CN111391667A - 用于耐噪声rc响应预测的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于耐噪声RC响应预测的方法和系统。一种电气系统包括电压母线、测量正母线轨和电气接地之间的第一电压以及负母线轨和电气接地之间的第二电压的电压传感器、偏置电阻器以及控制器。当开关闭合时，该控制器测量该第一和第二电压的四个或更多个离散电压样本。这些样本被分成第一和第二样本组，其各自具有三个离散电压样本，其中第一组的第二和第三电压样本是第二组的第一和第二样本。在该第一和第二电压收敛于实际稳态电压值之前，该控制器使用该样本组来估计该第一和第二电压的稳态电压。当稳态电压估计相对于限定的稳定性阈值稳定或不稳定时，该控制器执行相应的控制动作。

Description

用于耐噪声RC响应预测的方法和系统
技术领域
电动动力系统、动力装置和其他系统通常采用分开的高压和低压母线。低压母线可提供12-15伏的最大电压电平，而这样的电压电平通常称为辅助电压。在双母线电气系统中术语“高压”描述远超过辅助电平的电压电平，例如，对于电力推进系统为60-300伏或更高。高压电压母线被连接到可再充式能量储存系统（RESS），例如多单元锂离子或镍氢电池组以及相关联的电力电子设备。低压母线可被连接到适合应用的辅助电池，例如铅酸电池。在高压母线上，策略性定位的熔断器和电气开关使得能够在发生电气故障的情况下实现RESS与高压母线的快速断开，其中开关还被命令为在常规关闭操作期间断开。
背景技术
作为附加的预防措施，可通过插入阈值隔离电阻将高压母线与电气接地隔离。在车辆应用中，车辆底盘用作车载电气系统的电气接地，并且因此，底盘通常被称为底盘接地。控制器在做出各种控制决策时可考虑电气系统的电阻。例如，控制器可被编程为确定电路电阻是否足够高，以便进行特定操作，例如RESS的DC快速充电。
发明内容
本文公开了一种电气系统，其包括连接到电压母线的可再充式能量储存系统（RESS）。控制器被编程为在估计电压母线的稳态电压电平时确定电路的RC响应，并使用该响应来确定估计的稳态电压相对于稳定性阈值是否足够稳定。如果稳定，则控制器执行改变电气系统的逻辑和/或动态状态的控制动作。如果不够稳定，则控制器根据所公开的方法收集更多的数据样本，再次估计稳态电压，并且随后进行另一次稳定性确定。因此，电路的RC响应对于得到相应的电路电阻、例如在可能的隔离损失（loss-of-isolation）检测策略中得到隔离电阻是有用的，其中RC响应还在呈现RC响应的其他应用或系统（例如，热系统）中是有用的，在该应用或系统中，详细了解电路电阻是有益的。
本文所公开的控制器经由开关的操作自动地接通偏置电阻器，这样做是响应于触发信号，并且随后，以校准的采样间隔周期性地测量母线轨电压（bus rail voltage），即电压母线的正轨与电气接地之间的第一电压，以及电压母线的负轨与电气接地之间的第二电压。
在接通偏置电阻器之后，控制器收集第一和第二电压的样本集。使用采样的电压，控制器假设电路中的RC响应来估计稳态电压。以这种方式，一旦估计足够稳定，控制器就使用估计的稳态电压来更快地确定诸如电路的电阻之类的信息，而不是等待母线轨电压完全稳定在其相应的实际稳态电压处。如本领域普通技术人员将理解的，在某些电气系统中，等待母线轨电压达到其相应的实际稳态值可能需要20-30秒或更长的总经过时间。这样的持续时间可能会过度延迟受控过程的开始，其中DC快速充电过程是这样的过程的一个示例。
本方法旨在对于信号噪声高度鲁棒，并且因此，可有利地用在嘈杂的环境中。控制器可通过运行本方法的多次附加迭代来考虑信号噪声，其中每次迭代都可能以校准的倍数来扩展采样间隔，并且还可能重用一些早前的电压样本，这又将后续迭代的所需时间最小化。对于每次后续迭代，控制器使用在时间上更分散的不同样本三元组（或更多样本）。通过确定成熟度（maturation）阈值和/或采样间隔的伪随机定时，可进一步增强使用本方法的高效RC响应预测。本策略的期望的最终目标是在触发事件之后更快地得到估计的稳态电压，其中示例性有益应用包括改进/早前的电压隔离检测以及针对系统噪声/错误读数的减轻。
在示例性实施例中，本文描述了一种电气系统，其具有带有正母线轨（或母线段，bus rail）和负母线轨的电压母线，连接到该电压母线的RESS以及经由该电压母线连接到RESS的电路。该电路还包括一个或多个电压传感器，该电压传感器配置成测量正母线轨和电气接地之间的第一电压，以及负母线轨和电气接地之间的第二电压。偏置电阻器可通过开关连接到电气接地和电压母线。当开关处于闭合状态时，其将偏置电阻器电连接到电压母线的一侧。
作为示例性电气系统的一部分，控制器响应于触发信号而闭合开关，以校准的采样间隔来测量第一和第二电压（母线轨电压）的至少五个电压样本，基于电路的RC响应来估计电路的稳态电压，并且在第一和第二电压收敛于相应的实际稳态电压之前，使用电压样本来执行电气系统的控制动作。也就是说，当RC响应的趋势指示第一电压和第二电压相对于可容许的容限/阈值内足够稳定时，控制器将估计值记录为足够稳定，并且其后，使用这些估计值来进行控制决策。
所述控制动作可包括启动隔离损失检测功能，并且如果未检测到隔离损失故障，则启动RESS的DC快速充电操作。
当尚未达到超时值（time-out value）时，或者当稳定性没有以其他方式存在时，控制器可以可选地以校准的采样间隔的倍数来测量第一和第二电压的两个或更多个附加样本，这样做是响应于趋势相对于可容许的稳定性阈值不稳定。然后，控制器可使用各种电压样本来重新得到稳态电压估计。
RC响应/估计的RC稳态电压中的趋势可指示稳态电压估计与另一个稳态电压的不同大于或小于校准的阈值，或者该趋势可指示稳态电压估计的预定标准偏差与校准的标准偏差或彼此不同。
所述电气系统可包括连接到高压母线的功率逆变器模块和连接到功率逆变器模块的电机，其中该电机被耦接到受驱动负载。该电机可被实施为牵引马达，并且该受驱动负载可实施为车辆的一组车轮。
还公开了一种用于使用电路的RC响应来预测该电路的稳态电压的方法。在一个实施例中，该方法包括响应于触发信号，经由通过控制器激活开关来将偏置电阻器连接到电压母线。在开关闭合之后，该方法包括当第一电压和第二电压收敛于相应的实际稳态电压时，以校准的采样间隔通过电压传感器来测量第一和第二电压中的每一者的四个或更多个离散电压样本。
该方法包括基于电路的RC响应通过控制器来估计电路的稳态电压值，在第一和第二电压收敛于相应的实际稳态电压之前，使用这些电压样本来进行估计。其后，该方法包括当RC响应/稳态电压的趋势指示第一和第二电压相对于可容许的容限或阈值足够稳定时，执行相应的控制动作。
本发明还包括以下技术方案。
方案1. 一种电气系统，包括：
具有正母线轨和负母线轨的电压母线；
至少一个电压传感器，其配置成测量所述正母线轨和电气接地之间的第一电压以及所述负母线轨和所述电气接地之间的第二电压；
偏置电阻器，其能够经由开关连接到所述电气接地和所述电压母线，其中，所述开关当处于闭合状态时将所述偏置电阻器电连接到所述正母线轨或所述负母线轨；以及
控制器，其配置成响应于输入信号，以：
命令所述开关闭合；
响应于所述开关的闭合，使用所述至少一个电压传感器以预定采样间隔测量所述第一电压和所述第二电压中的每一者的四个离散电压样本；
将所述四个离散电压样本分成第一样本组和第二样本组，所述第一样本组和所述第二样本组各自具有第一离散电压样本、第二离散电压样本和第三离散电压样本，其中，所述第一样本组的第二电压样本和第三电压样本是所述第二样本组的第一电压样本和第二电压样本；
在所述第一电压和所述第二电压收敛于相应的实际稳态电压值之前，使用所述第一样本组和所述第二样本组来估计所述第一电压和所述第二电压中的每一者的RC稳态电压；以及
当稳态电压估计相对于限定的稳定性阈值稳定时，执行所述电气系统的控制动作，所述控制动作包括改变所述电气系统的状态。
方案2. 如方案1所述的电气系统，其特征在于，所述控制器还被配置成当所述稳态电压估计相对于所述限定的稳定性阈值不稳定时，执行另一控制动作，包括以所述采样间隔的倍数来收集所述第一电压和所述第二电压的附加的离散电压样本，并使用附加的电压样本来估计所述第一电压和所述第二电压中的每一者的所述RC稳态电压。
方案3. 如方案2所述的电气系统，其特征在于，所述控制动作包括响应于所述稳态电压估计不稳定：
以所述预定采样间隔的倍数n来测量所述第一电压和所述第二电压中的每一者的附加的离散电压样本，其中n
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
1；
创建包含所述附加的离散电压样本的第三样本组，使得所述第二样本组的三个离散电压样本中的两个在所述第三样本组中重复使用；以及
在所述第一电压和所述第二电压收敛于相应的实际稳态电压值之前，使用所述第一样本组、所述第二样本组和所述第三样本组来估计所述第一电压和所述第二电压中的每一者的所述稳态电压。
方案4. 如方案1所述的电气系统，其特征在于，所述电压母线是高压母线，并且其中，所述控制动作包括启动高压隔离损失检测功能。
方案5. 如方案4所述的电气系统，其特征在于，所述控制动作包括响应于所述高压隔离损失检测功能指示高压隔离故障不存在，启动可再充式能量储存系统的DC快速充电操作。
方案6. 如方案1所述的电气系统，其特征在于，所述控制器被配置成当估计的稳态电压不稳定时，增加所述离散电压样本的数量，并且与所述离散电压样本的所述数量的所述增加相对应地增加所述预定采样间隔。
方案7. 如方案1所述的电气系统，还包括连接到所述电压母线的功率逆变器模块以及连接到所述功率逆变器模块的电机，所述电机被耦接到受驱动负载。
方案8. 如方案7所述的电气系统，其特征在于，所述电机是牵引马达，并且所述受驱动负载是车辆的一组车轮。
方案9. 一种用于使用电路的RC电压响应来估计所述电路中的稳态电压值的方法，所述方法包括：
响应于触发信号，通过开关的闭合将偏置电阻器连接到电压母线；
在所述开关闭合之后，随着第一电压和第二电压收敛于相应的实际稳态电压，使用至少一个电压传感器以校准的采样间隔来测量所述第一电压和所述第二电压的至少四个离散电压样本，所述第一电压是所述电压母线的正母线轨与电气接地之间的电压，并且所述第二电压是所述电压母线的负母线轨与所述电气接地之间的电压；
在所述第一电压和所述第二电压收敛于所述相应的实际稳态电压之前，通过所述控制器使用所述至少四个离散电压样本基于所述RC电压响应来估计相应的第一电压和第二电压的稳态电压电平；以及
当估计的稳态电压电平相对于稳定性阈值足够稳定时，使用估计的稳态电压电平来执行所述电气系统的控制动作，所述控制动作包括改变所述电气系统的状态。
方案10. 如方案9所述的方法，其特征在于，所述电压母线是高压母线，并且所述控制动作还包括当估计的稳态电压电平相对于所述稳定性阈值足够稳定时，启动隔离损失检测功能。
方案11. 如方案10所述的方法，其特征在于，所述控制动作包括响应于隔离损失功能指示电压隔离故障不存在，启动可再充式能量储存系统的DC快速充电操作。
方案12. 如方案9所述的方法，还包括：
通过所述控制器使用选定组的三个离散电压样本来得到所述第一电压和所述第二电压的稳态电压估计，所述选定组包括第一离散电压样本、第二离散电压样本和第三离散电压样本，并且将所述三个离散电压样本选择成使得：
在第一电压样本被测量之后，所述第二离散电压样本在所述采样间隔的持续时间获取；以及
所述第三离散电压样本在第二电压样本之后的所述持续时间获取；
其中，所述选定组的每个相应的离散电压样本包含所述第一电压和/或所述第二电压的瞬时采样的离散电压样本。
方案13. 如方案9所述的方法，还包括：
响应于估计的稳态电压不稳定，通过所述控制器增加所述离散电压样本的数量；以及
与所述离散电压样本的所述数量的增加水平相对应地增加所述采样间隔。
方案14. 如方案9所述的方法，其特征在于，所述电气系统包括连接到所述电压母线的功率逆变器模块以及连接到所述功率逆变器模块的电机，所述方法还包括使用来自所述电机的扭矩为受驱动负载供能。
方案15. 如方案14所述的方法，其特征在于，所述电机是牵引马达，并且所述受驱动负载是车辆的一组车轮。
方案16. 一种用于使用一组的三个离散RC响应样本来估计RC响应系统的稳态值的方法，所述方法包括：
以校准的采样间隔来收集所述一组的三个离散RC响应样本；
使用所述一组的三个离散RC响应样本来估计所述稳态值；
当估计的稳态值相对于可容许的稳定性阈值稳定时，通过控制器来执行第一控制动作，包括改变所述RC响应系统的动态状态；以及
当估计的稳态值相对于所述可容许的稳定性阈值不稳定时，通过所述控制器来执行第二控制动作，包括改变所述RC响应系统的逻辑状态。
方案17. 如方案16所述的方法，其特征在于，所述稳态值是稳态电压。
方案18. 如方案16所述的方法，还包括使用低通滤波器和/或数据采集噪声滤波器来过滤所述离散RC响应样本。
上面的概述并非意在表示本公开的每个可能的实施例或本公开的每个方面。相反，前面的概述旨在例示本文所公开的一些新颖方面和特征。当结合附图和所附权利要求时，根据用于实施本公开的代表性实施例和模式的以下详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是具有电气系统的示例性车辆的示意图，该电气系统包括可再充式能量储存系统（RESS）、高压母线、连接的高压部件以及控制器，该控制器被编程为执行本方法以通过推导和使用RC响应来得到电路电阻，如本文所述。
图2是图1中所描绘的电气系统的一部分的等效RC电路的示意图。
图3A和图3B是在将偏置电阻器接入到图2的电路中之后的电压（纵轴）对时间（横轴）的绘图。
图4是本方法的示例性实施例的流程图。
图5是根据本方法的代表性电压样本的表。
图6A-C是可用作所公开方法的一部分的逻辑块的可能的替代示例性实施例。
本公开易于进行修改和具有替代形式，其中代表性实施例作为示例在附图中示出并且在下面详细描述。本公开的创造性方面不限于所公开的特定形式。相反，本公开旨在覆盖落入由所附权利要求限定的本公开的范围内的修改、等同形式、组合和替代方案。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记表示相同的部件，图1描绘了具有高压母线13和可再充式能量储存系统（RESS）14的电气系统10。DC-DC转换器15可被电连接到HV母线13，并且配置成在低压母线16上输出辅助电压，而辅助电池（BAUX）21连接到低压母线16，如图所示。在一些实施例中，术语“高压”和“低压”可涵盖60伏或更高（高压）和小于12-15伏（低压）的电压电平，其中高压电平可能超过300伏。RESS 14可包括具有锂离子、镍氢或其他适合应用的电池化学成分的多单元可充电电池组14B，以及对此类电池进行适当控制和热调节所需的相关电力电子设备。
在非限制性示例性实施例中，图1的电气系统10可被用作示例性车辆12的一部分，或者可被用作动力装置或者其他移动或固定系统的一部分。为了说明的一致性，本文将无限制地使用图1的车辆12。可利用电气系统10的等效电路模型52对控制器50进行编程，该控制器50的功能在下面参考图2-6C详细地描述。作为计算机可执行方法100的一部分，控制器50可自动接通在图2中标记为（RB）的偏置电阻器54，并且周期性地使用一个或多个电压传感器17来测量高压母线13的正母线轨13+与电气接地/底盘接地（GND）之间的电压。控制器50还测量高压母线13的负母线轨13-与底盘接地（GND）之间的电压，其中该电压在下文中称为第一电压V1和第二电压V2，并且相应地图示在图3A和图3B中。
在执行方法100时，控制器50估计母线轨13+和13-随时间变化的RC稳态电压，如电路模型52中所表示的，这样做时偏置电阻器54接通，而测量的电压尚未达到其相应的实际稳态值。因此，在执行方法100时，控制器50响应于呈合适的触发信号形式的预定请求来估计RC稳态电压。在示例性实施例中，例如在进行RESS 14的DC快速充电操作之前，预定触发信号可以是对高压母线13与底盘接地（GND）的主动隔离检测的自动请求，而其他实施例也可能受益于早期确定电气系统10的等效电阻。以这种方式，相对于等待上述电压完全稳定，控制器50能够在较早的时间点更快速地确定连接到RESS 14的各种电气部件和结构的等效电阻，其中方法100通过选择该方法的附加迭代对于信号噪声具有鲁棒性。
图1中示意性示出的控制器50可被实施为一个或多个低压数字计算机，其具有：处理器（P），例如微处理器或中央处理单元；以及呈只读存储器、随机存取存储器、电可编程只读存储器等形式的存储器（M）；高速时钟；模数和数模电路；输入/输出电路和设备；以及适当的信号调节和缓冲电路。在一些实施例中，控制器50可以是电池系统管理器，其功能可随着预期应用而变化，但是可能包括监测和控制RESS 14的温度、充电状态、电压以及其他性能特性。
仍然参考图1，一个或多个高压（HV）部件18可经由高压母线13电连接到RESS 14。继而，RESS 14可经由电池断开单元（BDU）25电连接到高压母线13。在BDU 25或高压母线13上的另一合适位置内，电压传感器（VS）17测量并报告底盘接地（GND）与相应的正母线轨13+和负母线轨13-之间的电压，如上所述，这样做是作为到控制器50的一组输入信号（箭头CCI）的一部分。
尽管为了简化而从图1中省略，但BDU 25还包括：高压开关装置，例如螺线管驱动的接触器、固态/半导体开关和/或其他合适的开关装置；预充电电阻器；以及用于将RESS14电连接到电气系统10的其余部分的其他部件。响应于输入信号（箭头CCI），控制器50可向电气系统10输出控制信号（箭头CCO），以最终改变电气系统10的逻辑和/或操作状态/动态状态，例如通过记录指示RC响应的稳定性的值，通过上述开关操作命令BDU 25连接或断开BDU 25的操作，和/或经由离车DC快速充电站20通过DC充电电压（箭头DCFC）开始RESS 14的充电操作。
另外，示例性电气系统10可以可选地包括功率逆变器模块（PIM）28，其经由交流（VAC）电压母线32电连接到多相电机（ME）31，例如，如所示的电牵引马达或在其他实施例中的发电机。当被供能时，电机31输出马达扭矩以驱动例如变速器（T）36的耦接的受驱动负载的输入构件35。然后，输出扭矩（箭头TO）从变速器36的输出轴37传递到一个或多个驱动轴40，并且最终传递到所示车辆12中的一组车轮42。如本领域普通技术人员将认识到的，PIM28包括半导体开关34，例如，为简单起见共同地和示意性地示出的一堆IGBT或其他适合应用的开关。半导体开关34具有可响应于来自控制器50的开关信号来控制的相应的接通/断开（导通/非导通）开关状态。开关控制信号可根据需要用于功率倒置（power inversion）或转换。
图2描绘了表示图1中所示的电气系统10的一部分的电路模型52，即连接到RESS14的隔离相关的部件的等效RC电路。另外，偏置电阻器（RB）54与开关55一起描绘，其中开关55示出为处于断开状态。图1的控制器50响应于如上所述的触发信号通过闭合开关55将偏置电阻器54接入到电路10中。其后，底盘接地（GND）与相应的正母线轨13+和负母线轨13-之间的电压被测量并报告给控制器50，其中第一电压（V1）表示正轨13+的测量结果，并且第二电压（V2）表示负轨13-的测量结果。图3A和图3B的时间图46和48相应地表示第一和第二电压V1和V2的稳定，其中第一和第二电压V1和V2逐渐收敛于实际稳态电压值（VSS或-VSS）。所示的轨迹表示RC响应。在不采取进一步控制动作的情况下，第一电压V1和第二电压V2将最终达到其相应的实际稳态电压（VSS或-VSS），其中VSS和-VSS不必具有相同的绝对电压。
如本领域普通技术人员将理解的，经由母线轨13+连接到图1的RESS 14的电气部件共同表现出电容（C1）和电阻（R1），这引起RC响应，其中RC时间常数是该电阻和电容的乘积，以及相应的电压趋势或轨迹，例如时间图46（图3A）。同样，经由负母线轨13-连接到RESS14的高压部件共同表现出产生时间图48（图3B）的轨迹的电容（C2）和电阻（R2）。因此，控制器50被配置成使用如时间图46和48中所例示的RC响应来估计稳态电压，并且根据例如主动隔离检测之类的这样的稳态信息来加快诊断决策并促进任务的总体性能。术语“更快”是相对于第一和第二电压（V1和V2）达到其实际相应的稳态值（VSS和-VSS）所需的时间量。继而，加快确定RC响应可使得能够实现更快的接通（key-on）控制响应、当通过图1的示例性DC快速充电站20开始充电时的较短等待时间以及其他可能的益处。
更具体而言，图1中所示的控制器50可使用第一和第二电压V1和V2中的每一个的最少四个离散电压样本来确定上述RC响应。在方法100的第一次迭代中，可使用两组三个这样的离散电压样本、例如样本（1、2、3）和（2、3、4）来得到估计的稳态电压，其中在该示例中1-4表示样本数。在后续的迭代中，当估计的稳态电压相对于稳定性阈值不够稳定时，或者当控制器50事先知道采样在嘈杂环境中进行时，控制器50可添加附加的离散电压样本。这样的样本以增加的采样间隔、即第一次迭代中使用的采样间隔的倍数来替换噪声数据。因此，方法100是鲁棒的并且可适于信号噪声。可变长度采样可结合使用各种标准的合理性/不合格（pass-fail）诊断检查来使用，例如但不限于时间常数、电压、等效电阻和/或其他值的标准偏差，如下文参考图6A-6C所述，其中在某些实施例中对采样数据进行了可选的低通滤波。
参考图4，根据一个示例性实施例的方法100从步骤S102开始。控制器50检测输入信号，例如对采样的请求（“
Figure DEST_PATH_IMAGE003
”），或者另一自动生成的触发信号，例如在进行DC快速充电过程之前要求的隔离损失检测。然后，控制器50进行到步骤S104。
步骤S104包括在开关55处于断开状态、即图2的偏置电阻器54断开的情况下，测量第一电压V1和第二电压V2的启动电压（“VST”）的离散样本。这样的离散电压样本可被暂时记录在存储器（M）中，并且相应地用于建立在图3A和图3B的时间图46和48中示出的电压轨迹的起点。方法100随后进行到步骤S106。
在步骤S106处，控制器50响应于步骤S102的触发信号而闭合图2的开关55，以插入偏置电阻器54（“INS. RB”），从而将偏置电阻器54连接到相应的正轨或负轨13+和13-，即在步骤S106中一次仅连接一个轨13+或13-。方法100进行到步骤S108。
步骤S108可需要以校准的采样间隔Δt来测量相应的第一电压V1和第二电压V2的多个离散电压样本，其中控制器50当第一和第二电压V1和V2接近相应的实际稳态电压电平时这样做。步骤S108可包括收集三个或更多个离散电压样本。此时，可选步骤S109A和S109B可用作方法100的一部分，其中步骤S109A包括选择用于方法100的第一次迭代的采样间隔（“Δt”），并且步骤S109B可选地过滤采样数据，例如，使用低通滤波器（“LPF”）和/或数据采集噪声滤波器来过滤。方法100随后进行到步骤S110。
步骤S110包括将步骤S108的电压样本的数量（n）与校准阈值（N）进行比较，其中在该示例性实施例中，对于第一和第二电压V1和V2中的每一个，N = 4，并且随后，如果尚未测量校准数量的电压样本，则重复步骤S108。一旦收集到校准数量的电压样本，方法100就进行到步骤S112。
在步骤S112处，在第一电压V1和第二电压V2达到其实际稳态电压电平之前，图1的控制器50接下来使用步骤S108的电压样本来得到电路10的估计RC稳态电压。由于在替代实施例中该估计可应用于其他RC值，因此该步骤在图4中缩写为“τ”。如本领域普通技术人员将理解的，控制器50可使用各种方法来计算基于RC的稳态电压，例如如下：
Figure 947247DEST_PATH_IMAGE004
其中V t1 、V t2 和V t3 相应地是在t = 0、t = Δt和t = 2Δt时采样的各个离散电压值。
简要参考图5，为了得出RC稳态电压，在方法100的第一次迭代中，控制器50可从第一估计稳态电压（Vtss,A）开始估计四个稳态电压：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
。
使用五个样本集，可使用在t=t1、t=t2和t=t3时收集的前三个电压样本、即Vt1、Vt2和Vt3来估计Vtss,A，其中每个样本以采样间隔（Δt）分隔。可类似地使用第二、第三和第四电压样本，即Vt2、Vt3和Vt4，来确定第二估计稳态电压（Vtss,B）。同样，可使用第三、第四和第五电压样本，即Vt3、Vt4和Vt5，来计算第三估计稳态电压Vtss,C，从而再次保持Δt的原采样间隔。然后，控制器50使用第一、第三和第五电压样本来确定第四估计电压样本Vtss,D，从而将采样间隔从Δt有效地加倍到2Δt，并且随后进行到步骤S114。在该示例中，离散电压样本的总数为五，其中每个样本组具有三个离散电压样本，即样本组1 = (Vt1, Vt2, Vt3)，样本组2 =(Vt2, Vt3, Vt4)，并且样本组3 = (Vt3, Vt4, Vt5)。要注意，在每个三元组中，丢弃先前组的第一个收集的样本并收集新的样本，例如，在样本组2中，丢弃样本组1的第一样本Vt1并收集新的离散电压样本Vt4，而在组3中，丢弃样本组1的第一样本Vt2，并收集新的离散电压样本Vt5。
再次参考图4，在步骤S114处，控制器50通过将最后的稳态电压估计，在这种情况下为Vtss,D，与第一估计稳态电压Vtss,A进行比较，来验证稳态电压估计的结果。步骤S114可能需要验证步骤S112的计算是否已充分收敛于结果，或者所得的估计稳态电压的趋势是否表明稳定/有效（“
Figure DEST_PATH_IMAGE007
”）结果处于做出控制决策的可校准容限、即稳定性阈值内。
对于每个电压样本集，控制器50可评估各稳态计算的分母，以确认该分母未达到零或改变其符号。任一结果都可能成为控制器50继续执行方法100的另一次迭代的充分原因，在这种情况下，方法100进行到步骤S118。如果计算的结果是稳定/有效的，则方法100进行到步骤S116。
步骤S116包括通过电气系统10的控制器50使用RC稳态电压估计来执行第一控制动作（“Exec CA #1”），包括在控制器50的存储器（M）中记录指示足够稳定的稳态电压估计的代码。例如，使用上面提到的稳态电压估计，并且给定各种电压，控制器50可计算并输出连接到图1的RESS 14的各电路部件的等效电阻，在示例性高压隔离检测方法中，该等效电阻对应于隔离电阻值。该值可与阈值比较，并被控制器50用于记录诊断代码或相应的合格/不合格位标志，和/或在图1的示例性车辆实施例中，当隔离电阻值过低时，命令RESS 14断开或禁用充电。可替代地，控制器50可考虑各估计稳态电压的标准偏差和/或估计稳态电压或其他值与如下面参考图6A-C指定的逐次值（successive value）的差。方法100完成并且从步骤S102重新开始。
作为第二控制动作，步骤S118（“Exec CA #2”）可包括重复步骤S108作为方法100的另一次迭代。这样的步骤可与记录不定或未确定的诊断代码一致，以促进执行方法100的另一次迭代。根据状况，步骤S118可包括使用上面提到的估计稳态电压Vtss,D来计算电路电阻，例如在已经过用于确定电阻的分配时间并且因此没有时间剩余用于额外的迭代的情况下。然而，当留有足够的时间用于执行方法100的另一次迭代时，步骤S118可包括在t=t6和t=t7时收集两个或更多个附加的离散电压样本，在图5中示出为Vt6和Vt7，并再次重新使用先前收集的电压样本，来以例如2Δt的初始采样间隔的倍数得到附加的稳态电压值，其中这些值在图5中表示为Vtss,E和Vtss,F。因此，利用在该非限制性示例性实施例中在第二次迭代中使用的六个电压样本，可使用所有其他的电压样本来计算估计稳态电压Vtss,E。这对应于第二、第四和第六电压样本Vt2、Vt4和Vt6。类似地，第六估计稳态电压Vtss,F使用第三、第五和第七电压样本Vt3、Vt5和Vt7。
类似于在步骤S112中计算Vtss,D的方式，通过跳过每两个介于中间样本并使用第一、第四和第七样本Vt1、Vt4和Vt7，以3Δt的采样间隔来计算第七稳态电压Vtss, G。如果基于稳定性决策需要，则后续迭代可跳过每三个介于中间的样本，依此类推。与第一次迭代一样，将稳态电压Vtss,G与第二迭代的第一计算、在这种情况下为Vtss,D进行比较，其中控制器50之后以上面参考步骤S114所述的方式进行以检查结果的有效性。
因此，方法100将来自第一次迭代的先前收集的样本与后续迭代中的新电压样本结合使用，从而以逐渐减小的采样速率这样做。这样的方法应导致在低噪声环境中对RC响应的更快的有用估计，同时在高噪声环境中采样时仍使总处理时间最小化。附加迭代可在非常嘈杂的环境中使用，例如，根据需要使用3Δt、4Δt等，以达到足够稳定的值，基于该值进行后续的控制动作。
图6A、图6B和图6C描绘了使用步骤S108-S112的上述计算的结果的三个可能的实施例，所述结果例如在关于图1的电气系统10做出控制决策时从以Δt的采样间隔的各种估计Vtss,D、Vtss,E和Vtss,F以及以(x+1)Δt、例如2Δt的采样率的Vtss,G得到的基础RC稳态电压（V ss ）。可使用各种标准来做出这样的决策，并且因此，可为此目的实现决策块60。
在一个可能的实施例中，决策框60可使用标准偏差（σ）计算块62来得到各RC稳态电压估计、即Vtss,A、Vtss,B、Vtss,C、Vtss,D的标准偏差，这取决于方法100的迭代次数。可将该标准偏差与来自块64的校准标准偏差（σCAL）比较。如果该标准偏差等于或超过校准标准偏差，则控制器50可输出相应的诊断代码（箭头68），例如指示由比较结果指示的收敛水平的二进制（0/1）位标志。例如，二进制值0可表示不够安定或稳定的结果，而二进制值1可表示足够稳定的结果。稳定值自身其后可用于阈值诊断决策中，如上所述，而不够稳定的值可促进方法100的另一次迭代。要注意，使用方法100，不需要实际稳态，而是使用RC时间常数或导出值的趋势来加快相关的诊断动作和控制动作。
图6B图示了替代决策块160，其中图6A的标准偏差计算块62被各个偏差计算块63所代替。此处，确定给定的RC稳态电压估计与下一后续RC稳态电压估计之间的呈百分数差（“%Δ”）形式的趋势，例如
Figure 742683DEST_PATH_IMAGE008
。阈值百分数差可由块164供给到比较块66中，而比较块66的结果又供给可选的AND逻辑门67。因此，如果由图3A和图3B的电压轨迹指示的RC时间常数的趋势足以在分配时间内收敛于稳态值，则诊断代码（箭头68）可指示这样的结果，或者如果在块66处进行的一个或多个阈值比较指示不够稳定的值，则可指示相反的结果。
图6C中示出了又一可能的实施方式。类似于图6B的实施例，图6C的实施方式使用偏差计算块63，但不是将结果供给到图6B的AND逻辑门67，而是决策块260还计算各个差值之间的差以确定趋势。然后，先进先出值的可选低通滤波器（LPF FIFO）69可将值供给到单个比较块66中，其中取决于比较的结果，图6C的决策块260最终相应地输出1或0的值或者相应的诊断代码。再一次地，一旦使用上述策略适当地分析了RC响应趋势，方法100就可继续在诊断控制决策中使用稳定值，而尚未收敛于结果的数据可由方法100的另一次迭代来处理。
本领域普通技术人员将理解的是，取决于应用，可使用其他实施例来对稳态电压估计的相对稳定性进行类似的确定，包括将电阻值与校准电阻比较，或者甚至组合图6A、图6B和图6C的结果。例如，虽然可使用绝对标准偏差作为阈值，但在一些实施例中，即使标准偏差高于这样的阈值，也可能基于轨迹或其他值输出合格或不合格的结果。
图1-6C共同图示了使用例如图1的示例性电路10的电路中的RC响应来验证和预测例如稳态电压的RC值的可能策略。在执行图4的方法100时，控制器50能够针对每个母线轨13+和13-使用离散电压样本并根据需要以采样间隔的倍数添加更多离散样本以考虑噪声数据，从而推断出RC响应。控制器50可使用采样间隔的动态变化来增加噪声容限。可根据需要修改此方法，例如，使用不同的标准，例如RC时间常数的标准偏差、电阻、电压衰减趋势、采样电压的低通滤波等。
当得到的RC响应的趋势表明轨电压相对于可容许的容限或阈值足够稳定时，可使用稳态电压估计来执行后续的控制动作。因此，本文详细描述的各个实施例使得能够更快地解决某些控制问题，例如但不限于在DC快速充电操作之前的主动高压隔离损失检测，而这样的功能指示是否存在高压隔离故障。
本领域普通技术人员将理解的是，虽然在示例性应用中在稳态电压的推导方面呈现，但是本教导可扩展到表现出类似RC响应的其他系统，例如，诸如加热模块之类的热系统。在这样的示例中，加热模块可被控制成在需要时输出一定量的功率以达到期望的温度。由于热膨胀系数和热梯度的差异，过早达到期望的温度往往会浪费能量或在加热模块的部件上施加更多的热应力。相反，过晚实现期望的温度可能会给用户带来不便。因此，本基于RC响应的外推方法在控制此类热系统中是有用的，所述系统例如电池系统加热器和冷却器、预热阶段期间的液冷式内燃机的恒温器控制等。
因此，本方法可用于估计各种不同系统的RC响应系统的稳态值，使用一组三个瞬态RC响应幅度样本来进行所述估计。因此，在更广泛的意义上，所述方法可包括以校准的采样间隔收集一组三个离散RC响应样本，并使用该组三个瞬态RC响应样本来估计稳态值。然后，当一些或所有估计稳态值稳定在例如图6A-C的那些阈值的预定稳定性阈值之内时，所述方法通过控制器来执行控制动作。如上所述，相对于先前收集的组，可使用三个瞬态样本的附加组，其中样本之间的时间增加，并且每个离散样本可属于三个瞬态RC响应幅度样本的多个组。如上所述，可使用低通滤波器和/或数据采集噪声滤波器对样本进行过滤。
虽然已详细地描述了最佳模式和其他实施例中的一些，但是存在各种替代设计和实施例，用于实践所附权利要求中限定的本教导。本领域技术人员将认识到，可在不脱离本公开的范围的情况下对所公开的实施例进行修改。此外，本构思明确地包括所描述的元件和特征的组合和子组合。详细描述和附图是对本教导的支持和描述，而本教导的范围仅由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种电气系统，包括：
具有正母线轨和负母线轨的电压母线；
至少一个电压传感器，其配置成测量所述正母线轨和电气接地之间的第一电压以及所述负母线轨和所述电气接地之间的第二电压；
偏置电阻器，其能够经由开关连接到所述电气接地和所述电压母线，其中，所述开关当处于闭合状态时将所述偏置电阻器电连接到所述正母线轨或所述负母线轨；以及
控制器，其配置成响应于输入信号，以：
命令所述开关闭合；
响应于所述开关的闭合，使用所述至少一个电压传感器以预定采样间隔测量所述第一电压和所述第二电压中的每一者的四个离散电压样本；
将所述四个离散电压样本分成第一样本组和第二样本组，所述第一样本组和所述第二样本组各自具有第一离散电压样本、第二离散电压样本和第三离散电压样本，其中，所述第一样本组的第二电压样本和第三电压样本是所述第二样本组的第一电压样本和第二电压样本；
在所述第一电压和所述第二电压收敛于相应的实际稳态电压值之前，使用所述第一样本组和所述第二样本组来估计所述第一电压和所述第二电压中的每一者的RC稳态电压；以及
当稳态电压估计相对于限定的稳定性阈值稳定时，执行所述电气系统的控制动作，所述控制动作包括改变所述电气系统的状态。
2.如权利要求1所述的电气系统，其特征在于，所述控制器还被配置成当所述稳态电压估计相对于所述限定的稳定性阈值不稳定时，执行另一控制动作，包括以所述采样间隔的倍数来收集所述第一电压和所述第二电压的附加的离散电压样本，并使用附加的电压样本来估计所述第一电压和所述第二电压中的每一者的所述RC稳态电压。
3.如权利要求2所述的电气系统，其特征在于，所述控制动作包括响应于所述稳态电压估计不稳定：
以所述预定采样间隔的倍数n来测量所述第一电压和所述第二电压中的每一者的附加的离散电压样本，其中n
Figure DEST_PATH_IMAGE001
1；
创建包含所述附加的离散电压样本的第三样本组，使得所述第二样本组的三个离散电压样本中的两个在所述第三样本组中重复使用；以及
在所述第一电压和所述第二电压收敛于相应的实际稳态电压值之前，使用所述第一样本组、所述第二样本组和所述第三样本组来估计所述第一电压和所述第二电压中的每一者的所述稳态电压。
4.如权利要求1所述的电气系统，其特征在于，所述电压母线是高压母线，并且其中，所述控制动作包括启动高压隔离损失检测功能。
5.如权利要求4所述的电气系统，其特征在于，所述控制动作包括响应于所述高压隔离损失检测功能指示高压隔离故障不存在，启动可再充式能量储存系统的DC快速充电操作。
6.如权利要求1所述的电气系统，其特征在于，所述控制器被配置成当估计的稳态电压不稳定时，增加所述离散电压样本的数量，并且与所述离散电压样本的所述数量的所述增加相对应地增加所述预定采样间隔。
7.如权利要求1所述的电气系统，还包括连接到所述电压母线的功率逆变器模块以及连接到所述功率逆变器模块的电机，所述电机被耦接到受驱动负载。
8.如权利要求7所述的电气系统，其特征在于，所述电机是牵引马达，并且所述受驱动负载是车辆的一组车轮。
9.一种用于使用电路的RC电压响应来估计所述电路中的稳态电压值的方法，所述方法包括：
响应于触发信号，通过开关的闭合将偏置电阻器连接到电压母线；
在所述开关闭合之后，随着第一电压和第二电压收敛于相应的实际稳态电压，使用至少一个电压传感器以校准的采样间隔来测量所述第一电压和所述第二电压的至少四个离散电压样本，所述第一电压是所述电压母线的正母线轨与电气接地之间的电压，并且所述第二电压是所述电压母线的负母线轨与所述电气接地之间的电压；
在所述第一电压和所述第二电压收敛于所述相应的实际稳态电压之前，通过所述控制器使用所述至少四个离散电压样本基于所述RC电压响应来估计相应的第一电压和第二电压的稳态电压电平；以及
当估计的稳态电压电平相对于稳定性阈值足够稳定时，使用估计的稳态电压电平来执行所述电气系统的控制动作，所述控制动作包括改变所述电气系统的状态。
10.如权利要求9所述的方法，还包括：
通过所述控制器使用选定组的三个离散电压样本来得到所述第一电压和所述第二电压的稳态电压估计，所述选定组包括第一离散电压样本、第二离散电压样本和第三离散电压样本，并且将所述三个离散电压样本选择成使得：
在第一电压样本被测量之后，所述第二离散电压样本在所述采样间隔的持续时间获取；以及
所述第三离散电压样本在第二电压样本之后的所述持续时间获取；
其中，所述选定组的每个相应的离散电压样本包含所述第一电压和/或所述第二电压的瞬时采样的离散电压样本。
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