CN102540101A

CN102540101A - 电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置

Info

Publication number: CN102540101A
Application number: CN2012100529637A
Authority: CN
Inventors: 成勇; 胡建国; 黄世霖
Original assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Current assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明公开了一种电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置，其包括高压信号调理电路、电阻分压网络、电子开关切换矩阵、低压信号调理电路、增益可编程全差分放大电路、ADC采样电路、数字隔离电路和单片机系统；电阻分压网络包括采样电阻Rs1和采样电阻Rs2；电子开关切换矩阵包括开关K1、K2、K3；单片机系统分时控制电子开关K1处于导通或关断状态，通过SPI通道接收采样电阻Rs1和采样电阻Rs2上的电压值信息，根据电压值信息计算获得电池组的高压值或绝缘电阻值。采用本发明电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置，能够在同一套信号采样电路系统内分时完成电池组高压检测和绝缘电阻检测两部分功能，成本低，测量精度高。

Description

电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置

技术领域

本发明涉及电子技术领域，更具体地说，本发明涉及一种电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置。

背景技术

在已有的新能源汽车和电网储能系统中，对于电池组高压检测和绝缘电阻检测功能的实现需要分别采用两套电路系统来完成，使得整个系统的电子元器件成本大幅上升。

在已有的电池组高压检测系统中，其输入端的直流内阻大都不能满足大于10MΩ的要求，电池组高压不仅会在电阻分压网络上产生较大的功率损耗，带来系统内的发热问题，而且电阻元器件的发热会进一步影响到电池组高压检测系统的测量精度。此外，检测系统容易遭受车辆行驶状态下高压系统干扰信号(包括EMI)的影响，导致检测系统的测量精度大大降低，检测系统的可用性会大打折扣。

有鉴于此，确有必要提供一种能够在同一套信号采样电路系统内分时完成电池组高压检测和绝缘电阻检测两部分功能的电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置，其能够在同一套信号采样电路系统内分时完成电池组高压检测和绝缘电阻检测两部分功能，成本低，测量精度高。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置，其包括高压信号调理电路、电阻分压网络、电子开关切换矩阵、低压信号调理电路、增益可编程全差分放大电路、ADC采样电路、数字隔离电路和单片机系统；

所述高压信号调理电路包括T型滤波器Z1和T型滤波器Z2；

所述电阻分压网络包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、采样电阻Rs1和采样电阻Rs2；

所述电子开关切换矩阵包括开关K1、开关K2和开关K3；

所述低压信号调理电路包括滤波电路Z3和滤波电路Z4；

所述增益可编程全差分放大电路包括全差分放大器A1、全差分放大器A2、基准电压N4和基准源N5；

电池组的正极与T型滤波器Z1的输入端连接，电池组的负极与T型滤波器Z2的输入端连接；电阻R1、电阻R2、采样电阻Rs1、采样电阻Rs2、电阻R3和电阻R4依次串联，所组成的串联电路的一端与T型滤波器Z1的输出端连接，另一端与T型滤波器Z2的输出端连接；开关K1的一端连接在采样电阻Rs1和采样电阻Rs2的连接点上，另一端连接机壳；开关K2连接在电阻R2的两端；开关K3连接在电阻R3的两端；

采样电阻Rs1两端的电压信号经由滤波电路Z3进行滤波后，传送到全差分放大器A1进行全差分放大，再输入ADC采样电路进行模数转换，最后通过SPI通道输入单片机系统；

采样电阻Rs2两端的电压信号经由滤波电路Z4进行滤波后，传送到全差分放大器A2进行全差分放大，再输入ADC采样电路进行模数转换，最后通过SPI通道输入单片机系统；

所述数字隔离电路设置在所述ADC采样电路和所述单片机系统之间的SPI通道上，对SPI通讯在电气上隔离；

所述单片机系统分时控制开关K1处于导通或关断状态，通过SPI通道接收采样电阻Rs1和采样电阻Rs2上的电压值信息，根据所述电压值信息计算获得电池组的高压值或绝缘电阻值。

作为本发明电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置的一种改进，所述单片机系统向开关K2、开关K3发送控制信号，控制开关K2、开关K3处于导通或关断状态，调整所述电阻分压网络的电压衰减比例。

作为本发明电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置的一种改进，采样电阻Rs1和采样电阻Rs2为高精度采样电阻。

相对于现有技术，本发明电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置具有以下有益效果：

(1)电池组的高压检测和绝缘电阻检测共用同一套检测装置，可大大降低整个系统电子元器件材料成本；

(2)高压信号调理电路中采用经调校的T型滤波器，可以有效滤除汽车在行驶过程中高压系统产生的干扰信号(含EMI)；

(3)低压信号的检测采用增益可编程全差分放大电路，即使是地线附近的微伏级信号也能真实检测；

(4)通过更换电阻分压网络中不同的电阻值(R1～R4)和采样电阻值(Rs1、Rs2)，可满足不同电池组电压的应用情况，电池组最高电压可达1000V；

(5)电池组高压检测和绝缘电阻检测方法符合国内外行业标准的相关规定，且其测试精度均满足使用要求，并已在实际应用中得到了验证。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置及其有益技术效果进行详细说明，其中：

图1是本发明电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置的第一实施方式的结构示意图。

图2是本发明电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置的第二实施方式的结构示意图。

图3是本发明电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置的第三实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置的技术方案进行清楚、完整的描述。需要说明的是，本说明书中描述的实施方式仅仅是本发明的部分实施方式，并非全部实施方式。基于本发明中给出的实施方式，本领域的技术人员在未经过创造性劳动的前提下获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参见图1所示，是本发明电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置的第一实施方式的结构示意图。

本发明第一实施方式提供的电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置，包括高压信号调理电路、电阻分压网络、电子开关切换矩阵、低压信号调理电路、增益可编程全差分放大电路、ADC采样电路、数字隔离电路和单片机系统。具体如下：

高压信号调理电路包括T型滤波器Z1和T型滤波器Z2；

电阻分压网络包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、采样电阻Rs1和采样电阻Rs2；

电子开关切换矩阵包括开关K1、开关K2和开关K3；

低压信号调理电路包括滤波电路Z3和滤波电路Z4；

增益可编程全差分放大电路包括全差分放大器A1、全差分放大器A2、基准电压N4和基准源N5；

数字隔离电路设置在ADC采样电路和单片机系统之间的SPI通道上，对SPI通讯在电气上隔离；

单片机系统分时控制开关K1处于导通或关断状态，通过SPI通道接收采样电阻Rs1和采样电阻Rs2上的电压值信息，根据所述电压值信息计算获得电池组的高压值或绝缘电阻值。

进一步的，单片机系统向开关K2、开关K3发送控制信号，控制开关K2、开关K3处于导通或关断状态，调整所述电阻分压网络的电压衰减比例。

图1是电池组高压检测及绝缘电阻检测一体化装置的总电路图，T型滤波器Z1和T型滤波器Z2组成高压信号调理电路，通过调整相关参数值，能够滤除汽车在行使过程中高压系统产生的干扰信号(含EMI)。电阻R1～R4、采样电阻Rs1和采样电阻Rs2组成电阻分压网络，通过电阻分压网络把电池组的高压值衰减成一个较小的电压值，便于后端ADC采样电路的识别。优选的，采样电阻Rs1和采样电阻Rs2为高精度薄膜采样电阻，采用“开尔文”连接方式。在电子开关切换矩阵中，开关K1完成电池组高压检测和绝缘电阻检测功能的切换，开关K2和开关K3完成测试量程的切换。低压信号调理电路(滤波电路Z3、滤波电路Z4)和增益可编程全差分放大电路(全差分放大器A1、全差分放大器A2、基准电压N4和基准源N5)完成进行微伏级信号的调理和放大功能，并在单电源供电系统中实现全差分放大功能。其中，ADC采样电路N1为24位高精度A/D转换器，可确保高精度的信号采样。数字隔离电路N2完成SPI通讯在电气上的隔离功能，同时还包括供电电源的隔离电路，从而使得电池组高压系统和单片机低压系统之间在电气上完全隔离。单片机系统N3通过SPI通讯传递测试数据，换算出对应电池组的高压值和绝缘电阻值，并完成数据分析和处理功能。

下面结合图2和图3所示，对本发明电池组的高压值和绝缘电阻值的检测方法进行详细说明。

请参见图2所示，是本发明提供的电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置的第二实施方式的结构示意图。

图2为电池组高压检测的等效电路图，在电池组高压检测过程中，单片机系统N3控制图1中电子开关K1始终处于断开状态。电池组高压值通过T型滤波器和电阻分压网络后，在两个采样电阻(采样电阻Rs1和采样电阻Rs2)两端会产生对应比例的电压降，后端的单片机采样系统通过准确采样两个采样电阻上的电压值，即可换算成对应的电池组高压值。

通过单片机系统N3控制电子开关K2和K3的导通和关断，可以调整电阻分压网络的衰减比例，从而满足电池组电压在低端时的高精度采样要求。

请参见图3所示，是本发明提供的电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置的第三实施方式的结构示意图。

图3为电池组绝缘电阻检测的等效电路图。在电池组绝缘电阻检测过程中，单片机系统N3控制图1中电子开关K1始终处于闭合状态，通过单片机系统N3依照国标GB/T 18384.1-2001中绝缘电阻检测的方法，控制电子开关K2和电子开关K3的导通和关断，从而得出多组数学方程式，分别计算出电池组高压正端到机壳的绝缘电阻值RP和电池组高压负端到机壳的绝缘电阻值RN。根据这两个绝缘电阻值的大小，可以判断当前电池组高压系统中是否存在高压安全问题，并通过约定的高压控制策略及时作出相应的处理，保障人车安全。

相对于现有技术，本发明电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置具有以下技术效果：能够在同一套信号采样电路系统内分时完成电池组高压检测和绝缘电阻检测两部分功能，降低了成本；在高压信号调理电路中采用经调校的T型滤波器来滤除汽车在行驶过程中高压系统产生的干扰信号(含EMI)，提高了测量精度；此外，在增益可编程全差分放大电路中通过对基准源信号的有效处理，实现了在单电源供电系统中真实的全差分放大功能。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置，其特征在于，包括高压信号调理电路、电阻分压网络、电子开关切换矩阵、低压信号调理电路、增益可编程全差分放大电路、ADC采样电路、数字隔离电路和单片机系统；

所述高压信号调理电路包括T型滤波器Z1和T型滤波器Z2；

所述电子开关切换矩阵包括开关K1、开关K2和开关K3；

所述低压信号调理电路包括滤波电路Z3和滤波电路Z4；

2.根据权利要求1所述的电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置，其特征在于，所述单片机系统向开关K2、开关K3发送控制信号，控制开关K2、开关K3处于导通或关断状态，调整所述电阻分压网络的电压衰减比例。

3.根据权利要求1或2所述的电池组高压及绝缘电阻检测一体化装置，其特征在于，采样电阻Rs1和采样电阻Rs2为高精度采样电阻。