CN113752841A - 多合一控制器pdu模块的故障确定装置、方法和汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多合一控制器PDU模块的故障确定装置、方法和汽车，该装置包括：继电器电压采样模块，采样继电器的电压，作为继电器的输出信息；控制单元，发送控制信号；继电器驱动模块，根据控制信号，控制继电器的开通或关断；以及，并采样继电器驱动模块的输出信息，作为驱动单元的输出信息；控制单元，还在多合一控制器PDU模块出现继电器粘连故障的情况下，根据继电器的输出信息、以及驱动单元的输出信息，确定继电器粘连故障的具体故障类型。该方案，通过根据驱动单元的输出信息、以及继电器的输出信息，能够准确诊断继电器粘连故障的具体故障类型。

Description

多合一控制器PDU模块的故障确定装置、方法和汽车

技术领域

本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种多合一控制器PDU模块的故障确定装置、方法和汽车，尤其涉及一种新能源汽车高压驱动检测及采样电路、方法和新能源汽车。

背景技术

相关方案中，新能源汽车的前景日渐明朗，特别是新能源乘用车和商用车市场份额日趋增大，新能源车多合一控制器内部集成部件越来越多，功能越来越强大。但其核心部件多合一控制器供应商众多，市场竞争激烈且各家产品同质化严重。因此提升产品质量，降低设计成本可以在市场竞争中倍具优势。

高压配电板(PDU)作为商用车多合一控制器里的能量配置单元，控制着多合一控制器内高压继电器的通断，把电压从高压电池传递至各个电机控制器，从而决定了车内功能部件是否能正常工作，这是一个功能简单但非常重要的功能模块。而且，大部分厂家多合一控制器的高压配电板设计趋同，差别在于具体芯片型号的选取，且都缺少驱动检测电路，对继电器粘连故障的诊断不准确。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种多合一控制器PDU模块的故障确定装置、方法和汽车，以解决汽车多合一控制器的高压配电板缺少驱动检测电路，存在对继电器粘连故障的具体故障类型诊断不准确的问题，达到通过根据驱动单元的输出信息、以及继电器的输出信息，能够准确诊断继电器粘连故障的具体故障类型的效果。

本发明提供一种多合一控制器PDU模块的故障确定装置中，所述多合一控制器PDU模块，包括：继电器电压采样模块和继电器驱动模块；所述多合一控制器PDU模块的故障确定装置，包括：控制单元；其中，所述继电器电压采样模块，被配置为采样所述多合一控制器PDU模块中继电器的电压，作为继电器的输出信息；所述控制单元，被配置为发送控制信号；所述控制信号，是用于控制所述多合一控制器PDU模块中继电器开通或关断的信号；所述继电器驱动模块，被配置为根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，并采样所述继电器驱动模块的输出信息，作为驱动单元的输出信息；所述控制单元，还被配置为根据所述继电器的输出信息、以及所述驱动单元的输出信息，确定多合一控制器PDU模块中继电器是否出现粘连故障，并确定所述继电器粘连故障的具体故障类型；所述继电器粘连故障的具体故障类型，包括以下至少之一：所述多合一控制器PDU模块中继电器故障，所述继电器驱动模块中继电器驱动单元故障。

在一些实施方式中，所述继电器驱动模块，包括：继电器驱动单元和采样单元；其中，所述继电器驱动模块，根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，并采样所述继电器驱动模块的输出信息，作为驱动单元的输出信息，包括：所述继电器驱动单元，被配置为根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，所述采样单元，被配置为采样所述继电器驱动模块中驱动单元的输出信息，作为驱动单元的输出信息。

在一些实施方式中，所述控制单元，至少具有N个GPIO端口，N为正整数；所述继电器驱动单元，包括：隔离型电压转换芯片和N路驱动单元；所述控制单元的N个GPIO端口，对应连接至所述隔离型电压转换芯片的N个输入端；所述隔离型电压转换芯片的N个输出端，对应连接至所述多合一控制器PDU模块中N个继电器的控制线圈。

在一些实施方式中，所述控制单元，至少还具有N个ADC端口；所述采样单元，包括：隔离光耦单元；所述隔离光耦单元中，设置有N路光耦；所述继电器驱动单元中N路驱动单元的输出端，对应连接至所述N路光耦中的二极管侧；所述N路光耦中的晶体管侧，对应连接至所述N个ADC端口。

在一些实施方式中，所述控制单元，还具有第N+1ADC端口；所述继电器电压采样模块，包括：N路采样分压模块、开关矩阵芯片、隔离芯片、隔离线性光耦、以及滤波及放大模块；其中，所述多合一控制器PDU模块中N个继电器的触点开关，对应连接至所述N路采样分压模块的输入端；所述N路采样分压模块的输出端，对应连接至所述开关矩阵芯片中的N路开关的第一端；所述开关矩阵芯片的通信端，经通信控制线，连接至所述隔离芯片的第一端；所述隔离芯片的第二端，连接至所述控制单元的通信端；所述隔离芯片，被配置为向所述开关矩阵芯片，传输所述控制单元对所述开关矩阵芯片中N路开关中任一路开关的选通信号；所述开关矩阵芯片中的N路开关的第二端，经所述隔离线性光耦、以及所述滤波及放大模块后，连接至所述控制单元的第N+1ADC端口。

与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种汽车，包括：以上所述的多合一控制器PDU模块的故障确定装置。

与上述汽车相匹配，本发明再一方面提供一种汽车的多合一控制器PDU模块的故障确定方法中，所述多合一控制器PDU模块，包括：继电器电压采样模块和继电器驱动模块；所述多合一控制器PDU模块的故障确定方法，包括：通过所述继电器电压采样模块，采样所述多合一控制器PDU模块中继电器的电压，作为继电器的输出信息；通过控制单元，发送控制信号；所述控制信号，是用于控制所述多合一控制器PDU模块中继电器开通或关断的信号；通过所述继电器驱动模块，根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，并采样所述继电器驱动模块的输出信息，作为驱动单元的输出信息；通过所述控制单元，还根据所述继电器的输出信息、以及所述驱动单元的输出信息，确定多合一控制器PDU模块中继电器是否出现粘连故障，并确定所述继电器粘连故障的具体故障类型；所述继电器粘连故障的具体故障类型，包括以下至少之一：所述多合一控制器PDU模块中继电器故障，所述继电器驱动模块中继电器驱动单元故障。

在一些实施方式中，所述继电器驱动模块，包括：继电器驱动单元和采样单元；其中，通过所述继电器驱动模块，根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，并采样所述继电器驱动模块的输出信息，作为驱动单元的输出信息，包括：通过所述继电器驱动单元，根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，通过所述采样单元，采样所述继电器驱动模块中驱动单元的输出信息，作为驱动单元的输出信息。

在一些实施方式中，其中，所述控制单元，至少具有N个GPIO端口，N为正整数；所述继电器驱动单元，包括：隔离型电压转换芯片和N路驱动单元；所述控制单元的N个GPIO端口，对应连接至所述隔离型电压转换芯片的N个输入端；所述隔离型电压转换芯片的N个输出端，对应连接至所述多合一控制器PDU模块中N个继电器的控制线圈；所述控制单元，至少还具有N个ADC端口；所述采样单元，包括：隔离光耦单元；所述隔离光耦单元中，设置有N路光耦；所述继电器驱动单元中N路驱动单元的输出端，对应连接至所述N路光耦中的二极管侧；所述N路光耦中的晶体管侧，对应连接至所述N个ADC端口。

在一些实施方式中，所述控制单元，还具有第N+1ADC端口；所述继电器电压采样模块，包括：N路采样分压模块、开关矩阵芯片、隔离芯片、隔离线性光耦、以及滤波及放大模块；其中，所述多合一控制器PDU模块中N个继电器的触点开关，对应连接至所述N路采样分压模块的输入端；所述N路采样分压模块的输出端，对应连接至所述开关矩阵芯片中的N路开关的第一端；所述开关矩阵芯片的通信端，经通信控制线，连接至所述隔离芯片的第一端；所述隔离芯片的第二端，连接至所述控制单元的通信端；所述隔离芯片，被配置为向所述开关矩阵芯片，传输所述控制单元对所述开关矩阵芯片中N路开关中任一路开关的选通信号；所述开关矩阵芯片中的N路开关的第二端，经所述隔离线性光耦、以及所述滤波及放大模块后，连接至所述控制单元的第N+1ADC端口。

由此，本发明的方案，通过简化汽车的多合一控制器PDU模块中的继电器电压采样模块和继电器驱动模块，并使继电器驱动模块增加对驱动单元的输出信息的采样，利用继电器电压采样模块采样得到的继电器电压作为继电器的输出信息，并利用继电器驱动模块采样得到的驱动单元的输出信息，确定继电器粘连故障的具体故障类型，即确定继电器粘连故障是由于继电器故障还是由于继电器驱动单元故障导致的；从而，通过根据驱动单元的输出信息、以及继电器的输出信息，能够准确诊断继电器粘连故障的具体故障类型。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的多合一控制器PDU模块的故障确定装置的一实施例的结构示意图；

图2为PDU系统的一实施例的模块组成示意图；

图3为一种多合一控制器PDU驱动模块的一实施例的结构示意图；

图4为本发明的驱动模块的一实施例的结构示意图；

图5为另一种多合一控制器PDU采样模块的结构示意图；

图6为本发明的采样模块的一实施例的结构示意图；

图7为本发明的多合一控制器PDU模块的故障确定方法的一实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

根据本发明的实施例，提供了一种多合一控制器PDU模块的故障确定装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。所述多合一控制器PDU模块，包括：继电器电压采样模块和继电器驱动模块。所述多合一控制器PDU模块的故障确定装置，包括：控制单元，如DSP芯片。

其中，所述继电器电压采样模块，被配置为采样所述多合一控制器PDU模块中继电器的电压，作为继电器的输出信息。

所述控制单元，被配置为发送控制信号。所述控制信号，是用于控制所述多合一控制器PDU模块中继电器开通或关断的信号。

所述继电器驱动模块，被配置为根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，并采样所述继电器驱动模块的输出信息，作为驱动单元的输出信息。

所述控制单元，还被配置为根据所述继电器的输出信息、以及所述驱动单元的输出信息，确定多合一控制器PDU模块中继电器是否出现粘连故障，并确定所述继电器粘连故障的具体故障类型。所述继电器粘连故障的具体故障类型，包括以下至少之一：所述多合一控制器PDU模块中继电器故障，所述继电器驱动模块中继电器驱动单元故障。

根据DSP芯片特性，通过IO口控制继电器电压输入，IO口拉低时，继电器输入为高电平(5V)；IO口拉高时，继电器输入为低电平(0V)。控制继电器输入为低电压(0V)，则驱动电路输出低压(12V)；继电器输入为高电压(5V)，则驱动电路输出高压(24V)。由此，根据IO口控制信号和继电器电压可以判断驱动单元是否正常。反之可以根据IO口控制信号和驱动单元电压值判断继电器状态，即继电器是否故障。故障类型细分多种，但继电器一旦故障即停止工作。

本发明的方案，提供了一种多合一控制器PDU模块的驱动检测及采样电路，增加了驱动输出检测，这样，添加了新的检测手段，解决了多合一控制器内继电器粘连故障的具体故障诊断不准确的问题，有效降低了程序编写的难度，及提高故障诊断准确率。

市场上存在的多合一控制器内部，继电器的数量是由集成控制器的数量决定的，集成控制器数量越来，功能越多，则需要的继电器越多，本发明的设计方案则更具优势。图2为PDU系统的一实施例的模块组成示意图。如图2所示，多合一控制器内能量配置单元即高压配电板(PDU)的硬件由以下6个基本子模块组成：电源模块，单片机最小系统，CAN通信模块，继电器电压采样模块，继电器驱动模块及故障存储模块。图2为多合一控制器内能量配置单元(PDU)的具体模块组成，总共分为六部分，电源模块：给整体系统供电。单片机最小系统：整个PDU的控制单元，CAN通信模块：负责传输信息。继电器电压采样模块：采样是否有高压，从而判断继电器状态。继电器驱动模块：负责开通或关断继电器。故障储存模块：储存PDU运行中产生故障的信息。

本发明的方案，针对其核心继电器驱动模块和继电器电压采样模块进行改进，下面分别对这两部分电路进行描述。

在一些实施方式中，所述继电器驱动模块，包括：继电器驱动单元和采样单元。

其中，所述继电器驱动模块，根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，并采样所述继电器驱动模块的输出信息，作为驱动单元的输出信息，包括：

所述继电器驱动单元，被配置为根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，

所述采样单元，被配置为采样所述继电器驱动模块中驱动单元的输出信息，作为驱动单元的输出信息。

本发明的方案，改进了一种新能源汽车多合一控制器内高压配电板(PDU)硬件电路，具体在于简化了驱动电路设计，改进了采样电路设计，整体较显著降低了成本，减少了硬件电路的复杂度，有利于系统小型化和进一步集成。

在一些实施方式中，所述控制单元，至少具有N个GPIO端口，N为正整数。

所述继电器驱动单元，包括：隔离型电压转换芯片和N路驱动单元。所述隔离型电压转换芯片，如隔离3.3V转5V芯片。所述控制单元的N个GPIO端口，对应连接至所述隔离型电压转换芯片的N个输入端。所述隔离型电压转换芯片的N个输出端，对应连接至所述多合一控制器PDU模块中N个继电器的控制线圈。

在一些实施方式中，所述控制单元，至少还具有N个ADC端口。

所述采样单元，包括：隔离光耦单元。所述隔离光耦单元中，设置有N路光耦。所述继电器驱动单元中N路驱动单元的输出端，对应连接至所述N路光耦中的二极管侧。所述N路光耦中的晶体管侧，对应连接至所述N个ADC端口。

图3为一种多合一控制器PDU驱动模块的一实施例的结构示意图。图3为PDU驱动模块电路设计，DSP芯片的通用I/O口，GPIO1……GPIO8分别与非隔离3.3V转5V芯片输入端A1……A8相连，再分别对应B1……B8端输出该信号。B1……B8分别连接隔离光耦芯片的输入端C1……C8，隔离光耦分别通过D1……D8输出连接至驱动单元的输入端E1……E8。驱动单元输出F1……F8分别驱动继电器1……继电器8。

图4为本发明的驱动模块的一实施例的结构示意图。图4为本发明驱动模块电路设计，DSP芯片的通用I/O口，GPIO1……GPIO8分别与隔离3.3V转5V芯片输入端A1……A8相连，再分别对应B1……B8端输出该信号连接至驱动单元的输入端E1……E8。驱动单元输出F1……F8分别驱动继电器1……继电器8。驱动单元输出F1……F8的驱动电压采样点G1……G8分别连接至隔离光耦的输入C1……C8，光耦对应输出D1至D8分别接入DSP采样口ADC1……ADC8。

本发明的方案中，继电器驱动模块电路如图4所示，从电路最左侧至最右侧整体是DSP芯片通过改变GPIO管脚的电平信号，来最终控制继电器的开通及关断，而ADC1至ADC8采样口则是监控驱动单元输出的电压。下面进行较为详尽描述：

DSP芯片的GPIO1至GPIO8端口输出信号，分别与隔离型3.3V转5V芯片的输入端口A1至A8相连(这中间省略了辅助电路)。隔离型3.3V转5V芯片的A1至A8输入端对应的输出端分别是B1至B8。与图3相比，图4使用隔离型3.3V转5V芯片替代了，图3中非隔离型3.3V转5V芯片加上对应隔离光耦两个模组的功能。隔离型3.3V转5V芯片输出端B1至B8，分别连接至各个驱动单元的输入引脚E1至E8(这中间省略了辅助电路)。各驱动单元输入E1至E8对应的输出为F1至F8，F1至F8分别与继电器1至继电器8的线圈上端相连。继电器1至继电器8线圈的下端全部与驱动单元对应的参考地GND1相连。各个驱动单元输出连接至继电器线圈上端的驱动电压采样点分别为G1至G8。G1至G8分别连接至隔离光耦的输入端C1至C8，隔离光耦输入端C1至C8对应的输出为D1至D8。隔离光耦的输出D1至D8分别连接至DSP芯片的ADC1至ADC8采样口。

在一些实施方式中，所述控制单元，还具有第N+1ADC端口。所述继电器电压采样模块，包括：N路采样分压模块、开关矩阵芯片、隔离芯片、隔离线性光耦、以及滤波及放大模块。

其中，所述多合一控制器PDU模块中N个继电器的触点开关，对应连接至所述N路采样分压模块的输入端。所述N路采样分压模块的输出端，对应连接至所述开关矩阵芯片中的N路开关的第一端。

所述开关矩阵芯片的通信端，如SCL端和SDA端，经通信控制线，连接至所述隔离芯片的第一端。所述隔离芯片的第二端，连接至所述控制单元的通信端。所述隔离芯片，被配置为向所述开关矩阵芯片，传输所述控制单元对所述开关矩阵芯片中N路开关中任一路开关的选通信号。

所述开关矩阵芯片中的N路开关的第二端，经所述隔离线性光耦、以及所述滤波及放大模块后，连接至所述控制单元的第N+1ADC端口。

图5为另一种多合一控制器PDU采样模块的结构示意图。图5为PDU采样模块电路设计，继电器1……继电器8后端的采样点的高压信号量，a1……a8，经过对应的采样分压模块1……8，得到低压信号量。低压信号量经过隔离线性光耦1……8，输出差分信号输入至对应的放大及滤波模块1……8。最后进入DSP的ADC采样口1……8，一共使用了8个线性光耦和8个放大滤波模块。

当控制器实际应用于新能源汽车时，正常情况下以驱动继电器1为例：当继电器初始状态为断开时，DSP芯片命令GPIO1电平为高(3.3V)。此信号进入隔离型3.3V转5V芯片的输入端A1为3.3V，那么B1则输出为5V。B1为5V输入至驱动单元输入端E1，则得到驱动单元输出高电平(假设12V)，使得继电器线圈得电，吸合继电器开关，使得继电器闭合。我们能通过图5中继电器动作前后，继电器后端a1点电压是否升高来确定是继电器1否真实闭合。

当继电器初始状态为闭合时，DSP芯片命令GPIO1电平为低(0V)。此信号进入隔离型3.3V转5V芯片的输入端A1为0V，那么B1则输出为0V。B1为0V输入至驱动单元输入端E1，则得到驱动单元输出低电平(假设8V)，使得继电器线圈断电，断开继电器开关，使得继电器断开。我们能通过图5中继电器动作前后，继电器后端a1点电压是否下降来确定是继电器1是否真实断开。

当控制器实际应用于新能源汽车时，假设出现继电器1驱动故障时，DSP芯片命令GPIO1电平为高(3.3V)，则继电器1不闭合(采样a1端电压不升高判断)，或者命令GPIO1电平为低(0V)，继电器1不断开(采样a1端电压不下降判断)。按照电路如图3所示，则无法从逻辑上判断具体是PDU板电路损坏还是继电器损坏。只能人工现场拆解控制器分析。而本发明图4所示电路，通过采集驱动输出线路G1至G8的电压大小分析驱动输出电压是否正常，判断是否为驱动故障，从而精确定位具体是驱动电路故障还是继电器故障。

图6为本发明的采样模块的一实施例的结构示意图。图5为PDU采样模块电路设计，继电器1……继电器8后端的采样点的高压信号量，a1……a8，经过对应的采样分压模块1……8，得到低压信号量。IIC隔离芯片仅为隔离高低压作用。DSP通过通信控制线，控制b1……b8中的任意一个闭合，使得对应低端压信号量从c1端输出。从c1端输出的信号量，经过隔离线性光耦1得到差分输出至放大及滤波模块1，滤波放大最后的结果输入至采样口ADC9。

本发明的方案中，继电器电压采样模块电路图6所示，从电路最左侧至最右侧整体是继电器后端电压通过电路处理进入DSP芯片ADC采样口，测量具体电压。DSP芯片SCL及SDA控制开关矩阵芯片动作。下面进行详尽叙述：

继电器1至继电器8的后端采样点a1至a8连接至对应的采样分压模块1至采样分压模块8。采样分压模块1至采样分压模块8分别连接至IIC矩阵芯片的b1至b8端口，任意一时刻IIC开关矩阵芯片最多只能有1路导通，剩下7路断开。IIC矩阵通过c1输出后，信号进入线性光耦1隔离，产生差分信号。差分信号进入放大滤波模块后输出连接至DSP芯片的ADC采样口。DSP通过IIC通信的方式控制IIC矩阵开关(IIC隔离芯片只起到隔离高低压的作用，可以理解为导线)。

图6中，每次只采样继电器1至继电器8中的1个电压，但由于DSP采样速率较大，使用本方案每次采样1个不影响正常功能。图6与图5相比，IIC矩阵芯片加IIC隔离芯片替代了7个线性光耦和7个采样滤波模块，成本上具有较大优势(一般多合一控制器内部继电器数量4个以上，本方案都具成本优势)。

当控制器实际应用于新能源汽车时，正常情况下以采样继电器1后端电压为例：a1点电压通过采样分压模块进入IIC矩阵芯片的b1端口，则DSP通过通信控制线命令b1闭合，b2至b8断开，则b1的电压通过c1输出到达隔离线性光耦1，隔离线性光耦1根据c1电压的大小，输出不同大小的电压差分信号。差分信号进入放大滤波模块1，得到大小适宜，波形平稳的输出，进入ADC9采样口，得到采样值进行数据处理后，根据电路反向解析实际电压大小。

之后要采样继电器2的电压，则，DSP命令IIC矩阵芯片断开开关b1至b8.再闭合b2，延时2us，后再进行采样。……同理采样继电器8的电压，则，DSP命令IIC矩阵芯片断开开关b1至b8.再闭合b8，延时2us，后再进行采样。

其中，图3使用的3.3V转5V芯片为非隔离型的，图4使用的3.3V转5V芯片为隔离型的，使用隔离型的3.3V转5V替代了图3中非隔离型3.3V转5V和光耦的功能(都是进入驱动单元)。图4使用的光耦型号和图3是一样的(普通光耦，图5、图6中的光耦是线性光耦)。但是图4使用的目的是检测驱动单元的输出信号G1……G8，这个功能是图3没有的。

图5所示的方案中，八路采样输入，通过对应的八个线性光耦，再通过对应的采样放大电路至对应的DSP的ADC采样口。图6所示的方案中，八路采样输入，经过IIC开关矩阵芯片，任意一时刻只允许一路采样输入至光耦隔离芯片及后续的采样放大电路。使用一个IIC开关矩阵芯片及IIC隔离芯片，替代了多个隔离光耦和放大电路，成本上更具优势，缩小了硬件电路的体积。PDU内部继电器越多，越具有成本优势。

上述实施方式中，适合所有多合一控制器。

采用本发明的技术方案，通过简化汽车的多合一控制器PDU模块中的继电器电压采样模块和继电器驱动模块，并使继电器驱动模块增加对驱动单元的输出信息的采样，利用继电器电压采样模块采样得到的继电器电压作为继电器的输出信息，并利用继电器驱动模块采样得到的驱动单元的输出信息，确定继电器粘连故障的具体故障类型，即确定继电器粘连故障是由于继电器故障还是由于继电器驱动单元故障导致的。从而，通过根据驱动单元的输出信息、以及继电器的输出信息，能够准确诊断继电器粘连故障的具体故障类型。

根据本发明的实施例，还提供了对应于多合一控制器PDU模块的故障确定装置的一种汽车。该汽车可以包括：以上所述的多合一控制器PDU模块的故障确定装置。

由于本实施例的汽车所实现的处理及功能基本相应于前述实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

采用本发明的技术方案，通过简化汽车的多合一控制器PDU模块中的继电器电压采样模块和继电器驱动模块，并使继电器驱动模块增加对驱动单元的输出信息的采样，利用继电器电压采样模块采样得到的继电器电压作为继电器的输出信息，并利用继电器驱动模块采样得到的驱动单元的输出信息，确定继电器粘连故障的具体故障类型，即确定继电器粘连故障是由于继电器故障还是由于继电器驱动单元故障导致的，解决了多合一控制器内继电器粘连故障的具体故障诊断不准确的问题，提高故障诊断准确率。

根据本发明的实施例，还提供了对应于汽车的一种汽车的多合一控制器PDU模块的故障确定方法，如图7所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。所述多合一控制器PDU模块，包括：继电器电压采样模块和继电器驱动模块。所述多合一控制器PDU模块的故障确定方法，包括：步骤S110至步骤S140。

步骤S110，通过所述继电器电压采样模块，采样所述多合一控制器PDU模块中继电器的电压，作为继电器的输出信息。

步骤S120，通过控制单元，如通过DSP芯片，被配置为发送控制信号。所述控制信号，是用于控制所述多合一控制器PDU模块中继电器开通或关断的信号。

步骤S130，通过所述继电器驱动模块，根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，并采样所述继电器驱动模块的输出信息，作为驱动单元的输出信息。

步骤S140，通过所述控制单元，还根据所述继电器的输出信息、以及所述驱动单元的输出信息，确定多合一控制器PDU模块中继电器是否出现粘连故障，并确定所述继电器粘连故障的具体故障类型。所述继电器粘连故障的具体故障类型，包括以下至少之一：所述多合一控制器PDU模块中继电器故障，所述继电器驱动模块中继电器驱动单元故障。

本发明的方案，提供了一种多合一控制器PDU模块的驱动检测及采样电路，增加了驱动输出检测，这样，添加了新的检测手段，解决了多合一控制器内继电器粘连故障的具体故障诊断不准确的问题，有效降低了程序编写的难度，及提高故障诊断准确率。

市场上存在的多合一控制器内部，继电器的数量是由集成控制器的数量决定的，集成控制器数量越来，功能越多，则需要的继电器越多，本发明的设计方案则更具优势。图2为PDU系统的一实施例的模块组成示意图。如图2所示，多合一控制器内能量配置单元即高压配电板(PDU)的硬件由以下6个基本子模块组成：电源模块，单片机最小系统，CAN通信模块，继电器电压采样模块，继电器驱动模块及故障存储模块。图2为多合一控制器内能量配置单元(PDU)的具体模块组成，总共分为六部分，电源模块：给整体系统供电。单片机最小系统：整个PDU的控制单元，CAN通信模块：负责传输信息。继电器电压采样模块：采样是否有高压，从而判断继电器状态。继电器驱动模块：负责开通或关断继电器。故障储存模块：储存PDU运行中产生故障的信息。

本发明的方案，针对其核心继电器驱动模块和继电器电压采样模块进行改进，下面分别对这两部分电路进行描述。

在一些实施方式中，所述继电器驱动模块，包括：继电器驱动单元和采样单元。

其中，通过所述继电器驱动模块，根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，并采样所述继电器驱动模块的输出信息，作为驱动单元的输出信息，包括：

通过所述继电器驱动单元，根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断。以及，

通过所述采样单元，采样所述继电器驱动模块中驱动单元的输出信息，作为驱动单元的输出信息。

本发明的方案，改进了一种新能源汽车多合一控制器内高压配电板(PDU)硬件电路，具体在于简化了驱动电路设计，改进了采样电路设计，整体较显著降低了成本，减少了硬件电路的复杂度，有利于系统小型化和进一步集成。

其中，所述控制单元，至少具有N个GPIO端口，N为正整数。所述继电器驱动单元，包括：隔离型电压转换芯片和N路驱动单元。所述隔离型电压转换芯片，如隔离3.3V转5V芯片。所述控制单元的N个GPIO端口，对应连接至所述隔离型电压转换芯片的N个输入端。所述隔离型电压转换芯片的N个输出端，对应连接至所述多合一控制器PDU模块中N个继电器的控制线圈。

所述控制单元，至少还具有N个ADC端口。所述采样单元，包括：隔离光耦单元。所述隔离光耦单元中，设置有N路光耦。所述继电器驱动单元中N路驱动单元的输出端，对应连接至所述N路光耦中的二极管侧。所述N路光耦中的晶体管侧，对应连接至所述N个ADC端口。

图3为一种多合一控制器PDU驱动模块的一实施例的结构示意图。图3为PDU驱动模块电路设计，DSP芯片的通用I/O口，GPIO1……GPIO8分别与非隔离3.3V转5V芯片输入端A1……A8相连，再分别对应B1……B8端输出该信号。B1……B8分别连接隔离光耦芯片的输入端C1……C8，隔离光耦分别通过D1……D8输出连接至驱动单元的输入端E1……E8。驱动单元输出F1……F8分别驱动继电器1……继电器8。

图4为本发明的驱动模块的一实施例的结构示意图。图4为本发明驱动模块电路设计，DSP芯片的通用I/O口，GPIO1……GPIO8分别与隔离3.3V转5V芯片输入端A1……A8相连，再分别对应B1……B8端输出该信号连接至驱动单元的输入端E1……E8。驱动单元输出F1……F8分别驱动继电器1……继电器8。驱动单元输出F1……F8的驱动电压采样点G1……G8分别连接至隔离光耦的输入C1……C8，光耦对应输出D1至D8分别接入DSP采样口ADC1……ADC8。

本发明的方案中，继电器驱动模块电路如图4所示，从电路最左侧至最右侧整体是DSP芯片通过改变GPIO管脚的电平信号，来最终控制继电器的开通及关断，而ADC1至ADC8采样口则是监控驱动单元输出的电压。下面进行较为详尽描述：

DSP芯片的GPIO1至GPIO8端口输出信号，分别与隔离型3.3V转5V芯片的输入端口A1至A8相连(这中间省略了辅助电路)。隔离型3.3V转5V芯片的A1至A8输入端对应的输出端分别是B1至B8。与图3相比，图4使用隔离型3.3V转5V芯片替代了，图3中非隔离型3.3V转5V芯片加上对应隔离光耦两个模组的功能。隔离型3.3V转5V芯片输出端B1至B8，分别连接至各个驱动单元的输入引脚E1至E8(这中间省略了辅助电路)。各驱动单元输入E1至E8对应的输出为F1至F8，F1至F8分别与继电器1至继电器8的线圈上端相连。继电器1至继电器8线圈的下端全部与驱动单元对应的参考地GND1相连。各个驱动单元输出连接至继电器线圈上端的驱动电压采样点分别为G1至G8。G1至G8分别连接至隔离光耦的输入端C1至C8，隔离光耦输入端C1至C8对应的输出为D1至D8。隔离光耦的输出D1至D8分别连接至DSP芯片的ADC1至ADC8采样口。

在一些实施方式中，所述控制单元，还具有第N+1ADC端口。

所述继电器电压采样模块，包括：N路采样分压模块、开关矩阵芯片、隔离芯片、隔离线性光耦、以及滤波及放大模块。其中，

所述多合一控制器PDU模块中N个继电器的触点开关，对应连接至所述N路采样分压模块的输入端。所述N路采样分压模块的输出端，对应连接至所述开关矩阵芯片中的N路开关的第一端。

所述开关矩阵芯片的通信端，如SCL端和SDA端，经通信控制线，连接至所述隔离芯片的第一端。所述隔离芯片的第二端，连接至所述控制单元的通信端。所述隔离芯片，被配置为向所述开关矩阵芯片，传输所述控制单元对所述开关矩阵芯片中N路开关中任一路开关的选通信号。

所述开关矩阵芯片中的N路开关的第二端，经所述隔离线性光耦、以及所述滤波及放大模块后，连接至所述控制单元的第N+1ADC端口。

图5为另一种多合一控制器PDU采样模块的结构示意图。图5为PDU采样模块电路设计，继电器1……继电器8后端的采样点的高压信号量，a1……a8，经过对应的采样分压模块1……8，得到低压信号量。低压信号量经过隔离线性光耦1……8，输出差分信号输入至对应的放大及滤波模块1……8。最后进入DSP的ADC采样口1……8，一共使用了8个线性光耦和8个放大滤波模块。

当控制器实际应用于新能源汽车时，正常情况下以驱动继电器1为例：当继电器初始状态为断开时，DSP芯片命令GPIO1电平为高(3.3V)。此信号进入隔离型3.3V转5V芯片的输入端A1为3.3V，那么B1则输出为5V。B1为5V输入至驱动单元输入端E1，则得到驱动单元输出高电平(假设12V)，使得继电器线圈得电，吸合继电器开关，使得继电器闭合。我们能通过图5中继电器动作前后，继电器后端a1点电压是否升高来确定是继电器1否真实闭合。

当继电器初始状态为闭合时，DSP芯片命令GPIO1电平为低(0V)。此信号进入隔离型3.3V转5V芯片的输入端A1为0V，那么B1则输出为0V。B1为0V输入至驱动单元输入端E1，则得到驱动单元输出低电平(假设8V)，使得继电器线圈断电，断开继电器开关，使得继电器断开。我们能通过图5中继电器动作前后，继电器后端a1点电压是否下降来确定是继电器1是否真实断开。

当控制器实际应用于新能源汽车时，假设出现继电器1驱动故障时，DSP芯片命令GPIO1电平为高(3.3V)，则继电器1不闭合(采样a1端电压不升高判断)，或者命令GPIO1电平为低(0V)，继电器1不断开(采样a1端电压不下降判断)。按照电路如图3所示，则无法从逻辑上判断具体是PDU板电路损坏还是继电器损坏。只能人工现场拆解控制器分析。而本发明图4所示电路，通过采集驱动输出线路G1至G8的电压大小分析驱动输出电压是否正常，判断是否为驱动故障，从而精确定位具体是驱动电路故障还是继电器故障。

图6为本发明的采样模块的一实施例的结构示意图。图5为PDU采样模块电路设计，继电器1……继电器8后端的采样点的高压信号量，a1……a8，经过对应的采样分压模块1……8，得到低压信号量。IIC隔离芯片仅为隔离高低压作用。DSP通过通信控制线，控制b1……b8中的任意一个闭合，使得对应低端压信号量从c1端输出。从c1端输出的信号量，经过隔离线性光耦1得到差分输出至放大及滤波模块1，滤波放大最后的结果输入至采样口ADC9。

本发明的方案中，继电器电压采样模块电路图6所示，从电路最左侧至最右侧整体是继电器后端电压通过电路处理进入DSP芯片ADC采样口，测量具体电压。DSP芯片SCL及SDA控制开关矩阵芯片动作。下面进行详尽叙述：

继电器1至继电器8的后端采样点a1至a8连接至对应的采样分压模块1至采样分压模块8。采样分压模块1至采样分压模块8分别连接至IIC矩阵芯片的b1至b8端口，任意一时刻IIC开关矩阵芯片最多只能有1路导通，剩下7路断开。IIC矩阵通过c1输出后，信号进入线性光耦1隔离，产生差分信号。差分信号进入放大滤波模块后输出连接至DSP芯片的ADC采样口。DSP通过IIC通信的方式控制IIC矩阵开关(IIC隔离芯片只起到隔离高低压的作用，可以理解为导线)。

图6中，每次只采样继电器1至继电器8中的1个电压，但由于DSP采样速率较大，使用本方案每次采样1个不影响正常功能。图6与图5相比，IIC矩阵芯片加IIC隔离芯片替代了7个线性光耦和7个采样滤波模块，成本上具有较大优势(一般多合一控制器内部继电器数量4个以上，本方案都具成本优势)。

当控制器实际应用于新能源汽车时，正常情况下以采样继电器1后端电压为例：a1点电压通过采样分压模块进入IIC矩阵芯片的b1端口，则DSP通过通信控制线命令b1闭合，b2至b8断开，则b1的电压通过c1输出到达隔离线性光耦1，隔离线性光耦1根据c1电压的大小，输出不同大小的电压差分信号。差分信号进入放大滤波模块1，得到大小适宜，波形平稳的输出，进入ADC9采样口，得到采样值进行数据处理后，根据电路反向解析实际电压大小。

之后要采样继电器2的电压，则，DSP命令IIC矩阵芯片断开开关b1至b8.再闭合b2，延时2us，后再进行采样。……同理采样继电器8的电压，则，DSP命令IIC矩阵芯片断开开关b1至b8.再闭合b8，延时2us，后再进行采样。

其中，图3使用的3.3V转5V芯片为非隔离型的，图4使用的3.3V转5V芯片为隔离型的，使用隔离型的3.3V转5V替代了图3中非隔离型3.3V转5V和光耦的功能(都是进入驱动单元)。图4使用的光耦型号和图3是一样的(普通光耦，图5、图6中的光耦是线性光耦)。但是图4使用的目的是检测驱动单元的输出信号G1……G8，这个功能是图3没有的。

图5所示的方案中，八路采样输入，通过对应的八个线性光耦，再通过对应的采样放大电路至对应的DSP的ADC采样口。图6所示的方案中，八路采样输入，经过IIC开关矩阵芯片，任意一时刻只允许一路采样输入至光耦隔离芯片及后续的采样放大电路。使用一个IIC开关矩阵芯片及IIC隔离芯片，替代了多个隔离光耦和放大电路，成本上更具优势，缩小了硬件电路的体积。PDU内部继电器越多，越具有成本优势。

上述实施方式中，适合所有多合一控制器。

由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述汽车的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

采用本实施例的技术方案，通过简化汽车的多合一控制器PDU模块中的继电器电压采样模块和继电器驱动模块，并使继电器驱动模块增加对驱动单元的输出信息的采样，利用继电器电压采样模块采样得到的继电器电压作为继电器的输出信息，并利用继电器驱动模块采样得到的驱动单元的输出信息，确定继电器粘连故障的具体故障类型，即确定继电器粘连故障是由于继电器故障还是由于继电器驱动单元故障导致的，整体较显著降低了成本，减少了硬件电路的复杂度。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种多合一控制器PDU模块的故障确定装置，其特征在于，所述多合一控制器PDU模块，包括：继电器电压采样模块和继电器驱动模块；所述多合一控制器PDU模块的故障确定装置，包括：控制单元；其中，

所述继电器电压采样模块，被配置为采样所述多合一控制器PDU模块中继电器的电压，作为继电器的输出信息；

所述控制单元，被配置为发送控制信号；所述控制信号，是用于控制所述多合一控制器PDU模块中继电器开通或关断的信号；

所述继电器驱动模块，被配置为根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，并采样所述继电器驱动模块的输出信息，作为驱动单元的输出信息；

所述控制单元，还被配置为根据所述继电器的输出信息、以及所述驱动单元的输出信息，确定多合一控制器PDU模块中继电器是否出现粘连故障，并确定所述继电器粘连故障的具体故障类型；所述继电器粘连故障的具体故障类型，包括以下至少之一：所述多合一控制器PDU模块中继电器故障，所述继电器驱动模块中继电器驱动单元故障。

2.根据权利要求1所述的多合一控制器PDU模块的故障确定装置，其特征在于，所述继电器驱动模块，包括：继电器驱动单元和采样单元；其中，

所述继电器驱动模块，根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，并采样所述继电器驱动模块的输出信息，作为驱动单元的输出信息，包括：

所述继电器驱动单元，被配置为根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，

所述采样单元，被配置为采样所述继电器驱动模块中驱动单元的输出信息，作为驱动单元的输出信息。

3.根据权利要求2所述的多合一控制器PDU模块的故障确定装置，其特征在于，所述控制单元，至少具有N个GPIO端口，N为正整数；

所述继电器驱动单元，包括：隔离型电压转换芯片和N路驱动单元；所述控制单元的N个GPIO端口，对应连接至所述隔离型电压转换芯片的N个输入端；所述隔离型电压转换芯片的N个输出端，对应连接至所述多合一控制器PDU模块中N个继电器的控制线圈。

4.根据权利要求2或3所述的多合一控制器PDU模块的故障确定装置，其特征在于，所述控制单元，至少还具有N个ADC端口；

所述采样单元，包括：隔离光耦单元；所述隔离光耦单元中，设置有N路光耦；所述继电器驱动单元中N路驱动单元的输出端，对应连接至所述N路光耦中的二极管侧；所述N路光耦中的晶体管侧，对应连接至所述N个ADC端口。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的多合一控制器PDU模块的故障确定装置，其特征在于，所述控制单元，还具有第N+1ADC端口；

所述继电器电压采样模块，包括：N路采样分压模块、开关矩阵芯片、隔离芯片、隔离线性光耦、以及滤波及放大模块；其中，

所述多合一控制器PDU模块中N个继电器的触点开关，对应连接至所述N路采样分压模块的输入端；所述N路采样分压模块的输出端，对应连接至所述开关矩阵芯片中的N路开关的第一端；

所述开关矩阵芯片的通信端，经通信控制线，连接至所述隔离芯片的第一端；所述隔离芯片的第二端，连接至所述控制单元的通信端；所述隔离芯片，被配置为向所述开关矩阵芯片，传输所述控制单元对所述开关矩阵芯片中N路开关中任一路开关的选通信号；

所述开关矩阵芯片中的N路开关的第二端，经所述隔离线性光耦、以及所述滤波及放大模块后，连接至所述控制单元的第N+1ADC端口。

6.一种汽车，其特征在于，包括：如权利要求1至5中任一项所述的多合一控制器PDU模块的故障确定装置。

7.一种多合一控制器PDU模块的故障确定方法，其特征在于，所述多合一控制器PDU模块，包括：继电器电压采样模块和继电器驱动模块；所述多合一控制器PDU模块的故障确定方法，包括：

通过所述继电器电压采样模块，采样所述多合一控制器PDU模块中继电器的电压，作为继电器的输出信息；

通过控制单元，发送控制信号；所述控制信号，是用于控制所述多合一控制器PDU模块中继电器开通或关断的信号；

通过所述继电器驱动模块，根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，并采样所述继电器驱动模块的输出信息，作为驱动单元的输出信息；

通过所述控制单元，还根据所述继电器的输出信息、以及所述驱动单元的输出信息，确定多合一控制器PDU模块中继电器是否出现粘连故障，并确定所述继电器粘连故障的具体故障类型；所述继电器粘连故障的具体故障类型，包括以下至少之一：所述多合一控制器PDU模块中继电器故障，所述继电器驱动模块中继电器驱动单元故障。

8.根据权利要求7所述的多合一控制器PDU模块的故障确定方法，其特征在于，所述继电器驱动模块，包括：继电器驱动单元和采样单元；其中，

通过所述继电器驱动模块，根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，并采样所述继电器驱动模块的输出信息，作为驱动单元的输出信息，包括：

通过所述继电器驱动单元，根据所述控制信号，控制所述多合一控制器PDU模块中继电器的开通或关断；以及，

通过所述采样单元，采样所述继电器驱动模块中驱动单元的输出信息，作为驱动单元的输出信息。

9.根据权利要求8所述的多合一控制器PDU模块的故障确定方法，其特征在于，其中，

所述控制单元，至少具有N个GPIO端口，N为正整数；所述继电器驱动单元，包括：隔离型电压转换芯片和N路驱动单元；所述控制单元的N个GPIO端口，对应连接至所述隔离型电压转换芯片的N个输入端；所述隔离型电压转换芯片的N个输出端，对应连接至所述多合一控制器PDU模块中N个继电器的控制线圈；

所述控制单元，至少还具有N个ADC端口；所述采样单元，包括：隔离光耦单元；所述隔离光耦单元中，设置有N路光耦；所述继电器驱动单元中N路驱动单元的输出端，对应连接至所述N路光耦中的二极管侧；所述N路光耦中的晶体管侧，对应连接至所述N个ADC端口。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的多合一控制器PDU模块的故障确定方法，其特征在于，所述控制单元，还具有第N+1ADC端口；

所述继电器电压采样模块，包括：N路采样分压模块、开关矩阵芯片、隔离芯片、隔离线性光耦、以及滤波及放大模块；其中，

所述多合一控制器PDU模块中N个继电器的触点开关，对应连接至所述N路采样分压模块的输入端；所述N路采样分压模块的输出端，对应连接至所述开关矩阵芯片中的N路开关的第一端；

所述开关矩阵芯片的通信端，经通信控制线，连接至所述隔离芯片的第一端；所述隔离芯片的第二端，连接至所述控制单元的通信端；所述隔离芯片，被配置为向所述开关矩阵芯片，传输所述控制单元对所述开关矩阵芯片中N路开关中任一路开关的选通信号；

所述开关矩阵芯片中的N路开关的第二端，经所述隔离线性光耦、以及所述滤波及放大模块后，连接至所述控制单元的第N+1ADC端口。

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