CN114325101B - 一种车用绝缘电阻检测电路、方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用绝缘电阻检测电路、方法及装置，涉及自动控制技术领域，包括开关K_P、分压电阻R₁、分压电阻R₂、分压电阻R_f和电压采样电阻R_s、绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n和车载动力电池组,所述分压电阻R₁、分压电阻R_2、绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n以及车载动力电池组构成惠斯通电桥；本发明能够节约MCU芯片的控制资源及MCU芯片的AD采样资源，且***使用的器件少，器件成本低，经济适用性高，通过对绝缘电阻桥平衡性检测判断，对绝缘电阻严重不平衡的工况下发生的绝缘故障进行直接判定，过程中不需要再进行绝缘电阻值的检测，直接进行停机、警报操作，绝缘故障警报及时有效，绝缘检测流程简单可靠。

Description

一种车用绝缘电阻检测电路、方法及装置

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种车用绝缘电阻检测电路、方法及装置。

背景技术

电动汽车车载动力电池组的直流电压通常高达数百伏特甚至上千伏特，电池组的两电极间和电极与机壳之间的绝缘性要足够好才能保证电池及车载人员的安全，绝缘性过低，极易引发事故，所以，对车载高压动力电池组的绝缘性的检测是电动汽车所必备的。

由于车辆在行驶过程中常常处于震动、高温度、高湿度、气体腐蚀等恶劣环境，绝缘特性容易发生变化，一旦绝缘性能变差，电池组电极间易发生闪络击穿电池造成巨大的财产损失或对车载人员人身安全造成巨大威胁；因此，精度高、可靠性好的绝缘性检测***对保证车辆及驾乘人员的安全具有重要意义。

目前现有的绝缘电阻检测技术包括对称型平衡电桥法、非对称型平衡电桥法、偏置电阻切换法及低频信号注入法等，以上方法通常电路复杂，元器件使用成本较高；开关器件的使用较多控制过程繁复且用时较长，对发生故障后的警报及时性不高；或计算过程复杂，对控制器的算力要求过高。

现有的专利公开了一种及一种汽车绝缘阻值的检测电路和检测方法，该专利通过控制电阻桥臂的有序接入检测电路检测绝缘电阻，该方案计算过程简单，但是所用四路电阻桥的方式使控制过程复杂，故障检测过程繁复且需要设置死区，故发生故障后的警报及时性不高，并且需要使用两组电压检测电路，元器件使用较多，成本相对较高。因此，本发明提出一种车用绝缘电阻检测电路、方法及装置，以解决现有技术中的不足之处。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供：

一种车用绝缘电阻检测电路，其中：包括车载动力电路及电阻检测电路；所述的车载动力电路输出端与所述电阻检测电路耦接；所述的电阻检测电路用于检测车载动力电路的绝缘性。

进一步改进在于：所述的电阻检测电路包括包括开关K_P、分压电阻R₁、分压电阻R₂、电容、分压电阻R_f和电压采样电阻R_s；所述的开关K_P与所述电容器并联，所述的开关K_P一端与分压电阻R₁一端连接，所述分压电阻R₁另一端连接有电压采样电阻R_s一端及分压电阻R₂的一端，所述电压采样电阻另一端连接有分压电阻R_f。

进一步改进在于：所述的车载动力电路包括车载动力电池组、绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n；所述绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n串联并一端接地组成绝缘电阻桥；所述车载动力电池组与所述绝缘电阻桥连接。

进一步改进在于：所述的绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n与分压电阻R₁、分压电阻R₂以及车载动力电池组构成惠斯通电桥。

进一步改进在于：所述车载动力电池组由若干个车载动力电池构成。

一种车用绝缘电阻检测方法，应用于汽车电力***，其中：包括以下步骤：

绝缘电阻桥平衡性检测，在开关K_P闭合状态下，检测采样电阻R_s两端的电压值U；

根据检测到的电压值U计算出△U，然后根据△U判断出绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值a；

根据比值a进行绝缘电阻桥平衡性检测判断，判断绝缘电阻桥平衡性是否失衡；

根据绝缘电阻桥平衡性判断结果进行对应控制。

进一步改进在于：若绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值a＝1或a≈1，则判断绝缘电阻桥平衡性未失衡，检测绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n的具体电阻值；

若绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值a＞1或者a＜1，则判断绝缘电阻桥失衡，检测绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n的具体电阻值；

若绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值a>>1或a<<1，则判断绝缘电阻桥严重失衡，进行停机并发送报警信号。

进一步改进在于：所述的检测绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n的具体电阻值的步骤如下：

断开开关K_P，得到等效变换电路；

根据等效变换电路、基尔霍夫电流定律及绝缘电阻R_p与绝缘电阻R_n之间的比例关系构成方程组；

得出绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n的具体电阻值。

进一步改进在于：所述的等效变换电路包括车载动力电池组、绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n、分压电阻R_f、分压电阻R₁和电压采样电阻R_s；绝缘电阻R_p、分压电阻R_f、电压采样电阻R_s、分压电阻R₁串联并与所述车载动力电池组连接，所述绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n串联并与车载动力电池组连接；所述绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n一端接地。

进一步改进在于：

一种车用绝缘电阻检测电路，包括开关K_P、分压电阻R₁、分压电阻R₂、分压电阻R_f和电压采样电阻R_s、绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n和车载动力电池组，所述开关K_P、车载动力电池组、分压电阻R₁和分压电阻R₂构成串联电路，所述绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n以及所述分压电阻R_f和电压采样电阻R_s均并联在串联电路中，所述分压电阻R₁、分压电阻R_2、绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n以及车载动力电池组构成惠斯通电桥。

进一步改进在于：所述车载动力电池组由多个车载动力电池构成。

一种车用绝缘电阻检测方法，应用于汽车电力***，包括以下步骤：

绝缘电阻桥平衡性检测，开关K_P闭合状态构成惠更新电桥，检测采样电阻R_s两端的电压值U；

根据检测到的电压值U计算出△U，然后根据△U判断出绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值；

根据绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值进行绝缘电阻桥平衡性检测判断，判断绝缘电阻桥平衡性是否失衡；

根据绝缘电阻桥平衡性判断结果进行对应控制：

当绝缘电阻桥平衡性未失衡，则进行绝缘电阻检测操作；

当绝缘电阻桥平衡性严重失衡，则直接进行停机、报警操作，并进行绝缘电阻检测操作。

进一步改进在于：当绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值＞1或者＜1，则判定此时绝缘电阻R_p或绝缘电阻R_n减小，绝缘电阻桥平衡性存在失衡现象；

当绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值>>1或<<1，则判定此时绝缘电阻R_p或绝缘电阻R_n减小，绝缘电阻桥平衡性存在严重失衡现象，需要停机；

当绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值＝1或a≈1，则判定此时绝缘电阻桥平衡性未失衡。

一种车用绝缘电阻检测装置，包括检测模块、计算模块、判断模块和控制模块；

所述检测模块用于检测惠斯通电桥中点电势差；

所述计算模块用于计算绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值及计算绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n的电阻值；

所述判断模块用于根据绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值判断绝缘电阻桥平衡性是否失衡；

所述控制模块用于根据绝缘电阻桥平衡性判断结果进行对应控制。

本发明的有益效果为：本发明的车用绝缘电阻检测电路能够节约MCU芯片的控制资源及MCU芯片的AD采样资源，且***使用的器件少，器件成本低，经济适用性高；对绝缘电阻严重不平衡工况下的绝缘故障进行直接判定，无需再进行绝缘电阻值的检测过程，绝缘故障警报及时有效，绝缘检测***简单可靠。

附图说明

图1为本发明车用绝缘电阻检测电路结构示意图；

图2为本发明开关闭合下车用绝缘电阻检测电路的等效电路示意图；

图3为本发明开关断开下车用绝缘电阻检测电路的等效电路示意图；

图4为本发明开关断开下车用绝缘电阻检测电路的等效变换电路示意图；

图5为本发明车用绝缘电阻检测方法流程示意图；

图6为本发明车用绝缘电阻检测方法框架流程示意图；

图7为本发明车载动力电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。

实施例一

根据图1及图7所示(图1中，PE代表汽车机壳，即接地端，R_p、R_n分别为母线正极BAT+和母线负极BAT-对机壳的绝缘电阻值)，本实施例提出一种车用绝缘电阻检测电路，包括车载动力电路及电阻检测电路；所述的车载动力电路输出端与所述电阻检测电路耦接；所述的电阻检测电路用于检测车载动力电路的绝缘性。包括开关K_P、分压电阻R₁、分压电阻R₂、分压电阻R_f和电压采样电阻R_s、绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n和车载动力电池组，所述开关K_P、车载动力电池组、分压电阻R₁和分压电阻R₂构成串联电路，所述绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n以及所述分压电阻R_f和电压采样电阻R_s均并联在串联电路中，所述分压电阻R₁、分压电阻R_2、绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n以及车载动力电池组构成惠斯通电桥。

如图1所示，检测电路中的两个电阻R₁与R₂与两绝缘电阻R_p、R_n及动力电池组共同构成惠斯通电桥。由于两个电阻R₁与R₂的阻值大小相等，所以，A为中性点，两个电阻R₁与R₂两端电压相等。此时若两绝缘电阻R_p、R_n，大小相等，此时点B也为中性点，绝缘电阻R_p、R_n两端电压相等，此时，绝缘电阻达到平衡态。此为，绝缘电阻桥平衡性

所述车载动力电池组由多个车载动力电池构成。

本发明的车用绝缘电阻检测电路能够节约MCU芯片的控制资源及MCU芯片的AD采样资源，且***使用的器件少，器件成本低，经济适用性高；

通过控制单个开关的闭合与关断，即可改变惠斯通电桥的结构，进而实现对绝缘电阻的检测。

实施例二

根据图1-6所示，本实施例提出一种车用绝缘电阻检测方法，包括以下步骤：

绝缘电阻桥平衡性检测，在开关K_P闭合状态下，检测采样电阻R_s两端的电压值U；

根据检测到的电压值U计算出△U，然后根据△U判断出绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值；

根据绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值进行绝缘电阻桥平衡性检测判断，判断绝缘电阻桥平衡性是否失衡；

根据绝缘电阻桥平衡性判断结果进行对应控制：

当绝缘电阻桥平衡性未失衡，则进行绝缘电阻具体的电阻值检测操作；

当绝缘电阻桥平衡性失衡，则进行绝缘电阻具体的电阻值检测操作；

当绝缘电阻桥平衡性严重失衡，则直接进行停机、报警操作，不再进行绝缘电阻的具体电阻值检测操作。

通过对绝缘电阻桥平衡性检测判断，对绝缘电阻严重不平衡的工况下发生的绝缘故障进行直接判定，过程中不需要再进行绝缘电阻值的检测，直接进行停机、警报操作，绝缘故障警报及时有效，绝缘检测流程简单可靠。

实施例三

如图1、2所示，本实施例提出一种车用绝缘电阻检测方法，开关K_P闭合状态下，在分压电阻R₁、分压电阻R₂、绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n以及车载动力电池组构成惠斯通电桥中，分压电阻R₁、分压电阻R₂的阻值大小相等，所以，此时分压电阻R₁与分压电阻R₂之间的电路上有一个电压中性点(图1上的A点，电压中性点，为一段电路的电势的中点电位)，进而分压电阻R₁、分压电阻R₂两端电压相等，因此，通过检测出电压值U即可推出△U的值，从而可得到绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n之间的比值；

△U的计算如公式(1)所示，电压值U(1)的计算如公式(2)所示：

公式(2)中，U(1)表示第一次检测到的电压值；

联立式(1)和式(2)可计算出绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n之间的比值a，如公式(3)所示：

当绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值＞1或者＜1，即：a＞1或者a＜1，代表动力电池的两极对地的绝缘阻值之差相差较小，则判定此时绝缘电阻R_p或绝缘电阻R_n减小，绝缘电阻桥平衡性存在失衡现象；需要进一步检测出绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n的具体电阻值。

当绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值＝1，或者≈1即：a＝1或a≈1，代表动力电池的两极对地的绝缘电阻R_p或绝缘电阻R_n之差等于0或≈0，差值可以忽略不计，则判定此时绝缘电阻桥平衡性未失衡；需要进一步检测出绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n的具体电阻值。

当绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值>>1或者<<1，即：a>>1或a<<1，代表动力电池的两极对地的绝缘阻值之差相差较大，即其中一路的绝缘电阻值过小，则判定绝缘电阻桥平衡性存在失衡现象；进行停机并发送报警信号进行提醒。

实施例四

根据图1、3、4所示，本实施例提出一种车用绝缘电阻检测方法，根据绝缘电阻桥平衡性判断结果进行对应控制：

当绝缘电阻桥平衡性未失衡，则进行绝缘电阻检测操作；

当绝缘电阻桥平衡性失衡，则进行绝缘电阻检测操作；

当绝缘电阻桥平衡性严重失衡，则直接进行停机、报警操作，并进行绝缘电阻检测操作；

检测绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n的具体电阻值的步骤如下：

断开开关K_P，得到等效变换电路；

根据等效变换电路、基尔霍夫电流定律及绝缘电阻R_p与绝缘电阻R_n之间的比例关系构成方程组；

等效变换电路包括车载动力电池组、绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n、分压电阻R_f、分压电阻R₁和电压采样电阻R_s；绝缘电阻R_p、分压电阻R_f、电压采样电阻R_s、分压电阻R₁串联并与所述车载动力电池组连接，所述绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n串联并与车载动力电池组连接；所述绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n一端接地。

得出绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n的具体电阻值。

其中，绝缘电阻检测操作过程如下：

首先断开开关K_P，并同时检测电压U(2)，然后根据公式(4)计算△U：

根据基尔霍夫电流定律可得关系式(5)：

公式(5)整理后得到公式(6)：

为后续的方便计算，进行公式简化替代，得出关系式(7)：

将式(7)代入式(6)可计算出绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n的关系式：

联立式(7)和式(8)可计算出绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n。

实施例五

一种车用绝缘电阻检测装置，包括检测模块、计算模块、判断模块和控制模块；

所述检测模块用于检测惠更新电桥的中点电势差；

所述计算模块用于计算绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值；

所述判断模块用于根据绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值判断绝缘电阻桥平衡性是否失衡；

所述控制模块用于根据绝缘电阻桥平衡性判断结果进行对应控制。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

Claims (7)

1.一种车用绝缘电阻检测电路，其特征在于：包括车载动力电路及电阻检测电路；所述的车载动力电路输出端与所述电阻检测电路耦接；所述的电阻检测电路用于检测车载动力电路的绝缘性；

所述的电阻检测电路包括开关K_P、分压电阻R₁、分压电阻R₂、电容、分压电阻R_f和电压采样电阻R_s；所述的开关K_P与所述电容并联，所述的开关K_P一端与分压电阻R₂的一端连接，所述分压电阻R₂另一端连接有电压采样电阻R_s的一端及分压电阻R₁的一端，所述电压采样电阻R_s另一端连接有分压电阻R_f的一端；

所述的车载动力电路包括车载动力电池组、绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n；所述绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n串联，且串联端接地组成绝缘电阻桥；所述车载动力电池组与所述绝缘电阻桥连接；

所述开关K_P另一端连接所述车载动力电池组的一端，所述分压电阻R_f另一端连接所述串联端；所述分压电阻R₁另一端连接所述车载动力电池组另一端；

所述的绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n与分压电阻R₁、分压电阻R₂以及车载动力电池组构成惠斯通电桥。

2.根据权利要求1所述的一种车用绝缘电阻检测电路，其特征在于：所述车载动力电池组由若干个车载动力电池构成。

3.一种车用绝缘电阻检测方法，应用于汽车电力***，包括如权利要求1-2任意一项所述的车用绝缘电阻检测电路，其特征在于：包括以下步骤：

绝缘电阻桥平衡性检测，在开关K_P闭合状态下，检测采样电阻R_s两端的电压值U；

根据检测到的电压值U计算出△U，然后根据△U判断出绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值a；

其中，

U(1)表示第一次检测到的采样电阻R_s两端的电压值；

U_bus表示车载动力电池组总的输出电压；

根据比值a进行绝缘电阻桥平衡性检测判断，判断绝缘电阻桥平衡性是否失衡；

根据绝缘电阻桥平衡性判断结果进行对应控制。

4.根据权利要求3所述的一种车用绝缘电阻检测方法，其特征在于：

若绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值a＝1或a≈1，则判断绝缘电阻桥平衡性未失衡，检测绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n的具体电阻值；

若绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值a＞1或者a＜1，则判断绝缘电阻桥失衡，检测绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n的具体电阻值；

若绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值a>>1或a<<1，则判断绝缘电阻桥严重失衡，进行停机并发送报警信号。

5.根据权利要求4所述的一种车用绝缘电阻检测方法，其特征在于：

所述的检测绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n的具体电阻值的步骤如下：

断开开关K_P，得到等效变换电路；

根据等效变换电路、基尔霍夫电流定律及绝缘电阻R_p与绝缘电阻R_n之间的比例关系构成方程组；

得出绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n的具体电阻值。

6.根据权利要求5所述的一种车用绝缘电阻检测方法，其特征在于：所述的等效变换电路包括车载动力电池组、绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n、分压电阻R_f、分压电阻R₁和电压采样电阻R_s；绝缘电阻R_p、分压电阻R_f、电压采样电阻R_s、分压电阻R₁串联并与所述车载动力电池组连接，所述绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n串联并与车载动力电池组连接。

7.一种车用绝缘电阻检测装置，包括如权利要求3所述的一种车用绝缘电阻检测方法，其特征在于：包括检测模块、计算模块、判断模块和控制模块；

所述检测模块用于检测惠斯通电桥的中点电势差；

所述计算模块用于计算绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值及计算绝缘电阻R_p、绝缘电阻R_n的电阻值；

所述判断模块用于根据绝缘电阻R_p和绝缘电阻R_n之间的比值判断绝缘电阻桥平衡性是否失衡；

所述控制模块用于根据绝缘电阻桥平衡性判断结果进行对应控制。