用于锂电池初步回收分拣的绝缘电阻测量装置及方法与流程

本发明属于锂电池绝缘电阻测量，特别涉及一种用于锂电池初步回收分拣的绝缘电阻测量装置及方法。

背景技术：

1、锂电池使用量最大的设备是电动汽车，随着第一批电动汽车使用年限的逐渐到来，大量车用锂电池组面临退役和报废处理，数量以万吨为单位，如此庞大数量的锂电池，直接按报废程序和流程处理显然是不合适的，因为退役或报废电池组中并非所有电池都处于报废状态，由于不一致性原因，通常只是个别单元的电池报废，组内的很多电池还处于良好的生命周期内，仍有较高的梯次利用价值，可以通过合适的梯次利用方案继续发挥余热。

2、锂电池梯次利用的第一步是电池包的初步分拣，通过参数测量，简要地评估锂电池的健康状况，并进行分后续的级回收处理。绝缘电阻测量是评估电池包质量好坏的重要参数，通过测量绝缘电阻进行电池包的快速、初步分拣是较为可行的方案。

3、目前测量绝缘电阻主要有高压注入法、电桥法和并联电阻法。高压注入法用于电池包绝缘电阻测量时会影响电池供电质量，安全性不佳，且电池包存在的分布电容会造成漏电，造成测量的不准确。电桥法对电路精度要求高，成本也相对较高。并联电阻法通过给电池输出正负极和地之间并入不同的电阻支路，根据基尔霍夫定律求解出等效的电池包绝缘电阻，在电路成本、安全性和电路精度上是一个平衡的方案。例如，中国实用新型专利cn206788249u提出了一种电动汽车直流高压系统绝缘电阻测量装置，可以精确定位电池包故障单体位置；但是，该方案主要用于电动汽车运行过程中的电池状态在线监测，其算法复杂度高，所用数字隔离器和模数转换器成本高。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种用于锂电池初步回收分拣的绝缘电阻测量装置及方法。

2、根据锂电池回收领域的初步分拣的需求，仅需要测量出绝缘电阻的大小，无需定位故障精确位置。本发明仅使用运放和微处理器芯片，即可测得锂电池对外壳地的绝缘电阻，不仅保证了高精度的结果，而且成本较低。

3、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

4、<方案一>

5、本发明提供一种用于锂电池初步回收分拣的绝缘电阻测量装置，用于测量锂电池对外壳地的绝缘电阻，具有这样的特征，包括：微控制器，具有至少三个adc模块、控制模块以及计算模块；以及绝缘电阻测量电路，包含分别与三个adc模块相对应的第一运放模块、第二运放模块以及电压采集模块，其中，第一运放模块含有第一运算放大器amp1、第一限流电阻rs1、第一反馈电阻rfb1以及第一开关s1，第一运算放大器amp1的负极输入端通过第一限流电阻rs1与锂电池的正极端子相连接，正极输入端通过第一基准电压源接地，输出端与对应的adc模块作为第一adc模块相连接，第一反馈电阻rfb1的两端分别与第一运算放大器amp1的负极输入端和输出端相连接，第一开关s1设置在第一限流电阻rs1与第一运算放大器amp1的负极输入端之间，第二运放模块含有第二运算放大器amp2、第二限流电阻rs2、第二反馈电阻rfb2以及第二开关s2，第二运算放大器amp2的负极输入端通过第二限流电阻rs2与锂电池的负极端子相连接，正极输入端通过第二基准电压源接地，输出端与对应的adc模块作为第二adc模块相连接，第二反馈电阻rfb2的两端分别与第二运算放大器amp2的负极输入端和输出端相连接，第二开关s2设置在第二限流电阻rs2与第二运算放大器amp2的负极输入端之间，电压采集模块具有被配置为用于测量锂电池的电压的第三运算放大器，该第三运算放大器与对应的adc模块作为第三adc模块相连接，控制模块被配置为用于控制第一开关s1和第二开关s2分别到导通状态或断开状态，当第一开关s1导通但第二开关s2断开状态时，第三adc模块采集锂电池的当前电压作为vbatt1，第一adc模块测量第一运算放大器amp1的输出端电压voutp，当第一开关s1断开但第二开关s2导通状态时，第三adc模块采集锂电池的当前电压作为vbatt2，第二adc模块测量第二运算放大器amp2的输出端电压voutn，计算模块基于基尔霍夫电流定律，先根据voutp和voutn分别计算得到锂电池的正极端电压vpos和负极端电压vneg，然后根据测得的vbatt1和vbatt2、计算得到的vpos和vneg计算得到锂电池对外壳地的正极绝缘电阻risop和负极绝缘电阻rison。

6、在本发明提供的用于锂电池初步回收分拣的绝缘电阻测量装置中，还可以具有这样的特征：其中，微控制器为stm32g07rbt6型高精度微控制器。

7、在本发明提供的用于锂电池初步回收分拣的绝缘电阻测量装置中，还可以具有这样的特征：其中，微控制器还具有dac模块，第一基准电压源的电压vref1和第二基准电压源的电压vref2均由dac模块输出。

8、在本发明提供的用于锂电池初步回收分拣的绝缘电阻测量装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一限流电阻rs1、第一反馈电阻rfb1、第二限流电阻rs2以及第二反馈电阻rfb2均为低温漂电阻。

9、<方案二>

10、本发明还提供了一种用于锂电池初步回收分拣的绝缘电阻测量方法，使用<方案一>的用于锂电池初步回收分拣的绝缘电阻测量装置，用于测量锂电池对外壳地的绝缘电阻，具有这样的特征，包括以下步骤：

11、步骤s1，控制模块控制第一开关s1和第二开关s2断开，根据运放虚短原理，运算放大器的输出端电压等于基准电压源的电压，第一adc模块采集第一基准电压源的电压vref1，第二adc模块采集第二基准源的电压vref2，并取二者的平均值作为vref；

12、步骤s2，控制模块控制第一开关s1导通和第二开关s2断开，第三adc模块采集锂电池的当前电压作为vbatt1，根据基尔霍夫电流定律，流入锂电池的正极端子节点的电流代数和为0，即：

13、

14、第一adc模块采集第一运算放大器amp1的输出端电压作为voutp，根据基尔霍夫电流定律，流入第一运算放大器amp1节点的电流代数和为0，即：

15、

16、由此，则可解出锂电池的正极电压vpos：

17、

18、步骤s3，控制模块控制第一开关s1断开和第二开关s2导通，第三adc模块采集锂电池的当前电压作为vbatt2，根据基尔霍夫电流定律，流入锂电池的负极端子节点的电流代数和为0，即：

19、

20、第二adc模块采集第二运算放大器amp2的输出端电压作为voutn，根据基尔霍夫电流定律，流入第二运算放大器amp2节点的电流代数和为0，即：

21、

22、由此，则可解出锂电池的负极电压vneg：

23、

24、步骤s4，将公式(1)和(4)综合，得到如下方程组：

25、

26、由此，则可解出锂电池对外壳地的正极绝缘电阻risop和负极绝缘电阻rison，即：

27、

28、步骤s5，计算模块先根据测得的voutp和公式(3)、以及测得的voutn和公式(6)分别计算得到锂电池的正极电压vpos和负极电压vneg，然后，根据测得的vbatt1和vbatt2、计算得到的vpos和vneg、以及公式(8)计算得到锂电池对外壳地的正极绝缘电阻risop和负极绝缘电阻rison。

29、与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过在锂电池的正负极与地之间并联不同的电阻，通过微处理器控制切换不同的电路，测量相关节点的电压值，最后通过电路定律来实现锂电池的等效绝缘电阻的测量，从而实现了一种不使用高压输出测量电池包绝缘电阻的方法，在绝缘电阻范围为10-100000欧姆范围内的误差小于5％。