CN102804536B - 利用串行通信的高压互锁电路 - Google Patents

Abstract

该系统控制电源与安装在机动车辆上的负载的连接，同时限制人员曝露在来自电源的较高的电压下的曝露量。该系统包括通过机动车辆布线的串行通信总线和电源电缆。提供了至少第一连接器，串行通信总线和电源电缆通过该至少第一连接器布线，从而允许串行通信总线和电源电缆的临时切断。电源电缆包括电路阻断器，响应于串行通信总线的某些状况（包括但不限于串行通信总线上的数据通信量停止），该电路阻断器将连接器与电源隔离。

Description

利用串行通信的高压互锁电路

背景

技术领域：

技术领域一般涉及用于隔离电源的互锁装置，尤其涉及这些互锁装置在机动车辆上的电源线和线缆连接器中的应用。

问题描述：

混合电动车辆和电动车辆在电池或者电容器中存储电能。这些电池和电容器的端到端电压差比目前的卡车与轿车上使用的车载电池的电压端到端电压差高一个以上数量级。因此，连接至电池的线缆会在连接至车辆电气系统的连接点处的终端插头上呈现这些相对较高的电位。

在人员可能曝露在高压下的应用场合，当连接器断开从而可能会暴露会携带高压的端子时，已使用互锁电路来隔离高压源。美国专利No.5,949,806(Ness et al.)教导了一个这种高压互锁电路。此外，用于高压应用的连接器已经被改动以便支持加入互锁电路，如果连接器没有连接牢靠，该互锁电路会被阻断。通常提供给机动车辆的此类连接器是四股线或者五股线的版本。在四股线的电缆中，两股线用于高压电路，两股线用于电压互锁电路。在五股线连接器中，三股线用于高压电路，两股线用于互锁电路。两种类型的连接器都提供屏蔽。

发明内容

该系统通过互锁设备控制电源与安装在机动车辆上电气负载之间的连接，并限制人员曝露给电压较高的设备的曝露量。该系统包括高压分配系统，该高压分配系统包括遍布机动车辆的电源线和至少第一串行通信总线，所述至少第一串行通信总线的一部分长度经布线成在实体上靠近电源线。可使用串行通信总线代替专用的互锁电路来执行互锁激活功能。设置至少第一连接器，串行通信总线和电源线通过该至少第一连接器布线，从而允许串行通信总线和电源线的临时切断。电源线上存在电源线阻断器，用于实现连接器近侧端与电源的电气隔离。信号解释器耦合至串行通信总线。该信号解释器对表示连接器断开的通信量或者总线阻抗的变化作出响应。该信号解释器响应于通信量或者总线阻抗的状态来控制电源线阻断器的状态。此外，可对该串行通信总线或者其它串行通信总线施加特别指令，该特别指令用于产生控制电源线阻断器的状态的命令信号。

附图简述

图1是用于混合电动车辆的控制系统的高级示意图。

图2是用于混合电动车辆上的电缆的互锁电路的较详细示意图。

图3是用于混合电动车辆上的电缆的混合源互锁电路的电路图。

详细描述

在下述详细说明实例中，大小/模型/值/范围可能关于特定实施例给出，但不应将此认为是一般性的限制条件。

参考附图，具体参考图1，图中描述了对混合电动车辆的传动系统和高压配电系统12提供控制的控制系统10的高级示意图。该控制系统10包括若干串行通信总线18、64、68、74，这些串行通信总线18、64、68、74提供各种控制器和车辆开关之间的数据链路，这些各种控制器和车辆开关包括逻辑/电子系统控制器24、作为系统管理器的车身计算机。串行通信总线74由控制系统10的高压部件共享并在这些高压部件之间运作，因此串行通信总线74可用于高压配电系统12的电路完整性监测。

逻辑控制器24通过汽车工程师协会（SAE）J1939串行通信总线18连接到各种各样的局部控制器，包括防抱死制动系统（ABS）控制器50、引擎控制器46和混合控制器48。混合控制器48还连接至串行通信总线74（HEV CAN），该串行通信总线74的一部分在实体上距离高压配电系统12很近。混合控制器48和引擎控制器46也可以通过第四通信总线68（SAEJ1587总线）进行通信。诊断连接器44连接至串行通信总线18和通信总线68。通信总线64允许逻辑控制器24查询车载开关组的开关状态。连接至串行通信总线74的控制器包括：牵引电动机控制器38、电池监视器40、辅助电源（APG）控制器30、离合器/变速器控制器42和混合控制器48。

高压配电系统12包括牵引用蓄电池34、高压直流电源总线82、电路阻断器76、混合逆变器36、三相电源总线84、三相电路阻断器78以及牵引电动机32。下面介绍的连接器可以与高压直流电源总线82或者三相电源总线84和串行通信总线74组合使用。高压配电系统12易于对部件（包括牵引用蓄电池34）进行检查、维护以及可能的拆卸。

根据车辆的运行模式，功率流可能按照以下两种方向中的任一种通过混合逆变器36：从牵引电动机32到牵引蓄电池34；或者从牵引蓄电池34到牵引电动机32。也就是说，牵引蓄电池34可以是负载，也可以是电源。同样，牵引电动机32在加速期间被驱动时可以是负载，或在车辆再生制动期间被反向驱动时作为电源。分别以牵引电动机32或者牵引蓄电池34的角度来看，混合逆变器36可以分别视作做电源或者负载。

因为牵引蓄电池34和牵引电动机32可以根据车辆的运行模式变换电源和负载的角色，所以图2指的是一般的电气“源66”和“负载70”。通过在电源导体上采用插塞连接器14A和14B来向一般电源66和一般电气负载70提供电气连接，可以便于移除一般电源66和一般负载70。可以手动断开和接通插塞连接器14A和14B。通过在连接器14A和B完全分离之前阻断电源66和连接器14A之间的电源线，可以避免人员曝露给从牵引蓄电池34产生的300伏及以上的电压。

高压直流电源总线82或者三相电源总线84可被阻断以将连接器14A,B与电源66隔离。图2中显示互锁继电器16控制位于高压直流电源总线82上的直流电路阻断器76的开关状态。电路阻断器位于一般电源66（典型对应牵引蓄电池34）的未接地端和一般负载70（这里对应混合逆变器36）之间。也可以使用互锁继电器16控制三相电路阻断器78的开关状态，该三相电路阻断器78位于将混合逆变器36的三相交流线端连接至牵引电动机32的三相电源总线84上。电路阻断器76或者三相电路阻断器78可通过多种方式实现，例如功率MOSFET、集电极开路NPN晶体管、真空三极管、螺旋管式继电器等。

互锁继电器16响应于一信号而操作，该信号响应于串行通信总线74上无数据通信量而产生，或者响应于在施加阻抗检测信号时未检测到总线终端阻抗而产生。一旦连接串行通信总线74的连接器14A和14B分开，串行通信总线74上的数据通信量就停止，且一个总线终端阻抗中断。设置一个信号解释器以用于产生拟施加至互锁继电器16的信号。信号解释器可能有多种形式。例如，信号解释器可以是串行通信总线通信量检测器20。信号解释器可以增加总线节点，包括用于在第二串行通信总线上接收指令的CAN通信接口。在此情况下，加入了微处理器，该微处理器被编程以解码命令，这些命令控制互锁中继器16的操作，从而控制电路阻断器76或三相电路阻断器78的状态。这种响应是基于软件的，因此可以响应于车辆上多处多种传感器的状态而操作，例如：电源区域的检查窗打开，或者检测到事故（例如，气囊启用）。

串行通信总线通信量检测器20被实现为硬件。提供一对读出线80以用于连接至串行通信总线74中的每一根线。如果串行通信总线74处于活动状态，即正在传输数据通信量，它会有规则的电压变换。对于J1939CAN串行通信总线，电压变换的典型值范围在负50毫伏到正2.5伏之间。

串行通信总线通信量检测器20响应于在串行通信总线74的多条线之间出现的与数据通信量相关的电压差以产生一信号，该信号被施加至互锁继电器16，导致互锁继电器16产生信号以保持电路阻断器76接通。串行通信总线74上无数据通信量会导致来自互锁继电器16的信号状态发生变化，从而断开电路阻断器76。无数据的时间必须超过最小时间阈值，才能表明无通信量状态。

串行通信总线74布线成极为靠近高压配电系统的高压电线，并且穿过常规的四股线连接器14A和14B或五股线连接器（用于三相电源总线84）的互锁电路导线，从而代替常规的互锁电路。

除了监视串行通信总线74的阻断，电路阻断器76、78可响应于在另一串行通信总线（例如串行通信总线18）上断开的命令而断开。图3显示在数据通信量监视中加入对逻辑控制信号的监视。像前面一样，串行通信总线74通过一对读出线80连接至串行通信总线通信量检测器20，该串行通信总线通信量检测器20提供信号给与门90的输入端。为了检测和解码逻辑控制信号，CAN接口86耦合至第二串行通信总线18，该第二串行通信总线18传输辅助信号，上述传输辅助信号指导互锁中继器16针对串行通信总线74上的传输打开或者关闭。微处理器88连接至CAN接口86，该CAN接口86可识别针对该节点的控制信号，并根据这些控制信号产生双态信号以施加给与门90的第二个输入端。因此，串行通信总线74上必须有通信量，而且在串行通信总线18上接收的当前控制值必须指示电路阻断器76或78保持关闭以使这些电路阻断器保持关闭。命令高压总线连接的命令信号按照规则时间间隔被广播至微处理器88，而且如果停止接收到该命令信号，则微处理器88发出经解码命令给与门90和后续的逻辑门输出放大器92，从而通过互锁中继器16阻断高压总线。与门90的输出在施加给互锁中继器16之前可经过逻辑门输出放大器92。

Claims (10)

1.一种用于电源电缆的互锁系统，包括：

串行通信总线；

电路阻断器，连接至所述电源电缆且具有开关状态；

连接器，包括用于电源电缆的接点和用于互锁电路的接点；

所述串行通信总线通过所述连接器的用于互锁电路的所述接点布线，并且所述电源电缆通过所述连接器的用于电源电缆的接点，其中当所述连接器断开时，所述串行通信总线和所述电源电缆二者均被所述连接器阻断；

连接至所述串行通信总线的用于在串行通信总线上提供信号的装置；

信号解释器，耦合至所述串行通信总线，并响应于所述串行通信总线上的信号电平以产生具有第一状态和第二状态的状态信号；以及

响应于所述信号解释器的状态以断开和接通所述电路阻断器的装置。

2.如权利要求1所述的互锁系统，其特征在于，进一步包括：

所述信号解释器包括通过读出线连接至所述串行通信总线的信号通信量检测器，所述信号通信量检测器产生所述状态信号，其中所述第一状态使所述电路阻断器断开，所述第二状态允许所述电路阻断器接通。

3.如权利要求2所述的互锁系统，其特征在于，进一步包括：

所述信号解释器包括通信节点，所述通信节点响应于通信链路上接收的指令并且产生具有第一状态和第二状态的双态命令信号，其中所述第一状态使所述电路阻断器断开，所述第二状态允许所述电路阻断器接通；以及

与门，经连接以接收所述状态信号和所述双态命令信号。

4.如权利要求3所述的互锁系统，其特征在于，进一步包括：

所述串行通信总线是车辆控制器区域网络的一部分。

5.一种产生互锁信号的方法，包括如下步骤：

使串行通信总线通过多连接插头的互锁导体布线，且使电源电缆通过所述多连接插头的电源导体布线，其中当所述多连接插头断开时，所述串行通信总线和所述电源电缆二者均被所述多连接插头阻断；

监视指示所述串行通信总线上正在进行的通信量的信号电平；

响应于所述串行通信总线上的通信量终止，产生互锁信号以用于在位于所述电源电缆上的电源电缆阻断器处阻断电力传输。

6.一种用于控制电源至安装在机动车辆上的电气负载的连接的系统，所述系统包括：

通过所述机动车辆布线的串行通信总线；

通过所述机动车辆布线的电源电缆；

至少第一连接器，所述串行通信总线和电源电缆通过所述至少第一连接器布线，从而当所述第一连接器断开时，允许所述串行通信总线和所述电源电缆二者均临时切断；

位于所述电源电缆中的电源电缆阻断器，用于允许将所述连接器与电源隔离；

耦合至所述串行通信总线的信号解释器，所述信号解释器响应于通信量、总线阻抗或者特定指令中的一种产生用于控制电源电缆阻断器的状态的命令信号。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，进一步包括：

所述串行通信总线是控制器区域网络的一部分。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，进一步包括：

所述信号解释器是通信量检测器。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，进一步包括：

所述电源电缆提供三相交流电力的传输。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，进一步包括：

所述电源电缆包括两条电缆。