高壓繼電器控制的主要目的是保證電池系統(tǒng)上下電的正常進(jìn)行，在汽車啟動(dòng)時(shí)閉合繼電器上電，在汽車停車熄火時(shí)斷開(kāi)繼電器下電。高壓繼電器控制屬于汽車電子電氣系統(tǒng)，其失效形式可能會(huì)對(duì)駕駛員的生命安全造成傷害，因此應(yīng)該按照ISO26262標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，以滿足功能安全要求。

高壓繼電器控制通常包括傳感器、控制器、執(zhí)行器，一般集成在BMS中，傳感器可能直接與BMS相連，也可能直接與整車控制器相連，執(zhí)行器主要是高壓繼電器。根據(jù)ASIL評(píng)級(jí)方法，首先確定嚴(yán)重度、發(fā)生率和可控性等級(jí)，然后對(duì)ASIL等級(jí)表確定ASIL等級(jí)。

嚴(yán)重度：高壓繼電器控制功能失效時(shí)，可能對(duì)處于高速行駛或維修人員造成傷害，定義嚴(yán)重度為S2

發(fā)生率：每天的充電、駕駛、停車以及維修都會(huì)涉及繼電器的動(dòng)作，定義發(fā)生率為E4

可控性：繼電器失效C3不可控（有些時(shí)候定義為中等可控C2）。

據(jù)此劃分為ASIL C等級(jí)，功能安全目標(biāo)是防止非預(yù)期高壓繼電器的故障。每個(gè)ASIL等級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)整數(shù)值： QM=0，A=1，B=2，C=3，D=4。根據(jù)ASIL分解法則，如果n個(gè)部件必須同時(shí)失效才能導(dǎo)致一種特定傷害，那么這n個(gè)部件的ASIL對(duì)應(yīng)的數(shù)值加起來(lái)必須和危害定義ASIL等級(jí)值相等。例如，ASIL C可以分解為ASIL C + QM，或者ASIL B + ASIL A，這樣可以降低開(kāi)發(fā)成本、縮短開(kāi)發(fā)周期。

高壓繼電器應(yīng)該布置在靠近電池的位置，確保高壓回路斷路的可靠性和高效性，并且在正端和負(fù)端各連接一個(gè)，分別接通與斷開(kāi)高壓回路的正負(fù)端與電池正負(fù)端之間的連接。在其中一個(gè)繼電器發(fā)生故障不能斷開(kāi)的情況下，還能保證另一個(gè)繼電器的正常工作，從而不會(huì)失去對(duì)高壓回路的控制，高壓回路在任何一個(gè)繼電器斷開(kāi)時(shí)，高壓回路都可以被斷開(kāi)，這要比使用一個(gè)繼電器的安全性提高很多。

高壓繼電器狀態(tài)監(jiān)控主要是通過(guò)檢查繼電器的觸點(diǎn)狀態(tài)來(lái)判斷繼電器工作狀態(tài)是否符合控制要求，避免在高壓繼電器打開(kāi)的情況下給高壓回路施加電氣負(fù)載，以及在高壓回路有較大電氣負(fù)載的情況下斷開(kāi)高壓繼電器。高壓繼電器的觸點(diǎn)檢測(cè)可以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)繼電器粘連情況，防止在高壓繼電器粘連情況下誤操作損壞高壓回路元器件，同時(shí)合理操作高壓繼電器（打開(kāi)/閉合），延長(zhǎng)繼電器使用壽命。高壓繼電器觸點(diǎn)檢測(cè)方法采用帶輔助觸點(diǎn)檢測(cè)的高壓繼電器，也可以單獨(dú)設(shè)計(jì)輔助觸點(diǎn)檢測(cè)電路，通過(guò)檢測(cè)高壓繼電器兩段的電壓來(lái)判斷高壓繼電器觸點(diǎn)的打開(kāi)/閉合狀況。

高壓繼電器的故障是造成上下電功能失效的主要因素，因此在基于功能安全設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮相應(yīng)的安全機(jī)制。高壓繼電器的主要故障表現(xiàn)為無(wú)法閉合、粘連（無(wú)法斷開(kāi)）以及觸點(diǎn)跳動(dòng)，功能失效時(shí)可能導(dǎo)致車輛失去動(dòng)力，進(jìn)而可能造成傷害。在上下電的控制和監(jiān)控診斷中，控制器其關(guān)鍵作用?？刂破鞑粌H控制繼電器通斷，同時(shí)也通過(guò)IO檢測(cè)接口與動(dòng)力電池兩端以及相應(yīng)的電氣設(shè)備連接。

控制器IO接口主要檢測(cè)三個(gè)主要電壓參數(shù)：高壓電池端電壓U1、高壓負(fù)載設(shè)備正端和電源負(fù)載端交叉電壓U2、高壓負(fù)載設(shè)備兩端電壓U3，通過(guò)控制器軟件內(nèi)部邏輯模塊完成故障判斷。下圖是比較常見(jiàn)的高壓電池電路示意圖，以此簡(jiǎn)單說(shuō)明一下上下電時(shí)高壓繼電器的檢測(cè)。例如：

1. 檢測(cè)S+狀態(tài)：控制器通過(guò)IO接口檢測(cè)三個(gè)電壓，若U1=U2，則S+粘連故障，若U1≠U2，則S+不粘連

2. 檢測(cè)預(yù)充電：Sp閉合，若U3快速上升，則S-粘連，若U3沒(méi)變化，則S-不粘連，此時(shí)閉合S-，開(kāi)始預(yù)充電

3. 上電：預(yù)充電完成后，閉合S+，斷開(kāi)Sp，完成上電過(guò)程，動(dòng)力電向整車電氣設(shè)備供電

4. 下電：先斷開(kāi)S+，若此時(shí)U2≠0，且保持不變，則Sp粘連，否則，Sp不粘連，然后斷開(kāi)S-，完成下電

上圖僅是一個(gè)簡(jiǎn)單得示例，在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中還需要結(jié)合其他控制策略進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，感興趣可以聯(lián)系探討。

參考

Design of high voltage relay control for hybrid vehicles battery based on ISO26262

純電動(dòng)汽車高壓電安全監(jiān)控系統(tǒng)研究

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