用于車輛電池系統(tǒng)的繼電器模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于車輛電池系統(tǒng)的繼電器模塊，其包括：可移動單元，其被配置成通過繼電器內(nèi)的線圈所產(chǎn)生的磁場和復(fù)位彈簧而被移動，并控制繼電器電極之間的電連接狀態(tài)；以及安裝在可移動單元和固定單元之間的微傳感器，所述微傳感器相對于可移動單元保持固定位置，并且被配置成取決于可移動單元相對于固定單元的位置變化而誘發(fā)電物理量的變化。
【專利說明】用于車輛電池系統(tǒng)的繼電器模塊【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及一種用于車輛電池系統(tǒng)的繼電器模塊，并且更特別地涉及與構(gòu)成車輛中安裝的用于供應(yīng)電力的電池系統(tǒng)中所設(shè)置的電力繼電器組合件的一部分的繼電器模塊相關(guān)的技術(shù)，所述電力被用于驅(qū)動諸如混合動力車或電動車之類的車輛(在本文中被稱為環(huán)境友好型車輛)。
【背景技術(shù)】
[0002]安裝在環(huán)境友好型車輛中的電池系統(tǒng)被配置成如圖1所示，其中虛線指示的部分表示電力繼電器組合件(PRA)500。這樣的PRA500用來保證各車輛系統(tǒng)之間的高度電氣絕緣和電氣安全，還用來防止事故發(fā)生時二次重大事故(諸如高電壓所導(dǎo)致的電擊、或可歸因于電氣故障的火災(zāi))的發(fā)生。PRA500還可以用來阻斷從高電壓電池流出的暗電流。
[0003]上述電力繼電器組合件500被配置成包括正(+ )主繼電器502、負(fù)(_)主繼電器504、和初始充電繼電器506。繼電器接通控制序列按照以下方式實現(xiàn):當(dāng)車輛進入點火裝置接通狀態(tài)時，負(fù)主繼電器504被接通，此后初始充電繼電器506被接通，從而使電阻器引起的峰值電流能夠受到限制。當(dāng)在電容器的充電已經(jīng)完成時接通正主繼電器502后，初始充電繼電器506被關(guān)斷，從而完成繼電器接通控制序列。此后，實現(xiàn)繼電器關(guān)斷控制序列，使得當(dāng)車輛進入點火裝置關(guān)斷狀態(tài)時，在初始充電繼電器506被關(guān)斷的狀態(tài)下，正主繼電器502和負(fù)主繼電器504被同時關(guān)斷。
[0004]在電池管理系統(tǒng)(BMS)中，為了診斷諸如如上所述工作的繼電器的熔焊之類的故障，利用以涉及如上所述工作 的各繼電器的一系列操作為基礎(chǔ)的邏輯來間接進行診斷?；谶@種邏輯的這種間接診斷的缺點在于，當(dāng)車輛被啟動時，只能診斷出諸如繼電器熔焊、和初始充電繼電器506的開路失效之類的故障，使得當(dāng)在繼電器接通序列被啟動時出現(xiàn)問題時，難以確定該問題是由繼電器自身所導(dǎo)致的、還是由BMS的內(nèi)部控制電路的錯誤所導(dǎo)致的、還是由控制輸出線路的斷路或短路所導(dǎo)致的。此外，即使問題被確定為由繼電器自身導(dǎo)致，也無法精確地確定該問題是否由繼電器的觸點熔焊所導(dǎo)致、或者該問題是否由開路失效所導(dǎo)致、或者該問題出現(xiàn)在哪里(即正主繼電器502、負(fù)主繼電器504、和初始充電繼電器506)。
[0005]因此，存在著這樣的問題:當(dāng)作為電力繼電器組合件500的一部分的繼電器中出現(xiàn)故障時，無法立即且精確地診斷出問題。此外，當(dāng)基于對繼電器相關(guān)故障的判定而僅替換了特定繼電器時，存在著實際出故障的繼電器實際上尚未被替換的可能性，從而導(dǎo)致使車輛暴露于預(yù)料不到的危險處境。另外，當(dāng)檢查車輛時，由于繼電器和BMS必須被分別單獨替換、并隨后進行有關(guān)故障檢測的檢查，所以故障修復(fù)的工作效率大大降低，從而帶來時間和經(jīng)濟上的損失。
[0006]前述內(nèi)容僅僅旨在幫助更好地理解本發(fā)明的背景，而并不意味著本發(fā)明落入本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的相關(guān)技術(shù)的范圍內(nèi)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明是考慮到現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題而做出的，并且本發(fā)明的目的是提供一種用于車輛電池系統(tǒng)的繼電器模塊，當(dāng)在繼電器中出現(xiàn)故障/問題/失效時，能夠直接、精確、且迅速地檢測出構(gòu)成電力繼電器組合件的一部分的相關(guān)繼電器中的故障，使得成本和時間由于故障修復(fù)的工作效率的改進而能夠極大減少。此外，由于故障修復(fù)的可靠性得到改進，所以可以防止車輛暴露于預(yù)料不到的危險處境中。本發(fā)明還可以實時地監(jiān)測各個繼電器的狀態(tài)，使得故障診斷性能(即確定故障是由于各繼電器自身的失效、還是由于BMS中設(shè)置的繼電器控制電路、還是由于控制輸出線路的短路或斷路)得到改進，從而保證車輛系統(tǒng)的安全性。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于車輛電池系統(tǒng)的繼電器模塊，包括:可移動單元，其被配置成通過繼電器內(nèi)的線圈的磁場和復(fù)位彈簧而被移動，并控制繼電器電極之間的電連接狀態(tài)；以及安裝在可移動單元和固定單元之間的微傳感器。該微傳感器被配置成相對于可移動單元保持固定位置，并取決于可移動單元相對于固定單元的位置變化而誘發(fā)電物理量的變化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]根據(jù)結(jié)合附圖給出的以下詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點將會更清楚地得到理解，在附圖中:
[0010]圖1是示出常規(guī)電力繼電器組合件的圖；
[0011]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的用于車輛電池系統(tǒng)的示例性繼電器模塊的圖；
[0012]圖3是示出圖2的微傳感器的示例性配置的圖；
[0013]圖4是示出與圖3相比，當(dāng)繼電器模塊被接通時微傳感器的示例性狀態(tài)變化的圖；并且
[0014]圖5是示出使用根據(jù)本發(fā)明的繼電器模塊的故障診斷的示例性概念的圖。
【具體實施方式】
[0015]在下文中，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。
[0016]應(yīng)理解的是，本文中使用的術(shù)語“車輛”或“車輛的”或其它類似術(shù)語包括一般的機動車輛(諸如包括運動型多功能車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛在內(nèi)的客車)、包括各種艇和船在內(nèi)的水運工具、飛行器等，并且包括混合動力車、電動車、插電式混合電動車、氫動力車以及其它代用燃料車(例如從除石油以外的資源中取得的燃料)。如本文中所述，混合動力車是具有兩個或更多個動力源的車輛，例如既有汽油動力又有電動力的車輛。
[0017]參考圖2至4，本發(fā)明的示例性實施例包括可移動單元5，其被配置成通過繼電器內(nèi)的線圈I所產(chǎn)生的磁場和復(fù)位彈簧3而被移動，并控制繼電器電極11的電連接狀態(tài)。微傳感器9可以安裝在可移動單元5和相對于可移動單元5保持固定位置的固定單元7之間，并被配置成取決于可移動單元5相對于固定單元7的位置變化而使電物理量(例如，電阻、電流等)發(fā)生變化。
[0018]微傳感器9可以具有非常小的尺寸，且與繼電器電極11的控制操作協(xié)同工作，并且可以被包含在和/或集成到常規(guī)繼電器中，從而使相應(yīng)繼電器的故障能夠被實時地直接檢測。
[0019]微傳感器9可以包括:兩個傳感電極13，它們以預(yù)定距離相互間隔開，從而使所述兩個傳感電極13之間的電阻能夠被測量；以及傳感接觸部件15，其被配置成當(dāng)可移動單元5在使繼電器電極11能夠相互電連接的方向上移動時，所述傳感接觸部件15在與可移動單元5相同的方向上移動，從而使兩個傳感電極13能夠相互電連接。
[0020]也就是說，微傳感器9可以配置成使得當(dāng)向線圈I供應(yīng)電力、并且隨后可移動單元5使繼電器電極11相互連接時，傳感接觸部件15使兩個傳感電極13相互連接，并且測量出的電阻被迅速減小，從而使相應(yīng)繼電器的正常接通操作能夠借助于可移動單元5和繼電器電極11的正常操作來識別。相反，當(dāng)中斷對線圈I的電力供應(yīng)、且可移動單元5中斷繼電器電極11時，傳感接觸部件15中斷兩個傳感電極13，并且隨后電阻迅速增加，從而使相應(yīng)繼電器的正常關(guān)斷操作能夠借助于可移動單元5和繼電器電極11的正常操作來識別。
[0021]在示例性實施例中，如圖3所示，微傳感器9包括測量單元17和基準(zhǔn)單元23。測量單元17包括:兩個傳感電極13，它們以預(yù)定距離相互間隔開，從而使所述兩個傳感電極13之間的電阻能夠被測量；以及傳感接觸部件15，其被配置成當(dāng)可移動單元5在使繼電器電極11能夠相互電連接的方向上移動時，所述傳感接觸部件15在與可移動單元5相同的方向上移動，從而使兩個傳感電極13能夠相互電連接?；鶞?zhǔn)單元23可以設(shè)置有以預(yù)定距離相互間隔開從而使其間的電阻能夠被測量的兩個基準(zhǔn)電極19，并且包括操作單元21，該操作單元21被配置成當(dāng)可移動單元5在使繼電器電極11能夠相互電連接的方向上移動時，所述操作單元21在與測量單元17協(xié)同工作的同時在與可移動單元5相同的方向上移動。在本發(fā)明的示例性實施例中，操作單元21可以優(yōu)選地僅由抑制基準(zhǔn)電極19電連接的非導(dǎo)體制成。
[0022]也就是說，微傳感器9可以僅使用測量單元17來實現(xiàn)，而基準(zhǔn)單元23是與測量單元17并行地附加設(shè)置的，以便更精確且可靠地確定繼電器的狀態(tài)。此處，BMS旨在通過考慮測量單元17的兩個傳感電極13之間的電阻變化和基準(zhǔn)單元23的兩個基準(zhǔn)電極19之間的電阻變化來確定相應(yīng)繼電器的狀態(tài)。
[0023]如上所述，測量單元17按照與僅利用如上所述的測量單元17實現(xiàn)的微傳感器9相同的方式工作。不同于測量單元17，基準(zhǔn)單元23的特征在于操作單元21不設(shè)有傳感接觸部件15、并且僅由非導(dǎo)體制成。因此，即使當(dāng)測量單元17的兩個傳感電極13如圖4的左側(cè)所示相互電連接時，在兩個基準(zhǔn)電極19之間仍必然檢測到高電阻值。此外，即使當(dāng)操作單元21已經(jīng)如圖3所示離開兩個基準(zhǔn)電極19移動了顯著的距離時，兩個基準(zhǔn)電極19之間的電阻仍應(yīng)當(dāng)沒有變化。
[0024]也就是說，當(dāng)測量單元17的兩個傳感電極13之間的電阻發(fā)生變化時，僅在基準(zhǔn)單元23的兩個基準(zhǔn)電極19之間的電阻持續(xù)維持在恒定狀態(tài)時才能確定相應(yīng)繼電器是正常的。相反，如果由于微傳感器9的故障或者噪聲而導(dǎo)致基準(zhǔn)電極19之間的電阻發(fā)生變化，則確定繼電器異常。
[0025]優(yōu)選地，測量單元17和基準(zhǔn)單元23可以在與可移動單元5的移動方向垂直的方向上并列布置，并且可以并行地與可移動單元5的操作協(xié)同工作。
[0026]特別地，可以利用諸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)之類的柔性硅基材料、通過半導(dǎo)體制造工藝來制造微傳感器9。優(yōu)選地，為了保證安全性，測量單元17的傳感電極13和傳感接觸部件15以及基準(zhǔn)單元23的基準(zhǔn)電極19和操作單元21可以被分別單獨密封，如圖所示。也就是說，利用柔性硅基材料通過半導(dǎo)體制造工藝來制造微傳感器9。引起電物理量變化的部分借助于等離子工藝等而被配置為完全密封結(jié)構(gòu)，從而保證防止異物滲透的安全性和可靠性。
[0027]在本實施例中，可移動單元5由接觸芯25和滑動芯27構(gòu)成，接觸芯25由導(dǎo)體制成且與繼電器電極11直接接觸，滑動芯27被連接成與接觸芯25成一體、并被配置成沿著位于線圈I的中心的直線路徑滑動。微傳感器9安裝在固定芯29 (固定單元7的一部分)和滑動芯27之間，固定芯29用于沿著位于線圈I中心的直線路徑引導(dǎo)可移動單元5并相對于滑動芯27提供固定位置。
[0028]在本發(fā)明的一些示例性實施例中，除了上述接觸傳感器之外，微傳感器9還可以被實現(xiàn)為依據(jù)常規(guī)技術(shù)的超聲傳感器或紅外傳感器。
[0029]用于電池系統(tǒng)的電力繼電器組合件可以配置成包括正主繼電器、負(fù)主繼電器、和初始充電繼電器，每個繼電器被實現(xiàn)為具有上述配置的本發(fā)明的繼電器模塊。圖5示意性地示出用于檢查上述電力繼電器組合件的每個繼電器的配置。也就是說，用于檢查繼電器的配置可以被實現(xiàn)為使得BMS31能夠?qū)崟r地監(jiān)測微傳感器9的測量單元17和基準(zhǔn)單元23的電阻值。此外，BMS31可以從發(fā)動機控制單元(E⑶)33接收點火裝置接通/關(guān)斷信號，并向繼電器的線圈I供應(yīng)電力或中斷電力供應(yīng)。這樣做就使得可以把關(guān)于BMS31的操作信息提供給E⑶33。
[0030]在上述配置中，如上所述，BMS31不僅取決于E⑶的點火裝置接通/關(guān)斷狀態(tài)而向線圈I供應(yīng)電力，而且測量和比較微傳感器9的電阻，從而立即且直接地確定相應(yīng)繼電器是否正常工作。
[0031]例如，當(dāng)E⑶33傳送點火裝置接通信號時，BMS31通過在向線圈I供應(yīng)電力的同時，測量正主繼電器、負(fù)主繼電器、以及初始充電繼電器中的每一者的傳感電極13之間的電阻變化和基準(zhǔn)電極19之間的電阻變化來診斷錯誤。例如，當(dāng)在正主繼電器中出現(xiàn)熔焊錯誤時，正主繼電器的傳感電極13持續(xù)呈現(xiàn)出低電阻。BMS31檢測出該低電阻并確定正主繼電器中的錯誤起因于熔焊錯誤，并在此后經(jīng)由警告燈等來向用戶通知這一錯誤，從而使后續(xù)的測量(諸如修復(fù)操作)能夠進行。
[0032]如上所述，當(dāng)在繼電器中出現(xiàn)錯誤時，本發(fā)明可以直接、精確、且迅速地檢測并識別出構(gòu)成電力繼電器組合件的每個繼電器中的錯誤，使得成本和時間由于故障修復(fù)的工作效率的改進而能夠得到極大減少。此外，由于故障修復(fù)的可靠性得到改進，所以可以防止車輛暴露于預(yù)料不到的危險處境中。另外，本發(fā)明可以實時地監(jiān)測各個繼電器的狀態(tài)，使得故障診斷性能(即確定故障是由于各繼電器自身的失效、還是由于BMS中設(shè)置的繼電器控制電路、還是由于控制輸出線路的短路或斷路)得到改進，從而保證車輛系統(tǒng)的安全性。
[0033]盡管出于說明的目的已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，可以做出各種修正、添加和替換，而不脫離所附權(quán)利要求所公開的本發(fā)明的范圍和精神。
【權(quán)利要求】
1.一種用于車輛電池系統(tǒng)的繼電器模塊，包括: 可移動單元，其被配置成通過繼電器內(nèi)的線圈所產(chǎn)生的磁場和復(fù)位彈簧而被移動，并控制繼電器電極之間的電連接狀態(tài)；以及 安裝在所述可移動單元和固定單元之間的微傳感器，所述微傳感器相對于所述可移動單元保持固定位置，并且被配置成取決于所述可移動單元相對于所述固定單元的位置變化而誘發(fā)電物理量的變化。
2.如權(quán)利要求1所述的繼電器模塊，其中所述微傳感器包括: 兩個傳感電極，其以預(yù)定距離相互間隔開，從而使所述兩個傳感電極之間的電阻能夠被測量； 傳感接觸部件，其被配置成當(dāng)所述可移動單元在使所述繼電器電極能夠相互電連接的方向上移動時，所述傳感接觸部件在與所述可移動單元相同的方向上移動，從而使所述兩個傳感電極能夠相互電連接。
3.如權(quán)利要求2所述的繼電器模塊，其中所述微傳感器包括: 測量單元，其包括:兩個傳感電極，所述兩個傳感電極相互間隔開從而使所述兩個傳感電極之間的電阻能夠被測量；以及傳感接觸部件，其被配置成當(dāng)所述可移動單元在使所述繼電器電極能夠相互電連接的方向上移動時，所述傳感接觸部件在與所述可移動單元相同的方向上移動，從而使所述兩個傳感電極能夠相互電連接；以及 基準(zhǔn)單元，其包括:兩個基準(zhǔn)電極，所述兩個基準(zhǔn)電極相互間隔開從而使所述兩個基準(zhǔn)電極之間的電阻能夠被測量；以及操作單元，其被配置成當(dāng)所述可移動單元在使所述繼電器電極能夠相互電連接的方向上移動時，所述操作單元在與所述測量單元協(xié)同工作的同時、在與所述可移動單元相同`的方向上移動。
4.如權(quán)利要求3所述的繼電器模塊，其中所述操作單元由抑制所述基準(zhǔn)電極電連接的非導(dǎo)體制成。
5.如權(quán)利要求3所述的繼電器模塊，其中所述測量單元和所述基準(zhǔn)單元在與所述可移動單元的移動方向垂直的方向上并列布置。
6.如權(quán)利要求3所述的繼電器模塊，其中所述微傳感器由柔性硅基材料制成，并且所述測量單元的傳感電極和傳感接觸部件、以及所述基準(zhǔn)單元的基準(zhǔn)電極和操作單元被分別單獨密封。
7.如權(quán)利要求1所述的繼電器模塊，其中所述微傳感器由柔性硅基材料制成，并且引起電物理量發(fā)生變化的部分被密封。
8.如權(quán)利要求1所述的繼電器模塊，其中: 所述可移動單元包括:接觸芯，其由與所述繼電器電極直接接觸的導(dǎo)體制成；以及滑動芯，其被連接成與所述接觸芯成一體、并被配置成沿著位于線圈中心的直線路徑滑動；并且 所述微傳感器被安裝在固定芯和所述滑動芯之間，所述固定芯是用于沿著位于線圈中心的直線路徑引導(dǎo)所述可移動單元、并且相對于所述滑動芯提供固定位置的固定單元。
9.如權(quán)利要求1所述的繼電器模塊，其中所述微傳感器被實現(xiàn)為超聲傳感器。
10.如權(quán)利要求1所述的繼電器模塊，其中所述微傳感器被實現(xiàn)為紅外傳感器。
11.一種用于電池系統(tǒng)的電力繼電器組合件，包括:正主繼電器、負(fù)主繼電器、和初始充電繼電器，每個繼電器被實現(xiàn)為電路中的繼電器模塊，每個繼電器模塊包括: 可移動單元，其被配置成通過繼電器內(nèi)的圍繞鐵芯的線圈所產(chǎn)生的磁場和復(fù)位彈簧而被移動，所述可移動單元控制繼電器模塊中的繼電器電極之間的電連接狀態(tài)；以及 安裝在所述可移動單元和固定單元之間的微傳感器，所述微傳感器相對于所述可移動單元保持固定位置，并且被配置成取決于所述可移動單元相對于所述固定單元的位置變化而誘發(fā)電物理量的變化。
12.如權(quán)利要求11所述的電力繼電器組合件，其中所述微傳感器包括: 兩個傳感電極，其以預(yù)定距離相互間隔開，從而使所述兩個傳感電極之間的電阻能夠被測量； 傳感接觸部件，其被配置成當(dāng)所述可移動單元在使所述繼電器電極能夠相互電連接的方向上移動時，所述傳感接觸部件在與所述可移動單元相同的方向上移動，從而使所述兩個傳感電極能夠相互電連接。
13.如權(quán)利要求12所述的電力繼電器組合件，其中所述微傳感器包括: 測量單元，其包括:兩個傳感電極，所述兩個傳感電極相互間隔開從而使所述兩個傳感電極之間的電阻能夠被測量；以及傳感接觸部件，其被配置成當(dāng)所述可移動單元在使所述繼電器電極能夠相互電連接的方向上移動時，所述傳感接觸部件在與所述可移動單元相同的方向上移動，從而使所述兩個傳感電極能夠相互電連接；以及 基準(zhǔn)單元，其包括:兩個基準(zhǔn)電極，所述兩個基準(zhǔn)電極相互間隔開從而使所述兩個基準(zhǔn)電極之間的電阻能夠被測量；以及操作單元，其被配置成當(dāng)所述可移動單元在使所述繼電器電極能夠相互電連接的方向上移動時，所述操作單元在與所述測量單元協(xié)同工作的同時、在與所述可移動單元相`的方向上移動。
14.如權(quán)利要求13所述的電力繼電器組合件，其中所述操作單元由抑制所述基準(zhǔn)電極電連接的非導(dǎo)體制成。
15.如權(quán)利要求13所述的電力繼電器組合件，其中所述測量單元和所述基準(zhǔn)單元在與所述可移動單元的移動方向垂直的方向上并列布置。
16.如權(quán)利要求13所述的電力繼電器組合件，其中所述微傳感器由柔性硅基材料制成，并且所述測量單元的傳感電極和傳感接觸部件、以及所述基準(zhǔn)單元的基準(zhǔn)電極和操作單元被分別單獨密封。
17.如權(quán)利要求11所述的電力繼電器組合件，其中所述微傳感器由柔性硅基材料制成，并且引起電物理量發(fā)生變化的部分被密封。
18.如權(quán)利要求11所述的電力繼電器組合件，其中: 所述可移動單元包括:接觸芯，其由與所述繼電器電極直接接觸的導(dǎo)體制成；以及滑動芯，其被連接成與所述接觸芯成一體、并被配置成沿著位于線圈中心的直線路徑滑動；并且 所述微傳感器被安裝在固定芯和所述滑動芯之間，所述固定芯是用于沿著位于線圈中心的直線路徑引導(dǎo)所述可移動單元、并且相對于所述滑動芯提供固定位置的固定單元。
19.如權(quán)利要求11所述的電力繼電器組合件，其中所述微傳感器被實現(xiàn)為超聲傳感器。
20.如權(quán)利要求11所述的電力繼電器組合件，其中所述微傳感器被實現(xiàn)為紅外傳感器。`
【文檔編號】H01H51/04GK103515155SQ201210520152
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月26日
【發(fā)明者】崔溶桓, 金達, 方俊鎬 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社