[发明专利]高压继电器状态在线监测装置和方法

说明书

一种高压继电器状态在线监测装置包括：低压控制模块，由线性稳压电源和微控制器组成；信号隔离模块，由隔离开关电源、串行通信隔离器以及光耦选通模块组成；高压监测模块，由信号转换模块和信号采样模块组成。线性稳压电源向所述的低压控制模块和信号隔离模块提供电能。微控制器模块判定高压继电器当前状态。隔离开关电源向所述的高压监测模块提供电能。串行通信隔离器为微控制器与高压监测模块间建立串行通信链路。光耦选通模块为高压监测模块选择当前待测高压继电器所对应的检测支路。信号转换模块通过当前已选通的检测支路将高压继电器触点的状态转换成电压信号。信号采样模块采集信号转换模块提供的各个电压信号。

技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，特别涉及动力电池组电路中的高压继电器状态在线监测装置和方法。

背景技术

电动汽车的高压电系统作为电动汽车的其动力源，通常具有高电压、大电流的特点，使得电动汽车的充放电过程变换往往需要高压继电器对大功率回路进行切换。如果高压继电器发生闭合或者断开失效，而且对此不及时采取有效处理措施，轻则导致高压电系统无法实现正常的配电控制，重则可能产生严重的安全事故。

例如，经过长期切换使用的高压继电器容易发生触点间接触阻抗变大的问题，在高压电回路长期存在较大电气负载的情况下，容易发生意外断开的失效情况，这需要在高压电系统供电运行条件下，系统能实时地监控高压继电器是否发生开路预警事件。此外，长期使用的高压继电器也存在触点粘连的失效问题，这需要在高压电系统上电过程中能独立、实时地检测每个高压继电器的触点状态，以防误操作损坏高压电回路元器件。

因此，对高压继电器的执行状态进行有效且实时地监控，这对于保证电动汽车的安全且可靠运行具有十分重要的意义。

高压继电器状态监控主要是通过检查继电器的触点状态来判断高压继电器的执行状况是否符合系统控制策略的要求，既要避免在高压继电器打开的情况下给高压电回路施加电气负载，也要防止在高压回路有较大电气负载的情况下断开高压继电器。

目前，电动汽车高压配电系统的继电器检测装置依然存在着很多问题，譬如，

(1).现有的检测方法在高压系统运行过程中无法监测高压继电器状态，只能在高压系统上电前或者下电后对其进行检测，这就导致传统的监测装置无法在运行过程中及时提供继电器意外开路的故障警告；

(2).现有的检测方法存在的检测过程延时长，实时性差，检测精度不稳定等问题；

(3).现有的检测方法对配电系统中不同支路的继电器进行检测时，容易受到不同支路耦合的影响，导致误检测的问题；

(4).现有的检测装置存在的高成本、电路结构复杂等问题。

如果分析现有的检测方法，可以发现，目前电动汽车高压配电系统的继电器检测装置存在的问题的原因主要集中在整体电路结构和检测方法等方面。

从整体电路结构设计来看，现有的高压继电器检测装置主要分为模拟型和数字型两种。前者不包含控制器，只包含模拟采样电路，将高压继电器触点间的电压变化以模拟量的形式通过采样信号线束直接传递给BMS单元，如图1所示。该方法实现简单且低成本，但是，检测电路的抗干扰性差，在动力电池配电系统这样严苛的电磁干扰环境很容易受到干扰，从而导致检测精度很低。后者主要是主从式双控制器结构，主控制器负责判定高压继电器的状态，从控制器负责采集高压继电器触点间电压，主从控制器间采用CAN总线通信，如图2所示。该方法检测精度高，抗干扰性强，但是，检测过程实时性差，且电路结构复杂，成本高昂。

从检测方法实现来看，现有的高压继电器状态检测方法主要是针对高压电回路节点间采样电压进行比较，从而监测继电器触点状态。以图3为例，当高压电系统处于放电模式时，通过比较采样电压U1和U2来监测主回路正继电器触点的通断状态，即U1与U2的差值大于某一阈值时，该继电器触点为开路状态；当U1与U2的差值小于某一阈值时，该继电器触点为短路状态。该方法简单且易于实现，却存在以下缺点：