阻值通过公式：
Rn＝(1-Kp·Kn)·R/(Kp+Kp·Kn)；
其中，Rp为蓄电池的正极对地绝缘电阻，Rn为蓄电池的负极对地绝缘电阻，Kp为正极比例系数，Kn为负极比例系数，R为所述第一偏置电阻和第一采样电阻串联或所述第二偏置电阻和第二采样电阻串联的等效电阻。
9.根据权利要求8所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述正极比例系数通过公式Kp＝V2/(V1-V2)计算得到；
所述负极比例系数通过公式Kn＝V3/(V1-V3)计算得到；
其中，V1为第一电压；V2为第二电压；V3为第三电压。
10.根据权利要求7所述的绝缘检测电路，其特征在于，所述控制器(3)通过公式：
V＝K·V1计算得出蓄电池的总电压；
其中，V为蓄电池的总电压；V1为第一电压；K为常数，且由所述第一偏置电阻与所述第一采样电阻的比值确定。
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