CN114384412A - 一种接触器寿命预测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种接触器寿命预测系统，其包括包括高压输入端、主电路、输出端分压采样电路、控制电路、控制端以及高压输出端；高压输入端与外部接触器电气连接；主电路包括主电路电流传感器；控制电路包括AD转换器，光电隔离器，MCU和DC/DC；控制端包括通信口与电源口；MCU包括一种接触器寿命预测算法，能根据采集的电流值以及电压值，进而预测接触器寿命余量；控制端用于与MCU的通信以及连接于整车控制器VCU；该接触器寿命预测系统通过对接触器寿命余量的预测，能够提前预测或预警，进而防止接触器使用过温等安全问题。

Description

一种接触器寿命预测系统

技术领域

本发明设计涉及电动汽车高压接触器技术领域，具体的说，涉及电动汽车高压接触器寿命预测系统以及电动汽车高压接触器寿命预测算法。

背景技术

参考下面的图1的接触器寿命图。

图1中曲线依次为不同电压下，电流和接触器使用次数的曲线图。接触器使用次数与电流、电压相关，且随电压电流的增大，使用次数逐渐减少。

在电动车辆中，高压接触器通常置于主回路中，起着接通或断开直流电源与用电设备的作用，因此高压接触器的损坏或者失效会严重威胁到驾驶人员和整体车辆的安全。

现有技术中常通过采集一段时间内的温度、电压值、电阻、电流值或容性负载状态并与历史经验变化量对比以实现高压接触器工作状态的检测,然而，这种方式需要基于的历史经验变化量，若历史经验变化量中存在误差将相应导致后续状态检测出现误判，无法快速且准确地获取高压接触器的工作状态,无法对高压接触器的寿命终结进行提前预测或预警，进而导致高压接触器使用过温等问题。

例如，中国专利 CN 107728049 A描述了一种接触器寿命预测方法，通过判断触电之间的电压、触电的温度、触电通断次数等数据判断，当检测数据出现异常时便会报警。

中国专利 CN 204575682 U描述了一种电梯用接触器寿命测试装置，通过测试装置中计数器统计接触器运行次数，进而判断接触器性能是否完好。

中国专利 CN 112305415 A描述了一种高压接触器寿命实时监测方法及系统，通过高压接触器的标准电阻值、第一接触器的电阻值、第二接触器的电阻值进行判断接触器的使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对如上所述接触器寿命预测问题，提供了一种接触器寿命预测系统，通过该系统可以预测接触器剩余寿命并预警。

本发明另要解决的技术问题在于，针对如上所述接触器寿命预测问题，提供了一种接触器寿命预测算法，通过该算法计算接触器剩余寿命余量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种接触器寿命预测系统，其包括：高压输入端；高压输出端；主电路，其中所述的主电路包括：电流传感器；控制电路，其中所述的控制电路包括：AD转换器、DC/DC转换器、光电隔离器以及MCU；输出端分压采样电路，其中所述的输出端分压采样电路包括分压采样电阻R1以及分压采样电阻R2;控制端，其中所述的控制端包括通信口以及电源口。

具体的，所述高压输入端作为接触器寿命预测系统的电能输入，包括正极和负极两个端子；所述高压输入端与外部预测接触器电气连接。

具体的，所述高压输出端作为接触器寿命预测系统的电能输出，包括正极和负极两个端子。

具体的，所述主电路电流传感器与外部预测接触器电气连接；所述主电路电流传感器用于检测流过所述接触器的电流，并将采集的数据发送给AD转换器。

具体的，输出端分压采样电路包括分压电阻R1、R2，分压电阻R1的一端分压电阻R2连接，另一端与高压输出端正极连接；分压电阻R2另一端与高压输出端负极连接；所述输出端分压采样电路采集分压电路R2与高压输出端之间的电压。

具体的，所述的AD转换器的AD1端口连接于主电路电流传感器，AD2端口连接于输出端分压采样电路R1与R2之间，A_GND端口与高压输入端的负极连接，SPI口与光电隔离器连接。通过该连接所述的AD转换器可以采集AD1口与A_GND端口之间的电压，AD2口与A_GND端口之间的电压，AD转换器的电源口与DC/ DC连接；

所述的光电隔离器的一端与AD转换器的SPI口连接，另外一端与MCU的SPI口连接，用于实现AD转换器和MCU之间的SPI隔离通信；

所述的DC/DC一端与AD转换器的电源口连接，另外一端与控制端连接。

进一步的，所述AD转换器将采集到的模拟信号转换为数字信号经过光电隔离器发送给MCU。

进一步的，MCU可以是单片机，DSP或者PLC等控制器，所述的电源口和通信口与控制端口连接。

特别的，所述MCU包括一接触器寿命预测算法，用于计算接触器寿命，其具体的步骤如下：

第一步：控制器中存入变量M_L,M_L=10000000, a1=-1~-2;a2=0.010~0.014;a3=0.0020~0.0030;a4=0.0030~0.0050;a5=-4~-2; 设定最大关断电流为II（本参数与整个产品出厂时要求的可关断电流密切相关，比如电动车的额定最大关断电流一般200A，这里该值就取200A，每个厂家每个产品出厂时该值是不完全一样的）

第二步：AD转换器将采集到的电压信号与电流信号传输给控制器；

第二步：当控制器接收到断开指令时，在控制器内部将AD转换器采集的电压信号记录为V1、电流信号记录为I1；

第四步：计算关断消耗量： T_L=a1* I1+a2* I12+a3* I1* V1 + a4* V1+a5*V12；

第五步：计算剩余量：M_L= M_L -T_L；

第六步：计算安全余量：T_r=a1* II+a2* II2+a3* II* V1 + a4* V1+a5* V12；

第七步：如果：M_L> T_r,正输入正常信号，反之预告寿命不足。

具体的，控制端包括通信口和电源口，其中通信口与MCU的通信口连接于VCU，电源口与DC/DC连接用于接触器寿命预测系统的供电。

具体的，控制器控制步骤：

步骤一：VCU发出接触器闭合指令时，控制器采集接触器电压电流数值；

步骤二：控制器根据采集的电压电流数值计算接触器的寿命余量；

步骤三：控制器将计算的寿命余量反馈给VCU，余量过低时进行报警。

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中。

图1是现有接触器寿命图。

图2是根据本发明的接触器寿命预测系统结构图。

图3是根据本发明的接触器寿命预测系统流程图。

图4是根据图1的图形，获得的该厂家的接触器寿命表。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实例对对本发明作进一步说明。

请参阅图2，为根据本接触器寿命预测系统结构图。如图2所示，该实施例提供的接触器寿命预测系统包括：高压输入端、高压输出端、主电路、控制电路、输出端分压采样电路以及控制端。

具体的，高压输入端作为接触器寿命预测系统的电能输入，包括正极和负极两个端子，其中高压输入端与外部预测接触器电气连接；高压输出端作为接触器寿命预测系统的电能输出，包括正极和负极两个端子；主电路包括主电路电流传感器，主电路电流传感器与外部预测接触器电气连接，主电路电流传感器用于检测流过所述接触器的电流，并将采集的数据发送给AD转换器。输出端分压采样电路包括分压电阻R1、R2，分压电阻R1的一端分压电阻R2连接，另一端与高压输出端正极连接；分压电阻R2另一端与高压输出端负极连接；输出端分压采样电路采集分压电路R2两端电压。其中，控制电路包括：AD转换器、DC/DC转换器、光电隔离器以及MCU；AD转换器的AD1端口连接于主电路电流传感器，AD2端口连接于输出端分压采样电路R1与R2之间，A_GND端口与高压输入端的负极连接，SPI口与光电隔离器连接。通过该连接所述的AD转换器可以采集AD1口与A_GND端口之间的电压，AD2口与A_GND端口之间的电压，AD转换器的电源口与DC/ DC连接；光电隔离器的一端与AD转换器的SPI口连接，另外一端与MCU的SPI口连接，用于实现AD转换器和MCU之间的SPI隔离通信；DC/DC一端与AD转换器的电源口连接，另外一端与控制端连接。其中控制端包括通信口以及电源口。

具体的，AD转换器采集到的模拟信号转换为数字信号经过光电隔离器发送给MCU。

具体的，MCU通过计算，获得接触器两端电压V1，流经接触器的电流值I1。

具体的，MCU可以是单片机，DSP或者PLC等控制器，所述的电源口和通信口与控制端口连接。

具体的，控制端的通信口与MCU的通信口连接于VCU，电源口与DC/DC连接用于接触器寿命预测系统的供电。

具体的，当整车VCU发出接触器闭合指令时，MCU采集电流值I1、电压值V1。MCU计算关断消耗量，T_L=a1* I1+a2* I12+a3* I1* V1 + a4* V1+a5* V12，以及接触器剩余量，M_L= M_L -T_L。根据电动车最大关断电流，可以设置最大的安全余量，T_r=a1* II+a2* II2+a3* II* V1 + a4* V1+a5* V12。判断安全余量T_r与M_L大小，当接触器余量小于安全余量时，则接触器寿命不足，发出警报并反馈给VCU。

具体的，MCU包括一接触器寿命预测算法，用于计算接触器寿命，其具体的步骤如下：

第一步：控制器中存入变量M_L,M_L=10000000, a1=-1~-2;a2=0.010~0.014;a3=0.0020~0.0030;a4=0.0030~0.0050;a5=-4~-2; 设定最大关断电流为II（本参数与整个产品出厂时要求的可关断电流密切相关，比如电动车的额定最大关断电流一般200A，这里该值就取200A，每个厂家每个产品出厂时该值是不完全一样的）

第二步：AD转换器将采集到的电压信号与电流信号传输给控制器；

第二步：当控制器接收到断开指令时，在控制器内部将AD转换器采集的电压信号记录为V1、电流信号记录为I1；

第四步：计算关断消耗量： T_L=a1* I1+a2* I12+a3* I1* V1 + a4* V1+a5*V12；

第五步：计算剩余量：M_L= M_L -T_L；

第六步：计算安全余量：T_r=a1* II+a2* II2+a3* II* V1 + a4* V1+a5* V12；

第七步：如果：M_L> T_r,正输入正常信号，反之预告寿命不足。

特别的，接触器消耗计算公式推导如下：

设定X为电流，与Y为电压，z为使用次数，预设接触器寿命某个物质为m=10000000;

拟合关系1

采用线性代数最小二乘法估算a的值

X={10;50;100;200;300;400;500;600;700;800}

Y={ 900，600，400}

Z=

{

60000 100000 100000

15000 20000 30000

2000 10000 16000

190 900 3500

32 180 800

12 45 150

4 22 110

2 11 56

1 6 30

1 3 20

}

根据X,Y,Z的值计算

=

600000 6000000 540000000 54000000 48600000000.0000

750000 37500000 675000000 13500000 12150000000.0000

200000 20000000 180000000 1800000 1620000000.00000

38000 7600000 34200000 171000 153900000

9600 2880000 8640000 28800 25920000

4800 1920000 4320000 10800 9720000

2000 1000000 1800000 3600 3240000

1200 720000 1080000 1800 1620000

700 490000 630000 900 810000

800 640000 720000 900 810000

1000000 10000000 600000000 60000000 36000000000.0000

1000000 50000000 600000000 12000000 7200000000.00000

1000000 100000000 600000000 6000000 3600000000.00000

180000 36000000 108000000 540000 324000000

54000 16200000 32400000 108000 64800000

18000 7200000 10800000 27000 16200000

11000 5500000 6600000 13200 7920000

6600 3960000 3960000 6600 3960000

4200 2940000 2520000 3600 2160000

2400 1920000 1440000 1800 1080000

1000000 10000000 400000000 40000000 16000000000.0000

1500000 75000000 600000000 12000000 4800000000.00000

1600000 160000000 640000000 6400000 2560000000.00000

700000 140000000 280000000 1400000 560000000

240000 72000000 96000000 320000 128000000

60000 24000000 24000000 60000 24000000

55000 27500000 22000000 44000 17600000

33600 20160000 13440000 22400 8960000

21000 14700000 8400000 12000 4800000

16000 12800000 6400000 8000 3200000

经过计算得到：

a1=-20.3742891740104

a2=0.160761607730089

a3=0.0286771824875426

a4=0.619240856720865

a5=-0.000605018400735544

根据以上拟合值取a1=-21~-18;a2=0.010~0.2;a3=0.0020~0.1030;a4=0.4~0.6;a5=0~-0.1~-2。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (9)

1.一种接触器寿命预测系统，其特征在于，包括高压输入端、主电路、输出端分压采样电路、控制电路、控制端以及高压输出端；

所述的主电路连接于所述高压输入端和所述高压输出端之间；所述的输出端分压采样电路与分别与高压输出端的正负极端子连接;所述的控制电路与主电路、输出端分压采样电路和控制端电气连接；

一种接触器寿命预测系统，其特征还包括一种寿命预测方法：

步骤一：VCU发出接触器闭合指令时，控制器采集接触器电压电流数值；

步骤二：控制器根据采集的电压电流数值计算接触器的寿命余量；

步骤三：控制器将计算的寿命余量反馈给VCU，余量过低时进行报警。

2.根据权利要求1所述的接触器寿命预测系统，其特征在于，所述高压输入端作为接触器寿命预测系统的电能输入，包括正极和负极两个端子；所述高压输出端作为接触器寿命预测系统的电能输出，包括正极和负极两个端子。

3.根据权利要求2所述的接触器寿命预测系统，其特征在于，所述高压输入端与外部直流接触器电气连接。

4.根据权利要求1所述的接触器寿命预测系统，其特征在于，主电路包括主电路电流传感器，主电路电流传感器与所述外部直流接触器电气连接。

5.根据权利要求1所述的接触器寿命预测系统，其特征在于，输出端分压采样电路包括分压电阻R1、R2，分压电阻R1的一端分压电阻R2连接，另一端与高压输出端正极连接，分压电阻R2另一端与高压输出端负极连接。

6.根据权利要求1所述的接触器寿命预测系统，其特征在于，控制电路包括 AD转换器，光电隔离器，MCU和DC/DC；

所述的AD转换器的AD1端口连接于主电路电流传感器，AD2端口连接于输出端分压采样电路R1与R2之间，A_GND端口与高压输入端的负极连接，SPI口与光电隔离器连接；通过该连接所述的AD转换器可以采集AD1口与A_GND端口之间的电压，AD2口与A_GND端口之间的电压，AD转换器的电源口与DC/ DC连接；

所述的光电隔离器的一端与AD转换器的SPI口连接，另外一端与MCU的SPI口连接，用于实现AD转换器和MCU之间的隔离通信；

所述的DC/DC一端与AD转换器的电源口连接，另外一端与控制端连接。

7.根据权利要求6所述的接触器寿命预测系统，MCU可以是单片机，DSP或者PLC等控制器，所述的电源口和通信口与控制端连接。

8.根据权利要求1所述的接触器寿命预测系统，其特征在于，控制端包括通信口和电源口，其中通信口与MCU的通信口连接于VCU，电源口与DC/DC连接，用于接触器寿命预测系统的供电。

9.根据权利要求1所述的接触器寿命预测系统，其特征在于包括一寿命预测算法，用于计算接触器寿命余量，该算法运行在MCU中，具体步骤如下：

第一步：控制器中存入变量M_L,M_L=10000000, a1=-1~-2;a2=0.010~0.014;a3=0.0020~0.0030;a4=0.0030~0.0050;a5=-4~-2; 设定最大关断电流为II（本参数与整个产品出厂时要求的可关断电流密切相关，比如电动车的额定最大关断电流一般200A，这里该值就取200A，每个厂家每个产品出厂时该值是不完全一样的）；

第二步：AD转换器将采集到的电压信号与电流信号传输给控制器；

第三步：当控制器接收到接触器闭合指令时，在控制器内部将AD转换器采集的电压信号记录为V1、电流信号记录为I1；

第四步：计算关断消耗量： T_L=a1* I1+a2* I12+a3* I1* V1 + a4* V1+a5* V12；

第五步：计算剩余量：M_L= M_L -T_L；

第六步：计算安全余量：T_r=a1* II+a2* II2+a3* II* V1 + a4* V1+a5* V12；

第七步：如果：M_L> T_r,输入正常信号，反之预告寿命不足。

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