卜凡濤，劉木林

（東軟睿馳汽車技術(shù) （沈陽）有限公司，遼寧 沈陽 110000）

為保證國家能源安全并有效降低碳排放量，新能源汽車已經(jīng)成為中國“十二五”規(guī)劃中大力培育和發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一［1］。2019年上半年，中國新能源乘用車銷量達(dá)到57.7萬輛，同比增長65.9%。相較于前幾年低開高走、后期發(fā)力的趨勢，銷量在今年呈波浪狀上升，體現(xiàn)了市場在后補貼時代對新能源產(chǎn)品的認(rèn)可。世界范圍看，2019年1～5月，中國新能源乘用車在全球市場份額占比高達(dá)53%，是歷史最高水平。新造車勢力如蔚來、威馬小鵬等均在今年實現(xiàn)成規(guī)模的交付，傳統(tǒng)自主車企如比亞迪、吉利北汽等依靠自身產(chǎn)能規(guī)?；图夹g(shù)等既有優(yōu)勢，也取得了不錯的銷量［2］。動力電池是電動汽車的重要動力來源，動力電池的安全性是電動汽車發(fā)展過程中首先要考慮和解決的問題［3］。高壓的安全是保證電池安全的重要因素，在緊急情況下必須斷開繼電器以保證動力電池不會輸出電力。本文主要針對電池包的高壓控制邏輯及診斷策略。

1 繼電器控制邏輯

1.1 電池包內(nèi)繼電器分布

動力電池包內(nèi)一般會有3個繼電器：主正繼電器、預(yù)充繼電器和主負(fù)繼電器。電池包內(nèi)高壓原理圖見圖1。

動力電池包輸出電力的接口是唯一的，只有當(dāng)總負(fù)繼電器和總正 （或預(yù)充）繼電器閉合才能輸出電力到整車。當(dāng)出現(xiàn)緊急故障時必須切斷所有繼電器，保證動力電池包不再輸出電力，切斷電動汽車的動力。

1.2 繼電器控制邏輯

BMS在控制繼電器閉合時是需要一定的時序的，時序圖見圖2。

為了防止電池包與整車側(cè)負(fù)載的壓差導(dǎo)致大電流燒壞繼電器，在預(yù)充回路中加入了預(yù)充電阻和預(yù)充繼電器來減小閉合總負(fù)繼電器和預(yù)充繼電器后電池包的輸出電流。當(dāng)預(yù)充電壓達(dá)到電池包總壓的95%時認(rèn)為預(yù)充成功，閉合總正繼電器，然后斷開預(yù)充繼電器，電池包處于可放電狀態(tài)。

當(dāng)電動汽車下電時，繼電器斷開也是需要一定的時序，時序見圖3。

繼電器下電時，由于整車端存在X電容，整車端的電壓會有一個緩慢下降的過程 （電容泄放），在進(jìn)行繼電器診斷時，要特別注意待電容泄放完畢后進(jìn)行診斷。診斷邏輯在下一個章節(jié)中介紹。

圖1 電池包內(nèi)高壓原理圖

2 繼電器診斷策略

繼電器診斷包括驅(qū)動回路診斷、繼電器無法閉合診斷、繼電器黏連診斷。

2.1 驅(qū)動回路診斷

繼電器的控制是由BMS（電池管理系統(tǒng)）輸出高低邊到繼電器的線圈，從而控制了繼電器的斷開和吸合。為了實現(xiàn)繼電器的可靠設(shè)計，由BMS同時控制線圈的高低邊來保證不會出現(xiàn)由于干擾導(dǎo)致的繼電器誤操作。在BMS的硬件電路中，不僅設(shè)計高低邊控制，還需要設(shè)計對驅(qū)動回路的診斷。診斷內(nèi)容包括線圈對搭鐵短路、線圈短電源和線圈開路故障。硬件電路的框圖見圖4。圖4中HSD_AD為高邊電壓信號，LSD_AD為低邊電壓信號，IS_AD為高邊控制回路中的電流，CPSR為繼電器供電電源。

1）當(dāng)繼電器的控制信號為斷開時，診斷策略見表1。

圖2 繼電器閉合時序

圖3 繼電器斷開時序

表1 控制信號為斷開的診斷策略

圖4 繼電器驅(qū)動回路的硬件設(shè)計電路圖

2）當(dāng)繼電器的控制信號為閉合時，診斷策略見表2。

表2 控制信號為閉合的診斷策略

2.2 繼電器高壓回路診斷

繼電器高壓回路診斷包括繼電器無法閉合診斷和繼電器黏連診斷。診斷方式是通過采集電池包高壓回路的電壓法來判斷。高壓回路的電壓采樣點見圖5。

圖5中，GND為高壓參考搭鐵，A、B、C為高壓采樣點。

圖5 高壓回路電壓采樣點分布

2.2.1 繼電器無法閉合診斷

1）預(yù)充繼電器無法閉合 預(yù)充繼電器的控制指令為閉合，且已經(jīng)閉合超過50ms，主負(fù)和主正繼電器的控制指令為斷開，此時進(jìn)行預(yù)充繼電器無法閉合診斷。當(dāng)滿足以下條件且持續(xù)100ms，判斷預(yù)充繼電器為無法閉合。

2）主正繼電器無法閉合 當(dāng)主正繼電器控制指令為閉合，而預(yù)充繼電器控制指令為斷開時，進(jìn)行主正繼電器無法閉合診斷。當(dāng)滿足以下條件且持續(xù)100ms，判斷主正繼電器為無法閉合。

3）主負(fù)繼電器無法閉合 當(dāng)主正繼電器和主負(fù)繼電器控制指令為閉合，且主正繼電器確認(rèn)沒有無法閉合故障，進(jìn)行主負(fù)繼電器無法閉合診斷。當(dāng)滿足以下條件且持續(xù)100ms，判斷主負(fù)繼電器為無法閉合。

2.2.2 繼電器黏連診斷

1）主正繼電器黏連 當(dāng)主正繼電器和主負(fù)繼電器的控制指令為斷開，且已經(jīng)持續(xù)2s（等待電容泄放時間）以上時進(jìn)行主正繼電器黏連診斷。當(dāng)滿足以下條件且持續(xù)100ms，判斷為主正繼電器黏連。

2）預(yù)充繼電器黏連 由于主正繼電器和預(yù)充繼電器在一個高壓回路中，無法區(qū)別主正繼電器和預(yù)充繼電器的黏連。

3）主負(fù)繼電器黏連 當(dāng)主負(fù)繼電器控制指令為斷開，且主正繼電器黏連或預(yù)充繼電器閉合，進(jìn)行主負(fù)繼電器黏連診斷。當(dāng)滿足以下條件且持續(xù)100ms，判斷為主負(fù)繼電器黏連。

3 總結(jié)

上述介紹了電池包高壓回路的繼電器控制邏輯及診斷策略。通過合理控制繼電器和對繼電器的診斷，保證了高壓安全。上述部分已應(yīng)用在實車開發(fā)，且效果良好。