CN112816786A - 高压互锁检测电路、检测方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压互锁检测电路、检测方法及车辆，本发明所提供的高压互锁检测电路包括负载电路，该负载电路以拉电流的形式连接在恒流电路模块上，恒流电路模块具有三端可调分流基准源，由三端可调分流基准源的参考端引出的电压值供采集模块采集。本发明的高压互锁检测电路，可减少检测电路对采集模块端口的占用，并利于改善检测电路的电磁兼容性性能。

Description

高压互锁检测电路、检测方法及车辆

技术领域

本发明涉及车辆安全技术领域，特别涉及一种高压互锁检测电路。本发明还涉及一种高压互锁检测电路的检测方法及车辆。

背景技术

电动汽车的动力系统上含有多个高压器件，如电机控制器，车载充电控制器，皮带驱动启动发电机等。

正常工作状态下，这些高压器件与电池包输出高压直流母线相并联。随着电动车的续驶里程的提高，以及系统效率要求的提高，电池包的电压也随之提升，目前一般都工作在300V以上。为确保安全、及电池包工作的可靠性，要求电动车所有高压器件以及高压接插件在整车运行前必须可靠连接。

随着车辆高压回路的使用时间增长，高压互锁回路电阻也会发生变化；因此，需要采用高压互锁电路以检测整车高压总成器件及高压接插件是否有效、可靠，检测高压回路电阻是否在正常变化范围内。

电池管理系统BMS对此电路的检测负载为HCU(整车控制器)内部等效的51Ω电阻，此电阻阻值会随使用时间而逐渐增大(该设计应用的整车寿命为10年)，在整车正常使用时间内，此电阻阻值须在正常变化范围内方可判断为正常。在现有的设计中，通过添加恒流源流经此电阻，BMS采集此负载电阻两端的电压，通过此负载的电压差与流经电流计算出此负载的阻值，从而判断高压互锁检测电路是否正常工作。

上述的检测方式，需要占用BMS的MCU(微控制单元，即BMS的主控单元)的多个I/O端口，且当MCU同时采集其他控制器信号时，容易因I/O端口的地偏移而影响所测电压差的精度；同时，当检测电路中采用BOOST升压芯片时，其工作原理会导致电路产生较高频率的信号，可能会对其它电路模块造成干扰，且其容易被外部信号干扰，导致检测电路的电磁兼容性(EMC)性能变差。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种高压互锁检测电路，以减少高压互锁检测电路对采集模块端口的占用。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高压互锁检测电路，包括负载电路，所述负载电路以拉电流的形式连接在恒流电路模块上，所述恒流电路模块具有三端可调分流基准源，由所述三端可调分流基准源的参考端引出的电压值供采集模块采集。

进一步的，所述三端可调分流基准源采用TL431芯片。

进一步的，所述恒流电路模块还包括NPN型三极管Q1，所述TL431芯片的阴极通过采样电阻R2连接VCC，三极管Q1的基极连接于所述TL431芯片和采样电阻R2之间，三极管Q1的发射极通过检测电阻R1接地，集电极连接所述负载电路；TL431的参考端连接至三极管Q1发射极和检测电阻R1之间，以形成供所述采集模块连接的采集点。

进一步的，所述负载电路包括限流电路，以及和所述限流电路串接的负载R。

进一步的，在所述限流电路和所述负载R之间，以及所述负载R和所述恒流电路模块之间，分别串接有稳压二极管D1和稳压二极管D2。

进一步的，所述限流电路包括PNP型三极管Q3，三极管Q3的发射极连接VCC，集电极经由电阻R5串接所述负载R，基极连接在串联设置的取样电阻R3和R7之间。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的高压互锁检测电路，将负载电路设置在一个限定的电流回路中与恒流电路模块连接，同时恒流电路模块中设有三端可调分流基准源，从三端可调分流基准源的参考端引出电压采集点以供采集模块采集，当负载电路回路中出现异常而发生电流异常波动时，会造成三端可调分流基准源参考端的电压异常变化，通过对该参考端的电压检测，占用采集模块的一个模数转换(ADC)采集端口即可形成对高压互锁检测电路异常情况的检测，从而可减少高压互锁检测电路对采集模块端口的占用。

此外，采用TL431芯片作为三端可调分流基准源使用，具有良好的恒流输出性能，可大大简化恒流电路模块的电路结构，并具有优异的稳定性，可省去BOOST升压芯片的使用，有利于检测电路电磁兼容性(EMC)的改善。而且，在恒流电路模块中设置NPN型三极管Q1，TL431的参考端连接至三极管Q1发射极和检测电阻R1之间，在R1上流经一个稳定的恒定电流，从而保持采集点电压的恒定，利于采集模块的采集处理。

本发明的另一个目的在于提出一种高压互锁检测电路的检测方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，由采集模块的一个端口采集恒流电路模块中三端可调分流基准源的参考端的电压值；

步骤二，依据采集的电压值的变化情况，判断电路状态是否异常。

相对于现有技术，基于本发明提出的高压互锁检测电路的检测方法所设计的高压互锁检测电路，具有可减少高压互锁检测电路对采集模块端口的占用、以及改善检测电路电磁兼容性(EMC)的技术优势。

本发明的另一个目的在于提出一种车辆，该车辆加载有本发明所述的高压互锁检测电路。本发明的车辆具有上述的高压互锁检测电路所具备的技术优势。

附图说明

构成本发明的一部分的附图，是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是用于解释本发明，其中涉及到的前后、上下等方位词语仅用于表示相对的位置关系，均不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一所述的高压互锁检测电路的电路原理图；

附图标记说明：

1、恒流电路模块；100、三端可调分流基准源；2、负载电路；20、限流电路。

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，需要说明的是，若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”“连接件”应做广义理解。例如，连接可以是固定连接，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，亦或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合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。

实施例一

本实施例涉及一种高压互锁检测电路，可减少高压互锁检测电路对采集模块端口的占用。

该高压互锁检测电路包括负载电路，负载电路以拉电流的形式连接在恒流电路模块上。其中，恒流电路模块具有三端可调分流基准源，由三端可调分流基准源的参考端引出的电压值，供采集模块采集，以检测负载电路中的异常情况。

基于上述的设计思想，本实施例的高压互锁检测电路的一种示例性电路原理如图1所示。

该高压互锁检测电路是设置在电池管理系统BMS和整车控制器HCU之间，通过判断整车控制器HCU内部的等效电阻、也就是负载电路2中的负载R两端的电压值来判断高压回路是否处于正常工作状态。

在本实施例的高压互锁检测电路中，整个电路设置在5V的VCC和接地之间。负载电路2以拉电流的形式连接在恒流电路模块1上，负载电路2内限定的电流流经负载R后进入恒流电路模块1，当负载R的阻值处于正常的变化范围内时，到达恒流电路模块1的电流在恒流电路模块1的三端可调分流基准源100的作用下，以10mA的恒流电流经检测电阻R1进入接地。这样，在三端可调分流基准源100的参考端会输出稳定的电压，在该参考端引出的电压值，供采集模块采集检测，当负载电路2异常，即负载R的阻值发生异常变化时，10mA的恒流电流值将无法保持，致使参考端的电压值发生异常变化。因此，通过对该采集点的电压检测，可及时检测高压回路的短路、断路以及其它异常情况。

在本实施例中，三端可调分流基准源100采用TL431芯片。采用的TL431芯片具有技术成熟性能可靠的特点，同时，TL431芯片具有良好的恒流输出性能，可大大简化恒流电路模块1的电路结构，并具有优异的稳定性，可省去BOOST升压芯片在电路中的使用，有利于检测电路电磁兼容性(EMC)的改善。

此外，如图1所示，恒流电路模块1中还包括NPN型三极管Q1，TL431芯片的阴极通过采样电阻R2连接VCC，三极管Q1的基极连接在TL431芯片和采样电阻R2之间，三极管Q1的发射极通过检测电阻R1接地，集电极连接负载电路2；TL431的参考端连接至三极管Q1发射极和检测电阻R1之间，以形成供采集模块连接的采集点。这种设计，电路整体布置简单有效，可很好地在R1上形成一个稳定的恒定电流，从而保持采集点电压的恒定，利于采集模块的采集处理。

在负载电路2中，为获得良好的限流效果，设置有限流电路20，负载R和限流电路20串接。限流电路20的设置，当采用51Ω的负载R时，可在负载电路2中形成16mA-40mA的电流，并保证当高压互锁回路短路到GND时不因电流过大损害电路；在该电流范围内，恒流电路模块1在R1的回路上会形成稳定的10mA电流，通过欧姆定律I＝U/R1＝10mA，可准确计算出采集点的电压值，以供采集模块检测而获知检测回路的异常情况。

具体来说，限流电路20中设置有PNP型三极管Q3，三极管Q3的发射极连接VCC，集电极经由电阻R5串接负载R，基极连接在串联设置的取样电阻R3和R7之间；其中，取样电阻R3和R7串联设置于VCC和接地之间。限流电路20中PNP型三极管Q3配合电阻R5、以及取样电阻R3和R7的应用，可形成高效的电流调解设置，利用Ic＝βIB的特性实现限流，可在负载电路2中形成检测所需的16mA-40mA电流，通过调整选用不同阻值的取样电阻R3和R7，可以得到不同的限流值。

同时，在限流电路20和负载R之间，以及负载R和恒流电路模块1之间，分别串接有稳压二极管D1和稳压二极管D2。通过稳压二极管的设置，当高压互锁回路短路异常时不会因灌电流对供电电源造成损害。

在实际应用中，采集模块一般采用电池管理系统BMS中的主芯片(MCU)的一个I/O端口实现。通过该端口读取的电压值经模数转换后再MCU中进行比较计算，以判断高压回路中是否出现了异常情况。

本实施例所述的高压互锁检测电路，将负载电路2设置在一个限定的电流回路中与恒流电路模块1连接，同时恒流电路模块1中设有三端可调分流基准源100，从三端可调分流基准源100的参考端引出电压采集点以供采集模块采集，当负载电路2回路中出现异常而发生电流异常波动时，会造成三端可调分流基准源100参考端的电压异常变化，通过对该参考端的电压检测，占用MCU的一个模数转换(ADC)采集端口即可形成对高压互锁检测电路异常情况的检测，从而可减少高压互锁检测电路对采集模块端口的占用。同时，因电路结构简单，降低了电器元件的使用量而具有制造成本优势；并具有良好的电磁兼容性(EMC)。

实施例二

本实施例涉及一种高压互锁检测电路的检测方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，由采集模块的一个端口采集恒流电路模块1中三端可调分流基准源100的参考端的电压值。

结合实施例一的检测电路及图1所示，当检测电阻R1采用250Ω标准电阻时，因流经R1的电流为三端可调分流基准源100控制的10mA恒流，故在采集点检测到的电压应为2.5V。

步骤二，依据采集的电压值的变化情况，判断电路状态是否异常。

在步骤二中，由于需要考虑到检测电阻R1的误差、性能衰减、以及前端负载电路2的正常波动情况；因此，可在MCU内设定一个阈值，当采集获取的电压值、或者换算获得的电流值是在标准值加减阈值的范围内时，即可认定检测回路的情况正常；检测数值超出阈值范围时，可判断检测回路异常。

实施例一所述的高压互锁检测电路的设计基于本方法设置。采用本检测方法所设计的高压互锁检测电路，适用于车辆中电池高压互锁回路的检测，具有可减少高压互锁检测电路对采集模块端口的占用、以及改善检测电路电磁兼容性(EMC)的技术优势。

实施例三

本实施例涉及一种车辆，该车辆的电池系统的高压互锁回路，采用本发明所述的高压互锁检测电路进行异常情况的检测。检测回路的具体设置可参照实施例一所述的内容进行，可达到节省MCU的采集端口及改善检测电路电磁兼容性(EMC)的效果。

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 (8)

1.一种高压互锁检测电路，包括负载电路(2)，其特征在于：所述负载电路(2)以拉电流的形式连接在恒流电路模块(1)上，所述恒流电路模块(1)具有三端可调分流基准源(100)，由所述三端可调分流基准源(100)的参考端引出的电压值供采集模块采集。

2.根据权利要求1所述的高压互锁检测电路，其特征在于：所述三端可调分流基准源(100)采用TL431芯片。

3.根据权利要求2所述的高压互锁检测电路，其特征在于：所述恒流电路模块(1)还包括NPN型三极管Q1，所述TL431芯片的阴极通过采样电阻R2连接VCC，三极管Q1的基极连接于所述TL431芯片和采样电阻R2之间，三极管Q1的发射极通过检测电阻R1接地，集电极连接所述负载电路(2)；TL431的参考端连接至三极管Q1发射极和检测电阻R1之间，以形成供所述采集模块连接的采集点。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的高压互锁检测电路，其特征在于：所述负载电路(2)包括限流电路(20)，以及和所述限流电路(20)串接的负载R。

5.根据权利要求6所述的高压互锁检测电路，其特征在于：在所述限流电路(20)和所述负载R之间，以及所述负载R和所述恒流电路模块(1)之间，分别串接有稳压二极管D1和稳压二极管D2。

6.根据权利要求4所述的高压互锁检测电路，其特征在于：所述限流电路(20)包括PNP型三极管Q3，三极管Q3的发射极连接VCC，集电极经由电阻R5串接所述负载R，基极连接在串联设置的取样电阻R3和R7之间。

7.一种高压互锁检测电路的检测方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤一，由采集模块的一个端口采集恒流电路模块(1)中三端可调分流基准源(100)的参考端的电压值；

步骤二，依据采集的电压值的变化情况，判断电路状态是否异常。

8.一种车辆，其特征在于该车辆加载有如权利要求1至6中任一项所述的高压互锁检测电路。

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