一种高压绝缘检测电路的制作方法

1.本实用新型属于新能源汽车电池检测设备技术领域，具体涉及一种高压绝缘检测电路。


背景技术：

2.针对新能源汽车电池常用的绝缘检测方法有信号注入法，漏电流检测法和电桥法等。信号注入法会在直流母线上产生纹波，会干扰到直流系统的稳定性，且信号注入法电路较为复杂且体积偏大，不适合集成在bms中。漏电流检测法检测正负母线上的漏电流，从而判断系统绝缘性。缺点是系统要在运行状态，直流母线上有电流时才能进行检测，且无法判断正负母线绝缘性同时下降的情况。电桥法能够在任意时间段进行绝缘检测，且能够较为准确的计算出绝缘电阻阻值，能准确判断出正负母线绝缘性同时下降的情况。但由于电动汽车中寄生y电容的影响，使车用bms在进行绝缘检测时会产生测量结果不准的问题。


技术实现要素：

3.为了解决现有新能源汽车电池常用的绝缘检测方法不适合集成在bms中或集成在bms中会产生测量结果不准的技术问题，本实用新型提出一种能够集成在bms中的全隔离绝缘检测电路，能够优化测量逻辑，提高绝缘检测精度并缩短检测周期。
4.为了达到上述技术目的，本实用新型所采用的具体技术方案为：
5.一种高压绝缘检测电路，包括：
6.开关控制电路；
7.分压与并联电阻电路，与电池正极总线、电池负极总线和接地线连接，用于由所述开关控制电路控制继电器来选择：
8.分压所述正极总线后是否进行二次分压、
9.分压或二次分压所述正极总线后形成的正极对地测量信号是否输出、
10.分压所述正负极总线后是否进行二次分压和
11.分压或二次分压所述负极总线后形成的负极对地测量信号是否输出；
12.信号调理电路，与所述测量分压与并联电阻电路连接，用于调理所述正极对地测量信号形成正极adc测量信号，调理所述负极对地测量信号并翻转所述负极对地测量信号的正负极形成负极adc测量信号；
13.ad采集电路，与所述信号调理电路连接，用于通过ad检测芯片采集所述正极adc测量信号和所述负极adc测量信号形成隔离通讯信号；
14.微控制单元，与所述ad采集电路和所述开关控制电路连接，与所述ad采集电路隔离通讯，用于通过向所述开关控制电路传递控制信号和所述隔离通讯信号，测量电池正极总线和电池负极总线的对地电压、当电池正极总线与电池负极总线的对地电压的压差大于45v时进行报警、在所述压差小于45v时计算电池正极总线与电池负极总线之间的绝缘电阻并在绝缘电阻值低于安全电阻值时进行报警。
15.进一步的，所述继电器为光固态继电器。
16.进一步的，所述继电器包括正极分压继电器、二次正极分压继电器、负极分压继电器和二次负极分压继电器；
17.分压所述正极总线的电阻包括r
a1
和r
a2
,分别设置在所述正极分压继电器的输出回路的前端和输出回路的后端；
18.二次分压所述正极总线的电阻包括rc,设置在所述二次正极分压继电器的输出回路的前端；
19.分压所述负极总线的电阻包括r
b1
和r
b2
,分别设置在所述负极分压继电器的输出回路的前端和输出回路的后端；
20.二次分压所述负极总线的电阻包括rd,设置在所述二次负极分压继电器的输出回路的前端。
21.进一步的，所述r
a1
的电阻值为8～12mω，所述r
b1
的电阻值为8～12mω。
22.进一步的，所述rc的电阻值为0.8～1.2mω，所述rd的电阻值为0.8～1.2mω。
23.进一步的，所述继电器为aqv258hc8
24.进一步的，所述ad检测芯片为ads1118
25.进一步的，所述控制微单元还用于通过所述隔离通讯信号判断电池正极总线和电池负极总线的对地电压的电压是否稳定，并在电压稳定时判断所述压差。
26.进一步的，所述控制微单元还用于判断所述压差大于45v是否为首次测量，如首次测量则进行报警，如非首次测量则计算电池正极总线与电池负极总线之间的绝缘电阻。
27.采用上述技术方案，本实用新型还能够带来一下有益效果：
28.本方案所用元件较为简单，元件体积小，可直接集成在bms板上，节省空间。同时，经过校准后的绝缘电阻测量误差＜5％(在绝缘电阻＜50kω时，检测误差＜10kω)，且能够在系统上电后的任意时间进行测量，提高系统灵活性。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
30.图1为本实用新型具体实施方式中的整体系统连接框图；
31.图2为本实用新型具体实施方式中的整体系统电路示意图；
32.图3为本实用新型具体实施方式中的分压与并联电阻电路的具体电路图；
33.图4为本实用新型具体实施方式中的信号调理电路的具体电路图；
34.图5为本实用新型具体实施方式中的ad采集电路的具体电路图；
35.图6为本实用新型具体实施方式中的第一测量阶段流程图；
36.图7为本实用新型具体实施方式中的第二测量阶段流程图。
具体实施方式
37.下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。
38.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
39.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本实用新型，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
40.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
41.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
42.在本实用新型的一个具体实施方式中，提出一种高压绝缘检测电路，如图1或图2所示，包括：
43.开关控制电路；
44.分压与并联电阻电路，与电池正极总线、电池负极总线和接地线连接，用于由开关控制电路控制继电器来选择：
45.分压正极总线后是否进行二次分压、
46.分压或二次分压正极总线后形成的正极对地测量信号是否输出、
47.分压正负极总线后是否进行二次分压和
48.分压或二次分压负极总线后形成的负极对地测量信号是否输出；
49.信号调理电路，与测量分压与并联电阻电路连接，用于调理正极对地测量信号形成正极adc测量信号，调理负极对地测量信号并翻转负极对地测量信号的正负极形成负极adc测量信号，其具体电路图如图4所示；本实施例的经过分压后的电压信号还需要进行调理。车架地与隔离测量地经过单点连接形成共地，因此正对地的测量信号为正值，负对地的测量信号为负值。为了方便测量，可使用差分双运放ina2126芯片，将负极对地测量信号翻转成对地正值，然后就可使用常规ad芯片进行测量；
50.ad采集电路，与信号调理电路连接，用于通过ad检测芯片采集正极adc测量信号和负极adc测量信号形成隔离通讯信号，其具体电路图如图5所示；
51.微控制单元，与ad采集电路和开关控制电路连接，与ad采集电路隔离通讯，用于通过向开关控制电路传递控制信号和隔离通讯信号，测量电池正极总线和电池负极总线的对
地电压、当电池正极总线与电池负极总线的对地电压的压差大于45v时进行报警、在压差小于45v时计算电池正极总线与电池负极总线之间的绝缘电阻并在绝缘电阻值低于安全电阻值时进行报警。
52.在本实施例中，如图3所示，继电器为光固态继电器。
53.在本实施例中，如图2或图3所示，继电器包括正极分压继电器、二次正极分压继电器、负极分压继电器和二次负极分压继电器；
54.分压正极总线的电阻包括r
a1
和r
a2
,分别设置在正极分压继电器的输出回路的前端和输出回路的后端；
55.二次分压正极总线的电阻包括rc,设置在二次正极分压继电器的输出回路的前端；
56.分压负极总线的电阻包括r
b1
和r
b2
,分别设置在负极分压继电器的输出回路的前端和输出回路的后端；
57.二次分压负极总线的电阻包括rd,设置在二次负极分压继电器的输出回路的前端。
58.在本实施例中，如图3所示，r
a1
的电阻值为8～12mω，r
b1
的电阻值为8～12mω。
59.在本实施例中，如图3所示，rc的电阻值为0.8～1.2mω，rd的电阻值为0.8～1.2mω。
60.在本实施例中，如图3所示，继电器为aqv258hc8。
61.本实施例的r
a1
和r
a2
组成正极对地的电压测量通道，开关k1控制测量通道的接入；rc为正极对地的接入电阻，开关s3控制该电阻的接入。负极电路同理。开关选用aqv258hc8光固态继电器，耐压1500v能满足绝大多数高压绝缘监测的使用环境，且导通电阻小，相对于测量通道的总电阻可以忽略不计，可提高测量电压的准确性，从而提高绝缘计算的精度。
62.在本实施例中，ad测量可选用ads1118等多通道高精度ad检测芯片，ads1118本身自带基准源，因此外围电路较少，可进一步缩小测量系统的体积。芯片有4个单通道的ad检测通道，但也可配置成用两个通道组成一个差分输入的采集模式。同时也是16位的ad芯片，在转换速率要求不高的情况下，可无失真采集16位转换结果，使采集到的电压更为准确。采集到的电压经过隔离与mcu通讯，确保高低压部分完全隔离，不会影响mcu部分工作。
63.在本实施例中，如图5所示，ad检测芯片为ads1118。
64.在本实施例中，mcu(微控制单元)集成在bms(新能源汽车电池管理系统)中，还用于通过隔离通讯信号判断电池正极总线和电池负极总线的对地电压的电压是否稳定，并在电压稳定时判断压差。
65.还用于判断压差大于45v是否为首次测量，如首次测量则进行报警，如非首次测量则计算电池正极总线与电池负极总线之间的绝缘电阻。
66.如图2或图3所示，测量时先闭合开关k1、k2形成测量通路，此时测量得到的总正对地电压和总负对地电压，电压高的记为u1，电压低的记为u1'。此时保持k1、k2闭合，在电压高的一侧接入已知电阻，即闭合k3，将rc接入，得到第二组电压u2和u2'。根据4个电压，及接入的已知电阻rc阻值和测量通道的内阻即可计算未知绝缘电阻ri：
[0067][0068]
其执行程序如图6和图7所示，其具体过程可描述为：
[0069]
1、开始测量时，闭合正负极测量通道开关，测量正负极对地电压。由于寄生y电容影响，测量电压稳定需要一定时间。这个时间可以手动设置一个固定的测量时间，也可以让程序自判断电压是否稳定，从而尽可能的消除y电容对测量产生的影响。
[0070]
2、判断正负极对地电压差，若电压差大于40v，可直接判定为有一侧的绝缘异常，并发出警告，从而省略后续测量过程。
[0071]
3、若压差正常，判断哪一侧的电压高，并在电压高的一侧闭合并联电阻的开关，将已知阻值的电阻并入，并再次测量总正对地和总负对地的电压，等电压稳定会达到手动设置的采样延时后，记录第二次测量的电压数据。
[0072]
4、将测量结果代入公式，计算待测的绝缘电阻阻值，并根据测量结果判断系统的绝缘情况。
[0073]
若mcu带有浮点运算单元，可直接代入公式进行计算；若不带浮点运算单元，推荐使用拆分算法进行计算。
[0074]
本实施例提出一种适用于mcu的绝缘电阻拆分算法：
[0075]
％
‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑
程序说明
[0076]
％正极测量通道总内阻rp负极测量通道总内阻rn
[0077]
％正极已知电阻阻值ra负极已知电阻阻值rb
[0078]
％不并联正极测量电压u1_0不并联负极测量电压u1_1
[0079]
％正极并联已知电阻正极测量电压u2_0正极并联负极测量电压u2_1
[0080]
％负极并联已知电阻正极测量电压u3_0负极并联负极测量电压u3_1
[0081]
％不并联与正极并联的4个电压数据计算结果正极绝缘电阻r1_1负极绝缘电阻r2_1
[0082]
％不并联与负极并联的4个电压数据计算结果正极绝缘电阻r1_2负极绝缘电阻r2_2
[0083]
％正极并联与负极并联的4个电压数据计算结果正极绝缘电阻r1_3负极绝缘电阻r2_3
[0084]
％使用的电压单位为v，电阻单位为ω
[0085]
％
‑‑‑‑‑‑‑‑
一次拆分
[0086]
d_1＝ra*rp；
[0087]
d_2＝u1_0*u2_1；
[0088]
d_3＝u1_1*u2_0；
[0089]
d_4＝ra*rn；
[0090]
d_5＝rb*rp；
[0091]
d_6＝u1_0*u3_1；
[0092]
d_7＝u1_1*u3_0；
[0093]
d_8＝rb*rn；
[0094]
d_9＝u2_0*u3_1；
[0095]
d_10＝u2_1*u3_0；
[0096]
t_1＝ra*u1_1*u2_0；
[0097]
t_2＝ra*u1_0*u2_1；
[0098]
t_3＝rp*u1_1*u2_0；
[0099]
t_4＝rn*u1_0*u2_0；
[0100]
t_5＝rb*u1_0*u3_1；
[0101]
t_6＝rb*u1_1*u3_0；
[0102]
t_7＝rp*u1_1*u3_1；
[0103]
t_8＝rn*u1_0*u3_1；
[0104]
t_9＝ra*rb*rp；
[0105]
t_10＝ra*rb*rn；
[0106]
q_1＝ra*rb*u2_0*u3_1；
[0107]
q_2＝ra*rb*u2_1*u3_0；
[0108]
q_3＝ra*rp*u2_1*u3_1；
[0109]
q_4＝rb*rp*u2_0*u3_1；
[0110]
q_5＝ra*rn*u2_0*u3_1；
[0111]
q_6＝rb*rn*u2_0*u3_0；
[0112]
％
‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑
二次拆分
[0113]
d2_1＝d_2-d_3；
[0114]
d2_2＝d_6-d_7；
[0115]
d2_3＝d_9-d_10；
[0116]
t2_1＝t_1-t_2+t_3；
[0117]
t2_2＝t_1-t_2+t_4；
[0118]
t2_3＝t_5-t_6+t_7；
[0119]
t2_4＝t_5-t_6+t_8；
[0120]
q2_1＝q_1-q_2+q_3+q_4；
[0121]
q2_2＝q_1-q_2+q_5+q_6；
[0122]
％
‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑
结果
[0123]
r1_1＝(d_1*(d2_1))/(t2_1)；
[0124]
r2_1＝(d_4*(d2_1))/(t2_2)；
[0125]
r1_2＝-(d_5*(d2_2))/(t2_3)；
[0126]
r2_2＝-(d_8*(d2_2))/(t2_4)；
[0127]
r1_3＝-(t_9*(d2_3))/(q2_1)；
[0128]
r2_3＝-(t_10*(d2_3))/(q2_2)
[0129]
在本实施例中，c
yp
和c
yn
分别为正负对地的寄生y电容，r
p
和rn为待测的总正对地和总负对地的绝缘电阻。r
a1
和r
a2
组成正极对地的电压测量通道，开关k1控制测量通道的接入；rc为正极对地的接入电阻，开关s3控制该电阻的接入。同理，在负极对地也有同样的一组测量通道和电阻接入通道。其中可根据实际情况和所选用的ad检测芯片量程选择r
a1
和ra2
的阻值比例，以提高电压检测精度。实际上根据《gb 18384-2020电动汽车安全要求》，r
a1
宜选用10mω电阻，rc宜选用1mω电阻。r
a2
可根据实际使用需求进行更改，如实际电压范围为0～500v，ad芯片的输入范围为0～4.096v，在r
a1
为10mω的情况下，
[0130]ra2
＝10000kω/((500/4.096)-1)＝82.597kω，考虑到实际可购买到的电阻阻值，可以选用82kω的电阻。该方案所用精密电阻建议选用0.1％精度以上的低温漂电阻，以减小电阻本身阻值变化对测量的影响。
[0131]
本方案使用光耦继电器进行测量通道与并联电阻的开关选择，光耦继电器的通断可以直接用微控制器的io引脚进行控制。ad采集芯片采用4通道16位芯片，采用每两通道组成差分输入的方式，可同时测量经过调理后的正负对地电压，提高系统效率。
[0132]
同时本方案采用全隔离的控制和采集方法，因此可以将该测量系统集成在bms主板上，可提高系统的集成度。
[0133]
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种高压绝缘检测电路，其特征在于，包括：开关控制电路；分压与并联电阻电路，与电池正极总线、电池负极总线和接地线连接，包括：继电器，所述继电器包括正极分压继电器、二次正极分压继电器、负极分压继电器和二次负极分压继电器；分压所述正极总线的电阻包括r
a1
和r
a2
,分别设置在所述正极分压继电器的输出回路的前端和输出回路的后端；二次分压所述正极总线的电阻包括r
c
,设置在所述二次正极分压继电器的输出回路的前端；分压所述负极总线的电阻包括r
b1
和r
b2
,分别设置在所述负极分压继电器的输出回路的前端和输出回路的后端；二次分压所述负极总线的电阻包括r
d
,设置在所述二次负极分压继电器的输出回路的前端；信号调理电路，与测量分压与并联电阻电路连接，用于调理所述正极对地对地测量信号形成正极adc测量信号，调理所述负极对地测量信号并翻转所述负极对地测量信号的正负极形成负极adc测量信号；ad采集电路，与所述信号调理电路连接，用于通过ad检测芯片采集所述正极adc测量信号和所述负极adc测量信号形成隔离通讯信号；微控制单元，与所述ad采集电路和所述开关控制电路连接，与所述ad采集电路隔离通讯，用于通过向所述开关控制电路传递控制信号和所述隔离通讯信号，测量电池正极总线和电池负极总线的对地电压、当电池正极总线与电池负极总线的对地电压的压差大于45v时进行报警、在所述压差小于45v时计算电池正极总线与电池负极总线之间的绝缘电阻并在绝缘电阻值低于安全电阻值时进行报警。2.根据权利要求1所述的高压绝缘检测电路，其特征在于，所述继电器为光固态继电器。3.根据权利要求1所述的高压绝缘检测电路，其特征在于，所述r
a1
的电阻值为8～12mω，所述r
b1
的电阻值为8～12mω。4.根据权利要求3所述的高压绝缘检测电路，其特征在于，所述r
c
的电阻值为0.8～1.2mω，所述r
d
的电阻值为0.8～1.2mω。5.根据权利要求2所述的高压绝缘检测电路，其特征在于，所述继电器为aqv258hc8。6.根据权利要求1所述的高压绝缘检测电路，其特征在于，所述ad检测芯片为ads1118。7.根据权利要求1所述的高压绝缘检测电路，其特征在于，所述控制微单元还用于通过所述隔离通讯信号判断电池正极总线和电池负极总线的对地电压的电压是否稳定，并在电压稳定时判断所述压差。8.根据权利要求1所述的高压绝缘检测电路，其特征在于，所述控制微单元还用于判断所述压差大于45v是否为首次测量，如首次测量则进行报警，如非首次测量则计算电池正极总线与电池负极总线之间的绝缘电阻。

技术总结
本实用新型属于新能源汽车电池检测设备技术领域，具体涉及一种高压绝缘检测电路，包括开关控制电路、分压与并联电阻电路、信号调理电路、AD采集电路和微控制单元。本实用新型提出了一种能够集成在BMS中的全隔离绝缘检测电路，能够优化测量逻辑，提高绝缘检测精度并缩短检测周期。缩短检测周期。缩短检测周期。


技术研发人员：付海 李宏微 曹诗兵 陶雷 周游
受保护的技术使用者：烟台海博电气设备有限公司
技术研发日：2021.04.29
技术公布日：2022/5/25