一种低边接触器的粘连故障检测电路的制作方法

本实用新型涉及电池管理技术领域，特别是涉及一种低边接触器的粘连故障检测电路。

背景技术：

电池管理系统(batterymanagementsystem，以下简称bms)是电池保护装置，也是电池与负载终端的桥梁，根据在线监测的电池实际使用状态为电池提供过充、过放、过温等保护功能，确保电池被安全使用。电池管理系统bms在电动汽车、通信基站、机器人等诸多领域，被广泛应用。

以电动汽车为例，车载动力电池系统(以下简称动力电池系统)中，普遍采用直流接触器(以下简称接触器)作为电池系统高压回路的开关装置，是电池系统中的关键电气部件，由bms或车载电子控制系统控制其通断。在实际使用中，由于大电流的冲击，有时会发生接触器触点粘连故障，使得动力电池系统的正负极两端仍然存在高压，此时将会对车辆和操作人员造成极大的安全风险。

其中，之所以造成车辆和操作人员安全风险，存在的原因包括：bms没有对接触器触点进行粘连检测，无法探测到接触器触点粘连故障，因此不能及时报警，以提醒操作人员在维修前先手动断开高压回路。

鉴于上述问题，现有一些技术方案采用光耦芯片直接采样动力电池系统两端的高压，来检测接触器触点粘连故障，但是这些方案只能初步判断为接触器触点粘连故障，却不能确定是否真为触点粘连故障。如果需要判定是否为触点粘连故障，当判断为触点粘连故障时，还需要进一步人工排查具体故障的原因：是因为未断开接触器线圈电源而导致触点未断开，还是的确因为发生了触点粘连故障。

另外，现有的检测技术方案，由于是直接检测高压，所以选用的光耦芯片的价格也很高，导致bms硬件成本较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种低边接触器的粘连故障检测电路。

为此，本实用新型提供了一种低边接触器的粘连故障检测电路，其包括触点检测输入回路、触点检测输出回路、线圈启动检测回路和bms主控芯片；

其中，触点检测输入回路，其第一输入端vp2与动力电池系统中低n串电池组正极端bl+相连接，用于接收动力电池系统中低n串电池组的正极端电压；

低n串电池组是在动力电池系统中靠近低边接触器kl2的多个串联的单体电池；

低n串电池组的负极端b-通过低边接触器kl2连接动力电池系统的负极端hvn；

其中，触点检测输入回路，其第二输入端与动力电池系统的负极端hvn相连接，用于接收动力电池系统的负极端hvn电压；

其中，触点检测输入回路，其第三输入端与bms主控芯片的输出端kc1连接，用于接收并执行bms主控芯片输出的开关控制信号kc1；

其中，触点检测输入回路，其输出端分别与触点检测输出回路的输入端和线圈启动检测回路的第二输入端连接，用于控制触点检测输出回路和线圈启动检测回路这两个回路的通断；

触点检测输出回路，其输出端b与bms主控芯片的第一输入端连接，用于向bms主控芯片输出触点检测信号b；

线圈启动检测回路，其第一输入端klc与外部线圈驱动电路连接，用于接收外部线圈驱动电路发来的线圈启动信号；

线圈启动检测回路，其输出端a与bms主控芯片的第二输入端连接，用于向bms主控芯片输出线圈启动检测信号a；

bms主控芯片，用于在接收所述触点检测输出回路输送的触点检测信号b，以及接收所述线圈启动检测回路输出的线圈启动检测信号a，当高压上电前或者高压下电后，如果所述触点检测输出回路输出端b的触点检测信号b为高电平，而所述线圈启动检测回路输出端a的线圈启动检测信号a为低电平，那么判定低边接触器kl2存在粘连故障。

优选地，bms主控芯片，还用于当高压上电前或者高压下电时在判断低边接触器kl2存在粘连故障后，发出低电平的开关控制信号kc1给所述触点检测输入回路中的开关k1的信号输入端，控制断开所述开关k1，使得粘连检测结束。

优选地，bms主控芯片，还用于当高压上电时，如果所述触点检测输出回路输出端b的触点检测信号b以及所述线圈启动检测回路输出端a的线圈启动检测信号a，均为高电平，判定已高压激活低边接触器kl2，否则，判定未高压激活低边接触器kl2。

优选地，触点检测输入回路包括电阻r1、电阻r2、电阻r10、二极管d2、开关k1、电容c1、电阻r3、二极管d1、光耦q1、电阻r4和电阻r6，其中：

动力电池系统中低n串电池组的正极端bl+，连接开关k1的一端；

该开关k1的一端作为所述触点检测输入回路的第一输入端；

电阻r1的第1管脚，连接开关k1的另一端；

其中，开关k1的信号输入端作为触点检测输入回路的第三输入端，连接bms主控芯片的输出端kc1；

电阻r1的第2管脚，分别连接电阻r2的第1管脚、电容c1的第1管脚和电阻r3的第1管脚；

电阻r2的第2管脚，分别连接电阻r10的第2管脚和二极管d2的阴极；

电阻r2的第2管脚，还分别连接电容c1和光耦q1的第2管脚、二极管d1的阳极；

电阻r10的第1管脚作为所述触点检测输入回路的第二输入端，连接动力电池系统的负极端hvn；

二极管d2的阳极，连接电池组的负极端b-；

电阻r3的第2管脚，分别连接光耦q1的第1管脚和二极管d1的阴极；

光耦q1的第3管脚连接电阻r4的第2管脚；

光耦q1的第4管脚接地；

电阻r4的第1管脚，分别连接电阻r6的第2管脚和开关管q2的基极；

电阻r6的第1管脚，分别连接电阻r5的第2管脚和开关管q2的发射极。

优选地，触点检测输出回路包括：电阻r5、开关管q2和电阻r7，其中：

电阻r5的第1管脚，连接外部直流电源5v；

开关管q2的集电极，分别连接触点检测输出回路的输出端b和电阻r7的第1管脚；

电阻r7的第2管脚接地。

优选地，所述线圈启动检测回路包括：电阻r8、开关管q3和电阻r9，其中：

开关管q3的基极作为所述线圈启动检测回路的第二输入端，连接光耦q1的第3管脚；

开关管q3的发射极，连接电阻r8的第2管脚；

电阻r8的第1管脚，作为所述线圈启动检测回路的第一输入端，用于连接外部线圈驱动电路，用于接收外部线圈驱动电路发来的线圈启动信号；

开关管q3的集电极，分别连接所述线圈启动检测回路的输出端a和电阻r9的第1管脚；

电阻r9的第2管脚接地。

由以上本实用新型提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本实用新型提供了一种低边接触器的粘连故障检测电路，其不需要人工排查，就能够准确地判定低边接触器触点是否出现粘连故障，能够显著地提高检测效率，具有重大的实践意义。

此外，本实用新型提供的低边接触器的粘连故障检测电路，硬件电路设计科学，不占用bms主控芯片额外端口资源，由于不直接检测高压，因此电子元器件为普遍应用型号，易于选型，而且电路板占用空间小，设计成本很低，是一种易于器件选型且成本低廉的技术方案。因此，本实用新型的技术方案具有很强的实用价值和市场推广价值。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种低边接触器的粘连故障检测电路的整体结构方框图；

图2为本实用新型提供的一种低边接触器触点粘连检测电路的具体连接原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段更容易理解，下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参见图1、图2，本实用新型提供了一种低边接触器的粘连故障检测电路，包括触点检测输入回路100、触点检测输出回路200、线圈启动检测回路300和bms主控芯片400；

其中，触点检测输入回路100，其第一输入端vp2与动力电池系统中低n串电池组的正极端bl+相连接，用于接收动力电池系统中低n串电池组的正极端电压；

需要说明的是，具体实现上，触点检测输入回路100，其第一输入端vp2与动力电池系统中低n串电池组的正极端bl+连接；

其中，n是单体电池串联的个数，且小于电池系统单体电池串联的总个数，在实际应用中应根据电池系统中串联电池的总个数选择合适的n。

需要说明的是，参见图1所示，低n串电池组是在动力电池系统中，靠近低边接触器kl2的多个串联的单体电池，低n串电池组的正极端bl+与低n串电池组的负极端b-之间具有n个串联的单体电池，其中，低n串电池组的负极端b-通过低边接触器kl2连接动力电池系统的负极端hvn。

在本实用新型中，参见图1所示，动力电池系统的正极端hvp，即为动力电池系统包括全部串联的单体电池的正极输出端b+。

其中，触点检测输入回路100，其第二输入端与动力电池系统的负极端hvn相连接，用于接收动力电池系统的负极端hvn电压；

需要说明的是，具体实现上，触点检测输入回路100，其第一输入端vp2与动力电池系统中低n串电池组的正极端bl+相连接，对应地，触点检测输入回路100，其第二输入端与动力电池系统的负极端hvn连接，触点检测输入回路100用于接收动力电池系统中低n串电池组的电压。

其中，触点检测输入回路100，其第三输入端与bms主控芯片的输出端kc1连接，用于接收并执行bms主控芯片输出的开关控制信号kc1；

其中，触点检测输入回路100，其输出端分别与触点检测输出回路200的输入端和线圈启动检测回路300的第二输入端连接，用于控制触点检测输出回路200和线圈启动检测回路300这两个回路的通断。

触点检测输出回路200，其输出端b与bms主控芯片400的第一输入端连接，用于向bms主控芯片40输出触点检测信号b；

线圈启动检测回路300，其第一输入端klc与外部线圈驱动电路连接，用于接收外部线圈驱动电路发来的线圈启动信号，该线圈启动信号即为klc信号；

线圈启动检测回路300，其输出端a与bms主控芯片400的第二输入端连接，用于向bms主控芯片400输出线圈启动检测信号a；

bms主控芯片400，用于在接收所述触点检测输出回路200输送的触点检测信号b，以及接收所述线圈启动检测回路300输出的线圈启动检测信号a，当高压上电前或者高压下电后，如果所述触点检测输出回路200输出端b的触点检测信号b为高电平，而所述线圈启动检测回路300输出端a的线圈启动检测信号a为低电平，那么判定低边接触器kl2存在粘连故障。

具体实现上，bms主控芯片400，还用于当动力电池系统高压上电前或者高压下电时在判断低边接触器kl2存在粘连故障后，发出低电平的开关控制信号kc1给所述触点检测输入回路100中的开关k1的信号输入端，断开所述开关k1，使得粘连检测结束。

具体实现上，bms主控芯片400，还用于当动力电池系统高压上电时，如果所述触点检测输出回路200输出端b的触点检测信号b以及所述线圈启动检测回路300输出端a的线圈启动检测信号a，均为高电平，判定已高压激活低边接触器kl2，否则，判定未高压激活低边接触器kl2。

需要说明的是，其中，对于高压上电和高压下电，均受控于bms主控芯片400，其通过控制设置在动力电池系统正极端的低边接触器kl2的通断，来实现控制动力电池系统的高压上电和下电。

其中，对于外部线圈驱动电路，外部线圈驱动电路提供的线圈电源信号有两种状态：高电位和低电位，其中高电位的线圈电源信号表明：接触器线圈接通电源(即低边接触器线圈已接通电源)，低电位的线圈电源信号表明：接触器线圈已断开电源(即低边接触器线圈已断开电源)。

需要说明的是，外部线圈驱动电路为目前bms技术方案中普遍应用的电路，是现有常规的电路设计，为公知的电路结构，在此不再赘述。在本实用新型中，本实用新型只是利用该现有的外部线圈驱动电路提供的线圈电源高低电位的信号。

需要说明的是，在图1中，低n串电池组及低边接触器kl2不属于本实用新型技术方案，仅是为了便于理解本实用新型的技术方案而做出的展示。

为了更加清楚地理解本实用新型的技术方案，下面以检测低边接触器kl2为例，来说明实用新型的工作原理：

当检测低边接触器kl2时，触点检测输入回路100的第一输入端vp2连接动力电池系统中低n串电池组的正极端bl+，第二输入端连接动力电池系统的负极端hvn；

需要说明的是，正常状态下，在高压上电前和高压下电后，低边接触器kl2的触点应断开，触点检测输入回路100的第一输入端的电压vp2与触点检测输入回路100的第二输入端之间的电压为0v，线圈启动检测回路300的输入端接收到的输入信号klc为低电位(低边接触器kl2线圈未接通电源，此时外部线圈驱动电路提供的线圈电源信号的状态是：低电位的线圈电源信号)，线圈启动检测回路300的输出端a输出的线圈启动检测信号a和触点检测输出回路200的输出端b输出的触点检测信号b为低电平。

为此，对于本实用新型，在动力电池系统高压上电前和高压下电后，为了检测判断低边接触器kl2是否工作正常，bms主控芯片400根据线圈启动检测回路300输出端a输出的线圈启动检测信号a和触点检测输出回路200输出端b输出的触点检测信号b的组合逻辑，来判断低边接触器kl2是否存在触点粘连故障，判断条件具体如下：

一、当线圈启动检测信号a和触点检测信号b都为低电平，则判断低边接触器kl2触点无粘连；

二、当线圈启动检测信号a为低电平，触点检测信号b为高电平，则判断低边接触器kl2触点有粘连。

需要说明的是，正常状态下，在高压上电时，线圈启动检测回路300输入端klc的输入信号klc由低电位变为高电位(因为此时低边接触器kl2的线圈接通电源，从而外部线圈驱动电路提供的线圈电源信号是高电位的线圈电源信号)，低边接触器kl2触点吸合，触点检测输入回路100的第一输入端的电压vp2与第二输入端之间的电压为低n串电池组的电压，使触点检测输出回路200输出端b输出的触点检测信号b和线圈启动检测回路300输出端a输出的线圈启动检测信号a由低电平变为高电平。在高压上电时，线圈启动检测信号a和触点检测信号b保持高电平状态。

为此，对于本实用新型，为了检测判断低边接触器kl2是否工作正常，在动力电池系统高压上电时，bms主控芯片400根据触点检测输出回路200输出端b输出的检测信号b和线圈启动检测回路300输出端a输出的线圈启动检测信号a的组合逻辑，来判断是否已高压激活低边接触器kl2，判断条件：

一、线圈启动检测信号a和触点检测信号b都为高电平，判定为已高压激活低边接触器kl2；

二、线圈启动检测信号a和触点检测信号b为低电平，判定为高压未激活低边接触器kl2。

在本实用新型中，具体实现上，参见图2所示，触点检测输入回路100包括电阻r1、电阻r2、电阻r10、二极管d2、开关k1、电容c1、电阻r3、二极管d1、光耦q1、电阻r4和电阻r6，其中：

动力电池系统中的低n串电池组的正极端bl+，连接开关k1的一端；

该开关k1的一端作为所述触点检测输入回路100的第一输入端；

电阻r1的第1管脚，连接开关k1的另一端；

其中，开关k1的信号输入端作为触点检测输入回路100的第三输入端，连接bms主控芯片的输出端kc1；

电阻r1的第2管脚，分别连接电阻r2的第1管脚、电容c1的第1管脚和电阻r3的第1管脚；

电阻r2的第2管脚，分别连接电阻r10的第2管脚和二极管d2的阴极；

电阻r2的第2管脚，还分别连接电容c1和光耦q1的第2管脚、二极管d1的阳极；

电阻r10的第1管脚作为所述触点检测输入回路100的第二输入端，连接动力电池系统的负极端hvn；

二极管d2的阳极，连接低n串电池组的负极端b-；

电阻r3的第2管脚，分别连接光耦q1的第1管脚和二极管d1的阴极；

光耦q1的第3管脚连接电阻r4的第2管脚；

光耦q1的第4管脚接地；

电阻r4的第1管脚，分别连接电阻r6的第2管脚和开关管q2的基极；

电阻r6的第1管脚，分别连接电阻r5的第2管脚和开关管q2的发射极。

在本实用新型中，具体实现上，参见图2所示，触点检测输出回路200包括：电阻r5、开关管q2和电阻r7，其中：

电阻r5的第1管脚，连接外部直流电源5v；

开关管q2的集电极，分别连接触点检测输出回路200的输出端b和电阻r7的第1管脚；

电阻r7的第2管脚接地。

在本实用新型中，具体实现上，参见图2所示，所述线圈启动检测回路300包括：电阻r8、开关管q3和电阻r9，其中：

开关管q3的基极作为所述线圈启动检测回路300的第二输入端，连接光耦q1的第3管脚；

开关管q3的发射极，连接电阻r8的第2管脚；

电阻r8的第1管脚，作为所述线圈启动检测回路300的第一输入端，用于连接外部线圈驱动电路，用于接收外部线圈驱动电路发来的线圈启动信号，该线圈启动信号即为信号klc；

开关管q3的集电极，分别连接所述线圈启动检测回路300的输出端a和电阻r9的第1管脚；

电阻r9的第2管脚接地。

本实用新型中，具体实现上，对于低边接触器kl2，在动力电池系统高压上电前和高压下电后，其正常的状态应该为：低边接触器kl2的线圈电源未通电，所述线圈启动检测回路300输入端klc的信号klc为低电位(因为此时低边接触器kl2的线圈断开电源，从而外部线圈驱动电路提供的线圈电源信号是低电位的线圈电源信号，即低电位的klc信号)，低边接触器kl2触点断开，所述bms主控芯片400输出端kc1输出的kc1开关控制信号(本实用新型为低电平信号)控制开关k1断开，因此所述触点检测输入回路100的第一输入端vp2与第二输入端之间电压为0v，所述光耦q1截止，使所述开关管q2和所述开关管q3也截止，所述触点检测输出回路200输出端b被所述电阻r7拉低为低电平，所述线圈启动检测回路300输出端a被所述电阻r9拉低为低电平。

需要说明是，在动力电池系统高压上电前粘连检测时，所述开关k1最先闭合；在高压下电后粘连检测结束时，所述开关k1最后断开；在高压上电时，所述开关k1始终闭合。

需要说明的是，在动力电池系统高压下电后粘连检测结束时，bms主控芯片400输出端kc1输出kc1开关控制信号(本实用新型为低电平信号)给开关k1的信号输入端，从而断开所述开关k1，目的是：当有触点粘连故障时，所述触点输入检测回路100不消耗电池电量。

在动力电池系统高压上电前和高压下电后的粘连故障检测操作为：在高压上电前和高压下电后，低边接触器kl2的线圈未通电，所述线圈启动检测回路300输入端klc的信号klc为低电位(此时外部线圈驱动电路提供的线圈电源信号的状态是：低电位的线圈电源信号)，如果此时低边接触器kl2的触点因粘连未能断开，则使所述触点检测输入回路100的第一输入端与第二输入端之间仍然等于低n串电池组电压，被所述电阻r1和所述电阻r2分压后，使位于电阻r1和r2之间的电压检测端v1保持高电位，从而持续导通所述光耦q1，使所述开关管2和所述开关管q3保持导通状态，所述触点检测输出回路200输出端b的触点检测信号b保持高电平，而所述线圈启动检测回路300输出端a的线圈启动检测信号a为低电平，此时，所述bms主控芯片400判定低边接触器kl2触点粘连，记录粘连故障后，输出低电平的开关控制信号kc1断开所述开关k1，粘连检测结束。

需要说明的是，bms主控芯片400判断低边接触器kl2存在触点粘连故障时，可以向位于外部现有的车载电子控制系统报警，从而及时提醒操作人员在维修前，先手动断开高压回路。

在动力电池系统高压上电时的低边接触器是否激活检测操作为：在高压上电时，接触器kl2的线圈接通电源，所述线圈启动检测回路300输入端klc的信号klc为高电位(此时外部线圈驱动电路提供的线圈电源信号的状态是：高电位的线圈电源信号)，低边接触器kl2的触点吸合，所述bms主控芯片输出端kc1输出高电平的kc1开关控制信号给所述触点检测输入回路100中开关k1的信号输入端，从而控制闭合所述开关k1，所述触点检测输入回路100的第一输入端与第二输入端之间电压等于低n串电池组电压，使所述光耦q1、所述开关管q2和所述开关管q3均导通，则所述线圈启动检测回路输出端a的线圈启动检测信号a和触点检测输出回路输出端b的触点检测信号b均为高电平，此时，所述bms主控芯片400判定为已高压激活低边接触器kl2，高压上电成功，否则判定为高压未激活低边接触器kl2，高压上电失败。

需要说明的是，bms主控芯片400判断高压未激活低边接触器kl2时，可以向位于外部现有的车载电子控制系统报警并告知高压上电失败。

在本实用新型中，具体实现上，需要说明的是，所述bms主控芯片400可以应用目前普遍应用的品牌、系列和型号，如nxp的mc9s12系列、英飞凌的tc2系列的tc265等，所述bms主控芯片400的型号不在本实用新型保护范围内。

综上所述，与现有技术相比较，本实用新型提供的一种低边接触器的粘连故障检测电路，其不需要人工排查，就能够准确地判定低边接触器触点是否出现粘连故障，能够显著地提高检测效率，具有重大的实践意义。

此外，本实用新型提供的低边接触器的粘连故障检测电路，硬件电路设计科学，不占用bms主控芯片额外端口资源，由于不直接检测高压，因此电子元器件为普遍应用型号，易于选型，而且电路板占用空间小，设计成本很低，是一种易于器件选型且成本低廉的技术方案。因此，本实用新型的技术方案具有很强的实用价值和市场推广价值。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。