CN103439577B - 电动汽车动力电池的绝缘电阻检测***及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车动力电池的绝缘电阻检测***及检测方法，所述检测***包括微控制器、绝缘检测电路、滤波电路、辅助高压源、温度传感器、湿度传感器、反相器和CAN通讯电路；所述检测方法为：先判断动力电池在线或者离线，然后在绝缘检测电路内注入辅助高压源，微控制器通过欧姆定律，计算得到动力电池的正、负极绝缘电阻值。其在动力电池处于在线或者离线状态时，都可进行检测，能提高检测的可靠性，减小因漏电而受伤的风险。

Description

电动汽车动力电池的绝缘电阻检测***及检测方法

技术领域

本发明属于电动汽车的电气绝缘检测技术领域，具体涉及一种电动汽车动力电池的绝缘电阻检测***及检测方法。

背景技术

电动汽车的能量主要来源于车载的动力电池，由于动力电池的工作电压较高（一般在300V-700V），如果发生意外漏电的情况，将直接威胁人身安全。因此，需要实时检测动力电池的绝缘电阻，以了解动力电池的绝缘状况。

传统的动力电池绝缘电阻检测方式只能在动力电池处于在线状态（即高压回路上的总正、总负继电器闭合后，动力电池工作）时判断当前动力电池是否处于漏电状态，不能在动力电池处于离线状态（即高压回路上的总正、总负继电器闭合前，动力电池未工作）时检测，也不能判断出动力电池是正极漏电还是负极漏电或者是双极同时漏电，也不能计算动力电池的正、负极的绝缘电阻值（即动力电池的正、负极对地绝缘电阻），检测的精确度不够，可靠性低。

公开号为CN102298092A的专利公开了一种电动汽车的动力电池绝缘电阻检测方法及装置，其能在动力电池处于在线状态时，实时对动力电池正负母线与搭铁之间的绝缘电阻进行检测，并可以准确地测量出动力电池的正极、负极及双极对车身搭铁（即地）的绝缘电阻值，但是其不能在动力电池处于离线状态时进行检测，如果动力电池存在漏电情况，在高压回路上的总正、总负继电器闭合前不能检测出，需要将其闭合后，才能检测出漏电。在高压回路接通，动力电池开始工作，整车高压上电时，人们很容易因漏电而受伤（即受伤的风险性大），这种检测方法及装置不利于在电动汽车行业推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动汽车动力电池的绝缘电阻检测***及检测方法，在动力电池处于在线或者离线状态时，都可对动力电池的绝缘电阻进行检测，提高检测的可靠性，减小因漏电而受伤的风险。

本发明所述的电动汽车动力电池的绝缘电阻检测***，包括微控制器、绝缘检测电路、滤波电路、辅助高压源、温度传感器、湿度传感器、反相器和CAN通讯电路。所述微控制器与辅助高压源连接，控制辅助高压源工作；辅助高压源与绝缘检测电路的输入端连接，将外部低压直流电转换为高压直流电，输入到绝缘检测电路内；微控制器与绝缘检测电路的控制端连接，控制绝缘检测电路内的电子开关闭合/断开；微控制器通过滤波电路与绝缘检测电路的电压输出端连接，在所述电子开关闭合/断开不同状态下，微控制器采集绝缘检测电路的输出电压，进行动力电池在线/离线状态判断以及动力电池的正、负极绝缘电阻值计算；微控制器与温度传感器、湿度传感器连接，获取绝缘检测电路周围的温度、湿度信号，并校正动力电池的正、负极绝缘电阻值；所述微控制器与反相器连接，将计算并校正后的动力电池的正、负极绝缘电阻值与预先设定的正、负极绝缘电阻值比较，判断绝缘是否合格（即是否达到要求值），并输出相应的逻辑电平；微控制器与CAN通讯电路连接，将温度、湿度、计算并校正后的动力电池的正、负极绝缘电阻值以及绝缘是否合格的信号发送到CAN总线上。

绝缘检测电路用于输出表征动力电池的正、负极绝缘电阻值电信号，滤波电路用于对绝缘检测电路输出的电压进行滤波，提高检测信号的准确度和***的抗扰度，辅助高压源用于将外部输入的10～15V低压直流电升压到绝缘检测电路所需的约700V的高压直流电，温度传感器用于检测绝缘检测电路周围的温度，湿度传感器用于检测绝缘检测电路周围的湿度，微控制器可以是具备模数转换功能的单片机，CAN通讯电路负责微控制器与外部CAN设备进行通讯，既能接收外部指令修改内部参数，又能将检测到的信息传送到CAN总线上，反相器将绝缘是否合格的逻辑电平反相，提高对外驱动能力。

优选的，所述绝缘检测电路由第一、第二、第三、第四电子开关和第一、第二、第三、第四、第五、第六电阻构成。第一电子开关的一端通过总正继电器接动力电池的正极，另一端接第一电阻的一端、第四电阻的一端和辅助高压源的负极，第一电阻的另一端接第二电阻的一端，第二电阻的另一端接地，第四电阻的另一端接第五电阻的一端，第五电阻的另一端接地；第三电阻的一端接地，另一端接第六电阻的一端，第六电阻的另一端接第二电子开关的一端和第四电子开关的一端，第二电子开关的另一端通过总负继电器接动力电池的负极，第四电子开关的另一端接辅助高压源的正极；第三电子开关的一端接第一电阻与第二电阻的连接点，第三电子开关的另一端接辅助高压源的正极；第一、第二、第三、第四电子开关的控制端接微控制器，接收微控制器的闭合/断开控制；第二、第三、第五电阻的电压输出端通过滤波电路接微控制器，微控制器采集第二、第三、第五电阻上的电压进行计算。

采用上述的电动汽车动力电池的绝缘电阻检测***进行检测的方法，包括：

步骤1：微控制器实时获取温度传感器和湿度传感器传来的绝缘检测电路周围的温度、湿度信号；

步骤2：微控制器控制辅助高压源不工作，控制绝缘检测电路内的部分电子开关闭合、部分电子开关断开，采集经滤波后的绝缘检测电路的输出电压，与预设阈值进行比较，判断动力电池处于在线或者离线状态；

步骤3：如果动力电池处于在线状态，则微控制器控制辅助高压源工作，将高压直流电引入绝缘检测电路，微控制器控制绝缘检测电路内的部分电子开关闭合、部分电子开关断开，采集经滤波后的绝缘检测电路的输出电压，计算动力电池的正、负极绝缘电阻值，利用所述温度、湿度信号校正计算后的动力电池的正、负极绝缘电阻值；

步骤4：如果动力电池处于离线状态，则微控制器控制辅助高压源工作，将高压直流电引入绝缘检测电路，微控制器控制绝缘检测电路内的部分电子开关闭合、部分电子开关断开，采集经滤波后的绝缘检测电路的输出电压，计算动力电池的正、负极绝缘电阻值，利用所述温度、湿度信号校正计算后的动力电池的正、负极绝缘电阻值；

步骤5：将步骤3或者步骤4中校正后的动力电池的正、负极绝缘电阻值与预先设定的正、负极绝缘电阻值比较，判断绝缘是否合格；将绝缘是否合格的逻辑电平通过反相器输出；将动力电池内的温度、湿度，校正后的动力电池的正、负极绝缘电阻值以及绝缘是否合格的信号发送到CAN总线上。

优选的，在步骤2中，微控制器控制绝缘检测电路内的第一、第二电子开关闭合，第三、第四电子开关断开，采集绝缘检测电路的第二电阻上的电压V2，与预设阈值V^*进行比较，如果V2大于等于V^*，则动力电池处于在线状态，如果V2小于V^*，则动力电池处于离线状态。

在步骤3中，微控制器先控制绝缘检测电路内的第一、第二电子开关闭合，第三、第四电子开关断开，采集绝缘检测电路的第二电阻上的电压V2、第三电阻上的电压V3、第五电阻上的电压V5并存储；然后，微控制器控制所述第一、第三电子开关闭合，第二、第四电子开关断开，采集所述第二电阻上的电压V2′、第五电阻上的电压V5′并存储；微控制器根据公式计算得到动力电池的正极绝缘电阻值（即正极对地绝缘电阻值）R_p；微控制器根据公式 $R_n=\frac{R3+R6}{R3}*V3/(\frac{R4+R5}{R5}*\frac{V5}{R_p}+\frac{V5}{R5}+\frac{V2}{R2}-\frac{V3}{R3}),$ 计算得到动力电池的负极绝缘电阻值（即负极对地绝缘电阻值）R_n。

在步骤4中，微控制器先控制绝缘检测电路内的第一、第三电子开关闭合，第二、第四电子开关断开，采集绝缘检测电路的第二电阻上的电压V2″、第五电阻上的电压V5″并存储；然后，微控制器控制所述第一、第二、第四电子开关闭合，第三电子开关断开，采集所述第二电阻上的电压V2″′、第三电阻上的电压V3″′、第五电阻上的电压V5″′并存储；微控制器根据公式计算得到动力电池的正极绝缘电阻值R_p；微控制器根据公式 $R_n=\frac{R3+R6}{R3}*{V3}^{\′\′\′}/(\frac{R4+R5}{R5}*\frac{{V5}^{\′\′\′}}{R_p}+\frac{{V5}^{\′\′\′}}{R5}+\frac{{V2}^{\′\′\′}}{R2}-\frac{{V3}^{\′\′\′}}{R3}),$ 计算得到动力电池的负极绝缘电阻值R_n。

由于采用上述技术方案，本发明不仅能在动力电池处于在线状态时准确地测量出动力电池的正极、负极绝缘电阻值，而且能在动力电池处于离线状态时准确地测量出动力电池的正极、负极绝缘电阻值，检测的可靠性高。如果动力电池漏电，在高压回路上的总正、总负继电器未闭合的情况下，就能够检测出来，避免了在此情况下，将高压回路接通造成人们因漏电而受伤，降低了受伤的风险性，安全性高，有利于在电动汽车行业推广。

附图说明

图1为本发明中动力电池绝缘电阻检测***的电路框图。

图2为本发明中绝缘检测电路的原理图。

图3为本发明中绝缘检测电路的第一种工作状态图（动力电池处于在线状态）。

图4为本发明中绝缘检测电路的第二种工作状态图（动力电池处于在线状态）。

图5为本发明中绝缘检测电路的第三种工作状态图（动力电池处于离线状态）。

图6为本发明中绝缘检测电路的第四种工作状态图（动力电池处于离线状态）。

图7为本发明中动力电池绝缘电阻检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示的电动汽车动力电池的绝缘电阻检测***，包括微控制器1、绝缘检测电路2、滤波电路3、辅助高压源4、温度传感器5、湿度传感器6、反相器7和CAN通讯电路8，微控制器1采用具备AD转换功能的单片机,辅助高压源4能将外部输入的10～15V低压直流电升压到约700V的高压直流电。微控制器1与辅助高压源4连接，控制辅助高压源工作。绝缘检测电路2由第一电子开关S1、第二电子开关S2、第三电子开关S3、第四电子开关S4和第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6构成；第一电子开关S1的一端通过总正继电器K1接动力电池的正极，另一端接第一电阻R1的一端、第四电阻R4的一端和辅助高压源4的负极（即Ex_HV-脚），第一电阻R1的另一端接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接地，第四电阻R4的另一端接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端接地；第三电阻R3的一端接地，另一端接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端接第二电子开关S2的一端和第四电子开关S4的一端，第二电子开关S2的另一端通过总负继电器K2接动力电池的负极，第四电子开关S4的另一端接辅助高压源4的正极（即Ex_HV+脚）；第三电子开关S3的一端接第一电阻R1与第二电阻R2的连接点，第三电子开关S3的另一端接辅助高压源4的正极；第一电子开关S1、第二电子开关S2、第三电子开关S3、第四电子开关S4的控制端都接微控制器1，接收微控制器的闭合/断开控制；第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5的电压输出端分别通过滤波电路3接微控制器1的三个AD接口，微控制器采集第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5上的电压进行动力电池在线/离线状态判断以及动力电池的正、负极绝缘电阻值计算。微控制器1的另外两个AD接口分别与温度传感器5、湿度传感器6连接，获取绝缘检测电路周围的温度、湿度信号，并校正计算后的动力电池的正、负极绝缘电阻值。微控制器1与反相器7连接，将计算并校正后的动力电池的正、负极绝缘电阻值与预先设定的正、负极绝缘电阻值比较，判断绝缘是否合格，并输出相应的逻辑电平，如果绝缘不合格（即存在故障），则微控制器1将输出一个逻辑低电平，该逻辑低电平经反相器反向后输出高电平到外部设备，该逻辑信号可用于继电器的快速保护关断，也可用于上位机对绝缘故障状态中断信号。微控制器1与CAN通讯电路8连接，将温度、湿度、计算并校正后的动力电池的正、负极绝缘电阻值以及绝缘是否合格的信号发送到CAN总线上。

如图3至图7所示，采用上述电动汽车动力电池的绝缘电阻检测***进行动力电池绝缘电阻值检测的方法，包括：

步骤1：微控制器1实时获取温度传感器5和湿度传感器6传来的绝缘检测电路周围的温度、湿度信号。

步骤2：微控制器1控制辅助高压源4不工作，微控制器1控制绝缘检测电路2内的第一电子开关S1、第二电子开关S2闭合，第三电子开关S3、第四电子开关S4断开，微控制器1采集绝缘检测电路2的第二电阻R2上的电压V2，与预设阈值V^*进行比较，如果V2大于等于V^*，则动力电池处于在线状态（即高压回路上的总正继电器K1、总负继电器K2闭合），如果V2小于V^*，则动力电池处于离线状态（即高压回路上的总正继电器K1、总负继电器K2断开）。

步骤3：如果动力电池处于在线状态，首先，微控制器1控制辅助高压源4工作；其次，微控制器1控制绝缘检测电路2内的第一电子开关S1、第二电子开关S2闭合，第三电子开关S3、第四电子开关S4断开，采集绝缘检测电路2的第二电阻R2上的电压V2、第三电阻R3上的电压V3、第五电阻R5上的电压V5并存储；再次，微控制器1控制第一电子开关S1、第三电子开关S3闭合，第二电子开关S2、第四电子开关S4断开，将约700V的高压直流电引入绝缘检测电路2，采集第二电阻R2上的电压V2′，第五电阻R5上的电压V5′并存储；然后，根据公式计算得到动力电池的正极绝缘电阻值R_p，根据公式 $R_n=\frac{R3+R6}{R3}*V3/(\frac{R4+R5}{R5}*\frac{V5}{R_p}+\frac{V5}{R5}+\frac{V2}{R2}-\frac{V3}{R3}),$ 计算得到动力电池的负极绝缘电阻值R_n；最后，微控制器1利用步骤1中得到的温度、湿度信号校正计算后的动力电池的正、负极绝缘电阻值R_p、R_n。

步骤4：如果动力电池处于离线状态，首先，微控制器1控制辅助高压源4工作；其次，微控制器1控制绝缘检测电路2内的第一电子开关S1、第三电子开关S3闭合，第二电子开关S2、第四电子开关S4断开，将约700V的高压直流电引入绝缘检测电路2，采集绝缘检测电路2的第二电阻R2上的电压V2″、第五电阻R5上的电压V5″并存储；再次，微控制器1控制第一电子开关S1、第二电子开关S2、第四电子开关S4闭合，第三电子开关S3断开，将约700V的高压直流电引入绝缘检测电路2，采集第二电阻R2上的电压V2″′、第三电阻R3上的电压V3″′、第五电阻R5上的电压V5″′并存储；然后，微控制器1根据公式计算得到动力电池的正极绝缘电阻值R_p，根据公式 $R_n=\frac{R3+R6}{R3}*{V3}^{\′\′\′}/(\frac{R4+R5}{R5}*\frac{{V5}^{\′\′\′}}{R_p}+\frac{{V5}^{\′\′\′}}{R5}+\frac{{V2}^{\′\′\′}}{R2}-\frac{{V3}^{\′\′\′}}{R3}),$ 计算得到动力电池的负极绝缘电阻值R_n；最后，微控制器1利用步骤1中得到的温度、湿度信号校正计算后的动力电池的正、负极绝缘电阻值R_p、R_n。

步骤5：微控制器1将步骤3或者步骤4中校正后的动力电池的正、负极绝缘电阻值R_p、R_n与预先设定的正、负极绝缘电阻值R_p*、R_n*比较，判断绝缘是否合格；如果绝缘不合格（即存在故障），则微控制器1输出一个逻辑低电平，该逻辑低电平经反相器反向后输出高电平到外部设备，如果绝缘合格（即不存在故障），则微控制器1输出一个逻辑高电平，该逻辑高电平经反相器反向后输出低电平到外部设备；微控制器1将动力电池内的温度、湿度，校正后的动力电池的正、负极绝缘电阻值R_p、R_n以及绝缘是否合格的信号发送到CAN总线上。

Claims (2)

1.一种电动汽车动力电池的绝缘电阻检测***，其特征是：包括微控制器(1)、绝缘检测电路(2)、滤波电路(3)、辅助高压源(4)、温度传感器(5)、湿度传感器(6)、反相器(7)和CAN通讯电路(8)，所述微控制器(1)与辅助高压源(4)连接，控制辅助高压源工作，绝缘检测电路(2)由第一、第二、第三、第四电子开关(S1、S2、S3、S4)和第一、第二、第三、第四、第五、第六电阻(R1、R2、R3、R4、R5、R6)构成；第一电子开关(S1)的一端通过总正继电器(K1)接动力电池的正极，另一端接第一电阻(R1)的一端、第四电阻(R4)的一端和辅助高压源(4)的负极，第一电阻(R1)的另一端接第二电阻(R2)的一端，第二电阻(R2)的另一端接地，第四电阻(R4)的另一端接第五电阻(R5)的一端，第五电阻(R5)的另一端接地；第三电阻(R3)的一端接地，另一端接第六电阻(R6)的一端，第六电阻(R6)的另一端接第二电子开关(S2)的一端和第四电子开关(S4)的一端，第二电子开关(S2)的另一端通过总负继电器(K2)接动力电池的负极，第四电子开关(S4)的另一端接辅助高压源(4)的正极；第三电子开关(S3)的一端接第一电阻(R1)与第二电阻(R2)的连接点，第三电子开关(S3)的另一端接辅助高压源(4)的正极；第一、第二、第三、第四电子开关(S1、S2、S3、S4)的控制端接微控制器(1)，接收微控制器的闭合/断开控制；第二、第三、第五电阻(R2、R3、R5)的电压输出端通过滤波电路(3)接微控制器(1)，微控制器采集第二、第三、第五电阻(R2、R3、R5)上的电压进行动力电池在线/离线状态判断以及动力电池的正、负极绝缘电阻值计算；微控制器(1)与温度传感器(5)、湿度传感器(6)连接，获取绝缘检测电路周围的温度、湿度信号，并校正动力电池的正、负极绝缘电阻值；微控制器(1)与反相器(7)连接，将计算并校正后的动力电池的正、负极绝缘电阻值与预先设定的正、负极绝缘电阻值比较，判断绝缘是否合格，并输出相应的逻辑电平；微控制器(1)与CAN通讯电路(8)连接，将温度、湿度、计算并校正后的动力电池的正、负极绝缘电阻值以及绝缘是否合格的信号发送到CAN总线上。

2.采用如权利要求1所述的检测***对绝缘电阻进行检测的方法，包括：

步骤1：微控制器(1)实时获取温度传感器(5)和湿度传感器(6)传来的绝缘检测电路周围的温度、湿度信号；

步骤2：微控制器(1)控制辅助高压源(4)不工作，微控制器(1)控制绝缘检测电路(2)内的第一、第二电子开关(S1、S2)闭合，第三、第四电子开关(S3、S4)断开，采集绝缘检测电路(2)的第二电阻(R2)上的电压V2与预设阈值V*进行比较，如果V2大于等于V*，则动力电池处于在线状态，如果V2小于V*，则动力电池处于离线状态；

步骤3：如果动力电池处于在线状态，则微控制器(1)控制辅助高压源工作，将高压直流电引入绝缘检测电路(2)；微控制器(1)先控制绝缘检测电路(2)内的第一、第二电子开关(S1、S2)闭合，第三、第四电子开关(S3、S4)断开，采集绝缘检测电路(2)的第二电阻(R2)上的电压V2、第三电阻(R3)上的电压V3、第五电阻(R5)上的电压V5并存储；然后，微控制器(1)控制所述第一、第三电子开关(S1、S3)闭合，第二、第四电子开关(S2、S4)断开，采集所述第二电阻(R2)上的电压V2'、第五电阻(R5)上的电压V5'并存储；根据公式计算得到动力电池的正极绝缘电阻值R_p；根据公式计算得到动力电池的负极绝缘电阻值R_n；利用所述温度、湿度信号校正计算后的动力电池的正、负极绝缘电阻值；

步骤4：如果动力电池处于离线状态，则微控制器(1)控制辅助高压源工作，将高压直流电引入绝缘检测电路(2)；微控制器(1)先控制绝缘检测电路(2)内的第一、第三电子开关(S1、S3)闭合，第二、第四电子开关(S2、S4)断开，采集绝缘检测电路(2)的第二电阻(R2)上的电压V2″、第五电阻(R5)上的电压V5″并存储；然后，微控制器(1)控制所述第一、第二、第四电子开关(S1、S2、S4)闭合，第三电子开关(S3)断开，采集所述第二电阻(R2)上的电压V2″′、第三电阻(R3)上的电压V3″′、第五电阻(R5)上的电压V5″′并存储；根据公式计算得到动力电池的正极绝缘电阻值R_p；根据公式计算得到动力电池的负极绝缘电阻值R_n；利用所述温度、湿度信号校正计算后的动力电池的正、负极绝缘电阻值；

步骤5：将步骤3或者步骤4中校正后的动力电池的正、负极绝缘电阻值与预先设定的正、负极绝缘电阻值比较，判断绝缘是否合格；将绝缘是否合格的逻辑电平通过反相器输出；将动力电池内的温度、湿度，校正后的动力电池的正、负极绝缘电阻值以及绝缘是否合格的信号发送到CAN总线上。