CN115542143A - 一种继电器诊断电路及方法、一种电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种继电器诊断电路及方法、一种电池系统。一种继电器诊断电路，包括分压采样单元、整流滤波单元以及诊断单元；分压采样单元与一直流电路中的继电器组成一端接地的串联电路，分压采样单元包括信号发生器和若干串联的分压电容，用于得到第一电压信号，整流滤波单元用于对其输入端的第一电压信号进行整流和滤波得到第二电压信号；诊断单元用于根据第二电压信号诊断继电器的触点处于正常断开或正常闭合或故障的状态。一种继电器诊断方法，使用上述继电器诊断电路。一种电池系统，包括上述继电器诊断电路。采用上述技术方案后，有效解决了直接采样高压信号带来的安全性问题，并且电路结构简单，成本较低，适用场景广泛。

Description

一种继电器诊断电路及方法、一种电池系统

技术领域

本发明涉及电池管理模块技术领域，尤其涉及一种继电器诊断电路及方法、一种电池系统。

背景技术

电池包在负载电路中需要通过继电器控制电压输出电压，例如，新能源汽车的负载电路中，电池包的正负两极分别通过主正继电器和主负继电器实现电压输出控制。为了满足功能安全的需求，需要实时诊断负载电路中的继电器的触点通断状态。

现有的继电器诊断方案中，直接在负载电路中采集继电器两端的电压进行诊断。该方案在继电器断开时，采样电路会直接将电源电压引入到负载，若电池包的电压高于人体安全电压36V，例如新能源汽车的电池包的电压高达400V甚至800V，维修时，会引起触电危险。

因此，提供一种安全的继电器诊断电路及方法，以及电池系统成为需要解决的技术问题。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种继电器诊断电路及方法、一种电池系统。

本发明公开了一种继电器诊断电路，包括分压采样单元、整流滤波单元以及诊断单元；其中，所述分压采样单元与一直流电路中的继电器组成一端接地的串联电路，所述整流滤波单元的输入端连接所述分压采样单元，输出端连接所述诊断单元；所述分压采样单元包括信号发生器和若干串联的分压电容，所述信号发生器用于发出预设参数的源电压信号；所述整流滤波单元用于对其输入端的第一电压信号进行整流和滤波得到第二电压信号，其输入端在所述串联电路的连接节点与串联电路的接地端之间至少包括一个分压电容；所述诊断单元用于根据所述第二电压信号得到一诊断电压值U，并根据所述诊断电压值U诊断所述继电器的触点处于正常断开或正常闭合或故障的状态。

进一步地，所述整流滤波单元自输入端至输出端依次连接有整流器和低通滤波器。

进一步地，所述整流器为整流二极管，所述低通滤波器为电容接地的RC低通滤波电路。

进一步地，所述诊断单元为MCU，所述低通滤波电路的输出端连接所述MCU的A/D转换接口。

进一步地，所述信号发生器发出频率f为100Hz-1MHz、占空比X为10-90％、幅值Us为5-12V的方波信号的正半波信号。

本发明还公开了一种继电器诊断方法，包括：

所述信号发生器发出预设参数的源电压信号，经所述分压电容分压后得到第一电压信号；

所述第一电压信号经所述整流滤波单元进行整流和滤波后得到第二电压信号并传输至所述诊断单元；

所述诊断单元根据所述第二电压信号得到一诊断电压值U，并根据所述电压值判断所述继电器的触点处于断开、闭合或者故障的状态。

进一步地，所述第一电压信号经所述整流滤波单元进行整流和滤波后得到第二电压信号并传输至所述诊断单元还包括：所述第一电压信号经整流二极管整流后，再经电容接地的RC低通滤波电路滤波。

进一步地，所述诊断单元为MCU，所述第二电压信号经MCU的A/D转换接口传输至MCU。

进一步地，所述诊断单元根据所述第二电压信号得到一诊断电压值U，并根据所述电压值判断所述继电器的触点处于正常断开或正常闭合或故障的状态还包括：

所述MCU根据所述串联电路中的所述源电压信号的幅值Us、分压电容的容值C计算出第一电压信号的幅值U1；

所述MCU根据所述幅值U1、所述整流二极管的正压降Uf、所述源电压信号的占空比X计算出基准电压值U0，其中，

所述MCU的电压测量偏差为Up；

当所述继电器的触点为断开时，如果所述诊断电压值U满足0≤U≤Up，则诊断所述继电器的触点为正常断开状态，否则，诊断所述继电器的触点为故障状态；

当所述继电器的触点为闭合时，如果所述诊断电压值U满足U≥U0-Up，则诊断所述继电器的触点为正常闭合状态，否则，诊断所述继电器的触点为故障状态。

本发明还公开了一种电池系统，包括电池、主正继电器、主负主继电器和负载，所述主正继电器与主负继电器分别连接有上述的继电器诊断电路，用于诊断所述主正继电器和主负继电器的触点处于正常断开或正常闭合或故障的状态。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.采用独立于直流电路的信号发生器发出源电压信号，通过分压电容实现继电器诊断电路与负载直流电路的高低压隔离，有效解决了现有技术中直接在负载直流电路中采样高压信号带来的安全性问题。

2.电路结构简单，成本较低，适用场景广泛。

附图说明

图1为符合本发明的电池系统的结构框图；

图2为符合本发明的电池系统的电路原理图；

图3为符合本发明的继电器诊断方法的流程示意图；

图4为图3中步骤3所包括的具体步骤的流程示意图；

附图标记：

S-电池、S1、S2-信号发生器、C1、C2、C3、C5、C6、C7-分压电容、D1、D2-整流二极管、C4、C8-滤波电容、R1、R2-电阻、K1-主正继电器、K2-主负继电器、L-负载、V1、V2-MCU的A/D转换接口。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内腔的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参阅图1和图2，分别示出了符合本发明的电池系统的结构框图和电路原理图。本实施例中，所述电池系统为新能源汽车的电池系统，其负载电路包括电池S、负载L以及分别连接电池S正负极的主正继电器K1和主负继电器K2。其中，所述电池S两端的电压为400V，K1、K2分别连接有一个继电器诊断电路。

下面以主正继电器K1所连接的继电器诊断电路为例，描述符合本发明的继电器诊断电路及方法的具体实施例。

所述继电器诊断电路，包括分压采样单元、整流滤波单元以及诊断单元；其中，所述分压采样单元与一直流电路中的继电器，即电池负载电路中的主正继电器K1组成一端接地的串联电路，所述整流滤波单元的输入端连接所述分压采样单元，输出端连接所述诊断单元。

所述分压采样单元包括信号发生器S1和3个串联的分压电容C1、C2、C3，所述信号发生器S1用于发出预设参数的源电压信号。

优选地，所述源电压信号是频率f为100Hz-1MHz、占空比X为10-90％、幅值Us为5-12V的方波信号的正半波信号。本实施例中，所述源电压信号的频率f为1kHz，占空比X为50％，幅值Us为5V。

应当理解的是，源电压信号的波形也可以是其它常见的波形，例如，正弦波、三角波等，并且既可以是正半波波段，也可以是正负完整波段。本实施例的为一优选实施例，所设定的源电压信号在满足诊断需要的同时，可以大大简化信号发生器S1的电路结构和元件配置。

优选地，所述分压电容C1、C2、C3的容值相等。

应当理解的是，本发明提供的继电器诊断电路的分压电容一方面起到分压的作用，因此，所述分压电容的数量以及容值根据所述源电压信号的频率和幅值相对应，本领域技术人员可以根据实际需要对所述分压电容的数量、容值以及所述源电压信号的频率和幅值进行调整。另一方面,所述分压电容实现继电器诊断电路与负载电路之间的高低压隔离，因此，本领域技术人员可以根据负载电路的电压高低选用合适耐压性能的分压电容。

所述整流滤波单元用于对其输入端的第一电压信号进行整流和滤波得到第二电压信号，其输入端在所述串联电路的连接节点与串联电路的接地端之间至少包括一个分压电容C3，C3的分压即为所述第一电压信号的幅值U1。

优选地，所述整流滤波单元自输入端至输出端依次连接有整流器和低通滤波器，优选地，所述整流器为一个硅材质的整流二极管D1，其正向压降Uf约为0.7V，所述滤波器为电容接地的RC低通滤波电路，包括串联的电阻R1和滤波电容C4，其中R1的阻值为1kΩ-500kΩ。其中，整流的目的在于，将由分压电容分压得到的具有正负完整波段的第一电压信号进行整流，从而仅保留其正半波波段；滤波的目的在于过滤掉整流后的所述第一电压信号的交流成分，得到一稳定的直流电压信号，即所述第二电压信号。

应当理解的是，本实施例提供的整流滤波单元在满足功能的情况下尽可能简化电路结构和降低成本，所述整流滤波单元的具体电路设计和元器件的选用，本领域技术人员可以根据实际需要进行调整，只要能够符合本发明的整流和滤波的目的即可。

所述诊断单元用于根据所述第二电压信号得到一诊断电压值U，并根据所述诊断电压值U诊断所述继电器的触点处于正常断开或正常闭合或故障的状态。优选地，所述诊断单元为MCU，所述滤波电路的输出端与所述MCU的A/D转换接口V1连接。

参阅图3和图4，所述继电器诊断方法，使用上述继电器诊断电路，具体包括以下步骤：

步骤1，所述信号发生器是S1发出预设参数的源电压信号，经所述分压电容C1、C2、C3分压后得到第一电压信号。

优选地，所述源电压信号为频率f为100Hz-1MHz、占空比X为10-90％、幅值Us为5-12V的方波信号的正半波信号，本实施例中，所述源电压信号的频率f为1kHz，占空比X为50％，幅值Us为5V。

步骤2，所述第一电压信号经所述整流滤波单元进行整流和滤波后得到第二电压信号并传输至所述诊断单元。

所述整流滤波单元用于对其输入端的第一电压信号进行整流和滤波得到第二电压信号，其输入端在所述串联电路的连接节点与串联电路的接地端之间至少包括一个分压电容C3，C3的分压即为所述第一电压信号的幅值U1。

所述第一电压信号经所述整流滤波单元的输入端经整流器实现整流，随后传输至所述低通滤波器进行滤波，得到稳定的直流电压信号，即所述第二电压信号。

优选地，所述整流器为硅材质的整流二极管D1，其正向压降Uf约为0.7V，所述滤波器为电容接地的RC低通滤波电路，包括串联的电阻R1和滤波电容C4，其中R1的阻值为1kΩ-500kΩ。其中，关于整流与滤波的目的，在上述继电器诊断电路的实施例中已经详细描述，此处不再赘述。

步骤3，所述诊断单元根据所述第二电压信号得到一诊断电压值U，并根据所述电压值判断所述继电器的触点处于正常断开或正常闭合或故障的状态。

具体地，所述第二电压信号经MCU的A/D转换接口传输至MCU，所述MCU根据所述第二电压信号得到一诊断电压值U，并根据所述诊断电压值U诊断所述继电器的触点处于正常断开或正常闭合或故障的状态。

应当理解的是，当所述诊断电压值U大于所述A/D转换接口V1所能承受的电压阈值时，在所述整流滤波单元与所述V1之间还应当设置用于降压的电路。

所述步骤3进一步包括：

步骤4，所述MCU根据所述串联电路中的所述源电压信号的频率f、幅值Us、分压电容C3的容值C计算出第一电压信号的幅值U1，其中：

R_C3＝2πf*C；

R_C1＝R_C2＝R_C3；

步骤5,所述MCU根据所述幅值U1、所述整流二极管D1的正压降Uf、所述源电压信号的占空比X计算出基准电压值U0，其中：

是指所述第一电压信号经整流后，仅保留了正半波段，“X”是所述第一电压信号的占空比，同时也是所述源电压信号的占空比。

步骤6,所述MCU的电压测量偏差值为Up，本实施例中，Up为0.1V，应当理解的是，不同的MCU的电压测量偏差值Up是已知的，可以相同也可以不同。

当所述继电器的触点为断开时，所述源电压信号无法通过主正继电器K1到达C2和C3，如果所述诊断电压值U满足0≤U≤Up，则诊断所述主正继电器K1的触点为正常断开状态，否则说明所述主正继电器K1的触点存在粘连，则诊断所述主正继电器K1的触点为故障状态；

当所述继电器的触点为闭合时，所述源电压信号通过主正继电器K1到达C2和C3，如果所述诊断电压值U满足U≥U0-Up，则诊断主正继电器K1的触点为正常闭合状态；否则说明所述主正继电器K1的触点无法正常闭合，则诊断所述主正继电器K1的触点为故障状态。

相应地，在主负继电器K2所连接的继电器诊断电路中，信号发生器为S2，分压电容为C5、C6、C7，整流二极管为D2,滤波电容为C8，电阻为R2，MCU的A/D接口为v2。出于简化电路设计和复用电路的目的，主负继电器K2所连接的继电器诊断电路及方法与上述主正继电器K1的继电器诊断电路及方法相同，在此不再赘述。

本实施例提供的继电器诊断电路及方法，采用独立于直流电路的信号发生器发出源电压信号，通过分压电容实现继电器诊断电路与负载直流电路的高低压隔离，所述源电压信号经所述分压电容分压、整流二极管整流、RC低通滤波电路滤波后得到一稳定的电压值U，所述诊断单元MCU根据所述电压值U判断所述继电器的触点的断开、闭合或者故障状态，有效解决了现有技术中直接在负载直流电路中采样高压信号带来的安全性问题，同时，电路结构简单，成本较低，适用场景广泛，具有出色的技术效果。

本实施例中的继电器诊断电路及方法应用于新能源汽车的动力电池系统，本领域技术人员应当理解，所述继电器诊断电路及方法还可以应用于其他具有继电器的直流电池系统中，例如，发电站的储能电池系统。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种继电器诊断电路，其特征在于，

包括分压采样单元、整流滤波单元以及诊断单元；

其中，所述分压采样单元与一直流电路中的继电器组成一端接地的串联电路，所述整流滤波单元的输入端连接所述分压采样单元，输出端连接所述诊断单元；

所述分压采样单元包括信号发生器和若干串联的分压电容，所述信号发生器用于发出预设参数的源电压信号；

所述整流滤波单元用于对其输入端的第一电压信号进行整流和滤波得到第二电压信号，其输入端在所述串联电路的连接节点与串联电路的接地端之间至少包括一个分压电容；

所述诊断单元用于根据所述第二电压信号得到一诊断电压值U，并根据所述诊断电压值U诊断所述继电器的触点处于正常断开或正常闭合或故障的状态。

2.如权利要求1所述的继电器诊断电路，其特征在于，

所述整流滤波单元自输入端至输出端依次连接有整流器和低通滤波器。

3.如权利要求2所述的继电器诊断电路，其特征在于，

所述整流器为整流二极管，所述低通滤波器为电容接地的RC低通滤波电路。

4.如权利要求3所述的继电器诊断电路，其特征在于，

所述诊断单元为MCU，所述RC低通滤波电路的输出端连接所述MCU的A/D转换接口。

5.如权利要求4所述的继电器诊断电路，其特征在于，

所述信号发生器发出频率f为100Hz-1MHz、占空比X为10-90％、幅值Us为5-12V的方波信号的正半波信号。

6.一种继电器诊断方法，使用如上述权利要求1-5任一项所述的继电器诊断电路，其特征在于，包括：

所述信号发生器发出预设参数的源电压信号，经所述分压电容分压后得到第一电压信号；

所述第一电压信号经所述整流滤波单元进行整流和滤波后得到第二电压信号并传输至所述诊断单元；

所述诊断单元根据所述第二电压信号得到一诊断电压值U，并根据所述电压值判断所述继电器的触点处于正常断开或正常闭合或故障的状态。

7.如权利要求6所述的继电器诊断方法，其特征在于，

所述第一电压信号经所述整流滤波单元进行整流和滤波后得到第二电压信号并传输至所述诊断单元还包括：

所述第一电压信号经整流二极管整流后，再经电容接地的RC低通滤波电路滤波。

8.如权利要求7所述的继电器诊断方法，其特征在于，

所述诊断单元为MCU，所述第二电压信号经MCU的A/D转换接口传输至MCU。

9.如权利要求8所述的继电器诊断方法，其特征在于，

所述诊断单元根据所述第二电压信号得到一诊断电压值U，并根据所述电压值判断所述继电器的触点处于正常断开或正常闭合或故障的状态还包括：

所述MCU根据所述串联电路中的所述源电压信号的幅值Us、分压电容的容值C计算出第一电压信号的幅值U1；

所述MCU根据所述幅值U1、所述整流二极管的正压降Uf、所述源电压信号的占空比X计算出基准电压值U0，其中，

所述MCU的电压测量偏差为Up；

当所述继电器的触点为断开时，如果所述诊断电压值U满足0≤U≤Up，则诊断所述继电器的触点为正常断开状态，否则，诊断所述继电器的触点为故障状态；

当所述继电器的触点为闭合时，如果所述诊断电压值U满足U≥U0-Up，则诊断所述继电器的触点为正常闭合状态，否则，诊断所述继电器的触点为故障状态。

10.一种电池系统，包括电池、主正继电器、主负主继电器和负载，其特征在于，

所述主正继电器与主负继电器分别连接有如权利要求1-5任一项权利要求所述的继电器诊断电路，用于诊断所述主正继电器和主负继电器的触点处于正常断开或正常闭合或故障的状态。

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