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一种用于电池系统的绝缘检测装置及方法

文献发布时间:2023-06-19 16:09:34



技术领域

本发明属于动力电池检测技术领域,特别涉及一种用于电池系统的绝缘检测装置及方法。

背景技术

随着新能源行业的迅猛发展,对于动力电池的需求越来越大;动力电池的普及面逐步扩大,动力电池的安全性要求也倍受关注;其中,绝缘检测对于动力电池的安全性和可靠性有着重要意义。

目前,现有的绝缘检测装置大多需要双电源供电,而双电源供电增加了绝缘检测的复杂度;同时,双电源在高压状态下容易对动力线上的电压波动产生干扰,导致绝缘检测结果精度大大降低。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题,本发明提供了一种用于电池系统的绝缘检测装置及方法,以解决现有的动力电池检测过程,复杂度高,且易产生电压波动干扰,检测结果精度较低的技术问题。

为达到上述目的,本发明采用的技术方案为:

本发明提供了一种用于电池系统的绝缘检测装置,包括正端分压电阻R+、负端分压电阻R-、ADC采样模块、MCU模块、双路控制开关及电源模块;

所述正端分压电阻R+的第一端与待测电池系统的正极相连,所述负端分压电阻R-的第一端与待测电池系统的负极相连;所述正端分压电阻R+的第二端及所述负端分压电阻R-的第二端与隔离地ISO_GND均相连;

所述ADC采样模块的输入端与所述正端分压电阻R+及负端分压电阻R-均相连,用于分布对所述正端分压电阻R+的电阻分压值和负端分压电阻R-的电阻分压值进行采样,并输出采样数据;

所述MCU模块的输入端与ADC采样模块的输出端相连;所述MCU模块,用于根据ADC采样模块输出的采样数据,利用预设的平衡电桥计算方法,获取待测电池系统的绝缘检测结果;

所述双路控制开关,包括电池正极开关S1和电池负极开关S2;所述电池正极开关S1设置在待测电池系统的正极与所述正端分压电阻R+之间;所述电池负极开关S2设置在待测电池系统的负极与所述负端分压电阻R-之间;

所述电源模块,用于为所述ADC采样模块及MCU模块进行供电。

进一步的,还包括隔离通信电路模块;所述隔离通信电路模块设置在所述ADC采样模块与所述MCU模块之间;其中,所述隔离通信电路模块的一端与所述ADC采样模块的输出通道相连,所述隔离通信电路模块的另一端与所述MCU的输入端相连。

进一步的,所述ADC采样模块,包括四路输入采样通道和一路输出通道;其中,所述正端分压电阻R+的第一端还与ADC采样模块的第一路输入采样通道IN1+相连,所述正端分压电阻R+的第二端还与ADC采样模块的第二路输入采样通道IN1-相连;所述负端分压电阻R-的第一端还与ADC采样模块的第一路输入采样通道IN2+相连,所述负端分压电阻R-的第二端还与ADC采样模块的第二路输入采样通道IN2-相连;所述MCU模块的输入端与ADC采样模块的输出输出通道相连。

进一步的,还包括CAN通信模块及上位机;

所述CAN通信模块的一端与所述MCU模块的第一输出端相连;所述CAN通信模块的另一端与所述上位机的输入端相连。

进一步的,所述上位机,包括界面显示模块及报警模块;

所述界面显示模块,用于对所述MCU模块获取的待测电池系统的绝缘检测结果进行展示;

所述报警模块,用于将所述MCU模块获取的待测电池系统的绝缘检测结果与预设绝缘等级标准进行比较,根据比较结果,输出报警信息。

进一步的,所述待测电池系统为动力电池组;其中,所述动力电池组包括若干电池组,所述若干电池组依次串联相接。

进一步的,所述双路控制开关,还包括光耦继电器;所述光耦继电器的输入端与所述MCU模块的第二输出端相连,所述光耦继电器的第一输出端与所述电池正极开关S1的控制端相连,所述光耦继电器的第二输出端与所述电池负极开关S3的控制端相连。

进一步的,所述ADC采样模块采用16位ADC采样芯片。

本发明还提供了一种用于电池系统的绝缘检测方法,利用所述的一种用于电池系统的绝缘检测装置;所述方法,包括:

利用所述电池正极开关S1和所述电池负极开关S2的通断状态,切换待测电池系统的采样回路;

通过切换待测电池系统的采样回路,分别获取正端分压电阻R+的电阻分压值和负端分压电阻R-的电阻分压值;

根据所述正端分压电阻R+的电阻分压值和所述负端分压电阻R-的电阻分压值,利用预设的平衡电桥计算方法,计算得到待测电池系统的绝缘检测结果。

进一步的,所述电池正极开关S1在导通所述待测电池系统的正极与所述正端分压电阻R+时,所述电池负极开关S2切断所述待测电池系统的负极与所述负端分压电阻R-的连接;

所述电池负极开关S2在导通所述待测电池系统的负极与所述负端分压电阻R-时,所述电池正极开关S1切断所述待测电池系统的正极与所述正端分压电阻R+的连接。

与现有技术相比,本发明的有益效果为:

本发明提供了一种用于电池系统的绝缘检测装置及方法,通过在待测电池系统的正极连接正端分压电阻,在待测电池系统的负极连接负端分压电阻;利用双路控制开关,切换待测电池系统的采样回路,利用ADC采样模块分别获取正端采样电阻的电阻分压值和负端采样电阻的电阻分压值,进而利用MCU模块,根据预设的平衡电桥计算方法,得到待测电池系统的绝缘检测结果;检测装置中通过电池模块为ADC模块和MCU模块进行供电,实现了单电源的电路设计,装置结构简单;同时,能够有效提升绝缘检测装置的功率密度,降低生产成本;且有效避免了动力线上的电压波动产生的干扰,有效提高了绝缘检测结果的精度。

附图说明

图1为实施例所述的绝缘检测装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题,技术方案及有益效果更加清楚明白,以下具体实施例,对本发明进行进一步的详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

实施例

本实施例中,以某待测电源系统的绝缘检测过程为例;其中,所述待测电源系统为动力电池组;其中,所述动力电池组包括若干电池组,所述若干电池组依次串联相接。

如附图1所示,本实施例提供了一种用于电池系统的绝缘检测装置,包括正端分压电阻R+、负端分压电阻R-、ADC采样模块、隔离通信电路模块、MCU模块、双路控制开关、电源模块、CAN通信模块及上位机。

所述正端分压电阻R+的第一端与待测电池系统的正极相连,所述正端分压电阻R+的第二端与隔离地ISO_GND相连;所述负端分压电阻R-的第一端与待测电池系统的负极相连,所述负端分压电阻R-的第二端与隔离地ISO_GND相连;所述ADC采样模块的输入端与所述正端分压电阻R+及负端分压电阻R-均相连,用于分布对所述正端分压电阻R+的电阻分压值和负端分压电阻R-的电阻分压值进行采样,并输出采样数据。

具体的,所述ADC采样模块,包括四路输入采样通道和一路输出通道;ADC采样模块的第一路输入采样通道IN1+与所述正端分压电阻R+的第一端相连,ADC采样模块的的第二路输入采样通道IN1-与所述正端分压电阻R+的第二端相连,即所述ADC采样模块的的第二路输入采样通道IN1-与隔离地ISO_GND相连;ADC采样模块的第三路输入采样通道IN2+与所述负端分压电阻R-的第一端相连,ADC采样模块的第四路输入采样通道IN2-与所述负端分压电阻R-的第二端相连,即所述ADC采样模块的的第四路输入采样通道IN2-与隔离地ISO_GND相连。

所述隔离通信电路模块设置在所述ADC采样模块与所述MCU模块之间,所述隔离通信电路模块的一端与所述ADC采样模块的输出通道相连,所述隔离通信电路模块的另一端与所述MCU模块的输入端相连;所述CAN通信模块的一端与所述MCU模块的第一输出端相连;所述CAN通信模块的另一端与所述上位机的输入端相连。

所述双路控制开关,包括光耦继电器、电池正极开关S1及电池负极开关S2;所述光耦继电器的输入端与所述MCU模块的第二输出端相连,所述光耦继电器的第一输出端与所述电池正极开关S1的控制端相连,所述光耦继电器的第二输出端与所述电池负极开关S2的控制端相连;所述电池正极开关S1设置在待测电池系统的正极与所述正端分压电阻R+之间,所述电池负极开关S2设置在待测电池系统的负极与所述负端分压电阻R-之间。

所述电源模块,用于为所述ADC采样模块、隔离通信电路模块、MCU模块及CAN通信模块进行供电。

本实施例所述的绝缘检测装置,还包括电阻Rp、电阻Rn、电阻Rx及电阻Ry;其中,所述电阻Rp的一端与所述待测电池系统的正极相连,所述电阻Rp的另一端与隔离地ISO_GND相连;所述电阻Rn的一端与所述待测电池系统的负极相连,所述电阻Rn的另一端与隔离地ISO_GND相连;所述电阻Rx设置在所述待测电池系统的正极与所述正端分压电阻R+的第一端之间,所述电阻Rx的一端与所述待测电池系统的正极相连,所述电阻Rx的另一端与所述正端分压电阻R+的第一端相连;所述电阻Ry设置在所述待测电池系统的负极与所述负端分压电阻R-的第一端之间,所述电阻Ry的一端与所述待测电池系统的负极相连,所述电阻Ry的另一端与所述负端分压电阻R-的第一端相连。

本实施例中,所述ADC采样模块,用于通过两路差分信号,分别对所述正端分压电阻R+的电阻分压值和所述负端分压电阻R-的电阻分压值进行采集,并将所述正端分压电阻R+的电阻分压值和所述负端分压电阻R-的电阻分压值,通过隔离通信电路模块,隔离通信传输至所述MCU模块;其中,一路差分信号为正端分压电阻R+和隔离地ISO_GND之间的采样数据,另一路差分信号为负端分压电阻R-和隔离地ISO_GND之间的采样数据。

所述MCU模块,用于对ADC采样模块输出的采样数据进行冗余和滤波预处理,并根据预处理后的数据,利用预设的平衡电桥计算方法,获取待测电池系统的绝缘检测结果;所述MCU模块,还用于向所述光耦继电器发送开关控制指令。

所述光耦继电器,用于接收并响应所述开关控制指令,输出两路开关控制信息;其中,一路开关控制信息,用于控制电池正极开关S1的通断状态;另一路开关控制信息,用于控制电池负极开关S2的通断状态;其中,所述电池正极开关S1在导通所述待测电池系统的正极与所述正端分压电阻R+时,所述电池负极开关S2切断所述待测电池系统的负极与所述负端分压电阻R-的连接;所述电池负极开关S2在导通所述待测电池系统的负极与所述负端分压电阻R-时,所述电池正极开关S1切断所述待测电池系统的正极与所述正端分压电阻R+的连接。

所述隔离通信电路模块,用于将ADC采样模块输出的采样数据,通过I

所述上位机,包括界面显示模块及报警模块;所述界面显示模块,用于对所述MCU模块获取的待测电池系统的绝缘检测结果进行展示;所述报警模块,用于将所述MCU模块获取的待测电池系统的绝缘检测结果与预设绝缘等级标准进行比较,根据比较结果,输出报警信息;优选的,所述界面显示模块采用LABVIEW界面平台;所述ADC采样模块采用16位ADC采样芯片。

本实施例中,所述待测电池系统为若干电池组依次串联相接;双路控制开关,包括光耦继电器、电源正极开关S1及电源负极开关S2,并通过外围电路接入所述检测装置;正端分压电阻R+及负端分压电阻R-形成电阻分压采样电路;所述ADC采样模块,采用16位ADC采样芯片;所述隔离通信电路模块,采用隔离I

本实施例中,隔离通信侧的供电由一路隔离电源电路提供,所述隔离电源电路同时也给所述ADC采样模块供电;隔离通信后,所述隔离通信电路模块与所述MCU模块连接,所述MCU模块的通信输出端连接CAN通信模块,CAN通信模块连接至上位机,通过上位机显示绝缘检测结果,即绝缘阻值的大小,并实时显示绝缘报警状态。

本实施例还提供了一种用于电池系统的绝缘检测方法,具体包括以下步骤:

步骤1、根据所述的绝缘检测装置,完成电路搭建。

步骤2、通过双路控制开关,切换待测电池系统的采样回路;具体的,所述电池正极开关S1在导通所述待测电池系统的正极与所述正端分压电阻R+时,所述电池负极开关S2切断所述待测电池系统的负极与所述负端分压电阻R-的连接;所述电池负极开关S2在导通所述待测电池系统的负极与所述负端分压电阻R-时,所述电池正极开关S1切断所述待测电池系统的正极与所述正端分压电阻R+的连接;并利用所述ADC采样模块,通过切换待测电池系统的采样回路,分别获取正端分压电阻R+的电阻分压值和负端分压电阻R-的电阻分压值。

步骤3、利用所述MCU模块,对所述正端分压电阻R+的电阻分压值和负端分压电阻R-的电阻分压值进行冗余和滤波预处理,得到预处理后的数据。

步骤4、根据所述预处理后的数据,利用预设的平衡电桥计算方法,计算得到待测电池系统的绝缘检测结果。

工作原理:

本实施例所述的一种用于电池系统的绝缘检测装置及方法,通过所述MCU模块控制光耦继电器,实现通过电池正极开关S1和电池负极开关S2的通断,进行切换待测电池系统的采样回路;利用所述ADC采样模块,通过采样正端分压电阻R+的电阻分压值和负端分压电阻R-的电阻分压值;其中,所述正端分压电阻R+的电阻分压值即为所述电池正极开关S1导通且电池负极开关S2切段时,所述正端分压电阻R+的电压值;所述;负端分压电阻R-的电阻分压值即为所述电池负极开关S2导通且电池正极开关S1切段时,所述负端分压电阻R-的电压值;所述ADC采样模块通过两路差分信号进行两个电阻分压值采样后,将采样数据通过隔离通信电路模块,经I

本发明所述的用于电池系统的绝缘检测装置及方法,针对动力电池组在不同状态下的绝缘阻值大小进行检测;并能够根据绝缘检测结果,进行对应的绝缘报警;所述待测电池系统,作为整体动力来源;双路控制开关中的光耦继电器,能够输出两路开关控制信号;所述MCU模块,能够根据预设指令信息,控制光耦继电器的光耦原边,实现对所述双路控制开关中电池正极开关S1和电池负极开关S2的开关控制;其中,所述电池正极开关S1连接至待测电池系统的正极,所述电池负极开关S2连接至待测电池系统的负极;所述正端分压电阻R+与所述负端分压电阻R-形成电阻分压电路,用于电阻分压采集绝缘阻值的大小;所述ADC采样模块,采用16位ADC采样芯片;所述ADC采样模块设置有四路输入采集通道;其中,所述正端分压电阻R+与隔离地ISO_GND为一路差分信号,隔离地ISO_GND和所述负端分压电阻R-为另一路差分信号;所述ADC采样模块的供电为+5V和隔离地ISO_GND;所述隔离通信电路模块,用于将所述ADC采样模块输出的采样数据,以I

本发明所述的绝缘检测装置及方法,用以解决传统的绝缘检测装置需上双电源供电的复杂问题;本发明中,使用单电源对于电路设计更加容易,使得绝缘检测装置的功率密度而有所提升,降低生产成本,提高绝缘检测精度。

上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一,本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制,还包括在本发明所公开的技术范围内,任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

技术分类

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