CN116583751A - 绝缘电阻测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种绝缘电阻测量装置，以测量设置在电池组的正极与地之间的正绝缘电阻和设置在地与电池组的负极之间的负绝缘电阻，所述绝缘电阻测量装置包括：在所述电池组的正极与地之间串联连接的第一电阻器和第二电阻器；在所述地和所述电池组的所述负极之间串联连接的第三电阻器和第四电阻器；连接在第三电阻器和第四电阻器之间的输出端子；以及开关，其连接在所述第一电阻器和第二电阻器之间的触点与所述电池组的负极之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池组的绝缘电阻测量装置，更具体地，涉及一种能够减少部件数量的绝缘电阻测量装置。
背景技术
随着对便携式电子产品(如膝上型计算机和移动电话)的需求显著增加，以及电动车、储能电池、机器人和卫星的认真开发，对能够重复充电和放电的高性能二次电池的研究正在积极进行。
目前商业化的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂二次电池。在商业化的二次电池中，锂二次电池由于极低的自放电率和高能量密度而被广泛使用。
虽然二次电池有时被用作单个二次电池，但是通常，多个二次电池串联和/或并联连接以提供高压和/或大容量电力存储装置。即，可以在需要高容量的条件下(例如，电动车辆、能量存储***和不间断电源)，使用连接二次电池的多个电池电芯的电池模块或连接多个电池模块的电池组。
对于使用高压和大容量二次电池的电力存储装置(例如包括电池组的电动车辆)，保持绝缘状态是极其重要的。这里，绝缘表示在诸如电动车辆的电气和电子装置中区分高电压区域和低电压区域的特征。当不保持电池组的绝缘状态时，泄漏电流可能发生而引起各种缺陷。即，泄漏电流可能缩短电池组的寿命，导致使用电池组的电气和电子设备的错误，并且还导致诸如电击的安全事故。
为了防止由漏电流引起的上述缺陷，需要一定水平或更高水平的绝缘电阻器。这里，绝缘电阻器设置在高电压区域和低电压区域之间。例如，当高电压电池组用于电动车辆时，绝缘电阻器设置在电池组的正极和负极与车辆的底盘(即，地)之间，并且需要测量绝缘电阻器的电阻值并使其不下降到某一水平以下。电池组包括用于测量绝缘电阻值的绝缘电阻测量装置。绝缘电阻测量装置通过电池管理***(BMS)频繁地或周期性地测量绝缘电阻器以检查绝缘状态。
绝缘电阻器包括设置在高电压电池组的正极和地之间的正绝缘电阻器和设置在负极和地之间的负绝缘电阻器。用于测量上述绝缘电阻器的典型绝缘电阻测量装置包括：用于电压分配的第一电阻器和第二电阻器，其与设置在正极和地之间的正绝缘电阻器并联连接；以及用于电压分配的第三电阻器和第四电阻器，其与设置在负极和地之间的负绝缘电阻器并联连接。这里，第一输出信号从第一电阻器和第二电阻器之间输出，第二输出信号从第三电阻器和第四电阻器之间输出。此外，第一开关设置在正极和第一电阻器之间，第二开关设置在负极和第四电阻器之间。此外，5V的电压源连接在地和第三电阻器R3之间。
然而，上述典型的绝缘电阻测量装置需要两个开关和5V的电压源。而且，由于两个开关被接通和断开，开关的开关操作增加。因此，电路复杂，并且驱动方法复杂。而且，由于第一和第二输出信号通过两个电压分配电阻器输入到模数转换器的第一和第二输入端子，因此需要模数转换器的两个或更多个输入端子。
相关技术在以下文献中示出。
专利文件：韩国专利登记号10-1771226
非专利文件：互联网网络日志(https：//m.blog.naver.com/thewoodypark/222037678937)
发明内容
技术问题
本公开提供了一种绝缘电阻测量装置，该绝缘电阻测量装置由于不需要电压源而能够减少开关的数量并简化配置和驱动方法。
本公开还提供了一种能够减少输出端子的数量以减少模数转换器的输入端子的数量的绝缘电阻测量装置。
技术方案
根据示例性实施方式，一种绝缘电阻测量装置，该绝缘电阻测量装置用于测量布置在电池组的正极与地之间的正绝缘电阻器和布置在地与所述电池组的负极之间的负绝缘电阻器，所述绝缘电阻测量装置包括：第一电阻器和第二电阻器，所述第一电阻器和所述第二电阻器在所述电池组的正极与地之间串联连接；第三电阻器和第四电阻器，所述第三电阻器和所述第四电阻器在所述地和所述电池组的负极之间串联连接；输出端子，所述输出端子连接在所述第三电阻器和所述第四电阻器之间；以及开关，所述开关连接在所述第一电阻器和所述第二电阻器之间的触点(contact)与所述电池组的所述负极之间。
所述第一电阻器和所述第二电阻器可以与所述正绝缘电阻器并联连接，并且所述第三电阻器和所述第四电阻器可以与所述负绝缘电阻器并联连接。
当所述开关断开时，可以从所述输出端子输出所述正绝缘电阻器和所述负绝缘电阻器之间的第一电压的配电电压(distribution voltage)，当所述开关接通时，可以从所述输出端子输出所述正绝缘电阻器和所述负绝缘电阻器之间的第二电压的配电电压，并且通过使用所述第一电压和所述第二电压可以计算所述绝缘电阻。
第一电压可以通过下面的[等式1]来计算，
[等式1]
这里，Vx1是所述第一电压，Vpack1是当所述开关断开时所述电池组的电压，Riso+和Riso-分别是所述正绝缘电阻器的电阻值和所述负绝缘电阻器的电阻值，并且
R11+R12＝Rp R13+R14＝Rn。
第二电压可以通过下面的[等式2]来计算。
[等式2]
这里，Vx2是所述第二电压，Vpack2是当所述开关接通时电池组的电压，Riso+和Riso-分别是所述正绝缘电阻器的电阻值和所述负绝缘电阻器的电阻值，并且
R11＝Rp×(1-p)，R12＝Rp×p，R11+R12＝Rp
R13＝Rn×(1-n)，R14＝Rn×n，R13+R14＝Rn。
所述正绝缘电阻器的电阻值通过从[等式1]和[等式2]获得的[等式3]来计算，
[等式3]
所述负绝缘电阻器的电阻值通过从[等式2]获得的[等式4]来计算，
[等式4]
该绝缘电阻测量装置还可以包括：控制单元，所述控制单元被配置为控制所述开关；电压测量单元，所述电压测量单元被配置为测量所述输出端子的输出电压并且计算所述第一电压和所述第二电压；确定单元，所述确定单元被配置为确定由所述电压测量单元测量的电压是否在设定范围内；以及计算单元，所述计算单元被配置为根据所述确定单元的确定结果来计算所述正绝缘电阻器和所述负绝缘电阻器的电阻值。
有益效果
根据示例性实施方式的绝缘电阻测量装置可以减少开关的数量，并且可以不需要电压源。因此，可以简化绝缘电阻测量装置的配置和驱动方法。而且，输出一个输出信号，并且输出信号被输入到模数转换器。因此，模数转换器需要一个输入端子来输入绝缘电阻测量装置的输出信号。也就是说，与现有技术相比，可以减少输出端子的数量，并且因此可以减少用于输入绝缘电阻测量装置的输出的模数转换器的输入端子的数量。结果，根据示例性实施方式，与现有技术相比，可以简化绝缘电阻测量装置的配置和驱动方法，并且与现有技术相比，可以简化从绝缘电阻测量装置接收信号的***设备的配置。
附图说明
图1是典型的绝缘电阻测量装置的电路图。
图2是根据示例性实施方式的绝缘电阻测量装置的电路图。
图3是根据另一示例性实施方式的绝缘电阻测量装置的电路图。
图4和图5是根据示例性实施方式的绝缘电阻测量装置的等效电路图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述具体实施方式。然而，本公开可以以不同的形式实施，并且不应当被解释为限于这里阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式是为了使本公开彻底和完整，并将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。
图1是典型的绝缘电阻测量装置的电路图。典型的绝缘电阻测量装置测量设置在高电压电池组10的正极HV+和地之间的正绝缘电阻器Riso+和设置在负极HV-和地之间的负绝缘电阻器Riso-。
如图1所示，典型的绝缘电阻测量装置包括用于电压分配的第一电阻器R1和第二电阻器R2以及用于电压分配的第三电阻器R3和第四电阻器R4，第一电阻器R1和第二电阻器R2与设置在正极HV+和地之间的正绝缘电阻器Riso+并联，第三电阻器R3和第四电阻器R4与设置在负极HV-和地之间的负绝缘电阻器Riso-并联。这里，第一输出信号ADC1从第一电阻器R1和第二电阻器R2之间输出，第二输出信号ADC2从第三电阻器R3和第四电阻器R4之间输出。也就是说，第一电阻器R1和第二电阻器R2之间的配电电压被输入到模数转换器的第一输入端子，第三电阻器R3和第四电阻器R4之间的配电电压被输入到模数转换器的第二输入端子。此外，第一开关SW1设置在正极HV+和第一电阻器R1之间，第二开关SW2设置在负极HV-和第四电阻器R4之间。此外，5V的电压源连接在地和第三电阻器R3之间。电压源连接在第三电阻器R3和地之间，并且施加电压，使得施加在第三电阻器R3和地之间的电压具有正值。
典型的绝缘电阻测量装置确定重复接通和断开第一开关SW1和第二开关SW2的测量循环。这里，第一开关SW1和第二开关SW2可以同时接通或断开，或者根据循环交替地接通和断开。当第一开关SW1接通，正极HV+和地之间正的正电压V分配时(比率：R2/R1+R2)，测量第一输出信号ADC1，相反，当第二开关SW2接通，负极HV-和地之间负的负电压V分配时，测量第二输出信号ADC2。
然而，上述典型的绝缘电阻测量装置需要两个开关和5V的电压源。而且，由于两个开关接通和断开，开关的开关操作增加。因此，电路复杂，并且驱动方法复杂。另外，由于第一和第二输出信号通过两个电压分配电阻器输入到模数转换器的第一和第二输入端子，因此需要模数转换器的两个或更多个输入端子。
图2是根据示例性实施方式的绝缘电阻测量装置的电路图，图3是根据示例性实施方式的绝缘电阻测量装置的框图。即，图3是示出根据示例性实施方式的绝缘电阻测量装置及其***设备的框图。
参照图2和图3，根据示例性实施方式的绝缘电阻测量装置可测量设置在电池组100的正极HV+和负极HV-之间的正绝缘电阻器Riso+和负绝缘电阻器Riso-。正绝缘电阻器Riso+设置在地和电池组100的正极HV+之间，负绝缘电阻器Riso-设置在地和电池组100的负极HV-之间。根据示例性实施方式的测量绝缘电阻器Riso+和Riso-的绝缘电阻测量装置可以包括：用于电压分配的第一电阻器R11和第二电阻器R12，其设置在正极HV+和地之间并且与正绝缘电阻器Riso+并联连接；用于电压分配的第三电阻器R13和第四电阻器R14，其设置在负极HV-和地之间并且与负绝缘电阻器Riso-并联连接；以及开关SW，其设置在负极HV-与第一电阻器R11和第二电阻器R12之间。即，与图1中描述的现有技术相比，根据示例性实施方式的绝缘电阻测量装置减少了开关的数量并且不需要电压源。
第一电阻器R11和第二电阻器R12可以设置在正极HV+和地之间，并且与正绝缘电阻器Riso+并联连接。这里，第一电阻器R11的电阻值和第二电阻器R12的电阻值可以具有设定电阻比。这里，设定电阻比可以是第一电阻器R11的电阻值与第二电阻器R12的电阻值之间的比，其被设定为较低并测量施加到第一电阻器R11的电池组100的电压。
第三电阻器R13和第四电阻器R14可以设置在负极HV-和地之间，并且与负绝缘电阻器Riso-并联连接。这里，第三电阻器R13的电阻值和第四电阻器R14的电阻值可以具有设定电阻比。这里，设定电阻比可以是第三电阻器R13的电阻值与第四电阻器R14的电阻值之间的比，其被设置得较低并测量施加到第三电阻器R13的电池组100的电压。另外，输出信号ADC可以从第三电阻器R13和第四电阻器R14之间输出。第三电阻器R13和第四电阻器R14之间的输出信号ADC(即，第三电阻器R13和第四电阻器R14之间的配电电压)可以被输入到模数转换器。即，根据示例性实施方式的绝缘电阻测量装置输出一个输出信号，并且该输出信号被输入到模数转换器。因此，模数转换器需要一个输入端子来输入绝缘电阻测量装置的输出信号。也就是说，与现有技术相比，可以减少输出端子的数量，并且因此可以减少用于输入绝缘电阻测量装置的输出的模数转换器的输入端子的数量。
开关SW设置在第一电阻器R11和第二电阻器R12与负极HV-之间。即，开关SW设置在第一电阻器R11和第二电阻器R12之间的节点与负极HV-之间。开关SW可以接通和断开以调节输出端子ADC的电压。即，根据开关SW的接通和断开，从第三电阻器R13和第四电阻器R14之间输出第一电压Vx1的配电电压和第二电压Vx2的配电电压。根据开关SW的开/关输出第一电压Vx1的配电电压和第二电压Vx2的配电电压，因此，计算第一电压Vx1和第二电压Vx2，并且可以计算正绝缘电阻器Riso+和负绝缘电阻器Riso-的电阻值。
如图3所示，根据示例性实施方式的绝缘电阻测量装置还可包括控制单元210、电压测量单元220、确定单元230和计算单元240，所述控制单元210控制开关SW，所述电压测量单元220测量来自第三电阻器R13和第四电阻器R14之间的输出信号的电压，所述确定单元230确定由电压测量单元220测量的电压是否在设定范围内，所述计算单元240根据确定单元230的确定结果计算正绝缘电阻器Riso+和负绝缘电阻器Riso-的电阻值。
控制单元210可以控制开关SW。也就是说，控制单元210可以控制开关SW以接通和断开开关SW。控制单元210可以周期性地控制开关SW，并且允许接通和断开循环彼此相同。另选地，控制单元210可以间歇地控制开关SW，并允许接通和断开循环彼此不同。控制单元210可以根据确定单元230的确定结果来控制开关SW。
电压测量单元220测量来自第三电阻器R13和第四电阻器R14之间的输出信号的电压。即，根据开关SW的接通和断开，从第三电阻器R13和第四电阻器R14之间输出第一电压Vx1的配电电压和第二电压Vx2的配电电压，并且电压测量单元220计算第一电压Vx1和第二电压Vx2。即，电压测量单元220测量第一电压Vx1的配电电压和第二电压Vx2的配电电压，并基于测量的配电电压计算第一电压Vx1和第二电压Vx2。这里，电压测量单元220通过稍后将描述的[等式1]计算第一电压Vx1，并且通过稍后将描述的[等式2]计算第二电压Vx2。此外，电压测量单元220可以包括将模拟电压信号转换为数字电压信号的模数转换器。也就是说，电压测量单元220可以包括模数转换器，并且在将从第三电阻器R13和第四电阻器R14之间输出的第一电压Vx1的配电电压和第二电压Vx2的配电电压的模拟电压信号转换为数字电压信号之后测量电压。
确定单元230可以确定由电压测量单元220计算的第一电压Vx1和第二电压Vx2是否在设定电压范围内。也就是说，确定单元230可以确定第一电压Vx1和第二电压Vx2的测量值是否在设定范围内，并将确定结果发送到控制单元210和计算单元240。确定单元230可以将第一电压Vx1的测量值与设定范围值进行比较，并且当第一电压Vx1的测量值在设定范围内时确定第一电压Vx1正常。类似地，确定单元230可以将第二电压Vx2的测量值与设定范围值进行比较，并且当第二电压Vx2的测量值在设定范围内时确定第二电压Vx2是正常的。
当基于确定单元230的确定结果确定第一电压Vx1正常时，控制单元210可断开开关SW，而当确定第二电压Vx2正常时，控制单元210可接通开关SW。由此，控制单元210可以通过根据第一电压Vx1和第二电压Vx2是否被覆盖来灵活地改变用于绝缘电阻测量的开关SW的接通或断开状态的切换循环而不是设置循环，来减少测量绝缘电阻器所需的时间。
计算单元240可以通过使用在确定单元230确定第一电压Vx1正常时的第一电压Vx1、在确定单元230确定第二电压Vx2正常时的第二电压Vx2以及在计算时的电池组100的电压来计算正绝缘电阻器Riso+和负绝缘电阻器Riso-的电阻值。这里，计算单元240可以通过使用稍后将描述的[等式1]和[等式2]来计算第一和第二电压，并且通过使用稍后将描述的[等式3]和[等式4]来计算正绝缘电阻器Riso+和负绝缘电阻器Riso-。可以从管理电池组的电池管理***(BMS)接收电池组100的电压。
如上所述，与图1中描述的现有技术相比，根据示例性实施方式的绝缘电阻测量装置可以减少开关的数量，并且可以不需要电压源。此外，根据示例性实施方式，输出一个输出信号，并且将该输出信号输入到模数转换器。因此，模数转换器需要一个输入端子来输入绝缘电阻测量装置的输出信号。也就是说，与现有技术相比，可以减少输出端子的数量，并且因此可以减少用于输入绝缘电阻测量装置的输出的模数转换器的输入端子的数量。
图4和图5是根据开关的开/关的绝缘电阻测量装置的等效电路图。图4是开关断开时的等效电路图，图5是开关接通时的等效电路图。
如图4所示，当开关断开时，从正绝缘电阻器Riso+和负绝缘电阻器Riso-之间输出的第一电压Vx1可以通过下面的等式1获得。
[等式1]
这里，Vx1是第一电压，Vpack1是当开关断开时电池组的电压，Riso+和Riso-分别是正绝缘电阻器的电阻值和负绝缘电阻器的电阻值，并且Rp和Rn可以如下获得。
R11+R12＝Rp R13+R14＝Rn
如图5所示，当开关接通时，从正绝缘电阻器Riso+和负绝缘电阻器Riso-之间输出的第二电压Vx2可以通过下面的[等式2]获得。
[等式2]
这里，Vx2是第二电压，Vpack2是当开关接通时电池组的电压，Riso+和Riso-分别是正绝缘电阻器的电阻值和负绝缘电阻器的电阻值，并且Rp和Rn可以如下获得。
R11＝Rp×(1-p)，R12＝Rp×p，R11+R12＝Rp
R13＝Rn×(1-n)，R14＝Rn×n，R13+R14＝Rn
可以通过[等式1]和[等式2]获得正绝缘电阻器Riso+的电阻值，并且可以通过[等式3]和[等式4]获得负绝缘电阻器Riso-的电阻值。即，[等式3]是通过组合[等式1]和[等式2]来计算正绝缘电阻器Riso+的电阻值的等式，并且[等式4]是通过使用[等式2]来计算负绝缘电阻器Riso-的电阻值的等式。
[等式3]
[等式4]
如上所述，已经关于上述实施方式具体描述了本发明的技术思想，但是应当注意，提供上述实施方式仅用于说明，而不限制本发明。此外，可以提供各种实施方式以允许本领域技术人员理解本发明的范围，但是本发明不限于此。
在本发明的附图中使用的附图标记如下：
100：电池组 R11、R12、R13、R14：第一电阻器至第四电阻器
SW：开关 Vx1、Vx2：第一电压和第二电压
210：控制单元 220：电压测量单元
230：确定单元 240：计算单元
Claims (8)
1.一种绝缘电阻测量装置，该绝缘电阻测量装置用于测量布置在电池组的正极与地之间的正绝缘电阻器和布置在所述地与所述电池组的负极之间的负绝缘电阻器，所述绝缘电阻测量装置包括：
第一电阻器和第二电阻器，所述第一电阻器和所述第二电阻器在所述电池组的正极与地之间串联连接；
第三电阻器和第四电阻器，所述第三电阻器和所述第四电阻器在所述地和所述电池组的负极之间串联连接；
输出端子，所述输出端子连接在所述第三电阻器和所述第四电阻器之间；以及
开关，所述开关连接在所述第一电阻器和所述第二电阻器之间的触点与所述电池组的负极之间。
2.根据权利要求1所述的绝缘电阻测量装置，其中，所述第一电阻器和所述第二电阻器与所述正绝缘电阻器并联连接，并且所述第三电阻器和所述第四电阻器与所述负绝缘电阻器并联连接。
3.根据权利要求1或2所述的绝缘电阻测量装置，其中，当所述开关断开时，从所述输出端子输出所述正绝缘电阻器和所述负绝缘电阻器之间的第一电压的配电电压，当所述开关接通时，从所述输出端子输出所述正绝缘电阻器和所述负绝缘电阻器之间的第二电压的配电电压，并且通过使用所述第一电压和所述第二电压来计算所述绝缘电阻。
4.根据权利要求3所述的绝缘电阻测量装置，其中，所述第一电压由以下[等式1]计算，
[等式1]
这里，Vx1是所述第一电压，Vpack1是当所述开关断开时所述电池组的电压，Riso+和Riso-分别是所述正绝缘电阻器的电阻值和所述负绝缘电阻器的电阻值，并且
R11+R12＝Rp R13+R14＝Rn。
5.根据权利要求4所述的绝缘电阻测量装置，其中，所述第二电压通过以下的[等式2]来计算，
[等式2]
这里，Vx2是所述第二电压，Vpack2是当所述开关接通时所述电池组的电压，Riso+和Riso-分别是所述正绝缘电阻器的电阻值和所述负绝缘电阻器的电阻值，并且
R11＝Rp×(1-p),R12＝Rp×p，R11+R12＝Rp
R13＝Rn×(1-n)，R14＝Rn×n，R13+R14＝Rn。
6.根据权利要求5所述的绝缘电阻测量装置，其中，所述正绝缘电阻器的电阻值通过从[等式1]和[等式2]获得的[等式3]来计算，
[等式3]
7.根据权利要求6所述的绝缘电阻测量装置，其中，所述负绝缘电阻器的电阻值通过从[等式2]获得的[等式4]来计算，
[等式4]
8.根据权利要求7所述的绝缘电阻测量装置，该绝缘电阻测量装置还包括：
控制单元，所述控制单元被配置为控制所述开关；
电压测量单元，所述电压测量单元被配置为测量所述输出端子的输出电压并且计算所述第一电压和所述第二电压；
确定单元，所述确定单元被配置为确定由所述电压测量单元测量的电压是否在设定范围内；以及
计算单元，所述计算单元被配置为根据所述确定单元的确定结果来计算所述正绝缘电阻器的电阻值和所述负绝缘电阻器的电阻值。
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