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摘要：高压继电器的控制及诊断作为电池管理系统最重要的一项基本功能，是保证电池系统稳定可靠工作的前提。本文结合常用诊断方案在实际应用中遇到的问题对继电器诊断方案进行了优化，优化后的诊断方案简化了软件控制逻辑，降低了硬件成本，提高了电池系统的工作效率。
关键词：动力电池系统；电池管理系统（BMS）；继电器；诊断
1 引言
动力电池系统作为电动汽车的能量源，其能量输出由一系列高压开关器件的通断来实现。现阶段大多数动力电池系统都是通过高压继电器实现高压回路的通断功能，电池管理系统作为动力电池系统的控制装置，负责高压继电器通断控制及诊断以实现电池系统能量输出与切断。
高压继电器的诊断通过对高压继电器的状态监测来实现，高压继电器状态检测包括两种：一种是监测其线圈上电情况，此种比较简单，由继电器专用控制芯片实现；另一种是对继电器高压触点进行监测，通过直接检测高压触点的连接情况来实现，实现起来难度较大。
本文所述高压继电器诊断即对继电器高压触点诊断，高压触点的失效模式有两种：一种是常开故障，发送控制闭合指令，继电器不能闭合；另一种是常闭故障（粘连），发送断开指令，继电器不能断开。继电器诊断需要在电池系统上电流程中准确判别出这两种故障，保证电池系统稳定可靠运行。
2 继电器诊断方案
动力电池系统中的继电器包括：主负继电器、预充继电器、主正继电器、充电继电器、加热继电器，辅助器件包含预充电阻、电流传感器。本文讨论电池系统放电过程的继电器诊断，充电过程中继电器诊断类同。图1为继电器诊断原理图，动力电池系统在上电过程中根据A、B、C、D四点组合电压的变化实现对继电器的诊断，上电过程：主负继电器闭合→预充继电器闭合→主正继电器闭合→预充继电器断开。
1)方案1
以B点为基准获得AB、CB两路电压，以D为基准获得AD、CD两路电压，上电过程中根据这四路电压的变化情况实现对继电器诊断。此种方案增加了以D点为基准的电压采集，硬件设计上成本较高，上电过程中需要切换开关K1、K2实现，控制逻辑较为复杂，而且实车应用时，由于寄生电容的存在，切换K1、K2出现寄生电容充放电造成电压达到稳定的时间较长，诊断效率较低。
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图1 方案1继电器诊断原理图
2)方案2
以B点为基准获得AB、CB、DB三路电压，相比方案1节省了以D点为基准的电压采集，同时也可节省切换开关，硬件电路进行了简化。此种方案上电过程中只能对主正/预充继电器进行常开/常闭故障检测，主负继电器的诊断只能在下电过程中检测，需要将故障信息存储在BMS内部，下次上电过程中读取故障信息。此种方案在软件诊断上比较复杂，增加了软件的复杂度。
3)方案3
方案3结合前两种方案的特点进行了优化改进。电池管理系统多数具有高压采集功能，高压采集功能多数采用AD芯片采集电压经隔离芯片传输给MCU，AD芯片需要采用由低压电源经隔离DC变换成隔离电源供电。本方案中利用隔离电源电压引入到D点增加V3电压的采集，便于实现对主负继电器在上电过程中诊断。
3 继电器诊断策略
1)主负继电器故障诊断
主负继电器闭合前V3采集电压为A，闭合后采集电压为B。电池管理系统发送主负继电器闭合指令上电前读取V3电压，若电压值为B表明主负继电器常闭故障（粘连）；发送主负继电器闭合指令后读取V3电压，若电压值仍为A表明主负继电器常开故障。
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图2 方案2继电器诊断原理图
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图3 方案3继电器诊断原理图
2)预充/主正继电器故障诊断
电池管理系统发送预充/主正继电器闭合指令前，采集电压V1、V2，若V2接近V1电压或者在100ms内无下降趋势，预充/主正继电器常闭故障（粘连）；发送预充/主正继电器闭合指令后，采集V1、V2电压，若V2电压在规定时间内没有上升变化，预充/主正继电器常开故障。
3 结论
本文结合目前电池管理系统常用的两种继电器诊断方案的缺点，提出了一种优化改进方案，同时阐述了继电器故障的诊断策略。此方案相比目前的应用方案在硬件设计上成本较低，软件控制简单，能够实现对动力电池系统上电过程中继电器的故障诊断。
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作者简介：乔开晓（1985- ），男，河北省邢台人，研究方向：新能源汽车方向电池管理系统的设计与开发。