CN113791278B - 电池包绝缘电阻检测方法、装置及电池包和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池包绝缘电阻检测方法、装置及电池包和车辆，用于电池包电极绝缘电阻的检测，且在电极上连接有分压电路，并在分压电路上设有绝缘电压采样点，而该检测方法包括在预设绝缘计算周期内，按预设采样周期采集绝缘电压；计算相邻采样周期采集的绝缘电压变化率ΔV；在连续m个采样周期的绝缘电压变化率ΔV的绝对值小于预设阈值时，存储连续n个采样周期的绝缘电压；以及，计算存储的连续n个采样周期的绝缘电压的平均值，和根据计算的绝缘电压的平均值和电池包的总电压计算电极的绝缘电阻。本发明的检测方法能够适应电池包高压外部环境的变化，而可提升电池包电极绝缘电阻检测的准确性。

Description

电池包绝缘电阻检测方法、装置及电池包和车辆

技术领域

本发明涉及动力电池检测技术领域，特别涉及一种电池包绝缘电阻检测方法。本发明还涉及一种电池包绝缘电阻检测装置，以及电池包和车辆。

背景技术

在动力电池的BMS(Battery Management System，电池管理系统)中，有两个功能因涉及人身安全，需要特别考虑和设计。第一个功能是高压电检测，第二个功能是PACK绝缘电阻检测。电动汽车中动力电池的电压一般在500V以上，被人接触到就会危害人的生命安全，而由于老化、使用环境恶劣等因素，可能会造成高压电池回路对车身地形成漏电回路，进而危害人身安全，因此便需要BMS对高压电池与车身地之间的绝缘性进行检测，也即对电池正负极和车身底盘之间的绝缘电阻进行检测。

现有动力电池绝缘检测方法有平衡桥法、不平衡桥法、交流电注入法和电流传感法。其中，平衡桥法是在正极绝缘电阻(RP)和负极绝缘电阻(RN)分别并联一个较大的检测电阻，当一侧绝缘电阻变低时，会迅速拉低该侧的电压，从而可检测出故障及电阻值。不平衡桥法相较于平衡桥法在每一侧增加了一路开关和一个电阻，通过交替切换两侧的开关改变两极对地的等效电阻，得到正、负极检测电阻上不平衡的检测电压，从而计算出正负极的绝缘电阻。

目前的检测方法虽然能够实现动力电池绝缘电阻的检测，但在使用中也存在有如下问题：

第一，绝缘周期检测固定，无法根据外部环境来实时调节绝缘检测周期。

第二，在电池包Pack高压外部环境发生较大改变时，例如人为在Pack正极接入电阻时，或者整车充电过程中充电桩对绝缘检测造成影响时，现有的检测方法计算出来的绝缘电阻的精度较差，甚至会发生跳变，导致绝缘故障误报，而影响绝缘检测的准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种电池包绝缘电阻检测方法，以能够提升检测的准确性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种电池包绝缘电阻检测方法，用于电池包电极绝缘电阻的检测，且在所述电极上连接有分压电路，并在所述分压电路上设有绝缘电压采样点，该检测方法包括：

在预设绝缘计算周期内，按预设采样周期采集绝缘电压；

计算相邻采样周期采集的所述绝缘电压的变化率ΔV；

判断是否有连续m个采样周期的所述绝缘电压变化率ΔV的绝对值小于预设阈值；

当连续m个采样周期的所述绝缘电压变化率ΔV的绝对值小于所述预设阈值时，存储连续n个采样周期的所述绝缘电压，且n＜m；

计算存储的连续n个采样周期的所述绝缘电压的平均值；

根据计算的所述绝缘电压的平均值和所述电池包的总电压计算所述电极的绝缘电阻。

进一步的，所述检测方法包括计算所述电极的所述绝缘电阻后，进入下一绝缘计算周期。

进一步的，所述检测方法包括在预设绝缘计算周期内，若没有连续m个采样周期的所述绝缘电压的变化率ΔV的绝对值小于所述预设阈值，在该绝缘计算周期内不进行所述电极的绝缘电阻的计算。

进一步的，所述分压电路上串连有三个分压电阻，并在其一所述分压电阻的两端并联有旁通电路，所述旁通电路上设有旁通开关；

所述检测方法包括进行所述绝缘电压采集时闭合所述旁通开关，以及，在连续m个采样周期的所述绝缘电压的变化率ΔV的绝对值小于所述预设阈值时：

若所述绝缘电压大于预设电压阈值，再存储连续n个采样周期的所述绝缘电压；

若所述绝缘电压小于所述预设电压阈值，断开所述旁通开关，并等待预设时间阈值后，再存储连续n个采样周期的所述绝缘电压。

进一步的，计算存储的连续n个所述绝缘电压的平均值包括：

计算连续n个采样周期的所述绝缘电压的和；

计算连续n个采样周期的所述绝缘电压的最大值；

计算连续n个采样周期的所述绝缘电压的最小值；

计算所述绝缘电压的平均值，且所述平均值＝(所述绝缘电压的和-所述绝缘电压的最大值-所述绝缘电压的最小值)/(n-2)。

进一步的，所述电池包的电极包括正极和负极，所述正极和所述负极上均连接有所述分压电路，且与所述正极连接的所述分压电路上设有正极绝缘电压采样点，与所述负极连接的所述分压电路上设有负极绝缘电压采样点；

所述检测方法包括分别在预设绝缘计算周期内，依次进行所述正极绝缘电阻Rp的计算和所述负极绝缘电阻Rn的计算。

进一步的，在与所述正极及所述负极连接的所述分压电路上分别设有控制开关，且通过择一闭合其一所述控制开关，依次进行所述正极绝缘电阻Rp和所述负极绝缘电阻Rn的计算。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明的电池包绝缘电阻检测方法，通过在连续m个采样周期的绝缘电压变化率ΔV的绝对值小于预设阈值，才计算采样的绝缘电压的平均值，并根据该平均值进行电极绝缘电阻的计算，由此可适应电池包高压外部环境的变化，避免外部环境变化对绝缘电压采集的影响，而能够提升电池包电极绝缘电阻检测的准确性。

本发明也提出了一种电池包绝缘电阻检测装置，其包括处理单元、存储单元和绝缘电压采集单元；其中：

所述绝缘电压采集单元包括与电池包的电极连接的分压电路，并在所述分压电路上设有绝缘电压采样点，所述绝缘电压采样点与所述处理单元相连；

所述存储单元内存储有计算机可读代码，所述处理单元执行所述计算机可读代码时，所述电池包绝缘电阻检测装置执行如上所述的电池包绝缘电阻检测方法。

同时，本发明也提出了一种电池包，所述电池包的电池管理系统中配置有上述的电池包绝缘电阻检测装置。

此外，本发明还提出了一种车辆，所述车辆上装设有以上所述的电池包。

本发明的电池包绝缘电阻检测装置及电池包和车辆相较于现有技术具有的有益效果和上述电池包绝缘电阻检测方法相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一所述的电池包绝缘电阻检测方法的整体电路示意图；

图2为本发明实施例所述的电池包绝缘电阻检测方法的整体流程图；

图3为本发明实施例所述的正极绝缘电阻检测的流程图；

图4为本发明实施例所述的负极绝缘电阻检测的流程图；

图5为本发明实施例所述的电池包绝缘电阻检测装置的构成示意图；

附图标记说明：

10、电池管理系统；20、处理单元；30、存储单元；40、绝缘电压采集单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的术语，其为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在本发明的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”“连接件”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例涉及一种电池包绝缘电阻检测方法，用于电池包电极绝缘电阻的检测。

整体设计上，在电池包的电极上连接有分压电路，并在分压电路上设置有绝缘电压采样点，且本实施例的电池包绝缘电阻检测方法包括如下的步骤：

步骤s1、在预设绝缘计算周期内，按预设采样周期采集绝缘电压；

步骤s2、计算相邻采样周期采集的绝缘电压的变化率ΔV；

步骤s3、判断是否有连续m个采样周期的绝缘电压变化率ΔV的绝对值小于预设阈值；

步骤s4、当连续m个采样周期的绝缘电压变化率ΔV的绝对值小于预设阈值时，存储连续n个采样周期的绝缘电压，且n＜m；

步骤s5、计算存储的连续n个采样周期的绝缘电压的平均值；

步骤s6、根据计算的绝缘电压的平均值和电池包的总电压计算电极的绝缘电阻。

具体来说，作为一种优选实施例，鉴于电池包的电极包括正极和负极，因此本实施例的检测方法中，在电池包的正极和负极上均连接有分压电路，并且在与正极连接的分压电路上设有正极绝缘电压采样点，在与负极连接的分压电路上设有负极绝缘电压采样点。同时，本实施例的检测方法也包括分别在预设绝缘计算周期内，依次进行正极绝缘电阻Rp的计算和负极绝缘电阻Rn的计算。

其中，基于该优选实施例，本实施例的检测方法的整体电路如图1所示，Rp表示正极绝缘电阻，Rn表示负极绝缘电阻，Rp与电容Cp以及Rn与电容Cn构成了等效电路。分压电阻Ra、Ya和Yb共同组成正极桥臂电路，也即与电池包正极相连的分压电路，分压电阻Rb、Yc和Yd则共同组成负极桥臂电路，也即与电池包负极相连的分压电路。

此外，在电阻Ra、Ya之间设有控制开关s1，正极绝缘电压采样点连接在控制开关S1和电阻Ya之间，并且在电阻Yb的两端也并联有旁通电路，该旁通电路上设置有旁通开关S3。在电阻Rb、Yc之间设有控制开关s2，负极绝缘电压采样点连接在控制开关S2和电阻Yc之间，并且在电阻Yd的两端同样并联有旁通电路，该旁通电路上则设置有旁通开关S4。

根据上述检测电路，通过择一闭合控制开关S1或S2，即能够依次进行正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn的计算。

而结合图2至图4中所示的，在本实施例中，首先需说明的是，所述的电池包绝缘电阻检测方法通常由电池包的电池管理系统，也即BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)执行，故在具体实施中，执行本检测方法时，应先进行BMS的初始化，并在初始化之后应进行绝缘自检，以确认各部件是否正常。该绝缘自检参考现有BMS中类似的电路自检程序进行便可，且在自检成功时，可启动绝缘检测，而若自检失败，应终止绝缘检测，且上报自检故障。

本实施例在具体实施时，上述绝缘计算周期的预设值一般应小于或等于10s，且例如可为5s。而上述的采样周期预设值一般应小于或等于20ms，并例如可采用20ms。另外，还需要指出的是，如果在绝缘计算周期内，电池包的电压总和波动超过10V，则应将绝缘电阻保持为前一个绝缘计算周期的数值，以尽量保证绝缘电阻的准确性。

本实施例中，仍需要说明的是，正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn的计算可依次进行，或者，也可在计算得到连续n个采样周期的正极绝缘电压的平均值，以及连续n个采样周期的负极绝缘电压的平均值后，再一并进行正极绝缘电阻Rp与负极绝缘电阻Rn的计算。

而以正极绝缘电阻Rp的计算为例，此时参考前述检测方法中的各步骤，并结合于图3所示，在进行正极绝缘电阻的检测时，应闭合控制开关S1和旁通开关S3、S4，并断开控制开关S2，也即使得正极分压电路导通，负极分压电路断路。

然后，依据对正极绝缘电压的周期性采样，依次计算各相邻周期正极绝缘电压Vp的变化率ΔVp，在计算正极绝缘电压Vp的变化率ΔVp后，对正极绝缘电压Vp的变化率ΔVp的绝对值进行判断，也即判断是否|ΔVp|小于预设阈值。其中，该预设阈值例如可为0.002，则上述判断条件具体为|ΔVp|＜0.002。

由上述判断条件，当有一个相邻周期的|ΔVp|小于预设阈值时，则可使得计数Cnt_P加1，以记录|ΔVp|小于预设阈值的连续采用周期的次数。当有连续m个采样周期的绝缘电压变化率ΔV的绝对值小于预设阈值时，则表示正极分压电路进入稳态，可进入步骤s4的处理。其中，上述m例如可为25。

而在整个绝缘计算周期中，若其中有相邻周期的|ΔVp|不小于预设阈值时，则将计数Cnt_P置0，并且在整个电压采样的周期计数Ptime达到预设值250，也即达到绝缘计算周期的时间5s时，计数Cnt_P仍未到达25，也即依然没有连续25个采样周期的绝缘电压变化率ΔV的绝对值小于预设阈值。

此时，表示正极分压电路无法到达稳态，可舍弃本绝缘计算周期内对正极绝缘电压的采集，并不进行本绝缘计算周期内的正极绝缘电阻的计算。因而，本实施例的检测方法，也在没有连续m个采样周期的绝缘电压的变化率ΔV的绝对值小于预设阈值时，在该绝缘计算周期内不进行相应电极的绝缘电阻的计算，以保证绝缘电阻检测的准确性。在不进行绝缘电阻计算时，对应电极的绝缘电阻值仍保持之前周期的计算值即可。

在有连续25个采样周期的绝缘电压变化率ΔV的绝对值小于预设阈值时，本实施例的检测方法对正极绝缘电压平均值的计算，具体为存储连续n个采样周期的绝缘电压，其中，n＜m，且例如n可为10。同时，该连续n个采样周期例如可选择为在Cnt_P＝25时的当前采样周期的正极绝缘电压，以及从该当前采样周期向前追溯的9个采样周期的正极绝缘电压。

然后，分别计算连续10个采样周期的绝缘电压的和，计算连续10个采样周期的绝缘电压的最大值，计算连续10个采样周期的绝缘电压的最小值。最后，计算正极绝缘电压的平均值，且正极绝缘电压平均值＝(绝缘电压的和-绝缘电压的最大值-绝缘电压的最小值)/(n-2)，也即以上述取值为例，正极绝缘电压平均值＝(绝缘电压的和-绝缘电压的最大值-绝缘电压的最小值)/8。将绝缘电压的最大值和绝缘电压的最小值去除，能够使得计算的平均值更加合理、准确。

在得到正极绝缘电压平均值后，便可进行正极绝缘电阻Rp的计算，或者也可在后续得到负极绝缘电压平均值后，再分别进行正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn的计算。

不过，需要注意的是，在实际检测中，可能会出现采样的正极绝缘电压较小的情况，而如果正极绝缘电压采样值较小，则不利于进行正极绝缘电阻的计算，以及难以保证正极绝缘电阻计算的准确性。故，在上述进行正极绝缘电压平均值的计算之前，本实施例的检测方法还包括有对正极绝缘电压的判断。

具体而言，若正极绝缘电压Vp大于预设电压阈值，则能够直接进行连续n个采样周期绝缘电压的存储，如果绝缘电压Vp小于预设电压阈值，应断开旁通开关S3，并等待预设时间阈值后，再存储连续n个采样周期的绝缘电压。

其中，上述预设电压阈值例如可为0.4V，上述预设时间阈值例如可为100ms。

本实施例中，对负极绝缘电阻Rp的计算，尤其是对负极绝缘电压的采集，以及对负极绝缘电压平均值的计算，其与上述关于正极绝缘电压采集相同，在此将不再对其进行赘述。并且，在进行负极绝缘电压采集时，仍如图4所示，应断开控制开关S1，闭合控制开关S2和旁通开关S3、S4。

本实施例在获得正极绝缘电压平均值VpAvg和负极绝缘电压平均值VnAvg后，前述的根据计算的绝缘电压的平均值和电池包的总电压Vpack，所进行的电极绝缘电阻的计算，其一种示例性的计算方式例如可采用如下的计算公式：

Rp＝[(Vpack-A)*(Vpack-C)-A*C]/[(Vpack-A)*D+B*C]；

Rn＝[(Vpack-A)*(Vpack-C)-A*C]/[(Vpack-C)*B+A*D]；

其中，上述A、B、C、D均为与计算的正极绝缘电压平均值和负极绝缘电压平均值有关的系数，且一般的，A＝a*VpAvg，B＝VpAvg/b，C＝c*VnAvg，D＝VnAvg/d，a、b、c、d均为可标定的参数，依据绝缘测试数据进行标定。

本实施例的检测方法，通过在连续m个采样周期的绝缘电压变化率ΔV的绝对值小于预设阈值，才计算采样的绝缘电压的平均值，并根据该平均值进行电极绝缘电阻的计算，由此能够适应电池包高压外部环境的变化，避免外部环境变化对绝缘电压采集的影响，从而可提升电池包电极绝缘电阻检测的准确性。

而进一步的，还需要说明的是，在本实施例的检测方法中，若在一个绝缘计算周期中，存在连续25个采样周期的绝缘电压变化率ΔV的绝对值小于预设阈值，并由此对正极的绝缘电阻Rp和/或负极的绝缘电阻Rn进行了计算。那么，在有连续25个采样周期的绝缘电压变化率ΔV的绝对值小于预设阈值时，便可在此时结束当前的绝缘计算周期，并进入下一绝缘计算周期。

如此，则能够缩短绝缘检测周期，能够达到更快计算出电池包的绝缘电阻值的目的，而可更快地识别出电池包的漏电风险。

实施例二

本实施例涉及一种电池包绝缘电阻检测装置，结合图5所示的，其包括处理单元20、存储单元30和绝缘电压采集单元40。

其中，该检测装置一般配置在电池包的电池管理系统10中，且结合实施例一中的描述，绝缘电压采集单元40具体包括与电池包的电极连接的分压电路，并在分压电路上设有绝缘电压采样点，绝缘电压采样点与处理单元(20)相连。而在存储单元30内则存储有计算机可读代码，上述处理单元20执行该计算机可读代码时，本实施例的电池包绝缘电阻检测装置即执行实施例一中的电池包绝缘电阻检测方法，以进行电池包电极绝缘电阻的检测。

实施例三

本实施例涉及一种电池包，该电池包的电池管理系统10中即配置有实施例二中的电池包绝缘电阻检测装置。

此外，本实施例也涉及一种车辆，该车辆上装设有上述电池包。

本实施例的电池包及车辆通过配置实施例二的电池包绝缘电阻检测装置，能够适应电池包高压外部环境的变化，可避免外部环境变化对绝缘电压采集的影响，而能够提升电池包电极绝缘电阻检测的准确性。

同时，其也能够更快地计算出电池包的绝缘电阻值，以可更快识别出电池包的漏电风险，而也有着很好的实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池包绝缘电阻检测方法，用于电池包电极绝缘电阻的检测，且在所述电极上连接有分压电路，并在所述分压电路上设有绝缘电压采样点，其特征在于，

所述电池包的电极包括正极和负极，所述正极和所述负极上均连接有所述分压电路，且与所述正极连接的所述分压电路上设有正极绝缘电压采样点，与所述负极连接的所述分压电路上设有负极绝缘电压采样点；

所述检测方法包括分别在预设绝缘计算周期内，依次进行正极绝缘电阻Rp的计算和负极绝缘电阻Rn的计算；

所述正极绝缘电阻Rp和所述负极绝缘电阻Rn的计算均包括：

在预设绝缘计算周期内，按预设采样周期采集绝缘电压；

计算相邻采样周期采集的所述绝缘电压的变化率ΔV；

判断是否有连续m个采样周期的所述绝缘电压变化率ΔV的绝对值小于预设阈值；

当连续m个采样周期的所述绝缘电压变化率ΔV的绝对值小于所述预设阈值时，存储连续n个采样周期的所述绝缘电压，且n＜m；

计算存储的连续n个采样周期的所述绝缘电压的平均值，得到正极绝缘电压平均值VpAvg和负极绝缘电压平均值VnAvg；

根据计算的所述正极绝缘电压平均值VpAvg、所述负极绝缘电压平均值VnAvg和所述电池包的总电压Vpack，采用如下的计算公式计算所述正极绝缘电阻Rp和所述负极绝缘电阻Rn：

Rp＝[(Vpack-A)*(Vpack-C)-A*C]/[(Vpack-A)*D+B*C]；

Rn＝[(Vpack-A)*(Vpack-C)-A*C]/[(Vpack-C)*B+A*D]；

上述A＝a*VpAvg，B＝VpAvg/b，C＝c*VnAvg，D＝VnAvg/d，a、b、c、d均为可标定的参数；

其中，所述分压电路上串连有三个分压电阻，并在其一所述分压电阻的两端并联有旁通电路，所述旁通电路上设有旁通开关，进行所述绝缘电压采集时闭合所述旁通开关，且在连续m个采样周期的所述绝缘电压的变化率ΔV的绝对值小于所述预设阈值时：

若所述绝缘电压大于预设电压阈值，再存储连续n个采样周期的所述绝缘电压；

若所述绝缘电压小于所述预设电压阈值，断开所述旁通开关，并等待预设时间阈值后，再存储连续n个采样周期的所述绝缘电压。

2.根据权利要求1所述的电池包绝缘电阻检测方法，其特征在于，

所述检测方法包括计算所述电极的所述绝缘电阻后，进入下一绝缘计算周期。

3.根据权利要求1所述的电池包绝缘电阻检测方法，其特征在于：

所述检测方法包括在预设绝缘计算周期内，若没有连续m个采样周期的所述绝缘电压的变化率ΔV的绝对值小于所述预设阈值，在该绝缘计算周期内不进行所述电极的绝缘电阻的计算。

4.根据权利要求1所述的电池包绝缘电阻检测方法，其特征在于，

计算存储的连续n个所述绝缘电压的平均值包括：

计算连续n个采样周期的所述绝缘电压的和；

计算连续n个采样周期的所述绝缘电压的最大值；

计算连续n个采样周期的所述绝缘电压的最小值；

计算所述绝缘电压的平均值，且所述平均值＝(所述绝缘电压的和-所述绝缘电压的最大值-所述绝缘电压的最小值)/(n-2)。

5.根据权利要求1所述的电池包绝缘电阻检测方法，其特征在于，

在与所述正极及所述负极连接的所述分压电路上分别设有控制开关，且通过择一闭合其一所述控制开关，依次进行所述正极绝缘电阻Rp和所述负极绝缘电阻Rn的计算。

6.一种电池包绝缘电阻检测装置，其特征在于，

包括处理单元(20)、存储单元(30)和绝缘电压采集单元(40)；

所述绝缘电压采集单元(40)包括与电池包的电极连接的分压电路，并在所述分压电路上设有绝缘电压采样点，所述绝缘电压采样点与所述处理单元(20)相连；

所述存储单元(30)内存储有计算机可读代码，所述处理单元(20)执行所述计算机可读代码时，所述电池包绝缘电阻检测装置执行权利要求1至5中任一项所述的电池包绝缘电阻检测方法。

7.一种电池包，其特征在于，所述电池包的电池管理系统(10)中配置有权利要求6所述的电池包绝缘电阻检测装置。

8.一种车辆，其特征在于，所述车辆上装设有权利要求7所述的电池包。

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