CN203941235U - 一种纯电动汽车动力电池绝缘电阻在线检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种纯电动汽车动力电池绝缘电阻在线检测电路，其主要由分压单元和电压采集单元组成。上述分压单元包括电阻R1和开关K1、K2。上述电压采集单元包括开关K3、K4，电压跟随器和反比例放大器。上述绝缘电阻检测电路增设在电动汽车的动力电池和动力电池管理系统控制器之间；由于本绝缘电阻检测电路不需要辅助分压电阻，电路结构简单，因此，在进行动力电池绝缘电阻检测过程中，不存在辅助分压电阻的能量消耗。

Description

一种纯电动汽车动力电池绝缘电阻在线检测电路

技术领域

本实用新型涉及电动汽车领域，具体涉及一种纯电动汽车动力电池绝缘电阻在线检测电路。

背景技术

内燃机汽车的大量使用造成的环境污染和能源问题，已经严重影响到人类的生活。为了应对日益枯竭的石油资源和逐渐恶化的空气质量，世界各国共同承诺进行节能减排，促进了纯电动汽车的研究和快速发展。

纯电动汽车以动力蓄电池和驱动电机为动力装置，工作电压高达数百伏，远远超过人体所能承受的安全电压，而且电力传输回路的阻抗很小，高压系统的工作电流可能达到数十、甚至数百安培。由于车上工作环境恶劣，线路老化或者绝缘破损等都可能存在线路漏电及短路等危险，所以纯电动汽车电力驱动系统的高压电存在着不容忽视的安全隐患。相对驱动电机、电机控制以及动力蓄电池能量管理等电动汽车关键技术，针对纯电动汽车可能存在的电气绝缘问题，研究和开发性能可靠与功能完备的绝缘检测系统，对于切实保障纯电动汽车驾驶员的人身安全具有重大的意义，这也是纯电动汽车技术发展的必然要求。

纯电动汽车的绝缘检测系统主要是对动力电池绝缘电阻的检测，动力电池正、负母线对地绝缘电阻的大小是衡量纯电动汽车绝缘状况的重要标志。目前的动力电池绝缘电阻检测方法主要是电桥检测法和电压注入方法。如2013年，张俊、文和平在2013年2月《轻工机械》第52-59页上发表文章“纯电动汽车绝缘监测系统”，该文结合传统的电桥检测法，提出了一种基于偏置电阻切换检测原理的纯电动汽车绝缘电阻检测方法，其原理是在动力电池的正、负母线与地之间分别并入两路电阻，一路是偏置电阻，另一路是辅助分压电阻。通过开关来控制偏置电阻的交替接入，最终通过检测动力电池正、负母线对地的电压的大小计算绝缘电阻。这种方法虽然能检测出动力电池正、负母线的绝缘电阻值，但是由于辅助分压电阻的存在，当开关都断开的时候，在辅助分压电阻上仍然有电流通过，增加了动力电池在绝缘检测电路上的功耗，缩短了电动汽车的续航里程。

实用新型内容

本实用新型是为解决目前电桥式绝缘电阻检测法在辅助分压电阻上持续消耗电流的缺陷，而提供的一种纯电动汽车动力电池绝缘电阻在线检测电路。

本实用新型所设计的一种纯电动汽车动力电池绝缘电阻在线检测电路，主要由分压单元和电压采集单元组成。

上述分压单元包括电阻R1和开关K1、K2；电阻R1的一端连接电动汽车的电底盘，电阻R1的另一端和开关K1、K2的一端同时连接；开关K1的另一端连接电动汽车动力电池的正极，开关K2的另一端连接电动汽车动力电池的负极。

上述电压采集单元包括开关K3、K4，电压跟随器和反比例放大器；其中电压跟随器由运放U1构成，反比例放大器由运放U2和电阻R2-R5构成；开关K3的一端和动力电池的正极相连，开关K3的另一端连接运放U1的输入正端，运放U1的输入负端与运放U1的输出端相连后输入到电动汽车动力电池管理系统控制器的V1输入端；开关K4的一端和动力电池的负极相连，开关K4的另一端经电阻R2连接运放U2的输入负端；电阻R3的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端相连接，电阻R3的另一端连接运放U2的输入负端，电阻R5的另一端和运放U2的输入正端接地，电阻R4的另一端与运放U2的输出端相连后输入到电动汽车动力电池管理系统控制器的V2输入端。

与现有技术相比，本实用新型所设计的绝缘电阻检测电路增设在电动汽车的动力电池和动力电池管理系统控制器之间；由于本绝缘电阻检测电路不需要辅助分压电阻，电路结构简单，因此，在进行动力电池绝缘电阻检测过程中，不存在辅助分压电阻的能量消耗。本绝缘电阻检测电路具有结构简单，性能可靠，检测速度快等优点，适用于纯电动汽车电池管理系统。

附图说明

图1是本实用新型的电路连接示意图。

具体实施方式

一种纯电动汽车动力电池绝缘电阻在线检测电路，如图1所示，其主要由分压单元和电压采集单元组成。上述分压单元包括电阻R1和开关K1、K2；电阻R1的一端连接电动汽车的电底盘，电阻R1的另一端和开关K1、K2的一端同时连接；开关K1的另一端连接电动汽车动力电池的正极，开关K2的另一端连接电动汽车动力电池的负极。上述电压采集单元包括开关K3、K4，电压跟随器和反比例放大器；其中电压跟随器由运放U1构成，反比例放大器由运放U2和电阻R2-R5构成；开关K3的一端和动力电池的正极相连，开关K3的另一端连接运放U1的输入正端，运放U1的输入负端与运放U1的输出端相连后输入到电动汽车动力电池管理系统控制器的V1输入端；开关K4的一端和动力电池的负极相连，开关K4的另一端经电阻R2连接运放U2的输入负端，电阻R3的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端相连接，电阻R3的另一端连接运放U2的输入负端，电阻R5的另一端和运放U2的输入正端接地，电阻R4的另一端与运放U2的输出端相连后输入到电动汽车动力电池管理系统控制器的V2输入端。运放U1作为电压跟随器，具有输入阻抗高、输出阻抗低的优点，当开关K3闭合时能准确的测得动力电池正母线对地电阻分得的电压。运放U2作为反比例放大器，由于电池负母线对地电阻分得的电压为一负值，所以当开关K4闭合时通过U2能准确的测得动力电池负母线对地电阻分得的电压。

动力电池的正、负母线都有对地绝缘电阻值，但在实际的测量过程中不需要对两个值同时进行测量，只需测量它们中较小的一个即可。下面将结合本实用新型的电路连接示意图，对本实用新型的运行过程进行清楚、完整地描述，假设Rp和Rn分别为正、负母线的对地绝缘电阻且Rp<Rn，本实例只需测量Rp的大小。

(1)首先开关K3、K4闭合，K1、K2断开，此时测得动力电池正母线对地绝缘电阻所分得的电压为V1，动力电池负母线对地绝缘电阻所分得的电压为V2。由电路原理有：

$\frac{R_p}{R_n}=\frac{V_1}{V_2}$                  ①

上式可以作为判断Rp、Rn大小的依据，当Rp>Rn时上式结果大于1，反之结果小于1。

(2)其次开关K1闭合，开关K2、K3、K4断开，此时电阻R1和动力电池正母线对地绝缘电阻并联。

(3)再次闭合开关K3、K4，通过运放U1测得动力电池正母线对地绝缘电阻此时所分得的电压v₁；通过U2及其外围电阻组成的反比例放大电路测得电池负母线对地绝缘电阻此时所分得的电压v₂。由电路原理有：

$\frac{R_P//R_1}{R_n}=\frac{v_1}{v_2}$                   ②

完成上面三步后由结合①、①两式得出动力电池正母线的对地绝缘电阻计算公式如下：

$R_p=(\frac{V1.v_2}{V2.v_1}-1)R_1$                           ③

同理当Rp>Rn时，上述步骤(2)变为开关K2闭合，开关K1、K3、K4断开，此时电阻R1和动力电池负母线对地绝缘电阻并联，通过同样的方法可计算出动力电池负母线的对地绝缘电阻。

本实用新型所涉及的绝缘电阻检测电路具有结构简单，性能可靠，检测速度快等优点，适用于纯电动汽车动力电池管理系统。

Claims (1)

1.一种纯电动汽车动力电池绝缘电阻在线检测电路，其特征在于：主要由分压单元和电压采集单元组成；

上述分压单元包括电阻R1和开关K1、K2；电阻R1的一端连接电动汽车的电底盘，电阻R1的另一端和开关K1、K2的一端同时连接；开关K1的另一端连接电动汽车动力电池的正极，开关K2的另一端连接电动汽车动力电池的负极；

上述电压采集单元包括开关K3、K4，电压跟随器和反比例放大器；其中电压跟随器由运放U1构成，反比例放大器由运放U2和电阻R2-R5构成；开关K3的一端和动力电池的正极相连，开关K3的另一端连接运放U1的输入正端，运放U1的输入负端与运放U1的输出端相连后输入到电动汽车动力电池管理系统控制器的V1输入端；开关K4的一端和动力电池的负极相连，开关K4的另一端经电阻R2连接运放U2的输入负端；电阻R3的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端相连接，电阻R3的另一端连接运放U2的输入负端，电阻R5的另一端和运放U2的输入正端接地，电阻R4的另一端与运放U2的输出端相连后输入到电动汽车动力电池管理系统控制器的V2输入端。