CN103419615B - 接触器隔离方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为：“接触器隔离方法和设备”。一种接触器单元包括：可连接到能量输出装置的第一导线上的输入导线；可连接到电压母线的第一导线上的输出导线；使输入导线与输出导线连接和断开的接触器；配置成操作接触器的驱动器；可连接到接触器单元的外部的系统控制器上的串行数据链路；以及集成电路(IC)，其安置在接触器单元内，并且配置成基于输入导线或输出导线中的电流和接触器两端的电压差中的至少一个，对驱动器输出控制命令，以打开接触器；以及通过串行数据链路，输出接触器控制状态。

Description

接触器隔离方法和设备

技术领域

本发明的实施例通常涉及用于电能存储系统的隔离和反馈系统，在一个实施例中，电能存储系统可应用于电力传动系统，包括混合车辆和电动车辆。

背景技术

混合电动车辆可结合内燃机和由能量存储装置(诸如车辆用蓄电池)提供动力的电动机，以推进车辆。通过使得内燃机和电动机能够各自在提高的效率的相应的范围中运行，这种结合可提高整体燃料效率。例如电动机在从静态启动加速时可以是高效的，而在恒定的发动机运行的持续时期(诸如在高速公路上行驶时)期间，内燃机(ICE)可为高效的。使电动机提升初始加速度允许混合车辆中的内燃机较小，以及使燃料更高效。

纯电动车辆(EV)使用存储的电能来对电动机提供动力，该电动机推进车辆，而且还可操作辅助驱动器。纯电动车辆可使用一个或多个存储电能源。例如，第一存储电能源可用来提供较耐用的能量(诸如低电压电池)，而第二存储电能源可用来提供较高功率的能量用于，例如，进行加速(诸如高电压电池或超级电容器)。

不管是混合电动型的还是纯电动型的，插电式电动车辆(PHEV)都配置成使用来自外部源的电能对能量存储装置再充电。这样的车辆可包括例如公路用和非公路用车辆、高尔夫球车、街道电动车辆、铲车和公用载重汽车。这些车辆可使用非车载固定电池充电器、车载电池充电器或非车载固定电池充电器和车载电池充电器的组合来将电能从公共电网或可再生能源传送到车辆的车载车辆用蓄电池。例如，插电式车辆可包括电路和连接，以有利于从公共电网或其它外部源对车辆用蓄电池再充电。

因而，混合车辆和EV一般典型地包括至少一个，以及时常包括若干个低电压或高电压存储装置或其它功率源。已知装置包括(但不限于)在400 V或更高的电压下运行的功率电池、在120V下最佳地运行的能量电池或辅助功率单元(APU)，辅助功率单元(APU)可包括内燃机(ICE)、永磁发电机(PMG)或燃料电池(FC)。用于电动车辆中的APU可具有它们本身的唯一的运行电压，该运行电压可为400V或也可为更高。例如，在期望的运行条件下，ICE可输出与例如功率电池的电压或EV中的高电压装置的其它运行电压不同的电压。或者，PMG本身可在与系统内的其它装置不同的运行电压下运行。另外，EV通常包括随厂商和类型的不同而变化的高电压装置。例如，一家厂商可制造最佳地输出400V的ICE，而另一家厂商可制造最佳地输出380V的ICE。因而，可将部件和子系统设计到具有各种各样的运行电压的混合车辆或EV中。

在混合车辆或EV的设计周期期间，通常期望的是能够换出不同的高电压子系统，以便测试子系统，用于在最终设计中的最后包括。也就是说，在决定待使用的一个或多个最终单元之前可进行任何次数地测试和用其它装置换出包括ICE、PMG或FC的APU。类似地，在冗长和精确的设计和测试阶段期间，可同样地测试不同的高电压功率电池和相对低的电压能量电池。如本领域中已知的那样，在混合车辆或EV的设计和测试阶段期间(即，在实验阶段期间)，使得能够简单且快速地连接和断开这样的子系统是合乎需要的。时常通过使用全部都由主处理单元控制的机电接触器来提供连接/断开功能性。

在各种各样的环境中使用机电接触器来以电的方式开启和关闭通往负载的功率源。接触器包括可动触头和固定触头。可动触头连接到电磁上，并且受控制，以选择性地开启或关闭从源到负载的功率。触头借助于弹簧典型地保持在打开位置上，并且当施加到电磁的线圈的功率时，使触头转变到闭合位置。

用于高电压运行的接触器典型地包括特定的设计参数，以便提供必要的运行能力。在其中使用高电压能量存储装置的系统中，出于安全目的，通常包括接触器。出于安全目的，通常期望的是监测电压和电流，以便在电压或电流偏移的情况下，提供快速和安全的停机。为了在早期实验混合车辆和EV设计中提供安全特征，因此通常必要的是提供支持硬件来操作接触器，以及监测对各个电压装置特定的电流和电压。因而，一组接触器和支持硬件可具有对功率电池的400V运行特有的硬件和控制设置，另一组接触器和支持硬件可具有对能量电池的120V运行特有的控制设置，而另一组接触器可对辅助功率单元的电压特有。后来，当期望通过换出部件来继续测试设计时，可用具有不同的运行电压的另一个功率电池，或者也许用不同的能量存储装置类型(诸如例如超级电容器)共同来换出400V的功率电池。

因为被测试的各个装置可具有唯一的性能能力和/或运行电压，所以在交换部件时，接触器或它们的控制设置可被证明是不适当的，以及用来提供电流和电压监测的额外的硬件也可被证明是不适当的。因而，硬件部件的各个交换还可导致需要换出接触器，以换出电流和电压监测，以及/或者更改接触器操作的控制参数。

在准备混合车辆或EV的测试设置时，通常必要的是包括被测试的特定装置的硬件连接和反馈监测能力。也就是说，各个装置(存储器、APU等等)典型地包括其本身的接触器和对被测试的装置特有的反馈系统。因而，每当重新布置部件，换出部件，或者添加新部件时，还要包括额外的接触器和反馈监测能力，以便提供对各个部件特有的必要的功能性。因为这个功能性可为特有的，以至于在换出部件时必须作大量额外的工作。也就是说，控制方案(总电流、电流变化速率、接触器电压等等)可基于所使用的部件的类型而改变。因为典型地在主控制单元中实施用于测试单元的控制方案，所以换出部件可导致必须对硬件和软件控制方案两者进行昂贵且耗时的改变。

实际上，更一般而言，当测试在其中具有多个能量存储器和供应装置的实验系统时，也会遇到这样的问题。也就是说，一般而言，在测试实验系统，以便确定最佳系统性能时，以及在这样的系统潜在地包括多个不同类型的能量存储和供应系统时，实验阶段往往受到阻碍，因为需要昂贵且耗时地监测被测试的子系统，以及提供来自被测试的子系统的反馈。这样的系统可包括(但不限于)火车、飞机、船舶、风力系统、太阳能光电系统，仅举几例。因而，问题不限于混合车辆或EV，而是包括可需要具有多个能量存储器且产生与其相关联的子系统的复杂的实验系统的任何系统。

因此，提供在换出具有选择性地隔离的一个或多个装置的系统中的装置时，可独立地控制而不需要换出硬件和控制方案的接触器将是合乎需要的。

发明内容

本发明提供一种用于使得能够隔离电能存储部件以及用于提供紧凑装置中的反馈的系统和方法。

根据本发明的一方面，接触器单元包括：可连接到能量输出装置的第一导线上的输入导线；可连接到电压母线的第一导线上的输出导线；使输入导线与输出导线连接和断开的接触器；配置成操作接触器的驱动器；可连接到接触器单元外部的系统控制器上的串行数据链路；以及集成电路(IC)，其安置在接触器单元内，并且配置成：基于输入导线或输出导线中的电流和接触器两端的电压差中的至少一个，对驱动器输出控制命令，以打开接触器；以及通过串行数据链路，输出接触器控制状态。

根据本发明的另一方面，一种操作隔离接触器的方法包括：将隔离接触器的输入导线附连到能量输出装置的第一导线上，以及将隔离接触器的输出导线附连到电压母线上；测量经过输入导线和输出导线中的一个的电流；测量安置在隔离接触器的壳体内且耦合到输入导线和输出导线上的开关两端的电压，开关配置成断开输入导线与输出导线；将表示测得电流和测得电压的信号传送到安置在隔离接触器的壳体内的集成电路(IC)；基于传送到IC的信号来控制驱动器，该驱动器配置成操作开关；以及通过串行链路，将开关的状态输出给壳体外部的计算装置。

根据本发明的又一方面，一种用于隔离第一电压装置与第二电压装置的系统，该系统包括：隔离单元，在其外部具有至少第一导线和第二导线，并且第一导线和第二导线可连接到相应的能量装置的导线上；开关，其安置在隔离单元的壳体内，并且耦合到第一导线和第二导线上，使得第一导线和第二导线可通过开关选择性地接合；安置在壳体内且配置成接合和分离开关的驱动单元；集成电路(IC)，其安置在壳体内，并且配置成：基于第一导线或第二导线中的电流和开关两端的电压差中的至少一个，对驱动单元输出控制命令，以打开开关；以及通过串行数据链路，输出系统控制状态。

根据以下详细描述和附图，将使本发明的各种其它特征和优点显而易见。

在本公开的一个方面，一种接触器单元，包括：可连接到能量输出装置的第一导线上的输入导线；可连接到电压母线的第一导线上的输出导线；使所述输入导线与所述输出导线连接和断开的接触器；配置成操作所述接触器的驱动器；可连接到在所述接触器单元外部的系统控制器上的串行数据链路；以及集成电路(IC)，其安置在所述接触器单元内，并且配置成：基于下列中的至少一个，对所述驱动器输出控制命令，以打开所述接触器：所述输入导线或所述输出导线中的电流；以及所述接触器两端的电压差；以及通过所述串行数据链路，输出接触器控制状态。

其中，所述IC配置成：接收在所述接触器两端测得的电压读数，并且基于所述电压读数来计算所述电压差；比较所述电压差与电压阈值；接收所述输入导线或所述输出导线中的电流读数；比较所述电流读数与电流阈值；以及基于下列中的至少一个，对所述驱动器输出所述控制命令：所述电压差与所述电压阈值的比较；以及所述电流读数与所述电流阈值的比较。

其中，所述IC是特定用途集成电路(ASIC)，所述特定用途集成电路是可编程的使得能对所述接触器单元的操作变量编程，其中，所述操作变量包括所述电压阈值和所述电流阈值。

其中，能够通过串行链路从在所述接触器单元外部的计算机对所述ASIC编程。

所述接触器单元包括安置成提供所述电流读数的电流分流器，所述电流分流器具有通往所述电流分流器的一侧的第一电压测量点和通往所述电流分流器的另一侧的第二电压测量点，其中，基于在所述第一电压测量点和所述第二电压测量点处测得的电压来确定所述电流读数。

所述接触器单元包括配置成接收来自第一电压分接头点和第二电压分接头点的电压值的模拟/数字(A/D)转换器，其中，所述第一电压分接头点安置成测量通往所述接触器的一侧的电压，而所述第二电压分接头点安置成测量通往所述接触器的另一侧的电压，其中，所述IC配置成：基于在所述第一电压测量点和所述第二电压测量点处测得的电压，确定所述电流读数；以及基于在所述第一电压分接头点和所述第二电压分接头点处的电压测量，计算所述接触器两端的所述电压差。

所述接触器单元包括：可连接到所述能量输出装置的第二导线上的第二输入导线；可连接到所述电压母线的第二导线上的第二输出导线；使所述第二输入导线与所述第二输出导线连接和断开的第二接触器；配置成操作所述第二接触器的第二驱动器；其中所述IC进一步配置成：基于下列中的至少一个，对所述第二驱动器输出第二控制命令，以打开所述第二接触器：所述第二输入导线或所述第二输出导线中的第二电流；以及所述第二接触器两端的第二电压差；以及通过所述串行数据链路，输出第二接触器控制状态。

在本公开的另一方面一种操作隔离接触器的方法，包括：将所述隔离接触器的输入导线附连到能量输出装置的第一导线上，以及将所述隔离接触器的输出导线附连到电压母线上；测量经过所述输入导线和所述输出导线中的一个的电流；测量安置在所述隔离接触器的壳体内且耦合到所述输入导线和所述输出导线上的开关两端的电压，所述开关配置成使所述输入导线与所述输出导线断开；将表示测得电流和测得电压的信号传送到安置在所述隔离接触器的所述壳体内的集成电路(IC)；基于传送到所述IC的所述信号来控制驱动器，所述驱动器配置成操作所述开关；以及通过串行链路，将所述开关的状态输出到所述壳体外部的计算装置。

所述方法包括：用安置在所述壳体内的模拟/数字(A/D)转换器测量电流和电压；以及从所述A/D转换器将所传送的信号输出为数字信号。

所述方法包括：在所述IC中，比较经过所述输入导线和所述输出导线中的一个的电流与电流阈值；在所述IC中，比较所述开关两端的电压与电压差阈值；以及基于所述电流与所述电流阈值的比较，以及基于所述开关两端的电压与所述差阈值的比较，控制所述驱动器。

其中，所述集成电路是特定用途集成电路(ASIC)，所述方法进一步包括对所述ASIC编程，使得能够对所述接触器单元的操作变量编程，其中，所述操作变量包括所述电压差阈值和所述电流阈值。

所述方法包括通过所述串行链路，对所述ASIC编程。

其中，测量所述电流包括测量穿过与所述输入导线和所述输出导线中的一个串联的电流分流器的电流。

在本公开的又一方面，一种用于隔离第一电压装置与第二电压装置的系统，所述系统包括：隔离单元，在所述隔离单元的外部具有至少第一导线和第二导线，并且所述至少第一导线和第二导线可连接到相应的能量装置的导线上；开关，其安置在所述隔离单元的壳体内，并且耦合到所述第一导线和所述第二导线上，使得所述第一导线和所述第二导线可通过所述开关选择性地接合；驱动单元，其安置在所述壳体内，并且配置成接合和分离所述开关；集成电路(IC)，其安置在所述壳体内，并且配置成：基于下列中的至少一个，对所述驱动单元输出控制命令，以打开所述开关：所述第一导线或所述第二导线中的电流；以及所述开关两端的电压差；以及通过串行数据链路，输出系统控制状态。

其中，所述IC配置成：接收在所述第一导线和所述第二导线中测得的电压读数，并且基于所述电压读数来计算所述电压差；比较所述电压差与电压阈值；接收来自所述第一导线或所述第二导线的电流读数；比较所述电流读数与电流阈值；以及基于下列中的至少一个，对所述驱动单元输出所述控制命令：所述电压差与所述电压阈值的比较；以及所述电流读数与所述电流阈值的比较。

其中，所述IC是特定用途集成电路(ASIC)，所述ASIC是可编程的，使得能对所述接触器单元的操作变量编程，其中，所述操作变量包括所述电压阈值和所述电流阈值。

其中，能够通过串行链路从所述接触器单元外部的计算机对所述ASIC编程。

所述系统包括安置成提供所述电流读数且耦合到所述第一导线或所述第二导线中的一个上的电流分流器，所述电流分流器具有通往所述电流分流器的一侧的第一电压测量点和通往所述电流分流器的另一侧的第二电压测量点，其中，基于所述第一电压测量点和所述第二电压测量点处测得的电压，确定所述电流读数。

所述系统包括安置在所述壳体内且配置成接收来自第一电压分接头点和第二电压分接头点的电压值的模拟/数字(A/D)转换器，其中，所述第一电压分接头点安置成测量通往所述开关的一侧的电压，而所述第二电压分接头点安置成测量通往所述开关的另一侧的电压，其中，所述IC配置成：基于所述第一电压测量点和所述第二电压测量点处测得的电压，确定所述电流读数；以及基于所述第一电压分接头点和所述第二电压分接头点处的电压测量，计算所述开关两端的所述电压差。

所述系统包括：第三导线和第四导线，其在所述隔离单元的外部，并且可连接到相应的能量装置的导线上；第二开关，其安置在所述隔离单元的所述壳体内，并且耦合到所述相应的能量装置的所述第三导线和所述第四导线上；第二驱动单元，其安置在所述壳体内，并且配置成接合和分离所述第二开关；其中，所述IC进一步配置成：基于下列中的至少一个，对所述第二驱动单元输出第二控制命令，以打开所述第二开关：所述第三导线或所述第四导线中的第二电流；以及所述第二开关两端的第二电压差；以及通过所述串行数据链路，输出第二系统控制状态。

附图说明

附图示出目前构想到的用于执行本发明的优选实施例。

在图中：

图1示出根据本发明的实施例的、具有反馈控制的双极隔离接触器。

图2示出根据本发明的实施例的、各自具有反馈控制的两个单极隔离接触器。

图3示出类似于图2的单极接触器中的一个的单极隔离接触器，并且另外示出根据本发明的实施例的单极隔离接触器的内部部件。

图4示出类似于图1中示出的双极隔离接触器的双极隔离接触器，并且另外示出根据本发明的实施例的双极隔离接触器的内部部件。

图5示出作为可受益于本发明的实施例的示例性系统的电动车辆。

具体实施方式

本文阐述的本发明的实施例涉及接触器隔离反馈方法和设备。核心单元包括接触器，接触器基于在内部提供的阈值和对电压供应特有的其它运行参数隔离电压供应与其电路。核心单元接收功率，以操作接触器和其它内部部件，并且核心单元通过信号接口来对主系统控制器输出运行信息。

参照图1，隔离接触器10包括输入导线12和输出导线14。输入导线12可连接到能量源20的相应的正极导线16和负极导线18上，并且输出导线14可连接到例如能量存储系统的电压母线的导线上。能量源20可包括(但不限于)在400V或更高下运行的功率电池、最佳地在120V下运行的能量电池，或者可包括内燃机(ICE)、永磁发电机(PMG)或燃料电池(FC)的辅助功率单元(APU)。实际上，运行电压或输入导线12之间的电压差可在10V或更低的电压到400V或更高的电压的任何电压范围中。

隔离接触器10还包括功率供应线路22，以运送用于运行隔离接触器10中的一个或多个接触器的功率，如将进一步论述的那样。隔离接触器10还包括信号或串行接口线路24，信号或串行接口线路24包括通往和来自隔离接触器10的数字通信。也就是说，信号接口线路24可用来将关于接触器10的运行的反馈信息提供给隔离接触器10外部的计算机或其它控制系统，以及提供用于接触器10的运行的控制信号，如也将论述的那样。但是，如也将示出的那样，隔离接触器10是紧凑装置，并且用作独立的单元，该独立的单元可编程有阈值，以便对系统提供功能性，而不依赖于对系统提供什么部件。也就是说，可将电流和电压的运行阈值预编程到隔离接触器10中，而且该运行阈值对期望运行特性是特有的，该期望运行特性对选择的装置(诸如能量源20)是特有的。另外，在一个实施例中，可使用信号接口24来对阈值重新编程，以便提供系统设计的运行灵活性的灵活性。

另外，图1示出能量源20的导线16和18两者耦合到隔离接触器10上，而且如将描述的那样，隔离接触器10可耦合到导线中的一个（诸如正极导线16），另一个导线（诸如负极导线18）或导线16、18两者。也就是说，在本发明的一个实施例中，具有对各个导线或两个导线的反馈又通过信号接口线路24可隔离和控制导线16、18中的一个或另一个或两者。

现在参照图2，可分别提供对能量源20的导线16和18的隔离控制。也就是说，第一隔离接触器26可耦合到正极导线16上，而第二隔离接触器28可耦合到负极导线18上，以便分别提供对能量源20的单独的导线16、18的可控制的隔离和反馈。另外，各个隔离接触器26、28可包括其本身的相应的功率供应线路30、32，而各个隔离接触器26、28可包括其本身的信号接口34、36。因而，可通过使用耦合到两个极16、18(图1)上的单个装置10，或者通过单独的接触器26、28(图2)来提供隔离控制，通过使得能够隔离和控制一个极或两个极16、18，从而提供完整的系统灵活性。

图3示出根据本发明的实施例的隔离接触器的内部部件。隔离接触器100可连接到单极上，诸如能量源20的正极16。然而将要理解的是，隔离接触器100也可改为同样耦合到能量源20的负极18上。因而，隔离接触器100表示如图2中示出的隔离接触器26、28中的一个。隔离接触器100包括包含在其中的、实现导线16和14之间的隔离和反馈的部件。部件包括电流分流器102和由驱动器106启动或操作的开关或接触器104。驱动器106通过驱动器控制线路110而耦合到集成电路108上。在一个实施例中，集成电路108是特定用途集成电路(ASIC)。隔离接触器100包括模拟/数字(A/D)转换器112，如本领域普遍了解的那样，A/D转换器112将进入的模拟信号(诸如电压)转换成其数字表示。因而核心单元是数据转换和数据构造集成电路，在一个实施例中，该集成电路是ASIC，该ASIC处理单个位西格马-德尔塔位流，并且将数据构造成专有或标准串行协议，以将值向上游传输。而且，ASIC接收用以配置数据处理性能的命令，并且包括用以执行接触器动作的简单命令。

隔离接触器100包括第一导线114，如示出的那样，第一导线114可通过正极导线16耦合到高电压装置上，诸如能量源20。第一导线114包括电流分流器102，如本领域普遍了解的那样，电流分流器102使得能够通过在其中包括已知电阻来测量导线中的电流。因为电流分流器102的电阻是已知的，所以通过对电流分流器102的任一侧的压降进行精确地测量，可用众所周知的欧姆定律（电压(V)=电流(I)×电阻(R)）来确定电流。通过使用双绞线120来在第一电压测量点116和第二电压测量点118之间确定电流分流器102两端的压降，该双绞线120提取电压，并且将电压122馈送到A/D转换器112。

还通过提取电压V1 124和电压V2 126以及也将电压128馈送到A/D转换器112来确定接触器104两端的电压差。A/D转换器112通过双绞线120来接收电流分流器102和接触器104的进入的电压，确定电流分流器102中的电流，并且通过一个或多个数据流和控制接口线路130，将作为数字化的信号的电流和电压信息发送到集成电路108。集成电路108接收关于第一导线114中的电流的连续的电流数据，而且还接收接触器104两端的电压数据。如所陈述的那样，集成电路108包括与至少第一导线114中的电流有关而且还与隔离接触器104两端的压降有关的阈值信息。也就是说，集成电路108编程有关于第一导线114中的电流和V1点116和V2点118之间的压降两者的期望运行阈值，而且这种信息可对能量装置的类型特有，或者对厂商特有，因为它与能量源20有关。

因此，隔离接触器100是紧凑装置，其通过接触器104来结合隔离功能，并且提供对接触器104的控制，同时感测不同的感测点处的电流和电压。在其中使用高电压能量存储装置的系统中，接触器操作以及所监测的电压和电流提供提高整个系统的安全运行的机会。也就是说，因为隔离接触器100包括可单独地编程的装置，诸如集成电路108，所以可针对装置(诸如能量源20)来对不同的阈值和运行特性预编程。因而，当在较大型的整体系统的设计和测试阶段期间，换出能量源20时，可通过仅换出对换出装置特有的运行参数，而不需要对硬件进行昂贵和耗时的改变，来简单且安全地保持隔离接触器100的功能性。也就是说，可在任何时间点处将高电压隔离和电压监测添加到电气系统，并且不必在早期的计划阶段完全设计好高电压隔离和电压监测。换句话说，隔离接触器100提供推迟关于将在最终设计中包括什么能量系统20的决策的机会，从而在系统开发的设计阶段期间提供测试和实验的机会，而不必在初期作出关于能量系统20的、以后更难得多来改变或撤消的决策。

电子部件的数量相对较少，因此这意味着部件可全部都包括在隔离接触器100的单个壳体内。也就是说，可使隔离接触器100小且紧凑，而且具有有限数量的输入和输出导线。例如，仍然参照图3，隔离接触器100仅仅包括输入导线12、输出导线14、功率导线132(用于操作驱动器106、A/D转换器112和集成电路108)和串行接口导线134。因此隔离接触器100可简单地“投入”到正在或者将经受进一步设计和实验测试的系统中，同时推迟关于在实验阶段期间将测试什么能量系统20(或系统的类型)的决策。可与图3中示出的能量系统的单极一致地包括隔离接触器100，或者可与图2中示出的能量系统的单独的极16、18一致地包括两个隔离接触器26、28。

或者，如图1中示出的那样，单个隔离接触器可用来隔离能量装置的两个极。图4示出根据本发明的实施例的隔离接触器的内部部件。如图1中示出的那样，隔离接触器10包括可连接到导线12上的能量系统20的正极导线16和负极导线18。输出导线14可对应于正极导线16和负极导线18作为正极导线和负极导线连接到DC母线上。很像图3那样，图4的隔离接触器10包括电流分流器102和能够通过集成电路108和驱动器控制线路110以及通过驱动器106来控制的接触器104。但是，在这个实施例中，通过第二接触器136和第二驱动器138和第二控制线路140，单独地控制负极导线18。在这个实施例中，因为能够单独地控制各个接触器104、136，它们各自可具有其本身的控制参数和运行阈值，使得还能够额外地控制能量系统20的各个导线16、18的接触器。因而，在这个实施例中，可迅速地检测到导线16中是否可发生电流浪涌或电压尖峰脉冲，以及可通过接触器104、136中的任一个或两者来控制能量系统20。

图4中示出的实施例示出一个电流分流器102。但是，本发明不受此限制，并且在第二导线142上也可包括电流分流器102。在又一个实施例中，在每个线路114和142上可包括单独的电流分流器。因而，根据本发明，可在单个单元(诸如其中具有两个接触器104、136的隔离接触器10)中控制导线16、18两者。或者，能够在两个单独的单元(它们每个其中具有仅一个接触器，诸如图2中示出的那样)中可单独地控制导线16、18两者。

在运行中，在系统开发的实验阶段期间，图1-4中示出的实施例对控制器提供系统隔离和反馈。参照图4，作为一个示例，输入导线12连接到能量源20的极16和18上，而输出导线14则连接到DC母线(未显示)的相应的正极导线和负极导线上。通过功率导线132来对隔离接触器10提供功率，并且串行接口导线134连接到系统控制器或计算机(未显示)上。A/D转换器112通过双绞线120来接收电压差测量数据，而且还接收来自各个接触器104、136的电压信息(V1、V2、V3和V4)。A/D转换器112将接收到的电压转换成数字信号，并且将信号输出到集成电路108。集成电路108监测电流和电压，并且将它们与针对隔离接触器10连接到其上的一个或多个装置（在这种情况下，该装置是能量源20）所建立的阈值进行比较。当检测到电压或电流偏移超过相应的阈值时，集成电路108随后发送命令信号，以打开隔离接触器104、136中的一个或两者，而且还发出对应于命令信号的控制状态或信号。照这样，隔离接触器10监测导线，比较其中的电压与阈值，基于电压与阈值的比较来打开接触器导线中的一个或两者，以及输出数字信号作为表示导线的状态(打开或闭合)的反馈。另外，在本发明的实施例中，集成电路108也输出测得的电压，以便不仅持续地监测接触器的状态，而且还监测导线中的电压和/或电流。

本文公开的隔离接触器的实施例可用于任何系统中，其中，提供对配置成运送电功率的一个或多个极或导线的电隔离和反馈是合乎需要的。如所陈述的那样，一个这种应用包括用于高电压装置中，诸如混合车辆或电动车辆。这样的系统还可包括(但不限于)火车、飞机、船舶、风力系统、太阳能光电系统，仅举几例。因而，问题不限于混合车辆或EV，而是包括可能需要具有与其相关联的多个能量存储和发生子系统的复杂的实验系统的任何系统。也就是说，当设置正在经历严格的设计和测试的实验系统时，包括可具有关于电流和电压的控制阈值的一个或多个隔离接触器可为合乎需要的，如本文的实施例中公开的那样。

通过使用本发明的实施例，可在任何时间点处将高电压隔离和电压监测和反馈添加到电气系统，而且不必在早期计划阶段全面考虑高电压隔离和电压监测和反馈。也就是说，例如，可建立这样的系统，其中，将测试各种电压供应单元，以便验证设计、证明厂商合格，或者测试新装置。因而，虽然图5中的以下说明是对用于对混合车辆的各种能量存储装置和能量源充电的4端口能量管理系统特有的，但构想到的是，本文公开的实施例可用于任何系统中，其中，合乎需要的是，在设计和测试阶段期间提供运行灵活性，以便提供对一个或多个电导线的反馈和控制。

现在参照图5，根据本发明，混合或电动车辆200包括功率电池202和一个或多个能量电池204，以及用于转化来自电池202、204的DC功率以便驱动马达208的源逆变器206。马达208通过齿轮组212耦合到差速器210上，以便驱动轮214。能量电池204可包括较低电压的装置，诸如传统电池，或者例如在大约120 V下运行的超级电容器，作为一个示例，该较低电压的装置提供用于车辆200的长距离巡航的高能量存储能力。功率电池202可包括较高电压的装置，以提供在大约400 V或更高下运行的高功率能力，作为另一个示例，较高电压的装置提供车辆200的高功率加速。车辆200可包括用于对电池202、204充电的能量存储管理系统(ESMS)216。ESMS 216可包括许多升降压转换器218，当电流沿一个方向经过时，升降压转换器218可消除或降低电压，而当电流沿另一个方向经过时，升降压转换器218可提高或增加电压。也就是说，取决于系统的设计，升降压转换器218可连同彼此运行，以便调节进入的充电电压，以匹配待充电的装置的期望运行电压。因而，作为一个示例，存储系统204中的一个可在120V下充电，而功率电池202可在400V下充电。因而，通过选择性地消除和提高来自充电或供应220(AC或DC源)的电压，可通过恰当地引导电流流过升降压转换器218中的一个或多个来对能量系统204、202充电。

但是，在诸如图5的混合车辆或电动车辆200的系统中，开发辅助功率单元(APU)222可为合乎需要的，APU 222安置在车辆10上，其使得能量存储系统能够再充电，以及为车辆运行提供功率。在这个实施例中，车辆200包括可通过充电端口224可控制地接合的APU222。因而，车辆200可包括通过ESMS 216对电动机26提供辅助功率的APU。APU 222可包括例如内燃机(ICE)、永磁发电机(PMG)或燃料电池(FC)。也就是说，在混合车辆或电动车辆200的开发期间结合充电器220，可为合乎需要的是，测试一种或多种类型的APU，以便优化整体设计。因而，在实验阶段期间，可换入和换出多种APU类型。为了避免代价高且耗时地转换对各种类型的APU特有的硬件，根据本发明，可包括隔离接触器226，其使得能够有对在混合车辆或电动车辆200外部的较宽大的系统控制单元228的隔离和反馈。

另外，虽然显示了隔离单元226安置成与端口P3 224并联，但根据本文公开的实施例的隔离单元也可包括在混合车辆或电动车辆200的其它端口230中的任一个或全部中。另外，如在图5中可看到的那样，隔离接触器226包括对APU 222的各个导线232的隔离控制，类似于图1和图4中公开的那样，构想到的是，可使用单个线路隔离来单独隔离导线232中的仅一个，诸如图3中公开的那样，或者可在各个导线上使用单个导线隔离系统来单独隔离两个导线232，如关于图2所公开的那样。

公开的方法和设备的技术贡献在于，它提供了对电能存储系统的隔离和反馈系统。

因此，根据本发明的一个实施例，一种接触器单元包括：可连接到能量输出装置的第一导线上的输入导线；可连接到电压母线的第一导线上的输出导线；使输入导线与输出导线连接和断开的接触器；配置成操作接触器的驱动器；可连接到接触器单元外部的系统控制器上的串行数据链路；以及集成电路(IC)，其安置在接触器单元内，并且配置成：基于输入导线或输出导线中的电流和接触器两端的电压差中的至少一个，对驱动器输出控制命令，以打开接触器；以及通过串行数据链路，输出接触器控制状态。

根据本发明的另一个实施例，一种操作隔离接触器的方法包括：将隔离接触器的输入导线附连到能量输出装置的第一导线，以及将隔离接触器的输出导线附连到电压母线上；测量经过输入导线和输出导线中的一个的电流；测量安置在隔离接触器的壳体内且耦合到输入导线和输出导线上的开关两端的电压，开关配置成断开输入导线与输出导线；将表示测得电流和测得电压的信号传送到安置在隔离接触器的壳体内的集成电路(IC)；基于传送到IC的信号来控制驱动器，驱动器配置成操作开关；以及通过串行链路，将开关的状态输出到壳体外部的计算装置。

根据本发明的又一个实施例，一种用于隔离第一电压装置与第二电压装置的系统，该系统包括：隔离单元，其外部具有至少第一导线和第二导线，并且至少第一导线和第二导线可连接到相应的能量装置的导线上；开关，其安置在隔离单元的壳体内，并且耦合到第一导线和第二导线上，使得第一导线和第二导线可通过开关选择性地接合；驱动单元，其安置在壳体内，并且配置成接合和分离开关；集成电路(IC)，其安置在壳体内，并且配置成：基于第一导线或第二导线中的电流和开关两端的电压差中的至少一个，对驱动单元输出控制命令，以打开开关；以及通过串行数据链路，输出系统控制状态。

虽然已经按照优选实施例来描述了本发明，而且认识到，除了明确陈述的那些之外，等同物、备选方案和修改是可行的，而且在所附权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种接触器单元，包括：

可连接到能量输出装置的第一导线上的输入导线；

可连接到电压母线的第一导线上的输出导线；

使所述输入导线与所述输出导线连接和断开的接触器；

配置成操作所述接触器的驱动器；

可连接到在所述接触器单元外部的系统控制器上的串行数据链路；以及

集成电路(IC)，其安置在所述接触器单元内，并且配置成：

基于下列中的至少一个，对所述驱动器输出控制命令，以打开所述接触器：

所述输入导线或所述输出导线中的电流；以及

所述接触器两端的电压差；以及

通过所述串行数据链路，输出接触器控制状态。

2.根据权利要求1所述的接触器单元，其中，所述集成电路(IC)配置成：

接收在所述接触器两端测得的电压读数，并且基于所述电压读数来计算所述电压差；

比较所述电压差与电压阈值；

接收所述输入导线或所述输出导线中的电流读数；

比较所述电流读数与电流阈值；以及

基于下列中的至少一个，对所述驱动器输出所述控制命令：

所述电压差与所述电压阈值的比较；以及

所述电流读数与所述电流阈值的比较。

3.根据权利要求2所述的接触器单元，其中，所述集成电路(IC)是特定用途集成电路(ASIC)，所述特定用途集成电路是可编程的使得能对所述接触器单元的操作变量编程，其中，所述操作变量包括所述电压阈值和所述电流阈值。

4.根据权利要求3所述的单元，其中，能够通过串行链路从在所述接触器单元外部的计算机对所述特定用途集成电路(ASIC)编程。

5.根据权利要求2所述的接触器单元，所述接触器单元包括安置成提供所述电流读数的电流分流器，所述电流分流器具有通往所述电流分流器的一侧的第一电压测量点和通往所述电流分流器的另一侧的第二电压测量点，其中，基于在所述第一电压测量点和所述第二电压测量点处测得的电压来确定所述电流读数。

6.根据权利要求5所述的接触器单元，所述接触器单元包括配置成接收来自第一电压分接头点和第二电压分接头点的电压值的模拟/数字(A/D)转换器，其中，所述第一电压分接头点安置成测量通往所述接触器的一侧的电压，而所述第二电压分接头点安置成测量通往所述接触器的另一侧的电压，其中，所述集成电路(IC)配置成：

基于在所述第一电压测量点和所述第二电压测量点处测得的电压，确定所述电流读数；以及

基于在所述第一电压分接头点和所述第二电压分接头点处的电压测量，计算所述接触器两端的所述电压差。

7.根据权利要求1所述的接触器单元，所述接触器单元包括：

可连接到所述能量输出装置的第二导线上的第二输入导线；

可连接到所述电压母线的第二导线上的第二输出导线；

使所述第二输入导线与所述第二输出导线连接和断开的第二接触器；

配置成操作所述第二接触器的第二驱动器；

其中所述集成电路(IC)进一步配置成：

基于下列中的至少一个，对所述第二驱动器输出第二控制命令，以打开所述第二接触器：

所述第二输入导线或所述第二输出导线中的第二电流；以及

所述第二接触器两端的第二电压差；以及

通过所述串行数据链路，输出第二接触器控制状态。

8.一种操作隔离接触器的方法，包括：

将所述隔离接触器的输入导线附连到能量输出装置的第一导线上，以及将所述隔离接触器的输出导线附连到电压母线上；

测量经过所述输入导线和所述输出导线中的一个的电流；

测量安置在所述隔离接触器的壳体内且耦合到所述输入导线和所述输出导线上的开关两端的电压，所述开关配置成使所述输入导线与所述输出导线断开；

将表示测得电流和测得电压的信号传送到安置在所述隔离接触器的所述壳体内的集成电路(IC)；

基于传送到所述集成电路(IC)的所述信号来控制驱动器，所述驱动器配置成操作所述开关；以及

通过串行链路，将所述开关的状态输出到所述壳体外部的计算装置。

9.根据权利要求8所述的方法，所述方法包括：

用安置在所述壳体内的模拟/数字(A/D)转换器测量电流和电压；以及

从所述模拟/数字(A/D)转换器将所传送的信号输出为数字信号。

10.根据权利要求8所述的方法，所述方法包括：

在所述集成电路(IC)中，比较经过所述输入导线和所述输出导线中的一个的电流与电流阈值；

在所述集成电路(IC)中，比较所述开关两端的电压与电压差阈值；以及

基于所述电流与所述电流阈值的比较，以及基于所述开关两端的电压与所述差阈值的比较，控制所述驱动器。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述集成电路是特定用途集成电路(ASIC)，所述方法进一步包括对所述特定用途集成电路(ASIC)编程，使得能够对所述接触器单元的操作变量编程，其中，所述操作变量包括所述电压差阈值和所述电流阈值。

12.根据权利要求11所述的方法，所述方法包括通过所述串行链路，对所述特定用途集成电路(ASIC)编程。

13.根据权利要求8所述的方法，其中，测量所述电流包括测量穿过与所述输入导线和所述输出导线中的一个串联的电流分流器的电流。

14.一种用于隔离第一电压装置与第二电压装置的系统，所述系统包括：

隔离单元，在所述隔离单元的外部具有至少第一导线和第二导线，并且所述至少第一导线和第二导线可连接到相应的能量装置的导线上；

开关，其安置在所述隔离单元的壳体内，并且耦合到所述第一导线和所述第二导线上，使得所述第一导线和所述第二导线可通过所述开关选择性地接合；

驱动单元，其安置在所述壳体内，并且配置成接合和分离所述开关；

集成电路(IC)，其安置在所述壳体内，并且配置成：

基于下列中的至少一个，对所述驱动单元输出控制命令，以打开所述开关：

所述第一导线或所述第二导线中的电流；以及

所述开关两端的电压差；以及

通过串行数据链路，输出系统控制状态。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述集成电路(IC)配置成：

接收在所述第一导线和所述第二导线中测得的电压读数，并且基于所述电压读数来计算所述电压差；

比较所述电压差与电压阈值；

接收来自所述第一导线或所述第二导线的电流读数；

比较所述电流读数与电流阈值；以及

基于下列中的至少一个，对所述驱动单元输出所述控制命令：

所述电压差与所述电压阈值的比较；以及

所述电流读数与所述电流阈值的比较。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述集成电路(IC)是特定用途集成电路(ASIC)，所述特定用途集成电路(ASIC)是可编程的，使得能对接触器单元的操作变量编程，其中，所述操作变量包括所述电压阈值和所述电流阈值。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，能够通过串行链路从所述接触器单元外部的计算机对所述特定用途集成电路(ASIC)编程。

18.根据权利要求15所述的系统，所述系统包括安置成提供所述电流读数且耦合到所述第一导线或所述第二导线中的一个上的电流分流器，所述电流分流器具有通往所述电流分流器的一侧的第一电压测量点和通往所述电流分流器的另一侧的第二电压测量点，其中，基于所述第一电压测量点和所述第二电压测量点处测得的电压，确定所述电流读数。

19.根据权利要求18所述的系统，所述系统包括安置在所述壳体内且配置成接收来自第一电压分接头点和第二电压分接头点的电压值的模拟/数字(A/D)转换器，其中，所述第一电压分接头点安置成测量通往所述开关的一侧的电压，而所述第二电压分接头点安置成测量通往所述开关的另一侧的电压，其中，所述集成电路(IC)配置成：

基于所述第一电压测量点和所述第二电压测量点处测得的电压，确定所述电流读数；以及

基于所述第一电压分接头点和所述第二电压分接头点处的电压测量，计算所述开关两端的所述电压差。

20.根据权利要求14所述的系统，所述系统包括：

第三导线和第四导线，其在所述隔离单元的外部，并且可连接到相应的能量装置的导线上；

第二开关，其安置在所述隔离单元的所述壳体内，并且耦合到所述相应的能量装置的所述第三导线和所述第四导线上；

第二驱动单元，其安置在所述壳体内，并且配置成接合和分离所述第二开关；

其中，所述集成电路(IC)进一步配置成：

基于下列中的至少一个，对所述第二驱动单元输出第二控制命令，以打开所述第二开关：

所述第三导线或所述第四导线中的第二电流；以及

所述第二开关两端的第二电压差；以及

通过所述串行数据链路，输出第二系统控制状态。