電動汽車主負繼電器粘連檢測技術(shù)研究

李輝　陳東翼

【摘? 要】介紹電動汽車主負繼電器粘連檢測技術(shù)方案的現(xiàn)狀及主要問題，重點分析新型主負繼電器粘連檢測方案在動力電池系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過合理的仿真分析，可有效模擬實車工況，為電動汽車的BMS（電池管理系統(tǒng)）開發(fā)提供參考。

【關(guān)鍵詞】電動汽車；主負繼電器；粘連檢測；仿真分析

中圖分類號：U469.72? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）06-0016-03

Research on Main Negative Relays Adhesion Detection in Electric Vehicles

LI Hui，CHEN Dong-yi

（Neusoft Reach Automotive Technology（Shenyang）Co.，Ltd.，Shenyang 110179，China）

【Abstract】This study mainly introduces the current situation and main problems of the adhesion detection technology scheme of the main and negative relays in electric vehicles. And it also focuses on the application of a detection scheme for the new main negative relay adhesion in power battery systems. Through appropriate simulation analysis，it can effectively simulate the real operating condition and provide a reference for the development of BMS（battery management system）in electric vehicles.

【Key words】electric vehicle；main negative relay；adhesion detection；simulation analysis

近年來，在“雙碳”政策的落實與推動下，新能源汽車產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，中國的新能源汽車總量已突破1300萬輛，2022年中國新能源汽車銷量688.7萬輛，同比增長93.4%，隨著新能源汽車數(shù)量的攀升，汽車的安全問題急需引起重視[1-3]。根據(jù)相關(guān)資料調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，其中動力電池故障是導致新能源汽車缺乏安全性最為主要的因素[4]。在電動汽車進行高壓上電時，通過有效識別繼電器的粘連狀態(tài)，能夠及時提醒駕乘人員進行檢修，可以極大地提高用車安全性。本文主要針對主負繼電器的粘連檢測技術(shù)進行研究。

1? 現(xiàn)狀方案及主要問題

目前常見的主負繼電器粘連檢測方案，主要有3種，第1種方案通過檢測主正繼電器內(nèi)側(cè)（A點）與主負繼電器外側(cè)（C點）之間的電壓，將AC與AD間電壓進行比較而實現(xiàn)；第2種方案通過檢測主正繼電器外側(cè)（B點）與主負繼電器外側(cè)（C點）之間的電壓，將BC與AD間電壓進行比較而實現(xiàn)；第3種方案通過檢測主負繼電器外側(cè)（C點）與主負繼電器內(nèi)側(cè)（D點）之間的電壓，在一定時間內(nèi)CD間是否達到一定電壓，進行主負繼電器粘連狀態(tài)的檢測。3種方案原理如圖1所示。

這3種粘連檢測方案都存在一定的問題：①第1種和第2種方案，它們的參考點不是電池包負極，需要采用具有多個隔離參考地的采樣芯片，會增加開發(fā)成本。②第2種和第3種方案，它們主要依賴于閉合主正繼電器或者預(yù)充繼電器，才能進行粘連檢測，缺乏靈活性。

為解決現(xiàn)有方案的問題，本文分析一種新型的主負繼電器粘連檢測技術(shù)方案。

2? 方案系統(tǒng)組成與分析

2.1? 方案系統(tǒng)組成

本文方案系統(tǒng)主要由動力電池、繼電器、高壓及絕緣診斷電路和外部電氣附件等組成，如圖2所示。

圖2主要示意了與主負繼電器粘連檢測關(guān)聯(lián)的部分，包括電池包總電壓檢測、絕緣檢測、主負繼電器粘連檢測和模擬整車的電阻及電容分布。系統(tǒng)中Vp是電池包總電壓正極，Va是總電壓檢測點，Vb是絕緣檢測點，AD2是主負繼電器粘連檢測點，ISOV是AD2檢測電路的電壓源，D1是單向二極管，防止高壓引入BMS主控板，K1、K2和K3是絕緣檢測開關(guān)，K4是總電壓檢測開關(guān)，Rp和Rn分別是模擬整車主正對底盤和主負對底盤的絕緣電阻，Y1和Y2是模擬整車Y電容，X是模擬整車X電容，R是模擬被動泄放電阻。主負繼電器粘連檢測電路主要由ISOV、R9、R10、D1和AD2檢測端口組成，通過K8的閉合或者斷開模擬該電路是否接入系統(tǒng)，為了驗證該方案的可行性，需要結(jié)合整車電氣參數(shù)進行仿真分析。

2.2? 方案分析

現(xiàn)結(jié)合某實車的電氣參數(shù)進行仿真分析，Vp、Va、Vb、ISOV和AD2的參考電壓都是電池包的負極BGND，Vp=750V，Y1=Y2=298.5nF，X=619.7uF，R=522kΩ，設(shè)定Rp=Rn=10MΩ，R1=R5=R7=5MΩ，R2=R6=R8=22kΩ，R3=R4=700kΩ，ISOV=5V，R9=300kΩ，R10=200kΩ，D1的反向耐壓至少1000V，將上述主要參數(shù)應(yīng)用于仿真電路，主要從總電壓檢測、絕緣檢測和繼電器動作狀態(tài)三方面進行仿真分析[5-6]，分析本方案與上述三方面的相互影響，以及是否能夠有效識別主負繼電器的粘連狀態(tài)。

首先，模擬不同工況下，通過調(diào)整主負繼電器粘連檢測電路是否接入系統(tǒng)，仿真分析總電壓檢測點Va和絕緣檢測點Vb的變化，仿真結(jié)果如表1所示。從表1可知，主負繼電器粘連檢測電路是否接入系統(tǒng)，對總電壓檢測和絕緣檢測都無影響。

其次，模擬絕緣檢測開關(guān)在不同工況下的動作，調(diào)整主負繼電器的閉合或者斷開，仿真分析檢測點AD2的電壓，是否可以作為主負繼電器粘連檢測判斷的依據(jù)。結(jié)合表2的絕緣檢測開關(guān)動作時序表，在主負繼電器斷開時，得到AD2的檢測電壓，標稱值是5.009V，最大值與最小值的電壓差是7mV，仿真結(jié)果如圖3所示。在主負繼電器閉合時，得到AD2的檢測電壓，標稱值是2.177V，仿真結(jié)果如圖4所示。從上述結(jié)果可知，絕緣檢測開關(guān)的動作對AD2的電壓幾乎無影響，而且通過AD2的電壓值可以有效判斷主負繼電器的粘連狀態(tài)。

再次，模擬整車繼電器動作對主負繼電器粘連檢測點AD2的影響分析。K5代表預(yù)充繼電器，K6代表主正繼電器，K7代表主負繼電器，結(jié)合表3的繼電器動作時序表，模擬整車高壓上電到高壓下電的動作，得到AD2的電壓，如圖5所示，從第0.5s主負繼電器開始閉合，AD2電壓下降到2.177V，可以有效判定主負繼電器已經(jīng)閉合，從第8s主負繼電器斷開，AD2電壓上升到5.001V，也可以有效判定主負繼電器未粘連，用時大約192ms，該時間主要與整車X電容和泄放電阻有關(guān)，根據(jù)以上仿真分析，合理規(guī)劃主負繼電器的粘連診斷策略，可以有效識別主負繼電器的粘連狀態(tài)。

3? 結(jié)束語

本文詳細地闡述了主負繼電器粘連檢測技術(shù)的方案，并分析了對動力電池高壓系統(tǒng)中關(guān)聯(lián)電路的影響，為電動汽車主負繼電器的粘連診斷提供設(shè)計參考。本方案可適用于大部分電動汽車應(yīng)用場景。

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（編輯? 楊凱麟）