一种继电器的故障检测装置

1.本发明涉及电气领域，特别涉及一种继电器的故障检测装置。


背景技术：

2.随着全球环境污染和能源问题日益严峻，纯电驱动工程机械在市场上越来越多。加之人们对续航能力要求的提高，电池容量越来越大，电压也越来越高。这对电气系统的安全检测带来了更严格的要求。
3.继电器在电气控制及安全保护方面起着至关重要的作用。由于工程机械工作环境恶劣，导致电气系统在工作一段时间后，出现过热、或者电压、电流波动造成继电器触点出现粘连现象，无法正常断开，在这种情况下，高压下电不成功，若没有合理的检测以及故障提醒机制时，当人体接触到所述高压回路，会严重威胁驾乘人员或者维修人员人身安全；同时由于整车抖动造成的继电器机械损伤导致的继电器无法正常闭合等情况，会造成整车电气系统无法正常工作而难以定位问题点，降低了车辆工作效率。
4.有鉴于此，提出本技术。


技术实现要素：

5.本发明公开了一种继电器的故障检测装置，旨在解决现有车辆的低压控制高压系统，存在无法及时定位到系统中的故障点的问题。
6.本发明实施例提供了一种继电器的故障检测装置，包括：控制器、并在继电器的触点上的第一检测回路、并在继电器负载上的第二检测回路，其中，所述第一检测回路和所述第二检测回路共用一脉冲发生器；
7.所述控制器的输入端与所述第一检测回路和第二检测回路的连接处的第一电压采样点、第一检测回路上的第二电压采样点电气连接、以及所述第二检测回路上的第三电压采样点，所述控制器的输出端与所述脉冲发生器电气连接；
8.其中，所述控制器被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：
9.生成一使能信号至所述脉冲发生器，以使得所述脉冲发生器向所述第一检测回路和所述第二检测回路产生对称脉冲电压；
10.获取所述第一电压采样点的第一电压值、第二电压采样点的第二电压值、第三电压采样点的第三电压值；
11.调用第一电压采样点的运算模型，对所述第一电压值、第二电压值、以及所述第三电压值进行运算，确定所述继电器触点的等效电阻值；
12.根据所述等效电阻值，确定所述继电器工作状态。
13.优选地，所述第一检测回路包括：第一电阻、第二电阻；
14.所述第一电阻的第一端与所述继电器的第一触点连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端电气连接，所述脉冲发生器的第一端与所述继电器的第二触点连接，所述脉冲发生器的第二端通过采样电阻与所述所述第二电阻的第二端电气连接。
15.优选地，所述第二采样点位于所述第一电阻和所述第二电阻之间。
16.优选地，所述第二检测回路包括：第三电阻、第四电阻；
17.所述第三电阻的第一端与所述负载的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端电气连接，所述脉冲发生器的第一端与所述负载的第二端连接，所述脉冲发生器的第二端通过采样电阻与所述第四电阻的第二端电气连接。
18.优选地，所述第三采样点位于所述第三电阻和所述第四电阻之间。
19.优选地，所述第一电压采样点的运算模型的表达式为：
[0020][0021][0022]
其中，uf为第一采样点的电压值，us为脉冲电压值，rn为继电器触点间的等效电阻值，r
p
为负载的电阻值，u为输入高压值，rf为采样电阻的阻值，r＝r1+r2＝r3+r4，u
s+
为脉冲电压正值，δus为正负脉冲差值，δuf为正负脉冲下采样电阻电压差值，u
f+
为正脉冲电压下第一采样点的电压值。
[0023]
优选地，根据所述等效电阻值，确定所述继电器工作状态具体为：
[0024]
在上电指令发出之前：
[0025]
在判断到所述继电器触点的等效电阻值为无穷大时，定义所述继电器处于正常状态；
[0026]
在判断到所述继电器触点的等效电阻值为接近于零时，定义所述继电器处于异常状态；
[0027]
在上电指令发出之后：
[0028]
在判断到所述继电器触点的等效电阻值为无穷大时，定义所述继电器处于异常状态；
[0029]
在判断到所述继电器触点的等效电阻值为接近于零时，定义所述继电器处于正常状态；
[0030]
在下电指令发出之后：
[0031]
在判断到所述继电器触点的等效电阻值为无穷大时，定义所述继电器处于正常状态；
[0032]
在判断到所述继电器触点的等效电阻值为接近于零时，定义所述继电器处于异常状态；
[0033]
优选地，还包括：
[0034]
在上电指令发出之前且判断到所述继电器处于异常状态时，生成用于指示所述继电器粘连的指示信号；
[0035]
以及判断到所述继电器处于正常状态时，生成用于指示允许所述继电器闭合的指示信号；
[0036]
在上电指令发出之后且判断到所述继电器处于异常状态时，生成用于指示所述继
电器无法闭合的指示信号；
[0037]
在下电指令发出之后且判断到所述继电器处于异常状态时，生成用于指示所述继电器粘连的指示信号。
[0038]
优选地，所述在接收到继电器闭合指令时，生成控制信号至所述继电器的线圈之后还包括：
[0039]
获取继电器触点的等效电阻值的大小以及对应的变化率、触点闭合以及断开的时间，
[0040]
根据等效电阻值的大小以及对应的变化率、触点闭合以及断开的时间预测继电器的触点状态、继电器的寿命以及对应的失效故障。
[0041]
优选地，所述失效故障包括机械失效和接触失效，所述触点状态包括良好、烧蚀以及熔焊。
[0042]
基于本发明提供的一种继电器的故障检测装置，所述控制器通过控制所述脉冲发生器向并在继电器的触点上的第一检测回路、并在继电器负载上的第二检测回路产生脉冲电压，并通过获取采样点的电压值，确定继电器触点的等效电阻值，并根据所述等效电阻值确定当前继电器的状态，可在系统接入高压之前对继电器状态进行诊断，有效减少了高压系统潜在安全隐患。
附图说明
[0043]
图1是本发明提供的一种继电器的故障检测装置的电路结构示意图。
[0044]
图2是本发明提供的控制器执行步骤的流程示意图。
具体实施方式
[0045]
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0046]
以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
[0047]
本发明公开了一种继电器5的故障检测装置，旨在解决现有车辆的低压控制高压系统，存在无法及时定位到系统中的故障点的问题。
[0048]
本发明实施例提供了一种继电器的故障检测装置，包括：控制器3、并在继电器5的触点上的第一检测回路1、并在继电器5负载上的第二检测回路2，其中，所述第一检测回路1和所述第二检测回路2共用一脉冲发生器4；
[0049]
所述控制器3的输入端与所述第一检测回路1和第二检测回路2的连接处的第一电压采样点、第一检测回路1上的第二电压采样点电气连接、以及所述第二检测回路2上的第三电压采样点，所述控制器3的输出端与所述脉冲发生器4电气连接；
[0050]
其中，所述控制器3被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：
[0051]
s101,生成一使能信号至所述脉冲发生器4，以使得所述脉冲发生器4向所述第一检测回路1和所述第二检测回路2产生对称脉冲电压；
[0052]
s102,获取所述第一电压采样点的第一电压值、第二电压采样点的第二电压值、第三电压采样点的第三电压值；
[0053]
s103,调用第一电压采样点的运算模型，对所述第一电压值、第二电压值、以及所述第三电压值进行运算，确定所述继电器5触点的等效电阻值；
[0054]
s104,根据所述等效电阻值，确定所述继电器5工作状态。
[0055]
需要说明的是，发明人发现目前常用的继电器5故障检测基本有两类：
[0056]
第一类为采用检测继电器5两触点间电压关系来判断继电器5的工作状态，这类方法依赖于系统高压，在系统高压未接入或电压波动时，容易出现误报或不报的情况，无法在系统高压上高压前对继电器5进行检测。
[0057]
第二类为根据继电器5断开及闭合时产生的声音来判断，由于工程机械工作环境的恶劣，且自身在工作时会产生巨大的噪音，根据继电器5工作状态切换时产生的声音进行判断，也不适用于工程机械电气系统继电器5工作状态的检测。
[0058]
可以看出这两类方法在继电器5工作状态检测时，会带来误报或不报的情况，无法满足可靠性要求，会导致系统工作不正常以及给驾乘人员带来安全隐患。
[0059]
在本实施例中，利用继电器5触点的等效电阻值在闭合时接近于零，以及在断开状态趋近于无穷大的特点，所述控制器3通过控制所述脉冲发生器4向并在继电器5的触点上的第一检测回路1、并在继电器5负载上的第二检测回路2产生脉冲电压，并通过获取采样点的电压值，确定继电器5触点的等效电阻值，并根据所述等效电阻值确定当前继电器5的状态，可在系统接入高压之前对继电器5状态进行诊断。
[0060]
具体地：在本实施例中，在系统接收到上高压过程包括如下步骤：
[0061]
系统接收到上高压指令；
[0062]
控制器3发送使能指令，使得所述脉冲发生器4产生对称脉冲电压；
[0063]
控制器3的adc采集单元采集采样点电压信号，并将信号发送给计算单元；
[0064]
计算单元根据接收到的电压信息，进行处理，控制单元根据系统指令与继电器5处理结果进行综合分析，判断继电器5工作状态，当判断继电器5处于断开状态，则发送系统正常指令，并允许继电器5闭合，具体地，在本实施例中，在判断到所述继电器5触点的等效电阻值为无穷大时，定义所述继电器5处于正常状态(即断开状态)；在判断到所述继电器5触点的等效电阻值为接近于零时(即闭合状态)，定义所述继电器5处于异常状态。
[0065]
最后根据继电器5触点间等效电阻值判断继电器5是否正常闭合，若继电器5正常闭合，则上报系统正常信息，若继电器5无法正常闭合，则上报继电器5无法闭合故障，整车不允许上高压；具体地，在本实施例中，在判断到所述继电器5处于正常状态时，生成用于指示允许继电器5闭合的指示信号；在接收到继电器5闭合指令时，生成控制信号至所述继电器5的线圈，并在判断到继电器5正常闭合时，生成用于指示系统正常的指示信号
[0066]
当然，在本实施例中，还包括当判断继电器5处于闭合状态，则不允许上高压，并上报继电器5粘连故障信息。
[0067]
在本实施例中，还包括，下高压过程包括如下步骤：
[0068]
系统接收到下高压指令；
[0069]
控制器3发送使能指令，使得所述脉冲发生器4产生对称脉冲电压；
[0070]
控制器3的adc采集单元采集采样点电压信号，并将信号发送给计算单元；
[0071]
计算单元根据接收到的电压信息，进行处理，控制单元根据继电器5处理结果进行分析，判断继电器5工作状态，当判断继电器5处于断开状态，发送继电器5系统正常信息；当判断继电器5处于闭合状态，则上报继电器5粘连故障信息。
[0072]
在本发明一个可能的实施例中，所述在接收到继电器5闭合指令时，生成控制信号至所述继电器5的线圈之后还包括：
[0073]
获取继电器5触点的等效电阻值的大小以及对应的变化率、触点闭合以及断开的时间，
[0074]
根据等效电阻值的大小以及对应的变化率、触点闭合以及断开的时间预测继电器5的触点状态、继电器5的寿命以及对应的失效故障。
[0075]
需要说明的是，在本实施例中，在所述继电器5的触点闭合之后可以通过判断等效电阻值的大小来确定继电器5的触点状态，具体地，例如，等效电阻值在第一区间内可以定义为良好，在第二区间内可以定义为烧蚀、在第三区间内可以定义为熔焊。
[0076]
在本实施例中，失效故障可以包括机械失效和接触失效，其中，在所述等效电阻值增大到一定程度时，可以将其定义为接触失效，在判断到继电器5无法吸合时、或弹簧失效可以将其定义为机械失效。
[0077]
在本实施例中，所述等效电阻值越大，继电器5所使用的时间就越短，也就是或，其使用的寿命也越短，其原因是：由于电阻增大，发热量也会增加，这对继电器5的使用会造成很大的不利影响。
[0078]
在本发明一个可能的实施例中，所述第一检测回路1包括：第一电阻r1、第二电阻r2；
[0079]
所述第一电阻r1的第一端与所述继电器5的第一触点连接，所述第一电阻r1的第二端与所述第二电阻r2的第一端电气连接，所述脉冲发生器4的第一端与所述继电器5的第二触点连接，所述脉冲发生器4的第二端通过采样电阻与所述第二电阻r2的第二端电气连接。
[0080]
需要说明的是，在其他实施例中，第一检测回路1还可以采用其他的回路构成，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
[0081]
在本实施例中，所述第二采样点位于所述第一电阻r1和所述第二电阻r2之间，当然，也可以将所述第二采样点配置在所述第一电阻r1之前，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护内。
[0082]
在本发明一个可能的实施例中，所述第二检测回路2包括：第三电阻r3、第四电阻r4；
[0083]
所述第三电阻r3的第一端与所述负载的第一端连接，所述第三电阻r3的第二端与所述第四电阻r4的第一端电气连接，所述脉冲发生器4的第一端与所述负载的第二端连接，所述脉冲发生器4的第二端通过采样电阻与所述第四电阻r4的第二端电气连接。
[0084]
需要说明的是，在其他实施例中，第二检测回路2还可以采用其他的回路构成，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
[0085]
在本发明一个可能的实施例中，所述第一电压采样点的运算模型的表达式为：
[0086][0087][0088]
其中，uf为第一采样点的电压值，us为脉冲电压值，rn为继电器5触点间的等效电阻值，r
p
为负载的电阻值，u为输入高压值，rf为采样电阻的阻值，r＝r1+r2＝r3+r4，u
s+
为脉冲电压正值，δus为正负脉冲差值，δuf为正负脉冲下采样电阻电压差值，u
f+
为正脉冲电压下第一采样点的电压值。
[0089]
需要说明的是，u是基于所述第三采样点的和所述第二采样点的电压值获得，其中，还可以根据第一电压采样点的运算模型换算出负载的电阻值，具体表达式如下：
[0090][0091]
具体而言，由上述技术方案可知，本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果：
[0092]
1、可实现在系统无高压接入时继电器工作状态的检测，具有可迁移性、适用性强等特点，可在系统接入高压之前对继电器状态进行诊断，有效减少了高压系统潜在安全隐患。
[0093]
2、通过对继电器两触点间等效电阻值的计算，可有效提高系统工作可靠性，完全避免出现误报或不报的情况。
[0094]
3，通过对继电器两触点接触电阻的计算及其大小变化趋势、闭合断开反应时间，预测继电器剩余寿命，判断继电器失效故障，本发明可及时避免此类故障，降低损失。
[0095]
4、结构简单、易于实现，可将控制部分整合于整车已有控制器中，有效降低系统软、硬件成本。
[0096]
基于本发明提供的一种继电器的故障检测装置，所述控制器3通过控制所述脉冲发生器4向并在继电器5的触点上的第一检测回路1、并在继电器5负载上的第二检测回路2产生脉冲电压，并通过获取采样点的电压值，确定继电器5触点的等效电阻值，并根据所述等效电阻值确定当前继电器5的状态，，可在系统接入高压之前对继电器5状态进行诊断，有效减少了高压系统潜在安全隐患。
[0097]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。