一种高压电池管理系统绝缘电阻检测电路及方法

技术领域

本发明涉及电学领域，特别是涉及一种高压电池管理系统绝缘电阻检测电路及方法。

背景技术

直流母线的工作电压通常为从几百伏到一千多伏的高直流电压，高的直流电压在低压的储能箱里绝缘电阻检测很重要，直流母线的绝缘电阻过低，漏电流会过大，造成大部分设备的破坏性损坏，严重的会引起火灾。新能源储能系统的储能箱有三大部分模组构造而成：BMU模组是对PACK级的单体电池检测和管理；BCU模组是对簇级电池组检测和保护管理；BAU模组是对堆级的电池堆检测和保护管理。各级模块的串并联组合储能源回路中，模块的接入回路节点多了，回路电阻会有变化，而现有的平衡绝缘电阻检测技术不能精度测量直流母线正极对大地的电阻值和负极对大地的电阻值，对直流母线的高压正极和负极的平衡电阻不能测量，波动范围非常大，容易对安全保护功能产生误操作。

分压定理：即分压公式，源电压U,电阻1的阻值R1,电阻2的阻值R2。总电流I＝U/(R1+R2)；电阻1上的分压U1＝IR1＝UR1/(R1+R2)。电阻2上的分压U2＝IR2＝UR2/(R1+R2)。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种高压电池管理系统绝缘电阻检测电路及方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高压电池管理系统绝缘电阻检测电路，其特征在于，包括直流母线，直流母线的高压正极电连接大地(PE)、第一电阻(R1)的一端和第二电阻(R2)的一端，直流母线的高压负极电连接大地(PE)、第四电阻(R4)的一端和第五电阻(R5)的一端；直流母线的高压正极对大地(PE)之间的电阻为第一待测电阻(Rp)，负极对大地(PE)的之间的电阻为第二待测电阻(Rn)；第二电阻(R2)的另一端电连接第一双向开关(Q1)一端，第一电阻(R1)的另一端电连接第三电阻(R3)的一端，第三电阻(R3)的另一端电连接第一双向开关(Q1)的另一端、第二双向开关(Q2)的一端、第三双向开关(Q3)的一端和第六电阻(R6)的一端；第二双向开关(Q2)的另一端电连接大地(PE)，第四电阻(R4)的另一端电连接第三双向开关(Q3)的另一端，第五电阻(R5)的另一端电连接第六电阻(R6)的另一端；第一电阻(R1)的阻值等于第四电阻(R4)的阻值，第三电阻(R3)的阻值等于第六电阻(R6)的阻值。

进一步的改进，所述第一电阻(R1)包括依次串联的电阻七(R7)、电阻八(R8)、电阻九(R9)、电阻十(R10)、电阻十一(R11)和电阻十二(R12)，电阻十二(R12)电连接第三电阻(R3)的一端和第二电容(C2)的一端。

进一步的改进，所述第一双向开关(Q1)包括第一芯片(U1)，第一芯片(U1)的第六引脚电连接第二电阻(R2)的另一端，第一芯片(U1)的第四引脚与第三电阻(R3)的另一端和第二电容(C2)的另一端均电连接参考地(GND)。

进一步的改进，第一芯片(U1)的型号为AQV258H5。

进一步的改进，所述第二电阻包括依次串联的电阻一(R1-1)、电阻二(R1-2)、电阻三(R1-3)，电阻四(R1-4)和电阻五(R1-5)，电阻五(R1-5)电连接第一芯片(U1)的第六引脚。

进一步的改进，所述第五电阻(R5)包括依次串联的电阻二十六(R26)、电阻二十七(R27)、电阻二十八(R28)、电阻二十九(R29)、电阻三十(R30)和电阻三十一(R31)，电阻三十一(R31)电连接第六电阻(R6)的另一端和第五电容的一端。

进一步的改进，所述第三双向开关(Q3)包括第三芯片(U1)，第三芯片(U1)的第六引脚电连接第四电阻(R6)的另一端，第三芯片(U1)的第四引脚与第六电阻(R6)的一端和第五电容的另一端电连接参考地(GND)。

进一步的改进，所述第四电阻(R6)包括依次串联的电阻十九(R19)、电阻二十(R20)、电阻二十一(R21)、电阻二十二(R22)和电阻二十三(R23)，电阻二十三(R23)与第三芯片(U1)的第六引脚电连接。

进一步的改进，所述第二双向开关(Q2)包括第五芯片(U5)，第五芯片(U5)的的第六引脚电连接大地(PE)，第四引脚电连接参考地(GND)。

一种高压电池管理系统绝缘电阻检测方法，所述检测方法采用上述的任一电路，具体包括如下所述；

步骤一、断开第一双向开关(Q1)、第二双向开关(Q2)和第三双向开关(Q3)，检测得到直流母线正极和负极间的电压U；

然后是使得第二双向开关(Q2)导通，第一双向开关(Q1)和第三双向开关(Q3)截止，此时第一电阻(R1)与第三电阻(R3)串联后再与直流母线的高压正极和大地(PE)间Rp电阻并联后的等效电阻的阻值Rp1为：

其中；Rp为直流母线的高压正极和大地间电阻的阻值，R

此时，设直流母线的高压负极和大地(PE)间电阻的阻值为Rn，则有：

Rn1为第五电阻(R5)与第六电阻(R5)串联后再与直流母线的高压负极和大地(PE)间电阻并联后的等效电阻的阻值，R5’为第五电阻(R5)的阻值，R6’为第六电阻(R5)的阻值；

计算得到直流母线的高压正极与大地(PE)间电压U1:

再计算出直流母线的高压负极与大地(PE)间电压为U2：

计算出此时第三电阻(R3)两端的电压为Vp1：

计算出第二双向开关(Q2)导通，第一双向开关(Q1)和第三双向开关(Q3)截止时第六电阻两端的电压为Vn1：

则有：

再将第一双向开关(Q1)和第二双向开关(Q2)导通，第三双向开关(Q3)

截止；

这时直流母线的高压正极到大地(PE)间电阻的阻值为Rp,设直流母线的高压正极到大地(PE)间电阻并联第二电阻(R2)以及串联的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的等效电阻的阻值为Rp11，则有

R2’为第二电阻(R2)的阻值；

直流母线的高压负极到大地(PE)间电阻的阻值为Rn,则直流母线的高压负极到大地(PE)间电阻与串联的第五电阻(R5)和第六电阻(R6)并联后的等效电阻的阻值Rn11如下：

计算出直流母线的高压正极与大地(PE)间的电压U12：

计算出直流母线的高压负极与大地(PE)间电压U22：

计算出此时第三电阻两端的电压为Vp2：

计算出此时第六电阻两端的电压为Vn2：

则有：

其中，已知R1’＝R5’＝8MΩ；R3’＝R6’＝0.013MΩ；R2’＝R4’＝2.55MΩ,则有：

直流母线的高压正极对大地的绝缘电阻的阻值Rp计算公式：

Rp＝-(136221*(Vn1*Vp2-Vp1*Vn2))/(20*(3521*Vn1*Vp2-850*Vp1*Vn2))

直流母线的高压负极对大地的绝缘电阻的阻值计算公式：

Rn＝-(136221*(Vn1*Vp2-Vp1*Vn2))/(20*(2671*Vp1*Vp2+850*Vn1*Vp2-850*Vp1*Vn2))。

本发明的有益效果在于：

本发明可以精准的测量直流母线正极对大地的绝缘电阻值和负极对大地的绝缘电阻值，正极的绝缘电阻值和负极的绝缘电阻值可以不相等，包括任何状态的绝缘电阻，稳定性很高。应用的领域范围很广，汽车新能源行业、光伏新能源行业、工业储新能源行业等等电池母线的绝缘保护检测。

附图说明

利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1为高压电池管理系统绝缘电阻检测电路的原理图；

图2为第二电阻R2、第四电阻R6和第二双向开关Q2的具体电路图。

图3为第一电阻R1和第五电阻R5的电路图。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步的详细说明。

实施例1

根据分压比例，V1、V2都可以单独计算出电池电压，设电池间的电压为U。

(1)、Q2导通，Q1、Q3截止。

1a、这时高压正极到PE电阻Rp,从电路图可知Rp并联R1和R3的串联电阻设为Rp1,所以

1b、这时高压负极到PE电阻为Rn,从电路图可知Rn并联R5和R6的串联电阻设为Rn1，所以

1c、由分压定理，计算出高压正极与PE间电压为U1,从电路图可知

1d、由分压定理，计算出高压负极与PE间电压为U2,从电路图可知

1e、由分压定理，可以计算出高压正极测量点的电压为V1,从电路图可知

1f、由分压定理，可以计算出高压负极测量点的电压为V2,从电路图可知

1g、由以上的摧算数据得知：

(2)、Q1、Q2导通，Q3截止；

2a、这时高压正极到PE电阻为Rp,从电路图可知Rp并联R2并联R1和R3的串联电阻这为Rp11，所以

2b、高压负极到PE电阻为Rn,从电路图可知Rn并联R4和R6的串联电阻设为Rn11，所以

2c、由分压定理，可以计算出高压正极与PE间电压为U12,从电路图可知

2d、由分压定理，可以计算出高压负极与PE间电压为U22,从电路图可知

2e、由分压定理，可以计算出高压正极测量点的电压为V1,从电路图可知

2f、由分压定理，可以计算出高压负极测量点的电压为V2,从电路图可知

2g、由以上的摧算公式可以求得：

2、直流母线的高压正极对大地的绝缘电阻计算公式和负极对大地的绝缘电阻计算公式

(1)、已知R1＝R5＝8MΩ；R3＝R6＝0.013MΩ；R2＝R4＝2.55MΩ代入以上嶊算式得出：

a、高压正极对大地的绝缘电阻计算公式：

Rp＝-(136221*(Vn1*Vp2-Vp1*Vn2))/(20*(3521*Vn1*Vp2-850*Vp1*Vn2))

b、高压负极对大地的绝缘电阻计算公式：

Rn＝-(136221*(Vn1*Vp2-Vp1*Vn2))/(20*(2671*Vp1*Vp2+

850*Vn1*Vp2-850*Vp1*Vn2))

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当了解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。