CN107850643B - 用于诊断开关元件的故障的装置和方法 - Google Patents

用于诊断开关元件的故障的装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107850643B
CN107850643B CN201780002456.3A CN201780002456A CN107850643B CN 107850643 B CN107850643 B CN 107850643B CN 201780002456 A CN201780002456 A CN 201780002456A CN 107850643 B CN107850643 B CN 107850643B
Authority
CN
China
Prior art keywords
switching element
current
voltage
line
measured
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780002456.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107850643A (zh
Inventor
许勤会
李钟喆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Chem Ltd filed Critical LG Chem Ltd
Publication of CN107850643A publication Critical patent/CN107850643A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107850643B publication Critical patent/CN107850643B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/3277—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of low voltage devices, e.g. domestic or industrial devices, such as motor protections, relays, rotation switches
    • G01R31/3278—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of low voltage devices, e.g. domestic or industrial devices, such as motor protections, relays, rotation switches of relays, solenoids or reed switches
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16504—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the components employed
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/16571—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 comparing AC or DC current with one threshold, e.g. load current, over-current, surge current or fault current
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/364—Battery terminal connectors with integrated measuring arrangements
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems
    • G08C19/02—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/002—Monitoring or fail-safe circuits

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Abstract

公开了诊断用来导通或断开电池外部连接的开关元件的故障的装置和方法。根据本公开的装置是用于诊断设置在第一外部端子和电池的第一电极间的第一线路上的开关元件的故障的装置，该装置包括：电流测量单元，配置为测量流过电池的第二电极和第二外部端子间的第二线路的电流；诊断电阻器和诊断开关，设置在连接开关元件的外部节点和电流测量单元的外部节点的第三线路上并且互相串联连接；以及控制器，配置为对开关元件施加导通或断开开关元件的控制信号，以在控制信号被施加之后导通诊断开关且随后从电流测量单元接收测量的电流值，通过使用测量的电流值确定流过第二线路的电流水平，以及通过将电流水平与基准电流水平相比较诊断开关元件的故障。

Description

用于诊断开关元件的故障的装置和方法
技术领域
本公开涉及一种用于诊断用来导通或断开电池的外部连接的开关元件的故障的装置和方法。
本申请要求于2016年02月19在韩国提交的韩国专利申请No.10-2016-0019936的优先权，其公开通过引用并入到本文中。
背景技术
不仅在移动设备(例如，移动电话、膝上计算机、智能电话和智能平板)中，电池在电力驱动汽车(例如，电动汽车(EV)、混合电动汽车(HEV)和插电式混合电动汽车(PHEV))、高容量能量存储系统(ESS)等中也迅速普及。
电池通过开关元件连接至外部电力线。开关元件通过控制信号被导通或断开。
当开关元件被导通时，使得能够关联于电力线进行电池的充电或放电。否则，当开关元件被断开时，与电力线的系统连接被切断并且充电或放电因此被中断。
当开关元件出现故障时，电池的外部连接可能无法被正确控制。开关元件的故障分为短路故障和开路故障。
短路故障是指其中开关元件无论控制信号如何都始终保持在导通状态的故障。另一方面，开路故障则是指其中开关元件无论控制信号如何都始终保持在断开状态的故障。
在以上所描述的开关元件的故障中，短路故障更加严重。短路故障由各种原因所导致。例如，在诸如继电器的机械开关元件中，短路故障可能会在接触点被熔融从而形成相互接触时发生。作为另一个示例，在诸如固态继电器(SSR)的半导体开关中，短路故障可能会在绝缘由于半导体材料的特性退化而永久性地被破坏并且阈值电压因此过度下降时发生。
短路故障导致电池的过度充电或过度放电。过度充电和过度放电不仅使得电池的性能退化而且还导致过热，以及在更坏的情况下导致电池爆炸。
因此，需要一种检测开关元件的短路故障并且适当解决短路故障的技术。
开关元件的短路故障可以通过测量开关元件的两个端子末端的电压而轻易地诊断。也就是说，虽然断开控制信号被应用于开关元件，但是如果开关元件的两个端子末端之间的电压接近于零，则可以诊断开关元件存在短路故障。
开关元件的两个端子末端之间的电压接近于零的事实意味着开关元件并未对断开控制信号作出响应并且始终保持在导通状态。
以上所描述的故障诊断方法可以具有简单的算法，但是在电池被连接至直流(DC)并联链路节点并且DC并联链路节点的电压与电池的电压基本相同时的情况下却可能无法应用。
DC并联链路节点的示例包括在不同类型的两个电池并联连接时两个电池之间的并联连接节点。
当电池通过开关元件连接至DC并联链路节点时，虽然开关元件在正常情况下被断开，但是DC并联链路节点的电压被施加于开关元件的外部节点并且电池的电压被施加到开关元件的内部节点。然而，由于DC并联链路节点的电压和电池的电压之间没有或者几乎没有差异，所以开关元件的两个端子末端之间的电压差基本上具有接近于零的数值。因此，即使在开关元件并不存在短路故障时，它也可能被不正确地诊断为已经发生了短路故障。
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决现有技术的问题，因此本公开旨在提供一种能够轻易诊断用于电池的外部连接的开关元件的故障的装置和方法。
本公开还旨在提供一种能够在电池通过开关元件连接至对其施加基本上与电池电压相等的电压的直流(DC)并联链路节点时可靠地诊断开关元件的故障的装置和方法。
技术解决方案
在本公开的一个方面，提供了一种用于诊断设置在第一外部端子和电池的第一电极之间的第一线路上的开关元件的故障的装置，所述装置包括：电流测量单元，其被配置为测量流过第二外部端子和所述电池的第二电极之间的第二线路的电流；诊断电阻器和诊断开关，其设置在用于连接所述开关元件的外部节点和所述电流测量单元的外部节点的第三线路上并且互相串联连接，以及控制器，其被配置为向开关元件施加用于导通或断开开关元件的控制信号，以在所述控制信号被施加之后导通诊断开关并且随后从所述电流测量单元接收测量的电流值，通过使用所测量的电流值来确定流过第二线路的电流水平，以及通过将电流水平与基准电流水平相比较来诊断开关元件的故障。
根据一个方面，所述控制器可以被配置为向所述开关元件施加用于断开所述开关元件的控制信号，并且如果电流水平大于基准电流水平，则诊断所述开关元件存在短路故障。
根据另一个方面，所述控制器可以被配置为向所述开关元件施加用于导通所述开关元件的控制信号，并且如果电流水平小于基准电流水平，则诊断所述开关元件存在开路故障。
优选地，所述第一和第二线路可以连接至对其施加与所述电池的电压相等的电压的直流(DC)并联链路节点。
根据本公开的装置可以进一步包括被配置为测量所述电池的电压的第一电压测量单元，以及被配置为测量所述DC并联链路节点的电压的第二电压测量单元。
根据一个方面，所述控制器可以被配置为(i)向所述开关元件施加用于断开所述开关元件的控制信号，(ii)分别从第一和第二电压测量单元接收指示所述电池的电压的第一测量电压值以及指示所述DC并联链路节点的电压的第二测量电压值，以及从所述电流测量单元接收所述第二线路的测量的电流值，(iii)如果第一和第二测量电压值之间的差大于基准电压水平，则诊断所述开关元件为正常，以及(iv)如果第一和第二测量电压值之间的差小于基准电压水平以及如果流过所述第二线路的电流水平大于基准电流水平，则诊断所述开关元件存在短路故障。
根据另一个方面，所述控制器可以被配置为(i)向所述开关元件施加用于导通所述开关元件的控制信号，(ii)分别从第一和第二电压测量单元接收指示所述电池的电压的第一测量电压值以及指示所述DC并联链路节点的电压的第二测量电压值，以及从所述电流测量单元接收所述第二线路的所测量电流值，(iii)如果第一和第二测量电压值之间的差大于基准电压水平，则诊断所述开关元件存在开路故障，以及(iv)如果第一和第二测量电压值之间的差小于基准电压水平以及如果流过所述第二线路的电流水平大于基准电流水平，则诊断所述开关元件为正常。
在本公开中，用于诊断所述开关元件的短路故障的参照的基准电流水平可以包括具有不同大小的多个电流值。在这种情况下，所述控制器可以被配置为：如果流过所述第二线路的电流水平大于被设置为基准电流水平的电流值之中的最大电流值，则诊断所述开关元件存在短路故障。
此外，所述控制器可以被配置为：识别被设置为基准电流水平的电流值中与流过所述第二线路的电流水平相对应的电流值，以及诊断所述开关元件存在与所识别电流值相对应的预定义弱短路故障。
优选地，所述控制器可以被配置为：识别在被设置为基准电流水平的电流值中小于或等于流过所述第二线路的电流水平的电流值之中的最大电流值，以及诊断所述开关元件存在与所识别的最大电流值相对应的预定义弱短路故障。所述弱短路故障可以基于被设置为基准电流水平的电流值的大小而以多个阶段进行预定义。
根据本公开的另一个方面的装置可以进一步包括被配置为存储所述开关元件的诊断信息的存储单元，以及所述控制器可以被配置为将所述开关元件的诊断信息存储在所述存储单元中。
根据本公开的另一个方面的装置可以进一步包括被配置为显示所述开关元件的诊断信息的显示单元，以及所述控制器可以被配置为在所述显示单元上视觉输出所述开关元件的诊断信息。
根据本公开又另一个方面的装置可以进一步包括能够传送或接收通信数据的通信接口，以及所述控制器可以被配置为生成包括所述开关元件的诊断信息的通信数据，以及将所生成的通信数据通过所述通信接口输出至外部设备。
在本公开的另一个方面，还提供了一种诊断在第一外部端子和电池的第一电极之间的第一线路上提供的开关元件的故障的方法，所述方法包括：(a)提供被配置为测量流过第二外部端子和所述电池的第二电极之间的第二线路的电流的电流测量单元、以及设置在连接所述开关元件的外部节点和所述电流测量单元的外部节点的第三线路上并且互相串联连接的诊断电阻器和诊断开关，(b)向所述开关元件施加用于断开所述开关元件的控制信号，(c)在所述控制信号被施加之后导通所述诊断开关，并且随后从所述电流测量单元接收测量的电流值，以及(d)通过使用所测量的电流值来确定流过第二线路的电流水平，并且如果电流水平大于预定义的基准电流水平，则诊断所述开关元件存在短路故障。
在本公开的另一个方面，还提供了一种诊断设置在第一外部端子和电池的第一电极之间的第一线路上的开关元件的故障的方法，所述方法包括：(a)提供被配置为测量流过第二外部端子和所述电池的第二电极之间的第二线路的电流大小的电流测量单元、以及设置在连接所述开关元件的外部节点和所述电流测量单元的外部节点的第三线路上并且互相串联连接的诊断电阻器和诊断开关，(b)向所述开关元件施加用于导通所述开关元件的控制信号，(c)在所述控制信号被施加之后导通所述诊断开关，并且随后从所述电流测量单元接收测量的电流值，以及(d)通过使用所测量的电流值来确定流过所述第二线路的电流水平，并且如果所述电流水平小于预定义的基准电流水平，则诊断所述开关元件存在开路故障。
在本公开的另一个方面，还提供了一种诊断设置在连接至直流(DC)并联链路节点的第一外部端子和电池的第一电极之间的开关元件的故障的方法，所述方法包括(a)提供被配置为测量流过所述电池的第二电极和第二外部端子之间的第二线路的电流大小的电流测量单元、分别被配置为测量所述电池的电压和所述DC并联链路节点的电压的第一和第二电压测量单元、以及设置在连接所述开关元件的外部节点和所述电流测量单元的外部节点的第三线路上并且互相串联连接的诊断电阻器和诊断开关，(b)向所述开关元件施加用于断开所述开关元件的控制信号，(c)在所述控制信号被施加之后导通所述诊断开关，(d)分别从第一和第二电压测量单元接收指示所述电池的电压的第一测量电压值以及指示所述DC并联链路节点的电压的第二测量电压值，(e)从所述电流测量单元接收测量的电流值，并且通过使用所测量的电流值来确定流过所述第二线路的电流水平，(f)如果所述第一和第二测量电压值之间的差小于预定义的基准电压水平并且如果流过所述第二线路的电流水平大于基准电流水平，则诊断所述开关元件存在短路故障，以及(g)如果所述第一和第二测量电压值之间的差大于基准电压水平，则诊断所述开关元件为正常。
在本公开的另一个方面，还提供了一种诊断设置在连接至直流(DC)并联链路节点的第一外部端子和电池的第一电极之间的开关元件的故障的方法，所述方法包括(a)提供被配置为测量流过第二外部端子和所述电池的第二电极之间的第二线路的电流大小的电流测量单元、分别被配置为测量所述电池的电压和所述DC并联链路节点的电压的第一和第二电压测量单元、以及设置在连接所述开关元件的外部节点和所述电流测量单元的外部节点的第三线路上并且互相串联连接的诊断电阻器和诊断开关，(b)向所述开关元件施加用于导通所述开关元件的控制信号，(c)在所述控制信号被施加之后导通所述诊断开关，(d)分别从第一和第二电压测量单元接收指示所述电池的电压的第一测量电压值以及指示所述DC并联链路节点的电压的第二测量电压值，(e)从所述电流测量单元接收测量的电流值，并且确定流过所述第二线路的电流水平，(f)如果第一和第二测量电压值之间的差大于预定义的基准电压水平，则诊断所述开关元件存在开路故障，以及(g)如果第一和第二测量电压值之间的差小于基准电压水平并且如果流过所述第二线路的电流水平大于预定义的基准电流水平，则诊断所述开关元件为正常。
在本公开中，用于诊断所述开关元件的短路故障的参照的基准电流水平可以包括具有不同大小的多个电流值。在这种情况下，诊断所述开关元件具有短路故障可以包括：如果流过所述第二线路的电流水平大于被设置为基准电流水平的电流值之中的最大电流值，则诊断所述开关元件存在短路故障。
此外，诊断所述开关元件存在短路故障可以包括：识别在被设置为基准电流水平的电流值之中小于或等于流过所述第二线路的电流水平的电流值中的最大电流值，以及诊断所述开关元件存在与所识别的最大电流值相对应的预定义弱短路故障。所述弱短路故障可以基于被设置为基准电流水平的电流值的大小而以多个阶段进行预定义。
可选地，根据本公开的方法可以进一步包括生成所述开关元件的故障诊断信息，以及存储、显示或传送所生成的故障诊断信息。
有益效果
根据本发明，无论施加于电池的外部端子的电压水平如何，都可以使用简单的硬件配置来诊断用于电池的外部连接的开关元件的故障。
此外，根据本公开，用来测量电池的充电或放电电流的传感器元件也可以被用来诊断开关元件的故障，因此诊断装置的成本可以有所降低。
另外，根据本公开，开关元件中的弱短路故障的出现也可以被准确诊断。
而且，本公开对于其中电池的外部端子被并联连接至另一种类型的电池的并联电力系统会是有用的。
附图说明
附图图示了本公开的优选实施例，并且连同之前的公开一起用来提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此本公开不被理解为局限于附图。
图1是根据本公开实施例的用于诊断开关元件的故障的装置的结构图。
图2是示出在开关元件断开时图1的电路中的电流的流动的视图。
图3是示出在开关元件导通时图1的电路中的电流的流动的视图。
图4是根据本公开实施例的诊断开关元件的短路故障的方法的流程图。
图5是根据本公开实施例的诊断开关元件的开路故障的方法的流程图。
具体实施方式
随后，将参考附图对本公开的优选实施例进行详细描述。在描述之前，应当理解的是，在说明书和所附权利要求中使用的术语不应当被理解为局限于一般和词典的含义，而是在发明人被允许针对最佳解释而适当定义术语的原则的基础上，基于对应于本公开的技术方面的含义和概念加以解释。因此，本文所给出的描述仅是出于说明目的的优选示例，而并非意在对本公开的范围加以限制，因此应当理解的是，能够针对其形成其他等同和修改形式而并不背离本公开的范围。
图1是根据本公开实施例的用于诊断开关元件120的故障的装置100的结构图。
参考该图，根据本公开的开关元件故障诊断装置100可以诊断开关元件120的故障，开关元件120用来将电池110的第一电极111和第二电极112在其外侧连接至第一电力线P+和第二电力线P-或者将第一电极111和第二电极112与第一电力线P+和第二电力线P-断开连接。
电池110并不局限于特定类型，并且例如可以是锂电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池或镍锌电池。
电池110作为其中多个电池单元串联或并联连接的组来提供。替选地，电池110可以包括多个组。
电池110的第一和第二电极111和112可以分别是正电极和负电极。
开关元件120并不局限于特定类型，并且可以是如图中所示的其中接触点通过电磁打开或闭合的继电器开关。
本领域技术人员将要理解的是，除了继电器开关之外，开关元件120可以是半导体开关，例如固态继电器(SSR)，或者是金属氧化物硅场效应晶体管(MOSFET)。
开关元件120的导通和断开状态可以由外部控制信号来控制。控制信号可以从下文所要描述的控制器170输入。
当开关元件120被导通时，电池110电耦合至外部的第一和第二电力线P+和P-。在实现电耦合之后，电池110可以向外部传送放电电力或者从外部接收充电电力。否则，当开关元件120被断开时，电池110与第一和第二电力线P+和P-之间的电耦合被释放，因此往来于外部的电力传输或接收被停止。
开关元件120的故障分为短路故障和开路故障。短路故障是指在开关元件120被断开但是在内部持续保持在导通状态时的情形。这样的故障在开关元件120中所包括的接触点由于热量而被熔融从而相互形成接触时发生。与此同时，开路故障是指在开关元件120被导通但是在内部持续保持在断开状态时的情形。这样的故障由于导致接触点的机械、电气或磁性接触的操作机制的退化而发生。
第一电力线P+的一端可以电连接至第一外部端子T+。第一外部端子T+通过设置在第一线路L1上的开关元件120电连接至电池110的第一电极111。这里，第一线路L1是指从电池110的第一电极111延伸至第一外部端子T+的线路。
第二电力线P-的一端可以电连接至第二外部端子T-。第二外部端子T-通过第二线路L2电连接至电池的第二电极112。这里，第二线路L2是指从电池110的第二电极112延伸至第二外部端子T-的线路。
第一和第二电力线P+和P-可以被用作从电池110输出的放电电流通过其流动的传导路径或者输入到电池110的充电电流通过其流动的传导路径。
在一个实施例中，第一电力线P+的另一端可以连接至直流(DC)电压源130的正端子，并且第二电力线P-的另一端以连接至DC电压源130的负端子。
第一外部端子T+接触到第一电力线P+的节点以及第二外部端子T-接触到第二电力线P-的节点充当DC并联链路节点NDC。
因此，DC电压源130通过DC并联链路节点NDC连接至第一和第二线路L1和L2。接着，DC电压源130和电池110通过DC并联链路节点NDC互相并联连接。
DC电压源130并不局限于特定类型并且可以是不同于电池110的类型的电池。
例如，电池110可以是具有12V标称电压的锂电池。DC电压源130则可以是具有12V标称电压的铅蓄电池。
在另一个实施例中，DC电压源130可以是大容量电容器(condenser)。在电池110通过功率转换电路而连接至负载时，大容量电容器可以被包括在例如逆变器的功率转换电路的输入侧。在图1中，功率转换电路和负载未示出。
当电池110通过DC并联链路节点NDC电连接至DC电压源130时，电池110与DC电压源130形成并联连接。
因此，只要DC电压源130并不包括有源发电元件，电池110的电压以及DC电压源130的电压在并联连接得以保持的同时具有基本上相同的数值。
在一个实施例中，电池110和DC电压源130可以作为并联电力系统被安装在汽车中。这里，汽车可以是石油燃料汽车或混合动力汽车。
在以上所描述的示例中，DC电压源130可以是铅蓄电池并且可以被用来提供电力来启动电机以启动发动机，以及向汽车中所包括的各种电器元件供应运转电力。铅蓄电池可以在车辆被驾驶的同时由发电机或再生充电器所生成的电力进行充电。电池110可以是锂电池并且可以被用来补充铅蓄电池的电力，以及存储并未被存储在铅蓄电池而是被浪费的空闲电力。当以上所描述的并联电力系统被安装在汽车中时，电池110可以有助于汽车的燃料效率的提高。
优选地，根据本公开的开关元件故障诊断装置100可以包括电流测量单元140、诊断电阻器150、诊断开关160和控制器170，以便对开关元件120的故障进行诊断。
电流测量单元140可以在控制器170请求时对流过电池110的第二电极112和第二外部端子T-之间的第二线路L2的电流进行测量，并且将所测量的电流值输入到控制器170。
在一个示例中，电流测量单元140可以包括设置在第二线路L2上的分流电阻器RSHUNT以及模数转换器(ADC)142。
ADC 142将在电流流过第二线路L2时施加于分流电阻器RSHUNT的两个端子末端的模拟电压转换为数字电压，并且将经转换的数字电压作为测量电流值输出至控制器170。
当从ADC 142接收到数字电压作为测量电流值时，控制器170可以通过使用分流电阻器RSHUNT的预定义电阻值和该测量电流值基于欧姆定律来确定流过第二线路L2的电流水平ISHUNT。
在另一个示例中，电流测量单元140可以被作为一种电流传感器的霍尔传感器所替代。霍尔传感器可以将指示流过第二线路L2的电流的大小的电压值作为测量电流值输入到控制器170。随后，控制器170可以通过使用作为测量电流值的电压值输入基于预定义的数学计算来确定流过第二线路L2的电流水平ISHUNT。
通过使用分流电阻器RSHUNT或霍尔传感器来检测流过第二线路L2的电流水平ISHUNT的方法是本领域技术人员所公知的，因此将不在本文进一步描述。
优选地，诊断电阻器150和诊断开关160可以被设置在用于连接第一和第二线路L1和L2的第三线路L3上，并且诊断电阻器150和诊断开关160可以互相串联连接。
在需要诊断开关元件120的故障时，诊断开关160可以通过接收来自控制器170的控制信号而被导通，并且可以在故障诊断完成时被断开。
优选地，第三线路L3可以连接至开关元件120的外部节点N+以及电流测量单元140的外部节点N-。随后，被用来测量充电电流或放电电流的现有电阻器也可以被用作分流电阻器141。也就是说，分流电阻器141可以被用来测量充电电流或放电电流的大小，以及用来测量流过第二线路L2的电流的大小，以便诊断开关元件120的故障。这可以有助于降低诊断装置的成本。此外，诊断开关元件120的故障的可靠性可以通过增大流过分流电阻器141的电流水平而提高。
根据本公开实施例的开关元件故障诊断装置100可以进一步包括第一电压测量单元180和第二电压测量单元190以便诊断开关元件120的故障。
第一电压测量单元180测量指示在电池110的第一和第二电极111和112之间所施加的电池110的电压的第一测量电压值V1，并且将其输入到控制器170。
第二电压测量单元190测量指示被施加于DC并联链路节点NDC的电压的第二测量电压值V2，并且将其输入到控制器170。
第一和第二电压测量单元180和190可以被配置为本领域技术人员已知的典型电压测量电路(例如，差分放大器电路)，因此将不在本文详细描述。
控制器170将用于导通或断开开关元件120的控制信号施加于开关元件120。在控制信号被施加之后，控制器170导通诊断开关160并且随后从电流测量单元140接收测量电流值。控制器170通过使用测量电流值来确定流过第二线路L2的电流水平ISHUNT。控制器170可以通过将电流水平ISHUNT与预定义的基准电流水平Ith相比较来诊断开关元件120的故障。
控制器170可以有选择地包括本领域技术人员已知的处理器、专用集成电路(ASIC)、另一芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器、数据处理单元等，以便执行以下所要描述的各种控制逻辑。当控制逻辑被实施为软件时，控制器170可以被实施为程序模块的集合。在这种情况下，程序模块可以被存储在存储器中并且可以由处理器来执行。存储器可以设置在处理器内部或外部，并且可以经由各种公知手段连接至处理器。可替选地，存储器可以被包括在以下所描述的存储单元200中。无论设备类型如何，存储器都被统称为数据存储设备而并不局限于任何特定的存储器设备。
根据一个方面，控制器170可以向开关元件120施加用于断开开关元件120的控制信号，并且如果通过使用从电流测量单元140所输入的测量电流值所确定的电流水平ISHUNT大于基准电流水平Ith，则诊断开关元件120存在短路故障。
根据另一个方面，控制器170可以向开关元件120施加用于导通开关元件120的控制信号，并且如果通过使用从电流测量单元140所输入的测量电流值所确定的电流水平ISHUNT小于基准电流水平Ith，则诊断开关元件120存在开路故障。
根据又另一个方面，控制器170可以向开关元件120施加用于断开开关元件120的控制信号。
控制器170可以分别从第一和第二电压测量单元180和190接收指示电池110的电压的第一测量电压值V1以及指示DC并联链路节点NDC的电压的第二测量电压值V2，以及从电流测量单元140接收测量电流值，以确定流过第二线路L2的电流水平ISHUNT。
如果指示电池110的电压的第一测量电压值V1以及指示DC并联链路节点NDC的电压的第二测量电压值V2之间的差大于基准电压水平Vth，则控制器170可以诊断开关元件120为正常。
如果指示电池110的电压的第一测量电压值V1以及指示DC并联链路节点NDC的电压的第二测量电压值V2之间的差小于基准电压水平Vth，并且如果通过使用测量电流值所确定的第二线路L2的电流水平ISHUNT大于基准电流水平Ith，则控制器170可以诊断开关元件120存在短路故障。
根据又另一个方面，控制器170可以对开关元件120施加用于导通开关元件120的控制信号，以便诊断开关元件120的开路故障。
控制器170可以分别从第一和第二电压测量单元180和190接收指示电池110的电压的第一测量电压值V1以及指示DC并联链路节点NDC的电压的第二测量电压值V2，以及从电流测量单元140接收测量电流值，以确定第二线路L2的电流水平ISHUNT。
如果指示电池110的电压的第一测量电压值V1以及指示DC并联链路节点NDC的电压的第二测量电压值V2之间的差大于基准电压水平Vth，则控制器170可以诊断开关元件120存在开路故障。
如果指示电池110的电压的第一测量电压值V1以及指示DC并联链路节点NDC的电压的第二测量电压值V2之间的差小于基准电压水平Vth，以及使用测量电流值所确定的第二线路L2的电流水平ISHUNT大于基准电流水平Ith，则控制器170可以诊断开关元件120操作正常。
在本公开中，用于诊断开关元件120的短路故障的参照的基准电流水平Ith可以包括具有不同大小的多个电流值Ith(k)。这里，k可以是1至p的自然数，并且Ith(k)可以与k成比例增大。
在这种情况下，如果流过第二线路L2的电流水平ISHUNT大于被设置为基准电流水平Ith的多个电流值Ith(k)之中的最大电流值Ith(p)，则控制器170可以诊断开关元件120存在短路故障。
控制器170可以识别在被设置为基准电流水平Ith的电流值Ith(k)中小于或等于流过第二线路L2的电流水平ISHUNT的电流值之中的最大电流值，以及诊断开关元件120存在与所识别的最大电流值相对应的预定义弱短路故障。
这里，弱短路故障是指开关元件120的完全短路状态和正常状态之间的中间状态。弱短路状态可以基于开关元件120在其被断开时的电阻值的水平而在多个阶段进行预定义。
弱短路状态可以基于被设置为基准电流水平Ith的电流值Ith(k)的大小而在多个阶段进行预定义。电流值Ith(k)可以基于开关元件120的电阻特性而通过测试来预定义。
例如，要被设置为基准电流水平Ith的多个电流值Ith(k)的大小可以通过准备由于不同水平的弱短路故障而具有不同电阻的多个开关元件120，并且随后在每个开关元件120被断开时测量流过第二线路L2的电流的数值来确定。
根据本公开的又另一个方面，装置100可以进一步包括被配置为存储开关元件120的诊断信息的存储单元200。在这种情况下，控制器170可以将开关元件120的诊断信息存储在存储单元200中。诊断信息可以包括指示开关元件120的故障类型的识别码，以及故障被诊断时的时间信息。优选地，识别码可以包括指示开关元件120的故障类型的数字、字符、符号，或者它们的组合。
存储单元200存储控制器170执行控制逻辑时所需要的程序、控制逻辑被执行时生成的数据、以及控制逻辑被执行时所使用的预定义数据。
存储单元200并不局限于特定的类型并且可以是任意的数据存储设备，诸如动态随机访问存储器(DRAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存或寄存器。
根据本公开的又另一个方面，装置100可以进一步包括被配置为输出开关元件120的诊断信息的显示单元210。在这种情况下，控制器170可以将开关元件120的诊断信息作为图形用户界面在显示单元210上输出。诊断信息可以包括指示开关元件120的故障类型的识别码，以及故障被诊断时的时间信息。优选地，识别码可以包括指示开关元件120的故障类型的数字、字符、符号，或者它们的组合。
显示单元210可能并非始终都包括在根据本公开的装置100中，但是可以被包括在另一个装置中。在这种情况下，显示单元210并非直接而是经由其他装置中所包括的控制器件而连接至控制器170。因此，应当理解的是，显示单元210和控制器170之间的电连接还包括以上所描述的间接连接。
当控制器170无法直接在显示单元210上显示开关元件120的诊断信息时，控制器170可以将诊断信息提供至包括显示器的另一个装置。在这种情况下，控制器170可以以可数据通信的方式连接至其他装置，其他装置可以从控制器170接收开关元件120的诊断信息并且将所接收到的诊断信息作为图形用户界面显示在与之连接的显示器上。
根据本公开的又另一个方面，装置100可以进一步包括能够传送和接收通信数据的通信接口220。
通信接口220可以支持控制器域网络(CAN)、本地互连网络(LIN)、FlexRay或者面向媒体系统传输(MOST)通信。
控制器170可以生成包括开关元件120的诊断信息的通信数据，并且随后通过通信接口220输出所生成的通信数据。通信数据可以通过通信网络被传送到外部设备230。外部设备230可以接收通信数据，从通信数据提取诊断信息，并且将所提取的诊断信息视觉显示在连接至外部设备230的显示器上。例如，外部设备230可以是专门用于开关元件120的诊断装置，或者是例如汽车的具有电池110的负载的主控计算机。
图2是示出当已经接收到断开控制信号的开关元件120正常断开且诊断开关160被导通时图1的电路中的电流流动的视图。
参考图2，当开关元件120正常断开时，电流仅在相对于第三线路L3的右侧闭环电路中流动，而并不通过分流电阻器RSHUNT流动。也就是说，流过第二线路L2的电流水平ISHUNT接近于零。在图中，电流的流动由虚线所指示。
图3是示出当已经接收到断开控制信号的开关元件120具有短路故障且因此未正常断开并且诊断开关160被导通时图1的电路中的电流流动的视图。
参考图3，当开关元件120具有短路故障时，电流在第三线路L3左右侧的两个闭环电路中流动。
最初，流过第三线路L3的电流水平IL3可以如数学公式1所示而基于设置在第三线路L3上的电阻组件的数值以及被施加于第三线路L3两端的电压的大小来确定。
<数学公式1>
在数学公式1中，IL3表示流过第三线路L3的电流的大小。V2表示第二测量电压值，其指示由第二电压测量单元190所测量的DC并联链路节点NDC的电压。Rdig表示诊断电阻器150的预定义电阻值。RSW(on)表示诊断开关160的预定义导通电阻。
在数学公式1的分母中所包括的两个电阻值之间，与Rdig相比，RSW(on)的数值非常小。因此，流过第三线路L3的电流水平IL3可以近似于V2/Rdig。
流过右侧闭环电路的电流大小IRIGHT和流过左侧闭环电路的电流大小ILEFT可以基于右侧闭环电路中所包括的电阻组件与左侧闭环电路中所包括的电阻组件的比率来确定。
也就是说，假设右侧闭合电路中所包括的电阻组件的电阻值之和由RRIGHT所表示，并且左侧闭合电路中所包括的电阻组件的电阻值之和由RLEFT所表示。
则流过左侧闭合电路的电流大小ILEFT可以如数学公式2中所示来确定，并且流过右侧闭合电路的电流大小IRIGHT可以如数学公式3中所示来确定。
<数学公式2>
Figure GDA0002271078190000211
<数学公式3>
Figure GDA0002271078190000212
在数学公式2和3中，RRIGHT表示相对于第三线路L3的右侧闭合电路中所包括的电阻组件的电阻值之和，并且可以如数学公式4中所示来表示。
<数学公式4>
RRIGHT＝RINT2++RINT2-+REXT++REXT-+RDC_SOURCE
在数学公式2和3中，RLEFT表示相对于第三线路L3的左侧闭合电路中所包括的电阻组件的电阻值之和，并且可以如数学公式5中所示来表示。
<数学公式5>
RLEFT＝RINT1++RINT1-+RLELAY+RSHUNT+RBAT
在数学公式4和5中，RINT1+、RINT1-、RINT2+、RINT2-、REXT+和REXT-表示存在与电流通过其流动的路径上的电阻组件的电阻值。RBAT表示电池110的内部电阻。RDC_SOURCE表示DC电压源130的内部电阻。RRELAY表示开关元件120的导通电阻，并且RSHUNT表示电流测量单元140的分流电阻器141的电阻值。
数学公式4和5中所包括的电阻值可以通过使用电阻计测量连接至电路元件的节点之间的电阻值来预定义。所定义的电阻值可以被预先存储在存储单元220中。
在数学公式4和5中，每个电阻值可以具有小于数毫欧姆的小数值。因此，RRIGNT和RLEFT可以近似于基本上相同的数值。在这种情况下，流过相对于第三线路L3的左侧闭环电路的电流水平ILEFT可以如数学公式6所示近似表示。
<数学公式6>
Figure GDA0002271078190000221
流过左侧闭环电路的电流水平ILEFT基本上与流过分流电阻器141的第二线路L2的电流水平ISHUNT相同。
因此，根据本公开，等于基于数学公式6所确定的电流水平的数值或者考虑到测量偏差而以某个程度小于基于数学公式6所确定的电流水平的数值可以被定义为基准电流水平Ith。
针对基准电流水平Ith而言，指示从第三线路L3的两端所测量的第二测量电压值V2是仅有的变量，并且Rdig表示诊断电阻器150的预定义电阻值。
因此，如果在诊断开关160在用于断开开关元件120的控制信号被应用于开关元件120之后被导通时由分流电阻器141所测量的电流水平ISHUNT大于通过使用第二测量电压值V2所计算的基准电流水平Ith，则可以诊断出开关元件120存在短路故障。否则，如果由分流电阻器141所测量的电流水平ISHUNT充分小于基准电流水平Ith，则可以诊断出开关元件120正常工作。
可以通过在用于导通开关元件120的控制信号被应用于开关元件120之后导通诊断开关160，以及随后测量流过分流电阻器141的电流水平ISHUNT来诊断开关元件120的开路故障。
也就是说，如果流过分流电阻器141的电流水平ISHUNT大于通过使用第二测量电压值V2所计算的基准电流水平Ith，则可以诊断出开关元件120导通开关元件120的功能正常工作。否则，如果流过分流电阻器141的电流水平ISHUNT明显小于通过使用第二测量电压值V2所计算的基准电流水平Ith，则可以诊断出开关元件120存在开路故障。
根据本公开，可以计算通过使用第一和第二电压测量单元180和190所测量的第一和第二电压值V1和V2之间的差，并且还可以基于所计算的差来诊断开关元件120是否正常工作。
例如，在用于断开开关元件120的控制信号被应用于开关元件120之后，如果通过使用第一和第二电压测量单元180和190所测量的第一和第二电压值V1和V2之间的差大于预设的基准电压水平Vth，则可以诊断出断开开关元件120的功能正常工作。
作为另一个示例，在用于导通开关元件120的控制信号被应用于开关元件120之后，如果通过使用第一和第二电压测量单元180和190所测量的第一和第二电压值V1和V2之间的差大于预设的基准电压水平Vth，则可以诊断出开关元件120存在开路故障，因此导通开关元件的功能未正常工作。
在通过使用流过分流电阻器141的电流水平ISHUNT诊断开关元件120的故障之前，可以预先执行以上所描述的通过使用第一和第二电压值V1和V2来诊断开关元件120的故障的方法。
基于以上描述，现在将详细描述通过使用根据本公开的开关元件故障诊断装置100来诊断开关元件120的故障的方法。
在以下描述中，虽然并未特别提及，但是根据本公开的方法由控制器170执行。
图4是根据本公开实施例的诊断开关元件120的短路故障的方法的流程图。
参考图4，最初，控制器170向开关元件120施加用于断开开关元件120的控制信号，以便诊断开关元件120的短路故障(操作S10)。
随后，控制器170通过设置向在第三线路L3上的诊断开关160施加用于导通诊断开关160的控制信号来导通诊断开关160(操作S20)。
接着，控制器170控制第一电压测量单元180，以及通过从第一电压测量单元180接收指示电池110的电压的第一测量电压值V1来检测电池110的电压(操作S30)。
此后，控制器170控制第二电压测量单元190，以及通过从第二电压测量单元190接收指示DC并联链路节点NDC的电压的第二测量电压值V2来检测DC并联链路节点NDC的电压(操作S40)。
随后，控制器170控制电流测量单元140，以及通过从电流测量单元140接收指示流过第二线路L2的电流水平ISHUNT的测量电流值来检测流过第二线路L2的电流水平ISHUNT(操作S50)。
接着，控制器170计算指示电池110的电压的第一测量电压值V1与指示DC并联链路节点NDC的电压的第二测量电压值V2之间的差，以及确定差值是否大于预设的基准电压水平Vth(操作S60)。
当在操作S60确定第一和第二测量电压值V1和V2之间的差大于基准电压水平Vth时，控制器170诊断出断开开关元件120的功能正常工作(操作S90)。
否则，当在操作S60确定第一和第二测量电压值V1和V2之间的差小于基准电压水平Vth时，控制器170继续行进至操作S70。
此后，控制器170确定在操作S50所检测的第二线路L2的电流水平ISHUNT是否大于预设的基准电流水平Ith(操作S70)。
当在操作S70确定第二线路L2的电流水平ISHUNT大于预设的基准电流水平Ith时，控制器170诊断出开关元件120存在短路故障，因此断开开关元件120的功能并未正常工作(操作S80)。否则，当确定第二线路L2的电流水平ISHUNT小于基准电流水平Ith时，控制器170诊断出断开开关元件120的功能正常工作(操作S90)。
作为参考，当开关元件120存在短路故障时，电流流过相对于第三线路L3的左侧闭环电路(参见图3)，并且电流的大小对应于在操作S50所检测到的电流水平ISHUNT。
用于诊断开关元件120的短路故障的参照的基准电流水平Ith可以包括具有不同大小的多个电流值Ith(k)。这里，k可以是1至p的自然数，并且Ith(k)可以与k成比例增大。
在这种情况下，在操作S70，如果流过第二线路L2的电流水平ISHUNT大于被设置为基准电流水平Ith的电流值Ith(k)之中的最大电流值Ith(p)，则控制器170可以诊断出开关元件120存在短路故障。
在图中并未示出的实施例中，控制器170可以识别在被设置为基准电流水平Ith的电流值Ith(k)中小于或等于流过第二线路L2的电流水平ISHUNT的电流值中的最大电流值，以及诊断出开关元件120存在与所识别的最大电流值相对应的预定义弱短路故障。
弱短路故障可以基于被设置为基准电流水平Ith的电流值Ith(k)的大小而在多个阶段进行预定义。上文已经描述了通过测试来确定电流值Ith(k)的方法。有关对应于电流值Ith(k)的弱短路故障的多个阶段的信息可以被预先存储在存储单元200中。
虽然并未在图中示出，但是控制器170可以生成开关元件120的诊断信息。这里，诊断信息可以包括开关元件120何时被诊断的时间信息，以及用于识别诊断结果的识别码。识别码包括数字、字符、符号，或者它们的组合。
控制器170可以将所生成的诊断信息存储在存储单元200中，将所生成的诊断信息作为图形用户界面在显示单元210上输出，或者将所生成的诊断信息通过通信接口220传送至外部设备230。
在上述控制逻辑中，将要理解的是，控制器170可以跳过操作S60而直接行进至操作S70。
图5是根据本公开实施例的诊断开关元件120的开路故障的方法的流程图。
参考图5，控制器170向开关元件120施加用于导通开关元件120的控制信号，以便诊断开关元件120的开路故障(操作P10)。
随后，控制器170通过向设置在第三线路L3上的诊断开关160施加用于导通诊断开关160的控制信号而导通诊断开关160(操作P20)。
接着，控制器170控制第一电压测量单元180，以及通过从第一电压测量单元180接收指示电池110的电压的第一测量电压值V1来检测电池110的电压(操作P30)。
此后，控制器170控制第二电压测量单元190，以及通过从第二电压测量单元190接收指示DC并联链路节点NDC的电压的第二测量电压值V2来检测DC并联链路节点NDC的电压(操作P40)。
随后，控制器170控制电流测量单元140，以及通过从电流测量单元140接收指示流过第二线路L2的电流水平ISHUNT的测量电流值来检测流过第二线路L2的电流水平ISHUNT(操作P50)。
接着，控制器170计算指示电池110的电压的第一测量电压值V1和指示DC并联链路节点NDC的电压的第二测量电压值V2之间的差，以及确定差值是否大于预设的基准电压水平Vth(操作P60)。
当在操作P60确定第一和第二测量电压值V1和V2之间的差大于基准电压水平Vth时，控制器170诊断出开关元件120存在开路故障，因此导通开关元件120的功能未正常工作(操作P90)。
否则，当在操作P60确定第一和第二测量电压值V1和V2之间的差充分小于基准电压水平Vth时，控制器170继续行进至操作P70。
此后，控制器170确定在操作P50所检测的第二线路L2的电流水平ISHUNT是否大于预设的基准电流水平Ith(操作P70)。
当在操作P70确定第二线路L2的电流水平ISHUNT大于基准电流水平Ith时，控制器170诊断出导通开关元件120的功能正常工作(操作P80)。
否则，当在操作P70确定第二线路L2的电流水平ISHUNT充分小于基准电流水平Ith时，控制器170诊断出开关元件120存在开路故障，因此导通开关元件120的功能未正常工作(操作P90)。
作为参考，当开关元件120存在开路故障时，电流不流过相对于第三线路L3的左侧闭环电路(参见图2)，因此流过第二线路L2的电流水平ISHUNT具有数值零或接近于零的数值。
虽然并未在图中示出，但是控制器170可以生成操作P80或P90的开关元件120的诊断信息。这里，诊断信息可以包括开关元件120何时被诊断的时间信息，以及用于识别诊断结果的识别码。识别码包括数字、字符、符号，或者它们的组合。
控制器170可以将所生成的诊断信息存储在存储单元200中，将所生成的诊断信息作为图形用户界面在显示单元210上输出，或者将所生成的诊断信息通过通信接口220传送至外部设备230。
在上述控制逻辑中，将要理解的是，控制器170可以跳过操作P60而直接行进至操作P70。
还将要理解的是，控制器170的各种控制逻辑中的两个或更多的选择性组合可以被实施为本公开的实施例。
控制器170的各种控制逻辑中的两个或更多可以被组合，并且所组合的控制逻辑可以基于计算机可读代码系统进行编写并且可以被记录在计算机可读记录介质上。
记录介质不局限于特定类型，并且可以是能够由计算机中所包括的处理器所访问的任意记录介质。例如，记录介质可以包括从包括只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、寄存器、CD-ROM、磁带、硬盘、软盘和光学数据存储设备的群组中所选择的至少一种。
代码系统可以在经由网络连接的计算机中分布和存储并且可以由计算机来执行。而且，用于实施组合控制逻辑的功能程序、代码和代码段能够轻易地由本领域技术人员中的程序员构建。
在本公开实施例的上述描述中，具有诸如“单元”和/或“器”之类的后缀的部件并不应当被理解为是物理方式定义的部件，而是要被理解为在功能上定义的部件。因此，每个部件可选地可以与另一个部件进行组合，或者可以为了(一个或多个)控制逻辑的有效执行而被划分为子部件。
然而，即使在部件被组合或划分时，本领域技术人员将要理解的是，只要示出了其功能标识，被组合或划分的部件就落入本公开的范围之内。
已经对本公开进行了详细描述。然而，应当理解的是，虽然指示本公开的优选实施例，但是详细描述和具体示例仅是作为说明被给出，因为本公开范围内的各种变化和修改将由于该详细描述而对于本领域技术人员变为清楚明白的。
工业适用性
根据本公开，无论被应用于电池的外部端子的电压水平如何，都可以使用简单的硬件配置对用于电池的外部连接的开关元件的故障进行诊断。
此外，根据本公开，用来测量电池的充电或放电电流的电流传感器也可以被用来诊断开关元件的故障，因此诊断装置的成本可以有所下降。
另外，根据本公开，开关元件中的弱短路故障的出现也可以被准确诊断。
而且，本公开对于其中电池的外部端子被并联连接至另一种类型的电池的并联电力系统会是有用的。

Claims (11)

1.一种用于诊断开关元件的故障的装置，所述开关元件设置在第一外部端子和电池的第一电极之间的第一线路上，所述装置包括：
电流测量单元，所述电流测量单元被配置为测量流过第二外部端子和所述电池的第二电极之间的第二线路的电流；
诊断电阻器和诊断开关，所述诊断电阻器和所述诊断开关设置在连接所述开关元件的外部节点和所述电流测量单元的外部节点的第三线路上，并且互相串联连接；以及
控制器，所述控制器被配置为向所述开关元件施加用于导通或断开所述开关元件的控制信号，以在所述控制信号被施加之后导通所述诊断开关并且随后从所述电流测量单元接收测量的电流值，以通过使用所测量的电流值来确定流过所述第二线路的电流水平，以及通过将所述电流水平与基准电流水平相比较来诊断所述开关元件的故障，
其中所述第一线路和所述第二线路连接至连接有不同类型的电池的直流并联链路节点，以提供与所述电池的电压相等的电压，
其中所述基准电流水平包括具有不同大小的多个电流值，以及
其中所述控制器被配置为向所述开关元件施加用于断开所述开关元件的控制信号，以识别被设置为所述基准电流水平的电流值之中与所述电流水平相对应的电流值，以及诊断所述开关元件存在与所识别的电流值相对应的预定义弱短路故障。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器被配置为向所述开关元件施加用于断开所述开关元件的控制信号，并且如果所述电流水平大于被设置为所述基准电流水平的电流值之中的最大电流值，则诊断所述开关元件存在短路故障。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器被配置为向所述开关元件施加用于导通所述开关元件的控制信号，并且如果所述电流水平小于所述基准电流水平，则诊断所述开关元件存在开路故障。
4.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
第一电压测量单元，所述第一电压测量单元被配置为测量所述电池的电压；以及
第二电压测量单元，所述第二电压测量单元被配置为测量所述直流并联链路节点的电压。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述控制器被配置为：
(i)向所述开关元件施加用于断开所述开关元件的控制信号；
(ii)分别从所述第一电压测量单元和所述第二电压测量单元接收指示所述电池的电压的第一测量电压值以及指示所述直流并联链路节点的电压的第二测量电压值，以及从所述电流测量单元接收所述第二线路的所测量的电流值；
(iii)如果所述第一测量电压值和所述第二测量电压值之间的差大于基准电压水平，则诊断所述开关元件为正常；以及
(iv)如果所述第一测量电压值和所述第二测量电压值之间的差小于所述基准电压水平并且如果流过所述第二线路的电流水平大于所述基准电流水平，则诊断所述开关元件存在短路故障。
6.根据权利要求4所述的装置，其中所述控制器被配置为：
(i)向所述开关元件施加用于导通所述开关元件的控制信号；
(ii)分别从所述第一电压测量单元和所述第二电压测量单元接收指示所述电池的电压的第一测量电压值以及指示所述直流并联链路节点的电压的第二测量电压值，以及从所述电流测量单元接收所述第二线路的所测量的电流值；
(iii)如果所述第一测量电压值和所述第二测量电压值之间的差大于基准电压水平，则诊断所述开关元件存在开路故障；以及
(iv)如果所述第一测量电压值和所述第二测量电压值之间的差小于所述基准电压水平并且如果流过所述第二线路的电流水平大于所述基准电流水平，则诊断所述开关元件为正常。
7.一种诊断开关元件的故障的方法，所述开关元件设置在第一外部端子和电池的第一电极之间的第一线路上，所述方法包括：
(a)提供电流测量单元以及诊断电阻器和诊断开关，所述电流测量单元被配置为测量流过第二外部端子和所述电池的第二电极之间的第二线路的电流，所述诊断电阻器和所述诊断开关设置在连接所述开关元件的外部节点和所述电流测量单元的外部节点的第三线路上并且互相串联连接；
(b)向所述开关元件施加用于断开所述开关元件的控制信号；
(c)在所述控制信号被施加之后导通所述诊断开关，并且随后从所述电流测量单元接收测量的电流值；以及
(d)通过使用所测量的电流值来确定流过所述第二线路的电流水平，并且如果所述电流水平大于预定义的基准电流水平，则诊断所述开关元件存在短路故障，
其中所述第一线路和所述第二线路连接至连接有不同类型的电池的直流并联链路节点，以提供与所述电池的电压相等的电压，
其中所述基准电流水平包括具有不同大小的多个电流值，并且
其中步骤(d)包括：识别被设置为所述基准电流水平的电流值之中的与所述电流水平相对应的电流值，以及诊断所述开关元件存在与所识别的电流值相对应的预定义弱短路故障。
8.根据权利要求7所述的方法，其中步骤(d)包括：如果所述电流水平大于被设置为所述基准电流水平的电流值之中的最大电流值，则诊断所述开关元件存在短路故障。
9.一种诊断开关元件的故障的方法，所述开关元件设置在第一外部端子和电池的第一电极之间的第一线路上，所述方法包括：
(a)提供电流测量单元以及诊断电阻器和诊断开关，所述电流测量单元被配置为测量流过第二外部端子和所述电池的第二电极之间的第二线路的电流，所述诊断电阻器和所述诊断开关设置在连接所述开关元件的外部节点和所述电流测量单元的外部节点的第三线路上并且互相串联连接；
(b)向所述开关元件施加用于导通所述开关元件的控制信号；
(c)在所述控制信号被施加之后导通所述诊断开关，并且随后从所述电流测量单元接收测量的电流值；以及
(d)通过使用所测量的电流值来确定流过所述第二线路的电流水平，并且如果所述电流水平小于预定义的基准电流水平，则诊断所述开关元件存在开路故障，
其中所述第一线路和所述第二线路连接至连接有不同类型的电池的直流并联链路节点，以提供与所述电池的电压相等的电压。
10.一种诊断开关元件的故障的方法，所述开关元件设置在第一外部端子和电池的第一电极之间的第一线路上，所述第一外部端子连接至直流并联链路节点，所述方法包括：
(a)提供电流测量单元、第一电压测量单元和第二电压测量单元以及诊断电阻器和诊断开关，所述电流测量单元被配置为测量流过第二外部端子和所述电池的第二电极之间的第二线路的电流，所述第一电压测量单元和第二电压测量单元分别被配置为测量所述电池的电压和所述直流并联链路节点的电压，所述诊断电阻器和所述诊断开关设置在连接所述开关元件的外部节点和所述电流测量单元的外部节点的第三线路上并且互相串联连接；
(b)向所述开关元件施加用于断开所述开关元件的控制信号；
(c)在所述控制信号被施加之后导通所述诊断开关；
(d)分别从所述第一电压测量单元和所述第二电压测量单元接收指示所述电池的电压的第一测量电压值以及指示所述直流并联链路节点的电压的第二测量电压值；
(e)从所述电流测量单元接收测量的电流值，并且通过使用所测量的电流值来确定流过所述第二线路的电流水平；
(f)如果所述第一测量电压值和所述第二测量电压值之间的差小于预定义的基准电压水平并且如果流过所述第二线路的电流水平大于基准电流水平，则诊断所述开关元件存在短路故障；以及
(g)如果所述第一测量电压值和所述第二测量电压值之间的差大于所述基准电压水平，则诊断所述开关元件为正常，
其中所述第一线路和所述第二线路连接至连接有不同类型的电池的直流并联链路节点，以提供与所述电池的电压相等的电压。
11.一种诊断开关元件的故障的方法，所述开关元件设置在第一外部端子和电池的第一电极之间的第一线路上，所述第一外部端子连接至直流并联链路节点，所述方法包括：
(a)提供电流测量单元、第一电压测量单元和第二电压测量单元以及诊断电阻器和诊断开关，所述电流测量单元被配置为测量流过第二外部端子和所述电池的第二电极之间的第二线路的电流，所述第一电压测量单元和第二电压测量单元分别被配置为测量所述电池的电压和所述直流并联链路节点的电压，所述诊断电阻器和所述诊断开关设置在连接所述开关元件的外部节点和所述电流测量单元的外部节点的第三线路上并且互相串联连接；
(b)向所述开关元件施加用于导通所述开关元件的控制信号；
(c)在所述控制信号被施加之后导通所述诊断开关；
(d)分别从所述第一电压测量单元和所述第二电压测量单元接收指示所述电池的电压的第一测量电压值以及指示所述直流并联链路节点的电压的第二测量电压值；
(e)从所述电流测量单元接收测量的电流值，并且确定流过所述第二线路的电流水平；
(f)如果所述第一测量电压值和所述第二测量电压值之间的差大于预定义的基准电压水平，则诊断所述开关元件存在开路故障；以及
(g)如果所述第一测量电压值和所述第二测量电压值之间的差小于所述基准电压水平并且如果流过所述第二线路的电流水平大于预定义的基准电流水平，则诊断所述开关元件为正常，
其中所述第一线路和所述第二线路连接至连接有不同类型的电池的直流并联链路节点，以提供与所述电池的电压相等的电压。
CN201780002456.3A 2016-02-19 2017-02-20 用于诊断开关元件的故障的装置和方法 Active CN107850643B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160019936A KR102059076B1 (ko) 2016-02-19 2016-02-19 스위치 부품의 고장 진단 장치 및 방법
KR10-2016-0019936 2016-02-19
PCT/KR2017/001856 WO2017142385A1 (ko) 2016-02-19 2017-02-20 스위치 부품의 고장 진단 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107850643A CN107850643A (zh) 2018-03-27
CN107850643B true CN107850643B (zh) 2020-02-21

Family

ID=59625356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780002456.3A Active CN107850643B (zh) 2016-02-19 2017-02-20 用于诊断开关元件的故障的装置和方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10782350B2 (zh)
EP (1) EP3324196A4 (zh)
JP (1) JP6671475B2 (zh)
KR (1) KR102059076B1 (zh)
CN (1) CN107850643B (zh)
WO (1) WO2017142385A1 (zh)

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6639999B2 (ja) * 2016-03-31 2020-02-05 株式会社マキタ 充電装置
JP6958090B2 (ja) * 2016-08-23 2021-11-02 株式会社Ｇｓユアサ 過電流検出装置および蓄電装置
KR102410938B1 (ko) * 2017-06-20 2022-06-20 현대자동차주식회사 차량용 전원 관리 장치 및 그 제어방법
CN107479002A (zh) * 2017-08-29 2017-12-15 宁德时代新能源科技股份有限公司 继电器诊断电路及方法、电池管理系统
KR102364459B1 (ko) * 2017-11-24 2022-02-16 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩의 액추에이터 이상 검출 장치 및 방법
KR102256097B1 (ko) * 2017-11-29 2021-05-25 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩
KR102256598B1 (ko) 2017-11-29 2021-05-26 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩
KR102410515B1 (ko) * 2017-12-07 2022-06-20 현대자동차주식회사 제어장치 및 이를 제어하는 방법
KR102364572B1 (ko) * 2017-12-14 2022-02-17 주식회사 엘지에너지솔루션 릴레이 이상 진단 시스템 및 방법
CN109946532B (zh) * 2017-12-21 2024-03-19 南京泉峰科技有限公司 适用于工具系统部件的诊断装置和诊断方法
JP7081225B2 (ja) * 2018-03-12 2022-06-07 株式会社デンソー 電池監視装置
KR102432892B1 (ko) * 2018-03-14 2022-08-12 주식회사 엘지에너지솔루션 릴레이의 고장을 진단하기 위한 장치 및 방법
KR20200000341A (ko) 2018-06-22 2020-01-02 주식회사 엘지화학 전류 측정 장치, 전류 측정 방법 및 상기 전류 측정 장치를 포함하는 배터리 팩
KR102594695B1 (ko) * 2018-06-29 2023-10-25 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 시스템, 그것을 포함하는 배터리팩 및 전류 측정 회로의 고장 판정 방법
KR102412313B1 (ko) 2018-07-17 2022-06-22 주식회사 엘지에너지솔루션 스위치 진단 장치 및 방법
KR102256096B1 (ko) * 2018-08-27 2021-05-27 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리팩과 접지 간의 절연 상태를 진단하기 위한 장치 및 방법과, 상기 장치를 포함하는 배터리팩
EP3629039B1 (en) 2018-09-26 2023-04-05 Aptiv Technologies Limited Solid state power switch device
KR102154278B1 (ko) * 2018-11-22 2020-09-09 현대오트론 주식회사 고장 진단 회로를 구비한 차량용 제어기 및 그것의 동작 방법
KR20200066398A (ko) 2018-11-30 2020-06-10 아이탑스오토모티브 주식회사 차량용 쌍극단투타입 스위치회로의 고장 검출 방법 및 오작동 검출 장치
JP7028420B2 (ja) * 2018-11-30 2022-03-02 エルジー・ケム・リミテッド スイッチ制御装置及び方法
CN109581212A (zh) * 2018-12-21 2019-04-05 国家电网有限公司 一种集成式继电器校验装置及其使用方法
KR102142447B1 (ko) 2018-12-28 2020-08-07 현대오트론 주식회사 연료전지 셀 전압 측정 제어 방법 및 이를 실행하는 장치
CN109782159B (zh) 2019-02-25 2020-10-16 宁德时代新能源科技股份有限公司 高压检测电路及其检测方法
FR3097057B1 (fr) * 2019-06-06 2022-05-20 Psa Automobiles Sa Procédé de diagnostic de connexion électrique défaillante dans un système électrique
KR20210029598A (ko) * 2019-09-06 2021-03-16 주식회사 엘지화학 절연 저항 측정 회로 진단 장치 및 방법
US11815556B2 (en) * 2019-11-13 2023-11-14 Lg Energy Solution, Ltd. Apparatus and method for diagnosing failure of switch unit included in multi battery pack
DE102019218027A1 (de) * 2019-11-22 2021-05-27 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Prüfung eines Batteriesensors und Batteriesensor
KR102628966B1 (ko) * 2019-11-26 2024-01-23 주식회사 엘지에너지솔루션 회로 진단 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩
CN111104770B (zh) * 2019-12-20 2022-06-21 云南电网有限责任公司信息中心 一种基于单线图拓扑关系的停电区域快速计算方法
KR20210104457A (ko) * 2020-02-17 2021-08-25 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 장치 및 전류 센서 진단 방법
JP7246837B2 (ja) 2020-05-19 2023-03-28 矢崎総業株式会社 充電制御装置
KR20210152637A (ko) * 2020-06-08 2021-12-16 주식회사 엘지에너지솔루션 릴레이 진단 장치, 릴레이 진단 방법, 배터리 시스템 및 전기 차량
EP3923008B1 (en) * 2020-06-09 2023-07-26 Samsung SDI Co., Ltd. Method and apparatus for measuring the electric current of a battery system
US11579202B2 (en) 2020-06-09 2023-02-14 Samsung Sdi Co., Ltd. Electric current measuring arrangement and battery system
KR102232394B1 (ko) * 2020-11-09 2021-03-26 박선미 축전지 외부 단락시험장치
CN113063999B (zh) * 2021-03-11 2023-08-18 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体工艺设备中加热器的诊断方法及系统
CN113162189B (zh) * 2021-05-10 2022-01-04 深圳市卓朗微电子有限公司 集成功率mosfet的锂电池保护芯片及控制电路
JP2023012789A (ja) * 2021-07-14 2023-01-26 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電装置、電流遮断装置の故障診断方法
KR20230064875A (ko) * 2021-11-04 2023-05-11 주식회사 엘지에너지솔루션 전압 판단 회로
JP2023152493A (ja) * 2022-04-04 2023-10-17 株式会社オートネットワーク技術研究所 給電制御装置、給電制御方法及びコンピュータプログラム
CN115133626A (zh) * 2022-08-09 2022-09-30 湖北亿纬动力有限公司 电池保护电路及其控制方法和电池管理系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100709841B1 (ko) * 2005-11-03 2007-04-23 삼성에스디아이 주식회사 전지 팩
JP2011205755A (ja) * 2010-03-25 2011-10-13 Toyota Motor Corp 充電装置
CN102798817A (zh) * 2011-05-26 2012-11-28 比亚迪股份有限公司 一种继电器故障检测电路及其故障检测方法
KR20130051228A (ko) * 2011-11-09 2013-05-20 주식회사 엘지화학 전기 접촉기 진단 장치 및 방법
CN104298221A (zh) * 2013-12-13 2015-01-21 郑州宇通客车股份有限公司 三相全桥开关电路故障检测方法和装置
JP2015128361A (ja) * 2013-11-29 2015-07-09 日立マクセル株式会社 電池保護回路および電池パック

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6909285B2 (en) * 2002-09-11 2005-06-21 Visteon Global Technologies, Inc. Method for detecting failure of a relay
JP4749190B2 (ja) * 2006-03-24 2011-08-17 三洋電機株式会社 車両用の電源装置とこの電源装置のコンタクターの溶着を判別する溶着検出方法
JP4728303B2 (ja) * 2007-08-31 2011-07-20 パナソニック株式会社 充電回路、及びこれを備えた電池パック、充電システム
JP5733786B2 (ja) * 2010-11-02 2015-06-10 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 二次電池システム
KR101255248B1 (ko) * 2011-07-04 2013-04-16 로베르트 보쉬 게엠베하 배터리 관리 시스템 및 이의 제어 방법
JP5983171B2 (ja) * 2012-08-10 2016-08-31 株式会社Ｇｓユアサ スイッチ故障診断装置、蓄電装置
JP6308486B2 (ja) * 2012-09-13 2018-04-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リレー溶着検出装置
KR101976849B1 (ko) * 2012-12-05 2019-05-09 현대자동차주식회사 배터리 과충전 및 과방전 방지 장치
JP6474188B2 (ja) * 2013-03-28 2019-02-27 株式会社Ｇｓユアサ スイッチ故障判定装置、蓄電装置およびスイッチ故障判定方法
KR102052956B1 (ko) 2013-05-21 2019-12-09 엘지이노텍 주식회사 배터리 팩의 릴레이 진단장치 및 배터리 제어 시스템
JP2015095442A (ja) 2013-11-14 2015-05-18 株式会社オートネットワーク技術研究所 スイッチ診断装置、スイッチ回路及びスイッチ診断方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100709841B1 (ko) * 2005-11-03 2007-04-23 삼성에스디아이 주식회사 전지 팩
JP2011205755A (ja) * 2010-03-25 2011-10-13 Toyota Motor Corp 充電装置
CN102798817A (zh) * 2011-05-26 2012-11-28 比亚迪股份有限公司 一种继电器故障检测电路及其故障检测方法
KR20130051228A (ko) * 2011-11-09 2013-05-20 주식회사 엘지화학 전기 접촉기 진단 장치 및 방법
JP2015128361A (ja) * 2013-11-29 2015-07-09 日立マクセル株式会社 電池保護回路および電池パック
CN104298221A (zh) * 2013-12-13 2015-01-21 郑州宇通客车股份有限公司 三相全桥开关电路故障检测方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10782350B2 (en) 2020-09-22
KR20170098049A (ko) 2017-08-29
CN107850643A (zh) 2018-03-27
KR102059076B1 (ko) 2020-02-11
EP3324196A1 (en) 2018-05-23
JP2018536855A (ja) 2018-12-13
EP3324196A4 (en) 2018-09-12
JP6671475B2 (ja) 2020-03-25
US20180188326A1 (en) 2018-07-05
WO2017142385A1 (ko) 2017-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107850643B (zh) 用于诊断开关元件的故障的装置和方法
US11150301B2 (en) Battery pack
EP3734307B1 (en) Current measuring apparatus, current measuring method and battery pack including the current measuring apparatus
US20220069371A1 (en) Apparatus and method for diagnosing state of battery pack
US10545185B2 (en) Apparatus and method for diagnosing current sensor
US11228063B2 (en) Battery pack for diagnosing fault of charging contactor
US11271258B2 (en) Battery pack
JP2022537796A (ja) バッテリー診断装置及び方法
US11774499B2 (en) Relay diagnosis device, relay diagnosis method, battery system, and electric vehicle
US11467212B2 (en) Battery pack
CN111699398A (zh) 开关诊断设备和方法
CN112154339A (zh) 电池组诊断设备
KR101486626B1 (ko) 절연 저항 검출 장치 및 이의 진단 장치
US20220299558A1 (en) Apparatus and Method for Diagnosing Insulation Resistance Measurement Circuit
US20210126295A1 (en) Systems and methods involving measurement of battery cells
KR20210051539A (ko) 배터리 절연 진단 장치
US20240066993A1 (en) Battery Diagnosis Device, Battery Management System, Battery Pack, Electric Vehicle And Battery Diagnosis Method
US20230296688A1 (en) Battery Diagnosing Apparatus and Method
KR20200058999A (ko) Bms의 소프트웨어 호환성 진단 장치 및 방법
JP2023081533A (ja) 車載システム
CN113874741A (zh) 诊断多电池组中包括的开关单元的故障的设备及方法
CN117460964A (zh) 外部短路诊断方法和使用该方法的电池系统
KR20190137488A (ko) 모스펫 진단 장치 및 방법
KR20200060147A (ko) Bms의 소프트웨어 호환성 진단 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211208

Address after: Seoul, South Kerean

Patentee after: LG Energy Solution,Ltd.

Address before: Seoul, South Kerean

Patentee before: LG CHEM, Ltd.

TR01 Transfer of patent right