CN109936204A - 具有传感器诊断功能的充电***以及诊断应用于其的传感器的方法 - Google Patents

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金志宪
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Abstract

本发明提供了具有传感器诊断功能的充电***以及诊断应用于其的传感器的方法。该***包括利用施加到其上的AC电力来检测输入端的电压的AC输入电压传感器以及连接到输入端的电阻器。功率因数校正电路单元调整并输出通过电阻器施加的AC电力的功率因数。功率因数校正电路单元的输出电压被施加到***的电容器。然后，控制器基于经过电阻器的电流值、电容器的电压值、以及电阻器的电阻值来诊断AC输入电压传感器。

Description

具有传感器诊断功能的充电***以及诊断应用于其的传感器 的方法
技术领域
本发明涉及一种充电***和诊断应用于充电***的传感器的方法，并且更具体地，涉及具有传感器诊断功能的充电***和诊断应用于充电***的传感器的方法，用于更加准确地诊断检测外部AC输入电压值的交流(AC)输入电压传感器的状态，以防止无法充电的情况或防止充电延迟的情况，并满足各种车辆的相关标准。
背景技术
随着诸如全球变暖和环境污染的问题的显著出现，对能够降低汽车工业环境污染的环保型车辆进行研究，并且环保友好型车辆市场逐渐扩大。使用利用电能来产生驱动力的电动机代替通过燃烧典型的化石燃料来产生驱动力的发动机的电动车辆、混合动力车辆、和插电式混合动力车辆已经作为环保型车辆全球上市。在这种使用电能的环保型车辆中，电动车辆和插电式混合动力车辆从连接到电网的外部充电设备接收电力，以对安装在车辆中的电池进行再充电，并使用电池中再充电的电力产生驱动车辆所需的动能。因此，环保型车辆包括车载充电器(OBC)，其从外部充电设备接收电网电力并将电网电力转换为用于对电池充电的电力。
车载充电器(OBC)包括安装在其中的多个传感器，以检测用于控制充电的信息。特别地，当安装在从外部充电设备接收电网电力的车载充电器的输入端处的交流(AC)输入电压传感器故障时，由于异常输出限制，充电会不可能或充电时间与期望时间相比被延迟。根据北美的加利福尼亚空气资源委员会(CARB)规定，需要将状态诊断功能添加到传感器，车辆控制器通过其接收信息，并且，因此，需要关于安装在车载充电器的输入端处的AC输入电压传感器的诊断功能。
本部分公开的内容仅用于增强对本发明的一般背景的理解，而不应被视为这些内容构成本领域技术人员已知的相关技术的认可或任何形式的建议。
发明内容
因此，本发明提供具有传感器诊断功能的充电***和诊断应用于充电***的传感器的方法，用于更加准确地诊断被设置用于检测外部AC输入电压值的交流(AC)输入电压传感器的状态，以防止无法充电的情况或防止充电延迟的情况并满足各种车辆的相关标准。
根据本发明的一个方面，提供具有传感器诊断功能的充电***，并且可以包括：交流(AC)输入电压传感器，被配置为检测AC电力施加到其的输入端的电压，连接到输入端的电阻器，功率因数校正电路单元，被配置为调整并输出通过电阻器施加的AC电力的功率因数，电容器，对其施加功率因数校正电路单元的输出电压，以及控制器，被配置为基于经过电阻器的电流值、电容器的电压值、以及电阻器的电阻值来诊断AC输入电压传感器。
充电***还可以包括与电阻器并联连接的继电器，其中，控制器可以被配置为在充电***的运行开始之后，当电容器的电压等于或大于预定参考值时，将继电器从开路状态转换为短路状态。然后，控制器可以被配置为当继电器处于开路状态时诊断AC输入电压传感器。
电阻器可以具有基于温度的变化电阻值，并且，控制器可以被配置为估计电阻器的温度，基于估计的电阻器的温度来估计电阻器的电阻值，并且使用估计的电阻器的电阻值来诊断AC输入电压传感器。控制器可以被配置为使用经过电阻器的电流值、电阻器的估计电阻值、以及电容器的电压值来估计AC输入电压值。
此外，控制器可以被配置为比较AC输入电压的估计值和由AC输入电压传感器检测到的检测值，以诊断AC输入电压传感器的状态。控制器可以被配置为以预定周期重复地确定AC输入电压传感器的状态，并且，在一个确定周期期间，控制器可以被配置为使用经过电阻器的电流以及在前一周期期间估计的电阻器的估计的电阻值来计算由于电阻器导致的热量，从计算的热量减去预定的散热量以得到温度变化量，并将温度变化量加到在前一周期期间确定的电阻器的估计温度，以确定电阻器的估计温度。
根据本发明的另一方面，诊断应用于充电***的传感器的方法可以包括：当交流(AC)输入电压被施加到输入端时，接收经过电阻器的电流的检测值和电容器的电压的检测值，基于温度估计电阻器的电阻值，使用电阻器的估计电阻值、电流的检测值、以及电压的检测值来估计AC输入电压值，比较由AC输入电压传感器检测的AC输入电压的检测值和在电压的估计时估计的AC输入电压的估计值，以及基于AC输入电压的检测值与AC输入电压的估计值之间的差来诊断AC输入电压传感器的状态。
该方法可以以预定周期重复执行，并且电阻值的估计可以包括：基于第一周期期间的室外温度来确定电阻器的电阻值。另外，电阻值的估计可以包括使用经过电阻器的电流和在前一周期期间估计的电阻器的估计电阻值来计算由于电阻器导致的热量，从计算的热量中减去预定的散热量以得到温度变化量，将温度变化量加到在前一周期期间确定的电阻器的估计温度，以确定电阻器的估计温度，以及基于电阻器的估计温度来确定电阻器的电阻值。检测值的接收可以包括：打开与电阻器的相对端并联连接的继电器，以通过电阻器传输通过输入端输入的AC电力。
附图说明
从以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：
图1是示出根据本发明示例性实施例的具有传感器诊断功能的充电***结构的框图；
图2是示出根据本发明示例性实施例的具有传感器诊断功能的充电***的控制器结构的更详细框图；
图3是示出根据本发明示例性实施例的诊断应用于充电***的传感器的方法的流程图；
图4是示出根据本发明示例性实施例的诊断应用于充电***的传感器的方法中确定电阻器的电阻值的方法的示图；以及
图5是示出根据本发明示例性实施例的应用于充电***的电阻器的温度估计方法的图。
具体实施方式
应该理解，如这里使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似的术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用车，包括各种小船和舰船的船只，飞机，等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力车辆，氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如源自非石油资源的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如汽油动力和电动动力两者的车辆。
虽然示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应该理解，示例性过程也可以由一个或多个模块执行。另外，可以理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置为存储模块，而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过程。
此外，本发明的控制逻辑可以体现为包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质还可以分布在网络连接的计算机***中，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(CAN)以分布式方式存储和执行。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整体、步骤、运行、元件、和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、运行、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。
在下文中，将参照附图描述根据本发明示例性实施例的具有传感器诊断功能的充电***和诊断应用于充电***的传感器的方法。
图1是示出根据本发明示例性实施例的具有传感器诊断功能的充电***结构的框图。参照图1，根据本发明示例性实施例的具有传感器诊断功能的充电***可以是被配置为诊断安装在车辆10中的车载充电器(OBC)的输入端(即，来自外部充电设备20的交流电(AC)的电网电力的输入端)的交流电(AC)输入电压传感器11的充电***。
具体地，根据本发明示例性实施例的具有传感器诊断功能的充电***可以包括AC输入电压传感器11，其被配置为检测AC电力输入至其的输入端的电压，连接到输入端的电阻器Rini，功率因数校正电路单元15，被配置为调整通过电阻器Rini施加的AC电力并输出，功率因数校正电路单元15的输出电压施加到的电容器CDC，以及控制器100，其被配置为基于经过电阻器Rini的电流值IBS、电容器CDC的电压值VDC、以及电阻器Rini的电阻值来诊断AC输入电压传感器11。
AC输入电压传感器11可以被配置为检测从外部充电设备20施加到车辆的充电器输入端的AC输入电压VAC，并且可以是根据本发明示例性实施例的具有传感器诊断功能的充电***中的诊断目标。根据本发明示例性实施例的具有传感器诊断功能的充电***可以被配置为比较使用在充电器中检测到的电流/电压和电阻器Rini的值计算的AC输入电压的估计值和由AC输入电压传感器11检测到的AC输入电压的检测值，以诊断AC输入电压传感器11的状态。
电阻器Rini可以连接到充电器的输入端，并用于在充电开始时中断突然引入的电流(过电流)。电阻器Rini可以在充电的初始阶段使用，并且因此，也可以被称为“初始充电电阻”或“初始充电电阻”。继电器12可以并联连接到电阻器Rini。此外，被配置为操作充电器的控制器100可以被配置为在充电器的运行开始之后，当电容器CDC的电压等于或小于预定参考值时，将继电器12从开路状态切换到短路状态。换句话说，在充电的初始阶段，继电器12可以是打开的，并且输入至输入端的电力可以被传输到电阻器Rini，并且在电容器CDC可以被再充电到预定水平或更高时，继电器12可被短路并且电力可通过继电器12传输而不再是通过电阻器Rini传输。
考虑到诸如电阻器Rini和继电器12之间的连接关系，根据本发明的不同示例性实施例的传感器诊断方案可以在继电器12进入短路状态之前实施，即，在通过电阻器Rini传输电力的充电初始阶段。
另外，功率因数校正电路单元15可以被配置为调整并输出从外部电源装置提供的AC电力的功率因数。例如，功率因数校正电路单元15可以应用包括电感器、开关装置等的升压转换器的拓扑结构。换句话说，如图1所示，功率因数校正电路单元15的输入端可以连接到电阻器Rini以接收通过电阻器Rini传输的电力，并且可以包括具有连接到电阻器Rini的第一端和连接到电容器CDC第二端的第二端的电感器L，以及形成或阻断电感器L的第二端和电容器CDC的第二端之间电连接的开关装置S。在该电路结构中，功率因数校正电路单元15可以在电容器CDC进行初始再充电的运行之后，通过脉宽调制(PWM)控制开关装置S而作为升压转换器来运行。
用于整流AC电力的整流电路单元13可以包括在电阻器Rini和功率因数校正电路单元15之间。整流电路单元13可以被实现为配置有包括四个二极管的全桥电路的二极管整流电路单元13。功率因数校正电路单元15的输入端可以包括电流传感器14，该电流传感器14被配置为检测经过电阻器Rini的电流IBS，即，输入到功率因数校正电路单元15的电流IBS。
电容器CDC可以用功率因数校正电路单元15输出的电力再充电。可以通过直流(DC)电压传感器16检测经由电容器CDC的充电而在电容器的相对端之间形成的电压VDC。在通过DC-DC转换器17转换电压电平之后，电容器CDC的电压可以被施加到电池18，然后，电池18可以被再充电。DC-DC转换器17可以体现为本领域技术人员已知的各种拓扑结构，诸如具有彼此电绝缘的输入和输出端子的绝缘型DC-DC转换器电路，或者非绝缘型DC-DC转换器。控制器100可以被配置为基于经过电阻器Rini的电流IBS、电容器CDC的电压VDC、以及电阻器Rini的电阻值来诊断AC输入电压传感器11的状态。
图2是示出根据本发明示例性实施例的具有传感器诊断功能的充电***的控制器结构的更详细框图。参考图2，根据本发明示例性实施方式的具有传感器诊断功能的充电***的控制器100可以包括信号输入模块110，被配置为接收经过电阻器Rini的电流IBS、电容器CDC的电压VDC、以及室外温度To作为诊断AC输入电压传感器11所需的因素，温度估计模块120，被配置为经由计算估计电阻器Rini的温度(例如，电阻器周围温度)，电阻器估计模块130，被配置为使用室外温度To或由温度估计模块120计算的电阻器Rini的温度估计电阻器Rini的电阻值，AC输入电压估计模块140，被配置为使用由电阻器估计模块130计算的电阻估计值、以及电流IBS和电压VDC的值估计AC输入电压的值，以及AC输入电压传感器诊断模块150，被配置为比较由AC输入电压传感器11检测到的电压检测值和由AC输入电压估计模块计算的AC输入电压的估计值以诊断AC输入电压传感器11的状态。
下面将详细描述诊断应用于根据本发明的各种示例性实施例的具有传感器诊断功能的上述配置的充电***的传感器的方法。通过对应用于充电***的传感器进行诊断的方法的描述，将充分理解充电***的运行效果。
图3是示出根据本发明示例性实施例的诊断应用于充电***的传感器的方法的流程图。下面描述的方法可以由控制器执行。当在外部充电设备20与安装在车辆10中的充电器之间形成电连接，并且从外部充电设备20施加AC电力以开始对车辆再充电时，控制器100可以被配置为断开继电器12以通过电阻器Rini将AC电力输入到充电器，并且通过信号输入模块110接收由传感器11、14、和16中的每一个检测到的值以及关于电阻器Rini温度的信息(S11)。
此外，控制器100的电阻器估计模块130可以被配置为设置电阻器Rini的初始电阻值。由于电阻器Rini可以在特定于充电的初始阶段使用，因此可以认为，在紧接着充电开始之后，电阻器Rini的温度与室外温度基本相同。因此，控制器100可以被配置为基于由安装在车辆中的室外温度传感器检测到的温度检测值来确定初始电阻值(S12)。
图4是示出根据本发明示例性实施例的诊断应用于充电***的传感器的方法中确定电阻器的电阻值的方法的示例的图。
如图4所示，在根据本发明的示例性实施例的诊断应用于充电***的传感器的方法中，可以存储电阻器估计模块130的数据映射或算术表达式，并且可以使用室外温度To作为输入值从数据映射中检索相应的电阻值，或者可以通过在初始充电状态下将室外温度To输入到算术表达式中来得到相应的电阻值。通常，电阻器具有其电阻值基于温度而变化的特性。因此，电阻器制造商提供其电阻值基于温度而变化的特性。即使其电阻值基于温度而变化的特性未由电阻器制造商提供，其电阻值基于温度而变化的特性可以通过实验方法识别，并且数据映射或算术表达式可预先确定。
在操作S12中，室外温度可以被输入到数据映射或算术表达式，以确定电阻器的初始电阻值。在当前执行的处理用于初始诊断AC输入电压传感器时，控制器100的AC输入电压估计模块140可以被配置为使用在操作S12中确定的电阻器Rini的初始电阻值、电容器的检测电压VDC的值、以及经过电阻器Rini的电流IBS的值来估计AC输入电压的值(S16)。在图1所示的电路结构中，可以根据下面的等式1确定AC输入电压的估计值VAC_EST。
VAC_EST＝(Rn×IBS)+VDC (1)
在上面的等式1中，Rn可以是由电阻器估计模块130基于温度确定的电阻器Rini的估计电阻值，并且可以是在初始诊断时基于室外温度To确定的初始电阻值。另外，在上面的等式1中，AC输入电压的估计值VAC_EST并不完全对应于经由电路分析得到的AC输入电压(例如，不施加与经过整流电路单元13的二极管的电压降对应的值)，这可以通过在比较AC输入电压的估计值VAC_EST和由传感器11检测到的AC输入电压的检测值的过程中设置用于确定传感器是否异常(例如，传感器失灵或故障)的参考范围来克服，以基于估计值VAC_EST与AC输入电压的检测值之间的差来诊断传感器11。
此外，控制器100的AC输入电压传感器诊断模块150可以被配置为比较由AC输入电压传感器11检测到的AC输入电压的检测值和由AC输入电压估计模块140得出的AC输入电压的估计值(S17)。然后控制器100的AC输入电压传感器诊断模块150可以被配置为当由AC输入电压传感器11检测到的AC输入电压的检测值与由AC输入电压估计模块140得到的AC输入电压的估计值之间的差超过预定范围时，确定AC输入电压传感器11异常或故障(S18)，并且可以被配置为当两个值之间的差在预定范围内时确定AC输入电压传感器11是正常的(例如，没有故障或失灵)(S19)。
当继电器12的短路未被执行时，控制器100可以被配置为重新执行诊断过程而不是终止诊断(S20)。换句话说，控制器100可以被配置为当电力通过电阻器Rini传输时，每个预定周期(例如，预定的时间段)重复执行一系列诊断AC输入电压传感器11的过程。毋庸置疑，当开始新的周期时，可以通过传感器14和16重新检测AC检测值IBS和DC电压检测值VDC(S21)。
当以预定周期执行先前诊断而不是第一诊断时(S13)，控制器100可以执行实时估计电阻器Rini的温度值的操作S14。换句话说，考虑到电阻器Rini的温度随着执行初始充电而改变的事实，可以重新执行估计电阻器Rini的温度的过程(S14)。
控制器100的温度估计模块120可以被配置为使用在当前周期期间检测到的AC检测值IBS、在前一周期期间检测到的电阻器Rini的估计电阻值、以及预定放电量来得到温度变化量，并且可以将温度变化量加到在前一周期期间得到的温度估计值，以计算当前周期期间的实时温度估计值Tn。
图5是示出根据本发明示例性实施例的应用于充电***的电阻器的温度估计方法的图。如图5所示，可以将AC检测值IBS平方，并且该结果值可以乘以在前一周期期间得到的电阻器Rini的估计值或初始电阻值以得到电力，并且可以从电力中减去其中安装电阻器Rini的区域的散热量以得到温度变化量。在图5中，Ka可以是用于补偿理论计算方法与使用实际检测值的计算方法之间的差异的常数，并且可以通过实验确定。另外，图5中未示出通过每次计算获得期望的物理量所需的转换，并且将有助于概念理解。
在操作S14中得到的实时电阻器温度估计值Tn可以被传输到温度估计模块120，并且，温度估计模块120可以被配置为将电阻器温度估计值Tn应用到数据映射或算术表达式以得到电阻器Rini的估计值。如上所述，AC输入电压的估计值可以使用上面的等式1来产生(S16)，可以比较(S17)传感器11检测的值和在操作S16中估计的估计值，以诊断AC输入电压传感器11的状态。
如上所述，根据本发明的各种示例性实施例的具有传感器诊断功能的充电***和诊断应用于充电***的传感器的方法可以通过软件方案以简化的方式诊断传感器，而不需要附加的传感器等附加成本来满足传感器诊断所需的标准或规格。另外，可以应用实时温度变化来更精确地诊断传感器，并且相应地，当车辆电池充电时间延迟或不能充电时，可以快速诊断其原因以提高车辆的适销性。
尽管以上参考附图描述了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员将会理解，本发明可以在不改变其技术思想或特征的情况下以各种其他示例性实施例来实现。

Claims (11)

1.一种具有传感器诊断功能的充电***，包括：
交流(AC)输入电压传感器，被配置为检测被施加了AC电力的输入端的电压；
电阻器，连接到所述输入端；
功率因数校正电路单元，被配置为调整并输出通过所述电阻器施加的AC电力的功率因数；
电容器，被施加所述功率因数校正电路单元的输出电压；以及
控制器，被配置为基于通过所述电阻器的电流值、所述电容器的电压值、以及所述电阻器的电阻值来诊断所述交流(AC)输入电压传感器。
2.根据权利要求1所述的充电***，还包括：
继电器，与所述电阻器并联连接，
其中，所述控制器被配置为在所述充电***的运行开始之后当所述电容器的电压等于或大于预定参考值时，将所述继电器从开路状态转换为短路状态。
3.根据权利要求2所述的充电***，其中，所述控制器被配置为当所述继电器处于开路状态时诊断所述交流(AC)输入电压传感器。
4.根据权利要求1所述的充电***，其中，所述电阻器具有基于温度变化的电阻值，并且其中，所述控制器被配置为估计所述电阻器的温度，基于所述电阻器的所估计的温度来估计所述电阻器的所述电阻值，并且使用所述电阻器的所估计的电阻值来诊断所述交流(AC)输入电压传感器。
5.根据权利要求4所述的充电***，其中，所述控制器被配置为使用通过所述电阻器的电流值、所述电阻器的所估计的电阻值、以及所述电容器的电压值来估计AC输入电压值。
6.根据权利要求5所述的充电***，其中，所述控制器被配置为比较所估计的AC输入电压值和由所述交流(AC)输入电压传感器检测到的检测值，以诊断所述交流(AC)输入电压传感器的状态。
7.根据权利要求4所述的充电***，其中，所述控制器被配置为以预定周期重复地确定所述交流(AC)输入电压传感器的状态；并且其中，在一个确定周期期间，所述控制器被配置为使用经过所述电阻器的电流以及在前一周期期间估计的所述电阻器的所估计的电阻值来计算由于所述电阻器导致的热量，从所计算的热量减去预定的散热量以得到温度变化量，并将所述温度变化量加到在所述前一周期期间确定的所述电阻器的所估计的温度，以确定所述电阻器的所估计的温度。
8.一种诊断应用于根据权利要求1所述的充电***的传感器的方法，包括：
当交流(AC)输入电压施加到输入端时，所述控制器接收通过所述电阻器的电流的检测值和所述电容器的电压的检测值；
所述控制器基于温度估计所述电阻器的电阻值；
所述控制器使用所述电阻器的所估计的电阻值、所述电流的检测值、以及所述电压的检测值来估计AC输入电压值；
所述控制器比较由所述交流(AC)输入电压传感器检测的AC输入电压的检测值和在电压的估计中所估计的AC输入电压的估计值；以及
所述控制器基于所述AC输入电压的检测值与所述AC输入电压的估计值之间的差来诊断所述交流(AC)输入电压传感器的状态。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法以预定周期重复执行；并且其中，估计所述电阻值包括：所述控制器基于第一周期期间的室外温度来确定所述电阻器的电阻值。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，估计所述电阻值包括：
所述控制器使用经过所述电阻器的电流和在前一周期期间估计的所述电阻器的所估计的电阻值来计算由于所述电阻器导致的热量；
所述控制器从所计算的热量中减去预定的散热量以得到温度变化量；
所述控制器将所述温度变化量加到在所述前一周期期间确定的所述电阻器的估计温度，以确定所述电阻器的估计温度；以及
所述控制器基于所述电阻器的估计温度来确定所述电阻器的电阻值。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，接收所述检测值包括：所述控制器打开与所述电阻器的相对端并联连接的继电器，以通过所述电阻器传输通过所述输入端输入的AC电力。
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