CN101526578B - 高压车辆故障检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高压车辆故障检测方法及装置。一种方法包括检测车辆上高压故障,例如熔接的接触器或分离的部件,其通过测量在高压总线正和负通道与接地端或底盘之间的总电阻抗,将断开接触器之前与之后的阻抗进行比较,和执行维护响应。该响应包括当断开阻抗级小于闭合阻抗级的阀值倍数时设置错误码。车辆包括底盘、能量存储***(ESS)、马达/发电机和从ESS传导电流到马达/发电机的高压总线。接触器沿着每个总线通道布置,装置用于测量底盘与每个通道之间的总电阻抗级,控制器用于基于测得总电阻抗级确定所述接触器中至少一个的熔接的接触器状态。
Description
技术领域
本发明涉及用于检测车辆上故障状态的方法及装置,所述车辆具有可操作隔离或接纳在能量存储***内高压的至少一个接触器或继电器。
背景技术
在高压驱动车辆(HVPV)(例如混合电动车辆(HEV)、***式混合电动车辆(PHEV)、燃料电池电动车辆(FCEV)或纯电动车辆(EV))中,能量存储***(ESS)例如电池组能提供驱动车辆所需要的至少一部分动力源。依赖于车辆的特定设计,在车辆怠速或停止时发动机或燃料电池能关闭或断电以进一步节省燃料。ESS自身容纳或存储相对高压,所述高压经由具有正和负导线或“通道”的专门构造的高压总线传送到一个或多个车辆装置,例如一个或多个马达/发电机。在某些运行条件下部分通过选择性地断开一个或多个继电器或接触器,例如在车辆关闭和/或在某些故障状态期间通过断开一个或多个接触器,ESS继而从各种车辆导电结构和表面隔离,且从车辆底盘本身隔离。
在车辆关闭过程期间以及在某些故障状态期间,电接触器或继电器用于限制在ESS内的高压。接触器帮助确保当接触器去激励时切断或中断到负载的动力。仅当接触器被合适地激活或闭合时,接触器也帮助确保高压能量传送到负载,例如马达/发电机。然而,在某些故障状态下,所述接触器中的一个或多个的导线可能熔接在一起,因而潜在地使得接触器对于其预定目的是无效的。因此,期望能够检测或诊断这种熔接的接触器状态,尤其是用于某些预防性或校正性维护的目的。
常开接触器能帮助确保当接触器去激励时切断或中断到负载的电动力,并确保仅当接触器被合适地激活或闭合时传送高压到负载,例如马达/发电机。然而,在某些故障状态下,所述接触器中的一个或多个的导线或触点可能物理地熔接在一起,这继而可能影响来自ESS的动力流的可控性。当使用车辆控制***提供的诊断方法可检测到双通道继电器内的两个均熔接的接触器的存在时,这种诊断方法测量接触器断开时的电压降,要求在接触器断开后的预定时间期间内其它控制模块是有效的且与ESS通信。此外,这种电压降方法不能检测在双通道继电器内的单个熔接的接触器的存在,尤其是在高压总线的负通道。其它故障状态(例如分离的高压车辆部件)大体上使用强化通信(communication intensive messaging)过程来检测,所述强化通信过程对于某些目的来说可能并不是最佳的。
发明内容
因此,提供用于检测车辆上高压故障状态的方法,所述车辆具有底盘、电隔离或阻抗测量电路、一对继电器或接触器、能量存储***(ESS)和高压总线。该方法包括测量在高压总线和车辆底盘之间的电阻抗值,确定是否出现车辆故障状态,和依赖于在接触器不同状况或状态下阻抗测量值来识别特定故障状态。
该方法包括测量在接触器均处于闭合状况时高压总线和底盘之间的第一总阻抗级,和在测量第二总阻抗级之前断开该对接触器。该方法然后包括比较第一和第二总阻抗级并根据测得阻抗级执行在车辆上的维护响应。执行维护响应包括在第二总阻抗级小于第一总阻抗级的阀值倍数时在控制器内设置相应于故障状态的错误码。
该阀值倍数是从预定范围选择的值,在一个实施例中近似为4到6。该方法包括通过访问查询表以确定故障状况来比较第一总阻抗级和第二总阻抗级,所述查询表由用于闭合状况和断开状况中每个的总阻抗值的预定低范围和预定正常范围部分地索引。在一个实施例中相应于闭合状况的总阻抗值预定正常范围近似为0.800到1.50兆欧(MΩ),而相应于断开状况的总阻抗值预定正常范围近似为3到5MΩ。
在一个实施例中,访问查询表以确定故障状况或状态包括:访问查询表的第一部分以确定ESS隔离故障,访问查询表的第二部分以确定熔接的接触器状态,访问查询表的第三部分以确定车辆隔离故障,访问查询表的第四部分以确定无故障状态和访问查询表的第五部分以确定分离的高压部件状态。
本发明的方法还包括诊断在车辆上的高压故障状态,例如熔接的接触器、ESS隔离故障和/或分离的高压部件,所述车辆具有底盘、一对接触器、能量存储***(ESS)和高压总线。该方法包括测量当车辆运转时在底盘和高压总线之间的第一总阻抗级,然后在车辆关闭后在同样位置测量第二总阻抗级之前指令关闭车辆。该方法然后包括将第二总阻抗级和第一总阻抗级比较,并在第二总阻抗级与第一总阻抗级的比率小于阀值比率时设置相应于故障状态的车辆上错误码或数据码。
还提供具有底盘、能量存储***(ESS)、马达/发电机和带有正通道和负通道的高压总线的车辆。该高压总线从ESS传导电流到马达/发电机。该车辆还包括沿着高压总线正通道在ESS与所述至少一个马达/发电机之间的第一接触器、在ESS与在负通道上的所述至少一个马达/发电机之间的第二接触器和用于测量底盘与正及负通道中每个之间的总阻抗级的测量电路或装置。控制器与该测量装置进行电通信,且带有用于基于总阻抗级确定高压故障状态的算法。
在本发明的另一方面,第一和第二接触器中的至少一个构造为单刀单掷继电器装置或者固态开关之一。
结合附图,本发明的前述特征和优势及其它特征和优势从实施本发明的最佳模式的后述详细描述显而易见。
附图说明
图1是描述根据本发明具有构造为检测熔接的接触器故障状态的控制器的车辆的示意图;
图2是描述图1车辆一部分的示意图;
图3是描述用于检测图1车辆中熔接接触的流程图;和
图4是描述在图1车辆上不同故障状况或状态的图表。
具体实施方式
参考附图,其中同样的附图标记表示同样的部件,并从图1开始,车辆10包括具有用于检测高压车辆故障状态的方法或算法100的控制器22,所述高压车辆故障状态例如熔接的接触器、车辆隔离故障和/或分离的高压部件,如参考图3在后文描述的那样。在如图1所示的车辆10还包括可选择性地连接到变速器19以驱动车辆的发动机12。然而,在本发明的范围内也可用其它动力源例如燃料电池(未示出)以驱动车辆10,或如果车辆10构造为电动车辆时车辆10可只由能量存储***(ESS)驱动。在图1的实施例中,变速器19包括一个或多个马达/发电机18(M/G A)和一个或多个齿轮组16,所述齿轮组16,例如简单或复合行星齿轮组,可驱动地连接到最终传动组件24。齿轮组16可由发动机12和/或马达/发电机18选择性地驱动。虽然在图1的示范性实施例中仅示出一个马达/发电机18,本技术领域技术人员能理解在本发明的范围内也可使用多个马达/发电机。
ESS11经由高压总线17和一个或多个继电器或接触器28电气地连接到直流-交流变换器15,并连接到马达/发电机18。变换器15继而通过交流总线25连接到马达/发电机18。当作为马达运行时,马达/发电机18从ESS11提取电能,而当作为发电机运行时,马达/发电机18能产生用于存储在ESS11内的电能。如图1所示,接触器28从ESS11分开。然而,本技术领域技术人员能理解接触器28和ESS11可替换地构造为单个整体。
参考图2,图1车辆10的车辆部分10A更详细地示出了ESS11、变换器15和马达/发电机18。控制器22与测量电路或装置36进行电通信,为了简化在图2中标记为“M”。可替换地,尽管在图2中未示出,测量装置36可功能性地或物理地与控制器22集成。测量装置36是可操作用于测量高压总线17(见图1)和电接地端例如车辆10的底盘32(见图1)之间电阻抗值的任何装置。因此测量装置36适合于计算与通道17A和17B之间相对于底盘32(见图1)的等效、并联或总阻抗级成比例的值,这将在后文描述。可替换地,测量装置36可操作用于分别计算各自通道17A、17B与底盘32之间的阻抗级。
此外,每个正和负通道17A、17B均连接到变换器15(也见图1),所述变换器15可操作用于将ESS11供给的直流(DC)电压转换为马达/发电机18(见图1)可用的三相交流(AC)电压。三相在图2中以箭头i1、i2和i3表示,经由导线25传送到马达/发电机18的不同感应线圈30。
图1的接触器28在图2中以两个分开的接触器28A和28B示出,可为从ESS11的分开装置或如在虚线中所示可与ESS11构造为整体。在一个实施例中,接触器28A和28B中的一个或两者是单刀单掷继电器装置,或可替换地是本领域公知类型的固态开关。然而,在本发明的范围内可使用其它继电器装置,例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)固态装置,每种类型都为本领域公知。接触器28A位于正通道17A上,类似地接触器28B位于负通道28B上。根据车辆10(见图1)的关闭和/或在发生预定车辆故障状态时,每个接触器28A和28B被指令在箭头A的方向断开,因而隔离或分离ESS11。当车辆10运转时,控制器22可指令接触器28A、28B在箭头B的方向闭合,因而经由高压总线17(见图1)将ESS11连接到马达/发电机18(见图1)。
在某些情形下,接触器28A、28B可能不断开或中断其各自的电连接。例如,机械失效例如断裂弹簧可阻止接触器28A、28B断开。另一个可能的原因是电气故障或控制问题,所述电子故障或控制问题可能使得接触器28A、28B断开或闭合,在其端子或触点上有过大或不恰当的负载,这继而可能导致熔接的接触器状态。如果接触器28A和28B的一个或两者在闭合位置失效,车辆控制***例如控制器22可能部分丧失容纳高压于ESS内的能力。类似地,如果接触器28A和28B在断开位置失效,可能丧失部分控制功能。通过对每个接触器28A和28B断开和闭合进行排序,控制器22可确定哪个接触器28A、28B已失效和接触器是在断开还是闭合位置失效。
参考图3,图1和图2的方法或算法100利用测量装置36(见图2)确定在高压总线17(见图1)的通道17A、17B与接地端/底盘32(见图2)之间的第一和第二总阻抗值(分别为RV1,RV2),以诊断或确定前述的车辆高压故障状态、ESS隔离故障或分离的部件的存在,并由此相应采取合适的维护措施。由控制器22控制的测量装置36当接触器28A、28B闭合时选择性地测量第一总阻抗值(在后述是指RV1),而当接触器28A、28B断开时选择性地测量第二总阻抗值(在后述是指RV2)。使用方法或算法100可检测不同的车辆故障状态,如现参考图3和图4要讨论的。
从步骤102开始,算法100结合车辆10的关闭(见图1)开始,例如在操作者“关掉”点火开关或键时或由控制器22(见图1)确定时关掉图1示出的发动机12和/或马达/发电机18的正常过程。算法100然后继续到步骤104。
在步骤104,算法100发信号给测量装置36(见图2)以测量或确定第一总阻抗值(RV1)。该值可临时存储到控制器22(见图1和图2)的存储器位置,例如圆形缓冲器。依赖于使用的缓冲器大小,历史阻抗值可能被保留,用于依赖于车辆10设计由维护探测器进行访问、经由远程信息处理***远程访问等等。一旦合适地记录了第一总阻抗值(RV1),算法100继续到步骤106。
在步骤106,算法100发信号或指令给接触器28(见图1)以断开。如图2所示,根据指令在各自正通道17A和负通道17B上的接触器28A和28B中的每个都被断开,也就是在箭头A的方向移动,因而断开电存储***(ESS)11与负载之间的电路,负载例如变换器15和马达/发电机18和/或马达/发电机20(见图1)。一旦接触器28(见图1)已经这样发信号或指令,算法100继续到步骤108。
在步骤108,算法100发信号给测量装置36(见图2)以测量或确定第二总阻抗值(RV2)。该值也可临时存储到控制器22(见图1和图2)的存储器位置,例如第二圆形缓冲器或其它合适的存储器装置。一旦合适地记录了第二总阻抗值(RV2),算法100在一个实施例中如虚线所示继续到步骤109,并在另一个实施例中继续到步骤110。
在步骤109,如图3中的虚线所示,算法100比较分别由前述的步骤104和108确定的总阻抗值RV1和RV2。算法100分别访问与用于各个第一和第二总阻抗值RV1和RV2的各个“正常”和“低”阻抗值相应的阀值范围。可通过例如访问存储在控制器22(见图1和图2)的另一个存储器位置的查询表执行步骤109,如现参考图4要描述的那样。
参考图4,查询表由与在接触器28(见图1)断开前(也就是闭合)的状况期间获得的第一总阻抗值(RV1)相应的低和正常范围索引,也由在接触器28(见图1)断开的状况期间获得的第二总阻抗值(RV2)索引。在如图4所示的示范性实施例中,因而查询表划分为六个部段(box)或部分,也就是低-低和低-正常、正常-低和正常-正常及高-低和高-正常,每个部分与车辆10(见图1)上特定预定故障状态相应。
根据一个实施例,预定故障状态包括:ESS故障状态(低-低),其描述了ESS11(见图1和图2)未充分地从车辆底盘32(见图2)隔离的状态;熔接的接触器状态(低-正常),其中图2接触器28A、28B的一个熔接闭合或两者均熔接闭合,因而从ESS11(见图1和图2)潜在地消耗能量和/或降低接触器28(见图1)的有效性;车辆隔离故障(低-正常),在高压总线17(见图1)和车辆底盘32(见图2)之间的某个位置潜在地存在短路;和无故障状态(正常-正常),表示没有前述的任何故障状态。预定故障状态还可以包括分离的部件故障,其中一个或多个高压部件例如空调模块从高压总线17(见图1)分离。这种状态表示在断开前状况期间测量的阻抗值(RV1)确定是高的,与在断开后状况期间测量的阻抗值(RV2)无关。
在一个实施例中断开前状况的范围,也就是第一总阻抗值RV1是这样设置的:低=小于近似0.6兆欧(MΩ),和正常=近似0.8MΩ到1.5MΩ,目标“正常”值为近似1MΩ。在任何低与正常范围之间的界限或边界,或任何正常与高范围,应当充分地变化以避免误报(falsepositive)测量。例如,如果正常范围界限的下限设为0.8MΩ,低隔离阀值点可设为0.6MΩ以便最小化“误报”故障检测的情况。在该实施例中例如断开状况的正常范围,也就是第二总阻抗值RV2可设为近似3MΩ到5MΩ,目标值为近似4MΩ。然而,所有这些范围都旨在是示范性的,本领域技术人员能理解根据本发明可替换为其它范围。在确定***状况之后,算法100继续到步骤112。
在步骤112,算法100比较分别由前述的步骤104和108确定的总阻抗值RV1和RV2。例如通过访问存储在控制器22(见图1和图2)的另一个存储器位置内的已存储阀值倍数或比率,可执行步骤110。例如,如果第二总阻抗值RV2并不充分地大于第一总阻抗值RV1,算法100可根据需要设置标记或诊断故障码(DTC)。
在一个示范性实施例中,控制器22可用阀值RV2/RV1比率范围近似为4∶1到6∶1编程,也就是RV2对RV1的倍数范围近似为4到6。在该实例中,如果RV2值为2.0MΩ且RV1值为1MΩ,2∶1的RV2/RV1比率在允许阀值范围4∶1到6∶1之外,并因而可导致在步骤112在控制器22内设置数据码,将在后文描述。本领域技术人员能理解4∶1到6∶1的比率范围是示范性的,因而通过相应地编程或设置控制器22可使用在本发明的范围内更大或更小的比率或倍数。如果在步骤110将值RV1和RV2进行比较之后,算法100确定结果或差在预定允许范围之外,算法100继续到步骤112,否则算法100完成。
在步骤112,算法100根据第一和第二阻抗级或分别地RV1和RV2执行在车辆10上(见图1)的维护响应。该维护响应可以是在控制器22内设置合适的码或消息,例如指示在车辆10上(见图1)已发生特定故障的诊断故障码(DTC)或标记。例如,由算法100诊断的每个故障可被分配到独特的DTC,例如十六进制数,其根据需要可由车辆维护人员、探测器或按需要经由远程消息处理装置从控制器22提取出来。其它维护响应可包括在车辆10内(见图1)照明或激活可听和/或可视警报或指示灯(未示出),及传送警报码到远程位置等等。
尽管已经详细描述实施本发明的最佳模式,本发明所属技术领域技术人员能理解在所附权利要求的范围内可作实践本发明的可替换设计和实施例。
Claims (16)
1.一种用于检测车辆上高压故障状态的方法,该车辆具有底盘、一对接触器、能量存储***、高压总线和至少一个高压部件,所述方法包括:
在该对接触器处于闭合状况时测量在高压总线与底盘之间的第一阻抗级;
指令断开该对接触器;
在该对接触器被指令断开后测量在高压总线与底盘之间的第二阻抗级;
将第一阻抗级与第二阻抗级进行比较;和
响应于第一和第二阻抗级来执行车辆上的维护响应。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述高压故障状态选自包括熔接的接触器状态、能量存储***隔离故障、和所述至少一个高压部件中的分离的部件的组。
3.根据权利要求2所述的方法,其中响应于第一和第二阻抗级执行维护响应包括在第二阻抗级小于第一阻抗级的阀值倍数时设置与熔接的接触器状态相应的错误码。
4.根据权利要求3所述的方法,其中阀值倍数是从4到6的范围中选择的值。
5.根据权利要求1所述的方法,其中将第一阻抗级与第二阻抗级进行比较包括访问查询表以籍此确定故障状况,所述查询表由用于闭合状况和断开状况中每个的阻抗值的预定低范围和预定正常范围部分地索引。
6.根据权利要求5所述的方法,其中相应于闭合状况的阻抗值预定正常范围为0.8到1.5兆欧,而相应于断开状况的阻抗值预定正常范围为3到5兆欧。
7.根据权利要求5所述的方法,其中访问查询表以确定故障状况包括访问查询表的第一部分以确定能量存储***隔离故障,访问查询表的第二部分以确定熔接的接触器状态,访问查询表的第三部分以确定车辆隔离故障和访问查询表的第四部分以确定无故障状态。
8.一种用于诊断车辆内熔接的接触器状态的方法,该车辆具有底盘、一对接触器、能量存储***和高压总线,所述方法包括:
当车辆运转时测量在底盘与高压总线之间的第一电阻抗级;
指令关闭车辆;
在已被指令关闭后测量在底盘与高压总线之间的第二电阻抗级;
将第二电阻抗级与第一电阻抗级进行比较;和
在第二电阻抗级与第一电阻抗级的比率小于阀值比率时设置相应于熔接的接触器状态的车辆上错误码。
9.根据权利要求8所述的方法,其中阀值比率为4∶1到6∶1。
10.根据权利要求8所述的方法,其中将第一电阻抗级与第二电阻抗级进行比较包括访问查询表。
11.根据权利要求8所述的方法,其中设置车辆上错误码包括从由第一和第二电阻抗级确定的多个不同故障状态中选择。
12.一种车辆,所述车辆包括:
底盘;
能量存储***;
至少一个马达/发电机;
具有正通道和负通道的高压总线,该高压总线构造用于从能量存储***传导电流到所述至少一个马达/发电机;
电气地连接到在能量存储***与所述至少一个马达/发电机之间正通道的第一接触器;
电气地连接到在能量存储***与所述至少一个马达/发电机之间负通道的第二接触器;
测量装置,所述测量装置在第一和第二接触器处于闭合状况时测量在高压总线与底盘之间的第一阻抗级,且在第一和第二接触器被指令断开后测量在高压总线与底盘之间的第二阻抗级;和
与测量装置电通信的控制器,该控制器配置用于基于第一和第二阻抗级确定所述第一和第二接触器中至少一个的熔接的接触器状态。
13.根据权利要求12所述的车辆,其中所述第一和第二接触器中的至少一个选自包括单刀/单掷继电器装置和固态开关的组。
14.根据权利要求12所述的车辆,其中控制器适于选择由总电阻抗级确定的多个不同故障状态中的一个。
15.根据权利要求14所述的车辆,其中所述多个不同故障状态选自包括能量存储***隔离故障状态、熔接的接触器状态、车辆隔离故障状态、和无故障状态的组。
16.根据权利要求15所述的车辆,其中所述多个不同故障状态存储在查询表内且可由控制器访问。
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