CN117054739A - 一种电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路，属于工业控制技术领域。该检测电路中的第一检测支路一端连接到电池簇的正极母线，另一端接地，包括串设的第一电子开关和第一采样电阻，第二检测支路一端连接到电池簇的负极母线，另一端接地，包括串设的第二电子开关和第二采样电阻，电压采集回路采集第一采样电阻和/或第二采样电阻两端的电压，开关控制回路与电压采集回路通信连接，接收电压采集回路传输的数据，并根据接收的数据和两个开关的状态判断绝缘性能，在绝缘性能异常时根据第一采样电阻和第二采样电阻两端的电压得到绝缘电阻的阻值，通过该方法能够准确的判断对地绝缘性能，以及在绝缘异常计算出绝缘电阻的阻值。

Description

一种电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路

技术领域

本发明涉及一种电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路，属于工业控制技术领域。

背景技术

在一些较大规模的锂离子电池储能电站中，电池簇的组成方式如下：最小组成单元为电池单体，多个电池单体进行串联组成电池包(PACK)，多个电池包进行串联组成电池簇，其中电池单体的数量和电池包的数量根据工程实际应用而定。电池簇正负极总电压有1000V***和1500V***等。

当电池簇正负极母线对大地的绝缘性能正常时，母线对大地的绝缘电阻阻值趋于无穷大。如果电池簇正负极母线对大地的绝缘性能变差时，对外表现为电池簇正负极母线对大地的绝缘电阻阻值降低，此时将使整个电池***存在漏电的风险，为保障人员、设备及整个***的安全，需要及时切断电池簇主正和主负极的继电器开关，排除接地故障。因此，周期性的检测电池簇正负极母线对地绝缘电阻是十分重要的，目前电池簇正负极母线对地绝缘性能检测方法采用信号注入法，在绝缘电阻的检测电路中注入一定频率的直流电压信号，通过测量反馈的直流信号计算绝缘电阻，但注入的脉冲信号为低频载波脉冲信号会受到外部电流干扰，进而干扰绝缘电阻的监测结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路，用以解决有源法检测电池簇绝缘电阻阻值不准确的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路，包括第一检测支路、第二检测支路和电压采集回路，所述第一检测支路一端连接到电池簇的正极母线，另一端通过第三电子开关连接到接地端，包括串设的第一电子开关、第一分压电阻和第一采样电阻；所述第二检测支路一端连接到电池簇的负极母线，另一端通过第三电子开关连接到接地端，包括串设的第二电子开关、第二分压电阻和第二采样电阻；第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关均由开关控制回路控制，所述电压采集回路用于采集第一采样电阻和/或第二采样电阻两端的电压，所述开关控制回路与电压采集回路通信连接，用于接收电压采集回路传输的电压值数据，并根据接收的电压值数据和三个开关的状态判断对地的绝缘性能，在绝缘性能异常时根据第一采样电阻和/或第二采样电阻两端的电压得到绝缘电阻的阻值。

有益效果：本发明的电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路，包括检测电池簇负极母线对地绝缘性能的第一检测支路，检测电池簇正极母线对地绝缘性能的第二检测支路，以及电压采集回路，第一检测支路、第二检测支路均设有采样电阻和开关，电压采集回路采集采样电阻两端的电压，控制开关的开关控制回路根据采样电阻两端的电压和三个开关的状态判断对地的绝缘性能，通过还能够在对地的绝缘性能异常时计算出对地绝缘电阻的阻值。该电路的检测逻辑设计简单，检测准确性高，能够及时的检测出电池簇正负极母线对大地的绝缘性能异常，并且还能够计算出异常时的绝缘电阻阻值。不需要检测时断开第三电子开关，避免因为绝缘检测电路的存在，降低电池簇正负极母对大地的绝缘性能。

第一检测支路、第二检测支路均串设有分压电阻，以保证后续的开关安全，防止电压过高危害该检测电路。

进一步的，第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关均采用光MOS或电磁继电器。

有益效果：检测开关使用光MOS或电磁继电器替代传统继电器的机械触点，一方面可以减小因检测回路电流过大造成的发热情况，另一方面可以延长控制回路的使用寿命。

进一步地，检测电池簇负极母线对地的绝缘性能时，断开第二电子开关，使第一电子开关、第三电子开关闭合，若第一采样电阻两端的电压值为零，则表明电池簇负极母线对地的绝缘性能正常，若第一采样电阻两端电压值不为零，则表明电池簇负极母线对地的绝缘性能降低。

有益效果：检测电池簇负极母线对地的绝缘电阻时，断开第二电子开关，闭合第一电子开关、第三电子开关此时仅有第一检测支路导通，此时负极对地绝缘电阻串联在该回路中，若此时对地绝缘性能正常，该绝缘阻值趋于无穷大，此时该电阻两端的电压趋于总电压，进而串联的第一采样电阻两端电压趋于0，若检测第一采样电阻两端电压不为零，则说明该绝缘电阻有确定值，即说明此时电池簇负极母线对地的绝缘性能降低。

进一步地，检测电池簇正极母线对地的绝缘电阻时，断开第一电子开关，使第二电子开关、第三电子开关闭合，若第二采样电阻两端的电压值为零，则表明电池簇正极母线对地的绝缘性能正常，若第二采样电阻两端电压值不为零，则表明电池簇正极母线对地的绝缘性能降低。

有益效果：检测电池簇正极母线对地的绝缘电阻时，断开第一电子开关，闭合第二电子开关、第三电子开关此时仅有第二检测支路导通，此时正极对地绝缘电阻串联在该回路中，若此时对地绝缘性能正常，该绝缘阻值趋于无穷大，此时该电阻两端的电压趋于总电压，进而串联的第二采样电阻两端电压趋于0，若检测第二采样电阻两端电压不为零，则说明该绝缘电阻有确定值，即说明此时电池簇正极母线对地的绝缘性能降低。

进一步地，当仅闭合第一电子开关、第三电子开关时检测到第一采样电阻两端电压不为零，且在仅闭合第二电子开关、第三电子开关时检测到第二采样电阻两端电压为零，则表明电池簇负极母线单端接地，此时电池簇负极母线对地的绝缘电阻阻值为：

R_iso-＝V_BAT×R^P/V_p-R_tp-R_p

式中，R_iso-为电池簇负极母线对地的绝缘电阻阻值，V_BAT为电池簇总电压，R_P为第一采样电阻阻值，V_p为第一采样电阻两端电压值，R_tp为第一检测支路中的分压电阻阻值。

进一步地，当仅闭合第一电子开关、第三电子开关时检测到第一采样电阻两端电压为零，且在仅闭合第二电子开关、第三电子开关时第二采样电阻两端电压不为零，则表明电池簇正极母线单端接地，此时电池簇正极母线对地的绝缘电阻阻值为：

R_iso+＝V_BAT×Rⁿ/V_n-R_tn-R_n

式中，R_iso+为电池簇正极母线对地的绝缘电阻阻值，V_BAT为电池簇总电压，R_n为第二采样电阻阻值，V_n为第二采样电阻两端电压值，R_tn为第二检测支路中的分压电阻阻值。

进一步地，当在仅闭合第一电子开关、第三电子开关时检测到第一采样电阻两端电压不为零，且在仅闭合第二电子开关、第三电子开关时第二采样电阻两端电压不为零，则表明电池簇正、负极母线双端接地，此时电池簇正极母线对地的绝缘电阻阻值和电池簇负极母线对地的绝缘电阻阻值满足：

[R_iso+//(R_tp+R_p)]/R_iso-＝V_p/(V_BAT-V_p)

R_iso+/[R_iso-//(R_tn+R_n)]＝(V_BAT-V_n)/V_n

式中，R_iso+为电池簇正极母线对地的绝缘电阻阻值，R_iso-为电池簇负极母线对地的绝缘电阻阻值，V_BAT为电池簇总电压，R_P为第一采样电阻阻值，V_p为第一采样电阻两端电压值，R_tp为第一检测支路中的分压电阻阻值，R_n为第二采样电阻阻值，V_n为第二采样电阻两端电压值，R_tn为第二检测支路中的分压电阻阻值。

附图说明

图1是本发明的实施例中的电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路示意图；

图2是本发明的实施例中电池簇负极母线单端接地情况下的电路示意图；

图3是本发明的实施例中电池簇正极母线单端接地情况下的电路示意图。

图4是本发明的实施例中电池簇正、负极母线双端接地情况下仅闭合第一电子开关、第三电子开关时电路示意图；

图5是本发明的实施例中电池簇正、负极母线双端接地情况下仅闭合第二电子开关、第三电子开关时电路示意图。

具体实施方式

电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路实施例：

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示的电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路，包括第一检测支路、第二检测支路和电压采集回路。

第一检测支路一端连接到电池簇的正极母线BAT+端，另一端通过第一采样电阻连接到接地端。其中第一检测支路包括串设的第一电子开关Q1和第一采样电阻Rp。其中第一检测支路种还包括串设的第一分压电阻Rtp。而控制第一电子开关Q1的控制端设置在开关控制回路中。

第二检测支路一端连接到电池簇的负极母线BAT-，另一端连接到接地端。其中第而检测支路包括串设的第二电子开关Q2和第二采样电阻Rn。其中第二检测支路种还包括串设的第二分压电阻Rtn。而控制第二电子开关Q2的控制端设置在开关控制回路中。

电压采集回路采集第一采样电阻和/或第二采样电阻两端的电压，且电压采集回路与开关控制回路通信连接。开关控制回路能够接收电压采集回路传输的电压值数据，并根据接收的电压值数据和两个开关(第一电子开关和第二电子开关)的状态判断对地的绝缘性能，在绝缘性能异常时根据第一采样电阻和第二采样电阻两端的电压得到对地绝缘电阻的阻值。

其中接地端处还串设有第三电子开关Q3，第三电子开关Q3的控制端也设置在开关控制回路中。本实施例中的3个电子开关均采用的是光MOS或电磁继电器。具体地，本实施例中的3个电子开关可采用MOS管、光MOS、CMOS等三极管设备，也可以采用电磁继电器等，具体采用那个类型的电子开关可根据实际情况确定。

当电子开关选用光MOS时，第一电子开关、第二电子开关的开关控制回路中设置有光敏器件，当接收的光信号达到阈值后，转换为电信号，使第一电子开关、第二电子开关动作。

当电子开关采用电磁继电器时，第一电子开关、第二电子开关均由开关控制回路控制，即开关控制回路中设有第一电子开关、第二电子开关的线圈部分。

基于上述本实施例的电路，具体实现原理和实现方法如下：

首先判断电池簇负极母线对大地的绝缘性能是否正常。使第二电子开关Q2处于断开状态，闭合第一电子开关Q1和第三电子开关Q3，使第一检测支路处于导通状态，此时通过电压采集回路测出电池簇总电压为V_BAT。此时通过电压采集回路采集并判断第一采样电阻Rp两端的电压值Vp是否为0，若第一采样电阻Rp两端的电压值Vp为0，则说明此时电池簇负极母线对大地的绝缘性能正常；若不为0，则电池簇负极母线对大地的绝缘降低，此时的电路中电流流通路径为：正极母线BAT+→第一分压电阻Rtp→第一电子开关Q1→第一采样电阻Rp→第三电子开关Q3→电池簇负极母线对地的绝缘电阻Riso-→负极母线BAT-，即绝缘电阻阻值为Riso-。

其次判断电池簇正极母线对大地的绝缘性能是否正常。第一电子开关Q1保持断开状态，闭合第二电子开关Q2和第三电子开关Q3，使第二检测支路处于导通状态，此时通过电压采集回路采集并判断第二采样电阻Rn两端的电压值Vn是否为0。若第二采样电阻Rn两端的电压值Vn为0，则说明此时电池簇正极母线对大地的绝缘性能正常；若不为0，则电池簇正极母线对大地的绝缘降低，此时的电路中电流流通路径为：正极母线BAT+→电池簇正极母线对地的绝缘电阻Riso+→第三电子开关Q3→第二采样电阻Rn→第二电子开关Q2→第二分压电阻Rtn→负极母线BAT-，该绝缘电阻阻值为Riso+。

如果第一采样电阻Rp、第二采样电阻Rn两端都检测的电压值均为0时，表示电池簇正、负极母线对大地的绝缘正常。

若在检测电池簇负极母线对大地的绝缘性能时，即仅有第一检测支路处于导通状态时第一采样电阻Rp两端的电压值Vp不为0，且在检测电池簇正极母线对大地的绝缘性能时，即第二检测支路处于导通状态时第二采样电阻Rn两端的电压值Vn为0时，如图2所示，则表明此时的电池簇负极母线单端接地，此时根据以下公式推导出电池簇负极母线对地的绝缘电阻阻值：

Vp/Rp＝V_BAT/(R_tp+R_p+R_iso-)

此时电池簇负极母线对地的绝缘电阻阻值为：

R_iso-＝V_BAT×R^P/V_p-R_tp-R_p

式中，R_iso-为电池簇负极母线对地的绝缘电阻阻值，V_BAT为电池簇总电压，R_P为第一采样电阻阻值，V_p为第一采样电阻两端电压值，R_tp为第一检测支路中的分压电阻阻值。

若在检测电池簇负极母线对大地的绝缘性能时得到第一采样电阻Rp两端的电压值Vp为0，且在检测电池簇正极母线对大地的绝缘性能时得到第二采样电阻Rn两端的电压值Vn不为0时，如图3所示，可表明此时的电池簇正极母线单端接地，此时根据以下公式推导出电池簇正极母线对地的绝缘电阻阻值：

V_n/R_n＝V_BAT/(R_tn+R_n+R_iso+)

此时电池簇正极母线对地的绝缘电阻阻值为：

R_iso+＝V_BAT×R_n/V_n-R_tn-R_n

式中，R_iso+为电池簇正极母线对地的绝缘电阻阻值，V_BAT为电池簇总电压，R_n为第二采样电阻阻值，V_n为第二采样电阻两端电压值，R_tn为第二检测支路中的分压电阻阻值。

如图4、图5所示，若在检测电池簇负极母线对大地的绝缘性能时得到第一采样电阻Rp两端的电压值Vp不为0，且在检测电池簇正极母线对大地的绝缘性能时得到第二采样电阻Rn两端的电压值Vn不为0时，则表明电池簇正负极母线双端接地，此时电池簇正极母线对地的绝缘电阻阻值和电池簇负极母线对地的绝缘电阻阻值同时满足：

[R_iso+//(R_tp+R_p)]/R_iso-＝V_p/(V_BAT-V_p)

R_iso+/[R_iso-//(R_tn+R_n)]＝(V_BAT-V_n)/V_n

其中，式中的V_BAT、Rp、Vp、Vn、Rtp、Rp、Rtn、Rn均为已知，通过结合两个式子可计算出Riso+和Riso-的阻值。

作为其他实施方式，当电池簇的电压相对较低时，本实施例中的第一分压电阻Rtp和第二分压电阻Rtn可省略，当对地绝缘性能异常时，即进行绝缘电阻阻值计算时，上述的公式中Rtp＝0、Rtn＝0。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路，其特征在于，包括第一检测支路、第二检测支路和电压采集回路，所述第一检测支路一端连接到电池簇的正极母线，另一端通过第三电子开关连接到接地端，包括串设的第一电子开关和第一采样电阻；所述第二检测支路一端连接到电池簇的负极母线，另一端通过第三电子开关连接到接地端，包括串设的第二电子开关和第二采样电阻；第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关均由开关控制回路控制，所述电压采集回路用于采集第一采样电阻和/或第二采样电阻两端的电压，所述开关控制回路与电压采集回路通信连接，用于接收电压采集回路传输的电压值数据，并根据接收的电压值数据和三个开关的状态判断对地的绝缘性能，在绝缘性能异常时根据第一采样电阻和/或第二采样电阻两端的电压得到绝缘电阻的阻值。

2.根据权利要求1所述的电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路，其特征在于，第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关均采用光MOS或电磁继电器。

3.根据权利要求2所述的电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路，其特征在于，检测电池簇负极母线对地的绝缘性能时，断开第二电子开关，使第一电子开关、第三电子开关闭合，若第一采样电阻两端的电压值为零，则表明电池簇负极母线对地的绝缘性能正常，若第一采样电阻两端电压值不为零，则表明电池簇负极母线对地的绝缘性能降低。

4.根据权利要求3所述的电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路，其特征在于，检测电池簇正极母线对地的绝缘电阻时，断开第一电子开关，使第二电子开关、第三电子开关闭合，若第二采样电阻两端的电压值为零，则表明电池簇正极母线对地的绝缘性能正常，若第二采样电阻两端电压值不为零，则表明电池簇正极母线对地的绝缘性能降低。

5.根据权利要求2所述的电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路，其特征在于，当仅闭合第一电子开关、第三电子开关时检测到第一采样电阻两端电压不为零，且在仅闭合第二电子开关、第三电子开关时检测到第二采样电阻两端电压为零，则表明电池簇负极母线单端接地，此时电池簇负极母线对地的绝缘电阻阻值为：

R_iso-＝V_BAT×R_p/V_p-R_tp-R_p

式中，R_iso-为电池簇负极母线对地的绝缘电阻阻值，V_BAT为电池簇总电压，R_P为第一采样电阻阻值，V_p为第一采样电阻两端电压值，R_tp为第一检测支路中的分压电阻阻值。

6.根据权利要求2所述的电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路，其特征在于，当仅闭合第一电子开关、第三电子开关时检测到第一采样电阻两端电压为零，且在仅闭合第二电子开关、第三电子开关时第二采样电阻两端电压不为零，则表明电池簇正极母线单端接地，此时电池簇正极母线对地的绝缘电阻阻值为：

R_iso+＝V_BAT×R_n/V_n–R_tn-R_n

式中，R_iso+为电池簇正极母线对地的绝缘电阻阻值，V_BAT为电池簇总电压，R_n为第二采样电阻阻值，V_n为第二采样电阻两端电压值，R_tn为第二检测支路中的分压电阻阻值。

7.根据权利要求6所述的电池簇正负极母线对大地绝缘电阻检测电路，其特征在于，当在仅闭合第一电子开关、第三电子开关时检测到第一采样电阻两端电压不为零，且在仅闭合第二电子开关、第三电子开关时第二采样电阻两端电压不为零，则表明电池簇正、负极母线双端接地，此时电池簇正极母线对地的绝缘电阻阻值和电池簇负极母线对地的绝缘电阻阻值满足：

[R_iso+//(R_tp+R_p)]/R_iso-＝V_p/(V_BAT-V_p)

R_iso+/[R_iso-//(R_tn+R_n)]＝(V_BAT-V_n)/V_n

式中，R_iso+为电池簇正极母线对地的绝缘电阻阻值，R_iso-为电池簇负极母线对地的绝缘电阻阻值，V_BAT为电池簇总电压，R_P为第一采样电阻阻值，V_p为第一采样电阻两端电压值，R_tp为第一检测支路中的分压电阻阻值，R_n为第二采样电阻阻值，V_n为第二采样电阻两端电压值，R_tn为第二检测支路中的分压电阻阻值。