一種測定電池組漏電的系統和方法

一種測定電池組漏電的系統和方法
【專利摘要】本發明公開了一種測定電池組漏電的系統和方法：該系統包括：待測模塊、高壓輸出模塊、檢測模塊及結果顯示模塊；待測模塊包括一虛擬電阻R?，該虛擬電阻R?形成于電池箱外壁端和電池組外殼端之間，虛擬電阻R?直接串聯接入檢測模塊中；高壓輸出模塊輸出高壓至檢測模塊中；檢測模塊將檢測到的電壓信號反饋給結果顯示模塊；結果顯示模塊對反饋過來的信號進行處理并輸出最終結果。本發明通過檢測電池組與電池箱之間的絕緣電阻，可快速有效判定出電池組是否漏電，檢測結果準確、檢測效率高，適用于檢測動力蓄電池是否發生漏電危險的任何場景。此外，它還帶有報警功能，能夠提醒用戶采取保護措施，避免因漏電帶來人員傷亡和其他系統損壞，提高了行車安全性。
【專利說明】一種測定電池組漏電的系統和方法
【技術領域】[0001]本發明涉及電源領域，特別涉及一種測定電池組漏電的系統和方法。
【背景技術】
[0002]目前，電動汽車事業取得了長足的進步，但由于采用了高電壓電機，其動力安全性能成為了電動汽車發展的瓶頸。在以蓄電池為動力源的的電動汽車中，鋰離子電池由于具有能量密度大，工作電壓高，無記憶效應，循環壽命長等優點成為電動汽車的研究熱點。目前，電動汽車鋰離子電池組所用的電壓少則100多伏，多則500多伏，這種高壓已經遠遠超過國家規定的安全電壓值，這也意味該種動力蓄電池一旦發生漏電危險，立即會對人體生命造成嚴重威脅。因此，在電動汽車的動力系統安全問題上，高壓漏電問題不容忽視。
[0003]電動汽車的追尾、撞車、翻車容易引發電池外殼受擠壓而破損發生漏電危險。因此，各大科研院所，汽車生產廠家為避免該種電池事故就固定動力電池組已經做了一系列努力，如將電池組固定在由角鋼和鋼條焊接而成的電池架上，同時也利用各種方法將電池箱固定在車內的某個位置，有的甚至在電池組上采用了專用的沖壓器件。但盡管如此，動力電動汽車的運行工況十分復雜，上下顛簸，劇烈的扭轉和抖動都很難避免。因此，電池之間，或者電池與電池箱之間都很容易發生相互摩擦，碰撞，擠壓，最終導致電池外殼破損而發生漏電的可能。一旦電動汽車電池組發生漏電沒有被及時有效地檢測到，也沒有立即采取有效措施，后果將不堪設想。因此，進行電動汽車電池組漏電安全檢測方法研究有具有極其重大的現實意義。
[0004]在現有技術中，檢測電動汽車電池漏電的設備較為復雜，檢測方式比較單一，檢測效率低下，因此，為了在高壓電路系統發生漏電時能被及時地檢測到并采取保護措施，非常有必要提出了一種能夠有效測定電動汽車電池漏電的方法和系統，是目前本領域技術人員亟待解決的技術問題。

【發明內容】

[0005]本發明為了克服現有技術的缺陷和不足，提供一種有效檢測電池組漏電的系統和方法。主要用于檢測電動汽車鋰離子電池組是否漏電。當檢測到的絕緣電阻值低于安全閥值時，系統能自動檢測出結果，還能發出報警信號供立即采取有效保護措施，避免因電池組漏電帶來的人員傷亡和其他系統損壞，本發明具有檢測結果準確、檢測效率高，電路結構簡單等特點。
[0006]本發明通過以下技術方案實現發明目的:
[0007]本發明公開了一種測定電動汽車鋰離子電池組漏電系統，該系統包括:待測模塊、高壓輸出模塊、檢測模塊及結果顯示模塊；其中，待測模塊包括一虛擬的電阻R?，該虛擬電阻R?形成于電池箱外壁端和電池組外殼端之間，所述虛擬電阻R?直接串聯接入檢測模塊中；高壓輸出模塊輸出高壓至檢測模塊中；檢測模塊用于將檢測到的信號反饋至結果顯示模塊，結果顯示模塊用于對反饋過來的信號進行處理并輸出最終結果。[0008]進一步:所述的檢測模塊電路包括:電阻R1、電阻R2、電阻R3及電阻R4，和一個射隨器Ul，其中，電阻R1、電阻R2與虛擬電阻R?串聯，電阻R3與射隨器Ul的同相輸入端相連，R4與射隨器Ul的輸出端相連，射隨器Ul輸出端的電壓直接等于電阻R2兩端的電壓值。
[0009]進一步:所述的高壓輸出模塊包括:高壓電源模塊和低壓電源，其中，低壓電源由儲備電源提供，經過高壓電源模塊轉換成高壓，直接輸出至檢測模塊。
[0010]優選的:高壓輸出模塊利用高壓電源模塊將儲備的低壓電源由+12V提升至所需的高壓值+500V。
[0011]進一步:所述的結果顯示模塊包括:中央控制單元MCU和顯示器，其中，中央控制單元MCU用于處理檢測模塊反饋過來的信號，顯示器用于顯示最終結果。
[0012]進一步:信號經過A/D轉換后，中央控制單元MCU利用編寫程序對反饋過來的信號進行處理，通過如下公式(I)計算得出虛擬電阻R?的值，并將電壓U2和虛擬電阻R?的值經過D/A轉換輸出至顯示器；
[0013]虛擬電阻R?= (U總-R1*(U2/R2)_U2)/(U2/R2)......公式(I)
[0014]其中，U總代表電阻R1、虛擬電阻R?和電阻R2電壓值之和，RU R2分別代表電阻R1、電阻R2的阻值，U2代表電阻R2兩端的電壓值。
[0015]進一步:根據所述公式(I)計算出來虛擬電阻R?的大小判斷電池組漏電的嚴重程度:當虛擬電阻R?值越小時，表示漏電越嚴重；當虛擬電阻R?值在安全閥值以上，虛擬電阻R?被視為絕緣電阻，電池組完全沒有漏電。
[0016]進一步:根據電壓U2`大小判斷電池組漏電的嚴重程度:當U2=0V時，表示電池阻安全無漏電；iU2=U,6*R2/(Rl+R2)時，表示電池阻完全漏電；當U2介于兩者之間時，表示電池阻部分漏電。
[0017]優選的:所述顯示器還帶有報警功能，當所檢測的虛擬電阻R?的阻值低過一定的安全閥值時，系統立即發出報警信號。
[0018]優選的:所述一定的安全閥值設定為2M歐姆。
[0019]優選的:所述高壓輸出模塊采用的是型號為YCH381的高壓電源模塊；所述射隨器Ul采用的是型號為MCP607的射極跟隨器；所述中央控制單元MCU采用的是C8051F系列單片機芯片。
[0020]進一步:所述電池組包括鋰離子電池組，鎳氫電池組，或其組合。
[0021]本發明還公開了一種測定電池組漏電的方法，包括如下步驟:
[0022](I)、將待測虛擬電阻R?直接串聯接入檢測模塊中，所述虛擬電阻R?形成于電池箱外壁端和電池組外殼端之間；
[0023](2)、高壓輸出模塊輸出高壓至檢測模塊中；
[0024](3)、檢測模塊將檢測到的信號反饋給結果顯示模塊；
[0025](4)、結果顯示模塊對反饋過來的信號進行處理并輸出最終結果。
[0026]進一步:所述步驟(1)中將虛擬電阻R?直接串聯接入檢測模塊中，具體包括:將電阻Rl、電阻R2與虛擬電阻R?串聯，電阻R3與射隨器Ul的同相輸入端相連，R4與射隨器Ul的輸出端相連，射隨器Ul輸出端的電壓直接等于電阻R2兩端的電壓值。
[0027]進一步:所述步驟(2)中高壓輸出模塊輸出高壓至檢測模塊中，具體包括:將由儲備電源提供的低壓電源，經過高壓電源模塊轉換成高壓，直接輸出至檢測模塊。[0028]優選的:高壓輸出模塊利用高壓電源模塊將儲備的低壓電源由+12V提升至所需的高壓值+500V。
[0029]進一步:所述步驟(4)具體包括:信號經過A/D轉換后，中央控制單元MCU利用編寫程序對反饋過來的信號進行處理，通過如下公式(I)計算得出虛擬電阻R?的值，并將電壓U2和虛擬電阻R?的值經過D/A轉換輸出至顯示器；
[0030]虛擬電阻R?= (U總-R1*(U2/R2)_U2)/(U2/R2)......公式(I)
[0031]其中，U總代表電阻R1、虛擬電阻R?和電阻R2電壓值之和，Rl、R2分別代表電阻R1、電阻R2的阻值，U2代表電阻R2兩端的電壓值。
[0032]進一步:根據所述公式(I)計算出來虛擬電阻R?的大小判斷電池組漏電的嚴重程度:當虛擬電阻R?值越小時，表示漏電越嚴重；當虛擬電阻R?值在安全閥值以上，虛擬電阻R?被視為絕緣電阻，電池組完全沒有漏電。
[0033]進一步:根據電壓U2大小判斷電池組漏電的嚴重程度:當U2=0V時，表示電池阻安全無漏電；iU2=U,6*R2/(Rl+R2)時，表示電池阻完全漏電；當U2介于兩者之間時，表示電池阻部分漏電。
[0034]優選的:當所檢測的虛擬電阻R?的阻值低過一定的安全閥值時，系統立即發出報警信號。
[0035]與現有技術相比較，本發明技術方案具有以下有益效果:
[0036]1、本發明可以檢測到電池箱內壁端與電池組外殼端之間的虛擬電阻R?的阻值大小，并可以根據虛擬電阻R?阻值的大小，進而來判斷漏電的嚴重程度。進一步，能及時產生報警信息，提醒采取保護措施，避免因電池組漏電帶來的人員傷亡和其他系統損壞，提高了行車的安全性。
[0037]2、本發明檢測模塊III中由于采用了射隨器U1，解決了中央控制單元MCU內阻太小的問題。因為中央控制單元MCU內阻太小，直接并聯在電阻R2兩端，會分攤掉串聯電路中大部分的電流，使得流經電阻R2兩端的電流偏小，因此，檢測到電阻R2兩端的電壓變小了，最終導致檢測的結果存在很大誤差。因此，本發明由于采用內阻非常大的射隨器Ul并聯接入，可以看成一個電壓表直接并聯在電阻R2兩端，使得檢測到的電壓值U2更加精確。
[0038]3、本發明電路結構簡單明了，操作簡潔，具有檢測結果準確、檢測效率高等特點，適于廣泛應用于檢測動力蓄電池是否發生漏電危險的任何場景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]以下結合附圖對本發明的技術方案做進一步具體說明。
[0040]圖1是本發明所述測定電池組漏電的系統結構框圖；
[0041 ] 圖2是本發明所述測定電池組漏電的系統電路圖；
[0042]圖3是本發明所述測定電池組漏電的方法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0043]本發明提供了一種測定電池組漏電的系統，參見附圖1、附圖2所示，該系統包括待測模塊1、高壓輸出模塊I1、檢測模塊II1、結果顯示模塊IV ;其中，待測模塊I中電池箱內壁端與電池組外殼端形成一個虛擬的電阻R?,虛擬電阻R?直接串聯接入檢測模塊III中；高壓輸出模塊II由高壓電源模塊和低壓電源組成，并直接輸出高壓至檢測模塊III中；檢測模塊III包括四個電阻:電阻R1、電阻R2、電阻R3及電阻R4，和一個射隨器U1，其中，電阻R1、電阻R2與虛擬電阻R?串聯，電阻R3與射隨器Ul的同相輸入端相連，電阻R4與Ul的輸出端相連；結果顯示模塊IV包括MCU中央控制單元和LCD顯示器，MCU左端的一個引腳與電阻R4的右端相連，中央處理單元MCU右端的一個引腳與IXD顯示器相連。
[0044]本發明工作原理是:當電動汽車電池組安全無漏電時，電池箱內壁端與電池外殼端之間是絕緣的，所以在二者之間形成的虛擬電阻R?近似一個絕緣電阻，虛擬電阻R?的阻值非常大。一般規定，阻值超過安全閥值都可看作是絕緣電阻。所述的安全閥值，一般是按行業電器安全標準而定，有時也可以根據汽車商家的建議而設定，這里，優選的，取電阻安全閥值為2M歐姆。當虛擬電阻R?串聯進入檢測模塊III后，在檢測電路形成的電路是斷開的，中央控制單元MCU檢測到的電阻R2兩端的電壓值U2=0V。
[0045]而當電動汽車的電池組破損非常嚴重，完全漏電時，電池箱內壁與電池外殼端之間等于導通，近似于一根導線直接接入電路，虛擬電阻R?的阻值約等于O。所以，當虛擬電阻R?串聯接入檢測模塊III中后，檢測模塊III形成的電路等效于一條只由電阻RU電阻R2串聯形成的電路，中央控制單元MCU檢測到R2兩端的電壓值U2 = U,6 *R2/(R1+R2)，U總等于電阻Rl和電阻R2電壓之和，此時，電阻R2兩端電壓值U2達到可測到的最大值。
[0046]當電動汽車的電池外殼沒有完全漏電時，電池箱內壁與電池外殼端之間就形成一個阻值介于0和安全閥值阻值之間的電阻，其阻值可通過以下方式推導出來:由于電阻R1、虛擬電阻R?、電阻R2串聯，因此，三者的電壓加起來等于U總，由于電阻R1、電阻R2阻值已知，R2兩端的電壓值U2可以通過檢測模塊III檢測得到，因此，電路中的電流I串=U2/R2。進一步地，Rl兩端的電壓值U1=R1*I串=R1*(U2/R2)。進一步地，虛擬電阻R?兩端的電壓值 U?=U@-U1-U2。進一步地，虛擬電阻 R?=U?/I $ =(U,6-U1-U2)/(U2/R2)= (U,6_R1*(U2/R2)-U2)/(U2/R2)。由于，U總’ Rl, R2，U2的值已知，因此可以通過公式虛擬電阻R?= (U總-R1*(U2/R2)-U2) /(U2/R2)求得虛擬電阻R?的阻值。
[0047]同理，這時中央控制單元MCU檢測到的U2的值也介于0和最大值之間。當U2=0V時，表示電池安全無漏電；當U2=U,6*R2/(R1+R2)時，表示電池完全漏電；當U2介于兩者之間時，表示電池部分漏電，其漏電的嚴重程度可以根據據公式虛擬電阻R?= (U,6-R1*(U2/R2)-U2)/(U2/R2)求出來的阻值大小來判斷。當虛擬電阻R?值越小時，表示漏電越嚴重。且一般認為阻值在安全閥值以上，都可以將虛擬電阻R?視為絕緣電阻，電池組完全沒有漏電。
[0048]信號經過A/D轉換后，中央控制單元MCU利用編寫程序對反饋過來的信號U2進行處理，直接采用公式虛擬電阻R?= (U-Rl*(U2/R2)-U2)/(U2/R2)計算得出虛擬電阻R?的值，并將U2和虛擬電阻R?的值經過D/A轉換輸出至IXD顯示器，因此，IXD顯示器可以直接顯示電壓U2和虛擬電阻R?的值。 [0049]作為優選，在中央控制單元MCU中，還利用程序編寫設定，當虛擬電阻R?的值低于安全閥值2M歐姆時，系統將由LCD顯示器發出報警信號，自動切斷高壓電源，并進一步采取保護措施。
[0050]作為優選，所述高壓輸出模塊II是型號為YCH381的高壓電源模塊，輸入電壓為+12V,輸出電壓為+500V，輸入的+12V電壓由汽車儲備電源提供。[0051]作為優選，所述的射隨器Ul采用的型號為MCP607的射極跟隨器。
[0052]作為優選，所述MCU中央控制單元為C8051F系列單片機芯片。
[0053]與上述測定系統相應的，本發明還提供了一種測定電池組漏電的方法，如圖3所示，圖3是本發明所述測定電池組漏電的方法流程示意圖，其測定步驟包括:
[0054](I)、將待測虛擬電阻R?直接串聯接入檢測模塊中，所述虛擬電阻R?形成于電池箱外壁端和電池組外殼端之間；
[0055](2)、高壓輸出模塊輸出高壓至檢測模塊中；
[0056](3)、檢測模塊將檢測到的信號反饋給結果顯示模塊；
[0057](4)、結果顯示模塊對反饋過來的信號進行處理并輸出最終結果。
[0058]本發明所述測定電池組漏電的系統和方法在實際運作中:
[0059]1、電池箱內壁端與電池組外殼端形成一個虛擬的電阻R?，直接串聯接入檢測模塊III的電路中；
[0060]2、電動汽車需要的動力電壓非常高，因此系統中，高壓輸出模塊II利用高壓電源模塊將汽車儲備的低壓電源+12V提升至所需的高壓值+500V，并直接輸出至檢測模塊III ;
[0061]3、射隨器Ul具有輸入電壓值等于輸出電壓的特性，且輸入電阻很高，流經的電流非常小，所以整個射隨器可以看 作是一個電壓表并聯接在電阻R2的兩端。
[0062]基于以上三點，檢測模塊III可以近似看作一條總電壓為+500V，且是電阻R1、虛擬電阻R?、電阻R2三個電阻串聯而成的回路，射隨器Ul輸出端輸出的電壓值等于R2兩端的電壓值，并通過電阻R4的另一端將信號U2反饋給中央控制單元MCU進行處理。
[0063]采用本發明技術方案，具有以下有益效果:
[0064]1、本發明可以檢測到電池箱內壁端與電池組外殼端之間的虛擬電阻R?的阻值大小，并可以根據虛擬電阻R?阻值的大小，進而來判斷漏電的嚴重程度。進一步，能及時產生報警信息，提醒采取保護措施，避免因電池組漏電帶來的人員傷亡和其他系統損壞，提高了行車的安全性。
[0065]2、本發明檢測模塊III中由于采用了射隨器U1，解決了中央控制單元MCU內阻太小的問題。因為中央控制單元MCU內阻太小，直接并聯在電阻R2兩端，會分攤掉串聯電路中大部分的電流，使得流經電阻R2兩端的電流偏小，因此，檢測到電阻R2兩端的電壓變小了，最終導致檢測的結果存在很大誤差。因此，本發明由于采用內阻非常大的射隨器Ul并聯接入，可以看成一個電壓表直接并聯在電阻R2兩端，使得檢測到的電壓值U2更加精確。
[0066]3、本發明電路結構簡單明了，操作簡潔，具有檢測結果準確、檢測效率高等特點，適于廣泛應用于檢測動力蓄電池是否發生漏電危險的任何場景。
[0067]本發明不僅限于應用于對電動汽車電池組的漏電進行檢測，更廣泛應用于對任何動力蓄電池進行漏電檢測的相同或相似應用場景。并且，所述檢測對象不僅包括鋰離子電池組，還包括鎳氫電池組等各種電池組，只要采用了本發明所述系統電路結構和方法及其工作原理檢測電池組漏電的情形均在本發明所涵蓋的范圍之內。
[0068]盡管上文對本發明進行了詳細說明，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種測定電池組漏電的系統，其特征在于:包括:待測模塊、高壓輸出模塊、檢測模塊及結果顯示模塊；其中，待測模塊包括一虛擬電阻R?，該虛擬電阻R?形成于電池箱外壁端和電池組外殼端之間，所述虛擬電阻R?直接串聯接入檢測模塊中；高壓輸出模塊輸出高壓至檢測模塊中；檢測模塊用于將檢測到的信號反饋至結果顯示模塊；結果顯示模塊用于對反饋過來的信號進行處理，并輸出最終結果。
2.根據權利I所述系統，其特征在于:所述的檢測模塊電路包括:電阻R1、電阻R2、電阻R3及電阻R4，和一個射隨器U1，其中，電阻R1、電阻R2與虛擬電阻R?串聯，電阻R3與射隨器Ul的同相輸入端相連，R4與射隨器Ul的輸出端相連，射隨器Ul輸出端的電壓直接等于電阻R2兩端的電壓值。
3.根據權利I或2所述系統，其特征在于:所述的高壓輸出模塊包括:高壓電源模塊和低壓電源，其中，低壓電源由儲備電源提供，經過高壓電源模塊轉換成高壓，直接輸出至檢測模塊；高壓輸出模塊利用高壓電源模塊將儲備的低壓電源由+12V提升至所需的高壓值+500V。
4.根據權利3所述系統，其特征在于:信號經過A/D轉換后，中央控制單元MCU利用編寫程序對反饋過來的信號進行處理，通過如下公式(I)計算得出虛擬電阻R?的值，并將電壓U2和虛擬電阻R?的值經過D/A轉換輸出至顯示器； R?= (U總-R1*(U2/R2)-U2)/(U2/R2)......公式(I) 其中，16代表電阻R1、虛擬電阻R?和電阻R2三者電壓值之和，Rl、R2分別代表電阻R1、電阻R2的阻值，U2代表電阻R2兩端的電壓值。
5.根據權利4所述系統，其特征在于:根據所述公式(I)計算出來虛擬電阻R?的大小判斷電池組漏電的嚴重程度:當虛擬電阻R?值越小時，表示漏電越嚴重；當虛擬電阻R?值在安全閥值以上，虛擬電阻R?被視為絕緣電阻，電池組完全沒有漏電。
6.根據權利4所述系統，其特征在于:根據電壓U2大小判斷電池組漏電的嚴重程度:當U2=0V時，表示電池阻安全無漏電^U2=U,6*R2/(R1+R2)時，表示電池阻完全漏電；當似介于兩者之間時，表示電池阻部分漏電。
7.根據權利5或6所述系統，其特征在于:所述顯示器還帶有報警功能，當所檢測的虛擬電阻R?的阻值低過一定的安全閥值時，系統立即發出報警信號；所述一定的安全閥值設定為2M歐姆。
8.根據權利1-7之一所述系統，其特征在于:所述高壓輸出模塊采用的是型號為YCH381的高壓電源模塊；所述射隨器Ul采用的是型號為MCP607的射極跟隨器；所述中央控制單元MCU采用的是C8051F系列單片機芯片。
9.一種測定電池組漏電的方法，其特征在于:包括如下步驟: (I )、將待測虛擬電阻R?直接串聯接入檢測模塊中，所述虛擬電阻R?形成于電池箱外壁端和電池組外殼端之間； (2)、高壓輸出模塊輸出高壓至檢測模塊中； (3)、檢測模塊將檢測到的信號反饋給結果顯示模塊； (4)、結果顯示模塊對反饋過來的信號進行處理，并輸出最終結果。
10.根據權利9所述方法，其特征在于:所述步驟(1)中將虛擬電阻R?直接串聯接入檢測模塊中，具體包括:將電阻R1、電阻R2與虛擬電阻R?串聯，電阻R3與射隨器Ul的同相輸入端相連，R4與射隨器Ul的輸出端相連，射隨器Ul輸出端的電壓直接等于電阻R2兩端的電壓值 。
【文檔編號】G01R31/02GK103675684SQ201210338571
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月13日 優先權日:2012年9月13日
【發明者】蔡燕鳳, 李小平, 邱顯煥, 蔣長林, 李偉善, 馮岸柏, 馮洪亮, 陳毅斌 申請人:深圳華粵寶電池有限公司