WO2020135703A1

WO2020135703A1 - 基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统及电动汽车

Info

Publication number: WO2020135703A1
Application number: PCT/CN2019/129155
Authority: WO
Inventors: 颜广博; 赵甫
Original assignee: 蜂巢能源科技有限公司
Priority date: 2018-12-29
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-07-02
Also published as: CN109720235B; CN109720235A

Abstract

一种基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统及电动汽车，所述绝缘检测系统包括第一采样电阻（R1）、第二分压电阻（Rb）、第三分压电阻（Rc）、第二采样电阻（R2）、第三采样电阻（R3）、第一开关（K1）、第二开关（K2）以及第三开关（K3）；以及处理器，用于多次控制所述第一开关（K1）、所述第二开关（K2）和/或所述第三开关（K3）的闭合和断开，以多次采集所述第一采样电阻（R1）和所述第二采样电阻（R2）的电压，从而多次确定第一绝缘电阻（Rp）和第二绝缘电阻（Rn）的函数关系式以根据所多次确定的函数关系式计算所述第一绝缘电阻（Rp）和所述第二绝缘电阻（Rn）。本方案所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统及电动汽车可以缩短绝缘检测周期，提高检测精度并降低了成本。

Description

基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统及电动汽车

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统及电动汽车。

背景技术

目前，常用的绝缘检测方法有高压信号注入法、被动绝缘检测方法等。其中对于主动注入法一般需要求其注入的信号源能量较大，以抵制母线电压波动对检测精度的影响。由此会造成对应的电路结构复杂，功耗较高且检测精度易受干扰；另外由于所选的注入信号源一般体积较大，这会使得PCB板尺寸较大，不利于BMS小型化的设计方向。

如图1为一种高压采集电路连接图。图中R为分压电阻，一端和动力电池正极HV+相连接，r为采样电阻，一端和动力电池负极HV-相连接，另外一端连接ADC采样口，其工作原理为：ADC采样电阻r两端电压值后通过隔离通讯将数据值传给MCU进行计算出动力电池总压值UE。

如图2中K1、K2为光电开关，单片机IO口控制其通断，Ra、Rb为分压电阻，ra、rb为采样电阻，OPA为运算放大器。其检测绝缘电阻检测原理为：首先闭合开关K1断开K2，电阻Ra、ra、Rn串联形成分压关系，通过ADC采样电路采集得到ra两端电压Ura，然后闭合开关K2断开K1，电阻Rp、rb、Rb串联形成分压关系，通过另一路ADC采样电路采集得到rb两端电压Urb。通过采集到的已知量Ura和Urb和已测的电池包总压UE，根据电路戴维宁(KCL、KVL)定理列出电路方程，可分别计算得出高压正、高压负对整车地之间的绝缘阻值Rp和Rn。

从图1电路结构图可以看出要准确的测量出电池总压UE压需要ADC采集到电压值经过隔离通讯连接至单片机进行处理。

从图2电路结构图可以看出在进行绝缘电阻阻值的测量时，由于电压信号较弱且由于负向电压的存在需要在上下桥臂电路中引入运放及负电源基准，对信号进行放大和处理才能对Ura、Urb的值进行ADC采样，再由MCU进行处理和判断。由于放大器存在零点漂移，这会造成电压采集端口的模拟量的漂移从而影响绝缘阻值的检测精度。

从以上叙述中可以看出，该判断方法存在以下几个问题：

1、信号采集同步性差：电池总压测量电路和绝缘检测电路是的两套独立电路分时完成测量功能，无法保证绝缘检测Ura和Urb与总压UE是在同一时刻采集。

2、检测精度差：由于负电压的存在需要引入运算放大器，放大器存在零点漂移问题，会造成电压采集端口的模拟量的漂移从而影响绝缘阻值的检测精度。

3、检测周期长：当测量Rp时需要开关K2闭合，K1打开，此时上桥臂总电阻变大，下桥臂总电阻变小，此时Cp开始充电，而Cn开始放电，等待上下桥臂Y电容充放电稳态后进行Ura、Urb电压值的采样，由此造成绝缘电阻检测的周期较长。

4、成本高：需要两套独立电路完成高压采集及绝缘检测功能，需要专用高压采集芯片和隔离通讯芯片，需要负电压基准源芯片和运算放大器芯片，导致了电路的复杂及成本的提高。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统及电动汽车，以缩短绝缘检测周期，提高检测精度并降低了成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统，所述全桥绝缘检测电路包括连接在第一电源正极和地之间的第一绝缘电阻、连接在所述第一电源负极和地之间的第二绝缘电阻、与所述第一绝缘电阻并联的第一电容、与所述第二绝缘电阻并联的第二电容，其特征在于，所述绝缘检测系统包括：串联后与所述第一电容并联的第一分压电阻和第一采样电阻；与所述第一采样电阻串联后与所述第一电容并联的第二分压电阻；串联后与所述第二电容并联的第三分压电阻和第二采样电阻；一端连接第二电源，另一端连接所述第二采样电阻的第三采样电阻；连接在所述第一分压电阻和所述第一采样电阻之间的第一开关；连接在所述第二分压电阻和所述第一采样电阻之间的第二开关以及连接在所述第三分压电阻和所述第二采样电阻之间的第三开关；以及处理器，用于多次控制所述第一开关、所述第二开关和/或所述第三开关的闭合和断开，以多次采集所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的电压，从而多次确定所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻的函数关系式以根据所多次确定的函数关系式计算所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻。

进一步的，计算所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻包括：控制所述第三开关闭合、所述第一开关和所述第二开关断开，采集所述第二采样电阻的电压作为第一电压；控制所述第一开关和所述第三开关闭合、所述第二开关断开，采集所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的电压分别作为第二电压和第三电压；根据所述第一采样电阻、所述第二采样电阻或所述第三采样电阻的阻值、所述第一分压电阻的阻值、所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压确定所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻的函数关系式作为第一函数关系；控制所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关闭合，采集所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的电压分别作为第四电压和第五电压；根据所述第一采样电阻、所述第二采样电阻或所述第三采样电阻的阻值、所述第一分压电阻的阻值、所述第二分压电阻的阻值、所述第一电压、所述第四电压以及所述第五电压确定所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻的函数关系式作为第二函数关系；根据所述第一函数关系和所述第二函数关系计算所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻。

进一步的，所述第一函数关系为：

其中U11为所述第一电压，U12为所述第二电压，U13为所述第三电压，Ra为所述第一分压电阻的阻值，R为所述第一采样电阻、所述第二采样电阻或所述第三采样电阻的阻值，Rn为所述第二绝缘电阻的阻值，Rp为所述第一绝缘电阻的阻值，

所述第二函数关系为：

其中U11为所述第一电压，U14为所述第四电压，U15为所述第五电压，Ra为所述第一分压电阻的阻值，Rb为所述第二分压电阻的阻值，R为所述第一采样电阻、所述第二采样电阻或所述第三采样电阻的阻值，Rn为所述第二绝缘电阻的阻值，Rp为所述第一绝缘电阻的阻值。

进一步的，计算所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻包括：控制所述第三开关闭合、所述第一开关和所述第二开关断开，采集所述第二采样电阻的电压作为第一电压；控制所述第一开关和所述第三开关闭合、所述第二开关断开，采集所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的电压分别作为第二电压和第三电压；根据所述第一采样电阻、所述第二采样电阻或所述第三采样电阻的阻值、所述第一分压电阻的阻值、所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压确定所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻的函数关系式作为第一函数关系；控制第一开关断开、所述第二开关和所述第三开关闭合，采集所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的电压分别作为第六电压和第七电压；根据所述第一采样电阻、所述第二采样电阻或所述第三采样电阻的阻值、所述第二分压电阻的阻值、所述第一电压、所述第六电压以及所述第七电压确定所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻的函数关系式作为第三函数关系；根据所述第一函数关系和所述第三函数关系计算所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻。

进一步的，所述第一函数关系为：

所述第三函数关系为：

其中U11为所述第一电压，U16为所述第六电压，U17为所述第七电压，Rb为所述第二分压电阻的阻值，R为所述第一采样电阻、所述第二采样电阻或所述第三采样电阻的阻值，Rn为所述第二绝缘电阻的阻值，Rp为所述第一绝缘电阻的阻值。

进一步的，所述处理器还用于：多次控制所述第一开关、所述第二开关和/或所述第三开关的闭合和断开，以多次采集所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的电压，从而多次确定所述第一绝缘电阻和所述第二绝缘电阻的电压以根据所多次确定的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻的电压判断所述第一电源是否对地短路。

进一步的，判断所述第一电源是否对地短路包括：控制所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关闭合，采集所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的电压分别作为第一采样电压和第二采样电压；根据所述第一采样电阻、所述第二采样电阻或所述第三采样电阻的阻值、所述第一采样电压、所述第一分压电阻的阻值、以及第二分压电阻的阻值计算所述第一绝缘电阻的电压作为第一绝缘电压；根据所述第一采样电阻、所述第二采样电阻或所述第三采样电阻的阻值、所述第二采样电压、所述第三分压电阻的阻值以及所述第一分压电阻的电压计算所述第二绝缘电阻的电压作为第二绝缘电压；控制所述第一开关和所述第三开关闭合、所述第二开关断开，采集所述第一采样电阻和所述第二采样的电阻的电压分别作为第三采样电压和第四采样电压；根据所述第一采样电阻、所述第二采样电阻或所述第三采样电阻的阻值、所述第三采样电压以及所述第一分压电阻的阻值计算所述第一绝缘电阻的电压作为第三绝缘电压；根据所述第一采样电阻、所述第二采样电阻或所述第三采样电阻的阻值、所述第四采样电压、所述第三分压电阻的阻值以及所述第一分压电阻的电压计算所述第二绝缘电阻的电压作为第四绝缘电压；控制所述第二开关和所述第三开关闭合、所述第一开关断开，采集所述第一采样电阻和所述第二采样的电阻的电压分别作为第五采样电压和第六采样电压；根据所述第一采样电阻、所述第二采样电阻或所述第三采样电阻的阻值、所述第五采样电压以及所述第二分压电阻的阻值计算所述第一绝缘电阻的电压作为第五绝缘电压；根据所述第一采样电阻、所述第二采样电阻或所述第三采样电阻的阻值、所述第六采样电压、所述第三分压电阻的阻值以及所述第一分压电阻的电压计算所述第二绝缘电阻的电压作为第六绝缘电压；根据所述第一绝缘电压、所述第二绝缘电压、所述第三绝缘电压、所述第四绝缘电压、所述第五绝缘电压以及所述第六绝缘电压判断所述第一电源是否对地短路。

进一步的，所述根据所述第一绝缘电压、所述第二绝缘电压、所述第三绝缘电压、所述第四绝缘电压、所述第五绝缘电压以及所述第六绝缘电压判断所述第一电源是否对地短路包括：在所述第一绝缘电压不等于所述第三绝缘电压不等于所述第五绝缘电压时，或所述第一绝缘电压与所述第二绝缘电压的和等于所述第一电源的电压、所述第三绝缘电压与所述第二绝缘电压的和不等于所述第一电源的电压以及所述第五绝缘电压与所述第二绝缘电压的和不等于所述第一电源的电压中任意两者成立时，判断所述第一电源未对地短路；在所述第一绝缘电压等于所述第三绝缘电压等于所述第五绝缘电压时，或所述第一绝缘电压与所述第二绝缘电压的和等于所述第一电源的电压、所述第三绝缘电压与所述第二绝缘电压的和等于所述第一电源的电压以及所述第五绝缘电压与所述第二绝缘电压的和等于所述第一电源的电压中任意两者成立时，判断所述第一电源对地短路。

进一步的，所述第一电源是电池模组，在所述第一电源对地短路时，所述处理器还用于：使用所述第一绝缘电压、所述第三绝缘电压或所述第五绝缘电压除以所述电池模组的单体电芯的电压得到位置值；判断所述电池模组中发生对地短路的单体电芯的串数为所述位置值。

相对于现有技术，本发明所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统具有以下优势：

本发明的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统通过多次控制设置在电路多个开关的闭合和断开，以多次采集多个采样电阻的电压，从而多次确定绝缘电阻的函数关系式以根据函数关系式计算绝缘电阻，能够简化电路结构提高电路的稳定性，缩短绝缘检测周期，提高检测精度，快速完成绝缘检测功能，并在检测过程中不发生绝缘阻值的误报并不需使用高额成本的部件，降低了成本。

本发明的另一目的在于提出一种电动汽车，以缩短绝缘检测周期，提高检测精度并降低了成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种电动汽车，所述电动汽车设置有上文所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统。

所述电动汽车与上述基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

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方式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为高压采集连接示意图；

图2为上下桥臂电阻连接示意图；

图3是本发明一实施例提供的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统的电路框图示意图；

图4是本发明一实施例提供的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统的示意图；

图5A-5D是本发明一实施例提供的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统的示意图；

图6A-6C是本发明一实施例提供的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统的示意图。

附图标记说明

1 处理器

具体实施方式

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

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

图3是本发明一实施例提供的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统的电路框图示意图。如图3所示，本系统基于全桥双路高压采集及绝缘电阻检测电路，其由电池包、被控执行电路、反馈执行电路、电压设置及反馈执行电路、处理器1等组成。电压设置及反馈执行电路为设定一个电压值，该值通过电阻串联连接至整车地，处理器1采集反馈执行电路压降得到模拟电压值。被控执行电路为处理器1I/O口控制光电耦合开关导通，使用高压正极与整车地之间的电路导通，导通后处理器1AD口测量反馈电路上产生的压降。处理器1分别先后将K1、K2、K3的输出I/O口置于高电平即发出电池总压采集和高压绝缘检测信号，等待电路达到稳态后，分别读取ADC口反馈的电压信号。将三次读取的电压值代入相应的计算公式计算得出电池总压及高压正和高压负对整车的绝缘阻值。

图4是本发明一实施例提供的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统的示意图。如图4所示，Rp、Rn分别为电池包高压正、高压负对整车地之间的等效电阻，下文称第一绝缘电阻和第二绝缘电阻，即待测的绝缘电阻值。Ra、Rb、Rc分别为测量支路的并联电阻，下文称第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻，由第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3分别控制其接入，其阻值较小。R1、R2和R3为阻值相等的第一采样电阻、第二采样电阻和第三采样电阻，即通过测量这些电阻的电压来计算绝缘阻值。第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3可以为光耦控制开关，也可以不选光耦器件，选变压器隔离耦合控制，也可以选用电容耦合隔离控制，可以分别闭合使电路两次达到稳态。Cp、Cn分别为电池包高压正和高压负与整车地之间的等效Y电容，下文称第一电容和第二电容。Ip为检测过程中高压正与整车地之间Rp支路流过的电流，电流方向即如图中所示。In为整车地与高压负之间电阻Rn流过的电流。Iu1为分别闭合K1、K2时对应支路流过的电流。Iu0为闭合K3时对应支路流过的电流。Up、Un分别为检测过程中高压正、高压负对整车地的等效电压。U11为闭合开关K3后电阻R2对整车地电压，U12和U13为闭合开关K1/K3后电阻R1和R2对整车地电压，U14和U15为闭合开关K1/K2/K3后电阻R1和R2对整车地电压，U16和U17为闭合开关K2/K3后电阻R1和R2对整车地电压，其中，MCU通过ADC端口读取的电压值。

第一绝缘电阻Rp连接在第一电源正极和地之间，第二绝缘电阻Rn连接在第一电源负极和地之间、第一电容Cp与第一绝缘电阻Rp并联、第二电容Cn与第二绝缘电阻 Rn并联，第一分压电阻Ra和第一采样电阻R1串联后与第一电容Cp并联；第二分压电阻Rb与第一采样电阻R1串联后与第一电容Cp并联；第三分压电阻Rc和第二采样电阻R2串联后与第二电容Cn并联；第三采样电阻R3一端连接第二电源，另一端连接第二采样电阻R2；第一开关K1连接在第一分压电阻Ra和第一采样电阻R1之间；第二开关K2连接在第二分压电阻Rb和第一采样电阻R1之间，第三开关K3连接在第三分压电阻Rc和第二采样电阻R2之间。

本发明实施例中，处理器1用于多次控制第一开关K1、第二开关K2和/或第三开关K3的闭合和断开，以多次采集第一采样电阻R1和第二采样电阻R2的电压，从而多次确定第一绝缘电阻Rp和第二绝缘电阻Rn的函数关系式以根据所多次确定的函数关系式计算第一绝缘电阻Rp和第二绝缘电阻Rn。

下面将详细描述本发明的绝缘检测过程：

如图5A所示，控制第三开关K3闭合、第一开关K1和第二开关K2断开，经过R支路的电流为Ir，通过MCU的ADC口采集到的第二采样电阻R2两端电压为U11作为第一电压，根据戴维宁定理以得出以下公式：

Ua＝2×U11 式(11)

接着，如图5B所示，控制第一开关K1和第三开关K3闭合、第二开关K2断开，经过第一绝缘电阻Rp支路的电流为Ip1，经过第二绝缘电阻Rn支路的电流为In1，经过上桥臂第一分压电阻Ra和第一采样电阻R1支路的电流为Iu1，经过下桥臂第二采样电阻R2支路的电流为Ir0，第三分压电阻Rc支路的电流为Iu0。通过MCU的ADC口采集到的第一采样电阻R1和第二采样电阻R2两端电压分别为第二电压U12和第三电压U13，根据戴维宁定理以得出以下公式：

Ip1+Iu1＝In1+Iu0 式(21)

Ir＝Ir0+Iu0 式(22)

UE＝Up+Un 式(24)

根据式(11)、(12)、(21)-(25)，可以得到第一函数关系式：

其中U11为第一电压，U12为第二电压，U13为第三电压，Ra为第一分压电阻Ra的阻值，Rc第三分压电阻Rc的阻值，R为第一采样电阻R1、第二采样电阻R2或第三采样电阻R3的阻值，Rn为第二绝缘电阻Rn的阻值，Rp为第一绝缘电阻Rp的阻值。

接着，如图5C所示，控制第一开关K1、第二开关K2以及第三开关K3闭合，经过第一绝缘电阻Rp支路的电流为Ip2，经过第二绝缘电阻Rn支路的电流为In2，经过上桥臂第一分压电阻Ra和第一采样电阻R1支路的电流为Iu1’，经过下桥臂第二采样电阻R2支路的电流为Ir1，第三分压电阻Rc支路的电流为Iu0’。通过MCU的ADC口采集到的第一采样电阻R1和第二采样电阻R2两端电压分别为第四电压U14和第五电压U15，根据戴维宁定理以得出以下公式：

Ip2+Iu1'＝In2+Iu0' 式(31)

Ir'＝Ir1+Iu0' 式(32)

UE＝Up+Un 式(34)

根据式(11)、(12)、(31)-(35)，可以得到第二函数关系式：

其中U11为第一电压，U14为第四电压，U15为第五电压，Ra为第一分压电阻Ra的阻值，Rb为第二分压电阻Rb的阻值，Rc为第三分压电阻Rc的阻值，R为第一采样电阻R1、第二采样电阻R2或第三采样电阻R3的阻值，Rn为第二绝缘电阻Rn的阻值，Rp为第一绝缘电阻Rp的阻值。

第一函数关系式(26)和第二函数关系式(36)分别具有两个相同未知数第一绝缘电阻Rp和第二绝缘电阻Rn，可以求解，得到第一绝缘电阻Rp和第二绝缘电阻Rn。

当K2闭合电路稳态后，再闭合K3，此时等效Y电容Cp、Cn继续开始充放电。由于第一分压电阻Ra和第二分压电阻Rb阻值相差较小，不会造成较长时间的对第一电容Cp和第二电容Cn充放电，电路从一个稳态跳转向另一个稳态需要极短时间，等待电路再次达到稳态后，MCU的ADC口采样得到稳定的电压值。这使得前后两个稳态的电压变化量ΔU较小，因此这大大缩减的两个稳态之间的时间间隔。由此该电路有效缩短了绝缘阻值的检测周期。

另外，如果ADC采集到的电压超出量程时，本发明实施例还可以控制第一开关K1断开、第二开关K2和第三开关K3闭合，如图5D所示，经过第一绝缘电阻Rp支路的电流为Ip2，经过第二绝缘电阻Rn支路的电流为In2，经过上桥臂第一分压电阻Ra和第一采样电阻R1支路的电流为Iu1’，经过下桥臂第二采样电阻R2支路的电流为Ir1，第三分压电阻Rc支路的电流为Iu0’。通过MCU的ADC口采集到的第一采样电阻R1和第二采样电阻R2两端电压分别为第六电压U16和和第七电压U17，根据戴维宁定理以得出以下公式：

Ip2+Iu1'＝In2+Iu0' 式(41)

Ir'＝Ir1+Iu0' 式(42)

UE＝Up+Un 式(44)

根据式(11)、(12)、(41)-(45)，可以得到第二函数关系式：

其中U11为所述第一电压，U16为所述第六电压，U17为所述第七电压，Rb为所述第二分压电阻Rb的阻值，Rc为所述第三分压电阻Rc的阻值，R为所述第一采样电阻R1、所述第二采样电阻R2或所述第三采样电阻R3的阻值，Rn为所述第二绝缘电阻Rn的阻值，Rp为所述第一绝缘电阻Rp的阻值。

第一函数关系式(26)和第三函数关系式(46)分别具有两个相同未知数第一绝缘电阻Rp和第二绝缘电阻Rn，可以求解，得到第一绝缘电阻Rp和第二绝缘电阻Rn。

另外，假如电池包工作中，若电池包内发生金属异物掉落至电池包内，金属异物会随着车辆移动会在电池包内到处移动，当金属异物接触到某节电芯模组电极时，会发生该节电芯模组电极对整车地发生短路的情况发生。对此，本发明实施例还可以通过处理器1多次控制所述第一开关K1、所述第二开关K2和/或所述第三开关K3的闭合和断开，以多次采集所述第一采样电阻R1和所述第二采样电阻R2的电压，从而多次确定所述第一绝缘电阻Rp和所述第二绝缘电阻Rn的电压以根据所多次确定的第一绝缘电阻Rp和第二绝缘电阻Rn的电压判断所述第一电源是否对地短路。

具体地，如图6A所示，控制第一开关K1、第二开关K2以及第三开关K3闭合，经过上桥臂第一分压电阻Ra和第一采样电阻R1支路的电流为Iu1，经过下桥臂第二采样电阻R2支路的电流为Ir1，第三分压电阻Rc支路的电流为Iu0’，通过MCU的ADC口采集到的第一采样电阻R1和第二采样电阻R2两端电压分别为第一采样电压U21和第二采样电压U22，根据戴维宁定理可以得出以下公式：

Ir'＝Ir1+Iu0' 式(51)

根据第一采样电阻R1、第二采样电阻R2或第三采样电阻R3的阻值、第一采样电压U21、第一分压电阻Ra的阻值、以及第二分压电阻Rb的阻值可以得到以下公式：

根据第一采样电阻R1、第二采样电阻R2或第三采样电阻R3的阻值、第二采样电压U22、第三分压电阻Rc的阻值以及第一分压电阻Ra的电压可以得到以下公式：

通过式(52)和式(53)可以计算第一绝缘电压Up1和第二绝缘电压Un1。

接着，如图6B所示，控制第一开关K1和第三开关K3闭合、第二开关K2断开，经过上桥臂第一分压电阻Ra和第一采样电阻R1支路的电流为Iu1，经过下桥臂第二采样电阻R2支路的电流为Ir1，第三分压电阻Rc支路的电流为Iu0’，通过MCU的ADC口采集到的第一采样电阻R1和第二采样电阻R2两端电压分别为第三采样电压U23和第四采样电压U24，根据戴维宁定理可以得出以下公式：

Ir'＝Ir1+Iu0' 式(61)

根据第一采样电阻R1、第二采样电阻R2或第三采样电阻R3的阻值、第三采样电压U23以及第一分压电阻Ra的阻值可以得到以下公式：

根据第一采样电阻R1、第二采样电阻R2或第三采样电阻R3的阻值、第四采样电压U24、第三分压电阻Rc的阻值以及第一分压电阻Ra的电压可以得到以下公式：

通过式(62)和式(63)可以计算第三绝缘电压Up2和第四绝缘电压Un2。

接着，如图6C所示，控制第二开关K2和第三开关K3闭合、第一开关K1断开，经过上桥臂第一分压电阻Ra和第一采样电阻R1支路的电流为Iu1，经过下桥臂第二采样电阻R2支路的电流为Ir1，第三分压电阻Rc支路的电流为Iu0’，通过MCU的ADC口采集到的第一采样电阻R1和第二采样电阻R2两端电压分别为第五采样电压U25和第六采样电压U26，根据戴维宁定理可以得出以下公式：

Ir'＝Ir1+Iu0' 式(71)

根据第一采样电阻R1、第二采样电阻R2或第三采样电阻R3的阻值、第五采样电压U25以及第二分压电阻Rb的阻值可以得到以下公式：

根据第一采样电阻R1、第二采样电阻R2或第三采样电阻R3的阻值、第六采样电压U26、第三分压电阻Rc的阻值以及第一分压电阻Ra的电压可以得到以下公式；

通过式(72)和式(73)可以计算第五绝缘电压Up3和第六绝缘电压Un3。

最后，根据所述第一绝缘电压、所述第二绝缘电压、所述第三绝缘电压、所述第四绝缘电压、所述第五绝缘电压以及所述第六绝缘电压判断所述第一电源是否对地短路，具体如下：

当金属异物未对整车地发生短路时，绝缘电压会随着开关K1，K2档位的切换发生变化，即在第一绝缘电压Up1不等于第三绝缘电压Up2不等于第五绝缘电压Up3时，或第一绝缘电压Up1与第二绝缘电压Un1的和等于第一电源的电压、第三绝缘电压Up2与第二绝缘电压Un1的和不等于第一电源的电压以及第五绝缘电压Up3与第二绝缘电压Un1的和不等于第一电源的电压中任意两者成立时，判断第一电源未对地短路；

当有金属异物对整车地发生短路时绝缘电压Up会保持恒定不变，即在第一绝缘电压Up1等于第三绝缘电压Up2等于第五绝缘电压Up3时，或第一绝缘电压Up1与第二绝缘电压Un1的和等于第一电源的电压、第三绝缘电压Up2与第二绝缘电压Un1的和等于第一电源的电压以及第五绝缘电压Up3与第二绝缘电压Un1的和等于第一电源的电压中任意两者成立时，判断第一电源对地短路。

在第一电源对地短路时，本发明实施例可以判断短路位置，即通过处理器1，使用第一绝缘电压、第三绝缘电压或第五绝缘电压除以电池模组的单体电芯的电压得到位置值。例如第一绝缘电压使21V，单体电芯电压为4.2V，则位置值为5。

然后，判断所述电池模组中发生对地短路的单体电芯的串数为所述位置值。例如位置值为5，则电池模组第5节单体电芯发生对地短路。

本发明实施例可以提高总压采集和绝缘检测的同步性，提高检测精度；缩短绝缘电阻检测周期，准确判断出电芯模组短路位置，电路结构简单，无需引入负电源、运算放大器、高压采集芯片、隔离通讯芯片，检测精度高，无误报。

由于电路无需引入外接的负电源及运算放大器和电池总压采集和绝缘采样在同一时刻进行采集，直接使用MCU的ADC接口进行采样，故避免了外接放大器的零点漂移对采样精度造成的影响和总压与绝缘采样不能在同一时刻采集造成计算结果误差大。其结构特性决定了两次稳态的电压波动较小，电路稳定时间明显缩短。因此检测响应速度更快。

由上述可知，电压采样只需要通过MCU的两个ADC口完成，减少了隔离通讯，节省了MCU的IO接口资源，同时减轻了MCU在采样、处理过程中的软件负荷。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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

一种基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统，所述全桥绝缘检测电路包括连接在第一电源正极和地之间的第一绝缘电阻Rp、连接在所述第一电源负极和地之间的第二绝缘电阻Rn、与所述第一绝缘电阻Rp并联的第一电容Cp、与所述第二绝缘电阻Rn并联的第二电容Cn，其特征在于，所述绝缘检测系统包括：

串联后与所述第一电容Cp并联的第一分压电阻Ra和第一采样电阻R1；与所述第一采样电阻R1串联后与所述第一电容Cp并联的第二分压电阻Rb；串联后与所述第二电容Cn并联的第三分压电阻Rc和第二采样电阻R2；一端连接第二电源，另一端连接所述第二采样电阻R2的第三采样电阻R3；连接在所述第一分压电阻Ra和所述第一采样电阻R1之间的第一开关K1；连接在所述第二分压电阻Rb和所述第一采样电阻R1之间的第二开关K2以及连接在所述第三分压电阻Rc和所述第二采样电阻R2之间的第三开关K3；以及

处理器，用于多次控制所述第一开关K1、所述第二开关K2和/或所述第三开关K3的闭合和断开，以多次采集所述第一采样电阻R1和所述第二采样电阻R2的电压，从而多次确定所述第一绝缘电阻Rp和所述第二绝缘电阻Rn的函数关系式以根据所多次确定的函数关系式计算所述第一绝缘电阻Rp和所述第二绝缘电阻Rn。
根据权利要求1所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统，其特征在于，计算所述第一绝缘电阻Rp和所述第二绝缘电阻Rn包括：

控制所述第三开关K3闭合、所述第一开关K1和所述第二开关K2断开，采集所述第二采样电阻R2的电压作为第一电压；

控制所述第一开关K1和所述第三开关K3闭合、所述第二开关K2断开，采集所述第一采样电阻R1和所述第二采样电阻R2的电压分别作为第二电压和第三电压；

根据所述第一采样电阻R1、所述第二采样电阻R2或所述第三采样电阻R3的阻值、所述第一分压电阻Ra的阻值、所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压确定所述第一绝缘电阻Rp和所述第二绝缘电阻Rn的函数关系式作为第一函数关系；

控制所述第一开关K1、所述第二开关K2以及所述第三开关K3闭合，采集所述第一采样电阻R1和所述第二采样电阻R2的电压分别作为第四电压和第五电压；

根据所述第一采样电阻R1、所述第二采样电阻R2或所述第三采样电阻R3的阻值、所述第一分压电阻Ra的阻值、所述第二分压电阻Rb的阻值、所述第一电压、所述第四电压以及所述第五电压确定所述第一绝缘电阻Rp和所述第二绝缘电阻Rn的函数关系式作为第二函数关系；

根据所述第一函数关系和所述第二函数关系计算所述第一绝缘电阻Rp和所述第二绝缘电阻Rn。
根据权利要求2所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统，其特征在于，

所述第一函数关系为：

其中U11为所述第一电压，U12为所述第二电压，U13为所述第三电压，Ra为所述第一分压电阻Ra的阻值，R为所述第一采样电阻R1、所述第二采样电阻R2或所述第三采样电阻R3的阻值，Rn为所述第二绝缘电阻Rn的阻值，Rp为所述第一绝缘电阻Rp的阻值，

所述第二函数关系为：

其中U11为所述第一电压，U14为所述第四电压，U15为所述第五电压，Ra为所述第一分压电阻Ra的阻值，Rb为所述第二分压电阻Rb的阻值，R为所述第一采样电阻R1、所述第二采样电阻R2或所述第三采样电阻R3的阻值，Rn为所述第二绝缘电阻Rn的阻值，Rp为所述第一绝缘电阻Rp的阻值。
根据权利要求1所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统，其特征在于，计算所述第一绝缘电阻Rp和所述第二绝缘电阻Rn包括：

控制所述第三开关K3闭合、所述第一开关K1和所述第二开关K2断开，采集所述第二采样电阻R2的电压作为第一电压；

控制所述第一开关K1和所述第三开关K3闭合、所述第二开关K2断开，采集所述第一采样电阻R1和所述第二采样电阻R2的电压分别作为第二电压和第三电压；

根据所述第一采样电阻R1、所述第二采样电阻R2或所述第三采样电阻R3的阻值、所述第一分压电阻Ra的阻值、所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压确定所述第一绝缘电阻Rp和所述第二绝缘电阻Rn的函数关系式作为第一函数关系；

控制第一开关K1断开、所述第二开关K2和所述第三开关K3闭合，采集所述第一采样电阻R1和所述第二采样电阻R2的电压分别作为第六电压和第七电压；

根据所述第一采样电阻R1、所述第二采样电阻R2或所述第三采样电阻R3的阻值、所述第二分压电阻Rb的阻值、所述第一电压、所述第六电压以及所述第七电压确定所述第一绝缘电阻Rp和所述第二绝缘电阻Rn的函数关系式作为第三函数关系；

根据所述第一函数关系和所述第三函数关系计算所述第一绝缘电阻Rp和所述第二绝缘电阻Rn。
根据权利要求4所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统，其特征在于，

所述第一函数关系为：

其中U11为所述第一电压，U12为所述第二电压，U13为所述第三电压，Ra为所述第一分压电阻Ra的阻值，R为所述第一采样电阻R1、所述第二采样电阻R2或所述第三采样电阻R3的阻值，Rn为所述第二绝缘电阻Rn的阻值，Rp为所述第一绝缘电阻Rp的阻值，

所述第三函数关系为：

其中U11为所述第一电压，U16为所述第六电压，U17为所述第七电压，Rb为所述第二分压电阻Rb的阻值，R为所述第一采样电阻R1、所述第二采样电阻R2或所述第三采样电阻R3的阻值，Rn为所述第二绝缘电阻Rn的阻值，Rp为所述第一绝缘电阻Rp的阻值。
根据权利要求1所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统，其特征在于，所述处理器还用于：

多次控制所述第一开关K1、所述第二开关K2和/或所述第三开关K3的闭合和断开，以多次采集所述第一采样电阻R1和所述第二采样电阻R2的电压，从而多次确定所述第一绝缘电阻Rp和所述第二绝缘电阻Rn的电压以根据所多次确定的第一绝缘电阻Rp和第二绝缘电阻Rn的电压判断所述第一电源是否对地短路。
根据权利要求6所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统，其特征在于，判断所述第一电源是否对地短路包括：

控制所述第一开关K1、所述第二开关K2以及所述第三开关K3闭合，采集所述第一采样电阻R1和所述第二采样电阻R2的电压分别作为第一采样电压和第二采样电压；

根据所述第一采样电阻R1、所述第二采样电阻R2或所述第三采样电阻R3的阻值、所述第一采样电压、所述第一分压电阻Ra的阻值、以及第二分压电阻Rb的阻值计算所述第一绝缘电阻Rp的电压作为第一绝缘电压；

根据所述第一采样电阻R1、所述第二采样电阻R2或所述第三采样电阻R3的阻值、所述第二采样电压、所述第三分压电阻Rc的阻值以及所述第一分压电阻Ra的电压计算所述第二绝缘电阻Rn的电压作为第二绝缘电压；

控制所述第一开关K1和所述第三开关K3闭合、所述第二开关K2断开，采集所述第一采样电阻R1和所述第二采样的电阻的电压分别作为第三采样电压和第四采样电压；

根据所述第一采样电阻R1、所述第二采样电阻R2或所述第三采样电阻R3的阻值、所述第三采样电压以及所述第一分压电阻Ra的阻值计算所述第一绝缘电阻Rp的电压作为第三绝缘电压；

根据所述第一采样电阻R1、所述第二采样电阻R2或所述第三采样电阻R3的阻值、所述第四采样电压、所述第三分压电阻Rc的阻值以及所述第一分压电阻Ra的电压计算所述第二绝缘电阻Rn的电压作为第四绝缘电压；

控制所述第二开关K2和所述第三开关K3闭合、所述第一开关K1断开，采集所述第一采样电阻R1和所述第二采样的电阻的电压分别作为第五采样电压和第六采样电压；

根据所述第一采样电阻R1、所述第二采样电阻R2或所述第三采样电阻R3的阻值、所述第五采样电压以及所述第二分压电阻Rb的阻值计算所述第一绝缘电阻Rp的电压作为第五绝缘电压；

根据所述第一采样电阻R1、所述第二采样电阻R2或所述第三采样电阻R3的阻值、所述第六采样电压、所述第三分压电阻Rc的阻值以及所述第一分压电阻Ra的电压计算所述第二绝缘电阻Rn的电压作为第六绝缘电压；

根据所述第一绝缘电压、所述第二绝缘电压、所述第三绝缘电压、所述第四绝缘电压、所述第五绝缘电压以及所述第六绝缘电压判断所述第一电源是否对地短路。
根据权利要求7所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统，其特征在于，所述根据所述第一绝缘电压、所述第二绝缘电压、所述第三绝缘电压、所述第四绝缘电压、所述第五绝缘电压以及所述第六绝缘电压判断所述第一电源是否对地短路包括：

在所述第一绝缘电压不等于所述第三绝缘电压不等于所述第五绝缘电压时，或所述第一绝缘电压与所述第二绝缘电压的和等于所述第一电源的电压、所述第三绝缘电压与所述第二绝缘电压的和不等于所述第一电源的电压以及所述第五绝缘电压与所述第二绝缘电压的和不等于所述第一电源的电压中任意两者成立时，判断所述第一电源未对地短路；

在所述第一绝缘电压等于所述第三绝缘电压等于所述第五绝缘电压时，或所述第一绝缘电压与所述第二绝缘电压的和等于所述第一电源的电压、所述第三绝缘电压与所述第二绝缘电压的和等于所述第一电源的电压以及所述第五绝缘电压与所述第二绝缘电压的和等于所述第一电源的电压中任意两者成立时，判断所述第一电源对地短路。
根据权利要求8所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统，其特征在于，所述第一电源是电池模组，在所述第一电源对地短路时，所述处理器还用于：

使用所述第一绝缘电压、所述第三绝缘电压或所述第五绝缘电压除以所述电池模组的单体电芯的电压得到位置值；

判断所述电池模组中发生对地短路的单体电芯的串数为所述位置值。
一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车设置有权利要求1-9中任一项权利要求所述的基于全桥绝缘检测电路的绝缘检测系统。