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电池系统高压继电器诊断方案优化设计
摘要:高压继电器的控制及诊断作为电池管理系统最重要的一项基本功能,是
保证电池系统稳定可靠工作的前提。本文结合常用诊断方案在实际应用中遇到的
问题对继电器诊断方案进行了优化,优化后的诊断方案简化了软件控制逻辑,降
低了硬件成本,提高了电池系统的工作效率。
关键词:动力电池系统;电池管理系统(BMS);继电器;诊断
引言1
动力电池系统作为电动汽车的能量源,其能量输出由一系列高压开关器件的
通断来实现。现阶段大多数动力电池系统都是通过高压继电器实现高压回路的通
断功能,电池管理系统作为动力电池系统的控制装置,负责高压继电器通断控制
及诊断以实现电池系统能量输出与切断。
高压继电器的诊断通过对高压继电器的状态监测来实现,高压继电器状态检
测包括两种:一种是监测其线圈上电情况,此种比较简单,由继电器专用控制芯
片实现;另一种是对继电器高压触点进行监测,通过直接检测高压触点的连接情
况来实现,实现起来难度较大。
本文所述高压继电器诊断即对继电器高压触点诊断,高压触点的失效模式有
两种:一种是常开故障,发送控制闭合指令,继电器不能闭合;另一种是常闭故
障(粘连),发送断开指令,继电器不能断开。继电器诊断需要在电池系统上电
流程中准确判别出这两种故障,保证电池系统稳定可靠运行。
继电器诊断方案2
动力电池系统中的继电器包括:主负继电器、预充继电器、主正继电器、充
电继电器、加热继电器,辅助器件包含预充电阻、电流传感器。本文讨论电池系
统放电过程的继电器诊断,充电过程中继电器诊断类同。图1为继电器诊断原理
图,动力电池系统在上电过程中根据A、B、C、D四点组合电压的变化实现对继
电器的诊断,上电过程:主负继电器闭合→预充继电器闭合→主正继电器闭合→
预充继电器断开。
方案1)1
以B点为基准获得AB、CB两路电压,以D为基准获得AD、CD两路电压,
上电过程中根据这四路电压的变化情况实现对继电器诊断。此种方案增加了以D
点为基准的电压采集,硬件设计上成本较高,上电过程中需要切换开关K1、K2
实现,控制逻辑较为复杂,而且实车应用时,由于寄生电容的存在,切换K1、K2
出现寄生电容充放电造成电压达到稳定的时间较长,诊断效率较低。
图1方案1继电器诊断原理图
方案2)2
以B点为基准获得AB、CB、DB三路电压,相比方案1节省了以D点为基准
的电压采集,同时也可节省切换开关,硬件电路进行了简化。此种方案上电过程
中只能对主正/预充继电器进行常开/常闭故障检测,主负继电器的诊断只能在下
电过程中检测,需要将故障信息存储在BMS内部,下次上电过程中读取故障信息。
此种方案在软件诊断上比较复杂,增加了软件的复杂度。
方案3)3
方案3结合前两种方案的特点进行了优化改进。电池管理系统多数具有高压
采集功能,高压采集功能多数采用AD芯片采集电压经隔离芯片传输给MCU,AD
芯片需要采用由低压电源经隔离DC变换成隔离电源供电。本方案中利用隔离电
源电压引入到D点增加V3电压的采集,便于实现对主负继电器在上电过程中诊
断。
继电器诊断策略3
主负继电器故障诊断1)
主负继电器闭合前V3采集电压为A,闭合后采集电压为B。电池管理系统发
送主负继电器闭合指令上电前读取V3电压,若电压值为B表明主负继电器常闭
故障(粘连);发送主负继电器闭合指令后读取V3电压,若电压值仍为A表明
主负继电器常开故障。
图2方案2继电器诊断原理图
图3方案3继电器诊断原理图
预充2)/主正继电器故障诊断
电池管理系统发送预充/主正继电器闭合指令前,采集电压V1、V2,若V2接
近V1电压或者在100ms内无下降趋势,预充/主正继电器常闭故障(粘连);发
送预充/主正继电器闭合指令后,采集V1、V2电压,若V2电压在规定时间内没
有上升变化,预充/主正继电器常开故障。
结论3
本文结合目前电池管理系统常用的两种继电器诊断方案的缺点,提出了一种
优化改进方案,同时阐述了继电器故障的诊断策略。此方案相比目前的应用方案
在硬件设计上成本较低,软件控制简单,能够实现对动力电池系统上电过程中继
电器的故障诊断。
参考文献:
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