CN113125986B - 一种电动摩托车用电池管理***的绝缘电阻检测*** - Google Patents

一种电动摩托车用电池管理***的绝缘电阻检测*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动摩托车用电池管理***的绝缘电阻检测方法，涉及电池安全检测领域，该方法包括：建立绝缘检测电路，绝缘检测电路包括多个子检测电路和总开关，第N个子检测电路的三个电阻的阻值满足一定关系；第N个子检测电路的第一电阻阻值与第N+1个子检测电路的第一电阻阻值满足一定关系；通过当前子检测电路计算得到较小电阻阻值Ri，当较小电阻阻值满足
Figure DDA0003026822870000011
则较小电阻阻值为绝缘电阻阻值；当较小电阻阻值满足λR1N<Ri<λR1N+1，则通过下一个子检测电路检测绝缘电阻，直到获取绝缘电阻阻值，通过多个子检测电路对绝缘电阻阻值的检测，保证了检测结果的准确性和有效性。

Description

一种电动摩托车用电池管理***的绝缘电阻检测***
技术领域
本发明涉及电池安全检测领域，尤其是一种电动摩托车用电池管理***的绝缘电阻检测方法。
背景技术
由于城镇人口的不断激增，机动车数量也在不断增加，由此导致的交通拥堵和环境污染等问题也日益严重，同时受到全球原油供应以及能源产业结构调整的影响，人们越来越多的关注节能减排和绿色出行，因此，电动摩托车的热度也不断上升。
随着近年来电动摩托车行业的高速发展，电动摩托车产品质量良莠不齐，使用电动摩托车而发生的各类事故也在不断发生，为了规范电动摩托车行业，促进电动摩托车的健康发展，国家也出台了一系列的标准来规范电动摩托车用锂离子电池的使用，其中明确要求对绝缘电阻进行实时检测。
虽然电动汽车所使用的电动车绝缘电阻检测方法能够使用在电动摩托车上，但是现有电动汽车的绝缘电阻检测方法都是通过弱电***12V进行供电的，检测电路的参考地也是12V弱电***的地，而对于大多数电动摩托车而言，不存在和外部共用的12V弱电***，而且其电路结构复杂、成本较高，不适用电动摩托车的轻便结构，同时研发成本相对于电动摩托车的总成本来说占比过大。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种电动摩托车用电池管理***的绝缘电阻检测方法，本发明的技术方案如下：
一种电动摩托车用电池管理***的绝缘电阻检测***，所述电动摩托车包括绝缘检测电路、电池包和车架，所述绝缘检测电路包括多个子检测电路、电压采样电路和总开关，每个所述子检测电路包括三个电阻和两个开关，第一开关的一端连接到电池包正极，所述第一开关的另一端、第一电阻、第二开关、第二电阻和第三电阻的一端依次连接，所述第三电阻的另一端连接到电池包负极，所述总开关的一端连接到车架的一端，所述总开关的另一端连接到每个所述子检测电路的第一电阻和第二开关之间，所述电池包正极通过电池包正极电阻连接所述总开关和所述车架的公共端，所述电池包负极通过电池包负极电阻连接所述总开关和所述车架的公共端，所述车架的另一端接地，所述电压采样电路获取每个子检测电路的第二电阻和第三电阻的公共端的电压；
第N个子检测电路的第一电阻、第二电阻、第三电阻的阻值分别为R1N、R2N和R3N，满足阻值关系式为：R1N＝R2N+R3N；
第N个子检测电路的第一电阻阻值R1N与第N+1个子检测电路的第一电阻阻值R1N+1满足关系式：
R1N+1＝λR1N；
其中N表示参数，且N≥1,N为整数，λ为预设灵敏值，且λ>1；
闭合第N个子检测电路的第二开关，分别控制所述总开关和/或所述第N个子检测电路中的第一开关闭合并通过所述电压采样电路获取相应的电压值，根据不同控制情况下获取到的电压值计算得到所述电池包正极电阻的阻值和所述电池包负极电阻的阻值，并得到其中的较小电阻阻值Ri，当计算得到的所述较小电阻阻值满足
Figure BDA0003026822850000021
则确定所述较小电阻阻值为绝缘电阻阻值；
当所述较小电阻阻值满足λR1N<Ri<λR1N+1，则断开当前子检测电路的第二开关，闭合下一个子检测电路的第二开关，下一个子检测电路作为当前子检测电路对所述电池包正极电阻和所述电池包负极电阻进行检测，重复所述分别控制所述总开关和/或所述第N个子检测电路中的第一开关闭合并通过所述电压采样电路获取相应的电压值的步骤，并得到其中的较小电阻阻值Ri，直到获取绝缘电阻阻值。
其进一步的技术方案为，所述根据不同控制情况下获取到的电压值计算得到所述电池包正极电阻的阻值和所述电池包负极电阻的阻值，并得到其中的较小电阻阻值Ri，包括：
闭合当前子检测电路的第一开关并断开所述总开关，获取第一电压值并计算得到电池包电压值；
断开当前子检测电路的第一开关并闭合所述总开关，获取第二电压值并计算得到电池包负极电阻的第一两端电压，并根据所述第二电压值、所述电池包负极电阻的第一两端电压、所述第二电阻和所述电池包电压值建立关于所述电池包正极电阻和所述电池包负极电阻之间的第一关系式；
闭合当前子检测电路的第一开关和所述总开关，获取第三电压值并计算得到电池包负极电阻的第二两端电压，并根据所述电池包电压值、所述电池包负极电阻的第二两端电压、所述第三电压值、所述第一电阻和所述第三电阻建立关于所述电池包正极电阻和所述电池包负极电阻之间的第二关系式；
根据所述第一关系式和所述第二关系式计算得到电池包正极电阻的阻值和电池包负极电阻的阻值，判断电池包正极电阻的阻值和电池包负极电阻的阻值的大小关系，将较小的阻值作为较小电阻阻值。
其进一步的技术方案为，所述电池包电压值UB+的计算公式为：
Figure BDA0003026822850000031
其中，U1表示电压采样电路获取的第一电压值，R1、R2、R3分别表示当前子检测电路的第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值。
其进一步的技术方案为，所述根据所述第二电压值、所述电池包负极电阻的第一两端电压、所述第二电阻和所述电池包电压值建立关于所述电池包正极电阻和所述电池包负极电阻之间的第一关系式，包括：
所述电池包负极电阻的第一两端电压URn的计算公式为：
Figure BDA0003026822850000032
其中，U2表示电压采样电路获取的第二电压值，R2、R3分别表示当前子检测电路的第二电阻和第三电阻的阻值；
所述第一关系式的表达式为：
Figure BDA0003026822850000041
其中，Rp表示电池包正极电阻的阻值，Rn表示电池包负极电阻的阻值，UB+表示电池包电压值。
其进一步的技术方案为，所述根据所述电池包电压值、所述电池包负极电阻的第二两端电压、所述第三电压值、所述第一电阻和所述第三电阻建立关于所述电池包正极电阻和所述电池包负极电阻之间的第二关系式，包括：
所述电池包负极电阻的第二两端电压U4的计算公式为：
Figure BDA0003026822850000042
U3表示电压采样电路获取的第三电压值；
所述第二关系式的表达式为：
Figure BDA0003026822850000043
R1、R2、R3分别表示当前子检测电路的第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值，Rp表示电池包正极电阻的阻值，Rn表示电池包负极电阻的阻值，UB+表示电池包电压值。
其进一步的技术方案为，则所述***还包括：
当电池包负极电阻作为绝缘电阻，若
Figure BDA0003026822850000044
此时进行报警处理；
当电池包正极电阻作为绝缘电阻，若
Figure BDA0003026822850000045
且
Figure BDA0003026822850000046
此时进行报警处理；
其中，a表示绝缘电阻的预设报警阻值，b表示报警比较值，U1、U2和U3分别表示电压采样电路获取的第一电压值、第二电压值和第三电压值，R1、R2、R3分别表示当前子检测电路的第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值。
其进一步的技术方案为，所述报警比较值b的计算公式为：
Figure BDA0003026822850000051
其进一步的技术方案为，所述绝缘电阻的预设报警阻值a的计算公式为：
a＝100*UB+；
其中，UB+表示电池包电压值。
本发明的有益技术效果是：利用电池管理***的主处理器和少量电路即可实现整车绝缘电阻的检测，减小了成本，同时提高了整车的安全性；同时通过多个子检测电路对绝缘电阻阻值的检测，保证了检测结果的准确性和有效性；通过预设报警阻值进一步提高***的安全性。
附图说明
图1是本申请的检测方法的流程示意图。
图2是本申请的绝缘检测电路的应用框图。
图3是本申请的绝缘检测电路的电路示意图。
图4是本申请的其中一个子检测电路的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
一种电动摩托车用电池管理***的绝缘电阻检测方法，具体的步骤如图1所示。
电动摩托车包括绝缘检测电路、电池包和车架，车架为电动摩托车的整车金属架，绝缘检测电路安装在电池管理***BMS中，如图2所示，电池管理***BMS是一种常见的***，本申请主要利用电池管理***的主处理器MCU的AD接口和IO接口以及少量的***电路，由此实现电动摩托车对绝缘电阻实时检测的功能，既控制了成本，也满足了国标要求，提高了整车的安全性。
进一步的，电动摩托车还包括用电设备，用电设备包括电动摩托车的车轮驱动电机、仪表以及控制器等需要电池包提供电力的电子器件用电设备的正极P+连接到电池包正极B+，用电设备的负极P-连接到电池包负极B-。
如图3所示，绝缘检测电路包括多个子检测电路、电压采样电路和总开关S，每个子检测电路包括三个电阻和两个开关，第一开关S1的一端连接到电池包正极B+，第一开关S1的另一端、第一电阻R1、第二开关S2、第二电阻R2和第三电阻R3的一端依次连接，第三电阻R3的另一端连接到电池包负极B-，总开关S的一端连接到车架的一端，总开关S的另一端连接到每个子检测电路的第一电阻R1和第二开关S2之间，电池包正极B+通过电池包正极电阻连接总开关S和车架的公共端，电池包负极B-通过电池包负极电阻连接总开关S和车架的公共端，车架的另一端接地，电压采样电路获取每个子检测电路的第二电阻R2和第三电阻R3的公共端的电压。
为了简化表示方便，直接以电阻的阻值表示电阻，例如以R1N、R2N和R3N分别表示第N个子检测电路的第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值，满足阻值关系式为：R1N＝R2N+R3N。
第N个子检测电路的第一电阻阻值R1N与第N+1个子检测电路的第一电阻阻值R1N+1满足关系式：
R1N+1＝λR1N；
其中N表示参数，且N≥1,N为整数，λ为预设灵敏值，且λ>1，λ的值可以根据实际需求的灵敏度进行调整，但为了计算方便通常取10的倍数。
闭合第N个子检测电路的第二开关，分别控制总开关和/或第N个子检测电路中的第一开关闭合并通过电压采样电路获取相应的电压值，根据不同控制情况下获取到的电压值计算得到电池包正极电阻的阻值和电池包负极电阻的阻值，并得到其中的较小电阻阻值Ri，当计算得到的较小电阻阻值满足
Figure BDA0003026822850000061
则确定较小电阻阻值为绝缘电阻阻值；
当较小电阻阻值满足λR1N<Ri<λR1N+1，则断开当前子检测电路的第二开关，闭合下一个子检测电路的第二开关，由此通过下一个子检测电路对绝缘电阻进行检测，重复进行计算得到绝缘电阻阻值的步骤，即重复进行分别控制总开关和/或第N个子检测电路中的第一开关闭合并通过电压采样电路获取相应的电压值的步骤，直到获取绝缘电阻阻值。
以第一个子检测电路为例，如图4所示，对于开关的闭合和断开控制可以利用一些现有的开关控制电路，主处理器MCU负责整个电路的控制和计算，主处理器MCU使用电池管理***BMS的主处理器。
首先，闭合第一个子检测电路的第二开关S2；
步骤一：闭合第一开关S1并断开总开关S，电压采样电路获取第一电压值U1并计算得到电池包电压值UB+，需要说明的是，电池包电压值UB+指的是实时的电池包电压值，计算公式为：
Figure BDA0003026822850000071
步骤二：断开第一开关S1并闭合总开关S，电压采样电路获取第二电压值U2并计算得到电池包负极电阻的第一两端电压URn，计算公式为：
Figure BDA0003026822850000072
同时建立第一关系式：
Figure BDA0003026822850000073
其中，Rp表示电池包正极电阻的阻值，Rn表示电池包负极电阻的阻值；
步骤三：闭合第一开关S1和总开关S，电压采样电路获取第三电压值U3并计算得到电池包负极电阻的第二两端电压U4，计算公式为：
Figure BDA0003026822850000074
建立第二关系式：
Figure BDA0003026822850000075
由此，将上述第一关系式和第二关系式进行整合得到：
Figure BDA0003026822850000081
Figure BDA0003026822850000082
由此计算得到电池包正极电阻和电池包负极电阻的阻值，判断电池包正极电阻的阻值Rp和电池包负极电阻的阻值Rn的大小关系，将较小的阻值作为较小电阻阻值Ri。
由公式(6)(7)可知，当U2→0或
Figure BDA0003026822850000083
时，Rp→∞，从而导致Rn无法计算，因此在实际的计算中，当U2或
Figure BDA0003026822850000084
的数值过小时，取1进行代入计算。
同时需要注意的是，当计算出的绝缘电阻阻值Ri的阻值过小时，此时的数值不一定是可信的，由此，本申请公开出一种计算报警阻值的方法，通过报警阻值作为补充依据，由此来判断绝缘电阻阻值是否可信。
设定两个中间计算值
Figure BDA0003026822850000085
而R1＝R2+R3，由此得到
Figure BDA0003026822850000086
通过步骤三的操作步骤，即闭合第一开关S1和总开关S得到：
Figure BDA0003026822850000087
其中，U5为步骤三中电池包正极电阻Rp两端的电压，R4表示第二电阻和第三电阻串联后与电池包负极电阻并联后的阻值。
当电池包负极电阻作为绝缘电阻，由步骤二的操作步骤，即断开第一开关S1并闭合总开关S得到：
Figure BDA0003026822850000091
由步骤三的操作步骤，即闭合第一开关S1和总开关S得到：
Figure BDA0003026822850000092
其中，R5表示电池包正极电阻与第一电阻并联后的阻值。
由此，得到
Figure BDA0003026822850000093
通过公式(9)(10)得出：在电池包正极电阻的阻值确定时，U2和U3的值随着电池包负极电阻的阻值减小而减小。
结合公式(1)(11)得出：
当
Figure BDA0003026822850000094
则Ri<a，此时进行报警处理；
其中，a表示绝缘电阻的预设报警阻值，预设报警阻值a通常为用户选取，同时本申请给定一个初始值：a＝100*UB+，b表示第四电阻R4的报警阻值，计算公式为：
Figure BDA0003026822850000095
通过公式(1)(5)(8)，推导出：
当电池包正极电阻作为绝缘电阻，通过公式(9)(10)得到：
Figure BDA0003026822850000096
Figure BDA0003026822850000097
通过公式(9)(10)得出：在电池包负极电阻的阻值确定时，U2和U3的值随着电池包负极电阻的阻值减小而减小。
因此结合公式(12)(13)，当
Figure BDA0003026822850000098
且
Figure BDA0003026822850000099
则Ri<a，此时进行报警处理。
根据实际电池包工作电压范围和实际绝缘电阻的报警阻值要求，满足不同用户对于绝缘电阻的检测的精度要求。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电动摩托车用电池管理***的绝缘电阻检测***，其特征在于，所述电动摩托车包括绝缘检测电路、电池包和车架，所述绝缘检测电路包括多个子检测电路、电压采样电路和总开关，每个所述子检测电路包括三个电阻和两个开关，第一开关的一端连接到电池包正极，所述第一开关的另一端、第一电阻、第二开关、第二电阻和第三电阻的一端依次连接，所述第三电阻的另一端连接到电池包负极，所述总开关的一端连接到车架的一端，所述总开关的另一端连接到每个所述子检测电路的第一电阻和第二开关之间，所述电池包正极通过电池包正极电阻连接所述总开关和所述车架的公共端，所述电池包负极通过电池包负极电阻连接所述总开关和所述车架的公共端，所述车架的另一端接地，所述电压采样电路获取每个子检测电路的第二电阻和第三电阻的公共端的电压；
第N个子检测电路的第一电阻、第二电阻、第三电阻的阻值分别为R1N、R2N和R3N，满足阻值关系式为：R1N＝R2N+R3N；
第N个子检测电路的第一电阻阻值R1N与第N+1个子检测电路的第一电阻阻值R1N+1满足关系式：
R1N+1＝λR1N；
其中N表示参数，且N≥1,N为整数，λ为预设灵敏值，且λ＞1；
闭合第N个子检测电路的第二开关，分别控制所述总开关和/或所述第N个子检测电路中的第一开关闭合并通过所述电压采样电路获取相应的电压值，根据不同控制情况下获取到的电压值计算得到所述电池包正极电阻的阻值和所述电池包负极电阻的阻值，并得到其中的较小电阻阻值Ri，当计算得到的所述较小电阻阻值满足
Figure FDA0003537743150000011
则确定所述较小电阻阻值为绝缘电阻阻值；
当所述较小电阻阻值满足λR1N＜Ri＜λR1N+1，则断开当前子检测电路的第二开关，闭合下一个子检测电路的第二开关，下一个子检测电路作为当前子检测电路对所述电池包正极电阻和所述电池包负极电阻进行检测，重复所述分别控制所述总开关和/或所述第N个子检测电路中的第一开关闭合并通过所述电压采样电路获取相应的电压值的步骤，并得到其中的较小电阻阻值Ri，直到获取绝缘电阻阻值；
其中，***还包括：当电池包负极电阻作为绝缘电阻，若
Figure FDA0003537743150000021
此时进行报警处理；当电池包正极电阻作为绝缘电阻，若
Figure FDA0003537743150000022
且
Figure FDA0003537743150000023
此时进行报警处理；其中，a表示绝缘电阻的预设报警阻值，b表示报警比较值；U1表示闭合当前子检测电路的第一开关并断开所述总开关时获取到的第一电压值，U2表示断开当前子检测电路的第一开关并闭合所述总开关时获取到的第二电压值，U3表示闭合当前子检测电路的第一开关和所述总开关时获取到的第三电压值，R1、R2、R3分别表示当前子检测电路的第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值。
2.根据权利要求1所述的一种***，其特征在于，所述根据不同控制情况下获取到的电压值计算得到所述电池包正极电阻的阻值和所述电池包负极电阻的阻值，并得到其中的较小电阻阻值Ri，包括：
闭合当前子检测电路的第一开关并断开所述总开关，获取第一电压值并计算得到电池包电压值；
断开当前子检测电路的第一开关并闭合所述总开关，获取第二电压值并计算得到电池包负极电阻的第一两端电压，并根据所述第二电压值、所述电池包负极电阻的第一两端电压、所述第二电阻和所述电池包电压值建立关于所述电池包正极电阻和所述电池包负极电阻之间的第一关系式；
闭合当前子检测电路的第一开关和所述总开关，获取第三电压值并计算得到电池包负极电阻的第二两端电压，并根据所述电池包电压值、所述电池包负极电阻的第二两端电压、所述第三电压值、所述第一电阻和所述第三电阻建立关于所述电池包正极电阻和所述电池包负极电阻之间的第二关系式；
根据所述第一关系式和所述第二关系式计算得到电池包正极电阻的阻值和电池包负极电阻的阻值，判断电池包正极电阻的阻值和电池包负极电阻的阻值的大小关系，将较小的阻值作为较小电阻阻值。
3.根据权利要求2所述的一种***，其特征在于，所述电池包电压值UB+的计算公式为：
Figure FDA0003537743150000031
其中，U1表示电压采样电路获取的第一电压值，R1、R2、R3分别表示当前子检测电路的第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值。
4.根据权利要求2所述的一种***，其特征在于，所述根据所述第二电压值、所述电池包负极电阻的第一两端电压、所述第二电阻和所述电池包电压值建立关于所述电池包正极电阻和所述电池包负极电阻之间的第一关系式，包括：
所述电池包负极电阻的第一两端电压URn的计算公式为：
Figure FDA0003537743150000032
其中，U2表示电压采样电路获取的第二电压值，R2、R3分别表示当前子检测电路的第二电阻和第三电阻的阻值；
所述第一关系式的表达式为：
Figure FDA0003537743150000033
其中，Rp表示电池包正极电阻的阻值，Rn表示电池包负极电阻的阻值，UB+表示电池包电压值。
5.根据权利要求2所述的一种***，其特征在于，所述根据所述电池包电压值、所述电池包负极电阻的第二两端电压、所述第三电压值、所述第一电阻和所述第三电阻建立关于所述电池包正极电阻和所述电池包负极电阻之间的第二关系式，包括：
所述电池包负极电阻的第二两端电压U4的计算公式为：
Figure FDA0003537743150000041
U3表示电压采样电路获取的第三电压值；
所述第二关系式的表达式为：
Figure FDA0003537743150000042
R1、R2、R3分别表示当前子检测电路的第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值，Rp表示电池包正极电阻的阻值，Rn表示电池包负极电阻的阻值，UB+表示电池包电压值。
6.根据权利要求1所述的一种***，其特征在于，所述报警比较值b的计算公式为：
Figure FDA0003537743150000043
7.根据权利要求1所述的一种***，其特征在于，所述绝缘电阻的预设报警阻值a的计算公式为：
a＝100*UB+；
其中，UB+表示电池包电压值。
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