本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种高压系统中功率开关模块的故障检测装置、一种高压系统、一种电动汽车和一种高压系统中功率开关模块的故障检测方法。
背景技术：
随着新能源汽车的越来越普及和电力系统在大量的替换着旧式化石能源系统，功率开关器件(例如igbt、mosfet、bjt、可控硅)也越来越多的应用于现在的电力系统。基于对传输效率、工作效率、动力和设计成本的考虑，相关的汽车中使用的电压越来越高，可达到320v到900v，进而功率开关器件的故障风险也越来越大。功率开关器件易受静电和温度的影响而发生故障，一般故障表现为三脚全通。在相关技术中，功率开关器件的故障检测通常采用一下两种方式：
一是，依靠人为检测。但是，其存在的缺点是，人为检测操作复杂，并且安全风险比较大；
二是，依靠接通高压系统电源来检测电路中是否存在大电流来实现故障检测。但是，其存在的缺点是，如果在功率开关器件有故障的情况下直接接通高压系统电源，在没有短路保护的情况下，会给高压系统造成很高的风险，加热类负载将会持续加热升温，电机类负载则直接短路烧毁甚至引发安全事故。
因此，相关技术需要进行改进。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种高压系统中功率开关模块的故障检测装置，该装置可以在高压系统上电之前先采用低压进行功率开关模块的故障检测。
本发明的第二个目的在于提出一种高压系统。本发明的第三个目的在于提出一种电动汽车。本发明的第四个目的在于提出一种高压系统中功率开关模块的故障检测方法。
为了达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的一种高压系统中功率开关模块的故障检测装置，包括：高压电源端和低压电源端，其中，所述高压电源端提供的第一电源电压大于所述低压电源端提供的第二电源电压；切换组件，所述切换组件的第一端与所述高压电源端相连，所述切换组件的第二端与所述低压电源端相连，所述切换组件的第三端与所述功率开关模块的供电端相连，所述切换组件用于控制所述高压电源端或所述低压电源端向所述功率开关模块供电；驱动电路，所述驱动电路与所述功率开关模块的控制极相连，以驱动所述功率开关模块；电流采样模块，所述电流采样模块用于采样所述功率开关模块的电流；控制器，所述控制器分别与所述切换组件、所述驱动电路和所述电流采样模块相连，所述控制器用于对所述切换组件和所述驱动电路进行控制，以控制所述低压电源端向所述功率开关模块供电以及控制所述功率开关模块工作在预设检测状态，并根据所述电流采样模块采样到的所述功率开关模块的电流判断所述功率开关模块是否发生故障。
根据本发明实施例提出的高压系统中功率开关模块的故障检测装置，高压电源端和低压电源端通过切换组件与功率开关管的供电端相连，控制器在控制高压电源端向功率开关模块供电之前，先控制低压电源端向功率开关模块供电以及控制功率开关模块工作在预设检测状态，电流采样模块采样功率开关管的电流，进而，控制器根据电流采样模块采样到的电流值判断功率开关模块是否发生故障。由此，本发明实施例在控制高压电源端向功率开关模块供电之前，可以使用低压电源进行功率开关模块的故障检测，从而大大降低了故障检测的风险，防止发生因功率开关模块故障而引起事故，避免电路中的负载和其他部分的电路被高压大电流损坏，提高了系统的安全性和可靠性。
根据本发明的一个实施例，所述功率开关模块包括至少一个支路，每个支路包括至少一个功率开关管，其中，所述电流采样模块包括至少一个电流采样单元，所述至少一个电流采样单元用于对应采集所述至少一个支路的电流，所述控制器用于根据每个支路的电流判断相应支路中每个功率开关管是否发生故障。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出的一种高压系统，包括所述实施例的高压系统中功率开关模块的故障检测装置。
根据本发明实施例提出的高压系统，通过上述高压系统中功率开关模块的故障检测装置，在控制高压电源端向功率开关模块供电之前，可以使用低压电源进行功率开关模块的故障检测，从而大大降低了故障检测的风险，防止发生因功率开关模块故而障引起事故，避免电路中的负载和其他部分的电路被高压大电流损坏，提高了系统的安全性和可靠性。为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出的一种电动汽车，包括所述实施例的高压系统。
根据本发明实施例提出的电动汽车，通过上述高压系统，在控制高压电源端向功率开关模块供电之前，可以使用低压电源进行功率开关模块的故障检测，从而大大降低了故障检测的风险，防止发生因功率开关模块故障而引起事故，避免电路中的负载和其他部分的电路被高压大电流损坏，提高了汽车的安全性和可靠性。为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出的一种高压系统中功率开关模块的故障检测方法，所述故障检测装置包括高压电源端和低压电源端，所述高压电源端提供的第一电源电压大于所述低压电源端提供的第二电源电压，所述方法包括以下步骤：采样所述功率开关模块的电流；控制所述低压电源端向所述功率开关模块供电以及控制所述功率开关模块工作在预设检测状态，并根据采样到的所述功率开关模块的电流判断所述功率开关模块是否发生故障。
根据本发明实施例提出的高压系统中功率开关模块的故障检测方法，首先再故障检测模式下控制低压电源端向功率开关模块供电，并控制功率开关管工作在预设检测状态，然后采样功率开关模块的电流，并根据采样到的功率开关模块的电流判断功率开关模块是否发生故障。由此，本发明实施例在控制高压电源端向功率开关模块供电之前，可以使用低压电源进行功率开关模块的故障检测，从而大大降低了故障检测的风险，防止发生因功率开关模块故障引起安全事故的问题，避免电路中的负载和其他部分的电路被高压大电流损坏，提高了系统的安全性和可靠性。
附图说明
图1是根据本发明实施例的高压系统中功率开关模块的故障检测装置的方框示意图；
图2是根据本发明一个具体实施例的高压系统中功率开关模块的故障检测装置的电路图；
图3是根据本发明一个实施例的高压系统中功率开关模块的故障检测装置的方框示意图；
图4是根据本发明另一个实施例的高压系统中功率开关模块的故障检测装置的方框示意图；
图5是根据本发明又一个实施例的高压系统中功率开关模块的故障检测装置的方框示意图；
图6是根据本发明实施例的高压系统的方框示意图；
图7是根据本发明实施例的电动汽车的方框示意图；
图8是根据本发明实施例的高压系统中功率开关模块的故障检测方法的流程图；
图9是根据本发明一个具体实施例的高压系统中功率开关模块的故障检测方法的流程图；以及
图10是根据本发明另一个具体实施例的高压系统中功率开关模块的故障检测方法的流程图。
附图标记：
故障检测装置100、高压电源端10、低压电源20、切换组件30、驱动电路60、电流采样模块70和控制器80；
供电端40、功率开关模块50和输入输出模块90；
第一继电器301、第二继电器302和防反保护电路303；
功率开关管502、上桥功率开关管503和下桥功率开关管504；
电流采样单元701和负载501；高压系统200和电动汽车300。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图来描述本发明实施例提出的高压系统中功率开关模块的故障检测装置和方法、高压系统和电动汽车。
图1是根据本发明实施例的高压系统中功率开关模块的故障检测装置的方框示意图。如图1所示，该故障检测装置100包括：高压电源端10、低压电源20、切换组件30、驱动电路60、电流采样模块70和控制器80。
其中，高压电源端10用于提供的第一电源电压u1，低压电源端20用于提供的第二电源电压u2，高压电源端10提供的第一电源电压u1大于低压电源端20提供的第二电源电压u2；切换组件30的第一端与高压电源端10相连，切换组件30的第二端与低压电源端20相连，切换组件30的第三端与功率开关模块50的供电端40相连，切换组件30用于控制高压电源端10或低压电源端20向功率开关模块50供电；驱动电路60与功率开关模块50的控制极相连，以驱动功率开关模块50；电流采样模块70用于采样功率开关模块50的电流；控制器80分别与切换组件30、驱动电路60和电流采样模块70相连，控制器80用于对切换组件30和驱动电路60进行控制，以控制低压电源端20向功率开关模块50供电以及控制功率开关模块50工作在预设检测状态，并根据电流采样模块70采样到的功率开关模块50的电流判断功率开关模块50是否发生故障。一般该故障检测装置100在故障检测模式下进行工作。
具体来说，如图1所示，高压电源端10、功率开关模块50和功率开关模块50的供电端40可构造成高压系统101，并且，低压电源端20、驱动电路60、电流采样模块70和控制器80可构造成低压系统102。
其中，功率开关模块50的供电端40可包括高压连接线束，其用于将电能传输到各个支路的负载上。高压电源端10可与高压电源相连，高压电源通过高压电源端10在正常工作时对高压系统101进行供电，其中，高压电源可为电动汽车上的高压电池，高压电源的电压值即第一电源电压u1可为200v至900v内的任一电压值。低压电源端20可与低压电源相连，低压电源通过低压电源端20对低压系统102进行供电，其中，低压电源可由电动汽车中的12v蓄电池或者24v蓄电池提供，低压电源还可包括dc/dc变换器，以将蓄电池的电压变换为系统中用电模块所需的电压。这样，高压电源和低压电源可分别通过切换组件30与功率开关管50的供电端40连接，以分别为功率开关管50进行供电，且低压电源还可为驱动电路60、电流采样模块70和控制器80供电。在本发明的实施例中，在对功率开关模块50进行故障检测时，低压电源与高压系统相连，以使高压系统使用低压电源模拟正常的工作状态。
根据本发明的一个具体实施例，驱动电路60可包括驱动芯片和相关的外围电路，驱动电路60用于对控制器80发出的控制信号进行放大，以达到驱动功率开关模块50所需的电压，进而驱动功率开关模块50的开通或关断。需要说明的是，驱动电路60还可包括过流和短路保护电路，低压电源或者高压电源经过降压处理后可为驱动电路60供电。
根据本发明的一个具体实施例，控制器80可包括mcu(microcontrollerunit，微控制单元)芯片、计算机、可编程控制器及配套的外围设备例如串行接口和显示芯片等。在本发明的实施例中，控制器80可进行编程，并根据程序和控制指令发出控制信号以控制切换组件30和驱动电路60。进一步地，控制器80可获取电流采样模块70采样的功率开关模块50的电流，并根据采样到的功率开关模块50的电流值判断功率开关模块50是否发生故障。在本发明的一些实施例中，控制器8内部可集成模数转换模块，或者可以使用电压比较器或者独立的模数转换模块代替控制器8内的模数转换模块。
具体来说，在进行高压上电即控制器80控制高压电源端10向功率开关模块50进行供电之前，可先对功率开关模块50进行故障检测，，控制器80通过控制切换组件30以使低压电源端20向功率开关模块50供电，并通过驱动电路60驱动功率开关模块50以驱动功率开关模块50工作在预设检测状态。
进一步地，当功率开关模块50工作在预设检测状态时，电流采样模块70实时检测流过功率开关模块50的电流，具体地，电流采样模块70可包括霍尔电流采样元件或采样电阻，通过霍尔电流采样元件可直接获取或者通过图2所示的实施例中的采样电阻可进行分压放大后获取流过功率开关模块50的电流，其中，采样电路的具体结构在此不再一一赘述。进而，控制器80接收到电流采样模块70采样到的电流之后，对电流进行分析处理，并判断功率开关模块50是否发生故障。
如果控制器80判断功率开关模块50发生故障，则发出报警信息，并可将高压系统101与其他系统之间的连接断开，以隔离该高压系统101；如果控制器80判断功率开关模块50未发生故障，则控制高压电源端10向功率开关模块50供电，并控制低压电源端20停止向功率开关模块50供电。
由此，本发明实施例在控制高压电源端向功率开关模块供电之前，可以使用低压电源进行功率开关模块的故障检测，从而大大降低了故障检测的风险，防止发生因功率开关模块故障而引起事故，避免电路中的负载和其他部分的电路被高压大电流损坏，提高了系统的安全性和可靠性。
下面结合图2-5，对本发明实施例的高压系统中功率开关模块的故障检测装置100的具体电路结构和工作原理进行说明。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，切换组件30包括：第一继电器301和第二继电器302，其中，第一继电器301的开关的第一端与高压电源端10相连，第一继电器301的开关的第二端与功率开关模块50的供电端40相连，第一继电器301的线圈k1与控制器80相连；第二继电器302的开关的第一端与低压电源端20相连，第二继电器302的开关的第二端与功率开关模块50的供电端40相连，第二继电器302的线圈k2与控制器80相连；其中，控制器80通过控制第一继电器301的开关开通以使高压电源端10向功率开关模块50供电，并通过控制第二继电器302的开关开通以使低压电源端20向功率开关模块50供电。
需要说明的是，可以使用独立的功率半导体器件代替第一继电器301和第二继电器302，其中，功率半导体器件可在控制器80控制下实现开通或关断，以将电路从低压电源供电状态切换为高压电源供电状态。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，切换组件30还包括连接在第二继电器302与功率开关模块50的供电端40之间的防反保护电路303。其中，防反保护电路303可包括二极管d1，二极管d1的阴极与率开关模块50的供电端40相连，二极管d1的阴极阳极与第二继电器302的开关的第二端相连，具体地，二极管d1可为耐高压的二极管，利用二极管d1的单向导通特性，可以防止意外情况下高压电源烧毁低压电源，以保护低压电源。
需要说明的是，防反保护电路303用于对低压电源进行保护，切换组件30也可以不采用防反保护电路303。
根据本发明的一个具体实施例，如图2所示，本发明实施例的高压系统中功率开关模块50的故障检测装置100还包括输入输出模块90，其中，输入输出模块90用于实现与用户之间的信息交互，输入输出模块90可包括输入设备和输出设备，其中，输入设备包括触摸屏、键盘、按键、手势和声音等，输入设备用于获取用户指令；输出设备包括屏幕、指示灯、打印设备和声音等，输出设备用于反馈故障检测信息，以在电路中出现故障时向用户发出提示信息。在本发明的实施例中，输入输出模块90可与其他电控系统进行连接，共同构成更加集成全面的系统。
根据本发明的一个实施例，如图2-5所示，功率开关模块50包括至少一个支路，每个支路包括至少一个功率开关管502，其中，电流采样模块70包括至少一个电流采样单元701，至少一个电流采样单元701用于对应采集至少一个支路的电流，控制器80用于根据每个支路的电流判断相应支路中每个功率开关管是否发生故障。
根据本发明的一个具体实施例，功率开关管502可为mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,金氧半场效晶体管)、bjt(bipolarjunctiontransistor，双极结型晶体管)或者igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)。在本发明图2-5的实施例中以igbt为例进行说明。
其中，需要说明的是，功率开关管502具有gce(或者bce)三个极，其中，b极(或g极)为功率开关管502的控制极，c极为功率开关管502的集电极、e极为功率开关管的发射极，驱动电路60与功率开关管502的控制极相连，以控制功率开关管502的开通和关断，进而控制功率开关模块50工作在预设检测状态。
具体来说，在功率开关管502未发生故障时，如果功率开关管502的b极(或g极)接收到关断控制信号即功率开关管502保持关断，则功率开关管502的c极和e极两端的电阻达到数十兆欧；如果功率开关管502的b极(或g极)接收到开通控制信号即功率开关管开通，则功率开关管的c极和e极两端的电阻等效为0。当功率开关管502出现故障时，功率开关管502的b、c、e(或g、c、e)三极之间电阻特性发生变化，一般表现为电阻大幅度降低，当功率开关管502的c极和e极两端有电压但功率开关管的b极(或g极)接收到关断控制信号时，流过功率开关模块50的电流i增大。这样，控制器80可根据每个支路的电流判断每个支路中的功率开关管是否发生故障。
根据本发明的一个具体实施例，如图2-5所示，本发明实施例的功率开关模块50中功率开关管502可采用多种连接方式，即三相桥式连接、h桥式连接、并联连接和串联连接。更具体地，功率开关模块50可与负载501相连，以控制负载501通电或断电，例如在并联连接和串联连接的电路中，负载501可为进行感应发热的发热线圈、进行自身发热的阻性负载、工作用电磁铁和单向直流电机等，在三相桥式连接的电路中，负载501可为三相异步电机，在h桥式连接的电路中，负载501可为单相异步电机。其中，需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要改变负载501在电路中的连接方式和具体位置。
根据本发明的一个实施例，如图3所示，当每个支路包括一个功率开关管502时，控制器80用于控制低压电源端20向功率开关模块50供电，并控制每个支路的功率开关管502关断，如果任一个支路在功率开关管502关断时的电流i大于第一电流阈值i1，控制器80则判断该支路的功率开关管发生故障。
在本发明的实施例中，功率开关模块50包括多个支路，且每个支路包括一个功率开关管502。在控制器80输出关断控制信号至驱动电路60时，驱动电路60驱动每个支路的功率开关管502关断，如果任一个支路在功率开关管502关断时的电流i大于第一电流阈值i1，说明该支路的功率开关管502的电阻降低，控制器80则判断该支路的功率开关管502发生故障。这样，可以通过检测功率开关管502关断时的电流i判断功率开关管是否发生故障。
根据本发明的一个实施例，如图3所示，如果每个支路在功率开关管502关断时的电流i均小于或等于第一电流阈值i1，控制器80则控制每个支路的功率开关管502开通预设时间，如果每个支路在功率开关管502开通时的电流i均大于第二电流阈值i2，则判断每个支路的功率开关管502均未发生故障，其中，第二电流阈值i2大于或等于第一电流阈值i1。在本发明的实施例中，在故障检测过程中，低压电源向功率开关管供电，以模拟高压系统的工作状态，当控制器80输出开通控制信号至驱动电路60时，驱动电路60驱动每个支路的功率开关管502开通时，如果每个支路的电流i均大于第二电流阈值i2，说明此时高压系统在模拟环境下正常工作，控制器80则判断每个支路的功率开关管502均未发生故障。
根据本发明的一个实施例，如图3所示，如果任一个支路在功率开关管502开通时的电流i小于或等于第二电流阈值i2，控制器80则判断该支路的功率开关管502发生故障。
根据本发明的一个实施例，如图3所示，控制器80还用于在进入故障检测模式之前控制低压电源端20和高压电源端10均停止向功率开关模块50供电，并判断每个支路的电流是否为零，如果存在一个支路的电流不为零，则判断电流采样模块70发生故障。在本发明的实施例中，电流采样模块70用于采样各支路的电流i，在进行故障检测之前，首先需要对电流采样模块70进行校零，当电流采样模块70检测到的初始状态下各支路中的电流i均为零时，电流采样模块70校零成功。进而，控制器80可根据电流采样模块70采样的电流值判断各支路的功率开关管502是否发生故障。
根据本发明的一个实施例，如图3所示，在判断未发生故障时，控制器80还用于控制低压电源端20停止向功率开关模块50供电，并控制高压电源端10向功率开关模块50供电。
下面结合图3分析本发明实施例的故障检测装置的具体工作过程。如图2和3所示，功率开关模块50包括两个支路，且两个支路并联连接，且每个支路包括一个igbt。
具体来说，如图3所示，用户可以通过输入输出模块90输入开机指令，在高压上电之前，可先通过低压电源对功率开关模块50进行故障检测。具体地，故障检测过程如下：控制器80可先对电流采样模块70进行校零，即控制第一继电器301和第二继电器302的开关均断开，进而低压电源端20和高压电源端10均停止向功率开关模块50供电，待电路稳定之后，电流采样模块70检测每个支路的电流，即如图3所示，通过一个电流采样单元701采集igbt1的电流并通过另一个电流采样单元701采集igbt2的电流。控制器80对电流采样模块70采集的电流进行分析处理，并判断每个支路的电流是否为零，即判断igbt1和igbt2的电流是否为零。如果存在一个igbt的电流不为零，即igbt1或igbt2的电流不为零，控制器80则控制输入输出模块90发出第一提示信息，即通知用户电流采样模块70故障，并控制故障检测结束；如果每个支路的电流均为零，即igbt1和igbt2的电流均为零，则电流采样模块70校零成功。
在电流采样模块70校零成功之后，控制器80控制第二继电器302的开关闭合，以将低压电源与高压系统进行连接，此时，能够使用低压电源模拟电路中的高压系统的正常工作状态。进一步地，控制器80控制每个支路的igbt关断例如控制igbt1和igbt2关断，电流检测模块70检测每个支路中的电流并将采样到的电流发送到控制器80。控制器80对电流进行分析处理，并判断是否任一个支路在igbt关断时的电流i大于第一电流阈值i1，如果任一个支路在igbt关断时的电流i大于第一电流阈值i1，即有支路的电流大于igbt允许的最大漏电流，控制器80则判断该支路的igbt发生故障，并记录该igbt的序号。例如，如果igbt1的电流大于第一电流阈值i1，则记录igbt1的序号；如果igbt2的电流大于第一电流阈值i1，则记录igbt2的序号。进一步地，控制器80控制第二继电器302的开关闭合，以控制低压电源端20向功率开关模块50供电。电流检测模块70继续检测每个支路的电流i并将采样到的电流发送到控制器80，控制器80对电流进行分析处理，并判断此时是否每个支路的电流i均为零，如果判断每个支路的电流i均为零，控制器80则控制输入输出模块90发出第二提示信息，即通知用户发生故障的igbt的序号，并控制故障检测结束；如果判断任一支路的电流i不为零，控制器80则控制输入输出模块90发出第一提示信息，即通知用户电流采样模块70故障，并控制故障检测结束。
进一步地，如果每个支路在igbt关断时的电流i均小于或等于第一电流阈值i1，控制器80则发出开通控制信号，以通过驱动电路60驱动所有igbt短暂的开通预设时间。电流检测模块70检测每个支路的电流并将采样到的电流发送到控制器80，控制器80对电流进行分析处理，并判断是否每个支路在igbt开通时的电流i均大于第二电流阈值i2，如果判断每个支路在igbt开通时的电流i均大于第二电流阈值i2，控制器80则判断每个支路的igbt均未发生故障，例如如果igbt1和igbt2的电流均大于第二电流阈值i2，控制器80则判断igbt1和igbt2均未发生故障。进而，控制器80控制第二继电器302的开关断开，并控制第一继电器301的开关闭合，即控制低压电源端20停止向功率开关模块50供电，并控制高压电源端10向功率开关模块50供电，同时，控制器80控制输入输出模块90发出第三提示信息，即通知用户完成电路的高压上电，并控制故障检测结束；如果判断任一个支路在igbt开通时的电流i小于或等于第二电流阈值i2，控制器80则判断该支路的igbt发生故障，并记录该igbt的序号，例如，如果igbt1的电流小于或等于第二电流阈值i2，则记录igbt1的序号；如果igbt2的电流小于或等于第二电流阈值i2，则记录igbt2的序号。同时控制器80控制第二继电器302的开关断开，即控制低压电源端20停止向功率开关模块50供电。进而，控制器80控制输入输出模块90发出第一提示信息，即通知用户电流采样模块70故障，并控制故障检测结束。
根据本发明的一个具体实施例，如图4和5所示，每个支路包括上桥功率开关管503和下桥功率开关管504，控制器80用于控制低压电源端20向功率开关模块50供电，并控制每个支路的上桥功率开关管503开通且下桥功率开关管504关断，如果任一个支路在上桥功率开关管503开通且下桥功率开关管504关断时的电流i大于第一电流阈值i1，控制器80则判断该支路的下桥功率开关管504发生故障。在本发明的实施例中，功率开关模块50可采用桥式电路，此时，功率开关模块50包括多个支路，且每个支路包括两个功率开关管，即上桥功率开关管503和下桥功率开关管504。当功率开关管在驱动电路60的驱动下关断时，如果任一个支路在功率开关管关断时的电流i大于第一电流阈值i1，说明该支路的功率开关管的电阻降低，控制器80则判断该支路的功率开关管发生故障。当控制器80控制所有的上桥功率开关管503开通且下桥功率开关管504关断时，，以根据各支路的电流i判断下桥功率开关管504是否发生故障。
根据本发明的一个实施例，如图4和5所示，如果每个支路在上桥功率开关管503开通且下桥功率开关管504关断时的电流i小于等于第一电流阈值i1，控制器80则控制每个支路的上桥功率开关管503关断且下桥功率开关管504开通，如果任一个支路在上桥功率开关管503关断且下桥功率开关管504开通时的电流i大于第一电流阈值i1，控制器80则判断该支路的上桥功率开关管503发生故障。在本发明的实施例中，控制器80在判断各支路的下桥功率开关管504是否发生故障之后，再控制所有的上桥功率开关管503关断且下桥功率开关管504开通，以根据各支路的电流i判断上桥功率开关管503是否发生故障。
根据本发明的一个实施例，如图4和5所示，如果每个支路在上桥功率开关管503关断且下桥功率开关管504开通时的电流i小于等于第一电流阈值i1，控制器80则控制每个支路的上桥功率开关管503和下桥功率开关管504开通预设时间，如果每个支路在上桥功率开关管503和下桥功率开关管504开通时的电流i均大于第三电流阈值i3，则判断每个支路的上桥功率开关管503和下桥功率开关管504均未发生故障，其中，第三电流阈值i3大于或等于第一电流阈值i1。在本发明的实施例中，在故障检测过程中，低压电源向功率开关管供电，以模拟高压系统的工作状态，当控制器80发出开通控制信号并通过驱动电路60驱动所有上桥功率开关管503和下桥功率开关管504开通时，如果每个支路的电流i均大于第三电流阈值i3，说明此时高压系统在模拟环境下正常工作，控制器80则判断每个支路的上桥功率开关管503和下桥功率开关管504均未发生故障。
根据本发明的一个实施例，如图4和5所示，如果任一个支路在上桥功率开关管503和下桥功率开关管504开通时的电流i小于或等于第三电流阈值i3，控制器80则判断该支路的上桥功率开关管503或下桥功率开关管504发生故障。
根据本发明的一个实施例，控制器80还用于在进入故障检测模式之前控制低压电源端20和高压电源端10均停止向功率开关模块50供电，并判断每个支路的电流是否为零，如果存在一个支路的电流不为零，则判断电流采样模块70发生故障。
根据本发明的一个实施例，在判断未发生故障时，控制器80还用于控制低压电源端20停止向功率开关模块50供电，并控制高压电源端10向功率开关模块50供电。
下面结合图4分析本发明实施例的故障检测装置的具体工作过程。如图4所示，功率开关模块50可包括三个支路，且功率开关管的连接关系为三相桥式连接，每个支路包括igbt3和igbt4，其中，igbt3为上桥功率开关管，igbt4为下桥功率开关管，其中，负载501可为三相异步电机。
具体来说，如图4所示，用户可以通过输入输出模块90输入开机指令，在高压上电之前，可先通过低压电源对功率开关模块50进行故障检测。具体地，故障检测过程如下：控制器80可先对电流采样模块70进行校零，即控制器80控制第一继电器301和第二继电器302均断开，进而低压电源端20和高压电源端10均停止向功率开关模块50供电。待电路稳定之后，电流采样模块70检测每个支路的电流，即如图3所示，左边的电流采样单元701采集左边支路中流过igbt3和igbt4的电流，中间的电流采样单元701采集中间支路中流过igbt3和igbt4的电流，右边的电流采样单元701采集右边支路中流过igbt3和igbt4的电流。控制器80对电流采样模块70采集的电流进行分析处理，并判断每个支路的电流是否为零。如果存在一个支路的电流不为零，即左边支路、中间支路或右边支路的电流为零，控制器80则控制输入输出模块90发出第一提示信息，即通知用户电流采样模块70故障，并控制故障检测结束；如果每个支路的电流均为零，即左边支路、中间支路或右边支路的电流均为零，则电流采样模块70校零成功。
在电流采样模块70校零成功之后，控制器80控制第二继电器302的开关闭合，以控制低压电源端20向功率开关模块50供电，此时，能够使用低压电源模拟电路中的高压系统的正常工作状态。进一步地，控制器80控制每个支路的igbt3开通且igbt4关断，电流检测模块70检测每个支路中的电流，并将采样到的电流发送到控制器80，控制器80对电流进行分析处理，并判断是否任一个支路在igbt3开通且igbt4关断时的电流i大于第一电流阈值i1，如果任一个支路在igbt3开通且igbt4关断时的电流i大于第一电流阈值i1即有支路的电流大于igbt允许的最大漏电流，控制器80则判断该支路的igbt4发生故障，并记录该igbt4的序号，例如，如果左边支路的电流大于第一电流阈值i1，则记录左边支路中igbt4的序号；如果每个支路在igbt3开通且igbt4关断时的电流i小于等于第一电流阈值i1，控制器80则控制每个支路的igbt3关断且igbt4开通，如果任一个支路在igbt3关断且igbt4开通时的电流i大于第一电流阈值i1，控制器80则判断该支路的igbt3发生故障，并记录该igbt3的序号，例如，如果左边支路的电流大于第一电流阈值i1，则记录左边支路中igbt3的序号。
进一步地，控制器80判断是否有故障记录。如果有故障记录，控制器80则控制输入输出模块90发出第五提示信息，即通知用户相应序号的igbt3或者igbt4故障，并控制故障检测结束；如果控制器80没有故障记录，控制器80则发出开通控制信号，以通过驱动电路60驱动每个支路的igbt3和igbt4短暂的开通预设时间，电流检测模块70继续检测每个支路的电流，并将采样到的电流发送到控制器80，控制器80对电流进行分析处理，并判断是否每个支路在igbt3和igbt4开通时的电流i均大于第三电流阈值i3，如果判断每个支路在igbt1和igbt2开通时的电流i均大于第三电流阈值i3，控制器80则判断每个支路的igbt3和igbt3均未发生故障。进而，控制器80控制第二继电器302的开关断开，并控制第一继电器301的开关闭合，即控制低压电源端20停止向功率开关模块50供电，并控制高压电源端10向功率开关模块50供电，同时，控制器80控制输入输出模块90发出第三提示信息，即通知用户完成电路的高压上电，并控制故障检测结束；如果判断任一个支路在igbt3和igbt4开通时的电流i小于或等于第三电流阈值i3，控制器80则判断该支路的igbt3或igbt4发生故障，并记录该支路的序号，例如，如果左边支路的电流小于或等于第三电流阈值i3，则记录左边支路的序号，同时，控制器80控制第二继电器302的开关断开，即控制低压电源端20停止向功率开关模块50供电。进而，控制器80控制输入输出模块90发出第一提示信息，即通知用户电流采样模块70故障，并控制故障检测结束。
根据本发明的另一个具体实施例，如图5所示，功率开关模块50可包括两个支路，且功率开关管的连接关系为h桥式连接，每个支路包括igbt3和igbt4，其中，igbt3为上桥功率开关管，igbt4为下桥功率开关管。在本发明实施例中，负载501可为单相异步电机，本发明实施例的具体的工作原理与图4所示的实施例的工作原理相同，在此不再一一赘述。
需要说明的是，本发明实施例的故障检测装置还可以在高压系统正常运行即高压电源为高压系统供电时，对功率开关模块进行故障检测。如果故障检测装置检测到功率开关模块发生故障，则控制高压电源断开与高压系统的连接即控制第一继电器30断开，以对高压系统进行隔离保护，并实时输出系统的故障状态，以对用户进行警示，从而，提高了系统的安全性。
在本发明的一个具体实施例中，可以将每个支路的电流检测混合成一路电流检测，从而减少了成本，降低了系统电路的复杂度。
在本发明的另一个具体实施例中，本发明实施例的故障检测装置可以应用于整流电路或逆变电路中，其工作原理和电路结构与本发明实施例基本相同，在此不再一一赘述。
由此，本发明实施例在控制高压电源端向功率开关模块供电之前，可以使用低压电源进行功率开关模块的故障检测，从而大大降低了故障检测的风险，防止发生因功率开关模块故障而引起事故，避免电路中的负载和其他部分的电路被高压大电流损坏，提高了系统的安全性和可靠性。
需要说明的是，可以使用不同于低压系统的独立的测试系统进行高压系统中功率开关模块的故障检测，其中，测试系统的电源不受高压系统的影响，并且可以控制测试系统在高压上电之前进行功率开关模块的故障检测。
综上，根据本发明实施例提出的高压系统中功率开关模块的故障检测装置，高压电源端和低压电源端通过切换组件与功率开关管的供电端相连，控制器在控制高压电源端向功率开关模块供电之前，先控制低压电源端向功率开关模块供电以及控制功率开关模块工作在预设检测状态，电流采样模块采样功率开关管的电流，进而，控制器根据电流采样模块采样到的电流值判断功率开关模块是否发生故障。由此，本发明实施例在控制高压电源端向功率开关模块供电之前，可以使用低压电源进行功率开关模块的故障检测，从而大大降低了故障检测的风险，防止发生因功率开关模块故障而引起事故，避免电路中的负载和其他部分的电路被高压大电流损坏，提高了系统的安全性和可靠性。
图6是根据本发明实施例的高压系统的方框示意图。如图6所示，该高压系统200包括高压系统中功率开关模块的故障检测装置100。
综上，根据本发明实施例提出的高压系统，通过上述高压系统中功率开关模块的故障检测装置，在控制高压电源端向功率开关模块供电之前，可以使用低压电源进行功率开关模块的故障检测，从而大大降低了故障检测的风险，防止发生因功率开关模块故障而引起事故，避免电路中的负载和其他部分的电路被高压大电流损坏，提高了系统的安全性和可靠性。
图7是根据本发明实施例的电动汽车的方框示意图。如图7所示，该电动汽车300包括高压系统200。
综上，根据本发明实施例提出的电动汽车，通过上述高压系统，在控制高压电源端向功率开关模块供电之前，可以使用低压电源进行功率开关模块的故障检测，从而大大降低了故障检测的风险，防止发生因功率开关模块故障而引起事故，避免电路中的负载和其他部分的电路被高压大电流损坏，提高了汽车的安全性和可靠性。
图8是根据本发明实施例的高压系统中功率开关模块的故障检测方法的流程图。其中，故障检测装置包括高压电源端和低压电源端，高压电源端提供的第一电源电压u1大于低压电源端提供的第二电源电压u2，如图8所示，该方法包括以下步骤：
s10：采样功率开关模块的电流。
s20：控制低压电源端向功率开关模块供电以及控制功率开关模块工作在预设检测状态，并根据采样到的功率开关模块的电流判断功率开关模块是否发生故障。
具体来说，在进行高压上电即控制高压电源端向功率开关模块进行供电之前，先对功率开关模块进行故障检测，，首先控制低压电源端向功率开关模块供电，并控制功率开关模块工作在预设检测状态。
进一步地，当功率开关模块工作在预设检测状态时，实时检测流过功率开关模块的电流，并根据采样到的电流判断功率开关模块是否发生故障。
如果判断功率开关模块发生故障，则发出报警信息，并控制高压系统断开与其他系统的连接，以隔离该高压系统；如果判断功率开关模块未发生故障，则控制高压电源端向功率开关模块供电，并控制低压电源端停止向功率开关模块供电。
由此，本发明实施例在控制高压电源端向功率开关模块供电之前，可以使用低压电源进行功率开关模块的故障检测，从而大大降低了故障检测的风险，防止发生因功率开关模块故障而引起事故，避免电路中的负载和其他部分的电路被高压大电流损坏，提高了系统的安全性和可靠性。。
根据本发明的一个实施例，功率开关模块包括至少一个支路，每个支路包括至少一个功率开关管，方法还包括：对应采集至少一个支路的电流；根据每个支路的电流判断相应支路中每个功率开关管是否发生故障。在本发明的实施例中，将功率开关模块作为检测对象，当功率开关管出现故障时，功率开关管的电阻特性发生变化，一般表现为电阻大幅度降低，流过功率开关模块的电流i增大。这样，可根据每个支路的电流判断每个支路中的功率开关管是否发生故障。在本发明的实施例中，功率开关模块可应用在电动汽车或者其他高压系统中。在功率开关管未接收到驱动信号时，如果任一个支路在功率开关管关断时的电流i大于第一电流阈值i1，说明该支路的功率开关管的电阻降低，则判断该支路的功率开关管发生故障。这样，可以通过检测功率开关管关断时的电流i判断功率开关管是否发生故障。
根据本发明的一个实施例，当每个支路包括一个功率开关管时，根据每个支路的电流判断相应支路中每个功率开关管是否发生故障，包括：控制低压电源端向功率开关模块供电，并控制每个支路的功率开关管关断；如果任一个支路在功率开关管关断时的电流大于第一电流阈值，则判断该支路的功率开关管发生故障。在本发明的实施例中，在故障检测过程中，低压电源向功率开关管供电，以模拟高压系统的工作状态，当控制所有功率开关管开通时，如果每个支路的电流i均大于第二电流阈值i2，说明此时高压系统在模拟环境下正常工作，则判断每个支路的功率开关管均未发生故障。
根据本发明的一个实施例，如果每个支路在功率开关管关断时的电流均小于或等于第一电流阈值，则控制每个支路的功率开关管开通预设时间；如果每个支路在功率开关管开通时的电流均大于第二电流阈值，则判断每个支路的功率开关管均未发生故障，其中，第二电流阈值大于或等于第一电流阈值。
根据本发明的一个实施例，如果任一个支路在功率开关管开通时的电流小于或等于第二电流阈值，则判断该支路的功率开关管发生故障。
根据本发明的一个实施例，如果判断功率开关模块未发生故障，则控制低压电源端停止向功率开关模块供电，并控制高压电源端向功率开关模块供电。
根据本发明的一个实施例，在进入故障检测模式之前控制低压电源端和高压电源端均停止向功率开关模块供电，并判断每个支路的电流是否为零，如果存在一个支路的电流不为零，则判断电流采样模块发生故障。在本发明的实施例中，电流采样模块用于采样各支路的电流i，在进行故障检测之前，首先需要对电流采样模块进行校零，当电流采样模块检测到的初始状态下各支路中的电流i均为零时，电流采样模块校零成功。进而，可根据电流采样模块采样的电流值判断各支路的功率开关管是否发生故障。
具体来说，如图9所示，当每个支路包括一个igbt时，本发明实施例提出的高压系统中功率开关模块的故障检测方法具体包括以下步骤：
s101：接收到开机指令，进行功率开关模块的故障检测。
s102：控制低压电源端和高压电源端均停止向功率开关模块供电。
s103：检测电路中每个支路的电流，并判断是否每个支路的电流均为零。
如果是，则执行步骤s104；如果否，则执行步骤s105。
s104：控制低压电源端向功率开关模块供电。
s105：通知用户电流采样模块故障，并控制故障检测结束。
s106：判断是否任一个支路的电流i大于第一电流阈值i1。
如果是，则执行步骤s107；如果否，则执行步骤s111。
s107：相应支路的功率开关管发生故障，并记录发生故障的功率开关管的序号。
s108：控制低压电源端停止向功率开关模块供电。
s109：判断是否每个支路的电流i均为零。
如果是，则执行步骤s110；如果否，则执行步骤s105。
s110：通知用户发生故障的功率开关管的序号，并控制故障检测结束。
s111：控制所有功率开关管开通预设时间。
s112：判断是否每个支路在功率开关管开通时的电流i均大于第二电流阈值i2。
如果是，则执行步骤s113；如果否，则执行步骤s115。
s113：控制低压电源端停止向功率开关模块供电，并控制高压电源端向功率开关模块供电。此时，每个支路的功率开关管均未发生故障。
s114：通知用户完成电路的高压上电，并控制故障检测结束。
s115：判断该支路的功率开关管发生故障，并记录发生故障的功率开关管的序号，同时控制该支路的低压电源端停止向功率开关模块供电。
s116：通知用户电流采样模块故障，并控制故障检测结束。
根据本发明的一个实施例，当每个支路包括上桥功率开关管和下桥功率开关管时，根据每个支路的电流判断相应支路中每个功率开关管是否发生故障，包括：控制低压电源端向功率开关模块供电，并控制每个支路的上桥功率开关管开通且下桥功率开关管关断；如果任一个支路在上桥功率开关管开通且下桥功率开关管关断时的电流大于第一电流阈值，则判断该支路的下桥功率开关管发生故障。在本发明的实施例中，功率开关模块可设置在桥式电路中，此时，功率开关模块包括多个支路，且每个支路包括两个功率开关管，即上桥功率开关管和下桥功率开关管。如果任一个支路在功率开关管关断时的电流i大于第一电流阈值i1，说明该支路的功率开关管的电阻降低，则判断该支路的功率开关管发生故障。这样，可先控制所有的上桥功率开关管开通且下桥功率开关管关断，以根据各支路的电流i判断下桥功率开关管是否发生故障。
根据本发明的一个实施例，如果每个支路在上桥功率开关管开通且下桥功率开关管关断时的电流小于等于第一电流阈值，则控制每个支路的上桥功率开关管关断且下桥功率开关管开通；如果任一个支路在上桥功率开关管关断且下桥功率开关管开通时的电流大于第一电流阈值，则判断该支路的上桥功率开关管发生故障。在本发明的实施例中，在判断各支路的下桥功率开关管是否发生故障之后，再控制所有的上桥功率开关管关断且下桥功率开关管开通，以根据各支路的电流i判断上桥功率开关管是否发生故障。
根据本发明的一个实施例，如果每个支路在上桥功率开关管关断且下桥功率开关管开通时的电流小于等于第一电流阈值，则控制每个支路的上桥功率开关管和下桥功率开关管开通预设时间；如果每个支路在上桥功率开关管和下桥功率开关管开通时的电流均大于第二电流阈值，则判断每个支路的上桥功率开关管和下桥功率开关管均未发生故障，其中，第二电流阈值大于或等于第一电流阈值。在本发明的实施例中，在故障检测过程中，低压电源向功率开关管供电，以模拟高压系统的工作状态，当控制所有上桥功率开关管和下桥功率开关管开通时，如果每个支路的电流i均大于第三电流阈值i3，说明此时高压系统在模拟环境下正常工作，则判断每个支路的上桥功率开关管和下桥功率开关管均未发生故障。
根据本发明的一个实施例，如果任一个支路在上桥功率开关管和下桥功率开关管开通时的电流小于或等于第二电流阈值，则判断该支路的上桥功率开关管或下桥功率开关管发生故障。
具体来说，如图9所示，当每个支路包括上桥功率开关管，和下桥功率开关管，本发明实施例提出的高压系统中功率开关模块的故障检测方法具体包括以下步骤：
s201：接收到开机指令，进行功率开关模块的故障检测。
s202：控制低压电源端和高压电源端均停止向功率开关模块供电
s203：检测电路中每个支路的电流，并判断是否每个支路的电流均为零。
如果是，则执行步骤s204；如果否，则执行步骤s205。
s204：控制低压电源端向功率开关模块供电。
s205：通知用户电流采样模块故障，并控制故障检测结束。
s206：控制每个支路的上桥功率开关管开通且下桥功率开关管关断，判断是否任一个支路的电流i大于第一电流阈值i1。
如果是，则执行步骤s207；如果否，则执行步骤s208。
s207：相应支路的下桥功率开关管发生故障，并记录发生故障的下桥功率开关管的序号。
s208：控制每个支路的上桥功率开关管关断且下桥功率开关管开通，并判断是否任一个支路的电流i大于第一电流阈值i1。
如果是，则执行步骤s209；如果否，则执行步骤s210。
s209：相应支路的上桥功率开关管发生故障，并记录发生故障的上桥功率开关管的序号。
s210：判断是否有故障记录。
如果是，则执行步骤s211；如果否，则执行步骤s212。
s211：通知发生故障的功率开关管的序号，并控制故障检测结束。
s212：控制所有上桥功率开关管和下桥功率开关管开通预设时间。
s213：判断是否每个支路的电流i均大于第三电流阈值i3。
如果是，则执行步骤s214；如果否，则执行步骤s216。
s214：控制低压电源端停止向功率开关模块供电，并控制高压电源端向功率开关模块供电。此时，每个支路的上桥功率开关管和下桥功率开关管均未发生故障。
s215：通知用户完成电路的高压上电，并控制故障检测结束。
s216：判断该支路的上桥功率开关管或下桥功率开关管发生故障，并记录发生故障的支路的序号，同时控制该支路的低压电源端停止向功率开关模块供电。
s217：通知用户电流采样模块故障，并控制故障检测结束。
综上，根据本发明实施例提出的高压系统中功率开关模块的故障检测方法，首先再故障检测模式下控制低压电源端向功率开关模块供电，并控制功率开关管工作在预设检测状态，然后采样功率开关模块的电流，并根据采样到的功率开关模块的电流判断功率开关模块是否发生故障。由此，本发明实施例在控制高压电源端向功率开关模块供电之前，可以使用低压电源进行功率开关模块的故障检测，从而大大降低了故障检测的风险，防止发生因功率开关模块故障而引起事故，避免电路中的负载和其他部分的电路被高压大电流损坏，提高了系统的安全性和可靠性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。