CN109789790B - 危险电压互锁回路*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种危险电压互锁回路HVIL***(10)，包括：与第一高压母线(52)相关联的第一HVIL电路(12)；与第二高压母线(54)相关联的第二HVIL电路(14)，所述第一高压母线(52)和所述第二高压母线(54)是分开的并且没有彼此电连接。所述***还包括连接到所述第一和第二HVIL电路的电隔离继电器(16)，其中所述电隔离继电器被构造成当包括所述电隔离继电器的所述第二HVIL电路的至少一部分中没有电流流动时，断开所述第一HVIL电路。本发明还涉及包括这种***的车辆。本发明还涉及一种操作危险电压互锁回路***的方法。

Description

危险电压互锁回路***
技术领域
本发明涉及一种危险电压互锁回路HVIL***。本发明还涉及包括这种***的车辆。本发明还涉及一种操作危险电压互锁回路***的方法。
本发明可应用于例如重型车辆，如卡车、公共汽车和建筑设备。尽管将参考卡车描述本发明，但是本发明不限于该特定车辆，而是还可以用在其他车辆中。
背景技术
通常采用危险电压互锁回路，以确保在***中某处检测到入侵或故障的情况下切断***的所有高压和电流源，例如打开盖子或拔出连接器。
例如，US2014/0062180公开了一种用于车辆的高压(“HV”)***，该***包括提供HV电力的HV电源、低压电源、高压互锁回路(“HVIL”)开关以及至少一个控制模块。低压电源提供低于HV电力的低压电力。HVIL开关与低压电源通信。HVIL开关包括簧片继电器和磁性元件。US2014/0062180还公开了一种HVIL电路，其将多个HVIL开关彼此连接，其中HVIL开关#1对应于HV电源，HVIL开关#2对应于功率逆变器，HVIL开关#3对应于AC电机。
此外，US2011/0062798公开了一种包括高压电气***的车辆，该高压电气***具有高压电源、多个高压负载和多个功能性高压互锁(HVIL)电路。每个高压负载都布置在外壳内，并且每个功能性高压互锁电路与外壳之一相关联。
但是，标准和/或法规可能导致类似于US2014/0062180和US20儿/0062798中公开的***不适合某些应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的危险电压互锁回路***，该***尤其可以为某些应用按需要提供增强的电气安全性。例如，在电气车辆道路应用中，车辆可能需要至少有两个分开的高压母线。每个高压母线都有自己的危险电压互锁回路。
根据本发明的第一方面，上述目的通过危险电压互锁回路(HVIL)***实现，该***包括：与第一高压母线相关联的第一HVIL电路；与第二高压母线相关联的第二HVIL电路，所述第一高压母线和所述第二高压母线是分开的并且没有彼此电连接；和连接到所述第一和第二HVIL电路的电隔离继电器，其中所述电隔离继电器被构造成当包括所述电隔离继电器的所述第二HVIL电路的至少一部分中没有电流流动时，断开所述第一HVIL电路。
这里使用的术语“部分”例如可以是网格(mesh)。
本发明基于以下理解：这种继电器可用于把在一个HVIL电路中检测到的故障稳健且瞬时地传播到另一个HVIL电路，同时保持电路之间的电隔离。这可以增强安装***的车辆的电气安全性。
例如，电隔离继电器可以是电磁继电器或固态继电器。固态继电器可包括光耦合器(也称作光隔离器)。
根据本发明，继电器可以把在第二HVIL电路中检测到的故障传播到第一HVIL电路。
在一个实施例中，第一HVIL电路可包括(第一)电流损耗检测装置，其适于通过通信***把第一HVIL电路中检测到的故障传达到第二HVIL电路。这样，如果在第一HVIL电路中检测到故障，则可以断开或切断第二HVIL电路。“故障”可能意味着HVIL电路上的HVIL断路器开关断开。例如，通信***可以是CAN(控制器局域网)。通信***可包括电隔离。
根据其他实施例，***还可以包括连接到第一HVIL电路和第二HVIL电路的第二电隔离继电器。第二电隔离继电器可被构造成当包含第二电隔离继电器的第一HVIL电路的至少一部分中没有电流流动时断开第二HVIL电路。这样，在第一HVIL电路中检测到的故障也可以传播到第二HVIL电路。例如，第二电隔离继电器可为电磁继电器或固态继电器(其可包括光耦合器)。
第一HVIL电路可以包括第一电流源和第一电流损耗检测装置，其中具有第一二极管的分支连接到继电器与第二继电器之间的节点以及第一电流损耗检测装置与第一电流源之间的另一节点。在***激活(activation)期间，可以使用具有第一二极管的分支。
第一电流损耗检测装置可适于通过第一通信***将第一HVIL电路中检测到的故障传达至第一电流源，以使其停用(deactive)，以确保不管上述第一二极管，第二继电器仍断开第二HVIL电路。
第二HVIL电路可以包括第二电流源和第二电流损耗检测装置，其中具有第二二极管的分支连接到继电器与第二继电器之间的节点以及第二电流损耗检测装置与第二电流源之间的另一节点，并且其中第二电流损耗检测装置适于通过第二通信***将在第二HVIL电路中检测到的故障传达到第二电流源，以使其停用。这样，在***激活期间首先启动哪个HVIL电路并不重要。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括根据第一方面的危险电压互锁回路***的车辆。
该车辆进一步包括分开的第一高压母线和第二高压母线，其中第一HVIL电路与第一高压母线相关联，并且其中第二HVIL电路与第二高压母线相关联。
车辆还可包括用于从外部架空接触线接收能量的受电弓、以及用于推进车辆的电机，其中每个受电弓和电机都连接到分开的第一高压母线和第二高压母线中的任意一个。
根据本发明的第二方面，提供了一种操作危险电压互锁回路***的方法，该***包括与第一高压母线相关联的第一HVIL电路、与第二高压母线相关联的第二HVIL电路，所述第一高压母线和所述第二高压母线是分开的并且没有彼此电连接。所述***还包括连接到所述第一和第二HVIL电路的电隔离继电器，其中所述电隔离继电器被构造成当包括所述电隔离继电器的所述第二HVIL电路的至少一部分中没有电流流动时，断开所述第一HVIL电路，该方法包括以下一个或多个步骤：激活第二HVIL电路上的电流源，使得继电器闭合第一HVIL电路的至少一部分；如果第二HVIL电路上的断路器继电器被断开，则继电器断开第一HVIL电路。该方面可以表现出与前述方面相同或相似的特征和技术效果，反之亦然。
在以下描述和所附权利要求中公开了本发明的其他优点和有利特征。
附图说明
参考附图，下面是作为示例引用的本发明实施例的更详细描述。附图中：
图1是根据本发明实施例的车辆的示意性侧视图。
图2示出了根据本发明第一实施例的HVIL***。
图3示出了根据本发明第二实施例的第一变形的HVIL***。
图4示出了根据本发明第二实施例的第二变形的HVIL***。
具体实施方式
图1是根据本发明实施例的车辆50的示意性侧视图。车辆50可以例如是卡车。例如，车辆50可以是电动车辆或混合动力车辆。车辆50可用于电气车辆道路应用(electricroad application)。
车辆50包括分开的第一和第二高压母线(HVB)52、54。高压母线52、54是分开的，它们没有彼此电连接。车辆50还可包括受电弓56，用于从外部架空接触线(未示出)接收能量。除了受电弓，车辆50还可以包括一些其他接收能量的方式，例如从地面上的电力轨道接收能量。车辆50还包括用于推进车辆50的电机58。受电弓56和电机58中的每个都连接到第一高压母线52和第二高压母线54中的任一条。
车辆50还包括危险电压互锁回路(HVIL)***10。HVIL***包括第一HVIL电路12和第二HVIL电路14。第一HVIL电路12与第一高压母线52相关联，第二HVIL电路14与第二高压母线54相关联。这意味着第一HVIL电路12可以检测与第一高压母线52上的负载相关的故障，而第二HVIL电路14可以检测与第二高压母线54上的负载相关的故障。例如，故障可能是打开盖子、拔下连接器等。
HVIL***10还包括使得第一HVIL电路12和第二HVIL电路14互连的至少一个电隔离继电器16、26。借助于所述至少一个继电器16、26，尽管HVIL电路12、14彼此电隔离，但检测到的故障仍可以至少从一个HVIL电路传播到另一个。
图2示出了HVIL***10的第一实施例。第一实施例可表示为“单向故障传播”。图2中的HVIL***10包括第一HVIL电路12、第二HVIL电路14和一个电隔离继电器16。第一HVIL电路12与第二HVIL电路14之间的(假想)隔离栅如图2中的虚垂直线所示。
图2中所示的继电器16为电磁继电器，但也可以是例如带光耦合器的固态继电器。继电器16连接到第一HVIL电路12和第二HVIL电路14。即，继电器16包括在第二HVIL电路14上的线圈18形式的控制元件和在第一HVIL电路12上的电枢20形式的受控元件。继电器16为常开(NO)。
从继电器16的电枢20开始，沿逆时针顺序(即电流方向)，第一HVIL电路12还包括一个或多个第一HVIL断路器开关46、第一电流损耗检测装置22和第一电流源28。从继电器16的线圈18开始，沿逆时针顺序(即电流方向)，第二HVIL电路14还包括第二电流源32、第二电流损耗检测装置34和一个或多个第二HVIL断路器开关48。第一HVIL电路12和第二HVIL电路14在这里可以是单回路电路。
继电器16通常被构造成在第二HVIL电路14中没有电流流动时通过断开第一HVIL电路12，从而将第二HVIL电路14中的故障传播到第一HVIL电路12。继电器16还被构造成当在第二HVIL电路14中有电流流动时闭合第一HVIL电路12。
在操作中，当激活第二电流源32时，继电器16的线圈18将通电，从而使第一HVIL电路12成为闭合电路。第一电流源28随后被激活，结果是电流在两个HVIL电路12、14中流动。
当有任意事件导致第二HVIL电路14中的电流停止流动时(例如，如果所述一个或多个第二HVIL断路器开关48中的一个断开)，继电器16的线圈18停止被通电，从而断开第一HVIL电路12。这被第二HVIL电路14和第一HVIL电路12两者中的电流检测装置22、34检测到。
当事件导致第一HVIL电路12中的电流停止流动时，使用通信***24(例如CAN)把它从第一损耗检测装置22传达到第二HVIL电路14。第一损耗检测装置22可例如命令第二电流源32切断。
在两种情况中的第一种情况下，HVIL事件(故障)的检测通常更快。
图3示出HVIL***10的第二实施例的第一变形。第二实施例可表示为“双向故障传播”，其第一变形可特别表示为“对称双向故障传播”。图3中的HVIL***10包括第一HVIL电路12、第二HVIL电路14和两个电隔离继电器16、26。第一HVIL电路12与第二HVIL电路14之间的(假想)隔离栅如图3中虚垂直线所示。
图3中所示的继电器16、26为电磁继电器，但它们也可以是例如具有光耦合器的固态继电器。每个继电器16、26都连接到第一HVIL电路12和第二HVIL电路14。即，第一继电器16包括在第二HVIL电路14上的第一线圈18形式的控制元件和在第一HVIL电路12上的第一电枢20形式的受控元件。第二继电器26包括在第一HVIL电路12上第二线圈60形式的控制元件和在第二HVIL电路14上第二电枢62形式的受控元件。
沿顺时针顺序(即电流方向)，第一HVIL电路12包括第一电流源28、第二继电器26的线圈60、第一继电器16的电枢20、一个或多个第一HVIL断路器开关46和第一电流损耗检测装置22。具有第一二极管38的分支40连接到第一HVIL电路12在第一继电器16与第二继电器26之间的节点、以及第一HVIL电路12在第一电流损耗检测装置22与第一电流源28之间的另一节点，由此第一电流源28、第二继电器26的线圈60和第一二极管38形成第一“子回路”或网格64。沿顺时针顺序(即沿电流方向)，第二HVIL电路14包括第二电流源32、第一继电器16的线圈18、第二继电器26的电枢60、一个或多个第二HVIL断路器开关48和第二电流损耗检测装置34。具有第二二极管42的分支44连接到第二HVIL电路14在第一继电器16与第二继电器26之间的节点、以及第二HVIL电路14在第二电流损耗检测装置34与第二电流源32之间的另一节点，由此第二电流源32、第一继电器16的线圈18和第二二极管42形成第二“子回路”或网格66。
第一继电器16通常被构造成在第二HVIL电路14(的第二网格66)中没有电流流动时通过断开第一HVIL电路12，从而将第二HVIL电路14中的故障传播到第一HVIL电路12。同样，第二继电器26通常被构造成在第一HVIL电路12(的第一网格64)中没有电流流动时通过断开第二HVIL电路14，从而将第一HVIL电路12中的故障传播到第二HVIL电路14。
在操作中，在启动第一电流源28或第二电流源32中任意一个之前，两个继电器16、26均未通电，因此第一电路12和第二电路14均未闭合。当第一电流源28或第二电流源32中的一个(例如第一电流源28)启动时，电流将首先流过其分支40中的第一二极管38，从而使相关的第二线圈60通电，闭合第二HVIL电路14。***10现在处于预计会激活其他(第二)电流源32的稳定状态。当激活时，电流流过第一继电器16的线圈18以及通电的第二继电器26的电枢62，从而结束第二HVIL电路14的激活。由于这会导致第一继电器16启动，所以两个HVIL电路12、14随后都完全激活。现在只有可忽略的电流流过二极管38、42。
当HVIL电路12、14中的任何一个中发生事件时，相应的电流源28、32被停用，否则电流将再次流过二极管38、42。为此，第一电流损耗检测装置22适于通过第一通信***30把第一HVIL电路12中检测到的故障传达到第一电流源28，以使其停用。同样，第二电流损耗检测装置34适于通过第二通信***36把第二HVIL电路14中检测到的故障传达到第二电流源32，以使其停用。例如，第一通信***30和第二通信***36可以是CAN。第一通信***30和第二通信***36可包括电隔离。
例如，如果在第一HVIL电路12中发生事件(故障)，则由第一电流损耗检测装置22检测到该事件(故障)，第一电流损耗检测装置22进而将该故障传递给第一电流源28以使其停用。当第一电流源28被停用或切断时，第一网格64中没有电流流动，第二继电器26的线圈60停止通电，从而断开第二HVIL电路14。同样，当第二HVIL电路14中发生事件(故障)时，第二电流损耗检测装置34检测到该事件(故障)，第二电流损耗检测装置34进而将该故障传递给第二电流源32以使其停用。当第二电流源32停用或切断时，第二网格66中没有电流流动，并且第一继电器26的线圈18停止通电，从而断开第一HVIL电路12。
图4说明了HVIL***10的第二实施例的第二变形。第二变形可表示为“不对称双向故障传播”。除了省略了第二二极管42和第二分支44，第二变形与第一变形(图3)相似。并且，第二电流损耗检测装置34不必适于通过第二通信***将第二HVIL电路14中检测到的故障传达到第二电流源32，以使其停用。在图4所示的第二变形中，必须首先启动第一电流源28。并且，如果在第二HVIL电路14中检测到故障，则该故障自动传播到第一HVIL电路12，而不必首先将其从第二电流损耗检测装置34传达到第二电流源32以使其停用。在其他方面，第二变形的***10操作与第一变形相似。
应当理解的是，本发明不限于上述实施例和附图中所示的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，在所附权利要求的范围内可以进行许多更改和修改。

Claims (14)

1.一种危险电压互锁回路HVIL***(10)，包括：
第一HVIL电路(12)；
第二HVIL电路(14)；
其特征在于，
所述第一HVIL电路(12)与第一高压母线(52)相关联，使得所述第一HVIL电路(12)能够检测与所述第一高压母线(52)上的负载相关的故障，
所述第二HVIL电路(14)与第二高压母线(54)相关联，使得所述第二HVIL电路(14)能够检测与所述第二高压母线(54)上的负载相关的故障，
所述第一高压母线(52)和所述第二高压母线(54)是分开的并且没有彼此电连接，并且所述第一HVIL电路(12)和所述第二HVIL电路(14)是分开的并且没有彼此电连接，
其中所述***还包括使所述第一HVIL电路和所述第二HVIL电路互连的电隔离继电器(16)，其中所述电隔离继电器(16)包括在所述第二HVIL电路(14)上的控制元件，并且包括在所述第一HVIL电路(12)上的受控元件，其中所述电隔离继电器被构造成当包括所述电隔离继电器的所述第二HVIL电路的至少一部分中没有电流流动时，断开所述第一HVIL电路。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述控制元件是线圈(18)，并且所述受控元件是电枢(20)。
3.根据权利要求1所述的***，其中所述电隔离继电器(16)是电磁继电器或固态继电器。
4.根据权利要求1所述的***，其中所述第一HVIL电路包括第一电流损耗检测装置(22)，所述第一电流损耗检测装置(22)适于通过通信***(24)把在所述第一HVIL电路中检测到的故障传达到所述第二HVIL电路。
5.根据权利要求3所述的***，其中所述第一HVIL电路包括第一电流损耗检测装置(22)，所述第一电流损耗检测装置(22)适于通过通信***(24)把在所述第一HVIL电路中检测到的故障传达到所述第二HVIL电路。
6.根据前述权利要求1-5中任一项所述的***，还包括第二电隔离继电器(26)，所述第二电隔离继电器(26)使所述第一HVIL电路和所述第二HVIL电路互连，其中，所述第二电隔离继电器(26)包括在所述第一HVIL电路(12)上的控制元件，并且包括在所述第二HVIL电路(14)上的受控元件，并且其中所述第二电隔离继电器(26)被构造成当包括所述第二电隔离继电器的第一HVIL电路的至少一部分中没有电流流动时断开所述第二HVIL电路。
7.根据权利要求6所述的***，其中所述第二电隔离继电器(26)上的控制元件是第二线圈(60)，并且所述第二电隔离继电器(26)上的受控元件是第二电枢(62)。
8.根据权利要求6所述的***，其中所述第一HVIL电路包括第一电流源(28)和第一电流损耗检测装置(22)，并且其中具有第一二极管(38)的分支(40)被连接到所述继电器与所述第二电隔离继电器之间的节点以及所述第一电流损耗检测装置与所述第一电流源之间的另一节点。
9.根据权利要求8所述的***，其中所述第一电流损耗检测装置(22)适于通过第一通信***(30)把在所述第一HVIL电路中检测到的故障传达到所述第一电流源，以使其停用。
10.根据权利要求9所述的***，其中所述第二HVIL电路包括第二电流源(32)和第二电流损耗检测装置(34)，其中具有第二二极管(42)的分支(44)被连接到所述继电器与所述第二电隔离继电器之间的节点以及所述第二电流损耗检测装置与所述第二电流源之间的另一节点，并且其中所述第二电流损耗检测装置(34)适于通过第二通信***(36)把在所述第二HVIL电路中检测到的故障传达到所述第二电流源，以使其停用。
11.一种车辆(50)，包括根据权利要求1-10中任一项所述的危险电压互锁回路HVIL***(10)。
12.根据权利要求11所述的车辆，还包括用于从外部架空接触线接收能量的受电弓(56)和用于推进所述车辆的电机(58)，其中所述受电弓和所述电机中的每一个都被连接到分开的所述第一高压母线和所述第二高压母线中的任意一个。
13.一种操作危险电压互锁回路HVIL***(10)的方法，所述***包括与第一高压母线(52)相关联使得第一HVIL电路(12)能够检测与所述第一高压母线(52)上的负载相关的故障的所述第一HVIL电路(12)、与第二高压母线(54)相关联使得第二HVIL电路(14)能够检测与所述第二高压母线(54)上的负载相关的故障的所述第二HVIL电路(14)，所述第一高压母线(52)和所述第二高压母线(54)是分开的并且没有彼此电连接，并且所述第一HVIL电路(12)和所述第二HVIL电路(14)是分开的并且没有彼此电连接，并且所述***还包括使所述第一HVIL电路和所述第二HVIL电路互连的电隔离继电器(16)，其中所述电隔离继电器(16)包括在所述第二HVIL电路(14)上的控制元件，并且包括在所述第一HVIL电路(12)上的受控元件，其特征在于以下步骤：
激活在所述第二HVIL电路上的电流源(32)，使得所述继电器闭合所述第一HVIL电路的至少一部分；和
如果所述第二HVIL电路上的断路器开关(48)被断开，则所述继电器断开所述第一HVIL电路。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述控制元件是线圈(18)，并且所述受控元件是电枢(20)。
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