CN113306397B - 一种电池***的绝缘失效定位方法、***及新能源汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池***的绝缘失效定位方法、***及新能源汽车，属于电池监控技术领域。方法包括获取电池***的正极对地电压、负极对地电压，电池***中各电池箱的端电压；当0<Ux<U1时，判定绝缘失效位置在第1电池箱内部，Ux为正极对地电压，U1为第1电池箱的端电压；或者，当
Figure DDA0002393056100000011
时，判定绝缘失效位置在第m电池箱内部，m＝2,3,…,n；Ui为第i电池箱的端电压；或者，当
Figure DDA0002393056100000012
时，判定绝缘失效位置在第m‑1电池箱和第m电池箱之间的连接线路上。本发明能够实现快速的绝缘失效定位，通过比较电池***的正极对地电压，与电池***中各电池箱的端电压之间的大小关系，就能快速判断出绝缘失效位置，与现有技术相比，本发明的绝缘失效定位方法原理简单，判断结果快、可靠性高。

Description

一种电池***的绝缘失效定位方法、***及新能源汽车
技术领域
本发明属于电池监控技术领域，具体涉及一种电池***的绝缘失效定位方法、***及新能源汽车。
背景技术
现有技术中，新能源汽车的电池***工作电压均远超过人体安全电压范围，部分电池***的工作电压甚至达到600V，一旦汽车上的绝缘材料的绝缘性能因为磨损等原因在使用过程中逐渐下降，若湿度增加，将进一步降低动力电池高压和底盘之间的绝缘性能；当电池正负极导线的绝缘层被磨穿，并且和汽车底盘电接触在一起，这时会产生漏电流回路，影响电机控制器的工作，也会影响其他低压电器。当电路的多个点和底盘之间的绝缘性能发生老化的时候，电路自放电，能量堆积，在严重的情况下，可能会产生火灾，甚至危及乘客和司机的人身安全。为了确保车辆的安全运行，通常设置一个绝缘性能检测装置，来实时监控电池***和电底盘(相当于地)之间的绝缘电阻。当电池管理***检测到电池***绝缘低时会触发报警，提示用户排查维修，目前传统绝缘检测方法无法定位具体失效点，排查效率较低。
目前的绝缘检测方法主要有并联电阻法和信号注入法，由于新能源汽车高压回路均连通，绝缘检测回路检测整个高压回路对地绝缘阻值，当检测到绝缘低时，只能判定出电池***发生绝缘失效故障，但却无法定位到具体绝缘失效点，需要凭借人员经验或多次测量判断失效位置，排查效率较低，经验有限的工作人员一旦误判为没有发生绝缘失效故障，可能造成电池***发生火灾。
公布号为CN110568377A的中国发明专利申请提出了一种电池***绝缘检测装置，该装置通过设计测量电路中的电压、电流关系，列取多个方程式，通过解算出绝缘电阻，及漏电位置到电池***正负极的电压，进而确定绝缘失效位置，测量电路和计算方法十分复杂，给出的结果慢，不满足快速性要求，不实用，市场的推广性和应用性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池***的绝缘失效定位方法、***，用于解决绝缘失效定位方法复杂、定位结果慢的问题。同时，还提出一种新能源汽车，用于解决现有新能源汽车的电池***通过人工判断，排查效率低、容易误判的问题。
基于上述目的，一种电池***的绝缘失效定位方法的技术方案一如下：
所述电池***包括依次串联连接的第1电池箱、第2电池箱、…、第n电池箱，其中，第1电池箱的正极与电池***的正极连接，第n电池箱的负极与电池***的负极连接，该方法包括以下步骤：
获取电池***的正极对地电压、负极对地电压，以及电池***中各电池箱的端电压；
当0<Ux<U1时，判定绝缘失效位置在第1电池箱内部，Ux为所述正极对地电压，U1为第1电池箱的端电压；或者，
当
Figure BDA0002393056080000021
时，判定绝缘失效位置在第m电池箱内部，m＝2,3,…,n；Ui为第i电池箱的端电压；或者，
当
Figure BDA0002393056080000022
时，判定绝缘失效位置在第m-1电池箱和第m电池箱之间的连接线路上；或者，
当所述正极对地电压为零，所述负极对地电压等于所有电池箱的端电压之和时，判定绝缘失效位置在所述第1电池箱的正极与所述电池***的正极之间；或者，
当所述负极对地电压为零，所述正极对地电压等于所有电池箱的端电压之和时，判定绝缘失效位置在所述第n电池箱的负极与所述电池***的负极之间。
上述技术方案的有益效果是：
本发明能够实现快速的绝缘失效定位，即通过比较电池***的正极对地电压，与电池***中各电池箱的端电压之间的大小关系，就能快速判断出绝缘失效位置，与现有技术相比，本发明的绝缘失效定位方法原理简单，判断结果快、可靠性高。
为了防止电池***在没发生绝缘失效故障时进行绝缘失效误定位，进一步，在判定绝缘失效位置之前，还包括：
计算所述电池***的正极对地绝缘阻值和/或负极对地绝缘阻值，当所述正极对地绝缘阻值和/或负极对地绝缘阻值小于设定阈值时，判定所述电池***发生绝缘失效故障。
基于上述目的，一种电池***的绝缘失效定位方法的技术方案二如下：
所述电池***包括依次串联连接的第1电池箱、第2电池箱、…、第n电池箱，其中，第1电池箱的正极与电池***的正极连接，第n电池箱的负极与电池***的负极连接，该方法包括以下步骤：
获取电池***的正极对地电压、负极对地电压，以及电池***中各电池箱的端电压；
当0<Uy<Un时，判定绝缘失效位置在第n电池箱内部，Uy为所述负极对地电压，Un为第n电池箱的端电压；或者，
当
Figure BDA0002393056080000031
时，判定绝缘失效位置在第m+1电池箱内部，m＝0,1,…,n-2；Un-i为第n-i电池箱的端电压；或者，
当
Figure BDA0002393056080000032
时，判定绝缘失效位置在第n-m电池箱和第n-m-1电池箱之间的连接线路上；或者，
当所述正极对地电压为零，所述负极对地电压等于所有电池箱的端电压之和时，判定绝缘失效位置在所述第1电池箱的正极与所述电池***的正极之间；或者，
当所述负极对地电压为零，所述正极对地电压等于所有电池箱的端电压之和时，判定绝缘失效位置在所述第n电池箱的负极与所述电池***的负极之间。
上述技术方案的有益效果是：
本发明能够实现快速的绝缘失效定位，即通过比较电池***的负极对地电压，与电池***中各电池箱的端电压之间的大小关系，就能快速判断出绝缘失效位置，与现有技术相比，本发明的绝缘失效定位方法原理简单，判断结果快、可靠性高。
为了防止电池***在没发生绝缘失效故障时进行绝缘失效误定位，进一步，在判定绝缘失效位置之前，还包括：
计算所述电池***的正极对地绝缘阻值和/或负极对地绝缘阻值，当所述正极对地绝缘阻值和/或负极对地绝缘阻值小于设定阈值时，判定所述电池***发生绝缘失效故障。
基于上述目的，一种电池***的绝缘失效定位***的技术方案如下：
绝缘检测电路，用于检测电池***的对地绝缘电阻；
处理器，用于执行计算机程序时实现上面技术方案一或技术方案二中的电池***的绝缘失效定位方法。
上述技术方案的有益效果是：
本发明的绝缘失效定位***，能够实现快速的绝缘失效定位，即通过比较电池***的负极对地电压，与电池***中各电池箱的端电压之间的大小关系；或者，比较电池***的正极对地电压，与电池***中各电池箱的端电压之间的大小关系，就能快速判断出绝缘失效位置，与现有技术相比，本发明的绝缘失效定位方法原理简单，判断结果快、可靠性高。
进一步，为了实现电池***的对地绝缘电阻检测，所述绝缘检测电路包括正极检测支路和负极检测支路，所述正极检测支路两端连接在所述电池***的正极和地之间，所述正极检测支路上串设有第一开关和第一绝缘检测电阻；所述负极检测支路两端连接在所述电池***的负极和地之间，所述负极检测支路上设有第二开关和第二绝缘检测电阻；
所述处理器用于在进行绝缘失效定位之前，根据所述第一绝缘检测电阻、第二绝缘检测电阻，结合所述第一开关闭合、第二开关断开时，所述电池***的正极对地电压、负极对地电压，以及在所述第一开关断开、第二开关闭合时，所述电池***的正极对地电压、负极对地电压，计算所述电池***的正极对地绝缘阻值和/或负极对地绝缘阻值，并根据所述正极对地绝缘阻值和/或负极对地绝缘阻值，判定所述电池***发生绝缘失效故障。
进一步，还包括电压采样电路，用于采集所述电池***的正极对地电压和负极对地电压，以及电池***中各电池箱的端电压，所述电压采样电路连接所述处理器。
基于上述目的，一种新能源汽车的技术方案如下：
包括电池***，以及所述的绝缘失效定位***。
上述技术方案的有益效果是：
本发明的电动汽车中的绝缘失效定位***，通过采用上述技术方案一或技术方案二中提到的方法，对电池***进行绝缘失效定位，能够准确、快速的判断出结果，不再需要维修人员进行人工判别，有助于维修人员根据绝缘失效定位结果快速解决故障。
附图说明
图1是本发明***实施例1中的绝缘失效定位***示意图；
图2是本发明***实施例1中的绝缘检测电路图；
图3是本发明***实施例1中的绝缘失效定位方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
***实施例1：
本实施例提出一种电池***的绝缘失效定位***，其中，电池***包括依次串联连接的1号电池箱、2号电池箱、…、n号电池箱，其中，1号电池箱的正极与电池箱的正极连接，n号电池箱的负极与电池***的负极连接，如图1所示，绝缘失效定位***包括电压采样电路，绝缘检测电路和处理器，处理器采集连接电压采样电路和绝缘检测电路，其中，采样电路用于检测电池***的正极对地电压Ux和负极对地电压Uy；绝缘检测电路用于检测电池***的正极对地绝缘电阻Rx和负极对地绝缘电阻Ry。
本实施例中，绝缘检测电路如图2所示，包括单片机，电压检测模块，正极检测支路和负极检测支路，其中，单片机连接电压检测电路，电压检测电路的检测端连接电池***的正极和负极，用于检测电池***的正极对地电压和负极对地电压。
图2中，正极检测支路两端连接在电池***的正极和地(即车身)之间，正极检测支路上串设有第一开关S1和第一绝缘检测电阻，阻值大小为R0；负极检测支路两端连接在电池***的负极和地之间，负极检测支路上设有第二开关S2和第二绝缘检测电阻，阻值大小也为R0。图2中，Rx和Ry为待求量。
上述绝缘检测电路的测量原理如下：
闭合第一开关S1，第二开关S2保持断开，电压检测电路检测电池***的正极对地电压U1，负极对地电压U2，并将测量值发送给单片机；
断开第一开关S1，闭合第二开关S2，电压检测电路检测电池***的正极对地电压U3，负极对地电压U4，并将测量值发送给单片机；
单片机根据第一绝缘检测电阻、第二绝缘检测电阻，以及两次测得电池***的正极对地电压U1和U3，负极对地电压U2和U4，计算所述电池***的正极对地绝缘阻值Rx和负极对地绝缘阻值Ry，并进行以下判断：
若正极对地绝缘阻值大于设定阈值，和/或负极对地绝缘阻值大于设定阈值，则判定电池***发生绝缘失效故障。
上述单片机对正极对地绝缘阻值Rx和负极对地绝缘阻值Ry的计算原理如下：
根据图2，可得如下关系式：
Figure BDA0002393056080000051
Figure BDA0002393056080000052
根据以上公式，可以算出Rx，Ry阻值，计算式如下：
Figure BDA0002393056080000053
Figure BDA0002393056080000054
式中，Rx:正极对车身绝缘阻值；Ry:负极对车身绝缘阻值；R0:第一/第二绝缘检测电阻值；U1:闭合S1、断开S2时电池***的正极对地电压；U2:闭合S1、断开S2时电池***的负极对地电压；U3:断开S1、闭合S2时电池***的正极对地电压；U4:断开S1、闭合S2时电池***的负极对地电压。
正常情况下，电池***的正负极绝缘阻值均在兆欧以上，当电池***发生绝缘失效故障时，电池***正极的对地绝缘电阻Rx或负极对地绝缘电阻Ry的阻值变小。当阻值小于软件标定的阈值时，单片机触发绝缘失效故障报警，并将绝缘失效故障信息发送给处理器(单片机与处理器通信连接)，由处理器进行绝缘失效定位。
本实施例中，绝缘失效定位***还包括存储器，以及存储在所述存储器上并在处理器上运行的计算机程序，处理器与存储器相耦合，处理器执行所述计算机程序时实现绝缘失效定位方法，该方法的一种实施方式包括以下步骤：
如图3所示，当检测到存在绝缘失效故障时，计算电池***中各电池箱的端电压U1、U2、…、Un，获取电池***的正极对地电压和负极对地电压。
当正极对地电压Ux为零，负极对地电压Uy等于所有电池箱的端电压之和∑Un时，判定绝缘失效位置(绝缘失效点)在1号电池箱的正极与电池***的正极之间。
当0<Ux<U1时，判定绝缘失效位置在第1电池箱内部，Ux为正极对地电压，U1为1号电池箱的端电压。
当
Figure BDA0002393056080000061
时，判定绝缘失效位置在m号电池箱内部，m＝2,3,…,n；Ui为i号电池箱的端电压。
当
Figure BDA0002393056080000062
且Uy>0时，判定绝缘失效位置在m-1号电池箱和m号电池箱之间的连接线路上，Uy为负极对地电压。
当负极对地电压Uy为零，正极对地电压Ux等于所有电池箱的端电压之和∑Un时，判定绝缘失效位置在n号电池箱的负极与电池***的负极之间。
以一个含有四个电池箱的电池***为例，1号～4号箱电池的电压依次分别为U1,U2,U3,U4。有如下判断逻辑：
若Ux＝0且Uy＝U1+U2+U3+U4，则绝缘失效点在1号箱正极外侧；
若0<Ux<U1，绝缘失效点在1号箱；0<Uy<Un时，失效位置在第n电池箱；
若Ux＝U1,绝缘失效点在1号箱和2号箱之间；
若U1<Ux<U1+U2，绝缘失效点在2号箱；
若Ux＝U1+U2,绝缘失效点在2号箱和3号箱连接位置；
若U1+U2<Ux<U1+U2+U3，绝缘失效点在3号箱；
若Ux＝U1+U2+U3,绝缘失效点在3号箱和4号箱之间；
若U1+U2+U3<Ux<U1+U2+U3+U4，绝缘失效点在4号箱；
若Ux＝U1+U2+U3+U4,绝缘失效点在4号箱负极外侧。
本发明能够实现快速的绝缘失效定位，即通过比较电池***的正极对地电压，与电池***中各电池箱的端电压之间的大小关系，就能快速判断出绝缘失效位置，与现有技术相比，本发明的绝缘失效定位方法原理简单，判断结果快、可靠性高。
本实施例中，处理器获取的电池***的正极对地电压和负极对地电压，是通过图1中电压采样电路得到的，作为其他实施方式，还可以通过图2中的电压检测电路得到，即电压检测电路将检测的电压经由单片机发送给处理器。
本实施例中，处理器获取的各电池箱的端电压，是通过单体电压计算得到的，作为其他实施例，还可以通过电压采样电路测量得到各电池箱的端电压。
本实施例中，不限于电压采样电路的具体实现方式，例如，可以通过隔离变压器与ADC芯片(模数转换电路)串联来实现；也可以通过电压互感器来实现。
本实施例中，处理器为了进行绝缘失效定位，从电压采样电路中获取电压信息；单片机为了进行绝缘失效故障判断，从电压检测电路中获取相应电压信息；作为其他实施方式，还可仅利用处理器和电压采样电路实现两个功能，即绝缘失效故障判断功能和绝缘失效定位功能，以节省硬件成本。
需要说明的是，在判断两个电池箱之间存在绝缘失效位点时，既可以Ux和Uy结合判断，即
Figure BDA0002393056080000071
也可以仅通过判断Ux来实现。
另外，本实施例中的处理器既可以是微处理器，如ARM等，也可以是可编程芯片，如FPGA、DSP等。
***实施例2：
本实施例提出一种电池***的绝缘失效定位***，与***实施例1中绝缘失效定位***的不同之处在于，处理器用于通过另一种实施方式实现绝缘失效定位方法，通过比较负极对地电压与电池***中电池箱的端电压之间的关系，实现绝缘失效定位，具体包括以下步骤：
获取电池***的正极对地电压和负极对地电压，以及电池***中各电池箱的端电压；
当0<Uy<Un时，判定绝缘失效位置在第n电池箱内部，Uy为所述负极对地电压，Un为第n电池箱的端电压；
当
Figure BDA0002393056080000072
时，判定绝缘失效位置在第m+1电池箱内部，m＝0,1,…,n-2；Un-i为第n-i电池箱的端电压。
当
Figure BDA0002393056080000073
且Ux>0时，判定绝缘失效位置在第n-m电池箱和第n-m-1电池箱之间的连接线路上，Ux为正极对地电压。
仍以一个含有四个电池箱的电池***为例，1号～4号箱电池的电压依次分别为U1,U2,U3,U4，有如下判断逻辑：
若Uy＝U4，则绝缘失效点(绝缘失效位置)在4号电池箱和3号电池箱之间；
若U4<Uy<U4+U3，则绝缘失效点在3号电池箱；
若Uy＝U4+U3，则绝缘失效点在3号电池箱和2号电池箱之间；
若U4+U3<Uy<U4+U3+U2，则绝缘失效点在2号电池箱；
若Uy＝U4+U3+U2，则绝缘失效点在2号电池箱和1号电池箱之间；
若U4+U3+U2<Uy<U4+U3+U2+U1，则绝缘失效点在1号电池箱。
本实施例中的绝缘失效定位方法，在判定1号电池箱的正极与电池***的正极之间存在绝缘失效位置的方法，以及判断n好电池箱的负极与电池***的负极之间存在绝缘失效位置的方法，与***实施例1中的记载相同，本实施例不再赘述。
本发明能够实现快速的绝缘失效定位，即通过比较电池***的负极对地电压，与电池***中各电池箱的端电压之间的大小关系，就能快速判断出绝缘失效位置，与现有技术相比，本发明的绝缘失效定位方法原理简单，判断结果快、可靠性高。
汽车实施例：
本实施例提出一种新能源汽车，包括电池***，及上述***实施例1或***实施例2中的绝缘失效定位***。由于该绝缘失效定位***已经在上述***实施例1和***实施例2进行了清楚、完整的说明，本实施例不再赘述。
需要说明的是，为了节省硬件成本，绝缘失效定位***中的处理器和电压采样电路，可以通过电池管理***来实现，电池管理***检测到电池绝缘失效点后，可将失效位置通过仪表或后台监控告知用户，有助于快速解决电池***绝缘失效问题。
方法实施例：
本实施例提出一种电池***的绝缘失效定位方法，包括两种实施方式，一种实施方式为，通过比较电池***的正极对地电压，与电池***中各电池箱的端电压之间的大小关系，判断出绝缘失效位置，具体步骤参见***实施例1中的绝缘失效定位方法，本实施例不再赘述；另一种实施方式为，通过比较电池***的负极对地电压，与电池***中各电池箱的端电压之间的大小关系，判断出绝缘失效位置，具体步骤参见***实施例2中的绝缘失效定位方法，同样，本实施例不再赘述。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池***的绝缘失效定位方法，所述电池***包括依次串联连接的第1电池箱、第2电池箱、…、第n电池箱，其中，第1电池箱的正极与电池***的正极连接，第n电池箱的负极与电池***的负极连接，其特征在于，该方法包括以下步骤：
获取电池***的正极对地电压、负极对地电压，以及电池***中各电池箱的端电压；
当0<Ux<U1时，判定绝缘失效位置在第1电池箱内部，Ux为所述正极对地电压，U1为第1电池箱的端电压；
当
Figure FDA0003948653480000011
时，判定绝缘失效位置在第m电池箱内部，m＝2,3,…,n；Ui为第i电池箱的端电压；
当
Figure FDA0003948653480000012
时，判定绝缘失效位置在第m-1电池箱和第m电池箱之间的连接线路上；
当所述正极对地电压为零，所述负极对地电压等于所有电池箱的端电压之和时，判定绝缘失效位置在所述第1电池箱的正极与所述电池***的正极之间；
当所述负极对地电压为零，所述正极对地电压等于所有电池箱的端电压之和时，判定绝缘失效位置在所述第n电池箱的负极与所述电池***的负极之间。
2.根据权利要求1所述的电池***的绝缘失效定位方法，其特征在于，在判定绝缘失效位置之前，还包括：
计算所述电池***的正极对地绝缘阻值和/或负极对地绝缘阻值，当所述正极对地绝缘阻值和/或负极对地绝缘阻值小于设定阈值时，判定所述电池***发生绝缘失效故障。
3.一种电池***的绝缘失效定位方法，所述电池***包括依次串联连接的第1电池箱、第2电池箱、…、第n电池箱，其中，第1电池箱的正极与电池***的正极连接，第n电池箱的负极与电池***的负极连接，其特征在于，该方法包括以下步骤：
获取电池***的正极对地电压、负极对地电压，以及电池***中各电池箱的端电压；
当0<Uy<Un时，判定绝缘失效位置在第n电池箱内部，Uy为所述负极对地电压，Un为第n电池箱的端电压；
当
Figure FDA0003948653480000013
时，判定绝缘失效位置在第m+1电池箱内部，m＝0,1,…,n-2；Un-i为第n-i电池箱的端电压；
当
Figure FDA0003948653480000014
时，判定绝缘失效位置在第n-m电池箱和第n-m-1电池箱之间的连接线路上；
当所述正极对地电压为零，所述负极对地电压等于所有电池箱的端电压之和时，判定绝缘失效位置在所述第1电池箱的正极与所述电池***的正极之间；
当所述负极对地电压为零，所述正极对地电压等于所有电池箱的端电压之和时，判定绝缘失效位置在所述第n电池箱的负极与所述电池***的负极之间。
4.根据权利要求3所述的电池***的绝缘失效定位方法，其特征在于，在判定绝缘失效位置之前，还包括：
计算所述电池***的正极对地绝缘阻值和/或负极对地绝缘阻值，当所述正极对地绝缘阻值和/或负极对地绝缘阻值小于设定阈值时，判定所述电池***发生绝缘失效故障。
5.一种电池***的绝缘失效定位***，其特征在于，包括：
绝缘检测电路，用于检测电池***的对地绝缘电阻；
处理器，用于执行计算机程序时实现如权利要求1-4任一项所述的电池***的绝缘失效定位方法。
6.根据权利要求5所述的电池***的绝缘失效定位***，其特征在于，所述绝缘检测电路包括正极检测支路和负极检测支路，所述正极检测支路两端连接在所述电池***的正极和地之间，所述正极检测支路上串设有第一开关和第一绝缘检测电阻；所述负极检测支路两端连接在所述电池***的负极和地之间，所述负极检测支路上设有第二开关和第二绝缘检测电阻；
所述处理器用于在进行绝缘失效定位之前，根据所述第一绝缘检测电阻、第二绝缘检测电阻，结合所述第一开关闭合、第二开关断开时，所述电池***的正极对地电压、负极对地电压，以及在所述第一开关断开、第二开关闭合时，所述电池***的正极对地电压、负极对地电压，计算所述电池***的正极对地绝缘阻值和/或负极对地绝缘阻值，并根据所述正极对地绝缘阻值和/或负极对地绝缘阻值，判定所述电池***发生绝缘失效故障。
7.根据权利要求5所述的电池***的绝缘失效定位***，其特征在于，还包括电压采样电路，用于采集所述电池***的正极对地电压和负极对地电压，以及电池***中各电池箱的端电压，所述电压采样电路连接所述处理器。
8.一种新能源汽车，其特征在于，包括电池***，以及如权利要求5-7任一项所述的绝缘失效定位***。
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