CN107891755A - 用于使高压总线放电的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的电气系统包括电连接到高压总线的高压DC电源、设置为控制高压总线和第一致动器之间的电力流动的第一控制器，以及设置为控制高压总线和第二致动器之间的电力流动的第二控制器。设置通信链路以实现第一控制器和第二控制器之间的通信。惯性传感器与第二控制器通信。第二控制器包括指令集以基于来自传感器的通信监测并确定使高压总线放电的请求。确定第一控制器不能使高压总线放电时，控制第二致动器使高压总线放电。

Description

用于使高压总线放电的方法和装置
技术领域
本公开涉及在车辆上采用的电能存储装置。
背景技术
电气化车辆包括向各种装置供应高压和低压电力用于推进以及其他 车载电力需求的电力分配系统。在某些情况下，要求系统具有高压电力放 电的放电路径。
发明内容
描述了一种用于车辆的电气系统，并且包括电连接到高压总线的高压 DC电源、设置为控制高压总线和第一致动器之间的电力流动的第一控制 器，以及设置为控制高压总线和第二致动器之间的电力流动的第二控制器。 设置通信链路以实现第一控制器和第二控制器之间的通信。设置传感器以 监测车辆惯性并直接与第二控制器通信。第二控制器包括指令集，其可执 行以基于来自传感器的通信监测并确定使高压总线放电的请求。监测来自 第一控制器的通信以确定第一控制器是否能够使高压总线放电，并且在确 定第一控制器不能使高压总线放电时，控制第二致动器以使高压总线放电。
当结合附图时，本教导的上述特征和优点以及其他特征和优点从以下 如所附权利要求限定的用于实施本教导的一些最佳模式和其他实施例的 详细描述是显而易见的。
附图说明
现在将参照附图通过示例的方式描述一个或多个实施例，其中：
图1示意性地示出了根据本公开用于车辆的电气系统的实施例，其包 括高压(HV)电力总线、经由第一放电控制器向第一致动器供应电力的 HV DC电源以及向第二致动器供应电力的第二放电控制器；
图2示意性地示出了根据本公开参照图1描述的电气系统的附加细节， 包括HV电力总线、HV DC电源、第一放电控制器、第二放电控制器和第 二致动器；
图3-1和3-2示意性地示出了根据本公开的二次放电例程，其可由第 二放电控制器执行以理解第一放电控制器是否能够使HV总线放电，并且 当确定第一放电控制器不能响应于命令而使HV总线放电时可进一步执行 以实现HV总线放电。
具体实施方式
如本文所描述和示出的公开的实施例的组件，可以以各种不同的配置 进行布置和设计。因此，以下详细描述并非旨在限制如要求保护的本公开 的范围，而是仅代表其可能的实施例。此外，虽然在以下描述中阐述了许 多具体细节以提供对本文公开的实施例的透彻理解，但可以在没有这些细 节中的一些或全部的情况下实践一些实施例。而且，为了清楚起见，没有 详细描述相关技术中已知的某些技术材料以避免不必要地模糊本公开。
现在参照附图，图1和2示意性地示出了可有利地在混合动力车辆、 电动车辆或采用高压电力的其他车辆系统上采用的电气系统100的实施例。 作为非限制性示例，车辆可包括客运车辆、轻型或重型卡车、多用途车辆、 农用车辆、工业/仓库车辆或休闲越野车辆。电气系统100优选地包括从 HV DC电源30供应电力的高压(HV)总线60、低压DC电源40、第一放电控制器10以及第二放电控制器20。第一和第二放电控制器10、20经 由通信链路50通信。
HV DC电源30可以是任何高压电能存储装置，例如多单元锂离子装 置或其他合适的装置，但不限于采用电化学方法来存储通过车辆操作消耗 的电能，并且在某些实施例中可具有接近300V DC的电压电平。第一放电 控制器10可操作地连接到第一致动器15，其以受控的方式接收电力以实 现工作，例如扭矩生成。第二放电控制器20经由控制链路56可操作地连 接到第二致动器25。第二致动器25可配置为在一个实施例中设置为向HV DC电源30供热的HV电池加热器。可选择地，第二致动器25可配置为 能够消耗高压电力的其他装置。第二放电控制器20与传感器22通信。传 感器22可以是惯性传感器，例如能够感测诸如可由车辆减速引起的惯性 事件的加速度计。在一个实施例中，传感器22可设置为监测0g和50g之 间范围内的绝对加速度。传感器22直接与第二放电控制器20的输入端口 通信，经由有线链路58、无线链路(未示出)或其他合适的通信链路实现 这种直接通信。传感器22可经由有线链路58与第二放电控制器20直接 通信，并且还可经由与第二放电控制器20直接通信的传感器控制器24进 行通信。如本文所采用的，“直接通信”及其变体指信号到装置的任何通信， 其不包括中间模拟/数字转换以及以结构化形式经由通信总线发送到装置 的消息的形成。低压DC电源40为控制器、传感器和辅助装置的操作供应 电力。通信链路50可以是任何合适的通信链路，并且在一个实施例中包 括第一通信链路52和第二通信链路54，其中第一和第二通信链路52、54 是网络通信总线链路，例如执行基于消息的协议以实现通信的控制器区域 网络(CAN)总线。
图2示意性地示出了参照图1描述的电气系统100的附加细节，包括 HV DC电源30、第一放电控制器10和相对于HV总线60的第二致动器 25，以及第二放电控制器20。HV总线60可包括正高压轨(HV+)62和 负高压轨(HV-)64。HV-64优选地包括电流传感器72、负极接触器开关 70和预充电接触器电路74。可布置电压传感器(未示出)以监测HV+62 和HV-64上的电压电平。
在一个实施例中，充电器控制器80可布置在HV+62和HV-64之间， 第一接触开关66串联设置。充电器控制器80优选地包括用于管理远程充 电的车载充电模块82和用于将高压DC电力转换成供车辆使用的低压DC 电力的辅助电源模块84，例如在调节的12V DC电压电平。辅助电源模块 84可采用开关模式DC/DC转换技术、磁DC/DC转换技术、线性DC/DC 转换技术或其他合适的DC/DC转换技术。
第一放电控制器10设置在HV+62和HV-64之间，第二接触开关68 串联设置。在一个实施例中，第一放电控制器10可配置为包括功率逆变 器模块12、电动空调模块14和电动座舱加热器模块16。第二致动器25 也布置在HV+62和HV-64之间。第一和第二接触开关66、68和第二致动 器25与控制其激活的第二放电控制器20通信，包括如参照图1和2所描 述的。
功率逆变器模块12优选地包括合适的控制电路和例如IGBTs的功率 晶体管，并且电连接到第一致动器15，在一个实施例中其可以是电动机/ 发电机。控制电路产生传送到功率晶体管的脉宽调制(PWM)控制信号。 功率逆变器模块12控制功率晶体管以将高压DC电力变换为高压AC电力， 并且还响应于PWM控制信号将高压AC电力变换为高压DC电力。在某些实施例中，高压AC电力可传送到第一致动器15以产生用于车辆推进的 机械动力。
如本文所采用的，术语“链路”指由铜、铝或其他合适的材料制成的电 线电缆，其具有足够的直径或横截面积以输送电力。
术语控制器、控制模块、模块、控制、控制单元、处理器和类似术语 指专用集成电路(ASIC)、电子电路、例如微处理器的中央处理单元以及 相关的以存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器 等)形式的非瞬时存储器组件中的任何一种或各种组合。非瞬时存储器组 件能够存储以一个或多个软件或固件程序或例程、组合逻辑电路、输入/ 输出电路和装置、信号调节和缓冲电路以及可由一个或多个处理器访问的 其他组件形式的机器可读指令以提供所述功能。输入/输出电路和装置包括 模拟/数字转换器以及监测传感器输入的相关装置，以预置采样频率或响应 于触发事件监测这些输入。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、 算法和类似术语指包括校准和查找表在内的任何控制器可执行指令集。每 个控制器执行控制例程以提供期望的功能，包括监测来自感测装置和其他 网络控制器的输入并执行控制和诊断指令以控制致动器的操作。例程可以 以固定间隔执行，例如在正在进行的操作中每100微秒。可选择地，例程 可响应于触发事件的发生而执行。控制器之间的通信以及控制器、致动器 和/或传感器之间的通信可使用直接有线链路、例如第一和第二通信链路 52和54的网络通信总线链路、无线链路或任何其他合适的通信链路来实 现。通信包括以任何合适形式交换数据信号，包括例如经由导电介质的电 信号、经由空气的电磁信号、经由光波导的光信号等。数据信号可包括表 示来自传感器的输入的信号、表示致动器命令的信号以及控制器之间的通 信信号。
图3-1和3-2示意性地示出了二次放电例程300的实施例，其可作为 由第二放电控制器20设置的指令驻留并被执行以理解第一放电控制器10 是否能够响应于放电请求，例如从传感器22输入的信号，对HV总线60 进行放电。当确定第一放电控制器10不能响应于放电请求而使HV总线 60放电时，二次放电例程300进一步执行以响应于放电请求实现HV总线60放电。提供表1和2作为索引，其中数字标记框和对应的可执行步骤如 下所述，对应于二次放电例程300。
表1
二次放电例程300优选地仅在指示使HV总线60放电的请求的信号存 在时启动，诸如可由传感器22(302)指示。传感器22可以是惯性传感器 或能够感测诸如可由突然车辆减速引起的惯性事件的其他装置。总之，二 次放电例程300的这一部分执行以确定第一放电控制器10是否能够使HV 总线60放电，或者可选择地，确定第一放电控制器10是否由于硬件故障 或通信故障不能使HV总线60放电，其中通信故障可能是由于通信不可用、 通信损坏或无效通信信号。在一种情况下，通信可以是功能的，但硬件故 障可阻止控制例程执行以使HV总线60放电。响应于指示使HV总线60 放电的请求的信号，允许HV接触器经由可在第一放电控制器10(304)(0) 中执行的一次放电过程打开一段时间。当HV接触器未经由一次放电过程 (304)(1)打开的这段时间到期时，二次放电控制器20负责实现HV总 线60(308)放电。
二次放电控制器20经由步骤310、312和314评估第一通信链路52 上的通信，并经由步骤316和318评估第二通信链路52上的通信。通信 链路上的错误检测可由驻留在第一和第二放电控制器10、20中的通信控 制器提供，并且是本领域技术人员已知的。
评估第一通信链路52上的通信包括确定第一通信链路52(310)上是 否存在通信丢失，并确定第一通信链路52上的信号是否有效(314)，其 包括监测滚动计数器以确定信号是否在第一通信链路52(312)上周期性 地传送。当滚动计数器指示信号未周期性地传送(312)(0)时，命令(326) 二次放电330。当第一通信链路52(310)(1)上存在通信丢失时，或当 第一通信链路52上的信号无效(314)(0)时，第二通信链路54上的通 信经由步骤316和318评估。评估第二通信链路54上的通信包括确定第 二通信链路54(316)上是否存在通信丢失，并确定第二通信链路54上的 信号是否有效(318)。当第二通信链路54(316)(1)上存在通信丢失时， 或如果第二通信链路52上的信号无效(318)(0)时，命令(326)二次 放电330。
当第一通信链路52(310)(0)上存在通信时，活动滚动计数器有效 (312)(0)，并且第一通信链路52有效(314)(1)，或者，当第二通信 链路54(316)(0)上存在通信并且第二通信链路54有效(318)(1)时， 评估(320)高压总线60上的电压电平以确定其是否小于指示其已经放电 (322)的阈值电压。如果不是(322)(0)，则HV总线60放电发生(324)， 并且二次放电例程300结束而没有进一步的动作(328)。
二次放电330参照图3-2进行描述，其中提供表2作为索引，其中数 字标记框和对应的功能如下所述。
表2
总之，当确定第一放电控制器10不能使HV总线60放电时，二次放 电例程300的这一部分执行以使HV总线60放电。
执行二次放电330包括用于激活接触开关和操作能够消耗存储在HV 总线60上(例如第二致动器25)的电力的电力消耗装置的多步骤过程。 存储在HV总线60上的电力可包括可存储在电容器上的电力，作为示例， 该电容器是功率逆变器模块12、电动空调模块14、电动座舱加热器模块 16、车载充电模块82或辅助电源模块84中的任何一个或多个的元件。二次放电330参照本文所述的电气系统100进行描述，但概念可应用于具有 相关机械化的其他系统上。
在操作中，执行二次放电330包括关闭第二接触器开关68以跨HV总 线60(332)电连接第一放电控制器10，然后关闭第一接触器开关66以 跨HV总线60(334)电连接第二放电控制器20。第二致动器25激活(336) 一段时间(338)，其可以是1到2秒的量级。当时间段到期(338)(1) 时，第二致动器25停用(340)，第一接触器开关66打开(342)并且第 二接触器开关68打开(344)，并且二次放电330的执行结束(346)。
因此，当确定第一放电控制器10不能进行这种动作时，第二放电控 制器20能够使HV总线60放电。这包括关闭第一接触器开关66和第二接 触器开关68中的一个或两者使得HV总线60的一个支路连接到第二致动 器25，其可以命令为ON状态以在指定的一段时间内使HV总线60放电。 这可减少对第一放电控制器10上附加组件保护硬件的需要。该系统在可包括断开低压DC电源40的情况下操作。
流程图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的系统、方 法和计算机程序产品的可能实现方式的结构、功能和操作。在这方面，流 程图或框图中的每个框可表示代码的模块、片段或部分，其包括用于实现 指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还将注意到，框图和/或流程图 说明的每个框以及框图和/或流程图说明中的框的组合可通过执行指定功 能或动作的专用的基于硬件的系统或专用的硬件和计算机指令的组合实 现。这些计算机程序指令还可存储在计算机可读介质中，该计算机可读介 质可以指导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式起作用使得存 储在计算机可读介质中的指令产生包括实现流程图和/或框图框或多个框 中指定的功能/动作的指令装置的制品。
详细描述和附图或图是对本教导的支持和描述，但本教导的范围仅由 权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实施本教导的一些最佳模式和其 他实施例，但存在用于实践所附权利要求中限定的本教导的各种可选设计 和实施例。

Claims (10)

1.一种用于车辆的电气系统，包括：
电连接到高压总线的高压DC电源；
设置为控制所述高压总线和第一致动器之间的电力流动的第一控制器；
设置为控制所述高压总线和第二致动器之间的电力流动的第二控制器；
设置为实现所述第一控制器和所述第二控制器之间的通信的通信链路；
配置为监测车辆惯性的传感器，其中所述传感器设置为与所述第二控制器直接通信；以及
设置在所述第二控制器中的指令集，所述指令集可执行为：
监测来自所述传感器的通信，
基于来自所述传感器的所述通信确定使所述高压总线放电的请求，
监测来自所述第一控制器的通信以确定所述第一控制器是否能够使所述高压总线放电，以及
确定所述第一控制器不能使所述高压总线放电时控制所述第二致动器以使所述高压总线放电。
2.如权利要求1所述的电气系统，进一步包括：
可操作地连接到第一接触器和第二接触器的所述第二控制器；
设置在充电器装置和所述高压总线的正轨之间的所述第一接触器；以及
设置在所述第一控制器和所述高压总线的所述正轨之间的所述第二接触器；
其中包括可执行以控制所述第二致动器以使所述高压总线放电的所述指令集的所述第二控制器包括：
可执行以关闭所述第一接触器并且然后在控制所述第二致动器以使所述高压总线放电之前关闭所述第二接触器的所述指令集。
3.如权利要求2所述的电气系统，进一步包括可执行以打开所述第二接触器并且然后在控制所述第二致动器以使所述高压总线放电之后打开所述第一接触器的所述指令集。
4.如权利要求1所述的电气系统，其中所述第一控制器包括逆变器模块，并且所述第一致动器包括电动机/发电机。
5.如权利要求1所述的电气系统，其中所述第二致动器包括高压电池加热器。
6.如权利要求1所述的电气系统，其中可执行以监测来自所述第一控制器的通信以确定所述第一控制器是否能够使所述高压总线放电的所述指令集，包括可执行以监测所述通信链路上的信号通信的所述指令集。
7.如权利要求1所述的电气系统，其中可执行以确定所述第一控制器不能使所述高压总线放电的所述指令集包括可执行以检测通信故障的所述第一指令集。
8.如权利要求1所述的电气系统，其中设置为实现所述第一控制器和所述第二控制器之间的通信的所述通信链路包括执行基于消息的协议以实现通信的第一和第二控制器区域网络总线。
9.如权利要求1所述的电气系统，进一步包括具有正轨和负轨的所述高压总线，其中所述负轨包括设置在所述负轨和所述高压DC电源之间的可控接触器开关。
10.一种用于控制用于车辆的电气系统的方法，其中所述电气系统包括电连接到高压总线的高压DC电源、设置为控制所述高压总线和第一致动器之间的电力流动的第一控制器、设置为控制所述高压总线和第二致动器之间的电力流动的第二控制器、设置为实现所述第一控制器和所述第二控制器之间的通信的通信链路，以及设置为监测车辆惯性的传感器，其中所述传感器设置为与所述第二控制器通信，所述方法包括：
监测来自所述传感器的通信；
基于来自所述传感器的指示惯性事件的通信确定使所述高压总线放电的请求；
监测来自所述第一控制器的通信以确定所述第一控制器是否能够使所述高压总线放电；以及
确定所述第一控制器不能使所述高压总线放电时经由所述第二控制器控制所述第二致动器以使所述高压总线放电。
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