CN104956565B - 用于汽车系统的备用能量源及相关控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动车辆(101)中的汽车系统(102)的备用能量源(1)，被设计成在正常操作状况期间接收主供电电压(Vbatt)，并且在不同于正常操作状况的故障操作状况期间提供备用供电电压(Vsc)。备用能量源(1)具有控制单元(2)和超级电容器组(4)，超级电容器组(4)能够由控制单元(2)操作用于在正常操作状况期间存储能量并且在故障操作状况期间提供备用供电电压(Vsc)。诊断模块(10)耦接至超级电容器组(4)以向控制单元(2)提供关于超级电容器组(4)的操作状态的信息。

Description

用于汽车系统的备用能量源及相关控制方法
技术领域
本发明涉及用于汽车系统的备用能量源并且涉及相关控制方法。
背景技术
本申请要求以下申请的优先权以及申请日的权益：于2012年12月24日提交的意大利专利申请No.TO2012A001143、意大利专利申请No.TO2012A001144和意大利专利申请No.TO2012A001145以及于2013年1月2日提交的美国专利申请No.61/748,262、美国专利申请No.61/748,274和美国专利申请No.61/748,286，每个这样的申请的全部内容通过参考而引用合并至本文中。
如所知道的，几个汽车系统需要在车辆中有备用能量源以当车辆的主电源故障或中断时提供替代电能或辅助所述主电源。
该备用电源通常在正常操作期间通过车辆的主电源来保持在被充电状态，以使得一旦出现需要例如在车辆发生事故或碰撞时能够容易地使用备用电源。
例如，提出了使用与车辆关闭装置耦接的备用电源，以在车辆的主电源出现故障时提供电能，从而使得即使在紧急情形下仍可以打开关闭装置。
要强调的是，在本文中使用表达“关闭装置”来一般地表示能够在分别打开和闭合通往机动车辆的内舱的通道的打开位置与闭合位置之间移动的任何元件，因此除了以下描述仅以示例的方式明确提及的机动车辆的侧门之外，关闭装置还包括行李舱、后舱门、发动机盖或其他封闭舱、车窗调节器、天窗。
安保和安全法规确实要求即使当车辆的主电源出现故障或者当主电源与车门之间的电气连接中断或断开时仍要使例如车门打开和闭合；例如在涉及车辆的事故或碰撞的情况下，可能会出现此类情形。
然而，由于尺寸要求，在如车门系统的汽车系统中备用电源与相关的电子电路的集成已证明是困难的任务，同样还证明特别是在例如需要在非常高的温度(例如最高至100℃)下进行安全操作的汽车操作条件下，难以满足例如在能量密度或电流输出方面的期望电气性能。
提出了设计使用电容器元件作为车辆中的备用能量源的一些解决方案，例如在WO2005 047628 A1和FR 2 857 399 A1中所讨论的解决方案；然而，这些解决方案已证明不能令人满意，特别是由于这些解决方案在备用能量源的操作期间例如在备用能量源的再充电期间不能提供对备用能量源的电气性能的可靠控制。
此外，已知针对在其他技术领域中的用途而设计的备用能量源解决方案通常不能满足汽车领域所要求的特定要求。
因此，感到在汽车领域需要一种经优化的备用电源，其即使在主电源出现故障时仍能够可靠地向汽车系统供电。
发明内容
因此，本发明的某些方面的目的在于提供一种被设计成满足前述需求的备用电源。
此目的可以通过如在所附权利要求书中限定的备用电源以及相关控制方法来实现。
附图说明
将参照附图以示例的方式来描述本发明的某些方面的优选而非限制性的实施方式，在附图中：
图1是示出了用于汽车系统的备用电源的总体框图；
图2是图1的备用电源的充电模块的电路图；
图3和图4示出了由图1的备用电源中的诊断模块执行的操作的流程图；
图5是图1的备用电源中的电信号的曲线图；
图6a至图6c示出了在不同操作条件下图1的备用电源中的电容量的曲线图；以及
图7示出了由图1中的备用电源中的诊断模块执行的另外操作的流程图。
具体实施方式
图1中的附图标记1从整体上表示集成的备用能量源，该集成的能量源耦接至(示意性示出的)机动车辆101的主电源100例如电池，以接收例如值为12伏特的主电压Vbatt。
当主电源100出现故障或中断时，备用能量源1被配置成向机动车辆101的(示意性示出的)汽车系统102提供电能，这在正常操作状况下替代地由主电源100来提供。汽车系统102可以是例如耦接至机动车辆101的车门的电子闩锁。
备用电源1包括控制单元2和电力单元3；控制单元2例如设置有被配置成还基于主电压Vbatt的值来控制电力单元3的操作的微控制器、微处理器或类似的计算模块2a；例如，如果主电压Vbatt的值下降成低于预定阈值，则控制单元2可以确定正出现可能需要备用能量源1的紧急状况。
控制单元2具有嵌入式存储器2b例如非易失性随机存取存储器，嵌入式存储器2b耦接至计算模块2a并且(例如以固件的形式)存储适当的程序和计算机指令。要认识到，控制单元2可以替选地包括用于执行计算模块2a和存储器2b的功能的分立部件的逻辑电路。
根据本解决方案的一个方面，备用能量源1的电力单元3包括一组低电压超级电容器4(在下文中称为超级电容器组4)作为能量供应单元(或能量罐)，用于即使当出现电力故障时仍向汽车系统102提供备用电力。超级电容器可以包括电解双层电容器、赝电容器或其组合。
有利地，超级电容器提供高能量密度、高输出电流能力，并且不具有记忆效应；此外，超级电容器的尺寸很小而且易于集成、具有扩展的温度范围、长的寿命并且可以经受非常大数目的充电周期。超级电容器无毒而且不会导致爆炸或火灾风险，因此适合于例如对于汽车应用的危险状况。
在可能的实施方式中，如图2所示，超级电容器组4可以包括两个超级电容器单元5a、5b，所述超级电容器单元5a、5b串联连接在第一节点4a与(例如连接至参考地电势的)第二节点4b之间并且限定了中间节点4c，每个超级电容器单元当被充电时提供例如2.5伏特至2.7伏特的电压电平以共同在第一节点4a上提供例如大约3伏特至5伏特的超级电容器电压Vsc，超级电容器电压Vsc在来自机动车辆101的主电源100的能量不可用的紧急情形下用作备用电源。超级电容器单元5a、5b因此属于低电压类型并且具有例如大约16法拉至20法拉例如18法拉的高电容量。
备用能量源1的电力单元3还包括充电模块6、均衡模块8和升压模块9。
充电模块6电气耦接至超级电容器组4并且被配置成每当来自主电源100的电力可用时从主电压Vbatt开始对超级电容器组4进行再充电，使得所述超级电容器组4可以为紧急情况提供满能量存储并且补偿任何泄漏电流。
均衡模块8电气耦接至超级电容器组4，并且被配置成确保超级电容器单元5a、5b两者在操作期间具有期望的单元电压值特别是相同的单元电压值(以实现平衡的操作状况)。均衡模块8还避免超级电容器单元5a、5b具有超过最大期望单元电压电平的单元电压，从而避免对超级电容器过度充电。
此处未详细讨论的例如包括已知类型的PWM升压转换器(或DC-DC升压转换器)的升压模块9在其输入端接收由超级电容器组4生成的超级电容器电压Vsc，并且该升压模块9被配置成将超级电容器电压Vsc的值升高即增加至最高至汽车标准电压(例如9伏特至16伏特)，并且被配置成提供足够的输出电流能力以驱动如电动机的标准汽车系统102。实际上，超级电容器电压Vsc可能会太低以至于不能在像来自机动车101的主电源100的供电丢失或供电不足一样的紧急情形下提供用于驱动汽车系统102的有效备用电源。因此，升压模块9根据超级电容器电压Vsc在其输出端(这同样是备用能量源1的输出端)处提供经升高的电压Vboost。
备用能量源1还包括诊断模块10，诊断模块10在操作上耦接至超级电容器组4并且被配置成在充电过程期间并且基于上述充电过程通过测量超级电容器的电压值、电容值和内部等效电阻(DCR-直流电阻)来监测超级电容器的健康状态，如在下文中将讨论的。
温度传感器11被配置成监测超级电容器组4的操作温度，并且温度传感器11耦接至诊断模块10以提供所检测到的温度信息Td；例如，温度传感器11可以包括布置在超级电容器组4附近的NTC(负温度系数)电阻器。诊断模块10在操作上耦接至控制单元2以向控制单元2提供诊断信息。
在可能的实施方式中，如图1所示，诊断模块10可以被实现在备用能量源1的控制单元中作为由计算模块2a的微处理器或微控制器运行的诊断例程；为此，控制单元2可以在输入端接收超级电容器电压Vsc的值和/或由Vint表示的在超级电容器单元5a、5b之间的中间节点4c处的电压值以及温度Td。
更详细地并且如图2的示意性电路图所示，备用能量源1的充电模块6具有第一输入端6a，第一输入端6a被设计成接收用于对超级电容器组4进行充电的主电压Vbatt。
充电模块6还具有第二输入端6b，第二输入端6b被设计成从控制单元2接收充电使能信号En_ch，该充电使能信号是其值表示由所述控制单元2确定的使能或停止对超级电容器组4的充电的要求的数字信号。
充电模块6包括电力开关6c和电力电阻器6d。
电力开关6c例如像MOSFET开关一样的固态开关被连接在第一输入端6a与电力电阻器6d之间，并且电力开关6c具有耦接至第二输入端6b的控制端子，从而接收充电使能信号En_ch。
电力电阻器6d耦接在电力开关6c与超级电容器组4的第一节点4a之间。
当经由电力开关6c通过充电使能信号En_ch被使能时，通过电力电阻器6d来以主电压Vbatt对超级电容器组4进行充电。
具体地，在超级电容器组4的充电期间，控制单元2可以生成PWM(脉冲宽度调制的)充电使能信号En_ch，从而快速连续地连接和断开超级电容器组4与主电压Vbatt。
如先前所指出的，只要控制单元2感测到主电压Vbatt的值高于预设阈值——这表示影响主电源4的可能故障，则超级电容器组4的充电就可以是连续过程。
在可能的无源实施方式中，均衡模块8包括具有相同电阻值的第一均衡电阻器8a和第二均衡电阻器8b。第一均衡电阻器8a通过插入第一均衡开关8c来连接在超级电容器组4的中间节点4c与第一节点4a之间，从而能够选择性地与第一超级电容器单元5a并联连接；第二均衡电阻器8b经由插入第二均衡开关8d来连接在超级电容器组4的中间节点4c和第二节点4b之间，从而能够选择性地与第二超级电容器单元5b并联连接。
第一均衡开关8c和第二均衡开关8d是例如包括相应的MOSFET晶体管的固态开关，第一均衡开关8c和第二均衡开关8d两者由在均衡模块8的控制输入端8e处从控制单元2接收的均衡使能信号En_eq来控制。
特别地，均衡使能信号En_eq控制第一均衡开关8c和第二均衡开关8d以使能或禁用均衡过程，以节省当所述超级电容器组4未用作备用电源时存储在超级电容器组4中的能量。
现在将更加详细地来讨论备用能量源1的诊断模块10的操作。
由诊断模块10监测并且可能会影响超级电容器单元5a、5b中的任一个或两者的可能故障模式如下：
开路故障；
短路故障；
泄漏电流的增加；
等效串联电阻的增加；
电容值的减小。
可以使用由诊断例程设计的特定逻辑和算法在汽车系统的操作期间实时地检测这些故障模式。
特别地，关于两个超级电容器单元5a、5b中的任一个的“开路”故障在整个串联中引起相应故障，每当在超级电容器串联上出现基本上零电压时可以检测到该故障，即使在被充电的情况下也是如此。
串联中的超级电容器单元5a、5b的“短路”故障引起串联电容的加倍以及超级电容器电压Vsc的值的相应降低；完全充电电压值可能不会达到和/或可能不会随时间推移而保持不变。
当甚至在长时间充电之后仍未获得超级电容器单元5a、5b的充电状态(其值可以被设置为预设阈值)时，或者当在串联上的超级电容器电压Vsc的值经历非预期变化(例如，与正施加给超级电容器组4的充电过程不兼容的变化)时，可以检测到“泄漏电流”的增加。
超级电容器单元5a、5b中的任一个的“等效串联电阻”的增加造成整个串联的电阻的增加，而超级电容器单元5a、5b中的任一个的“电容”的减小造成整个串联的电容的增加。
由于超级电容器单元5a、5b的能量存储功能被无效，所以开路故障和短路故障造成备用能量源1的完全故障。
相比之下，上面列出的其他故障是渐进的；具体地，当所测量的值(例如电容值和/或电阻值)达到可以适当地预定的第一告警阈值时，诊断模块10能够向用户/驾驶员或向服务人员生成表示即将发生的故障的预告警，甚至当超级电容器单元5a、5b仍处于工作状态时也是如此。
然后，当故障达到极限值(并且所测量的值达到第二预定告警阈值)时，诊断模块10可以用信号通知备用能量源1的完全故障。
根据本方案的一个方面，在超级电容器单元5a、5b的寿命周期期间由诊断模块10基于充电过程来测量在经由串联电阻器(充电模块6的电力电阻器6d)直接从供电电压(主电压Vbatt)执行充电时将超级电容器从部分充电电压充电到完全充电电压所花费的时间，从而估计超级电容器单元5a、5b的电容。
特别地并且如图3所示的，在步骤20处，诊断模块10首先基于以下表达式来确定从完全放电的状态开始达到具有非零值的部分充电电压V1的时间T1：
然后，在步骤21处，诊断模块10基于以下表达式来确定到达完全充电电压V2的时间T2：
在上面的表达式中，C为超级电容器电容(在考虑超级电容器电压Vsc的情况下，C为整个串联的电容器电容，或者在考虑中间节点4c处的电压Vint的情况下，C为超级电容器单元5a、5b中的第一超级电容器单元的电容器电容)，R为电力电阻器6d的电阻。
然后，在步骤22处，确定从部分充电电压V1充电到完全充电电压V2所需的充电时间ΔT：
或者：
ΔT＝C·(R·(ln(Vbatt-V2)-ln(Vbatt-V1)))
并且在步骤23处确定电容C的值为：
C＝ΔT/(R·(ln(Vbatt-V2)-ln(Vbatt-V1)))
或者：
其中：
K(Vbatt)＝(R·(ln(Vbatt-V2)-ln(Vbatt-V1))
特别地，由于R、V1和V2具有预设且已知的值，所以如果用于可能的不同主电压处的K的值被预先计算并且被存储在表中(该表可以包含在耦接至控制单元2的非易失性存储器2b中)，则在运行时间期间可以避免复杂的对数计算。
关于由诊断模块10进行的电容估计的准确度，可以参照示例性情况和示例性值进行以下考虑。
电阻R可以具有5％的绝对准确度；在该情况下，例如(应当被加至电阻R的)等于100mΩ的电力开关6c的电阻远小于该5％的值。
由于在全温度范围上的内部振荡器容限(正在由控制单元2以已知的方式检查和验证的振荡器，此处未详细讨论)，时间ΔT可以具有2％的绝对准确度。如果通过电力开关6c对超级电容器组4的充电进行PWM控制，则通过将充电时间ΔT乘以PWM工作周期来校正充电时间ΔT。
电压值作为比率而非绝对值来呈现，使得电压测量的绝对准确度不影响电容估计的准确度。
(由于控制单元2处的模数转换)还考虑到离散化误差，可以将3％的绝对准确度与主电压Vbatt的测量相关联。
对用于电阻测量的5％、用于定时测量的2％和用于任意电压测量和离散误差的3％进行求和，从而电容值的测量的最终准确度为大约10％。
尽管在正常操作期间认为主电压Vbatt的值恒定，但在超级电容器组4的充电期间，主电压Vbatt的值可能会变化。
为了将该方面考虑在内，诊断模块10被配置成测量主电压Vbatt的变化，并且如果在给定时间段期间主电压Vbatt的变化超过预定阈值，则停止或取消对电容C的测量。
对于主电压Vbatt的低变化值，仍可以使用(在所考虑的时间段中检测的值中的)Vbatt的最小值来进行计算，以获得较低的电容估计。
根据本发明的另一方面，由诊断模块10基于充电方法在操作期间估计超级电容器组4的等效串联电阻(ESR)，特别地以检查该等效串联电阻(ESR)是否小于所要求的最大值。
当施加充电电流时，超级电容器组4两端的电压被增加了充电电流与等效串联电阻的乘积。特别地，当充电电流归零时，超级电容器电压Vsc的值会立即被减小等效串联电阻器上的电压降。
使用具有n比特例如10比特的分辨率和例如5伏特的满量程(FS)电压的模数转换器，超级电容器电压Vsc的测量的分辨率dV是：
上面的AD转换器可以在控制单元2内实现，特别地由计算模块2a来实现。
ESR的额定值可以等于或小于100mΩ，使得以获得例如10mΩ的电阻分辨率dR(平均值的1/10)，最小充电电流Ich是：
如图4所示，在第一步骤30处诊断模块10计算电力电阻器6d的电阻R如下：
考虑了主电压Vbatt的对于ESR检测的最小值以及超级电容器电压Vsc的最大值。
如先前所讨论的，可以经由PWM调制方案来方便地控制充电模块6中的电力开关6c，以降低电力电阻器6d上的电力消耗。
关于这一点，图5示出了在超级电容器组4的充电期间超级电容器电压Vsc的可能的PWM模式，该可能的PWM模式在每个周期处具有由关断阶段跟随的导通阶段并且其各自的持续时间由充电使能信号En_ch的工作周期来确定。
在该情形下，有利地，在充电使能信号En_ch的每个周期处，可以在工作周期的关断阶段中(也就是在充电电流由于电力开关6c的打开而归零时)执行电阻测量。可以实现对各个测量结果的适当平均，以得到平均的结果值。
基于以上所述，在如图4所示的步骤31处由诊断模块10经由以下表达式来估计ESR：
其中，ΔVsc是由于充电电流Ich而引起的超级电容器组4两端的电压降。
然后，在步骤32处，诊断模块10能够检查所确定的ESR值是否小于所要求的值。
以比率来使用电压，使得AD转换器的对应准确度与总体测量准确度无关。
R的测量容差是大约5％并且替代地被反映在ESR测量结果中。
如果电压准确度是0.5％，则预期总估计误差小于10％。
根据本方案的又一方面，诊断模块10还被配置成考虑超级电容器组4在汽车系统内操作的温度条件。这些温度条件由温度传感器11来监测。
实际上，温度条件和操作寿命直接影响超级电容器性能。
如图6a至图6c所示，超级电容器的电容与寿命直接相关，示出随时间推移而减小(所示出的是最终值Cf与初始值Ci之间的比率)；此外，操作温度以及所述超级电容器两端的初始电压Vi值影响该减小的速率。
汽车系统必须能够承受非常高的温度(例如最高至70℃至100℃)，同时确保正确操作或至少避免故障。
例如，超级电容器组4必须确保对机动车辆的电子闩锁组件的备用能量，使得当发生故障(例如电池、保险丝或线束发生故障)时用户能够离开车辆；在最高至70℃至100℃的温度下，不能将用户困在机动车辆内。
为了使得即使在高温度下超级电容器组4仍能够正确使用，因此，诊断模块10被配置成当操作温度增加时针对电容器电压Vsc的值实施适当的减小策略(该值通过对通过充电模块6的充电过程进行适当修改来控制)。
因此，如图7所示，诊断模块10监测如在步骤40中所示的检测到的温度Td的值。
然后，由诊断模块10实现的策略设计了在相应温度区间中的三种不同的操作状况：
针对包括在-Temp1与+Temp1之间的温度，步骤41，其中Temp1是第一温度阈值，其绝对值是大约38℃至42℃例如40℃，保持超级电容器组4完全地被充电(例如其中每个超级电容器单元5a，5b的电压电平处于2.5伏特至2.7伏特的范围内)；
针对包括在+Temp1与+Temp2之间的温度，步骤42，其中Temp2是第二温度阈值，其绝对值是大约85℃至90℃例如85℃，将例如在第一值(例如2.5伏特)与低于第一值的第二值(例如2.1伏特)之间的线性类型的电压减小施加给超级电容器电压Vsc；以及
针对高于+Temp2的温度，步骤43，对超级电容器组4进行放电直到超级电容器电压Vsc具有低于第二值的第三值(例如，对于每个超级电容器单元5a，5b的1伏特)。
根据上述温度策略，在较高温度处超级电容器电压Vsc的减小使得能够降低随时间推移的电容变化的影响，从而提高超级电容器组4当被用于备用能量源1时的可靠性。此外，延长了所述超级电容器组4的寿命。
总之，超级电容器当实际需要时可用并且可以实现提高了的寿命；关于这一点，经由模拟示出了：该控制策略使得超级电容器组4能够达到至少十五年的可靠寿命。
根据前述描述，所讨论的方案的优点明显。
实际上，当机动车辆的主电源出现故障时，可靠的备用能量源1被提供给汽车系统以例如向电子闩锁组件供电；在该操作期间提供对备用能量源1的电气性能的可靠控制。
事实上，根据本描述的实施方式可以使得能够及时地诊断超级电容器组4中的超级电容器单元5a、5b的任何故障，例如：等效串联电阻的增加以及电容值的减小；开路状况或短路状况；泄漏电流的增加。
有利地，可以在超级电容器组4的操作期间特别是在超级电容器组4的充电过程期间基于上述充电过程的特性来实时地执行对超级电容器组4的电气性能的监测。
所讨论的温度控制策略可以使得即使在非常高的温度下仍能够可靠地使用超级电容器作为备用能量源1，以遵从汽车应用的安全要求。
备用能量源1可以由内部控制单元2来独立地控制，并且还可以在不具有来自车辆主管理单元(也称为主ECU或“车身计算机)的任何动作的情况下被启动和停用，车辆主管理单元被配置成控制机动车辆101的总体操作和相关控制软件。
超级电容器的使用可以使得能够提供便宜、轻便且小型封装的备用能量源1，备用能量源1的最终尺寸和形状因数例如使得能够易于集成在汽车系统102内。
超级电容器的使用还可以使得能够实现高能量密度、大容量和高输出电流能力，以及避免记忆效应并且使消耗和再充电时间最小化。超级电容器组寿命还非常高，从而使得其能够在不需要另外的备用电源的情况下用作可靠的备用能量源。
使用例如市场上常见类型的低电压超级电容器还可以使得能够降低该系统的成本并且提高其可维护性。然而，明显地，在不背离所附权利要求书中所限定的范围的情况下可以对本文所描述和示出的内容做出修改。
例如，超级电容器单元5a、5b的电气连接可以是并联连接而非串联连接，以提供需要作为备用供电电压的超级电容器电压Vsc；此外，超级电容器单元的数目可以不同。

Claims (15)

1.一种用于机动车辆(101)中的汽车系统(102)的备用能量源(1)，所述备用能量源(1)被设计成在正常操作状况期间接收来自所述机动车辆(101)的主电源(100)的主供电电压(Vbatt)，并且被配置成在不同于所述正常操作状况的、当所述主供电电压(Vbatt)的值下降成低于预定阈值时的故障操作状况期间提供备用供电电压(Vsc)，所述备用能量源(1)包括：
控制单元(2)；
超级电容器组(4)，所述超级电容器组(4)由所述控制单元(2)来控制用于在所述正常操作状况期间存储能量以及在所述故障操作状况期间提供所述备用供电电压(Vsc)；
充电模块(6)，所述充电模块(6)能够由所述控制单元(2)来控制用于每当来自所述主供电电压(Vbatt)的电力可用时从所述主供电电压(Vbatt)开始对所述超级电容器组(4)进行再充电；以及
诊断模块(10)，所述诊断模块(10)耦接至所述超级电容器组(4)并且被设计成向所述控制单元(2)提供关于所述超级电容器组(4)的操作状态的信息，
其中，所述诊断模块(10)被配置成检测至少所述备用供电电压(Vsc)的值并且被配置成在所述再充电过程期间基于所述再充电过程来监测所述超级电容器组(4)的等效串联电阻(ESR)和/或电容值(C)，
其中，所述备份能量源还包括升压模块(9)，所述升压模块(9)被配置成在其输入端接收由所述超级电容器组生成的所述备用供电电压(Vsc)，并且将所述备用供电电压(Vsc)升高以在其输出端提供经升高的电压(Vboost)，从而驱动所述汽车系统，
其中，所述诊断模块(10)还被配置成确定所述超级电容器组(4)的以下故障模式中的一个或更多个：开路故障；短路故障；泄漏电流的增加；所述等效串联电阻(ESR)的增加；所述电容值(C)的减小；并且通过对将所述超级电容器组(4)从所述备用供电电压(Vsc)的预设部分放电值(V1)充电至所述备用供电电压(Vsc)的预设完全充电值(V2)所用的时间(ΔT)进行监测来估计所述超级电容器组(4)的电容值。
2.根据权利要求1所述的备用能量源，其中，所述超级电容器组(4)包括至少第一超级电容器单元(5a)和第二超级电容器单元(5b)，所述第一超级电容器单元(5a)和所述第二超级电容器单元(5b)彼此连接用于共同提供所述备用供电电压(Vsc)。
3.根据权利要求1所述的备用能量源，其中，所述充电模块(6)能够由所述控制单元(2)来控制用于经由具有电阻R的充电电阻器元件(6d)从所述主供电电压(Vbatt)对所述超级电容器组(4)进行充电；其中，所述诊断模块(10)被配置成经由以下表达式来估计所述超级电容器组(4)的电容值：
其中，Vbatt是所述主供电电压，ΔT是将所述超级电容器组(4)从所述备用供电电压(Vsc)的预设部分放电值(V1)充电至所述备用供电电压(Vsc)的预设完全充电值(V2)所用的时间，以及K由以下表达式给出：
K(Vbatt)＝(R·(ln(Vbatt-V2)-ln(Vbatt-V1)
并且K针对所述主供电电压(Vbatt)的不同值预先被计算并且被存储在所述控制单元(2)的存储器(2b)中的表中，其中，V1是所述备用供电电压(Vsc)的预设部分放电值，V2是所述备用供电电压(Vsc)的预设完全充电值，R是所述充电电阻器元件(6d)的电阻。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的备用能量源，其中，所述诊断模块(10)被配置成对所述超级电容器组(4)的所述等效串联电阻(ESR)进行估计以检查所述等效串联电阻(ESR)是否小于预设最大值；其中，所述充电模块(6)能够由所述控制单元(2)来控制用于利用充电电流(Ich)对所述超级电容器组(4)进行充电，并且所述诊断模块(10)被配置成:通过对当充电中断并且所述充电电流(Ich)归零时所述超级电容器组(4)上的电压降进行测量来估计所述等效串联电阻(ESR)。
5.根据权利要求4所述的备用能量源，其中，所述充电模块(6)能够由所述控制单元(2)来控制用于经由具有电阻R的充电电阻器元件(6d)从所述主供电电压(Vbatt)对所述超级电容器组(4)进行充电；其中，所述诊断模块(10)被配置成经由以下表达式来估计所述超级电容器组(4)的所述等效串联电阻(ESR)：
其中，ΔVsc是所述超级电容器组(4)上的所述电压降，Vbatt是所述主供电电压，Vsc是所述备用供电电压，R是所述充电电阻器元件(6d)的电阻。
6.根据权利要求4所述的备用能量源，其中，所述充电模块(6)包括充电电阻器元件(6d)和充电开关元件(6a)，所述充电电阻器元件(6d)耦接至所述超级电容器组(4)，所述充电开关元件(6a)耦接在所述充电电阻器元件(6d)与接收所述主供电电压(Vbatt)的输入端子(6a)之间并且具有控制端子；其中，所述控制单元(2)被配置成向所述充电开关元件(6a)的所述控制端子提供充电控制信号(En_ch)以控制对所述超级电容器组(4)的充电，所述充电控制信号(En_ch)是在所述正常操作状况期间具有以下工作周期的脉冲宽度调制信号，所述工作周期限定有所述超级电容器组(4)通过所述主供电电压(Vbatt)被充电的导通阶段以及对所述超级电容器组(4)的充电被中断的关断阶段；并且其中，所述诊断模块(10)被配置成：当所述充电电流(Ich)由于所述充电开关元件(6a)的打开而归零时，在所述充电控制信号(En_ch)的工作周期的关断阶段期间估计所述超级电容器组(4)的所述等效串联电阻(ESR)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的备用能量源，其中，所述诊断模块(10)被配置成监测所述超级电容器组(4)的操作温度，并且被配置成与所述充电模块(6)和/或所述控制单元(2)协作来根据所检测的操作温度来实施充电策略。
8.根据权利要求7所述的备用能量源，其中，所述充电策略设计了在相应温度区间中的三种不同的充电状况，根据所述充电策略：
针对包括在-Temp1与+Temp1之间的温度，所述超级电容器组(4)保持完全地被充电，其中Temp1是第一预设温度值；
针对包括在+Temp1与+Temp2之间的温度，第一电压值与低于所述第一电压值的第二电压值之间的电压减小被施加给所述备用供电电压(Vsc)，其中Temp2是高于所述第一预设温度值的第二预设温度值；以及
针对高于Temp2的温度，所述超级电容器组(4)被放电直到比所述第二电压值低的第三电压值。
9.根据权利要求8所述的备用能量源，其中，所述第一预设温度值(Temp1)处于38℃至42℃的范围内，以及所述第二预设温度值(Temp2)处于85℃至90℃的范围内。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的备用能量源，其中，所述诊断模块(10)由所述控制单元(2)在所述汽车系统(102)的操作期间运行。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的备用能量源，其中，所述故障操作状况包括所述机动车辆(101)的提供所述主供电电压(Vbatt)的所述主电源(100)的故障或者所述主电源(100)与所述备用能量源(1)之间的电气连接的故障。
12.一种用于对机动车辆(101)中的汽车系统(102)的备用能量源(1)进行控制的方法，所述备用能量源(1)被设计成在正常操作状况期间接收主供电电压(Vbatt)，并且被配置成在不同于所述正常操作状况的、当所述主供电电压(Vbatt)的值下降成低于预定阈值时的故障操作状况期间提供备用供电电压(Vsc)，
所述方法包括：控制对超级电容器组(4)的再充电以在所述正常操作状况期间存储能量以及在所述故障操作状况期间提供所述备用供电电压(Vsc)的步骤；所述控制步骤包括：通过在所述超级电容器组(4)的操作期间检测至少所述备用供电电压(Vsc)的值来监测所述超级电容器组(4)的操作状态，以及在所述再充电过程期间基于所述再充电过程来监测所述超级电容器组(4)的等效串联电阻(ESR)和/或电容值(C)，
其中，由所述超级电容器组生成的所述备用供电电压(Vsc)被升高至经升高的电压(Vboost)以驱动所述汽车系统，
其中，监测所述超级电容器组(4)的操作状态包括确定所述超级电容器组(4)的以下故障模式中的一个或更多个：开路故障；短路故障；泄漏电流的增加；等效串联电阻(ESR)的增加；所述电容值(C)的减小；并且通过对将所述超级电容器组(4)从所述备用供电电压(Vsc)的预设部分放电值(V1)充电到所述备用供电电压(Vsc)的预设完全充电值(V2)所用的时间(ΔT)进行监测来估计所述超级电容器组(4)的所述电容值。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，监测所述超级电容器组(4)的操作状态包括：通过对当充电中断并且充电电流(Ich)归零时所述超级电容器组(4)上的电压降进行测量来估计所述超级电容器组(4)的等效串联电阻(ESR)以检查所述等效串联电阻(ESR)是否小于预设最大值。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，监测所述超级电容器组(4)的操作状态包括监测所述超级电容器组(4)的操作温度；并且所述控制对所述超级电容器组(4)的充电的步骤包括根据所监测的操作温度来实施充电策略。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述实施充电策略的步骤包括实现在相应温度区间中的以下三种不同的充电状况之一，根据所述充电策略：
针对包括在-Temp1与+Temp1之间的温度，保持所述超级电容器组(4)完全地被充电，其中Temp1是第一预设温度值；
针对包括在+Temp1与+Temp2之间的温度，将第一电压值与低于所述第一电压值的第二电压值之间的电压减小施加给所述备用供电电压(Vsc)，其中Temp2是高于所述第一预设温度值的第二预设温度值；以及
针对高于Temp2的温度，将所述超级电容器组(4)放电直到比所述第二电压值低的第三电压值。
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