CN104330726B - 一种用于电动汽车高压回路的继电器状态诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于电动汽车高压回路的继电器状态诊断方法，电动汽车高压回路包括开关电路和高压源，所述继电器状态诊断方法包括：判断是否向继电器发送了闭合指令；发送了闭合指令时判断流经继电器的控制侧的电流是否在合理范围内，然后判断继电器的驱动侧两端电压是否相等；未发送闭合指令时判断流经继电器的控制侧的电流是否为0，然后判断继电器的驱动侧两端电压是否相等。本发明可根据继电器控制侧电流特性，实现对继电器状态的预判断；然后通过向继电器发送控制指令和检测继电器驱动侧的电压来进一步判断组成开关电路的各个继电器的状态。采用本发明的技术方案可以准确的监控继电器的状态，又不影响继电器原有的性能，可靠性更高。

Description

一种用于电动汽车高压回路的继电器状态诊断方法

技术领域

本发明涉及电动汽车动力系统领域，具体涉及一种用于电动汽车高压回路的继电器状态诊断方法，用于对电动汽车高压回路中的继电器状态进行诊断。

背景技术

电动汽车或混合动力汽车采用高压动力电池作为电动汽车高压回路的能量存储装置，高压动力电池的电压普遍超过300V，为确保电动汽车高压回路的安全性和可控性，需要在电动汽车高压回路中设置高压继电器（在下文中简称继电器）、保险等器件，为确保电动汽车高压回路连接状态以及导通/断开的安全性，需要控制系统或控制器实时监控电动汽车高压回路中高压继电器的状态，以便确保高压继电器安全断开或闭合。

继电器状态一般包括三个状态：断开、闭合、粘连。当控制系统向继电器发送控制命令后，继电器根据控制命令，执行闭合或断开动作，但当继电器出现故障或控制信号连接线束出现故障，继电器不会响应控制命令，如果控制系统不能正确监控继电器的状态，将产生错误的控制，产生高压风险，可能会导致电气元件的损毁。

电动汽车高压回路包括高压总正继电器（以下简称为正端继电器）、高压总负继电器（以下简称为负端继电器）、预充电继电器、充电继电器、加热继电器、高压总回路保险、充电回路保险、加热回路保险。现有的技术一般选用带有状态反馈的继电器来监控继电器状态，这种方式只能实现对正端继电器和负端继电器状态诊断，包括上述控制器的电池管理系统（BMS）不能正确诊断其他继电器状态，当这些不能被诊断的继电器失效时，BMS不能正确预测电路故障，带来整车高压风险。现有技术公开了一种继电器状态反馈实现方法，通过在继电器本体上增加一个反馈线圈，BMS通过读取反馈线圈电平实现对继电器状态的判断，这种方法可以监控继电器状态，但额外增加一个可能导致继电器失效的失效点，降低继电器的可靠性。

发明内容

本发明的实施例提供一种用于电动汽车高压回路的继电器状态诊断方法，解决现有用于诊断电动汽车高压回路中继电器状态的方法可靠性差的问题。

本发明适用于所有安装BMS、继电器及保险的电动车辆，本发明的基本思想是控制器通过采集继电器驱动侧的电压和控制侧的电流，实现对继电器状态的实时监控。本发明的继电器状态诊断方法的实现装置是一个具有多路电压信号采集、多路电流信号采集及继电器控制的控制器，该控制器可在上电初始化和控制器上电过程中采集继电器驱动电流信号和触点电压信号，进而根据采集到的信号判断继电器的状态。当控制器发出继电器的控制命令后，同时判断继电器的实际状态，然后通过将控制命令与继电器实际状态进行比较来判断继电器是否满足期望的控制要求，如果继电器满足所述控制要求，则判断出继电器工作正常，如果不满足所述控制要求，则判断出继电器控制故障，包括线束故障或继电器故障等。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于电动汽车高压回路的继电器状态诊断方法，所述电动汽车高压回路包括由至少一个继电器组成的开关电路和高压源，所述继电器包括控制侧和驱动侧，所述驱动侧与高压源连接，所述控制侧与用于向所述继电器发送指令的控制器连接，所述继电器状态诊断方法包括：

步骤101：判断是否向所述继电器发送了闭合指令，如果已经发送，则进行步骤102，否则进行步骤104；

步骤102：判断流经所述继电器的控制侧的电流是否在合理范围内，如果不在所述合理范围内，则判断出所述继电器为故障状态或所述电动汽车高压回路的线束断路；如果在所述合理范围内，则执行步骤103；

步骤103：判断所述继电器的驱动侧两端电压是否相等；如果相等，则判断出所述继电器为闭合状态，如果不相等则判断出所述继电器为断开状态；

步骤104：判断流经所述继电器的控制侧的电流是否为0，如果不为0，则判断出所述控制器存在输出故障；如果为0，则执行步骤105；

步骤105：判断所述继电器的驱动侧两端电压是否相等，如果相等，则判断出所述继电器为粘连故障状态，如果不相等则判断出所述继电器为断开状态。

在优选的方案中，所述继电器具体包括：预充电继电器、正端继电器、充电继电器、加热继电器和负端继电器；其中，所述预充电继电器、正端继电器、充电继电器、加热继电器和负端继电器的控制侧均与所述控制器连接，所述预充电继电器、正端继电器、充电继电器和加热继电器的驱动侧均与所述高压源的正极连接，所述预充电继电器的驱动侧和正端继电器的驱动侧并联，所述负端继电器的驱动侧与所述高压源的负极连接。

在优选的方案中，在执行步骤101之前，所述继电器状态诊断方法还包括如下的初步诊断流程：

步骤201：所述控制器向所述电动汽车高压回路中的所有继电器发送断开指令，然后判断所述高压源两端的电压U_batt1和所述开关电路两端的电压U_hv1的差值是否小于第一额定值，如果是，则判断出所述正端继电器和负端继电器均为粘连故障状态；否者执行如下步骤；

步骤202：所述控制器向所述正端继电器发送闭合指令，然后判断所述高压源两端的电压U_batt2和所述正端继电器驱动侧两端的电压U_hv2的差值是否小于第二额定值，如果是，则判断出所述负端继电器为粘连故障状态；

步骤203：所述控制器向所述负端继电器发送闭合指令，然后判断所述高压源两端的电压U_batt3和所述负端继电器驱动侧两端的电压U_hv3的差值是否小于第三额定值，如果是，则判断出所述正端继电器为粘连故障状态。

在优选的方案中，在判断出所述负端继电器为粘连故障状态，或所述正端继电器为粘连故障状态，或所述步骤203的判断结果为否时，所述初步诊断流程还包括如下步骤：

步骤204：所述控制器向所述充电继电器发送断开指令，然后判断所述高压源两端的电压U_batt4和所述充电继电器驱动侧两端的电压U_hv4的差值是否小于第四额定值，如果是，则判断出所述充电继电器为粘连故障状态；如果否，则执行步骤205；

步骤205：所述控制器向所述充电继电器发送闭合指令，然后判断所述高压源两端的电压U_batt5和所述充电继电器驱动侧两端的电压U_hv5的差值是否小于第五额定值，如果是，则判断出所述充电继电器为闭合状态；如果否，则所述充电继电器为断开或故障状态，并且执行步骤206；

步骤206：所述控制器向所述加热继电器发送断开指令，然后判断所述高压源两端的电压U_batt6和所述加热继电器驱动侧两端的电压U_hv6的差值是否小于第六额定值，如果是，则判断出所述加热继电器为粘连状态；否者执行步骤207；

步骤207：所述控制器向所述加热继电器发送闭合指令，然后判断所述高压源两端的电压U_batt7和所述加热继电器驱动侧两端的电压U_hv7的差值是否小于第七额定值，如果是，则判断出所述加热继电器为闭合状态；否者所述加热继电器为断开或故障状态。

在优选的方案中，所述第一额定值至第七额定值的大小均为5V。

在优选的方案中，所述控制器通过运放电路和场效应晶体管与所述继电器连接，所述运放电路包括运算放大器；所述场效应晶体管的栅极与所述控制器连接，源极与所述运算放大器的正向输入端连接；所述运算放大器的输出端与所述继电器的控制侧连接，所述运算放大器的输入端与分流器并联；

其中，对流经所述继电器的控制侧的电流进行判断前，首先测量所述分流器两端电压，然后用分流器两端电压除以所述分流器的电阻得到流经所述继电器的控制侧的电流。

本发明提供的用于电动汽车高压回路的继电器状态诊断方法可实现对所有接入电动汽车高压回路的继电器的状态进行实时监控。根据继电器电流特性，可实现对继电器状态的预判断；继电器电流特性：继电器闭合过程中，存在一个峰值电流，当继电器闭合后，继电器工作电流会在一个合理的范围（上述的合理范围）内。如果继电器控制侧线束出现连接故障或继电器线圈存在故障，则控制侧电流在上述合理范围之外，据此可以判断继电器是否存在故障。然后通过向继电器发送控制指令和检测继电器驱动侧的电压来进一步判断组成开关电路的各个继电器的状态。采用本发明的技术方案可以更加准确的测量电动汽车高压回路中各个继电器是否存在故障，而不必增加额外的可能导致继电器失效的反馈点，既可以准确的监控继电器的状态，又不影响继电器原有的性能，可靠性更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为本发明实施例中电动汽车高压回路的示意图；

图3为本发明实施例的另一方法流程图，用于进行初步判断流程；

图4为本发明实施例中用于测量继电器的驱动电流的电路图。

附图标记说明：

RL1，预充电继电器；RL2，正端继电器；RL3，充电继电器；RL4，加热继电器；RL5，负端继电器；S，分流器；FET，场效应晶体管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为确保电动汽车高压回路安全，要求BMS能够对所有接入电动汽车高压回路的继电器的状态实时监控，如果继电器状态与目标不一致时，BMS会给出相应的安全解决措施。本发明实施例提供的用于电动汽车高压回路的继电器状态诊断方法，需要检测各继电器控制侧电流和继电器触头（驱动侧）两端的电压，然后进行状态判断。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种用于电动汽车高压回路的继电器状态诊断方法，所述电动汽车高压回路包括由至少一个继电器组成的开关电路和高压源（或者是电池包或高压部件等），所述继电器包括控制侧和驱动侧，所述驱动侧与高压源连接，所述控制侧与用于向所述继电器发送指令的控制器连接，所述继电器状态诊断方法包括：

步骤101：判断是否向所述继电器发送了闭合指令，如果已经发送，则进行步骤102，否则进行步骤104；

步骤102：判断流经所述继电器的控制侧的电流是否在合理范围内，如果不在所述合理范围内，则判断出所述继电器为故障状态或所述电动汽车高压回路的线束断路；如果在所述合理范围内，则执行步骤103；例如，电流I的合理范围是0.15A <I<0.25A；

步骤103：判断所述继电器的驱动侧两端电压是否相等；如果相等，则判断出所述继电器为闭合状态，如果不相等则判断出所述继电器为断开状态；

步骤104：判断流经所述继电器的控制侧的电流是否为0，如果不为0，则判断出所述控制器存在输出故障；如果为0，则执行步骤105；

步骤105：判断所述继电器的驱动侧两端电压是否相等，如果相等，则判断出所述继电器为粘连故障状态，如果不相等则判断出所述继电器为断开状态。

本实施例提供的方法利用控制器向继电器发送控制指令，然后结合继电器控制侧电流和驱动侧电压判断继电器的状态，主要用于判断继电器的粘连等故障状态，这种可以对各个继电器分别实施本方法，而且不需要为继电器连接反馈回路，保证了继电器的原有特性。

具体的，继电器可以包括：预充电继电器、正端继电器、充电继电器、加热继电器和负端继电器，在完成继电器上电初始化检测后，控制系统会实时检测继电器状态，并判断继电器状态与控制命令是否一致，参见图1和图2，各个继电器状态的判断方法如下：

正端继电器状态判断： 确认控制器发送正端继电器闭合命令，检测正端继电器控制侧电流，继电器控制侧的电流也称为驱动电流，如果电流在一定的范围内I₁<I<I₂，则判断继电器控制线路正常，初步判断继电器闭合，然后读取电压U₁和U₂，如果电压U₂接近U₁，则判断正端继电器闭合，如果电压U₂与U₁存在较大电压差，则判断继电器没有闭合，例如I₁为0.15A 以及I₂为0.25A。

负端继电器状态判断：确认控制系统发送负端继电器闭合命令，检测负端继电器驱动电流，如果电流在一定的范围内I₁<I<I₂，则判断继电器控制线路正常，初步判断继电器闭合，然后读取电压U₀和U₃，如果电压U₃接近U₀，则判断负端继电器闭合，如果电压U₃与U₀存在较大电压差，则判断继电器没有闭合。

充电继电器状态判断：确认控制系统发送充电继电器闭合命令，检测充电继电器驱动电流，如果电流在一定的范围内I₁<I<I₂，则判断继电器控制线路正常，初步判断继电器闭合，然后读取电压U₄，如果电压U₄接近U₁，则判断充电继电器闭合，如果电压U₄接近0V，则判断充电继电器断开。

加热继电器状态判断：确认控制系统发送加热继电器闭合命令，检测加热继电器驱动电流，如果电流在一定的范围内I₁<I<I₂，则判断继电器控制线路正常，初步判断继电器闭合，然后读取电压U₅，如果电压U₅接近U₁，则判断加热继电器闭合，如果电压U₅接近0V，则判断加热继电器断开。

实施例2

如图2所示，所述继电器具体包括：预充电继电器、正端继电器、充电继电器、加热继电器和负端继电器；其中，所述预充电继电器、正端继电器、充电继电器、加热继电器和负端继电器的控制侧均与所述控制器连接，所述预充电继电器、正端继电器、充电继电器和加热继电器的驱动侧均与所述高压源的正极连接，所述预充电继电器的驱动侧和正端继电器的驱动侧并联，所述负端继电器的驱动侧与所述高压源的负极连接。

本实施例所采用的方法与实施例1大致相同，所不同之处在于将上述方法应用于具有图2所示结构的电路中。

实施例3

在实施例2的基础上在执行步骤101之前，本实施例的继电器状态诊断方法还包括如下的初步诊断流程，如图3所示：

步骤201：所述控制器向所述电动汽车高压回路中的所有继电器发送断开指令，然后判断所述高压源两端的电压U_batt1和所述开关电路两端的电压U_hv1的差值是否小于第一额定值，如果是，则判断出所述正端继电器和负端继电器均为粘连故障状态；否者执行如下步骤；

步骤202：所述控制器向所述正端继电器发送闭合指令，然后判断所述高压源两端的电压U_batt2和所述正端继电器驱动侧两端的电压U_hv2的差值是否小于第二额定值，如果是，则判断出所述负端继电器为粘连故障状态；

步骤203：所述控制器向所述负端继电器发送闭合指令，然后判断所述高压源两端的电压U_batt3和所述负端继电器驱动侧两端的电压U_hv3的差值是否小于第三额定值，如果是，则判断出所述正端继电器为粘连故障状态。

结合图2和图3，本实施例的原理如下，其中，图3中的中括号表示求绝对值：

控制器在初始化过程中，对继电器做状态检测，检测方法是控制系统发送继电器断开命令，采集高压源两端电压U_batt和开关电路两端电压U_hv，如果电压U_hv 即U_hv1接近电压U_batt即U_batt1，则判断正端继电器和负端继电器处于闭合状态，继电器触头可能被粘连；如果电压U_hv接近0V，则判断至少有一个继电器处于断开状态，分别控制正端继电器和负端继电器，测量电压U_hv，如果电压U_hv仍接近0V，则判断正负极继电器状态正常，处于断开状态。如果控制正端继电器闭合，电压U_hv接近电压U_batt，则判断负端继电器触头粘连，如果控制正端继电器闭合，电压U_hv接近电压U_batt，则判断正端继电器触头粘连；然后判断充电继电器状态，控制器发送断开命令，读取继电器触头端电压U₄，如果电压U₄接近0V，则判断继电器断开，发送闭合命令，读取电压U₄，如果电压U₄接近高压源电压，则判断继电器闭合；最后判断加热继电器状态，控制器发送断开命令，读取继电器触头端电压U₅，如果电压U₅接近0V，则判断继电器断开，发送闭合命令，读取电压U₅，如果电压U₅接近高压源电压，则判断继电器闭合。

实施例4

继续参照图3，在实施例3的基础上，对充电继电器和加热继电器的状态进行判断，具体还包括如下步骤：

步骤204：所述控制器向所述充电继电器发送断开指令，然后判断所述高压源两端的电压U_batt4和所述充电继电器驱动侧两端的电压U_hv4的差值是否小于第四额定值，如果是，则判断出所述充电继电器为粘连故障状态；如果否，则执行步骤205；

步骤205：所述控制器向所述充电继电器发送闭合指令，然后判断所述高压源两端的电压U_batt5和所述充电继电器驱动侧两端的电压U_hv5的差值是否小于第五额定值，如果是，则判断出所述充电继电器为闭合状态；如果否，则所述充电继电器为断开或故障状态，并且执行步骤206；

步骤206：所述控制器向所述加热继电器发送断开指令，然后判断所述高压源两端的电压U_batt6和所述加热继电器驱动侧两端的电压U_hv6的差值是否小于第六额定值，如果是，则判断出所述加热继电器为粘连状态；否者执行步骤207；

步骤207：所述控制器向所述加热继电器发送闭合指令，然后判断所述高压源两端的电压U_batt7和所述加热继电器驱动侧两端的电压U_hv7的差值是否小于第七额定值，如果是，则判断出所述加热继电器为闭合状态；否者所述加热继电器为断开或故障状态。

本实施例和实施例3中的各个额定值的大小可以均为5V。

实施例5

在上述实施例基础上，结合图4，本实施例给出了具体测量继电器控制侧电流的方法。在本实施例中：

所述控制器通过运放电路和场效应晶体管与所述继电器连接，所述运放电路包括运算放大器；所述场效应晶体管的栅极与所述控制器连接，源极与所述运算放大器的正向输入端连接；所述运算放大器的输出端与所述继电器的控制侧连接，所述运算放大器的输入端与分流器并联；

其中，对流经所述继电器的控制侧的电流进行判断前，首先测量所述分流器两端电压，然后用分流器两端电压除以所述分流器的电阻得到流经所述继电器的控制侧的电流。

本实施例的测量继电器驱动侧电流的原理如下：继电器控制侧驱动电流检测方法是通过集成在控制器内部的分流器（Shunt）实现的，其可以被简化为一个电阻。控制器采集分流器两端的电压U，然后通过公式I=U/R，计算得到继电器驱动电流I，其中R为分流器的电阻。根据继电器电气特性，当继电器闭合后，驱动电流保持在一定的范围内I₁<I<I₂。当控制器控制继电器闭合，控制器检测到继电器驱动电流为0，可初步判断继电器没有闭合，控制线路出现断路故障；当继电器电流大于I₂或小于I₁时，可初步判断继电器故障，导致继电器不闭合。当继电器工作电流不在上述合理范围内，可初步判断继电器不处于闭合状态。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种用于电动汽车高压回路的继电器状态诊断方法，所述电动汽车高压回路包括由至少一个继电器组成的开关电路和高压源，所述继电器包括控制侧和驱动侧，所述驱动侧与高压源连接，所述控制侧与用于向所述继电器发送指令的控制器连接，其特征在于，所述继电器状态诊断方法包括：

步骤101：判断是否向所述继电器发送了闭合指令，如果已经发送，则进行步骤102，否则进行步骤104；

步骤102：判断流经所述继电器的控制侧的电流是否在合理范围内，如果不在所述合理范围内，则判断出所述继电器为故障状态或所述电动汽车高压回路的线束断路；如果在所述合理范围内，则执行步骤103；

步骤103：判断所述继电器的驱动侧两端电压是否相等；如果相等，则判断出所述继电器为闭合状态，如果不相等则判断出所述继电器为断开状态；

步骤104：判断流经所述继电器的控制侧的电流是否为0，如果不为0，则判断出所述控制器存在输出故障；如果为0，则执行步骤105；

步骤105：判断所述继电器的驱动侧两端电压是否相等，如果相等，则判断出所述继电器为粘连故障状态，如果不相等则判断出所述继电器为断开状态。

2.根据权利要求1所述的继电器状态诊断方法，其特征在于，所述继电器具体包括：

预充电继电器、正端继电器、充电继电器、加热继电器和负端继电器；其中，所述预充电继电器、正端继电器、充电继电器、加热继电器和负端继电器的控制侧均与所述控制器连接，所述预充电继电器、正端继电器、充电继电器和加热继电器的驱动侧均与所述高压源的正极连接，所述预充电继电器的驱动侧和正端继电器的驱动侧并联，所述负端继电器的驱动侧与所述高压源的负极连接。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的继电器状态诊断方法，其特征在于，所述控制器通过运放电路和场效应晶体管与所述继电器连接，所述运放电路包括运算放大器；所述场效应晶体管的栅极与所述控制器连接，源极与所述运算放大器的正向输入端连接；所述运算放大器的输出端与所述继电器的控制侧连接，所述运算放大器的输入端与分流器并联；

其中，对流经所述继电器的控制侧的电流进行判断前，首先测量所述分流器两端电压，

然后用分流器两端电压除以所述分流器的电阻得到流经所述继电器的控制侧的电流。