CN112924859B - 一种电动汽车高压预充回路及继电器粘连状态检测方法 - Google Patents

一种电动汽车高压预充回路及继电器粘连状态检测方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种电动汽车高压预充回路及继电器粘连状态检测方法，涉及电动车技术领域，高压预充回路包括：主预充回路，其包括依次串联的动力电池、正极继电器、电机电容和负极继电器；并联于正极继电器的预充支路，其包括串联的预充继电器、预充电阻和分流器，分流器用于获取流经预充电阻的电流；电机控制器MCU，其并联于电机电容，用于采集电机母线电压值；检测方法包括：按照高压上电过程的状态，BMS获取MCU采集的电机母线电压值，分流器获取流经预充电阻的电流；根据母线电压值、或者根据母线电压值和流经预充电阻的电流，判断负极继电器、正极继电器和预充继电器的粘连状态。本申请，不仅无需增加硬件成本，还可提高继电器的状态检测精度。

Description

一种电动汽车高压预充回路及继电器粘连状态检测方法
技术领域
本申请涉及电动车技术领域，具体涉及一种电动汽车高压预充回路及继电器粘连状态检测方法。
背景技术
目前，随着环境污染的加重与石化能源危机的加深，节能、环保的新能源电动汽车得到了发展与普及。动力电池是电动汽车尤其是纯电动汽车的主要能量存储来源，高压继电器是实现动力电池能量输送的开关器件。正常情况下，高压继电器吸断状态受VCU(Vehicle Control unit，整车控制器)及BMS(Battery Management System，电池管理系统)控制，但是当高压继电器发生粘连时不受控，进而可能引发安全问题，因而需要检测高压继电器粘连状态。
相关技术中，高压继电器分为带触点状态反馈的与未带触点状态反馈，带触点状态反馈的由于成本价格较高，因而汽车工程上很少采用。对于检测未带触点状态反馈的高压继电器，行业内绝大多数都是在高压继电器内外侧线束上布置电压采样线束，通过BMS的电压采样电路分析检测继电器粘连状态，需增加专用高压采集芯片和隔离通讯芯片，增加电路复杂度，成本较高。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷之一，本申请的目的在于提供一种电动汽车高压预充回路及继电器粘连状态检测方法，以解决相关技术中分析检测继电器粘连状态复杂、且成本高的问题。
本申请第一方面提供一种电动汽车高压预充回路，其包括：
主预充回路，其包括依次串联的动力电池、正极继电器、电机电容和负极继电器；
并联于正极继电器的预充支路，其包括串联的预充继电器、预充电阻和分流器，上述分流器用于获取流经预充电阻的电流；
电机控制器MCU，其并联于上述电机电容，用于采集电机母线电压值。
本申请第二方面提供一种基于上述电动汽车高压预充回路的继电器粘连状态检测方法，其包括步骤：
按照高压上电过程的状态，动力电池的管理系统BMS获取MCU采集的电机母线电压值，分流器获取流经预充电阻的电流；
根据上述母线电压值、或者根据上述母线电压值和流经预充电阻的电流，判断负极继电器、正极继电器和预充继电器的粘连状态。
一些实施例中，当整车控制器VCU唤醒动力电池的管理系统BMS，且VCU未发送预充使能指令时，BMS获取当前电机母线的第一电压值；
若上述第一电压值大于0，则判断负极继电器粘连，并获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第一差值判断正极继电器和预充继电器的粘连状态；
若上述第一电压值等于0，则等待VCU发送预充使能指令。
一些实施例中，获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第一差值判断正极继电器和预充继电器的粘连状态，具体包括：
获取相邻两个采集时刻的母线电压值，将后一时刻t2的母线电压值与前一时刻t1的母线电压值的差值作为第一差值；
设定第一门限值，并将其与上述第一差值进行比较；
当上述第一差值差等于第一门限值时，判断预充继电器粘连，且正极继电器未粘连；
当上述第一差值大于第一门限值时，获取流经预充电阻的电流，并判断该电流的绝对值是否等于0；若是，则判断预充继电器未粘连，且正极继电器粘连；否则，判断预充继电器和正极继电器均粘连；
当上述第一差值小于第一门限值时，停止粘连状态检测。
一些实施例中，上述设定第一门限值，具体包括：
当获取第一电压值时，采集第一动力电池电压VBⅠ，并根据预充电阻和电机电容计算得到第一门限值M1；
M1＝VBⅠ×[exp(-t1/RC)-exp(-t2/RC)]
其中，R为预充电阻，C为电机电容。
一些实施例中，当BMS收到VCU发送的预充使能指令时，闭合预充继电器，并获取当前电机母线的第二电压值；
若上述第二电压值大于0，则判断负极继电器粘连，并获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第二差值判断正极继电器的粘连状态；
若上述第二电压值等于0，则判断负极继电器未粘连，并闭合负极继电器，获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第三差值判断正极继电器的粘连状态。
一些实施例中，上述获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第二差值判断正极继电器的粘连状态，具体包括：
获取相邻两个采集时刻的母线电压值，将后一时刻t4的母线电压值与前一时刻t3的母线电压值的差值作为第二差值；
设定第二门限值，并将其与上述第二差值进行比较；
若上述第二差值差大于第二门限值，则判断正极继电器粘连；
若上述第二差值差等于第二门限值，则判断正极继电器未粘连；
若上述第二差值差小于第二门限值，则停止粘连状态检测。
一些实施例中，上述设定第二门限值，具体包括：
当获取第二电压值时，采集第二动力电池电压VBⅡ，并根据预充电阻和电机电容计算得到第二门限值M2；
M2＝VBⅡ×[exp(-t3/RC)-exp(-t4/RC)]
其中，R为预充电阻，C为电机电容。
一些实施例中，上述获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第三差值判断正极继电器的粘连状态，具体包括：
获取相邻两个采集时刻的母线电压值，将后一时刻母线电压值与前一时刻母线电压值的差值作为第三差值；
设定第三门限值，并将其与上述第三差值进行比较；
若上述第三差值差大于第三门限值，则判断正极继电器粘连；
若上述第三差值差等于第三门限值，则判断正极继电器未粘连；
若上述第三差值差小于第三门限值，则停止粘连状态检测。
一些实施例中，当电机的母线电压值大于或等于95％的动力电池总电压、或者BMS收到VCU的上电使能指令时，闭合正极继电器，并断开预充继电器，获取预充电阻上的电流，若该电流的绝对值等于0，则判断预充继电器未粘连，否则，判断预充继电器粘连。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请的电动汽车高压预充回路及继电器粘连状态检测方法，由于主预充回路的正极继电器并联有预充支路，电机电容上并联用于获取母线电压值的电机控制器，且预充支路上串联用于获取流经预充电阻电流的分流器，电动汽车高压上电期间，可按照高压上电过程的状态，根据电机的母线电压值、或者母线电压值和流经预充电阻的电流，判断负极继电器、正极继电器和预充继电器的粘连状态，因此，在整车高压上电期间，借助整车电压信号和流经预充电阻的电流变化来检测各继电器的粘连状态，不仅无需增加硬件成本，还可提高继电器的状态检测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例中高压预充回路的电路原理图；
图2为本申请实施例中VCU唤醒BMS，且VCU未发送的预充使能指令时的检测流程图；
图3为本申请实施例中BMS收到VCU发送的预充使能指令时的检测流程图；
图4为本申请实施例中电机的母线电压值是不小于95％的动力电池总电压VB、或者BMS收到VCU上电使能指令时的检测流程图。
附图标记：
1、动力电池；2、正极继电器；3、电机电容；4、负极继电器；5、预充继电器；6、预充电阻；7、分流器；8、电机控制器。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本申请实施例提供了一种电动汽车高压预充回路及继电器粘连状态检测方法，其能解决相关技术中分析检测继电器粘连状态复杂、且成本高的问题。
如图1所示，本申请实施例的电动汽车高压预充回路包括主预充回路、预充支路和MCU(Motor Control unit，电机控制器)。
主预充回路包括依次串联的动力电池1、正极继电器2、电机电容3和负极继电器4。其中，上述动力电池1为能够提供动力源的二次蓄电池，电机电容3为高压电容。
预充支路并联于正极继电器，该预充支路包括串联的预充继电器5、预充电阻6和分流器7，上述分流器7用于获取流经预充电阻6的电流。
上述MCU 8并联于上述电机电容3，MCU 8用于采集电机的母线电压值，以便于动力电池的管理系统BMS通过CAN线获取电机的母线电压值。
本申请实施例的电动汽车高压预充回路，由于主预充回路的正极继电器并联有预充支路，电机电容上并联用于获取母线电压值的电机控制器，且预充支路上串联用于获取流经预充电阻的电流的分流器，电动汽车高压上电期间，可通过电机控制器获取母线电压值，以及通过分流器获取流经预充电阻的电流值，进而根据各母线电压值、或者母线电压值和电流值判断负极继电器、正极继电器和预充继电器的粘连状态，因此，在整车高压上电期间，借助整车电压信号和流经预充电阻的电流变化来检测各继电器的粘连状态，不仅无需增加硬件成本，还可提高继电器的状态检测精度。
本申请实施例的基于上述电动汽车高压预充回路的继电器粘连状态检测方法，其包括步骤：
S1.按照高压上电过程的状态，动力电池的管理系统BMS获取MCU采集的电机母线电压值，分流器获取流经预充电阻的电流。
S2.根据上述母线电压值、或者根据所述母线电压值和流经预充电阻的电流，判断负极继电器、正极继电器和预充继电器的粘连状态。
本实施例中，在整车高压上电过程，BMS通过电机控制器反馈的母线电压值，结合分流器采集的电流值可综合判断上述各高压继电器的粘连状态。
进一步地，当整车控制器VCU唤醒BMS，且整车控制器VCU未发送的预充使能指令，即上述BMS未收到VCU发送的预充使能指令时，BMS获取MCU采集的当前电机母线的第一电压值，即以当前的母线电压值作为第一电压值。此时，还可获取当前的动力电池电压作为第一动力电池电压。
若上述电机母线的第一电压值大于0，则判断负极继电器粘连，且动力电池正极端的高压继电器单元粘连。其中，动力电池正极端的高压继电器单元粘连分为三种情况，一是预充继电器粘连、正极继电器未粘连；二是预充继电器未粘连、正极继电器粘连；三是预充继电器和正极继电器均粘连。此时，需获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第一差值判断正极继电器和预充继电器的粘连状态。
若上述第一电压值等于0，则等待VCU发送预充使能指令。
优选地，上述获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第一差值判断正极继电器和预充继电器的粘连状态，具体包括：
首先，获取相邻两个采集时刻的母线电压值，将后一时刻t2的母线电压值与前一时刻t1的母线电压值的差值作为第一差值V1。
然后，设定第一门限值M1，并将上述第一门限值M1与上述第一差值V1进行比较。
当上述第一差值差等于第一门限值时，判断预充继电器粘连，且正极继电器未粘连；
当上述第一差值大于第一门限值时，判断正极继电器粘连，但无法确定预充继电器的粘连状态。此时，获取流经预充电阻的电流，并判断该电流的绝对值是否等于0；若是，则判断仅正极继电器粘连，而预充继电器未粘连；否则，判断预充继电器和正极继电器均粘连。
当上述第一差值小于第一门限值时，则表明高压预充回路异常，停止继电器的粘连状态检测。
本实施例中，上述设定第一门限值，具体包括：
当获取第一电压值时，采集第一动力电池电压VBⅠ，并根据预充电阻和电机电容计算得到第一门限值M1；
M1＝VBⅠ×[exp(-t1/RC)-exp(-t2/RC)]
其中，R为预充电阻，C为电机电容。
如图2所示，本实施例中，VCU唤醒BMS，且VCU未发送的预充使能指令时的检测流程具体包括：
A1.获取第一电压值和第一动力电池电压；
A2.判断第一电压值是否大于0，若是，则转向A3，否则，转向A12。
A3.判定负极继电器粘连，获取相邻两个采集时刻的母线电压值的差值作为第一差值，并根据第一动力电池电压设定第一门限值；
A4.判断第一差值是否大于第一门限值，若是，则转向A5，否则，转向A9。
A5.判定正极继电器粘连，并获取流经预充电阻的电流；
A6.判断电流的绝对值是否等于0，若是，则转向A7，否则，转向A8。
A7.判定预充继电器未粘连。
A8.判定预充继电器粘连。
A9.判断第一差值是否等于第一门限值，若是，则转向A10，否则，转向A11。
A10.判定预充继电器粘连，且正极继电器未粘连。
A11.停止粘连状态检测。
A12.等待VCU发送预充使能指令。
进一步地，当BMS收到VCU发送的预充使能指令时，还包括：
首先，闭合预充继电器，并获取当前母线的第二电压值，即以当前的母线电压值作为第二电压值。此时，BMS还可获取第二动力电池电压。然后，判断第二电压值是否大于0。
若上述第二电压值大于0，则BMS判断负极继电器粘连，并获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第二差值判断正极继电器的粘连状态。
若上述第二电压值等于0，则BMS判断负极继电器未粘连，并闭合负极继电器进行预充，获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第三差值判断正极继电器的粘连状态。
本实施例中，上述获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第二差值判断正极继电器的粘连状态，具体包括：
首先，BMS获取相邻两个采集时刻的母线电压值，将后一时刻t4的母线电压值与前一时刻t3的母线电压值的差值作为第二差值V2。
然后，设定第二门限值M2，并将第二门限值M2与上述第二差值V2进行比较。
若上述第二差值差大于第二门限值，则判断正极继电器粘连。
若上述第二差值差等于第二门限值，则判断正极继电器未粘连。
若第二差值差小于第二门限值，则表明高压预充回路异常，停止继电器的粘连状态检测。
进一步地，上述设定第二门限值，具体包括：
当获取第二电压值时，采集第二动力电池电压VBⅡ，并根据预充电阻和电机电容计算得到第二门限值M2；
M2＝VBⅡ×[exp(-t3/RC)-exp(-t4/RC)]
其中，R为预充电阻，C为电机电容。
进一步地，上述获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第三差值判断正极继电器的粘连状态，具体包括：
首先，获取相邻两个采集时刻的母线电压值，将后一时刻t6的母线电压值与前一时刻t5的母线电压值的差值作为第三差值V3。
然后，设定第三门限值M3，并将第三门限值M3与上述第三差值V3进行比较。
若上述第三差值差大于第三门限值时，判断正极继电器粘连；
若上述第三差值差等于第三门限值时，判断正极继电器未粘连；
若第三差值差小于第三门限值，则表明高压预充回路异常，停止继电器的粘连状态检测。
其中，设定第三门限值具体包括：
当闭合负极继电器时，采集第三动力电池电压VBⅢ，并根据预充电阻和电机电容计算得到第三门限值M3；
M3＝VBⅢ×[exp(-t5/RC)-exp(-t6/RC)]
其中，R为预充电阻，C为电机电容。
本实施例中，当电机的母线电压值大于或等于95％的动力电池总电压VB、或者BMS收到VCU预充完成的上电使能指令时，闭合正极继电器，并断开预充继电器，获取此时流经预充电阻的电流I，若该电流的绝对值ABS(I)等于0，则判断预充继电器未粘连，否则，判断预充继电器粘连。
如图3所示，本实施例中，BMS收到VCU发送的预充使能指令时的检测流程具体包括：
B1.获取第二电压值和第二动力电池电压；
B2.判断第二电压值是否大于0，若是，则转向B3，否则，转向B9。
B3.判定负极继电器粘连，获取相邻两个采集时刻的母线电压值的差值作为第二差值，并根据第二动力电池电压设定第二门限值；
B4.判断第二差值是否大于第二门限值，若是，则转向B5，否则，转向B6。
B5.判定正极继电器粘连。
B6.判断第二差值是否等于第二门限值，若是，则转向B7，否则，转向B8。
B7.判定正极继电器未粘连。
B8.停止粘连状态检测。
B9.判定负极继电器未粘连，闭合负极继电器，并获取第三动力电池电压；
B10.获取相邻两个采集时刻的母线电压值的差值作为第三差值，并根据第三动力电池电压设定第三门限值；
B11.判断第三差值是否大于第三门限值，若是，则转向B5，否则，转向B12。
B12.判断第三差值是否等于第三门限值，若是，则转向B7，否则，转向B8。
如图4所示，本实施例中，在完成对正极继电器粘连状态的判断后，当母线电压值不小于95％的动力电池总电压VB、或者BMS收到VCU上电使能指令时的检测流程，具体包括：
C1.闭合正极继电器，并断开预充继电器，并获取此时流经预充电阻的电流；
C2.判断电流的绝对值否等于0，若是，则转向C3，否则，转向C4。
C3.判定预充继电器未粘连。
C4.判定预充继电器粘连。
本实施例的继电器粘连状态检测方法，适用于上述高压预充回路，通过在预充支路上串联一个低成本的分流器，结合电机控制器，即可判定高压预充回路中所有高压继电器的粘连状态，不仅检测速度快、检测结果可靠，同时不影响正常上电流程，在保证用户体验前提下准确识别各高压继电器的粘连状态，最大程度上保障了电池系统及车辆的高压安全。
本申请不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于电动汽车高压预充回路的继电器粘连状态检测方法，其特征在于，所述电动汽车高压预充回路包括主预充回路、并联于正极继电器的预充支路和电机控制器MCU：
所述主预充回路包括依次串联的动力电池、正极继电器、电机电容和负极继电器；所述预充支路包括串联的预充继电器、预充电阻和分流器，所述分流器用于获取流经预充电阻的电流；所述MCU并联于所述电机电容，用于采集电机母线电压值；
所述检测方法包括步骤：
按照高压上电过程的状态，动力电池的管理系统BMS获取MCU采集的电机母线电压值，分流器获取流经预充电阻的电流；
根据所述母线电压值、或者根据所述母线电压值和流经预充电阻的电流，判断负极继电器、正极继电器和预充继电器的粘连状态；当整车控制器VCU唤醒动力电池的管理系统BMS，且VCU未发送预充使能指令时，BMS获取当前电机母线的第一电压值；
若所述第一电压值大于0，则判断负极继电器粘连，并获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第一差值判断正极继电器和预充继电器的粘连状态；
若所述第一电压值等于0，则等待VCU发送预充使能指令；
获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第一差值判断正极继电器和预充继电器的粘连状态，具体包括：
获取相邻两个采集时刻的母线电压值，将后一时刻t2的母线电压值与前一时刻t1的母线电压值的差值作为第一差值；
设定第一门限值，并将其与所述第一差值进行比较；
当所述第一差值差等于第一门限值时，判断预充继电器粘连，且正极继电器未粘连；
当所述第一差值大于第一门限值时，获取流经预充电阻的电流，并判断该电流的绝对值是否等于0；若是，则判断预充继电器未粘连，且正极继电器粘连；否则，判断预充继电器和正极继电器均粘连；
当所述第一差值小于第一门限值时，停止粘连状态检测。
2.如权利要求1所述的继电器粘连状态检测方法，其特征在于：所述设定第一门限值，具体包括：
当获取第一电压值时，采集第一动力电池电压VBⅠ，并根据预充电阻和电机电容计算得到第一门限值M1；
M1＝VBⅠ×[exp(-t1/RC)-exp(-t2/RC)]
其中，R为预充电阻，C为电机电容。
3.如权利要求1所述的继电器粘连状态检测方法，其特征在于：
当BMS收到VCU发送的预充使能指令时，闭合预充继电器，并获取当前电机母线的第二电压值；
若所述第二电压值大于0，则判断负极继电器粘连，并获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第二差值判断正极继电器的粘连状态；
若所述第二电压值等于0，则判断负极继电器未粘连，并闭合负极继电器，获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第三差值判断正极继电器的粘连状态。
4.如权利要求3所述的继电器粘连状态检测方法，其特征在于，所述获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第二差值判断正极继电器的粘连状态，具体包括：
获取相邻两个采集时刻的母线电压值，将后一时刻t4的母线电压值与前一时刻t3的母线电压值的差值作为第二差值；
设定第二门限值，并将其与所述第二差值进行比较；
若所述第二差值差大于第二门限值，则判断正极继电器粘连；
若所述第二差值差等于第二门限值，则判断正极继电器未粘连；
若所述第二差值差小于第二门限值，则停止粘连状态检测。
5.如权利要求4所述的继电器粘连状态检测方法，其特征在于，所述设定第二门限值，具体包括：
当获取第二电压值时，采集第二动力电池电压VBII，并根据预充电阻和电机电容计算得到第二门限值M2；
M2＝VBII×[exp(-t3/RC)-exp(-t4/RC)]
其中，R为预充电阻，C为电机电容。
6.如权利要求3所述的继电器粘连状态检测方法，其特征在于，所述获取相邻两个采集时刻的母线电压值的第三差值判断正极继电器的粘连状态，具体包括：
获取相邻两个采集时刻的母线电压值，将后一时刻母线电压值与前一时刻母线电压值的差值作为第三差值；
设定第三门限值，并将其与所述第三差值进行比较；
若所述第三差值差大于第三门限值，则判断正极继电器粘连；
若所述第三差值差等于第三门限值，则判断正极继电器未粘连；
若所述第三差值差小于第三门限值，则停止粘连状态检测。
7.如权利要求1或3所述的继电器粘连状态检测方法，其特征在于：当电机的母线电压值大于或等于95％的动力电池总电压、或者BMS收到VCU的上电使能指令时，闭合正极继电器，并断开预充继电器，获取预充电阻上的电流，若该电流的绝对值等于0，则判断预充继电器未粘连，否则，判断预充继电器粘连。
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