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

背景技術(shù)：

目前，電動(dòng)汽車的一個(gè)重要特點(diǎn)是其動(dòng)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(dá)到數(shù)十安培，啟動(dòng)電流可達(dá)百安培以上，短路電流更是成倍增加。當(dāng)發(fā)生高壓電路絕緣故障時(shí)，高壓和大電流會(huì)造成車上人身安全，同時(shí)影響車輛的正常行駛。因此針對動(dòng)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(shí)計(jì)算相對復(fù)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(dòng)力電池絕緣阻抗檢測電路方式檢測動(dòng)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(diǎn)路的隔離電容注入到動(dòng)力電池組負(fù)端；交流信號有效值測量電路對采樣點(diǎn)路采集到的交流信號進(jìn)行測量；通過信號放大電路對檢測信號進(jìn)行還原；最后由MCU電路對還原后的信號進(jìn)行計(jì)算。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于小信號注入法的動(dòng)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(shí)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行A/D處理，計(jì)算動(dòng)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(jī)。

進(jìn)一步地，所述自激型小信號發(fā)生電路包括運(yùn)算放大器U1-A、運(yùn)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(yùn)算放大器U1-A的反相輸入端接地，所述電阻R1與運(yùn)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(yùn)算放大器U1-A的輸出端連接，所述運(yùn)算放大器U1-B的同相輸入端接地，所述電阻R2與運(yùn)算放大器U1-B的輸出端連接，所述電容C1連接在運(yùn)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(yùn)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(yùn)算放大器U1-A的輸出端與運(yùn)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(jìn)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(fù)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(diǎn)：一方面時(shí)低壓交流檢測信號與高壓電氣進(jìn)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(dāng)?shù)妮斎胄盘枴?/p>

進(jìn)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(shè)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(fù)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(jìn)一步地，所述芯片U2的型號為AD736。

進(jìn)一步地，所述電容C8的電容為10μF。

進(jìn)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(jìn)行平均值的計(jì)算，電容值的大小直接影響到有效值測量的精度，根據(jù)實(shí)際測試結(jié)果進(jìn)行調(diào)試。

進(jìn)一步地，所述信號放大電路包括運(yùn)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(yùn)算放大器U3的同相輸入端連接，所述運(yùn)算放大器U3的反相輸入端與輸出端之間連接一R13，所述運(yùn)算放大器U3的反相輸入端還連接一電阻R12，所述運(yùn)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(yùn)算放大器U3的電壓，Vcc為小信號電壓的幅值。

進(jìn)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(jìn)一步地，所述運(yùn)算放大器U3為低失調(diào)、低溫漂的高精度放大器。

本實(shí)用新型的檢測對象包括動(dòng)力電池組Vb，動(dòng)力電池組正對整車地絕緣電阻Rp，動(dòng)力電池組負(fù)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(fù)極絕緣電阻Rn形成一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)，那么就能確保電動(dòng)汽車使用者的人生安全。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)勢：

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

(2)本實(shí)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(shí)用新型測試和運(yùn)算方法簡單，即使是在電壓急劇變化時(shí)也能準(zhǔn)確測量動(dòng)力電池包的絕緣性能。

附圖說明

構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分的附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本實(shí)用新型的檢測電路圖。

具體實(shí)施方式

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

在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)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(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)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(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。此外，術(shù)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(shù)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(gè)或者更多個(gè)該特征。在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

在本實(shí)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(shù)語“安裝”、“連接”、“連接”應(yīng)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(jī)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(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。

如圖1、2所示，一種基于小信號注入法的動(dòng)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(shí)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(yùn)算放大器U1-A、運(yùn)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(yùn)算放大器U1-A的反相輸入端接地，電阻R1與運(yùn)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(yùn)算放大器U1-A的輸出端連接，運(yùn)算放大器U1-B的同相輸入端接地，電阻R2與運(yùn)算放大器U1-B的輸出端連接，電容C1連接在運(yùn)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(yùn)算放大器U1-B的輸出端連接，電容C2的另一端接地，運(yùn)算放大器U1-A的輸出端與運(yùn)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(jìn)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(fù)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(diǎn)：一方面時(shí)低壓交流檢測信號與高壓電氣進(jìn)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(dāng)?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(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(fù)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(jìn)行平均值的計(jì)算，電容值的大小直接影響到有效值測量的精度，根據(jù)實(shí)際測試結(jié)果進(jìn)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(jìn)行放大、還原；信號放大電路包括運(yùn)算放大器U3、電阻R11、電阻R12和電阻R13，運(yùn)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(yùn)算放大器U3的同相輸入端連接，運(yùn)算放大器U3的反相輸入端與輸出端之間連接一R13，運(yùn)算放大器U3的反相輸入端還連接一電阻R12，運(yùn)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(yùn)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(jìn)行A/D處理，計(jì)算動(dòng)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(jī)。

本實(shí)用新型的檢測對象包括動(dòng)力電池組Vb，動(dòng)力電池組正對整車地絕緣電阻Rp，動(dòng)力電池組負(fù)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(fù)極絕緣電阻Rn形成一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)，那么就能確保電動(dòng)汽車使用者的人生安全。

本實(shí)用新型的工作過程：檢測時(shí)，將電容C3與動(dòng)力電池組的負(fù)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(shí)，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(jìn)行衰減，為交流信號有效值檢測電路提供適當(dāng)?shù)男盘?，芯片U2對信號進(jìn)行交流有效值計(jì)算，然后經(jīng)運(yùn)算放大器U3對交流信號有效值檢測電路測量值進(jìn)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(yùn)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(shí)，鋸齒波的交流小信號經(jīng)過兩條支路，此時(shí)電池組的電阻Rn//R_P與電阻R5進(jìn)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(jìn)行充放電，為鋸齒波的交流小信號注入電池組負(fù)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(jìn)行衰減，為交流信號有效值檢測電路提供適當(dāng)?shù)男盘?，芯片U2對信號進(jìn)行交流有效值計(jì)算，然后經(jīng)運(yùn)算放大器U3對交流信號有效值檢測電路測量值進(jìn)行放大、還原，最后由MCU電路輸出，R＝U/(Vcc-U)，其中U為運(yùn)算放大器U3的電壓，Vcc為小信號電壓的幅值。

按照國標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)結(jié)合電池包的標(biāo)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(biāo)稱電壓)，測出的R與絕緣電阻閾值(R_L) 進(jìn)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(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。