CN109752665A - 一种电池包绝缘检测电路和检测方法 - Google Patents

一种电池包绝缘检测电路和检测方法 Download PDF

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董旭峰
熊祥
文青武
刘鑫
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Abstract

本申请公开了一种电池包绝缘检测电路和检测方法，该电路包括：连接在电池包负极与电底盘之间的可调电阻模块；控制单元，用于获取所述可调电阻模块在两个不同阻值下的电压值，再根据基尔霍夫电压定律列出所述可调电阻模块的阻值改变前后，所述可调电阻模块的当前阻值、所述可调电阻模块在当前阻值下的电压值、电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs以及电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us之间的对应关系等式，组成二元一次方程组，求解得到Rs和Us；根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置。本申请实现了精确定位电池包内部绝缘薄弱点并获知绝缘薄弱点相对电底盘的阻值。

Description

一种电池包绝缘检测电路和检测方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种电池包绝缘检测电路和检测方法。
背景技术
电池包由多个电池组合封装而成，用于提供更高的电压和容量，例如一个电动汽车的电池包使用多个电池通过串并联提供几百伏的电压和几十安时的容量。
由图1示出的某电动汽车的电池包绝缘电阻模型可知，电池间的每个串联接点与电底盘(参考地)之间都存在绝缘电阻，理想情况下所有绝缘电阻的阻值都接近无穷大，而绝缘老化或机械损伤等原因可能导致个别绝缘电阻的阻值大幅下降(绝缘电阻阻值过小的串联接点就是绝缘薄弱点)，威胁人车安全。因此，有必要在线监测电池包绝缘状况，精确定位电池包内部绝缘薄弱点，为维修人员的后续工作打好基础。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电池包绝缘检测电路和检测方法，以精确定位电池包内部绝缘薄弱点并获知绝缘薄弱点相对电底盘的阻值。
一种电池包绝缘检测电路，包括：
连接在电池包负极与电底盘之间的可调电阻模块；
控制单元，用于获取所述可调电阻模块在两个不同阻值下的电压值，再根据基尔霍夫电压定律列出所述可调电阻模块的阻值改变前后，所述可调电阻模块的当前阻值、所述可调电阻模块在当前阻值下的电压值、电池包绝缘薄弱点相对电底盘(参考地)的阻值Rs以及电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us之间的对应关系等式，组成二元一次方程组，求解得到Rs和Us；再根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置。
一种电池包绝缘检测电路，包括：
连接在电池包正极与电底盘之间的可调电阻模块；
控制单元，用于获取所述可调电阻模块在两个不同阻值下的电压值，再根据基尔霍夫电压定律列出所述可调电阻模块的阻值改变前后，所述可调电阻模块的当前阻值、所述可调电阻模块在当前阻值下的电压值、电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs以及电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us之间的对应关系等式，组成二元一次方程组，求解得到Rs和Us；再根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置。
可选的，所述可调电阻模块包括第一测量电阻、第二测量电阻和第一开关，其中，所述第二测量电阻与所述第一开关串联后再与所述第一测量电阻并联。
可选的，所述可调电阻模块包括第三测量电阻、第四测量电阻和第二开关，其中，所述第四测量电阻与所述第二开关并联后再与所述第三测量电阻串联。
可选的，所述控制单元用于通过向所述可调电阻模块发控制指令，来控制所述可调电阻模块调节自身阻值。
可选的，所述控制单元还用于在判断得到Rs低于预设值时，发出报警信号。
一种电池包绝缘检测方法，包括：
获取可调电阻模块在两个不同阻值下的电压值；其中，所述取可调电阻模块连接在电池包负极与电底盘之间；
根据基尔霍夫电压定律列出所述可调电阻模块的阻值改变前后，所述可调电阻模块的当前阻值、所述可调电阻模块在当前阻值下的电压值、电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs以及电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us之间的对应关系等式，组成二元一次方程组；
求解所述二元一次方程组，得到Rs和Us；再根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置。
一种电池包绝缘检测方法，包括：
获取可调电阻模块在两个不同阻值下的电压值；其中，所述可调电阻模块连接在电池包正极与电底盘之间；
根据基尔霍夫电压定律列出所述可调电阻模块的阻值改变前后，所述可调电阻模块的当前阻值、所述可调电阻模块在当前阻值下的电压值、电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs以及电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us之间的对应关系等式，组成二元一次方程组；
求解所述二元一次方程组，得到Rs和Us；再根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置。
可选的，所述获取可调电阻模块在两个不同阻值下的电压值之前，还包括：向所述可调电阻模块发控制指令，以控制所述可调电阻模块调节自身阻值。
可选的，所述求解所述二元一次方程组，得到Rs和Us之后，还包括：判断Rs是否低于预设值，若是，发出报警信号。
从上述的技术方案可以看出，本发明在电池包任一极(负极或正极)与电底盘之间接入可调电阻模块，通过改变该可调电阻模块的阻值来改变回路电流，测量该可调电阻模块阻值改变前后的电压值，再基于基尔霍夫电压定律列二元一次方程组，从而求解得到电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs和电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us，最后根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置，这样本发明就实现了精确定位绝缘薄弱点并获知绝缘薄弱点相对电底盘的阻值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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他的附图。
图1为现有技术公开的一种电池包内绝缘电阻分布示意图；
图2为本发明实施例公开的一种电池包绝缘检测电路结构示意图；
图3为应用于图2中的一种可调电阻模块结构示意图；
图4为应用于图2中的又一种可调电阻模块结构示意图；
图5为本发明实施例公开的又一种电池包绝缘检测电路结构示意图；
图6为本发明实施例公开的一种电池包绝缘检测方法流程图；
图7为本发明实施例公开的又一种电池包绝缘检测方法流程图。
具体实施方式
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。
参见图2，本发明实施例公开了一种电池包绝缘检测电路，包括：
连接在电池包负极与电底盘(参考地)之间的可调电阻模块100；
以及控制单元(图中未示出)；
其中，所述控制单元用于获取可调电阻模块100在两个不同阻值下的电压值，再根据基尔霍夫电压定律列出可调电阻模块100的阻值改变前后，可调电阻模块100的当前阻值、可调电阻模块100在当前阻值下的电压值、电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs以及电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us之间的对应关系等式，组成二元一次方程组，求解得到Rs和Us；再根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置。
下面结合图1和图2，对图2所示实施例的工作原理进行详述。
如图1所示，电池包由多个电池组合封装而成，电池间的每个串联接点与电底盘之间都存在绝缘电阻，理想情况下所有绝缘电阻的阻值都接近无穷大；为便于描述，图1中将相串联的n(n≥2)串电池依次定义为电池E1～En，每串电池可以是一个单体电池也可以是多个单体电池的并联组合体，电池Ei(i＝1、2、…、n-1)的正极接电池Ei+1的负极，电池Ei负极相对电底盘的绝缘电阻为Ri，电池En负极相对电底盘的绝缘电阻为Rn，电池En正极相对电底盘的绝缘电阻为Ri+1。而绝缘老化或机械损伤等原因可能导致R1至Rn+1中任意一个绝缘电阻的阻值大幅下降，假设Rs(1≤s≤n+1)为绝缘薄弱点的电阻，则Rs上会流过很大的泄漏电流。
而图2所示实施例在电池包负极(即E1负极)与电底盘之间接入可调电阻模块100，通过改变可调电阻模块100的阻值来改变可调电阻模块100上流过的电流，并测量可调电阻模块100在阻值改变前后的电压；
假设可调电阻模块100的初始阻值大小为第一阻值a，a为已知值，通过测量得到可调电阻模块100在第一阻值a下对应的电压值Um，则根据基尔霍夫电压定律可得：
接下来，将可调电阻模块100的阻值大小调节为第二阻值b，b为已知值，通过测量得到可调电阻模块100在第二阻值b下对应的电压值U'm，则根据基尔霍夫电压定律可得：
联立以上两式可得：
根据电池包内每串电池的电压以及Us的值即可确定Rs的位置，比如说Us＝E1+E2，则Rs为R3，也就是说电池E2与电池E3间的串联接点即为绝缘薄弱点。从而，能够精确定位绝缘薄弱点并获知绝缘薄弱点相对电底盘的阻值。
可选的，可调电阻模块100包括第一测量电阻Rm、第二测量电阻R'm和第一开关K1，其中，第二测量电阻R'm与第一开关K1串联后再与第一测量电阻Rm并联，如图3所示。Rm、R'm均为已知阻值的标准测量电阻，通过控制K1的通断，即可改变可调电阻模块100的阻值。
或者，可调电阻模块100包括第三测量电阻Rk、第四测量电阻R'k和第二开关K2，其中，第四测量电阻R'k与第二开关K2并联后再与第三测量电阻Rk串联，如图4所示。Rk、R'k均为已知阻值的标准测量电阻，通过控制K2的通断，即可改变可调电阻模块100的阻值。
当然，可调电阻模块100也可采用其他类型的电路拓扑结构，并不局限于图3和图4。
由以上描述可知，图2所示实施例在电池包负极与电底盘之间接入可调电阻模块100，通过改变可调电阻模块100的阻值来改变回路电流，测量可调电阻模块100阻值改变前后的电压值，再基于基尔霍夫电压定律列二元一次方程组，从而求解得到电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs和电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us，最后根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置，这样就实现了精确定位绝缘薄弱点并获知绝缘薄弱点相对电底盘的阻值。
参见图5，本发明实施例公开了又一种电池包绝缘检测电路，包括：
连接在电池包正极与电底盘(参考地)之间的可调电阻模块200；
以及控制单元(图中未示出)；
所述控制单元用于获取可调电阻模块200在两个不同阻值下的电压值，再根据基尔霍夫电压定律列出可调电阻模块200的阻值改变前后，可调电阻模块200的当前阻值、可调电阻模块200在当前阻值下的电压值、电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs以及电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us之间的对应关系等式，组成二元一次方程组，求解得到Rs和Us；根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置。
下面结合图1和图5，对图5所示实施例的工作原理进行详述。
如图1所示，电池包由多个电池组合封装而成，所述电池可以是单体电池，也可以是若干个单体电池的串联、并联或混联组合体；电池间的每个串联接点与电底盘之间都存在绝缘电阻，理想情况下所有绝缘电阻的阻值都接近无穷大，；为便于描述，图1中将相串联的n(n≥2)串电池依次定义为电池E1～En，每串电池可以是一个单体电池也可以是多个单体电池的并联组合体，电池Ei(i＝1、2、…、n-1)的正极接电池Ei+1的负极，电池Ei负极相对电底盘的绝缘电阻为Ri，电池En负极相对电底盘的绝缘电阻为Rn，电池En正极相对电底盘的绝缘电阻为Ri+1。而绝缘老化或机械损伤等原因可能导致R1至Rn+1中任意一个绝缘电阻的阻值大幅下降，假设Rs(1≤s≤n+1)为绝缘薄弱点的电阻，则Rs上会流过很大的泄漏电流。
而图5所示实施例在电池包正极(即En正极)与电底盘之间接入可调电阻模块200，通过改变可调电阻模块200的阻值来改变可调电阻模块200上流过的电流，并测量可调电阻模块200在阻值改变前后的电压；
假设可调电阻模块200的初始阻值大小为第一阻值a，a为已知值，通过测量得到可调电阻模块200在第一阻值a下对应的电压值为Uo，电池包总电压为Ur，则根据基尔霍夫电压定律可得：
接下来，将可调电阻模块200的阻值大小调节为第二阻值b，b为已知值，通过测量得到可调电阻模块200在第二阻值b下对应的电压值为U'o，则根据基尔霍夫电压定律可得：
联立以上两式可得：
根据电池包内每串电池的电压以及Us的值即可确定Rs的位置，比如说Us＝E1+E2，则Rs为R3，也就是说电池E2与电池E3间的串联接点即为绝缘薄弱点。从而，能够精确定位绝缘薄弱点并获知绝缘薄弱点相对电底盘的阻值。
由以上描述可知，图5所示实施例在电池包正极与电底盘之间接入可调电阻模块200，通过改变可调电阻模块200的阻值来改变回路电流，测量可调电阻模块200阻值改变前后的电压值，再基于基尔霍夫电压定律列二元一次方程组，从而求解得到电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs和电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us，最后根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置，这样就实现了精确定位绝缘薄弱点并获知绝缘薄弱点相对电底盘的阻值。
其中，图5所示实施例中的可调电阻模块200可采用与可调电阻模块100相同的电路拓扑结构。
可选的，在上述公开的任一实施例中，所述控制单元通过向可调电阻模块中的开关发控制指令，来控制可调电阻模块调节自身阻值。此时，可调电阻模块中的开关例如可以采用MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)或三极管等，并不局限。所述控制单元周期性地检测电池包绝缘状况，能够第一时间发现电池包是否出现绝缘薄弱。
可选的，在上述公开的任一实施例中，所述控制单元还用于在判断得到Rs低于预设值时，发出报警信号，以第一时间通知维修人员进行维修。所述预设值的大小根据实际需求而定。
与上述产品实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种电池包绝缘检测方法，如图6所示，包括：
步骤S01：获取可调电阻模块在两个不同阻值下的电压值；其中，所述取可调电阻模块连接在电池包负极与电底盘之间。
步骤S02：根据基尔霍夫电压定律列出所述可调电阻模块的阻值改变前后，所述可调电阻模块的当前阻值、所述可调电阻模块在当前阻值下的电压值、电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs以及电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us之间的对应关系等式，组成二元一次方程组。
步骤S03：求解所述二元一次方程组，得到Rs和Us；
步骤S04：根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置。
本发明实施例还公开了又一种电池包绝缘检测方法，如图7所示，包括：
步骤S11：获取可调电阻模块在两个不同阻值下的电压值；其中，所述可调电阻模块连接在电池包正极与电底盘之间。
步骤S12：根据基尔霍夫电压定律列出所述可调电阻模块的阻值改变前后，所述可调电阻模块的当前阻值、所述可调电阻模块在当前阻值下的电压值、电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs以及电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us之间的对应关系等式，组成二元一次方程组。
步骤S13：求解所述二元一次方程组，得到Rs和Us；
步骤S14：根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置。
可选的，在图6或图7所示实施例中，所述获取可调电阻模块在两个不同阻值下的电压值之前，还包括：向所述可调电阻模块发控制指令，以控制所述可调电阻模块调节自身阻值。
可选的，在上述公开的任一方法实施例中，所述求解所述二元一次方程组，得到Rs和Us之后，还包括：判断Rs是否低于预设值，若是，发出报警信号。
综上所述，本发明在电池包任一极(负极或正极)与电底盘之间接入可调电阻模块，通过改变该可调电阻模块的阻值来改变回路电流，测量该可调电阻模块阻值改变前后的电压值，再基于基尔霍夫电压定律列二元一次方程组，从而求解得到电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs和电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us，最后根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置，这样就实现了精确定位绝缘薄弱点并获知绝缘薄弱点相对电底盘的阻值。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的电池包绝缘检测方法而言，由于其与实施例公开的电池包绝缘检测电路相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见电路部分说明即可。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电池包绝缘检测电路，其特征在于，包括：
连接在电池包负极与电底盘之间的可调电阻模块；
控制单元，用于获取所述可调电阻模块在两个不同阻值下的电压值，再根据基尔霍夫电压定律列出所述可调电阻模块的阻值改变前后，所述可调电阻模块的当前阻值、所述可调电阻模块在当前阻值下的电压值、电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs以及电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us之间的对应关系等式，组成二元一次方程组，求解得到Rs和Us；根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置。
2.一种电池包绝缘检测电路，其特征在于，包括：
连接在电池包正极与电底盘之间的可调电阻模块；
控制单元，用于获取所述可调电阻模块在两个不同阻值下的电压值，再根据基尔霍夫电压定律列出所述可调电阻模块的阻值改变前后，所述可调电阻模块的当前阻值、所述可调电阻模块在当前阻值下的电压值、电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs以及电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us之间的对应关系等式，组成二元一次方程组，求解得到Rs和Us；根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置。
3.根据权利要求1或2所述的电池包绝缘检测电路，其特征在于，所述可调电阻模块包括第一测量电阻、第二测量电阻和第一开关，其中，所述第二测量电阻与所述第一开关串联后再与所述第一测量电阻并联。
4.根据权利要求1或2所述的电池包绝缘检测电路，其特征在于，所述可调电阻模块包括第三测量电阻、第四测量电阻和第二开关，其中，所述第四测量电阻与所述第二开关并联后再与所述第三测量电阻串联。
5.根据权利要求1或2所述的电池包绝缘检测电路，其特征在于，所述控制单元用于通过向所述可调电阻模块发控制指令，来控制所述可调电阻模块调节自身阻值。
6.根据权利要求1或2所述的电池包绝缘检测电路，其特征在于，所述控制单元还用于在判断得到Rs低于预设值时，发出报警信号。
7.一种电池包绝缘检测方法，其特征在于，包括：
获取可调电阻模块在两个不同阻值下的电压值；其中，所述取可调电阻模块连接在电池包负极与电底盘之间；
根据基尔霍夫电压定律列出所述可调电阻模块的阻值改变前后，所述可调电阻模块的当前阻值、所述可调电阻模块在当前阻值下的电压值、电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs以及电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us之间的对应关系等式，组成二元一次方程组；
求解所述二元一次方程组，得到Rs和Us；
根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置。
8.一种电池包绝缘检测方法，其特征在于，包括：
获取可调电阻模块在两个不同阻值下的电压值；其中，所述可调电阻模块连接在电池包正极与电底盘之间；
根据基尔霍夫电压定律列出所述可调电阻模块的阻值改变前后，所述可调电阻模块的当前阻值、所述可调电阻模块在当前阻值下的电压值、电池包绝缘薄弱点相对电底盘的阻值Rs以及电池包绝缘薄弱点相对电池包负极的电压值Us之间的对应关系等式，组成二元一次方程组；
求解所述二元一次方程组，得到Rs和Us；
根据电池包内每串电池的电压以及Us来确定电池包绝缘薄弱点的位置。
9.根据权利要求7或8所述的电池包绝缘检测电路，其特征在于，所述获取可调电阻模块在两个不同阻值下的电压值之前，还包括：向所述可调电阻模块发控制指令，以控制所述可调电阻模块调节自身阻值。
10.根据权利要求7或8所述的电池包绝缘检测电路，其特征在于，所述求解所述二元一次方程组，得到Rs和Us之后，还包括：判断Rs是否低于预设值，若是，发出报警信号。
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