一种电池系统高压继电器粘连故障检测电路及方法技术方案

本发明专利技术涉及新能源电动汽车动力电池技术领域，公开了一种电池系统高压继电器粘连故障检测电路及方法，通过DC/DC电源模块U1输出检测电流，依据高压继电器KM1的通断状态决定光耦U2中光敏三极管的输出电平状态，将高压继电器KM1的通断状态实时反馈给控制器(BMS或VCU或MCU)，控制器通过比较即可判断高压继电器KM1是否发生粘连故障，本发明专利技术的优点在于检测电路可独立工作在电池系统高压部分，与控制器(BMS或VCU或MCU)部分电气隔离，不受干扰；且能够一对一的检测相应高压继电器的触点粘连情况，抗干扰能力强，具有电路结构简单，成本低廉、可靠性高的优点，同时可以多路复制应用到多路输出继电器的粘连故障检测上，具有较大的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种电池系统高压继电器粘连故障检测电路及方法
本专利技术涉及新能源电动汽车动力电池
，特别涉及一种电池系统高压继电器粘连故障检测电路及方法。
技术介绍
目前，为了保障电动汽车行驶安全，针对整车电池系统有一套完备的控制方案和保护逻辑，电池管理系统(BMS)基于电池电化学特性承担起了这一关键角色，为电池的正常运行保驾护航，杜绝电池出现过充电和过放电等安全事故。BMS保护电池的原理是通过高压继电器切断故障回路来实现的，一般来说，电动汽车高压系统主要有放电回路、预充回路、慢充电回路、快充电回路以及DC/DC回路，有的车型还有助力转向回路、助力刹车回路、空调回路、加热回路等，如图1所示。每一个高压回路上都串接有高压继电器，电池系统的动力通过高压继电器向后端负载提供能量，或者充电装置通过高压继电器向电池系统进行能量灌输，BMS实时采集电池电压和温度等模拟量参数以及运行中的各种状态信息，在电池即将出现偏离正常工作范围的情况下及时控制并切断相应回路的高压继电器，中断相应回路中的能量交换，防止电池因电化学特性失控而发生燃烧事故，最终达到提高车辆安全性能和延长电池使用寿命的目的。高压继电器通常工作在高电压、大电流的应用环境，还要经常性承受后级电机负载带来的反向电动势冲击，恶劣的使用场景一旦超过其最大分断能力和最大切换电压，高压继电器的动合触点就会发生粘连故障，即不能控制分开。另外，因分断次数增加、材料老化而导致金属触点磨损、拉弧、烧蚀等现象也会让高压继电器产生粘连故障。如果高压继电器发生粘连故障，BMS的控制就会失效，车辆安全和电池使用寿命就无从谈起。针对高压继电器粘连故障可能带来的严重危害，国内许多研究人员在如何去检测及发现继电器粘连故障的方法上做了大量尝试，提出了多种设计方案，归纳起来主要有下面四种方案：其一，通过检测与比较高压继电器开合前后电池组总正、总负以及负载总正、总负各点之间电压情况，来判断其是否发生粘连故障，如专利CN104090229A、专利CN109849733A所述之方法；其二，通过在各高压回路并联分流采样电阻，计算处理并比较高压继电器开合前后分流电阻两端电压采样值来判断其是否发生粘连故障，如专利CN105527567A、专利CN106546915A、专利CN207689636U所述之方法；其三，采用信号注入法和信号耦合技术，通过在高压继电器动合触点之间注入低频交流小信号或者高频脉冲信号，再利用后端信号调理电路来检测和处理动合触点两端的响应信号，继而判断高压继电器是否发生粘连故障，如专利CN107340471A、专利CN209311636U、专利CN111650506A所述之方法；其四，选择带辅助触点的高压继电器，通过后端的信号处理电路来检测辅助触点状态，直接判断高压继电器是否发生粘连故障，如专利CN209417236U所述之方法。上述的四种检测继电器粘连故障的方法各有弊端，方案一是目前电池系统控制部分广泛采用的方法，电气结构如图2所示，它通过检测与比较各个高压继电器开合前后电池组总正、总负以及负载总正、总负各点之间电压情况，来判断其是否发生粘连故障，比如结合“检测点2”与“检测点1”之间的电压U21以及“检测点3”与“检测点1”之间的电压U31就能判断主正继电器是否发生粘连故障，结合“检测点2”与“检测点1”之间的电压U21以及“检测点2”与“检测点6”之间的电压U26就能判断主负继电器是否发生粘连故障，以此类推就能知道所有继电器是否发生粘连故障，但该方法需要多路高压隔离检测电路来支持，需要检测的继电器个数越多，成本越高，电路越复杂，极大地降低了产品的市场竞争力；方案二是通过在各高压回路并联分流采样电阻，计算处理并比较高压继电器开合前后分流电阻两端电压采样值来判断其是否发生粘连故障，但该方法人为的在电池高压回路并联了分流采样电阻，会导致电池系统漏电，引发绝缘故障，并存在电池能量损耗；方案三采用信号注入法和信号耦合技术，通过在高压继电器动合触点之间注入低频交流小信号或者高频脉冲信号，再利用后端信号调理电路来检测和处理动合触点两端的响应信号，继而判断高压继电器是否发生粘连故障，但该方法需要引入信号源或信号发生器电路，还需要信号隔离、检波和调理电路，电路结构复杂，不适合多路继电器的粘连检测应用；方案四选择带辅助触点的高压继电器，通过后端的信号处理电路来检测辅助触点状态，直接判断高压继电器是否发生粘连故障，但该方法存在检测不可靠的问题，因为继电器辅助触点是通过主触点的机械联动机构来带动和操作的，如果联动机构失效，那么辅助触点自然就不灵，另外带辅助触点的高压继电器成本也较高，不合适电动汽车上应用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种简单、低成本、可靠性高的电池系统高压继电器粘连故障检测电路及方法，以解决上述高压继电器粘连故障检测方法存在的缺陷。为实现上述目的，本专利技术提出的电池系统高压继电器粘连故障检测电路，包括：DC/DC电源模块U1、光耦U2、限流电阻R1、限流电阻R2、反流二极管D1以及高压继电器KM1，所述DC/DC电源模块U1用于给检测电路提供一路隔离并独立的供电电源，所述DC/DC电源模块U1的输入端与控制器(BMS或VCU或MCU)电连接，所述限流电阻R1和限流电阻R2用于限制检测回路上的电流值，所述限流电阻R1和限流电阻R2分别与所述DC/DC电源模块U1的输出端电连接，所述限流电阻R2的另一端与所述高压继电器KM1电连接，所述光耦U2包括检测发光二极管和光敏三极管，所述检测发光二极管的一端与所述限流电阻R1电连接，所述反流二极管D1用于阻断高压回路中的电流及电压流向粘连检测回路，防止低压器件被高压大电流击穿，所述检测发光二极管的另一端与所述反流二极管D1的一端电连接，所述反流二极管D1的另一端与所述高压继电器KM1电连接，所述光敏三极管接到信号输出电路，并与控制器(BMS或VCU或MCU)信号处理电路共地。进一步地，还包括上拉电阻R3，所述上拉电阻R3的两端分别与所述光敏三极管和信号输出电路电连接，所述上拉电阻R3用于信号电平转换。进一步地，所述DC/DC电源模块U1的输出电压为12Vdc或5Vdc或3.3Vdc。进一步地，本专利技术还提供一种电池系统高压继电器粘连故障检测方法，采用上述的电路进行，包括如下步骤：控制器(BMS或VCU或MCU)上电后，DC/DC电源模块U1输出检测电流；如果高压继电器KM1处于断开状态，检测回路开路，光耦U2中检测发光二极管无电流通过，光耦U2中光敏三极管将处于断开状态，由于电阻R3的上拉作用，信号输出电路输出高电平到控制器(BMS或VCU或MCU)；如果高压继电器KM1处于闭合状态，检测回路导通，光耦U2中检测发光二极管有电流通过，光耦U2中光敏三极管处于闭合状态，并短接于地，信号输出电路输出低电平到控制器(BMS或VCU或MCU)；控制器(BMS或VCU或MCU)实时持续采集到高压继电器KM1的通断状态，结合其自身下发给高压继电器KM1的控制指令，通过比较得到高压继电器KM1是否发生粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池系统高压继电器粘连故障检测电路，其特征在于，包括：DC/DC电源模块U1、光耦U2、限流电阻R1、限流电阻R2、反流二极管D1以及高压继电器KM1，所述DC/DC电源模块U1用于给检测电路提供一路隔离并独立的供电电源，所述DC/DC电源模块U1的输入端与控制器(BMS或VCU或MCU电连接，所述限流电阻R1和限流电阻R2用于限制检测回路上的电流值，所述限流电阻R1和限流电阻R2分别与所述DC/DC电源模块U1的输出端电连接，所述限流电阻R2的另一端与所述高压继电器KM1电连接，所述光耦U2包括检测发光二极管和光敏三极管，所述检测发光二极管的一端与所述限流电阻R1电连接，所述反流二极管D1用于阻断高压回路中的电流及电压流向粘连检测回路，防止低压器件被高压大电流击穿，所述检测发光二极管的另一端与所述反流二极管D1的一端电连接，所述反流二极管D1的另一端与所述高压继电器KM1电连接，所述光敏三极管接到信号输出电路，并与控制器(BMS或VCU或MCU)信号处理电路共地。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池系统高压继电器粘连故障检测电路，其特征在于，包括：DC/DC电源模块U1、光耦U2、限流电阻R1、限流电阻R2、反流二极管D1以及高压继电器KM1，所述DC/DC电源模块U1用于给检测电路提供一路隔离并独立的供电电源，所述DC/DC电源模块U1的输入端与控制器(BMS或VCU或MCU电连接，所述限流电阻R1和限流电阻R2用于限制检测回路上的电流值，所述限流电阻R1和限流电阻R2分别与所述DC/DC电源模块U1的输出端电连接，所述限流电阻R2的另一端与所述高压继电器KM1电连接，所述光耦U2包括检测发光二极管和光敏三极管，所述检测发光二极管的一端与所述限流电阻R1电连接，所述反流二极管D1用于阻断高压回路中的电流及电压流向粘连检测回路，防止低压器件被高压大电流击穿，所述检测发光二极管的另一端与所述反流二极管D1的一端电连接，所述反流二极管D1的另一端与所述高压继电器KM1电连接，所述光敏三极管接到信号输出电路，并与控制器(BMS或VCU或MCU)信号处理电路共地。


2.根据权利要求1所述的电池系统高压继电器粘连故障检测电路，其特征在于，还包括上拉电阻R3，所述上拉电阻R3的两端分别与所述光敏三极管和信号输出电路电连接，所述上拉电阻R3用于信号电平转换。


3.根据权利要求1所述的电池系统高压继电器粘连故障检测电路，其特征在于，所述DC/DC电源模块U1的输出电压为12Vdc或5Vdc或3.3Vdc。


4.一种电池系统高压继电器粘连故障检测方法，其特征在于，采用如权利要求1～3中任一项所述的电路进行，包括如下步骤：
控制器(BMS或VCU或...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭建华，潘继雄，周幼华，
申请(专利权)人：深圳市誉娇诚科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44