CN104583792B - 具有直流电压转换器的低压电网和用于测试低压电池的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流电压转换器，所述直流电压转换器被设计用于，将低压电压供给包括低压电池和电池传感器电路的低压电网，所述直流电压转换器具有脉冲生成装置，所述脉冲生成装置被设计用于，将用于通过电池传感器电路测试低压电池的电脉冲馈入到低压电网中。

Description

具有直流电压转换器的低压电网和用于测试低压电池的方法

技术领域

本发明涉及一种用于测试低压电池的直流电压转换器、一种具有低压电网和直流电压转换器的电驱动系统以及一种用于测试尤其是电运行的车辆、如电动车和混合动力车辆中的低压电池的方法。

背景技术

呈现出，在将来不仅在静态的应用、诸如风力设施或太阳能设施中，而且在车辆、如混合动力或电动车辆中，增加地使用电子系统，所述电子系统将新型的储能技术与电驱动技术组合。

在电运行的车辆的电驱动系统中的低压车载电网中，车载电网耗电器、诸如制动或转向辅助功能一方面通过低压电池并且另一方面通过其他的能量源供电。其他的能量源在传统的车辆中通常是发电机，而在电运行的车辆、如电动或混合动力车辆中，直流电压转换器作为其他的能量源从车辆的高压电网中提取电能并且馈入到低压电网中。通常，例如为12伏电池的低压电池用于在峰值负载的情况下进行辅助和/或缓冲，而对于车载电网耗电器的主要或基本负载通过其他的能量源承担。

如果在电驱动系统运行期间低压电池由于失灵或故障应该失效，那么低压电池在峰值负载的情况下的缓冲作用被取消。因此，必需的是，改变低压电网中的能量管理，以便使低压电网稳定。

这需要可靠地、快速地并且安全地识别出低压电池的失效，以便能够尽可能快地导入稳定对策。出版物EP 2 073 028 A1例如公开了一种用于电池的传感器装置，借助于所述传感器装置能够检测电池的运行状态并且将其转发到电运行的车辆中的能量管理系统。出版物DE 102 19 824 A1公开了一种用于识别车辆车载电网的非电池运行的方法，其中所述车辆车载电网具有由发动机驱动的发电机、电池、低压耗电器以及用于电压分析的构件。

存在对下述解决方案的需求：所述解决方案能够以可靠的并且快速的方式实现对电驱动系统的低压电网中的低压电池的诊断。

发明内容

本发明根据一个方面创造一种直流电压转换器，所述直流电压转换器被设计用于，用低压电压供给包括低压电池和电池传感器电路的低压电网，所述直流电压转换器具有脉冲生成装置，所述脉冲生成装置被设计用于，将用于通过电池传感器电路测试低压电池的电脉冲馈入到低压电网中。

根据另一个方面，本发明创造一种低压电网、尤其是用于电运行的车辆的电驱动系统中的低压电网，所述低压电网具有根据本发明的直流电压转换器、低压电池和电池传感器电路，所述电池传感器电路被设计用于：根据通过直流电压转换器产生的电脉冲检测低压电池的运行参数。

根据另一个方面，本发明创造一种用于测试低压电池的方法，所述方法具有下述步骤：通过直流电压转换器生成电脉冲，所述直流电压转换器被设计用于：将低压电压供给包括低压电池和电池传感器电路的低压电网；将电脉冲馈入到低压电网中并且通过电池传感器电路根据电脉冲检测低压电池的运行参数。

本发明的优点

本发明的构思是，考虑将直流电压转换器用于测试低压电网的低压电池的运行状态，所述直流电压转换器将电驱动或发电系统的高压电网与低压电网耦合并且从高压电网用电能供给低压电网。对此，直流电压转换器产生一个或多个特征性成形的电压、电流或功率脉冲，所述电压、电流或功率脉冲被馈入到低压电网中并且在此尤其是被馈入到低压电池中。与低压电池连接的电池传感器能够利用所述特征性的测试脉冲，以便执行对低压电池的运行状态的诊断，并且在此尤其是识别低压电池的失灵或故障。

本发明的一个优点是，也能够识别低压电池的在低压电池负荷的情况下才可能出现或被检测到的错误或故障。因此，借助于通过直流电压转换器生成特征性的测试脉冲，可以的是，实施对低压电池的有针对性的短时的动态激励，所述动态激励能够实现准确地确定关键的电池参数，诸如内阻。

尤其有利的是，不必将其他的部件引入到电驱动系统或发电系统中。因此，已经存在的电池传感器或直流电压转换器仅必须在其运行模式中被适配。这减少驱动系统或发电系统的实施成本、结构空间需求以及系统重量。

此外，有利的是，能够根据需要产生测试脉冲，由此能够与低压耗电器的波动的能量需求无关地识别低压电池的失灵或故障。由此，提高低压电网的可靠性进而提高低压电网的可用性。

按照根据本发明的直流电压转换器的一个实施方式，脉冲生成装置能够被设计用于：将多个电脉冲以预定的顺序馈入到低压电网中。由此，能够借助统计平均来补偿由于低压电网中的功率消耗的随机的波动造成的干扰效应。

按照根据本发明的直流电压转换器的另一个实施方式，脉冲生成装置能够被设计用于：将电脉冲作为电流脉冲、电压脉冲或功率脉冲来产生。

按照根据本发明的直流电压转换器的另一个实施方式，脉冲生成装置能够被设计用于：将有关电脉冲的参数经由通信接口传递到电网管理装置上。由此，可以有利地进行脉冲生成与低压电池的运行参数的检测的关联或同步。

按照根据本发明的低压电网的一个实施方式，低压电网此外能够具有电网管理装置，所述电网管理装置与直流电压转换器和电池传感器电路耦合，并且所述电压管理装置被设计用于：将电脉冲通过直流电压转换器的生成与低压电池的运行参数通过电池传感器电路的检测同步。

按照根据本发明的低压电网的另一个实施方式，电池传感器电路能够具有检测装置、电流传感器和电压传感器，并且检测装置能够被设计用于：经由电流传感器检测来自低压电池或进入低压电池的电流并且经由电压传感器检测在低压电池上下降的电压。

按照根据本发明的方法的一个实施方式，电脉冲能够包括电流脉冲、电压脉冲或功率脉冲。

按照根据本发明的方法的另一个实施方式，该方法还能够包括借助于电网管理装置将电脉冲通过直流电压转换器的生成与低压电池的运行参数通过电池传感器电路的检测同步的步骤。

附图说明

本发明的实施方式的其他的特征和优点从参考附图的随后的描述中得出。

其中：

图1示出根据本发明的一个实施方式的具有直流电压转换器的低压电网的示意图；并且

图2示出根据本发明的另一个实施方式的用于测试低压电池的方法的示意图。

具体实施方式

高压电网在本发明的意思上能够是下述电网范围，在所述电网范围中，与车载电网电压相比，高的额定电压占主导。尤其是，高压电网能够具有大于100伏的高压电压。对于具有入门级混合的电驱动系统而言，高压电压也能够小于100伏、尤其是小于60伏、例如为42或48伏。在所述高压电网中，相对于混合动力车辆的用户的无意的碰触，为了系统的安全需要更少的花费。

与此相对地，低压电网在本发明的意义上例如能够具有电运行的车辆的车载电网，所述车载电网在比高压电网更低的电压范围中、例如12伏或14伏来运行。

图1示出系统100，所述系统具有直流电压转换器1。直流电压转换器1在输出端侧经由输出端子2a、2b与低压电网2耦合。低压电网2例如能够以14伏的运行电压来运行。直流电压转换器1能够例如从高压电网将高压电压供给低压电网2，所述高压电网能够被耦合到直流电压转换器1的输入端子1a、1b上。高压电网例如能够具有电驱动器，例如由串联的逆变器和电机组成的单元。电机例如能够包括电激励的同步电机，例如爪形电极电机。然而，也能够可以的是，在电驱动器中使用其他的电机，例如无刷的直流发动机或磁阻电机。例如，也能够由燃料电池馈电高压电网。

低压电网2例如包括低压电池9、例如14伏铅电池，低压耗电器8、诸如车辆电子设备8a、无线电设备8k或诸如此类的和电池传感器电路3。低压耗电器8的数量在图1中以两个来示出，其中然而任意其他数量同样是可以的。此外，低压耗电器8也能够选择性地接入到低压电网2中或从其上断开。低压耗电器8因此为低压电网2的负载可变的功率消耗器。

直流电压转换器1能够被设计用于：将低压电压、例如14伏供给低压电网2。对此，能够为直流电压转换器3预设理论电压，所述直流电压转换器调整所述理论电压。低压侧上的电流在此从低压电网2的瞬时负载得出，即从接入的低压耗电器8的运行状态和数量以及低压电池9的充电状态得出。

低压电池9在正常的运行状态下用于暂时缓冲负载突变，所述负载突变例如由于低压耗电器8的负载消耗的变化或者由于单独的或多个低压耗电器8的接入或断开所致。电池传感器电路3用于检测低压电池9的运行参数，以便识别低压电池9的故障、失灵和/或失效。对此，电池传感器电路3具有检测装置7，所述检测装置被设计用于：经由电流传感器7a和/或电压传感器7b检测来自低压电池9或进入低压电池9的电流或在低压电池9上下降的电压。电流传感器7a例如能够包括分流电阻。此外，电池传感器电路3也能够确定低压电池9的温度、充电状态和/或有效功率。所检测的运行参数能够经由通信连接装置、例如CAN总线或LIN总线被传递到电网管理装置4，所述电网管理装置能够根据低压电池9的运行状态来控制低压耗电器8和/或直流电压转换器1。

为了准确地确定低压电池9的各个运行参数、例如内阻，可能必需的是，动态地激励低压电池9。然而，在低压电网2中的负载消耗恒定的情况下或者在静止阶段中，仅跟踪运行参数是可以的。在低压电池9例如通过低压电网2中的负载变化而负荷的情况下，电池传感器电路3才能够在所检测的运行参数中确定故障或反常。

为了及早地并且可靠地识别低压电池9的故障、失灵或失效，直流电压转换器1能够用于：有针对性地生成特征性的电脉冲，所述电脉冲被馈入到低压电网中。借助于所述特征性的脉冲，低压电池9能够被动态地激励并且电池传感器电路3能够被置于以下状况，即精确地并且与低压电网2中的当前的负载消耗无关地检测低压电池9的运行参数。特征性的脉冲例如能够具有电流脉冲、电压脉冲或功率脉冲。特征性的脉冲例如能够具有矩形形状、锯齿形状、正弦形状或类似的适当的信号形状。依次跟随的特征性的脉冲的数量能够改变，例如能够以预定的顺序生成多个特征性的脉冲，使得通过不协调地或不可预见地接入或断开的低压耗电器8造成的干扰被消除。对此，能够将多个特征性的脉冲用于电池传感器电路3中的所测定的运行参数的取平均。如果特征性的脉冲具有电压脉冲，那么所述电压脉冲能够以合适的方式与直流电压转换器1的输出电压调整的理论值叠加。

为了生成特征性的电脉冲，直流电压转换器1能够具有脉冲生成装置5，所述脉冲生成装置根据需要或以周期性的间隔将这样的特征性的电脉冲馈入到低压电网2中。直流电压转换器1、并且在此尤其是脉冲生成装置5例如能够经由通信接口、例如CAN总线或LIN总线与电网管理装置4连接并且将有关特征性的电脉冲的参数传递到电网管理装置4。电网管理装置4能够借助于包括在电网管理装置4中的同步装置6使所产生的特征性的电脉冲与电池传感器电路3中的所检测的运行参数关联或同步。

图2示出用于测试低压电池、尤其是结合图1阐述的低压电网2中的低压电池9的示例性的方法20的示意图。方法20例如能够借助于直流电压转换器1、电网管理装置4和电池传感器3来实施。

在第一步骤21中，通过直流电压转换器1生成特征性的电脉冲，例如电流脉冲、电压脉冲或功率脉冲，所述直流电压转换器被设计用于，将低压电压供给包括低压电池9和电池传感器电路3的低压电网2。例如，低压电池能够具有12伏或14伏电池。低压电网2例如能够输送14伏的低压电压。在第二步骤22中，将特征性的电脉冲馈入到低压电网2中，之后在步骤23中通过电池传感器电路3根据电脉冲检测低压电池9的运行参数。

在此，能够规定，例如借助于电网管理装置4使电脉冲通过直流电压转换器1的生成与低压电池9的运行参数通过电池传感器电路3的检测23同步，如通过图2中的利用附图标记24来表示的虚线示意地表明。

通过方法20，能够尽快地并且可靠地识别低压电池9的故障、失灵或失效，使得能量管理能够及时地转变成相应的供电策略。例如，能够为低压耗电器8谋求安全的控制策略：调整非安全相关的低压耗电器，梯度限制地（gradientenbegrenztes）调整高负载耗电器，调谐高负载耗电器，避免负载突变或诸如此类的。借助所述措施，由于低压电池9的缺少的缓冲作用，仍能够避免低压电网2中的低压电压的崩溃。此外，在电运行的车辆中，车辆的用户例如能够了解故障或失灵，使得应急运行受到保证地保持。

Claims (10)

1.直流电压转换器（1），所述直流电压转换器被设计用于，将电驱动或发电系统的高压电网与低压电网（2）耦合并且从高压电网用电能供给低压电网，并且将低压电压供给包括低压电池（9）和电池传感器电路（3）的低压电网（2），所述直流电压转换器具有：

脉冲生成装置（5），所述脉冲生成装置被设计用于，将用于通过所述电池传感器电路（3）测试所述低压电池（9）的特征性的电脉冲馈入到所述低压电网（2）中，其中所述直流电压转换器（1）被设计用于如果通过特征性的电脉冲识别出所述低压电池（9）的故障、失灵或失效，则为与所述直流电压转换器连接的低压耗电器（8）实施安全控制策略。

2.根据权利要求1所述的直流电压转换器（1），其中所述脉冲生成装置（5）被设计用于：将多个电脉冲以预定的顺序馈入到所述低压电网（2）中。

3.根据权利要求1和2之一所述的直流电压转换器（1），其中所述脉冲生成装置（5）被设计用于：将所述电脉冲作为电流脉冲、电压脉冲或功率脉冲生成。

4.根据权利要求1和2之一所述的直流电压转换器（1），其中所述脉冲生成装置（5）被设计用于：将与所述电脉冲相关的参数经由通信接口传递到电网管理装置（4）。

5.低压电网（2），所述低压电网具有：

根据权利要求1至4中任一项所述的直流电压转换器（1）；

低压电池（9）；和

电池传感器电路（3），所述电池传感器电路被设计用于：根据通过所述直流电压转换器（1）产生的电脉冲来检测所述低压电池（9）的运行参数。

6.根据权利要求5所述的低压电网（2），此外具有：

电网管理装置（4），所述电网管理装置与所述直流电压转换器（1）和所述电池传感器电路（3）耦合，并且所述电网管理装置被设计用于：使通过所述直流电压转换器（1）生成所述电脉冲与通过所述电池传感器电路（3）检测所述低压电池（9）的运行参数同步。

7.根据权利要求5和6之一所述的低压电网（2），其中所述电池传感器电路（3）具有检测装置（7）、电流传感器（7a）和电压传感器（7b），并且其中所述检测装置（7）被设计用于：经由所述电流传感器（7a）检测来自所述低压电池（9）或进入所述低压电池（9）的电流并且经由所述电压传感器（7b）检测在所述低压电池（9）上下降的电压。

8.用于测试低压电池（9）的方法（20），所述方法具有下述步骤：

通过直流电压转换器（1）生成（21）特征性的电脉冲，所述直流电压转换器（1）被设计用于：将电驱动或发电系统的高压电网与低压电网（2）耦合并且从高压电网用电能供给低压电网，并且将低压电压供给包括低压电池（9）和电池传感器电路（3）的低压电网（2）；

将所述电脉冲馈入（22）到所述低压电网（2）中；并且

通过所述电池传感器电路（3）根据所述电脉冲检测（23）所述低压电池（9）的运行参数，如果通过特征性的电脉冲识别出所述低压电池（9）的故障、失灵或失效，则为与所述直流电压转换器连接的低压耗电器（8）实施安全控制策略。

9.根据权利要求8所述的方法（20），其中所述电脉冲包括电流脉冲、电压脉冲或功率脉冲。

10.根据权利要求8和9之一所述的方法（20），所述方法还具有下述步骤：

借助于电网管理装置（4）使通过所述直流电压转换器（1）生成（21）所述电脉冲与通过所述电池传感器电路（3）检测（23）所述低压电池（9）的运行参数同步（24）。