用于机动车交流电力系统的自动和用户启动的隔离测试

摘要

本公开提供了“用于机动车交流电力系统的自动和用户启动的隔离测试”。一种车辆逆变器被布置成将来自电源的直流电转换为用于插座的交流电。逆变器包括：变压器，其电连接在所述电源和所述插座之间；电阻元件，其可以经由换向器选择性地与所述变压器并联电连接，以在所述电源和所述插座之间建立直接电连接；以及控制器，其根据指示换向器关闭之前和之后所述电源和所述插座之间的电阻的值选择性地命令所述换向器关闭。

说明书

技术领域

本公开涉及机动车电力系统的控制以及用户对机动车电力系统提供的动力的接入。

背景技术

车辆可以包括能量存储系统(例如，电池)，所述能量存储系统经由电机提供用于推进的动力。它们还可以包括能量存储系统，所述能量存储系统为用户提供可经由插座接入的电源。也就是说，用户可以将负载插入他们的车辆中。

接地故障电路断流器有时用于电源插座。接地故障电路断流器与电源插座集成在一起，并且跟踪电路中流动的电流，以实时感测波动。如果它检测到电路中电流的变化，它将切断电流。

发明内容

一种用于车辆的电力系统包括：电源插座；电源；变压器，其电连接在电源插座和电源之间；以及电路，其获得指示电源插座和车辆底盘之间的电阻的值。所述电力系统还包括第一控制器，用于选择性地建立与变压器并联并且在电源插座和电源之间的直接电路径，使得电阻在存在直接电路径期间较低，并且在不存在直接电路径期间较高，前提是电源插座在不存在直接电路径期间与电源电流隔离。

一种控制机动车辆的逆变器的方法包括响应于用户输入，建立与逆变器的变压器并联并且在机动车辆的电源插座和机动车辆的电源之间的直接电路径。变压器电连接在电源插座和电源之间。所述方法还包括在存在和不存在直接电路径期间，根据指示在电源插座和与电源共享公共接地的机动车辆底盘之间的电阻的值，选择性地防止电力从电源流向变压器。

一种车辆电力系统包括逆变器，所述逆变器将来自电源的直流电转换为用于插座的交流电。逆变器包括：变压器，其电连接在电源和插座之间；电阻元件，其经由换向器选择性地与变压器并联电连接以在电源和插座之间建立直接电连接；以及控制器，其根据指示换向器关闭之前和之后电源和插座之间的电阻的值选择性地命令换向器关闭。

附图说明

图1是车辆电力系统的示意图。

图2至图4是与图1的车辆电力系统的用户接口相关联的显示输出的示例。

具体实施方式

本文公开了详细的实施例。然而，它们仅是示例，并且可以以各种替代形式来实施。附图不一定按比例绘制。一些特征可能会被放大或最小化以示出特定部件的细节。本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅是作为教导本领域技术人员的代表性基础。

一些车辆可配备交流(AC)电力系统，客户可在其中连接需要AC电力的装置，类似于家用AC电源插座上的电源。某些车载AC电力系统可设计成经由一个或两个仅可以从车辆内部接入的插座来支持相对较小(诸如150W或400W)的负载。

然而，较新的车辆级AC电力系统可以提供更高的AC功率水平(诸如2kW)，并且提供多个插座，所述多个插座可以从车辆内部或外部接入。例如，这些能够输送更多电力的系统将允许客户插入电动工具等。电动工具可以具有金属框架，如果它通过无效的隔离接地，接地系统可能会在用户不知情的情况下发生中断。

一些AC电力系统可能不包括通知客户与使用AC电力相关联的一些问题的机制，并且可能不允许客户测试AC电力系统以确认正常操作。此外，包括接地故障电路断流器的家用插座提供与其相关联的功能。不包括接地故障电路断流器的家用插座不提供此类功能。

对全部车辆插座使用接地故障电路断流器可能会很昂贵。并且，此类的使用可能不切实际。在车辆逆变器的输出端布置接地故障断续器电路可以是可能的，但是在延长导线的情况下或在接地故障断续器电路之外的电路中有多个接头的情况下，这可能会引起其他问题。

这里，考虑使用电流隔离来防止初级侧(例如，低直流(DC)电压输入端)和次级侧(例如，连接装置的高压AC输出端)之间的意外电流流动。此电流隔离隔离了电气系统的功能部段，以防止电流流动，因为不准许有直接传导路径。然而，能量或信息仍然可在各部段之间进行交换。在一个示例中，隔离/升压变压器经由磁通量提供耦合。变压器的初级绕组和次级绕组没有相互连接，这防止了电流在电路的低压侧和高压侧之间流动。逆变器处的光耦合器通过光波传输信息。发送器(光源)和接收器(光敏装置)没有电连接。泄漏检测电路测量车辆底盘(包括低压电路)和高压端子之间的隔离电阻。如果变压器隔离损耗，可以防止出现不同的问题。例如，逆变器可能会关断。

在另一个示例中，电流隔离监测器可以主动测量车辆底盘(包括低DC电压输入)和高压端子(连接装置的高压AC输出)之间的隔离电阻。电流隔离测试器(通过电流、电压或电阻)也可以向内部系统和/或用户提供反馈。为此，可以提供类似于接地故障电路电路断流器插座中的接口，以在检测到接地路径时停止电力转换，允许用户测试检测故障的机制是否正常操作，并且检测是否有缺陷的装置插入系统。

通过使用电流隔离监测，可在AC电力系统内的一些情况下实现软件/硬件解决方案，以连续监测低压侧和高压侧之间的隔离存在。在提供AC输出之前，AC电力系统可以通过使用可按需使用的隔离测试器来测试其机制，以检测电流隔离损耗。如果发现所述机制能够检测到隔离故障的损耗，则允许所述模块提供AC输出。如果初始加电序列通过，但系统在提供AC输出的某个时间点检测到问题，系统可能会停止提供AC输出，设置故障标志，通知用户问题，和/或提供重置系统的选项。如果问题仍然存在，则在所述激活或钥匙循环中可能不允许AC输出。如果初始上电序列通过，并且在某个时刻客户决定测试电流泄漏(在一些家用插座中可以这样做)，AC电力系统可能会命令隔离测试器注入故障，用于命令的测试目的。如果发现所述机制能够检测到隔离故障的损耗，则模块可能会停止电源转换，直到客户重置系统。如果在测试期间(在提供AC输出或响应用户请求之前)，发现所述机制无法检测到故障，则模块可能会进入故障模式，并且在所述激活或钥匙循环中不提供AC输出，设置内部故障消息，和/或通知用户问题。

因此，本文设想的某些策略提出添加一种机制来检测机动车逆变器中的接地路径，以测试所述机制在提供AC输出或按需之前是否工作，和/或向客户通知问题。这可能允许用户测试、监测并且通知电流泄漏情况。因此，一些AC电力系统能够按需注入故障(模拟用于自检目的电流隔离损耗)以确认系统是活动的，并且能够：检测电流泄漏；检测内部AC逆变器系统上的隔离损耗或外部连接到AC系统输出的用户装置中的隔离损耗以检测接地路径；如果检测到电流隔离损耗，则关闭AC输出，以避免出现问题，即使没有连接负载；报告隔离损耗以通知客户问题(内部或外部)；和/或如果隔离故障源已消除，则按需重新启用AC输出。

这些装置可以检测三个区的故障，而接地故障电路断流器仅能检测一个区的故障：车辆外部的问题。一些提出的系统甚至可在将装置连接到AC电源插座之前检测到问题。第一区包括逆变器和DC/AC模块。可能检测到的问题包括变压器短路(DC至AC)和低压侧高压短路。第二区包括其他车辆侧部件。可能检测到的问题包括线束短路、插座短路以及电池、逆变器或插座上的连接器短路。第三区包括车辆外部的部件。可能检测到的问题包括负载故障。

本文设想的系统可能比接地故障电路断流器更稳健，即使有许多接头。如上所述，在接地故障电路断流器之外的电路具有多个接头的情况下，接地故障电路断流器可能会遇到问题。每当逆变器开始提供AC输出时，都可以自动测试所提出的检测隔离损耗的机制。相比之下，接地故障电路断流器插座通常是手动测试的。所提出的策略可以改善经由车辆显示器和告示器向用户发出的问题通知，因为它指示检测到的故障类型。

所提出的电力系统可以提供某些好处，包括警告用户某些问题，与接地故障电路断流器解决方案相比降低成本，以及提供在提供AC电力之前按需测试的能力。

参考图1，车辆10包括底盘11、逆变器12、辅助电源14(例如，12伏电池)、电源16(例如，交流发电机、24伏电池、充电控制系统等)、至少一个插座18和用户接口20(例如，虚拟按钮、物理开关、显示屏等)。响应于用户将诸如电动工具的负载插入到至少一个插座18中，逆变器12将来自电源16的DC电力转换为用于插座18的AC电力，如下面进一步详细讨论的。

逆变器12包括变压器22(例如，隔离/升压变压器)、初级控制器24、次级控制器26、光耦合器28、泄漏检测电路30、电阻元件32(例如，电阻器)和换向器34(例如，继电器、固态晶体管、开关等)。变压器22电连接在电源16和插座18之间，并且包括一对线圈36、38，所述一对线圈36、38以典型方式布置以提供隔离并且升高来自电源16的电力的电压。也就是说，线圈36与电源16电连接，并且线圈38与插座18电连接。在正常情况下，线圈36、38将电源16和插座18电流隔离。因此，底盘11、电源14、16和初级微控制器24也与插座18、用户接口20和辅助微控制器26电流隔离。

电阻元件32与换向器34串联，使得响应于换向器34关闭，电阻元件32将与变压器22并联：电阻元件32的一个端子将与线圈36电连接，并且电阻元件32的另一个端子将与插座18电连接。如下文进一步详细讨论的，这将准许对泄漏检测电路30进行自动或选择性测试以确保其正常操作。

泄漏检测电路30电连接在为泄漏检测电路30供电的电源14、16和插座18之间。它包括典型的部件(诸如电阻测量电路)，并且在电源14、16和插座18之间提供高电阻路径，前提是插座18与电源14、16适当隔离。

光耦合器28准许初级微控制器24和次级微控制器26之间的通信，同时当光用于桥接间隙时维持隔离。也就是说，光耦合器28将来自初级微控制器24的电通信信号转换为光，将此光跨间隙传输，并且将接收到的光转换回用于次级控制器26的电通信信号。对于从次级微控制器26到初级微控制器24的通信，反之亦然。

如上所述，次级微控制器26与插座18和光耦合器28通信。插座18的状态(例如，已插入、未插入等)可以被传递到初级控制器24。

更通常地，车辆10中的控制器、电子模块和其他部件可以经由一个或多个车辆网络进行通信，所述一个或多个车辆网络可以包括多个通道。通道中的一个可以包括模块之间的分立连接，并且可以包括来自辅助电源14的电力信号。不同的信号可以在不同的通道上传送。某些通信或控制信号可以在高速通道上传送，而其他通信或控制信号可以在低速通道上传送。因此，一个或多个车辆网络可以包括有助于在模块之间传送信号和数据的任何硬件和软件部件。

电源14、16和底盘共享公共接地。假设电源14、16与泄漏检测电路30电连接，并且与底盘11共享公共接地，例如，底盘11和插座18之间的隔离损耗将被泄漏检测电路30的电阻测量电路检测为底盘11和插座18之间的低电阻。在此类情况下，泄漏检测电路30可以将此类信息传递到初级控制器24，所述初级控制器24可以防止来自电源16的电力流向变压器22，并且最终流向插座18。

初级微控制器24还对换向器34施加控制。响应于例如车辆10已经被激活的信息，并且在准许电力从电源16流向变压器22之前，初级微控制器24可以命令换向器34关闭——将电阻元件32与变压器32并联放置，将线圈36、38直接电连接在一起，并且消除它们之间的电流隔离。假设泄漏检测电路30正常操作，它应检测底盘11和插座18之间的低电阻。当此类低电阻如预期的那样被报告给初级微控制器24时，初级微控制器24可以命令开关34断开，重新建立变压器22的电流隔离。微控制器24然后可以准许电力从电源16流向变压器22，并且最终流向插座18。

在泄漏检测电路30没有正常操作的情况下，即使换向器34关闭，所述泄漏检测电路也可能检测不到底盘11和插座18之间的低电阻。当此类低电阻没有如预期的那样被报告给初级微控制器24时，初级微控制器24可以命令开关34断开并且阻止电力从电源16流向变压器22。初级微控制器24还可以命令用户接口20显示与其相关的警报。

如上所述，用户接口20可以提供虚拟的物理按钮，所述虚拟的物理按钮准许用户请求初级控制器24关闭换向器34。也就是说，用户还可以自行决定测试系统是否正常操作。响应于用户已经经由用户接口20做出此类请求的信息，初级微控制器24可以命令换向器34关闭。假设泄漏检测电路30再次正常操作，它应检测底盘11和插座18之间的低电阻。当此类低电阻如预期的那样被报告给初级微控制器24时，初级微控制器24可以命令开关34断开，命令用户接口20显示与之相关的数据，并且准许电力流向变压器22。

参考图2、图3和图4，可以经由用户接口20向用户提供各种输出。参考图2，例如，用户接口20可以显示指示逆变器12是否提供AC输出的图形和“测试”按钮42，所述按钮准许用户选择性地测试泄漏检测电路30是否如上所描述的正常操作。参考图3，用户接口20可以指示逆变器12已经关闭，并且作为成功测试的结果，已经检测到接地故障。还可以提供“重置”按钮44和“关闭”按钮46。在“重置”按钮44准许用户重置系统以消除有意创建的故障，使得逆变器12可以继续提供AC电力。“关闭”按钮46准许用户经由用户接口20退出此特征。参考图4，用户接口20可以指示需要服务并且作为不成功测试的结果引导用户联系授权的服务人员。还可以提供“关闭”按钮48。类似于“关闭”按钮46，“关闭”按钮48准许用户经由用户接口20退出此特征。

相对于泄漏检测电路30的电阻测量电路，限定上述低电阻和高电阻的预定阈值可以经由测试来确定，并且由特定应用的设计考虑来驱动。另外，适用的标准还可以通知用于确定底盘11和插座18之间的电阻是低还是高等的预限定阈值的选择。

本文所公开的过程、方法或算法可能够输送到处理装置、控制器或计算机/由处理装置、控制器或计算机实施，所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述过程、方法或算法可以作为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令来存储，所述形式包括但不限于：永久存储在不可写存储介质(诸如只读存储器(ROM)装置)上的信息以及可变更地存储在可写存储介质(诸如软盘、磁带、光盘(CD)、随机存取存储器(RAM)装置以及其他磁性和光学介质)上的信息。所述过程、方法或算法也可以以软件可执行对象来实现。替代地，可以使用合适的硬件部件全部或部分地实施所述过程、方法或算法，所述硬件部件诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或装置或者硬件、软件和固件部件的组合。

虽然上面描述了示例性实施例，但这些实施例不意图描述权利要求所涵盖的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。

各种实施例的特征可以被组合以形成可能没有被明确描述或说明的其他实施例。尽管各种实施例可能已经被描述为就一个或多个期望的特性而言提供优点或优于其他实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实施方式期望的实施例不在本公开的范围外，并且对于特定应用可为期望的。

根据本发明，提供了一种用于车辆的电力系统，其具有：电源插座；电源；变压器，其电连接在电源插座和电源之间；电路，其被配置为获得指示电源插座和车辆底盘之间的电阻的值；以及第一控制器，其被配置为选择性地建立与变压器并联并且在电源插座和电源之间的直接电路径，使得电阻在存在直接电路径期间较低，并且在不存在直接电路径期间较高，前提是电源插座在不存在直接电路径期间与电源电流隔离。

根据实施例，本发明的特征还在于接口，所述接口被配置为准许用户请求第一控制器建立直接电路径。

根据实施例，第一控制器还被配置为基于存在直接电路径时的值和不存在直接电路径时的值生成用于接口的输出。

根据实施例，第一控制器还被配置为基于存在直接电路径期间的值和不存在直接电路径期间的值来防止电力从电源流向变压器。

根据实施例，第一控制器还被配置为响应于车辆已经被激活的指示来建立直接电路径。

根据实施例，本发明的特征还在于：第二控制器，其被配置为与所述电源插座通信；以及光耦合器，其被配置为经由光促进所述第一控制器和所述第二控制器之间的通信。

根据实施例，本发明的特征还在于电阻元件和换向器，并且其中第一控制器被配置为通过命令换向器关闭来选择性地建立直接电路径。

根据实施例，电源被配置为给电路和第一控制器供电。

根据实施例，本发明的特征还在于辅助电源，所述辅助电源被配置为给电路和第一控制器供电，其中辅助电源和底盘共享公共接地。

根据实施例，电源和底盘共享公共接地。

根据本发明，提供了一种控制机动车辆的逆变器的方法，所述方法具有：响应于用户输入，建立与逆变器的变压器并联并且在机动车辆的电源插座和机动车辆的电源之间的直接电路径，其中变压器电连接在电源插座和电源之间；以及在存在和不存在直接电路径期间，根据指示电源插座和与电源共享公共接地的机动车辆底盘之间的电阻的值，选择性地防止电力从电源流向变压器。

根据实施例，本发明的特征还在于，响应于机动车辆已经被激活的指示，建立直接电路径。

根据实施例，本发明的特征还在于基于所述值生成用于机动车辆的接口的输出。

根据实施例，建立包括命令换向器关闭。

根据本发明，提供了一种车辆电力系统，其具有车辆逆变器，其被配置为将来自电源的直流电转换为用于插座的交流电，其中所述逆变器包括：变压器，其电连接在电源和插座之间；电阻元件，其被配置为经由换向器选择性地与变压器并联电连接以在电源和插座之间建立直接电连接；以及控制器，其被配置为根据指示换向器关闭之前和之后电源和插座之间的电阻的值，选择性地命令换向器关闭。

根据实施例，逆变器还包括电路，所述电路被配置为获得所述值。

根据实施例，控制器还被配置为响应于用户输入命令换向器关闭。

根据实施例，控制器还被配置为响应于车辆激活而命令开关闭合。

根据实施例，逆变器包括另一个控制器和光耦合器，所述光耦合器被配置为经由光促进控制器之间的通信。

根据实施例，电源与车辆底盘共享公共接地。