阅读说明：本技术 一种车辆动力电池的接触器诊断/总压采集电路 (Contactor diagnosis/total pressure acquisition circuit of vehicle power battery ) 是由 徐童辉 张红涛 张亚辉 龚珍 于 2019-04-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种车辆动力电池的接触器诊断/总压采集电路。该电路包括采样电路和检测支路,该检测支路的第一端连接在当前待检测接触器远离动力电池的一端,该检测支路的第二端连接在非当前待检测接触器靠近动力电池的一端；该检测支路中设有连接第一端的第一开关、连接第二端的第二开关、若干个分压电阻和用于为采样电路的采样点提供正向偏置的参考电压源；第一开关、参考电压源、第一分压电阻、第三分压电阻、第二开关依次串联,参考电压源和第一分压电阻串联后与第二分压电阻并联；采样电路的采样点连接第一分压电阻与第三分压电阻的串联点。该电路不仅实现了接触器的诊断,还可以采集接触器的总压,大大降低了接触器端电压的测量难度。(The invention relates to a contactor diagnosis/total pressure acquisition circuit of a vehicle power battery. The circuit comprises a sampling circuit and a detection branch circuit, wherein the first end of the detection branch circuit is connected to one end, far away from the power battery, of the current contactor to be detected, and the second end of the detection branch circuit is connected to one end, close to the power battery, of the non-current contactor to be detected; the detection branch circuit is internally provided with a first switch connected with a first end, a second switch connected with a second end, a plurality of divider resistors and a reference voltage source for providing forward bias for a sampling point of the sampling circuit; the first switch, the reference voltage source, the first divider resistor, the third divider resistor and the second switch are sequentially connected in series, and the reference voltage source and the first divider resistor are connected in series and then connected in parallel with the second divider resistor; the sampling point of the sampling circuit is connected with the series point of the first voltage dividing resistor and the third voltage dividing resistor. The circuit realizes diagnosis of the contactor, can acquire the total voltage of the contactor, and greatly reduces the measurement difficulty of the terminal voltage of the contactor.)

一种车辆动力电池的接触器诊断/总压采集电路

技术领域

本发明涉及一种车辆动力电池的接触器诊断/总压采集电路，属于高压技术领域。

背景技术

高压电气系统应用中，为了控制高压电气系统的通断，保证高压环路的安全，需要引入高压接触器进行环路通断的控制。在高压实施例中，称为高压接触器的高压开关设置于电池组和其他受保护装置之间的高压总线上的电气电路中，当高压电气系统不使用时，电池组与后端其他受保护的装置自动断开连接。高压接触器使用电磁铁来打开和闭合连接到高压总线的导电机械触点，机械触点的闭合形成低电阻电路连接；机械触点的打开控制负载(即其他受保护装置)断开与电池组的电路连接，从而断开电池组。

高压接触器是电动汽车电池系统中非常重要的电气控制装置，高压接触器的安全状态决定这整个高压电气系统的安全性，因此在车辆静止与运行过程中，需要对高压接触器的通断状态进行诊断，以确保高压接触器的状态与实际要求一致。

目前的高压接触器状态诊断方式中，其需要对每一个接触器采用诊断电路进行通断诊断，并且诊断电路对于正极接触器与负极接触器诊断是分开独立的，而且一般情况下接触器诊断电路与系统总压采集电路也是分开的，这就导致系统电路成本增加，电路复杂。目前的高压接触器诊断电路是其参考地与待诊断点采用分压电阻串联连接，在工作状态时，会将高压引入到待诊断点(即采样点)。例如：申请公布号为CN 106427614 A的中国发明专利申请文件，但是该文件的问题在于采样点很多，而且正极接触器的正、负，负极接触器的正、负实际并不容易检测，容易受到虚压的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆动力电池的接触器诊断/总压采集电路，用于解决现有技术中正极接触器、负极接触器的端电压测量难度大、成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种车辆动力电池的接触器诊断/总压采集电路，该接触器诊断/总压采集电路包括采样电路和至少包括一条检测支路，该检测支路的第一端连接在当前待检测接触器远离动力电池的一端，该检测支路的第二端连接在非当前待检测接触器靠近动力电池的一端；该检测支路中设有连接第一端的第一开关、连接第二端的第二开关、若干个分压电阻和用于为采样电路的采样点提供正向偏置的参考电压源；第一开关、参考电压源、第一分压电阻、第三分压电阻、第二开关依次串联，参考电压源和第一分压电阻串联后与第二分压电阻并联；采样电路的采样点连接第一分压电阻与第三分压电阻的串联点。

有益效果是：本发明通过采集采样电路的采样点电压，计算出接触器的总压，实现了接触器的总压(即接触器的端电压)采集，进而将计算出的接触器总压与动力电池的电压进行比较，即可得出接触器的状态，实现了对接触器的诊断，该电路在总压采集的基础上诊断接触器故障，提高了接触器诊断的可靠性。而且该电路直接采集采样点的电压就可以得出接触器的端电压，大大降低了接触器端电压的测量难度，还节约成本。

进一步的，该接触器诊断/总压采集电路包括第一、第二两条检测支路，第一检测支路与第二检测支路共用参考电压源、第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻。

有益效果是：第一、第二检测支路分别用于诊断正接触器、负接触器，两条检测支路公用参考电压源、第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻进一步的简化电路，节约成本。

进一步的，第一开关和第二开关为继电器开关。

有益效果是：采用继电器开关可以更加可靠的控制开关的断开与闭合，使得诊断结果更加准确。

进一步的，第一分压电阻与第二分压电阻的阻值相同。

有益效果是：第一分压电阻与第二分压电阻的阻值相同可以简化计算过程，提高诊断/总压采集效率。

进一步的，采样电路包括ADC电路。

有益效果是：通过ADC电路可以较为准确的采集采样点的电压，使得得到的接触器总压更加准确，进而使得接触器的诊断更加可靠。

附图说明

图1为本发明车辆动力电池的接触器诊断/总压采集电路实施例1的电路图；

图2为本发明车辆动力电池的接触器诊断/总压采集电路实施例2的电路图。

具体实施方式

车辆动力电池的接触器诊断/总压采集电路实施例1：

本实施例提出的车辆动力电池的接触器诊断/总压采集电路设计构思为在对接触器总压采集的基础上进行接触器的诊断。本实施例只对正极接触器Relay P进行总压采集与诊断，具体电路如图1所示，在检测正极接触器Relay P(即高压电气环路正极控制接触器)时，该接触器诊断/总压采集电路包括采样电路和检测支路，该检测支路的第一端连接在正极接触器Relay P远离动力电池的一端(这里远离动力电池的一端为正极接触器RelayP连接其他保护装置的一端)，该检测支路的第二端连接在负极接触器Relay N(高压电气环路负极控制接触器)靠近动力电池的一端(这里靠近动力电池的一端为动力电池的负极输出端)。

该检测支路中设有连接第一端的第一开关SW3、连接第二端的第二开关SW2；还设有若干分压电阻和用于为采样电路的采样点V_adc提供正向偏置的参考电压源V_ref，若干分压电阻包括第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3；第一开关SW3、参考电压源V_ref、第一分压电阻R1、第三分压电阻R3、第二开关SW2依次串联，参考电压源V_ref与第一分压电阻R1串联后与第二分压电阻R2并联；采样电路的采样点V_adc连接第一分压电阻R1与第三分压电阻R3的串联点。

该电路的原理在于，闭合第一开关SW3和第二开关SW2，通过采样电路的采样点的电压即可计算出正极接触器Relay P远离动力电池的一端的电压V_vol-p，通过将V_vol-p与动力电池(即电池组)的电压比较判断，进而可以得知正极接触器Relay P是断开的还是粘连的。

本实施例中，为了更加可靠的控制各开关的闭合与断开，各开关都采用继电器开关，而且继电器开关为常开开关，通过图1所示的控制器控制各继电器开关的闭合，当然作为其他实施方式，各开关也可以为电子开关，不同的应用场景所选取的开关器件是不同的，本发明对开关的具体实施方式不做限制，只要可以实现电路的通断即可。

为了进一步的简化计算过程，本实施例中，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的阻值是相同的。作为其他实施方式，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的阻值也可以是不相同的。

为了更加准确的对采样点的电压进行采集，本实施例中，采样电路为ADC电路，由ADC芯片完成采集，当然，本发明对采样电路的具体实施方式不做限制，只要可以采集到采样点的电压即可。

正极接触器总压采集和诊断的具体方法为：

该电路进行正极接触器诊断时，设地参考为电池组负极(即BATN)，电池组正极为BATP，电池组的电压：

V_bat＝BATP–BATN，

此电路在进行诊断时，对正极接触器的数量并不做限制，正极接触器可以是多个；

1)控制器控制闭合第一开关SW3和第二开关SW2，ADC电路采集采样点的电压V_adc。

2)ADC电路将采集的电压V_adc发送至控制器，控制器根据基尔霍夫电流定律进行计算，计算过程为：假设待测电的点位为V_x，

(V_ref–V_adc)/R1+(V_x–V_adc)/R3＝V_adc/R2，其中R1＝R2；

进而得出：V_x＝2*R3*V_adc/R2+V_adc–V_ref*R3/R2；

此时当V_x＝V_vol-p(正极接触器的总压)时；

V_vol-p＝(2*R3/R2+1)*V_adc–(R3/R2)*V_ref。

3)比较V_vol-p与V_bat的大小：

若(V_bat–V_vol-p)/V_bat＜0.05，则判断正极接触器粘连；反之，则判断正极接触器断开；公式中的0.05为一个系数，可以根据实际进行调整。

本实施例是对正极接触器进行总压采集与诊断，当然，该检测支路也可以单独用于负极接触器的总压采集与诊断，只不过需要将检测支路的一端连接在负极接触器连接其他保护装置的一端，另一端连接在动力电池的正极输出端。

车辆动力电池的接触器诊断/总压采集电路实施例2：

本实施例提出的车辆动力电池的接触器诊断/总压采集电路设计构思与实施例1中的设计构思相同，只是本实施例中不仅可以对正极接触器Relay P进行总压采集与诊断，还可以对负极接触器Relay N进行总压采集与诊断。该电路通过切换开关就可以切换对正极接触器Relay P和负极接触器Relay N的检测，具体电路如图2所示，该电路包括第一、第二两条检测支路，第一检测支路是检测正极接触器Relay P的，与实施例1中的电路结构基本相同，不同之处在于第一检测支路还包括第四分压电阻R4，第四分压电阻R4串联在第三分压电阻R3和第一开关SW3之间。

第二检测支路是检测负极接触器Relay N的，第二检测支路的第一端连接在负极接触器Relay N(以下简称负极接触器)远离动力电池的一端(这里远离动力电池的一端为负极接触器连接其他保护装置的一端)，该检测支路的第二端连接在正极接触器Relay P(以下简称正极接触器)靠近动力电池的一端(这里的靠近动力电池的一端为动力电池的正极输出端)。

第二检测支路中设有连接该支路第一端的第四开关SW4、连接该支路第二端的第三开关SW1以及第五分压电阻R5；第一检测支路与第二检测支路共用参考电压源V_ref、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2和第三分压电阻R3，第四开关SW4、第五分压电阻R5和第三分压电阻R3依次串联。

第二检测支路的检测原理为：闭合第四开关SW4和第三开关SW1，通过采样电路的采样点的电压即可计算出负极接触器Relay P远离动力电池(即电池组)的一端的电压V_vol-n，通过将V_vol-n与动力电池的电压比较判断，进而可以得知负极接触器Relay N是断开的还是粘连的。

本实施例中，为了更加可靠的控制各开关的闭合与断开，各开关都采用继电器开关，而且继电器开关为常开开关，通过图2所示的控制器控制各继电器开关的闭合，当然作为其他实施方式，各开关也可以为电子开关，不同的应用场景所选取的开关器件是不同的，本发明对开关的具体实施方式不做限制，只要可以实现电路的通断即可。

为了进一步的简化计算过程，本实施例中，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的阻值是相同的，第四分压电阻R4和第五分压电阻R5的阻值是相同的。作为其他实施方式，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的阻值也可以是不相同的，第四分压电阻R4和第五分压电阻R5的阻值也可以是不相同的。

为了更加准确的对采样点的电压进行采集，本实施例中，采样电路为ADC电路，由ADC芯片完成采集，当然，本发明对采样电路的具体实施方式不做限制，只要可以采集到采样点的电压即可。

下面介绍正、负极接触器总压采集和诊断的方法。

该电路进行正极接触器诊断时，地参考为电池组负极(即BATN)；进行负极接触器诊断时，地参考为电池组正极(即BATP)；电池组的电压：

V_bat＝BATP–BATN，

此电路在进行诊断时，只能对正极接触器诊断或者负极接触器单独进行诊断，不可同时进行，不过本发明对正极接触器或负极接触器的数量并不做限制，正极接触器或负极接触器都可以是多个。

正极接触器的总压采集和诊断的方法如下：

1)控制器控制闭合第一开关SW3和第二开关SW2，断开第四开关SW4和第三开关SW1，ADC电路采集采样点的电压V_adc。

2)ADC电路将采集的电压V_adc发送至控制器，控制器根据基尔霍夫电流定律进行计算，计算过程为：假设待测电的点位为V_x，

(V_ref–V_adc)/R1+(V_x–V_adc)/(R3+R4)＝V_adc/R2，其中R1＝R2；

进而得出：V_x＝2*(R3+R4)*V_adc/R2+V_adc–V_ref*(R3+R4)/R2；

此时当V_x＝V_vol-p(正极接触器的总压)时；

V_vol-p＝(2*(R4+R3)/R2+1)*V_adc–((R4+R3)/R2)*V_ref。

3)比较V_vol-p与V_bat的大小：

若(V_bat–V_vol-p)/V_bat＜0.05，则判断正极接触器粘连；反之，则判断正极接触器断开；公式中的0.05为一个系数，可以根据实际进行调整。

负极接触器的总压采集和诊断的方法如下：

1)控制器控制闭合第四开关SW4和第三开关SW1，断开第一开关SW3和第二开关SW2，ADC电路采集采样点的电压V_adc。

2)ADC电路将采集的电压V_adc发送至控制器，控制器根据基尔霍夫电流定律进行计算，计算过程为：假设待测电的点位为V_x，

(V_ref–V_adc)/R1＝V_adc/R2+(V_adc+BATP–V_x)/(R3+R5)，其中R1＝R2；

进而得出：(V_ref–2V_adc)/R2＝(V_adc+BATP–V_x)/(R3+R5)，

(R3+R5)/R2*V_ref–2*(R3+R5)/R2*V_adc–V_adc＝BATP–V_x，

此时当V_x＝V_vol-n(负极接触器的总压)时，BATP＝V_bat，

V_vol-n＝V_bat+(2*(R5+R3)/R1+1)*V_adc–(R5+R3)/R1*V_ref。

3)比较V_vol-n与V_bat的大小：

若(V_bat–V_vol-n)/V_bat＞0.95，则判断负极接触器粘连；反之，则判断负极接触器断开，公式中的0.95为一个系数，可以根据实际进行调整。

以上完成正、负极接触器的总压采集和诊断，通过上述总压采集还可以计算出电池组连接端的电压V＝V_vol-p–V_vol-n。

通过仿真对上述的方法进行验证。

进行仿真时，选择的参数为V_bat＝200V；R1＝R2＝1kΩ；R3＝R4＝R5＝100kΩ；V_ref＝2.5V。而且正、负极接触器的总压采集与电池组的电压采集时间需要增加时间间隔t，t＝100ms，当然，时间间隔t可以根据实际需要进行调整。

按照上述方法过程对正极接触器的总压采集和诊断的仿真，

实际仿真采样得到V_adc＝1.7456359V；V_vol-p＝200V；

根据上述正极接触器的计算公式得出：

V_vol-p＝401*1.7456359V–200*2.5V＝700V–500V＝200V；

理论计算为V_vol-p＝200V，实际仿真结果V_vol-p＝200V；

经过判断，(V_bat–V_vol-p)/V_bat＝0，可判定正极接触器粘连，在实际仿真时，正极接触器也是处于粘连状态，可以判定理论推导符合实际运用。

按照上述方法过程对负极接触器的总压采集和诊断的仿真，

实际仿真采样得到V_adc＝0.74813V；V_vol-n＝0V；

根据上述负极接触器的计算公式得出：

V_vol-n＝200V+401*0.74813V–200*2.5V＝200V+300V–500V＝0V；

理论计算为V_vol-n＝0V，实际仿真结果V_vol-n＝0V；

经过判断，(V_bat-V_vol-n)/V_bat＝1，可判定负极接触器粘连，在实际仿真时，负极接触器也是处于粘连状态，可以判定理论推导符合实际运用。

该电路在总压采集的基础上诊断接触器故障，提高了接触器诊断的可靠性。该电路不仅实现了接触器进行诊断，还可以采集接触器的总压，大大降低了接触器端电压的测量难度，还节约成本。