CN111376746A - 用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置和方法 - Google Patents

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李相侑
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Abstract

本发明公开一种用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置和方法，该故障诊断装置包括：外部装置，用于与车辆电池交换电力；电力传输单元，包括三相马达、并联连接到电池并连接到三相马达的逆变器、以及连接到三相马达的一个或多个继电器，并且在外部装置和电池之间传输电力；以及控制器，控制继电器的接通和断开，控制逆变器的驱动以产生施加到每个继电器的一端的电压，并通过比较继电器接通/断开时继电器的两端的电压来诊断继电器的故障。

Description

用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置和方法
技术领域
本公开涉及一种用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置和方法。
背景技术
诸如电动车辆(EV)或插电式混合动力车辆(PHEV)的环保车辆使用安装在充电站中的电动车辆供电设备(EVSE)来对电池充电。
如图1所示，在使用马达-逆变器的一般的用于车辆的快速充电系统中，使用多个开关。这些开关的故障诊断在整个系统的稳定驱动方面非常重要，并且在故障-安全(fail-safe)系统方面也非常重要。然而，在传统的车辆充电设备中，由于马达的中性端子上未设置单独的电压传感器，因此不能诊断位于马达的中性端子上的开关R2的故障。而为了故障诊断，可在马达的中性端子上设置单独的电压传感器。然而，当添加这种电压传感器时，可增加制造成本。
该部分中公开的内容仅为了增强对技术的一般背景的理解，并且不应被视为对该内容构成本领域技术人员已知的相关技术的承认或暗示。
发明内容
本公开提供一种用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置和方法，能够在不添加单独的电压传感器的情况下容易地诊断电力传输单元中的继电器的故障。
根据本公开的一方面，上述和其他目的可通过用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置来实现，该故障诊断装置包括：外部装置，用于与车辆电池交换电力；电力传输单元，包括三相马达、并联连接到电池并连接到三相马达的逆变器、以及连接到三相马达的一个或多个继电器，并且在外部装置和电池之间传输电力；以及控制器，控制继电器的接通和断开，控制逆变器的驱动以产生施加到每个继电器的一端的电压，并通过比较继电器接通/断开时继电器的两端的电压来诊断继电器的故障。
电力传输单元可包括：中性端子电容器，并联连接到三相马达的中性端子；第二继电器，连接到三相马达的中性端子；以及第一继电器和第三继电器，连接到逆变器。
控制器可执行指令以接通或断开第一继电器、第二继电器和第三继电器。
控制器可控制逆变器的驱动以产生施加到第二继电器的一端的电压。
施加到第二继电器的一端的电压可基于以下等式通过驱动逆变器来产生：
Vn＝(1-Dx)×Vbat
其中，Vn表示施加到第二继电器的一端的电压，Vbat表示电池的电压，Dx表示连接到三相马达的每个相的上开关和下开关中上开关接通的时间比率。
控制器可控制产生不同于电池的电压和从外部装置接收的电压的、施加到第二继电器的一端的电压。
控制器可控制产生小于从外部装置接收的电压的、施加到第二继电器的一端的电压。
控制器可通过比较第一继电器、第二继电器和第三继电器接通/断开时第一继电器、第二继电器和第三继电器的两端的电压来诊断第一继电器、第二继电器和第三继电器。
当在第一继电器、第二继电器和第三继电器断开的状态下测量的第一继电器、第二继电器和第三继电器的两端的电压相同时，控制器可判断第一继电器、第二继电器和第三继电器短路。
控制器可在电力传输单元连接到外部装置之前接通第二继电器，并控制逆变器的驱动以产生等于从外部装置接收的电压的、施加到第二继电器的一端的电压。
当判断第一继电器、第二继电器和第三继电器未短路时，控制器可接通第二继电器，控制逆变器的驱动以产生等于从外部装置接收的电压的、施加到第二继电器的一端的电压，并通过比较第二继电器的两端的电压来判断第二继电器是否开路。
当判断第二继电器未开路时，控制器可接通第三继电器以对车辆电池充电。
电力传输单元可包括：一个或多个马达继电器，连接到三相马达的各相中的一个或多个相；电感器，串联连接到马达继电器；以及逆变器继电器，连接到逆变器。
控制器可控制马达继电器的接通/断开，控制逆变器的驱动以产生施加到每个马达继电器的一端的电压，并通过比较马达继电器接通/断开时马达继电器的两端的电压来诊断马达继电器的故障。
控制器可通过比较逆变器继电器接通/断开时逆变器继电器的两端的电压来诊断逆变器继电器的故障。
根据本公开的另一方面，上述和其他目的可通过用于车辆的快速充电系统的故障诊断方法来实现，该故障诊断方法包括以下步骤：控制逆变器的驱动以产生施加到第二继电器的一端的电压；以及通过比较在第一继电器、第二继电器和第三继电器断开的状态下测量的第一继电器、第二继电器和第三继电器的两端的电压，来诊断第一继电器、第二继电器和第三继电器的故障。
施加到第二继电器的一端的电压可基于以下等式通过驱动逆变器来产生：
Vn＝(1-Dx)×Vbat
其中，Vn表示施加到第二继电器的一端的电压，Vbat表示电池的电压，Dx表示连接到三相马达的每个相的上开关和下开关中上开关接通的时间比率。
在诊断第一继电器、第二继电器和第三继电器的故障的步骤中，当在第一继电器、第二继电器和第三继电器断开的状态下测量的第一继电器、第二继电器和第三继电器的两端的电压相同时，可判断第一继电器、第二继电器和第三继电器短路。
故障诊断方法可进一步包括以下步骤：在电力传输单元连接到外部装置之前接通第二继电器，并控制逆变器的驱动以产生等于从外部装置接收的电压的、施加到第二继电器的一端的电压。
故障诊断方法可进一步包括以下步骤：当判断第一继电器、第二继电器和第三继电器未短路时，接通第二继电器，控制逆变器的驱动以产生等于从外部装置接收的电压的、施加到第二继电器的一端的电压，并通过比较第二继电器的两端的电压来判断第二继电器是否开路。
附图说明
从以下结合附图的详细描述中，将更清楚地理解本公开的上述和其他目的、特征及其他优点，其中：
图1是示出用于车辆的快速充电系统的配置的示图；
图2是示出根据实施例的用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置的配置的示图；
图3是示出根据本公开的实施例的用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置中的逆变器与三相马达之间的连接关系的示图；
图4是示出根据本公开的另一实施例的用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置中的电力传输单元的配置的示图；
图5是示出根据本公开的另一实施例的用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置中的电力传输单元的配置的示图；
图6是示出根据本公开的另一实施例的用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置中的电力传输单元的配置的示图；
图7是示出根据本公开的另一实施例的用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置中的继电器的短路的诊断的流程图；以及
图8是示出根据本公开的另一实施例的用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置中的继电器的短路和开路的诊断的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置。
图2是示出根据本公开的实施例的用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置的配置的示图。如图2所示，根据本公开的实施例的用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置可包括外部装置100、电力传输单元200和控制器300。
外部装置100用于与车辆电池交换电力。在实施例中，外部装置100可以是提供用于对车辆电池充电的电力的充电站的电动车辆充电设备(EVSE)。在另一实施例中，外部装置100可以是用于从车辆电池接收电力的另一装置。
电力传输单元200用于在外部装置100与电池之间传输电力。在一些实施例中，电力传输单元200可从外部装置100接收电力以对车辆电池充电。具体地，如图2所示，电力传输单元200可包括三相马达210、并联连接到电池230并连接到三相马达210的逆变器220、以及连接到三相马达210的一个或多个继电器。其中，逆变器220可通过逆变器220中彼此连接的多个驱动元件S1至S6从三相马达210接收三相信号。此时，三相信号可包括输入到三相马达210的每个相的输入电压和输入电流。另外，可将通过逆变器220中彼此连接的多个驱动元件S1至S6从电池230接收的电力提供给三相马达210的每个相。
具体地，如图2所示，电力传输单元200可包括并联连接到三相马达210的中性端子(节点n)的中性端子电容器Cnp 240、连接到三相马达的中性端子的第二继电器R2、以及连接到逆变器220的第一继电器R1和第三继电器R3。
控制器300可控制电力传输单元200中包括的继电器的接通/断开，控制逆变器220的驱动以产生施加到每个继电器的一端的电压，并且比较继电器接通/断开时继电器的两端的电压，以诊断继电器的故障。
通常，可通过检查继电器接通/断开时继电器的两端的电压来执行继电器故障诊断。例如，当在继电器断开的状态下继电器的两端的电压相同时，可诊断继电器短路。另外，当在继电器接通的状态下继电器的两端的电压不同时，可诊断继电器开路。通过上述方法，在本公开中，控制器300可比较继电器接通/断开时继电器的两端的电压，以诊断继电器的故障。
具体地，参照图2，控制器300可执行指令以控制第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3的接通功能和断开功能。另外，控制器300可控制逆变器220的驱动以产生施加到第二继电器R2的一端的电压。在此，控制逆变器220的驱动可指控制逆变器220中包括的多个驱动元件S1至S6的接通/断开。也就是说，控制器300可执行指令以控制逆变器220中的多个驱动元件S1至S6的接通功能和断开功能，从而产生施加到第二继电器R2的一端的电压。
在本公开中，产生施加到第二继电器R2的一端的电压是为了将施加到第二继电器R2的一端的电压与第二继电器R2的另一端的电压进行比较来诊断第二继电器R2的故障。在传统的快速充电系统中，由于三相马达210的中性端子上未设置单独的电压传感器，因此不能诊断第二继电器R2的故障。如上面的实施例中所述的，控制器300控制产生电压并将电压施加到第二继电器R2的一端，并且比较第二继电器R2的两端的电压，从而在不另外设置电压传感器的情况下容易地诊断第二继电器R2的故障。
更具体地，由控制器300控制产生并施加到第二继电器R2的一端的电压可基于以下等式通过逆变器220的驱动来产生。
等式1
Vn＝(1-Dx)×Vbat
其中，Vn表示施加到第二继电器的一端的电压，Vbat表示电池的电压，Dx表示连接到三相马达的每个相的上开关和下开关中上开关接通的时间比率。更具体地，参照图3，Dx表示连接到三相马达的U相、V相或W相的上开关S1、S3或S5接通的时间比率(0到1)。另外，在本实施例中，优选地将连接到三相马达的各相U、V和W的上开关S1、S3和S5接通的时间Du、Dv和Dw设定为相同的值，这是为了防止通过将Du、Dv和Dw设定为不同的值而产生施加到第二继电器R2的电压时三相马达210旋转。
同时，控制器300可控制产生不同于电池的电压Vbat和从外部装置100接收的电压Vevse的、施加到第二继电器R2的一端的电压Vn。此时，施加到第二继电器R2的一端的电压Vn不同于电池的电压Vbat和从外部装置100接收的电压Vevse是为了同时诊断第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3的故障。
具体地，控制器300可控制产生小于从外部装置100接收的电压Vevse的、施加到第二继电器R2的一端的电压Vn。在此，控制器300控制产生小于从外部装置100接收的电压Vevse的、施加到第二继电器R2的一端的电压Vn是为了防止外部装置100损坏。在一些实施例中，施加到第二继电器R2的一端的电压Vn可以是从外部装置100接收的电压Vevse的一半。
在下文中，将描述控制器300对电力传输单元200中的继电器R1、R2和R3的故障的诊断。
控制器300可比较第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3接通/断开时第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3的两端的电压，以诊断第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3的故障。具体地，在第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3断开的状态下，将根据上述方法产生的电压施加到第二继电器R2之后经过了预定时间后如果第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3的两端的电压相同，则控制器300可判断第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3短路。更具体地，参照图2，在第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3断开的状态下，将根据上述方法产生的电压施加到第二继电器之后经过了预定时间后如果Vbat和Vnp相同，则控制器300可判断第一继电器R1短路，如果Vn和Vnp相同，则控制器300可判断第二继电器R2短路，如果Vnp和Vevse相同，则控制器300可判断第三继电器R3短路。
根据本公开，由于在不另外设置电压传感器的情况下诊断电力传输单元200中的继电器的故障，因此可降低制造成本。另外，由于同时诊断继电器，因此可缩短继电器的故障诊断时间。
同时，控制器300可在电力传输单元200连接到外部装置100之前接通第二继电器R2并且控制逆变器220的驱动以产生等于从外部装置100接收的电压Vevse的、施加到第二继电器R2的一端的电压Vn。此时，施加到第二继电器R2的一端的电压Vn等于从外部装置100接收的电压Vevse是为了防止当通过接通第三继电器R3将电力传输单元200连接到外部装置100而开始充电时，充电电流快速流到中性端子电容器Cnp。
另外，当判断第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3未短路时，控制器300可接通第二继电器R2，控制逆变器220的驱动以产生等于从外部装置100接收的电压Vevse的、施加到第二继电器R2的一端的电压Vn，并将该电压Vn施加到第二继电器R2，并且通过比较第二继电器R2的两端的电压来判断第二继电器R2是否开路。当判断第二继电器R2未开路时，控制器300可接通第三继电器R3以对车辆电池230充电。
同时，参照图4至图6，根据另一实施例的用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置的电力传输单元200可包括连接到三相马达210的各相中的一个或多个相的一个或多个马达继电器250、252和254，连接到马达继电器250、252和254的电感器L以及逆变器继电器260。在如图4所示的实施例中，马达继电器250可仅连接到三相马达210的一个相。在如图5所示的另一实施例中，马达继电器250和252可连接到三相马达210的两个相。在如图6所示的又一实施例中，马达继电器250、252和254可分别连接到三相马达210的三个相。
另外，控制器300可执行指令以控制马达继电器250、252和254的接通功能和断开功能，控制逆变器220的驱动以产生施加到马达继电器250、252和254中的每一个的一端的电压，并比较马达继电器250、252和254接通/断开时马达继电器250、252和254的两端的电压，以诊断马达继电器250、252和254的故障。
此外，通过比较逆变器继电器260接通/断开时逆变器继电器260的两端的电压，可诊断逆变器继电器260的故障。
图7是示出根据另一实施例的用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置中的继电器的短路的诊断的流程图，图8是示出根据另一实施例的用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置中的继电器的短路和开路的诊断的流程图。
参照图7和图8，根据本公开的用于车辆的快速充电系统的故障诊断方法可包括以下步骤：控制逆变器220的驱动以产生施加到第二继电器R2的一端的电压Vn；以及通过比较在第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3断开的状态下测量的第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3的两端的电压，来诊断第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3的故障。在此，施加到第二继电器R2的一端的电压可基于以下等式通过驱动逆变器来产生。
等式2
Vn＝(1-Dx)×Vbat
其中，Vn表示施加到第二继电器的一端的电压，Vbat表示电池的电压，Dx表示连接到三相马达的每个相的上开关和下开关中上开关接通的时间比率。更具体地，参照图3，Dx表示连接到三相马达的U相、V相或W相的上开关S1、S3或S5接通的时间比率(0到1)。另外，在本实施例中，优选地将连接到三相马达的各相U、V和W的上开关S1、S3和S5接通的时间Du、Dv和Dw设定为相同的值，这是为了防止通过将Du、Dv和Dw设定为不同的值而产生施加到第二继电器R2的电压时三相马达210旋转。
具体地，在诊断第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3的故障的步骤中，在第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3断开的状态下，将根据上述方法产生的电压施加到第二继电器R2之后经过了预定时间后如果第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3的两端的电压相同，则可判断第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3短路。更具体地，参照图7，在第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3断开的状态下，将根据上述方法产生的电压施加到第二继电器R2之后经过了预定时间后如果Vbat和Vnp相同，则控制器300可判断第一继电器R1短路，如果Vn和Vnp相同，则控制器300可判断第二继电器R2短路，如果Vnp和Vevse相同，则控制器300可判断第三继电器R3短路。
同时，根据本公开的用于车辆的快速充电系统的故障诊断方法可进一步包括以下步骤：在电力传输单元200连接到外部装置100之前接通第二继电器R2，并控制逆变器220的驱动以产生等于从外部装置100接收的电压Vevse的、施加到第二继电器R2的一端的电压Vn。
此外，根据本公开的用于车辆的快速充电系统的故障诊断方法可进一步包括以下步骤：当判断第一继电器R1、第二继电器R2和第三继电器R3未短路时，接通第二继电器R2，控制逆变器220的驱动以产生等于从外部装置100接收的电压Vevse的、施加到第二继电器R2的一端的电压Vn，并通过比较第二继电器R2的两端的电压来判断第二继电器R2是否开路。
根据本公开的用于车辆的快速充电系统的故障诊断方法的步骤的技术特征与用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置的组件的技术特征相同或相似。
根据本公开，由于在不另外设置电压传感器的情况下诊断电力传输单元中的继电器的故障，因此可降低制造成本。另外，由于同时诊断继电器，因此可缩短继电器的故障诊断时间。
尽管出于说明性目的公开了本公开的示例性实施例，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离所附权利要求书中要求保护的本公开的范围和思想的情况下，可进行各种修改、添加和替换。

Claims (20)

1.一种用于车辆的快速充电系统的故障诊断装置，包括：
外部装置，用于与车辆电池交换电力；
电力传输单元，包括三相马达、并联连接到所述电池并连接到所述三相马达的逆变器、以及连接到所述三相马达的一个或多个继电器，并且在所述外部装置和所述电池之间传输电力；以及
控制器，控制所述继电器的接通和断开，控制所述逆变器的驱动以产生施加到每个所述继电器的一端的电压，并通过比较所述继电器接通或断开时所述继电器的两端的电压来诊断所述继电器的故障。
2.根据权利要求1所述的故障诊断装置，其中，
所述电力传输单元包括：
中性端子电容器，并联连接到所述三相马达的中性端子；
第二继电器，连接到所述三相马达的中性端子；以及
第一继电器和第三继电器，连接到所述逆变器。
3.根据权利要求2所述的故障诊断装置，其中，
所述控制器控制所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器的接通/断开。
4.根据权利要求2所述的故障诊断装置，其中，
所述控制器控制所述逆变器的驱动以产生施加到所述第二继电器的一端的电压。
5.根据权利要求2所述的故障诊断装置，其中，
施加到所述第二继电器的一端的电压基于以下等式通过驱动所述逆变器来产生：
Vn＝(1-Dx)×Vbat
其中，Vn表示施加到所述第二继电器的一端的电压，Vbat表示所述电池的电压，Dx表示连接到所述三相马达的每个相的上开关和下开关中所述上开关接通的时间比率。
6.根据权利要求2所述的故障诊断装置，其中，
所述控制器控制产生不同于所述电池的电压和从所述外部装置接收的电压的、施加到所述第二继电器的一端的电压。
7.根据权利要求2所述的故障诊断装置，其中，
所述控制器控制产生小于从所述外部装置接收的电压的、施加到所述第二继电器的一端的电压。
8.根据权利要求3所述的故障诊断装置，其中，
所述控制器通过比较所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器接通/断开时所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器的两端的电压来诊断所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器。
9.根据权利要求2所述的故障诊断装置，其中，
当在所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器断开的状态下测量的所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器的两端的电压相同时，所述控制器判断所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器短路。
10.根据权利要求2所述的故障诊断装置，其中，
所述控制器在所述电力传输单元连接到所述外部装置之前接通所述第二继电器，并控制所述逆变器的驱动以产生等于从所述外部装置接收的电压的、施加到所述第二继电器的一端的电压。
11.根据权利要求9所述的故障诊断装置，其中，
当判断所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器未短路时，所述控制器接通所述第二继电器，控制所述逆变器的驱动以产生等于从所述外部装置接收的电压的、施加到所述第二继电器的一端的电压，并通过比较所述第二继电器的两端的电压来判断所述第二继电器是否开路。
12.根据权利要求11所述的故障诊断装置，其中，
当判断所述第二继电器未开路时，所述控制器接通所述第三继电器以对所述车辆电池充电。
13.根据权利要求1所述的故障诊断装置，其中，
所述电力传输单元包括：
一个或多个马达继电器，连接到所述三相马达的各相中的一个或多个相；
电感器，串联连接到所述马达继电器；以及
逆变器继电器，连接到所述逆变器。
14.根据权利要求13所述的故障诊断装置，其中，
所述控制器控制所述马达继电器的接通/断开，控制所述逆变器的驱动以产生施加到每个所述马达继电器的一端的电压，并通过比较所述马达继电器接通/断开时所述马达继电器的两端的电压来诊断所述马达继电器的故障。
15.根据权利要求13所述的故障诊断装置，其中，
所述控制器通过比较所述逆变器继电器接通/断开时所述逆变器继电器的两端的电压来诊断所述逆变器继电器的故障。
16.一种用于车辆的快速充电系统的故障诊断方法，所述故障诊断方法利用根据权利要求1所述的故障诊断装置，所述故障诊断方法包括以下步骤：
控制逆变器的驱动以产生施加到第二继电器的一端的电压；以及
通过比较在第一继电器、所述第二继电器和第三继电器断开的状态下测量的所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器的两端的电压，来诊断所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器的故障。
17.根据权利要求16所述的故障诊断方法，其中，
施加到所述第二继电器的一端的电压基于以下等式通过驱动所述逆变器来产生：
Vn＝(1-Dx)×Vbat
其中，Vn表示施加到所述第二继电器的一端的电压，Vbat表示电池的电压，Dx表示连接到三相马达的每个相的上开关和下开关中所述上开关接通的时间比率。
18.根据权利要求16所述的故障诊断方法，其中，
在诊断所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器的故障的步骤中，当在所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器断开的状态下测量的所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器的两端的电压相同时，判断所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器短路。
19.根据权利要求16所述的故障诊断方法，进一步包括以下步骤：
在电力传输单元连接到外部装置之前接通所述第二继电器，并控制所述逆变器的驱动以产生等于从所述外部装置接收的电压的、施加到所述第二继电器的一端的电压。
20.根据权利要求18所述的故障诊断方法，进一步包括以下步骤：
当判断所述第一继电器、所述第二继电器和所述第三继电器未短路时，接通所述第二继电器，控制所述逆变器的驱动以产生等于从所述外部装置接收的电压的、施加到所述第二继电器的一端的电压，并通过比较所述第二继电器的两端的电压来判断所述第二继电器是否开路。
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