用于控制电动车辆中的接触器的高压电路和方法与流程

1.本发明总体地涉及一种用于接触器的控制电路系统，并且特别是涉及一种用于电动车辆中的接触器的控制电路系统。


背景技术：

2.电动车辆的现有技术水平要求系统中有两个或更多个开关元件，所述开关元件通常称为“接触器”。这些接触器根据负责车辆推进的电气高压电路的需要断开或闭合。在历史上，这些接触器由使用高侧驱动器(hsd)或低侧驱动器(lsd)的不同组合的电子模块控制，例如，接通/切断hsd(on/off hsd)、脉冲宽度调制(pwm) lsd、pwm hsd、接通/切断lsd(on/off lsd)、单个hsd或单个lsd。不管使用何种hsd-lsd组合，共同特性都在于驱动器直接由系统中的主微控制器控制。在失去主微控制器的情况下，该电路的性质是立即禁用接触器驱动器并将系统移至安全状态，这包括断开接触器7。
3.图1图示了用于控制设置在高电压源与高电压负载之间的一个或多个接触器的常规控制装置和/或控制模块1，在此情况下，所述高电压负载是电动车辆或混合动力电动车辆的推进系统。控制装置1包括驱动器电路3，其被图示为高侧驱动器电路，其生成控制信号5，所述控制信号5连接到接触器7的控制端子。驱动器电路3由电池供电电压vbatt供电。在此情况下被实现为逻辑与门(and gate)的安全门从与控制装置1可操作地相关联的微控制器(未示出)接收推进力损失信号207、安全禁用信号209和脉冲宽度调制(pwm)控制信号205作为输入。推进力损失信号207由除控制接触器7的主微控制器以外的设备生成，并且可以响应于检测到机动车辆的推进力损失或主微控制器的意外复位而被使能(有效，asserted)。由冗余次级监控设备/微控制器或控制接触器的主微控制器生成的安全禁用信号209用于控制驱动器电路3并且立即断开接触器7，从而使高电压源与高电压负载电气隔离。这可以在微控制器断电或以其他方式失去促进对接触器7的控制的情况下发生。pwm控制信号205由主微控制器在正常操作期间提供。
4.响应于故障而断开接触器7避免通常被评定为高达汽车安全完整性等级d(asil-d)的进一步危险。然而，存在其中接触器7的非命令和/或意外断开可能导致电动车辆或混合动力电动车辆中的不安全状态的故障情形。具体来说，断开接触器7可能导致意外的推进力损失，这在高速下可能是危险的。根据车辆制造商在其危害分析和风险评估(hara)中考虑的具体情况，此情形可以被评定为高达asil-d。为此，在电动车辆中，可以找到“避免意外的推进力损失”的安全目标。避免意外的推进力损失的此安全目标可能与电动车辆的控制系统的其他安全目标冲突，所述其他安全目标要求在故障的情况下立即断开接触器7。


技术实现要素：

5.本公开内容的实例性实施例通过协调意外推进力损失的潜在危险与响应于系统故障需要断开接触器7来克服现有电动车辆控制系统中的缺点。在一实例性实施例中，公开一种用于电动车辆中的接触器的控制电路，其包括：驱动器电路，所述驱动器电路具有耦合
到至少一个接触器的控制端子的输出，所述驱动器电路具有电源输入和控制输入；以及布尔逻辑门，所述布尔逻辑门具有耦合到安全禁用控制信号的输入、第二输入和耦合到所述驱动器电路的所述控制输入的输出。保持电路具有耦合到推进力损失信号的第一输入、耦合到pwm控制信号的第二输入和耦合到所述布尔逻辑门的所述第二输入的输出。
6.在一个实施例中，所述保持电路包括推进力损失检测电路，所述推进力损失检测电路具有输出以及耦合到所述保持电路的所述第一输入的输入。所述保持电路还包括输出锁存电路，所述输出锁存电路具有耦合到所述推进力损失检测电路的所述输出的第一输入和耦合到所述布尔逻辑门的所述第二输入的输出。在一个方面中，所述推进力损失检测电路包括单稳态多谐振荡器电路，所述单稳态多谐振荡器电路生成具有预先确定的持续时间的脉冲输出，所述脉冲输出是对所述推进力损失信号的触发沿的响应。在另一方面中，所述单稳态多谐振荡器电路包括可再触发的单稳态多谐振荡器电路。
7.在一实施例中，所述推进力损失检测电路包括耦合到所述单稳态多谐振荡器电路的至少两个分立电气或电子部件，并且所述预先确定的持续时间基于所述至少两个分立电气或电子部件的特性值。
8.所述输出锁存电路包括多路复用器电路，所述多路复用器电路具有耦合到所述推进力损失检测电路的所述输出的第一选择输入、耦合到所述推进力损失检测电路的所述输出的逻辑补码的第二选择输入、耦合到所述多路复用器电路的所述输出的第一数据输入和耦合到所述pwm控制信号的第二数据输入，其中所述多路复用器电路的所述输出是所述输出锁存电路的所述输出。当所述第一选择输入处于第一逻辑状态时，所述多路复用器电路的所述第一数据输入耦合到其输出，并且当所述第二选择输入处于所述第一逻辑状态时，所述多路复用器电路的所述输出基于所述pwm控制信号。基于所述推进力损失检测电路的所述输出，所述输出锁存电路的所述输出维持在所述输出锁存电路的所述输出的先前布尔逻辑状态或者基于所述pwm控制信号。
9.在一实例性实施例中，所述保持电路包括第二锁存电路，所述第二锁存电路具有对应于所述保持电路的所述第一输入的第一输入、耦合到第一控制信号的第二输入和对应于所述保持电路的输出的输出。所述第二锁存的所述输出响应于所述推进力损失信号保持在第一布尔逻辑状态并且响应于所述第一控制信号处于第二布尔逻辑状态。在一个方面中，所述第二锁存电路包括d型触发器电路(正反器电路，flip flop circuit)，所述d型触发器电路具有耦合到电源电压的设置输入和数据输入、耦合到所述推进力损失信号的时钟输入和耦合到所述第一控制信号的复位输入。
10.所述接触器连接在电动车辆中的高电压源与高电压负载之间。
11.在另一实施例中，公开一种控制设置在电动车辆中的高电压源与高电压负载之间的接触器的方法。所述方法包括：感测推进力损失信号是否指示正发生推进力损失事件；响应于所述推进力损失信号生成第一控制信号；以及基于所述第一控制信号的逻辑状态和pwm控制信号的逻辑状态生成用于控制接触器的经锁存输出信号。
12.所述第一控制信号包括具有预先确定的脉冲宽度的脉冲，并且生成所述第一控制信号包括响应于所述推进力损失信号的触发沿生成所述脉冲。
13.生成所述经锁存的输出信号包括当所述第一控制信号处于第一布尔逻辑状态时锁存所述经锁存的输出信号，并且当所述第一控制信号处于第二布尔逻辑状态时生成所述
pwm控制信号作为所述经锁存的输出信号。生成所述经锁存的输出信号包括当所述第一控制信号处于第一布尔逻辑状态时在所述经锁存的输出信号处多路复用所述经锁存的输出信号，并且当所述第一控制信号处于第二布尔逻辑状态时多路复用所述pwm控制信号。
14.生成所述第一控制信号包括生成所述第一控制信号作为经锁存的控制信号，所述经锁存的控制信号在控制输入信号处于第一逻辑状态时改变逻辑状态并且在所述控制输入信号处于第二逻辑状态时不改变。
附图说明
15.下文将结合附图参考示例性实施例详细解释本发明的方面，在附图中：
16.图1是用于控制设置在高电压源与高电压负载之间的接触器的常规控制装置的简化框图；
17.图2是根据一实例性实施例的用于控制设置在高电压源与高电压负载之间的接触器的控制装置的简化框图；
18.图3是根据一实例性实施例的图2的控制装置的保持电路的示意图：并且
19.图4是根据另一实例性实施例的图2的控制装置的保持电路的示意图。
具体实施方式
20.实例性实施例的以下描述本质上仅是示例性的，并且决不旨在限制本发明、其应用或用途。在附图和整个具体实施方式中，使用相同的附图标记来标识相同或类似的元件。为清楚起见，除非另有说明，否则所述元件未按比例示出。
21.实例性实施例总体地涉及协调用于电动车辆的高压系统中的接触器响应于故障(诸如微控制器故障)的断开与当车辆正以高速行进时因断开接触器所致的推进力损失的危险。一般来说，实例性实施例提供如下电子解决方案：其能够保持接触器的先前状态达一时间周期以便避免系统中的意外推进力损失，而不影响接触器在紧急情况下的正常操作。这有利地导致延迟任何意外的推进力损失，以便除其他之外，允许系统在实际发生推进力损失之前提醒车辆驾驶员关于推进力损失。
22.图2图示根据一实例性实施例的控制装置或系统200。控制装置200可以形成用于电动车辆的控制模块的至少一部分。控制装置200提供控制信号202，控制信号202控制接触器7的状态。在此实施例中，接触器7设置在高电压源9(一组电池，其组合提供高电压)与高电压负载11(诸如电动车辆的推进系统)之间。接触器7可以是与高电压源9和/或高电压负载11相关联使用的多个接触器中的一者，在此情况下，接触器7可以代表多个接触器7。
23.控制装置200包括用于生成控制信号202的驱动器电路3。在所图示的实施例中，驱动器电路3是高侧驱动器电路，但是应理解，驱动器电路3可以具有许多不同拓扑结构中的任一者，如上文所讨论的。诊断块13向车辆控制系统内的其他模块提供关于对接触器7的控制的反馈。
24.控制装置200进一步包括保持电路204，所述保持电路204接收由电动车辆的微控制器206生成和传输的pwm控制信号205以及在故障或即将发生的故障期间、诸如例如响应于检测到电动车辆或混合动力电动车辆的推进力损失或即将发生的推进力损失生成的推进力损失信号207。在所图示的实施例中，推进力损失信号207由除微控制器206以外的设备
生成，并且可以响应于微控制器206的意外复位而被使能。保持电路204生成施加到安全逻辑208的输出信号，安全逻辑208被实现为逻辑与门。安全逻辑208另外接收用于禁用接触器7的安全禁用信号209。在此实施例中，安全禁用信号209由独立的(相对于微控制器206)监测设备、监视器定时器电路或其他次级监控设备(未示出)生成。安全禁用信号209用于控制驱动器电路3并且立即断开接触器7，从而使高电压源9与高电压负载11电气隔离。
25.微控制器206包括一个或多个处理器内核以及易失性和非易失性的存储器，所述存储器可以将程序代码存储为指令，所述指令在由这一个或多个处理器内核执行时致使微控制器206实施若干操作，在此情况下，所述操作包括控制一个或多个接触器7。对接触器7的控制可以形成由微控制器26控制高电压负载11(例如，车辆的推进系统)的一部分。应理解，微控制器206可以包括任何数量的不同微控制器架构。存储器可以嵌入微控制器206中、在微控制器206外部或者嵌入微控制器206中以及在微控制器206外部两者。在替代的实施例中，微控制器206被实现为现场可编程门阵列(fpga)或者是基于状态机的电路。
26.保持电路204接收推进力损失信号207以及来自微控制器206的pwm控制信号205，并且在保持电路204的输出处生成输出信号，该输出信号延迟推进力损失信号207传播到安全逻辑208。在此实例性实施例中，延迟量是预先确定的并且被设置成允许提醒车辆驾驶员即将到来的车辆推进中断，使得驾驶员可以在中断之前采取适当的措施，从而避免发生潜在危险的情形。
27.图3图示了根据一实例性实施例的保持电路204的实施方案。保持电路204包括推进力损失检测电路220，所述推进力损失检测电路220检测数字推进力损失信号207的触发沿，并且生成脉冲作为输出信号222以及逻辑补码(反相)输出信号(1ogical complement(inverse)output signal)224。推进力损失检测电路220作为单稳态多谐振荡器和/或“单触发(one-shot)”来运行，其响应于该电路的输入的触发沿生成脉冲。推进力损失检测电路220的所图示的实施方案使用具有零件编号74hc4538并由例如德州仪器公司制造(作为零件编号cd74hc4538)的可再触发的单稳态多谐振荡器。在此实施方案中，所生成的脉冲的持续时间基于通过电阻器226的电阻(特性值)和电容器228的电容(特性值)的乘积计算的时间常数，并且特别是基于这种乘积的0.7。应理解，由推进力损失检测电路220生成的脉冲的持续时间可以基于系统要求通过分别改变电容器228和电阻器226的电容和/或电阻而变化。应进一步理解的是，推进力损失检测电路220可以具有不同的实施方案，并且利用不同的零件和电气或电子部件。
28.继续参考图3，保持电路204进一步包括输出锁存电路230，输出锁存电路230被配置成在接收到来自推进力损失检测电路220的所生成的脉冲时维持其当前经锁存的状态，并且当没有来自推进力损失检测电路220的所生成的脉冲时基于由微控制器206生成的pwm控制信号205输出信号。输出锁存电路230的所图示的实施方案是多路复用器电路，其中选择输出锁存电路230的输出并将其馈送返回和传递到输出，或者选择pwm控制信号205并将其传递到输出锁存电路230的输出。对馈送返回的输出信号或pwm控制信号205的选择是通过由推进力损失检测电路220生成的输出信号222、224做出的。在此实施例中，输出锁存电路230的具体实施方案包括两个逻辑与门232、234和逻辑或门236。逻辑与门232接收由推进力损失检测电路220生成的输出信号222以及输出锁存电路230的输出作为其输入。逻辑与门234在其输入处接收由推进力损失检测电路220生成的输出信号224以及pwm控制信号
205。逻辑与门232、234的输出连接到逻辑或门236的输入。逻辑或门236的输出驱动输出锁存电路230的输出。
29.如可见的，当由推进力损失检测电路220在输出信号222处生成的脉冲被使能(即，变成逻辑高或“1”值)时，输出锁存电路230的输出被馈送返回并传播通过逻辑与门232和逻辑或门236。这将输出锁存电路230维持在经锁存的状态，其中输出维持在当前状态。在此时间期间，输出信号224被禁用(失效，de-asserted)(即，变成逻辑低或“0”值)，这致使逻辑与门234输出逻辑低或“0”值，从而对逻辑或门236的输出没有影响。
30.相反地，当没有脉冲出现在输出信号222上(即，其处于逻辑低或“0”状态)时，逻辑与门232的输出处于逻辑低或“0”状态，使得其对逻辑或门236的输出没有影响。在没有由推进力损失检测电路220生成的脉冲的此时间期间，输出信号224被驱动至逻辑高或“1”值，这允许pwm控制信号205传播通过逻辑与门234和逻辑或门236到达输出锁存电路230的输出。因此，在推进力损失信号207被使能时，保持电路204维持其当前输出达预先确定的时间周期。只有在预先确定的时间周期已经逝去之后，微控制器206才可以经由pwm控制信号205控制接触器7的状态。
31.在失去微控制器206的情况下，图3的保持电路204有利地设置用于控制(即，切断或断开)接触器7的硬件保持时间限制。与基于pwm控制信号205的rc延迟的其他解决方案相比，如果微控制器206在脉冲时间期满之前并不返回到其操作状态并且针对其他条件并不影响接触器7的正常操作，接触器7可以被切断/断开，这仅在提醒车辆驾驶员之后将系统移至安全状态。
32.图4示出根据第二实例性实施例的保持电路204’的实施方案，其包括推进力损失检测电路220’和输出锁存电路230。推进力损失检测电路220’作为锁存电路运行。在一种实施方案中，推进力损失检测电路220’是d型触发器电路320，诸如触发器零件74hc74，其被配置成通过将时钟输入(clk)连接到推进力损失信号207、将数据输入(d)和设置输入(sd)连接到vcc和/或逻辑高或“1”状态并且将复位输入(rd)连接到控制信号240而作为锁存电路操作，所述复位输入将d型触发器电路320初始化和/或重新初始化为已知状态。一旦触发器电路320被推进力损失信号207的上升沿触发，输出信号322和(逻辑补码)324便切换(toggle)。触发器电路320保持在其经锁存的状态，直到生成控制信号240的微控制器206将控制信号240驱动至逻辑低或“0”状态，此时，输出322被驱动至逻辑低状态，并且输出324被驱动至逻辑高状态。
33.图4中的保持电路204’的输出锁存电路230与图3中的保持电路204的输出锁存电路230具有相同的实施方案。
34.在操作中，当推进力损失信号207被使能(即，从逻辑低状态转变到逻辑高状态)并且控制信号240处于逻辑高状态时，输出信号322被驱动至逻辑高状态，并且(逻辑补码)输出信号324驱动至逻辑低状态。这致使输出锁存电路230的输出被馈送返回并且传播通过逻辑与门232和逻辑或门236到达输出锁存电路230的输出，从而致使推进力损失信号207的延迟以免影响对接触器7的控制以切断接触器7。输出锁存电路230的输出保持在此状态，直到控制信号240复位触发器320(通过从逻辑高值转变为逻辑低值)，这致使输出322被驱动至逻辑低状态，并且输出324被驱动至逻辑高状态。此时，pwm控制信号205能够传播通过逻辑与门234和逻辑或门236以用于控制接触器7。
35.在图4中所示的保持电路204’的实施例中，不存在其中如在图3的保持电路204的操作的情况下输出锁存电路230的输出被锁存和/或维持在其当前状态的经编程的延迟周期，如上文所讨论的，所述保持电路204具有在硬件(电容器228和电阻器226)中设置的预先确定的延迟持续时间。在保持电路204’的操作中不存在无预先确定的延迟周期是因为在控制信号240相对于推进力损失信号207的上升沿通过微控制器206从逻辑高状态转变到逻辑低状态的定时中经历该预先确定的延迟周期。图4的保持电路204’需要微控制器206的干预以夺回对保持电路204’的输出的控制(并且因此对接触器7的控制)，这很方便，因为微控制器206可以推迟推进力损失达较长(或变化的)时间周期，直到微控制器206夺回控制以主动控制接触器7的状态。
36.在本文中已经以说明性方式描述了实例性实施例，并且应理解，已经使用的术语旨在具有描述、而非限制性词语的性质。显然，鉴于以上教示，本发明的许多修改和变化是可能的。以上描述本质上仅是示例性的，并且因此，可以在不背离如在所附权利要求书中限定的本发明的精神和范围的情况下对以上描述作出变化。

技术特征：
1.一种用于电动车辆中的接触器的控制电路，其包括：驱动器电路，所述驱动器电路具有耦合到接触器的控制端子的输出，所述驱动器电路具有电源输入和控制输入；逻辑门，所述逻辑门具有耦合到安全禁用控制信号的输入、第二输入和耦合到所述驱动器电路的所述控制输入的输出；以及保持电路，所述保持电路具有耦合到推进力损失信号的第一输入、耦合到脉冲宽度调制(pwm)控制信号的第二输入和耦合到所述逻辑门的所述第二输入的输出。2.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述保持电路包括推进力损失检测电路和输出锁存电路，所述推进力损失检测电路具有输出以及耦合到所述保持电路的所述第一输入的输入，所述输出锁存电路具有耦合到所述推进力损失检测电路的所述输出的第一输入和耦合到所述逻辑门的所述第二输入的输出。3.根据权利要求2所述的控制电路，其中所述推进力损失检测电路包括单稳态多谐振荡器电路，所述单稳态多谐振荡器电路生成具有预先确定的持续时间的脉冲输出，所述脉冲输出是对所述推进力损失信号的触发沿的响应。4.根据权利要求3所述的控制电路，其中所述单稳态多谐振荡器电路包括可再触发的单稳态多谐振荡器电路。5.根据权利要求3所述的控制电路，其中所述推进力损失检测电路包括耦合到所述单稳态多谐振荡器电路的至少两个分立电气或电子部件，并且所述预先确定的持续时间基于所述至少两个分立电气或电子部件的特性值。6.根据权利要求2所述的控制电路，其中所述输出锁存电路包括多路复用器电路，所述多路复用器电路具有耦合到所述推进力损失检测电路的所述输出的第一选择输入、耦合到所述推进力损失检测电路的所述输出的逻辑补码的第二选择输入、耦合到所述多路复用器电路的所述输出的第一数据输入和耦合到所述pwm控制信号的第二数据输入，所述多路复用器电路的所述输出包括所述输出锁存电路的所述输出。7.根据权利要求6所述的控制电路，其中当所述第一选择输入处于第一逻辑状态时，所述多路复用器电路的所述第一数据输入耦合到其输出，并且当所述第二选择输入处于所述第一逻辑状态时，所述多路复用器电路的所述输出包括所述pwm控制信号。8.根据权利要求2所述的控制电路，其中基于所述推进力损失检测电路的所述输出，所述输出锁存电路的所述输出维持在所述输出锁存电路的所述输出的先前逻辑状态或者基于所述pwm控制信号。9.根据权利要求2所述的控制电路，其中所述推进力损失检测电路包括第二锁存电路，所述第二锁存电路具有对应于所述保持电路的所述第一输入的第一输入、耦合到控制信号的第二输入和对应于所述推进力损失检测电路的所述输出的输出，所述第二锁存的所述输出响应于所述推进力损失信号保持在第一逻辑状态并且响应于所述控制信号处于第二逻辑状态。10.根据权利要求9所述的控制电路，其中所述第二锁存电路包括d型触发器电路，所述d型触发器电路具有耦合到电源电压的设置输入和数据输入、耦合到所述推进力损失信号的时钟输入和耦合到所述控制信号的复位输入。11.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述接触器连接在电动车辆中的高电压源与
高电压负载之间。12.一种控制设置在电动车辆中的高电压源与高电压负载之间的接触器的方法，其包括：感测推进力损失信号是否指示正发生推进力损失事件；响应于所述推进力损失信号生成第一控制信号；以及基于所述第一控制信号的逻辑状态和脉冲宽度调制(pwm)控制信号的逻辑状态生成用于控制接触器的经锁存的输出信号。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一控制信号包括具有预先确定的脉冲宽度的脉冲，并且生成所述第一控制信号包括响应于所述推进力损失信号的触发沿生成所述脉冲。14.根据权利要求12所述的方法，其中生成所述经锁存的输出信号包括当所述第一控制信号处于第一逻辑状态时锁存所述经锁存的输出信号，并且当所述第一控制信号处于第二逻辑状态时生成所述pwm控制信号作为所述经锁存的输出信号。15.根据权利要求12所述的方法，其中生成所述经锁存的输出信号包括当所述第一控制信号处于第一逻辑状态时在所述经锁存的输出信号处多路复用所述经锁存的输出信号，并且当所述第一控制信号处于第二逻辑状态时多路复用所述pwm控制信号。16.根据权利要求15所述的方法，其中生成所述第一控制信号包括生成所述第一控制信号作为经锁存的控制信号，所述经锁存的控制信号在控制输入信号处于第一逻辑状态时改变逻辑状态并且在所述控制输入信号处于第二逻辑状态时不改变。

技术总结
一种用于控制车辆中的接触器的控制电路和方法。所述控制电路包括驱动器电路，所述驱动器电路具有耦合到接触器的控制端子的输出，所述驱动器电路具有电源输入和控制输入。布尔逻辑门具有耦合到安全禁用控制信号的输入、第二输入和耦合到所述驱动器电路的所述控制输入的输出。保持电路具有耦合到推进力损失信号的第一输入、耦合到脉冲宽度调制(PWM)控制信号的第二输入和耦合到所述布尔逻辑门的所述第二输入的输出。基于所述推进力损失检测电路的所述输出，输出锁存电路的所述输出维持在所述输出锁存电路的所述输出的先前布尔逻辑状态或者基于所述PWM控制信号。态或者基于所述PWM控制信号。态或者基于所述PWM控制信号。


技术研发人员：E
受保护的技术使用者：纬湃科技美国有限责任公司
技术研发日：2021.10.13
技术公布日：2023/6/28