一种高压互锁信号检测系统及方法

技术领域

本发明涉及电池管理模块技术领域，尤其涉及一种高压互锁信号检测系统及方法。

背景技术

随着新能源战略的推进，新能源汽车发展迅速。新能源汽车中的高压系统里有超过500伏电压及上百安培的电流，这些大电压和大电流对高压部件的运行以及维护，还有维修安全带来了严峻的考验，因此对整个高压回路的状态检测非常重要。

目前，主要采用高压互锁回路的方法，即：通过使用低压线束将电动汽车上所有与高压母线相连的各分路进行串联，进而通过低压信号检测高压回路电气连接的完整性。如图1所示，采样V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7的电压，通过采样电压的数值范围判断外接环路的状态(短地或短电源)，通过计算SEG1和SEG2的电阻值，判断外接环路是否开路，计算流经R1、R3、R5的电流判断其他故障(除短地、短电源和开路外)该方案：电路复杂，电阻多，经济成本高；采样点多，引入的电压采样误差较大，后续计算电阻和电流引入的误差也会随之增大；诊断方案复杂，容易误判，此外需要进行多次的电阻电流的计算，单片机的资源占用率高。

因此，如何提供一种电路元器件少，引入采样误差较小且诊断方案简单的高压互锁信号检测系统及方法成为需要解决的技术问题。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种高压互锁信号检测系统及方法，解决了现有技术中电路复杂，电阻多，经济成本高；采样点多，引入的电压采样误差较大，诊断方案复杂，容易误判且单片机的资源占用率高的技术问题。

本发明公开了一种高压互锁信号检测系统，包括基准电源、分压诊断模块、恒流源和外部回路；所述分压诊断模块包括限流单元、分压单元、诊断单元和诊断电阻；所述基准电源的输出端连接所述限流单元的输入端，自所述限流单元的输出端至第一接地端依次连接有所述外部回路和所述恒流源，自所述限流单元的输出端至第二接地端连接有所述分压单元；其中，所述外部回路并联所述诊断电阻，所述诊断单元的输入端连接所述分压单元的电压采样点V1，所述诊断单元用于检测所述电压采样点V1的电压值，根据所述电压采样点V1的电压值和计算得到的电压值区间诊断所述外部回路的电路连接状态。

进一步地，所述外部回路的电路连接状态包括正常闭合、开路故障、短地故障、短电源故障、其他故障五种状态，所述诊断单元用于根据所述检测系统的电路连接关系计算得到与所述五种状态一一对应的电压值区间，当检测到的所述电压采样点V1的电压值在落入一所述电压值区间时，诊断所述外部回路处于该电压值区间对应的电路连接状态；其中，所述其他故障是指所述外部回路发生除开路故障、短地故障、短电源故障以外的电路故障。

进一步地，所述诊断单元用于按照正常闭合、开路故障、短地故障、短电源故障、其他故障五种状态的顺序对所述外部回路依次进行诊断，若诊断所述外部回路处于除正常闭合外的四种故障状态之一时，则结束诊断，否则继续进行下一轮诊断。

进一步地，所述分压单元包括分压电阻R2和分压电阻R3，所述分压电阻R3设于所述分压电阻R2和所述第二接地端之间，所述电压采样点V1设于所述分压电阻R2和分压电阻R3之间。

进一步地，所述分压电阻R3的电阻值为分压电阻R2的100倍以上。

进一步地，所述分压电阻R3的阻值大于10KΩ。

本发明还公开了一种应用上述的高压互锁信号检测系统的高压互锁信号检测方法，包括：

接通基准电源；检测所述电压采样点V1的电压值；根据所述电压采样点V1的电压值和计算得到的电压值区间诊断所述外部回路的电路连接状态。

进一步地，所述外部回路的电路连接状态包括正常闭合、开路故障、短地故障、短电源故障、其他故障五种状态，诊断单元根据检测系统的电路连接关系计算得到与所述五种状态一一对应的电压值区间，当检测到的所述电压采样点V1的电压值在落入一所述电压值区间时，诊断所述外部回路处于该电压值区间对应的电路连接状态；其中，所述其他故障是指所述外部回路发生除开路故障、短地故障、短电源故障以外的电路故障。

进一步地，所述诊断单元按照正常闭合、开路故障、短地故障、短电源故障、其他故障五种状态的顺序依次进行诊断，若诊断所述外部回路处于除正常闭合外的四种故障状态之一时，则结束诊断，否则继续进行下一轮诊断。

进一步地，所述分压单元包括分压电阻R2和分压电阻R3，所述分压电阻R3一端接地，另一端连接所述分压电阻R2，所述诊断单元的输入端连接设于所述分压电阻R2和分压电阻R3之间的所述电压采样点V1。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.所用到的电路元器件较少，节约了经济成本；

2.只采样一个点的电压，引入采样误差较小；

3.诊断方案简单，直接根据电压采样点V1的电压值进行电路诊断，占用的MCU的资源较少。

附图说明

图1为现有技术中的高压互锁信号检测系统的电路示意图；

图2为符合本发明的高压互锁信号检测系统的电路示意图；

图3为符合本发明的本发明的高压互锁信号检测方法的流程图。

附图标记：

1-基准电源、2-分压诊断模块、3-恒流源。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内腔的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。

本发明提供了一种高压互锁信号检测系统，参阅图2，高压互锁信号检测系统包括：基准电源1、分压诊断模块2、恒流源3和外部回路SEG；所述分压诊断模块2包括限流单元、分压单元、诊断单元和诊断电阻R4，所述基准电源1的输出端连接所述限流单元的输入端，自所述限流单元的输出端至第一接地端GND1依次连接有所述外部回路SEG和所述恒流源3，自所述限流单元的输出端至第二接地端GND2连接有所述分压单元；其中，所述外部回路SEG并联所述诊断电阻R4，所述诊断单元的输入端连接所述分压单元的电压采样点V1，所述诊断单元用于检测所述电压采样点V1的电压值，根据所述电压采样点V1的电压值和计算得到的电压值区间诊断所述外部回路SEG的电路连接状态。

其中，所述外部回路SEG是由高压器件串联形成的电路。

优选地，本实施例中，如图2所示，所述诊断单元为MCU。所述限流单元为电阻R1,其作用是当所述外部回路SEG发生短电源故障时，串联分压，进而限制回路电流，以起到保护电路的作用。

所述分压单元包括分压电阻R2和分压电阻R3，所述分压电阻R3设于所述分压电阻R2和所述第二接地端之间，所述电压采样点V1设于所述分压电阻R2和分压电阻R3之间，因此，本实施例中，所述分压电阻R3两端的电压值即为所述电压采样点V1的电压值。

优选地，本实施例中，所述外部回路SEG的电路连接状态包括正常闭合、开路故障、短地故障、短电源故障、其他故障五种状态，所述诊断单元用于计算得到与所述五种状态一一对应的电压值区间，当检测到的V1的电压值在落入一所述电压值区间时，诊断所述外部回路处于该电压值区间对应的电路连接状态；其中，所述其他故障是指所述外部回路发生除开路故障、短地故障、短电源故障以外的电路故障。

具体地，参阅图2，根据电路的串并联关系，结合欧姆定律，可得到式1和式2，其中，式1：

式2：

由式1和式2，可得到式3：

其中，V

本实施例中，V

状态1：

当外部回路SEG正常闭合即无故障时，外部回路SEG的电阻理论值为0Ω，但实际电路中各连接线的电阻不为0，因此设置外部回路SEG的等效电阻值为Ra。代入式3，加入系统设置的冗余量a，可以计算得到所述采样点V1的第一电压值区间，当检测到所述电源采样点V1的电阻值在所述第一电压值区间时，诊断所述外部回路SEG的电路连接状态为正常闭合。

应当理解的是，本领域普通技术人员可以根据所述高压互锁信号检测系统的实际情况确定Ra的值，一般在0～10Ω范围内，本实施例中，Ra取9Ω。所述冗余量a是本领域普通技术人员根据系统的实际需要自行设置的，本实施例中，冗余量a设置为1V。

本实施例中，计算得到所述第一电压值区间为[1.5V,2.5V]。

状态2：

当外部回路SEG发生开路故障时，外部回路SEG的等效电阻值为10KΩ(10KΩ为本领域惯用的行业经验值)。代入式3，加入系统设置的冗余量a，可以计算得到所述采样点V1的第二电压值区间，当检测到所述电压采样点V1的电压值在所述第二电压值区间时，诊断所述外部回路SEG的电路连接状态为开路故障。

本实施例中，计算得到所述第二电压值区间为[3.0V,4.0V]。

状态3：

当外部回路SEG发生短地故障时，图2中A点的电压几乎为0V，此时V2点的电压和A点的电压相等。代入式2，可得V

本实施例中，计算得到所述第三电压值区间为[0,1V)。

状态4：

当外部回路SEG发生短电源故障时，即外部回路SEG对其所连接的回路电源短路。此时，图2中V2点的电压值与外部回路SEG所述回路电源的电压相等，本实施例的所述高压互锁信号检测系统应用于新能源汽车的电池管理模块中，外部回路SEG所连接的回路电源为新能源汽车上的低压蓄电池，通常为12V。代入式2，加入系统设置的冗余量a，可以计算得到所述采样点V1的第四电压值区间，当检测到所述电压采样点V1的电压值在所述第四电压值区间时，诊断所述外部回路SEG的电路连接状态为短电源故障。

本实施例中，计算得到所述第四电压值区间为>＝4.5V。

状态5：

当检测到所述电压采样点V1的电压值不在所述第一电压值区间、第二电压值区间、第三电压值区间、第四电压值区间时，诊断所述外部回路SEG的电路连接状态为其他故障，所述其他故障指的是，所述外部回路SEG发生除开路故障、短地故障、短电源故障以外的电路故障。

根据上述五个电压值区间，得到本实施例中所述电压采样点V1的电压值V

优选地，参阅图3，所述诊断单元用于按照正常闭合、开路故障、短地故障、短电源故障、其他故障五种状态的顺序对所述外部回路依次进行诊断，若诊断所述外部回路SEG处于除正常闭合外的四种故障状态之一时，则结束诊断，否则继续进行下一轮诊断。

优选地，所述分压电阻R3的电阻值为分压电阻R2的100倍或100倍以上。其中，更优选地，R3>10kΩ。本实施例中，分压电阻R3为阻值100KΩ的单个电阻，在其他实施例中，分压电阻R3可以拆分为小电阻串联或大电阻并联。

应当理解的是，所述分压电阻R3与分压电阻R2的比值越大，V1点的电压值越接近于V2点，V1点的电压值与V2点越接近，采样精度越好。

本发明还提供了应用上述高压互锁信号检测系统的高压互锁信号检测方法，包括：

接通基准电源1，

所述基准电源1的输出端连接所述限流单元的输入端，自所述限流单元的输出端至第一接地端GND1依次连接有所述外部回路SEG和所述恒流源3，自所述限流单元的输出端至第二接地端GND2连接有所述分压单元；其中，所述外部回路SEG并联所述诊断电阻R4，所述诊断单元的输入端连接所述分压单元的电压采样点V1。

检测所述电压采样点V1的电压值，

通过所述诊断单元检测所述电压采样点V1的电压值，本实施例中，所述诊断单元为MCU，所述MCU的输入端采集所述分压单元的电压采样点V1的电压信号，得到所述分压单元的电压采样点V1的电压值。

根据所述电压采样点V1的电压值和计算得到的电压值区间诊断所述外部回路的电路连接状态。

优选地，所述外部回路SEG的电路连接状态包括正常闭合、开路故障、短地故障、短电源故障、其他故障五种状态，所述诊断单元根据检测系统的电路连接关系计算得到与所述五种状态一一对应的电压值区间，当检测到的所述电压采样点V1的电压值在落入一所述电压值区间时，诊断所述外部回路SEG处于该电压值区间对应的电路连接状态；其中，所述其他故障是指所述外部回路发生除开路故障、短地故障、短电源故障以外的电路故障。

应当理解的是，与所述五种状态一一对应的电压值区间的计算过程已在上述高压互锁信号检测系统的实施例中详细阐述，在此不再赘述。

优选地，参阅图3，所述诊断单元按照正常闭合、开路故障、短地故障、短电源故障、其他故障五种状态的顺序依次进行诊断，若诊断所述外部回路SEG处于除正常闭合外的四种故障状态之一时，则结束诊断，否则继续进行下一轮诊断。

优选地，参阅图2，所述分压单元包括分压电阻R2和分压电阻R3，所述分压电阻R3一端接地，另一端连接所述分压电阻R2，所述诊断单元的输入端连接设于所述分压电阻R2和分压电阻R3之间的所述电压采样点V1。

优选地，所述分压电阻R3的电阻值为分压电阻R2的100倍或100倍以上。其中，更优选地，R3>10kΩ。本实施例中，分压电阻R3为阻值100KΩ的单个电阻，在其他实施例中，分压电阻R3可以拆分为小电阻串联或大电阻并联。

应当理解的是，所述分压电阻R3与分压电阻R2的比值越大，V1点的电压值越接近于V2点，V1点的电压值与V2点越接近，采样精度越好。

参阅图1，示出了现有技术中的高压互锁信号检测系统的电路示意图，该方案电路复杂，电阻多，经济成本高；采样点多，引入的电压采样误差较大，后续计算电阻和电流引入的误差也会随之增大；诊断方案复杂，容易误判，此外需要进行多次的电阻电流的计算，单片机的资源占用率高。而采用本发明提供的高压互锁信号检测系统及方法，一方面所用到的电路元器件较少，节约了经济成本；另一方面，只采样一个点的电压，引入采样误差较小，而且诊断方案简单，直接根据电压采样点V1的电压值进行电路诊断，占用的MCU的资源较少。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能应用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。