一种基于小信号注入法的动力电池绝缘检测电路的制作方法

本实用新型涉及新能源汽车行业电池系统技术领域，具体是一种基于小信号注入法的动力电池绝缘检测电路。

背景技术：

目前，电动汽车的一个重要特点是其动力源为高压电源，高压电源一般有多节电池串联组成，其工作电压在300V以上，正常工作电流可以达到数十安培，启动电流可达百安培以上，短路电流更是成倍增加。当发生高压电路绝缘故障时，高压和大电流会造成车上人身安全，同时影响车辆的正常行驶。因此针对动力电池的绝缘检测具有重要意思。目前国内针对电池系统绝缘检测方法多采用电桥平衡法，此法人为降低了整车的绝缘性能，增加了电池系统的自耗电，同时计算相对复杂。

为了解决上述问题，本发明通过一种基于小信号注入的动力电池绝缘阻抗检测电路方式检测动力电池绝缘阻抗，该电路通过自激型小信号发生电路产生检测源，通过采样点路的隔离电容注入到动力电池组负端；交流信号有效值测量电路对采样点路采集到的交流信号进行测量；通过信号放大电路对检测信号进行还原；最后由MCU电路对还原后的信号进行计算。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提供一种本实用新型能够较快和准确的检测动力电池的内部、正极、负极及对称漏电的情况，电路形式简单，试和运算方法简单的基于小信号注入法的动力电池绝缘检测电路。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种基于小信号注入法的动力电池绝缘检测电路，包括自激型小信号发生电路、采样电路、交流信号有效值检测电路、信号放大电路和MCU电路，

所述自激型小信号发生电路用于小信号的产生，在电池系统上电时为绝缘检测提供检测信号源；

所述采样电路用于采集由电池系统绝缘电阻的大小影响采集电路的阻抗进而使采集电路采集的电压发生的变化量，为交流信号有效值检测电路提供检测信号；

所述交流信号有效值检测电路用于检测和处理采样电路信号，为信号放大电路提供标准输入源；

所述信号放大电路用于对交流信号有效值检测电路测量值进行放大、还原；

所述MCU电路用于对信号放大电路输出的信号进行A/D处理，计算动力电池组对整车地的绝缘电阻R，并把绝缘电阻R反馈到上位机。

进一步地，所述自激型小信号发生电路包括运算放大器U1-A、运算放大器U1-B、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、稳压管D1和稳压管D2，所述运算放大器U1-A的反相输入端接地，所述电阻R1与运算放大器U1-A的输出端连接，所述稳压管D1和稳压管D2连接后一端接地，另一端与运算放大器U1-A的输出端连接，所述运算放大器U1-B的同相输入端接地，所述电阻R2与运算放大器U1-B的输出端连接，所述电容C1连接在运算放大器U1-B的反相输入端和输出端之间，所述电容C2的一端与运算放大器U1-B的输出端连接，所述电容C2的另一端接地，所述运算放大器U1-A的输出端与运算放大器U1-B的反相输入端之间连接电阻R3，所述自激型小信号发生电路的信号频率为f＝R1/4R2R3C1，信号电压为V＝R2Vz/R1，其中Vz为稳压二极管的钳位电压。

进一步地，所述采样电路包括依次连接的电阻R4、电阻R5、电容C4、电阻R6和电阻R7，所述电阻R4的一端与U1-B的输出端连接，所述电阻R4的另一端分别与电阻R5和一电容C3连接，所述电阻R7的一端分别与R6和交流信号有效值检测电路连接，所述电阻R7的另一端接地；

所述电容C3将电池组的负极与自激型小信号发生电路隔离，采用电容通交流阻直流的特点：一方面时低压交流检测信号与高压电气进行隔离；另一方面为自激型小信号发生电路产生的检测信号通过绝缘电阻R提供交流通道；

所述电阻R6和电阻R7组成信号衰减电路，为交流信号有效值检测电路提供适当的输入信号。

进一步地，所述交流信号有效值检测电路包括一芯片U2，所述芯片U2上设有1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚和8脚，所述1脚和8脚之间连接一电容C8，所述2脚与电阻R7的一端连接，所述3脚和6脚之间连接一电容C9，所述6脚与信号放大电路连接，所述4脚连接芯片U2电源负极，所述7脚连接芯片U2电源正极，所述5脚上连接一电容C10，所述电容C10的一端连接5脚，所述电容C10的另一端接地。

进一步地，所述芯片U2的型号为AD736。

进一步地，所述电容C8的电容为10μF。

进一步地，所述电容C10的电容为33μF，所述电容C10为平均电容，用于进行平均值的计算，电容值的大小直接影响到有效值测量的精度，根据实际测试结果进行调试。

进一步地，所述信号放大电路包括运算放大器U3、电阻R11、电阻R12和电阻R13，所述电阻R11的一端与6脚连接，所述电阻R11的另一端与运算放大器U3的同相输入端连接，所述运算放大器U3的反相输入端与输出端之间连接一R13，所述运算放大器U3的反相输入端还连接一电阻R12，所述运算放大器U3的输出端与MCU电路，所测绝缘电阻R＝U/(Vcc-U)，其中U为运算放大器U3的电压，Vcc为小信号电压的幅值。

进一步地，所述电阻R12和电阻R13为高精度电阻，能够提高信号的还原精度。

进一步地，所述运算放大器U3为低失调、低温漂的高精度放大器。

本实用新型的检测对象包括动力电池组Vb，动力电池组正对整车地绝缘电阻Rp，动力电池组负对整车地绝缘电阻Rn，由于直流电压源相对交流可视为短路，正极绝缘电阻Rp与负极绝缘电阻Rn形成一个总的并联电阻R，根据电路中串并联等效原则可知，R＜min[Rn，Rp]。如果能在电路中保证R电阻值符合绝缘电阻标准，那么就能确保电动汽车使用者的人生安全。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

(1)本实用新型能够较快和准确的检测动力电池的内部、正极、负极及对称漏电的情况，且不依赖于动力电池是否存在高压；

(2)本实用新型电路形式简单，采用电容隔离电池组与绝缘检测系统，避免人为降低整车绝缘性能；

(3)本实用新型测试和运算方法简单，即使是在电压急剧变化时也能准确测量动力电池包的绝缘性能。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型的检测电路图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“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；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1、2所示，一种基于小信号注入法的动力电池绝缘检测电路，包括自激型小信号发生电路、采样电路、交流信号有效值检测电路、信号放大电路和MCU电路，

自激型小信号发生电路用于小信号的产生，在电池系统上电时为绝缘检测提供检测信号源；自激型小信号发生电路包括运算放大器U1-A、运算放大器U1-B、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、稳压管D1和稳压管D2，运算放大器U1-A的反相输入端接地，电阻R1与运算放大器U1-A的输出端连接，稳压管D1和稳压管D2连接后一端接地，另一端与运算放大器U1-A的输出端连接，运算放大器U1-B的同相输入端接地，电阻R2与运算放大器U1-B的输出端连接，电容C1连接在运算放大器U1-B的反相输入端和输出端之间，电容C2的一端与运算放大器U1-B的输出端连接，电容C2的另一端接地，运算放大器U1-A的输出端与运算放大器U1-B的反相输入端之间连接电阻R3，自激型小信号发生电路的信号频率为f＝R1/4R2R3C1，信号电压为V＝R2Vz/R1，其中Vz为稳压二极管的钳位电压；

采样电路用于采集由电池系统绝缘电阻的大小影响采集电路的阻抗进而使采集电路采集的电压发生的变化量，为交流信号有效值检测电路提供检测信号；采样电路包括依次连接的电阻R4、电阻R5、电容C4、电阻R6和电阻R7，电阻R4的一端与U1-B的输出端连接，电阻R4的另一端分别与电阻R5和一电容C3连接，电阻R7的一端分别与R6和交流信号有效值检测电路连接，电阻R7的另一端接地；电容C3将电池组的负极与自激型小信号发生电路隔离，采用电容通交流阻直流的特点：一方面时低压交流检测信号与高压电气进行隔离；另一方面为自激型小信号发生电路产生的检测信号通过绝缘电阻R提供交流通道；电阻R6和电阻R7组成信号衰减电路，为交流信号有效值检测电路提供适当的输入信号；

交流信号有效值检测电路用于检测和处理采样电路信号，为信号放大电路提供标准输入源；交流信号有效值检测电路包括一芯片U2，芯片U2的型号为AD736，芯片U2上设有1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚和8脚，1脚和8脚之间连接一电容C8，2脚与电阻R7的一端连接，3脚和6脚之间连接一电容C9，6脚与信号放大电路连接，4脚连接芯片U2电源负极，7脚连接芯片U2电源正极，5脚上连接一电容C10，电容C10的一端连接5脚，电容C10的另一端接地，电容C8的电容为10μF，电容C10的电容为33μF，所述电容C10 为平均电容，用于进行平均值的计算，电容值的大小直接影响到有效值测量的精度，根据实际测试结果进行调试；

信号放大电路用于对交流信号有效值检测电路测量值进行放大、还原；信号放大电路包括运算放大器U3、电阻R11、电阻R12和电阻R13，运算放大器U3为低失调、低温漂的高精度放大器，电阻R12和电阻R13为高精度电阻，能够提高信号的还原精度，电阻R11的一端与6脚连接，电阻R11的另一端与运算放大器U3的同相输入端连接，运算放大器U3的反相输入端与输出端之间连接一R13，运算放大器U3的反相输入端还连接一电阻R12，运算放大器U3的输出端与MCU电路，所测绝缘电阻R＝U/(Vcc-U)，其中U为运算放大器U3的电压，Vcc为小信号电压的幅值；

MCU电路用于对信号放大电路输出的信号进行A/D处理，计算动力电池组对整车地的绝缘电阻R，并把绝缘电阻R反馈到上位机。

本实用新型的检测对象包括动力电池组Vb，动力电池组正对整车地绝缘电阻Rp，动力电池组负对整车地绝缘电阻Rn，由于直流电压源相对交流可视为短路，正极绝缘电阻Rp与负极绝缘电阻Rn形成一个总的并联电阻R，根据电路中串并联等效原则可知，R＜min[Rn，Rp]。如果能在电路中保证R电阻值符合绝缘电阻标准，那么就能确保电动汽车使用者的人生安全。

本实用新型的工作过程：检测时，将电容C3与动力电池组的负极连接，自激型小信号发生电路产生锯齿波的交流小信号，并经过电阻R4，如果电池组对地不漏电时，锯齿波的交流小信号经过电阻R5支路，锯齿波的交流小信号经电容C4滤波后变成正弦波，然后经过电阻R6和电阻R7对信号进行衰减，为交流信号有效值检测电路提供适当的信号，芯片U2对信号进行交流有效值计算，然后经运算放大器U3对交流信号有效值检测电路测量值进行放大、还原，最后由MCU电路输出电池包对地绝缘电阻，R＝U/(Vcc-U)，其中U为运算放大器U3的电压，Vcc为小信号电压的幅值；

如果电池组对地漏电时，锯齿波的交流小信号经过两条支路，此时电池组的电阻Rn//R_P与电阻R5进行分压，一条支路为C3支路，锯齿波的交流小信号对电容C3进行充放电，为锯齿波的交流小信号注入电池组负极提供交流通路，另一条支路为电阻R5支路，锯齿波的交流小信号经电容C4滤波后变成正弦波，然后经过电阻R6和电阻R7对信号进行衰减，为交流信号有效值检测电路提供适当的信号，芯片U2对信号进行交流有效值计算，然后经运算放大器U3对交流信号有效值检测电路测量值进行放大、还原，最后由MCU电路输出，R＝U/(Vcc-U)，其中U为运算放大器U3的电压，Vcc为小信号电压的幅值。

按照国标规定电池包对地绝缘电阻分为两档:100Ω/V和500Ω/V，根据此标准结合电池包的标称电压可以得出两档的绝缘电阻阈值(R_L)分别为100*V和500*V(其中V为电池包的标称电压)，测出的R与绝缘电阻阈值(R_L) 进行比较，判断电池组是否漏电，如果测出的R大于R_L说明电池组漏电，如果测出的R小于R_L说明电池组不漏电。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。