CN114714932A - 用于车辆的充电系统的控制和诊断 - Google Patents

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CN114714932A CN202210010190.XA CN202210010190A CN114714932A CN 114714932 A CN114714932 A CN 114714932A CN 202210010190 A CN202210010190 A CN 202210010190A CN 114714932 A CN114714932 A CN 114714932A
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Abstract

本公开提供了“用于车辆的充电系统的控制和诊断”。一种控制器在远程充电器对牵引电池充电期间并且响应于请求的充电电流与所述远程充电器供应的电流之间的差超过第一阈值预定义时间段，将请求的充电电压增加到极限值。所述控制器还响应于跨电容器的电压和跨所述牵引电池的电压相同，并且所述远程充电器的电压和所述极限值相同，命令所述远程充电器中止所述充电。

Description

用于车辆的充电系统的控制和诊断
技术领域
本公开涉及检测用于机动车辆的充电系统内的接触器故障。
背景技术
包括牵引电池的车辆可经由插入车辆的充电站充电。促进车辆与充电站之间的电连接的接触器可能会无意中断开。
发明内容
一种用于控制远离车辆的充电器的方法，所述车辆包括牵引电池、电容器以及电气地位于所述牵引电池和所述电容器之间的主接触器，所述方法包括将来自所述充电器的请求的充电电压增加到极限值；以及响应于跨所述电容器的电压、所述充电器的电压和所述极限值相同，命令所述充电器中止对所述牵引电池的充电。
一种用于车辆的控制系统，所述车辆包括牵引电池、电容器和主接触器，所述控制系统包括控制器，所述控制器请求将来自远离所述车辆的充电器的充电电压增加到极限值，并且响应于在所述请求之后跨所述电容器的电压减小至零，命令所述充电器中止对所述牵引电池的充电。
一种车辆高压电力系统包括牵引电池、电容器、电气地位于所述牵引电池和电容器之间的主接触器以及控制器。所述控制器在远程充电器对所述牵引电池充电期间并且响应于请求的充电电流与所述远程充电器供应的电流之间的差超过第一阈值预定义时间段，并且所述远程充电器供应的所述电流小于第二阈值所述预定义时间段，将请求的充电电压增加至极限值。所述控制器还响应于跨所述电容器的电压和跨所述牵引电池的电压相同，并且所述远程充电器的电压和所述极限值相同，命令所述远程充电器中止所述充电。
附图说明
图1至图5是车辆电力系统及其充电系统的示意图。
具体实施方式
应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可以呈现各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而仅应解释为用于教导本领域技术人员以不同方式采用实施例的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任一者示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。所示特征的组合提供典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实现方式，可能期望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修改。
参考图1，车辆的高压电力系统10包括牵引电池12、辅助总线14(其可包括DC/DC转换器、AC充电器等)、电容器16和预充电电阻器18。系统10还包括一个或多个控制器19、主接触器20、22、辅助接触器23、预充电接触器24和电压传感器26(V1)、28(V2)。用于车辆的充电系统29包括直流(DC)充电器30、DC快速充电接触器32、34和电压传感器36(VDC)。一个或多个控制器19经由标准有线或无线介质与系统10、29的各种部件通信和/或对其进行命令控制。
在某些布置中，可通过在预充电完成并且所有接触器20、22、24、32、34闭合之后比较V2与VDC之间的差来确定DC快速充电接触器32、34的断开/闭合状态。如果|V2–VDC|/V2 x100％≤X％，并且V2≥阈值，则认为DC快速充电接触器32、34两者闭合。“X”可以是3％、5％、10％等。(对V2大于阈值的检查确保接触器状态的确定是有效的)。否则，DC快速充电接触器32、34中的至少一个断开。
可以通过比较V1与V2之间的差来确定主接触器20的断开/闭合状态。如果|V1–V2|/V1 x 100％≤X％，则认为主接触器20、22两者闭合。否则，主接触器20、22中的至少一个断开。
主接触器22的断开/闭合状态也可以由内部测量电路确定，并且使用V2作为备用(如果|V1–V2)|/V1 x 100％≤X％，主接触器22则被认为是闭合的)。
在DC充电期间，所有接触器20、22、24、32、34都闭合，并且控制器19可以发出充电电流请求(I_请求)和电压请求(V_请求)。预期|V_请求–V1|/V1 x 100％≤X％。在经由标准有线或无线通信技术接收到请求时，DC充电器30将调节其输出以分别满足电压和电流请求。
一旦系统10进入充电状态并且DC充电器30正在进行调节以满足电压请求，就可能出现若干问题。如果DC快速充电接触器32、34中的一者或两者在DC充电期间断开，则可能无法检测到该开路故障。原因可能是由于当DC充电器30调节其输出时，VDC有效地在V2的±X％内，V2也可能接近于电池组电压V1。
在充电期间，可以将电流请求发送到DC充电器30，同时保持电压请求接近于充电完成电压。如果与DC充电器30相关联的电动车辆供电装备由于DC快速充电接触器32、34中的至少一个断开而不能满足电流请求，则可以升高电压直到电压达到电压请求。如果牵引电池12的荷电状态高使得V1足够高，则当VDC达到充电完成电压时，其仍可能在V1或V2的±X％内。再者，可能无法检测到故障，并且DC充电器30的继续操作可能会在预定义时间段(例如，5分钟)之后超时。
如果主接触器20、22在DC充电期间断开，则控制器19可能出于类似原因而无法检测到该故障。
如果上述开路故障是永久性的，由于控制器19正在请求的充电电流(其为高值)与DC充电器30正在输出的实际电流(将接近于零)之间的大失配，最终可以设置故障代码。在这种情况下，控制器19可以设置指向电动车辆供电装备的故障代码，因为控制器19无法区分问题是车外还是车上，并且第一动作可能是要求客户尝试不同的电动车辆供电装备。
在客户尝试不同的电动车辆供电装备之后，在某些情况下，控制器19可以闭合主接触器20、22，同时保持DC快速充电接触器32、34断开。电动车辆供电装备将对高压总线(VDC)进行预充电，同时控制器19对V2进行预充电。当V2≈VDC时，控制器19闭合DC快速充电接触器32、34。在这种情况下，无法检测到DC快速充电接触器32、34中的断开的一个。
在其他情况下，控制器19可以将高压总线预充电到电池组电压：V2≈V1。当控制器19正在执行预充电时，其可以“假设”DC快速充电接触器32、34已经闭合。因此，在预充电之后，控制器19可以前进到充电状态并且开始发出充电电流和电压请求。在这种情况下，如果电动车辆供电装备在某个预定义时间段(例如，3秒)内提供等于电池充电电压请求的电压，控制器19则无法检测到DC快速充电接触器32、34中的任一个是否断开。任何产生的故障代码都可能错误地指向电动车辆供电装备。
如果上述开路故障是间歇性的(每当电流或温度超过阈值时，接触器20、22、32、34中的一个就断开)，即使在随后的电源循环期间，也可能无法正确地检测到此类问题。
鉴于上述情况，提出了用于检测与接触器20、22、32、34相关联的各种开路故障的策略。将电池充电电流请求表示为I_请求，将充电电压请求表示为V_请求，并且将流出DC充电器30的电流表示为I_充电器。在DC充电期间，如果|I_请求–I_充电器|≥阈值1并且I_充电器≤阈值2预定义时间段，控制器19则可以将V_请求逐渐增加到过压极限阈值V_最大。阈值1、阈值2、预定义时间段和V_最大可以根据特定架构经由模拟或测试来确定。
然后，控制器19使用以下真值表来检查电压和电流以确定接触器状态并且相应地设置故障代码：
Figure BDA0003457062020000051
另外地，如果V2≈V1并且|VDC–V2|/V2≥X％，则DC快速充电接触器32、34中的至少一个断开。同样地，如果|V2–V1|/V1≥X％，并且VDC具有任何值，则主接触器22和/或主接触器22断开。
上述结论中的任一个可以促使控制器19命令DC充电器30中止正在执行的任何充电。而且，当存在列出的状况时，控制器19可以设定指示上述结论的故障代码。
上述策略可以应用于除图1的那些之外的拓扑。图2至图5是此类其他拓扑的示例。
参考图2，车辆的高压电力系统110包括牵引电池112、辅助总线114、电容器116和预充电电阻器118。系统110还包括一个或多个控制器119、主接触器120、122、辅助接触器123、预充电接触器124、电压传感器126(V1)和主总线127。用于车辆的充电系统129包括直流(DC)充电器130、DC快速充电接触器132、134和电压传感器136(VDC)。一个或多个控制器119经由标准有线或无线介质与系统110、129的各种部件通信和/或对其进行命令控制。
参考图3，车辆的高压电力系统210包括牵引电池212、辅助总线214、电容器216和预充电电阻器218。系统210还包括一个或多个控制器219、主接触器220、222、预充电接触器224、电压传感器226(V1)和主总线227。用于车辆的充电系统229包括交流(AC)/直流(DC)充电器230、DC快速充电接触器232、234和电压传感器236(VDC)。一个或多个控制器219经由标准有线或无线介质与系统210、229的各种部件通信和/或对其进行命令控制。
参考图4，车辆的高压电力系统310包括牵引电池312、辅助总线314、电容器316和预充电电阻器318。系统310还包括一个或多个控制器319、主接触器320、322、辅助接触器323、预充电接触器324、电压传感器326(V1)和主总线327。用于车辆的充电系统329包括直流(DC)充电器330、DC快速充电接触器332、334和电压传感器336(VDC)。一个或多个控制器319经由标准有线或无线介质与系统310、329的各种部件通信和/或对其进行命令控制。
参考图5，车辆的高压电力系统410包括牵引电池412、辅助总线414、电容器416和预充电电阻器418。系统410还包括一个或多个控制器419、主接触器420、422、预充电接触器424、电压传感器426(V1)和主总线427。用于车辆的充电系统429包括交流(AC)/直流(DC)充电器430、DC快速充电接触器432、434和电压传感器436(VDC)。一个或多个控制器419经由标准有线或无线介质与系统410、429的各种部件通信和/或对其进行命令控制。
如上所述，本文所述的控制器、接口、模块等可以经由一个或多个车辆网络进行通信。车辆网络可以包括用于通信的多个信道。车辆网络的一个信道可以是串行总线，诸如CAN。车辆网络的信道中的一个可以包括由电气和电子工程师协会802系列标准定义的以太网网络。车辆网络的附加的信道可以包括模块之间的离散连接并且可以包括来自辅助电池的电力信号。可以通过车辆网络的不同信道传递不同的信号。例如，视频信号可以通过高速信道(例如，以太网)传递，而控制信号可以通过CAN或离散信号传递。车辆网络可以包括有助于在模块之间传递信号和数据的任何有线的或无线的硬件和软件部件。车辆网络可以经由收发器等连接到存在于车辆或远离车辆的任何电子模块。
本文所公开的过程、方法或算法可能够输送到处理装置、控制器或计算机/由处理装置、控制器或计算机实现，所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述过程、方法或算法可以作为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令来存储，所述形式包括但不限于：永久存储在不可写存储介质(诸如只读存储器(ROM)装置)上的信息以及可变更地存储在可写存储介质(诸如软盘、磁带、光盘(CD)、随机存取存储器(RAM)装置以及其他磁性和光学介质)上的信息。所述过程、方法或算法也可以以软件可执行对象来实现。替代地，可以使用合适的硬件部件或者硬件、软件和固件部件的组合全部或部分地实施所述过程、方法或算法，所述硬件部件诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或装置。
尽管上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述权利要求所涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。例如，术语“多个控制器”和“控制器”在本文中可以互换使用。此外，指示“相同”、“约”或“大约”的术语或符号表示其修饰的值或相对特性在值或相对特性的±0％、0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％或10％内。
如先前描述的，各种实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的其他实施例。尽管各种实施例可能已经被描述为就一个或多个期望的特性而言提供优点或优于其他实施例或现有技术实现方式，但是本领域普通技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实现方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实现方式期望的实施例不在本公开的范围外，并且对于特定应用可为期望的。
根据本发明，一种用于控制远离车辆的充电器的方法，所述车辆包括牵引电池、电容器以及电气地位于所述牵引电池和所述电容器之间的主接触器，所述方法包括：将来自所述充电器的请求的充电电压增加到极限值；以及响应于跨所述电容器的电压、所述充电器的电压和所述极限值相同，命令所述充电器中止对所述牵引电池的充电。
在本发明的一个方面，所述方法包括响应于跨所述电容器的所述电压、所述充电器的所述电压和所述极限值相同，生成指示所述主接触器中的至少一个断开的输出。
在本发明的一个方面，所述方法包括响应于跨所述电容器的所述电压和跨所述牵引电池的电压相同，并且所述充电器的电压和所述极限值相同，命令所述充电器中止所述充电。
在本发明的一个方面，所述牵引电池、所述电容器和所述主接触器限定电力布置，所述方法还包括响应于跨所述电容器的所述电压和跨所述牵引电池的所述电压相同，并且所述充电器的所述电压和所述极限值相同，生成指示所述充电器和所述电力布置之间的至少一个接触器断开的输出。
在本发明的一个方面，所述方法包括响应于跨所述电容器的所述电压减小至零，命令所述充电器中止所述充电。
在本发明的一个方面，所述牵引电池、所述电容器和所述主接触器限定电力布置，所述方法还包括响应于跨所述电容器的所述电压减小至零，生成指示所述主接触器中的至少一个断开并且所述充电器和所述电力布置之间的至少一个接触器断开的输出。
在本发明的一个方面，所述方法包括响应于跨所述电容器的所述电压、所述充电器的所述电压和所述牵引电池的所述电压相同，命令所述充电器中止所述充电。
在本发明的一个方面，所述方法包括响应于跨所述电容器的所述电压、所述充电器的所述电压和所述牵引电池的所述电压相同，生成指示电动车辆供电装备故障的输出。
根据本发明，提供了一种用于车辆的控制系统，所述车辆包括牵引电池、电容器和主接触器，所述控制系统具有：控制器，所述控制器被编程为请求将来自远离所述车辆的充电器的充电电压增加到极限值，并且响应于在所述请求之后跨所述电容器的电压减小至零，命令所述充电器中止对所述牵引电池的充电。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为响应于跨所述电容器的所述电压、所述充电器的电压和所述极限值相同，命令所述充电器中止所述充电。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为响应于跨所述电容器的所述电压和跨所述牵引电池的电压相同，并且所述充电器的电压和所述极限值相同，命令所述充电器中止所述充电。
根据本发明，提供了一种车辆高压电力系统，其具有：牵引电池；电容器；电气地位于所述牵引电池和所述电容器之间的主接触器；以及控制器，所述控制器被编程为在远程充电器对所述牵引电池充电期间并且响应于请求的充电电流与所述远程充电器供应的电流之间的差超过第一阈值预定义时间段，并且所述远程充电器供应的所述电流小于第二阈值所述预定义时间段，将请求的充电电压增加至极限值，并且响应于跨所述电容器的电压和跨所述牵引电池的电压相同，并且所述远程充电器的电压和所述极限值相同，命令所述远程充电器中止所述充电。
根据一个实施例，所述牵引电池、所述主接触器和所述电容器限定电力布置，并且其中所述控制器还被编程为响应于跨所述电容器的所述电压和跨所述牵引电池的所述电压相同，并且所述远程充电器的所述电压和所述极限值相同，生成指示电气地位于所述远程充电器和电力布置之间的至少一个接触器断开的输出。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为响应于跨所述电容器的所述电压、所述远程充电器的所述电压和跨所述牵引电池的所述电压相同，命令所述远程充电器中止所述充电。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为响应于跨所述电容器的所述电压、所述远程充电器的所述电压和跨所述牵引电池的所述电压相同，生成指示电动车辆供电装备故障的输出。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为响应于跨所述电容器的所述电压、所述远程充电器的所述电压和所述极限值相同，命令所述远程充电器中止所述充电。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为响应于跨所述电容器的所述电压、所述远程充电器的所述电压和所述极限值相同，生成指示所述主接触器中的至少一个断开的输出。
根据一个实施例，所述牵引电池、所述主接触器和所述电容器限定电力布置，并且其中所述控制器还被编程为响应于跨所述电容器的所述电压减小至零，生成指示所述主接触器中的至少一个断开并且电气地位于所述远程充电器和电力布置之间的至少一个接触器断开的输出。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为响应于跨所述电容器的所述电压减小至零，命令所述远程充电器中止所述充电。
根据一个实施例，所述充电是直流充电。

Claims (15)

1.一种用于控制远离车辆的充电器的方法，所述车辆包括牵引电池、电容器以及电气地位于所述牵引电池和所述电容器之间的主接触器，所述方法包括：
将来自所述充电器的请求的充电电压增加到极限值；以及
响应于跨所述电容器的电压、所述充电器的电压和所述极限值相同，命令所述充电器中止对所述牵引电池的充电。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括响应于跨所述电容器的所述电压、所述充电器的所述电压和所述极限值相同，生成指示所述主接触器中的至少一个断开的输出。
3.如权利要求1所述的方法，其还包括响应于跨所述电容器的所述电压和跨所述牵引电池的电压相同，并且所述充电器的电压和所述极限值相同，命令所述充电器中止所述充电。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述牵引电池、所述电容器和所述主接触器限定电力布置，所述方法还包括响应于跨所述电容器的所述电压和跨所述牵引电池的所述电压相同，并且所述充电器的所述电压和所述极限值相同，生成指示所述充电器和所述电力布置之间的至少一个接触器断开的输出。
5.如权利要求1所述的方法，其还包括响应于跨所述电容器的所述电压减小至零，命令所述充电器中止所述充电。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述牵引电池、所述电容器和所述主接触器限定电力布置，所述方法还包括响应于跨所述电容器的所述电压减小至零，生成指示所述主接触器中的至少一个断开并且所述充电器和所述电力布置之间的至少一个接触器断开的输出。
7.如权利要求1所述的方法，其还包括响应于跨所述电容器的所述电压、所述充电器的所述电压和所述牵引电池的所述电压相同，命令所述充电器中止所述充电。
8.如权利要求1所述的方法，其还包括响应于跨所述电容器的所述电压、所述充电器的所述电压和所述牵引电池的所述电压相同，生成指示电动车辆供电装备故障的输出。
9.一种用于车辆的控制系统，所述车辆包括牵引电池、电容器和主接触器，所述控制系统包括：
控制器，所述控制器被编程为请求将来自远离所述车辆的充电器的充电电压增加到极限值，并且响应于在所述请求之后跨所述电容器的电压减小至零，命令所述充电器中止对所述牵引电池充电。
10.如权利要求9所述的控制系统，其中所述控制器还被编程为响应于跨所述电容器的所述电压、所述充电器的电压和所述极限值相同，命令所述充电器中止所述充电。
11.如权利要求9所述的控制系统，其中所述控制器还被编程为响应于跨所述电容器的所述电压和跨所述牵引电池的电压相同，并且所述充电器的电压和所述极限值相同，命令所述充电器中止所述充电。
12.一种车辆高压电力系统，其包括：
牵引电池；
电容器；
主接触器，所述主接触器电气地位于所述牵引电池和所述电容器之间；以及
控制器，所述控制器被编程为，
在远程充电器对所述牵引电池充电期间并且响应于请求的充电电流与所述远程充电器供应的电流之间的差超过第一阈值预定义时间段，并且所述远程充电器供应的所述电流小于第二阈值所述预定义时间段，将请求的充电电压增加至极限值，并且
响应于跨所述电容器的电压和跨所述牵引电池的电压相同，并且所述远程充电器的电压和所述极限值相同，命令所述远程充电器中止所述充电。
13.如权利要求12所述的车辆高压电力系统，其中所述牵引电池、所述主接触器和所述电容器限定电力布置，并且其中所述控制器还被编程为响应于跨所述电容器的所述电压和跨所述牵引电池的所述电压相同，并且所述远程充电器的所述电压和所述极限值相同，生成指示电气地位于所述远程充电器和所述电力布置之间的至少一个接触器断开的输出。
14.如权利要求12所述的车辆高压电力系统，其中所述控制器还被编程为响应于跨所述电容器的所述电压、所述远程充电器的所述电压和跨所述牵引电池的所述电压相同，命令所述远程充电器中止所述充电。
15.如权利要求12所述的车辆高压电力系统，其中所述控制器还被编程为响应于跨所述电容器的所述电压、所述远程充电器的所述电压和跨所述牵引电池的所述电压相同，生成指示电动车辆供电装备故障的输出。
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