CN205665378U - 一种继电器粘连检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种继电器粘连检测电路。继电器粘连检测电路包括顺次串联的电源、与所述电源正极相连的主正继电器、负载和与所述电源负极相连的主负继电器组成的第一回路，所述负载为电容和电阻组成的并联电路，还包括与所述主正继电器或所述主负继电器并联的电流检测支路，所述电流检测支路包括串联的二极管、电流源和电流传感器。本实用新型实施例的继电器粘连检测电路提高了继电器粘连检测的准确性和检测速度。

Description

一种继电器粘连检测电路

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种继电器粘连检测电路。

背景技术

电动汽车是国家大力倡导的新能源行业。作为依靠电能运转的汽车，电池系统(指电动汽车的电源)是电动汽车的核心部件。电动汽车高压主回路继电器控制着电池系统的放电，该继电器的可靠工作直接关系到电动汽车的安全问题。电动汽车在继电器粘连状态下工作将可能造成安全事故。如果对继电器的粘连检测发生误报，电动汽车就会无法开动。因此，BMS(Battery Management System，电池管理系统)需要可靠的检测出继电器粘连状态。

图1为电动汽车高压主回路的结构示意图。如图1所示，电动汽车高压主回路包括串联的电源V、与电源V正极相连的主正继电器K1、负载L和与电源V负极相连的主负继电器K3组成的第一回路，其中，负载L为由电容C0和电阻R0组成的并联电路。在电动汽车高压主回路中，电源V一般为电池组。可见，负载L是一个容性负载。负载L为电动汽车中的电机，其中，电容C0是电机变频器的电容。本文中，将电源V的两端的电压差称为PACK电压，将负载L两端的电压差称为LINK电压。电源V的正极和负极所在端的电压分别为PACK+电压和PACK-电压，负载L两端的电压分别为LINK+和LINK-电压。因此，主正继电器K1的两端电压分别称为PACK+电压和LINK+电压，主负继电器K3的两端电压分别为PACK-电压和LINK-电压。

传统的继电器粘连检测采用电压检测方法(即分别检测主正继电器和主负继电器两端的电压)，并设置有很强的放电回路，因为电机变频器的电容C0非常大，如果没有很强的放电回路，电压下降就会非常慢，而且电动汽车所使用的永磁同步电机具有能量回馈能力。

由于放电回路在使用过程中会出现损坏，且放电回路会产热，因此在考虑电容器不会被接触的情况下，最好不要设置放电回路。但不设置放电回路的情况下，因为电机控制器电容C0的存在，以及路况不同电机发电效应存在，连续上下电、无泄放电阻自然泄放、电机回馈等因素，当出现当继电器的容性负载端LINK电压与PACK电压接近的情况时，PACK-LINK电压检测方法会认为继电器出现粘连，但实际上继电器并未粘连，从而造成了检测错误。同时，不设置放电回路的情况下，由于电压下降非常慢，会造成检测时间过长，检测时间过长意味着检测不及时，会给电动汽车造成很大的安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种继电器粘连检测电路，提高继电器粘连检测的准确性，并提高检测速度。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种继电器粘连检测电路，包括顺次串联的电源、与所述电源正极相连的主正继电器、负载和与所述电源负极相连的主负继电器组成的第一回路，所述负载为电容和电阻组成的并联电路，还包括与所述主正继电器或所述主负继电器并联的电流检测支路，所述电流检测支路包括串联的二极管、电流源和电流传感器。

进一步地，上述继电器粘连检测电路还可具有以下特点，所述电流检测支路还包括与所述二极管、电流源和电流传感器串联的限流电阻。

进一步地，上述继电器粘连检测电路还可具有以下特点，所述电流检测支路还包括与所述二极管、电流源和电流传感器串联的热敏电阻。

进一步地，上述继电器粘连检测电路还可具有以下特点，所述电流检测支路还包括与所述二极管、电流源和电流传感器串联的开关。

进一步地，上述继电器粘连检测电路还可具有以下特点，还包括与所述电流检测支路并联的第一电压检测支路，和/或，与所述主正继电器和所述主负继电器两者中未与所述电流检测支路并联的继电器并联的第二电压检测支路。

本实用新型实施例的继电器粘连检测电路，不仅提高了继电器粘连检测的准确性和可靠性，而且检测速度快、检测成本低、能效高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为电动汽车高压主回路的结构示意图。

图2是本实用新型实施例中继电器粘连检测电路的结构示意图之一。

图3是本实用新型实施例中继电器粘连检测电路的结构示意图之二。

图4是本实用新型实施例中继电器粘连检测电路的结构示意图之三。

图5是本实用新型实施例中继电器粘连检测电路的结构示意图之四。

图6是本实用新型实施例中继电器粘连检测电路的结构示意图之五。

图7是本实用新型实施例中继电器粘连检测电路的结构示意图之六。

图8是图2中电流检测支路的一种具体结构示意图。

图9是本实用新型实施例中继电器粘连检测方法的流程图之一。

图10是本实用新型实施例中继电器粘连检测方法的流程图之二。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。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，根据本实用新型精神所获得的所有实施例，都属于本实用新型的保护范围。

需要说明的是，尽管在本实用新型实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述XXX，但这些XXX不应限于这些术语。这些术语仅用来将XXX彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型实施例范围的情况下，第一XXX也可以被称为第二XXX，类似地，第二XXX也可以被称为第一XXX。

图2是本实用新型实施例中继电器粘连检测电路的结构示意图之一。如图2所示，本实施例中，继电器粘连检测电路包括图1所示的电动汽车高压主回路，该电动汽车高压主回路包括串联的电源V、主正继电器K1、负载L和主负继电器K3组成的第一回路，其中，负载L为由电容C0和电阻R0组成的并联电路，继电器粘连检测电路还包括与主正继电器K1并联的电流检测支路，该电流检测支路包括串联的二极管D、电流源I和电流传感器S。

在本实用新型其他实施例中，电流检测支路也可以与主负继电器K3并联。

图2所示继电器粘连检测电路的工作原理是：在主正继电器K1与主负继电器K3断开的情况下，如果电流传感器S没有信号，说明电流传感器S所在的电流检测支路电路中没有电流，据此可以判定主正继电器K1与主负继电器K3都是断开的；如果电流传感器S有信号，说明电路中有电流，据此可以判定存在继电器粘连的情况。然后再根据电流传感器S的信号状态进一步判断是主正继电器K1还是主负继电器K3出现了粘连情况。如果电流传感器的信号一直处于稳定状态(指信号大小、强弱不变)，则可以判定主正继电器K1出现了粘连情况，如果电流传感器S的信号出现变化(这里的变化指电流减小，当电流由外部电容提供时，随着电容的能量向电源内部转移，电容电压下降，电流按比例减小)，则可以判定主负继电器K3出现了粘连情况。

图2中，电源V可以是电池组。

图2中电流检测支路的二极管D、电流源I和电流传感器S三者的串联顺序可以是任意的。

电流传感器的原理是，电流传感器的输出信号与电流传感器所在回路的电流成比例变化。

当主正继电器K1粘连时，电流检测支路相当于短路，电流检测支路中的电流是由电流源I提供的，电压PACK+一直等于LINK+，此时电流传感器S的信号是稳定的。当主负继电器K3粘连时，相当于在电容C0上叠加了一个电源，电容C0里的能量通过光耦和电流检测支路向电源V转移，这样必然引起电容C0电压的变化，此时电压变化会体现到LINK+，导致电压LINK+变化，从而使电流传感器S的信号出现变化。

图2所示的继电器粘连检测电路具有如下有益效果：

一是，通过电流检测的方式检测主正继电器K1或主负继电器K3是否粘连，因此避免了在主正继电器K1的两端电压PACK+和LINK+接近时或者主负继电器K3的两端电压PACK-和LINK-接近时出现错误检测的情况，从而提高了继电器粘连检测的准确性和可靠性；

二是，由于电流传感器对电流的响应非常快，因此对继电器是否粘连的检测速度很快；

三是，电路简单，需要的器件很少，从而降低了继电器粘连检测的成本；

四是，电流检测支路中的电流源I能够将负载L的电容C0的电能回收到电源V(原理是：电流源I的电压+电容C0的电压>电源V的电压，使电容C0的电回收到电源V中，最终状态是，电流源I的电压+电容C0的电压＝电源V的电压)，用电能回收代替了传统的泄放电阻泄放或自然泄放的电能处理方式，能量损失小，因此能效高。

由上可见，本实用新型实施例的继电器粘连检测电路，不仅提高了继电器粘连检测的准确性和可靠性，而且检测速度快、检测成本低、能效高。

图3是本实用新型实施例中继电器粘连检测电路的结构示意图之二。如图3所示，相比于图2所示的实施例，本实施例中的电流检测支路中还包括与二极管D、电流源I和电流传感器S串联的限流电阻Rx。由于电源V、主正继电器K1、负载L和主负继电器K3组成的第一回路是一个高压回路，电源V的电压很大，如果主正继电器K1或主负继电器K3存在粘连的情况，电流检测支路中就会出现电流，由于电源V的电压很大，造成电流检测支路中的电流也会很大，这可能会导致电流检测支路中的元器件损坏，无法正常工作。限流电阻Rx可以将工作电流设定在一定范围内。

由于图3所示的继电器粘连检测电路的电流检测支路中串联有限流电阻Rx，因此相比于图2所示的继电器粘连检测电路具有更高的可靠性。

图4是本实用新型实施例中继电器粘连检测电路的结构示意图之三。如图4所示，相比于图2所示的实施例，本实施例中的电流检测支路中还包括与二极管D、电流源I和电流传感器S串联的热敏电阻PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数的热敏电阻)。在异常情况下，当主正继电器K1断开、LINK+电压高于PACK+电压且主负继电器K3闭合时，电流检测支路对电源V有一定充电效应。热敏电阻PTC能够防止电路中的电流过大而损坏电路中的元器件，从而使电路具有更高的可靠性。

可见，由于图4所示的继电器粘连检测电路的电流检测支路中串联有热敏电阻PTC，因此相比于图2所示的继电器粘连检测电路具有更高的可靠性。

图5是本实用新型实施例中继电器粘连检测电路的结构示意图之四。如图5所示，相比于图2所示的实施例，本实施例中的电流检测支路中还包括与二极管D、电流源I和电流传感器S串联的开关K2。

开关K2的设置可以使得在判断出PACK+电压与LINK+电压相差较小(此时主正继电器K1和/或主负继电器K3可能有粘连的情况)后，再对电流检测支路上电，以判断主正继电器K1是否真正断开。同时，开关K2的设置使电源V、主正继电器K1、负载L和主负继电器K3串联组成的第一回路在正常工作时(即主正继电器K1和主负继电器K3均闭合时)，可以将电流检测支路断开，以节省能量。因此，相比于图2所示的实施例，图5所示的继电器粘连检测电路能够节省能量，从而节约成本。

在本实用新型实施例中，在图2所示电流检测支路的基础上，电流检测支路可以包括限流电阻Rx、热敏电阻PTC、开关K2之中的任意一种或多种，它们均以串联的方式存在电流检测支路中。

图6是本实用新型实施例中继电器粘连检测电路的结构示意图之五。如图6所示，相比于图2所示的实施例，本实施例中的电流检测支路中还包括与二极管D、电流源I和电流传感器S串联的开关K2，继电器粘连检测电路还包括与电流检测支路并联的第一电压检测支路。该第一电压检测支路用于检测继电器(指与电压检测支路和电流检测支路所并联的继电器，在图6中为主正继电器K1)两端的电压。

参见图6，该第一电压检测支路可以包括串联的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4。其中，第二电阻R2和第三电阻R3的结合点接地BMS_GND。

图6所示电路的继电器粘连检测原理是：当第一电压检测支路检测到PACK+电压与LINK+电压相差较小时，通过闭合电流检测支路中的开关K2对电流检测支路上电，以通过电流检测支路检测主正继电器K1和主负继电器K3是否真正断开。

图6所示电路的继电器粘连检测过程是：

在主正继电器K1和主负继电器K3都断开的情况下，首先通过第一电压检测支路确定PACK+与LINK+之间的电压差，若PACK+与LINK+之间的电压相差较小(指小于设定的阈值，该阈值可以设置为总电压的5％-20％)，且电流检测支路中有电流，则证明主正继电器K1或主负继电器K3粘连；

如果第一电压检测支路确定PACK+与LINK+之间的电压差相差较大(大于设定的阈值，该阈值可以设置为总电压的5％-20％)，说明主正继电器K1和主负继电器K3都正常断开，都没有出现粘连情况。

在具体应用中，为了保证可靠性判断，可以进行反复上电、下电，观察PACK+和LINK+的电压变化情况，多次确认。

区分主正继电器K1还是主负继电器K3粘连的原理是：

主正继电器K1粘连相当于短路了整个电流检测支路，电流检测支路的电流是电流源I提供的，PACK+一直等于LINK+。

主负继电器K3粘连相当于在电容C0上叠加了一个电源，电容C0里的能量通过光耦和电流检测支路向电源V转移，这样必然引起电容C0电压的变化，此时电压变化会体现到LINK+。电压发生变化后可通过电流环路区分主正继电器K1还是主负继电器K3粘连：

如果K3粘连，形成的电流环路为：电源V→电容C0→电流传感器S→电流源I→二极管D→电源V；

如果K1粘连，形成的电流环路为：电流源I→二极管D→电流传感器S→电流源I。

图7是本实用新型实施例中继电器粘连检测电路的结构示意图之六。如图7所示，相比于图6所示的实施例，本实施例中的继电器粘连检测电路还包括与主负继电器K3并联的第二电压检测支路。该第二电压检测支路用于检测主负继电器K3两端的电压。

参见图7，该第二电压检测支路可以包括串联的第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8。其中，第六电阻R6和第七电阻R7的结合点接地BMS_GND。

图7所示电路的继电器粘连检测过程是：首先判断主正继电器K1粘连状态，然后判断主负继电器K3粘连状态，具体过程如下：

先断开主正继电器K1并保持主负继电器K3连接，延迟300ms(毫秒)泄放电流后，或电流传感器S信号消失后，断开主负继电器K3。如果断开主负继电器K3后，电流传感器S信号消失，则证明电容已被泄放，主正继电器K1未粘连，通过主负继电器K3的两端电压差(即下面将要提及的第二电压差)判断主负继电器K3粘连情况；

如果断开主负继电器K3后，电流传感器S信号延迟到达，说明回路中依然有电流，说明主正继电器K1粘连。

图8是图2中电流检测支路的一种具体结构示意图。图8中，电流源I由DCDC转换器、电容Cd组成。

图8中，虚线框中的电路为电流源I的具体实现电路。

图8中，光敏电阻Dg和三极管T(方框中)是电流传感器的具体实现电路。Opto是光电耦合器，简称为光耦。

图8中，signal to BMS是指电流传感器输出给电池管理系统的信号。BMS outctrl是电池管理系统输出给开关K2的控制信号。

图8中，电流源I包括DCDC转换器，DCDC转换器与低压电源连接，DCDC转换器同时为继电器粘连检测电路和电流信号接收装置(指图8中的T)供电。电流信号接收装置将电流信号传递给电池管理系统BMS来计算和判断。

本实用新型还提出了一种基于前述的继电器粘连检测电路的继电器粘连检测方法。该方法可以应用于检测电动汽车高压主回路的继电器是否粘连。

图9是本实用新型实施例中继电器粘连检测方法的流程图之一。如图9所示，本实施例中，继电器粘连检测方法可以包括如下步骤：

步骤S901，断开主正继电器和主负继电器；

步骤S902，检测电流传感器是否有信号；

步骤S903，根据检测结果判断主正继电器和主负继电器是否粘连。

在本实用新型实施例中，步骤S903可以包括如下步骤：在检测结果为电流传感器有信号的情况下，监测该信号的状态；根据监测到的该信号的状态确定出现粘连的继电器。

其中，根据监测到的状态确定出现粘连的继电器可以包括：在监测到该信号的状态稳定的情况下，确定主正继电器出现粘连。

其中，根据监测到的状态确定出现粘连的继电器可以包括：在监测到该信号的状态变化的情况下，确定主负继电器出现粘连。

在本实用新型实施例中，步骤S903可以包括如下步骤：在检测结果为电流传感器无信号的情况下，判定主正继电器和所述主负继电器均未出现粘连。

本实用新型实施例的继电器粘连检测方法，通过电流检测的方式检测电动汽车高压主回路中的继电器是否粘连，准确性和可靠性高，检测速度快。

图10是本实用新型实施例中继电器粘连检测方法的流程图之二。如图10所示，本实施例中，继电器粘连检测方法可以包括如下步骤：

步骤S1001，断开主正继电器并保持主负继电器连接；

步骤S1002，延迟设定时间或电流互感器信号消失后，断开主负继电器；

步骤S1003，检测电流互感器的信号；

步骤S1004，根据步骤S1003检测结果确定主正继电器和主负继电器的粘连情况。

在本实用新型实施例中，步骤S1004可以包括：在检测结果为电流互感器无信号的情况下，确认主正继电器未粘连。此时，继电器粘连检测方法可以进一步包括如下步骤：根据主负继电器的两端电压差确定主负继电器是否粘连。如果主负继电器的两端电压差较小，说明主负继电器粘连，如果主负继电器的两端电压差较大，说明主负继电器未粘连。

在本实用新型实施例中，步骤S1004可以包括：在检测结果为电流互感器信号延迟到达的情况下，确认主正继电器粘连。

本实用新型实施例的继电器粘连检测方法，通过电流检测的方式检测电动汽车高压主回路中的继电器是否粘连，准确性和可靠性高，检测速度快。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种继电器粘连检测电路，包括顺次串联的电源、与所述电源正极相连的主正继电器、负载和与所述电源负极相连的主负继电器组成的第一回路，所述负载为电容和电阻组成的并联电路，其特征在于，还包括与所述主正继电器或所述主负继电器并联的电流检测支路，所述电流检测支路包括串联的二极管、电流源和电流传感器。

2.根据权利要求1所述的继电器粘连检测电路，其特征在于，所述电流检测支路还包括与所述二极管、电流源和电流传感器串联的限流电阻。

3.根据权利要求1所述的继电器粘连检测电路，其特征在于，所述电流检测支路还包括与所述二极管、电流源和电流传感器串联的热敏电阻。

4.根据权利要求1所述的继电器粘连检测电路，其特征在于，所述电流检测支路还包括与所述二极管、电流源和电流传感器串联的开关。

5.根据权利要求4所述的继电器粘连检测电路，其特征在于，还包括与所述电流检测支路并联的第一电压检测支路，和/或，与所述主正继电器和所述主负继电器两者中未与所述电流检测支路并联的继电器并联的第二电压检测支路。