CN104391241B - 一种动力电池高压继电器状态检测电路及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种动力电池高压继电器状态检测电路及其方法，其检测电路在正极继电器两端并联有预充电阻和预充继电器组成的串联支路，所述预充电阻连接于动力电池总正极的一端，所述预充电阻两端还并联了一测试电阻，同时增加电池管理系统的动力电池外总压测量功能，结合特定的高压上电流程方法，可以诊断所有高压继电器和器件的故障状态，保证动力电池在所有高压继电器和器件工作状态正常的情况下完成高压上电流程，消除了动力电池高压上电流程中的不安全因素，出现故障时能为整车控制器和最终用户提供具体故障信息，方便动力电池维护。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车高压系统控制领域，特别是涉及一种电动汽车的动力电池高压继电器状态检测电路及其方法。
背景技术
动力电池作为电动汽车的能力输出电路，其能量输出通过一系列高压器件的通断来实现，所述高压器件的工作状态，特别是动力电池正端和负端高压继电器是否正常通断对动力电池保证能量输出十分必要；电池管理系统（BMS）作为动力电池能量输出的控制单元，必须检测动力电池高压继电器及相关高压器件的工作状态，但目前的动力电池高压继电器电路中，电池管理系统无法判断具体哪个高压继电器或器件出故障，造成无法完成高压上电流程，或者完成了高压上电流程，却无法识别高压继电器的粘连情况，这些高压继电器和器件工作不正常的情况为车辆使用和维护带来不安全因素，故急需提高电池管理系统对高压继电器的控制能力。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种安全可靠的动力电池高压上电过程中的高压继电器状态检测电路及其方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种动力电池高压继电器状态检测电路，包括多组动力电池以及分别连接于动力电池总正、总负极的正极继电器和负极继电器，还包括连接于正极继电器和负极继电器的另一端的负载电机，所述正极继电器两端并联有预充电阻和预充继电器组成的串联支路，所述预充电阻连接于动力电池总正极的一端，所述预充电阻两端还并联了一测试电阻。
所述动力电池总正、总负极之间设置了第一电压表，用以测量动力电池内总压，所述预充电阻和预充继电器的连接点与负极继电器和负载电机的连接点间设置了第二电压表，用以测量动力电池外总压，所述负载电机两端设置了第三电压表，用以测量负载总压。
所述测试电阻的阻值大于或等于1兆欧。
动力电池组内部串联一手动维修开关。
基于上述检测电路的一种动力电池高压继电器状态检测方法，所述检测方法包括如下步骤：
A. 电池管理系统低压上电后，判断动力电池外总压是否大于等于内总压的第一设定百分比，若是则诊断负极继电器状态为粘连，否则电池管理系统闭合负极继电器后进入步骤B；
B. 再次判断动力电池外总压是否大于等于内总压的第一设定百分比，若否则进入步骤C，是则进入步骤D；
C. 判断动力电池外总压是否大于等于内总压的第二设定百分比，若是则诊断预充电阻状态为断开，否则诊断负极继电器状态为断开；
D. 判断动力电池负载总压是否大于等于内总压的第三设定百分比，若是则诊断正极继电器状态为粘连，否则延时第一时段后进入步骤E；
E. 判断动力电池负载总压是否大于等于内总压的第四设定百分比，若是则延时第二时段后进入步骤F，否则电池管理系统闭合预充继电器后进入步骤G的预充电阶段；
F. 判断动力电池负载总压是否大于等于内总压的第五设定百分比，若是则诊断预充继电器状态为粘连,否则闭合预充继电器进入步骤G的预充电阶段；
G. 判断动力电池负载总压是否大于等于内总压的第五设定百分比，若否则进入步骤H，是则电池管理系统闭合正极继电器后进入步骤I；
H. 判断预充时间是否大于等于第四时段，若否则回到步骤G，是则诊断预充继电器状态为断开；
I. 延时第三时段后电池管理系统断开预充继电器，判断动力电池负载总压是否大于等于内总压的第三设定百分比，若否则诊断正极继电器状态为断开，是则高压上电流程完成。
所述第一设定百分比大于第二设定百分比，所述第四设定百分比小于第五设定百分比。
一般情况下第一设定百分比为85%～99%，第二设定百分比为40%～60%，第一设定百分比和第二设定百分比分别表示两种状态下的通路动力电池组总正极-预充电阻、测试电阻-负极继电器-动力电池组总负极中电池外总压与电池内总压的比值；第三设定百分比为85%～99%，表示通路动力电池组总正极-正极继电器-负载电机-负极继电器-动力电池组总负极中负载总压与电池内总压的比值；第四设定百分比15%～35%，第五设定百分比为85%～99%，第四设定百分比和第五设定百分比分别表示两种状态下的通路动力电池组总正极-预充电阻、测试电阻-预充继电器-负载电机-负极继电器-动力电池组总负极中负载总压和电池内总压的比值。
所述延时的第一时段小于第二时段，所述第三时段小于第一时段。一般情况下第一时段为80～200毫秒，第二时段为800～1000毫秒，第三时段为30～60毫秒。
所述第四时段为0.5～3秒。
步骤A前低压上电后，还包括根据动力电池的内总压的大小判断手动维修开关是否断开的步骤；如果动力电池的内总压大于等于设定值，再进入步骤A，否则诊断手动维修开关故障断开，停止高压上电。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提供一种动力电池高压继电器状态检测电路及其方法，在常见动力电池高压继电器的基础上，提出了改进的动力电池高压继电器电路，同时增加电池管理系统的动力电池外总压测量功能，结合特定的高压上电流程方法，可以诊断所有高压继电器和器件的故障状态，保证动力电池在所有高压继电器和器件工作状态正常的情况下完成高压上电流程，消除了动力电池高压上电流程中的不安全因素，出现故障时能为整车控制器和最终用户提供具体故障信息，方便动力电池维护。
附图说明
图1为本发明高压继电器电路结构示意图；
图2为本发明实施例中动力电池高压上电过程中高压继电器状态检测方法流程图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细描述。
实施例
如图1所示，一种动力电池高压继电器状态检测电路，包括多组动力电池，多组动力电池的中间串接有一手动维修开关（MSD），所述动力电池的总正极到总负极之间依次串接有正极继电器K1、负载电机M和负极继电器K2，所述正极继电器两端还并联有预充电阻R1和预充继电器K3组成的串联支路，其中预充电阻R1设置于连接动力电池总正极的一端，并在所述预充电阻R1的两端并联一阻值大于等于一兆欧的测试电阻R2，用以区分预充电阻R1断开和负极继电器K2断开的情况。
还包括第一电压表、第二电压表和第三电压表，其中第一电压表设置于动力电池总正、总负极之间，用以测量动力电池内总压V1；第二电压表的一端连接预充电阻和预充继电器的连接点，另一端连接负极继电器和负载电机的连接点，用以测量动力电池外总压V2；第三电压表连接于负载电机两端，用以测量负载总压V3。
该高压继电器电路将动力电池外总压V2的测量点设置在预充电阻R1和预充继电器K3的中间，方便负极继电器K2闭合后电池管理系统即可测量到动力电池外总压V2，为区分预充电阻R1断开和负极继电器K2断开的情况，在预充电阻R1的两端增加一个兆欧级的测试电阻R2。通常情况下预充电阻R1阻值小于100欧姆，所以动力电池外总压V2与内总压V1在正常情况下几乎完全相等。当预充电阻R1断开故障时，通过测试电阻R2后的动力电池外总压V2测量值则比内总压V1小很多，具体取决于测试电阻值与V2采样电路等效阻值的匹配。一般情况下为节省成本，测试电阻R2集成在电池管理系统内部V1和V2采样线之间。相应的电池管理系统还需要增加动力电池负载总压V3的测量功能，通过V3可以提前判断正极继电器K1或预充继电器K3粘连，预充后可以判断正极继电器K1或预充继电器K3断开，最终完成预充和高压上电流程。
本发明还公开一种动力电池高压继电器状态检测方法，根据动力电池的内总压V1的大小判断手动维修开关是否断开；并控制负极继电器K2的断开或者闭合，根据动力电池外总压V2与内总压V1的大小关系判断负极继电器K2和预充电阻R1的状态；接着控制正极继电器K1的闭合或断开，根据动力电池的负载总压V3和内总压V1的大小关系判断预充继电器K3和正极继电器K1的状态。其中，在判断预充继电器K3和正极继电器K1状态时，采取适当的延时，以保证检测的准确度。最后，其判断结果通过电池管理系统（BMS）发送至整车控制器和最终用户。
如图2所示，以100串磷酸铁锂动力电池组，预充电阻60欧姆，测试电阻1兆欧姆为例，对本发明检测方法的具体实施进一步详细说明，所述检测方法包括如下步骤：
A. 电池管理系统低压上电后，判断动力电池内总压V1是否大于等于动力电池最低内总压值270V；若否则诊断手动维修开关(MSD)状态为断开，是则判断动力电池外总压V2是否大于等于内总压V1的95%，若是则诊断负极继电器状态为粘连，否则电池管理系统闭合负极继电器K2后进入步骤B；;
100串磷酸铁锂动力电池组静态内总压V1值正常情况下处于300V～370V之间，极端情况下处于270~380V。故取动力电池最低内总压值为270V，如果MSD断开则动力电池中间开路，此时V1测量值约为0V；若内总压V1大于等于270V则表示手动维修开关正常闭合。在未闭合负极继电器K2的情况下，V2测量值应约为0V。如果本步骤中V2测量值与V1几乎完全相等，则说明负极继电器K2状态为粘连。
B. 判断动力电池外总压V2是否大于等于内总压V1的95%，若否则进入步骤C，是则进入步骤D；
C. 判断动力电池外总压V2是否大于等于内总压V1的50%，若是则诊断预充电阻R1状态为断开，否则诊断负极继电器K2状态为断开；
预充电阻R1断开时，由于测试电阻R2的存在，V2测量值并不为零，通过合理匹配测试电阻R2阻值和V2采样电路等效阻值，可以设计V2此时的测量值为V1的70%左右。
如果负极继电器K2断开则V2开路，测量值约为0V。
D. 判断动力电池负载总压V3是否大于等于内总压V1的95%，若是则诊断正极继电器K1状态为粘连，否则延时100毫秒后进入步骤E;
负极继电器K2闭合而正极继电器K1断开的情况下，V3测量值约为0V。如果V3测量值与V1几乎完全相等，则正极继电器K1粘连。
E. 判断动力电池负载总压V3是否大于等于内总压V1的25%，若是则延时900毫秒后进入步骤F，否则电池管理系统闭合预充继电器K3后进入步骤G的预充电阶段；
负极继电器闭合而预充继电器断开的情况下，由于已经延时100ms，如果V3测量值大于V1的25%则有可能是预充继电器粘连并且正在进行预充过程，需要步骤F对预充结果进一步确认。
F. 判断动力电池负载总压V3是否大于等于内总压V1的95%，若是则诊断预充继电器K3状态为粘连, 否则闭合预充继电器进入步骤G的预充电阶段；
本步骤中预充继电器并未闭合，如果满足预充完毕条件则确认预充继电器粘连。
G. 判断动力电池负载总压V3是否大于等于内总压V1的95%，若否则进入步骤H，是则电池管理系统闭合正极继电器K1后进入步骤I；
预充继电器K3闭合后开始预充过程，当V3大于等于V1的95%时，预充过程和高压上电流程执行完毕。如果不满足预充完成条件，则需步骤（I）中等待预充超时。
H. 判断预充时间是否大于等于1秒，若否则回到步骤G，是则诊断预充继电器K3状态为断开；
在前面各高压继电器和器件正常工作的情况下，预充超时唯一可能为预充继电器K3一直处于断开状态。此处不考虑负载电机M故障的情况，可以通过断开动力电池与负载电机M的高压回路来区分是动力电池故障还是负载电机故障。
I. 延时50毫秒后电池管理系统断开预充继电器K3，判断动力电池负载总压V3是否大于等于内总压V1的95%，若否则诊断正极继电器K1状态为断开，是则高压上电流程完成。
如果断开预充继电器K3同时正极继电器K1已处于闭合状态，高压上电流程完成，V3测量值应与V1几乎完全相等。如果V3测量值约为0V或缓慢降至0V，则是预充继电器K3断开后且正极继电器K1也处于断开状态，造成动力电池无高压持续输出。
以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种动力电池高压继电器状态检测电路，包括多组动力电池以及分别连接于动力电池总正、总负极的正极继电器和负极继电器，还包括连接于正极继电器和负极继电器的另一端的负载电机，其特征在于：所述正极继电器两端并联有预充电阻和预充继电器组成的串联支路，所述预充电阻连接于动力电池总正极的一端，所述预充电阻两端还并联了一测试电阻；
所述动力电池总正、总负极之间设置了第一电压表，用以测量动力电池内总压，所述预充电阻和预充继电器的连接点与负极继电器和负载电机的连接点间设置了第二电压表，用以测量动力电池外总压，所述负载电机两端设置了第三电压表，用以测量负载总压。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池高压继电器状态检测电路，其特征在于：所述测试电阻的阻值大于或等于1兆欧。
3.根据权利要求1所述的一种动力电池高压继电器状态检测电路，其特征在于：动力电池组内部串联一手动维修开关。
4.一种动力电池高压继电器状态检测方法， 其特征在于，该方法基于权利要求1～3任一项所述的动力电池高压继电器状态检测电路，所述检测方法包括如下步骤：
电池管理系统低压上电后，判断动力电池外总压是否大于等于内总压的第一设定百分比，若是则诊断负极继电器状态为粘连，否则电池管理系统闭合负极继电器后进入步骤B；
再次判断动力电池外总压是否大于等于内总压的第一设定百分比，若否则进入步骤C，是则进入步骤D；
判断动力电池外总压是否大于等于内总压的第二设定百分比，若是则诊断预充电阻状态为断开，否则诊断负极继电器状态为断开；
判断动力电池负载总压是否大于等于内总压的第三设定百分比，若是则诊断正极继电器状态为粘连，否则延时第一时段后进入步骤E；
判断动力电池负载总压是否大于等于内总压的第四设定百分比，若是则延时第二时段后进入步骤F，否则电池管理系统闭合预充继电器后进入步骤G的预充电阶段；
判断动力电池负载总压是否大于等于内总压的第五设定百分比，若是则诊断预充继电器状态为粘连,否则闭合预充继电器进入步骤G的预充电阶段；
判断动力电池负载总压是否大于等于内总压的第五设定百分比，若否则进入步骤H，是则电池管理系统闭合正极继电器后进入步骤I；
判断预充时间是否大于等于第四时段，若否则回到步骤G，是则诊断预充继电器状态为断开；
延时第三时段后电池管理系统断开预充继电器，判断动力电池负载总压是否大于等于内总压的第三设定百分比，若否则诊断正极继电器状态为断开，是则高压上电流程完成。
5.根据权利要求4所述的一种动力电池高压继电器状态检测方法，其特征在于：所述第一设定百分比大于第二设定百分比，所述第四设定百分比小于第五设定百分比。
6.根据权利要求4所述的一种动力电池高压继电器状态检测方法，其特征在于：所述延时的第一时段小于第二时段，所述第三时段小于第一时段。
7.根据权利要求5所述的一种动力电池高压继电器状态检测方法，其特征在于：所述第四时段为0.5～3秒。
8.根据权利要求4所述的一种动力电池高压继电器状态检测方法，其特征在于：步骤A前低压上电后，还包括根据动力电池的内总压的大小判断手动维修开关是否断开的步骤；如果动力电池的内总压大于等于设定值，再进入步骤A，否则诊断手动维修开关故障断开，停止高压上电。
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