本發(fā)明涉及用于監(jiān)測車輛中的高壓接觸器的設備以及用于監(jiān)測車輛中的高壓接觸器的方法。

背景技術：

混合動力車輛、插電式和純電動車輛、燃料電池車輛和電池充電系統(tǒng)通常也使用60v以上的電壓。法律規(guī)定要求，當電池供電車輛上的充電存儲系統(tǒng)由于過電流而過熱時，所述車輛必須配備在發(fā)生過電流的情況下無論其電流方向如何都會可靠地將能量存儲與高壓電路斷開的安全裝置，諸如保險絲、斷路器或主接觸器。相應的接觸器是已知的。這種接觸器由兩個通過可動開關元件閉合和/或連接的電觸點組成。例如，可動開關元件借助于線圈和在線圈中被引導的銜鐵在空閑位置和開關位置之間移動。接觸器的一個問題是不完全開放的觸點。這會例如造成單極卡住的接觸器。而在這種情況下，兩個觸點被在電氣上斷開，但是由于開關元件的一側卡在觸點上，所以可移動的銜鐵仍然不能返回到其空閑位置。

由本申請人提交的德國專利102015224658.2描述了具有兩個觸點對的機電斷路器，其中每個觸點對的一個觸點設置成在接觸橋上物理地分離。斷路器還具有與接觸橋連接并可沿著一個運動范圍移動的銜鐵。微動開關也設置在銜鐵或接觸橋附近。該微動開關與銜鐵和/或接觸橋隔開，使得當銜鐵和/或接觸橋降低一個運動范圍時，微動開關被致動?？梢岳昧硗庠O置在斷路器中的微動開關來識別缺陷。只有當銜鐵移動了所設置的運動范圍時，微動開關才被致動，從而使斷路器無故障地開關。

wo2008/064694a1描述了一種用于檢測繼電器行使功能的能力的方法以及執(zhí)行該方法的裝置。

從wo2013/189527a1已知一種用于監(jiān)測電磁繼電器的開關裝置和方法。

us2014/0002093a1描述了一種用于繼電器觸點監(jiān)測和控制的方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是至少部分地克服現(xiàn)有技術中已知的缺點并檢測卡住的接觸器，目的是使該信息可用于控制設備的進一步動作。

該技術問題通過一種用于監(jiān)測車輛中的高壓接觸器的設備解決。其中，高壓接觸器包含具有銜鐵的線圈，用線圈電流或線圈電壓對線圈進行激勵以開關高壓接觸器，高壓接觸器由銜鐵的運動開關，從而也改變線圈的電感，并且該設備包含以下裝置：接口，該接口用于在高壓接觸器的開關過程期間讀入用于所產(chǎn)生的線圈電壓和/或產(chǎn)生的線圈電流的測量值曲線；分析裝置，該分析裝置用于基于所述測量值曲線確定表示所述銜鐵的行進距離的運動信息，其中，所述分析裝置設置成通過分析測量值曲線的邊沿來確定運動信息，其中，分析所述邊沿是否存在至少局部最大值和/或局部最小值并且分析裝置設置成根據(jù)局部最大值和局部最小值之間的信號間隔相對于邊沿高度的關系的函數(shù)來確定運動信息；和比較裝置，該比較裝置用于將運動信息與閾值信息進行比較，其中，當所述運動信息低于所述閾值信息時產(chǎn)生故障信號。

該技術問題還通過一種用于監(jiān)測車輛中的高壓接觸器的方法加以解決。該方法的步驟如下：在高壓接觸器的開關過程期間，讀取用于所產(chǎn)生的線圈電壓和/或所產(chǎn)生的線圈電流的測量值曲線；基于所述測量值曲線，確定表示所述銜鐵的行進距離的運動信息，其中，通過分析測量值曲線的邊沿確定所述運動信息，其中，分析邊沿是否存在至少局部最大值和局部最小值，并且根據(jù)局部最大值和局部最小值之間的信號間隔相對于邊沿高度的關系的函數(shù)確定運動信息；和將運動信息與閾值信息進行比較，其中當運動信息低于閾值信息時產(chǎn)生故障信號。

根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)測車輛中的高壓接觸器的設備包括用于讀取測量值曲線的接口、分析裝置和比較裝置。受監(jiān)測的高壓接觸器具有帶銜鐵的線圈。銜鐵與開關元件耦合，開關元件可以通過銜鐵的運動從空閑位置移動到開關位置，反之亦然。在開關位置，高壓接觸器的兩個觸頭電連接。通過用線圈電流或線圈電壓對線圈進行激勵來開關高壓接觸器。因此，通過銜鐵的運動來開關高壓接觸器，從而也改變線圈的電感。

所述設備適用于監(jiān)測高壓接觸器。高壓接觸器通常具有60v至1000v或高達1500v的工作范圍。監(jiān)測車輛中的這種高壓接觸器對于安全是至關重要的。在一個實施例中，該設備還可以監(jiān)測例如也用于低壓電源的其他接觸器或繼電器。

用于讀取測量值曲線的接口設置成在高壓接觸器的開關過程期間讀取測量值曲線。在這種情況下，測量值曲線表示產(chǎn)生的線圈電壓和/或產(chǎn)生的線圈電流。分析裝置設置成分析測量值曲線以獲得運動信息。在這種情況下，運動信息表示銜鐵的行進距離。因此，在簡單的情況下，運動信息可理解為表示可以基于一個值確定的運動值或行進距離。運動信息還可以表示隨時間變化的運動信息。從物理的角度，觀察并分析線圈的變化的電感，所述變化的電感由銜鐵的運動引起。在這種情況下，變化的電感與銜鐵的運動成比例。比較裝置設置成將運動信息與閾值信息進行比較，其中當運動信息低于閾值信息時產(chǎn)生故障信號。在簡單情況下，閾值信息表示閾值，運動信息表示運動值，因此可以直接比較兩個值。因此，可以簡單地確定銜鐵是否已經(jīng)行進了預定的行進距離。運動信息表示銜鐵移動的運動和/或距離。在另一實施例中，運動信息可表示隨時間變化的運動。也可以利用根據(jù)本發(fā)明的設備來檢測單側卡住的接觸器。

在一個實施例中，測量值曲線表示高壓接觸器的線圈電流隨時間變化的電流曲線。換句話說，線圈電流可以隨時間被記錄和讀取?？梢匀菀椎亍⒂欣乇O(jiān)測電流。監(jiān)測線圈電流具有的優(yōu)點是測量值曲線可以用于在閉合過程以及開啟過程期間檢測(單面或雙面)卡住的接觸器。因此，可以非?？焖俚貦z測出現(xiàn)的故障。

在替代實施例中，測量值曲線表示高壓接觸器的線圈電壓隨時間變化的電壓曲線。也可以容易地實現(xiàn)電壓測量。各種控制器都具有電壓監(jiān)測功能作為標準配置。電壓測量也可以在測量技術方面輕松實現(xiàn)，并且不會改變所施加的線圈電壓。特定實施例則可依賴于對測量值曲線已經(jīng)可用的信號。因此，可以進行節(jié)約成本的實施。

一個特殊的實施例可以監(jiān)測電流和電壓兩者?；谌哂鄬嵤├?，可以更加可靠地進行檢測。

分析裝置還可以設置成分析測量值曲線的邊沿，從而確定運動信息。在這種情況下，有利的是監(jiān)測邊沿是否存在局部最大值和局部最小值。局部最大值和局部最小值的存在表示邊沿的信號突降。線圈的變化的電感應使線圈電流或線圈電壓的暫時突降可檢測。穩(wěn)定上升或穩(wěn)定下降的邊沿(無突降)可指示故障。

可以有利地形成在第一時間間隔上的差和第二時間間隔上的差，從而允許對兩個差進行比較。替代的測試可以例如確定在一定時間間隔上的差是否與其余邊沿曲線的差有所不同。

在有利的進一步擴展實施形式中，分析裝置可以根據(jù)局部最大值和局部最小值之間的信號間隔(信號突降)與全邊沿高度的比較的函數(shù)來確定運動信息。然后可以在信號轉(zhuǎn)換期間，即在邊沿期間確定和分析信號突降。然后可以確定和分析信號突降與最大信號變化、即邊沿高度的比率。所監(jiān)測的高壓接觸器的閾值信息可有利地參考對應的比率。在一個實施例中，閾值信息可以大于邊沿高度的5％，也就是說信號突降是最大信號變化的至少5％；閾值信息特別有利地大于邊沿高度的10％；當閾值信息大于邊沿高度的20％時，特別特別有利。

在有利的實施例中，可以根據(jù)局部最大值和局部最小值之間的時間差與邊沿的時間跨度的函數(shù)確定運動信息。在這種情況下，閾值信息基于局部最大值和局部最小值之間的時間差，或者基于兩個所述時間差的比率。時間差也可以被稱為時間間隔。

在一個實施例中，閾值信息也可以被理解為閾值帶。然后閾值帶可以對應于具有預定公差范圍的理想測量值曲線。在這種情況下，可以將運動信息與閾值帶進行比較。當測量值曲線離開閾值帶時，可以產(chǎn)生故障信號?？赏ㄟ^具有斜率和/或隨時間變化的理想測量值曲線來有利地調(diào)節(jié)公差范圍，從而允許具有較大公差的范圍與具有較小公差的范圍組合。這樣的閾值帶可以有利地隔離各種故障。然后可以監(jiān)測更多的信號元素，并且能以更高的可靠性檢測故障。

根據(jù)本發(fā)明的構思也可通過用于監(jiān)測高壓接觸器的方法來實現(xiàn)。在這種情況下，該方法至少包括讀取測量值曲線的步驟、通過采用測量值曲線來確定銜鐵的運動信息的步驟以及將運動信息與閾值信息進行比較的步驟。在這種情況下，測量值曲線表示高壓接觸器的開關過程期間的線圈電壓或線圈電流。當比較操作產(chǎn)生否定結果時，比較步驟發(fā)出故障信號。然后，故障信號特別表示高壓接觸器出現(xiàn)卡住的接觸器。在這種情況下，卡住的接觸器可以理解為僅在一側開口的高壓接觸器。

在根據(jù)該設備的若干特定實施例中，可以增強該方法的步驟。該方法還可以包括附加步驟：記錄或通過記錄測量線圈電流，同時或替代地記錄高壓接觸器的線圈電壓并使其可用作測量值曲線。在這種情況下，測量值曲線包括接觸器開關期間的預定測量時間間隔內(nèi)的多個測量值。在以下對示例性實施例的描述中也重點強調(diào)。

上述關于該設備的討論相應地適用于該方法，反之亦然。該設備可以設置在一個組件中或分布在幾個組件中。該設備還可以集成到asic中。

這里呈現(xiàn)的解決方案還包括可以直接加載到數(shù)字計算機的存儲器中的計算機軟件產(chǎn)品，該軟件產(chǎn)品包含適于執(zhí)行本文所述方法的步驟的軟件代碼元素。

結合以下結合附圖詳細描述的示例性實施例的示意性描述，本發(fā)明的上述性質(zhì)、特征和優(yōu)點以及實現(xiàn)這些的方式和方法將更容易和清楚地理解。為了一致性，在這種情況下，等效或具有等效效果的元素將標注相同的附圖標記。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的用于監(jiān)測車輛中的高壓接觸器的設備的示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的用于監(jiān)測車輛中的高壓接觸器的方法的示意圖；

圖3至圖4示出了各種高壓接觸器的開關過程期間產(chǎn)生的線圈電流(i)的測量值曲線；

圖5至圖6示出了各種高壓接觸器的開關過程期間所產(chǎn)生的線圈電壓(u)的測量值曲線；

圖7至圖10分別示出了線圈電流的測量值曲線；和

圖11至圖18示出了在各種高壓接觸器的開關過程期間所產(chǎn)生的線圈電壓(u)和/或?qū)木€圈電流(i)的測量值曲線；

具體實施方式

下面基于附圖和至少一個示例性實施例為本發(fā)明詳細描述根據(jù)本發(fā)明的想法。

圖1示出了用于監(jiān)測車輛140中的高壓接觸器110的設備100的示例性實施例的示意圖。車輛140是混合動力車輛140、插電式和/或純電動車輛140或燃料電池車輛140。在示例性實施例中，車輛140的(高壓)車載電源系統(tǒng)124具有大于60伏的直流電壓(vdc)、特別是大于480vdc的電壓。在另一示例性實施例中，車輛具有附加的(未示出)12vdc、24vdc或48vdc低壓的低壓車載電源系統(tǒng)。

高壓接觸器110具有線圈112和銜鐵114，其中銜鐵114可移動地設置在線圈112中。銜鐵114還與開關元件132耦合，開關元件132在開關位置136使第一觸點128與第二觸點130電連接。觸點128和130是車輛140的高壓車載電源系統(tǒng)124的一部分。當高壓接觸器110閉合時，高壓車載電源系統(tǒng)124因此是閉合的和欠壓的。在這種情況下，銜鐵114和/或與其耦合的開關元件132可在開關位置132和空閑位置134之間移動。銜鐵在兩個位置128、130之間移動行進距離126?？梢栽诰€圈112的連接處測量線圈電流i或線圈電壓u。

設備100包括用于讀取測量值曲線106的接口、分析裝置104和比較裝置116。測量值曲線106表示高壓接觸器的線圈電流i或線圈電壓u的信號。在所示的示例性實施例中，設備100還具有可選的測量裝置122，該測量裝置122設置成記錄線圈電流i并且設置成同時地或替代地記錄線圈電壓u，并使其可用作測量值曲線106。測量值曲線表示線圈電流u和/或線圈電壓i隨時間的變化。通常等距地獲取單個測量值。

接口102用于將測量值曲線106讀入設備100。分析裝置104設置成處理測量值曲線106并確定運動信息108。在這種情況下，運動信息表示由銜鐵114隨著時間覆蓋的行進距離126。根據(jù)示例性實施例，分析裝置104包含用于此目的的各種函數(shù)以定性或定量地確定運動信息。

比較裝置116將運動信息108與閾值信息118進行比較，并根據(jù)比較結果提供故障信號120。換句話說，閾值信息118則表示比較信息。當運動信息108是表示行進距離的單個運動值時，閾值信息118相應地表示單個閾值。如在其他實施例中將示出的，運動信息108可以在替代示例性實施例中也表示隨時間變化的運動。在后一種情況下，閾值信息118則也表示隨時間變化的信號。

如已經(jīng)指出的，根據(jù)示例性實施例，測量值曲線106表示線圈電流i隨時間變化的電流曲線，或替代地表示當高壓接觸器110接通或斷開時線圈電壓u隨時間變化的曲線。在特定的優(yōu)選示例性實施例中，在兩個開關過程期間有利地監(jiān)測兩個信號，因此增加了分析確定性，并允許在早期階段檢測故障。相應的卡住的接觸器在發(fā)生時已經(jīng)有利地檢測到，而不僅是在后續(xù)開關過程中的一個中被檢測到。

在示例性實施例中，分析裝置104設置成分析測量值曲線106的邊沿。在第一步驟中，這涉及檢查邊沿的局部最大值和局部最小值。如果沒有發(fā)現(xiàn)局部最大值也沒有發(fā)現(xiàn)局部最小值，則代表了故障事件。在第二步中進一步分析所識別的局部最大值和最小值。圖3及其后各圖中的測量值曲線顯示邊沿的特征信號突降，其根據(jù)所施加的電壓和所采用的高壓接觸器而不同。

在示例性實施例中，根據(jù)特征局部最大值與對應的局部最小值之間的信號間隔確定運動信息108。根據(jù)示例性實施例，這關于邊沿高度或替代地關于邊沿的時間間隔的持續(xù)時間來設定。閾值信息118在相應的示例性實施例中限定為邊沿高度或?qū)臅r間間隔的百分比，例如5％、10％、15％或20％。這可以直接根據(jù)所檢查的高壓接觸器110完成。在替代的示例性實施例中，監(jiān)測局部最大值的預定閾值，以及附加地或替代地監(jiān)測局部最小值。這可以在asic的簡單比較中或通過用于模擬分析的比較器電路容易地且節(jié)約成本地實現(xiàn)。

在又一示例性實施例中，閾值信息118表示閾值帶。該版本中的比較裝置116設置成將運動信息108與閾值帶進行比較。由于測量值曲線106的邊沿已經(jīng)表示銜鐵114的運動，所以可以將測量值曲線106與閾值帶進行比較，并且可以當檢查信號106或108離開閾值帶時產(chǎn)生故障信號120。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的用于監(jiān)測車輛中的高壓接觸器的方法200。車輛可以是圖1所示的車輛140。因此，其中所示的設備100可以配備有用于執(zhí)行本文所示方法200的步驟的裝置。

方法200具有在高壓接觸器的開關過程期間讀取對應的線圈電壓(u)和/或所得到的線圈電流(i)的測量值曲線的步驟s1、基于測量值曲線確定表示銜鐵的行進距離的運動信息的步驟s2、以及將運動信息與閾值信息進行比較的步驟s3，其中當運動信息低于閾值信息時產(chǎn)生故障信號。

在可選的示例性實施例中，方法200具有附加的未示出的步驟：在分析步驟之前過濾或平滑化測量值曲線，以便隱藏和/或濾除后續(xù)分析中的小信號變化。

圖3至圖6示出了各種高壓接觸器的開關過程期間所產(chǎn)生的線圈電流(i)的測量值曲線322。在這種情況下，測量值曲線322對應于在圖1中標示為標號106的測量值曲線。信號323附加地示出了高壓接觸器的開關觸點的電狀態(tài)。笛卡爾坐標系的橫坐標表示時間，縱坐標表示電壓和/或電流。測量值曲線320表示電壓信號320或線圈電壓隨時間變化的曲線，測量值曲線322表示高壓接觸器的線圈電流的電流信號322或電流曲線322。

在圖3所示的示例性實施例中，標號324識別電壓信號320的指定為邊沿324的信號段。邊沿324具有δt1的持續(xù)時間。邊沿324具有局部最大值326和局部最小值328。邊沿高度或信號擺幅用標號330標記。持續(xù)時間δt2識別時間間隔或出現(xiàn)局部最大值326與出現(xiàn)局部最小值328之間的持續(xù)時間。

由銜鐵進入和離開線圈的單向運動引起的線圈電感的變化導致在電壓信號320的(上升)邊沿324內(nèi)的信號突降。在該示例性實施例中的持續(xù)時間δt2約為邊沿324的持續(xù)時間δt1的15％至20％。在圖3所示的示例性實施例中，局部最大值326與局部最小值328之間的信號間隔相對于邊沿高度330為至少60％。

用于檢測正確曲線的可能參數(shù)是突降的開始、突降的持續(xù)時間和突降的電流差。雖然這些參數(shù)當然根據(jù)所使用的接觸器而有所不同，但是它們可以限定為用于任何接觸器?？梢韵薅ń佑|器狀態(tài)，而不需要對接觸器進行修改(例如附加的診斷觸點)。

圖3示出了在接通過程期間線圈電流i的測量值曲線322，圖4示出了在高壓接觸器的斷開過程期間線圈電流i的測量值曲線322。圖4示出了打開階段期間的銜鐵運動能量在斷開過程期間導致電流上升。

在圖4中，測量值曲線322保持在閾值帶432內(nèi)。在該示例性實施例中，閾值信息被表示為閾值帶432。運動信息由測量值曲線322表示。那么容易檢查測量值曲線322是否保持在閾值帶432內(nèi)。當測量值曲線322離開閾值帶時，產(chǎn)生故障信號。

在一個版本中，閾值帶432對應于具有預定公差范圍的理想測量值曲線322。

圖5示出了在接通過程期間的有缺陷的高電壓evc500接觸器，圖6示出了在斷開過程期間的同一個有缺陷的evc500接觸器。不發(fā)生如圖3和圖4所示的電流曲線322在邊沿324期間的清晰明顯的突降。

圖7至圖10分別示出了各種高壓接觸器的線圈電流i的測量值曲線322。圖7示出了hfe18v-40高壓接觸器在接通過程期間的線圈電流i的測量值曲線322，圖8示出了evc175高壓接觸器在接通過程期間的線圈電流i的測量值曲線322，圖9示出了evc250高壓接觸器在接通過程期間的線圈電流i的測量值曲線322，圖10示出了evc500高壓接觸器在接通過程期間的線圈電流i的測量值曲線322。

本文所示的解決方案允許在閉合過程期間以相對較小的努力來監(jiān)測線圈電流i。隨著銜鐵移動，線圈電感變化，因為線圈的電磁場的區(qū)域中有不同的銜鐵長度。線圈中的銜鐵的運動導致電流信號的信號突降。所描述的效應在線圈通電之后不久引起線圈電流i的明顯突降。這可以通過軟件解決方案或相應的裝置(例如以asic的形式)以很小的努力容易地檢測。在卡住接觸器(即使是單面卡住接觸器)的情況下，銜鐵將顯示無運動或只有少許運動。這在接通過程期間造成不同的線圈電流曲線322。可以在每個閉合過程進行診斷。

圖11至圖18示出了在各種高壓接觸器的開關過程期間對應的線圈電壓(u)和/或?qū)木€圈電流(i)的測量值曲線106。

以下附圖是基于測試臺設置，其中被檢查的接觸器通過電源直接通電。因此，以下測量不涉及電子設備的使用。用電流探頭記錄線圈電流。

圖11示出了有缺陷的evc250高壓接觸器在接通過程期間的電流曲線322，圖12示出了相同的有缺陷的高壓接觸器在斷開過程期間的電流曲線322。

圖13示出了在接通過程期間完好的evc250高壓接觸器的電流曲線322。在接通過程期間，電流在大約9.5ms之后突降5ms的時間段，然后上升到最大值。這是預期的行為，可以通過診斷函數(shù)進行驗證。圖14示出了在斷開過程期間相同的完好高壓接觸器的電流曲線322。隨著銜鐵落回，線圈電流也在斷開過程期間再次上升。如果電子設備是以在斷開過程期間也可以測量線圈電流的方式設計的，則可以在斷開過程期間直接檢測到卡住的接觸器。

根據(jù)電路，線圈兩端的電壓也可用于斷開過程期間的診斷函數(shù)。在圖15及其后各圖所示的極端情況下，連接到接觸器的電線受到硬中斷，從而使線圈電流立即變?yōu)?a。然而，在這種情況下產(chǎn)生也依賴于銜鐵運動的感應電壓。

圖15和圖16顯示了無缺陷的evc250高壓接觸器。圖15示出了在接通過程期間的線圈電壓320的測量值曲線106，以及圖16示出了在斷開過程期間的線圈電壓320的測量值曲線106。

以同樣的方式，圖17、18顯示了無缺陷的evc500型高壓接觸器。

附圖標記列表

100設備

102用于讀取的接口

104分析裝置

106測量值曲線

108行進距離

110高壓接觸器

112線圈

114銜鐵

i線圈電流

u線圈電壓

116比較裝置

118閾值

120故障信號

122測量裝置

124高壓車載電源系統(tǒng)

126行進距離

128第一觸點

130第二觸點

132開關元件

134空閑位置

136開關位置

140車輛

200方法

s1讀取步驟

s2確定步驟

s3比較步驟

320測量值曲線，電壓信號

322測量值曲線，電流信號，線圈電流的電流曲線

323開關觸點的電狀態(tài)

324邊沿

326局部最大值

328局部最小值

330信號擺幅，邊沿高度

δt1邊沿的持續(xù)時間

δt2持續(xù)時間

432閾值帶