CN104749459A - 在预充电期间诊断故障的方法和*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了在预充电期间诊断故障的方法和***。该方法包括由控制器检测电池的输出电压以及使用来自电池的能量对逆变器的电容器预充电。此外，控制器被配置为测量施加到逆变器的电容器的电压和检测电池的输出电流。然后可由控制器通过对照检测的输出电压、施加到电容器的电压和检测的输出电流来检测故障。

Description

在预充电期间诊断故障的方法和***
技术领域
本发明涉及一种在预充电操作期间诊断部件(component，组件)故障的方法和***，而且更具体地，涉及一种在预充电操作期间诊断部件故障的方法和***，其根据在预充电操作期间所检测的电池的电压和电流以及在预充电操作期间施加到逆变器的电容器的电压来诊断部件故障。
背景技术
混合动力车辆和电动车辆是通过使用来自高压电池的电力旋转电机而获得用于驱动车轮的力(例如，驱动动力)的车辆。功率继电器组件(PRA)包括主继电器和预充电电路。主继电器被切换至接通和断开以允许来自高压电池的电流施加到逆变器，从而旋转电机。在经由主继电器连接高压电池和逆变器的电容器之前，预充电电路使逆变器的电容器预充电。预充电操作防止高压电池和逆变器的电容器在没有介入主继电器的情况下直接彼此连接时而出现的电弧放电，从而确保电路的稳定性。
在预充电操作过程中，例如，启动预充电操作之后约为20ms的预定时间，高压电池的输出电压和逆变器的电容器的电压相互比较。当施加到逆变器的电容器的电压约为高压电池的输出电压的80％或更高时，确定为正常(例如，未失灵)，然而，否则的话，则确定为异常，即，确定已经出现部件故障。
作为在预充电操作过程中确定异常情况的响应，为了知道它们正常或发生故障(例如，已经发生失灵)的时间，PRA被替换、操作高压电池的电池管理***(BMS)被替换并且检查其他部件。换言之，所有部件顺次地经受检查过程。另一方面，当执行预充电操作而部件出故障时，可烧坏预充电电阻器，并且执行抑制发动机启动的操作。
上述仅旨在帮助对本发明背景技术的理解，并且并不旨在意味着本发明落入已为本领域技术人员所知的现有技术的范围内。
发明内容
因此，本发明提供了一种在预充电操作期间诊断车辆的部件故障的方法，该方法通过在预充电操作期间实时地监测高压电池的电压和电流以及逆变器的电容器的电压。
根据一个方面，一种在预充电期间诊断故障的方法可包括：检测高压电池的输出电压；检测之后使用来自高压电池的能量为逆变器的电容器预充电；测量通过预充电施加到逆变器的电容器的电压；测量之后检测高压电池的输出电流；以及通过核对(collate)检测的输出电压、施加到电容器的电压和检测的输出电流来诊断故障。
当在输出电压的检测过程中没有检测到输出电压时，并且当在预充电过程中测量的施加到电容器的电压以及检测的高压电池的输出电流在正常范围(例如，不出现失灵时的预定范围)内时，可确定检测高压电池的输出电压的电路出现故障的诊断。当检测高压电池的输出电压的电路被诊断为出现故障时，诊断方法可进一步包括在预充电后启动电机、以及限制电机的驱动力。
当在预充电过程中没有测量到电压时并且当检测的输出电流在预定的正常波形范围内时，可确定逆变器出现故障的诊断。当逆变器被诊断为出现故障时，诊断方法可进一步包括在预充电后启动电机，并且输出逆变器出现故障的诊断。
当在预充电过程中没有测量到电压时，并且当检测的输出电流基本为恒定电流时，可确定电机不能被启动的诊断。当电机不能被启动时，诊断方法可进一步包括停止预充电。此外，当在预充电过程中没有测量到电压时并且当没有检测到输出电压时，可确定控制高压电池和逆变器之间的连接的功率继电器组件发生故障的诊断。
一种非暂存性计算机可读介质，包括由控制器执行的程序指令，所述计算机可读介质包括：检测电池的输出电压的程序指令；使用来自所述电池的能量预充电逆变器的电容器的程序指令；测量通过所述预充电施加到所述逆变器的所述电容器的电压的程序指令；在测量所述电压之后检测所述电池的输出电流的程序指令；以及通过核对所检测的输出电压、施加到所述电容器的所述电压以及所检测的输出电流来诊断故障的程序指令。
非暂存性计算机可读介质，进一步包括：当所述输出电压未被检测到时，并且当测量的通过所述预充电施加到所述电容器的所述电压以及检测的所述电池的输出电流处于正常范围内时，检测到被配置为检测所述电池的输出电压的电路发生故障的程序指令。
非暂存性计算机可读介质，进一步包括：在所述预充电之后启动电机的程序指令，以及当被配置为检测所述电池的输出电压的所述电路被检测为发生故障时，限制所述电机的驱动力的程序指令。
非暂存性计算机可读介质，进一步包括：当所述电压未被测量到时并且当检测的所述输出电流处于预定的正常波形范围内时，检测到所述逆变器发生故障的程序指令
当在预充电过程中出现错误时和当该错误在一定程度上不是不能驱动车辆的致命错误时，根据本发明的一个示例性实施方式的在预充电期间诊断的方法具有允许车辆的适当驱动而不是通过阻止发动机的启动而完全禁用车辆的驱动的优点、以及警告驾驶员检测疑似出现故障的部件的优点。根据本发明的一个示例性实施方式的诊断方法可诊断在预充电的过程中电动车辆或混合动力车辆中的部件出现故障(例如，已经失灵)，确定哪个疑似部件出现故障用于检测，从而降低用于检测和维修的劳力和财力。此外，根据本发明的一个示例性实施方式的诊断方法可防止烧坏预充电电阻器。
附图说明
当结合附图时，通过以下具体说明，本发明的以上和其他目标、特征和其他优点将变得更为清晰易懂，其中：
图1是示出了根据本发明的示例性实施方式的用于混合动力车辆或电动车辆中的高压电池、负载、和用于控制高压电池和负载之间的连接的PRA的示例性电路图；
图2是示出了根据本发明的示例性实施方式的高压电池的输出电压和输出电流以及施加到逆变器的电容器的电压的行为的示例性表格，其中，测量或检测高压电池的输出电压和输出电流以及施加到电容器的电压以诊断故障；以及
图3是示出了根据本发明的示例性实施方式的在预充电过程中诊断故障的方法的示例性流程图。
具体实施方式
应当理解，本文所使用的术语“车辆(vehicle)”或者“车辆的(vehicular)”或者其他的类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种小船(boat)和船舶(ship)的水运工具(watercraft)；航天器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电混合动力车辆、氢动力车辆、和其他替代燃料车辆(例如，燃料来源于非石油能源)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两种以上动力源的车辆，例如，汽油动力和电动力车辆。
尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元来执行示例性处理，但是应当理解，也可由一个或者多个模块执行示例性处理。此外，应当理解术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置。该存储器被配置为对模块进行存储，且该处理器被具体配置为执行所述模块以执行下面进一步描述的一个或多个处理。
而且，本发明的控制逻辑可体现为非暂时性计算机可读介质，在计算机可读介质上包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的实例包括但并不限于：ROM、RAM、光盘(CD)-ROMs、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读介质也可分布在网络耦合的计算机***中，从而以分布式方式存储并且例如由远程信息管理服务器(telematics server)或控制器局域网络(CAN)执行该计算机可读介质。
除非在上下文中明确指出或者是显而易见的，否则本文中所使用的术语“约”被理解为在本领域中正常误差的范围内，例如在2个平均标准差内。“约”可以被理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非上下文另明确说明，本文中提供的所有数值由术语“约”修饰。
本文所公开的本发明的示例性实施方式的特定结构和功能的说明仅用于本发明的示例性实施方式的说明性目的。在不脱离本发明的精神和显著特征的情况下，本发明可以以很多不同的形式来实施。因此，所公开的本发明的实施方式仅用于说明性目的，并不应被解释为对本发明的限制。
由于本发明的示例性实施方式可以以多种不同的形式进行各种修改，所以以下将详细地作出本发明的各种示例性实施方式的参考，其各种实施方式的实例在附图中示出并在下面进行描述。尽管将结合本发明的示例性实施方式描述本发明，但应当理解，本描述并不旨在将本发明局限于那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅覆盖示例性实施方式，而且还覆盖包括在由所附权利要求所限定的本发明实质和范围内的各种替换、修改、等同物以及其他示例性实施方式。
将理解，尽管在本文中可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但这些元件并不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另元件区分。例如，在不背离本发明的教导的前提下，下面所讨论的第一元件可被称为第二元件。同样，第二元件还可被称为第一元件。
将理解，当元件被称为“耦接”或“连接”至另一元件时，其可直接耦接或连接至其他元件，或者其间可存在中间元件。相反，应理解，当元件被称为“直接耦接”或“直接连接”至另一元件时，则不存在中间元件。说明元件之间的关系的其他表达方式，诸如，“在…之间”、“直接在…之间”、“邻近于”、或“直接邻近于”应以相同的方式来解释。
本文所用的措辞仅是为了描述特定实施方式的目的，而不旨在限制。除非上下文另有明确说明，否则如本文所用的单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该”旨在也包括复数形式。应进一步理解，当在本说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”、“具有”等指定所述特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在时，并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或附加。
除非另外有定义，包括技术术语和科学术语等本文使用的所有术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。应当进一步理解，诸如通常使用词典中所定义的那些术语应当解释为具有与它们在现有技术和本发明的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文中明确进行如此限定，否则不应解释为理想的或过于正式的意义。
在下文中，将参考附图描述本发明的示例性实施方式。贯穿附图，相同的参考标号将指示相同的或相似的部分。
图1是示出了用在混合动力车辆或电动车辆中的高压电池30、负载20以及被配置为连接高压电池30和负载20的PRA 10的示例性电路图，以及图2是示出了高压电池的输出电压和输出电流以及施加到逆变器的电容器的电压的行为的示例性表格，其中，为了诊断车辆中部件的故障，高压电池的输出电压和输出电流以及施加到电容器的电压被测量或检测。
参照图1，功率继电器组件10可包括：第一主继电器12、第二主继电器14、预充电电阻器22和预充电继电器24。第一主继电器12可串联连接至高压电池30的正极端子且可被配置为阻断从高压电池30提供的过电流。此外，预充电继电器24可并联连接至第一主继电器12，而且预充电电阻器22可串联连接至预充电继电器24。进一步地，第二主继电器14可连接至高压电池30的负极端子。
负载20可包括连接至逆变器的电机。从高压电池30提供的直流电流可通过逆变器的转换操作转换成交流电流，并且可将交流电流提供至电机。具体地，当车辆行驶时，可接通第一主继电器12以及可断开预充电继电器24，以施加来自高压电池30的电力至负载20(如逆变器)。当车辆不行驶时，可切断高压电池30和负载20(如逆变器)之间的连接，以防止来自高压电池30的电力被传输至电机。
此外，当车辆的驱动重新开始(resumed)时，可首先接通预充电继电器24。然后，通过预充电电阻器22降低的高压电池30的电压可施加到负载20(如逆变器)为电容器25充电。当充分地为电容器25进行充电时，可接通第一主继电器12并且可与第一主继电器12的接通同时地断开预充电继电器24，以将高压电池30的电压施加到负载20(如逆变器)。由于预充电继电器24和预充电电阻器22的存在，强电力不能突然地施加到第一主继电器12和第二主继电器14，以防止第一继电器12和第二继电器14的电极损坏或短路。
参照图2，根据高压电池30的输出电压和电流以及施加到逆变器的电容器的电压可确定已经失灵的具体部件。例如，当在预充电过程中没有检测到任何部件的故障时，高压电池的输出电压可保持恒定，并且输出电流可能初始很高(例如，增加的)但是在施加到电容器的电压升高后，输出电流可能突然降至基本上低值(例如，明显较低的值)，并因此达到预定电平。高压电池的输出电压和电流以及施加到逆变器的电容器的电压的这些行为可设置为正常行为，并且比较此后测量的输出电压、输出电流和施加电压以诊断车辆的部件故障。
将参照图3描述根据本发明的一个示例性实施方式的诊断部件故障的方法。诊断方法可由具有处理器和存储器的控制器执行。即，如图3所示，控制器可被配置为执行诊断方法的每一个步骤。具体地，图3是示出了根据本发明的一个示例性实施方式的在预充电过程中诊断部件故障的方法的示例性流程图。该方法可包括：检测高压电池30的输出电压(S301)，使用来自高压电池30的能量为逆变器的电容器25预充电(S303或S307)，在预充电过程中测量施加到逆变器的电容器25的电压(S305或S309)，检测高压电池30的输出电流(S317或S309)，以及通过比较检测的输出电压、测量的施加到电容器的电压、和检测的输出电流来诊断部件故障(S315、S306、S323、S331、或S335)。
当在S301中检测到高压电池30的输出电压时并且在S309中当在预充电期间施加到电容器25的测量电压(S307)和高压电池30的输出电流处于正常范围(例如，其中未检测到失灵的预定范围)内时，第一主继电器12可在S311中经由逆变器正常地连接以启动车辆的电机，从而在S313中允许车辆被驱动。具体地，虽然车辆可被驱动，当高压电池30的输出电压未被检测到时，检测高电压电池的输出电压的电路可被检测为发生故障。因此，可输出警告消息至驾驶员，以引起驾驶员在S313中限制电机的驱动力或在S315中对检测高压电池30的输出电压的电路进行检查。
当在S305中测量到在预充电期间(S303)施加到逆变器的电容器的电压且测量的电压在预定的正常范围内时，在S306中可确定在预充电过程中没有出现故障的诊断。另一方面，当在S305中没有测量到施加到逆变器的电容器的电压时以及在S317中当检测的高压电池30的输出电流在预设的正常波形范围内时，可确定逆变器失灵。具体地，可在S319中启动电机以允许车辆被驱动(S321)。然而，由于没有测量到施加到逆变器的电容器的电压，可确定逆变器失灵或故障或者可确定施加到逆变器的电容器的电压的数据错误，而且可在S315中通知驾驶员检查逆变器。
当在S305中没有测量到施加到逆变器的电容器的电压时，在S325中可确定检测的高压电池30的输出电流是否具有除0之外的值的恒定电流。当检测的高压电池30的输出电流具有除0之外的值的恒定电流时，可在S327中断开预充电继电器24以停止预充电，而且在S329中可确定发动机不能启动。这种情况可包括车辆***中的电线被短路的事件或者任何其他电力电子部件发生故障的事件。因此，被配置为检测高压电池30的输出电压的电路、逆变器、和PRA可不经受检查，但是其他电力电子部件可在S331中经受检查。当检测的高压电池30的输出电流约为0时，可确定被配置为连接高压电池30和逆变器的PRA10已经遇到失灵或发生故障。具体地，发电机可被启动。因此，在S333中可阻止发电机的启动，而且可在S335中检查PRA。
尽管已出于说明性的目的描述了本发明的示例性实施方式，然而本领域技术人员应当认识到的是，在不背离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加以及替换是可能的。

Claims (16)

1.一种在预充电期间诊断故障的方法，包括：
由控制器检测电池的输出电压；
由所述控制器使用来自所述电池的能量预充电逆变器的电容器；
由所述控制器测量通过所述预充电施加到所述逆变器的所述电容器的电压；
在测量所述电压后，由所述控制器检测所述电池的输出电流；并且
由所述控制器通过核对所检测的输出电压、施加到所述电容器的所述电压以及所检测的输出电流来诊断故障。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
当所述输出电压未被检测到时，并且当测量的通过所述预充电施加到所述电容器的所述电压以及检测的所述电池的输出电流处于正常范围内时，由所述控制器检测到被配置为检测所述电池的输出电压的电路发生故障。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
由所述控制器在所述预充电之后启动电机，并且
当被配置为检测所述电池的输出电压的所述电路被检测为发生故障时，由所述控制器限制所述电机的驱动力。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
当所述电压未被测量到时并且当检测的所述输出电流处于预定的正常波形范围内时，由所述控制器检测到所述逆变器发生故障。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
由所述控制器在所述预充电之后启动所述电机，并且
当所述逆变器被检测为发生故障时，由所述控制器输出所述逆变器发生故障的检测结果。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
当所述电压未被测量到时并且当检测的所述输出电流基本上是恒定电流时，由所述控制器确定电机不能被启动。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
当所述电机不能被启动时，由所述控制器停止所述预充电。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
当所述电压未被测量到时并且当所述输出电压未被检测到时，由所述控制器检测到被配置为连接所述高压电池与所述逆变器的功率继电器组件发生故障。
9.一种在预充电期间诊断故障的***，包括：
存储器，被配置为存储程序指令；以及
处理器，被配置为执行所述程序指令，所述程序指令在被执行时被配置为：
检测电池的输出电压；
使用来自所述电池的能量预充电逆变器的电容器；
测量通过所述预充电施加到所述逆变器的所述电容器的电压；
在测量所述电压后，检测所述电池的输出电流；并且
通过核对所检测的输出电压、施加到所述电容器的所述电压以及所检测的输出电流来诊断故障。
10.根据权利要求9所述的***，其中，所述程序指令在被执行时进一步被配置为：
当所述输出电压未被检测到时，并且当测量的通过所述预充电施加到所述电容器的所述电压以及检测的所述电池的输出电流处于正常范围内时，检测到被配置为检测所述电池的输出电压的电路发生故障。
11.根据权利要求10所述的***，其中，所述程序指令在被执行时进一步被配置为：
在所述预充电之后启动电机，并且
当被配置为检测所述电池的输出电压的所述电路被检测为发生故障时，限制所述电机的驱动力。
12.根据权利要求9所述的***，其中，所述程序指令在被执行时进一步被配置为：
当所述电压未被测量到时并且当检测的所述输出电流处于预定的正常波形范围内时，检测到所述逆变器发生故障。
13.根据权利要求12所述的***，其中，所述程序指令在被执行时进一步被配置为：
在所述预充电之后启动所述电机，并且
当所述逆变器被检测为发生故障时，输出所述逆变器发生故障的检测结果。
14.根据权利要求9所述的***，其中，所述程序指令在被执行时进一步被配置为：
当所述电压未被测量到时并且当检测的所述输出电流基本上是恒定电流时，确定电机不能被启动。
15.根据权利要求14所述的***，其中，所述程序指令在被执行时进一步被配置为：
当所述电机不能被启动时，停止所述预充电。
16.根据权利要求9所述的***，其中，所述程序指令在被执行时进一步被配置为：
当所述电压未被测量到时并且当所述输出电压未被检测到时，检测到被配置为连接所述高压电池与所述逆变器的功率继电器组件发生故障。
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