CN112798975A - 高压电池包的绝缘检测电路及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压电池包的绝缘检测电路及检测方法。该绝缘检测电路包括待测虚拟阻抗、分压采样电路结构及微控制处理器；分压采样电路结构包括与待测虚拟阻抗并联的第一分压采样电路和第二分压采样电路，用于电连接高压电池包的正极和第一分压采样电路的第一光电MOS管，一端电连接待测虚拟阻抗、另一端电连接第一分压采样电路和第二分压采样电路之间的第二光电MOS管，及用于电连接高压电池包的负极和第一分压采样电路中的高压MOS管；微控制处理器的AD端口第二分压采样电路电连接，并通过三个GPIO端口分别与第一光电MOS管、第二光电MOS管及高压MOS管电连接。本发明提可解决绝缘检测兼容性较差，电路及算法较为复杂，成本高的问题。

Description

高压电池包的绝缘检测电路及检测方法

技术领域

本发明涉及汽车动力电池检测技术领域，特别涉及一种高压电池包的绝缘检测电路及检测方法。

背景技术

随着电动汽车的逐步普及，电动汽车的人员安全要求也越来越高，对于整个电动汽车而言，最危险的莫过于高压电池包及高压负载设备，车上的所有的高压负载均是以电池包为电源。因此，电池包的绝缘性能要求是保证整车安全的重要体现。但是，电动汽车的工作环境比较复杂恶劣，车辆的振动、环境的温度及湿度等都会导致整车高压线束老化，导致整车绝缘性能下降。电池包的高压正极和高压负极通过绝缘阻抗和整车地之间构成电流回路，当整车绝缘性能下降时，绝缘阻抗就会降低，漏电流就会增大，当漏电流达到一定值时，就会对人身安全造成很大的威胁。

目前，市场上电池管理系统(BMS)常见的绝缘检测方法是参考国标GB-T18384中的绝缘检测方法(简述为国标法)，国标法存在一系列的问题，如兼容性较差，电路及算法较为复杂，成本高昂等。

发明内容

本发明提供一种高压电池包的绝缘检测电路及检测方法，以解决相关技术中绝缘检测兼容性较差，电路及算法较为复杂，成本高的问题。

第一方面，本发明提供了一种高压电池包的绝缘检测电路，包括：

待测虚拟阻抗，包括用于电连接高压电池包的正极的待测正极电阻R_p，以及用于电连接高压电池包的负极的待测负极电阻R_n，所述待测正极电阻R_p与所述待测负极电阻R_n串联；

分压采样电路结构，包括与所述待测正极电阻R_p并联的第一分压采样电路，与所述待测负极电阻R_n并联、并与所述第一分压采样电路串联的第二分压采样电路，用于电连接高压电池包的正极和所述第一分压采样电路的第一光电MOS管Q₁，一端电连接所述待测正极电阻R_p与所述待测负极电阻R_n之间、另一端电连接所述第一分压采样电路和所述第二分压采样电路之间的第二光电MOS管Q₂，以及用于电连接高压电池包的负极和所述第一分压采样电路中的高压MOS管Q₃；以及，

微控制处理器，所述微控制处理器的AD端口通过低通滤波电路与所述第二分压采样电路电连接，所述微控制处理器的一个GPIO端口与所述第一光电MOS管Q₁电连接，所述微控制处理器的另一个GPIO端口与所述第二光电MOS管Q₂电连接，所述微控制处理器的第三个GPIO端口与所述高压MOS管Q₃电连接。

在一些实施例中，所述第一分压采样电路包括与所述待测正极电阻R_p并联的第一电阻R₁，以及与所述第一电阻R₁并联的第一等效电阻；

所述第二分压采样电路包括与所述待测负极电阻R_n并联的第二电阻R₂，以及与所述第二电阻R₂并联的第二等效电阻；

所述第一光电MOS管Q₁电连接于所述待测正极电阻R_p的输入端和所述第一电阻R₁的输入端之间，所述第二光电MOS管Q₂一端电连接于所述待测正极电阻R_p的输出端所述待测负极电阻R_n的输入端之间、另一端电连接于所述第一电阻R₁的输出端和所述第二电阻R₂的输入端之间，所述高压MOS管一端电连接于所述第一等效电阻上、另一端电连接于所述第二电阻R₂的输出端和所述第二等效电阻的输出端之间。

在一些实施例中，所述第一等效电阻包括串联的第三电阻R₃、第四电阻R₄及第五电阻R₅，所述第三电阻R₃的输入端与所述第一电阻R₁的输出端电连接，所述第五电阻R₅的输出端与所述第一电阻R₁的输出端电连接；

所述第二等效电阻包括串联的第六电阻R₆、第七电阻R₇及第八电阻R₈，所述第六电阻R₆的输入端与所述第一电阻R₁的输出端电连接，所述第八电阻R₈的输出端与所述第二电阻R₂的输出端电连接；

所述高压MOS管Q₃一端电连接于所述第三电阻R₃的输出端和所述第四电阻R₄的输入端之间、另一端电连接于所述第二电阻R₂的输出端与所述第八电阻R₈的输出端之间。

在一些实施例中，所述低通滤波电路包括与所述微控制处理器的AD端口电连接的RC低通滤波器，以及与所述RC低通滤波器串联的轨到轨运算放大器，所述轨到轨运算放大器的输入端电连接于所述第七电阻R₇的输出端和所述第八电阻R₈的输入端之间。

在一些实施例中，所述第三电阻R₃、所述第四电阻R₄及所述第五电阻R₅的阻值之和等于所述第六电阻R₆、所述第七电阻R₇及所述第八电阻R₈的阻值之和，所述第一电阻R₁的阻值等于所述第二电阻R₂的阻值。

在一些实施例中，所述第一电阻R₁的阻值和所述第二电阻R₂的阻值均设为20M欧，所述第三电阻R₃、所述第四电阻R₄、所述第五电阻R₅、所述第六电阻R₆、所述第七电阻R₇及所述第八电阻R₈均设为M欧级电阻。

第二方面，本发明提供一种高压电池包的绝缘检测方法，包括如下步骤：

检测如上所述的高压电池包的绝缘检测电路的状态；

当检测到所述高压电池包的绝缘检测电路为正常状态时，通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃的关断，获取高压电池包正极和电池包负极之间的绝缘阻抗。

在一些实施例中，所述“检测如上所述的高压电池包的绝缘检测电路的状态”步骤，具体包括如下步骤：

在如上所述的高压电池包的绝缘检测电路中，通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁闭合、并控制第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃断开；

获取电池包正极和电池包负极之间的电压U，获取第一电阻R₁两端的电压U₁、及第二电阻R₂两端的电压U₂；

当检测到U-U₁-U₂≦0.05U时，判定高压电池包的绝缘检测电路为正常状态。

在一些实施例中，所述“获取电池包正极和电池包负极之间的电压U，获取第一电阻R₁两端的电压U₁、及第二电阻R₂两端的电压U₂；当检测到U-U₁-U₂≦0.05U时，判定高压电池包的绝缘检测电路为正常状态”步骤，具体包括如下步骤：

获取电池包正极和电池包负极之间的电压U，获取微控制处理器的AD端口的电压V₀；

根据基尔霍夫定律，获取第一电阻R₁两端的电压U₁如下：

根据基尔霍夫定律，获取第二电阻R₁两端的电压U₂如下：

则当检测到如下式(3)时，判定高压电池包的绝缘检测电路为正常状态，反之则判定高压电池包的绝缘检测电路为故障状态；

在一些实施例中，所述“当检测到所述高压电池包的绝缘检测电路为正常状态时，通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃的关断，获取电池包正极和电池包负极之间的绝缘阻抗”步骤，具体包括如下步骤：

通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁和第二光电MOS管Q₂闭合、并控制高压MOS管Q₃断开，获取微控制处理器的端口的电压为V₁，获取高压电池包正极和高压电池包负极对整车地的电势差分别为U_p'、U_n'；

在高压MOS管Q₃断开时，由基尔霍夫电流定律，流过正极电阻和负极电阻的电流相等，可得如下等式：

令

通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃均闭合，获取微控制处理器的端口的电压为V₂，获取高压电池包正极和高压电池包负极对整车地的电势差分别为U_p、U_n；

在高压MOS管Q₃闭合时，由基尔霍夫电流定律，流过正极电阻和负极电阻的电流相等，可得如下等式：

令

通过对式(5)、式(7)两式化简，获得电池包正极和电池包负极之间的绝缘阻抗；其中，待测正极电阻R_p如下：

其中，待测负极电阻R_n如下：

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了高压电池包的绝缘检测电路及检测方法，通过构建高压电池包的绝缘检测电路，通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃的闭合或断开，形成不同的检测回路，根据基尔霍夫定律可以获取高压电池包正极和电池包负极之间的绝缘阻抗，即得到待测正极电阻R_p和待测负极电阻R_n。能够精确的计算出电池包正极对车身地及电池包负极对车身地阻抗，方案及原理相比国标法较为简单，而且成本较低，检测精度较高，在同性能情况下具有较强的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述高压电池包的绝缘检测电路的电路结构示意图；

图2为本发明实施例所述高压电池包的绝缘检测电路(第一光电MOS管Q₁闭合、第二光电MOS管Q₂断开、高压MOS管Q₃断开时)的等效电路结构示意图；

图3为本发明实施例所述高压电池包的绝缘检测电路(第一光电MOS管Q₁闭合、第二光电MOS管Q₂闭合、高压MOS管Q₃断开时)的等效电路结构示意图；

图4为本发明实施例所述高压电池包的绝缘检测电路(第一光电MOS管Q₁闭合、第二光电MOS管Q₂闭合、高压MOS管Q₃闭合时)的等效电路结构示意图；

图5为本发明实施例所述高压电池包的绝缘检测方法的步骤流程示意图。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本发明的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。

目前，市场上电池管理系统(BMS)常见的绝缘检测方法是参考国标GB-T18384中的绝缘检测方法(简述为国标法)，国标法存在一系列的问题，如兼容性较差，电路及算法较为复杂，成本高昂等。因此，本发明提供一种高压电池包的绝缘检测电路及检测方法，以解决相关技术中绝缘检测兼容性较差，电路及算法较为复杂，成本高的问题。

具体地，如图1所示，本发明提出一种高压电池包的绝缘检测电路，包括待测虚拟阻抗，与待测虚拟阻抗电连接的分压采样电路结构，以及与分压采样电路结构电连接的微控制处理器。通过微控制处理器可以对分压采样电路结构进行调控，以测得高压电池包的正极和负极之间的待测虚拟阻抗。

进一步地，上述待测虚拟阻抗可包括用于电连接高压电池包的正极的待测正极电阻R_p，以及用于电连接高压电池包的负极的待测负极电阻R_n，待测正极电阻R_p与待测负极电阻R_n串联。而且，待测正极电阻R_p的输入端与高压电池包的正极电连接，待测正极电阻R_p的输出端接地；同时，待测负极电阻R_n的输入端接地，待测负极电阻R_n的输出端与高压电池包的负极电连接。而且，待测正极电阻R_p的输出端同时与待测负极电阻R_n的输入端电连接，将待测正极电阻R_p和待测负极电阻R_n串联在一起。

而且，上述分压采样电路结构可包括与待测正极电阻R_p并联的第一分压采样电路，与待测负极电阻R_n并联、并与第一分压采样电路串联的第二分压采样电路，用于电连接高压电池包的正极和第一分压采样电路的第一光电MOS管Q₁，一端电连接待测正极电阻R_p与待测负极电阻R_n之间、另一端电连接第一分压采样电路和第二分压采样电路之间的第二光电MOS管Q₂，以及用于电连接高压电池包的负极和第一分压采样电路中的高压MOS管Q₃。而且，上述微控制处理器的AD端口通过低通滤波电路与第二分压采样电路电连接，微控制处理器的一个GPIO端口与第一光电MOS管Q₁电连接，微控制处理器MCU的另一个GPIO端口与第二光电MOS管Q₂电连接，微控制处理器的第三个GPIO端口与高压MOS管Q₃电连接。

通过微控制处理器MCU的三个GPIO端口，可以分别对第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂、高压MOS管Q₃进行连接和控制，即可对第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂、高压MOS管Q₃进行闭合和断开控制，以形成不同的电路结构(如图2至图4所示)，并通过微控制处理器的AD端口对各个电路结构进行信息采集和计算，从而得到待测正极电阻R_p与待测负极电阻R_n。

而且，第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂均为光MOS管，高低压之间隔离耐压为1500V，用于控制电路回路的通断；其中第一光电MOS管Q₁的作用是整个模块电路的使能开关，在车辆处于静态模式下可有效降低电池包的损耗；第二光电MOS管Q₂为对地的开关，当车辆处于静态模式时保证高压电池包与车身地完全断开，保证绝缘阻抗满足GBT18384.3的耐压要求；而高压MOS管Q₃，VDS之间的耐压为1000V，用于控制电路回路通断，主要作用是切换电路的形态，提供绝缘电阻计算的条件。

此外，上述第一分压采样电路包括与待测正极电阻R_p并联的第一电阻R₁，以及与第一电阻R₁并联的第一等效电阻；上述第二分压采样电路包括与待测负极电阻R_n并联的第二电阻R₂，以及与第二电阻R₂并联的第二等效电阻。而且，上述第一光电MOS管Q₁电连接于待测正极电阻R_p的输入端和第一电阻R₁的输入端之间，上述第二光电MOS管Q₂一端电连接于待测正极电阻R_p的输出端待测负极电阻R_n的输入端之间、另一端电连接于第一电阻R₁的输出端和第二电阻R₂的输入端之间，上述高压MOS管一端电连接于第一等效电阻上、另一端电连接于第二电阻R₂的输出端和第二等效电阻的输出端之间。通过第一光电MOS管Q₁可控制整个检测电路与高压电池包的通断，通过第二光电MOS管Q₂可控制检测电路与车身地的通断，而通过高压MOS管就可以控制电路回路通断以形成不同的检测回路。

进一步地，在一些实施例中，上述第一等效电阻可包括串联的第三电阻R₃、第四电阻R₄及第五电阻R₅，第三电阻R₃的输入端与第一电阻R₁的输出端电连接，第五电阻R₅的输出端与第一电阻R₁的输出端电连接。而且，上述第二等效电阻可包括串联的第六电阻R₆、第七电阻R₇及第八电阻R₈，第六电阻R₆的输入端与第一电阻R₁的输出端电连接，第八电阻R₈的输出端与第二电阻R₂的输出端电连接。而且，上述高压MOS管Q₃一端电连接于第三电阻R₃的输出端和第四电阻R₄的输入端之间、另一端电连接于第二电阻R₂的输出端与第八电阻R₈的输出端之间。而且，低通滤波电路一端电连接于第七电阻R₇输出端和第八电阻R₈的输入端之间，另一端电连接微控制处理器的AD端口。即可将微控制处理器的AD端口电连接在第七电阻R₇和第八电阻R₈之间，并将高压MOS管Q₃电连接于第三电阻R₃和第四电阻R₄之间，方便通过第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅、第六电阻R₆、第七电阻R₇及第八电阻R₈对检测电路进行分压和分流，使得微控制处理器的AD端口获取的电压信息准确可靠。

进一步地，在一些实施例中，上述第三电阻R₃、第四电阻R₄及第五电阻R₅的阻值之和等于第六电阻R₆、第七电阻R₇及第八电阻R₈的阻值之和，第一电阻R₁的阻值等于第二电阻R₂的阻值。而且，在一些实施例中，上述第一电阻R₁的阻值和第二电阻R₂的阻值均设为20M欧，上述第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅、第六电阻R₆、第七电阻R₇及第八电阻R₈均设为M欧级电阻。电阻R₁～R₈均可有多个电阻串联组成，串联的目的主要是为了提高耐压值。

而且，在一些实施例中，上述低通滤波电路包括与微控制处理器MCU的AD端口电连接的RC低通滤波器，以及与所述RC低通滤波器串联的轨到轨运算放大器，所述轨到轨运算放大器的输入端电连接于所述第七电阻R₇的输出端和所述第八电阻R₈的输入端之间。RC低通滤波器由第九电阻R₉和第一电容C₁组成，主要功能是滤除外部的噪声信号，提高电路模块的抗干扰能力。轨到轨运算放大器U1具有低温漂和低失调电压的特性，在此处作为电压跟随器，减小采样回路的漏电流以增大AD采样端口的输入阻抗，保证AD端口能够更精确的采集到分压电阻R₈电阻上的电压。

此外，上述微控制处理器MCU为集成高精度16位ADC的微控制器单元，主要功能是采集第一电容C1两侧电压和控制第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂、高压MOS管Q₃的通断。在本实施例中，微控制处理器MCU型号为MM9Z1I638BM2EP。而且，高压电池包的电压为U，此处U做为已知量，可通过累加单体电芯的电压所得。

此外，针对上述的高压电池包的绝缘检测电路，如图5所示，本发明提供一种高压电池包的绝缘检测方法，包括如下步骤：

S100、检测如上所述的高压电池包的绝缘检测电路的状态；

S200、当检测到所述高压电池包的绝缘检测电路为正常状态时，通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃的关断，获取高压电池包正极和电池包负极之间的绝缘阻抗。

在电池管理系统BMS处于静态模式时，如图1所示，第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃均处于断开状态，保证高压电池包到整车地的绝缘阻抗为无穷大，降低绝缘检测电路对电池包耐压的影响。

而在构建完成上述的高压电池包的绝缘检测电路后，需要先对高压电池包的绝缘检测电路的电路状态进行检测，只有在检测电路状态正常时，才能检测高压电池包正极和电池包负极之间的绝缘阻抗。而在检测高压电池包正极和电池包负极之间的绝缘阻抗时，可通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃的关断，使得高压电池包的绝缘检测电路形成不同的检测回路，方便计算出电连接高压电池包的正极的待测正极电阻R_p、以及电连接高压电池包的负极的待测负极电阻R_n。

进一步地，在一些实施例中，上述步骤S100即所述“检测如上所述的高压电池包的绝缘检测电路的状态”步骤，具体包括如下步骤：

S110、在如上所述的高压电池包的绝缘检测电路中，通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁闭合、并控制第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃断开；

S120、获取电池包正极和电池包负极之间的电压U，获取第一电阻R₁两端的电压U₁、及第二电阻R₂两端的电压U₂；

S130、当检测到U-U₁-U₂≦0.05U时，判定高压电池包的绝缘检测电路为正常状态。

通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁闭合使得高压电池包的绝缘检测电路处于接通状态，此时可得到如图2所示的等效电路，便于判断该绝缘检测电路是否正常。而且，由上述内容可知，电池包正极和电池包负极之间的电压U为已知量，第一电阻R₁两端的电压U₁、及第二电阻R₂两端的电压U₂可通过微控制处理器AD端口采集到的电压信息及绝缘检测电路本身的电阻值计算得到。

进一步地，在一些实施例中，上述步骤S120及步骤S130，即所述“获取电池包正极和电池包负极之间的电压U，获取第一电阻R₁两端的电压U₁、及第二电阻R₂两端的电压U₂；当检测到U-U₁-U₂≦0.05U时，判定高压电池包的绝缘检测电路为正常状态”步骤，具体包括如下步骤：

获取电池包正极和电池包负极之间的电压U，获取微控制处理器的AD端口的电压V₀。电压V₀可通过微控制处理器的AD端口采集得到，为第八电阻的电压值；而电池包正极和电池包负极之间的电压U为已知值。

根据基尔霍夫定律，获取第一电阻R₁两端的电压U₁如下：

根据基尔霍夫定律，获取第二电阻R₁两端的电压U₂如下：

则当检测到如下式(3)时，判定高压电池包的绝缘检测电路为正常状态，反之则判定高压电池包的绝缘检测电路为故障状态；

此外，上述步骤S200即所述“当检测到所述高压电池包的绝缘检测电路为正常状态时，通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃的关断，获取电池包正极和电池包负极之间的绝缘阻抗”步骤，具体包括如下步骤：

S210、通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁和第二光电MOS管Q₂闭合、并控制高压MOS管Q₃断开，获取微控制处理器的端口的电压为V₁，获取高压电池包正极和高压电池包负极对整车地的电势差分别为U_p'、U_n'。

通过微控制处理器MCU使能GPIO以驱动第一光电MOS管Q₁和第二光电MOS管Q₂闭合、并控制高压MOS管Q₃断开，此时可得到如图3所示的等效电路，电压为V₁可通过微控制处理器MCU的AD端口采集得到；而高压电池包正极对整车地的电势差分别为U_p'、高压电池包负极对整车地的电势差分别为U_n'，可上述步骤S120及步骤S130中对第一电阻R₁两端的电压U₁、及第二电阻R₂两端的电压U₂相同的计算方式得到，在此不再赘述。

S220、在高压MOS管Q₃断开时，由基尔霍夫电流定律，流过正极电阻和负极电阻的电流相等，可得如下等式：

令

S230、通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃均闭合，获取微控制处理器的端口的电压为V₂，获取高压电池包正极和高压电池包负极对整车地的电势差分别为U_p、U_n。

同理，通过微控制处理器MCU使能GPIO以驱动第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃闭合，此时可得到如图4所示的等效电路，电压为V₂可通过微控制处理器MCU的AD端口采集得到；而高压电池包正极对整车地的电势差分别为U_p、高压电池包负极对整车地的电势差分别为U_n，可上述步骤S120及步骤S130中对第一电阻R₁两端的电压U₁、及第二电阻R₂两端的电压U₂相同的计算方式得到，在此不再赘述。

S240、在高压MOS管Q₃闭合时，由基尔霍夫电流定律，流过正极电阻和负极电阻的电流相等，可得如下等式：

令

S250、通过对式(5)、式(7)两式化简，获得电池包正极和电池包负极之间的绝缘阻抗；其中，待测正极电阻R_p如下：

其中，待测负极电阻R_n如下：

即可计算得到获得电池包正极和电池包负极之间的绝缘阻抗R_p和R_n。

本发明实施例提供了高压电池包的绝缘检测电路及检测方法，通过构建高压电池包的绝缘检测电路，通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃的闭合或断开，形成不同的检测回路，根据基尔霍夫定律可以获取高压电池包正极和电池包负极之间的绝缘阻抗，即得到待测正极电阻R_p和待测负极电阻R_n。能够精确的计算出电池包正极对车身地及电池包负极对车身地阻抗，方案及原理相比国标法较为简单，而且成本较低，检测精度较高，在同性能情况下具有较强的优势。

总之，本发明通过对检测电路进行优化，减少电路中光MOS管的使用数量，本方案中仅需要两个光MOS管即可实现绝缘采样功能(国标法通常需要5～6个光MOS管开关)，大大降低了模块电路的成本；而且，检测电路的结构及算法比较简单，计算精度较高；而且，检测电路仅采用一个AD端口即可完成绝缘的计算，无需占用过多的MCU端口资源；而且，仅需使用一个带AD采样功能(16bit adc)的单片机即可实现整个电路的控制与采样，扩展性比较强；而且，在车辆静态模式下，通过使能开关Q₁可切短回路，降低电池包的损耗。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种高压电池包的绝缘检测电路，其特征在于，包括：

待测虚拟阻抗，包括用于电连接高压电池包的正极的待测正极电阻R_p，以及用于电连接高压电池包的负极的待测负极电阻R_n，所述待测正极电阻R_p与所述待测负极电阻R_n串联；

分压采样电路结构，包括与所述待测正极电阻R_p并联的第一分压采样电路，与所述待测负极电阻R_n并联、并与所述第一分压采样电路串联的第二分压采样电路，用于电连接高压电池包的正极和所述第一分压采样电路的第一光电MOS管Q₁，一端电连接所述待测正极电阻R_p与所述待测负极电阻R_n之间、另一端电连接所述第一分压采样电路和所述第二分压采样电路之间的第二光电MOS管Q₂，以及用于电连接高压电池包的负极和所述第一分压采样电路中的高压MOS管Q₃；以及，

微控制处理器，所述微控制处理器的AD端口通过低通滤波电路与所述第二分压采样电路电连接，所述微控制处理器的一个GPIO端口与所述第一光电MOS管Q₁电连接，所述微控制处理器的另一个GPIO端口与所述第二光电MOS管Q₂电连接，所述微控制处理器的第三个GPIO端口与所述高压MOS管Q₃电连接。

2.根据权利要求1所述的高压电池包的绝缘检测电路，其特征在于，所述第一分压采样电路包括与所述待测正极电阻R_p并联的第一电阻R₁，以及与所述第一电阻R₁并联的第一等效电阻；

所述第二分压采样电路包括与所述待测负极电阻R_n并联的第二电阻R₂，以及与所述第二电阻R₂并联的第二等效电阻；

所述第一光电MOS管Q₁电连接于所述待测正极电阻R_p的输入端和所述第一电阻R₁的输入端之间，所述第二光电MOS管Q₂一端电连接于所述待测正极电阻R_p的输出端所述待测负极电阻R_n的输入端之间、另一端电连接于所述第一电阻R₁的输出端和所述第二电阻R₂的输入端之间，所述高压MOS管一端电连接于所述第一等效电阻上、另一端电连接于所述第二电阻R₂的输出端和所述第二等效电阻的输出端之间。

3.根据权利要求2所述的高压电池包的绝缘检测电路，其特征在于，所述第一等效电阻包括串联的第三电阻R₃、第四电阻R₄及第五电阻R₅，所述第三电阻R₃的输入端与所述第一电阻R₁的输出端电连接，所述第五电阻R₅的输出端与所述第一电阻R₁的输出端电连接；

所述第二等效电阻包括串联的第六电阻R₆、第七电阻R₇及第八电阻R₈，所述第六电阻R₆的输入端与所述第一电阻R₁的输出端电连接，所述第八电阻R₈的输出端与所述第二电阻R₂的输出端电连接；

所述高压MOS管Q₃一端电连接于所述第三电阻R₃的输出端和所述第四电阻R₄的输入端之间、另一端电连接于所述第二电阻R₂的输出端与所述第八电阻R₈的输出端之间。

4.根据权利要求3所述的高压电池包的绝缘检测电路，其特征在于，所述低通滤波电路包括与所述微控制处理器的AD端口电连接的RC低通滤波器，以及与所述RC低通滤波器串联的轨到轨运算放大器，所述轨到轨运算放大器的输入端电连接于所述第七电阻R₇的输出端和所述第八电阻R₈的输入端之间。

5.根据权利要求3所述的高压电池包的绝缘检测电路，其特征在于，所述第三电阻R₃、所述第四电阻R₄及所述第五电阻R₅的阻值之和等于所述第六电阻R₆、所述第七电阻R₇及所述第八电阻R₈的阻值之和，所述第一电阻R₁的阻值等于所述第二电阻R₂的阻值。

6.根据权利要求5所述的高压电池包的绝缘检测电路，其特征在于，所述第一电阻R₁的阻值和所述第二电阻R₂的阻值均设为20M欧，所述第三电阻R₃、所述第四电阻R₄、所述第五电阻R₅、所述第六电阻R₆、所述第七电阻R₇及所述第八电阻R₈均设为M欧级电阻。

7.一种高压电池包的绝缘检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

检测如权利要求3至6中任意一项所述的高压电池包的绝缘检测电路的状态；

当检测到所述高压电池包的绝缘检测电路为正常状态时，通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃的关断，获取高压电池包正极和电池包负极之间的绝缘阻抗。

8.根据权利要求7所述的高压电池包的绝缘检测方法，其特征在于，所述“检测如权利要求3至6中任意一项所述的高压电池包的绝缘检测电路的状态”步骤，具体包括如下步骤：

在如权利要求3至6中任意一项所述的高压电池包的绝缘检测电路中，通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁闭合、并控制第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃断开；

获取电池包正极和电池包负极之间的电压U，获取第一电阻R₁两端的电压U₁、及第二电阻R₂两端的电压U₂；

当检测到U-U₁-U₂≦0.05U时，判定高压电池包的绝缘检测电路为正常状态。

9.根据权利要求8所述的高压电池包的绝缘检测电路，其特征在于，所述“获取电池包正极和电池包负极之间的电压U，获取第一电阻R₁两端的电压U₁、及第二电阻R₂两端的电压U₂；当检测到U-U₁-U₂≦0.05U时，判定高压电池包的绝缘检测电路为正常状态”步骤，具体包括如下步骤：

获取电池包正极和电池包负极之间的电压U，获取微控制处理器的AD端口的电压V₀；

根据基尔霍夫定律，获取第一电阻R₁两端的电压U₁如下：

根据基尔霍夫定律，获取第二电阻R₁两端的电压U₂如下：

则当检测到如下式(3)时，判定高压电池包的绝缘检测电路为正常状态，反之则判定高压电池包的绝缘检测电路为故障状态；

10.根据权利要求9所述的高压电池包的绝缘检测电路，其特征在于，所述“当检测到所述高压电池包的绝缘检测电路为正常状态时，通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃的关断，获取电池包正极和电池包负极之间的绝缘阻抗”步骤，具体包括如下步骤：

通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁和第二光电MOS管Q₂闭合、并控制高压MOS管Q₃断开，获取微控制处理器的端口的电压为V₁，获取高压电池包正极和高压电池包负极对整车地的电势差分别为U_p'、U_n'；

在高压MOS管Q₃断开时，由基尔霍夫电流定律，流过正极电阻和负极电阻的电流相等，可得如下等式：

令

通过微控制处理器控制第一光电MOS管Q₁、第二光电MOS管Q₂及高压MOS管Q₃均闭合，获取微控制处理器的端口的电压为V₂，获取高压电池包正极和高压电池包负极对整车地的电势差分别为U_p、U_n；

在高压MOS管Q₃闭合时，由基尔霍夫电流定律，流过正极电阻和负极电阻的电流相等，可得如下等式：

令

通过对式(5)、式(7)两式化简，获得电池包正极和电池包负极之间的绝缘阻抗；其中，待测正极电阻R_p如下：

其中，待测负极电阻R_n如下：

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