CN108802494B - 绝缘电阻的检测电路、检测方法和装置 - Google Patents

绝缘电阻的检测电路、检测方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种绝缘电阻的检测电路、检测方法和装置，该电路包括：交流信号源、谐振腔、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一开关、第二开关；交流信号源与第一电阻、谐振腔、第一开关、第二电阻和第三电阻依次串联形成回路；第一电阻与交流信号源的正极连接，第三电阻与交流信号源的负极连接；第二开关一端与待检测电池的负极连接，第二开关另一端和第四电阻连接，第四电阻另一端与地连接。交流信号源用于提供交流信号，根据交流信号以及第一电阻的电压，获取待检测电池的绝缘电阻并联值，通过谐振腔内部抵消电容的精度差值引起的误差，考虑待检测电池的寄生电容，有效提高对绝缘电阻的检测精度。

Description

绝缘电阻的检测电路、检测方法和装置
技术领域
本发明实施例涉及电路电子技术，尤其涉及一种绝缘电阻的检测电路、检测方法和装置。
背景技术
随着新能源汽车的快速发展，电动汽车越来越受到重视。高压动力电池组作为电动汽车的动力源具有很高的电压等级，其绝缘性能的好坏直接影响电动汽车的安全运行。快速、准确地检测出电池组对汽车底盘的绝缘状况并及时地进行故障处理是电动汽车安全运行的基本条件，对保障乘客安全、电气设备正常工作和车辆安全运行具有重要意义。
图1为一种有源注入电池的绝缘电阻检测电路示意图，如图1所示，通过注入一交流信号构建一个方程计算绝缘电阻并联值并判断绝缘故障，通过接入直流电阻网络计算绝缘电阻值。其中，虚线框内相当于待测试的电池，Us表示注入的交流电源，该技术通过注入一交流信号构建一个方程计算绝缘电阻并联值并判断绝缘故障，通过接入直流电阻网络计算绝缘电阻值。如图1所示，通过注入一交流信号构建一个方程计算绝缘电阻并联值并判断绝缘故障，通过接入直流电阻网络计算绝缘电阻值。其中，虚线框内相当于待测试的电池，Us表示注入的交流电源，R为测量电阻，C为隔离电容，R1、R2为绝缘电阻计算时接入电阻。断开“接入电阻”R1、R2、打开交流信号源，通过测量“测量电阻”两端电压，即可计算得到并联电阻值Rpn，由Rpn和设定的阀值Rth比较可判断绝缘电阻是否故障。如果判断绝缘电阻故障，则进行绝缘电阻Rp、Rn的计算，Rp、Rn的计算通过闭合“接入电阻”R1、R2，得到一个关于Rp、Rn的电压方程，与第二步得到的Rp和Rn的并联值联立解的Rp和Rn的值。
然而，上述方案中，计算电池的绝缘电阻并联值需要知道电容C的容值的大小，而实际电容器容值精度不高，电容值的偏差会影响绝缘电阻的测量精度，并且上述方案中没有考虑绝缘电阻寄生电容的影响，而实际存在的寄生电容会影响有源注入法检测的精度，导致对电池的绝缘电阻的检测精度不高。
发明内容
本发明实施例提供一种绝缘电阻的检测电路、检测方法和装置，用于降低实际电容器容值精度不高、电容值的偏差对绝缘电阻的测量精度的影响，降低实际存在的寄生电容对有源注入法检测的精度的影响，提高对电池的绝缘电阻的检测精度。
本发明实施例第一方面提供一种绝缘电阻的检测电路，包括：
交流信号源、谐振腔、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一开关、第二开关；
所述交流信号源与所述第一电阻、所述谐振腔、所述第一开关、所述第二电阻和所述第三电阻依次串联形成回路；其中，所述第一电阻与所述交流信号源的正极连接，所述第三电阻与所述交流信号源的负极连接；
待检测电池的正极连接在所述第一开关和所述谐振腔之间、所述交流信号源的负极与地连接；
所述第二开关一端与所述待检测电池的负极连接，所述第二开关另一端和所述第四电阻连接，所述第四电阻另一端与所述地连接；
在检测所述待检测电池时，所述交流信号源用于提供交流信号。
在本方案中，在有源测试电路中增加谐振腔，一般情况下，谐振腔内包括电感和电容，并在检测过程中，考虑待检测电池的寄生电容的影响进行方程构造，有效降低电容以及寄生电容对待检测电池的绝缘电阻的检测精度的影响，提高对待检测电池的绝缘电阻的检测精度。
一种具体实现中，所述绝缘电阻的检测电路还包括：
第一电压采样单元和第二电压采样单元；
所述第一电压采样单元与所述第一电阻并联，用于检测所述第一电阻两端的电压；
所述第二电压采样单元与所述第三电阻并联，用于检测所述第三电阻两端的电压。
一种具体实现中，所述绝缘电阻的检测电路还包括：第五电阻和第三开关；
所述第五电阻串联在所述交流信号源和所述谐振腔之间，所述第三开关并联在所述第五电阻两端。
本方案中，第五电阻可以串联在第一电阻和交流信号源之间，也可以串联在第一电阻和谐振腔之间，对此本方案不做限制。
一种具体实现中，所述谐振腔包括串联的电容和电感。
本发明实施例第二方面提供一种绝缘电阻的检测电路，包括：
交流信号源、谐振腔、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一开关、第二开关；
所述交流信号源与所述第一电阻、所述谐振腔、所述第一开关、所述第二电阻和所述第三电阻依次串联形成回路；其中，所述第一电阻与所述交流信号源的正极连接，所述第三电阻与所述交流信号源的负极连接；
待检测电池的负极连接在所述第一开关和所述谐振腔之间，所述交流信号源的负极与地连接；
所述第二开关的一端与所述待检测电池的正极连接，所述第二开关的另一端和所述第四电阻连接，所述第四电阻的另一端与所述地连接；
在检测所述待检测电池时，所述交流信号源用于提供交流信号。
在本方案中，在有源测试电路中增加谐振腔，一般情况下，谐振腔内包括电感和电容，并在检测过程中，考虑待检测电池的寄生电容的影响进行方程构造，有效降低电容以及寄生电容对待检测电池的绝缘电阻的检测精度的影响，提高对待检测电池的绝缘电阻的检测精度。
一种具体实现中，所述绝缘电阻的检测电路还包括：
第一电压采样单元和第二电压采样单元；
所述第一电压采样单元与所述第一电阻并联，用于检测所述第一电阻两端的电压；
所述第二电压采样单元与所述第三电阻并联，用于检测所述第三电阻两端的电压。
一种具体实现中，所述绝缘电阻的检测电路还包括：第五电阻和第三开关；
所述第五电阻串联在所述交流信号源和所述谐振腔之间，所述第三开关并联在所述第五电阻的两端。
一种具体实现中，所述谐振腔包括串联的电容和电感。
本发明实施例第三方面提供一种绝缘电阻的检测方法，应用于第一方面或者第二方面任一中实现方式提供的绝缘电阻的检测电路，所述方法包括：
控制所述交流信号源提供交流信号，检测第一电阻的电压；
根据所述交流信号、所述第一电阻的电压构造方程，获取待检测电池的绝缘电阻并联值和寄生电容并联值。
一种具体实现中，所述方法还包括：
根据所述绝缘电阻并联值判断所述待检测电池是否存在绝缘故障。
一种具体实现中，所述根据所述绝缘电阻并联值判断所述待检测电池是否存在绝缘故障，包括：
若所述绝缘电阻并联值大于预设电阻阈值，则所述待检测电池无绝缘故障；
若所述绝缘电阻并联值小于所述电阻阈值、且大于所述电阻阈值的一半，则获取所述待检测电池的正极绝缘电阻和负极绝缘电阻，根据所述正极绝缘电阻和所述负极绝缘电阻确定所述待检测电池是否存在绝缘故障；
若所述绝缘电阻并联值小于所述电阻阈值的一半，则所述待检测电池存在绝缘故障。
一种具体实现中，所述控制所述交流信号源提供交流信号，检测所述第一电阻的电压，包括：
控制断开第一开关和第二开关；
控制所述交流信号源注入一频率为ω1、幅值为Us的正弦信号，检测所述第一电阻两端的电压为Um1；
控制所述交流信号源注入一频率为ω2、幅值为Us的正弦信号，检测所述第一电阻两端的电压为Um2；
则所述根据所述交流信号、所述第一电阻的电压构造方程，获取待检测电池的绝缘电阻并联值和寄生电容并联值，包括：
根据Us、Um1构造方程(1)：
Figure BDA0001285555770000031
根据Us、Um2构造方程(2)：
Figure BDA0001285555770000032
根据所述方程(1)和所述方程(2)计算获取所述待检测电池的绝缘电阻并联值Rb和寄生电容并联值Cb；其中，Rr表示所述第一电阻的阻值。
一种具体实现中，所述获取所述待检测电池的正极绝缘电阻和负极绝缘电阻，包括：
控制关闭所述交流信号源；
闭合第一开关，检测获取第三电阻的电压Un1，并根据所述待检测电池的电压U、和所述第三电阻的电压Un1，构造方程(3)：
Figure BDA0001285555770000041
闭合第一开关和第二开关，检测获取所述第三电阻的电压Un2，并根据所述待检测电池的电压U、和所述第三电阻的电压Un1，构造方程(4)：
Figure BDA0001285555770000042
根据所述方程(3)、所述方程(4)以及方程(5)
Figure BDA0001285555770000043
计算获取所述待检测电池的正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn；
其中，R1表示所述第二电阻的阻值，R2表示所述第三电阻的阻值，R3表示第四电阻的阻值，Rb表示所述待检测电池的绝缘电阻并联值。
一种具体实现中，根据所述正极绝缘电阻和所述负极绝缘电阻确定所述待检测电池是否存在绝缘故障，包括：
若所述正极绝缘电阻和所述负极绝缘电阻均大于所述电阻阈值，则所述待检测电池无绝缘故障；
否则，所述待检测电池存在绝缘故障。
本发明实施例第四方面提供一种绝缘电阻的检测装置，应用于使用第一方面或者第二方面提供的绝缘电阻的检测电路的绝缘电阻检测装置中，所述装置包括：
处理器，用于控制所述交流信号源提供交流信号，检测第一电阻的电压；
所述处理器还用于根据所述交流信号、所述第一电阻的电压构造方程，获取待检测电池的绝缘电阻并联值和寄生电容并联值。
一种具体实现中，所述处理器还用于根据所述绝缘电阻并联值判断所述待检测电池是否存在绝缘故障。
一种具体实现中，所述处理器具体用于：
若所述绝缘电阻并联值大于预设电阻阈值，则所述待检测电池无绝缘故障；
若所述绝缘电阻并联值小于所述电阻阈值、且大于所述电阻阈值的一半，则获取所述待检测电池的正极绝缘电阻和负极绝缘电阻，根据所述正极绝缘电阻和所述负极绝缘电阻确定所述待检测电池是否存在绝缘故障；
若所述绝缘电阻并联值小于所述电阻阈值的一半，则所述待检测电池存在绝缘故障。
一种具体实现中，所述处理器还具体用于：
控制断开第一开关和第二开关；
控制所述交流信号源注入一频率为ω1、幅值为Us的正弦信号，检测所述第一电阻两端的电压为Um1；
控制所述交流信号源注入一频率为ω2、幅值为Us的正弦信号，检测所述第一电阻两端的电压为Um2；
则所述根据所述交流信号、所述第一电阻的电压构造方程，获取待检测电池的绝缘电阻并联值和寄生电容并联值，包括：
根据Us、Um1构造方程(1)：
Figure BDA0001285555770000051
根据Us、Um2构造方程(2)：
Figure BDA0001285555770000052
根据所述方程(1)和所述方程(2)计算获取所述待检测电池的绝缘电阻并联值Rb和寄生电容并联值Cb；其中，Rr表示所述第一电阻的阻值。
一种具体实现中，所述处理器还具体用于：
控制关闭所述交流信号源；
闭合第一开关，检测获取第三电阻的电压Un1，并根据所述待检测电池的电压U、和所述第三电阻的电压Un1，构造方程(3)：
Figure BDA0001285555770000053
闭合第一开关和第二开关，检测获取所述第三电阻的电压Un2，并根据所述待检测电池的电压U、和所述第三电阻的电压Un1，构造方程(4)：
Figure BDA0001285555770000054
根据所述方程(3)、所述方程(4)以及方程(5)
Figure BDA0001285555770000055
计算获取所述待检测电池的正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn；
其中，R1表示所述第二电阻的阻值，R2表示所述第三电阻的阻值，R3表示第四电阻的阻值，Rb表示所述待检测电池的绝缘电阻并联值。
一种具体实现中，所述处理器还用于：
若所述正极绝缘电阻和所述负极绝缘电阻均大于所述电阻阈值，则所述待检测电池无绝缘故障；
否则，所述待检测电池存在绝缘故障。
本发明实施例第五方面提供一种设备，包括至少一个处理器、存储器和通信接口，所述至少一个处理器、所述存储器和所述通信接口连接；所述存储器存储计算机执行指令；所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令。使得所述设备通过所述通信接口与其绝缘电阻的检测电路之间进行数据交互来执行上述第三方面或者第三方面的的各种实施方提供的绝缘电阻的检测方法。
本发明实施例第六方面提供一种可读存储介质，可读存储介质中存储有执行指令，当设备的至少一个处理器执行该执行指令时，设备执行上述第三方面或者第三方面的各种实施方式提供的绝缘电阻的检测方法。
本发明实施例第七方面提供一种程序产品，该程序产品包括执行指令，该执行指令存储在可读存储介质中。设备的至少一个处理器可以从可读存储介质读取该执行指令，至少一个处理器执行该执行指令使得设备实施第三方面或者第三方面的各种实施方式提供的绝缘电阻的检测方法。
本发明实施例提供的绝缘电阻的检测电路、检测方法和装置，通过有源注入检测电路的方式对待检测电池的寄生电容和绝缘电阻进行检测，该绝缘电阻的检测电路包括：交流信号源、谐振腔、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一开关、第二开关；交流信号源与第一电阻、谐振腔、第一开关、第二电阻和第三电阻依次串联形成回路；第一电阻与交流信号源的正极连接，第三电阻与交流信号源的负极连接；待检测电池的正极连接在第一开关和谐振腔之间、交流信号源的负极与地连接；第二开关一端与待检测电池的负极连接，第二开关另一端和第四电阻连接，第四电阻另一端与地连接；，在检测待检测电池时，控制交流信号源提供交流信号，根据交流信号以及第一电阻的电压，构造与待检测电池的绝缘电阻并联值和寄生电容并联值的方程，获取待检测电池的绝缘电阻并联值，通过谐振腔内部抵消电容的精度差值引起的误差，考虑待检测电池的寄生电容，有效提高对绝缘电阻的检测精度。
附图说明
图1为一种有源注入电池的绝缘电阻检测电路示意图；
图2为本发明实施例提供的绝缘电阻的检测电路实施例一的原理图；
图3为本发明实施例提供的绝缘电阻的检测电路实施例二的原理图；
图4为本发明实施例提供的绝缘电阻的检测电路实施例三的原理图；
图5为本发明实施例提供的绝缘电阻的检测方法的流程图；
图6为本发明实施例提供的频率扰动法的等效电路图；
图7为本发明实施例提供的改进平衡电桥法等效电路图；
图8为本发明实施例提供的电阻扰动法的等效电路图；
图9为本发明实施例提供的绝缘电阻的检测装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种有源注入的绝缘电阻的检测电路，以及检测方法，既可以解决接入辅助电阻对电池系统绝缘状态的影响，又可以解决有源注入法中电容C和绝缘电阻寄生电容对检测精度的影响，也能实现绝缘故障判断的准确性，同时简化了电压测量电路。下面通过几种具体实现方式对本发明实施例的技术方案进行说明
图2为本发明实施例提供的绝缘电阻的检测电路实施例一的原理图，如图2所示，该绝缘电阻的检测电路包括：
交流信号源Us、谐振腔、第一电阻Rr、第二电阻R1、第三电阻R2、第四电阻R3、第一开关K1、第二开关K2；
所述交流信号源Us与所述第一电阻Rr、所述谐振腔、所述第一开关K1、所述第二电阻R1和所述第三电阻R2依次串联形成回路；所述第一电阻Rr与所述交流信号源Us的正极连接，所述第三电阻R2与所述交流信号源Us的负极连接；
在本方案中，待检测电池(虚线框中的为该待检测电池的等效电路，虚线框中的整体即为待检测电池)不包括在该检测电路结构内。
待检测电池的正极连接在所述第一开关K1和所述谐振腔之间、所述交流信号源Us的负极与地连接。即所述待检测电池的正极和地并联在依次串联的所述第一开关K1、所述第二电阻R1和所述第三电阻R2的两端；
所述第二开关K2一端与所述待检测电池的负极连接，所述第二开关K2另一端和所述第四电阻R3连接，所述第四电阻R3另一端与所述地连接。即所述第二开关K2和所述第四电阻R3串联后的整体并联在所述待检测电池的负极和地两端。
在上述方案中，具体参考图1的原理图，该检测电路结构中包括：一个交流信号源Us、一个谐振腔，在一种实现方式中谐振腔由电感和电容组成、辅助电阻Rr、R1、R2、R3，辅助开关K1、K2。虚线方框是动力电池(即待检测电池)等效电路，由理想电压源U、动力电池正极与参考地之间的绝缘电阻Rp和寄生电容Cp、动力电池负极与参考地之间的绝缘电阻Rn和寄生电容Cn组成。即将待检测电池等效为理想电源、寄生电容以及绝缘电阻组成的电源。
可选的，在该电路的具体应用中，也可以是在待检测电池的正负极与地之间连接的器件可以互换：待检测电池的负极连接在所述第一开关K1和所述谐振腔之间，所述交流信号源Us的负极与地连接，第二开关K2的一端与所述待检测电池的正极连接，所述第二开关K2的另一端和所述第四电阻R3连接，所述第四电阻R3的另一端与所述地连接。即所述待检测电池的负极和地并联在依次串联的所述第一开关K1、所述第二电阻R1和所述第三电阻R2的两端，所述第二开关K2和所述第四电阻R3串联后的整体并联在所述待检测电池的正极和地两端；
在检测所述待检测电池时，所述交流信号源用于提供交流信号，根据所述交流信号以及所述第一电阻的电压，构造与所述待检测电池的绝缘电阻并联值和寄生电容并联值的方程，获取所述待检测电池的绝缘电阻并联值。从而可以继续根据该绝缘电阻的并联值判断该待检测电阻是否存在故障。
进一步的，为了检测第一电阻Rr和第三电阻R2的电压值，该绝缘电阻的检测电路还包括：第一电压采样单元Um和第二电压采样单元Un；所述第一电压采样单元Um与所述第一电阻Rr并联，用于检测所述第一电阻Rr两端的电压；所述第二电压采样单元Un与所述第三电阻R2并联，用于检测所述第三电阻R2两端的电压。
图3为本发明实施例提供的绝缘电阻的检测电路实施例二的原理图，如图3所示，与前述实施例的其他部分组成部分一致，该检测电路中的谐振腔具体实现为电感Lr和电容Cr，即谐振腔包括串联的电容Cr和电感Lr。
图4为本发明实施例提供的绝缘电阻的检测电路实施例三的原理图，如图4所示，该绝缘电阻的检测电路的具体实现中，还可以在谐振腔和交流信号源Us之间串联一个第五电阻，并在该第五电阻两端并联一个开关，即所述绝缘电阻的检测电路还包括：第五电阻Rr1和第三开关K3；所述第五电阻Rr1串联在所述交流信号源Us和所述谐振腔之间，所述第三开关Kr与所述第五电阻Rr1并联。
在上述几种绝缘电阻的检测电路的基础上，下面介绍具体进行绝缘电阻的性能检测的实现方法。
图5为本发明实施例提供的绝缘电阻的检测方法的流程图，如图5所示，该方法应用在能够进行运算处理的设备或者装置中，将待检测电池接入上述的检测电路，进行数据采集和计算分析，具体的，该绝缘电阻的检测方法的步骤为：
S101：控制所述交流信号源提供交流信号，检测第一电阻的电压。
S102：根据所述交流信号、所述第一电阻的电压构造方程，获取待检测电池的绝缘电阻并联值和寄生电容并联值。
在上述步骤中，通过检测不同的辅助电阻的电压值，结合交流信号源的输入，构造与待检测电池的寄生电容并联值和绝缘电阻并联值相关的公式进行计算，得到绝缘电阻并联值。
进一步地，还可以绝缘电阻并联值判断所述待检测电池是否存在绝缘故障，在一种具体的判断方式可实现为：
若所述绝缘电阻并联值大于预设电阻阈值，则所述待检测电池无绝缘故障；
若所述绝缘电阻并联值小于所述电阻阈值、且大于所述电阻阈值的一半，则获取所述待检测电池的正极绝缘电阻和负极绝缘电阻，根据所述正极绝缘电阻和所述负极绝缘电阻确定所述待检测电池是否存在绝缘故障；
若所述绝缘电阻并联值小于所述电阻阈值的一半，则所述待检测电池存在绝缘故障。
下面结合不同的电路实现对该检测方法进行说明。
在图2或者图3所示的电路中，绝缘电阻检测流程分为以下几个步骤：
步骤1：通过注入一交流信号Us，计算绝缘电阻并联值Rb和寄生电容并联值Cb。
步骤2：根据绝缘电阻并联值Rb与预设电阻阈值(也称为阀值电阻)Rth的大小判断动力电池的绝缘状况并采取相应措施。
(1)当Rb>Rth时，无绝缘故障；正常运行；
(2)当1/2Rth<Rb<Rth时，可能处于绝缘故障；
断开交流信号源Us，逐步闭合辅助开关K1、K2，计算绝缘电阻Rp、Rn。当Rp>Rth并且Rn>Rth时，无绝缘故障；否则，有绝缘故障，进行故障处理。
(3)当Rb<1/2Rth时，有绝缘故障，故障处理。
具体的，可通过注入一交流信号Us，计算绝缘电阻并联值和寄生电容并联值，这里可以采用频率扰动法，电阻扰动法和幅频相位法，频率扰动法：图6为本发明实施例提供的频率扰动法的等效电路图，如图6所示，图中Rb为动力电池正极、负极对参考地绝缘电阻Rp和Rn的并联值，Cb为动力电池正极、负极对参考地寄生电容Cp和Cn的并联值。由于电感Lr和电容Cr在注入交流信号频率下处于谐振状态或者在谐振点附近，谐振腔等效阻抗可近似为零，因此电容Cr和电感Lr值的大小对绝缘电阻的计算没有影响，同时电容Cr的存在又隔离动力电池的直流高压，有源检测电路不会影响动力电池的绝缘电阻。
首先，控制断开第一开关和第二开关；控制所述交流信号源注入一频率为ω1、幅值为Us的正弦信号，检测所述第一电阻两端的电压为Um1；控制所述交流信号源注入一频率为ω2、幅值为Us的正弦信号，检测所述第一电阻两端的电压为Um2；
断开开关K1、K2，交流信号源Us注入一频率为ω1、幅值为Us的正弦信号，测量第一电阻(即辅助电阻)Rr两端的电压为Um1，可以得到如下方程(1)：
Figure BDA0001285555770000091
交流信号源Us再注入一个频率为频率为ω2、幅值为Us的正弦信号，测量第一电阻(即辅助电阻)Rr两端的电压为Um2，可以得到以下方程(2)：
Figure BDA0001285555770000092
其中其中，Rr表示所述第一电阻的阻值，ω1≠ω2，联立方程(1)、(2)可以解得绝缘电阻并联值Rb和寄生电容并联值Cb。
然后，可根据绝缘电阻并联值Rb与电阻阈值(即预设的阀值电阻)Rth的大小判断动力电池的绝缘状况并采取相应措施。
(1)当Rb>Rth时，无绝缘故障；电池系统正常上电运行；
(2)当
Figure BDA0001285555770000094
时，可能处于绝缘故障，但是电池正极、负极对参考地绝缘电阻Rp、Rn至少有一个小于2Rth；断开交流信号源Us，逐步闭合辅助开关K1、K2，计算绝缘电阻Rp和Rn值并判断绝缘故障。
当Rp>Rth并且Rn>Rth时，无绝缘故障；否则，有绝缘故障，进行故障处理。
由于动力电池在这种绝缘状态下的绝缘性能较差(千欧级)，闭合辅助开关K1、K2接入的辅助电阻R1、R2和R3(兆欧级)对动力电池绝缘状况影响很小。
(3)当
Figure BDA0001285555770000093
时，有绝缘故障；断开负载，停止运行。
将绝缘电阻并联值Rb与Rth大小进行比较，将动力电池的绝缘状况划分3为3种状态，具有判断准确的优点。
电阻阈值或者阀值电阻Rth是根据相关技术标准及动力电池电压值的大小而设置。例如：电动汽车电池包的电压U＝500V，并参考相应的技术标准：《ISO/DIS6469-1:2000电动道路车辆安全要求第1部分：车载储能装置》，该标准要求绝缘电阻参数大于500Ω/V。则电动汽车电池包正极、负极对参考地的绝缘电阻Rp、Rn均要大于250kΩ。则设置阀值电阻Rth＝250kΩ。
上述过程中计算绝缘电阻Rp和Rn值还可以采用改进平衡电桥法，图7为本发明实施例提供的改进平衡电桥法等效电路图，如图7所示，与常规平衡电桥法相比，只需要一个电压测量单元Un。具体实施过程如下：
控制关闭所述交流信号源；
闭合第一开关K1，检测获取第三电阻的电压Un1，并根据所述待检测电池的电压U、和所述第三电阻的电压Un1，构造方程(3)：
Figure BDA0001285555770000101
闭合第一开关K1和第二开关K2，检测获取所述第三电阻的电压Un2，并根据所述待检测电池的电压U、和所述第三电阻的电压Un1，构造方程(4)：
Figure BDA0001285555770000102
根据所述方程(3)、所述方程(4)以及方程(5)
Figure BDA0001285555770000103
计算获取所述待检测电池的正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn；其中，R1表示所述第二电阻的阻值，R2表示所述第三电阻的阻值，R3表示第四电阻的阻值，Rb表示所述待检测电池的绝缘电阻并联值。
具体的，计算过程为公式(3)除以公式(4)可以得到下式(5)：
Figure BDA0001285555770000104
前述过程中已经得到绝缘电阻Rp和Rn的并联值Rb的大小：
Figure BDA0001285555770000105
联立公式(5)、(6)，可以计算得到绝缘电阻Rp和Rn的值。与常规的平衡电桥法相比，本方法通过增加一次电阻扰动减小了一个电压检测单元，简化了电压测量电路。
在图4所示的电路中，通过注入一交流信号源Us，计算绝缘电阻并联值和寄生电容并联值还可以采用电阻扰动法。图8为本发明实施例提供的电阻扰动法的等效电路图，图8中Rb为动力电池正极、负极对参考地绝缘电阻Rp和Rn的并联值，Cb为动力电池正极、负极对参考地寄生电容Cp和Cn的并联值。电阻扰动法是在在频率扰动法电路图基础上额外加入一个辅助电阻，即第五电阻Rr1和辅助开关，即第三开关Kr。绝缘电阻检测流程分为以下几个步骤：
断开开关K1、K2、Kr，交流信号源Us注入一频率为ω、幅值为Us的正弦信号，测量辅助电阻Rr两端的电压为Um1，可以得到如下方程：
Figure BDA0001285555770000111
闭合开关辅助开关Kr，测量辅助电阻Rr两端的电压为Um2，可以得到如下方程：
Figure BDA0001285555770000112
联立方程(7)、(8)可以得到绝缘电阻并联值Rb和寄生电容并联值Cb。
对于本图4所示的方案的具体实施例中，通过注入一交流信号源Us，计算绝缘电阻并联值和寄生电容并联值还可以采用幅值相位法。幅值相位法不需要增加额外的电路，其等效电路和频率扰动法一样，如图6所示。
断开开关K1、K2，交流信号源Us注入一频率为ω、幅值为Us的正弦信号，测量辅助电阻Rr两端的电压Um和交流信号源Us的电压Um的相位差
Figure BDA0001285555770000115
分别建立幅值方程和相位方程，方程如下：
Figure BDA0001285555770000113
Figure BDA0001285555770000114
联立方程(9)、(10)可以解得绝缘电阻并联值Rb和寄生电容并联值Cb。
本发明实施例提供的电池的绝缘电阻的检测方法和检测电路，可以实现以下几个技术效果：
1、有源注入检测网络引入一个由容性和感性元件组成的谐振腔，电容能够隔离动力电池的直流高压，因此引入的有源注入检测网络不会降低动力电池的绝缘电阻；谐振电路处于谐振状态(或谐振点附近)，等效阻抗为零(或近似为零)，因此电容Cr和电感Lr值的大小对绝缘电阻的计算没有影响。
2、有源注入计算绝缘电阻并联值可以采用三种方法：频率扰动法、电阻扰动法和幅值相位法，其中频率扰动法计算精度更高，实现简单，不需要增加额外的装置。
3、将绝缘电阻并联值Rb与电阻阈值Rth大小进行比较，将动力电池的绝缘状况划分为3种状态，具有判断准确的优点。在系统绝缘状况较差时才通过辅助开关接入辅助电阻，辅助电阻对动力电池绝缘状况影响很小。
4、计算得到绝缘电阻Rp和Rn采用改进平衡电桥法，比常规平衡电桥法相比，通过增加一次电阻扰动，减少一个电压测量单元，电压测量电路简单。
图9为本发明实施例提供的绝缘电阻的检测装置的结构示意图，如图9所示，该绝缘电阻的检测装置，应用于使用前述方案提供的绝缘电阻的检测电路进行绝缘电阻的检测的装置中(例如，计算机等终端设备)，该绝缘电阻的检测装置10还包括：
该绝缘电阻的检测装置中包括处理器11以及前述实施例提供的绝缘电阻的检测电路12，该处理器11与该绝缘电阻的检测电路电连接，在对待检测电池进行检测时，将待检测电池按照前述原理图所示的方式与绝缘电阻的检测电路进行连接，处理器11用于控制执行下面的方案，并采集数据进行运算分析，具体的：
处理器11，用于控制所述交流信号源提供交流信号，检测第一电阻的电压；
所述处理器还用于根据所述交流信号、所述第一电阻的电压构造方程，获取待检测电池的绝缘电阻并联值和寄生电容并联值。
可选的，所述处理器11还用于根据所述绝缘电阻并联值判断所述待检测电池是否存在绝缘故障。
可选的，所述处理器11具体用于：
若所述绝缘电阻并联值大于预设电阻阈值，则所述待检测电池无绝缘故障；
若所述绝缘电阻并联值小于所述电阻阈值、且大于所述电阻阈值的一半，则获取所述待检测电池的正极绝缘电阻和负极绝缘电阻，根据所述正极绝缘电阻和所述负极绝缘电阻确定所述待检测电池是否存在绝缘故障；
若所述绝缘电阻并联值小于所述电阻阈值的一半，则所述待检测电池存在绝缘故障。
可选的，所述处理器11还具体用于：
控制断开第一开关和第二开关；
控制所述交流信号源注入一频率为ω1、幅值为Us的正弦信号，检测所述第一电阻两端的电压为Um1；
控制所述交流信号源注入一频率为ω2、幅值为Us的正弦信号，检测所述第一电阻两端的电压为Um2；
则所述根据所述交流信号、所述第一电阻的电压构造方程，获取待检测电池的绝缘电阻并联值和寄生电容并联值，包括：
根据Us、Um1构造方程(1)：
Figure BDA0001285555770000131
根据Us、Um2构造方程(2)：
Figure BDA0001285555770000132
根据所述方程(1)和所述方程(2)计算获取所述待检测电池的绝缘电阻并联值Rb和寄生电容并联值Cb；其中，Rr表示所述第一电阻的阻值。
可选的，所述处理器11还具体用于：
控制关闭所述交流信号源；
闭合第一开关，检测获取第三电阻的电压Un1，并根据所述待检测电池的电压U、和所述第三电阻的电压Un1，构造方程(3)：
Figure BDA0001285555770000133
闭合第一开关和第二开关，检测获取所述第三电阻的电压Un2，并根据所述待检测电池的电压U、和所述第三电阻的电压Un1，构造方程(4)：
Figure BDA0001285555770000134
根据所述方程(3)、所述方程(4)以及方程(5)
Figure BDA0001285555770000135
计算获取所述待检测电池的正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn；
其中，R1表示所述第二电阻的阻值，R2表示所述第三电阻的阻值，R3表示第四电阻的阻值，Rb表示所述待检测电池的绝缘电阻并联值。
可选的，所述处理器11还用于：
若所述正极绝缘电阻和所述负极绝缘电阻均大于所述电阻阈值，则所述待检测电池无绝缘故障；
否则，所述待检测电池存在绝缘故障。
本实施例提供的绝缘电阻的检测装置，用于执行前述检测方法的技术方案，其实现原理和技术方案类似，在此不再赘述。
本发明实施例还提供一种设备，包括至少一个处理器、存储器和通信接口，所述至少一个处理器、所述存储器和所述通信接口连接；所述存储器存储计算机执行指令；所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令。使得所述设备通过所述通信接口与其绝缘电阻的检测电路之间进行数据交互来执行上述的各种实施方提供的绝缘电阻的检测方法。
本发明实施例还提供一种程序产品，该程序产品包括执行指令，该执行指令存储在可读存储介质中。设备的至少一个处理器可以从可读存储介质读取该执行指令，至少一个处理器执行该执行指令使得设备实施前述的各种实施方式提供的绝缘电阻的检测方法。
在上述实施例中，应理解，处理器可以是中央处理单元(英文：CentralProcessing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：DigitalSignal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application Specific IntegratedCircuit，简称：ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。

Claims (16)

1.一种绝缘电阻的检测电路，其特征在于，包括：
交流信号源、谐振腔、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一开关、第二开关；
所述交流信号源与所述第一电阻、所述谐振腔、所述第一开关、所述第二电阻和所述第三电阻依次串联形成回路；其中，所述第一电阻与所述交流信号源的正极连接，所述第三电阻与所述交流信号源的负极连接；
待检测电池的正极连接在所述第一开关和所述谐振腔之间、所述交流信号源的负极与地连接；
所述第二开关一端与所述待检测电池的负极连接，所述第二开关另一端和所述第四电阻连接，所述第四电阻另一端与所述地连接；
在检测所述待检测电池时，所述交流信号源用于提供交流信号；
所述绝缘电阻的检测电路还包括：
第一电压采样单元和第二电压采样单元；
所述第一电压采样单元与所述第一电阻并联，用于检测所述第一电阻两端的电压；
所述第二电压采样单元与所述第三电阻并联，用于检测所述第三电阻两端的电压；
所述谐振腔包括串联的电容和电感。
2.根据权利要求1所述的绝缘电阻的检测电路，其特征在于，所述绝缘电阻的检测电路还包括：第五电阻和第三开关；
所述第五电阻串联在所述交流信号源和所述谐振腔之间，所述第三开关并联在所述第五电阻两端。
3.一种绝缘电阻的检测电路，其特征在于，包括：
交流信号源、谐振腔、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一开关、第二开关；
所述交流信号源与所述第一电阻、所述谐振腔、所述第一开关、所述第二电阻和所述第三电阻依次串联形成回路；其中，所述第一电阻与所述交流信号源的正极连接，所述第三电阻与所述交流信号源的负极连接；
待检测电池的负极连接在所述第一开关和所述谐振腔之间，所述交流信号源的负极与地连接；
所述第二开关的一端与所述待检测电池的正极连接，所述第二开关的另一端和所述第四电阻连接，所述第四电阻的另一端与所述地连接；
在检测所述待检测电池时，所述交流信号源用于提供交流信号；
所述绝缘电阻的检测电路还包括：
第一电压采样单元和第二电压采样单元；
所述第一电压采样单元与所述第一电阻并联，用于检测所述第一电阻两端的电压；
所述第二电压采样单元与所述第三电阻并联，用于检测所述第三电阻两端的电压；
所述谐振腔包括串联的电容和电感。
4.根据权利要求3所述的绝缘电阻的检测电路，其特征在于，所述绝缘电阻的检测电路还包括：第五电阻和第三开关；
所述第五电阻串联在所述交流信号源和所述谐振腔之间，所述第三开关并联在所述第五电阻的两端。
5.一种绝缘电阻的检测方法，其特征在于，应用于权利要求1至4任一项所述的绝缘电阻的检测电路，所述方法包括：
控制所述交流信号源提供交流信号，检测第一电阻的电压；
根据所述交流信号、所述第一电阻的电压构造方程，获取待检测电池的绝缘电阻并联值和寄生电容并联值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述绝缘电阻并联值判断所述待检测电池是否存在绝缘故障。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述绝缘电阻并联值判断所述待检测电池是否存在绝缘故障，包括：
若所述绝缘电阻并联值大于预设电阻阈值，则所述待检测电池无绝缘故障；
若所述绝缘电阻并联值小于所述电阻阈值、且大于所述电阻阈值的一半，则获取所述待检测电池的正极绝缘电阻和负极绝缘电阻，根据所述正极绝缘电阻和所述负极绝缘电阻确定所述待检测电池是否存在绝缘故障；
若所述绝缘电阻并联值小于所述电阻阈值的一半，则所述待检测电池存在绝缘故障。
8.根据权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，所述控制所述交流信号源提供交流信号，检测所述第一电阻的电压，包括：
控制断开第一开关和第二开关；
控制所述交流信号源注入一频率为ω1、幅值为Us的正弦信号，检测所述第一电阻两端的电压为Um1；
控制所述交流信号源注入一频率为ω2、幅值为Us的正弦信号，检测所述第一电阻两端的电压为Um2；
则所述根据所述交流信号、所述第一电阻的电压构造方程，获取待检测电池的绝缘电阻并联值和寄生电容并联值，包括：
根据Us、Um1构造方程(1)：
Figure FDA0002143530610000021
根据Us、Um2构造方程(2)：
Figure FDA0002143530610000022
根据所述方程(1)和所述方程(2)计算获取所述待检测电池的绝缘电阻并联值Rb和寄生电容并联值Cb；其中，Rr表示所述第一电阻的阻值。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取所述待检测电池的正极绝缘电阻和负极绝缘电阻，包括：
控制关闭所述交流信号源；
闭合第一开关，检测获取第三电阻的电压Un1，并根据所述待检测电池的电压U、和所述第三电阻的电压Un1，构造方程(3)：
Figure FDA0002143530610000031
闭合第一开关和第二开关，检测获取所述第三电阻的电压Un2，并根据所述待检测电池的电压U、和所述第三电阻的电压Un1，构造方程(4)：
Figure FDA0002143530610000032
根据所述方程(3)、所述方程(4)以及方程(5)
Figure FDA0002143530610000033
计算获取所述待检测电池的正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn；
其中，R1表示所述第二电阻的阻值，R2表示所述第三电阻的阻值，R3表示第四电阻的阻值，Rb表示所述待检测电池的绝缘电阻并联值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述正极绝缘电阻和所述负极绝缘电阻确定所述待检测电池是否存在绝缘故障，包括：
若所述正极绝缘电阻和所述负极绝缘电阻均大于所述电阻阈值，则所述待检测电池无绝缘故障；
否则，所述待检测电池存在绝缘故障。
11.一种绝缘电阻的检测装置，其特征在于，应用于包括权利要求1至4任一项所述的绝缘电阻的检测电路的绝缘电阻检测装置中，所述装置还包括：
处理器，用于控制所述交流信号源提供交流信号，检测第一电阻的电压；
所述处理器还用于根据所述交流信号、所述第一电阻的电压构造方程，获取待检测电池的绝缘电阻并联值和寄生电容并联值。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于根据所述绝缘电阻并联值判断所述待检测电池是否存在绝缘故障。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述处理器具体用于：
若所述绝缘电阻并联值大于预设电阻阈值，则所述待检测电池无绝缘故障；
若所述绝缘电阻并联值小于所述电阻阈值、且大于所述电阻阈值的一半，则获取所述待检测电池的正极绝缘电阻和负极绝缘电阻，根据所述正极绝缘电阻和所述负极绝缘电阻确定所述待检测电池是否存在绝缘故障；
若所述绝缘电阻并联值小于所述电阻阈值的一半，则所述待检测电池存在绝缘故障。
14.根据权利要求11至13任一项所述的装置，其特征在于，所述处理器还具体用于：
控制断开第一开关和第二开关；
控制所述交流信号源注入一频率为ω1、幅值为Us的正弦信号，检测所述第一电阻两端的电压为Um1；
控制所述交流信号源注入一频率为ω2、幅值为Us的正弦信号，检测所述第一电阻两端的电压为Um2；
则所述根据所述交流信号、所述第一电阻的电压构造方程，获取待检测电池的绝缘电阻并联值和寄生电容并联值，包括：
根据Us、Um1构造方程(1)：
Figure FDA0002143530610000041
根据Us、Um2构造方程(2)：
Figure FDA0002143530610000042
根据所述方程(1)和所述方程(2)计算获取所述待检测电池的绝缘电阻并联值Rb和寄生电容并联值Cb；其中，Rr表示所述第一电阻的阻值。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述处理器还具体用于：
控制关闭所述交流信号源；
闭合第一开关，检测获取第三电阻的电压Un1，并根据所述待检测电池的电压U、和所述第三电阻的电压Un1，构造方程(3)：
Figure FDA0002143530610000043
闭合第一开关和第二开关，检测获取所述第三电阻的电压Un2，并根据所述待检测电池的电压U、和所述第三电阻的电压Un1，构造方程(4)：
Figure FDA0002143530610000044
根据所述方程(3)、所述方程(4)以及方程(5)
Figure FDA0002143530610000045
计算获取所述待检测电池的正极绝缘电阻Rp和负极绝缘电阻Rn；
其中，R1表示所述第二电阻的阻值，R2表示所述第三电阻的阻值，R3表示第四电阻的阻值，Rb表示所述待检测电池的绝缘电阻并联值。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于：
若所述正极绝缘电阻和所述负极绝缘电阻均大于所述电阻阈值，则所述待检测电池无绝缘故障；
否则，所述待检测电池存在绝缘故障。
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