CN109633240A - 动力电池包电压检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆电源电路检测领域，提供一种动力电池包电压检测方法及装置，动力电池包电压检测方法包括：采集以下数据：上桥臂分压单元和下桥臂分压单元断开的情况下，下桥臂检测电阻两端的电压值U_b1、上桥臂分压单元和下桥臂分压单元均闭合连接动力电池包的情况下，上桥臂分压单元中的上桥臂检测电阻两端的电压值Ua以及下桥臂检测电阻两端的电压值U_b2；根据检测到的U_b1、Ua和U_b2以及已知的上桥臂分压单元、下桥臂分压单元以及采样电阻单元的电阻值计算得到动力电池包的电压值U_e。上述方法不需要单独的AD采样模块、隔离通讯模块、隔离电源等设备，降低了检测成本、降低了CPU通讯控制负荷，实现了动力电池包的实时检测。

Description

动力电池包电压检测方法及装置

技术领域

本发明涉及车辆电源电路检测技术领域，特别涉及一种动力电池包电压 检测方法及装置。

背景技术

新能源汽车是未来汽车发展的主攻方向，以纯电动汽车为代表的电动汽 车是解决汽车产业可持续发展问题的主要途径之一。对行驶过程中的车辆进 行实时剩余续驶里程估算，为驾驶员提供准确的剩余续驶里程信息，可解决 用户的“里程焦虑”问题，对于纯电动汽车的推广具有非常重要的意义。目前， 纯电动汽车剩余续驶里程估算，大部分需要采集动力电池电流、电压等信号 计算实际能耗，因此，准确、实时检测动力电池包电压是提供准确剩余续驶 里程信息的关键要素之一。

目前，动力电池包电压的检测方法主要有两种。一是对锂电池管理芯片 AFE采集的单体电压进行求和计算；另外，根据功能安全要求，需要再采用 不同的检测方法与方法一结果进行比较，通常是基于母线正极、母线负极之 间的分压电路进行AD采样，根据电压采样结果计算获得动力电池包电压。

上述方法一检测电路，除了AFE芯片，还需要有隔离通讯模块、隔离 电源等。而方法二，通常的检测电路采用单独的AD采样模块，这样，由于 检测结果不能被MCU直接读取，方法二检测电路也必须要有隔离通讯模块、 隔离电源等模块，使得检测电路器件繁多，造价较高，此外，电路及通讯的 复杂性，还会引起动力电池pack电压检测实时性变差、增加CPU通讯控制 负荷等一系列问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种动力电池包电压检测方法及装置，通过 绝缘检测电路检测动力电池包电压，并可以通过绝缘检测电路中的微控制单 元直接对电路中相应电阻进行电压采样，计算得到动力电池包电压。上述检 测方法并不需要单独的AD采样模块、隔离通讯模块、隔离电源等设备，降 低了检测成本、降低了CPU通讯控制负荷，实现了动力电池包的实时检测。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种动力电池包电压检测方法，该动力电池包电压基于绝缘检测电路而 被检测，所述绝缘检测电路包括：绝缘电阻单元、电容单元、上桥臂分压单 元、下桥臂分压单元以及采样电阻单元，所述动力电池包、所述绝缘电阻单 元、电容单元和串接的所述上桥臂分压单元和所述下桥臂分压单元相互并联， 所述采样电阻单元两端分别连接汽车底盘和外部电源，所述采样电阻单元与 所述下桥臂分压单元中的下桥臂检测电阻串联后连接所述汽车底盘；

所述方法包括：

采集以下数据：所述上桥臂分压单元和所述下桥臂分压单元断开的情况 下，下桥臂检测电阻两端的电压值U_b1、所述上桥臂分压单元和所述下桥臂 分压单元均闭合连接所述动力电池包的情况下，所述上桥臂分压单元中的上 桥臂检测电阻两端的电压值Ua以及所述下桥臂检测电阻两端的电压值U_b2； 以及

根据检测到的所述U_b1、Ua和U_b2以及已知的所述上桥臂分压单元、下桥 臂分压单元以及所述采样电阻单元的电阻值计算得到动力电池包的电压值 U_e。

进一步的，所述绝缘电阻单元包括串联的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻， 所述电容单元包括串联的第一电容和第二电容，所述第一绝缘电阻和所述第 二绝缘电阻之间的接点、所述第一电容和所述第二电容之间的接点以及所述 上桥臂分压电阻和所述下桥臂分压电阻之间的接点串联后连接所述汽车底 盘；

所述上桥臂分压单元包括上桥臂分压电阻、第一开关和所述上桥臂检测 电阻，所述第一开关连接在所述上桥臂分压电阻和所述上桥臂检测电阻之间；

所述下桥臂压单元包括下桥臂分压电阻、第二开关和所述下桥臂检测电 阻，所述第二开关连接在所述下桥臂分压电阻和所述下桥臂检测电阻之间。

进一步的，所述动力电池包电压检测方法还包括：

在检测所述动力电池包电压值U_e前，通过以下公式检测所述下桥臂检测 电阻的采样电源电压V_a：

V_a＝2*U_b1。

进一步的，所述根据检测到的所述U_b1、Ua和U_b2以及已知的分压电阻的 电阻值计算得到动力电池包的电压值U_e包括：

通过以下公式计算所述动力电池包的高压母线正极对车辆底盘电压Up：

通过以下公式计算所述动力电池包的高压母线负极对车辆底盘电压Un：

通过以下公式计算动力电池包的电压值U_e：

其中，所述R₁为上桥臂分压电阻，所述R₃为下桥臂分压电阻，所述上桥 臂检测电阻、所述下桥臂检测电阻和所述采样电阻单元的阻值均为所述r。

相对于现有技术，本发明所述的动力电池包电压检测方法具有以下优势：

本发明所述的动力电池包电压检测方法，该动力电池包电压基于绝缘检 测电路而被检测，通过微控制单元采集以下数据：所述上桥臂分压单元和所 述下桥臂分压单元断开的情况下，下桥臂检测电阻两端的电压值U_b1、所述 上桥臂分压单元和所述下桥臂分压单元均闭合连接所述动力电池包的情况 下，所述上桥臂分压单元中的上桥臂检测电阻两端的电压值Ua以及所述下桥 臂检测电阻两端的电压值U_b2；以及所述微控制单元根据检测到的所述U_b1、 Ua和U_b2以及已知的所述上桥臂分压单元、下桥臂分压单元以及所述采样电 阻单元的电阻值计算得到动力电池包的电压值U_e。上述检测方法并不需要单 独的AD采样模块、隔离通讯模块、隔离电源等设备，降低了检测成本、降 低了CPU通讯控制负荷，实现了动力电池包的实时检测。

本发明的另一目的在于提出一种动力电池包电压检测装置，所述动力电 池包电压检测装置包括：

绝缘检测电路包括：绝缘电阻单元、电容单元、上桥臂分压单元、下桥 臂分压单元、采样电阻单元，所述动力电池包、所述绝缘电阻单元、电容单 元和串接的所述上桥臂分压单元和所述下桥臂分压单元相互并联，所述采样 电阻单元两端分别连接汽车底盘和外部电源，所述采样电阻单元与所述下桥 臂分压单元中的下桥臂检测电阻串联后连接所述汽车底盘；以及

微控制单元，该微控制单元的第一I/O接口和第二I/O接口分别连接在 串联的所述上桥臂分压单元中的上桥臂检测电阻和所述下桥臂检测电阻两 端，所述微控制单元用于采集以下数据：所述上桥臂分压单元和所述下桥臂 分压单元断开的情况下，下桥臂检测电阻两端的电压值U_b1、所述上桥臂分 压单元和所述下桥臂分压单元均闭合连接所述动力电池包的情况下，所述上 桥臂分压单元中的上桥臂检测电阻两端的电压值Ua以及所述下桥臂检测电 阻两端的电压值U_b2；以及

根据检测到的所述U_b1、Ua和U_b2以及已知的所述上桥臂分压单元、下桥 臂分压单元以及所述采样电阻单元的电阻值计算得到动力电池包的电压值 U_e。

进一步的，所述绝缘电阻单元包括串联的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻， 所述电容单元包括串联的第一电容和第二电容，所述第一绝缘电阻和所述第 二绝缘电阻之间的接点、所述第一电容和所述第二电容之间的接点以及所述 上桥臂分压电阻和所述下桥臂分压电阻之间的接点串联后连接所述汽车底 盘；

所述上桥臂分压单元包括上桥臂分压电阻、第一开关和所述上桥臂检测 电阻，所述第一开关连接在所述上桥臂分压电阻和所述上桥臂检测电阻之间；

所述下桥臂压单元包括下桥臂分压电阻、第二开关和所述下桥臂检测电 阻，所述第二开关连接在所述下桥臂分压电阻和所述下桥臂检测电阻之间。

进一步的，所述微控制单元还用于在检测所述动力电池包电压值U_e前， 通过以下公式检测所述下桥臂检测电阻的采样电源电压V_a：

V_a＝2*U_b1。

进一步的，所述根据检测到的所述U_b1、Ua和U_b2以及已知的分压电阻的 电阻值计算得到动力电池包的电压值U_e包括：

通过以下公式计算所述动力电池包的高压母线正极对车辆底盘电压Up：

通过以下公式计算所述动力电池包的高压母线负极对车辆底盘电压Un：

通过以下公式计算动力电池包的电压值U_e：

其中，所述R₁为上桥臂分压电阻，所述R₃为下桥臂分压电阻，所述上桥 臂检测电阻、所述下桥臂检测电阻和所述采样电阻单元的阻值均为所述r。

所述动力电池包电压检测装置与上述动力电池包电压检测方法相对于 现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的 示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。 在附图中：

图1为本发明实施方式所述的绝检测电路的连接示意图；

图2为本发明实施方式所述的动力电池包电压检测方法的流程示意图。

附图标记说明：

U_e 动力电池包的电 U 动力电池包的高压母线正极

压值 p 对车辆底盘电压

Un 动力电池包的高 R 第一绝缘电阻

压母线负极对车辆底p

盘电压

Rn 第二绝缘电阻 C 第一电容

p

Cn 第二电容 R₁ 上桥臂分压电阻

R₂ 上桥臂分压电阻 R₃ 下桥臂分压电阻

K₁ 第一开关与R₁ K₂ 第一开关与R₂触点

触点

K₃ 第二开关 I/ 微控制单元第一I/O接口

O₁

I/O 微控制单元第二 Va 采样电源电压

₂

I/O接口

Ua 上桥臂检测电阻 U 下桥臂检测电阻两端电压

两端电压 b

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

本发明中的检测电路是基于国标T18384.1-2001的，一种典型的全桥、 被动绝缘检测电路基础上加以改进(如图1所示)。图1示出了本发明实施 方式所述的绝检测电路的连接示意图，所述绝缘检测电路包括：绝缘电阻单 元、电容单元、上桥臂分压单元、下桥臂分压单元以及采样电阻单元，所述 动力电池包、所述绝缘电阻单元、电容单元和串接的所述上桥臂分压单元和 所述下桥臂分压单元相互并联，所述采样电阻单元两端分别连接汽车底盘和 外部电源，所述采样电阻单元与所述下桥臂分压单元中的下桥臂检测电阻串 联后连接所述汽车底盘。

如图1所示，其中Ue表示电池包电压，Up表示高压母线正极对车辆底 盘电压，Un表示高压母线负极对车辆底盘电压。Rp表示高压母线正极对车 辆底盘等效绝缘电阻(第一绝缘电阻)，Rn表示高压母线负极对车辆底盘等 效绝缘电阻(第二绝缘电阻)。Cp表示高压母线正极对车辆底盘等效电容(第 一电容)，Cn表示高压母线负极对车辆底盘等效电容(第二电容)。R₁、R₂、 R₃、r阻值已知，其中，R₁表示上桥臂分压电阻，R₂表示另一上桥臂分压电 阻，R₃表示下桥臂分压电阻；上桥臂检测电阻、下桥臂检测电阻和采样电阻 单元阻值可以设置为相同阻值，且均由r表示。

第一开关连接R₁端触点K₁后，上桥臂高压母线正极、上桥臂分压电阻 R₁、上桥臂检测电阻r、车辆底盘依次连接，可构成第一路上桥臂测量分压 电路；第一开关连接R₂端触点K₂后，上桥臂高压母线正极、上桥臂分压电 阻R₂、上桥臂检测电阻r、车辆底盘依次连接，可构成第二路上桥臂测量分 压电路；第二开关K₃闭合后，下桥臂高压母线负极、下桥臂分压电阻R3、 下桥臂检测电阻r、车辆底盘依次连接，构成下桥臂测量分压电路。所述第 一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻之间的接点、所述第一电容和所述第二电容 之间的接点以及所述上桥臂分压电阻和所述下桥臂分压电阻之间的接点串 联后连接所述汽车底盘。

Ua为上桥臂检测电阻r电压，Ub₁为下桥臂检测电阻r电压，Va是下 桥臂检测电阻r的采样电源电压。在绝缘电阻检测过程中，需要开关K1、 K2、K3协同工作。对于本方案动力电池Pack电压检测，K1、K2只需要一 路与开关K3协同工作即可。

图2示出了本发明实施方式所述的动力电池包电压检测方法的流程示意 图，所述动力电池包电压检测方法包括：

控制第二开关K₃断开，通过所述微控制单元的第二I/O接口I/O₂采集 下桥臂检测电压r两端的电压U_b1。控制第一开关连接上桥臂分压电阻R₁端 触点K₁并闭合第二开关K₃，分别通过微控制单元的第一I/O接口I/O₁和第 二I/O接口I/O₂采集上桥臂检测电压r两端的电压U_a和下桥臂检测电压r两 端的U_b2。根据检测到的所述U_b1、Ua和U_b2以及已知的所述上桥臂分压单元、 下桥臂分压单元以及所述采样电阻单元的电阻值计算得到动力电池包的电 压值U_e。

具体地，根据检测到的下桥臂检测电压r两端的电压U_b1通过以下公式 计算下桥臂检测电阻的采样电源电压V_a，其中，该采样电源可以为外部连接 的5V电源，

V_a＝2*U_b1。

通过以下公式计算所述动力电池包的高压母线正极对车辆底盘电压Up：

通过以下公式计算以下公式计算所述动力电池包的高压母线负极对车 辆底盘电压Un：

通过以下公式计算动力电池包的电压值U_e：

本发明实施方式还提供一种动力电池包电压检测装置，所述动力电池包 电压检测装置包括：

绝缘检测电路，包括：绝缘电阻单元、电容单元、上桥臂分压单元、下 桥臂分压单元以及采样电阻单元，所述动力电池包、所述绝缘电阻单元、电 容单元和串接的所述上桥臂分压单元和所述下桥臂分压单元相互并联，所述 采样电阻单元两端分别连接汽车底盘和外部电源，所述采样电阻单元与所述 下桥臂分压单元中的下桥臂检测电阻串联后连接所述汽车底盘；以及

微控制单元，该微控制单元的第一I/O接口和第二I/O接口分别连接在 串联的所述上桥臂分压单元中的上桥臂检测电阻和所述下桥臂检测电阻两 端，

第一开关连接R₁端触点K₁后，上桥臂高压母线正极、上桥臂分压电阻 R₁、上桥臂检测电阻r、车辆底盘依次连接，可构成第一路上桥臂测量分压 电路；第一开关连接R₂端触点K₂后，上桥臂高压母线正极、上桥臂分压电 阻R₂、上桥臂检测电阻r、车辆底盘依次连接，可构成第二路上桥臂测量分 压电路；第二开关K₃闭合后，下桥臂高压母线负极、下桥臂分压电阻R3、 下桥臂检测电阻r、车辆底盘依次连接，构成下桥臂测量分压电路。所述第 一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻之间的接点、所述第一电容和所述第二电容 之间的接点以及所述上桥臂分压电阻和所述下桥臂分压电阻之间的接点串 联后连接所述汽车底盘。Ua为上桥臂检测电阻r电压，通过微控制单元第一 I/O接口I/O₁检测；Ub₁为下桥臂检测电阻r电压，通过微控制单元第二I/O 接口I/O₂检测。Va是下桥臂检测电阻r的采样电源电压。

可以根据所述动力电池包电压检测装置通过动力电池包电压检测方法 检测动力电池包的电压值U_e。

所述微控制单元用于采集以下数据：所述上桥臂分压单元和所述下桥臂 分压单元断开的情况下，下桥臂检测电阻两端的电压值U_b1、所述上桥臂分 压单元和所述下桥臂分压单元均闭合连接所述动力电池包的情况下，所述上 桥臂分压单元中的上桥臂检测电阻两端的电压值Ua以及所述下桥臂检测电 阻两端的电压值U_b2；以及

根据检测到的所述U_b1、Ua和U_b2以及已知的所述上桥臂分压单元、下桥 臂分压单元以及所述采样电阻单元的电阻值计算得到动力电池包的电压值 U_e。

具体地，根据检测到的下桥臂检测电压r两端的电压U_b1通过以下公式 计算下桥臂检测电阻的采样电源电压V_a，其中，该采样电源可以为外部连接 的5V电源，

V_a＝2*U_b1。

通过以下公式计算所述动力电池包的高压母线正极对车辆底盘电压Up：

通过以下公式计算以下公式计算所述动力电池包的高压母线负极对车 辆底盘电压Un：

通过以下公式计算动力电池包的电压值U_e：

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种动力电池包电压检测方法，其特征在于，

该动力电池包电压基于绝缘检测电路而被检测，所述绝缘检测电路包括：绝缘电阻单元、电容单元、上桥臂分压单元、下桥臂分压单元以及采样电阻单元，所述动力电池包、所述绝缘电阻单元、电容单元和串接的所述上桥臂分压单元和所述下桥臂分压单元相互并联，所述采样电阻单元两端分别连接汽车底盘和外部电源，所述采样电阻单元与所述下桥臂分压单元中的下桥臂检测电阻串联后连接所述汽车底盘，

所述方法包括：

采集以下数据：所述上桥臂分压单元和所述下桥臂分压单元断开的情况下，下桥臂检测电阻两端的电压值U_b1；所述上桥臂分压单元和所述下桥臂分压单元均闭合连接所述动力电池包的情况下，所述上桥臂分压单元中的上桥臂检测电阻两端的电压值Ua以及所述下桥臂检测电阻两端的电压值U_b2；以及

根据检测到的所述U_b1、Ua和U_b2以及已知的所述上桥臂分压单元、下桥臂分压单元以及所述采样电阻单元的电阻值计算得到动力电池包的电压值U_e。

2.根据权利要求1所述的动力电池包电压检测方法，其特征在于，

所述绝缘电阻单元包括串联的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻，所述电容单元包括串联的第一电容和第二电容，所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻之间的接点、所述第一电容和所述第二电容之间的接点以及所述上桥臂分压电阻和所述下桥臂分压电阻之间的接点串联后连接所述汽车底盘；

所述上桥臂分压单元包括上桥臂分压电阻、第一开关和所述上桥臂检测电阻，所述第一开关连接在所述上桥臂分压电阻和所述上桥臂检测电阻之间；

所述下桥臂压单元包括下桥臂分压电阻、第二开关和所述下桥臂检测电阻，所述第二开关连接在所述下桥臂分压电阻和所述下桥臂检测电阻之间。

3.根据权利要求1所述的动力电池包电压检测方法，其特征在于，所述动力电池包电压检测方法还包括：

在检测所述动力电池包电压值U_e前，通过以下公式检测所述下桥臂检测电阻的采样电源电压V_a：

V_a＝2*U_b1。

4.根据权利要求2所述的动力电池包电压检测方法，其特征在于，所述根据检测到的所述U_b1、Ua和U_b2以及已知的分压电阻的电阻值计算得到动力电池包的电压值U_e包括：

通过以下公式计算所述动力电池包的高压母线正极对车辆底盘电压Up：

通过以下公式计算所述动力电池包的高压母线负极对车辆底盘电压Un：

通过以下公式计算动力电池包的电压值U_e：

其中，所述R₁为上桥臂分压电阻，所述R₃为下桥臂分压电阻，所述上桥臂检测电阻、所述下桥臂检测电阻和所述采样电阻单元的阻值均为所述r。

5.一种动力电池包电压检测装置，其特征在于，所述动力电池包电压检测装置包括：

绝缘检测电路，包括：绝缘电阻单元、电容单元、上桥臂分压单元、下桥臂分压单元以及采样电阻单元，所述动力电池包、所述绝缘电阻单元、电容单元和串接的所述上桥臂分压单元和所述下桥臂分压单元相互并联，所述采样电阻单元两端分别连接汽车底盘和外部电源，所述采样电阻单元与所述下桥臂分压单元中的下桥臂检测电阻串联后连接所述汽车底盘；以及

微控制单元，该微控制单元的第一I/O接口和第二I/O接口分别连接在串联的所述上桥臂分压单元中的上桥臂检测电阻和所述下桥臂检测电阻两端，

所述微控制单元用于采集以下数据：所述上桥臂分压单元和所述下桥臂分压单元断开的情况下，下桥臂检测电阻两端的电压值U_b1、所述上桥臂分压单元和所述下桥臂分压单元均闭合连接所述动力电池包的情况下，所述上桥臂分压单元中的上桥臂检测电阻两端的电压值Ua以及所述下桥臂检测电阻两端的电压值U_b2；以及

根据检测到的所述U_b1、Ua和U_b2以及已知的所述上桥臂分压单元、下桥臂分压单元以及所述采样电阻单元的电阻值计算得到动力电池包的电压值U_e。

6.根据权利要求5所述的动力电池包电压检测装置，其特征在于，

所述绝缘电阻单元包括串联的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻，所述电容单元包括串联的第一电容和第二电容，所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻之间的接点、所述第一电容和所述第二电容之间的接点以及所述上桥臂分压电阻和所述下桥臂分压电阻之间的接点串联后连接所述汽车底盘；

所述上桥臂分压单元包括上桥臂分压电阻、第一开关和所述上桥臂检测电阻，所述第一开关连接在所述上桥臂分压电阻和所述上桥臂检测电阻之间；

所述下桥臂压单元包括下桥臂分压电阻、第二开关和所述下桥臂检测电阻，所述第二开关连接在所述下桥臂分压电阻和所述下桥臂检测电阻之间。

7.根据权利要求5所述的动力电池包电压检测装置，其特征在于，所述微控制单元还用于在检测所述动力电池包电压值U_e前，通过以下公式检测所述下桥臂检测电阻的采样电源电压V_a：

V_a＝2*U_b1。

8.根据权利要求6所述的动力电池包电压检测装置，其特征在于，所述根据检测到的所述U_b1、Ua和U_b2以及已知的分压电阻的电阻值计算得到动力电池包的电压值U_e包括：

通过以下公式计算所述动力电池包的高压母线正极对车辆底盘电压Up：

通过以下公式计算所述动力电池包的高压母线负极对车辆底盘电压Un：

通过以下公式计算动力电池包的电压值U_e：

其中，所述R₁为上桥臂分压电阻，所述R₃为下桥臂分压电阻，所述上桥臂检测电阻、所述下桥臂检测电阻和所述采样电阻单元的阻值均为所述r。