新能源汽车的高压继电器状态诊断装置和方法与流程

本发明涉及一种新能源汽车的故障诊断方法，尤其涉及一种新能源汽车的高压继电器状态诊断装置和方法。

背景技术：

目前新能源高压配电箱控制器驱动负载为高压继电器，负载继电器是否正常工作关系到整车的高压配电及功能安全。目前高压配电箱控制器低压驱动输出没有故障反馈，高压输出没有检测反馈；当高压配电箱控制器低压驱动输出有效时，驱动高压继电器线圈，高压继电器触点动作，输出高压。当高压配电箱控制器低压驱动输出短路或断路时，高压继电器不能正常工作，故障没有反馈；当高压继电器线圈工作，但高压触点没有闭合，高压不能输出，故障不能判断；当高压继电器触点粘连时，大功率高压负载没有预冲过程，影响高压总负继电器使用寿命，及高压输出安全。

现有的新能源汽车的高压配电箱内部没有控制器，只有继电器负载，继电器的驱动由外部整车控制器输出控制，控制器输出驱动大多数采用功率驱动芯片，驱动低压中央接线盒继电器，再通过中央接线盒继电器驱动高压继电器，没有继电器故障检测功能，即不能检测高压继电器短路、开路，没有断路检测及高压输出检测功能。

为此，如何有效检测新能源汽车的高压配电箱内置的控制器驱动负载，即高压继电器是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种新能源汽车的高压继电器状态诊断装置和方法，其具有低压驱动输出反馈及高压输出检测功能，保证了高压配电及功能安全，延长了总正继电器使用寿命。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种新能源汽车的高压继电器状态诊断装置，其包括第一控制器、第二控制器、继电器驱动模块、高压继电器、继电器线圈电压采集模块、高压输出电压采集模块、第一电源模块和隔离电源模块；

所述第一电源模块用于向所述第一控制器和隔离电源模块提供电能；

所述第一控制器信号连接于所述继电器驱动模块，用于发送打开或者关闭信号至所述继电器驱动模块；

所述继电器驱动模块电路连接于所述高压继电器，用于根据所述第一控制器的打开或者关闭信号，控制所述高压继电器打开或者关闭；

所述继电器线圈电压采集模块用于检测所述高压继电器的线圈的电压，并将其采集的电压信号传递至所述第一控制器；

所述高压输出电压采集模块用于检测所述高压继电器的开关的两端的电压，并将其采集的电压信号传递指所述第一控制器和第二控制器；

所述第一控制器和第二控制器分别通过第一CAN通信模块和第二CAN通信模块信号连接于CAN总线；

第一控制器根据所述继电器线圈电压采集模块所检测的电压信号和高压输出电压采集模块所采集的电压信号，对继电器驱动模块和高压继电器的故障进行判断。

可选的，所述第一控制器和第二控制器均是型号为MC9S12G48的单片机。

可选的，所述高压继电器包括高压继电器J1和高压继电器J2；

所述继电器驱动模块包括芯片U7，所述芯片U7的第11管脚连接于+5V电源，并且通过并联的电容C12和电容C34接地，所述芯片U7的第3管脚连接于所述第一控制器的第21管脚，所述芯片U7的第5管脚连接于所述第一控制器的第22管脚；所述芯片U7的第2管脚连接于所述第一控制器的第63管脚，并通过电阻R43接地；所述芯片U7的第6管脚连接于所述第一控制器的第62管脚，并通过电阻R44接地；所述芯片U7的第4管脚接地；所述芯片U7的第1管脚、第7管脚、第8管脚和第14管脚均连接于VBR电源，所述芯片U7的第12管脚和第13管脚连接于所述高压继电器J1的线圈的一端，并通过电容C36接地；所述高压继电器J1的线圈的另一端接地；而且所述芯片U7的第9管脚和第10管脚均连接于所述高压继电器J2的线圈的一端，并通过电容C40接地，所述高压继电器J2的另一端接地；所述高压继电器J1的线圈的一端通过电阻R34连接于VBR电源，并且连接于二极管D8的负极，所述二极管D8的正极接地；所述高压继电器J2的线圈的一端通过电阻R35连接于VBR电源，并且连接于二极管D1的负极，所述二极管D1的正极接地。

可选的，所述继电器线圈电压采集模块包括电容C18、电容C19、电阻R27、电阻R25、电容C20、电容C21、电阻R28和电阻R29；

所述高压继电器J1的线圈的一端通过电容C19接地，并通过电阻R25连接于所述第一控制器的第33管脚，所述第一控制器的第33管脚通过并联的电容C18和电阻R27接地；所述高压继电器J2的线圈的一端通过电容C21接地，并通过电阻R28连接于所述第一控制器的第34管脚，所述第一控制器的第34管脚通过并联的电容C20和电阻R29接地。

可选的，所述高压输出电压采集模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R8、电容C3、二极管D1、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C11、电阻R14、二极管D3、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电容C14、电阻R23和二极管D5；

所述高压继电器J1以及高压继电器J2的开关的一端均通过串联的电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4连接于所述第二控制器的第33管脚，而且所述第二控制器的第33管脚通过电容C3接地，同时，所述电阻R3和电阻R4连接的一端通过电阻R8接地，所述二极管D1的正极连接于所述电阻R3和电阻R4连接的一端，所述二极管D1的负极连接于+5V电源；

所述高压继电器J1的开关的另一端通过串联的电阻R10、电阻R11、电阻R12和电阻R13连接于所述第二控制器的第34管脚，而且所述第二控制器的第34管脚通过电容C11接地，同时，所述电阻R12和电阻R13连接的一端通过电阻R14接地，所述二极管D3的正极连接于所述电阻R12和电阻R13连接的一端，所述二极管D3的负极连接于+5V电源；

所述高压继电器J2的开关的另一端通过串联的电阻R19、电阻R20、电阻R21和电阻R22连接于所述第二控制器的第35管脚，而且所述第二控制器的第35管脚通过电容C14接地，同时，所述电阻R21和电阻R22连接的一端通过电阻R23接地，所述二极管D5的正极连接于所述电阻R21和电阻R22连接的一端，所述二极管D5的负极连接于+5V电源。

可选的，所述第一CAN通信模块包括隔离电平转换芯片，所述隔离电平转换芯片是型号为PCA82C50的芯片，所述隔离电平转换芯片的第1管脚连接于所述第一控制器的第61管脚，所述隔离电平转换芯片的第4管脚连接于所述第一控制器的第60管脚；所述隔离电平转换芯片的第2管脚接地，所述隔离电平转换芯片的第3管脚连接于+5V电源，并通过电容C15接地；所述隔离电平转换芯片的第8管脚通过电阻R26接地，所述隔离电平转换芯片的第6管脚和第7管脚分别通过共模扼流圈连接于CAN总线的CAN_L和CAN_H，所述CAN_H和CAN_L之间串联有电容C13和电容C17，所述电容C13和电容C17相互连接的一端接地；所述CAN_H和CAN_L之间串联有电阻R18和电阻R19，而且所述电阻R18和电阻R19连接的一端通过电容C16接地；所述CAN_H和CAN_L之间串联有两个瞬态电压抑制器。

可选的，所述第二CAN通信模块包括CAN驱动芯片U1，所述CAN驱动芯片U1的第1管脚和第8管脚均连接于+5V电源，并分别通过电容C4和C5接地；所述CAN驱动芯片U1的第4管脚和第5管脚接地，所述CAN驱动芯片U1的第2管脚连接于所述第二控制器的第60管脚，所述CAN驱动芯片U1的第3管脚连接于所述第二控制器的第61管脚；同时，所述CAN驱动芯片U1的第6管脚和第7管脚分别通过共模扼流圈连接于CAN总线的CAN_L和CAN_H，所述CAN_H和CAN_L之间还串联有电容C2和电容C10，所述电容C2和电容C10相互连接的一端接地；所述CAN_H和CAN_L之间串联有电阻R5和电阻R9，而且所述电阻R5和电阻R9连接的一端通过电容C8接地；所述CAN_H和CAN_L之间串联有两个瞬态电压抑制器。

本发明解决技术问题还采用：一种新能源汽车的高压继电器状态诊断方法，利用上述的装置实现，其包括：

S10、所述继电器线圈电压采集模块采集高压继电器的线圈的电压，并将该电压信号传递至所述第一控制器；

S20、所述高压输出电压采集模块采集高压继电器的开关的两端的高压电压，并将该高压电压信号传递至所述第二控制器；

S30、当高压继电器的线圈电压异常，所述高压继电器的开关的一端高压电压正常，另一端没有输出时，判断为继电器驱动模块故障；

当高压继电器的线圈电压正常，所述高压继电器的开关的一端高压电压正常，另一端没有输出时，判断为高压继电器故障；

当高压继电器的线圈电压正常，所述高压继电器的开关的一端高压电压正常，另一端电压异常时，判断为高压继电器触点故障。

本发明具有如下有益效果：本实施例的新能源汽车的高压继电器状态诊断装置，通过第一电源模块产生+5V电源，并将该电源提供给第一控制器和隔离电源模块；所述第一控制器输出信号给继电器驱动模块，以控制高压继电器J1和高压继电器J2的动作；继电器线圈电压采集模块采集高压继电器的线圈电压，并将电压模拟量输入到第一控制器进行处理，处理之后的电压信息通过第一CAN通信模块传输至CAN总线；高压输出电压采集模块采集继电器触点电压，并将该触点电压输入到第二控制器，第二控制器将采集的高压信息通过第二CAN通信模块传输到CAN总线上，第一控制器根据总线信息，判断高压继电器的驱动及故障报警及高压输出保护。

附图说明

图1为本发明的新能源汽车的高压继电器状态诊断装置的结构示意图；

图2为本发明的第一控制器的结构示意图；

图3为本发明的第二控制器的结构示意图；

图4为本发明的继电器驱动模块的结构示意图；

图5为本发明的继电器线圈电压采集模块的结构示意图；

图6为本发明的高压输出电压采集模块的结构示意图；

图7为本发明的第一CAN通信模块的结构示意图；

图8为本发明的第二CAN通信模块的结构示意图；

图9为本发明的电源模块的结构示意图；

图10为本发明的隔离电源模块的结构示意图；

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种新能源汽车的高压继电器状态诊断装置，其具有低压驱动输出反馈及高压输出检测功能，保证了高压配电，并且提高了高压继电器的使用寿命；具体地，所述装置包括：第一控制器、第二控制器、继电器驱动模块、高压继电器、继电器线圈电压采集模块、高压输出电压采集模块、第一电源模块和隔离电源模块；

所述第一电源模块电路连接于所述第一控制器，以向所述第一控制器提供电源，而且，所述第一电源模块还电路连接于所述隔离电源模块，以向所述隔离电源模块提供电能，本实施例中，所述第一电源模块的输入为+12V电源，并输出+5V电源，优选地，所述第一电源模块包括电源芯片U4，优选地，所述电源芯片U4的型号为：TLE4675；所述电源芯片U4的第1管脚连接于二极管D6的负极，所述二极管D6的正极连接于+12V电源，以通过所述二极管D6实现电源芯片U4的反相短接保护功能；所述电源芯片的第1管脚还通过并联的电容C22和电容C23接地，以通过电容C22和电容C23对输入的电源进行滤波；所述电源芯片U4的第3管脚接地；所述电源芯片U4的第4管脚通过电容C24接地，并且所述电源芯片的第5管脚用于输出+5V的电源，而且所述电源芯片的第5管脚通过并联的电容C27和电容C28接地，以通过所述电容C27和电容C28对输出的+5V电源进行滤波后，输入至第一控制器。

本实施例中，当所述第一电源模块向所述第一控制器供电时，所述电源芯片U4的第5管脚连接于所述第一控制器的第5管脚和第6管脚，此时所述第一控制器是型号为MC9S12G48的单片机，所述第一控制器信号连接于所述继电器驱动模块，以通过所述继电器驱动模块驱动高压继电器工作。

所述第二控制器也是型号为MC9S12G48的单片机。

所述继电器驱动模块包括芯片U7，所述芯片U7的型号为：BTS723GW，所述芯片U7的第11管脚连接于+5V电源(VCC)，并且通过并联的电容C12和电容C34接地，以通过所述电容C12和电容C34对输入的电源进行滤波，所述芯片U7的第3管脚连接于所述第一控制器的第21管脚，所述芯片U7的第5管脚连接于所述第一控制器的第22管脚；所述芯片U7的第2管脚连接于所述第一控制器的第63管脚，并通过电阻R43接地；所述芯片U7的第6管脚连接于所述第一控制器的第62管脚，并通过电阻R44接地；同时所述芯片U7的第4管脚接地；所述芯片U7的第1管脚、第7管脚、第8管脚和第14管脚均连接于VBR电源(例如+24V电源)，所述芯片U7的第12管脚和第13管脚连接于所述高压继电器J1的线圈的一端，并通过电容C36接地；所述高压继电器J1的线圈的另一端接地；而且所述芯片U7的第9管脚和第10管脚均连接于所述高压继电器J2的线圈的一端，并通过电容C40接地，所述高压继电器J2的另一端接地。

本实施例中，所述高压继电器包括高压继电器J1和高压继电器J2，所述高压继电器J1的线圈的一端通过电阻R34连接于VBR电源，并且连接于二极管D8的负极，所述二极管D8的正极接地；所述高压继电器J2的线圈的一端通过电阻R35连接于VBR电源，并且连接于二极管D1的负极，所述二极管D1的正极接地。

当所述第一控制器的第63管脚和第62管脚向所述芯片U7发送高压继电器的开关信号时，所述继电器驱动模块能控制所述高压继电器的打开或者关闭，也就是说，所述第一控制器的地62管脚输出高电平时，所述芯片U7的第9管脚和第10管脚输出高电平控制高压继电器J2动作，同样地，所述第一控制器的地63管脚输出高电平时，所述芯片U7的第12管脚和第13管脚输出高电平控制高压继电器J1动作；若芯片U7发生故障，可以通过所述芯片U7的第3管脚和第5管脚输出信号至所述第一控制器，并由所述第一控制器进行故障判断。

所述继电器线圈电压采集模块用于采集继电器线圈的电压，本实施例中，所述继电器线圈电压采集模块包括电容C18、电容C19、电阻R27和电阻R25，所述高压继电器J1的线圈的一端通过电容C19接地，并通过电阻R25连接于所述第一控制器的第33管脚，同时，所述第一控制器的第33管脚通过并联的电容C18和电阻R27接地。

而且，为实现对高压继电器J2的线圈电压的采集，所述继电器线圈电压采集模块还包括电容C20、电容C21、电阻R28和电阻R29，所述高压继电器J2的线圈的一端通过电容C21接地，并通过电阻R28连接于所述第一控制器的第34管脚，同时，所述第一控制器的第34管脚通过并联的电容C20和电阻R29接地。

也就是说，本实施例中，通过电阻R25和电阻R27的分压，实现高压继电器J1的线圈的电压的测量，并且通过电阻R28和电阻R29的分压，实现高压继电器J2的线圈的电压的测量，并将测量到的电压信号传递至所述第一控制器进行AD采样，并由所述第一控制器对所述电压信号进行分析和处理。

所述高压输出电压采集模块用于检测高压继电器高压侧的输出电压，具体而言，所述高压输出电压采集模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R8、电容C3和二极管D1；所述高压继电器J1以及高压继电器J2的开关的一端(总正)均通过串联的电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4连接于所述第二控制器的第33管脚，而且所述第二控制器的第33管脚通过电容C3接地，同时，所述电阻R3和电阻R4连接的一端通过电阻R8接地，并通过二极管D1连接+5V电源；也就是说，所述二极管D1的正极连接于所述电阻R3和电阻R4连接的一端，所述二极管D1的负极连接于+5V电源，从而通过二极管D1进行钳位。

所述高压继电器J1的开关的另一端通过串联的电阻R10、电阻R11、电阻R12和电阻R13连接于所述第二控制器的第34管脚，而且所述第二控制器的第34管脚通过电容C11接地，同时，所述电阻R12和电阻R13连接的一端通过电阻R14接地，并通过二极管D3连接+5V电源；也就是说，所述二极管D3的正极连接于所述电阻R12和电阻R13连接的一端，所述二极管D3的负极连接于+5V电源。

所述高压继电器J2的开关的另一端通过串联的电阻R19、电阻R20、电阻R21和电阻R22连接于所述第二控制器的第35管脚，而且所述第二控制器的第35管脚通过电容C14接地，同时，所述电阻R21和电阻R22连接的一端通过电阻R23接地，并通过二极管D5连接+5V电源；也就是说，所述二极管D5的正极连接于所述电阻R21和电阻R22连接的一端，所述二极管D5的负极连接于+5V电源。

也就是说，高压继电器J1的开关的一端通过电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R8分压，并通过二极管D1钳位，以及电阻R4和电容C3进行滤波后，将高压信号传递至所述第二控制器，并且相似地，高压继电器J1的开关的另一端和高压继电器J2的开关的另一端也将其高压信号传递至所述第二控制器。

所述第一控制器通过CAN总线信号连接于所述第二控制器，更优选地，所述第一控制器通过第一CAN通信模块信号连接于CAN总线，同时，所述第二控制器通过第二CAN通信模块信号连接于CAN总线，以实现所述第一控制器和第二控制器的信号连接。

本实施例中，所述第一CAN通信模块包括隔离电平转换芯片，所述隔离电平转换芯片是型号为PCA82C50的芯片，所述隔离电平转换芯片的第1管脚连接于所述第一控制器的第61管脚，所述隔离电平转换芯片的第4管脚连接于所述第一控制器的第60管脚；所述隔离电平转换芯片的第2管脚接地，所述隔离电平转换芯片的第3管脚连接于+5V电源，并通过电容C15接地；所述隔离电平转换芯片的第8管脚通过电阻R26接地，同时，所述隔离电平转换芯片的第6管脚和第7管脚分别通过共模扼流圈连接于CAN总线的CAN_L和CAN_H，本实施例中，所述共模扼流圈可以为TDK公司的ACT45B-510-2P-TL，其主要作用是扼制共模干扰。

本实施例中，所述CAN_H和CAN_L之间串联有电容C13和电容C17，而且，所述电容C13和电容C17相互连接的一端接地；同时，所述CAN_H和CAN_L之间串联有电阻R18和电阻R19，而且所述电阻R18和电阻R19连接的一端通过电容C16接地；所述CAN_H和CAN_L之间串联有两个瞬态电压抑制器；本实施例中，所述瞬态电压抑制器是型号为MMBZ33VALT1G的芯片，所述型号为MMBZ33VALT1G的芯片的第3管脚悬空，且所述两个瞬态电压抑制器相互连接的一端接地。

所述第二CAN通信模块包括CAN驱动芯片U1，所述芯片U1的型号为：TJA1050T，所述CAN驱动芯片U1的第1管脚和第8管脚均连接于+5V电源，并分别通过电容C4和C5接地；所述CAN驱动芯片U1的第4管脚和第5管脚接地，所述CAN驱动芯片U1的第2管脚连接于所述第二控制器的第60管脚，所述CAN驱动芯片U1的第3管脚连接于所述第二控制器的第61管脚；同时，所述CAN驱动芯片U1的第6管脚和第7管脚分别通过共模扼流圈连接于CAN总线的CAN_L和CAN_H，本实施例中，所述共模扼流圈可以为TDK公司的ACT45B-510-2P-TL，其主要作用是扼制共模干扰。

本实施例中，所述CAN_H和CAN_L之间还串联有电容C2和电容C10，而且，所述电容C2和电容C10相互连接的一端接地；同时，所述CAN_H和CAN_L之间串联有电阻R5和电阻R9，而且所述电阻R5和电阻R9连接的一端通过电容C8接地；所述CAN_H和CAN_L之间串联有两个瞬态电压抑制器；本实施例中，所述瞬态电压抑制器是型号为MMBZ33VALT1G的芯片，所述型号为MMBZ33VALT1G的芯片的第3管脚悬空，且所述两个瞬态电压抑制器相互连接的一端接地。

所述隔离电源模块向所述第二控制器提供电源，并且所述隔离电源模块包括隔离电源芯片U5，所述芯片U5的型号为：DCR010505，所述隔离电源芯片U5的第1管脚和第2管脚均连接于+5V电源，所述隔离电源芯片U5的第26管脚和第27管脚接地；所述隔离电源芯片U5的第13管脚接地，所述隔离电源芯片U5的第14管脚通过并联的电容C25和C26接地，并连接于所述第二控制器的第49管脚和第50管脚，以通过所述隔离电源模块向所述第二控制器提供电源。

本实施例中，通过上述电路连接关系，所述电源模块还向所述继电器驱动模块、第一CAN通信模块和第二CAN通信模块提供电源。

本实施例的新能源汽车的高压继电器状态诊断装置，通过第一电源模块产生+5V电源，并将该电源提供给第一控制器和隔离电源模块；所述第一控制器输出信号给继电器驱动模块，以控制高压继电器J1和高压继电器J2的动作；继电器线圈电压采集模块采集高压继电器的线圈电压，并将电压模拟量输入到第一控制器进行处理，处理之后的电压信息通过第一CAN通信模块传输至CAN总线；高压输出电压采集模块采集继电器触点电压，并将该触点电压输入到第二控制器，第二控制器将采集的高压信息通过第二CAN通信模块传输到CAN总线上，第一控制器根据总线信息(继电器线圈电压采集模块所检测的电压信号和高压输出电压采集模块所采集的电压信号)，判断高压继电器的驱动及故障报警及高压输出保护。

本发明的新能源汽车的高压继电器状态诊断装置能够解决低压驱动输出反馈及高压输出检测功能，保证了高压配电及功能安全，延长了总正继电器使用寿命。

实施例2

本实施例提供了一种新能源汽车的高压继电器状态诊断方法，其采用实施例1所述的新能源汽车的高压继电器状态诊断装置实现，并包括：

S10、所述继电器线圈电压采集模块采集高压继电器的线圈的电压，并将该电压信号传递至所述第一控制器；

S20、所述高压输出电压采集模块采集高压继电器的开关的两端的高压电压，并将该高压电压信号传递至所述第二控制器；

S30、当高压继电器的线圈电压异常，所述高压继电器的开关的一端高压电压正常，另一端(输出端)没有输出时，判断为继电器驱动模块故障；

当高压继电器的线圈电压正常，所述高压继电器的开关的一端高压电压正常，另一端(输出端)没有输出时，判断为高压继电器故障；

当高压继电器的线圈电压正常，所述高压继电器的开关的一端高压电压正常，另一端(输出端)电压异常时，判断为高压继电器触点故障；

当第一控制器输出关断信号至继电器驱动模块，此时，高压继电器的线圈电压正常，所述高压继电器的开关的一端高压电压正常，另一端(输出端)的电压正常时，判断为高压继电器触点粘连；如果重新上高压电，必须先排除该故障。如该故障不排除，上高压电时，该路高压继电器无动作时，该路异常输出高压电，不但影响人生安全，还导致总正高压继电器损坏。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。