[发明专利]用于检测ISC输出和/或高压总线的故障的低成本电路

说明书

技术领域

本发明大体上涉及故障检测电路，尤其涉及用于车辆电力驱动系统的故障检测电路。

背景技术

电动车辆，通过使用电力驱动系统辅助或代替内燃机，可减少化石燃料的消耗和大气排放。通常，电力驱动系统包含能量源、能量转换系统和由能量转换系统供电并配置为驱动负载的电机。典型地，能量源以能量存储装置的形式存在，例如，高电压电池。通常，能量转换系统包括配置为接收来自电池的直流电压和提供交流相电流给电机的逆变器系统控制(ISC)，该电机例如为，配置为驱动电动车辆的车轮组的电动机。

ISC可通过高压直流正轨和负轨连接至高压电池，并且可通过将其直接安装至车辆底盘而接地。在很多配置中，ISC可包括Y电容器，以提高 ISC的抗干扰性和稳定电压波动，这些情况可在正常的ISC运行过程中发生。然而，故障和不规则变化的发生可导致在直流轨出现大的不稳定的电压摆动。例如，ISC输出电缆隔离可能会变得泄露或发电机和／或电动机绕组隔离可能会发生故障。可选择地，在检测或维修过程中，ISC输出或直流轨可能会被不小心短接至底盘。在上述任何情况下，关于直流轨的底盘电压能够快速而显著地改变，产生大的共模电流。如果不尽快解决，该共模电流可损坏ISC控制装置和其它直接耦接至直流总线的模块。

发明内容

本发明提出一种用于故障检测和保护的有效且经济的电路。示例性的电路可包括：能量存储装置(ESD)；具有正直流(DC)总线和耦接至ESD 的负直流总线的逆变器系统控制(ISC)电路；和配置为监测关于一个直流总线的底盘电压的故障保护单元(FPU)。在一个示例性实施例中，ISC 电路可耦接至底盘和至少一个电机，例如，电动机或发电机。FPU可配置为使用关于直流总线的底盘电压来检查存在的接地故障，并且可配置为提供指示是否检测到接地故障的输出。例如，当关于直流总线的底盘电压落入预先确定的典型的正常运行的范围内时，FPU可提供指示未检测到故障的“无故障”状态信号。相反地，当电位差在预先确定的的范围之外时，FPU 可提供指示存在故障的故障信号。在一个示例性的实施例中，FPU可耦接至ISC控制器，该ISC控制器配置为当检测到接地故障时暂停ISC运行，以避免损坏组件，例如，ISC电力电子装置、ISC控制器局域网(CAN) 控制器、或其它的装置。本发明的系统或电路可配置为检测底盘和ISC输出之间、底盘和直流轨之间、或底盘和电机绕组之间的接地故障。

示例性的FPU可包含配置为监测关于直流总线的底盘电压和使用该电压确定是否存在接地故障的故障检测模块(FDM)。此外，FPU也可配置为提供指示是否存在接地故障的输出。在一个示例性的实施例中，FPU 可配置为确定关于直流总线的底盘电压是否落入预先确定的范围内。举例来说，FDM可包含窗口检测器(window detector)，其包括配置为将输入与第一基准电压进行比较的第一比较器，和配置为将输入与第二基准电压进行比较的第二比较器。在一个示例性的实施例中，第一和第二基准电压可代表定义预先确定的范围的下限和上限。在预先确定的范围之外的输入信号可指示接地故障，而在预先确定的范围内的输入电压可指示正常运行。在一个示例性的实施例中，FPU可包括配置为接收FDM输出和提供状态输出的状态输出模块(SOM)。举例来说，SOM可包含信号发送器，例如，光耦合器或其它的配置为提供其输入和输出之间的电隔离的装置，例如，隔离信号变压器。FPU可配置为提供指示正常运行或存在故障的输出。

本发明的方法可包括监测关于直流总线轨的底盘电压，利用所述底盘电压确定是否存在故障，和提供指示是否存在接地故障的状态输出。在一个示例性的方法中，利用关于直流总线的底盘电压确定是否存在故障可包含确定关于直流总线的底盘电压是否在预先确定的范围内。举例来说，一种方法可包括提供状态输出给ISC控制器，该ISC控制器配置为当检测到故障时停止ISC运行，以便避免损坏电路或系统组件。

附图说明

图1示出了一个配置为提供接地故障检测和保护的示例性系统。

图2示出了一个配置为提供接地故障检测和保护的示例性系统。

图3示出了一个用于提供故障检测和保护的示例性电路。

图4示出了用于故障检测和保护的示例性方法的流程图。

图5示出了一个当下部的ISC开关导通时FPU可检测ISC输出故障的示例性电路。

图6示出了一个当上部的ISC开关导通时FPU可检测ISC输出故障的示例性电路。

图7示出了一个FPU可检测正直流总线故障的示例性电路。