專利名稱：檢測線束中的故障的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般涉及對(duì)大型電動(dòng)設(shè)備中的電互連的監(jiān)視。
背景技術(shù)：
諸如電動(dòng)車輛和各種類型的電動(dòng)裝置之類的電動(dòng)設(shè)備在許多應(yīng)用中變得越來越重要。與本公開相關(guān)的這種設(shè)備通常包含有相對(duì)較大的電池組和諸如驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之類的負(fù)載。這種電動(dòng)設(shè)備的示例是電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車通常包括相對(duì)較大的電池或通常由大量的單個(gè)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，并且一般通過向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和其他與汽車相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)提供電力來放電。在這種應(yīng)用中，通常使用超過40KW(并且高至并超過150KW)的高功率水平，因此，安全和可靠是重要的問題。通常，電動(dòng)車輛的電池和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與能夠在電池組和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間傳輸數(shù)十或數(shù)百千瓦電功率的功能高壓線束(wiring harness)相耦合?，F(xiàn)代電動(dòng)車輛包含再生制動(dòng) (regenerative braking)系統(tǒng)，并且因此，該功率可在任意給定時(shí)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(gè)或多個(gè)電線或電纜；連接器或耦合器(具有機(jī)械的、焊接的或折縐的連接點(diǎn))；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(gè)中的任意故障可在其它低電阻路徑中產(chǎn)生相對(duì)較大的電阻， 從而由于大電流和電壓的存在，其可導(dǎo)致在電動(dòng)車輛的小區(qū)域內(nèi)生成大量不希望的熱量。 非常希望對(duì)這種故障進(jìn)行早期檢測和響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
用于諸如電動(dòng)車輛或電動(dòng)裝置件之類的電動(dòng)設(shè)備的監(jiān)視電路⑴比較(a)向設(shè)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(shè)備的負(fù)載的電壓，并且O)測量該電路中電流。系統(tǒng)(包括電池組、負(fù)載和線束)的標(biāo)稱電阻最初被指定或確定，并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(xì)描述、附圖和權(quán)利要求中，本發(fā)明的其它特征和益處將變得顯然。


包含在本說明書中并組成本說明的一部分的附示出了實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)示例，并且與對(duì)示例實(shí)施例的描述一起用來說明實(shí)施例的原理和實(shí)現(xiàn)方式。在附圖中圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的故障檢測系統(tǒng)的電原理圖。圖2是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的故障檢測形式的電壓電流散點(diǎn)圖。圖3是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的線束故障檢測方法的處理流程圖。
具體實(shí)施例方式此處將在將故障檢測包含到其線束中的電動(dòng)車輛的上下文中描述示例實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，以下的描述僅是示意性的，并絕不意欲是限制性的。其他實(shí)施例將容易地將其自身暗示給享受本公開的益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員。將不對(duì)如附圖中所示的示例實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行詳細(xì)參考。將在遍及附圖和以下描述的可能范圍中使用相同的參考指示符來指代相同或相似的項(xiàng)目。出于簡明的目的，并未示出和描述此處所描述的實(shí)現(xiàn)方式的所有例程特征。當(dāng)然， 將理解，在開發(fā)任意這種實(shí)際的實(shí)現(xiàn)方式時(shí)，必須做出眾多的特定于實(shí)現(xiàn)方式的決定，以便達(dá)到開發(fā)者的具體目標(biāo)，例如符合應(yīng)用和商業(yè)相關(guān)的限制，并且這些具體的目標(biāo)將依實(shí)現(xiàn)方式和開發(fā)者的不同而不同。另外，將理解，這種開發(fā)努力可能是復(fù)雜和耗時(shí)的，但是，對(duì)于享受本公開的益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是例行公事的工程實(shí)踐。根據(jù)本公開，此處所描述的組件、處理步驟和/或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可用各種手段實(shí)現(xiàn)，包括計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的手段和硬連線手段。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的手段可包括各種類型的操作系統(tǒng)、計(jì)算平臺(tái)、計(jì)算機(jī)程序和/或通用機(jī)器。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，在不偏離此處所公開的發(fā)明概念的范圍和精神的前提下，諸如硬連線設(shè)備、現(xiàn)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(zhì)的設(shè)備也可被使用。當(dāng)包括一系列處理步驟的方法由計(jì)算機(jī)或機(jī)器實(shí)現(xiàn)并且那些處理步驟可被存儲(chǔ)為機(jī)器可讀的一系列指令時(shí)，其可被存儲(chǔ)在有形介質(zhì)上，諸如，計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備(例如，R0M(只讀存儲(chǔ)器)、PR0M(可編程只讀存儲(chǔ)器)、EEPROM(電可擦寫只讀存儲(chǔ)器)、閃存、跳躍驅(qū)動(dòng)器等)、磁存儲(chǔ)介質(zhì)(例如，磁帶，磁盤驅(qū)動(dòng)器等)、光存儲(chǔ)介質(zhì)(例如，⑶-R0M、DVD-R0M、紙卡、紙帶等)和其他類型的程序存儲(chǔ)
ο圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的故障檢測系統(tǒng)的電原理圖。轉(zhuǎn)向圖1，所示出的故障檢測系統(tǒng)檢測諸如電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高壓線束之類的電池線束中的危險(xiǎn)故障。相同或類似的檢測方法可被應(yīng)用到各種類型的電動(dòng)系統(tǒng)中，例如包括用于為其他類型的電動(dòng)車輛和裝置提供電力的示例系統(tǒng)。根據(jù)圖1的系統(tǒng)，電池B通過線束H被連接到負(fù)載L，電池B可通過將大量電池單元串聯(lián)耦合(每個(gè)電池單元可包括一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)連接的子單元)來構(gòu)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(gè)相鄰串聯(lián)連接電池單元并位于其間的多個(gè)(N+1個(gè))串聯(lián)導(dǎo)向的電池單元互連Sjj SN+1(總稱為S)，每個(gè)電池單元互連具有與之相關(guān)聯(lián)的電阻(即，‘‘‘！^和！^每個(gè)電阻產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓降乂^^^^ Vf 和 Vs，其中 VS = VS1+VS2+. · · +VSN+1 并且 RS = RS1+RS2+. · · +Rsn+1)。在電動(dòng)車輛的情形中，負(fù)載例如可以是該電動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。設(shè)置了監(jiān)視電路M。其監(jiān)視電池單元兩端的電壓W. . ,Vn以及負(fù)載電壓Vsre。 其還監(jiān)視由電流測量電路IM所測量的負(fù)載電流Ip電流測量電路IM僅被示意性地示出， 并且可以采取各種形式，例如包括分流器、感應(yīng)電流感測器或霍爾效應(yīng)電流感測器。監(jiān)視電路M例如可包括用于將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，以及數(shù)字處理器、存儲(chǔ)器、I/O 電路等。在所示出的實(shí)施例中，當(dāng)異常狀況被檢測到時(shí)，監(jiān)視電路M在線A上生成警報(bào)信號(hào)?？梢砸远喾N方式中的任意方式來生成警報(bào)信號(hào)。在電動(dòng)車輛的情形中，警報(bào)信號(hào)可被傳送到車輛控制單元，以使得代碼被存儲(chǔ)其中以用于以后的診斷運(yùn)用。車輛控制單元還可以使電動(dòng)車輛的乘客艙內(nèi)的儀表板指示器顯示或通告該警報(bào)，以便提醒駕駛員潛在的問題。 除了記錄錯(cuò)誤代碼或產(chǎn)生視覺的和/或可聽的警告之外或者替代記錄錯(cuò)誤代碼或產(chǎn)生視覺的和/或可聽的警告，系統(tǒng)還可以對(duì)車輛操作進(jìn)行限制，諸如，減少電力、減少再生(在利用再生制動(dòng)等的車輛中)或再充電限制。出于安全原因而需要這種限制，并且其用作對(duì)于正確服務(wù)極其重要的可視指示。依舊參照?qǐng)D1，系統(tǒng)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 并且Vcells = Σ (V1. ..VN), BP,電池組中的N個(gè)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(yīng)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(tǒng)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(yīng)電壓降(即，Vubses (I))的組合。由于每個(gè)損耗分量作為負(fù)載電流込的函數(shù)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(shí)別它們、測量它們并將它們包括在VubseJI)計(jì)算中，從而被結(jié)合到VubseJI)中。根據(jù)歐姆定律(V = IR)，在零電流(I = 0安培)時(shí)，對(duì)于線束的電阻元件來說電流感應(yīng)電壓降將是零，并且Vsys = Vcells (等式 2)在非零電流時(shí)Vlosses(I)Vsys-V
CELLS (等式3)并且Rhaeness = V
LOSSES ⑴/IL (等式4)線束的電阻(Rhakness)是設(shè)計(jì)參數(shù)，并且超過預(yù)定設(shè)計(jì)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(duì)電池單元電壓V。Em、系統(tǒng)電壓Vsys和負(fù)載電流L的連續(xù)或定期監(jiān)視使得能夠?qū)Ψ橇汶娏鲿r(shí)的故障進(jìn)行判定。圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電動(dòng)車輛可用的故障檢測的另一種形式的電壓電流散點(diǎn)圖。根據(jù)圖2中所示的方法，對(duì)Vubses(I)和負(fù)載電流L的測量隨著時(shí)間被聚集，以便從對(duì)該數(shù)據(jù)的線性擬合中提取斜率。這些電流和電壓點(diǎn)的斜率代表線束的電阻，并且其對(duì)抗來自電池單元與系統(tǒng)電壓測量之間的任何校準(zhǔn)差的恒定偏移電壓誤差。 任意偏移電壓誤差項(xiàng)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(xiàn)象，其中，不牢固連接通過異常導(dǎo)通近零電流而顯現(xiàn)出來，其在IV圖中產(chǎn)生大量散點(diǎn)。圖2示出了具有不牢固機(jī)械連接的系統(tǒng)的線束電壓損耗(橫軸)相對(duì)于電流(縱軸)的散點(diǎn)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(dǎo)致IOV的壓降(降低的性能)和4KW的點(diǎn)發(fā)熱，這可能導(dǎo)致主要的安全問題。因此， 例如利用熔化現(xiàn)象來檢測不牢固連接可以是很重要的。
圖3是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于線束故障檢測的方法300的處理流程圖?，F(xiàn)轉(zhuǎn)向圖3，在步驟302處，根據(jù)以上的等式O)，在零負(fù)載電流(Il = O)處進(jìn)行對(duì)Vsre和v。s的測量。在零負(fù)載電流處的任何差異代表兩個(gè)測量系統(tǒng)之間的校準(zhǔn)偏移，其應(yīng)當(dāng)獨(dú)立于負(fù)載電流并可利用查找表被容易地分離出來(factor out)。在步驟304處，循環(huán)處理開始。在該步驟中，根據(jù)以上的等式3和等式4在非零負(fù)載電流時(shí)進(jìn)行測量，并且這些測量被用于確定所測得電阻Rhaeness。在步驟306處，在步驟304中所獲得的結(jié)果被與基于諸如組件制造商、現(xiàn)存組件等之類的因素確定的、先前所存儲(chǔ)的標(biāo)稱電阻相比較，或者被與例如在工廠處獲得的所存儲(chǔ) (一個(gè)或多個(gè))物理測量值相比較。在步驟308處，所測得的值Rhaeness被與所存儲(chǔ)的Rhaeness標(biāo)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(chǔ)的標(biāo)稱Vhakness值之間存在顯著的偏差，則在步驟310處采取動(dòng)作，諸如，設(shè)置警報(bào)狀況、限制操作等。警報(bào)狀況可以是例如視覺可感知或聽覺可感知的信號(hào)，和/或?qū)懭氲酱鎯?chǔ)器以用于稍后分析的數(shù)據(jù)。設(shè)置警報(bào)狀況、限制操作等之后，操作可返回到步驟304(除非警報(bào)是要求關(guān)閉該電動(dòng)設(shè)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(xù)。雖然已經(jīng)示出并描述了實(shí)施例和應(yīng)用，但是，對(duì)于享受本公開的益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，很顯然，在不偏離此處所公開的發(fā)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(quán)利要求的精神中以外，發(fā)明不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種用于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(biāo)稱電阻值；監(jiān)視所述電池的多個(gè)電池單元的電壓以確定第一電壓值； 監(jiān)視所述線束中的點(diǎn)處的第二電壓； 監(jiān)視通過所述電池的負(fù)載電流；利用所監(jiān)視到的所述第一電壓和所述第二電壓以及負(fù)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(biāo)稱電阻相比較，并且如果所述操作電阻值超過所述標(biāo)稱電阻值多于預(yù)定閾值，則采取動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述動(dòng)作包括設(shè)置警報(bào)狀況，還包括 向車輛的駕駛員警報(bào)所述警報(bào)狀況。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述動(dòng)作包括設(shè)置警報(bào)狀況，還包括 向維修車輛的診斷技術(shù)人員警報(bào)所述警報(bào)狀況。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述動(dòng)作包括限制車輛的操作。
5.根據(jù)權(quán)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(duì)電池組的充電。
6.一種用于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(jiān)視所述電池或電池組的電壓；監(jiān)視線束端接點(diǎn)處的系統(tǒng)電壓； 監(jiān)視通過所述電池或電池組的電流；在一時(shí)間段中跟蹤數(shù)據(jù)點(diǎn)，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)以所述電流為一個(gè)坐標(biāo)并且以所述電池或電池組的電壓與所述系統(tǒng)電壓之間的電壓差為另一坐標(biāo)；以及基于所述數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布來檢測所述線束的可能的異常狀況。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括當(dāng)近零電流區(qū)域中的數(shù)據(jù)點(diǎn)表現(xiàn)出異常蔓延時(shí)，檢測到異常狀況。
8.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括向車輛的駕駛員警報(bào)所述異常狀況。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括向維修車輛的診斷技術(shù)人員警報(bào)所述異常狀況。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，動(dòng)作包括限制車輛的操作。
12.根據(jù)權(quán)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(duì)電池組的充電。
13.一種用于檢測電池或電池組的線束的可能的異常狀況的系統(tǒng)，包括 用于監(jiān)視所述電池或電池組的電壓的電路；用于監(jiān)視線束端接點(diǎn)處的系統(tǒng)電壓的電路； 用于監(jiān)視通過所述電池或電池組的電流的電路；以及用于如下操作的電路利用所監(jiān)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(biāo)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(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括用于向車輛的駕駛員警報(bào)所述異常狀況的警報(bào)信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括與車輛控制器相耦合以使維修車輛的診斷技術(shù)人員被警報(bào)所述異常狀況的警報(bào)信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，包括用于限制車輛的操作的電路。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，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(duì)電池組的充電。
18.一種用于檢測電池或電池組的線束的可能的異常狀況的系統(tǒng)，包括用于監(jiān)視所述電池或電池組的電壓的電路；用于監(jiān)視線束端接點(diǎn)處的系統(tǒng)電壓的電路；用于監(jiān)視通過所述電池或電池組的電流的電路；以及用于如下操作的跟蹤和檢測電路在一時(shí)間段中跟蹤數(shù)據(jù)點(diǎn)，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)以所述電流為一個(gè)坐標(biāo)并且以所述電池或電池組的電壓與所述系統(tǒng)電壓之間的電壓差為另一坐標(biāo)；以及基于所述數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布來檢測所述線束的可能的異常狀況。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述跟蹤和檢測電路在近零電流區(qū)域中的數(shù)據(jù)點(diǎn)表現(xiàn)出異常蔓延時(shí)檢測到異常狀況。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述異常狀況是不牢固連接。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括用于向車輛的駕駛員警報(bào)所述異常狀況的警報(bào)信號(hào)。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括與車輛控制器相耦合以使維修車輛的診斷技術(shù)人員被警報(bào)所述異常狀況的警報(bào)信號(hào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括用于限制車輛的操作的電路。
24.根據(jù)權(quán)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(duì)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(fù)載或驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電壓以及傳送到該系統(tǒng)的電流被監(jiān)視，并且被用于檢測線束的可能的異常狀況。
文檔編號(hào)G01R31/00GK102460191SQ201080027214
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者戴維·威廉·斯維爾森 申請(qǐng)人:Ac動(dòng)力公司