具有簧片繼電器的高壓互鎖回路（“hvil”）開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有簧片繼電器的高壓互鎖回路（HVIL）開關(guān)。提供用于車輛的高壓（HV）系統(tǒng)，并且其包括提供HV功率的HV源、低壓源、高壓互鎖回路（HVIL）開關(guān)和至少一個控制模塊。低壓源提供小于HV功率的低壓功率。HVIL開關(guān)與低壓源通信。HVIL開關(guān)包括簧片繼電器和磁性元件。磁性元件被選擇性地定位于距簧片繼電器在致動距離內(nèi)。當(dāng)磁性元件被定位于距簧片繼電器在致動距離內(nèi)時，HVIL開關(guān)處于通路條件，并且當(dāng)磁性元件被定位于距簧片繼電器在致動距離外時，HVIL開關(guān)處于斷路條件。所述至少一個控制模塊與HVIL開關(guān)通信并監(jiān)測HVIL開關(guān)。
【專利說明】具有簧片繼電器的高壓互鎖回路(“HVIL”)開關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的示例性實施例涉及車輛的高壓(HV)系統(tǒng)，更具體地涉及包括具有簧片繼電器的高壓互鎖回路(HVIL)開關(guān)的HV系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[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(yīng)高壓電源，例如可再充電電池組。為了保護(hù)以免于意外地通達(dá)到高壓(HV)部件(例如，AC馬達(dá)、功率變換器或者可再充電電池組)，可以提供高壓互鎖回路(HVIL)開關(guān)或者電路。HVIL開關(guān)可以由相對低壓功率充能，并被提供用來總體保護(hù)以防意外通達(dá)到HV部件。具體地，如果HVIL開關(guān)的電學(xué)特性經(jīng)歷任何表明可能通達(dá)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(guān)可以包括機(jī)電觸點(diǎn)，其用于表明可能通達(dá)到位于外殼內(nèi)的HV部件(例如，插腳或者機(jī)械微開關(guān))。為了在維修期間能夠通達(dá)到HV部件，將需要打開外殼。打開外殼會使得機(jī)電觸點(diǎn)易受灰塵、侵蝕或污染物的影響。而且，機(jī)電觸點(diǎn)也會易于被篡改。因此，期望的是提供一種HVIL開關(guān)，其具有增加的耐久性和可靠性，并且也具有增加的防篡改性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在本發(fā)明的一種示例性實施例中，提供一種用于車輛的高壓(HV)系統(tǒng)，其包括提供HV功率的HV源、低壓源、高壓互鎖回路(HVIL)開關(guān)和至少一個控制模塊。低壓源提供小于HV功率的低壓功率。HVIL開關(guān)與低壓源通信。HVIL開關(guān)包括簧片繼電器和磁性元件。磁性元件被選擇性地定位于距簧片繼電器在致動距離內(nèi)。當(dāng)磁性元件被定位于距簧片繼電器在致動距離內(nèi)時HVIL開關(guān)處于閉路/通路條件，并且當(dāng)磁性元件被定位于距簧片繼電器在致動距離外時HVIL開關(guān)處于開路/斷路條件。所述至少一個控制模塊與HVIL開關(guān)通信并監(jiān)測HVIL開關(guān)。如果探測到斷路條件則控制模塊發(fā)送信號來停用HV功率的供應(yīng)。
[0005]本發(fā)明還提供了以下技術(shù)方案。
[0006]方案1.一種用于車輛的高壓(HV)系統(tǒng),所述高壓系統(tǒng)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于所述HV功率；
與所述低壓源通信的高壓互鎖回路(HVIL)開關(guān)，所述高壓互鎖回路開關(guān)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于距所述簧片繼電器在致動距離內(nèi)，其中如果所述磁性元件被定位于距所述簧片繼電器在所述致動距離內(nèi)則所述HVIL開關(guān)處于通路條件，并且如果所述磁性元件被定位于距所述簧片繼電器在所述致動距離之外則所述HVIL開關(guān)處于斷路條件；
與所述HVIL開關(guān)通信的至少一個控制模塊，所述至少一個控制模塊監(jiān)測所述HVIL開關(guān)，并且如果探測到所述斷路條件則發(fā)送信號來停用HV功率的供應(yīng)。
[0007]方案2.如方案I所述的HV系統(tǒng)，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(tǒng)，其中所述HVIL開關(guān)位于所述至少一個HV裝置的外殼內(nèi)，并且其中所述磁性元件位于所述外殼的罩內(nèi)并且所述簧片繼電器位于所述外殼的主體內(nèi)。
[0009]方案4.如方案2所述的HV系統(tǒng)，其中所述至少一個HV裝置是功率變換器和AC馬達(dá)中的至少一者。
[0010]方案5.如方案I所述的HV系統(tǒng)，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(guān)，并且其中所述開關(guān)被用于將所述控制模塊選擇性地連接到所述HVIL開關(guān)。
[0011]方案6.如方案I所述的HV系統(tǒng)，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(tǒng)，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(tǒng)，其中所述HV功率是在從大約60伏特到大約1500伏特范圍內(nèi)的DC電壓。
[0014]方案9.如方案I所述的HV系統(tǒng)，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(tǒng)，其中所述低壓功率在從大約-60伏特到大約60伏特DC的范圍內(nèi)。
[0016]方案11.如方案I所述的HV系統(tǒng)，其中所述低壓功率小于大約30伏特AC RMS0
[0017]方案12.如方案I所述的HV系統(tǒng)，其中所述簧片繼電器被大體密閉地密封在封罩內(nèi)。
[0018]方案13.—種用于車輛的高壓(HV)系統(tǒng),所述高壓系統(tǒng)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于所述HV功率；
與所述低壓源通信的高壓互鎖回路(HVIL)開關(guān)，所述高壓互鎖回路開關(guān)包括:
位于所述外殼的所述主體內(nèi)的簧片繼電器；以及
被置于所述外殼的所述罩內(nèi)的磁性元件，其中所述磁性元件被選擇性地定位于距所述簧片繼電器在致動距離內(nèi)，其中如果所述磁性元件被定位于距所述簧片繼電器在所述致動距離內(nèi)則所述HVIL開關(guān)處于通路條件，并且如果所述磁性元件被定位于距所述簧片繼電器在所述致動距離之外則所述HVIL開關(guān)處于斷路條件；
與所述HVIL開關(guān)通信的至少一個控制模塊，所述至少一個控制模塊監(jiān)測所述HVIL開關(guān)，并且如果探測到所述斷路條件則發(fā)送信號來停用向所述至少一個HV裝置的HV功率供應(yīng)。
[0019]方案14.如方案13所述的HV系統(tǒng)，其中所述至少一個HV裝置是功率變換器和AC馬達(dá)中的至少一者。
[0020]方案15.如方案13所述的HV系統(tǒng)，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(guān)，并且其中所述開關(guān)被用于將所述控制模塊選擇性地連接到所述HVIL開關(guān)。
[0021]方案16.如方案13所述的HV系統(tǒng)，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(tǒng)，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(tǒng)，其中所述HV功率是在從大約60伏特到大約1500伏特范圍內(nèi)的DC電壓。
[0024]方案19.如方案13所述的HV系統(tǒng)，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(tǒng)，其中所述低壓功率在從大約_60伏特到大約60伏特DC的范圍內(nèi)。
[0026]當(dāng)結(jié)合附圖時從本發(fā)明的下述具體描述中將顯而易見到本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]其他特征、優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)借助于示例方式顯示于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是多個高壓互鎖回路(HVIL)開關(guān)的圖釋；
圖4是處于斷路條件的圖2所示HV裝置的圖釋；以及 圖5是處于通路條件的圖2所示HV裝置的圖釋。
【具體實施方式】
[0028]下述描述實質(zhì)上僅是示例性的并且不試圖限制本公開、其應(yīng)用或使用。如本文使用的，術(shù)語模塊是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或更多個軟件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(dāng)部件。
[0029]現(xiàn)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(jìn)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(nèi)燃發(fā)動機(jī)20和變速器22，該變速器22被離合器24選擇性地連接到發(fā)動機(jī)20。具體地，離合器24可以被用于將發(fā)動機(jī)20斷開于變速器22以允許通過替代能源(例如AC馬達(dá)30)實現(xiàn)車輛推進(jìn)。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包括但不限于AC馬達(dá)30和功率變換器32。高壓(HV)電源34被用于向AC馬達(dá)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(yīng)該理解也可以使用任意其他類型的電能或電化學(xué)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范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)范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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)給AC馬達(dá)30。具體地，包含HV導(dǎo)體的HV線路或線纜40被用于將HV電源34連接到功率變換器32和AC馬達(dá)30?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)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(dá)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(nèi)，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并且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(yīng)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(yīng)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也可以被用于裝納HV電源34。S卩，參考圖1-2 二者，可以提供三個不同外殼52以用于AC馬達(dá)30、功率變換器32和HV電源34中的每一個。
[0032]高壓互鎖回路(HVIL)開關(guān)60是外殼52的一部分。HVIL開關(guān)60通常產(chǎn)生指示出在維修期間HV裝置28和HV電源34被通達(dá)的信號。具體地，圖2示出了位于外殼52的主體54和部件罩56 二者內(nèi)的HVIL開關(guān)60。HVIL開關(guān)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(guān)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范圍的任意電壓，不過應(yīng)該理解，也可以使用其他電壓范圍。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(dá)到大約30 V AC RMS的任意電壓值。
[0033]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，示出了將多個HVIL開關(guān)60連接到彼此的HVIL電路66的圖釋(例如其中HVIL開關(guān)I對應(yīng)于HV電源34，HVIL開關(guān)2對應(yīng)于功率變換器32，并且HVIL開關(guān)3對應(yīng)于圖1所示AC馬達(dá)30)。參考圖1-3，低壓串行信號線70將HVIL開關(guān)60連接到彼此、連接到HVIL電源72 (圖1)并連接到控制模塊80。
[0034]控制模塊80與HVIL開關(guān)60中的每個(圖3所示)通信?？刂颇K80也與HVIL停用開關(guān)82 (圖1所示)通信。應(yīng)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(guān)82用作鎖定件并且用于選擇性停用通向HV裝置28的HV功率以允許維修。HVIL停用開關(guān)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(guān)82被用于將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(guān)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(fā)送停用信號至HV停用開關(guān)82以便停用通向功率變換器32和HV電源34的HV功率，并且HV停用開關(guān)82的內(nèi)部主觸頭(未示出)被打開。HV線纜40將放電到相對低壓水平，并且由功率變換器32執(zhí)行的電壓轉(zhuǎn)換被禁用。雖然圖1示出了作為單獨(dú)獨(dú)立部件的HV停用開關(guān)82，但應(yīng)該理解的是HV停用開關(guān)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(guān)S。開關(guān)S被用于將控制模塊80選擇性地連接到低壓串行信號線70和HVIL開關(guān)60，并且被用于診斷目的。在所示的實施例中，開關(guān)S是單刀單擲開關(guān)，不過應(yīng)該理解，開關(guān)S可以是任何類型的開關(guān)元件，例如晶體管。第一電阻元件Rl和第二電阻元件R2被用于限制通向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(yīng)于第一電阻元件Rl的第一電壓Vl和對應(yīng)于第二電阻元件R2的第二電壓V2被監(jiān)測并且指示出低壓信號線70的狀態(tài)(例如，斷路條件、通路條件或者短路條件)。應(yīng)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(guān)S，不過也可以使用其他方法來確定低壓信號線70的狀態(tài)。
[0037]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖4-5, HVIL開關(guān)60包括簧片繼電器62和磁性兀件64。磁性兀件64被選擇性地定位于距簧片繼電器62在致動距離A內(nèi)(圖5中示出)。磁性元件64可以是由磁性材料制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?；善^電器62可以包括一對細(xì)長磁性簧片86和88,其被裝納并大體密閉地密封在封罩90內(nèi)。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被用于將HVIL開關(guān)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，并且HVIL開關(guān)60處于斷路條件。現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5，如果磁性元件64被定位在致動距離A內(nèi)，則在簧片繼電器62內(nèi)感生磁場。磁場導(dǎo)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(guān)60內(nèi)產(chǎn)生通路條件?？刂颇K80被連接到低壓導(dǎo)線70以監(jiān)測HVIL開關(guān)60，并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(guān)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(dá)如圖1所示的HV裝置28(例如，AC馬達(dá)30、功率變換器32)或者HV電源34。磁性元件64位于部件罩56內(nèi)。因此，當(dāng)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被定位于距簧片繼電器62在致動距離A內(nèi)，從而在HVIL開關(guān)60內(nèi)產(chǎn)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不再被定位于距簧片繼電器62在致動距離A內(nèi)，因此在HVIL開關(guān)60內(nèi)產(chǎn)生斷路條件。在控制模塊80探測HVIL開關(guān)60內(nèi)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(fā)送停用信號至HVIL開關(guān)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(dāng)前可用的一些其他類型的HVIL開關(guān)相比時，如上所述的HVIL開關(guān)60提供增強(qiáng)防護(hù)以免受污染物的影響。這是因為一些類型的HVIL開關(guān)通常使用易受灰塵和侵蝕影響的機(jī)電觸點(diǎn)。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(nèi)。因此，磁性簧片86和88保持總體上不可滲透污染物。而且，因為磁性簧片86和88被大體密閉地密封，所以與機(jī)電觸點(diǎn)相比，磁性簧片86和88會更不易被篡改。
[0041]雖然已經(jīng)參考示例性實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解可以做出各種修改并且等價物可以代替其中的元件，而不背離本發(fā)明的范圍。此外，可以做出許多改型以便使得具體情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)而不背離其實質(zhì)性范圍。因此，本發(fā)明不試圖被限制于所公開的具體實施例，而是本發(fā)明將包括落入本申請范圍內(nèi)的所有實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于車輛的高壓(HV)系統(tǒng)，所述高壓系統(tǒng)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于所述HV功率； 與所述低壓源通信的高壓互鎖回路(HVIL)開關(guān)，所述高壓互鎖回路開關(guān)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于距所述簧片繼電器在致動距離內(nèi)，其中如果所述磁性元件被定位于距所述簧片繼電器在所述致動距離內(nèi)則所述HVIL開關(guān)處于通路條件，并且如果所述磁性元件被定位于距所述簧片繼電器在所述致動距離之外則所述HVIL開關(guān)處于斷路條件； 與所述HVIL開關(guān)通信的至少一個控制模塊，所述至少一個控制模塊監(jiān)測所述HVIL開關(guān)，并且如果探測到所述斷路條件則發(fā)送信號來停用HV功率的供應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的HV系統(tǒng)，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(quán)利要求2所述的HV系統(tǒng)，其中所述HVIL開關(guān)位于所述至少一個HV裝置的外殼內(nèi)，并且其中所述磁性元件位于所述外殼的罩內(nèi)并且所述簧片繼電器位于所述外殼的主體內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的HV系統(tǒng)，其中所述至少一個HV裝置是功率變換器和AC馬達(dá)中的至少一者。
5.如權(quán)利要求1所述的HV系統(tǒng)，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(guān)，并且其中所述開關(guān)被用于將所述控制模塊選擇性地連接到所述HVIL開關(guān)。
6.如權(quán)利要求1所述的HV系統(tǒng)，其中所述磁性元件是永磁體和電磁體中的一者。
7.如權(quán)利要求1所述的HV系統(tǒng)，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(quán)利要求1所述的HV系統(tǒng)，其中所述HV功率是在從大約60伏特到大約1500伏特范圍內(nèi)的DC電壓。
9.如權(quán)利要求1所述的HV系統(tǒng)，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。
10.一種用于車輛的高壓(HV)系統(tǒng)，所述高壓系統(tǒng)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于所述HV功率； 與所述低壓源通信的高壓互鎖回路(HVIL)開關(guān)，所述高壓互鎖回路開關(guān)包括: 位于所述外殼的所述主體內(nèi)的簧片繼電器；以及 被置于所述外殼的所述罩內(nèi)的磁性元件，其中所述磁性元件被選擇性地定位于距所述簧片繼電器在致動距離內(nèi)，其中如果所述磁性元件被定位于距所述簧片繼電器在所述致動距離內(nèi)則所述HVIL開關(guān)處于通路條件，并且如果所述磁性元件被定位于距所述簧片繼電器在所述致動距離之外則所述HVIL開關(guān)處于斷路條件； 與所述HVIL開關(guān)通信的至少一個控制模塊，所述至少一個控制模塊監(jiān)測所述HVIL開關(guān)，并且如果探測到所述斷路條件則發(fā)送信號來停用向所述至少一個HV裝置的HV功率供應(yīng)。
【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(yōu)先權(quán)日:2012年9月5日
【發(fā)明者】M.徳默勒, H.羅伊斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司