专利名称：接触器健康监测电路和方法
接触器健康监测电路和方法相关申请案的交叉引用本申请案主张以下美国临时专利申请案的益处，以下专利申请案以引用的方式全部并入本文申请于 2010 年 4 月 19 日、Albert Flack 的标题为 “CONTACTOR HEALTHM0NIT0RCIRCUIT”的美国临时申请案第61/325，791号。
背景技术：
电动车辆现可使用公用电源和高安培电流充电。因此，即使在线路中的小的电阻也可能是低效的或可产生大量的热，如此将造成严重的危害。所需要的是一种监测充电电 路以降低过热的可能性，并且改进电路效率的装置。

发明内容
在一实施中，提供一种用于决定接触器健康的方法，所述方法包括测量在接触器的初级侧上且在接触器的次级侧上的第一公用线电压和第二公用线电压之间的差分电压。所述测量是使用无负载电流和有负载电流两者进行。无负载测量和有负载测量是在初级侧和次级侧进行，并且无负载测量和有负载测量是在接触器关闭的情况下进行。所述方法进一步包括决定在次级无负载电压和次级有负载电压之间的差异，并且减去在初级无负载电压和初级有负载电压之间的差异以提供接触器电压降。通过将接触器电压降除以负载电流来决定接触器电阻。在一个可能的实施方式中，提供一种接触器健康监测电路，所述电路包括第一二极管，所述第一二极管在终端处连接至接触器的线路一初级侧端子；和第二二极管，所述第二二极管在终端处连接至接触器的线路二初级侧端子。第三二极管在终端处连接至接触器的线路一次级侧端子，且第四二极管在终端处连接至接触器的线路二次级侧端子。电路进一步包括运算放大器电路。第一二极管和第二二极管被连接在一起，以便提供线路一初级侧接触器端子和线路二初级侧接触器端子的求和输出至运算放大器电路的第一输入。所述电路还具有连接在一起的第三二极管和第四二极管，以便提供线路一次级侧接触器端子和线路二次级侧接触器端子的求和输出至运算放大器电路的第二输入。在又一个实施方式中，提供一种接触器健康监测电路，所述电路具有第一运算放大器，所述第一运算放大器在第一输入处连接至接触器的线路一初级侧端子，且所述第一运算放大器在第二输入处连接至接触器的线路二初级侧端子。电路还包括第二运算放大器，所述第二运算放大器在第一输入处连接至接触器的线路一次级侧端子，且所述第二运算放大器在第二输入处连接至接触器的线路二次级侧端子。加法放大器，在第一输入处连接至与第二运算放大器的输出相加的第一运算放大器的输出。


本发明的特征和优点将较好地关于以下描述、附加权利要求书和附图而理解，并且在所述附图中图I图示将公用电源连接至电动车辆(未图示)的电缆和一些相关联电路的示意图。图2图示接触器健康电压监测电路的实施方式的简化示意图。图3图示接触器健康电压监测电路的替代实施方式的简化示意图。
具体实施例方式图I图示将公用电源连接至电动车辆(未图示)的电缆100以及一些相关联电路的示意图。在图I的实施方式中，电缆100包含LI线、L2线和接地G线。电缆100在一端IOOu连接至公用电源，且电缆100在另一端IOOc连接至电动车辆(未图示)。电动车辆(未图示)可具有车载充电器，或电缆100的电动车辆端IOOc可经连接至单独、可选的独立式充电器(未图示)。单独的充电器(未图示)将转而经连接至电动车辆用于将车载电池，或其他·电荷存储装置充电。在未图示的其他实施方式中，如果需要，充电器可集成到电缆100中。接触器140机械地将公用电源LI和L2从车辆连接器IOOc断开，或将公用电源LI和L2连接至车辆连接器100c。随着时间变化，接触器140的阻抗增加。因而，必须监视接触器140的健康以保证阻抗不会过高。因此，接触器140的端子lip、端子12p、端子13s，和端子14s是通过接触器健康监测电路180监测。如本文中所使用，端子Ilp和端子12p被认为是在接触器140的“初级侧”上，且端子13s和端子14s被认为是在接触器140的“次级侧”上。端子lip、端子12p、端子13s和端子14s上的电压分别地被称为信号AC_1、信号AC_2、信号AC_3和信号AC_4。通常，由于在高电压缓冲元件中的容许误差，接触器健康电压监测电路须经受放大级的大的绝对误差。所述误差可进行绝对通道至通道差异比较，所述比较对于监视横跨接触器的非常小的电压变化是没有用的。较好的方法是使用两个高电压缓冲级作为相对变化指示，而不是绝对电压值。如此意味着对于给定电压通道，从一电压电平至另一电压电平的电压读数(零电流和负载电流)差异仅为电路的给定线性误差。此误差是非常小的误差且此误差不受电阻元件的精确性影响。A/D转换器的准确度为控制精确度测定仪。对于10位转换器，所述精确度为2位，O. 4%。图2图示接触器健康监测电路200的一个可能实施方式的简化示意图。信号AC_1是经由电阻器R7、电阻器R11、电阻器R16和电阻器R93供应至运算放大器210的倒相输入，从而到运算放大器210中。信号AC_2是经由电阻器R4、电阻器R8、电阻器R13和电阻器R95供应至运算放大器210的非倒相输入。诸如I. 5伏特的中间参考电压信号ADC_VREF_MID是经由电阻器RlOO与信号AC_2结合以将运算放大器210的输出偏压超过零，以便所述输出不低于零。运算放大器210的输出是经由电阻器R50供应至A/D转换器，如信号A/Dl0信号AC_4是经由电阻器R96、电阻器R99、电阻器R103和电阻器R104供应至运算放大器220的倒相输入，从而到运算放大器220中。信号AC_3是经由电阻器R20、电阻器R26、电阻器R35和电阻器R106供应至运算放大器220的非倒相输入。诸如I. 5伏特的中间参考电压信号ADC_VREF_MID是经由电阻器R107与信号AC_3结合以将运算放大器210的输出偏压超过零，以便所述输出不低于零。运算放大器220的输出是经由电阻器R59供应至A/D转换器，如信号A/D3。将运算放大器210和运算放大器220的输出相加且供应至加法放大器230的倒相输入。加法放大器将初级差分(LI至L2)电压和次级差分(LI至L2)电压之间的差异放大。加法放大器230的输出是经由电阻器R55供应至A/D转换器，如信号A/D2。二极管D3和二极管D2为运算放大器210提供过电压保护。二极管D35和二极管D7为运算放大器220提供过电压保护。在图2的实施方式中，输出信号A/D1和输出信号A/D3可在相加用于计算之前先存储以决定接触器140的电阻Re。或者，可将输出信号A/D2储存用于计算以决定接触器140的电阻Re。图3图示接触器健康监测电路300的替代实施例的简化示意图。在接触器健康监测电路300中，AC_3信号和AC_4信号在分别通过二极管DlO和二极管D9之后结合。经结 合的信号经由电阻器R4和电阻器R8供应至运算放大器310的倒相输入。二极管DlO和二极管D9仅允许正电压结合，所以信号AC_3和信号AC_4不取消。 在接触器健康监测电路300中，AC_1信号和AC_2信号在分别通过二极管D2和二极管Dl之后结合。经结合的信号经由电阻器R9和电阻器RlO供应至运算放大器310的非倒相输入。二极管D2和二极管Dl仅允许正电压结合，所以信号AC_3和信号AC_4不取消。在接触器健康监测电路300中，将运算放大器310的输出提供至A/D转换器用于储存且用于决定接触器140的电阻Re。图3的实施方式提供改进的准确度，因为所述实施方式具有较少电阻器且因为不存在共模问题，因为二极管D1、二极管D2、二极管D9和二极管DlO防止进/出运算放大器310的负到正电压的摆动。二极管D1、二极管D2、二极管D9和二极管DlO允许输入完全为正且在放大器310的工作范围之内，如此减少了误差且提供了较好增益，因为如此不必在正值中点和负值中点之间分离输出。因而，通过使用二极管D1、二极管D2、二极管D9和二极管DlO来整流，加倍了准确度的范围。此外，图3的实施方式包含较少元件、较少电阻器和运算放大器。参看图3，在一些实施例中，R3、R4、R5、R6、R8、R9、R10 和 R12 分别具有 55K、3M、100、600k、10K、3M、IOK 和55K的电阻值，且Cl和C3分别具有O. 01微法和O. 0001毫法的电容。然而，参看图2，在一些实施例中，R7、RlI和R16具有3. OOM欧姆的合成电阻；R4、R8和R13具有3. OOM欧姆的合成电阻；R96、R99和R103具有3. OOM欧姆的合成电阻；R20、R26和R35具有3. OOM欧姆的合成电阻。在各种实施方式中，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欧姆。说明，在各种实施方式中，R39是1.00M，R40是10. 0K，R42是
10.OK, R59是100，R39是I. 00M，且R55是100欧姆。另外，电容器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，在一些实施例中，大部分电阻器是+/-0. 1%。然而，图3的实施方式包含较少元件、较少电阻器和运算放大器，如此可以更加有成本效率。参看图I至图3，在运算时，接触器健康监测电路200和接触器健康监测电路300的两个实施方式测量在Ilp和12p处接触器140的初级侧上的与在13s和14s处接触器140的次级侧上的LI和L2之间的差动电压(标称为240伏特)。所述测量在无负载(零电流)和有负载(有电流)两种情况下进行。在初级侧和次级侧的无负载和有负载测量两者均在接触器140关闭的情况下进行。无负载测量是在将电流施加于车辆(未图示)之内的负载(电池)之前进行。从初级无负载电压和初级有负载电压之间的差异中减去次级无负载电压和次级有负载电压之间的差异。将此数除以负载电流以产生接触器140的电阻Re。请注意，接触器140的电阻Re为通过接触器140的LI路径和L2路径两者的总电阻。基于所述方法，用于决定接触器阻抗Re的方法可实施如下。分别记录初级和次级上的接触器140空载交流电压Vp_NL和Vs_NL。监测交流电流并且等待待获得的最大电流值。分别地记录在初级和次级上的有负载交流电压Vp_L和有负载交流电压Vs_L，和有负载交流电流值A_L。使用以下计算来决定接触器阻抗，其中 PD=初级差异SD=次级差异CD=接触器下降Rc=接触器电阻PD=Vp_NL-Vp_L 伏特SD=Vs_NL-Vs_L 伏特CD=PD-SD 伏特Rc=CD/A_L 欧姆所述步骤可执行几次并且可对于许多读数将结果求平均。值得注意的是，如果需要，对“一个实施方式”或“一实施方式”的任何参考意味结合所述实施方式描述的特定特征、结构或特性可包括在一实施方式中。在本说明书中的不同部分出现的短语“在一实施方式中”不必全部指代相同实施方式。在本文中提供的说明和实例是用于说明的目的且不旨在限制附加权利要求书的范畴。本案将被视为对本发明的原理的例证且本案不旨在限制本发明的精神及范畴和/或所说明的实施方式的权利要求书。本领域技术人员将针对本发明的特定应用对本发明进行修改。包括在本专利中的论述旨在作为基本描述。读者将应知道特定论述可能不明确地描述所有可能的实施方式，并且隐含替代的实施方式。同时，本论述可能不会完全地解释本发明的一般性质，且本论述可能不明确地展示各特征或元素可如何实际地为典型或等效的元素。此外，所述元素隐含地包括在本案中。在本发明以面向装置的术语描述的情况下，本装置的各元件隐含地执行功能。还应理解，在不偏离本发明的本质的情况下可进行各种变化。所述变化也隐含地包括在本描述中。所述变化仍属于本发明的范围。此外，本发明和权利要求书的各种元件中的每一元件还可以各种方式实现。将应理解本案涵盖各个所述变化，所述变化为任何设备实施方式、方法实施方式的变化，或所述变化甚至仅为所述设备实施方式或方法实施方式的任何元件的变化。特别地，应将理解，因为本案涉及本发明的元件，所以各个元件的措词可通过同等设备术语来表达，即使仅功能或结果是相同的。所述同等、更广泛，或甚至更通用的术语应视为包含于各个元件或动作的描述中。在希望使本发明所赋予的隐含的广阔范围明显的情况下，可将所述术语取代。应理解，所有动作皆可表达为采取所述动作的手段或表达为引起所述动作的元件。同样地，揭示的各个物理元件应理解为涵盖所述物理元件促进的动作的揭示。应理解所述改变和替代术语应明确地包括在本描述中。在已结合数个实施方式描述本发明时，修改现将当然地向本领域技术人员建议修改自身。本文的示例性实施方式並非旨在限制，各种配置和特征的组合是可能的。因而，本发明不限于所揭示的实施方式，除非如附加权利要求书所要求。·
权利要求
1.一种用于决定接触器健康的方法，所述方法包含 a)测量在接触器的初级侧和在接触器的次级侧上的第一公用线电压和第二公用线电压之间的差分电压； b)其中所述测量是使用无负载电流和有负载电流两者进行； c)其中在所述初级侧和所述次级侧的所述无负载和所述有负载测量两者均在接触器关闭的情况下进行； d)决定在次级无负载电压和次级有负载电压之间的差异，并且减去在初级无负载电压和初级有负载电压之间的差异以提供接触器电压降；和 e)通过将接触器电压降除以负载电流来决定接触器电阻。
2.如权利要求I所述的方法，进一步包含重复所述测量的步骤，决定所述差异的步骤，以及决定所述接触器电阻的步骤；且进一步包含使用所述接触器电阻的数个样品以决定平均接触器电阻。
3.一种接触器健康监测电路，包含 a)第一二极管，所述第一二极管在终端处连接至接触器的线路一初级侧端子； b)第二二极管，所述第二二极管在终端处连接至所述接触器的线路二初级侧端子； c)第三二极管，所述第三二极管在终端处连接至所述接触器的线路一次级侧端子； d)第四二极管，所述第四二极管在终端处连接至所述接触器的线路二次级侧端子； e)运算放大器电路； f)所述第一二极管和所述第二二极管被连接在一起，以便提供线路一初级侧接触器端子和线路二初级侧接触器端子的求和输出至所述运算放大器电路的第一输入；和 g)所述第三二极管和所述第四二极管被连接在一起，以便提供线路一次级侧接触器端子和线路二次级侧接触器端子的求和输出至所述运算放大器电路的第二输入。
4.如权利要求3所述的接触器健康监测电路，其中所述第一二极管和所述第二二极管被连接在一起，以便来自所述线路一初级侧端子和所述线路二初级侧端子的信号在不取消的情况下结合。
5.如权利要求3所述的接触器健康监测电路，其中所述第三二极管和所述第四二极管被连接在一起，以便来自所述线路一次级侧端子和所述线路二次级侧端子的信号在不取消的情况下结合。
6.如权利要求3所述的接触器健康监测电路，其中所述运算放大器电路的输出被连接至A/D转换器输入。
7.一种接触器健康监测电路，包含 a)第一运算放大器，在第一输入处连接至所述接触器的线路一初级侧端子，且在第二输入处连接至所述接触器的线路二初级侧端子； b)第二运算放大器，在第一输入处连接至所述接触器的线路一次级侧端子，且在第二输入处连接至所述接触器的线路二次级侧端子；以及 c)加法放大器，在第一输入处连接至与所述第二运算放大器的输出相加的所述第一运算放大器的输出。
8.如权利要求7所述的接触器健康监测电路，其中所述加法放大器具有连接至参考电压的第二输入。
9.如权利要求7所述的接触器健康监测电路，其中所述第一运算放大器的所述第二输入被连接至参考偏压电压。
10.如权利要求7所述的接触器健康监测电路，其中所述第二运算放大器的所述第二输入被连接至参考偏压电压。
11.如权利要求7所述的接触器健康监测电路，其中所述加法放大器具有连接至参考电压的第二输入，并且其中所述第一运算放大器的所述第二输入被连接至参考偏压电压，且其中所述第二运算放大器的所述第二输入被连接至参考偏压电压。
12.如权利要求7所述的接触器健康监测电路，其中所述第一运算放大器的所述输出被连接至A/D转换器输入，其中所述第二运算放大器的所述输出被连接至A/D转换器输入，且其中所述加法放大器的输出被连接至A/D转换器输入。
全文摘要
在一可能的实施中，提供一种决定接触器健康的方法，所述方法包括测量在接触器的初级侧上且在接触器的次级侧上的第一公用线电压和第二公用线电压之间的差分电压。所述测量是使用无负载电流和有负载电流两者进行。无负载测量和有负载测量是在初级侧和次级侧进行，并且无负载测量和有负载测量是在接触器关闭的情况下进行。所述测量包括决定在次级无负载电压和次级有负载电压之间的差异，并且减去在初级无负载电压和初级有负载电压之间的差异以提供接触器电压降。通过将接触器电压降除以负载电流来决定接触器电阻。
文档编号G01R27/00GK102947715SQ201180030322
公开日2013年2月27日 申请日期2011年4月19日 优先权日2010年4月19日
发明者艾伯特·弗拉克 申请人:航空环境公司