CN103278776B - 一种电动汽车电池绝缘检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车电池绝缘检测系统，包括：微控制单元MCU、动力电池电压检测单元、绝缘检测单元，其中：所述绝缘检测单元，根据MCU输出的绝缘检测控制信号对动力电池正端对车底盘的电压和动力电池负端对车底盘的电压分别进行采集，并提供给所述MCU；所述MCU，根据预置策略输出绝缘检测控制信号，并且将接收到的动力电池正端对车底盘的电压和动力电池负端对车底盘的电压中较小的一个确定为动力电池对整车的绝缘电压值。本发明实施例所提出的电动汽车电池绝缘检测系统能够准确地实现对电动汽车电池绝缘电压的检测。

Description

一种电动汽车电池绝缘检测系统

技术领域

本发明涉及电动汽车电池，尤其涉及一种电动汽车电池绝缘检测系统，属于电动汽车领域。

背景技术

作为不可再生资源，石油枯竭在可预见的未来即可能遇到，届时，汽车行业将无可避免地使用其他替代能源；此外，机动车的尾气排放污染也是目前城市环境污染和气候恶化的主要问题，也需要寻找一种可替代使用的清洁能源。基于上述原因，作为传统汽车替代的新能源汽车越来越受到汽车行业的广泛重视和大力推广，也是目前新型汽车产业发展的主要方向之一。

动力电池系统是电动汽车的重要组成部分，为电动车辆的运行提供电能。动力电池的工作电压一般在300V以上，通过采用较高的电压规范，可有效降低电气设备的工作电流，降低电气设备和整车的重量。但是，如果动力电池系统工作电压越高，则对高电压系统和车辆底盘之间的绝缘性能的要求也越高。高压电缆线绝缘介质老化或受潮湿环境因素等的影响都会导致高电压电路和车辆底盘之间的绝缘性能下降，动力电池正负极引线将通过绝缘层和底盘构成漏电流回路，使底盘带电，这不仅会危及乘客的人身安全，而且将影响低压电气和车辆其它控制器的正常工作。当高电压电路和底盘之间发生多点绝缘性能严重下降时，还会导致漏电回路的热积累效应，可能造成车辆的电气火灾。因此，实时地检测高压电气系统相对车辆底盘的电气绝缘性能，对保证乘客安全、电气设备正常工作和车辆安全运行具有重要意义。

现有的动力电池绝缘检测方法主要有电桥平衡原理和低频注入法。根据电桥平衡原理实现的绝缘检测装置使用较多，但它不能检测动力电池系统正、负极绝缘同等下降时的情况；而低频注入法所能检测的接地电阻受电池直流系统对地分布电容的制约，低频交流信号容易受外界干扰。而且在动力电池系统的设计过程中，采用上述方法所开发的绝缘检测系统需要采取单独的模块，占用电池包空间比较大，或在检测过程中需要较长的时间来确认。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种电动汽车电池绝缘检测系统，能够准确地实现对电动汽车电池绝缘电压的检测。

为了实现上述目的提供一种电动汽车电池绝缘检测系统，包括：微控制单元MCU、动力电池电压检测单元、绝缘检测单元，其中：

所述绝缘检测单元，根据MCU输出的绝缘检测控制信号对动力电池正端对车底盘的电压和动力电池负端对车底盘的电压分别进行采集，并提供给所述MCU；

所述MCU，根据预置策略输出绝缘检测控制信号，并且将接收到的动力电池正端对车底盘的电压和动力电池负端对车底盘的电压中较小的一个确定为动力电池对整车的绝缘电压值。

优选地，所述的电动汽车电池绝缘检测系统还包括：

所述动力电池电压检测单元，根据所述MCU输出的电压检测控制信号对与动力电池电压相关联的电压进行采集，并提供给所述MCU；

此时，所述MCU根据预置策略输出电压检测控制信号，并且根据所采集的电压按照预先比例关系确定动力电池电压。

更优选地，上述系统中，所述动力电池电压检测单元进一步地包括：分压电阻、第一采样电阻、电池电压采集电路、以及在所述电压检测控制信号的控制下使动力电池正极、分压电阻、第一采样电阻及动力电池负极之间形成串联通路的动力电池电压采集控制模块，所述电池采集电路用于采集与动力电池电压相关联的第一采样电阻两端的电压；

所述MCU根据所采集的电压按照预先比例关系确定动力电池电压进一步为：所述MCU根据所采集的电压，以及所述第一采样电阻阻值占所述串联通路中总阻值的比例确定所述动力电池电压。

进一步优选地，上述系统中，所述动力电池电压采集控制模块包括：开关型的第一光耦及开关型的第二光耦；

所述第一光耦的第一输入端与所述MCU的第一电压检测控制信号输出端连接、第二输入端接地，第一输出端与动力电池的正极连接；

所述第二光耦的第一输入端与所述MCU的第二电压检测控制信号输出端连接、第二输入端接地，第一输出端与动力电池的负极连接；

在所述第一光耦和所述第二光耦根据所述第一电压检测控制信号和所述第二电压检测控制信号导通时，所述动力电池正极、所述第一光耦的第一输出端和第二输出端、分压电阻、第一采样电阻及所述第二光耦的第二输出端和第一输出端、动力电池负极之间形成串联通路；

此时，所述MCU根据预置策略输出的电压检测控制信号包括：第一电压检测控制信号和第二电压检测控制信号。

优选地，上述系统中，所述的电池电压采集电路和所述第一采样电阻之间设置有电压差处理电路，用于将所采集的第一采样电阻电压按比例降低。

优选地，上述的系统中，所述MCU根据所采集的电压按照预先比例关系确定动力电池电压进一步为：所述MCU根据所采集的电压，第一采样电阻电压的降低比例、以及所述第一采样电阻阻值占所述串联通路中总阻值的比例确定所述动力电池电压。

优选地，上述的系统中，所述绝缘检测单元进一步地包括：第二采样电阻、绝缘电压采集电路、以及在所述绝缘检测控制信号的控制下依次使动力电池正极、第二采样电阻、地之间形成串联通路、以及使动力电池负极、第二采样电阻、地之间形成串联通路的绝缘检测电压采集控制模块，所述绝缘电压采集电路用于采集上述两个串联通路情况下所述第二采样电阻两端的电压，分别作为动力电池正端对车底盘的电压和动力电池负端对车底盘的电压。

更优选地，上述的系统中，所述绝缘检测电压采集控制模块包括：开关型的第三光耦及开关型的第四光耦；

所述第三光耦的第一输入端与所述MCU的第一绝缘检测控制信号输出端连接，第一输出端与动力电池的正极连接；

所述第四光耦的第一输入端与所述第三光耦的第一输入端连接，第二输入端与所述MCU的第二绝缘检测控制信号输出端连接，第一输出端与所述第三光耦的第二输出端连接，第二输出端与动力电池的负极连接；

在所述第三光耦根据所述第一绝缘检测控制信号导通时，所述动力电池正极、第二采样电阻及地之间形成串联通路；

在所述第四光耦根据所述第二绝缘检测控制信号导通时，所述动力电池负极、第二采样电阻及地之间形成串联通路；

此时，所述MCU根据预置策略输出的绝缘检测控制信号包括：第一绝缘检测控制信号和第二绝缘检测控制信号。

本发明实施例至少存在以下技术效果：

1)本发明实施例所提出的系统通过简单可控的开关方式来实现对动力电池绝缘电压的检测，能够分别检测动力电池正、负极绝缘的情况，尤其是动力电池正、负极绝缘同等下降的情况，使得整个绝缘检测安全性更高；

2)本发明实施例所提出的系统不仅可以对绝缘电压进行检测，还可以实现对动力电池总电压的实时检测，满足不同场合对于动力电池的检测需求，应用更广；

3)本发明实施例所提出的系统可以直接融入到动力电池管理系统的设计中，通过动力电池管理系统实现自行控制，完成对动力电池系统的绝缘检测，既能够实时检测动力电池系统的绝缘状态，又能够有效节省电池包空间。

附图说明

图1为本发明实施例的电路原理框图。

具体实施方式

一种电动汽车电池绝缘检测系统包括：微控制单元MCU、动力电池电压检测单元以及绝缘检测单元，其中：

所述动力电池电压检测单元，根据所述MCU输出的电压检测控制信号对与动力电池电压相关联的电压进行采集，并提供给所述MCU；

所述绝缘检测单元，根据MCU输出的绝缘检测控制信号对动力电池正端对车底盘的电压和动力电池负端对车底盘的电压分别进行采集，并提供给所述MCU；

所述MCU，根据预置策略输出电压检测控制信号和绝缘检测控制信号，并且将接收到的动力电池正端对车底盘的电压和动力电池负端对车底盘的电压中较小的一个确定为动力电池对整车的绝缘电压值。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。

参考图1所示，为本发明实施例的电动汽车电池绝缘检测系统的电路原理框图；从图1中可以看出：

A)动力电池电压检测：

所述动力电池电压检测单元包括：分压电阻R3、R4，第一采样电阻R5、电压差处理电路、电池电压采集电路、以及开关型的第一光耦和开关型的第二光耦；所述第一光耦的第一输入端与所述MCU的第一电压检测控制信号输出端连接、第二输入端接地，第一输出端与动力电池的正极连接；所述第二光耦的第一输入端与所述MCU的第二电压检测控制信号输出端连接、第二输入端接地，第一输出端与动力电池的负极连接；在所述第一光耦和所述第二光耦根据所述第一电压检测控制信号和所述第二电压检测控制信号导通时，所述动力电池正极、所述第一光耦的第一输出端和第二输出端、分压电阻R3、第一采样电阻R5、分压电阻R4、及所述第二光耦的第二输出端和第一输出端、动力电池负极之间形成串联通路；所述第一电压检测控制信号和第二电压检测控制信号由所述MCU根据预置策略输出；所述第一采样电阻R5两端的电压经过电压差处理电路(其用于成比例降低输入电压并输出)进行降压处理后，输入所述电池电压采集电路，在所述电池电压采集电路中进行模数转换后输入MCU。

具体实现过程中，当需要对动力电池电压进行采集时，MCU输出高电平的第一电压检测控制信号及第二电压检测控制信号，由此，第一光耦和第二光耦被触发导通工作，所述动力电池正极、所述第一光耦的第一输出端和第二输出端、分压电阻R3、第一采样电阻R5、分压电阻R4及所述第二光耦的第二输出端和第一输出端、动力电池负极之间形成串联通路；由于可以采集到第一采样电阻R5的工作电压U_R5，而同时电压差处理电路对于所采集电压的降低比例是已知的，例如，为K，那么MCU可以确定动力电池的电压为：U_BT＝K×U_R5×(R3+R4+R5)/R5。最后，MCU输出低电平的第一电压检测控制信号及第二电压检测控制信号，使得第一光耦和第二光耦截止，完成动力电池电压检测过程。

当然，在上述电路中，设置用于成比例降低采集电压的电压差处理电路是为了降低对所述电池电压采集电路的电压采集要求，在某些实际应用场合也可以不设置，而直接使用电池电压采集电路对第一采样电阻工作时的电压进行采集；为了能够得到更好的采集效果，在所述电池电压采集电路的输入端可以设置有滤波电路。

需要说明的是，在上述的动力电池电压采集过程中，利用了第一光耦和第二光耦来作为动力电池电压采集的开关控制部件，实际上在其它的实施例中，也可以利用其它的动力电池电压采集控制模块，只需要在所述动力电池电压采集控制模块中，在电压检测控制信号的控制下可以使动力电池正极、分压电阻、第一采样电阻及动力电池负极之间形成串联通路即可。

B)绝缘电压检测：

所述绝缘检测单元进一步地包括：第二采样电阻R6、绝缘电压采集电路、以及开关型的第三光耦及开关型的第四光耦；所述第三光耦的第一输入端与所述MCU的第一绝缘检测控制信号输出端连接，第一输出端与动力电池的正极连接(也可以通过上拉电阻R1与动力电池的正极连接)；所述第四光耦的第一输入端与所述第三光耦的第一输入端连接，第二输入端与所述MCU的第二绝缘检测控制信号输出端连接，第一输出端与所述第三光耦的第二输出端连接，第二输出端与动力电池的负极连接；在所述第三光耦根据所述第一绝缘检测控制信号导通时，所述动力电池正极、第二采样电阻R6及地(汽车底盘)之间形成串联通路；在所述第四光耦根据所述第二绝缘检测控制信号导通时，所述动力电池负极、第二采样电阻R6及地(汽车底盘)之间形成串联通路；第一绝缘检测控制信号和第二绝缘检测控制信号由所述MCU根据预置策略输出；所述第二采样电阻R6对地电压输入所述绝缘电压采集电路，在所述绝缘电压采集电路中进行模数转换后输入MCU。

具体实现过程中，当需要进行绝缘电压采集时，MCU首先输出高电平的第一绝缘检测控制信号，使得第三光耦被触发导通工作，所述动力电池正极、所述第三光耦的第一输出端、第二输出端、第二采样电阻R6及地(汽车底盘)之间形成串联通路；此时绝缘电压采集电路所采集的电压即为：动力电池正端对车底盘的电压。然后，MCU输出低电平的第一绝缘检测控制信号以及高电平的第二绝缘检测控制信号，使得第四光耦被触发导通工作，所述动力电池负极、所述第四光耦的第二输出端、第一输出端、第二采样电阻R6及地(汽车底盘)之间形成串联通路；此时绝缘电压采集电路所采集的电压即为：动力电池负端对车底盘的电压；所述MCU将接收到的动力电池正端对车底盘的电压和动力电池负端对车底盘的电压中较小的一个确定为动力电池对整车的绝缘电压值；最后，MCU输出低电平的第二绝缘检测控制信号，完成绝缘电压检测过程。

当然，在上述电路中，为了能够得到更好的采集效果，在所述绝缘电压采集电路的输入端可以设置有滤波电路。

需要说明的是，在上述绝缘电压检测过程中，利用第三光耦和第四光耦来作为绝缘电压采集的开关控制部件，实际上在其它的实施例中，也可以利用绝缘电压采集控制模块，只需要在所述绝缘电压采集控制模块中，在绝缘电压检测控制信号的控制下依次使动力电池正极、第二采样电阻R6、地(汽车底盘)之间形成串联通路、以及使动力电池负极、第二采样电阻R6、地(汽车底盘)之间形成串联通路即可。

对于上述动力电池绝缘检测系统而言，所述MCU还可以与动力电池管理系统的MCU集成为一个MCU，集成后的MCU不仅负责电动汽车电池管理系统的原有功能，而且负责完成上述动力电池绝缘检测过程中的所有控制信号的输出以及所有电压信号的采集和绝缘检测算法的实现，也就是说，可以将动力电池系统的绝缘检测功能集成到动力电池管理系统中，而不必开发单独的绝缘检测模块，从而有效的节省了动力电池包的空间。

由上可知，本发明实施例具有以下优势：

1)本发明实施例所提出的系统通过简单可控的开关方式来实现对动力电池绝缘电压的检测，能够分别检测动力电池正、负极绝缘的情况，尤其是动力电池正、负极绝缘同等下降的情况，使得整个绝缘检测安全性更高；

2)本发明实施例所提出的系统不仅可以对绝缘电压进行检测，还可以实现对动力电池总电压的实时检测，满足不同场合对于动力电池的检测需求，应用更广；

3)本发明实施例所提出的系统可以直接融入到动力电池管理系统的设计中，通过动力电池管理系统实现自行控制，完成对动力电池系统的绝缘检测，既能够实时检测动力电池系统的绝缘状态，又能够有效节省电池包空间。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电动汽车电池绝缘检测系统，包括：微控制单元MCU、动力电池电压检测单元、绝缘检测单元，其中：

所述绝缘检测单元，根据MCU输出的绝缘检测控制信号对动力电池正端对车底盘的电压和动力电池负端对车底盘的电压分别进行采集，并提供给所述MCU；

所述MCU，根据预置策略输出绝缘检测控制信号，并且将接收到的动力电池正端对车底盘的电压和动力电池负端对车底盘的电压中较小的一个确定为动力电池对整车的绝缘电压值；

所述绝缘检测单元进一步地包括：第二采样电阻、绝缘电压采集电路、以及在所述绝缘检测控制信号的控制下依次使动力电池正极、第二采样电阻、地之间形成串联通路、以及使动力电池负极、第二采样电阻、地之间形成串联通路的绝缘电压采集控制模块，所述绝缘电压采集电路用于采集上述两个串联通路情况下所述第二采样电阻两端的电压，分别作为动力电池正端对车底盘的电压和动力电池负端对车底盘的电压；

所述绝缘检测电压采集控制模块包括：开关型的第三光耦及开关型的第四光耦；

所述第三光耦的第一输入端与所述MCU的第一绝缘检测控制信号输出端连接，第一输出端与动力电池的正极连接；

所述第四光耦的第一输入端与所述第三光耦的第一输入端连接，第二输入端与所述MCU的第二绝缘检测控制信号输出端连接，第一输出端与所述第三光耦的第二输出端连接，第二输出端与动力电池的负极连接；

在所述第三光耦根据所述第一绝缘检测控制信号导通时，所述动力电池正极、第二采样电阻及地之间形成串联通路；

在所述第四光耦根据所述第二绝缘检测控制信号导通时，所述动力电池负极、第二采样电阻及地之间形成串联通路；

此时，所述MCU根据预置策略输出的绝缘检测控制信号包括：第一绝缘检测控制信号和第二绝缘检测控制信号。

2.根据权利要求1所述的电动汽车电池绝缘检测系统，其特征在于，

所述的电动汽车电池绝缘检测系统还包括：

所述动力电池电压检测单元，根据所述MCU输出的电压检测控制信号对与动力电池电压相关联的电压进行采集，并提供给所述MCU；

此时，所述MCU根据预置策略输出电压检测控制信号，并且根据所采集的电压按照预先比例关系确定动力电池电压。

3.根据权利要求2所述的电动汽车电池绝缘检测系统，其特征在于，

所述动力电池电压检测单元进一步地包括：分压电阻、第一采样电阻、电池电压采集电路、以及在所述电压检测控制信号的控制下使动力电池正极、分压电阻、第一采样电阻及动力电池负极之间形成串联通路的动力电池电压采集控制模块，所述电池采集电路用于采集与动力电池电压相关联的第一采样电阻两端的电压；

所述MCU根据所采集的电压按照预先比例关系确定动力电池电压进一步为：所述MCU根据所采集的电压，以及所述第一采样电阻阻值占所述串联通路中总阻值的比例确定所述动力电池电压。

4.根据权利要求3所述的电动汽车电池绝缘检测系统，其特征在于，

所述动力电池电压采集控制模块包括：开关型的第一光耦及开关型的第二光耦；

所述第一光耦的第一输入端与所述MCU的第一电压检测控制信号输出端连接、第二输入端接地，第一输出端与动力电池的正极连接；

所述第二光耦的第一输入端与所述MCU的第二电压检测控制信号输出端连接、第二输入端接地，第一输出端与动力电池的负极连接；

在所述第一光耦和所述第二光耦根据所述第一电压检测控制信号和所述第二电压检测控制信号导通时，所述动力电池正极、所述第一光耦的第一输出端和第二输出端、分压电阻、第一采样电阻及所述第二光耦的第二输出端和第一输出端、动力电池负极之间形成串联通路；

此时，所述MCU根据预置策略输出的电压检测控制信号包括：第一电压检测控制信号和第二电压检测控制信号。

5.根据权利要求3所述的电动汽车电池绝缘检测系统，其特征在于，所述的电池电压采集电路和所述第一采样电阻之间设置有电压差处理电路，用于将所采集的第一采样电阻电压按比例降低。

6.根据权利要求5所述的电动汽车电池绝缘检测系统，其特征在于，

所述MCU根据所采集的电压按照预先比例关系确定动力电池电压进一步为：所述MCU根据所采集的电压，第一采样电阻电压的降低比例、以及所述第一采样电阻阻值占所述串联通路中总阻值的比例确定所述动力电池电压。