用于车辆高压电子保险丝的故障检测方法和系统与流程

本发明属于新能源车辆配电故障检测领域，尤其涉及一种用于车辆高压电子保险丝的故障检测方法和系统。

背景技术：

1、目前，传统机械热保险丝存在不可避免的缺点就是其自复位能力弱，以及在相对较低的电流下的工作能力，而新兴的电子保险丝(即efuse)则是一种很好的解决方案，efuse设计基于一个简单概念，即通过测量已知电阻器上的电压来检测电流，然后在电流超过设计限值时，通过场效应晶体管(fet)切断电流，且efuse具有热保险丝无法实现的自检特性、灵活性和可靠性等功能，其优势是反应速度快，所以才可以有效保护后级的负载，而继电器是机械式的，反应速度慢，在回路还没断开负载之前，可能负载已经损坏了。

2、在车辆配电领域中，新能源车高压动力电池是车辆能量和动力的来源，其高压运行范围一般在250v～750v，pdu(power distribution unit，电源分配单元)是将动力电池的电源分配到各个部件，如：dcdc、油泵、气泵、ptc、电机控制器等。传统的pdu是用继电器/接触器+保险丝的方式，而这种pdu不能对高压回路的工作状态进行检测，尤当高压回路发生故障时，无法及时发现造成的短路故障、负载故障以及过流故障等常见问题，更无法及时保护回路中的需要分配电源的部件；当车辆高压回路出现问题时，往往容易在短时间内进一步发展为更严重的安全事故，而此时可能已无法进行人为干预。

3、因此，为了在电子保险丝接入高压配电回路时提高电路及运行设备的安全性，有必要设计一种用于车辆高压回路中电子保险丝的故障检测方法，以有效检测出高压回路中易于出现的各种故障问题，从而保证电子保险丝的安全接通和车辆高压配电线路的正常运行。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明提供了一种用于车辆高压电子保险丝的故障检测方法和系统，通过对电子保险丝进行软硬件改进和设计，从而能依次检测出高压回路接通时易于产生的多种故障问题，并及时进行安全切断和保护，以确保车辆高压配电系统的安全可靠性。

3、(二)技术方案

4、本发明提供了一种用于车辆高压电子保险丝的故障检测方法，电子保险丝中的主回路和预充电路并联连接，所述故障检测方法包括：

5、步骤1：启动电子保险丝工作，进入预充第一阶段，将预充电路的功率开关管的驱动控制信号pre_ef置为有效状态，开启电子保险丝的预充功能；

6、步骤2：计时t1后，检测主回路的输出电压采集值ef_vout是否大于输入电压ef_vin的k1倍，若是，则进入下一步骤3，若否，则表示发生负载预充短路故障，上报故障后关闭预充电路，并结束程序；

7、步骤3：进入预充第二阶段，继续计时到t2后，检测主回路的输出电压采集值ef_vout是否大于输入电压ef_vin的k2倍，若是，则进入下一步骤4，若否，则表示发生负载输出电容故障，上报故障后关闭预充电路，并结束程序；其中预充系数k2大于k1；

8、步骤4：电子保险丝的预充电路工作正常，将主回路中功率开关管的驱动控制信号on_ef置为有效状态，将pre_ef置为无效状态，并检测是否有过电流故障检测信号，若是，则表示发生负载输出过流故障，上报故障后关闭预充电路，并结束程序；若否，则启动电子保险丝工作结束，电子保险丝进入正常工作状态。

9、优选的，所述t2大于t1，且t1和t2均为毫秒级，t1、t2的实际值能根据电源回路进行标定修改。

10、优选的，所述主回路包括一个或多个sic mosfet管并联组成的mosfet模组。

11、优选的，所述预充电路由电阻r3、电阻r4和sic mosfet管qr依次串联组成，电阻r3和r4通过pcb背面的铝基板散热。

12、优选的，步骤2和步骤3中的判断功能通过输入输出电压比较电路实现，所述输入输出电压比较电路包括电压比较器u1-a、电压比较器u1-b和电阻rs1～rs6，输出电压采集值ef_vout通过rs1与电压比较器u1-a的同相端连接，rs2的两端分别接输入电压ef_vin和电压比较器u1-a的同相端，rs3的两端分别接电压比较器u1-a的同相端和数字地，输出电压采集值ef_vout通过rs4与电压比较器u1-b的同相端连接，rs5的两端分别接输入电压ef_vin和电压比较器u1-b的同相端，rs6的两端分别接电压比较器u1-b的同相端和数字地，电压比较器u1-a的输出信号为up_k1*vin，电压比较器u1-b的输出信号为up_k2*vin。

13、优选的，所述输入输出电压比较电路还包括四个电容c1-c4，所述电容c1-c4的一端分别设置于电压比较器u1-a和电压比较器u1-b的四个信号输入端处，且每个电容的另一端接地。

14、优选的，步骤4中的过电流故障检测功能通过过流检测电路实现，所述过流检测电路包括电压基准源u2、运放电路u3、电阻rn1～rn2和电压比较电路u4，所述电压基准源电路u2包括tl431和电阻rn，用于输出基准电压vref，所述运放电路u3的同相端接基准电压vref，反相端接电阻rn1和rn2的一端，电阻rn1的另一端接地，电阻rn2的另一端接运放电路u3的输出端，电压比较电路u4的同相端与运放电路u3的输出端连接，电压比较电路u4的反相端与电子保险丝隔离转换输出的检测电流值ef_current连接，电压比较电路u4的输出信号为ov_current。

15、优选的，在步骤4的启动工作结束后，所述电子保险丝的监控系统能正常对电子保险丝的工作状态进行检测，通过监控电子保险丝的工作状态获得配电回路的工作状态。

16、在另外一方面，本发明还公开了一种用于车辆高压电子保险丝的故障检测系统，包括至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述任一项所述的用于车辆高压电子保险丝的故障检测方法。

17、优选的，所述车辆为新能源车辆，所述电子保险丝的高压工作范围为250v～750v。

18、在另外一方面，本发明还公开了一种车辆，所述车辆包括上述任一项所述的用于车辆高压电子保险丝的故障检测系统。

19、(三)有益效果

20、本发明的用于车辆高压电子保险丝的故障检测方法和系统具备如下的优点：

21、1)针对于车辆电池高压电子保险丝接通时易于发生的短路故障、负载大电容故障以及过流故障等问题，本发明为保证efuse模块电源回路的正常运行，采用来预充电路及其对应的检测电路；预充电路可以判断负载是否存在短路或者大电容的故障；启动efuse模块需要先开启预充电路，预充电路从微观的角度(ms级)看是一个输出电压缓慢上升的过程，因此将预充划分为两个阶段，这样有利于判断电路的状态，从而避免直接打开efuse主回路mosfet给电路带来的电流冲击或其他损坏，使得预充电路作为打开efuse模块的必要步骤。此外，过流检测电路设定了流经efuse回路的电流极限值，在硬件上保证了电源回路的最大电流值，相比于在软件上设定一个电流阈值，其可靠性更高；通过优化efuse模块的启动，将预充电路的工作过程分在两个不同时间段内分为两个阶段，提前发现回路存在的多种故障问题，以有序排除高压回路中的短路故障和负载大电容故障问题，并在打开efuse的主回路中功率开关管的驱动控制信号on_ef后同时关闭预充回路，再有效的进行过电流的判断，从而确保车辆高压配电系统接通时的安全可靠性。

22、2)在排除接通时的故障后，本发明的检测系统可对efuse模块的工作状态(温度、电压、电流)进行检测，通过监控efuse模块的工作状态，从而获得配电回路的工作状态。efuse模块内部具有温度检测、电流检测、电压检测功能，通过获取模块的相关参数值，可以用于分析故障，发现故障；且efuse回路的电流可以实时监控，因此负载工作时功率的动态变化，可以通过efuse的电流和输出电压获得。另外，本发明的电子保险丝的输入输出信号与外部驱动及采集信号为电气隔离设计，这样可以有效隔离高压信号造成的干扰，从而不影响efuse控制端的故障检测功能。