摘要：本文提出了一种基于恒流源测量电阻实现对动力电池系统及整车高压环路互锁检测的方法，介绍了环路互锁检测的原理及检测装置的硬件电路和软件控制策略。该方法相对于传统的检测方法可检测环路互锁的中间状态，能够较早地预知电池系统风险。
关键词：电池系统；电池管理系统（BMS）；恒流源；环路互锁
1引言
从功能安全角度考虑，安全成为目前电动汽车推广普及的重要前提。动力电池系统作为电动汽车的能源储蓄装置，和整车高压设备组成整车高压系统。整车高压系统运行过程中存在各种风险，其中风险比较高的一项是高压回路连接器的松脱断开，该风险轻则造成高压连接位置发热造成能量损耗，重则造成车辆动力丢失甚至自燃，威胁人身安全。高压环路互锁的设计正是用来监测整车高压回路的连续性，环路互锁检测功能作为电池管理系统的一项重要功能，当出现异常时及时通知整车设备采取相应的措施，确保车辆及驾驶人员的安全。
2环路互锁检测原理
高压环路互锁（HVIL）是指通过低压信号来检查电动汽车上所有与高压母线相连的分路（电池系统、连接器、充电机、电机控制器等）在电气连接上的完整性及连贯性。HVIL的实现主要依靠高压连接器的自身结构，高压连接器内部除了高压大电流接口外还集成了HVIL接口，如下图1所示。高压连接器插合时，HVIL接口呈短路状态；高压连接器断开时，HVIL接口呈开路状态，HVIL功能依靠检测HVIL接口的状态来实现。
电池管理系统一般情况下具有两路环路互锁检测功能，一条用于检测电池系统内部高压回路的完整性；另一条通过低压连接器接口检测电池系统外部即整车端高压回路的完整性。通常情况下BMS通过环路互锁输出接口输出PWM波形，在环路互锁输入接口检测PWM波形，比较输入与输出的波形来判断HVIL的状态。
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图1 环路互锁检测原理
3恒流源环路互锁设计
常用的检测方案仅能对环路互锁通、断两种状态进行检测，难以实现对环路互锁的中间状态即接触阻抗情况进行监控。本节提出了一种基于恒流源测电阻的方法实现对环路互锁状态的连续监控的方法，应用恒流源测电阻具有测量电路简单、快速、准确的特点。本设计中采用一个精密运放和基准组成恒流源电路，实现原理如下图2，其中Rx为被测电阻，V为被测电阻两端的电压，Uz为基准电压。
图2 恒流源测电阻原理
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图3为基于恒流源测电阻的方法实现对环路互锁状态监控的原理，此图为电池系统内部环路互锁检测方法，电池系统外部环路互锁检测方法相同。其中R1、R2、R3为固定电阻，U1、U2是通过电池管理系统MCU的ADC检测的电压，环路互锁之间的阻抗相当于待测电阻Rx。这些已知量在电池管理系统MCU中经运算后得到环路互锁之间阻抗Rx，用于判断环路的状态。
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图3 恒流源环路互锁检测原理
4环路互锁控制策略制定
基于恒流源实现环路互锁状态检测的控制策略可根据得出的Rx划分几个不同的工作阶段，划分阈值A、B（取决于整个高压系统设计情况，其中A<B）。
1)当Rx<A时，整个高压回路系统连接性完好，车辆可以正常上电、行驶。
2)当A<Rx<B时，高压回路系统连接性出现异常，车辆要限制功率，通过报警通知驾驶人员进行维修。
3)当Rx>B时，高压回路系统连接性出现严重异常，车辆不允许上电，行驶过程中结合整车的实际情况给驾驶人员预留足够的反应时间进行下电。
5结论
本文结合恒流源测电阻的原理提出了一种实现电动汽车高压环路互锁状态的检测方法。该方法可以精确监控高压环路的阻抗状态，相比传统的检测方法可以监控高压回路的中间状态，防止车辆长时间工作时因回路发热造成车辆损失甚至人身伤害，对保证电动汽车安全运行具有重要意义。
参考文献：
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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。