车辆和用于车辆电池的绝缘监测电路的制作方法

1.本技术实施例涉及电路技术领域，更具体地涉及一种车辆、用于车辆电池的绝缘监测电路。


背景技术：

2.随着新能源车辆不断发展，车辆的安全性能越来越受到重视。由于车辆动力电池的工作电压高达400至1000v，远远高于人体的安全电压，一旦出现漏电事故，将危及驾乘人员的生命安全，因此需要实时监测车辆动力电池的绝缘状况。
3.相关技术中，绝缘监测主要采用平衡电桥法，这种方法主要通过软件控制平衡电桥中的相应桥臂闭合，得到各点采样值，然后再计算绝缘值。然而，在整车休眠的情况下，车辆的bms处于不工作状态，无法发送控制信号以控制相应桥臂闭合，由此无法对车辆电池的绝缘状况进行实时监测。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例所解决的技术问题之一在于提供一种车辆和用于车辆电池的绝缘监测电路，至少用以克服相关技术中的上述缺陷。
5.第一方面，本技术实施例提供一种用于车辆电池的绝缘监测电路，其特征在于，所述绝缘监测电路从车辆电池获得供电，所述绝缘监测电路包括：压频转换电路、rc串联电路、第一峰值采样电路、报警触发模块；所述压频转换电路输出低频脉冲信号，并经由所述rc串联电路将所述低频脉冲信号注入所述车辆电池连接的高压系统；所述第一峰值采样电路对所述rc串联电路中电阻后端的电压信号进行采样，并将表示所述电压信号的峰值的第一峰值检测信号反馈至所述压频转换电路，以使所述压频转换电路输出的低频脉冲信号与所述车辆电池相适应；所述报警触发模块用于对所述rc串联电路中电阻后端的电压信号进行处理，输出报警触发信号。
6.可选的，在本技术的一种实施例中，所述报警触发模块包括跳变电压检测子模块和第一比较器；所述跳变电压检测子模块用于检测所述rc串联电路中电阻后端的跳变电压信号，并生成表示所述跳变电压信号的峰值的第二峰值检测信号，所述第一比较器用于将所述第二峰值检测信号与第一预设电压阈值进行比较，以在所述第二峰值检测信号小于所述第一预设电压阈值时输出所述报警触发信号。
7.可选的，在本技术的一种实施例中，所述跳变电压检测子模块包括微分电路；所述微分电路连接至所述rc串联电路中电阻后端，用于对所述rc串联电路中电阻后端的电压信号进行微分，生成跳变电压信号。
8.可选的，在本技术的一种实施例中，所述跳变电压检测子模块还包括第二峰值采样电路45；所述第二峰值采样电路45连接至所述微分电路的输出端，用于对所述跳变电压信号进行采样并提供表示所述跳变电压信号的峰值的所述第二峰值检测信号。
9.可选的，在本技术的一种实施例中，所述报警触发模块还包括延时触发子模块，所
述延时触发子模块连接至所述第一比较器的输出端，用于在所述第一比较器的输出信号指示所述车辆电池的绝缘值较低且持续达一定时间段时输出所述报警触发信号。
10.可选的，在本技术的一种实施例中，所述延时触发子模块包括积分电路和第二比较器，所述积分电路的输入端连接至所述第一比较器的输出端，所述积分电路的输出端连接至所述第二比较器的同相输入端，所述第二比较器的反相输入端连接至所述第二预设电压阈值；所述积分电路用于对所述第一比较器的输出信号进行积分处理，生成信号累加值，所述第二比较器用于在所述信号累加值大于所述第二预设电压阈值时输出报警触发信号。
11.可选的，在本技术的一种实施例中，所述压频转换电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一电容；所述第一运算放大器的同相输入端分别经由所述第一电阻连接至所述第一峰值采样电路的输出端，并且经由所述第二电阻和所述第三电阻连接至地电压；所述第一运算放大器的反相输入端经由所述第一电容连接至地电压；所述第一运算放大器的输出端分别连接至所述rc串联电路中电阻的第一端，经由所述第四电阻连接至所述第二电阻和所述第三电阻连接处的节点，并且经由所述第五电阻连接至所述第一运算放大器的反相输入端。
12.可选的，在本技术的一种实施例中，所述第一峰值采样电路包括第二运算放大器、第一峰值检测器二极管、第二电容和第一电压缓冲器，所述第二运算放大器的同相输入端连接至所述rc串联电路中电阻的第二端，所述第二运算放大器的负相输入端连接至所述第一电压缓冲器的输出端，所述第二运算放大器的输出端经由所述第一峰值检测器二极管连接至所述第一电压缓冲器的输入端和所述第二电容的第一端，所述第二电容的第二端连接至地电压，所述第一电压缓冲器的输出端连接至所述压频转换电路的输入端。
13.可选的，在本技术的一种实施例中，还包括dc/dc电路，所述dc/dc电路的输入端连接至所述车辆电池，用于将所述车辆电池的直流高电压转换成直流低电压，以向所述绝缘监测电路供电。
14.第二方面，本技术实施例提供一种车辆，其特征在于，包括车辆电池和如第一方面中任一项所述的用于车辆电池的绝缘监测电路。
15.本技术实施例中，由于压频转换电路根据其输入端的电压信号输出低频脉冲信号，并经由rc串联电路注入车辆电池连接的高压系统，报警触发模块通过对rc串联电阻中电阻后端的电压信号进行处理来输出报警触发信号，整个绝缘监测过程不受车辆的电池管理系统控制，因此只要车辆电池完整即可进行实时绝缘监测。同时，由于对rc串联电阻中电阻后端的电压信号进行采样并反馈至压频转换电路，以使压频转换电路输出的低频脉冲信号自适应车辆电池的高低压回路中的电容，因此可以实现稳定、可靠的绝缘监测。
附图说明
16.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本技术实施例的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比值绘制的。附图中：
17.图1为本技术实施例提供的一种用于车辆电池的绝缘监测电路的结构示意图；
18.图2为本技术实施例提供的一种用于车辆电池的绝缘监测电路的结构示意图；
19.图3为本技术实施例提供的一种用于车辆电池的绝缘监测电路与车辆电池连接的
示例结构图；
20.图4为本技术实施例提供的一种用于车辆电池的绝缘监测电路的示例电路图。
具体实施方式
21.下面结合本技术实施例附图进一步说明本技术实施例具体实现。
22.图1为本技术实施例提供的一种用于车辆电池的绝缘监测电路的结构示意图，该绝缘监测电路从车辆电池获得供电，如图1所示，该绝缘监测电路包括：压频转换电路11、rc串联电路12、第一峰值采样电路13、报警触发模块14。压频转换电路11用于输出低频脉冲信号，并经由rc串联电路12将低频脉冲信号注入车辆电池连接的高压系统。第一峰值采样电路13用于对rc串联电路12中电阻后端的电压信号进行采样，并将表示电压信号的峰值的第一峰值检测信号反馈至压频转换电路11，以使压频转换电路11输出的低频脉冲信号与车辆电池相适应。报警触发模块14用于对rc串联电路12中电阻后端的电压信号进行处理，输出报警触发信号。
23.具体地，压频转换电路11从车辆电池获得供电，压频转换电路11的输出端连接至rc串联电路12的输入端，rc串联电路12的输出端连接至车辆电池连接的高压信息，压频转换电路11将其输入端处的电压信号转换成低频脉冲信号，并经由rc串联电路12注入到车辆电池所连接的高压系统。其中，rc串联电路12由电阻和电容串联而成，电阻的第一端连接至压频转换电路11的输出端，电阻的第二端连接至电容的第一端，电容的第二端连接至车辆电池所连接的高压系统，例如连接至所述车辆电池的正极端，由此将压频转换电路11生成的低频脉冲信号注入到车辆电池连接的高压信号。本实施例中，由于电阻的第一端连接至压频转换电路11的输出端，电阻的第二端连接至电容的第一端，因此电阻的后端也可以被理解为电阻的第二端。此外，需要说明的是，电阻可以由多个电阻串联和/或并联得到，电容也可以由多个电容并联和/或串联得到，本实施例对此不做限定。
24.第一峰值采样电路13的输入端连接至rc串联电路12中电阻的后端，第一峰值采样电路13的输出端连接至压频转换电路11的输入端，由于rc串联电路12中电阻的第一端连接至压频转换电路11的输出端，由此在压频转换电路11的输出端与输入端之间通过rc串联电路12中的电阻和第一峰值采样电路13形成反馈回路。第一峰值采样电路13对rc串联电路12中电阻后端的电压信号进行采样，生成表示该电压信号的峰值的第一峰值检测信号，并将该第一峰值检测信号反馈至压频转换电路11，使压频转换电路11输出的低频脉冲信号与车辆电池相适应，例如，使在压频转换电路11输出的低频脉冲信号的单个频率周期中，rc串联电阻中电阻后端的电压与压频转换电路11输出的低频脉冲信号的峰值一致，从而使绝缘监测电路能够自适应车辆电池高低压回路中的电容，增加绝缘监测的稳定性，提高整车的安全性能。
25.当压频转换电路11输出合适的低频脉冲信号时，rc串联电路12中电阻后端的电压跳变值为该电阻与车辆电池的正极端和负极端对地的绝缘电阻的并联值的串联分压值，即该电压跳变值与车辆电池的绝缘电阻成正相关。报警触发模块14的输入端连接至rc串联电路12中电阻的后端，通过对rc串联电路12中电阻后端的电压信号进行处理输出报警触发信号，从而实现对车辆电池的绝缘监测。
26.需要说明的是，本实施例中，由于通过监测rc串联电路12中电阻后端的电压信号
来输出报警触发信号，在下文中，为了便于描述，有时也将rc串联电路12中电阻的后端称为电压采样点，相应地，将在rc串联电阻中电阻后端的电压信号称为电压采样信号。
27.本技术实施例中，由于压频转换电路根据其输入端的电压信号输出低频脉冲信号经由rc串联电路注入车辆电池连接的高压系统，报警触发模块通过对rc串联电阻中电阻后端的电压信号进行处理来输出报警触发信号，整个绝缘监测过程不受车辆的电池管理系统控制，因此只要车辆电池完整即可进行实时绝缘监测。同时，由于对rc串联电阻中电阻后端的电压信号进行采样并反馈至压频转换电路，以使压频转换电路输出的低频脉冲信号自适应车辆电池的高低压回路中的电容，因此可以实现稳定、可靠的绝缘监测。
28.图2为本技术实施例提供的一种用于车辆电池的绝缘监测电路的结构示意图。本实施例在图1所示实施例的基础上还包括dc/dc电路，并且进一步对报警触发模块的具体实现进行详细描述。结合图3，图3为本技术实施例提供的一种用于车辆电池的绝缘监测电路与车辆电池连接的示例结构图。如图3所示，绝缘监测电路还可以包括dc/dc电路15，该dc/dc电路15的输入端连接至车辆电池21，用于将车辆电池21的直流高电压转换成直流低电压，以向绝缘监测电路的其他电路和模块供电。
29.继续参照图2和图3，在本实施例中，报警触发模块14包括跳变电压检测子模块141和第一比较器142；跳变电压检测子模块141用于检测rc串联电路12中电阻后端的跳变电压信号，并生成表示跳变电压信号的峰值的第二峰值检测信号，第一比较器142用于将第二峰值检测信号与第一预设电压阈值进行比较，以在第二峰值检测信号小于第一预设电压阈值时输出报警触发信号。
30.具体地，跳变电压检测子模块141的输入端连接至rc串联电路12中电阻的第二端，跳变电压检测子模块141的输出端连接至第一比较器142的同相输入端，跳变电压检测子模块141检测rc串联电路12中电阻的第二端处的跳变电压信号，生成表示跳变电压信号的峰值的第二峰值检测信号，并将该第二峰值检测信号提供至第一比较器142的同相输入端。由于rc串联电路12中电阻的第二端处的跳变电压信号与车辆电池的绝缘电阻成正相关，第一比较器142通过将该第二峰值检测信号与其反相输入端处的第一预设电压阈值进行比较，以在第二峰值检测信号小于第一预设电压阈值时输出报警触发信号。需要说明的是，第一预设电压阈值可以根据实际需要设置，本实施例对此不作限定。
31.本实施例中，对跳变电压检测子模块的具体实现不做限定，可选的，在本技术的一种实施例中，跳变电压检测子模块141包括微分电路，微分电路连接至rc串联电路12中电阻后端，用于对rc串联电路12中电阻后端的电压信号进行微分，生成跳变电压信号。可选的，在本技术的另一种实施例中，跳变电压检测子模块141还包括第二峰值采样电路45，第二峰值采样电路45连接至微分电路的输出端，用于对跳变电压信号进行采样并提供表示跳变电压信号的峰值的第二峰值检测信号。
32.为了增强绝缘监测系统的稳定性，可选的，如图2所示，报警触发模块14还包括延时触发子模块143，该延时触发子模块143连接至第一比较器142的输出端，用于在第一比较器142的输出信号指示车辆电池的绝缘值较低且持续达一定时间段时输出报警触发信号。
33.具体地，在第二峰值检测信号小于第一预设电压阈值时，第一比较器142输出指示车辆电池的绝缘值较低的输出信号。延时触发子电路对该输出信号进行延时报警处理，以在持续一段时间段内第一比较器142的输出信号指示车辆电池的绝缘值较低时输出报警触
发信号，避免在将第一比较器142的输出信号直接作为报警触发信号时出现误报警情况，增强了绝缘监测系统的稳定性。
34.可选的，在本实施例的一种实现方式中，延时触发子模块143包括积分电路和第二比较器。积分电路的输入端连接至第一比较器142的输出端，积分电路的输出端连接至第二比较器的同相输入端，第二比较器的反相输入端连接至第二预设电压阈值。积分电路用于对第一比较器142的输出信号进行积分处理，生成信号累加值。第二比较器用于在信号累加值大于第二预设电压阈值时输出报警触发信号。本实施例中，积分电路的具体实现方式不限，例如积分电路可以是由电阻和电容构成的积分电路，通过根据实际需要调整电阻和电容的大小来设定延时，可以实现不同的延迟效果。
35.本技术实施例中，由于压频转换电路根据其输入端的电压信号输出低频脉冲信号经由rc串联电路注入车辆电池连接的高压系统，报警触发模块通过对rc串联电阻中电阻后端的电压信号进行处理来输出报警触发信号，整个绝缘监测过程不受车辆的电池管理系统控制，因此只要车辆电池完整即可进行实时绝缘监测。同时，由于对rc串联电阻中电阻后端的电压信号进行采样并反馈至压频转换电路，以使压频转换电路输出的低频脉冲信号自适应车辆电池的高低压回路中的电容，因此可以实现稳定、可靠的绝缘监测。此外，本实施例还延时触发子模块，在持续一段时间监测到绝缘值过低时输出报警触发信号，进一步增强了绝缘监控系统的稳定性。
36.为了便于对本实施例的理解，下面通过一个具体的示例对本实施例提供的绝缘监测电路的工作原理进行说明。
37.图4为本技术实施例提供的一种用于车辆的绝缘监测电路的电路图，如图4所示，本实施例提供的绝缘监测电路包括压频转换电路41、rc串联电路42、第一峰值采样电路43、微分电路44、第二峰值采样电路4545、第一比较器46和延时触发电路47。
38.如图4所示，压频转换电路41包括第一运算放大器u1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5和第一电容c1。其中，第一运算放大器u1的同相输入端分别经由第一电阻r1连接至第一峰值采样电路43的输出端，并且经由第二电阻r2和第三电阻r3连接至地电压，第一运算放大器u1的反相输入端经由第一电容连接至地电压。第一运算放大器u1的输出端分别连接至rc串联电路42中电阻的第一端，经由第四电阻r4连接至第二电阻r2和第三电阻r3连接处的节点，并且经由第五电阻r5连接至第一运算放大器u1的反相输入端。压频转换电路41可以将其输入端的电压信号转换为低频脉冲信号，并经由rc串联电路42将低频脉冲信号注入所述车辆电池连接的高压系统。
39.第一峰值采样电路43包括第二运算放大器u2、第一峰值检测器二极管d1、第二电容c2和第一电压缓冲器u3。第二运算放大器u2的同相输入端连接至rc串联电路42中电阻的第二端，第二运算放大器u2的负相输入端连接至第一电压缓冲器u3的输出端，第二运算放大器u2的输出端经由第一峰值检测器二极管d1连接至第一电压缓冲器u3的输入端和第二电容c2的第一端，第二电容c2的第二端连接至地电压，第一电压缓冲器u3的输出端经由第一电阻r1连接至压频转换电路41中的第一运算放大器u1的同相输入端。第一峰值采样电路43可以对rc串联电路中电阻后端的电压信号进行采样，并将表示电压信号的峰值的第一峰值检测信号反馈至压频转换电路41，以使压频转换电路41输出的低频脉冲信号与车辆电池相适应。
40.微分电路44包括第三运算放大器u4、第三电容c3和第六电阻r6，第三运算放大器u4的同相输入端连接至rc串联电路42中电阻的第二端，第三运算放大器u4的反相输入端连接至其输出端，第三运算放大器u4的输出端经由第三电容c3连接至第二峰值采样电路45的输入端和第六电阻r6的第一端，第六电阻r6的第二端连接至地电压。第三运算放大器u4的反相输入端连接至其输出端，构成电压跟随器对rc串联电路中电阻后端的电压信号进行调理，第三电容和第六电阻构成微分电路提取调理后的电压信号的微分特征电压，作为跳变电压信号。
41.第二峰值采样电路45包括第四运算放大器u5、第二峰值检测器二极管d2、第四电容c4和第二电压缓冲器u6，第四运算放大器u5的同相输入端连接至微分电路44的输出端，第四运算放大器u5的反相输入端连接至第二电压缓冲器u6的输出端，第四运算放大器u5的输出端经由第二峰值检测器二极管d2连接至第四电容c4的第一端和第二电压缓冲器u6的输入端，第四电容c4的第二端连接至地电压，第二电压缓冲器u6的输出端连接至第一比较器的反相输入端。第二峰值采样电路对微分电路输出的跳变电压信号进行采样并提供表示跳变电压信号的峰值的第二峰值检测信号，由第一比较器46将该第二峰值检测信号与第一预设电压阈值进行比较，以在第二峰值检测信号小于第一预设电压阈值时输出报警触发信号。
42.延时触发电路47包括第七电阻、第五电容c5和第二比较器u8，第七电阻r7的第一端连接至第一比较器的输出端，第七电阻r7的第二端连接至第五电容c5的第一端和第二比较器u8的同相输入端，第五电容c5的第二端连接至地电压，第二比较器u8的反相输入端连接至第二预设电压阈值。其中，第七电阻r7、第五电容c5构成积分电路对第一比较器的输出信号进行积分处理，生成信号累加值，第二比较器u8用于在信号累加值大于第二预设电压阈值时输出报警信号。
43.具体地，压频转换电路41可以将其输入端的电压信号转换为低频脉冲信号，并经由rc串联电路42将低频脉冲信号注入所述车辆电池连接的高压系统。当压频转换电路41输出低频脉冲信号后，rc串联电路42中电阻的第二端处的电压信号经由第二运算放大器u2和第一峰值检测器二极管d1向第二电容c2充电，进行峰值保持后进入第一电压缓冲器u3，经由第一电压缓冲器u3后作为第一峰值检测信号反馈至压频转换电路41，由此使得压频转换电路41能够根据该第一峰值检测信号调整输出信号，输出合适的低频脉冲信号，即低频脉冲信号的峰值与rc串联电路42中电阻的第二端处的电压一致。
44.当压频转换电路41输出的低频脉冲信号稳定后，第三运算放大器u4的反相输入端连接至其输出端，构成电压跟随器对rc串联电路中电阻后端的电压进行调理，第三电容和第六电阻构成微分电路提取电压信号的微分特征电压，作为跳变电压信号。由第四运算放大器u5、第二峰值检测器二极管d2、第四电容c4和第二电压缓冲器u6构成的第二峰值采样电路对微分电路输出的跳变电压信号进行采样并提供表示跳变电压信号的峰值的第二峰值检测信号。第一比较器46将该第二峰值检测信号与第一预设电压阈值进行比较，以在第二峰值检测信号小于第一预设电压阈值时输出信号到由第七电阻r7和第五电容c5构成的积分电路，积分电路对第一比较器的输出信号进行积分处理，生成信号累加值，输入到第二比较器u8的同相输入端，第二比较器将该信号累加值与第二预设电压阈值进行比较，在该信号累加值大于第二预设电压阈值时输出报警触发信号。
45.本实施例中，整个绝缘监测过程可以不受车辆的bms控制，只要车辆电池完整即可进行实时绝缘监测，同时采用闭环输出低频脉冲信号，能够自适应车辆电池高低压回路间的电容，从而可以实现稳定、可靠的绝缘监测。此外，由于延时触发子模块在持续一段时间监测到绝缘值过低时输出报警触发信号，进一步增强了绝缘监控系统的稳定性。
46.本实施例提供了一种车辆，包括车辆电池和如图1至4实施例所提供的用于车辆电池的绝缘监测电路。绝缘监测电路用于监测车辆电池的绝缘状况，在车辆电池存在绝缘问题时进行报警。其技术效果和工作原理类似，此处不再赘述。
47.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，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
48.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。