CN110286317B - 一种电池系统的诊断电路与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池系统的诊断电路，电池、负载、BMS、负极继电器K1、第一检测电路和第二检测电路；BMS内设有AD采集通道，负极继电器K1设在电池的负极与负载的负极之间；第一检测电路一端连接在电池的负极，另一端连接AD采集通道与地线；第二检测电路一端连接负极继电器K1输出端，另一端连接AD采集通道与地线；利用专门设计的诊断电路拓扑结构，可快速判断负极继电器是否存在粘连故障或开路故障进行实时诊断，以及负载电容是否正常工作，对电路诊断的目的性强，诊断响应时间短。

Description

一种电池系统的诊断电路与方法

技术领域

本发明涉及电池系统管理领域，特别涉及一种电池系统的诊断电路与方法。

背景技术

随着功能安全标准ISO26262的发布和推广，需要对动力电池或储能电池系统的状态进行实时诊断，需要对继电器与负载电容等元器件进行诊断。

目前在高压继电器的诊断方案设计上，解决了正极继电器、预充继电器等继电器的诊断，而负极继电器诊断主要用软件逻辑的方案来实现，但是该方案存在响应慢，可靠性差，使用条件存在局限性，而继电器主要出现的问题是粘连故障或开路故障，而现有的诊断方案是无法精准且快速判断继电器是出现哪种类型故障，而负载电容放电电压与绝缘电阻的阻值只是单纯通过测量所得，具有一定的误差，因此在一些新的设计中，原有的方案不满足电气系统安全设计的要求。

发明内容

本发明是提供一种电池系统的诊断电路与方法，该诊断电路与方法主要是针对电池管理系统使用，既能减少诊断时间，又能快速确定问题根源。

为了解决上述问题，本发明提供了一种电池系统的诊断方法，方法步骤包括：

S1.电池通过继电器与负载进行连接，电池负极与地线之间设有第一测量电路，负极继电器输出端与地线之间设有第二测量电路，且分别测量和计算第一测量电路和第二测量电路的实际电压；

S2.断开第一测量电路和第二测量电路，测得第一测量电路和第二测量电路的实际电压都为0V，则输出测量电路正常的状态；否则，测算得第一测量电路和第二测量电路的实际电压中，两者任意一个实际电压或两者电压都不为0V，则测量电路出现异常的状态，需要检修测量电路；

S3.控制负极继电器断开，闭合第一测量电路和第二测量电路的连接，并将电池系统上电，第一测量电路的实际电压不为0V，第二测量电路的实际电压为0V，则输出负极继电器未出现粘连故障；否则，第一测量电路和第二测量电路的实际电压都不为0V，则表示负极继电器出现粘连故障，需要进行检修负极继电器；

S4.控制负极继电器闭合，继续保持第一测量电路和第二测量电路的连接，并将电池系统下电，第一测量电路和第二测量电路的实际电压都不为0V，输出负极继电器未出现开路故障；否则，第一测量电路的实际电压不为0V，第二测量电路的实际电压为0V，则表示负极继电器出现开路故障，需要进行检修负极继电器。

可选的，负载内设有负载电容，负载正极的输入端与电池负极之间设有电压表，电压表测得电压值减去第一测量电路的实际电压和第二测量电路的实际电压，所得到的负载电容电压与测量的实际负载电容电压一致，则负载电容主动放电功能正常工作，反之异常状态。

可选的，第一测量电路进行闭合与打开得到的电压根据国标GB/T18384要求得到理论绝缘阻值，电池负极与地线之间设有对地电阻，对地电阻的阻值等于理论绝缘阻值，对地电阻和第二测量电路的内阻并联，利用第二测量电路的内阻与对地电阻并联测算得到绝缘阻值，绝缘阻值与理论绝缘阻值一致，则可认为绝缘检测功能正常，反之异常状态。

一种电池系统的诊断电路，包括电池、负载、BMS、负极继电器K1、第一检测电路和第二检测电路；BMS 内设有AD采集通道，负极继电器K1设在电池的负极与负载的负极之间；第一检测电路一端连接在电池的负极，另一端连接AD采集通道与地线；第二检测电路一端连接负极继电器K1输出端，另一端连接AD采集通道与地线；BMS控制负极继电器K1、第一检测电路和第二检测电路开关的开闭，通过第一检测电路对负极继电器输入的检测，和第二检测电路对负极继电器输出的检测，从两者获取的数据经过AD采集通道进行收集并计算得出相应数据，从而判断负极继电器是否存在粘连或开路故障。

可选的，第一检测电路包括电阻R1、电阻R2、开关S1和电压表LV1，电阻R1一端连接在电池的负极，电阻R1、开关S1和电阻R2一端依次串联，电阻R2一端与地线连接，电阻R2与电压表LV1并联，且电压表LV1一端连接地线与AD采集通道，当开关S1闭合时，通过LV1可获取R2的电压值，便可通过以下公式得到第一检测电路的实际电压U1：

U1=LV1*(R1+R2)/R2；

对上述公式需要说明的是，LV1为电压表LV1，R1为电阻R1，R2为电阻R2。

可选的，第二检测电路包括电阻R3、电阻R4、开关S2和电压表LV2，电阻R3一端连接在负载的负极，电阻R3、开关S2和电阻R4一端依次串联，电阻R4一端与地线连接，电阻R4与电压表LV2并联，且电压表LV2一端连接地线与AD采集通道，当开关S2闭合时，通过LV2可获取R4的电压值，便可通过以下公式得到第二检测电路的实际电压U2：

U2=LV2(R3+R4)/R4；

对上述公式需要说明的是，LV2为电压表LV2，R3为电阻R3，R4为电阻R4。

可选的，还包括对地电阻Rn，对地电阻Rn一端连接在电池的负极，对地电阻Rn另一端连接地线，BMS控制开关S1的闭合与断开，可以获取对应不同开关组合情况的电压值，根据国标GB/T18384要求，可以构建计算电池系统负极对地的绝缘电阻Rn的阻值，当开关S2闭合时，对地电阻Rn与电阻R3和电阻R4并联，通过（Rn//(R3+R4)）得到负极对地绝缘电阻Rn’，绝缘电阻Rn’与绝缘电阻Rn一致，则可认为绝缘检测功能正常，反之异常。

可选的，还包括电压表V2，电压表V2一端连接负载的正极，另一端连接电池的负极，便可获取负载的正极与电池负极之间的电压U。

可选的，还包括负载电容C，负载电容C一端连接负载的正极，另一端连接负载的负极，当正极继电器K2和负极继电器K1断开时，测量负载输入端正极和负极之间的电压，得到负载电容C的放电电压Uc，通过负载的正极与电池负极之间的电压U减去第一检测电路的实际电压U1和第二检测电路的实际电压U2，得到测算负载电容Uc’，即通过以下公式可得Uc’，负载电容C的放电电压Uc与测算负载电容Uc’一致，则负载电容主动放电功能正常工作，反之异常：

Uc’=（U-U1-U2）

对上述公式需要说明的是，U为负载的正极与电池负极之间的电压U，U1为第一检测电路的实际电压U1， U2为第二检测电路的实际电压U2。

与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：

巧妙的结合与改进设计绝缘检测的电路，专门设计具有诊断功能的电路拓扑结构，可直接快速对负极继电器是否存在粘连故障或开路故障进行实时诊断，对负极继电器诊断的目的性强，且诊断响应时间短；另外，诊断电路可以作为绝缘诊断的注入信号使用，且不对原有高压回路的绝缘特性，电气特性产生负面影响，当负极继电器断开时，还能提供一种低成本的检测输出母线电压的功能。

附图说明

图1为本发明一种电池系统的诊断电路与方法的逻辑框图。

图2为本发明一种电池系统的诊断电路与方法的电路示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合附图和具体的实施例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。

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。

实施例1

一种电池系统的诊断方法，方法步骤包括：

S1.电池通过继电器与负载进行连接，电池负极与地线之间设有第一测量电路，负极继电器输出端与地线之间设有第二测量电路，且分别测量和计算第一测量电路和第二测量电路的实际电压；

S2.断开第一测量电路和第二测量电路，测得第一测量电路和第二测量电路的实际电压都为0V，则输出测量电路正常的状态；否则，测算得第一测量电路和第二测量电路的实际电压中，两者任意一个实际电压或两者电压都不为0V，则测量电路出现异常的状态，需要检修测量电路；

S3.控制负极继电器断开，闭合第一测量电路和第二测量电路的连接，并将电池系统上电，第一测量电路的实际电压不为0V，第二测量电路的实际电压为0V，则输出负极继电器未出现粘连故障；否则，第一测量电路和第二测量电路的实际电压都不为0V，则表示负极继电器出现粘连故障，需要进行检修负极继电器；

S4.控制负极继电器闭合，继续保持第一测量电路和第二测量电路的连接，并将电池系统下电，第一测量电路和第二测量电路的实际电压都不为0V，输出负极继电器未出现开路故障；否则，第一测量电路的实际电压不为0V，第二测量电路的实际电压为0V，则表示负极继电器出现开路故障，需要进行检修负极继电器。

在本实施例中，第一测量电路测量、计算得到的电压是电池负极与地线之间的电压，第二测量电路测量、计算得到的电压是负极继电器输出端与地线之间的电压，负载内设有负载电容，负载正极的输入端与电池负极之间设有电压表，电压表测得电压值减去第一测量电路的实际电压和第二测量电路的实际电压，所得到的负载电容电压与测量的实际负载电容电压一致，则负载电容主动放电功能正常工作，反之异常状态；另外，第一测量电路进行闭合与打开得到的电压根据国标GB/T18384要求得到理论绝缘阻值，电池负极与地线之间设有对地电阻，对地电阻的阻值等于理论绝缘阻值，对地电阻和第二测量电路的内阻并联，利用第二测量电路的内阻与对地电阻并联测算得到绝缘阻值，绝缘阻值与理论绝缘阻值一致，则可认为绝缘检测功能正常，反之异常状态。

实施例2

结合图1可知，一种电池系统的诊断电路，电池、负载、BMS、负极继电器K1、第一检测电路和第二检测电路；BMS 内设有AD采集通道，负极继电器K1设在电池的负极与负载的负极之间；第一检测电路一端连接在电池的负极，另一端连接AD采集通道与地线；第二检测电路一端连接负极继电器K1输出端，另一端连接AD采集通道与地线；通过第一检测电路对负极继电器输入的检测，和第二检测电路对负极继电器输出的检测，从两者获取的数据经过AD采集通道进行收集并计算得出相应数据，从而判断负极继电器是否存在粘连或开路故障。

此外，BMS可控制负极继电器K1、正极继电器K2、第一检测电路S1和第二检测电路S2的开闭，通过BMS完成对电路开关的控制。

其中，第一检测电路包括电阻R1、电阻R2、开关S1和电压表LV1，电阻R1一端连接在电池的负极，电阻R1、开关S1和电阻R2一端依次串联，电阻R2一端与地线连接，电阻R2与电压表LV1并联，且电压表LV1一端连接地线与AD采集通道，当开关S1闭合时，通过LV1可获取R2的电压值，便可通过公式得到第一检测电路的实际电压U1（上述公式为：U1= LV1(R1+R2)/R2，需要说明的是，LV1为电压表LV1，R1为电阻R1，R2为电阻R2）；第二检测电路包括电阻R3、电阻R4、开关S2和电压表LV2，电阻R3一端连接在负载的负极，电阻R3、开关S2和电阻R4一端依次串联，电阻R4一端与地线连接，电阻R4与电压表LV2并联，且电压表LV2一端连接地线与AD采集通道，当开关S2闭合时，通过LV2可获取R4的电压值，便可通过公式得到第二检测电路的实际电压U2（上述公式为：U2= LV2(R3+R4)/R4，需要说明的是，LV2为电压表LV2，R3为电阻R3，R4为电阻R4）。

另外，该电路还包括对地电阻Rn，BMS控制开关S1的闭合与断开，可以获取对应不同开关组合情况的电压值，根据国标GB/T18384要求，可以构建计算电池系统负极对地的绝缘电阻Rn的阻值，将对地电阻Rn一端连接在电池的负极，对地电阻Rn另一端连接地线，当开关S2闭合时，对地电阻Rn与电阻R3和电阻R4并联，通过（Rn//(R3+R4)）得到负极对地绝缘电阻Rn’，绝缘电阻Rn’与绝缘电阻Rn一致，则可认为绝缘检测功能正常，反之异常。

在本实施例中，还包括负载电容C、电压表V2和正极继电器K2，电压表V2一端连接负载的正极，另一端连接电池的负极；负载电容C一端连接负载的正极，另一端连接负载的负极；正极继电器K2一端连接电池的正极，另一端连接负载的正极；当正极继电器K2和负极继电器K1断开时，测量负载输入端正极和负极之间的电压，得到负载电容C的放电电压Uc，通过负载的正极与电池负极之间的电压U减去第一检测电路的实际电压U1和第二检测电路的实际电压U2（即：U-U1-U2），得到测算负载电容Uc’，负载电容C的放电电压Uc与测算负载电容Uc’一致，则负载电容主动放电功能正常工作，反之异常。

使用时，将第一检测电路与电池负极、AD采集通道和地线连接，第二检测电路与负极继电器K1输出端、AD采集通道和地线连接，先断开第一检测电路内的开关S1与第二检测电路内的开关S2，通过AD采集通道获取LV1与LV2的电压值，并分别得到实际电压U1和实际电压U2，实际电压U1和实际电压U2都为0V，表示第一检测电路和第二检测电路的电路正常，反之异常；在第一检测电路和第二检测电路正常时，通过BMS控制断开负极继电器，将开关S1和开关S2闭合，电池系统上电，测算得实际电压U1和实际电压U2都不为0V，表示负极继电器出现粘连故障，若测算得实际电压U1不为0V，实际电压U2为0V，表示负极继电器未出现粘连故障；若负极继电器无粘连故障，便可闭合负极继电器，电池系统下电，测算得实际电压U1不为0V，实际电压U2为0V，表示负极继电器出现开路故障，实际电压U1和实际电压U2都不为0V，表示负极继电器未出现开路故障。

以上内容仅仅为本发明的结构所作的举例和说明，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 (2)

1.一种电池系统的诊断方法，其特征在于，所述方法步骤包括：

S1.电池通过继电器与负载进行连接，电池负极与地线之间设有第一测量电路，负极继电器输出端与地线之间设有第二测量电路，分别测量和计算第一测量电路和第二测量电路的实际电压；

S2.断开第一测量电路和第二测量电路，测得第一测量电路和第二测量电路的实际电压都为0V，则输出测量电路正常的状态；否则，测算得第一测量电路和第二测量电路的实际电压中，两者任意一个实际电压或两者电压都不为0V，则测量电路出现异常的状态，需要检修测量电路；

S3.控制负极继电器断开，闭合第一测量电路和第二测量电路的连接，并将电池系统上电，第一测量电路的实际电压不为0V，第二测量电路的实际电压为0V，则输出负极继电器未出现粘连故障；否则，第一测量电路和第二测量电路的实际电压都不为0V，则表示负极继电器出现粘连故障，需要进行检修负极继电器；

S4.控制负极继电器闭合，继续保持第一测量电路和第二测量电路的连接，并将电池系统下电，第一测量电路和第二测量电路的实际电压都不为0V，输出负极继电器未出现开路故障；否则，第一测量电路的实际电压不为0V，第二测量电路的实际电压为0V，则表示负极继电器出现开路故障，需要进行检修负极继电器；

所述负载内设有负载电容，所述负载正极的输入端与电池负极之间设有电压表，所述电压表测得电压值减去第一测量电路的实际电压和第二测量电路的实际电压，所得到的负载电容电压与测量的实际负载电容电压一致，则负载电容主动放电功能正常工作，反之异常状态；

所述第一测量电路进行闭合与打开得到的电压根据标准换算得到理论绝缘阻值，电池负极与地线之间设有对地电阻，对地电阻的阻值等于理论绝缘阻值，对地电阻和第二测量电路的内阻并联，利用第二测量电路的内阻与对地电阻并联测算得到绝缘阻值，绝缘阻值与理论绝缘阻值一致，则可认为绝缘检测功能正常，反之异常状态。

2.一种电池系统的诊断电路，其特征在于，包括电池、负载、BMS、负极继电器K1、第一检测电路和第二检测电路；所述BMS内设有AD采集通道，所述负极继电器K1设在电池的负极与负载的负极之间；所述第一检测电路一端连接在电池的负极，另一端连接AD采集通道与地线；所述第二检测电路一端连接负极继电器K1输出端，另一端连接AD采集通道与地线；

所述第一检测电路包括电阻R1、电阻R2、开关S1和电压表LV1，所述电阻R1一端连接在电池的负极，所述电阻R1、开关S1和电阻R2一端依次串联，电阻R2一端与地线连接，所述电阻R2与电压表LV1并联，且电压表LV1一端连接地线与AD采集通道；

所述第二检测电路包括电阻R3、电阻R4、开关S2和电压表LV2，所述电阻R3一端连接在负载的负极，所述电阻R3、开关S2和电阻R4一端依次串联，电阻R4一端与地线连接，所述电阻R4与电压表LV2并联，且电压表LV2一端连接地线与AD采集通道；

还包括对地电阻Rn，所述对地电阻Rn一端连接在电池的负极，对地电阻Rn另一端连接地线；

还包括电压表V2，所述电压表V2一端连接负载的正极，另一端连接电池的负极；

还包括负载电容C，所述负载电容C一端连接负载的正极，另一端连接负载的负极。

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