本發(fā)明屬于電池管理系統(tǒng)中絕緣電阻檢測(cè)，具體涉及一種絕緣檢測(cè)失效診斷方法。

背景技術(shù)：

1、在電池管理系統(tǒng)(bms)中，絕緣電阻檢測(cè)是一項(xiàng)非常重要的功能，可以用來(lái)評(píng)估電池系統(tǒng)的絕緣性能，幫助了解設(shè)備是否存在漏電、接地故障或絕緣老化等問(wèn)題。目前，電動(dòng)汽車電壓等級(jí)已經(jīng)達(dá)到800v以上，高壓平臺(tái)支持更高的充電功率和更快的充電速度；在儲(chǔ)能領(lǐng)域，1500v高壓系統(tǒng)已成為近年來(lái)儲(chǔ)能市場(chǎng)中的主流方案，同時(shí)還在向2000v以上的電壓等級(jí)邁進(jìn)。隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)和動(dòng)力電池系統(tǒng)向高壓方向的發(fā)展，絕緣性能的重要性愈加凸顯，高壓環(huán)境下的絕緣電阻是保證系統(tǒng)可靠性和安全性的關(guān)鍵因素，高質(zhì)量的絕緣能夠防止漏電和短路，從而保障電池的安全性。若系統(tǒng)絕緣性能下降，可能會(huì)存在漏電隱患進(jìn)而導(dǎo)致人身安全出現(xiàn)問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)電池模組短路起火而出現(xiàn)火災(zāi)，造成無(wú)法挽救的損失。因此，需要特別考慮和設(shè)計(jì)電池組的絕緣檢測(cè)功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池組的絕緣狀態(tài)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)上報(bào)告警信息和進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，以保證電池系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2、目前，bms檢測(cè)絕緣電阻的方法主要有平衡電橋法、不平衡電橋法和交流電壓注入法等。其中，不平衡電橋法具有電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、采樣精度高、電磁兼容性能(emc，electromagnetic?compatibility)和穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，在動(dòng)力和儲(chǔ)能bms的絕緣檢測(cè)方案中得到了廣泛應(yīng)用。不平衡電橋法的基本原理是在電池正負(fù)極與接地外殼之間接入一系列電阻，通過(guò)交替切換兩側(cè)的開(kāi)關(guān)改變兩極對(duì)地的等效電阻，采集得到正、負(fù)極采樣電阻上不平衡的檢測(cè)電壓值，根據(jù)基爾霍夫電流定律列方程組來(lái)計(jì)算正負(fù)極的絕緣電阻。

3、在采用不平衡電橋法檢測(cè)絕緣電阻的bms硬件架構(gòu)中，bms內(nèi)部通過(guò)兩路a/d采樣電路分別對(duì)上下橋臂的正負(fù)極采樣電阻進(jìn)行電壓采樣，而從外部連接至bms輸入端口的物理接線有：①電池組正極采集線(bat+)，②電池組負(fù)極采集線(bat-)，③保護(hù)接地線(pe，protective-earth)。由于該方法需要額外的采集線接入到電池管理系統(tǒng)的高壓采集部分，而在整車復(fù)雜的電氣環(huán)境和使用工況下，存在上述采集線束發(fā)生接觸短路或者斷線，以及接插件松動(dòng)接觸不良等故障發(fā)生的可能性，進(jìn)而影響所需信號(hào)的正常采集，導(dǎo)致絕緣檢測(cè)功能模塊執(zhí)行后無(wú)法得到預(yù)期的結(jié)果。即在已有的專利技術(shù)中，大多數(shù)都是著眼于不平衡電橋法在軟件和算法實(shí)現(xiàn)層面的改進(jìn)優(yōu)化，沒(méi)有考慮外部輸入信號(hào)本身發(fā)生故障，即bat+、bat-、pe其中一個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)發(fā)生故障導(dǎo)致絕緣檢測(cè)失效的情況。因此，現(xiàn)有的絕緣檢測(cè)算法只能在全部輸入信號(hào)默認(rèn)正常時(shí)進(jìn)行絕緣電阻的計(jì)算，而在檢測(cè)失效時(shí)無(wú)法識(shí)別具體是哪一個(gè)或哪幾個(gè)失效故障，這就會(huì)導(dǎo)致當(dāng)絕緣故障實(shí)際產(chǎn)生時(shí)，因?yàn)闄z測(cè)失效無(wú)法正常上報(bào)告警信息和執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作，帶來(lái)安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于提供一種絕緣檢測(cè)失效診斷方法，以解決在不平衡電橋法檢測(cè)絕緣電阻時(shí)出現(xiàn)檢測(cè)失效但無(wú)法識(shí)別具體失效故障的情況。

2、本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問(wèn)題可通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種絕緣檢測(cè)失效診斷方法，具體步驟包括：

4、s1.在不平衡電橋電路中，控制上橋臂開(kāi)關(guān)kp、下橋臂開(kāi)關(guān)kn同時(shí)閉合，同時(shí)控制上下橋臂與整車車身地之間的開(kāi)關(guān)kpe斷開(kāi)，分別采集并計(jì)算采樣電阻rp1和rn1的電壓值和采樣電阻rp1為上半橋臂正極的電阻，采樣電阻rn1為下半橋臂負(fù)極的電阻；

5、s2.根據(jù)步驟s1得到的電壓值和和分壓比系數(shù)計(jì)算電池bat+和電池bat-之間的內(nèi)總壓vbat；

6、s3.判斷步驟s2計(jì)算得到的內(nèi)總壓值vbat是否為0，若vbat＝0，則初步判定發(fā)生bat+斷線或bat-斷線故障，則進(jìn)一步判斷具體是bat+還是bat-發(fā)生斷線；若vbat≠0，則bat+和bat-無(wú)斷線故障，進(jìn)一步判斷是否存在pe斷線故障，pe斷線指的是整車車身地與整車車身地到電池管理系統(tǒng)的輸入連接點(diǎn)之間的高壓連接線斷線；

7、s4.若vbat＝0，電池管理系統(tǒng)控制開(kāi)關(guān)kpe閉合，再次采集并計(jì)算采樣電阻rp1和采樣電阻rn1的電壓值和根據(jù)和的值判斷bat+和bat-的斷線情況；

8、s5.若vbat≠0，即不存在bat+或bat-斷線故障的前提條件下，電池管理系統(tǒng)控制開(kāi)關(guān)kpe閉合，同時(shí)繼續(xù)保持上橋臂開(kāi)關(guān)kp、下橋臂開(kāi)關(guān)kn閉合，采集并計(jì)算采樣電阻rp1和采樣電阻rn1上的電壓值，若閉合kpe后計(jì)算得到的和與步驟s1中斷開(kāi)kpe時(shí)計(jì)算得到的和值相等，則判定pe發(fā)生斷線故障。

9、進(jìn)一步地，在不平衡電橋電路中，電池正極到電池管理系統(tǒng)的輸入連接點(diǎn)記為a點(diǎn)，整車車身地到電池管理系統(tǒng)的輸入連接點(diǎn)記為b點(diǎn)，電池負(fù)極到電池管理系統(tǒng)的輸入連接點(diǎn)記為c點(diǎn)，bat+斷線指的是電池正極和a點(diǎn)之間的高壓連接線斷線，bat-斷線指的是電池負(fù)極和c點(diǎn)之間的高壓連接線斷線，pe斷線指的是整車車身地pe與b點(diǎn)之間的高壓連接線斷線；

10、不平衡電橋電路包括上橋臂和下橋臂，上橋臂包括橋臂ⅰ和橋臂ⅲ，下橋臂包括橋臂ⅱ和橋臂ⅳ，橋臂ⅰ和橋臂ⅲ為連接電池正極和參考地的一端，橋臂ⅱ和橋臂ⅳ為連接電池負(fù)極的一端，電阻rp1和電阻rp2為上橋臂正極電阻，電阻rn1和電阻rn2為下橋臂負(fù)極電阻，其中電阻rp1和電阻rn1是采樣電阻，電阻rp2和電阻rn2是分壓電阻；kp是上橋臂開(kāi)關(guān)，kn是下橋臂開(kāi)關(guān)，kpe是上下橋臂與整車車身地之間的開(kāi)關(guān)，電阻rp是電池正極對(duì)地等效絕緣電阻，電阻rn是電池負(fù)極對(duì)地等效絕緣電阻，vbat是電池正負(fù)極總壓，vp是橋臂ⅰ電壓，vn是橋臂ⅱ電壓，vp1為采樣電阻rp1的分壓，vn1是采樣電阻rn1的分壓。

11、進(jìn)一步地，所述步驟s1中，當(dāng)電池管理系統(tǒng)控制開(kāi)關(guān)kpe斷開(kāi)后，電池、橋臂ⅰ-橋臂ⅱ、橋臂ⅲ-橋臂ⅳ三者構(gòu)成并聯(lián)關(guān)系，故橋臂ⅲ和橋臂ⅳ的等效絕緣電阻rp和rn對(duì)橋臂ⅰ及橋臂ⅱ不產(chǎn)生任何影響，因此，針對(duì)橋臂ⅰ、橋臂ⅱ和電池形成的獨(dú)立回路應(yīng)用電阻分壓定律，可以計(jì)算得到采樣電阻rp1上的電壓值為：

12、

13、同理，采樣電阻rn1上的電壓值為：

14、

15、進(jìn)一步地，針對(duì)所述步驟s2，不平衡電橋電路的上橋臂和下橋臂對(duì)稱，即正極采樣電阻和負(fù)極采樣電阻阻值相同，正極分壓電阻和負(fù)極分壓電阻阻值相同，且分壓電阻的阻值大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采樣電阻阻值，即rp2＝rn2>>rp1＝rn1，設(shè)分壓電阻與采樣電阻的阻值比為k＝rp2/rp1＝rn2/rn1，根據(jù)歐姆定律可以得到橋臂電壓與采樣電阻分壓的比值為vp/vp1＝vn/vn1＝k+1，可得到內(nèi)總壓的計(jì)算公式為：

16、

17、進(jìn)一步地，所述步驟s4中，若計(jì)算得到則判定此時(shí)發(fā)生bat+斷線故障；即若bat+斷線，此時(shí)橋臂ⅰ的a點(diǎn)與電池正極bat+斷開(kāi)，橋臂ⅰ的總電壓為0，因此采樣電阻rp1上的電壓vp1也為0；同時(shí)，電池和橋臂ⅲ以及橋臂ⅱ和橋臂ⅳ的并聯(lián)支路形成回路，且根據(jù)歐姆定律和串并聯(lián)電路的特性，電池總壓vbat、采樣電阻電壓值采樣電阻rn1、正極絕緣電阻rp和負(fù)極絕緣電阻rn存在以下關(guān)系：

18、

19、經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)可以得到vn1的值為：

20、

21、即在等于上式計(jì)算結(jié)果的情況下，判定此時(shí)發(fā)生bat+斷線故障。

22、進(jìn)一步地，所述步驟s4中，若計(jì)算得到則判定此時(shí)發(fā)生bat-斷線故障；即若bat-斷線，此時(shí)橋臂ⅱ的c點(diǎn)和電池負(fù)極bat-斷開(kāi)，橋臂ⅱ的總電壓為0，因此采樣電阻rn1上的電壓vn1也為0；同時(shí)，電池和橋臂ⅳ以及橋臂ⅰ和橋臂ⅲ的并聯(lián)支路形成回路，且根據(jù)歐姆定律和串并聯(lián)電路的特性，電池總壓vbat、采樣電阻電壓值采樣電阻rp1、正極絕緣電阻rp和負(fù)極絕緣電阻rn存在以下關(guān)系：

23、

24、經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)可以得到vp1的值為：

25、

26、即在等于上述式(7)計(jì)算結(jié)果的情況下，判定此時(shí)發(fā)生bat-斷線故障。

27、進(jìn)一步地，所述步驟s4中，若直接判定發(fā)生bat+和bat-斷線雙重故障。

28、進(jìn)一步地，所述步驟s5中，當(dāng)開(kāi)關(guān)kpe、上橋臂開(kāi)關(guān)kp、下橋臂開(kāi)關(guān)kn都閉合時(shí)，橋臂ⅰ、橋臂ⅲ的并聯(lián)與橋臂ⅱ、橋臂ⅳ的并聯(lián)構(gòu)成串聯(lián)關(guān)系，先計(jì)算出橋臂ⅰ和橋臂ⅲ的并聯(lián)等效電阻以及橋臂ⅱ和橋臂ⅳ的并聯(lián)等效電阻，然后根據(jù)串聯(lián)電路分壓定律計(jì)算出上橋臂和下橋臂的電壓，再分別對(duì)橋臂ⅰ和橋臂ⅱ應(yīng)用分壓定律計(jì)算出采樣電阻rp1和rn1上的電壓和具體計(jì)算公式下：

29、

30、在上式中，令rp＝rn＝∞，計(jì)算并化簡(jiǎn)可得：

31、

32、可見(jiàn)，當(dāng)且僅當(dāng)rp＝rn＝∞時(shí)，且

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明方法通過(guò)分析電池系統(tǒng)中采用不平衡電橋法測(cè)量絕緣電阻可能出現(xiàn)的失效問(wèn)題，針對(duì)不平衡電橋法的外部輸入信號(hào)出現(xiàn)故障后影響正常絕緣檢測(cè)判斷的情況，給出了單一失效故障和多重失效故障的診斷方法，并且進(jìn)一步分析了在失效故障和絕緣故障同時(shí)存在時(shí)的故障識(shí)別問(wèn)題，提高了電池管理系統(tǒng)中絕緣檢測(cè)功能的全面性和可靠性。