CN107482591A - 一种车载高压继电器安全防护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载高压继电器安全防护方法，属于电动汽车安全技术领域，包括：S1、主控芯片通过SPI通讯机制向高/低边芯片发送控制指令；S2、高/底边芯片根据接收到的控制指令，对高压回路中各继电器进行故障诊断，其中各继电器包括正极继电器、负极继电器、预充继电器、非车载充电继电器以及车载充电器；S3、在诊断继电器出现故障时，高/底边芯片自动断开MOS管，保证高压回路安全。通过高/低芯片对高压回路中的继电器进行故障诊断，在继电器损坏之前，及时发现故障并解除，保证了高压回路的安全。

Description

一种车载高压继电器安全防护方法

技术领域

本发明涉及电动汽车安全技术领域，特别涉及一种车载高压继电器安全防护方法。

背景技术

随着人们对环境保护的逐渐重视，电动汽车以其环保节能的特性成为当前研究热点。由于电动汽车采用电机作为驱动单元，配置了高压电源电路，当电动汽车车载动力蓄电池在满电荷时，可超过400V(DC)的电压，非安全用电，危及人身及车辆安全，称之为电动汽车的高压安全问题。因此，在电动汽车行驶过程中，需要实时监控高压电路的电压、电流等各种电气状况以及高压电路的通断与过程，在发现异常情况后，立即做出相应动作，切断高压电的输出。

电动汽车的行驶过程是高压电路的充放电过程，在运行过程中，由于高压电装置输入端的容抗和可能出现的设备故障(比如短路)，直接接通高压电会产生高压电冲击，为避免接通时的高压电冲击，高压***采用预充电过程。因此设计了继电器控制电路，用来控制电池组的正端继电器、负端继电器和预充电继电器。

但是，现有的高压电路继电器一般仅注重预充电过程，而未关注继电器的损坏类型和顺坏机理。而且现有高压电路继电器控制策略过于简单，未考虑继电器的防护过程，并且只能在物理顺坏后才会发现问题，无法做到防患于未然。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车载高压继电器安全防护方法，以在继电器损坏之前解除故障。

为实现以上目的，本发明提供一种车载高压继电器安全防护方法，包括如下步骤：

S1、主控芯片通过SPI通讯机制向高/低边芯片发送控制指令；

S2、高/底边芯片根据接收到的控制指令，对高压回路中各继电器进行故障诊断，其中各继电器包括正极继电器、负极继电器、预充继电器、非车载充电继电器以及车载充电器；

S3、在诊断继电器出现故障时，高/底边芯片自动断开MOS管，保证高压回路安全。

进一步地，上述步骤S2，具体包括：

高/低芯片根据接收到的控制指令，对高压回路中预设的采样点进行电压采集，其中，预设的采样点包括设置在正极继电器于电池正极之间的高压采样点UAct1、设置在正极继电器于电动机之间的高压采样点UAct2、设置在负极继电器与电动机之间的高压采样点UAct3以及设置在负极继电器与电池负极之间的的高压采样点UAct4；

高/低芯片根据电压采集结果，对高压回路中各继电器的故障进行诊断。

进一步地，上述步骤S2中，在放电回路中，高/低芯片对继电器进行故障诊断的过程包括：

在UAct2在离线状态大于UAct1时，判断电池存在过载风险；

在上电后UAct2的电压与UAct1的电压比率与预设比率不符时，判断预充继电器/正极继电器存在黏连问题；

在预充继电器闭合后，若UAct3与UAct4的电压差未在预设范围内，判断负极继电器存在黏连问题；

在预充继电器闭合后，若UAct2在指定时间内未超过UAct1的95％，判断预充过程超时；

通过梯度算法判断是否存在预充电电压梯度上升故障；

在正极继电器闭合后，若UAct2未达到UAct1的98％，判断正极继电器存在闭合故障；

在接收到下电指令后，高/低芯片判断高压电路是否存在下电状态故障；

在接收到正极继电器断开指令后，在UAct2超过设定值，判断正极继电器存在黏连故障；

预充继电器闭合时间内，在电压上升超过电压限值时，判断预充继电器存在电路故障。

进一步地，上述方法还包括：

主控芯片采集高压回路中各继电器的使用次数，以及通过电池管理***BMS采集各继电器断开时的电流值；

主控芯片根据继电器的使用次数以及断开时的电流值，计算继电器的使用寿命；

主控芯片判断继电器的使用寿命是否达到预设报警值，如果是，则通过诊断报文与外发通讯进行报文报警。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明中主控芯片通过高/低芯片与高压电路中各继电器的引脚连接，形成硬件电气方面的电路保护。主控芯片通过SPI通讯机制输出指令控制高/低芯片进行各继电器故障诊断，在继电器出现故障时，高/低芯片自动切断MOS管，即可在继电器损坏之前，发现故障并解除故障，保证了高压回路的安全。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1是本发明中一种车载高压继电器安全防护方法中硬件电气防护结构示意图；

图2是本发明中一种车载高压继电器安全防护方法的流程示意图；

图3是本发明中四个高压采样点的位置关系示意图；

图4是本发明中继电器状态的判断逻辑示意图。

具体实施方式

为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

如图1所示，本实施例公开的一种车载高压电器安全防护方法的硬件电气结构为：主控芯片的输出端通过高边驱动与底边驱动的芯片级电路与高压回路中各继电器连接，主控芯片通过高低边开关闭合正极继电器、负极继电器、预充继电器、非车载充电继电器以及车载充电继电器。

其中，高边驱动芯片具有：短接地诊断检测、开漏诊断检测、过温诊断检测、过载诊断检测以及短接到电源诊断检测，当继电器发生这些故障时，高边驱动芯片自动断开MOS管，保证高压回路的安全。低边驱动芯片具有：短接地诊断检测、开漏诊断检测、过温诊断检测以及过载诊断检测，当继电器发生这些故障时，低边驱动芯片自动断开MOS管，保证高压回路的安全。

具体地，如图2所示，本实施例公开了一种车载高压继电器安全防护方法，包括如下步骤S1至S3：

S1、主控芯片通过SPI通讯机制向高/低边芯片发送控制指令；

本实施例中的主控芯片采用SPI通讯机制，是一种高速、全双工的同步通讯机制。

S2、高/底边芯片根据接收到的控制指令，对高压回路中各继电器进行故障诊断，其中各继电器包括正极继电器、负极继电器、预充继电器、非车载充电继电器以及车载充电器；

S3、在诊断继电器出现故障时，高/底边芯片自动断开MOS管，保证高压回路安全。

进一步地，步骤S2，具体包括：

高/低芯片根据接收到的控制指令，对高压回路中预设的采样点进行电压采集，其中，预设的采样点包括设置在正极继电器于电池正极之间的高压采样点UAct1、设置在正极继电器于电动机之间的高压采样点UAct2、设置在负极继电器与电动机之间的高压采样点UAct3以及设置在负极继电器与电池负极之间的的高压采样点UAct4；，其中，四个高压采样点的位置如图3所示；

高/低芯片根据电压采集结果，对高压回路中各继电器的故障进行诊断。

需要说明的是，本实施例中在放电回路中设置4个高压采样点，分别设置在正极继电器前靠近正极处、正极继电器后、负极继电器前靠近负极处、负极继电器后。在充电回路中采用带触点的继电器，以根据主触点的结合黏连联动诊断触点的开断与闭合，通过***电路搭建的方式来诊断充电继电器是物理闭合还是断开。

具体地，如图4所示，放电回路中高压继电器的主状态分为8个状态，分别为电池离线状态、预充电状态、正极继电器连接状态、电池在线状态、电池关闭状态、继电器断开状态、故障状态以及继电器诊断状态。

进一步地，为了便对放电状态的逻辑控制与诊断过程进行解释，上述步骤中对放电回路中的高压采样点进行了命名，具体的继电器故障诊断过程如下：

在UAct2在离线状态大于UAct1时，判断电池存在过载风险；

在上电后UAct2的电压与UAct1的电压比率与预设比率不符时，判断预充继电器/正极继电器存在黏连问题；

具体地，电压比率超过预设比率说明继电器有粘连问题，大于一定比例小于一定比例基本判定为预充继电器粘连问题，比例具体数值通过实验标定。

在预充继电器闭合后，若UAct3与UAct4的电压差未在预设范围内，判断负极继电器存在黏连问题；

具体地，该处的预设范围可通过实验进行标定。

在预充继电器闭合后，若UAct2在指定时间内未超过UAct1的95％，判断预充过程超时；

通过梯度算法判断是否存在预充电电压梯度上升故障；

在正极继电器闭合后，若UAct2未达到UAct1的98％，判断正极继电器存在闭合故障；

在接收到下电指令后，高/低芯片判断高压电路是否存在下电状态故障，因为当得到下电指令后，高压线路内仍有大电流负载会导致继电器无法正常断开；

在接收到正极继电器断开指令后，在UAct2超过设定值，判断正极继电器存在黏连故障；

当正极继电器请求断开后，UAct2应该为很小的电压存在，因此，该处的设定值较小，当UAct2超过设定值时，即可判断正极继电器存在黏连故障。

预充继电器闭合时间内，在电压上升超过电压限值时，判断预充继电器存在电路故障。

进一步地，本实施例中的高/低芯片还对继电器的底层故障进行诊断，当检测到底层故障时，所选用芯片会报出电路故障，当有该类故障发生时，也应该进入继电器故障状态。

高/低芯片还对预充电阻过温故障进行诊断，当预充继电器闭合时间较长时，会导致预充电阻过热。如果***频繁的上下电，频繁的开闭预充继电器很容易导致预充电阻过温，应该及时进入继电器故障状态，否则很容易将预充电阻烧坏。

进一步地，上述方法还包括如下步骤：

主控芯片采集高压回路中各继电器的使用次数，以及通过电池管理***BMS采集各继电器断开时的电流值；

主控芯片根据继电器的使用次数以及断开时的电流值，计算继电器的使用寿命；

主控芯片判断继电器的使用寿命是否达到预设报警值，如果是，则通过诊断报文与外发通讯进行报文报警。

本实施例中通过继电器的使用寿命进行计算，当判断继电器已经接近使用寿命是，高/低芯片通过诊断报文与外发通讯报文报警，CAN通讯是可以通过仪表告知客户的，以便于提醒客户及时到4S店进行更换。

需要说明的是，本实施例中的放电的高压继电器与充电的高压继电器设定互锁机制，当放电的高压继电器闭合时，禁止充电的高压继电器同时闭合，如果同时接收放电高压继电器与充电高压继电器请求命令时，为了安全防护，应该同时断开放电高压继电器与充电高压继电器，并且进行相应故障报警。这里互锁机制与现有技术相同，该处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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之内。

Claims (4)

1.一种车载高压继电器安全防护方法，其特征在于，包括：

S1、主控芯片通过SPI通讯机制向高/低边芯片发送控制指令；

S2、高/底边芯片根据接收到的控制指令，对高压回路中各继电器进行故障诊断，其中各继电器包括正极继电器、负极继电器、预充继电器、非车载充电继电器以及车载充电器；

S3、在诊断继电器出现故障时，高/底边芯片自动断开MOS管，保证高压回路安全。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S2，具体包括：

高/低芯片根据接收到的控制指令，对高压回路中预设的采样点进行电压采集，其中，预设的采样点包括设置在正极继电器于电池正极之间的高压采样点UAct1、设置在正极继电器于电动机之间的高压采样点UAct2、设置在负极继电器与电动机之间的高压采样点UAct3以及设置在负极继电器与电池负极之间的的高压采样点UAct4；

高/低芯片根据电压采集结果，对高压回路中各继电器的故障进行诊断。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤S2中，在放电回路中，高/低芯片对继电器进行故障诊断的过程包括：

在UAct2在离线状态大于UAct1时，判断电池存在过载风险；

在上电后UAct2的电压与UAct1的电压比率与预设比率不符时，判断预充继电器/正极继电器存在黏连问题；

在预充继电器闭合后，若UAct3与UAct4的电压差未在预设范围内，判断负极继电器存在黏连问题；

在预充继电器闭合后，若UAct2在指定时间内未超过UAct1的95%，判断预充过程超时；

通过梯度算法判断是否存在预充电电压梯度上升故障；

在正极继电器闭合后，若UAct2未达到UAct1的98%，判断正极继电器存在闭合故障；

在接收到下电指令后，高/低芯片判断高压电路是否存在下电状态故障；

在接收到正极继电器断开指令后，在UAct2超过设定值，判断正极继电器存在黏连故障；

预充继电器闭合时间内，在电压上升超过电压限值时，判断预充继电器存在电路故障。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

主控芯片采集高压回路中各继电器的使用次数，以及通过电池管理***BMS采集各继电器断开时的电流值；

主控芯片根据继电器的使用次数以及断开时的电流值，计算继电器的使用寿命；

主控芯片判断继电器的使用寿命是否达到预设报警值，如果是，则通过诊断报文与外发通讯进行报文报警。