CN113777514A - 一种后备式储能系统的绝缘检测电路、系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种后备式储能系统的绝缘检测电路、系统及方法，所述电路包括电池BT1，绝缘电阻+，绝缘电阻‑，电阻R1‑R6，开关K1‑K4，以及电压源1‑2；系统还包括所述电路，电压采集芯片1、2、3、4以及MCU；并通过计算绝缘电阻+、R‑的电阻值，检测电池BT1正负极与系统机壳间的绝缘性，电路简单、步骤简单、检测精确，抗干扰能力强，便于提醒用户，安全性能高。

Description

一种后备式储能系统的绝缘检测电路、系统及方法
技术领域
本发明涉及一种绝缘检测电路、系统及方法，尤其适用于后备式储能系统。
背景技术
现有技术中，如图1所示，后备式储能系统，即电动汽车应急充电系统，主要包括：包括储能模块、充电模块、放电模块、充电接口、放电接口以及其他模块。其中，储能模块可以是电池或其他储能装置，用于存储能量；充、放电模块一般为直流或者交流电源，可以提供所需电源类型的模块；放电模块可以是直流转直流或者自流转交流的模块；充、放电接口用于与外部充、放电设备进行连接，可以是交流插座、直流插座或者电动汽车充电接口等；其他模块包括一些扩展的模块，可以是通讯模块，显示模块等。
并且，需要对后备式储能系统内的电池系统进行绝缘检测。绝缘检测的方法大致有以下几种方法：1.平衡电桥检测法；2.交流信号法；3.差流检测原理法。
1、平衡电桥检测法，实施电路如图2所示：平衡电桥原理就是在母线的正负极接入一个电阻桥路，让电阻桥路与电源正负极与地之间的绝缘电阻形成一个电桥，电桥是以地作为桥路中间点，通过接在两个电阻桥之间的继电器来判断是否存在绝缘故障。但是，当直流系统正、负母线对地绝缘电阻同等下降时，电桥仍然平衡，该电路无法通过继电器发出报警信号。
2、低频信号探测法，实施电路如图3所示：其基本思路是通过在直流系统正负母线与大地之间定时注入低频率电压信号，用接在支路中的电流互感器检测出各支路中的互感电流，从而可以判断出注入电压信号的流向，实现对故障支路的查找。但是，该电路对电流互感器要求有较大的动态范围和高测量精度，而这在实际当中难以办到，并且该电路对直流系统的干扰仍然会存在，使用范围相当有限。
3、差流检测法：其基本原理是通过在系统直流支路上加装直流传感器，从而可以直接通过直流传感器检测出直流系统支路漏电流旳大小，以判断有无接地故障。但是，该方法对在实际当中仍然会存在技术缺陷，安全性能受到了限制。
发明内容
针对上述现存的技术问题，本发明提供一种后备式储能系统的绝缘检测电路、系统及方法，为后备式储能系统提供一种自校正的绝缘检测方法，以提高安全性能。
为实现上述目的，本发明提供一种后备式储能系统的绝缘检测电路，包括电池BT1，绝缘电阻+，绝缘电阻-，电阻R1-R6，开关K1-K4，以及电压源1-2；
电池BT1的正极分别连接绝缘电阻+的一端和开关K1的一端，电池BT1的负极分别连接绝缘电阻-的一端和开关K2的一端，且绝缘电阻+的另一端和绝缘电阻-的另一端连接电线接地端GND；
开关K1的另一端分别连接电阻R1的一端和双刀开关K3的1端，开关K2的另一端分别连接电阻R2的一端和双刀开关K4的1端，且电阻R1的另一端和电阻R2的另一端连接电线接地端GND；
双刀开关K3的2端连接电阻R5的一端，双刀开关K4的2端连接电阻R6的一端，且电阻R5的另一端和电阻R5的另一端连接电线接地端GND；
双刀开关K3的公共端经电阻R3连接电压源1的正极，双刀开关K4的公共端连接电压源2的负极，电压源2的正极连接电阻R4的一端，且电压源1的负极和电阻R4的另一端连接电线接地端GND。
本发明还提供一种后备式储能系统的绝缘检测系统，包括上述的绝缘检测电路，电压采集芯片1、2、3、4以及MCU；
所述的电阻R3、R4、R5、R6的两端分别连接电压采集芯片1、3、2、4的输入端，且电压采集芯片1、2、3、4的输出端均连接MCU；
所述的电压采集芯片1、3、2、4分别用于采集电阻R3、R4、R5、R6的两端电压，并将数据传送给MCU；
所述的MCU用于控制开关K1-K4的状态，以及计算绝缘电阻+和绝缘电阻-的电阻值，并在两者的电阻值低于设定值时报警。
进一步，所述的电阻R5、R6为电阻值已知的精密电阻。
进一步，所述的电压采集芯片1、2、3、4的型号均为INA181A1IDBVR。
进一步，所述的MCU还连接蜂鸣器和/或LED灯，用于提示报警。
本发明另提供一种后备式储能系统的绝缘检测方法，利用上面任一项所述的后备式储能系统的绝缘检测系统，通过计算出绝缘电阻+的电阻值，来检测电池BT1正极与后备式储能系统机壳之间的绝缘性，包括如下具体步骤：
A1、先将开关K1、K2断开，使电压源2不工作、电压源1工作，并将双刀开关K3置位于2端；然后测量电阻R3两端的电压V3，以及电阻R5两端的电压V5，计算电阻R3的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000031
A2、将开关双刀K3置位于1端，然后测量电阻R3两端的电压V3，计算电阻R1的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000032
A3、将开关K1导通，然后测量电阻R3两端的电压V3，此时绝缘电阻+与R1并联，设两者合为并联电阻R+，计算并联电阻R+的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000033
A4、计算绝缘电阻+的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000034
进一步，当计算得出的绝缘电阻+的电阻值低于设定值时，MCU将会报警。
本发明再提供一种后备式储能系统的绝缘检测方法，利用上面任一项所述的后备式储能系统的绝缘检测系统，通过计算出绝缘电阻-的电阻值，来检测电池BT1负极与后备式储能系统机壳之间的绝缘性，包括如下具体步骤：
B1、先将开关K1、K2断开，使电压源1不工作、电压源2工作，并将双刀开关K4置位于2端；然后测量电阻R4两端的电压V4，通过电阻R6两端的电压计算出电流I6，计算电阻R4的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000035
B2、将开关双刀K4置位于1端，然后测量电阻R4两端的电压V4，计算电阻R2的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000041
B3、将开关K2导通，然后测量电阻R4两端的电压V4，此时绝缘电阻-与R2并联，设两者合为并联电阻R-，计算并联电阻R-的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000042
B4、计算绝缘电阻-的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000043
进一步，当计算得出的绝缘电阻-的电阻值低于设定值时，MCU将会报警。
综上，本发明可以对后备式储能系统的电阻值进行校正，防止老化阻值改变；也可以检测绝缘电阻；还可以检测电池正负极都出现绝缘电阻下降的情况。
相比现有技术，本发明具有如下技术优势：
1、当本发明系统能够自校正电阻值，如每次都会根据实时测量的电压计算电阻R1-R4 的电阻值，而不是采用电阻原本的阻值，电路结构简单，检测精度高。
2、本发明方法通过计算出绝缘电阻+、绝缘电阻-的电阻值，来检测电池BT1正、负极与后备式储能系统机壳之间的绝缘性，检测步骤简单，检测时间短，响应及时。
3、当本发明方法计算得出的绝缘电阻+、绝缘电阻-的电阻值低于设定值时，MCU将会报警，方便用户进行判断，并提高了系统的安全性能。
附图说明
图1为现有技术中后备式储能系统的电原理框图；
图2为现有技术中平衡电桥检测法的电路原理图；
图3为现有技术中低频信号探测法的电路原理图；
图4为本发明后备式储能系统的绝缘检测电路图；
图5为本发明计算绝缘电阻+的电阻值的流程图；
图6为本发明计算绝缘电阻-的电阻值的流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
如图4所示，本发明绝缘检测电路主要由两个绝缘电阻R(绝缘电阻+、-)、6个检测电阻(R1-R6)，2个外加电压源(电压源1、2)，4个开关器件(K1-K4)组成。其中，绝缘电阻+为电池BT1正极和后备式储能系统机壳地之间的等效电阻；同理，绝缘电阻-为电池 BT1负极和后备式储能系统机壳之间的等效电阻。
所述绝缘检测电路的具体连接关系如下：电池BT1的正极分别连接绝缘电阻+的一端和开关K1的一端，电池BT1的负极分别连接绝缘电阻-的一端和开关K2的一端，且绝缘电阻 +的另一端和绝缘电阻-的另一端连接电线接地端GND；
开关K1的另一端分别连接电阻R1的一端和双刀开关K3的1端，开关K2的另一端分别连接电阻R2的一端和双刀开关K4的1端，且电阻R1的另一端和电阻R2的另一端连接电线接地端GND；双刀开关K3的2端连接电阻R5的一端，双刀开关K4的2端连接电阻R6 的一端，且电阻R5的另一端和电阻R5的另一端连接电线接地端GND；双刀开关K3的公共端经电阻R3连接电压源1的正极，双刀开关K4的公共端连接电压源2的负极，电压源2 的正极连接电阻R4的一端，且电压源1的负极和电阻R4的另一端连接电线接地端GND。
并且，如图4所示，上述绝缘检测电路和四个电压采集芯片，MCU，蜂鸣器和/或LED灯共同构成了本发明的绝缘检测系统。
所述的绝缘检测系统的具体连接关系如下：电阻R3、R4、R5、R6的两端分别连接电压采集芯片1、3、2、4的输入端，且电压采集芯片1、2、3、4的输出端均连接MCU，MCU还连接蜂鸣器和/或LED灯。
具体实施时，电阻R5、R6为电阻值已知的精密电阻，便于本发明方法的计算程序。电压采集芯片1、3、2、4选择INA181A1IDBVR，分别用于采集电阻R3、R4、R5、R6的两端电压，并将数据传送给MCU。
本发明电路及系统的工作原理如下：MCU用于控制开关K1-K4的状态，接收电压采集芯片1、3、2、4传送的电阻R3、R4、R5、R6的两端电压的数据，以及计算绝缘电阻+和绝缘电阻-的电阻值。即通过检测流过精密电阻R5和精密电阻R6的电流大小计算电阻R3、R4 的电阻值；通过检测电阻R3上的电压，计算电池BT1正极与后备式储能系统机壳之间绝缘的可靠性；通过检测电阻R4上的电压，计算电池BT1负极与后备式储能系统机壳之间绝缘的可靠性。并且，在绝缘电阻+和绝缘电阻-的电阻值低于设定值时，控制蜂鸣器和/或LED 灯进行提示报警。
利用上述本发明电路和系统进行绝缘检测方法如下：
一、检测电池BT1正极与后备式储能系统机壳之间的绝缘性，即计算出绝缘电阻+的电阻值，检测方法流程如图5所示：
A1、先将开关K1、K2断开，使电压源2不工作、电压源1工作，并将双刀开关K3置位于2端；然后测量电阻R3两端的电压V3，以及电阻R5两端的电压V5，先计算电阻R5的电流I5，公式如下：
Figure BDA0003276804540000061
然后计算电阻R3的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000062
A2、将开关双刀K3置位于1端，然后测量电阻R3两端的电压V3，计算电阻R1的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000063
A3、将开关K1导通，然后测量电阻R3两端的电压V3，此时绝缘电阻+与R1并联，设两者合为并联电阻R+，计算并联电阻R+的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000064
A4、计算绝缘电阻+的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000071
A5、当计算得出的绝缘电阻+的电阻值低于设定值时，MCU将会报警。
二、检测电池BT1负极与后备式储能系统机壳之间的绝缘性，即计算出绝缘电阻-的电阻值，检测方法流程如图6所示：
B1、先将开关K1、K2断开，使电压源1不工作、电压源2工作，并将双刀开关K4置位于2端；然后测量电阻R4两端的电压V4，通过电阻R6两端的电压计算出电流I6，计算电阻R4的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000072
B2、将开关双刀K4置位于1端，然后测量电阻R4两端的电压V4，计算电阻R2的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000073
B3、将开关K2导通，然后测量电阻R4两端的电压V4，此时绝缘电阻-与R2并联，设两者合为并联电阻R-，计算并联电阻R-的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000074
B4、计算绝缘电阻-的电阻值，公式如下：
Figure BDA0003276804540000075
B5、当计算得出的绝缘电阻-的电阻值低于设定值时，MCU将会报警。
综上，上述绝缘检测方法电路简单、步骤简单、检测精确，抗干扰能力强，便于提醒用户，安全性能高。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上该实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种后备式储能系统的绝缘检测电路，其特征在于，包括电池BT1，绝缘电阻+，绝缘电阻-，电阻R1-R6，开关K1-K4，以及电压源1-2；
电池BT1的正极分别连接绝缘电阻+的一端和开关K1的一端，电池BT1的负极分别连接绝缘电阻-的一端和开关K2的一端，且绝缘电阻+的另一端和绝缘电阻-的另一端连接电线接地端GND；
开关K1的另一端分别连接电阻R1的一端和双刀开关K3的1端，开关K2的另一端分别连接电阻R2的一端和双刀开关K4的1端，且电阻R1的另一端和电阻R2的另一端连接电线接地端GND；
双刀开关K3的2端连接电阻R5的一端，双刀开关K4的2端连接电阻R6的一端，且电阻R5的另一端和电阻R5的另一端连接电线接地端GND；
双刀开关K3的公共端经电阻R3连接电压源1的正极，双刀开关K4的公共端连接电压源2的负极，电压源2的正极连接电阻R4的一端，且电压源1的负极和电阻R4的另一端连接电线接地端GND。
2.一种后备式储能系统的绝缘检测系统，其特征在于，包括权利要求1所述的绝缘检测电路，电压采集芯片1、2、3、4以及MCU；
所述的电阻R3、R4、R5、R6的两端分别连接电压采集芯片1、3、2、4的输入端，且电压采集芯片1、2、3、4的输出端均连接MCU；
所述的电压采集芯片1、3、2、4分别用于采集电阻R3、R4、R5、R6的两端电压，并将数据传送给MCU；
所述的MCU用于控制开关K1-K4的状态，以及计算绝缘电阻+和绝缘电阻-的电阻值，并在两者的电阻值低于设定值时报警。
3.根据权利要求2所述的一种后备式储能系统的绝缘检测电路，其特征在于，所述的电阻R5、R6为电阻值已知的精密电阻。
4.根据权利要求2所述的一种后备式储能系统的绝缘检测系统，其特征在于，所述的电压采集芯片1、2、3、4的型号均为INA181A1IDBVR。
5.根据权利要求2所述的一种后备式储能系统的绝缘检测系统，其特征在于，所述的MCU还连接蜂鸣器和/或LED灯，用于提示报警。
6.一种后备式储能系统的绝缘检测方法，其特征在于，利用权利要求2-5任一项所述的后备式储能系统的绝缘检测系统，通过计算出绝缘电阻+的电阻值，来检测电池BT1正极与后备式储能系统机壳之间的绝缘性，包括如下具体步骤：
A1、先将开关K1、K2断开，使电压源2不工作、电压源1工作，并将双刀开关K3置位于2端；然后测量电阻R3两端的电压V3，以及电阻R5两端的电压V5，计算电阻R3的电阻值，公式如下：
Figure FDA0003276804530000021
A2、将开关双刀K3置位于1端，然后测量电阻R3两端的电压V3，计算电阻R1的电阻值，公式如下：
Figure FDA0003276804530000022
A3、将开关K1导通，然后测量电阻R3两端的电压V3，此时绝缘电阻+与R1并联，设两者合为并联电阻R+，计算并联电阻R+的电阻值，公式如下：
Figure FDA0003276804530000023
A4、计算绝缘电阻+的电阻值，公式如下：
Figure FDA0003276804530000024
7.根据权利要求6所述的一种后备式储能系统的绝缘检测方法，其特征在于，当计算得出的绝缘电阻+的电阻值低于设定值时，MCU将会报警。
8.一种后备式储能系统的绝缘检测方法，其特征在于，利用权利要求2-5任一项所述的后备式储能系统的绝缘检测系统，通过计算出绝缘电阻-的电阻值，来检测电池BT1负极与后备式储能系统机壳之间的绝缘性，包括如下具体步骤：
B1、先将开关K1、K2断开，使电压源1不工作、电压源2工作，并将双刀开关K4置位于2端；然后测量电阻R4两端的电压V4，通过电阻R6两端的电压计算出电流I6，计算电阻R4的电阻值，公式如下：
Figure FDA0003276804530000031
B2、将开关双刀K4置位于1端，然后测量电阻R4两端的电压V4，计算电阻R2的电阻值，公式如下：
Figure FDA0003276804530000032
B3、将开关K2导通，然后测量电阻R4两端的电压V4，此时绝缘电阻-与R2并联，设两者合为并联电阻R-，计算并联电阻R-的电阻值，公式如下：
Figure FDA0003276804530000033
B4、计算绝缘电阻-的电阻值，公式如下：
Figure FDA0003276804530000034
9.根据权利要求8所述的一种后备式储能系统的绝缘检测方法，其特征在于，当计算得出的绝缘电阻-的电阻值低于设定值时，MCU将会报警。
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