一種電動汽車動力電池組的絕緣檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電動汽車動力電池組的絕緣檢測裝置，該裝置包括微控制器、通訊單元及用于連接在串聯(lián)電池組正負(fù)極兩端的絕緣檢測單元和電壓采集單元，該絕緣檢測裝置不僅可以根據(jù)電池組的電壓采樣信號和采樣測量電阻的電壓采樣信號精確計(jì)算出高壓正負(fù)母線對車身的絕緣電阻值，在絕緣降低或絕緣損壞的情況下準(zhǔn)確判斷故障位置，從而確定出串聯(lián)電池組內(nèi)部具體哪一節(jié)電池的正負(fù)極柱絕緣異常，同時(shí)通過通訊系統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡(luò)把故障信息發(fā)送給整車控制器，司乘人員就能及時(shí)掌握動力電池組的絕緣情況，在出現(xiàn)絕緣異常的情況下做出及時(shí)準(zhǔn)確的處理，同時(shí)也便于維修人員進(jìn)行絕緣修復(fù)工作。
【專利說明】—種電動汽車動力電池組的絕緣檢測裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于電動汽車領(lǐng)域，具體涉及一種電動汽車動力電池組的絕緣監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電動汽車的主要能量來源于車載動力電池。為了達(dá)到一定的電壓等級，電動汽車中常常將多節(jié)電池串聯(lián)使用，電壓一般都在300V以上。在電動汽車的實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，車載工作環(huán)境復(fù)雜，震動、溫度和濕度的急劇變化、酸堿氣體的腐蝕等都會引起絕緣的損傷和破壞，使絕緣性能下降。電動汽車的絕緣狀況由直流電池組的正負(fù)母線對車體的絕緣電阻決定，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有明確的規(guī)定，該絕緣電阻必須不小于100歐/伏。因此準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的測量高壓電氣與車身之間的絕緣性能對司乘人員和車輛的安全，以及電氣設(shè)備的正常工作都具有重要意義。
[0003]目前絕緣監(jiān)測廣泛采用的原理有交流信號注入法、電橋法和測量直流漏電流法。交流信號注入法通過將高頻交流信號注入到電氣回路中，然后根據(jù)反饋回來信號的幅值和相位的變化來推算絕緣電阻。這種測量方法需要向直流系統(tǒng)注入附加交流測試信號，會對直流系統(tǒng)本身帶來一定影響，干擾直流系統(tǒng)工作，并且其電路復(fù)雜、穩(wěn)定性不好。電橋法的原理是采用橋式電路，橋路的一邊是固定電阻，橋路的另一邊是直流母線正、負(fù)端對地電阻；當(dāng)母線的一端出現(xiàn)絕緣不良時(shí)，電橋失去平衡，其值達(dá)到一定程度時(shí)，繼電器動作報(bào)警；由此可見，當(dāng)橋路兩端絕緣電阻均下降時(shí)，電橋達(dá)成另一種平衡，此時(shí)就不能報(bào)警，也容易產(chǎn)生誤報(bào)；同時(shí)，使用電橋法的絕緣監(jiān)測裝置只能是一種定性的監(jiān)測，并無定量值，依靠高靈敏度的的繼電器整定動作值很難精確，且誤差大；并且使用此方法本身就降低了系統(tǒng)的絕緣等級。
[0004]測量直流漏電流法的原理是:絕緣電阻、降壓電阻和采樣測量電阻串聯(lián)后連接至動力電池組的正負(fù)母線上，通過采樣測量電阻上的電壓值來推算絕緣電阻值。由于電動汽車中常常使用多節(jié)電池串聯(lián)，現(xiàn)有的絕緣監(jiān)測電路或裝置只能計(jì)算得到電池組的正母線、負(fù)母線或者正負(fù)母線同時(shí)對車體的絕緣電阻參數(shù)，而不能給出串聯(lián)電池組內(nèi)部具體哪一節(jié)電池的正負(fù)極柱絕緣損壞，不方便維修人員進(jìn)行絕緣修復(fù)工作。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種電動汽車動力電池組的絕緣檢測裝置，以解決現(xiàn)有檢測裝置不能確定串聯(lián)電池組內(nèi)部哪一節(jié)電池漏電的問題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種電動汽車動力電池組的絕緣檢測裝置，該裝置包括微控制器、通訊單元及用于連接在串聯(lián)電池組正負(fù)極兩端的絕緣檢測單元和電壓采集單元，所述絕緣檢測單元包括由串有正極降壓電阻的正極絕緣開關(guān)電路和串有負(fù)極降壓電阻的負(fù)極絕緣開關(guān)電路組成的電子開關(guān)電路，所述正極絕緣開關(guān)電路的一端與電池組的正極相連，負(fù)極絕緣開關(guān)電路的一端與電池組的負(fù)極連接，正極絕緣開關(guān)電路的另一端和負(fù)極絕緣開關(guān)電路另一端短接，并通過一個(gè)采樣測量電阻與車體連接，所述電壓采集單元用于采集電池組正負(fù)極電壓并輸出到微控制器，絕緣檢測單元用于采集采樣測量電阻的電壓并輸出到微控制器。
[0007]所述電子開關(guān)電路通過一個(gè)由微控制器控制的光MOS繼電器選擇導(dǎo)通正極絕緣開關(guān)電路與正極和負(fù)極絕緣開關(guān)電路與負(fù)極。
[0008]所述電壓采集單元包括順次連接的用于對電池組電壓信號進(jìn)行處理的放大電路和隔離電路，所述放大電路的輸入端與電池組的正負(fù)極連接，隔離電路的輸出端與微處理器的第一模擬采樣端連接。
[0009]所述絕緣檢測單元還包括順次連接的用于對采樣測量電阻的電壓信號進(jìn)行處理的調(diào)理電路和隔離電路，所述調(diào)理電路的輸入端與采樣測量電阻的輸出端連接，所述信號隔離電路的輸出端與微控制器的第二模擬采樣端。
[0010]所述通訊單元由隔離CAN收發(fā)器組成，所述隔離CAN收發(fā)器的輸入端與微控制器的通訊端。
[0011 ] 所述微控制器的通訊端通過通訊電路用于與整車控制器連接。
[0012]本實(shí)用新型的電動汽車動力電池組的絕緣檢測裝置不僅可以根據(jù)電池組的電壓采樣信號和采樣測量電阻的電壓采樣信號精確計(jì)算出高壓正負(fù)母線對車身的絕緣電阻值，在絕緣降低或絕緣損壞的情況下準(zhǔn)確判斷故障位置，從而確定出串聯(lián)電池組內(nèi)部具體哪一節(jié)電池的正負(fù)極柱絕緣異常，同時(shí)通過通訊系統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡(luò)把故障信息發(fā)送給整車控制器，司乘人員就能及時(shí)掌握動力電池組的絕緣情況，在出現(xiàn)絕緣異常的情況下做出及時(shí)準(zhǔn)確的處理，同時(shí)也便于維修人員進(jìn)行絕緣修復(fù)工作。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，體積小的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)動力電池組絕緣狀態(tài)的在線連續(xù)監(jiān)測，滿足司乘人員實(shí)時(shí)了解絕緣性能的要求，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際檢驗(yàn)，效果良好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖；
[0014]圖2為電壓檢測單元原理圖；
[0015]圖3為漏電流監(jiān)測單元原理圖；
[0016]圖4為通訊單元原理圖；
[0017]圖5為正常運(yùn)行時(shí)接線圖；
[0018]圖6為發(fā)生絕緣損壞時(shí)系統(tǒng)接線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步介紹。
[0020]如圖1和5所示為本實(shí)用新型電動汽車動力電池組的絕緣檢測裝置實(shí)施例的系統(tǒng)框圖，該裝置包括微控制器、通訊單元及用于連接在串聯(lián)電池組正負(fù)極兩端的絕緣檢測單元和電壓采集單元，絕緣檢測單元包括由串有正極降壓電阻的正極絕緣開關(guān)電路和串有負(fù)極降壓電阻的負(fù)極絕緣開關(guān)電路組成的電子開關(guān)電路，正極絕緣開關(guān)電路的一端與電池組的正極相連，負(fù)極絕緣開關(guān)電路的一端與電池組的負(fù)極連接，正極絕緣開關(guān)電路的另一端和負(fù)極絕緣開關(guān)電路另一端短接，并通過一個(gè)采樣測量電阻與車體(圖1中的COM端)連接；采樣測量電阻的信號輸出連接到一個(gè)微控制器的信號輸入端；電壓采集單元的輸入信號包括動力電池正極U+和動力電池負(fù)極U-;輸出信號是UOUTl，連接至微控制器的模擬采樣管腳AD1，主要用于采集電池組正負(fù)極電壓并輸出到微控制器；絕緣檢測單元的輸入信號包括動力電池正極U+和動力電池負(fù)極U-以及車體連接端C0M，輸出信號是U0UT2，連接至微控制器的模擬采樣管腳AD2，主要用于采集采樣測量電阻的電壓并輸出到微控制器；微控制器的通訊端通過通訊單元用于與整車控制器連接。
[0021]本實(shí)施例的電子開關(guān)電路采用一個(gè)由微控制器控制的光MOS繼電器選擇導(dǎo)通正極絕緣開關(guān)電路與正極和負(fù)極絕緣開關(guān)電路與負(fù)極；正極絕緣開關(guān)電路由正極光MOS繼電器(正極絕緣開關(guān))和正極降壓電阻組成；負(fù)極絕緣開關(guān)由負(fù)極光MOS繼電器(負(fù)極絕緣開關(guān))和負(fù)極降壓電阻組成。
[0022]如圖2所示為本實(shí)施例電壓采集單元的電路圖，由圖可知，電壓采集單元包括順次連接的用于對電池組電壓信號進(jìn)行處理的放大電路和隔離電路，放大電路的輸入端與電池組的正負(fù)極連接，隔離電路的輸出端與微處理器的第一模擬采樣端連接AD1，具體電路連接如下:放大電路由儀表放大器U1、電阻R1、R2、R3組成:電阻R1、R2、R3串聯(lián)后連接至電池組正極U+和動力電池負(fù)極U-，在電阻R2兩端得到采樣電壓，分別連接至儀表放大器Ul的同相輸入端(3號管腳)和倒相輸入端(2號管腳)，儀表放大器Ul的參考端(5號管腳)接地，電源管腳(7號、4號管腳)分別接+5V和-5V電源，6號管腳輸出調(diào)理后的信號量給隔離電路。隔離電路由集成運(yùn)放U2、集成運(yùn)放U3、線性光耦0P1、二極管D1、電阻R4、R5、R6組成:電阻R4的一端接調(diào)理模塊的輸出信號，另一端與線性光耦(OPl)的3號管腳、集成運(yùn)放U2的2號管腳、二極管Dl的負(fù)端連接到一起，集成運(yùn)放U2的6號管腳、二極管Dl的正端與電阻R6的一端連接到一起，電阻R6的另一端與線性光耦OPl的I號管腳連接到一起，線性光耦OPl的2號、4號管腳和集成運(yùn)放U2的3號管腳共同連接至電源地網(wǎng)絡(luò)，線性光耦OPl的5號管腳和集成運(yùn)放U3的3號管腳共同連接至隔離后的電源地網(wǎng)絡(luò)，線性光耦OPl的6號管腳、集成運(yùn)放U3的2號管腳和電阻R5的一端連接到一起，電阻R5的另一端與集成運(yùn)放U3的6號管腳連接，此節(jié)點(diǎn)為電壓檢測單元的輸出信號UOUTl，連接至微控制器的模擬米樣管腳ADI。
[0023]如圖3所示為本實(shí)施例絕緣檢測單元的電路圖，由圖可知，本實(shí)施例的絕緣檢測單元包括電子開關(guān)電路、采樣測量電阻R10、調(diào)理電路和信號隔離電路，具體電路連接如下:電子電路由光MOS繼電器0P2和電阻R7組成:光MOS繼電器0P2的I號、4號管腳和電阻R7的一個(gè)管腳連接到一起，電阻R7的另一個(gè)管腳命名為CTRH，連接至微控制器的通用輸入輸出管腳GP101，光MOS繼電器0P2的2號、3號管腳連接到一起，命名為CTRL，連接至微控制器的通用輸入輸出管腳GP102 ;光MOS繼電器0P2的5號管腳與正極降壓電阻R8的一端相連，正極降壓電阻R8的另一端與動力電池正極U+相連，構(gòu)成正極絕緣開關(guān)電路；光MOS繼電器0P2的7號管腳與負(fù)極降壓電阻R9的一端相連，負(fù)極降壓電阻R9的另一端與動力電池負(fù)極U-相連，構(gòu)成負(fù)極絕緣開關(guān)電路；光MOS繼電器0P2的6號、8號管腳與采樣測量電阻RlO的一端、電阻Rll的一端相連，作為調(diào)理電路的信號源輸入端。調(diào)理電路由儀表放大器U4、電阻R11、R12組成:采樣測量電阻RlO的一端和電阻Rll的一端連接到一起作為調(diào)理電路的輸入端，電阻Rll的另一端與儀表放大器U4的3號管腳相連，采樣測量電阻RlO的另一端和電阻R12的一端相連作為車體連接端C0M，電阻R12的另一端與儀表放大器U4的2號管腳相連，儀表放大器U4的參考端(5號管腳)接1.5V參考電源(VREF_1.5V)，電源管腳(7號、4號管腳)分別接另一組+5V和-5V電源，6號管腳輸出調(diào)理后的信號量給隔離電路。隔離電路由集成運(yùn)放U5、集成運(yùn)放U6、線性光耦0P3、二極管D2、電阻R13、R14、R15組成:電阻R13的一端接調(diào)理模塊的輸出信號，另一端與線性光耦0P3的3號管腳、集成運(yùn)放U5的2號管腳、二極管D2的負(fù)端連接到一起，集成運(yùn)放U5的6號管腳、二極管D2的正端與電阻R15的一端連接到一起，電阻R15的另一端與線性光耦0P3的I號管腳連接到一起，線性光耦0P3的2號、4號管腳和集成運(yùn)放U5的3號管腳共同連接至另一組電源地網(wǎng)絡(luò)，線性光耦0P3的5號管腳和集成運(yùn)放U6的3號管腳共同連接至隔離后的電源地網(wǎng)絡(luò)，線性光耦0P3的6號管腳、集成運(yùn)放U6的2號管腳和電阻R14的一端連接到一起，電阻R14的另一端與集成運(yùn)放U6的6號管腳連接，此節(jié)點(diǎn)為電壓檢測單元的輸出信號U0UT2，連接至微控制器的第二模擬采樣管腳AD2。
[0024]如圖4所示，通訊單元由隔離CAN收發(fā)器U7組成，接收微控制器的數(shù)據(jù)信號，轉(zhuǎn)換成CAN總線的差分邏輯電平發(fā)送給整車控制器。隔離CAN收發(fā)器U7的2號管腳接微控制器的CAN數(shù)據(jù)接收管腳，隔離CAN收發(fā)器U7的3號管腳接微控制器的CAN數(shù)據(jù)發(fā)送管腳，隔離CAN收發(fā)器U7的6號管腳連接至CAN網(wǎng)的CANL線，隔離CAN收發(fā)器U7的7號管腳連接至CAN網(wǎng)的CANH線，其他管腳接對應(yīng)的電源正和電源地，整車控制器通過CAN網(wǎng)與微處理器通訊。
[0025]本實(shí)用新型利用電動汽車動力電池組的絕緣檢測裝置的絕緣檢測方法如下:如圖5所示，設(shè)定電池組與車體之間的絕緣等效電阻為Rg，正常運(yùn)行時(shí)接近于無窮大，α為發(fā)生絕緣損壞的位置點(diǎn)與電池組負(fù)極間的距離，采樣測量電阻為R (相當(dāng)于圖3電路中的R10)，正極降壓電阻為Ra (相當(dāng)于圖3電路中的R8)，負(fù)極降壓電阻為Rb (相當(dāng)于圖3電路中的R9)，發(fā)生絕緣損壞時(shí)的運(yùn)行情況如圖6所示:S1、S2是電子開關(guān)，分別相當(dāng)于電子開關(guān)電路光MOS繼電器的正極光MOS繼電器(正極絕緣開關(guān))和負(fù)極光MOS繼電器(負(fù)極絕緣開關(guān))，由微控制器控制形成兩個(gè)不同的切換回路；E為串聯(lián)電池的總電壓，考慮其在不同切換狀態(tài)下的變化分別為Ep E2，該檢測方法包括如下步驟: [0026](I)導(dǎo)通正極絕緣開關(guān)，斷開負(fù)極絕緣開關(guān)，則正極絕緣檢測回路導(dǎo)通，通過電壓采集單元采樣得到電池組 總電壓El，通過絕緣檢測單元的采樣測量電阻得到電池組正極與
車體間的電壓ui,其回路電壓方程為
【權(quán)利要求】
1.一種電動汽車動力電池組的絕緣檢測裝置，其特征在于:該裝置包括微控制器、通訊單元及用于連接在串聯(lián)電池組正負(fù)極兩端的絕緣檢測單元和電壓采集單元，所述絕緣檢測單元包括由串有正極降壓電阻的正極絕緣開關(guān)電路和串有負(fù)極降壓電阻的負(fù)極絕緣開關(guān)電路組成的電子開關(guān)電路，所述正極絕緣開關(guān)電路的一端與電池組的正極相連，負(fù)極絕緣開關(guān)電路的一端與電池組的負(fù)極連接，正極絕緣開關(guān)電路的另一端和負(fù)極絕緣開關(guān)電路另一端短接，并通過一個(gè)采樣測量電阻與車體連接，所述電壓采集單元用于采集電池組正負(fù)極電壓并輸出到微控制器，絕緣檢測單元用于采集采樣測量電阻的電壓并輸出到微控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車動力電池組的絕緣檢測裝置，其特征在于:所述電子開關(guān)電路通過一個(gè)由微控制器控制的光MOS繼電器選擇導(dǎo)通正極絕緣開關(guān)電路與正極和負(fù)極絕緣開關(guān)電路與負(fù)極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動汽車動力電池組的絕緣檢測裝置，其特征在于:所述電壓采集單元包括順次連接的用于對電池組電壓信號進(jìn)行處理的放大電路和隔離電路，所述放大電路的輸入端與電池組的正負(fù)極連接，隔離電路的輸出端與微處理器的第一模擬米樣端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電動汽車動力電池組的絕緣檢測裝置，其特征在于:所述絕緣檢測單元還包括順次連接的用于對采樣測量電阻的電壓信號進(jìn)行處理的調(diào)理電路和隔離電路，所述調(diào)理電路的輸入端與采樣測量電阻的輸出端連接，所述信號隔離電路的輸出端與微控制器的第二模擬采樣端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動汽車動力電池組的絕緣檢測裝置，其特征在于:所述通訊單元由隔離CAN收發(fā)器組成，所述隔離CAN收發(fā)器的輸入端與微控制器的通訊端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動汽車動力電池組的絕緣檢測裝置，其特征在于:所述微控制器的通訊端通過通訊電路用于與整車控制器連接。
【文檔編號】G01R31/36GK203455462SQ201320484218
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月8日
【發(fā)明者】曹昆, 王振華, 王定國, 吳雪玲, 任華鋒, 王全海, 姚艷艷, 馬國紅, 周東杰 申請人:許繼集團(tuán)有限公司, 許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼軟件技術(shù)有限公司