CN206292308U - 一种电池绝缘电阻检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于电动汽车技术领域，提供了一种电池绝缘电阻检测设备，包括：脉冲信号注入电路、差分放大电路和单片机，脉冲信号注入电路分别与单片机、差分放大电路、待测绝缘电阻、电池电性连接，差分放大电路与单片机电性连接，待测绝缘电阻与电池电性连接。相较于现有技术，本实用新型采用正电压和零伏脉冲电压产生并配合差分放大电路的方案，可以滤除电池组的直流偏置电压，直接采样到纯交流电压，电路设计简单、实用，采样速度快，采样到的纯交流电压值可以直接参与运算，快速、准确的得到电池的绝缘电阻值。

Description

一种电池绝缘电阻检测设备

技术领域

本实用新型属于电动汽车技术领域，尤其涉及一种电池绝缘电阻检测设备。

背景技术

目前新能源电动汽车发展迅速，因其可以替代油、气等不可再生能源和缓解环境污染的问题，所以得到了越来越多的人的喜爱。但是随着新能源电动汽车的续航能力越来越强，电池组的电压和容量也大大提高，现在电动汽车的电池组电压可以达到300V以上，远远超过了人体的安全电压，可能会威胁到人身安全，所以电池组和车体之间的绝缘性能是一个重点问题。电动汽车在运行或充电过程中，由于工作环境比较复杂和恶劣，都可能会导致电池组和车体的绝缘性能降低，对人体造成危害。因此如何快速、准确的监测绝缘电阻就非常重要。目前主要的绝缘电阻检测方法有以下几种：兆欧表法、无源接地法、辅助电源法、高压注入法、平衡桥法和交流信号注入法等，现有的检测绝缘电阻的方法要么检测绝缘电阻值速度慢，精度低，要么和高压电池组共地，操作和使用安全性低。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种电池绝缘电阻检测设备，旨在解决现有技术中检测绝缘电阻速度慢，精度低，操作安全性低的问题。

本实用新型实施例提供了一种电池绝缘电阻检测设备，其特征在于，所述电池绝缘电阻检测设备包括：

脉冲信号注入电路、差分放大电路和单片机；

所述脉冲信号注入电路分别与所述单片机、所述差分放大电路、待测绝缘电阻、电池电性连接；

所述差分放大电路与所述单片机电性连接；

所述待测绝缘电阻与所述电池电性连接。

进一步地，所述脉冲信号注入电路包括：

电压产生器、第一电阻、第二电阻及第三电阻；

所述待测绝缘电阻包括：

并联的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻；

所述第一绝缘电阻的第一端分别与所述电池的正极、所述第一电阻的第一端电性连接，第二端与所述电压产生器的第一端电性连接；

所述第二绝缘电阻的第一端分别与所述电池的负极、所述第二电阻的第一端电性连接，第二端与所述电压产生器的第一端电性连接；

所述电压产生器的第二端接地；

所述第三电阻的第一端接地，第二端分别与所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端、所述差分放大电路电性连接；

所述电压产生器还与所述单片机电性连接，用于根据所述单片机发送的指令产生对应的电压。

进一步地，所述差分放大电路包括：

第一运算放大器、开关、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻；

则所述第三电阻的第二端与所述差分放大电路电性连接，包括：

所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端电性连接，所述第三电阻的第二端还通过所述开关与所述第五电阻的第一端电性连接；

所述第四电阻的第一端通过所述第一电容接地，所述第五电阻的第一端通过所述第二电容接地；所述开关与所述单片机电性连接；

所述第一运算放大器的同向输入端通过所述第六电阻接地，所述第一运算放大器的同向输入端还与所述第四电阻的第二端电性连接，所述第一运算放大器的反相输入端分别与所述第五电阻的第二端、所述第七电阻的第一端、所述第三电容的第一端电性连接，所述第一运算放大器的输出端分别与所述第七电阻的第二端、所述第三电容的第二端、所述第八电阻的第一端电性连接；

所述第八电阻的第二端与所述单片机电性连接，所述第八电阻的第二端还通过所述第四电容接地。

进一步地，所述电池绝缘电阻检测设备还包括：隔离电路；

则所述脉冲信号注入电路与所述差分放大电路电性连接，包括：

所述脉冲信号注入电路通过所述隔离电路与所述差分放大电路电性连接；

所述隔离电路包括：

第二运算放大器和第九电阻；

则所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端电性连接，所述第三电阻的第二端还通过所述开关与所述第五电阻的第一端电性连接，包括：

所述第三电阻的第二端通过所述第九电阻与所述第二运算放大器的同向输入端电性连接，所述第二运算放大器的输出端分别与所述第二运算放大器的反向输入端、所述第四电阻的第一端电性连接，所述第二运算放大器的输出端还通过所述开关与所述第五电阻的第一端电性连接。

进一步地，所述绝缘电阻检测设备还包括：采样保护电路；

所述采样保护电路与所述差分放大电路电性连接；

所述采样保护电路包括：

第一二极管、第二二极管及电源；

所述第一二极管的输入端接地，输出端分别与所述第二二极管的输入端、所述第八电阻的第二端电性连接；

所述第二二极管的输出端与所述电源电性连接。

从上述本实用新型实施例可知，相较于现有技术，本实用新型采用正电压和零伏脉冲电压产生并配合差分放大电路的方案，可以滤除电池组的直流偏置电压，直接采样到纯交流电压，电路设计简单、实用，采样速度快，采样到的纯交流电压值可以直接参与运算，快速、准确的得到电池的绝缘电阻值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型第一实施例提供的电池绝缘电阻检测设备的结构示意图；

图2是本实用新型第一实施例提供的电池绝缘电阻检测设备的电路图；

图3和图4是图2中的脉冲信号注入电路101、待测绝缘电阻及电池组成的电路分解后得到的等效电路图；

图5是本实用新型第二实施例提供的电池绝缘电阻检测设备的结构示意图；

图6是本实用新型第二实施例提供的电池绝缘电阻检测设备的电路图。

具体实施方式

为使得本实用新型实施例的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，图1是本实用新型第一实施例提供的电池绝缘电阻检测设备的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。图1示例的电池绝缘电阻检测设备1，主要包括：

脉冲信号注入电路101、差分放大电路102和单片机103。

脉冲信号注入电路101分别与单片机103、差分放大电路102、待测绝缘电阻2、电池3电性连接；

差分放大电路102还与单片机103电性连接；

待测绝缘电阻2与电池3电性连接。

图2是图1所示第一实施例提供的电池绝缘电阻检测设备的电路图。其中，脉冲信号注入电路101包括：

电压产生器1011、第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3。

差分放大电路102包括：

第一运算放大器U1A、开关SW1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8。

待测绝缘电阻R_pn包括：

并联的第一绝缘电阻R_p和第二绝缘电阻R_n。

第一绝缘电阻R_p的第一端分别与电池的正极、第一电阻R1的第一端电性连接，第二端与电压产生器1011的第一端电性连接。第二绝缘电阻R_n的第一端分别与电池的负极、第二电阻R2的第一端电性连接，第二端与电压产生器1011的第一端电性连接。电压产生器1011的第二端接地，电压产生器1011还与单片机103电性连接，用于根据单片机103发送的指令产生对应的电压。第三电阻R3的第一端接地，第二端分别与第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第二端、第四电阻R4的第一端电性连接，第三电阻R3的第二端还通过开关SW1与第五电阻R5的第一端电性连接。第四电阻R4的第一端通过第一电容C1接地，第五电阻R5的第一端通过第二电容C2接地，开关SW1与单片机103电性连接。第一运算放大器U1A的同向输入端通过第6电阻R6接地，第一运算放大器U1A的同向输入端还与第四电阻R4的第二端电性连接，第一运算放大器U1A的反相输入端分别与第五电阻R5的第二端、第七电阻R7的第一端、第三电容C3的第一端电性连接，第一运算放大器U1A的输出端分别与第七电阻R7的第二端、第三电容C3的第二端、第八电阻R8的第一端电性连接。第八电阻R8的第二端与单片机103电性连接，第八电阻的第二端还通过第四电容C4接地。

需要说明的是，单片机103分别与电压产生器1011、开关SW1及第八电阻R8的第二端电性连接(在图中未示出)，用于控制电压产生器1011产生正电压Vin或0V电压，其中Vin可取50V，还用于控制开关SW1的通断，还用于采集第四电容C4两端的电压。

由叠加原理可知，图2中的脉冲信号注入电路101、待测绝缘电阻及电池组成的电路图可以分解为图3和图4，即图3和图4是图2中的脉冲信号注入电路101、待测绝缘电阻及电池组成的电路分解后得到的等效电路图。

图3中包括电压产生器1011、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一绝缘电阻R_p及第二绝缘电阻R_n。第一绝缘电阻R_p的第一端分别与第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端、第二绝缘电阻R_n的第一端电性连接，第一绝缘电阻R_p的第二端分别与电压产生器1011的第一端、第二绝缘电阻R_n的第二端电性连接。电压产生器1011的第二端接地。第三电阻R3的第一端接地，第二端分别与第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第二端电性连接。

图4中包括电池3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一绝缘电阻R_p及第二绝缘电阻R_n。第一绝缘电阻R_p的第一端分别与第三电阻R3的第一端、第二绝缘电阻R_n的第一端电性连接，第二端与电池3的正极电性连接。第一电阻R1的第一端分别与第三电阻R3的第二端、第二电阻R2的第一端电性连接，第二端与电池3的正极电性连接。电池3的负极分别与第二绝缘电阻R_n的第二端、第二电阻R2的第二端电性连接。

设图2中第三电阻R3两端电压为V1，图3中第三电阻R3两端电压为V2，图4中第三电阻R3两端电压为V3，则V1＝V2+V3。其中，V2为纯交流电压，V3为直流偏置电压。由图3可知，当电压产生器1011输出电压为正电压Vin时，其中R12为第一电阻R1和第二电阻R2的并联电阻，即可得待测绝缘电阻由于Vin、R1、R2、R3的值均为已知，则如果知道V2的值就可以求出电池绝缘电阻R_pn的值。

当单片机103控制开关SW1闭合，且控制电压产生器1011产生0V电压时，第一电容C1两端电压V4等于第二电容C2两端电压V5等于直流偏置电压V3，即V4＝V5＝V3，由于此时第一运算放大器U1A同向输入端和反向输入端电位相同，则单片机103采集的第四电容C4两端的电压值为零，即V_采样＝0。

当单片机103控制开关SW1断开，且控制电压产生器1011产生电压值为Vin的正电压时，第一电容C1两端电压V4等于电压的交流量V2与电池组直流偏置电压V3之和，即V4＝V2+V3，第二电容C2两端电压V5等于电池组直流偏置电压V3，即V5＝V3。经过第一运算放大器U1A的差分运算，此时第四电容C4两端的电压V_采样为第一电容C1两端电压V4与第二电容C2两端电压V5之差，即V_采样＝V4-V5＝V2+V3-V3＝V2。因此，当单片机103控制开关SW1断开，且控制电压产生器1011产生电压值为Vin的正电压时，单片机103采集的第四电容C4两端的电压值V_采样等于电压的交流量V2。根据此时单片机103采集的第四电容C4两端的电压值V_采样、此时的V_采样＝V2以及公式求得待测绝缘电阻R_pn的值。

本实用新型实施例提供的电池绝缘电阻检测设备，相较于现有技术，本实用新型采用正电压和零伏脉冲电压产生并配合差分放大电路的方案，可以滤除电池组的直流偏置电压，直接采样到纯交流电压，电路设计简单、实用，采样速度快，采样到的纯交流电压值可以直接参与运算，快速、准确的得到电池的绝缘电阻值。

请参阅图5，图5是在图1实施例提供的电池绝缘电阻检测设备的结构示意图的基础上，增加了隔离电路104和采样保护电路105，图5示例的电池绝缘电阻检测设备1，主要包括：

脉冲信号注入电路101、差分放大电路102、单片机103、隔离电路104及采样保护电路105。

脉冲信号注入电路101分别与单片机103、待测绝缘电阻2、电池3电性连接，脉冲信号注入电路101还通过隔离电路104与差分放大电路102电性连接。

差分放大电路102还与单片机103及采样保护电路105电性连接；

待测绝缘电阻2与电池3电性连接。

图6是图5所示第二实施例提供的电池绝缘电阻检测设备的电路图，即在图2提供的电池绝缘电阻检测设备的电路图的基础上增加了第二运算放大器U2A、第九电阻R9、第一二极管D1、第二二极管D2及电源VCC。其中，第二运算放大器U2A和第九电阻R9构成了图5中的隔离电路104，第一二极管D1、第二二极管D2及电源VCC构成了图5中的采样保护电路105。

本实施例将第一实施例的电路图中的第三电阻R3的第二端与第四电阻R4的第一端电性连接，第三电阻R3的第二端还通过开关SW1与第五电阻R5的第一端电性连接，替换为：

第三电阻R3的第二端通过第九电阻R9与第二运算放大器U2A的同向输入端电性连接，第二运算放大器U2A的输出端分别与第二运算放大器U2A的反向输入端、第四电阻R4的第一端电性连接，第二运算放大器U2A的输出端还通过开关SW1与第五电阻R5的第一端电性连接。

隔离电路104，用于隔离脉冲信号注入电路101和差分放大电路102，防止产生等效电阻，影响检测结果。

相较于第一实施例提供的电池绝缘电阻检测设备的电路图，本实施例还包括：

第一二极管D1的输入端接地，输出端分别与第二二极管D2的输入端、第八电阻R8的第二端电性连接，第二二极管D2的输出端与电源VCC电性连接。

采样保护电路105，用于保护采集第四电容C4两端电压的单片机103在采集电压时的安全性。

本实用新型实施例提供的电池绝缘电阻检测设备，相较于现有技术，本实用新型采用正电压和零伏脉冲电压产生并配合差分放大电路的方案，可以滤除电池组的直流偏置电压，直接采样到纯交流电压，电路设计简单、实用，采样速度快，采样到的纯交流电压值可以直接参与运算，快速、准确的得到电池的绝缘电阻值。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本实用新型所提供的电池绝缘电阻检测设备的描述，对于本领域的技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (5)

1.一种电池绝缘电阻检测设备，其特征在于，所述电池绝缘电阻检测设备包括：

脉冲信号注入电路、差分放大电路和单片机；

所述脉冲信号注入电路分别与所述单片机、所述差分放大电路、待测绝缘电阻、电池电性连接；

所述差分放大电路与所述单片机电性连接；

所述待测绝缘电阻与所述电池电性连接。

2.如权利要求1所述的电池绝缘电阻检测设备，其特征在于，所述脉冲信号注入电路包括：

电压产生器、第一电阻、第二电阻及第三电阻；

所述待测绝缘电阻包括：

并联的第一绝缘电阻和第二绝缘电阻；

所述第一绝缘电阻的第一端分别与所述电池的正极、所述第一电阻的第一端电性连接，第二端与所述电压产生器的第一端电性连接；

所述第二绝缘电阻的第一端分别与所述电池的负极、所述第二电阻的第一端电性连接，第二端与所述电压产生器的第一端电性连接；

所述电压产生器的第二端接地；

所述第三电阻的第一端接地，第二端分别与所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端、所述差分放大电路电性连接；

所述电压产生器还与所述单片机电性连接，用于根据所述单片机发送的指令产生对应的电压。

3.如权利要求2所述的电池绝缘电阻检测设备，其特征在于，所述差分放大电路包括：

第一运算放大器、开关、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻；

则所述第三电阻的第二端与所述差分放大电路电性连接，包括：

所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端电性连接，所述第三电阻的第二端还通过所述开关与所述第五电阻的第一端电性连接；

所述第四电阻的第一端通过所述第一电容接地，所述第五电阻的第一端通过所述第二电容接地；所述开关与所述单片机电性连接；

所述第一运算放大器的同向输入端通过所述第六电阻接地，所述第一运算放大器的同向输入端还与所述第四电阻的第二端电性连接，所述第一运算放大器的反相输入端分别与所述第五电阻的第二端、所述第七电阻的第一端、所述第三电容的第一端电性连接，所述第一运算放大器的输出端分别与所述第七电阻的第二端、所述第三电容的第二端、所述第八电阻的第一端电性连接；

所述第八电阻的第二端与所述单片机电性连接，所述第八电阻的第二端还通过所述第四电容接地。

4.如权利要求3所述的电池绝缘电阻检测设备，其特征在于，所述电池绝缘电阻检测设备还包括：隔离电路；

则所述脉冲信号注入电路与所述差分放大电路电性连接，包括：

所述脉冲信号注入电路通过所述隔离电路与所述差分放大电路电性连接；

所述隔离电路包括：

第二运算放大器和第九电阻；

则所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端电性连接，所述第三电阻的第二端还通过所述开关与所述第五电阻的第一端电性连接，包括：

所述第三电阻的第二端通过所述第九电阻与所述第二运算放大器的同向输入端电性连接，所述第二运算放大器的输出端分别与所述第二运算放大器的反向输入端、所述第四电阻的第一端电性连接，所述第二运算放大器的输出端还通过所述开关与所述第五电阻的第一端电性连接。

5.如权利要求3或4所述的绝缘电阻检测设备，其特征在于，所述绝缘电阻检测设备还包括：采样保护电路；

所述采样保护电路与所述差分放大电路电性连接；

所述采样保护电路包括：

第一二极管、第二二极管及电源；

所述第一二极管的输入端接地，输出端分别与所述第二二极管的输入端、所述第八电阻的第二端电性连接；

所述第二二极管的输出端与所述电源电性连接。