CN106771997A - 一种储能系统接触器粘连检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种储能系统接触器粘连检测装置包括：接触器、检测执行模块、检测输出模块及检测控制中心；接触器与检测执行模块的检测输入端连接，所述检测执行模块的信号输出端与所述检测输出模块的检测输入端连接，所述检测执行模块的控制输入端与检测输出模块的控制输出端连接；所述检测输出模块的检测输出端与所述检测控制中心的检测输入端连接，检测输出模块的控制输入端与检测控制中心的控制输出端连接。本发明设有检测执行模块和检测输出模块，检测执行模块可以检测接触器的导通状态，并将检测结果通过检测输出模块发送给电池管理系统，从而可以直接判断出接触器的接触点的导通状态，判断接触器粘连简单明确，提升了检测的可靠性。

Description

一种储能系统接触器粘连检测装置

技术领域

本发明涉及储能系统的接触器检测领域，特别是涉及一种储能系统接触器粘连检测装置。

背景技术

储能系统中，电池组进行充放电中发生保护或者异常时，需要接触器切断充放电回路，以保护电池组以及储能系统，保护或者异常解除时，需要接触器闭合充放电回路。接触器属于机械器件，在充放电电流较大的情况下，切断或者闭合接触器容易发生接触器触点烧结粘连的问题，接触器粘连失效将直接导致储能系统无法正常切断充放电回路，最终导致储能系统电池组受损。所以储能系统中接触器的粘连检测尤为重要。

然而，目前储能系统的接触器粘连检测技术存在缺点，例如：

通过检测接触器辅助触点的状态来判断接触器是否粘连。部分接触器具有与主触点同步动作存在直接机械关联的辅助触点，在接触器使用之初，检测辅助触点判断主触点是否粘连十分有效，但是随着接触器的持续使用，机械器件的磨损、触点接触面的耗损等因素，辅助触点与主触点之间的机械关联度下降，通过检测辅助触点判断主触点是否粘连的可靠性也随之下降。

通过检测接触器功率回路两端的电势差判断接触器是否粘连。储能系统接触器主触点一端接电池组总正或者总负段，另外一端接负载/充电器的总正或者总负端，当接触器闭合时，接触器主触点两端的电势差等于零，当接触器断开时，接触器主触点两端的存在一定的电势差，则通过此电势差则可判断接触器是否粘连。此种方法存在一定的问题，检测接触器功率线两端电势差，需要增加检测电势差的参考地与两路电压检测电路，并且参考地与接触器功率线之间为高压，电势差的检测涉及到高电压检测电路，增加了接触器粘连检测的复杂度与硬件成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种储能系统接触器粘连检测装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种储能系统接触器粘连检测装置，包括：接触器、检测执行模块、检测输出模块及检测控制中心；

所述接触器与所述检测执行模块的检测输入端连接，所述检测执行模块的信号输出端与所述检测输出模块的检测输入端连接，所述检测执行模块的控制输入端与所述检测输出模块的控制输出端连接；所述检测输出模块的检测输出端与所述检测控制中心的检测输入端连接，所述检测输出模块的控制输入端与所述检测控制中心的控制输出端连接；

当所述检测执行模块检测到所述接触器断开时，输出接触器断开信号给所述检测输出模块，所述检测输出模块的检测输出端输出低电平给所述检测控制中心；当所述检测执行模块检测到所述接触器闭合时，输出接触器闭合信号给所述检测输出模块，所述检测输出模块的检测输出端输出高电平给所述检测控制中心。

作为进一步优选的方案，所述检测执行模块包括DCDC隔离单元及与所述DCDC隔离单元串联的光电耦合单元；

所述DCDC隔离单元的控制输入端与所述检测输出模块的控制输出端连接，所述光电耦合单元的信号输出端与所述检测输出模块的检测输入端连接。

作为进一步优选的方案，所述DCDC隔离单元的正极输出端与所述光电耦合单元的发光二极管的阳极连接，所述光电耦合单元的发光二极管的阴极与所述接触器的第二端口连接，所述接触器的第一端口与所述DCDC隔离单元的负极输出连接。

作为进一步优选的方案，所述检测输出模块包括使能控制单元，所述使能控制单元的使能输入端与所述检测控制中心的控制输出端连接，所述使能控制单元的使能输出端与所述DCDC隔离单元的使能输入端连接。

作为进一步优选的方案，所述检测输出模块还包括状态输出单元，所述状态输出单元的检测输入端与所述光电耦合单元的信号输出端连接，所述状态输出单元的输出端与所述测控制中心的检测输入端。

作为进一步优选的方案，所述使能控制单元包括第一MOS管、第二MOS管、第二供电电源、第二滤波电容、第六电阻、第七电阻及第八电阻；

所述第二MOS管的G极与所述测控制中心的输出控制端连接，D极经第七电阻与所述第一MOS管的G极连接，S极分别与所述DCDC隔离单元的负极输入端和地连接，D极与其S极之间跨接第八电阻；所述第一MOS管的D极与所述DCDC隔离单元的正极输入端连接；所述第一MOS管的S极分别与所述第二供电电源和所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接地，所述第一MOS管的S极与其G极之间跨接第六电阻。

作为进一步优选的方案，所述状态输出单元包括第五电阻、第三滤波电容及第一供电电源；

所述光电耦合单元的光敏三极管的集电极经所述第五电阻与所述第一供电电源连接，所述光电耦合单元的光敏三极管的集电极还分别与所述检测控制中心的检测端和所述第三滤波电容的一端连接，所述第三滤波电容的另一端分别与所述光电耦合单元的光敏三极管的发射极和地连接。

作为进一步优选的方案，所述检测执行模块还包括高压脉冲吸收单元，所述高压脉冲吸收单元的第一输入端与所述接触器的第一端口连接，第二输入端与所述接触器的第二端口连接；所述高压脉冲吸收单元的第一输出端与所述DCDC隔离单元的负极输出端连接，第二输出端与所述光电耦合单元的发光二极管的阴极连接。

作为进一步优选的方案，所述高压脉冲吸收单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一滤波电容及双向TVS管；

所述发光二极管的阴极依次串联所述第二电阻和所述第四电阻后与所述接触器的第二端口连接，所述接触器的第一端口依次串联所述第三电阻和所述第一电阻后与所述DCDC隔离单元的负极输出端连接；所述第一滤波电容的一端与所述DCDC隔离单元的负极输出端连接，另一端与所述发光二极管的阴极连接；所述双向TVS管跨接在第一电阻与第三电阻的连接节点和第二电阻与第四电阻的连接节点之间。

作为进一步优选的方案，所述接触器的第一端口还与第一功率线连接，所述接触器的第二端口还与第二功率线连接；所述接触器的控制端还与检测控制中心连接。

本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：

1、本发明公开一种储能系统接触器粘连检测装置，设有检测执行模块和检测输出模块，检测执行模块可以检测接触器的导通状态，并将检测结果通过检测输出模块发送给检测控制中心，从而可以直接判断出接触器的接触点的导通状态，判断接触器粘连简单明确，提升了检测的可靠性。

2、当不需要接触器状态检测时，检测控制中心可以给检测输出模块的控制输入端接入停止工作信号，检测输出模块控制检测执行模块不工作，不用检测接触器的状态，所以可以使检测执行模块不产生功耗，节约储能系统的资源。

3、本发明设计主要器件为DCDC隔离单元和光电耦合单元，此两个器件将接触器检测回路与外部控制电路完全隔离，独立成一个模块，不需要使用高压检测电路进行接触器功率主触点两端的电势差检测，从而简化了检测电路的复杂度，进一步降低了硬件成本。

4、本发明还设有高压脉冲吸收单元，在接触器在断开瞬间会产生高压拉弧现象时，通过高压脉冲吸收单元可以使到达DCDC隔离电源模块U1和光电耦合器U2的高压脉冲电压已经被消除，从而很好的保护DCDC隔离电源模块U1和光电耦合器U2不被高压冲击损坏。

附图说明

图1为本发明一种储能系统接触器粘连检测装置的原理框图；

图2为图1的储能系统接触器粘连检测装置的电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

请参阅图1，一种储能系统接触器粘连检测装置10包括：接触器1、检测执行模块2、检测输出模块3及检测控制中心4。检测执行模块2用于检测接触器1的通断，并将检测信号传输给检测输出模块3，同时还接收来自检测输出模块3的控制信号，检测输出模块3接收到来自检测执行模块2的检测信号时，将检测信号输出给检测控制中心4，检测控制中心4就可以知道接触器1接通状态或关闭状态。而且检测控制中心4可以输出关闭检测信号给检测输出模块3，然后检测输出模块3又控制检测执行模块2的工作或不工作，从而可以降低整个装置的功耗。

接触器1与检测执行模块2的检测输入端连接，检测执行模块2的信号输出端与检测输出模块3的检测输入端连接，检测执行模块2的控制输入端与检测输出模块3的控制输出端连接；检测输出模块3的检测输出端与检测控制中心4的检测输入端连接，检测输出模块3的控制输入端与检测控制中心4的控制输出端连接。

当检测执行模块2检测到接触器1断开时，输出接触器1断开信号给检测输出模块3，检测输出模块3的检测输出端输出低电平给检测控制中心4；当检测执行模块2检测到接触器1闭合时，输出接触器1闭合信号给检测输出模块3，检测输出模块3的检测输出端输出高电平给检测控制中心4。

当不需要检测接触器1的通断状态时，检测控制中心4给检测输出模块3的控制输入端接入停止工作信号，检测输出模块3接收到停止工作信号后，停止给检测执行模块2供电，检测执行模块2不工作，不能检测接触器的状态，所以可以使检测执行模块2不产生功耗。

要说明的是，检测执行模块2包括DCDC隔离单元21及与DCDC隔离单元21串联的光电耦合单元22；DCDC隔离单元21的正极输出端与光电耦合单元22的发光二极管的阳极连接，光电耦合单元22的发光二极管的阴极与接触器1的第二端口A2连接，接触器1的第一端口A1与DCDC隔离单元21的负极输出连接。DCDC隔离单元21的控制输入端与检测输出模块3的控制输出端连接，光电耦合单元22的信号输出端与检测输出模块3的检测输入端连接。

由于DCDC隔离单元U1输入与输出隔离，并且光电耦合单元U2的输入与输出隔离，所以接触器状态检测回路实际上也是一个完全被隔离的模块，可以独立成为检测执行模块，而检测输出模块作为另一个模块可以放置于储能系统的检测控制中心内，可以根据实际接触器的位置情况，用线束将检测执行模块和检测输出模块连接起来。

接触器1的第一端口A1还与第一功率线P1连接，接触器1的第二端口A2还与第二功率线P2连接；接触器1的控制端还与检测控制中心连接。

检测输出模块3还包括状态输出单元32，状态输出单元32的检测输入端与光电耦合单元22的信号输出端连接，状态输出单元32的输出端与检测控制中心4的检测输入端。

具体的，状态输出单元32包括第五电阻R5、第三滤波电容C3及第一供电电源VCC1。光电耦合单元22的光敏三极管的集电极经第五电阻R5与第一供电电源VCC1连接，光电耦合单元22的光敏三极管的集电极还分别与检测控制中心4的检测端和第三滤波电容C3的一端连接，第三滤波电容C3的另一端分别与光电耦合单元22的光敏三极管的发射极和地连接。

要说明的是，检测输出模块3包括使能控制单元31，使能控制单元31的使能输入端与检测控制中心4的控制输出端连接，使能控制单元31的使能输出端与DCDC隔离单元21的使能输入端连接。

具体的，请参阅图2，使能控制单元31包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第二供电电源VCC2、第二滤波电容C2、第六电阻R6、第七电阻R7及第八电阻R8。第二MOS管Q2的G极与检测控制中心4的输出控制端连接，D极经第七电阻R7与第一MOS管Q1的G极连接，S极分别与DCDC隔离单元21的负极输入端和地连接，D极与其S极之间跨接第八电阻；第一MOS管Q1的D极与DCDC隔离单元21的正极输入端连接；第一MOS管Q1的S极分别与第二供电电源VCC2和第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端接地，第一MOS管Q1的S极与其G极之间跨接第六电阻R6。

工作原理：

当接触器断开时，接触器第一端口A1与第二端口A2为断开状态，则DCDC隔离单元U1的正极输出电流无法回到DCDC隔离单元U1的负极输出，电流回路未形成。因光电耦合单元U2的发光二极管无电流流过，光电耦合单元U2的光敏三极管处于非导通状态，接触器状态输出端口由上拉电阻R5接着VCC1，输出为高电平。

当接触器闭合时，接触器第一端口A1与第二端口A2为导通状态，则DCDC隔离单元U1的正极输出电流经由光电耦合单元U2的体内二极管回到DCDC隔离单元U1的负极输出，电流回路形成。因光电耦合单元U2的体内二极管流过电流，光电耦合单元U2的内光感应三极管处于导通状态，接触器状态输出端口输出为低电平。

所以，接触器断开状态或闭合状态可以由接触器状态检测输出端口的高电平或低电平判断。

在储能系统不需要进行接触器状态检测时，储能系统的电池管理系统向接触器状态检测电源使能端口输出低电平，第二MOS管Q2的Vgs等于0V，第二MOS管Q2不导通，则第一MOS管Q1的Vgs等于0V，第一MOS管Q1不导通，DCDC隔离单元U1无电源供电，接触器检测回路不产生电流，则接触器状态检测电路不产生功耗。

在储能系统需要进行接触器状态检测时，储能系统的电池管理系统向接触器状态检测电源使能端口输出高电平，第二MOS管Q2的Vgs大于开启电压，第二MOS管Q2导通，第六电阻R6与第七电阻R7对第二供电电源VCC2进行分压，则第一MOS管Q1的Vgs大于开启电压，第一MOS管Q1导通，DCDC隔离单元U1有电源供电，接触器检测回路产生电流并开始工作。

实施例二

请一并参阅图1和图2，除下述的技术特征，本实施例的技术特征与实施例1相同。检测执行模块2还包括高压脉冲吸收单元23，高压脉冲吸收单元23的第一输入端与接触器1的第一端口A1连接，第二输入端与接触器1的第二端口A2连接；高压脉冲吸收单元23的第一输出端与DCDC隔离单元21的负极输出端连接，第二输出端与光电耦合单元22的发光二极管的阴极连接。

具体的，高压脉冲吸收单元23包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一滤波电容C1及双向TVS管D1；发光二极管的阴极依次串联第二电阻R2和第四电阻R4，第四电阻R4后接触器1的第二端口A2连接，接触器1的第一端口A1依次串联第三电阻R3和第一电阻R1后与DCDC隔离单元21的负极输出端连接；第一滤波电容C1的一端与DCDC隔离单元21的负极输出端连接，另一端与所述发光二极管的阴极连接；所述双向TVS管跨接在第一电阻R1与第三电阻R3的连接节点和第二电阻R2与第四电阻R4的连接节点之间。

工作原理：图中第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、双向TVS管D1、第一电容C1组成高压脉冲吸收单元23。接触器在断开瞬间产生高压拉弧现象，接触器第一端口A1与第二端口A2上产生的高压脉冲先经过第三电阻R3、第四电阻R4限流，再由双向TVS管D1进行限压，再次经过第一电阻R1、第二电阻R2进行限流，最后由第一电容C1进行进一步滤波，到达DCDC隔离单元U1和光电耦合单元U2的高压脉冲电压已经被消除，从而很好的保护DCDC隔离单元U1和光电耦合单元U2不被高压冲击损坏。

本发明为一种储能系统接触器粘连检测装置，主要针对储能系统中接触器粘连检测，特别针对使用MCU作为系统控制单元的电池管理系统。本发明主要使用隔离器件组成接触器检测模块，对接触器主触点进行直接通断状态检测，同时接触器检测执行模块中加入拉弧高压吸收单元，防止高压脉冲对DCDC隔离单元和光电耦合单元的损坏。检测输出模块与电池管理系统板信号连接，需要检测接触器主触点状态时，使能电源开关，使检测执行模块供电，检测完毕再关闭检测执行模块供电，降低功耗，检测执行模块和检测输出模块之间根据接触器的实际位置情况通过线束连接，方便安装。

以上实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，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，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种储能系统接触器粘连检测装置，其特征在于，包括：接触器、检测执行模块、检测输出模块及检测控制中心；

所述接触器与所述检测执行模块的检测输入端连接，所述检测执行模块的信号输出端与所述检测输出模块的检测输入端连接，所述检测执行模块的控制输入端与所述检测输出模块的控制输出端连接；所述检测输出模块的检测输出端与所述检测控制中心的检测输入端连接，所述检测输出模块的控制输入端与所述检测控制中心的控制输出端连接；

当所述检测执行模块检测到所述接触器断开时，输出接触器断开信号给所述检测输出模块，所述检测输出模块的检测输出端输出低电平给所述检测控制中心；当所述检测执行模块检测到所述接触器闭合时，输出接触器闭合信号给所述检测输出模块，所述检测输出模块的检测输出端输出高电平给所述检测控制中心。

2.根据权利要求1所述的储能系统接触器粘连检测装置，其特征在于，所述检测执行模块包括DCDC隔离单元及与所述DCDC隔离单元串联的光电耦合单元；

所述DCDC隔离单元的控制输入端与所述检测输出模块的控制输出端连接，所述光电耦合单元的信号输出端与所述检测输出模块的检测输入端连接。

3.根据权利要求2所述的储能系统接触器粘连检测装置，其特征在于，所述DCDC隔离单元的正极输出端与所述光电耦合单元的发光二极管的阳极连接，所述光电耦合单元的发光二极管的阴极与所述接触器的第二端口连接，所述接触器的第一端口与所述DCDC隔离单元的负极输出连接。

4.根据权利要求3所述的储能系统接触器粘连检测装置，其特征在于，所述检测输出模块包括使能控制单元，所述使能控制单元的使能输入端与所述检测控制中心的控制输出端连接，所述使能控制单元的使能输出端与所述DCDC隔离单元的使能输入端连接。

5.根据权利要求4所述的储能系统接触器粘连检测装置，其特征在于，所述检测输出模块还包括状态输出单元，所述状态输出单元的检测输入端与所述光电耦合单元的信号输出端连接，所述状态输出单元的输出端与所述测控制中心的检测输入端。

6.根据权利要求4所述的储能系统接触器粘连检测装置，其特征在于，所述使能控制单元包括第一MOS管、第二MOS管、第二供电电源、第二滤波电容、第六电阻、第七电阻及第八电阻；

所述第二MOS管的G极与所述测控制中心的输出控制端连接，D极经第七电阻与所述第一MOS管的G极连接，S极分别与所述DCDC隔离单元的负极输入端和地连接，D极与其S极之间跨接第八电阻；所述第一MOS管的D极与所述DCDC隔离单元的正极输入端连接；所述第一MOS管的S极分别与所述第二供电电源和所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接地，所述第一MOS管的S极与其G极之间跨接所述第六电阻。

7.根据权利要求5所述的储能系统接触器粘连检测装置，其特征在于，所述状态输出单元包括第五电阻、第三滤波电容及第一供电电源；

所述光电耦合单元的光敏三极管的集电极经所述第五电阻与所述第一供电电源连接，所述光电耦合单元的光敏三极管的集电极还分别与所述检测控制中心的检测端和所述第三滤波电容的一端连接，所述第三滤波电容的另一端分别与所述光电耦合单元的光敏三极管的发射极和地连接。

8.根据权利要求3所述的储能系统接触器粘连检测装置，其特征在于，所述检测执行模块还包括高压脉冲吸收单元，所述高压脉冲吸收单元的第一输入端与所述接触器的第一端口连接，第二输入端与所述接触器的第二端口连接；所述高压脉冲吸收单元的第一输出端与所述DCDC隔离单元的负极输出端连接，第二输出端与所述光电耦合单元的发光二极管的阴极连接。

9.根据权利要求8所述的储能系统接触器粘连检测装置，其特征在于，所述高压脉冲吸收单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一滤波电容及双向TVS管；

所述发光二极管的阴极依次串联所述第二电阻和所述第四电阻后与所述接触器的第二端口连接，所述接触器的第一端口依次串联所述第三电阻和所述第一电阻后与所述DCDC隔离单元的负极输出端连接；所述第一滤波电容的一端与所述DCDC隔离单元的负极输出端连接，另一端与所述发光二极管的阴极连接；所述双向TVS管跨接在第一电阻与第三电阻的连接节点和第二电阻与第四电阻的连接节点之间。

10.根据权利要求1所述的储能系统接触器粘连检测装置，其特征在于，所述接触器的第一端口还与第一功率线连接，所述接触器的第二端口还与第二功率线连接；所述接触器的控制端还与检测控制中心连接。