CN113391238A

CN113391238A - 一种新型高压互锁连接状态检测电路

Info

Publication number: CN113391238A
Application number: CN202110585934.6A
Authority: CN
Inventors: 高源�
Original assignee: Zhejiang Yikong Power System Co ltd
Current assignee: Zhejiang Yikong Power System Co ltd
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2021-09-14

Abstract

本发明公开了一种新型高压互锁连接状态检测电路，连接于互锁回路和控制器之间，用于检测高压连接器的连接状态，包括恒定电流源电路、输入输出电压检测电路、互锁回路保护电路，控制器的第一连接端依次通过恒定电流源电路和互锁回路保护电路与互锁回路的第一连接端电性连接。本发明公开的一种新型高压互锁连接状态检测电路，其在互锁回路中通入恒定电流源的信号，检测互锁回路的输出端和输入端之间的电压，通过检测两端之间的电压差，来确定互锁回路中的阻抗，进而判断回路中互锁当前所处的状态。

Description

一种新型高压互锁连接状态检测电路

技术领域

本发明属于高压连接器互锁状态检测技术领域，具体涉及一种新型高压互锁连接状态检测电路。

背景技术

近年来，环境问题的日渐突出、油价的不断上涨以及国家政策的推动，促进了汽车电动化的迅速发展，人们越来越多地选择电动汽车作为出行工具。由于电动汽车的电池及电机驱动单元为高压用电器，因此对高压安全问题的重视程度越来越高。

目前市面上大部分纯电及混动乘用车的平台电压都大于300V，有的甚至高达800V。所以无论是维修人员还是用户都存在高压触电的危险。因此，在人员安全第一的原则下，可以检测高压连接器断开和高压器件开盖检测功能就显得尤为的重要。

目前市面上绝大部分配备高压连接器状态检测电路的汽车，其检测原理均为主控制器输出一个连续的方波信号，通过高压互锁回路将所有高压用电器串进一个回路，最后再出入至控制器中，控制器通过检测输入与输出信号是否相同，来判断高压互锁回路是否断开，如图2所示。

这种检测电路在实际工作中，存在着诸多的弊端，如：

1.仅能检测通断，不能检测互锁连接是否松动不正常连接状态；

2.由于高压回路会分布在整车各个部位，因此回路较长，输出的方波会因回路中的寄生电感和电容的存在，将方波信号进行滤波，导致输入至控制器中，信号发生变形，导致控制器不能正确识别输入信号，进而导致控制器误判；

3.抗干扰能力弱，互锁回路串联在多个高压大功率控制器之间，因此其电磁环境恶劣，又由于方波为电压型信号，且输出能力受限于控制电路的功耗不会很强，因此极易受到干扰导致控制器误判。

因此，针对上述问题，予以进一步改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种新型高压互锁连接状态检测电路，其在互锁回路中通入恒定电流源的信号，检测互锁回路的输出端和输入端之间的电压，通过检测两端之间的电压差，来确定互锁回路中的阻抗，进而判断回路中互锁当前所处的状态，同时在本发明中，增加了电流源的使能控制和互锁接口的短路保护电路。

本发明的另一目的在于提供一种新型高压互锁连接状态检测电路，相比较于传统的互锁检测电路只能检测开合两种状态，本发明可以在原有基础上检测互锁连接不稳定的状态，通过阻抗的变化，可以发现互锁存在松动或接触不良问题，在未断开的情况下即可发现互锁问题，继而及时排查并解决问题，防止使用与维修人员因接触到高压电而产生触电危险。同时，由于其抗干扰能力强和检测标准稳定的特性，可以使互锁报警误判的可能性及频率降低，这将直接提升用户的使用体验。

为达到以上目的，本发明提供一种新型高压互锁连接状态检测电路，连接于互锁回路和控制器之间，用于检测高压连接器的连接状态，包括恒定电流源电路、输入输出电压检测电路、互锁回路保护电路，其中：

控制器的第一连接端(IO)依次通过恒定电流源电路和互锁回路保护电路与互锁回路的第一连接端电性连接，控制器的第二连接端(ADC)通过输入输出电压检测电路分别与互锁回路的第一连接端和第二连接端电性连接，所述输入输出电压检测电路用于检测互锁回路的两端电压差，所述锁回路保护电路用于保护恒定电流源电路。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述恒定电流源电路包括运放器U2、三极管Q1、电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述运放器U2和所述三极管Q1组成一个负反馈电路，其中：

所述运放器U2的负极输入端与输出端均与所述三极管Q1的基极电性连接，所述三极管Q1的发射极与互锁回路的第一连接端(输入端)电性连接，所述运放器U2的正极输入端一路依次通过电阻R1和电阻R3与所述三极管Q1的集电极电性连接，所述运放器U2的正极输入端另一路通过电阻R2与控制器的第一连接端(IO)电性连接(通过调整R1、R2和R3的值，可以在PNP型三极管 Q1的CE之间得到一个恒定的电流值)。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述恒定电流源电路还包括三极管Q2，所述三极管Q2的集电极与所述电阻R2远离所述运放器U2的一端电性连接，所述三极管Q2的基极与控制器的第一连接端(IO)电性连接，并且所述三极管Q2的发射极接地(为了保证控制器可以自行控制电路的启动与停止，在R2与地之间设置了NPN型三极管Q2，通过控制三极管Q2基极的电流来控制恒定电流源的使能)。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述输入输出电压检测电路包括第一采样电路和第二采样电路，所述第一采样电路和所述第二采样电路分别与互锁回路的第一连接端和第二连接端电性连接(所述第一采样电路和所述第二采样电路用于检测互锁回路的输入端(第一连接端)和输出端(第二连接端)的电压差)，其中：

所述第一采样电路包括电阻R5和电容C1，所述电阻R5的一端与控制器的第二连接端(ADC的第一引脚)电性连接并且所述电阻R5远离控制器的一端与互锁回路的第一连接端电性连接，电阻R5靠近控制器的一端通过电容C1接地 (用于检测互锁回路输入端的电压)；

所述第二采样电路包括电阻R6和电容C2，所述电阻R6的一端与控制器的第二连接端(ADC的第二引脚)电性连接并且所述电阻R6远离控制器的一端与互锁回路的第二连接端电性连接，电阻R6靠近控制器的一端通过电容C2接地 (用于检测互锁回路输出端的电压)，所述电阻R6远离控制器的一端还通过电阻R4接地(由于已知电阻R4的阻值及回路中的电流，可以确定互锁回路在正常工作状态下，通过第一采样电路和第二采样电路获得互锁回路的输入端和输出端的电压差，从而和已知的电流值就可以确定互锁电路等效阻抗Rx的电阻，从而通过两个采样点的电压差就可以确定互锁回路的阻抗，通过阻抗的大小即可判断出互锁回路是否存在异常)。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述互锁回路保护电路包括二极管D1，所述二极管D1的阳极与所述三极管Q1的发射极电性连接，所述二极管D1的阴极分别与互锁回路的第一连接端和电阻R5远离控制器的一端电性连接。

附图说明

图1是本发明的一种新型高压互锁连接状态检测电路图。

图2是传统的互锁检测电路图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的控制器、高压连接器和互锁回路等可被视为现有技术。

优选实施例。

本发明公开了一种新型高压互锁连接状态检测电路，连接于互锁回路和控制器之间，用于检测高压连接器的连接状态，包括恒定电流源电路、输入输出电压检测电路、互锁回路保护电路，其中：

具体的是，所述恒定电流源电路包括运放器U2、三极管Q1、电阻R1、电阻 R2和电阻R3，所述运放器U2和所述三极管Q1组成一个负反馈电路，其中：

更具体的是，所述恒定电流源电路还包括三极管Q2，所述三极管Q2的集电极与所述电阻R2远离所述运放器U2的一端电性连接，所述三极管Q2的基极与控制器的第一连接端(IO)电性连接，并且所述三极管Q2的发射极接地 (为了保证控制器可以自行控制电路的启动与停止，在R2与地之间设置了NPN 型三极管Q2，通过控制三极管Q2基极的电流来控制恒定电流源的使能)。

进一步的是，所述输入输出电压检测电路包括第一采样电路和第二采样电路，所述第一采样电路和所述第二采样电路分别与互锁回路的第一连接端和第二连接端电性连接(所述第一采样电路和所述第二采样电路用于检测互锁回路的输入端(第一连接端)和输出端(第二连接端)的电压差)，其中：

为了能够检测到回路中的阻抗变化，需要将电流与电阻信号转换为电压信号，因此，在如图1的结构中设置了两个RC采样电路，用来检测两点的电压；

更进一步的是，所述互锁回路保护电路包括二极管D1，所述二极管D1的阳极与所述三极管Q1的发射极电性连接，所述二极管D1的阴极分别与互锁回路的第一连接端和电阻R5远离控制器的一端电性连接。

由于互锁电路会通过低压接插件线束连接各个高压用电器，因此需要设置对地与对电源短路的保护电路。在电流输出端，设置了一个与电流流向相同的二极管D1用来保护输出端接插件对电源短路，当互锁电路正常工作时，二极管正向导通，而当外部接插件对电源短路，此时二极管处于反向截止，因此可以避免外部的电流流入恒流源电路中，从而保护电路不被损坏。若输出端对地短路，由于电路的性质为恒流源，因此对地短路后，回路阻抗约等于0，所以恒流源电路的输出电压也接近于0，对电路无影响。在互锁回路的输出端，若出现对电源短路，可以通过如图中的电阻R4进行消耗，只要保证不超过电阻能承受最大的功率即可，若对地电路，电阻两端均为地，对电路也不会造成影响。

优选地，本发明目的是用来实现高压连接器的连接状态检测，并且可以有效的避免背景技术中上述传统方案中经常出现的三个问题。

1.传统互锁电路仅能检测出互锁的断开和连接两种状态。然而在高压互锁回路中，可能出现高压接插件松动，但未断开的情况。这种状态在高压系统中也是存在风险的，下一步就有可能是高压接插件断开，因此这种状态如果能被检测出来，系统就可以及时发出警告信息，通知此处存在异常，以便维修人员及时处理。本发明中的电路可以利用接插件松动带来的阻抗变化，监测出接插件是否出现异常；

2.传统互锁的输出信号为方波信号，经过高压互锁回路后，由于回路中寄生电容和寄生电感的影响，信号再回到控制器内，方波的边沿会被互锁检测回路等效的低通滤波器过滤的过于平缓。这样控制器再检测上升下降沿时，就会导致捕捉到的占空比发生变化，从而造成前后波形不匹配而误报故障。在本发明中，由于互锁回路的流动的为恒定的电流，通过检测输入端和输出端的两个节点，对比两个电压的电压差，从而判断出互锁状态是否异常。控制器只需要通过ADC检测控制器内的两个电压，而且由于电流恒定，因此ADC采到的节点电压在互锁状态正常的情况下，电压是恒定的。其相比较检测边沿信号，检测电压信号的确定性会更高，因此其稳定性也会更高。

3.在控制器中，高压互锁回路会流经每个高压控制器，且大部分高压器件都存在高频且电流较大的开关信号，因此其电磁环境非常恶劣。在这种情况下，传统的方波信号非常容易受到干扰，且这种干扰会直接影响控制器的边沿捕捉，极有可能将噪声捕捉后判断控制器异常。而在本发明中，由于回路中的电路处处相等，因此辐射进回路的能量带来的电流波动，会同事将输入和输出口的电压检测点电压同事抬高，由于本发明的检测的量为两个电压信号的差值，所以在有干扰的情况下，其差值会保持恒定不变，并不会影响系统的正常判断。

值得一提的是，本发明专利申请涉及的控制器、高压连接器和互锁回路等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。

对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，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。

Claims

1.一种新型高压互锁连接状态检测电路，连接于互锁回路和控制器之间，用于检测高压连接器的连接状态，其特征在于，包括恒定电流源电路、输入输出电压检测电路、互锁回路保护电路，其中：

控制器的第一连接端依次通过恒定电流源电路和互锁回路保护电路与互锁回路的第一连接端电性连接，控制器的第二连接端通过输入输出电压检测电路分别与互锁回路的第一连接端和第二连接端电性连接，所述输入输出电压检测电路用于检测互锁回路的两端电压差，所述锁回路保护电路用于保护恒定电流源电路。

2.根据权利要求1所述的一种新型高压互锁连接状态检测电路，其特征在于，所述恒定电流源电路包括运放器U2、三极管Q1、电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述运放器U2和所述三极管Q1组成一个负反馈电路，其中：

所述运放器U2的负极输入端与输出端均与所述三极管Q1的基极电性连接，所述三极管Q1的发射极与互锁回路的第一连接端电性连接，所述运放器U2的正极输入端一路依次通过电阻R1和电阻R3与所述三极管Q1的集电极电性连接，所述运放器U2的正极输入端另一路通过电阻R2与控制器的第一连接端电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种新型高压互锁连接状态检测电路，其特征在于，所述恒定电流源电路还包括三极管Q2，所述三极管Q2的集电极与所述电阻R2远离所述运放器U2的一端电性连接，所述三极管Q2的基极与控制器的第一连接端电性连接，并且所述三极管Q2的发射极接地。

4.根据权利要求3所述的一种新型高压互锁连接状态检测电路，其特征在于，所述输入输出电压检测电路包括第一采样电路和第二采样电路，所述第一采样电路和所述第二采样电路分别与互锁回路的第一连接端和第二连接端电性连接，其中：

所述第一采样电路包括电阻R5和电容C1，所述电阻R5的一端与控制器的第二连接端电性连接并且所述电阻R5远离控制器的一端与互锁回路的第一连接端电性连接，电阻R5靠近控制器的一端通过电容C1接地；

所述第二采样电路包括电阻R6和电容C2，所述电阻R6的一端与控制器的第二连接端电性连接并且所述电阻R6远离控制器的一端与互锁回路的第二连接端电性连接，电阻R6靠近控制器的一端通过电容C2接地，所述电阻R6远离控制器的一端还通过电阻R4接地。

5.根据权利要求4所述的一种新型高压互锁连接状态检测电路，其特征在于，所述互锁回路保护电路包括二极管D1，所述二极管D1的阳极与所述三极管Q1的发射极电性连接，所述二极管D1的阴极分别与互锁回路的第一连接端和电阻R5远离控制器的一端电性连接。