CN109696581B - 一种动力电池的绝缘电阻检测电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种动力电池的绝缘电阻检测电路及其控制方法，通过对第一电容和第二电容充放电，并配合充电控制开关和放电控制开关实现了绝缘电阻检测过程中动力电池B高压同环境地之间的隔离，有效降低了高压安全风险。同时，还通过动力电池对第一电容和第二电容同时充电，后各自单独放电，避免了传统绝缘电阻检测过程中动力电池电压突变导致的计算错误。实现了提高绝缘电阻监测的准确性，以及降低高压到低压串扰风险的目的。

Description

一种动力电池的绝缘电阻检测电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，更具体地说，涉及一种动力电池的绝缘电阻检测电路及其控制方法。

背景技术

随着全球石油资源日趋紧张，人类环保意识日益增强，动力电池在新能源汽车和风能发电等技术领域得到了广泛应用。在新能源汽车领域，动力电池的工作电压采用较高的电压规范；在风力发电领域，动力电池的工作电压更高。较高的工作电压对动力电池与环境地之间的绝缘性能提出了更高的要求。当高电压电路与环境地之间发生多点绝缘性能严重下降时，不仅会危及周围人员的人身安全，还会导致漏电回路的热积效应，可能造成电气火灾。因此，检测动力电池对环境地的电气绝缘性能具有重要的意义。

申请号为200910092567.5的专利文件公开一种动力电池组对地绝缘电阻检测电路，参见图1所示，其绝缘电阻的计算方法是第一步通过R11、R12获得U0；第二步通过N4PIN1/2得到I21；第三步通过N4 PIN3/4得到I31；最后步骤二、步骤三获得方程计算获得R+、R-绝缘阻值大小。该方案存在以下问题(1)U0的获取只有在第一步进行，之后第二步、第三步都是以该值为参考进行计算，忽视了U0随时间的变化，特别是在当突然有大电流输出时U0在短时间内会有很大变化量，该将有可能直接导致绝缘电阻计算错误；(2)高压***U0同环境地之间通过电阻直接相连，存在高压到低压串扰风险。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种动力电池的绝缘电阻检测电路及其控制方法，欲实现提高绝缘电阻监测的准确性，以及降低高压到低压串扰风险的目的。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种动力电池的绝缘电阻检测电路，包括：充电控制开关、放电控制开关、第一电容放电控制开关、第二电容放电控制开关、电压采集第一控制开关、电压采集第二控制开关、电压采集第三控制开关、第一电容、第二电容、充电电阻、总电压计算第一电阻、总电压计算第二电阻、分电压计算第一电阻、分电压计算第二电阻、分电压计算第三电阻、分电压计算第四电阻；

动力电池的正极依次经过所述充电控制开关、所述充电电阻、所述放电控制开关、待测第一绝缘电阻、待测第二绝缘电阻连接于所述动力电池的负极；

所述动力电池的负极经过串联的所述第一电容和所述第一电容放电控制开关连接于所述充电电阻和所述放电控制开关的连接处；

所述动力电池的所述负极还经过串联的所述第二电容和所述第二电容放电控制开关连接于所述充电电阻和所述放电控制开关的连接处；

所述动力电池的所述负极还经过串联的所述总电压计算第一电阻、电压采集第一控制开关和所述总电压计算第二电阻连接于所述放电控制开关和所述待测第一绝缘电阻的连接处；

所述动力电池的所述负极还依次经过所述分电压计算第一电阻、所述电压采集第二控制开关、所述分电压计算第二电阻、所述分电压计算第三电阻、所述电压采集第三控制开关、所述分电压计算第四电阻连接于所述放电控制开关和所述待测第一绝缘电阻的连接处；

所述待测第一绝缘电阻与所述待测第二绝缘电阻的连接处，与所述分电压计算第二电阻和所述分电压计算第三电阻的连接处相连；

所述待测第一绝缘电阻与所述待测第二绝缘电阻的连接处还连接于环境地。

优选的，所述第一电容和所述第二电容为同一型号的电容。

优选的，所述充电控制开关、所述放电控制开关、所述第一电容放电控制开关、所述第二电容放电控制开关、所述电压采集第一控制开关、所述电压采集第二控制开关和所述电压采集第三控制开关均为：三极管、MOS管或继电器。

一种动力电池的绝缘电阻检测电路的控制方法，应用于上述的电路，所述方法包括：

控制所述充电控制开关、所述第一电容放电控制开关和所述第二电容放电控制开关闭合，并控制所述放电控制开关断开；

经过预设第一时间后，控制所述充电控制开关、所述第一电容放电控制开关和所述第二电容放电控制开关断开，并控制所述放电控制开关闭合；

控制所述第一电容放电控制开关闭合，控制所述电压采集第一控制开关和所述电压采集第三控制开关同时闭合，在预设第二时间内，对所述总电压计算第二电阻和所述总电压计算第一电阻之间的第一电压，以及所述分电压计算第三电阻和所述分电压计算第四电阻之间的第二电压进行同步采集；

控制所述第一电容放电控制开关、所述电压采集第一控制开关和所述电压采集第三控制开关断开；

控制所述第二电容放电控制开关闭合，控制所述电压采集第一控制开关和所述电压采集第二控制开关同时闭合，在预设第三时间内，对所述总电压计算第二电阻和所述总电压计算第一电阻之间的第三电压，以及所述分电压计算第一电阻和所述分电压计算第二电阻之间的第四电压进行同步采集；

将所述第一电压和所述第二电压代入绝缘电阻第一计算公式，将所述第三电压和所述第四电压代入绝缘电阻第二计算公式，结合所述绝缘电阻第一计算公式和所述绝缘电阻第二计算公式，计算得到待测第一绝缘电阻和待测第二绝缘电阻的阻值；

所述绝缘电阻第一计算公式为：

所述绝缘电阻第二计算公式为：

其中，R₀₁表示总电压计算第一电阻、R₀₀表示总电压计算第二电阻、R₂₁表示分电压计算第一电阻、R₂₀表示分电压计算第二电阻、R₁₁表示分电压计算第三电阻、R₁₀表示分电压计算第四电阻、U_C1表示第一电压、U₁表示第二电压、U_C2表示第三电压、U₂表示第四电压、R_ISO1表示待测第一绝缘电阻、R_ISO2表示待测第二绝缘电阻。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供一种动力电池的绝缘电阻检测电路及其控制方法，通过对第一电容和第二电容充放电，并配合充电控制开关和放电控制开关实现了绝缘电阻检测过程中动力电池B高压同环境地之间的隔离，有效降低了高压安全风险。同时，还通过动力电池对第一电容和第二电容同时充电，后各自单独放电，避免了传统绝缘电阻检测过程中动力电池电压突变导致的计算错误。实现了提高绝缘电阻监测的准确性，以及降低高压到低压串扰风险的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种动力电池组对地绝缘电阻检测电路；

图2为本发明实施例提供的一种动力电池的绝缘电阻检测电路图；

图3为本发明实施例提供的一种动力电池的绝缘电阻检测电路的控制方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的电容充电过程中控制开关的状态示意图；

图5为本发明实施例提供的电容充电完成后控制开关的状态示意图；

图6为本发明实施例提供的对第一电压和第二电压采集时控制开关的状态示意图；

图7为本发明实施例提供的对第三电压和第四电压采集时控制开关的状态示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种动力电池的绝缘电阻检测电路，参见图2，该电路包括：充电控制开关S_R1、放电控制开关S_R2、第一电容放电控制开关S_C1、第二电容放电控制开关S_C2、电压采集第一控制开关S₀、电压采集第二控制开关S₂、电压采集第三控制开关S₁、第一电容C₁、第二电容C₂、充电电阻R_C、总电压计算第一电阻R₀₁、总电压计算第二电阻R₀₀、分电压计算第一电阻R₂₁、分电压计算第二电阻R₂₀、分电压计算第三电阻R₁₁、分电压计算第四电阻R₁₀；

动力电池BATT的正极依次经过所述充电控制开关S_R1、所述充电电阻R_C、所述放电控制开关S_R2、待测第一绝缘电阻R_ISO1、待测第二绝缘电阻R_ISO2连接于所述动力电池BATT的负极；

所述动力电池BATT的负极经过串联的所述第一电容C₁和所述第一电容放电控制开关S_C1连接于所述充电电阻R_C和所述放电控制开关S_R2的连接处；

所述动力电池BATT的所述负极还经过串联的所述第二电容C₂和所述第二电容放电控制开关S_C2连接于所述充电电阻R_C和所述放电控制开关S_R2的连接处；

所述动力电池BATT的所述负极还经过串联的所述总电压计算第一电阻R₀₁、电压采集第一控制开关S₀和所述总电压计算第二电阻R₀₀连接于所述放电控制开关S_R2和所述待测第一绝缘电阻R_ISO1的连接处；

所述动力电池BATT的所述负极还依次经过所述分电压计算第一电阻R₂₁、所述电压采集第二控制开关S₂、所述分电压计算第二电阻R₂₀、所述分电压计算第三电阻R₁₁、所述电压采集第三控制开关S₁、所述分电压计算第四电阻R₁₀连接于所述放电控制开关S_R2和所述待测第一绝缘电阻R_IOS1的连接处；

所述待测第一绝缘电阻R_IOS1与所述待测第二绝缘电阻R_IOS2的连接处，与所述分电压计算第二电阻R₂₀和所述分电压计算第三电阻R₁₁的连接处相连；

所述待测第一绝缘电阻R_IOS1与所述待测第二绝缘电阻R_IOS2的连接处还连接于环境地GND。PG表示动力电池高压地。

本发明实施例提供了一种动力电池的绝缘电阻检测电路，通过对第一电容C₁和第二电容C₂充放电，并配合充电控制开关S_R1和放电控制开关S_R2实现了绝缘电阻检测过程中动力电池BATT高压同环境地GND之间的隔离，有效降低了高压安全风险。同时，还通过动力电池BATT对第一电容C₁和第二电容C₂同时充电，后各自单独放电，避免了传统绝缘电阻检测过程中动力电池BATT电压突变导致的计算错误。实现了提高绝缘电阻监测的准确性，以及降低高压到低压串扰风险的目的。

优选的，所述第一电容C₁和所述第二电容C₂为同一型号的电容。选择同一型号的电容，使得两个电容的容值及电气特性参数一致。

优选的，所述充电控制开关S_R1、所述放电控制开关S_R2、所述第一电容放电控制开关S_C1、所述第二电容放电控制开关S_C2、所述电压采集第一控制开关S₀、所述电压采集第二控制开关S₂和所述电压采集第三控制开关S₁均为：三极管、MOS管或继电器。

本实施例提供了一种上述动力电池的绝缘电阻检测电路的控制方法，参见图3～图7，所述方法包括：

步骤S11：控制所述充电控制开关S_R1、第一电容放电控制开关S_C1和第二电容放电控制开关S_C2闭合，并控制放电控制开关S_R2断开；

图4示出了动力电池BATT对第一电容C₁和第二电容C₂充电过程的各个控制开关的状态示意图。

步骤S12：经过预设第一时间后，控制所述充电控制开关S_R1、第一电容放电控制开关S_C1和第二电容放电控制开关S_C2断开，并控制放电控制开关S_R2闭合；

通过对第一电容C₁和第二电容C₂充放电，并配合充电控制开关S_R1和放电控制开关S_R2实现了绝缘电阻检测过程中动力电池BATT高压同环境地GND之间的隔离，有效降低了高压安全风险。图5示出了对第一电容C₁和第二电容C₂充电完成后的各个控制开关的状态示意图。根据充电电阻R_C以及第一电容C₁、第二电容C₂的容量大小计算得到第一时间，即充电时间。充电时间常数t＝RC，设定充电时间T大于3t。

步骤S13：控制第一电容放电控制开关S_C1闭合，控制电压采集第一控制开关S₀和电压采集第三控制开关S₁同时闭合，在预设第二时间内，对总电压计算第二电阻R₀₀和总电压计算第一电阻R₀₁之间的第一电压U_C1，以及分电压计算第三电阻R₁₁和分电压计算第四电阻R₁₀之间的第二电压U₁进行同步采集；

图6示出了对第一电压U_C1和第二电压U₁进行同步采集时各个控制开关的状态示意图。考虑到第一电容C₁的放电时间，在预设的第二时间内对第一电压U_C1和第二电压U₁进行同步采集。根据电路原理得出如下计算公式：

U_ISO2＝I_ISO2×R_ISO2 (4)

U_C＝U_ISO1+U_ISO2 (5)

结合公式(1)～(5)得到绝缘电阻第一计算公式(6)：

步骤S14：控制第一电容放电控制开关S_C1、电压采集第一控制开关S₀和电压采集第三控制开关S₁断开；

步骤S15：控制第二电容放电控制开关S_C2闭合，控制电压采集第一控制开关S₀和电压采集第二控制开关S₂同时闭合，在预设第三时间内，对总电压计算第二电阻R₀₀和总电压计算第一电阻R₀₁之间的第三电压U_C2，以及分电压计算第一电阻R₂₁和分电压计算第二电阻R₂₀之间的第四电压U₂进行同步采集；

图7示出了对电压U_C2和电压U₂进行同步采集时各个控制开关的状态示意图。考虑到第二电容C₂的放电时间，在预设的第三时间内对电压U_C2和第四电压U₂进行同步采集。根据电路原理得出如下计算公式：

U_ISO1＝I_ISO1×R_ISO1 (10)

U_C＝U_ISO1+U_ISO2 (11)

结合公式(7)～(11)得到绝缘电阻第二计算公式(12)：

步骤S16：将第一电压U_C1和第二电压U₁代入绝缘电阻第一计算公式，将第三电压U_C2和第四电压U₂代入绝缘电阻第二计算公式，结合绝缘电阻第一计算公式和绝缘电阻第二计算公式，计算得到待测第一绝缘电阻R_ISO1和待测第二绝缘电阻R_ISO2的阻值。

总电压计算第一电阻R₀₁、总电压计算第二电阻R₀₀、分电压计算第一电阻R₂₁、分电压计算第二电阻R₂₀、分电压计算第三电阻R₁₁、分电压计算第四电阻R₁₀的阻值均为预先得知的值，因此，在检测到U_C1、U₁、U_C2、U₂后，通过公式(6)和(12)计算得到待测第一绝缘电阻R_ISO1和待测第二绝缘电阻R_ISO2的阻值。

通过对U_C和U₁，以及U_C和U₂的同步采集，保证电容放电过程中两电压的比例关系保持一致，而不用担心电容电压自身的放电曲线对采集电压的影响。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种动力电池的绝缘电阻检测电路的控制方法，其特征在于，所述动力电池的绝缘电阻检测电路，包括：充电控制开关、放电控制开关、第一电容放电控制开关、第二电容放电控制开关、电压采集第一控制开关、电压采集第二控制开关、电压采集第三控制开关、第一电容、第二电容、充电电阻、总电压计算第一电阻、总电压计算第二电阻、分电压计算第一电阻、分电压计算第二电阻、分电压计算第三电阻、分电压计算第四电阻；

动力电池的正极依次经过所述充电控制开关、所述充电电阻、所述放电控制开关、待测第一绝缘电阻、待测第二绝缘电阻连接于所述动力电池的负极；

所述动力电池的负极经过串联的所述第一电容和所述第一电容放电控制开关连接于所述充电电阻和所述放电控制开关的连接处；

所述动力电池的所述负极还经过串联的所述第二电容和所述第二电容放电控制开关连接于所述充电电阻和所述放电控制开关的连接处；

所述动力电池的所述负极还经过串联的所述总电压计算第一电阻、电压采集第一控制开关和所述总电压计算第二电阻连接于所述放电控制开关和所述待测第一绝缘电阻的连接处；

所述动力电池的所述负极还依次经过所述分电压计算第一电阻、所述电压采集第二控制开关、所述分电压计算第二电阻、所述分电压计算第三电阻、所述电压采集第三控制开关、所述分电压计算第四电阻连接于所述放电控制开关和所述待测第一绝缘电阻的连接处；

所述待测第一绝缘电阻与所述待测第二绝缘电阻的连接处，与所述分电压计算第二电阻和所述分电压计算第三电阻的连接处相连；

所述待测第一绝缘电阻与所述待测第二绝缘电阻的连接处还连接于环境地；

所述方法包括：

控制所述充电控制开关、所述第一电容放电控制开关和所述第二电容放电控制开关闭合，并控制所述放电控制开关断开；

经过预设第一时间后，控制所述充电控制开关、所述第一电容放电控制开关和所述第二电容放电控制开关断开，并控制所述放电控制开关闭合；

控制所述第一电容放电控制开关闭合，控制所述电压采集第一控制开关和所述电压采集第三控制开关同时闭合，在预设第二时间内，对所述总电压计算第二电阻和所述总电压计算第一电阻之间的第一电压，以及所述分电压计算第三电阻和所述分电压计算第四电阻之间的第二电压进行同步采集；

控制所述第一电容放电控制开关、所述电压采集第一控制开关和所述电压采集第三控制开关断开；

控制所述第二电容放电控制开关闭合，控制所述电压采集第一控制开关和所述电压采集第二控制开关同时闭合，在预设第三时间内，对所述总电压计算第二电阻和所述总电压计算第一电阻之间的第三电压，以及所述分电压计算第一电阻和所述分电压计算第二电阻之间的第四电压进行同步采集；

将所述第一电压和所述第二电压代入绝缘电阻第一计算公式，将所述第三电压和所述第四电压代入绝缘电阻第二计算公式，结合所述绝缘电阻第一计算公式和所述绝缘电阻第二计算公式，计算得到待测第一绝缘电阻和待测第二绝缘电阻的阻值；

所述绝缘电阻第一计算公式为：

所述绝缘电阻第二计算公式为：

其中，R₀₁表示总电压计算第一电阻、R₀₀表示总电压计算第二电阻、R₂₁表示分电压计算第一电阻、R₂₀表示分电压计算第二电阻、R₁₁表示分电压计算第三电阻、R₁₀表示分电压计算第四电阻、U_C1表示第一电压、U₁表示第二电压、U_C2表示第三电压、U₂表示第四电压、R_ISO1表示待测第一绝缘电阻、R_ISO2表示待测第二绝缘电阻。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一电容和所述第二电容为同一型号的电容。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述充电控制开关、所述放电控制开关、所述第一电容放电控制开关、所述第二电容放电控制开关、所述电压采集第一控制开关、所述电压采集第二控制开关和所述电压采集第三控制开关均为：三极管、MOS管或继电器。

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