CN208872841U - 一种电动汽车动力电池组绝缘检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电动汽车动力电池组绝缘检测电路，包括第一电源转换电路、主控制器单元、隔离电源转换电路、差分比例放大电路、分压电路及非平衡桥电压采集切换电路，所述第一电源转换电路的输入端与电源输入接口连接，其输出端分别与主控制器单元、隔离电源转换电路的输入端连接，所述差分比例放大电路的输出端与主控制器单元的输入端连接，所述分压电路的输入端与非平衡桥电压采集切换电路的输出端连接，其输出端与差分比例放大电路的输入端连接，所述非平衡桥电压采集切换电路的输入端与动力电池组高压接入口连接。本实用新型能够实现准确、稳定的绝缘检测，对动力电池安全管理、提升电动汽车BMS性能等都有着重要意义。

Description

一种电动汽车动力电池组绝缘检测电路

技术领域

本实用新型涉及电动汽车动力电池组绝缘技术领域，具体涉及一种电动汽车动力电池组绝缘检测电路。

背景技术

日益加剧的能源枯竭使得新能源技术越来越受到重视，在汽车领域方面有着逐渐电动化的必然趋势，作为电动汽车关键三电系统之一的动力电池管理系统(batterymanagement system，BMS)得以快速的发展。由于依靠动力电池管理系统为电动汽车提供动力，电池管理系统在保证整车安全、可靠运行方面发挥着不可替代作用。电池组的绝缘检测功能是BMS的主要任务之一。绝缘检测的精度与时效性直接影响电池组的可靠性，进而影响电动汽车整车性能与安全。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电动汽车动力电池组绝缘检测电路，实现对动力电池组绝缘性能的判断，进行动力电池组的绝缘实时检测，进而提高电动汽车的整车安全性。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种电动汽车动力电池组绝缘检测电路，包括第一电源转换电路、主控制器单元、隔离电源转换电路、差分比例放大电路、分压电路及非平衡桥电压采集切换电路，所述第一电源转换电路的输入端与电源输入接口连接，其输出端分别与主控制器单元、隔离电源转换电路的输入端连接，所述差分比例放大电路的输出端与主控制器单元的输入端连接，所述分压电路的输入端与非平衡桥电压采集切换电路的输出端连接，其输出端与差分比例放大电路的输入端连接，所述非平衡桥电压采集切换电路的输入端与动力电池组高压接入口连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述非平衡桥电压采集切换电路包括光耦继电器U200、U201，所述光耦继电器U200包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端及第四输出端，光耦继电器U201包括第五输入端、第六输入端、第七输入端、第八输入端、第五输出端、第六输出端、第七输出端及第八输出端；所述第一输入端通过电阻R206与电源连接，第二输入端与主控制器单元KEY_P+相应的IO控制口连接，第三输入端通过电阻R209与电源连接，第四输入端与主控制器单元KEY_P-相应的IO控制口连接，所述第一输出端、第三输出端与分压电路连接，第二输出端与电池组正极高压PACK+端连接，第四输出端与电池组负极高压PACK-端连接；所述第五输入端通过电阻R207与电源连接，第六输入端与主控制器单元KEY_C+相应的IO控制口连接，第七输入端通过电阻R210与电源连接，第八输入端与主控制器单元KEY_C-相应的IO控制口连接，第五输出端通过电阻R241、R205并联后与电池组正极高压分压电路连接，第六输出端及第七输出端接地，第八输出端通过电阻R207、R210并联后与电池组负极高压分压电路连接。

所述光电耦合器U200、U201均采用型号为AQW216的芯片。

所述差分比例放大电路包括运算放大器U205A、运算放大器U205B、运算放大器U204A、运算放大器U204B及双通道变增益放大器U206，所述运算放大器U205B的同相输入端与电源正极连接，其输出端通过电阻R225与双通道变增益放大器U206的同相输入端连接，所述运算放大器U205A的同相输入端与电源负极连接，其输出端通过电阻R236与双通道变增益放大器U206的反相输入端连接，所述运算放大器U204B的同相输入端通过电阻R226与双通道变增益放大器U206的信号输出端连接，所述运算放大器U204A的同相输入端通过电阻R239与双通道变增益放大器U206的信号输出端连接，所述运算放大器U204B的输出端与主控制器单元的采集端ADC_V+连接，所述运算放大器U204A的输出端与主控制器单元的采集端ADC_V-连接。

所述运算放大器U204A、U204B、U205A及U205B均采用型号为LM358M的芯片，所述双通道变增益放大器U206采用型号为INA2128的芯片。

由上述技术方案可知，本实用新型所述的电动汽车动力电池组绝缘检测电路，采用分压法与差分比例运算电路法进行高压采集，再通过非平衡桥电路实现对采集通道的切换，利用电阻分压的方式对各个采集通道的电压进行缩放，以适应运算放大器输入范围，通过差分比例运算电路对总电压进行线性放大并采样，再经非平衡桥电路多个通道采集数据进行电池组绝缘状况判定。本实用新型能够实现准确、稳定的绝缘检测，对动力电池安全管理、提升电动汽车BMS性能等都有着重要意义。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图；

图2是本实用新型的非平衡桥电压采集切换电路图；

图3是本实用新型的差分比例放大电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1所示，本实施例的电动汽车动力电池组绝缘检测电路，包括第一电源转换电路2、主控制器单元3、隔离电源转换电路4、差分比例放大电路5、分压电路7及非平衡桥电压采集切换电路6，第一电源转换电路2的输入端与电源输入接口1连接，第一电源转换电路2的输出端分别与主控制器单元3、隔离电源转换电路4的输入端连接，差分比例放大电路5的输出端与主控制器单元3的输入端连接，分压电路7的输入端与非平衡桥电压采集切换电路6的输出端连接，分压电路7的输出端与差分比例放大电路5的输入端连接，非平衡桥电压采集切换电路6的输入端与动力电池组高压接入口连接。

本实施例的主控器单元3采用单片机，该单片机1采用Freescale公司DZ60作为MCU，具有对外部电路的控制功能，数据分析、处理、存储功能，通讯功能，具有12位ADC，满足运算、采集需求。主控器单元3通过引脚使能非平衡桥电压采集切换电路7工作，通过IO控制光继电器通道的导通/截止，切换非平衡桥电压采集电路多路高压的输入信号。并接差分比例放大电路5转换的低电压模拟信号至AD转换接口，将该低电压模拟信号转为数字信号，通过内部运算公式，计算出动力电池组正、负极对地电阻值，判断电池组绝缘状态。

其中分压电路6包括晶圆电阻R241、R205、R200、R201、R202、R242、R212、R213、R214、R215，贴片薄膜电阻R208、R211，贴片陶瓷电容C200、C201。电路中采用圆晶电阻对非平衡桥电路引入的高压进行缩放，调节至AD口正常采集电压范围，通过采集电阻R208、R201对缩放后的电压值进行采样；非平衡桥电压采集切换电路7包括光耦继电器U200、U201，贴片薄膜电阻R206、R209、R207、R210；光耦继电器U200、U201均采用型号为AQW216的芯片，包括管脚1、管脚2、管脚3、管脚4、管脚5、管脚6、管脚7及管脚8，U201管脚8通过并联电阻R241、电阻R205的接入与断开实现PACK+电压的不同通道采集电压切换；U201管脚5通过并联电阻R242、电阻R212的接入与断开实现PACK-电压的不同通道采集电压切换；U201管脚7、U201管脚6连接在一起接入地，光耦继电器U200管脚7接入PACK+高压，通过控制光耦继电器将PACK+高压经U200管脚8引入后端分压电路6；光耦继电器U200管脚5接入PACK-高压，通过控制光耦继电器将PACK-高压经U200管脚6引入后端分压电路6；非平衡桥电压采集切换电路7中采用光耦继电器控制采集通道切换，通过主控制器单元3单片机管脚信号控制光耦继电器导通或断开的开关，从而配合主控制器单元3采样管脚高效、实时进行多通道切换采样。该电路中采用的光耦继电器U200、U201，由于光耦继电器的无机械触点特性，不会存在接触触点磨损，拥有较长的使用周期，保证了系统的安全、稳定运行。

如图2所示，非平衡桥电压采集切换电路6包括光耦继电器U200、U201，光耦继电器U200包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端及第四输出端，光耦继电器U201包括第五输入端、第六输入端、第七输入端、第八输入端、第五输出端、第六输出端、第七输出端及第八输出端；第一输入端通过电阻R206与电源连接，第二输入端与主控制器单元3KEY_P+相应的IO控制口连接，第三输入端通过电阻R209与电源连接，第四输入端与主控制器单元3KEY_P-相应的IO控制口连接，第一输出端、第三输出端与分压电路7连接，第二输出端与电池组正极高压PACK+端连接，第四输出端与电池组负极高压PACK-端连接；第五输入端通过电阻R207与电源连接，第六输入端与主控制器单元3KEY_C+相应的IO控制口连接，第七输入端通过电阻R210与电源连接，第八输入端与主控制器单元3KEY_C-相应的IO控制口连接，第五输出端通过电阻R241、R205并联后与电池组正极高压分压电路7连接，第六输出端及第七输出端接地，第八输出端通过电阻R207、R210并联后与电池组负极高压分压电路7连接。

本实施例的，光电耦合器U200、U201均采用型号为AQW216的芯片。

如图3所示，差分比例放大电路5包括运算放大器U205A、运算放大器U205B、运算放大器U204A、运算放大器U204B及双通道变增益放大器U206，运算放大器U205B的同相输入端与电源正极连接，其输出端通过电阻R225与双通道变增益放大器U206的同相输入端连接，运算放大器U205A的同相输入端与电源负极连接，其输出端通过电阻R236与双通道变增益放大器U206的反相输入端连接，运算放大器U204B的同相输入端通过电阻R226与双通道变增益放大器U206的信号输出端连接，运算放大器U204A的同相输入端通过电阻R239与双通道变增益放大器U206的信号输出端连接，运算放大器U204B的输出端与主控制器单元的采集端ADC_V+连接，运算放大器U204A的输出端与主控制器单元的采集端ADC_V-连接。本实施例的，运算放大器U204A、U204B、U205A及U205B均采用型号为LM358M的芯片，双通道变增益放大器U206采用型号为INA2128的芯片。仪表放大器U206通道A基准输入脚连接GND, 仪表放大器U206通道B基准输入脚连接GND。仪表放大器U206通道A输出脚与反馈脚连接，仪表放大器U206通道B输出脚与反馈脚连接；有源滤波电路由运算放大器U204及电阻电容组成。

电源输入接口1采用的接插件为插头插座连接方式，具有防呆功能，防止错误操作对设备造成损伤，源转换电路2可以实现接入电压宽范围、输出固定电压值的线性稳压器，将引入的电压源经过转换、稳压过后给主控制器单元3、隔离电源转换电路4供电。隔离电源转换电路4采用集成式的定电压输入，隔离输出的DC/DC电源模块，为差分比例放大电路5提供一路隔离电源。该DC/DC电源模块超具有输出短路保护（自恢复）功能，外围电路简单。满足电动汽车使用环境。动力电池组高压接入口8采用大间距高耐压值的接插件，保证了高压的安全电气间隙和安全爬电距离。

工作原理：外部接入电源通过电源输入接口1为整个电路提供工作电压，接入后的外部电源经电源转换电路2转换成主控器单元3与差分比例放大电路5正常工作电压。隔离电源转换电路4将工作电压转换成差分比例放大电路5工作所需的隔离工作电压。

外部动力电池组PACK电压通过动力电池组高压接入口8引入，接入高压后经非平衡桥电压采集切换电路6进行多通道高压采集切换。主控制器单元3的IO口管脚对电路中的光耦继电器进行控制，通过控制光耦继电器的导通与截至开关实现采集电压切换。分压电路5中由多个晶圆电阻对总电压进行分压，将0-500V高电压分压为低电压信号以满足控制器单元3中ADC采样口输入范围。该低电压信号由线性光耦自动转换成差分信号，差分信号再经过差分比例运算电路进行放大至0V-5V的电压信号以适应主控单元中的单片机的采样范围。主控器单元中的单片机的AD输入口采样到通道切换后多个电压信号，通过单片机程序运算，计算出动力电池组正负极对地电阻值，从而实现动力电池组绝缘检测功能。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电动汽车动力电池组绝缘检测电路，其特征在于：包括第一电源转换电路、主控制器单元、隔离电源转换电路、差分比例放大电路、分压电路及非平衡桥电压采集切换电路，所述第一电源转换电路的输入端与电源输入接口连接，其输出端分别与主控制器单元、隔离电源转换电路的输入端连接，所述差分比例放大电路的输出端与主控制器单元的输入端连接，所述分压电路的输入端与非平衡桥电压采集切换电路的输出端连接，其输出端与差分比例放大电路的输入端连接，所述非平衡桥电压采集切换电路的输入端与动力电池组高压接入口连接。

2.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池组绝缘检测电路，其特征在于：所述非平衡桥电压采集切换电路包括光耦继电器U200、U201，所述光耦继电器U200包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端及第四输出端，光耦继电器U201包括第五输入端、第六输入端、第七输入端、第八输入端、第五输出端、第六输出端、第七输出端及第八输出端；所述第一输入端通过电阻R206与电源连接，第二输入端与主控制器单元KEY_P+相应的IO控制口连接，第三输入端通过电阻R209与电源连接，第四输入端与主控制器单元KEY_P-相应的IO控制口连接，所述第一输出端、第三输出端与分压电路连接，第二输出端与电池组正极高压PACK+端连接，第四输出端与电池组负极高压PACK-端连接；所述第五输入端通过电阻R207与电源连接，第六输入端与主控制器单元KEY_C+相应的IO控制口连接，第七输入端通过电阻R210与电源连接，第八输入端与主控制器单元KEY_C-相应的IO控制口连接，第五输出端通过电阻R241、R205并联后与电池组正极高压分压电路连接，第六输出端及第七输出端接地，第八输出端通过电阻R207、R210并联后与电池组负极高压分压电路连接。

3.根据权利要求2所述的电动汽车动力电池组绝缘检测电路，其特征在于：所述光耦继电器U200、U201均采用型号为AQW216的芯片。

4.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池组绝缘检测电路，其特征在于：所述差分比例放大电路包括运算放大器U205A、运算放大器U205B、运算放大器U204A、运算放大器U204B及双通道变增益放大器U206，所述运算放大器U205B的同相输入端与电源正极连接，其输出端通过电阻R225与双通道变增益放大器U206的同相输入端连接，所述运算放大器U205A的同相输入端与电源负极连接，其输出端通过电阻R236与双通道变增益放大器U206的反相输入端连接，所述运算放大器U204B的同相输入端通过电阻R226与双通道变增益放大器U206的信号输出端连接，所述运算放大器U204A的同相输入端通过电阻R239与双通道变增益放大器U206的信号输出端连接，所述运算放大器U204B的输出端与主控制器单元的采集端ADC_V+连接，所述运算放大器U204A的输出端与主控制器单元的采集端ADC_V-连接。

5.根据权利要求4所述的电动汽车动力电池组绝缘检测电路，其特征在于：所述运算放大器U204A、U204B、U205A及U205B均采用型号为LM358M的芯片，所述双通道变增益放大器U206采用型号为INA2128的芯片。