CN115402103A - 车辆主接触器焊接检测系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了“车辆主接触器焊接检测系统”。一种车辆包括控制器，所述控制器响应于指示与通过主接触器的涌流相关联的电压的数据超过第一阈值，命令所述主接触器断开并禁止驱动所述车辆，并且响应于指示所述电压的数据超过小于所述第一阈值的第二阈值命令所述主接触器顺序地断开，然后闭合。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于检测电动化车辆的接触器焊接的系统。
背景技术
电动车辆由存储在车辆电池中的电能经由开关和接触器推进。当大电流流过接触器时，可能发生接触器焊接，从而使接触器保持在闭合位置。
发明内容
一种车辆包括牵引电池、电机、在所述牵引电池与所述电机之间进行电连接的主接触器以及控制器。所述控制器响应于指示与通过所述主接触器的涌流相关联的电压的数据超过第一阈值，命令所述主接触器断开并且禁止驱动所述车辆。所述控制器还响应于指示所述电压的数据超过小于所述第一阈值的第二阈值，命令所述主接触器顺序地断开，然后闭合。
一种用于车辆的方法包括：在指示通过将牵引电池电连接到电机的主接触器的涌流的量值超过阈值之后，命令所述主接触器顺序地断开，然后闭合。
一种用于车辆的电力系统包括控制器，所述控制器根据感测到的通过将牵引电池与电机电连接的主接触器的涌流，命令所述主接触器顺序地断开，然后闭合。
附图说明
图1示出了示出传动系和能量存储部件的电动化车辆的示例性框图拓扑；
图2示出了系统控制器和电池电动控制模块的示例性图；
图3示出了接触器焊接检测电路的示例性电路图；并且
图4示出了用于接触器焊接检测的示例性流程图。
具体实施方式
本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可采用各种和可替代形式。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，本文公开的具体结构细节和功能细节不应当被解释为限制性的，而仅应当被解释为用于教导本领域技术人员以各种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任一个示出和描述的各种特征可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。示出的特征的组合提供用于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。
本公开尤其提出了一种用于检测电动化车辆的接触器焊接的系统和方法。
图1示出了插电式混合动力电动车辆(PHEV)。插电式混合动力电动车辆112可包括机械地联接到混合动力变速器116的一个或多个电机(电动马达)114。电机114可能够作为马达或发电机进行操作。除此之外，混合动力变速器116机械地联接到发动机118。混合动力变速器116还机械地联接到驱动轴120，所述驱动轴机械地联接到车轮122。当发动机118打开或关闭时，电机114可提供推进和减速能力。电机114还可充当发电机，并且可通过回收在摩擦制动系统中作为热量损失掉的能量来提供燃料经济性益处。电机114还可通过允许发动机118以更有效的转速操作以及允许在某些状况下在发动机118关闭的情况下以电动模式操作混合动力电动车辆112来减少车辆排放。
牵引电池或电池组124存储可由电机114使用的能量。车辆电池组124可提供高压DC输出。牵引电池124可电耦合到一个或多个电池电动控制模块(BECM)125。BECM 125可设置有一个或多个处理器和软件应用，所述一个或多个处理器和软件应用被配置为监测和控制牵引电池124的各种操作。牵引电池124可进一步电耦合到一个或多个电力电子模块126。电力电子模块126也可被称为功率逆变器。一个或多个接触器127可在断开时将牵引电池124和BECM 125与其他部件隔离，并且在闭合时将牵引电池124和BECM 25联接到其他部件。电力电子模块126还可电耦合到电机114，并且提供在牵引电池124与电机114之间双向传递能量的能力。例如，牵引电池124可提供DC电压，而电机114可使用三相AC电流来操作。电力电子模块126可将DC电压转换成三相AC电流以供电机114使用。在再生模式中，电力电子模块126可将来自充当发电机的电机114的三相AC电流转换为与牵引电池124兼容的DC电压。本文的描述同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆而言，混合动力变速器116可以是连接到电机114的齿轮箱，并且发动机118可以是不存在的。
除了提供用于推进的能量之外，牵引电池124还可为其他车辆电气系统提供能量。车辆包括DC/DC转换器模块128，所述DC/DC转换器模块将牵引电池124的高压DC输出转换为与其他低压车辆负载兼容的低压DC供应。DC/DC转换器模块128的输出可电耦合到辅助电池130(例如，12V电池)。
车辆112可以是电池电动车辆(BEV)或插电式混合动力电动车辆(PHEV)，其中牵引电池124可通过外部电源136再充电。外部电源136可以是与电气插座的连接。外部电源136可以是由电力公共事业公司提供的配电网络或电网。外部电源136可电耦合到电动车辆供电装备(EVSE)138。EVSE 138可提供电路和控件以调节和管理在电源136与车辆112之间的能量传递。外部电源136可向EVSE 138提供DC或AC电力。EVSE 138可具有用于插入到车辆112的充电端口134中的充电连接器140。充电端口134可以是被配置为将电力从EVSE 138传递到车辆112的任何类型的端口。充电端口134可电耦合到充电器或车载电力转换模块132。电力转换模块132可调节从EVSE 138供应的电力，以向牵引电池124提供恰当的电压和电流电平。电力转换模块132可与EVSE 138交互以协调到车辆112的电力输送。EVSE连接器140可具有与充电端口134的对应凹槽配合的插脚。可替代地，被描述为电耦合的各种部件可使用无线感应耦合来传递电力。
可提供一个或多个车轮制动器144以用于使车辆112减速并且防止车辆112的运动。车轮制动器144可以是液压致动的、电致动的或者它们的某种组合。车轮制动器144可以是制动系统146的一部分。制动系统146可包括用于操作车轮制动器144的其他部件。为了简单起见，附图描绘了制动系统146与车轮制动器144中的一个之间的单个连接。暗示了制动系统146与其他车轮制动器144之间的连接。制动系统146可包括用于监测并且协调制动系统146的控制器。制动系统146可监测制动部件并且控制车轮制动器144以进行车辆减速。制动系统146可响应于驾驶员命令并且还可自主地操作以实现诸如稳定性控制等特征。制动系统146的控制器可实现当由另一个控制器或子功能请求时施加所请求的制动力的方法。
一个或多个电气负载146可耦合到高电压总线。电气负载146可具有在适当时操作和控制电气负载146的相关联的控制器。电气负载146的示例可以是加热模块、空调模块等。
所讨论的各种部件可具有一个或多个相关联的控制器以控制和监测部件的操作。控制器可经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或经由分立的导体进行通信。可存在系统控制器150以协调各种部件的操作。
参考图2，示出了包括系统控制器150和BECM 125的电池控制系统的示例性图。系统控制器150可包括一个或多个处理器202，所述一个或多个处理器被配置为执行支持本文所描述的过程的指令、命令和其他程序。例如，系统控制器150可被配置为执行车辆应用204的指令以提供诸如导航、卫星无线电解码和车辆电力管理等特征。此类指令和其他数据可使用多种类型的计算机可读存储介质206以非易失性方式保存。计算机可读介质206(也称为处理器可读介质或存储装置)包括参与提供可由系统控制器150的处理器202读取的指令或其他数据的任何非暂时性介质(例如，有形介质)。可根据使用多种编程语言和/或技术创建的计算机程序来编译或解译计算机可执行指令，所述各种编程语言和/或技术包括但不限于以下的单独或组合形式：Java、C、C++、C#、Objective C、Fortran、Pascal、JavaScript、Python、Perl和PL/SQL。
系统控制器150可设置有允许车辆乘员/用户与系统控制器150交互的各种特征。例如，系统控制器150可从人机界面(HMI)控件206接收输入，所述人机界面(HMI)控件被配置为提供乘员与车辆112的交互。作为示例，系统控制器150可与一个或多个按钮(未示出)或被配置为调用系统控制器150上的功能的其他HMI控件(例如，方向盘音频按钮、通话按钮、仪表板控件等)交互。系统控制器150还可驱动或以其他方式与一个或多个显示器208通信，所述一个或多个显示器被配置为借助于视频控制器210向车辆乘员提供视觉输出。在一些情况下，显示器208可以是进一步被配置为经由视频控制器210接收用户触摸输入的触摸屏，而在其他情况下，显示器208可以仅是显示器，而没有触摸输入功能。系统控制器150还可驱动一个或多个扬声器212或以其他方式与其通信，所述一个或多个扬声器被配置为借助于音频控制器214向车辆乘员提供音频输出。
系统控制器150可进一步设置有无线收发器216，所述无线收发器被配置为经由通信网络220与远程服务器218通信。无线收发器216可被配置为支持多种通信协议，包括但不限于：Wi-Fi、蓝牙、射频识别(RFID)、近场通信(NFC)、Zigbee、超宽带(UWB)、蜂窝等。系统控制器150可被配置为从由车辆制造商或相关联方操作的远程服务器218接收命令以对车辆112执行各种操作。例如，系统控制器150可经由无线收发器216从服务器218接收执行电池接触器焊接测试的命令。作为响应，系统控制器150可通过经由车辆内网络222将命令传送到BECM 125来继续进行测试。响应于焊接测试的结论，系统控制器150可从BECM 125获得测试结果并且经由无线收发器216将结果传输到远程服务器218。连接系统控制器150和BECM125的车辆内网络222可包括但不限于CAN、以太网网络和面向媒体的系统传输(MOST)中的一者或多者。
BECM 125可包括处理器224，所述处理器被配置为执行支持本文所描述的方法的指令、命令和其他程序。例如，BECM 125可被配置为执行电池应用226的指令以提供诸如充电、放电、接触器焊接测试等特征。此类指令和其他数据可使用多种类型的计算机可读存储介质228以非易失性方式保存。数据日志(例如，测试结果)可作为电池数据230的一部分保存在存储装置228中。
参考图3，示出了本公开的一个实施例的电池接触器焊接检测电路300的示例性电路图。继续参考图1和图2，在本示例中，接触器焊接检测电路300可集成到BECM 125中，但是在其他示例中，电路300的全部或部分可单独实现。如以上所讨论的，一个或多个主接触器127可连接在车辆112与牵引电池127之间。主接触器127可设置在车辆的高压(HV)总线/轨道302上。注意，尽管图3中仅示出了一个HV总线302和主接触器207，但是车辆112可包括正HV总线和负HV总线302，并且一个或多个主接触器可设置在正总线和负总线302中的任一者或两者上。主接触器127可以各种类型实现。作为示例，主接触器127可以是受BECM 125控制的低功率/低电压(LV)接触器驱动电路304影响的磁性接触器类型。主接触器127可以是弹簧加载的。在非活动状态下，弹簧可在接触器芯体(未示出)与接触器线圈(未示出)之间施加张力，从而促使接触器断开，因此电流不能流过。芯体和线圈可称为接触器的第一端子和第二端子。响应于低功率驱动电路304被BECM 125启用，电流流过电线圈306，所述电线圈生成压倒弹簧张力的磁场，使得芯体接触线圈并且主接触器127闭合。为了断开接触器127，BECM 125可停用驱动电路304，使得磁场消失并且弹簧张力可促使端子分离，这断开接触器127。
预充电电路308可设置在正HV总线和负HV总线302中的任一者或两者上。在本示例中，如图3所示，预充电电路308设置在与主接触器127并联连接的相同HV总线302上。预充电电路308可包括串联连接的预充电电阻器(未示出)和预充电接触器(未示出)。当主接触器127断开(即，电池127与车辆112断开)时，HV总线302上的主接触器127的两个端子之间可能存在显著的电压差。如果主接触器127在这种状况下闭合，则由于高电压差，大的涌流可能流过主接触器127。如本领域中已知的，涌流是第一次启用时产生的最大瞬时输入电流。因此，大的涌流可产生热量。除此之外，在接触器端子之间的闭合过程期间，当它们移动得更靠近彼此时，可产生电弧。所述热量和电弧可使接触器端子熔化并且焊接在一起。为了防止接触器焊接，可启用预充电电路308以对HV总线302进行预充电，以减小主接触器127的两个端子上的电压差。响应于电压差下降到预限定阈值(例如，10V)以下，主接触器127可闭合。
电流传感器310可设置在HV总线302上并且被配置为在主接触器127闭合时测量涌流。所测量的电流信号可被发送到被配置为滤除噪声的低通滤波器312。由于涌流在非常短的时间段内(例如，在几微秒内)发生，因此电流传感器310和滤波器312可被配置为支持高带宽以提供准确的测量。作为示例，可使用以下等式计算-3dB低通滤波器的带宽：
带宽＝0.35/τ (1)
例如，对于具有10kHz带宽的电流传感器，上升时间τ为35μs。上升时间τ表示通过电路的电阻器对电容器进行充电和放电的RC时间常数。可使用以下等式来计算上升时间τ：
τ＝RC (2)
如图3所示，表示电池侧上的电阻的电池电阻器R电池314连接到电池侧上的主接触器127并且表示车辆侧的电容的车辆电容器C车辆(链路电容器)316连接到车辆侧上的主电容器127。作为示例，如果电池电阻器R电池的值为20mΩ并且车辆电容器的值为1000μF，则上升时间τ将为20μs。因此，电流传感器310的带宽应当至少为17.5kHz，以便能够捕获涌流。滤波器312可被配置为至少支持传感器310的带宽以便能够滤除噪声。在一些情况下，滤波器312可被配置为支持更高的带宽，诸如遵循以上示例的20kHz。
滤波器312可将滤波后的电流输出到电压比较器318和微控制器320以进行处理。微控制器320可经由BECM 125的处理器224来实现。电流传感器310测量的电流信号可以是预限定范围内的对应于电流测量值的电压的形式。例如，如果传感器310被配置为支持0-5V电压和0-2000A电流测量值，则每个相应范围内的电压和电流值通常可成比例。5V电压测量值可对应于2000A电流测量值，并且2.5V电压测量值可对应于1000A电流测量值。滤波后的电流可输出到电压比较器318以与参考电压(例如，4.8V)进行比较以确定电流和电压是否太高。例如，4.8V参考电压对应于1920A电流。响应于确定传感器310测量的HV总线302上的电流高于阈值(即，对应于4.8V参考电压的1920A)，比较器318向致动器322输出信号以设置故障标志。致动器322可经由与接触器驱动器304和微控制器320通信的触发器或闭锁开关来实现。响应于从比较器318接收到信号，致动器322可向接触器驱动器304输出致动信号以停用电线圈306并且断开主接触器127。致动信号也可被馈送到微控制器320以进行记录。如以上所讨论的，微控制器320可进一步从滤波器312接收电流信号以进行分析。一般来说，微控制器可被配置为支持是滤波器312的带宽的两倍的模拟/数字(A/D)采样率。继续以上示例，其中滤波器312具有20kHz的带宽，微控制器的A/D采样速率将为40kHz。微控制器对电流信号进行采样并且将模拟信号转换成数字形式以进行记录和处理。微控制器可将数字信号与小于比较器318的阈值的预限定电流阈值(例如，1000A)进行比较。时间阈值可进一步用于接触器焊接检测。例如，响应于确定电流长于时间阈值地高于电流阈值，微控制器320可命令接触器驱动器304与主接触器127断开。微控制器320可进一步经由无线收发器216向服务器218报告检测。
参考图4，示出了用于接触器焊接检测过程400的示例性流程图。继续参考图1至图3，过程400可经由BECM 125单独地或与车辆112的其他部件组合地实现。在操作402处，响应于接收到指示用户意图开始使用车辆112的命令，BECM 125通过闭合预充电电路308的预充电接触器来开始预充电过程，使得车辆侧上的链路电压将上升。可以各种方式监测链路电压。例如，电压传感器(未示出)可设置在HV总线的车辆侧。除此之外或替代地，BECM 125可通过来自车辆112的其他部件/控制器的信号来测量链路电压。在操作404处，响应于检测到链路电压与电池电压相差在预定阈值内(例如，在20V内)，所述过程前进到操作406，并且BECM 125将致动器322复位并且闭合主接触器127。在操作408处，BECM 125经由电流传感器310监测HV总线302上的涌流，并且通过滤波器312向比较器318和微控制器320提供涌流。在操作410处，BECM 125验证比较器410是否输出指示涌流大于第一预定电流阈值(例如，1920A)的信号。如果答案为是，这指示接触器焊接的可能性高，则过程前进到操作412，并且致动器向接触器驱动器发送信号以断开主接触器127。除此之外，BECM 125可禁止重新闭合主接触器，直到下一个钥匙循环。在发生接触器焊接的情况下，驱动电路304可能无法断开主接触器127，并且因此可采取另外的措施。例如，即使电池连接到HV总线302，BECM 125也可向系统控制器150发送消息以禁止驱动车辆。可替代地，系统控制器150可被配置为仅在电池SOC低于预限定阈值(例如，80％)时才允许驱动车辆以防止过度充电。
否则，如果电流不高于第一电流阈值，则过程从操作410前进到操作414，并且微控制器320执行到电流信号的A/D转换。一旦转换成数字形式，电流信号就可作为电池数据230的一部分被记录并且由微控制器320分析。在操作416处，如果微控制器320确定HV总线302上的电流低于预限定的第二电流阈值(例如，1000A)，则过程前进到操作418并且指示没有检测到接触器焊接。否则，如果微控制器320确定电流高于第二电流阈值的时间段长于指示接触器焊接的中等可能性的时间阈值(例如，20μs)，则过程前进到操作420以执行快速重置，诸如断开并重新闭合主接触器以验证是否已经发生焊接。在操作422处，BECM 125执行一个或多个验证过程，诸如重新开始预充电过程，和/或进入其中禁止车辆操作的模式直到对情况已经进一步地检查。作为示例，如果过程从操作404或420到达操作422，则BECM 125可再一次允许重新开始预充电过程。如果过程从操作412到达操作422，则BECM 125可进入模式。在操作424处，BECM 125可记录当前数据和控制器操作，并且将数据报告给服务器218以进行进一步分析。由于所有车辆都是不同的，因此单个电流阈值可能无法准确地反映每个特定车辆的特定状况。BECM 125可被配置为通过调整第一电流阈值和第二电流阈值来适应车辆的特定状况，以提供更准确的接触器焊接检测。例如，如果操作410处的比较器检测为假并且主接触器127在驱动电路304的控制下断开，则BECM 125可记录错误检测并且将其发送到服务器218以进行进一步分析。服务器218可向BECM 125发送更新以修改比较器318的参考电压，使得可相应地修改第一预定电流阈值。除此之外，如果故障检测随时间重复，则BECM 125可自动降低比较器318的参考电压以降低电流阈值并且减少另外的错误检测的机会。类似地，服务器218可基于设计需要向BECM 125发送更新以修改(增大或减小)第二电流阈值。如果错误的接触器焊接检测重复发生，则BECM 125可自动降低第二电流阈值。
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、方法或算法可存储为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令，所述数据和指令包括但不限于：永久存储在不可写存储介质(诸如只读存储器装置)上的信息以及可变更地存储在可写存储介质(诸如光盘、随机存取存储器装置以及其他磁性和光学介质)上的信息。所述过程、方法或算法也可以软件可执行对象来实现。可替代地，所述过程、方法或算法可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体现，所述硬件部件诸如专用集成电路、现场可编程门阵列、控制器或其他硬件部件或装置。
虽然以上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，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可做出各种改变。
如先前所描述的，各种实施例的特征可被组合以形成可能未被明确描述或说明的另外的实施例。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理想的实施例也在本公开的范围内，并且对于特定应用可为期望的。
Claims (15)
1.一种车辆，其包括：
牵引电池；
电机；
主接触器，所述主接触器在所述牵引电池与所述电机之间进行电连接；以及
控制器，所述控制器被编程为：
响应于指示与通过所述主接触器的涌流相关联的电压的数据超过第一阈值，命令所述主接触器断开并且禁止驱动所述车辆，以及
响应于指示所述电压的数据超过小于所述第一阈值的第二阈值，命令所述主接触器顺序地断开，然后闭合。
2.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器还被编程为：响应于所述主接触器在断开所述主接触器并且禁止驱动所述车辆的命令之后断开而降低所述第一阈值。
3.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器还被编程为：响应于所述主接触器在顺序地断开然后闭合所述主接触器的命令之后断开，降低所述第二电流阈值。
4.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器还被编程为：响应于指示所述电压的所述数据超过所述第一阈值，记录所述数据并且经由无线连接将所述数据报告给远程服务器。
5.一种用于车辆的方法，其包括：
在指示通过将牵引电池电连接到电机的主接触器的涌流的量值超过阈值后，命令所述主接触器顺序地断开，然后闭合。
6.如权利要求5所述的方法，其还包括：在指示通过所述主接触器的涌流的量值超过大于所述阈值的另一个阈值之后，命令所述主接触器断开并且禁止驱动所述车辆。
7.如权利要求6所述的方法，其还包括：在指示所述量值超过所述另一个阈值并且在所述对应命令后，在所述主接触器断开之后，降低所述另一个阈值。
8.如权利要求5所述的方法，其还包括：在指示通过所述主接触器的涌流的量值超过大于所述阈值的另一个阈值并且牵引电池的荷电状态大于极限值之后，命令所述主接触器断开并且禁止驱动所述车辆。
9.如权利要求8所述的方法，其还包括：在指示所述量值超过所述另一个阈值并且在所述对应命令后，在所述主接触器断开之后，降低所述另一个阈值。
10.如权利要求5所述的方法，其还包括：在所述主接触器在所述对应命令后断开之后，降低所述阈值。
11.如权利要求5所述的方法，其还包括：记录并且经由无线连接报告与所述指示相关联的数据。
12.一种用于车辆的电力系统，其包括：
控制器，所述控制器被编程为：根据感测到的通过将牵引电池与电机电连接的主接触器的涌流，命令所述主接触器顺序地断开，然后闭合。
13.如权利要求12所述的电力系统，其中所述控制器还被编程为：根据所感测到的涌流来选择性地禁止所述车辆的操作。
14.如权利要求13所述的电力系统，其中所述控制器还被编程为：根据所述牵引电池的荷电状态来选择性地禁止所述车辆的操作。
15.如权利要求13所述的电力系统，其中所述控制器还被编程为：经由无线连接报告与所述涌流相关联的数据。
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