CN109633276B - 基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动力电池领域，提供一种基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法和装置，包括：闭合第一开关并断开第二开关，采集第一绝缘电阻的电压作为第一电压；根据第一估算模型，计算预估电压作为第一预估电压；闭合第二开关并断开第一开关，采集第二绝缘电阻的电压作为第二电压；根据第二估算模型，计算预估电压作为第二预估电压；在第一预估电压与第一电压的偏差以及第二预估电压与第二电压的偏差未同时小于预设值时，调整预估阻值，并重复执行上述步骤，直到同时小于预设值时停止，以当前的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻的预估阻值分别作为第一绝缘电阻和第二绝缘电阻的阻值。本发明可以得出绝缘电阻的准确值，并大大缩短检测时间。

Description

基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法和装置

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法和装置。

背景技术

电动汽车的动力电池由于要满足电动汽车动力和性能需求，其动力电池的最大输出电压和输出电流将会分别达到几百伏和几十安，如此大的的电压和电流一旦发生绝缘故障将会对人的生命造成巨大危害。一般车辆碰撞、车辆频繁震动和绝缘设施老化等因素均可造成动力电池绝缘电阻失效。

为解决上述问题，必须对动力电池和车辆底盘之间的绝缘电阻值进行实时监测，并要保证监测快速有效性，以便及时发现车辆绝缘损害危险，迅速做出处理，以保障人的生命和财产安全。

国内常用的绝缘检测方法有以交流测量为基础的高压注入法、基于国标GB-T18384.1-2001的被动绝缘检测方法等。

如图1A-1B所示的全桥绝缘检测电路，U_bat表示动力电池电池包两端电压；R_p和R_n表示被均分为两部分的绝缘等效电阻，其分别于电池包正、负极相连，然后另一端与车辆底盘相连；U_p和U_n分别表示检测到正、负绝缘等效电阻两边的电压；C_p表示电池包正极对车辆底盘的等效电容，C_n表示电池包负极对车辆底盘的等效电容；SW_p和SW_n分别代表电池包正、负极与电池管理系统(BMS)检测电路相连接的控制开关，其打开与闭合均受电池管理系统控制；R₁和R₂为电池管理系统内部分压电阻，通过内部分压计算得到R₂两端的值，即对应外部车体与电池包一极的输出电压值U_outp或U_outn。

传统方案绝缘检测过程为：

初始状态：SW_p和SW_n均断开，此时电路没有工作；

电池管理系统检测U_p和U_n的值，若U_p<＝U_n，如图1A所示，SW_n断开，SW_p闭合，待电容C_p充放电进入或接近稳定状态时(需要估算等待时间)，测量上桥臂电阻R₂的稳定电压U_outp，在此，由于电池管理系统内部的电压转化功能，U_outp等于U_p；

若U_p>U_n，如图1B所示，SW_n闭合，SW_p断开，待电容C_n充放电进入或接近稳定状态时(需要估算等待时间)，测量下桥臂电阻R₂的稳定电压U_outn，在此，由于电池管理系统内部的电压转化功能，U_outn等于U_n；

将U_outp或U_outn除以流经对应的电流，求得R_p或R_n的值，以便做出绝缘判断。

由于整车电容的存在，传统方案需要等待其充放电进入或接近稳定状态再开始绝缘电阻的计算，所以无论是主动注入法检测，还是被动绝缘检测，都需要较大的绝缘检测周期，少则几秒，多则几十秒。由于检测周期长，在整车高压上电前(500ms)，不能够检测出包内绝缘阻值，只能在高压上电完成后，检测整车绝缘阻值。因此无法区分是高压电池包内漏电，还是包外整车漏电。另外，由于不同车辆电容大小存在差异，因此等待电路进入或接近稳定状态所需的时间也不同，等待时间估算误差将会影响绝缘电阻计算精度。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法和装置，以得出绝缘电阻的准确值，并大大缩短检测时间。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法，所述全桥绝缘检测电路包括连接在电源正极和地之间的第一绝缘电阻、连接在所述电源负极和地之间的第二绝缘电阻、与所述第一绝缘电阻并联的第一电容、与所述第二绝缘电阻并联的第二电容、串联后与所述第一电容并联的第一分压电阻和第二分压电阻、串联后与所述第二电容并联的第三分压电阻和第四分压电阻、连接在所述第一电容和所述第一分压电阻之间的第一开关以及连接在所述第二电容和所述第二分压电阻之间的第二开关，所述基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法包括：闭合所述第一开关并断开所述第二开关，采集所述第一绝缘电阻的电压作为第一电压；根据包括当前的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻的预估阻值的第一估算模型，计算所述第一电压对应的预估电压作为第一预估电压；闭合所述第二开关并断开所述第一开关，采集所述第二绝缘电阻的电压作为第二电压；根据包括当前的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻的预估阻值的第二估算模型，计算所述第二电压对应的预估电压作为第二预估电压；在所述第一预估电压与所述第一电压的偏差以及所述第二预估电压与所述第二电压的偏差未同时小于预设值时，调整所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻的预估阻值作为当前的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻的预估阻值，并重复执行上述步骤，直到所述第一预估电压与所述第一电压的偏差以及所述第二预估电压与所述第二电压的偏差同时小于预设值时停止，以当前的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻的预估阻值分别作为所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻的阻值。

进一步的，所述第一估算模型为以下公式：

其中，U_estp为所述第一预估电压，V_bat为所述电源的电压，C_p为所述第一电容的容量，R₁为第一分压电阻的阻值，R₂为所述第二分压电阻的阻值，R_p为当前的第一绝缘电阻的预估阻值，R_n为当前的第二绝缘电阻的预估阻值，t为重复采集所述第一电压或所述第二电压的间隔时间。

进一步的，所述第二估算模型为以下公式：

其中，U_estn为所述第二预估电压，V_bat为所述电源的电压，C_n为所述第二电容的容量，R₁为第一分压电阻的阻值，R₂为所述第二分压电阻的阻值，R_p为当前的第一绝缘电阻的预估阻值，R_n为当前的第二绝缘电阻的预估阻值，t为重复采集所述第一电压或所述第二电压的间隔时间。

进一步的，所述第一绝缘电阻或所述第二绝缘电阻的预估阻值通过以下公式调整：

R_est+1＝R_est+A×(R_est-R_mes)，其中，R_est+1为调整后的第一绝缘电阻R_p或第二绝缘电阻R_n的预估阻值，R_est为调整前的第一绝缘电阻R_p或第二绝缘电阻R_n的预估阻值，R_mes为调整前的第一绝缘电阻或第二绝缘电阻的检测值，A为误差收敛速度。

进一步的，所述基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法还包括：在所述第一开关和所述第二开关均断开时，检测所述第一绝缘电阻的电压和所述第二绝缘电阻的电压；在所述第一绝缘电阻的电压小于等于所述第二绝缘电阻的电压时，确定所述第一开关和所述第二开关的开闭顺序为先闭合所述第一开关，后闭合所述第二开关；在所述第一绝缘电阻的电压大于所述第二绝缘电阻的电压时，确定所述第一开关和所述第二开关的开闭顺序为先闭合所述第二开关，后闭合所述第一开关。

相对于现有技术，本发明所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法具有以下优势：

本发明所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法，通过将估算模型计算得到的预估电压值与检测电压值进行比较，并逐步修正带入估算模型的绝缘电阻值的预估值，得出绝缘电阻的准确值，从而大大缩短绝缘检测时间。

本发明的另一目的在于提出一种基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测装置，以得出绝缘电阻的准确值，并大大缩短检测时间。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测装置，所述全桥绝缘检测电路包括连接在电源正极和地之间的第一绝缘电阻、连接在所述电源负极和地之间的第二绝缘电阻、与所述第一绝缘电阻并联的第一电容、与所述第二绝缘电阻并联的第二电容、串联后与所述第一电容并联的第一分压电阻和第二分压电阻、串联后与所述第二电容并联的第三分压电阻和第四分压电阻、连接在所述第一电容和所述第一分压电阻之间的第一开关以及连接在所述第二电容和所述第二分压电阻之间的第二开关，所述基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测装置包括：控制单元、采集单元以及处理单元，其中，所述控制单元用于闭合所述第一开关并断开所述第二开关，所述采集单元用于采集所述第一绝缘电阻的电压作为第一电压；所述处理单元用于根据包括当前的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻的预估阻值的第一估算模型，计算所述第一电压对应的预估电压作为第一预估电压；所述控制单元还用于闭合所述第二开关并断开所述第一开关，所述采集单元用于采集所述第二绝缘电阻的电压作为第二电压；所述处理单元还用于根据包括当前的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻的预估阻值的第二估算模型，计算所述第二电压对应的预估电压作为第二预估电压；所述处理单元还用于在所述第一预估电压与所述第一电压的偏差以及所述第二预估电压与所述第二电压的偏差未同时小于预设值时，调整所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻的预估阻值作为当前的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻的预估阻值，并使所述控制单元、所述采集单元和所述处理单元重复执行上述操作，直到所述第一预估电压与所述第一电压的偏差以及所述第二预估电压与所述第二电压的偏差同时小于预设值时停止，以当前的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻的预估阻值分别作为所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻的阻值。

进一步的，所述第一估算模型为以下公式：

其中，U_estp为所述第一预估电压，V_bat为所述电源的电压，C_p为所述第一电容的容量，R₁为第一分压电阻的阻值，R₂为所述第二分压电阻的阻值，R_p为当前的第一绝缘电阻的预估阻值，R_n为当前的第二绝缘电阻的预估阻值，t为重复采集所述第一电压或所述第二电压的间隔时间。

进一步的，所述第二估算模型为以下公式：

其中，U_estn为所述第二预估电压，V_bat为所述电源的电压，C_n为所述第二电容的容量，R₁为第一分压电阻的阻值，R₂为所述第二分压电阻的阻值，R_p为当前的第一绝缘电阻的预估阻值，R_n为当前的第二绝缘电阻的预估阻值，t为重复采集所述第一电压或所述第二电压的间隔时间。

进一步的，所述第一绝缘电阻或所述第二绝缘电阻的预估阻值通过以下公式调整：

R_est+1＝R_est+A×(R_est-R_mes)，其中，R_est+1为调整后的第一绝缘电阻R_p

或第二绝缘电阻R_n的预估阻值，R_est为调整前的第一绝缘电阻R_p或第二绝缘电阻R_n的预估阻值，R_mes为调整前的第一绝缘电阻或第二绝缘电阻的检测值，A为误差收敛速度。

进一步的，所述处理单元还用于：在所述第一开关和所述第二开关均断开时，检测所述第一绝缘电阻的电压和所述第二绝缘电阻的电压；在所述第一绝缘电阻的电压小于等于所述第二绝缘电阻的电压时，确定所述第一开关和所述第二开关的开闭顺序为先闭合所述第一开关，后闭合所述第二开关；在所述第一绝缘电阻的电压大于所述第二绝缘电阻的电压时，确定所述第一开关和所述第二开关的开闭顺序为先闭合所述第二开关，后闭合所述第一开关。

所述基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测装置与上述基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻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1A-1B是全桥绝缘检测电路的示意图；

图2是本发明一实施例提供的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法的流程图；

图3是本发明另一实施例提供的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法的流程图；

图4是本发明一实施例提供的确定开关的开闭顺序的方法的流程图；

图5是本发明一实施例提供的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法的整体流程图；

图6是本发明一实施例提供的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测装置的结构示意图。

附图标记说明

1 控制单元 2 处理单元

3 采集单元

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

如图1A-1B所示，为便于说明，本发明将图1A-1B中各部件进行如下定义：

全桥绝缘检测电路包括连接在电源正极和地之间的第一绝缘电阻R_p、连接在所述电源负极和地之间的第二绝缘电阻、与所述第一绝缘电阻R_p并联的第一电容C_p、与所述第二绝缘电阻R_n并联的第二电容C_n、串联后与所述第一电容C_p并联的第一分压电阻R₁和第二分压电阻R₂、串联后与所述第二电容C_n并联的第三分压电阻R₃和第四分压电阻R₄、连接在所述第一电容C_p和所述第一分压电阻R₁之间的第一开关SW_p以及连接在所述第二电容C_n和所述第二分压电阻R₂之间的第二开关SW_n，其中，第一分压电阻R₁的阻值等于第四分压电阻R₄的阻值，第二分压电阻R₂的阻值等于第三分压电阻R₃的阻值，第一电容C_p的容量等于第二电容C_n的容量。另外，在下文的公式中，各部件的值以各部件的表示符号替代，例如C_n为第二电容C_n的容量，R₁为第一分压电阻R₁的阻值。

图2是本发明一实施例提供的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法的流程图。如图2所示，基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法包括：

步骤S21，闭合所述第一开关SW_p并断开所述第二开关SW_n，采集所述第一绝缘电阻R_p的电压作为第一电压；

步骤S22，根据包括当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值的第一估算模型，计算所述第一电压对应的预估电压作为第一预估电压；

步骤S23，闭合所述第二开关SW_n并断开所述第一开关SW_p，采集所述第二绝缘电阻R_n的电压作为第二电压；

步骤S24，根据包括当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值的第二估算模型，计算所述第二电压对应的预估电压作为第二预估电压；

步骤S25，在所述第一预估电压与所述第一电压的偏差以及所述第二预估电压与所述第二电压的偏差未同时小于预设值时，调整所述第一绝缘电阻R_p和所述第二绝缘电阻R_n的预估阻值作为当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值，并重复执行上述步骤，直到所述第一预估电压与所述第一电压的偏差以及所述第二预估电压与所述第二电压的偏差同时小于预设值时停止，以当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值分别作为所述第一绝缘电阻R_p和所述第二绝缘电阻R_n的阻值。

本发明实施例主要在于对绝缘电阻预估算法的建立。本发明实施例无需等待电容充放电进入或接近稳定状态时再进行测量和计算，而是在开关SW_p或SW_n闭合后即开始采样，采用等步长采样并计算得到测量电压，通过与给定值计算出的模型算法预估值进行比较，根据差值大小更改预估值求出被检测的绝缘电阻值。具体方法如下详述：

图3是本发明另一实施例提供的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法的流程图。如图3所示，基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法包括：

步骤S31，闭合所述第一开关SW_p并断开所述第二开关SW_n，采集所述第一绝缘电阻R_p的电压作为第一电压；

步骤S32，根据包括当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值的第一估算模型，计算所述第一电压对应的预估电压作为第一预估电压；

步骤S33，闭合所述第二开关SW_n并断开所述第一开关SW_p，采集所述第二绝缘电阻R_n的电压作为第二电压；

步骤S34，根据包括当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值的第二估算模型，计算所述第二电压对应的预估电压作为第二预估电压；

步骤S35，判断所述第一预估电压与所述第一电压的偏差以及所述第二预估电压与所述第二电压的偏差是否同时小于预设值；

步骤S36，在所述第一预估电压与所述第一电压的偏差以及所述第二预估电压与所述第二电压的偏差未同时小于预设值时，调整所述第一绝缘电阻R_p和所述第二绝缘电阻R_n的预估阻值作为当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值；

步骤S37，在所述第一预估电压与所述第一电压的偏差以及所述第二预估电压与所述第二电压的偏差同时小于预设值时停止，以当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值分别作为所述第一绝缘电阻R_p和所述第二绝缘电阻R_n的阻值。

具体地，首先，如图1A所示，闭合第一开关SW_p并断开第二开关SW_n，采集第一绝缘电阻R_p的电压作为第一电压，控制开关闭合以及采集电压的操作都可以由电池管理系统执行，并设定重复采集所述第一电压或所述第二电压的间隔时间。

接着，可以直接使用电动汽车上次下电时采集的第一绝缘电阻R_p的电压值作为第一预估电压，也可以通过以下公式的第一估算模型，计算第一电压对应的预估电压作为第一预估电压：

其中，U_estp为所述第一预估电压，V_bat为所述电源的电压，C_p为所述第一电容C_p的容量，R₁为第一分压电阻R₁的阻值，R₂为所述第二分压电阻R₂的阻值，R_p为当前的第一绝缘电阻R_p的预估阻值，R_n为当前的第二绝缘电阻R_n的预估阻值，t为重复采集所述第一电压或所述第二电压的间隔时间。

然后，如图1B所示，闭合第二开关SW_n并断开第一开关SW_p，采集第二绝缘电阻R_n的电压作为第二电压。

接着，可以直接使用电动汽车上次下电时采集的第二绝缘电阻R_n的电压值作为第二预估电压，也可以通过以下公式的第二估算模型，计算第二电压对应的预估电压作为第二预估电压：

其中，U_estn为所述第二预估电压，V_bat为所述电源的电压，C_n为所述第二电容C_n的容量，R₁为第一分压电阻R₁的阻值(等于第四分压电阻R₄的阻值)，R₂为所述第二分压电阻R₂的阻值(等于第三分压电阻R₃的阻值)，R_p为当前的第一绝缘电阻R_p的预估阻值，R_n为当前的第二绝缘电阻R_n的预估阻值，t为重复采集所述第一电压或所述第二电压的间隔时间。

接着，判断第一预估电压与第一电压的偏差以及第二预估电压与第二电压的偏差是否同时小于预设值，如果第一预估电压与第一电压的偏差以及第二预估电压与第二电压的偏差未同时小于预设值，则通过以下公式调整第一绝缘电阻R_p的预估阻值和当前的第二绝缘电阻R_n的预估阻值：

R_est+1＝R_est+A×(R_est-R_mes)，其中，R_est+1为调整后的第一绝缘电阻R_p或第二绝缘电阻R_n的预估阻值，R_est为调整前的第一绝缘电阻R_p或第二绝缘电阻R_n的预估阻值，R_mes为调整前的第一绝缘电阻或第二绝缘电阻的检测值，A为误差收敛速度。

其中，误差收敛速度A的大小随着重复计算次数的增加而相应减小，调整前的第一绝缘电阻或第二绝缘电阻的检测值R_mes可以通过：将调整前采集的第一绝缘电阻两端的电压带入式(1)中的U_estp，将调整前采集的第二绝缘电阻两端的电压带入式(2)中的U_estn，求得R_p和R_n的值，从而将求得的R_p作为调整前的第一绝缘电阻的检测值，将求得的R_n作为调整前的第二绝缘电阻的检测值。

在得到调整后的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值后，作为当前的第一绝缘电阻R_p的预估阻值和当前的第二绝缘电阻R_n的预估阻值带入第一估算模型的式(1)和第二估算模型的式(2)中，以再得到第一预估电压和第二预估电压，并间隔预设时间t重新采集第一电压和第二电压，以便重新进行第一电压与第一预估电压以及第二电压与第二预估电压的比较，如果第一预估电压与第一电压的偏差以及第二预估电压与第二电压的偏差仍然未同时小于预设值，则继续通过上述方法预估电压并间隔预设时间t重新采集电压，直到第一预估电压与第一电压的偏差以及第二预估电压与第二电压的偏差同时小于预设值为止。此时，本次计算第一预估电压和第二预估电压时带入式(1)和式(2)中的当前的第一绝缘电阻R_p的预估阻值和当前的第二绝缘电阻R_n的预估阻值即为要检测的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的阻值。

本发明实施例利用动力电池的绝缘故障造成其电阻值减小影响到电阻两边电压的变化的原理来计算绝缘电阻值。在预估电阻值时主要根据RLS(递推最小二乘法)来确定数学模型。本发明实施例主要是利用电池管理系统采集到正、负绝缘电阻两边电压变化并做出比较来控制开关动作，然后内部检测电路通过分压电阻检测出对应的输出电压，与此同时电源管理系统通过预估方程和给定值计算出电压估算值，输出电压与估算电压进行比较运算，差值小则向电池管理系统发信息，差值大就重新给预估方程赋值，依次循环，直到其差值小于设定范围，就可以确定绝缘电阻值的大小，最终来决定是否快速切断电池包电源。

以上实施例虽然先闭合第一开关SW_p，再闭合第二开关SW_n，但是可以理解的是，也可以先闭合第二开关SW_n，再闭合第一开关SW_p，本发明并不对此进行限定。另外，本发明还提供一种确定开关的开闭顺序的方法，具体如下：

图4是本发明一实施例提供的确定开关的开闭顺序的方法的流程图。如图4所示，该方法包括：

步骤S41，在所述第一开关SW_p和所述第二开关SW_n均断开时，检测所述第一绝缘电阻R_p的电压和所述第二绝缘电阻R_n的电压；

步骤S42，判断所述第一绝缘电阻R_p的电压是否小于等于所述第二绝缘电阻R_n的电压；

步骤S43，在所述第一绝缘电阻R_p的电压小于等于所述第二绝缘电阻R_n的电压时，确定所述第一开关SW_p和所述第二开关SW_n的开闭顺序为先闭合所述第一开关SW_p，后闭合所述第二开关SW_n；

步骤S44，在所述第一绝缘电阻R_p的电压大于所述第二绝缘电阻R_n的电压时，确定所述第一开关SW_p和所述第二开关SW_n的开闭顺序为先闭合所述第二开关SW_n，后闭合所述第一开关SW_p。

本发明实施例是判断第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的大小，以决定先闭合哪个开关，主要想要实现的是先检测较小的绝缘电阻，再检测较大的绝缘电阻，这样更具有安全性。

图5是本发明一实施例提供的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法的整体流程图。如图5所示，

步骤1、初始状态：SW_p、SW_n均断开，此时电路没有工作；

步骤2、电池包上电，电池管理系统检测U_p和U_n的值；

步骤3、若U_p<＝U_n，SW_p闭合，SW_n断开。以SW_p闭合时刻为0时刻，采集电阻R_p两端的电压值U_outp1，与此同时电池管理系统通过预估模型算法计算出对应的模型估计值U_estp1，估计值计算公式为：

其中K为预估系数，对于该电路是固定值，公式为

b为R_n和R_p的并联值，公式为

电容C_p和C_n相等，C＝C_p＝C_n，R_cir为R₁和R₂的串联值，公式为R_cir＝R₁+R₂。

步骤4、在步骤3采集到电阻R_p两端电压后，SW_n闭合，SW_p断开。硬件检测电路检测对应步数的U_outn1，并估计对应的U_estn1，估计值计算公式为：

其中K为预估系数，对于该电路是固定值，公式为

b为R_n和R_p的并联值，公式为

电容C_p和C_n相等，C＝C_p＝C_n，R_cir为R₁和R₂的串联值，公式为R_cir＝R₁+R₂。

步骤5、第一次的预估值计算选用上次车辆下电时的测量值，把步骤3和4预估值与测量值进行比较，若偏差有一者大于规定值，则根据偏差大小和正负选取下一个电阻值，然后得到新的估计值U_estp2和U_estn2并采集电阻R_p两端的新的电压值U_outp2和U_outn2，依次循环上述步骤，每次采集之间间隔规定步长，直到电压差都小于规定值，此时选取的电阻值即为电阻发生绝缘故障时的实际值。

步骤6、若U_n<U_p，计算出故障绝缘电阻的阻值的方法同步骤3、4和5，但先执行步骤4，在执行步骤3和步骤5。

本发明实施例还具有以下优势：

1、减少绝缘电阻值检测时间。由前面的检测原理可知，本本发明实施例在车辆上电时刻就可以开始绝缘电阻值的计算，不需要等待整车电容充放电结束才开始测量；绝缘电阻计算不依赖于电路的时间常数，只取决于采样间隔时间，如间隔时间为10ms，则最短30ms就可以计算出绝缘电阻值，若绝缘电阻无故障，一步就可以求出绝缘电阻值。这样就可以在整车电池包上电之前检测出绝缘电阻是否发生故障。

2、提高绝缘电阻计算精度。发生故障的绝缘电阻估算采用大于等于三步的迭代方式，通过代入更改后的绝缘电阻值和每步的计算权值来修正绝缘电阻的计算值，从而大大提高绝缘电阻的计算精度，这种方法与电路的时间常数也无关。

3、适用范围广。本技术方案论述基于典型平衡桥检测电路。对于工作原理类似、基于国标T18384.1-2001绝缘检测方法的其他检测电路，检测过程需要检测开关状态切换，同样会有整车电容充放电问题，同样可以应用本技术方案的绝缘电阻计算方法，解决传统等待方法计算周期长、精度降低问题。本技术方案既适合电路中电容有放电过程的计算，也适合电路中电容有充电过程的计算。

本发明实施例所述的绝缘电阻快速检测系统，针对电动汽车电池包的安全防护，可以将信号通过CAN总线传输给整车控制器，用整车控制器来处理和控制，针对单采样电路存在被损坏的风险，可以在不同位置设置双采样电路。

图6是本发明一实施例提供的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测装置的结构示意图。如图6所示，所述全桥绝缘检测电路包括连接在电源正极和地之间的第一绝缘电阻R_p、连接在所述电源负极和地之间的第二绝缘电阻R_n、与所述第一绝缘电阻R_p并联的第一电容C_p、与所述第二绝缘电阻R_n并联的第二电容C_n、串联后与所述第一电容C_p并联的第一分压电阻R₁和第二分压电阻R₂、串联后与所述第二电容C_n并联的第三分压电阻R₃和第四分压电阻R₄、连接在所述第一电容C_p和所述第一分压电阻R₁之间的第一开关SW_p以及连接在所述第二电容C_n和所述第二分压电阻R₂之间的第二开关SW_n，所述基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测装置包括：控制单元1、采集单元3以及处理单元2，其中，所述控制单元1用于闭合所述第一开关SW_p并断开所述第二开关SW_n，所述采集单元3用于采集所述第一绝缘电阻R_p的电压作为第一电压；所述处理单元2用于根据包括当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值的第一估算模型，计算所述第一电压对应的预估电压作为第一预估电压；所述控制单元1还用于闭合所述第二开关SW_n并断开所述第一开关SW_p，所述采集单元3用于采集所述第二绝缘电阻R_n的电压作为第二电压；所述处理单元2还用于根据包括当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值的第二估算模型，计算所述第二电压对应的预估电压作为第二预估电压；所述处理单元2还用于在所述第一预估电压与所述第一电压的偏差以及所述第二预估电压与所述第二电压的偏差未同时小于预设值时，调整所述第一绝缘电阻R_p和所述第二绝缘电阻R_n的预估阻值作为当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值，并使所述控制单元1、所述采集单元3和所述处理单元2重复执行上述操作，直到所述第一预估电压与所述第一电压的偏差以及所述第二预估电压与所述第二电压的偏差同时小于预设值时停止，以当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值分别作为所述第一绝缘电阻R_p和所述第二绝缘电阻R_n的阻值。

进一步的，所述第一估算模型为以下公式：

其中，U_estp为所述第一预估电压，V_bat为所述电源的电压，C_p为所述第一电容C_p的容量，R₁为第一分压电阻R₁的阻值，R₂为所述第二分压电阻R₂的阻值，R_p为当前的第一绝缘电阻R_p的预估阻值，R_n为当前的第二绝缘电阻R_n的预估阻值，t为重复采集所述第一电压或所述第二电压的间隔时间。

进一步的，所述第二估算模型为以下公式：

其中，U_estn为所述第二预估电压，V_bat为所述电源的电压，C_n为所述第二电容C_n的容量，R₁为第一分压电阻R₁的阻值，R₂为所述第二分压电阻R₂的阻值，R_p为当前的第一绝缘电阻R_p的预估阻值，R_n为当前的第二绝缘电阻R_n的预估阻值，t为重复采集所述第一电压或所述第二电压的间隔时间。

进一步的，所述第一绝缘电阻R_p或所述第二绝缘电阻R_n的预估阻值通过以下公式调整：

R_est+1＝R_est+A×(R_est-R_mes)，其中，R_est+1为调整后的第一绝缘电阻R_p或第二绝缘电阻R_n的预估阻值，R_est为调整前的第一绝缘电阻R_p或第二绝缘电阻R_n的预估阻值，R_mes为调整前的第一绝缘电阻或第二绝缘电阻的检测值，A为误差收敛速度。

进一步的，所述处理单元2还用于：在所述第一开关SW_p和所述第二开关SW_n均断开时，检测所述第一绝缘电阻R_p的电压和所述第二绝缘电阻R_n的电压；在所述第一绝缘电阻R_p的电压小于等于所述第二绝缘电阻R_n的电压时，确定所述第一开关SW_p和所述第二开关SW_n的开闭顺序为先闭合所述第一开关SW_p，后闭合所述第二开关SW_n；在所述第一绝缘电阻R_p的电压大于所述第二绝缘电阻R_n的电压时，确定所述第一开关SW_p和所述第二开关SW_n的开闭顺序为先闭合所述第二开关SW_n，后闭合所述第一开关SW_p。

上文所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测装置的实施例和上文所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法的实施例类似，在此不再赘述。

本发明所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法和装置，通过将估算模型计算得到的预估电压值与检测电压值进行比较，并逐步修正带入估算模型的绝缘电阻值的预估值，得出绝缘电阻的准确值，从而大大缩短绝缘检测时间。

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 (6)

1.一种基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法，所述全桥绝缘检测电路包括连接在电源正极和地之间的第一绝缘电阻R_p、连接在所述电源负极和地之间的第二绝缘电阻R_n、与所述第一绝缘电阻R_p并联的第一电容C_p、与所述第二绝缘电阻R_n并联的第二电容C_n、串联后与所述第一电容C_p并联的第一分压电阻R₁和第二分压电阻R₂、串联后与所述第二电容C_n并联的第三分压电阻和第四分压电阻R₄、连接在所述第一电容C_p和所述第一分压电阻R₁之间的第一开关SW_p以及连接在所述第二电容C_n和所述第二分压电阻R₂之间的第二开关SW_n，其特征在于，所述基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法包括：

闭合所述第一开关SW_p并断开所述第二开关SW_n，采集所述第一绝缘电阻R_p的电压作为第一电压；

根据包括当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值的第一估算模型，计算所述第一电压对应的预估电压作为第一预估电压，所述第一估算模型为以下公式：

其中，U_estp为所述第一预估电压，V_bat为所述电源的电压，C_p为所述第一电容C_p的容量，R₁为第一分压电阻R₁的阻值，R₂为所述第二分压电阻R₂的阻值，R_p为当前的第一绝缘电阻R_p的预估阻值，R_n为当前的第二绝缘电阻R_n的预估阻值，t为重复采集所述第一电压或所述第二电压的间隔时间；

闭合所述第二开关SW_n并断开所述第一开关SW_p，采集所述第二绝缘电阻R_n的电压作为第二电压；

根据包括当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值的第二估算模型，计算所述第二电压对应的预估电压作为第二预估电压，所述第二估算模型为以下公式：

其中，U_estn为所述第二预估电压，V_bat为所述电源的电压，C_n为所述第二电容C_n的容量，R₁为第一分压电阻R₁的阻值，R₂为所述第二分压电阻R₂的阻值，R_p为当前的第一绝缘电阻R_p的预估阻值，R_n为当前的第二绝缘电阻R_n的预估阻值，t为重复采集所述第一电压或所述第二电压的间隔时间；

在所述第一预估电压与所述第一电压的偏差以及所述第二预估电压与所述第二电压的偏差未同时小于预设值时，调整所述第一绝缘电阻R_p和所述第二绝缘电阻R_n的预估阻值作为当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值，并重复执行上述步骤，直到所述第一预估电压与所述第一电压的偏差以及所述第二预估电压与所述第二电压的偏差同时小于预设值时停止，以当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值分别作为所述第一绝缘电阻R_p和所述第二绝缘电阻R_n的阻值。

2.根据权利要求1所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法，其特征在于，所述第一绝缘电阻R_p或所述第二绝缘电阻R_n的预估阻值通过以下公式调整：

R_est+1＝R_est+A×(R_est-R_mes)，其中，R_est+1为调整后的第一绝缘电阻R_p或第二绝缘电阻R_n的预估阻值，R_est为调整前的第一绝缘电阻R_p或第二绝缘电阻R_n的预估阻值，R_mes为调整前的第一绝缘电阻或第二绝缘电阻的检测值，A为误差收敛速度。

3.根据权利要求1所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法，其特征在于，所述基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测方法还包括：

在所述第一开关SW_p和所述第二开关SW_n均断开时，检测所述第一绝缘电阻R_p的电压和所述第二绝缘电阻R_n的电压；

在所述第一绝缘电阻R_p的电压小于等于所述第二绝缘电阻R_n的电压时，确定所述第一开关SW_p和所述第二开关SW_n的开闭顺序为先闭合所述第一开关SW_p，后闭合所述第二开关SW_n；

在所述第一绝缘电阻R_p的电压大于所述第二绝缘电阻R_n的电压时，确定所述第一开关SW_p和所述第二开关SW_n的开闭顺序为先闭合所述第二开关SW_n，后闭合所述第一开关SW_p。

4.一种基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测装置，所述全桥绝缘检测电路包括连接在电源正极和地之间的第一绝缘电阻R_p、连接在所述电源负极和地之间的第二绝缘电阻R_n、与所述第一绝缘电阻R_p并联的第一电容C_p、与所述第二绝缘电阻R_n并联的第二电容C_n、串联后与所述第一电容C_p并联的第一分压电阻R₁和第二分压电阻R₂、串联后与所述第二电容C_n并联的第三分压电阻和第四分压电阻R₄、连接在所述第一电容C_p和所述第一分压电阻R₁之间的第一开关SW_p以及连接在所述第二电容C_n和所述第二分压电阻R₂之间的第二开关SW_n，其特征在于，所述基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测装置包括：

控制单元、采集单元以及处理单元，其中，

所述控制单元用于闭合所述第一开关SW_p并断开所述第二开关SW_n，所述采集单元用于采集所述第一绝缘电阻R_p的电压作为第一电压；

所述处理单元用于根据包括当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值的第一估算模型，计算所述第一电压对应的预估电压作为第一预估电压，所述第一估算模型为以下公式：

其中，U_estp为所述第一预估电压，V_bat为所述电源的电压，C_p为所述第一电容C_p的容量，R₁为第一分压电阻R₁的阻值，R₂为所述第二分压电阻R₂的阻值，R_p为当前的第一绝缘电阻R_p的预估阻值，R_n为当前的第二绝缘电阻R_n的预估阻值，t为重复采集所述第一电压或所述第二电压的间隔时间；

所述控制单元还用于闭合所述第二开关SW_n并断开所述第一开关SW_p，所述采集单元用于采集所述第二绝缘电阻R_n的电压作为第二电压；

所述处理单元还用于根据包括当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值的第二估算模型，计算所述第二电压对应的预估电压作为第二预估电压，所述第二估算模型为以下公式：

其中，U_estn为所述第二预估电压，V_bat为所述电源的电压，C_n为所述第二电容C_n的容量，R₁为第一分压电阻R₁的阻值，R₂为所述第二分压电阻R₂的阻值，R_p为当前的第一绝缘电阻R_p的预估阻值，R_n为当前的第二绝缘电阻R_n的预估阻值，t为重复采集所述第一电压或所述第二电压的间隔时间；

所述处理单元还用于在所述第一预估电压与所述第一电压的偏差以及所述第二预估电压与所述第二电压的偏差未同时小于预设值时，调整所述第一绝缘电阻R_p和所述第二绝缘电阻R_n的预估阻值作为当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值，并使所述控制单元、所述采集单元和所述处理单元重复执行上述操作，直到所述第一预估电压与所述第一电压的偏差以及所述第二预估电压与所述第二电压的偏差同时小于预设值时停止，以当前的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n的预估阻值分别作为所述第一绝缘电阻R_p和所述第二绝缘电阻R_n的阻值。

5.根据权利要求4所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测装置，其特征在于，所述第一绝缘电阻R_p或所述第二绝缘电阻R_n的预估阻值通过以下公式调整：

R_est+1＝R_est+A×(R_est-R_mes)，其中，R_est+1为调整后的第一绝缘电阻R_p或第二绝缘电阻R_n的预估阻值，R_est为调整前的第一绝缘电阻R_p或第二绝缘电阻R_n的预估阻值，R_mes为调整前的第一绝缘电阻或第二绝缘电阻的检测值，A为误差收敛速度。

6.根据权利要求4所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘电阻检测装置，其特征在于，所述处理单元还用于：

在所述第一开关SW_p和所述第二开关SW_n均断开时，检测所述第一绝缘电阻R_p的电压和所述第二绝缘电阻R_n的电压；

在所述第一绝缘电阻R_p的电压小于等于所述第二绝缘电阻R_n的电压时，确定所述第一开关SW_p和所述第二开关SW_n的开闭顺序为先闭合所述第一开关SW_p，后闭合所述第二开关SW_n；

在所述第一绝缘电阻R_p的电压大于所述第二绝缘电阻R_n的电压时，确定所述第一开关SW_p和所述第二开关SW_n的开闭顺序为先闭合所述第二开关SW_n，后闭合所述第一开关SW_p。

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