用于负载电路的诊断系统及电动车

摘要

本发明涉及控制电路领域，提供一种用于负载电路的诊断系统及电动车，本发明所述的诊断系统包括：驱动器，用于控制所述负载电路中的IGBT开关的导通或断开；诊断电路，用于在所述IGBT开关处于导通或断开的状态下，输出所述IGBT的诊断反馈信号；以及控制器，用于执行以下操作：向所述驱动器输入控制信号以控制所述IGBT开关的导通或断开；以及接收所述诊断反馈信号，并根据该诊断反馈信号及所述控制信号，确定所述IGBT开关的状态。所述诊断系统无需高压测量即可实现快速诊断出IGBT开关的状态，大大降低了负载电路中开关粘连等故障发生的概率，可维持负载电路的长期稳定运行。

权利要求

1.一种用于负载电路的诊断系统，其特征在于，所述诊断系统包括：驱动器，用于控制所述负载电路中的IGBT开关的导通或断开；

诊断电路，用于在所述IGBT开关处于导通或断开的状态下，输出所述IGBT的诊断反馈信号；以及控制器，用于执行以下操作：

向所述驱动器输入控制信号以控制所述IGBT开关的导通或断开；以及接收所述诊断反馈信号，并根据该诊断反馈信号及所述控制信号，确定所述IGBT开关的状态，所述控制器还用于输出诊断使能信号，

所述诊断电路包括：

低压电源，用于向所述诊断电路及所述驱动器供电；

第一光耦合器，用于在所述诊断使能信号大于所述第一光耦合器的开启电压的情况下，导通所述诊断电路；以及比较器，用于比较所述低压电源经第一诊断电阻后的电压与所述低压电源经第二诊断电阻后的电压，并向所述控制器输出比较结果，所述比较结果即为所述诊断反馈信号，其中，所述第一诊断电阻大于所述第二诊断电阻。

2.根据权利要求1所述的用于负载电路的诊断系统，其特征在于，所述第一光耦合器还用于隔离所述控制器的输出端与所述比较器的输入端之间的电气干扰。

3.根据权利要求1所述的用于负载电路的诊断系统，其特征在于，所述比较器还用于执行以下操作：在所述IGBT开关导通且所述第一光耦合器导通的情况下，所述低压电源经所述第一诊断电阻后的电压大于所述低压电源经所述第二诊断电阻后的电压，输出低电平的诊断反馈信号；或者在所述IGBT开关断开且所述第一光耦合器导通的情况下，所述低压电源经所述第一诊断电阻后的电压小于所述低压电源经所述第二诊断电阻后的电压，输出高电平的诊断反馈信号。

4.根据权利要求3所述的用于负载电路的诊断系统，其特征在于，所述控制器还用于执行以下操作：在所述控制信号为高电平信号且所述比较器输出高电平的诊断反馈信号的情况下，确定所述IGBT开关的状态为正常闭合；

在所述控制信号为高电平信号且所述比较器输出低电平的诊断反馈信号的情况下，确定所述IGBT开关的状态为异常闭合；

在所述控制信号为低电平信号且所述比较器输出低电平的诊断反馈信号的情况下，确定所述IGBT开关的状态为正常断开；或者在所述控制信号为低电平信号且所述比较器输出高电平的诊断反馈信号的情况下，确定所述IGBT开关的状态为异常断开。

5.根据权利要求1所述的用于负载电路的诊断系统，其特征在于，所述诊断系统还包括：第二光耦合器，用于隔离所述比较器的输出端与所述控制器的输入端之间的电气干扰。

6.根据权利要求1所述的用于负载电路的诊断系统，其特征在于，所述诊断系统还包括：隔离器，用于隔离所述低压电源与所述诊断电路之间的电气干扰。

7.根据权利要求1所述的用于负载电路的诊断系统，其特征在于，所述诊断电路还可包括：电压传感器，用于采集所述IGBT开关的集电极-发射极两端电压Vce，所述驱动器还用于在所述Vce大于预设电压的情况下，控制所述IGBT开关断开以断开所述负载电路的回路，其中，所述预设电压与所述IGBT开关的集电极-发射极两端电压饱和值Vce(sat)有关。

8.一种电动车，其特征在于，所述电动车设置有权利要求1-7中任意一项所述的用于负载电路的诊断系统。

说明书

用于负载电路的诊断系统及电动车

技术领域

[0001] 本发明涉及控制电路领域，特别涉及一种用于负载电路的诊断系统及电动车。

背景技术

[0002] 电动车中电池包的负载电路(由于所述电池包所供电的负载电路的电压一般比较高，故负载电路通常又被称为高压电路)采用的是接触器作为电路开关，目的是在正常断电和紧急断电情况下断开高压电池的负载。而接触器是由微控制器通过驱动器激励接触器线圈来控制。但是，在紧急断电时接触器存在一些缺点：在断开高电流时，尤其是在接触器老化后，有可能会出现接触器粘连的情况，从而无法断开该电路，这将使系统处于高风险状态，并可能导致电池爆炸，从而违反安全目标。

[0003] 对于接触器诊断，通常使用高压测量来检测异常断开和异常关闭的故障，但由于测量滤波器的设定时间长，测量时间会很长。因此，故障检测时间较长。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明旨在提出一种用于负载电路的诊断系统及电动车，其利用IGBT开关替代传统负载电路中的接触器，从而无需高压测量即可实现快速诊断出所述IGBT开关的状态，大大降低了负载电路中开关粘连等故障发生的概率，可维持负载电路的长期稳定运行。

[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0006] 一种用于负载电路的诊断系统，所述诊断系统包括：驱动器，用于控制所述负载电路中的IGBT开关的导通或断开；诊断电路，用于在所述IGBT开关处于导通或断开的状态下，输出所述IGBT的诊断反馈信号；以及控制器，用于执行以下操作：向所述驱动器输入控制信号以控制所述IGBT开关的导通或断开；以及接收所述诊断反馈信号，并根据该诊断反馈信号及所述控制信号，确定所述IGBT开关的状态。

[0007] 进一步的，所述诊断电路包括：低压电源，用于向所述诊断电路及所述驱动器供电。

[0008] 进一步的，所述控制器还用于输出诊断使能信号，所述诊断电路还包括：第一光耦合器，用于在所述诊断使能信号大于所述第一光耦合器的开启电压的情况下，导通所述诊断电路；以及比较器，用于比较所述低压电源经第一诊断电阻后的电压与所述低压电源经第二诊断电阻后的电压，并向所述控制器输出比较结果，所述比较结果即为所述诊断反馈信号，其中，所述第一诊断电阻大于所述第二诊断电阻。

[0009] 进一步的，所述第一光耦合器还用于隔离所述控制器的输出端与所述比较器的输入端之间的电气干扰。

[0010] 进一步的，所述比较器还用于执行以下操作：在所述IGBT开关导通且所述第一光耦合器导通的情况下，所述低压电源经第一诊断电阻后的电压大于所述低压电源经第二诊断电阻后的电压，输出低电平的诊断反馈信号；或者在所述IGBT开关断开且所述第一光耦合器导通的情况下，所述低压电源经第一诊断电阻后的电压小于所述低压电源经第二诊断电阻后的电压，输出高电平的诊断反馈信号。

[0011] 进一步的，所述控制器还用于执行以下操作：在所述控制信号为高电平信号且所述比较器输出高电平的诊断反馈信号的情况下，确定所述IGBT开关的状态为正常闭合；在所述控制信号为高电平信号且所述比较器输出低电平的诊断反馈信号的情况下，确定所述IGBT开关的状态为异常闭合；在所述控制信号为低电平信号且所述比较器输出低电平的诊断反馈信号的情况下，确定所述IGBT开关的状态为正常断开；或者在所述控制信号为低电平信号且所述比较器输出高电平的诊断反馈信号的情况下，确定所述IGBT开关的状态为异常断开。

[0012] 进一步的，所述诊断系统还包括：第二光耦合器，用于隔离所述比较器的输出端与所述控制器的输入端之间的电气干扰。

[0013] 进一步的，所述诊断系统还包括：隔离器，用于隔离所述低压电源与所述诊断电路之间的电气连接。

[0014] 进一步的，所述诊断电路还可包括：电压传感器，用于采集所述IGBT开关的集电极-发射极两端电压Vce，所述驱动器还用于在所述Vce大于预设电压的情况下，控制所述IGBT开关断开以断开所述负载电路的回路，其中，所述预设电压与所述IGBT开关的集电极-发射极两端电压饱和值Vce(sat)有关。

[0015] 相对于现有技术，本发明所述的用于负载电路的诊断系统具有以下优势：

[0016] (1)本发明创造性地利用IGBT开关替代传统负载电路中的接触器，通过向驱动器输入控制信号以控制所述IGBT开关的导通，在所述IGBT开关导通的情况下，输出诊断反馈信号，并根据该诊断反馈信号及所述控制信号确定所述IGBT开关的状态，从而无需高压测量即可实现快速诊断出所述IGBT开关的状态，大大降低了负载电路中开关粘连等故障发生的概率，可维持负载电路的长期稳定运行。

[0017] (2)在负载电路发生电流过载的情况下，驱动器可将IGBT开关的集电极-发射极两端电压Vce反馈至所述控制器，所述控制器通过向驱动器输送控制信号以控制所述IGBT开关断开，从而断开所述负载电路。由于所述电压传感器的响应速度快，故可以使所述诊断电路快速地对负载电路的状态进行响应，从而可在紧急事故发生时及时断开负载电路，以起到过电流保护(OCP)的作用。

[0018] (3)本发明所述诊断系统的驱动器由独立的低压电源供电，不存在IGBT开关断开时因浮动接地引起的测量逻辑错误的问题，从而大大提高了诊断结果的准确性；所述驱动器作为一个独立的驱动电路不占用电池包的控制器的主控单元，节省空间，从而提高了所述主控单元的运算速率，并且，在紧急事故发生时，可以在保证所述控制器正常运行的情况下，IGBT断开，单独控制断开负载电路，故达到紧急下电的目的。

[0019] 本发明的另一目的在于提出一种电动车，所述电动车设置有上述的用于负载电路的诊断系统。

[0020] 所述电动车与上述用于负载电路的诊断系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

[0021] 本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

[0022] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0023] 图1为本发明实施方式所述的用于负载电路的诊断系统的结构图；以及[0024] 图2为本发明实施方式所述的用于负载电路的诊断系统的结构图。

[0025] 附图标记说明：

[0026] 10          驱动器              11          诊断电路

[0027] 12          控制器              13          直流12V电源

[0028] 14          第一光耦合器        15          比较器

[0029] 16          第二光耦合器        17          隔离器

[0030] 18          IGBT开关            19          负载电路

[0031] 20          诊断电阻            21          第一诊断电阻

[0032] 22          第二诊断电阻

具体实施方式

[0033] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

[0034] 对于传统电池包的负载电路而言，接触器的粘连问题是是非常常见但难以解决的问题，并且接触器粘连的概率随时效和操作周期的增加而增大。由于IGBT开关可以承受很高的电流和电压，本发明采用IGBT开关代替传统电池包的负载电路中的接触器，由此可避免接触器的粘连问题。基于此，本发明提供了一种用于负载电路的诊断系统及包含所述用于负载电路的诊断系统的电动车。

[0035] 下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

[0036] 图1为本发明一实施例提供的用于负载电路的诊断系统的结构图。所述诊断系统可包括：驱动器10，用于控制所述负载电路中的IGBT开关的导通或断开；诊断电路11，用于在所述IGBT开关处于导通或断开的状态下，输出所述IGBT的诊断反馈信号；以及控制器12，用于执行以下操作：向所述驱动器输入控制信号以控制所述IGBT开关的导通或断开；以及接收所述诊断反馈信号，并根据该诊断反馈信号及所述控制信号，确定所述IGBT开关的状态。本发明创造性地采用IGBT开关替代传统负载电路中的接触器，通过向驱动器输入控制信号以控制所述IGBT开关的导通，在所述IGBT开关导通的情况下，输出诊断反馈信号，并根据该诊断反馈信号及所述控制信号确定所述IGBT开关的状态，从而无需高压测量即可实现快速诊断出所述IGBT开关的状态，大大降低了负载电路中开关粘连等故障发生的概率，可维持负载电路的长期稳定运行。

[0037] 所述诊断电路还可包括：电压传感器，用于采集所述IGBT开关的集电极-发射极两端电压Vce，所述驱动器还用于在所述Vce大于预设电压的情况下，控制所述IGBT开关断开以断开所述负载电路的回路，其中，所述预设电压与所述IGBT开关的集电极-发射极两端电压饱和值Vce(sat)有关。也就是说，如图2所示，当所述负载电路19电流过载时，所述IGBT开关18的Vce值急剧增大(例如等于饱和值Vce(sat))，驱动器10可以将饱和值Vce(sat)反馈至所述控制器12，然后通过所述控制器12向所述驱动器10输送低电平的控制信号以控制所述IGBT开关18断开，从而断开所述负载电路19。由于所述电压传感器的响应速度快，故可以使所述诊断电路快速地对负载电路的状态进行响应，从而可在紧急事故发生时及时断开负载电路，以起到过电流保护(OCP)的作用。

[0038] 所述诊断电路可包括：低压电源，用于向所述诊断电路及所述驱动器供电。所述电压电源可为直流12V电源13，如图2所示。当然，本发明中的低压电源并不限于直流12V电源，其他合适的低压电源均是可行的。所述控制器还可用于输出诊断使能信号，所述诊断电路11还可包括：第一光耦合器14，用于在所述诊断使能信号大于所述第一光耦合器的开启电压的情况下，导通所述诊断电路；以及比较器15，用于比较所述低压电源经第一诊断电阻后的电压与所述低压电源经第二诊断电阻后的电压，并向所述控制器输出比较结果，所述比较结果即为所述诊断反馈信号，其中，所述第一诊断电阻大于所述第二诊断电阻，如图2所示，也就是说，通过比较经第一诊断电阻20的压降及经所述第二诊断电阻的压降，输出不同的诊断反馈信号。例如，所述低压电源13经所述第一诊断电阻20后的节点C与所述比较器15的负极相连接；以及所述低压电源13经所述第二诊断电阻21后的节点E与所述比较器的正极相连接。当所述诊断电路上节点C处的电压大于所述节点E的电压时，所述比较器15输出低电平的诊断反馈信号；而当所述诊断电路上节点C处的电压小于所述节点E的电压时，所述比较器15输出高电平的诊断反馈信号。当然，本发明并不限于将节点C、节点E与比较器的负极、正极一一相连的情况，也可以将节点C、节点E分别与比较器的正极、负极一一相连，但需要改变相应的判断逻辑。

[0039] 在负载电路中的开关器件为接触器的情况下，当接触器断开时，由于浮动接地，会引起测量逻辑错误，这使得故障诊断覆盖率很低。对于故障的恢复，接触器关闭或断开的响应时间较高，这使得用传统的接触器作为电路开关时，降低恢复时间到了一个瓶颈阶段。而对于本实施例中的负载电路中的开关器件为IGBT开关而言，所述诊断系统的驱动器由独立的低压电源供电，不存在IGBT开关断开时因浮动接地引起的测量逻辑错误的问题，从而大大提高了诊断结果的准确性。此外，由于IGBT开关的功能特性不存在导通或断开时的抖动问题，结合软件逻辑可以省略消抖模块，节省代码空间，降低计算时间。

[0040] 其中，所述第一光耦合器还用于隔离所述控制器的输出端与所述比较器的输入端之间的电气干扰，从而可提高诊断结果的准确性。为了提高诊断结果的准确性，所述诊断系统还可包括：第二光耦合器16，用于隔离所述比较器的输出端与所述控制器的输入端之间的电气干扰。此外，所述诊断系统还可包括：隔离器17，用于隔离所述低压电源与所述诊断电路之间的电气干扰。其中，所述隔离器可为DC-DC隔离器。

[0041] 如图2所示，当所述第一光耦合器14处于导通状态时，所述诊断电路上C点处的电压的高低主要取决于所述IGBT开关18的状态：在所述IGBT开关导通的情况下，所述诊断电路与所述负载电路均处于导通状态，具体地，从直流12V电源13开始经节点D、第一诊断电阻20、节点C、第一光耦合器14中的三极管、节点A、IGBT开关18、节点B及负载，最终到达电池包
22的负极，在这种情况下，由于所述第一诊断电阻20大于所述第二诊断电阻21，故节点C的电压小于节点E的电压；而在所述IGBT开关断开的情况下，所述诊断电路导通而所述负载电路不导通，具体地，从直流12V电源13开始经节点D、第一诊断电阻20及节点C的电路到IGBT开关18处断开，故节点C的电压约等于12V，节点C的电压大于节点E的电压。由此，所述比较器还可用于执行以下操作：在所述IGBT开关导通且所述第一光耦合器导通的情况下，所述诊断电路上的电压大于所述低压电源的电压，输出低电平的诊断反馈信号；或者在所述IGBT开关断开且所述第一光耦合器导通的情况下，所述诊断电路上的电压小于所述低压电源的电压，输出高电平的诊断反馈信号。

[0042] 在获得所述诊断反馈信号的情况下，所述控制器还可用于执行以下操作：在所述控制信号为高电平信号且所述比较器输出高电平的诊断反馈信号的情况下，确定所述IGBT开关的状态为正常闭合；在所述控制信号为高电平信号且所述比较器输出低电平的诊断反馈信号的情况下，确定所述IGBT开关的状态为异常闭合；在所述控制信号为低电平信号且所述比较器输出低电平的诊断反馈信号的情况下，确定所述IGBT开关的状态为正常断开；或者在所述控制信号为低电平信号且所述比较器输出高电平的诊断反馈信号的情况下，确定所述IGBT开关的状态为异常断开。

[0043] 所述控制器可以为所述电池包的控制器，还可以是单独配置的通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、其他任何类型的集成电路(IC)、状态机等等。所述驱动器为一个独立的驱动电路，不占用电池包的控制器的主控单元，节省空间，在一定程度上提高了主控单元的运算速率。由于驱动器独立于微控制器，在紧急事故发生时，可以在保证控制器正常运行的情况下，断开IGBT，独立断开负载电路，达到紧急下电的目的，不影响其他功能的使用。

[0044] 具体而言，现以图2所示的诊断系统为例对负载电路19的电气连接情况进行详细地解释和说明。

[0045] 整个诊断系统的工作过程如下：直流12V电源13为驱动器10供电，当电源信号有效时，驱动器10接收控制器(未示出)发出的控制信号，通过该控制信号控制IGBT开关导通或断开的状态。除此之外，驱动器10通过公共驱动器GND从节点B采集负载电路的电信号，经诊断电路输出IGBT开关18的诊断反馈信号。同时，驱动器10也有自诊断功能，并可以将自诊断信号输出给控制器，具体地，当所述负载电路电流过载时，驱动器10可以将所述IGBT开关18的集电极-发射极两端电压反馈至所述控制器，然后通过所述控制器向所述驱动器10输入低电平的控制信号以控制所述IGBT开关18断开，从而断开所述负载电路以起到过流保护的作用。所述诊断电路11结构简单，响应时间快，相比现有中的高压测量方法，采用所述诊断电路11可以快速诊断出IGBT开关的故障信息。

[0046] 利用上述诊断系统对所述负载电路的IGBT开关18状态的诊断结果主要包括以下四种情形：

[0047] 第一种情形，IGBT开关18正常闭合情况：直流12V电源13接通后，控制器(未示出)输出高电平的控制信号，经由驱动器10输送至IGBT开关18的输入端口，从而所述IGBT开关18闭合，从而导通负载电路19；同时直流12V电源13为诊断电路11供电，控制器发出高电平的诊断使能信号(该诊断使能信号的电平高于所述第一光耦合器14中发光二极管的开启电压)，导通发光二极管，进而导通所述第一光耦合器14中三极管，诊断电路11及负载电路19均处于导通状态，并且与比较器15的正极相连的节点E电压大于与比较器15的负极相连的节点C的电压。由此，比较器15的负极电压小于正极电压，输出高电平信号，此时所述第二光耦合器16中的发光二极管导通，继而输出高电平的诊断反馈信号。

[0048] 第二种情形，IGBT开关18异常闭合情况：

[0049] 当控制器(未示出)输出高电平的控制信号，但所述IGBT开关18未成功闭合，此时负载电路19没有导通，所述第一诊断电阻20所在的电路处于开路状态，与比较器15的负极相连的节点C处的电压约等于12V，而与比较器15的正极相连的节点E处的电压小于12V，此时，比较器15的负极电压大于正极电压，输出低电平信号，此时所述第二光耦合器16中的发光二极管不导通，继而输出低电平的诊断反馈信号。

[0050] 第三种情形，IGBT开关18正常断开情况：

[0051] 直流12V电源13接通后，控制器12输出低电平的控制信号，经由驱动器10输送至IGBT开关18的输入端口，从而所述IGBT开关18断开，从而断开负载电路19。控制器发出高电平的诊断使能信号，导通所述第一光耦合器14中的发光二极管，进而导通所述第一光耦合器14中三极管，但此时由于负载电路19没有导通，所述第一诊断电阻20所在的电路处于开路状态，与比较器15的负极相连的节点C处的电压约等于12V，而与比较器15的正极相连的节点E处的电压小于12V，此时，比较器15的负极电压大于正极电压，输出低电平信号，此时所述第二光耦合器16中的发光二极管不导通，继而输出低电平的诊断反馈信号[0052] 第四种情形，IGBT开关18异常断开情况：

[0053] 当控制器输出低电平的控制信号，但IGBT开关18未成功断开，此时负载电路19不导通，同时直流12V电源13为诊断电路11供电，控制器发出高电平的诊断使能信号，导通发光二极管，进而导通所述第一光耦合器14中三极管，诊断电路11处于导通状态。在这种情况下，与比较器15的正极相连的节点E电压大于与比较器15的负极相连的节点C的电压。由此，比较器15的负极电压小于正极电压，输出高电平信号，此时所述第二光耦合器16中的发光二极管导通，继而输出高电平的诊断反馈信号。

[0054] 上述四种诊断结果的具体情形展示在表1中：

[0055] 控制信号 诊断反馈信号 IGBT开关状态1 1 正常闭合
1 0 异常闭合
0 0 正常断开
0 1 异常断开

[0056] 表1IGBT开关状态的四种诊断结果

[0057] 本实施例可通过控制器向所述驱动器输入控制信号以控制负载电路中的IGBT开关的状态，不需要经过高压控制及相应的诊断，经由分析所述控制信号及诊断反馈信号即可准确有效地诊断IGBT开关的状态；并且，由于IGBT开关可以承受很高的电流和电压，具体地，IGBT开关的操作环境对温度要求不高，可以很容易达到105℃的温度范围，且不影响其正常使用，故基于IGBT开关的负载电路中开关粘连等故障发生的概率会极大地降低，由此整个电池包的负载电路的使用寿命更长，运行周期更长。

[0058] 综上所述，本发明创造性地利用IGBT开关替代传统负载电路中的接触器，通过向驱动器输入控制信号以控制所述IGBT开关的导通，在所述IGBT开关导通的情况下，输出诊断反馈信号，并根据该诊断反馈信号及所述控制信号确定所述IGBT开关的状态，从而无需高压测量即可实现快速诊断出所述IGBT开关的状态，大大降低了负载电路中开关粘连等故障发生的概率，可维持负载电路的长期稳定运行。

[0059] 以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。