CN110531160A - 用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统及检测方法，该系统包括双臂电桥电路和控制光耦电路；双臂电桥电路包括依次循环连接的第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第六电阻和第五电阻，待测正极绝缘电阻的一端与电池组正极连接，另一端接地，待测负极绝缘电阻的一端与电池组负极连接，另一端接地；控制光耦电路包括第一控制光耦、第二控制光耦、第三控制光耦和第四控制光耦，第三控制光耦和第二电阻之间设有第一电压采样点，第四控制光耦和第三电阻之间设有第二电压采样点。本发明能够提升采样结果的准确度。

Description

用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及电池管理系统技术领域，特别是涉及一种用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统及检测方法。

背景技术

电动汽车电池管理系统(Battery Management System，BMS)是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，为了保证电池管理系统的安全性并确保电池管理系统的绝缘检测功能，需要对电池管理系统的绝缘电阻进行检测。

目前电池管理系统的绝缘电阻主要使用单臂电桥来实现，单臂电桥的方式，在动力电池正负极之间会通过电阻和电容进行分压，电容的容值一般较大(uf级别)，桥臂上的电阻值也较大(MΩ级别)，需要比较长的充放电才能保证采样参考点的电压稳定，容易受过程中的外部阻抗变化，最终导致采样结果不准确。

发明内容

为此，本发明的一个目的在于提出一种用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统，以提升采样结果的准确度。

一种用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统，包括双臂电桥电路和控制光耦电路；

所述双臂电桥电路包括依次循环连接的第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第六电阻和第五电阻，所述第二电阻和所述第三电阻的连接处接地，所述第五电阻和所述第六电阻的连接处接地，所述第一电阻和所述第五电阻的连接处与电池组正极连接，所述第四电阻和所述第六电阻的连接处与电池组负极连接，待测正极绝缘电阻的一端与所述电池组正极连接，另一端接地，待测负极绝缘电阻的一端与所述电池组负极连接，另一端接地；

所述控制光耦电路包括第一控制光耦、第二控制光耦、第三控制光耦和第四控制光耦，所述第一控制光耦和所述第二控制光耦依次连接在所述第六电阻和所述第五电阻之间，所述第三控制光耦连接在所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述第四控制光耦连接在所述第三电阻和所述第四电阻之间；

所述第三控制光耦和所述第二电阻之间设有第一电压采样点，所述第四控制光耦和所述第三电阻之间设有第二电压采样点。

根据本发明提出的用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统，采用双臂电桥的方式，动力电池正负极之间的电压施加到桥臂时，双桥臂上的一路分压电阻直接连接到PACK两端(即动力电池的正负极)，使检测点的参考地迅速平衡，能够快速保证采样参考点的电压稳定，避免检测过程中受外部阻抗变化的影响，从而提升采样结果的准确度。

另外，根据本发明上述的用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述控制光耦电路还包括第五控制光耦和第六控制光耦；

所述第五控制光耦的一端与所述电池组正极连接，另一端分别与所述待测正极绝缘电阻和所述第一电阻连接；

所述第六控制光耦的一端与所述电池组负极连接，另一端分别与所述待测负极绝缘电阻和所述第四电阻连接。

进一步地，在电池管理系统上电后，所述第五控制光耦和所述第六控制光耦均处于长闭合状态。

进一步地，通过GPIO输出高低电平的方式控制所述第一控制光耦、所述第二控制光耦、所述第三控制光耦和所述第四控制光耦的导通或断开，在IO口输出低电平时，光耦闭合，在IO口输出高电平时，光耦断开。

此外，本发明的另一个目的在于提出上述用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统的检测方法，以提升采样结果的准确度，该方法包括以下步骤：

启动第一通断模式，采集所述第一电压采样点的电压值为ap1，采集所述第二电压采样点的电压值为an1，所述第一通断模式中，所述第三控制光耦接通，所述第四控制光耦接通，所述第二控制光耦断开，所述第一控制光耦断开；

启动第二通断模式，采集所述第一电压采样点的电压值为ap2，采集所述第二电压采样点的电压值为an2，所述第二通断模式中，所述第三控制光耦接通，所述第四控制光耦接通，所述第二控制光耦接通，所述第一控制光耦断开；

启动第三通断模式，采集所述第一电压采样点的电压值为ap3，采集所述第二电压采样点的电压值为an3，所述第三通断模式中，所述第三控制光耦接通，所述第四控制光耦接通，所述第二控制光耦断开，所述第一控制光耦接通；

根据采集到的ap1、ap2、ap3、an1、an2、an3，计算所述待测正极绝缘电阻和所述待测负极绝缘电阻的阻值。

上述检测方法，其中，所述根据采集到的ap1、ap2、ap3、an1、an2、an3，计算所述待测正极绝缘电阻和所述待测负极绝缘电阻的阻值的步骤具体包括：

根据所述第一通断模式和所述第二通断模式，获得以下方程式：

((R1+R2)*ap1/R2)/(Rx1//(R1+R2))＝((R3+R4)*an1/R3)/(Ry1//(R1+R2))；

((R1+R2)*ap2/R2)/(Rx1//(R1+R2)//R5)＝((R3+R4)*an2/R3)/(Ry1//(R1+R2))；

根据上述方程，求出Rx1和Ry1，其中，R1、R2、R3、R4、R5分别为所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻、所述第五电阻的阻值；

根据所述第一通断模式和所述第三通断模式，获得以下方程式：

((R1+R2)*ap1/R2)/(Rx2//(R1+R2))＝((R3+R4)*an1/R3)/(Ry2//(R1+R2))；

((R1+R2)*ap3/R2)/(Rx2//(R1+R2))＝((R3+R4)*an3/R3)/(Ry2//(R1+R2)//R6)；

根据上述方程，求出Rx2和Ry2，其中，R6为所述第六电阻的阻值；

若Rx1>Ry1，则将Rx2作为所述待测正极绝缘电阻的阻值，以及将Ry2作为所述待测负极绝缘电阻的阻值；

若Rx1≤Ry1，则将Rx1作为所述待测正极绝缘电阻的阻值，以及将Ry1作为所述待测负极绝缘电阻的阻值。

上述检测方法，其中，所述方法还包括：

在所述第三通断模式采样完成后，启动第四通断模式，所述第四通断模式中，所述第三控制光耦断开，所述第四控制光耦断开，所述第二控制光耦断开，所述第一控制光耦断开。

上述检测方法，其中，在所述第一通断模式采样完成后，通过以下公式计算所述电池组正极与所述电池组负极之间的总电压PackVoltage：

PackVoltage＝((R1+R2)*ap1/R2)+((R3+R4)*an1/R3)；

其中，R1、R2、R3、R4分别为所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻的阻值。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一实施例的用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统的电路结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明一实施例提供的用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统，包括双臂电桥电路和控制光耦电路。

所述双臂电桥电路包括依次循环连接的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第六电阻R5和第五电阻R6，所述第二电阻R2和所述第三电阻R3的连接处接地，所述第五电阻R5和所述第六电阻R6的连接处接地，所述第一电阻R1和所述第五电阻R5的连接处与电池组正极连接，所述第四电阻R4和所述第六电阻R6的连接处与电池组负极连接，待测正极绝缘电阻Rp的一端与所述电池组正极连接，另一端接地，待测负极绝缘电阻Rn的一端与所述电池组负极连接，另一端接地。其中，待测正极绝缘电阻Rp的阻值就是电池组正极到地的绝缘阻值，待测负极绝缘电阻Rn的阻值就是电池组负极到地的绝缘阻值。

所述控制光耦电路包括第一控制光耦KG1、第二控制光耦KG2、第三控制光耦KG3和第四控制光耦KG4，所述第一控制光耦KG1和所述第二控制光耦KG2依次连接在所述第六电阻R6和所述第五电阻R5之间，所述第三控制光耦KG3连接在所述第一电阻R1和所述第二电阻R2之间，所述第四控制光耦KG4连接在所述第三电阻R3和所述第四电阻R4之间；

所述第三控制光耦KG3和所述第二电阻R2之间设有第一电压采样点Sample_P，所述第四控制光耦KG4和所述第三电阻R3之间设有第二电压采样点Sample_N。

具体在本实施例中，所述控制光耦电路还包括第五控制光耦KG5和第六控制光耦KG6。

所述第五控制光耦KG5的一端与所述电池组正极连接，另一端分别与所述待测正极绝缘电阻Rp和所述第一电阻R1连接；

所述第六控制光耦KG6的一端与所述电池组负极连接，另一端分别与所述待测负极绝缘电阻Rn和所述第四电阻R4连接。

在电池管理系统上电后，所述第五控制光耦KG5和所述第六控制光耦KG6均处于长闭合状态。

通过GPIO输出高低电平的方式控制所述第一控制光耦KG1、所述第二控制光耦KG2、所述第三控制光耦KG3和所述第四控制光耦KG4的导通或断开，在IO口输出低电平时，光耦闭合，在IO口输出高电平时，光耦断开。具体实施时，Sample_P采样点对应ADC通道为10，ADC读数为ap1～ap3；Sample_N采样点对应ADC通道为9，ADC读数为an1～an3。

上述检测系统的检测方法，包括以下步骤：

启动第一通断模式，采集所述第一电压采样点Sample_P的电压值为ap1，采集所述第二电压采样点Sample_N的电压值为an1，所述第一通断模式中，所述第三控制光耦KG3接通，所述第四控制光耦KG4接通，所述第二控制光耦KG2断开，所述第一控制光耦KG1断开。

启动第二通断模式，采集所述第一电压采样点Sample_P的电压值为ap2，采集所述第二电压采样点Sample_N的电压值为an2，所述第二通断模式中，所述第三控制光耦KG3接通，所述第四控制光耦KG4接通，所述第二控制光耦KG2接通，所述第一控制光耦KG1断开。

启动第三通断模式，采集所述第一电压采样点Sample_P的电压值为ap3，采集所述第二电压采样点Sample_N的电压值为an3，所述第三通断模式中，所述第三控制光耦KG3接通，所述第四控制光耦KG4接通，所述第二控制光耦KG2断开，所述第一控制光耦KG1接通。

根据采集到的ap1、ap2、ap3、an1、an2、an3，计算所述待测正极绝缘电阻Rp和所述待测负极绝缘电阻Rn的阻值。

需要指出的是，在检测过程中，所述第五控制光耦KG5和所述第六控制光耦KG6也是处于长闭合状态(即低电平状态)。

具体的，所述根据采集到的ap1、ap2、ap3、an1、an2、an3，计算所述待测正极绝缘电阻和所述待测负极绝缘电阻的阻值的步骤具体包括：

根据所述第一通断模式和所述第二通断模式，获得以下方程式：

((R1+R2)*ap1/R2)/(Rx1//(R1+R2))＝((R3+R4)*an1/R3)/(Ry1//(R1+R2))；

((R1+R2)*ap2/R2)/(Rx1//(R1+R2)//R5)＝((R3+R4)*an2/R3)/(Ry1//(R1+R2))；

根据上述方程，求出Rx1和Ry1，其中，公式中的R1、R2、R3、R4、R5分别为所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3、所述第四电阻R4、所述第五电阻R4的阻值。

根据所述第一通断模式和所述第三通断模式，获得以下方程式：

((R1+R2)*ap1/R2)/(Rx2//(R1+R2))＝((R3+R4)*an1/R3)/(Ry2//(R1+R2))；

((R1+R2)*ap3/R2)/(Rx2//(R1+R2))＝((R3+R4)*an3/R3)/(Ry2//(R1+R2)//R6)；

根据上述方程，求出Rx2和Ry2，其中，公式中的R6为所述第六电阻R6的阻值。

若Rx1>Ry1，则将Rx2作为所述待测正极绝缘电阻Rp的阻值，以及将Ry2作为所述待测负极绝缘电阻Rn的阻值；

若Rx1≤Ry1，则将Rx1作为所述待测正极绝缘电阻Rp的阻值，以及将Ry1作为所述待测负极绝缘电阻Rn的阻值，实现了绝缘检测。

此外，在实际计算时，需要随时根据参数监控是否会出现计算溢出的情况，比如ADC的最大值为2¹²，两个ADC数值相乘为2²⁴，系数的安全范围只有2⁸也就是256，因此在实际计算时，需要预先根据系数来确定一个溢出极限，ADC数值相乘不得超出该极限值。超出时，根据公式将分式中分子分母除以相同系数以保证计算结果正确性。

此外，作为一个具体示例，上述方法还包括：

在所述第三通断模式采样完成后，启动第四通断模式，所述第四通断模式中，所述第三控制光耦KG3断开，所述第四控制光耦KG4断开，所述第二控制光耦KG2断开，所述第一控制光耦KG1断开。

本实施例中的检测方法，还可以在所述第一通断模式采样完成后，通过以下公式计算所述电池组正极与所述电池组负极之间的总电压PackVoltage：

PackVoltage＝((R1+R2)*ap1/R2)+((R3+R4)*an1/R3)；

其中，公式中的R1、R2、R3、R4分别为所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3、所述第四电阻R4的阻值。

本发明采用双臂电桥的方式，动力电池正负极之间的电压施加到桥臂时，双桥臂上的一路分压电阻直接连接到PACK两端(即动力电池的正负极)，使检测点的参考地迅速平衡，能够快速保证采样参考点的电压稳定，避免检测过程中受外部阻抗变化的影响，从而提升采样结果的准确度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统，其特征在于，包括双臂电桥电路和控制光耦电路；

所述双臂电桥电路包括依次循环连接的第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第六电阻和第五电阻，所述第二电阻和所述第三电阻的连接处接地，所述第五电阻和所述第六电阻的连接处接地，所述第一电阻和所述第五电阻的连接处与电池组正极连接，所述第四电阻和所述第六电阻的连接处与电池组负极连接，待测正极绝缘电阻的一端与所述电池组正极连接，另一端接地，待测负极绝缘电阻的一端与所述电池组负极连接，另一端接地；

所述控制光耦电路包括第一控制光耦、第二控制光耦、第三控制光耦和第四控制光耦，所述第一控制光耦和所述第二控制光耦依次连接在所述第六电阻和所述第五电阻之间，所述第三控制光耦连接在所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述第四控制光耦连接在所述第三电阻和所述第四电阻之间；

所述第三控制光耦和所述第二电阻之间设有第一电压采样点，所述第四控制光耦和所述第三电阻之间设有第二电压采样点。

2.根据权利要求1所述的用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统，其特征在于，所述控制光耦电路还包括第五控制光耦和第六控制光耦；

所述第五控制光耦的一端与所述电池组正极连接，另一端分别与所述待测正极绝缘电阻和所述第一电阻连接；

所述第六控制光耦的一端与所述电池组负极连接，另一端分别与所述待测负极绝缘电阻和所述第四电阻连接。

3.根据权利要求2所述的用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统，其特征在于，在电池管理系统上电后，所述第五控制光耦和所述第六控制光耦均处于长闭合状态。

4.根据权利要求1所述的用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统，其特征在于，通过GPIO输出高低电平的方式控制所述第一控制光耦、所述第二控制光耦、所述第三控制光耦和所述第四控制光耦的导通或断开，在IO口输出低电平时，光耦闭合，在IO口输出高电平时，光耦断开。

5.权利要求1所述的用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

启动第一通断模式，采集所述第一电压采样点的电压值为ap1，采集所述第二电压采样点的电压值为an1，所述第一通断模式中，所述第三控制光耦接通，所述第四控制光耦接通，所述第二控制光耦断开，所述第一控制光耦断开；

启动第二通断模式，采集所述第一电压采样点的电压值为ap2，采集所述第二电压采样点的电压值为an2，所述第二通断模式中，所述第三控制光耦接通，所述第四控制光耦接通，所述第二控制光耦接通，所述第一控制光耦断开；

启动第三通断模式，采集所述第一电压采样点的电压值为ap3，采集所述第二电压采样点的电压值为an3，所述第三通断模式中，所述第三控制光耦接通，所述第四控制光耦接通，所述第二控制光耦断开，所述第一控制光耦接通；

根据采集到的ap1、ap2、ap3、an1、an2、an3，计算所述待测正极绝缘电阻和所述待测负极绝缘电阻的阻值。

6.根据权利要求5所述的用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统的检测方法，其特征在于，所述根据采集到的ap1、ap2、ap3、an1、an2、an3，计算所述待测正极绝缘电阻和所述待测负极绝缘电阻的阻值的步骤具体包括：

根据所述第一通断模式和所述第二通断模式，获得以下方程式：

((R1+R2)*ap1/R2)/(Rx1//(R1+R2))＝((R3+R4)*an1/R3)/(Ry1//(R1+R2))；

((R1+R2)*ap2/R2)/(Rx1//(R1+R2)//R5)＝((R3+R4)*an2/R3)/(Ry1//(R1+R2))；

根据上述方程，求出Rx1和Ry1，其中，R1、R2、R3、R4、R5分别为所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻、所述第五电阻的阻值；

根据所述第一通断模式和所述第三通断模式，获得以下方程式：

((R1+R2)*ap1/R2)/(Rx2//(R1+R2))＝((R3+R4)*an1/R3)/(Ry2//(R1+R2))；

((R1+R2)*ap3/R2)/(Rx2//(R1+R2))＝((R3+R4)*an3/R3)/(Ry2//(R1+R2)//R6)；

根据上述方程，求出Rx2和Ry2，其中，R6为所述第六电阻的阻值；

若Rx1>Ry1，则将Rx2作为所述待测正极绝缘电阻的阻值，以及将Ry2作为所述待测负极绝缘电阻的阻值；

若Rx1≤Ry1，则将Rx1作为所述待测正极绝缘电阻的阻值，以及将Ry1作为所述待测负极绝缘电阻的阻值。

7.根据权利要求5所述的用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统的检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述第三通断模式采样完成后，启动第四通断模式，所述第四通断模式中，所述第三控制光耦断开，所述第四控制光耦断开，所述第二控制光耦断开，所述第一控制光耦断开。

8.根据权利要求5所述的用于电池管理系统的绝缘电阻检测系统的检测方法，其特征在于，在所述第一通断模式采样完成后，通过以下公式计算所述电池组正极与所述电池组负极之间的总电压PackVoltage：

PackVoltage＝((R1+R2)*ap1/R2)+((R3+R4)*an1/R3)；

其中，R1、R2、R3、R4分别为所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻的阻值。