一种动力电池系统的绝缘阻抗检测装置和方法与流程

1.本技术涉及汽车电子技术领域，尤其涉及一种动力电池系统的绝缘阻抗检测装置和方法。


背景技术：

2.随着现代社会能源短缺和环境污染问题的加剧，电动汽车受到了各界的广泛关注。电动汽车以车载的动力电池组为电源来驱动电机，以使电机带动车轮旋转，进而驱动车辆行驶。
3.对于电动汽车的电池系统的高压绝缘阻抗的监控是保证车辆安全运行的重要手段。在进行绝缘测量时，由于受到动力电池组存在的y电容的影响，会对绝缘阻抗检测精度造成影响，导致绝缘阻抗检测的精度较低。因此在进行绝缘阻抗检测的同时降低电容的干扰，一直是一项研究热点问题。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术存在的上述技术问题，本技术提供了一种动力电池系统的绝缘阻抗检测装置和方法，降低了电容对绝缘阻抗检测的影响，提升了绝缘阻抗检测的精度。
5.本技术提供了一种动力电池系统的绝缘阻抗检测装置，所述动力电池系统包括动力电池组，该装置包括：检测模块，第一电阻，第二电阻和隔离电容；
6.所述检测模块的脉冲输出端依次通过串联的第一电阻和第二电阻连接隔离电容的第一端，所述隔离电容的第二端连接所述动力电池组的负极；
7.所述检测模块的接地端接地；
8.所述检测模块用于通过脉冲输出端输出脉冲电压信号，并获取所述第一电阻和第二电阻之间的第一电压采样信号，和所述动力电池组负输出端与地之间的第二电压采样信号；
9.所述检测模块还用于根据所述脉冲电压信号、第一电压采样信号、第二电压采样信号和第一电阻的阻值获取所述动力电池系统的绝缘阻抗。
10.可选的，所述检测模块具体包括：采样模块和脉冲发生器；
11.所述采样模块用于将获取的所述第一电压采样信号和第二电压采样信号分别对应转换为第一电压数字信号和第二电压数字信号；
12.所述脉冲发生器，用于输出所述脉冲电压信号。
13.可选的，所述检测模块具体包括处理器；
14.所述处理器用于根据所述脉冲电压信号、第一电压数字信号、第二电压数字信号和第一电阻的阻值获取所述动力电池系统的绝缘阻抗。
15.可选的，所述处理器用于根据所述脉冲电压信号、第一电压数字信号、第二电压数字信号和第一电阻的阻值获取所述动力电池系统的绝缘阻抗，具体包括：
16.所述处理器获取预设时间段内，预设数目个所述脉冲电压信号、第一电压数字信
号、第二电压数字信号、第一电阻的阻值、y电容的电容值和所述动力电池系统的绝缘阻抗满足的方程，预设数目个所述方程的第一电压数字信号和第二电压数字信号对应不同组的采样数据；
17.所述处理器还用于利用所述预设数目个方程，通过最小二乘法获取所述动力电池系统的绝缘阻抗。
18.可选的，所述处理器还用于利用所述预设数目个方程，通过最小二乘法获取所述y电容的电容值。
19.可选的，所述脉冲发生器还用于输出不同的脉冲电压信号，以使所述采样模块将所述不同的脉冲电压信号对应的第一电压采样信号和第二电压采样信号分别对应转换为所述不同的脉冲电压信号对应的第一电压数字信号和第二电压数字信号。
20.可选的，所述脉冲发生器通过改变所述脉冲电压信号的周期和/或占空比获取不同的脉冲电压信号。
21.可选的，所述脉冲电压信号、第一电压数字信号、第二电压数字信号、第一电阻的阻值、y电容的电容值和所述动力电池系统的绝缘阻抗满足的方程，具体为：
[0022][0023]
其中，u
source
为所述脉冲电压信号，u1为所述第一电压数字信号，u2为所述第二电压数字信号，r1为所述第一电阻的阻值，cy为所述y电容的电容总值的电容值，ri为绝缘电阻总值。
[0024]
本技术实施例还提供了一种动力电池系统的绝缘阻抗检测方法，第一电阻和第二电阻连接隔离电容的第一端，所述隔离电容的第二端连接动力电池组的负极，包括：
[0025]
依次通过第一电阻、第二电阻和隔离电容向动力电池组的负输出端脉冲电压信号，并获取所述第一电阻和第二电阻之间的第一电压采样信号，和所述动力电池组负输出端与地之间的第二电压采样信号；
[0026]
根据所述脉冲电压信号、第一电压采样信号、第二电压采样信号和第一电阻的阻值获取所述动力电池系统的绝缘阻抗。
[0027]
可选的，所述根据所述脉冲电压信号、第一电压采样信号、第二电压采样信号和第一电阻的阻值获取所述动力电池系统的绝缘阻抗，具体包括：
[0028]
获取预设时间段内，预设数目个所述脉冲电压信号、第一电压数字信号、第二电压数字信号、第一电阻的阻值、y电容的电容值和所述动力电池系统的绝缘阻抗满足的方程，预设数目个所述方程的第一电压数字信号和第二电压数字信号对应不同组的采样数据；
[0029]
利用所述预设数目个方程，通过最小二乘法获取所述动力电池系统的绝缘阻抗。
[0030]
本技术实施例还提供了一种电动汽车，所述电动汽车包括所述的动力电池系统的绝缘阻抗检测装置。
[0031]
本技术提供的装置至少具有以下优点：
[0032]
该装置包括检测模块，第一电阻、第二电阻和隔离电容。其中，检测模块的脉冲输出端依次通过串联的第一电阻和第二电阻连接隔离电容的第一端，隔离电容的第二端连接动力电池组的负极，检测模块的接地端接地，检测模块用于通过脉冲输出端输出脉冲电压信号，并获取第一电阻和第二电阻之间的第一电压采样信号，和动力电池组负输出端与地
之间的第二电压采样信号。检测模块还用于根据脉冲电压信号、第一电压采样信号、第二电压采样信号和第一电阻的阻值获取动力电池系统的绝缘阻抗。该装置在电路设计上具备了对于动力电池组负极与车身地之间采样，能够获脉冲电压信号、第一电压采样信号、第二电压采样信号、第一电阻的阻值、y电容的电容值和动力电池系统的绝缘阻抗满足的方程组，其中y电容的电容值和动力电池系统的绝缘阻抗未知，因此该方程组为二元一次方程，获取多组测试数据满足的二元一次方程并进行求解，即能够获取动力电池系统的绝缘阻抗，因此该方法能够更加准确的获取动力电池系统的绝缘阻抗，降低了电容对绝缘阻抗检测的影响。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0034]
图1为一种绝缘阻抗检测的电路示意图；
[0035]
图2为本技术实施例提供的动力电池系统的绝缘阻抗检测装置的示意图；
[0036]
图3为本技术实施例提供的动力电池系统的绝缘阻抗检测方法的流程图
[0037]
图4为本技术实施例提供的电动汽车的示意图。
具体实施方式
[0038]
为了使本领域技术人员能够更好的理解本技术的技术方案，下面首先说明目前动力电池系统的绝缘阻抗方法。
[0039]
参见图1，该图为一种绝缘阻抗检测的电路示意图。
[0040]
其中，高压部分20包括电池的动力电池系统，其中包括了电动汽车的动力电池组201。
[0041]
当采用低频脉冲注入法检测动力电池系统的绝缘阻抗时，采用隔离电容c将检测电路10与高压部分20隔离，并由检测电路10向高压部分20注入一个脉冲波形，并进行波长的采样，通过采样波形的变化情况确定动力电池系统的绝缘电阻情况。
[0042]
但是由于动力电池组存在y电容，即存在与电池的正负极与电池金属外壳或内部冷却管路之间的结构电容，会导致绝缘电阻测量的精度降低。
[0043]
为了解决现有技术存在的以上技术问题，本技术提供了一种动力电池系统的绝缘阻抗检测装置和方法，增加了对于高压的动力电池组的负极到车身地之间的采样，并利用最小二乘法对获取的电路方程进行拟合，降低了电容对绝缘阻抗检测的影响，提升了绝缘阻抗检测的精度。
[0044]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0045]
可以理解的是，本技术实施例中的“第一”、“第二”等用词仅是为了方便说明，并不
构成对于本技术实施例的限定。
[0046]
实施例一：
[0047]
本技术实施例提供了一种动力电池系统的绝缘阻抗检测装置，应用于电动汽车，其中，该动力电池系统包括动力电池组，下面结合附图具体说明。
[0048]
参见图2，该图为本技术实施例提供的动力电池系统的绝缘阻抗检测装置的示意图。
[0049]
该装置包括：检测模块101，第一电阻r1，第二电阻r2和隔离电容c。
[0050]
其中，检测模块101的脉冲输出端依次通过串联的第一电阻r1和第二电阻r2连接隔离电容c的第一端，隔离电容c的第二端连接动力电池组201的负极，并且由于动力电池组的负极接地，因此隔离电容c的第二端实际上也接地，即隔离电容c的第二端的电压为动力电池组的负极对地电压。
[0051]
检测模块101的接地端接地。
[0052]
检测模块101用于通过脉冲输出端输出脉冲电压信号，并获取第一电阻r1和第二电阻r2之间的第一电压采样信号，以及动力电池组201负输出端与地之间的第二电压采样信号。
[0053]
其中，该脉冲电压信号可以为pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)信号，检测模块101能够控制该脉冲电压信号的周期和占空比。
[0054]
检测模块101还用于根据脉冲电压信号、第一电压采样信号、第二电压采样信号和第一电阻的阻值获取动力电池系统的绝缘阻抗。
[0055]
下面具体说明检测模块101的工作原理。
[0056]
具体的，该检测模块101包括：采样模块101a和脉冲发生器101b。
[0057]
采样模块101a用于将获取的所述第一电压采样信号和第二电压采样信号分别对应转换为第一电压数字信号和第二电压数字信号。
[0058]
在发送脉冲电压信号的时间段内，采样模块101a可以按照预设的采样频率进行采样，因此能够获取多组第一电压采样信号和第二电压采样信号。
[0059]
脉冲发生器101b用于输出所述脉冲电压信号。此外，脉冲信号发生器101b还能够调整输出的脉冲电压信号的周期和占空比，以获取不同的脉冲电压信号。
[0060]
当改变脉冲电压信号时，第一电压采样信号和第二电压采样信号也相应改变，进而采样模块101a转换得到的第一电压数字信号和第二电压数字信号也相应改变。
[0061]
进一步的，该检测模块具体包括处理器(图中未示出)，处理器用于进行数据处理。
[0062]
具体的，处理器根据脉冲电压信号、第一电压数字信号、第二电压数字信号和第一电阻的阻值获取所述动力电池系统的绝缘阻抗。
[0063]
参见图2所示的电路，动力电池系统的y电容可以等效为图示的y电容。动力电池系统的绝缘阻抗等效为对地绝缘阻抗ri。当出现绝缘故障时，绝缘阻抗ri会对第一电阻r1和第二电阻r2进行分压，导致采集的脉冲电压信号的峰值发生改变，而当存y电容时，波形的时间常数会相应发生改变。对于高压的动力电池组和高压的整车电容，则可以视为短路状态。依据基尔霍夫电流定律，此时整个系统满足以下方程：
[0064]
[0065]
其中，i
source
为脉冲电压信号导致的电流变化量，u2为高压电池负极对车身地电压，即对应第二电压数字信号，cy为所有y电容的容值，ri为绝阻抗的阻值。由于i
source
无法直接测量，因此将式(1)两端同时乘以第一电阻r1的阻值进行变形，则可以的到以下方程：
[0066][0067]
该方程即处理器获取的脉冲电压信号u
source
、第一电压数字信号u1、第二电压数字信号u2、第一电阻的阻值r1、y电容的电容值cy和动力电池系统的绝缘阻抗ri满足的方程。
[0068]
其中的脉冲电压信号u
source
，第一电阻的阻值r1、y电容的电容值cy和动力电池系统的绝缘阻抗ri在检测过程中可以认为是固定值，而第一电压数字信号u1和第二电压数字信号u2在预设时间段内获取，因此该方程为二元一次方程。
[0069]
采样模块101a在预设之间段内获取预设数目个第一电压数字信号u1和第二电压数字信号u2。
[0070]
进而处理器在预设时间内，能够获取预设数目个所述方程，即获取预设数目个二元一次方程。预设数目个所述方程的第一电压数字信号和第二电压数字信号对应不同组的采样数据。
[0071]
处理器还用于利用所述预设数目个方程，通过最小二乘法获取动力电池系统的绝缘阻抗。
[0072]
下面具体说明利用最小二乘法获取该方程组的解的过程，方程组表征为以下的数学形式：
[0073][0074]
其中m代表有m个等式，n代表有n个未知数β，m》n，本技术中未知数n的取值为2，即未知数包括y电容的电容值cy和动力电池系统的绝缘阻抗ri，将其进行向量化后为：
[0075]
xβ＝y
[0076][0077]
显然该方程组一般而言没有解，所以为了选取最合适的β，引入残差平方和函数s：
[0078]
s(β)＝||xβ-y||2[0079]
(在统计学中，残差平方和函数可以看成n倍的均方误差mse)
[0080]
当时，s(β)取最小值，记作：通过对s(β)进行微分求最值，可以得到：如果矩阵x
t
x非奇异则β有唯一解：
[0081]
因此可以通过最小二乘方获得cy和ri的最优解。
[0082]
此外，由于脉冲发生器可以调整脉冲电压信号的周期和占空比，因此还可以通过改变周期和占空比的周期和占空比，达到最佳的求解效果，并可以进行多次校验，降低误报的概率。
[0083]
综上所述，本技术实施例提供的装置的检测模块的脉冲输出端依次通过串联的第一电阻和第二电阻连接隔离电容的第一端，隔离电容的第二端连接动力电池组的负极，检测模块的接地端接地，检测模块用于通过脉冲输出端输出脉冲电压信号，并获取第一电阻和第二电阻之间的第一电压采样信号，和动力电池组负输出端与地之间的第二电压采样信号。检测模块还用于根据脉冲电压信号、第一电压采样信号、第二电压采样信号和第一电阻的阻值获取动力电池系统的绝缘阻抗。该装置在电路设计上具备了对于动力电池组负极与车身地之间采样，能够获脉冲电压信号、第一电压采样信号、第二电压采样信号、第一电阻的阻值、y电容的电容值和动力电池系统的绝缘阻抗满足的方程组，其中y电容的电容值和动力电池系统的绝缘阻抗未知，因此该方程组为二元一次方程，获取多组测试数据满足的二元一次方程并进行求解，即能够获取动力电池系统的绝缘阻抗，因此该方法能够更加准确的获取动力电池系统的绝缘阻抗，降低了电容对绝缘阻抗检测的影响。
[0084]
实施例二：
[0085]
基于上述实施例提供的动力电池系统的绝缘阻抗检测装置，本技术实施例二还提供了一种动力电池系统的绝缘阻抗检测方法。应用该方法时，动力电池系统的绝缘阻抗检测装置的检测模块的脉冲输出端依次通过串联的第一电阻和第二电阻连接隔离电容的第一端，所述隔离电容的第二端连接所述动力电池组的负极，所述检测模块的接地端接地。下面结合附图具体说明。
[0086]
参见图3，该图为本技术实施例提供的一种动力电池系统的绝缘阻抗检测方法的流程图。
[0087]
本技术实施例所述方法包括以下步骤：
[0088]
s301：依次通过第一电阻、第二电阻和隔离电容向动力电池组的负输出端脉冲电压信号，并获取第一电阻和第二电阻之间的第一电压采样信号，和动力电池组负输出端与地之间的第二电压采样信号。
[0089]
由于动力电池组的负极接地，因此隔离电容c的第二端实际上也接地，即隔离电容c的第二端的电压为动力电池组的负极对地电压。
[0090]
s302：根据脉冲电压信号、第一电压采样信号、第二电压采样信号和第一电阻的阻值获取动力电池系统的绝缘阻抗。
[0091]
具体的，当该检测模块包括采样模块和脉冲发生器时。
[0092]
可以利用采样模块将获取的所述第一电压采样信号和第二电压采样信号分别对应转换为第一电压数字信号和第二电压数字信号。
[0093]
可以利用脉冲发生器输出所述脉冲电压信号。此外，还可以利用脉冲信号发生器调整输出的脉冲电压信号的周期和占空比，以获取不同的脉冲电压信号。
[0094]
进一步的，当该检测模块包括处理器时，可以利用处理器获取预设时间段内，预设数目个所述脉冲电压信号、第一电压数字信号、第二电压数字信号、第一电阻的阻值、y电容的电容值和所述动力电池系统的绝缘阻抗满足的方程，预设数目个所述方程的第一电压数字信号和第二电压数字信号对应不同组的采样数据，并利用处理器根据所述预设数目个方程，通过最小二乘法获取所述动力电池系统的绝缘阻抗。
[0095]
其中，该方程具体为：
[0096][0097]
方程中的u
source
为所述脉冲电压信号，u1为所述第一电压数字信号，u2为所述第二电压数字信号，r1为所述第一电阻的阻值，cy为所述y电容的电容值。
[0098]
在预设之间段内获取预设数目个第一电压数字信号u1和第二电压数字信号u2。
[0099]
进而在预设时间内，能够获取预设数目个所述方程，即获取预设数目个二元一次方程。预设数目个所述方程的第一电压数字信号和第二电压数字信号对应不同组的采样数据。
[0100]
通过最小二乘法确定二元一次方程组的解的具体过程可以参见实施例一，本技术实施例在此不再赘述。
[0101]
本技术实施例提供的方法增加了对于动力电池组负极与车身地之间采样，能够获脉冲电压信号、第一电压采样信号、第二电压采样信号、第一电阻的阻值、y电容的电容值和动力电池系统的绝缘阻抗满足的方程组，其中y电容的电容值和动力电池系统的绝缘阻抗未知，因此该方程组为二元一次方程，获取多组测试数据满足的二元一次方程并进行求解，即能够获取动力电池系统的绝缘阻抗，因此该方法能够更加准确的获取动力电池系统的绝缘阻抗，降低了电容对绝缘阻抗检测的影响。
[0102]
实施例三：
[0103]
基于上述实施例提供的动力电池系统的绝缘阻抗检测装置，本技术实施例二还提供了一种电动汽车，下面结合附图具体说明。
[0104]
参见图4，该图为本技术实施例提供的一种电动汽车的示意图。
[0105]
该电动汽车400包括实施例一中所述的动力电池系统的绝缘阻抗检测装置10，用于对电动汽车的动力电池组进行绝缘电阻的检测。
[0106]
关于该检测装置10的具体说明可以参见实施例一中的相关说明，本技术实施例在此不再赘述。
[0107]
申请实时例提供的电动汽车包括的检测模块的脉冲输出端依次通过串联的第一电阻和第二电阻连接隔离电容的第一端，隔离电容的第二端连接动力电池组的负极，检测模块的接地端接地，检测模块用于通过脉冲输出端输出脉冲电压信号，并获取第一电阻和第二电阻之间的第一电压采样信号，和动力电池组负输出端与地之间的第二电压采样信号。检测模块还用于根据脉冲电压信号、第一电压采样信号、第二电压采样信号和第一电阻的阻值获取动力电池系统的绝缘阻抗。该装置在电路设计上具备了对于动力电池组负极与车身地之间采样，能够获脉冲电压信号、第一电压采样信号、第二电压采样信号、第一电阻的阻值、y电容的电容值和动力电池系统的绝缘阻抗满足的方程组，其中y电容的电容值和动力电池系统的绝缘阻抗未知，因此该方程组为二元一次方程，获取多组测试数据满足的二元一次方程并进行求解，即能够获取动力电池系统的绝缘阻抗，因此该检测装置能够更加准确的获取动力电池系统的绝缘阻抗，降低了电容对绝缘阻抗检测的影响。
[0108]
应当理解，在本技术中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指
这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
[0109]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元及模块可以是或者也可以不是物理上分开的。另外，还可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元和模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0110]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。