CN103085667B - 绿色车辆的主继电器监控装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绿色车辆的主继电器监控系统与方法，其中主继电器安装在高电压电池与逆变器之间，以诊断控制高电压电池输出的主继电器是否熔丝。具体而言，当检测到点火装置关闭时，停止逆变器的切换操作，并断开主继电器，切断主电池的电压输出。随后，在主继电器完全断开时，强制释放DC链电容器中充电的电压。随后将主电池的电压与逆变器的输入电压相比较，并且基于该比较作出主继电器是否熔丝的决定。

Description

绿色车辆的主继电器监控装置与方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年10月27日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请第10-2011-0110727号的的优先权与权益，其全部内容引入本文以作参考。
技术领域
本发明涉及绿色车辆的主继电器监控装置与方法，其中主继电器安装于高电压电池与逆变器之间，从而诊断控制高电压电池输出的主继电器是否熔丝(fused)。
背景技术
由于提升车辆燃油效率的需要以及更严格的废气规程，提供了包括混合动力车辆、燃料电池车辆、以及插入式电动车辆的绿色车辆。绿色车辆通常利用高电压/高电流的电力网来产生驱动转矩。
绿色车辆通常利用用于产生所需驱动转矩的电动机、用于控制电动机驱动的逆变器、以及用于将存储在把电力供给至电子单元的主电池中的大约350V至450V的高电压转换为电子单元所需的12V低电压的功率变换器(例如，DC/DC变换器)。绿色车辆使用逆变器将从主电池输出的高电压转换为三相交流(AC)电压，随后将转换的电压供给至电动机，从而驱动电动机。此处，存储于主电池中的高电压的输出由安装在主电池与逆变器之间的主继电器所控制。
例如，在绿色车辆未被驱动时，主继电器断开以切断主电池的输出，并且当绿色车辆被驱动且需要来自电动机的电力时，主继电器接通以将主电池的电压供给至逆变器。
当主电池或功率变换器发生故障时，主继电器于是切断电池的输出电压。然而，当主继电器熔丝(即，粘在一起)时，主继电器不能切断主电池的输出，致使高电压继续输出到邻近的电路，从而增加故障程度，并且可能对车辆安全有严重的影响。
一些绿色车辆包括附加电路，包括电阻、晶体管、电场效应晶体管、以及比较器，用以监控主继电器的状态。然而，当单独的附加电路如上配置时，需要电力驱动附加电路，导致不必要的电流消耗，并且当附加电路发生故障时，主继电器的监控可能缺乏可靠性。而且，在该解决方案中，需要许多元件以配置附加电路，其导致成本增加以及整个系统的尺寸增加。
上述在该背景技术部分公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能含有不构成该国中本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于提供一种用于绿色车辆的主继电器监控装置与方法，其具有以下优势，当安装在高电压电池与逆变器之间的主继电器在绿色车辆的点火装置关闭的情况下出现切断时，其通过将在直流(DC)链电容器中充电的电压强制释放、随后将电池电压与逆变器的输入电压进行比较而提供关于绿色车辆中的主继电器是否熔丝的诊断。
本发明的示例性实施方式提供一种用于绿色车辆的主继电器监控装置，包括：电动机；主电池，其配置为存储高电压；主继电器，其配置为控制主电池的电压输出；逆变器，其配置为将通过主继电器供给的主电池电压转换为AC电压，并将AC电压作为驱动电压提供至电动机；以及控制器，其配置为在点火装置关闭时切断主继电器然后强制释放在DC链电容器中充电的电压，比较主电池的电压与逆变器的输入电压，并确定主继电器是否熔丝在一起。
在主继电器已经完全断开时，控制器可以切换逆变器，并且通过电动机电阻强制释放在DC链电容器中充电的电压。在DC链电容器的强制放电结束之后，当主电池的电压与逆变器的输入电压相同或者包含在一定取值范围内时，控制器可以确定主继电器熔丝在一起，输出故障信息，随后强制切断电力。
本发明的另一个实施方式提供一种绿色车辆的主继电器监控方法，包括：当检测到点火装置关闭时，停止逆变器的切换操作，将主继电器断开并切断主电池的电压输出；在主继电器完全断开时，强制释放在DC链电容器中充电的电压；以及比较主电池的电压与逆变器的输入电压，并监测主继电器是否熔丝。可以通过将电动机用作电阻来进行DC链电容器的强制放电。
当主电池的电压与逆变器的输入电压相同或在一定电压差范围内时，可以确定主继电器熔丝并可以强制切断电力。可以通过切换逆变器，将在DC链电容器中充电的电压供给至用作电阻的电动机来进行DC链电容器的强制放电。当主电池的电压与逆变器电压的输入电压之间的电压差超过设定的参考电压时，可以确定主继电器正常，于是可以进行正常的断电。
有利地，本发明的示例性实施方式降低成本并且使得用于监控主继电器是否已经开始熔在一起的整个系统得以简化。而且，因为可以在点火装置关闭的状态下监控主继电器是否熔丝，所以可以防止故障程度上升，并且相对于暴露至高电压保障车辆安全。
附图说明
图1为示意性地示出根据本发明示例性实施方式的用于绿色车辆的主继电器监控装置的图。
图2为示意性地示出根据本发明示例性实施方式的用于绿色车辆的主继电器监控方法的流程图。
<符号说明>
110：主电池
120：主继电器
130：逆变器
140：电动机
具体实施方式
在下文中将参照附图更充分地描述本发明，其中示出了本发明的示例性实施方式。
应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
此外，本发明的控制逻辑可以具体化为在计算机可读介质上的非瞬时性计算机可读介质，其包含处理器、控制器等执行的可执行程序命令。计算机可读介质的实例包括但不限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可以分布在网络连接的计算机系统中，以便计算机可读介质以分布式的方式，例如，通过服务器或网络，来进行存储和执行。此外，尽管示例性实施方式被描述为使用一个控制单元来执行上述过程，但应当理解，上述过程也可以通过多个控制单元、控制器、处理器等来执行。
如本领域的技术人员应该理解的，在均不背离本发明的精神或范围的情况下可以以各种不同的方式对描述的实施方式进行改变。附图和说明应被认为本质上是说明性的而不是限制性的。
图1是示意性地示出根据本发明示例性实施方式的用于绿色车辆的主继电器监控装置的图。参照图1，本发明的示例性实施方式包括主电池110、主继电器120、逆变器130、电动机140、发动机150、变速器160、驱动轮170、以及控制器200。
主电池110存储约350V至450V的DC电压，在需要驱动电动机140时输出所存储的电压，并且在再生制动控制过程中，当电动机140作为发电动机运转时，主电池110通过电动机140产生的电压而充电。主继电器120布置于主电池110与逆变器130之间，受控制器200控制而切换，并电连接或者隔开电池110与逆变器130。
在绿色车辆未被驱动时，主继电器120可通过控制器200而切换为“OFF”并使供给至逆变器130的主电池110的输出切断，而在绿色车辆被驱动并且需要电力以将主电池110的电压供给至逆变器130时，主继电器120可通过控制器200而切换为“ON”。而且，当主电池或功率变换器发生故障时，主继电器120通过控制器200而被断开，以切断主电池110的输出。
逆变器130配置为具有串联连接的功率开关装置，并且包括一对U相臂U+和U-、V相臂V+和V-，以及W相臂W+和W-。可以通过NPN型晶体管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、或金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)配置功率开关装置。逆变器130根据控制器200提供给各个臂的PWM信号，将通过主继电器120供给的主电池110的DC电压转换为三相AC电压，并且将AC电压作为驱动电压供给至电动机140。
电动机140可以是三相AC电动机，其通过从逆变器130供给的三相AC电压产生驱动转矩，并且在再生制动过程中作为发电动机运转以产生电压。发动机150根据驱动状态在最佳操作点下驱动。根据车辆的驱动状态、按照驱动模式通过离合器(未图示)结合和施加的发动机150与电动机140的输出转矩，变速器160以合适的齿轮比分配并传递动力至驱动轴、至驱动轮170，使得车辆可被驱动。变速器160可以是，例如自动变速器或无级变速器(CVT)。
当检测到点火装置熄火时，控制器200关断主继电器120以切断主电池110的电压输出，并切换逆变器130以通过电动机140的电阻强制释放在逆变器130的DC链电容器中充电的电压(Vdc)。可以例如通过下面的等式1确定DC链电容器的强制放电(Vdc)。
[等式1]
1 2 sCs &times; v 2 = I 2 sRst
通过上面的等式1，可以确定目标放电时间、系统电压、以及放电停止电压，以确定放电电流命令。例如，当目标放电时间为3秒且放电停止电压为60V时，逆变器130的输入电压或DC链电容器的输出电压(Vdc)在3秒后低于60V。
在强制使在逆变器130的DC链电容器中充电的电压(Vdc)放电之后，控制器200可以将主电池110的电压(VBAT)与逆变器130的输入电压或DC链电容器的输出电压(Vdc)相比较，并确定主继电器120是否熔丝。
例如，当主电池110的电压(VBAT)与逆变器130的输入电压相同或包含在一定取值范围内时，控制器200可以确定主电池110的电压因主继电器熔丝而持续供给至逆变器130。当确定了主继电器120熔丝时，控制器200通过预定的方法输出故障信息，随后强制切断系统电力。
以下为根据本发明的示例性实施方式对包含上述功能的绿色车辆中的主继电器实施监控的操作。
在步骤S101中操作应用了本发明的绿色车辆，在步骤S102中控制器200确定是否检测到点火装置关闭。当在步骤S102中控制器200确定检测到点火装置关闭时，在步骤S103中，施加到逆变器130各相臂U+和U-、V+和V-、以及W+和W-的脉宽调制(PWM)信号输出停止，并且逆变器130的切换操作停止。随后在步骤S104中，主继电器120关断，并且主电池110的电压输出被切断。
当在步骤S105中主继电器120的关断控制结束时，控制器200在步骤S106中执行逆变器130的切换控制，以通过电动机140的电阻，强制使在逆变器130的DC链电容器中充电的电压(Vdc)放电。通过前述等式1，DC链电容器的强制放电(Vdc)可以确定出目标放电时间、系统电压、以及放电停止电压，并且可以确定放电电流命令。
在步骤S106中，当在逆变器130的DC链电容器中充电的电压(Vdc)强制放电结束时，随后在步骤S107中，控制器200检测主电池110的电压(VBAT)以及逆变器130的输入电压或DC链电容器的输出电压(Vac)。接着，在步骤S108中，控制器200将检测到的主电池110的电压(VBAT)与逆变器130的电压相比较并检测电压差，在S109中确定电压差是否小于用于确定是否发生熔丝的设定参考电压。
当在步骤S109中控制器200确定电压差小于用于确定是否发生熔丝的设定参考电压时，控制器200在步骤S110中确定主继电器120熔丝，并且在步骤S111中通过设定的预定方法输出报警信息，并且随后强制切断系统电力。
例如，当主电池200的电压(VBAT)与逆变器130的输入电压之间的电压差包含在一定取值范围内或者电压相同时，控制器200可以确定主电池110的电压因主继电器熔丝而被持续供给至逆变器130。也就是说，在主继电器120熔丝的状态下，即使在DC链电容器强制放电时，主电池110的电压继续提供，因此，主电池110的电压(VBAT)与逆变器130的输入电压相同或包含在设定的参考电压范围内。
在步骤S109中，当电压差超过设定的参考电压时，即主电池110的输出通过关断主继电器120而被稳定切断的状态，控制器200在步骤S112中确定主继电器120未熔丝且处于正常状态，在步骤S113中执行正常断电。
有利地，可以在检测到点火装置关闭时方便地监控主继电器是否熔丝，由此利用本发明的示例性实施方式可以提供车辆安全性和可靠性。
尽管已经结合目前认为是实用的示例性实施方式对本发明进行描述，但应当理解，本发明并不局限于所公开的实施方式，相反，其意在涵盖所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同的布置。

Claims (7)

1.一种用于绿色车辆的主继电器监控装置，包括：
电动机；
主电池，其存储高电压；
主继电器，其配置为控制所述主电池的电压输出；
逆变器，其配置为将通过所述主继电器供给的所述主电池的电压转变为交流(AC)电压，并且将所述交流(AC)电压作为驱动电压供给至所述电动机；以及
控制器，其配置为在点火装置关闭时切断所述主继电器，然后强制释放在直流(DC)链电容器中充电的电压，将所述主电池的电压与所述逆变器的输入电压相比较，并确定所述主继电器是否熔丝，
其中，在所述直流(DC)链电容器的强制放电结束之后，所述控制器配置为在所述主电池的电压与所述逆变器的输入电压相同或包含在一定取值范围之内时，确定所述主继电器熔丝，输出故障信息，然后强制切断电力。
2.根据权利要求1所述的用于绿色车辆的主继电器监控装置，其中，
所述控制器配置为在所述主继电器完全断开时切换所述逆变器，并且通过所述电动机的电阻强制释放在所述直流(DC)链电容器中充电的电压。
3.一种用于绿色车辆的主继电器监控方法，包括：
在检测到点火装置关闭时，通过控制器停止逆变器的切换操作，并断开主继电器，切断主电池的电压输出；
在所述主继电器已经完全断开时，通过所述控制器强制释放在直流(DC)链电容器中充电的电压；以及
通过所述控制器比较所述主电池的电压与所述逆变器的输入电压，并监测所述主继电器是否熔丝。
4.根据权利要求3所述的用于绿色车辆的主继电器监控方法，其中，
所述直流(DC)链电容器的强制放电是通过将电动机用作电阻而进行的。
5.根据权利要求3所述的用于绿色车辆的主继电器监控方法，其中，
当所述主电池的电压与所述逆变器的输入电压相同或在一定电压差范围之内时，所述主继电器被确定为熔丝，并且电力被强制切断。
6.根据权利要求4所述的用于绿色车辆的主继电器监控方法，其中，
所述直流(DC)链电容器的强制放电是通过切换所述逆变器，将在所述直流(DC)链电容器中充电的电压供给至用作电阻的所述电动机而进行的。
7.根据权利要求3所述的用于绿色车辆的主继电器监控方法，其中，
当所述主电池的电压与所述逆变器电压的输入电压之间的电压差超过设定参考电压时，所述主继电器被确定为正常，作为响应进行正常的断电。
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