CN104662927B - 用于在具有多个电池的电池组系统处进行数据传送的方法 - Google Patents

Abstract

用于从具有多个单电池的电池组系统的电池向控制设备进行测量数据传送的方法（1），具有如下步骤：确定应当为其提供具有第一测量数据质量的测量数据（14）的第一单电池（4）；确定应当为其提供具有第二测量数据质量的测量数据（16）的至少一个另外的单电池（4）；其中第一测量数据质量高于第二测量数据质量；确定第一质量的测量数据（14）；确定第二质量的测量数据（16）；在使用数据连接（8）的情况下将第一质量的测量数据传输给控制设备（7）；以及在第一质量的测量数据已经被传输的情况下传输第二质量的测量数据（16）。

Description

用于在具有多个电池的电池组系统处进行数据传送的方法

技术领域

本发明涉及车辆中的蓄电池技术。本发明尤其是涉及用于在具有多个电池的电池组系统处进行数据传送的方法。本发明还尤其是涉及一种用于从具有多个单电池的电池组系统的电池向控制设备进行测量数据传送的方法、一种电池组系统、一种控制设备以及一种具有根据本发明的电池组系统和/或用于实施根据本发明的方法的控制设备的车辆、尤其是电动车辆或混合动力车辆。

背景技术

汽车领域中的如今的电池组系统、例如牵引电池组出于安全和/或信息技术原因配备有电池组管理系统。这样的电池组管理系统（BMS）获取各个电池的测量数据以及总电池组测量参量，并且能够尤其是在由车辆主控制设备所请求的时期内由此尤其是确定当前的电池组充电状态以及电池组关于充电和放电的性能能力的诊断。此外，使用计算算法，所述计算算法探测各个电池组电池的老化并且为之前所述的算法确定当前的电池组参数。

充电状态和功率预测算法的参数确定的第一数据输入（Bedatung）根据各个电池或整个电池组的电流和电压的高度精确的测量数据来进行，所述测量数据来自各个电池组电池处的试验台测量。但是在车辆中的构建以后，电池经历与时间有关的老化。该老化又必须在线地在车辆中被识别，以便能够执行基于电池老化的重新参数化。

为了能够执行高质量的重新参数化，对单电池电压以及在此出现的电流执行快速扫描。扫描优选地以<50ms的时间窗、例如以1ms间隔进行，以便准确地探测由欧姆电阻引起的电压骤降。针对优选的重新参数化，可以选择单电池电压以及所属电流的同步扫描。

图1示出了常规电池组管理系统的硬件架构的示例性构型。

在此，图1具有多个单电池4，所述单电池4以公知方式与CSC（Cell SupervisionCircuit，电池监督电路）6连接。各个CSC元件6通过数据总线8a彼此连接并且与BCU元件（Battery Control Unit，电池组控制单元）7连接。BCU元件7可以连接不同传感器、比如电流测量传感器并且利用继电器驱动器来操控电池组系统2的继电器。电池组管理系统示例性地在使用车辆内部的通信总线8b、例如CAN总线的情况下与车辆中的另外的控制设备连接。

在此，各个电池4的单电压的测量由相应CSC元件6来承担，所述CSC元件6与一个或多个单电池4连接。CSC元件6到电池组管理系统主控制设备、BCU元件7的连接通过数据总线8a进行。

图2示出了CSC元件的示例性构型。

在此，单电池4的单电压测量通常通过CSC元件6的专门器件来进行，所述专门器件检测单电池4、通常为六个或十二个单电池4的电压，在使用单电压测量芯片中的一个或多个A/D转换器的情况下对这些测量值进行模拟/数字转换，并且在使用总线系统8a的情况下将这些所确定的测量值发送到电池组管理系统主电路板、BCU元件7。此外，这样的CSC元件6还可以具有多个温度测量点。

在大多数情况下，出于安全原因在CSC元件6中还设置有所谓的辅助芯片（Companionchip），该辅助芯片可以执行关于电池电压的极限值监视。此外，在CSC元件6中还可以设置电池平衡元件，以便能够执行由其测量的电池的电池平衡或操控所属的半导体开关。在此，电池平衡是从现有技术中已知的，并且尤其是对于均衡连接成总电池包的各个电池4的（不同）状态、充电状态（State of Charge, SoC）而言是重要的。

越多的电池被互连成电池组系统、尤其是越多的CSC元件6在使用单个串行总线的情况下彼此耦合，则得出通信总线8a的载荷升高得越多，这是因为如下事实：各个CSC元件6想要彼此独立地生成其测量值并且接着通过通信总线8a传输所述测量值。这可以根据这样的系统的扩充级（Ausbaustufe）而导致数据总线8a的完全填充或者甚至过载。

发明内容

本发明的一个方面可以在于，提供一种用于电池组系统的电池的测量数据传送的方法，其中对于充电状态和功率预测算法所需的数据的传送出现较低的数据传送花费。

因此，根据独立权利要求展示出一种用于从具有多个单电池的电池组系统的电池向控制设备进行测量数据传送的方法、被设立为执行根据本发明的方法的一种电池组系统以及一种控制设备、以及具有这样的电池组系统和/或控制设备的一种车辆、尤其是电动车辆或者混合动力车辆。优选的构型由从属权利要求中得出。

在此，根据本发明的方法是在考虑到该系统的总线负载的情况下提高电池组管理系统的可扩展性或可伸缩性的一种成本有利的可能性。

已知的系统大多具有有限的可扩展性，因为由CSC元件构成的链越长，则总线负载由于升高的电池数目以及因此由CSC元件放置到总线上的数据分组提高得就越多。常规而言，现在为了补偿减缓了扫描时间或提高可单电池电压的扫描间隔，但是这带来了测量值质量或尤其是在线参数确定的数据质量的降低。如果不再足够频繁和精确地确定电池组参数，则这降低充电状态确定和性能诊断算法的说服力。

在此，根据本发明的方法寻求一种所谓的“电池聚焦（cell focussing）”方法，该方法能够在其它方面不变的总线参数的情况下降低或避免数据总线的过载。根据本发明的系统规定：特定的单电池在CSC元件处以与初始试验台处的扫描速率可比较的高扫描速率、例如1ms被扫描。电流扫描也可以同样快地进行。这些测量值中的至少一个可以适当地通过模拟方式被前置滤波。

本发明的一个方面现在在于，聚焦特定的单电池，因此选择所述特定的单电池以用于分析。这同时意味着，该电池连接到的相应CSC元件也被聚焦或选择。在该上下文中，聚焦是指，测量数据以第一质量、尤其是高质量或高频率被生成并在此尤其是基本上完整地和无延迟地放置到数据总线上。

由此首先保证：被聚焦的电池可以基本上无延迟地和完整地将其测量数据传送给BMS系统的BCU元件并且不受总线容量的限制。另外的电池、尤其是除被聚焦电池以外的那些电池的测量数据被有延迟地或可能不完整地可能在使用CSC元件中的合适数字前置滤波的情况下被写入到内部总线上。将未被聚焦电池“写入到内部总线上”的该较慢的栅格例如可以被构造为，使得不是未被聚焦的电池的已由CSC元件生成的全部测量数据都被传输，而是仅仅例如每第10个、每第100个或每第1000个的值被传输。此外，这些测量数据被称为具有第二质量的测量数据。

而被聚焦的单电池的第一质量的测量数据被尽可能快地、尤其是如扫描能够被执行那样快地被放置到总线上。在该上下文中，尽可能快地在考虑CSC元件中的可能的数据制备和处理的情况下来理解。对于特别优选的参数标识，给被聚焦的单电池加载荷的电流的测量以及施加在其上的电压的测量在时间上被同步。这样的同步例如可以通过由BMS主电路板发送的时钟消息来实现，利用所述时钟消息被聚焦的单电池或其被聚焦的CSC元件以及电流传感器同步。

在本发明的范围内，区分测量数据的两个质量级，第一质量以及第二质量，其中第一质量具有比第二质量或质量级更高的质量或质量级。第一质量或高质量级包含：被聚焦的单电池的电池单电压被快速地并且尤其是与到该电池的电流时间同步地例如以1ms栅格被扫描。在此，第二质量或较低质量级能够与其余单电池的其余单电压有关，所述单电压被较慢地并且可能在已经经数字滤波的情况下以较慢的栅格、例如以1s栅格或由例如CAN总线的复用消息来传输。在此，第二质量的单个测量值尤其是在测量值的分辨率和精度方面不一定必须比第一质量的测量值更差。

在特定时期内，现在对被聚焦的单电池执行在线参数标识。该时期可以一方面受到时间极限的限制，但是优选受到基于要标识的电池组参数的收敛的极限的限制。换言之，这样的参数标识一直被执行，直到彼此相继的参数值的区别仅仅在于：参数值的差异或Δ不超过定义的极限。如果当前被聚焦的电池的测量由于该时期结束了，则下一单电池可以如之前所述那样被聚焦，因此被选择用于经同步的电流和电压测量。

这样的被聚焦的测量也可以通过可信度检查来触发，所述可信度检查在观察正常测量数据、由此第二质量的测量数据时探测不符合标准的过程。这样的可信度检查例如可以考虑通常不一起出现的电压以及所属电流，或者也可以将单电池的特定的例如提高的温度梯度用作选择的触发器。如果因此在特定的单电池处基于第二质量的测量值探测到异常运行状态，则该电池可以被选择并且可以利用根据本发明的方法、因此以快速的栅格被观察，以便必要时能够触发应对单电池的故障的合适措施。

附图说明

本发明的实施方式在附图中予以示出并且在下面的描述中予以进一步阐述。

图1示出了常规电池组管理系统的硬件架构的示例性构型；

图2示出了CSC元件的示例性构型；以及

图3示出了根据本发明的数据总线通信的示例性构型。

具体实施方式

图3示出了总线系统的示例性构型，其中该总线示例性可以每ms传输一个数据分组，而单个数据分组可以由具有关于单电池的信息的四个子分组构成。

因此，数据总分组12由四个数据分组10构成，所述四个数据分组10可以一起通过数据总线8被传输。在图3中示例性地示出了被聚焦的单电池4以及第一质量的属于该单电池4的测量数据14。如从图3中可以得知的那样，该被聚焦的单电池4的测量数据在每个数据总分组12中在一秒的时长（X至X＋1s）内被传输。因此，示例性地每ms被发送的数据总分组12可以传送被聚焦的单电池4的当前测量值、因此第一/高质量的测量数据。该测量数据例如可以在使用数据总线8的情况下被转发给BCU元件7。

此外，数据总分组12使得能够传送示例性地总共四个得出该数据总分组12的数据分组10。因此，可以在每个数据总分组12中每ms传输示例性地四个单电池的测量数据。除了不变地传送被聚焦的单电池4的高质量的测量数据14以外，总线8在每个数据总分组12中传输另外的单电池的测量数据16，所述测量数据16是第二质量的测量数据。在此，质量可以涉及所传送的测量数据的精度和/或频率。

在时刻X的第一数据总分组12中，因此除了被聚焦的单电池4以外还传输另外的单电池1、2、3的测量数据16。在时刻X＋1ms的数据总分组12中，除了被聚焦的单电池4的测量数据14以外还传输另外的单电池4、5、6的测量数据16。在时刻X＋2ms的数据总分组12中，这除了被聚焦的单电池4以外还有单电池7、8、9的数据分组16。

这示例性地继续直到时刻X＋n ms时的数据总分组12，在那时，示例性地传输单电池94、95、96的测量数据16。此外，在假定第二质量的测量数据16应当每秒被传送仅仅一次的情况下，示例性地在图4中，在时刻X＋n ms至时刻X＋1s的数据总分组12之间仅仅传输被聚焦的单电池4的第一质量的测量数据14。其余可能的数据分组10例如可以取消。可替代地，可以为第二质量的测量数据16选择较小的栅格，使得所述第二质量的测量数据16现在例如每大约30ms重复一次。但是该构型是基于总线系统的专门的实施方式的。

在图3中未示出对于数据分组的路由和纠错可能需要的信息。

第一质量的测量数据或高值测量数据随后可以被输送给BCU元件的在线参数标识算法。第二质量的测量数据可以输送给其它算法、例如基本监视算法。

基本算法例如也可以具有充电状态确定。在假定电动车在三个小时后将会从100％充电状态（完全充电）被耗空、因此将会具有C/3的放电率的情况下，这对于100％充电状态改变将会是180分钟。如果现在也仅仅每分钟将会执行一次充电状态计算，则这在连续放电的情况下将会意味着每分钟0.55 %的 SOC改变。对此，基本测量值以一秒的扫描间隔就将会是充分足够的。因此，甚至可以每秒钟执行一次充电状态确定，但是这通常是不需要的。

但是为了确定性能预测，1s的数据确定检测可能不够，因为其在一秒内频繁地尤其是将预测值发送给车辆控制设备。在此，一种可能性在于使用前置电池组模型，其从快速扫描的电流值中作为替代地计算电压，并且由此可以代替性能预测所需的可能缺少的测量值。这例如能够在使用第一质量的测量数据的情况下进行。在测量值之间的这样短的时期的情况下，简单的被适当参数化的电池组模型也可以是足够的。

单电池的测量数据的聚焦式传送、即本发明的电池聚焦方法因此减小了数据总线、尤其是电池组管理系统2的CSC元件6之间的内部总线8a上的总线负载，而在线确定的参数的质量与已知解决方案相比被提高。

在此，根据本发明的方法不必持久地运行，而是电池组管理系统可以在定义的时期以后或在存在要检查的第二质量的测量数据的情况下触发该方法。因此，该方法可以仅仅在需要时被接入。在CSC元件的单电压测量芯片的情况下，例如也可以设置多个A/D转换器，其中所述A/D转换器之一可以高时钟地被设计用于根据本发明的方法。

Claims (13)

1.用于从具有多个单电池的电池组系统的电池向控制设备进行测量数据传送的方法（1），具有如下步骤：

确定应当为其提供第一质量的测量数据（14）的第一单电池；

确定应当为其提供具有第二测量数据质量的测量数据（16）的至少一个另外的单电池；

其中第一测量数据质量高于第二测量数据质量；

确定第一质量的测量数据（14）；

确定第二质量的测量数据（16）；

在使用数据总线（8）的情况下将第一质量的测量数据传输给控制设备（7）；以及

在第一质量的测量数据已经被传输以后传输第二质量的测量数据（16）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量数据质量包括测量数据的扫描速率和/或精度。

3.根据前述权利要求1至2之一所述的方法，

其中所述数据传输在使用数据总线（8）的情况下进行；

其中数据分组（12）完整地具有当前的第一质量的测量数据（14）；以及

其中数据分组（12）能够用第二质量的测量数据（16）来填充。

4.根据权利要求3所述的方法，

其中多个彼此相继的数据分组（12）具有第一单电池的第一质量的测量数据（14）；以及

其中多个彼此相继的数据分组（12）具有另外的不同单电池的第二质量的测量数据（16）。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中多个彼此相继的数据分组（12）被填充另外的不同单电池的第二质量的测量数据（16）。

6.根据前述权利要求1至2之一所述的方法，其中所述测量数据包括单电池的电流测量数据和/或电压测量数据。

7.根据前述权利要求1至2之一所述的方法，其中第一单电池的选择基于下列各项进行：自从具有第一质量的上次测量以来的时间间隔、所述单电池的温度和第一单电池的第二质量的测量数据值。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二质量的测量数据值是所述单电池的电流－电压对以及所述单电池的温度梯度。

9.根据前述权利要求1至2之一所述的方法，其中第一质量的测量数据（14）的确定被执行直到时间极限和/或直到达到测量数据的收敛标准为止。

10.根据前述权利要求1至2之一所述的方法，还具有步骤：

对另外的单电池之一重复根据前述权利要求之一所述的方法（1）以用于以第一质量进行测量值确定。

11.电池组系统（2），具有控制设备（7），所述控制设备（7）被设立为执行根据前述权利要求之一所述的方法（1）。

12.车辆，具有分别被设立为执行根据权利要求1至10之一所述的方法（1）的电池组系统（2）和/或控制设备（7）。

13.根据权利要求12所述的车辆，其中所述车辆是电动车辆或混合动力车辆。