动力电池包的绝缘检测装置、电池管理系统和电动车辆的制作方法

本公开涉及电动车辆领域，具体地，涉及一种动力电池包的绝缘检测装置、电池管理系统和电动车辆。

背景技术：

电动车辆是指以车载电源(动力电池包)为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。电动车辆无内燃机工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，并且电动车辆无内燃机产生的噪声，电动机的噪声也较内燃机小。由于对环境影响相对传统车辆较小，电动车辆的前景被广泛看好。电动车辆可以分为纯电动车辆、混合动力车辆和燃料电池车辆。

动力电池包具有电压高、充放电电流大的特点，因此高压安全是保障整个电动车辆安全的重要因素。电池管理系统是电动车辆动力系统控制和监测的重要部件之一。利用电池管理系统中的绝缘检测功能，能够实时检测动力电池包中正极继电器前端和负极继电器前端对整车底盘的绝缘电阻，以确保驾驶员及乘客的安全。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种安全、有效的动力电池包的绝缘检测装置、电池管理系统和电动车辆。

为了实现上述目的，本公开提供一种动力电池包的绝缘检测装置。所述装置包括：切换开关，所述动力电池包通过所述切换开关与检测电路连接，所述切换开关用于将所述动力电池包与所述检测电路之间的连接点在所述动力电池包中的多个位置之间进行切换，所述多个位置包括所述动力电池包中正极继电器前端、负极继电器前端和新增检测位置；所述检测电路，用于检测所述多个位置处的电压相关信号；计算器，与所述检测电路连接，用于根据所述检测电路检测到的电压相关信号计算出所述多个位置处的绝缘电阻值。

可选地，所述装置还包括：控制器，分别与所述切换开关和计算器连接，用于控制所述切换开关的切换位置。

可选地，所述切换开关包括双刀模拟开关和单刀模拟开关，所述双刀模拟开关的双刀对应的两组信号输入端分别连接动力电池包的正极一侧和负极一侧的位置，所述双刀模拟开关的两个公共输出端分别连接所述单刀模拟开关的两个信号输入端。

可选地，所述双刀模拟开关的第一刀对应的第一信号输入端和第二信号输入端分别连接所述正极继电器后端和所述正极继电器前端，所述双刀模拟开关的第二刀对应的第八信号输入端和第七信号输入端分别连接所述负极继电器后端和所述负极继电器前端，所述双刀模拟开关的第一刀对应的第一公共输出端和第二刀对应的第二公共输出端分别连接所述单刀模拟开关的一信号输入端和另一信号输入端，所述第一公共输出端、所述第二公共输出端、以及所述单刀模拟开关的公共输出端连接所述检测电路。

可选地，所述检测电路包括接地电阻、第一电阻、第二电阻、第三电阻、以及第四电阻，其中，所述第一电阻的一端接所述双刀模拟开关的第一公共输出端，所述第一电阻的另一端通过所述第二电阻接地，所述第四电阻的一端接所述双刀模拟开关的第二公共输出端，所述第四电阻的另一端通过所述第三电阻接地，所述单刀模拟开关的公共输出端通过所述接地电阻接地，所述第一电阻的另一端和所述第四电阻的另一端为所述检测电路的输出端。

可选地，所述装置还包括：第一报警器，与所述计算器连接，用于当所述计算器计算得到的所述正极继电器前端的绝缘电阻值和所述正极继电器后端的绝缘电阻值不匹配，或者所述负极继电器前端的绝缘电阻值和所述负极继电器后端的绝缘电阻值不匹配时，进行报警。

可选地，所述装置还包括：第一隔离模块，所述切换开关和所述控制器之间通过所述第一隔离模块连接，所述第一隔离模块用于在所述切换开关和所述控制器之间进行高低电压的隔离。

可选地，所述装置还包括模数转换模块和第二隔离模块，所述检测电路依次通过所述模数转换模块和所述第二隔离模块这二者与所述计算器连接，其中，所述模数转换模块用于将所述检测电路输出的信号转换为数字信号，所述第二隔离模块用于在所述模数转换模块和所述计算器之间进行高低电压的隔离。

本公开还提供一种电池管理系统，包括本公开提供的上述装置。

本公开还提供一种电动车辆，包括本公开提供的上述电池管理系统。

通过上述技术方案，与现有的绝缘检测装置相比，本公开的绝缘检测装置能够检测出动力电池包中除正极继电器前端和负极继电器前端之外的新增位置的绝缘电阻，从而为动力电池包提供了更多位置的漏电检测，使检测更加全面。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是一示例性实施例提供的动力电池包的绝缘检测装置的结构框图；

图2是另一示例性实施例提供的动力电池包的绝缘检测装置的结构框图；

图3是一示例性实施例提供的动力电池包的绝缘检测装置的电路示意图；

图4a和图4b是一示例性实施例提供的绝缘电阻检测原理示意图；

图5是一示例性实施例提供的检测图4a中的电压V′的简化电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图1是一示例性实施例提供的动力电池包的绝缘检测装置的结构框图。如图1所示，动力电池包的绝缘检测装置10可以包括切换开关12、检测电路13和计算器14。

动力电池包20通过切换开关12与检测电路13连接，切换开关12用于将动力电池包20与检测电路13之间的连接点在动力电池包20中的多个位置之间进行切换，多个位置包括动力电池包20中正极继电器前端、负极继电器前端和新增检测位置；检测电路13用于检测所述多个位置处的电压相关信号；计算器14与检测电路13连接，用于根据检测电路13检测到的电压相关信号计算出所述多个位置处的绝缘电阻值。

其中，一个位置的电压相关信号是指当动力电池包20供电时，与该位置对整车底盘的电压相关的信号，例如可以包括分压电压信号等。所述多个位置就是本公开的动力电池包的绝缘检测装置10所要检测的位置。也就是，装置10是用于检测动力电池包20中的多个位置处对整车底盘的绝缘电阻。

其中，正极继电器和负极继电器分别是指动力电池包20中，连接在动力电池包20的正极输出端和负极输出端之前的继电器。正极继电器和负极继电器的开合可以由电池管理系统控制。电池管理系统通过控制这两个继电器闭合来控制动力电池包20向外输出高压。所述前端是正极继电器或负极继电器靠近动力电池包20的一端，正极继电器或负极继电器靠近动力电池包20的输出端的一端为后端。

根据检测电路13检测到的电压相关信号，计算器14利用电路的相关公式就能够计算出所述多个位置的绝缘电阻。

通过上述技术方案，与现有的绝缘检测装置相比，本公开的绝缘检测装置能够检测出动力电池包中除正极继电器前端和负极继电器前端之外的新增位置的绝缘电阻，从而为动力电池包提供了更多位置的漏电检测，使检测更加全面。

由上所述，目前常用的动力电池包绝缘检测装置中，检测的是正极继电器前端和负极继电器前端的绝缘电阻。本公开中，新增检测位置可以包括正极继电器后端和负极继电器后端。

其中，切换开关12可以设置为手动开关，也可以设置为电动的开关(例如，模拟开关)。当切换开关12为电动开关时，可以通过例如集成芯片来控制切换开关12的切换位置。图2是另一示例性实施例提供的动力电池包的绝缘检测装置的结构框图。如图2所示，在图1的基础上，装置10还可以包括控制器11。控制器11可以分别与切换开关12和计算器14连接，用于控制切换开关12的切换位置。控制器11的芯片可以由电池管理系统来控制，也可以集成在电池管理系统中。

该实施例中，通过设置控制切换开关12的控制器11，使得检测不同位置的绝缘电阻时，能够切换开关12能够自动地切换至对应的位置，自动化程度较高。

为了避免动力电池包20的正极和负极短路，可以将切换开关12设置为包括双刀模拟开关和单刀模拟开关。其中，双刀模拟开关的双刀对应的两组信号输入端分别连接动力电池包20的正极一侧和负极一侧的位置，所述双刀模拟开关的两个公共输出端分别连接所述单刀模拟开关的两个信号输入端。

这样，由于单刀模拟开关的公共输出端只能与其中一个信号输入端连接，因此，不会造成动力电池包20正极和负极的短路，从而避免了故障和不必要的风险。

在本公开的一实施例中，切换开关12可以在控制器11的控制下，将正极继电器前端、负极继电器前端、正极继电器后端、以及负极继电器后端连接至检测电路13，即新增检测位置包括正极继电器后端和负极继电器后端。这样，可以计算出正极继电器后端和负极继电器后端对整车底盘的绝缘电阻，监测了继电器后端位置的漏电状况，保障了继电器后端位置的绝缘安全性。

图3是一示例性实施例提供的动力电池包的绝缘检测装置的电路示意图。如图3所示，开关S是动力电池包20内部的维护开关。双刀模拟开关U1的第一刀对应的第一信号输入端I1和第二信号输入端I2分别连接正极继电器K1后端和正极继电器K1前端，双刀模拟开关U1的第二刀对应的第八信号输入端I8和第七信号输入端I7分别连接负极继电器K2后端和负极继电器K2前端。双刀模拟开关U1的第一刀对应的第一公共输出端O1和第二刀对应的第二公共输出端O2分别连接单刀模拟开关U2的一信号输入端I9和另一信号输入端I10，第一公共输出端O1、第二公共输出端O2、以及单刀模拟开关U2的公共输出端O3连接检测电路13。

其中，第一信号输入端I1和第五信号输入端I5、第二信号输入端I2和第六信号输入端I6、第三信号输入端I3和第七信号输入端I7、第四信号输入端I4和第八信号输入端I8是双刀的对应输入端。例如，双刀将第一信号输入端I1和第五信号输入端I5同时接通或同时断开。

检测电路13可以包括接地电阻R0、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、以及第四电阻R4。其中，第一电阻R1的一端接双刀模拟开关U1的第一公共输出端O1，第一电阻R1的另一端通过第二电阻R2接地，第四电阻R4的一端接双刀模拟开关U1的第二公共输出端O2，第四电阻R4的另一端通过第三电阻R3接地，单刀模拟开关U2的公共输出端O3通过接地电阻R0接地，第一电阻R1的另一端和第四电阻R4的另一端为检测电路13的输出端。

在图3的实施例中，控制器11可以连接至双刀模拟开关U1的控制输入端C1和单刀模拟开关U2的控制输入端C2，发送控制信号来控制双刀模拟开关U1和单刀模拟开关U2的公共输出端与哪个信号输入端连接。同时，控制器11连接至计算器14，向计算器14发送控制信号，从而使计算器14能够自动识别出其计算得到的绝缘电阻值所对应的动力电池包中的位置。

具体的检测原理如下描述。

图4a和图4b是一示例性实施例提供的绝缘电阻检测原理示意图。在相关技术中，可以通过图4a和图4b所示的电路检测出动力电池包20正极和负极的绝缘电阻。图5是一示例性实施例提供的检测图4a中的电压V′的简化电路图。在该示例中，仅示出检测原理，检测的具体位置以“正极”和“负极”来说明。具体公式如下：

其中，R_P为正极的绝缘电阻，R_N为负极的绝缘电阻，V_bat表示动力电池包的总电压，R₀表示电阻R0的电阻值，V和V′为电阻R0两端的电压。上述公式(1)和(2)其推导过程为本领域技术人员所公知的，此处不再详细描述。

基于以上检测原理，在图3的实施例中，计算器14可以用于根据以下公式(3)～(6)计算正极继电器后端和负极继电器后端的绝缘电阻：

根据以下公式(7)～(10)计算正极继电器前端和负极继电器前端的绝缘电阻：

其中，R_正后表示正极继电器K1后端的绝缘电阻值，R_负后表示负极继电器K2后端的绝缘电阻值，R_正前表示正极继电器K1前端的绝缘电阻值，R_负前表示负极继电器K2前端的绝缘电阻值，V_bat表示动力电池包的总电压，R₀表示电阻R0的电阻值，V₁和V_输出1分别表示当第一信号输入端I1接第一公共输出端O1，且信号输入端I9接公共输出端O3时，电阻R0两端的电压值和电阻R2两端的电压值，V₂和V_输出2分别表示当第八信号输入端I8接第二公共输出端O2，且信号输入端I10接公共输出端O3时，电阻R0两端的电压值和电阻R3两端的电压值。V₃和V_输出3分别表示当第二信号输入端I2接第一公共输出端O1，且信号输入端I9接公共输出端O3时，电阻R0两端的电压值和电阻R2两端的电压值，V₄和V_输出4分别表示当第七信号输入端I7接第二公共输出端O2，且信号输入端I10接公共输出端O3时，电阻R0两端的电压值和电阻R3两端的电压值。V_输出1、V_输出2、V_输出3、V_输出4为检测电路13输出的电压值。

该实施例中，V_输出1、V_输出2是正极继电器K1后端的电压相关信号，同时也是负极继电器K2后端的电压相关信号，通过电阻分压原理计算出了K1后端和K2后端的绝缘电阻值；V_输出3、V_输出4是正极继电器K1前端的电压相关信号，同时也是负极继电器K2前端的电压相关信号，通过电阻分压原理计算出了K1前端和K2前端的绝缘电阻值。

当新增检测位置包括正极继电器后端、负极继电器后端时，所述装置10还可以包括第一报警器。

第一报警器可以与计算器14连接，用于当计算器14计算得到的正极继电器前端的绝缘电阻值和正极继电器后端的绝缘电阻值不匹配，或者负极继电器前端的绝缘电阻值和负极继电器后端的绝缘电阻值不匹配时，进行报警。

上述匹配，指的是二者可以近似认为是相等的，即二者在误差范围内相等。例如，由计算器14计算得到正极继电器前端和后端的绝缘电阻值之差小于预定的电阻阈值时，可以判定二者匹配，正极继电器正常。

在正常情况下，同一继电器两端的绝缘电阻在理论上是相等的，并且在实际当中，也是在误差允许的范围内的。本实施例通过将同一继电器前端和后端绝缘电阻值的计算结果进行比对，来判断该继电器是否正常工作，这样，在继电器故障时，能够及时提醒车主进行维修，增加了行车的安全性。

本公开中，当装置10检测到某一位置的绝缘电阻值异常时，表示有漏电发生，可以进行报警。其中，当某一位置对整车底盘的绝缘电阻值小于预定的参考电阻值时，可以认为该位置发生了漏电。因此，在一实施例中，装置10还可以包括第二报警器，与计算器14连接，用于当计算器14计算得到的绝缘电阻值小于预定的参考电阻值时，进行报警。这样能够及时提醒车主进行维修，增加行车的安全性。其中，预定的参考电阻值可以根据经验或试验获得。第一报警器和第二报警器可以设置为通过音频、灯光、文字等形式来报警。

由于动力电池包20为车辆高压供电，因此，在控制器11和切换开关12之间可以进行高低压的隔离，以使在控制器11一侧可以应用低压电压，安全性较高。因此，在一实施例中，装置10还可以包括第一隔离模块，切换开关12和控制器11之间可以通过第一隔离模块连接。第一隔离模块可以用于在切换开关12和控制器11之间进行高低电压的隔离。第一隔离模块例如可以是光耦或磁耦器件。

为了使计算器14能够更方便地计算，可以把检测电路13输出的模拟信号预先转换成数字信号。在一实施例中，装置10还可以包括模数转换模块和第二隔离模块，检测电路13依次通过模数转换模块和第二隔离模块这二者与计算器14连接。其中，模数转换模块用于将检测电路13输出的信号转换为数字信号，第二隔离模块用于在模数转换模块和计算器14之间进行高低电压的隔离。这样，在计算器14中，可以用较安全的低压电，从而使人机交互更加安全。

可以理解的是，上述第一隔离模块和第二隔离模块也可以集成在同一芯片中，以提高线路的集成度，节省设备的占用空间。

本公开还提供一种电池管理系统，包括本公开提供的上述装置10。

本公开还提供一种电动车辆，包括本公开提供的上述电池管理系统。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。