具有多个储能设备的故障运行电力系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及具有多个储能设备的故障运行电力系统。具体地，提供了一种用于操作车辆的故障运行电力系统的方法，其包括监测并行布置的第一或第二电力分配路径上的电压。每个路径包括相应的第一和第二隔离开关，所述第一和第二隔离开关在以闭合状态运行时有效地通过相应的能力存储装置给相应的路径供电，用于给划分在这些路径的每一个上的一个或多个负载供应电功率。监测可控制地运行在开路状态与闭合状态之间的第三隔离开关。第三隔离开关的闭合状态连接这些路径，并且第三隔离开关的开路状态断开这些路径之间的连接。当启用了需要故障运行电力的预定操作模式时，在监测的所述电压中的至少一个违反了参考电压时将第三隔离开关控制到开路状态，并且在监测的所述电压都没有违反所述参考电压时，将第三隔离开关控制到闭合状态。
【专利说明】具有多个储能设备的故障运行电力系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年9月20日提交的序列号为61 / 703，314的美国临时申请的权益，该文献通过引用的方式并入本文。
【技术领域】
[0003]本公开涉及在当故障运行系统被启用时的电气故障期间提供临界电气负载。
【背景技术】
[0004]这里提供的背景描述仅提供与本申请有关的背景信息。因此，该描述无意被承认是现有技术。
[0005]自主驾驶系统和高速公路有限能力自主驾驶(FLAAD)系统利用关于道路、环境、和其他驾驶情况的输入来自动地控制节气门、制动和转向机构。操纵机动车辆所处的通畅路径的精确估计和识别是渴望的，以取代人脑作为用于车辆操纵的控制机构。
[0006]在任何自主驾驶系统中，渴望的是，在电源或电力分配路径中的任何一个存在故障期间，用于当自主驾驶被启用时提供车辆操纵的临界电气负载能在一时间段内(例如5秒钟)被持续地供电，以使得与临界电气负载相关的合适控制器在该时间段内继续运行。
[0007]临界电气负载可包括为控制器供电的故障运行系统(F0S)负载，所述控制器用于操纵自主驾驶(例如，当FLAAD模式被启用时)所需的各种致动器和系统。所期望的是，F0S负载是可故障运行的，并且甚至在电气系统中的电气故障期间接收后备供电至少5秒钟。当FLAAD模式被启用时，监测持续的故障诊断，以检测电气系统中任何故障的存在性。当自主驾驶期间(即，当FLAAD模式被启用时)检测到故障时，车辆被构造成临时切换至车道居中(lane centering)，并需要驾驶员立即接管。因此，在驾驶员接管期间，车辆必需维持横向/纵向至少预定时间段，例如，5秒钟。
[0008]已知的是，例如，当检测到电力损失时，使用用于每个F0S负载的附加电池或超级电容来提供备用电力。附加电池或超级电容对于每个F0S负载来说增加了质量并增大了包装尺寸；如果定尺寸成单独支持每个F0S负载则会增加成本；且并不支持车辆的整个电气系统或控制器，而仅支持为其分配了附加电池或超级电容的这些F0S负载。
【发明内容】
[0009]一种用于操作车辆的故障运行电力系统的方法，其包括监测并行布置的第一和第二电力分配路径上的电压。每个路径包括相应的第一或第二隔离开关，所述第一和第二隔离开关在以闭合状态运行时有效地通过相应的储能设备给相应的路径供电，用于给划分在这些路径的每一个上的一个或多个负载供应电功率。监测可控制地运行在开路状态与闭合状态之间的第三隔离开关。第三隔离开关的闭合状态连接这些路径，并且第三隔离开关的开路状态断开这些路径之间的连接。当启用了需要故障运行电力的预定操作模式时，在监测的所述电压中的至少一个违反了参考电压时将第三隔离开关控制到开路状态，并且在监测的所述电压都没有违反所述参考电压时，将第三隔离开关控制到闭合状态。
[0010]本发明进一步提供以下方案。
[0011]1.一种用于操作车辆的故障运行电力系统的方法，所述方法包括:
[0012]监测并行布置的第一电力分配路径和第二电力分配路径上的电压，每个电力分配路径包括相应的第一隔离开关或第二隔离开关，所述第一隔离开关和所述第二隔离开关在以闭合状态运行时有效地通过相应的电储能设备(ESD)给相应的电力分配路径供电，用于给划分在这些电力分配路径的每一个上的一个或多个负载供应电功率；
[0013]监测第三隔离开关，所述第三隔离开关可控制地在开路状态和闭合状态之间运行，所述闭合状态连接所述电力分配路径，所述开路状态断开所述电力分配路径之间的连接;
[0014]将监测的所述电压中的每一个与参考电压进行比较；
[0015]当启用了需要故障运行电力的预定操作模式时:
[0016]当监测的所述电压中的至少一个违反了所述参考电压时，将所述第三隔离开关控制到所述开路状态；以及
[0017]当监测的所述电压都没有违反所述参考电压时，将所述第三隔离开关控制到所述闭合状态。
[0018]2.如方案1所述的方法，其中，将监测的所述电压中的每一个与所述参考电压进行比较包括下述之一:
[0019]仅当所述第三隔离开关处于所述闭合状态时，将监测的所述电压中的每一个与第一电压范围进行比较，所述第一电压范围由第一下限和第一上限限定；以及
[0020]仅当所述第三隔离开关处于所述开路状态时，将监测的所述电压中的每一个与第二电压范围进行比较，所述第二电压范围由第二下限和第二上限限定，所述第二下限大于所述第一下限并且所述第二上限小于所述第一上限。
[0021]3.如方案2所述的方法，其中，当监测的所述电压中的至少一个违反了所述参考电压时将所述第三隔离开关控制到所述开路状态包括:
[0022]仅当所述第三隔离开关以所述闭合状态运行时，在监测的所述电压中的至少一个处于所述第一电压范围之外并持续了预定的持续时间时，控制所述第三隔离开关以便从所述闭合状态切换到所述开路状态。
[0023]4.如方案3所述的方法，其中，所述第三隔离开关不被控制成从所述闭合状态切换到所述开路状态，除非所述第二隔离开关以所述闭合状态运行。
[0024]5.如方案3所述的方法，进一步包括:
[0025]在监测的所述电压中的至少一个违反了所述参考电压时，如果所述第二隔离开关以开路状态运行，那么在所述第三隔离开关被控制以便从所述闭合状态切换到所述开路状态之前，控制所述第二隔离开关从以所述开路状态运行切换成以所述闭合状态运行达预定切换时间。
[0026]6.如方案2所述的方法，其中，当监测的所述电压中的至少一个违反了所述参考电压时将所述第三隔离开关控制到所述开路状态包括:
[0027]仅当所述第三隔离开关运行在所述开路状态时，在监测的所述电压中的至少一个处于所述第二电压范围之外时，控制所述第三隔离开关以便保持以所述开路状态运行。[0028]7.如方案2所述的方法，其中，当监测的所述电压都没有违反所述参考电压时将所述第三隔离开关控制到所述闭合状态包括下述之一:
[0029]仅当所述第三隔离开关以所述开路状态运行时，在监测的所述电压都处于所述第二电压范围内并且持续了预定的持续时间时，控制所述第三隔离开关，以便从所述开路状态切换到所述闭合状态；以及
[0030]仅当所述第三隔离开关以所述闭合状态运行时，在监测的所述电压都处于所述第一电压范围内时，控制所述第三隔离开关，以便保持以所述闭合状态运行。
[0031]8.如方案1所述的方案，其中，当所述预定操作模式没有启用时，所述第一隔离开关和所述第二隔离开关一直以所述闭合状态运行。
[0032]9.如方案8所述的方案，其中，基于所述ESD的与所述第二电力分配路径相应的电荷状态(S0C)的函数，所述第二隔离开关以所述闭合状态和所述开路状态的一个运行。
[0033]10.如方案1所述的方法，其中，每个电力分配路径包括相应的第一隔离开关或第二隔离开关，所述第一隔离开关和所述第二隔离开关在以所述闭合状态运行时有效地通过相应的ESD给相应的电力分配路径供电包括:
[0034]所述第一电力分配路径通过第一 ESD供电，用于向划分在所述第一电力分配路径上的一个或多个负载中的每一个供应所需电功率的一部分；以及
[0035]所述第二电力分配路径通过第二 ESD供电，用于向划分在所述第二电力分配路径上的一个或多个负载中的每一个供应所需电功率的剩余部分。
[0036]11.如方案10所述的方法，其中，所需电功率的被供应部分包括所述所需电功率
的一半。
[0037]12.一种用于使均并行布置的第一电力分配路径和第二电力分配路径之间的连接断开的方法，包括:
[0038]监测所述第一电力分配路径和所述第二电力分配路径中的每一个上的相应的电压；
[0039]监测可控制地运行在开路状态与闭合状态之间的第一隔离开关、第二隔离开关和
第三隔离开关；
[0040]所述第一隔离开关在以所述闭合状态运行时有效地通过第一电储能设备(ESD)给所述第一电力分配路径供电，用于给划分在所述第一电力分配路径上的多个负载供应电功率;
[0041]所述第二隔离开关在以所述闭合状态运行时有效地通过第二 ESD给所述第二电力分配路径供电，用于给划分在所述第二电力分配路径上的多个负载供应电功率；以及
[0042]所述第三隔离开关在以所述闭合状态运行时有效地连接所述第一电力分配路径和所述第二电力分配路径；
[0043]将监测的所述电压中的每一个与第一电压范围进行比较；
[0044]基于所述比较，检测正常状况和异常状况中的一个；以及
[0045]仅当启用了需要故障运行电力的预定操作模式时，在检测到所述异常状况时，控制所述第三隔离开关以便从以所述闭合状态运行切换成以所述开路状态运行，使得所述第一电力分配路径和所述第二电力分配路径之间的连接断开。
[0046]13.如方案12所述的方法，其中，检测所述正常状况和所述异常状况中的一个包括:
[0047]当监测的所述电压中的每一个都处于所述第一电压范围内时，检测到所述正常状况；以及
[0048]当监测的所述电压中的至少一个不处在所述第一电压范围内并持续了预定的持续时间时，检测到所述异常状况。
[0049]14.如方案12所述的方法，其中，不将所述第三隔离开关控制成切换到以所述开路状态运行，除非所述第二隔离开关以所述闭合状态运行。
[0050]15.如方案12所述的方法，进一步包括:
[0051]当检测到所述异常状况时，如果所述第二隔离开关以所述开路状态运行，那么在所述第三隔离开关被控制成从以所述闭合状态运行切换到以所述开路状态运行之前，控制所述第二隔离开关从以所述开路状态运行切换成以所述闭合状态运行达预定切换时间。
[0052]16.如方案12所述的方法，其中，当所述预定操作模式没有启用时，所述第一隔离开关和所述第二隔离开关一直以所述闭合状态运行。
[0053]17.如方案12所述的方法，进一步包括:
[0054]在所述第三隔离开关成了切换到以所述开路状态运行之后:
[0055]将监测的所述电压中的每一个与第二电压范围进行比较；
[0056]基于所述比较，检测所述正常状况和所述异常状况中的一个；以及
[0057]仅当检测到所述正常状况时，控制所述第三隔离开关，以便从以所述开路状态运行切换到以所述闭合状态运行。
[0058]18.如方案17所述的方法，其中，检测所述正常状况和所述异常状况中的一个包括:
[0059]当监测的所述电压中的每一个都处在所述第二电压范围内时检测到所述正常状况，所述第二电压范围由处于所述第一电压范围内的上限和下限限定；以及
[0060]当监测的所述电压中的至少一个不处于所述第二电压范围内时，检测到所述异常状况。
[0061]19.一种装置，包括:
[0062]第一电力分配路径，所述第一电力分配路径由第一储能设备来供电，用于给划分在所述第一电力分配路径上的负载供应电功率；
[0063]第二电力分配路径，所述第二电力分配路径与所述第一电力分配路径并行，并且由第二储能设备来供电，用于给划分在所述第二电力分配路径上的负载供应电功率；
[0064]第一电压检测器，其构造成监测所述第一电力分配路径上的第一电压，并且基于第一监测电压来检测正常状况和异常状况中的一个；
[0065]第二电压检测器，其构造成监测所述第二电力分配路径上的第二电压，并且基于第二监测电压来检测所述正常状况和所述异常状况中的一个；
[0066]第一隔离开关，所述第一隔离开关在以闭合状态运行时有效地通过所述第一储能设备给所述第一电力分配路径供电，用于给所述负载供应电功率；
[0067]第二隔离开关，所述第二隔离开关在以闭合状态运行时有效地通过所述第二储能设备给所述第二电力分配路径供电，用于给所述负载供应电功率；
[0068]第三隔离开关，所述第三隔离开关构造成:[0069]当由所述第一电压检测器和所述第二电压检测器检测到所述正常状况时，在所述第三隔离开关以闭合状态运行时，经由连接器路径连接所述第一电力分配路径和所述第二电力分配路径；以及
[0070]当由所述第一电压检测器和所述第二电压检测器中的至少一个检测到所述异常状况时，在所述第三隔离开关以开路状态运行时，断开所述第一电力分配路径和所述第二电力分配路径之间的连接。
[0071]多个电压钳位电路，每个电压钳位电路连接到所述第一电力分配路径和所述第二电力分配路径中相应的电力分配路径，每个电压钳位电路将所述相应的电力分配路径上瞬时的最大电压限制到预定量值。
[0072]20.如方案19所述的装置，进一步包括:
[0073]第一电气中心，所述第一电气中心经由所述第一电力分配路径电联接到所述第一储能设备，所述第一电气中心构造成经由所述第一电力分配路径从所述第一储能设备将所需负载的一半分配到所述负载中的每一个；
[0074]第二电气中心，所述第二电气中心经由所述第二电力分配路径电联接到所述第二储能设备，所述第二电气中心构造成经由所述第二电力分配路径从所述第二储能设备将所需负载的另一半分配到所述负载中的每一个；
[0075]第一缓冲开关和第二缓冲开关，所述第一缓冲开关和所述第二缓冲开关构造成当启用了预定操作模式时，缓冲来自甩负载的超过预定电平的电压；以及
[0076]测试负载开关，所述测试负载开关构造成:当所述第二隔离开关以所述开路状态运行并且应用了测试负载时，检查所述第二储能设备的健康状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0077]现将以示例的方式参考附图来描述一个或多个实施例，在附图中:
[0078]图1示出了根据本公开的示例性故障运行电力系统(F0PS)，其包括两个并行电力分配路径，每个电力分配路径由独立电源供电，以用于向划分在两个并行电力分配路径上的临界负载供电；
[0079]图2示出了根据本公开的隔离开关控制器200，其评估车辆的特定运行情况以产生控制信号，以便控制图1中的第一、第二、第三隔离开关1-3在开路和闭合状态之间切换；
[0080]图3示出了根据本公开的用于评估图1中的F0PS100以产生图2的控制信号212的示例性流程图300，以便控制隔离开关3在开路和闭合状态之间切换；
[0081]图4示出了根据本公开的示例性绘图，其示出了当响应于车辆系统电压来启用预定运行模式时图1中的F0PS100的运行；
[0082]图5分别示出了根据本公开的图1中的隔离开关3以及第一和第二开关1、2的示意图，所述隔离开关以及第一和第二开关包括电源电路和相应驱动电路；
[0083]图6示出了根据本公开的结合图5中的电压钳位电路460和462来说的示例性电压钳位电路的示意图。
【具体实施方式】[0084]现在参考附图，其中视图仅是为了描述某些示例性实施例的目的而非为了限制的目的，图1示出了根据本公开的示例性故障运行电力系统(F0PS) 100，其包括两个并行电力分配路径，每个电力分配路径由独立电源供电，以用于向划分在两个并行电力分配路径上的临界负载供应电能。该F0PS100包括第一电源11和第二电源12。术语“独立电源”可以指代这样的电源，其在诸如F0PS内的电气故障之类的异常情况期间具有独立地提供电力的能力。第一独立电源11包括第一储能设备(ESD)，例如是12V电池或者超级电容，两者都具有任选的DC-DC变换器，且所述第一独立电源通过第一隔离开关1经由第一电力分配路径50电联接至第一电气中心20。第一隔离开关1在以闭合状态运行时有效地用来由第一独立电源11经由第一连接器路径53向第一电力分配路径50供电。第二独立电源12包括第二 ESD，例如12V电池或超级电容，两者都具有任选的DC-DC变换器，且第二独立电源12通过第二隔离开关2经由第二电力分配路径52电联接至第二电气中心22。第二隔离开关2在以闭合状态运行时有效地用来由第二独立电源12经由第二连接器路径54向第二电力分配路径52供电。因此，F0PS100包括两个储能设备，每个仅向相应的电力分配路径供电。在一个实施例中，启动器14可由第一独立电源11来供电。除非需要执行诊断或当在检测到异常情况的情况下需要向F0PS设备供电时，否则构想到的实施例包括决不将第二独立电源12用作用于车辆负载的电源。如本文所使用的，术语“异常情况”可以指代分别第一和第二独立电源11、12、和/或分别第一和第二电力分配路径50、52中的任一者中的电气故障。如通常用作在常规内燃(ICE)车辆内的12V发电机或在混合动力电动车辆(HEV)中的高压DC / DC变换器一样，提供12V电能的发电机10可经由第一电力分配路径50电联接至第一电气中心20。DC / DC变换器23向F0S电子控制单元供电。独立电源11和12均包括各自的集成电池传感器(IBS) 9和13，以支持诊断。IBS9和13能够测量相应电源的电流和电压。因此，能够评估IBS以确定相应电源的状态，包括但不限于，电荷状态(S0C)、健康状态(S0H)和功能状态(S0F)。将理解，可在IBS9和13内以及与电源相关联的其他电子控制单元内执行一些运算。在示例性实施例中，由第二独立电源12供应到第二电气中心22的电能由DC / DC变换器23升高，以支持低温运行。
[0085]F0PS100还分别包括第一和第二电压检测器30、32。当启用需要故障运行电力的预定运行模式时，第一和第二电压检测器30、32中的每个可分别被构造成检测分别在第一和第二独立电源11、12、和/或分别在第一和第二并行电力分配路径50、52中的任一者中的诸如电气故障之类的异常情况。如本文所使用的，术语“需要故障运行电力的预定运行模式”指的是在存在电力故障(例如，检测到本文所讨论的异常情况)的情况下必须维持运行的车辆的任何运行模式。应该理解，术语“预定运行模式”表示:故障运行电力是必需的。预定运行模式可包括但不限于，自主驾驶模式、半自主运行模式和高速公路有限能力自主驾驶(FLAAD)模式。如本文所使用的，术语“FLAAD模式”可以指代车辆在高速公路上的处于半自主驾驶模式和自主驾驶模式之一的运行。第一电压检测器30可确定在预定运行模式期间在第一电力分配路径50上的异常情况。例如，第一电压检测器30监测第一电力分配路径30上的第一电压，并将监测到的第一电压与参考电压比较。如果监测到的第一电压背离了参考电压，则可检测到异常情况。第二电压检测器32可确定在预定运行模式期间在第二电力分配路径52上的异常情况。例如，第二电压检测器32监测第二电力分配路径32上的第二电压，并将监测到的第二电压与参考电压比较。如果监测到的第二电压背离了参考电压，则可检测到异常情况。在一个实施例中，当第三隔离开关3以闭合状态运行时，参考电压可包括第一电压范围。在非限制性的实例中，第一电压范围可具有为10V的第一下限和为16V的第一上限。在另一个实施例中，当第三隔离开关3以开路状态运行时，gp，在检测到异常情况之后，参考电压可包括第二电压范围。在非限制性的实例中，第二电压范围可具有为10.5V的第二下限和为15.5V的第二上限。因此，第二下限大于第一下限且第二上限小于第一上限。换句话说，第二电压范围落入第一电压范围内。
[0086]多个故障运行系统(F0S)负载40、42、44中的每个分别被划分在第一和第二电力分配路径50、52上。虽然图1中的F0PS100示出了第一、第二和第三F0S负载40、42、44，但该F0PS100可包括任何数量的F0S负载，并不限于三个F0S负载。F0S负载可包括但不限于，显示模块、制动模块和用于物体检测和通畅路径确定的摄像机模块。简言之，F0S负载40、42、44向用于操纵自主驾驶(例如当FLAAD模式被启用时)所需的各种致动器和系统的控制器供电。在正常情况下，第一电气中心20被构造成从第一独立电源11 (例如，第一 ESD)经由第一电力分配路径50分配所需负载的一部分至每个F0S负载40、42、44。类似地，第二电气中心20被构造成从第二独立电源12(例如，第二 ESD)经由第二电力分配路径52分配所需负载的其余部分至每个F0S负载40、42、44。在一个实施例中，第一电气中心20经由第一电力分配路径50分配所需负载的一半至每个F0S负载40、42、44，且第二电气中心22经由第二电力分配路径52分配所需负载的另一半至每个F0S负载40、42、44。如本文所使用的，术语“正常情况”指的是当没有启用预定驾驶模式(例如FLAAD模式)时的情况、或当在预定驾驶模式被启用的情况下没有检测到异常情况时的情况。在该“正常情况”下，第三隔离开关3始终是闭合的，即，隔离开关3始终是以闭合状态运行的。在示例性实施例中，仅当独立电源11和12两者均最初被证实处于良好的S0H时才启用包括FLAAD模式的预定运行模式。在一个实施例中，良好的S0H可包括具有至少90%的电荷状态(S0C)的S0H。例如，第一和第二独立电源11和12中的每个的S0C可分别被监测并与S0C阈值进行比较，其中仅当第一和第二电源11、12的监测到的S0C中的每个分别至少是S0C阈值时才允许启用FLAAD模式。在非限制性的实例中，S0C阈值是90%。F0S负载40、42、44被设计成在当背离参考值时的时段期间在预定时间(例如，100微秒)内不会重置。
[0087]第三隔离开关3被构造成当第三隔离开关3以闭合状态运行时经由第三连接器路径51连接并行的电力分配路径50和52。在其压降小于预定值的正常情况下，第三隔离开关3以闭合状态运行。在非限制性的实例中，预定值是100mV。当在预定运行模式下分别通过第一和第二电压检测器30、32中的至少一个检测到异常情况时，控制信号迫使第三隔离开关3以开路状态运行，而断开电力分配路径50和52之间的连接。使第三隔离开关3以开路状态运行使得在异常情况下所需电力能够供应至F0S负载40、42、44至少达故障运行时间(例如5秒)，以提供以预定运行模式运行，直到车辆操作者接管对车辆的控制。隔离开关控制器200评估车辆的特定运行情况以产生控制信号，用以分别控制第三隔离开关3以及第一和第二隔离开关1、2在开路和闭合状态之间切换，将在下文中参考图2更加详细地讨论所述隔离开关控制器。在示例性实施例中，第三隔离开关3具有160A的稳态负载和200A的瞬态负载。
[0088]优选地在发动机自动启动事件期间使用第一隔离开关1，以将F0PS100与启动器14产生的压降隔离。第一隔离器1可以开路状态运行，以提供第一独立电源11的开路电压。在示例性实施例中，第一隔离开关1具有160A的稳态负载和200A的瞬态负载。第二隔离开关2可用来在钥匙关闭事件期间将第二独立电源12与车辆寄生电流隔离，并在充电时将第二独立电源12与车辆电网隔离。第二隔离开关2可被构造成仅当F0PS100电压大于13.2V且小于90%的SOC时以闭合状态运行以对第二独立电源12充电。在示例性实施例中，第二隔离开关2具有160A的稳态负载和275A的瞬态负载。第二隔离开关2可被构造成在当瞬态电压小于13.2V时的充电周期期间以开路状态运行，用来防止第二独立电源12的放电和循环充放电。第一和第二缓冲开关4、5分别被构造成当启用预定运行模式时缓冲(抑制)来自甩负载的超过预定水平(例如，16V)的电压。缓冲开关4和5均包括在第三隔离开关3的每个负载侧上的相应电压钳位电路，用于当预定运行模式(例如，FLAAD模式)有效并被启用时将电压维持在预定范围内。参考图6描述示例性电压钳位电路。测试负载开关6和测试负载设置在第二独立电源12ESD上，用来当第二隔离开关2以开路状态运行时定期地检查所述第二独立电源的SOH。在示例性实施例中，缓冲开关4和5以及测试负载开关6均具有50A的稳态负载和200A的瞬态负载。应该理解，在故障运行时段(例如，5秒钟)期间，开关1-6以及电压检测器30和32作为完全运行的FOS负载被供电。
[0089]车辆的运行可进一步规定隔离开关1、2和3、缓冲开关4和5、和测试负载开关6在开路和闭合状态之间的运行。应该理解，开关1-6当以闭合状态运行时导通(0N)，且当以开路状态运行时断开(OFF)。当预定运行模式被无效且禁用时，隔离开关3导通。在示例性实施例中，当预定运行模式有效时，指示有效的高电平信号。在钥匙关闭事件期间，第一和第三隔离开关1、3分别导通，且第二隔离开关2断开。在当预定运行模式被无效且禁用时的钥匙接通事件期间，第一和第三隔离开关1、3分别导通，且第二隔离开关2根据第二独立电源12的电荷状态而导通或断开。当第一和第二电压处于第一电压范围内(即，检测到正常情况)时，第三隔离开关3始终导通。然而，当监测的第一和第二电压中的至少一个落到第一电压范围之外(即，检测到异常情况)时，控制第三隔离开关3从以闭合状态运行切换到以开路状态运行。在控制第三隔离开关3从闭合状态切换至开路状态之前，第二隔离开关2必须以闭合状态完全地运行。因此，如果当检测到异常情况时第二隔离开关2断开，则在第三隔离开关3开始从以闭合状态运行切换至以开路状态运行之前，第二隔离开关2必须开始从以开路状态运行切换至以闭合状态运行。在示例性实施例中，在第三隔离开关3开始切换至开路状态之前，第二隔离开关2开始切换至闭合状态达预定切换时间(例如，10微秒)。类似地，当预定运行模式被启用且监测的第一和第二电压31、33中的至少一个落到第一电压范围之外时，在从第二隔离开关2开始切换至闭合状态起算的预定切换时间之后，第三隔离开关3开始切换至开路状态。选择预定切换时间，以在第三隔离开关3开始切换至开路状态之前使第二隔离开关2完成至闭合状态的切换。
[0090]可包括F0PS模块7，所述F0PS模块实现对第一电压检测器30、第二电压检测器32和开关1-6的管理控制。控制模块、模块、控制装置、控制器、控制单元、处理器和相似的术语是指:一个或多个专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理单元(优选为微处理器)以及相关存储器和储存器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备、合适的信号调节和缓冲电路、以及提供所述功能的其它合适部件中的任何一个或各个组合。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语意味着任何控制器可执行包括标定值和查询表的指令集。控制模块具有一组控制例程，所述控制例程被执行以提供期望功能。所述例程例如由中央处理单元执行并且可操作以监测来自感测装置和其它网络控制模块的输入以及执行控制和诊断例程从而控制致动器的操作。在持续进行的发动机和车辆操作期间，例程可以规则间隔例如每3.125,6.25、12.5、25和100微秒被执行。替代性地，例程可响应于事件发生而被执行。
[0091]图2示出了根据本公开的隔离开关控制器200，其评估车辆特定运行情况，以产生控制信号来分别控制参考图1的第三隔离开关3以及第一和第二隔离开关1、2在开路和闭合状态之间的切换。隔离开关控制器200可在图1的F0PS模块7内实现。如上所述，当启用预定运行模式(例如，FLAAD模式)时，第一和第二电压检测器30、32中的每个分别被构造成检测当相应监测到的第一和第二电压中的至少一个背离了参考电压时的异常情况。在示例性实施例中，图2中的隔离开关控制器200包括作为上述第一和第二电压范围中的一个的参考电压。为简单起见，第一和第二电压范围将被统称为“电压范围”。
[0092]在示出的实施例中，第一电压检测器30包括第一上限电压检测器130和第一下限电压检测器230。第一上限电压检测器130将第一电力分配路径50的监测到的第一电压31与上限阈值35比较。第一下限电压检测器230将监测到的第一电压31与下限阈值36比较。在一个实施例中，上限阈值35包括第一电压范围的为16V的第一上限，且下限阈值36包括第一电压范围的为10V的第一下限。在另一实施例中，上限阈值35包括第二电压范围的为15.5V的第二上限，且下限阈值36包括第二电压范围的为10.5V的第二下限，所述电压超过16.0V之后必须下降、或者在下降到10V以下之后必须升高，以被认为该电压处于范围内。这提供电压检测滞后。
[0093]第一上限和下限电压检测器130、230中的每个分别输出第一范围情况131，所述第一范围情况指示监测到的第一电压31是否分别处于上限和下限阈值35、36内，或监测到的第一电压31是否大于上限阈值35或小于下限阈值36。第一范围情况131被输入到第一故障模块150。
[0094]第一故障模块150输出第一故障情况151和第一无故障情况153中的一个至第一情况模块160。如果第一范围情况131指示监测到的第一电压31分别落到上限和下限阈值35、36之外(即，第一电力分配路径50的监测到的第一电压31处于范围之外)，则确定第一故障情况151。如果第一范围情况131指示监测到的第一电压分别处于上限和下限阈值35、36内，则确定第一无故障情况153。运行模式输入155被输入至第一,清况模块160,用于与第一故障情况151和第一无故障情况153中的一个进行比较。运行模式输入155指示预定运行模式(例如，FLAAD模式)是否有效且被启用，或者预定运行模式是否无效且被
田
ο
[0095]第一情况模块160确定第一电力分配路径50上的第一正常情况172和第一异常情况174中的一个。只要运行模式输入155指示预定运行模式无效且被禁用，就确定第一电力分配路径50上的第一正常情况172。只要预定运行模式有效且被启用并且检测到第一无故障情况153，则还确定第一正常情况172。当预定运行模式有效且被启用并检测到第一故障情况151时，检测到第一异常情况174。第一正常和异常情况172、174中的一个分别被输入至隔离情况模块210。
[0096]相似地，第二电压检测器32包括第二上限电压检测器132和第二下限电压检测器232。第二上限电压检测器132将第二电力分配路径52的监测到的第二电压33与上限阈值35进行比较。第二下限电压检测器232将监测到的第二电压33与下限阈值36进行比较。
[0097]第二上限和下限电压检测器132、232中的每个分别输出第二范围情况133，所述第二范围情况指示监测到的第二电压33是否分别处于上限和下限阈值35、36内、或者监测到的第二电压33是否大于上限阈值35或小于下限阈值36。第二范围情况133被输入至第二故障模块152。
[0098]第二故障模块152输出第二故障情况154和第二无故障情况156中的一个至第二情况模块162。如果第二范围情况133指示监测到的第二电压33分别落到上限和下限阈值35、36之外(即，第二电力分配路径52的监测到的第二电压33处于所述范围之外)，则确定第二故障情况154。如果第二范围情况133指示监测到的第二电压33分别处于上限和下限阈值35、36内，确定第二无故障情况156。运行模式输入155被输入至第二情况模块162,用于与第二故障情况154和第二无故障情况156中的一个进行比较。
[0099]第二情况模块162确定第二电力分配路径52上的第二正常情况173和第二异常情况175中的一个。只要运行模式输入157指示预定运行模式无效且被禁用，就确定第二电力分配路径52上的第二正常情况173。只要预定运行模式有效且被启用并检测到第二无故障情况156，就还确定第二正常情况173。当预定运行模式有效且被启用并检测到第二故障情况154时，检测到第二异常情况175。第二正常和异常情况173、175中的一个分别被输入至隔离情况模块210。
[0100]隔离情况模块210输出控制信号212，所述控制信号被输入至驱动器215。当分别检测到第一和第二正常情况172、173时，该控制信号212可包括隔离开关接通请求。因此，驱动器215输出隔离开关接通请求至第三隔离开关3，以使隔离开关3以闭合状态运行、或允许第三隔离开关3维持以闭合状态运行。类似地，当分别检测到第一和第二异常情况174和175中的至少一个时，该控制信号212可包括隔离开关断开请求。如上所述，第二隔离开关2被构造成在开关断开命令被发送至第三隔离开关3以使第三隔离开关3以开路状态运行之前切换至闭合状态。因此，驱动器215输出隔离开关断开请求至隔离开关3，以使第三隔离开关3以开路状态运行或允许第三隔离开关3维持以开路状态运行。在示例性实施例中，在第一和第二电力分配路径50、52分别的诊断测试期间，隔离开关3可被断开(例如，处于开路状态)。第一诊断输入57可包括第一电气中心20的监测电压，且第二诊断输入59可包括第二电气中心22的监测电压。
[0101]图3示出了根据本公开的用于结合图2的隔离开关控制器200来评估图1中的F0PS100的示例性流程图300，以产生控制信号212以使第三隔离开关3在以开路和闭合状态运行之间切换。该示例性流程图300可在图1中的F0PS模块7内实现。表1作为图3的关键部分被提供，其中用附图标记标出的块和相应的功能如下所述。
[0102]表1
[0103]
【权利要求】
1.一种用于操作车辆的故障运行电力系统的方法，所述方法包括:监测并行布置的第一电力分配路径和第二电力分配路径上的电压，每个电力分配路径包括相应的第一隔离开关或第二隔离开关，所述第一隔离开关和所述第二隔离开关在以闭合状态运行时有效地通过相应的电储能设备(ESD)给相应的电力分配路径供电，用于给划分在这些电力分配路径的每一个上的一个或多个负载供应电功率；监测第三隔离开关，所述第三隔离开关可控制地在开路状态和闭合状态之间运行，所述闭合状态连接所述电力分配路径，所述开路状态断开所述电力分配路径之间的连接；将监测的所述电压中的每一个与参考电压进行比较；当启用了需要故障运行电力的预定操作模式时:当监测的所述电压中的至少一个违反了所述参考电压时，将所述第三隔离开关控制到所述开路状态；以及当监测的所述电压都没有违反所述参考电压时，将所述第三隔离开关控制到所述闭合状态。
2.如权利要求1所述的方法，其中，将监测的所述电压中的每一个与所述参考电压进行比较包括下述之一:仅当所述第三隔离开关处于所述闭合状态时，将监测的所述电压中的每一个与第一电压范围进行比较，所述第一电压范围由第一下限和第一上限限定；以及仅当所述第三隔离开关处于所述开路状态时，将监测的所述电压中的每一个与第二电压范围进行比较，所述第二电压范围由第二下限和第二上限限定，所述第二下限大于所述第一下限并且所述第二上限小于所述第一上限。
3.如权利要求2所述的方法，其中，当监测的所述电压中的至少一个违反了所述参考电压时将所述第三隔离开关控制到所述开路状态包括:仅当所述第三隔离开关以所述闭合状态运行时，在监测的所述电压中的至少一个处于所述第一电压范围之外并持续了预定的持续时间时，控制所述第三隔离开关以便从所述闭合状态切换到所述开路状态。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述第三隔离开关不被控制成从所述闭合状态切换到所述开路状态，除非所述第二隔离开关以所述闭合状态运行。
5.如权利要求3所述的方法，进一步包括:在监测的所述电压中的至少一个违反了所述参考电压时，如果所述第二隔离开关以开路状态运行，那么在所述第三隔离开关被控制以便从所述闭合状态切换到所述开路状态之前，控制所述第二隔离开关从以所述开路状态运行切换成以所述闭合状态运行达预定切换时间。
6.如权利要求2所述的方法，其中，当监测的所述电压中的至少一个违反了所述参考电压时将所述第三隔离开关控制到所述开路状态包括:仅当所述第三隔离开关运行在所述开路状态时，在监测的所述电压中的至少一个处于所述第二电压范围之外时，控制所述第三隔离开关以便保持以所述开路状态运行。
7.如权利要求2所述的方法，其中，当监测的所述电压都没有违反所述参考电压时将所述第三隔离开关控制到所述闭合状态包括下述之一:仅当所述第三隔离开关以所述开路状态运行时，在监测的所述电压都处于所述第二电压范围内并且持续了预定的持续时间时，控制所述第三隔离开关，以便从所述开路状态切换到所述闭合状态；以及仅当所述第三隔离开关以所述闭合状态运行时，在监测的所述电压都处于所述第一电压范围内时，控制所述第三隔离开关，以便保持以所述闭合状态运行。
8.如权利要求1所述的方案，其中，当所述预定操作模式没有启用时，所述第一隔离开关和所述第二隔离开关一直以所述闭合状态运行。
9.一种用于使均并行布置的第一电力分配路径和第二电力分配路径之间的连接断开的方法，包括:监测所述第一电力分配路径和所述第二电力分配路径中的每一个上的相应的电压；监测可控制地运行在开路状态与闭合状态之间的第一隔离开关、第二隔离开关和第三隔离开关；所述第一隔离开关在以所述闭合状态运行时有效地通过第一电储能设备(ESD)给所述第一电力分配路径供电，用于给划分在所述第一电力分配路径上的多个负载供应电功率；所述第二隔离开关在以所述闭合状态运行时有效地通过第二 ESD给所述第二电力分配路径供电，用于给划分在所述第二电力分配路径上的多个负载供应电功率；以及所述第三隔离开关在以所述闭合状态运行时有效地连接所述第一电力分配路径和所述第二电力分配路径；将监测的所述电压中的每一个与第一电压范围进行比较；基于所述比较，检测正常状况和异常状况中的一个；以及仅当启用了需要故障运行电力的预定操作模式时，在检测到所述异常状况时，控制所述第三隔离开关以便从以所述闭合状态运行切换成以所述开路状态运行，使得所述第一电力分配路径和所述第二电力分配路径之间的连接断开。
10.一种装置，包括:第一电力分配路径，所述第一电力分配路径由第一储能设备来供电，用于给划分在所述第一电力分配路径上的负载供应电功率；第二电力分配路径，所述第二电力分配路径与所述第一电力分配路径并行，并且由第二储能设备来供电，用于给划分在所述第二电力分配路径上的负载供应电功率；第一电压检测器，其构造成监测所述第一电力分配路径上的第一电压，并且基于第一监测电压来检测正常状况和异常状况中的一个；第二电压检测器，其构造成监测所述第二电力分配路径上的第二电压，并且基于第二监测电压来检测所述正常状况和所述异常状况中的一个；第一隔离开关，所述第一隔离开关在以闭合状态运行时有效地通过所述第一储能设备给所述第一电力分配路径供电，用于给所述负载供应电功率；第二隔离开关，所述第二隔离开关在以闭合状态运行时有效地通过所述第二储能设备给所述第二电力分配路径供电，用于给所述负载供应电功率； 第三隔离开关，所述第三隔离开关构造成:当由所述第一电压检测器和所述第二电压检测器检测到所述正常状况时，在所述第三隔离开关以闭合状态运行时，经由连接器路径连接所述第一电力分配路径和所述第二电力分配路径；以及当由所述第一电压检测器和所述第二电压检测器中的至少一个检测到所述异常状况时，在所述第三隔离开关以开路状态运行时，断开所述第一电力分配路径和所述第二电力分配路径之间的连接。多个电压钳位电路，每个电压钳位电路连接到所述第一电力分配路径和所述第二电力分配路径中相应的电力分配路径，每个电压钳位电路将所述相应的电力分配路径上瞬时的最大电压限制到预定量 值。
【文档编号】B60L3/00GK103660954SQ201310692830
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2012年9月20日
【发明者】D·P·科赫, C·S·纳穆杜里, J·J·霍尔恩, N·L·霍斯克里, M·C·霍因卡 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司