CN109828219A - 一种电动汽车动力电池绝缘检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车动力电池绝缘检测电路，包括动力电池，动力电池的正极pack+经光耦继电器U1后输出电压信号V1分别至跟随电路的输入端、差分放大电路的输入端，动力电池的负极pack‑经光耦继电器U2后输出电压信号V2至差分放大电路的输入端；所述跟随电路输出电压信号Vin1、所述差分放大电路输出电压信号Vin2分别经过模数转换器后送入到数据处理单元中，所述数据处理单元根据电压信号Vin1、Vin2计算出正负极的绝缘电阻。本发明的优点在于：可以实时计算出高压系统的正极、负极对车身的绝缘阻值，如若某极漏电，则将绝缘报警状态上报给整车，用以提醒用户。

Description

一种电动汽车动力电池绝缘检测电路

技术领域

本发明涉及动力电池检测领域，特别涉及一种电动汽车动力电池绝缘检测电路。

背景技术

新能源汽车的动力源是高压电池组，电池组是高压系统，对于人身安全而言，绝缘程度的好坏至关重要，所以需要对高压系统的绝缘进行检测。现今的绝缘检测技术只能判断出高压系统绝缘状态是否漏电，而无法实时得到动力电池的正负极的绝缘电阻，也无法得到具体的绝缘故障的正负极位置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电动汽车动力电池绝缘检测电路，用于分别检测电池的正负极绝缘电阻，准确检测正负极的绝缘状态。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电动汽车动力电池绝缘检测电路，包括动力电池，动力电池的正极pack+依次经限流电阻、光耦继电器U1后输出电压信号V1分别至跟随电路的输入端、差分放大电路的输入端，动力电池的负极pack-依次经限流电阻、光耦继电器U2后输出电压信号V2至差分放大电路的输入端；所述跟随电路输出电压信号Vin1、所述差分放大电路输出电压信号Vin2分别经过模数转换器后送入到数据处理单元中，所述数据处理单元根据电压信号Vin1、Vin2计算出正负极的绝缘电阻。

所述跟随电路包括运算放大器U3A，电压信号V1依次经过滤波电路、电阻R9与运算放大器U3A的同相输入端连接，滤波电路包括电阻R8、电容C1、C2，电容C1一端连接在信号V1和电阻R9之间，另一端接地，电容C2、电阻R8分别并联在电容C1两端；运算放大器U3A的反相输入端与输出端连接，其输出端经电阻R11后输出电压信号Vin1。

所述差分放大电路包括运算放大器U3B，运算放大器U3B的同相输入端输入电压信号V1，反相输入端经电阻R10连接输出端，电阻R10两端分别并联电容C3、电容C4，运算放大器U3B的输出端经电阻R12后输出电压信号Vin2。

所述数据处理单元通过驱动电路控制光耦继电器的闭合和断开。

所述数据处理单元与整车控制器连接，用于上传动力电池的绝缘数据至整车控制器。

所述数据处理单元根据预设的计算公式分别计算出正极、负极的对地绝缘电阻阻值。

所述数据处理单元根据预设绝缘阻值与计算的正负极的对地绝缘电阻阻值来判断正极或负极的绝缘情况并上传至整车控制器。

所述数据处理单元运行预设的计算公式分别计算出绝缘电阻值，其计算公式包括电池负极对地绝缘电阻计算公式为：

电池正极对地绝缘电阻计算公式为：

其中Vin1、Vin2分别为经过模数转换器送入到数据处理单元中的电压数据；R1+R3为pack+与光耦继电器U1之间的限流电阻阻值；R2+R4为pack-与光耦继电器U2之间的限流电阻阻值；R8、R10为电路中的电阻阻值。

本发明的优点在于：可以实时计算出高压系统的正极、负极对车身的绝缘阻值，如若某极漏电，则将绝缘报警状态上报给整车，用以提醒用户。而且由于计算出正负极的绝缘电阻阻值，可以做到精确定位漏电为正极还是负极，对漏电位置更为精确，也可在漏电后给维修人员提醒，及时让维修人员了解漏电位置。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明绝缘检测电路原理图；

图2为本发明跟随电路及差分放大电路示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明通过检测电路后输出的电压信号由数据处理单元MCU按照电路推出的公式计算出正极、负极的绝缘电阻值，从而根据对地的绝缘电阻值判断漏电故障出现在正极还是负极或者正负极都存在漏电，根据正常的绝缘阻值设置绝缘阻值标准值，当对地绝缘电阻小于标准值说明此时对地绝缘出现故障，出现漏电，然后上传故障信息至整车控制器，由整车控制器发出报警以及通过车载显示屏进行显示。

如图1、2所示，一种电动汽车动力电池绝缘检测电路，包括动力电池，动力电池的正极pack+经相互串联的电阻R1、R3形成的限流电阻后输入到光耦继电器U1的输入端，光耦继电器U2的输出端输出电压信号V1，动力电池的负极pack-经电阻R2、R4串联形成的限流电阻后连接光耦继电器U2的输入端，光耦继电器U2的输出端输出电压信号V2，数据处理单元采用单片机等控制器实现数据处理及控制，数据处理单元MCU输出驱动信号ISO至三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，集电极分别连接光耦继电器的驱动输入端，用于驱动光耦的闭合工作。光耦继电器是光学耦合器件，通过发光二极管的光信号来控制继电器的闭合，光耦继电器的1号引脚为VCC端，二号引脚经Q1后极电，通过Q1的导通来控制继电器闭合。

如图2所示，光耦继电器U1的输出端输出电压信号V1，光耦继电器的输出端经滤波电路、电阻R9后连接运算放大器U3A的同相输入端，运算放大器的反相输入端连接运算放大器U3A的输出端，运算放大器的输出端经电阻R11后连接AD模数转换器后将Vin1信号送入到数据处理单元MCU中。在电阻R11和AD模数转换器之间引出端子经电容C5接地，起到滤波作用。同相输入端的输入信号前的滤波电路包括电容C1、C2以及电阻R8，电容C1的一端连接在光耦继电器U1的输出端和电阻R9之间，另一端接地；在电容C1两端分别并联电容C2以及电阻R8。

电压信号V1经滤波电路滤波后通过电阻R9送入奥U3A的同相输入端，同时直接送入到U3B的同相输入端。运算放大器的反相输入端输入光耦继电器U2输出的电压信号V2，运算放大器U3B的反相输入端通过电阻R10连接其输出端，电阻R10两端分别并联电容C3、C4.运放U3B输出信号Vin2经电阻R12后分别连接AD模数转换器的输入端，以及电容C6的一端，电容C6的另一端接地。

AD模数转换器的输出端分别连接数据处理单元MCU，MCU接收到数字信号后进行计算，数据处理单元根据电压信号Vin1、Vin2计算出正负极的绝缘电阻。数据处理单元根据预设的计算公式分别计算出正极、负极的对地绝缘电阻阻值。数据处理单元根据预设绝缘阻值与计算的正负极的对地绝缘电阻阻值来判断正极或负极的绝缘情况并上传至整车控制器。

数据处理单元运行预设的计算公式分别计算出绝缘电阻值，其计算公式包括电池负极对地绝缘电阻计算公式为：

电池正极对地绝缘电阻计算公式为：

其中Vin1、Vin2分别为经过模数转换器送入到数据处理单元中的电压数据；R1+R3为pack+与光耦继电器U1之间的限流电阻阻值；R2+R4为pack-与光耦继电器U2之间的限流电阻阻值；R8、R10为电路中的电阻阻值。

数据处理单元与整车控制器连接，用于上传动力电池的绝缘数据至整车控制器。数据处理单元MCU根据计算出的正极对地绝缘电阻值、负极对地绝缘电阻值，然后根据绝缘电阻值判断此时正负极的绝缘状态，并将状态信号、绝缘电阻值和或报警信号上传至整车控制器，由整车控制器控制显示和报警。

本发明公开的绝缘检测技术方案，包括高压通断控制单元、绝缘信号检测计算单元：MCU发出ISO信号，触发三极管Q1导通，进而控制与动力电池组的PACK+与PACK-连接的光耦继电器U1和U2的通断；绝缘信号检测计算单元由运算放大器U3A和U3B组成，U3A作为跟随电路测量通道，U3B作为差分放大电路测量通道；U3A的输出信号Vin1输入AD模数转换，U3B的输出信号Vin2输入AD模数转换，然后由MCU进行处理计算得到绝缘电阻值。

本发明可以测得高压系统对地绝缘阻值，某极漏电，实时上报给整车，用以提醒用户；可以利用光耦继电器实现对绝缘检测的可控；适用于电动汽车高压安全管理。

图1所示，整车上电后，MCU发出ISO信号，控制三极管Q1导通，PACK+经过电阻R1、R3限流后输入光耦继电器U1，PACK-经过电阻R2、R4限流后输入光耦继电器U2，三极管导通后进而触发光耦继电器U1与U2导通。

图2所示，光耦继电器U1输出信号V1，V1在进入跟随测量电路U3A时通过R8与C1、C2组成的电路进行滤波处理，跟随器引脚1相应跟随输出和3脚相同的电位，即Vin1，光耦继电器U1输出信号V2与V1输入差分放大电路U3B，输出信号为Vin2，最后Vin1与Vin2信号进入AD模数转换器。

结合图1和图2，根据基尔霍夫定理：I＝I₁+I₂＝I₃+I₄ (1)

U3A为跟随器，由其特性可知：V₁＝V_in1

根据运放虚短、虚断特性可知：V₂＝V₁

即：

即：

将公式(3)、(4)代入公式(2)，则有：

当该绝缘模块的正极发生漏电时，即R_n＝∞,计算出R_p

当该绝缘模块的负极发生漏电时，即R_p＝∞,计算出R_n

根据公式(5)、(6)可以计算出电池正极对地、负极对地绝缘电阻，如若某极漏电，此绝缘检测技术可以实时将绝缘阻值上报给整车，由整车控制器发出报警信号和或显示绝缘电阻阻值以及对应的绝缘故障对应的电极。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动汽车动力电池绝缘检测电路，包括动力电池，其特征在于：动力电池的正极pack+依次经限流电阻、光耦继电器U1后输出电压信号V1分别至跟随电路的输入端、差分放大电路的输入端，动力电池的负极pack-依次经限流电阻、光耦继电器U2后输出电压信号V2至差分放大电路的输入端；所述跟随电路输出电压信号Vin1、所述差分放大电路输出电压信号Vin2分别经过模数转换器后送入到数据处理单元中，所述数据处理单元根据电压信号Vin1、Vin2计算出正负极的绝缘电阻。

2.如权利要求1所述的一种电动汽车动力电池绝缘检测电路，其特征在于：所述跟随电路包括运算放大器U3A，电压信号V1依次经过滤波电路、电阻R9与运算放大器U3A的同相输入端连接，滤波电路包括电阻R8、电容C1、C2，电容C1一端连接在信号V1和电阻R9之间，另一端接地，电容C2、电阻R8分别并联在电容C1两端；运算放大器U3A的反相输入端与输出端连接，其输出端经电阻R11后输出电压信号Vin1。

3.如权利要求1或2所述的一种电动汽车动力电池绝缘检测电路，其特征在于：所述差分放大电路包括运算放大器U3B，运算放大器U3B的同相输入端输入电压信号V1，反相输入端经电阻R10连接输出端，电阻R10两端分别并联电容C3、电容C4，运算放大器U3B的输出端经电阻R12后输出电压信号Vin2。

4.如权利要求1或2所述的一种电动汽车动力电池绝缘检测电路，其特征在于：所述数据处理单元通过驱动电路控制光耦继电器的闭合和断开。

5.如权利要求1或2所述的一种电动汽车动力电池绝缘检测电路，其特征在于：所述数据处理单元与整车控制器连接，用于上传动力电池的绝缘数据至整车控制器。

6.如权利要求1或2所述的一种电动汽车动力电池绝缘检测电路，其特征在于：所述数据处理单元根据预设的计算公式分别计算出正极、负极的对地绝缘电阻阻值。

7.如权利要求6所述的一种电动汽车动力电池绝缘检测电路，其特征在于：所述数据处理单元根据预设绝缘阻值与计算的正负极的对地绝缘电阻阻值来判断正极或负极的绝缘情况并上传至整车控制器。

8.如权利要求1或2所述的一种电动汽车动力电池绝缘检测电路，其特征在于：所述数据处理单元运行预设的计算公式分别计算出绝缘电阻值，其计算公式包括电池负极对地绝缘电阻计算公式为：

电池正极对地绝缘电阻计算公式为：

其中Vin1、Vin2分别为经过模数转换器送入到数据处理单元中的电压数据；R1+R3为pack+与光耦继电器U1之间的限流电阻阻值；R2+R4为pack-与光耦继电器U2之间的限流电阻阻值；R8、R10为电路中的电阻阻值。