李辉　陈东翼

【摘  要】介绍电动汽车主负继电器粘连检测技术方案的现状及主要问题，重点分析新型主负继电器粘连检测方案在动力电池系统中的应用，通过合理的仿真分析，可有效模拟实车工况，为电动汽车的BMS（电池管理系统）开发提供参考。

【关键词】电动汽车；主负继电器；粘连检测；仿真分析

中图分类号：U469.72    文献标志码：A    文章编号：1003-8639（ 2023 ）06-0016-03

Research on Main Negative Relays Adhesion Detection in Electric Vehicles

LI Hui，CHEN Dong-yi

（Neusoft Reach Automotive Technology（Shenyang）Co.，Ltd.，Shenyang 110179，China）

【Abstract】This study mainly introduces the current situation and main problems of the adhesion detection technology scheme of the main and negative relays in electric vehicles. And it also focuses on the application of a detection scheme for the new main negative relay adhesion in power battery systems. Through appropriate simulation analysis，it can effectively simulate the real operating condition and provide a reference for the development of BMS（battery management system）in electric vehicles.

【Key words】electric vehicle；main negative relay；adhesion detection；simulation analysis

近年來，在“双碳”政策的落实与推动下，新能源汽车产业飞速发展，中国的新能源汽车总量已突破1300万辆，2022年中国新能源汽车销量688.7万辆，同比增长93.4%，随着新能源汽车数量的攀升，汽车的安全问题急需引起重视[1-3]。根据相关资料调查分析发现，其中动力电池故障是导致新能源汽车缺乏安全性最为主要的因素[4]。在电动汽车进行高压上电时，通过有效识别继电器的粘连状态，能够及时提醒驾乘人员进行检修，可以极大地提高用车安全性。本文主要针对主负继电器的粘连检测技术进行研究。

1  现状方案及主要问题

目前常见的主负继电器粘连检测方案，主要有3种，第1种方案通过检测主正继电器内侧（A点）与主负继电器外侧（C点）之间的电压，将AC与AD间电压进行比较而实现；第2种方案通过检测主正继电器外侧（B点）与主负继电器外侧（C点）之间的电压，将BC与AD间电压进行比较而实现；第3种方案通过检测主负继电器外侧（C点）与主负继电器内侧（D点）之间的电压，在一定时间内CD间是否达到一定电压，进行主负继电器粘连状态的检测。3种方案原理如图1所示。

这3种粘连检测方案都存在一定的问题：①第1种和第2种方案，它们的参考点不是电池包负极，需要采用具有多个隔离参考地的采样芯片，会增加开发成本。②第2种和第3种方案，它们主要依赖于闭合主正继电器或者预充继电器，才能进行粘连检测，缺乏灵活性。

为解决现有方案的问题，本文分析一种新型的主负继电器粘连检测技术方案。

2  方案系统组成与分析

2.1  方案系统组成

本文方案系统主要由动力电池、继电器、高压及绝缘诊断电路和外部电气附件等组成，如图2所示。

图2主要示意了与主负继电器粘连检测关联的部分，包括电池包总电压检测、绝缘检测、主负继电器粘连检测和模拟整车的电阻及电容分布。系统中Vp是电池包总电压正极，Va是总电压检测点，Vb是绝缘检测点，AD2是主负继电器粘连检测点，ISOV是AD2检测电路的电压源，D1是单向二极管，防止高压引入BMS主控板，K1、K2和K3是绝缘检测开关，K4是总电压检测开关，Rp和Rn分别是模拟整车主正对底盘和主负对底盘的绝缘电阻，Y1和Y2是模拟整车Y电容，X是模拟整车X电容，R是模拟被动泄放电阻。主负继电器粘连检测电路主要由ISOV、R9、R10、D1和AD2检测端口组成，通过K8的闭合或者断开模拟该电路是否接入系统，为了验证该方案的可行性，需要结合整车电气参数进行仿真分析。

2.2  方案分析

现结合某实车的电气参数进行仿真分析，Vp、Va、Vb、ISOV和AD2的参考电压都是电池包的负极BGND，Vp=750V，Y1=Y2=298.5nF，X=619.7uF，R=522kΩ，设定Rp=Rn=10MΩ，R1=R5=R7=5MΩ，R2=R6=R8=22kΩ，R3=R4=700kΩ，ISOV=5V，R9=300kΩ，R10=200kΩ，D1的反向耐压至少1000V，将上述主要参数应用于仿真电路，主要从总电压检测、绝缘检测和继电器动作状态三方面进行仿真分析[5-6]，分析本方案与上述三方面的相互影响，以及是否能够有效识别主负继电器的粘连状态。

首先，模拟不同工况下，通过调整主负继电器粘连检测电路是否接入系统，仿真分析总电压检测点Va和绝缘检测点Vb的变化，仿真结果如表1所示。从表1可知，主负继电器粘连检测电路是否接入系统，对总电压检测和绝缘检测都无影响。

其次，模拟绝缘检测开关在不同工况下的动作，调整主负继电器的闭合或者断开，仿真分析检测点AD2的电压，是否可以作为主负继电器粘连检测判断的依据。结合表2的绝缘检测开关动作时序表，在主负继电器断开时，得到AD2的检测电压，标称值是5.009V，最大值與最小值的电压差是7mV，仿真结果如图3所示。在主负继电器闭合时，得到AD2的检测电压，标称值是2.177V，仿真结果如图4所示。从上述结果可知，绝缘检测开关的动作对AD2的电压几乎无影响，而且通过AD2的电压值可以有效判断主负继电器的粘连状态。

再次，模拟整车继电器动作对主负继电器粘连检测点AD2的影响分析。K5代表预充继电器，K6代表主正继电器，K7代表主负继电器，结合表3的继电器动作时序表，模拟整车高压上电到高压下电的动作，得到AD2的电压，如图5所示，从第0.5s主负继电器开始闭合，AD2电压下降到2.177V，可以有效判定主负继电器已经闭合，从第8s主负继电器断开，AD2电压上升到5.001V，也可以有效判定主负继电器未粘连，用时大约192ms，该时间主要与整车X电容和泄放电阻有关，根据以上仿真分析，合理规划主负继电器的粘连诊断策略，可以有效识别主负继电器的粘连状态。

3  结束语

本文详细地阐述了主负继电器粘连检测技术的方案，并分析了对动力电池高压系统中关联电路的影响，为电动汽车主负继电器的粘连诊断提供设计参考。本方案可适用于大部分电动汽车应用场景。

参考文献：

[1] 冯浩，熊兆钦. “双碳”背景下新能源汽车产业机遇及发展战略思考[J]. 决策与信息，2022（5）：68-76.

[2] 吴程. 电池的电气化趋势及系统检修——评《新能源汽车电池与管理系统检测与维修》[J]. 电池，2022，52（5）：603-604.

[3] 冯广宏. 不能忽视新能源汽车的安全问题[J]. 防灾博览，2022（2）：48-51.

[4] 蔡颖. 新能源汽车动力电池安全管理技术挑战与发展趋势分析[J]. 时代汽车，2022（12）：124-125.

[5] 卜凡涛，刘木林. 继电器控制及诊断在电动汽车动力电池包的应用[J]. 汽车电器，2020（4）：19-21.

[6] 卢晨，葛俊良，朱合标，等. BMS绝缘检测对继电器粘连检测判断的影响[J]. 电子世界，2019（10）：14-17.

（编辑  杨凯麟）