電動車輛蓄電池接觸器開關監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明大體涉及具有電力推進的車輛，更具體地涉及通過與蓄電池電路數(shù)字隔離的微控制器監(jiān)測蓄電池接觸器開關。
【背景技術】
[0002]混合動力車輛或電動車輛的電力驅動的直流(DC)電源(如蓄電池)和其他元件需要監(jiān)測以便使效率和性能最大化以及檢測潛在的故障。例如鋰離子(L1-1on)這樣的通常的蓄電池類型利用一起層疊到蓄電池組中的大量單元。除了監(jiān)測蓄電池組輸出的總電壓，通常單獨監(jiān)測每個單元以確定它們的電壓產(chǎn)出和其他參數(shù)。也監(jiān)測每個單元的溫度以便防止過熱。
[0003]由于涉及的高壓電平、在層疊內(nèi)各自的單元運轉時的中間電壓范圍以及需要的高的精度水平，可靠地監(jiān)測各種蓄電池狀況是非常具有挑戰(zhàn)性的。商業(yè)上已研制出用于車輛環(huán)境的各種蓄電池監(jiān)測集成電路(IC)設備。市場上可買到的蓄電池監(jiān)測IC設備的示例包括可向馬薩諸塞州諾伍德的美國模擬器件公司(Analog Devices, Inc.)購買的AD7280A設備、可向加利福尼亞米爾皮塔斯的凌力爾特公司(Linear Technology Corporat1n)購買的LTC6804設備和可向加利福尼亞米爾皮塔斯的英特砂爾公司(Intersil Corporat1n)購買的ISL94212多單元鋰離子蓄電池管家。除了用于直接監(jiān)測各自的蓄電池單元的多個輸入，已知的IC設備包括幾個模擬輸入，用于測量用作各自的蓄電池單元的溫度傳感器的熱敏電阻電路的輸出。
[0004]測量的蓄電池單元、蓄電池組以及相關設備的參數(shù)全部被主微控制器或微處理器使用，用于執(zhí)行蓄電池管理和通信。待監(jiān)測的一些主要組件包括耦接蓄電池組至車輛負載(如用于驅動電動機的逆變器)的蓄電池接觸器開關。主微控制器或微處理器通常位于與其他車輛組件一一例如車輛系統(tǒng)/動力系統(tǒng)控制器或驅動接口模塊一一相連接的離散蓄電池控制模塊或箱內(nèi)。因此，主微控制器或微處理器使用底板地線作為它的基準電壓。底板地線與負蓄電池總線提供的主蓄電池組的基準隔離。
[0005]部署的具有蓄電池組的蓄電池監(jiān)測IC必須參考負總線監(jiān)測蓄電池單元。因此，連接到高壓域中的蓄電池監(jiān)測IC和任何其他的監(jiān)測設備必須通過域交叉元件與主微控制器或微處理器通信，域交叉元件在主微控制器或微處理器的高壓蓄電池域和底板地線域(即低壓域)之間提供數(shù)字隔離。為了使主微控制器或微處理器不僅控制監(jiān)測元件還接收產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)，通常使用相對昂貴的組件--例如光電親合晶體管(photoMOS transistor)
和專用的高壓參考模擬數(shù)字(A/D)轉換集成電路。在維持接觸器開關狀態(tài)的穩(wěn)健檢測的同時避免昂貴的附加組件是非?？扇〉摹?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本發(fā)明的一個方面，提供了一種電動車輛系統(tǒng)，其具有多單元蓄電池組供應在正總線和負總線之間的主蓄電池電壓。第一接觸器開關可選擇地耦接正總線至負載。第二接觸器開關可選擇地耦接負總線至負載。主微控制器監(jiān)測蓄電池組和接觸器開關的性能，主微控制器耦接至底板地線且與正總線和負總線數(shù)字隔離。連接蓄電池監(jiān)控IC到蓄電池組以測量蓄電池組中各自的單元的電壓，其中蓄電池監(jiān)測IC具有隔離的至主微控制器的串行數(shù)據(jù)鏈路以報告測量的電壓。蓄電池監(jiān)測IC進一步包括多個可選擇地提供驅動信號的輔助/熱敏電阻A/D輸入和輔助輸出終端。評估開關具有輸入、輸出和控制終端，其中輸入連接到第一接觸器開關和負載之間的接頭。耦接控制終端至輔助輸出終端以便激活評估開關以響應通過串行數(shù)據(jù)鏈路從主微處理器接收到的命令。在評估開關的輸出和負總線之間耦接分壓器，為輔助/熱敏電阻A/D輸入之一提供分出的電壓輸出。蓄電池監(jiān)測IC通過串行數(shù)據(jù)鏈路傳輸代表分出的電壓輸出的數(shù)字值至主微處理器，主微處理器響應于數(shù)字值確定第一接觸器狀態(tài)。
【附圖說明】
[0007]圖1是顯示現(xiàn)有技術電驅動系統(tǒng)的一個實施例的示意框圖。
[0008]圖2是顯示圖1的系統(tǒng)中使用的方法的流程圖。
[0009]圖3是在接觸器開關監(jiān)測的較低成本的實施方式的情況下的本發(fā)明的電驅動系統(tǒng)的一個實施例的示意框圖。
[0010]圖4是本發(fā)明的一種優(yōu)選方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]現(xiàn)在參考圖1，傳統(tǒng)的電動車輛系統(tǒng)10包括主蓄電池組11，主蓄電池組11具有包括多個典型單元Ila-1lk的單獨的單元。多個蓄電池監(jiān)測IC 12、13和14以層疊的方式連接到各自的蓄電池單元之一。單元監(jiān)測輸入16連接每個相應的單元至蓄電池監(jiān)測IC12-14的各自的輸入引線(如單元0In，Cell0In)。蓄電池監(jiān)測IC 12示出的同樣的相互連接也呈現(xiàn)在蓄電池監(jiān)測IC 13和14中，但不是圖1中示出的全部。主微處理器15通過數(shù)字隔離器16從耦接的IC 12的串行輸出接收測量到的數(shù)據(jù)，從而形成能夠在IC 12的高壓域和主微控制器或微處理器15的低壓底板地線域之間雙向通信的串行數(shù)據(jù)鏈路。當耦接隔離電路16至底板地線17和高壓地線18時，主微控制器或微處理器15耦接到底板地線17。
[0012]蓄電池組11的輸出耦接在正總線20和負總線21之間。車輛負載22—一例如用于驅動電動機的直流交流逆變器(DC-to-AC inverter)(其可以先于直流交流升壓轉換器
(DC-to-DC boost converter))--分別通過主接觸器開關23和24從總線20和21接收直流電源。預先充電開關25和預先充電電阻器26可以跨接在正接觸器開關23，這在本領域中是公知的。以本領域中公知的傳統(tǒng)的方式驅動接觸器開關。
[0013]蓄電池監(jiān)測IC 12包括多個輔助/熱敏電阻A/D輸入30，每個通過各自的熱敏電阻31a-33a耦接至負總線21和地線18。每個熱敏電阻通過各自的上拉電阻31b_33b耦接至基準電壓。每個熱敏電阻31a_33a接近各自的蓄電池單元安裝以充當溫度探針。每個各自的熱敏電阻電壓由蓄電池監(jiān)測IC 12轉換成相應的數(shù)字值，該數(shù)字值連同各個單元電壓通過串行數(shù)據(jù)鏈路被發(fā)送到主微控制器或微處理器15以允許主微控制器或微處理器15監(jiān)測每個蓄電池單元的運行。
[0014]主微控制器或微處理器15也監(jiān)測接觸器開關23和24的狀態(tài)以確保它們適當?shù)仨憫鼈兏髯缘目刂菩盘?未示出)是期望的。因此，測量在開關23和24的負載側的電壓是期望的，其需要在高壓域中測量。
[0015]在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，需要專用的電路系統(tǒng)基于在接觸器開關和負載之間的接頭處的測量到的電壓推斷接觸器開關23和24的狀態(tài)。例如，第一域交叉設備35可以由具有耦接的控制輸入36的光電耦合設備組成以從主微控制器或微處理器15接收邏輯電平控制信號?；鶞瘦斎?7從電源38接收基準電壓V。。。主微控制器或微處理器15降低輸入36至低邏輯電平，以便激活設備35中的光電二極管光源40，從而打開輸出晶體管41。
[0016]電阻器42耦接晶體管41的漏極至接觸器開關23的負載側。連接晶體管41的源極(source)至電阻器43的一側，電阻器43的另一側耦接至在電池組11中點的中點基準電壓44。進一步連接晶體管41的源極至專用模擬數(shù)字轉換器(ADC) 46的轉換輸入45。高壓域輔助電源47為ADC 46提供供應電壓Vhh。當主微控制器或微處理器15開始接觸器開關23的狀態(tài)評估時，它激活域交叉設備35，從而打開晶體管41并在接觸器開關23的負載側和基準電壓44之間形成由電阻器42和43組成的分壓器。在電阻器42和43的接頭處的電壓由ADC 46取樣且產(chǎn)生的數(shù)字值被串行輸出48輸出至隔離電路50以傳輸回主微控制器或微處理器15的相應的串行輸入。
[0017]為了確定負接觸器開關24的狀態(tài)，同樣連接至主微控制器或微處理器15的域交叉設備50激活在中點基準電壓44和開關24的負載側之間的由電阻器51和電阻器52組成的分壓器。在電阻器51和52之間出現(xiàn)的電壓由反相放大器53轉換且耦接至在ADC上的轉換輸入54，并且產(chǎn)生的數(shù)字值從輸出48耦接回到主微控制器或微處理器15。在每一種情況下，主微控制器或微處理器15評估從分壓器獲得的數(shù)字值以確定是否看到或沒看到根據(jù)接觸器開關23和24的狀態(tài)預期的蓄電池電壓。
[0018]圖2概述了用于確定接觸器開關狀態(tài)的現(xiàn)有技術方法。在步驟55，根據(jù)負載是否應該連接至蓄電池而為蓄電池接觸器開關設定適當?shù)尿寗有盘?。在步驟56，當主微控制器或微處理器正試圖核實已獲得接觸器開關的期望位置時，它打開域交叉設備。在步驟57，高壓域中專用的模擬數(shù)字轉換器通過專用的隔離串行鏈路發(fā)送來自各自的分壓器的測量到的電壓至主微控制器或微處理器。在步驟58，主微控制器或微處理器檢查電壓測量結果以確定接觸器開關的狀態(tài)。例如，當接觸器開關關閉時，正電壓大于預定臨界值將是預期的。如果當接觸器開關被命令關閉時，沒有達到要求的電壓，那么推測接觸器開關故障。
[0019]域交叉開關和專用組件(如包括模擬數(shù)字轉換器、數(shù)字隔離和反相放大器