CN113295995A - 一种电池系统继电器粘连检测及保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池系统继电器粘连检测及保护方法，包括如下步骤：对各继电器进行粘连检测，检测各继电器处设置的检测点电压信号以及电池包两端电压，并根据检测点电压与电池包两端电压之间压差判断继电器的粘连状态。本发明的优点在于：可以对电动车中的各个继电器的粘连状态进行检测判断，检测准确高效；采用此方案，有效的规避继电器粘连导致的车辆运行出现抛锚导致安全类问题。

Description

一种电池系统继电器粘连检测及保护方法

技术领域

本发明涉及电池系统保护领域，特别涉及电池系统中继电器的粘连保护及继电器粘连检测方法。

背景技术

继电器粘连检测是目前新能源电动汽车电池管理系统对高压继电器是否粘连的一种判断手段，继电器粘连检测模块是由检测电路以及检测策略构成，即硬件部分和软件部分。新能源电动汽车高压主回路上两个继电器控制着电池系统的放电，该继电器的可靠工作直接关系到电动汽车的安全问题。继电器粘连便是一种失效模式，而电动汽车在继电器粘连状态下工作将可能造成安全事故，因此，继电器粘连检测显得尤为重要。另一方面，如果对继电器的粘连检测发生误报，电动汽车就会无法开动，因此，电池管理系统需要可靠的检测出继电器粘连状况。在整车正常上下高压时，电池管理系统控制主负、主正继电器闭合，使得整车处于Ready状态；当整车需要下高压时，电池管理系统控制相应的继电器断开，使得电池组与供电电路断开。但是，继电器在长期的工作过程中，继电器需要经过成千上万次的开合，并且继电器触点产生的热和电弧容易造成继电器触点产生粘连，从而造成高压主回路的控制失效，对电池系统的稳定性造成负面影响。因此，继电器粘连检测以及其准确性是电动汽车发展过程中一项值得深究的课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电池系统继电器粘连保护及检测方法，用于提高检测粘连的准确性而且可以减少或避免继电器的粘连。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电池系统继电器粘连检测及保护方法，包括如下步骤：

对各继电器进行粘连检测，检测各继电器处设置的检测点电压信号以及电池包两端电压，并根据检测点电压与电池包两端电压之间压差判断继电器的粘连状态。

各继电器粘连检测包括总负继电器粘连检测，其检测方法包括：在BMS上电后，未闭合任何继电器，检测总负继电器的检测点电压，当总负继电器检测点电压与电池包两端电压之间小于设定电压阈值X(v)时，判断总负继电器粘连，否则未粘连；其中总负继电器检测点为继电器的主触点中与用电器连接一侧，检测电压为总负继电器检测点与电池包正极之间的电压。

各继电器粘连检测包括总正继电器粘连检测，其检测方法包括：在BMS上电后，检测总负继电器未闭合，检测总正继电器的检测点电压，当总正继电器检测点电压与电池包两端电压之差小于设定电压阈值X(v)时，判断总正继电器粘连或预充继电器粘连；其中总正继电器检测点为总正继电器的主触点中与用电器连接一侧，其检测点的电压为总正继电器检测点与电池包负极之间的电压。

各继电器粘连检测包括慢充充电继电器粘连检测，其检测方法包括：在BMS上电后，检测慢充充电继电器未闭合，检测慢充充电继电器的检测点电压，当慢充充电继电器检测点电压与电池包两端电压之差小于设定电压阈值X(v)时，判断慢充充电继电器粘连；其中慢充充电继电器检测点为慢充充电继电器与慢充电路连接的回路上；其中其检测点的电压为慢充充电继电器检测点与电池包负极之间的电压。

各继电器粘连检测包括快充电继电器粘连检测，其检测方法包括：在BMS上电后，检测到充电CC2信号，检测快充充电继电器未闭合，检测快充充电继电器的检测点电压，当快充充电继电器检测点电压与电池包两端电压之差小于设定电压阈值X(v)时，判断快充充电继电器粘连，否则判断为未粘连；其中快充充电继电器检测点为快充充电继电器与充电机连接的回路上；其中其检测点的电压为快充充电继电器检测点与电池包负极之间的电压。

各继电器粘连检测包括加热继电器粘连检测，其检测方法包括：BMS上电后，检测加热继电器检测点电压，当加热继电器检测点电压与电池包两端电压之差小于设定电压阈值X(v)时，判断加热继电器粘连，否则为未粘连；其中加热继电器检测点为加热继电器与加热模块连接的回路上；其中其检测点的电压为加热继电器检测点与电池包负极之间的电压。

对各继电器检测完成后，当未发生粘连故障时，整车上电工作；

当检测到继电器粘连故障后：充电时，BMS检测到总负继电器粘连后，禁止充电继电器闭合，并禁止充电机开启充电；检测到充电继电器粘连后，立即切断总负继电器，并禁止充电机开启充电；

放电时，BMS检测到总负继电器粘连后，禁止主正继电器闭合，且发送“电池组持续放电功率”和“电池组瞬间放电功率”均为0，并上报整车；BMS检测到主正继电器粘连后，立即切断总负继电器，且发送“电池组持续放电功率”和“电池组瞬间放电功率”均为0，并上报整车。

未检测到粘连故障车辆上电工作后，当处于上电预充时，预充完成增加时间维度同时判断，当预充时间大于设定的时间阈值t且满足预充要求后完成预充步骤；

下电时，VCU应考虑继电器动作时间，从接收BMS断开主正继电器状态开始计时，并在计时达到设定的延时时间后给电机控制器发主动泄放指令。

本发明的优点在于：可以对电动车中的各个继电器的粘连状态进行检测判断，检测准确高效；采用此方案，有效的规避继电器粘连导致的车辆运行出现抛锚导致安全类问题。工作稳定，具有较好的应用安全性和实用性优势。通过电池管理系统软硬件共同作用，避免继电器粘连并提高继电器粘连检测精度。硬件至少具备6路高压检测，软件融合电机控制器电容泄放时间、VCU主动泄放指令等三电策略做粘连检测判断。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明继电器粘连检测点的示意图；

图2为本发明上电控制流程图；

图3为本发明下电控制流程图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明采用以下技术方案：针对减少继电器粘连问题：1、考虑继电器动作时间对继电器的影响，BMS接收VCU下电指令后断开主正继电器，由于继电器存在一定的动作时间，存在主正继电器未断开而MCU内部容性负载开始泄放，电机产生较大的反电动势，导致主回路继电器粘连，为规避此问题，在策略上，VCU应考虑继电器动作时间，从接收BMS断开主正继电器状态开始计时，t(s)后给电机控制器发主动泄放指令，从而保护继电器。2、主正继电器后端电压检测受到干扰导致总压检测产生误差，使得整车预充未完成，但电池管理系统检测到达到预充完成条件便闭合主正继电器，此时在主回路上产生较大电流，继电器触点通过大电流时产生火花，接触不良严重，火花更大，触点的电弧损坏导致粘连。因此在预充策略上，预充完成增加时间维度同时判断，时间＞t且预充完成后Link端电压比Pack电压差＜X(v)(t根据预充电容值计算的理论时间)；记录继电器闭合时，瞬间的最大电流值，记录至少三次，避免被覆盖；记录现有及后续软件，从电池管理系统接收到VCU上电指令到主正继电器闭合时间，对比发现继电器闭合时间是否正常。

针对误报继电器粘连问题：1、至少具备6路高压检测，6路高压检测中，1路固定用于PACK总压检测，1路用于总负粘连判断。另外必须用HV1进行PTC继电器粘连判断，来防止PACK端出现虚压。2、下电检测粘连受电机控制器内容性负载影响，从BMS接收CAN总线VCU给MCU发送的主动泄放指令开始计时，时间等于t S(t≤1)时仍然检测到HV1电压与总正切断时HV1电压压差小于X(v)，判断为继电器粘连故障。此策略可避免电机控制器内部电容泄放时间对继电器粘连检测影响，防止出现误报粘连情况。

本发明亮点为电池管理系统软硬件共同作用，避免继电器粘连并提高继电器粘连检测精度。硬件至少具备6路高压检测，软件融合电机控制器电容泄放时间、VCU主动泄放指令等三电策略做粘连检测判断。采用此方案，有效的规避继电器粘连导致的车辆运行出现抛锚导致安全类问题。工作稳定，具有较好的应用安全性和实用性优势。

如图1所示，为各个点参考点的设置示意图，①电机控制器；②快充继电器检测点，参考点为P-；③加热继电器检测点，参考点为P-；④慢充继电器检测点，参考点为P-；⑤预充及总正继电器检测点，参考点为P-；⑥总负继电器检测点，参考点为P+；⑦PACK+为动力电池组正极端电压电压；⑧PACK﹣为动力电池组负极端电压。

整车上电自检过程中，判断上次记录的继电器粘连状态，如有粘连，则不能进行以下流程；

1)总负继电器粘连检测策略：

BMS上电后，未闭合任何继电器，绝缘检测模块总压检测口LINK-检测的总电压与PACK+、-两端电压压差小于X(v)，则判断主负继电器粘连，否则未粘连；

2)总正继电器粘连检测策略：

BMS上电后检测总负未闭合，检测HV1电压与PACK+、-两端电压压差小于X(v)，则判断总正或预充粘连；

3)慢充充电继电器粘连检测策略：

BMS上电后检测慢充未闭合，检测HV4电压与PACK+、-两端电压压差小于X(v)，则判断慢充粘连；

4)快充充电继电器粘连检测策略：

BMS上电后，检测到CC2信号，快充电继电器未闭合，主机总压检测口HV2总电压与PACK+、-两端电压压差小于X(v)，则判断充电继电器粘连，否则未粘连。

5)加热继电器粘连检测策略：

BMS上电后，检测到HV3电压-电池总压小于X(v)，判断加热继电器粘连，否则未粘连。

a.充电时，BMS检测到总负继电器粘连后，禁止充电继电器闭合，并禁止充电机开启充电；检测到充电继电器粘连后，立即切断总负继电器，并禁止充电机开启充电；

b.放电时，BMS检测到总负继电器粘连后，禁止主正继电器闭合，且发送“电池组持续放电功率”和“电池组瞬间放电功率”均为0，并上报整车；BMS检测到主正继电器粘连后，立即切断总负继电器，且发送“电池组持续放电功率”和“电池组瞬间放电功率”均为0，并上报整车。

如图2、3所示，为了减少粘连情况的产生，在上下电时：

上电预充，预充完成增加时间维度同时判断，时间＞t且预充完成后Link端电压比Pack电压差小于15V(t根据预充电容值计算的理论时间)；记录继电器闭合时，瞬间的最大电流值，记录至少三次，避免被覆盖；

下电时VCU应考虑继电器动作时间，从接收BMS断开主正继电器状态开始计时，1S后给电机控制器发主动泄放指令，避免电机产生较大的反电动势，导致主回路继电器粘连。

本申请如图2、3所示，当BMS接收VCU Control Connect信号，此时闭合主负继电器，100ms闭合预充继电器开始预充，判断Link端电压与Pack电压差小于15v且预充时间＞t(预充理论时间)，BMS检测预充完成后闭合主正继电器，完成上电。

当BMS接收VCU Control Disconnect信号，此时断开主正继电器，VCU从接收BMS断开主正继电器状态开始计时，1S后给电机控制器发主动泄放指令。避免继电器存在动作时间使主正继电器未断开而MCU内部容性负载开始泄放，电机产生较大的反电动势从而主回路继电器粘连。

当BMS接收VCU Control Disconnect信号，此时断开主正继电器，BMS从VCU给MCU发送的主动泄放指令时开始计时，时间等于t(s)(t≤1),检测此时HV1电压与总正切断时HV1电压压差小于15v，以此判断继电器粘连故障。避免粘连检测受电机控制器内容性负载影响误报粘连情况。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池系统继电器粘连检测及保护方法，其特征在于：包括如下步骤：

对各继电器进行粘连检测，检测各继电器处设置的检测点电压信号以及电池包两端电压，并根据检测点电压与电池包两端电压之间压差判断继电器的粘连状态。

2.如权利要求1所述的一种电池系统继电器粘连检测及保护方法，其特征在于：各继电器粘连检测包括总负继电器粘连检测，其检测方法包括：在BMS上电后，未闭合任何继电器，检测总负继电器的检测点电压，当总负继电器检测点电压与电池包两端电压之间小于设定电压阈值X(v)时，判断总负继电器粘连，否则未粘连；其中总负继电器检测点为继电器的主触点中与用电器连接一侧，检测电压为总负继电器检测点与电池包正极之间的电压。

3.如权利要求1所述的一种电池系统继电器粘连检测及保护方法，其特征在于：各继电器粘连检测包括总正继电器粘连检测，其检测方法包括：在BMS上电后，检测总负继电器未闭合，检测总正继电器的检测点电压，当总正继电器检测点电压与电池包两端电压之差小于设定电压阈值X(v)时，判断总正继电器粘连或预充继电器粘连；其中总正继电器检测点为总正继电器的主触点中与用电器连接一侧，其检测点的电压为总正继电器检测点与电池包负极之间的电压。

4.如权利要求1所述的一种电池系统继电器粘连检测及保护方法，其特征在于：各继电器粘连检测包括慢充充电继电器粘连检测，其检测方法包括：在BMS上电后，检测慢充充电继电器未闭合，检测慢充充电继电器的检测点电压，当慢充充电继电器检测点电压与电池包两端电压之差小于设定电压阈值X(v)时，判断慢充充电继电器粘连；其中慢充充电继电器检测点为慢充充电继电器与慢充电路连接的回路上；其中其检测点的电压为慢充充电继电器检测点与电池包负极之间的电压。

5.如权利要求1所述的一种电池系统继电器粘连检测及保护方法，其特征在于：各继电器粘连检测包括快充电继电器粘连检测，其检测方法包括：在BMS上电后，检测到充电CC2信号，检测快充充电继电器未闭合，检测快充充电继电器的检测点电压，当快充充电继电器检测点电压与电池包两端电压之差小于设定电压阈值X(v)时，判断快充充电继电器粘连，否则判断为未粘连；其中快充充电继电器检测点为快充充电继电器与充电机连接的回路上；其中其检测点的电压为快充充电继电器检测点与电池包负极之间的电压。

6.如权利要求1所述一种电池系统继电器粘连检测及保护方法，其特征在于：各继电器粘连检测包括加热继电器粘连检测，其检测方法包括：BMS上电后，检测加热继电器检测点电压，当加热继电器检测点电压与电池包两端电压之差小于设定电压阈值X(v)时，判断加热继电器粘连，否则为未粘连；其中加热继电器检测点为加热继电器与加热模块连接的回路上；其中其检测点的电压为加热继电器检测点与电池包负极之间的电压。

7.如权利要求1所述一种电池系统继电器粘连检测及保护方法，其特征在于：对各继电器检测完成后，当未发生粘连故障时，整车上电工作；

当检测到继电器粘连故障后：充电时，BMS检测到总负继电器粘连后，禁止充电继电器闭合，并禁止充电机开启充电；检测到充电继电器粘连后，立即切断总负继电器，并禁止充电机开启充电；

放电时，BMS检测到总负继电器粘连后，禁止主正继电器闭合，且发送“电池组持续放电功率”和“电池组瞬间放电功率”均为0，并上报整车；BMS检测到主正继电器粘连后，立即切断总负继电器，且发送“电池组持续放电功率”和“电池组瞬间放电功率”均为0，并上报整车。

8.如权利要求7所述的一种电池系统继电器粘连检测及保护方法，其特征在于：未检测到粘连故障车辆上电工作后，当处于上电预充时，预充完成增加时间维度同时判断，当预充时间大于设定的时间阈值t且满足预充要求后完成预充步骤；

下电时，VCU应考虑继电器动作时间，从接收BMS断开主正继电器状态开始计时，并在计时达到设定的延时时间后给电机控制器发主动泄放指令。

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