CN220913315U - 电池包绝缘检测电路及装置、电池管理系统、电动汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电池包绝缘检测电路及装置、电池管理系统、电动汽车。电池包绝缘检测电路由六个分压电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6以及两个高压开关K1、K2构成；分压电阻R1、R2、R3、R4、R5依次串接，高压开关K1一端与电池包正极端相接、另一端与分压电阻R1串接，分压电阻R5一端与电池包负极端相接；高压开关K2一端与分压电阻R6一端相接，分压电阻R6另一端接在分压电阻R2、R3串接线上，高压开关K2另一端接地，分压电阻R4、R5之间布置有检测点，用于检测分压电阻R5上电压。本实用新型简化系统电路设计,增加电路可靠性，达到节约成本的目的。

Description

电池包绝缘检测电路及装置、电池管理系统、电动汽车

技术领域

本实用新型涉及振动试验工装技术领域，特别是涉及一种电池包绝缘检测电路及装置、电池管理系统、电动汽车。

背景技术

动力电池的电池管理系统是电池保护装置，也是电池与负载终端的桥梁，根据在线监测的电池实际使用状态为电池提供过充、过放、过温等保护功能，确保电池被安全使用。电池包使用过程中，电池包搭载在整车框架中，其本身对整车搭铁点的绝缘阻抗也是一项重要参数，电池包绝缘阻抗过低时，电池包可能存在短路故障，可能会使操作人员触电，严重时会烧毁电池包，甚至存在引起更大火情可能，因此电池包绝缘电阻检测是一重要功能，要求其在电池包绝缘电阻过小时，能对外做出预警防止人员触电、电池起火等风险。

CN 108226640 A公开一种车载高压绝缘检测装置及方法，其车载高压绝缘检测装置，包括MCU单元、高压绝缘检测电路、高压诊断电路以及隔离CAN单元；隔离CAN单元、高压绝缘检测电路和高压诊断电路均与MCU单元连接；高压绝缘检测电路连接在待检测电池包的两端；高压诊断电路连接在待检测高压器件的两端；MCU单元采集待检测电池包和/或待检测高压器件的电压，通过隔离CAN单元传输至BMS主控单元，其需要用两个MCU，程序复杂容易出现误判断，硬件需要单独的MCU、隔离CAN、隔离电源，成本高。

CN 215340056 U公开一种绝缘检测电路，包括MCU、充电桩绝缘检测电路、电动汽车绝缘检测电路；两检测电路均包括电桥电路、第一增益控制器、第二增益控制器、第一同相放大器、第二同相放大器、反相放大器、第一模数转换器；第一增益控制器与MCU、第一同相放大器的输入端连接；第一同相放大器与电桥电路、第一模数转换器连接；第二增益控制器与MCU、第二同相放大器的输入端连接；第二同相放大器与电桥电路、反相放大器连接；第一模数转换器的一端与反相放大器连接，另一端与MCU连接。其整个检测电路需要四个高压开关、运算放大器、数模转换等元件，存在电路复杂，不具备高压隔离，存在损坏MCU及整个系统的风险，并且成本过高。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种电池包绝缘检测电路及装置、电池管理系统、电动汽车。

本实用新型第一方面，提供一种电池包绝缘检测电路，由六个分压电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6以及两个高压开关K1、K2构成；分压电阻R1、R2、R3、R4、R5依次串接，高压开关K1一端与电池包正极端相接、另一端与分压电阻R1串接，分压电阻R5一端与电池包负极端相接；高压开关K2一端与分压电阻R6一端相接，分压电阻R6另一端接在分压电阻R2、R3串接线上，高压开关K2另一端接地，分压电阻R4、R5之间布置有检测点，用于检测分压电阻R5上电压。

其中，六个分压电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6的阻值根据不同检测需求设置不同的阻值。

其中，两个高压开关K1、K2采用继电器。

其中，所述检测点与前端采样芯片连接，由所述前端采样芯片采集分压电阻R5上电压，并转换为二进制电压数据后传送到MCU模块处理。

其中，所述前端采样芯片通过菊花链通信转SPI模块连接MCU模块，将采集的分压电阻R5上电压转换为二进制电压数据后传送到所述MCU模块处理。

其中，所述前端采样芯片采用高精度采样AFE芯片。

其中，两个高压开关K1、K2与所述MCU模块连接，受所述MCU模块控制开或关。

本实用新型第二方面，提供一种电池包绝缘电阻检测装置，包括所述电池包绝缘检测电路。

本实用新型第三方面，提供一种电池管理系统，包括所述电池包绝缘电阻检测装置。

本实用新型第四方面，提供一种电动汽车，包括所述电池管理系统。

本实用新型的电池包绝缘检测电路，仅需要两个高压开关辅助即可完成绝缘电阻检测，结构简单，成本低，方便布置控制。

本实用新型的电池包绝缘检测电路，将运算放大器、数模转换等元件所组成的必要采样电路，直接用高精度采样芯片AFE代替，简化系统电路设计,使用高精度采样芯片实现MCU模块与高压之间的电气隔离，增加电路可靠性，达到节约成本的目的。

本实用新型的电池包绝缘检测电路，仅需要一片高精度采样芯片AFE对电路中的电压模拟量直接进行采样，通过菊花链通信的方式将采样数据传输至MCU模块中，利用采样得到的电压模拟量直接计算系统的绝缘电阻，完成绝缘电阻检测；整个绝缘电阻检测过程不需要通过两个MCU模块即可完成绝缘检测,采用更为简单的菊花链通信方式，仅需要通信转换芯片即可，不使用隔离CAN方式进行数据传输，省去隔离CAN芯片和隔离电源，简化电路设计的同时达到节约成本的目的。

附图说明

图1是本实用新型实施例的电池包绝缘检测电路的电路原理示意图。

图2是本实用新型实施例的电池包绝缘检测电路的检测原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型实施例第一方面，提供一种电池包绝缘检测电路，由六个分压电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6以及两个高压开关K1、K2构成；分压电阻R1、R2、R3、R4、R5依次串接，高压开关K1一端与电池包正极端相接、另一端与分压电阻R1串接，分压电阻R5一端与电池包负极端相接；高压开关K2一端与分压电阻R6一端相接，分压电阻R6另一端接在分压电阻R2、R3串接线上，高压开关K2另一端接地，分压电阻R4、R5之间布置有检测点，用于检测分压电阻R5上电压。

其中，六个分压电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6的阻值根据不同检测需要求来设置为不同的阻值，如R1＝1MΩ，R2＝1MΩ,R3＝500kΩ,R4＝490kΩ,R5＝10kΩ,R6＝500kΩ。

一个实施例中，两个高压开关K1、K2采用继电器，可以通过与控制模块相连接，由所述控制模块进行控制开或关的动作。

具体的，进行电池包绝缘电阻检测时，所述的检测点与前端采样芯片连接，由所述前端采样芯片采集分压电阻R5上电压，并转换为二进制电压数据后传送到MCU模块处理。一个实施例中，所述前端采样芯片通过菊花链通信转SPI模块连接MCU模块，将采集的分压电阻R5上电压转换为二进制电压数据后传送到所述MCU模块处理。优选的，所述前端采样芯片采用高精度采样芯片AFE芯片。作为一个优先的方式，两个高压开关K1、K2与所述MCU模块连接，受所述MCU模块控制开或关。

需要说明的是，在检测电池包绝缘电阻时，电池包与电池包绝缘检测电路连接，电池包绝缘检测电路与前端采样芯片进行连接，完成对电池包的电压采样，前端采样芯片与菊花链通信转SPI模块连接，菊花链通信转转SPI换模块与MCU模块连接，将采集得到的电压信息转换为需要的绝缘电阻值，完成绝缘电阻检测，参见图2所示，电池包绝缘检测电路在工作时，电池包绝缘检测电路将对电池包的高压转换为前端采样芯片可以采集的电压值范围，前端采样芯片周期性对电池包绝缘检测电路的检测点电压值进行AD采样,将电压信号转换为计算机识别的二进制数据的电压信息，采集完成后，前端采样芯片通过菊花链通信的方式并经过菊花链通信转SPI模块，完成菊花链与SPI通信模式切换后，通过SPI通信模式将前端采样芯片采集到的二进制数据的电压信息传输至MCU模块，在MCU模块中将采集得到的电压信息通过计算得到绝缘电阻值，完成系统绝缘电阻的检测。

具体的，在采集电池包绝缘电阻并计算电池包绝缘电阻时，通过以下步骤操作及计算实现，参见图1所示，设电池包电压为U，电池包待测绝缘电阻为Riso+与Riso-，参考点为a和b，通过前端采样芯片采集分压电阻R5上的电压U1，具体实施步骤为：

步骤1：闭合高压开关K1，断开高压开关K2,根据电阻分压原理，可以计算得到电池包电压U，见式1：

步骤2：闭合高压开关K2,断开高压开关K1,改变电池包绝缘检测电路中电流大小,根据电流关系,得到关于待测绝缘电阻Riso+与Riso-的方程组，见式2、3：

其中U1'为进行步骤2时前端采样芯片采集的电压值，Ua为进行步骤2时电池包绝缘检测电路中参考点a的电压值。

步骤3：保持高压开关K2为闭合状态,闭合高压开关K1,再次改电池包绝缘检测电路中的电流大小,根据电流关系,得到新的关于待测绝缘电阻Riso+与Riso-方程，见式4，式5以及式6：

其中，U1”为进行步骤2时前端采样芯片采集的电压值，Ua'为进行步骤操作2时的参考点a的电压，该电压可根据式1，式4和式5求解得到，Ub为进行步骤3时电池包绝缘检测电路中参考点b的电压值。

需要注意的是，完成步骤1，步骤2和步骤3后，通过式1，式2，式4和式5可以计算得到求解式5和式6中待测绝缘电阻Riso+与Riso-所需的电池包电压U，进行步骤操作2时的参考点a的电压Ua'，进行步骤3时电池包绝缘检测电路中参考点b的电压值Ub，进行步骤2时电池包绝缘检测电路中参考点a的电压Ua，而式5和式6中电阻R6,电阻R5为已知量，进行步骤2时前端采样芯片采集的电压值U1”，进行步骤2时前端采样芯片采集的电压值U1'为已知量，因此将上述变量代入式5和式6，联立方程即可求解待测绝缘电阻Riso+与Riso-的大小。

通过以上分析，可以看出本实用新型通过分别控制两个高压开关的状态，使分压电阻R5上的电池U1的电压值呈现出不同的变化，从而可以计算出电池包绝缘电阻的阻值。

本实用新型实施例通过绝缘检测电路与前端采样芯片对电池包电压进行周期性采集，采集完成后，通过菊花链通信转SPI模块，将前端采样芯片采集到的电压信息传输至MCU模块，在MCU模块中将采集得到的电压信息计算得到绝缘电阻值，完成系统绝缘电阻检测,采用高精度采样芯片AFE+MCU模块组合的绝缘电阻检测方案，并且在整个绝缘检测电路中需要的高压开关仅为两个，简化了电路设计,降低开发复杂度,节约了绝缘电阻检测电路的设计成本及制作成本。

本实用新型实施例第二方面，提供一种电池包绝缘电阻检测装置，包括所述电池包绝缘检测电路。电池包绝缘电阻检测装置由于采用所述电池包绝缘检测电路，通过绝缘检测电路与前端采样芯片对电池包电压进行周期性采集，采集完成后，通过菊花链通信转SPI模块，将前端采样芯片采集到的电压信息传输至MCU模块，在MCU模块中将采集得到的电压信息计算得到绝缘电阻值，完成系统绝缘电阻检测,采用高精度采样芯片AFE+MCU模块组合的绝缘电阻检测方案，并且在整个绝缘检测电路中需要的高压开关仅为两个，简化了电路设计,降低开发复杂度,节约了绝缘电阻检测装置的设计成本及制作成本。

本实用新型实施例第三方面，提供一种电池管理系统，包括所述电池包绝缘电阻检测装置。电池管理系统在电池包绝缘电阻检测时，通过绝缘检测电路与前端采样芯片对电池包电压进行周期性采集，采集完成后，通过菊花链通信转SPI模块，将前端采样芯片采集到的电压信息传输至MCU模块，在MCU模块中将采集得到的电压信息计算得到绝缘电阻值，完成系统绝缘电阻检测,采用高精度采样芯片AFE+MCU模块组合的绝缘电阻检测方案，并且在整个绝缘检测电路中需要的高压开关仅为两个，简化了电路设计,降低开发复杂度,节约了绝缘电阻检测方案的设计成本，从而改善了管理系统的性能，相应的节约了电池管理系统的硬件成本及其它开发本。

本实用新型实施例第四方面，提供一种电动汽车，包括所述电池管理系统，电动汽车的电池管理系统在电池包绝缘电阻检测时，通过绝缘检测电路与前端采样芯片对电池包电压进行周期性采集，采集完成后，通过菊花链通信转SPI模块，将前端采样芯片采集到的电压信息传输至MCU模块，在MCU模块中将采集得到的电压信息计算得到绝缘电阻值，完成系统绝缘电阻检测,采用高精度采样芯片AFE+MCU模块组合的绝缘电阻检测方案，并且在整个绝缘检测电路中需要的高压开关仅为两个，简化了电路设计,降低开发复杂度,节约了绝缘电阻检测方案的设计成本，从而改善了管理系统的性能，相应的节约了电池管理系统的硬件成本及其它开发本，从而节约了电动汽车的成本等，具有一定的意义。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型；

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.电池包绝缘检测电路，其特征在于，由六个分压电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6以及两个高压开关K1、K2构成；分压电阻R1、R2、R3、R4、R5依次串接，高压开关K1一端与电池包正极端相接、另一端与分压电阻R1串接，分压电阻R5一端与电池包负极端相接；高压开关K2一端与分压电阻R6一端相接，分压电阻R6另一端接在分压电阻R2、R3串接线上，高压开关K2另一端接地，分压电阻R4、R5之间布置有检测点，用于检测分压电阻R5上电压。

2.根据权利要求1所述电池包绝缘检测电路，其特征在于，六个分压电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6的阻值根据不同检测需求设置不同的阻值。

3.根据权利要求1所述电池包绝缘检测电路，其特征在于，两个高压开关K1、K2采用继电器。

4.根据权利要求1所述电池包绝缘检测电路，其特征在于，所述检测点与前端采样芯片连接，由所述前端采样芯片采集分压电阻R5上电压，并转换为二进制电压数据后传送到MCU模块处理。

5.根据权利要求4所述电池包绝缘检测电路，其特征在于，所述前端采样芯片通过菊花链通信转SPI模块连接MCU模块，将采集的分压电阻R5上电压转换为二进制电压数据后传送到所述MCU模块处理。

6.根据权利要求4所述电池包绝缘检测电路，其特征在于，所述前端采样芯片采用高精度采样AFE芯片。

7.根据权利要求4所述电池包绝缘检测电路，其特征在于，两个高压开关K1、K2与所述MCU模块连接，受所述MCU模块控制开或关。

8.电池包绝缘电阻检测装置，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述电池包绝缘检测电路。

9.电池管理系统，其特征在于，包括权利要求8所述电池包绝缘电阻检测装置。

10.电动汽车，其特征在于，包括权利要求9所述电池管理系统。