CN108367724B - 利用诊断法的分立式蓄能器 - Google Patents

Abstract

一种在交通工具中的后备电力系统，其在主电源失效时向一个或多个电子控制单元（ECU）提供临时电力。后备电力系统包括存储电荷的蓄能器。充电电路电气连接到蓄能器从而在交通工具的正常运行期间生成用于蓄能器的电荷。用于供应后备电力的放电电路电气连接在蓄能器与ECU之间。诊断电路电气连接到蓄能器和微控制器。微控制器被配置成监视随着在蓄能器中存储的电荷的量变化时蓄能器的转换速率，确定转换速率是否在预定范围内并且当转换速率不在预定范围内时生成第一出错信号。

Description

利用诊断法的分立式蓄能器

背景技术

本发明的实施例涉及交通工具中的后备电力系统。后备电力系统可以提供临时电力以在主电源失效时运行交通工具的电子控制单元（ECU）或类似的控制计算机或处理器。当交通工具的主电源失效时，ECU的关键功能性可能意外地停止。后备电力系统在有限的时间内提供电力，使得功能性可以在短暂的时间段内持续。因此，ECU可以执行安全的关闭并且在失去电力之前向其它交通工具系统传送关键的交通工具消息。然而，后备电力系统可能无法在需要时起作用。

发明内容

后备电力系统中的失效可能由于蓄能设备的蓄能容量（诸如电容器）方面的损失而产生。将有益的是具有利用诊断法的后备电力系统来使对失效的发现变得容易。

在一个实施例中，本发明提供一种在交通工具中的后备电力系统，其在主电源失效时向至少一个电子控制单元（ECU）提供临时电力。后备电力系统包括存储电荷的蓄能器。充电电路电气连接到蓄能器。放电电路电气连接在蓄能器与所述至少一个电子控制单元之间。诊断（diagnostic）电路电气连接到蓄能器和电子处理器。电子处理器通信地耦合到诊断电路并且被配置成监视随着在蓄能器中存储的电荷的量变化时蓄能器的转换速率，确定转换速率是否在预定范围内并且当转换速率不在预定范围内时生成第一出错信号。

在另一实施例中，本发明提供一种在主电源失效时向交通工具中的至少一个电子控制单元（ECU）供应临时后备电力的方法。该方法包括经由充电电路对蓄能器进行充电并且将电荷存储在蓄能器中。在主电源失效时，蓄能器中的电荷的至少部分被放电到所述至少一个电子控制单元。在蓄能器中存储的电荷变化期间利用电子处理器来监视蓄能器的转换速率。电子处理器确定转换速率是否在预定范围内。当转换速率不在预定范围内时，电子处理器生成第一出错信号。

通过考虑详细的描述和随附各图，本发明的其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1是包括用于电子控制单元的后备电力系统的交通工具的框图。

图2是根据一个实施例的图1的后备电力系统的框图。

图3是图解说明根据一个实施例的图2的后备电力系统的充电的框图。

图4是图解说明根据一个实施例的图2的后备电力系统的放电的框图。

图5是根据一个实施例的用于图2的后备电力系统的微控制器的框图。

图6是根据一个实施例的在图2的后备电力系统的充电期间执行诊断法的方法的流程图。

图7是根据一个实施例的在图2的后备电力系统的运行期间执行诊断法的方法的流程图。

图8是根据一个实施例的运行图2的后备电力系统的方法的流程图。

具体实施方式

在详细地解释本发明的任何实施例之前，要理解：本发明在其应用方面不限于在以下描述中阐述或在以下各图中图解说明的构造的细节和组件的布置。本发明容许其它实施例并且能够以各种方式来实践或能够以各种方式来执行。

在现代交通工具中，电子控制单元（ECU）和类似的设备经由交通工具通信总线来发送和接收消息。例如，可以在交通工具中的ECU之间发送消息来在交通工具的各种组件之间交换数据和提供协调。可以向各种显示器和测量仪器发送消息，包括仪表板中用于由交通工具的操作者或驾驶员查看的那些消息。取决于消息的功能，可以由多个ECU发送和接收消息。在一些情况下，消息可以向驾驶员提供用来使汽车功能和消息同步的通信。在一个示例中，安全气囊ECU向其它控制系统传输安全气囊状态并且可以在ECU检测到运行中的错误时向仪表板发送报警消息。在另一示例中，ECU可以包含利用交通工具外部的通信系统管理加密和解密的网关。ECU可能仅在可从交通工具的主电力系统（例如，电池）获得电力时运转。然而，主电力系统可能失效并且阻止ECU与包括例如显示器的其它交通工具系统之间的通信。因此，有利的是提供一种后备电力系统来允许ECU向其它交通工具系统发送关键的系统消息。

图1图示了交通工具100，其包括电子控制单元（ECU）105、后备电力系统110和主电源115（例如，交通工具电池）。ECU 105是用于交通工具系统120（诸如例如安全气囊）的控制器。在这样的示例中，ECU 105包括处置安全气囊系统的激活、监视和通信的安全气囊ECU。ECU包括诸如电子处理器那样的电子处理电路、存储器以及被配置成执行用于交通工具100的各种逻辑处理的输入/输出接口。在交通工具100的正常运行中，ECU 105从主电源115接收电力。然而，当主电源115无法向ECU 105传送电力时，后备电力系统110提供临时电力以使得ECU 105能够向其它交通工具系统发送消息。因此，ECU 105可以继续运行并且向交通工具100的其它系统发送除了别的之外、关于ECU 105的状态的消息。在上面的示例中，ECU105向交通工具远程信息处理和在交通工具100内的其它ECU发送安全气囊状态和/或安全气囊碰撞状态。

图2是根据一个实施例图解说明的具有一些内部和外部电气连接的后备电力系统110的框图。在图解说明的示例中，后备电力系统110包括供电电路215、负载电路220、充电电路222、放电电路224、诊断电路225、电压检测电路227、蓄能器230和微控制器235。供电电路215电气连接到蓄能器230并且将来自主电源115的电力提供给蓄能器230。蓄能器230可以包括经由负载电路220向ECU 105提供电荷的一个或多个电容器。微控制器235通信地耦合到充电电路222、放电电路224和诊断电路225。微控制器235还经由电压检测电路227而电气耦合到蓄能器230。微控制器235还可以被直接地电气连接到蓄能器230的接线端子。

在图解说明的示例中，后备电力系统110包括充电电路222和放电电路224二者。充电电路222包括充电恒定电流调节器240和充电控制开关245，所述充电控制开关245包括用于充电恒定电流调节器240的旁路。充电电路222被配置成从微控制器235接收控制信号来控制对蓄能器230的充电。特别地，充电控制开关245基于由微控制器235的驱动而启动和停止对蓄能器230的充电。充电电路222还被配置成执行下面描述的充电诊断法。放电电路224包括放电控制开关260，所述放电控制开关260在闭合时使蓄能器230电气连接到负载电路220。放电电路224和放电控制开关260由微控制器235驱动来在到ECU 105的电力的丢失发生时控制蓄能器230到负载电路220的放电。因此，放电电路224和负载电路220在后备电力系统激活时给ECU 105提供来自蓄能器230的电力。

后备电力系统110还包括各种运行来在没有进行充电或放电时执行诊断法的电路。在图解说明的示例中，诊断电路225包括诊断恒定电流调节器250和诊断控制开关255。微控制器235操作诊断控制开关255来在后备电力系统110的正常运行期间激活和停用诊断电路225。

电压检测电路227是生成如下电压信号的电压检测器，所述电压信号指示蓄能器230的电压。电压信号可以由微控制器235与蓄能器230的接线端子之间的直接电气连接提供。电压检测电路227还可以包括高电阻分压器电路，所述高电阻分压器电路电气连接在蓄能器230、微控制器235与地之间。在这种情况下，该分压器电路包括两个电阻以及被电气连接到微控制器235的在这两个电阻之间的电气连接。因此，微控制器235通过接地的分压器中的已知电阻来检测来自蓄能器230的电压和放电电流。

图3图解说明了在蓄能器230的充电期间用于图2的后备电力系统110的电流路径。在交通工具100启动时，微控制器235驱动充电控制开关245来经由充电恒定电流调节器240将蓄能器230电气连接到供电电路215。在充电期间，充电恒定电流调节器240调节充电电流来维持到蓄能器230的恒定电流流动。因此，充电恒定电流调节器240防止到蓄能器230的涌浪（in-rush）电流。当微控制器235检测到蓄能器230达到预定电压时，微控制器235使充电恒定电流调节器240停用。控制开关245被驱动来绕开充电恒定电流调节器240以提供未经调节的电流。蓄能器230然后在充电周期的剩余时间内直接连接到供电电路215。

图4图解说明了在后备电力系统110正在向ECU 105供应电力时的后备电力系统110。图4中的箭头图解说明了在蓄能器230正在向ECU 105供应电流时后备电力系统110的电流路径。后备电力系统110在微控制器235检测到低于预定阈值的电压被供应给ECU 105时经由所指示的电流路径向ECU 105供应电力。微控制器235可以在放电电路224处或在后备电力系统110内部或外部的各种其它位置处检测该电压。

在一些实施例中，供电电路215包括升压开关模式电源（升压SMPS），用来提高由主电源115供应的电压。提高的电压被用于将蓄能器230充电到比主电源115的电压更高的电压。因此，蓄能器230保持比在没有升压SMPS的情况下更大量的电荷。在这些实施例中，负载电路220可以包括降压开关模式电源（降压SMPS），用来降低由蓄能器230供应给ECU 105的输出电压水平。

图5图解说明了根据一个实施例的用于后备电力系统110的微控制器235的构造。微控制器235包括多个电气和电子组件，它们向微控制器235内的组件和模块提供电力、运行控制和保护。微控制器235包括电子处理器505（例如，可编程电子微处理器或类似设备）、存储器510（例如，非暂时性机器可读存储器）和输入/输出接口515。电子处理器505通信地耦合到存储器510并且执行存储在存储器510上的指令。电子处理器505被配置成从存储器510检索并且执行除了别的之外、与在本文中描述的控制过程和方法有关的指令。在其它实施例中，微控制器235包括附加的、更少的或不同的组件。应当注意：在一些实施例中，微控制器235的部分可以被集成到专用集成电路（ASIC）中。

输入/输出接口515接收并且传输在微控制器235外部（包括充电电路222、放电电路224、诊断电路225、电压检测电路227或它们的某个组合） 的数据，所述输入/输出接口515可以包括一个或多个端口和有线或无线接口。输入/输出接口515被配置成向充电电路222、放电电路224和诊断电路225输出控制信号。当输入/输出接口515从电压检测电路227接收包括指示涉及蓄能器230的电压、电流和转换速率的值的输入时，微控制器235可以将所接收到的输入存储在存储器510中。微控制器235可以基于微控制器235内的预定设置而周期性地接收和存储这些输入。

图6图解说明了用于后备电力系统110的诊断充电的示例性方法600。在交通工具100启动时或在蓄能器230处检测到低电压时，微控制器235激活充电电路222来对蓄能器230进行充电（步骤605）。基于由微控制器235对充电控制开关245的驱动，充电电流从供电电路215经由充电电路222流到蓄能器230。在充电期间，微控制器235利用充电恒定电流调节器240将充电电流限制到预定的固定电流（步骤610）。微控制器235（例如，从与蓄能器230或电压检测电路227的直接电气连接）检测随时间的电压变化，并且基于随时间的电压变化来确定蓄能器230的充电转换速率（步骤615）。微控制器235还可以基于电压变化的速率和固定的充电电流来确定蓄能器230的容量（步骤620）。微控制器235确定充电转换速率是否在容限内（步骤625）。当充电转换速率不在容限内时，微控制器235生成出错信号（步骤630）。当充电转换速率在容限内时，微控制器235确定蓄能器230的容量是否在容限内（步骤635）。当蓄能器230的容量不在容限内时，微控制器235生成出错消息（步骤640）。微控制器235监视蓄能器230的电压并且确定蓄能器230的电压是否等于预定电压（步骤645）。当蓄能器230的电压等于预定电压时，微控制器235绕开充电恒定电流调节器240从而允许蓄能器230在剩余的充电周期内更快充电（步骤650）。

图7图解说明了后备电力系统110的诊断运行的示例性方法600。微控制器235发起蓄能器230的放电（步骤705）。在放电期间，微控制器235在（例如以周期性间隔的）重复测量中（例如从与蓄能器230或电压检测电路227的直接电气连接）监视蓄能器230的多个电压读数并且将所述多个电压读数存储在存储器510中。微控制器235基于在部分放电期间监视的电压读数来确定蓄能器230的放电转换速率。在一些实施例中，微控制器235基于多个被监视的电压读数和放电转换速率来计算蓄能器230的容量（步骤715）。微控制器235将放电转换速率与预定值进行比较并且将容量与另一预定值进行比较（步骤720）。微控制器235确定与预定值相比的放电转换速率是否在容限内（步骤725）。当放电转换速率不在容限内时，微控制器235生成出错信号（步骤730）。微控制器235还确定与另一预定值相比的容量是否在容限内（步骤735）。当容量不在容限内时，微控制器235生成出错信号（步骤730）。应当注意，根据放电转换速率生成的出错信号和根据容量生成的出错信号可能是不同的信号并且被发送给不同的指示器。

在方法700的一个示例中，微控制器235经由电阻路径使蓄能器230至少部分地放电到地。因此，少量电荷经由电阻路径从蓄能器230流出。微控制器235可以控制该放电诊断在后备电力系统110的运行期间或在周期性的激活时连续地发生。特别地，微控制器235可以按照预定时间表（诸如周期性时间表）或在其它交通工具系统请求时运行该诊断。在连续的诊断期间，微控制器235监视蓄能器230的电压、基于电阻路径的已知电阻的电流，以及与蓄能器230相关联的放电转换速率。微控制器235可以将所监视的值与存储在存储器510中的值进行比较。例如，微控制器235可以参考将值限定在容限内的查找表。如上面所描述的那样，微控制器235可以基于这些所监视的值来计算蓄能器230的容量，并且如果该容量在容限外则生成出错信号。

在方法700的另一示例中，微控制器235可以经由诊断电路225的诊断恒定电流调节器250使蓄能器230至少部分地放电。特别地，诊断恒定电流调节器250将固定量的电流/电荷从蓄能器230放电到地。因此，微控制器235可以经由以预定的时间间隔记录的电压测量来确定放电转换速率并且基于该转换速率和该固定量的电流/电荷来确定蓄能器230的容量。如在先前的示例中那样，微控制器235可以按照预定时间表或应请求来连续地运行该诊断。

图8图解说明了后备电力系统110的运行的示例性方法。微控制器235连续地监视主电源115的电压（步骤805），所述电压可以从充电电路222、放电电路224或外部参考电压测量。微控制器235还连续地监视蓄能器230的电压（步骤810）。微控制器235确定蓄能器230的电压是否低于预定水平（步骤815）。当蓄能器230的电压低于预定水平时，微控制器235依照方法600经由充电电路222对蓄能器230进行充电（步骤820）。微控制器235还确定主电源115是否低于另一预定水平（步骤825）。当主电源115的电压低于另一预定水平时，微控制器235激活放电电路224来给ECU 105供应紧急电力（步骤830）。

因此，除了别的之外，本发明还提供了用于交通工具的电子控制单元的后备电力系统以及执行后备电力系统的诊断法和运行的方法。在下列权利要求书中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (20)

1.一种在交通工具中的在主电源失效时向至少一个电子控制单元（ECU）提供临时电力的后备电力系统，所述后备电力系统包括：

蓄能器，其存储电荷；

充电电路，其电气连接到所述蓄能器；

放电电路，其电气连接在所述蓄能器与所述至少一个电子控制单元之间；

诊断电路，其电气连接到所述蓄能器；

电子处理器，其通信地耦合到所述诊断电路，所述电子处理器被配置成

监视随着在所述蓄能器中存储的电荷的量变化时所述蓄能器的转换速率，

确定所述转换速率是否在第一预定范围内，

确定基于所述转换速率和充电或放电电流的固定量而确定的所述蓄能器的容量是否在第二预定范围内，

当所述转换速率不在所述第一预定范围内时，生成第一出错信号，以及

当所述转换速率在所述第一预定范围内并且所述蓄能器的容量不在第二预定范围时，生成第二出错信号。

2.根据权利要求1所述的后备电力系统，其中所述蓄能器包括一个或多个电容器而且其中所述至少一个电子控制单元是安全气囊电子控制单元。

3.根据权利要求1所述的后备电力系统，所述后备电力系统包括：

恒定电流调节器，所述恒定电流调节器被包括在所述诊断电路中；

电压检测器，所述电压检测器生成指示所述蓄能器的电压的电压信号，所述电压检测器电气连接到所述电子处理器；以及

控制开关，所述控制开关由所述电子处理器驱动，所述控制开关电气连接在所述恒定电流调节器与所述蓄能器之间。

4.根据权利要求3所述的后备电力系统，其中所述恒定电流调节器设置固定量的充电电流被供应给所述蓄能器，而且其中所述电子处理器基于所述电压信号来确定充电转换速率。

5.根据权利要求4所述的后备电力系统，其中基于由所述电子处理器进行的驱动，所述充电电流从所述充电电路经由所述控制开关流到所述蓄能器。

6.根据权利要求4所述的后备电力系统，其中所述充电转换速率在所述蓄能器的初始充电期间被确定，而且其中在初始充电之后所述恒定电流调节器被绕开，从而允许所述蓄能器的更高的电流和更高的电压充电。

7.根据权利要求3所述的后备电力系统，其中所述恒定电流调节器在放电诊断周期期间设置固定量的放电电流，而且其中所述电子处理器基于所述电压信号来确定放电转换速率。

8.根据权利要求7所述的后备电力系统，其中基于由所述电子处理器进行的驱动，所述放电电流从所述蓄能器经由所述控制开关流到地。

9.根据权利要求8所述的后备电力系统，其中所述电压检测器是连接在所述蓄能器上的接线端子与所述电子处理器之间的高电阻分压器。

10.根据权利要求1所述的后备电力系统，其包括：

升压开关模式电源，所述升压开关模式电源被包括在所述充电电路中，所述升压开关模式电源被配置成提高从交通工具电池供应给所述蓄能器的输入电压水平。

11.根据权利要求1所述的后备电力系统，其包括：

降压开关模式电源，所述降压开关模式电源被包括在所述放电电路中，所述降压开关模式电源被配置成降低从所述蓄能器供应给所述至少一个电子控制单元的输出电压水平。

12.一种在主电源失效时向交通工具中的至少一个电子控制单元供应临时后备电力的方法，所述方法包括：

经由充电电路对蓄能器进行充电；

将电荷存储在所述蓄能器中；

在所述主电源失效时将所述蓄能器中的电荷的至少部分放电到所述至少一个电子控制单元；

利用电子处理器监视在所述蓄能器中存储的电荷变化期间所述蓄能器的转换速率；

利用所述电子处理器确定所述转换速率是否在第一预定范围内；

确定基于所述转换速率和充电或放电电流的固定量而确定的所述蓄能器的容量是否在第二预定范围内；

当所述转换速率不在所述第一预定范围内时，利用所述电子处理器生成第一出错信号，以及

当所述转换速率在所述第一预定范围内并且所述蓄能器的容量不在第二预定范围时，生成第二出错信号。

13.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括：

调节诊断电路中的电流来维持用于所述蓄能器的恒定电流流动；

利用所述电子处理器检测所述蓄能器的电压；以及

基于所述恒定电流流动和所述蓄能器的电压来确定所述转换速率。

14.根据权利要求13所述的方法，其中以预定间隔来检测所述电压，而且其中以所述预定间隔来确定所述转换速率。

15.根据权利要求13所述的方法，所述方法包括：

经由充电电流调节器设置固定量的充电电流被供应给所述蓄能器；以及

基于所述电压和所述恒定电流流动来确定充电转换速率。

16.根据权利要求13所述的方法，所述方法包括：经由所述电子处理器来驱动控制开关，从而在所述交通工具启动时用所述恒定电流流动对所述蓄能器进行充电。

17.根据权利要求16所述的方法，所述方法包括：在所述蓄能器达到预定电压时经由所述电子处理器来驱动所述控制开关，而且在所述蓄能器达到所述预定电压时绕开恒定电流调节器。

18.根据权利要求13所述的方法，所述方法包括：

在放电诊断周期期间经由放电恒定电流调节器设置固定量的放电电流；以及

经由所述电子处理器，基于所述蓄能器的电压和所述固定量的放电电流来确定放电转换速率。

19.根据权利要求18所述的方法，所述方法包括：经由所述电子处理器来驱动控制开关，从而在所述放电诊断周期期间通过所述放电恒定电流调节器将所述蓄能器电气连接到地。

20.根据权利要求12所述的方法，其中在所述主电源的失效期间，所述蓄能器给所述至少一个电子控制单元供应电力，所述电力使得所述至少一个电子控制单元能够将关键的消息从所述至少一个电子控制单元发送到其它交通工具系统。

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