使用交流耦合對焊接接觸器的檢測的制作方法

本公開一般地涉及用于檢測接觸器的狀況的系統和方法，更具體地，涉及用于從車輛的直流(dc)總線檢測被配置為連接電池的接觸器的缺陷狀況的系統和方法。

背景技術：

電池供電的車輛(例如電動車輛或混合動力車輛)，可以包含連接到dc總線的一個或多個高電壓電池。高電壓電池組可以用作車輛的主電源以驅動各種主負載(例如，牽引電動機)和各種輔助負載(例如，hvac、照明、泵等)。在操作期間，電池組或其一部分可能由于電池組中的故障部件或狀況而需要脫機。對于諸如電動車輛的高電壓電池應用，可以通過斷開(open)連接在電池組和高電壓總線之間的接觸器來實現對電池組的斷開。隨著時間的推移，如果接觸器未能正確斷開或接通(close)，則接觸器可能會劣化并導致安全隱患。盡管可以通過直接測量高電壓dc電路中的dc電流或電壓來檢測有缺陷的接觸器，但是這種檢測方法可能損害接觸器與作為大多數控制器電路基準的底盤接地之間的dc隔離。本公開旨在解決這些考慮中的至少一些。

技術實現要素：

本公開的一個方面涉及一種用于檢測被配置為將電池串連接到車輛中的dc總線的接觸器的狀況的系統。該系統可包括配置成斷開或接通接觸器的控制器。該系統還可以包括被配置為當控制器斷開接觸器時提供ac測試信號的交流(ac)信號源。該系統還可以包括具有初級側和次級側的ac耦合電路。ac耦合電路的初級側可以連接到ac測試信號源，并且次級側可以連接到接觸器。該系統還可以包括被配置為接收對應于ac測試信號的ac返回信號，并且基于ac返回信號檢測接觸器的缺陷狀況的檢測電路。

本公開的另一方面涉及一種用于檢測被配置為將電池串連接到車輛中的dc總線的接觸器的狀況的方法。該方法可以包括通過控制器斷開接觸器，以及通過ac測試信號源提供ac測試信號。ac測試信號源可以連接到ac耦合電路的初級側。另外，ac耦合電路可以具有連接到接觸器的次級側。該方法還可以包括由檢測電路接收與ac測試信號相對應的ac返回信號，以及由檢測電路基于ac返回信號檢測接觸器的缺陷狀況。

本公開的另一方面涉及一種車輛。車輛可以包括電池串和dc電力總線。車輛還可以包括接觸器，被配置為當接觸器接通時將電池串連接到dc電力總線，并且當接觸器斷開時將電池串從dc電力總線斷開連接。車輛還可以包括被配置為斷開或接通接觸器的控制器，以及被配置為當控制器斷開接觸器時提供ac測試信號的ac信號源。車輛還可以包括ac耦合電路，其具有連接到ac測試信號源的初級側和連接到接觸器的次級側。車輛還可以包括檢測電路，被配置為接收與ac測試信號相對應的ac返回信號，并且基于ac返回信號檢測接觸器的缺陷狀況。

附圖說明

圖1是根據一些實施例的包括用于檢測被配置為將電池串連接到dc總線的接觸器的狀況的系統的示例性車輛的示意圖；

圖2是根據一些實施例的示出圖1所示的車輛的示例性動力總成系統的示意圖；

圖3是根據一些實施例的示出在圖2的系統中使用的示例性電路的示意圖；

圖4是根據一些實施例的由圖2的系統執行的示例性處理的流程圖；以及

圖5是根據一些實施例的由圖2的系統執行的示例性處理的流程圖。

具體實施方式

為了討論的目的，結合圖1所示的示例性車輛100描述本公開的原理。本領域技術人員將認識到，本公開的原理可以應用于任何類型的機器，以采用接觸器將電池連接到dc總線。

圖1是示出示例性車輛100的局部視圖的示意圖。將使用電動車輛作為車輛100的示例性實施例來描述圖1，但車輛100可以是至少部分地由電力供電的任何類型的車輛。例如，車輛100可以是混合動力車輛。車輛100可以具有任何車身風格，例如轎車、小轎車、跑車、卡車、旅行車、suv、小型貨車或轉換車。如圖1所示，車輛100可以包括動力總成102(圖1中的實線所示)，動力總成102還可以包括連接到公共dc總線的一個或多個高電壓電池組104和電驅動系統106。

盡管圖1示出了位于底盤中并且朝向車輛100的后部的電池組104，但是電池組104也可以位于車輛100的任何其它隔間(compartment)中(例如，在發動機罩區域內)或者均勻地分布在底盤內。電池組104可以包括并聯的一個或多個高電壓電池串。每個電池串可以進一步包括串聯或并聯的多個電池單元。每個電池串可以向電驅動系統106提供高電壓dc(例如，400v)。車輛100可以使用并聯的多個電池串，以提高系統可靠性和功率可用性。電池串的并聯配置可以有助于確保將一個電池串從車輛100的dc總線斷開不會使其它電池串不工作。因此，每個電池串可獨立于其它電池串操作，從而便于在一個或多個其它電池串發生故障的情況下連續進行車輛操作。

電池組104可以與用于以安全和可靠的方式管理電池串的使用和充電的電池管理系統(bms，未示出)相關聯。具體地，bms可以不斷地監測電池的荷電狀態(soc)和健康狀態(soh)。如果bms檢測到特定電池串中的故障，例如過溫度、過電流、過電壓、欠電壓，電壓監測失去或隔離失去，則bms可能使得故障串從dc總線斷開。有時，在車輛100停止并且從電池汲取的電流處于最小值之后，可以斷開故障串。然而，為了確保安全，當車輛100仍在運行時，即當dc總線處于重負載下時，故障串常常斷開。

車輛100可以使用高功率接觸器或繼電器(未示出)來接合或斷開來自dc總線的電池串。接觸器可以包括與電樞相關聯的線圈、機械耦合到電樞的移動觸點以及固定觸點。也可以想到觸點的其它布置，例如多個移動觸點。當與接觸器相關聯的控制器將電流引導到線圈時，在線圈中產生的所得到的磁場可吸引電樞。由于移動觸點機械地耦合到電樞，因此接觸器可以使用吸引力將移動觸點與固定觸點耦合。兩個觸點的耦合可以使得電流從電池串流到負載。當控制器停止向線圈供應電流時，磁場中斷，并且移動觸點通過諸如彈簧或重力的力返回到其松弛狀態。因此，電池串和負載之間的電連接被中斷，防止電流從電池串流到負載。在所謂的“閉鎖”接觸器或繼電器的其它實施方式中，接觸器可以包含多個電樞并且具有兩個機械穩定狀態，一個狀態中觸點連接，另一個狀態中觸點不連接。激勵特定的電樞可以使接觸器從一種狀態轉換到另一種狀態。

與大多數機電設備一樣，接觸器在有限數量的操作之后往往失效。與在接通和斷開位置之間切換接觸器相關聯的重復電弧可能導致故障。例如，當接觸器斷開和接通時，可移動觸點與固定觸點斷開，并開始縮回到其靜止狀態。在斷開之后，可移動觸點和固定觸點之間的高電壓電勢可能在可移動觸點縮回到其靜止狀態時產生的小間隙中引起電弧。隨著時間的推移，這種電弧可能使觸點的材料劣化，導致不平坦的表面。這種劣化甚至會妨礙電流在觸點的整個表面上的均勻分布。這種劣化可最終削弱一個或多個觸點對由電弧引起的高溫的耐受度，并且潛在地使得兩個觸點焊接在一起。如果觸點焊接在一起，則用于使可移動觸點返回到其松弛狀態的機構可能沒有足夠的力來分開觸點，基本上消除了將電池與負載斷開連接的能力。焊接觸點的其它原因可以包括例如通過接觸器的電流超過接觸器的容許額定電流，通過接通觸點形成的短路或放電的電容性負載。

如果接觸器不能斷開，則電池可能錯誤地繼續向負載供電，導致不適當的能量損失，并且可能損壞車輛或其部件。當電池正在通過電池充電器或在再生制動模式下操作的電驅動系統進行充電時，故障接觸器可能導致電池的過充或過電壓，并且可能導致危險的電池狀況。在一些情況下，接觸器故障可能導致高電壓隔離的失去，并且因此可能存在安全隱患。如下所述，在與本公開一致的示例性實施例中，車輛100可以采用系統來檢測接觸器的缺陷狀況(例如，接觸器的觸點已被焊接在一起)。在一些實施例中，當檢測到缺陷接觸器時，系統還可以提供警告信號，禁止某些車輛功能和/或斷開缺陷接觸器。

電驅動系統106可以包括各種負載和控制單元，諸如具有功率電子器件(例如，逆變器系統)和冷卻系統的電動機、包括制動系統的變速器、用于車輛內部氣候控制的高電壓空調等。例如，當車輛100正在加速或保持恒定速度時，逆變器系統可以將由電池組104供應的dc轉換為用于驅動電動機的ac。然而，當車輛100在再生制動模式下操作時，電動機可以作為輸出ac的發電機操作，ac通過逆變器系統轉換為dc以用于對電池組104充電和/或驅動動力總成102的其它負載。

圖2是根據一些實施例的車輛100的示例性動力總成系統200的示意圖。動力總成系統200可以用在圖1所示的車輛100中。如圖2所示，動力總成系統200可以包括dc總線210、多個高電壓電池串220、多個接觸器230、監測電路250、控制器260和電驅動系統106。

dc總線210可以包括正電力總線210a和負電力總線210b，它們電連接包括多個高電壓電池串220和電驅動系統106的車輛100的動力總成的各部件。每個高電壓電池串220可以配備有開關器件，例如多個接觸器230，以連接電池串220并將它們與dc總線210斷開。例如，如果車輛100的操作者關閉車輛，則控制器260斷開接觸器230，從而使多個電池串220與dc總線210脫離接合。在另一示例中，當車輛100正在運行但特定電池串220經歷故障狀況(例如，過溫度、過電流、過電壓、欠電壓、電壓監測失去或隔離失去)時，控制器260可斷開一個或多個與故障串相關聯的接觸器230，其然后可從dc總線210斷開連接。

在一些實施例中，每個高電壓電池串220可以與一對接觸器230和230'連接。接觸器230被配置為連接(接觸器230接通)或斷開(接觸器230斷開)電池串220的正極端子，并且接觸器230'被配置為連接或斷開電池串220的負極端子。這樣，當一個或兩個接觸器230斷開時，電池串220可以從dc總線210斷開連接。

在一些實施例中，每個接觸器230可以包括可移動觸點和固定觸點。可移動觸點可以機械地耦合到與線圈相關聯的電樞。線圈可以進一步連接到控制器260。當控制器260激勵線圈時，可以在線圈中感應出磁場。磁場可以與電樞中的金屬材料相互作用，并且引起電樞和可移動觸點的移動。因此，控制器260可以控制接觸器230的接通和斷開。盡管圖2示出了與一對接觸器230和230'連接的控制器260，但是其它接觸器230和230'可以連接到相同或不同的控制器260并由其控制。

在車輛100的正常操作期間，多個電池串220可以連接到dc總線210(即，所有接觸器230和230'接通)，以向連接到dc總線210的負載供電。例如，當車輛100正在加速或保持速度時，車輛100的一個或多個系統可從每個電池串220汲取一定量的電流。

在一些實施例中，動力總成系統200可以包括耦合到每個接觸器230和控制器260的監測電路250。盡管圖2僅示出了監測電路250耦合到一個接觸器230，但是可以設想，監測電路250也可以連接到其它接觸器230和230'。監測電路250可以被配置為檢測接觸器230的缺陷狀況。在一些實施例中，如果檢測到有缺陷的接觸器，則監測電路250可以提供指示所述有缺陷的接觸器的警告信號。可以向控制器260通知有缺陷的接觸器。在一些實施例中，可通知操作者，使得有缺陷的接觸器可被及時修理或更換。在一些實施例中，與有缺陷接觸器相關聯的電池串可從dc總線210斷開。例如，如果監測電路250檢測到與電池串相關聯的接觸器230有缺陷，則監測電路250可以向控制器260提供指示有缺陷的接觸器的警告信號。控制器260然后可以斷開與有缺陷的接觸器230配對的接觸器230'，從而使電池串220與dc總線210脫離接合。作為備選或補充，如果檢測到有缺陷的接觸器，則控制器260可以禁止車輛100的一個或多個功能。

圖3是根據一些實施例的可以在動力總成系統200中實現的用于檢測接觸器230的缺陷狀況的示例性監測電路250的示意圖。如圖3所示，監測電路250可以連接到接觸器230和控制器260。監測電路250可以包括ac信號源251、ac耦合電路252、多個電容器253、254和255、電阻器256和檢測電路257。ac信號源251可以被配置為產生ac測試信號。在一些實施例中，當控制器260斷開或接通接觸器230時，控制器260可以向ac信號源251發送控制信號，并且ac信號源251可以基于接收到的控制信號產生ac測試信號。ac測試信號可以通過監測電路250的各個部件傳輸到接觸器230。ac測試信號的幅度范圍可以從約1μa至約20ma。ac測試信號的頻率范圍可以從約100khz至約10mhz。

ac信號源251可以直接或經由電容器253連接到ac耦合電路252。ac耦合電路252可以具有初級側和次級側。ac耦合電路252可以被配置為在初級側的電路和次級側的電路之間傳輸電信號。ac耦合電路252的初級側可以連接到ac信號源251(直接或經由電容器253)并且被配置為接收由ac信號源251產生的ac測試信號。ac耦合電路252的第二次級側可以經由電容器254和/或255連接到接觸器。在一些實施例中，電阻器256可以與接觸器230并聯地連接到ac耦合電路252的次級側。在一些實施例中，ac耦合電路252可以是具有初級繞組和次級繞組的變壓器。

在一些實施例中，在接觸器和底盤接地之間存在dc隔離，許多控制器電路(例如控制器260)可以以該底盤接地為基準。通過使用通過諸如ac耦合電路252和電容器254和/或255的dc隔離組件耦合到dc電路的ac測試信號，可以保持dc隔離，以確保安全。

檢測電路257可以被配置為檢測與由ac信號源251產生的ac測試信號相對應的ac返回信號。在一些實施例中，檢測電路257可以連接到ac耦合電路252的初級側。檢測電路257可以基于檢測到的ac返回信號進一步確定接觸器230是否有缺陷(例如，接觸器230的觸點是否焊接在一起)。例如，檢測電路257可以確定檢測到的ac返回信號的幅度是否超過閾值。如果是，則檢測電路257可以確定接觸器230有缺陷。在一些實施例中，檢測電路257可以提供指示有缺陷的接觸器230的警告信號。控制器260可以接收警告信號。控制器260可以斷開與有缺陷的接觸器230配對的接觸器230'，使得電池串220將從dc總線210斷開連接。在一些實施例中，控制器260可以激活保護機構(未示出)以將電池串從dc總線斷開連接。檢測電路257可以是控制器260的一部分，或獨立于控制器260。

圖4是可由圖3的電路300執行的示例性處理400的流程圖。例如，在402，控制器260可以斷開經受測試的接觸器230。控制器260還可以向ac信號源251發送信號以產生ac測試信號。在404，ac信號源251可以基于從控制器260接收的信號產生ac測試信號。在一些實施例中，控制器260可以調整ac測試信號的幅度和頻率。可以通過ac耦合電路252的初級側和次級側將ac測試信號施加到接觸器230。

在406，檢測電路257可以檢測對應于ac測試信號的ac返回信號。在一些實施例中，檢測電路257可以在ac耦合電路252的初級側處檢測ac返回信號。在其他實施例中，檢測電路257可以在ac耦合電路252的次級側處檢測ac返回信號。在408，檢測電路257可以基于檢測到的ac返回信號確定接觸器230是否有缺陷。例如，檢測電路257可以確定檢測到的ac返回信號的幅度。檢測電路257還可以確定所確定的ac返回信號的幅度是否超過閾值。如果是，則檢測電路257可以確定接觸器230可能有缺陷。在一些實施例中，閾值可以是在約1μa至約20ma之間的任何數。

在一些實施例中，檢測電路257可以基于檢測到的ac返回信號的電流和由ac信號源251產生的ac測試信號的電壓來確定ac耦合電路252的次級電路的反射阻抗。檢測到的ac返回信號的幅度可以由檢測電路257檢測，而與ac測試信號的幅度有關的信息可以由檢測電路257從接觸器230和/或ac信號源251接收。檢測電路257還可以確定所確定的阻抗是否等于或小于閾值。閾值可以是在接觸器短路或接通時確定的阻抗值。如果所確定的阻抗等于或小于閾值，則檢測電路257可以確定接觸器230有缺陷。

在一些實施例中，如果接觸器230被檢測為有缺陷，則檢測電路257可以提供指示所述有缺陷的接觸器230的警告信號。例如，檢測電路257可以產生指示特定接觸器230有缺陷的警告信號。在一些實施例中，檢測電路257可以將警告信號發送到控制器260。在接收到警告信號之后，控制器260可以斷開同與有缺陷的接觸器相關聯的電池串配對的接觸器230'，從而使電池串與dc總線脫離接合。作為備選或補充，控制器260可激活保護機構以防止或斷開電池串與dc總線的連接。作為備選或補充，控制器260可以向車輛100提供信息以禁止車輛100的某些功能或向用戶提供警告。

圖5是可由圖2的系統執行的另一示例性處理500的流程圖。例如，在502，控制器260可以斷開經受測試的接觸器230。控制器260還可以將第一信號發送到ac信號源251以產生第一ac測試信號。在504，ac信號源251可以基于接收的第一信號產生第一ac測試信號。在一些實施例中，控制器260可以調整將由ac信號源251產生的第一ac測試信號的幅度和/或頻率。可以通過ac耦合電路252的初級側和次級側將第一ac測試信號施加到接觸器230。在506，檢測電路257可以檢測對應于第一ac測試信號的第一ac返回信號。在一些實施例中，檢測電路257可以檢測ac耦合電路252的初級側處的第一ac返回信號。在其他實施例中，檢測電路257可以在ac耦合電路252的次級側檢測第一ac返回信號。

在508，控制器260可以接通接觸器230。控制器260還可以將第二信號發送到ac信號源251以產生第二ac測試信號。在510，ac信號源251可以基于接收的第二信號產生第二ac測試信號。在一些實施例中，控制器260可以調整要由ac信號源251產生的第二ac測試信號的幅度和/或頻率。可以通過ac耦合電路252的初級側和次級側將第二ac測試信號施加到接觸器230。在512，檢測電路257可以檢測對應于第二ac測試信號的第二ac返回信號。在一些實施例中，檢測電路257可以在ac耦合電路252的初級側檢測第二ac返回信號。在其他實施例中，檢測電路257可以在ac耦合電路252的次級側檢測第二ac返回信號。

在514，檢測電路257可以基于檢測到的第一和第二ac返回信號確定接觸器230是否有缺陷。例如，檢測電路257可以確定第一ac返回信號的幅度和第二ac返回信號的幅度之差。第一和第二ac返回信號的幅度可以由檢測電路257檢測，而與第一和第二ac測試信號的幅度有關的信息可以由檢測電路257從控制器260和/或ac信號源251接收。檢測電路257可以進一步確定所確定的差是否小于閾值。如果是，則檢測電路257可以確定接觸器230有缺陷。作為備選或補充，檢測電路257可確定第一ac返回信號的幅度與第二ac返回信號的幅度的比。檢測電路257還可以確定所確定的比是否超過閾值比。如果是，則檢測電路257可以確定接觸器230有缺陷。

在一些實施例中，如果接觸器230被檢測為有缺陷，則檢測電路257可以提供指示所述有缺陷的接觸器230的警告信號。例如，檢測電路257可以產生指示特定接觸器230有缺陷的警告信號。檢測電路257還可以將警告信號發送到控制器260。在接收到警告信號之后，控制器260可以斷開與有缺陷的接觸器配對的接觸器230'，從而使電池串與dc總線210脫離接合。作為備選或補充，控制器260可激活保護機構以將電池串220從dc總線210斷開。

雖然本文已經描述了說明性實施例，但是本領域技術人員將理解的是，具有等同元件、修改、省略、組合(例如各實施例的方面)、改寫和/或替換的任何和所有實施例的范圍也包括在本公開中。權利要求中的限定將基于權利要求中采用的語言廣泛地解釋，并且不限于本說明書中描述的示例或在本公開的實施過程中。這些實施例被解釋為非排他性的。此外，所公開的例程的步驟可以以任何方式修改，包括通過重新排序步驟和/或插入或刪除步驟。具體地，非依賴步驟可以以任何順序或并行地執行。因此，說明書和示例旨在被認為僅是說明性的，真實的范圍和精神由所附權利要求及其等同的全部范圍指示。