绝缘电阻测量电路及系统的制作方法

本发明实施例涉及电学领域，特别涉及一种绝缘电阻测量电路及系统。

背景技术：

大部分的电子产品中所具有的电路基本上与外部绝缘，以防止由漏电导致的事故，或额外地从外部渗透不必要的噪音。但是，在实际的产品使用现场，会经常发生形成如水分渗透到产品周边、酸碱气体的腐蚀等恶劣环境条件的情况，尤其，在电源附近存在水分时，绝缘破坏而发生漏电。如此，当绝缘破坏而发生不期望的漏电时，在该漏电的路径中形成的电阻称为绝缘电阻。例如，对于电动汽车所具备的电池，由于该电池包括在发动机室内，并且在其周边还配置有发动机等驱动装置、各种热交换机等空气调节装置，很有可能发生如上所述的恶劣环境条件，从而造成动力电缆及其他绝缘材料迅速老化以致的绝缘破损结果，使绝缘强度大大降低，危及人身安全。因此，电池中具备用于感测电池电极的绝缘破坏的绝缘电阻测量电路，以得知电池电极的绝缘性能是否良好。

然而，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有技术中为了测量绝缘电阻的阻值，设计的绝缘电阻测量电路的结构复杂，计算复杂度高。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的在于提供一种绝缘电阻测量电路及系统，使得绝缘电阻测量电路的结构较为简单，通过较为简单的计算，即可达到测得绝缘电阻的阻值的目的。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种绝缘电阻测量电路，包括：电容，电容的一端与蓄电池中绝缘电阻的一端连接，绝缘电阻的另一端接地；绝缘电阻测量电路还包括：控制单元；控制单元，用于控制电容的充放电状态，并获取电容在充电过程中电容另一端的第一电压，以及电容在放电过程中电容另一端的第二电压；控制单元，还用于根据第一电压和第二电压的变化，通过较为简单的计算，即可达到测得绝缘电阻的阻值的目的。

本发明的实施方式还提供了一种绝缘电阻测量系统，包括：蓄电池和上述的绝缘电阻测量电路。

本发明实施方式相对于现有技术而言，提供的一种绝缘电阻测量电路，包括：电容和控制单元。其中，电容的一端与蓄电池中绝缘电阻的一端连接，绝缘电阻的另一端接地；控制单元，用于控制电容的充放电状态，并获取电容在充电过程中电容另一端的第一电压，以及电容在放电过程中电容另一端的第二电压；控制单元，还用于根据第一电压和第二电压的变化，得到蓄电池中绝缘电阻的阻值。本实施方式中，通过根据电容另一端的电压分别在充电过程中和放电过程中的变化，来得到蓄电池中绝缘电阻的阻值，无需使用到现有技术中所需要使用到的采样电路，因此使得绝缘电阻测量电路的结构较为简单，可以通过较为简单的计算，即可达到测得绝缘电阻的阻值的目的。

另外，控制单元，具体用于根据第一电压大于第一参考电压时所需的第一时间信息，以及第二电压小于第二参考电压时所需的第二时间信息，得到蓄电池中绝缘电阻的阻值。本实施例中，通过使得反应于电容另一端的电压分别在充电过程中和放电过程中的变化的时间信息，来得到蓄电池中绝缘电阻的阻值，公开了测得绝缘电阻的阻值的一种具体实现方式。

另外，绝缘电阻测量电路还包括：第一比较器和第二比较器，第一比较器和第二比较器分别连接于电容另一端；第一比较器，用于比较第一电压和第一参考电压，并输出第一电平信号；控制单元，具体用于根据第一电平信号获取第一时间信息；第二比较器，用于比较第二电压和第二参考电压，并输出第二电平信号；控制单元，具体用于根据第二电平信号获取第二时间信息。本实施例中，公开了具体通过使用两个比较器得到上述的两个时间信息的具体实现方式，避免了现有技术中需要调用采样电路而导致的需要占用到系统资源的问题，使得本实施方式中的绝缘电阻测量电路减少了对系统资源的占用。

另外，控制单元，具体通过向控制开关发送数字脉冲波信号来控制电容的充放电状态。本实施例中，通过使用数字脉冲波信号对控制开关的开通和关断进行精准的控制，可以增加绝缘电阻测量电路测量结果的准确性。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明第一实施方式提供的一种绝缘电阻测量电路的结构连接示意图；

图2是根据本发明第一实施方式提供的一种绝缘电阻测量电路的电路图；

图3是根据本发明第一实施方式提供的一种现有技术中的绝缘电阻测量电路的电路图；

图4是根据本发明第二实施方式提供的一种绝缘电阻测量电路的电路图；

图5是根据本发明第三实施方式提供的一种绝缘电阻测量系统的结构连接示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种绝缘电阻测量电路，如图1所示。本实施方式中，绝缘电阻测量电路，包括：电容10和控制单元11。其中，电容10的一端与蓄电池中绝缘电阻的一端连接，绝缘电阻的另一端接地；控制单元11，用于控制电容10的充放电状态，并获取电容10在充电过程中电容10另一端的第一电压，以及电容10在放电过程中电容10另一端的第二电压；控制单元11，还用于根据第一电压和第二电压的变化，得到蓄电池中绝缘电阻的阻值。

本实施方式中，通过根据电容10另一端的电压分别在充电过程中和放电过程中的变化，来得到蓄电池中绝缘电阻的阻值，无需使用到现有技术中所需要使用到的采样电路，因此使得绝缘电阻测量电路的结构较为简单，也使得可以通过较为简单的计算，达到测得绝缘电阻的阻值的目的。

下面对本实施方式的绝缘电阻测量电路的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

需要强调，在电容10的一端与蓄电池中绝缘电阻的一端连接，绝缘电阻的另一端接地的连接关系中，绝缘电阻的另一端接地，是指绝缘电阻的另一端连接于电池系统中需要与电池绝缘的部分连接的器件，比如与汽车的车身等连接而设置的保护接地，是考虑到由于绝缘损坏有可能带电，为了防止这种电压危及人身安全而设。

具体的说，本实施方式中，控制单元11可以根据第一电压大于第一参考电压vref1时所需的第一时间信息，以及第二电压小于第二参考电压vref2时所需的第二时间信息，得到蓄电池中绝缘电阻的阻值。其中，控制单元11可以为微控制单元((microcontrollerunit，简称“mcu”)。

参见图2，图2是根据本实施方式提供的一个例子的绝缘电阻测量电路的电路图。

本实施方式中，绝缘电阻测量电路可以包括第一比较器和第二比较器。需要说明的是，图2所示的第一比较器和第二比较器的类型虽然均为高速比较器，但在实际应用中，相关工作人员可以根据实际需求选用比较器的具体类型，本实施例对此不作具体限定。

具体的说，图中的v2表示电容10另一端的电压值；第一比较器，用于比较第一电压和第一参考电压vref1，并输出第一电平信号；控制单元11，具体用于根据第一电平信号获取第一时间信息；第二比较器，用于比较第二电压和第二参考电压vref2，并输出第二电平信号；控制单元11，具体用于根据第二电平信号获取第二时间信息。

进一步的，第一比较器，具体用于比较电容10处于充电状态时的第一电压和第一参考电压vref1，并输出第一电平信号，当第一电压大于第一参考电压vref1时，第一比较器输出的电平信号由低电平变为高电平，控制单元11用于获取第一电平信号由低电平变为高电平所需的第一时间信息；第二比较器，具体用于比较电容10处于放电状态时的第二电压和第二参考电压vref2，并输出第二电平信号，当第二电压小于第二参考电压vref2时，第二比较器输出的电平信号由低电平变为高电平，控制单元11用于获取第二电平信号由低电平变为高电平所需的第二时间信息，从而可以结合电容10充放电特性函数，根据第一时间信息和第二时间信息，得到绝缘电阻的阻值。

本实施例中，公开了具体通过使用两个比较器得到上述的两个时间信息的具体实现方式，避免了现有技术中需要调用采样电路而导致的需要占用到系统资源的问题，使得本实施方式中的绝缘电阻测量电路减少了对系统资源的占用。

参见图3，图3是根据现有技术提供的一种绝缘电阻测量电路图。根据该电路图，具体可以通过电桥法测量绝缘电阻的阻值。图中的rc1、rc2均为测量用的已知阻值标准电阻，rp、rn均为待测绝缘电阻，rp是电池正端对底盘的绝缘电阻；rn是电池负端对底盘的绝缘电阻。当开关s1、s2全部断开时，测量正、负母线与电底盘之间的电压分别为up0、un0，则可以得到(1)式：up0/rp＝un0/rn；当开关s1闭合，s2断开时，则在正母线和与底盘之间加入标准电阻rc1，测量正、负母线与电底盘之间的电压分别为upp、unp，则可以得到(2)式：upp/rp+upp/rc＝unp/rn；联合(1)式和(2)式，可以得到：

rp＝rc1[(up0*unp-un0*upp)/up0*upp]；

同理，也可以得到关于待测绝缘电阻rn的计算公式，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，在现有技术中的绝缘电阻测量电路中，需要用到模数转换电路(analog-to-digital，简称“adc”)进行数据的采集。并且，adc采样电路的采用方式复杂；又由于adc采样电路需要输入驱动电路，从而使得在adc采样电路的调用过程中需要占用大量的系统资源。

不难发现，本实施方式提供的一种绝缘电阻测量电路，通过根据电容10另一端的电压分别在充电过程中和放电过程中的变化，来得到蓄电池中绝缘电阻的阻值，无需使用到现有技术中所需要使用到的采样电路，因此使得绝缘电阻测量电路的结构较为简单，也使得可以通过较为简单的计算，达到测得绝缘电阻的阻值的目的。由于在本实施方式中，通过使用简单的比较器即可，省去了现有技术中的adc采样电路，因此也不会占用大量的系统资源。

本发明的第二实施方式涉及一种绝缘电阻测量电路。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在本实施方式中，提供了一种具体的绝缘电阻测量电路的电路图，参见图4，以便于可以更直观、形象的体现本发明实施例的技术方案。

本实施方式中，绝缘电阻测量电路，包括作为控制开关的mos管，还包括：电压源v1、第一电阻r1和第二电阻r2；电压源v1与第一电阻r1连接；第一电阻r1与第二电阻r2连接，第二电阻r2与电容cl连接。图4中，v_pack+表示电池正端，在v_pack+和v_pack-之间的省略号表示该蓄电池中包括多个电池组；电容cl与蓄电池连接线之间的半圆状凸起是一般导线，表示两个导线相汇不相交。

具体的说，控制单元11具体可以通过控制控制开关来控制电容cl的充放电状态。在充电状态中，电压源v1通过第一电阻r1、第二电阻r2以及待测绝缘电阻rx为电容cl充电；在放电状态中，电容cl通过第二电阻r2为电容cl放电。其中，这里所说的控制开关可以为mos管、高速光耦、固态继电器、晶闸管中的任意之一，当然，还可以是其他类型的高速开关的功率器件，任何可以控制控制开关的器件均在实施方式的保护范围之内，此处不作具体限定。

较佳的，本实施方式中，控制单元11可以向控制开关发送数字脉冲波信号来控制其导通或关断。本实施例中，通过使用数字脉冲波信号对控制开关的开通和关断进行精准的控制，可以增加绝缘电阻测量电路测量结果的准确性。

此处结合图3、图4，以一个例子对测量绝缘电阻的阻值的工作流程进行具体说明。

第一步，mcu向mos管发送高电平数字脉冲波信号，控制mos管导通。

具体的说，通过mos管g极拉高，使得mos管导通。在mos管导通后，电容cl通过第二电阻r2放电，即电容cl处于放电状态。

第二步，mcu向mos管发送低电平数字脉冲波信号，获取第一比较器的输出由低电平变为高电平所需的第一时间信息。

具体的说，mcu向mos管发送低电平数字脉冲波信号时，标记该时刻为t0。在该过程中，电压源v1通过第一电阻r1，第二电阻r2，待测绝缘电阻rx对电容cl进行充电，电容另一端的电压值v2的电压会上升。当v2>vref1时刻时，第一比较器的输出由低电平变为高电平，mcu标记该上升沿时刻t1，t1与t0的差值，即为第一比较器的输出由低电平变为高电平所需的第一时间信息。

第三步，mcu向mos管发送高电平脉冲数字波信号，获取第二比较器的输出由低电平变为高电平所需的第二时间信息。

具体的说，在mcu向mos管发送高电平数字脉冲波信号时，标记该时刻的时间，本实施方式中，需要在第一比较器的输出由低电平变为高电平的同时，向mos管发送高电平脉冲数字波信号，因此，标记的该时刻的时间即为t1。在该过程中，mos管导通，电容cl通过第二电阻r2放电，电容另一端的电压值v2会减小，当v2<vref2时刻时，第二比较器的输出由低电平变为高电平，mcu标记这个上升沿时刻t2，t2与t1的差值，即为第二比较器的输出由低电平变为高电平所需的第二时间信息。

第四步，结合电容充放电特性函数，根据第一时间信息和第二时间信息，得到绝缘电阻的阻值。

具体的说，根据电容充放电特性函数，可以得到：

t1＝(r1+r2+rx)*cl*ln[v1/(v1-vref1)]；t2＝r2*cl*ln(vref1/vref2)；

其中，设常数ln[v1/(v1-vref1)＝α，常数ln(vref1/vref2)＝β；

联合上述关于t1、t2的两式，可以解得到：rx＝[(t1-t2)+r2*cl*β-α*cl*(r1+r2)]/α*cl。

需要说明的是，本实施方式中的电容值和电阻值是根据不同的系统来确定的，相关工作人员可以根据实际情况选用不同型号、不同阻值大小的器件，本实施方式对此不作具体限定。

不难发现，在该式子中，由于r1、r2、cl、α、β均为已知数值，因此，通过将第一时间信息和第二时间信息代入上述最终得到的公式，即可得到绝缘电阻的阻值。也就是说，在实际应用中，mcu只需要记录第一时间信息和第二时间信息，并将第一时间信息和第二时间信息相减，就可以得到绝缘电阻的阻值。

与现有技术相比，本实施方式提供了一种具体的绝缘电阻测量电路，以便于可以更直观、形象的体现本发明实施例的技术方案。

本发明第三实施方式涉及一种绝缘电阻测量系统，如图5所示。包括：蓄电池20和第一实施方式或第二实施方式中任一的绝缘电阻测量电路21。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。