CN113939746A - 电气***以及用于诊断电气***中的故障电气连接的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实施在电气***(1)中的方法，所述电气***包括至少一个电功率源(10)和至少一个电气元件(121至123)，所述至少一个电功率源和所述至少一个电气元件通过电气转换开关(11)电气联接，所述方法包括以下步骤：a)测量存在于所述电功率源的端子之间和所述电气元件的端子之间的第一电压和第二电压(Ub，Uc1至Uc3)，b)计算在所述第一电压与所述第二电压之间的电压偏差，c)使所述电压偏差与预确定的电压阈值比较，d)根据所述比较的结果诊断在所述电功率源与所述电气元件之间的故障电气连接，以及e)在诊断出故障电气连接的情况下，控制断开(CDC)所述电气转换开关并且/或者发射警报信号。

Description

电气***以及用于诊断电气***中的故障电气连接的方法
技术领域
本发明要求于2019年6月6日提交的法国申请1905983的优先权，该申请的内容(文本、附图和权利要求)在此并入本文引作参考。
本发明大体上涉及电气装置和电气***中的电气安全性。更具体地，本发明涉及一种用于在存在故障电气连接的情况下保护电气***的保护方法。本发明还涉及一种电气***、尤其是机动车辆的电气***，上文提到的方法实施在所述电气***中。
背景技术
电气安全性是机动车设计中的一个重要因素，尤其是当存在较高电压和较高电流强度时，在电动牵引车辆中尤其是如此。
在电气***中，故障电气连接可能会导致安全问题。事实上，当电压较高时，这可能会由此例如在连接器完全断连的情况下产生对于人员的风险，以及由于电阻过大的电气连接或由于电弧而产生热失控(emballement thermique)风险，进而导致所述***的一部分的损坏，或者导致火灾。
在现有技术中，已知一种装备有一种装置的连接器，所述装置用于锁定所述连接器并且在所述连接器已正确安置就位之后阻止任何运动。所述连接器的锁定可能给操作员带来一定的复杂性。该解决方案依存于人为因素并且可能导致不完全的或非锁定的连接。
还已知一种装备有称作“互锁线路(interlock line)”的支路传感器(capteur debranchement)的连接器，所述支路传感器允许通过检测在设计中经集成在连接器中的单独的闭合回路的断开来诊断所述连接器的断连。回路“互锁线路”检测所述断连并且发射警报信号。文件TW201608778A和CN105128679A描述了该类型的用于指示接触状态或非接触状态的回路。现有技术的该解决方案所具有的缺点在于对电磁干扰敏感，这增加了错误检测的可能性。
从文件EP0829731A已知一种用于检查电气连接完整性的检查***，所述检查***包括变压器，该变压器具有：初级绕组，所述初级绕组耦合在具有两个接触插头的组合之间；和次级绕组，所述次级绕组同时与能量源和与检查回路耦合。呈现射频振荡器形式的能量源给所述变压器的次级绕组供电，所述次级绕组与所述检查回路连接。电流参考回路与所述变压器的次级绕组耦合并且包括输出端，该输出端与所述能量源和所述检查回路耦合。当建立了接触时，所述次级绕组的阻抗采用由所述检查回路检测到的低值。
发明内容
期望通过提供一种新方法来克服现有技术的缺点，以通过早期的且经济上有利的故障电气连接诊断来使电气***针对电气风险安全化。
根据第一方面，本发明涉及一种用于诊断电气***中的故障电气连接的诊断方法，所述电气***包括至少一个电功率源和至少一个电气元件，所述至少一个电功率源和所述至少一个电气元件通过电气转换开关电气联接，所述方法包括以下步骤：a)测量存在于所述电功率源的端子之间和所述电气元件的端子之间的第一电压和第二电压，b)计算在所述第一电压与所述第二电压之间的电压偏差，c)使所述电压偏差与预确定的电压阈值比较，d)根据所述比较的结果诊断在所述电功率源与所述电气元件之间的故障电气连接，以及e)在诊断出故障电气连接的情况下，控制断开所述电气转换开关并且/或者发射警报信号。
根据一个特殊特征，当所述电压偏差超出预确定的所述电压阈值至少达到预确定时长时，诊断出所述电气连接是故障的。
根据另一特殊特征，所述电压阈值经预确定成等于当所述电气连接是正常的时在所述电功率源与所述电气元件之间的最大化正常压降乘以安全裕度系数。
再根据另一特殊特征，所述最大化正常压降等于当所述电气连接是正常的时可在所述电功率源与所述电气元件之间流通的最大化电流与在所述电功率源与所述电气元件之间的电气回路的标称电阻的乘积。
再根据另一特殊特征，在包括电功率源和多个电气元件的电气***中，所述多个电气元件通过电气转换开关与所述电功率源电气联接，根据本发明的方法设计为，在所述电功率源与所述电气元件的至少其中之一之间诊断出故障电气连接的诊断引起控制断开至少用于其中经诊断出所述故障电气连接的电气回路的所述电气转换开关并且/或者引起发射至少一个警报信号。
本发明还涉及一种电气***，所述电气***包括至少一个电功率源和至少一个电气元件，所述至少一个电功率源和所述至少一个电气元件通过电气转换开关电气联接，所述电气转换开关由电子控制单元操控转换。根据本发明，所述电功率源和所述电气元件中的每个包括电压测量装置，所述电压测量装置用于测量所述电功率源的端子处和所述电气元件的端子处的电压，并且，所述电子控制单元包括用于存储程序指令的存储器，所述程序指令用于实施如上文简述的方法。
本发明还涉及一种机动车辆，所述机动车辆包括上文提及的电气***。
附图说明
通过阅读本发明下文中的多个实施方式的详细说明和附图，本发明的其它优点和特征将更加清楚，在所述附图中：
-图1是电气***的特殊实施方式的区块图，根据本发明的方法实施在所述电气***中。
-图2是示出了根据本发明的方法的不同功能性步骤的流程图。
具体实施方式
参考图1，现在作为示例地描述了电气***的特殊实施方式1，根据本发明的方法实施在所述电气***中。
如图1所示，电气***1包括电能源10、转换开关11、多个电气元件(此处为三个电气元件121至123)以及电子控制单元13。
电功率源10例如是蓄电池(例如，在电动或混动车辆中的牵引电池)。电功率源10装备有电压测量装置100，该电压测量装置用于测量电功率源10的端子处的供电电压Ub。
转换开关11布置在电功率源10与电气元件121至123之间，并且由电子控制单元13通过由该电子控制单元发送的转换控制CDC控制转换。转换开关11可例如集成在电功率源10中或者与电功率源分开。
转换开关11根据自身所处于的闭合状态或断开状态允许或禁止在电功率源10与电气元件121至123之间的功率电流I1至I3的经过。转换开关11由此是用于切断在电功率源10与电气元件121至123之间的电功率传输的切断部件。
根据该实施方式，功率电流I1至I3可单独地转换或共同地转换。在第一情况下，转换开关11典型地包括经单独地控制转换的三个电气接触器或功率电子开关。在第二情况下，转换开关11典型地包括一个电气接触器或功率电子开关或者经同时地控制转换的多个并联的电气接触器或功率电子开关，以切换电流强度。
电气元件121至123是耗电器和/或发电机(例如，在机动车辆中的电动机、交流发电机或可逆旋转式混动电机)。
电气元件121至123装备有电压测量装置1201至1203，这些电压测量装置用于分别测量在所述电气元件的端子处的供电电压Uc1至Uc3。
电气元件121至123与电功率源10通过电气供电链接LP1至LP3经由转换开关11电气连接，电流I1至I3分别在所述电气供电链接中流通。
电子控制单元13包括存储器MEM，用于实施根据本发明的方法的软件模块LOG容置在所述存储器中。根据本发明的方法通过执行所述软件模块的程序代码指令而由单元13的处理器(未示出)实施。
电子控制单元13分别与电压测量装置100和1201至1203通过信号链接LSb和LS1至LS3联接。通过这些信号链接LSb和LS1至LS3，电子控制单元13配置了由装置100和1201至1203对供电电压Ub和Uc1至Uc3的周期性测量，并且分别接收经测量的这些供电电压Ub和Uc1至Uc3作为输入量。
本发明的原理建立在对于(由于电气元件与电功率源之间增加的异常电阻引起的)超额压降的检测的基础上，以诊断在所述电气元件与所述电功率源之间的故障电气连接。事实上，当电气接触点逐渐在连接器中分开时，所述电气接触点之间的电阻由于所述电气接触点的接触表面减小而增加，并且会在所述电气回路中产生额外压降。同样地，当在电气回路中在两个接触端之间产生电弧时，会在这两个接触端之间出现增加的压降。
当电流在电气回路(该电气回路形成在电功率源与经考虑的电气元件之间，且其标称电阻是由设计已知的)中流通时，欧姆定律使得能够计算在电功率源10与经考虑的电气元件121、122或123之间的期望的正常压降。当在电功率源10与经考虑的电气元件121、122或123之间所测量出的压降大于期望的正常压降时，经检测的压降的超额起源于经添加到所述电气回路的标称电阻上且表示故障电气连接的寄生电阻。
现在还参考图2描述了根据本发明的方法和电气***1的运行。
在图2上，根据本发明的方法的不同功能性步骤由区块E0至E4示出。
区块E0对应于处于标称运行模式的电气***1的初始状态，在该标称运行模式中，转换开关11闭合，并且电气元件121、122和123由电功率源10以电流I1、I2和I3供电。
区块E1对应于由电压测量装置100、1201、1202和1203对电功率源10和电气元件121、122和123的供电电压Ub和Uc1至Uc3的周期性测量。经测量的供电电压Ub和Uc1至Uc3传输到电子控制单元13以由软件模块LOG读取。
在区块E2中，软件模块LOG的控制进程计算在电压Ub与电压Uc1至Uc3之间的电压偏差EV1至EV3，即EV1＝Ub-Uc1、EV2＝Ub-Uc2和EV3＝Ub-Uc3。
在条件区块E3中，软件模块LOG的控制进程分别地使电压偏差EV1至EV3与经预先限定的电压阈值TH1至TH3比较。
在所述进程完全未检测到(N)以电压偏差EV1至EV3显著超过电压阈值TH1至TH3的情况下，所述控制进程使电气***1维持在自身的标称运行模式，并且回到区块E0上。
区块E4对应于在区块E3中检测到(Y)电压偏差EV1至EV3的至少其中之一大于在电压阈值TH1至TH3之中的对应的电压阈值的情况。当观察到电压阈值的超过达到大于预确定确认时长DT的时长D时，确认所述电压阈值的超过。当检测到经验证的阈值超过时，所述控制进程由此诊断出在所涉及的一个或多个电气元件的电气回路中的错误电气连接，并且可决定发射警报信号AL(AL＝“1”)并且/或者激活转换控制CDC(CDC＝“1”)，以使转换开关11转换到断开状态。警报信号AL的单独发射典型地对应于不存在任何即时电气危险或风险的使用情形。在车辆中，警报信号AL例如呈现出在仪表板中经激活的指示灯的形式，其用于通知驾驶员需要进行维修干预。转换开关11转换到断开状态典型地对应于具有电气危险或风险且需要切断电气供电的使用情形。
转换开关11的不同控制策略可通过控制进程根据电气***1的配置和/或使用情形执行。由此，当检测到超过所述电压阈值TH1至TH3的至少其中之一时，所述控制进程可决定切断对所有电气元件的电气供电，以便完全使电气***1安全化。或者，所述控制进程可决定仅切断对电压阈值的超过所涉及的一个或多个电气元件的电气供电，以便通过使最大数量的电气元件维持处于运行状态而保持所述电气***以降级模式运行。在后一情况下，例如，所述控制进程将被估计成，对电压阈值的超过所涉及的电气元件的切断并不导致不良影响，而对其它电气元件的电气供电可无任何危险地维持。
对于电气元件121至123，电压阈值TH1至TH3分别经预限定。在电气***1的该特殊实施例中，对于所述电气元件中的每个，各自的电压阈值是固定的，且取决于可在所述电功率源与所述电气元件之间流通的最大化电流以及在所述电气元件与所述电功率源之间的电气回路的标称电阻。
由此，例如，对于标识为12的经考虑的电气元件(对于具有电功率源10的电气回路，该电气元件所具有的标称电阻R＝5mOhm，且最大化电流Imax＝100A)，在电功率源10与电气元件12之间的最大化压降Umax将等于Umax＝R.Imax＝500mV。通过采用安全裕度系数M(例如M＝2)，则经分配给电气元件12的标识为TH的电压阈值将经预限定成TH＝M.Umax＝1V。通过考虑确认时长DT(其例如经固定成DT＝5s)，如果在电气元件12的端子处的标识为Uc的供电电压比电功率源10的供电电压Ub小至少TH(TH＝1V)达到大于DT(DT＝5s)的时长，则转换控制CDC激活(CDC＝“1”)，以使转换开关11转换到断开状态。
在其它实施方式中，为了获得更精确的诊断，对于同一电气元件，可根据由所述电气元件消耗或产生的电流强度或电流强度范围限定多个电压阈值。
注意到，本发明的方法允许容易地确定电阻故障的定位，并由此便利化售后维修操作。
由此，在对于所有电气元件检测到超过电压阈值的情况下，所述电阻故障由此将被认为在电功率源共用模式位置处。
在检测到超过电压阈值的仅一个超过的情况下，所述电阻故障位于处在所涉及的那个电气元件与所述电功率源之间的电气回路中。
在检测到超过电压阈值的多于一个超过的情况下，所述电阻故障位于所涉及的多个电气元件的共用电气回路区段中。
本发明不限于本文中作为示例描述的特殊实施方式。本领域技术人员可根据本发明的应用而提供落在本发明保护范围中的各种修改和变型。

Claims (7)

1.一种用于诊断电气***(1)中的故障电气连接的诊断方法，所述电气***包括至少一个电功率源(10)和至少一个电气元件(121至123)，所述至少一个电功率源和所述至少一个电气元件通过电气转换开关(11)电气联接，所述诊断方法包括以下步骤：a)测量存在于所述电功率源(10)的端子之间和所述电气元件(121至123)的端子之间的第一电压和第二电压(Ub；Uc1至Uc3)，b)计算在所述第一电压与所述第二电压(Ub；Uc1至Uc3)之间的电压偏差(EV1至EV3)，c)使所述电压偏差(EV1至EV3)与预确定的电压阈值(TH1至TH3)比较，d)根据所述比较的结果诊断在所述电功率源(10)与所述电气元件(121至123)之间的故障电气连接，以及e)当诊断出故障电气连接时，控制断开(CDC)所述电气转换开关(11)并且/或者发射警报信号(AL)。
2.根据权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，当所述电压偏差(EV1至EV3)超出预确定的所述电压阈值(TH1至TH3)至少达到预确定时长(DT)时，诊断出所述电气连接是故障的。
3.根据权利要求1或2所述的诊断方法，其特征在于，所述电压阈值(TH1至TH3)经预确定成等于当所述电气连接是正常的时在所述电功率源(10)与所述电气元件(121至123)之间的最大化正常压降(Umax)乘以安全裕度系数(M)。
4.根据权利要求3所述的诊断方法，其特征在于，所述最大化正常压降(Umax)等于当所述电气连接是正常的时能够在所述电功率源(10)与所述电气元件(121至123)之间流通的最大化电流(Imax)与在所述电功率源(10)与所述电气元件(121至123)之间的电气回路的标称电阻(R)的乘积。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的诊断方法，在包括电功率源(10)和多个电气元件(121至123)的电气***(1)中，所述多个电气元件通过电气转换开关(11)与所述电功率源(10)电气联接，其特征在于，在所述电功率源(109)与所述电气元件(121至123)的至少其中之一之间诊断出故障电气连接的诊断引起控制断开(CDC)至少用于其中经诊断出所述故障电气连接的电气回路的所述电气转换开关(11)并且/或者引起发射至少一个警报信号(AL)。
6.一种电气***，所述电气***包括至少一个电功率源(10)和至少一个电气元件(121至123)，所述至少一个电功率源和所述至少一个电气元件通过电气转换开关(11)电气联接，所述电气转换开关(11)由电子控制单元(13)操控转换，其特征在于，所述电功率源(10)和所述电气元件(121至123)中的每个包括电压测量装置(100；1201至1203)，所述电压测量装置用于测量所述电功率源的端子处和所述电气元件的端子处的电压(Ub；Uc1至Uc3)，并且，所述电子控制单元(13)包括用于存储程序指令(LOG)的存储器(MEM)，所述程序指令用于实施根据权利要求1至5中任一项所述的诊断方法。
7.一种机动车辆，所述机动车辆包括根据权利要求6所述的电气***(1)。
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