CN104553811B - 利用接触器控制的车辆高压配线保护 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种利用接触器控制的车辆高压配线保护。一种车辆高压系统可包括接触器/继电器、配线、牵引电池、电气组件和至少一个控制器。如果与牵引电池相关联的多个安培小时测量值中的任意一个超出相对应的预定阈值，则所述至少一个控制器可断开接触器，以中断流向组件的电流。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于保护车辆高压配线和组件基础结构的接触器/继电器。
背景技术
混合动力电动车辆(HEV)、纯电动车辆(EV)或燃料电池车辆具有牵引电池，用于为车辆推进储存并提供能量。与传统的12V的车辆电池电压相比，牵引电池在增高的电压(典型地在60伏以上)下操作。这一增高的电压由电动机使用，以将储存在电池中的电能转换成用于提供车辆推进的扭矩形式的机械能。电池经由配线和电气组件连接至电动机。当停车时，可通过电网对电池充电；当车辆运动时，可通过由发动机驱动的车载发电机对电池充电或通过再生制动对电池充电。当通过配线和电气组件将电流提供至电池时，发生电池充电，增加储存在电池中的电荷。电池功率容量指示了电池能够提供(释放)或接收(充电)多少功率，以满足驾驶者和车辆要求。
发明内容
一种车辆高压系统可包括接触器/继电器、配线、牵引电池、电气组件和至少一个控制器。所述至少一个控制器可被配置为：响应于与时间段相关联的安培小时测量值超出相对应的预定阈值，中断流向组件的电流。
根据本公开的一方面，一种车辆可包括：牵引电池；多个组件，每个组件具有针对多个时间段中的每个时间段的最大额定安培小时；至少一个接触器，被构造为选择性地连接电池与组件；至少一个控制器，被配置为：响应于针对不同的时间段的多个安培小时测量值中的至少一个超出相对应的预定阈值，断开所述至少一个接触器，以中断电池与组件之间的电流的流动，其中，所述预定阈值基于平均车辆负载以及针对与所述多个安培小时测量值中的所述至少一个相关联的时间段的额定值中的最小值。
所述不同的时间段可具有不同的开始时间和相同的结束时间。
所述预定阈值可随着所述时间段的持续时间增加而减小。
所述组件可包括电路中断器件(CID)、高压配线、汇流条、连接器或端子。
CID针对所述不同的时间段中的每个时间段可具有最大额定安培小时，所述最大额定安培小时小于针对持续时间比预定持续时间小的时间段的额定值中的最小值。
所述电流可以是均方根电流。
根据本公开的另一方面，一种用于控制车辆的高压系统的方法可包括：测量电池电流；基于所述电池电流针对多个不同的时间段计算放电安培小时，其中，所述不同的时间段具有不同的开始时间和相同的结束时间；将每个放电安培小时和与所述不同的时间段中的一个时间段相关联的预定阈值进行比较；基于所述比较，选择性地断开至少一个接触器，以中断流向高压系统的电流。可以在车辆运行时，执行所述测量。可以在车辆充电时，执行所述测量。
根据本公开的另一方面，一种车辆可包括：牵引电池；电气组件；接触器，选被构造为择性地连接电池与组件；至少一个控制器，被配置为：响应于针对不同的时间段与所述电池相关联的多个安培小时测量值中的任何一个超出相对应的预定阈值，断开所述接触器，以中断流向组件的电流，其中，所述不同的时间段具有不同的开始时间和相同的结束时间。
所述预定阈值可随着所述时间段的持续时间增加而减小。
每个组件可具有针对多个时间段中的每个时间段的最大额定安培小时，其中，所述预定阈值基于平均车辆负载以及针对所述不同的时间段中的每个时间段的额定值中的最小值。
所述车辆还可包括电路中断器件(CID)，CID针对所述不同的时间段中的每个时间段可具有最大额定安培小时，所述最大额定安培小时小于针对持续时间比预定持续时间小的时间段的额定值中的最小值。
附图说明
图1示出了具有电池组的示例性混合动力电动车辆；
图2示出了包括电池单元以及电池单元监视与控制系统的电池组布置；
图3示出了示例性混合动力电动车辆的配线图；
图4是示出了针对车辆高压电气系统的组件以安培为单位的最大电流关于时间的曲线图；
图5示出了用于保护车辆高压电气系统的算法的流程图。
具体实施方式
在此描述了本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可以采取多种和替代形式。附图不一定按比例绘制；可放大或缩小一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅为用于教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的是，参照任一附图示出和描述的多个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征相组合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可被期望用于特定应用或实施方式。
图1描绘了示例性的插电式混合动力电动车辆。插电式混合动力电动车辆102可包括机械地连接至混合动力传动装置106的一个或更多个电动机104。此外，混合动力传动装置106机械地连接至发动机108。混合动力传动装置106还可被机械地连接至驱动轴110，驱动轴110机械地连接至车轮112。当发动机108开启时，电动机104能够提供推进力。当发动机108关闭时，电动机104能够提供减速能力。电动机104可被构造为发电机，并且可通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热损失掉的能量而提供燃料经济性效益。由于混合动力电动车辆102可以在特定状况下按照电动模式运转，因此，电动机104还可以减少污染物排放。
牵引电池或电池组114储存可以由电动机104使用的能量。车辆电池组114通常提供高压直流(DC)输出。电池组114电连接至电力电子模块(power electronics module)116。电力电子模块116还电连接至电动机104，并且提供在电池组114和电动机104之间双向传输能量的能力。例如，典型的电池组114可以提供DC电压，而电动机104可能需要三相交流(AC)电流来运转。电力电子模块116可以将DC电压转换为电动机104所需要的三相AC电流。在再生模式下，电力电子模块116将来自用作发电机的电动机104的三相AC电流转换为电池组114所需要的DC电压。在此描述的方法同样可应用到纯电动车辆或者使用电池组的任何其它装置。
电池组114除了提供用于推进的能量之外，还可以提供用于其它车辆电气系统的能量。典型的系统可包括将电池组114的高压DC输出转换为与其它车辆负载兼容的低压DC电源的DC/DC转换器模块118。其它高压负载(诸如压缩机和电加热器)可直接连接到从电池组114引出的高压总线。在典型的车辆中，低压系统电连接至12V电池120。全电动车辆可具有相似的结构，只是不具有发动机108。
电池组114可以通过外部电源126进行再充电。外部电源126可以通过经由充电端口124进行电连接而向车辆102提供AC或DC电力。充电端口124可以是被配置为从外部电源126向车辆102传输电力的任何类型的端口。充电端口124可以电连接至电力转换模块122。电力转换模块122可以调节来自外部电源126的电力，以向电池组114提供适合的电压和电流水平。在一些应用中，外部电源126可被配置为向电池组114提供适合的电压和电流水平，并且电力转换模块122可以不是必需的。在一些应用中，电力转换模块122的功能可以存在于外部电源126中。车辆发动机108、传动装置106、电动机104、电池120、电力转换模块122和电力电子模块116可以由动力传动系控制模块(PCM)128控制。
图1除了示出了插电式混合动力电动车辆之外，如果将组件108移除，则图1还可示出电池电动车辆(BEV)。同样地，如果将组件122、124和126移除，则图1可示出传统的混合动力电动车辆(HEV)或者功率分流式混合动力电动车辆。图1还示出了高压系统，所述高压系统包括电动机、电力电子模块116、DC/DC转换器模块118、电力转换模块122和电池组114。所述高压系统和电池组包括高压组件，所述高压组件包括：汇流条、连接器、高压配线、电路中断器件。
可以从多种化学配方构建电池组内的各个电池单元。典型的电池组的化学成分可包括(但不限于)是铅酸、镍镉(NiCd)、镍金属氢化物(NIMH)、锂离子或锂离子聚合物。图2示出了N个电池单元模块202简单串联配置的典型的电池组200。电池单元模块202可包括单个电池单元或者并联电连接的多个电池单元。然而，电池组可由任何数量的单独的电池单元和电池单元模块按照串联或并联或者它们的特定组合连接而组成。典型的系统可以具有一个或更多个控制器(诸如用于监视并控制电池组200的性能的电池控制模块(BCM)208)。BCM208可以监视多个电池组水平特性(诸如通过电流传感器206测量的电池组电流、电池组电压210以及电池组温度212)。在特定的布置中，对于建立可靠的电池监视系统，电流传感器206的性能可能是至关重要的。电流传感器的准确度对估计电池荷电状态和容量是有用的。电流传感器可基于物理原理利用多种方法(包括霍尔效应IC传感器、变压器或电流钳位、电压与流经其的电流成正比的电阻器、利用干涉仪来测量由磁场产生的光的相位改变的光纤或者罗哥夫斯基线圈(Rogowski coil))来检测电流。在电池单元充电或放电使得电流进入或者流出电池单元超出阈值的情况下，通过使用电路中断器件(CID)(诸如保险丝或断路器)而断开电路。
除了测量和监视电池组水平特性外，还需要测量和监视电池单元水平特性。例如，可以测量每个单元的路端电压、电流和温度。系统可使用传感器模块204来测量一个或更多个电池单元202的特性。所述特性可包括电池单元电压、温度、使用年限、充电/放电循环的数目等。典型地，传感器模块将测量电池单元电压。电池单元电压可以是单个电池的电压或者并联或串联地电连接的一组电池的电压。电池组200可利用多达Nc个传感器模块204来测量所有电池单元202的特性。每个传感器模块204可将测量值传输至BCM208，以进行进一步处理和协调。传感器模块204可将模拟形式或数字形式的信号传输至BCM 208。电池组200还可包括电池分配模块(BDM)214，BDM214控制流入或流出电池组200的电流的流动。
图3是电力电子分配模块或电池分配模块(BDM)214的示图。BDM 214包括高压开关(302、304、306和308)，用于连接和断开高压组件。这些高压开关(302、304、306和308)可以是继电器、IGBT、MOSFET、BJT或其它机电开关或固态开关。电池单元202将流经开关302和304的电流和电压提供至电力电子模块116。在电流传感器块310处测量所述电流。电流还可流经CID 312，CID 312可包括保险丝或断路器，然而，当系统可被构造为在超过操作安培小时(amp‐hour)时间段的完整范围内保护电路时不需要CID。BDM 214还可包括开关306和308，开关306和308可选择地将电池单元202与电力转换模块122连接。
图4是平均电流或恒定电流418关于电流流动的时间段420的曲线图。在时间段内流动的平均电流或恒定电流418可以用安培小时来表示。这可以使用简单的平均、均方根、加权平均(诸如使用有限脉冲响应(FIR)滤波器的平均)等来量化。典型的车辆负载或平均车辆负载402是典型的运行车辆负载的平均。CID断开线404是这样的值：高于所述值，CID将断开从电池单元流至BDM 214或电力转换模块122的电流。系统中的组件具有电气操作最大值，高于所述电气操作最大值的组件不再正常工作。线406是一个组件的期望的操作最大值的示例。不同的组件将很可能具有不同的最大操作点，如线408所示。在点422之前，通过CID断开线404保护具有线406的特性的组件。当组件的最大操作点(例如，406和408)下降到低于CID断开点404时，出现了问题。针对这一问题的解决方案可包括：计算与时间段对应的可校准阈值点410。阈值点410是预定阈值的示例，所述预定阈值是考虑系统中所有组件的最低的最大操作点(例如，406和408)和车辆负载402而确定的。确定该点的方法可包括：针对那一时间段对最低的最大操作点(例如，406和408)和车辆负载402进行平均，或者可包括：进行加权平均，使得所述阈值高于车辆负载4022/3。可通过其它阈值点(例如，412和414)对阈值点410补充，使得阈值点410、412和414在时间段的范围内保护系统。例如，阈值点410在60秒与120秒之间的时间段内保护系统，阈值点412在120秒与240秒之间的时间段内保护系统等。
线416是电池容量：在线416处的点不能在那一时间段提供更大的电流。选择阈值点414使其保护高压系统组件直至电池容量被耗尽的点。没必要超过电池容量416而保护组件，这是因为电池已经被耗尽了。可期望确定最后的阈值点414，以保护考虑系统中所有组件(例如，406和408)的最低的最大操作点和电池容量416的交叉点424。同样地，可通过确定时间段小于与阈值点410相关联的时间段的阈值而计算阈值点(假设所确定的阈值点小于最小组件额定值406、408并且大于车辆负载402)，以消除CID的需要。这些时间段可能需要能够测量较大的电流的电流传感器。
图5是混合动力车辆的高压控制系统的流程图。在框502中，所述系统检查以查看接触器是否闭合，如果接触器没有闭合，则所述系统将等待，直到接触器闭合。当接触器闭合时，在框504中计算平均电流(安培小时)。该计算可以是数学平均、均方根(RMS)、在时间段内对电流积分、或者包括使用DSP技术(诸如电流的有限脉冲响应(FIR))而处理的电流的加权平均。在框504中计算的平均电流可能不是单个平均电流，而可能是与多个时间段(例如，30秒、60秒、120秒、240秒)相关联的一系列平均电流。在框506中，将来自框504的平均电流与相对应的时间段的阈值相比较。如果来自框504的平均电流小于相对应的时间段的阈值，则所述系统继续测量并计算平均电流。如果来自框504的平均电流大于相对应的时间段的阈值，则在框508中生成用于产生使接触器(302、304、306和308)断开的命令的信号，然后在框510中输出指示故障状况的诊断消息。
在此公开的程序、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机/通过处理装置、控制器或计算机实现，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或者专用的电子控制单元。类似地，所述程序、方法或算法可以以多种形式被存储为可被控制器或计算机执行的数据和指令，所述多种形式包括(但不限于)信息永久地存储在非可写存储介质(诸如ROM装置)上以及信息可变地存储在可写存储介质(诸如软盘、磁数据带式存储器、光学数据带式存储器、CD、RAM装置、FLASH装置、MRAM装置以及其它磁介质和光学介质)上。所述程序、方法或算法还可被实现为软件可执行对象。可选地，所述程序、方法或算法可利用合适的硬件组件(诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或任何其它硬件组件或装置)或者硬件、软件和固件组件的结合被整体或部分地实施。
虽然上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语，而非限制性词语，并且应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可做出各种改变。如上所述，可组合多个实施例的特征以形成本发明的可能未明确描述或示出的进一步的实施例。
虽然多个实施例已被描述为提供优点或者可在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员应该意识到，一个或更多个特征或特点可被折衷，以实现期望的整体系统属性，所述期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括(但不限于)成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、装配容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术实施方式的实施例并不在本公开的范围之外并且可被期望用于特殊的应用。
Claims (6)
1.一种车辆，包括：
牵引电池；
多个组件，每个组件具有针对多个时间段中的每个时间段的最大额定安培小时；
至少一个接触器，被构造为选择性地连接电池与组件；
至少一个控制器，被配置为：响应于针对不同的时间段的多个安培小时测量值中的至少一个超出相对应的预定阈值，断开所述至少一个接触器，以中断电池与组件之间的电流的流动，其中，所述预定阈值基于平均车辆负载以及针对与所述多个安培小时测量值中的所述至少一个相关联的时间段的最大额定安培小时中的最小值。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述不同的时间段具有不同的开始时间和相同的结束时间。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述预定阈值随着所述时间段的持续时间增加而减小。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述组件包括电路中断器件、高压配线、汇流条、连接器或端子。
5.根据权利要求4所述的车辆，其中，电路中断器件针对所述不同的时间段中的每个时间段具有最大额定安培小时，所述最大额定安培小时小于针对持续时间比预定持续时间小的时间段的最大额定安培小时中的最小值。
6.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述多个安培小时测量值是基于均方根电流的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |