CN110828916A - 一种电池系统高压继电器控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池系统高压继电器控制装置，包括MCU、监控电路、驱动装置、以及继电器，MCU用于收集电池系统内部相关参数，结合整车的控制指令，通过逻辑运算后对电池系统高压继电器及其他执行部件进行控制；监控电路用于监测MCU工作状态和对驱动装置复位；驱动装置是通过通讯的方式接收MCU的控制指令，并对控制指令存储保持以控制继电器，同时也可以通过外部复位端口实现对控制状态清零；继电器为电池系统高压端的控制继电器，用于闭合或断开高压回路的功能。本发明通过附加驱动装置及监控电路能够合理处理MCU工作状态异常的情况，实现电池系统高压继电器实现合理有效的控制，保障驾驶人员的人身安全。

Description

一种电池系统高压继电器控制装置及控制方法

技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，尤其是涉及一种电池系统高压继电器控制装置及控制方法。

背景技术

21世纪以来，电动汽车行业依靠国家政策的大力支持以及相关技术的不断进步在全世界范围获得了飞速的发展，过去10年间电动汽车行业呈现一支独秀的景象。近几年电动汽车行业市场的安全问题日益突出，产品安全问题受到越来越多人的关注。随着国家政策的变动，电动汽车行业在成本控制与安全技术考量之间面临两难的抉择。未来几年内，如何提升产品安全性及控制成本将成为新的技术挑战，聚焦于高能量密度及长续航里程的时代暂且告一段落。

在产品安全性方面，如何对电池系统高压继电器实现可靠稳定的控制在电动汽车技术领域占有举足轻重的地位。电池系统高压继电器控制技术不仅是电动汽车行驶安全的保障，而且在电动汽车充电，维修以及停车时能够保障人身安全。目前电池系统高压继电器的驱动控制技术存在MCU通过智能开关直接控制继电器或在此基础上附加其他辅助装置来协助控制继电器等方式。

在现有电池管理系统中，电池系统高压继电器的驱动控制技术方案大多采用MCU通过智能开关直接控制的方式，这种方式在MCU异常时会直接影响继电器的工作状态。一方面继电器工作状态突然改变不仅会在行驶过程中影响驾驶体验，还会危及人身安全。另一方面继电器工作状态的瞬间改变还会出现带载切断情况，影响产品使用寿命，导致继电器更容易发生粘连失控。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种电池系统高压继电器控制装置，以提升在MCU工作异常时继电器工作状态的稳定性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种电池系统高压继电器控制装置，包括MCU、监控电路、驱动装置、以及继电器，

MCU用于收集电池系统内部相关参数，结合整车的控制指令，通过逻辑运算后对电池系统高压继电器及其他执行部件进行控制；

监控电路用于监测MCU工作状态和对驱动装置复位；

驱动装置是通过通讯的方式接收MCU的控制指令，并对控制指令存储保持以控制继电器，同时也可以通过外部复位端口实现对控制状态清零；

继电器为电池系统高压端的控制继电器，用于闭合或断开高压回路的功能。

进一步的，所述监控电路包括电容、电阻、三极管，其中，第一电容、第一电阻，用于将监测信号转换为高电平，第二电阻、第三电阻、第四电阻用于配置开关三级管的驱动电压，第二电容与第五电阻用于为复位信号提供所需延时条件，第一三极管、第二三极管用于产生相应的控制电平信号。

进一步的，所述驱动装置包括驱动芯片，用于实现与MCU进行信息交互对继电器进行控制、指令存储及复位，第三电容、第四电容用于驱动芯片输入电源滤波，第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻用于预防非预期信号的产生。

本发明的另一目的在于提出一种电池系统高压继电器控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：当MCU工作正常时，监控电路可以监测到正常的信号，MCU与驱动装置通信正常，MCU可以向驱动装置发送继电器控制指令，驱动装置在信号接收周期内接收到控制指令时优先存储在自身的存储单元中，然后对继电器传达控制指令，监控电路在监测到正常的监测信号时不会向驱动装置发送复位信号；

步骤S2：当MCU工作异常时，MCU不能向监控电路发送正常信号，驱动装置仍保持上一次的工作状态保证继电器的工作状态，如果MCU在监控电路的设置时间内恢复工作正常向监控电路发送监控信号，则继电器的工作状态不变；如果MCU在超出监控电路的时间外仍不能恢复正常工作，监控电路则向驱动装置发送复位信号通知驱动装置；

步骤S3：当驱动装置接收到复位信号时会清除存储在自身存储单元的控制指令，不再向继电器传达控制指令，继电器恢复到断开状态，监控电路设置的这段时间内整车控制器可实现对整车其他设备调整、通知驾驶员等措施将车辆置于安全模式以保证驾驶人员的安全。

相对于现有技术，本发明所述的一种电池系统高压继电器控制装置及控制方法具有以下优势：

本发明可以实现在MCU工作状态出现异常时，驱动装置可以防止继电器工作状态突然改变，并且监控电路能够在设置时间外MCU仍无法恢复工作时将驱动装置复位，驱动装置复位将使继电器恢复到断开状态。通过附加驱动装置及监控电路能够合理处理MCU工作状态异常的情况，实现电池系统高压继电器实现合理有效的控制，保障驾驶人员的人身安全。

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为本发明实施例所述的电池系统高压继电器控制装置框图；

图2为本发明实施例所述的电池系统高压继电器控制装置工作流程示意图；

图3为本发明实施例所述的电池系统高压继电器控制装置监控电路原理图；

图4为本发明实施例所述的电池系统高压继电器控制装置驱动电路原理图。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1所示为一种电池系统高压继电器控制装置，包含MCU，监控电路，驱动装置，继电器四部分。

MCU为电池管理系统的核心部件，其主要用来收集电池系统内部相关参数，并结合整车的控制指令，通过逻辑运算后对电池系统高压继电器及其他执行部件进行控制，确保电池系统安全、高效、可靠运行。工作流程示意图如图2所示。

监控电路是由具备状态监控功能的集成电路以及外部附属元器件等共同组成的电路，监控电路具有监测MCU工作状态和对驱动装置复位的功能。监控电路原理图如图3所示，在图3中，V+向监控电路供电。电容C1，电阻R1用于将监测信号转换为高电平，R2,R3,R4用于配置开关管的驱动电压，电容C2与电阻R5用于为复位信号提供所需延时条件，开关器件Q1，Q2用于产生相应的控制电平信号。在图3中，当监测信号存在时Q1，Q2导通。V+通过给C2供电使复位信号处于高电平状态，当监测信号消失时，Q1,Q2关断。V+无法继续给C2供电，C2通过R5进行放电，经过一定的放电时间复位信号变为低电平，此时驱动电路将进行复位。

驱动装置是以集成电路器件为基础组成的控制电路，可以通过通讯的方式接收MCU的控制指令，并对控制指令存储保持以控制继电器，同时也可以通过外部复位端口实现对控制状态清零。驱动电路原理图如图4所示，在图4中，V+为驱动电路供电，电容C3,C4用于驱动芯片输入电源滤波，电阻R6,R7,R8,R9用于预防非预期信号的产生。在图4中，驱动芯片可以实现与MCU进行信息交互对继电器进行控制，并且驱动芯片具备指令存储及复位功能。复位信号由监控电路输入，正常状态下复位信号为高电平，当复位信号变为低电平时驱动芯片将进行复位。H1,H2,H3,H4,为继电器高压侧的控制信号线，L1,L2,L3,L4为继电器低压侧的控制信号线。

继电器为电池系统高压端的控制继电器，具有闭合或断开高压回路的功能。

在图1中，MCU与驱动装置需具备相同的通信方式，当通信方式不同时需由其他通信集成电路在两者之间进行通信转换。MCU以通讯的方式实现对继电器的控制。

在图1中，监控电路通过MCU发出的信号可以监控MCU的工作状态，当MCU工作正常时监测信号正常，当MCU工作异常时监测信号异常。

在图1中，驱动装置可以实现对电池系统中所有高压继电器的控制。

在图1中当MCU工作正常时，监控电路可以监测到正常的信号。MCU与驱动装置通信正常，MCU可以向驱动装置发送继电器控制指令。当驱动装置在信号接收周期内接收到控制指令时会优先存储在自身的存储单元中，然后对继电器传达控制指令。监控电路在监测到正常的监测信号时不会向驱动装置发送复位信号。

在图1中当MCU工作异常时，MCU不能向监控电路发送正常信号。驱动装置仍保持上一次的工作状态保证继电器的工作状态。如果MCU在监控电路的设置时间内恢复工作正常向监控电路发送监控信号，则继电器的工作状态不变；如果MCU在超出监控电路的时间外仍不能恢复正常工作，监控电路则向驱动装置发送复位信号通知驱动装置。

在图1中当驱动装置接收到复位信号时会清除存储在自身存储单元的控制指令，不再向继电器传达控制指令，继电器恢复到断开状态。监控电路设置的这段时间内整车控制器可实现对整车其他设备调整、通知驾驶员等措施将车辆置于一种安全模式以保证驾驶人员的安全。

在图2中，当MCU接收到控制指令后开始按照既定的程序运行，首先MCU会向监控电路发送周期性的脉冲信号代表自身工作正常，期间监控电路不会干预驱动电路的工作。之后MCU开始向驱动电路发送相应的控制指令，驱动电路控制继电器进行相应的动作。当继电器状态与控制指令相符时整个控制过程完成，当继电器状态与控制指令不符时MCU会收到异常反馈信号。MCU收到多次异常反馈时会中断向监控电路发送的周期性脉冲信号，监控电路在经过一定的时间后会对驱动电路进行复位，驱动电路断开对继电器的控制，状态异常信号消除重新开始执行整个过程。

在图2中，当MCU在工作过程中因受到外界干扰或其他原因导致中断向监控电路发送的周期性脉冲信号时，监控电路也会在经过一定的时间后对驱动电路进行复位。如果在复位前的这段时间内MCU恢复向监控电路发送的周期性脉冲信号，监控电路将不会再对驱动电路进行复位。只有当周期性脉冲信号中断时间超过复位延时后，驱动电路才会被复位。

在图2中，与目前市场继电器控制逻辑不同的是在MCU工作异常时不会直接导致驱动电路复位而使继电器状态突然改变。在驱动电路复位之前有一定的反应时间可以使整车控制器向使用者发出警示以便及时应对。

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 (4)

1.一种电池系统高压继电器控制装置，其特征在于：包括MCU、监控电路、驱动装置、以及继电器，

MCU用于收集电池系统内部相关参数，结合整车的控制指令，通过逻辑运算后对电池系统高压继电器及其他执行部件进行控制；

监控电路用于监测MCU工作状态和对驱动装置复位；

驱动装置是通过通讯的方式接收MCU的控制指令，并对控制指令存储保持以控制继电器，同时也可以通过外部复位端口实现对控制状态清零；

继电器为电池系统高压端的控制继电器，用于闭合或断开高压回路的功能。

2.根据权利要求1所述的一种电池系统高压继电器控制装置，其特征在于：所述监控电路包括电容、电阻、三极管，其中，第一电容、第一电阻，用于将监测信号转换为高电平，第二电阻、第三电阻、第四电阻用于配置开关三级管的驱动电压，第二电容与第五电阻用于为复位信号提供所需延时条件，第一三极管、第二三极管用于产生相应的控制电平信号。

3.根据权利要求1所述的一种电池系统高压继电器控制装置，其特征在于：所述驱动装置包括驱动芯片，用于实现与MCU进行信息交互对继电器进行控制、指令存储及复位，第三电容、第四电容用于驱动芯片输入电源滤波，第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻用于预防非预期信号的产生。

4.一种电池系统高压继电器控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1：当MCU工作正常时，监控电路可以监测到正常的信号，MCU与驱动装置通信正常，MCU可以向驱动装置发送继电器控制指令，驱动装置在信号接收周期内接收到控制指令时优先存储在自身的存储单元中，然后对继电器传达控制指令，监控电路在监测到正常的监测信号时不会向驱动装置发送复位信号；

步骤S2：当MCU工作异常时，MCU不能向监控电路发送正常信号，驱动装置仍保持上一次的工作状态保证继电器的工作状态，如果MCU在监控电路的设置时间内恢复工作正常向监控电路发送监控信号，则继电器的工作状态不变；如果MCU在超出监控电路的时间外仍不能恢复正常工作，监控电路则向驱动装置发送复位信号通知驱动装置；

步骤S3：当驱动装置接收到复位信号时会清除存储在自身存储单元的控制指令，不再向继电器传达控制指令，继电器恢复到断开状态，监控电路设置的这段时间内整车控制器可实现对整车其他设备调整、通知驾驶员等措施将车辆置于安全模式以保证驾驶人员的安全。

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