一种车载锂电池系统的继电器诊断装置及方法与流程

1.本发明涉及继电器诊断技术领域，特别涉及一种车载锂电池系统的继电器诊断装置及方 法。


背景技术：

2.针对车载储能、启停电池等领域，随着科技发展和电能需求，由于锂离子电池具备能量 密度高、体积小、循环寿命高、自放电率低等优异特性，相应的车载锂电池系统规模逐渐增 大。为了确保锂电池系统的安全性和稳定性，通常在电池组内配备有电池管理系统(bms)， 通过电池管理系统监测电池的工作状态，并通过控制电池组充放电回路的继电器来保证电池 组始终处于安全工作状态。由于继电器存在不可预期的短路、高压、大电流等工况造成粘连 失效的情况，对电路保护存在安全隐患，当电路发生过温、过流、过压、短路等情况时，继 电器无法正常切断，导致系统故障，甚至人身危害，因此需要对继电器的状态进行诊断。
3.现有技术中针对车载继电器的诊断，常用的方法是通过检测继电器内外侧的压差或检测 线圈和常闭触点的阻值来判断，存在检测精度较低、电路复杂、成本高、容易误判等缺点， 而且不考虑停车状态下的继电器诊断，无法判断下一次行驶过程中继电器的失效状态，存在 系统风险。


技术实现要素：

4.本发明的目的旨在克服现有技术的缺陷，提供一种车载锂电池系统的继电器诊断装置及 方法，通过在继电器触点两端增加检测电路，可以极大的增加继电器状态诊断的有效性，且 在停车状态下进行诊断，可以为下一次车辆运行提供保障，总体成本较低。
5.为实现上述目的，本发明提供一种车载锂电池系统的继电器诊断装置，包括继电器k1、 检测电路、分压电路s1、分压电路s2以及mcu(micro controller unit，微控制器)，所述 继电器k1设置在锂电池系统的正极主回路上，所述继电器k1的第一端与电池组的正极端连 接，所述继电器k1的第二端与kl30连接，所述检测电路并联在所述继电器k1的两端，所 述检测电路与所述mcu连接，所述分压电路s1的一端与所述检测电路连接，所述分压电路 s1的另一端与所述mcu连接，所述分压电路s2的一端与所述kl30连接，所述分压电路 s2的另一端与所述mcu连接，所述继电器k1与所述mcu连接，所述mcu与vcu(vehiclecontrol unit，整车控制器)通讯连接，所述电池组的负极端连接kl31。
6.本发明的进一步设置为：所述检测电路包括mos管q1和二极管d1，所述mos管q1 的源极连接所述继电器k1的第一端，所述mos管q1的漏极与所述二极管d1的阳极串联 连接，所述二极管d1的阴极与所述kl30连接，所述mos管q1的栅极与所述mcu的驱 动信号引脚连接，所述分压电路s1的一端与所述mos管q1的漏极连接，用于采集所述mos 管q1的电压。
7.作为本发明的进一步设置，还包括分压电路s3，所述分压电路s3的一端与所述电池组 的正极端连接，另一端与所述mcu连接，所述分压电路s3用于采集所述电池组正极端
的电 压。
8.作为本发明的进一步设置，所述mos管q1为p沟道mosfet管。
9.作为本发明的进一步设置，所述二极管d1为整流二极管。
10.作为本发明的进一步设置，所述继电器k1为磁保持继电器。
11.此外，为实现上述目的，本发明还提出一种上述车载锂电池系统的继电器诊断装置的车 载锂电池系统的继电器诊断方法，所述方法包括：
12.在停车状态下，vcu向bms下发停车信号；
13.bms接收到停车信号后，通过mcu控制继电器k1关断，同时通过mcu控制mos管 q1导通；
14.分压电路s1采集mos管q1的电压v
s1
，并输出至mcu；
15.分压电路s2采集kl30的电压v
s2
，并输出至mcu；
16.mcu根据获取到的电压v
s1
和电压v
s2
诊断继电器的状态是否正常。
17.作为本发明的进一步设置，所述mcu根据获取到的电压v
s1
和电压v
s2
诊断继电器的工 作状态是否正常的步骤，具体包括：
18.若mcu检测到|v
s2-v
s1
|＞x且v
s1
为正常电压范围，则说明电池外部有电源供电，且继 电器k1断开，上报vcu继电器k1状态正常；
19.若mcu检测到0.3v＜|v
s2-v
s1
|＜x，v
s1
为正常电压范围，且v
s1-v
s2
≈v
d1
，则说明电池 外部无电源供电，且继电器k1断开，上报vcu继电器k1状态正常；
20.若mcu检测到|v
s2-v
s1
|＜0.3v，则说明继电器k1没有执行断开指令，判断为继电器k1 粘连故障，上报vcu继电器k1粘连故障；
21.其中，x根据实际的充电器电压和满充电池开路电压的差值进行修正，v
d1
为二极管d1 两端的压降。
22.作为本发明的进一步设置，所述mcu根据获取到的电压v
s1
和电压v
s2
诊断继电器的工 作状态是否正常的步骤之后，所述方法还包括：
23.分压电路s3采集电池组正极端的电压v
s3
，并输出至mcu；
24.mcu根据获取到的电压v
s1
和电压v
s2
以及电压v
s3
判断检测电路的工作状态是否异常。
25.作为本发明的进一步设置，所述mcu根据获取到的电压v
s1
和电压v
s2
以及电压v
s3
判 断检测电路的工作状态是否异常的步骤，具体包括：
26.若mcu检测到|v
s1
|＜0.3v，|v
s2
|＜0.3v，且v
s3
＝v
b+
，则说明电池外部无电源供电，继电 器k1正常执行关断指令，但是检测电路异常，上报vcu继电器检测电路异常；
27.若检测到|v
s1
|＜0.3v，且检测到|v
s3-v
s2
|＞x，则说明电池外部有电源供电，继电器k1正 常执行关断指令，但是检测电路异常，上报vcu继电器检测电路异常；
28.其中，v
b+
为电池组正极端的电压值。
29.本发明的有益效果是：
30.1、通过在继电器触点两端增加检测电路，单向检测继电器关断驱动后的继电器状态，可 以极大的增加继电器诊断的有效性，不仅电路结构简单，检测精度较高，而且成本较低；
31.2、继电器诊断发生在停车状态下，可以为下一次车辆运行提供保障，且具体的诊
断时间 和响应策略可根据实际的工况进行分析和处理；
32.3、诊断期间电路不受外部供电的影响，可以有效的保障诊断期间bms系统的稳定性和 安全性。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附 图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域 普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是本发明一种车载锂电池系统的继电器诊断装置第一实施例的结构示意图；
35.图2是本发明一种车载锂电池系统的继电器诊断装置第二实施例的结构示意图；
36.图3是本发明一种车载锂电池系统的继电器诊断方法第一实施例的流程示意图；
37.图4是本发明一种车载锂电池系统的继电器诊断方法第二实施例的流程示意图；
38.图5是本发明一种车载锂电池系统的继电器诊断装置的电路时序示意图。
具体实施方式
39.下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实 施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普 通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范 围。
40.参见图1，本发明实施例提供一种车载锂电池系统的继电器诊断装置，包括继电器k1、 检测电路、分压电路s1、分压电路s2以及mcu(micro controller unit，微控制器)，继电器k1设置在锂电池系统的正极主回路上，继电器k1的第一端与电池组的正极端连接，继电器 k1的第二端与kl30连接，检测电路并联在继电器k1的两端，检测电路与mcu连接，分压电 路s1的一端与检测电路连接，分压电路s1的另一端与mcu连接，分压电路s2的一端与kl30 连接，分压电路s2的另一端与mcu连接，分压电路s2用于采集kl30的电压v
s2
，继电器k1与 mcu连接，mcu与vcu(vehicle control unit，整车控制器)通讯连接，vcu通常通过can、 lin等通讯方式与mcu相连，电池组的负极端连接kl31。需要说明的是，kl30和kl31分别 为汽车的电源接线，kl30是ecu供电源，连接到车载电池，提供ecu的工作电压，kl31是 ecu接地源，k31信号会接到汽车的公共接地端上。本实施例的继电器诊断装置，通过在继 电器k1的触点两端增加检测电路，单向检测继电器关断驱动后的状态，可以极大的增加继电 器诊断的有效性，加强车载锂电池系统的稳定性和安全性，电路结构简单，检测精度高且成 本较低。
41.参见图2，基于上述第一实施例，提出本发明车载锂电池系统的继电器诊断装置的第二实 施例，在本实施例中，检测电路包括mos管q1和二极管d1，mos管q1和二极管d1串联组成 旁路，并联在主回路继电器k1两端，mos管q1的源极s连接继电器k1的第一端，mos管q1 的漏极d与二极管d1的阳极串联连接，二极管d1的阴极与kl30连接，mos管q1的栅极g与 mcu的驱动信号引脚连接，分压电路s1的一端与mos管q1的漏极d连接，用于采集mos管 q1的电压v
s1
。mos管q1为p沟道mosfet管，二极管d1为整流二极管且阴极与kl30相连， 用于续流防
反，继电器k1为磁保持继电器。还包括分压电路s3，分压电路s3的一端与电池组 的正极端连接，另一端与mcu连接，分压电路s3用于采集电池组正极端的电压v
s3
。本实施 例的继电器状态诊断检测电路采用mcu控制其开关q1，并添加二极管s1充当压降及单向导通 的作用，通过mcu采集经过分压后的诊断信号v
s1
、v
s2
和v
s3
，根据诊断信号v
s1
、v
s2
和v
s3
判断在停车情况下继电器关断驱动后的状态，可以为下一次车辆运行提供保障，诊断期间电 路不受外部供电影响，可以有效保障诊断器件bms系统的稳定性和安全性，同时mcu还可以 根据检测到的诊断信号v
s1
、v
s2
和v
s3
判断检测电路的工作状态，确保检测电路始终处于正常 工作状态，在停车状态下对继电器进行有效诊断，当检测电路出现异常时，可以及时上报vcu 进行处理，为车辆运行安全提供保障。
42.基于上述车载锂电池系统的继电器诊断装置，本发明还提供一种车载锂电池系统的继电 器诊断方法，参见图3，图3为本发明车载锂电池系统的继电器诊断方法第一实施例的流程示 意图。本实施例中，所述车载锂电池系统的继电器诊断方法包括以下步骤：
43.s1，在停车状态下，vcu向bms下发停车信号；
44.s2，bms接收到停车信号后，通过mcu控制继电器k1关断，同时通过mcu控制mos 管q1导通；
45.s3，分压电路s1采集mos管q1的电压v
s1
，并输出至mcu；
46.s4，分压电路s2采集kl30的电压v
s2
，并输出至mcu；
47.s5，mcu根据获取到的电压v
s1
和电压v
s2
诊断继电器的状态是否正常。
48.在具体实现中，本实施例所述步骤s5包括：
49.s51，若mcu检测到|v
s2-v
s1
|＞x且v
s1
为正常电压范围，则说明电池外部有电源供电， 且继电器k1断开，上报vcu继电器k1状态正常；
50.s52，若mcu检测到0.3v＜|v
s2-v
s1
|＜x，v
s1
为正常电压范围，且v
s1-v
s2
≈v
d1
，则说明 电池外部无电源供电，且继电器k1断开，上报vcu继电器k1状态正常；
51.s53，若mcu检测到|v
s2-v
s1
|＜0.3v，则说明继电器k1没有执行断开指令，判断为继电 器k1粘连故障，上报vcu继电器k1粘连故障；
52.其中，x根据实际的充电器电压和满充电池开路电压的差值进行修正，v
d1
为二极管d1 两端的压降。
53.应理解的是，本实施例的车载锂电池系统的继电器诊断方法，通过分压电路s1采集mos 管q1的电压v
s1
以及通过分压电路s2采集kl30的电压v
s2
，并传输至mcu，使得mcu能够根 据检测到的诊断信号v
s1
和v
s2
判断继电器k1的状态，当继电器k1出现故障失效时，可以及时 上报vcu，为车辆下一次运行提供保障。
54.参见图4，图4为本发明车载锂电池系统的继电器诊断方法第二实施例的流程示意图。基 于上述车载锂电池系统的继电器诊断方法第一实施例，本实施例所述步骤s5之后，所述车载 锂电池系统的继电器诊断方法还包括：
55.s6，分压电路s3采集电池组正极端的电压v
s3
，并输出至mcu；
56.s7，mcu根据获取到的电压v
s1
和电压v
s2
以及电压v
s3
判断检测电路的工作状态是否异 常。
57.在具体实现中，本实施例所述步骤s7具体包括：
58.s71，若mcu检测到|v
s1
|＜0.3v，|v
s2
|＜0.3v，且v
s3
＝v
b+
，则说明电池外部无电源供
电， 继电器k1正常执行关断指令，但是检测电路异常，上报vcu继电器检测电路异常；
59.s72，若检测到|v
s1
|＜0.3v，且检测到|v
s3-v
s2
|＞x，则说明电池外部有电源供电，继电器 k1正常执行关断指令，但是检测电路异常，上报vcu继电器检测电路异常；
60.其中，v
b+
为电池组正极端的电压值。
61.应理解的是，本实施例的车载锂电池系统的继电器诊断方法，通过增加分压电路s3采集 电池组正极端的电压v
s3
并输出至mcu，使得mcu能够根据检测到的v
s1
和v
s2
以及v
s3
判断检 测电路的工作状态，当检测电路异常时，无法对继电器k1的状态进行准确诊断，此时通过mcu 将检测电路的异常情况及时上报vcu进行处理，从而避免对继电器k1状态诊断的失效性。
62.参见图5，图5为本发明车载锂电池系统的继电器诊断装置的电路时序示意图，基于图5 对本发明的工作原理进行说明：
63.在车载锂电池处于停车状态时，vcu向bms下发停车信号，持续时间t1，经过时间t4后， bms接收到停车信号，通过mcu关断继电器k1，关断信号持续时间t2，继电器k1关断后经过 时间t4，mcu驱动mos管q1导通，导通持续时间t3+t5；
64.1、mos管q1导通后经过时间t3，若mcu检测到|v
s2-v
s1
|＞x(x根据实际的充电器电压 和满充电池ocv电压差值进行修正)，v
s1
为正常电压范围，则说明电池外部有电源供电，且 继电器k1断开，上报vcu继电器k1状态正常；
65.2、mos管q1导通后经过时间t3，若mcu检测到0.3v＜|v
s2-v
s1
|＜x，v
s1
为正常电压范围， 且v
s1-v
s2
≈v
d1
(v
d1
为二极管d1两端的压降)，则说明电池外部无电源供电，且继电器k1断 开，上报vcu继电器k1状态正常；
66.3、mos管q1导通后经过时间t3，若mcu检测到|v
s2-v
s1
|＜0.3v，则说明继电器k1没有执 行断开指令，判断为继电器k1粘连故障，上报vcu继电器k1粘连故障；
67.4、mos管q1导通后经过时间t3，若mcu检测到|v
s1
|＜0.3v，|v
s2
|＜0.3v，且v
s3
＝v
b+
， 则说明电池外部无电源供电，继电器k1正常执行关断指令，但是继电器检测电路异常，上报 vcu继电器检测电路异常；
68.5、mos管q1导通后经过时间t3，若mcu检测到|v
s1
|＜0.3v，且检测到|v
s3-v
s2
|＞x，则 说明电池外部有电源供电，继电器k1正常执行关断指令，但是继电器检测电路异常，上报vcu 继电器检测电路异常。
69.本发明的车载锂电池系统的继电器诊断装置及方法能提高系统的稳定性和智能性，为车 辆运行安全提供保障。