[发明专利]动力电池绝缘阻抗在线监测装置及方法

权利要求书

1.一种动力电池绝缘阻抗在线监测装置，该动力电池用于驱动电动车，其特征在于，所述监测装置包括：控制器单元、信号转换模块、继电器开关模块和信号放大模块，

控制器单元的一个输出端接入信号转换模块，控制器单元的另一个输出端接入继电器开关模块，信号转换模块的输出端分别接入继电器开关模块和信号放大模块，信号放大模块的输出端接入控制器单元，

控制器单元产生PWM信号，信号转换模块将控制器单元输出的PWM信号转换成固定频率的正弦信号；

控制器单元控制继电器开关模块的切换；

正弦信号经过继电器开关模块后注入动力电池输出回路；

信号放大模块将获取的绝缘阻抗检测信号调整到控制器单元可检测范围内；

控制器单元通过采集到的绝缘阻抗检测信号，计算获得动力电池绝缘阻抗值。

2.根据权利要求1所述的动力电池绝缘阻抗在线监测装置，其特征在于，控制器单元通过CAN总线连接车辆控制单元，控制器单元将获得的动力电池绝缘阻抗值通过CAN总线上报给电动车的车辆控制单元。

3.根据权利要求1所述的动力电池绝缘阻抗在线监测装置，其特征在于，信号转换模块采用无源RC滤波电路将控制器单元输出的PWM信号转换成相同频率的正弦信号，并将该正弦信号注入动力电池储能装置输出回路中，

其中，信号转换模块的输入端Vin1处为PWM信号输入端，连接至控制器单元和电阻R1，电阻R1、R2和NPN型三极管Q1组成驱动电路，用以提高控制器输出管脚的电流驱动能力；

NPN型三极管Q1的集电极连接电阻R3，电阻R3、R4和电容C1、C2组成二阶滤波器，用以将PWM信号转换成同频率的正弦信号；

电阻R4接入运算放大器U1的一个输入端，同时，电阻R5、R6和运算放大器U1及直流电压Vref组成信号调理电路，用以进行阻抗隔离，避免运算放大器后端电路的阻抗变化对其前端滤波电路的影响，

此时直流电压Vref用于调整转换后正弦信号的直流偏置而便于后续电路的放大处理；

运算放大器U1的一个输出端连接电阻R7，电阻R7是用于与被测量的绝缘阻抗形成分压电路，从而使得信号转换模块的输出端Vout1处正弦信号幅值变化与被测量的绝缘阻抗产生正相关性。

4.根据权利要求1所述的动力电池绝缘阻抗在线监测装置，其特征在于，控制器单元控制继电器开关模块的光电MOS器件的通断，从而将信号转换模块输出的正弦信号注入电池储能装置输出回路中；

其中，继电器开关模块的Vin2处为正弦信号输入端，被连接至信号转换模块输出端Vout1处；

Vin2处通过电容C3连接光电MOS器件U2的输出端，电容C3用于隔离被注入的正弦信号直流分量；

电阻R8、NPN型三极管Q2和光电MOS器件U2组成正弦信号注入通道，IO1处为控制器单元的IO1控制端口，用于控制正弦信号注入通道的通断状态；

电阻R8、NPN型三极管Q3和光电MOS器件U3组成绝缘检测功能验证电路，IO2处为控制器单元的IO2控制端口，电阻R9用于替换等效绝缘阻抗，用以在系统初始化过程中预先验证绝缘检测电路能否有效工作；

继电器开关模块的Vout2处连接光电MOS器件U2的输出端，为正弦信号输出端，被连接至动力电池储能装置输出回路中任意节点。

5.根据权利要求1所述的动力电池绝缘阻抗在线监测装置，其特征在于，信号放大模块的电路中，信号放大模块的Vin3处为正弦信号输入端，被连接至信号转换模块输出端Vout1和继电器开关模块输入端Vin2处；

与信号放大模块Vin3连接的电容C4用于隔离被注入的正弦信号直流分量，并能降低电池模组串联电压耦合干扰；

电阻R10、R11、R12和电容C5和直流电压Vref及运算放大器U4组成信号放大电路；

电阻R12与电容C5并联用作低频滤波器，用于减小电池储能装置输出回路中耦合而来的高频噪声干扰；

与，信号放大模块的输出端连接的电阻R13用于降低模数转换器前端采样噪声的影响；

信号放大模块的Vout3输出被放大的正弦信号，连接至控制器单元的模数转换器输入端。

6.一种动力电池绝缘阻抗在线监测方法，基于如权利要求1所述的动力电池绝缘阻抗在线监测装置，其特征在于，所述检测方法包括步骤：

系统初始化后，启动控制器单元的定时器，以等时间间隔采集绝缘阻抗检测信号数据，并将获得的采样数据载入数组DIN[N]中；

将数组DIN[N]分别载入公式(1)和公式(2)中，计算得到频域下被测正弦信号所在频点的幅值实部Xk_Re和幅值虚部Xk_Im；

根据公式(3)得到频域下被测正弦信号所在频点的幅度模值Xk，则该模值与被测正弦信号的时域幅值成正相关性；

将频域内被测正弦信号的幅度模值Xk通过标定所得分段函数公式(4)计算得到绝缘阻抗值Riso；

最后，将绝缘阻抗值Riso以规定的CAN报文帧形式上传至CAN总线网络，并依次循环工作，其中的公式是，

B_i＝R_i-K_i·num_i (6)

N表示采样数据个数，fo表示被测正弦信号的频率，fs表示采样频率，π为圆周率，n为采样数组中某点的序列号；

公式(4)为计算绝缘阻抗值Riso的分段函数，它表示在被测正弦信号的幅度模值Xk满足num_i-1≤Xk<num_i，Xk载入R_iso＝K_i·Xk+B_i得到绝缘阻抗值Riso；其中，

num_i(i∈N₊)表示通过将标准电阻Ro连接于电池储能装置输出回路与壳体地之间，将其等效成实际绝缘阻抗值Riso，然后按已知的阻值梯度R_i(i∈N₊)改变标准电阻Ro的阻值，并得到不同等效绝缘阻值下的被测正弦信号所在频点的幅度模值Xk；

公式(5)表示该分段函数的一次线性函数的斜率K_i(i∈N₊)；

公式(6)表示该分段函数的一次线性函数的零位偏置B_i(i∈N₊)。