CN110967606A - 绝缘检测电路及检测方法、电池管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种绝缘检测电路及检测方法、电池管理系统，用于电池技术领域。该电路包括：隔离电源模块，第一采样模块、第一采样点、第二采样模块、第二采样点和处理器，第一采样模块的第一端分别与待测电池组的正极和正极开关模块的第一端连接，第一采样模块的第二端分别与待测电池组的负极和负极开关模块的第一端连接，第一采样模块的第三端与第一参考基准电压端连接；第二采样模块的第一端分别与正极开关模块的第二端和隔离电源模块的正极连接，第二采样模块的第二端分别与负极开关模块的第二端和隔离电源模块的负极连接。采用本发明实施例能够检测到正极开关模块或者负极开关模块不闭合时的负载所在侧绝缘阻抗。

Description

绝缘检测电路及检测方法、电池管理系统
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种绝缘检测电路及检测方法、电池管理系统。
背景技术
电池组负责为电动汽车的电动机提供电能，电池组分别通过正极开关模块和负极开关模块与负载连接，由P＝UI可知，要达到较大的功率输出，必然需要使用高电压或者大电流方案。在使用高电压方案时，随着绝缘材料的老化或者损坏，容易将高压直接引入乘员舱，发生危险；在使用大电流方案时，高压回路上的线损比较大，回路温升速率快，会增大整车系统的散热压力，温度变化对绝缘材料的性能也存在较大的影响，因此，提前检测并发出绝缘异常的预警变得尤为重要。
目前，主要基于交流注入法或者分压法对电池组进行绝缘检测，但是，交流注入法或者分压法只能检测到正极开关模块和负极开关模块闭合前电池组所在侧绝缘阻抗，或者正极开关模块和负极开关模块闭合后的负载所在侧绝缘阻抗，无法检测到正极开关模块和负极开关模块不闭合时的负载所在侧绝缘阻抗，而当正极开关模块和负极开关模块闭合时，若负载所在侧绝缘阻抗存在问题，会导致控制器的损坏，更严重地，若负载所在侧主正对或者负载所在侧主负对参考地出现绝缘故障时，会直接导致电池组短路，影响电动汽车的安全运行。
发明内容
本发明实施例提供了一种绝缘检测电路及检测方法、电池管理系统，能够检测到正极开关模块和负极开关模块不闭合时的负载所在侧绝缘阻抗。
第一方面，本发明实施例提供绝缘检测电路，包括：隔离电源模块，
第一采样模块、第一采样点、第二采样模块、第二采样点和处理器，其中，
第一采样模块的第一端分别与待测电池组的正极和正极开关模块的第一端连接，第一采样模块的第二端分别与待测电池组的负极和负极开关模块的第一端连接，第一采样模块的第三端与第一参考基准电压端连接，第一采样模块被配置为第一采样点提供第一采样信号；
第二采样模块的第一端分别与正极开关模块的第二端和隔离电源模块的正极连接，第二采样模块的第二端分别与负极开关模块的第二端和隔离电源模块的负极连接，第二采样模块的第三端与第二参考基准电压端连接，第二采样模块被配置为第二采样点提供第二采样信号；
处理器分别与第一采样点和第二采样点连接，处理器被配置为根据第一采样信号得到待测电池组所在侧正极高压电路相对于第一参考基准电压端的绝缘阻值和待测电池组所在侧负极高压电路相对于第一参考基准电压端的绝缘阻值，根据第二采样信号得到负载所在侧正极高压电路相对于第二参考基准电压端的绝缘阻值和负载所在侧负极高压电路相对于第二参考基准电压端的绝缘阻值。
第二方面，本发明实施例提供一种电池管理系统，包括如上所述的绝缘检测电路。
第三方面，本发明实施例提供一种绝缘检测电路的检测方法，用于如上所述的绝缘检测电路，包括：从第一采样点得到第一采样信号，根据第一采样信号得到待测电池组所在侧正极高压电路相对于第一参考基准电压端的绝缘阻值和待测电池组所在侧负极高压电路相对于第一参考基准电压端的绝缘阻值；从第二采样点得到第二采样信号，根据第二采样信号得到负载所在侧正极高压电路相对于第二参考基准电压端的绝缘阻值和负载所在侧负极高压电路相对于第二参考基准电压端的绝缘阻值。
在本发明实施例中，第二采样模块的第一端分别与正极开关模块的第二端和隔离电源模块的正极连接，第二采样模块的第二端分别与负极开关模块的第二端和隔离电源模块的负极连接。也就是说，隔离电源模块可以与第二采样模块、负载所在侧正极高压电路相对于第二参考电压端的绝缘阻值和负载所在侧负极高压电路相对于第二参考电压端的绝缘阻值形成回路，隔离电源模块还可以与负载用电器等效阻抗形成回路，即隔离电源模块可以向第二采样模块、负载所在侧正极绝缘阻抗和负载所在侧负极绝缘阻抗以及负载用电器供电。
与现有技术中的待测电池组只有在正极开关模块和负极开关模块均闭合的情况下才能够向第二采样模块、负载所在侧正极绝缘阻抗和负载所在侧负极绝缘阻抗以及负载用电器供电相比，由于隔离电源模块能够代替待测电池组向第二采样模块、负载所在侧正极绝缘阻抗和负载所在侧负极绝缘阻抗以及负载用电器供电，从而使得绝缘检测电路可以在正极开关模块和负极开关模块均不闭合的情况下，测得待测电池组的负载所在侧绝缘阻抗。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为本发明第一实施例提供的绝缘检测电路的结构示意图；
图2为本发明第二实施例提供的绝缘检测电路的结构示意图；
图3为本发明第三实施例提供的绝缘检测电路的结构示意图；
图4为本发明第四实施例提供的绝缘检测电路的结构示意图；
图5为本发明第五实施例提供的反激式隔离电源模块的结构示意图；
图6为本发明第六实施例提供的推挽式隔离电源模块的结构示意图；
图7为本发明第七实施例提供的绝缘检测电路的检测方法的流程示意图；
图8为本发明第八实施例提供的绝缘检测电路的检测方法的流程示意图；
图9为本发明第九实施例提供的隔离电源模块的充电模拟回路；
图10为与图9对应的充电电流的仿真曲线。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。
本发明实施例提供了一种绝缘检测电路及检测方法、电池管理系统。该绝缘检测电路能够检测到高压回路开关不闭合时的负载所在侧绝缘阻抗。高压回路开关位于动力电池和负载用电回路之间，也可以采用其他电控开关器件。电池管理系统包括上述绝缘检测电路，示例性地，上述绝缘检测电路可集成于电池管理系统中。
需要说明的是，本发明实施例中的待测电池组可以为锂离子电池、锂金属电池、铅酸电池、镍隔电池、镍氢电池、锂硫电池、锂空气电池或者钠离子电池，在此不做限定。从规模而言，待测电池组也可以为电芯单体，也可以是电池模组或电池包，在此不做限定。
图1为本发明第一实施例提供的绝缘检测电路的结构示意图，如图1所示，该绝缘检测电路包括：隔离电源模块Y1，第一采样模块F1、第一采样点S1、第二采样模块F2、第二采样点S2和处理器C1。
其中，第一采样模块F1的第一端分别与待测电池组的正极和正极开关模块K+的第一端连接，第一采样模块F1的第二端分别与待测电池组的负极和负极开关模块K-的第一端连接，第一采样模块F1的第三端与第一参考基准电压端GND1连接，第一采样模块F1被配置为第一采样点S1提供
第一采样信号。
第二采样模块F2的第一端分别与正极开关模块K+的第二端和隔离电源模块Y1的正极连接，第二采样模块F2的第二端分别与负极开关模块K-的第二端和隔离电源模块Y1的负极连接，第二采样模块F2的第三端与第二参考基准电压端GND2连接，第二采样模块F2被配置为第二采样点S2提供第二采样信号。
处理器C1分别与第一采样点S1和第二采样点S2连接，处理器C1被配置为根据第一采样信号，计算得到待测电池组所在侧正极高压电路相对于第一参考基准电压端GND1的绝缘阻值Rip和待测电池组所在侧负极高压电路相对于第一参考基准电压端GND1的绝缘阻值Rin；根据第二采样信号计算得到负载所在侧正极高压电路相对于第二参考基准电压端GND2的绝缘阻值Rep和负载所在侧负极高压电路相对于第二参考基准电压端GND2的绝缘阻值Ren。
其中，正极开关模块K+和负极开关模块K-可与理解为位于待测电池组与负载用电回路之间的开关器件，比如继电器、光耦合器、绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，IGBT)等。
其中，第一参考基准电压端GND1和第二参考基准电压端GND2的实际电压可以根据绝缘检测电路的工作场景以及需求进行设定，两者可以相同，也可以不同，此处不做限定，在一示例中，第一参考基准电压端GND1可以为电池组的壳体，第二参考基准电压端GND2可以为整车车体。
其中，处理器C1可以是专用于绝缘检测电路的处理器C1件，也可以为与其他的电路共用的处理器C1件。检测电路可以是独立的电路结构，也可以是整体电路结构的一部分，正极开关模块K+和负极开关模块K-的控制可以由处理器C1或其他控制设备执行，此处不做限定。
示例性地，本发明实施例中的绝缘检测电路可以集成在电池管理系统中，将电池管理系统的整体电路结构中的一部分用作对电池组进行绝缘检测。
图1中还示出了Cip、Cin、Cep、Cen和Cx，其中，Cip和Cin分别为待测电池组的正极、负极与其壳体之间的等效电容，Cep和Cen分别为待测电池组的正极、负极与整车车体之间的等效电容，Cx为X电容。
在本发明实施例中，第二采样模块F2的第一端分别与正极开关模块K+的第二端和隔离电源模块Y1的正极连接，第二采样模块F2的第二端分别与负极开关模块K-的第二端和隔离电源模块Y1的负极连接。也就是说，隔离电源模块Y1可以与第二采样模块F2、绝缘电阻Rep和绝缘电阻Ren形成回路，隔离电源模块Y1还可以与负载用电器等效阻抗Rx形成回路，即隔离电源模块Y1可以向第二采样模块F2、极绝缘电阻Rep和绝缘电阻Ren以及负载用电器供电。
与现有技术中的待测电池组只有在正极开关模块K+和负极开关模块K-均闭合的情况下才能够向第二采样模块F2、绝缘电阻Rep和绝缘电阻Ren以及负载用电器供电相比，由于隔离电源模块Y1能够代替待测电池组向第二采样模块F2、绝缘电阻Rep和绝缘电阻Ren以及负载用电器供电，从而使得绝缘检测电路可以在正极开关模块K+和负极开关模块K-均不闭合的情况下，测得待测电池组的负载所在侧绝缘阻抗。
此外，与现有技术中的仅能够测量正极开关模块K+或负极开关模块K-闭合时系统的绝缘阻抗Rep与Ren并联的绝缘阻值相比，本发明实施例还能够区分出负载所在侧绝缘阻值Rep和绝缘阻值Ren，从而识别出负载所在侧的正极还是负极出现问题。
需要说明的是，还可以在隔离电源模块Y1的正极输出端和负极输出端位置增加开关器件(图中未示出)，用于在不需要检测负载所在侧绝缘阻抗时断开，从而避免电池组高压进入隔离电源模块Y1。
图2为本发明第二实施例提供的绝缘检测电路的结构示意图，如图2所示，第一采样模块F1和第二采样模块F2可以由元器件组成，下面将举例说明第一采样模块F1和第二采样模块F2的具体结构。
其中，第一采样模块F1包括第一正极分压单元F11、第一负极分压单元F12、第一上拉单元F13和第一保护单元F14，第一正极分压单元F11的第一端分别与待测电池组的正极和正极开关模块K+的第一端连接，第一正极分压单元F11的第二端与第一采样点S1连接；第一负极分压单元F12的第一端与第一采样点S1连接，第一负极分压单元F12的第二端分别与待测电池组的负极和负极开关模块K-的第一端连接；第一上拉单元F13与第一采样点S1连接；第一保护单元F14的第一端与第一采样点S1连接，第一保护单元F14的第二端与第一参考基准电压端GND1连接。
第二采样模块F2包括第二正极分压单元F21、第二负极分压单元F22、第二上拉单元F23和第二保护单元F24，第二正极分压单元F21的第一端分别与正极开关模块K+的第二端和隔离电源模块Y1的正极连接，第二正极分压单元F21的第二端与第二采样点S2连接；第二负极分压单元F22的第一端与第二采样点S22连接，第二负极分压单元F22的第二端分别与负极开关模块K-的第二端和隔离电源模块Y1的负极连接；第二上拉单元F23与第二采样点S22连接；第二保护单元F24的第一端与第二采样点S22连接，第二保护单元F24的第二端与第二参考基准电压端GND2连接。
图3为本发明第三实施例提供的绝缘检测电路的结构示意图，如图3所示，第一正极分压单元F11、第一负极分压单元F12、第一上拉单元F13和第一保护单元F14，以及第二正极分压单元F21、第二负极分压单元F22、第二上拉单元F23和第二保护单元F24可以由元器件组成，下面进行举例说明。
其中，第一正极分压单元F11包括相串联的第一电阻网络R1和第一开关器件K1；第一负极分压单元F12包括相串联的第二电阻网络R2和第二开关器件K2；第一上拉单元F13包括相串联的第一上拉电源V1和第三电阻网络R3，第三电阻网络R3与第一采样点S1连接；第一保护单元F14包括第四电阻网络R4。
第二正极分压单元F21包括相串联的第五电阻网络R5和第三开关器件K3；第二负极分压单元F22包括相串联的第六电阻网络R6和第四开关器件K4；第二上拉单元F23包括相串联的第二上拉电源V2和第七电阻网络R7，第七电阻网络R7与第二采样点S2连接；第二保护单元F24包括第八电阻网络R8。
这里，第一电阻网络R1、第二电阻网络R2、第三电阻网络R3和第四电阻网络R4起到分压作用，可通过调整第一电阻网络R1、第二电阻网络R2、第三电阻网络R3和第四电阻网络R4的阻值大小，调整第一采样点S1的内阻采样信号的变化范围。示例性地，为了计算简便，第一电阻网络R1、第二电阻网络R2的电阻网络合形式和阻值大小可以相同，第三电阻网络R3和第四电阻网络R4的电阻网络合形式和阻值大小可以相同。
第五电阻网络R5、第六电阻网络R6、第七电阻网络R7、第八电阻网络R8也起到分压作用，可通过调整第五电阻网络R5、第六电阻网络R6、第七电阻网络R7、第八电阻网络R8的阻值大小，调整第二采样点S2的外阻采样信号的变化范围。示例性地，为了计算简便，第五电阻网络R5、第六电阻网络R6、电阻网络合形式和阻值大小可以相同，第七电阻网络R7和第八电阻网络R8的电阻网络合形式和阻值大小可以相同。
第一开关器件K1和第二开关器件K2用于配合提供第一采样信号，比如，当第一开关器件K1闭合、第二开关器件K2断开时，第一采样点S1能够提供第一正极采样信号，当第一开关器件K1断开、第二开关器件K2闭合时，第一采样点S1能够提供第一负极采样信号。
第三开关器件K3和第四开关器件K4配合提供第二采样信号。当第三开关器件K3闭合、第四开关器件K4断开时，第二采样点S2能够提供第二正极采样信号，当第三开关器件K3断开、第四开关器件K4闭合时，第二采样点S2能够提供第二负极采样信号。
图4为本发明第四实施例提供的绝缘检测电路的结构示意图，图4余图3的不同之处在于，图4中的第一正极分压单元F11还包括第十电阻网络R10，第十电阻网络R10与第一电阻网络R10和第一开关器件K1相串联。第一负极分压单元R12还包第十一电阻网络R11，第十一电阻网络R11与第二电阻网络R2和第二开关器件K2相串联。第二正极分压单元F21包括第十二电阻网络R12，第十二电阻网络R12与第五电阻网络R5和第三开关器件K3相串联。第二负极分压单元F22包括第十三电阻网络R13，第十三电阻网络R13与第六电阻网络R6和第四开关器件K4相串联。
也就是说，第一电阻网络R13、第十电阻网络R10和第一开关器件K1的位置可调，第二电阻网络R2、第十一电阻网络R11和第二开关器件K2的位置可调，第五电阻网络R5、第十二电阻网络R12和第三开关器件K3的位置可调，第六电阻网络R6、第十三电阻网络R13和第四开关器件K4的位置可调。
需要说明的是，可以根据具体的工作场景和工作需求，确定是否设置上述的第一开关器件K1、第二开关器件K2、第三开关器件K3和第四开关器件K4，以及各开关器件的闭合及断开顺序。其中，开关器件包括可实现开关作用的元器件，在此并不限定。比如，开关器件可以为单刀单掷开关等机械开关，也可以为三极管、金属-氧化物-半导体场效应晶体(MOS)管等电子开关。
此外，上述第一采样点S1和第二采样点S2均可与用于采样的采样模块连接。在一个示例中，采样模块可以为能够实现采样功能的元器件，比如模数转换器件(Analog-to-Digital Converter，ADC)。
在一示例中，绝缘检测电路还包括第一模数转换单元和第二模数转换单元(图中未示出)，其中，第一模数转换单元的两端分别与第一采样点S1和处理器C1连接，第一模数转换单元被配置为将第一采样点S1采集的模拟信号转换为数字信号；第二模数转换单元的两端分别与第二采样点S2和处理器C1连接，第二模数转换单元被配置为将第二采样点S2采集的模拟信号转换为数字信号。
需要说明的是，第一采样点S1和第二采样点S2也可以共用一个模数转换单元，由该模数转换单元分别将第一采样点S1和第二采样点S2采集的模拟信号转换为数字信号。
图3和图4中还示出了第一滤波模块L1和第二滤波模块L2，其中，第一滤波模块L1的第一端与第一采样点S1连接，第一滤波模块L1的第二端与处理器C1连接，用于对第一采样信号进行滤波处理；第二滤波模块L2的第一端与第二采样点S12连接，第二滤波模块L2的第二端与处理器C1连接，用于对第二采样信号进行滤波处理，通过滤波单元可以滤除采样信号中的干扰部分，提高信号采样精度，此处不对滤波单元的具体实现形式进行限定。
下面将举例说明隔离电源模块Y1的具体结构。
图5为本发明第五实施例提供的反激式隔离电源模块的结构示意图。
图6为本发明第六实施例提供的推挽式隔离电源模块的结构示意图。
在一示例中，隔离电源模块Y1包括相连接的隔离电源驱动单元501和变压器502。其中，隔离电源驱动单元501由直流电压源(比如12V)或者电池组供电，隔离电源驱动单元501及变压器502对直流电压源或者电池组的输出电压进行处理后，为隔离电源模块Y1的正极和负极供电，比如，由12V升压至60V，需要说明的是，变压器502升压后电压不宜太高，以免因电压过高而影响负载用电回路的安全。
在图5的示例中，反激式隔离电源模块的变压器的线圈包括两端，分别为第一端和第二端，位于变压器第一侧的线圈A1的第一端与隔离电源驱动单元501的第一输出端连接，位于变压器第一侧的线圈A2的第二端与隔离电源驱动单元501的第二输出端连接；位于变压器第二侧的线圈A2的第一端为隔离电源模块Y1的正极供电，位于变压器第二侧的线圈A2的第二端为隔离电源模块Y1的负极供电。
在图6的示例中，推挽式隔离电源模块的变压器的线圈包括三端，分别为第一端、第二端和第三端，其中，位于变压器第一侧的线圈A1的第一端与隔离电源驱动单元501的第一输出端连接，位于变压器第一侧的线圈A1的第二端与第三参考基准电压端GND3连接，位于变压器第一侧的线圈的第三端与隔离电源驱动单元501的第二输出端连接；位于变压器第二侧的线圈A2的第一端为隔离电源模块Y1的正极供电，位于变压器第二侧的线圈A2的第二端为隔离电源模块Y1的负极供电，位于变压器第二侧的线圈A2的第三端用于连接位于变压器第二侧的线圈A2的第一端。
根据本发明实施例，隔离电源模块还包括第九电阻网络R9，第九电阻网络R9位于变压器第二侧的线圈A2与隔离电源模块Y1的正极或者负极之间的线路上，用于对隔离电源模块Y1的充电回路进行状态检测。
在图5的示例中，第九电阻网络R9位于变压器第二侧的线圈A2与隔离电源模块Y1的正极之间的线路上，由二极管D1来实现整流作用，二极管D1与变压器502第二侧的线圈A2的第一端连接，示例性地，二极管D1也可以与变压器502第二侧的线圈A2的第二端连接。
在图6的示例中，第九电阻网络R9位于变压器第二侧的线圈A2与隔离电源模块Y1的正极之间的线路上，由二极管D2和二极管D3来实现整流作用，二极管D2与变压器502第二侧的线圈A2的第一端连接，二极管D3与变压器502第二侧的线圈A2的第二端连接。
在图5和图6的示例中，隔离电源模块Y1还包括第一隔离传输单元503，第一隔离传输单元503的第一端与第九电阻网络R9的第一端或者第二端连接，第一隔离传输单元503的第二端与隔离电源驱动单元501的第一输入端连接。
具体地，第一隔离传输单元503可以为能够实现模拟量传输的隔离电路，比如，由隔离开关和采样电路组成，采样电路用于采集第九电阻网络R9的第一端或者第二端的电压反馈信号，隔离开关可以为隔离光耦器件等，隔离开关导通后可以将该电压反馈信号安全传输至隔离电源驱动单元501，由隔离电源驱动单元501根据电压反馈信号调节隔离电源模块Y1的充电电流，使其维持在稳定状态。
在图5和图6的示例中，隔离电源模块Y1还包括依次电连接的电流采样单元505、第二隔离传输单元504和微处理单元506；电流采样单元505分别与第九电阻网络R9的第一端和第二端连接，微处理单元506还与隔离电源驱动单元501的第二输入端连接。
其中，电流采样单元505可以为差分采样电路，第二隔离传输单元504可以为能够实现数字量传输的隔离电路。差分采样电路用于采集第九电阻网络R9的第一端和第二端的电压反馈信号的电压反馈信号，通过计算得到充电回路电流，然后将该充电回路电流通过数字量隔离电路安全传输至微处理单元506；或者，也可以将采集的第九电阻网络R9的第一端和第二端电压直接传输给微处理单元506，由微处理单元506计算充电回路电流，微处理单元506可以通过对隔离电源模块Y1对负载所在侧充电时不同时间的充电电流大小做出判断，间接判断负载用电回路是否存在短路情况，从而避免负载用电回路因短路而引起的安全问题。
需要说明的是，虽然图5和图6仅对反激升压式和推挽式隔离电源模块进行了示意，但可以理解的是，反激降压式等能够实现隔离传输的电源模块均在本申请的保护范围内，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择设定。
图7为本发明第七实施例提供的绝缘检测电路的检测方法的流程示意图。如图7所示，该检测方法包括步骤701和步骤702。
在步骤701中，从第一采样点S1得到第一采样信号，根据第一采样信号得到待测电池组所在侧正极高压电路相对于第一参考电压端GND1的绝缘阻值Rip和待测电池组所在侧负极高压电路相对于第一参考电压端GND1的绝缘阻值Rin。其中，第一采样信号需要配合第一开关器件K1和第二开关器件K2的闭合和断开进行采集。
在步骤702中，从第二采样点S2得到第二采样信号，根据第二采样信号得到负载所在侧正极高压电路相对于第二参考电压端GND2的绝缘阻值Rep和负载所在侧负极高压电路相对于第二参考电压端GND2的绝缘阻值Ren。其中，第二采样信号需要配合第三开关器件K3和第四开关器件K4的闭合和断开进行采集。
图8为本发明第八实施例提供的绝缘检测电路的检测方法的流程示意图。图7中的步骤701可细化为图8中的步骤7011和步骤7012，图7中的步骤702可细化为图8中的步骤7021和步骤7022。
在步骤7011中，闭合第一开关器件K1、断开第二开关器件K2，从第一采样点S1得到第一正极采样信号；断开第一开关器件K1、闭合第二开关器件K2，从第一采样点S1得到第一负极采样信号。
在步骤7012中，根据第一正极采样信号和第一负极采样信号，得到待测电池组所在侧正极高压电路相对于第一参考电压端GND1的绝缘阻值Rip和待测电池组所在侧负极高压电路相对于第一参考电压端GND1的绝缘阻值Rin。
在步骤7021中，闭合第三开关器件K3、断开第四开关器件K4，从第二采样点S2得到第二正极采样信号，断开第三开关器件K3、闭合第四开关器件K4，从第二采样点S2得到第二负极采样信号；
在步骤7022中，根据第二正极采样信号和第二负极采样信号，得到负载所在侧正极高压电路相对于第二参考电压端GND2的绝缘阻值Rep和负载所在侧负极高压电路相对于第二参考电压端GND2的绝缘阻值Ren。
图1-图4还示意性地示出了电池组所在侧的绝缘电阻Rip和绝缘电阻Rin，以及负载所在侧的绝缘电阻Rep和绝缘电阻Ren在电路图中所在的位置。
下面基于基尔霍夫定律，对电池组所在侧的绝缘阻值Rip和Rin的计算过程进行详细说明。
首先，将第一正极采样电压Vs1代入第一方程组，第一方程组的计算公式为：
Figure BDA0001945644690000121
然后，将第一负极采样电压Vs2代入第二方程组，第一方程组的计算公式为：
Figure BDA0001945644690000131
上述公式(1)和(2)中，R1为第一电阻网络R1的阻值，R2为第二电阻网络R2的阻值，R3为第三电阻网络R3的阻值，R4为第四电阻网络R4的阻值，Vs1为第一开关器件K1闭合、第二开关器件K2断开时的第一正极采样电压，Vs2为第一开关器件K1断开、第二开关器件K2闭合时第一负极采样电压，V1为第一上拉电压，Vp1为第一开关器件K1闭合、第二开关器件K2断开时Rip两端电压，Vn1为第一开关器件K1闭合、第二开关器件K2断开时Rin两端电压，Vp2为第一开关器件K1断开、第二开关器件K2闭合时Rip两端电压，Vn2为第一开关器件K1断开、第二开关器件K2闭合时Rin两端电压，Ubat为待测电池组的总电压。
通过联立第一方程组和第二方程组，得到电池组所在侧的正极绝缘阻值Rip和负极绝缘阻值Rin分别为：
Figure BDA0001945644690000132
同理，将第二正极采样电压Vs3和第二负极采样电压Vs4代入对应的方程组，可以得到负载所在侧的正极绝缘阻值Rep和负极绝缘阻值Rep分别为：
Figure BDA0001945644690000133
上述公式(4)中，R6为第六电阻网络R6的阻值，R8为第八电阻网络R8的阻值，Vs3为第三开关器件K3闭合、第四开关器件K4断开时的第二正极采样电压，Vs4为第三开关器件K3断开、第四开关器件K4闭合时第二负极采样电压，V2为第二上拉电压，Uios为隔离电源模块Y1的输出总电压。
根据本发明的实施例，通过将待测电池组所在侧的绝缘阻值Rip和Rin分别与各自对应的预设标准阈值相比，可以实时电池组所在侧的主正、主负与电池壳体之间的绝缘阻抗是否达到标准，从而避免因电池组所在侧的主正、主负与电池壳体之间的绝缘阻值未达到标准而引起的安全问题。
同理，通过将负载所在侧的绝缘阻值Rep和Ren分别与各自对应的预设标准阈值相比，可以实时监测负载所在侧的主正、主负与整车车体之间的绝缘阻抗是否达到标准，从而避免因负载所在侧的主正、主负与整车车体之间的绝缘阻值未达到标准而引起的安全问题。
图9为本发明第九实施例提供的隔离电源模块的充电模拟回路。其中，Y1为隔离电源，Ra为等效线上阻抗，Rx为等效负载阻抗，Cx为X电容，Rc为X电容的等效阻抗。
图10为与图9对应的充电电流的仿真曲线，其中，横坐标为时间，纵坐标为电流，在图10的示例中，隔离电源Y1的输出电压为60V，等效线上阻抗Ra为1Ω，等效负载阻抗Rx为1kΩ，等效阻抗Rc为1Ω。
从图10可以看出，由于Cx电容的存在，隔离电源模块Y1开始工作时的充电电流较高，随着充电时间的延长，充电电流逐渐下降，最后趋于稳定，下降过程中前期下降速率大于后期下降速率。
基于此，为避免负载用电回路因短路而引起的安全问题，可以对隔离电源模块Y1对负载所在侧充电时不同时间的充电电流大小做出判断，间接判断负载用电回路是否存在短路情况。在一示例中，可以选择检测并比较两个时刻的电流，根据比较结果判断负载用电回路是否存在短路情况。
具体地，可以在第一预定时刻，从第九电阻网络R9的第一端和第二端采集第一组电压信号，并基于第一组电压信号，得到隔离电源模块Y1在第一预定时刻的充电电流；在第二预定时刻，从第九电阻网络R9的第一端和第二端采集第二组电压信号，并基于第二组电压信号，得到隔离电源模块Y1在第二预定时刻的充电电流，第一预定时刻早于第二预定时刻。然后，对第一预定时刻的充电电流和第二预定时刻的充电电流进行比较，根据比较结果，判断待测电池组的负载用电回路是否发生短路；若负载用电回路发生短路，则向隔离电源驱动单元501发送不使能信号，同时上报外部负载短路故障，不允许闭合正极开关模块K+和负极开关模块K-。
参阅图10，可以设t1时刻检测的电流大小为I1，经过一段时间后，t2时刻检测的电流大小为I2，若I1>I2，则说明负载所在侧负载阻抗基本正常，可以进行下一步绝缘检测，若I1≤I2，则说明负载用电回路发生短路，需要直接上报负载所在侧负载阻抗异常故障，并及时向隔离电源驱动单元501发送不使能信号，以避免虽然对低压地绝缘阻抗正常，但负载异常造成高压直接短路的风险。其中，本领域技术人员可以根据实际情况选取t1和t2的具体数值，此处不做限定。
本发明实施例还提供一种电池管理系统，该电池管理系统包括如上所述的绝缘检测电路。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。

Claims (20)

1.一种绝缘检测电路，其特征在于，包括：隔离电源模块，第一采样模块、第一采样点、第二采样模块、第二采样点和处理器，其中，
所述第一采样模块的第一端分别与待测电池组的正极和正极开关模块的第一端连接，所述第一采样模块的第二端分别与所述待测电池组的负极和负极开关模块的第一端连接，所述第一采样模块的第三端与第一参考基准电压端连接，所述第一采样模块被配置为所述第一采样点提供第一采样信号；
所述第二采样模块的第一端分别与所述正极开关模块的第二端和所述隔离电源模块的正极连接，所述第二采样模块的第二端分别与所述负极开关模块的第二端和所述隔离电源模块的负极连接，所述第二采样模块的第三端与第二参考基准电压端连接，所述第二采样模块被配置为所述第二采样点提供第二采样信号；
所述处理器分别与所述第一采样点和所述第二采样点连接，所述处理器被配置为根据所述第一采样信号得到所述待测电池组所在侧正极高压电路相对于所述第一参考基准电压端的绝缘阻值和所述待测电池组所在侧负极高压电路相对于所述第一参考基准电压端的绝缘阻值，根据所述第二采样信号得到负载所在侧正极高压电路相对于所述第二参考基准电压端的绝缘阻值和负载所在侧负极高压电路相对于所述第二参考基准电压端的绝缘阻值。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一采样模块包括第一正极分压单元、第一负极分压单元、第一上拉单元和第一保护单元，其中，
所述第一正极分压单元的第一端分别与所述待测电池组的正极和所述正极开关模块的第一端连接，所述第一正极分压单元的第二端与所述第一采样点连接；
所述第一负极分压单元的第一端与所述第一采样点连接，所述第一负极分压单元的第二端分别与所述待测电池组的负极和所述负极开关模块的第一端连接；
所述第一上拉单元与所述第一采样点连接；
所述第一保护单元的第一端与所述第一采样点连接，所述第一保护单元的第二端与所述第一参考基准电压端连接。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，
所述第一正极分压单元包括相串联的第一电阻网络和第一开关器件；
所述第一负极分压单元包括相串联的第二电阻网络和第二开关器件；
所述第一上拉单元包括相串联的第一上拉电源和第三电阻网络，所述第三电阻网络与所述第一采样点连接；
所述第一保护单元包括第四电阻网络。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，
所述第一正极分压单元还包括第十电阻网络，所述第十电阻网络与所述第一电阻网络和所述第一开关器件相串联；
所述第一负极分压单元还包第十一电阻网络，所述第十一电阻网络与所述第二电阻网络和所述第二开关器件相串联。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二采样模块包括第二正极分压单元、第二负极分压单元、第二上拉单元和第二保护单元，其中，
所述第二正极分压单元的第一端分别与所述正极开关模块的第二端和所述隔离电源模块的正极连接，所述第二正极分压单元的第二端与所述第二采样点连接；
所述第二负极分压单元的第一端与所述第二采样点连接，所述第二负极分压单元的第二端分别与所述负极开关模块的第二端和所述隔离电源模块的负极连接；
所述第二上拉单元与所述第二采样点连接；
所述第二保护单元的第一端与所述第二采样点连接，所述第二保护单元的第二端与所述第二参考基准电压端连接。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，
所述第二正极分压单元包括相串联的第五电阻网络和第三开关器件；
所述第二负极分压单元包括相串联的第六电阻网络和第四开关器件；
所述第二上拉单元包括相串联的第二上拉电源和第七电阻网络，所述第七电阻网络与所述第二采样点连接；
所述第二保护单元包括第八电阻网络。
7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，
所述第二正极分压单元包括第十二电阻网络，所述第十二电阻网络与所述第五电阻网络和所述第三开关器件相串联；
所述第二负极分压单元包括第十三电阻网络，所述第十三电阻网络与所述第六电阻网络和所述第四开关器件相串联。
8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述绝缘检测电路还包括：第一模数转换单元和第二模数转换单元，其中，
所述第一模数转换单元的两端分别与所述第一采样点和所述处理器连接，所述第二模数转换单元的两端分别与所述第二采样点和所述处理器连接。
9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述绝缘检测电路还包括第一滤波模块和第二滤波模块，其中，
所述第一滤波模块的第一端与所述第一采样点连接，所述第一滤波模块的第二端与所述处理器连接，用于对所述第一采样信号进行滤波处理；
所述第二滤波模块的第一端与所述第二采样点连接，所述第二滤波模块的第二端与所述处理器连接，用于对所述第二采样信号进行滤波处理。
10.根据权利要求1-9任一项所述的电路，其特征在于，所述隔离电源模块包括相连接的隔离电源驱动单元和变压器；
所述隔离电源驱动单元由直流电压源或者电池组供电；
所述隔离电源驱动单元及所述变压器对所述直流电压源或者电池组的输出电压进行处理后，为所述隔离电源模块的正极和负极供电。
11.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，所述变压器的线圈包括两端，分别为第一端和第二端，其中，
位于所述变压器第一侧的线圈的第一端与所述隔离电源驱动单元的第一输出端连接，位于所述变压器第一侧的线圈的第二端与所述隔离电源驱动单元的第二输出端连接；
位于所述变压器第二侧的线圈的第一端为所述隔离电源模块的正极供电，位于所述变压器第二侧的线圈的第二端为所述隔离电源模块的负极供电。
12.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，所述变压器的线圈包括三端，分别为第一端、第二端和第三端，其中，
位于所述变压器第一侧的线圈的第一端与所述隔离电源驱动单元的第一输出端连接，位于所述变压器第一侧的线圈的第二端与第三参考基准电压端连接，位于所述变压器第一侧的线圈的第三端与所述隔离电源驱动单元的第二输出端连接；
位于所述变压器第二侧的线圈的第一端为所述隔离电源模块的正极供电，位于所述变压器第二侧的线圈的第二端为所述隔离电源模块的负极供电，位于所述变压器第二侧的线圈的第三端用于连接位于所述变压器第二侧的线圈的第一端。
13.根据权利要求10或11所述的电路，其特征在于，所述隔离电源模块还包括第九电阻网络，所述第九电阻网络位于所述变压器第二侧的线圈与所述隔离电源模块的正极或者负极之间的线路上。
14.根据权利要求13所述的电路，其特征在于，所述隔离电源模块还包括第一隔离传输单元；
所述第一隔离传输单元的第一端与所述第九电阻网络的第一端或者第二端连接，所述第一隔离传输单元的第二端与所述隔离电源驱动单元的第一输入端连接。
15.根据权利要求13所述的电路，其特征在于，所述隔离电源模块包括依次电连接的电流采样单元、第二隔离传输单元和微处理单元；
所述电流采样单元包括第一采样端和第二采样端，所述第一采样端与所述第九电阻网络的第一端连接，所述第二采样端与所述第九电阻网络的第二端连接，所述微处理单元还与所述隔离电源驱动单元的第二输入端连接。
16.一种电池管理系统，其特征在于，包括如权利要求1-15任一项所述的绝缘检测电路。
17.一种绝缘检测电路的检测方法，其特征在于，用于如权利要求1-15任一项所述的绝缘检测电路，所述方法包括：
从所述第一采样点得到第一采样信号，根据所述第一采样信号得到所述待测电池组所在侧正极高压电路相对于所述第一参考基准电压端的绝缘阻值和所述待测电池组所在侧负极高压电路相对于所述第一参考基准电压端的绝缘阻值；
从所述第二采样点得到第二采样信号，根据所述第二采样信号得到负载所在侧正极高压电路相对于所述第二参考基准电压端的绝缘阻值和负载所在侧负极高压电路相对于所述第二参考基准电压端的绝缘阻值。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述从所述第一采样点得到第一采样信号，根据所述第一采样信号得到所述待测电池组所在侧正极高压电路相对于所述第一参考基准电压端的绝缘阻值和所述待测电池组所在侧负极高压电路相对于所述第一参考基准电压端的绝缘阻值，包括：
闭合所述第一开关器件，断开所述第二开关器件，从所述第一采样点得到第一正极采样信号；
断开所述第一开关器件，闭合所述第二开关器件，从所述第一采样点得到第一负极采样信号；
根据所述第一正极采样信号和所述第一负极采样信号，得到所述待测电池组所在侧正极高压电路相对于所述第一参考基准电压端的绝缘阻值和所述待测电池组所在侧负极高压电路相对于所述第一参考基准电压端的绝缘阻值。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述从所述第二采样点得到第二采样信号，根据所述第二采样信号得到负载所在侧正极高压电路相对于所述第二参考基准电压端的绝缘阻值和负载所在侧负极高压电路相对于所述第二参考基准电压端的绝缘阻值，包括：
闭合所述第三开关器件，断开所述第四开关器件，从所述第二采样点得到第二正极采样信号；
断开所述第三开关器件，闭合所述第四开关器件，从所述第二采样点得到第二负极采样信号；
根据所述第二正极采样信号和所述第二负极采样信号，得到负载所在侧正极高压电路相对于所述第二参考基准电压端的绝缘阻值和负载所在侧负极高压电路相对于所述第二参考基准电压端的绝缘阻值。
20.根据权利要求17-19任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在第一预定时刻，从所述第九电阻网络的第一端和第二端采集第一组电压信号，并基于所述第一组电压信号，得到所述隔离电源模块在所述第一预定时刻的充电电流；
在第二预定时刻，从所述第九电阻网络的第一端和第二端采集第二组电压信号，并基于所述第二组电压信号，得到所述隔离电源模块在所述第二预定时刻的充电电流，所述第一预定时刻早于所述第二预定时刻；
对所述第一预定时刻的充电电流和所述第二预定时刻的充电电流进行比较；
根据比较结果，判断所述待测电池组的负载用电回路是否发生短路；
若所述负载用电回路发生故障，则关闭所述隔离电源驱动单元，并禁止使能所述正极开关模块和所述负极开关模块，并将表示所述负载用电回路发生故障的信息上报至上级控制器。
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