CN102095995B - 监测电池与发电机之间的电连接的健康状态的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及监测电池与发电机之间的电连接的健康状态的方法和装置。具体地，一种用于监测发电机和电池之间连接的健康状态的系统和方法，包括检测发电机和电池之间的功率中断，每次检测到中断时使计数器递增，基于计数器中的递增数量生成中断数量在一段时间上的趋势，监测中断数量在一段时间上的增加率并确定中断数量在一段时间上的增加率是否大于预定阈值。

Description

监测电池与发电机之间的电连接的健康状态的方法和装置
技术领域
本发明基本上涉及用于监测电连接的健康(health)状态，更确切的是，涉及检测和预测交流发电机和电池之间的电互连问题。
背景技术
在汽车工业中人们不断地努力通过在车辆中结合故障诊断和预测的零件来提高车辆的质量和可靠性。然而某些情况相对于其他情况更难于进行诊断和预测，特别是问题是间断的时候。例如，由于松脱的连接器和/或由腐蚀导致的异常往往是偶然产生，电池和交流发电机之间的连接是特别难于被有效监测的。
此外，已知的用于监测电池或交流发电机正常连接的技术仅能够检测电池和交流发电机之间完全断开的情形，而不能检测间断的或者失效的连接。而且，这些技术通常使用复杂的信号方案，其需要额外的硬件并且由于车辆控制单元中有限的计算能力而难以在车辆上实施。
因此，所需要的是一种用于监测电池和交流发电机之间连线的健康状态的系统和方法，而不需要向系统增加额外的硬件。
发明内容
一种用于监测发电机和电池之间连接的健康状态的系统和方法，包括检测发电机和电池之间的功率中断，每次检测到中断时使计数器递增，基于计数器中的递增数量生成中断数量在一段时间上的趋势，监测中断数量在一段时间上的增加率并确定中断数量在一段时间上的增加率是否大于预定阈值。
本发明的其他特征根据以下说明及所附权利要求，结合相应的附图将是显而易见的。
本发明还提供了以下方案：
1.一种用于监测发电机和电池之间连接的健康状态的方法，所述方法包括：
检测所述发电机和所述电池之间的功率中断；
每次检测到中断时使计数器递增；
基于所述计数器中的递增数生成中断数在一段时间上的趋势；
监测中断数在一段时间上的增加率；以及
确定是否中断数在一段时间上的增加率大于预定阈值。
2.根据方案1所述的方法，其中所述发电机是交流发电机。
3.根据方案1所述的方法，如果中断数在一段时间上的增加率大于所述预定阈值时发送警告信号。
4.根据方案1所述的方法，其中检测功率中断包括当间断的电连接导致过压条件时，监测发电机和电池的行为。
5.根据方案1所述的方法，其中检测功率中断包括当间断的电连接导致在发电机输出端出现过压条件时，监测在发电机处的电压占空比和在电池处的电压。
6.根据方案5所述的方法，其中检测功率中断还包括确定是否所述占空比低于预定占空比阈值。
7.根据方案6所述的方法，其中如果所述占空比低于预定占空比阈值，检测功率中断还包括确定是否在给定的时间段内的电池电压的下降大于第一预定电压阈值。
8.根据方案7所述的方法，其中如果在给定的时间段内的电池电压的下降大于所述第一预定电压阈值，检测功率中断还包括确定是否电池电压下降的时间段超过了第一预定时间阈值。
9.根据方案1所述的方法，其中检测功率中断包括当间断的电连接没有导致在发电机输出端发生过压条件时，监测在发电机处的电压和在电池处的电压。
10.根据方案9所述的方法，其中检测功率中断包括计算在发电机处的电压和在电池处的电压之间的差，并确定是否在发电机和电池之间的电压差大于第二预定电压阈值。
11.根据方案10所述的方法，其中如果发电机和电池之间的电压大于第二预定电压阈值，检测功率中断还包括确定是否电压差大于第二预定电压阈值的时间段超过第二预定时间阈值。
12.一种系统，包括计算机可读介质，其有形地实施计算机可执行指令以用于：
检测所述发电机和所述电池之间的功率中断；
每次检测到中断时使计数器递增；
基于所述计数器中的递增数生成中断数在一段时间上的趋势；
监测中断数在一段时间上的增加率；
确定是否中断数在一段时间上的增加率大于预定阈值；以及
如果中断数在一段时间上的增加率大于所述预定阈值时发送警告信号。
13.根据方案12所述的系统，其中检测功率中断包括当间断的电连接导致过压条件时，监测发电机和电池的行为。
14.根据方案12所述的系统，其中检测功率中断包括当间断的电连接导致在发电机输出端出现过压条件时，监测在发电机处的电压占空比和在电池处的电压。
15.根据方案14所述的系统，其中检测功率中断还包括确定是否所述占空比低于预定占空比阈值。
16.根据方案15所述的系统，其中如果所述占空比低于预定占空比阈值，检测功率中断还包括确定是否在给定的时间段内的电池电压的下降大于第一预定电压阈值。
17.根据方案16所述的系统，其中如果在给定的时间段内的电池电压的下降大于所述第一预定电压阈值，检测功率中断还包括确定是否电池电压下降的时间段超过了第一预定时间阈值。
18.根据方案12所述的系统，其中检测功率中断包括当间断的电连接没有导致在发电机输出端发生过压条件时，监测在发电机处的电压和在电池处的电压。
19.根据方案18所述的系统，其中检测功率中断包括计算在发电机处的电压和在电池处的电压之间的差，并确定是否在发电机和电池之间的电压差大于第二预定电压阈值。
20.根据方案19所述的系统，其中如果发电机和电池之间的电压大于第二预定电压阈值，检测功率中断还包括确定是否电压差大于第二预定电压阈值的时间段超过第二预定时间阈值。
附图说明
图1根据一个实施例，示出了用于车辆交流发电机的示范性连接图；以及
图2A和2B是根据实施例示出用于监测电池和交流发电机之间连接的健康的示范性算法的流程图。
具体实施方式
本发明实施例的以下讨论是针对用于监测电池和发电机(例如交流发电机)之间连接的健康的系统和方法。上述实施例实质上仅仅是示范性的，并且期望不对本发明及其应用或使用进行限制。
图1描述了用于车辆交流发电机10的示范性连接图。交流发电机10通过电池14连接于汽车载荷12。汽车载荷12可以包括，例如风扇、灯和电子控制单元(ECU)，仅以这些为例。在一个实施例中，交流发电机10通过安装在交流发电机10上的两针控制接口连接器18连接于ECU 16。ECU 16和交流发电机10通过两条控制电线20，22而连接，控制线20，22终止于安装在交流发电机10上的控制接口连接器18。第一条电线20提供信号，该信号设定交流发电机10的输出的参考电压VREF。第二条电线22向ECU 16提供信号，其复制交流发电机10的场电压VFIELD并由ECU 16用于评估载荷12。一般而言，场电压VFIELD是脉宽调制电压，其在发电机输出电压VALT和地之间振荡。
电池14和交流发电机10之间的电线(例如电缆等)24是被根据此处讨论的算法监测的主要连接。电线24在一个端部26终止于交流发电机10，这里交流发电机的输出电压VALT被测量。电线24在另一端部28终止于电池14，这里电池电压VBATT被测量。尽管中断或断开可以发生在沿着电线24的任何位置，电线的端部26，28是电断开，松脱的连接器和/或接触电阻会由于腐蚀而增加的位置。
所述算法在接下来进行详细讨论，该算法被配置为监测电线24的健康状态，当间断的电连接导致交流发电机输出端26上的过压条件时，给出了两种描述系统行为的主要方案。有三个用来实施该算法的测量值，场电压VFIELD，电池电压VBATT和场电压VFIELD占空比。这些测量值中的每一个已经通过现有传感器及硬件被测量。这样，此处揭露的监测系统和方法的实施无需额外的设备。
当连接问题足够严重到触发现有的过压保护方案时执行第一种方案。一旦触发，过压保护会导致场电压VFIELD占空比接近或者变成零并且所测得的电池电压VBATT将会从额定交流发电机输出电压VALT下降(其基本上从大约14伏降)至实际电池电压VBATT(约为12.5伏)。
在第二种方案中，连接问题没有那么严重并因此不用触发任何过压保护方案。而在这种情况下，场电压VFIELD占空比没有接近或变成零，并且场电压VFIELD的峰值(实际交流发电机输出电压VALT)不同于电池电压VBATT。这种方案也适于由腐蚀接触造成的高阻抗连接。
图2A是描述用于监测电池14和交流发电机10之间连接的健康状态的示范性算法30的流程图。开始算法之前，在步骤32检查某些先决条件。在一个实施例中，先决条件包括核实车辆的电子控制模块没有使发动机卸去载荷并且没有已出现的与参考电压VREF端或场电压VFIELD端相关的故障。如果满足了先决条件，算法30同时检测以上讨论的两种方案中的每一种的相关条件。然而，为了解释方便，用于检测两种方案中的每一种的相关条件的方法将被继续讨论。
第一方案中过压保护方案被触发，为了检测第一方案在步骤34收集场电压VFIELD占空比和电池电压VBATT。在步骤36，算法30确定场电压VFIELD占空比是否低于预定阈值，在大多数情况下该预定阈值接近于零。如果场电压VFIELD占空比没有低于阈值，算法回到步骤32的先决条件阶段。如果场电压VFIELD占空比低于阈值，算法30在步骤38和40分别确定电池电压VBATT出现了很大的变化以及该变化持续了多长时间。这样，在步骤38算法30确定是否在时间＝0时的电池电压VBATT减去在时间＝t1时的电池电压VBATT大于第一电压阈值VTHRESHOLDa。如果电池电压VBATT在指定时间段内(即t＝0到t＝t1)的差值不大于VTHRESHOLDa，算法回到步骤32的先决条件阶段。如果电池电压VBATT的差值大于VTHRESHOLDa，算法30在步骤40确定是否电池电压VBATT差值的时间段超过了预定的时间间隔TINT。如果电池电压VBATT的差值超过VTHRESHOLDa并持续的时间长于时间间隔TINT，那么交流发电机10已经与电池14完全断开。否则，如果电池电压VBATT的差值超过VTHRESHOLDa但持续的时间没有长于时间间隔TINT，该问题是间断的并且算法将从检测阶段进行到评估阶段，接下来将会详细说明。
第二方案中问题没有严重到触发过压保护方案，为了检测第二方案算法30在步骤42收集场电压VFIELD和电池电压VBATT。在步骤44，从场电压VFIELD中减去电池电压VBATT来确定电压中断VINT。在步骤46，算法30确定是否在时间t电压中断VINT大于第二电压阈值VTHRESHOLDb。如果否，算法回到步骤32的先决条件阶段。如果是，算法30在步骤48确定电压中断VINT大于第二电压阈值VTHRESHOLDb的时间长度是否超过预定的时间间隔TINT。如果时间间隔TINT被超过，那么交流发电机10已经与电池14完全断开。然而，电压中断VINT大于第二电压阈值VTHRESHOLDb的时间长度没有超过时间间隔TINT，那么该问题是间断的并且算法将从检测阶段进行到评估阶段，接下来将会详细说明。
图2B是描述了算法30的评估阶段的流程图。评估阶段从步骤50开始，此处间断测量计数器N在步骤40和48中至少一种负条件时递增。换句话说，如果步骤40或48中的一种或两种没有满足条件时，计数器N递增1。
接下来，在步骤52，中断数量和这些中断的增加率(dN/dt)被监测并且生成累积在计数器N中的中断数量在一段时间上的趋势。在步骤54，算法30确定是否中断的增加率大于预定阈值。如果否，那么间断中断率还没有被认为足够大到发出警告信号并且算法回到步骤32的先决条件阶段。然而，如果间断事件率超过了预定阈值，那么在交流发电机10和电池14之间可能发生了严重的连接问题并发出警告信号。该警告信号可以通过车载灵活计算系统(例如OnStarTM)发送至车辆驾驶员或经销商。
此处描述的系统可以在一个或多个适合的计算装置上实施，该装置基本上包括各种应用程序，可以是软件应用程序并有形地实施在计算装置内计算机可读介质上的一组计算机可执行指令。该计算装置可以是多种计算装置中的任意一种，例如个人电脑、处理器、手持计算装置，等。
每种计算装置基本上包括可由以上列出的一种或多种装置所执行的指令。计算机执行指令可以从计算机程序被编译或解释，计算机程序通过使用各种编程语言和/或技术而完成，包括但不限于以下一种或组合：Java TM，C，C++，Visual Basic，Java Script，Perl等。总的来说，处理器(例如微处理器)接收到指令，例如来自于存储器(一种计算机可读介质)等并执行这些指令，因此执行一个或多个过程，包括此处描述的一个或多个过程。这种指令和其他数据可以通过多种已知的计算机可读介质被存储和传输。
一种计算机可读介质包括任意能够提供数据(例如指令)的介质，数据可以被计算装置(例如计算机)读取。这样一种介质可以采用多种形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质、和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，以及其他永久内存。易失性介质包括动态随机存取存储器(DRAM)，其典型地构成主存储器。普通形式的计算机可读介质包括计算机能够读取的任意介质。
可以理解的是以上说明其目的在于作例证的而不是作限定的。对于本领域的技术人员来说，在阅读了以上说明之后能够了解除了这里提供的例子之外的多种可选实现方式或应用。本发明保护范围的确定，不参照以上的说明，而应该参照所附的权利要求以及与所要求保护的权利要求相等的全部范围。所期望和预期的是在此讨论的基础上在本领域产生更多的开发，并且所揭露的系统和方法将于进一步开发的例子相结合。总之，应该理解的是本发明能够被修改和变化并不仅限于之后的权利要求。
目前的实施例已经被特别的示出和说明，其仅仅是最佳方式的说明。可以理解的是对于本领域技术人员，这里描述的实施例可以在权利要求的实践过程中选用各种可选的方式而不偏离本发明的精神和范围，这些权利要求及其等同物内的方法和系统由此被覆盖。该说明应被理解为包括所有新颖的和非显而易见的此处所述元件的组合，并且权利要求可存在于对于这些元件的任意新颖的和非显而易见的组合的本申请或以后申请中。而且，前面的实施例是说明性的，且没有单一特征或元件对于在本申请或以后申请中要求保护的所有可能组合是必不可少的。
权利要求中使用的所有术语被期望包含其最广泛合理的解释，并被本领域技术人员理解为它们的常规含义，除非此处明确指出。特别地，单数冠词例如“一个”，“该”，“所述”等应该被解读为重复之前指代过的一个或多个元件，除非权利要求指出是明确限制的。

Claims (20)

1.一种用于监测发电机和电池之间连接的健康状态的方法，所述方法包括：
检测所述发电机和所述电池之间的功率中断；
每次检测到功率中断时使计数器递增；
基于所述计数器中的递增数生成功率中断数在一段时间上的趋势；
监测功率中断数在一段时间上的增加率；以及
确定是否功率中断数在一段时间上的增加率大于预定阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述发电机是交流发电机。
3.根据权利要求1所述的方法，如果功率中断数在一段时间上的增加率大于所述预定阈值时发送警告信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其中检测功率中断包括当间断的电连接导致过电压条件时，监测发电机和电池的行为。
5.根据权利要求1所述的方法，其中检测功率中断包括当间断的电连接导致在发电机输出端出现过电压条件时，监测在发电机处的电压占空比和在电池处的电压。
6.根据权利要求5所述的方法，其中检测功率中断还包括确定是否所述占空比低于预定占空比阈值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中如果所述占空比低于预定占空比阈值，检测功率中断还包括确定是否在给定的时间段内的电池电压的下降大于第一预定电压阈值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中如果在给定的时间段内的电池电压的下降大于所述第一预定电压阈值，检测功率中断还包括确定是否电池电压下降的时间段超过了第一预定时间阈值。
9.根据权利要求1所述的方法，其中检测功率中断包括当间断的电连接没有导致在发电机输出端发生过电压条件时，监测在发电机处的电压和在电池处的电压。
10.根据权利要求9所述的方法，其中检测功率中断包括计算在发电机处的电压和在电池处的电压之间的差，并确定是否在发电机和电池之间的电压差大于第二预定电压阈值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中如果发电机和电池之间的电压大于第二预定电压阈值，检测功率中断还包括确定是否电压差大于第二预定电压阈值的时间段超过第二预定时间阈值。
12.一种用于监测发电机和电池之间连接的健康状态的系统，包括：
检测模块，其检测所述发电机和所述电池之间的功率中断；
计数模块，其在每次检测到功率中断时使计数器递增；
趋势模块，其基于所述计数器中的递增数生成功率中断数在一段时间上的趋势；
增加率计算模块，其监测功率中断数在一段时间上的增加率；
判断模块，其确定是否功率中断数在一段时间上的增加率大于预定阈值；以及
警告模块，其在如果功率中断数在一段时间上的增加率大于所述预定阈值时发送警告信号。
13.根据权利要求12所述的系统，其中检测模块包括当间断的电连接导致过电压条件时，监测发电机和电池的行为的子模块。
14.根据权利要求12所述的系统，其中检测模块包括当间断的电连接导致在发电机输出端出现过电压条件时，监测在发电机处的电压占空比和在电池处的电压的子模块。
15.根据权利要求14所述的系统，其中检测模块还包括确定是否所述占空比低于预定占空比阈值的子模块。
16.根据权利要求15所述的系统，其中检测模块还包括如果所述占空比低于预定占空比阈值，确定是否在给定的时间段内的电池电压的下降大于第一预定电压阈值的子模块。
17.根据权利要求16所述的系统，其中检测模块还包括如果在给定的时间段内的电池电压的下降大于所述第一预定电压阈值，确定是否电池电压下降的时间段超过了第一预定时间阈值的子模块。
18.根据权利要求12所述的系统，其中检测模块包括当间断的电连接没有导致在发电机输出端发生过电压条件时，监测在发电机处的电压和在电池处的电压的子模块。
19.根据权利要求18所述的系统，其中检测模块包括计算在发电机处的电压和在电池处的电压之间的差，并确定是否在发电机和电池之间的电压差大于第二预定电压阈值的子模块。
20.根据权利要求19所述的系统，其中检测模块还包括如果发电机和电池之间的电压大于第二预定电压阈值，确定是否电压差大于第二预定电压阈值的时间段超过第二预定时间阈值的子模块。
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