用于监测接触器可靠度的系统和方法
【专利摘要】一种用于电动车辆接触器的可靠度监测系统。混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、电池电动车辆(BEV)以及其它已知的电气化车辆与传统的机动车辆不同，其区别之处在于除了使用内燃机之外，他们使用一个或多个电机来驱动车辆。这些电动车辆也可以配备有蓄电池，其储存用于给电机供电的电能。在一些车辆中，为了产生给蓄电池充电的电能，电机也可以用作发电机，其由内燃机驱动。
【专利说明】用于监测接触器可靠度的系统和方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电动车辆，并且更具体但不排他地涉及用于监测电动车辆蓄电池接触器可靠度的系统和方法。
【背景技术】
[0002]混合动力电动车辆(HEV)，插电式混合动力电动车辆(PHEV)，电池电动车辆(BEV)以及其它已知的电气化车辆与传统的机动车辆不同，其区别之处在于除了使用内燃机之夕卜，他们使用一个或多个电机来驱动车辆。这些电动车辆也可以配备有蓄电池，其储存用于给电机供电的电能。在一些车辆中，为了产生给蓄电池充电的电能，电机也可以用作发电机，其由内燃机驱动。
[0003]为了防止电流过载，电动车辆蓄电池通常利用接触器来将蓄电池中产生的高压电流与负载连接或断开。例如，接触器可以担当高压继电器，用于转换传输到电机的电源电流。在一个蓄电池中，两个或多个接触器常常被用作冗余措施以解决潜在未知的用途和磨损状况。
【发明内容】
[0004]根据本发明的示例性方面，一种用于监测接触器可靠度的方法包括，储存与接触器有关的磨损数据，将磨损数据分成至少第一类别和第二类别，指定与第一类别有关的磨损数据为第一可靠水平且指定与第二类别有关的磨损数据为第二可靠水平，以及其他。有关接触器的可靠度信息被传达至车辆操作者。
[0005]在上述方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括统计存储在第一类别和第二类别中各自的磨损数据。
[0006]在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，磨损数据至少包括流过接触器高压线的电流。
[0007]在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，该方法包括在第一类别中累积小于或等于2.5安培的电流，且在至少第二类别中累积大于2.5安培的电流。
[0008]在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，该方法包括在第二类别中累积2.5安培和50安培之间的电流，在第三类别中累积50安培和100安培之间的电流，在第四类别中累积大于100安培的电流。
[0009]在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，第一可靠水平与第二可靠水平不同。
[0010]在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，与第一可靠水平相比，第二可靠水平表明更高的磨损度。
[0011]在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，该方法包括命令针对第一类别的第一行为以响应第一类别中的磨损数据超过第一临界值。
[0012]在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，该方法包括命令针对第二类别的第二行为以响应存储在第二类别中的磨损数据超过第二临界值。
[0013]在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，第一行为包括传达诊断故障码至客户。
[0014]在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，第一行为包括设置诊断故障码、使仪表板警示灯点亮、减小与接触器有关的车辆的功率限制以及防止车辆的重新启动中的至少一个。
[0015]根据本发明的示例性方面，一种用于监测接触器可靠度的方法包括，在多个类别中存储接触器的磨损数据，统计存储在多个类别中各自的磨损数据，且命令针对多个类别各自的行为以响应多个类别中各自统计的磨损数据超过临界值从而传达接触器的可靠度信息至客户，以及其他。
[0016]在上述方法的进一步非限制性实施例中，存储包括将接触器的磨损数据分成多个类别。
[0017]在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，磨损数据至少包括流过接触器高压线的电流。
[0018]在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，统计的方法包括计算存储在多个类别中的第一类别的磨损数据的第一总和和计算存储在多个类别中的第二类别的磨损数据的第二总和。
[0019]在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，命令的方法包括设置诊断故障码、使仪表板警示灯点亮、减小与接触器有关的车辆的功率限制以及防止车辆的重新启动中的至少一个。
[0020]在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，该方法包括为与多个类别各自有关的磨损数据指定可靠水平。
[0021]根据本发明的示例性方面，一种用于电动车辆的可靠度监测系统包括，接触器，至少监测通过接触器的电流的传感器，和与传感器通信的控制单元，以及其他；控制单元配置为存储与接触器有关的磨损数据以及命令针对多个磨损数据类别各自的行为。
[0022]在上述系统的进一步非限制性实施例中，磨损数据包括流过接触器高压电力线的电流。
[0023]在上述系统的任何一个进一步非限制性实施例中，控制单元被配置为以直方图的形式存储磨损数据。
[0024]从以下的详细说明中，本发明的各种特点和优势对本领域技术人员来说是显而易见的。伴随详细说明的附图简略描述如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1图示地说明了电动车辆的动力系统。
[0026]图2说明了能够合并到电动车辆蓄电池中的接触器。
[0027]图3说明了一种接触器可靠度监测系统。
[0028]图4图示地说明了一种用于监测接触器可靠度的方法。
【具体实施方式】
[0029]本发明涉及一种用于监测接触器可靠度的系统和方法。在此公开的该系统和方法追踪和存储累积的与接触器有关的磨损数据，且为了传达有关接触器的可靠度信息至客户选择性地命令针对每类磨损数据的行为。所述可靠度监测系统的结合可以消除多余接触器的必要性，从而提供了相对显著的成本节约。
[0030]图1图示地说明了一种用于电动车辆12(如混合动力电动车辆(HEV))的动力系统10。虽然被描述为HEV，但是应当理解的是，在此描述的概念不限于HEV且可以延伸至其它电气化车辆，包括但不限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV)。
[0031]在一个实施例中，动力系统10是功率分流动力系统,其使用第一驱动系统和第二驱动系统，其中第一驱动系统包括发动机14和发电机16 (即第一电机)的结合，第二驱动系统至少包括一个电机36 (即第二电机)，发电机16和蓄电池50。例如，电机36,发电机16和蓄电池50可以组成动力系统10的电驱动系统25。第一和第二驱动系统产生转矩以驱动电动车辆12的一组或多组车辆驱动轮30，如下文更详细地讨论。
[0032]发动机14(如内燃机)和发电机16可以通过动力传输单元18连接。在一个非限制性实施例中，动力传输单元18是行星齿轮组。当然，其它类型的动力传输单元，包括其它齿轮组和变速器，可以用于连接发动机14至发电机16。动力传输单元18可以包括环形齿轮20，中心齿轮22和托架组件24。当发电机16担当发电机以转变动能为电能时，其由动力传输单元18驱动。作为选择，发电机16能够起电机的作用以转变电能为动能，从而输出转矩至连接到动力传输单元18托架组件24的轴26。因为发电机16可操作地连接到发动机14，发动机14的速度可以由发电机16控制。
[0033]动力传输单元18的环形齿轮20可以被连接至轴28，轴28通过第二动力传输单元32被连接至车辆驱动轮30。第二动力传输单元32可以包括具有多个齿轮34A、34B、34C、34D、34E和34F的齿轮组。其它动力传输单元也是适合的。齿轮34A-34F从发动机14传递转矩至差速器38为车辆驱动轮30提供牵引力。差速器38可以包括多个能够传递转矩至车辆驱动轮30的齿轮。第二动力传输单元32通过差速器38机械地与轴40耦接以分配转矩至车辆驱动轮30。
[0034]电机36也可以通过输出转矩至也连接至第二动力传输单元32的轴46来驱动车辆驱动轮30。在一个实施例中，电机36和发电机16都可以用作电机以输出转矩时，电机36和发电机16是再生制动系统的一部分。例如，电机36和发电机16各自能够输出电能至高压总线48和蓄电池50。蓄电池50可以是一个能够输出电能以操作电机36和发电机16的高压电池。电动车辆12也可以结合其它类型的储能设备和/或输出设备使用。
[0035]电机36、发电机16、动力传输单兀18以及动力传输单兀32通常被称为电动车辆12的变速驱动桥42或变速器。因此，当驾驶员选择一个特定的档位时，通过为车辆驱动轮30提供牵引力，适当地控制变速驱动桥42为使电动车辆12前进提供相应的档位。
[0036]此外，动力系统10可以包括用于监测和/或控制电动车辆12的各个方面的控制系统44。例如，控制系统44可以与电驱动系统25、动力传输单元18、32或其它组件通信以监测和/或控制电动车辆12。控制系统44包括电子设备和/或软件以为操作电动车辆12执行必要的控制功能。在一个实施例中，控制系统44是车辆系统控制器和动力系统控制模块的组合(VSC/PCM)。虽然被示为单个硬件设备，但是控制系统44可以包括多种以多种硬件设备或一个或多个硬件设备中的多种软件控制器的形式的控制器。
[0037]控制器局域网络(CAN) 52允许控制系统44与变速驱动桥42通信。例如，控制系统44可以接收来自变速驱动桥42的信号以表明档位之间的转变是否正在发生。控制系统44也可以与蓄电池50的电池控制模块或其它控制设备通信。
[0038]此外，电驱动系统25可以包括一个或多个控制器54，例如逆变器系统控制器(ISC)。控制器54配置用于控制变速驱动桥42内的特定组件，例如发电机16和/或电机36，例如用于支持双向功率流。在一个实施例中，控制器54是一个与可变电压转换器结合的逆变器系统控制器(ISC/VVC)。
[0039]蓄电池50可以包括至少一个接触器60，用于选择性地打开和关闭蓄电池50和电机16、36或电动车辆12的其它负载之间的连接。在一个实施例中，接触器60担当高压继电器，用于以电子方式转换至电动车辆12的各种负载的电源电流。例如，接触器60可以将蓄电池50中产生的的高压电与电机16，36连接或断开。当处于关闭位置时，接触器60通过高压总线48连接蓄电池50至电机16、36。作为选择，当接触器60处于打开位置时，蓄电池50从电机16、36处断开。
[0040]图2说明了接触器60的非限制性实施例的剖视图，该接触器60可以用于蓄电池内，例如图1的电动车辆12的蓄电池50或其它蓄电池。接触器60包括外壳62，至少一个固定触点64(图2所示的两个)，至少一个可移动触点66和线圈68。该固定触点64，可移动触点66和线圈68各自封装在外壳62内。此外，其他组件可以通过外壳62封装。应当理解的是，接触器60可以包括任何内部设计/体系架构。
[0041]接触器60在一个开放性结构中进行了描述，在该结构中，可移动触点66与固定触点64分开，因此蓄电池50 (见图1)断开它的各种负载。在一个实施例中，可移动触点66通过弹性元件74偏向远离固定触点64的方向。弹性元件74由导杆76支撑。
[0042]为了关闭接触器60，线圈68可以由流过低压电力线72的电流激发，以朝向固定触点64的Dl方向转变可移动触点66。接触器60可以关闭来响应车辆运行条件或其它条件。可移动触点66由导杆76朝向固定触点64引导。一旦接触器60关闭，电流流过高压电力线70为电动车辆12的一个或多个负载(如电机36,控制器54等)提供动力。
[0043]接触器60每次在打开和关闭位置之间循环时会经历老化，例如接触面腐蚀，摩擦，卡住，接触结合，碎片或其它磨损。因此，为了在接触器60的可用寿命终结之前替换它，监测接触器60的可靠度可能是有利的。
[0044]图3说明了可以合并到电动车辆蓄电池50的可靠度监测系统80。可靠度监测系统80监测接触器60的可靠度。在一个实施例中，可靠度监测系统80追踪和存储累积的与接触器60有关的磨损数据并且选择性地命令针对几类磨损数据各自的行为以传达有关接触器60的可靠度信息至客户。可靠度监测系统80也能够为每类磨损数据指定逐步上升的接触器磨损度的可靠水平。可靠度监测系统80的这些以及其它特征在下文更详细地讨论。
[0045]在一个实施例中，可靠度监测系统80至少包括传感器82和控制单元84。传感器82位于蓄电池50的接触器60和至少一个蓄电池单元55之间。传感器82可以位于相对于接触器60的其它位置。蓄电池50可以包括任意数量的蓄电池单元55。
[0046]传感器82检测与接触器60有关的磨损数据。在一个实施例中，传感器82是电流传感器且磨损数据至少包括流过连接到接触器60的高压电力线70的电流。此外或作为选择，传感器82可以收集其它磨损数据或信息，包括但不限于电压、功率、能量和温度信息。
[0047]传感器82与控制单元84通信。传感器82检测到的磨损数据可以传达至控制单元84进行随后的分析。控制单元84追踪和存储与接触器60有关的磨损数据。可靠度监测系统80可以用一种或多种算法进行编程，为了传达接触器60的可靠度信息至客户，该算法配置用于监测和存储累积的与接触器60有关的磨损数据和命令针对每类磨损数据的行为。在一个实施例中，可靠度监测系统80的控制单元84编程为具有算法以及执行这些算法必要的逻辑。
[0048]控制单元84可以将从传感器82传达的磨损数据进行分类。在一个实施例中，控制单元84使用直方图65存储磨损数据以及将磨损数据分为多个类别(也就是种类)。直方图65是磨损数据的图示且示出用以描述控制单元84的一些功能的目的。在示出的实施例中，直方图65总共包括四个类别，标记为类别1，类别2，类别3和类别4。在一个可供选择的实施例中，磨损数据仅仅被分为两个类别。应当领会的是，控制单元84可以将传感器82检测到的磨损数据分为任意数量的类别。
[0049]在一个实施例中，如果电流(通过高压电力线70测试到的)小于2.5安培(传感器82检测到的)，那么这个事件被累积为在类别I的一个“循环”。同样地，在2.5安培和50安培之间的电流被累积为在类别2中的循环，在50安培和100安培之间的电流被累积在类别3中，且大于100安培的电流被存储在类别4中。换言之，每当传感器82测试到电流循环时，增加的磨损数据被控制单元84存储。在本发明中，术语“电流循环”意思是接触器打开时的电流。
[0050]累积的在每个类别1、类别2、类别3和类别4的电流循环的数目被定期统计。为了传达接触器60的可靠度信息至客户，可靠度监测系统80可以命令特定行为以响应统计的存储在每个类别中的磨损数据的总和超过存储在控制单元84中的预定临界值。以下结合图4作更详细地讨论。
[0051]此外，控制单元84可以配置用于向与类别1、类别2、类别3和类别4各自有关的磨损数据指定不同的可靠水平。例如，第一可靠水平可以与存储在类别I中的磨损数据有关，第二可靠水平可以与类别2中的磨损数据有关，第三可靠水平可以指定给在类别3中存储的磨损数据，第四可靠水平可以与存储在类别4中的磨损数据有关。在一个实施例中，这些可靠水平彼此不同。在另一个实施例中，可靠水平表明逐步上升的接触器60的磨损程度，第一可靠水平代表最少的接触器60的磨损量且第四可靠水平代表最大的或最严重的接触器60的磨损量。
[0052]在另一个实施例中，指定为类别1、类别2、类别3和类别4各自的可靠水平是表明接触器60故障风险量的可靠风险水平。例如，指定为类别I的第一可靠水平可以表明低的故障风险，与类别2有关的第二可靠水平可以表明中等故障风险，指定为类别3的第三可靠水平可以表明高的故障风险以及与类别4有关的第四可靠水平可以表明严重的接触器60的故障风险。
[0053]图4结合参考图1-3图示地说明了一种用于监测接触器60可靠度的示例性方法100。该方法100的执行能够消除在电动车辆12的蓄电池50内使用多余的接触器。消除多余的接触器导致每个电动车辆电池相对显著的成本节约。
[0054]该方法100开始于步骤102，存储与接触器60有关的磨损数据。除了其他的信息之外，磨损数据可以包括流过接触器60的高压电力线70的电流循环。磨损数据由可靠度监测系统80的传感器82检测且被传达至控制单元84。在一个实施例中，磨损数据由传感器82检测以响应每次车辆运行事件。在另一个实施例中，每当接触器60在打开和关闭位置之间循环时(或反之亦然)，磨损数据由传感器82检测。在另一个实施例中，传感器82可编程为定期地检测磨损数据。
[0055]在步骤104，控制单元84将磨损数据进行分类。在一个实施例中，磨损数据至少被分成第一类别和第二类别(例如，见图3中的类别I和类别2)。磨损数据可以根据传感器82检测到的电流循环的大小进行分类。例如，当只使用两个类别时，每个小于或等于2.5安培的电流循环可以存储在第一类别中，每个大于2.5安培的电流循环可以存储在第二类别中。磨损数据可以根据任意电流循环大小进行分类，本发明不限于上述准确的分类。
[0056]在另一个实施例中，磨损数据被分成多个类别(例如见图3中的类别1，类别2，类别3和类别4)。在这样的结构中，磨损数据可以根据电流循环大小进行分类，将每个小于2.5安培的电流循环存储在类别1，每个2.5安培和50安培之间的电流循环存储在类别2，每个50安培和100安培之间的电流循环存储在类别3，每个大于100安培的电流循环存储在类别4。可以预期的是，磨损数据可以以其它方式进行分类，包括不依靠电流循环大小的方式。
[0057]在步骤106，统计或合计存储在多个类别中各自的磨损数据以确定存储在各个类别中的磨损数据的总和。此统计步骤能够定期执行或每当接触器60从开到关或关到开循环时执行。在另一个实施例中，每当新的磨损数据在步骤102和104中被存储和分类时，统计该磨损数据。
[0058]在步骤108中，存储在每个类别中的磨损数据的总和与临界值进行比较。每个类别可以具有一个与那个类别的磨损数据有关的独特的临界值。例如，在一个利用四个类别的实施例中，第一临界值与类别I有关，第二临界值与类别2有关，第三临界值与类别3有关以及第四临界值与类别4有关。在一个非限制性实施例中，第一临界值被设定为250，000，第二临界值被设定为5，第三临界值被设定为2，第四临界值被设定为O。当然，控制单元84可以被编程以使每个类别关联任意临界值。
[0059]最后，在步骤110，命令针对多个类别中各自的行为以响应在步骤108这些数值的比较过程中统计的磨损数据超过临界值。命令这样的行为传达有关接触器60的可靠度信息至客户，例如车辆操作者。
[0060]在一个实施例中，步骤110包括传达诊断故障码至电动车辆12的控制系统44。这种行为可以针对被指定为低的可靠风险水平的类别执行。在另一个实施例中，步骤110包括开启仪表板警示灯以向客户表示需要电动车辆12的维修。在另一个实例中，步骤110包括减小与接触器60有关的车辆的功率限制。在另一个实施例中，步骤110包括防止车辆的重新启动。
[0061]可以领会的是，在步骤110命令的行为可以逐步升级直到不需要重新开始。换言之，每个逐步升级的行为可以被执行以响应接触器60更大的磨损量。
[0062]虽然不同的非限制性实施例被示为具有特定的组件或步骤，但是本发明的实施例不限于那些特定的结合。使用来自于一些非限制性实施例的一些组件或特征结合来自于一些其它非限制性实施例的特征或组件是可能的。
[0063]应当理解的是，在几个附图中，同样的附图标记标识相应的或相似的元件。应当理解的是，虽然在这些示例性实施例中公开和说明了特定的组件排布，但是其它排布也可以受益于本发明的教导。
[0064]前面的描述应当被解释为说明性的而不是限制的意义。本领域普通技术人员可以理解，在本发明的范围内可以作某些修改。因为这些理由，应该研究以下的权利要求以确定本发明真实的范围和内容。
【权利要求】
1.一种用于电动车辆的可靠度监测系统，其特征在于，包括: 接触器； 传感器，其至少监测通过所述接触器的电流；以及 控制单元，其与所述传感器通信；所述控制单元配置用于存储与所述接触器有关的磨损数据且指示产生针对所述磨损数据的多个类别的每个特定的行为。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磨损数据包括流过所述接触器高压电力线的电流。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元配置用于以直方图的形式存储所述磨损数据。
【文档编号】B60L11/18GK104442435SQ201410492014
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】德里克·哈特尔, 爱·克拉迈达斯 申请人:福特全球技术公司