一种电动汽车绝缘电阻的检测电路及检测方法与流程

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车绝缘电阻的检测电路及检测方法。

背景技术：

电动汽车是一个复杂的机电一体化产品，涉及到动力电池、电机、充电机等强电相关的装置，因此，电动汽车的绝缘监测系统对车上驾乘人员的人身安全尤为重要。GB/T 18384.1(2015)中定义了电动汽车的安全要求：对于没有嵌入在一个完整的电路里的车载可充电储能系统(REESS)，如果在整个寿命期内没有交流电路，或交流电路有附加防护，其绝缘电阻除以它的最大工作电压，应不小于100Ω/V；如果包括交流电路且没有附加防护，则此值应不小于500Ω/V，如果REESS集成在了一个完整的电路里，可能需要一个更高的REESS阻值。

现阶段应用于电动汽车绝缘检测的方法有平衡电桥法、电流传感法、电阻适配网络法等。其中，平衡电桥法利用平衡电桥原理检测动力电池的母线对地等效绝缘电阻，这种方法检测精度较高，但要求构建电路的精确度很高，同时在正负极绝缘性能同时降低时不能准确及时报警。电流传感法采用霍尔式电流传感器检测母线泄露电流判断电气系统绝缘性，但应用这种检测方法的前提是待测电源必须处于工作状态，要有工作电流的流入和流出，它无法在电源系统空载的情况下评价电源对地的绝缘性能。电阻适配网络法利用电路分压原理，通过测量分压电阻的电压，列方程组求得绝缘电阻值，虽然这种方法广泛应用于电动汽车绝缘电阻检测电路中，但电动汽车运行过程中干扰较大，在绝缘电阻测量过程中，有一定的扰动信号，对计算结果影响较大。当前方法虽然可以通过检测不同参数判断系统绝缘性能，但存在不足，检测精度较高的方法电路结构相对复杂，或者检测方法对系统的工作状态有一定的要求，受外界信号干扰较大，影响测量算精度等。

另外，专利号CN201420813998.2，专利名称：动力电池的绝缘电阻的检测装置，提供了一种动力电池的绝缘电阻的检测装置。该专利技术检测过程繁琐，采集时间长，需要6个步骤，获取4个电压值才能进行计算；此外需要3个开关控制，电路结构复杂；此外如果开关短路或内部检测电路失效，将导致动力电池短路，安全性差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种电动汽车绝缘电阻的检测电路，所述绝缘电阻检测电路结构简单，抗干扰能力强，安全性能高。

本发明的另一目的在于提出一种电动汽车绝缘电阻的检测方法，能够提高电动汽车绝缘电阻的检测精度，检测步骤简单，检测时间短。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种电动汽车绝缘电阻的检测电路，包括：正极分压模块、负极分压模块、电压采集模块和处理模块；

所述正极分压模块包括串联的第一待测电阻和第一开关，所述负极分压模块包括串联的第二待测电阻和第二开关；所述正极分压模块的一端与动力电池的正极连接，所述负极分压模块的一端与动力电池的负极连接，所述正极分压模块的另一端与所述负极分压模块的另一端连接；所述电压采集模块的输入端分别与所述第一待测电阻和所述第二待测电阻连接，所述处理模块的输入端与所述电压采集模块的输出端连接；

所述电压采集模块用于获取所述第一待测电阻的电压和所述第二待测电阻的电压；

所述处理模块包括控制单元和计算单元；所述控制单元用于根据设定检测策略分别控制导通所述第一开关和所述第二开关；所述计算单元用于根据所述第一待测电阻的电压和所述第二待测电阻的电压计算得到绝缘电阻阻值。

其中，所述电压采集模块包括：第一隔离运放单元、第二隔离运放单元和模数转换单元；

所述第一隔离运放单元的输入端与所述第一待测电阻连接，用于获取第一待测电阻的电压；

所述第二隔离运放单元的输入端与所述第二待测电阻连接，用于获取第二待测电阻的电压；

所述模数转换单元的输入端分别与所述第一隔离运放单元的输出端和所述第二隔离运放单元的输出端连接，所述模数转换单元的输出端与所述处理模块的输入端连接，用于将所述第一待测电阻的电压转换成电压数值ADP1，将第二待测电阻的电压转换成电压数值ADN1，并输出到所述处理模块进行计算。

进一步的，所述检测电路中：

所述正极分压模块还包括第一分压电阻和第二分压电阻；第一分压电阻、第一开关、第二分压电阻和第一待测电阻串联；

所述负极分压模块还包括第三分压电阻和第四分压电阻；第三分压电阻、第二开关、第四分压电阻和第二待测电阻串联；

第一分压电阻的阻值等于第四分压电阻的阻值；第二分压电阻的阻值等于第三分压电阻的阻值；第一待测电阻的阻值等于第二待测电阻的阻值；

第一分压电阻、第二分压电阻和第一待测电阻的阻值之和为正极分压模块的总电阻值；

第三分压电阻、第四分压电阻和第二待测电阻的阻值之和为负极分压模块的总电阻值；

所述负极分压模块的总电阻值等于所述正极分压模块的总电阻值，且不小于2MΩ。

其中，所述处理模块的计算单元具体用于：

判断电压数值ADP1是否大于或等于电压数值ADN1时，若是，计算动力电池的负极对地绝缘电阻阻值；若否，计算动力电池的正极对地绝缘电阻阻值。

进一步的，所述处理模块的计算单元具体用于：

若ADP1≥k0·ADN1，则计算

若ADP1＜k0·ADN1，通知所述控制单元断开负极分压模块的第二开关，通知所述第一隔离运放单元获取正极分压模块中第一待测电阻的电压，通知所述模数转换单元将所述第一待测电阻的电压转换成电压数值ADP2，则计算

若ADN1≥k1·ADP1，则计算

若ADN1＜k1·ADP1，通知所述控制单元断开正极分压模块的第一开关，通知所述第二隔离运放单元获取负极分压模块中第二待测电阻的电压，通知所述模数转换单元将所述第二待测电阻的电压转换成电压数值ADN2，则计算

其中，且k0为2以上的正整数，且k1为2以上的正整数，R0＝负极分压模块的总电阻值＝正极分压模块的总电阻值。

另一方面，本发明提供一种电动汽车绝缘电阻的检测方法，包括：

采用上述检测电路来执行；

通过所述处理模块的控制单元，根据设定检测策略分别导通所述正极分压模块的第一开关和所述负极分压模块的第二开关；

通过所述电压采集模块获取正极分压模块中第一待测电阻的电压；

通过所述电压采集模块获取负极分压模块中第二待测电阻的电压；

通过所述处理模块的计算单元，根据所述第一待测电阻的电压和所述第二待测电阻的电压计算得到绝缘电阻阻值。

其中，所述通过所述电压采集模块获取正极分压模块中第一待测电阻的电压，包括：

通过电压采集模块的第一隔离运放单元，获取正极分压模块中第一待测电阻的电压；

通过电压采集模块的模数转换单元将所述第一待测电阻的电压转换成电压数值ADP1；

其中，所述通过所述电压采集模块获取负极分压模块中第二待测电阻的电压，包括：

通过电压采集模块的第二隔离运放单元，获取负极分压模块中第二待测电阻的电压；

通过电压采集模块的模数转换单元将所述第二待测电阻的电压转换成电压数值ADN1。

其中，所述通过所述处理模块的计算单元根据所述第一待测电阻的电压和所述第二待测电阻的电压计算得到绝缘电阻阻值，包括：

通过所述处理模块的计算单元判断电压数值ADP1是否大于或等于电压数值ADN1，若是，计算动力电池的负极对地绝缘电阻阻值；若否，计算动力电池的正极对地绝缘电阻阻值。

进一步的，所述计算动力电池的负极对地绝缘电阻阻值，包括：

若ADP1≥k0·ADN1，则

若ADP1＜k0·ADN1，断开负极分压模块的第二开关，所述第一隔离运放单元获取正极分压模块中第一待测电阻的电压，所述模数转换单元将所述第一待测电阻的电压转换成电压数值ADP2，则

其中，且k0为2以上的正整数，R0＝负极分压模块的总电阻值＝正极分压模块的总电阻值。

进一步的，所述计算动力电池的正极对地绝缘电阻阻值，包括：

若ADN1≥k1·ADP1，

若ADN1＜k1·ADP1，断开正极分压模块的第一开关，所述第二隔离运放单元获取负极分压模块中第二待测电阻的电压，所述模数转换单元将所述第二待测电阻的电压转换成电压数值ADN2，则

其中，且k1为2以上的正整数，R0＝负极分压模块的总电阻值＝正极分压模块的总电阻值。

本发明的有益效果为：

本发明通过所述检测方法设定的检测策略，控制所述检测电路中的开关通断并采集相应的数据，用于检测电动汽车的绝缘电阻，所述检测电路结构简单，抗干扰能力强，安全性能高，电源系统空载状态下依旧有效；所述检测方法能够提高电动汽车绝缘电阻的检测精度，检测步骤简单，检测时间短。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的电动汽车绝缘电阻的检测电路的示意图。

图2是本发明实施例一提供的电动汽车绝缘电阻的检测方法的流程图。

图3是本发明实施例二提供的电动汽车绝缘电阻的检测方法的流程图。

图4是本发明实施例二提供的计算动力电池的负极对地绝缘电阻阻值的流程图。

图5是本发明实施例二提供的计算动力电池的正极对地绝缘电阻阻值的流程图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的电动汽车绝缘电阻的检测电路的示意图。如图1所示，本实施例提供一种电动汽车绝缘电阻的检测电路，通过一种电动汽车绝缘电阻的检测方法，检测电动汽车的绝缘电阻，以便整车控制器判断动力电池的绝缘等级，做出相应的安全提示。

电动汽车的动力电池10由多个单体电池串联构成；动力电池10的母线正极为ZV+，母线负极为ZV-；EARTH为车身地；RP为动力电池10的正极对车身地EARTH的等效绝缘电阻；RN为动力电池10的负极对车身地EARTH的等效绝缘电阻，所述检测电路用于检测RP或RN的阻值。

所述检测电路包括：正极分压模块20、负极分压模块30、电压采集模块40和处理模块50。

所述正极分压模块20包括串联的第一待测电阻R3和第一开关K1，所述负极分压模块30包括串联的第二待测电阻R4和第二开关K2；所述正极分压模块20的一端与动力电池10的正极ZV+连接，所述负极分压模块30的一端与动力电池10的负极ZV-连接，所述正极分压模块20的另一端与所述负极分压模块30的另一端连接；所述电压采集模块40的输入端分别与所述第一待测电阻R3和所述第二待测电阻R4连接，所述处理模块50的输入端与所述电压采集模块40的输出端连接。

所述电压采集模块40用于获取所述第一待测电阻R3的电压和所述第二待测电阻R4的电压。

所述处理模块50包括控制单元501和计算单元502；所述控制单元501用于根据设定检测策略分别控制导通所述第一开关K1和所述第二开关K2；所述计算单元502用于根据所述第一待测电阻R3的电压和所述第二待测电阻R4的电压计算得到绝缘电阻阻值RP或RN。

图2是本发明实施例一提供的电动汽车绝缘电阻的检测方法的流程图。如图2所示，所述检测电路用于实施所述电动汽车绝缘电阻的检测方法，步骤包括：

S10，通过所述处理模块的控制单元，根据设定检测策略分别导通所述正极分压模块的第一开关和所述负极分压模块的第二开关。

所述处理模块50的控制单元501通过发送控制信号，分别控制第一开关K1和第二开关K2闭合，导通所述正极分压模块20和所述负极分压模块30。

所述处理模块50以微处理器(MCU)或者ARM处理器为核心，配置必要的外围电路；优选地，所述处理模块50为32位的MCU。

所述第一开关K1和所述第二开关K2为光继电器，或者光耦合器与场效应管的组合。

S11，通过所述电压采集模块获取正极分压模块中第一待测电阻的电压。

通过所述电压采集模块40，获取正极分压模块20中第一待测电阻R3两端的电压VP1。

S12，通过所述电压采集模块获取负极分压模块中第二待测电阻的电压。

通过所述电压采集模块40，获取负极分压模块30中第二待测电阻R4两端的电压VN1。

S13，通过所述处理模块的计算单元，根据所述第一待测电阻的电压和所述第二待测电阻的电压计算得到绝缘电阻阻值。

通过所述处理模块50的计算单元502，根据所述第一待测电阻R3的电压VP1和所述第二待测电阻R4的电压VN1计算得到绝缘电阻阻值RP或RN。

其中，所述电压采集模块40包括：第一隔离运放单元401、第二隔离运放单元402和模数转换单元403。

所述第一隔离运放单元401的输入端与所述第一待测电阻R3连接，用于获取第一待测电阻R3的电压；所述第二隔离运放单元402的输入端与所述第二待测电阻R4连接，用于获取第二待测电阻R4的电压。

所述模数转换单元403的输入端分别与所述第一隔离运放单元401的输出端和所述第二隔离运放单元402的输出端连接，所述模数转换单元403的输出端与所述处理模块50的输入端连接，用于将所述第一待测电阻R3的电压转换成电压数值ADP1，将第二待测电阻R4的电压转换成电压数值ADN1，并输出到所述处理模块50进行计算。

第一隔离运放单元401和第二隔离运放单元402由AMC1200-Q1或者ACPL-782T等隔离运放芯片和必要的滤波电路组成。

所述模数转换单元403可以由16位或24位高分辨率的ADC芯片和必要的滤波电路组成，所述模数转换单元403的通信接口通过两线式串行总线(I2C)或者串行外设接口(SPI)方式与所述处理模块50通信，以传输采集到的数据。

在其他实施例中，第一隔离运放单元401和第二隔离运放单元402也可以集成在同一个集成电路上；所述模数转换单元403也可以是集成在所述处理模块50的计算单元502中。

进一步的，所述检测电路中：

所述正极分压模块20还包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2；第一分压电阻R1、第一开关K1、第二分压电阻R2和第一待测电阻R3串联。

所述负极分压模块30还包括第三分压电阻R6和第四分压电阻R5；第三分压电阻R6、第二开关K2、第四分压电阻R5和第二待测电阻R4串联。

其中，第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R6和第四分压电阻R5为大阻值电阻，用于分压。第一待测电阻R3和第二待测电阻R4为小阻值电阻，即使第一待测电阻R3两端的电压和第二待测电阻R4两端的电压分别经过第一隔离运放单元401和第二隔离运放单元402的放大，也不会超出模数转换单元403的处理范围。

作为一种优选的实施方式，R1＝R6，R2＝R5，R3＝R4；R1+R2+R3＝正极分压模块的总电阻值＝R6+R5+R4＝负极分压模块的总电阻值＝R0，且R0≥2MΩ。

所述检测电路通过设置隔离运放单元来提高抗干扰能力；与现有技术相比，通过改变开关的位置，有效避免开关电路及电压采集模块的电路失效导致动力电池短路现象发生，提高了系统安全性。

实施例二

图3是本发明实施例二提供的电动汽车绝缘电阻的检测方法的流程图。如图3所示，本实施例提供一种电动汽车绝缘电阻的检测方法，细化上述实施例所述检测方法的设定检测策略，采用上述实施例所述的检测电路，所述检测电路集成于电动汽车的动力系统中。

所述检测方法包括如下步骤：

S20，通过所述处理模块的控制单元，根据设定检测策略分别导通所述正极分压模块的第一开关和所述负极分压模块第二开关。

所述控制单元501，通过与所述第一开关K1和所述第二开关K2分别连接的信号线发出控制信号，根据设定检测策略分别导通所述第一开关K1和所述第二开关K2。

S21，通过电压采集模块的第一隔离运放单元，获取正极分压模块中第一待测电阻的电压。

所述第一隔离运放单元401获取正极分压模块20中第一待测电阻R3的电压VP1。

S22，通过电压采集模块的模数转换单元，将所述第一待测电阻的电压转换成电压数值ADP1。

所述模数转换单元403将所述第一待测电阻R3的电压VP1转换成电压数值ADP1。

S23，通过电压采集模块的第二隔离运放单元，获取负极分压模块中第二待测电阻的电压。

所述第二隔离运放单元402获取负极分压模块30中第二待测电阻R4的电压VN1。

S24，通过电压采集模块的模数转换单元将所述第二待测电阻的电压转换成电压数值ADN1。

所述模数转换单元403将所述第二待测电阻R4的电压VN1转换成电压数值ADN1。

S25，通过所述处理模块的计算单元，判断电压数值ADP1是否大于或等于电压数值ADN1，若是，执行步骤S26；否则，执行步骤S27。

所述计算单元502判断电压数值ADP1是否大于或等于电压数值ADN1，若是，计算动力电池的负极对地绝缘电阻阻值RN；否则，计算动力电池的正极对地绝缘电阻阻值RP。

S26，计算动力电池的负极对地绝缘电阻阻值RN。

图4是本发明实施例二提供的计算动力电池的负极对地绝缘电阻阻值的流程图。如图4所示，步骤S26包括如下步骤：

S261，判断，若ADP1≥k0·ADN1，执行步骤S262；若ADP1＜k0·ADN1，执行步骤S263。

所述计算单元502判断ADP1是否大于或等于k0·ADN1，若是，根据公式1计算负极对地绝缘电阻阻值RN，否则，执行步骤S263及后续步骤。

S262，根据公式1计算负极对地绝缘电阻阻值RN。

公式1：

S263，断开负极分压模块的第二开关。

控制单元501根据步骤S261的判断结果，若ADP1＜k0·ADN1，发送控制信号控制所述第二开关K2断开，即断开了负极分压模块30。

S264，所述第一隔离运放单元获取正极分压模块中第一待测电阻的电压。

所述第一隔离运放单元401再次获取第一待测电阻R3的电压VP2。

S265，所述模数转换单元将所述第一待测电阻的电压转换成电压数值ADP2。

所述模数转换单元403将所述第一待测电阻R3的电压VP2转换成电压数值ADP2。

S267，根据公式2计算负极对地绝缘电阻阻值RN。

公式2：

上述步骤中，且k0为2以上的正整数。

S27，计算动力电池的正极对地绝缘电阻阻值RP。

图5是本发明实施例二提供的计算动力电池的正极对地绝缘电阻阻值的流程图。如图5所示，步骤S27包括如下步骤：

S271，判断，若ADN1≥k1·ADP1，执行步骤S272；若ADN1＜k1·ADP1，执行步骤S273。

所述计算模块502判断ADN1是否大于或等于k1·ADP1，若是，根据公式3计算正极对地绝缘电阻阻值RP，否则，执行步骤S273及后续步骤。

S272，根据公式3计算正极对地绝缘电阻阻值RP。

公式3：

S273，断开正极分压模块的第一开关。

控制单元501根据步骤S271的判断结果，若ADN1＜k1·ADP1，发送控制信号控制所述第一开关K1断开，即断开了正极分压模块20。

S274，所述第二隔离运放单元获取负极分压模块中第二待测电阻的电压。

所述第二隔离运放单元402再次获取所述第二待测电阻R4的电压VN2。

S275，所述模数转换单元将所述第二待测电阻的电压转换成电压数值ADN2。

所述模数转换单元403将所述第二待测电阻R4的电压VN2转换成电压数值ADN2。

S276，根据公式4计算正极对地绝缘电阻阻值RP。

公式4：

上述步骤中，且k1为2以上的正整数。

检测完成，所述控制单元501断开所述第一开关K1和所述第二开关K2。

得到RP或RN的阻值后，所述处理模块50计算绝缘电阻阻值RP或RN与动力电池10的标称电压的比值，并将计算结果通过CAN总线传输到整车控制器，整车控制器参照国家标准GB/T 18384.1中定义的电动汽车的安全要求，在电动汽车绝缘等级不符合要求时，在仪表屏上给予驾驶员相应的提示，以便驾驶员采取相应的措施。

本实施例所述检测方法可以简化检测步骤，缩短采集时间；直接运用数字ADC值代替模拟电压值运算，有效避免在多次数据运算转换过程中损失精度，同时采用分段处理方法，比较正负极电压数值的大小，自动识别不同绝缘等级，有效提高绝缘检测的精度。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。