CN109613373A - 电动汽车高压回路保护诊断系统及诊断方法和车辆 - Google Patents

电动汽车高压回路保护诊断系统及诊断方法和车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电动汽车高压回路保护诊断系统及诊断方法和车辆，本发明所述的诊断系统加载于基础高压回路上，并包括分压处理模块、电压比较模块和隔离输出模块，且分压处理模块包括输入端连接于第一保护装置和第二保护装置的高压分压处理模块，以分别得到第一分压和第二分压；电压比较模块与分压处理模块的信号输出端相连，用于将第一分压和所述第二分压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平的数字信号；隔离输出模块与电压比较模块的信号输出端相连，用于将电压比较模块输出的高电平或低电平耦合隔离后输送至处理器。本发明所述的电动汽车高压回路保护诊断系统，其结构较简单，稳定性较好且反应较快，并可有效节省软件资源。

Description

电动汽车高压回路保护诊断系统及诊断方法和车辆
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车高压回路保护诊断系统及诊断方法。同时，本发明还涉及一种具有该电动汽车高压回路保护诊断系统的车辆。
背景技术
目前，高压母线回路中Fuse状态检测电路主要通过在Fuse前后设置参考点，以进行电压采集并比较来进行Fuse状态的判断。因采集参考点均在高压母线上，故在BMS采集电路设计中需考虑高低电压隔离，并需使用专用的A/D采样芯片进行电压值的采样。该设计存在高低压隔离风险，且通常高压母线上的采集点较多，需进行轮询采样，故电压采集传输时间较大，且需使用的MCU中的通信通道较多，会占用较多软件资源，从而造成软件负荷较大。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种电动汽车高压回路保护诊断系统，其结构较简单，响应较快，并可有效节省软件资源。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电动汽车高压回路保护诊断系统，加载于基础高压回路上，所述基础高压回路包括高压电源，连接于所述高压电源正极端的高压正极继电器、高压预充电继电器，连接于所述高压电源负极端的高压负极继电器，以及连接于高压正极继电器的低压端上的第一保护装置和第二保护装置，所述诊断系统包括：
分压处理模块，所述分压处理模块包括高压分压处理模块；所述高压分压处理模块的信号输入端连接于所述第一保护装置和第二保护装置，以将所述第一保护装置低压端和第二保护装置低压端的高压分压后，分别得到第一分压和第二分压；
电压比较模块，与所述分压处理模块的信号输出端相连，用于将所述第一分压和所述第二分压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平的数字信号；
隔离输出模块，与所述电压比较模块的信号输出端相连，用于将所述电压比较模块输出的高电平或低电平耦合隔离后输送至处理器。
进一步的，所述电压比较模块被设置为电压比较器。
进一步的，所述第一分压、所述第二分压分别输送至所述电压比较器的同相输入端和反相输入端以供所述电压比较器比较。
进一步的，所述分压处理模块包括隔离电源分压处理模块，所述隔离电源分压处理模块被配置为将隔离电源的电压分压，以得到输送至所述电压比较器信号输入端的隔离分压。
进一步的，所述隔离电源采用隔离5V电源。
进一步的，所述隔离输出模块采用光电耦合器。
进一步的，所述处理器为MCU。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明述的电动汽车高压回路保护诊断系统，通过将第一保护装置低压端的高压和第二保护装置低压端的高压分压后，直接输入电压比较模块进行电压比较，可省去现有技术中对ADC采集芯片及SPI通信隔离芯片的需求，并可有效简化电路结构；另外，本诊断系统无需隔离通信，可有效提高诊断实时性和安全性，同时，也无需MCU实时进行电压判断，而能够有效降低MCU负荷；此外，电压比较模块的判断阀值区间较大，可有效防止误判而能够提高判断准确性，从而能够使本电动汽车高压回路保护诊断系统具有较好的使用效果。
另外，本发明的另一目的在于提出一种电动汽车高压回路保护诊断方法，该方法包括如下步骤：
由分压处理模块将第一保护装置低压端的高压以及第二保护装置低压端的高压分压后，得到第一分压和第二分压；
由电压比较模块接收第一分压和第二分压，并比较以输出高电平或低电平的数字信号；
由隔离输出模块将接收的高电平数字信号或低电平的数字信号耦合隔离后输送至处理器。
进一步的，初始化电路自诊断步骤，于高压正极继电器和高压负极继电器断开时，由隔离电源分压处理模块将隔离电源的电压分压后，将分压获得的隔离分压输送至电压比较模块的同相端和反相端。
本发明所述的电动汽车高压回路保护诊断方法与上述的电动汽车高压回路保护诊断系统相对于现有技术具有的有益效果相同，在此不再赘述。
此外，本发明还提出一种车辆，所述车辆加载有如上所述的电动汽车高压回路保护诊断系统。
本发明所述的车辆，通过加载实施例一中所述的电动汽车高压回路保护诊断系统，可降低对保护装置的判断成本，并提高判断准确性，从而可提高车辆的安全性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一所述的电动汽车高压回路保护诊断系统的结构示意图；
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
本实施例涉及一种电动汽车高压回路保护诊断系统，加载于基础高压回路，该基础高压回路包括高压电源，连接于高压电源正极端的高压正极继电器、高压预充电继电器，连接于高压电源负极端的高压负极继电器，以及连接于高压正极继电器的低压端上的第一保护装置和第二保护装置。基于基础高压电路的结构，本实施例的电动汽车高压回路保护诊断系统主要包括分压处理模块、电压比较模块和隔离输出模块；其中，分压处理模块包括高压分压处理模块，且高压分压模块的信号输入端连接于第一保护装置和第二保护装置，以将第一保护装置低压端和第二保护装置低压端的高压分压后，分别得到第一分压和第二分压。
电压比较模块与分压处理模块的信号输出端相连，用于将第一分压和第二分压进行比较，并根据比较结构输出高电平或低电平的数字信号。而隔离输出模块与电压比较模块的信号输出端相连，用于将电压比较模块输出的高电平或低电平和隔离后输送至处理器，以通过处理器输出的电平信号判断第一保护装置和第二保护装置的通断情况。
基于以上整体结构，本实施例的电动汽车高压回路保护诊断系统的一种示例性结构如图1中所示，其中，第一保护装置为OBC Fuse，U4为OBC Fuse低压端的参考点，而第二保护装置为BSG Fuse，U5为BSG Fuse低压端的参考点，VDD_5V与GNDH共地，S1为前述的高压预充继电器，S2为高压正极继电器，S3为高压负极继电器，U2为光电耦合器。本实施例的隔离输出模块具体采用光电耦合器，当然，除了采用光电耦合器，本实施例也可采用变压器隔离耦合控制，或采用电容耦合隔离控制，以将高电平或低电平和隔离后输送至处理器。而电压比较模块具体采用电压比较器，处理器则为MCU。
如图1中所示，本实施例的电压比较器包括与OBC Fuse的低压端和BSG Fuse的低压端联接设置的U1-A和U1-B两个电压比较器，由此可将OBC Fuse低压端的高压分压后分别输出至U1-A的反相输入端和U1-B的同相输入端，并将BSG Fuse低压端的高压分压后分别输出值U1-A的同相输入端和U1-B的反相输入端，以供U1-A和U1-B比较而输出高电平或低电平。
且基于光电耦合器的工作原理，当U1-A和U1-B同时输出低电平时，光电耦合器U2的输出端不打开，从而使得MCU接收到低电平信号；而当U1-A或U1-B输出高电平时，光电耦合器U2的输入端由低电平翻转为高电平，而使得MCU接收到高电平信号，由此，可通过MCU接收到的电平信号而判断OBC Fuse和BSG Fuse的通断情况。
此外，为了提高使用效果，本实施例的分压处理模块还包括隔离电源分压处理模块，且该隔离电源分压模块被配置为将隔离电源的电压分压，以得到输送至U1-A和U1-B信号输入端的隔离分压，而使U1-A和U1-B输出高电平或低电平，并经光电耦合器U2隔离后输出至MCU。如此设置，可在高压正极继电器S2和高压负极继电器S3未闭合前，预先对诊断电路进行自诊断，以确保比较诊断电路的正常工作。其中，本实施例的隔离电源采用隔离5V电源，即图1中所示的VDD_5V。
如图1中所示，本实施例的诊断电路包括电池包UE，依次串接于电池包UE正极端的高压预充模块、电压比较模块和与处理器相联接的隔离输出模块，还包括与电压比较模块相联接的自诊断模块。其中，高压预充模块包括并联设置高压预充单元和高压正极继电器S2，且高压预充单元包括串联的高压预充继电器S1和电阻R1。电压比较模块包括并联设置的OBC Fuse和BSG Fuse，串接于OBC Fuse和GNDH之间的R5、R6和R7，以及串接于BSG Fuse和GNDH之间的R3、R8和R4。
电压比较模块还包括连接于R3和R6低压端之间的U1-A比较器，以及连接于R8和R5低压端之间的U1-B比较器，并于U1-A比较器的输出端串接有R11和二极管D2，于U1-B比较器的输出端串接有R12和二极管D3。于U1-A比较器的输出端和VDD_5V之间连接有R9，于U1-B比较器的输出端和VDD_5V之间连接有R10。另外，于R11和R12的低压端与GNDH之间连接有光电耦合器U2，且于U2的输出端与VDD_5V之间连接有R6，并与GNDH之间连接有R13，此外，于于U2的输出端与VDD_5V之间连接有MCU。
本实施例的自诊断模块包括依次连接的VDD_5V、R2、二极管D1以及并联设置的电容C1和R8及R4，且R8和R4串联于同一支路上。其中，D1的输出端作为U1-A比较器的反相输入端，而R8的低压端作为U1-B比较器的同相输入端。其中，U4、R5、R6、R7和GNDH组成OBC Fuse的分压回路，且R7的分压作为U1-A的同向输入端，R6和R7两端的分压作为U1-B的反相输入端。而U5、R3、R8、R4和GNDH组成BSG Fuse的分压回路，且R8和R4两端的分压作为U1-A的反相输入端，而R4的分压则作为U1-B的同相输入端。另外，由图1中所示，R3＝R5，R8＝R6，R4＝R7。
具体自诊断时，高压正极继电器S2和高压负极继电器S3处于断开状态，VDD_5V经电阻分压后分别在U1-A的反相输入端和U1-B的同相输入端输入电压，此时，U1-A的同相输入端和U1-B的反相输入端的电压为0。因此，U1-A输出低电平，U1-B输出高电平，并经光电耦合器U2隔离后高电平会输出到MCU，则此时若MCU接收到高电平信号，则说明诊断电路工作正常，反之，若MCU接收到低电平信号，则说明诊断电路出现故障。
以下通过OBC Fuse和BSG Fuse处于不同工作状态下时，MCU所输出的电平信号来详细阐述本实施例的电动汽车高压回路保护诊断系统的诊断原理。
基于上述结构，当高压正极继电器S2和高压负极继电器S3闭合时，U4和U5电压相等，此时，U1-A的反相输入端电压UA1大于同相输入端UA2，因此，U1-A输出低电平，同理U1-B输出低电平，此时光电耦合器U2输出端未打开，MCU接收到低电平信号，则说明OBC Fuse和BSG Fuse均处于正常工作状态下。
当OBC Fuse断开，BSG Fuse正常工作时，U4电压为0，U5电压为Pack电压，因此，U5＞U4。此时，U1-B反相输入端电压UB2为0，UB1为R4电阻的分压值，此时UB1＞UB2，因此U1-B输出高电平，且光电耦合器U2输入端由低电平翻转为高电平，并将高电平信号输送至MCU。
当BSG Fuse断开，OBC Fuse正常工作时，U5电压为0，U4电压为Pack电压，U4＞U5。此时U1-A反相输入端UA1为0，UA2为R7电阻的分压值，因此，UA2＞UA1，则此时U1-A输出高电平，且光电耦合器U2输入端由低电平翻转为高电平，并将高电平信号输送至MCU。
通过上述分析，当MCU输出低电平信号时，说明OBC Fuse和BSG Fuse均处于正常工作状态，而当MCU输出高电平信号时，则说明OBC Fuse或BSG Fuse处于断开状态下。
基于以上整体描述，本实施例的电动汽车高压回路保护诊断系统无需进行高压采集及隔离通信，将电阻分压后直接输入电压比较器两端进行比较，可有效简化电路结构，并降低成本；同时，通过电压比较器直接判断Fuse状态，无需轮询通信，可减轻处理器负荷，并可提高实时性及响应速度，进而也能够提高对Fuse状态的判断效果。
实施例二
本实施例涉及一种电动汽车高压回路保护诊断方法，其具体包括以下步骤：
由分压处理模块将第一保护装置低压端的高压以及第二保护装置低压端的高压分压后，得到第一分压和第二分压；
由电压比较模块接收第一分压和第二分压，并比较以输出高电平或低电平的数字信号；
由隔离输出模块将接收的高电平数字信号或低电平的数字信号耦合隔离后输送至处理器。
其中，为了保证诊断电路的正常工作，本实施例的诊断方法还包括位于分压前的初始化电路自诊断步骤，即于高压正极继电器和高压负极继电器断开时，由隔离电源分压处理模块将隔离电源的电压分压后，将分压获得的隔离分压输送至电压比较模块的同相端和反相端，以通过处理器接收到的电平信号来判断诊断电路的状态。
本实施例的电动汽车高压回路保护诊断方法，通过设置初始化电路自诊断步骤，可有效保证诊断电路的正常工作；同时，本实施例的诊断方法通过将第一保护装置低压端的高压以及第二保护装置低压端的高压分压后，输送至电压比较模块比较分析，而判断保护装置工作状态，无需轮询通信，可减轻处理器负荷，并可提高实时性及响应速度，从而也能够提高对保护装置工作状态的判断效果。
实施例三
本实施例涉及一种车辆，于该车辆上加载有实施例一中所述的电动汽车高压回路保护诊断系统。
本实施例的车辆，通过加载实施例一中所述的电动汽车高压回路保护诊断系统，可降低对保护装置的判断成本，并提高判断准确性，从而可提高车辆的安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车高压回路保护诊断系统，加载于基础高压回路上，所述基础高压回路包括高压电源，连接于所述高压电源正极端的高压正极继电器、高压预充电继电器，连接于所述高压电源负极端的高压负极继电器，以及连接于高压正极继电器的低压端上的第一保护装置和第二保护装置，其特征在于所述诊断系统包括：
分压处理模块，所述分压处理模块包括高压分压处理模块；所述高压分压处理模块的信号输入端连接于所述第一保护装置和第二保护装置，以将所述第一保护装置低压端和第二保护装置低压端的高压分压后，分别得到第一分压和第二分压；
电压比较模块，与所述分压处理模块的信号输出端相连，用于将所述第一分压和所述第二分压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平的数字信号；
隔离输出模块，与所述电压比较模块的信号输出端相连，用于将所述电压比较模块输出的高电平或低电平耦合隔离后输送至处理器。
2.根据权利要求1所述的电动汽车高压回路保护诊断系统，其特征在于：所述电压比较模块被设置为电压比较器。
3.根据权利要求2所述的电动汽车高压回路保护诊断系统，其特征在于：所述第一分压、所述第二分压分别输送至所述电压比较器的同相输入端和反相输入端以供所述电压比较器比较。
4.根据权利要求3所述的电动汽车高压回路保护诊断系统，其特征在于：所述分压处理模块包括隔离电源分压处理模块，所述隔离电源分压处理模块被配置为将隔离电源的电压分压，以得到输送至所述电压比较器信号输入端的隔离分压。
5.根据权利要求4所述的电动汽车高压回路保护诊断系统，其特征在于：所述隔离电源采用隔离5V电源。
6.根据权利要求1所述的电动汽车高压回路保护诊断系统，其特征在于：所述隔离输出模块采用光电耦合器。
7.根据权利要求1所述的电动汽车高压回路保护诊断系统，其特征在于：所述处理器为MCU。
8.一种电动汽车高压回路保护诊断方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
由分压处理模块将第一保护装置低压端的高压以及第二保护装置低压端的高压分压后，得到第一分压和第二分压；
由电压比较模块接收第一分压和第二分压，并比较以输出高电平或低电平的数字信号；
由隔离输出模块将接收的高电平数字信号或低电平的数字信号耦合隔离后输送至处理器。
9.根据权利要求8所述的电动汽车高压回路保护诊断方法，其特征在于：
初始化电路自诊断步骤，于高压正极继电器和高压负极继电器断开时，由隔离电源分压处理模块将隔离电源的电压分压后，将分压获得的隔离分压输送至电压比较模块的同相端和反相端。
10.一种车辆，其特征在于：所述车辆加载有如权利要求1至7中任一项所述的电动汽车高压回路保护诊断系统。
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