BR102014002012A2 - veículo elétrico, e, método de detecção de falha para um veículo - Google Patents

Abstract

veículo elétrico, e, método de detecção de falha para um veículo. um veículo elétrico é provido tendo um gerador e um motor elétricos. energia elétrica gerada pode ser encaminhada para um barramento de cc de um sistema inversor, o sistema inversor pode ser configurado para prover a energia elétrica para o motor. um controlador pode detectar uma falha com base no nível de voltagem do barramento de cc

Description

“VEÍCULO ELÉTRICO, E, MÉTODO DE DETECÇÃO DE FALHA PARA UM VEÍCULO” CAMPO

[0001] A presente descrição se refere ao controle de um gerador acionado por motor de um veículo, e mais particularmente a um sistema e método para detectar uma falha bifásica em um gerador acionado por motor de um veículo.

FUNDAMENTOS E SUMÁRIO

[0002] Veículos elétricos, tais como veículos híbridos ou veículos extensores de autonomia, incluem um ou mais motores elétricos configurado para acionar um mecanismo de engate no solo do veículo. Veículos elétricos tipicamente incluem um gerador acionado por uma máquina motriz, tal como um motor, para gerar energia elétrica usada para acionar o motor do veículo.

[0003] Em alguns sistemas, energia elétrica proveniente do gerador é retificada e armazenada em um barramento de corrente contínua (CC) para energização de um ou mais cargas no veículo, tal como o motor elétrico. Em alguns veículos elétricos, a saída de motor é acoplada ao gerador de forma que o gerador gira quando o motor gira, incluindo quando o motor está em marcha lenta. Nesses veículos, o motor é desligado para parar a rotação e geração de energia do gerador. O motor é frequentemente usado para energizar outros componentes de veículo, tais como um sistema de direção hidráulico e outros componentes hidráulicos do veículo, por exemplo. Como tal, a manutenção do motor em funcionamento quando o veículo está parado facilita a operação dos componentes hidráulicos e dos controladores de veículo energizados pelo gerador.

[0004] Os componentes do sistema de gerador ocasionalmente falham por várias razões. Um tipo de falha é uma falha bifásica, que pode incluir a presença de um curto-circuito entre fases da saída do gerador. A geração continuada de energia pelo gerador quando está presente uma falha bifásica pode criar um risco à segurança, tal como, por exemplo, superaquecimento dos componentes do gerador e do barramento de CC.

[0005] De acordo com uma modalidade da presente descrição, um veículo elétrico é provido, que inclui um chassi, um mecanismo de engate no solo configurado para suportar o chassi, um motor, e um gerador acionado pelo motor. O gerador é configurado para gerar energia elétrica e para prover a energia elétrica em uma saída multifásica. O veículo inclui ainda um barramento de CC configurada para receber energia elétrica provida a partir do gerador e um sensor configurado para detectar um nível de energia no barramento de CC. O veículo inclui ainda um controlador configurado para controlar o encaminhamento de energia elétrica a partir da saída multifásica para o barramento de CC. O controlador é configurado para monitorar o nível de energia no barramento de CC com base no sensor. O controlador inclui lógica de gestão de falha operativa para determinar a presença de uma falha entre fases da saída multifásica com base em uma comparação do nível de energia no barramento de CC com um nível limite de energia.

[0006] De acordo com outra modalidade da presente descrição, um método de detecção de falha é provido para um veículo tendo um gerador acionado por motor. O método inclui prover um veículo tendo um chassi, um motor, um gerador acionado pelo motor, e um barramento de CC. O gerador é configurado para prover energia elétrica em uma saída multifásica. O método inclui encaminhar energia elétrica a partir da saída multifásica para o barramento de CC e monitorar um nível de energia do barramento de CC. O método inclui ainda determinar a presença de uma falha entre fases da saída multifásica com base no nível de energia do barramento de CC. Em um exemplo, a monitoração do nível de energia inclui monitorar o nível de voltagem no barramento de CC, e a determinação é com base em uma comparação do nível de voltagem no barramento de CC com um nível limite de voltagem.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0007] As características e vantagem acima mencionadas, e outras, da invenção, e a maneira de alcançá-las, se tomarão mais aparentes e a descrição propriamente dita será mais bem entendida pela referência à seguinte descrição tomada em conjunção com os desenhos anexos, nos quais: [0008] a Figura 1 ilustra um veículo de exemplo incorporando o sistema de detecção de falha da presente descrição;

[0009] a Figura 2 ilustra uma vista representativa de um sistema de acionamento elétrico, de exemplo, do veículo da Figura 1;

[00010] a Figura 3 ilustra uma vista representativa de um sistema de geração de energia, de exemplo, do veículo da Figura 1, incluindo um gerador, um controlador, e um barramento de CC; e [00011] a Figura 4 ilustra um fluxograma de um método de exemplo de detecção de uma falha bifásica do sistema de geração de energia da Figura 3.

[00012] Caracteres de referência correspondentes indicam partes correspondentes através das várias vistas. As exemplifícações aqui expostas ilustram modalidades de exemplo da invenção, e tais exemplifícações não devem ser concebidas como limitando o escopo da invenção, de nenhuma maneira.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00013] As modalidades expostas aqui não são destinadas a serem exaustivas ou para limitar a descrição à forma precisa exposta na seguinte descrição detalhada. Pelo contrário, as modalidades são escolhidas e descritas de forma que outros especializados na arte podem utilizar seus ensinamentos.

[00014] O termo "lógica" ou "lógica de controle" quando usado aqui inclui software e/ou firmware que executa em um ou mais processadores programáveis, circuitos integrados específicos de aplicação (ASICs), redes de portas lógicas programáveis (FPGAs), processadores de sinal digitais (DSPs), lógica “hardwired”, ou combinações dos mesmos. Por conseguinte, de acórdo com as modalidades, várias lógicas podem ser implementadas de qualquer forma apropriada e permaneceríam de acordo com as modalidades aqui expostas.

[00015] Com referência à Figura 1, um veículo utilitário de exemplo na forma de um carregador 10 é ilustrado. Embora o veículo utilitário seja ilustrado e descrito aqui como carregador 10, o veículo utilitário 10 pode incluir uma niveladora automotriz, um trator, um trator de terraplanagem, uma colheitadeira florestal, um trator de esteira, uma escavadora, a trator florestal, um carregador-transportador, ou outro veículo utilitário. Ainda, o sistema de geração de energia e a lógica de gestão de falha da presente descrição podem ser usados com um veículo não utilitário, tal como qualquer veículo incluindo um gerador e um barramento de CC. O carregador 10 inclui um chassi 12 e um mecanismo de engate no solo 14. O mecanismo de engate no solo 14 é capaz de suportar o chassi 12 e de propelir o chassi 12 através do solo 15. Embora o ilustrado carregador 10 inclua rodas como mecanismo de engate no solo 14, o carregador 10 pode incluir outros mecanismos de engate no solo, tal como esteiras de aço, esteiras de borracha, ou outros apropriados elementos de engate no solo.

[00016] O carregador 10 inclui ainda um conjunto carregador 16. Como ilustrado na figura 1, o conjunto carregador 16 inclui um lança de carregador 18 e uma ferramenta de trabalho 20 na forma de uma caçamba. A ferramenta de trabalho 20, que pode ser hidraulicamente controlada, pode ser capaz de mover, escavar, lavrar, ou realizar outras funções de manuseio de material sobre uma carga 26, tal como sujeira ou outros materiais. Outras ferramentas de trabalho apropriadas incluem, por exemplo, lâminas, garfos de paleta, elevadores de socorro, parafusos sem-fim, colheitadeiras, cultivadores, çeifadores, e retentores. A lança de carregador 18 é configurada para se mover em relação ao chassi 12 para mover e operar a ferramenta de trabalho 20. Um operador controla as funções do carregador 10, incluindo mecanismo de engate no solo Meo conjunto carregador 16, desde uma estação de operador 22 suportada pelo chassi 12.

[00017] Com referência à Figura 2, o veículo 10 inclui um sistema de acionamento elétrico tendo um controlador 50 configurado para controlar um ou mais máquinas elétricas. O controlador 50 pode incluir uma ou mais unidades de controle para controlar a uma ou mais máquinas elétricas. O controlador 50 inclui pelo menos um processador 60 tendo memória interna ou externa acessível pelo menos um processador 60. O pelo menos um processador 60 executa instruções contidas no software e/ou firmware armazenadas na memória para realizar a funcionalidade do controlador 50 descrito aqui. Na modalidade ilustrada, o controlador 50 é um sistema inversor 50 configurado para controlar geração de energia a partir de um gerador 36 e para acionar e/ou controlar as cargas conectadas à saída de o sistema de gerador (por exemplo, o barramento de CC 54). As cargas de exemplo controladas pelo sistema inversor 50 incluem um motor 34 e um resistor de freio 40, embora outras cargas apropriadas possam ser controladas. Máquinas elétricas adicionais ou menos máquinas elétricas podem ser controladas pelo sistema inversor 50. Na modalidade de exemplo, o sistema inversor 50 inclui um acionamento de motor inversor duplo configurado para acionar o motor 34 com a energia provida com o gerador 36.

[00018] O motor 34 é configurado para acionar uma transmissão 42 e um acionamento final 44 (por exemplo, eixo(s) de acionamento acoplado(s) a mecanismos de engate no solo 14) do veículo 10. Motores adicionais 34 podem ser providos para acionar um ou mais eixos de acionamento ou mecanismos de engate no solo 14 do veículo 10. Em uma modalidade, o veículo 10 pode não incluir uma transmissão 42, e a saída do motor 34 pode ser acoplada ao acionamento final 44 para acionar o mecanismo de engate no solo 14. Em uma modalidade, o motor 34 inclui uma máquina de corrente contínua de imãs permanentes (PMDC), máquina de relutância comutada, ou máquina elétrica apropriada. Em uma modalidade, o gerador 36 inclui uma máquina de ímãs permanentes.

[00019] O gerador 36 é acoplado a uma máquina motriz, ilustrativamente um motor e conjunto de caixa de transmissão 39, e é configurado para gerar energia elétrica para uso pelo veículo 10. Em particular, a rotação do motor 39 causa uma corespondente rotação de um rotor do gerador 36, gerando assim energia elétrica através dos enrolamentos do gerador 36. Em uma modalidade, o motor 39 é um motor diesel, embora outros motores apropriados possam ser usados. O veículo 10 inclui uma unidade de controle de motor (ECU) 28 em comunicação com uma unidade de controle de tração e de veículo 32 para controlar o motor 39. Em particular, a ECU 28 inclui lógica de controle de motor 29 operativa para controlar a velocidade e operação do motor 39 com base em sinais de controle providos pela unidade de controle 32. Em uma modalidade, um sensor de velocidade de motor é acoplado ao motor 39 para detectar a velocidade de saída de motor e prover a velocidade de motor detectada para a unidade de controle 32 e/ou para a ECU 28. Em uma modalidade, o sensor de velocidade 65 da Figura 3 é usado para detectar a velocidade de motor.

[00020] Energia elétrica multifásica é gerada pelo gerador 36 e provida em uma saída multifásica que encaminha a energia elétrica para o sistema inversor 50. Na modalidade ilustrada, a saída multifásica inclui linhas elétricas multifásicas 66, tais como cabos elétricos ou outros condutores apropriados, assim como circuitos trifásicos dentro do gerador 36 e o sistema inversor 50. Na modalidade ilustrada, linhas elétricas 66 são cabos elétricos trifásicos configurados para encaminhar energia trifásica proveniente do gerador 36 para o sistema inversor 50. O sistema inversor 50 é operativo para retificar a energia elétrica trifásica recebida na saída multifásica e para prover a energia retificada para um barramento de corrente contínua (CC) 54, como descrito aqui. O sistema inversor 50 é ainda operativo para encaminhar energia a partir do barramento de CC 54 para uma ou mais cargas do veículo 10, tal como para o motor 34, um resistor(es) de freio 40, e/ou outras cargas apropriadas. Em uma modalidade alternativa, o sistema inversor 50 pode incluir outro dispositivo de armazenamento de energia apropriado, tal como uma batería ou célula de combustível, por exemplo, posicionada interna ou externa ao sistema inversor 50. Como descrito em maior detalhe aqui com relação à Figura 3, o sistema inversor 50 inclui um processador 60 contendo lógica de gestão de falha 62 operativa para detectar e analisar falhas com o gerador 36 e o sistema inversor 50.

[00021] A unidade de controle de tração e de veículo 32 do veículo 10 está em comunicação com o sistema inversor 50 e a ECU 28. A unidade de controle 32 é operativa para controlar o estado do veículo 10, controlar e se comunicar com dispositivos de um interface de operador 46, e emitir comandos para a ECU 28 para controlar o motor 39 e para o sistema inversor 50 para controlar o motor 34 e o gerador 36. A unidade de controle 32, que inclui um processador e software/firmware armazenados na memória acessível pelo processador, inclui lógica de controle de veículo 33 operativa para receber entrada de usuário e parâmetros de veículo monitorados para controlar vários componentes e funcionalidades do veículo 10 (por exemplo, transmissão 42, controle de tração, controle de motor, etc.) e para comunicar sinais de controle e realimentação com o sistema inversor 50. Uma unidade de controle de tração e/ou unidade de controle de transmissão podem altemativamente ser separadas a partir de, e em comunicação com, a unidade de controle de veículo 32. Outras configurações apropriadas da unidade de controle 32 podem ser providas.

[00022] A unidade de controle 32 é ainda operativa para emitir comandos de máquina elétrica para o sistema inversor 50, e o sistema inversor 50 controla o motor 34 e o gerador 36 com base nos comandos recebidos. Em uma modalidade, o sistema inversor 50 provê parâmetros de veículo, tais como realimentação de velocidade de motor e gerador, para a unidade de controle 32. Em uma modalidade, a transmissão 42 pode incluir um sensor de velocidade que provê realimentação de velocidade de transmissão para a unidade de controle 32. Em uma modalidade, a unidade de controle 32 usa controles de enlace fechado para prover comandos de máquina elétrica para o sistema inversor 50 com base nos parâmetros de veículo recebidos (por exemplo, a velocidade do motor, a velocidade de gerador, velocidade de transmissão, etc.).

[00023] Na modalidade ilustrada, o veículo 10 inclui ainda uma interface de operador 46 que provê um operador com entradas, realimentação, e controles para o veículo 10. Por exemplo, a interface de operador 46 é provida na estação de operador 22 (ver a Figura 1) e pode incluir um dispositivo de direção, um freio, um acelerador, um conversor de transmissão, e outros dispositivos de entrada de operador. Na modalidade ilustrada, um ou mais dispositivos da interface de operador 46 são em comunicação com a unidade de controle 32. Em uma modalidade, a unidade de controle 32 pode receber entradas de operador provenientes da interface de operador 46 e prover controles e comandos para o controlador apropriado 28, 50 com base nas entradas de operador recebidas. A interface de operador 46 ilustrativamente inclui uma exibição 48 que exibe vários parâmetros do veículo, tais como velocidade do veículo, a velocidade do solo, dados de engrenagens de transmissão, dados de temperatura, dados de falha, e outros parâmetros providos com a unidade de controle 32. Em uma modalidade, a exibição 48 também provê informação de diagnóstico recebida do sistema inversor 50, da ECU 28, e/ou da unidade de controle 32. Em uma modalidade, a unidade de controle 32 emite comandos de controle de motor e de gerador para o sistema inversor 50 e emite comandos de velocidade de motor para a ECU 28 sobre comunicação de rede de área de controlador (CAN). Outros protocolos de comunicação apropriados podem ser providos.

[00024] Com referência à Figura 3, o motor 39, o gerador 36, e o sistema inversor 50 provêm um sistema de geração de energia 80 para o veículo 10. Na modalidade ilustrada, o sistema inversor 50 inclui componentes eletrônicos de energia 52 controlados pelo processador 60 para encaminhar energia elétrica trifásica proveniente do gerador 36 para o barramento de CC 54. Em uma modalidade, um banco de capacitores 56 é acoplado ao barramento de CC 54 para estabelecer potencial no barramento de CC 54. O banco de capacitores 56, o qual inclui um ou mais capacitores, serve ainda como uma memória intermediária de energia para estabilizar o barramento de CC 54 em um predeterminado nível de voltagem. O processador 60 pode controlar o barramento de CC 54 para qualquer apropriado nível de voltagem de CC com base nos componentes eletrônicos de energia 52 e na ativação e desativação de cargas. Os componentes eletrônicos de energia 52 servem como um conversor de energia (por exemplo, retificador) para converter a energia de CA provida com o gerador 36 para energia de CC colocada no barramento de CC 54. O sistema inversor 50 inclui ainda componentes eletrônicos de energia 70 controlados pelo processador 60 para direcionar a energia no barramento de CC 54 para o motor 34 e/ou para outras cargas com base em controles provenientes do processador 60. Na modalidade ilustrativa, os componentes eletrônicos de energia 52 recebem energia de CA proveniente do gerador 36 sobre linhas trifásicas de energia 66 e direcionam energia de CC retificada para os capacitores 56, As linhas de energia 66 ilustrativamente incluem uma primeira linha de fase A, uma segunda linha de fase B, e uma terceira linha de fase C. Similarmente, os componentes eletrônicos de energia 70 são operativos para inverter A energia de CC no barramento de CC 54 e encaminhar a energia invertida para o motor 34 sobre linhas trifásicas de energia 68, tais como cabos elétricos ou outros condutores apropriados. As linhas de energia 68 ilustrativamente incluem uma primeira linha de fase X, uma segunda linha de fase Y, e uma terceira linha de fase Z. Outros acionadores apropriados podem ser usados para encaminhar energia para as, e a partir das, máquinas elétricas 34, 36.

[00025] O sistema inversor 50 inclui ainda um interruptor de frenagem 41 ou outro dispositivo de comutação apropriado que é controlado pelo processador 60 para encaminhar seletivamente energia a partir do barramento de CC 54 e/ou motor 34 para o(s) resistor(es) de freio 40. Em uma modalidade, o interruptor de frenagem 41 é controlado para extrair corrente ou sangrar energia a partir do barramento de CC 54 para o resistor de freio 74, como descrito aqui. O interruptor de frenagem 41 pode ser separado a partir dos, ou integrados com os, componentes eletrônicos de energia 70. Em uma modalidade, o sistema inversor 50 encaminha energia em excesso gerada a partir do motor 34 para o resistor de freio 40 com o motor 34 reduzindo a velocidade. O resistor de freio 40 absorve e dissipa a energia recebida em forma de calor.

[00026] Em uma modalidade, a unidade de controle 32 da Figura 2 provê controla e outros parâmetros para o sistema inversor 50 para controlar componentes eletrônicos de energia 52, 70. Na modalidade ilustrada, um sensor de voltagem 64 é acoplado ao banco de capacitores 56 e/ou ao barramento de CC 54 para prover um sinal representativo da voltagem medida no barramento de CC 54 para o processador 60. Em uma modalidade, os componentes eletrônicos de energia 52, 70 incluem uma pluralidade de semicondutores de energia, tais como transistores bipolares de porta isolada (IGBT's) ou dispositivos de MOSFET, por exemplo, controlados pelo processador 60 e configurados para controlar o fluxo de corrente provido com o gerador 36 para o barramento de CC 54 e a partir do barramento de CC 54 para o motor 34 e resistor de freio 40.

[00027] Em uma modalidade, cada fase das linhas de energia 66, 68 inclui um sensor de corrente 5 8 para medir a corrente através das respectivas fases das linhas de energia 66, 68. Em particular, um sensor de corrente 58a é acoplado à primeira linha de fase A, um sensor de corrente 58b é acoplado à segunda linha de fase B, e um sensor de corrente 58c é acoplado à terceira linha de fase C. Similarmente, um sensor de corrente 58x é acoplado uma primeira linha de fase X, um sensor de corrente 58y é acoplado à segunda linha de fase Y, e um sensor de corrente 58z é acoplado à terceira linha de fase Z. Em uma modalidade, sensores de corrente 58 provêm sinais de realimentação para o processador 60, indicativos da corrente medida através da respectiva linha de energia 66, 68. Um sensor de corrente de exemplo 58 é um transdutor de corrente de efeito Hall de enlace aberto.

[00028] A lógica de gestão de falha 62 do sistema inversor 50 da Figura 3 é operativa para detectar e analisar falhas associados com o sistema inversor 50, o gerador 36, e motor 34. Na modalidade ilustrada, a lógica de gestão de falha 62 é operativa para detectar um condição de curto-circuito entre fases da saída trifásica proveniente do gerador 36 com base em um nível de energia monitorado do barramento de CC 54. A lógica de gestão de falha 62 é ainda operativa para monitorar para uma condição de sobrecorrente na saída trifásica a partir do gerador 36.

[00029] Com referência à Figura 4, um fluxograma 100 de um método de exemplo realizado pela lógica de gestão de falha 62 do sistema inversor 50 é ilustrado para detectar e analisar uma falha associado com o sistema de geração de energia 80. Referência é feita às Figuras 1-3 por toda a descrição da Figura 4. No bloco 102, durante a operação do motor 39, a lógica de gestão de falha 62 detecta uma falha com o sistema inversor 50 e/ou o gerador 36. Em uma modalidade, a falha detectado é uma condição de sobrecorrente a partir da saída do gerador 36, embora outros falhas apropriados possam ser detectados. Em particular, a lógica de gestão de falha 62 monitora o nível de corrente em cada linha de energia 66 e determina uma condição de sobrecorrente quando o nível de corrente monitorado excede um nível de corrente limite armazenado na memória. Na detecção da falha no bloco 102, a lógica de gestão de falha 62 faz com que motor 39 opere em uma velocidade de marcha lenta. Por exemplo, a lógica de gestão de falha 62 emite um sinal de comando para a unidade de controle 32 instruindo que uma condição de sobrecorrente ou outra falha foi detectado, e a unidade de controle 32 instrui a ECU 28 para operar o motor 39 na velocidade de marcha lenta ou em outra velocidade baixa apropriada do motor. Uma velocidade de marcha lenta do motor, de exemplo, é 900 revoluções por minuto (RPM), embora outras velocidades de marcha lenta apropriadas possam ser implementadas. Como tal, tanto o motor 39 quanto o gerador 36 estão funcionando em velocidade de marcha lenta na detecção da falha. Em adição, a lógica de gestão de falha 62 desativa o controle do gerador 36 no bloco 106 na detecção da falha.

[00030] Em uma modalidade, a desabilitação do controle do gerador 36 no bloco 106 envolve a abertura de todos os semicondutores de energia de gerador (por exemplo, IGBTs). Em uma modalidade, a carga de motor é desabilitada a partir do sistema inversor 50 no bloco 106. Em outra modalidade, a carga de motor não é desabilitada e o motor 34 está funcionando a reduzida potência com um barramento de CC não controlada 54. Em uma modalidade, na detecção de uma falha assimétrico no bloco 102, em que um par de díodos/IGBT é colocado em curto, um conjunto de IGBTs é desligado e outro conjunto de IGBTs é ligado (dependendo de qual IGBT é detectado como colocado em curto) para limitar a corrente de falha.

[00031] A lógica de gestão de falha 62 monitora um nível de energia, ilustrativamente o nível de voltagem (isto é, energia potencial), no barramento de CC 54 com o sensor de voltagem 64. No motor 39 sendo operado em baixa velocidade de marcha lenta, a lógica de gestão de falha 62 sangra para baixo a voltagem no barramento de CC 54, como representado no bloco 108. Na modalidade ilustrada, a lógica de gestão de falha 62 sangra para baixo a voltagem no barramento de CC por ativação do interruptor de frenagem 41, permitindo assim que a energia no barramento de CC 54 se dissipe para o resistor de freio 40. A voltagem do barramento de CC pode ser sangrada para baixo usando outro método ou dispositivo apropriado. Em uma modalidade, o interruptor de frenagem 41 é ligado no bloco 108 por uma duração predeterminada, tal como um minuto, por exemplo, ou outra duração apropriada, para permitir que a voltagem do barramento de CC se estabilize ou se reduza para um nível desejado. Altemativamente, a lógica de gestão de falha 62 monitora o nível de voltagem no barramento de CC 54 no bloco 108 depois da ativação do interruptor de frenagem 41, e a lógica de gestão de falha 62 desativa o interruptor de frenagem 41, uma vez quando voltagem monitorada do barramento de CC se estabilizou e/ou retomou para abaixo de um limite de nível de voltagem.

[00032] No bloco 110, depois de a predeterminada duração ter passado e/ou de o interruptor de frenagem 41 ter sido desligado, a lógica de gestão de falha 62 determina se as cargas do gerador estão todas desabilitadas, incluindo o motor 34 e o interruptor de frenagem 41, por exemplo. Em particular, a lógica de gestão de falha 62 verifica que a corrente para o resistor de freio 40 está perto de, ou aproximadamente em zero Amps (A), e que o controle de motor está desabilitado. Se as cargas não estão desabilitadas, o método retoma para o bloco 106 para desabilitar os controles de gerador. Se as cargas estão desabilitadas no bloco 110, a lógica de gestão de falha 62 continua a monitorar o nível de voltagem no barramento de CC 54 com o sensor de voltagem 64 e a velocidade do gerador 36 com um sensor de velocidade 65 (Figura 3). O sensor de velocidade 65 pode incluir qualquer sensor apropriado, operativo para detectar a velocidade rotacional do gerador 36 ou do motor 39. Com base na velocidade do gerador 36, a lógica de gestão de falha 62 calcula um nível de voltagem esperado no barramento de CC 54 com todas as cargas (por exemplo, o motor 34, resistor de freio 40, etc.) desabilitadas. Em uma modalidade, o nível de voltagem esperado no barramento de CC 54 é calculado ainda com base em uma temperatura esperada ou estimada dos ímãs permanentes de gerador e na conhecida geometria do gerador 36. Em uma modalidade, a temperatura é estimada ou calculada usando um observador eletromagnético. Em um exemplo, um nível de voltagem esperado no barramento de CC 54 para uma velocidade de marcha lenta de gerador de 900 RPM em uma particular temperatura de ímãs de gerador é cerca de 150 VCC. Outros apropriados níveis de voltagem esperados podem ser calculados com base na configuração do sistema e na velocidade de gerador e temperatura. Em uma modalidade, a lógica de gestão de falha 62 ajusta o nível de voltagem esperado com base na alteração detectada na velocidade de gerador.

[00033] Com base no nível de voltagem esperado no barramento de CC, a lógica de gestão de falha 62 determina um limite de nível de voltagem para uso no bloco de comparação 114 da Figura 4. Por exemplo, o limite de nível de voltagem do bloco 114 pode ser calculado por adição de uma decalagem de voltagem ao nível de voltagem esperado do barramento de CC. Em um exemplo, um limite de voltagem de 220 V é selecionad com base na voltagem esperada calculada do barramento de CC de 150 V, embora outros limites de voltagem apropriados possam pode ser selecionados com base na configuração do sistema.

[00034] Em uma modalidade, a lógica de gestão de falha 62 calcula a voltagem esperada do barramento de CC e o limite de voltagem no bloco 112 com base em fórmulas armazenadas na memória do processador 60. Em outras modalidades, uma tabela de verificação é armazenada na memória do sistema inversor 50 contendo a voltagem esperada dos barramentos de CC que correspondem às combinações da velocidade de gerador, temperaturas de ímãs, e a geometria de gerador. Similarmente, a tabela de verificação pode conter limites de voltagem de barramento de CC que correspondem à voltagem esperada dos barramentos de CC. Como tal, a lógica de gestão de falha 62 pode verificar e recuperar o limite de voltagem de barramento de CC e/ou o nível de voltagem esperado do barramento de CC no bloco 112. Em outras modalidades, o limite de voltagem do barramento de CC do bloco 114 é predeterminado e armazenado na memória do sistema inversor 50.

[00035] No bloco 114, com o limite de voltagem calculado, a lógica de gestão de falha 62 compara a voltagem monitorada do barramento de CC (determinada com o sensor de voltagem 64) e o limite de voltagem calculado. Se a voltagem monitorada do barramento de CC não excede o limite de voltagem no bloco 114, a lógica de gestão de falha 62 decrementa um contador de falha no bloco 116 (ou mantém o contador de falha em zero) e retoma para o bloco 110 para continuar a monitorar a voltagem do barramento de CC. Se a voltagem monitorada do barramento de CC excede o limite de voltagem no bloco 114, a lógica de gestão de falha 62 incrementa o contador de falha no bloco 118 e compara o contador de falha com um limite de contador no bloco 120. Se o contador de falha excede o limite de contador no bloco 120, a lógica de gestão de falha 62 determina no bloco 124 que uma falha bifásica, isto é, um curto-circuito entre fases da saída de gerador trifásica, existe no sistema. A lógica de gestão de falha 62 emite então um sinal de notificação para a unidade de controle 32 para notificar a unidade de controle 32 que a falha de curto bifásico foi detectado. Em resposta ao sinal de notificação de falha, a unidade de controle 32 instrui a ECU 28 para desligar o motor 39. Na modalidade ilustrada, a unidade de controle 32 primeiro provê um aviso para o operador que motor 39 será desligado, e a unidade de controle 32 desliga o motor 39 depois de um retardo apropriado em seguida ao aviso para o operador. Como tal, a rotação do gerador 36 é parada para reduzir a probabilidade de alimentar energia para dentro da área com falha do sistema.

[00036] Na modalidade ilustrada, o limite de contador de falha do bloco 120 é programado para prover um retardo apropriado depois da primeira detecção que a voltagem do barramento de CC excede o limite de voltagem calculado no bloco 114. Por exemplo, uma contagem de limite de cinco requer que a lógica de gestão de falha 62 detecte a voltagem do barramento de CC excedendo o limite de voltagem para pelo menos cinco iterações do enlace de controle. Como tal, a probabilidade de uma análise falsa pela lógica de gestão de falha 62 é reduzida. Por exemplo, a lógica de gestão de falha 62 é menos provável que determine se uma falha existe devido a uma leitura de voltagem momentaneamente alta ou falsa no barramento de CC 54.

[00037] Embora o nível de voltagem no barramento de CC 54 seja monitorada e comprada com um limite na modalidade ilustrativa, outras medidas apropriadas de energia no barramento de CC 54 podem ser usadas para implementar o método descrito aqui. Em uma modalidade, o nível de corrente ou outro nível de energia pode ser monitorado e comparado com um limite.

[00038] Em uma modalidade, a unidade de controle 32 emite um sinal de aviso de falha (por exemplo, audível ou visual) para a interface de operador 46 para notificar o operador da falha de curto-circuito bifásico. O sinal de aviso pode avisar o operador que motor 39 será desligado. Altemativamente, o sinal de aviso pode recomendar que o operador desligue manualmente o motor 39. Em uma modalidade, a unidade de controle 32 requer que o operador inicie manualmente o desligamento do motor 39 depois da emissão do sinal de aviso de falha. Em uma modalidade, a unidade de controle 32 inicia automaticamente o desligamento do motor 39 em seguida a um predeterminado retardo depois do recebimento do sinal de notificação de falha a partir da lógica de gestão de falha 62. Um retardo de desligamento de exemplo é um até cinco minutos, embora qualquer retardo apropriado possa ser implementado.

[00039] Em uma modalidade, a lógica de gestão de falha 62 dá saída para o método de análise de falha da Figura 4 e retoma para operação normal quando os controles de gerador são habilitados (por exemplo, quando o motor 34 é habilitado) ou quando a velocidade de motor se desvia de uma quantia especificada a partir da velocidade de marcha lenta do motor. Por exemplo, a lógica de gestão de falha 62 pode dar saída ao método de análise de falha da Figura 4 quando a velocidade de motor se desvia a partir da velocidade de marcha lenta do motor por ±10% ou por outra percentagem apropriada. Ao sair do modo de análise de falha, o contador de falha dos blocos 116, 118 é estabelecido de volta para zero.

[00040] Na modalidade ilustrada, descrita com relação à Figura 4, a lógica de gestão de falha 62 entra em um modo de análise de falha ao detectar uma condição de falha, tal como uma condição de sobrecorrente ou outra falha, no bloco 102, para determinar a causa da condição de falha. Em uma modalidade de exemplo, descrita aqui, a lógica de gestão de falha 62 determina se um curto-circuito existe entre fases da saída de gerador trifásica na detecção de uma falha de sobrecorrente. Em particular, a lógica de gestão de falha 62 detecta um curto circuito bifásico com base em uma voltagem elevada do barramento de CC. A voltagem elevada do barramento de CC pode ser devida a, por exemplo, fortalecimento de fluxo dos ímãs do gerador resultando a partir da corrente de falha e relações de fase de voltagem. Como tal, a lógica de gestão de falha 62 é operativa para iniciar o desligamento do motor 39 na determinação de que a falha de sobrecorrente é devido a um curto circuito bifásico. Todavia, outras causas apropriadas da falha por sobrecorrente podem ser monitoradas e analisadas pela lógica de gestão de falha 62. Por exemplo, a lógica de gestão de falha 62 pode detectar sensores que falharam (por exemplo, sensores de corrente 58, o sensor de voltagem 64, etc.), cabos danificados 66, 68, um curto-circuito ou outra interrupção de circuito em outras áreas do sistema inversor 50, ou outras falhas apropriadas. [00041 ] Em uma modalidade, a lógica de gestão de falha 62 monitora a voltagem do barramento de CC durante outras condições do sistema de geração de energia 80 em adição à condição de sobrecorrente ou outra condição de falha. Por exemplo, a lógica de gestão de falha 62 pode monitorar o curto-circuito bifásico toda as vezes em que o motor 39 está em marcha lenta e as cargas do gerador são desabilitadas ou em outras condições de operação apropriadas.

[00042] Embora a lógica de gestão de falha 62 seja descrita aqui como sendo provida no sistema inversor 50, a lógica de gestão de falha 62 pode altemativamente ser posicionada na unidade de controle de veículo 32 ou copartilhada entre o sistema inversor 50 e unidade de controle de veículo 32. Outras configurações apropriadas da lógica de gestão de falha 62 podem ser providas.

[00043] Em outra modalidade, a lógica de gestão de falha 62 detecta uma falha bifásica da saída de gerador trifásico por monitorar uma falha de terra. Nesta modalidade, o sistema de voltagem do veículo 10 (por exemplo, provido com o sistema inversor 50) é flutuante, isto é, não aterrado à armação ou chassi 12. A lógica de gestão de falha 62 monitora a resistência entre o sistema de voltagem e o chassi 12. Se a resistência está abaixo de um predeterminado limite de resistência, a lógica de gestão de falha 62 determina que uma falha existe. Uma falha de exemplo, detectado com este método, é as fases de saída do gerador serem ligadas à terra. A lógica de gestão de falha 62 pode implementar um retardo depois de detectar inicialmente a baixa resistência antes de determinar se a falha existe.

[00044] Embora esta invenção tenha sido descrita como tendo projetos preferidos, a presente invenção pode ser ainda modificadas dentro do espírito e escopo desta descrição. Este pedido pretende, por conseguinte, cobrir quaisquer variações, usos, ou adaptações da invenção usando seus princípios gerais. Ainda, este pedido é destinado a cobrir tais fugas a partir da presente descrição quando caem dentro da prática conhecida ou costumeira na arte à qual este descrição pertence, e que caem dentro dos limites das reivindicações anexas.

REIVINDICAÇÕES

Claims (13)

1. Veículo elétrico, caracterizado pelo fato de que inclui: um chassi; um mecanismo de engate no solo configurado para suportar o chassi; um motor; um gerador acionado pelo motor, o gerador sendo configurado para gerar energia elétrica e para prover a energia elétrica em uma saída multifásica; um barramento de CC configurado para receber energia elétrica provida a partir do gerador; um sensor configurado para detectar um nível de energia no barramento de CC; e um controlador configurado para controlar o encaminhamento de energia elétrica a partir da saída multifásica para o barramento de CC e para monitorar o nível de energia no barramento de CC com base no sensor, o controlador incluindo a lógica de gestão de falha operativa para determinar a presença de uma falha entre fases da saída multifásica com base em uma comparação do nível de energia no barramento de CC com um nível limite de energia.

2. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a falha inclui um curto-circuito entre fases da saída multifásica.

3. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor é configurado para detectar um nível de voltagem representativo do nível de energia, e a lógica de gestão de falha determina a presença de uma falha entre fases da saída multifásica com base em uma comparação do nível de voltagem no barramento de CC com um nível limite de voltagem.

4. Veículo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a lógica de gestão de falha determina a presença da falha quando o nível de voltagem excede o limite de nível de voltagem por uma duração predeterminada.

5. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a lógica de gestão de falha emite um comando para desligar o motor quando o nível de energia no barramento de CC excede o nível de energia limite.

6. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui um sensor de corrente configurado para detectar um nível de corrente da saída multifásica, a lógica de gestão de falha sendo operativa ainda para detectar uma condição de sobrecorrente com base no sensor de corrente antes da determinação da presença da falha.

7. Veículo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que na detecção da condição de sobrecorrente, a lógica de gestão de falha é operativa para estabilizar a voltagem do barramento de CC, e em que a lógica de gestão de falha determina a presença da falha em seguida à estabilização da voltagem do barramento de CC.

8. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a lógica de gestão de falha é operativa para calcular o nível de energia limite com base em pelo menos uma dentre a velocidade do gerador e a temperatura do gerador.

9. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui um motor elétrico operativo para acionar o mecanismo de engate no solo, o controlador seletivamente encaminhando energia elétrica a partir do barramento de CC para o motor elétrico para acionar o motor.

10. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor é fixamente acoplado ao gerador de forma que a rotação do eixo de saída de motor causa a correspondente rotação do gerador.

11. Veículo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a saída multifásica inclui condutores de energia trifásicos encaminhados a partir do gerador para o controlador.

12. Método de detecção de falha para um veículo tendo um gerador acionado por motor, caracterizado pelo fato de que inclui: prover um veículo tendo um chassi, um motor, um gerador acionado pelo motor, e um barramento de CC, o gerador sendo configurado para prover energia elétrica em uma saída multifásica; encaminhar energia elétrica a partir da saída multifásica para o barramento de CC; monitorar um nível de energia do barramento de CC; e determinar a presença de uma falha entre fases da saída multifásica com base no nível de energia do barramento de CC.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a monitoração do nível de energia inclui monitorar o nível de voltagem no barramento de CC, e a determinação é com base em uma comparação do nível de voltagem no barramento de CC com um nível limite de voltagem.