一种改进型电动汽车动力电池绝缘检测系统及方法与流程

本发明涉及一种动力电池的绝缘检测系统及应用该系统的检测方法，尤其涉及一种新型的基于电桥的电动汽车绝缘检测系统及检测方法。

背景技术：

为了解决环境污染和石油危机等全球性难题，纯电动汽车得到了快速的发展。纯电动汽车一般采用铿电池作为动力电池，其电池组的电压通常都在200v以上，这样的电压已远远超出了人体所能承受的安全范围。纯电动汽车在日常使用过程中，潮湿、振动、暴晒等恶劣的环境很容易引起电池高压线束的老化和破皮，从而降低整车的绝缘安全性。当电池的正、负母线与车体发生漏电时，将直接危害到驾驶员和乘客的人身安全。因此，准确地对纯电动汽车动力电池的绝缘状况进行检测，当绝缘性能下降时，及时报警，对提高电动汽车的安全性具有至关重要的作用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够准确地对纯电动汽车动力电池的绝缘状况进行检测的系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种改进型电动汽车动力电池绝缘检测系统，其特征在于，包括串接在电池的正母线与底盘之间的常开继电器k0及偏置电阻r，电池的负母线与底盘之间串接常开继电器k1及偏置电阻r，stm32高性能单片机的一路adc采样通道经由降压单元采集电池的正母线与底盘之间的电压值u0，stm32高性能单片机的另一路adc采样通道经由极性转换单元及降压单元采集电池的负母线与底盘之间的电压值u1，由stm32高性能单片机控制常开继电器k0及常开继电器k1的通道，同时，stm32高性能单片机通过电动汽车自身的电池管理系统采集电流信号，根据电流信号调整绝缘检测的检测周期。

优选地，所述降压单元采用差分运算放大电路，该差分运算放大电路由运放及其外围电阻构成。

本发明的另一个技术方案是提供了一种基于上述的改进型电动汽车动力电池绝缘检测系统的绝缘检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、如权利要求1所述的绝缘检测系统初始化后，将检测周期设定为初始化值t0；

第二步、判断是否达到检测周期，若达到，则进入第三步；

第三步、由stm32高性能单片机分别采样得到电压值u0及电压值u1，判断是否u0＞u1，若是，则进入第四步，若不是，则进入第五步；

第四步、闭合常开继电器k0，并保持常开继电器k1处于断开状态，再次测量得到正母线与底盘之间的电压值，定义为u0′，以及负母线与底盘之间的电压值，定义为u1′，根据以下公式计算得到负母线绝缘电阻rn：

将负母线绝缘电阻rn作为绝缘电阻记录下来，当记录了两次绝缘电阻后，进入第六步，否则返回第二步；

第五步、保持常开继电器k0处于断开状态，闭合常开继电器k1，再次测量得到正母线与底盘之间的电压值，定义为u0′，以及负母线与底盘之间的电压值，定义为u1′，根据以下公式计算得到正母线绝缘电阻rp：

将负母线绝缘电阻rn作为绝缘电阻记录下来，当记录了两次绝缘电阻后，进入第六步，否则返回第二步；

第六步、若电池电流大于零，则：

若两次记录的绝缘电阻均达到绝缘标准时，将检测周期调整为t1，t1＞t0；若两次记录的绝缘电阻均低于绝缘标准时，报警，并且将为检测周期调整为t2，t2＝t0；

若电池电流小于等于零，则：

若两次记录的绝缘电阻均达到绝缘标准时，将检测周期调整为t3，t3＞t1；若两次记录的绝缘电阻均低于绝缘标准时，报警，并且将为检测周期调整为t4，t1＜t4＜t3。

采用本发明后，当电动汽车的绝缘性能下降时，能够及时报警，从而提高电动汽车的安全性。

附图说明

图1为本发明的电路框图；

图2为本发明的电原理图；

图3为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，为本发明提供的一种改进型电动汽车动力电池绝缘检测系统的系统框图，其中：

主控单元采用st公司推出的具有arm核的stm32高性能单片机，其本身已经内嵌了16通道的12位高速adc，这样可以简化系统的硬件。主控单元的主要功能是控制电压采集、继电器驱动、绝缘电阻计算程序的正常运行。

电桥单元由图2中的常开继电器k0、常开继电器k1、偏置电阻r三个元件组成。在实际电路中，常开继电器k0、常开继电器k1采用体积小、性能可靠的干簧管继电器，通过stm32高性能单片机控制常开继电器k0、常开继电器k1的通断来改变正、负母线的对地电压值。

电压转换单元可以将动力电池正、负母线对地电阻承受的高电压信号转化为低压信号，该低压信号可以直接用stm32高性能单片机进行采集。其中电池正母线电阻对地承受的电压降压后，即可直接采集，而电池负母线电阻对地承受的电压为负，除了降压还需转换电压的极性。本系统的电压转换单元采用差分运算放大电路。该差分运算放大电路的主要优点是输人电阻大、电流小，能提高电压的采样精度，从而提高绝缘电阻检测精度。实际电路中的运放采用tl084芯片，其本身具有四路运算放大器，一片tl084即可完成电池正、负母线对地电压的转换工作。

本系统的软件设计主要是基于stm32单片机的c语言编程，整个软件系统采用模块化设计，以实现绝缘检测周期的确定、电压采集、继电器驱动、绝缘电阻计算等功能。为了延长干簧管继电器的开关寿命.且让检测系统的功耗尽可能低，增加纯电动汽车的续航里程，实际的绝缘电阻检测过程需要和电池管理系统相配合。根据电池管理系统采集的电流信号进行检测周期的调整。另外，检测周期还需要根据检测到的绝缘电阻的变化情况进行调整。

本发明提供的一种绝缘检测方法，具体包括以下步骤：

第一步、将绝缘检测系统初始化后，将检测周期设定为初始化值t0，本实施例中，t0＝1s；

第二步、判断是否达到检测周期，若达到，则进入第三步；

第三步、由stm32高性能单片机分别采样得到电压值u0及电压值u1，判断是否u0＞u1，若是，则进入第四步，若不是，则进入第五步；

第四步、闭合常开继电器k0，并保持常开继电器k1处于断开状态，再次测量得到正母线与底盘之间的电压值，定义为u0′，以及负母线与底盘之间的电压值，定义为u1′，根据以下公式计算得到负母线绝缘电阻rn：

将负母线绝缘电阻rn作为绝缘电阻记录下来，当记录了两次绝缘电阻后，进入第六步，否则返回第二步；

第五步、保持常开继电器k0处于断开状态，闭合常开继电器k1，再次测量得到正母线与底盘之间的电压值，定义为u0′，以及负母线与底盘之间的电压值，定义为u1′，根据以下公式计算得到正母线绝缘电阻rp：

将负母线绝缘电阻rn作为绝缘电阻记录下来，当记录了两次绝缘电阻后，进入第六步，否则返回第二步；

第六步、若电池电流大于零，汽车启动开始行驶，需要加快绝缘检测的速度，则：

若两次记录的绝缘电阻均达到绝缘标准时，将检测周期调整为t1，t1＞t0，本实施例中，t1＝30s；若两次记录的绝缘电阻均低于绝缘标准时，报警，并且将为检测周期调整为t2，t2＝t0；

若电池电流小于等于零，汽车没有启动，处于停止或充电状态，不需要快速检测绝缘状况，则：

若两次记录的绝缘电阻均达到绝缘标准时，将检测周期调整为t3，t3＞t1，本实施例中，t3＝30min；若两次记录的绝缘电阻均低于绝缘标准时，报警，并且将为检测周期调整为t4，t1＜t4＜t3，本实施例中，t4＝1min。具体如下：

实验采用4节12v磷酸铁锉电池组来模拟汽车的动力电池，10～150kω范围内的直插电阻模拟动力电池正、负母线的绝缘电阻。

实验分两种情况进行，分别为：(1)正、负母线绝缘电阻都下降；(2)正、负母线只有一端绝缘电阻下降，另一端为无穷大。实验结果表明，设计的纯电动汽车绝缘电阻检测系统能够对电池正、负母线出现的多种绝缘状况进行检测，此检测系统的绝缘电阻测量误差控制在5％以内，能够满足纯电动汽车的绝缘检测要求。