烟火点火器电路及测试方法与流程

1.本发明涉及一种烟火点火器(pyro igniter)电路和用于测试烟火点火器电路的测试方法。此外，公开了一种包括烟火点火器电路的电池系统和具有这种电池系统的电动车辆。


背景技术：

2.近年来，已经开发了使用电力作为运动的源的用于货物和人员运输的车辆。电动车辆是利用存储在可再充电电池中的能量由电动马达推进的汽车。电动车辆可以仅由电池供电，或者可以是由例如汽油发电机提供动力的混合动力车辆的形式。此外，车辆可以包括电动马达和常规内燃机的组合。通常，电动汽车电池(evb)或牵引电池是用于为电池电动车辆(bev)的推进提供动力的电池。电动车辆电池与启动、照明和点火电池不同，因为它们被设计为在持续的时间段内提供动力。可再充电电池或二次电池与一次电池的不同之处在于，它可以重复充电和放电，而一次电池仅提供化学能到电能的不可逆转换。低容量可再充电电池用作诸如蜂窝电话、笔记本计算机和便携式摄像机的小型电子设备的电源，而高容量可再充电电池用作混合动力车辆等的电源。
3.通常，可再充电电池包括：电极组件，包括正电极、负电极和插入在正电极和负电极之间的分隔件；收纳电极组件的壳体；以及电连接至该电极组件的电极端子。将电解质溶液注入到壳体中，以使得能够通过正极、负极和电解质溶液的电化学反应对电池进行充电和放电。壳体的形状，例如圆柱形或矩形，取决于电池的预期用途。锂离子(和类似的锂聚合物)电池因其在膝上型计算机和消费电子器件中的使用而广为人知，在开发中的最新电动车辆中占主导地位。
4.可再充电电池可以用作由多个串联和/或并联耦合的单位电池单元形成的电池模块，以提供高能量密度，特别是用于混合动力车辆的马达驱动。即，电池模块通过取决于所需的电量互连多个单位电池单元的电极端子而形成，以实现高功率的可再充电电池。
5.电池组是一组任意数量的(优选是相同的)电池模块。它们可以串联、并联或两者混合配置，以传递期望的电压、容量或功率密度。电池组的组件包括各个电池模块和互连，在它们之间提供导电性。
6.为了满足连接到电池系统的各种用电器的动态电力需求，对电池电力输出和充电的静态控制是不够的。因此，需要在电池系统与用电器的控制器之间进行稳定的信息交换。该信息包括电池系统的充电状态(soc)、潜在的电气性能、充电能力和内部电阻，以及实际或预期的电力需求或用电器的剩余电量。
7.电池系统通常包括用于处理上述信息的电池管理系统(bms)和/或电池管理单元(bmu)。bms/bmu可以通过合适的通信总线，例如spi或can接口，与各种用电器的控制器通信。bms/bmu可以进一步与每个电池子模块通信，特别是与每个电池子模块的电池监督电路(csc)通信。csc可以进一步连接到使电池子模块的电池单元互连的电池子模块的单元连接和感测单元(ccu)。
8.因此，提供了bms/bmu用于管理电池组，例如通过保护电池以免在其安全操作区域之外操作，监视其状态，计算辅助数据，报告该数据，控制其环境，对其进行认证和/或平衡。
9.在严重故障状况的情况下，应立即断连或关闭电池，以防止热量不受控制或者甚至着火。在电池系统中，可以使用烟火点火器元件，或者换句话说，烟火熔丝(pyro
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fuse)，其基于响应于检测到的严重故障状况而产生的点火控制信号来切断电力线。通常，通过烟火点火器元件切断电力线是通过快速的烟火反应来进行的，这需要激活。
10.根据现有技术，烟火点火器电路包括集成的诊断系统，诊断系统监督烟火点火器元件的放大比较器和释放/激活电路。当前的解决方案包括根据功能检查控制电路的内部完整性，而不是检查完整的电路回路来点火(fire)烟火熔丝元件。
11.因此，本发明的目的是克服或减少现有技术的至少一些缺点，并提供一种烟火点火器电路，其允许对整个烟火点火器电路进行彻底和完整的检查。


技术实现要素：

12.本公开的实施例寻求至少在某种程度上解决现有技术中存在的问题中的至少一个。特别地，提供了一种烟火点火器电路，包括：分流电阻器，与电力线串联电连接。该电路还包括放大器，包括电连接到分流电阻器的端子的输入；和烟火点火器断连元件，电连接到放大器的输出，并被配置为基于从放大器的输出接收到的点火控制信号切断电力线。该电路还包括在放大器的输入和分流电阻器的端子之间电互连的耦合电阻器。该电路还包括电连接到互连在放大器的输入和耦合电阻器之间的节点的监督电路，被配置为：将测试信号发送到节点，其中测试信号包括低于烟火点火器断连元件的点火器激活脉冲时间的脉冲持续时间，和/或响应于发送的测试信号的点火控制信号包括低于烟火点火器断连元件的点火器激活幅度的幅度；以及响应于发送的测试信号，接收诊断响应信号。
13.监督电路可以是微控制器的集成部分，或者可以单独提供。换句话说，放大器可以是放大比较器。放大器放大发送到放大器的输入的信号。耦合电阻器具有响应于发送的测试信号在放大器的一个输入处提供电压降或换句话说电压偏移的功能。测试信号可以是电压信号或电流信号。例如，电流信号在耦合电阻器处引起电压降。换句话说，耦合电阻器可以是测试电阻器。诊断响应信号的接收可以在发送测试信号之后以短时间延迟或换句话说在时间窗内执行。烟火点火器断连元件可以包括无源或有源电子元件。例如，烟火点火器断连元件可以包括点火线(wire)或加热线。在进一步的实施例中，烟火点火器断连元件可以包括内部晶体管作为有源电子元件。
14.本发明的优点在于，当使用足够短的测试信号和/或足够小的信号幅度时，烟火点火器断连元件没有被激活或换句话说没有被释放，使得可以经由发送的测试信号和接收到的响应信号来检查整个电路。因为脉冲持续时间可以容易地由监督电路控制和产生，所以其中脉冲持续时间低于烟火点火器断连元件的点火器激活脉冲时间的第一替选方案是优选的替选方案。替选方案是，在响应于发送的测试信号的点火控制信号包括低于烟火点火器断连元件的点火器激活幅度的幅度的替选方案必须考虑在配置测试信号时的放大器的增益，以便生成幅度低于激活阈值的点火控制信号。两种情况都满足的替选方案提供了甚至更可靠的解决方案，以防止释放或激活烟火点火器断连元件。此外，该测试不会干扰烟火点火器电路的功能，因为在任何时间过电流会激活烟火断连元件。此外，测试是快速的且模
拟的，而无需使用缓慢的软件交互。此外，测试脉冲是容易地可调节的，使得幅度或脉冲持续时间可以被特制为(tailor)和被调整为潜在的(underlying)烟火点火器电路的要求。
15.在优选实施例中，监督电路可以电连接到放大器的输出，以接收响应于发送的测试信号的点火控制信号。由此，可以测试点火控制信号的电压。例如，点火控制信号的电压包含有关放大器是否正确地放大了发送的测试信号的信息，使得由此可以通过监督电路来测试放大器和放大功能。
16.优选地，该电路可以包括第一电流传感器，该第一电流传感器被配置为测量在放大器的输出和烟火点火器断连元件之间的输出线上的电流，并且将指示测量的电流的第一电流信号发送到监督电路。测量的电流提供有关烟火点火器断连元件是否已经点火、未被连接或者烟火点火器断连元件的点火线或有源电子组件(例如作为内部晶体管)是否发生故障的信息。响应于发送的测试信号，故障或缺少烟火点火器的指示为没有电流或非常低的电流。
17.在优选实施例中，该电路可以包括第二电流传感器，该第二电流传感器被配置为响应于发送的测试信号来测量节点处的电流，并且将指示测量的电流的第二电流信号发送至监督电路。该电流的信息可以是分流电阻器正常工作和/或电连接。由此测试了包括分流电阻器的电路部分。例如，当未检测到电流时，分流电阻器可能未正确连接。
18.优选地，脉冲持续时间可以低于20μs，优选地低于10μs，更优选地低于1μs。在这种情况下，可以防止烟火点火器元件的意外释放或激活。脉冲持续时间可以是点火器激活脉冲时间的1/10、1/100或1/1000。
19.在优选实施例中，测试信号包括低于烟火点火器断连元件的点火器激活脉冲时间的脉冲持续时间，并且响应于发送的测试信号的点火控制信号可以包括高于烟火点火器断连元件的点火器激活幅度的幅度。由于发送的测试信号的脉冲持续时间短，在这种情况下，也没有激活/释放烟火点火器断连元件。幅度可以例如是电压或电流幅度。
20.替选地，测试信号包括高于烟火点火器断连元件的点火器激活脉冲时间的脉冲持续时间，并且响应于发送的测试信号的点火控制信号可以包括低于烟火点火器断连元件的点火器激活幅度的幅度。在这种情况下，幅度被控制成使得即使具有更长的脉冲持续时间也不会发生烟火点火器断连元件的激活或释放。幅度可以是电压或电流幅度。
21.在优选实施例中，监督电路可以被配置为将接收到的诊断响应信号与发送的测试信号进行比较。比较允许如上所述检测电路中的各种故障。比较可以包括评估和验证。
22.优选地，监督电路可以被配置为基于点火控制信号和发送的测试信号的比较来生成状态信号。该状态信号可以用作警告信号或控制信号，以用于断连或关闭电池或类似目的。
23.在本发明的另一方面，公开了一种用于测试烟火点火器电路的测试方法，包括步骤：提供：分流电阻器，与电力线串联连接；放大器，包括电连接到分流电阻器的端子的输入；烟火点火器断连元件，电连接到放大器的输出，并被配置为基于从放大器的输出接收到的点火控制信号切断电力线；耦合电阻器，在放大器的输入和分流电阻器的端子之间电互连。该方法在另外的步骤中包括将测试信号发送到互连在放大器的输入和耦合电阻器之间的节点，其中测试信号包括低于烟火点火器断连元件的点火器激活脉冲时间的脉冲持续时间，和/或响应于发送的测试信号的点火控制信号包括低于烟火点火器断连元件的点火器
激活幅度的幅度。该方法在另外的步骤中包括响应于发送的测试信号来接收诊断响应信号。
24.可以从如前所公开的烟火点火器电路提供的优点中推断出对应测试方法的优点和形式。
25.在优选实施方式中，脉冲持续时间可以低于20μs，优选低于10μs，更优选低于1μs。
26.优选地，该方法包括响应于发送的测试信号在放大器的输出处接收点火控制信号。
27.在优选实施例中，该方法包括响应于发送的测试信号，测量放大器的输出与烟火点火器断连元件之间的输出线上的电流，并且将指示测量的电流的第一电流信号发送至监督电路。
28.优选地，该方法可以包括响应于发送的测试信号来测量节点处的电流，并且将指示测量的电流的第二电流信号发送至监督电路。
29.优选地，该方法可以包括步骤：将接收到的点火控制信号与发送的测试信号进行比较，并且基于点火控制信号与发送的测试信号的比较来生成状态信号。
30.在本发明的另一方面，一种电池系统包括根据上述实施例之一的烟火点火器电路和电连接至电力线的多个电池单元。
31.在本发明的另一方面，提供了一种包括根据本发明的实施例的电池系统的电动车辆。
32.本公开的另外的方面可以从从属权利要求或以下描述中获悉。
附图说明
33.通过参考附图详细描述示例性实施例，对于本领域普通技术人员而言，特征将变得清晰，在附图中：
34.图1示出了根据本发明的实施例的烟火点火器电路和电池系统的示意图；
35.图2示出了根据本发明的实施例的测试信号脉冲；以及
36.图3示意性地示出了根据本发明的实施例的测试方法。
具体实施方式
37.现在将详细参考实施例，其示例在附图中示出。将参照附图描述示例性实施例的效果和特征及其实施方法。在附图中，相同的附图标号表示相同的元件，并且省略冗余的描述。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。此外，当描述本发明的实施例时，“可以”的使用是指“本发明的一个或多个实施例”。
38.在本发明的实施例的以下描述中，除非上下文另外明确指出，否则单数形式的术语可以包括复数形式。
39.还将理解，术语“包括(include)”、“包括(comprise)”、“包括(including)”或“包括(comprising)”指定属性、区域、固定数量、步骤、过程、元件、组件及其组合，但不排除其他属性、区域、固定数量、步骤、过程、元件、组件及其组合。
40.通过参考以下对实施例和附图的详细描述，可以更容易地理解本发明构思的特征及其实现方法。然而，本发明可以以各种不同的形式实施，并且不应被解释为仅限于本文中
示出的实施例。反而，提供这些实施例作为示例，使得本公开将是透彻和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本发明的方面和特征。因此，可能不会描述为完全理解本发明的方面和特征对于本领域普通技术人员不必要的过程、元件和技术。除非另有说明，否则在整个附图和书面描述中，相同的附图标号表示相同的元件，因此，将不重复其描述。在附图中，为了清楚起见，可能夸大了元件、层和区域的相对尺寸。
41.图1示出了根据本发明的实施例的烟火点火器电路1。此外，公开了电池系统100，其包括烟火点火器电路1。烟火点火器电路1包括与电力线35串联连接的分流电阻器10。分流电阻器10可以是低阻抗分流器。例如，分流电阻器10可以具有小于100μω或小于500μω的电阻，但是本发明不限于此。
42.电力线35可以连接至电池系统100的多个电池单元110。在该具体示例中，电池单元110彼此串联电连接并且与电力线35并联电连接，但是本发明不限于此。多个电池单元100可以就电压和电流而言向电力线35提供电力。电池系统100的电池单元110也可以通过电力线35充电。所提供的电压可以例如总共高达400v或甚至高达800v，以及每个电池单元110例如为4v，但是本发明不限于此。电池单元110的数量仅作为示例提供，但是本发明不限于此。负载120可以电连接到电力线35，以从电池单元110被提供电力。负载120可以是需要电力的电动车辆的任何合适的组件。
43.烟火点火器电路1包括放大器20。放大器20包括电连接至分流电阻器10的端子11、12的输入21、22。放大器20具有基于(电压)信号提供点火器控制信号54的功能，该信号被传送到放大器20的输入21、22。放大器20可以被提供电力以提供放大功能。
44.烟火点火器电路1还包括烟火点火器断连(disconnect)元件30。烟火点火器断连元件30可以包括无源和/或有源电子元件。例如，烟火点火器断连元件可以包括点火线(ignition wire)或加热线。在进一步的实施例中，烟火点火器断连元件可以包括内部晶体管作为有源电子元件。烟火点火器断连元件30电连接到放大器20的输出24。烟火点火器断连元件30基于从放大器20的输出24接收的点火控制信号54切断或隔离电力线35。烟火点火器断连元件可以称为烟火熔丝或烟火熔丝元件。
45.当高于阈值电流的电流流过分流电阻器10时，电压在分流电阻器10的端子11、12处下降，并因此在放大器20的输入21、22处下降。在严重的系统故障或短路中发生这种情况。然后，点火控制信号54由放大器20生成。仅当点火控制信号54包括足够的幅度(amplitude)和脉冲持续时间时，转移足够的能量以释放或激活烟火点火器断连元件，这将导致由于烟火反应而引起的电力线35切断或隔离。然后，负载120与电力线35隔离。
46.烟火点火器电路1还包括耦合电阻器40，该耦合电阻器40电互连在放大器20的第一输入21和分流电阻器10的第一端子11之间。耦合电阻器40可以具有1至10kω或1至100kω的电阻，但是本发明不限于此。
47.此外，烟火点火器电路1包括监督电路50。监督电路50电连接到第一节点n1，其中第一节点n1互连在放大器20的第一输入21和耦合电阻器40之间。监督电路50被配置为向第一节点n1发送测试信号52。监督电路50根据如图2所示的以下替选方案生成测试信号52。测试信号52可以是电压脉冲信号或电流脉冲信号。
48.在第一替选方案中，所生成的测试信号52包括低于烟火点火器断连元件30的点火器激活脉冲时间ta的脉冲持续时间td。脉冲持续时间td低于烟火点火器断连元件的点火器
激活脉冲时间ta的情况可以通过仅控制生成测试信号52的脉冲持续时间而由监督电路50容易地控制。如在图2中可以看出，当脉冲持续时间td低于点火器激活脉冲时间ta时，甚至在幅度vd，id大于烟火点火器断连元件30的点火器激活幅度va，ia的情况下，对应的点火控制信号54也不能释放或激活烟火点火器断连元件30，参见例如图2。虚线示意性地示出了激活区域。因此，可以通过测试信号52来完全测试烟火点火器电路1。可以进行测试而没有死区时间(dead time)，因为过电流事件总是可以触发烟火点火器断连元件30。脉冲持续时间td可以低于20μs，优选地低于10μs，更优选地低于1μs，以确保脉冲足够短以激活烟火点火器断连元件30。脉冲持续时间td可以是例如点火器激活脉冲时间ta的1/10、1/100或1/1000。
49.在第二替选方案中，测试信号52由监督电路50生成，使得响应于发送的测试信号52的点火控制信号54包括低于烟火点火器断连元件30的点火器激活幅度va，ia的幅度va，ia，这里也参见图2进行说明。在此，可以基于放大器20的预先知道的放大强度来生成测试信号52。在这种情况下，脉冲持续时间td可以低于或高于烟火点火器断连元件30的点火器激活脉冲时间ta。在这种情况下，幅度va，ia可能太小而不能激活或释放烟火点火器断连元件30，参见图2。
50.在另一个实施例中，两种情况都得到满足。即，所生成的测试信号52包括低于烟火点火器断连元件30的点火器激活脉冲时间ta的脉冲持续时间td，并且生成测试信号52，使得响应于发送的测试信号52的点火控制信号54包括低于烟火点火器断连元件30的点火器激活幅度va，ia的幅度vd，id，这里也参见图2进行说明，特别是激活区域。
51.在发送测试信号52之后，监督电路50还响应于发送的测试信号52而接收诊断响应信号54、56、58，例如在发送之后的短时间延迟中，或者换句话说，在测试信号52的发送之后的连续时间窗口中。下面提供具体的诊断响应信号54、56、58的示例。当测试信号52满足例如脉冲持续时间td低于点火器激活脉冲时间ta时，例如如图2所示，烟火点火器断连元件30不激活或释放，对于其他情况参见图2及以上。因此，可以测试完整的烟火点火器电路1的功能。此外，该测试不会干扰烟火点火器电路1的功能，因为在任何时间过电流都可以激活烟火断连元件30。此外，该测试是快速且模拟的，而没有缓慢的软件交互。此外，测试脉冲可以是容易可调节的，使得可以将幅度或脉冲持续时间调节到潜在的烟火点火器电路的要求。
52.监督电路50可以电连接到放大器20的输出24。例如，监督电路50可以电连接到与放大器输出24连接的输出线26的第二节点n2。因此监督电路50可以响应于向第一节点n1发送的测试信号52，接收点火控制信号54。特别地，可以将放大的测试信号52的放大电压vd发送到监督电路50。由此，当监督电路50接收到点火控制信号54时，可以检查放大器20的功能，例如正确的增益、到放大器20的连接或供电。
53.烟火点火器电路1可以包括第一电流传感器60。第一电流传感器60可以被配置为测量放大器20的输出24与烟火点火器断连元件30之间的输出线26上的电流。第一电流传感器60可以将指示测量的电流的第一电流信号56发送到监督电路50。测量的电流可以是烟火点火器断连元件30的功能和存在的直接指示器，后者在图1中被示意性地示出，而没有详细的内部结构。例如，当烟火点火器断连元件30具有故障、不存在、已经被激活或者其中的如晶体管(未示出)组件之一不正确地工作时，测量的电流为低或被最小化。
54.烟火点火器电路1可以包括第二电流传感器62。第二电流传感器62可以被配置为
测量在第一输入21和耦合电阻器40之间互连的第一节点n1上的电流。可以响应于发送的测试信号52来测量该电流。第二电流传感器62可以将指示测量的电流的第二电流信号58发送到监督电路50。由此，可以检查分流电阻器10的功能，这是因为：由于电流不能流入放大器20，电流只能在分流电阻器10正确连接时流动。第一电流传感器60和第二电流传感器62可以是任何合适的传感器装置来感测电流。
55.关于图2，在本发明的实施例中，响应于发送的测试信号52的点火控制信号54可以包括高于烟火点火器断连元件30的点火器激活幅度va，ia的幅度vd，id，而脉冲持续时间td低于点火器激活脉冲时间ta。在这种情况下，也不会引起烟火点火器断连元件30的激活或释放。
56.在本发明的替选实施例(未示出)中，响应于发送的测试信号52的点火控制信号54可以包括低于烟火点火器断连元件30的点火器激活幅度va，ia的幅度vd，id，而脉冲持续时间td高于点火器激活脉冲时间ta。幅度vd可以是电压或电流id。
57.监督电路50可以进一步被配置为将接收到的诊断响应信号54、56、58与发送的测试信号52进行比较。由此，监督电路50可以检测整个烟火点火器电路的任何故障，如上面所公开的。
58.监督电路50还可以基于诊断响应信号54、56、58和发送的测试信号52的比较来生成状态信号59。状态信号59可以用于断连或关闭电池或用于警告目的。
59.图3示意性地示出了根据本发明的实施例的用于测试烟火点火器电路的测试方法。在步骤s1中，该方法包括提供：分流电阻器10，与电力线35串联连接；放大器20，包括电连接至分流电阻器10的端子11、12的输入21、22；烟火点火器断连元件30，电连接到放大器20的输出24，并被配置为基于从放大器20的输出24接收的点火控制信号54切断电力线35；耦合电阻器40，电互连在放大器20的第一输入21和分流电阻器10的端子11之间。在步骤s2中，该方法包括将测试信号52发送到互连在放大器20的第一输入21和耦合电阻器40之间的节点n1，其中测试信号52具有低于烟火点火器断连元件30的点火器激活脉冲时间ta的脉冲持续时间td，和/或响应于发送的测试信号52的点火控制信号54包括低于烟火点火器断连元件30的点火器激活幅度va，ia的幅度vd，id。
60.在第三步骤s3中，该方法包括响应于发送的测试信号52接收诊断响应信号54、56、58。
61.示意性公开的方法的其他方面在对应的烟火点火器电路1的以上描述中被公开，并且在此被引用。
62.可以利用任何合适的硬件、固件(例如，专用集成电路)、软件，或软件、固件和硬件的组合来实现根据本文描述的本发明的实施例的电子或电气设备和/或任何其他相关设备或组件。例如，这些设备的各种组件可以形成在一个集成电路(ic)芯片上或者单独的ic芯片上。此外，这些设备的各种组件可以在柔性印刷电路膜、带载封装(tcp)、印刷电路板(pcb)上实现，或形成在一个基板上。此外，这些设备的各种组件可以是在一个或多个计算设备中在一个或多个处理器上运行的进程或线程，其执行计算机程序指令并与其他系统组件进行交互，以执行本文所述的各种功能。计算机程序指令被存储在存储器中，该存储器可以使用诸如随机存取存储器(ram)的标准存储设备在计算设备中实现。计算机程序指令也可以存储在其他非暂时性计算机可读介质中，例如cd
‑
rom、闪存驱动器等。此外，本领域技
术人员应认识到，各种计算设备的功能可以组合或集成到单个计算设备中，或者特定计算设备的功能可以分布在一个或多个其他计算设备上，而不背离本发明的示例性实施例的范围。