具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明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仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供一种用于开关元件的故障诊断电路。图1为本发明实施例提供的一种用于开关元件的故障诊断电路的结构示意图。该开关元件包括：至少一个低边开关元件11，任一低边开关元件11的第一端N1与直流电源2的负极V-电连接。该故障诊断电路3包括：第二电源31、控制和诊断电路32和至少一个低边电压检测电路33。

第二电源31包括：电压输出端Out1和第一接地端GND1，第二电源31的第一接地端GND1与至少一个低边开关元件11的第一端N1电连接(即第二电源31的第一接地端GND1与直流电源2的负极V-电连接)。至少一个低边电压检测电路33与至少一个低边开关元件11一一对应，任一低边电压检测电路33包括：低边检测端Det1、电压输入端In1和第一输出端Out2，低边电压检测电路33的电压输入端In1与第二电源31的电压输出端Out1电连接；任一低边电压检测电路33的低边检测端Det1与对应的低边开关元件11的第二端N2电连接，以实现对低边开关元件11的第二端N2的电压的检测。控制和诊断电路32包括：至少一个第一信号输入端Si1和至少一个第一信号输出端So1；至少一个第一信号输入端Si1与至少一个低边开关元件11一一对应，任一第一信号输入端Si1与对应的低边开关元件11的控制端Ctr1电连接；至少一个第一信号输出端So1与至少一个低边电压检测电路33一一对应，任一第一信号输出端So1与对应的低边电压检测电路33的第一输出端Out2电连接；控制和诊断电路32用于控制至少一个第一信号输出端So1输出闭合信号和断开信号，并根据至少一个低边电压检测电路33的第一输出端Out2的信号，判断至少一个低边开关元件11是否故障。

其中，可选的，直流电源2可以是电池。第二电源31可为隔离直流电源，第二电源31与直流电源2之间是电气隔离的。直流电源2的负极V-可作为第二电源31的参考地。图1示例性的画出两个低边开关元件11的情况。可选的，低边开关元件11为继电器。图2为本发明实施例提供的一种用于开关元件的故障诊断电路的应用场景示意图，直流电源2可为至少一个负载4供电，负载4与低边开关元件11一一对应，负载4的第一端与直流电源2的正极V+电连接，负载4的第二端与对应的低边开关元件11的第二端N2电连接，通过控制低边开关元件11的闭合与断开，以控制直流电源2是否为负载4供电。可选的，直流电源2的正极V+和其中一个低边开关元件11的第二端N2之间连接一充电器，通过控制该低边开关元件的闭合与关断，以控制充电器向直流电源2的充电与否。可选的，第二电源31的电压输出端Out1的电压低于直流电源2的正极V+的电压，相比于将直流电源2作为低边电压检测电路的电源，可以降低功耗。

示例性，低边电压检测电路33可包括第七电阻，其中，第七电阻的第一端，以及低边检测端Det1，均与第一输出端Out2电连接，第七电阻的第二端与电压输入端In1电连接。以其中一个低边开关元件11的诊断过程为例进行说明：控制和诊断电路32可控制与该低边开关元件11对应的第一信号输出端So1输出闭合信号；正常情况下，低边开关元件11将闭合，使得对应的低边检测端Det1检测的电压为零电压，使得低边电压检测电路33的第一输出端Out2的信号在第一预设阈值范围内，其中，示例性的，此时可设置第一预设阈值范围包括零电压，第一预设阈值范围小于第二电源31的电压输出端Out1的电压，则控制和诊断电路32将确定与低边电压检测电路33对应的低边开关元件33可以正常闭合；断开故障情况下，低边开关元件11无法正常闭合，即保持断开，使得对应的低边检测端Det1检测的电压大于零电压，接近第二电源31的电压输出端Out1的电压，使得低边电压检测电路33的第一输出端Out2的信号不在第一预设阈值范围内，则控制和诊断电路32将确定与低边电压检测电路33对应的低边开关元件33为断开故障。控制和诊断电路33可控制与该低边开关元件11对应的第一信号输出端So1输出断开信号；正常情况下，低边开关元件11将断开，使得对应的低边检测端Det1检测的电压大于零电压，接近第二电源31的电压输出端Out1的电压，使得低边电压检测电路33的第一输出端Out2的信号不在第一预设阈值范围内，则控制和诊断电路32将确定与低边电压检测电路33对应的低边开关元件33可以正常断开；粘连故障情况下，低边开关元件11无法正常断开，即保持闭合，使得对应的低边检测端Det1检测的电压为零电压，使得低边电压检测电路33的第一输出端Out2的信号在第一预设阈值范围内，则控制和诊断电路32将确定与低边电压检测电路33对应的低边开关元件33为粘连故障。可选的，控制和诊断电路32可同时控制所有第一信号输出端So1输出闭合信号，控制和诊断电路32可同时控制所有第一信号输出端So1输出断开信号，以并行检测所有低边开关元件11，以提高诊断速度。故故障诊断电路3可实现对低边开关元件11的快速故障诊断。

本实施例的技术方案故障诊断电路包括：第二电源、至少一个低边电压检测电路和控制和诊断电路，其中，第二电源的第一接地端与直流电源的负极电连接；至少一个低边电压检测电路与至少一个低边开关元件一一对应，低边电压检测电路的电压输入端与第二电源的电压输出端电连接；任一低边电压检测电路的低边检测端与对应的低边开关元件的第二端电连接；控制和诊断电路的至少一个第一信号输入端与至少一个低边开关元件一一对应，任一第一信号输入端与对应的低边开关元件的控制端电连接；控制和诊断电路的至少一个第一信号输出端与至少一个低边电压检测电路一一对应，任一第一信号输出端与对应的低边电压检测电路的第一输出端电连接；控制和诊断电路用于控制至少一个第一信号输出端输出闭合信号和断开信号，并根据至少一个低边电压检测电路的第一输出端的信号，判断至少一个低边开关元件是否故障，可以实现对开关元件的故障诊断。

图3为本发明实施例提供的又一种用于开关元件的故障诊断电路的结构示意图。图4为本发明实施例提供的又一种用于开关元件的故障诊断电路的应用场景示意图。在上述实施例的基础上，开关元件还包括：至少一个高边开关元件12，任一高边开关元件12的第一端N3与直流电源2的正极V+电连接。故障诊断电路3还包括：正极电压检测电路34和至少一个高边电压检测电路35。

其中，正极电压检测电路34包括：第二检测端Det2、第二接地端GND2和第二输出端Out3；正极电压检测电路34的第二检测端Det2与至少一个高边开关元件12的第一端N3电连接(也即正极电压检测电路34的第二检测端Det2与直流电源2的正极V+电连接)，以实现对直流电源2的正极V+的电压的检测。正极电压检测电路34的第二接地端GND2与第二电源31的第一接地端GND1电连接(也即正极电压检测电路34的第二接地端GND2与直流电源2的负极V-电连接)。至少一个高边电压检测电路34与至少一个高边开关元件12一一对应，任一高边电压检测电路34包括：高边检测端Det3、第三接地端GND3和第三输出端Out4；高边电压检测电路34的第三接地端GND3与第二电源31的第一接地端GND1电连接(也即高边电压检测电路34的第三接地端GND3与直流电源2的负极V-电连接)，任一高边电压检测电路35的高边检测端Det3与对应的高边开关元件12的第二端N4电连接，以实现对高边开关元件12的第二端N4的电压的检测。

控制和诊断电路32还包括：第二信号输入端Si2、至少一个第三信号输入端Si3和至少一个第二信号输出端So2；第二信号输入端Si2与正极电压检测电路34的第二输出端Out3电连接，至少一个第三信号输入端Si3与至少一个高边开关元件12一一对应，任一第三信号输入端Si3与对应的高边开关元件12的控制端Ctr2电连接；至少一个第二信号输出端So2与至少一个高边电压检测电路35一一对应，任一第二信号输出端So2与对应的高边电压检测电路35的第三输出端Out4电连接；控制和诊断电路32用于控制至少一个第二信号输出端So2输出闭合信号和断开信号，并根据正极电压检测电路34的第二输出端Out3的信号和至少一个高边电压检测电路35的第三输出端Out4的信号的差值，判断至少一个高边开关元件12是否故障。

其中，可选的，高边开关元件12与低边开关元件11的个数相等。可选的，高边开关元件12为继电器。高边电压检测电路35与第二电源31的参考地均为直流电源2的负极V-。

以其中一个高边开关元件12的诊断过程为例进行说明：正极电压检测电路34的第二检测端Det2检测的电压为直流电源2的正极V+的电压，控制和诊断电路32可控制与该高边开关元件12对应的第二信号输出端So2输出闭合信号；正常情况下，高边开关元件12将闭合，使得对应的高边检测端Det3检测的电压等于直流电源2的正极V+的电压，则正极电压检测电路34的第二输出端Out3的信号与高边电压检测电路35的第三输出端Out4的信号的差值接近于零电压，小于第二预设阈值，其中，第二预设阈值可以大于零电压，小于直流电源2的正极V+的电压，则控制和诊断电路32将确定与高边电压检测电路35对应的高边开关元件12为正常闭合；断开故障情况下，高边开关元件12无法正常闭合，即保持断开，使得对应的高边检测端Det3检测的电压远小于直流电源2的正极V+的电压，接近零电压，则正极电压检测电路34的第二输出端Out3的信号与高边电压检测电路35的第三输出端Out4的信号的差值大于或等于第二预设阈值，则控制和诊断电路32将确定与高边电压检测电路35对应的高边开关元件12为断开故障。控制和诊断电路32可控制与该高边开关元件12对应的第二信号输出端So2输出断开信号；正常情况下，高边开关元件12将断开，使得对应的高边检测端Det3检测的电压远小于直流电源2的正极V+的电压，接近零电压，则正极电压检测电路34的第二输出端Out3的信号与高边电压检测电路35的第三输出端Out4的信号的差值大于或等于第二预设阈值，则控制和诊断电路32将确定与高边电压检测电路35对应的高边开关元件12为正常断开；粘连故障情况下，高边开关元件12无法正常断开，即保持闭合，使得对应的高边检测端Det1检测的电压等于直流电源2的正极V+的电压，则正极电压检测电路34的第二输出端Out3的信号与高边电压检测电路35的第三输出端Out4的信号的差值接近于零电压，小于第二预设阈值，则控制和诊断电路32将确定与高边电压检测电路35对应的高边开关元件12为粘连故障。故故障诊断电路可实现对高边开关元件12的故障诊断。

本发明实施例提供的又一种用于开关元件的故障诊断电路。图5为本发明实施例提供的一种高边电压检测电路的结构示意图。在上述实施例的基础上，任一高边电压检测电路35还包括：第一电阻R1和第二电阻R2。

其中，第一电阻R1的第一端与高边电压检测电路35的高边检测端Det3电连接；第一电阻R1的第二端，以及第二电阻R2的第一端，均与高边电压检测电路35的第三输出端Out4电连接；第二电阻R2的第二端与高边电压检测电路35的第三接地端GND3电连接。第一电阻R1和第二电阻R2串联分压，第一电阻R1和第二电阻R2的比例可根据需要进行设置。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图5，任一高边电压检测电路35还包括：第一电容C1，与第二电阻R2并联。第一电容C1起滤波作用。

本发明实施例提供的又一种用于开关元件的故障诊断电路。图6为本发明实施例提供的又一种低边电压检测电路的结构示意图。在上述实施例的基础上，正极电压检测电路34还包括：第三电阻R3和第四电阻R4。

其中，第三电阻R3的第一端与正极电压检测电路34的第二检测端Det2电连接；第三电阻R3的第二端，以及第四电阻R4的第一端，均与正极电压检测电路34的第二输出端Out3电连接；第四电阻R4的第二端与正极电压检测电路34的第二接地端GND2电连接。第三电阻R3和第四电阻R4串联分压，第三电阻R3和第四电阻R4的比例可根据需要进行设置。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图6，正极电压检测电路34还包括：第二电容C2，与第四电阻R4并联。第二电容C2起滤波作用。

本发明实施例提供的又一种用于开关元件的故障诊断电路。图7为本发明实施例提供的一种低边电压检测电路的结构示意图。在上述实施例的基础上，任一低边电压检测电路33还包括：第五电阻R5、第六电阻R6和第一二极管D1。

其中，第五电阻R5与第一二极管D1串联，第五电阻R5与第一二极管D1串联后的第一端与低边电压检测电路33的低边检测端Det1电连接；第五电阻R5与第一二极管D1串联后的第二端，以及第六电阻R6的第一端，均与低边电压检测电路33的第一输出端Out2电连接；第六电阻R6的第二端与低边电压检测电路33的电压输入端In1电连接；第一二极管D1的导通方向为由第五电阻R5与第一二极管D1串联后的第二端指向第五电阻R5与第一二极管D1串联后的第一端。

其中，第一二极管D1起高压防反接的作用，防止电流倒灌。图7示例性的画出第一二极管D1的阴极与低边电压检测电路33的低边检测端Det1电连接，第一二极管D1的阳极经第五电阻R5与第六电阻R6的第一端和低边电压检测电路33的第一输出端Out2电连接。当低边开关元件11闭合时，对应的低边电压检测电路33的低边检测端Det1等于零电压时，第一二极管D1导通，此时，第五电阻R5和第六电阻R6串联分压，第五电阻R5和第六电阻R6的比例可根据需要进行设置，此时，低边电压检测电路33的第一输出端Out2的电压在第一预设阈值范围内；当低边开关元件11断开时，第一二极管D1关断，对应的低边电压检测电路33的低边检测端Det1等于第二电源31的电压输出端Out1的电压，此时，低边电压检测电路33的第一输出端Out2的电压不在第一预设阈值范围内。第一二极管的额定电压应大于直流电源两端的最大电压，必要时可串联2个相同的二极管增加可靠性。

图8为本发明实施例提供的又一种低边电压检测电路的结构示意图。在上述实施例的基础上，低边电压检测电路33的低边检测端Det1经第五电阻R5与第一二极管D1的阴极电连接；第一二极管D1的阳极，以及第六电阻R6的第一端，均与低边电压检测电路33的第一输出端Out2电连接。图7的技术方案和图8的技术方案的工作过程类似，此处不再赘述。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图7或图8，任一低边电压检测电路33还包括：第四接地端GND4、第七电阻R7和第三电容C3。其中，第五电阻R5与第一二极管D1串联后的第二端，以及第六电阻R6的第一端，均与第七电阻R7的第一端电连接；第七电阻R7的第二端，以及第三电容C3的第一端，均与低边电压检测电路33的第一输出端Out2电连接；第三电容C3的第二端与第四接地端GND4电连接，第四接地端GND4与第一接地端GND1电连接。高边电压检测电路35与低边电压检测电路33的参考地均为直流电源2的负极V-。第七电阻R7起限流作用。第三电容C3起滤波作用。

本发明实施例提供的又一种用于开关元件的故障诊断电路。图9为本发明实施例提供的一种控制和诊断电路的结构示意图。在上述实施例的基础上，控制和诊断电路32包括：模数转换器321、通信线路322和处理器323。

其中，模数转换器321与至少一个第一信号输入端Si1，第二信号输入端Si2，以及至少一个第三信号输入端Si3电连接；模数转换器321经通信线路322与处理器323电连接；处理器323与至少一个第一信号输出端So1，以及至少一个第二信号输出端So2电连接。

处理器323用于控制至少一个第一信号输出端So1输出闭合信号和断开信号，并根据至少一个低边电压检测电路33的第一输出端Out2的信号经模数转换器321转换成的数字信号，判断至少一个低边开关元件11是否故障；控制至少一个第二信号输出端So2输出闭合信号和断开信号，并根据正极电压检测电路34的第二输出端Out3的信号和至少一个高边电压检测电路35的第三输出端Out4的信号经模数转换器321转换成的数字信号，判断至少一个高边开关元件12是否故障。

其中，通信线路322可以是隔离通信线路，例如可以是SPI(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)总线或者IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)总线。处理器323可以包括MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)或ARM(Advanced RISCMachines)处理器。可选的，模数转换器321包括第一模数转换单元和第二模数转换单元，第一模数转换单元与至少一个第一信号输入端Si1电连接，第二模数转换单元与第二信号输入端Si2，以及至少一个第三信号输入端Si3电连接。如果是SPI通信总线，则通过2个不同的片选(CS)引脚进行片选第一模数转换单元和第二模数转换单元；如果是IIC总线，则通过电平组合对第一模数转换单元和第二模数转换单元编制地址，然后通信按照不同地址进行数据通信。

本发明实施例提供一种电子设备。继续参见图1，该电子设备包括：直流电源、至少一个低边开关元件11和本发明任意实施例提供的用于开关元件的故障诊断电路3。

本发明实施例提供的电子设备包括上述实施例中的用于开关元件的故障诊断电路，因此本发明实施例提供的电子设备也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图2，电子设备还包括：至少一个高边开关元件12。可选的，电子设备包括电动汽车。

本发明实施例提供一种用于开关元件的故障诊断方法。图10为本发明实施例提供的一种用于开关元件的故障诊断方法的流程图。本发明实施例提供的故障诊断方法基于本发明任意实施例提供的用于开关元件的故障诊断电路实现。该故障诊断方法包括：

步骤110、控制和诊断电路控制第一信号输出端输出闭合信号。

其中，可选的，控制和诊断电路32可逐一或同时控制所有第一信号输出端So1输出闭合信号。

步骤120、若对应的低边电压检测电路的第一输出端的信号不在第一预设阈值范围内，则控制和诊断电路确定与低边电压检测电路对应的低边开关元件为断开故障。

步骤130、若对应的低边电压检测电路的第一输出端的信号在第一预设阈值范围内，则控制和诊断电路确定与低边电压检测电路对应的低边开关元件为正常闭合。

步骤140、控制和诊断电路控制第一信号输出端输出断开信号。

其中，可选的，控制和诊断电路32可逐一或同时控制所有第一信号输出端So1输出断开信号。

步骤150、若对应的低边电压检测电路的第一输出端的信号不在第一预设阈值范围内，则控制和诊断电路确定与低边电压检测电路对应的低边开关元件为正常断开。

步骤160、若对应的低边电压检测电路的第一输出端的信号在第一预设阈值范围内，则控制和诊断电路确定与低边电压检测电路对应的低边开关元件为粘连故障。

需要说明的是，若低边开关元件的个数为多个，则可以根据需要控制与所有低边开关元件11对应的第一信号输出端So1输出闭合信号或断开信号，示例性的，可控制一部分第一信号输出端So1输出闭合信号，同时向其余部分第一信号输出端So1输出断开信号。步骤110至步骤130可以在步骤140至步骤160之后执行。

本发明实施例提供的故障诊断方法基于本发明任意实施例提供的用于开关元件的故障诊断电路实现，因此本发明实施例提供的故障诊断方法也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。

图11为本发明实施例提供的又一种用于开关元件的故障诊断方法的流程图。在上述实施例的基础上，当开关元件还包括：至少一个高边开关元件时，故障诊断方法包括：

步骤210、控制和诊断电路控制第一信号输出端输出闭合信号。

步骤220、若对应的低边电压检测电路的第一输出端的信号不在第一预设阈值范围内，则控制和诊断电路确定与低边电压检测电路对应的低边开关元件为断开故障。

步骤230、若对应的低边电压检测电路的第一输出端的信号在第一预设阈值范围内，则控制和诊断电路确定与低边电压检测电路对应的低边开关元件为正常闭合。

步骤240、控制和诊断电路控制第一信号输出端输出断开信号。

步骤250、若对应的低边电压检测电路的第一输出端的信号不在第一预设阈值范围内，则控制和诊断电路确定与低边电压检测电路对应的低边开关元件为正常断开。

步骤260、若对应的低边电压检测电路的第一输出端的信号在第一预设阈值范围内，则控制和诊断电路确定与低边电压检测电路对应的低边开关元件为粘连故障。

步骤270、控制和诊断电路控制第二信号输出端输出闭合信号。

其中，可选的，控制和诊断电路32可逐一或同时控制第二信号输出端So2输出断开信号.

步骤280、若正极电压检测电路的第二输出端的信号与对应的高边电压检测电路的第三输出端的信号的差值小于第二预设阈值，则控制和诊断电路确定与高边电压检测电路对应的高边开关元件为正常闭合。

步骤290、若正极电压检测电路的第二输出端的信号与对应的高边电压检测电路的第三输出端的信号的差值大于或等于第二预设阈值，则控制和诊断电路确定与高边电压检测电路对应的高边开关元件为断开故障。

步骤300、控制和诊断电路控制第二信号输出端输出断开信号。

其中，可选的，控制和诊断电路32可逐一或同时控制第二信号输出端So2输出断开信号。

步骤310、若正极电压检测电路的第二输出端的信号与对应的高边电压检测电路的第三输出端的信号的差值大于或等于第二预设阈值，则控制和诊断电路确定与高边电压检测电路对应的高边开关元件为正常断开。

步骤320、若正极电压检测电路的第二输出端的信号与对应的高边电压检测电路的第三输出端的信号的差值小于第二预设阈值，则控制和诊断电路确定与高边电压检测电路对应的高边开关元件为粘连故障。

其中，步骤210至步骤260可以在步骤270至步骤320之后执行。步骤270至步骤290可以在步骤300至步骤320之后执行。

需要说明的是，若高边开关元件的个数为多个，则可以根据需要控制与所有高边开关元件12对应的第二信号输出端So2输出闭合信号或断开信号，示例性的，可控制一部分第二信号输出端So2输出闭合信号，同时向其余部分第二信号输出端So2输出断开信号。

本发明实施例不仅能有效进行多支路继电器的诊断，同时通过参考同一检测参考地，仅需1路隔离电源和数字隔离通信，提高电动汽车电池管理系统的可靠性及安全性，且器件数目少，体积小，显著降低电池管理系统继电器诊断成本。同时可以实现多路继电器并行诊断，大幅提升检测速度。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。