电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路及控制方法与流程

1.本发明属于电动汽车技术领域，具体地说，本发明涉及电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路及控制方法。


背景技术：

2.大多数电动汽车在充电和行驶驱动过程中都有绝缘检测功能，并且大多数的绝缘检测电路布置在电池包内，由于电动汽车的特殊工况，例如：纯电动汽车在寒冷的冬季，电池温度较低(例如：低于零摄氏度)，此时电池在慢充桩充电时，会先进入纯加热状态，利用充电桩的电能发热对电池进行加热，加热到一定温度后，电池再进入充电状态，由于绝缘检测电路的布置因素和主机厂功能设计时的考虑不周全，纯加热工况时，整车没有进行绝缘检测功能，整车存在着漏电风险，对驾驶员有电击甚至造成人身伤亡隐患。
3.国家检测整车绝缘检测功能时，也仅仅是在车辆处于驱动模式时，检测也存在着一定缺陷和不完整性。


技术实现要素：

4.本发明提供电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路及控制方法，以解决上述背景技术中存在的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路及控制方法，包括预充电路、加热电路、绝缘检测电路和外接设备；
6.所述预充电路由负极继电器、预充继电器、正极继电器和预充电阻组成，所述负极继电器和正极继电器与电池包串联，所述预充继电器与预充电阻串联后与正极继电器两端并联；
7.所述加热电路由加热继电器和加热电阻组成，所述加热继电器和加热电阻串联后与电池包两端串联；
8.所述绝缘检测电路包括继电器一、继电器二、继电器三、继电器四、继电器五、继电器六、电阻二、电阻三、电阻四、电阻六、电阻七、电阻八、正极对地等效电阻和负极对地等效电阻,所述继电器一、继电器二、继电器三、继电器四、电阻四和电阻八串联，所述继电器五与正极继电器两端并联，所述继电器六与负极继电器两端并联，所述电阻二、电阻三、电阻六、电阻七串联后与电池包两端并联。
9.优选的，电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路检测原理，如果电压较高的一侧在电池包正端，即vh＞vl，则估算出的负端对地绝缘阻抗＜正端对地绝缘阻抗；此时，在电压较高的一侧并入一个电阻，即闭合继电器三接入电阻四；
10.step a)：
11.闭合继电器一，其余继电器处于打开状态，测量vh；
12.13.其中，vh定义为正极对地的电压，vhad为采样电路测量得到的电阻三电压值；
14.闭合继电器二，其余继电器处于打开状态，测量vl；
[0015][0016]
其中，vl定义为负极对地的电压，vzad为采样电路测量得到电阻七电压值；由公式：
[0017]
vbat＝vh+vl
ꢀꢀꢀ
(公式1-a)；
[0018][0019]
其中：
[0020]
电池包的电压，即bat+到bat-端电压，用vbat表示，vbat＝vh+vl；
[0021]
公式1-b中的rcircuit＝(r2+r3)，rcircuit
′
＝(r6+r7)；vh、vl是在继电器一及继电器二闭合的情况下测量得到；由于(r2+r3)及(r6+r7)电阻值达到兆欧级4m，假设vh及vl为250v，为最大值，则为250v，为最大值，则可以处理为0，因为远小于人体安全电电流2ma，可以忽略不计，则公式1-b处理为公示1-c；
[0022][0023]
则推导出
[0024]
step b)：
[0025]
闭合继电器一及继电器三，其余继电器处于断开状态，进行vh
′
测量；
[0026][0027]
闭合继电器二及继电器三，其余继电器处于断开状态，进行vl
′
的测量；
[0028][0029]
其中：
[0030]
闭合电器三之后的正极对地电压定义为vh
′
，闭合电器三之后的负极对地电压定义为vl
′
；vhad
′
为闭合电器三之后电阻三的电压采样值；vlad
′
为闭合电器三之后电阻七的电压采样值；
[0031]
由此可知：
[0032][0033]
step c)公式运算：
[0034]
将公式1-a及公式1-d代入进公式2-a；设置ro＝(r2+r3)//r4进行运算得出：
[0035][0036]
进一步地化简：
[0037][0038]
进一步地化简：
[0039][0040]
进一步地化简：
[0041][0042]
将公式1-d代入公式3-d，进一步得出：
[0043][0044]
综上，得出正极对地等效电阻及负极对地等效电阻的阻值，最终采用最小的负极对地等效电阻作为电池包对地的绝缘阻抗。
[0045]
优选的，电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路检测原理，如果电压较高的一侧在电池包负端，即vl＞vh；则估算出的正端对地绝缘阻抗＜负端对地绝缘阻抗；此时，在电压较高的一侧并入一个电阻，即闭合继电器四接入电阻八；
[0046]
step a)：
[0047]
闭合继电器一，其余继电器处于打开状态，测量vh；
[0048][0049]
其中：vh定义为正极对地的电压，vhad由采样电路测量得到；
[0050]
闭合继电器二，其余继电器处于打开状态，测量vl；
[0051][0052]
其中：vl定义为负极对地的电压，vlad由采样电路测量得到；
[0053]
由公式：
[0054]
vbat＝vh+vl
ꢀꢀꢀ
(公式1-a).
[0055][0056]
公式1-b中的rcircuit＝(r2+r3)，rcircuit
′
＝(r6+r7)；vh、vl是在继电器一及继电器二闭合的情况下测量得到；由于(r2+r3)及(r6+r7)电阻值达到兆欧级4m，假设vh及vl为250v，为最大值，则为250v，为最大值，则可以处理为0，因为远小于人体安全电电流2ma，可以忽略不计，则公式1-b处理为公示1-c；
[0057][0058]
可得：
[0059][0060]
step b)：
[0061]
闭合继电器一及继电器四,其余继电器处于断开状态，进行vh
″
的测量；
[0062][0063]
闭合继电器二及继电器四，其余继电器处于断开状态，进行vl
″
的测量；
[0064][0065]
其中：
[0066]
闭合继电器四之后的正极对地电压定义为vh
″
，闭合继电器三之后的负极对地电压定义为vl
″
；vhad
″
为闭合继电器四之后电阻三的电压采样值，vlad
″
为闭合继电器四之后的电阻七的电压值；
[0067]
由电路图可知：
[0068][0069]
step c)：公式运算：
[0070]
将公式1-a及公式1-e带入公式2-b，设r0
′
＝(r6+r7)//r8进行运算得出：
[0071][0072]
进一步化简：
[0073][0074]
进一步化简：
[0075][0076]
进一步化简：
[0077][0078]
将公式1-e带入公式4-d可得：
[0079][0080]
综上，得出正极对地等效电阻及负极对地等效电阻的阻值，最终采用最小的正极对地等效电阻作为电池包对地的绝缘阻抗。
[0081]
优选的，所述step a)和step b)中，检测电池内的绝缘电阻值闭合继电器一及继电器二，检测电池包外绝缘电阻值闭合继电器五及继电器六。
[0082]
电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路的控制方法，具体包括以下步骤，
[0083]
步骤s1：整车进入慢充纯加热工况；
[0084]
步骤s2：电池包的绝缘检测；
[0085]
步骤s3：计算电池包外的绝缘电阻值。
[0086]
优选的，所述步骤s1：整车进入慢充纯加热工况，具体为，
[0087]
步骤s10：驾驶员插入车载充电器；车载充电器唤醒电池管理系统、驱动电机控制器、dcdc控制器，各厂家的控制器唤醒原理不同，此处为举例；
[0088]
步骤s11：电池管理系统检测到电池温度低于一定值，假设0℃，电池管理系统控制进入慢充纯加热工况，具体的控制整车高压回路状态为继电器一、继电器二、继电器三、继电器四、继电器五、继电器六、负极继电器、预充继电器、正极继电器断开；加热继电器闭合，利用车载充电器输出的电能通过加热电阻进行发热，从而对动力电池进行加热。
[0089]
优选的，所述步骤s2：电池包的绝缘检测，具体为，
[0090]
步骤s20：闭合继电器一、继电器二；继电器三、继电器四、继电器五、继电器六、负极继电器、预充继电器、正极继电器保持断开；加热继电器保持闭合；
[0091]
步骤s21：闭合继电器一、继电器二、继电器三；继电器四、继电器五、继电器六、负极继电器、预充继电器、正极继电器保持断开；加热继电器保持闭合；
[0092]
根据绝缘检测原理一中step a)、step b)、step c)计算负极对地等效电阻；
[0093]
步骤s22：断开继电器三，闭合继电器四，继电器一、继电器二保持闭合；继电器五、继电器六、负极继电器、预充继电器、正极继电器保持断开，加热继电器保持闭合；
[0094]
根据绝缘检测原理二中step a)、step b)、step c)计算正极对地等效电阻；
[0095]
得到的正极对地等效电阻和负极对地等效电阻为电池包内的绝缘电阻值。
[0096]
优选的，所述步骤s3：计算电池包外的绝缘电阻值，具体为，
[0097]
步骤s30：闭合继电器五、继电器六；继电器一、继电器二、继电器三；继电器四断开，加热继电器保持闭合；
[0098]
步骤s31：闭合继电器五、继电器六、继电器三；继电器一、继电器二、继电器四保持断开，加热继电器保持闭合；
[0099]
根据绝缘检测原理一中step a)、step b)、step c)计算负极对地等效电阻；
[0100]
步骤s32：断开继电器三，保持闭合继电器五、继电器六；继电器一、继电器二、继电器四断开，加热继电器保持闭合；
[0101]
步骤s33：闭合继电器四，保持闭合继电器五、继电器六；继电器一、继电器二、继电器三断开；加热继电器保持闭合；
[0102]
步骤s34：根据绝缘检测原理二中step a)、step b)、step c)计算正极对地等效电阻
[0103]
得到的正极对地等效电阻和负极对地等效电阻为电池包外的绝缘电阻值。
[0104]
采用以上技术方案的有益效果是：
[0105]
1、本发明的电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路及控制方法，任意一个绝缘电阻值低于安全的阈值以内，电池管理系统控制车辆停止充电，并断开所有的高压继电器一、继电器二、继电器三；继电器四、继电器五、继电器六、继电器七，防止人员触电。
[0106]
2、本发明的电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路及控制方法，不仅使得整车在纯加热工况时，整车具备绝缘检测功能，避免整车漏电风险，避免对驾驶员造成电击人身伤亡隐患；同时也完善了国家检测整车绝缘检测功能缺陷和不完整性。
附图说明
[0107]
图1是本发明的电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路图；
[0108]
其中：
[0109]
k1、负极继电器；k2、预充继电器；k3、正极继电器；、
[0110]
s1、继电器一；s2、继电器二；s3、继电器三；s4、继电器四；s5、继电器五；s6、继电器六；
[0111]
r1、加热电阻；r2、电阻二；r3、电阻三；r4、电阻四；r5、电阻五；r6、电阻六；r7、电阻七；r8、电阻八；rp、正极对地等效电阻；rn、负极对地等效电阻。
具体实施方式
[0112]
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
[0113]
如图1所示，本发明是电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路及控制方法，任意一个绝缘电阻值低于安全的阈值以内，电池管理系统控制车辆停止充电，并断开所有的高压继电器一、继电器二、继电器三；继电器四、继电器五、继电器六、继电器七，防止人员触电。不仅使得整车在纯加热工况时，整车具备绝缘检测功能，避免整车漏电风险，避免对驾驶员造成电击人身伤亡隐患；同时也完善了国家检测整车绝缘检测功能缺陷和不完整性。
[0114]
具体的说，如图1所示，包括预充电路、加热电路、绝缘检测电路和外接设备；
[0115]
所述预充电路由负极继电器k1、预充继电器k2、正极继电器k3和预充电阻r5组成，所述负极继电器k1和正极继电器k3与电池包串联，所述预充继电器k2与预充电阻r5串联后与正极继电器k3两端并联；
[0116]
所述加热电路由加热继电器s7和加热电阻r1组成，所述加热继电器s7和加热电阻r1串联后与电池包两端串联；
[0117]
所述绝缘检测电路包括继电器一s1、继电器二s2、继电器三s3、继电器四s4、继电器五s5、继电器六s6、电阻二r2、电阻三r3、电阻四r4、电阻六r6、电阻七r7、电阻八r8、正极对地等效电阻rp和负极对地等效电阻rn，所述继电器一s1、继电器二s2、继电器三s3、继电器四s4、电阻四r4和电阻八r8串联，所述继电器五s5与正极继电器k3两端并联，所述继电器六s6与负极继电器k1两端并联，所述电阻二r2、电阻三r3、电阻六r6、电阻七r7串联后与电池包两端并联。
[0118]
电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路检测原理，如果电压较高的一侧在电池包正端，即vh＞vl，则估算出的负端对地绝缘阻抗＜正端对地绝缘阻抗；此时，在电压较高的一侧并入一个电阻，即闭合继电器三s3接入电阻四r4；
[0119]
step a)：
[0120]
闭合继电器一s1，其余继电器处于打开状态，测量vh；
[0121][0122]
其中，vh定义为正极对地的电压，vhad为采样电路测量得到的电阻三r3电压值；
[0123]
闭合继电器二s2，其余继电器处于打开状态，测量vl；
[0124][0125]
其中，vl定义为负极对地的电压，vlad为采样电路测量得到电阻七r7电压值；由公式：
[0126]
vbat＝vh+vl
ꢀꢀꢀ
(公式1-a)；
[0127][0128]
其中：
[0129]
电池包的电压，即bat+到bat-端电压，用vbat表示，vbat＝vh+vl；
[0130]
公式1-b中的rcircuit＝(r2+r3)，rcircuit
′
＝(r6+r7)；vh、vl是在继电器一s1及继电器二s2闭合的情况下测量得到；由于(r2+r3)及(r6+r7)电阻值达到兆欧级4m，假设vh及vl为250v，为最大值，则可以处理为0，因为远小于人体安全电电流2ma，可以忽略不计，则公式1-b处理为公示1-c。图中
[0131][0132]
则推导出
[0133]
step b)：
[0134]
闭合继电器一s1及继电器三s3，其余继电器处于断开状态，进行vh
′
测量；
[0135][0136]
闭合继电器二s2及继电器三s3，其余继电器处于断开状态，进行vl
′
的测量；
[0137][0138]
其中：
[0139]
闭合继电器三s3之后的正极对地电压定义为vh
′
，闭合继电器三s3之后的负极对地电压定义为vl
′
；vhad
′
为闭合继电器三s3，之后电阻三r3的电压采样值；vlad
′
为闭合继电器三s3之后电阻七r7的电压采样值；
[0140]
由此可知：
[0141][0142]
step c)公式运算：
[0143]
将公式1-a及公式1-d代入进公式2-a；设置ro＝(r2+r3)//r4进行运算得出：
[0144][0145]
进一步地化简：
[0146][0147]
进一步地化简：
[0148][0149]
进一步地化简：
[0150][0151]
将公式1-d代入公式3-d，进一步得出：
[0152][0153]
综上，得出正极对地等效电阻rp及负极对地等效电阻rn的阻值，最终采用最小的负极对地等效电阻rn作为电池包对地的绝缘阻抗。
[0154]
电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路检测原理，如果电压较高的一侧在电池包负端，即vl＞vh；则估算出的正端对地绝缘阻抗＜负端对地绝缘阻抗；此时，在电压较高的一侧并入一个电阻，即闭合继电器四s4接入电阻八r8；step a)：
[0155]
闭合继电器一s1，其余继电器处于打开状态，测量vh；
[0156][0157]
其中：vh定义为正极对地的电压，vhad由采样电路测量得到；
[0158]
闭合继电器二s2，其余继电器处于打开状态，测量vl；
[0159][0160]
其中：vl定义为负极对地的电压，vlad由采样电路测量得到；
[0161]
由公式：
[0162]
vbat＝vh+vl
ꢀꢀꢀ
(公式1-a)；
[0163][0164]
公式1-b中的rcircuit＝(r2+r3)，rcircuit'＝(r6+r7)；vh、vl是在继电器一s1及继电器二s2闭合的情况下测量得到；由于(r2+r3)及(r6+r7)电阻值达到兆欧级4m，假设vh及vl为250v，为最大值，则及vl为250v，为最大值，则可以处理为0，因为远小于人体安全电电流2ma，可以忽略不计，则公式1-b处理为公示1-c；
[0165][0166]
可得：
[0167][0168]
step b)：
[0169]
闭合继电器一s1及继电器四s4,其余继电器处于断开状态，进行vh
″
的测量；
[0170][0171]
闭合继电器二s2及继电器四s4，其余继电器处于断开状态，进行vl
″
的测量；
[0172][0173]
其中：
[0174]
闭合继电器四s4之后的正极对地电压定义为vh
″
，闭合继电器三s3之后的负极对地电压定义为vl
″
；vhad
″
为闭合继电器四s4之后电阻三r3的电压采样值，vlad
″
为闭合继电器四s4之后的电阻七r7的电压值；
[0175]
由电路图可知：
[0176][0177]
step c)：公式运算：
[0178]
将公式1-a及公式1-e带入公式2-b，设r0
′
＝(r6+r7)//r8进行运算得出：
[0179][0180]
进一步化简：
[0181][0182]
进一步化简：
[0183][0184]
进一步化简：
[0185][0186]
将公式1-e带入公式4-d可得：
[0187][0188]
综上，得出正极对地等效电阻rp及负极对地等效电阻rn的阻值，最终采用最小的正极对地等效电阻rp作为电池包对地的绝缘阻抗。
[0189]
所述step a)和step b)中，检测电池内的绝缘电阻值闭合继电器一s1及继电器二s2，检测电池包外绝缘电阻值闭合继电器五s5及继电器六s6。
[0190]
电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路的控制方法，具体包括以下步骤，
[0191]
步骤s1：整车进入慢充纯加热工况；
[0192]
步骤s2：电池包的绝缘检测；
[0193]
步骤s3：计算电池包外的绝缘电阻值。
[0194]
优选的，所述步骤s1：整车进入慢充纯加热工况，具体为，
[0195]
步骤s10：驾驶员插入车载充电器obc；车载充电器obc唤醒电池管理系统bms、驱动电机控制器mcu、dcdc控制器，各厂家的控制器唤醒原理不同，此处为举例；
[0196]
步骤s11：电池管理系统bms检测到电池温度低于一定值，假设0℃，电池管理系统bms控制进入慢充纯加热工况，具体的控制整车高压回路状态为继电器一s1、继电器二s2、继电器三s3、继电器四s4、继电器五s5、继电器六s6)负极继电器k1、预充继电器k2、正极继
电器k3断开；加热继电器s7闭合，利用车载充电器obc输出的电能通过加热电阻r1进行发热，从而对动力电池进行加热。
[0197]
所述步骤s2：电池包的绝缘检测，具体为，
[0198]
步骤s20：闭合继电器一s1、继电器二s2；继电器三s3、继电器四s4、继电器五s5、继电器六s6、负极继电器k1、预充继电器k2、正极继电器k3保持断开；加热继电器s7保持闭合；
[0199]
步骤s21：闭合继电器一s1、继电器二s2、继电器三s3；继电器四s4、继电器五s5、继电器六s6、负极继电器k1、预充继电器k2、正极继电器k3保持断开；加热继电器s7保持闭合；
[0200]
根据绝缘检测原理一中step a)、step b)、step c)计算负极对地等效电阻rn；
[0201]
步骤s22：断开继电器三s3，闭合继电器四s4，继电器一s1、继电器二s2保持闭合；继电器五s5、继电器六s6、负极继电器k1、预充继电器k2、正极继电器k3保持断开，加热继电器s7保持闭合；
[0202]
根据绝缘检测原理二中step a)、step b)、step c)计算正极对地等效电阻rp；
[0203]
得到的正极对地等效电阻rp和负极对地等效电阻rn为电池包内的绝缘电阻值。优选的，所述步骤s3：计算电池包外的绝缘电阻值，具体为，
[0204]
步骤s30：闭合继电器五s5、继电器六s6；继电器一s1、继电器二s2、继电器三s3；继电器四s4断开，加热继电器s7保持闭合；
[0205]
步骤s31：闭合继电器五s5、继电器六s6、继电器三s3；继电器一s1、继电器二s2、继电器四s4保持断开，加热继电器s7保持闭合；
[0206]
根据绝缘检测原理一中step a)、step b)、step c)计算负极对地等效电阻rn；
[0207]
步骤s32：断开继电器三s3，保持闭合继电器五s5、继电器六s6；继电器一s1、继电器二s2、继电器四s4断开，加热继电器s7保持闭合；
[0208]
步骤s33：闭合继电器四s4，保持闭合继电器五s5、继电器六s6；继电器一s1、继电器二s2、继电器三s3断开；加热继电器s7保持闭合；
[0209]
步骤s34：根据绝缘检测原理二中step a)、step b)、step c)计算正极对地等效电阻rp；
[0210]
得到的正极对地等效电阻rp和负极对地等效电阻rn为电池包外的绝缘电阻值。
[0211]
以下用具体实施例对具体工作方式进行阐述：
[0212]
实施例1：
[0213]
本发明的电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路及控制方法，任意一个绝缘电阻值低于安全的阈值以内，电池管理系统控制车辆停止充电，并断开所有的高压继电器一s1、继电器二s2、继电器三s3、继电器四s4、继电器五s5、继电器六s6、继电器七s7，防止人员触电。
[0214]
本发明的电动汽车绝缘充电加热状态下的绝缘检测电路及控制方法，不仅使得整车在纯加热工况时，整车具备绝缘检测功能，避免整车漏电风险，避免对驾驶员造成电击人身伤亡隐患；同时也完善了国家检测整车绝缘检测功能缺陷和不完整性。
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以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。