CN115236502A - 一种新能源汽车快充负极继电器粘连检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种新能源汽车快充负极继电器粘连检测方法，包括依次连接的电池包、多合一电驱动总成和非车载充电桩，通过检测系统符合车辆高压接口电气隔离要求，满足电气安全要求；可以对高压直流负极继电器进行触点状态检测，检测结果准确、实现方便，仅需在多合一集成控制器一体化控制板上增加板载继电器K10、光电耦合器OP1以及常规阻容器件，无需额外的高压侧辅助电源、电压采样、电压比较以及模拟隔离器件。电路简单、可靠性高，并且成本低；检测精度不受电池电压的影响，高压限流电阻阻值根据不同电池包电压平台选取，原则是保证光耦OP1原边电流在1～5mA，对应电池SOC区间在5％～100％的电压范围。

Description

一种新能源汽车快充负极继电器粘连检测方法
技术领域
本发明涉及继电器检测领域，具体涉及一种新能源汽车快充负极继电器粘连检测方法。
背景技术
新能源汽车从电气安全考虑，电池包和快充回路上都会选用正、负极双继电器控制，确保外部充电接口的高压安全，因机械触点继电器存在闭合/断开寿命问题，在车辆使用过程中存在粘连风险，如出现触点粘连很可能直接导致车人身安全事故。
目前对于电池包和快充回路系统中正极继电器、负极继电器触点粘连比较普遍的检测方法是以电池包的负极为参考地，分别采样继电器前后触点的电压进行比对来实现，这种方法不能有效检测负极端继电器触点状态；还有厂家通过搭建电阻分压来检测负极继电器触点状态，这种方法一方面受电池输出电压影响，另一方面需要额外增加一路高压侧电压采样，通过隔离运放送至MCU采样，电路复杂、可靠性低，且成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源汽车快充负极继电器粘连检测方法，通过检测系统符合车辆高压接口电气隔离要求，满足电气安全要求；可以对高压直流负极继电器进行触点状态检测，检测结果准确、实现方便，仅需在多合一集成控制器一体化控制板上增加板载继电器K10、光电耦合器OP1以及常规阻容器件，无需额外的高压侧辅助电源、电压采样、电压比较以及模拟隔离器件。电路简单、可靠性高，并且成本低；检测精度不受电池电压的影响，高压限流电阻阻值根据不同电池包电压平台选取，原则是保证光耦OP1原边电流在1～5mA，对应电池SOC区间在5％～100％的电压范围。
一种新能源汽车快充多合一集成控制器，包括依次连接的电池包、多合一电驱动总成和非车载充电桩；
所述多合一电驱动总成包括限流电阻R1、正极继电器K5、负极继电器K6、第三继电器K10和光电耦合器OP1，所述限流电阻R1一端与直流母线正极连接，另一端与光电耦合器OP1的原边发光二极管阳极连接，所述正极继电器K5连接在限流电阻R1与非车载充电桩之间，且设正极继电器K5与限流电阻R1的连接点为A点，正极继电器K5与非车载充电桩的连接点为B点；
所述第三继电器K10的一端与光电耦合器OP1的原边发光二极管阴极连接，第三继电器K10的另一端与直流母线负极连接，所述负极继电器K6连接在限流电阻R1与电池包之间，且负极继电器K6与第三继电器K10的连接点为C点，负极继电器K6与电池包的连接点为D点；
优选的，所述电池包内包括若干串联连接的电池，所述电池的正极和负极分别与直流母线的正极和负极连接，所述非车载充电桩内包括直流充电桩，所述直流充电桩分别通过第一继电器K1和第二继电器K2与直流母线的正极和负极连接。
应用于一种新能源汽车快充多合一集成控制器的负极继电器粘连检测方法，包括车辆上电时刻检测方法和车辆充电时刻检测方法。
优选的，所述车辆上电时刻检测方法包括如下步骤：
步骤一：车辆KL15钥匙使能，多合一电驱动总成02内部电控、OBC以及DCDC单元进入初始化并完成自检；
步骤二：VCU发送上电指令，由BMS闭合电池包01预充正极继电器K5、负极继电器K6和第三继电器K10，多合一集成控制器完成高压上电，MCU单元通过两路隔离运放分别采集正极继电器K5主触点前后的A点和B点的电压信号；
步骤三：MCU单元采集和判定A点和B点电压值，如果A点有电压且B点无电压，表示正极继电器K5触点处于断开状态，此时MCU控制第三继电器K10闭合；
如果B点同样有和A点相同的电压，表示正极继电器K5触点粘连，上报故障并进入负极继电器K6触点状态检测；
步骤四：第三继电器K10闭合指令延时20ms后，MCU读取数字光电耦合器OP1输出引脚电压信号，当光电耦合器OP1原边不导通时，MCU检测到的输出电压为高电平；当光耦原边存在1～5mA电流导通时，MCU检测到的输出引脚为低电平；
步骤五：第三继电器K10处于闭合状态，当负极继电器K6处于断开状态时，光电耦合器OP1原边无电流形成，光电耦合器OP1输出端为高电平，MCU检测到高电平后判断负极继电器K6触点无粘连，检测结束；
当负极继电器K6处于粘连状态时，光电耦合器OP1原边导通，电流方向由A点→限流电阻R1→发光二极管→C点→负极继电器K6→D点，MCU检测到负极继电器K6触点粘连后上报故障给VCU，检测结束。
优选的，所述车辆充电时刻检测方法包括如下步骤：
步骤一：快充接口与车辆连接正确，多合一集成控制器由快充使能信号唤醒并完成初始化；
步骤二：非车载充电桩与车辆匹配通过，并完成充电前的绝缘检测和功能自检，继电器K1、继电器K2、正极继电器K5、负极继电器K6都处于断开状态；
步骤三：VCU发送上电指令，由BMS闭合电池包01预充正极继电器K5、负极继电器K6和第三继电器K10，多合一集成控制器完成高压上电，MCU单元通过两路隔离运放分别采集正极继电器K5主触点前后A点和B点的电压信号；
步骤四：MCU单元采集和判定A点和B点电压值，如果A点有电压且B点无电压，表示正极继电器K5触点处于断开状态，此时MCU控制第三继电器K10闭合；
如果B点同样有和A点相同的电压，表示正极继电器K5触点粘连，上报故障并进入负极继电器K6触点状态检测；
步骤五：第三继电器K10闭合指令延时20ms后，MCU读取光电耦合器OP1输出引脚电压信号，当光电耦合器OP1原边不导通时，MCU检测到的输出电压为高电平，当光电耦合器OP1原边存在电流导通时，MCU检测到的输出引脚为低电平；
步骤六：第三继电器K10处于闭合状态，当负极继电器K6处于断开状态时，光电耦合器OP1原边无电流形成，光耦输出端为高电平，MCU检测到高电平后判断继电器触点无粘连，检测结束；
当负极继电器K6处于粘连状态时，光电耦合器OP1原边导通，电流方向由A点→限流电阻R1→发光二极管→C点→负极继电器K6→D点，MCU检测到负极继电器K6触点粘连后上报故障给VCU，检测结束。
本发明的优点在于：检测系统符合车辆高压接口电气隔离要求，满足电气安全要求；可以对高压直流负极继电器进行触点状态检测，检测结果准确、实现方便，仅需在多合一集成控制器一体化控制板上增加板载继电器K10、光电耦合器OP1以及常规阻容器件，无需额外的高压侧辅助电源、电压采样、电压比较以及模拟隔离器件。电路简单、可靠性高，并且成本低；检测精度不受电池电压的影响，高压限流电阻阻值根据不同电池包电压平台选取，原则是保证光耦OP1原边电流在1～5mA，对应电池SOC区间在5％～100％的电压范围。
附图说明
图1为本发明的负极继电器粘连检测原理图；
图2为本发明的车辆上电时刻继电器粘连检测流程示意图；
图3为本发明的车辆充电时刻负极继电器粘连检测流程示意图；
01、电池包，02、多合一电驱动总成，03、非车载充电桩。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图3所示，
一种新能源汽车快充多合一集成控制器，包括依次连接的电池包01、多合一电驱动总成02和非车载充电桩03；
所述多合一电驱动总成02包括限流电阻R1、正极继电器K5、负极继电器K6、第三继电器K10和光电耦合器OP1，所述限流电阻R1一端与直流母线正极连接，另一端与光电耦合器OP1的原边发光二极管阳极连接，所述正极继电器K5连接在限流电阻R1与非车载充电桩03之间，且设正极继电器K5与限流电阻R1的连接点为A点，正极继电器K5与非车载充电桩03的连接点为B点；
所述第三继电器K10的一端与光电耦合器OP1的原边发光二极管阴极连接，第三继电器K10的另一端与直流母线负极连接，所述负极继电器K6连接在限流电阻R1与电池包01之间，且负极继电器K6与第三继电器K10的连接点为C点，负极继电器K6与电池包01的连接点为D点；
所述电池包01内包括若干串联连接的电池，所述电池的正极和负极分别与直流母线的正极和负极连接，所述非车载充电桩03内包括直流充电桩，所述直流充电桩分别通过第一继电器K1和第二继电器K2与直流母线的正极和负极连接。
应用于一种新能源汽车快充多合一集成控制器的负极继电器粘连检测方法，包括车辆上电时刻检测方法和车辆充电时刻检测方法。
所述车辆上电时刻检测方法包括如下步骤：
步骤一：车辆KL15钥匙使能，多合一电驱动总成02内部电控、OBC以及DCDC单元进入初始化并完成自检；
步骤二：VCU发送上电指令，由BMS闭合电池包01预充正极继电器K5、负极继电器K6和第三继电器K10，多合一集成控制器完成高压上电，MCU单元通过两路隔离运放分别采集正极继电器K5主触点前后的A点和B点的电压信号；
步骤三：MCU单元采集和判定A点和B点电压值，如果A点有电压且B点无电压，表示正极继电器K5触点处于断开状态，此时MCU控制第三继电器K10闭合；
如果B点同样有和A点相同的电压，表示正极继电器K5触点粘连，上报故障并进入负极继电器K6触点状态检测；
步骤四：第三继电器K10闭合指令延时20ms后，MCU读取数字光电耦合器OP1输出引脚电压信号，当光电耦合器OP1原边不导通时，MCU检测到的输出电压为高电平；当光耦原边存在1～5mA电流导通时，MCU检测到的输出引脚为低电平；
步骤五：第三继电器K10处于闭合状态，当负极继电器K6处于断开状态时，光电耦合器OP1原边无电流形成，光电耦合器OP1输出端为高电平，MCU检测到高电平后判断负极继电器K6触点无粘连，检测结束；
当负极继电器K6处于粘连状态时，光电耦合器OP1原边导通，电流方向由A点→限流电阻R1→发光二极管→C点→负极继电器K6→D点，MCU检测到负极继电器K6触点粘连后上报故障给VCU，检测结束。
所述车辆充电时刻检测方法包括如下步骤：
步骤一：快充接口与车辆连接正确，多合一集成控制器由快充使能信号唤醒并完成初始化；
步骤二：非车载充电桩与车辆匹配通过，并完成充电前的绝缘检测和功能自检，继电器K1、继电器K2、正极继电器K5、负极继电器K6都处于断开状态；
步骤三：VCU发送上电指令，由BMS闭合电池包01预充正极继电器K5、负极继电器K6和第三继电器K10，多合一集成控制器完成高压上电，MCU单元通过两路隔离运放分别采集正极继电器K5主触点前后A点和B点的电压信号；
步骤四：MCU单元采集和判定A点和B点电压值，如果A点有电压且B点无电压，表示正极继电器K5触点处于断开状态，此时MCU控制第三继电器K10闭合；
如果B点同样有和A点相同的电压，表示正极继电器K5触点粘连，上报故障并进入负极继电器K6触点状态检测；
步骤五：第三继电器K10闭合指令延时20ms后，MCU读取光电耦合器OP1输出引脚电压信号，当光电耦合器OP1原边不导通时，MCU检测到的输出电压为高电平，当光电耦合器OP1原边存在电流导通时，MCU检测到的输出引脚为低电平；
步骤六：第三继电器K10处于闭合状态，当负极继电器K6处于断开状态时，光电耦合器OP1原边无电流形成，光耦输出端为高电平，MCU检测到高电平后判断继电器触点无粘连，检测结束；
当负极继电器K6处于粘连状态时，光电耦合器OP1原边导通，电流方向由A点→限流电阻R1→发光二极管→C点→负极继电器K6→D点，MCU检测到负极继电器K6触点粘连后上报故障给VCU，检测结束。
具体实施方式及原理：
1、车辆正常上电时刻检测
具体包括如下步骤：
步骤1：车辆KL15钥匙使能，多合一电驱动总成内部电控、OBC以及DCDC单元进入初始化并完成自检；
步骤2：VCU发送上电指令，由BMS闭合电池包预充继电器和主正、主负继电器，多合一集成控制器完成高压上电，MCU单元通过两路隔离运放分别采集直流侧K5继电器主触点前后A点和B点的电压信号；
步骤3：MCU单元采集和判定A点和B点电压值，如果A点有电压且B点无电压，表示继电器K5触点处于断开状态，此时MCU控制继电器K10闭合；如果B点同样有和A点相同的电压，表示正极继电器K5触点粘连，上报故障并进入负极继电器K6触点状态检测；
步骤4：继电器K10闭合指令延时20ms后，MCU读取光电耦合器OP1输出引脚电压信号，OP1输出引脚由5V或3.3V通过10kΩ电阻上拉，当光电耦合器OP1原边不导通时，MCU检测到的输出电压为高电平；当光耦原边存在1～5mA电流导通时，MCU检测到的输出引脚为低电平。
步骤5：继电器K10处于闭合状态，当负极继电器K6处于断开状态时，光耦OP1原边无电流形成，光耦输出端为高电平上拉电平，MCU检测到高电平后判断继电器触点无粘连，检测结束；当负极继电器K6处于粘连状态时，光耦OP1原边导通，电流方向由A点→限流电阻R1→发光二极管→C点→负极继电器→D点，光耦原边电流大小由母线电压和限流电阻R1决定，通常在5％～100％的SOC区间内使得原边电流大小1～5mA，保证光耦导通和信号传递的稳定性。MCU检测到K6触点粘连后上报故障给VCU，检测结束。
2、车辆充电时刻检测
具体包括如下步骤：
步骤1：快充接口与车辆连接正确，多合一集成控制器由快充使能信号唤醒并完成初始化；
步骤2：非车载充电桩与车辆匹配通过，并完成充电前的绝缘检测和功能自检，K1、K2、K5、K6都处于断开状态；
步骤3：VCU发送上电指令，由BMS闭合电池包预充继电器和主正、主负继电器，多合一集成控制器完成高压上电，MCU单元通过两路隔离运放分别采集直流侧K5继电器主触点前后A点和B点的电压信号；
步骤3：MCU单元采集和判定A点和B点电压值，如果A点有电压且B点无电压，表示继电器K5触点处于断开状态，此时MCU控制继电器K10闭合；如果B点同样有和A点相同的电压，表示正极继电器K5触点粘连，上报故障并进入负极继电器K6触点状态检测；
步骤4：继电器K10闭合指令延时20ms后，MCU读取光电耦合器OP1输出引脚电压信号，OP1输出引脚由5V或3.3V通过10kΩ电阻上拉，当光电耦合器OP1原边不导通时，MCU检测到的输出电压为高电平；当光耦原边存在电流导通时，MCU检测到的输出引脚为低电平。
步骤5：继电器K10处于闭合状态，当负极继电器K6处于断开状态时，光耦OP1原边无电流形成，光耦输出端为高电平上拉电平，MCU检测到高电平后判断继电器触点无粘连，检测结束；当负极继电器K6处于粘连状态时，光耦OP1原边导通，电流方向由A点→限流电阻R1→发光二极管→C点→负极继电器→D点，光耦原边电流大小由母线电压和限流电阻R1决定，通常在5％～100％的SOC区间内使得原边电流大小1～5mA，保证光耦导通和信号传递的稳定性。MCU检测到K6触点粘连后上报故障给VCU，检测结束。
基于上述，本发明检测系统符合车辆高压接口电气隔离要求，满足电气安全要求；可以对高压直流负极继电器进行触点状态检测，检测结果准确、实现方便，仅需在多合一集成控制器一体化控制板上增加板载继电器K10、光电耦合器OP1以及常规阻容器件，无需额外的高压侧辅助电源、电压采样、电压比较以及模拟隔离器件。电路简单、可靠性高，并且成本低；检测精度不受电池电压的影响，高压限流电阻阻值根据不同电池包电压平台选取，原则是保证光耦OP1原边电流在1～5mA，对应电池SOC区间在5％～100％的电压范围。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (5)

1.一种新能源汽车快充多合一集成控制器，其特征在于，包括依次连接的电池包(01)、多合一电驱动总成(02)和非车载充电桩(03)；
所述多合一电驱动总成(02)包括限流电阻R1、正极继电器K5、负极继电器K6、第三继电器K10和光电耦合器OP1，所述限流电阻R1一端与直流母线正极连接，另一端与光电耦合器OP1的原边发光二极管阳极连接，所述正极继电器K5连接在限流电阻R1与非车载充电桩(03)之间，且设正极继电器K5与限流电阻R1的连接点为A点，正极继电器K5与非车载充电桩(03)的连接点为B点；
所述第三继电器K10的一端与光电耦合器OP1的原边发光二极管阴极连接，第三继电器K10的另一端与直流母线负极连接，所述负极继电器K6连接在限流电阻R1与电池包(01)之间，且负极继电器K6与第三继电器K10的连接点为C点，负极继电器K6与电池包(01)的连接点为D点。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车快充多合一集成控制器，其特征在于：所述电池包(01)内包括若干串联连接的电池，所述电池的正极和负极分别与直流母线的正极和负极连接，所述非车载充电桩(03)内包括直流充电桩，所述直流充电桩分别通过第一继电器K1和第二继电器K2与直流母线的正极和负极连接。
3.应用于权利要求1所述的一种新能源汽车快充多合一集成控制器的负极继电器粘连检测方法，其特征在于：包括车辆上电时刻检测方法和车辆充电时刻检测方法。
4.根据权利要求3所述的一种新能源汽车快充负极继电器粘连检测方法，其特征在于：所述车辆上电时刻检测方法包括如下步骤：
步骤一：车辆KL15钥匙使能，多合一电驱动总成(02)内部电控、OBC以及DCDC单元进入初始化并完成自检；
步骤二：VCU发送上电指令，由BMS闭合电池包(01)预充正极继电器K5、负极继电器K6和第三继电器K10，多合一集成控制器完成高压上电，MCU单元通过两路隔离运放分别采集正极继电器K5主触点前后的A点和B点的电压信号；
步骤三：MCU单元采集和判定A点和B点电压值，如果A点有电压且B点无电压，表示正极继电器K5触点处于断开状态，此时MCU控制第三继电器K10闭合；
如果B点同样有和A点相同的电压，表示正极继电器K5触点粘连，上报故障并进入负极继电器K6触点状态检测；
步骤四：第三继电器K10闭合指令延时20ms后，MCU读取数字光电耦合器OP1输出引脚电压信号，当光电耦合器OP1原边不导通时，MCU检测到的输出电压为高电平；当光耦原边存在1～5mA电流导通时，MCU检测到的输出引脚为低电平；
步骤五：第三继电器K10处于闭合状态，当负极继电器K6处于断开状态时，光电耦合器OP1原边无电流形成，光电耦合器OP1输出端为高电平，MCU检测到高电平后判断负极继电器K6触点无粘连，检测结束；
当负极继电器K6处于粘连状态时，光电耦合器OP1原边导通，电流方向由A点→限流电阻R1→发光二极管→C点→负极继电器K6→D点，MCU检测到负极继电器K6触点粘连后上报故障给VCU，检测结束。
5.根据权利要求3所述的一种新能源汽车快充负极继电器粘连检测方法，其特征在于：所述车辆充电时刻检测方法包括如下步骤：
步骤一：快充接口与车辆连接正确，多合一集成控制器由快充使能信号唤醒并完成初始化；
步骤二：非车载充电桩与车辆匹配通过，并完成充电前的绝缘检测和功能自检，继电器K1、继电器K2、正极继电器K5、负极继电器K6都处于断开状态；
步骤三：VCU发送上电指令，由BMS闭合电池包(01)预充正极继电器K5、负极继电器K6和第三继电器K10，多合一集成控制器完成高压上电，MCU单元通过两路隔离运放分别采集正极继电器K5主触点前后A点和B点的电压信号；
步骤四：MCU单元采集和判定A点和B点电压值，如果A点有电压且B点无电压，表示正极继电器K5触点处于断开状态，此时MCU控制第三继电器K10闭合；
如果B点同样有和A点相同的电压，表示正极继电器K5触点粘连，上报故障并进入负极继电器K6触点状态检测；
步骤五：第三继电器K10闭合指令延时20ms后，MCU读取光电耦合器OP1输出引脚电压信号，当光电耦合器OP1原边不导通时，MCU检测到的输出电压为高电平，当光电耦合器OP1原边存在电流导通时，MCU检测到的输出引脚为低电平；
步骤六：第三继电器K10处于闭合状态，当负极继电器K6处于断开状态时，光电耦合器OP1原边无电流形成，光耦输出端为高电平，MCU检测到高电平后判断继电器触点无粘连，检测结束；
当负极继电器K6处于粘连状态时，光电耦合器OP1原边导通，电流方向由A点→限流电阻R1→发光二极管→C点→负极继电器K6→D点，MCU检测到负极继电器K6触点粘连后上报故障给VCU，检测结束。
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