專利名稱：電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置。
背景技術(shù)：
在已有的新能源汽車和電網(wǎng)儲能系統(tǒng)中，對于電池組高壓檢測和絕緣電阻檢測功能的實現(xiàn)需要分別采用兩套電路系統(tǒng)來完成，使得整個系統(tǒng)的電子元器件成本大幅上升。在已有的電池組高壓檢測系統(tǒng)中，其輸入端的直流內(nèi)阻大都不能滿足大于10ΜΩ 的要求，電池組高壓不僅會在電阻分壓網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生較大的功率損耗，帶來系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)熱問題，而且電阻元器件的發(fā)熱會進ー步影響到電池組高壓檢測系統(tǒng)的測量精度。此外，檢測系統(tǒng)容易遭受車輛行駛狀態(tài)下高壓系統(tǒng)干擾信號(包括EMI)的影響，導(dǎo)致檢測系統(tǒng)的測量精度大大降低，檢測系統(tǒng)的可用性會大打折扣。有鑒于此，確有必要提供一種能夠在同一套信號采樣電路系統(tǒng)內(nèi)分時完成電池組高壓檢測和絕緣電阻檢測兩部分功能的電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在干提供一種電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置，其能夠在同一套信號采樣電路系統(tǒng)內(nèi)分時完成電池組高壓檢測和絕緣電阻檢測兩部分功能，成本低，測量精度高。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置，其包括高壓信號調(diào)理電路、電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)切換矩陣、低壓信號調(diào)理電路、増益可編程全差分放大電路、ADC采樣電路、數(shù)字隔離電路和單片機系統(tǒng)；所述高壓信號調(diào)理電路包括T型濾波器Zl和T型濾波器Z2 ；所述電阻分壓網(wǎng)絡(luò)包括電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4、采樣電阻Rs 1和采樣電阻 Rs2 ；所述電子開關(guān)切換矩陣包括開關(guān)K1、開關(guān)K2和開關(guān)K3 ；所述低壓信號調(diào)理電路包括濾波電路Ti和濾波電路TA ；所述增益可編程全差分放大電路包括全差分放大器Al、全差分放大器A2、基準(zhǔn)電壓N4和基準(zhǔn)源N5 ；電池組的正極與T型濾波器Zl的輸入端連接，電池組的負極與T型濾波器Z2的輸入端連接；電阻R1、電阻R2、采樣電阻Rsl、采樣電阻Rs2、電阻R3和電阻R4依次串聯(lián)，所組成的串聯(lián)電路的一端與T型濾波器Zl的輸出端連接，另一端與T型濾波器Z2的輸出端連接；開關(guān)Kl的一端連接在采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2的連接點上，另一端連接機殼；開關(guān)K2連接在電阻R2的兩端；開關(guān)K3連接在電阻R3的兩端；采樣電阻Rsl兩端的電壓信號經(jīng)由濾波電路B進行濾波后，傳送到全差分放大器 Al進行全差分放大，再輸入ADC采樣電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后通過SPI通道輸入單片機系統(tǒng)；采樣電阻Rs2兩端的電壓信號經(jīng)由濾波電路Z4進行濾波后，傳送到全差分放大器 A2進行全差分放大，再輸入ADC采樣電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后通過SPI通道輸入單片機系統(tǒng)；所述數(shù)字隔離電路設(shè)置在所述ADC采樣電路和所述單片機系統(tǒng)之間的SPI通道上，對SPI通訊在電氣上隔離；所述單片機系統(tǒng)分時控制開關(guān)Kl處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，通過SPI通道接收采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2上的電壓值信息，根據(jù)所述電壓值信息計算獲得電池組的高壓值或絕緣電阻值。作為本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置的ー種改迸，所述單片機系統(tǒng)向開關(guān)K2、開關(guān)K3發(fā)送控制信號，控制開關(guān)K2、開關(guān)K3處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，調(diào)整所述電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的電壓衰減比例。作為本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置的ー種改迸，采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2為高精度采樣電阻。相對于現(xiàn)有技木，本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置具有以下有益效果(1)電池組的高壓檢測和絕緣電阻檢測共用同一套檢測裝置，可大大降低整個系統(tǒng)電子元器件材料成本；(2)高壓信號調(diào)理電路中采用經(jīng)調(diào)校的T型濾波器，可以有效濾除汽車在行駛過程中高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾信號(含EMI)；(3)低壓信號的檢測采用増益可編程全差分放大電路，即使是地線附近的微伏級信號也能真實檢測；(4)通過更換電阻分壓網(wǎng)絡(luò)中不同的電阻值(Rl R4)和采樣電阻值(Rsl、Rs2)， 可滿足不同電池組電壓的應(yīng)用情況，電池組最高電壓可達1000V ；(5)電池組高壓檢測和絕緣電阻檢測方法符合國內(nèi)外行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，且其測試精度均滿足使用要求，并已在實際應(yīng)用中得到了驗證。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
，對本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置及其有益技術(shù)效果進行詳細說明，其中圖1是本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置的第一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置的第二實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置的第三實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
，對本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述。需要說明的是，本說明書中描述的實施方式僅僅是本發(fā)明的部分實施方式，并非全部實施方式?；诒景l(fā)明中給出的實施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在未經(jīng)過創(chuàng)造性勞動的前提下獲得的所有其他實施方式，都屬于本發(fā)明保護的范圍。請參見圖1所示，是本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置的第一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明第一實施方式提供的電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置，包括高壓信號調(diào)理電路、電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)切換矩陣、低壓信號調(diào)理電路、増益可編程全差分放大電路、ADC采樣電路、數(shù)字隔離電路和單片機系統(tǒng)。具體如下高壓信號調(diào)理電路包括T型濾波器Zl和T型濾波器Z2 ；電阻分壓網(wǎng)絡(luò)包括電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4、采樣電阻Rsl和采樣電阻 Rs2 ；電子開關(guān)切換矩陣包括開關(guān)Kl、開關(guān)K2和開關(guān)K3 ；低壓信號調(diào)理電路包括濾波電路Ti和濾波電路TA ；増益可編程全差分放大電路包括全差分放大器Al、全差分放大器A2、基準(zhǔn)電壓N4 和基準(zhǔn)源N5 ；電池組的正極與T型濾波器Zl的輸入端連接，電池組的負極與T型濾波器Z2的輸入端連接；電阻R1、電阻R2、采樣電阻Rsl、采樣電阻Rs2、電阻R3和電阻R4依次串聯(lián)，所組成的串聯(lián)電路的一端與T型濾波器Zl的輸出端連接，另一端與T型濾波器Z2的輸出端連接；開關(guān)Kl的一端連接在采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2的連接點上，另一端連接機殼；開關(guān)K2連接在電阻R2的兩端；開關(guān)K3連接在電阻R3的兩端；采樣電阻Rsl兩端的電壓信號經(jīng)由濾波電路進行濾波后，傳送到全差分放大器 Al進行全差分放大，再輸入ADC采樣電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后通過SPI通道輸入單片機系統(tǒng)；采樣電阻Rs2兩端的電壓信號經(jīng)由濾波電路Z4進行濾波后，傳送到全差分放大器 A2進行全差分放大，再輸入ADC采樣電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后通過SPI通道輸入單片機系統(tǒng)；數(shù)字隔離電路設(shè)置在ADC采樣電路和單片機系統(tǒng)之間的SPI通道上，對SPI通訊在電氣上隔離；單片機系統(tǒng)分時控制開關(guān)Kl處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，通過SPI通道接收采樣電阻 Rsl和采樣電阻Rs2上的電壓值信息，根據(jù)所述電壓值信息計算獲得電池組的高壓值或絕緣電阻值。進ー步的，單片機系統(tǒng)向開關(guān)K2、開關(guān)K3發(fā)送控制信號，控制開關(guān)K2、開關(guān)K3處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，調(diào)整所述電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的電壓衰減比例。圖1是電池組高壓檢測及絕緣電阻檢測一體化裝置的總電路圖，T型濾波器Zl和 T型濾波器Z2組成高壓信號調(diào)理電路，通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)值，能夠濾除汽車在行使過程中高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾信號(含EMI)。電阻Rl R4、采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2組成電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)把電池組的高壓值衰減成ー個較小的電壓值，便于后端ADC 采樣電路的識別。優(yōu)選的，采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2為高精度薄膜采樣電阻，采用“開爾文”連接方式。在電子開關(guān)切換矩陣中，開關(guān)Kl完成電池組高壓檢測和絕緣電阻檢測功能的切換，開關(guān)K2和開關(guān)K3完成測試量程的切換。低壓信號調(diào)理電路(濾波電路Z3、濾波電路Z4)和増益可編程全差分放大電路(全差分放大器Al、全差分放大器A2、基準(zhǔn)電壓N4 和基準(zhǔn)源N5)完成進行微伏級信號的調(diào)理和放大功能，并在單電源供電系統(tǒng)中實現(xiàn)全差分放大功能。其中，ADC采樣電路m為M位高精度A/D轉(zhuǎn)換器，可確保高精度的信號采樣。 數(shù)字隔離電路N2完成SPI通訊在電氣上的隔離功能，同時還包括供電電源的隔離電路，從而使得電池組高壓系統(tǒng)和單片機低壓系統(tǒng)之間在電氣上完全隔離。單片機系統(tǒng)N3通過SPI 通訊傳遞測試數(shù)據(jù)，換算出對應(yīng)電池組的高壓值和絕緣電阻值，并完成數(shù)據(jù)分析和處理功能。下面結(jié)合圖2和圖3所示，對本發(fā)明電池組的高壓值和絕緣電阻值的檢測方法進行詳細說明。請參見圖2所示，是本發(fā)明提供的電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置的第二實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為電池組高壓檢測的等效電路圖，在電池組高壓檢測過程中，單片機系統(tǒng)N3 控制圖1中電子開關(guān)Kl始終處于斷開狀態(tài)。電池組高壓值通過T型濾波器和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)后，在兩個采樣電阻(采樣電阻Rsl和采樣電阻RS2)兩端會產(chǎn)生對應(yīng)比例的電壓降，后端的單片機采樣系統(tǒng)通過準(zhǔn)確采樣兩個采樣電阻上的電壓值，即可換算成對應(yīng)的電池組高壓值。通過單片機系統(tǒng)N3控制電子開關(guān)K2和K3的導(dǎo)通和關(guān)斷，可以調(diào)整電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的衰減比例，從而滿足電池組電壓在低端時的高精度采樣要求。請參見圖3所示，是本發(fā)明提供的電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置的第三實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為電池組絕緣電阻檢測的等效電路圖。在電池組絕緣電阻檢測過程中，單片機系統(tǒng)N3控制圖1中電子開關(guān)Kl始終處于閉合狀態(tài)，通過單片機系統(tǒng)N3依照國標(biāo)GB/T 18384. 1-2001中絕緣電阻檢測的方法，控制電子開關(guān)K2和電子開關(guān)K3的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而得出多組數(shù)學(xué)方程式，分別計算出電池組高壓正端到機殼的絕緣電阻值RP和電池組高壓負端到機殼的絕緣電阻值RN。根據(jù)這兩個絕緣電阻值的大小，可以判斷當(dāng)前電池組高壓系統(tǒng)中是否存在高壓安全問題，并通過約定的高壓控制策略及時作出相應(yīng)的處理，保障人車安全。相對于現(xiàn)有技木，本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置具有以下技術(shù)效果能夠在同一套信號采樣電路系統(tǒng)內(nèi)分時完成電池組高壓檢測和絕緣電阻檢測兩部分功能，降低了成本；在高壓信號調(diào)理電路中采用經(jīng)調(diào)校的T型濾波器來濾除汽車在行駛過程中高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾信號(含EMI)，提高了測量精度；此外，在増益可編程全差分放大電路中通過對基準(zhǔn)源信號的有效處理，實現(xiàn)了在單電源供電系統(tǒng)中真實的全差分放大功能。根據(jù)上述說明書的掲示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進行適當(dāng)?shù)淖兏托薷摹Ｒ虼耍景l(fā)明并不局限于上面掲示和描述的具體實施方式
，對本發(fā)明的ー些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了ー些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
權(quán)利要求
1.一種電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置，其特征在干，包括高壓信號調(diào)理電路、 電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)切換矩陣、低壓信號調(diào)理電路、増益可編程全差分放大電路、ADC采樣電路、數(shù)字隔離電路和單片機系統(tǒng)；所述高壓信號調(diào)理電路包括T型濾波器Zl和T型濾波器Z2 ；所述電阻分壓網(wǎng)絡(luò)包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2 ；所述電子開關(guān)切換矩陣包括開關(guān)K1、開關(guān)K2和開關(guān)K3 ；所述低壓信號調(diào)理電路包括濾波電路Z3和濾波電路Z4 ；所述增益可編程全差分放大電路包括全差分放大器Al、全差分放大器A2、基準(zhǔn)電壓N4 和基準(zhǔn)源N5 ；電池組的正極與T型濾波器Zl的輸入端連接，電池組的負極與T型濾波器Z2的輸入端連接；電阻R1、電阻R2、采樣電阻Rsl、采樣電阻Rs2、電阻R3和電阻R4依次串聯(lián)，所組成的串聯(lián)電路的一端與T型濾波器Zl的輸出端連接，另一端與T型濾波器Z2的輸出端連接； 開關(guān)Kl的一端連接在采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2的連接點上，另一端連接機殼；開關(guān)K2 連接在電阻R2的兩端；開關(guān)K3連接在電阻R3的兩端；采樣電阻Rsl兩端的電壓信號經(jīng)由濾波電路B進行濾波后，傳送到全差分放大器Al 進行全差分放大，再輸入ADC采樣電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后通過SPI通道輸入單片機系統(tǒng)；采樣電阻Rs2兩端的電壓信號經(jīng)由濾波電路Z4進行濾波后，傳送到全差分放大器A2 進行全差分放大，再輸入ADC采樣電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后通過SPI通道輸入單片機系統(tǒng)；所述數(shù)字隔離電路設(shè)置在所述ADC采樣電路和所述單片機系統(tǒng)之間的SPI通道上，對 SPI通訊在電氣上隔離；所述單片機系統(tǒng)分時控制開關(guān)Kl處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，通過SPI通道接收采樣電阻 Rsl和采樣電阻Rs2上的電壓值信息，根據(jù)所述電壓值信息計算獲得電池組的高壓值或絕緣電阻值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置，其特征在干，所述單片機系統(tǒng)向開關(guān)K2、開關(guān)K3發(fā)送控制信號，控制開關(guān)K2、開關(guān)K3處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)， 調(diào)整所述電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的電壓衰減比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置，其特征在于，采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2為高精度采樣電阻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置，其包括高壓信號調(diào)理電路、電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)切換矩陣、低壓信號調(diào)理電路、增益可編程全差分放大電路、ADC采樣電路、數(shù)字隔離電路和單片機系統(tǒng)；電阻分壓網(wǎng)絡(luò)包括采樣電阻Rs1和采樣電阻Rs2；電子開關(guān)切換矩陣包括開關(guān)K1、K2、K3；單片機系統(tǒng)分時控制電子開關(guān)K1處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，通過SPI通道接收采樣電阻Rs1和采樣電阻Rs2上的電壓值信息，根據(jù)電壓值信息計算獲得電池組的高壓值或絕緣電阻值。采用本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測一體化裝置，能夠在同一套信號采樣電路系統(tǒng)內(nèi)分時完成電池組高壓檢測和絕緣電阻檢測兩部分功能，成本低，測量精度高。
文檔編號G01R31/36GK102540101SQ20121005296
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者成勇, 胡建國, 黃世霖 申請人:寧德新能源科技有限公司