一种新能源汽车高压互锁检测电路及检测方法

技术领域

本发明涉及新能源互锁汽车安全检测领域，特别涉及一种新能源汽车高压互锁检测电路及检测方法。

背景技术

相对于传统汽车而言,电动汽车的一个重要特点就是车内装有能保证足够动力性能的高压系统,包括了动力电池(Battery)、电机控制器(MCU)、车载充电机(OBC)、加热器(PTC)、空调压缩机(Ai rCondintion-Compressor)、DCDC(高低压转换器)等高压部件。由此而存在的高压电伤害隐患完全有别于传统汽车，其高达300V以上的电压以及可能达到数十、甚至数百安培的电流随时考验着车载高压用电器的使用安全。随着电动汽车行业的不断向前发展,对电动汽车电安全的研究刻不容缓,其中高压互锁是经常被使用措施用于检测高压接插件的连接可靠度。目前部分高压互锁仍然做的是一路互锁，将电池包内互锁和电池包外互锁串成一个回路，都是由BMS检测，这种控制方案虽然可以检测到高压互锁回路的断开,但无法及时找到定位到哪个高压接插件断开,从而增加了车辆维护及服务的难度和时间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新能源汽车高压互锁检测电路及检测方法，用于对高压插接件的连接故障进行检测并可以检测出高压插接件的故障类型。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种新能源汽车高压互锁检测电路，包括电阻R1、R2、R3和电源Vc，所述电源Vc依次经过串联的电阻R1、R2、R3后接地，从电阻R1、R2串联回路上引出接线分别连接至高压互锁接插件母头的低压信号触点A`和模拟信号采集端AD0，从电阻R2、R3串联回路上引出接线分别连接至高压互锁接插件母头的低压信号触点B`和模拟信号采集端AD1，从电源Vc和电阻R1之间回路引出接线连接至采样端子ADC，控制模块的采集输入端分别连接ADC、AD0、AD1，并利用采集的ADC、AD1、AD0数据来判断高压互锁接插件的故障状态。

所述电路还包括两路滤波电路，用于分别设置在A`和AD0之间、B`和AD1之间，从而对采集的信号进行滤波处理。

两路滤波电路包括电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2、电感L1、电感L2，从电阻R1、R2串联回路上引出接线经电感L1连接至A`、经电阻R4连接至AD0，从电阻R2、R3串联回路上引出接线经电感L2连接至B`、经电阻R5连接至AD1，电阻R4和AD0之间引出接线经电容C1接地；电阻R5和AD1之间引出接线经电容C2接地。

所述电路还包括二极管D1、D2、D3、D4，所述电源Vc与二极管D1的负极连接，二极管D1的正极极与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极接地，在二极管D1的正极引出端子连接至AD0；电源Vc与二极管D3的负极连接，二极管D3的正极极与二极管D4的负极连接，二极管4的正极接地，在二极管D3的正极引出端子连接至AD1.

所述控制模块根据采集的数据进行处理后判断出高压互锁接插件的整行工作以及故障状态，故障状态包括：高压接插件断开故障、高压接插件对电源短路故障、高压接插件对地短路故障、高压接插件接触电阻大故障、高压接插件虚接故障、高压接插件其他故障。

一种新能源汽车高压互锁检测电路的检测方法，包括：

控制模块分别获取ADC、AD0、AD1采集的电压数据；

控制模块分别将AD0、AD1端采集的电压与计算的正常状态下电压值进行比较，从而判断此时高压互锁接插件的状态；

其中计算的正常状态下的电压值为Vc*R3/(R1+R2),其中Vc为ADC端采集的电压值；将AD0端、AD1端采集的电压数值与Vc*R3/(R1+R2)比较来判断此时高压互锁接插件处于正常状态或故障状态。

在控制模块检测判断高压互锁接插件处于故障状态时，控制模块通过与其连接的故障检测提醒模块发出故障提醒信号。

当判断高压互锁接插件处于故障状态时，进入故障分类判断步骤，对高压互锁接插件的故障类型进行判断，当满足故障类型对应的故障判断条件时，判断高压互锁接插件属于该故障类型。

所述故障类型包括高压接插件断开故障、高压接插件对电源短路故障、高压接插件对地短路故障、高压接插件接触电阻大故障、高压接插件虚接故障、高压接插件其他故障。

控制模块采集AD0、AD1与ADC端口采集到的电压分别为V0、V1与Vc，当满足式(1)条件时判断高压接插件连接良好，否则判断高压互锁接插件处于故障状态；

当判断高压互锁接插件处于故障状态时，分别对高压接插件断开故障、高压接插件对电源短路故障、高压接插件对地短路故障、高压接插件接触电阻大故障、高压接插件虚接故障对应的条件进行判断来区别故障的类型。

本发明的优点在于：电路结构简单可靠，通过在接插件上增加该检测电路，可以根据检测的电压数据准确的确定高压互锁接插件的故障或正常状态，并能够区别故障的种类，从而可以及时检测故障类型为维修提供支持。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明电路结构原理图；

图2为本高压互锁接插件的原理图；

图3为本发明检测方法流程图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，一种新能源汽车高压互锁检测电路，包括电阻R1、R2、R3和电源Vc，电源Vc依次经过串联的电阻R1、R2、R3后接地，从电阻R1、R2串联回路上引出接线分别连接至高压互锁接插件母头的低压信号触点A`和模拟信号采集端AD0，从电阻R2、R3串联回路上引出接线分别连接至高压互锁接插件母头的低压信号触点B`和模拟信号采集端AD1，从电源Vc和电阻R1之间回路引出接线连接至采样端子ADC，控制模块的采集输入端分别连接ADC、AD0、AD1，并利用采集的ADC、AD1、AD0数据来判断高压互锁接插件的故障状态。

A`、B`分别为高压互锁接插件的低压端子，如图2所示，为高压互锁接插件的原理示意图，通过该低压端子引出连接至电路从而根据电路获取电压信号处理后来判断故障信息和正常状态。

电路还包括两路滤波电路，用于分别设置在A`和AD0之间、B`和AD1之间，从而对采集的信号进行滤波处理。两路滤波电路包括电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2、电感L1、电感L2，从电阻R1、R2串联回路上引出接线经电感L1连接至A`、经电阻R4连接至AD0，从电阻R2、R3串联回路上引出接线经电感L2连接至B`、经电阻R5连接至AD1，电阻R4和AD0之间引出接线经电容C1接地；电阻R5和AD1之间引出接线经电容C2接地。

图1中的电路还包括二极管D1、D2、D3、D4，所述电源Vc与二极管D1的负极连接，二极管D1的正极极与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极接地，在二极管D1的正极引出端子连接至AD0；电源Vc与二极管D3的负极连接，二极管D3的正极极与二极管D4的负极连接，二极管4的正极接地，在二极管D3的正极引出端子连接至AD1.

控制模块根据采集的数据进行处理后判断出高压互锁接插件的整行工作以及故障状态，故障状态包括：高压接插件断开故障、高压接插件对电源短路故障、高压接插件对地短路故障、高压接插件接触电阻大故障、高压接插件虚接故障、高压接插件其他故障。

控制模块采用整车内的车身控制器BCM、整车控制器VCU，通过车内的仪表显示屏等发出检测的故障信息，及时发出故障信息。

一种新能源汽车高压互锁检测电路的检测方法，包括：

控制模块分别获取ADC、AD0、AD1采集的电压数据；

控制模块分别将AD0、AD1端采集的电压与计算的正常状态下电压值进行比较，从而判断此时高压互锁接插件的状态；

其中计算的正常状态下的电压值为Vc*R3/(R1+R2),其中Vc为ADC端采集的电压值；将AD0端、AD1端采集的电压数值与Vc*R3/(R1+R2)比较来判断此时高压互锁接插件处于正常状态或故障状态。

在控制模块检测判断高压互锁接插件处于故障状态时，控制模块通过与其连接的故障检测提醒模块发出故障提醒信号。

当判断高压互锁接插件处于故障状态时，进入故障分类判断步骤，对高压互锁接插件的故障类型进行判断，当满足故障类型对应的故障判断条件时，判断高压互锁接插件属于该故障类型。

所述故障类型包括高压接插件断开故障、高压接插件对电源短路故障、高压接插件对地短路故障、高压接插件接触电阻大故障、高压接插件虚接故障、高压接插件其他故障。

控制模块采集AD0、AD1与ADC端口采集到的电压分别为V0、V1与Vc，当满足式(1)条件时判断高压接插件连接良好，否则判断高压互锁接插件处于故障状态；

当判断高压互锁接插件处于故障状态时，分别对高压接插件断开故障、高压接插件对电源短路故障、高压接插件对地短路故障、高压接插件接触电阻大故障、高压接插件虚接故障对应的条件进行判断来区别故障的类型。一般来说V0、V1相等且等于Vc*R3/(R1+R3)时属于正常状态，但是由于会电路中的一些参数会波动，往往可能不能完全相等，只能做到一个波动数值，这里采用3％的波动，更加合理可靠。但是可以设置的波动区间K，以Vc*K％来进行Vc*R3/(R1+R3)来进行波动来进行判断。

本发明主要是提供一种新能源汽车高压互锁检测方法及故障机制。高压互锁检测电路如图1所示，图1中，虚线框内为高压互锁插件示意，其中AB段为铜导线，该导线位于高压互锁接插件中，A'与B'右侧部分为提出的纯电动汽车高压互锁检测电路，需要注意的是该检测电路并不包含AB段导线。

该检测电路中各器件的参数：R1为阻值R1＝3.0kΩ的电阻，R2为阻值R2＝6.2kΩ的电阻，R3为阻值R3＝3.0kΩ的电阻，R4为阻值R4＝1.0kΩ的电阻，R5为阻值R5＝1.0kΩ的电阻，C1、C2均为容值10nF的电容，L1与L2为电感线圈，其阻值均为120，D1、D2、D3、D4为二极管。图1中，AA'端与BB'端为高压插件接触端，AD0与AD1端为模拟信号采集端，车辆的控制芯片通过采集AD0与AD1端的电压值实现高压互锁插件连接状态的检测；在该检测电路达到稳态的情况下，AD0端的电压与A'端的电压相等，AD1端的电压与B'端的电压相等。高压互锁故障检测电路实际上是检测A'与B'端的电压，并利用该电压进行故障状态判断。ADC为5V电源电压Vc的A/D采集端口，用于后续的故障检测实现。

图2为高压互锁接插件的局部剖面示意图(对应图1中虚线框内部分)，当接插件插紧后，高压接插件中的直流母线+、–极连线导通，同时低压信号触点A-A'、B-B'闭合形成回路(与图1相对应)。

根据图2可以看出，接插件低压检测线路中的插针要比高压母线+、–极对应的插针短，这样能够保证在高压接插件完全脱落前，尤其是高压母线的+、–极连线断开前，低压接插件能够提前断开并触发故障，从而提高系统的安全性，即在高压接插件未断开前先检测到高压互锁故障，并通过故障机制对车辆及人员安全提供保障。

根据图1所示高压互锁电路原理图，在高压接插件断开的情况下，AA'与BB'端均呈断开状态，此时通过AD0与AD1端口采集得到的电压为5V电源Vc关于R1、R2、R3的分压值，此时AD0与AD1端口采集到的理想电压值分别为5×(R2+R3)/(R1+R2+R3)＝3.77V、5×R3/(R1+R2+R3)＝1.23V；在高压接插件连接良好的情况下，AA'与BB'端均呈连接状态，此时电阻R2被AB所表示的导线所短路(由于AB段导线为铜制，因此所产生的电阻可忽略)，这种状态下AD0与AD1端口采集到的理想电压值相等，均为5×R3/(R1+R3)＝2.50V。正是通过图1所示检测电路的这种分压特性进行高压接插件状态的检测。图1所示电路能够检测出高压接插件连接与断开状态，还能够进行接插件短路、接触电阻大、虚接等故障的判断，关于这些故障的检测方法将在故障检测部分进行详细说明。另外，在高压互锁故障检测电路中，L1、R4、C1与L2、R5、C2为RCL(Resistance、Capacitance、Inductance，电阻、电容、电感)低通滤波电路，分别实现了对A'与B'端口采集信号的滤波处理，从而为后续故障检测方法的有效实现打下基础。D1、D2、D3、D4二极管的作用是防止A'、B'端的非预期电压对AD0与AD1这2个A/D采集端口造成冲击，以AD0端口举例说明，当A'端出现一个非预期的正向大电压信号(远大于5V电源电压)，则所产生的冲击电流会通过A'端经D1二极管回馈至5V电源，此时AD0端口的电压不会高于5V电源电压加D1二极管的导通压降；当A'端出现一个非预期的负向大电压信号(远小于0V)，则所产生的冲击电流方向为电源地经D2二极管到A'端，此时AD0端口的电压不会低于D2二极管导通压降的负值。

在图1、图2所示高压互锁故障检测电路的基础上，给出了一种高压互锁故障检测方法，图3所示为高压互锁故障逻辑实现图，其中包含1种正常状态和6种故障状态，在故障检测中将高压互锁故障细化为6种，分别为：①高压接插件断开故障；②高压接插件对电源短路故障；③高压接插件对地短路故障；④高压接插件接触电阻大故障；⑤高压接插件虚接故障；⑥高压接插件其他故障。根据图3，在一个检测周期中首先进行高压接插件连接良好条件判断，若条件满足则表明车辆无高压互锁故障，若条件不满足，则进行高压接插件断开故障判断。在之后的故障判断过程中，依次进行以上6种故障的判断，当故障判断条件得到满足，则进入到相应故障处理环节。

定义通过图1中AD0、AD1与ADC端口采集到的电压分别为V0、V1与Vc，则当式(1)条件得到满足时判断高压接插件连接良好。

判断原理：当高压插件接触良好时，图1中的R2电阻被短路，根据欧姆定律串联分压原理，AD0、AD1检测的电压等效于R3电阻两端的电压。因此当V0和V1电压满足式(1)时判断高压接插件连接良好。

接下来介绍以上6种高压互锁故障检测方法。

(1)高压接插件断开故障检测。

当式(2)条件得到满足并持续100ms，则判断发生高压接插件断开故障。

判断原理：当高压插件断开时，图1中的R2电阻被串联在检测回路中，根据欧姆定律串联分压原理，AD0检测的电压等效于R2+R3电阻两端的电压，AD1检测的电压等效于R3电阻两端的电压。因此当V0和V1电压满足式(2)时判断高压接插件断开故障。

(2)高压接插件对电源短路故障检测。

高压接插件对电源短路故障是指在接插件连接良好的状态下，AB段与图1中5V电源Vc发生短路，当式(3)条件得到满足并持续100ms，则判断发生高压接插件对电源短路故障。

判断原理：当接插件AB段与图1中Vc电源短路时，相当于在检测回路中R2电阻处串联了一个5V的电源，根据欧姆定律。V0电压和V1电压必然比电源Vc电压要高，那么满足式(3)即可判断高压插件对电源短路故障。

(3)高压接插件对地短路故障检测。

高压接插件对地短路故障指的是在接插件连接良好的状态下，AB段与图1中的地发生短路，当式(4)条件得到满足并持续100ms，则判断发生高压接插件对地短路故障。

判断原理：当接插件AB段与图1中GND电源地短路时，相当于在检测回路中R2电阻处接地，必然将回路电压拉低，根据欧姆定律。V0电压和V1电压接近为0，那么满足式(4)即可判断互锁插件对电源短路故障。

(4)高压接插件接触电阻大故障检测。

高压接插件接触电阻大故障是指高压接插件处于接插状态，但图1中A-A'端口与B-B'端口间存在较大的接触电阻，因此在图1中可等效为电阻R2与接触电阻并联，导致R2两端的实际电阻变小，当式(5)条件得到满足并持续100ms，则判断发生高压接插件接触电阻大故障。

判断原理：图1中A-A'端口与B-B'端口间存在较大的接触电阻，因此在图1中可等效为电阻R2与接触电阻并联，导致R2两端的实际电阻变小，那么AD0检测的电压必然比正常接插件接触良好回路R2+R3两端电压要小，即V

由于接触电阻与电阻R2并联，导致R2两端的实际电阻变小，根据欧姆定律，R1和R2两端分得的电压会偏低，那么AD1检测的R3电压会比正常接插件接触良好回路R3两端电压要大，即V

综上所述，那么满足式(5)即可判断高压插件接触电阻大故障。

(5)高压接插件虚接故障检测。

高压接插件虚接故障对应图1中A-A'端与B-B'端接触不良，即接插件反复处于闭合、断开、再闭合、再断开的状态，这种现象体现在AD0与AD1口采集到的电压为反复振荡，当式(6)条件得到满足时，判断发生高压接插件虚接故障。

判断原理：当接插件处于闭合状态时，R2电阻被短路，由于R3＝R1＝3kΩ，那么V0＝Vc*R3/(R1+R3)＝0.5Vc＝2.5V；当接插件处于断开状态时，由于R2＝6.2kΩ，那么V0＝Vc*(R2+R3)/(R1+R2+R3)＝3.77V；当接插件接触不良时，接插件处于不停地通断中，ADC0检测的电压变化可能为

①|V

②|V

③|V

同理，当接插件处于闭合状态时，R2电阻被短路，由于R3＝R1＝3kΩ，那么V1＝Vc*R3/(R1+R3)＝0.5Vc＝2.5V；当接插件处于断开状态时，由于R2＝6.2kΩ，那么V1＝Vc*R3/(R1+R2+R3)＝1.23V；当接插件接触不良时，接插件处于不停地通断中，ADC1检测的电压变化可能为

①|V

②|V

③|V

综上所述，那么满足式(6)即可判断高压插件虚接故障。

(6)高压接插件其他故障检测。

在检测到高压接插件未处于连接良好的状态下，若以上5种故障判断条件均未得到满足，则将该异常归类于高压接插件其他故障。至此，纯电动汽车高压互锁故障检测方法介绍完成，接下来进行故障处理方法的说明。

高压互锁故障处理方式：根据图3高压互锁故障逻辑实现图，可确定1种正常状态和6种故障状态，在这6种高压互锁故障中，故障1高压接插件断开故障表明高压接插件处于断开状态，此时车辆存在高压暴露风险，对车辆及车上人员产生较大的安全隐患，需要立即采取有效措施进行处理，比如高压下电等，通过车载仪表等发出报警的同时控制车辆下电。除故障1外，其他高压互锁故障(2～5)则不存在高压暴露的隐患，因此不需要采取高压下电这样严重的处理措施，此时可以根据故障所引起的安全风险采取不同的处理方式，实现故障的精细化处理，具体可以根据实际设计来设定，但是需要上报故障，可以通过发出报警信号来进行提醒，至于是否下电或其它的操作处理方式根据实际主机厂的安全规范来设置，如表1，在保证车辆及人员安全的前提下，尽可能地降低由于故障处理对车上人员驾驶感受造成的不良影响。

表1高压互锁故障处理方式

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。