CN117054866A - 一种充电输出开关的故障诊断方法、交通工具和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充电输出开关的故障诊断方法、交通工具和存储介质，包括断开配电开关和输出开关；充电机的输出电压设定为诊断信号电压，诊断信号电压小于蓄电池的欠压保护电压值；若第一端口电压等于第一输出电压，则判定配电开关发生短路故障；若第一端口电压等于0，则闭合配电开关；若第二端口电压不等于第二输出电压，则判定配电开关发生断路故障；若第二端口电压等于第二输出电压，则执行充电步骤。本案利用充电机固有的功能电路，没有为配电开关故障诊断功能增加任何的硬件，需求功能完全通过软件程序来实现，降低系统硬件的复杂性，没有增加硬件成本。

Description

一种充电输出开关的故障诊断方法、交通工具和存储介质

技术领域

本发明新涉及能源设备领域，尤其涉及一种充电输出开关的故障诊断方法、交通工具和存储介质。

背景技术

新能源交通工具因其不燃烧汽油或柴油产生动力，故具有环保、污染小等诸多特点，且在水能、风能、太阳能和核能等新能源发电大力推广应用下，诸多新能源交通工具在逐渐推广应用，如新能源电动轿车、新能源电动客车、新能源电动货车、新能源电动清洁车、新能源电动轨道交通工具、新能源电动飞行交通工具、新能源电动航运交通工具等。

新能源交通工具一般配备有电池、充电机、电机控制装置、电机和动力产生装置，电机控制装置内的功率管接收电池输出的直流电，并将直流电逆变转换成交流电向电机输出，继而电机输出旋转驱动力带动动力产生装置如车轮、桨叶等继而带动交通工具行进。

随着新能源领域快速发展，电动车以及燃油混合动力车不断增多，充电机被大量使用，因此如何保证充电机能够稳定输出是至关重要的。

由于充电机的输出整流滤波电路存在单向导电性，当蓄电池接反时会形成短路回路，由于蓄电池的短路放电电流非常大，这时可能烧毁短路回路中的相关器件和PCB。因此在充电机和蓄电池是非固定连接的充电应用中，充电机输出端需要放置一个配电开关作为蓄电池反接保护使用，另外在单充电机给多组蓄电池并联充电应用需求中需要在充电机输出端和各组蓄电池之间放置多路配电开关，这些配电开关一方面起配电作用以控制蓄电池的上电顺序，蓄电池上电需要按一定的时序，否则可能会因蓄电池之间的电动势差而在蓄电池之间产生大的环流而损坏电流回路中的相关器件，另一方面也起前述的蓄电池反接保护功能作用。

充电机的输出端的配电开关是否正常，将影响到蓄电池充电的安全性及可靠性，当配电开关发生触点黏连故障时，则失去了上述的反接保护作用，多路充电时配电时序也将不受控制，这将导致充电机甚至蓄电池的损坏，严重时还可能引起火灾。当发生该闭合却无法闭合的开路故障时，则无法完成充电，因此有必要保证这些配电开关是正常的情况下，才允许正常的充电。

对于配电开关的检测，现有技术一般都需要在硬件上增加专门的功能电路，有些还需要持续注入检测信号，有些要求被检测的开关必须附带与主开关机械联动的辅助开关，这些都将增加硬件的成本和系统的复杂性，而持续注入检测信号还有可能对用电设备带来干扰。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种在不需增加额外检测功能模块下对充电输出开关的故障诊断方法。

本发明的第二目的是提供一种执行上述故障诊断方法的交通工具

本发明的第三目的是提供一种可执行上述故障诊断方法的存储介质。

为了实现本发明第一目的，本发明提供一种充电输出开关的故障诊断方法，充电机的正极输出端和负极输出端之间设置有输出滤波电容，输出电压采样模块连接在正极输出端和配电开关的第一端之间，端口电压采样模块连接在配电开关的第二端和蓄电池之间，蓄电池设置有输出开关；故障诊断方法包括：断开配电开关和输出开关；充电机的输出电压设定为诊断信号电压，诊断信号电压小于蓄电池的欠压保护电压值；通过输出电压采样模块采样第一输出电压，通过端口电压采样模块采样第一端口电压；若第一端口电压等于第一输出电压，则判定配电开关发生短路故障；若第一端口电压等于0，则闭合配电开关；通过输出电压采样模块采样第二输出电压，通过端口电压采样模块采样第二端口电压；若第二端口电压不等于第二输出电压，则判定配电开关发生断路故障；若第二端口电压等于第二输出电压，则执行充电步骤。

更进一步的方案是，充电步骤包括：断开配电开关，闭合输出开关；通过端口电压采样模块采样第三端口电压；将输出电压设定为第三端口电压，待输出滤波电容预充完成后，闭合配电开关；接收蓄电池的电池管理系统输出的充电电压值和充电电流值，并将充电机的输出电压设定为充电电压值，将充电机的输出电流设定为充电电流值，对蓄电池进行充电。

更进一步的方案是，蓄电池的数量为两个或两个以上，多个蓄电池并联连接，每个蓄电池和输出电压采样模块之间依次连接设置有一个配电开关和一个端口电压采样模块；充电步骤包括：断开所有配电开关，闭合所有输出开关；通过端口电压采样模块采样多个第三端口电压；将输出电压设定为多个第三端口电压中的最低值，待输出滤波电容预充完成后，闭合配电开关；接收最低第三端口电压所对应的蓄电池的电池管理系统输出的充电电压值和充电电流值，并将充电机的输出电压设定为充电电压值，将充电机的输出电流设定为充电电流值，对蓄电池进行充电。

更进一步的方案是，在判定配电开关发生短路故障或在判定配电开关发生断路故障时，充电机关机，断开配电开关。

为了实现本发明第二目的，本发明提供一种交通工具，包括充电机和蓄电池，充电机的正极输出端和负极输出端之间设置有输出滤波电容，输出电压采样模块连接在正极输出端和配电开关的第一端之间，端口电压采样模块连接在配电开关的第二端和蓄电池之间，蓄电池设置有输出开关；充电机执行上述方案的故障诊断方法。

为了实现本发明第三目的，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的故障诊断方法的步骤。

本发明的有益效果是，在原本基础的充电电路上，不新增专门对配电开关的检测功能模块，利用充电机的输出作为故障诊断的诊断信号电压，并将诊断信号电小于欠压保护电压值，随后先后断开配电开关和闭合配电开关，通过判断输出电压和端口电压，继而可实现配电开关的短路或断路的故障检测，本案利用充电机固有的功能电路，没有为配电开关故障诊断功能增加任何的硬件，需求功能完全通过软件程序来实现，降低系统硬件的复杂性，没有增加硬件成本。

另外，在充电步骤时，故障诊断方法的策略充分考虑充电机输出滤波电容充电前的预充要求，其一是把诊断信号电压设置为小于电池的欠压保护电压值，其二是准备进入实质充电时，先把充电机输出电压设置为电池端口电压中的最低值(VBatmin＿ini)，充电机开机后等输出电压等于VBatmin＿ini时再闭合配电开关，然后再把充电机的输出电压、输出电流设置为实际充电需要的值，正式进入充电状态，让整个诊断的流程和逻辑流畅、清晰、简洁，诊断结果准确，诊断速度快，诊断完成后可以无缝地进入充电状态。整个过程安全可靠不会对保护开关及充电回路中的其他器件造成损伤。

附图说明

图1是本发明故障诊断方法实施例的充电电路原理图。

图2是本发明故障诊断方法实施例的流程图。

图3是本发明故障诊断方法实施例中充电步骤的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参照图1，本案采用充电机1对2组电池进行并联充电，充电机1包括主功率单元101和控制单片机102，充电机的主功率单元101的正极输出端和负极输出端之间设置有输出滤波电容111，输出电压采样模块112的采样端连接在正极输出端和配电开关121、配电开关122的第一端之间，输出电压采样模块112的反馈端与控制单片机102连接，端口电压采样模块131的采样端连接在配电开关121的第二端和蓄电池2之间，端口电压采样模块132的采样端连接在配电开关122的第二端和蓄电池3之间，端口电压采样模块131和端口电压采样模块132的采样端与控制单片机102连接，电池2设置有保险丝201、输出开关202、电芯203和电池管理系统204，电池3设置有保险丝301、输出开关303、电芯303和电池管理系统304。在本实施例中输出滤波电容、输出电压采样模块、配电开关和输出电压采样模块是集成在充电机1内，其是充电机的一部分，当然上述器件及电路亦可外设在充电机外部。配电开关开关可能是继电器、接触器等电气开关，也可能是MOSFET或可控硅等电子开关。

参照图2，在充电机连接交流电和蓄电池后，开始执行故障诊断方法，其包括如下步骤，首先执行步骤S11，断开所有配电开关和所有输出开关，即断开配电开关121、122和输出开关202、302，随后执行步骤S12，充电机的输出电压Vset设定为诊断信号电压Vkfd，诊断信号电压小于蓄电池的欠压保护电压值Vbat＿uvp，即Vkfd＜Vbat＿uvp，在电池端口电压Vbat＜Vbat＿uvp时，充电机将进入蓄电池欠压保护而关闭输出，充电机的输出电流Iset设为Ikfd，Ikfd为配电开关故障诊断限流值，随后充电机开机。

然后执行步骤S13，通过输出电压采样112模块采样第一输出电压Vout，通过端口电压采样模块131采样第一端口电压VBat1，通过端口电压采样模块132采样第一端口电压VBat2，随后执行步骤S14，若Vout＝VBat1，则判定配电开关121发生短路故障，若Vout＝VBat2，则判定配电开关122发生短路故障，随后执行步骤S15，充电机1关机，并发出保护开关短路警告，断开配电开关121或122，然后执行步骤S16，充电机进入故障状态。需要说明的是，在Vout大致等于或近似等于VBat1，或Vout大致等于或近似等于VBat2，亦可判断配电开关发生短路故障。

若第一端口电压VBat1等于0，以及第二端口电压VBat2等于0，则执行步骤S21，闭合所有配电开关，即闭合配电开关121和配电开关122，随后执行步骤S22，再次通过输出电压采样112模块采样第二输出电压Vout，通过端口电压采样模块131采样第二端口电压VBat1，通过端口电压采样模块132采样第二端口电压VBat2。

随后执行步骤S23，若第二输出电压Vout不等于第二端口电压VBat1，则判定配电开关121发生断路故障，若第二输出电压Vout不等于第二端口电压VBat2，则判定配电开关122发生断路故障，随后执行步骤S24，充电机1关机，并发出保护开关断路警告，断开配电开关121或122，然后执行步骤S16，充电机进入故障状态。

若Vout＝VBat1，以及Vout＝VBat2，则执行充电步骤S3。参照图3，首先执行步骤S31，断开所有配电开关，闭合所有输出开关，即断开配电开关121、122，闭合输出开关202、302，随后执行步骤S32，通过端口电压采样模块131采样第三端口电压VBat1＿ini，通过端口电压采样模块132采样第三端口电压Vbat2＿ini，VBat＿ini为蓄电池充电前的初始端口电压，随后执行步骤S33，比较多个第三端口电压并选取其中的最低值，即比较VBat1＿ini和Vbat2＿ini，假定VBat1＿ini最小，继而将VBatmin＿ini设置为Vbat1＿ini，随后执行步骤S34，将输出电压设定为多个第三端口电压中的最低值，即将充电机Vset设为VBatmin＿ini，Iset保持不变，待输出滤波电容预充完成后，即输出滤波电容的电压达到VBatmin_ini后，然后执行步骤S35，闭合Vbat＝Vbatmin＿ini一路配电开关，在本实施例中是闭合配电开关121，配电开关检测结束，接收最低第三端口电压Vbatmin＿ini所对应的蓄电池2的电池管理系统204输出的充电电压值和充电电流值，并将充电机的输出电压设定为充电电压值Vset，将充电机的输出电流设定为充电电流值Iset，对蓄电池2和蓄电池3进行充电。当各个电池的电池管理系统检测到已充满电时，电池管理系统向充电机发送充电终止请求，充电机断开已充满电的电池所对应的配电开关，当全部电池充满电时，充电机停止功率输出。

对输出滤波电容的预充，需要补充说明的是，在充电前如果输出滤波电容111上的电压大于蓄电池1的端口电压Vbat1＿ini，则会产生输出滤波电容111向蓄电池1的冲击电流，如果输出滤波电容111上的电压小于蓄电池1的端口电压Vbat1，则蓄电池1向输出滤波电容111的冲击电流，冲击电流过大时有可能损伤充电机的输出开关、蓄电池的保险及输出开关，因此应该避免。

交通工具包括充电机和蓄电池，充电机的正极输出端和负极输出端之间设置有输出滤波电容，输出电压采样模块连接在正极输出端和配电开关的第一端之间，端口电压采样模块连接在配电开关的第二端和蓄电池之间，蓄电池设置有输出开关，充电机执行上述方案的故障诊断方法。交通工具可为新能源电动轿车、新能源电动客车、新能源电动货车、新能源电动清洁车、新能源电动轨道交通工具、新能源电动飞行交通工具、新能源电动航运交通工具等。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述方案的故障诊断方法的步骤。

由上可见，在原本基础的充电电路上，不新增专门对配电开关的检测功能模块，利用充电机的输出作为故障诊断的诊断信号电压，并将诊断信号电小于欠压保护电压值，随后先后断开配电开关和闭合配电开关，通过判断输出电压和端口电压，继而可实现配电开关的短路或断路的故障检测，本案利用充电机固有的功能电路，没有为配电开关故障诊断功能增加任何的硬件，需求功能完全通过软件程序来实现，降低系统硬件的复杂性，没有增加硬件成本。

Claims (6)

1.一种充电输出开关的故障诊断方法，其特征在于，所述充电机的正极输出端和负极输出端之间设置有输出滤波电容，输出电压采样模块连接在所述正极输出端和配电开关的第一端之间，端口电压采样模块连接在所述配电开关的第二端和蓄电池之间，所述蓄电池设置有输出开关；

所述故障诊断方法包括：

断开所述配电开关和所述输出开关；

所述充电机的输出电压设定为诊断信号电压，所述诊断信号电压小于所述蓄电池的欠压保护电压值；

通过所述输出电压采样模块采样第一输出电压，通过所述端口电压采样模块采样第一端口电压；

若所述第一端口电压等于所述第一输出电压，则判定所述配电开关发生短路故障；

若所述第一端口电压等于0，则闭合所述配电开关；

通过所述输出电压采样模块采样第二输出电压，通过所述端口电压采样模块采样第二端口电压；

若所述第二端口电压不等于所述第二输出电压，则判定所述配电开关发生断路故障；

若所述第二端口电压等于所述第二输出电压，则执行充电步骤。

2.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于：

所述充电步骤包括：

断开所述配电开关，闭合所述输出开关；

通过所述端口电压采样模块采样第三端口电压；

将所述输出电压设定为第三端口电压，待所述输出滤波电容预充完成后，闭合所述配电开关；

接收所述蓄电池的电池管理系统输出的充电电压值和充电电流值，并将所述充电机的所述输出电压设定为所述充电电压值，将所述充电机的输出电流设定为所述充电电流值，对所述蓄电池进行充电。

3.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于：

所述蓄电池的数量为两个或两个以上，多个所述蓄电池并联连接，每个所述蓄电池和所述输出电压采样模块之间依次连接设置有一个所述配电开关和一个所述端口电压采样模块；

所述充电步骤包括：

断开所有所述配电开关，闭合所有所述输出开关；

通过所述端口电压采样模块采样多个第三端口电压；

将所述输出电压设定为多个所述第三端口电压中的最低值，待所述输出滤波电容预充完成后，闭合所述配电开关；

接收最低所述第三端口电压所对应的所述蓄电池的电池管理系统输出的充电电压值和充电电流值，并将所述充电机的所述输出电压设定为所述充电电压值，将所述充电机的输出电流设定为所述充电电流值，对所述蓄电池进行充电。

4.根据权利要求1至3任一项所述的故障诊断方法，其特征在于：

在判定所述配电开关发生短路故障或在判定所述配电开关发生断路故障时，所述充电机关机，断开所述配电开关。

5.交通工具，其特征在于，包括充电机和蓄电池，所述充电机的正极输出端和负极输出端之间设置有输出滤波电容，输出电压采样模块连接在所述正极输出端和配电开关的第一端之间，端口电压采样模块连接在所述配电开关的第二端和所述蓄电池之间，所述蓄电池设置有输出开关；

所述充电机执行上述权利要求1至4任一项所述的故障诊断方法。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的故障诊断方法的步骤。