一种汽车绝缘阻值的检测电路和检测方法

技术领域

本申请涉及汽车绝缘电阻测量技术领域，特别涉及一种汽车绝缘阻值的检测电路和检测方法。

背景技术

电动汽车的动力源是电池包，其中，电池包的电压远高于36V，理想状态下，电池包对车体是完全绝缘的。然而，电动汽车的工作环境复杂，当绝缘被破坏，整车的绝缘性降低。其中，电池包正负极母线与电底盘形成一个漏电流回路，若出现安全范围外的漏电问题危害司乘人员的人身安全，故而有必要地检测电池包正极母线与电底盘之间的正极端绝缘电阻和电池包负极母线与电底盘之间的负极端绝缘电阻。

相关技术中，常用的绝缘检测法有平衡电桥法和信号注入法。在平衡电桥法中，根据电桥电路的原理，控制电池包正负极两端的继电器的开关，尽管该方式测量简单，然而机械开关继电器的开关存在机械磨损，可靠性有限，同时还需要采用多个运算放大器而导致电路一致性欠佳。在信号注入法中，也即有源检测法，常采用PWM波信号控制场效应管的通断，然而，该方法需要外部注入电路，容易对整车运行工况产生干扰。

因此，如何简单、可靠地检测绝缘电阻是我们函待解决的。

发明内容

本申请实施例提供一种汽车绝缘阻值的检测电路和检测方法，以解决相关技术中绝缘电阻检测可靠性欠佳的问题。

第一方面，提供了一种汽车绝缘阻值的检测电路，用于检测电池包正极母线与电底盘之间的正极端绝缘电阻和电池包负极母线与电底盘之间的负极端绝缘电阻，包括：

正极采样电路，其包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、两个正极耦合支路，所述正极耦合支路被配置为接收给定的使能信号，并根据该使能信号通路或开路，

一个正极耦合支路的一端通过所述第一电阻R1与所述电池包正极母线连接，另一端与所述电底盘连接，

另一个正极耦合支路的一端通过所述第二电阻R2与所述电池包正极母线连接，另一端通过所述第三电阻R3与所述电底盘连接，同时，将所述第三电阻R3远离所述电底盘的一端作为所述正极采样电路的输出端，该输出端被配置为输出一个电压信号；

负极采样电路，其一端与所述电底盘相连，另一端与所述电池包负极母线相连，且所述负极采样电路与所述正极采样电路对称设置。

一些实施例中，所述负极采样电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、两个负极耦合支路，所述负极耦合支路被配置为接收给定的使能信号，并根据该使能信号通路或开路，

一个负极耦合支路的一端通过所述第四电阻R4与所述电底盘连接，另一端与所述电池包负极母线连接，

另一个负极耦合支路的一端通过所述第五电阻R5与所述电底盘连接，另一端通过所述第六电阻R6与所述电池包负极母线连接，同时，将所述第六电阻R6远离所述电池包负极母线的一端作为所述负极采样电路的输出端，该输出端被配置为输出一个电压信号。

一些实施例中，所述第一电阻R1与所述第四电阻R4相同，和/或所述第二电阻R2与所述第五电阻R5相同，和/或所述第三电阻R3与所述第六电阻R6相同。

一些实施例中，所述第一电阻R1由多个电阻串接形成；和/或所述第二电阻R2由多个电阻串接形成。

一些实施例中，所述正极耦合支路包括场效应管Q和光电耦合器OC，所述场效应管包括栅极、漏级和源极，所述光电耦合器OC包括1号引脚、2号引脚、3号引脚和4号引脚，所述栅极被配置为接收一个使能信号，所述漏级与所述2号引脚相连，所述源极接地，所述1号引脚被配置为接收VCC电源，同时，

在所述一个正极耦合支路中，所述3号引脚与所述电底盘相连，所述4号引脚与所述第一电阻R1相连，

在所述另一个正极耦合支路中，所述3号引脚与所述第三电阻R3相连，所述4号引脚与所述第二电阻R2相连。

第二方面，提供了一种基于上述的汽车绝缘阻值的检测电路的检测方法，其特征在于，包括步骤：

同步给定四条耦合支路各一个使能信号，以使得与所述电底盘连接的两条耦合支路均开路，另外两条耦合支路均通路；

获取两个输出端的电压信号，并计算得到正极端绝缘电阻两端的电压Vp和负极端绝缘电阻两端的电压Vn；

根据得到的电压Vp和电压Vn，再次同步给定四条耦合支路各一个使能信号，以使得与所述电底盘连接的两条耦合支路中至少一条通路，另外两条耦合支路均通路；

获取两个输出端新的电压信号，并计算得到正极端绝缘电阻Rp两端的电压Vp′和负极端绝缘电阻Rn两端的电压Vn′；

根据得到的电压Vp、电压Vn、电压Vp′和电压Vn′，计算得到所述正极端绝缘电阻和负极端绝缘电阻的阻值。

一些实施例中，在给定四个使能信号后，延时获取对应的电压信号。

一些实施例中，所述使能信号包括第一电位信号和第二电位信号，若给定耦合支路的使能信号是第一电位信号，则该耦合支路通路，若是第二电位信号，则开路。

一些实施例中，所述根据得到的电压Vp和电压Vn，再次同步给定四条耦合支路各一个使能信号，以使得与所述电底盘连接的两条耦合支路中至少一条通路的具体包括步骤：

根据电压Vp和电压Vn中的较大值，控制对应的采样电路中与所述电底盘连接的耦合支路通路。

一些实施例中，还包括步骤：

将所述正极端绝缘电阻和负极端绝缘电阻的阻值中较小的一个作为绝缘电阻，比较设定的阈值与所述绝缘电阻的阻值，确定绝缘故障的级别。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：简单可靠地检测电池包正极母线与电底盘之间的正极端绝缘电阻和电池包负极母线与电底盘之间的负极端绝缘电阻。

本申请实施例提供了一种汽车绝缘阻值的检测电路和检测方法，在电池包正负极母线与电底盘之间各设置一条采样电路，通过每个采样电路各个耦合支路的开路和通路输出对应的电压信号，并根据输出的电压信号和各个电阻确定对应的绝缘电阻的阻值，适用于无源输入的形式，避免了有源输入对整车运行工况的干扰，无需绝缘检测的外置电路，简化了电路结构，提高了绝缘检测的可靠性，防止出现车辆漏电导致的危害现象，进而保证了司乘人员的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种汽车绝缘阻值的检测电路中的正极采样电路的电路图；

图2为本申请实施例提供的第一种汽车绝缘阻值的检测电路的电路原理图；

图3为本申请实施例提供的第二种汽车绝缘阻值的检测电路的电路原理图；

图4为本申请实施例提供的检测方法的流程框图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种汽车绝缘阻值的检测电路，其适用于无源输入的形式，避免了有源输入对整车运行工况的干扰，无需绝缘检测的外置电路，简化了电路结构，提高了绝缘检测的可靠性，防止出现车辆漏电导致的危害现象，进而保证了司乘人员的安全性。

如图1-2所示，一种汽车绝缘阻值的检测电路，用于检测电池包正极母线与电底盘之间的正极端绝缘电阻和电池包负极母线与电底盘之间的负极端绝缘电阻，包括：

正极采样电路，其包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、两个正极耦合支路，所述正极耦合支路被配置为接收给定的使能信号，并根据该使能信号通路或开路，一个正极耦合支路的一端通过所述第一电阻R1与所述电池包正极母线连接，另一端与所述电底盘连接，另一个正极耦合支路的一端通过所述第二电阻R2与所述电池包正极母线连接，另一端通过所述第三电阻R3与所述电底盘连接，同时，将所述第三电阻R3远离所述电底盘的一端作为所述正极采样电路的输出端，该输出端被配置为输出一个电压信号；

负极采样电路，其一端与所述电底盘相连，另一端与所述电池包负极母线相连，且所述负极采样电路与所述正极采样电路对称设置。

本申请实施例提供的一种汽车绝缘阻值的检测电路的工作原理为：

在正极采样电路中，向两个正极耦合支路给定一个使能信号，对应的正极耦合支路在接收到使能信号后开路或通路，定义与电底盘直接相连的正极耦合支路为第一耦合支路，与第三电阻R3直接相连的正极耦合支路为第二耦合支路，若第一耦合支路开路，第二耦合支路通路，则正极采样电路的输出端输出一个电压信号，同样地，负极采样电路的输出端也输出一个电压信号，若保持第二耦合支路通路，第一耦合支路由开路变为通路，则正极采样电路、负极采样电路的输出端各输出一个新的电压信号，根据两条采样电路中的电阻分布构建二元一次方程即可求解得到正极端绝缘电阻和负极端绝缘电阻的阻值。

在本实施例中，使用该检测电路进行绝缘检测，能够采用无源输入的形式控制耦合支路的开路和通路，避免了有源输入对整车运行工况的干扰，且无需绝缘检测的外置电路，简化了电路结构，提高了绝缘检测的可靠性，防止出现车辆漏电导致的危害现象，进而保证了司乘人员的安全性。

进一步地，所述负极采样电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、两个负极耦合支路，所述负极耦合支路被配置为接收给定的使能信号，并根据该使能信号通路或开路，

一个负极耦合支路的一端通过所述第四电阻R4与所述电底盘连接，另一端与所述电池包负极母线连接，

另一个负极耦合支路的一端通过所述第五电阻R5与所述电底盘连接，另一端通过所述第六电阻R6与所述电池包负极母线连接，同时，将所述第六电阻R6远离所述电池包负极母线的一端作为所述负极采样电路的输出端，该输出端被配置为输出一个电压信号。

更进一步地，所述第一电阻R1与所述第四电阻R4相同，和/或所述第二电阻R2与所述第五电阻R5相同，和/或所述第三电阻R3与所述第六电阻R6相同。

再进一步地，所述第一电阻R1由多个电阻串接形成；和/或所述第二电阻R2由多个电阻串接形成。

如图2所示，在本实施例中，所述第一电阻R1由电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15串联形成，所述第二电阻R2由电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25串联形成，所述第四电阻R4由电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45串联形成，所述第五电阻R5由电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55串联形成，所述正极采样电路与所述负极采样电路结构相同，并对称分布，即所述第一电阻R1与所述第四电阻R4对应，所述第一电阻R1与电池包正极母线直接相连，所述第四电阻R4与电底盘直接相连。多个小电阻串联形成一个大电阻，能够避免汽车布置的空间限制带来的安装弊端，同时，也降低了电阻的支出成本。而所述正极采样电路与所述负极采样电路结构相同且对称分布，同时，第二电阻R2与第三电阻R3串联的线路与正极端绝缘电阻Rp并联，可见当两个采样电路相同时，还能够简化计算，更快地得到检测结果，有效弥补了不平衡电桥法单个绝缘电阻检测计算的避免，快速地得到正极端绝缘电阻Rp和负极端绝缘电阻Rn的阻值。

进一步地，所述正极耦合支路包括场效应管Q和光电耦合器OC，所述场效应管包括栅极、漏级和源极，所述光电耦合器OC包括1号引脚、2号引脚、3号引脚和4号引脚，所述栅极被配置为接收一个使能信号，所述漏级与所述2号引脚相连，所述源极接地，所述1号引脚被配置为接收VCC电源，同时，

在所述一个正极耦合支路中，所述3号引脚与所述电底盘相连，所述4号引脚与所述第一电阻R1相连，

在所述另一个正极耦合支路中，所述3号引脚与所述第三电阻R3相连，所述4号引脚与所述第二电阻R2相连。

在本实施例中，所述1号引脚、2号引脚、3号引脚和4号引脚依次为所述光电耦合器OC的输入正极端、输入负极端、输出负极端和输出正极端。

如图2或3所示，具体地，检测电路至少包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4、光电耦合器OC1、光电耦合器OC2、光电耦合器OC3、光电耦合器OC4。

所述光电耦合器OC1的1号引脚接VCC电源，2号引脚与场效应管Q1的漏级，场效应管Q1的源极接地，场效应管Q1的栅极被配置为接收使能信号，3号引脚与电底盘相连，4号引脚与第一电阻R1相连。

所述光电耦合OC2的1号引脚接VCC电源，2号引脚与场效应管Q2的漏级，场效应管Q2的源极接地，场效应管Q2的栅极被配置为接收使能信号，3号引脚与第三电阻R3相连，并串接一个电阻后作为输出端，4号引脚与第二电阻R2相连。

同样地，所述第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、场效应管Q3、场效应管Q4、光电耦合器OC3、光电耦合器OC4的连接关系不再赘述。

如图4所示，本申请实施例还提供了一种基于上述的汽车绝缘阻值的检测电路的检测方法，包括步骤：

S1：同步给定四条耦合支路各一个使能信号，以使得与所述电底盘连接的两条耦合支路均开路，另外两条耦合支路均通路；

S2：获取两个输出端的电压信号，并计算得到正极端绝缘电阻两端的电压Vp和负极端绝缘电阻两端的电压Vn；

S3：根据得到的电压Vp和电压Vn，再次同步给定四条耦合支路各一个使能信号，以使得与所述电底盘连接的两条耦合支路中至少一条通路，另外两条耦合支路均通路；

S4：获取两个输出端新的电压信号，并计算得到正极端绝缘电阻Rp两端的电压Vp′和负极端绝缘电阻Rn两端的电压Vn′；

S5：根据得到的电压Vp、电压Vn、电压Vp′和电压Vn′，计算得到所述正极端绝缘电阻和负极端绝缘电阻的阻值。

为了使得计算结果的稳定可靠性，在给定四个使能信号后，延时获取对应的电压信号。

进一步地，所述使能信号包括第一电位信号和第二电位信号，若给定耦合支路的使能信号是第一电位信号，则该耦合支路通路，若是第二电位信号，则开路。

进一步地，所述步骤S3的具体包括步骤：

根据电压Vp和电压Vn中的较大值，控制对应的采样电路中与所述电底盘连接的耦合支路通路。

下面结合一具体的实施例对本申请进行阐述。

开始绝缘检测，给定场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3和场效应管Q4的使能信号依次为“0”、“1”、“0”和“1”，其中，使能信号“0”通过场效应管Q使得对应的光电耦合器OC开路，使能信号“1”通过场效应管Q使得对应的光电耦合器OC通路；

延时2s，正极采样电路输出一个电压信号V1，负极采样电路输出一个电压信号V2，并根据公式(1)和(2)分别计算得到正极端绝缘电阻两端的电压Vp和负极端绝缘电阻两端的电压Vn，同时，电压Vp和电压Vn还满足公式(3)；

比较电压Vp和电压Vn，若Vp≥Vn，则使得给定场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3和场效应管Q4的使能信号依次为“1”、“1”、“0”和“1”；若Vp＜Vn，则使得给定场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3和场效应管Q4的使能信号依次为“0”、“1”、“1”和“1”；

延时3s，正极采样电路输出一个新的电压信号V3，负极采样电路输出一个新的电压信号V4，并根据公式(4)和(5)分别计算得到新的正极端绝缘电阻两端的电压Vp′和负极端绝缘电阻两端的电压Vn′，同时，若Vp≥Vn，则电压Vp′和电压Vn′还满足公式(6)；若Vp＜Vn，则电压Vp′和电压Vn′还满足公式(7)；

若Vp≥Vn，，根据公式(1)～(6)，联合求解得到正极端绝缘电阻的阻值Rp和负极端绝缘电阻的阻值Rn：

若Vp＜Vn，根据公式(1)～(5)和(7)，联合求解得到正极端绝缘电阻的阻值Rp和负极端绝缘电阻的阻值Rn：

即，求解得到正极端绝缘电阻的阻值Rp和负极端绝缘电阻的阻值Rn。

作为本申请实施例的一种优选方案，还包括步骤：

将所述正极端绝缘电阻和负极端绝缘电阻的阻值中较小的一个作为绝缘电阻，比较设定的阈值与所述绝缘电阻的阻值，确定绝缘故障的级别。

在本实施例中，设定的阈值具有多个，即有多个表示不同程度的绝缘告警阈值，将检测到的绝缘电阻的阻值R与不同的绝缘告警阈值进行对比判定绝缘故障的等级，如：R＞1000ohm/V，判定为绝缘正常状态；750ohm/V＜R＜1000ohm/V，判定为一级绝缘报警；500ohm/V＜R＜750ohm/V，判定为二级绝缘报警；R＜500ohm/V，判定为三级绝缘报警。

作为本申请实施例的一种优选方案，第一电阻R1与第四电阻R4对应且阻值相同，第二电阻R2与第五电阻R5对应且阻值相同，第三电阻R3与第六电阻R6对应且阻值相同，场效应管Q1和光电耦合器OC1相连并分别与场效应管Q3和光电耦合器OC3对应，场效应管Q2和光电耦合器OC2相连并分别与场效应管Q4和光电耦合器OC4对应，同时，两个输出端各通过一个电阻与所述第三电阻R3和所述第六电阻R6远离所述电底盘的一端相连，所述第三电阻R3和一个电阻串联形成的线路两端并联一个电容，所述第六电阻R6和一个电阻串联形成的线路两端并联一个电容，正极采样电路与负极采样电阻相同，如图2所示；或者是所述第六电阻R6和一个电阻串联形成的线路两端并联一个电容，且所述第六电阻R6的两端也并联一个电容，正极采样电路与负极采样电阻大致相同，如图3所示。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。