CN107144735A - 一种电动汽车电池组绝缘电阻检测***、方法和电动汽车 - Google Patents

一种电动汽车电池组绝缘电阻检测***、方法和电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种电动汽车电池组绝缘电阻检测***、方法和电动汽车。检测***包括：第一已知测量电阻，与电池组正极端子的绝缘电阻并联；第二已知测量电阻，与电池组负极端子的绝缘电阻并联；第一开关，与第一已知测量电阻串联；第二开关，与第二已知测量电阻串联。本发明提出一种高压***寄生电容自适应的绝缘电阻检测方案，避免了寄生电容对绝缘电阻检测的不利影响，可以准确测量绝缘电阻值。

Description

一种电动汽车电池组绝缘电阻检测***、方法和电动汽车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，更具体地，涉及一种电动汽车电池组绝缘电阻检测***、方法和电动汽车。
背景技术
能源短缺、石油危机和环境污染愈演愈烈，给人们的生活带来巨大影响，直接关系到国家经济和社会的可持续发展。世界各国都在积极开发新能源技术。电动汽车作为一种降低石油消耗、低污染、低噪声的新能源汽车，被认为是解决能源危机和环境恶化的重要途径。混合动力汽车同时兼顾纯电动汽车和传统内燃机汽车的优势，在满足汽车动力性要求和续驶里程要求的前提下，有效地提高了燃油经济性，降低了排放，被认为是当前节能和减排的有效路径之一。
电动汽车的动力电池组绝缘性非常重要。如果绝缘性下降将会给乘员安全造成威胁，因此，电池管理***需要实时监测动力电池组的绝缘情况，避免人身危险。
目前，检测动力电池组绝缘状况有两种方式：主动法和被动法。主动法检测电路结构复杂，成本高，开发难度大，越来越多的方案采用被动法执行绝缘检测。然而，当电池高压***对车体寄生电容较大时，由于电容的充放电效应，导致被动法检测电路无法准确有效的测量绝缘电阻值。
发明内容
本发明的目的是提出一种电动汽车电池组绝缘电阻检测***、方法和电动汽车，降低高压***寄生电容对绝缘电阻检测的不利影响，从而准确测量绝缘电阻值。
一种电动汽车电池组绝缘电阻检测***，包括：
第一已知测量电阻，与电池组正极端子的绝缘电阻并联；
第二已知测量电阻，与电池组负极端子的绝缘电阻并联；
第一开关，与第一已知测量电阻串联；
第二开关，与第二已知测量电阻串联。
在一个实施方式中，所述第一开关包括：光继电器、机械式继电器、三极管或金属氧化物半导体场效应晶体管。
在一个实施方式中，所述第二开关包括：光继电器、机械式继电器、三极管或金属氧化物半导体场效应晶体管。
一种电动汽车电池组绝缘电阻检测方法，该方法适用于如上的电动汽车电池组绝缘电阻检测***，该方法包括：
断开第一开关和第二开关，分别测量电池组正极端子对车辆电平台的电压及电池组负极端子对车辆电平台的电压，并确定电压测量值较大侧；
闭合电压测量值较大侧的开关，基于预定的静置时间多次测量电压测量值较大侧的端子对车辆电平台的电压，其中当判定测量电压稳定时计算总静置时间；
基于该总静置时间，计算电动汽车电池组绝缘电阻。
在一个实施方式中，所述判定测量电压稳定包括：
当相邻两次测得的、电压测量值较大侧的端子对车辆电平台的电压之间的差值小于预定值时，判定测量电压稳定。
在一个实施方式中，所述预定值小于5伏特。
在一个实施方式中，所述预定值为2伏特。
在一个实施方式中，所述基于该总静置时间，计算电动汽车电池组绝缘电阻包括：
断开第一开关和第二开关，分别测量电池组正极端子对车辆电平台的电压和电池组负极端子对车辆电平台的电压，并确定电压测量值较大侧；
闭合电压测量值较大侧的开关，基于总静置时间测量电压测量值较大侧的端子对车辆电平台的电压及电压测量值较小侧的端子对车辆电平台的电压；
基于闭合电压测量值较大侧的开关所并联入的已知测量电阻、电压测量值较大侧的端子对车辆电平台的电压及电压测量值较小侧的端子对车辆电平台的电压，计算电动汽车电池组绝缘电阻。
一种电动汽车，包含如上所述的电动汽车电池组绝缘电阻检测***。
在一个实施方式中，所述电动汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车或燃料电池汽车。
从上述技术方案可以看出，在本发明实施方式中，检测***包括：第一已知测量电阻，与电池组正极端子的绝缘电阻并联；第二已知测量电阻，与电池组负极端子的绝缘电阻并联；第一开关，与第一已知测量电阻串联；第二开关，与第二已知测量电阻串联。本发明针对寄生电容对绝缘检测回路的影响，提出一种高压***寄生电容自适应的绝缘检测方案，避免了寄生电容对绝缘电阻检测的不利影响，从而可以准确测量绝缘电阻值。
附图说明
以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1为现有技术中电动汽车电池组绝缘电阻的计算过程示意图。
图2为根据本发明电动汽车电池组绝缘电阻检测***的结构图。
图3为根据本发明电动汽车电池组绝缘电阻检测***的示范性电路图。
图4为根据本发明电动汽车电池组绝缘电阻检测方法的流程图。
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。
为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。
图1为现有技术中电动汽车电池组绝缘电阻的计算过程示意图。
如图1所示，现有技术的电动汽车电池组绝缘电阻计算方法可以参考国标GB/T18384.1-2015，按照以下(a)、(b)、(c)三个步骤进行计算：
步骤(a)：分别测量车载可充电储能***(REESS)的两个端子(即电池组正极端子和电池组负极端子)与车辆电平台之间的电压。较高的电压定义为U1，较低的电压定义为U1′，相应的，两个端子侧的绝缘电阻分别为Ri1和Ri2。其中，U1侧的绝缘电阻为Ri1，U1′侧的绝缘电阻为Ri2。Ri1和Ri2中的较小值可以被确定为绝缘电阻Ri。
步骤(b)：添加一个已知的测量电阻R0与Ri1并联，测量U2和U2′，注意测试期间应该保持稳定的电压。
步骤(c)：计算绝缘电阻Ri，方法如下：
将R0和三个电压U1，U1′和U2和代入下式：
其中，图1的左半部分示出U1和U1′的测量过程；图1的右半部分示出添加已知测量电阻R0与Ri1并联并测量U2和U2′的过程。
然而，在现有技术中，由于电池组正极和负极针对车体都存在寄生电容，寄生电容的充放电效应导致检测电路无法准确有效的进行绝缘电阻值的测量。
在本发明实施方式中，针对寄生电容对绝缘检测回路的影响，提出一种高压***寄生电容自适应的绝缘检测方案，避免了寄生电容对绝缘电阻检测的影响。
图2为根据本发明电动汽车电池组绝缘电阻检测***的结构图，其中电池组为动力电池组。
如图2所示，电动汽车电池组绝缘电阻检测***，包括：
第一已知测量电阻，与电池组正极端子的绝缘电阻并联；
第二已知测量电阻，与电池组负极端子的绝缘电阻并联；
第一开关，与第一已知测量电阻串联；
第二开关，与第二已知测量电阻串联。
其中，当第一开关导通时，第一已知测量电阻与电池组正极端子保持电连接；当第一开关断开时，第一已知测量电阻与电池组正极端子不保持电连接；当第二开关导通时，第二已知测量电阻与电池组负极端子保持电连接；当第二开关断开时，第二已知测量电阻与电池组负极端子不保持电连接。第一已知测量电阻的电阻值和第二已知测量电阻的电阻值均为已知。而且优选地，第一已知测量电阻的电阻值与第二已知测量电阻的电阻值相同，从而避免电路不对称所导致的误差。
首先，断开第一开关和第二开关，分别测量电池组正极端子对车辆电平台的电压及电池组负极端子对车辆电平台的电压，并确定电压测量值较大侧。然后，闭合电压测量值较大侧的开关，基于预定的静置时间多次测量电压测量值较大侧的端子对车辆电平台的电压，其中当判定测量电压稳定时计算总静置时间；基于该总静置时间，计算电动汽车电池组绝缘电阻。在计算电动汽车电池组绝缘电阻的过程中，当添加已知的测量电阻R0与Ri1并联后保持静置，静置时间为确定的总静置时间，然后再测量U2和U2′，并计算绝缘电阻Ri。
举例，首先断开第一开关和第二开关，分别测量电池组正极端子对车辆电平台的电压及电池组负极端子对车辆电平台的电压，并确定电压测量值较大侧。当电池组正极端子对车辆电平台的电压大于电池组负极端子对车辆电平台的电压时，闭合电池组正极端子侧的开关(即第一开关)，从而第一已知测量电阻与电池组正极端子保持电连接。然后，基于预定的静置时间多次测量电池组正极端子对车辆电平台的电压，其中当判定测量电压稳定时计算总静置时间；再基于该总静置时间，计算电动汽车电池组绝缘电阻。其中，判定测量电压稳定包括：当相邻两次测得的、电压测量值较大侧的端子(即电池组正极端子)对车辆电平台的电压之间的差值小于预定值时，判定测量电压稳定。
再举例，首先断开第一开关和第二开关，分别测量电池组正极端子对车辆电平台的电压及电池组负极端子对车辆电平台的电压，并确定电压测量值较大侧。当电池组负极端子对车辆电平台的电压大于电池组正极端子对车辆电平台的电压时，闭合电池组负极端子侧的开关(即第二开关)，从而第二已知测量电阻与电池组负极端子保持电连接。然后，基于预定的静置时间多次测量电池组负极端子对车辆电平台的电压，其中当判定测量电压稳定时计算总静置时间；再基于该总静置时间，计算电动汽车电池组绝缘电阻。其中，判定测量电压稳定包括：当相邻两次测得的、电压测量值较大侧的端子(即电池组负极端子)对车辆电平台的电压之间的差值小于预定值时，判定测量电压稳定。
在一个实施方式中，第一开关包括：光继电器、机械式继电器、三极管或金属氧化物半导体场效应晶体管，等等。
在一个实施方式中，第二开关包括：光继电器、机械式继电器、三极管或金属氧化物半导体场效应晶体管，等等。
以上示范性描述了第一开关和第二开关的典型实例，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。
可见，在本发明实施方式中，通过引入第一开关和第二开关，可以准确计算静置时间，从而有效覆盖常见的寄生电容，而且基于总静置时间计算高压***绝缘电阻值，实现首次初始化寄生电容自适应，无需人工干预。
下面描述本发明电动汽车电池组绝缘电阻检测***的示范性电路。
图3为根据本发明电动汽车电池组绝缘电阻检测***的示范性电路图。
在图3中，PAD01为正极端子对电平台的电压信号采集点；PAD02是负极端子对电平台的电压信号采集点；P_CON为正极端子光继电器控制点；N_CON为负极端子光继电器控制点；电阻R1、电阻R4和电阻R6构成正极端子对电平台的分压电路；电阻R7、电阻R9和电阻R12构成负极端子对电平台的分压电路；电阻R5和电容C1构成正极端子对电平台电压信号的RC滤波器；电阻R8和电容C2构成负极端子对电平台电压信号的RC滤波器；电阻R3是正极端子对电平台的串联电阻(阻值已知)；电阻R10是负极端子对电平台的串联电阻(阻值已知)；Q1是正极端子对电平台的串联光继电器，Q2是负极端子对电平台的串联光继电器；电阻R2是Q1对应的发光二极管限流电阻，电阻R11是Q2对应的发光二极管限流电阻。
步骤(1)，在光继电器Q1和Q2都断开的状态下，第一次采集PACK+和PACK-对车辆电平台的电压，比较采集得到的两个电压值。
步骤(2)、闭合较大电压一侧的光继电器，静置预定的时间t后，第二次采集PACK+和PACK-对车辆电平台的电压(也可以只采集步骤(1)中确定的较大电压一侧的电池端子对车辆电平台的电压，而不采集步骤(1)中确定的较低电压一侧的电池端子对车辆电平台的电压)。然后，继续静置时间t后，第三次采集PACK+和PACK-对车辆电平台的电压(也可以只采集步骤(1)中确定的较大电压一侧的电池端子对车辆电平台的电压，而不采集步骤(1)中确定的较低电压一侧的电池端子对车辆电平台的电压)。以此类推，直到执行n(n大于等于1)次静置采集(即上述具有静置时间的电压采集)。在本步骤中，每次静置采集之后，都判断较大电压一侧的电池端子对车辆电平台电压是否稳定，如稳定，据此累加持续的静置时间，得到总静置时间。电压稳定的判定依据是：相邻两次测量出的端子对车辆电平台电压变化不应超过2V(例如，前次较大电压一侧的电池端子对地电压和本次较大电压一侧的电池端子对地电压变化不超过2V，认为电压已经稳定)。如稳定，应累加n次静置时间，得到总静置时间。其中，静置时间累积的过程中，较大电压一侧光继电器始终处于闭合状态。
举例说明：
假定步骤(1)中采集得到的两个电压值中，PACK+对车辆电平台的电压为较大值。那么，步骤2包括：闭合较大电压一侧的光继电器(即光继电器Q1)，静置预定的时间t后，第二次采集PACK+对车辆电平台的电压，并判断第二次采集到的PACK+对车辆电平台的电压与第一次采集到的PACK+对车辆电平台的电压之间的变化是否超过预定的值(比如，2伏特)，如果超过，则认定电压不稳定，继续静置时间t后(此时光继电器Q1保持闭合)，第三次采集PACK+对车辆电平台的电压，并判断第三次采集到的PACK+对车辆电平台的电压与第二次采集到的PACK+对车辆电平台的电压之间的变化是否超过预定的值(比如，2伏特)。以此类推，如果超过，则继续认定电压不稳定，并继续静置预定的时间t后再采集PACK+对车辆电平台的电压。假定第三次采集到的PACK+对车辆电平台的电压与第二次采集到的PACK+对车辆电平台的电压之间的变化不超过预定的值，则认定电压已经稳定，则总的静置时间为2t。
步骤(3)、基于总的静置时间计算电池组绝缘电阻。
在这里，按照国标，利用总静置时间，重新进行PACK+和PACK-对车辆电平台电压采集，采集值可用于绝缘电阻计算。优选地，总的静置时间是可以修订的，应在每60次上电后修正一次(修正寄生电容容值变化情况)。
绝缘电阻计算过程可以参考GB/T 18384.1-2015，按照以下(a)、(b)、(c)三个步骤进行计算。
步骤(a)、测量电池组两个端子和车辆电平台之间的电压。较高的一个定义为U1，较低的一个定义为U1′，相应的两个绝缘电阻定义为Ri1和Ri2＝Ri。
步骤(b)、添加一个已知的测量电阻R0与Ri1并联，然后静置，静置时间为第二步骤确定的总静置时间，测量U2和U2′，注意测试期间应该保持稳定的电压。
步骤(c)、计算绝缘电阻Ri，方法如下：将R0和三个电压U1，U1′和U2和代入下式：
比如，假定在步骤(a)中确定正极端子与车辆电平台之间的电压较高，则闭合Q1以将电阻R3引入电路，而且断开Q2以不将电阻R10引入电路。然后静置，静置时间为第二步骤确定的总静置时间，测量正极端子对车辆电平台的电压U2和负极端子对车辆电平台的电压U2′。再基于上述公式计算Ri，其中R0的值即为R3。
再比如，假定在步骤(a)中确定负极端子与车辆电平台之间的电压较高，则闭合Q2以将电阻R10引入电路，而且断开Q1以不将电阻R3引入电路。然后静置，静置时间为第二步骤确定的总静置时间，测量负极端子对车辆电平台的电压U2和正极端子对车辆电平台的电压U2′。再基于上述公式计算Ri，其中R0的值即为R10。
本发明实施方式还提出了一种电动汽车电池组绝缘电阻检测方法，该方法适用于图2所示的电动汽车电池组绝缘电阻检测***。
图4为根据本发明电动汽车电池组绝缘电阻检测方法的流程图。如图4所示，该方法包括：
步骤401：断开第一开关和第二开关，分别测量电池组正极端子对车辆电平台的电压及电池组负极端子对车辆电平台的电压，并确定电压测量值较大侧。
步骤402：闭合电压测量值较大侧的开关，基于预定的静置时间多次测量电压测量值较大侧的端子对车辆电平台的电压，其中当判定测量电压稳定时计算总静置时间。
步骤403：基于该总静置时间，计算电动汽车电池组绝缘电阻。
在一个实施方式中，预定值小于5伏特。优选地，预定值为2伏特。
在一个实施方式中，基于该总静置时间，计算电动汽车电池组绝缘电阻包括：
断开第一开关和第二开关，分别测量电池组正极端子对车辆电平台的电压和电池组负极端子对车辆电平台的电压，并确定电压测量值较大侧；闭合电压测量值较大侧的开关，基于总静置时间测量电压测量值较大侧的端子对车辆电平台的电压及电压测量值较小侧的端子对车辆电平台的电压；基于闭合电压测量值较大侧的开关所并联入的已知测量电阻、电压测量值较大侧的端子对车辆电平台的电压及电压测量值较小侧的端子对车辆电平台的电压，计算电动汽车电池组绝缘电阻。
可以将本发明实施方式提出的电池组绝缘电阻检测方法和***应用到各种类型的电动汽车中，包括并不局限于：纯电动汽车、混合动力汽车或燃料电池汽车，等等。
综上所述，在本发明实施方式中，检测***包括：第一已知测量电阻，与电池组正极端子的绝缘电阻并联；第二已知测量电阻，与电池组负极端子的绝缘电阻并联；第一开关，与第一已知测量电阻串联；第二开关，与第二已知测量电阻串联。本发明针对寄生电容对绝缘检测回路的影响，提出一种高压***寄生电容自适应的绝缘检测方案，避免了寄生电容对绝缘电阻检测的不利影响，从而可以准确测量绝缘电阻值。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车电池组绝缘电阻检测***，其特征在于，包括：
第一已知测量电阻，与电池组正极端子的绝缘电阻并联；
第二已知测量电阻，与电池组负极端子的绝缘电阻并联；
第一开关，与第一已知测量电阻串联；
第二开关，与第二已知测量电阻串联。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电池组绝缘电阻检测***，其特征在于，所述第一开关包括：光继电器、机械式继电器、三极管或金属氧化物半导体场效应晶体管。
3.根据权利要求1所述的电动汽车电池组绝缘电阻检测***，其特征在于，所述第二开关包括：光继电器、机械式继电器、三极管或金属氧化物半导体场效应晶体管。
4.一种电动汽车电池组绝缘电阻检测方法，其特征在于，该方法适用于如权利要求1的电动汽车电池组绝缘电阻检测***，该方法包括：
断开第一开关和第二开关，分别测量电池组正极端子对车辆电平台的电压及电池组负极端子对车辆电平台的电压，并确定电压测量值较大侧；
闭合电压测量值较大侧的开关，基于预定的静置时间多次测量电压测量值较大侧的端子对车辆电平台的电压，其中当判定测量电压稳定时计算总静置时间；
基于该总静置时间，计算电动汽车电池组绝缘电阻。
5.根据权利要求4所述的电动汽车电池组绝缘电阻检测方法，其特征在于，所述判定测量电压稳定包括：
当相邻两次测得的、电压测量值较大侧的端子对车辆电平台的电压之间的差值小于预定值时，判定测量电压稳定。
6.根据权利要求5所述的电动汽车电池组绝缘电阻检测方法，其特征在于，所述预定值小于5伏特。
7.根据权利要求6所述的电动汽车电池组绝缘电阻检测方法，其特征在于，所述预定值为2伏特。
8.根据权利要求4所述的电动汽车电池组绝缘电阻检测方法，其特征在于，所述基于该总静置时间，计算电动汽车电池组绝缘电阻包括：
断开第一开关和第二开关，分别测量电池组正极端子对车辆电平台的电压和电池组负极端子对车辆电平台的电压，并确定电压测量值较大侧；
闭合电压测量值较大侧的开关，基于总静置时间测量电压测量值较大侧的端子对车辆电平台的电压及电压测量值较小侧的端子对车辆电平台的电压；
基于闭合电压测量值较大侧的开关所并联入的已知测量电阻、电压测量值较大侧的端子对车辆电平台的电压及电压测量值较小侧的端子对车辆电平台的电压，计算电动汽车电池组绝缘电阻。
9.一种电动汽车，其特征在于，包含如权利要求1所述的电动汽车电池组绝缘电阻检测***。
10.如权利要求9所述的电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车或燃料电池汽车。
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