CN105103000A - 用于电池组状态监视的装置 - Google Patents

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Abstract

推荐了用于电池组状态监视的一种装置和一种电池组传感器（30）。该电池组传感器（30）构造用于执行电池组状态识别（34）。控制设备构造用于实施能量管理。此外与该能量管理相分隔地来实现电池组管理器（36）。

Description

用于电池组状态监视的装置
技术领域
本发明涉及用于监视电池组状态的一种装置以及一种电池组传感器、尤其一种智能电池组传感器。利用该装置和该电池组传感器能够执行用于监视电池组的一种方法。
背景技术
在利用内燃机驱动的机动车中，电池组被用于给耗电器供电以及为内燃机的起动器提供电能。已知为了监视运行和功能能力而采用检测并转发所属电池组在运行中的运行参量的电池组传感器。这些电池组传感器实现了电池组状态监视。
为了改善机动车的燃料消耗并从而改善CO2排放和行驶动态性，提供了不同的策略。其例如是启-停策略、智能发电机调节和回收。对于这些不同的策略或概念共同的是，它们需要能量管理以便可靠地运行。从而例如总是必须保证车辆还能启动，也即所使用的电池组还能够提供足够的电能。
该能量管理需要与所使用电池组的当前状态有关的尽可能精确的信息。目前这些信息借助所谓的电池组状态识别来加以确定，该电池组状态识别例如可以在电池组传感器中被计算。该电池组传感器然后把这些信息转发到主控制设备，例如发动机控制设备或车身计算机，在该发动机控制设备或车身计算机中还执行其他的能量管理。
文献EP1271170A2阐述了用于电池组状态识别的一种方法和一种设备。在该方法中借助第一电池组状态识别系统来获取与电池组状态有关的判断。在该第一电池组状态识别系统故障运行或失效时，借助第二电池组状态识别系统来获取与电池组状态有关的判断。
在电池组传感器中的电池组状态识别需要与所使用电池组有关的某些基本信息，以能够以足够的精确度来确定电池组状态。不同容量、技术或制造商的电池组可能具有基本不同的特性。目前由于在电池组传感器中对用作状态识别基础的特征性电池组参数的编码而遇到该问题。
在铅酸启动电池组领域中，这例如是电池组类型（富液式、AGM、改进富液式以及专业人员已知的其他实施）、例如以Ah（以I20来放电）为单位的容量以及静止电压特征线的精确变化（相对于SOC=充电状态的静止电压、例如通过说明最大静止电压以及斜率或最小静止电压）。利用这些特征性的特性数据，该电池组状态识别可以以足够的精确度为能量管理来确定电池组特性。
电池组状态通常通过特定的特性数、诸如SOC或SOF（功能状态）而被转发到该能量管理。另外，还可以确定关于电池老化、即SOH（健康状态）的信号。该能量管理对这些数据连同其他的车辆数据——例如发动机温度、所使用的离合器踏板进行分析，并从而能够例如在等红灯时自动关闭车辆。
该方法的缺点一方面是，电池组参数必须首先耗费地、例如通过在实验台上的测量而被确定。另一方面，需要在电池组更换时对新电池组的正确参数重新进行编码。当最终用户自己更换电池组并且不具有技术能力来对新参数编码时，这是耗费的和容易出错的或甚至不可能的。因此诸如停-启的CO2减排功能的可用性是大大受限的，或甚至不可用。这可能给客户带来烦恼，或者违反关于燃料消耗的特定监管要求（例如美国的CARB、中国的激励政策）。在一种特别临界的情况下，电池组被驱动到深放电情况下，并且车辆失去了启动能力。
对于OEM来说，特别不利的是其他或新的电池组的事后引入，这按照概念仅能够通过新的软件来实现。但尤其在全球平台情况下，力争仅一款相同的软件，以节省成本并避免在不同车辆模型上不同部分/软件版本的协调。
发明内容
在此背景下，推荐了具有权利要求1所述特征的用于电池组状态监视的一种装置以及根据权利要求8所述的一种电池组传感器。实施方式由从属权利要求和说明书得到。
所推荐的方法能够实现典型的能量管理功能，例如停-启和回收，而不需要电池组参数。由此省略了对这些参数的耗费的确定。在生产中以及在使用中不同电池组和传感器的所有处理被大大简化，由最终用户现场遇到的所有可能临界的电池组更换情况变得完全没有问题。同时在典型的标准循环、例如NEFZ（欧洲新行驶循环）中例如启-停的可用性与具有电池组编码的当前系统相当。
另外整个系统对于不同的极端电池组更换情况而变得更鲁棒，所述极端电池组更换情况通常被定义为错误的使用，例如安装较小的或老化的电池组。
另外对于应该事后引入新的或附加的电池组的情况，也不需要附加耗费。一种传感器可以广泛地应用于几乎全部的车辆。此外，通过诸如停-启的能量管理功能对CO2的减排变得更简单、造价更合理和更鲁棒。
本发明的其他优点和实施方式由说明书和附图得到。
应当理解，前述的以及在下文中还要详细解释的特征不仅以分别说明的组合、而且还可以以其他组合或单独地使用，而不脱离本发明的范畴。
附图说明
图1示出了根据现有技术的电池组状态监视的拓扑。
图2示出了根据所推荐方法的电池组状态监视的拓扑。
图3示出了在典型的发电机启动期间的电流变化。
具体实施方式
本发明借助附图中的实施方式来被示意地示出，并在下文中参照附图加以详细阐述。
在图1中示出了根据现有技术的电池组状态监视的拓扑。图中示出了电池组传感器10和主控制设备12。利用该电池组传感器10来进行电池组状态识别14。在该主控制设备12中使用启-停管理器和电池组管理来进行能量管理16。由该电池组传感器10把信号SOC18、SOF20和SOH22传输到主控制设备12。
在图2中示出了根据所推荐方法的电池组状态监视的拓扑。该图示出了电池组传感器30和控制设备32、在该情况下为主控制设备。另外还示出了电池组状态识别34、电池组管理器36和具有启-停管理器的能量管理38。该电池组状态识别34把信号SOC40、SOF42和SOH44传输到该电池组管理器36。由该电池组管理器36把信号允许停（Stopenable）46、重新启动（restart）48和iGC（用于智能发电机调节的信号）50传输到该能量管理38。在该电池组管理器36与该能量管理38之间从而提供了接口60。另一接口62位于该电池组状态识别34与该电池组管理器36之间。
在此所推荐的方法从而特征在于把该电池组管理器36与该能量管理38或者该启-停管理器相分隔。迄今为止这两个功能共同位于一个控制设备中，并被视为整体。但在在此所推荐的方法中，该电池组管理器36是电池组状态识别34的组成部分，并存在至能量管理或启-停管理器38的新接口。该电池组管理器36已经对电池组状态识别34的结果进行分析，并且还只提供用于允许自动停止（Stopenable,电池组允许停止）和用于触发自动重新启动（Restart,电池组过分放电）的信号。在在此所示的一种实施方式中，还提供了用于智能发电机调节的另一信号（iGC,智能发电机控制）。
该电池组管理器36从而分析所获得的信号，并通过现有的接口60来转发相应的指令。
该电池组管理器36在此情况下可以位于该电池组传感器30中，使得把新的信号（Stopenable,Restart,iGC）从该电池组传感器30传输到该控制设备32。但该电池组管理器36也可以如前一样位于该控制设备32中，使得传输针对该电池组管理器36的输入参量，类似于当前从传感器至主控制设备。从电池组管理器到能量管理的该接口60在该实施方式中位于该控制设备32中。
为了与电池组参数无关，按照构型不使用当今常见的特性数、如SOC、SOF——也即在虚拟工作点处的电压预测（例如在低温下或者在放电情景之后）、或者SOH——也即电池组的最大容量。它们与电池组的参数紧密相关，并最终导致按照现有技术在不用电池组编码的情况下不能实现能量管理策略。
目的是保证车辆的可启动性，并降低燃料消耗和CO2排放。为此按照当前方法不需要当今常见的信号，如精确的SOC。通常电池组不应被太深度地放电，以不仅保证可启动性而且还避免电池组老化加速。如果除了停-启之外还应该进行回收，那么电池组也不允许被充满，从而该电池组还能够吸收能量。
这些目的也可以利用与电池组参数无关的替换信号来实现。该电池组管理器尤其根据电池组的当前内阻来进行其判断（允许停止，自动重新启动）。该内阻确定了在当前状态下该电池组的可启动性，并完全与电池组参数无关。
在一种实施方式中使用该内阻来类似于现有技术地实现电压预测。为此放弃了对将来假想状况的预测以及此时对电压降的估计。电压预测的重要输入参量除了内阻之外还有发动机启动的峰值电流（Ipeak）。该电流可以根据专业人员已知的方法来加以确定和测量，并用作用于预测下一次发动机启动的输入参量。
图3以图形示出了在典型的发动机启动期间的电流变化。在此在横坐标70上记录了以秒为单位的时间，在纵坐标72上记录了以安培为单位的电池组电流。箭头74表示电压预测的峰值电流。
借助在当前发动机启动时所测量的峰值电流以及由电池组状态识别所确定的电池组内阻，可以预先计算在下一次发动机启动时所期待的最大电压降。
为了保证可启动性，除了该峰值电流Ipeak之外还使用在发动机启动期间类似测量的电压降Upeak来作为电池组管理器的附加判据。如果在发动机启动期间真正的电压降低于特定的阈值，那么在例如由电池组充电或温度升高所导致的电池组内阻较低的情况下才允许自动停止。
作为其他重要的判断参量，可以根据一种充满识别来足够精确地评估电池组的充电状态。从而能够保证该电池组从不被充满，而是保持在低于与电池组参数相关的SOC100%的范围中。这种调节的目的是，把该电池组保持在范围50%<SOC<95%中，也即与参数有关的SOC的范围50%<SOC<95%中以便更好地比较，在一个特别优选的实施方式中保持于范围70%<SOC<90%中。
另外还可以采用最差情况的电池组、也即小容量、由于活性物质损耗而导致的明显老化为基础来进行构造。利用这种假定，也可以通过静止电压测量根据特征性的SOC静止电压特征线来实现当今专业人员所已知的SOC重新校准的方法。
在此情况下目的不是如在当今策略中一样获得绝对最佳的SOC精确度，而是避免电池组的一般性的深度充电状态，以更鲁棒地构造该系统并提高电池组寿命。
另外在此所述的方法可以通过当今专业人员已知的不同措施、如运行中电流积分的监视而被补充完善，例如可以在成功冷启动和正的电流积分之后总是允许停止。
在下文表格1中归纳总结了用于设置允许停止和重新启动的一些阈值，其划分为一般范围和特别优选的实施方式。
表格1：在电池组管理器中要使用的用以激活停-启的阈值的概括。

Claims (9)

1.用于电池组状态监视的装置，具有电池组传感器（30）和控制设备（32），其中该电池组传感器（30）构造用于执行电池组状态识别（34），并且该控制设备（32）构造用于实施能量管理（38），其中附加地与该能量管理相分隔地来实现电池组管理器（36），该电池组管理器通过第一接口（60）与该能量管理（38）相连接并向该能量管理提供指令，并通过另一接口（62）与该电池组状态识别（34）相连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其中该电池组管理器（36）在该电池组传感器（30）中来实现。
3.根据权利要求1所述的装置，其中该电池组管理器（36）在该控制设备（32）中来实现。
4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其中通过该第一接口（60）能够传输信号——允许停止、重新启动和/或iGC。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其中通过该第二接口（62）传输信号SOC、SOF和/或SOH。
6.根据权利要求1至5之一所述的装置，其中该电池组管理器（36）根据至少一个电池组参数来确定指令。
7.根据权利要求6所述的装置，其中该电池组的内阻被用作电池组参数。
8.尤其用于根据权利要求1至7之一所述的装置的电池组传感器，在该电池组传感器中实现了通过第二接口（62）相连接的电池组状态识别（34）和电池组管理器（36）。
9.根据权利要求8所述的电池组传感器，其中通过该第二接口（62）传输信号SOC、SOF和/或SOH。
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