[发明专利]动力电池绝缘阻抗在线监测装置及方法

说明书

一种动力电池绝缘阻抗在线监测装置，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。

技术领域

本发明属于电动车技术领域，特别涉及一种动力电池绝缘阻抗在线监测装置及方法。

背景技术

随着新能源科技的不断发展，电动汽车的使用已经越来越普遍。与传统汽车以燃油为动力源的特点不同，电动汽车是以电池包储能系统作为其动力源。为了尽可能增大电动汽车的续航里程，通常电池包储能系统具有高电压、大电流的特点。

电动汽车在正常使用的理想情况下，电池包储能系统及其高压电气回路作为一个完全封闭的系统，它与电动汽车壳体和底盘之间是完全绝缘的。然而电动汽车在长期使用过程中，汽车行驶路况颠簸以及暴晒雨淋等恶劣环境因素，使得汽车内部电池系统及电气回路容易受到振动、温度和湿度急剧变化以及酸碱腐蚀的影响，这将加剧高压电气回路部件的老化和破损，从而导致高压电气回路与汽车壳体间绝缘阻抗不断降低。

同时，电动汽车的电池模组是由许多节电芯依次通过铜排连接而串联组成，当电动汽车在受到车辆撞击和刮蹭等外部应力作用时，这些电芯容易发生铜排脱落或者电芯损坏漏液等现象，这也将导致高压电气回路与汽车壳体或底盘之间发生绝缘性能下降的问题。

当高压电气回路与汽车壳体间绝缘阻抗降低到一定程度时，高压电气回路母线两端将与汽车壳体底盘之间通过该低阻抗绝缘故障路径而形成漏电回路，导致汽车壳体底盘电位急剧上升，这不仅极大地影响车辆的正常使用，而且也会对驾驶人员以及乘客的人身安全造成严重危害。

因此，为了提高电动汽车的绝缘安全性能，避免因绝缘不良而引发的安全事故，如何能够准确地、快速地监测高压电气系统与车辆壳体底盘之间的绝缘状态则显得尤为重要。

目前，国内针对电动汽车中电池储能装置的绝缘监测方法主要分为两种，一种是外加电阻切换的方法进行检测，另一种是采用采用低频PWM信号注入的方法进行检测。其中，外加电阻切换检测方法的工作原理表述为，如图1所示，假设电池储能装置的绝缘阻抗等效为Rp和Rn，分别为电池储能装置高电压正端或负端对车壳体地之间的绝缘阻抗；R0为已知电阻，S1和S2均为切换开关，分别并联于等效绝缘阻抗Rp和Rn两端；Vp和Vn分别为等效绝缘阻抗Rp和Rn两端检测电压。以等效绝缘阻抗Rp的检测过程为例，当S1断开时，电池储能装置高电压正端对车壳体地之间的绝缘阻抗为Rp，此时Vp电压检测值为Vp1；当S1闭合时，电池储能装置高电压正端对车壳体地之间的绝缘阻抗为Rp与Rc1并联阻抗，此时Vp电压检测值为Vp2；同理，当S2断开或闭合时，Vn电压检测值分别为Vn1和Vn2；根据电路原理计算可得，等效绝缘阻抗Rp和Rn的阻值分别为：

和

因此，在开关S1和S2在不同通断状态下，通过监测电压信号Vp和Vn的幅值大小，就可以通过上述公式换算得到绝缘阻抗Rp和Rn的实时阻值大小。