檢測線束中的故障的製作方法

2023-10-25 11:15:42

專利名稱：檢測線束中的故障的製作方法
技術領域：
本公開一般涉及對大型電動設備中的電互連的監視。
背景技術：
諸如電動車輛和各種類型的電動裝置之類的電動設備在許多應用中變得越來越重要。與本公開相關的這種設備通常包含有相對較大的電池組和諸如驅動系統之類的負載。這種電動設備的示例是電動汽車。電動汽車通常包括相對較大的電池或通常由大量的單個電池單元所形成的電池組。電池可由車中的裝置或外置(off-board)裝置充電，並且一般通過向驅動系統和其他與汽車相關聯的系統提供電力來放電。在這種應用中，通常使用超過40KW(並且高至並超過150KW)的高功率水平，因此，安全和可靠是重要的問題。通常，電動車輛的電池和驅動系統與能夠在電池組和驅動系統之間傳輸數十或數百千瓦電功率的功能高壓線束(wiring harness)相耦合。現代電動車輛包含再生制動 (regenerative braking)系統，並且因此，該功率可在任意給定時刻在任意方向(到電池或從電池)傳輸。高壓線束通常包括如下組件中的一個或多個電線或電纜；連接器或耦合器(具有機械的、焊接的或折縐的連接點)；電池單元到電池單元的連接；熔絲和其支持物；以及接觸器。這些組件中的任一個中的任意故障可在其它低電阻路徑中產生相對較大的電阻， 從而由於大電流和電壓的存在，其可導致在電動車輛的小區域內生成大量不希望的熱量。 非常希望對這種故障進行早期檢測和響應。

發明內容
用於諸如電動車輛或電動裝置件之類的電動設備的監視電路⑴比較(a)向設備提供電力的電池組中的電池單元的電壓之和與(b)施加到設備的負載的電壓，並且O)測量該電路中電流。系統(包括電池組、負載和線束)的標稱電阻最初被指定或確定，並且定期地與新近測得值相比較，以便檢測線束故障。從以下給出的詳細描述、附圖和權利要求中，本發明的其它特徵和益處將變得顯然。


包含在本說明書中並組成本說明的一部分的附示出了實施例的一個或多個示例，並且與對示例實施例的描述一起用來說明實施例的原理和實現方式。在附圖中圖1是根據一個實施例的故障檢測系統的電原理圖。圖2是示出了根據一個實施例的故障檢測形式的電壓電流散點圖。圖3是示出了根據一個實施例的線束故障檢測方法的處理流程圖。
具體實施例方式此處將在將故障檢測包含到其線束中的電動車輛的上下文中描述示例實施例。本領域技術人員將意識到，以下的描述僅是示意性的，並絕不意欲是限制性的。其他實施例將容易地將其自身暗示給享受本公開的益處的本領域技術人員。將不對如附圖中所示的示例實施例的實現方式進行詳細參考。將在遍及附圖和以下描述的可能範圍中使用相同的參考指示符來指代相同或相似的項目。出於簡明的目的，並未示出和描述此處所描述的實現方式的所有例程特徵。當然， 將理解，在開發任意這種實際的實現方式時，必須做出眾多的特定於實現方式的決定，以便達到開發者的具體目標，例如符合應用和商業相關的限制，並且這些具體的目標將依實現方式和開發者的不同而不同。另外，將理解，這種開發努力可能是複雜和耗時的，但是，對於享受本公開的益處的本領域技術人員來說將是例行公事的工程實踐。根據本公開，此處所描述的組件、處理步驟和/或數據結構可用各種手段實現，包括計算機實現的手段和硬連線手段。計算機實現的手段可包括各種類型的作業系統、計算平臺、電腦程式和/或通用機器。另外，本領域技術人員將意識到，在不偏離此處所公開的發明概念的範圍和精神的前提下，諸如硬連線設備、現場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)等之類的不太具有通用特質的設備也可被使用。當包括一系列處理步驟的方法由計算機或機器實現並且那些處理步驟可被存儲為機器可讀的一系列指令時，其可被存儲在有形介質上，諸如，計算機存儲設備(例如，R0M(只讀存儲器)、PR0M(可編程只讀存儲器)、EEPROM(電可擦寫只讀存儲器)、快閃記憶體、跳躍驅動器等)、磁存儲介質(例如，磁帶，磁碟驅動器等)、光存儲介質(例如，⑶-R0M、DVD-R0M、紙卡、紙帶等)和其他類型的程序存儲
ο圖1是根據本發明的一個實施例的故障檢測系統的電原理圖。轉向圖1，所示出的故障檢測系統檢測諸如電動車輛驅動系統的高壓線束之類的電池線束中的危險故障。相同或類似的檢測方法可被應用到各種類型的電動系統中，例如包括用於為其他類型的電動車輛和裝置提供電力的示例系統。根據圖1的系統，電池B通過線束H被連接到負載L，電池B可通過將大量電池單元串聯耦合(每個電池單元可包括一個或多個並聯連接的子單元)來構成。在所示出的示例中，線束H包括接觸器K、連接器C、配線W、熔絲F、以及通往N個相鄰串聯連接電池單元並位於其間的多個(N+1個)串聯導向的電池單元互連Sjj SN+1(總稱為S)，每個電池單元互連具有與之相關聯的電阻(即，『『『！^和！^每個電阻產生對應的電壓降乂^^^^ Vf 和 Vs，其中 VS = VS1+VS2+. · · +VSN+1 並且 RS = RS1+RS2+. · · +Rsn+1)。在電動車輛的情形中，負載例如可以是該電動車輛的驅動系統。設置了監視電路M。其監視電池單元兩端的電壓W. . ,Vn以及負載電壓Vsre。 其還監視由電流測量電路IM所測量的負載電流Ip電流測量電路IM僅被示意性地示出， 並且可以採取各種形式，例如包括分流器、感應電流感測器或霍爾效應電流感測器。監視電路M例如可包括用於將電壓轉換成數字值的模數轉換電路，以及數字處理器、存儲器、I/O 電路等。在所示出的實施例中，當異常狀況被檢測到時，監視電路M在線A上生成警報信號。可以以多種方式中的任意方式來生成警報信號。在電動車輛的情形中，警報信號可被傳送到車輛控制單元，以使得代碼被存儲其中以用於以後的診斷運用。車輛控制單元還可以使電動車輛的乘客艙內的儀錶板指示器顯示或通告該警報，以便提醒駕駛員潛在的問題。 除了記錄錯誤代碼或產生視覺的和/或可聽的警告之外或者替代記錄錯誤代碼或產生視覺的和/或可聽的警告，系統還可以對車輛操作進行限制，諸如，減少電力、減少再生(在利用再生制動等的車輛中)或再充電限制。出於安全原因而需要這種限制，並且其用作對於正確服務極其重要的可視指示。依舊參照圖1，系統電壓Vsre可由以下等式描述Vsys = Vlosses (I)+V
CELLS (等式1)其中Vlosses(I) = [VK (I)+Vc (I)+Vw(I)+Vf (I)+Vs(I)L 並且Vcells = Σ (V1. ..VN), BP,電池組中的N個電池單元的電壓總和(輸出)。Vsys和V。Em是所測量的直流(DC)電壓值。Vubses⑴是線束中的所有其它元件兩端的電流感應電壓降之和，其它元件包括接觸器(K)、連接器(C)、配線(W)、熔絲(F)、電池單元互連(S)等。即，系統電壓Vsre是電池電壓Vce皿與線束中的所有其他組件兩端的電流感應電壓降(即，Vubses (I))的組合。由於每個損耗分量作為負載電流込的函數而變化，因此(I)指具體的電流水平。注意，其它潛在損耗也可以簡單地通過識別它們、測量它們並將它們包括在VubseJI)計算中，從而被結合到VubseJI)中。根據歐姆定律(V = IR)，在零電流(I = 0安培)時，對於線束的電阻元件來說電流感應電壓降將是零，並且Vsys = Vcells (等式 2)在非零電流時Vlosses(I)Vsys-V
CELLS (等式3)並且Rhaeness = V
LOSSES ⑴/IL (等式4)線束的電阻(Rhakness)是設計參數，並且超過預定設計值或初始測量水平的任意顯著增加都表示所檢測到的故障。對電池單元電壓V。Em、系統電壓Vsys和負載電流L的連續或定期監視使得能夠對非零電流時的故障進行判定。圖2是示出了根據本發明的一個實施例的電動車輛可用的故障檢測的另一種形式的電壓電流散點圖。根據圖2中所示的方法，對Vubses(I)和負載電流L的測量隨著時間被聚集，以便從對該數據的線性擬合中提取斜率。這些電流和電壓點的斜率代表線束的電阻，並且其對抗來自電池單元與系統電壓測量之間的任何校準差的恆定偏移電壓誤差。 任意偏移電壓誤差項可用其零電流測量被抵消。該方法的另一益處是，其允許檢測「熔化 (fritting)」。熔化描述了一種非線性故障現象，其中，不牢固連接通過異常導通近零電流而顯現出來，其在IV圖中產生大量散點。圖2示出了具有不牢固機械連接的系統的線束電壓損耗(橫軸)相對於電流(縱軸)的散點圖。增多的橫向分散近零電流指示出了熔化和有問題的連接。如果電池組中的不牢固連接在400安培的電流處添加了 25毫歐電阻，則該添加的電阻導致IOV的壓降(降低的性能)和4KW的點發熱，這可能導致主要的安全問題。因此， 例如利用熔化現象來檢測不牢固連接可以是很重要的。
圖3是示出了根據一個實施例的用於線束故障檢測的方法300的處理流程圖。現轉向圖3，在步驟302處，根據以上的等式O)，在零負載電流(Il = O)處進行對Vsre和v。s的測量。在零負載電流處的任何差異代表兩個測量系統之間的校準偏移，其應當獨立於負載電流並可利用查找表被容易地分離出來(factor out)。在步驟304處，循環處理開始。在該步驟中，根據以上的等式3和等式4在非零負載電流時進行測量，並且這些測量被用於確定所測得電阻Rhaeness。在步驟306處，在步驟304中所獲得的結果被與基於諸如組件製造商、現存組件等之類的因素確定的、先前所存儲的標稱電阻相比較，或者被與例如在工廠處獲得的所存儲 (一個或多個)物理測量值相比較。在步驟308處，所測得的值Rhaeness被與所存儲的Rhaeness標稱值相比較。在步驟308處，如果檢測到在所測得Vhaeness值和所存儲的標稱Vhakness值之間存在顯著的偏差，則在步驟310處採取動作，諸如，設置警報狀況、限制操作等。警報狀況可以是例如視覺可感知或聽覺可感知的信號，和/或寫入到存儲器以用於稍後分析的數據。設置警報狀況、限制操作等之後，操作可返回到步驟304(除非警報是要求關閉該電動設備)。如果在步驟308處沒有檢測到顯著的偏差，則在步驟304處操作繼續。雖然已經示出並描述了實施例和應用，但是，對於享受本公開的益處的本領域技術人員而言，很顯然，在不偏離此處所公開的發明概念的前提下，比所提及的更多的許多修改是可能的。因此，除了落在所附權利要求的精神中以外，發明不是限制性的。
權利要求
1.一種用於檢測電池的線束的可能的異常狀況的方法，包括 確定所述線束的標稱電阻值；監視所述電池的多個電池單元的電壓以確定第一電壓值； 監視所述線束中的點處的第二電壓； 監視通過所述電池的負載電流；利用所監視到的所述第一電壓和所述第二電壓以及負載電流的值來確定所述線束的操作電阻值；以及將所述線束的操作電阻值和所述線束的標稱電阻相比較，並且如果所述操作電阻值超過所述標稱電阻值多於預定閾值，則採取動作。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述動作包括設置警報狀況，還包括 向車輛的駕駛員警報所述警報狀況。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述動作包括設置警報狀況，還包括 向維修車輛的診斷技術人員警報所述警報狀況。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述動作包括限制車輛的操作。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，限制車輛的操作包括以下中的至少一者減少提供給所述車輛的電力、減少通過再生獲得的電流，以及限制對電池組的充電。
6.一種用於檢測電池或電池組的線束的可能的異常狀況的方法，包括 監視所述電池或電池組的電壓；監視線束端接點處的系統電壓； 監視通過所述電池或電池組的電流；在一時間段中跟蹤數據點，每個數據點以所述電流為一個坐標並且以所述電池或電池組的電壓與所述系統電壓之間的電壓差為另一坐標；以及基於所述數據點的分布來檢測所述線束的可能的異常狀況。
7.根據權利要求6所述的方法，還包括當近零電流區域中的數據點表現出異常蔓延時，檢測到異常狀況。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述異常狀況是不牢固連接。
9.根據權利要求6所述的方法，還包括向車輛的駕駛員警報所述異常狀況。
10.根據權利要求6所述的方法，還包括向維修車輛的診斷技術人員警報所述異常狀況。
11.根據權利要求6所述的方法，其中，動作包括限制車輛的操作。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，限制車輛的操作包括以下中的至少一者減少提供給所述車輛的電力、減少通過再生獲得的電流，以及限制對電池組的充電。
13.一種用於檢測電池或電池組的線束的可能的異常狀況的系統，包括 用於監視所述電池或電池組的電壓的電路；用於監視線束端接點處的系統電壓的電路； 用於監視通過所述電池或電池組的電流的電路；以及用於如下操作的電路利用所監視到的值來確定所述線束的電阻值；以及將所述電阻值與標稱電阻值相比較以檢測所述線束的可能的異常狀況。
14.根據權利要求13所述的系統，還包括用於向車輛的駕駛員警報所述異常狀況的警報信號。
15.根據權利要求13所述的系統，還包括與車輛控制器相耦合以使維修車輛的診斷技術人員被警報所述異常狀況的警報信號。
16.根據權利要求13所述的系統，包括用於限制車輛的操作的電路。
17.根據權利要求16所述的系統，其中，限制車輛的操作包括以下中的至少一者減少提供給所述車輛的電力、減少通過再生獲得的電流，以及限制對電池組的充電。
18.一種用於檢測電池或電池組的線束的可能的異常狀況的系統，包括用於監視所述電池或電池組的電壓的電路；用於監視線束端接點處的系統電壓的電路；用於監視通過所述電池或電池組的電流的電路；以及用於如下操作的跟蹤和檢測電路在一時間段中跟蹤數據點，每個數據點以所述電流為一個坐標並且以所述電池或電池組的電壓與所述系統電壓之間的電壓差為另一坐標；以及基於所述數據點的分布來檢測所述線束的可能的異常狀況。
19.根據權利要求18所述的系統，其中，所述跟蹤和檢測電路在近零電流區域中的數據點表現出異常蔓延時檢測到異常狀況。
20.根據權利要求19所述的系統，其中，所述異常狀況是不牢固連接。
21.根據權利要求18所述的系統，還包括用於向車輛的駕駛員警報所述異常狀況的警報信號。
22.根據權利要求18所述的系統，還包括與車輛控制器相耦合以使維修車輛的診斷技術人員被警報所述異常狀況的警報信號。
23.根據權利要求18所述的系統，還包括用於限制車輛的操作的電路。
24.根據權利要求23所述的方法，其中，限制車輛的操作包括以下中的至少一者減少提供給所述車輛的電力、減少通過再生獲得的電流，以及限制對電池組的充電。
全文摘要
電池組中的電池單元電壓和傳送到負載或驅動系統的電壓以及傳送到該系統的電流被監視，並且被用於檢測線束的可能的異常狀況。
文檔編號G01R31/00GK102460191SQ201080027214
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月15日 優先權日2009年4月17日
發明者戴維·威廉·斯維爾森 申請人:Ac動力公司