CN104777419A - 识别电池负载开关作用能力的方法和具有相关设备的电池 - Google Patents

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Abstract

识别电池负载开关作用能力的方法和具有相关设备的电池。本发明的具有用于识别电池的负载开关的作用能力的设备的电池包括：第一电池极，其被设立用于通过第一开关与电容器的第一接点导电连接；第二电池极，其被设立用于通过负载开关与所述电容器的第二接点导电连接；第一开关装置，其被设立用于在负载开关上施加适合把负载开关切换到打开状态的开关信号；第二开关装置，其被设立用于在预先给定的测试间隔的持续时间(t)内闭合第一开关；测量装置，其被设立用于在所述测试间隔期间或之后检测在电容器上施加的电容器电压；和分析单元，其被设立用于当电容器电压大于或者等于阈值电压时将负载开关的作用能力评价为未给出。

Description

识别电池负载开关作用能力的方法和具有相关设备的电池
技术领域
本发明涉及用于识别电池的负载开关的作用能力的方法以及具有用于识别电池的负载开关的作用能力的设备的电池。
背景技术
在混合动力车辆和电动车辆中，电池或者电池组通过功率保护装置与另外的部件如驱动器、备用发电机、充电插头等连接。这些部件经常通过如下装置馈电，该装置从电池的电池电压产生单相或者多相的交流电压或者脉冲的直流电压。由于在此产生的负载尖峰，这种装置配备有储能装置。该储能装置通常是电容器。该电容器的电容可以取相当大的值。
如果所述部件之一被接通，则首先必须给电容器充电。然后才能够使所述部件运行。这种电路的充电通常用负载电阻实现。
这种电路在图3中示出。电容器7的第一接线端子9可以通过第一主保护装置4与一个或者多个电池单池11的串联电路的正极5连接，所述电池单池在这里示例性地作为多个电池单池11示出。
此外电容器7的第一接线端子9可以通过预充电保护装置2和预充电电阻8与电池单池11的正极5连接。预充电电阻8与预充电保护装置2串联。预充电电阻8和预充电保护装置2与第一主保护装置4并联。电容器7的第二接线端子10通过负载保护装置3与电池单池11的负极6连接。负极6位于地电位Gnd上。
在预充电保护装置2和负载保护装置3闭合的情况下，电容器7通过预充电电阻8充电。在预充电结束后，第一主保护装置4闭合并且在图3中未示出的与电容器7耦合的部件能够进入运行。
当负载保护装置3有缺陷并且从电池单池11的负极6到所述部件或电容器7的连接不能中断时，存在故障情况。这里人们称之为负载保护装置3(闭合地)粘住(verkleben)。从安全原因出发设置第一主保护装置4，其能够在故障情况下中断电流回路。如果在这种情况下例如为诊断的目的闭合第一主保护装置4，则电池单池11的电池电压没有电阻地施加在电容器7上。通过接通瞬间的大电流，该第一主保护装置4也非常可能粘住。
通过两个保护装置亦即第一主保护装置4和负载保护装置3的粘住，产生高风险。为在所有情况下都避免这种情况，重要的是及早识别负载保护装置3的粘住。为此图3中所示的电路具有用于电压测量的可能性。通过第一测量电阻R2和R3以及第二测量电阻R4和R5能够测量在电容器7上施加的电压。第一测量电阻R2和R3连接在电容器7的第一接线端子9和地电位Gnd之间，并且第二测量电阻R4和R5连接在电容器7的第二接线端子10和地电位Gnd之间。由此能够确定电池内部的测量电压U_Link pos*和U_Link neg*，它们是施加在电容器7上的电压的度量。
此外在图3中所示的电路中可以使用诊断电压U_Ref。该诊断电压通过参考电压源U提供，所述参考电压源与第一电阻R1在电容器7的第二接线端子10和地电位Gnd之间串联。在此，参考电压源U的负极与电池单池11的负极6导电连接。该由第一电阻R1和参考电压源U组成的路径可以通过开关S1接通。如果诊断电压U_Ref被接通，则其引起电容器7的第二接线端子10上的电压升高。这可以通过测量电阻R3和R4测量。如果确定电压升高，则负载保护装置3未粘住。如果不能确定电压升高，则负载保护装置3可能被粘住。
然而根据现有技术的这种电路具有需要附加的电压源和开关的缺点。此外需要附加的用于诊断电路的布线。
DE102010015312Al说明一种用于机动车的高压系统，其中负载、特别是逆变器通过线路由高压电池供电，其中设置至少一个用于分开该高压电源的开关装置。负载是并联的电容器并且设置了具有放电电阻用于对电容器放电的放电电路和闭合该放电回路的放电开关装置。诊断装置利用测量装置测量说明电容器上的电压变化——特别在放电过程期间——的电压变化，并且控制装置关于该高压系统的功能故障分析该电压变化。然而在因为电池有缺陷而不活跃以及电容器已经放电的情况下不能诊断出该功能故障。
发明内容
本发明涉及用于识别电池的负载开关的作用能力的方法，所述电池具有：第一电池极，其被设立用于通过第一开关与电容器的第一接点导电连接；和第二电池极，其被设立用于通过负载开关与所述电容器的第二接点导电连接，所述方法包括步骤：在负载开关上施加适合把负载开关切换到打开状态的开关信号；在预先给定的测试间隔的持续时间内闭合第一开关；在测试间隔期间或者之后检测在电容器上施加的电容器电压；和借助电容器电压识别负载开关的作用能力，其中当电容器电压大于或者等于阈值电压时将负载开关的作用能力识别为未给出。
本发明的具有用于识别电池的负载开关的作用能力的设备的电池包括：第一电池极，其被设立用于通过第一开关与电容器的第一接点导电连接；第二电池极，其被设立用于通过负载开关与所述电容器的第二接点导电连接；第一开关装置，其被设立用于在负载开关上施加适合把负载开关切换到打开状态的开关信号；第二开关装置，其被设立用于在预先给定的测试间隔的持续时间内闭合第一开关；测量装置，其被设立用于在所述测试间隔期间或之后检测在电容器上施加的电容器电压；和分析单元，其被设立用于当电容器电压大于或者等于阈值电压时将负载开关的作用能力评价为未给出。
本发明的方法和本发明的电池是有利的，因为除电池外能够没有附加电压源地检验负载开关的作用能力。由此能够节省用于切换附加的电压源的附加构件并且从而实现成本优点。
从属权利要求示出本发明的优选的扩展方案。
有利的是，所述阈值电压相应于闭合第一开关之前的电容器电压加上预先给定的电压值，和/或所述阈值电压通过电容器在预先给定的测试间隔内的典型的充电曲线来定义。由此，在电容器在测试间隔开始时未完全放电时也能够正确地识别负载开关的作用能力。此外能够避免通过可能的、由在电容器上连接的部件引起的干扰电压说导致的作用能力的错误识别。
另外有利的是，所述测试间隔比为通过电池给电容器完全充电所需要的充电持续时间短。第一开关上的电压由于电容器的充电特征在该充电持续时间期间小于电池的最大电压。由此确保第一开关上的减小的电压。这是有利的，因为防止第一开关粘住。
同样有利的是，第一电池极被设置用于通过第一开关和预充电电阻与电容器的第一接点导电连接。通过该预充电电阻减小通过第一开关的电流。这是有利的，因为防止第一开关粘住。
特别是第一电池极还被设立用于通过第二开关与电容器的第一接点导电连接，其中在测试间隔的持续时间内在第二开关上施加适合把第二开关切换到打开状态的开关信号。通过这样的第二开关，如果负载开关粘住，则能够保证电容器上无电压。因此实现安全性增益。
此外，当电容器电压在测试间隔之前和之后大于或者等于预先给定的阈值电压时，可以将负载开关和第二开关的作用能力识别为未给出。如果未给出第一和第二开关的作用能力，则这意味着一种特别的风险，因为不能在电容器上再给出无电压。识别该风险的可能性提供另外的安全性增益。
此外在本发明的电池的情况下有利的是，第一电池极另外被设立用于通过第二开关与电容器的第一接点导电连接，并且电池还包括第三开关装置，其被设立用于在所述测试间隔的持续时间内在第二开关上施加适合把第二开关切换到打开状态的开关信号。通过这样的第二开关，如果负载开关粘住，则能够保证电池上无电压。因此实现安全性增益。
同样有利的是，所述分析单元被设立用于当电容器电压在测试间隔之前和之后大于或者等于预先给定的阈值电压时将负载开关和第二开关的作用能力评价为未给出。如果未给出第一和第二开关的作用能力，则这意味着特别的风险，因为不能在电容器上再给出无电压。识别该风险的可能性提供了另外的安全性增益。
附图说明
下面参照附图详细说明本发明的实施例。附图中：
图1示出本发明实施方式中的具有用于识别负载开关3的作用能力的设备的电池1，和
图2示出相应于方法的可选实施方式的方法流程图，和
图3示出根据现有技术的具有用于识别负载开关的作用能力的设备的电池。
具体实施方式
图1示出本发明实施方式中的具有用于识别负载开关3的作用能力的设备的电池1。电池1例如是车辆的牵引电池。所述车辆包括多个用电器，例如电驱动链(Antriebsstrang)，其通过电池1供电。电池1包括正接线接点12和负接线接点13。通过这两个接线接点12、13，电池1与车辆的用电器耦合。电池1的电池电压通过接线接点12、13被提供给车辆的用电器。不过为抑制负载尖峰，当对在图1中示出的在接线接点12、13之间连接的电容器7充电时，首先接通在图1中未示出的车辆侧的用电器。电容器7在第一接点9与电池1的正接线接点12导电连接，并且在第二接点10与电池1的负接线接点13导电连接。
在该实施方式中电池1包括电池单池11作为储能器。同样可以有多个并联或者串联的电池单池11的组合作为储能器，以便提供高的电池电压(例如大于300V)。
电池1包括第一电池极5，其被设立用于通过第一开关2和预充电电阻8与电容器7的第一接点9导电连接。第一电池极5在该实施方式中是电池单池11的正极。第一开关2通过第一保护装置的开关接点来实施。第一开关2可以通过第一开关信号S1被连接到打开的或者闭合的状态中。在此，第一开关信号S1例如可以是在第一保护装置的开关线圈上施加的开关电压。第一电池极5与第一开关2的第一侧导电连接。第一开关2的第二侧与预充电电阻8的第一侧导电连接。预充电电阻8的第二侧与电池1的正接线接点12导电连接。
此外第一电池极5被设立用于通过第二开关4与电容器7的第一接点9导电连接。第二开关4通过第二保护装置的开关接点实施。第二开关4可以通过第二开关信号S2被连接到打开的或者闭合的状态。在此，第二开关信号S2例如可以是在第二保护装置的开关线圈上施加的开关电压。第一电池极5与第二开关4的第一侧导电连接。第二开关4的第二侧与电池1的正接线接点12导电连接。
该电池包括第二电池极6，其被设立用于通过负载开关3与电容器7的第二接点10导电连接。第二电池极6在该实施方式中是电池单池11的负极。负载开关3通过第三保护装置的开关接点实施。负载开关3可以通过第三开关信号S3被连接到打开的或者闭合的状态中。在此，第三开关信号S3例如可以是在第三保护装置的开关线圈上施加的开关电压。第二电池极6与负载开关3的第一侧导电连接。负载开关3的第二侧与电池1的负接线接点13导电连接。
此外，电池1包括第一开关装置、第二开关装置、第三开关装置、测量装置和分析单元。第一开关装置、第二开关装置、第三开关装置、测量装置和分析单元在该实施方式中通过电池控制器14实现。为此电池控制器14包括数字的或者模拟的流程控制器，其适合实施本发明的方法。
第一开关装置以及因此电池控制器14被设置用于在负载开关3上施加第三开关信号S3，该第三开关信号适合把负载开关3切换到打开的状态。为此在第一方法步骤101中通过电池控制器14输出相应的第三开关信号S3。因此负载开关3分开第二电池极6和负接线接点13之间的导电连接。不过这仅在负载开关3处于能够作用的状态下是这种情况。如果不能给出负载开关3的这种作用能力，例如由于其开关接点被粘住，则第二电池极6和负接线接点13之间的导电连接保持不变。
第二开关装置以及因此电池控制器14被设立用于把第一开关2接通预先给定的测试间隔的持续时间t。为此在第二方法步骤102中通过电池控制器14在该预先给定的测试间隔的持续时间t内输出第二开关信号。该测试间隔比为通过电池1完全充电电容器7所需要的充电持续时间tL短。这样的充电持续时间tL例如可以通过电容器7的电容和预充电电阻8来定义。这样当在电容器7上施加的电容器电压达到最大电容器电压Umax的99％时，可以将电容器7视为完全充电。最大电容器电压Umax是当在电容器7上施加的电容器电压完全通过预充电电阻8充电时的电容器电压。在这种情况下，充电持续时间tL等于：tL＝5*T。T是电容器7的时间常数，并且因此等于预充电电阻8的电阻值R乘以电容器的电容值C。由此充电持续时间tL＝5*R*C。测试间隔的持续时间t例如可以是充电持续时间tL的30％。
第三开关装置以及因此电池控制器14被设立用于在测试间隔的持续时间t内在第二开关4上施加第二开关信号S2，该第二开关信号适合把第二开关4切换到打开状态。为此在与第二方法步骤102并行实施的附加的方法步骤103中通过电池控制器14输出相应的第二开关信号S2。因此第二开关4分开在第一电池极5和正接线接点12之间的不通过负载电阻8引导的导电连接。
测量装置以及因此电池控制器14被设立用于在测试间隔期间或者之后检测在电容器7上施加的电容器电压。这在第三方法步骤104中进行。为截取和测量电容器电压，电池控制器14通过第一传感器线路15与正接线接点12导电连接并且通过第二传感器线路16与负接线接点13导电连接。电容器电压被检测并且被提供给分析单元用于分析。
分析单元以及因此电池控制器14被设立用于，当电容器电压大于或者等于阈值电压时，将负载开关3的作用能力评价为未给出。这在第四方法步骤105中进行。在此，该阈值电压例如可以是固定的预先定义的值或者通过分析单元确定。
这样该阈值电压可以通过如下方式确定，即在该方法开始时通过测量装置检测初始的电容器电压。阈值电压从该初始的电容器电压加上预先给定的电压值中得出。在此，该预先给定的电压值是最大的电容器电压Umax的一部分。因此阈值电压相应于在闭合第一开关2之前的电容器电压加上预先给定的电压值。
同样阈值电压可以通过电容器7在预先给定的测试间隔内的典型的充电曲线来定义。在此，在测试间隔的持续时间t内对电容器7充电之后达到预期的电容器电压Us。预期的电容器电压Us例如可以由最大的电容器电压Umax、时间常数T和测试间隔的持续时间t来计算。在此可以使用下面的公式：Us＝Umax(1-e^(-t/T))。阈值电压被设定为等于预期的电容器电压Us。
电容器电压由分析单元与阈值电压比较。当电容器电压大于或者等于阈值电压时，负载开关3的作用能力被识别为未给出。在这种情况下可以认为，在测试间隔期间在电容器7的第二接点10和第二电池极6之间存在导电连接。但是因为该连接应该通过负载开关3被分开，因为这通过第一开关装置在第一方法步骤101中被引起，所以可以推断出负载开关3的作用能力未给出。当电容器电压小于阈值电压时，负载开关3的作用能力被识别为给出。在这种情况下电容器7不(继续)被充电。
在一种可选的实施方式中，当在测试间隔之前和之后电容器电压大于或者等于预先给定的阈值电压时，可以附加地将负载开关3和第二开关4的作用能力评价为未给出。在此，在将适合把负载开关3切换到打开状态的第三开关信号S3施加到负载开关3上之前首次通过测量装置检测电容器电压。该首次检测的电容器电压和在第三方法步骤104中检测的电容器电压被与阈值电压做比较。如果首次检测的电容器电压和在第三方法步骤104中检测的电容器电压超过阈值电压，则负载开关3和第二开关4的作用能力被评价为未给出，因为从连续高的电容器电压能够推断出通过第二开关4对电容器7预充电。在该可选的实施方式中，如下的开始的时间间隔是有利的，在该时间间隔中既在负载开关3上施加适合把负载开关3切换到打开状态中的第三开关信号S3，也在第二开关4上施加适合把第二开关4切换到打开状态中的第二开关信号S2。
与在图3中所示的根据现有技术具有用于识别负载开关的作用能力的设备的电池相比，根据本发明能够舍去参考电压源U和第一电阻R1。通过第一测量电阻R2和R3以及通过第二测量电阻R4和R5能够测量高压接线端子12和13上的电压。
图2示出相应于可选实施方式的方法的流程图。该方法通过测试询问开始，并且然后一次性执行。在开始的方法步骤106中通过测量装置检测电容器电压。在跟随开始的方法步骤106的第一方法步骤101中，在负载开关3上施加适合把负载开关3切换到打开状态中的第三开关信号S3。在第二方法步骤102中在预先给定的测试间隔的持续时间(t)内闭合第一开关2。这例如可以通过在第一开关2上施加适合把第一开关2切换到闭合状态的第一开关信号S1进行。在与第二方法步骤102同时实施的附加的方法步骤103中，在测试间隔的持续时间(t)内在第二开关4上施加适合把第二开关4切换到打开状态的第二开关信号S2。接着第二方法步骤102执行第三方法步骤104。其中通过测量装置重新检测电容器电压。接着第三方法步骤104执行第四方法步骤105。其中借助电容器电压进行负载开关3的作用能力的识别。在此，当电容器电压大于或者等于阈值电压时，负载开关3的作用能力被识别为未给出。此外，将在开始的方法步骤106中首次检测的电容器电压和在第三方法步骤104中检测的电容器电压与阈值电压比较。如果首次检测的电容器电压和在第三方法步骤104中检测的电容器电压超过阈值电压，则负载开关3和第二开关4的作用能力被评价为未给出。

Claims (10)

1.用于识别电池(1)的负载开关(3)的作用能力的方法，所述电池(1)具有：
-第一电池极(5)，其被设立用于通过第一开关(2)与电容器(7)的第一接点(9)导电连接，
-第二电池极(6)，其被设立用于通过负载开关(3)与所述电容器的第二接点(10)导电连接，
其中该方法包括步骤：
-在负载开关(3)上施加适合把负载开关(3)切换到打开状态的开关信号，
-在预先给定的测试间隔的持续时间(t)内闭合第一开关(2)，
-在测试间隔期间或者之后检测在电容器(7)上施加的电容器电压，和
-借助电容器电压识别负载开关的作用能力，
其中当电容器电压大于或者等于阈值电压时，负载开关(3)的作用能力被识别为未给出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阈值电压相应于闭合第一开关(2)之前的电容器电压加上预先给定的电压值，和/或所述阈值电压通过电容器(7)在预先给定的测试间隔内的典型的充电曲线来定义。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述测试间隔比为通过电池给电容器(7)完全充电所需要的充电持续时间(tL)短。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，第一电池极(5)被设立用于通过第一开关(2)和预充电电阻(8)与电容器(7)的第一接点(9)导电连接。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，第一电池极(5)还被设立用于通过第二开关(4)与电容器(7)的第一接点(9)导电连接，其中在测试间隔的持续时间(t)内在第二开关(4)上施加适合把第二开关(4)切换到打开状态的开关信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当电容器电压在测试间隔之前和之后大于或者等于预先给定的阈值电压时，负载开关(3)和第二开关(4)的作用能力被识别为未给出。
7.具有用于识别电池(1)的负载开关(3)的作用能力的设备的电池(1)，包括：
-第一电池极(5)，其被设立用于通过第一开关(2)与电容器(7)的第一接点(9)导电连接，
-第二电池极(6)，其被设立用于通过负载开关(3)与所述电容器(7)的第二接点(10)导电连接，
-第一开关装置，其被设立用于在负载开关(3)上施加适合把负载开关(3)切换到打开状态的开关信号，
-第二开关装置，其被设立用于在预先给定的测试间隔的持续时间(t)内闭合第一开关(2)，
-测量装置，其被设立用于在所述测试间隔期间或之后检测在电容器(7)上施加的电容器电压，和
-分析单元，其被设立用于当电容器电压大于或者等于阈值电压时将负载开关(3)的作用能力评价为未给出。
8.根据权利要求7所述的电池(1)，其特征在于，第一电池极(5)被设立用于通过第一开关(2)和预充电电阻(8)与电容器(7)的第一接点(9)导电连接。
9.根据上述权利要求7到8之一所述的电池(1)，其特征在于，第一电池极(5)还被设立用于通过第二开关(4)与电容器(7)的第一接点(9)导电连接，并且电池(1)还包括第三开关装置，该第三开关装置被设立用于在所述测试间隔的持续时间(t)内在第二开关(4)上施加适合把第二开关(4)切换到打开状态的开关信号。
10.根据上述权利要求7到9之一所述的电池(1)，其特征在于，所述分析单元被设立用于当电容器电压在测试间隔之前和之后大于或者等于预先给定的阈值电压时将负载开关(3)和第二开关(4)的作用能力评价为未给出。
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