CN114987202A - 使电流流动中断的接触器、集成电路、方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了使电流流动中断的接触器、集成电路、方法。一种接触器(150；250)，包括：第一和第二功率端子；子电路，该子电路连接在第一功率端子与第二功率端子之间并且包括串联连接的以下三个元件：电导体部分、主开关和熔丝。主开关具有由致动器驱动的可移动部分。接触器进一步包括用于测量流动通过电导体部分的一次电流的磁传感器、以及连接至所述磁传感器并连接至所述致动器的控制器。该控制器具有用于接收命令的通信端口。接触器进一步包括用于检测主开关实际上是否打开的检测装置。控制器被配置成用于：(i)接收用于打开开关的命令；(ii)操作致动器；(iii)检测主开关实际上是否打开；以及(iv)如果开关没有打开，则使熔丝烧断。

Description

使电流流动中断的接触器、集成电路、方法

技术领域

本公开总体上涉及电功率电路领域，并且更具体地涉及用于选择性地将电动车辆或混合动力车辆的电池连接至电负载或将该电池从电负载断开连接的接触器、涉及集成电路、并且涉及使电流中断的方法。

背景技术

电动车辆(EV)或混合动力车辆(HV)的电机可由提供从大约200伏特到大约800伏特或甚至更高的范围中的电压的电池来供电。电池可以能够提供具有高达大约1500安培的幅值的电流，其中电流峰值高达3000安培或甚至更高。不用说，此类车辆的电功率电路对其乘客造成了潜在威胁。出于安全性原因，电功率电路的故障和/或电池自身的故障应当被快速地检测并修复，例如，一些故障需要在5ms内被检测。

在此类车辆中，接触器典型地用于在正常情况下选择性地将电池连接至电动机和/或将电池从电动机断开连接、和/或将电池连接至充电电路和/或将电池从充电电路断开连接。电功率电路可进一步包括用于在紧急情况下(例如，在碰撞的情况下)使电路开路的熔丝。

US2014292109(A1)描述了一种接触器装置，该接触器装置包括用于在电动车辆(EV)或混合动力车辆(HV)中使用的电流传感器。

总是存在改进和替代的余地。

发明内容

本发明的实施例的目标在于提供一种用于在电动车辆或混合动力车辆中(尤其是在电动和/或混合动力小汽车中)使用的接触器。

本发明的实施例的目标在于提供一种包括此类接触器的电功率电路、以及一种包括此类功率电路的电动车辆。

本发明的实施例的目标在于提供一种使流动通过此类接触器的电流中断的方法。

本发明的实施例的目标在于提供一种用于执行此类方法的集成电路。

本发明的实施例的目标在于提供一种具有开关并且还能够测量电流并使该电流中断的接触器。

本发明的实施例的目标在于提供一种具有改善的可靠性(在能够使电流停止流动方面)和/或具有改善的使用寿命、并且优选地具有这两者的接触器。

本发明的实施例的目标在于提供一种包括此类接触器的电功率电路，该电功率电路提供改善的安全性和/或具有改善的使用寿命，并且优选地具有这两者。

本发明的实施例的目标在于提供一种用于更快和/或更高效和/或更可靠地执行此类方法的集成电路。

这些目标和其他目标由接触器、由电功率电路、由使流动通过接触器的电流中断的方法、并且由根据本发明的实施例的集成电路来实现。

根据第一方面，本发明提供一种接触器，该接触器包括：第一功率端子；第二功率端子；子电路，该子电路电气地连接在第一功率端子与第二功率端子之间，并且至少包括串联地连接的以下三个元件：电导体部分、主开关(在本文中也被称为“高压开关”或“HV开关”)和熔丝；该主开关包括由致动器驱动的可移动部分；磁传感器，该磁传感器被配置成用于测量流动通过电导体部分的一次电流(在本文中也被称为“高压电流”或“HV电流”)；控制器，该控制器通信地连接至用于测量流动通过电导体部分的所述一次电流的所述磁传感器，并且操作地连接至用于选择性地打开或闭合所述开关的所述致动器；其中，接触器进一步包括用于检测主开关实际上是否打开或闭合的检测装置；并且其中，控制器被配置成用于：(i)测量一次电流并检测是否发生过载电流状况；以及如果检测到过载电流状况，则继续步骤(ii)，否则重复步骤(iii)；(ii)操作致动器以打开主开关；(iii)检测主开关是否有效地打开；并且如果检测到主开关仍闭合(例如，在时间检测Δt之后)，则使熔丝烧断。

时间间隔Δt可以是预定义的时间间隔，或者可以根据测得的HV电流(例如，使用查找表)来计算。时间段可在HV电流的测量之后仅被确定一次，或者可以动态地被调整或更新(基于持续进行的HV电流测量值)。

“第一功率端子”可以(直接或间接地)连接至或者可以可连接至电池。“第二功率端子”可以(直接或间接地)连接至或者可以可连接至电动机。

优势在于，磁传感器可以以无接触的方式来测量一次电流。这允许磁传感器在(相对)低电压(例如，至多48伏特)下操作。

主要优势在于，接触器自身能够在不必与外部设备通信的情况下并且以不依赖于来自磁传感器的测量的方式、使用所述检测装置来检测开关是有效地打开还是闭合的，因为这缩短了反馈环路，这进而提供额外的时间，在该额外的时间期间可以作出使用致动器打开开关的尝试，而不是必须使熔丝烧断。或者换言之，(在某些状况下，例如，如果HV电流低于某个值)此种接触器的优势在于，其可以首先尝试以可逆的方式打开开关，这在宝贵的时间由于与其他设备(例如，外部处理器)的通信而丧失的情况下可以是不可能的。通过缩短通信环路或决策环路，由于时间不足而必须使熔丝烧断的概率可以降低。

优势在于，“检测装置”提供一种以独立于由磁传感器执行的电流测量的方式来执行内部诊断的方式。或者换言之，优势在于，开关可以以闭环方式(即，前向操作加反馈)来操作。以此种方式，接触器的可靠性可以增加，并且在其中使用此种接触器的电功率***的安全性可以被改善。

对过载电流状况的检测可包括将测得的HV电流与预定义的值进行比较，或者可包括或可基于经典的I2T(安培平方时间秒)技术。

“第一功率端子”可以(直接或间接地)连接至或者可以可连接至电池。“第二功率端子”可以(直接或间接地)连接至或者可以可连接至电动机或者两相或三相转换器。

优势在于熔丝与主开关串联连接，因为这允许即使在主开关没有打开的情况下HV电流也可以被中断。

“检测过载电流状况”的步骤可包括：将测得的电流与预定义阈值进行比较。

“检测过载电流状况”的步骤可包括：计算随时间的I2T值(安培平方秒)，并将该值与预定义阈值进行比较。

在实施例中，控制器被配置成用于：a)使用磁传感器重复地(例如，周期性地)测量流动通过电导体部分的一次电流；b)基于(例如，周期性地)测得的一次电流来检测是否发生过载电流状况，并且如果检测到发生过载电流，则继续步骤c)；c)例如根据(多个)测得的电流值来确定用于打开主开关的可用时间段(Δtav)；d)将可用时间段(Δtav)与用于打开主开关的要求时间段(Δtreq)进行比较，并且如果可用时间段小于要求时间段，则继续步骤g)；否则继续步骤e)；e)操作致动器以打开主开关；f)使用检测装置来检测主开关是否在可用时间段(Δtav)内有效地打开，并且在主开关在可用时间段(Δtav)之后仍闭合的情况下使熔丝烧断。

如上文所述，开关的打开可以或将(至少)由从外部处理器(例如，ECU)接收对应的命令来触发。

在实施例中，控制器具有可连接至外部处理器的至少一个通信端口；并且控制器进一步被配置成用于接收从由以下各项组成的组的组选择的至少一个命令：用于闭合开关的命令、用于打开开关的命令、用于使熔丝烧断的命令；并且控制器进一步被配置成用于执行以下各项中的至少一项：x)在接收到用于闭合开关的命令时，操作致动器以使主开关闭合；y)在接收到用于打开开关的命令时，执行步骤ii)和iii)；z)在接收到用于使熔丝烧断的命令时，使该熔丝烧断。

在一些实施例中，执行步骤ii)和iii)可通过执行步骤a)和步骤c)至g)来实现。

在实施例中，接触器能够传导至少60安培(或至少75安培、或至少100安培、或至少125安培)的电流；并且接触器进一步包括用于接收至多48伏特(或至多36V、或至多24V、或至多12V)的电压供给的第三功率端子和第四功率端子。

此种电压在本文中被称为“低压供给”。此种低电压可由第二电池供给，该第二电池不旨在用于对车辆的电机供电而是旨在对控制电路***供电。至少控制器、致动器、检测装置和磁传感器由低压供给来供电。

高压域和低压域流电地(galvanically)分离。使用优选地在物理上位于电导体部分的紧邻的附近但流电地与其分离的磁传感器的优势在于，其允许处于低压域中的电路***测量在高压域中流动(即，流动通过电导体部分)的电流。

在实施例中，熔丝是热熔丝或传爆管，或者熔丝包括热熔丝或传爆管。

在实施例中，致动器包括线圈和相对于所述线圈可移动的元件。致动器可进一步包括被偏置用于打开开关(NO类型)或被偏置用于闭合开关(NC类型)的弹簧。

在实施例中，控制器进一步被配置成用于测量流动通过线圈的二次电流；并且控制器进一步被配置成用于基于从磁传感器获得的信号并且将二次电流考虑在内来确定一次电流。

从磁传感器自身获得的信号可针对由磁传感器的位置处的线圈生成的磁场来进行校正，例如，通过从一次电流值中减去二次电流值乘以预定义常数来校正。以此种方式，流动通过电导体部分的电流可以以改善的准确度来测量，同时允许紧凑型的设计(磁传感器和线圈可以相对靠近在一起，并且磁屏蔽不是绝对必要的)。

在实施例中，检测装置包括被配置成用于测量流动通过致动装置的电流的分流电阻器；并且控制器进一步被配置成用于测量该分流电阻器上的电压，以便确定流动通过分流电阻器和通过线圈的电流；并且其中，控制器进一步被配置成用于重复地(例如，周期性地)对流动通过该分流电阻器的电流进行采样由此获得电流波形，并且用于分析该电流波形以便检测指示可移动元件的移动的特性。

在实施例中，检测装置包括用于检测可移动元件的位置的位置传感器(例如，磁位置传感器，例如，基于由永磁体发出的磁场)；并且控制器连接至所述位置传感器，以用于确定可移动元件的位置，由此确定开关的状态(即，打开或闭合)。

在实施例中，磁传感器包括被布置在所述电导体部分附近并被配置成用于测量由流动通过所述电导体部分的电流生成的磁场分量的至少一个水平霍尔元件、或至少一个竖直霍尔元件、或至少一个磁阻元件；

在该实施例中，控制器可将流动通过电导体部分的电流确定为与测得的磁场分量成比例。

磁屏蔽件可被设置在磁传感器附近，以便降低来自外部干扰场或来自致动器线圈的影响。

在实施例中，磁传感器包括彼此间隔开并取向成并行的并且被配置成用于测量磁场差或磁场梯度的至少两个水平霍尔元件或至少两个竖直霍尔元件。

在该实施例中，控制器可将流动通过电导体部分的电流确定为与磁场差或磁场梯度成比例。使用磁场梯度的优势在于其减小了磁干扰场。

在实施例中，接触器进一步包括温度传感器，该温度传感器被安装在磁传感器附近(例如，被集成在同一半导体衬底上)，用于测量磁传感器的温度；并且控制器进一步被配置成用于在将磁场值转换为电流值时将磁传感器的温度考虑在内(例如，以用于执行温度校正)。以此种方式，信号的准确性可以进一步改善。

在实施例中，接触器进一步包括连接至控制器的加速度计和/或陀螺仪；并且控制器进一步适于基于从所述加速度计和/或所述陀螺仪获得的信号来确定异常状况(例如，发生的碰撞，或者车辆在从桥上落下后上下颠倒地取向等等)；并且其中，控制器进一步被配置成用于例如通过分析某些参数(例如，加速度参数或取向参数)在检测到异常状况的情况下自主地打开主开关和/或使熔丝烧断。

在实施例中，控制器被实现在集成半导体器件中；并且磁传感器也被集成在所述半导体器件中(例如，被集成在同一经封装的器件中，例如作为引线框架上的单独组件、或集成在与控制器相同的硅衬底上)；并且其中，致动器包括与第二开关串联连接的线圈；并且其中，检测装置包括与所述线圈串联连接的分流电阻器；并且其中，控制器被配置成用于对所述分流电阻器上的第一电压进行采样，并且用于对所述线圈上或所述线圈与所述分流电阻器的串联连接上的第二电压进行采样，并且用于基于第一电压样本和第二电压样本来确定主开关的状态；并且其中，控制器具有用于控制致动器以操作主开关的第一输出；并且其中，控制器具有用于使熔丝烧断的第二输出。

控制器可以进一步包括模数转换器(ADC)、定时器、时钟电路、非易失性存储器(例如，闪存)和PWM模块等。

根据另一方面，本发明还提供一种功率电路，该功率电路包括：电气电池，用于提供电功率；电负载，包括电动机；根据前述实施例中的任一实施例的接触器，借助其第一功率端子连接至所述电池并且借助其第二功率端子连接至所述电负载，或者反之亦然。

电负载可进一步包括三相转换器。

根据另一方面，本发明还提供一种电动车辆或混合动力车辆，包括根据第一方面所述的接触器或根据第二方面所述的功率电路。

电动车辆可进一步包括至少一个安全气囊。

电动车辆可进一步包括经由所述通信端口连接至接触器的引擎控制单元(ECU)。ECU可被配置成用于基于从安全气囊获得的信号向接触器提供用于打开开关的信号。

根据另一方面，本发明还提供一种使流动通过根据第一方面所述的接触器的电流中断的方法，该方法包括以下步骤：i)测量流动通过电导体部分的一次电流，并检测是否发生过载电流状况；并且如果检测到过载电流状况，则继续步骤ii)，否则重复步骤i)；ii)操作致动器以便打开主开关或尝试打开主开关；iii)检测主开关是否有效地打开；并且如果检测到在时间间隔(Δtav)之后该主开关仍是闭合的，则使熔丝烧断。

步骤i)可包括任选的步骤：基于测得的电流来确定可用时间段Δtav。由于步骤ii)花费一些时间，因此在一些实施例中继续测量电流并动态地更新可用时间段Δtav是可能的。

根据另一方面，本发明还提供一种使流动通过根据第一方面所述的接触器的电流中断的方法，该方法包括以下步骤：a)使用磁传感器重复地(例如，周期性地)测量流动通过电导体部分的一次电流；b)任选地根据测得的电流来确定用于打开主开关的可用时间量(例如，根据预定义的安全性准则)；c)将可用时间与用于打开主开关的典型地要求的时间进行比较，并且如果可用时间小于典型地要求的时间，则继续步骤f)；否则继续步骤d)；d)操作致动器以便打开主开关；e)使用检测装置来检测主开关是否在可用时间段内有效地打开，并且在主开关在可用时间段之后仍闭合的情况下使熔丝烧断

根据另一方面，本发明还提供一种用于在根据第一方面所述的接触器中使用的集成电路，该集成电路包括：采用可编程处理器的形式的所述控制器；所述磁传感器(例如，采用水平霍尔元件、或竖直霍尔元件、或包括磁阻元件的电路的形式)；分流接口，该分流接口用于感测可连接至集成电路的分流电阻器上的电压，二次电流可以从该电压来确定；电压感测接口，用于感测线圈上的电压；第一输出，用于驱动连接至主开关的致动器；第二输出，用于激活熔丝驱动器(例如，热熔丝驱动器)；其中，处理器被配置成用于：i)使用所述磁传感器来测量一次电流，并检测是否发生过载电流状况；并且如果检测到过载电流状况则继续步骤ii)，否则重复步骤i)；ii)对第一输出进行断言以用于操作致动器以便打开主开关；iii)通过分析从分流接口获得的信号和从电压感测接口获得的信号来检测主开关是否有效地打开；并且如果检测到在时间间隔之后主开关仍是闭合的，则对第二输出进行断言以用于使熔丝烧断。

本发明还提供集成电路的一种变型(在图6中图示)，其中，分流接口、电压接口和第一输出被省略，但是其中，集成电路包括操作地连接至线圈接口的集成分流电阻器和晶体管。

集成电路优选地还包括模数转换器，该模数转换器被配置成用于对从分流接口获得的信号进行数字化并被配置成用于对从电压感测接口获得的信号进行数字化。

分流接口可包括一个或两个专用输入引脚，该一个或两个专用输入引脚上的电压被测量。

电压感测接口可包括一个或两个专用输入引脚，其中的一个专用输入引脚可以与分流接口共享。

集成电路优选地进一步包括嵌入在所述处理器内或连接至所述处理器的非易失性存储器。非易失性存储器可包含与电流相对于时间曲线相对应的数据。非易失性存储器优选地还包括含可执行指令的计算机程序或代码段，这些指令用于在被可编程处理器执行时执行上文所描述的方法中的任一方法或者上文提及的方法步骤中的一些或全部。

在实施例中，集成电路进一步包括用于从外部处理器(例如，从外部ECU)接收指令的数字通信接口；并且其中，处理器进一步被配置成用于在从外部处理器接收到用于打开开关的指令(或命令)时执行步骤ii)和iii)。

在实施例中，集成电路还包括以下特征中的一个或多个特征：低压供给输入，例如，12伏特供给输入或24V供给输入；PWM发生器；定时器单元；NTC接口(负温度系数组件)，用于测量外部温度；第一通信接口，用于与安全气囊ECU通信；第二通信接口，用于与电池管理***(MBS)的控制器通信。

集成电路可被嵌入在半导体衬底中，并被并入封装半导体器件(也被称为“芯片”)中。

根据另一方面，本发明还提供一种接触器，该接触器包括：第一功率端子；第二功率端子；子电路，电气地连接在第一功率端子与第二功率端子之间，并且至少包括串联连接的以下三个元件：电导体部分、主开关和熔丝，该主开关包括由致动器驱动的可移动部分；磁传感器，被配置成用于测量流动通过电导体部分的一次电流；控制器，通信地连接至用于测量流动通过导体部分的所述一次电流的所述磁传感器，并且操作地连接至用于选择性地打开和闭合所述主开关的所述致动器；其中，控制器具有通信端口，该通信端口可连接至外部处理器(BMS；ECU)以用于接收打开或闭合开关的命令。

本发明的特定和优选方面在所附独立权利要求和从属权利要求中进行了阐述。来自从属权利要求的特征可在适当时与独立权利要求的特征并与其他从属权利要求的特征组合，而不仅仅是在权利要求中明确阐述的那样。

从此后描述的(多个)实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的，并且本发明的这些和其他方面将参照此后描述的(多个)实施例来阐明。

附图说明

图1示出由本发明提出的接触器和包括所述接触器的电功率电路的高层级框图。

图2示出由本发明提出的接触器和包括所述接触器的电功率电路的另一框图，其可以被看作图1中示出的接触器和电路的变型或特定实现方式。

图3示出在本发明的实施例中可以被用来根据测得的电流确定有多少时间可用于打开开关的典型的时间-电流曲线。

图4(a)至图4(d)示出根据本发明的实施例的方法的流程图，该方法可以由图1或图2中示出的接触器的控制器来执行。

图5示出了可以在本发明的实施例中使用的、包括处理器的集成电路的框图。

图6示出了可以在本发明的实施例中使用的、包括处理器的另一集成电路的框图。

各附图仅是示意性而非限制性的。在附图中，出于说明性目的，要素中的一些要素的尺寸可被放大且未按比例绘制。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。在不同的附图中，相同的附图标记指代相同或相似的要素。

具体实施方式

将就具体实施例并且参考某些附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。所描述的附图仅是示意性的且是非限制性的。在附图中，出于说明性目的，要素中的一些要素的尺寸可被放大且未按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于对本发明的实施的实际缩减。

此外，说明书中和权利要求中的术语第一、第二等等用于在类似的要素之间进行区分，并且不一定用于在时间上、空间上、以排名或以任何其他方式描述顺序。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文中所描述的本发明的实施例能够以与本文中所描述或图示的不同的顺序来进行操作。

此外，说明书和权利要求中的术语顶部、下方等等是用于描述性目的并且不一定用于描述相对位置。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文中所描述的本发明的实施例能够以与本文中所描述或图示的取向不同的取向进行操作。

要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的装置；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语应被解释为指定如所提到的所陈述的特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件、或其群组的存在或添加。因此，表述“一种包括装置A和装置B的设备”的范围不应当限于仅由组件A和组件B组成的设备。这意味着就本发明而言，设备的仅有的相关组件是A和B。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部指代同一实施例，而是可以指代同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如通过本公开将对本领域普通技术人员显而易见的，特定的特征、结构或特性能以任何合适的方式进行组合。

类似地，应当理解，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开和辅助理解各发明性方面中的一个或多个发明性方面的目的，本发明的各个特征有时被一起编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，该公开方法不应被解释为反映要求保护的发明要求比每一项权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映，发明性方面存在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征中。因此，具体实施方式之后所附的权利要求由此被明确纳入本具体实现方式中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。

此外，尽管本文中所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但不包括其他实施例中所包括的其他特征，但是如本领域技术人员将理解的那样，不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均能以任何组合来使用。

在本文中所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出，以免混淆对本描述的理解。

在本文档中，术语“传爆管”是指一种微型***设备。

在本文档中，表述“一次电流”和“HV电流”含义相同。

在本文档中，表述“二次电流”和“流动通过致动器线圈的电流”含义相同。

在本文档中，术语“开关”或“HV开关”或“主开关”含义相同，并且它们是指连接在第一高功率端子与第二高功率端子之间的开关(参见开关153、253)，除非从上下文可以清楚是意指另一开关(例如，用于对线圈进行激励的开关265或用于使熔丝烧断的开关263)。

在本文档中，术语“时间段”或“时间间隔”或“持续时间”含义相同。

本发明涉及用于选择性地将电动车辆或混合动力车辆的电池连接至电负载(例如，逆变器、电动机等)或将该电池从电负载断开连接的接触器。本发明还涉及包括接触器的电功率电路，涉及使流动通过接触器的电流中断的方法，并且涉及理想地适合于在此类接触器中使用的集成电路。

US2014292109A1公开了一种接触器，该接触器包括机电开关，包括用于测量当该开关闭合时流动通过接触器的电流的电流传感器。此种现有技术接触器的开关是打开还是闭合受外部处理器控制，该外部处理器通常被称为电子控制单元(ECU)。

然而，为了制成安全的电功率***，具有可以连接电池或使电池断开连接的接触器是不够的。由于电气化车辆的电气电路可能对其乘客造成实际威胁，例如在碰撞事件中，因此出于安全性原因，要求电功率电路的故障应当被快速检测，并且电池应当被快速且可靠地断开连接，例如，取决于问题的严重性，有时在5ms内。

本发明提供一种接触器，该接触器包括：第一功率端子(例如，可连接至电池)和第二功率端子(例如，可连接至电负载或连接至充电电路)；以及子电路，该子电路电气地连接在第一功率端子与第二功率端子之间，并且至少包括串联连接的以下三个元件：电导体部分(例如，汇流条部分)、包括由致动器驱动的可移动部分的主开关、以及熔丝(例如，热熔丝或传爆管等等)，这三个元件全部被嵌入在接触器的壳体中。接触器进一步包括磁传感器，该磁传感器被配置成用于测量流动通过电导体部分的(一次)电流(在本文中也被称为“HV电流”)。接触器进一步包括控制器(例如，可编程微控制器)，该控制器通信地连接至用于测量流动通过电导体部分的所述一次电流的所述磁传感器。控制器还操作地连接至用于选择性地打开和闭合所述开关的所述致动器。接触器进一步包括用于检测(直接地或间接地，例如通过确定致动器的电属性)主开关有效地被打开还是闭合的检测装置。

根据本发明的重要方面，控制器进一步被配置成(i)用于测量流动通过电导体部分的主电流，并且用于检测过载电流状况，并且在检测到过载电流状况的情况下，(ii)用于操作致动器，以便(或尝试)打开主开关，以及(iii)用于检测开关是否实际被打开，并且如果控制器已经检测到开关仍是闭合的(例如，在比操作致动器的时刻晚的时间间隔Δt时)，则控制器用于使熔丝烧断。

主开关优选地能够传导至少100安培的电流。

时间间隔Δt可以是预定义的时间间隔，或者可以根据测得的HV电流(例如，使用查找表)来计算。时间段可在HV电流的测量之后仅被确定一次，或者可以动态地被调整或更新(基于持续进行的HV电流测量值)。

优势在于，接触器内部的控制器可以确定主开关实际上是否被打开，并且由此可以检测开关出于无论什么原因而没有打开。这可能例如在开关到汇流条的接触由于电流浪涌而被卡住或焊住的情况下发生。在此类情况下，控制器将决定使熔丝烧断以使电流停止。

优势在于，磁传感器可以以无接触的方式来测量HV电流。以此种方式，接触器可以具有两个电压域：一次电压域，在本文中也被称为“高压域”、“HV域”，例如，在60伏特或更高电压下操作，例如，120伏特或更高、或200伏特或更高；以及二次电压域，在本文中也被称为“低压域”、“LV域”，例如，在48伏特或更低电压下操作，例如，36伏特或更低，例如，24伏特或更低，例如，12伏特或更低。磁传感器可在物理上位于作为HV域的部分的电导体部分(例如，汇流条部分)附近但在LV域中操作，并且还优选地与电导体部分热隔离。

主要优势在于，接触器(自身)能够使用所述检测装置来检测开关有效地打开还是闭合。

优势在于，接触器能够自主地检测开关是打开的还是闭合的，而不必依赖于(或仅仅依赖于)来自磁传感器(其可能有缺陷或被损坏)的测量，和/或不必与外部设备进行通信(该通信信道可能被破坏和/或导致延迟)，和/或不必使用或依赖于接触器外部的组件。这(在***级)提供冗余，并且由此改善在其中使用此种接触器的电功率***的整体安全性和可靠性。

主要优势在于，通过自身(在接触器内部)能够并且实际检查开关状态、和/或通过自身(在接触器内部)测量HV电流、和/或通过自身(在接触器内部)确定过载电流状况，某些事件的通信环路或反馈环路被缩短(相比于涉及与外部处理器和/或位于接触器的外部的组件的一个或多个通信的通信环路)。此种缩短的环路进而提供额外的时间，在该额外的时间期间可作出打开开关的尝试而不必使熔丝烧断，使熔丝烧断将以不可逆的方式损坏接触器。由此，得益于接触器自身内部的诊断特征，例如在其中电流足够小和/或存在充足的时间来安全地打开开关的情形下，接触器的使用寿命可通过避免熔丝被烧断而增加。

或者换言之，(在某些状况下)此种接触器的优势在于，其可以首先尝试以可逆的方式打开开关，这在宝贵的时间由于与外部设备的通信而丧失的情况下可以是不可能的。通过缩短通信环路或决策环路，根据安全性准则而必须使熔丝烧断的概率可以降低。

优势在于，“检测装置”提供一种方式来以独立于由磁传感器执行的电流测量的方式分析开关是否闭合(其为内部诊断的形式)。以此种方式，接触器的可靠性可以增加，并且在其中使用此种接触器的电功率***的安全性可以被改善。令人惊讶的是，接触器的使用寿命也可以增加，因为在不具有检测装置的情况下，仅有的安全选项将是使熔丝烧断。相较之下，本发明的接触器可以作出更好的判断来决定电流是否足够小和/或是否存在充足的时间来尝试打开开关，并且如果这成功则熔丝不必被烧断。

优势在于熔丝也被集成在接触器中，因为接触器的壳体对熔丝、并对控制器与熔丝之间的互连提供保护。由此，熔丝无法被烧断的风险降低，并且整体***的安全性进一步增加。

在另一或进一步的实施例中，控制器可进一步包括至少一个(例如，一个或两个)通信接口(例如，单向或双向串行总线接口)，该至少一个通信接口可连接至外部处理器(例如，可连接至外部ECU，例如，可连接至安全气囊ECU和/或可连接至电池管理***控制器)以用于发送和接收信息或指令，例如用于提供指示测得的电流的信号和/或用于接收以下命令中的一个命令：用于打开开关(或用于使电池断开连接)的命令、用于闭合开关(或用于连接电池)的命令、用于使熔丝烧断的命令。

在此类实施例中，开关的打开可以由以下事件中的一个或多个事件来触发：(a)由接触器自身例如通过将测量电流与阈值进行比较或通过使用经典的I2T(安培平方时间秒)技术检测到过载电流状况；或者(b)从外部处理器(例如，从安全气囊控制器)接收到用于使电池断开连接或打开开关的命令。

但是其他通信也是可能的。例如，接触器接收到用于无条件地使熔丝烧断的命令或者接触器报告异常HV电流等也是可能的。

本发明还提供了一种使流动通过此类接触器的电流中断的方法，该方法包括上文所描述的步骤(i)至(iii)。该方法将在讨论图4(a)至图4(d)时更详细地描述。

本发明还提供一种集成电路，该集成电路在并入此类接触器中时尤其适于执行此种方法。该集成电路优选地包含非易失性存储器(例如，闪存)，该非易失性存储器包含用于执行此种方法的可执行指令。

现在参考各附图。

图1示出电功率电路100的高层级框图，该电功率电路100包括经由接触器150连接至电负载120(例如，电气两相电机或电气三相电机或充电电路)的电池111(例如，提供至少100伏特或至少200伏特的电压的高压电池)。电功率电路100可被并入电动车辆(EV)中或被并入混合动力车辆(HV)(例如，小汽车)中。当然，在实践中，电功率电路100可包括进一步的组件，诸如例如逆变器(未示出)。

图1的接触器包括连接至或可连接至电池111的第一功率端子151a、以及连接至或可连接至电负载120的第二功率端子151b，但是当然，接触器150也可以用于其他功率电路。

接触器150包括子电路，该子电路处于第一功率端子151a与第二功率端子151b之间的电连接中，并且至少包括串联连接的以下三个元件：电导体部分154(例如，汇流条)、开关153(例如，电磁开关)、以及熔丝158(例如，热熔丝)或传爆管。电导体部分154可以与第一功率端子151a一体成形，或者可与第二功率端子151b一体成形，但是这不是绝对必要的。

如果熔丝158仍是完好的并且开关153闭合，则第一端子151a与第二端子151b之间形成的电路径是导电的，即，电池被连接至电负载。如果开关153打开和/或熔丝158被烧断，则第一端子151a与第二端子151b之间形成的电路径断开，或者换言之，电池从电负载断开连接。

接触器150进一步包括控制器160(例如，可编程微控制器)，可选地具有非易失性存储器161、定时器单元、PWM发生器块、模数转换器(ADC)、通信接口(例如，串行通信接口，例如，CAN接口)、时钟发生器(例如，基于晶体或基于RC振荡器的)等。控制器160由低电源电压供电，该低电源电压例如第二电池，位于接触器外部但连接至接触器，并被配置成用于提供例如48伏特或更低、或者36伏特或更低、或者24伏特或更低的(例如，大约12伏特的)低电压供给。低电压经由低压端子152a、152b被施加到接触器。控制器可由该低电源电压直接供电，或者由从其导出的电压(例如，由一个或多个电压调节器162(如果存在)提供)供电。控制器160和(多个)电压调节器162(如果存在)可被安装在印刷电路板(PCB，未示出)上。控制器160可以是集成电路的部分。此类集成电路的优选实施例将在图5中示出。

接触器150进一步包括壳体(未明确示出，但由具有圆角的矩形150示意性地指示)。如所图示，开关153、熔丝158和控制器160位于壳体内部。这降低了熔丝在紧急状况下(例如，在碰撞后)无法被烧断的风险。重要的是，开关153和熔丝158在高压域中操作，而控制器160(和将进一步描述的其他组件)在低压域中操作，该低压域与高压域流电地分离。

接触器进一步包括磁传感器155，该磁传感器155被配置成用于(以无接触的方式)测量流动通过电导体部分154的电流。磁电流传感器是本领域中已知的，并且由此在此处不需要完全详细地解释。一言蔽之，它们可包括被取向成用于测量当电流流动通过电导体部分154时由该电流产生的磁场的至少一个磁传感器元件，例如，水平霍尔元件或竖直霍尔元件，但也可以使用其他磁传感器结构，例如，包括磁阻(MR)元件、或间隔开并按同一方向取向的至少两个霍尔元件，从而允许确定磁场梯度。使用差信号或梯度信号允许以减少的来自外部干扰场的干扰、由此以改善的准确度来测量流动通过电导体部分154的电流。磁传感器可包括磁通集中器。

从磁传感器元件或从包括该磁传感器元件的磁传感器结构(例如，惠斯通桥)获得的值可以以本领域中已知的方式被放大(例如，使用差分放大器)并被数字化(例如，使用嵌入在控制器160中的模数转换器ADC)。电流值或电流值的子集可经由通信总线(例如，CAN接口)被传送至外部处理器，例如，被传送至外部ECU。

磁传感器155可被嵌入在与控制器160相同的硅衬底中，或者可位于控制器160外部但电连接至控制器160。优选地，磁传感器155与电导体部分154之间的距离相对较小(例如，小于10mm)，以便使信号足够大。在某些实施例中，接触器150可具有位于距电导体部分154若干个距离处的多个磁传感器元件。这允许以较高的信噪比(SNR)来测量电流。

开关153包括由致动器156驱动的可移动部分(未示出)。致动器156可以是电磁致动器，该电磁致动器包括线圈(在图2中示意性地示出)和被布置在所述线圈内的可移动元件(未示出)。致动器156还可包括用于将开关153偏置到正常打开(NO)状况或正常闭合(NC)状况的机械弹簧(未示出)。可移动元件可以例如通过发送通过线圈(如例如在图2中所图示)的二次电流(LV)电流来控制。此类开关153和致动器156在本领域中是已知的，并且由此在本文中不需要更详细地解释。

根据本发明的重要方面，本发明的接触器150的致动器156包含能够(直接地或间接地)检测开关153实际上是打开还是闭合的检测装置157。接下来描述两种可能的实现方式，但是本发明不限于此，并且还设想了其他检测装置。在第一实现方式中，致动器156包括线圈和与该线圈串联连接的分流电阻器，并且该分流电阻器上的电压被测量，并且线圈上的电压被测量并被数字化，并且电压信号在控制器160中被分析(例如，在软件中)。在第二实现方式中，致动器156包括线圈和磁定位装置(例如，线性位置检测器或磁存在检测器，也被称为“接近度开关”)。接近度开关可包括发射器线圈(用于发射RF信号)和接收器线圈(用于接收所述RF信号)，并且所谓的“目标”可连接至可移动元件以用于调制接收到的信号。控制器160可对接收器信号进行分析，以确定目标的位置并由此确定开关153的状况。

在接触器150内部添加检测装置157的主要优势在于，控制器160可以将该检测装置1157用作反馈装置以独立于从磁传感器155获得的信号并在不必依赖于从外部处理器获得的信号的情况下确定开关153实际上是打开还是闭合的(“闭环控制”)。由于检测装置也被并入在壳体内部，因此例如由于信号干扰或被破坏的通信链路造成的故障的风险大大降低。

注意，本文中所描述的检测装置157也可以用于例如通过测试主开关是否卡住为打开的或者卡住为闭合的来进行安全性检查(在***级)。这即使在根据本发明的两个接触器串联连接在电池与电负载之间并且其主开关中的一个打开的情况下也是可能的。甚至在该情况下，检查另一接触器的主开关是打开还是闭合的是可能的，这并非通过测量一次电流(其为零)，而是通过使用检测装置157。

控制器160还具有输出端口(例如，图5中的OUT2)，该输出端口可以例如直接地或经由任选的激活电路163来触发熔丝158。

已描述了接触器150的各种组件，接下来的段落将解释有本发明提出的接触器150可如何工作。

如可以从图领会的，在操作期间，HV电池111提供至少100伏特的电压，并且低电压电池140提供至多48伏特的电压，并且外部控制器130(例如，ECU)可向接触器150的控制器160提供用于连接HV电池或用于闭合开关153(等等)的信号。在接收到此类命令时，控制器160将操作致动器156(例如，通过对线圈进行激励)，以便闭合开关153，由此允许一次电流流动通过电导体部分154。任选地，控制器160可在接收到此类命令时首先执行内部安全性检查(例如，计算非易失性存储器的部分的校验和或对线圈进行诊断)，并且如果安全检查成功，则操作致动器156。电机的实际控制在接触器150外部进行，并且落在本发明的范围之外。

外部处理器130可请求接触器150测量流动通过电导体部分154的(一次)电流。控制器160将从磁传感器155获得信号(例如，电压信号)，并且将以本领域中本身已知的方式(例如，通过进行放大和数字化并与常数K相乘)将其转换为电流信号。常数K可以是硬编码的，或者可在校准步骤期间确定，并随后被存储在接触器150的非易失性存储器161中。优选地，测得的信号也以已知的方式进行温度校正。为此，接触器可进一步包括温度传感器，其可被布置在磁传感器附近。在图5的集成电路中，磁传感器和温度传感器两者均被集成在集成电路中，但本发明不限于此。(任选地经温度校正的)电流值可经由输出端口或经由串行总线接口(例如，CAN总线)被传送至外部处理器130。非易失性存储器161可例如采用闪存的形式被并入在控制器160内部，或者可以是连接至控制器160的分开的组件。

根据本发明的重要方面，接触器150的控制器160还被配置成用于自主地测量HV电流(甚至在不接收来自外部处理器的命令的情况下这样做)，并且用于自身检测过载电流状况和/或执行内部诊断。这可基于测得的电流与预定义的阈值I1(例如，非易失性存储器161中所存储的参数)的简单比较，或者可基于经典的I2T(安培平方时间)技术，或者这两者的组合。这将进一步参照图3进行讨论。如上文所解释，如果控制器已经检测到过载电流状况，则其将首先尝试打开开关，并且如果开关没有打开，则使熔丝烧断，如上文在步骤(i)至(iii)中所描述。

外部处理器130可请求接触器150从HV电池断开连接(或者打开开关153)。经典的接触器将简单地操作致动器156以便(以开环方式)打开开关153，但是将不会知晓开关实际上是否打开。外部处理器可请求新的电流测量，并且如果外部处理器注意到电流并未下降，则可向接触器发送打开开关153的新的请求，其可能再次失败，直到最终外部处理器将指令另一组件使熔丝烧断。这并非理想的，可能需要过多的时间，这进而可能导致危险情形。

作为另一示例，假设外部处理器130是安全气囊ECU，并且发生碰撞引起安全气囊被激活。在此类事件时，安全气囊ECU可发送用于无条件地使熔丝烧断的命令作为安全性预防措施。

本发明的发明人认识到这些现有技术解决方案不理想，并且可能存在其中只要将保证开关有效地被打开就可能打开开关而不使熔丝烧断的情形。如果这是可能的，则只要可以保证安全性，那么接触器的使用寿命就可以被延长。这是作为本发明基础的重要见解。

本文中提出的接触器150将确保HV电流将被中断，并且仅在绝对必要时使熔丝烧断。更具体地，当控制器160从外部处理器接收到用于“使电流流动中断”(或用于“使电池断开连接”或“用于打开开关”等等)的命令时，该控制器160将首先尝试打开开关，并且如果该尝试失败或者如果不存在充足的时间，则该控制器160将自主地使熔丝烧断。这将在讨论图4(a)至图4(d)的方法时更详细地讨论。

尽管在图1中未明确示出，但接触器150可任选地进一步包括用于减少由磁传感器155上的致动器线圈(如果存在)引起的磁干扰的磁屏蔽件。

控制器160和/或该控制器160可被安装在其上的印刷电路板与HV域电隔离(流电地分离)，尤其与电导体部分154(例如，汇流条部分)电隔离(流电地分离)，并且优选地还与HV域热隔离。

接触器可以以第一相对较高的采样率(例如，以从1kHz至10kHz的速率)来测量HV电流以用于诊断目的，并且其子采样版本可被提供至外部ECU，例如被提供至电池管理***控制器(例如，以从100Hz至500Hz的速率)。

图2示出接触器250和包括至少一个此类接触器的电功率电路200的框图，该接触器250和电功率电路200可以被视为图1的接触器150和电功率电路100的变型或特定实现方式。同样的元件由同样的附图标记指示。图2的框图与图1的框图之间的主要区别如下：

-图2中示出的接触器250的致动器256是包括线圈的电磁体；

-接触器250的检测装置257包括分流电阻器264；

-可以通过以下方式来执行开关是打开还是闭合的检测：应用已知波形(例如，到线圈的阶跃函数(即，突然从逻辑“0”变为逻辑“1”的波形)或到脉宽调制信号(PWM))，并测量和采样分流电阻264上的(第一)电压、并且还任选地还测量和采样线圈上的(第二)电压(或线圈和分流电阻器的串联连接上的电压、或第二开关265(例如，晶体管)上的电压，从该电压可以导出线圈上的电压)，并且分析第一和第二电压波形(例如，通过查看诸如时间常数或波形的形状之类的一些参数)。此种分析可基于具有可移动元件的RLC电路的模型；

-另外，在流动通过电导体部分的HV电流不同于零的情况下，对开关是打开还是闭合的检测还可将从磁传感器获得的值(指示流动通过电导体部分的HV电流)考虑在内；

-图2中示出的接触器250的控制器260具有至少一个(例如，两个)通信端口，例如，两个串行通信端口。在图2中示出的特定示例中，第一通信端口用于或可以用于与通用ECU或安全气囊ECU 230通信，并且第二通信端口用于或可以用于与电池管理***(BMS)212的控制器213通信；

-控制器260优选地被并入集成电路或半导体芯片(例如，封装半导体器件)中。该芯片可被配置成用于由5伏特供给直接地或间接地供电，或者用于由12伏特供给直接地或间接地供电。磁传感器255可以是或可包括至少一个霍尔元件或至少一个磁阻(MR)元件，该至少一个霍尔元件或至少一个MR元件优选地被集成在集成电路中或被集成在同一封装器件内部；

-接触器250可进一步包括“熔丝激活电路”263，其在此处借助开关符号示意性地进行图示。在实践中，这可例如是晶体管或专用熔丝驱动器芯片(例如，被称为“传爆管驱动器”)；

控制器260可被安装在集成电路板(未示出)上，该PCB被安装在接触器250内部并且与HV域电隔离并且还优选地与HV域热隔离。

在图2的变型中，电功率电路具有至少两个接触器，例如，串联连接的两个接触器或并联连接的两个接触器、或者处于从电池到负载的路径中的一个接触器和处于从负载到电池的返回路径中的另一接触器。

图3示出可以在本发明的实施例中使用以便例如根据流动通过电导体部分154、254的测得的HV电流来确定有多少时间Δtav可用于尝试打开开关153、253的示例性“时间-电流曲线”。此类图表可以是针对具体车辆类型特定的，可取决于汇流条网络尺寸、动力总成模块的热限制等。该图表可被认为是针对特定项目的给定条件。此图表的值可以以任何合适的方式(例如，作为表、或作为分段线性曲线、或作为代数表达式的一组参数、或以任何其他合适的方式)被存储在控制器的非易失性存储器中。

如上文所描述，接触器150的控制器160、接触器250的控制器260可以在请求时或自主地测量流动通过电导体部分154、254的HV电流。取决于开关和/或致动器和/或低电压供给的特定实现方式，在正常情况下(即，假设可移动部分没有被卡住)，打开开关通常花费有限的时间Δtreq(所需时间)，例如对于特定类型的开关来说大约为90ms，但本发明当然不限于此。

如果控制器测量HV电流，并且如果该测得的电流大于值Imax(参见图3)，则控制器知晓甚至没有时间尝试打开开关，并且由此控制器将立即使熔丝烧断。如果测得的电流小于Imax，则该电流被允许流动的最大时间由该图表示出。例如，如果测得的电流等于i1，则最大时间为t1。如果最大允许时间小于打开开关或执行安全性检查并打开开关典型地需要的时间(取决于实现方式)(例如，上文所提及的90ms)，则同样甚至不值得尝试打开开关，并且控制器将立即使熔丝烧断。然而，如果测得的HV电流等于i2，则最大时间为t2，并且如果该时间大于打开开关(任选地在之前进行所述安全性检查)典型地需要的时间(例如，多于上文所提及的90ms)，则首先使用致动器以可逆的方式打开开关是有意义的，并且仅在证明开关无法被打开或无法在预期的时间段内被打开的情况下，控制器才将决定使熔丝完全烧断。以此种方式，本发明的控制器能够保证安全性，同时使接触器的使用寿命最大化。

当然，值90ms仅是示例，并且也可以使用其他开关和致动器，但相同的原理适用。

图4(a)示出使流动通过接触器150、250(如图1或图2中示出的接触器)的电流中断的方法400的流程图。该方法400包括以下步骤：

a)至少一次地或重复地测量401流动通过接触器150、250的电导体部分154、254的电流；

b)(基于测得的一个或多个电流值)检测403过载电流状况；

c)确定406用于打开主开关153、253并且基于测得的(多个)电流值来任选地执行安全性检查的可用时间量Δtav，例如，考虑打开开关和/或执行安全性检查典型地要求的时间，例如，考虑电流相对于时间表或曲线或数学公式；

d)将可用时间Δtav与典型的要求的时间Δtreq进行比较407；

并且如果可用时间Δtav小于典型的要求的时间Δtreq，则继续步骤g)；

否则，继续步骤e)；

e)操作408致动器156、256，以便(或尝试)打开开关153、253；

f)使用检测装置157、257来检测409开关153、253是否在可用时间段Δtav内有效地打开；

并且在开关153、253在可用时间段Δtav后仍然闭合的情况下，继续步骤g)；

g)使熔丝烧断412。

优势在于控制器执行步骤403(确定过载电流状况)，因为这可自动地更早(例如，在外部处理器检测到某件事物出错之前)触发开关的打开和/或熔丝的烧断，由此避免或降低了损坏车辆和/或使其乘员的生命处于危险的风险。更快的检测还增加了保持熔丝存活的概率。

方法400描述了相对简单的过程，并且示出由本发明提出的最重要的步骤。但是此种方法的许多变型是可能的。

在图4(a)的变型(未示出)中，步骤c)和d)被省略，并且使熔丝烧断的分支被省略，并且步骤410的超时值是预定义的(例如，硬编码的)。在此类实施例中，接触器将在步骤a)中测量电流，并且在步骤b)中检测到过载电流的情况下，接触器将首先在步骤e)和步骤f)中尝试打开主开关，并在将评估在所述预定的超时时段之后主开关实际上是否打开。并且在主开关没有打开的情况下，接触器将使熔丝烧断。

图4(b)示出方法410的流程图，该方法410是上文所描述的方法的进一步的变型，其中，在检测到过载电流状况已经发生(或作为其部分)之后，接触器将测试(在步骤414中)测得的一次电流是否大于预定义的(临界)阈值，并且如果情况成立，则接触器将使熔丝烧断(在步骤g中)。否则，接触器将首先在步骤e)和步骤非f)中尝试打开主开关，并且将评估在预定义的超时时段ΔT之后主开关实际上是否打开(在步骤410中)。并且在主开关没有打开的情况下，接触器将使熔丝烧断(在步骤g中)。

图4(c)示出使流动通过接触器150、250的电流中断的方法420的流程图，该方法420可以被看作图4(a)的方法400的另一变型。图4(c)的方法420与图4(a)的方法400之间最重要的区别在于，方法420包含步骤413，在步骤413中，测试自从在步骤b)中过载电流情形被检测到起流逝的时间是否大于可用时间Δtav，并且如果并非此种情况，则回到步骤c)并更新可用时间Δtav。

该方法420的优势在于，将对一次电流的近期测量(在步骤a中)考虑在内，由此在尝试打开开关的同时有效地将一次电流的变化考虑在内，可用时间Δtav至少被更新一次，例如，动态地被更新。

图4(d)示出使流动通过接触器150、250的电流中断的方法430的流程图，该方法430可以被看作图4(a)的方法400的另一变型。图4(d)的方法430与图4(a)的方法400之间最重要的区别在于：

打开开关的尝试不仅由控制器自身的过载电流检测触发，而且还可以由来自位于接触器外部的控制器或处理器或ECU的、用于打开开关(或者用于使电池断开连接等等)的命令来触发；

以及，接触器的控制器也可在从位于接触器外部的控制器或处理器或ECU接收405用于无条件地使熔丝烧断的命令之后使熔丝烧断。

步骤401、403、405和/或402可并行地或半并行地(例如，以时分复用的方式)执行。

图4(a)至图4(d)示出可由本文中提出的接触器的控制器执行的方法的四个示例，但是当然，在实践中，其他变型也是可能的。

如上文所提及，测试或评估或评定409主开关153、253实际上是否打开可以通过评估致动器的状态来间接地执行。致动器的状态可以例如通过测量并分析(例如，使用分流电阻器)致动器的电流波形以检测可移动元件实际上是否移动来确定。致动器的状态还可以通过使用位置传感器(例如，磁位置传感器、或接近度传感器)或以任何其他合适的方式来确定。

步骤409“检测开关是否打开”可包括测量分流电阻器上的电压和/或线圈(或者与开关串联的线圈、或与分流器串联的线圈)上的电压，并且由此可能涉及多个电压测量。这两个电压可使用时分复用方案以及单个或两个模数转换器(ADC)来测量和采样。

当然，接触器150的控制器160、接触器250的控制器260还可执行其他任务(未在图4(a)至图4(d)中示出)，诸如例如：

-周期性地将测得的电流值传送至外部处理器，例如传送至电池断开单元(BDU)(有时也被称为电池接线盒(BJB)或功率继电器组件(PRA))。如上文所提及，电流值被传送的速率可能小于一次电流被测量并且在内部被用于评估过载电流状况的速率。

图5示出了可以在本发明的实施例中使用的集成电路500的框图。

图5的集成电路500包括：

-控制器，该控制器采用可编程处理器(例如，可编程微控制器或数字信号处理器(DSP))的形式；

-磁传感器，该磁传感器例如包括一个或多个水平霍尔元件、一个或多个竖直霍尔元件、包括磁阻(MR)元件的电路，并且任选地包括集成磁通集中器(IMC)；

-分流接口，该分流接口用于感测可连接至集成电路的分流电阻器上的电压，二次电流(或LV电流)可以从该电压被导出；

-电压感测接口，用于感测可连接至集成电路的线圈(例如，如图2中所示)上的电压；

-第一输出OUT1，用于任选地使用PWM信号来驱动致动器156、256；

-第二输出OUT2，用于激活或触发熔丝驱动器(例如，热熔丝驱动器)；

-非易失性存储器，包括用于控制器的可执行指令，这些指令用于：

i)使用所述磁传感器来测量401一次电流，并检测403是否发生过载电流状况；并且如果检测到过载电流状况，则继续步骤ii)，否则重复步骤i)；

ii)对第一输出OUT1进行断言以用于操作408致动器来打开主开关153、253；

iii)通过分析从分流接口获得的信号和从电压感测接口获得的信号来检测409主开关153、253是否有效打开；并且如果检测到在时间间隔(例如，Δtav)之后主开关仍然闭合，则对第二输出OUT2进行断言以用于使熔丝158、258烧断。

非易失性存储器还可包含与电流相对于时间曲线相对应的数据。

“分流接口”、“电压感测接口”和“电源电压接口”以6个端子(或引脚)示出，但是这并非绝对必要的，因为能以本领域中已知的方式与“接地端子”共享一些信号。

集成电路500可进一步包括以下各项中的一项或多项：时钟发生器(例如，基于晶体或基于RC振荡器的)；电压调节器；定时器单元；模拟多路复用器；脉宽调制(PWM)发生器模块，例如可连接到第一输出OUT1；数字通信接口，用于接收来自外部处理器的指令；模数转换器(ADC)，用于对从分流接口获得的信号进行数字化，并且被配置成用于对从电压感测接口获得的信号进行数字化；12伏特供给输入；定时器单元；NTC接口(负温度系数组件)，用于测量外部温度；温度传感器，用于测量或估计磁传感器的温度。

图6示出集成电路600的框图，该集成电路600可以被看作图5的集成电路500的变型，具有包括集成分流电阻器的线圈接口电路和用于控制流动通过线圈的电流的集成晶体器。

Claims (18)

1.一种接触器(150；250)，包括：

第一功率端子(151a；251a)；

第二功率端子(151b；251b)；

子电路，电气地连接在所述第一功率端子与所述第二功率端子之间，并且至少包括串联连接的以下三个元件：电导体部分(154；254)、主开关(153；253)和熔丝(158；258)；

所述主开关包括由致动器(156；256)驱动的能移动部分；

磁传感器(155；255)，被配置成用于测量流动通过所述电导体部分(154；254)的一次电流；

控制器(160；260)，通信地连接至用于测量流动通过所述电导体部分(154；254)的所述一次电流的所述磁传感器(155；255)，并且操作地连接至用于选择性地打开和闭合所述开关(153；253)的所述致动器(156；256)；

其中，所述接触器(150；250)进一步包括用于检测所述主开关(153；253)实际上是打开还是闭合的检测装置(157；257)；

其中，所述控制器(160；260)被配置成用于：

i)测量(401)一次电流，并检测(403)是否发生过载电流状况；并且如果检测到过载电流状况，则继续步骤ii)；

ii)操作(408)所述致动器(156；256)以打开所述主开关(153；253)；

iii)检测(409)所述主开关(153；253)是否有效地打开；并且如果检测到所述主开关仍是闭合的，则使所述熔丝(158；258)烧断(412)。

2.如权利要求1所述的接触器(150；250)，

其中，所述检测装置(157；257)被配置成用于以独立于由所述磁传感器(155；255)执行的电流测量的方式检测所述主开关实际上是打开还是闭合的。

3.如权利要求1或2所述的接触器(150；250)，其中，所述控制器被配置成用于：

a)使用所述磁传感器(155；255)重复地测量(401)流动通过所述电导体部分(154；254)的一次电流；

b)基于测得的一次电流来检测(403)是否发生过载电流状况，并且如果检测到发生过载电流，则继续步骤c)；

c)确定(406)用于打开所述主开关(153；253)的可用时间段(Δtav)；

d)将所述可用时间段(Δtav)与用于打开所述主开关(153；253)的要求时间段(Δtreq)进行比较，并且如果所述可用时间段小于所述要求时间段，则继续步骤g)；否则继续步骤e)；

e)操作(408)所述致动器(156；256)以打开所述主开关(153；253)；

f)检测(409)所述主开关(153；253)是否有效地打开，并且在所述主开关(153；253)在所述可用时间段(Δtav)之后仍闭合的情况下使所述熔丝烧断(412)。

4.如前述权利要求中任一项所述的接触器(150；250)，

其中，所述控制器(160；260)具有能连接至外部处理器(130；213、230)的至少一个通信端口；

并且其中，所述控制器(160；260)进一步被配置成用于接收从由以下各项组成的组选择的至少一个命令：用于闭合所述开关的命令、用于打开所述开关的命令、用于使所述熔丝烧断的命令；

并且其中，所述控制器进一步被配置成用于执行以下各项中的至少一项：

x)在接收到用于闭合所述开关的命令时，操作所述致动器(156；256)以使所述主开关(153；253)闭合；

y)在接收到用于打开所述开关的命令时，执行步骤ii)和iii)；

z)在接收到用于使所述熔丝烧断的命令时，使所述熔丝烧断。

5.如前述权利要求中任一项所述的接触器(150；250)，

其中，所述接触器能够传导至少60安培的电流；

并且其中，所述接触器进一步包括用于接收至多48伏特的电压供给的第三功率端子和第四功率端子(152a、152b；252a、252b)。

6.如前述权利要求中任一项所述的接触器(150；250)，

其中，所述熔丝是热熔丝或传爆管，或者所述熔丝包括热熔丝或传爆管。

7.如前述权利要求中任一项所述的接触器(150；250)，

其中，所述致动器(156；256)包括线圈和相对于所述线圈能移动的元件。

8.如权利要求7所述的接触器(150；250)，

其中，所述控制器进一步被配置成用于测量流动通过所述线圈的二次电流；

并且其中，所述控制器进一步被配置成用于：基于从所述磁传感器(155；255)获得的信号并且将所述二次电流考虑在内来确定所述一次电流，以降低由所述二次电流生成的磁场的影响。

9.如权利要求7或8所述的接触器(150；250)，

其中，所述检测装置(157；257)包括被配置成用于测量流动通过所述致动装置(156；256)的电流的分流电阻器(264)；并且

其中，所述控制器(160；260)进一步被配置成用于测量该分流电阻器(264)上的电压，以便确定流动通过所述分流电阻器(264)和通过所述线圈(256)的电流；

并且其中，所述控制器(160；260)进一步被配置成用于重复地对流动通过该分流电阻器(256)的电流进行采样由此获得电流波形，并且用于分析该电流波形以便检测指示所述能移动的元件的移动的特性。

10.如前述权利要求中任一项所述的接触器(150；250)，

其中，所述检测装置(157；257)包括用于检测所述能移动的元件的位置的位置传感器；

并且其中，所述控制器(160；260)连接至所述位置传感器，以用于确定所述能移动的元件的位置，由此确定所述开关的状态。

11.如前述权利要求中任一项所述的接触器(150；250)，

其中，所述磁传感器(155；255)包括被布置在所述电导体部分(154；254)附近并被配置成用于测量由流动通过所述电导体部分的电流生成的磁场分量的至少一个水平霍尔元件、或至少一个竖直霍尔元件、或至少一个磁阻元件；

或者其中，所述磁传感器(155；255)包括彼此间隔开并取向成并行的并且被配置成用于测量磁场差或磁场梯度的至少两个水平霍尔元件或至少两个竖直霍尔元件。

12.如前述权利要求中任一项所述的接触器(150；250)，

进一步包括连接至所述控制器(160；260)的加速度计和/或陀螺仪；

并且其中，所述控制器(160；260)进一步适于基于从所述加速度计和/或所述陀螺仪获得的信号来确定异常状况；

并且其中，所述控制器(160；260)进一步被配置成用于自主地打开所述主开关(153；253)和/或使所述熔丝(158；258)烧断。

13.如前述权利要求中任一项所述的接触器(150；250)，

其中，所述控制器(160；260)被实现在集成半导体器件中；

并且其中，所述磁传感器(155；255)也被集成在所述半导体器件中；

并且其中，所述致动器(156；256)包括与第二开关(265)串联连接的线圈；

并且其中，所述检测装置(157；257)包括与所述线圈串联连接的分流电阻器(264)；

并且其中，所述控制器(160；260)被配置成用于对所述分流电阻器(264)上的第一电压进行采样，并且用于对所述线圈上或所述线圈与所述分流电阻器的串联连接上的第二电压进行采样，并且用于基于第一电压样本和第二电压样本来确定所述主开关(253)的状态；

并且其中，所述控制器(160；260)具有用于控制所述致动器以操作所述主开关的第一输出(OUT1)；

并且其中，所述控制器具有用于使所述熔丝(158；258)烧断的第二输出(OUT2)。

14.一种用于在根据前述权利要求中任一项所述的接触器(150；250)中使用的集成电路，所述集成电路包括：

-采用可编程处理器的形式的所述控制器；

-所述磁传感器；

-分流接口，所述分流接口用于感测能连接至所述集成电路的分流电阻器上的电压，二次电流能够从所述电压来确定；

-第一输出(OUT1)，用于驱动连接至主开关(153；253)的致动器；

-第二输出(OUT2)，用于激活熔丝驱动器；

其中，所述处理器被配置成用于：

i)使用所述磁传感器来测量(401)一次电流，并检测(403)是否发生过载电流状况；并且如果检测到过载电流状况,则继续步骤ii)，否则重复步骤i)；

ii)对所述第一输出(OUT1)进行断言以用于操作(408)所述致动器(156；256)来打开主开关(153；253)；

iii)通过分析从所述分流接口获得的信号来检测(409)所述主开关(153；253)是否有效地打开；并且如果检测到在时间间隔(Δtav)之后所述主开关仍是闭合的，则对所述第二输出(OUT2)进行断言以用于使所述熔丝(158；258)烧断(412)。

15.如权利要求14所述的集成电路(500)，

进一步包括：用于感测线圈上的电压的电压感测接口；

并且其中，所述处理器进一步被配置成用于通过分析从所述分流接口获得的信号和从所述电压感测接口获得的信号来执行步骤iii)检测(409)所述主开关是否有效地打开。

16.如权利要求14或15所述的集成电路(500)，

进一步包括用于从所述外部处理器接收指令的数字通信接口；

并且其中，所述处理器进一步被配置成用于在从所述外部处理器接收到用于打开所述开关的指令时，执行步骤ii)和iii)。

17.如权利要求14至16中任一项所述的集成电路，还包括以下特征中的一个或多个特征：

12伏特供给输入；

PWM发生器，能连接至所述第一输出；

定时器单元；

负温度系数NTC组件接口，用于测量外部温度；

第一通信接口，用于与安全气囊ECU通信；

第二通信接口，用于与电池管理***MBS的控制器通信。

18.一种接触器(150；250)，包括：

第一功率端子(151a；251a)；

第二功率端子(151b；251b)；

子电路，电气地连接在所述第一功率端子与所述第二功率端子之间，并且至少包括串联连接的以下三个元件：电导体部分(154；254)、主开关(153；253)和熔丝(158；258)，所述主开关(153；253)包括由致动器(156；256)驱动的能移动部分；

磁传感器(155；255)，被配置成用于测量流动通过所述电导体部分(154；254)的一次电流；

控制器(160；260)，通信地连接至用于测量流动通过所述电导体部分(154；254)的所述一次电流的所述磁传感器(155；255)，并且操作地连接至用于选择性地打开和闭合所述开关(153；253)的所述致动器(156；256)；

其中，所述控制器(160；260)具有通信端口，所述通信端口能连接至外部处理器(BMS；ECU)以用于接收打开或闭合所述主开关(153；253)的命令。

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