CN110568372A - 一种电池组总电压及绝缘电阻的检测电路及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池组总电压及绝缘电阻的检测电路及方法，其中电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5以及开关S1、S2、S3，所述电阻R1一端连接电池组的PACK+端子，另一端依次串联电阻R2、R3后与电池组的PACK‑连接，电阻R1、电阻R2之间连线通过开关S1与车身地相连，电阻R4和开关S2串联后与电阻R1并联，电阻R5和开关S3串联后与电阻R2和电阻R3组成的串联电路并联；所述电阻R3为采样电阻，ADC采样模块采样电阻R3两端电压并发送至控制模块，所述控制模块输出控制信号分别控制开关S1、S2、S3的闭合断开并根据ADC采样模块的电压计算出总电压及绝缘电阻。本发明结构简单，只需一路AD采样，减少了电阻和开关所需数量，计算复杂度低，可以做到快速的计算出绝缘电阻及总电压。

Description

一种电池组总电压及绝缘电阻的检测电路及其方法
技术领域
本发明属于动力电池检测测试领域，特别涉及一种动力电池组总电压、绝缘电阻的检测电路及检测方法。
背景技术
随着新能源电动汽车技术的快速发展，各种类型的电动汽车越来越多，如商用车、乘用车、专用车及低速车等，这些不同类型的电动汽车由于其应用场合不同，其电池组电压等级也各不相同。低速电动汽车电池组额定电压为72V，工作电压范围为60V至84V，现有技术中，电池组总电压和绝缘电阻的检测电路各自独立，需要多个硬件采样点，电路结构复杂，成本偏高。现有技术中，基于不平衡桥的绝缘电阻计算方法中，人为改变电池组正极或电池组负极对地电阻的阻值后，得到两个含有电池组正极和电池组负极对地电阻的方程，直接联立两个方程进行求解，运算复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电池组总电压及绝缘电阻的检测电路及其方法，用于快速简单的检测出电池组总电压及绝缘电阻。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电池组总电压及绝缘电阻的检测电路，包括电阻R1、R2、R3、R4、R5以及开关S1、S2、S3，所述电阻R1一端连接电池组的PACK+端子，另一端依次串联电阻R2、R3后与电池组的PACK-连接，电阻R1、电阻R2之间连线通过开关S1与车身地相连，电阻R4和开关S2串联后与电阻R1并联，电阻R5和开关S3串联后与电阻R2和电阻R3组成的串联电路并联；所述电阻R3为采样电阻，ADC采样模块采样电阻R3两端电压并发送至控制模块，所述控制模块输出控制信号分别控制开关S1、S2、S3的闭合断开并根据ADC采样模块的电压计算出总电压及绝缘电阻。
所述电池包正极对地绝缘电阻Rp与电池包负极对地绝缘电阻Rn计算原理及电路结构相同，所述电阻R1与电阻R2阻值相等，所述电阻R4、电阻R5阻值相等。
所述开关S1、S2、S3为光耦继电器。
所述控制模块包括用于数据处理及输出控制的主控单元，所述主控单元与显示单元连接。
一种电池组总电压及绝缘电阻的检测电路的检测方法，包括如下步骤：
步骤1：将检测电路与电池组连接；
步骤2：断开开关S1、S2、S3，通过ADC采样模块采样得到电阻R3两端的电压值V1；并根据电压值V1通过公式1计算出电池组总电压Vb；其中公式1为：
Vb＝(R1+R2+R3)×V1/R3 (1)
步骤3：控制开关S1闭合，获取电阻R3两端的采样电压V2、然后控制开关S2闭合，获取电阻R3两端的电压采样值V3或者控制开关S3闭合，获取电阻R3两端的电压采样值V3，通过获取的电压V1、V2、V3或通过获取的电压V1、V2、V4按照计算公式计算出绝缘电阻Rp和Rn。
一种电池组总电压及绝缘电阻的检测电路的检测方法，所述步骤3包括：
步骤31：控制开关S1闭合，获取ADC采样模块采样的电阻R3两端电压V2，并根据公式(2)、公式(3)分别计算出绝缘计算电压Vn、绝缘计算电压Vp；公式(2)、(3)为：
Vn＝(R2+R3)×V2/R3 (2)
Vp＝Vb-Vn (3)
步骤32：比较判断Vp和Vn的大小，如果Vp≥Vn,进入步骤33，否则进入步骤34；
步骤33：控制开关S2闭合，获取ADC采样模块的采样的电阻R3的电压值V3，由公式(4)得到绝缘计算电压Vnn，由公式(5)得到绝缘计算电压Vpp，其中公式4、5为:
Vnn＝(R2+R3)×V3/R3 (4)
Vpp＝Vb-Vnn (5)
进而由绝缘计算电压Vpp根据公式(6)计算出漏电流Ip:
Ip＝(Vp×Vpp)/(Vp-Vpp)/R4 (6)
然后由公式(7)得到Rn和R2+R3的并联值Rnx，由公式(8)得到Rn：
Rnx＝ Vb/Ip (7)
Rn＝(R2+R3)×Rnx/(R2+R3-Rnx) (8)
然后，由公式(9)得到Rp和R1的并联值Rpx，由公式(10)得到Rp：
Rpx＝ Rnx×Vp/Vn (9)
Rp＝R1×Rpx/(R1-Rpx) (10)
绝缘电阻Rp、Rn计算完成；
步骤34：闭合开关S3，获取ADC采样值V4，由公式(11)得到绝缘计算电压三Vnn，由公式(12)得到绝缘计算电压四Vpp：
Vnn＝(R2+R3)×V4/R3 (11)
Vpp＝Vb-Vnn (12)
然后，由公式(13)得到漏电流In：
In＝(Vn×Vnn)/(Vn-Vnn)/R5 (13)
然后，由公式(14)得到Rp和R1的并联值Rpx，由公式(10)得到Rp：
Rpx＝Rp||R1＝Vb/In (14)
然后，由公式(15)得到Rn和R2+R3的并联值Rnx，由公式(8)得到Rn：
Rnx＝Rpx×Vn/Vp (15)
绝缘电阻Rp、Rn计算完成。
本发明的优点在于：在保证检测精度的情况下，对总电压和绝缘检测电路进行简化，只需一路AD采样，减少了电阻和开关所需数量，降低了开关耐压等级；而且根据采样得到的电压数据采用简单的计算即可得到绝缘电阻和总电压，通过软件将检测方法集成在控制器中可以做到快速、简单的计算出绝缘电阻和总电压，同时计算公式简单，降低计算复杂度，提高计算速度，而且减少控制器的硬件计算的依赖，使得可以采用低价、低运算速度的处理器芯片，从而节约本电路的实现成本，方便推广。
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为本发明检测电路的电路图；
图2为本发明检测电路的检测方式流程示意图。
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。
如图1所示，一种低速电动汽车电池组总电压、绝缘电阻检测电路及方法，该检测电路包括电池组、车身地、电池组正极对地电阻Rp、电池组正极对地电阻Rn、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、开关S1、开关S2、开关S3及ADC采样模块，电阻Rp与电阻Rn为待求绝缘电阻，电阻R1、电阻R2及电阻R3串联组成电池组总电压采样电路，电阻R2与电阻R3串联组成电池组绝缘计算电压采样电路，电阻R1、电阻R2的连接点通过开关S1与车身地相连，电阻R4和开关S2串联后与电阻R1并联，电阻R5和开关S3串联后与电阻R2和电阻R3组成的串联电路并联。电阻R3为采样电阻，通过AD采样模块对R3两端的电压进行采集，AD采样模块的输出端与控制模块连接，控制模块输出控制信号分别控制开关S1、S2、S3的闭合断开并根据ADC采样模块的电压计算出总电压及绝缘电阻。控制模块的输出端分别连接开关S1、S2、S3用于驱动控制开关的开启闭合。
控制模块包括用于进行数据处理计算及控制开关的处理器，处理器采用具备数据处理及计算能力的单片机、PLC控制器等常用控制器来实现，进一步处理器与显示器连接，用于将计算出的绝缘电阻和总电压进行显示。
在电路中，电阻R1和电阻R2相等，阻值为1MΩ，所述电阻R3为ADC采样电阻，阻值为1KΩ，所述电阻R4和电阻R5相等，阻值为400KΩ。优选的，开关S1、开关S2和开关S3相同，为200V耐压光耦继电器。
总电压级绝缘电阻的计算方法为采用处理器分别控制开关S1、S2、S3的工作状态，然后根据预设的计算公式计算出即可。如图2所示：该检测方法首先将检测电路与电池组连接在一起，如图1所示的电路连接，这样检测电路完成对于电压的采集后然后由处理器根据采集的数据进行处理计算，电路连接完成后可以通过与处理器连接的开启启动按钮等启动检测电路的检测，当处理器接收到启动按钮信号则开始运行并由处理器具体运行如下步骤，步骤具体包括：
包括以下步骤：
步骤一：断开开关S1、开关S2及开关S3，获取ADC采样值V1，由公式(1)得到总电压Vb：
Vb＝(R1+R2+R3)×V1/R3 (1)
然后，进入步骤二：闭合开关S1，获取ADC采样值V2，由公式(2)得到绝缘计算电压一Vn，由公式(3)得到绝缘计算电压二Vp：
Vn＝(R2+R3)×V2/R3 (2)
Vp＝Vb-Vn (3)
如果Vp≥Vn,进入步骤三，否则进入步骤四，
步骤三：闭合开关S2，获取ADC采样值V3，由公式(4)得到绝缘计算电压三Vnn，由公式(5)得到绝缘计算电压四Vpp：
Vnn＝(R2+R3)×V3/R3 (4)
Vpp＝Vb-Vnn (5)
然后，由公式(6)得到漏电流Ip：
Ip＝(Vp×Vpp)/(Vp-Vpp)/R4 (6)
然后，由公式(7)得到Rn和R2+R3的并联值Rnx，由公式(8)得到Rn：
Rnx＝Rn||(R2+R3)＝Vb/Ip (7)
Rn＝(R2+R3)×Rnx/(R2+R3-Rnx) (8)
然后，由公式(9)得到Rp和R1的并联值Rpx，由公式(10)得到Rp：
Rpx＝Rp||R1＝Rnx×Vp/Vn (9)
Rp＝R1×Rpx/(R1-Rpx) (10)
绝缘电阻Rp、Rn计算完成，进入步骤一，进行下一次检测。
步骤四：闭合开关S3，获取ADC采样值V4，由公式(11)得到绝缘计算电压三Vnn，由公式(12)得到绝缘计算电压四Vpp：
Vnn＝(R2+R3)×V4/R3 (11)
Vpp＝Vb-Vnn (12)
然后，由公式(13)得到漏电流In：
In＝(Vn×Vnn)/(Vn-Vnn)/R5 (13)
然后，由公式(14)得到Rp和R1的并联值Rpx，由公式(10)得到Rp：
Rpx＝Rp||R1＝Vb/In (14)
然后，由公式(15)得到Rn和R2+R3的并联值Rnx，由公式(8)得到Rn：
Rnx＝Rpx×Vn/Vp (15)
绝缘电阻Rp、Rn计算完成，进入步骤一，进行下一次检测。
以上步骤运行在处理器中，以软件的形式集成在处理器中，根据处理器的控制使得开关S1、S2、S3对应的断开闭合，然后采集对应的电压V1、V2、V3等，由处理器根据预先的公式计算出绝缘电阻Rp、Rn。同时进一步的可以直接显示在显示器上。
本发明的目的在于提供一种低速电动汽车电池组总电压、绝缘电阻检测电路及方法，该电路总电压和绝缘电阻检测共用采样电路，并根据低速车电压等级低的特点，对硬件电路进行简化，电路结构简单，只需一个硬件采样点，结构简单，成本低，同时提出一种绝缘电阻计算方法，以降低绝缘电阻计算复杂度。数据处理快速，可以根据获取的电压信号快速的计算出总电压及绝缘电阻。
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 (6)

1.一种电池组总电压及绝缘电阻的检测电路，其特征在于：包括电阻R1、R2、R3、R4、R5以及开关S1、S2、S3，所述电阻R1一端连接电池组的PACK+端子，另一端依次串联电阻R2、R3后与电池组的PACK-连接，电阻R1、电阻R2之间连线通过开关S1与车身地相连，电阻R4和开关S2串联后与电阻R1并联，电阻R5和开关S3串联后与电阻R2和电阻R3组成的串联电路并联；所述电阻R3为采样电阻，ADC采样模块采样电阻R3两端电压并发送至控制模块，所述控制模块输出控制信号分别控制开关S1、S2、S3的闭合断开并根据ADC采样模块的电压计算出总电压及绝缘电阻。
2.如权利要求1所述的一种电池组总电压及绝缘电阻的检测电路，其特征在于：所述电阻R1与电阻R2阻值相等，所述电阻R4、电阻R5阻值相等。
3.如权利要求1或2所述的一种电池组总电压及绝缘电阻的检测电路，其特征在于：所述开关S1、S2、S3为光耦继电器。
4.如权利要求1或2所述的一种电池组总电压及绝缘电阻的检测电路，其特征在于：所述控制模块包括用于数据处理及输出控制的主控单元，所述主控单元与显示单元连接。
5.如权利要求1-4任一所述的一种电池组总电压及绝缘电阻的检测电路的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：将检测电路与电池组连接；
步骤2：断开开关S1、S2、S3，通过ADC采样模块采样得到电阻R3两端的电压值V1；并根据电压值V1通过公式1计算出电池组总电压Vb；其中公式1为：
Vb＝(R1+R2+R3)×V1/R3 (1)
步骤3：控制开关S1闭合，获取电阻R3两端的采样电压V2、然后控制开关S2闭合，获取电阻R3两端的电压采样值V3或者控制开关S3闭合，获取电阻R3两端的电压采样值V3，通过获取的电压V1、V2、V3或通过获取的电压V1、V2、V4按照计算公式计算出绝缘电阻Rp和Rn。
6.如权利要求5所述的一种电池组总电压及绝缘电阻的检测电路的检测方法，其特征在于：所述步骤3包括：
步骤31：控制开关S1闭合，获取ADC采样模块采样的电阻R3两端电压V2，并根据公式(2)、公式(3)分别计算出绝缘计算电压Vn、绝缘计算电压Vp；公式(2)、(3)为：
Vn＝(R2+R3)×V2/R3 (2)
Vp＝Vb-Vn (3)
步骤32：比较判断Vp和Vn的大小，如果Vp≥Vn,进入步骤33，否则进入步骤34；
步骤33：控制开关S2闭合，获取ADC采样模块的采样的电阻R3的电压值V3，由公式(4)得到绝缘计算电压Vnn，由公式(5)得到绝缘计算电压Vpp，其中公式4、5为:
Vnn＝(R2+R3)×V3/R3 (4)
Vpp＝Vb-Vnn (5)
进而由绝缘计算电压Vpp根据公式(6)计算出漏电流Ip:
Ip＝(Vp×Vpp)/(Vp-Vpp)/R4 (6)
然后由公式(7)得到Rn和R2+R3的并联值Rnx，由公式(8)得到Rn：
Rnx＝ Vb/Ip (7)
Rn＝(R2+R3)×Rnx/(R2+R3-Rnx) (8)
然后，由公式(9)得到Rp和R1的并联值Rpx，由公式(10)得到Rp：
Rpx＝ Rnx×Vp/Vn (9)
Rp＝R1×Rpx/(R1-Rpx) (10)
绝缘电阻Rp、Rn计算完成；
步骤34：闭合开关S3，获取ADC采样值V4，由公式(11)得到绝缘计算电压三Vnn，由公式(12)得到绝缘计算电压四Vpp：
Vnn＝(R2+R3)×V4/R3 (11)
Vpp＝Vb-Vnn (12)
然后，由公式(13)得到漏电流In：
In＝(Vn×Vnn)/(Vn-Vnn)/R5 (13)
然后，由公式(14)得到Rp和R1的并联值Rpx，由公式(10)得到Rp：
Rpx＝Rp||R1＝Vb/In (14)
然后，由公式(15)得到Rn和R2+R3的并联值Rnx，由公式(8)得到Rn：
Rnx＝Rpx×Vn/Vp (15)
绝缘电阻Rp、Rn计算完成。
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