CN104691337B - 跳变起动接触器保护接口 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了跳变起动接触器保护接口。提供设备用于从外部电源接收电力。设备包括暴露于外部电源的第一电接触器，硬连线至电气总线的第二电接触器，与第一电接触器和第二电接触器均物理接触并且将第一接触器与第二接触器有条件地绝缘的分隔装置，以及配置用以检测外部电源的电压并且当满足条件时物理地更改分隔装置以电连接第二接触器至外部电源的电气电路。

Description

跳变起动接触器保护接口
技术领域
技术领域总地涉及车辆电气系统，并且更特别地涉及一种保护电气系统以在车辆跳变起动期间或者颠倒电池条件期间免受过电压的接口。
背景技术
车辆上电气负载的数量在增长并且不断地更复杂。当所有系统同时工作时，车辆可以消耗高达77安培，这是相当大的安培数。不仅电气负载的数量增长，而且负载的复杂化也随着添加越来越多处理器和其他电子特征和设备而增长。用于保护电子特征免受过电压和反向电压的现有技术、诸如二极管和输入电阻器，可以承担包括过量功耗和/或燃料使用的成本。
因此，想要保护车辆电子装置而同时减小功耗。此外，想要消除对于在每个模块上过电压和反向电压保护装置的需要并且减小在正常车辆工作中的功耗。另外，结合附图以及前述技术领域和背景技术、从后续详细描述和所附权利要求将使得本发明的其他想要的特征和特性变得明显。
发明内容
提供了一种电池端子用于从外部电源接收电力。在一个实施例中，设备包括暴露于外部电源的第一电接触器，硬连线至电气总线的第二电接触器，与第一电接触器和第二电接触器均物理接触并且将第一接触器与第二接触器有条件地绝缘的分隔装置，以及配置用以检测外部电源的电压并且物理地更改分隔装置以当满足条件时将第二接触器电连接至外部电源的电气电路。继电器或等同固态装置也可以用于将第二接触器电连接至外部电源。
提供一种系统用于从外部电源接收电力。在一个实施例中，该系统包括车辆的电气总线、车辆电池、以及电池端子。电池端子包括暴露于外部电源的第一电接触器，硬连线至车辆的电气总线的第二电接触器，与第一电接触器和第二电接触器均接触并且将第一接触器与第二接触器有条件地绝缘的分隔装置，以及配置用以检测外部电源的电压并且物理地或者电气地更改分隔装置以当满足条件时将第一接触器与第二接触器电连接的电气电路。
提供了一种车辆用于从外部电源接收电力。在一个实施例中，车辆包括车辆本体，在车辆本体内的电池；以及电池端子。电池端子包括暴露于外部电源的第一电接触器，硬连线至电气总线的第二电接触器，与第一电接触器和第二电接触器均接触并且在条件地将第一接触器与第二接触器绝缘的分隔装置，以及配置用以检测外部电源的电压并且当满足条件时物理地或者电气地修改分隔装置以将第一接触器与第二接触器电连接的电气电路。
方案1. 一种电池端子，包括：
第一电接触器，其暴露于外部电源；
第二电接触器，其硬连线至电气总线；
分隔装置，其与所述第一电接触器和第二电接触器均物理接触，并且有条件地将所述第一电接触器与第二电接触器绝缘；以及
电气电路，其配置用以检测所述外部电源的电压，并且当满足条件时物理地更改所述分隔装置以将所述第二电接触器电连接至所述外部电源。
方案2. 根据方案1所述的电池端子，其中，所述第一电气接触器是板或柱之一。
方案3. 根据方案1所述的电池端子，其中，所述分隔装置使用电子开关将所述第一电接触器连接至所述第二电接触器。
方案4. 根据方案1所述的电池端子，其中，所述分隔装置包括在所述第二电接触器与所述外部电源之间的物理阻挡物。
方案5. 根据方案4所述的电池端子，进一步包括电子控制单元，其基于所述外部电源的电压控制所述物理阻挡物的位置。
方案6. 根据方案5所述的电池端子，其中，所述分隔装置通过缩回所述物理阻挡物而允许所述外部电源至所述第二电接触器的电气和物理连接。
方案7. 一种用于从外部电源传输电力的系统，包括：
车辆的电气总线；
车辆电池；以及
电池端子，其中，所述电池端子包括：
第一电接触器，其暴露于所述外部电源，
第二电接触器，其硬连线至所述车辆的电气总线，以及
分隔装置，其与所述第一电接触器和第二电接触器均接触，并且有条件地将所述第一电接触器与第二电接触器绝缘，以及
电气电路，其配置用于检测所述外部电源的电压，并且当满足条件时物理地更改所述分隔装置以将所述第一电接触器与第二电接触器电连接。
方案8. 根据方案7所述的系统，其中，所述第一电接触器是板或柱之一。
方案9. 根据方案7所述的系统，其中，所述分隔装置使用电子开关将所述第一电接触器连接至所述第二电接触器。
方案10. 根据方案7所述的系统，其中，所述分隔装置包括在所述第二电接触器与所述外部电源之间的物理阻挡物。
方案11. 根据方案10所述的系统，进一步包括电子控制单元，其基于所述外部电源的电压控制所述物理阻挡物的位置。
方案12. 根据方案11所述的系统，其中，所述分隔装置通过缩回所述物理阻挡物允许所述外部电源至所述第二电接触器的电气和物理连接。
方案13. 一种车辆，包括：
车辆本体；
电池，其在所述车辆本体内；以及
电池端子，所述电池端子包括：
第一电接触器，其暴露于外部电源，
第二电接触器，其硬连线至电气总线，
分隔装置，其与所述第一电接触器和第二电接触器均接触，并且有条件地将所述第一电接触器与所述第二电接触器绝缘，以及
电气电路，其配置用以检测所述外部电源的电压，并且当满足条件时物理地更改所述分隔装置以将所述第一电接触器与第二电接触器电连接。
方案14. 根据方案13所述的车辆，其中，所述第一电接触器是板或柱之一。
方案15. 根据方案13所述的车辆，其中，所述分隔装置使用电子开关将所述第一电接触器连接至所述第二电接触器。
方案16. 根据方案13所述的电池端子，其中，所述分隔装置包括在所述第二接触器与所述外部电源之间的物理阻挡物。
方案17. 根据方案16所述的车辆，进一步包括电子控制单元，其基于所述外部电源的电压控制所述物理阻挡物的位置。
方案18. 根据方案13所述的车辆，其中，所述分隔装置通过缩回所述物理阻挡物允许所述外部电源至所述第二电接触器的电气和物理连接。
方案19. 根据方案13所述的车辆，其中，所述分隔装置包括继电器。
方案20. 根据方案13所述的车辆，其中，所述分隔装置是固态半导体装置。
附图说明
下文中将结合以下附图描述示例性实施例，其中相同附图标记表示相同元件，以及其中：
图1是根据实施例的简化车辆；
图2是根据实施例的保护接口的简化示意图；
图3A是根据实施例的用于分隔装置的电子控制电路的示意图；
图3B是根据实施例的用于分隔装置的第二电子控制电路的示意图；
图3C是根据实施例的用于分隔装置的第三电子控制电路的示意图；
图4是根据实施例的示例性机械分隔装置和示例性控制系统的简化示意图；
图5是根据实施例的示例性机械分隔装置和示例性控制系统的另一简化示意图；
图6A和图6B是根据实施例的另一示例性机械分隔装置的侧视图和平视图。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅是示例性的并且没有意图限制应用和用途。此外，没有意图受之前技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中展示的任何明示或暗示理论所约束。
本领域技术人员将知晓的是，结合在此公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实施作为电子硬件、在处理器上执行的计算机软件、或者两者的组合。在上面描述的实施例和实施方式的一些是根据功能和/或逻辑块部件（或模块）和各种处理步骤。然而，应该知晓的是，这样块部件（或模块）可以由任意数目的硬件、在处理器上运行的软件、和/或配置用于执行具体功能的固件部件而实现。
为了清晰说明该可互换性，上面描述的各种说明性部件、块、模块、电路和步骤通常是根据它们的功能。这样的功能实施作为硬件还是软件取决于特定的应用和加在整个系统上的设计约束。专业技术人员可以对于每个特定应用以变化的方式实施所描述的功能，但是这样的实施方式决定不应解释为脱离了本发明的范围。例如，系统或部件的实施例可以采用各种集成电路部件，例如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等等，其可以在一个或多个微处理器或其他控制装置的控制下执行很多种功能。此外，本领域技术人员将知晓的是在此所描述的实施例仅为示例性实施方式。
结合在此公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和电路的实施或执行可以采用通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他可编程逻辑装置、分立栅或晶体管逻辑、分立硬件部件、或其任意组合，被设计用于执行在此描述的功能。通用处理器可以是微处理器，但是在替代方式中，处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以实施作为计算装置的组合，例如DSP和微处理器的组合，多个微处理器，一个或多个微处理器与DSP核心结合，或者任何其他这样的配置。词“示例性”在此排他性的用于意味着“用作示例、实例或说明”。在此描述作为“示例性”的任何实施例无需解释为优选于或优于其他实施例。
结合在此公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接包括在硬件中，在由处理器执行的软件模块中，或者在两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除盘、CD-ROM或本领域已知的任何其他形式存储媒介中。示例性的存储媒介联接至处理器以使得处理器可以从存储媒介读取信息以及将信息写到该存储媒介。在替代方式中，存储媒介可以集成到处理器。处理器和存储媒介可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在替代方式中，处理器和存储媒介可以驻留作为用户终端中的分立部件。
在该文献中，关系术语，诸如第一和第二等等，仅用于区分一个实体或动作与另一个实体或动作，并不必要求或暗示在这样的实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。诸如 “第一”、“第二”、“第三”等的数字序数简单地标注了多项的不同单项并且并未暗示任何顺序或序列，除非由权利要求语言所具体限定。在任何权利要求中文本的序列并未暗示必须根据这样的顺序以临时或者逻辑顺序执行处理步骤，除非其由权利要求的语言所具体限定。处理步骤可以以任何顺序互换而不脱离本发明的范围，只要该互换并未抵触权利要求语言并且在逻辑上不是荒谬的。
此外，取决于上下文，用于描述不同元件之间的关系的诸如“连接至”或“联接至”的词并未暗示在这些元件之间必须形成直接物理连接。例如，两个元件可以物理地、电子地、逻辑地或以任何其他方式通过一个或多个额外元件而连接至彼此。
图2是在此公开的保护接口5的实施例的简化示意图，该保护接口5用于与跳线电缆3的电接触器2结合使用。作为非限制示例，电缆可以是传统的跳线电缆3，其包括在电缆3的每个端部上的金属（例如铜）弹簧夹2。然而，当前存在的或者将来可以想到的其他电缆和接触设计可以易于适用于在此使用而不脱离本公开的范围和精神（例如参见图6A）。
本质上，在此也已知作为“额外接触器”10的人造电接触器用于覆盖或者电气地保护直接连接（也即硬连线）至车辆电气系统70（参见图1）的实际接触器。至车辆400的电气系统的实际接触器在此称作“受保护接触器”20。如果有必要的话，受保护接触器20由绝缘材料层30进一步保护而避免与弹簧夹2接触。然而，该绝缘层30取决于受保护接触器20的构造和取向而可以是可选择的。
在如图2所示的保护接口5的实施例中，额外接触器10和受保护接触器20由电子控制的分隔装置40而分隔。分隔装置40是独立（self-contained）的机械或电子开关，以使得当弹簧夹2处的电压由在额外接触器10处的分隔装置40感测为合适的电压水平和极性时，来自弹簧夹2的外部电力由分隔装置40经由额外接触器10电气地连接至受保护接触器20。如果电压是不合适的，连接不完成。分隔装置40可以具有任何合适的形式因素，并且使用操作方法，只要形式因素物理上由能够将额外接触器10与受保护接触器20电气绝缘的非导体结构材料而构造。
在其他实施例中，分隔装置可以是半导体硅装置。硅装置当并未被偏置“导通”时将额外接触器与实际接触器绝缘/分隔，并且当被合适地偏置时将导电。在一些实施例中，半导体硅装置可以显示作为1000安培开关。
图3A展示了示例性的、非限制性电子开关50，其可以用在分隔装置40中并且由来自弹簧夹2和/或来自受保护接触器20的输入电压提供电力。开关50包括继电器或固态开关58，其可以是本领域可以已知的、或者未来可以发展的任何合适的继电器。继电器/开关58将额外接触器10电气连接至受保护接触器20。
开关/控制电路50分别包括二极管51，高限齐纳二极管54，低限齐纳二极管55，以及输入电阻器52和53。控制电路也包括第一晶体管56和第二晶体管57。
在工作中，当由弹簧夹2施加至额外接触器10的电压的极性为负、或者电压低于二极管51的预定较低值时，晶体管56和57的基极发射极结反向偏置以使得没有电流流过继电器58。因此，分隔装置40不允许连接，因为晶体管57并未被偏置以导电。
当从弹簧夹2供应的电压在所述较低预定值之上、但是在较高预定值之下时，低限齐纳二极管击穿至其导电状态，允许至晶体管的基极电流触发第二晶体管57，由此允许电流流过继电器58并且切断了将额外接触器10连接至受保护接触器20的开关。
当由弹簧夹2供应的电压高于预定上限时，高限齐纳二极管击穿，引起施加至第一晶体管56的基极电流，由此将第二晶体管57的基极短路接至地面26，并且中断了流过开关/继电器58的电流。因此，受保护接触器20保持与在弹簧夹2处的电压的电隔离。
图3B是开关/控制电路50的另一示例性实施例，但是包括晶体管63和电阻器64。晶体管63的目的在于形成“导通”电流的更大改变以使得将具有更尖锐的导通电压点。
图3C是开关/控制电路50的又一示例性实施例，但是包括二极管62。二极管62的目的在于确保有足够的电力来自弹簧夹2以接合继电器58。
图4是保护性接口5的非限制性替代实施例的简化系统结构图，其中，分隔装置40包括机械装置开关。如图2的实施例的情形中的一样，配置额外接触器10、分隔装置40和绝缘体30的物理布置以使得弹簧夹2不可能接触受保护接触器20，而仅接触额外接触器10。
当额外接触器10由弹簧夹2接触时，由电子控制单元（ECU）100经由引线60感测弹簧夹2的电势。ECU 100是非限制性的示例性控制装置，并且可以包括本领域已知的或者未来可以开发的任何合适的数字或模拟电路。
配置ECU 100以使得当电压的极性和数量正确并且在限值内时，ECU 100使得促动器200更改分隔装置40以将额外接触器10与受保护接触器20连接以向车辆提供电力。术语“更改”在此意指物理状态从导电状态至非导电状态、或者从非导电状态改变至导电状态的变化。
当弹簧夹接触额外接触器10时，电子控制单元100可以从弹簧夹2经由额外接触器10接收其电力。或者，电子控制单元100可以从车辆电池25接收其电力。ECU 100具有接地26。
在保护性接口5的等同实施例中，接口可以包括设置用于感测额外接触器与受保护接触器之间电势差的感测电阻器27。感测电阻器27的包括是任选的特征。
感测电阻器27的优点在于，其允许装备具有保护接口5的两个车辆的电池25的安全并行连接。例如，驾驶员可以在具有良好电池25的车辆的保护性接口5中激活电路或电阻开关61（例如电路断路器）。电阻开关电路61将来自受保护接触器20的电力连接至额外接触器10以向额外接触器并且由此向没充电的电池提供电力。感测电阻器27监控过量电流条件，并且在该情形下将断开电阻开关电路61。采用该电力连接，坏电池的保护性接口5将以如上所述正常方式将其额外接触器10连接至其受保护接触器20。良好电池的保护性接口5将随后以如上所述正常方式将其额外接触器10连接至其受保护接触器20。
图5是保护性接口5的另一等同实施例。其中，相同的附图标记反映了图4的相同部件。在图5的替代实施例中，电阻器27与开关61串联。
在具有良好电池25（参见图1）的车辆400（参见图1）中，开关61（手动地或者自动地）闭合，并且经由电阻器27施加电压至额外接触器。该相同的车辆经由ECU 100监控在该电阻器27之上的电压降，并且如果得到的电流过量则断开开关61，如本领域普通技术人员会知晓的。开关61的闭合通过电阻器27施加电压，以使得具有坏电池的第二车辆可以使用良好电池25的电压并且以如上所述方式关闭其电子控制的分隔装置40。在该顺序期间已经停用具有良好电池的车辆400上的检测电路，直至已经验证了电阻器27上的电压并且已经过去了足够时间以确保具有坏电池的车辆已经有了足够时间关闭其电子控制的分隔装置40。开关61的非限制性示例能够是可复位的开关或者非线性电阻器，其将响应于过量电流而增大其电阻值。
图6A和图6B分别是示例性的非限制性机械分隔装置300的简化侧视图和平视图。这些特定视图假定跳线电缆3具有销或杆2’取代传统弹簧夹2。然而，分隔装置300的几何形状可以是基本上平行六面体形状而不是圆柱形，以使得当处于关断位置时弹簧夹2可以以与所描绘杆2’相同的方式被插入。
机械分隔装置300包括中空外壳310，具有至少一个开放端312，受保护接触器320，额外接触器330，ECU 100，穿透中空外壳的壁并且突出进入中空外壳的内部空间311的撞针340（或者其他物理阻挡元件），以及螺线管350。ECU 100控制螺线管350，并且由此控制了撞针340的位置，使其处于供电收回状态或者正常未供电伸展状态。
在正常未供电状态下，在这里不存在跳线电缆杆，撞针340处于其正常伸展位置。在该位置中，由于伸展的撞针340的干涉，杆2’无法刺入中空外壳足够远以接触受保护接触器320。然而，杆2’可以刺入足够远以接触额外接触器330。一旦杆2’接触额外接触器330，由ECU 100经由引线60在额外接触器处感测了电压极性和数量。当由杆传输的电压是正极性并且在预定最大值和预定最小值之间时，ECU 100向螺线管350供电，螺线管将撞针340从内部空间311抽回以允许杆2’进一步刺入并且接触受保护接触器，由此经由电力输出70向车辆输送电力。
尽管已经在前述详细描述中展示了至少一个示例性实施例，应该知晓的是存在大量变型例。也应该知晓的是一个或多个示例性实施例仅是示例，并且没有意图以任何方式限制本公开的范围、可应用性或配置。相反，前述详细描述将为本领域技术人员提供方便的路线图以用于实施一个或多个示例性实施例。应该理解的是可以不脱离如所附权利要求及其法律等同形式所阐述的本公开的范围而对元件的功能和布置做出各种改变。

Claims (20)

1.一种电池端子，包括：
第一电接触器，其暴露于外部电源；
第二电接触器，其硬连线至电气总线；
分隔装置，其与所述第一电接触器和第二电接触器均物理接触，并且有条件地将所述第一电接触器与第二电接触器绝缘；以及
电气电路，其配置用以检测所述外部电源的电压，并且当满足条件时物理地更改所述分隔装置以将所述第二电接触器电连接至所述外部电源。
2.根据权利要求1所述的电池端子，其中，所述第一电接触器是板或柱之一。
3.根据权利要求1所述的电池端子，其中，所述分隔装置使用电子开关将所述第一电接触器连接至所述第二电接触器。
4.根据权利要求1所述的电池端子，其中，所述分隔装置包括在所述第二电接触器与所述外部电源之间的物理阻挡物。
5.根据权利要求4所述的电池端子，进一步包括电子控制单元，其基于所述外部电源的电压控制所述物理阻挡物的位置。
6.根据权利要求5所述的电池端子，其中，所述分隔装置通过缩回所述物理阻挡物而允许所述外部电源至所述第二电接触器的电气和物理连接。
7.一种用于从外部电源传输电力的系统，包括：
车辆的电气总线；
车辆电池；以及
电池端子，其中，所述电池端子包括：
第一电接触器，其暴露于所述外部电源，
第二电接触器，其硬连线至所述车辆的电气总线，以及
分隔装置，其与所述第一电接触器和第二电接触器均接触，并且有条件地将所述第一电接触器与第二电接触器绝缘，以及
电气电路，其配置用于检测所述外部电源的电压，并且当满足条件时物理地更改所述分隔装置以将所述第一电接触器与第二电接触器电连接。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述第一电接触器是板或柱之一。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述分隔装置使用电子开关将所述第一电接触器连接至所述第二电接触器。
10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述分隔装置包括在所述第二电接触器与所述外部电源之间的物理阻挡物。
11.根据权利要求10所述的系统，进一步包括电子控制单元，其基于所述外部电源的电压控制所述物理阻挡物的位置。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述分隔装置通过缩回所述物理阻挡物允许所述外部电源至所述第二电接触器的电气和物理连接。
13.一种车辆，包括：
车辆本体；
电池，其在所述车辆本体内；以及
电池端子，所述电池端子包括：
第一电接触器，其暴露于外部电源，
第二电接触器，其硬连线至电气总线，
分隔装置，其与所述第一电接触器和第二电接触器均接触，并且有条件地将所述第一电接触器与所述第二电接触器绝缘，以及
电气电路，其配置用以检测所述外部电源的电压，并且当满足条件时物理地更改所述分隔装置以将所述第一电接触器与第二电接触器电连接。
14.根据权利要求13所述的车辆，其中，所述第一电接触器是板或柱之一。
15.根据权利要求13所述的车辆，其中，所述分隔装置使用电子开关将所述第一电接触器连接至所述第二电接触器。
16.根据权利要求13所述的车辆，其中，所述分隔装置包括在所述第二电接触器与所述外部电源之间的物理阻挡物。
17.根据权利要求16所述的车辆，进一步包括电子控制单元，其基于所述外部电源的电压控制所述物理阻挡物的位置。
18.根据权利要求17所述的车辆，其中，所述分隔装置通过缩回所述物理阻挡物允许所述外部电源至所述第二电接触器的电气和物理连接。
19.根据权利要求13所述的车辆，其中，所述分隔装置包括继电器。
20.根据权利要求13所述的车辆，其中，所述分隔装置是固态半导体装置。
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