CN104802655B - 电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统 - Google Patents
电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统，其包括正极开关、预充电开关、预充电电阻、负极开关、开路电压检测装置、电池管理系统；预充电开关和预充电电阻串联后，并联于正极开关两端；开路电压检测装置并联安装于负极开关两端，用来检测负极开关两端的电压值；正极开关两端用于接在高压电池正端同高压直流端正极之间；负极开关两端用于接在高压电池负端同高压直流端负极之间；电池管理系统用于控制正极开关、预充电开关、负极开关通断，并同开路电压检测装置、整车控制系统通信。本发明，在高压上电流程中，通过预充电开关闭合前后的负极开关两端电压的变化情况可安全、有效检测高压直流端是否接入逆变器。
Description
技术领域
本发明涉及电动（纯电动或混合动力）汽车高压安全技术，特别涉及一种电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统。
背景技术
汽车安全一直以来都是人们关注的重点，当前电动汽车（包括纯电动和混合动力汽车）电驱动系统大多采用了高压系统，高压安全成为电动汽车领域重点关注对象，高压安全技术成为该领域关键技术之一。
逆变器作为电动汽车电驱动系统核心部件，通常情况下其高压互锁（HVIL）回路通过上盖板实现，正确的安装顺序为连接高压直流端正极（T+）、负极（T-）以及UVW三相输出，正常连接后，合上逆变器上盖板，高压互锁回路闭合，允许高压上电。若未安装逆变器上盖板，高压互锁回路断开，此时不允许高压上电，不存在高压风险。然而，实际应用中发现高压直流端存在以下潜在高压安全风险：由于高压直流端（T+、T-）没有单独设计HVIL，在人员错误操作情况下，没有将高压直流端（T+、T-）安装到逆变器内部，却合上了逆变器上盖板，高压互锁回路闭合，允许高压上电，若此时启动高压系统，由于高压直流端（T+、T-）裸露在外，存在潜在高压触电风险，如图1所示。
针对上述问题，已有的解决方案为在高压直流两端（T+、T-）设计的HVIL，该方案的缺点为：1）接插件成本较高，体积较大；2）逆变器端HVIL内部走线复杂；3）HVIL失效带来的误诊断。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统，能安全、有效检测高压直流端是否接入逆变器，规避高压直流端未设计高压互锁带来的潜在高压风险，简单方便，易于改造，实施成本低。
为解决上述技术问题，本发明提供的电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统，其包括正极开关、预充电开关、预充电电阻、负极开关、开路电压检测装置、电池管理系统；
所述预充电开关和预充电电阻串联后，并联于正极开关两端；
所述开路电压检测装置，并联安装于负极开关两端，用来检测负极开关两端的电压值；
所述正极开关两端，用于接在高压电池正端同高压直流端正极之间；
所述负极开关两端，用于接在高压电池负端同高压直流端负极之间；
高压直流端正极，用于连接到逆变器正输入端；
高压直流端负极，用于连接到逆变器负输入端；
所述电池管理系统，用于控制所述正极开关、预充电开关、负极开关通断，并同开路电压检测装置、整车控制系统通信；所述电池管理系统，工作过程如下：
一.控制正极开关、预充电开关、负极开关都处于断开状态；
二.如果接收到高压上电需求信号，则进行步骤三；
三.记录开路电压检测装置检测的负极开关两端的闭合前电压V0；
四.控制预充电开关闭合；
五.记录开路电压检测装置检测的负极开关两端的闭合后电压V1；
六.如果|V1-V0|<N,N为标定的正数,则输出高压直流端未接入逆变器故障信号，进行步骤十二；否则进行步骤七；
七.发送高压直流端正常接入信号到整车管理系统；
八.当接收到整车管理系统发送来的高压上电指令，则控制负极开关闭合；
九.如果在设定时间内预充电未完成，则输出预充电失败故障信号，进行步骤十二；如果在设定时间内预充电完成，则进行步骤十；
十.控制正极开关闭合；
十一.高压上电成功，结束；
十二.高压上电失败，控制正极开关、预充电开关及负极开关断开，结束。
较佳的，所述正极开关、预充电开关、负极开关，是继电器或开关管。
较佳的，步骤十一中，高压上电成功，所述电池管理系统控制预充电开关断开，结束。
较佳的，步骤四中，所述电池管理系统发送预充电开关闭合控制信号后，并判断预充电开关是否闭合，如果预充电开关已闭合，则进行步骤五；否则，输出预充电开关连接失败故障信号，进行步骤十二。
较佳的，步骤八中，所述电池管理系统发送负极开关闭合控制信号后，并判断负极开关是否闭合，如果负极开关已闭合，则进行步骤九；否则，输出负极开关连接失败故 障信号，进行步骤十二。
较佳的，步骤十中，所述电池管理系统发送正极开关闭合控制信号后，并判断正极开关是否闭合，如果正极开关已闭合，则进行步骤十一；否则，输出正极开关连接失败故障信号，进行步骤十二。。
本发明的电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统，在高压上电前，电池管理系统BMS进行初始化，使正极开关S+、预充电开关Sp、负极开关S-都处于断开状态；有高压上电需求时，电池管理系统BMS记录负极开关两端的闭合前电压V0，然后控制预充电开关Sp闭合，记录负极开关两端的闭合后电压V1，并判断预充电开关Sp闭合前后的负极开关S-两端的电压变化|V1-V0|是否大于等于一标定量N，标定量N需满足能够检测出预充电开关Sp闭合前后的负极开关S-两端电压有明显跳变，如果预充电开关Sp闭合前后的负极开关S-两端的电压变化|V1-V0|大于等于一标定量N，则判断高压直流端（T+，T-）接入逆变器，允许整车管理系统VMS发送高压上电指令，否则输出高压直流端正极（T+，T-）未接入逆变器故障信号。本发明的电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统，在高压上电流程中，通过预充电开关闭合前后的负极开关两端电压的变化情况可安全、有效检测高压直流端是否接入逆变器，并且由于在预充电开关Sp开始闭合时，正极开关S+及负极开关S-都处于断开状态，即使高压直流端（T+、T-）未连接逆变器，也不会带来高压风险，能够规避高压直流端（T+、T-）未设计高压互锁（HVIL）带来的潜在高压风险，简单方便，易于改造，实施成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是高压直流端未安装高压互锁的潜在风险示意图；
图2是本发明的电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统一实施例示意图；
图3本发明的电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统一实施例的电池管理系统工作过程示意图；
图4本发明的电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统一实施例的效果示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统，如图2所示，包括正极开关S+、预充电开关Sp、预充电电阻R、负极开关S-、开路电压检测装置VM、电池管理系统BMS；
所述预充电开关Sp和预充电电阻R串联后，并联于正极开关S+两端；
所述开路电压检测装置VM，并联安装于负极开关S-两端，用来检测负极开关S-两端的电压值；
所述正极开关S+两端，用于接在高压电池E正端同高压直流端正极T+之间；
所述负极开关S-两端，用于接在高压电池E负端同高压直流端负极T-之间；
高压直流端正极T+,用于连接到逆变器正输入端；
高压直流端负极T-，用于连接到逆变器负输入端；
所述电池管理系统BMS，用于控制所述正极开关S+、预充电开关Sp、负极开关S-通断，并同开路电压检测装置VM、整车管理系统VMS通信；所述电池管理系统BMS，如图3所示，工作过程如下：
一.在高压上电前，进行初始化，控制正极开关S+、预充电开关Sp、负极开关S-都处于断开状态；
二.如果接收到高压上电需求信号，则进行步骤三；
三.记录开路电压检测装置VM检测的负极开关S-两端的闭合前电压V0；
四.控制预充电开关Sp闭合；
五.记录开路电压检测装置VM检测的负极开关S-两端的闭合后电压V1；
六.如果|V1-V0|<N,N为标定的正数,则输出高压直流端（T+，T-）未接入逆变器故障信号，进行步骤十二；否则进行步骤七；
七.发送高压直流端正常接入信号到整车管理系统VMS；
八.当接收到整车管理系统VMS发送来的高压上电指令，则控制负极开关S-闭合；
九.如果在设定时间内预充电未完成，则输出预充电失败故障信号，进行步骤十二；如果在设定时间内预充电完成，则进行步骤十；
十.控制正极开关S+闭合；
十一.高压上电成功，结束；
十二.高压上电失败，控制正极开关S+、预充电开关Sp及负极开关S-断开，停止连接高压，结束。
所述正极开关S+、预充电开关Sp、负极开关S-可以是继电器、开关管等具有开关作用的电子元器件。
较佳的，步骤十一中，高压上电成功，所述电池管理系统控制预充电开关断开，结束。
较佳的，步骤四中，所述电池管理系统BMS发送预充电开关闭合控制信号后，并判断预充电开关Sp是否闭合，如果预充电开关Sp已闭合，则进行步骤五；否则，输出预充电开关连接失败故障信号，进行步骤十二。
步骤八中，所述电池管理系统BMS发送负极开关闭合控制信号后，并判断负极开关S-是否闭合，如果负极开关S-已闭合，则进行步骤九；否则，输出负极开关连接失败故障信号，进行步骤十二。
步骤十中，所述电池管理系统BMS发送正极开关闭合控制信号后，并判断正极开关S+是否闭合，如果正极开关S+已闭合，则进行步骤十一；否则，输出正极开关连接失败故障信号，进行步骤十二。
一般来讲开关（预充电开关Sp、正极开关S+、负极开关S-）由控制部分和执行部分组成，电池管理系统BMS通过比较开关的执行端两侧的电压来判断开关是否闭合,两侧电压相等则判断为开关已闭合。
预充电是否完成，可以通过判断逆变器正输入端及负输入端之间的电压（即接在逆变器输入端间的电容C两端的电压）来实现，当电容C两端电压达到实际高压电池两端电压的设定比例X(X为小于1的正数，X可标定)，则认为预充电完成。
实施例一的电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统，如果高压直流端（T+、T-）两端未接入逆变器，则预充电开关Sp闭合前后，开路电压检测装置VM检测到的负极开关S-两端电压基本不变；如果高压直流端（T+、T-）两端接入逆变器，则预充电开关Sp闭合前后，开路电压检测装置VM检测到的负极开关S-两端电压会有较为明显的跳变。因此，利用该原理，只要在上述高压上电过程中检测到预充电开关Sp闭合前后负极开关S-两端电压没有明显跳变，即可判断高压直流端（T+、T-）未接入逆变器，通过软件控制停止继续高压上电。实施例一的电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系 统，在高压上电前，电池管理系统BMS进行初始化，使正极开关S+、预充电开关Sp、负极开关S-都处于断开状态；有高压上电需求时，电池管理系统BMS记录负极开关两端的闭合前电压V0，然后控制预充电开关Sp闭合，记录负极开关两端的闭合后电压V1，并判断预充电开关Sp闭合前后的负极开关S-两端的电压变化|V1-V0|是否大于等于一标定量N，标定量N需满足能够检测出预充电开关Sp闭合前后的负极开关S-两端电压有明显跳变，如果预充电开关Sp闭合前后的负极开关S-两端的电压变化|V1-V0|大于等于一标定量N，则判断高压直流端（T+，T-）接入逆变器，允许整车管理系统VMS发送高压上电指令，否则输出高压直流端正极（T+，T-）未接入逆变器故障信号。实施例一的电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统，在高压上电流程中，通过预充电开关闭合前后的负极开关两端电压的变化情况可安全、有效检测高压直流端是否接入逆变器，并且由于在预充电开关Sp开始闭合时，正极开关S+及负极开关S-都处于断开状态，即使高压直流端（T+、T-）未连接逆变器，也不会带来高压风险，能够规避高压直流端（T+、T-）未设计高压互锁（HVIL）带来的潜在高压风险，简单方便，易于改造，实施成本低。
通过Portunus仿真软件来验证具体实施例的实施效果。以某实际电驱动系统为仿真对象，高压电池电压为300V，逆变器中电容C容值为500μF，电容C初始两端电压为0V，正极开关S+和负极开关S-断开，给预充电开关Sp一个阶跃信号（从断开到闭合），通过开路电压检测装置VM来观察负极开关S-两侧电压，由测量结果可知，当高压直流端（T+、T-）接入逆变器时，负极开关S-两端电压从0跳变到300V，出现明显跳变，若无明显跳变，则电池管理系统BMS控制立即停止高压上电。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统，包括正极开关、预充电开关、预充电电阻、负极开关、开路电压检测装置、电池管理系统；
所述预充电开关和预充电电阻串联后，并联于正极开关两端；
所述开路电压检测装置，并联安装于负极开关两端，用来检测负极开关两端的电压值；
所述正极开关两端，用于接在高压电池正端同高压直流端正极之间；
所述负极开关两端，用于接在高压电池负端同高压直流端负极之间；
高压直流端正极，用于连接到逆变器正输入端；
高压直流端负极，用于连接到逆变器负输入端；其特征在于，
所述电池管理系统，用于控制所述正极开关、预充电开关、负极开关通断，并同开路电压检测装置、整车控制系统通信；所述电池管理系统，工作过程如下：
一.控制正极开关、预充电开关、负极开关都处于断开状态；
二.如果接收到高压上电需求信号，则进行步骤三；
三.记录开路电压检测装置检测的负极开关两端的闭合前电压V0；
四.控制预充电开关闭合；
五.记录开路电压检测装置检测的负极开关两端的闭合后电压V1；
六.如果|V1-V0|<N,N为标定的正数,则输出高压直流端未接入逆变器故障信号，进行步骤十二；否则进行步骤七；
七.发送高压直流端正常接入信号到整车管理系统；
八.当接收到整车管理系统发送来的高压上电指令，则控制负极开关闭合；
九.如果在设定时间内预充电未完成，则输出预充电失败故障信号，进行步骤十二；如果在设定时间内预充电完成，则进行步骤十；
十.控制正极开关闭合；
十一.高压上电成功，结束；
十二.高压上电失败，控制正极开关、预充电开关及负极开关断开，结束。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统，其特征在于，
所述正极开关、预充电开关、负极开关，是继电器或开关管。
3.根据权利要求1所述的电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统，
步骤十一中，高压上电成功，所述电池管理系统控制预充电开关断开，结束。
4.根据权利要求1所述的电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统，其特征在于，
步骤四中，所述电池管理系统发送预充电开关闭合控制信号后，并判断预充电开关是否闭合，如果预充电开关已闭合，则进行步骤五；否则，输出预充电开关连接失败故障信号，进行步骤十二。
5.根据权利要求1所述的电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统，其特征在于，
步骤八中，所述电池管理系统发送负极开关闭合控制信号后，并判断负极开关是否闭合，如果负极开关已闭合，则进行步骤九；否则，输出负极开关连接失败故障信号，进行步骤十二。
6.根据权利要求1所述的电动汽车电驱动系统高压直流端开路诊断系统，其特征在于，
步骤十中，所述电池管理系统发送正极开关闭合控制信号后，并判断正极开关是否闭合，如果正极开关已闭合，则进行步骤十一；否则，输出正极开关连接失败故障信号，进行步骤十二。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |