CN113448312A - 一种车辆高压互锁精准故障诊断装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动车辆安全诊断技术领域，公开了一种车辆高压互锁精准故障诊断装置及其控制方法，车辆高压互锁精准故障诊断装置设置有：用以向控制装置模块发送和接受指令信息，并进行分析的检测控制器；用以对接收的指令信息转化并进行内部控制处理执行，控制检测被测装备模块并将检测信息反馈到检测控制器模块的控制装置；用以进行高压互锁状态检测的高压插件及其高压互锁电路的被测装备。本发明中每个高压连接器作为一个互锁接口，使用唯一待检信号对应互锁接口，实现互锁接口诊断的唯一性，避免了多信号干扰的误判，从而实现诊断的精准高效；以及故障信息及时反馈和智能安全控制。

Description

一种车辆高压互锁精准故障诊断装置及其控制方法

技术领域

本发明属于电动车辆安全诊断技术领域，尤其涉及一种车辆高压互锁精准故障诊断装置及其控制方法。

背景技术

目前，随着全球对环保意识的增强，以及“碳达峰”“碳中和”等概念的提出，国家及地方也都相应的出台不同举措来进行减排，燃料电池车辆和纯电动车辆(这两种类型以下简称：电动车辆)也就由此进入跨越式发展的快车道。

随着电动车辆的快速发展和普及应用，同时也存在类似由于高压系统原因直接或间接的导致车辆起火等事故，危机人身和公共安全的新闻报道，因而人们对电动车辆的最迫切关注还是高压电气系统的安全问题。

电动车辆是以高压电路中的高压器件保护供电、用电设备来实现高压电气安全问题(即连接器连接，接触器控制和熔断器保护的方式)。其中最容易被忽略的高压器件安全问题是高压连接器的安全连接。高压连接器的技术要求主要是符合电气特性要求和连接状态牢固，其连接状态主要表现形式是机械式二次锁止结构和高压互锁电路构成。

在现有技术中，高压互锁(High Voltage Inter-lock，简称HVIL)电路主要类型主要是以电阻组合成串联或并联形式电路连接到控制器系统，通过控制器将检测到的电压或者电流信号量级转化反馈成数字信号在进行判别的这种被动形式，来实现连接器的连接状态故障检测。

若采用串联形式电路，无法直接判断故障点，需进行注意排查确定，这样会导致二次检测工作量的极大增加；

若采用并联形式电路，电路中电流和电压要求以及电阻的搭配要求比较严格，需进行大量的计算，同时需提供稳定的电流值或电压值，对器件的选型造成大量设计计算工作量，同时检测端口多，电路设计的线路较为繁杂。

同时，并联形式电路这种技术状态检测的电流或电压由于配置电阻和供电电源的极量比较小，容易导致同时多个高压连接器故障点量及转化误差在百分级(0.01)或者千分级(0.001)及以上，从而形成故障结果点的误判，同时由于检测的极量差异可能是百分级(0.01)或者千分级(0.001)需要提升控制器检测的计算运算能力和计算运算时间，从而导致控制器检测芯片的性能要求极大提高，从而也无形间提升部分成本。

另外科技的不断发展和客户的使用体验需求的提高，追求车辆功能的集成化、智能化以及车辆轻量化也是一个趋势。如果不能及时有效的反馈车辆故障信息给司机，安全隐患不能及时的被预警或提示注意事项，以及重大安全故障不能智能控制的话，对车辆和人员的安全存在较大安全隐患。

所以如何实现高压互锁诊断电路的更精准、更快捷、更精简、更实惠、更智能的要求，提高并保障电动车辆高压电气安全性能以及提升客户使用体验是此次发明的方向和目的。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有技术中高压互锁电路中电流或电压由于配置电阻和供电电源的极量比较小，容易导致同时多个高压连接器故障点的误判。

(2)现有技术中高压互锁电路由于检测的极量差异可能是百分级或者千分级需要提升控制器检测的计算能力和计算时间，从而导致控制器检测芯片的要求提高，从而也无形间提升部分成本。

(3)现有技术中高压互锁电路无法满足科技的发展和客户的使用体验需求。

解决以上问题及缺陷的难度为：

如何精准实现对高压互锁接口的故障判别，避免误判；

如何高效快捷主动实现对高压互锁接口故障的检测；

如何精简电路设计和计算运算性能需求，降低设计成本；

如何提升客户使用的体验感和安全感。

解决以上问题及缺陷的意义为：

有效提升高压互锁接口的故障诊断的准确性和车辆运行的安全性；

简化方案及其设计计算，减少线路和器件的使用，实现成本的有效控制。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种车辆高压互锁精准故障诊断装置及其控制方法。

本发明是这样实现的，一种车辆高压互锁精准故障诊断装置，所述车辆高压互锁精准故障诊断装置设置有：

用以向控制装置模块发送和接受指令信息，并进行分析的检测控制器；

用以对接收的指令信息转化并进行内部控制处理执行，控制检测被测装备模块并将检测信息反馈到检测控制器模块的控制装置；

用以进行高压互锁状态检测的高压插件及其高压互锁电路的被测装备。

进一步，所述被测装备为通过减少电阻元器件使用，将各个高压连接器作为互锁接口进行并联的互锁电路。

进一步，所述互锁电路中每组高压插件接口一端接入控制装置模块，一端接地。

进一步，所述高压插件接口包括：HVIL接口母端、HVIL接口公端。

进一步，所述检测控制器通过设置有诊断分析芯片，检测控制器通过CAN通讯与显示设备连接。

进一步，所述显示设备为仪表或者显示器。

进一步，所述控制装置内部设置有电子电器元件，控制装置通过导线与供电电源连接。

本发明另一目的在于提供一种所述车辆高压互锁精准故障诊断装置的车辆高压互锁精准故障诊断方法，所述车辆高压互锁精准故障诊断方法，包括：

当电动车辆由停机状态启动上电后，检测控制器模块对高压系统进行高压互锁电路巡检，诊断检查是否存在故障，在此状态车辆处于禁行状态；

巡检如无故障，禁行解除；巡检若有故障，则通过仪表或者显示屏进行文字或声光提醒；

当车辆在行驶过程中，检测控制器模块按照一定周期频率对高压系统进行高压互锁电路巡检；如果检测控制器模块检测到高压互锁电路有故障存在，则依据分级判定的异常故障，检测控制器模块实时通过CAN通讯上传发送相关信息给仪表或显示屏，进行文字和声光提醒，并进行其他必要控制举措。

进一步，所述高压互锁电路巡检的具体过程为：

首先，检测控制器模块发送一组指令数据信息作为待检信号；

然后，控制装置模块将接收到的待检信号进行内部电子电器的运算并形成一组特定指令信号，将指令信号应用到被测装备模块上的各个高压互锁信号线端口，每组的每个指令信号逐一进行联通处理，每联通一个高压互锁端口就产生一个数据信息进行内部电子电器运算处理，形成一个反馈信号；

然后，检测控制器模块接收控制装置模块发出的反馈信号，若反馈信号与检测控制器原始设定数据一致，则检测控制器模块判别无故障，不做任何处理；若反馈信号与检测控制器模块原始设定数据不一致，则检测控制器模块判别该高压互锁接口存在异常故障，依据设定的高压接口重要性质对异常故障进行分级判定；

然后，依据分级判定的异常故障信息，检测控制器模块实时通过CAN通讯上传发送相关信息给仪表或显示屏，进行文字和声光提醒，并进行其他必要控制举措，包括但不仅限于通过控制接触器的通断实现高压断电处理或者控制电机输出功率实现电机降功率运行。

进一步，所述控制装置模块内部器件的选择实现单个器件检测多个高压互锁接口的通断状态并判别故障点，在器件允许情况下可按照实际需求进行接口数量的增减确定，预留更多实际应用空间，从而减少器件的使用和设计成本，简化电路的复杂程度；

检测控制器模块通过一定的周期频率进行重复性主动监测互锁接口连接状态，实时有效、精准的定位故障点，并提醒客户，辅助客户对电动车辆的监控和安全使用；对电动车辆高压系统进行高压互锁电路巡检过程中，每个高压互锁接口都检测一遍为一个周期。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明中每个高压连接器作为一个互锁接口，使用唯一待检信号对应互锁接口，实现互锁接口诊断的唯一性，避免了多信号干扰的端口故障误判，从而实现诊断的精准高效；

通过预设信息与检测信息对比，有效提升检测速率，同时控制程序更简单，有效降低控制芯片的计算能力需求，从而降低检测控制器模块的功耗；

控制装置指令信息转化和执行，可通过元器件的多途径和形式进行搭配，提升方案的可延展性；

通过减少电阻等元器件使用，在商业化应用中可以简化了互锁电路设计，电路线路少，所用元器件的性能要求不高且器件常见因而也减少了一些设计和应用成本；

通过模块化的方案设计，各模块工作内容明确且互不干扰，能适应车辆的多场景应用，能有效提升模块本身检修效率，提升各模块因故障拆换或者方案延展替代的便捷性；

同时本发明通过集成化CAN通讯故障显示和控制进行车辆的安全运行，加强了安全预警和自主控制，从而提升客户使用电动车辆的安全性、便捷性，提升客户人机交互的体验舒适度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的车辆高压互锁精准故障诊断装置结构示意图。

图2是本发明实施例提供的高压互锁电路示意图。

图3是本发明实施例提供的双芯高压对插件HVIL接口中HVIL接口母端结构示意图。

图4是本发明实施例提供的双芯高压对插件HVIL接口中HVIL接口公端结构示意图。

图5是本发明实施例提供的车辆高压互锁精准故障诊断方法流程图。

图6是本发明实施例提供的多对一数据选择器方案原理简图。

图7是本发明实施例提供的一对多数字选通器方案原理简图。

图8是本发明实施例提供的脉冲信号检测方案逻辑电路简图。

图9是本发明实施例提供的脉冲信号检测方案矩形波脉冲信号示意图。

图中：1、显示设备；2、检测控制器；3、诊断分析芯片；4、控制装置；5、电子电器元件；6、供电电源；7、被测装备；8、HVIL接口母端；9、HVIL接口公端。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种车辆高压互锁精准故障诊断装置及其控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明提供的车辆高压互锁精准故障诊断装置及其控制方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的车辆高压互锁精准故障诊断装置及其控制方法仅仅是一个具体实施例而已。

如图1所示，本发明实施例提供的车辆高压互锁精准故障诊断装置包括：

检测控制器2，与控制装置4连接，主要是向控制装置模块发送和接受指令信息，并进行分析，属于管理机构。

控制装置4，与被测装备7连接，主要是对接收的指令信息转化并进行内部控制处理执行，控制检测被测装备模块并将检测信息反馈到检测控制器模块,属于执行机构。

被测装备7，主要是需要进行高压互锁状态检测的高压插件及其高压互锁电路，属于被监管机构。

检测控制器2通过设置有诊断分析芯片3，检测控制器2通过CAN通讯与显示设备1连接，显示设备1为仪表或者显示器。

控制装置4内部设置有电子电器元件5，控制装置4通过导线与供电电源6连接。

其中，被测装备7通过减少电阻等元器件使用并将各个高压连接器作为互锁接口进行并联的互锁电路，互锁电路中每组高压插件接口一端接入控制装置模块(信号线)，一端接地(地线)。检测控制器2通过检测指令信息主动给控制装置模块按照一定顺序和时间周期发出设定的高压插件唯一待检信号；控制装置模块内部处理系统依据待检信号对被测装备模块指定的高压插件端口进行联通，由此产生电流或电压变化，通过内部转换处理，形成反馈信号反馈给检测控制器模块；检测控制器模块接收反馈信号并与设定数据对比分析该信号异常情况，从而精准的判别被测设备模块指定的高压插件接口高压互锁连接状态。检测控制器2通过CAN通讯，将有异常的故障及时显现在仪表或者显示屏上，提醒客户采取必要措施；同时，检测控制器模块将故障进行分级，当故障等级达到一定级别，检测控制器模块主动采取一些必要控制举措(控制相关系统高压接触器的通断实现高压断电处理或者控制电机降功率运行等)保护电动车辆设备安全以及人身安全。

如图3-图4所示，高压插件接口包括：HVIL接口母端8、HVIL接口公端9。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

本发明实施例中控制装置、检测控制器是由电子电器元件的信息处理和信号类型转换来实现信息的交流，具体实施可以选择不同功能的元件进行替代方案处理。例如一对多数字选通器方案，多对一数据选择器方案，脉冲信号检测方案等。

一、多对一数据选择器方案简要说明如下：

检测控制器模块向控制装置模块中的数据选择器发送由IN1、IN2、IN3三个端口组成的代码数据待检信号(三位二进制码)，每组代码数据按顺序通过数字选通器D0-D7这八个端口接通指定的互锁接口(K1-K8共八个接口其中一个)。数据选择器检测端口的电压或者电流情况，并进行计算分析形成反馈信号发送给检测控制器模块，检测控制器模块检测输入的反馈信号并进行对比分析，若对比分析不一致则判别高压互锁接口连接情况异常并进行故障分级，同时上报故障信息。

多对一数据选择器待检信号与端口D和接口K的对应关系详见下表1对应关系，可依据实际应用情况调整待检信号与端口D和接口K的对应关系。

表1：进制码与端口和接口的对应关系

多对一数据选择器方案原理简图如下图6所示，控制装置内部其他辅助电路不做显现。

二、一对多数字选通器方案简要说明如下：

检测控制器模块向控制装置模块中的数字选通器发送一个额定电压或电流值，数字选通器接收到电流或者电压信号，逐一对被测高压互锁端口进行联通，检测控制器模块实时检测线路中的电流或者电压变化情况，若有变化则进行对比分析，判别高压互锁接口连接情况并进行故障分级，同时上报故障信息。

一对多数字选通器方案原理简图如下图7所示，控制装置内部其他辅助电路不做显现。

三、脉冲信号检测方案简要说明如下：

检测控制器模块向控制装置模块中的电路发送一个脉冲波形信号，83编码器接收到脉冲波形信号后，通过对两个高压互锁端口的连接情况形成反馈四种不同波形信号，检测控制器实时检测反馈的波形信号从而判别两个高压互锁接口的连接情况，依据判别的高压互锁接口连接异常情况并进行故障分级，同时上报故障信息。

脉冲信号检测方案控制装置模块内部功能逻辑电路如下图8所示，以矩形波脉冲信号为例检测结果示意如下图9所示。

四、83编码器方案

83编码器的功能实现与上述多对一数据选择器功能实现类似，方案原理及说明不在此赘述。

五、多个元器件或电路组合方案简要说明如下：

前述的本发明以及替代方案主要是单独元器件或电路作为信号分析对比对象，可以进行多个元器件或组合电路的的组合方案，实现控制装置模块与检测控制器模块的信息通讯变换信号类型的方案来实现，即依据高压互锁端口的连接状态引起的电流、电压、脉冲信号、高电平、低电平或者无电平的情况，实现检测信号的变化情况信息进行反馈检测，从而实现端口互锁状态的诊断。

本发明的工作原理为：1)当电动车辆由停机状态启动上电后，检测控制器模块对高压系统进行高压互锁电路巡检，诊断检查是否存在故障，在此状态车辆处于禁行状态；巡检如无故障，禁行解除；巡检若有故障，则通过仪表或者显示屏进行文字或声光提醒。

2)首先，检测控制器模块发送一组指令数据信息作为待检信号。

3)然后，控制装置模块将接收到的待检信号进行内部电子电器的运算并形成一组特定指令信号，将指令信号应用到被测装备模块上的各个高压互锁信号线端口，每组的每个指令信号逐一进行联通处理，每联通一个高压互锁端口就产生一个数据信息进行内部电子电器运算处理，形成一个反馈信号。

4)然后，检测控制器模块接收控制装置模块发出反馈信号，若反馈信号与检测控制器原始设定数据一致，则检测控制器模块不做任何处理；若反馈信号与检测控制器模块原始设定数据不一致，则检测控制器模块判别该高压互锁接口存在异常故障，依据设定的高压接口重要性质对异常故障进行分级判定。

5))然后，依据分级判定的异常故障，检测控制器模块实时通过CAN通讯上传发送相关信息给仪表或显示屏，进行文字和声光提醒，并进行其他必要控制举措(控制接触器的通断实现高压断电处理或者控制电机降功率运行等)。

6)当车辆在行驶过程中，检测控制器模块按照一定周期频率对高压系统进行高压互锁电路巡检，检测流程同上述第2)、3)、4)条文内容，如果检测控制器模块检测到高压互锁电路有故障存在，则执行上述第5)条文内容。

7)控制装置模块内部器件的选择可实现单个器件检测多个高压互锁接口的通断状态并判别故障点，在器件允许情况下可按照实际需求进行接口数量的增减确定，预留更多实际应用空间，从而减少器件的使用和设计成本，简化电路的复杂程度。

8)对电动车辆高压系统进行高压互锁电路巡检，每个高压互锁接口都检测一遍为一个周期。检测控制器模块通过一定的周期频率进行重复性主动监测互锁接口连接状态，能够实时有效、精准的定位故障点，并提醒客户，能有效辅助客户对电动车辆的监控和安全使用。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆高压互锁精准故障诊断装置，其特征在于，所述车辆高压互锁精准故障诊断装置设置有：

用以向控制装置模块发送和接受指令信息，并进行分析的检测控制器；

用以对接收的指令信息转化并进行内部控制处理执行，控制检测被测装备模块并将检测信息反馈到检测控制器模块的控制装置；

用以进行高压互锁状态检测的高压插件及高压互锁电路的被测装备。

2.如权利要求1所述车辆高压互锁精准故障诊断装置，其特征在于，所述被测装备为通过减少电阻元器件的使用，将各个高压连接器作为互锁接口进行并联的互锁电路。

3.如权利要求2所述车辆高压互锁精准故障诊断装置，其特征在于，所述互锁电路中每组高压插件接口一端接入控制装置模块，一端接地。

4.如权利要求3所述车辆高压互锁精准故障诊断装置，其特征在于，所述高压插件接口包括：HVIL接口母端、HVIL接口公端。

5.如权利要求1所述车辆高压互锁精准故障诊断装置，其特征在于，所述检测控制器通过设置有诊断分析芯片，检测控制器通过CAN通讯与显示设备连接。

6.如权利要求5所述车辆高压互锁精准故障诊断装置，其特征在于，所述显示设备为仪表或者显示器。

7.如权利要求1所述车辆高压互锁精准故障诊断装置，其特征在于，所述控制装置内部设置有电子电器元件，控制装置通过导线与供电电源连接。

8.一种如权利要求1～7任意一项所述车辆高压互锁精准故障诊断装置的车辆高压互锁精准故障诊断方法，其特征在于，所述车辆高压互锁精准故障诊断方法，包括：

当电动车辆由停机状态启动上电后，检测控制器模块对高压系统进行高压互锁电路巡检，诊断检查是否存在故障，在此状态车辆处于禁行状态；

巡检如无故障，禁行解除；巡检若有故障，则通过仪表或者显示屏进行文字或声光提醒；

当车辆在行驶过程中，检测控制器模块按照一定周期频率对高压系统进行高压互锁电路巡检；如果检测控制器模块检测到高压互锁电路有故障存在，则依据分级判定的异常故障，检测控制器模块实时通过CAN通讯上传发送相关信息给仪表或显示屏，进行文字和声光提醒，并进行其他必要控制举措。

9.如权利要求8所述车辆高压互锁精准故障诊断方法，其特征在于，所述高压互锁电路巡检的具体过程为：

首先，检测控制器模块发送一组指令数据信息作为待检信号；

然后，控制装置模块将接收到的待检信号进行内部电子电器的运算并形成一组特定指令信号，将指令信号应用到被测装备模块上的各个高压互锁信号线端口，每组的每个指令信号逐一进行联通处理，每联通一个高压互锁端口就产生一个数据信息进行内部电子电器运算处理，形成一个反馈信号；

然后，检测控制器模块接收控制装置模块发出反馈信号，若反馈信号与检测控制器原始设定数据一致，则检测控制器模块不做任何处理；若反馈信号与检测控制器模块原始设定数据不一致，则检测控制器模块判别该高压互锁接口存在异常故障，依据设定的高压接口重要性质对异常故障进行分级判定；

然后，依据分级判定的异常故障，检测控制器模块实时通过CAN通讯上传发送相关信息给仪表或显示屏，进行文字和声光提醒，并进行其他必要控制举措，包括通过控制接触器的通断实现高压断电处理或者控制电机输出功率实现电机降功率运行。

10.如权利要求9所述车辆高压互锁精准故障诊断方法，其特征在于，所述控制装置模块内部器件的选择实现单个器件检测多个高压互锁接口的通断状态并判别故障点，在器件允许情况下可按照实际需求进行接口数量的增减确定，预留更多实际应用空间，从而减少器件的使用和设计成本，简化电路的复杂程度；

检测控制器模块通过一定的周期频率进行重复性主动监测互锁接口连接状态，实时有效、精准的定位故障点，并进行提醒，辅助对电动车辆的监控和安全使用；对电动车辆高压系统进行高压互锁电路巡检过程中，每个高压互锁接口都检测一遍为一个周期。

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