CN103119457B - 一种用于确定蓄电池的充电状态的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于确定具有蓄电池管理单元的蓄电池的充电状态的方法。在所述蓄电池管理单元的第一运行状态(20)下由所述蓄电池管理单元定期地获取蓄电池电流(S11)。在所述蓄电池电流超过预定的电流阈值时(S12)，所述蓄电池管理单元切换至第二运行状态(22、S13)。在所述第二运行状态(22)下收集关于所述蓄电池的充电状态的信息(S13)。此外描述了一种具有蓄电池管理单元的蓄电池，其被设计为执行依据本发明所述的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定蓄电池的充电状态的方法、一种被构造为实施依据本发明所述的方法的蓄电池以及一种具有依据本发明所述的蓄电池的机动车。
背景技术
现有技术中已知用于确定蓄电池的充电状态的不同的方法。在这些已知的方法之一的方法中，蓄电池状态识别通过以下方式实现，即测量未加负载的蓄电池的电压，亦称OCV(开路电压)。部分地还将该开路电压与带负载时的电压作比较。该方法在充电状态以陡峭的方式依赖于未加负载的蓄电池的电压时是相对可靠的，但是对于具有此类平坦的曲线的蓄电池系统(如图1中的基于磷酸铁锂的蓄电池的示例所示出的那样)来说是不合适的。
在另一种用于确定蓄电池的充电状态的方法中将测量流过蓄电池的蓄电池电流且在时间上积分。这样的方法将应用在例如能够在不使用期间从负载网络分离的蓄电池系统中。在上级的控制单元(例如机动车中的电机控制单元)关断时将会出现这样的未激活的运行状态。如果必须由蓄电池系统来覆盖一定的静态电流要求，那么在蓄电池电子的此类的未激活的运行状态下，蓄电池将被明显地放电。为了足够准确地确定充电状态，实施蓄电池电流的时间积分的部件必须是持续地激活的，这将在未激活的运行状态期间导致蓄电池的提高了的放电。
发明内容
依据本发明提供了一种用于确定具有蓄电池管理单元的蓄电池的充电状态的方法。在所述蓄电池管理单元的第一运行状态下由所述蓄电池管理单元定期地或者连续地获取蓄电池电流。在所述蓄电池电流超过预定的电流阈值时，所述蓄电池管理单元切换至第二运行状态。在所述第二运行状态下收集关于所述蓄电池的充电状态的信息。理想地，将完全地确定所述蓄电池的所述充电状态。
术语“蓄电池管理单元”首先是指蓄电池管理系统，其为例如在混合动力车辆中用于牵引网的较高价值的蓄电池。然而，术语“蓄电池管理单元”也指在确定的蓄电池中的蓄电池传感器系统，其例如在机动车的启停应用中使用。只要此类的蓄电池传感器系统被设计为收集关于蓄电池的充电状态的信息，依据本发明所述的方法均能够借助于此类的蓄电池传感器系统来实施。
依据本发明所述的方法描述了所述蓄电池管理单元的激活机制。已知的激活机制通过经由通信协议或硬件连线发送的唤醒信号将上述蓄电池管理单元设置在激活的运行状态下，有别于已知的激活机制，依据本发明所述的方法设计了一种在蓄电池内部运行的唤醒机制。
依据本发明所述的方法具有以下优点，即将所述蓄电池在所述第一运行状态下的放电维持为较少。所述第一运行状态在此典型地与未激活的运行状态相对应，在该未激活的运行状态下，所述蓄电池系统未被利用或者仅在较小的程度上被利用，但是却保持连接至负载网络，因为放弃了将所述蓄电池系统从负载网络分离或者因为这样的分离由于系统电压足够低而不是必须的。
在所述第一运行状态下，通常不需要收集关于蓄电池的充电状态的信息。优选地，在所述第一运行状态下除了获取所述蓄电池电流不执行任何功能。因此，所述第一运行状态是所述蓄电池管理单元的节约能源的运行状态。
在所述第二运行状态下能够通过将所述蓄电池电流在时间上积分来收集关于所述蓄电池的充电状态的信息。然而此外通过禁止所述蓄电池管理单元的至少一个功能，所述至少一个功能由所述蓄电池管理单元在第三运行状态下，尤其是在完全运行状态下执行，所述第二运行状态同样能够是节约能源的。例如能够在所述第二运行状态下阻止与所述蓄电池管理单元上级的控制单元的通信，而在完全运行状态下激活该通信。
然而，所述上级的控制单元能够将所述蓄电池管理单元设置在所述第三运行状态下，尤其是通过发送唤醒信号。这能够例如在控制器局域网(CAN)总线上实现。
所述蓄电池管理单元在所述第一运行状态下能够以比在所述第二运行状态下更低的时钟频率运行。电子装置甚至能够保持去激活直至监控蓄电池电流超过阈值的无时钟电路连续工作。所述蓄电池管理单元在所述第二运行状态下同样能够以比在所述第三运行状态下更低的时钟频率运行，所述第三运行状态通常与完全运行相对应。
在所述蓄电池电流重新超过所述预定的电流阈值时，所述蓄电池管理单元能够从所述第二运行状态切换回所述第一运行状态下。
本发明的另一方面涉及一种蓄电池，优选地为锂离子蓄电池，其包括具有电流传感器的蓄电池管理单元。所述蓄电池管理单元被构造为实施依据本发明所述的方法。
优选地，所述电流传感器包括无源组件，尤其是分流电阻。这样具有以下优点，即所述蓄电池管理单元在所述第一运行状态下也能够以较小的电流需求来运行，且能够节约能源地评估为了实施所述方法所需要的电流测量。监控蓄电池电流是否超过所述预定的电流阈值(例如0.5至2A)能够例如通过比较器来实现，所述比较器需要足够小的几微安(μA)级的电流消耗。此时将监控放电方向和充电方向上的电流。
本发明的又一方面涉及一种机动车，其包括依据本发明所述的蓄电池。
附图说明
将借助于附图及后续的说明书进一步阐述本发明的实施例。其中：
图1示出了未加负载的、基于磷酸铁锂的蓄电池的电压依赖于蓄电池的充电状态的曲线；
图2示出了机动车的不同的运行状态；
图3示出了依据本发明的一个实施例的蓄电池管理单元的不同的运行状态；以及
图4示出了依据本发明所述的、依据一个实施例的用于确定蓄电池的充电状态的方法的流程图。
具体实施方式
图2示出了包括蓄电池(汽车蓄电池或启动蓄电池)的非混合动力机动车中的五种可能的运行状态。
第一运行状态10与机动车的泊车状态相对应，其中，在使用期限为直至六周时，蓄电池必须覆盖典型的从10至60mA的静态电流要求。
机动车的第二运行状态12与点火装置关断且因此上级的控制单元(例如电机控制单元)关断时的蓄电池的放电相对应，其中，诸如内部空间照明、车辆照明、警示灯或收音机的负载将在从几分钟至几小时的时间段内消耗从几百毫安至几个安培的电流。
机动车的第三运行状态14与点火装置接通时或其他的上级的控制单元接通时的蓄电池的放电相对应，其中，在几秒至几分钟的时间上能够流过从几百毫安至几个安培的电流。
机动车的第四运行状态16与内燃机运行时接通点火装置且接通上级的控制单元时的蓄电池的充电相对应。
最后，机动车的第五运行状态18与点火装置关断且上级的控制单元关断时的蓄电池的充电相对应，例如在通过外部的充电器进行充电时。
在任意时间都能够在各运行状态10至18之间切换(在图2中仅示意性地示出)。依据现有技术，借助于可替代的能量消耗仅能够在运行状态14和16下确定蓄电池的充电状态，因为在这些状态下上级的控制单元是接通的且该机动车不处于节能模式中。与之相反地，借助于现有技术中已知的蓄电池管理单元在运行状态10、12和18下确定蓄电池的充电状态是不可能的，因为该蓄电池管理单元在运行中具有直至20W的功率消耗且因此引起该蓄电池容量的过高的负载。
图3示出了依据本发明的一个实施例的蓄电池管理单元的不同的运行状态。
在蓄电池管理单元的第一运行状态20下，其处于节能模式中。将测量蓄电池电流且将其与电流阈值作比较。此外，该蓄电池管理单元仅实施较少的功能或者完全不实施任何功能。与上级的控制单元的通信将被抑制。
在蓄电池管理单元的第二运行状态22下，其同样处于节能模式中。将测量蓄电池电流且将其在时间上积分，以确定蓄电池的充电状态。此外，该蓄电池管理单元仅实施较少的功能或者完全不实施任何功能。必要时将计算蓄电池的老化程度。放弃功率预测。在此，同样抑制与上级的控制单元的通信。
当机动车的上级的控制单元被关断时，即在机动车的运行状态10、12和18下时，将引入蓄电池管理单元的第一或第二运行状态20或22。如果机动车切换至运行状态14或16之中(在这两种运行状态中上级的控制单元是接通的)，那么其能够通过将唤醒信号发送至CAN总线、本地互联网络(LIN)总线、其它重要的总线系统或者硬件唤醒连线上，来唤醒蓄电池管理单元，并且将其设置于与完全运行模式相对应的第三运行状态24下，以上两个部件均连接在这样的总线或者硬件唤醒连线上。从该第三运行状态24重返至蓄电池管理单元的第一或第二运行状态20或22下也是可能的。
图4示出了依据本发明所述的、用于确定蓄电池的充电状态的方法的一个实施例。当机动车处于运行状态10、12或18之中并且因此该蓄电池上级的控制单元是关断的时，该方法从步骤S10开始。在此，该蓄电池的蓄电池管理单元处于第一运行状态20下，在该运行状态下蓄电池管理单元仅仅获取蓄电池电流(S11)，但是此外并不执行任何功能。
在步骤S12中，将所获取的蓄电池电流将与预定的电流阈值作比较。当所获取的蓄电池电流不大于该预定的电流阈值时，将返回该方法开始的步骤S11中；否则在步骤S13中将切换至蓄电池管理单元的第二运行状态22下，在第二运行状态下该蓄电池电流在时间上积分，从而由此来确定该蓄电池的充电状态。蓄电池管理单元在其第二运行状态22下本质上也是未激活的，也就是说，蓄电池管理单元仅仅确定蓄电池的充电状态，但是并不实施或者仅在很小的程度上实施其它的功能。特别地，在蓄电池管理单元的第二运行状态22下将禁止与上级的控制单元的通信，或者仅能够由上级的控制单元自身来进行该通信。
在步骤S14中，将所获取的蓄电池电流将与预定的电流阈值作比较。当所获取的蓄电池电流不小于预定的电流阈值时，接下来将确定蓄电池的充电状态(S13)；否则重新切换至蓄电池管理单元的第一运行状态20下(S11)。
由于在蓄电池管理单元的第一运行状态20下不进行充电状态的确定而产生的误差能够通过蓄电池管理单元处于第一运行状态20下的持续时间来估计，因为在该运行状态下所流过的蓄电池电流是相对不变的。示例性地，最大误差将计算为电流阈值和上述阶段的持续时间的乘积。
Claims (15)
1.一种用于确定具有蓄电池管理单元的蓄电池的充电状态的方法，其中，在所述蓄电池管理单元的第一运行状态(20)下由所述蓄电池管理单元定期地获取蓄电池电流(S11)，且在所述蓄电池电流超过预定的电流阈值时(S12)，所述蓄电池管理单元切换至第二运行状态(22)，其中，在所述第二运行状态(22)下收集关于所述蓄电池的充电状态的信息(S13)，其特征在于，在所述第二运行状态(22)下禁止所述蓄电池管理单元的至少一个功能，所述至少一个功能由所述蓄电池管理单元在第三运行状态(24)下执行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二运行状态(22)下收集关于所述蓄电池的充电状态的信息(S13)确定所述蓄电池的充电状态。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个功能由所述蓄电池管理单元在完全运行状态下执行。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第一运行状态(20)下不收集关于所述蓄电池的所述充电状态的信息。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其中，在所述第二运行状态(22)下通过将所述蓄电池电流在时间上积分来收集关于所述蓄电池的所述充电状态的信息(S13)。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蓄电池管理单元在所述第一运行状态(20)下除了获取所述蓄电池电流以外不执行任何功能。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二运行状态(22)下阻止所述蓄电池管理单元与所述蓄电池管理单元的上级的控制单元的通信。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，上级的控制单元将所述蓄电池管理单元设置在所述第三运行状态(24)下。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述上级的控制单元通过发送唤醒信号将所述蓄电池管理单元设置在所述第三运行状态(24)下。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蓄电池管理单元在所述第一运行状态(20)下以比在所述第二运行状态(22)下更低的时钟频率运行，和/或在所述第二运行状态(22)下以比在所述第三运行状态(24)下更低的时钟频率运行。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述蓄电池电流低于所述预定的电流阈值时(S14)，所述蓄电池管理单元从所述第二运行状态(22)切换至所述第一运行状态(20)(S14)。
12.一种蓄电池，其包括具有电流传感器的蓄电池管理单元，其特征在于，所述蓄电池管理单元被构造为实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。
13.根据权利要求12所述的蓄电池，其中，所述电流传感器包括无源组件。
14.根据权利要求13所述的蓄电池，其中，所述无源组件是分流电阻。
15.一种机动车，其具有根据权利要求12至14中任一项所述的蓄电池。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |