CN102844670B - 用于机动车的高压系统和用于诊断机动车高压系统的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于机动车（26）的高压系统（1），包括经导线（3）给至少一负载（4）——尤其是变换器（5）——供电的高压电池（2），其中设有至少一开关装置（8，9，11）用以断开高压供电，所述高压系统还包括与所述负载（4）并联的电容（7）和用于给所述电容（7）放电的放电电路（12），所述放电电路具有放电电阻（13）和用于闭合该放电回路的放电开关装置（14），其中，设有包括测量装置（16）和控制装置（15）的诊断装置，所述测量装置用于测量对——尤其在放电过程（17）期间——电容（7）上的电压历程进行描述的电压变化过程，所述控制装置用于在高压系统（1）的功能故障方面分析评价该电压变化过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的高压系统，包括经导线给至少一负载——尤其是变换器——供电的高压电池，其中设有至少一开关装置用以断开高压供电，所述高压系统还包括与所述负载并联的电容和用于给所述电容放电的放电电路，所述放电电路具有放电电阻和用于闭合该放电回路的放电开关装置，本发明还涉及一种用于诊断这样的高压系统的方法。
背景技术
尤其在混合动力车辆或电动车辆中目前通常也使用高压电池。这种高压电池可以使用大于60V、例如直到300V的电压。例如已知具有电机的机动车，在其中高压电池的直流电流首先通过变换器/逆变器、尤其脉冲变换器（Pulswechselrichter）转换成交流电压，该交流电压用于运行机动车中的相应高压系统，其中原则上当然也可以设有其它负载。在此一般使用并联于负载、尤其是并联于变换器的电容（所谓的中间回路电容）。这种电容在接通高压电源时被充电，为此一般在高压电池中使用至少一开关装置。
对于这种大于60V的电压原则上要注意安全因素，因为它们在接触时可能引起危险的身体电流。此外对于这种电压也考虑在接触保护方面专门的保护步骤。因此已知装置用以使电容能在高压供电断开后受控地再放电。这种用于电容放电的放电电路例如包括一放电电阻和一（能）闭合放电回路的放电开关装置。如果放电开关装置闭合，则电容的电荷通过放电电阻受控地流出，由此在高压供电断开后在高压系统中不再存在接触时可能造成危害的高压。
例如由DE 10 2008 012 418 A1已知一这样的高压系统，其中要实现一高压系统，利用它要可靠地检验触点接通。但是为此在那里要使用附加的用于测量电流的硬件。
在这种高压系统中重要的是，首先能够诊断放电电路的功能性，从而使对人员的危险保持尽可能低。但是在现有技术中不能在无附加的高成本硬件的情况下完全诊断放电电路功能性。
发明内容
因此本发明的目的是，给出一高压系统和一用于诊断高压系统的方法，由此能够在无需高费用的情况下监测放电电路的功能性。
为了实现这个目的对于上述类型的高压系统按照本发明规定，设有包括测量装置和控制装置的诊断装置，所述测量装置用于测量对电容上的电压历程进行描述的电压变化过程，所述控制装置用于在高压系统的功能故障方面分析评价该电压变化过程。
因此本发明提出，通过观察在电容自身上的电压随时间的变化或者观察另外的但对电容上电压历程进行描述的电压变化过程，来进行诊断。因此，术语“对电容上电压历程进行描述的电压变化过程”也包括电容自身上的电压变化过程。恰恰是在放电过程期间能够容易地获得电压变化过程的特征参数、尤其也容易获得电压变化过程对由控制装置采取的控制作出的响应，对此下面还要详细描述。尤其是当使用具有位于电池输出部上的、用于给电容受控地充电的前置电阻的高压系统时，情况也是如此。
这种前置电阻用于高压系统的所谓的“柔和”接通。通过前置电阻当然也能够受控地给中间回路电容、即（上述）电容充电。在此例如可以设想包括三个开关装置的高压电池，其中一个开关装置被分派给无前置电阻的导线。另外两个开关装置中，一个被分派给前置电阻，另一个开关装置能使电池的相应电极直接与该导线连接。这样，从高压电池一方，首先连接的是没有前置电阻的导线上的开关装置和被分派给前置电阻的开关装置。如果达到最低电压，则被分派给前置电阻的开关装置再打开并且使导线直接与电池电极连接的开关装置闭合，由此使负载直接与高压电池连接。
在此前置电阻一般小于放电电阻，前置电阻例如可以位于欧姆范围内，而放电电阻位于千欧姆范围内。在这种情况下，在充电过程期间诊断放电电路极为困难、甚至根本不可能，由此按照本发明可以在更长持续的放电过程期间执行诊断。
因此，本发明能够诊断放电电路的功能性，由此例如可以确定，是否根本不再可能实现电容放电，或者是否持久地（不间断地）进行放电，对此下面还要详细描述。
按照本发明的高压系统的优点还在于，通常本来就鉴于其它功能而检测描述电容上电压历程的电压，这意味着，已经设有相应的测量装置。如果现在已经存在的控制装置、例如用于机动车高压系统或供能的通用控制装置附加地还设计成，在——尤其在放电过程期间——放电电路的功能性方面执行对电压变化过程的分析评价，则无需任何附加的装置，因此本来就存在的硬件可以被有利地用于其它功能性。具体地也可以规定，控制装置设计成，在高压系统和/或机动车的至少一个另外的功能方面来分析评价电压变化过程，因此使用本就存在的测量装置。适宜地可以使测量装置测量在机动车电机中的电压变化过程，和/或控制装置设计成根据该电压变化过程来调节机动车的电机。这样地通过测量电机本身内部的电压来调节电机原则上是已知的，而本发明建议，将这些已经存在的测量和分析评价装置也用于诊断放电电路，其中利用如下事实，电机中的电压变化过程与电容上的电压变化过程相关。
在对放电过程中、即在断开高压供电后的电压变化过程进行分析评价方面可以规定，所述控制装置设计成，在从放电开关装置被闭合后直到达到一位于高压电池初始电压以下的电压限值所经过的时间超过一时间阈值的情况下检测出一功能故障。通过这种方式可以确定出第一类型的故障情况，其中不再能够给电容放电或只能过于缓慢地给电容放电。在放电电路的功能性无误的情况下，从闭合放电开关装置后直到达到电压限值——例如60V——所经过的时间一定小于该时间阈值。例如当放电开关装置不再能闭合时，出现这种第一类型的故障情况。但是在此要注意，当高压电池不再能与负载分开时，这意味着，高压电池的开关装置例如不再能打开，也检测出这样的故障情况。因此，为了确保故障实际上位于放电电路中，必须确定开关装置已经打开高压电池。这个状态例如可以通过总线系统、尤其CAN总线来由高压系统通知控制装置。如果通过这种方式能够排除在高压电池中的功能故障，则可以将该故障定位在放电电路上。
此外可以适宜地附加地规定，控制装置设计成，在一给定的时间段中通过驱控放电开关装置来短时间地中断放电过程并且在测量出的电压位于一值域外的情况下检测出一功能故障，该值域围绕/包含在中断时刻存在的电压。因此通过这种方式可以检测出第二类型的故障情况，即放电持久地（不间断地）进行。例如当放电开关装置不再能打开时，便可能出现这种情况。为此尝试，通过相应地由控制装置驱控放电开关装置，在一短的、给定的时间段中中断放电过程。在功能正常的情况下，在（必要时假想地）打开放电开关装置后调节出的电压在该时间段内仅在最大允许的值域内变化。
在本发明的另一扩展结构中可以规定，设有储存装置，所述储存装置用于储存功能故障的次数、尤其是按照功能故障的类型来储存次数。在此一般规定，只将相继的或者至少位于一特定的时间区间内的功能故障、尤其（同）一种类型的功能故障累加计数。如果控制装置设计成，在功能故障的次数超过一安全限值时输出故障通知，这种方案是特别有利的。以这种方式，通过检验是否在多个循环上存在功能故障，实现诊断的溢出（Entprellung）。例如已经在三个相继的循环、即三个放电过程中检测到（同）一种类型的功能故障时，便可以产生故障通知。由此，通过首先内部储存功能故障并且只在溢出以后控制装置才实际上命令相应地输出故障通知，避免误诊断。
适宜地可以规定，诊断装置设计成，在每次断开高压供电时、尤其在每次解除点火时执行分析评价。由此连续地检验放电电路功能。当点火钥匙运动到另一位置或者类似动作时，例如可以使检验与一确定端子上的信号施加相耦联。
除了高压系统外本发明还涉及一种用于诊断机动车的高压系统、尤其按照本发明的高压系统的方法，所述高压系统包括至少一负载——尤其是变换器——和经导线供电的高压电池，其中设有至少一开关装置用于断开高压供电，所述高压系统还包括与所述负载并联的电容和用于给所述电容放电的放电电路，所述放电电路具有放电电阻和用于闭合放电回路的放电开关装置，该方法的突出之处在于，测量对——尤其在放电过程期间——电容上的电压历程进行描述的电压变化过程并且在高压系统的功能故障方面分析评价该电压变化过程。所有关于按照本发明的高压系统的实施例能够相似地转移到按照本发明的方法上。因此，按照本发明的方法能够有利地诊断放电电路的功能性，尤其在使用已经存在的装置/硬件的条件下进行诊断。因此可以规定，还在高压系统和/或机动车的至少一另外的功能方面、尤其在机动车电机调节方面分析评价该电压变化过程。因此本来就存在的测量装置与本来就存在的控制装置可以用于实现附加功能。
如上所述，例如可以检测出两种不同类型的功能故障。因此可以规定，在从放电开关装置被闭合后直到达到一位于高压电池的初始电压以下的电压限值所经过的时间超过一时间阈值的情况下检测出一功能故障。例如可以确定，是否不再能放电或者只能过于缓慢地放电。替代地、但是适宜附加地可以规定，在一给定的时间段中通过驱控放电开关装置来中断放电过程并且在测量出的电压位于一值域外的情况下检测出一功能故障，该值域围绕/包括在中断时刻存在的电压。这种情况意味着，持久地（不间断地）进行放电。
与高压电池类似地在本方法中也可以规定，只有在功能故障的次数、尤其是（同）一种类型的功能故障的次数超过安全限值时才产生故障通知。例如当在三个相继的循环中确定出相同形式的功能故障时可以认为是上述情况。与这种情况下原则上也可以规定，在每次断开高压供电时执行测量和分析评价。
最后本发明还涉及一种机动车，其配有按照本发明的高压系统。所有此前所述的实施例也能够转移到机动车上。
附图说明
由下面描述的实施例以及借助于附图给出本发明的其它优点和细节。附图中：
图1示出按照本发明的高压系统，
图2示出在典型的放电过程期间的电压变化过程，
图3示出在中断的放电过程期间的电压变化过程，
图4示出按照本发明的机动车。
具体实施方式
图1示出按照本发明的高压系统1。该高压系统首先包括高压电池2，该高压电池可以通过导线3连接到共同地用“4”表示的负载，在这里具体地是一脉冲变换器5，该脉冲变换器连接在机动车的电机6上游。此外，所形成的中间回路含有一电容7、即中间回路电容。
如果接通高压供电，例如通过旋转点火钥匙或类似部件接通高压供电，则首先“柔和地”接通以给电容7受控地充电。为此在高压电池2方面首先闭合开关装置8以及被分派给前置电阻10的开关装置9。如果达到一最低电压，则闭合开关装置11并且再打开开关装置9，由此使负载4直接与高压电池2连接。开关装置8、9和11例如可以由接触器实现。
如果高压电池2又与负载4分开，即使高压供电断开，例如通过再相应地旋转点火钥匙，则开关装置8和11打开，由此使负载不再与电压源、即高压电池2电连接。但是此时原则上电荷保留在电容7上，出于人员保护的原因应当避免这一点。
因此高压系统1还包括一放电电路12，该放电电路具有放电电阻13和放电开关装置14，该放电开关装置可以由控制装置15驱控，例如在高压电池2通过车辆总线、例如CAN总线通告“开关装置8和11已经打开”之后进行。放电电阻是千欧姆范围的电阻，而前置电阻10是欧姆范围的电阻，这还意味着，充电过程非常快速地结束。
放电电路12的任务是，在断开高压供电以后使电容7上保留的中间回路电压在短时间内减小到一小于接触保护电压（60V）的值。由此希望保证，不会由于开放的导线而以危险的电压危害人员。为此闭合放电开关装置14并且使电容7的电荷通过放电电阻13流出。
按照本发明的高压系统1附加地包括诊断装置用以检测出放电电路12的故障，这意味着，可以确定出不同的故障情况，其中没有如所期望的那样得到放电电路12的功能性。
为此在电机6内设有一测量装置16，该测量装置可以测量在那里存在的电压。这些测量装置16大多本来就存在，因为控制装置15承担通过在电机上存在的电压或电压变化过程来调节电机6的任务。在这个实施例中利用如下事实：由测量装置16接收的电压变化过程与电容7上的电压变化过程相关。因此，即使恰恰在通过放电电路12进行放电过程时、即断开高压供电时，也利用测量装置16测量电压并将其输送到控制装置15。控制装置15在放电电路12的故障方面对所产生的、在放电过程期间接收的电压变化过程进行分析评价。每当高压供电被断开时、即例如借助于点火断开或者类似情况可以检测出该情况并且本来就对该情况进行检测，便进行该分析评价、即诊断，因为控制装置15在这种情况下本来就必需驱控放电开关装置14。因此，对每个放电循环都进行测量和评价。
现在根据图2和3详细解释具体的分析评价方式。图2示出在放电过程17期间的典型的电压变化过程，其中在图中标出电压随时间的变化。由高压电池2提供的电压18明显地提供了启动时刻；在放电开关装置14闭合以后电压一般地在放电过程17期间降低。为了分析评价测得的电压变化过程在此规定，观察在达到一位于高压电池2的初始电压18以下的电压限值19前所经过的时间。如果在时刻20断开高压供电并且闭合放电开关装置14而在时刻21达到该电压限值19，则观察时刻20与21之差。如果这个时间差超过一时间阈值，则存在故障情况。通过这种方式可以检测出第一类型的故障情况，其中完全不能放电或者至少是放电过于缓慢。例如当放电开关装置14不再能够闭合时便可能出现这种第一类型的故障情况。
原则上当高压电池2的开关装置8和11不再能打开的时候，也可能出现这样的第一类型的故障情况。而这一点基于：仅当开关装置8和11打开时高压电池2才通过CAN总线发送相应的信号，由此通过这种方式可以保证，在那里（开关装置8和11）不存在故障并且事实上进行了对放电电路12的诊断。
图3示出如何能够确定出第二类型的故障情况。为此规定，在放电过程17期间控制装置15通过驱控放电开关装置14以使之在一给定的时间段22中打开，从而在一给定的时间段22中中断放电过程。在这个时间段22开始时存在一确定的电压23。这时控制装置15在分析评价的范围内检验，在时间段22期间测得的电压是否位于一围绕/包含电压23的值域24内。如果测得的电压在该该值域24以外、尤其是低于该值域24的下限，则存在第二类型的故障情况。这种故障情况可能意味着，放电过程持久地（不间断地）进行。例如当放电开关装置14总是闭合时，便出现这种情况。
在此还要指出，当然可以在一个放电过程17期间实现对所述两种类型的故障情况的检测，例如简单地通过在确定时间阈值时考虑时间段22来实现。
如果通过控制装置15确定出一功能故障，则在标记出功能故障类型的情况下将其储存在内部的储存装置25（图1）中。相继检测出的功能故障在储存装置25中被累加。只有当在多个循环中、在此为三个循环中都存在一特定类型的功能故障时，才由控制装置15实际上给出故障通知。这个措施用于故障检测的溢出。例如可以规定，当在相继的循环中没有检测到功能故障时，便消除在储存装置25中的相应记录，但是也可以设想，总是考虑给定的时间区间，在其中只允许出现一定次数的特定类型的功能故障。
最后，图4示出按照本发明的机动车26的原理图。该机动车包括按照本发明的高压系统1。机动车26例如可以是混合动力车辆或电动车辆。
Claims (20)
1.一种用于机动车(26)的高压系统(1)，包括经导线(3)给至少一负载(4)供电的高压电池(2)，所述高压电池的电压大于60伏，其中设有至少一开关装置(8，9，11)用以使高压电池(2)从负载(4)断开，所述高压系统还包括与所述负载(4)并联的电容(7)和用于给所述电容(7)放电的放电电路(12)，所述放电电路具有放电电阻(13)和用于闭合该放电电路的放电开关装置(14)，其特征在于，设有包括测量装置(16)和控制装置(15)的诊断装置，所述测量装置用于测量对在放电过程(17)期间电容(7)上的电压历程进行描述的电压变化过程，所述控制装置用于在所述高压系统(1)的功能故障方面分析评价该电压变化过程，所述控制装置(15)设计成，通过驱控所述放电开关装置(14)在一给定的时间段(22)中短时间地中断放电过程(17)并且在测量出的电压位于一值域(24)外的情况下检测出一功能故障，该值域围绕在中断时刻存在的电压(23)。
2.根据权利要求1所述的高压系统，其特征在于，所述负载(4)是变换器(5)。
3.根据权利要求1所述的高压系统，其特征在于，所述控制装置(15)设计成，在从所述放电开关装置(14)被闭合后直到达到一电压限值(19)所经过的时间超过一时间阈值的情况下检测出一功能故障，该电压限值低于所述高压电池(2)的初始电压(18)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的高压系统，其特征在于，设有储存装置(25)，所述储存装置用于储存功能故障的次数。
5.根据权利要求4所述的高压系统，其特征在于，所述储存装置用于按照功能故障的类型来储存功能故障的次数。
6.根据权利要求4所述的高压系统，其特征在于，所述控制装置(15)设计成，在功能故障的次数超过一安全限值时输出故障通知。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的高压系统，其特征在于，所述诊断装置设计成，在每次使高压电池(2)从负载(4)断开时执行分析评价。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的高压系统，其特征在于，所述诊断装置设计成，在每次解除点火时执行分析评价。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的高压系统，其特征在于，所述控制装置(15)设计成，在高压系统(2)和/或机动车(26)的至少一个另外的功能方面来分析评价电压变化过程。
10.根据权利要求9所述的高压系统，其特征在于，所述测量装置(16)测量在机动车(26)电机(6)中的电压变化过程，和/或所述控制装置(15)设计成根据该电压变化过程来调节机动车(26)的电机(6)。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的高压系统，其特征在于，在电池输出部上设有一用于给电容(7)受控地充电的前置电阻(10)。
12.一种用于对根据权利要求1至11中任一项所述的高压系统进行诊断的方法，所述高压系统包括经导线给至少一负载供电的高压电池，所述高压电池的电压大于60伏，其中设有至少一开关装置用于使高压电池从负载断开，所述高压系统还包括与所述负载并联的电容和用于给所述电容放电的放电电路，所述放电电路具有放电电阻和用于闭合放电电路的放电开关装置，其特征在于，测量对在放电过程期间电容上的电压历程进行描述的电压变化过程并且在高压系统的功能故障方面分析评价该电压变化过程，通过驱控放电开关装置在一给定的时间段中中断放电过程并且在测量出的电压位于一值域外的情况下检测出一功能故障，该值域围绕在中断时刻存在的电压。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述负载是变换器。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在从放电开关装置被闭合后直到达到一电压限值所经过的时间超过一时间阈值的情况下检测出一功能故障，该电压限值低于所述高压电池的初始电压。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其特征在于，只有在功能故障的次数超过安全限值时才产生故障通知。
16.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其特征在于，只有在一种类型的功能故障的次数超过安全限值时才产生故障通知。
17.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其特征在于，在每次使高压电池从负载断开时都执行测量和分析评价。
18.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其特征在于，在高压系统和/或机动车的至少一个另外的功能方面来分析评价电压变化过程。
19.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其特征在于，在机动车电机的调节方面来分析评价电压变化过程。
20.一种机动车(26)，包括根据权利要求1至11中任一项所述的高压系统(1)。
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