高壓接觸器切換系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高壓接觸器切換系統(tǒng)及方法。提出了隨著時間的過去具有減輕的劣化的用于在電池系統(tǒng)中切換高壓接觸器的系統(tǒng)和方法。在某些實施例中，系統(tǒng)可包括與高壓接觸器并聯(lián)設(shè)置的固態(tài)開關(guān)。固態(tài)開關(guān)可構(gòu)造成當(dāng)高壓接觸器處于從閉合狀態(tài)到打開狀態(tài)的過渡時選擇性地閉合。通過在該過渡期間使固態(tài)開關(guān)閉合，可減少電弧及相關(guān)的對接觸器的劣化和/或損害。
【專利說明】高壓接觸器切換系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及用于在電池系統(tǒng)中切換高壓接觸器的系統(tǒng)和方法。更具體地說，本公 開的系統(tǒng)和方法提供隨著時間的過去具有減輕的劣化的高壓接觸器切換。
【背景技術(shù)】
[0002] 乘用車常常包括用于操作車輛的電氣系統(tǒng)和動力傳動系統(tǒng)的特征的電池。例如， 在混合電動車輛（"HEV")、插電式混合電動車輛（"PHEV")、燃料電池電動車輛（"FCEV"） 或純電動車輛（"EV"）中，可將能量儲存系統(tǒng)（"ESS"）（例如，可再充電ESS)用于向車輛 的電動動力傳動部件（例如，電驅(qū)動馬達(dá)等）提供動力。ESS可儲存高壓電能，該高壓電能 可經(jīng)由具有正和負(fù)導(dǎo)線或?qū)к壍母邏海?HV"）總線傳遞至車輛系統(tǒng)。ESS可經(jīng)由一個或多 個選擇性切換的電接觸器選擇性地聯(lián)接至正和負(fù)導(dǎo)線或?qū)к墶Ｈ欢?，由于由ESS系統(tǒng)提供 的HV電能，這樣的電接觸器可能隨著時間的過去而劣化。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 提出隨著時間的過去具有減輕的劣化的用于在電池系統(tǒng)中切換HV接觸器的系統(tǒng) 和方法。在某些實施例中，用于在電池系統(tǒng)中切換HV接觸器的系統(tǒng)可包括：初級接觸器，其 構(gòu)造成將電池系統(tǒng)的正端子選擇性地聯(lián)接至初級導(dǎo)軌；以及次級接觸器，其構(gòu)造成將電池 系統(tǒng)的負(fù)端子選擇性地聯(lián)接至次級導(dǎo)軌。系統(tǒng)還可包括：初級固態(tài)開關(guān)，其構(gòu)造成當(dāng)初級接 觸器處于從閉合狀態(tài)到打開狀態(tài)的過渡時將正端子選擇性地聯(lián)接至初級導(dǎo)軌；以及次級固 態(tài)開關(guān)，其構(gòu)造成當(dāng)次級接觸器處于從閉合狀態(tài)到打開狀態(tài)的過渡時將負(fù)端子選擇性地聯(lián) 接至次級導(dǎo)軌。
[0004] 在某些實施例中，在此公開的系統(tǒng)可包括：初級接觸器繼電器驅(qū)動器，其構(gòu)造成啟 動初級接觸器；以及次級接觸器繼電器驅(qū)動器，其構(gòu)造成啟動次級接觸器。系統(tǒng)還可包括聯(lián) 接至初級接觸器繼電器驅(qū)動器的輸出的初級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路（例如，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電 路）。初級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路可聯(lián)接至初級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的輸出，并構(gòu)造成基于來源于初 級接觸器繼電器驅(qū)動器的輸出的信號選擇性地啟動初級固態(tài)開關(guān)。
[0005] 在此公開的系統(tǒng)的另外的實施例可包括聯(lián)接至次級接觸器繼電器驅(qū)動器的次級 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路（例如，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路）。次級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路可聯(lián)接至次級單 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的輸出，并構(gòu)造成基于來源于次級接觸器繼電器驅(qū)動器的輸出的信號選擇性 地啟動次級固態(tài)開關(guān)。
[0006] 在另外的實施例中，用于在電池系統(tǒng)中切換HV接觸器的方法可包括產(chǎn)生構(gòu)造成 使接觸器中的電氣繼電器打開的第一信號。響應(yīng)于第一信號，可使接觸器中的電氣繼電器 打開。產(chǎn)生構(gòu)造成使并聯(lián)于接觸器設(shè)置的固態(tài)開關(guān)閉合的第二信號。響應(yīng)于第二信號可使 固態(tài)開關(guān)閉合。在確定接觸器中的電氣繼電器是打開的之后，可使固態(tài)開關(guān)打開。
[0007] 本發(fā)明提供以下技術(shù)方案： 1. 一種系統(tǒng)，包括： 初級接觸器，其構(gòu)造成將電池系統(tǒng)的正端子選擇性地聯(lián)接至初級導(dǎo)軌； 次級接觸器，其構(gòu)造成將所述電池系統(tǒng)的負(fù)端子選擇性地聯(lián)接至次級導(dǎo)軌； 初級固態(tài)開關(guān)，其構(gòu)造成當(dāng)所述初級接觸器處于從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的過渡時將所 述正端子選擇性地聯(lián)接至所述初級導(dǎo)軌；以及 次級固態(tài)開關(guān)，其構(gòu)造成當(dāng)所述次級接觸器處于從所述第一狀態(tài)到所述第二狀態(tài)的過 渡時將所述負(fù)端子選擇性地聯(lián)接至所述次級導(dǎo)軌。
[0008] 2.根據(jù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一狀態(tài)包括閉合狀態(tài)，并且所述第二狀態(tài) 包括打開狀態(tài)。
[0009] 3.根據(jù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括： 初級接觸器繼電器驅(qū)動器，其構(gòu)造成啟動所述初級接觸器；以及 次級接觸器繼電器驅(qū)動器，其構(gòu)造成啟動所述次級接觸器。
[0010] 4.根據(jù)方案3所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括： 初級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，其聯(lián)接至所述初級接觸器繼電器驅(qū)動器的輸出；以及 初級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路，其聯(lián)接至所述初級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的輸出，所述初級固態(tài)開 關(guān)驅(qū)動電路構(gòu)造成基于來源于所述初級接觸器繼電器驅(qū)動器的輸出的信號選擇性地啟動 所述初級固態(tài)開關(guān)。
[0011] 5.根據(jù)方案4所述的系統(tǒng)，其中，所述初級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路包括具有預(yù)定脈沖持 續(xù)時間的輸出的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路。
[0012] 6.根據(jù)方案3所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括： 次級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，其聯(lián)接至所述次級接觸器繼電器驅(qū)動器的輸出；以及 次級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路，其聯(lián)接至所述次級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的輸出，所述次級固態(tài)開 關(guān)驅(qū)動電路構(gòu)造成基于來源于所述次級接觸器繼電器驅(qū)動器的輸出的信號選擇性地啟動 所述次級固態(tài)開關(guān)。
[0013] 7.根據(jù)方案6所述的系統(tǒng)，其中，所述次級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路包括具有預(yù)定脈沖持 續(xù)時間的輸出的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路。
[0014] 8.根據(jù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述初級固態(tài)開關(guān)包括第一多個開關(guān)晶體管，并 且所述次級固態(tài)開關(guān)包括第二多個開關(guān)晶體管。
[0015] 9.根據(jù)方案8所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二多個開關(guān)晶體管各自包括至少 一個絕緣柵雙極晶體管。
[0016] 10.根據(jù)方案1所述的系統(tǒng)，還包括聯(lián)接至所述初級導(dǎo)軌和所述次級導(dǎo)軌的功率 逆變器系統(tǒng)。
[0017] 11.根據(jù)方案10所述的系統(tǒng)，其中，所述功率逆變器系統(tǒng)構(gòu)造成將電功率提供至 電動機。
[0018] 12.根據(jù)方案10所述的系統(tǒng)，其中，所述初級固態(tài)開關(guān)與所述次級固態(tài)開關(guān)被包 括在所述逆變器系統(tǒng)中。
[0019] 13.根據(jù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述初級固態(tài)開關(guān)與所述次級固態(tài)開關(guān)構(gòu)造成 提供雙向信號阻斷。
[0020] 14.根據(jù)方案13所述的系統(tǒng)，其中，所述初級固態(tài)開關(guān)包括構(gòu)造成提供雙向信號 阻斷的第一多個二極管，并且所述次級固態(tài)開關(guān)包括構(gòu)造成提供雙向信號阻斷的第二多個 二極管。
[0021] 15. -種方法，包括： 產(chǎn)生構(gòu)造成使接觸器中的電氣繼電器打開的第一信號； 響應(yīng)于所述第一信號： 使所述接觸器中的所述電氣繼電器打開； 產(chǎn)生構(gòu)造成使并聯(lián)于所述接觸器設(shè)置的固態(tài)開關(guān)閉合的第二信號； 響應(yīng)于所述第二信號使所述固態(tài)開關(guān)閉合； 確定所述接觸器中的所述電氣繼電器是打開的；以及 響應(yīng)于所述確定使所述固態(tài)開關(guān)打開。
[0022] 16.根據(jù)方案15所述的方法，其中，所述接觸器中的所述電氣繼電器構(gòu)造成使電 池系統(tǒng)的正端子與初級導(dǎo)軌選擇性地聯(lián)接。
[0023] 17.根據(jù)方案15所述的方法，其中，所述接觸器中的所述電氣繼電器構(gòu)造成使電 池系統(tǒng)的負(fù)端子與次級導(dǎo)軌選擇性地聯(lián)接。
[0024] 18. -種系統(tǒng)，包括： 初級接觸器驅(qū)動器，其構(gòu)造成啟動初級接觸器，所述初級接觸器構(gòu)造成將電池系統(tǒng)的 正端子選擇性地聯(lián)接至初級導(dǎo)軌； 次級接觸器驅(qū)動器，其構(gòu)造成啟動次級接觸器，所述次級接觸器構(gòu)造成將所述電池系 統(tǒng)的負(fù)端子選擇性地聯(lián)接至次級導(dǎo)軌； 初級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路，其構(gòu)造成選擇性地啟動初級固態(tài)開關(guān)，所述初級固態(tài)開關(guān)構(gòu) 造成當(dāng)所述初級接觸器處于從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的過渡時將所述正端子選擇性地聯(lián)接 至所述初級導(dǎo)軌；以及 次級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路，其構(gòu)造成選擇性地啟動次級固態(tài)開關(guān)，所述次級固態(tài)開關(guān)構(gòu) 造成當(dāng)所述次級接觸器處于從所述第一狀態(tài)到所述第二狀態(tài)的過渡時將所述負(fù)端子選擇 性地聯(lián)接至所述次級導(dǎo)軌。
[0025] 19.根據(jù)方案18所述的系統(tǒng)，其中，所述第一狀態(tài)包括閉合狀態(tài)，并且所述第二狀 態(tài)包括打開狀態(tài)。
[0026] 20.根據(jù)方案18所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括所述電池系統(tǒng)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 參考附圖描述包括本公開的各種實施例的本公開的非限制性的非詳盡無遺的實 施例，其中： 圖1圖示與在此公開的實施例一致的用于在電池系統(tǒng)中切換高壓接觸器的示例性系 統(tǒng)。
[0028] 圖2圖示與在此公開的實施例一致的用于在電池系統(tǒng)中切換高壓接觸器的另一 示例性系統(tǒng)。
[0029] 圖3圖示與在此公開的實施例一致的用于在電池系統(tǒng)中切換高壓接觸器的又一 示例性系統(tǒng)。
[0030] 圖4圖示與在此公開的實施例一致的用于在電池系統(tǒng)中切換高壓接觸器的附加 示例性系統(tǒng)。
[0031] 圖5圖示與在此公開的實施例一致的示例性時序圖。
[0032] 圖6圖示與在此公開的實施例一致的用于切換高壓接觸器的方法的示例的流程 圖。
【具體實施方式】
[0033] 以下提供與本公開的實施例一致的系統(tǒng)和方法的詳細(xì)說明。盡管描述了數(shù)個實施 例，但應(yīng)理解的是，本公開不限于任何一個實施例，而是包括很多的替代、變型和等同。另 夕卜，盡管在以下的說明中闡明了很多的具體細(xì)節(jié)以便提供在此公開的實施例的深入了解， 但有些實施例可在不具有這些細(xì)節(jié)中的有些或所有細(xì)節(jié)的情況下實踐。此外，為了清楚起 見，不詳細(xì)描述相關(guān)技術(shù)中已知的某些技術(shù)材料，以便避免不必要地使本公開模糊不清。 [0034] 將通過參考其中相同的零件由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識的附圖最好地理解本公開的 實施例。如大體上在此的附圖所描述和圖示的，公開的實施例的部件可以各種各樣的不同 構(gòu)造布置和設(shè)計。因此，以下本公開的系統(tǒng)和方法的實施例的詳細(xì)說明不用于限制如要求 保護(hù)的本公開的范圍，而僅僅代表本公開可能的實施例。另外，除非另有規(guī)定，否則方法的 步驟不一定需要以任一特定的順序乃至順序地執(zhí)行，也不需要步驟僅執(zhí)行一次。
[0035] 在此公開的系統(tǒng)和方法可提供隨著時間的過去具有減輕的接觸器劣化的ESS的 HV接觸器切換。尤其，在此公開的系統(tǒng)和方法可減輕尤其可歸因于橫跨接觸器的繼電器觸 點的電弧的隨著時間的過去的電接觸器的劣化。與在此公開的實施例一致，固態(tài)開關(guān)可與 HV接觸器并聯(lián)設(shè)置。當(dāng)接通時，固態(tài)開關(guān)可限制（例如，鉗制）橫跨HV接觸器的繼電器觸 點的電壓。在某些實施例中，這可減少當(dāng)機械繼電器觸點打開時的電弧。當(dāng)接觸器的機械 繼電器的觸點打開時，通過機械繼電器的電流可分流通過固態(tài)開關(guān)。一旦對于接觸器的機 械繼電器觸點完全打開經(jīng)過足夠時間，就可切斷固態(tài)開關(guān)。通過在接觸器的繼電器觸點打 開的同時將電流分流通過固態(tài)開關(guān)并限制電壓，可減少（例如，由電弧引起的）對觸點的損 害和/或劣化。
[0036] 圖1圖示了與在此公開的實施例一致的用于在ESS100中切換HV接觸器102、104 的示例性系統(tǒng)。ESS100可向被包括在車輛中的一個或多個電動機112和/或其他系統(tǒng)提供 電功率。在某些實施例中，一個或多個電動機112可包括被包括在車輛的動力傳動系中的 一個或多個永磁同步電機（"PMSM")、感應(yīng)電機、永磁同步磁阻電機、開關(guān)磁阻電機、異步電 機和/或任何其他類型的AC電機。
[0037] ESS100可包括合適地具有利用任何合適的電池技術(shù)或它們的組合以向車輛系統(tǒng) 提供電功率的尺寸的一個或多個電池組和/或電池單元（未示出）。合適的電池技術(shù)例如 可包括鉛酸電池技術(shù)、鎳金屬氫化物（"NiMH"）電池技術(shù)、鋰離子（"Li-Ion"）電池技術(shù)、 鋰離子聚合物電池技術(shù)、鋰空氣電池技術(shù)、鎳鎘（"NiCad"）電池技術(shù)、包括吸附式玻璃纖維 棉（"AGM"）的閥控式鉛酸（"VRLA"）電池技術(shù)、鎳鋅（"NiZn"）電池技術(shù)、熔融鹽（例 如，ZEBRA電池）電池技術(shù)和/或其他合適的電池技術(shù)。在有些實施例中，ESS100可以是 HV ESS。
[0038] ESS100可儲存HV電能，該HV電能可經(jīng)由具有初級和次級導(dǎo)線或?qū)к?06、108(例 如，初級和次級導(dǎo)軌）的HV總線提供至車輛系統(tǒng)。初級導(dǎo)軌106可由例如包括電磁驅(qū)動開 關(guān)的初級接觸器102選擇性地聯(lián)接至ESS100的正端子。相似地，次級導(dǎo)軌108可由例如包 括電磁驅(qū)動開關(guān)的次級接觸器104選擇性地聯(lián)接至ESS100的負(fù)端子。由ESS100提供至 初級和次級導(dǎo)軌106U08的電功率可繼而被提供至功率逆變器系統(tǒng)110。功率逆變器系統(tǒng) 110可聯(lián)接至AC電動機112,從而當(dāng)初級和次級接觸器102、104閉合時將來自ESS100的電 功率輸送至電動機112。盡管圖示的實施例包括一個功率逆變器系統(tǒng)110和一個AC電動機 112,但與在此公開的實施例一致可利用任何合適數(shù)量的電動機和/或逆變器。
[0039] 在有些實施例中，ESS100在ESS100的預(yù)充電操作期間可利用包括電磁驅(qū)動開關(guān) 的預(yù)充電接觸器138。當(dāng)（例如，基于預(yù)充電控制信號134)由預(yù)充電接觸器繼電器驅(qū)動器 136啟動時，預(yù)充電控制器138可通過預(yù)充電電阻器140將ESS100的正端子聯(lián)接至初級導(dǎo) 軌106。次級接觸器繼電器驅(qū)動器128可使次級接觸器104將ESS100的負(fù)端子聯(lián)接至次 級導(dǎo)軌104。次級接觸器104可基于次級接觸器控制信號132由次級接觸器繼電器驅(qū)動器 128選擇性地啟動。
[0040] 預(yù)充電電阻器140可合適地構(gòu)造成當(dāng)預(yù)充電接觸器138和次級接觸器104閉合 時，提供橫跨初級與次級導(dǎo)軌106、108聯(lián)接的負(fù)載（例如，功率逆變器系統(tǒng)110和/或電動 機112)的電容的相對慢的充電。在橫跨初級與次級導(dǎo)軌106、108聯(lián)接的負(fù)載的電容達(dá)到 預(yù)定水平（例如，穩(wěn)定水平）之后和/或在預(yù)定的時段之后，可使初級接觸器102閉合，并 可使預(yù)充電接觸器138打開。與次級接觸器104相似，初級接觸器102可基于初級接觸器 控制信號130由初級接觸器繼電器驅(qū)動器126選擇性地啟動。
[0041] 與在此公開的實施例一致，初級固態(tài)開關(guān)114可與初級接觸器102并聯(lián)設(shè)置。在 某些實施例中，初級固態(tài)開關(guān)114可具有由被包括在初級固態(tài)開關(guān)114中的一個或多個對 置二極管提供的雙向阻斷能力。如所圖示地，固態(tài)開關(guān)114可包括串聯(lián)連接的一對晶體管 (例如，絕緣柵雙極晶體管（"IGBT")、碳化硅、低飽和硅、寬禁帶、氮化鎵和/或其他合適類 型的金屬氧化物半導(dǎo)線場效應(yīng)晶體管（"M0SFET"）、雙極結(jié)晶體管（"BJT"）、結(jié)柵場效應(yīng) 晶體管（"JFET"）等）。在某些實施例中，被包括在固態(tài)開關(guān)114中的該對晶體管可以通 過電連接到一起的發(fā)射極端子和電連接到一起的柵極端子而被反向串聯(lián)連接，使得晶體管 可由驅(qū)動電路的公共電輸出接通或切斷。該對晶體管可與阻斷二極管并聯(lián)設(shè)置。在有些實 施例中，被包括在初級固態(tài)開關(guān)114中的晶體管可構(gòu)造成在飽和區(qū)中操作。
[0042] 初級固態(tài)開關(guān)114可由初級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路118(例如，柵極驅(qū)動線路）驅(qū)動， 該初級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路118在某些實施例中可以是隔離的。初級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路118 可由對來源于初級接觸器繼電器驅(qū)動器126的輸出的邊緣信號起作用的初級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 電路122(例如，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路）驅(qū)動。如圖1所圖示地，有些圖示的電路部件可 構(gòu)造成對高態(tài)有效（"AH"）邏輯狀態(tài)起作用。在某些實施例中，初級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路122 可包括75121基于邏輯的電路、555模擬的基于計時器的集成電路、CD4098B基于CMOS的單 穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路等。
[0043] 次級固態(tài)開關(guān)116可相似地與第二接觸器104并聯(lián)設(shè)置。在某些實施例中，次級 固態(tài)開關(guān)116可包括與初級固態(tài)開關(guān)114相似的組成部件。同初級固態(tài)開關(guān)114的晶體管 一樣，被包括在次級固態(tài)開關(guān)116中的晶體管可構(gòu)造成在飽和區(qū)中操作。次級固態(tài)開關(guān)116 可由次級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路120驅(qū)動。次級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路122可由對來源于次級接觸 器繼電器驅(qū)動器128的輸出的邊緣信號起作用的次級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路124 (例如，單穩(wěn)態(tài)多 諧振蕩器電路）驅(qū)動。在某些實施例中，次級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路124可包括75121基于邏輯的 電路、555模擬的基于計時器的集成電路、CD4098B基于CMOS的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路等。
[0044] 在ESS100的HV斷開的情況下，初級接觸器102和次級接觸器104可分別由初級 和次級接觸器繼電器驅(qū)動器126、128驅(qū)動，以從初級和次級導(dǎo)軌106、108斷開ESS100。由 初級接觸器繼電器驅(qū)動器126輸出的信號可被提供至初級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路122,該初級單 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路122繼而可觸發(fā)初級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路118,以使初級固態(tài)開關(guān)114閉合。使 初級固態(tài)開關(guān)114閉合可限制橫跨初級接觸器102的觸點的電壓。當(dāng)被包括在初級接觸器 102中的繼電器的電觸點打開時，橫跨其觸點的電阻可增加到無窮大，并且先前流過初級接 觸器102的電流可被分流穿過初級固態(tài)開關(guān)114。一旦對于初級接觸器102的繼電器的電 觸點完全打開經(jīng)過足夠時間，就可切斷初級固態(tài)開關(guān)114(例如，如由單穩(wěn)態(tài)電路122產(chǎn)生 的脈沖的持續(xù)時間所確定的）。通過將電流分流通過初級固態(tài)開關(guān)114,直到初級接觸器 102的繼電器的觸點打開為止，可減少在打開期間橫跨觸點的電弧及相關(guān)的對初級接觸器 102的磨損和/或損害。
[0045] 次級固態(tài)開關(guān)116可相似地操作。例如，在ESS100的高功率斷開的情況下，次級 接觸器104可由次級接觸器繼電器驅(qū)動器128驅(qū)動，以從次級導(dǎo)軌108斷開ESS100。由次 級接觸器繼電器驅(qū)動器128輸出的信號可被提供至次級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路124,該次級單穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)電路124繼而可觸發(fā)次級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路120,以使次級固態(tài)開關(guān)116閉合。使 次級固態(tài)開關(guān)116閉合可鉗制橫跨次級接觸器104的觸點的電壓。當(dāng)被包括在次級接觸器 104中的繼電器的電觸點打開的時候，橫跨其觸點的電阻可增加到無窮大，并且先前流過次 級接觸器104的電流可被分流通過次級固態(tài)開關(guān)116。一旦對于次級接觸器104的繼電器 的電觸點完全打開經(jīng)過足夠時間，就可切斷次級固態(tài)開關(guān)116(例如，如由單穩(wěn)態(tài)電路124 產(chǎn)生的脈沖的持續(xù)時間所確定的）。通過將電流分流通過次級固態(tài)開關(guān)116,直到次級接觸 器104的繼電器的觸點打開為止，可減少在打開期間橫跨觸點的電弧及相關(guān)的對次級接觸 器104的磨損和/或損害。
[0046] 在某些實施例中，利用分別與初級和次級接觸器102、104并聯(lián)的初級和次級固態(tài) 開關(guān)114、116可允許具有降低的尺寸和/或成本的初級和次級接觸器102、104的使用。此 夕卜，在此公開的系統(tǒng)和方法可允許初級和次級接觸器102、104熱切換比傳統(tǒng)HV接觸器系統(tǒng) 更大的循環(huán)次數(shù)或更高的功率。另外，系統(tǒng)和方法減小用于電池隔板斷開單元（"BBDU"） 的封裝空間，減少接觸器噪聲、振動和不平順性（"NVH"），增加接觸器循環(huán)壽命，并減少與 劣化的電觸點相關(guān)的故障，該劣化的電觸點與熱切換循環(huán)（例如，電?。┫嚓P(guān)。在有些實施 例中，在此公開的系統(tǒng)和方法可利用被包括在接觸器系統(tǒng)中的現(xiàn)有控制（例如，由初級和/ 或次級接觸器繼電器驅(qū)動器126U28提供的信號）。
[0047] 圖2圖示了與在此公開的實施例一致的用于在ESS100中切換HV接觸器102、104 的另一示例性系統(tǒng)。圖2所圖示的系統(tǒng)的組成部件可與以上參考圖1所圖示并描述的部件 相似。在某些實施例中，初級和次級固態(tài)開關(guān)114U16及相關(guān)的部件可以是逆變器系統(tǒng)110 的一部分。因此，如所圖示的，可作為逆變器系統(tǒng)110的一部分包括初級和次級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 電路122、124、初級和次級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路128U26及初級和次級固態(tài)開關(guān)114、116。
[0048] 圖3圖示了與在此公開的實施例一致的用于在ESS100中切換HV接觸器102、104 的又一示例性系統(tǒng)。圖3所圖示的系統(tǒng)的組成部件可與以上參考圖1所圖示并描述的部件 相似。然而，圖3所圖示的系統(tǒng)的某些電路部件可構(gòu)造成對低態(tài)有效（"AL"）邏輯狀態(tài)起 作用。
[0049] 圖4圖示了與在此公開的實施例一致的用于在ESS100中切換HV接觸器102、104 的附加示例性系統(tǒng)。圖4所圖示的系統(tǒng)的組成部件可與以上參考圖2所圖示并描述的部件 相似。例如，如所圖示的，可作為逆變器系統(tǒng)110的一部分包括初級和次級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 122、124、初級和次級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路128U26及初級和次級固態(tài)開關(guān)114、116。同圖3 所圖示的系統(tǒng)一樣，圖4所圖示的系統(tǒng)的某些部件可構(gòu)造成對AL邏輯狀態(tài)起作用。
[0050] 圖5圖示了與在此公開的實施例一致的示例性時序圖。尤其，圖5圖示了隨著時 間500的過去的來自接觸器繼電器驅(qū)動器的示例的輸出信號502、對AH邏輯狀態(tài)起作用的 固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路輸出信號504、對AL邏輯狀態(tài)起作用的固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路輸出信號506、 接觸器中的繼電器觸點的位置的二進(jìn)制指示508(例如，打開/閉合）以及橫跨接觸器的電 壓信號510。如所圖示的，在時間512處，來自接觸器繼電器驅(qū)動器的輸出信號502可驅(qū)動 接觸器中的繼電器打開。繼而，這可使固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路輸出信號，以使相關(guān)的固態(tài)開關(guān)閉 合（例如，如果對AH邏輯狀態(tài)起作用，則輸出信號504,或者如果對AL邏輯狀態(tài)起作用，則 輸出信號506)。當(dāng)接觸器中的繼電器觸點的位置508從閉合切換至打開的時候，可鉗制橫 跨接觸器的電壓510,直到繼電器觸點完全打開為止。在接觸器中的繼電器觸點的位置在 時間514處打開（S卩，完全打開）之后，固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路504、506的輸出可使相關(guān)的固態(tài) 開關(guān)打開，從而使橫跨接觸器的電壓510增加至與開式繼電器相關(guān)的穩(wěn)定狀態(tài)（S卩，開路電 壓）。
[0051] 圖6圖示了與在此公開的實施例一致的用于切換高壓接觸器的方法600的示例的 流程圖。在某些實施例中，可至少部分地利用如在此所公開的接觸器繼電器驅(qū)動器、接觸 器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路及固態(tài)開關(guān)執(zhí)行圖示的方法600。在另外的實施例 中，可利用任何其他合適的一個或多個系統(tǒng)。
[0052] 在602處，可啟動方法。在604處，可產(chǎn)生構(gòu)造成使接觸器的繼電器觸點打開的驅(qū) 動信號。響應(yīng)于驅(qū)動信號，繼電器觸點可在時間 1^處開始打開606?；隍?qū)動信號，在608 處可產(chǎn)生使并聯(lián)于接觸器設(shè)置的固態(tài)開關(guān)閉合的信號。響應(yīng)于該信號，固態(tài)開關(guān)可在?\之 前的時間閉合610。在繼電器觸點在612處在時間1~ 2處完全打開之后，可在如由單穩(wěn)態(tài)時 序電路預(yù)先確定的時間Τ2之后產(chǎn)生使固態(tài)開關(guān)打開的信號614。響應(yīng)于該信號，固態(tài)開關(guān) 可打開616。在接觸器和固態(tài)開關(guān)都處于打開構(gòu)造的情況下，該方法可終止于618。
[0053] 盡管為了清楚已略為詳細(xì)地描述了前文，但顯而易見的是，在不偏離其原理的情 況下可作出某些變化和變型。在此公開的實施例的某些特征可以任何合適的構(gòu)造或組合的 方式構(gòu)成和/或組合。另外，在此公開的某些系統(tǒng)和/或方法可用于不被包括在車輛中的 電池系統(tǒng)和/或ESS系統(tǒng)（例如，后備電源電池系統(tǒng)或類似物）。應(yīng)指出的是，存在用于實 現(xiàn)在此描述的過程和設(shè)備的許多替代的方式。因此，本實施例被認(rèn)為是說明性的而不是限 制性的，并且本發(fā)明不限于在此給出的細(xì)節(jié)，而是可在所附權(quán)利要求的范圍和等同內(nèi)變型。
[0054] 已參考各種實施例描述了前述說明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)意識到的是，可在 不偏離本公開的范圍的情況下作出各種變型和變化。各種操作步驟以及用于實現(xiàn)操作步驟 的部件可取決于特定的應(yīng)用或者考慮到與系統(tǒng)操作相關(guān)的任何數(shù)量的成本函數(shù)以替代的 方式實現(xiàn)。因此，步驟中的任何一個或多個步驟可刪除、變型或與其他步驟組合。此外，本 公開被看作是在說明性的而非限制性的意義上，并且所有這樣的變型旨在被包括在其范圍 內(nèi)。同樣地，以上已對于各種實施例描述了益處、其他優(yōu)點和問題的解決方案。然而，益處、 優(yōu)點、問題的解決方案和可使任何益處、優(yōu)點或解決方案出現(xiàn)或變得顯著的任何元素不應(yīng) 被解釋成關(guān)鍵的、必需的或本質(zhì)的特征或元素。
[0055] 如在此所使用的，術(shù)語"包括"和"包含"，及它們的任何其他變化，旨在涵蓋非排他 性的包括，使得包括一系列元素的過程、方法、制品或設(shè)備不僅包括那些元素，而且可包括 沒有明確列出的或者對于這樣的過程、方法、系統(tǒng)、制品或設(shè)備固有的其他元素。此外，如在 此所使用的，術(shù)語"聯(lián)接"及其任何其他變化旨在涵蓋物理連接、電氣連接、磁性連接、光學(xué) 連接、通信連接、功能連接和/或任何其他連接。
[0056] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)意識到的是，在不偏離本發(fā)明的根本原理的情況下，可對上 述實施例的細(xì)節(jié)作出許多變化。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)僅由以下的權(quán)利要求確定。
【權(quán)利要求】
1. 一種系統(tǒng)，包括： 初級接觸器，其構(gòu)造成將電池系統(tǒng)的正端子選擇性地聯(lián)接至初級導(dǎo)軌； 次級接觸器，其構(gòu)造成將所述電池系統(tǒng)的負(fù)端子選擇性地聯(lián)接至次級導(dǎo)軌； 初級固態(tài)開關(guān)，其構(gòu)造成當(dāng)所述初級接觸器處于從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的過渡時將所 述正端子選擇性地聯(lián)接至所述初級導(dǎo)軌；以及 次級固態(tài)開關(guān)，其構(gòu)造成當(dāng)所述次級接觸器處于從所述第一狀態(tài)到所述第二狀態(tài)的過 渡時將所述負(fù)端子選擇性地聯(lián)接至所述次級導(dǎo)軌。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一狀態(tài)包括閉合狀態(tài)，并且所述第二狀態(tài) 包括打開狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括： 初級接觸器繼電器驅(qū)動器，其構(gòu)造成啟動所述初級接觸器；以及 次級接觸器繼電器驅(qū)動器，其構(gòu)造成啟動所述次級接觸器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括： 初級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，其聯(lián)接至所述初級接觸器繼電器驅(qū)動器的輸出；以及 初級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路，其聯(lián)接至所述初級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的輸出，所述初級固態(tài)開 關(guān)驅(qū)動電路構(gòu)造成基于來源于所述初級接觸器繼電器驅(qū)動器的輸出的信號選擇性地啟動 所述初級固態(tài)開關(guān)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括： 次級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，其聯(lián)接至所述次級接觸器繼電器驅(qū)動器的輸出；以及 次級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路，其聯(lián)接至所述次級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的輸出，所述次級固態(tài)開 關(guān)驅(qū)動電路構(gòu)造成基于來源于所述次級接觸器繼電器驅(qū)動器的輸出的信號選擇性地啟動 所述次級固態(tài)開關(guān)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括聯(lián)接至所述初級導(dǎo)軌和所述次級導(dǎo)軌的功率逆 變器系統(tǒng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述初級固態(tài)開關(guān)與所述次級固態(tài)開關(guān)被包括 在所述逆變器系統(tǒng)中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述初級固態(tài)開關(guān)包括構(gòu)造成提供雙向信號阻 斷的第一多個二極管，并且所述次級固態(tài)開關(guān)包括構(gòu)造成提供雙向信號阻斷的第二多個二 極管。
9. 一種方法，包括： 產(chǎn)生構(gòu)造成使接觸器中的電氣繼電器打開的第一信號； 響應(yīng)于所述第一信號： 使所述接觸器中的所述電氣繼電器打開； 產(chǎn)生構(gòu)造成使并聯(lián)于所述接觸器設(shè)置的固態(tài)開關(guān)閉合的第二信號； 響應(yīng)于所述第二信號使所述固態(tài)開關(guān)閉合； 確定所述接觸器中的所述電氣繼電器是打開的；以及 響應(yīng)于所述確定使所述固態(tài)開關(guān)打開。
10. -種系統(tǒng)，包括： 初級接觸器驅(qū)動器，其構(gòu)造成啟動初級接觸器，所述初級接觸器構(gòu)造成將電池系統(tǒng)的 正端子選擇性地聯(lián)接至初級導(dǎo)軌； 次級接觸器驅(qū)動器，其構(gòu)造成啟動次級接觸器，所述次級接觸器構(gòu)造成將所述電池系 統(tǒng)的負(fù)端子選擇性地聯(lián)接至次級導(dǎo)軌； 初級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路，其構(gòu)造成選擇性地啟動初級固態(tài)開關(guān)，所述初級固態(tài)開關(guān)構(gòu) 造成當(dāng)所述初級接觸器處于從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的過渡時將所述正端子選擇性地聯(lián)接 至所述初級導(dǎo)軌；以及 次級固態(tài)開關(guān)驅(qū)動電路，其構(gòu)造成選擇性地啟動次級固態(tài)開關(guān)，所述次級固態(tài)開關(guān)構(gòu) 造成當(dāng)所述次級接觸器處于從所述第一狀態(tài)到所述第二狀態(tài)的過渡時將所述負(fù)端子選擇 性地聯(lián)接至所述次級導(dǎo)軌。
【文檔編號】H02J7/00GK104218634SQ201410232833
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月29日
【發(fā)明者】A.J.納穆, C.S.納姆杜里 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司