CN102341722B - 确定用于识别车载电网稳定性的特征量的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明建议了一种用于确定用于识别车载电网稳定性的特征量（Umin）的设备和方法，其具有如下步骤：识别电机起动，检测在电机的起动过程期间的电池电压（UminStart），由所检测到的电池电压（UminStart）借助电池模型（12）计算对应的起动电流（Imax），在使用电池模型（12）和所计算的起动电流（Imax）的情况下以对要期望的车载电网电压的预测的形式确定至少一个特征量（Umin）。
Description
背景技术
本发明以一种根据独立权利要求的前序部分所述的用于确定用于识别车载电网稳定性的特征量的方法和设备为出发点。由EP 1 207 297 A2已经公知了一种用于确定内燃机的起动器电池的起动能力的方法和装置。对此执行如下步骤：
- 确定起动器电池的影响起动能力的充电状态，
- 确定影响起动能力的温度，
- 计算或者确定起动器电池在起动阶段期间的平均电压降，以及
- 通过将所计算的或者所确定的平均电压降与阈值进行比较来估计起动器电池的起动能力。
该方法和该装置适于确定起动器电池的起动能力，然而并不适于在要期望的车载电网稳定性方面发表见解（Aussagen）。
由DE 103 28 055 A1公知了带有多个用于电能存储器的子模型的状态量和参数估计器。所述状态量和参数估计器通过如下方式确定电池模型的用于整个工作范围的状态量和参数：追溯到不同的适于能量存储器的不同的工作范围和/或频率范围的数学子模型。
发明内容
本发明的任务是在没有附加的硬件开销的情况下以简单的方式和方法确定特征量，借助所述特征量能够容易地对车载电网稳定性发表见解。该任务通过独立权利要求的特征来解决。
发明优点
与此相对，根据本发明的用于确定用于识别车载电网稳定性的特征量的方法和根据本发明的用于确定用于识别车载电网稳定性的特征量的设备具有如下优点：最大起动电流的间接确定可以通过直接测量在所需范围中的电池电压而以比较小的开销来检测。这相对于直接检测起动电流能以较小的硬件开销来实现，使得可以在提供全部功能的情况下实现费用降低。借助间接检测起动电流在另一方面不必保持大的安全系数，因为与相对应的环境条件平衡的电流分布（Stromprofil）的特点在于高精度。此外，通过确定电池电压对起动电流的间接测量方法还具有如下优点：不再必须覆盖非常大的电流测量范围，以便直接地检测起动电机的短路电流。
在适宜的改进方案中规定，起动电流在使用电池模型的情况下被确定。适宜地，电池模型的参数或状态量借助对优选地电流、电压和温度的检测来不断地被更新。由此，能进一步改进起动电流确定的精度。起动电流在使用电池的内阻的情况下被确定，该内阻又可以与电池的温度、电池的充电状态（SOC）并且必要时与电池的老化状态（SOH）相关。
在适宜的改进方案中规定，在所识别的电机起动之后检测电池电压。优选地，通过将电池电流与边界值进行比较来识别电机起动。如果电池电流在数值上超过该边界值，则推断出起动过程的开始并且检测相对应的电池电压。
在适宜的改进方案中规定，在所识别的电机起动之后使电流检测停用。由此，可以可靠地避免对电流检测装置的损坏。
在适宜的改进方案中规定，根据所确定的起动电流来计算用于确定车载电网稳定性的特征量。这借助确定的电池模型量来进行。优选地，除了起动电流之外也考虑电池的充电状态，以确定用于识别车载电网稳定性的特征量。在此，涉及要期望的最小电压。要期望的最小电压现在优选地可以在其他控制设备、譬如能量管理控制设备中与边界值进行比较。如果所期望的最小电压在边界值之下，则能量管理控制设备会抑制在起动/停止控制的范围中的其他停止过程。由此可以确保最小车载电网电压不降低到如下临界值以下：该临界值不再确保对所连接的电负载的供给。
其他适宜的改进方案由其他从属权利要求和由说明书得到。
附图说明
根据本发明的用于确定用于识别车载电网稳定性的特征量的方法和根据本发明的用于确定用于识别车载电网稳定性的特征量的设备的实施例在附图中示出并且以下将更为详细地予以阐述。
其中：
图1示出了根据本发明的设备的框图，
图2示出了在电机起动时的典型的电流变化曲线或电压变化曲线，以及
图3示出了用于确定用于识别车载电网稳定性的特征量的相对应的方法的流程图。
具体实施方式
给用于确定用于识别车载电网稳定性的特征量Umin的设备10输送电池电流IBatt、电池电压UBatt以及表征电池温度的温度TBatt。此外，设备10还包括计算单元11和电池模型12。在设备10中采用哪个电池模型12对于本发明而言是不重要的。该电池模型12通常总是要用于由所测量的电池电压UBatt来确定对应的电池电流IBatt。在图1中示出的电池模型12示例性地依靠电池在低频情况下的放电过程期间的等效电路图，如在DE 103 28 055 A1中所描述的那样。在电池模型12中所示出的量Uc0、Uk、Udp、Udn、Rk、Rdp、Rdn、Ri的确定例如通过在DE 103 28 055 A1中所描述的状态和参数估计器来进行。设备10优选地通过总线系统16与另一控制设备、例如能量管理控制设备14相连。
在图2中根据时间示出了电池电流IBatt和电池电压UBatt在起动过程中的特征变化曲线。随着起动过程的开始，电池电流IBatt从在时刻tp的接近零的值升高到在数值上非常高的值，以便接着在起动电机的旋转阶段（Durchdrehphase）20中在时刻td又在数值上降低。因此通过在起动电机中越来越多地建立感生电压而减小了电池电流IBatt。在该阶段中，电流IBatt又降低到未特地示出的用于电池电流IBatt的测量装置的测量范围边界22之下。对应的电压变化曲线UBatt表明，在起动过程中，电池电压UBatt在时刻tp掉到最小起动电压UminStart，以便接着与关于旋转阶段20的电流变化曲线IBatt对应地在时刻td紧接着升高到近似恒定的值。
设备10的原理工作方式借助根据图3的流程图来详细阐述。
用于确定用于识别车载电网稳定性的特征量Umin的方法包括五个步骤31至35。在第一步骤31，识别优选地汽车的电机起动。如果电机起动，则在时刻tp测量最小起动电压UminStart（第二步骤32）。并行地或者紧接其后地，电池模型12的模型参数P或状态量Z被重新计算（第三步骤33），优选地在旋转阶段20期间在时刻td进行计算。借助电池模型12和所检测到的最小起动电压UminStart计算相关的在数值上为最大的起动电流Imax（第四步骤34）。在第五步骤35，用于识别车载电网稳定性的特征量Umin被确定。以下还将更为精确地描述各个步骤。
为了降低以内燃机方式被驱动的车辆的燃料消耗，已建立了所谓的起动/停止系统。在一定条件下，在停车状态关断内燃机。然而，电能量供给必须通过电池的够用的充电状态来确保，使得电驱动的起动电机可以使内燃机起动。此外，其他电负载即使在较长的服务期之后也必须被充分地供给电能。对此，在车辆中的起动/停止系统中的能量管理通常考虑在起动过程中的所预测的最小电池电压Umin，以便取保控制设备的无干扰的运作。如果所预测的电池电压Umin过小，则会出现功能干扰。这接着例如通过抑制电机停止而妨碍能量管理，电机停止在其他情况下会在起动/停止功能的范围中进行。这种能量管理会在控制设备14中被实现，该控制设备14被输送有用于识别车载电网稳定性的特征量Umin。为了预测最小电池电压Umin，使用与相应的环境条件匹配的电流分布。对于此决定性的是在起动过程的短路阶段期间的在时刻tp的最大起动电流Imax。
根据本发明，为了确定用于识别车载电网稳定性的特征量Umin而规定通过测量最小起动电压UminStart来间接确定在数值上为最大的起动电流Imax。借助在时刻tp测量的最小起动电压UminStart，通过电池模型12确定对应的起动电流Imax。由于电压UBatt在所需的范围中可以以比较小的开销来测量，然而电流IBatt在起动过程的短路阶段中可以在数值上非常大（在PKW的情况下大约700A到1000A，在NKW的情况下直至2000A）并且由此用于在该范围中进行电流测量所需的硬件开销会明显提高，所以在间接确定起动电流Imax的情况下可以在提供全部功能的情况下实现成本降低。
设备10用于执行根据图3的五个方法步骤31至35。该设备10会是电池传感器的如下组成部分：该组成部分检测电池电流IBatt、电池电压UBatt和优选地也检测电池的温度TBatt并且由此确定电池的如充电状态、老化等的特征量。这在使用示例性地在图1中所示的电池模型12的情况下来实现。这依靠电池在低频情况下的放电过程期间的等效电路图，如在DE 103 28 055 A1中所描述的那样。在电池模型12中所示出的量Uc0、Uk、Udp、Und（概括地也称作状态量）以及Rk、Rdp、Rdn、Ri（概括地称作模型参数P）的确定例如通过在DE 103 28 055 A1中所描述的状态和参数估计器来进行。
根据第一步骤31，借助由起动电机所牵引的电池电流IBatt来确定电机起动的时刻。对此，该设备10将所检测到的电池电流IBatt与边界值IGrenz进行比较。如果电池电流IBatt在数值上超过边界值IGrenz，则推断出电机起动的开始。在起动过程的短路阶段中，电池电流IBatt在数值上短时升高到非常高的值，因为起动电机还停顿并且没有感生电压。
如果通过将电池电流IBatt与边界值IGrenz进行比较推断出电机起动，则开始第二步骤32。在该第二步骤32，最小的电池电压UminStart在起动过程期间被检测并且为了稍后对在数值上为最大的起动电流Imax进行计算而被暂存。在起动过程期间的最小电池电压UminStart在图2中用箭头绘出。Tp在这种情况下是测量在短路阶段期间的最小电池电压UminStart的时刻。
根据第一步骤31对电机起动的识别也可以用于从该时刻起使电流检测停用确定的持续时间，以便避免损坏。通常，电机起动的时刻也会用于从该时刻起使电池模型12的模型参数P（Rk，Rdp，Rdn，Ri）和状态量Z（Uc0、Uk、Udp、Und）匹配确定的时间段，因为电流IBatt超过电流检测的可供使用的测量范围。然而，电池电压UBatt此外还被检测。在电机起动期间的在时刻tp的最低电压UminStart被存储并且被用于稍后的电流计算Imax。在短路阶段之后，起动电机开始转动，并且通过在电机中建立感生电压，该电流又减小。在该阶段中，电流IBatt又下降到测量范围边界22之下。
优选地在紧接着起动过程的阶段中，尤其是在起动电机的所谓的旋转阶段20期间，更新电池模型12的模型参数P和状态量Z，这在步骤33中进行。在这种情况下，尤其是在时刻td确定电池的内阻Ri。时刻td紧接在tp之后，其中时刻tp是出现最小电池电压UminStart的时刻。时刻td优选地在旋转阶段20之内，在任何情况下该时刻td都被选择为使得可以可靠地更新模型参数P或状态量Z，例如在测量在时刻td的量UBatt、IBatt和/或TBatt的情况下进行更新。相对应的方法例如在DE 103 28 055 A1中被解释。对于电池模型12示例性地，在第三步骤中通过相对应的状态和参数估计器确定量Uc0、Uk、Udp、Udn（状态量Z）以及Rk、Rdp、Rdn、Ri（模型参数P）。
借助这样更新的电池模型12，计算单元11在第四步骤34中确定相关的起动电流Imax，例如（根据电池模型12而不同地）通过如下关系式来确定：
IBatt（tp）=Imax（tp）=[UBatt(tp)-Uc0(tp)-Uk(tp)-Udp(tp)-Udn(tp) ]/Ri(td)
其中，tp=在短路阶段或起动阶段期间的最小电压UminStart被测量的时刻，td=紧接在tp之后的可以在检测在时刻td的电流IBatt和电压UBatt的情况下确定电池的内阻Ri的时刻。
在第五步骤35，现在确定用于识别车载电网稳定性的特征量Umin。对此，计算所预测的最小电池电压Umin。这一方面在求助于在步骤34中计算的最大电流Imax的情况下，另一方面在使用电池模型的其他量、譬如充电状态SOC或所检测到的温度TBatt的情况下来进行。
特征量Umin例如可以根据如下等式来计算：
Umin=Uc0+Uk(ts, Istop)+Udp(ts, Istop)+Udn(ts, Istop)+Ri*Imax
其中Uk、Udp、Und与在停止阶段Istop期间的要期望的电池电流Istop和要期望的平均停止持续时间ts相关地被外插。
设置对特征量Umin的连续的估计。这样，Umin也在停止阶段之前是令人感兴趣的，尤其是在工作参数在起动之间改变时是令人感兴趣的。
特征量Umin可以与边界值UminGrenz进行比较。如果特征量Umin在边界值UminGrenz以下，则车载电网的电负载不再被充分地供给电能量，使得将来不发生电机在起动/停止工作中关断。所述的分析例如可以在控制设备14（例如能量管理控制设备）中进行，起动/停止功能也被集成在该控制设备14中。
所描述的功能例如可以被集成在电池传感器中。这种电池传感器通常被布置在电池附近并且直接检测电池电压UBatt、电池电流IBatt以及电池温度TBatt，而且由此计算表征电池的量、如充电状态。此处也可以实施根据图3的相对应的算法，使得在电池传感器中也确定特征量Umin。然而，这原则上也在空间上与电池状态识别分开地进行并且例如在控制设备14本身中被实施。
Claims (10)
1.一种确定用于识别车载电网稳定性的特征量的方法，其包括如下步骤：
- 识别电机起动，
- 检测在电机起动期间的电池电压，
- 由所检测到的电池电压借助电池模型（12）计算对应的起动电流，
- 在使用电池模型（12）和所计算的起动电流的情况下以对要期望的车载电网电压的预测的形式确定至少一个特征量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在另一步骤，在识别电机起动和检测在电机起动期间的电池电压之后，更新电池模型（12）的参数和/或状态量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在识别电机起动之后，确定在起动过程期间的最小电池电压。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在使用电池的内阻的情况下来确定起动电流。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在检测电流和电压的情况下，在时间上紧接在出现最小电池电压的时刻之后确定电池的内阻。
6.一种确定用于识别车载电网稳定性的特征量的设备，其包括：
- 用于识别电机起动的装置（10），
- 用于测量在电机起动期间的电池电压的装置（10），
- 用于由所测量的电池电压借助电池模型（12）计算对应的起动电流的装置（11），
- 用于在使用电池模型（12）和所计算的起动电流的情况下以对要期望的车载电网电压的预测的形式确定至少一个特征量的装置（11）。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于用于更新电池模型（12）的至少一个参数和/或至少一个状态量的装置（10）。
8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于用于检测在起动过程期间的最小电池电压的装置（10）。
9.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于用于在使用电池的内阻的情况下确定起动电流的装置（11）。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于用于在检测电流和电压的情况下在时间上紧接在出现最小电池电压的时刻之后确定电池的内阻的装置（11）。
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