在范圍內(nèi)的電流傳感器的故障檢測的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及在范圍內(nèi)的電流傳感器的故障檢測，公開了一種電流傳感器故障檢測系統(tǒng)，所述電流傳感器故障檢測系統(tǒng)能夠在電流傳感器運行并提供位于正常運行范圍內(nèi)的電流傳感器輸出時檢測電流傳感器故障。電流傳感器由至少一個控制器監(jiān)視，所述至少一個控制器比較電池荷電狀態(tài)誤差的變化量與預(yù)定閾值。所述電池荷電狀態(tài)誤差的變化量是通過電池電流關(guān)于時間作積分運算而計算的電池荷電狀態(tài)第一變化與基于在所述時間期間的電池開路電壓而計算的電池荷電狀態(tài)第二變化之間的差。
【專利說明】在范圍內(nèi)的電流傳感器的故障檢測

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及當(dāng)電流傳感器在有效運行范圍內(nèi)操作時電流傳感器故障的檢測。

【背景技術(shù)】
[0002] 電流傳感器用于混合動力車輛W檢測流入和流出電池包的電流。該些傳感器的準(zhǔn) 確性和操作性在監(jiān)視整個混合動力系統(tǒng)操作-允許車輛滿足排放和安全需求中可能是很 重要的。傳統(tǒng)地，如果傳感器提供可容許的運行范圍之外的輸出，那么傳感器故障被確定。 當(dāng)傳感器提供在特定W及正常運行范圍內(nèi)的輸出數(shù)據(jù)時，更難檢測傳感器故障。
[0003] 現(xiàn)在，裝備有電流傳感器的車輛在傳感器停止輸出數(shù)據(jù)時或在輸出超過特定運行 范圍的情況下檢測故障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 公開了一種電流傳感器故障檢測策略，所述電流傳感器故障檢測策略能夠在電流 傳感器運行并提供位于正常運行范圍內(nèi)的電流傳感器輸出時檢測電流傳感器故障。在特定 的示例中，通過至少一個控制器監(jiān)視電流傳感器，所述至少一個控制器將電池荷電狀態(tài)誤 差的變化量與預(yù)定闊值進行比較。電池荷電狀態(tài)誤差的變化量可來源于由電池電流關(guān)于時 間作積分運算而計算的電池荷電狀態(tài)第一變化量與基于在所述時間期間的電池開路電壓 而計算的電池荷電狀態(tài)第二變化量之間的差值。如果所述誤差大于所述闊值，那么控制器 可調(diào)節(jié)電機的運轉(zhuǎn)。所述運轉(zhuǎn)變化可包括限制來自電池的電流或產(chǎn)生信號。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種車輛，包括；電池；傳感器，被構(gòu)造為感測電池的電流； 電機，電連接到電池；至少一個控制器，被配置為響應(yīng)于檢測傳感器的誤差狀態(tài)，在隨后的 驅(qū)動循環(huán)期間限制用于電機的最大電流，W限制來自電池的電流，其中，所述傳感器的誤差 狀態(tài)由電池的在驅(qū)動循環(huán)之前的開路電壓與在驅(qū)動循環(huán)之后的開路電壓的差比用于驅(qū)動 循環(huán)的電池荷電狀態(tài)的變化量大或小預(yù)定量而限定。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述至少一個控制器還被配置為響應(yīng)于檢測誤差狀 態(tài)，輸出指示電流傳感器的誤差狀態(tài)的信號。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，電池荷電狀態(tài)的變化量是基于用于驅(qū)動循環(huán)的電池的 安培小時凈變化量與電池容量的商。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種控制用于車輛的動力系統(tǒng)的方法，包括：響應(yīng)于請求 起動車輛，在驅(qū)動循環(huán)開始之前測量牽引電池的第一開路電壓；在驅(qū)動循環(huán)期間測量牽引 電池的電流；在車輛停止之后，測量牽引電池的第二開路電壓；基于開路電壓之間的差W 及電流檢測與牽引電池關(guān)聯(lián)的電流傳感器的誤差狀態(tài)；響應(yīng)于檢測誤差狀態(tài)，產(chǎn)生指示電 流傳感器的誤差狀態(tài)的輸出。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在牽引電池的預(yù)定穩(wěn)定時間到期時測量第二開路電 壓。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，電池的預(yù)定穩(wěn)定時間大于4砂。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，檢測誤差狀態(tài)還基于電池的容量。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種車輛，包括；電池；傳感器，被配置為感測電池的電 流；電機，電連接到電池；至少一個控制器，被編程為響應(yīng)于檢測傳感器的誤差狀態(tài)，輸出 指示傳感器的誤差狀態(tài)的信號，其中，所述傳感器的誤差狀態(tài)由電池的在驅(qū)動循環(huán)之前開 路電壓與在驅(qū)動循環(huán)之后開路電壓的差比用于驅(qū)動循環(huán)的電池荷電狀態(tài)的變化量大或小 預(yù)定量而限定。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述至少一個控制器還被編程為，響應(yīng)于檢測誤差狀 態(tài)，在隨后的驅(qū)動循環(huán)期間限制用于電機的最大電流，W限制來自電池的電流。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，電池荷電狀態(tài)的變化量是基于用于驅(qū)動循環(huán)的電池的 安培小時凈變化量與電池容量的商。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1示出了具有電池包的混合動力電動車輛的示例；
[0016] 圖2示出了由電池單元與電池單元監(jiān)視和控制系統(tǒng)組成的電池包布置；
[0017] 圖3是示出用于典型裡離子電池單元的開路電壓（VJ和電池荷電狀態(tài)（SoC)關(guān) 系的圖；
[001引圖4示出了利用電池SoC和時間的關(guān)系圖計算SoC變化的不同的方法；
[0019] 圖5示出了在隨后的電力循環(huán)中系統(tǒng)電力增加時確定的故障檢測的流程圖；
[0020] 圖6示出了在單個電力循環(huán)結(jié)束時確定的故障檢測的流程圖。

【具體實施方式】
[0021] 本說明書描述了本公開的實施例。然而，應(yīng)理解公開的實施例僅為示例，其他實施 例可多種替代形式實施。附圖無需按比例繪制；可放大或縮小一些特征W顯示特定部 件的細節(jié)。所W，此處所公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)不應(yīng)解釋為限定，而僅為教導(dǎo)本領(lǐng)域技 術(shù)人員W多種形式實施本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員應(yīng)理解，參考任一

【專利附圖】

【附圖說明】和描述的多個特征可與一個或更多個其它附圖中說明的特征組合W形成未明確 說明或描述的實施例。說明的特征組合提供用于典型應(yīng)用的代表實施例。然而，與本發(fā)明 的教導(dǎo)一致的特征的多種組合和變型可W根據(jù)需要用于特定應(yīng)用或?qū)嵤?br> [0022] 圖1描述了插電式混合動力電動車輛的示例。插電式混合動力電動車輛102可W 包含機械連接至混合動力傳動裝置106的一個或更多個電動馬達104。此外，混合動力傳動 裝置106機械連接至發(fā)動機108?；旌蟿恿鲃友b置106還可W機械連接至驅(qū)動軸110,驅(qū) 動軸110機械連接至車輪112。當(dāng)發(fā)動機108打開時電動馬達104能提供推進。當(dāng)發(fā)動機 108關(guān)閉時電動馬達104能提供減速。電動馬達104可W被構(gòu)造為發(fā)電機并且通過回收在 摩擦制動系統(tǒng)中通常將作為熱量損失掉的能量可W提供燃料經(jīng)濟性益處。由于在特定狀況 下可W電動模式運轉(zhuǎn)混合動力電動車輛102,所W電動馬達104還可W減少污染排放。
[0023] 牽引電池或電池包114儲存電動馬達104可W使用的能量。車輛電池包114通常 提供高壓直流值C)輸出。電池包114電連接至電力電子（power electronic)模塊116。 電力電子模塊116還電連接至電動馬達104并且能在電池包114和電動馬達104之間雙向 傳輸能量。例如，典型的電池包114可W提供直流電壓而電動馬達104的運轉(zhuǎn)可能需要H 相交流（AC)電。電力電子模塊116可W將直流電壓轉(zhuǎn)換為電動馬達104需要的H相交流 電。在再生模式中，電力電子模塊116將來自作為發(fā)電機的電動馬達104的H相交流電轉(zhuǎn) 換為電池包114需要的直流電壓。本說明書中描述的方法同樣可W應(yīng)用到純電動車輛或者 使用電池包的任何其它裝置。
[0024] 電池包114除了提供推進能量之外，還可W提供用于其它車輛電子系統(tǒng)的能量。 典型的系統(tǒng)可W包括將電池包114的高壓DC輸出轉(zhuǎn)換為與其它車輛負(fù)載兼容的低壓DC輸 出的DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊118。其它高壓負(fù)載（比如壓縮器和電動加熱器）可W直接連接至 從電池包114引出的高壓總線。在典型的車輛中，低壓系統(tǒng)電連接至12V電池120。純電動 車輛可W具有類似的配置只是沒有發(fā)動機108。
[0025] 可W通過外部電源126向電池包114再充電。外部電源126可W經(jīng)由充電端口 124 通過電連接向車輛102提供交流或直流電。充電端口 124可W是配置用于從外部電源126 向車輛102傳輸電力的任何類型的端口。充電端口 124可W電連接至電力轉(zhuǎn)換模塊122。 電力轉(zhuǎn)換模塊可W適配來自外部電源126的電力W向電池包114提供適合的電壓和電流水 平。在一些運用中，外部電源126可W配置用于向電池包114提供適合的電壓和電流水平 并且電力轉(zhuǎn)換模塊122不是必需的。在一些運用中，電力轉(zhuǎn)換模塊122的功能可W設(shè)置在 外部電源126中。車輛發(fā)動機、變速器、電動機W及電力電子器件可由動力傳動系統(tǒng)控制模 塊（PCM) 128控制。
[0026] 除了示出插電式混合動力車輛，圖1如果去除組件108可示出電池電動車輛 炬EV)。同樣，圖1如果去除組件122、124和126可示出傳統(tǒng)的混合動力電動車輛（肥V)或 動力分流式混合動力電動車輛。
[0027] 可W通過多種化學(xué)配方構(gòu)建電池包中的單個電池單元。典型的電池包化學(xué)物質(zhì)可 包括但不限于鉛酸、媒領(lǐng)（NiCd)、媒金屬氨化物（NIMH)、裡離子或裡離子聚合物。圖2顯示 了 N個電池單元模塊202簡單串聯(lián)配置的典型電池包200。電池單元模塊202可包含單個 電池單元或并聯(lián)電連接的多個電池單元。然而，電池包可W由串聯(lián)或并聯(lián)或它們組合連接 的任意數(shù)量的單個電池單元W及電池單元模塊組成。典型系統(tǒng)可W具有監(jiān)視并控制電池包 200的性能的一個或更多個控制器（比如電池控制模塊炬CM) 208)。BCM 208可W監(jiān)視不同 的電池包水平特性，比如由電流傳感器測量的電池包電流206、電池包電壓210 W及電池包 溫度212。在特定布置中，電流傳感器的性能對于建立可靠的電池監(jiān)視系統(tǒng)來說可能是至 關(guān)重要的。電流傳感器的精確性對于評估電池荷電狀態(tài)和容量來說可W是有用的。電流傳 感器可利用基于物理原理的多種方法來檢測電流，包括霍爾效應(yīng)1C傳感器、變壓器或電流 謝、使電壓與電流直接成比例的電阻器、利用干涉來測量由磁場產(chǎn)生的光中的相位變化的 光纖（fiber potics)或羅氏線圈（Rogowski coil)。
[002引除了電池包的水平特性外，還存在需要測量和監(jiān)視的電池單元的水平特性。例如， 可W測量每個單元的端電壓、電流和溫度。系統(tǒng)可利用傳感器模塊204來測量一個或更多 個電池單元模塊202的特性。該特性可包括電池單元電壓、溫度、壽命、充電/放電循環(huán)的 次數(shù)等。通常，傳感器模塊將測量電池單元電壓。電池單元電壓可W是單個電池的電壓或 并聯(lián)或串聯(lián)電連接的一組電池的電壓。電池包200可利用多達噸個傳感器模塊204來測 量所有電池單元202的特性。每個傳感器204可W將測量值傳輸至BCM 208 W進一步處理 和協(xié)調(diào)。傳感器模塊204可W將模擬或數(shù)字格式的信號傳輸至BCM 208。
[0029] 對于典型的裡離子電池單元，在SoC與開路電壓（VJ之間存在關(guān)系比如Vw = f(SoC)。圖3是顯示作為SoC函數(shù)的開路電壓V。。的典型曲線300?？蒞從電池屬性的分析 或者從測試電池單元來確定SoC與V。。之間的關(guān)系。該函數(shù)可W是通過fi(Voc)計算SoC。 函數(shù)或反函數(shù)可W實施為查值表或等效方程式。曲線300的精確形狀可W基于裡離子電池 的精確方程式（exact化rmulation)而變化。電壓Voc由于電池的充電和放電而改變。
[0030] 存在多種方式確定電池SoC，包括測量開路電壓、累積進入或離開電池的電荷量、 利用電池電解質(zhì)上的液體比重、阻抗譜W及量子磁性（quantum magnetism)。測量開路電 壓需要負(fù)載與電池分離并且電池端子"息浮"。在端子"息浮"的情況下，在進行測量之前， 電池必須"靜止"或穩(wěn)定。如果電池在電流流入或流出電池時處于負(fù)載，則當(dāng)電池端子分離 時，開路電壓將不是電池SoC的準(zhǔn)確表達，直至電荷穩(wěn)定。由于該個方面，使得利用開路電 壓不是確定在電池工作時的電池SoC的好方法。當(dāng)電池在工作時，利用庫倫（Coulomb)計 算是優(yōu)選方法。該方法測量在給定的時間段期間流入或流出電池的電流。該方法的一個問 題是如果在電流傳感器中存在故障，那么電池SoC的計算將是不準(zhǔn)確的。在混合動力車輛 運轉(zhuǎn)期間，準(zhǔn)確確定電池SoC使得BCM 208可W利用電池SoC的整個工作范圍是至關(guān)重要 的。
[0031] 圖4示出了利用電池SoC 402和時間404的關(guān)系圖計算SoC變化的不同方法。當(dāng) 車輛運轉(zhuǎn)時，電池SoC關(guān)于時間變化。由于很多原因?qū)е码姵豐oC可在運轉(zhuǎn)期間增加，如車 輛起動的BECM電力418所示，該樣的原因包括利用再生制動（車輛下山或車輛減速請求）。 另外，電池SoC可在運轉(zhuǎn)期間減小，比如使用電池給電機或電附件供電。在時間段Tab內(nèi)示 出的瞬時SoC 406在時間段Tab內(nèi)具有SoC變化（A SoCah) 408。在時間段內(nèi)的SoC變化可 從基于電流傳感器讀數(shù)的安培小時積分獲得。方程式為
[0032]

【權(quán)利要求】
1. 一種車輛，包括： 電池； 傳感器，被構(gòu)造為感測電池的電流； 電機，電連接到電池； 至少一個控制器，被配置為響應(yīng)于檢測傳感器的誤差狀態(tài)，在隨后的驅(qū)動循環(huán)期間限 制用于電機的最大電流，以限制來自電池的電流，其中，所述傳感器的誤差狀態(tài)由電池的在 驅(qū)動循環(huán)之前的開路電壓與在驅(qū)動循環(huán)之后的開路電壓的差比用于驅(qū)動循環(huán)的電池荷電 狀態(tài)的變化量大或小預(yù)定量而限定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述至少一個控制器還被配置為響應(yīng)于檢測誤 差狀態(tài)，輸出指示電流傳感器的誤差狀態(tài)的信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，電池荷電狀態(tài)的變化量是基于用于驅(qū)動循環(huán)的 電池的安培小時凈變化量與電池容量的商。
【文檔編號】B60L11/18GK104422917SQ201410393210
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】常曉光, 王旭, 何川, 喬瑟芬·S·李 申請人:福特全球技術(shù)公司