专利名称：共模电压基ac故障检测、确认和/或识别装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及电动和混合动力车动力系统的保护，并且更具体地 涉及检测交流故障(ACF)，和/或确认ACF和/或识别ACF的来源。
背景技术：
电动和混合动力车通常包括由直流(DC)电源例如蓄电池驱动的交 流(AC)电机。AC电机的电机绕组可以被连接至实现将DC功率转化为 驱动AC电机的AC功率的快速转换功能的逆变器模块。
很多电动和混合动力车都使用绝缘的高压DC总线将逆变器模块连 接至DC电源。其他模块，例如设备，部件或电路，也可以被连接至高 压DC总线。在某些情况下，这些模块中的一个或多个可能会工作异常 并导致沿高压DC总线发生电子AC故障(ACF )，该故障会造成能够潜在 地损坏连接至高压DC总线的其他模块的高压尖峰。
一种定位ACF的方法是采用接地故障中断器(GFI )(有时也称作剩 余电流设备(RCD)，剩余电流断路器(RCCB)，接地故障电路中断器 (GFCI))，其在接地端子和供电端子处观测各自的电流，并在这些端子 之间的差动电流不平衡(即不为零(O))时因为其表明有漏电而断开在 这些端子之间连接的电路。这样的接地故障检测电路通常使用电流互感 器来检测接地回路内的ACF电流。但是，基于互感器的接地故障检测器 昂贵而且笨重。
另一种定位ACF的方法是使用软件算法实现接地故障检测。但是， 这样的软件算法具有很长的检测时间。
因此，希望提供一种快速，简单，低成本并且可靠的ACF检测和/ 或确认电路。还希望提供一种快速，简单，低成本并且可靠的ACF识别 电路，其能够有助于判断ACF的来源以使得在发生ACF时ACF的来源可 以被关闭或从高压DC总线断开。而且，本发明的其他期望特征和性质将通过随后的详细说明和所附权利要求，并结合附图和前述的技术领域 与背景技术而变得显而易见。
发明内容
本发明的实施例涉及用于AC故障(ACF)检测的装置，用于AC故 障(ACF)检测和确认的装置，以及用于识别造成AC故障(ACF)的模 块的装置。在一个实施例中，这些装置中的一种或多种可以被组合用于 提供快速，简单，低成本并且可靠的ACF检测、确认和/或识别电路。
在一个实施例中，提供了一种混合/电动力系统，包括总线，连接 至总线的一个或多个模块，和设计成检测由某一模块导致的AC故障 (ACF)的电路。每个模块都具有与其相关联的基本工作频率(feM)。该 电路包括共模电压检测电路，设计成通过从来自总线的DC输入信号中 去除差模电压分量而产生共模AC电压信号(VeM)。该电路包括幅值检测 器，连接至共模电压检测电路并设计成确定共模AC电压信号(VeM)的 测量幅值是否大于或等于阈值电压(VTH)。该幅值检测器还在共模AC电 压信号(VCM )的测量幅值大于或等于阈值电压(VTH )时产生AC故障(ACF ) 检测信号。
下面将结合随后的附图对本发明进行介绍，其中相同的附图标记表 示相同的部件，并且
图1A示出了根据本发明的一种示范性实施方式在混合动力/电动车 (HEV)内实现的动力分配系统结构的简化方块图1B示出了相对于底盘地线来自HV总线的高压(HV)DC输入信号；
图2A示出了根据本发明的一种示范性实施方式的故障检测电路 (FDC)的简化方块图2B是示出了相对于底盘地线在+HV总线上的电压测量水平的曲线
图2C是示出了在正常工作期间和在ACF事件发生时的共模AC电压 信号a )的曲线图2D示出了根据本发明的一种示范性实施方式的故障检测和确认 电路(FDVC)的简化方块7图2E示出了根据本发明的一种示范性实施方式的故障检测，确认 和识别电路(FDVIC)的简化方块图3A和图3B示出了根据本发明的一种示范性实施方式用于检测， 确认和/或识别AC故障(ACF)的一种方法；以及
图4示出了根据本发明的另一种示范性实施方式用于检测，确认和 /或识别AC故障(ACF)的另一种方法。
具体实施例方式
如本文中所用，术语"示范性"表示"用作示例，实例或图示"。
或本发明的应用和使用者的限制。在本文中作为"示范性"介绍的任何 实施例都不必被解释为优于或有利于其他的实施例。在该具体实施方式
部分中介绍的所有实施例都是提供用于使本领域普通技术人员能够实
示^性实施例。而且、，不应受到在先前的技术领域，背景技术，发明内 容或以下的详细说明中提出的任何表述的或隐含的理论的限制。
在详细介绍才艮据本发明的实施例之前，应该注意到实施例主要存在 于涉及AC故障(ACF)检测，确认和/或识别的方法步骤和装置部件的 组合当中。应该理解本文中介绍的本发明的实施例可以利用硬件，软件 或其组合实现。本文中介绍的AC故障(ACF)检测，确认和/或识别电 路可以包括各种部件，模块，电路以及能够利用模拟和/或数字电路， 离散或集成的模拟或数字电子电路或其组合实现的其他逻辑。在某些实 施方式中，本文中介绍的ACF检测，确认和/或识别电路在实现这种电 路内的部分或全部ACF检测，确认和/或识别逻辑时可以利用一种或多 种专用集成电路(ASIC)， 一种或多种微处理器，和/或一种或多种基于 数字信号处理器(DSP)的电路实现。应该理解本文中介绍的本发明的 实施例可以包括一种或多种常规处理器和控制一种或多种处理器的单 独存储的程序指令以结合某些非处理器电路实现用于AC故障(ACF )检 测，确认和/或识别的某些，绝大部分或全部功能，如本文中所述。同 样，这些功能可以被解释为用于AC故障(ACF)检测，确认和/或识别 的方法的步骤。可选地，部分或全部功能可以由未存有程序指令的状态 机实现，或者在一种或多种专用集成电路(ASIC)内实现，其中每种功
8能或某些特定功能的组合被作为定制逻辑实现。当然，也可以使用两种 方式的组合。因此，在本文中介绍了用于这些功能的方法和装置。进而， 希望本领域普通技术人员尽管可能需要在本文中公开的方法和原理的 引导下根据例如有效时间，现有技术和经济性的考虑进行一定的尝试和 多种设计选择，但是仍然能够轻易地用最少的实验获得这样的软件指令 和程序以及集成电路。
概述
本发明的实施例涉及用于AC故障(ACF)检测的方法和装置，用于 AC故障(ACF)检测和确认的方法和装置，以及用于识别导致AC故障 (ACF)的模块的方法和装置。在一个实施例中，可以组合这些方法和 装置中的一种或多种以提供快速，筒单，低成本和可靠的ACF检测，确 认和/或识别电路。
公开的方法和装置可以在ACF是由沿混合动力/电动车(HEV)内的 高压总线使用的模块造成或作为其结果的工作环境中实现。在将要介绍 的示范性实施方式中，故障检测，确认和/或识别方法和技术将以应用 于混合动力/电动车(HEV)进行介绍。但是，本领域普通技术人员应该 理解相同或类似的故障检测，确i人和/或识别方法和4支术也可以被应用 于易受AC故障(ACF)事件造成的损坏影响的其他AC系统环境中。在 这方面，这里公开的任何原理都可以通用于"交通工具"，并且如本文 中所用，术语"交通工具，，广泛地表示具有会发生相对于接地(底盘) 电位的AC故障的AC电机或设备的非生物运输机构。这样的交通工具的 例子包括汽车例如公共汽车，轿车，卡车，运动型多用途车，货车，不 在地面上行进的交通工具例如机动水上交通工具包括轮船，气垫船，帆 船，内河船和海船，机动水下交通工具包括潜艇，机动飞行交通工具包 括飞机和飞船，机动轨道交通工具例如火车，有轨电车和缆车等。另外， 术语"交通工具，，并不受限于任何具体的推进技术例如汽油或柴油燃料。 当然，交通工具还包括混合动力车，电池电动车，氢气车，以及使用各 种其他可选燃料运行的车辆。
示范性实施方式
图1A示出了根据本发明的一种示范性实施方式在混合动力/电动车 (HEV)内实现的动力分配系统结构10的简化方块图。
系统10包括DC电源20 (例如电池或电池组)，逆变器模块30，具有两个DC总线端子(+HV，-HV) 42， 44的高压DC总线40， AC电机50, 多个连接至高压DC总线40的模块/设备/电路60-80，设计成检测和确 认AC故障(ACF)并用于识别模块/设备/电路30,60-80中成为ACF来 源或起因的特定个体的故障检测，确认和/或识别(FDVI)电路或模块 100，处理器92，显示单元94和扬声器96。
高压总线40是用于连接DC电源20，逆变器模块30和模块60-80 的导线。高压总线40可以由导电材料例如铜或铝制成。在这些实施方 式中，高压DC总线40与车辆底盘或"地"绝缘。
AC电机50可以是将定子绕进确定电极内的"绕线电机(wound motor )，，。
使用另一条总线将逆变器模块30连接至AC电机50。逆变器模块 30是将直流(DC)功率转化为交流(AC)功率的电路或其他设备，通常 伴有电压的升高。此外，逆变器模块经常包括公知作为电磁干扰(EMI) 滤波器32的DC输入滤波器，其包括在底盘(地线)和高压DC总线40 之间连接的昂贵的滤波电容(被称作"Y电容，，)。在这种实施方式中， 两个DC总线端子+HV 42，-HV 44以地线(例如车辆底盘)为参照，而两 个Y电容(未示出)在两个端子+HV 42，-HV 44之间(接地处)被连接 在一起。DC高压总线40， 42与底盘地线绝缘且DC电阻通常大于1.0 兆欧。DC总线上的电压可以涵盖从+/-5(^ 00到+/-几百伏0(:的范围。 通常DC高压总线相对于底盘地线以1/2的幅值为参照。例如，100VDC 总线的端子可以相对于底盘地线被偏置在+50V和相对于底盘地线^L偏 置在-50V。两个DC总线端子+HV 42，-HV 44被连接至逆变器30。这样 的电容不仅昂贵，而且在其发生故障的情况下相对难于更换。ACF事件 可能会导致超过额定工作电流100倍的高AC电流被加至两个Y电容， 由此会导致两个Y电容发生故障。
如本文中所用，术语"模块"表示设备，电路，电子元件，和/或 用于执行任务的基于软件的部件。每一个模块/设备/电路30, 60-80都 具有可识别的，与其相关联的基本工作转换频率(feM)，以转换来自DC 总线的功率。尽管为了说明的目的只示出了四个模块/设备/电路 30， 60-80，但是应该理解在其他的实施方式中也可以将更少或更多的模 块/设备/电路60-80连接至高压总线40的端子(+HV 42，-HV 44)。模 块/设备/电路60-80可以是例如变流器(例如DC到DC的变流器模块)，
10逆变器(例如功率逆变器模块(PIM)譬如四倍PIM)或模块和/或其具 有可识别的转换频率(feM)的子模块，发动机冷却风扇模块等。每一个 模块/设备/电路60-80都具有与其相关联的基本工作频率(fcM)，并可 能会成为沿高压DC总线40的ACF的来源或起因。如本文中所用，术语 "AC故障(ACF )"表示不小心形成与地线(底盘)部分或完全短路的逆 变器的转换(AC)输出。ACF通常通过一系列的ACF事件或特定数量的 连续ACF类型的电压尖峰进行观测或检测。
图1B示出了来自总线的高压DC输入信号115。高压DC输入信号 115包括在高压(HV)总线上相对于底盘地线的共模噪音。如图1B所示， 高压DC输入信号115具有两个分量， 一个相对于底盘地线在+HV总线 42上而另一个相对于底盘地线在-HV总线44上，并且共模电压相对于 底盘地线具有相同的振幅和相位。当高压DC输入信号115的波动部分 的振幅变得足够大时(例如当出现一个直接的短AC故障(ACF )事件时)， 部件例如Y电容可能会被损坏。
正如下面将要详细说明的那样，FDVI模块100能够检测一个或多个 ACF事件，和/或确认ACF事件是否表示真正的ACF，和/或识别构成检 测ACF或确认ACF的起因或来源的某个模块。尽管图1A中将FDVI模块 100示为在逆变器30和模块60-70之外实现的独立模块，但是在其他的 实施方式中，FDVI模块IOO也可以在逆变器模块30的内部或作为其一 部分实现，或者在一个或多个模块60-70的内部或作为其一部分实现。
图2A示出了根据本发明的一种示范性实施方式的故障检测电路 (FDC) 102的简化方块图。下面将参照一种在电池或燃料电池驱动的 HEV内使用FDC 100的实施方式对FDC 102进行介绍，该HEV包括例如 图1A中所示的混合/电动力系统10,但是，FDC 102也可以在多种其他 的应用或实施方式中使用以检测ACF。在该示范性实施方式中，FDC102 通过在DC总线端子42， 44之间产生高压DC输入信号115的高压DC输 入电路被连接至高压DC总线40。
FDC 102包括共模电压检测电路120和水平/振幅/幅值检测器140。 共模电压检测/测量电路120设计成接收高压DC输入信号115，并用于 通过从高压DC输入信号115中去除差模DC电压分量而产生成比例的， 共模AC电压信号(VeM) 125。成比例的共模AC电压信号(VcM) 125表 示沿高压DC总线40测量的共模AC电压的换算值。例如，如图2C中所示，当高压DC输入信号115经过共模电压检测电路120时，差模DC分 量被消除且所得成比例的共模AC电压信号(VCM) 125被在大约零伏处偏 置(并且，在该示例中范围123在13. 6伏和-13. 6伏之间)。
水平/振幅/幅值检测器140被连接至共模电压检测电路120。水平/ 振幅/幅值检测器140被设计成测量成比例的共模AC电压信号(VCM)125 的水平，并将测得的成比例的共模AC电压信号(VeM) 125的幅值/振幅 与故障检测阈值电压(VTH)相比较。
图2B是示出了相对于底盘地线在+HV总线42上的电压测量水平的 曲线图。附图标记122表示在HV DC总线40正常工作期间的电压波形， 而附图标记124表示在HV DC总线40上发生ACF事件时的电压波形。
图2C是示出了在移除差模电压后共模AC电压信号(VcM) 125的测 量水平的曲线图。在该特定示例中，在HV DC总线40正常工作期间， 成比例的共模AC电压信号(V ) 127在大约0. O伏DC处被DC偏置(也 就是说，正常波形的电压127的峰间值是5伏(5VPP)(箭头l"之间) 并在O. O伏处偏置)。作为对比，在出现ACF电压时的示范性ACP事件 128期间，共模AC电压信号(VcM) 125的峰间值(VPP)是大约27. 6伏 (箭头123之间)并以0. O伏为中心。
因此，当测得的成比例共模AC电压信号(VcM) 125的幅值/振幅大 于或等于故障检测阈值电压(VTH)时(例如当成比例共模AC电压信号 (VCM) 125的水平/振幅/幅值超过故障检测阈值电压(VTH)时)，水平/ 振幅/幅值检测器140产生并输出指示已检测到ACF事件的信号145(例 如逻辑信号)。作为对比，当水平/振幅/幅值检测器140确定成比例共 模AC电压信号(VCM) 125的幅值/振幅小于故障检测阈值电压(VTH)时， 水平/振幅/幅值检测器140不产生输出且不会指示已检测到ACF事件。
在某些实施方式中，希望提供故障确认以帮助确保检测到的ACF事 件确实是由ACF造成，而不是由于例如噪声或系统内的某些其他间歇干 扰造成的误报。
图2D示出了根据本发明的一种示范性实施方式的故障检测和确认 电路(FDVC) 104的简化方块图。如上，下面将参照一种在电池或燃料 电池驱动的HEV内使用FDVC 104的实施方式对FDVC 104进行介绍，该 HEV包括例如图1A中所示的混合/电动力系统10，但是，FDVC104也可 以在多种其他的应用或实施方式中4吏用以检测和确i/v ACF。如上，在该示范性实施方式中，FDVC 104通过在DC总线端子42, 44之间产生高压DC输入信号115的高压DC输入电路被连接至高压DC总线40。
FDVC 104包括共模电压检测电路120,水平/振幅/幅值检测器140，和故障确认单元150。共模电压检测电路120和水平/振幅/幅值检测器140的操作参照图2A和图2B如上所述。
当测得的成比例共模AC电压信号(VeM) 125的幅值/振幅大于或等于故障检测阈值电压(VTH)时(例如当成比例共模AC电压信号(VCM)125的水平/振幅/幅值超过故障检测阈值电压(VTH)时)，水平/振幅/幅值检测器140产生并输出计数器激活信号145 (例如逻辑信号)并将该信号送至在故障确认单元150内实现的循环计数器152。作为对比，当水平/振幅/幅值检测器140确定成比例共模AC电压信号(VCM) 125的幅值/振幅小于故障检测阈值电压(VTH)时，水平/振幅/幅值检测器140不产生输出(或保持输出信号(例如逻辑零)不变)并将该信号送至循环计数器152，在此情况下循环计数器152不会被激活。
每当通过水平/振幅/幅值检测器140检测到ACF事件(例如信号145为高)时，循环计数器152即由计数器激活信号145激活。当且仅当循环计数器152被激活且在循环计数器152被计数器激活信号145激活的同时在成比例共模AC电压信号(Vcm) 125内存在ACF电压尖峰时，循环计数器152递增循环计数器152内的寄存器(未示出)中的计数。
在循环计数器152被激活时，循环计数器152保存指示成比例共模AC电压信号(VeM) 125的幅值/振幅大于或等于故障检测阈值电压(VTH)的连续周期次数的计数。当由循环计数器152保存的计数大于或等于特定或预定的连续循环阈值次数(例如连续3次)或"计数"时，故障确认单元150就产生故障确认信号155以指示ACF已^ 皮确认(也就是确认ACF电压尖峰的数量足以表明真正的ACF状态)。当计数大于或等于特定数量时，这表明在此期间接收到ACF类脉冲或"ACF电压尖峰"的连续周期次数多于某阈值数量，并因此可以推定存在真正的AC故障(ACF)，因为这表明成比例的共模AC电压信号(V。m)125包括连续的ACF类脉沖
每当在连续的周期期间未接收到计数器激活信号145时(由成比例的共模AC电压信号(VcM) 125确定)，循环计数器152重置。当循环计数器152在到达特定或预定的连续循环次数或"计数"之前重置时，就能够推定ACF类脉沖是间歇的或错误的故障指示(例如，在出现与真正的ACF无关而是可归咎于噪声的单个ACF类脉冲的情况下)。在此情况下，故障确认单元150不会输出故障确认信号155。
在某些情况下，可以在系统内提供多个模块(例如图1A中所示)，并且这些模块中的每一个都可以作为ACF事件的起因或来源。在这样的情况下，希望提供一种用于识别成为ACF来源或起因的特定模块的机构。在某些实施方式中， 一旦检测到和/或确认了 ACF，即可识别ACF的来源以使控制系统能够根据ACF的实质采取适当措施。在某些实施例中的方法和装置能够有助于判断ACF的来源以使得ACF的来源能够被关闭或从高压DC总线断开。
图2E示出了根据本发明的一种示范性实施方式的故障检测，确认和识別电路(FDVIC) 100的简化方块图。下面将参照一种在电池或燃料电池驱动的HEV内4吏用FDVIC 100的实施方式对FDVIC 100进行介绍，该HEV包括例如图1A中所示的混合/电动力系统10，但是，FDVIC 100也可以在多种其他的应用或实施方式中使用以检测和/或确认ACF，和/或识别作为这样的ACF来源的模块，设备或电路。在这种示范性实施方式中，FDVIC 100通过在DC总线端子42，"之间产生高压DC输入信号115的高压DC输入电路被连接至高压DC总线40。
FDVIC 100包括共模电压检测电路120，水平/振幅/幅值检测器140，故障确认单元150，周期/频率检测器160，模块识别单元170和故障指示单元180。共模电压检测电路120和水平/振幅/幅值检测器140如上所述。
当测得的成比例共模AC电压信号(VeM) 125的幅值/振幅大于或等于故障检测阈值电压(VTH)时(例如当共模AC电压信号(VCM) 125的水平/振幅/幅值超过故障检测阈值电压(VTH)时)，水平/振幅/幅值检测器140产生并输出计数器激活信号145 (例如逻辑信号)并将该信号送至在故障确认单元150内实现的循环计数器152。循环计数器152指示已检测到ACF事件。
作为对比，当水平/振幅/幅值检测器140确定共模AC电压信号(Vcm)125的幅值/振幅小于故障检测阈值电压(VTH)时，水平/振幅/幅值检测器140不产生输出(或保持输出信号(例如逻辑零)不变)并将该信号送至循环计数器152，在此情况下循环计数器152不会被激活。
14故障确认单元150被连接至水平/振幅/幅值检测器140。
每当通过水平/振幅/幅值检测器140检测到ACF事件(例如信号145为高)时，循环计数器152即由计数器激活信号145激活。当且仅当循环计数器152被激活且在循环计数器152被计数器激活信号145激活的同时在共模AC电压信号125内存在ACF电压尖峰时，循环计数器152递增循环计数器152内的寄存器(未示出)中的计数。
在循环计数器152被激活时，循环计数器152保存指示共模AC电压信号125的幅值/振幅大于或等于故障检测阈值电压(VTH)的连续周期次数的计数。当由循环计数器152保存的计数大于或等于特定或预定的连续循环阈值次数(例如连续3次)或"计数，，时，故障确认单元150就产生故障确认信号155以指示ACF已被确认(也就是确认ACF电压尖峰的数量足以表明真正的ACF状态)。当计数大于或等于特定数量时，这表明在此期间接收到ACF类脉冲或"ACF电压尖峰"的连续周期次数多于某阈值数量，并因此可以推定存在真正的AC故障(ACF)，因为这表明共模AC电压信号125包括连续的ACF类脉沖或ACF电压尖峰序列而不是间歇的或随机的ACF类脉冲或ACF电压尖峰。
每当在连续的周期期间未接收到计数器激活信号145时(由共模AC电压信号125确定)，循环计数器152重置。当循环计数器152在到达特定或预定的连续循环次数或"计数"之前重置时，就能够推定ACF类脉冲是间歇的或错误的故障指示(例如，在出现与真正的ACF无关而是可归咎于噪声的单个ACF类脉冲的情况下)。在此情况下，故障确认单元150不会输出故障确认信号155。
在该实施方式中，能够确定导致ACF的模块的基本频率(fCM)。频率检测器160也被连接至共模AC电压信号125。频率检测器160被设计成确定共模AC电压信号125的频率(f )，并用于产生指示共模AC电压信号125的中心频率(fe)的频率(f )识别信号165。
模块识别单元170被连接至频率检测器160。模块识别单元170被设计成接收基本工作频率(feJ识别信号165，并根据基本工作频率(fcM)确定作为AC故障(ACF)来源的模块。例如，在一种实施方式中，模块识别单元170能够通过在将每一模块与该模块对应的工作频率相关联的查询表中进行查询来确定作为AC故障(ACF)来源的模块。在确定哪个模块是AC故障(ACF)的来源之后，模块识别单元170能够产生识别出
15作为AC故障(ACF)来源的模块的模块识别信号175。
故障指示单元180被连接至故障确认单元150和模块识别单元170。当故障指示单元180既接收到故障确认信号155又接收到模块识别信号175时，故障指示单元180产生识别出导致AC故障(ACF)的模块的信息185。在一种实施方式中，信息185由故障指示信号185构成。故障指示信号185可以包括具有对应的模块标识符(ID)以识别导致AC故障(ACF)的模块的输出故障代码。在某些实施方式中，处理器92在处理故障指示信号185时能够产生信号，该信号或者停止导致AC故障(ACF)的模块的工作(例如关闭)或者将导致AC故障(ACF)的模块从高压DC总线40断开。
在一种实施方式中，处理器92在处理故障指示信号185时能够将信号发送至显示单元94以使显示单元94可视地显示模块标识符(ID)以识别导致AC故障(ACF)的模块。
在另一种实施方式中，处理器92在处理故障指示信号185时能够将信号发送至包括扬声器96的音频单元从而使扬声器96提供音频指示以指示AC故障(ACF)和/或识别导致AC故障(ACF)的模块。
图3A示出了根据本发明的一种示范性实施方式用于检测，确认和识别AC故障(ACF)的一种方法200。下面将参照一种在电池或燃料电池驱动的HEV内使用方法200以检测ACF，确认ACF和/或识别导致ACF的模块的实施方式对方法200进行介绍，该HEV包括例如图1A中所示的混合/电动力系统10，但是，方法200也可以在多种其他的应用或实施方式中使用以检测ACF，确认ACF，和/或识别作为ACF来源或起因的模块，设备或电路。
在步骤205中，初始化计数器205和/或其他的校正参数。在步骤210中，接收高压DC输入信号115，而在步骤220中，从高压DC输入信号115中去除差模(DC)电压分量以产生成比例的共模AC电压信号(VCM )125，其表示沿高压DC总线40测量的共模AC电压的换算值(scaledvalue )。
在步骤230中，在每个特定周期期间确定共模AC电压信号(VCM)125的幅值至少一次，而在步骤240中，确定共模AC电压信号(VcM)125的幅值是否大于或等于故障检测阈值电压(VTH)。
当共模AC电压信号(VCM) 125的幅值/振幅小于故障检测阈值电压在此循环计数器152被重置，然后 方法200返回步骤210循环。当共模AC电压信号(Vcm) 125的幅值/振 幅大于或等于故障检测阈值电压(Vth)时，方法200进入步骤244，在 此递增循环计数器152 (未示出)在接收到循环计数器152输入信号期
间对连续特定周期次数的计数。
然后方法200进入步骤246，在此确定由循环计数器152保存的指 示共模AC电压信号(VeM) 125的幅值/振幅大于或等于故障检测阈值电
压(Vth)的连续周期次数的计数是否大于或等于特定的阈值次数(例如 3次)。
当在步骤246处确定的由循环计数器152保存的计数小于特定的阁 值次数(例如3次)时，方法200返回步骤210循环，以继续监测另外 的ACF电压尖峰。值得注意的是，如果在达到特定计数之前没有在步骤 240处检测到另一个尖峰，那么因为期间接收计数器输入信号的连续特 定周期的次数小于阈值次数所以计数器重置，并且能够由此推定先前的 ACF类脉冲是间歇的或错误的故障指示。
当在步骤246处确定的由循环计数器152保存的计数大于或等于特 定的阈值次数(例如3次)时，方法200进入步骤248，在此产生故障 确认信号155。当期间接收ACF类脉冲的连续特定周期的次数大于特定 的阈值次数时，检测到的ACF通过产生故障确认信号加以确认。简单地 说，当计数超过特定的阈值次数(例如3次)时，能够推定存在真实的 AC故障(ACF)(与误报例如产生与真实ACF无关的单个脉沖的情况相 反)。换句话说，如果期间接收循环计数器152输入信号的连续特定周 期的次数大于或等于阈值次数，那么就很有可能存在真实的AC故障
(ACF),因为这表明共模AC电压信号(VCM) 125包括连续次数的ACP 类脉冲而不是间歇的或随机的ACF类脉沖。
步骤250， 260和270是可选的(用虚线框表示)并能够在进行模 块识别时被实施。当执行步骤250和260时，在步骤250，确定共模AC 电压信号125的频率(f )并产生指示共模AC电压信号125的中心频率
(")的频率(f)识别信号165。然后，根据频率(f)识别信号165， 方法200在步骤260处确定哪个模块是AC故障(ACF)的来源。例如， 在一种实施方式中，可以通过使用共模AC电压信号125的中心频率(fc) 在将每一模块与该模块对应的工作频率相关联的查询表中进行查询而
17确定作为AC故障(ACF)来源的模块。
一旦ACF已被确认(步骤248 )并且作为ACF来源或起因的模块已 被识别(步骤260 )，该方法即可进入步骤270，在此产生信息185以识 别作为AC故障(ACF)来源或起因的模块。在一种实施方式中，信息185 由故障指示信号185构成，其可以包括例如具有对应的模块标识符(ID) 以识别导致AC故障(ACF)的模块的输出故障代码。
步骤280， 290和295是可选的(用虚线框表示)。方法200能够可 选地执行步骤280， 290和295中的一个或多个，并且在这种情况下， 步骤290和295中的每一个都是可选的(如图3中所示步骤280可以和 步骤290, 295中的任意一个组合执行)。在其他的实施方式中，步骤280, 290和295中的两个或多个可以被连续和/或彼此并行地执行(例如，步 骤280，然后步骤290;步骤280，然后步骤295;步骤280，步骤290, 然后步骤295;步骤280，步骤290，然后步骤295;步骤290，然后步 骤295或者相反，等等)。
当方法200进入可选步骤280时，可以停止导致ACF的模块的工作 (例如关闭或从高压DC总线40断开)。在可选步骤290中，识别导致 AC故障(ACF)的模块的模块标识符(ID)能够被可视地显示在用户界 面上。在可选步骤295中，能够产生指示AC故障(ACF)状态和/或识 别导致AC故障(ACF)的模块的音频指示。
图4示出了根据本发明的另一种示范性实施方式用于检测，确认和 识别AC故障(ACF)的另一种方法。如上，方法300可以在多种应用或 实施方式中使用以检测ACF，确认ACF，和/或识别作为ACF来源的模块， 设备或电路。
在步骤305中，初始化计数器和/或其他的校正参数。接收高压DC 输入信号115，并在步骤320中，通过从高压DC输入信号115中去除差 模(DC)电压分量测量共模AC电压信号(VeM) 1"。这样得到成比例的 共模AC电压信号(VeM) 125，其被换算为适用于通过电子电路进行处理 的水平。
在步骤330中，确定共模AC电压信号(Vcm) 125的幅值/振幅，而 在步骤340中，确定共模AC电压信号(VCM) 125的幅值是否大于或等于 故障检测阈值电压(VTH)。
当共模AC电压信号(VeM) 125的幅值/振幅小于故障检测阈值电压(VTH)时，重置循环计数器152，然后方法300返回步骤320循环。 当共模AC电压信号(VeM) 125的幅值/振幅大于或等于故障检测阈 值电压(VT )时，方法300进入步骤350-376，在此进行模块识别。在 步骤350中，确定共模AC电压信号(VCM) 125的共模频率(f )。在步 骤362， 364， 366中进行一系列的检查以识别作为ACF来源或起因的模 块。例如在步骤362中，确定共模AC电压信号(VeJ125的共模频率(fcM) 和第一阈值频率(fTH1)之差的绝对值是否小于第一频率差(AfJ。如 果共模AC电压信号(VCM) 125的共模频率(fCM)和第一阈值频率(f ) 之差的绝对值小于第一频率差(Af,)，那么方法300进入步骤472，在 此第一模块(设置模块ID-1)被识别为ACF的来源或起因。如果共模 AC电压信号(V ) 125的共模频率(fCM)和第一阈值频率(fTH1)之差 的绝对值大于或等于第一频率差(Af,)，那么方法300进入步骤364， 在此确定共模频率(f )和第二阈值频率(fTH2)之差的绝对值是否小 于第二频率差(△")。如果共模频率(feM)和第二阈值频率(fTH2)之 差的绝对值小于第二频率差(Af2)，那么方法300进入步骤374,在此 第二模块(设置模块ID-2)被识别为ACF的来源或起因。如果共模频率
(fcM)和第二阈值频率(fTH2)之差的绝对值大于或等于第二频率差(△ f2)，那么方法300进入步骤366，在此确定共模频率(fCM)和第三阈值 频率(fTH3)之差的绝对值是否小于第三频率差(Af3)。
如果共模频率(f )和第三阈值频率(fTH3)之差的绝对值小于第三 频率差(Af3),那么方法300进入步骤376，在此第三模块(设置模块 ID-3)被识别为ACF的来源或起因。如果共模频率(fCM)和第三阈值频 率(fTH3)之差的绝对值大于或等于第三频率差(Af3)，那么方法300 返回步骤320循环。尽管图3示出了执行的三个检查步骤362， 364， 366
(也就是只存在三个模块是潜在的ACF来源)，但是应该理解可以根据 要识别的潜在模块的数量执行任意次数的检查。
在识别出导致ACF的模块之后，方法300进入步骤380，在此递增
(increment)故障计数器(Nfault)。故障计数器(Nfault)对期间检测到 ACF事件的连续特定周期的次数进行计数。
然后方法300进入步骤385，在此进行故障确认。在步骤385中， 确定由故障计数器(Nfault)保存的指示检测到的ACF事件的连续次数的 计数是否大于或等于特定阈值次数(NT。(例如3次)。当期间接收到ACF类脉冲的连续特定周期的次数大于特定阈值次数(NTH)时，检测到的ACF 即被确认。当计数(Nfault)超过特定阈值次数(NTH)(例如3次)时存 在真实的AC故障(ACF)，因为这意味着共模AC电压信号125包括连续 次数的ACF类脉沖而不是间歇的或随机的ACF类脉沖。连续次数的ACF
的可能性' ， 一 、 ' ；
当在步骤385处确定的由故障计数器(Nfault)保存的计数小于特定 的阈值次数(NTH)(例如3次)时，方法300返回步骤320循环，以继 续监测共模AC电压信号(^)125另外的ACF电压尖峰。值得注意的是， 如果在达到特定计数之前没有在步骤340处检测到另一个尖峰，那么因 为期间接收计数器输入信号的连续特定周期的次数小于阈值次数(NTH) 所以计数器重置，并且能够由此推定先前的ACF类脉沖是间歇的或错误 的故障指示。
当在步骤385处确定的由故障计数器(Nfault)保存的计数大于或等 于特定的阔值次数(NTH)(例如3次)时，ACF已被确认且作为ACF的来 源或起因的模块也已被识别。方法300随后即可进入步骤390。在步骤 390中，可以停止导致ACF的模块的工作(例如该模块可被关闭或从高 压DC总线40断开)，识别导致AC故障(ACF)的模块的模块标识符(ID) 能够被产生并且能够被可视地显示在用户界面上，并且能够产生指示 ACF状态和/或识别导致ACF的模块的音频指示。
以上根据功能和/或逻辑分块部件以及各种处理步骤对某些实施例 和实施方式进行了介绍。但是，应该理解这样的分块部件可以用涉及用 于执行指定功能的任意数量的硬件，软件，和/或固件部件实现。例如， 系统或部件的实施例可以使用各种集成电路部件，例如存储器部件，数 字信号处理部件，逻辑部件，查询表等等，其可以在一个或多个微处理 器或其他控制装置的控制下实现各种功能。另外，本领域普通技术人员 应该理解本文中介绍的实施例仅仅是示范性的实施方式。
在本文中，关系术语例如第一和第二等可能仅仅是用于将一个实体 或动作与另一个实体或动作加以区分而不是必需的或表示在这些实体
和动作之间的任何这样的实际关系或顺序。而且，根据上下文，例如在
说明不同部件之间的关系时使用的"连接"或"连接至"这样的词并不 表示在这些部件之间必须形成直接的物理连接。例如，两个部件可以被彼此物理连接，电连接，逻辑连接，或者以任意其他的方式通过一个或 多个附加部件连接。
尽管在前面的详细说明中已经给出了至少一个示范性实施例，但是 应该理解还存在大量的变形。还应该理解一个或多个示范性实施例仅仅 是示例，而不是为了以任何方式限制本发明的保护范围，应用性或结构。 而且，前面的详细说明将给本领域普通技术人员提供方便的参考图以实 现一个或多个示范性实施例。应该理解可以对部件的功能和设置进行各 种改变而不会背离由所附的权利要求及其法律等价形式所限定的本发 明的保护范围。
权利要求
1、一种用于检测由连接至混合/电动力系统的总线的模块导致的AC故障(ACF)的电路，包括共模电压检测电路，设计成接收高压DC输入信号，并用于通过从所述高压DC输入信号中去除差模电压分量而产生在大约零伏处偏置的共模AC电压信号(VCM)；和幅值检测器，连接至所述共模电压检测电路并设计成测量所述共模AC电压信号(VCM)的幅值，确定所述共模AC电压信号(VCM)的测量幅值是否大于或等于故障检测阈值电压(VTH)并用于在所述共模AC电压信号(VCM)的测量幅值大于或等于所述故障检测阈值电压(VTH)时产生ACF检测信号。
2、 如权利要求l所述的电路，其中所述电路还用于确认所述AC故 障(ACF)，并进一步包括故障确认电路，连接至所述幅值检测器，并包括设计成接收所述ACF检测信号和所述共模AC电压信号(V )的 循环计数器，并且其中所述循环计数器包括寄存器，保存指示所述共模AC电压信号(VeM)的幅值大于或 等于所述故障检测阈值电压(VTH)的连续周期次数的计数，其中所述循 环计数器在所述循环计数器被所述ACF检测信号激活时在所述共模AC 电压信号(VCM)内每出现一次ACF电压尖峰就递增由所述寄存器保存的 计数。
3、 如权利要求2所述的电路，其中所述循环计数器在所述计数大 于或等于特定的阈值次数时产生故障确认信号以表示所述ACF的检测已 被确认。
4、 如权利要求3所述的电路，其中在期间检测到ACF电压尖峰的 连续周期次数大于或等于特定的阈值次数时所述计数大于或等于特定 的阈值次数，从而指示所述共模AC电压信号(VeM)包括ACF脉冲的连 续次数。
5、 如权利要求2所述的电路，其中所述循环计数器在所述故障电压尖峰不大于或等于VTH时重置所述寄存器。
6、 如权利要求1所述的电路，其中所述电路也可用于识别造成所 述AC故障(ACF)的某一模块，其中每个模块都具有与其相关联的基本 工作频率(f^)，并且进一步包括检测器，设计成确定所述共模AC电压信号(V )的频率(f )，并 用于产生指示所述共模AC电压信号(VeM)内基本工作频率(feM)的频 率(f )识别信号。
7、 如权利要求6所述的电路，进一步包括模块识别单元，连接至所述检测器，并被设计成接收所述频率(f ) 识别信号，以根据所述频率(f )识别信号内指明的基本工作频率(fcM) 确定某一模块是所述ACF的来源，并用于产生识别出某一模块是所述 ACF的来源的模块识别信号。
8、 如权利要求7所述的电路，其中所述模块识别单元包括 将每一模块与该模块对应的工作频率相关联的查询表，其中所述模块识别单元根据所述频率(f)识别信号内指明的基本工作频率(few) 通过在所述查询表内进行查询来确定某一模块是所述ACF的来源。
9、 如权利要求7所述的电路，进一步包括连接至所述故障确认单元和所述模块识别单元的故障指示单元，其 中所述故障指示单元接收所述故障确认信号和所述模块识别信号，并产 生识别造成所述ACF的模块的信息。
10、 如权利要求9所述的电路，其中所述信息包括故障指示信号， 所述故障指示信号包括具有对应的模块标识符(ID)以识别造成所述ACF的模块的输出故障代码。
11、 一种混合/电动力系统，包括总线；连接至所述总线的一个或多个模块，其中每个模块都具有与其相关 联的基本工作频率(fcM),其中某一模块导致AC故障(ACF);和设计成检测由某一模块导致的AC故障(ACF)的电路，所述电路包括共模电压检测电路，设计成通过从来自所述总线的DC输入信 号中去除差模电压分量而产生共模AC电压信号(VCM);幅值检测器，连接至所述共模电压检测电路并设计成确定所述共模AC电压信号(V )的测量幅值是否大于或等于阈值电压(VTH)，并 用于在所述共模AC电压信号(VeM)的测量幅值大于或等于所述阈值电 压(VTH)时产生AC故障(ACF)检测信号。
12、 如权利要求11所述的系统，进一步包括 循环计数器，包括寄存器，设计成保存指示所述共模AC电压信号(VCM)的幅值大 于或等于所述阈值电压(VTH)的连续周期次数的计数，并用于在所述循 环计数器被所述ACF检测信号激活时在所述共模AC电压信号(VCM)内 每出现一次ACF电压尖峰就递增所述计数。
13、 如权利要求12所述的系统，其中所述循环计数器被设计成在 所述计数大于或等于特定的阈值次数时产生故障确认信号以表示所述 ACF的检测已被确认，其中在期间检测到ACF电压尖峰的连续周期次数大于或等于特定的阔值次数时所述计数大于或等于特定的阈值次数，从 而指示所述共模AC电压信号(Vcm)包括ACF脉沖的连续次数。
14、 如权利要求12所述的系统，其中所述ACF检测信号是计数器 激活信号，并且其中所述寄存器被设计成保存指示所述共模AC电压信号(VeM)的幅值大于或等于所述阈值 电压(VTH)的连续周期次数的计数；在接收到所述计数器激活信号时在所述共模AC电压信号内每出现 一次ACF电压尖峰就递增所述计数，且其中所述循环计数器被设计成在所述计数大于或等于特定的阈值 次数时产生故障确认信号以表示所述ACF的检测已被确认，其中在期间 检测到ACF电压尖峰的连续周期次数大于或等于特定的阈值次数时所述 计数大于或等于特定的阈值次数，从而指示所述共模AC电压信号包括 ACF脉沖的连续次数。
15、 如权利要求11所述的系统，其中所述电路进一步包括 检测器，设计成确定所述共模AC电压信号的频率(f),并用于产生指示所述共模AC电压信号内基本工作频率(feM)的频率(f)识别信 号。
16、 如权利要求15所述的系统，其中所述电路进一步包括 模块识别单元，设计成根据所述频率(f )识别信号内指明的基本工作频率(few)确定某一模块是所迷ACF的来源，并用于产生识别出某一模块是所述ACF来源的模块识别信号。
17、 如权利要求16所述的系统，其中所述电路进一步包括 连接至所述故障确认单元和所述模块识别单元的故障指示单元，其中所述故障指示单元接收所述故障确认信号和所述模块识别信号，并根 据所述故障确认信号和所述模块识别信号产生识别造成所述ACF的模块 的信息，其中故障指示信息包括输出故障代码，所述输出故障代码具有 对应的模块标识符(ID )以识别造成所述ACF的模块。
18、 如权利要求11所述的系统，进一步包括处理器，设计成处理所述故障指示信号以产生信号来使造成所述 ACF的模块停止工作。
19、 如权利要求11所述的系统，进一步包括 显示单元，和处理器，设计成处理所述故障指示信号以产生信号来使所述显示单 元可视地显示模块标识符(ID)以识别造成所述ACF的模块。
20、 如权利要求11所述的系统，进一步包括 包括扬声器的音频单元，和处理器，设计成处理所述故障指示信号以产生信号来使所述扬声器 提供指示所述ACF的音频指示。
全文摘要
共模电压基AC故障检测、确认和/或识别装置和系统。提供了用于AC故障(ACF)检测的装置。另外，提供了用于AC故障(ACF)检测和确认的装置。另外，提供了用于识别造成AC故障(ACF)的模块的装置。在一种实现方式中，这些装置中的一种或多种可以被组合成提供快速，简单，低成本并且可靠的ACF检测、确认和/或识别电路。
文档编号G01R31/02GK101487870SQ20091000257
公开日2009年7月22日 申请日期2009年1月16日 优先权日2008年1月18日
发明者C·S·纳穆杜里, W·T·艾万 申请人:通用汽车环球科技运作公司