用于诊断高压电气系统中的接触器健康的方法和系统技术方案

电气系统包括电压总线、电池组、电力逆变器模块(PIM)、电机、第一接触器，以及控制器。PIM连接到电池组，并具有电容器、电压传感器和半导体开关。电机具有相脚，相脚具有相应的相绕组和电阻路径。第一接触器将PIM连接到总线的正轨道。控制器响应于断电事件打开第一接触器，通过电阻路径命令电容器放电，一旦打开第一接触器，使用电容器输出电压的第一阈值衰减速率来诊断第一接触器的健康状态(SOH)，并使用诊断的SOH执行关于电气系统的控制动作。三个可能的SOH为不健康/硬焊接接触器、不健康/软焊接接触器，以及健康/正常运行接触器状况。还公开了车辆和方法。

Method and system for diagnosing contactor health in high voltage electrical system

The electrical system includes voltage bus, battery pack, power inverter module (PIM), motor, first contactor, and controller. The PIM is connected to the battery pack and has capacitors, voltage sensors and semiconductor switches. The motor has phase legs, and the phase legs have corresponding phase windings and resistance paths. The first contactor connects the PIM to the positive orbit of the bus. The controller opens the first contactor in response to the power failure and commands the capacitor by resistance path. Once the first contactor is opened, the first threshold deceleration rate of the capacitor output voltage is used to diagnose the health status of the first contactor (SOH), and the control action of the electrical system is carried out with the diagnostic SOH. The three possible SOH are unhealthy / hard welding contactors, unhealthy / soft welding contactors, and healthy / normal contactors. Vehicles and methods are also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
用于诊断高压电气系统中的接触器健康的方法和系统
技术介绍
本公开涉及诊断高压电气系统中的接触器健康。这样的电气系统可以包括电机和一个或多个其他电气部件，每个电气部件由电池组或其他直流(DC)电源供电。当电机是交流(AC)装置时，可以将电力逆变器模块(PIM)连接到电池组，并经由脉宽调制或其他合适的开关信号进行控制，以产生交流输出电压。然后经由PIM的控制将交流(AC)输出电压输送到电机的各相绕组，使电机产生电动机的输出转矩。例如，在实例电动车辆配置中，电动机输出转矩可以单独地或与来自内燃机的转矩结合使用来推进车辆。在高压实施例中，期望当电气系统不使用时，电池组与电机、PIM和任何其他受保护的装置自动断开连接。因此，称为接触器的高压开关位于电池组和任何受保护装置之间的高压总线上的电气电路中。接触器使用电磁铁来打开和闭合连接到高压总线的导电机械触点，机械触点的闭合形成低电阻电路连接。机械触点的打开因此断开与电池组的电路连接，从而断开电池组。
技术实现思路
本文公开了用于诊断具有电池组、电力逆变器模块(PIM)和电机(例如，多相电力牵引电动机)的高压电气系统中的一个或多个接触器的健康状态(SOH)的方法。该方法可以实施为经由使用来自位于PIM内的电流或电压传感器的传感器输入的控制器执行的计算机可读指令。本文所述的方法的执行确定(a)接触器是否处于健康/未焊接的SOH或不健康/焊接的SOH，以及(b)当接触器处于不健康/焊接的SOH时，接触器是否经历了“硬焊接”状况或“软焊接”状况。本文认为导致接触器的内部机械触点两端的阈值低电阻的焊接接触器状况是硬焊接状况。相反，接触器两端的阈值高接触电阻被认为是软焊接状况。这两种状况都可能导致电池组的深度放电和可能的劣化。因此，响应于目前的SOH诊断来执行控制动作，其响应特定的不健康/焊接状态允许的功能有限，而无需禁用电气系统的操作。在特定实施例中，电气系统包括具有正轨道和负轨道的高压总线、连接到正轨道和负轨道的电池组，以及连接到电池组并具有电容器、被配置为测量电容器两端的输出电压的电压传感器，以及多个半导体开关中的一者的PIM。电气系统还包括电连接到PIM并具有多个相脚的电机，各相具有相应的相绕组和电阻路径、将PIM电连接到正轨道的第一接触器和与半导体开关通信的控制器、电压传感器，以及电流传感器。本实施例中的控制器被编程为响应于电气系统的断电事件来打开第一接触器，经由半导体开关的控制命令侧电容器通过电机的电阻路径放电，一旦打开第一接触器，使用输出电压的第一阈值衰减速率将第一接触器的SOH诊断为三个可能的SOH之一，并且使用诊断的SOH执行关于电气系统的控制动作，其中三个可能的SOH是不健康/硬焊接接触器状况、不健康/软焊接接触器状况，以及健康/正常运行接触器状况。控制器可以被编程为在打开第一接触器之后命令电机的d轴电流，从而命令电容器的放电。电气系统可以包括具有预充电电阻器和预充电开关的预充电电路，以及位于电池组的负极端子和负轨道之间的第二接触器。在这样的实施例中，控制器被编程为闭合第一接触器，经由预充电电路对侧电容器充电，在侧电容器充电高于预充电阈值之后闭合第二接触器，然后使用输出电压的第二阈值电压衰减速率诊断第二接触器SOH为三个可能的SOH之一。电气系统还可以包括车载充电模块(OBCM)，其被配置为响应于来自控制器的相应输入信号选择性地输出恒定电压或恒定电流，以及位于OBCM和正轨道之间的第三接触器。控制器进一步被编程为当第二接触器具有健康/正常运行状况时检测电气系统的插入事件，测量输出电压，闭合第一接触器，命令OBCM的恒定电压电平高于测量的输出电压校准的电压偏移，在校准持续时间之后测量电容器两端的输出电压作为第二测量电容器输出电压，并且使用第二测量电容器输出电压和校准的电压偏移来诊断第三接触器的SOH。当SOH是不健康/硬焊接或不健康/软焊接接触器状况时，控制器可以设置OBCM输出恒定电流，通过电机使侧电容器放电，测量OBCM的输出电压和输出电压，计算测量的输出电压和测量的输出电压之间的差值，并通过将计算出的差值与第三电压阈值进行比较来诊断存在不健康/硬焊接和不健康/软焊接状况中的哪一个。控制动作可以包括当第三接触器的SOH为不健康/硬焊接或不健康/软焊接并且第一接触器的SOH为健康/不焊接时允许电池组的有限充电。或者，控制动作可以包括当第一接触器的SOH为不健康/硬焊接或不健康/软焊接时防止电池组的充电，或无论第一接触器诊断出的SOH如何，允许以至少有限的容量经由牵引电动机推进车辆。控制器可以可选地被编程为在以有限的容量操作时在车辆的校准数量的驱动循环之后禁用车辆的推进。本文公开了车辆，在一个实施例中，包括具有正轨道和负轨道的高压总线，连接到正轨道和负轨道的电池组，以及连接到电池组并具有电容器、被配置为测量电容器两端的输出电压的电压传感器，以及多个半导体开关中的一者的PIM。车辆还包括电连接到PIM并包括多个相脚的牵引电动机，每个相脚具有对应的相绕组和电阻路径。牵引电动机输出转矩以推进车辆，并且第一接触器将PIM电连接到正轨道。本实施例中的控制器与半导体开关、电压传感器和电流传感器通信，并被编程为响应于电气系统的断电事件来打开第一接触器，通过在打开第一接触器之后命令电机的d轴电流命令侧电容器通过电机的电阻路径放电，一旦打开第一接触器，使用输出电压的第一阈值衰减速率将第一接触器的SOH诊断为三个可能的SOH之一，并且使用诊断的SOH执行关于电气系统的控制动作。三个可能的SOH是不健康/硬焊接接触器状况、不健康/软焊接接触器状况，以及健康/正常运行接触器状况。用于诊断电气系统中的高压接触器的SOH的方法包括响应于电气系统的断电事件打开第一接触器，并且经由控制器命令电容器通过电机的电阻路径放电，包括命令电机的d轴电流。该方法还包括一旦打开第一接触器，使用输出电压的第一阈值衰减速率将第一接触器的SOH诊断为三个SOH之一。作为使用诊断的SOH的方法的一部分，对于电气系统执行多个控制动作中的一个。如上所述，三个可能的SOH是不健康/硬焊接接触器状况、不健康/软焊接接触器状况，以及健康/正常运行接触器状况。从以下结合附图对用于实施本公开的最佳模式的详细描述中，本公开的上述和其他特征和优点显而易见。附图说明图1为具有经由如本文所述的控制器诊断的多相电机、电力逆变器模块、电池组以及接触器的示例性电气系统的示意性电路图。图2为描述用作本方法的诊断方法的一部分的衰减电容器输出电压的时间图，其中在水平轴上描绘时间，并且在垂直轴上示出电容器输出电压。图3-5为描述用于诊断图1所示的电气系统中的焊接接触器的本方法的不同阶段的流程图。图6为描述示例性诊断结果和可能的控制动作的真值表。具体实施方式参考附图，其中在几个视图中相同的附图标记表示相同或相似的部件，并且从图1开始，示例性电气系统10包括直流(DC)电池组12，其经由如图所示的正和负(+，-)HV总线条或轨道电连接到一个或多个高压(HV)部件14。图1的代表性实施例中的电气系统10包括多个HV接触器，即主接触器(MC)、负轨道接触器(NC)和可选的充电接触器(CC)，其每个的功能在下面说明。具有存储器(M)和处理器(P)的控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
电气系统，包含：具有正轨道和负轨道的高压总线；连接到所述正轨道和负轨道的电池组；连接到所述电池组并具有电容器的电力逆变器模块(PIM)、配置成测量所述电容器两端的输出电压的电压传感器，以及多个半导体开关；电连接到所述PIM并具有多个相脚的电机，每个相脚具有相应的相绕组和电阻路径；将所述PIM电连接到所述正轨道的第一接触器；以及控制器，其与所述半导体开关、所述电压传感器和所述电流传感器通信，并被编程为响应于所述电气系统的断电事件来打开所述第一接触器，经由所述半导体开关的控制命令侧电容器通过所述电机的所述电阻路径放电，一旦打开所述第一接触器，使用所述输出电压的第一阈值衰减速率将所述第一接触器的健康状态(SOH)诊断为三个可能的SOH之一，并且使用所述诊断的SOH执行关于所述电气系统的控制动作，其中所述三个可能的SOH是不健康/硬焊接接触器状况、不健康/软焊接接触器状况，以及健康/正常运行接触器状况。

【技术特征摘要】
2016.10.13 US 15/2924561.电气系统，包含：具有正轨道和负轨道的高压总线；连接到所述正轨道和负轨道的电池组；连接到所述电池组并具有电容器的电力逆变器模块(PIM)、配置成测量所述电容器两端的输出电压的电压传感器，以及多个半导体开关；电连接到所述PIM并具有多个相脚的电机，每个相脚具有相应的相绕组和电阻路径；将所述PIM电连接到所述正轨道的第一接触器；以及控制器，其与所述半导体开关、所述电压传感器和所述电流传感器通信，并被编程为响应于所述电气系统的断电事件来打开所述第一接触器，经由所述半导体开关的控制命令侧电容器通过所述电机的所述电阻路径放电，一旦打开所述第一接触器，使用所述输出电压的第一阈值衰减速率将所述第一接触器的健康状态(SOH)诊断为三个可能的SOH之一，并且使用所述诊断的SOH执行关于所述电气系统的控制动作，其中所述三个可能的SOH是不健康/硬焊接接触器状况、不健康/软焊接接触器状况，以及健康/正常运行接触器状况。2.根据权利要求1所述的电气系统，其中，所述控制器被编程为在打开所述第一接触器之后命令所述电机的d轴电流，从而命令所述电容器的所述放电。3.根据权利要求1所述的电气系统，还包含：具有预充电电阻器和预充电开关的预充电电路，以及位于所述电池组的负极端子和所述负轨道之间的第二接触器，其中，所述控制器进一步被编程为闭合所述第一接触器，经由所述预充电电路对所述侧电容器充电，在所述侧电容器充电高于预充电阈值之后闭合所述第二接触器，然后使用所述输出电压的第二阈值电压衰减速率诊断所述第二接触器的SOH为所述三个可能的SOH之一。4.根据权利要求3所述的电气系统，还包含：车载充电模块(OBCM)，其被配置为响应于来自所述控制器的相应输入信号选择性地输出恒定电压或恒定电流，以及位于所述OBCM和所述正轨道之间的第三接触器，其中所述控制器进一步被编程为当所述第二接触器具有所述健康/正常运行状况时检测所述电气系统的插入事件，测量所述输出电压，闭合所述第一接触器，命令所述OBCM的恒定电压电平高于所述测量的输出电压校准的电压偏移，在校准持续时间之后测量所述输出电压作为第二测量电容器输出电压，并且使用所述第二测量电容器输出电压和所述校准的电压偏移来诊断所述第三接触器的所述SOH。5.根据权利要求4所述的电气系统，其中，当所述SOH是所述不健康/硬焊接或不健康/软焊接接触器状况时，所述控制器进一步被配置成设置所述OBCM以输出所述恒定电流，通过所述电机使所述侧电容器放电，测量所述OBCM的输出电压和所述输出电压，计算所述测量输出电压和所述测量输出电压之间的差值，并通过将所述计算出的差值与第三电压阈值进行比较来诊断存在所述不健康/硬焊接和不健康/软焊接状况中的哪一个。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：A·J·纳牟，S·M·卡德瑞，A·阿尔巴娜，M·N·安瓦尔，D·J·米夫萨德，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US