一种复用驱动电机绕组的继电器检测系统及方法与流程

1.本发明涉及继电器检测技术领域，尤其是涉及一种复用驱动电机绕组的继电器检测系统及方法。


背景技术：

2.面对新能源市场的持续升温，客户对电动汽车续航里程要求更高，汽车充电速率要求也更高。为了提升电动汽车的充电速率，越来越多的主机厂推出800v甚至更高的高压电气系统。考虑到目前多数充电桩仍为供400v车型充电，因此800v高压平台车上需要增加升压充电模块。因为新增的升压充电模块是通过电机的线圈和sic模块组成三个并联的boost电路，通过调整三相不同sic开关管开关的占空比来实现对充电桩电压的升压。也就是说电机的绕组既作为驱动绕组，也作为升压绕组。为了保证这两个功能可以独立运行，在电机绕组和升压模块之间增加了继电器，通过切换继电器的状态可以使这两个功能独立运行，互不干扰。为了确保两个功能可以独立运行，我们需要实时的监测继电器的状态，确保继电器工作在正确的状态。
3.在整车正常行进过程中，在继电器粘连的情况下，电机中性点产生的电压会出现在高压充电口处。在实际充电过程中，当sic开关管出现短路失效时，或者整车高压时序控制不合理，充电线上会产生大电流导致继电器粘连，在继电器粘连的情况下，充电桩输出的高压直接通到负极。以上情况由于未有合理的检测及故障提醒，潜在的隐患容易造成安全事故，为了避免造成不必要的安全隐患，必须对继电器的状态进行检测。
4.中国专利cn105988082a公开了一种电动汽车高压系统的继电器状态检测方法和装置，其方法包括：采集电动汽车下电过程中主正继电器、主负继电器和预充电继电器同时收到并执行断开指令时a点对g点的电压、b点对g点的电压和c点对g点的电压；根据下电过程中的a点对g点的电压、b点对g点的电压和c点对g点的电压判断主负继电器是否粘连，判断主正继电器或预充电继电器是否粘连；其中，所述a点表示电源的正极，所述b点表示主正继电器与负载的连接端，所述c点表示主负继电器与负载的连接端，所述g点表示电源的负极。
5.该方法仅能实现适用于电池包对负载进行供电情况下的继电器状态检测，以g点处电压即电源负极电压为基准电压，通过abc三点相对于基准电压的关系判断继电器状态。当车辆进行充电时，由电池包供电切换到充电桩供电，g点处的电压即电池包负极电压浮动，无法再作为基准电压。因此现有技术无法在充电枪充电时对继电器状态进行检测。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种复用驱动电机绕组的继电器检测系统及方法。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
8.作为本发明的一个方面，提供一种复用驱动电机绕组的继电器检测系统，该检测
系统用于检测车辆能量转换系统中继电器r1和继电器r2的工作状态，所述车辆能量转换系统包含依次连接的电池、逆变器、电机绕组和升压模块，所述检测系统包括多个电压采集单元、升压模块控制单元和集成有继电器控制单元的逆变器控制单元；
9.所述继电器控制单元用于下达继电器的开关指令，并反馈当前继电器开关指令；
10.所述电压采集单元分别设于继电器r1和继电器r2前后触点与电桥中点g之间，用于采样并处理继电器r1和继电器r2前后触点的实时电压；
11.所述逆变器控制单元与升压模块控制单元通过线束连接进行信号的交互；
12.所述逆变器控制单元用于分析电压采集单元采集的电压，并判断当前继电器的状态。
13.作为优选技术方案，所述电压采集单元包括高低压隔离模块和运算放大器。
14.作为优选技术方案，所述升压模块控制单元用于传递电压采集单元采集的实时电压至逆变器控制单元和依据继电器控制单元的开关指令控制继电器r1和继电器r2。
15.作为本发明的另一个方面，提高一种应用于上述复用驱动电机绕组的继电器检测系统的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
16.接收继电器开关指令；
17.读取继电器r1两端电桥中点g的电压v1与v2和继电器r2两端电桥中点g的电压v3与v4；
18.根据v1、v2、v3和v4的电压判断继电器r1和继电器r2的开关状态，若继电器开关状态与开关指令不同，则判定继电器处于粘连状态；
19.所述开关状态的判断步骤包括：
20.获取v1、v2、v3和v4的值；
21.若v2等于v4且v2不等于v1且v4不等于v3，则继电器状态为：r1断开，r2断开；
22.若v1等于v2等于v3等于v4，则继电器状态为：r1吸合，r2吸合；
23.若v3等于v4且v2不等于v1，则继电器状态为：r1断开，r2吸合；
24.若v1等于v2且v3不等于v4，则继电器状态为：r1吸合，r2断开。
25.作为优选技术方案，当车辆正常行驶过程中，所述电机绕组工作在驱动模式下，所述电机为继电器检测提供检测基准电压，所述继电器r1和继电器r2开关指令都为断开。
26.作为优选技术方案，当车辆正常行驶过程中，所述检测方法执行包括以下步骤：
27.s11：接收继电器请求指令直到继电器r1和继电器r2的开关指令为断开；
28.s12：读取v1、v2、v3、v4的值；
29.s13：判断是否v2等于v4且v2不等于v1且v4不等于v3，若是反馈r1断开、r2断开，若否进入s14；
30.s14：判断是否v1等于v2等于v3等于v4，若是反馈r1粘连吸合、r2粘连吸合，若否进入s15；
31.s15：判断是否v3等于v4且v2不等于v1，若是反馈r1断开、r2粘连吸合，若否进入s16；
32.s16：判断是否v1等于v2且v3不等于v4，若是反馈r1粘连吸合、r2断开，若否结束检测。
33.作为优选技术方案，当充电桩供电时，所述电机绕组工作在升压模式下，所述逆变
器控制单元控制逆变器与电池负极相连开关管同时导通，所述继电器r1和继电器r2开关指令都为吸合。
34.作为优选技术方案，当充电桩供电时，所述检测方法执行包括以下步骤：
35.s21：接收继电器请求指令直到r1和r2的请求指令为吸合；
36.s22：请求逆变器与电池负极相连开关管同时导通；
37.s23：当逆变器与电池负极相连开关管处于持续导通状态时，读取v1、v2、v3、v4的值；
38.s24：判断是否v2等于v4且v2不等于v1且v4不等于v3，若是反馈r1粘连断开、r2粘连断开，若否进入s25；
39.s25：判断是否v1等于v2等于v3等于v4，若是反馈r1吸合、r2吸合，若否进入s26；
40.s26：判断是否v3等于v4且v2不等于v1，若是反馈r1粘连断开、r2吸合，若否进入s27；
41.s27：判断是否v1等于v2且v3不等于v4，若是反馈r1吸合、r2粘连断开，若否结束检测。
42.作为优选技术方案，当系统处于充电等待状态下，所述电机绕组工作在升压模式等待状态下作为导线的功能，所述逆变器控制单元控制逆变器与电池正极相连的开关管同时导通，所述电压采集模块在电机的中性点的电压与电池包的电压一致的时刻进行采样，所述继电器r1和继电器r2开关指令都为断开。
43.作为优选技术方案，当系统处于充电等待状态下，所述检测方法执行包括以下步骤：
44.s31：接收继电器请求指令直到r1和r2的请求指令为断开；
45.s32：请求逆变器与电池正极相连的开关管同时导通，并保持持续导通状态；
46.s33：读取v1、v2、v3、v4的值；
47.s34：判断是否v2等于v4且v2不等于v1且v4不等于v3，若是反馈r1断开、r2断开，若否进入s35；
48.s35：判断是否v1等于v2等于v3等于v4，若是反馈r1粘连吸合、r2粘连吸合，若否进入s36；
49.s36：判断是否v3等于v4且v2不等于v1，若是反馈r1断开、r2粘连吸合，若否进入s37；
50.s37：判断是否v1等于v2且v3不等于v4，若是反馈r1粘连吸合、r2断开，若否结束检测。
51.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
52.1)本发明提供一种继电器检测系统，复用现有车辆能量转换系统中的逆变器与电机绕组作为检测电路的一部分，减少元器件的使用，节约成本。
53.2)本发明提供一种继电器检测方法，以升压模块电桥中点为虚拟地，通过在继电器两端设置电压测量模块，测量继电器相对于基准点的电势，从而判断继电器的开合状态，再根据继电器的驱动指令，判断继电器是否粘连，实现了在充电状态下的继电器状态检测。
54.3)本发明提供的继电器检测方法，市面上的继电器均适用，不需要定制化继电器，只需要新增部分电压检测电路，即可以准确判断出继电器的状态，防止整车因为异常带电
所带来的潜在安全隐患，泛用性广。
55.4)本发明提供的检测方法只需要稍微调整电压采样范围，就可以移植到整车其他带有高压正负继电器的控制单元里。
56.5)本发明提供的继电器检测系统及方法，硬件电路简单，软件代码复杂度低，不易出现误检测的状况。
附图说明
57.图1为本发明的系统结构示意图；
58.图2为本发明的电压采集单元结构示意图；
59.图3为本发明的电机驱动模式下的继电器检测流程图；
60.图4为本发明的升压模式继电器r1和继电器r2的请求指令都是吸合下的继电器检测流程图；
61.图5为本发明的升压模式继电器r1和继电器r2的请求指令都是断开下的继电器检测流程图。
具体实施方式
62.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
63.车辆能量转换系统的继电器检测方法，其检测系统包括继电器触点前后电压采集单元，升压模块控制单元，逆变器控制单元(集成继电器驱动单元)，电机本体。
64.继电器触点前后电压采集单元用于采样并处理继电器触点前后的实时电压。
65.升压模块控制单元负责传递继电器的驱动信号以及继电器触点前后电压采集单元采集的实时电压。
66.逆变器控制单元(集成继电器控制单元)与升压模块控制单元通过线束连接进行信号的交互，其中继电器控制单元负责继电器的驱动管理，反馈当前继电器驱动状态。逆变器控制单元负责将继电器触点前后电压采集单元采集的电压进行分析，结合继电器控制单元的信号判断当前继电器的状态。
67.电机本体提供了升压所需的绕组，继电器实时监测需要基准电压，在充电桩供电的时候，电机绕组提供监测回路。在充电桩不供电，处于逆变器模式下时，电池包的电压通过逆变器的控制后经过电机绕组为继电器检测提供基准电压。
68.如图1所示，在现有电路结构中添加继电器触点前后电压采集单元，升压模块控制单元，逆变器控制单元(集成继电器驱动单元)和电机本体实现了继电器状态的检测。
69.如图2所示为本实施例的电压采集单元，电压采集单元采集继电器触点前后的电压采集点a、b、c、d相对于电桥中点g的电压v1、v2、v3、v4。所述电压采集的单元采用隔离差分采样，每个电压采集点与电桥中点g之间设有隔离采集单元包括隔离模块和运算放大器。
70.车辆正常运行过程中，电机绕组工作在驱动模式下，由电池包向电机供电，继电器r1和继电器r2是断开状态。在运行过程中，如果继电器r1和继电器r2产生了非预期的吸合，充电桩端口会产生非预期的电压，危害人身安全。通过采集和分析v1、v2、v3、v4的电压，持
续监控继电器r1和继电器r2的状态。
71.如图3所示，该过程中继电器状态监控步骤如下：
72.s11：接收继电器请求指令直到r1和r2的请求指令为断开；
73.s12：读取v1、v2、v3、v4的值；
74.s13：判断是否v2等于v4且v2不等于v1且v4不等于v3，若是反馈r1断开、r2断开，若否进入s14；
75.s14：判断是否v1等于v2等于v3等于v4，若是反馈r1粘连吸合、r2粘连吸合，若否进入s15；
76.s15：判断是否v3等于v4且v2不等于v1，若是反馈r1断开、r2粘连吸合，若否进入s16；
77.s16：判断是否v1等于v2且v3不等于v4，若是反馈r1粘连吸合、r2断开，若否结束检测。
78.车辆进行充电时，由充电枪进行供电，电机绕组工作在在升压模式下，继电器r1和继电器r2的请求指令都是吸合。在运行过程中，如果继电器r1和继电器r2产生了非预期的断开，整车无法继续充电，需要识别此故障状态。逆变器控制单元控制开关管q2、q4、q6同时导通，开关管q2、q4、q6处于导通状态，通过电机绕组将b和d两个点连接在一起，形成完整的继电器监测回路，此时a、b、c、d四点相对于g点的电势差的绝对值是一样的。当继电器r1处于非预期的断开状态时，那么b、c、d相对于g点的电势差的绝对值是一样的。当继电器r2处于非预期的断开状态时，那么a、b、d相对于g点的电势差的绝对值是一样的。通过判断不同情况下的电势差可以判断当前继电器r1和继电器r2的状态。采集和分析v1,v2,v3,v4的电压，持续监控继电器r1和继电器r2的状态。
79.如图4所示，该过程中继电器状态监控步骤如下：
80.s21：接收继电器请求指令直到r1和r2的请求指令为吸合；
81.s22：请求q2、q4、q6同时导通并保持持续导通状态；
82.s23：读取v1、v2、v3、v4的值；
83.s24：判断是否v2等于v4且v2不等于v1且v4不等于v3，若是反馈r1粘连断开、r2粘连断开，若否进入s24；
84.s25：判断是否v1等于v2等于v3等于v4，若是反馈r1吸合、r2吸合，若否进入s25；
85.s26：判断是否v3等于v4且v2不等于v1，若是反馈r1粘连断开、r2吸合，若否进入s26；
86.s27：判断是否v1等于v2且v3不等于v4，若是反馈r1吸合、r2粘连断开，若否结束检测。
87.在插入充电桩但充电桩不供电的时候，电机绕组工作在在升压模式，整个系统处于充电等待的状态。逆变器控制单元控制开关管q1,q3,q5同时导通，q1,q3,q5处于导通状态。整个系统处于逆变器模式下，切换到电池包供电。电池包的电压通过逆变器的控制在电机的绕组上形成交流电来控制电机的运行，此时电机的中性点对电池包的负极会形成动态的电压，通过选择合适的时间去进行采样，在采样时刻电机的中心点的电压vn与电池包的电压基本保持一致，采样时刻电压就是为继电器检测提供的基准检测电压。
88.如图5所示，该过程中继电器状态监控步骤如下：
89.s31：接收继电器请求指令直到r1和r2的请求指令为断开；
90.s32：请求q1、q3、q5同时导通并保持持续导通状态；
91.s33：读取v1、v2、v3、v4的值；
92.s34：判断是否v2等于v4且v2不等于v1且v4不等于v3，若是反馈r1断开、r2断开，若否进入s35；
93.s35：判断是否v1等于v2等于v3等于v4，若是反馈r1粘连吸合、r2粘连吸合，若否进入s36；
94.s36：判断是否v3等于v4且v2不等于v1，若是反馈r1断开、r2粘连吸合，若否进入s37；
95.s37：判断是否v1等于v2且v3不等于v4，若是反馈r1粘连吸合、r2断开，若否结束检测。
96.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。