專利名稱：接觸器健康監(jiān)測電路和方法
接觸器健康監(jiān)測電路和方法相關(guān)申請案的交叉引用本申請案主張以下美國臨時專利申請案的益處，以下專利申請案以引用的方式全部并入本文申請于 2010 年 4 月 19 日、Albert Flack 的標題為 “CONTACTOR HEALTHM0NIT0RCIRCUIT”的美國臨時申請案第61/325，791號。
背景技術(shù)：
電動車輛現(xiàn)可使用公用電源和高安培電流充電。因此，即使在線路中的小的電阻也可能是低效的或可產(chǎn)生大量的熱，如此將造成嚴重的危害。所需要的是一種監(jiān)測充電電 路以降低過熱的可能性，并且改進電路效率的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
在一實施中，提供一種用于決定接觸器健康的方法，所述方法包括測量在接觸器的初級側(cè)上且在接觸器的次級側(cè)上的第一公用線電壓和第二公用線電壓之間的差分電壓。所述測量是使用無負載電流和有負載電流兩者進行。無負載測量和有負載測量是在初級側(cè)和次級側(cè)進行，并且無負載測量和有負載測量是在接觸器關(guān)閉的情況下進行。所述方法進一步包括決定在次級無負載電壓和次級有負載電壓之間的差異，并且減去在初級無負載電壓和初級有負載電壓之間的差異以提供接觸器電壓降。通過將接觸器電壓降除以負載電流來決定接觸器電阻。在一個可能的實施方式中，提供一種接觸器健康監(jiān)測電路，所述電路包括第一二極管，所述第一二極管在終端處連接至接觸器的線路一初級側(cè)端子；和第二二極管，所述第二二極管在終端處連接至接觸器的線路二初級側(cè)端子。第三二極管在終端處連接至接觸器的線路一次級側(cè)端子，且第四二極管在終端處連接至接觸器的線路二次級側(cè)端子。電路進一步包括運算放大器電路。第一二極管和第二二極管被連接在一起，以便提供線路一初級側(cè)接觸器端子和線路二初級側(cè)接觸器端子的求和輸出至運算放大器電路的第一輸入。所述電路還具有連接在一起的第三二極管和第四二極管，以便提供線路一次級側(cè)接觸器端子和線路二次級側(cè)接觸器端子的求和輸出至運算放大器電路的第二輸入。在又一個實施方式中，提供一種接觸器健康監(jiān)測電路，所述電路具有第一運算放大器，所述第一運算放大器在第一輸入處連接至接觸器的線路一初級側(cè)端子，且所述第一運算放大器在第二輸入處連接至接觸器的線路二初級側(cè)端子。電路還包括第二運算放大器，所述第二運算放大器在第一輸入處連接至接觸器的線路一次級側(cè)端子，且所述第二運算放大器在第二輸入處連接至接觸器的線路二次級側(cè)端子。加法放大器，在第一輸入處連接至與第二運算放大器的輸出相加的第一運算放大器的輸出。


本發(fā)明的特征和優(yōu)點將較好地關(guān)于以下描述、附加權(quán)利要求書和附圖而理解，并且在所述附圖中圖I圖示將公用電源連接至電動車輛(未圖示)的電纜和一些相關(guān)聯(lián)電路的示意圖。圖2圖示接觸器健康電壓監(jiān)測電路的實施方式的簡化示意圖。圖3圖示接觸器健康電壓監(jiān)測電路的替代實施方式的簡化示意圖。
具體實施例方式圖I圖示將公用電源連接至電動車輛(未圖示)的電纜100以及一些相關(guān)聯(lián)電路的示意圖。在圖I的實施方式中，電纜100包含LI線、L2線和接地G線。電纜100在一端IOOu連接至公用電源，且電纜100在另一端IOOc連接至電動車輛(未圖示)。電動車輛(未圖示)可具有車載充電器，或電纜100的電動車輛端IOOc可經(jīng)連接至單獨、可選的獨立式充電器(未圖示)。單獨的充電器(未圖示)將轉(zhuǎn)而經(jīng)連接至電動車輛用于將車載電池，或其他·電荷存儲裝置充電。在未圖示的其他實施方式中，如果需要，充電器可集成到電纜100中。接觸器140機械地將公用電源LI和L2從車輛連接器IOOc斷開，或?qū)⒐秒娫碙I和L2連接至車輛連接器100c。隨著時間變化，接觸器140的阻抗增加。因而，必須監(jiān)視接觸器140的健康以保證阻抗不會過高。因此，接觸器140的端子lip、端子12p、端子13s，和端子14s是通過接觸器健康監(jiān)測電路180監(jiān)測。如本文中所使用，端子Ilp和端子12p被認為是在接觸器140的“初級側(cè)”上，且端子13s和端子14s被認為是在接觸器140的“次級側(cè)”上。端子lip、端子12p、端子13s和端子14s上的電壓分別地被稱為信號AC_1、信號AC_2、信號AC_3和信號AC_4。通常，由于在高電壓緩沖元件中的容許誤差，接觸器健康電壓監(jiān)測電路須經(jīng)受放大級的大的絕對誤差。所述誤差可進行絕對通道至通道差異比較，所述比較對于監(jiān)視橫跨接觸器的非常小的電壓變化是沒有用的。較好的方法是使用兩個高電壓緩沖級作為相對變化指示，而不是絕對電壓值。如此意味著對于給定電壓通道，從一電壓電平至另一電壓電平的電壓讀數(shù)(零電流和負載電流)差異僅為電路的給定線性誤差。此誤差是非常小的誤差且此誤差不受電阻元件的精確性影響。A/D轉(zhuǎn)換器的準確度為控制精確度測定儀。對于10位轉(zhuǎn)換器，所述精確度為2位，O. 4%。圖2圖示接觸器健康監(jiān)測電路200的一個可能實施方式的簡化示意圖。信號AC_1是經(jīng)由電阻器R7、電阻器R11、電阻器R16和電阻器R93供應至運算放大器210的倒相輸入，從而到運算放大器210中。信號AC_2是經(jīng)由電阻器R4、電阻器R8、電阻器R13和電阻器R95供應至運算放大器210的非倒相輸入。諸如I. 5伏特的中間參考電壓信號ADC_VREF_MID是經(jīng)由電阻器RlOO與信號AC_2結(jié)合以將運算放大器210的輸出偏壓超過零，以便所述輸出不低于零。運算放大器210的輸出是經(jīng)由電阻器R50供應至A/D轉(zhuǎn)換器，如信號A/Dl0信號AC_4是經(jīng)由電阻器R96、電阻器R99、電阻器R103和電阻器R104供應至運算放大器220的倒相輸入，從而到運算放大器220中。信號AC_3是經(jīng)由電阻器R20、電阻器R26、電阻器R35和電阻器R106供應至運算放大器220的非倒相輸入。諸如I. 5伏特的中間參考電壓信號ADC_VREF_MID是經(jīng)由電阻器R107與信號AC_3結(jié)合以將運算放大器210的輸出偏壓超過零，以便所述輸出不低于零。運算放大器220的輸出是經(jīng)由電阻器R59供應至A/D轉(zhuǎn)換器，如信號A/D3。將運算放大器210和運算放大器220的輸出相加且供應至加法放大器230的倒相輸入。加法放大器將初級差分(LI至L2)電壓和次級差分(LI至L2)電壓之間的差異放大。加法放大器230的輸出是經(jīng)由電阻器R55供應至A/D轉(zhuǎn)換器，如信號A/D2。二極管D3和二極管D2為運算放大器210提供過電壓保護。二極管D35和二極管D7為運算放大器220提供過電壓保護。在圖2的實施方式中，輸出信號A/D1和輸出信號A/D3可在相加用于計算之前先存儲以決定接觸器140的電阻Re?；蛘?，可將輸出信號A/D2儲存用于計算以決定接觸器140的電阻Re。圖3圖示接觸器健康監(jiān)測電路300的替代實施例的簡化示意圖。在接觸器健康監(jiān)測電路300中，AC_3信號和AC_4信號在分別通過二極管DlO和二極管D9之后結(jié)合。經(jīng)結(jié) 合的信號經(jīng)由電阻器R4和電阻器R8供應至運算放大器310的倒相輸入。二極管DlO和二極管D9僅允許正電壓結(jié)合，所以信號AC_3和信號AC_4不取消。 在接觸器健康監(jiān)測電路300中，AC_1信號和AC_2信號在分別通過二極管D2和二極管Dl之后結(jié)合。經(jīng)結(jié)合的信號經(jīng)由電阻器R9和電阻器RlO供應至運算放大器310的非倒相輸入。二極管D2和二極管Dl僅允許正電壓結(jié)合，所以信號AC_3和信號AC_4不取消。在接觸器健康監(jiān)測電路300中，將運算放大器310的輸出提供至A/D轉(zhuǎn)換器用于儲存且用于決定接觸器140的電阻Re。圖3的實施方式提供改進的準確度，因為所述實施方式具有較少電阻器且因為不存在共模問題，因為二極管D1、二極管D2、二極管D9和二極管DlO防止進/出運算放大器310的負到正電壓的擺動。二極管D1、二極管D2、二極管D9和二極管DlO允許輸入完全為正且在放大器310的工作范圍之內(nèi)，如此減少了誤差且提供了較好增益，因為如此不必在正值中點和負值中點之間分離輸出。因而，通過使用二極管D1、二極管D2、二極管D9和二極管DlO來整流，加倍了準確度的范圍。此外，圖3的實施方式包含較少元件、較少電阻器和運算放大器。參看圖3，在一些實施例中，R3、R4、R5、R6、R8、R9、R10 和 R12 分別具有 55K、3M、100、600k、10K、3M、IOK 和55K的電阻值，且Cl和C3分別具有O. 01微法和O. 0001毫法的電容。然而，參看圖2，在一些實施例中，R7、RlI和R16具有3. OOM歐姆的合成電阻；R4、R8和R13具有3. OOM歐姆的合成電阻；R96、R99和R103具有3. OOM歐姆的合成電阻；R20、R26和R35具有3. OOM歐姆的合成電阻。在各種實施方式中，R93是20. OK, R94是10. 0K,R95 是 20. OK, RlOO 是 10. OK, R50 是 100，R104 是 20K, R105 是 10. OK, R106 是 20K, R107 是10. OK且R59是100歐姆。說明，在各種實施方式中，R39是1.00M，R40是10. 0K，R42是
10.OK, R59是100，R39是I. 00M，且R55是100歐姆。另外，電容器C13和C28各自是O. I微法，C18是O. 001微法，C20是O. 001微法，C30是O. 01微法，C55是O. 01微法，C57是
O.01微法，058是0.01微法，065是0.01微法。此外，在一些實施例中，大部分電阻器是+/-0. 1%。然而，圖3的實施方式包含較少元件、較少電阻器和運算放大器，如此可以更加有成本效率。參看圖I至圖3，在運算時，接觸器健康監(jiān)測電路200和接觸器健康監(jiān)測電路300的兩個實施方式測量在Ilp和12p處接觸器140的初級側(cè)上的與在13s和14s處接觸器140的次級側(cè)上的LI和L2之間的差動電壓(標稱為240伏特)。所述測量在無負載(零電流)和有負載(有電流)兩種情況下進行。在初級側(cè)和次級側(cè)的無負載和有負載測量兩者均在接觸器140關(guān)閉的情況下進行。無負載測量是在將電流施加于車輛(未圖示)之內(nèi)的負載(電池)之前進行。從初級無負載電壓和初級有負載電壓之間的差異中減去次級無負載電壓和次級有負載電壓之間的差異。將此數(shù)除以負載電流以產(chǎn)生接觸器140的電阻Re。請注意，接觸器140的電阻Re為通過接觸器140的LI路徑和L2路徑兩者的總電阻?；谒龇椒?，用于決定接觸器阻抗Re的方法可實施如下。分別記錄初級和次級上的接觸器140空載交流電壓Vp_NL和Vs_NL。監(jiān)測交流電流并且等待待獲得的最大電流值。分別地記錄在初級和次級上的有負載交流電壓Vp_L和有負載交流電壓Vs_L，和有負載交流電流值A(chǔ)_L。使用以下計算來決定接觸器阻抗，其中 PD=初級差異SD=次級差異CD=接觸器下降Rc=接觸器電阻PD=Vp_NL-Vp_L 伏特SD=Vs_NL-Vs_L 伏特CD=PD-SD 伏特Rc=CD/A_L 歐姆所述步驟可執(zhí)行幾次并且可對于許多讀數(shù)將結(jié)果求平均。值得注意的是，如果需要，對“一個實施方式”或“一實施方式”的任何參考意味結(jié)合所述實施方式描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可包括在一實施方式中。在本說明書中的不同部分出現(xiàn)的短語“在一實施方式中”不必全部指代相同實施方式。在本文中提供的說明和實例是用于說明的目的且不旨在限制附加權(quán)利要求書的范疇。本案將被視為對本發(fā)明的原理的例證且本案不旨在限制本發(fā)明的精神及范疇和/或所說明的實施方式的權(quán)利要求書。本領(lǐng)域技術(shù)人員將針對本發(fā)明的特定應用對本發(fā)明進行修改。包括在本專利中的論述旨在作為基本描述。讀者將應知道特定論述可能不明確地描述所有可能的實施方式，并且隱含替代的實施方式。同時，本論述可能不會完全地解釋本發(fā)明的一般性質(zhì)，且本論述可能不明確地展示各特征或元素可如何實際地為典型或等效的元素。此外，所述元素隱含地包括在本案中。在本發(fā)明以面向裝置的術(shù)語描述的情況下，本裝置的各元件隱含地執(zhí)行功能。還應理解，在不偏離本發(fā)明的本質(zhì)的情況下可進行各種變化。所述變化也隱含地包括在本描述中。所述變化仍屬于本發(fā)明的范圍。此外，本發(fā)明和權(quán)利要求書的各種元件中的每一元件還可以各種方式實現(xiàn)。將應理解本案涵蓋各個所述變化，所述變化為任何設備實施方式、方法實施方式的變化，或所述變化甚至僅為所述設備實施方式或方法實施方式的任何元件的變化。特別地，應將理解，因為本案涉及本發(fā)明的元件，所以各個元件的措詞可通過同等設備術(shù)語來表達，即使僅功能或結(jié)果是相同的。所述同等、更廣泛，或甚至更通用的術(shù)語應視為包含于各個元件或動作的描述中。在希望使本發(fā)明所賦予的隱含的廣闊范圍明顯的情況下，可將所述術(shù)語取代。應理解，所有動作皆可表達為采取所述動作的手段或表達為引起所述動作的元件。同樣地，揭示的各個物理元件應理解為涵蓋所述物理元件促進的動作的揭示。應理解所述改變和替代術(shù)語應明確地包括在本描述中。在已結(jié)合數(shù)個實施方式描述本發(fā)明時，修改現(xiàn)將當然地向本領(lǐng)域技術(shù)人員建議修改自身。本文的示例性實施方式並非旨在限制，各種配置和特征的組合是可能的。因而，本發(fā)明不限于所揭示的實施方式，除非如附加權(quán)利要求書所要求。·
權(quán)利要求
1.一種用于決定接觸器健康的方法，所述方法包含 a)測量在接觸器的初級側(cè)和在接觸器的次級側(cè)上的第一公用線電壓和第二公用線電壓之間的差分電壓； b)其中所述測量是使用無負載電流和有負載電流兩者進行； c)其中在所述初級側(cè)和所述次級側(cè)的所述無負載和所述有負載測量兩者均在接觸器關(guān)閉的情況下進行； d)決定在次級無負載電壓和次級有負載電壓之間的差異，并且減去在初級無負載電壓和初級有負載電壓之間的差異以提供接觸器電壓降；和 e)通過將接觸器電壓降除以負載電流來決定接觸器電阻。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，進一步包含重復所述測量的步驟，決定所述差異的步驟，以及決定所述接觸器電阻的步驟；且進一步包含使用所述接觸器電阻的數(shù)個樣品以決定平均接觸器電阻。
3.一種接觸器健康監(jiān)測電路，包含 a)第一二極管，所述第一二極管在終端處連接至接觸器的線路一初級側(cè)端子； b)第二二極管，所述第二二極管在終端處連接至所述接觸器的線路二初級側(cè)端子； c)第三二極管，所述第三二極管在終端處連接至所述接觸器的線路一次級側(cè)端子； d)第四二極管，所述第四二極管在終端處連接至所述接觸器的線路二次級側(cè)端子； e)運算放大器電路； f)所述第一二極管和所述第二二極管被連接在一起，以便提供線路一初級側(cè)接觸器端子和線路二初級側(cè)接觸器端子的求和輸出至所述運算放大器電路的第一輸入；和 g)所述第三二極管和所述第四二極管被連接在一起，以便提供線路一次級側(cè)接觸器端子和線路二次級側(cè)接觸器端子的求和輸出至所述運算放大器電路的第二輸入。
4.如權(quán)利要求3所述的接觸器健康監(jiān)測電路，其中所述第一二極管和所述第二二極管被連接在一起，以便來自所述線路一初級側(cè)端子和所述線路二初級側(cè)端子的信號在不取消的情況下結(jié)合。
5.如權(quán)利要求3所述的接觸器健康監(jiān)測電路，其中所述第三二極管和所述第四二極管被連接在一起，以便來自所述線路一次級側(cè)端子和所述線路二次級側(cè)端子的信號在不取消的情況下結(jié)合。
6.如權(quán)利要求3所述的接觸器健康監(jiān)測電路，其中所述運算放大器電路的輸出被連接至A/D轉(zhuǎn)換器輸入。
7.一種接觸器健康監(jiān)測電路，包含 a)第一運算放大器，在第一輸入處連接至所述接觸器的線路一初級側(cè)端子，且在第二輸入處連接至所述接觸器的線路二初級側(cè)端子； b)第二運算放大器，在第一輸入處連接至所述接觸器的線路一次級側(cè)端子，且在第二輸入處連接至所述接觸器的線路二次級側(cè)端子；以及 c)加法放大器，在第一輸入處連接至與所述第二運算放大器的輸出相加的所述第一運算放大器的輸出。
8.如權(quán)利要求7所述的接觸器健康監(jiān)測電路，其中所述加法放大器具有連接至參考電壓的第二輸入。
9.如權(quán)利要求7所述的接觸器健康監(jiān)測電路，其中所述第一運算放大器的所述第二輸入被連接至參考偏壓電壓。
10.如權(quán)利要求7所述的接觸器健康監(jiān)測電路，其中所述第二運算放大器的所述第二輸入被連接至參考偏壓電壓。
11.如權(quán)利要求7所述的接觸器健康監(jiān)測電路，其中所述加法放大器具有連接至參考電壓的第二輸入，并且其中所述第一運算放大器的所述第二輸入被連接至參考偏壓電壓，且其中所述第二運算放大器的所述第二輸入被連接至參考偏壓電壓。
12.如權(quán)利要求7所述的接觸器健康監(jiān)測電路，其中所述第一運算放大器的所述輸出被連接至A/D轉(zhuǎn)換器輸入，其中所述第二運算放大器的所述輸出被連接至A/D轉(zhuǎn)換器輸入，且其中所述加法放大器的輸出被連接至A/D轉(zhuǎn)換器輸入。
全文摘要
在一可能的實施中，提供一種決定接觸器健康的方法，所述方法包括測量在接觸器的初級側(cè)上且在接觸器的次級側(cè)上的第一公用線電壓和第二公用線電壓之間的差分電壓。所述測量是使用無負載電流和有負載電流兩者進行。無負載測量和有負載測量是在初級側(cè)和次級側(cè)進行，并且無負載測量和有負載測量是在接觸器關(guān)閉的情況下進行。所述測量包括決定在次級無負載電壓和次級有負載電壓之間的差異，并且減去在初級無負載電壓和初級有負載電壓之間的差異以提供接觸器電壓降。通過將接觸器電壓降除以負載電流來決定接觸器電阻。
文檔編號G01R27/00GK102947715SQ201180030322
公開日2013年2月27日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者艾伯特·弗拉克 申請人:航空環(huán)境公司