本實用新型涉及新能源汽車行業(yè)電池系統(tǒng)技術領域，具體是一種基于小信號注入法的動力電池絕緣檢測電路。

背景技術：

目前，電動汽車的一個重要特點是其動力源為高壓電源，高壓電源一般有多節(jié)電池串聯(lián)組成，其工作電壓在300V以上，正常工作電流可以達到數(shù)十安培，啟動電流可達百安培以上，短路電流更是成倍增加。當發(fā)生高壓電路絕緣故障時，高壓和大電流會造成車上人身安全，同時影響車輛的正常行駛。因此針對動力電池的絕緣檢測具有重要意思。目前國內(nèi)針對電池系統(tǒng)絕緣檢測方法多采用電橋平衡法，此法人為降低了整車的絕緣性能，增加了電池系統(tǒng)的自耗電，同時計算相對復雜。

為了解決上述問題，本發(fā)明通過一種基于小信號注入的動力電池絕緣阻抗檢測電路方式檢測動力電池絕緣阻抗，該電路通過自激型小信號發(fā)生電路產(chǎn)生檢測源，通過采樣點路的隔離電容注入到動力電池組負端；交流信號有效值測量電路對采樣點路采集到的交流信號進行測量；通過信號放大電路對檢測信號進行還原；最后由MCU電路對還原后的信號進行計算。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型旨在提供一種本實用新型能夠較快和準確的檢測動力電池的內(nèi)部、正極、負極及對稱漏電的情況，電路形式簡單，試和運算方法簡單的基于小信號注入法的動力電池絕緣檢測電路。

為達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的：一種基于小信號注入法的動力電池絕緣檢測電路，包括自激型小信號發(fā)生電路、采樣電路、交流信號有效值檢測電路、信號放大電路和MCU電路，

所述自激型小信號發(fā)生電路用于小信號的產(chǎn)生，在電池系統(tǒng)上電時為絕緣檢測提供檢測信號源；

所述采樣電路用于采集由電池系統(tǒng)絕緣電阻的大小影響采集電路的阻抗進而使采集電路采集的電壓發(fā)生的變化量，為交流信號有效值檢測電路提供檢測信號；

所述交流信號有效值檢測電路用于檢測和處理采樣電路信號，為信號放大電路提供標準輸入源；

所述信號放大電路用于對交流信號有效值檢測電路測量值進行放大、還原；

所述MCU電路用于對信號放大電路輸出的信號進行A/D處理，計算動力電池組對整車地的絕緣電阻R，并把絕緣電阻R反饋到上位機。

進一步地，所述自激型小信號發(fā)生電路包括運算放大器U1-A、運算放大器U1-B、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容C1、電容C2、穩(wěn)壓管D1和穩(wěn)壓管D2，所述運算放大器U1-A的反相輸入端接地，所述電阻R1與運算放大器U1-A的輸出端連接，所述穩(wěn)壓管D1和穩(wěn)壓管D2連接后一端接地，另一端與運算放大器U1-A的輸出端連接，所述運算放大器U1-B的同相輸入端接地，所述電阻R2與運算放大器U1-B的輸出端連接，所述電容C1連接在運算放大器U1-B的反相輸入端和輸出端之間，所述電容C2的一端與運算放大器U1-B的輸出端連接，所述電容C2的另一端接地，所述運算放大器U1-A的輸出端與運算放大器U1-B的反相輸入端之間連接電阻R3，所述自激型小信號發(fā)生電路的信號頻率為f＝R1/4R2R3C1，信號電壓為V＝R2Vz/R1，其中Vz為穩(wěn)壓二極管的鉗位電壓。

進一步地，所述采樣電路包括依次連接的電阻R4、電阻R5、電容C4、電阻R6和電阻R7，所述電阻R4的一端與U1-B的輸出端連接，所述電阻R4的另一端分別與電阻R5和一電容C3連接，所述電阻R7的一端分別與R6和交流信號有效值檢測電路連接，所述電阻R7的另一端接地；

所述電容C3將電池組的負極與自激型小信號發(fā)生電路隔離，采用電容通交流阻直流的特點：一方面時低壓交流檢測信號與高壓電氣進行隔離；另一方面為自激型小信號發(fā)生電路產(chǎn)生的檢測信號通過絕緣電阻R提供交流通道；

所述電阻R6和電阻R7組成信號衰減電路，為交流信號有效值檢測電路提供適當?shù)妮斎胄盘枴?/p>

進一步地，所述交流信號有效值檢測電路包括一芯片U2，所述芯片U2上設有1腳、2腳、3腳、4腳、5腳、6腳、7腳和8腳，所述1腳和8腳之間連接一電容C8，所述2腳與電阻R7的一端連接，所述3腳和6腳之間連接一電容C9，所述6腳與信號放大電路連接，所述4腳連接芯片U2電源負極，所述7腳連接芯片U2電源正極，所述5腳上連接一電容C10，所述電容C10的一端連接5腳，所述電容C10的另一端接地。

進一步地，所述芯片U2的型號為AD736。

進一步地，所述電容C8的電容為10μF。

進一步地，所述電容C10的電容為33μF，所述電容C10為平均電容，用于進行平均值的計算，電容值的大小直接影響到有效值測量的精度，根據(jù)實際測試結果進行調(diào)試。

進一步地，所述信號放大電路包括運算放大器U3、電阻R11、電阻R12和電阻R13，所述電阻R11的一端與6腳連接，所述電阻R11的另一端與運算放大器U3的同相輸入端連接，所述運算放大器U3的反相輸入端與輸出端之間連接一R13，所述運算放大器U3的反相輸入端還連接一電阻R12，所述運算放大器U3的輸出端與MCU電路，所測絕緣電阻R＝U/(Vcc-U)，其中U為運算放大器U3的電壓，Vcc為小信號電壓的幅值。

進一步地，所述電阻R12和電阻R13為高精度電阻，能夠提高信號的還原精度。

進一步地，所述運算放大器U3為低失調(diào)、低溫漂的高精度放大器。

本實用新型的檢測對象包括動力電池組Vb，動力電池組正對整車地絕緣電阻Rp，動力電池組負對整車地絕緣電阻Rn，由于直流電壓源相對交流可視為短路，正極絕緣電阻Rp與負極絕緣電阻Rn形成一個總的并聯(lián)電阻R，根據(jù)電路中串并聯(lián)等效原則可知，R＜min[Rn，Rp]。如果能在電路中保證R電阻值符合絕緣電阻標準，那么就能確保電動汽車使用者的人生安全。

相對于現(xiàn)有技術，本實用新型具有以下優(yōu)勢：

(1)本實用新型能夠較快和準確的檢測動力電池的內(nèi)部、正極、負極及對稱漏電的情況，且不依賴于動力電池是否存在高壓；

(2)本實用新型電路形式簡單，采用電容隔離電池組與絕緣檢測系統(tǒng)，避免人為降低整車絕緣性能；

(3)本實用新型測試和運算方法簡單，即使是在電壓急劇變化時也能準確測量動力電池包的絕緣性能。

附圖說明

構成本實用新型的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1為本實用新型的結構框圖。

圖2為本實用新型的檢測電路圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“連接”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接連接，也可以通過中間媒介間接連接，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以通過具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本實用新型。

如圖1、2所示，一種基于小信號注入法的動力電池絕緣檢測電路，包括自激型小信號發(fā)生電路、采樣電路、交流信號有效值檢測電路、信號放大電路和MCU電路，

自激型小信號發(fā)生電路用于小信號的產(chǎn)生，在電池系統(tǒng)上電時為絕緣檢測提供檢測信號源；自激型小信號發(fā)生電路包括運算放大器U1-A、運算放大器U1-B、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容C1、電容C2、穩(wěn)壓管D1和穩(wěn)壓管D2，運算放大器U1-A的反相輸入端接地，電阻R1與運算放大器U1-A的輸出端連接，穩(wěn)壓管D1和穩(wěn)壓管D2連接后一端接地，另一端與運算放大器U1-A的輸出端連接，運算放大器U1-B的同相輸入端接地，電阻R2與運算放大器U1-B的輸出端連接，電容C1連接在運算放大器U1-B的反相輸入端和輸出端之間，電容C2的一端與運算放大器U1-B的輸出端連接，電容C2的另一端接地，運算放大器U1-A的輸出端與運算放大器U1-B的反相輸入端之間連接電阻R3，自激型小信號發(fā)生電路的信號頻率為f＝R1/4R2R3C1，信號電壓為V＝R2Vz/R1，其中Vz為穩(wěn)壓二極管的鉗位電壓；

采樣電路用于采集由電池系統(tǒng)絕緣電阻的大小影響采集電路的阻抗進而使采集電路采集的電壓發(fā)生的變化量，為交流信號有效值檢測電路提供檢測信號；采樣電路包括依次連接的電阻R4、電阻R5、電容C4、電阻R6和電阻R7，電阻R4的一端與U1-B的輸出端連接，電阻R4的另一端分別與電阻R5和一電容C3連接，電阻R7的一端分別與R6和交流信號有效值檢測電路連接，電阻R7的另一端接地；電容C3將電池組的負極與自激型小信號發(fā)生電路隔離，采用電容通交流阻直流的特點：一方面時低壓交流檢測信號與高壓電氣進行隔離；另一方面為自激型小信號發(fā)生電路產(chǎn)生的檢測信號通過絕緣電阻R提供交流通道；電阻R6和電阻R7組成信號衰減電路，為交流信號有效值檢測電路提供適當?shù)妮斎胄盘枺?/p>

交流信號有效值檢測電路用于檢測和處理采樣電路信號，為信號放大電路提供標準輸入源；交流信號有效值檢測電路包括一芯片U2，芯片U2的型號為AD736，芯片U2上設有1腳、2腳、3腳、4腳、5腳、6腳、7腳和8腳，1腳和8腳之間連接一電容C8，2腳與電阻R7的一端連接，3腳和6腳之間連接一電容C9，6腳與信號放大電路連接，4腳連接芯片U2電源負極，7腳連接芯片U2電源正極，5腳上連接一電容C10，電容C10的一端連接5腳，電容C10的另一端接地，電容C8的電容為10μF，電容C10的電容為33μF，所述電容C10 為平均電容，用于進行平均值的計算，電容值的大小直接影響到有效值測量的精度，根據(jù)實際測試結果進行調(diào)試；

信號放大電路用于對交流信號有效值檢測電路測量值進行放大、還原；信號放大電路包括運算放大器U3、電阻R11、電阻R12和電阻R13，運算放大器U3為低失調(diào)、低溫漂的高精度放大器，電阻R12和電阻R13為高精度電阻，能夠提高信號的還原精度，電阻R11的一端與6腳連接，電阻R11的另一端與運算放大器U3的同相輸入端連接，運算放大器U3的反相輸入端與輸出端之間連接一R13，運算放大器U3的反相輸入端還連接一電阻R12，運算放大器U3的輸出端與MCU電路，所測絕緣電阻R＝U/(Vcc-U)，其中U為運算放大器U3的電壓，Vcc為小信號電壓的幅值；

MCU電路用于對信號放大電路輸出的信號進行A/D處理，計算動力電池組對整車地的絕緣電阻R，并把絕緣電阻R反饋到上位機。

本實用新型的檢測對象包括動力電池組Vb，動力電池組正對整車地絕緣電阻Rp，動力電池組負對整車地絕緣電阻Rn，由于直流電壓源相對交流可視為短路，正極絕緣電阻Rp與負極絕緣電阻Rn形成一個總的并聯(lián)電阻R，根據(jù)電路中串并聯(lián)等效原則可知，R＜min[Rn，Rp]。如果能在電路中保證R電阻值符合絕緣電阻標準，那么就能確保電動汽車使用者的人生安全。

本實用新型的工作過程：檢測時，將電容C3與動力電池組的負極連接，自激型小信號發(fā)生電路產(chǎn)生鋸齒波的交流小信號，并經(jīng)過電阻R4，如果電池組對地不漏電時，鋸齒波的交流小信號經(jīng)過電阻R5支路，鋸齒波的交流小信號經(jīng)電容C4濾波后變成正弦波，然后經(jīng)過電阻R6和電阻R7對信號進行衰減，為交流信號有效值檢測電路提供適當?shù)男盘?，芯片U2對信號進行交流有效值計算，然后經(jīng)運算放大器U3對交流信號有效值檢測電路測量值進行放大、還原，最后由MCU電路輸出電池包對地絕緣電阻，R＝U/(Vcc-U)，其中U為運算放大器U3的電壓，Vcc為小信號電壓的幅值；

如果電池組對地漏電時，鋸齒波的交流小信號經(jīng)過兩條支路，此時電池組的電阻Rn//R_P與電阻R5進行分壓，一條支路為C3支路，鋸齒波的交流小信號對電容C3進行充放電，為鋸齒波的交流小信號注入電池組負極提供交流通路，另一條支路為電阻R5支路，鋸齒波的交流小信號經(jīng)電容C4濾波后變成正弦波，然后經(jīng)過電阻R6和電阻R7對信號進行衰減，為交流信號有效值檢測電路提供適當?shù)男盘枺酒琔2對信號進行交流有效值計算，然后經(jīng)運算放大器U3對交流信號有效值檢測電路測量值進行放大、還原，最后由MCU電路輸出，R＝U/(Vcc-U)，其中U為運算放大器U3的電壓，Vcc為小信號電壓的幅值。

按照國標規(guī)定電池包對地絕緣電阻分為兩檔:100Ω/V和500Ω/V，根據(jù)此標準結合電池包的標稱電壓可以得出兩檔的絕緣電阻閾值(R_L)分別為100*V和500*V(其中V為電池包的標稱電壓)，測出的R與絕緣電阻閾值(R_L) 進行比較，判斷電池組是否漏電，如果測出的R大于R_L說明電池組漏電，如果測出的R小于R_L說明電池組不漏電。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。