CN112086313A - 电池包继电器保护电路和保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池包继电器保护电路和保护方法，涉及电池包供电技术领域，该电路包括：继电器控制单元、主正继电器、电源芯片和硬件保护单元；继电器控制单元与主正继电器连接，用于向主正继电器发送第一控制信号并检测主正继电器的第一异常状态信息；继电器控制单元还与电源芯片连接，用于向电源芯片发送第一异常状态信息；硬件保护单元用于向电源芯片发送延时信号；电源芯片用于接收外部信号，并基于延时信号和第一异常状态信息向主正继电器发送第一供电信号。通过该电路可以控制主正继电器的闭合时间，降低了主正继电器与主负继电器同时闭合的风险，从而解决现有技术中存在的电池包继电器易烧结的问题，实现降低安全隐患的效果。

Description

电池包继电器保护电路和保护方法

技术领域

本发明涉及电池包供电技术领域，尤其是涉及一种电池包继电器保护电路和保护方法。

背景技术

电池管理系统(Battery Management System，BMS)是电池包继电器的控制器，由于功能安全需求，电池包继电器的供电通常由其他控制器提供(如整车控制器VehicleControl Unit，VCU)。电池包包内的继电器一般有主正继电器，主负继电器和预充继电器。

一般情况下，BMS控制高压上电会依次吸合主负继电器和预充继电器，待预充电容电压与动力电池电压接近后再依次吸合主正继电器，断开预充继电器。但由于电池包继电器的供电通常由整车控制器提供，当外部控制器异常或线路虚接导致供电瞬间变化时，主正继电器与主负继电器有同时吸合且未经过预充的风险，使大电流瞬间流过高压回路，会造成继电器烧结无法断开，安全隐患较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池包继电器保护电路和保护方法，以缓解现有技术中存在的电池包继电器易烧结的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种电池包继电器保护电路，包括：继电器控制单元、主正继电器、电源芯片和硬件保护单元；

继电器控制单元与主正继电器连接，继电器控制单元用于向主正继电器发送第一控制信号并检测主正继电器的第一异常状态信息；

继电器控制单元与电源芯片连接，继电器控制单元用于向电源芯片发送第一异常状态信息；

硬件保护单元与电源芯片连接，硬件保护单元用于向电源芯片发送延时信号；

电源芯片用于接收外部信号，并基于延时信号和第一异常状态信息向主正继电器发送第一供电信号。

在一些可能的实施方式中，该电池包继电器保护电路还包括：主负继电器；主负继电器与继电器控制单元连接，继电器控制单元用于向主负继电器发送第二控制信号并检测主负继电器的第二异常状态信息；电源芯片与主负继电器连接，电源芯片用于基于第二异常状态信息向主负继电器发送第二供电信号。

在一些可能的实施方式中，该电池包继电器保护电路还包括：判断单元，判断单元与电源芯片、继电器控制单元和硬件保护单元分别连接；当判断单元接收到第一异常状态信息或延时信号时，判断单元向电源芯片发送延时供电指令。

在一些可能的实施方式中，该电池包继电器保护电路还包括：预充继电器；预充继电器与继电器控制单元连接，继电器控制单元用于向预充继电器发送第三控制信号；电源芯片与预充继电器连接，电源芯片用于向预充继电器发送第三供电信号。

在一些可能的实施方式中，延时供电指令包括第一延时供电指令和第二延时供电指令。

在一些可能的实施方式中，电源芯片基于第一延时供电指令向主正继电器发送第一供电信号。

在一些可能的实施方式中，电源芯片基于第二延时供电指令向预充继电器发送第二供电信号。

第二方面，本发明实施例提供了一种电池包继电器保护方法，应用于如第一方面任一项所述的电池包继电器保护电路，包括：

继电器控制单元向主正继电器发送第一控制信号；

继电器控制单元确定主正继电器的第一异常状态信息，并将第一异常状态信息发送至电源芯片；

硬件保护单元向电源芯片发送延时信号；

电源芯片接收外部信号，并基于延时信号和第一异常状态信息向主正继电器发送第一供电信号。

在一些可能的实施方式中，该电池包继电器保护方法还包括：继电器控制单元向主负继电器发送第二控制信号；继电器控制单元确定主负继电器的第二异常状态信息，并将第二异常状态信息发送至电源芯片；电源芯片基于第二异常状态信息向主负继电器发送第二供电信号。

在一些可能的实施方式中，该电池包继电器保护方法还包括：当第一异常状态信息或第二异常状态信息的持续时间超过第一时间阈值时，继电器控制单元向主负继电器发送第二控制信号以断开主负继电器；电源芯片基于延时信号和第一异常状态信息继续向主正继电器发送第一供电信号直至第一延时周期结束；继电器控制单元向主正继电器发送第一控制信号以断开主正继电器。

本发明提供了一种电池包继电器保护电路和保护方法，该保护电路包括：继电器控制单元、主正继电器、电源芯片和硬件保护单元；继电器控制单元与主正继电器连接，用于向主正继电器发送第一控制信号并检测主正继电器的第一异常状态信息；继电器控制单元还与电源芯片连接，用于向电源芯片发送第一异常状态信息；硬件保护单元与电源芯片连接，用于向电源芯片发送延时信号；电源芯片用于接收外部信号，并基于延时信号和第一异常状态信息向主正继电器发送第一供电信号。通过该保护电路可以控制主正继电器的闭合时间，降低主正继电器与主负继电器同时闭合的风险，从而解决现有技术中存在的电池包继电器易烧结的问题，实现降低安全隐患的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的一种现有技术中的电池包继电器电路原理图；

图2为本发明实施例提供的一种电池包继电器保护电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种电池包继电器保护电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电池包继电器保护方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

电池管理系统是电池包继电器的控制器，由于功能安全需求，电池包继电器的供电通常由其他控制器提供(如整车控制器VCU)。电池包包内的继电器一般有主正继电器，主负继电器和预充继电器。参照图1所示的电池包继电器电路原理图，其中A、C、G为高压采样点，R点为Ref点，虚线部分为高压采样线，实线部分为高压线。

由于高压环境存在预充电容，如果未经过预充(预充电容电压等于0V)直接同时吸合主正继电器和主负继电器，会使高压回路上瞬间有大电流流过(动力电池一般电压350V，电池包主正继电器和主负继电器之间的电阻一般为100mΩ，最大电流约为3500A)，电池包的继电器一般经过一次>1000A的瞬时电流就会烧结，造成无法断开，带来驾驶者接触高压的风险。

电池管理系统控制高压上电会依次吸合主负继电器和预充继电器，这样流过高压回路的电流会较小(动力电池一般电压350V，预充电容一般为50Ω，最大电流约为7A)，待预充电容电压与动力电池电压接近后再依次吸合主正继电器，断开预充继电器。但由于功能安全的需求，电池包继电器的供电可能由其他控制器提供(如整车控制器，VCU，给予外部控制器在特定情况切断继电器的权利)，如果此供电瞬间下降再上升(可能由外部控制器异常造成，也可由线路虚接造成)，会使主正继电器与主负继电器有同时吸合且未经过预充的风险，也会造成继电器烧结无法断开，带来驾驶员的安全隐患。

基于此，本申请实施例提供了一种电池包继电器保护电路和保护方法，以缓解现有技术中存在的电池包继电器易烧结的技术问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种电池包继电器保护电路进行详细介绍，该电池包继电器保护电路可以应用于电池包。

参见图2所示的一种电池包继电器保护电路的结构示意图，该电路主要包括以下结构：继电器控制单元110、主正继电器120、电源芯片130和硬件保护单元140。其中，继电器控制单元110与主正继电器120连接，继电器控制单元110用于向主正继电器120发送第一控制信号并检测主正继电器120的第一异常状态信息；继电器控制单元110与电源芯片130连接，继电器控制单元110用于向电源芯片130发送第一异常状态信息；硬件保护单元140与电源芯片130连接，硬件保护单元140用于向电源芯片130发送延时信号；电源芯片130用于接收外部信号，并基于延时信号和第一异常状态信息向主正继电器120发送第一供电信号。

继电器控制单元110可以是用于发送控制信号的微控制单元(MicrocontrollerUnit，MCU)，第一控制信号用于控制主正继电器的断开和闭合；第一异常状态信息用于表示主正继电器的异常断开情况。电源芯片130可以是用于向继电器发送供电信号的芯片，该电源芯片向主正继电器发送第一供电信号以实现给主正继电器供电。在一种具体的实施例中，第一异常状态信息可以通过检测实际通过主正继电器的电压电流VCR以及该主正继电器的伏安特性曲线VAR的压差判断主正继电器是否异常断开来获取。

硬件保护单元140可以用于保证在供电异常时延迟向主正继电器120供电，从而使主正继电器不在供电异常的第一时间吸合，而是经过一段缓冲的时间后再吸合。

在一个具体的示例中，该硬件保护单元可以是集成电路IC，参照图3，该硬件保护单元的一端与外部信号连接。该外部信号是用于为电池包继电器保护电路提供电源的信号。硬件保护单元可以捕捉外部信号电压值的变化，当该外部信号发生异常，即供电异常时，硬件保护单元向电源芯片发送延时信号，该延时信号一般为一个预设的时间，例如100ms，以使电源芯片向主正继电器延时供电100ms后再提供供电，使主正继电器经过100ms缓冲时间后再吸合，从而避免了与电路中的其他继电器同时吸合导致电路中瞬时电流过大。

主正继电器可以为发动机控制单元提供电源，该主正继电器连接动力电源的正极。参照图3所示，在一些具体的实施方式中，主正继电器还可以包括主正继电器高边开关HSD(High Side Driver)和主正继电器低边开关LSD(Low Side Driver)，该主正继电器HSD连接供电电源的正极，该主正继电器LSD接地。

本申请实施例提供的一种电池包继电器保护电路包括：继电器控制单元、主正继电器、电源芯片和硬件保护单元；继电器控制单元与主正继电器连接，用于向主正继电器发送第一控制信号并检测主正继电器的第一异常状态信息；继电器控制单元还与电源芯片连接，用于向电源芯片发送第一异常状态信息；硬件保护单元用于向电源芯片发送延时信号；电源芯片用于接收外部信号，并基于延时信号和第一异常状态信息向主正继电器发送第一供电信号。通过该电路可以控制主正继电器的闭合时间，降低了主正继电器与主负继电器同时闭合的风险，从而解决现有技术中存在的电池包继电器易烧结的问题，实现降低安全隐患的效果。

由于电动汽车的主供电继电器一般包括主正继电器和主负继电器，因此在一些实施例中，电池包继电器保护电路还可以包括主负继电器，主负继电器连接动力电源的负极，与主正继电器一起组成电动汽车的主供电继电器，为发动机控制单元提供电源。

作为一个具体的示例，主负继电器与继电器控制单元连接，继电器控制单元用于向主负继电器发送第二控制信号并检测主负继电器的第二异常状态信息；电源芯片与主负继电器连接，电源芯片用于基于第二异常状态信息向主负继电器发送第二供电信号。

其中，第二供电信号由电源芯片向主正继电器发送，用以实现给主正继电器供电；第二控制信号用于控制主负继电器的断开和闭合；第二异常状态信息用于表示主负继电器的断开异常情况。作为一个具体的示例，第二异常状态信息可以通过检测VGR的电压判断主负继电器是否异常断开来获取。

为了控制电源芯片向主正继电器发送第一供电信号的时间，该电池包继电器保护电路还可以包括：判断单元，参见图3，该判断单元210与电源芯片130、继电器控制单元110和硬件保护单元140分别连接；当判断单元210接收到第一异常状态信息或延时信号时，判断单元210向电源芯片130发送延时供电指令。

其中，延时供电指令用于控制电源芯片向继电器延时一段时间后再提供供电，使该继电器经过一段时间的缓冲后再吸合。

通常情况下，电动汽车的主供电继电器还包括预充继电器。因此在一种具体的实施例中，该电池包继电器保护电路还可以包括：预充继电器，该预充继电器与所述继电器控制单元连接，所述继电器控制单元用于向所述预充继电器发送第三控制信号；所述电源芯片与所述预充继电器连接，所述电源芯片用于向所述预充继电器发送第三供电信号。

其中，第三供电信号由电源芯片向预充继电器发送，用以实现给预充继电器供电；第三控制信号由继电器控制单元向预充继电器发送，以控制该预充继电器开始和停止预充电。

在一些实施例中，延时供电指令包括第一延时供电指令和第二延时供电指令；电源芯片基于第一延时供电指令向主正继电器发送第一供电信号；电源芯片基于第二延时供电指令向预充继电器发送第二供电信号。

当检测到主正继电器的异常断开情况时，继电器控制单元向电源芯片发送第一异常状态信息，硬件保护单元向电源芯片发送延时信号，该延时信号一般为一个预设的时间，例如100ms，判断单元基于第一异常状态信息和100ms的延时信息，使电源芯片向主正继电器延时100ms后再提供供电。

当检测到主负继电器的异常断开情况时，继电器控制单元向电源芯片发送第一异常状态信息和第二异常状态信息，硬件保护单元向电源芯片发送两次延时信号，每次100ms，判断单元基于异常状态信息和两次100ms的延时信息，使电源芯片向主正继电器延时供电200ms后再提供供电。

需要说明的是，延时信号预设的时间为一种具体的示例，包括但不限于100ms；此外，如果第一异常状态信息或第二异常状态信息检测到的电压异常状态导致继电器异常断开的时间超过一定阈值，则通过控制信号断开高压回路，并且向整车控制器上报继电器异常断开的故障。

如果没有硬件上的延时，从故障发生到烧结时间可能<1ms，嵌入式软件无法识别出故障。通过硬件(延时电路)在物理上使主负继电器和主正继电器的闭合始终有一段时间的间隔，并且通过这一时间间隔给嵌入式软件缓冲时间，以判断出问题，并作出保护动作。该电池包继电器保护电路不仅能在外部供电异常时，使主正继电器晚于主负继电器吸合，还可以在检测到继电器异常断开时依次吸合主负继电器和主正继电器，降低了主正继电器与主负继电器同时闭合的风险，从而解决现有技术中存在的电池包继电器易烧结的问题，实现降低安全隐患的效果。

本申请实施例还提供了一种电池包继电器保护方法，该方法应用于上述任意一种实施方式所述的电池包继电器保护电路，参照图4，该方法包括以下步骤：

S110，继电器控制单元向主正继电器发送第一控制信号；

S120，继电器控制单元确定主正继电器的第一异常状态信息，并将第一异常状态信息发送至电源芯片；

S130，硬件保护单元向电源芯片发送延时信号；

S140，电源芯片接收外部信号，并基于延时信号和第一异常状态信息向主正继电器发送第一供电信号。

在一种具体的实施例中，该电池包继电器保护方法还包括：

步骤(A)：继电器控制单元向主负继电器发送第二控制信号；

步骤(B)：继电器控制单元确定主负继电器的第二异常状态信息，并将第二异常状态信息发送至电源芯片；

步骤(C)：电源芯片基于第二异常状态信息向主负继电器发送第二供电信号。

作为一种具体的示例，该电池包继电器保护方法还包括：

步骤(D)：当第一异常状态信息或第二异常状态信息的持续时间超过第一时间阈值时，继电器控制单元向主负继电器发送第二控制信号以断开主负继电器；

步骤(E)：电源芯片基于延时信号和第一异常状态信息继续向主正继电器发送第一供电信号直至第一延时周期结束；

步骤(F)：继电器控制单元向主正继电器发送第一控制信号以断开主正继电器。

本发明提供了一种电池包继电器保护电路和保护方法，涉及电池包供电技术领域，该电路包括：继电器控制单元、主正继电器、电源芯片和硬件保护单元；继电器控制单元与主正继电器连接，用于向主正继电器发送第一控制信号并检测主正继电器的第一异常状态信息；继电器控制单元还与电源芯片连接，用于向电源芯片发送第一异常状态信息；硬件保护单元用于向电源芯片发送延时信号；电源芯片用于接收外部信号，并基于延时信号和第一异常状态信息向主正继电器发送第一供电信号。

通过该电路可以控制主正继电器的闭合时间，降低其与主负继电器同时闭合的风险，从而解决现有技术中的电池包继电器易烧结的问题，实现降低安全隐患的效果。无论继电器供电电压的异常情况如何，该方法中电池管理系统都可以保证主正继电器和主负继电器不同时吸合，并检测出电压异常导致的继电器异常断开故障，避免产生继电器烧结无法断开，降低了接触高压的安全隐患。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池包继电器保护电路，其特征在于，包括：继电器控制单元、主正继电器、电源芯片和硬件保护单元；

所述继电器控制单元与所述主正继电器连接，所述继电器控制单元用于向所述主正继电器发送第一控制信号并检测所述主正继电器的第一异常状态信息；

所述继电器控制单元与所述电源芯片连接，所述继电器控制单元用于向所述电源芯片发送所述第一异常状态信息；

所述硬件保护单元与所述电源芯片连接，所述硬件保护单元用于向所述电源芯片发送延时信号；

所述电源芯片用于接收外部信号，并基于所述延时信号和所述第一异常状态信息向所述主正继电器发送第一供电信号。

2.根据权利要求1所述的电池包继电器保护电路，其特征在于，还包括：主负继电器；

所述主负继电器与所述继电器控制单元连接，所述继电器控制单元用于向所述主负继电器发送第二控制信号并检测所述主负继电器的第二异常状态信息；

所述电源芯片与所述主负继电器连接，所述电源芯片用于基于所述第二异常状态信息向所述主负继电器发送第二供电信号。

3.根据权利要求1所述的电池包继电器保护电路，其特征在于，还包括：判断单元，所述判断单元与所述电源芯片、所述继电器控制单元和所述硬件保护单元分别连接；

当所述判断单元接收到所述第一异常状态信息或所述延时信号时，所述判断单元向所述电源芯片发送延时供电指令。

4.根据权利要求3所述的电池包继电器保护电路，其特征在于，还包括：预充继电器；

所述预充继电器与所述继电器控制单元连接，所述继电器控制单元用于向所述预充继电器发送第三控制信号；

所述电源芯片与所述预充继电器连接，所述电源芯片用于向所述预充继电器发送第三供电信号。

5.根据权利要求4所述的电池包继电器保护电路，其特征在于，所述延时供电指令包括第一延时供电指令和第二延时供电指令。

6.根据权利要求5所述的电池包继电器保护电路，其特征在于，所述电源芯片基于所述第一延时供电指令向所述主正继电器发送第一供电信号。

7.根据权利要求5所述的电池包继电器保护电路，其特征在于，所述电源芯片基于所述第二延时供电指令向所述预充继电器发送第二供电信号。

8.一种电池包继电器保护方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7任一项所述的电池包继电器保护电路，包括：

所述继电器控制单元向所述主正继电器发送第一控制信号；

所述继电器控制单元确定所述主正继电器的第一异常状态信息，并将所述第一异常状态信息发送至所述电源芯片；

所述硬件保护单元向所述电源芯片发送延时信号；

所述电源芯片接收外部信号，并基于所述延时信号和所述第一异常状态信息向所述主正继电器发送第一供电信号。

9.根据权利要求8所述的电池包继电器保护方法，其特征在于，还包括：

所述继电器控制单元向主负继电器发送第二控制信号；

所述继电器控制单元确定所述主负继电器的第二异常状态信息，并将所述第二异常状态信息发送至所述电源芯片；

所述电源芯片基于所述第二异常状态信息向所述主负继电器发送第二供电信号。

10.根据权利要求9所述的电池包继电器保护方法，其特征在于，还包括：

当所述第一异常状态信息或所述第二异常状态信息的持续时间超过第一时间阈值时，所述继电器控制单元向所述主负继电器发送第二控制信号以断开所述主负继电器；

所述电源芯片基于所述延时信号和所述第一异常状态信息继续向所述主正继电器发送第一供电信号直至第一延时周期结束；

所述继电器控制单元向所述主正继电器发送第一控制信号以断开所述主正继电器。

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