CN110843529B - 高压互锁故障自诊断电路、控制方法及新能源汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压互锁故障自诊断电路、控制方法及新能源汽车，包括Vcc电源、低压插件、故障显示电路、高压接触器控制电路、高压接触器驱动电路和限流电阻。本发明能够检测高压回路的电气连接完整性；且能够精确定位断开或连接异常的高压部件，同时迅速切断高压部件的供电；也不需要主控芯片MCU做任何信号采集，只需通过观测信号灯便可清楚直观的定位故障件位置，避免了维修人员通过检测工具去排查故障件，保护了维修人员的安全，提高了故障检修的效率；本发明的高压互锁故障自诊断电路、控制方法及新能源汽车经济、简单、可靠性强、反应迅速且故障检测效率高，可以最大限度的保障用户及车辆安全。

Description

高压互锁故障自诊断电路、控制方法及新能源汽车

技术领域

本发明涉及汽车电子技术领域，具体涉及高压互锁故障自诊断电路、控制方法及新能源汽车。

背景技术

高压互锁(High Voltage Inter Lock，HVIL)回路是新能源汽车的重要组成部分，通过一条等电位线将所有高压部件串联起来，利用低压信号来监测电动汽车上所有与高压母线相连部件的电气完整性。当高压互锁回路正常连接时，可在回路的末端检测到电压信号；当高压互锁回路断开或未正常连接时，在回路的末端将无法检测到电压信号，通过检测互锁回路末端的电压信号来判断高压回路的通断，但无法精确定位到哪个高压部件断开，若要查明故障部件则需对高压部件一一检测，不仅故障检查效率低下而且对人身安全造成极大的威胁。

针对上述存在的问题，现有的中国专利文献公开了一种高压互锁故障检测装置【申请号为CN201821351159.8】，包括高压互锁检测电路和高压接插件，各高压接插件依次串联后形成高压互锁支路，高压互锁支路与高压互锁检测电路串联成回路，各高压接插件的两端均并联有高压互锁电阻，各高压互锁电阻的阻值均不相同，任意多个高压互锁电阻相串联后的阻值均不相同，任意多个高压互锁电阻串联后的阻值与各高压互锁电阻的阻值均不相同，高压互锁检测电路用于检测高压互锁支路两端的电阻值，进而根据检测的电阻值判断发生故障的高压接插件的所在位置。但这种检测装置在检测时，需要通过MCU去检测各个电阻的阻值，需要占用芯片资源，且MCU需要进行计算，因而影响故障时针对故障的反应速度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供的高压互锁故障自诊断电路、控制方法及新能源汽车，该自诊断电路经济、简单、可靠性强、反应迅速且故障检测效率高，可以最大限度的保障用户及车辆安全。

本发明的目的通过以下三个方面的技术方案实现：

第一方面，本发明提供一种高压互锁故障自诊断电路，包括Vcc电源、低压插件、故障显示电路、高压接触器控制电路、高压接触器驱动电路和限流电阻，所述Vcc电源的第一输出端连接所述低压插件的一端且公共端连接所述故障显示电路的输入端，所述低压插件的另一端连接所述故障显示电路的第一输出端且公共端连接限流电阻的一端，所述限流电阻的另一端接地，所述故障显示电路的第二输出端连接所述高压接触器控制电路的输入端，所述高压接触器控制电路的输出端连接所述高压接触器驱动电路的第一输入端。

进一步地，所述故障显示电路包括第一电阻、第二电阻、第一发光二极管，所述第一电阻的一端连接所述Vcc电源的第一输出端且公共端连接所述低压插件的一端，所述第一电阻另一端连接所述第二电阻的一端且公共端连接所述高压接触器控制电路的输入端，所述第二电阻的另一端连接所述第一发光二极管的正极，所述第一发光二极管的负极连接所述低压插件的另一端且公共端连接所述限流电阻的一端。

进一步地，所述高压接触器控制电路包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一导通开关，所述第十电阻的一端连接所述故障显示电路的第二输出端，所述第十电阻的另一端连接所述第十一电阻的一端且公共端连接所述第一导通开关的控制端，所述第十一电阻的另一端连接所述第一导通开关的输出端且公共端接地，所述第一导通开关的输入端连接所述第十二电阻的一端且公共端连接所述高压接触器驱动电路的第一输入端，所述第十二电阻的另一端连接所述Vcc电源的第二输出端。

进一步地，所述高压接触器驱动电路同时受到控制芯片和所述高压接触器控制电路的控制。

进一步地，所述第一导通开关可以为三极管、MOS管或IGBT中的一种。

进一步地，所述高压接触器驱动电路包括第一与门、继电器驱动芯片、第一继电器、+24V电源和第一高压接触器，所述第一与门的第一输入端连接所述高压接触器控制电路的输出端，所述第一与门的第二输入端连接所述控制芯片的第一I/O口，所述第一与门的输出端连接所述继电器驱动芯片的一端，所述第一继电器驱动芯片的另一端连接所述继电器线圈的一端，所述第一继电器线圈的另一端连接所述Vcc电源的第三输出端，所述第一继电器触点的一端连接所述+24V电源，所述第一继电器触点的另一端连接第一高压接触器。

第二方面，本发明还提供一种高压互锁故障自诊断电路的控制方法，所述控制方法通过第一方面所述的高压互锁故障自诊断电路实现。

进一步地，所述高压互锁故障自诊断电路的控制方法包括：

高压互锁回路通电后，若高压部件连接正常时，则与所述高压部件连接的低压插件处于闭合状态，所述高压部件正常运行；

若高压部件连接异常时，则与所述高压部件连接的低压插件断开，发出异常报警并切断所述高压部件的供电。

进一步地，所述发出异常报警并切断所述高压部件的供电具体包括：

低压插件断开，故障显示电路接入电路，发光二极管发光报警；

故障显示电路通过第二输出端输出电压V至高压接触器控制电路；

高压接触器控制电路接收到电压V后输出低电平至高压接触器驱动电路的第一输入端；

高压接触器驱动电路的第一输入端接收低电平后驱动高压接触器动作，切断高压部件的供电。

第三方面，本发明还提供一种新能源汽车，包括高压互锁回路和至少一条第一方面所述的高压互锁故障自诊断电路。

本发明的有益效果是：本发明的高压互锁故障自诊断电路、控制方法及新能源汽车，能够检测高压回路的电气连接完整性；且能够精确定位断开或连接异常的高压部件，同时迅速切断高压部件的供电；也不需要主控芯片MCU做任何信号采集，便可切断相应故障高压部件的供电，大大提高整车的供电可靠性、安全性；只需通过观测信号灯便可清楚直观的定位故障件位置，避免了维修人员通过检测工具去排查故障件，保护了维修人员的安全，提高了故障检修的效率；本发明的高压互锁故障自诊断电路、控制方法及新能源汽车经济、简单、可靠性强、反应迅速且故障检测效率高，可以最大限度的保障用户及车辆安全。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明的高压互锁故障自诊断电路的一个实施例的电路结构图。

图2是本发明的高压互锁回路的拓扑结构图。

其中，附图标记如下：10.故障显示电路，20.高压接触器控制电路，30.高压接触器驱动电路。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都应当属于本发明保护的范围。

如图2所示，在新能源汽车的高压系统中，具有多个高压部件，高压部件通过低压等电位线HVIL连接，通过HVIL来监测整个高压系统的电气连接完整性。

如图1所示，用开关K1、K2、K3、K4分别代表与高压部件连接的低压插件，其连接性代表相应高压部件的连接性，开关闭合代表高压部件连接正常，开关断开则代表高压部件连接异常。

其中，每个开关都连接有一条对应的高压互锁故障自诊断电路，通过该高压互锁故障自诊断电路对对应的高压部件的连接性进行监测并在异常时断开该高压部件的供电，其中每条高压互锁故障自诊断电路的电路结构都相同，本实施例的高压互锁故障自诊断电路与高压部件的数量对应，本实施例以四个高压部件，即四条高压互锁故障自诊断电路进行说明。

在四条高压互锁故障自诊断电路中，本实施例以开关K1相连接的高压互锁故障自诊断电路为例进行说明，高该压互锁故障自诊断电路包括Vcc电源、低压插件K1、故障显示电路、高压接触器控制电路、高压接触器驱动电路和电阻R9，所述Vcc电源的第一输出端连接所述低压插件K1的一端且公共端连接所述故障显示电路的输入端，所述低压插件K1的另一端连接所述故障显示电路的第一输出端且公共端连接电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端接地，所述故障显示电路的第二输出端连接所述高压接触器控制电路的输入端，所述高压接触器控制电路的输出端连接所述高压接触器驱动电路的第一输入端。

其中，所述故障显示电路包括电阻R1、电阻R2、发光二极管D1，所述电阻R1的一端连接所述Vcc电源的第一输出端且公共端连接所述低压插件K1的一端，所述电阻R1另一端连接所述电阻R2的一端且公共端连接所述电阻R10的一端，所述电阻R2的另一端连接所述发光二极管D1的正极，所述发光二极管D1的负极连接所述低压插件K1的另一端且公共端连接所述电阻R9的一端。

在高压部件连接正常时，低压插件K1闭合，使故障显示电路短接，故障显示电路的电压为0V，发光二极管D1不会发光，从故障显示电路输入高压接触器控制电路的电压V1为0V；当高压部件连接异常时，低压插件K1断开，使故障显示电路接入电路，发光二极管D1发光，从故障显示电路输入高压接触器控制电路的电压V1如式（1）所示

(1)。

所述高压接触器控制电路包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、三极管Q1，所述电阻R10的一端连接所述故障显示电路的第二输出端，所述电阻R10的另一端连接所述电阻R11的一端且公共端连接所述三极管Q1的基极，所述电阻R11的另一端连接所述三极管Q1的发射极且公共端接地，所述三极管Q1的集电极连接所述电阻R12的一端且公共端连接所述高压接触器驱动电路的第一输入端，所述电阻R12的另一端连接所述Vcc电源的第二输出端。

其中，三极管Q1作为导通开关，其它的导通开关如MOS管、IGBT等也可以在本电路中实现如三极管Q1的作用。

在高压部件连接正常时，从故障显示电路输入高压接触器控制电路的电压V1为0V，三极管Q1会截止，输入与门A1第一输入端的信号U1为高电平；当高压部件连接异常时，从故障显示电路输入高压接触器控制电路的电压V1如式（1）所示，此时V1大于0V，三极管Q1会导通，输入与门A1第一输入端的信号U1为低电平。

所述高压接触器驱动电路同时受到控制芯片和所述高压接触器控制电路的控制，高压接触器驱动电路的第一输入端连接高压接触器控制电路的输出端，高压接触器驱动电路的第二输入端连接控制芯片的I/01口，所述高压接触器驱动电路在正常情况下受到控制芯片的控制，在高压部件异常时，高压接触器驱动电路受高压接触器控制电路紧急控制。

所述高压接触器驱动电路包括与门A1、继电器驱动芯片2003、第一继电器、+24V电源和高压接触器1，所述与门A1的第一输入端连接所述高压接触器控制电路的输出端，所述与门A1的第二输入端连接所述控制芯片的I/O1口，所述与门A1的输出端连接所述继电器驱动芯片2003的一端，所述继电器驱动芯片2003的另一端连接所述第一继电器线圈的一端，所述第一继电器线圈的另一端连接所述Vcc电源的第三输出端，所述第一继电器触点的一端连接所述+24V电源，所述第一继电器第一触点的另一端连接第一高压接触器。

在高压部件连接正常时，高压接触器控制电路输入高压接触器驱动电路的信号U1为高电平，此时与门A1输入的电平信号和控制芯片输入与门A1的信号相同，高压接触器1动作受控制芯片控制；当高压部件连接异常时，从故障显示电路输入高压接触器控制电路的信号U1为低电平，此时无论控制芯片第I/O1口为高电平还是低电平，与门A1均输出低电平并经2003驱动高压接触器1动作，切断高压部件1的供电。

与开关K1相连接的高压互锁故障自诊断电路的工作原理：在高压部件连接正常时，低压插件K1闭合，使故障显示电路短接，故障显示电路的电压为0V，发光二极管D1不会发光，从故障显示电路输入高压接触器控制电路的电压V1为0V，三极管Q1截止，与门A1输出的电平信号与控制芯片I/O1口输出的信号一致，此时，高压触发器1动作受控制芯片控制；

当高压部件连接异常时，低压插件K1断开，使故障显示电路接入电路，发光二极管D1发光，从故障显示电路输入高压接触器控制电路的电压V1如式（1）所示，此时V1大于0V，三极管Q1会导通，输入与门A1第一输入端的信号U1为低电平，此时无论控制芯片第一I/O口为高电平还是低电平，与门A1均输出低电平并经2003驱动高压接触器1动作，切断高压部件1的供电。

本实施例中共有4个高压部件，高压互锁检测故障自诊断电路可分以下五种工作情况：

情况一：如果四个高压部件全部正常连接，没有出现松脱或者断开等情况，则四个故障信号灯全部灭，此时互锁检测电压V1=V2=V3=V4=0V，相应高压部件控制电路不动作，MCU控制各路高压接触器正常吸合，此时高压回路正常供电。

情况二：如果仅有任意一个高压部件断开：以高压部件K1断开为例说明，由于电压、电阻全部为正值，因此由公式（1）可知：V1>0V，V2=V3=V4=0V，则发光二极管D1 亮，发光二极管D2、D3、D4全部灭，同时互锁检测电压V1驱动三极管Q1导通，高压接触器控制电压信号U1由高电平变为低电平，此时无论I/O1口为高电平还是低电平，与门A_1均输出低电平并经2003驱动高压接触器1动作，切断高压部件1的供电，同理K2 、K3 、K4单独断开的情况。

情况三：如果任意两个高压部件同时断开：

（1）任意相邻两个高压部件断开，以高压部件1和高压部件2同时断开为例说明，由公式（2）可知：V1>0V，V2>0V，V3=V4=0V，发光二极管D1、D2亮，发光二极管D3、D4灭，同时互锁检测电压V1、V2驱动三极管Q1、Q2动作，高压接触器控制电压信号U1、U2由高电平变为低电平，此时无论I/O1、I/O2口为高电平还是低电平，与门A1、A2均输出低电平并经2003驱动高压接触器1和2动作，切断高压部件1和2的供电，同理K2、K3和K3、K4同时断开的情况；

(2)；

（2）任意不相邻两个高压部件断开，以高压部件1和高压部件3同时断开为例说明，由公式（3）可知：V1>0V，V3>0V，V2=V4=0V，发光二极管D1、D3 亮，发光二极D2、D4熄灭，同时互锁检测电压V1、V3驱动三极管Q1、Q3动作，高压接触器控制电压信号U1、U3由高电平变为低电平，此时无论 I/O1、I/O3口为高电平还是低电平，与门A1、A3均输出低电平并经2003驱动高压接触器1和3动作，断开高压部件1和3的供电，同理K1、K4和K2 、K4同时断开的情况；

(3)。

情况四：如果任意三个高压部件同时断开：

（1）任意相邻三个高压部件断开，以高压部件1、高压部件2和高压部件3同时断开为例说明，由公式（4）可知：V1>0V，V2>0V，V3>0，V4=0V，发光二极管D1、D2、D3 亮，发光二极管D4灭，同时互锁检测电压 V1、V2、V3驱动三极管Q1、Q2、Q3动作，高压接触器控制电压信号U1、U2、U3由高电平变为低电平，此时无论I/O1、I/O2、I/O3口为高电平还是低电平，与门A1、A2、A3均输出低电平并经2003驱动高压接触器1、2和3动作，切断高压部件1、2和3的供电，同理K2、K3、K4同时断开的情况；

(4)；

（2）任意不相邻三个高压部件断开，以高压部件1、高压部件2和高压部件4同时断开为例说明，由公式（5）可知：V1>0V，V2>0V，V4>0，V3=0V，发光二极管D1、D2、D4亮，发光二极管D3灭，同时互锁检测电压V1、V2、V4驱动三极管Q1、Q2、Q4动作，高压接触器控制电压信号U1、U2、U4由高电平变为低电平，此时无论 I/O1、I/O2、I/O4口为高电平还是低电平，与门A1、A2、A4均输出低电平并经2003驱动高压接触器1、2和4动作，断开高压部件1、2和4的供电，同理K1、K3、K4同时断开的情况；

(5)。

情况五：四个高压部件全部断开，由公式（6）可知：V1>0V，V2>0V，V3>0，V4>0V，发光二极管D1、D2、D3、D4全部亮，同时互锁检测电压V1、V2、V3、V4驱动三极管Q1、Q2、Q3、Q4动作，切断所有高压回路的供电；

(6)。

本实施例还提供一种高压互锁故障自诊断电路的控制方法，所述控制方法通过本实施例所述的高压互锁故障自诊断电路实现，包括：

高压互锁回路通电后，若高压部件连接正常时，则与所述高压部件连接的低压插件处于闭合状态，所述高压部件正常运行；

若高压部件连接异常时，则与所述高压部件连接的低压插件断开，发出异常报警并切断所述高压部件的供电。

其中，所述发出异常报警并切断所述高压部件的供电具体包括：

低压插件断开，故障显示电路接入电路，发光二极管发光报警；

故障显示电路通过第二输出端输出电压V至高压接触器控制电路；

高压接触器控制电路接收到电压V后输出低电平至高压接触器驱动电路的第一输入端；

高压接触器驱动电路的第一输入端接收低电平后驱动高压接触器动作，切断高压部件的供电。

本实施例提供的高压互锁故障自诊断电路用于新能源汽车的高压互锁系统，高压系统具有高压互锁回路，其中，每个高压部件都连接有一条高压互锁故障自诊断电路，通过高压互锁故障自诊断电路使新能源汽车高压互锁系统工作的可靠性、安全性。

本发明公开了高压互锁故障自诊断电路、控制方法及新能源汽车，能够检测高压回路的电气连接完整性；且能够精确定位断开或连接异常的高压部件，同时迅速切断高压部件的供电；也不需要主控芯片MCU做任何信号采集，便可切断相应故障高压部件的供电，大大提高整车的供电可靠性、安全性；只需通过观测信号灯便可清楚直观的定位故障件位置，避免了维修人员通过检测工具去排查故障件，保护了维修人员的安全，提高了故障检修的效率；本发明的高压互锁故障自诊断电路、控制方法及新能源汽车经济、简单、可靠性强、反应迅速且故障检测效率高，可以最大限度的保障用户及车辆安全。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，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者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种高压互锁故障自诊断电路，其特征在于，包括Vcc电源、低压插件、故障显示电路、高压接触器控制电路、高压接触器驱动电路和限流电阻，所述Vcc电源的第一输出端连接所述低压插件的一端且公共端连接所述故障显示电路的输入端，所述低压插件的另一端连接所述故障显示电路的第一输出端且公共端连接限流电阻的一端，所述限流电阻的另一端接地，所述故障显示电路的第二输出端连接所述高压接触器控制电路的输入端，所述高压接触器控制电路的输出端连接所述高压接触器驱动电路的第一输入端；

所述高压接触器控制电路包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一导通开关，所述第十电阻的一端连接所述故障显示电路的第二输出端，所述第十电阻的另一端连接所述第十一电阻的一端且公共端连接所述第一导通开关的控制端，所述第十一电阻的另一端连接所述第一导通开关的输出端且公共端接地，所述第一导通开关的输入端连接所述第十二电阻的一端且公共端连接所述高压接触器驱动电路的第一输入端，所述第十二电阻的另一端连接所述Vcc电源的第二输出端。

2.如权利要求1所述的一种高压互锁故障自诊断电路，其特征在于，所述故障显示电路包括第一电阻、第二电阻、第一发光二极管，所述第一电阻的一端连接所述Vcc电源的第一输出端且公共端连接所述低压插件的一端，所述第一电阻另一端连接所述第二电阻的一端且公共端连接所述高压接触器控制电路的输入端，所述第二电阻的另一端连接所述第一发光二极管的正极，所述第一发光二极管的负极连接所述低压插件的另一端且公共端连接所述限流电阻的一端。

3.如权利要求1所述的一种高压互锁故障自诊断电路，其特征在于，所述高压接触器驱动电路同时受到控制芯片和所述高压接触器控制电路的控制。

4.如权利要求1所述的一种高压互锁故障自诊断电路，其特征在于，所述第一导通开关可以为三极管、MOS管或IGBT中的一种。

5.如权利要求3所述的一种高压互锁故障自诊断电路，其特征在于，所述高压接触器驱动电路包括第一与门、继电器驱动芯片、第一继电器、+24V电源和第一高压接触器，所述第一与门的第一输入端连接所述高压接触器控制电路的输出端，所述第一与门的第二输入端连接所述控制芯片的第一I/O口，所述第一与门的输出端连接所述继电器驱动芯片的一端，所述继电器驱动芯片的另一端连接第一继电器线圈的一端，所述第一继电器线圈的另一端连接所述Vcc电源的第三输出端，所述第一继电器触点的一端连接所述+24V电源，所述第一继电器触点的另一端连接第一高压接触器。

6.一种高压互锁故障自诊断电路的控制方法，其特征在于，所述控制方法通过权利要求1至5任意一项所述的高压互锁故障自诊断电路实现。

7.如权利要求6所述的一种高压互锁故障自诊断电路的控制方法，其特征在于，包括：

高压互锁回路通电后，若高压部件连接正常时，则与所述高压部件连接的低压插件处于闭合状态，所述高压部件正常运行；

若高压部件连接异常时，则与所述高压部件连接的低压插件断开，发出异常报警并切断所述高压部件的供电。

8.如权利要求7所述的一种高压互锁故障自诊断电路的控制方法，其特征在于，所述发出异常报警并切断所述高压部件的供电具体包括：

低压插件断开，故障显示电路接入电路，发光二极管发光报警；

故障显示电路通过第二输出端输出电压V至高压接触器控制电路；

高压接触器控制电路接收到电压V后输出低电平至高压接触器驱动电路的第一输入端；

高压接触器驱动电路的第一输入端接收低电平后驱动高压接触器动作，切断高压部件的供电。

9.一种新能源汽车，包括高压互锁回路，其特征在于，还包括至少一条权利要求1至5任意一项所述的高压互锁故障自诊断电路。

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