CN104854466A - 一种用于预报继电器或者保护器的可用性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于预报继电器或者保护器(19)的可用性的方法。反复地测量流经所述继电器或者所述保护器(19)的电流和/或施加在所述继电器或者所述保护器(19)上的电压，并且将测量值传输至观察单元(22)。所述观察单元(22)基于所述测量值和模型进行关于所述继电器或者所述保护器(19)的可用性的预报。此外，本发明描述了一种观察单元(22)和一种蓄电池(100)，它们被构造用于实施依据本发明所述的方法。

Description

一种用于预报继电器或者保护器的可用性的方法
技术领域
本发明涉及一种用于预报继电器或者保护器的可用性的方法以及一种观察单元，该观察单元被构造用于实施依据本发明所述的方法。
背景技术
在将来，无论在静态的应用(例如在风力发电设备之中)还是在车辆(诸如混合动力车辆和电动车辆)中，将应用更多的蓄电池系统，这也在可靠性方面对蓄电池系统提出了非常高的要求。这样的高要求的背景在于，一个蓄电池的故障能够导致整个系统的故障(例如电动车辆之中的牵引蓄电池的故障)或者甚至导致安全相关的问题(在风力发电设备之中例如使用蓄电池在强风时通过转子叶片调节来保护该设备免于不被允许的运行状态)。
为了实现将蓄电池系统从所连接的用电器分离，例如从车载电网分离，通常设置将继电器(或者保护器)串联连接至两个蓄电池极。这样的继电器必须在有负载的情况下实现多次关断这样的系统。为了实现这样的高要求，则必须能够诊断并且预报这样的继电器的功能性。
在该继电器和保护器之中，作为对触点的操控的驱动的可控的电磁铁用于接通、断开和切换电气负载。在此，该触点在连接电气负载时基本上遭受不同程度大小的磨损，该磨损在加载中等至高的功率时显著地加大。其中，也能够导致触点相互焊上并由此粘结，这能够导致巨大的危险情形。因此，监控开关触点的状态并且引入电气负载的相应的附加的关断措施是必要的。
在DE 20310043 U1中描述了一种监控装置，在该监控装置之中，用于该继电器的线圈的控制元件与待监控的继电器相关联。该控制装置在此提供线圈是否被触发的信息。这能够通过使得该控制元件包括磁场敏感的构件并且将该控制元件如此地安置在该线圈的附近来实现，即在线圈接通时使得由该线圈所产生的磁场穿过该构件，由此使得该线圈的磁场激活该控制元件。在此将簧片触点设置为控制元件。这样的装置的缺点在于必须在待监控的继电器处必要地设置附加的构件。
发明内容
依据本发明的用于预报继电器或者保护器的可用性的方法基本上包括以下步骤：反复地测量流经所述继电器或者所述保护器的电流并且将测量值传输至观察单元。所述观察单元基于所述测量值和模型进行关于所述继电器或者所述保护器的可用性的预报。
类似地，所述方法也能够通过测量施加在所述继电器或者所述保护器上的电压来实施，因为对流经所述继电器或者所述保护器的电流的推断是允许的，反之亦然。当在不同的阶段(在闭合期间和在闭合状态期间)中已知所述继电器或者所述保护器的(等效)电阻时，所述方法原则上也是可能的。所以，能够通过所述观察单元或者分析电流测量值或者分析电压测量值，其中，典型地，所述观察单元由此计算在所述继电器或者在所述保护器上的有功功率。也能够通过所述观察单元同时分析两个物理量的测量值，这由于其与之相连的冗佘性也能够是有利的。
由所述观察单元所使用的模型能够基于以下特征线，该特征线例如将所连接的电功率或者由于所施加的电势差所引起的电弧与在所述继电器或者在所述保护器处的变化建立联系。
依据本发明的方法能够尤其是被用于计算老化或者用于预报所述继电器或者所述保护器的触点粘结。
优选地，所述观察单元基于所述测量值和所述模型估计所述继电器或者所述保护器的当前的温度。通过在所述观察单元中计算所述继电器或者所述保护器的所述当前的温度，使得通过在所述继电器或者在所述保护器处设置的温度获取装置来测量温度失去了必要性。更确切地说，本发明基本上能够在不使用温度获取装置的情况下实现。但是，通过测量所述继电器或者所述保护器的环境温度并且将环境温度测量值传输至所述观察单元，能够改善所述继电器或者所述保护器的所述当前的温度的估计。然而，在此将温度获取装置安置在所述继电器或者所述保护器之外甚至不安置在其附近也是足够的。例如，在将本方法应用于蓄电池之中时，本来由蓄电池管理单元所获取的蓄电池温度能够被传输至所述观察单元。
能够在不同的阶段测量流经所述继电器或者所述保护器的电流或者测量施加在所述继电器或者所述保护器之上的电压：在所述继电器或者所述保护器的开关过程期间，在此期间所述继电器或者所述保护器从断开的状态转变为闭合的状态(或者相反地)，或者在闭合的状态期间。
当所述继电器或者所述保护器的所述估计温度超过温度阈值时生成报警信号。由此或者通过相似的措施能够避免所述继电器或者所述保护器的触点粘结，这表现了安全性好处和可靠性好处。
本发明的另一方面涉及一种观察单元，其被构造用于实施依据本发明的方法；还涉及一种蓄电池，其优选地为锂离子蓄电池，其具有依据本发明的观察单元；以及涉及一种具有依据本发明的蓄电池的机动车。
除了其在机动车的蓄电池系统之中的应用之外，本发明还能够有利地应用于其他系统，例如电机-停止-启动系统，以便预报继电器或者保护器的使用寿命。在电机-停止-启动系统之中，继电器被设置用于启动控制，该继电器被连接在启动电机之前。在此，在接通过程期间也流过高的电流，该电流能够损坏该继电器的触点。
附图说明
将借助于附图和后续的说明书进一步阐述本发明的实施例。其中：
图1示出了依据本发明的蓄电池的一个实施例；以及
图2示出了依据本发明的方法的一个实施例。
具体实施方式
图1以方块图示出了总体上以100标记的蓄电池。多个蓄电池单元10串联以及可选地附加并联连接，以便达到对于各个应用所期望的高的输出电压和蓄电池容量。在蓄电池单元的正极和正的蓄电池端子14之间连接有充电和分离装置16。附加地，在蓄电池单元10的负极和负的蓄电池端子15之间连接有分离装置17。该分离和充电装置16和分离装置17分别包括保护器18或19，该保护器18或19被设置用于将蓄电池单元从蓄电池端子14、15分离，以便无电压地连接该些蓄电池端子。由于所串联连接的蓄电池单元10存在高的直流电压，所以另一方面来说也会给维修人员或者诸如此类的人员带来极大的潜在危险。附加地，在该充电和分离装置16中，充电保护器20被设置具有与该充电保护器20串联连接的充电电阻21。在该蓄电池被连接至未示出的直流中间电路时，该充电电阻21限制充电电流。为此，首先将保护器18断开并且仅闭合保护器20。当在正的蓄电池端子14处的电压达到蓄电池单元10的电压时，保护器19能够闭合并且在必要时断开保护器20。保护器18、19和充电保护器20不会显著提高蓄电池100的成本，因为对其可靠性和从其输出的电流提出了高的要求。
在保护器18、19、20处的每次合闸和接通过程均会使其老化。因此，需要估计其使用寿命，以便能够预防其出现故障，并且诊断何时该些保护器18、19、20中的一个必须被更换。为此，将实施依据本发明的方法，该方法可被应用于保护器18、19、20中的每个保护器，然而在此仅考虑(负的)保护器19来加以阐述。
蓄电池100或者未精确地加以示出的蓄电池管理单元包括电流测量单元11，其被构造用于测量蓄电池电流并且因此也测量流经该保护器19的电流；还包括电压装置12，其被构造用于测量施加在该保护器19之上的电压；以及包括温度测量装置13，其被构造用于测量蓄电池温度。为了实施该依据本发明的方法，或者通过电流测量装置11或者通过电压装置12进行的测量足以使得各个其他的测量装置以及温度测量装置13仅提供冗余的信息或者改良该计算的信息。
电流测量装置11、电压装置12和温度测量装置13将其测量值传输至控制器22，该控制器被用作实施依据本发明的方法的观察单元或者该控制器包括这样的观察单元。
因此，在图1中，观察单元被设置为蓄电池100尤其是蓄电池管理单元的一部分。然而，观察单元也能够被安置在蓄电池100之外并且例如由机动车的主控制器所包括。
将温度测量装置13安置在待监控的保护器19的附近并不是必须的。温度测量装置13并不直接测量保护器19的温度，而是仅测量环境温度，例如该蓄电池单元附近的温度。
图2示出了依据本发明的用于预报保护器的可用性的方法的一个实施例，该方法将在图1中示出的蓄电池100之中实施。在整个过程之中，电流测量装置11、电压装置12和温度测量装置13获取测量数据并且将其传输至观察单元22。同样地，在整个过程中，将通过观察单元22计算或者估计保护器19的当前的温度。对于以下情况，即在较长的周期中并没有任何电流流经该保护器19，那么则将所估计的保护器19的温度设置为与环境温度一样。
在比较步骤S11中，保护器19处于断开的状态。没有电流流经该保护器19，从而不会继续使得保护器19升温。
在方法步骤S12中，将闭合保护器19。在该开关过程期间会出现电弧放电，其会加热保护器19的触点。将测量在电弧放电期间的电流脉冲并且通过观察单元22计算在保护器19之中的与电弧放电相关的温度上升。
首先，在短时间内反复地断开和闭合保护器19时，其温度能够如此地升高，使得触点由于焊接过程而粘结。因此，在步骤S13之中，所估计的保护器19的温度将与预先确定的温度阈值作比较。当所估计的保护器19的温度大于预先确定的温度阈值时，会在步骤S14之中通过例如宣布更换建议来生成报警信号，通过该更换建议能够避免该保护器19发生故障。在此，将基于温度模型来执行保护器19之中的温度上升的估计，该温度模型将电流脉冲和与之关联的温度上升相互建立联系。
当所估计的保护器19的温度不大于预先确定的温度阈值时，在方法步骤S15中当触点闭合时，记录在连续的运行之中的流经保护器19的电流的变化。其中，保护器19由于连续的驱动电流而升温。将通过由观察单元22所使用的模型来预报该保护器19的升温。其中，也考虑到，该触点的升温越高，那么触点的已经存在的损坏也就越大。由于触点的升温，确切地说由于该保护器19的所估计的温度的时间上的变化，能够预报该保护器19的老化。
在方法步骤S16之中，将再次断开该保护器19，这将再次导致如在方法步骤S12中那样的电弧放电。对于这样的情况(S17)，即由于生成的电弧所引起的温度上升过高能够再次生成(S14)一个报警信号。否则，将返回该方法的开始步骤S11，其中，该步骤相应于保护器19的闭合的状态。
由观察单元22所使用的模型能够通过数值表而得以改良，该数值表由该保护器的制造者提供并且通常给出与恒定的充电电流相关的继电器或者保护器的使用寿命(在多次开关过程之中所测量的)有多长。然而，与这些说明相对照地，由该观察单元22所使用的模型被构造用于也能够在变化的电流的情况下做出老化预报，并且由此例如能够考虑以下情况，在确定的充电电流下执行第一次开关过程并且之后在十倍高的充电电流下执行第二次开关过程。
在该保护器19的老化和触点粘结方面的预报能够由该观察单元22通过数据通信尤其是通过总线系统来通知其他的控制器，例如该机动车的主控制器。

Claims (10)

1.一种用于预报继电器或者保护器(19)的可用性的方法，其特征在于，反复地测量流经所述继电器或者所述保护器(19)的电流和/或施加在所述继电器或者所述保护器(19)上的电压，将测量值传输至观察单元(22)并且所述观察单元(22)基于所述测量值和模型进行关于所述继电器或者所述保护器(19)的可用性的预报。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法用于计算老化(S15)或者用于预报所述继电器或者所述保护器(19)的粘结(S13)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述观察单元(22)基于所述测量值和所述模型估计所述继电器或者所述保护器(19)的当前的温度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，测量(13)所述继电器或者所述保护器的环境温度并且将所述环境温度值传输至所述观察单元(18)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述继电器或者所述保护器的开关过程期间测量(S12、S16)流经所述继电器或者所述保护器的所述电流和/或施加在所述继电器或者所述保护器上的所述电压。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述继电器或者所述保护器闭合(S15)期间测量流经所述继电器或者所述保护器的所述电流和/或施加在所述继电器或者所述保护器上的所述电压。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当所述继电器或者所述保护器的所述估计温度超过温度阈值时(S13、S17)生成(S14)报警信号。
8.一种观察单元(22)，其特征在于，所述观察单元(22)被构造用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。
9.一种蓄电池(100)，其具有继电器或者保护器(19)以及根据权利要求8所述的观察单元(22)。
10.一种机动车，尤其是电动机动车，其具有根据权利要求9所述的蓄电池(100)。
CN201180076493.1A 2010-10-05 2011-09-01 一种用于预报继电器或者保护器的可用性的方法 Active CN104854466B (zh)

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