具有簧片繼電器的高壓互鎖迴路（「hvil」）開關的製作方法
2023-12-01 10:57:21 2
具有簧片繼電器的高壓互鎖迴路（「hvil」）開關的製作方法
【專利摘要】本發明涉及具有簧片繼電器的高壓互鎖迴路（HVIL）開關。提供用於車輛的高壓（HV）系統，並且其包括提供HV功率的HV源、低壓源、高壓互鎖迴路（HVIL）開關和至少一個控制模塊。低壓源提供小於HV功率的低壓功率。HVIL開關與低壓源通信。HVIL開關包括簧片繼電器和磁性元件。磁性元件被選擇性地定位於距簧片繼電器在致動距離內。當磁性元件被定位於距簧片繼電器在致動距離內時，HVIL開關處於通路條件，並且當磁性元件被定位於距簧片繼電器在致動距離外時，HVIL開關處於斷路條件。所述至少一個控制模塊與HVIL開關通信並監測HVIL開關。
【專利說明】具有簧片繼電器的高壓互鎖迴路(「HVIL」)開關
【技術領域】
[0001]本發明的示例性實施例涉及車輛的高壓(HV)系統，更具體地涉及包括具有簧片繼電器的高壓互鎖迴路(HVIL)開關的HV系統。
【背景技術】
[0002]可以向混合動力車輛、插電式混合動力車輛和電動車輛供應高壓電源，例如可再充電電池組。為了保護以免於意外地通達到高壓(HV)部件(例如，AC馬達、功率變換器或者可再充電電池組)，可以提供高壓互鎖迴路(HVIL)開關或者電路。HVIL開關可以由相對低壓功率充能，並被提供用來總體保護以防意外通達到HV部件。具體地，如果HVIL開關的電學特性經歷任何表明可能通達到HV部件的變化(例如，斷路條件)，則HV電源將與HV部件斷開。
[0003]HVIL開關可以包括機電觸點，其用於表明可能通達到位於外殼內的HV部件(例如，插腳或者機械微開關)。為了在維修期間能夠通達到HV部件，將需要打開外殼。打開外殼會使得機電觸點易受灰塵、侵蝕或汙染物的影響。而且，機電觸點也會易於被篡改。因此，期望的是提供一種HVIL開關，其具有增加的耐久性和可靠性，並且也具有增加的防篡改性。
【發明內容】
[0004]在本發明的一種示例性實施例中，提供一種用於車輛的高壓(HV)系統，其包括提供HV功率的HV源、低壓源、高壓互鎖迴路(HVIL)開關和至少一個控制模塊。低壓源提供小於HV功率的低壓功率。HVIL開關與低壓源通信。HVIL開關包括簧片繼電器和磁性元件。磁性元件被選擇性地定位於距簧片繼電器在致動距離內。當磁性元件被定位於距簧片繼電器在致動距離內時HVIL開關處於閉路/通路條件，並且當磁性元件被定位於距簧片繼電器在致動距離外時HVIL開關處於開路/斷路條件。所述至少一個控制模塊與HVIL開關通信並監測HVIL開關。如果探測到斷路條件則控制模塊發送信號來停用HV功率的供應。
[0005]本發明還提供了以下技術方案。
[0006]方案1.一種用於車輛的高壓(HV)系統,所述高壓系統包括:
提供HV功率的HV源；
提供低壓功率的低壓源，其中所述低壓功率小於所述HV功率；
與所述低壓源通信的高壓互鎖迴路(HVIL)開關，所述高壓互鎖迴路開關包括:
簧片繼電器；以及
磁性元件，所述磁性元件被選擇性地定位於距所述簧片繼電器在致動距離內，其中如果所述磁性元件被定位於距所述簧片繼電器在所述致動距離內則所述HVIL開關處於通路條件，並且如果所述磁性元件被定位於距所述簧片繼電器在所述致動距離之外則所述HVIL開關處於斷路條件；
與所述HVIL開關通信的至少一個控制模塊，所述至少一個控制模塊監測所述HVIL開關，並且如果探測到所述斷路條件則發送信號來停用HV功率的供應。
[0007]方案2.如方案I所述的HV系統，包括至少一個HV裝置，其中所述HV源將HV功率提供到所述至少一個HV裝置。
[0008]方案3.如方案2所述的HV系統，其中所述HVIL開關位於所述至少一個HV裝置的外殼內，並且其中所述磁性元件位於所述外殼的罩內並且所述簧片繼電器位於所述外殼的主體內。
[0009]方案4.如方案2所述的HV系統，其中所述至少一個HV裝置是功率變換器和AC馬達中的至少一者。
[0010]方案5.如方案I所述的HV系統，其中所述至少一個控制模塊包括第一電阻元件、第二電阻元件和開關，並且其中所述開關被用於將所述控制模塊選擇性地連接到所述HVIL開關。
[0011]方案6.如方案I所述的HV系統，其中所述磁性元件是永磁體和電磁體中的一者。
[0012]方案7.如方案I所述的HV系統，其中所述HV源包括鋰離子電池和鎳鎘電池中的一者。
[0013]方案8.如方案I所述的HV系統，其中所述HV功率是在從大約60伏特到大約1500伏特範圍內的DC電壓。
[0014]方案9.如方案I所述的HV系統，其中所述HV功率是在從大約30伏特到大約1000伏特均方根(RMS)的AC電壓。
[0015]方案10.如方案I所述的HV系統，其中所述低壓功率在從大約-60伏特到大約60伏特DC的範圍內。
[0016]方案11.如方案I所述的HV系統，其中所述低壓功率小於大約30伏特AC RMS0
[0017]方案12.如方案I所述的HV系統，其中所述簧片繼電器被大體密閉地密封在封罩內。
[0018]方案13.—種用於車輛的高壓(HV)系統,所述高壓系統包括:
包括外殼的至少一個HV裝置,所述外殼包括主體和罩；
HV源，所述HV源將HV功率提供到所述至少一個HV裝置；
提供低壓功率的低壓源，其中所述低壓功率小於所述HV功率；
與所述低壓源通信的高壓互鎖迴路(HVIL)開關，所述高壓互鎖迴路開關包括:
位於所述外殼的所述主體內的簧片繼電器；以及
被置於所述外殼的所述罩內的磁性元件，其中所述磁性元件被選擇性地定位於距所述簧片繼電器在致動距離內，其中如果所述磁性元件被定位於距所述簧片繼電器在所述致動距離內則所述HVIL開關處於通路條件，並且如果所述磁性元件被定位於距所述簧片繼電器在所述致動距離之外則所述HVIL開關處於斷路條件；
與所述HVIL開關通信的至少一個控制模塊，所述至少一個控制模塊監測所述HVIL開關，並且如果探測到所述斷路條件則發送信號來停用向所述至少一個HV裝置的HV功率供應。
[0019]方案14.如方案13所述的HV系統，其中所述至少一個HV裝置是功率變換器和AC馬達中的至少一者。
[0020]方案15.如方案13所述的HV系統，其中所述至少一個控制模塊包括第一電阻元件、第二電阻元件和開關，並且其中所述開關被用於將所述控制模塊選擇性地連接到所述HVIL開關。
[0021]方案16.如方案13所述的HV系統，其中所述磁性元件是永磁體和電磁體中的一者。
[0022]方案17.如方案13所述的HV系統，其中所述HV源包括鋰離子電池和鎳鎘電池中
的一者。
[0023]方案18.如方案13所述的HV系統，其中所述HV功率是在從大約60伏特到大約1500伏特範圍內的DC電壓。
[0024]方案19.如方案13所述的HV系統，其中所述HV功率是在從大約30伏特到大約1000伏特均方根(RMS)的AC電壓。
[0025]方案20.如方案13所述的HV系統，其中所述低壓功率在從大約_60伏特到大約60伏特DC的範圍內。
[0026]當結合附圖時從本發明的下述具體描述中將顯而易見到本發明的上述特徵和優點以及其他特徵和優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]其他特徵、優點和細節藉助於示例方式顯示於實施例的下述具體描述中，具體描述參考附圖，附圖中:
圖1是具有至少一個高壓(HV)裝置的車輛的示例性圖釋；
圖2是圖1所示的HV裝置的圖釋；
圖3是多個高壓互鎖迴路(HVIL)開關的圖釋；
圖4是處於斷路條件的圖2所示HV裝置的圖釋；以及 圖5是處於通路條件的圖2所示HV裝置的圖釋。
【具體實施方式】
[0028]下述描述實質上僅是示例性的並且不試圖限制本公開、其應用或使用。如本文使用的，術語模塊是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執行一個或更多個軟體或固件程序的處理器(共享、專用或成組)以及存儲器、組合邏輯電路和/或提供上述功能的其他適當部件。
[0029]現在參考圖1，示例性實施例涉及車輛10，該車輛10是高壓推進的車輛，例如，混合動力車輛、插電式混合動力車輛或者電動車輛。在一種實施例中，車輛10可以包括內燃發動機20和變速器22，該變速器22被離合器24選擇性地連接到發動機20。具體地，離合器24可以被用於將發動機20斷開於變速器22以允許通過替代能源(例如AC馬達30)實現車輛推進。車輛10包括被高壓(HV)功率供電的各種高壓(HV)裝置28。在如圖1所示的示例性實施例中，HV裝置28包括但不限於AC馬達30和功率變換器32。高壓(HV)電源34被用於向AC馬達30提供HV功率。
[0030]HV電源34可以是例如一個或更多個可再充電電池。例如，可再充電電池可以是鎳鎘或鋰離子電池，不過應該理解也可以使用任意其他類型的電能或電化學能存儲裝置。在一種實施例中，高壓通常被定義成具有從大約60伏特到大約1500伏特DC範圍的工作電壓的任意電氣部件或電路。替代性地，高壓通常也可以被定義成具有在大約30伏特和大約1000伏特AC均方根(RMS)範圍的最大工作電壓的任意電氣部件或電路。具體地，在一種實施例中，可以由ISO 6469-3標準來定義高壓。
[0031]從HV電源34通過功率變換器32將HV功率供應給AC馬達30。具體地，包含HV導體的HV線路或線纜40被用於將HV電源34連接到功率變換器32和AC馬達30。現在轉向圖2，示出了圖1所示的HV裝置中的一個裝置(例如AC馬達30或功率變換器32)的示意圖釋。在如圖2所示的示例性實施例中，使用一對線纜索頭50 (也被稱為線纜接頭)將HV線纜40連接到HV裝置28。HV裝置28通常被裝納在外殼52內，該外殼52具有主體54和維修蓋或部件罩56。在所示實施例中，通過外殼52的主體54饋送HV線纜40並且HV線纜40通過母線條或印刷電路板(PCB)(未示出)被連接到HV裝置28。應該注意，雖然圖2示出了電纜索頭50，不過也可以使用其他方法來將HV線纜40連接到HV裝置28。還應該注意到，雖然圖2示出了 HV裝置28，不過在一種實施例中外殼52也可以被用於裝納HV電源34。S卩，參考圖1-2 二者，可以提供三個不同外殼52以用於AC馬達30、功率變換器32和HV電源34中的每一個。
[0032]高壓互鎖迴路(HVIL)開關60是外殼52的一部分。HVIL開關60通常產生指示出在維修期間HV裝置28和HV電源34被通達的信號。具體地，圖2示出了位於外殼52的主體54和部件罩56 二者內的HVIL開關60。HVIL開關60包括簧片繼電器62和磁性元件64 (圖4-5中更加具體地示出)。HVIL電源72 (圖1中示出)提供相對低壓電源到HVIL開關60。在一種示例性方法中，HVIL電源72可以是輔助電源，例如，12伏特鉛酸電池。在一種實施例中，低壓通常被定義為從大約-60伏特到大約60伏特DC範圍的任意電壓，不過應該理解，也可以使用其他電壓範圍。而且，在替代性方法中，也可以使用AC電壓，其中低壓可以是達到大約30 V AC RMS的任意電壓值。
[0033]現在轉向圖3，示出了將多個HVIL開關60連接到彼此的HVIL電路66的圖釋(例如其中HVIL開關I對應於HV電源34，HVIL開關2對應於功率變換器32，並且HVIL開關3對應於圖1所示AC馬達30)。參考圖1-3，低壓串行信號線70將HVIL開關60連接到彼此、連接到HVIL電源72 (圖1)並連接到控制模塊80。
[0034]控制模塊80與HVIL開關60中的每個(圖3所示)通信。控制模塊80也與HVIL停用開關82 (圖1所示)通信。應該注意，雖然示出了單個控制模塊80，不過還可以使用各種控制模塊或子模塊。例如，在一種方法中，控制模塊80也可以與主控制模塊(未示出)通f目。
[0035]HVIL停用開關82用作鎖定件並且用於選擇性停用通向HV裝置28的HV功率以允許維修。HVIL停用開關82與控制模塊80和HV電源34通信。具體地，在如圖1所示的實施例中，HVIL停用開關82被用於將HV電源34連接到功率變換器32。在控制模塊80探測到通過HVIL開關60之一的斷路條件的情況下，控制模塊80 (或者主控制模塊，其沒有被示出)發送停用信號至HV停用開關82以便停用通向功率變換器32和HV電源34的HV功率，並且HV停用開關82的內部主觸頭(未示出)被打開。HV線纜40將放電到相對低壓水平，並且由功率變換器32執行的電壓轉換被禁用。雖然圖1示出了作為單獨獨立部件的HV停用開關82，但應該理解的是HV停用開關82也可以是HV電源34的一體部分。
[0036]在如圖3所示的示例中，控制模塊80可以包括第一電阻元件Rl和第二電阻元件R2以及開關S。開關S被用於將控制模塊80選擇性地連接到低壓串行信號線70和HVIL開關60，並且被用於診斷目的。在所示的實施例中，開關S是單刀單擲開關，不過應該理解，開關S可以是任何類型的開關元件，例如電晶體。第一電阻元件Rl和第二電阻元件R2被用於限制通向HVIL電路66的電流，以及確定是否存在短路或斷路條件。具體地，對應於第一電阻元件Rl的第一電壓Vl和對應於第二電阻元件R2的第二電壓V2被監測並且指示出低壓信號線70的狀態(例如，斷路條件、通路條件或者短路條件)。應該注意，雖然圖3示出了第一電阻元件RU第二電阻元件R2和開關S，不過也可以使用其他方法來確定低壓信號線70的狀態。
[0037]現在轉向圖4-5, HVIL開關60包括簧片繼電器62和磁性兀件64。磁性兀件64被選擇性地定位於距簧片繼電器62在致動距離A內(圖5中示出)。磁性元件64可以是由磁性材料製成的任何元件或者是具有磁性特性的任何元件，例如永磁體或電磁體。簧片繼電器62可以包括一對細長磁性簧片86和88,其被裝納並大體密閉地密封在封罩90內。磁性簧片86和88被連接到低壓串行信號線70。低壓串行信號線70通過控制模塊80 (圖3中示出)被連接到HVIL電源72 (圖1中示出)。具體地，低壓信號連接件92被用於將HVIL開關60連接到控制模塊80。
[0038]參考圖4，如果磁性元件64被定位在致動距離A之外，則磁性簧片86和88總體上彼此分開，並且HVIL開關60處於斷路條件。現在轉向圖5，如果磁性元件64被定位在致動距離A內，則在簧片繼電器62內感生磁場。磁場導致磁性簧片86和88彼此吸引以使得磁性簧片86和88彼此接觸。如果磁性簧片86和88彼此接觸，則HVIL開關60內產生通路條件。控制模塊80被連接到低壓導線70以監測HVIL開關60，並且確定是否存在斷路條件或短路條件(例如通過如圖3所示的第一電阻元件R1、第二電阻元件R2和開關S)。
[0039]從外殼52的主體54可選擇性地移除部件罩56。因此，在維修期間，操作員可以移除外殼52的部件罩56以便能夠通達如圖1所示的HV裝置28(例如，AC馬達30、功率變換器32)或者HV電源34。磁性元件64位於部件罩56內。因此，當部件罩56如圖5所示被固定到外殼52的主體54時，磁性元件64被定位於距簧片繼電器62在致動距離A內，從而在HVIL開關60內產生通路條件。然而，如果部件罩56被移除(例如在維修期間)，則磁性元件64不再被定位於距簧片繼電器62在致動距離A內，因此在HVIL開關60內產生斷路條件。在控制模塊80探測HVIL開關60內的斷路條件的情況下，控制模塊80 (或者主控制模塊，其沒有被示出)發送停用信號至HVIL開關82 (圖1中示出)以便停用通向功率變換器32和HV電源34的HV功率(圖1中示出)。
[0040]在與當前可用的一些其他類型的HVIL開關相比時，如上所述的HVIL開關60提供增強防護以免受汙染物的影響。這是因為一些類型的HVIL開關通常使用易受灰塵和侵蝕影響的機電觸點。相比之下，簧片繼電器62 (如圖4-5中示出)被大體密閉地密封在封罩90內。因此，磁性簧片86和88保持總體上不可滲透汙染物。而且，因為磁性簧片86和88被大體密閉地密封，所以與機電觸點相比，磁性簧片86和88會更不易被篡改。
[0041]雖然已經參考示例性實施例描述了本發明，但是本領域技術人員將理解可以做出各種修改並且等價物可以代替其中的元件，而不背離本發明的範圍。此外，可以做出許多改型以便使得具體情況或材料適應本發明的教導而不背離其實質性範圍。因此，本發明不試圖被限制於所公開的具體實施例，而是本發明將包括落入本申請範圍內的所有實施例。
【權利要求】
1.一種用於車輛的高壓(HV)系統，所述高壓系統包括: 提供HV功率的HV源； 提供低壓功率的低壓源，其中所述低壓功率小於所述HV功率； 與所述低壓源通信的高壓互鎖迴路(HVIL)開關，所述高壓互鎖迴路開關包括: 簧片繼電器；以及 磁性元件，所述磁性元件被選擇性地定位於距所述簧片繼電器在致動距離內，其中如果所述磁性元件被定位於距所述簧片繼電器在所述致動距離內則所述HVIL開關處於通路條件，並且如果所述磁性元件被定位於距所述簧片繼電器在所述致動距離之外則所述HVIL開關處於斷路條件； 與所述HVIL開關通信的至少一個控制模塊，所述至少一個控制模塊監測所述HVIL開關，並且如果探測到所述斷路條件則發送信號來停用HV功率的供應。
2.如權利要求1所述的HV系統，包括至少一個HV裝置，其中所述HV源將HV功率提供到所述至少一個HV裝置。
3.如權利要求2所述的HV系統，其中所述HVIL開關位於所述至少一個HV裝置的外殼內，並且其中所述磁性元件位於所述外殼的罩內並且所述簧片繼電器位於所述外殼的主體內。
4.如權利要求2所述的HV系統，其中所述至少一個HV裝置是功率變換器和AC馬達中的至少一者。
5.如權利要求1所述的HV系統，其中所述至少一個控制模塊包括第一電阻元件、第二電阻元件和開關，並且其中所述開關被用於將所述控制模塊選擇性地連接到所述HVIL開關。
6.如權利要求1所述的HV系統，其中所述磁性元件是永磁體和電磁體中的一者。
7.如權利要求1所述的HV系統，其中所述HV源包括鋰離子電池和鎳鎘電池中的一者。
8.如權利要求1所述的HV系統，其中所述HV功率是在從大約60伏特到大約1500伏特範圍內的DC電壓。
9.如權利要求1所述的HV系統，其中所述HV功率是在從大約30伏特到大約1000伏特均方根(RMS)的AC電壓。
10.一種用於車輛的高壓(HV)系統，所述高壓系統包括: 包括外殼的至少一個HV裝置,所述外殼包括主體和罩； HV源，所述HV源將HV功率提供到所述至少一個HV裝置； 提供低壓功率的低壓源，其中所述低壓功率小於所述HV功率； 與所述低壓源通信的高壓互鎖迴路(HVIL)開關，所述高壓互鎖迴路開關包括: 位於所述外殼的所述主體內的簧片繼電器；以及 被置於所述外殼的所述罩內的磁性元件，其中所述磁性元件被選擇性地定位於距所述簧片繼電器在致動距離內，其中如果所述磁性元件被定位於距所述簧片繼電器在所述致動距離內則所述HVIL開關處於通路條件，並且如果所述磁性元件被定位於距所述簧片繼電器在所述致動距離之外則所述HVIL開關處於斷路條件； 與所述HVIL開關通信的至少一個控制模塊，所述至少一個控制模塊監測所述HVIL開關，並且如果探測到所述斷路條件則發送信號來停用向所述至少一個HV裝置的HV功率供應。
【文檔編號】B60L3/00GK103660953SQ201310399318
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月5日 優先權日:2012年9月5日
【發明者】M.徳默勒, H.羅伊斯 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司