CN109541452A - 继电器粘连检测装置和方法、电池管理系统和电动汽车 - Google Patents

Abstract

一种应用于电动汽车的继电器粘连检测装置和方法、电池管理系统和电动汽车，所述继电器粘连检测装置包括光耦合器和电压采集电路，所述光耦合器包括：发光器，与继电器和所述电动汽车的动力电池串联成闭合回路；受光器，包括第一副边，所述第一副边连接所述电压采集电路，在所述继电器断开时，通过所述电压采集电路采集的所述受光器的第一副边的电压来确定所述发光器是否发光以检测所述继电器是否粘连。这样电压采集电路可以通过采集光耦合器的受光器的第一副边的电压进行继电器的粘连检测，电路结构简单，具有更好的抗干扰能力，并且可以降低电池管理系统的串电问题。

Description

继电器粘连检测装置和方法、电池管理系统和电动汽车

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，尤其是一种应用于电动汽车的继电器粘连检测装置和方法、电池管理系统和电动汽车。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着新能源行业迅速发展，作为充放电的控制开关，高压继电器起着尤为重要的作用。继电器粘连也是电动汽车系统中常见的问题，继电器粘连可能引发动力电池馈电或者安全问题。电动汽车系统中，一般由电池管理系统(BMS)进行整车继电器粘连检测。

目前电动汽车粘连检测方式有两种：继电器辅助触点法检测和电压采集法检测。带辅助触点的继电器检测继电器粘连可靠性高但是价格比较昂贵且容易引发绝缘问题，在电动汽车高压拓扑中并未普遍应用。较为典型的电压采集法的电动汽车高压拓扑如图1所示。

BMS通过采集V1、V2、V3、V4的电压，判断：

(1)V2和V1电压作比较判断主正(预充)继电器是否存在粘连；

(2)V3和V1做对比判断慢充继电器是否粘连；

(3)V4和V1做对比判断快充继电器是否粘连。

此种粘连检测方式简单，并且粘连检测门限可以通过软件配置，是目前BMS普遍的粘连检测方式。

但是，此种继电器粘连检测方式也存在如下弊端：

(1)不能检测负边继电器；

(2)多路高压采集，增加了系统成本；

(3)串电问题，整车系统特殊拓扑会导致系统串电，即引发异常虚压。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种应用于电动汽车的继电器粘连检测装置和方法、电池管理系统和电动汽车，以检测继电器是否粘连。

一种应用于电动汽车的继电器粘连检测装置，包括光耦合器和电压采集电路，所述光耦合器包括：

发光器，与继电器和所述电动汽车的动力电池串联成闭合回路；

受光器，包括第一副边，所述第一副边连接所述电压采集电路，在待检测的继电器断开时，通过所述电压采集电路采集的所述受光器的第一副边的电压来检测所述发光器的亮度以检测所述待检测的继电器是否粘连。

优选地，所述电压采集电路包括模数转换器和处理器，所述模数转换器的输入端连接所述受光器的副边，输出端连接所述处理器，所述模数转换器将所述受光器的第一副边的电压值从模拟信号转换为数字信号并传输至所述处理器。

优选地，所述受光器还包括第二副边，所述第一副边通过一电阻接地，所述第二副边连接电源，在所述发光器随着电压的变化而改变亮度时，所述电压采集电路检测所述受光器的第二副边的电压超过预设值时确定所述待检测的继电器粘连。

优选地，还包括：

稳压管，串联于所述闭合回路中，所述稳压管的P端靠近所述动力电池的负极，N端靠近所述动力电池的正极，使得所述受光器两端的电压至少大于所述稳压管的稳压电压时发光。

优选地，还包括：

反向续流二极管，与所述发光器并联，所述反向续流二级光的P端连接所述发光器的N端，以及所述反向续流二级光的N端连接所述发光器的P端。

优选地，还包括：

开关，串联于所述闭合回路中，所述开关的一端连接所述动力电池，另外一端连接所述待检测的继电器。

优选地，所述待检测的继电器为高边继电器或低边继电器。

一种应用于电动汽车的电池管理系统，包括上述的继电器粘连检测装置。

一种电动汽车，包括上述的电池管理系统，所述电池管理系统与所述动力电池连接。

一种应用于电动汽车的继电器粘连检测方法，包括以下步骤：

断开待检测的继电器；

采集光耦合器的受光器的第一副边的电压来检测所述光耦合器的发光器的亮度以检测所述待检测的继电器是否粘连，其中，所述发光器与所述待检测的继电器和所述电动汽车的电池串联形成闭合回路。

相较于现有技术，上述的应用于电动汽车的继电器粘连检测装置和方法、电池管理系统和电动汽车通过光耦合器的隔离模式，发光器与继电器、动力电池串联形成闭合回路，在继电器断开时，通过所述电压采集电路采集的所述受光器的第一副边的电压来检测所述发光器的亮度以检测所述待检测的继电器是否粘连，电路结构简单，具有更好的抗干扰能力，并且可以降低电池管理系统的串电问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述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是现有技术中采用电压采集法的电动汽车高压拓扑图。

图2是继电器粘连检测装置的电路拓扑图。

图3是继电器粘连检测方法的流程图。

主要元件符号说明

继电器粘连检测装置	10
		稳压管	D1
反向续流二极管	D2
		开关	K1
电阻	R1,R2
		光耦合器	U1
发光器	U11
		受光器	U12
电压采集电路	U2
		待检测的继电器	20
动力电池	30

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

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。

在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

图2是继电器粘连检测装置10的电路拓扑图。如图2所示，该应用于电动汽车的继电器粘连检测装置10包括光耦合器U1、电压采集电路U2、稳压器、反向续流二极管D2和开关K1。光耦合器U1连接继电器20和电动汽车的动力电池30，电压采集电路U2与光耦合器U1连接，用于检测光耦合器U1第一副边的电压，根据电压情况判断继电器20的粘连情况。

如图2所示，所述光耦合器U1包括发光器U11和受光器U12。本实施方式中，发光器U11可以是一个发光二极管(LED)，该发光二极管具有PN结，其中一端为P端，另外一端为N端。在需要测试继电器20时，将发光器U11、继电器20和电动汽车的动力电池30串联成闭合回路。在继电器20闭合或者粘连时，电动汽车的动力电池30经过发光器U11和继电器20使得发光器U11发光，并且发光器U12在不同的电压下具有不同的发光亮度，即随着外部电压的变化，发光器U12的发光亮度也跟随电压的变化而变化。受光器U12可以是光敏二极管、光敏晶体管及光集成电路等，包括第一副边和第二副边。本实施方式中，第一副边连接所述电压采集电路U2并且通过一电阻R2接地。第二副边连接电源Vcc，在所述发光器U11的发光亮度随着电压的变化而变化时，受光器U12的第一副边的电压随着发光器U11的发光亮度大体线性变化，因此，通过所述电压采集电路U2采集的所述受光器U12的第一副边的电压跟一预设值进行比较，可以确定所述待检测的继电器20是否粘连。

所述电压采集电路U2包括模数转换器(ADI)和处理器。所述模数转换器的输入端连接所述受光器U12的副边，输出端连接所述处理器，所述模数转换器用于将所述受光器U12的第一副边的电压值从模拟信号转换为数字信号并传输至所述处理器。处理器包含但不限于中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、微控制单元(Micro ControllerUnit，MCU)等用于解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据的装置。处理器可以根据接收的数字信号形式的电压值，判断该电压值是否超过预设值确定所述继电器20是否粘连。

稳压管D1又称齐纳二极管，稳压管D1在反向击穿时，在一定的电流范围内(或者说在一定功率损耗范围内)，端电压几乎不变，表现出稳压特性。本实施方式中，稳压管D1与发光器U11、继电器20和动力电池30串联于所述闭合回路中，所述稳压管D1的P端靠近所述动力电池30的负极，N端靠近所述动力电池30的正极，使得所述受光器U12两端的电压至少大于所述稳压管D1的稳压电压时发光，从而可以利用稳压管D1设置继电器20的最小粘连检测门限，保证即使有虚压的情况下，也不会导致粘连误判。

反向续流二极管D2又称飞轮二极管或是snubber二极管，反向续流二极管D2与所述发光器U11并联，所述反向续流二级光的P端连接所述发光器U11的N端，以及所述反向续流二级光的N端连接所述发光器U11的P端。因此，当光耦合器U1的电流有突然的变化或减少时，配合该反向续流二极管D2，光耦合器U1的电流可以较平缓的变化，避免突波电压的发生，在高压继电器20断开瞬间，反向电动势不会导致电路损坏，提高了检测装置的可靠性。

开关K1，又称断路器，串联于所述闭合回路中。本实施方式中，所述开关K1的一端连接所述动力电池30，另外一端连接所述继电器20。在需要对继电器20进行粘连检测时，闭合该开关K1，使得继电器粘连装置与继电器20连接；在不需要粘连检测时，断开该开关K1，从而可以保证继电器粘连检测装置10不会引起系统串电。

如图2所示，综上所述，该继电器粘连检测装置10串接在A点和B点之间的元器件。即，电动车的动力电池30的正极连接稳压管D1的N端，稳压管D1的P端通过串联的开关K1和电阻R1连接到光耦合器U1的发光器U11的P端，发光器U11的N端连接至B点。同时，反向续流二极管D2与发光器U11并联，其中，反向续流二级光的P端连接所述发光器U11的N端，以及所述反向续流二级光的N端连接所述发光器U11的P端。光耦合器U1的受光器U12的第一副边连接所述电压采集电路U2并且通过一电阻R2接地，第二副边连接电源Vcc。

本实施方式中，本领域技术人员可以合适设置继电器粘连检测装置10的连接位置，对电动汽车中的高边继电器或者低边继电器进行粘连检测。

图3是继电器粘连检测方法的流程图。下面结合图3描述上述的继电器粘连检测装置10的工作过程。如图3所示，该应用于电动汽车的继电器粘连检测方法包括以下步骤。

步骤S301：需要测试时，首先断开待检测的继电器20，或者控制该待检测的继电器20处于断开状态。

步骤S302：闭合开关K1，发光器U11的发光亮度随着加载在发光器U11两端的电压的大小而变化。

步骤S303：电压采集电路U2确定受光器U12的第二副边的电压的大小来检测发光器U11的发光亮度。

步骤S304：如果该电压值超过软件设定的预设值，则确定该待检测的继电器20处于粘连状态；如果电压值小于该预设值，则确定该待检测的继电器20处于断开状态(即没有粘连)。

本实施方式还提供了一种应用于电动汽车的电池管理系统，包括上述的继电器粘连检测装置10。需要说明的是，在本发明的精神或基本特征的范围内，适用于继电器粘连检测装置10的实施方式中的各具体方案也可以相应的适用于电池管理系统实施方式中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。

本实施方式又提供了一种电动汽车，包括上述的电池管理系统，所述电池管理系统与所述动力电池30连接。需要说明的是，在本发明的精神或基本特征的范围内，适用于电池管理系统的实施方式中的各具体方案也可以相应的适用于电动汽车的实施方式中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。

在本发明所提供的几个具体实施方式中，应该理解到，所揭露的系统和电子元件，可以通过其它的方式实现。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由同一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种应用于电动汽车的继电器粘连检测装置，其特征在于，包括光耦合器和电压采集电路，所述光耦合器包括：

发光器，与继电器和所述电动汽车的动力电池串联成闭合回路；

受光器，包括第一副边，所述第一副边连接所述电压采集电路，在待检测的继电器断开时，通过所述电压采集电路采集的所述受光器的第一副边的电压来检测所述发光器的亮度以检测所述待检测的继电器是否粘连。

2.如权利要求1所述的应用于电动汽车的继电器粘连检测装置，其特征在于，所述电压采集电路包括模数转换器和处理器，所述模数转换器的输入端连接所述受光器的副边，输出端连接所述处理器，所述模数转换器将所述受光器的第一副边的电压值从模拟信号转换为数字信号并传输至所述处理器。

3.如权利要求2所述的应用于电动汽车的继电器粘连检测装置，其特征在于，所述受光器还包括第二副边，所述第一副边通过一电阻接地，所述第二副边连接电源，在所述发光器随着电压的变化而改变亮度时，所述电压采集电路检测所述受光器的第二副边的电压超过预设值时确定所述待检测的继电器粘连。

4.如权利要求1所述的应用于电动汽车的继电器粘连检测装置，其特征在于，还包括：

稳压管，串联于所述闭合回路中，所述稳压管的P端靠近所述动力电池的负极，N端靠近所述动力电池的正极，使得所述受光器两端的电压至少大于所述稳压管的稳压电压时发光。

5.如权利要求1所述的应用于电动汽车的继电器粘连检测装置，其特征在于，还包括：

反向续流二极管，与所述发光器并联，所述反向续流二级光的P端连接所述发光器的N端，以及所述反向续流二级光的N端连接所述发光器的P端。

6.如权利要求1所述的应用于电动汽车的继电器粘连检测装置，其特征在于，还包括：

开关，串联于所述闭合回路中，所述开关的一端连接所述动力电池，另外一端连接所述待检测的继电器。

7.如权利要求1所述的应用于电动汽车的继电器粘连检测装置，其特征在于，所述待检测的继电器为高边继电器或低边继电器。

8.一种应用于电动汽车的电池管理系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的继电器粘连检测装置。

9.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求8所述的电池管理系统，所述电池管理系统与所述动力电池连接。

10.一种应用于电动汽车的继电器粘连检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

断开待检测的继电器；

采集光耦合器的受光器的第一副边的电压来检测所述光耦合器的发光器的亮度以检测所述待检测的继电器是否粘连，其中，所述发光器与所述待检测的继电器和所述电动汽车的电池串联形成闭合回路。