CN102866353B - 一种直流电源系统的主回路继电器状态检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种直流电源系统的主回路继电器状态检测装置及方法，该装置括限流电阻、隔离开关和电流检测电路，限流电阻、隔离开关和电流检测电路依次串接构成检测支路，检测支路交叉接于主回路继电器主触头两端；本发明还包括使用直流电源系统的主回路继电器状态检测装置对主回路继电器状态进行检测的方法。本发明电路结构简单，可对直流电源系统的主回路继电器状态进行在线实时的检测，能可靠地检测继电器的状态，明确地判断出继电器处于正常状态还是故障状态，从而控制好电源装置的动力输出，有利于保证人身和设备的安全。

Description

一种直流电源系统的主回路继电器状态检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种主回路继电器状态检测装置及方法，尤其是涉及一种直流电源系统的主回路继电器状态检测装置及方法。

背景技术

随着化石能源的日益紧张，节能环保的应用要求越来越受到重视。因此，近年来为开发纯电动汽车或混合动力汽车而做出的各种努力均致力于减少能源消耗和对生存环境的污染。

目前，混合动力汽车和纯电动车上使用的动力电源系统通常是由多个电池包串联而成，直流母线电压高达上百伏，远远超出人体能承受的安全电压，而一旦高压系统出现故障，对于操作或维护人员来说是非常危险的。电池组的高压动力的输出与关断，一般是通过电池管理系统（BMS）控制直流母线上的主继电器闭合和断开来实现。所以继电器的工作状态和故障检测是电池管理系统的一个重要的组成部分。

目前，对于继电器状态检测，其主要是采集继电器线圈中的电流作为继电器是否正常工作的依据，但是这种方法只能检测控制器或者电池管理系统（BMS）是否对继电器进行控制，而不能真正判断继电器的主触头是断开或闭合的状态，不能明确判断出继电器是处在正常状态还是故障状态。例如，在继电器主触头粘连（继电器粘连，就是在高压接触的瞬间，继电器主触头在接触之前产生电弧，高温电弧烧熔触点，导致触头无法正常断开的现象）的情况下，通过直流系统主控制器CPU或者电池管理系统（BMS）控制继电器断开，但是控制器并不能判断继电器是否粘连，工作可靠性差，工作人员往往会误以为继电器已经断开高压动力电源，倘若工作人员此时接触高压母线进行维修或者安装等操作时，会对人身或设备造成危险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种工作可靠性高，能明确地判断出继电器是处于正常状态还是故障状态的直流电源系统的主回路继电器状态检测装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种直流电源系统的主回路继电器状态检测装置，包括限流电阻、隔离开关和电流检测电路，限流电阻、隔离开关和电流检测电路依次串接构成检测支路，检测支路交叉接于主回路继电器主触头两端。

在继电器主触头两端添加检测电路，通过对检测电路的时序逻辑控制，并通过检测电路的反馈信号可以判断出主继电器的开或合状态，通过与继电器开或合的控制状态进行比较可以判断出继电器是否工作正常。相应地，提供一种直流电源系统的主回路继电器状态检测装置。

进一步，所述隔离开关可为光电耦合器或者使用光电耦合器构成的组合开关电路。

进一步，所述隔离开关还可为信号继电器等。

进一步，所述电流检测电路可以是将电流信号转换为电压信号的电阻，电流检测电路上设有检测信号反馈端，此时，通过对检测信号反馈端进行检测，即通过对将电流信号转换为电压信号的电阻两端的电压进行检测，实现状态判断。

进一步，所述电流检测电路还可以是光电耦合器构成的电流检测电路，电流检测电路上设有检测信号反馈端，此时，光电耦合器将电流信号转换为光信号，通过检测光电耦合器输出端的光信号来实现状态判断。

进一步，所述电流检测电路为光电耦合器构成的电流检测电路时，电流检测电路通过光电耦合器的LED端与限流电阻、隔离开关串联，光电耦合器输出端即为电流检测电路的检测信号反馈端，当光电耦合器的LED端有电流通过的时候，则在光电耦合器输出端产生相应反馈信号。

使用本发明之直流电源系统的主回路继电器状态检测装置对主回路继电器状态进行检测的方法为：

直流电源系统主回路中，在需要进行状态检测的继电器主触头两端分别连接一由限流电阻、隔离开关和电流检测电路依次串接构成的检测支路，两检测支路交叉接于直流电源系统的电源端和负载端，所述继电器通过继电器驱动电路接入主回路继电器的控制单元，各检测支路的电流检测电路上的检测信号反馈端亦接入主回路继电器的控制单元；

主回路继电器的控制单元发出继电器的控制指令，并通过继电器驱动电路使继电器动作，然后按照预设的时序控制各检测支路的隔离开关的闭合，各检测支路分时工作，并检测相应电流检测电路上的检测信号反馈端的反馈输出信号，根据反馈输出信号的组合逻辑判断出主回路继电器的开或合的状态，再将判断出的主回路继电器开或合的状态，与主回路继电器的控制单元发出的继电器控制指令做比较，如果继电器所处状态和控制指令一致，则判定继电器工作在正常状态，否则，判定继电器处于故障状态，同时，还可通过主回路继电器的控制单元控制报警/通讯电路发出告警信息。

直流电源系统包括直流电源、负载、相应的控制系统或主控制器或电池管理系统以及故障检测系统或设备，直流电源可为电池或者超级电容等储能单元。

进一步，所述主回路继电器的控制单元可为主控制器CPU或电池管理系统BMS等。

对主回路继电器状态进行检测时，流经检测支路的电流不能太大，一般是mA级别的电流或者更小，所以限流电阻的阻值和功率参数可根据直流电源系统的电压等级来配置。

现有高压直流电源系统包括至少有两个主回路继电器，通过在各个正负极继电器主触头两端交叉接入检测支路，即可实现对主回路继电器状态的检测。

本发明电路结构简单，可对直流电源系统的主回路继电器状态进行在线实时的检测，能可靠地检测继电器的状态，明确地判断出继电器处于正常状态还是故障状态，从而控制好电源装置的动力输出，有利于保证人身和设备的安全。

附图说明

图1为本发明一实施例检测支路与高压直流电源系统电路组装框图；

图2为图1所示实施例检测支路与高压直流电源系统组装具体电路图；

图3为图1所示实施例检测支路的控制原理结构图；

图4为图1所示实施例工作流程示意图。

具体实施方式

以下将参照附图和实例对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例之直流电源系统的主回路继电器状态检测装置，包括限流电阻、隔离开关和电流检测电路，限流电阻、隔离开关和电流检测电路依次串接构成检测支路，检测支路交叉接于主回路继电器主触头两端。

本实施例中，所述隔离开关为光电耦合器。所述电流检测电路为光电耦合器构成的电流检测电路，电流检测电路上设有检测信号反馈端，电流检测电路通过光电耦合器的LED端与限流电阻、隔离开关串联，光电耦合器输出端即为电流检测电路的检测信号反馈端，当光电耦合器的LED端有电流通过的时候，光电耦合器将电流信号转换为光信号，在光电耦合器输出端产生相应反馈信号，通过检测光电耦合器输出端的光信号来实现状态判断。

现有高压直流电源系统包括至少有两个主回路继电器，通过在各个正负极继电器主触头两端交叉接入检测支路，即可实现对主回路继电器状态的检测。

本实施例以包括有两个主回路继电器的高压直流电源系统进行详细说明。

本实施例中，高压直流电源系统包括由两个主回路继电器即总正继电器K1及总负继电器K2。

参照图1，对主回路继电器状态进行检测前，直流电源系统主回路中，在需要进行状态检测的总正继电器K1主触头两端及总负继电器K2主触头两端分别连接左右两条检测支路，左检测支路由限流电阻R1、隔离开关K3和电流检测电路M1构成，右检测支路由限流电阻R2、隔离开关K4和电流检测电路M2构成，左右两条检测支路交叉接于直流电源系统的电源B1端和负载M端；各继电器的负载侧和电源侧交叉对应一个检测支路。对主回路继电器状态进行检测的过程中，电流检测电路M1、电流检测电路M2不能在同一时刻均有电流通过，即隔离开关K3、隔离开关K4不能同时合上。

若隔离开关K3处于闭合状态，而隔离开关K4处于断开状态，检测通过电流检测电路M1的电流情况，如果流过电流检测电路M1的电流不等于0，则说明总负继电器K2的主触头是合的状态；如果流过电流检测电路M1的电流等于0，则说明继电器K2的主触头是开的状态。同理，当隔离开关K3处于断开状态，而隔离开关K4处于闭合状态时，检测通过电流检测电路M2的电流情况，如果电流检测电路M2的电流不等于0，则说明总正继电器K1的主触头是合的状态；如果电流检测电路M2的电流等于0，则说明总正继电器K1的主触头是开的状态。

参照图2，本实施例中，对隔离开关K3、隔离开关K4进行了实例化，隔离开关K3、隔离开关K4分别选用光电耦合器Q3、光电耦合器Q4，隔离开关K3通过光电耦合器Q3的受光器端实现与限流电阻R1、电流检测电路M1的串联；隔离开关K4通过光电耦合器Q4的受光器端实现与限流电阻R2、电流检测电路M2的串联。隔离开关K3、隔离开关K4分别用于控制相应的电流检测电路。对主回路继电器状态进行检测的过程中，不能将隔离开关K3、隔离开关K4同时合上。

同样，本实施例对电流检测电路M1、电流检测电路M2进行了实例化，电流检测电路M1、电流检测电路M2也分别选用光电耦合器Q1、光电耦合器Q2，电流检测电路M1通过光电耦合器Q1的LED端实现与限流电阻R1、隔离开关K3的串联；电流检测电路M2通过光电耦合器Q2的LED端实现与限流电阻R2、隔离开关K4的串联。光电耦合器Q1、光电耦合器Q2可将电流信号转换为光信号，并检测其光信号来实现状态判断。

参照图3，将图3中的阿拉伯数字1、2、3…12所对应的信号控制端，与图2中的阿拉伯数字1、2、3…12所对应的信号控制端一一对应电连接，主控制器CPU的I/O1、I/O2对应图2中的光耦Q3、Q4，实现各检测支路的使能；主控制器CPU的I/O3、I/O4对应图2中的光耦Q1、Q2输出端的反馈信号，实现各检测支路电流状况的检测，并从逻辑上映射主继电器开或合的真实状态。报警/通讯电路接于主控制器CPU上。总正继电器K1及总负继电器K2均通过继电器驱动电路接于主控制器CPU上。

本实施例在检测过程中，光电耦合器Q3、光电耦合器Q4不能同时处于闭合状态，当检测总正继电器K1的状态时，闭合光电耦合器Q4，即使限流电阻R2所在的检测支路工作，光电耦合器Q2的LED端是否发光与K1的继电器的断开或闭合的状态是一致的，如果总正继电器K1处于闭合状态，则Q2的LED端是发光的，主控制器CPU的I/O4端口检测为低电平，判断为逻辑0；如果总正继电器K1处于断开状态，则主控制器CPU的I/O4端口检测为高电平，判断为逻辑1；当检测总负继电器K2的状态时，闭合光电耦合器K3，即使限流电阻R1所在的检测支路工作，光电耦合器Q1的LED端是否发光与K2的继电器的断开或闭合的状态是一致的，如果总负继电器K2处于闭合状态，则光电耦合器Q1的LED端是发光的，主控制器CPU的I/O3端口检测为低电平，判断为逻辑0；如果总负继电器K2处于断开状态，则主控制器CPU的I/O3端口检测为高电平，判断为逻辑1。

本实施例中，各检测支路分时工作，并根据是否有电流流经该支路作为继电器合或开的真实状态的的判断依据。然后将继电器合或开的状态与主控制器CPU发出的继电器控制指令做逻辑比较，判断继电器是否工作正常，同时还可做出是否需要给出告警信息的决策。

使用本发明，不仅能为主控制器CPU的准确控制提供正确的反馈信息，同时适用于电池管理系统（BMS），从而保证直流电源系统的安全性。主回路继电器的工作状态关系到人身和设备的安全性。

图4为主控制器的继电器故障检测方法控制流程图。

主控制器CPU发出继电器的控制指令，并通过继电器驱动电路控制总正继电器K1及总负继电器K2动作。需对总负继电器K2的状态进行检测时，通过主控制器CPU将其I/O1端口设定为低电平，即为逻辑0，实现光电耦合器Q3的导通（即使得隔离开关K3处于闭合状态），同时，将其I/O2端口设定为高电平，即为逻辑1，实现光电耦合器Q4的截止（即使得隔离开关K4处于断开状态），此时，限流电阻R1所在的检测支路工作；然后判断光电耦合器Q1是否导通，若光电耦合器Q1的LED端是发光的，则可检测到主控制器CPU的I/O3端口检测为低电平，即为逻辑0，此时，可判定总负继电器K2处于闭合状态（前文已对“总负继电器K2处于闭合状态时，光电耦合器Q1的LED端是发光的，主控制器CPU的I/O3端口检测为低电平，判断为逻辑0”进行了论述）；若光电耦合器Q1的LED端未发光，则可检测到主控制器CPU的I/O3端口检测为高电平，即为逻辑1，此时，可判定总负继电器K2处于断开状态（前文已对“总负继电器K2处于断开状态时，主控制器CPU的I/O3端口检测为高电平，判断为逻辑1”进行了论述）。需对总正继电器K1的状态进行检测时，通过主控制器CPU将其I/O1端口设定为高电平，即为逻辑1，实现光电耦合器Q3的截止（即使得隔离开关K3处于断开状态），同时，将其I/O2端口设定为低电平，即为逻辑0，实现光电耦合器Q4的导通（即使得隔离开关K4处于闭合状态），此时，限流电阻R2所在的检测支路工作；然后判断光电耦合器Q2是否导通，若光电耦合器Q2的LED端是发光的，则可检测到主控制器CPU的I/O4端口检测为低电平，即为逻辑0，此时，可判定总正继电器K1处于闭合状态（前文已对“总正继电器K1处于闭合状态时，光电耦合器Q2的LED端是发光的，主控制器CPU的I/O4端口检测为低电平，判断为逻辑0”进行了论述）；若光电耦合器Q2的LED端未发光，则可检测到主控制器CPU的I/O4端口检测为高电平，即为逻辑1，此时，可判定总正继电器K1处于断开状态（前文已对“总正继电器K1处于断开状态时，主控制器CPU的I/O4端口检测为高电平，判断为逻辑1”进行了论述）。然后，总正继电器K1、总负继电器K2分别将各自的检测状态，与通过主控制器CPU发出的控制指令相比较，若检测状态与控制指令一致，则可判定相应继电器工作正常；若检测状态与控制指令不一致，则可判定相应继电器发生故障，并同时可通过与主控制器CPU相接的报警/通讯电路进行报警。

以上对本发明的一种优选具体实施方式作了详细介绍。所述具体实施方式只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本发明权利要求的保护范围。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：所述电流检测电路M1、电流检测电路M2为将电流信号转换为电压信号的电阻，电流检测电路上设有检测信号反馈端，此时，通过对检测信号反馈端进行检测，即对将电流信号转换为电压信号的电阻两端的电压，进行检测来实现状态判断。

所述隔离开关K3、隔离开关K4为使用光电耦合器构成的组合开关电路。

其余同实施例1。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于：所述隔离开关K3、隔离开关K4为信号继电器。

其余同实施例1。

Claims (6)

1.一种直流电源系统的主回路继电器状态检测方法，该方法使用直流电源系统的主回路继电器状态检测装置对主回路继电器状态进行检测，

所述直流电源系统的主回路继电器状态检测装置，包括限流电阻、隔离开关和电流检测电路，限流电阻、隔离开关和电流检测电路依次串接构成检测支路，检测支路交叉接于主回路继电器主触头两端；

其特征在于，直流电源系统主回路中，在需要进行状态检测的主回路继电器主触头两端分别连接一由限流电阻、隔离开关和电流检测电路依次串接构成的检测支路，两检测支路交叉接于直流电源系统的电源端和负载端，所述主回路继电器通过继电器驱动电路接入主回路继电器的控制单元，各检测支路的电流检测电路上的检测信号反馈端亦接入主回路继电器的控制单元；

主回路继电器的控制单元发出主回路继电器的控制指令，并通过继电器驱动电路使主回路继电器动作，然后按照预设的时序控制各检测支路的隔离开关的闭合，各检测支路分时工作，并检测相应电流检测电路上的检测信号反馈端的反馈输出信号，根据反馈输出信号的组合逻辑判断出主回路继电器的开或合的状态，再将判断出的主回路继电器开或合的状态，与主回路继电器的控制单元发出的主回路继电器控制指令做比较，如果主回路继电器所处状态和控制指令一致，则判定主回路继电器工作在正常状态，否则，判定主回路继电器处于故障状态，同时，还可通过主回路继电器的控制单元控制报警/通讯电路发出告警信息；

所述主回路继电器的控制单元为主控制器或电池管理系统；

各检测支路分时工作，并根据是否有电流流经检测支路作为主回路继电器合或开的真实状态的的判断依据；然后将主回路继电器合或开的状态与主控制器发出的主回路继电器控制指令做逻辑比较，判断主回路继电器是否工作正常。

2.根据权利要求1所述的直流电源系统的主回路继电器状态检测方法，其特征在于，所述隔离开关为光电耦合器或者使用光电耦合器构成的组合开关电路。

3.根据权利要求1所述的直流电源系统的主回路继电器状态检测方法，其特征在于，所述隔离开关为信号继电器。

4.根据权利要求1或2所述的直流电源系统的主回路继电器状态检测方法，其特征在于，所述电流检测电路为将电流信号转换为电压信号的电阻，电流检测电路上设有检测信号反馈端，通过对检测信号反馈端进行检测，即通过对将电流信号转换为电压信号的电阻两端的电压进行检测，实现状态判断。

5.根据权利要求1或2所述的直流电源系统的主回路继电器状态检测方法，其特征在于，所述电流检测电路为由光电耦合器构成的电流检测电路，电流检测电路上设有检测信号反馈端，光电耦合器将电流信号转换为光信号，通过检测光电耦合器输出端的光信号实现状态判断。

6.根据权利要求5所述的直流电源系统的主回路继电器状态检测方法，其特征在于，所述电流检测电路为光电耦合器构成的电流检测电路，电流检测电路通过光电耦合器的LED端与限流电阻、隔离开关串联，光电耦合器输出端即为电流检测电路的检测信号反馈端。