一種直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置及方法
2023-05-24 22:07:31
專利名稱：一種直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種主迴路繼電器狀態檢測裝置及方法，尤其是涉及一種直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置及方法。
背景技術：
隨著化石能源的日益緊張，節能環保的應用要求越來越受到重視。因此，近年來為開發純電動汽車或混合動力汽車而做出的各種努力均致力於減少能源消耗和對生存環境的汙染。目前，混合動力汽車和純電動車上使用的動力電源系統通常是由多個電池包串聯而成，直流母線電壓高達上百伏，遠遠超出人體能承受的安全電壓，而一旦高壓系統出現故障，對於操作或維護人員來說是非常危險的。電池組的高壓動力的輸出與關斷，一般是通過電池管理系統(BMS)控制直流母線上的主繼電器閉合和斷開來實現。所以繼電器的工作狀 態和故障檢測是電池管理系統的一個重要的組成部分。目前，對於繼電器狀態檢測，其主要是採集繼電器線圈中的電流作為繼電器是否正常工作的依據，但是這種方法只能檢測控制器或者電池管理系統(BMS)是否對繼電器進行控制，而不能真正判斷繼電器的主觸頭是斷開或閉合的狀態，不能明確判斷出繼電器是處在正常狀態還是故障狀態。例如，在繼電器主觸頭粘連(繼電器粘連，就是在高壓接觸的瞬間，繼電器主觸頭在接觸之前產生電弧，高溫電弧燒熔觸點，導致觸頭無法正常斷開的現象)的情況下，通過直流系統主控制器CPU或者電池管理系統(BMS)控制繼電器斷開，但是控制器並不能判斷繼電器是否粘連，工作可靠性差，工作人員往往會誤以為繼電器已經斷開高壓動力電源，倘若工作人員此時接觸高壓母線進行維修或者安裝等操作時，會對人身或設備造成危險。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種工作可靠性高，能明確地判斷出繼電器是處於正常狀態還是故障狀態的直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置及方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置，包括限流電阻、隔離開關和電流檢測電路，限流電阻、隔離開關和電流檢測電路依次串接構成檢測支路,檢測支路交叉接於主迴路繼電器主觸頭兩端。在繼電器主觸頭兩端添加檢測電路，通過對檢測電路的時序邏輯控制，並通過檢測電路的反饋信號可以判斷出主繼電器的開或合狀態，通過與繼電器開或合的控制狀態進行比較可以判斷出繼電器是否工作正常。相應地，提供一種直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置。進一步，所述隔離開關可為光電耦合器或者使用光電耦合器構成的組合開關電路。
進一步，所述隔離開關還可為信號繼電器等。進一步，所述電流檢測電路可以是將電流信號轉換為電壓信號的電阻，電流檢測電路上設有檢測信號反饋端，此時，通過對檢測信號反饋端進行檢測，即通過對將電流信號轉換為電壓信號的電阻兩端的電壓進行檢測，實現狀態判斷。 進一步，所述電流檢測電路還可以是光電耦合器構成的電流檢測電路，電流檢測電路上設有檢測信號反饋端，此時，光電耦合器將電流信號轉換為光信號，通過檢測光電耦合器輸出端的光信號來實現狀態判斷。進一步，所述電流檢測電路為光電耦合器構成的電流檢測電路時，電流檢測電路通過光電耦合器的LED端與限流電阻、隔離開關串聯，光電耦合器輸出端即為電流檢測電路的檢測信號反饋端，當光電耦合器的LED端有電流通過的時候，則在光電耦合器輸出端產生相應反饋信號。
使用本發明之直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置對主迴路繼電器狀態進行檢測的方法為
直流電源系統主迴路中，在需要進行狀態檢測的繼電器主觸頭兩端分別連接一由限流電阻、隔離開關和電流檢測電路依次串接構成的檢測支路，兩檢測支路交叉接於直流電源系統的電源端和負載端，所述繼電器通過繼電器驅動電路接入主迴路繼電器的控制單元，各檢測支路的電流檢測電路上的檢測信號反饋端亦接入主迴路繼電器的控制單元；
主迴路繼電器的控制單元發出繼電器的控制指令，並通過繼電器驅動電路使繼電器動作，然後按照預設的時序控制各檢測支路的隔離開關的閉合，各檢測支路分時工作，並檢測相應電流檢測電路上的檢測信號反饋端的反饋輸出信號，根據反饋輸出信號的組合邏輯判斷出主迴路繼電器的開或合的狀態，再將判斷出的主迴路繼電器開或合的狀態，與主迴路繼電器的控制單元發出的繼電器控制指令做比較，如果繼電器所處狀態和控制指令一致，則判定繼電器工作在正常狀態，否則，判定繼電器處於故障狀態，同時，還可通過主迴路繼電器的控制單元控制報警/通訊電路發出告警信息。直流電源系統包括直流電源、負載、相應的控制系統或主控制器或電池管理系統以及故障檢測系統或設備，直流電源可為電池或者超級電容等儲能單元。進一步，所述主迴路繼電器的控制單元可為主控制器CPU或電池管理系統BMS等。對主迴路繼電器狀態進行檢測時，流經檢測支路的電流不能太大，一般是mA級別的電流或者更小，所以限流電阻的阻值和功率參數可根據直流電源系統的電壓等級來配置。現有高壓直流電源系統包括至少有兩個主迴路繼電器，通過在各個正負極繼電器主觸頭兩端交叉接入檢測支路，即可實現對主迴路繼電器狀態的檢測。本發明電路結構簡單，可對直流電源系統的主迴路繼電器狀態進行在線實時的檢測，能可靠地檢測繼電器的狀態，明確地判斷出繼電器處於正常狀態還是故障狀態，從而控制好電源裝置的動力輸出，有利於保證人身和設備的安全。
圖I為本發明一實施例檢測支路與高壓直流電源系統電路組裝框 圖2為圖I所示實施例檢測支路與高壓直流電源系統組裝具體電路圖；圖3為圖I所示實施例檢測支路的控制原理結構 圖4為圖I所示實施例工作流程示意圖。
具體實施例方式以下將參照附圖和實例對本發明作進一步說明。實施例I :
本實施例之直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置，包括限流電阻、隔離開關和電流檢測電路，限流電阻、隔離開關和電流檢測電路依次串接構成檢測支路，檢測支路交叉接於主迴路繼電器主觸頭兩端。本實施例中，所述隔離開關為光電耦合器。所述電流檢測電路為光電耦合器構 成的電流檢測電路，電流檢測電路上設有檢測信號反饋端，電流檢測電路通過光電耦合器的LED端與限流電阻、隔離開關串聯，光電耦合器輸出端即為電流檢測電路的檢測信號反饋端，當光電稱合器的LED端有電流通過的時候,光電稱合器將電流信號轉換為光信號,在光電耦合器輸出端產生相應反饋信號，通過檢測光電耦合器輸出端的光信號來實現狀態判斷。現有高壓直流電源系統包括至少有兩個主迴路繼電器，通過在各個正負極繼電器主觸頭兩端交叉接入檢測支路，即可實現對主迴路繼電器狀態的檢測。本實施例以包括有兩個主迴路繼電器的高壓直流電源系統進行詳細說明。本實施例中，高壓直流電源系統包括由兩個主迴路繼電器即總正繼電器Kl及總負繼電器K2。參照圖1，對主迴路繼電器狀態進行檢測前，直流電源系統主迴路中，在需要進行狀態檢測的總正繼電器Kl主觸頭兩端及總負繼電器K2主觸頭兩端分別連接左右兩條檢測支路，左檢測支路由限流電阻Rl、隔離開關K3和電流檢測電路Ml構成，右檢測支路由限流電阻R2、隔離開關K4和電流檢測電路M2構成，左右兩條檢測支路交叉接於直流電源系統的電源BI端和負載M端；各繼電器的負載側和電源側交叉對應一個檢測支路。對主迴路繼電器狀態進行檢測的過程中，電流檢測電路Ml、電流檢測電路M2不能在同一時刻均有電流通過，即隔離開關K3、隔離開關K4不能同時合上。若隔離開關K3處於閉合狀態，而隔離開關K4處於斷開狀態，檢測通過電流檢測電路Ml的電流情況，如果流過電流檢測電路Ml的電流不等於0，則說明總負繼電器K2的主觸頭是合的狀態；如果流過電流檢測電路Ml的電流等於0，則說明繼電器K2的主觸頭是開的狀態。同理，當隔離開關K3處於斷開狀態，而隔離開關K4處於閉合狀態時，檢測通過電流檢測電路M2的電流情況，如果電流檢測電路M2的電流不等於0，則說明總正繼電器Kl的主觸頭是合的狀態；如果電流檢測電路M2的電流等於0，則說明總正繼電器Kl的主觸頭是開的狀態。參照圖2，本實施例中，對隔離開關K3、隔離開關K4進行了實例化，隔離開關K3、隔離開關K4分別選用光電稱合器Q3、光電稱合器Q4,隔離開關K3通過光電稱合器Q3的受光器端實現與限流電阻R1、電流檢測電路Ml的串聯；隔離開關K4通過光電耦合器Q4的受光器端實現與限流電阻R2、電流檢測電路M2的串聯。隔離開關K3、隔離開關K4分別用於控制相應的電流檢測電路。對主迴路繼電器狀態進行檢測的過程中，不能將隔離開關K3、隔離開關K4同時合上。同樣，本實施例對電流檢測電路Ml、電流檢測電路M2進行了實例化，電流檢測電路Ml、電流檢測電路M2也分別選用光電耦合器Ql、光電耦合器Q2，電流檢測電路Ml通過光電耦合器Ql的LED端實現與限流電阻R1、隔離開關Κ3的串聯；電流檢測電路M2通過光電耦合器Q2的LED端實現與限流電阻R2、隔離開關Κ4的串聯。光電耦合器Ql、光電耦合器Q2可將電流信號轉換為光信號，並檢測其光信號來實現狀態判斷。參照圖3，將圖3中的阿拉伯數字1、2、3···12所對應的信號控制端，與圖2中的阿拉伯數字1、2、3··· 12所對應的信號控制端——對應電連接，主控制器CPU的1/01、1/02對應圖2中的光耦Q3、Q4，實現各檢測支路的使能；主控制器CPU的1/03、1/04對應圖2中的光耦Ql、Q2輸出端的反饋信號，實現各檢測支路電流狀況的檢測，並從邏輯上映射主繼電 器開或合的真實狀態。報警/通訊電路接於主控制器CPU上。總正繼電器Kl及總負繼電器K2均通過繼電器驅動電路接於主控制器CPU上。本實施例在檢測過程中，光電耦合器Q3、光電耦合器Q4不能同時處於閉合狀態，當檢測總正繼電器Kl的狀態時，閉合光電耦合器Q4，即使限流電阻R2所在的檢測支路工作，光電耦合器Q2的LED端是否發光與Kl的繼電器的斷開或閉合的狀態是一致的，如果總正繼電器Kl處於閉合狀態，則Q2的LED端是發光的，主控制器CPU的1/04埠檢測為低電平，判斷為邏輯O ;如果總正繼電器Kl處於斷開狀態，則主控制器CPU的1/04埠檢測為高電平，判斷為邏輯I ;當檢測總負繼電器K2的狀態時，閉合光電耦合器K3，即使限流電阻Rl所在的檢測支路工作，光電耦合器Ql的LED端是否發光與K2的繼電器的斷開或閉合的狀態是一致的，如果總負繼電器K2處於閉合狀態,則光電稱合器Ql的LED端是發光的,主控制器CPU的1/03埠檢測為低電平，判斷為邏輯O ;如果總負繼電器K2處於斷開狀態，則主控制器CPU的1/03埠檢測為高電平，判斷為邏輯I。本實施例中，各檢測支路分時工作，並根據是否有電流流經該支路作為繼電器合或開的真實狀態的的判斷依據。然後將繼電器合或開的狀態與主控制器CPU發出的繼電器控制指令做邏輯比較，判斷繼電器是否工作正常，同時還可做出是否需要給出告警信息的決策。使用本發明，不僅能為主控制器CPU的準確控制提供正確的反饋信息，同時適用於電池管理系統(BMS)，從而保證直流電源系統的安全性。主迴路繼電器的工作狀態關係到人身和設備的安全性。圖4為主控制器的繼電器故障檢測方法控制流程圖。主控制器CPU發出繼電器的控制指令，並通過繼電器驅動電路控制總正繼電器Kl及總負繼電器K2動作。需對總負繼電器K2的狀態進行檢測時，通過主控制器CPU將其I/01埠設定為低電平，即為邏輯0，實現光電耦合器Q3的導通(即使得隔離開關K3處於閉合狀態)，同時，將其1/02埠設定為高電平，即為邏輯1，實現光電耦合器Q4的截止(即使得隔離開關K4處於斷開狀態)，此時，限流電阻Rl所在的檢測支路工作；然後判斷光電耦合器Ql是否導通，若光電耦合器Ql的LED端是發光的，則可檢測到主控制器CPU的1/03埠檢測為低電平，即為邏輯0，此時，可判定總負繼電器K2處於閉合狀態(前文已對「總負繼電器K2處於閉合狀態時，光電耦合器Ql的LED端是發光的，主控制器CPU的1/03埠檢測為低電平，判斷為邏輯O」進行了論述);若光電耦合器Ql的LED端未發光，則可檢測到主控制器CPU的1/03埠檢測為高電平，即為邏輯1，此時，可判定總負繼電器K2處於斷開狀態(前文已對「總負繼電器Κ2處於斷開狀態時，主控制器CPU的1/03埠檢測為高電平，判斷為邏輯I」進行了論述)。需對總正繼電器Kl的狀態進行檢測時，通過主控制器CPU將其1/01埠設定為高電平，即為邏輯1，實現光電耦合器Q3的截止(即使得隔離開關Κ3處於斷開狀態)，同時，將其1/02埠設定為低電平，即為邏輯0，實現光電耦合器Q4的導通(SP使得隔離開關Κ4處於閉合狀態)，此時，限流電阻R2所在的檢測支路工作；然後判斷光電耦合器Q2是否導通，若光電耦合器Q2的LED端是發光的，則可檢測到主控制器CPU的1/04埠檢測為低電平，即為邏輯0，此時，可判定總正繼電器Kl處於閉合狀態(前文已對「總正繼電器Kl處於閉合狀態時，光電耦合器Q2的LED端是發光的，主控制器CPU的1/04埠檢測為低電平，判斷為邏輯O」進行了論述);若光電耦合器Q2的LED端未發光，則可檢測到主控制器CPU的1/04埠檢測為高電平，即為邏輯1，此時，可判定總正繼電器Kl處於斷開狀態(前文已對「總正繼電器Kl處於斷開狀態時，主控制器CPU的1/04埠檢測為高電平，判斷為邏輯I」進行了論述)。然後，總正繼電器Κ1、總負繼電器Κ2分別將各自的檢測狀態，與通過主控制器CPU發出的控制指令相比較，若檢測狀態與控制指令一致，則可判定相應繼電器工作正常；若檢測狀態與控制指令不一致，則可判定相應繼電器發生故障，並同時可通過與主控制器CPU相接的報警/通訊電路進行報警。 以上對本發明的一種優選具體實施方式
作了詳細介紹。所述具體實施方式
只是用於幫助理解本發明的核心思想。應當指出，對於本技術領域的技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也屬於本發明權利要求的保護範圍。實施例2
本實施例與實施例I的區別在於所述電流檢測電路Ml、電流檢測電路M2為將電流信號轉換為電壓信號的電阻，電流檢測電路上設有檢測信號反饋端，此時，通過對檢測信號反饋端進行檢測，即對將電流信號轉換為電壓信號的電阻兩端的電壓，進行檢測來實現狀態判斷。所述隔離開關K3、隔離開關K4為使用光電耦合器構成的組合開關電路。其餘同實施例I。實施例3
本實施例與實施例I的區別在於所述隔離開關K3、隔離開關K4為信號繼電器。其餘同實施例I。
權利要求
1.一種直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置，其特徵在於，包括限流電阻、隔離開關和電流檢測電路，限流電阻、隔離開關和電流檢測電路依次串接構成檢測支路，檢測支路交叉接於主迴路繼電器主觸頭兩端。
2.根據權利要求I所述的直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置，其特徵在於，所述隔離開關為光電耦合器或者使用光電耦合器構成的組合開關電路。
3.根據權利要求I所述的直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置，其特徵在於，所述隔離開關為信號繼電器。
4.根據權利要求I或2所述的直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置，其特徵在於，所述電流檢測電路為將電流信號轉換為電壓信號的電阻，電流檢測電路上設有檢測信號反饋端，通過對檢測信號反饋端進行檢測，即通過對將電流信號轉換為電壓信號的電阻兩端的電壓進行檢測，實現狀態判斷。
5.根據權利要求I或2所述的直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置，其特徵在於，所述電流檢測電路為由光電耦合器構成的電流檢測電路，電流檢測電路上設有檢測信號反饋端，光電耦合器將電流信號轉換為光信號，通過檢測光電耦合器輸出端的光信號實現狀態判斷。
6.根據權利要求5所述的直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置，其特徵在於，所述電流檢測電路為光電耦合器構成的電流檢測電路，電流檢測電路通過光電耦合器的LED端與限流電阻、隔離開關串聯，光電耦合器輸出端即為電流檢測電路的檢測信號反饋端。
7.一種使用如權利要求1-6之一所述直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置對主迴路繼電器狀態進行檢測的方法，其特徵在於， 直流電源系統主迴路中，在需要進行狀態檢測的繼電器主觸頭兩端分別連接一由限流電阻、隔離開關和電流檢測電路依次串接構成的檢測支路，兩檢測支路交叉接於直流電源系統的電源端和負載端，所述繼電器通過繼電器驅動電路接入主迴路繼電器的控制單元，各檢測支路的電流檢測電路上的檢測信號反饋端亦接入主迴路繼電器的控制單元； 主迴路繼電器的控制單元發出繼電器的控制指令，並通過繼電器驅動電路使繼電器動作，然後按照預設的時序控制各檢測支路的隔離開關的閉合，各檢測支路分時工作，並檢測相應電流檢測電路上的檢測信號反饋端的反饋輸出信號，根據反饋輸出信號的組合邏輯判斷出主迴路繼電器的開或合的狀態，再將判斷出的主迴路繼電器開或合的狀態，與主迴路繼電器的控制單元發出的繼電器控制指令做比較，如果繼電器所處狀態和控制指令一致，則判定繼電器工作在正常狀態，否則，判定繼電器處於故障狀態，同時，還可通過主迴路繼電器的控制單元控制報警/通訊電路發出告警信息。
8.如權利要求7所述使用直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置對主迴路繼電器狀態進行檢測的方法，其特徵在於，所述主迴路繼電器的控制單元為主控制器或電池管理系統。
全文摘要
一種直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置及方法，該裝置括限流電阻、隔離開關和電流檢測電路，限流電阻、隔離開關和電流檢測電路依次串接構成檢測支路，檢測支路交叉接於主迴路繼電器主觸頭兩端；本發明還包括使用直流電源系統的主迴路繼電器狀態檢測裝置對主迴路繼電器狀態進行檢測的方法。本發明電路結構簡單，可對直流電源系統的主迴路繼電器狀態進行在線實時的檢測，能可靠地檢測繼電器的狀態，明確地判斷出繼電器處於正常狀態還是故障狀態，從而控制好電源裝置的動力輸出，有利於保證人身和設備的安全。
文檔編號G01R31/327GK102866353SQ20121036319
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者張鎮, 林勇, 王子薇 申請人:長沙學院