一种高压电路运行状态检测方法及系统与流程

本发明属于电故障的探测领域，涉及新能源汽车高压电路的探测，特别是涉及一种高压电路运行状态检测方法及系统。

背景技术：

近年来，随着新能源汽车的快速发展，新能源汽车的安全性越来越引起人们的注意。区别于传统汽车，电动汽车上存在由许多高压部件组成的高压电路，若高压电路不完整，如连接器未连接，会对新能源汽车的安全性带来很多问题。现有技术中一般采用高压互锁回路(highvoltageinterlockloop，hvil)来实现高压电路完整性的检测。目前常用的高压互锁回路主要有基于输入输出信号的高压互锁回路和基于模拟数字信号的高压互锁回路两种。其中，基于输入输出信号的高压互锁回路功能较为简单，但在高压电路出现连续性故障如开路故障、电源短路故障或者接地短路故障时无法对故障的具体形式进行区分；基于模拟数字信号的高压互锁回路仅根据高压互锁电压信号进行故障检测，在高压电路出现虚接或者接触不良时，检测可靠性较差，极端情况下无法对具体故障形式进行区分。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高压电路运行状态检测方法及系统，用于解决现有技术中检测可靠性差以及无法可靠区分故障形式的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高压电路运行状态检测方法，所述高压电路运行状态检测方法包括：利用一信号产生装置产生一脉冲宽度调制信号；所述脉冲宽度调制信号从高压电路的测量输入端输入，从所述高压电路的测量输出端输出；获取所述高压电路测量输入端的输入信号的占空比；根据所述输入信号的占空比判断所述高压电路的运行状态。

于本发明的一实施例中，根据所述输入信号的占空比判断所述高压电路的运行状态的实现方法包括：根据所述输入信号的占空比的取值所处的区间，判断所述高压电路的运行状态。

于本发明的一实施例中，根据所述输入信号的占空比的取值所处的区间，判断所述高压电路的运行状态的实现方法包括：若所述输入信号的占空比的取值所处的区间为δd1～100％，则所述高压电路存在电源短路故障；其中δd1为第一占空比允许误差，其取值范围为90％～100％；若所述输入信号的占空比的取值所处的区间为0～δd2，则所述高压电路存在接地短路故障；其中δd2为第二占空比允许误差，其取值范围为0～10％。

于本发明的一实施例中，所述高压电路运行状态检测方法还包括：获取所述输入信号的电压幅值和频率，获取所述高压电路测量输出端的输出信号的电压幅值、占空比和频率；根据所述输入信号和所述输出信号的电压幅值、频率和占空比判断所述高压电路的运行状态。

于本发明的一实施例中，根据所述输入信号和所述输出信号的电压幅值、频率和占空比判断所述高压电路的运行状态的实现方法包括：分别计算所述高压电路正常运行和存在开路故障时所述输出信号的理论电压幅值；若d1＝d2±δd3，f1＝f2±δf，且则所述高压电路运行正常；其中d1为所述输入信号的占空比，d2为所述输出信号的占空比；δd3为第三占空比允许误差，其取值范围为0～10％；f1为所述输入信号的频率，f2为所述输出信号的频率；δf为频率允许误差，其取值范围为0～10％；u1为所述输入信号的电压幅值，u2为所述输出信号的电压幅值，uok为所述高压电路正常运行时所述输出信号的理论电压幅值；δλ1为第一电压幅值比值允许误差，其取值范围为0～10％；若d1＝d2±δd3，f1＝f2±δf，且则所述高压电路存在开路故障；其中uerr为所述高压电路存在开路故障时所述输出信号的理论电压幅值，δλ2为第二电压幅值比值允许误差，其取值范围为0～10％。

本发明还提供一种高压电路运行状态检测系统，用于检测高压电路的运行状态，所述高压电路运行状态检测系统包括：信号产生装置，用于产生一脉冲宽度调制信号；所述信号产生装置的信号输出端与所述高压电路的测量输入端相连，所述信号产生装置的信号输入端与所述高压电路的测量输出端相连；运行状态判断装置，用于判断所述高压电路的运行状态；所述运行状态判断装置的第一获取端与所述高压电路的测量输入端相连，第二获取端与所述高压电路的测量输出端相连。

于本发明的一实施例中，所述所述信号产生装置包括：信号产生单元，用于产生一个脉冲宽度调制信号；分压单元；所述分压单元的一端与所述信号产生单元相连，其信号输出端与所述高压电路的测量输入端相连，信号输入端与所述高压电路的测量输出端相连。

于本发明的一实施例中，所述分压单元包括：第一分压电阻；所述第一分压电阻的第一端与所述信号产生单元相连，用于分压；一三极管；所述三极管的发射极与所述第一分压电阻的第二端相连，基极与一微控制单元相连，用于在所述微控制单元的控制下调整所述脉冲宽度调制信号；第二分压电阻；所述第二分压电阻的第一端与所述三极管的集电极相连，第二端与所述高压电路的测量输入端相连，用于分压；第三分压电阻；所述第三分压电阻的第一端与所述第二分压电阻的第二端相连，第二端与所述高压电路的测量输出端相连，用于分压；第四分压电阻；所述第四分压电阻的第一端与所述第三分压电阻的第二端相连，第二端接地，用于分压。

于本发明的一实施例中，所述运行状态判断装置包括：获取单元，用于获取所述高压电路的测量输入端的输入信号的参数和所述高压电路的测量输出端的输出信号的参数；所述获取单元的第一获取端与所述高压电路的测量输入端相连，所述获取单元的第二获取端与所述高压电路的测量输出端相连；判断单元，与所述获取单元的输出端相连，用于根据所述输入信号和所述输出信号的参数判断所述高压电路的运行状态。

于本发明的一实施例中，所述运行状态判断装置还包括：显示单元，用于显示所述高压电路的运行状态。

如上所述，本发明所述的高压电路运行状态检测方法及系统根据所述高压电路测量输入端和测量输出端的脉冲宽度调制信号的占空比、电压幅值、频率等参数来判断所述高压电路的运行状态，能够可靠判断所述高压电路是否存在故障以及故障类型，相对现有方案具有明显进步。

附图说明

图1显示为本发明所述的高压电路运行状态检测方法于一具体实施例中的实现过程示意图。

图2显示为本发明所述的高压电路运行状态检测系统于一具体实施例中的实现结构示意图。

图3显示为本发明所述的高压电路运行状态检测系统中分压单元于一具体实施例中的实现结构示意图。

元件标号说明

200高压电路运行状态检测系统

210分压装置

211信号产生单元

212分压单元

2121第一分压电阻

2122三极管

2123第二分压电阻

2124第三分压电阻

2125第四分压电阻

220运行状态判断装置

221获取单元

222判断单元

223显示单元

s110～s130步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

高压互锁回路，也叫危险电压互锁回路，是指通过使用低压信号来检查电动汽车上所有与高压母线相连的各分路，包括整个电池系统、导线、连接器、电机控制器、高压盒及保护盖等系统回路的电气连接完整性和连续性。当整个动力系统高圧回路连接断开或者完整性受到破坏的时候，就需要启动安全措施，如报警或断开高压回路等。由于电动车动力系统是由多个子系统组成的，不同子系统之间都是靠高压连接器相互连接，其运行的环境较为恶劣，大多数工作在振动与冲击条件下，因此高压互锁回路的设计是确保人员安全和车辆设备安全运行的关键。

高压互锁回路的设计有两个方面的因素需要考虑，一个是低压系统怎样全面检测到整个高压系统每个连接位置的连接状态；另一个问题是，怎样实现低压检测回路的信息传递动作必须领先于高压回路断开的动作。因此高压互锁回路需要从这两个方面出发，考虑整体电路设计原理和连接器自身设计原理。目前常用的高压互锁回路主要有基于输入输出信号的高压互锁回路和基于模拟数字信号的高压互锁回路两种。其中，基于输入输出信号的高压互锁回路功能较为简单，但在高压电路出现连续性故障如开路故障、电源短路故障或者接地短路故障时无法对故障的具体形式进行区分；基于模拟数字信号的高压互锁回路仅根据高压互锁电压信号进行故障检测，在高压电路出现虚接或者接触不良时，检测可靠性较差，极端情况下无法对具体故障形式进行区分。

请参阅图1，本发明提供一种高压电路运行状态检测方法，具体步骤包括：

s110，利用一信号产生装置产生一脉冲宽度调制信号；所述脉冲宽度调制信号从高压电路的测量输入端输入，从所述高压电路的测量输出端输出；

s120，获取所述高压电路测量输入端的输入信号的占空比；

s130，根据所述输入信号的占空比判断所述高压电路的运行状态。

接下来将对上述步骤进行详细介绍：

s110，利用一信号产生装置产生一脉冲宽度调制信号；所述脉冲宽度调制信号从高压电路的测量输入端输入，从所述高压电路的测量输出端输出。脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，pwm)信号是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，等效出所需要的波形，也就是说通过调节占空比的变化来调节信号、能量等的变化。所述脉冲宽度调制信号从电池管理系统(bstterymanagementsystem，bms)控制器的pin脚输出后进入所述高压电路的测量输入端，然后经过由外部线束串联的所有高压部件连接器后，再通过所述高压电路的测量输出端和电池管理系统控制器的另一个pin脚引入到电池管理系统控制器中。

s120，获取所述高压电路测量输入端的输入信号的占空比；占空比是指在一个周期内，信号处于高电平的时间占据整个信号周期的百分比，例如方波的占空比为50％。可以利用现有的计数器或fpga电路获取所述输入信号的占空比。

s130，根据所述输入信号的占空比判断所述高压电路的运行状态。具体地，高压电路处于不同状态时所述输入信号的占空比也各不相同，根据所述输入信号的占空比可以判断所述高压电路的运行状态。

于本发明的一实施例中，根据所述输入信号的占空比判断所述高压电路的运行状态的实现方法包括：根据所述输入信号的占空比的取值所处的区间，判断所述高压电路的运行状态。具体地，所述输入信号的占空比的取值所处的区间为0～100％；将该取值范围划分为不同的区间，每个区间对应所述高压电路的不同运行状态，根据获取的所述输入信号的占空比所处的区间判定所述高压电路的运行状态。

于本发明的一实施例中，根据所述输入信号的占空比的取值所处的区间，判断所述高压电路的运行状态的实现方法包括：若所述输入信号的占空比的取值所处的区间为δd1～100％，则所述高压电路存在电源短路故障；其中δd1为第一占空比允许误差，其取值范围为90％～100％，优选地，δd1＝95％；若所述输入信号的占空比的取值所处的区间为0～δd2，则所述高压电路存在接地短路故障；其中δd2为第二占空比允许误差，其取值范围为0～10％，优选地，δd2＝5％。所述电源短路故障是指电源的正极和负极直接相连。

具体地，上述判断的依据如下：

如果所述输入信号的占空比接近100％，则说明所述高压电路异常，出现电源短路故障；如果所述输入信号的占空比接近0％，则说明所述高压电路异常，出现接地短路故障。

于本发明的一实施例中，所述高压电路运行状态检测方法还包括：获取所述输入信号的电压幅值和频率，获取所述高压电路测量输出端的输出信号的电压幅值、占空比和频率；根据所述输入信号和所述输出信号的电压幅值、频率和占空比判断所述高压电路的运行状态。其中，所述输入信号和所述输出信号为pwm信号。

具体地，可以利用频率计测量所述输入信号和所述输出信号的频率，用示波器获取所述输入信号和所述输出信号的电压幅值，利用计数器或fpga电路获取所述输入信号和所述输出信号的占空比。当所述输入信号和所述输出信号的频率、电压幅值和占空比满足一定的条件时，可以判断所述高压电路的运行状态。

于本发明的一实施例中，根据所述输入信号和所述输出信号的电压幅值、频率和占空比判断所述高压电路的运行状态的实现方法包括：分别计算所述高压电路正常运行和存在开路故障时所述输出信号的理论电压幅值；若d1＝d2±δd3，f1＝f2±δf，且则所述高压电路运行正常；其中d1为所述输入信号的占空比，d2为所述输出信号的占空比；δd3为第三占空比允许误差，其取值范围为0～10％，优选地，δd3＝5％；f1为所述输入信号的频率，f2为所述输出信号的频率；δf为频率允许误差，其取值范围为0～10％，优选地，δf＝5％；u1为所述输入信号的电压幅值，u2为所述输出信号的电压幅值，uok为所述高压电路正常运行时所述输出信号的理论电压幅值；δλ1为第一电压幅值比值允许误差，其取值范围为0～10％，优选地，δλ1＝5％；若d1＝d2±δd3，f1＝f2±δf，且则所述高压电路存在开路故障；其中uerr为所述高压电路存在开路故障时所述输出信号的理论电压幅值，δλ2为第二电压幅值比值允许误差，其取值范围为0～10％，优选地，δλ2＝5％。uok和uerr的具体取值可以根电路中的电阻和电压、电流的关系获得。

具体地，上述判断的依据如下：

若所述高压电路测量输入端的信号和测量输出端的信号占空比近似相等，频率近似相等，电压幅值的比值在正常区间内，则说明所述高压电路连接正常，无故障；若所述高压电路测量输入端的信号和测量输出端的信号占空比近似相等，频率近似相等，电压幅值的比值在开路故障区间内，则说明所述高压电路出现开路故障。

本发明还提供一种高压电路运行状态检测系统，请参阅图2，显示为所述高压电路运行状态检测系统于一具体实施例中的实现结构示意图。所述高压电路运行状态检测系统200包括：信号产生装置210，用于产生一脉冲宽度调制信号；所述信号产生装置210的信号输出端与所述高压电路的测量输入端相连，所述信号产生装置210的信号输入端与所述高压电路的测量输出端相连；运行状态判断装置220，用于判断所述高压电路的运行状态；所述运行状态判断装置220的第一获取端与所述高压电路的测量输入端相连，第二获取端与所述高压电路的测量输出端相连。

于本发明的一实施例中，所述信号产生装置210包括：信号产生单元211，用于产生一个脉冲宽度调制信号，优选地，所述脉冲宽度调制信号的占空比为50％；分压单元212；所述分压单元212的一端与所述信号产生单元相连，其信号输出端与所述高压电路的测量输入端相连，信号输入端与所述高压电路的测量输出端相连。所述分压单元还与一微控制单元(microcontrollerunit，mcu)相连。mcu又称单片微型计算机，是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、usb、数模转换、plc等周边接口整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。于本实施例中，该mcu用于调整所述脉冲宽度调制信号的电压幅值、频率和占空比。于实际应用中，所述高压电路运行状态检测系统200和所述mcu设置于bms控制器中。

请参阅图3，显示为本发明所述分压单元于一具体实施例中的实现结构示意图。于本实施例中，所述分压单元212包括：第一分压电阻2121；所述第一分压电阻2121的第一端与所述信号产生单元相211连，用于分压；一三极管2122；所述三极管2122的发射极与所述第一分压电阻2121的第二端相连，基极与一微控制单元相连，用于在所述微控制单元的控制下调整所述脉冲宽度调制信号；第二分压电阻2123；所述第二分压电阻2123的第一端与所述三极管2122的集电极相连，第二端与所述高压电路的测量输入端相连，用于分压；第三分压电阻2124；所述第三分压电阻2124的第一端与所述第二分压电阻2123的第二端相连，第二端与所述高压电路的测量输出端相连，用于分压；第四分压电阻2125；所述第四分压电阻2125的第一端与所述第三分压电阻2124的第二端相连，第二端接地，用于分压。

于本实施例中，所述高压电路正常运行时所述高压电路测量输出端的输出信号的理论电压幅值uok为：

其中，u为所述信号产生单元211产生的脉冲宽度调制信号的电压幅值，r1为第一分压电阻的电阻值，r2为第二分压电阻的电阻值，r4为第四分压电阻的电阻值。

于本实施例中，所述高压电路出现开路故障时所述高压电路测量输出端的输出信号的理论电压幅值uerr为：

其中，r3为第三分压电阻的电阻值。

于本实施例中，所述信号产生单元211产生一个pwm信号1，所述pwm信号1流经所述第一分压电阻2121和所述三极管2122，所述微控制单元对所述pwm信号1的电压幅值、占空比、频率等参数进行调整形成pwm信号2，其后流到所述第二分压电阻2123的第二端：

当所述高压电路运行正常时所述高压电路呈现低阻抗状态，所述pwm信号2自所述高压电路测量输入端流入，经过所述高压电路之后形成pwm信号3，其后自测量输出端流出，到达所述第三分压电阻2124的第二端；

当高压电路存在开路故障时，所述pwm信号2流经所述第三分压电阻2124后形成pwm信号4到达所述第三分压电阻2124的第二端；

当高压电路存在电源短路故障时，所述pwm信号2自所述高压电路测量输入端流入，所述pwm信号2在故障点变为pwm信号5，由于电源短路故障的存在，所述pwm信号5的占空比在为100％，其后自测量输出端流出，到达所述第三分压电阻2124的第二侧；此时测量所述高压电路测量输出端信号的占空比约为100％；

当高压电路存在接地短路故障时，所述pwm信号2自所述高压电路测量输入端流入，由于接地短路故障的存在，所述pwm信号2在故障点被短路，不会到达所述第三分压电阻2124的第二端，此时测量所述高压电路测量输出端信号的占空比约为0。

于本发明的一实施例中，所述运行状态判断装置220包括：获取单元221，用于获取所述高压电路的测量输入端的输入信号的参数和所述高压电路的测量输出端的输出信号的参数；所述获取单元的第一获取端与所述高压电路的测量输入端相连，所述获取单元的第二获取端与所述高压电路的测量输出端相连；判断单元222，与所述获取单元的输出端相连，用于根据所述输入信号和所述输出信号的参数判断所述高压电路的运行状态。

具体地，所述输入信号和所述输出信号的参数包括电压幅值、频率和占空比。

于本发明的一实施例中，所述运行状态判断装置220还包括显示单元223，用于显示所述高压电路的运行状态。

本发明所述的高压电路运行状态检测方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。

本发明还提供一种高压电路运行状态检测系统，所述高压电路运行状态检测系统可以实现本发明所述的高压电路运行状态检测方法，但本发明所述的高压电路运行状态检测方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的高压电路运行状态检测系统的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。

综上所述，本发明所述的高压电路运行状态检测方法及系统根据所述高压电路测量输入端和测量输出端的脉冲宽度调制信号的占空比、电压幅值、频率等参数来判断所述高压电路的运行状态，能够可靠判断所述高压电路是否存在故障以及故障类型，相对现有方案具有明显进步。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。