一種動力電池高壓繼電器狀態檢測電路及其方法
【專利摘要】本發明提供一種動力電池高壓繼電器狀態檢測電路及其方法，其檢測電路在正極繼電器兩端并聯有預充電阻和預充繼電器組成的串聯支路，所述預充電阻連接于動力電池總正極的一端，所述預充電阻兩端還并聯了一測試電阻，同時增加電池管理系統的動力電池外總壓測量功能，結合特定的高壓上電流程方法，可以診斷所有高壓繼電器和器件的故障狀態，保證動力電池在所有高壓繼電器和器件工作狀態正常的情況下完成高壓上電流程，消除了動力電池高壓上電流程中的不安全因素，出現故障時能為整車控制器和最終用戶提供具體故障信息，方便動力電池維護。
【專利說明】—種動力電池高壓繼電器狀態檢測電路及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電動汽車高壓系統控制領域，特別是涉及一種電動汽車的動力電池高壓繼電器狀態檢測電路及其方法。
【背景技術】
[0002]動力電池作為電動汽車的能力輸出電路，其能量輸出通過一系列高壓器件的通斷來實現，所述高壓器件的工作狀態，特別是動力電池正端和負端高壓繼電器是否正常通斷對動力電池保證能量輸出十分必要；電池管理系統(BMS)作為動力電池能量輸出的控制單元，必須檢測動力電池高壓繼電器及相關高壓器件的工作狀態，但目前的動力電池高壓繼電器電路中，電池管理系統無法判斷具體哪個高壓繼電器或器件出故障，造成無法完成高壓上電流程，或者完成了高壓上電流程，卻無法識別高壓繼電器的粘連情況，這些高壓繼電器和器件工作不正常的情況為車輛使用和維護帶來不安全因素，故急需提高電池管理系統對高壓繼電器的控制能力。
【發明內容】
[0003]有鑒于此，本發明要解決的技術問題是提供一種安全可靠的動力電池高壓上電過程中的高壓繼電器狀態檢測電路及其方法。
[0004]為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是:一種動力電池高壓繼電器狀態檢測電路，包括多組動力電池以及分別連接于動力電池總正、總負極的正極繼電器和負極繼電器，還包括連接于正極繼電器和負極繼電器的另一端的負載電機，所述正極繼電器兩端并聯有預充電阻和預充繼電器組成的串聯支路，所述預充電阻連接于動力電池總正極的一端，所述預充電阻兩端還并聯了一測試電阻。
[0005]所述動力電池總正、總負極之間設置了第一電壓表，用以測量動力電池內總壓，所述預充電阻和預充繼電器的連接點與負極繼電器和負載電機的連接點間設置了第二電壓表，用以測量動力電池外總壓，所述負載電機兩端設置了第三電壓表，用以測量負載總壓。
[0006]所述測試電阻的阻值大于或等于I兆歐。
[0007]動力電池組內部串聯一手動維修開關。
[0008]基于上述檢測電路的一種動力電池高壓繼電器狀態檢測方法,所述檢測方法包括如下步驟:
A.電池管理系統低壓上電后，判斷動力電池外總壓是否大于等于內總壓的第一設定百分比，若是則診斷負極繼電器狀態為粘連，否則電池管理系統閉合負極繼電器后進入步驟B;
B.再次判斷動力電池外總壓是否大于等于內總壓的第一設定百分比，若否則進入步驟C，是則進入步驟D ;
C.判斷動力電池外總壓是否大于等于內總壓的第二設定百分比，若是則診斷預充電阻狀態為斷開，否則診斷負極繼電器狀態為斷開； D.判斷動力電池負載總壓是否大于等于內總壓的第三設定百分比，若是則診斷正極繼電器狀態為粘連，否則延時第一時段后進入步驟E ;
E.判斷動力電池負載總壓是否大于等于內總壓的第四設定百分比，若是則延時第二時段后進入步驟F，否則電池管理系統閉合預充繼電器后進入步驟G的預充電階段；
F.判斷動力電池負載總壓是否大于等于內總壓的第五設定百分比，若是則診斷預充繼電器狀態為粘連，否則閉合預充繼電器進入步驟G的預充電階段；
G.判斷動力電池負載總壓是否大于等于內總壓的第五設定百分比，若否則進入步驟H，是則電池管理系統閉合正極繼電器后進入步驟I ;
H.判斷預充時間是否大于等于第四時段，若否則回到步驟G，是則診斷預充繼電器狀態為斷開；
1.延時第三時段后電池管理系統斷開預充繼電器，判斷動力電池負載總壓是否大于等于內總壓的第三設定百分比，若否則診斷正極繼電器狀態為斷開，是則高壓上電流程完成。
[0009]所述第一設定百分比大于第二設定百分比，所述第四設定百分比小于第五設定百分比。
[0010]一般情況下第一設定百分比為85%?99%,第二設定百分比為40%?60%,第一設定百分比和第二設定百分比分別表示兩種狀態下的通路動力電池組總正極-預充電阻、測試電阻-負極繼電器-動力電池組總負極中電池外總壓與電池內總壓的比值；第三設定百分比為85%?99%，表示通路動力電池組總正極-正極繼電器-負載電機-負極繼電器-動力電池組總負極中負載總壓與電池內總壓的比值；第四設定百分比15%?35%，第五設定百分比為85%?99%，第四設定百分比和第五設定百分比分別表示兩種狀態下的通路動力電池組總正極-預充電阻、測試電阻-預充繼電器-負載電機-負極繼電器-動力電池組總負極中負載總壓和電池內總壓的比值。
[0011]所述延時的第一時段小于第二時段，所述第三時段小于第一時段。一般情況下第一時段為80?200暈秒，第二時段為800?1000暈秒，第二時段為30?60暈秒。
[0012]所述第四時段為0.5?3秒。
[0013]步驟A前低壓上電后，還包括根據動力電池的內總壓的大小判斷手動維修開關是否斷開的步驟；如果動力電池的內總壓大于等于設定值，再進入步驟A，否則診斷手動維修開關故障斷開，停止高壓上電。
[0014]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
本發明提供一種動力電池高壓繼電器狀態檢測電路及其方法，在常見動力電池高壓繼電器的基礎上，提出了改進的動力電池高壓繼電器電路，同時增加電池管理系統的動力電池外總壓測量功能，結合特定的高壓上電流程方法，可以診斷所有高壓繼電器和器件的故障狀態，保證動力電池在所有高壓繼電器和器件工作狀態正常的情況下完成高壓上電流程，消除了動力電池高壓上電流程中的不安全因素，出現故障時能為整車控制器和最終用戶提供具體故障信息，方便動力電池維護。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明高壓繼電器電路結構示意圖； 圖2為本發明實施例中動力電池高壓上電過程中高壓繼電器狀態檢測方法流程圖。
【具體實施方式】
[0016]為了便于本領域技術人員理解，下面將結合附圖以及實施例對本發明進行進一步詳細描述。
實施例
[0017]如圖1所示，一種動力電池高壓繼電器狀態檢測電路，包括多組動力電池，多組動力電池的中間串接有一手動維修開關(MSD)，所述動力電池的總正極到總負極之間依次串接有正極繼電器K1、負載電機M和負極繼電器K2，所述正極繼電器兩端還并聯有預充電阻Rl和預充繼電器K3組成的串聯支路，其中預充電阻Rl設置于連接動力電池總正極的一端，并在所述預充電阻Rl的兩端并聯一阻值大于等于一兆歐的測試電阻R2，用以區分預充電阻Rl斷開和負極繼電器K2斷開的情況。
[0018]還包括第一電壓表、第二電壓表和第三電壓表，其中第一電壓表設置于動力電池總正、總負極之間，用以測量動力電池內總壓Vl ;第二電壓表的一端連接預充電阻和預充繼電器的連接點，另一端連接負極繼電器和負載電機的連接點，用以測量動力電池外總壓V2 ;第三電壓表連接于負載電機兩端，用以測量負載總壓V3。
[0019]該高壓繼電器電路將動力電池外總壓V2的測量點設置在預充電阻Rl和預充繼電器R3的中間，方便負極繼電器K2閉合后電池管理系統即可測量到動力電池外總壓V2，為區分預充電阻Rl斷開和負極繼電器K2斷開的情況，在預充電阻Rl的兩端增加一個兆歐級的測試電阻R2。通常情況下預充電阻Rl阻值小于100歐姆，所以動力電池外總壓V2與內總壓Vl在正常情況下幾乎完全相等。當預充電阻Rl斷開故障時，通過測試電阻R2后的動力電池外總壓V2測量值則比內總壓Vl小很多，具體取決于測試電阻值與V2采樣電路等效阻值的匹配。一般情況下為節省成本，測試電阻R2集成在電池管理系統內部Vl和V2采樣線之間。相應的電池管理系統還需要增加動力電池負載總壓V3的測量功能，通過V3可以提前判斷正極繼電器Kl或預充繼電器K3粘連，預充后可以判斷正極繼電器K3或預充繼電器K3斷開，最終完成預充和高壓上電流程。
[0020]本發明還公開一種動力電池高壓繼電器狀態檢測方法，根據動力電池的內總壓Vl的大小判斷手動維修開關是否斷開；并控制負極繼電器K2的斷開或者閉合，根據動力電池外總壓V2與內總壓Vl的大小關系判斷負極繼電器K2和預充電阻Rl的狀態；接著控制正極繼電器Kl的閉合或斷開，根據動力電池的負載總壓V3和內總壓Vl的大小關系判斷預充繼電器K3和正極繼電器Kl的狀態。其中，在判斷預充繼電器K3和正極繼電器Kl狀態時，采取適當的延時，以保證檢測的準確度。最后，其判斷結果通過電池管理系統(BMS)發送至整車控制器和最終用戶。
[0021]如圖2所示，以100串磷酸鐵鋰動力電池組，預充電阻60歐姆，測試電阻I兆歐姆為例，對本發明檢測方法的具體實施進一步詳細說明，所述檢測方法包括如下步驟:
A.電池管理系統低壓上電后，判斷動力電池內總壓Vl是否大于等于動力電池最低內總壓值270V;若否則診斷手動維修開關(MSD)狀態為斷開，是則判斷動力電池外總壓V2是否大于等于內總壓Vl的95%，若是則診斷負極繼電器狀態為粘連，否則電池管理系統閉合負極繼電器K2后進入步驟B ；;
100串磷酸鐵鋰動力電池組靜態內總壓Vl值正常情況下處于300V?370V之間，極端情況下處于27(T380V。故取動力電池最低內總壓值為270V，如果MSD斷開則動力電池中間開路，此時Vl測量值約為OV ;若內總壓Vl大于等于270V則表示手動維修開關正常閉合。在未閉合負極繼電器Κ2的情況下，V2測量值應約為0V。如果本步驟中V2測量值與Vl幾乎完全相等，則說明負極繼電器Κ2狀態為粘連。
[0022]B.判斷動力電池外總壓V2是否大于等于內總壓Vl的95%，若否則進入步驟C，是則進入步驟D ;
C.判斷動力電池外總壓V2是否大于等于內總壓Vl的50%，若是則診斷預充電阻Rl狀態為斷開，否則診斷負極繼電器Κ2狀態為斷開；
預充電阻Rl斷開時，由于測試電阻R2的存在，V2測量值并不為零，通過合理匹配測試電阻R2阻值和V2采樣電路等效阻值，可以設計V2此時的測量值為Vl的70%左右。
[0023]如果負極繼電器Κ2斷開則V2開路，測量值約為0V。
[0024]D.判斷動力電池負載總壓V3是否大于等于內總壓Vl的95%，若是則診斷正極繼電器Kl狀態為粘連，否則延時100毫秒后進入步驟E;
負極繼電器Κ2閉合而正極繼電器Kl斷開的情況下，V3測量值約為0V。如果V3測量值與Vl幾乎完全相等，則正極繼電器Kl粘連。
[0025]Ε.判斷動力電池負載總壓V3是否大于等于內總壓Vl的25%，若是則延時900毫秒后進入步驟F，否則電池管理系統閉合預充繼電器Κ3后進入步驟G的預充電階段；
負極繼電器閉合而預充繼電器斷開的情況下，由于已經延時100ms，如果V3測量值大于Vl的25%則有可能是預充繼電器粘連并且正在進行預充過程，需要步驟F對預充結果進一步確認。
[0026]F.判斷動力電池負載總壓V3是否大于等于內總壓Vl的95%，若是則診斷預充繼電器K3狀態為粘連，否則閉合預充繼電器進入步驟G的預充電階段；
本步驟中預充繼電器并未閉合，如果滿足預充完畢條件則確認預充繼電器粘連。
[0027]G.判斷動力電池負載總壓V3是否大于等于內總壓Vl的95%，若否則進入步驟I，是則電池管理系統閉合正極繼電器Kl后進入步驟I ;
預充繼電器K3閉合后開始預充過程，當V3大于等于Vl的95%時，預充過程和高壓上電流程執行完畢。如果不滿足預充完成條件，則需步驟(I)中等待預充超時。
[0028]H.判斷預充時間是否大于等于I秒，若否則回到步驟G，是則診斷預充繼電器K3狀態為斷開；
在前面各高壓繼電器和器件正常工作的情況下，預充超時唯一可能為預充繼電器K3一直處于斷開狀態。此處不考慮負載電機M故障的情況，可以通過斷開動力電池與負載電機M的高壓回路來區分是動力電池故障還是負載電機故障。
[0029]1.延時50毫秒后電池管理系統斷開預充繼電器K3，判斷動力電池負載總壓V3是否大于等于內總壓Vl的95%，若否則診斷正極繼電器Kl狀態為斷開，是則高壓上電流程完成。
[0030]如果斷開預充繼電器K3同時正極繼電器Kl已處于閉合狀態，高壓上電流程完成，V3測量值應與Vl幾乎完全相等。如果V3測量值約為OV或緩慢降至0V，則是預充繼電器K3斷開后且正極繼電器Kl也處于斷開狀態，造成動力電池無高壓持續輸出。
[0031]以上為本發明的其中具體實現方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些顯而易見的替換形式均屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種動力電池高壓繼電器狀態檢測電路，包括多組動力電池以及分別連接于動力電池總正、總負極的正極繼電器和負極繼電器，還包括連接于正極繼電器和負極繼電器的另一端的負載電機，其特征在于:所述正極繼電器兩端并聯有預充電阻和預充繼電器組成的串聯支路，所述預充電阻連接于動力電池總正極的一端，所述預充電阻兩端還并聯了一測試電阻。
2.根據權利要求1所述的一種動力電池高壓繼電器狀態檢測電路，其特征在于:所述動力電池總正、總負極之間設置了第一電壓表，用以測量動力電池內總壓，所述預充電阻和預充繼電器的連接點與負極繼電器和負載電機的連接點間設置了第二電壓表，用以測量動力電池外總壓，所述負載電機兩端設置了第三電壓表，用以測量負載總壓。
3.根據權利要求2所述的一種動力電池高壓繼電器狀態檢測電路，其特征在于:所述測試電阻的阻值大于或等于I兆歐。
4.根據權利要求1所述的一種動力電池高壓繼電器狀態檢測電路，其特征在于:動力電池組內部串聯一手動維修開關。
5.基于權利要求1?4檢測電路的一種動力電池高壓繼電器狀態檢測方法，其特征在于，所述檢測方法包括如下步驟: A.電池管理系統低壓上電后，判斷動力電池外總壓是否大于等于內總壓的第一設定百分比，若是則診斷負極繼電器狀態為粘連，否則電池管理系統閉合負極繼電器后進入步驟B ； B.再次判斷動力電池外總壓是否大于等于內總壓的第一設定百分比，若否則進入步驟C，是則進入步驟D ; C.判斷動力電池外總壓是否大于等于內總壓的第二設定百分比，若是則診斷預充電阻狀態為斷開，否則診斷負極繼電器狀態為斷開； D.判斷動力電池負載總壓是否大于等于內總壓的第三設定百分比，若是則診斷正極繼電器狀態為粘連，否則延時第一時段后進入步驟E ; E.判斷動力電池負載總壓是否大于等于內總壓的第四設定百分比，若是則延時第二時段后進入步驟F，否則電池管理系統閉合預充繼電器后進入步驟G的預充電階段； F.判斷動力電池負載總壓是否大于等于內總壓的第五設定百分比，若是則診斷預充繼電器狀態為粘連，否則閉合預充繼電器進入步驟G的預充電階段； G.判斷動力電池負載總壓是否大于等于內總壓的第五設定百分比，若否則進入步驟H，是則電池管理系統閉合正極繼電器后進入步驟I ; H.判斷預充時間是否大于等于第四時段，若否則回到步驟G，是則診斷預充繼電器狀態為斷開； 1.延時第三時段后電池管理系統斷開預充繼電器，判斷動力電池負載總壓是否大于等于內總壓的第三設定百分比，若否則診斷正極繼電器狀態為斷開，是則高壓上電流程完成。
6.根據權利要求5所述的一種動力電池高壓繼電器狀態檢測方法，其特征在于:所述第一設定百分比大于第二設定百分比，所述第四設定百分比小于第五設定百分比。
7.根據權利要求5所述的一種動力電池高壓繼電器狀態檢測方法，其特征在于:所述延時的第一時段小于第二時段，所述第三時段小于第一時段。
8.根據權利要求6所述的一種動力電池高壓繼電器狀態檢測方法，其特征在于:所述第四時段為0.5?3秒。
9.根據權利要求5所述的一種動力電池高壓繼電器狀態檢測方法，其特征在于:步驟A前低壓上電后，還包括根據動力電池的內總壓的大小判斷手動維修開關是否斷開的步驟；如果動力電池的內總壓大于等于設定值，再進入步驟A，否則診斷手動維修開關故障斷開，停止高壓上電。
【文檔編號】G01R31/00GK104391241SQ201410538102
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月13日 優先權日:2014年10月13日
【發明者】劉飛, 文鋒, 阮旭松, 龔敏明, 徐志琛 申請人:惠州市億能電子有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
