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一种车载高压绝缘检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种车载高压绝缘检测装置，包括MCU单元、高压绝缘检测电路、高压诊断电路以及隔离CAN单元；所述隔离CAN单元、高压绝缘检测电路和高压诊断电路均与MCU单元连接；所述高压绝缘检测电路连接在待检测电池包的两端；所述高压诊断电路连接在待检测高压器件的两端；MCU单元采集待检测电池包和/或待检测高压器件的电压，通过隔离CAN单元传输至BMS主控单元。

Description

一种车载高压绝缘检测装置及方法
技术领域
本发明涉及车载电池检测领域，特别涉及一种车载高压绝缘检测装置及方法。
背景技术
由于在电动汽车中汽车的动力来源是动力电池，它与传统的汽车不同的是采用300V到700V不等的高压，为整车动力系统及空调等系统供电。从电安全考虑，高压系统必须与低压系统(含车身)做电气隔离，并有绝缘性能的国标要求。如果高低压系统的绝缘性能下降，会对整车和驾乘人员造成身体伤害，因此对动力电池进行高压采样与高压部件的诊断、以及整车绝缘电阻的采样具有重要的意义。
目前在动力电池管理系统的设计中主要包括温度、单体电压、电池包总压、总电流、绝缘电阻等功能模块设计，对上述电路的设计以及车辆静止或者行驶过程中上述参数的采集，以及相关的高压部件的诊断，直接关系到汽车的安全行驶和驾乘人员的安全，因此BMS设计中保证采样数据的准确性显得尤为重要。
现有技术存在的问题包括:单一功能，只能实现电流或绝缘电阻或电压采样；没有编码输出功能，需要BMS主控单元做二次判断或者计算；功能分散，需要考虑安装、设计、维修等多方面的因素，或者功能集中于BMS主控单元，造成BMS主控单元设计成本过高，电路复杂、高低压共存于一块电路板上，存在着一定的安全隐患。对绝缘电阻的测量和高压检测的多是集成于BMS主控板上，或者采用独立单元测量时只有绝缘电阻检测没有其他的功能，如CN201710316037.9,《一种电动汽车电池组绝缘电阻检测系统、方法和电动汽车》方案中只给出了绝缘电阻的测量方法，且该方法是集成于主控单元中，没有诊断、通信、编码等多重功能。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在不足，主要将电池系统高压采集、高压部件电压采集诊断、绝缘电阻检测集中到一个装置中，具有校正、能编码输出高压系统状态、故障诊断等功能，提供了一种车载高压绝缘检测装置及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种车载高压绝缘检测装置，包括MCU单元、高压绝缘检测电路、高压诊断电路以及隔离CAN单元；所述隔离CAN单元、高压绝缘检测电路和高压诊断电路均与MCU单元连接；所述高压绝缘检测电路连接在待检测电池包的两端；所述高压诊断电路连接在待检测高压器件的两端；MCU单元采集待检测电池包和/或待检测高压器件的电压，通过隔离CAN单元传输至BMS主控单元。
作为优选，所述高压绝缘检测电路，包括：第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第六开关K6、第七开关K7、第一电阻R1、第二电阻R1、电阻R2、电阻R3、第一采样电阻Rs、第一绝缘电阻Rp以及第二绝缘电阻Rn；所述第一绝缘电阻Rp第一端与待检测电池包第一端、第一电阻R1第一端、电阻R2第一端连接，第二开关K2第一端与第一电阻R1第二端连接，第三开关K3第一端与电阻R2第二端连接，第一开关K1第一端与第二开关K2第二端、第三开关K3第二端、第二电阻R1第一端、电阻R3第一端连接，第一开关K1第二端与第一绝缘电阻Rp第二端、第二绝缘电阻Rn第一端连接并与地连接，第二电阻R1第二端与第六开关K6第一端连接，电阻R3第二端与第七开关K7第一端连接，第六开关K6第二端与第七开关K7第二端、第一采样电阻Rs第一端连接，第一采样电阻Rs第二端与第二绝缘电阻Rn第二端、待检测电池包第二端连接。
作为优选，所述高压诊断电路，包括：第三电阻R1、第四电阻R1、第四开关K4、第五开关K5以及第二采样电阻Rs；所述第三电阻R1第一端与待检测高压器件第一端、待检测电池包第一端连接，第四电阻R1第一端与待检测高压器件第二端连接，第三电阻R1第二端与第四开关K4第一端连接，第四电阻R1第二端与第五开关K5第一端连接，第四开关K4第二端与第五开关K5第二端、第二采样电阻Rs第一端连接，第二采样电阻Rs第二端与待检测电池包第二端连接并接地。
作为优选，一种车载高压绝缘检测方法，适用于所述的一种车载高压绝缘检测装置，其特征在于，检测电池包电压的方法为：通过MCU单元控制第一开关K1、第三开关K3、第七开关K7断开，第二开关K2、第六开关K6闭合，获得第一采样电阻Rs两端的电压Us，计算得到待检测电池包的电压VBAT，VBAT＝Us*(2*R1+Rs)/Rs。
作为优选，检测第一绝缘电阻Rp和第二绝缘电阻Rn的方法，包括：
步骤1：通过MCU单元控制第一开关K1、第三开关K3、第七开关K7断开，第二开关K2、第六开关K6闭合，获得第一采样电阻Rs两端的电压Uz；
步骤2：控制第一开关K1、第二开关K2、第六开关K6闭合，第三开关K3、第七开关K7断开，获得第一采样电阻Rs两端的电压Ua；
步骤3：根据步骤1和步骤2得到第一绝缘电阻Rp的阻值：
步骤4：通过MCU单元控制第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3断开、第六开关K6闭合，第七开关K7断开，获得第一采样电阻Rs两端的电压Ub；
步骤5：根据步骤1和步骤4得到第一绝缘电阻Rp的阻值：
步骤6：根据步骤3和步骤5得到：
其中：
Q1＝4*R1^2+Rs^2+4*R1*Rs)*Vz^2；
Q2＝(R1^2+Rs^2+2*R1*Rs)*Va*Vb；
Q3＝(-4*R1^2-Rs^2-4*R1*Rs)*Vb*Vz；
Q4＝-(Rs^2+2*R1*Rs)*Va*Vz。
作为优选，判断待检测高压器件好坏的方法，包括：
步骤1：通过MCU单元控制开关K4闭合、K5断开，得到第二采样电阻Rs的采样电压：URs1＝V1*Rs/(R1+Rs)，从而得到待测电池包两端的电压V1＝URs1*(R1+Rs)/Rs；
步骤2：通过MCU单元控制开关K5闭合、K4断开，得到第二采样电阻Rs的采样电压：URs2＝V2*Rs/(R1+Rs)，从而得到待测电池包两端的电压V2＝URs2*(R1+Rs)/Rs；
步骤3：比较V1与V2，若|V1-V2|≤5V，，则待检测高压器件正常；否则，待检测高压器件正常损坏。
本发明的实质性效果效果：(1)模块体积小安装方便，可以应用于不同的整车系统，适用性强；(2)将高压单元从BMS主控板上分离出来，保证了BMS主控板上全是低压器件，这样就不需要在主控板上做高压隔离，降低了设计难度，增强了系统的可靠性；(3)具备了高压采样状态编码输出、高压采样合理性判断、绝缘电阻合理性判断等多重功能，可以更快速的发现高压系统中的问题。
附图说明
图1为本发明的一种结构框图；
图2为本发明的一种高压绝缘检测电路；
图3为本发明的一种高压诊断电路；
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
一种车载高压绝缘检测装置，如图1所示，包括MCU单元、高压绝缘检测电路、高压诊断电路以及隔离CAN单元；所述隔离CAN单元、高压绝缘检测电路和高压诊断电路均与MCU单元连接；所述高压绝缘检测电路连接在待检测电池包的两端；所述高压诊断电路连接在待检测高压器件的两端；MCU单元采集待检测电池包和/或待检测高压器件的电压，通过隔离CAN单元传输至BMS主控单元。
高压绝缘检测电路，如图2所示，包括：第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第六开关K6、第七开关K7、第一电阻R1、第二电阻R1、电阻R2、电阻R3、第一采样电阻Rs、第一绝缘电阻Rp以及第二绝缘电阻Rn；所述第一绝缘电阻Rp第一端与待检测电池包第一端、第一电阻R1第一端、电阻R2第一端连接，第二开关K2第一端与第一电阻R1第二端连接，第三开关K3第一端与电阻R2第二端连接，第一开关K1第一端与第二开关K2第二端、第三开关K3第二端、第二电阻R1第一端、电阻R3第一端连接，第一开关K1第二端与第一绝缘电阻Rp第二端、第二绝缘电阻Rn第一端连接并与地连接，第二电阻R1第二端与第六开关K6第一端连接，电阻R3第二端与第七开关K7第一端连接，第六开关K6第二端与第七开关K7第二端、第一采样电阻Rs第一端连接，第一采样电阻Rs第二端与第二绝缘电阻Rn第二端、待检测电池包第二端连接。
高压诊断电路，如图3所示，包括：第三电阻R1、第四电阻R1、第四开关K4、第五开关K5以及第二采样电阻Rs；所述第三电阻R1第一端与待检测高压器件第一端、待检测电池包第一端连接，第四电阻R1第一端与待检测高压器件第二端连接，第三电阻R1第二端与第四开关K4第一端连接，第四电阻R1第二端与第五开关K5第一端连接，第四开关K4第二端与第五开关K5第二端、第二采样电阻Rs第一端连接，第二采样电阻Rs第二端与待检测电池包第二端连接并接地。
检测电池包电压的方法为：通过MCU单元控制第一开关K1、第三开关K3、第七开关K7断开，第二开关K2、第六开关K6闭合，获得第一采样电阻Rs两端的电压Us，计算得到待检测电池包的电压VBAT，VBAT＝Us*(2*R1+Rs)/Rs。检测第一绝缘电阻Rp和第二绝缘电阻Rn的方法，包括：
步骤1：通过MCU单元控制第一开关K1、第三开关K3、第七开关K7断开，第二开关K2、第六开关K6闭合，获得第一采样电阻Rs两端的电压Uz；
步骤2：控制第一开关K1、第二开关K2、第六开关K6闭合，第三开关K3、第七开关K7断开，获得第一采样电阻Rs两端的电压Ua；
步骤3：根据步骤1和步骤2得到第一绝缘电阻Rp的阻值：
步骤4：通过MCU单元控制第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3断开、第六开关K6闭合，第七开关K7断开，获得第一采样电阻Rs两端的电压Ub；
步骤5：根据步骤1和步骤4得到第一绝缘电阻Rp的阻值：
步骤6：根据步骤3和步骤5得到：
其中：
Q1＝4*R1^2+Rs^2+4*R1*Rs)*Vz^2；
Q2＝(R1^2+Rs^2+2*R1*Rs)*Va*Vb；
Q3＝(-4*R1^2-Rs^2-4*R1*Rs)*Vb*Vz；
Q4＝-(Rs^2+2*R1*Rs)*Va*Vz。
判断待检测高压器件好坏的方法，包括：
步骤1：通过MCU单元控制开关K4闭合、K5断开，得到第二采样电阻Rs的采样电压：URs1＝V1*Rs/(R1+Rs)，从而得到待测电池包两端的电压V1＝URs1*(R1+Rs)/Rs；
步骤2：通过MCU单元控制开关K5闭合、K4断开，得到第二采样电阻Rs的采样电压：URs2＝V2*Rs/(R1+Rs)，从而得到待测电池包两端的电压V2＝URs2*(R1+Rs)/Rs；
步骤3：比较V1与V2，若|V1-V2|≤5V，，则待检测高压器件正常；否则，待检测高压器件正常损坏。
高压状态编码输出是针对系统高压300～500V之间设定的一系列状态，如下表：
电压 编码 状态
300～350 001 电压过低
350～450 010 电压正常
450～500 100 电压过高
≤300 101 高压采样有误
≥500 110 高压采样有误
表1 高压状态编码输出
对于高压采样的合理性判断即当采集的高压在300～500V的范围内，则高压采样正常，否则高压采样电路出现问题。
以上所述实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其他的变体及改型。

Claims (6)

1.一种车载高压绝缘检测装置，其特征在于，包括MCU单元、高压绝缘检测电路、高压诊断电路以及隔离CAN单元；所述隔离CAN单元、高压绝缘检测电路和高压诊断电路均与MCU单元连接；所述高压绝缘检测电路连接在待检测电池包的两端；所述高压诊断电路连接在待检测高压器件的两端；MCU单元采集待检测电池包和/或待检测高压器件的电压，通过隔离CAN单元传输至BMS主控单元。
2.根据权利要求1所述的一种车载高压绝缘检测装置，其特征在于，所述高压绝缘检测电路，包括：第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第六开关K6、第七开关K7、第一电阻R1、第二电阻R1、电阻R2、电阻R3、第一采样电阻Rs、第一绝缘电阻Rp以及第二绝缘电阻Rn；
所述第一绝缘电阻Rp第一端与待检测电池包第一端、第一电阻R1第一端、电阻R2第一端连接，第二开关K2第一端与第一电阻R1第二端连接，第三开关K3第一端与电阻R2第二端连接，第一开关K1第一端与第二开关K2第二端、第三开关K3第二端、第二电阻R1第一端、电阻R3第一端连接，第一开关K1第二端与第一绝缘电阻Rp第二端、第二绝缘电阻Rn第一端连接并与地连接，第二电阻R1第二端与第六开关K6第一端连接，电阻R3第二端与第七开关K7第一端连接，第六开关K6第二端与第七开关K7第二端、第一采样电阻Rs第一端连接，第一采样电阻Rs第二端与第二绝缘电阻Rn第二端、待检测电池包第二端连接。
3.根据权利要求1所述的一种车载高压绝缘检测装置，其特征在于，所述高压诊断电路，包括：第三电阻R1、第四电阻R1、第四开关K4、第五开关K5以及第二采样电阻Rs；
所述第三电阻R1第一端与待检测高压器件第一端、待检测电池包第一端连接，第四电阻R1第一端与待检测高压器件第二端连接，第三电阻R1第二端与第四开关K4第一端连接，第四电阻R1第二端与第五开关K5第一端连接，第四开关K4第二端与第五开关K5第二端、第二采样电阻Rs第一端连接，第二采样电阻Rs第二端与待检测电池包第二端连接并接地。
4.一种车载高压绝缘检测方法，适用于权利要求1所述的一种车载高压绝缘检测装置，其特征在于，检测电池包电压的方法为：通过MCU单元控制第一开关K1、第三开关K3、第七开关K7断开，第二开关K2、第六开关K6闭合，获得第一采样电阻Rs两端的电压Us，计算得到待检测电池包的电压VBAT，VBAT＝Us*(2*R1+Rs)/Rs。
5.根据权利要求4所述的一种车载高压绝缘检测方法，其特征在于，检测第一绝缘电阻Rp和第二绝缘电阻Rn的方法，包括：
步骤1：通过MCU单元控制第一开关K1、第三开关K3、第七开关K7断开，第二开关K2、第六开关K6闭合，获得第一采样电阻Rs两端的电压Uz；
步骤2：控制第一开关K1、第二开关K2、第六开关K6闭合，第三开关K3、第七开关K7断开，获得第一采样电阻Rs两端的电压Ua；
步骤3：根据步骤1和步骤2得到第一绝缘电阻Rp的阻值：
步骤4：通过MCU单元控制第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3断开、第六开关K6闭合，第七开关K7断开，获得第一采样电阻Rs两端的电压Ub；
步骤5：根据步骤1和步骤4得到第一绝缘电阻Rp的阻值：
步骤6：根据步骤3和步骤5得到：
其中：
Q1＝4*R1^2+Rs^2+4*R1*Rs)*Vz^2；
Q2＝(R1^2+Rs^2+2*R1*Rs)*Va*Vb；
Q3＝(-4*R1^2-Rs^2-4*R1*Rs)*Vb*Vz；
Q4＝-(Rs^2+2*R1*Rs)*Va*Vz。
6.根据权利要求4所述的一种车载高压绝缘检测方法，其特征在于，判断待检测高压器件好坏的方法，包括：
步骤1：通过MCU单元控制开关K4闭合、K5断开，得到第二采样电阻Rs的采样电压：URs1＝V1*Rs/(R1+Rs)，从而得到待测电池包两端的电压V1＝URs1*(R1+Rs)/Rs；
步骤2：通过MCU单元控制开关K5闭合、K4断开，得到第二采样电阻Rs的采样电压：URs2＝V2*Rs/(R1+Rs)，从而得到待测电池包两端的电压V2＝URs2*(R1+Rs)/Rs；
步骤3：比较V1与V2，若|V1-V2|≤5V，则待检测高压器件正常；否则，待检测高压器件正常损坏。
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