CN109683584A - 一种双向车载充电机系统的故障监控和保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双向车载充电机系统的故障监控和保护方法，具体步骤包括：获取车载充电机系统的实时工作数据得到故障信息；将故障信息和故障数据库进行匹配获取故障类型；根据故障类型执行监控或保护；当严重故障发生时，立刻停止运行设备，限制系统自恢复；当中等故障发生时，系统尝试自恢复，继续监控中等故障的持续时间和总体故障次数；当轻微故障发生时，系统尝试自恢复，继续监控轻微故障的持续时间。与现有技术相比，本发明在故障管理方式上采用分级保护方式，有效的将抗干扰和保护结合在一起，有效提高车载双向充电机系统的安全性和可靠性。

Description

一种双向车载充电机系统的故障监控和保护方法

技术领域

本发明涉及一种电动汽车领域，尤其是涉及一种双向车载充电机系统的故障监控和保护方法。

背景技术

目前车载充电机系统拥有OBC、DC/DC等多种组合方案，单向车载OBC系统(车载充电机系统)具有移相全桥和全桥LLC等拓扑结构，双向车载OBC系统具有车对车V-C、车对负载V-V、车对电网V-G等工作模式，可以实现能量的双向能量变换，功率密度高，体积小，效率高，在未来具有很大的发展前景。但是，现有的车载充电机系统故障处理和保护方法往往采用一刀切的方式，即一旦监控到故障即停止设备的运行，进行保护，极大地影响了工作的效率和运行的可靠性。同时，传统车载OBC系统多为三核系统，使用的控制器数量较多，控制过程也较复杂，成本较高，不利于产品的小型化，平台化，而且系统内部之间需要实时通信才能确保系统安全运行。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种双向车载充电机系统的故障监控和保护方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种双向车载充电机系统的故障监控和保护方法，具体步骤包括：获取车载充电机系统的实时工作数据得到故障信息；将故障信息和故障数据库进行匹配获取故障类型；根据故障类型执行监控或保护；所述的故障类型包括严重故障，中等故障和轻微故障：

当严重故障发生时，立刻停止运行设备，限制系统自恢复；

当中等故障发生时，系统尝试自恢复，继续监控中等故障的持续时间和总体故障次数，若持续时间或总体故障次数超过设定的阈值时，则将中等故障升级为严重故障，立刻停止运行设备；

当轻微故障发生时，系统尝试自恢复，继续监控轻微故障的持续时间，若持续时间超过设定的阈值时，则将轻微故障升级为严重故障，立即停止运行设备。

进一步地，所述的双向车载充电机系统包括双向非隔离型AC/DC变换器和双向隔离型DC/DC变换器。

进一步地，所述的双向非隔离型AC/DC变换器的主电路为全桥双向电路或图腾柱式双向电路；所述的双向隔离型DC/DC变换器为谐振式软开关拓扑。

进一步地，使用数字信号处理和复杂可编程逻辑器件对双向车载充电机系统进行集中变换和管理；中等故障的续时间、总体故障次数，以及轻微故障的持续时间均通过数字信号处理实现监控。

进一步地，所述的故障数据库包括所有双向车载充电机系统常见的故障，并且按照故障对系统的破坏程度进行划分，其中，严重故障类型为严重影响系统子系统功能的故障，具有一定破坏性；中等故障为限制系统功能的故障，具有可恢复性；轻微故障为不影响系统功能的故障，具有可恢复性。

进一步地，所述的严重故障包括：输出过压故障、继电器闭合故障、功率因数校正工作故障、输出保险丝故障、主变换MOS管故障和通讯故障；所述的中等故障包括：输出欠压故障、输出过流故障、输出短路故障、初级短路故障和初级过流故障；所述的轻微故障包括：内部温度回复过高故障、内部温度传感器故障、外壳温度过高故障、外壳传感器故障、输入过压故障、输入欠压故障和电池欠压故障。

进一步地，对中等故障监控或保护的具体步骤如下：

A1.获取车载充电机系统的工作数据；

A2.判断故障的持续时间是否超过设定值，若是，则执行步骤A4；若否，则执行步骤A3；

A3.判断该故障的总故障次数是否超过设定值，若是，则执行步骤A4；若否，则记录故障次数，执行步骤A1；

A4.升级为严重故障。

进一步地，对轻微故障监控的具体步骤如下：

B1.获取车载充电机系统的工作数据；

B2.判断故障的持续时间是否超过设定值，若是，则执行步骤B3；若否，则执行步骤B1；

B3.升级为严重故障。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明对双向车载充电机系统的故障进行分级保护，实现双向车载充电机系统的故障监控和快速保护，建立完善的故障管理机制，通过不同的监控、保护方法对不同故障类型进行监控，能够将抗干扰和保护结合在一起，避免负载以及各种外部和内部干扰引起的误动作，极大提高了系统工作的鲁棒性。同时，相比现有一刀切的故障处理方式，本发明对中等故障和轻微故障的监控更加柔性，提高了双向车载充电机系统运行的流畅度，并且，本发明能够将一些现有故障监控中不包括异常因素也纳入故障的监控范围，进一步提高了双向车载充电机系统的安全性和稳定性。

2、本发明是通过DSP(数字信号处理)和CPLD(复杂可编程逻辑器件)设计全数字变换器，实现三个全桥变换器最多达12路PWM集中控制，对开发平台进行了标准化设计，降低不同品类电源产品的多平台转换，大大缩短开发周期。

附图说明

图1为中等故障监控或保护的流程示意图。

图2为轻微故障监控或保护的流程示意图。

图3为基于DSP和CPLD设计的双向车载OBC总体功能结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种双向车载充电机系统的故障监控和保护方法，具体步骤包括：获取车载充电机系统的实时工作数据得到故障信息；将故障信息和故障数据库进行匹配获取故障类型；根据故障类型执行监控或保护。

系统根据故障数据库内的数据类型采用分级保护方式，故障种类分为严重故障类型、中等故障类型和轻微故障类型，并且每种具体故障根据所在区域需要设定合理的故障持续时间、出现次数、系统可恢复次数和恢复时间间隔等参数，每种故障需要根据故障类型对系统功能影响程度进行划分，对故障类型和参数进行合理的设计，可以提高系统的抗干扰性能力。

(1)严重故障：包括输出过压故障、继电器闭合故障、功率因数校正工作故障、输出保险丝故障、主变换MOS管故障和通讯故障。严重故障为严重影响系统子系统功能的故障，具有一定破坏性。当严重故障发生时，立刻停止运行设备，限制系统自恢复；

(2)中等故障：包括输出欠压故障、输出过流故障、输出短路故障、初级短路故障和初级过流故障。中等故障为限制系统功能的故障，具有可恢复性。中等故障可以允许持续一段时间和次数，故障特点分为持续性和间断性。当中等故障发生时，系统首先会尝试在一定时间内自恢复，若超过限制的尝试恢复次数电路将被锁死；同时，监控中等故障持续时间和总体故障次数(即恢复成功的次数)，若持续时间或总体故障次数超过设定的阈值时，则将中等故障升级为严重故障，立刻停止运行设备，进行保护处理。

如图1所示，对中等故障监控或保护的具体步骤如下：

步骤a1.获取车载充电机系统的工作数据；

步骤a2.判断故障的持续时间是否超过设定值，若是，则执行步骤a4；若否，则执行步骤a3；

步骤a3.判断该故障的总故障次数是否超过设定值，若是，则执行步骤a4；若否，则记录故障次数，执行步骤a1；

步骤a4.升级为严重故障。

(3)轻微故障：包括内部温度回复过高故障、内部温度传感器故障、外壳温度过高故障、外壳传感器故障、输入过压故障、输入欠压故障和电池欠压故障。轻微故障为不影响系统功能的故障，该故障可以允许持续一段时间，对总体故障次数(即恢复成功的次数)不受限制。当轻微故障发生时，系统尝试自恢复，对尝试恢复的次数也不限制，同时，继续监控轻微故障的持续时间，若持续时间超过设定的阈值时，则将轻微故障升级为严重故障，立即停止运行设备。

如图2所示，对轻微故障监控的具体步骤如下：

b1.获取车载充电机系统的工作数据；

b2.判断故障的持续时间是否超过设定值，若是，则执行步骤b3；若否，则执行步骤b1；

b3.升级为严重故障。

如图3所示，本实施例提供一种双向车载OBC的故障监控和保护系统，包括双向非隔离型AC/DC变换器和双向隔离型DC/DC变换器两大部分，双向非隔离型AC/DC变换器的主电路为全桥双向电路或图腾柱式双向电路；所述的双向隔离型DC/DC变换器为谐振式软开关拓扑；采用DSP+CPLD实现三个全桥电路12路PWM信号集中变换和故障管理。具体地说，OBC系统由三个双向全桥变换电路、隔离与非隔离电压采样电路、驱动电路、DSP控制电路和CPLD控制电路组成。DSP处理器和CPLD组成全数字变换器通过电压采样电路获取OBC系统的工作数据，同时，该全数字变换器通过驱动电路控制OBC系统进行故障处理和保护。使用单核DSP数字信号处理器与CPLD逻辑控制实现三个全桥变换器的功能和故障管理方式，便于企业开发平台标准化，单向车载OBC、双向车载OBC、单向车载DCDC、双向车载DCDC等可以使用同一开发平台实现，缩短了开发周期。

该电路采用分级保护方式，将抗干扰和保护结合在一起，避免负载以及各种外部和内部干扰引起的误动作。该电路将三个全桥变换电路故障类型进行划分三个等级：严重故障，中等故障，轻微故障；其中，严重故障立即保护，响应最快；中等故障，可以允许一定的持续时间和恢复次数，根据单此持续时间或总体故障次数判定是否升级为严重故障；轻微故障，对故障恢复的次数不受限制，对持续时间进行监控是否转向严重故障；在故障管理方式上采用称为分级保护方式，可以有效的将抗干扰和保护结合在一起，不仅可以避免负载以及各种外部和内部干扰引起的误动作。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种双向车载充电机系统的故障监控和保护方法，其特征在于，具体步骤包括：获取车载充电机系统的实时工作数据得到故障信息；将故障信息和故障数据库进行匹配获取故障类型；根据故障类型执行监控或保护；所述的故障类型包括严重故障，中等故障和轻微故障：

当严重故障发生时，立刻停止运行设备，限制系统自恢复；

当中等故障发生时，系统尝试自恢复，继续监控中等故障的持续时间和总体故障次数，若持续时间或总体故障次数超过设定的阈值时，则将中等故障升级为严重故障，立刻停止运行设备；

当轻微故障发生时，系统尝试自恢复，继续监控轻微故障的持续时间，若持续时间超过设定的阈值时，则将轻微故障升级为严重故障，立即停止运行设备。

2.根据权利要求1所述的双向车载充电机系统的故障监控和保护方法，其特征在于，所述的双向车载充电机系统包括双向非隔离型AC/DC变换器和双向隔离型DC/DC变换器。

3.根据权利要求2所述的双向车载充电机系统的故障监控和保护方法，其特征在于，所述的双向非隔离型AC/DC变换器的主电路为全桥双向电路或图腾柱式双向电路；所述的双向隔离型DC/DC变换器为谐振式软开关拓扑。

4.根据权利要求1所述的双向车载充电机系统的故障监控和保护方法，其特征在于，使用数字信号处理和复杂可编程逻辑器件对双向车载充电机系统进行集中变换和管理；中等故障的续时间、总体故障次数，以及轻微故障的持续时间均通过数字信号处理实现监控。

5.根据权利要求1所述的双向车载充电机系统的故障监控和保护方法，其特征在于，所述的故障数据库包括所有双向车载充电机系统常见的故障，并且按照故障对系统的破坏程度进行划分，其中，严重故障类型为严重影响系统子系统功能的故障，具有一定破坏性；中等故障为限制系统功能的故障，具有可恢复性；轻微故障为不影响系统功能的故障，具有可恢复性。

6.根据权利要求1所述的双向车载充电机系统的故障监控和保护方法，其特征在于，所述的严重故障包括：输出过压故障、继电器闭合故障、功率因数校正工作故障、输出保险丝故障、主变换MOS管故障和通讯故障；所述的中等故障包括：输出欠压故障、输出过流故障、输出短路故障、初级短路故障和初级过流故障；所述的轻微故障包括：内部温度回复过高故障、内部温度传感器故障、外壳温度过高故障、外壳传感器故障、输入过压故障、输入欠压故障和电池欠压故障。

7.根据权利要求1所述的双向车载充电机系统的故障监控和保护方法，其特征在于，对中等故障监控或保护的具体步骤如下：

A1.获取车载充电机系统的工作数据；

A2.判断故障的持续时间是否超过设定值，若是，则执行步骤A4；若否，则执行步骤A3；

A3.判断该故障的总故障次数是否超过设定值，若是，则执行步骤A4；若否，则记录故障次数，执行步骤A1；

A4.升级为严重故障。

8.根据权利要求1所述的双向车载充电机系统的故障监控和保护方法，其特征在于，对轻微故障监控的具体步骤如下：

B1.获取车载充电机系统的工作数据；

B2.判断故障的持续时间是否超过设定值，若是，则执行步骤B3；若否，则执行步骤B1；

B3.升级为严重故障。