CN215415610U - 一种绝缘电阻检测电路、电池管理系统及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种绝缘电阻检测电路、电池管理系统及电子设备。其中，绝缘电阻检测电路包括：第一检测端、第二检测端、接地端、第一支路、第二支路、第一开关、电压采集电路和处理电路；第一支路包括串联的第二开关和至少一个第一电阻，第一支路的第一端与第一检测端；第二支路包括串联的至少一个第二电阻，第二支路的第一端与第二检测端；第一支路的第二端，以及第二支路的第二端，均与第一开关的第一端电连接，第一开关的第二端与接地端电连接；电压采集电路的采集端与第二支路电连接；处理电路用于控制第一开关和第二开关闭合或断开，并计算绝缘电阻。本实用新型实施例提供的技术方案可以降低电池管理系统绝缘采集成本和体积。

Description

一种绝缘电阻检测电路、电池管理系统及电子设备

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种绝缘电阻检测电路、电池管理系统及电子设备。

背景技术

绝缘电阻是电气设备和电气线路最基本的绝缘指标。绝缘电阻检测是对动力电池系统的正负母线与电池壳体(可能是电动汽车的车体，也可能是电池机柜或箱体等)的绝缘电阻进行检测，以保证动力电池与外界的绝缘安全。因此，动力电池管理系统需要实时监测动力电池系统的绝缘情况，避免危及操作人员的生命安全。

目前，绝缘电阻检测电路的结构复杂，成本较高。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种绝缘电阻检测电路、电池管理系统及电子设备，可以降低电池管理系统绝缘采集成本和体积，提升系统的绝缘电阻和耐压等级。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种绝缘电阻检测电路，包括：第一检测端、第二检测端、接地端、第一支路、第二支路、第一开关、电压采集电路和处理电路；

其中，第一支路包括第二开关和至少一个第一电阻，第二开关和至少一个第一电阻串联后的两端分别与第一支路的第一端和第二端电连接，第一支路的第一端与第一检测端；

第二支路包括至少一个第二电阻，至少一个第二电阻串联后的两端分别与第二支路的第一端和第二端电连接，第二支路的第一端与第二检测端；

第一支路的第二端，以及第二支路的第二端，均与第一开关的第一端电连接，第一开关的第二端与接地端电连接；

电压采集电路的采集端与第二支路电连接，电压采集电路的输出端与处理电路电连接；

处理电路与第一开关的控制端电连接，处理电路与第二开关的控制端电连接，处理电路用于控制第一开关和第二开关闭合或断开，并根据第一电阻、第二电阻和电压采集电路采集的电压，计算绝缘电阻。

进一步地，第一支路中的所有第一电阻的阻值之和，等于第二支路中的所有第二电阻的阻值之和。

进一步地，电压采集电路的参考地接入端与第二检测端电连接；

电压采集电路的采集端与第二支路的第二端电连接，或者，第二支路中的第二电阻为多个，电压采集电路的采集端电连接至第一节点，第一节点为多个第二电阻依次串联连接的节点中的一个。

进一步地，第一开关包括下述至少一种：光继电器和机械继电器；

第二开关包括下述至少一种：光继电器和机械继电器。

进一步地，电压采集电路包括模数转换器，模数转换器输入端与电压采集电路的采集端电连接，模数转换器的参考地接入端与第二检测端电连接，模数转换器的输出端与电压采集电路的输出端电连接。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电池管理系统，包括本实用新型任意实施例提供的绝缘电阻检测电路。

进一步地，电池管理系统还包括：充放电电路，充放电电路用于根据电压采集电路采集的电压，控制电池的充放电状态。

进一步地，电池管理系统还包括：报警电路，与处理电路电连接，处理电路还用于若绝缘电阻低于预设电阻值，则控制报警电路报警。

第三方面，本实用新型实施例还提供了一种电子设备，包括电池和本实用新型任意实施例提供的电池管理系统，电池的正极与第一检测端电连接，电池的负极与第二检测端电连接。

进一步地，电子设备包括电动汽车。

本实用新型实施例的技术方案中的绝缘电阻检测电路包括：第一检测端、第二检测端、接地端、第一支路、第二支路、第一开关、电压采集电路和处理电路。其中，第一支路包括第二开关和至少一个第一电阻，第二开关和至少一个第一电阻串联后的两端分别与第一支路的第一端和第二端电连接，第一支路的第一端与第一检测端；第二支路包括至少一个第二电阻，至少一个第二电阻串联后的两端分别与第二支路的第一端和第二端电连接，第二支路的第一端与第二检测端。第一支路的第二端，以及第二支路的第二端，均与第一开关的第一端电连接，第一开关的第二端与接地端电连接；电压采集电路的采集端与第二支路电连接，电压采集电路的输出端与处理电路电连接；处理电路与第一开关的控制端电连接，处理电路与第二开关的控制端电连接，处理电路用于控制第一开关和第二开关闭合或断开，并根据第一电阻、第二电阻和电压采集电路采集的电压，计算绝缘电阻。本实施例的技术方案所需元件数量少，可以降低绝缘电阻检测的成本和体积，且可以提升系统的绝缘电阻和耐压等级。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种绝缘电阻检测电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施提供一种绝缘电阻检测电路的应用场景；

图3为本实用新型实施例提供的一种绝缘电阻检测方法的流程图；

图4至图6为与图3的步骤110至步骤130对应的绝缘电阻检测电路的工作状态示意图；

图7为本实用新型实施例提供的又一种绝缘电阻检测电路的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的一种电池管理系统的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的又一种电池管理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

本实用新型实施例提供一种绝缘电阻检测电路。图1为本实用新型实施例提供的一种绝缘电阻检测电路的结构示意图。该绝缘电阻检测电路包括：第一检测端N1、第二检测端N2、接地端PE、第一支路10、第二支路20、第一开关50、电压采集电路30和处理电路40。

其中，第一支路10包括第二开关11和至少一个第一电阻R1，第二开关11和至少一个第一电阻R1串联后的两端分别与第一支路10的第一端N3和第二端N4电连接，第一支路10的第一端N3与第一检测端N1。

第二支路20包括至少一个第二电阻R2，至少一个第二电阻R2串联后的两端分别与第二支路20的第一端N5和第二端N6电连接，第二支路20的第一端N5与第二检测端N2。

第一支路10的第二端N4，以及第二支路20的第二端N6，均与第一开关50的第一端N7电连接，第一开关50的第二端N8与接地端PE电连接。

电压采集电路30的采集端与第二支路20电连接，电压采集电路30的输出端Out1与处理电路40电连接。

处理电路40与第一开关50的控制端Ctr1电连接，处理电路40与第二开关11的控制端Ctr2电连接，处理电路40用于控制第一开关50和第二开关11闭合或断开，并根据第一电阻R1、第二电阻R2和电压采集电路30采集的电压，计算绝缘电阻。

其中，第一电阻R1可以包括一个子电阻或多个子电阻，若第一电阻R1包括多个子电阻，该多个子电阻可以是串联和/或并联。第二电阻R2可以包括一个子电阻或多个子电阻，若第二电阻R2包括多个子电阻，该多个子电阻可以是串联和/或并联。可选的，第一开关50包括下述至少一种：光继电器和机械继电器。可选的，第二开关11包括下述至少一种：光继电器和机械继电器。电压采集电路30可以包括隔离运算放大器和模数转换器等。处理电路40可以包括微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)或现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)等。处理电路40向第一开关50的控制端Ctr1和第二开关11的控制端Ctr2输出高电平或低电平，以控制第一开关50和第二开关11的闭合或断开。第一支路10中的所有第一电阻R1的阻值之和，可以不等于第二支路20中的所有第二电阻R2的阻值之和。可选的，第一支路10中的所有第一电阻R1的阻值之和，等于第二支路20中的所有第二电阻R2的阻值之和，可以简化运算，进而简化代码流程，提高检测速度和实时性。第一支路10中的所有第一电阻R1的阻值之和大于或等于2兆欧。第二支路20中的所有第二电阻R2的阻值之和大于或等于2兆欧。

图2为本实用新型实施提供一种绝缘电阻检测电路的应用场景。该绝缘电阻检测电路可用于检测电池的绝缘电阻。该绝缘电阻检测电路可设置于电池管理系统中。电池可设置于电动汽车、备用电源等装置中。接地端PE可以与电池壳体连接，例如可以是电动汽车的车体、电池机柜或箱体等。电池1的正极V+与第一检测端N1电连接，电池1的负极V-与第二检测端N2电连接。RP为电池1的正极V+对地(接地端PE)等效绝缘电阻，RN为电池1的负极V-对地(接地端PE)等效绝缘电阻。本实用新型实施例以第一电阻R1的个数为1，第二电阻R2的个数为1，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相等为例进行说明。图3为本实用新型实施例提供的一种绝缘电阻检测方法的流程图，图4至图6为与图3的步骤110至步骤130对应的绝缘电阻检测电路的工作状态示意图。该绝缘电阻检测方法具体包括：

步骤110、处理电路控制第一开关断开，控制第二开关闭合，获取电压采集电路的采集的第一电压。

其中，需要说明的是，第一支路10和第二支路20的各电阻的大小是已知的。图4所示，由于第一电阻R1和第二电阻R2的阻值已知，故可根据电压采集电路30的采集的第一电压V1，得知第一检测端N1与第二检测端N2之间的总电压VZ，示例性的，如图4所示，VZ＝(R1+R2)×V1/R2，其中，R1＝R2＝R0。

步骤120、处理电路控制第一开关闭合，控制第二开关闭合，获取电压采集电路的采集的第二电压。

其中，如图5所示，可根据电压采集电路30的采集的第二电压V2，得知当前状态下第二支路20的第一端N5和第二端N6之间的电压为第一负端电压VN1，示例性的，如图5所示，VN1＝V1。其中，第一开关50闭合，第二开关11闭合时，第一支路10和正极V+对地(接地端PE)等效绝缘电阻RP并联得到的第一并联电阻R_PB1＝RP//R0，第二支路20和负极V-对地(接地端PE)等效绝缘电阻RN并联得到的第二并联电阻R_NB1＝RN//R0。其中，

作为第一公式。

步骤130、处理电路控制第一开关闭合，控制第二开关断开，获取电压采集电路的采集的第三电压。

其中，如图6所示，根据电压采集电路30的采集的第二电压V2，得知当前状态下第二支路20的第一端N5和第二端N6之间的电压为第二负端电压VN2，示例性的，如图5所示，VN2＝V2。其中，第一开关50闭合，第二开关11断开时，第一支路10和正极V+对地(接地端PE)等效绝缘电阻RP并联得到的第三并联电阻R_PB2＝RP，第二支路20和负极V-对地(接地端PE)等效绝缘电阻RN并联得到的第四并联电阻R_NB2＝RN//R0＝R_NB1。其中，

作为第二公式。根据第二公式，得第二比例

即RP＝(K2-1)×R_NB1，作为第三公式。

步骤140、处理电路根据第一电阻、第二电阻、第一电压、第二电压和第三电压，计算绝缘电阻。

其中，绝缘电阻Ri为RP与RN的最小者，即绝缘电阻Ri＝min(RP，RN)。

其中，

具体推导过程如下：根据第一公式和第二公式，得第一比例K1:

化简得

即

作为第四公式。

由第四公式，继续推导得：

继续推导得：

(K2-K1)×(K2-1)×RN+(K2-K1)×(RN+R0)＝K1×(K2-1)×(RN+R0)

继续推导得：

[(K2-K1)×(K2-1)+(K2-K1)]×RN+(K2-K1)×R0

＝K1×(K2-1)×RN+K1×(K2-1)×R0

继续推导得：

[(K2-K1)×K2]×RN-K1×(K2-1)×RN

＝K1×(K2-1)×R0-(K2-K1)×R0

两边分别化简得：

[K2×K2-2K2×K1+K1]×RN＝[K1×K2-K2]×R0，作为第五公式。

从而求解得：

作为第六公式。

将

和

代入第六公式，得：

作为第七公式。

由将

代入第三公式，得：

故

作为第八公式。

其中，步骤110、步骤120和步骤130的前后顺序可以变换。在步骤110、步骤120和步骤130完成之后，处理电路40可控制第一开关50断开，使绝缘电阻检测电路与接地端PE断开，以提升电池管理系统的绝缘电阻和耐压等级，避免绝缘电阻检测电路影响电池管理系统的绝缘性能。

本实施例的技术方案中的绝缘电阻检测电路包括：第一检测端、第二检测端、接地端、第一支路、第二支路、第一开关、电压采集电路和处理电路。其中，第一支路包括第二开关和至少一个第一电阻，第二开关和至少一个第一电阻串联后的两端分别与第一支路的第一端和第二端电连接，第一支路的第一端与第一检测端；第二支路包括至少一个第二电阻，至少一个第二电阻串联后的两端分别与第二支路的第一端和第二端电连接，第二支路的第一端与第二检测端。第一支路的第二端，以及第二支路的第二端，均与第一开关的第一端电连接，第一开关的第二端与接地端电连接；电压采集电路的采集端与第二支路电连接，电压采集电路的输出端与处理电路电连接；处理电路与第一开关的控制端电连接，处理电路与第二开关的控制端电连接，处理电路用于控制第一开关和第二开关闭合或断开，并根据第一电阻、第二电阻和电压采集电路采集的电压，计算绝缘电阻。本实施例的技术方案所需元件数量少，可以降低绝缘电阻检测的成本和体积，且可以提升系统的绝缘电阻和耐压等级。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图1和图2，电压采集电路30参考地接入端N9与第二检测端N2电连接；电压采集电路30的采集端N10与第二支路20的第二端N6电连接。电压采集电路30的参考地为电池1的负极V-。

可选的，图7为本实用新型实施例提供的又一种绝缘电阻检测电路的结构示意图，在上述实施例的基础上，电压采集电路30的参考地接入端N9与第二检测端N2电连接；第二支路20中的第二电阻R2为多个，电压采集电路30的采集端N10电连接至第一节点N11，第一节点N11为多个第二电阻R2依次串联连接的节点中的一个。可根据需要设置电压采集电路30的参考地接入端N9和采集端N10之间连接的第二电阻R2的阻值，以使电压采集电路30的采集端N10的电压满足电压采集电路30正常工作所需的电压等级。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图7，电压采集电路30包括模数转换器31，模数转换器31的输入端In1与电压采集电路30的采集端N10电连接，模数转换器31的参考地接入端GND与第二检测端N2电连接，模数转换器31的输出端Out2与电压采集电路30的输出端Out1电连接。模数转换器31将输入端In1的模拟电压转换成数字信号输出至处理电路40。

本实用新型实施例提供一种电池管理系统。图8为本实用新型实施例提供的一种电池管理系统的结构示意图。该电池管理系统2包括本实用新型任意实施例提供的绝缘电阻检测电路100。

其中，本实用新型实施例提供的电池管理系统包括上述实施例中的绝缘电阻检测电路，因此本实用新型实施例提供的电池管理系统也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。

可选的，图9为本实用新型实施例提供的又一种电池管理系统的结构示意图，在上述实施例的基础上，电池管理系统还包括：充放电电路200，充放电电路200用于根据电压采集电路30采集的电压，控制电池1的充放电状态。

其中，可选的，充放电电路200可与处理电路40电连接，和/或，充放电电路200可与电压采集电路30的输出端Out1电连接。处理电路40可控制第一开关50断开，控制第二开关11闭合，以根据电压采集电路30采集的电压，确定电池1两端的电压，若电池1两端的电压低于第一预设电压值，则充放电电路200将使电源(例如可以是市电或发电机等)给电池1充电，并使电池1停止向负载供电，若电池1两端的电压高于第二预设电压值，则充放电电路200将使电源停止向电池1充电。若电池1两端的电压高于第一预设电压值，则充放电电路200将使电池1向负载供电。第二预设电压值高于第一预设电压值。

可选的，电池管理系统还包括：报警电路300，与处理电路40电连接，处理电路40还用于若绝缘电阻低于预设电阻值，则控制报警电路300报警。

其中，若绝缘电阻低于预设电阻值，则说明绝缘等级不满足要求，需要报警以提示工作人员。若绝缘电阻大于预设电阻值，则说明绝缘等级满足要求。报警电路300可包括下述至少一种：二极管和蜂鸣器，以实现声光报警。

本实用新型实施例提供一种电子设备。如图9所示，该电子设备包括电池1和本实用新型任意实施例提供的电池管理系统，电池1的正极V+与第一检测端N1电连接，电池1的负极V-与第二检测端N2电连接。

其中，可选的，电子设备包括电动汽车。本实用新型实施例提供的电子设备包括上述实施例中的电池管理系统，因此本实用新型实施例提供的电子设备也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种绝缘电阻检测电路，其特征在于，包括：第一检测端、第二检测端、接地端、第一支路、第二支路、第一开关、电压采集电路和处理电路；

其中，所述第一支路包括第二开关和至少一个第一电阻，所述第二开关和至少一个第一电阻串联后的两端分别与所述第一支路的第一端和第二端电连接，所述第一支路的第一端与所述第一检测端；

所述第二支路包括至少一个第二电阻，所述至少一个第二电阻串联后的两端分别与所述第二支路的第一端和第二端电连接，所述第二支路的第一端与所述第二检测端；

所述第一支路的第二端，以及所述第二支路的第二端，均与所述第一开关的第一端电连接，所述第一开关的第二端与所述接地端电连接；

所述电压采集电路的采集端与所述第二支路电连接，所述电压采集电路的输出端与所述处理电路电连接；

所述处理电路与所述第一开关的控制端电连接，所述处理电路与所述第二开关的控制端电连接，所述处理电路用于控制所述第一开关和所述第二开关闭合或断开，并根据所述第一电阻、所述第二电阻和所述电压采集电路采集的电压，计算绝缘电阻。

2.根据权利要求1所述的绝缘电阻检测电路，其特征在于，所述第一支路中的所有第一电阻的阻值之和，等于所述第二支路中的所有第二电阻的阻值之和。

3.根据权利要求1所述的绝缘电阻检测电路，其特征在于，所述电压采集电路的参考地接入端与所述第二检测端电连接；

所述电压采集电路的采集端与所述第二支路的第二端电连接，或者，所述第二支路中的第二电阻为多个，所述电压采集电路的采集端电连接至第一节点，所述第一节点为多个所述第二电阻依次串联连接的节点中的一个。

4.根据权利要求1所述的绝缘电阻检测电路，其特征在于，所述第一开关包括下述至少一种：光继电器和机械继电器；

所述第二开关包括下述至少一种：光继电器和机械继电器。

5.根据权利要求1所述的绝缘电阻检测电路，其特征在于，所述电压采集电路包括模数转换器，所述模数转换器的输入端与所述电压采集电路的采集端电连接，所述模数转换器的参考地接入端与所述第二检测端电连接，所述模数转换器的输出端与所述电压采集电路的输出端电连接。

6.一种电池管理系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任一所述的绝缘电阻检测电路。

7.根据权利要求6所述的电池管理系统，其特征在于，还包括：充放电电路，所述充放电电路用于根据所述电压采集电路采集的电压，控制电池的充放电状态。

8.根据权利要求6所述的电池管理系统，其特征在于，还包括：报警电路，与所述处理电路电连接，所述处理电路还用于若所述绝缘电阻低于预设电阻值，则控制所述报警电路报警。

9.一种电子设备，其特征在于，包括电池和如权利要求6-8任一所述的电池管理系统，所述电池的正极与所述第一检测端电连接，所述电池的负极与所述第二检测端电连接。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括电动汽车。

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