技术领域
[0001] 本文中所公开的方面大体上涉及用于对处于高压(HV)网络预充电模式下的车辆执行高压阻抗分析和短路诊断的装置和方法。
[0002] 背景
[0003] 美国公布号2013/0106437(“437公开文件”)公开了用于监控隔离
电阻、阻抗或车辆系统之间的其它隔离反射状况的监控器。监控器可用于评估高
电压电网和
低电压电网之间的绝缘电阻。监控器可被配置为基于高电压电网的
频率响应来评估绝缘电阻的充足性。
[0004] 概述
[0005] 在至少一个
实施例中，提供了用于对车辆执行高压(HV)短路诊断和阻抗分析的装置。该装置包括
控制器，该控制器用于可操作地耦合到车辆中的HV电网。该控制器被配置为在预充电操作期间激活任意数量的
开关，以给HV电网供电并在预充电操作期间测量与
蓄电池相关联的第一电压和基于HV电网而变化的第一
电流。该控制器还被配置为在预充电操作期间，基于第一电压和第一电流来执行短路诊断。该控制器还被配置为确定该第一电压和跨电容器和HV电网之一的预充电电压之间的差值，并被配置为测量至少基于该差值的第二电流。该控制器还被配置为基于该第二电流对车辆执行阻抗分析。
[0006] 在至少另一实施例中，提供了用于对车辆执行高压(HV)短路诊断和阻抗分析的方法。该方法包括在预充电操作期间激活任意数量的开关，以给HV电网供电。该方法还包括在预充电操作期间测量与
蓄电池相关联的第一电压和基于HV电网变化的第一电流，以及基于该第一电压和该第一电流执行短路诊断。该方法还包括确定该第一电压和跨电容器和HV电网之一的预充电电压之间的差值，以及测量至少基于该差值的第二电流。该方法还包括基于该第二电流对车辆执行阻抗分析。
[0007] 在至少一个实施例中，提供了用于对车辆执行高压(HV)短路诊断和阻抗分析的装置。该装置包括控制器，该控制器被配置为在预充电操作期间测量与蓄电池相关联的第一电压和基于HV电网变化的第一电流，并被配置为基于该第一电压和该第一电流执行短路诊断。该控制器还被配置为确定该第一电压和跨电容器和HV电网之一的预充电电压之间的差值，并被配置为测量至少基于该差值而变化的第二电流。该控制器还被配置为基于该第二电流对车辆执行阻抗分析。
[0009] 以所附
权利要求中的特定的示例指出了本公开的实施例。然而，通过下面结合附图进行的详细描述，各种实施例的其它特征将变得更明显且将被最好地理解，其中：
[0010] 图1描绘了根据一个实施例的用于执行高压(HV)低阻抗分析和短路诊断的装置；
[0011] 图2描绘了根据一个实施例的用于短路诊断的各种
阈值曲线的曲线图；
[0012] 图3A-图3B各自描绘了根据一个实施的在短路诊断期间对应于鉴于相应的阈值曲线的所检测的故障的曲线图；
[0013] 图4描绘了根据一个实施例的用于低阻抗分析的各种电流阈值的曲线图；
[0014] 图5A-图5B各自描绘了根据一个实施例的在低阻抗分析期间分别对应于无故障状况的和对应于故障状况的曲线图；以及
[0015] 图6描绘了根据一个实施例的用于对车辆执行HV阻抗分析和短路诊断的方法。
[0016] 详细描述
[0017] 根据要求，在本文中公开了本
发明的详细实施例；然而应理解的是，所公开的实施例仅仅是能够以各种形式和可替代的形式来实施的本发明的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或缩小以示出特定组件的细节。因此，本文中所公开的特定的结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅仅作为用于教导本领域中的技术人员以各种方式采用本发明的代表性
基础。
[0018] 认识到的是，如本文中所公开的任何控制器可包括任意数量的
微处理器、集成
电路、
存储器设备(例如闪存、
随机存取存储器(RAM)、
只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、
电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、或它们的其他合适的
变形)、和与彼此协作以执行本文中所公开的操作的
软件。另外，所公开的任何控制器使用任意一个或多个微处理器以执行
计算机程序，该计算机程序被包含在非暂时性计算机可读介质中，该计算机程序被编程以执行所公开的任意数量的功能。此外，本文中所提供的任意控制器包括
外壳和被
定位在该外壳内的各种数量的微处理器、集成电路和存储器设备(例如，闪存、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))。所公开的控制器还包括基于
硬件的输入端和输出端，该输入端和输出端用于分别接收来自如本文中所讨论的其他基于硬件的设备的数据和将数据传输到如本文中所讨论的其他基于硬件的设备。
[0019] 通常情况下，车辆内的高压(HV)蓄电池被切换为在车辆即将进入到正常操作模式中之前经由HV预充电序列连接到HV车辆电网(例如，车辆内可操作地耦合到HV蓄电池的各种组件)。HV预充电序列对应于暂态，其中HV车辆电网被预充电以在车辆启动之前用有限的电流匹配HV蓄电池的电压。如果HV车辆电网有
缺陷，这样的缺陷可能会提供低阻抗电路或短路。这些故障模式对于乘客和对于各种车辆系统来说可能是有问题的。本文中所公开的方面提供了用于分析或诊断在预充电序列期间的车辆电网阻抗的装置和方法，并可断开蓄电池以防止损坏。另外，对故障的鲁棒检测和反应也可增加车辆中的HV组件的整体寿命。
[0020] 通常情况下，对于短路故障状况，希望对该故障进行快速检测并做出反应，因为这样的故障可能伤害车辆乘客或损坏各种车辆电气系统和/或车辆
电子部件。对于低阻抗故障状况，希望鲁棒地检测这样的故障。虽然这样的故障的结果可能不会伤害车辆乘客或危及车辆系统的完整性，但考虑到检测低阻抗故障的复杂性，避免错误检测低阻抗故障检测是根本。
[0021] 图1描绘了根据一个实施例的用于执行HV阻抗分析和短路诊断的装置10。该装置10包括控制器12和HV电网14。控制器12电耦合到车辆16中的HV电网14。控制器12被编程为在HV预充电操作期间提供短路分析。控制器12被配置为当车辆16经受预充电操作时，在HV电网14上执行短路状况诊断(或分析)，这通常在车辆16启动时发生。车辆16包括蓄电池18、多个开关(或
接触器)20a-20n和预充电器
电阻器22。
[0022] HV电网14包括电容器24和第一电阻26。HV电网14通常表示车辆12内的电容和电阻值的物理模型。在HV预充电操作期间，开关20a是断开的且控制器12控制开关20b和20n闭合，从而使蓄电池18能够提供通过预充电电阻器22的电压(例如，V电池)。认识到的是，控制器12可控制待激活和/或去激活的任意数量的开关20a-20n，以开启(和进入)或退出预充电操作。当车辆16退出预充电操作时，车辆16进入到正常操作模式中，其中蓄电池18在正常行驶状况下向HV电网14直接供应电
力。蓄电池18可提供150V-450V的范围内的电压或其他合适的电压范围的电压。假定蓄电池18向HV电网14提供大量的电压，当希望给HV电网14初始地上电时，预充电操作用于最小化流经HV电网14的涌入电流的量。特别地，预充电电阻器22用于限制可能流到电容器24的其他形式的高涌入电流。高涌入电流可能过载电容器24和车辆
16中的其他电子部件(未示出)。预充电电阻器22被配置为减缓在预充电操作期间随着时间的推移流到HV电网14中的电流的量。随着时间的推移，电容器24在预充电操作期间缓慢地储存来自蓄电池18的电压。一旦电容器24被完全充电，则控制器12随后就断开开关20b同时闭合开关20a以退出预充电操作并进入到正常操作中(即，蓄电池18向HV电网14提供电力并且可驱动车辆16)。
[0023] 在一个示例中，预充电电阻器22可具有15Ohm(+/-5％)的电阻值。认识到的是，预充电电阻器22可具有任意数值的合适的电阻值。电容器24可具有2mF的电容。还认识到的是，电容器24的电容可基于特定实施的期望标准而变化。第一电阻26通常对应于或表示跨HV电网14的阻抗。因此，短路在第一电阻26小于或等于100Ohm情况时可被检测到。该状况通常对应于电容器24或HV电网14中的任何其他组件(例如，次级电容、
电子电路、布线等)表现出短路状况。如上所述，在预充电操作期间快速检测短路状况对于防止损害可能是有利的。认识到的是，短路故障状况能够以I电网(即，流经HV电网14的电流)为特征作为V电池(即，由蓄电池18提供的电压)的函数。
[0024] 图2描绘了根据一个实施例的用于短路诊断的各种短路阈值曲线52的曲线图50。例如，假定最坏情况的场景，其中预充电电阻器是具有+5％容差的15Ohm且电容器处的电压(或Vc)等于0，则短路故障状况可以以曲线图50中所图示的短路阈值曲线52中的任意一个为特征。通常情况下，对于对应的时间值(见x轴上的时间值)，每个短路阈值曲线52对应于曲线图50的I电网的预定值和V电池的预定值。时间值对应于控制器12实际上执行短路诊断的时间上的时刻。在一个示例中，控制器12可每6ms执行短路分析。认识到的是，时间值(例如，
6ms)可基于特定实施的期望标准而变化。控制器12包括用于储存第一查找表的存储器(未示出)，该第一查找表对应于由短路阈值曲线52定义的I电网和V电池的预定值。通常情况下，控制器12连续并循环地执行短路分析，直至时间的预定量已经达到(例如200ms)或者V电池和HV电网14中的电压(例如V电网或Vcap)之间的电压差小于预定电压(例如，对于各种HV继电器为
6V)。时间上的点(例如，通常被定义为T检查点)表示V电池和HV电网14中的电压(例如V电网或V电容)之间的电压差小于预定电压的时间。如果电压差阈值(例如，6V)首先达到，则该状况通常指示预充电过程已经达到开关20a可安全闭合的
水平，以给予HV电网14
能量。但在此之前，控制器12确保蓄电池18不可意外放电，从而控制器12启动以下将更详细讨论的低阻抗阈值。
在该时刻的电流测量与关于所测量的V电池的在控制器12的存储器(未示出)中预储存的电流值进行比较。
[0025] 相反，如果达到时间限制(例如，200ms)(同时电压差大于6V)，则控制器12确定在HV电网14中有较低电阻(例如，甚至比相对于由控制器12结合低阻抗测试所执行的低阻抗阈值比较所比较的电阻更低)。虽然这不是短路，但在HV电网14中有意外高电流损耗，并且有可能快速蓄电池放电的
风险。
[0026] 除此之外，因为预充电电流表现为指数形式，在一系列的I电网测量之后，控制器12可数学地预测I电网的行为，并在那一时刻提前判定可能不会达到该短路阈值。随后，短路阈值循环比较可在时间的预定量(200ms)期满之前或在达到电压差阈值(例如6V)时结束。随后，控制器12可专注于这两个阈值(时间和电压差)的比较上。
[0027] 图3A图示了关于一系列时间值的所测量的I电网值的一个示例，其中在点54处存在短路故障。
波形56通常对应于单一短路阈值曲线52中的所测量的I电网值。波形58通常对应于单一短路阈值曲线52。在该示例中，控制器12在点54处的以14毫秒标记(见x轴)测量I电网为大约18A。如图所示，随着时间增加(例如，每6ms)，所测量的I电网值超过或大于包括图2中的短路阈值曲线52的值。控制器12在预充电操作期间对短路接地故障状况提供连续的监控。控制器12快速地确定短路接地故障存在于点54处，并响应于检测到短路接地故障而断开与蓄电池18的连接。通常情况下，点54一般指示所测量的I电网值超过流到HV电网14中的涌入电流。
[0028] 图3B图示了关于一系列时间值的所测量的I电网值的一个示例，其中在点59处存在短路故障。波形60通常对应于单一短路阈值曲线52中的所测量的I电网值。在该示例中，控制器12在点59处以54毫秒标记(见x轴)测量I电网为大约6A。如图所示，随着时间增加(例如，每6ms)，所测量的I电网值超过或大于包括图2中的短路阈值曲线52的值。控制器12通过测量I电网在预充电操作的持续时间期间对短路接地故障状况提供连续的监控。控制器12快速地确定短路接地故障存在于点59处。通常情况下，点59一般指示所测量的I电网值超过流到HV电网14中的涌入电流，并且可响应于检测到短路接地故障而禁用蓄电池18。通常情况下，一旦控制器12确定存在故障，控制器12就通过断开开关20b和20n来中止预充电操作。如上所述，点59一般指示所测量的I电网值超过流到HV电网14中的涌入电流。
[0029] 参照返回到图1，控制器12还被配置为执行HV电网14上的低阻抗分析。控制器12被配置为在预充电操作期满之前的时间执行HV电网14上的低阻抗分析。特別地，控制器12在V电池和Vc(即，在电容器24两端的电压)或V电网(即，在HV电网14两端的电压)之间的差值小于或等于但不限于6V时开启低阻抗分析。当V电池和Vc之间的差值小于或等于6V时，该状况一般对应于闭合开关20a并断开开关20b(同时保持开关20n闭合)以去激活预充电操作是安全的时间点。如果控制器12在V电池和Vc(或V电网)之间的差值小于或等于预定电压之前尝试闭合开关20a并断开开关20b，则开关20a在闭合时可能经受
电弧起或其他故障。通常情况下，控制器12在V电池和Vc(或V电网)之间的差值小于或等于6V(或某个其他预定的电压值)时开启低阻抗分析。然而，应注意的是，控制器12不闭合开关20a和断开开关20b以退出预充电操作，直至低阻抗分析被实际执行为止。还如以上所指示的，控制器12也可在预定时间限制达到例如200ms但电压差阈值(例如，6V)不满足的情况下开启低阻抗分析。
[0030] 如果第一电阻26被检测到具有低于或等于1500Ohm并大于100Ohm的电阻值，则控制器12可确定HV电网14正经受低阻抗故障。由于形成HV电网14的各种电气/电子组件的老化，HV电网14可能表现出低阻抗范围。通常情况下，在预充电操作开始时，HV电网14可具有高的涌入电流量。相反，接近预充电操作结束或在预充电操作结束时，HV电网14可具有低的涌入电流。
[0031] 图4描绘了根据一个实施例的用于低阻抗分析的各种低阻抗阈值检查点66的曲线图64。通常情况下，每个低阻抗阈值检查点66对应于在特定时间(例如，t检查点)的I电网的预定值和V电池的预定值，其中特定时间对应于其间控制器12执行低阻抗分析的时间点。控制器12的存储器还储存第二查找表，该第二查找表对应于由低阻抗阈值检查点66定义的值。如上所述，当控制器12确定V电池和Vc(t)之间的差值小于或等于预定电压时，该状况对应于其间控制器12开启低阻抗分析的特定时间(例如，t检查点)。
[0032] 图5A描绘了根据一个实施例的包括在低阻抗诊断期间表现出无故障状况74的波形72的曲线图70。控制器12在140ms的特定时间(或t检查点)执行低阻抗分析并测量到I电网为212mA和V电池为330V。如图4中所示，当V电池等于330V时，对于I电网的期望或预定的电流阈值为
475mA。假定对于I电网的所测量的值为212mA且这是小于475mA的预定电流阈值，则控制器12确定不存在故障。波形72图示了有从蓄电池18流到HV电网14中的可接受的电流量。如图5A中所图示的波形52对应于V电池为330V的短路阈值曲线52，并且这是出于说明的目的来提供的。通常情况下，在使用波形52时所比较的电流值在安培范围内，而在使用波形72时所比较的电流值在毫安范围内。
[0033] 图5B描绘了根据一个实施例的包括在低阻抗诊断期间表现出故障状况84的波形82的曲线图80。控制器12在140ms的特定时间(或t检查点)执行低阻抗分析并测量到I电网为
820mA和V电池为330V。如图4中所示，当V电池等于330V时，对于I电网的期望或预定的电流阈值为
475mA。考虑到对于I电网的所测量的值为820mA且该值大于预定电流阈值475mA，则控制器12确定HV电网14表现出低阻抗故障。波形82图示了有太多从蓄电池18流到HV电网14中的电流，指示在HV电网14中阻抗太低。在这种情况下，控制器12退出预充电操作，且在蓄电池18直接连接到HV电网14之前，从控制器12传送警告到车辆16中的其他控制器(未示出)，其中能量管理电子控制系统将确定是否执行这样的连接。如图5A中所图示的波形52对应于V电池为330V的短路阈值曲线52，并且这是出于说明的目的来提供的。通常情况下，在使用波形52时所比较的电流值在安培范围内，而在使用波形72时所比较的电流值在毫安范围内。
[0034] 图6描绘了根据一个实施例的用于对车辆16执行HV阻抗分析和短路诊断的方法100。
[0035] 在操作102中，控制器12测量关于车辆16的V电池，并且控制器12检查在预充电期间的关于特定车辆平台的电容器24的电容。通常情况下，控制器12一般可被布置为包括针对电容器24的任意数量的电容值，其均对应于不同的车辆平台。认识到的是，用于每个车辆平台的电容可基于特定实施的期望标准而变化。该信息可在特定车辆制造设施处被下载到控制器12的存储器中，以对应于所需的车辆平台。在控制器12被提供关于特定车辆平台的电容之后，控制器12测量V电池。
[0036] 在操作104中，控制器12
访问相应一组短路阈值曲线52和关于相应的车辆平台的低阻抗阈值检查点66。该一组短路阈值曲线52和低阻抗阈值检查点66可各自基于控制器12定位在其上的车辆平台而变化，因为车辆平台中的每个可能包括含有HV电网14的电气/电子组件的不同组。基于上述，在控制器12的存储器中提供了不同水平的第一和第二查找表(LUT)。第一和第二LUT分别包括短路阈值曲线52和低阻抗阈值检查点66。
[0037] 在操作106中，控制器12通过控制开关20b和20n闭合来开启预充电操作。
[0038] 在操作108中，控制器12在初始时间(例如，t＝0)开启或启动短路状况诊断。
[0039] 在操作110中，控制器12测量I电网并将其与相应的短路阈值曲线52上的相应的预定电流阈值进行比较，其中相应的短路阈值52基于V电池的所测量的值来选择。如果控制器12确定I电网大于相应的短路阈值曲线52上的预定电流阈值，则方法100移到操作112。如果否，则方法100移动到操作116。
[0040] 在操作112中，控制器12确定在HV电网14中有短路分析故障。
[0041] 在操作114，控制器12中止或中断预充电操作，并断开开关20b和20n，以使蓄电池18从HV电网14断开连接。
[0042] 在操作116中，控制器12确定时间t是否等于t检查点。如上所述，当控制器12确定V电池和Vc或V电网之间的差值小于或等于预定电压(例如，6V)时，该状况为真。如果V电池和Vc(或V电网)之间的差值小于或等于预定电压(即，时间t等于t检查点)，则方法100移到操作118，以执行低阻抗分析。如果否，则方法100移动到操作117。虽然未示出，但如果V电池和Vc(或V电网)之间的差值仍大于预定电压，则控制器12也可确定预定时间限制是否已经期满。如果V电池和Vc(或V电网)之间的差值仍大于预定电压，若控制器12确定预定时间限制已经期满，则控制器12继续执行如操作118中所陈述的低阻抗分析。
[0043] 在操作117中，控制器12使时间t增加预定时间值(例如，6ms)并移动返回到操作110。在这种情况下，开启低阻抗诊断为时过早。
[0044] 在操作118中，控制器12执行低阻抗分析。
[0045] 在操作120中，控制器12测量I电网并将其与相应的低阻抗阈值检查点66上的相应的预定电流阈值进行比较，其中相应的低阻抗阈值点66基于所测量的V电池值来选择。如果控制器12确定I电网大于相应的低阻抗阈值点66上的预定电流阈值，则方法100移到操作122。如果否，则方法100移动到操作121。
[0046] 在操作121，控制器12控制开关20a闭合和开关20b断开，同时保持开关20n闭合，使得车辆16从预充电操作中退出以启动正常操作模式。在正常操作模式中，车辆16可由驾驶者驾驶。在预充电操作期间，驾驶者将不能够驾驶车辆16，直至车辆16进入到正常驾驶模式中。
[0047] 在操作122中，控制器12确定在HV电网14中有低阻抗诊断故障，并移到操作104以中止预充电操作。
[0048] 尽管上文描述了各种实施方案，但是其不意味着这些实施方案描述了本发明的所有可能的形式。而是，在
说明书中使用的词句是描述性的而不是限制的词句，以及应理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可做出各种变化。此外，各种实现实施方式的特征可组合以形成本发明的另外的实施方式。
