高压继电器状态在线监测装置和方法制造方法及图纸

一种高压继电器状态在线监测装置包括：低压控制模块，由线性稳压电源和微控制器组成；信号隔离模块，由隔离开关电源、串行通信隔离器以及光耦选通模块组成；高压监测模块，由信号转换模块和信号采样模块组成。线性稳压电源向所述的低压控制模块和信号隔离模块提供电能。微控制器模块判定高压继电器当前状态。隔离开关电源向所述的高压监测模块提供电能。串行通信隔离器为微控制器与高压监测模块间建立串行通信链路。光耦选通模块为高压监测模块选择当前待测高压继电器所对应的检测支路。信号转换模块通过当前已选通的检测支路将高压继电器触点的状态转换成电压信号。信号采样模块采集信号转换模块提供的各个电压信号。

On-line Monitoring Device and Method for High Voltage Relay State

An on-line monitoring device for the state of high-voltage relay includes a low-voltage control module consisting of a linear regulated power supply and a microcontroller; a signal isolation module consisting of an isolated switching power supply, a serial communication isolator and an optocoupler switch-on module; and a high-voltage monitoring module consisting of a signal conversion module and a signal sampling module. The linear regulated power supply provides electric energy to the low voltage control module and the signal isolation module. The microcontroller module determines the current state of the high voltage relay. The isolated switching power supply provides electric energy to the high voltage monitoring module. Serial communication isolator establishes a serial communication link between microcontroller and high voltage monitoring module. The optocoupler gating module chooses the detection branch corresponding to the current high voltage relay to be tested for the high voltage monitoring module. The signal conversion module converts the contact state of the high voltage relay into a voltage signal through the currently selected detection branch. The signal sampling module collects the voltage signals provided by the signal conversion module.

【技术实现步骤摘要】
高压继电器状态在线监测装置和方法
本专利技术属于电动汽车
，特别涉及动力电池组电路中的高压继电器状态在线监测装置和方法。
技术介绍
电动汽车的高压电系统作为电动汽车的其动力源，通常具有高电压、大电流的特点，使得电动汽车的充放电过程变换往往需要高压继电器对大功率回路进行切换。如果高压继电器发生闭合或者断开失效，而且对此不及时采取有效处理措施，轻则导致高压电系统无法实现正常的配电控制，重则可能产生严重的安全事故。例如，经过长期切换使用的高压继电器容易发生触点间接触阻抗变大的问题，在高压电回路长期存在较大电气负载的情况下，容易发生意外断开的失效情况，这需要在高压电系统供电运行条件下，系统能实时地监控高压继电器是否发生开路预警事件。此外，长期使用的高压继电器也存在触点粘连的失效问题，这需要在高压电系统上电过程中能独立、实时地检测每个高压继电器的触点状态，以防误操作损坏高压电回路元器件。因此，对高压继电器的执行状态进行有效且实时地监控，这对于保证电动汽车的安全且可靠运行具有十分重要的意义。高压继电器状态监控主要是通过检查继电器的触点状态来判断高压继电器的执行状况是否符合系统控制策略的要求，既要避免在高压继电器打开的情况下给高压电回路施加电气负载，也要防止在高压回路有较大电气负载的情况下断开高压继电器。目前，电动汽车高压配电系统的继电器检测装置依然存在着很多问题，譬如，(1).现有的检测方法在高压系统运行过程中无法监测高压继电器状态，只能在高压系统上电前或者下电后对其进行检测，这就导致传统的监测装置无法在运行过程中及时提供继电器意外开路的故障警告；(2).现有的检测方法存在的检测过程延时长，实时性差，检测精度不稳定等问题；(3).现有的检测方法对配电系统中不同支路的继电器进行检测时，容易受到不同支路耦合的影响，导致误检测的问题；(4).现有的检测装置存在的高成本、电路结构复杂等问题。如果分析现有的检测方法，可以发现，目前电动汽车高压配电系统的继电器检测装置存在的问题的原因主要集中在整体电路结构和检测方法等方面。从整体电路结构设计来看，现有的高压继电器检测装置主要分为模拟型和数字型两种。前者不包含控制器，只包含模拟采样电路，将高压继电器触点间的电压变化以模拟量的形式通过采样信号线束直接传递给BMS单元，如图1所示。该方法实现简单且低成本，但是，检测电路的抗干扰性差，在动力电池配电系统这样严苛的电磁干扰环境很容易受到干扰，从而导致检测精度很低。后者主要是主从式双控制器结构，主控制器负责判定高压继电器的状态，从控制器负责采集高压继电器触点间电压，主从控制器间采用CAN总线通信，如图2所示。该方法检测精度高，抗干扰性强，但是，检测过程实时性差，且电路结构复杂，成本高昂。从检测方法实现来看，现有的高压继电器状态检测方法主要是针对高压电回路节点间采样电压进行比较，从而监测继电器触点状态。以图3为例，当高压电系统处于放电模式时，通过比较采样电压U1和U2来监测主回路正继电器触点的通断状态，即U1与U2的差值大于某一阈值时，该继电器触点为开路状态；当U1与U2的差值小于某一阈值时，该继电器触点为短路状态。该方法简单且易于实现，却存在以下缺点：(1).由于电动机负载的母线电容较大，一般在下电过程中，电动机负载两端下电速度缓慢，从而使得该方法检测过程存在较大的延时，实时性较差，严重地制约着配电系统的工作效率；(2).由于预充电电阻的存在，预充电支路切换到主回路工作过程中，采样电压U1、U2和U3变化不明显，而无法准确地检测预充电支路继电器的触点状态，导致配电系统无法正常工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种动力电池高压继电器状态在线监测的装置及方法，其具有在线实时监测多路高压继电器状态的功能，能有效地解决现有技术所存在的检测响应慢、可靠性差，以及受限于不同继电器检测支路的耦合干扰和配电系统工作模式的影响等问题。在本专利
中，这里的配电系统也可以称为电池包储能系统。电池包储能系统是指电池组、高压继电器、BMS单元电路板、高压连接器、散热模块等附件的统称。电池包储能系统输出端连接到车载充电机、DCDC转换设备、电机控制器、空调压缩机等负载设备。本专利技术实施例之一，一种高压继电器状态在线监测装置，用于动力电池组电路中的高压继电器的在线监测，该检测装置包括：低压控制模块，该模块由线性稳压电源和微控制器组成；信号隔离模块，该模块由隔离开关电源、串行通信隔离器以及光耦选通模块组成；高压监测模块，该模块由信号转换模块和信号采样模块组成，其中，微控制器、串行通信隔离器、信号采样模块和信号转换模块依次连接，光耦选通模块直接串接微控制器和信号转换模块，线性稳压电源用于向所述的低压控制模块和信号隔离模块提供电能，微控制器模块用于判定高压继电器当前状态，隔离开关电源用于向所述的高压监测模块提供电能；串行通信隔离器用于为微控制器与高压监测模块间建立串行通信链路；光耦选通模块用于为高压监测模块选择当前待测高压继电器所对应的检测支路；信号转换模块用于通过当前已选通的检测支路将高压继电器触点的状态转换成电压信号；信号采样模块用于采集信号转换模块提供的各个电压信号，并转换成数字量，通过串行通信隔离器传递给微控制器模块。本专利技术实施例之一，一种高压继电器状态在线监测方法，该监测方法基于前述的高压继电器状态在线监测装置，所述监测方法包括步骤：微控制器与上层控制单元完成通信握手过程；上层控制单元下发当前配电系统的工作模式指令，即通知微控制器当前配电系统工作于负载输出模式还是电源输入模式；微控制器读取工作模式指令且应答；上层控制单元接收到应答信息后，将启动高压继电器状态在线监测任务，并将启动指令下发给微控制器；微控制器接收到该启动指令后，将定期地依次循环地检测回路中所有继电器的状态，并在规定时间内上报给上层控制单元。本专利技术提供了一种动力电池高压继电器状态在线监测的装置及方法，所述监测装置的电路包括低压控制模块、信号隔离模块、高压监测模块。其中，高压检测模块用于检测高压继电器触点的通断状态；低压控制模块负责接收BMS单元的控制指令，并上报所有高压继电器的实时状态；信号隔离模块负责为高压检测电路供电，并负责对高低压回路间通信与控制信号进行隔离。本专利技术可以应用于电动汽车的电池断路单元和配电盒，相比于现有的动力电池组的高压继电器状态监测装置，本专利技术具有以下优势：(1).本专利技术能够在线实时监测，解决了现有方法在高压继电器系统运行过程中无法监测的问题；(2).本专利技术能实现快速且准确的检测，解决了现有方法存在的检测过程延时长、实时性差、检测精度不稳定等问题；(3).本专利技术能实现多路继电器同时在线监测，解决了现有方法存在的不同继电器检测支路间耦合而影响检测准确性的问题；(4).本专利技术具有低成本、简单易实现的特点，解决了现有方法存在的高成本、电路结构复杂等问题。附图说明通过参考附图阅读下文的详细描述，本专利技术示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本专利技术的若干实施方式，其中：图1现有技术中用于检测高压继电器的模拟型检测单元原理图。图2现有技术中用于检测高压继电器的数字型检测单元原理图。图3现有技术中的电压采样检测方法示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压继电器状态在线监测装置，用于动力电池组电路中的高压继电器的在线监测，其特征在于，该检测装置包括：低压控制模块，该模块由线性稳压电源和微控制器组成；信号隔离模块，该模块由隔离开关电源、串行通信隔离器以及光耦选通模块组成；高压监测模块，该模块由信号转换模块和信号采样模块组成，其中，微控制器、串行通信隔离器、信号采样模块和信号转换模块依次连接，光耦选通模块直接串接微控制器和信号转换模块，线性稳压电源用于向所述的低压控制模块和信号隔离模块提供电能，微控制器模块用于判定高压继电器当前状态，隔离开关电源用于向所述的高压监测模块提供电能；串行通信隔离器用于为微控制器与高压监测模块间建立串行通信链路；光耦选通模块用于为高压监测模块选择当前待测高压继电器所对应的检测支路；信号转换模块用于通过当前已选通的检测支路将高压继电器触点的状态转换成电压信号；信号采样模块用于采集信号转换模块提供的各个电压信号，并转换成数字量，通过串行通信隔离器传递给微控制器模块。

【技术特征摘要】
1.一种高压继电器状态在线监测装置，用于动力电池组电路中的高压继电器的在线监测，其特征在于，该检测装置包括：低压控制模块，该模块由线性稳压电源和微控制器组成；信号隔离模块，该模块由隔离开关电源、串行通信隔离器以及光耦选通模块组成；高压监测模块，该模块由信号转换模块和信号采样模块组成，其中，微控制器、串行通信隔离器、信号采样模块和信号转换模块依次连接，光耦选通模块直接串接微控制器和信号转换模块，线性稳压电源用于向所述的低压控制模块和信号隔离模块提供电能，微控制器模块用于判定高压继电器当前状态，隔离开关电源用于向所述的高压监测模块提供电能；串行通信隔离器用于为微控制器与高压监测模块间建立串行通信链路；光耦选通模块用于为高压监测模块选择当前待测高压继电器所对应的检测支路；信号转换模块用于通过当前已选通的检测支路将高压继电器触点的状态转换成电压信号；信号采样模块用于采集信号转换模块提供的各个电压信号，并转换成数字量，通过串行通信隔离器传递给微控制器模块。2.根据权利要求1所述的高压继电器状态在线监测装置，其特征在于，所述监测装置通过光耦选通模块的5个检测节点形成的检测支路接入动力电池组电路回路，该动力电池组电路包括动力电池组、主回路正端继电器、主回路负端继电器、预充电电阻和预充电继电器，预充电电阻与预充电继电器串联后，与主回路正端继电器并联，主回路正端继电器的一端连接动力电池组的正极，另一端连接电池包储能系统输出母线正端BUS+，主回路负端继电器的一端连接动力电池组的负极，另一端连接电池包储能系统输出母线负端BUS-，第一检测节点连接预充电继电器与主回路正端继电器、电池包储能系统输出母线正端BUS+的连接点，第二检测节点连接预充电电阻与预充电继电器的连接点，第三检测节点连接主回路正端继电器与动力电池组的正极、预充电电阻的连接点，第四检测节点连接主回路负端继电器与动力电池组的负极的连接点，第五检测节点连接主回路负端继电器与电池包储能系统输出母线负端BUS-的连接点，通过微控制器控制光耦选通模块，选通相应的检测支路，在高压监测模块中产生相应的电压，并将该电压值传递给微控制器；接着，微控制器将根据预设定的高压继电器不同状态下阈值，判断该电压值对应的高压继电器状态。3.根据权利要求2所述的高压继电器状态在线监测装置，其特征在于，微控制器获得动力电池组电路回路中所有继电器的状态后，上报给上层控制单元。4.根据权利要求3所述的高压继电器状态在线监测装置，其特征在于，所述动力电池组电路用于电动汽车，所述上层控制单元是电动汽车的BMS控制器。5.根据权利要求3所述的高压继电器状态在线监测装置，其特征在于，光耦选通模块包括第一光耦件、第二光耦件、第三光耦件和第四光耦件，微控制器的输出端口IO1依次串接电阻R3、第一光耦件输入端的发光二极管Q1、第二光耦件输入端的发光二极管Q2，然后接入第一接地...

【专利技术属性】
技术研发人员：付瑜，阳威，杨锡旺，
申请(专利权)人：常州索维尔电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32