CN111751746A - 一种具有自检功能的电池包绝缘实时监测电路及其方法 - Google Patents

Abstract

一种具有自检功能的电池包绝缘实时监测电路及其方法，包括电池箱体、电池对箱体的等效阻抗Riso1以及Riso2和电池箱体绝缘监测电路；电池对箱体的等效阻抗Riso1以及Riso2串联在电池箱体两侧；电池箱体绝缘监测电路包括开关S1、测试电阻Rtest、电阻R1、电容C1、信号处理器、电压检测模块和处理器；信号处理器和电压检测模块均连接到处理器；信号处理器上依次串联有电阻R1和电容C1，电压检测模块一端连接到电阻R1和电容C1之间，另一端串联测试电阻Rtest；电池对箱体的等效阻抗Riso1以及Riso2之间设置有开关S1，开关S1为单刀双掷开关，能够分别与电容C1或测试电阻Rtest接通。本发明的绝缘监测方案，电路简单，成本低，可应用性高。

Description

一种具有自检功能的电池包绝缘实时监测电路及其方法

技术领域

本发明的目的在于提供一种具有自检功能的电池包绝缘实时监测电路及其方法。

背景技术

电池管理系统(Battery Management System，简称BMS)的是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池。二次电池存在下面的一些缺点，如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安全性、电池电量估算困难等。电池的性能是很复杂的，不同类型的电池特性亦相差很大。电池管理系统(BMS)主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。

目前的电池管理系统中对绝缘的监测电路，很少有自检与实时检测功能，当绝缘检测电路自身发生问题时，会造成系统发生错误判断，反而更加危险。有些绝缘检测电路，只是在上电初做绝缘检测，当电路正常运行发生绝缘故障时，系统不能及时报错，也可能会造成人生安全问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自检功能的电池包绝缘实时监测电路及其方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有自检功能的电池包绝缘实时监测电路，包括电池箱体、电池对箱体的等效阻抗Riso1以及Riso2和电池箱体绝缘监测电路；电池对箱体的等效阻抗Riso1以及Riso2串联在电池箱体两侧；电池箱体绝缘监测电路包括开关S1、测试电阻Rtest、电阻R1、电容C1、信号处理器、电压检测模块和处理器；信号处理器和电压检测模块均连接到处理器；信号处理器上依次串联有电阻R1和电容C1，电压检测模块一端连接到电阻R1和电容C1之间，另一端串联测试电阻Rtest；电池对箱体的等效阻抗Riso1以及Riso2之间设置有开关S1，开关S1为单刀双掷开关，能够分别与电容C1或测试电阻Rtest接通。

进一步的，电压检测模块通过ADC采样接口连接处理器。

进一步的，一种具有自检功能的电池包绝缘实时监测电路的监测方法，包括以下步骤：

步骤1，初始化状态，系统上电，S1处于原始状态，电容C1通过S1接电池箱体；

步骤2，切换S1，接入Rtest，处理器发出长高电平，持续时间T1，期间检测Uiso的电压，并将采样值与第一自检保护阈值进行比较，完成自检模式一的程序判断；

步骤3，处理器通过信号处理器，发出脉冲，并保持一定的时间T2，检测Uiso的电压，并将的采样值与第二自检保护阈值进行比较，完成自检模式二的程序判断；

步骤4，理器通过信号处理器发出长低电平，并将S1复位，切换到实时检测模式；

步骤5，处理器发出脉冲，并保持一定的时间T3，检测Uiso的电压，并将采样值与保护阈值进行比较，完成实时检测模式的程序判断。

步骤6：如果自检或者绝缘检测有故障，向系统报错，提醒维修人员注意安全。

进一步的，自检模式一：

处理器通过信号发生器发出一个长高电平，电容C1具有通交流隔直流的能力，理想模型等价于断路，此时电压检测模块检测到的Uiso，并反馈给处理器，处理器内部将采样值与第一自检保护阈值进行比较，如果大于第一自检保护阈值，则第一自检通过，否则，自检不通过，系统报错。

进一步的，自检模式二：

处理器通过信号发生器发出具有一定频率一定宽度的脉冲电平，电容C1具有通交流隔直流的能力，理想模型等价于短路，此时Uiso的值相当于R1与Rtest的分压值，电压检测模块检测到Uiso的值，反馈给处理器，处理器内部将采样值与第二自检保护阈值进行比较，如果大于第二自检保护阈值，则自检通过，否则，自检不通过，系统报错。

进一步的，实时检测模式：

处理器通过信号发生器发出脉冲电平，电容C1具有通交流隔直流的能力，理想模型等价于短路，此时Uiso的值相当于R1与Riso的分压值，绝缘没有故障的时候Riso理想等价于无穷大，当发生绝缘故障时，Riso会变小，电压检测模块检测到Uiso的值，反馈给处理器，处理器内部将采样值与第保护阈值进行比较，如果大于保护阈值，则无绝缘阻抗故障通过，否则，有故障，系统报错。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明通过信号处理器发出脉冲变化，配合采样模块返回的采样值，可通过处理器实现检测装置的自检，从而可以有效可靠的实现电池包的绝缘故障检测。

本发明通过程序的循环，可实时有效的实现电池包的绝缘故障检测。

本发明检测装置硬件电路简单，实现方便，成本低。

附图说明

图1本发明第一种电池箱体绝缘阻抗检测等效示意图。

图2本发明第一种电池箱体绝缘阻抗自检测模式一等效示意图。

图3本发明第一种电池箱体绝缘阻抗自检测模式二等效示意图。

图4本发明第一种电池箱体绝缘阻抗实时检测模式等效示意图。

图5本发明第一种绝缘阻抗检测软件流程图。

图6本发明第二种电池箱体绝缘监测变形示意图。

图7本发明第三种电池箱体绝缘监测变形示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

请参阅图1至图7，一种具有自检功能的电池包绝缘实时监测电路，包括电池箱体、电池对箱体的等效阻抗Riso1以及Riso2和电池箱体绝缘监测电路；电池对箱体的等效阻抗Riso1以及Riso2串联在电池箱体两侧；电池箱体绝缘监测电路包括开关S1、测试电阻Rtest、电阻R1、电容C1、信号处理器、电压检测模块和处理器；信号处理器和电压检测模块均连接到处理器；信号处理器上依次串联有电阻R1和电容C1，电压检测模块一端连接到电阻R1和电容C1之间，另一端串联测试电阻Rtest；电池对箱体的等效阻抗Riso1以及Riso2之间设置有开关S1，开关S1为单刀双掷开关，能够分别与电容C1或测试电阻Rtest接通。

电压检测模块通过ADC采样接口连接处理器。

监测方法包括以下步骤：

步骤1，初始化状态，系统上电，S1处于原始状态，C1通过S1接电池箱体；

步骤2，切换S1，接入Rtest，处理器发出长高电平，持续时间T1，期间检测Uiso的电压，并将采样值与第一自检保护阈值进行比较，完成自检模式一的程序判断；

步骤3，处理器通过信号处理器，发出具有一定频率一定宽度的脉冲，并保持一定的时间T2，检测Uiso的电压，并将的采样值与第二自检保护阈值进行比较，完成自检模式二的程序判断；

步骤4，理器通过信号处理器发出长低电平，并将S1复位，切换到实时检测模式；

步骤5，处理器发出具有一定频率一定宽度的脉冲，并保持一定的时间T3，检测Uiso的电压，并将采样值与保护阈值进行比较，完成实时检测模式的程序判断。

步骤6：如果自检或者绝缘检测有故障，向系统报错，提醒维修人员注意安全。

图1所示为本发明第一种电池箱体的绝缘监测电路等效示意图，其基本原理是，处理器发出脉冲信号，经过信号处理之后，经电阻R1,电容C1,S1接到机壳，其中S1为单刀双掷开关，也可用两个开关等效，如图6所示，如果不考虑Rtest的灵活调节，可以变形为图7，只保留S1，Rtest始终挂在上面，只是这时候Rtest取值会受限制，需要远大于Riso的最小值，其基本原理都是一样的，此处讲解均以图1为实例。

自检模式一：

如图2所示，为电池箱体绝缘阻抗自检测模式一等效电路，此时处理器通过信号发生器发出一个长高电平，电容C1具有通交流隔直流的能力，理想模型等价于断路，此时电压检测模块检测到的Uiso，并反馈给处理器，处理器内部将采样值与第一自检保护阈值进行比较，如果大于第一自检保护阈值，则第一自检通过，否则，自检不通过，系统报错。

自检模式二：

如图3所示，为电池箱体绝缘阻抗自检测模式二等效电路，此时处理器通过信号发生器发出具有一定频率一定宽度的脉冲电平，电容C1具有通交流隔直流的能力，理想模型等价于短路，此时Uiso的值相当于R1与Rtest的分压值，电压检测模块检测到Uiso的值，反馈给处理器，处理器内部将采样值与第二自检保护阈值进行比较，如果大于第二自检保护阈值，则自检通过，否则，自检不通过，系统报错。

实时检测模式：

如图4所示，为电池箱体绝缘阻抗实时检测模式等效电路，此时处理器通过信号发生器发出具有一定频率一定宽度的脉冲电平，电容C1具有通交流隔直流的能力，理想模型等价于短路，此时Uiso的值相当于R1与Riso的分压值，绝缘没有故障的时候Riso理想等价于无穷大，当发生绝缘故障时，Riso会迅速变小，电压检测模块检测到Uiso的值，反馈给处理器，处理器内部将采样值与第保护阈值进行比较，如果大于保护阈值，则无绝缘阻抗故障通过，否则，有故障，系统报错。

软件流程：

图5所示为软件针对绝缘电路自检以及监测的流程图，当系统上电之后，S1处于原始状态，如图1所示，C1通过S1接机壳。之后切换S1，使其接入Rtest，如图2所示，处理器发出长高电平，并保持时间T1，在此期间电压检测模块检测Uiso的电压，并反馈给处理器，处理器将反馈的采样值与第一自检保护阈值进行比较，如果采样值小于于第一自检阈值，自检不通过，程序结束，系统报错否则，程序继续执行，此后处理器通过信号处理器，发出具有一定频率一定宽度的脉冲，并保持一定的时间T1，在此期间电压检测模块检测Uiso的电压，并反馈给处理器，处理器将反馈的采样值与第二自检保护阈值进行比较，如果采样值小于于第二自检阈值，自检不通过，程序结束，系统报错否则，程序继续执行，之后处理器通过信号处理器发出长低电平，并将S1复位，复位之后处理器发出具有一定频率一定宽度的脉冲，并保持一定的时间T1，在此期间电压检测模块实时检测Uiso的电压，并反馈给处理器，处理器将反馈的采样值与保护阈值进行比较，如果采样值小于于保护阈值，绝缘检测不通过，程序结束，系统报错否则。

Claims (6)

1.一种具有自检功能的电池包绝缘实时监测电路，其特征在于，包括电池箱体、电池对箱体的等效阻抗Riso1以及Riso2和电池箱体绝缘监测电路；电池对箱体的等效阻抗Riso1以及Riso2串联在电池箱体两侧；电池箱体绝缘监测电路包括开关S1、测试电阻Rtest、电阻R1、电容C1、信号处理器、电压检测模块和处理器；信号处理器和电压检测模块均连接到处理器；信号处理器上依次串联有电阻R1和电容C1，电压检测模块一端连接到电阻R1和电容C1之间，另一端串联测试电阻Rtest；电池对箱体的等效阻抗Riso1以及Riso2之间设置有开关S1，开关S1为单刀双掷开关，能够分别与电容C1或测试电阻Rtest接通。

2.根据权利要求1所述的一种具有自检功能的电池包绝缘实时监测电路，其特征在于，电压检测模块通过ADC采样接口连接处理器。

3.一种具有自检功能的电池包绝缘实时监测电路的监测方法，其特征在于，基于权利要求1至2任意一项所述的一种具有自检功能的电池包绝缘实时监测电路，包括以下步骤：

步骤1，初始化状态，系统上电，S1处于原始状态，电容C1通过S1接电池箱体；

步骤2，切换S1，接入Rtest，处理器发出长高电平，持续时间T1，期间检测Uiso的电压，并将采样值与第一自检保护阈值进行比较，完成自检模式一的程序判断；

步骤3，处理器通过信号处理器，发出脉冲，并保持一定的时间T2，检测Uiso的电压，并将的采样值与第二自检保护阈值进行比较，完成自检模式二的程序判断；

步骤4，理器通过信号处理器发出长低电平，并将S1复位，切换到实时检测模式；

步骤5，处理器发出脉冲，并保持一定的时间T3，检测Uiso的电压，并将采样值与保护阈值进行比较，完成实时检测模式的程序判断；

步骤6：如果自检或者绝缘检测有故障，向系统报错，提醒维修人员注意安全。

4.根据权利要求3所述的一种具有自检功能的电池包绝缘实时监测电路的监测方法，其特征在于，自检模式一：

处理器通过信号发生器发出一个长高电平，电容C1具有通交流隔直流的能力，理想模型等价于断路，此时电压检测模块检测到的Uiso，并反馈给处理器，处理器内部将采样值与第一自检保护阈值进行比较，如果大于第一自检保护阈值，则第一自检通过，否则，自检不通过，系统报错。

5.根据权利要求3所述的一种具有自检功能的电池包绝缘实时监测电路的监测方法，其特征在于，自检模式二：

处理器通过信号发生器发出具有一定频率一定宽度的脉冲电平，电容C1具有通交流隔直流的能力，理想模型等价于短路，此时Uiso的值相当于R1与Rtest的分压值，电压检测模块检测到Uiso的值，反馈给处理器，处理器内部将采样值与第二自检保护阈值进行比较，如果大于第二自检保护阈值，则自检通过，否则，自检不通过，系统报错。

6.根据权利要求3所述的一种具有自检功能的电池包绝缘实时监测电路的监测方法，其特征在于，实时检测模式：

处理器通过信号发生器发出脉冲电平，电容C1具有通交流隔直流的能力，理想模型等价于短路，此时Uiso的值相当于R1与Riso的分压值，绝缘没有故障的时候Riso理想等价于无穷大，当发生绝缘故障时，Riso会变小，电压检测模块检测到Uiso的值，反馈给处理器，处理器内部将采样值与第保护阈值进行比较，如果大于保护阈值，则无绝缘阻抗故障通过，否则，有故障，系统报错。

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