一種電動汽車電池組絕緣電阻檢測系統、方法和電動汽車與流程

2023-06-30 01:29:11 4

本發明涉及汽車技術領域，更具體地，涉及一種電動汽車電池組絕緣電阻檢測系統、方法和電動汽車。

背景技術：

能源短缺、石油危機和環境汙染愈演愈烈，給人們的生活帶來巨大影響，直接關係到國家經濟和社會的可持續發展。世界各國都在積極開發新能源技術。電動汽車作為一種降低石油消耗、低汙染、低噪聲的新能源汽車，被認為是解決能源危機和環境惡化的重要途徑。混合動力汽車同時兼顧純電動汽車和傳統內燃機汽車的優勢，在滿足汽車動力性要求和續駛裡程要求的前提下，有效地提高了燃油經濟性，降低了排放，被認為是當前節能和減排的有效路徑之一。

電動汽車的動力電池組絕緣性非常重要。如果絕緣性下降將會給乘員安全造成威脅，因此，電池管理系統需要實時監測動力電池組的絕緣情況，避免人身危險。

目前，檢測動力電池組絕緣狀況有兩種方式：主動法和被動法。主動法檢測電路結構複雜，成本高，開發難度大，越來越多的方案採用被動法執行絕緣檢測。然而，當電池高壓系統對車體寄生電容較大時，由於電容的充放電效應，導致被動法檢測電路無法準確有效的測量絕緣電阻值。

技術實現要素：

本發明的目的是提出一種電動汽車電池組絕緣電阻檢測系統、方法和電動汽車，降低高壓系統寄生電容對絕緣電阻檢測的不利影響，從而準確測量絕緣電阻值。

一種電動汽車電池組絕緣電阻檢測系統，包括：

第一已知測量電阻，與電池組正極端子的絕緣電阻並聯；

第二已知測量電阻，與電池組負極端子的絕緣電阻並聯；

第一開關，與第一已知測量電阻串聯；

第二開關，與第二已知測量電阻串聯。

在一個實施方式中，所述第一開關包括：光繼電器、機械式繼電器、三極體或金屬氧化物半導體場效應電晶體。

在一個實施方式中，所述第二開關包括：光繼電器、機械式繼電器、三極體或金屬氧化物半導體場效應電晶體。

一種電動汽車電池組絕緣電阻檢測方法，該方法適用於如上的電動汽車電池組絕緣電阻檢測系統，該方法包括：

斷開第一開關和第二開關，分別測量電池組正極端子對車輛電平臺的電壓及電池組負極端子對車輛電平臺的電壓，並確定電壓測量值較大側；

閉合電壓測量值較大側的開關，基於預定的靜置時間多次測量電壓測量值較大側的端子對車輛電平臺的電壓，其中當判定測量電壓穩定時計算總靜置時間；

基於該總靜置時間，計算電動汽車電池組絕緣電阻。

在一個實施方式中，所述判定測量電壓穩定包括：

當相鄰兩次測得的、電壓測量值較大側的端子對車輛電平臺的電壓之間的差值小於預定值時，判定測量電壓穩定。

在一個實施方式中，所述預定值小於5伏特。

在一個實施方式中，所述預定值為2伏特。

在一個實施方式中，所述基於該總靜置時間，計算電動汽車電池組絕緣電阻包括：

斷開第一開關和第二開關，分別測量電池組正極端子對車輛電平臺的電壓和電池組負極端子對車輛電平臺的電壓，並確定電壓測量值較大側；

閉合電壓測量值較大側的開關，基於總靜置時間測量電壓測量值較大側的端子對車輛電平臺的電壓及電壓測量值較小側的端子對車輛電平臺的電壓；

基於閉合電壓測量值較大側的開關所並聯入的已知測量電阻、電壓測量值較大側的端子對車輛電平臺的電壓及電壓測量值較小側的端子對車輛電平臺的電壓，計算電動汽車電池組絕緣電阻。

一種電動汽車，包含如上所述的電動汽車電池組絕緣電阻檢測系統。

在一個實施方式中，所述電動汽車包括純電動汽車、混合動力汽車或燃料電池汽車。

從上述技術方案可以看出，在本發明實施方式中，檢測系統包括：第一已知測量電阻，與電池組正極端子的絕緣電阻並聯；第二已知測量電阻，與電池組負極端子的絕緣電阻並聯；第一開關，與第一已知測量電阻串聯；第二開關，與第二已知測量電阻串聯。本發明針對寄生電容對絕緣檢測迴路的影響，提出一種高壓系統寄生電容自適應的絕緣檢測方案，避免了寄生電容對絕緣電阻檢測的不利影響，從而可以準確測量絕緣電阻值。

附圖說明

以下附圖僅對本發明做示意性說明和解釋，並不限定本發明的範圍。

圖1為現有技術中電動汽車電池組絕緣電阻的計算過程示意圖。

圖2為根據本發明電動汽車電池組絕緣電阻檢測系統的結構圖。

圖3為根據本發明電動汽車電池組絕緣電阻檢測系統的示範性電路圖。

圖4為根據本發明電動汽車電池組絕緣電阻檢測方法的流程圖。

具體實施方式

為了對發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本發明的具體實施方式，在各圖中相同的標號表示相同的部分。

為了描述上的簡潔和直觀，下文通過描述若干代表性的實施方式來對本發明的方案進行闡述。實施方式中大量的細節僅用於幫助理解本發明的方案。但是很明顯，本發明的技術方案實現時可以不局限於這些細節。為了避免不必要地模糊了本發明的方案，一些實施方式沒有進行細緻地描述，而是僅給出了框架。下文中，「包括」是指「包括但不限於」，「根據……」是指「至少根據……，但不限於僅根據……」。由於漢語的語言習慣，下文中沒有特別指出一個成分的數量時，意味著該成分可以是一個也可以是多個，或可理解為至少一個。

圖1為現有技術中電動汽車電池組絕緣電阻的計算過程示意圖。

如圖1所示，現有技術的電動汽車電池組絕緣電阻計算方法可以參考國標gb/t18384.1-2015，按照以下(a)、(b)、(c)三個步驟進行計算：

步驟(a)：分別測量車載可充電儲能系統(reess)的兩個端子(即電池組正極端子和電池組負極端子)與車輛電平臺之間的電壓。較高的電壓定義為u1，較低的電壓定義為u1′，相應的，兩個端子側的絕緣電阻分別為ri1和ri2。其中，u1側的絕緣電阻為ri1，u1′側的絕緣電阻為ri2。ri1和ri2中的較小值可以被確定為絕緣電阻ri。

步驟(b)：添加一個已知的測量電阻r0與ri1並聯，測量u2和u2′，注意測試期間應該保持穩定的電壓。

步驟(c)：計算絕緣電阻ri，方法如下：

將r0和三個電壓u1，u1′和u2和代入下式：

其中，圖1的左半部分示出u1和u1′的測量過程；圖1的右半部分示出添加已知測量電阻r0與ri1並聯並測量u2和u2′的過程。

然而，在現有技術中，由於電池組正極和負極針對車體都存在寄生電容，寄生電容的充放電效應導致檢測電路無法準確有效的進行絕緣電阻值的測量。

在本發明實施方式中，針對寄生電容對絕緣檢測迴路的影響，提出一種高壓系統寄生電容自適應的絕緣檢測方案，避免了寄生電容對絕緣電阻檢測的影響。

圖2為根據本發明電動汽車電池組絕緣電阻檢測系統的結構圖，其中電池組為動力電池組。

如圖2所示，電動汽車電池組絕緣電阻檢測系統，包括：

第一已知測量電阻，與電池組正極端子的絕緣電阻並聯；

第二已知測量電阻，與電池組負極端子的絕緣電阻並聯；

第一開關，與第一已知測量電阻串聯；

第二開關，與第二已知測量電阻串聯。

其中，當第一開關導通時，第一已知測量電阻與電池組正極端子保持電連接；當第一開關斷開時，第一已知測量電阻與電池組正極端子不保持電連接；當第二開關導通時，第二已知測量電阻與電池組負極端子保持電連接；當第二開關斷開時，第二已知測量電阻與電池組負極端子不保持電連接。第一已知測量電阻的電阻值和第二已知測量電阻的電阻值均為已知。而且優選地，第一已知測量電阻的電阻值與第二已知測量電阻的電阻值相同，從而避免電路不對稱所導致的誤差。

首先，斷開第一開關和第二開關，分別測量電池組正極端子對車輛電平臺的電壓及電池組負極端子對車輛電平臺的電壓，並確定電壓測量值較大側。然後，閉合電壓測量值較大側的開關，基於預定的靜置時間多次測量電壓測量值較大側的端子對車輛電平臺的電壓，其中當判定測量電壓穩定時計算總靜置時間；基於該總靜置時間，計算電動汽車電池組絕緣電阻。在計算電動汽車電池組絕緣電阻的過程中，當添加已知的測量電阻r0與ri1並聯後保持靜置，靜置時間為確定的總靜置時間，然後再測量u2和u2′，並計算絕緣電阻ri。

舉例，首先斷開第一開關和第二開關，分別測量電池組正極端子對車輛電平臺的電壓及電池組負極端子對車輛電平臺的電壓，並確定電壓測量值較大側。當電池組正極端子對車輛電平臺的電壓大於電池組負極端子對車輛電平臺的電壓時，閉合電池組正極端子側的開關(即第一開關)，從而第一已知測量電阻與電池組正極端子保持電連接。然後，基於預定的靜置時間多次測量電池組正極端子對車輛電平臺的電壓，其中當判定測量電壓穩定時計算總靜置時間；再基於該總靜置時間，計算電動汽車電池組絕緣電阻。其中，判定測量電壓穩定包括：當相鄰兩次測得的、電壓測量值較大側的端子(即電池組正極端子)對車輛電平臺的電壓之間的差值小於預定值時，判定測量電壓穩定。

再舉例，首先斷開第一開關和第二開關，分別測量電池組正極端子對車輛電平臺的電壓及電池組負極端子對車輛電平臺的電壓，並確定電壓測量值較大側。當電池組負極端子對車輛電平臺的電壓大於電池組正極端子對車輛電平臺的電壓時，閉合電池組負極端子側的開關(即第二開關)，從而第二已知測量電阻與電池組負極端子保持電連接。然後，基於預定的靜置時間多次測量電池組負極端子對車輛電平臺的電壓，其中當判定測量電壓穩定時計算總靜置時間；再基於該總靜置時間，計算電動汽車電池組絕緣電阻。其中，判定測量電壓穩定包括：當相鄰兩次測得的、電壓測量值較大側的端子(即電池組負極端子)對車輛電平臺的電壓之間的差值小於預定值時，判定測量電壓穩定。

在一個實施方式中，第一開關包括：光繼電器、機械式繼電器、三極體或金屬氧化物半導體場效應電晶體，等等。

在一個實施方式中，第二開關包括：光繼電器、機械式繼電器、三極體或金屬氧化物半導體場效應電晶體，等等。

以上示範性描述了第一開關和第二開關的典型實例，本領域技術人員可以意識到，這種描述僅是示範性的，並不用於限定本發明實施方式的保護範圍。

可見，在本發明實施方式中，通過引入第一開關和第二開關，可以準確計算靜置時間，從而有效覆蓋常見的寄生電容，而且基於總靜置時間計算高壓系統絕緣電阻值，實現首次初始化寄生電容自適應，無需人工幹預。

下面描述本發明電動汽車電池組絕緣電阻檢測系統的示範性電路。

圖3為根據本發明電動汽車電池組絕緣電阻檢測系統的示範性電路圖。

在圖3中，pad01為正極端子對電平臺的電壓信號採集點；pad02是負極端子對電平臺的電壓信號採集點；p_con為正極端子光繼電器控制點；n_con為負極端子光繼電器控制點；電阻r1、電阻r4和電阻r6構成正極端子對電平臺的分壓電路；電阻r7、電阻r9和電阻r12構成負極端子對電平臺的分壓電路；電阻r5和電容c1構成正極端子對電平臺電壓信號的rc濾波器；電阻r8和電容c2構成負極端子對電平臺電壓信號的rc濾波器；電阻r3是正極端子對電平臺的串聯電阻(阻值已知)；電阻r10是負極端子對電平臺的串聯電阻(阻值已知)；q1是正極端子對電平臺的串聯光繼電器，q2是負極端子對電平臺的串聯光繼電器；電阻r2是q1對應的發光二極體限流電阻，電阻r11是q2對應的發光二極體限流電阻。

步驟(1)，在光繼電器q1和q2都斷開的狀態下，第一次採集pack+和pack-對車輛電平臺的電壓，比較採集得到的兩個電壓值。

步驟(2)、閉合較大電壓一側的光繼電器，靜置預定的時間t後，第二次採集pack+和pack-對車輛電平臺的電壓(也可以只採集步驟(1)中確定的較大電壓一側的電池端子對車輛電平臺的電壓，而不採集步驟(1)中確定的較低電壓一側的電池端子對車輛電平臺的電壓)。然後，繼續靜置時間t後，第三次採集pack+和pack-對車輛電平臺的電壓(也可以只採集步驟(1)中確定的較大電壓一側的電池端子對車輛電平臺的電壓，而不採集步驟(1)中確定的較低電壓一側的電池端子對車輛電平臺的電壓)。以此類推，直到執行n(n大於等於1)次靜置採集(即上述具有靜置時間的電壓採集)。在本步驟中，每次靜置採集之後，都判斷較大電壓一側的電池端子對車輛電平臺電壓是否穩定，如穩定，據此累加持續的靜置時間，得到總靜置時間。電壓穩定的判定依據是：相鄰兩次測量出的端子對車輛電平臺電壓變化不應超過2v(例如，前次較大電壓一側的電池端子對地電壓和本次較大電壓一側的電池端子對地電壓變化不超過2v，認為電壓已經穩定)。如穩定，應累加n次靜置時間，得到總靜置時間。其中，靜置時間累積的過程中，較大電壓一側光繼電器始終處於閉合狀態。

舉例說明：

假定步驟(1)中採集得到的兩個電壓值中，pack+對車輛電平臺的電壓為較大值。那麼，步驟2包括：閉合較大電壓一側的光繼電器(即光繼電器q1)，靜置預定的時間t後，第二次採集pack+對車輛電平臺的電壓，並判斷第二次採集到的pack+對車輛電平臺的電壓與第一次採集到的pack+對車輛電平臺的電壓之間的變化是否超過預定的值(比如，2伏特)，如果超過，則認定電壓不穩定，繼續靜置時間t後(此時光繼電器q1保持閉合)，第三次採集pack+對車輛電平臺的電壓，並判斷第三次採集到的pack+對車輛電平臺的電壓與第二次採集到的pack+對車輛電平臺的電壓之間的變化是否超過預定的值(比如，2伏特)。以此類推，如果超過，則繼續認定電壓不穩定，並繼續靜置預定的時間t後再採集pack+對車輛電平臺的電壓。假定第三次採集到的pack+對車輛電平臺的電壓與第二次採集到的pack+對車輛電平臺的電壓之間的變化不超過預定的值，則認定電壓已經穩定，則總的靜置時間為2t。

步驟(3)、基於總的靜置時間計算電池組絕緣電阻。

在這裡，按照國標，利用總靜置時間，重新進行pack+和pack-對車輛電平臺電壓採集，採集值可用於絕緣電阻計算。優選地，總的靜置時間是可以修訂的，應在每60次上電後修正一次(修正寄生電容容值變化情況)。

絕緣電阻計算過程可以參考gb/t18384.1-2015，按照以下(a)、(b)、(c)三個步驟進行計算。

步驟(a)、測量電池組兩個端子和車輛電平臺之間的電壓。較高的一個定義為u1，較低的一個定義為u1′，相應的兩個絕緣電阻定義為ri1和ri2＝ri。

步驟(b)、添加一個已知的測量電阻r0與ri1並聯，然後靜置，靜置時間為第二步驟確定的總靜置時間，測量u2和u2′，注意測試期間應該保持穩定的電壓。

步驟(c)、計算絕緣電阻ri，方法如下：將r0和三個電壓u1，u1′和u2和代入下式：

比如，假定在步驟(a)中確定正極端子與車輛電平臺之間的電壓較高，則閉合q1以將電阻r3引入電路，而且斷開q2以不將電阻r10引入電路。然後靜置，靜置時間為第二步驟確定的總靜置時間，測量正極端子對車輛電平臺的電壓u2和負極端子對車輛電平臺的電壓u2′。再基於上述公式計算ri，其中r0的值即為r3。

再比如，假定在步驟(a)中確定負極端子與車輛電平臺之間的電壓較高，則閉合q2以將電阻r10引入電路，而且斷開q1以不將電阻r3引入電路。然後靜置，靜置時間為第二步驟確定的總靜置時間，測量負極端子對車輛電平臺的電壓u2和正極端子對車輛電平臺的電壓u2′。再基於上述公式計算ri，其中r0的值即為r10。

本發明實施方式還提出了一種電動汽車電池組絕緣電阻檢測方法，該方法適用於圖2所示的電動汽車電池組絕緣電阻檢測系統。

圖4為根據本發明電動汽車電池組絕緣電阻檢測方法的流程圖。如圖4所示，該方法包括：

步驟401：斷開第一開關和第二開關，分別測量電池組正極端子對車輛電平臺的電壓及電池組負極端子對車輛電平臺的電壓，並確定電壓測量值較大側。

步驟402：閉合電壓測量值較大側的開關，基於預定的靜置時間多次測量電壓測量值較大側的端子對車輛電平臺的電壓，其中當判定測量電壓穩定時計算總靜置時間。

步驟403：基於該總靜置時間，計算電動汽車電池組絕緣電阻。

在一個實施方式中，預定值小於5伏特。優選地，預定值為2伏特。

在一個實施方式中，基於該總靜置時間，計算電動汽車電池組絕緣電阻包括：

斷開第一開關和第二開關，分別測量電池組正極端子對車輛電平臺的電壓和電池組負極端子對車輛電平臺的電壓，並確定電壓測量值較大側；閉合電壓測量值較大側的開關，基於總靜置時間測量電壓測量值較大側的端子對車輛電平臺的電壓及電壓測量值較小側的端子對車輛電平臺的電壓；基於閉合電壓測量值較大側的開關所並聯入的已知測量電阻、電壓測量值較大側的端子對車輛電平臺的電壓及電壓測量值較小側的端子對車輛電平臺的電壓，計算電動汽車電池組絕緣電阻。

可以將本發明實施方式提出的電池組絕緣電阻檢測方法和系統應用到各種類型的電動汽車中，包括並不局限於：純電動汽車、混合動力汽車或燃料電池汽車，等等。

綜上所述，在本發明實施方式中，檢測系統包括：第一已知測量電阻，與電池組正極端子的絕緣電阻並聯；第二已知測量電阻，與電池組負極端子的絕緣電阻並聯；第一開關，與第一已知測量電阻串聯；第二開關，與第二已知測量電阻串聯。本發明針對寄生電容對絕緣檢測迴路的影響，提出一種高壓系統寄生電容自適應的絕緣檢測方案，避免了寄生電容對絕緣電阻檢測的不利影響，從而可以準確測量絕緣電阻值。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施方式的具體說明，而並非用以限制本發明的保護範圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方案或變更，如特徵的組合、分割或重複，均應包含在本發明的保護範圍之內。