專利名稱：電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置。
背景技術(shù)：
在已有的新能源汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，對(duì)于電池組高壓檢測(cè)和絕緣電阻檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)需要分別采用兩套電路系統(tǒng)來完成，使得整個(gè)系統(tǒng)的電子元器件成本大幅上升。在已有的電池組高壓檢測(cè)系統(tǒng)中，其輸入端的直流內(nèi)阻大都不能滿足大于10ΜΩ 的要求，電池組高壓不僅會(huì)在電阻分壓網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生較大的功率損耗，帶來系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)熱問題，而且電阻元器件的發(fā)熱會(huì)進(jìn)ー步影響到電池組高壓檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度。此外，檢測(cè)系統(tǒng)容易遭受車輛行駛狀態(tài)下高壓系統(tǒng)干擾信號(hào)(包括EMI)的影響，導(dǎo)致檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度大大降低，檢測(cè)系統(tǒng)的可用性會(huì)大打折扣。有鑒于此，確有必要提供一種能夠在同一套信號(hào)采樣電路系統(tǒng)內(nèi)分時(shí)完成電池組高壓檢測(cè)和絕緣電阻檢測(cè)兩部分功能的電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在干提供一種電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置，其能夠在同一套信號(hào)采樣電路系統(tǒng)內(nèi)分時(shí)完成電池組高壓檢測(cè)和絕緣電阻檢測(cè)兩部分功能，成本低，測(cè)量精度高。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置，其包括高壓信號(hào)調(diào)理電路、電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)切換矩陣、低壓信號(hào)調(diào)理電路、増益可編程全差分放大電路、ADC采樣電路、數(shù)字隔離電路和單片機(jī)系統(tǒng)；所述高壓信號(hào)調(diào)理電路包括T型濾波器Zl和T型濾波器Z2 ；所述電阻分壓網(wǎng)絡(luò)包括電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4、采樣電阻Rs 1和采樣電阻 Rs2 ；所述電子開關(guān)切換矩陣包括開關(guān)K1、開關(guān)K2和開關(guān)K3 ；所述低壓信號(hào)調(diào)理電路包括濾波電路Ti和濾波電路TA ；所述增益可編程全差分放大電路包括全差分放大器Al、全差分放大器A2、基準(zhǔn)電壓N4和基準(zhǔn)源N5 ；電池組的正極與T型濾波器Zl的輸入端連接，電池組的負(fù)極與T型濾波器Z2的輸入端連接；電阻R1、電阻R2、采樣電阻Rsl、采樣電阻Rs2、電阻R3和電阻R4依次串聯(lián)，所組成的串聯(lián)電路的一端與T型濾波器Zl的輸出端連接，另一端與T型濾波器Z2的輸出端連接；開關(guān)Kl的一端連接在采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2的連接點(diǎn)上，另一端連接機(jī)殼；開關(guān)K2連接在電阻R2的兩端；開關(guān)K3連接在電阻R3的兩端；采樣電阻Rsl兩端的電壓信號(hào)經(jīng)由濾波電路B進(jìn)行濾波后，傳送到全差分放大器 Al進(jìn)行全差分放大，再輸入ADC采樣電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后通過SPI通道輸入單片機(jī)系統(tǒng)；采樣電阻Rs2兩端的電壓信號(hào)經(jīng)由濾波電路Z4進(jìn)行濾波后，傳送到全差分放大器 A2進(jìn)行全差分放大，再輸入ADC采樣電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后通過SPI通道輸入單片機(jī)系統(tǒng)；所述數(shù)字隔離電路設(shè)置在所述ADC采樣電路和所述單片機(jī)系統(tǒng)之間的SPI通道上，對(duì)SPI通訊在電氣上隔離；所述單片機(jī)系統(tǒng)分時(shí)控制開關(guān)Kl處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，通過SPI通道接收采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2上的電壓值信息，根據(jù)所述電壓值信息計(jì)算獲得電池組的高壓值或絕緣電阻值。作為本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置的ー種改迸，所述單片機(jī)系統(tǒng)向開關(guān)K2、開關(guān)K3發(fā)送控制信號(hào)，控制開關(guān)K2、開關(guān)K3處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，調(diào)整所述電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的電壓衰減比例。作為本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置的ー種改迸，采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2為高精度采樣電阻。相對(duì)于現(xiàn)有技木，本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置具有以下有益效果(1)電池組的高壓檢測(cè)和絕緣電阻檢測(cè)共用同一套檢測(cè)裝置，可大大降低整個(gè)系統(tǒng)電子元器件材料成本；(2)高壓信號(hào)調(diào)理電路中采用經(jīng)調(diào)校的T型濾波器，可以有效濾除汽車在行駛過程中高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾信號(hào)(含EMI)；(3)低壓信號(hào)的檢測(cè)采用増益可編程全差分放大電路，即使是地線附近的微伏級(jí)信號(hào)也能真實(shí)檢測(cè)；(4)通過更換電阻分壓網(wǎng)絡(luò)中不同的電阻值(Rl R4)和采樣電阻值(Rsl、Rs2)， 可滿足不同電池組電壓的應(yīng)用情況，電池組最高電壓可達(dá)1000V ；(5)電池組高壓檢測(cè)和絕緣電阻檢測(cè)方法符合國(guó)內(nèi)外行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，且其測(cè)試精度均滿足使用要求，并已在實(shí)際應(yīng)用中得到了驗(yàn)證。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置及其有益技術(shù)效果進(jìn)行詳細(xì)說明，其中圖1是本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置的第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置的第三實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。需要說明的是，本說明書中描述的實(shí)施方式僅僅是本發(fā)明的部分實(shí)施方式，并非全部實(shí)施方式?；诒景l(fā)明中給出的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在未經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下獲得的所有其他實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請(qǐng)參見圖1所示，是本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置的第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明第一實(shí)施方式提供的電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置，包括高壓信號(hào)調(diào)理電路、電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)切換矩陣、低壓信號(hào)調(diào)理電路、増益可編程全差分放大電路、ADC采樣電路、數(shù)字隔離電路和單片機(jī)系統(tǒng)。具體如下高壓信號(hào)調(diào)理電路包括T型濾波器Zl和T型濾波器Z2 ；電阻分壓網(wǎng)絡(luò)包括電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4、采樣電阻Rsl和采樣電阻 Rs2 ；電子開關(guān)切換矩陣包括開關(guān)Kl、開關(guān)K2和開關(guān)K3 ；低壓信號(hào)調(diào)理電路包括濾波電路Ti和濾波電路TA ；増益可編程全差分放大電路包括全差分放大器Al、全差分放大器A2、基準(zhǔn)電壓N4 和基準(zhǔn)源N5 ；電池組的正極與T型濾波器Zl的輸入端連接，電池組的負(fù)極與T型濾波器Z2的輸入端連接；電阻R1、電阻R2、采樣電阻Rsl、采樣電阻Rs2、電阻R3和電阻R4依次串聯(lián)，所組成的串聯(lián)電路的一端與T型濾波器Zl的輸出端連接，另一端與T型濾波器Z2的輸出端連接；開關(guān)Kl的一端連接在采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2的連接點(diǎn)上，另一端連接機(jī)殼；開關(guān)K2連接在電阻R2的兩端；開關(guān)K3連接在電阻R3的兩端；采樣電阻Rsl兩端的電壓信號(hào)經(jīng)由濾波電路進(jìn)行濾波后，傳送到全差分放大器 Al進(jìn)行全差分放大，再輸入ADC采樣電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后通過SPI通道輸入單片機(jī)系統(tǒng)；采樣電阻Rs2兩端的電壓信號(hào)經(jīng)由濾波電路Z4進(jìn)行濾波后，傳送到全差分放大器 A2進(jìn)行全差分放大，再輸入ADC采樣電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后通過SPI通道輸入單片機(jī)系統(tǒng)；數(shù)字隔離電路設(shè)置在ADC采樣電路和單片機(jī)系統(tǒng)之間的SPI通道上，對(duì)SPI通訊在電氣上隔離；單片機(jī)系統(tǒng)分時(shí)控制開關(guān)Kl處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，通過SPI通道接收采樣電阻 Rsl和采樣電阻Rs2上的電壓值信息，根據(jù)所述電壓值信息計(jì)算獲得電池組的高壓值或絕緣電阻值。進(jìn)ー步的，單片機(jī)系統(tǒng)向開關(guān)K2、開關(guān)K3發(fā)送控制信號(hào)，控制開關(guān)K2、開關(guān)K3處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，調(diào)整所述電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的電壓衰減比例。圖1是電池組高壓檢測(cè)及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置的總電路圖，T型濾波器Zl和 T型濾波器Z2組成高壓信號(hào)調(diào)理電路，通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)值，能夠?yàn)V除汽車在行使過程中高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾信號(hào)(含EMI)。電阻Rl R4、采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2組成電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)把電池組的高壓值衰減成ー個(gè)較小的電壓值，便于后端ADC 采樣電路的識(shí)別。優(yōu)選的，采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2為高精度薄膜采樣電阻，采用“開爾文”連接方式。在電子開關(guān)切換矩陣中，開關(guān)Kl完成電池組高壓檢測(cè)和絕緣電阻檢測(cè)功能的切換，開關(guān)K2和開關(guān)K3完成測(cè)試量程的切換。低壓信號(hào)調(diào)理電路(濾波電路Z3、濾波電路Z4)和増益可編程全差分放大電路(全差分放大器Al、全差分放大器A2、基準(zhǔn)電壓N4 和基準(zhǔn)源N5)完成進(jìn)行微伏級(jí)信號(hào)的調(diào)理和放大功能，并在單電源供電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)全差分放大功能。其中，ADC采樣電路m為M位高精度A/D轉(zhuǎn)換器，可確保高精度的信號(hào)采樣。 數(shù)字隔離電路N2完成SPI通訊在電氣上的隔離功能，同時(shí)還包括供電電源的隔離電路，從而使得電池組高壓系統(tǒng)和單片機(jī)低壓系統(tǒng)之間在電氣上完全隔離。單片機(jī)系統(tǒng)N3通過SPI 通訊傳遞測(cè)試數(shù)據(jù)，換算出對(duì)應(yīng)電池組的高壓值和絕緣電阻值，并完成數(shù)據(jù)分析和處理功能。下面結(jié)合圖2和圖3所示，對(duì)本發(fā)明電池組的高壓值和絕緣電阻值的檢測(cè)方法進(jìn)行詳細(xì)說明。請(qǐng)參見圖2所示，是本發(fā)明提供的電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為電池組高壓檢測(cè)的等效電路圖，在電池組高壓檢測(cè)過程中，單片機(jī)系統(tǒng)N3 控制圖1中電子開關(guān)Kl始終處于斷開狀態(tài)。電池組高壓值通過T型濾波器和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)后，在兩個(gè)采樣電阻(采樣電阻Rsl和采樣電阻RS2)兩端會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)比例的電壓降，后端的單片機(jī)采樣系統(tǒng)通過準(zhǔn)確采樣兩個(gè)采樣電阻上的電壓值，即可換算成對(duì)應(yīng)的電池組高壓值。通過單片機(jī)系統(tǒng)N3控制電子開關(guān)K2和K3的導(dǎo)通和關(guān)斷，可以調(diào)整電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的衰減比例，從而滿足電池組電壓在低端時(shí)的高精度采樣要求。請(qǐng)參見圖3所示，是本發(fā)明提供的電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置的第三實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為電池組絕緣電阻檢測(cè)的等效電路圖。在電池組絕緣電阻檢測(cè)過程中，單片機(jī)系統(tǒng)N3控制圖1中電子開關(guān)Kl始終處于閉合狀態(tài)，通過單片機(jī)系統(tǒng)N3依照國(guó)標(biāo)GB/T 18384. 1-2001中絕緣電阻檢測(cè)的方法，控制電子開關(guān)K2和電子開關(guān)K3的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而得出多組數(shù)學(xué)方程式，分別計(jì)算出電池組高壓正端到機(jī)殼的絕緣電阻值RP和電池組高壓負(fù)端到機(jī)殼的絕緣電阻值RN。根據(jù)這兩個(gè)絕緣電阻值的大小，可以判斷當(dāng)前電池組高壓系統(tǒng)中是否存在高壓安全問題，并通過約定的高壓控制策略及時(shí)作出相應(yīng)的處理，保障人車安全。相對(duì)于現(xiàn)有技木，本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置具有以下技術(shù)效果能夠在同一套信號(hào)采樣電路系統(tǒng)內(nèi)分時(shí)完成電池組高壓檢測(cè)和絕緣電阻檢測(cè)兩部分功能，降低了成本；在高壓信號(hào)調(diào)理電路中采用經(jīng)調(diào)校的T型濾波器來濾除汽車在行駛過程中高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾信號(hào)(含EMI)，提高了測(cè)量精度；此外，在増益可編程全差分放大電路中通過對(duì)基準(zhǔn)源信號(hào)的有效處理，實(shí)現(xiàn)了在單電源供電系統(tǒng)中真實(shí)的全差分放大功能。根據(jù)上述說明書的掲示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏托薷?。因此，本發(fā)明并不局限于上面掲示和描述的具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的ー些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了ー些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
權(quán)利要求
1.一種電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置，其特征在干，包括高壓信號(hào)調(diào)理電路、 電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)切換矩陣、低壓信號(hào)調(diào)理電路、増益可編程全差分放大電路、ADC采樣電路、數(shù)字隔離電路和單片機(jī)系統(tǒng)；所述高壓信號(hào)調(diào)理電路包括T型濾波器Zl和T型濾波器Z2 ；所述電阻分壓網(wǎng)絡(luò)包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2 ；所述電子開關(guān)切換矩陣包括開關(guān)K1、開關(guān)K2和開關(guān)K3 ；所述低壓信號(hào)調(diào)理電路包括濾波電路Z3和濾波電路Z4 ；所述增益可編程全差分放大電路包括全差分放大器Al、全差分放大器A2、基準(zhǔn)電壓N4 和基準(zhǔn)源N5 ；電池組的正極與T型濾波器Zl的輸入端連接，電池組的負(fù)極與T型濾波器Z2的輸入端連接；電阻R1、電阻R2、采樣電阻Rsl、采樣電阻Rs2、電阻R3和電阻R4依次串聯(lián)，所組成的串聯(lián)電路的一端與T型濾波器Zl的輸出端連接，另一端與T型濾波器Z2的輸出端連接； 開關(guān)Kl的一端連接在采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2的連接點(diǎn)上，另一端連接機(jī)殼；開關(guān)K2 連接在電阻R2的兩端；開關(guān)K3連接在電阻R3的兩端；采樣電阻Rsl兩端的電壓信號(hào)經(jīng)由濾波電路B進(jìn)行濾波后，傳送到全差分放大器Al 進(jìn)行全差分放大，再輸入ADC采樣電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后通過SPI通道輸入單片機(jī)系統(tǒng)；采樣電阻Rs2兩端的電壓信號(hào)經(jīng)由濾波電路Z4進(jìn)行濾波后，傳送到全差分放大器A2 進(jìn)行全差分放大，再輸入ADC采樣電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后通過SPI通道輸入單片機(jī)系統(tǒng)；所述數(shù)字隔離電路設(shè)置在所述ADC采樣電路和所述單片機(jī)系統(tǒng)之間的SPI通道上，對(duì) SPI通訊在電氣上隔離；所述單片機(jī)系統(tǒng)分時(shí)控制開關(guān)Kl處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，通過SPI通道接收采樣電阻 Rsl和采樣電阻Rs2上的電壓值信息，根據(jù)所述電壓值信息計(jì)算獲得電池組的高壓值或絕緣電阻值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置，其特征在干，所述單片機(jī)系統(tǒng)向開關(guān)K2、開關(guān)K3發(fā)送控制信號(hào)，控制開關(guān)K2、開關(guān)K3處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)， 調(diào)整所述電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的電壓衰減比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置，其特征在于，采樣電阻Rsl和采樣電阻Rs2為高精度采樣電阻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置，其包括高壓信號(hào)調(diào)理電路、電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)切換矩陣、低壓信號(hào)調(diào)理電路、增益可編程全差分放大電路、ADC采樣電路、數(shù)字隔離電路和單片機(jī)系統(tǒng)；電阻分壓網(wǎng)絡(luò)包括采樣電阻Rs1和采樣電阻Rs2；電子開關(guān)切換矩陣包括開關(guān)K1、K2、K3；單片機(jī)系統(tǒng)分時(shí)控制電子開關(guān)K1處于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，通過SPI通道接收采樣電阻Rs1和采樣電阻Rs2上的電壓值信息，根據(jù)電壓值信息計(jì)算獲得電池組的高壓值或絕緣電阻值。采用本發(fā)明電池組高壓及絕緣電阻檢測(cè)一體化裝置，能夠在同一套信號(hào)采樣電路系統(tǒng)內(nèi)分時(shí)完成電池組高壓檢測(cè)和絕緣電阻檢測(cè)兩部分功能，成本低，測(cè)量精度高。
文檔編號(hào)G01R31/36GK102540101SQ20121005296
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者成勇, 胡建國(guó), 黃世霖 申請(qǐng)人:寧德新能源科技有限公司