CN106199409B - 高压用电设备接触器粘连检测系统及方法 - Google Patents

高压用电设备接触器粘连检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高压用电设备接触器粘连检测系统及方法，所述检测系统包括第一采样控制单元、第二采样控制单元以及粘连判断单元，其中：所述第一采样控制单元，用于在接收到直流接触器断开指令时分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第一压差；所述第二采样控制单元，用于在断开所述直流接触器的操作达到预定时长后，分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第二压差；所述粘连判断单元，用于在压差变化值大于指定阈值时，确认所述直流接触器粘连。本发明通过在在执行直流接触器断开操作的前后，分别检测直流接触器前后端电压，并根据直流接触器前后端电压的变化率判断直流接触器是否粘连，可快速有效地确认直流接触器是否粘连。

Description

高压用电设备接触器粘连检测系统及方法
技术领域
本发明涉及直流接触器检测领域，更具体地说，涉及一种高压用电设备接触器粘连检测系统及方法。
背景技术
电动汽车中有诸多高压用电设备,如电加热、电除霜、电空调以及电机驱动器等，这些高压用电设备往往通过直流接触器与高压直流电源相连。在上述直流接触器接通或断开时可能发生直流接触器触头粘连故障，使得接触器触头无法断开，严重威胁到驾驶人员和整体车辆的安全。
目前主要采用以下两种方法来检测直流接触器是否粘连；
(1)通过判断直流接触器前后端压差：在发送接触器断开指令后，同时采集直流接触器前后端的电压，并判断该直流接触器前后端的绝对压差是否一致(或在一定阈值范围内)以确定接触器是否粘连。然而该方法需要高精度和高准确度的电压采样装置，同时过大的阈值会导致误报，过小的阈值会导致无法检测的问题。另外，由于阻容性负载放电时间较慢，该方法会导致检测时间较长。
(2)通过用电设备主动放电，以使直流接触器前后端压差快速满足检测阈值。然而，电动汽车用电设备中很多不具备主动放电能力，因此很多直流接触器无法采用该方法进行粘连判断。
此外，以上两种方法中，无论是高精度和高准确度的电压采样装置，还是主动放电装置，都会增加检测成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述接触器粘连检测精度底、时间长、成本高的问题，提供一种新的高压用电设备接触器粘连检测系统及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种高压用电设备接触器粘连检测系统，所述高压用电设备经由直流接触器连接到高压直流电源，且所述直流接触器的前端和后端分别具有电压采样装置，所述检测系统包括第一采样控制单元、第二采样控制单元以及粘连判断单元，其中：所述第一采样控制单元，用于在接收到直流接触器断开指令时分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第一压差；所述第二采样控制单元，用于在断开所述直流接触器的操作达到预定时长后，分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第二压差；所述粘连判断单元，用于在所述第一压差和第二压差的压差变化值大于指定阈值时，确认所述直流接触器粘连。
在本发明所述的高压用电设备接触器粘连检测系统中，所述检测系统包括采样间隔预估单元，用于预估预定时长，且预估的预定时长ΔTM满足以下计算式：ΔTM＝M×电压采样时间间隔，其中M为大于或等于10的常数，且预估的预定时长ΔTM小于高压用电设备下电要求时间的80％；所述第二采样控制单元根据预估的预定时长ΔTM分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第二压差。
在本发明所述的高压用电设备接触器粘连检测系统中，所述检测系统包括预估时间修正单元；该预估时间修正单元，用于根据高压用电设备在放电时的放电电压和放电时间的关系曲线，获得预估的压差变化值δVN所对应的修正的预定时长ΔTN，所述预估的压差变化值δVN＝10×电压采样分辨率，并在预估的预定时长ΔTM>修正的预定时长ΔTN时以预估的预定时长ΔTM作为第二采样控制单元进行采样的预定时长；在预估的预定时长ΔTM<修正的预定时长ΔTN时以修正的预定时长ΔTN作为第二采样控制单元进行采样的预定时长。
在本发明所述的高压用电设备接触器粘连检测系统中，所述高压用电设备为阻容性负载。
在本发明所述的高压用电设备接触器粘连检测系统中，所述电压采样装置为低精度采样装置。
本发明还提供一种高压用电设备接触器粘连检测方法，所述高压用电设备经由直流接触器连接到高压直流电源，且所述直流接触器的前端和后端分别具有电压采样装置，所述方法包括以下步骤：
(a)在接收到直流接触器断开指令时分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第一压差；
(b)在断开所述直流接触器的操作达到预定时长后，分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第二压差；
(c)在所述第一压差和第二压差的压差变化值大于指定阈值时，确认所述直流接触器粘连。
在本发明所述的高压用电设备接触器粘连检测方法中，所述步骤(b)之前包括：预估所述预定时长，且预估的预定时长ΔTM满足以下计算式：ΔTM＝M×电压采样时间间隔，其中M为大于或等于10的常数，且预估的预定时长ΔTM小于高压用电设备下电要求时间的80％；
所述步骤(b)中根据预估的预定时长ΔTM分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第二压差。
在本发明所述的高压用电设备接触器粘连检测方法中，所述方法还包括：
取预估的压差变化值δVN，所述预估的压差变化值δVN＝10×电压采样分辨率；
根据高压用电设备在放电时的放电电压和放电时间的关系曲线，获得预估的压差变化值ΔVN对应的修正的预定时长ΔTN；
在预估的预定时长ΔTM>修正的预定时长ΔTN时，所述步骤(b)中以预估的预定时长ΔTM作为预定时长分别采样直流接触器前端电压和后端的电压以获得第二压差；在预估的预定时长ΔTM<修正的预定时长ΔTN时，所述步骤(b)中以修正的预定时长ΔTN作为预定时长分别采样直流接触器前端电压和后端的电压以获得第二压差。
在本发明所述的高压用电设备接触器粘连检测方法中，所述高压用电设备为阻容性负载。
在本发明所述的高压用电设备接触器粘连检测方法中，：所述电压采样装置为低精度采样装置。
本发明的高压用电设备接触器粘连检测系统及方法，通过在在执行直流接触器断开操作的前后，分别检测直流接触器前后端电压，并根据直流接触器前后端电压的变化率判断直流接触器是否粘连，可快速有效地确认直流接触器是否粘连。并且，本发明还通过预估和修正采样间隔时间，可进一步提高粘连判断的精度。
附图说明
图1是本发明高压用电设备接触器粘连检测系统实施例的示意图。
图2是本发明高压用电设备接触器粘连检测系统应用的示意图。
图3是高压用电设备放电电压与放电时间的曲线图。
图4是本发明高压用电设备接触器粘连检测方法实施例的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，是本发明高压用电设备接触器粘连检测系统实施例的示意图。高压用电设备50通过直流接触器40连接到高压直流电源30，且直流接触器40的前端和后端分别具有电压采样装置20，如图2所示。本发明的高压用电设备接触器粘连检测系统用于在执行断开直流接触器40的操作后，判断该直流接触器40是否粘连。上述高压用电设备50为负载，可简化为如图2所示的带有一定参数的阻容性负载(纯电阻负载可以将电容C置为0，纯电容负载可以将电阻置为0)。并且上述直流接触器40两端的电压采样装置20可采用低成本的电压采样装置(精度和准确度要求不高，例如采样精度可在5％～10％左右。)。
本实施例中的高压用电设备接触器粘连检测系统包括第一采样控制单元11、第二采样控制单元12以及粘连判断单元13，上述第一采样控制单元11、第二采样控制单元12以及粘连判断单元13可结合运行于集成电路中的软件构成，也可由相应的控制电路构成。
第一采样控制单元11用于在接收到直流接触器断开指令时，分别通过直流接触器40前端和后端的两个电压采样装置20，采样直流接触器40的前端电压和后端电压以获得第一压差。假设第一采样控制单元11采样的时刻为T1，相应地，该第一采样控制单元11采样获得的直流接触器40的前端电压为VfT1，后端电压为VbT1，第一压差为ΔVT1＝VfT1-VbT1。
第二采样控制单元12用于在断开直流接触器40的操作达到预定时长后，分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第二压差。假设第二采样控制单元12采样的时刻为T2，相应地，该第二采样控制单元12采样获得的直流接触器40的前端电压为VfT2，后端电压为VbT2，第二压差为ΔVT2＝VfT2-VbT2，上述预定时长ΔT＝T2-T1。
粘连判断单元13用于计算两次采样的压差变化值δV(δV＝ΔVT2-ΔVT1)，并在第一压差ΔVT1和第二压差ΔVT2的压差变化值δV(即δV＝ΔVT2-ΔVT1)大于指定阈值时确认直流接触器40粘连，否则确认直流接触器40正常。上述指定阈值可以为经过多次试验获得的值，也可以是通过特定数学模型计算获得的值。
上述高压用电设备接触器粘连检测系统，通过在执行直流接触器断开操作的前后，分别检测直流接触器40的前后端电压，并根据直流接触器前后端电压的变化率判断直流接触器是否粘连，可快速有效地确认直流接触器是否粘连。同时由于对电压采样装置的精度和准确度要求不高，可在不影响判断准确性的前提下大大降低整个系统的成本。
为提高判断的准确性，上述检测系统还可包括采样间隔预估单元，用于预估第二采样控制单元12的采样时间，即上述预定时长。采样间隔预估单元所预估的预定时长ΔTM满足以下计算式：ΔTM＝M×电压采样时间间隔，其中M为大于或等于10的常数，且预估的预定时长ΔTM小于高压用电设备下电要求时间的80％(一般高压用电设备会提供一个规格，即在发送下电请求后，要求在一定时间内完成下电，例如3s以内，ΔTM必须小于高压用电设备下电要求的时间的80％，否则检测系统将失去意义)。从而第二采样控制单元12可根据该采样间隔预估单元所预估的预定时长ΔTM，分别采样直流接触器前端电压VfT2和后端电压VbT2以获得第二压差ΔVT2。
为进一步提高判断的准确性，上述检测系统还可包括预估时间修正单元，以修正上述采样间隔预估单元所预估的第二采样控制单元12的采样时间。该预估时间修正单元用于根据高压用电设备在放电时的放电电压和放电时间的关系曲线(如图3所示，可根据需要存储在检测系统中)，获得预估的压差变化值δVN(该预估的压差变化值δVN＝10×电压采样分辨率)和预定时长ΔTM所对应的修正的预定时长ΔTN和修正的压差变化值δVM，并在预估的预定时长ΔTM>修正的预定时长ΔTN时以预估的预定时长ΔTM作为第二采样控制单元12进行采样的预定时长(此时预估的压差变化值δVN必然小于修正的压差变化值δVM)；在预估的预定时长ΔTM<修正的预定时长ΔTN时，以修正的预定时长ΔTN作为第二采样控制单元12进行采样的预定时长(此时预估的压差变化值δVN必然大于修正的压差变化值δVM)。
例如，当高压用电设备50在放电时的放电电压和放电时间的关系曲线为V＝a-bt时(其中a、b为常数)，则δV＝bΔT。将δVN、ΔTM分别代入上式，即可获得对应的ΔTN和δVM。
图4所示，本发明还提供一种高压用电设备接触器粘连检测方法，上述高压用电设备(可为阻容性负载)经由直流接触器连接到高压直流电源，且直流接触器的前端和后端分别具有电压采样装置(可采用低成本的低精度采样装置)。该方法包括以下步骤：
步骤S41：在接收到直流接触器断开指令时分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第一压差。
步骤S42：执行使直流接触器断开的动作。
步骤S43：在预定时长后分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第二压差。
步骤S44：判断第一压差和第二压差的压差变化值是否大于指定阈值，并在压差变化值大于指定阈值时执行步骤S45，否则执行步骤S46。
步骤S45：确认直流接触器粘连。
步骤S46：确认直流接触器未粘连。
为提高粘连判断的准确性，可在步骤S43之前预估预定时长，即预估采样获得第二压差的时间。该步骤中预估的预定时长ΔTM满足以下计算式：ΔTM＝M×电压采样时间间隔，其中M为大于或等于10的常数，且预估的预定时长ΔTM小于高压用电设备下电要求时间的80％；步骤S43中，在预估的预定时长ΔTM后再分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第二压差。
在预估预定时长后，可再对预估的预定时长ΔTM进行修正：根据高压用电设备在放电时的放电电压和放电时间的关系曲线，获得预估的压差变化值δVN(该预估的压差变化值δVN＝10×电压采样分辨率)和预估的预定时长ΔTM对应的修正的预定时长ΔTN和修正的压差变化值δVM；在预估的预定时长ΔTM>修正的预定时长ΔTN时，步骤S43中以预估的预定时长ΔTM作为预定时长分别采样直流接触器前端电压和后端的电压以获得第二压差；在预估的预定时长ΔTM<修正的预定时长ΔTN时，步骤S43中以修正的预定时长ΔTN作为预定时长分别采样直流接触器前端电压和后端的电压以获得第二压差。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种高压用电设备接触器粘连检测系统，所述高压用电设备经由直流接触器连接到高压直流电源，且所述直流接触器的前端和后端分别具有电压采样装置，其特征在于：所述检测系统包括第一采样控制单元、第二采样控制单元以及粘连判断单元，其中：所述第一采样控制单元，用于在接收到直流接触器断开指令时分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第一压差；所述第二采样控制单元，用于在断开所述直流接触器的操作达到预定时长后，分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第二压差；所述粘连判断单元，用于在所述第一压差和第二压差的压差变化值大于指定阈值时，确认所述直流接触器粘连；
所述检测系统包括采样间隔预估单元，用于预估预定时长，且预估的预定时长ΔTM满足以下计算式：ΔTM = M×电压采样时间间隔，其中M为大于或等于10的常数，且预估的预定时长ΔTM小于高压用电设备下电要求时间的80%；所述第二采样控制单元根据预估的预定时长ΔTM分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第二压差。
2.根据权利要求1所述的高压用电设备接触器粘连检测系统，其特征在于：所述检测系统包括预估时间修正单元；该预估时间修正单元，用于根据高压用电设备在放电时的放电电压和放电时间的关系曲线，获得预估的压差变化值δVN所对应的修正的预定时长ΔTN，所述预估的压差变化值δVN=10×电压采样分辨率，并在预估的预定时长ΔTM>修正的预定时长ΔTN时以预估的预定时长ΔTM作为第二采样控制单元进行采样的预定时长；在预估的预定时长ΔTM<修正的预定时长ΔTN时以修正的预定时长ΔTN作为第二采样控制单元进行采样的预定时长。
3.根据权利要求1所述的高压用电设备接触器粘连检测系统，其特征在于：所述高压用电设备为阻容性负载。
4.根据权利要求1所述的高压用电设备接触器粘连检测系统，其特征在于：所述电压采样装置为低精度采样装置。
5.一种高压用电设备接触器粘连检测方法，所述高压用电设备经由直流接触器连接到高压直流电源，且所述直流接触器的前端和后端分别具有电压采样装置，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
（a）在接收到直流接触器断开指令时分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第一压差；
（b）在断开所述直流接触器的操作达到预定时长后，分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第二压差；
（c）在所述第一压差和第二压差的压差变化值大于指定阈值时，确认所述直流接触器粘连；
所述步骤（b）之前包括：预估所述预定时长，且预估的预定时长ΔTM满足以下计算式：ΔTM = M×电压采样时间间隔，其中M为大于或等于10的常数，且预估的预定时长ΔTM小于高压用电设备下电要求时间的80%；
所述步骤（b）中根据预估的预定时长ΔTM分别采样直流接触器前端电压和后端电压以获得第二压差。
6.根据权利要求5所述的高压用电设备接触器粘连检测方法，其特征在于：所述方法还包括：
取预估的压差变化值δVN，所述预估的压差变化值δVN=10×电压采样分辨率；
根据高压用电设备在放电时的放电电压和放电时间的关系曲线，获得预估的压差变化值ΔVN对应的修正的预定时长ΔTN；
在预估的预定时长ΔTM>修正的预定时长ΔTN时，所述步骤（b）中以预估的预定时长ΔTM作为预定时长分别采样直流接触器前端电压和后端的电压以获得第二压差；在预估的预定时长ΔTM<修正的预定时长ΔTN时，所述步骤（b）中以修正的预定时长ΔTN作为预定时长分别采样直流接触器前端电压和后端的电压以获得第二压差。
7.根据权利要求5所述的高压用电设备接触器粘连检测方法，其特征在于：所述高压用电设备为阻容性负载。
8.根据权利要求5所述的高压用电设备接触器粘连检测方法，其特征在于：所述电压采样装置为低精度采样装置。
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