CN110514989A - 高压继电器及电池包高压继电器故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压继电器以及基于该高压继电器的电池包高压继电器故障诊断系统，包括BMS、主负继电器、主正继电器、预充继电器、快充正极继电器、慢充正极继电器和电池；各个高压继电器包括高压线接口、低压线接口、联动开关和低压电阻；联动开关控制高压电路和低压电路同时闭合或者同时断开；低压电阻的两端与高压继电器的两个低压线接口连接；BMS与各个高压继电器的低压电路串联，BMS对多个高压继电器的电阻值进行采集，根据继电器控制状态和采集的电阻值，对每一个高压继电器进行开路或粘连故障诊断。本发明可以诊断电动汽车上电池包内所有高压继电器的开路和粘连故障状态，减少故障判断时间。

Description

高压继电器及电池包高压继电器故障诊断系统

技术领域

本发明属于汽车控制技术领域，具体涉及一种高压继电器及基于高压继电器的电池包高压继电器故障诊断系统。

背景技术

电池包系统是电动汽车最重要的零部件之一，包含电池管理系统控制器、电芯模组、高压配电盒等部件，在电动汽车上的作用是储存、管理，转移能量。当电动汽车处于充电或者放电工作状态时，整车控制系统需要协调电池管理系统对电池包内的继电器进行使能控制，使其电池包的充电高压回路或放电高压回路处于闭合状态。

(1)在BMS(电池管理系统)控制继电器工作之前，会对高压配电盒内的继电器进行粘连状态故障诊断；

(2)在BMS控制继电器工作之后，会对高压配电盒内的继电器进行开路状态故障诊断；

当BMS检测上述故障后，终止高压回路闭合控制状态，且立刻控制继电器断开，使电池包处于安全状态。

目前，电动汽车电池包内的继电器通常情况包含预充继电器、预充电阻、主正继电器、主负继电器、快充正极继电器、慢充正继电器等。针对上述继电器故障状态诊断方法，目前有一种技术方案是通过高压采集，配合继电器控制时序进行上述各继电器的粘连和开路诊断。

高压采集+继电器控制时序的方法无法诊断区分预充继电器和主正继电器粘连故障，

(1)BMS没有使能预充继电器(S10)、主正继电器(S20)以及主负继电器(S30)时、当采集到电压V2时，BMS无法具体判断出是预充继电器S10粘连或者主正继电器S20粘连或者是S10和S20同时处于粘连状态。故障无法定位会给电动汽车售后维修人员增加时间和人力成本；(图1为放电回路高压采集和继电器分布情况)

(2)因为高压闭合过程中涉及时序的控制，增加了继电器故障判断时间。延迟了电池包进入安全状态；

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电动汽车电池包高压继电器故障诊断系统，可以诊断电动汽车上电池包内所有高压继电器的开路和粘连故障状态，减少故障判断时间，使得电动汽车在使用过程中循坏进行充电或者放电工作时处于安全可靠状态；避免误诊断带来的继发式的引起其他继电器发生粘连失效模式，减少维修成本。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：一种高压继电器，包括高压线接口、低压线接口、联动开关和低压电阻；所述的高压线接口连接形成高压电路；低压线接口连接形成成低压电路；联动开关控制高压电路和低压电路同时闭合或者同时断开；所述低压电阻的两端与高压继电器的两个低压线接口连接。

进一步地，联动开关包括设置于高压电路上的开关一和设置于低压电路上的开关二以及连接开关一和开关二刀闸的连接件；所述的连接件控制开关一和开关二同时闭合或者同时断开。

本发明还提供了一种基于高压继电器的电池包高压继电器故障诊断系统，包括BMS、主负继电器、主正继电器、预充继电器、快充正极继电器、慢充正极继电器和电池；所述的BMS用于对高压继电器进行控制和故障诊断，BMS发送继电器指令，高压继电器执行BMS发送的指令，BMS采集电池包的电阻值，并且根据采集的电阻值进行诊断；

各个高压继电器包括高压线接口、低压线接口、联动开关和低压电阻；所述的高压线接口连接形成高压电路；低压线接口连接形成成低压电路；联动开关控制高压电路和低压电路同时闭合或者同时断开；所述低压电阻的两端与高压继电器的两个低压线接口连接；

所述的BMS与各个高压继电器的低压电路串联，BMS对多个高压继电器的电阻值进行采集，BMS根据继电器控制状态和采集的电阻值，对每一个高压继电器进行开路或粘连故障诊断。

进一步地，所述BMS包含电阻采集模块和判断模块；判断模块根据电阻采集模块采集的电阻值，与预设的电阻值进行比较，对高压继电器进行开路或粘连故障诊断。

进一步地，所述判断模块的算法如下：

将高压继电器电阻值进行定义预设：

R1＝1*100Ω

R2＝2*100Ω

R3＝4*100Ω

R4＝8*100Ω

R5＝16*100Ω

N的取值满足以下公式：

N(i)+N(j)＝N(i)|N(j)[位或运算]

N(i+1)＝N(i)*2

当BMS上电进行工作时，在没有使能上述示意的任何高压继电器时，假设BMS采集到的电阻值为R，判断模块进行以下运算：

R＝R/阻值量级单位

R|Ni＝＝Ni(i＝1～5)

当上式值为0时，则记录i的值，说明第i个高压继电器发生了粘连故障；

当BMS使能第i个高压继电器进行闭合后，BMS采集到的电阻值是R,判断模块进行以下运算：

R＝R/阻值量级单位

R|Ni＝＝Ni(i＝1～5)

若上式值为1时，则记录i的值，说明第i个高压继电器发生了开路故障。

本发明的一种电动汽车电池包高压继电器故障诊断方法，其特征在于：将电池包内高压继电器的低压线接口和BMS串联连接，由BMS对多个高压继电器的电阻值进行采集，BMS根据高压继电器控制状态和采集的电阻值，对每一个高压继电器进行开路或粘连故障诊断。

进一步地，BMS通过控制高压继电器进行诊断的具体方法为：

BMS控制高压继电器闭合后，联动开关，使得高压电路和低压电路分别同时闭合，则低压R电阻被短接，BMS低压采集电路检测电阻值为0欧姆，BMS诊断高压继电器正常连接；

BMS控制高压继电器断开后，联动开关使得高压电路和低压电路分别同时断开，则BMS低压采集电路检测低压R电阻的实际电阻值，BMS诊断高压继电器正常断开；

当BMS控制高压继电器闭合后，假设联动开关仍断开，BMS检测到低压电阻R的实际电阻值，则BMS诊断高压继电器使能异常，即高压继电器开路故障；

当BMS控制高压继电器断开后，假设联动开关仍闭合，BMS低压电路采集不到低压电阻R实际的电阻值，且采集值是0欧姆，则BMS诊断高压继电器断开异常，即高压继电器粘连故障。

本发明的有益效果：本发明所述的高压继电器故障诊断系统，一方面可以在BMS上电之后对电池包内所有的高压继电器同时进行粘连诊断，继而停止BMS对高压继电器进行使能动作。开路或粘连故障诊断功能与高压继电器使能控制时序和高压采集方案无关，减少了软件诊断时间。另外一方面解决了可以区分类似预充继电器和主正继电器并联方案下的故障定位的问题，方便售后维修人员的故障排查和快速定位。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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为高压继电器和电压采集分布示意图。

图2为现有电池包高压电气原理图，其中S1-快充正极继电器；S2-慢充正极继电器；S3-预充继电器；S4-主正继电器；S5-PTC加热继电器；S6-主负继电器；R00-PTC加热电阻；R11-预充电阻。

图3为高压继电器结构的开路状态。

图4为高压继电器结构的通路状态。

图5为本发明设计的电池包高低压电气原理图，R1-主负继电器的低压电阻；R2-主正继电器的低压电阻；R3-预充继电器的低压电阻；R4-快充正极继电器的低压电阻；R5-慢充正极继电器的低压电阻。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

电动汽车电池包高压继电器主要包含以下几个继电器：

1、预充继电器；

2、主正继电器；

3、主负继电器；

4、快充正极继电器；

5、慢充正极继电器；

6、PTC(正的温度系数)电阻继电器；

电池包内高压电气原理示意图2所示，其主要工作情况分为以下几种：

1、放电工况下，进行放电回路通路状态控制:BMS先后闭合预充继电器S3和主负继电器S6，进行预充动作，待电池包放电口的电压和电池模组的电压差值小于等于某一个阈值时，则表明预充电成功，则进行闭合主正继电器S4的动作，然后断开预充继电器S3，保持主正继电器S4和主负继电器S6闭合状态，则电池包放电回路形成通路状态。

2、放电工况下，进行放电回路开路状态控制：BMS先后断开主正继电器S4和主负继电器S6，则放电回路是开路状态。

3、慢充工况下，进行慢充回路通路状态控制：BMS先后闭合慢充正极继电器S2和主负继电器S6。

4、慢充工况下，进行慢充回路开路状态控制：BMS先后断开慢充正极继电器S2和主负继电器S6。

5、快充工况下，进行快充回路通路状态控制：BMS先后闭合快充正极继电器S1和主负继电器S6。

6、快充工况下，进行快充回路开路状态控制：BMS先后断开快充正极继电器S1和主负继电器S6。

7、电池包加热工况下：在上述所有工况下，如果需要电池需要进行加热，则在相应的工况下闭合PTC加热继电器S5。

在以上电池包主要工作状态下，需要对各个高压继电器进行开路或粘连故障诊断。

根据上述电池包高压电气原理图，本发明设计出一种通过低压采集电阻进行高压继电器开路或粘连的故障诊断系统，主要包含继电器的选用、高低压电气原理图设计，故障诊断软件(判断模块)算法设计三个部分，构成了本发明的所述的诊断系统。

本发明的高压继电器的结构和功能所述如下：

主要包含：高压线接口，低压线接口，联动开关，和一个低压电阻。高压继电器的结构如图3和图4所示。高压线接口连接形成高压电路；低压线接口连接形成成低压电路；联动开关控制高压电路和低压电路同时闭合或者同时断开；所述低压电阻的两端与高压继电器的两个低压线接口连接。

本发明关于高压继电器功能的描述如下：

1、当BMS控制高压继电器闭合后，联动开关则由图3状态转成图4状态，使得高压电路和低压电路分别同时闭合，则低压R电阻被短接，BMS低压采集电路检测电阻值为0欧姆，BMS诊断高压继电器正常连接；

2、当BMS控制高压继电器断开后，联动开关则由图4状态转成图3状态，使得高压电路和低压电路分别同时断开，则BMS低压采集电路检测低压R电阻的实际电阻值，BMS诊断高压继电器正常断开；

3、当BMS控制高压继电器闭合后，假设联动开关仍是图4的状态，BMS检测到低压电阻R的实际电阻值，则BMS诊断高压继电器使能异常，即高压继电器开路故障；

4、当BMS控制高压继电器断开后，假设联动开关仍是图3状态，BMS低压电路采集不到低压电阻R实际的电阻值，且采集值是0欧姆，则BMS诊断高压继电器断开异常，即高压继电器粘连故障；

在图2所示的高压电气原理图的基础上，运用本发明设计的高压继电器，则形成本发明设计的高低压电气原理图，如图5所示：

本发明的BMS包含电阻采集模块和判断模块；判断模块根据电阻采集模块采集的电阻值，与预设的电阻值进行比较，对高压继电器进行开路或粘连故障诊断。将本发明的高压继电器的低压线接口串联连接，由BMS对多个高压继电器的电阻值进行采集，BMS根据继电器控制状态和采集的电阻值，对每一个高压继电器进行开路或粘连故障诊断。

本发明设计的故障诊断软件(判断模块)算法

将上述电池包高低压电气原理图中的高压继电器电阻值进行定义预设，如表1所示：

表1阻值预设说明

N的取值满足以下公式：

N(i)+N(j)＝N(i)|N(j)[位或运算]

N(i+1)＝N(i)*2

当BMS上电进行工作时，在没有使能上述示意的任何高压继电器时，假设BMS采集到的电阻值为R，软件进行以下运算：

R＝R/阻值量级单位

R|Ni＝＝Ni(i＝1～5)

当上式值为0时，则记录i的值，说明第i个高压继电器发生了粘连故障；

当BMS使能第i个高压继电器进行闭合后，BMS采集到的电阻值是R,软件进行以下运算：

R＝R/阻值量级单位

R|Ni＝＝Ni(i＝1～5)

若上式值为1时，则记录i的值，说明第i个高压继电器发生了开路故障。

上面所述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本发明的保护范围，本发明的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。

Claims (7)

1.一种高压继电器，其特征在于：包括高压线接口、低压线接口、联动开关和低压电阻；所述的高压线接口连接形成高压电路；低压线接口连接形成成低压电路；联动开关控制高压电路和低压电路同时闭合或者同时断开；所述低压电阻的两端与高压继电器的两个低压线接口连接。

2.根据权利要求1所述的一种高压继电器，其特征在于：联动开关包括设置于高压电路上的开关一和设置于低压电路上的开关二以及连接开关一和开关二刀闸的连接件；所述的连接件控制开关一和开关二同时闭合或者同时断开。

3.基于高压继电器的电池包高压继电器故障诊断系统，其特征在于：包括BMS、主负继电器、主正继电器、预充继电器、快充正极继电器、慢充正极继电器和电池；所述的BMS用于对高压继电器进行控制和故障诊断；BMS发送继电器指令，高压继电器执行BMS发送的指令，BMS采集电池包的电阻值，并且根据采集的电阻值进行诊断；

各个高压继电器包括高压线接口、低压线接口、联动开关和低压电阻；所述的高压线接口连接形成高压电路；低压线接口连接形成成低压电路；联动开关控制高压电路和低压电路同时闭合或者同时断开；所述低压电阻的两端与高压继电器的两个低压线接口连接；

所述的BMS与各个高压继电器的低压电路串联，BMS对多个高压继电器的电阻值进行采集，BMS根据继电器控制状态和采集的电阻值，对每一个高压继电器进行开路或粘连故障诊断。

4.根据权利要求3所述的一种电动汽车电池包高压继电器故障诊断系统，其特征在于：所述BMS包含电阻采集模块和判断模块；判断模块根据电阻采集模块采集的电阻值，与预设的电阻值进行比较，对高压继电器进行开路或粘连故障诊断。

5.根据权利要求4所述的一种电动汽车电池包高压继电器故障诊断系统，其特征在于：所述判断模块的算法如下：

将高压继电器电阻值进行定义预设：

R1＝1*100Ω

R2＝2*100Ω

R3＝4*100Ω

R4＝8*100Ω

R5＝16*100Ω

N的取值满足以下公式：

N(i)+N(j)＝N(i)|N(j)[位或运算]

N(i+1)＝N(i)*2

当BMS上电进行工作时，在没有使能上述示意的任何高压继电器时，假设BMS采集到的电阻值为R，判断模块进行以下运算：

R＝R/阻值量级单位

R|Ni＝＝Ni(i＝1～5)

当上式值为0时，则记录i的值，说明第i个高压继电器发生了粘连故障；

当BMS使能第i个高压继电器进行闭合后，BMS采集到的电阻值是R,判断模块进行以下运算：

R＝R/阻值量级单位

R|Ni＝＝Ni(i＝1～5)

若上式值为1时，则记录i的值，说明第i个高压继电器发生了开路故障。

6.一种电动汽车电池包高压继电器故障诊断方法，其特征在于：将电池包内高压继电器的低压线接口和BMS串联连接，由BMS对多个高压继电器的电阻值进行采集，BMS根据高压继电器控制状态和采集的电阻值，对每一个高压继电器进行开路或粘连故障诊断。

7.根据权利要求6所述的一种电动汽车电池包高压继电器故障诊断方法，其特征在于：BMS通过控制高压继电器进行诊断的具体方法为：

BMS控制高压继电器闭合后，联动开关，使得高压电路和低压电路分别同时闭合，则低压R电阻被短接，BMS低压采集电路检测电阻值为0欧姆，BMS诊断高压继电器正常连接；

BMS控制高压继电器断开后，联动开关使得高压电路和低压电路分别同时断开，则BMS低压采集电路检测低压R电阻的实际电阻值，BMS诊断高压继电器正常断开；

当BMS控制高压继电器闭合后，假设联动开关仍断开，BMS检测到低压电阻R的实际电阻值，则BMS诊断高压继电器使能异常，即高压继电器开路故障；

当BMS控制高压继电器断开后，假设联动开关仍闭合，BMS低压电路采集不到低压电阻R实际的电阻值，且采集值是0欧姆，则BMS诊断高压继电器断开异常，即高压继电器粘连故障。