CN105473385B - 能量管理控制器和用于测定电化学储能器的特征参数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于交通工具(10)的能量管理控制器以及一种用于测定用于给交通工具(10)的车载电网供电的电化学储能器(1)的特征参数的方法。在此，根据本发明实施以下步骤：测定(100)车载电网的预定义的运行状态(II)，测量(200)在预定义的运行状态(II)期间电化学储能器(1)的电压，以及基于所测定的电压和与预定义的运行状态(II)相关联的参考来测定(300)电化学储能器(1)的特征参数，其中，预定义的运行状态(II)在操纵访问功能之后开始，然而优选地在交通工具(10)的内燃机(4)起动(IV)之前结束。

Description

能量管理控制器和用于测定电化学储能器的特征参数的方法
技术领域
本发明涉及一种用于交通工具(Fortbewegungsmittel)的能量管理控制器以及一种用于测定用于给交通工具的车载电网供电的电化学储能器的特征参数的方法。本发明尤其涉及一种用于提高在交通工具运行时的效率的可简单测定的数据的有利应用。
背景技术
在具有再生(“能量回收”、“制动能回收”)的车辆中通常通过电池传感器来诊断起动机电池。如果传感装置测定了较高的充电状态(SOC，State of Charge)以及充分的健康状态(State of Health，SOH)以及迄今不显著的循环(可激活的电池容量减小)，则激活再生功能。通过再生功能，受初级能量评估器(通常发动机控制器，MSG)控制地将电能产生的消耗评估传输给低压能量管理(NVEM)。NVEM通过在合适的阶段(例如燃料推动切断的滑行)中提高电压在电池(例如12伏电池)中产生能量预留，该能量预留在“昂贵阶段”(例如加速)中通过电池放电(“反馈”)被从电池中提取并且由此待较少产生的电能减轻内燃机的曲轴的负荷并且由此减小燃料消耗。为了在电池中储存的电能的上述应用(再生功能)，在传统的机动车中总是设置有电池数据模块(BDM)，借助于该模块来测定电池的工作能力/充电能力。BDM配备有相对复杂的且高效的分析硬件和软件，由此实现电池状态的比较精确的确定。然而需要的硬件和软件成本较高。因此，本发明的目的是在没有高成本的硬件和软件的情况下也实现在交通工具的运行中效率的优化。
文件DE 102 56 588 B4示出了一种用于状态识别的方法和装置，在其中在运行状态监控的过程中使用预定义的负载状态。该文件提出，在起动过程中在预定的时间段上测量电池电压，在内燃机的起动过程期间测定机动车电池的最低电压水平并且在车辆电池的充电状态中基于该最低电压水平来评估。接着，通过根据评估结果控制发电机来保证车载电网的充足供电。
文件DE 43 07 907 A1公开了一种用于调节机动车中的发电机的方法，在其中根据行驶状态(“加速”和“制动”)来确定对于发电机输出电压的理论电压。
发明内容
上述目的根据本发明通过一种用于测定用于给交通工具的车载电网供电的电化学储能器的特征参数的的方法以及一能量管理控制器来实现，该其包括以下步骤：测定所述车载电网的预定义的运行状态；测量在所述预定义的运行状态期间所述电化学储能器的电压；并且基于所测定的电压和与所述预定义的运行状态相关联的参考来测定所述电化学储能器的特征参数，其中所述预定义的运行状态在操纵访问功能之后开始，然而在所述交通工具的内燃机起动之前结束，其中所述预定义的运行状态排除由所述交通工具的使用者任意激活的耗电器的运行。根据本发明的方法用于测定用于给交通工具的车载电网供电的电化学储能器的特征参数。在此，该方法也可在不带存在于交通工具中的电池数据模块的情况下来实施，因为不需要且因此也不进行电化学储能器状态的复杂评估。电化学储能器的特征参数例如可由电化学储能器的接线柱电压(Klemmenspannung)和/或SOC和/或SOH来测定。根据本发明，测定车载电网的预定义的运行状态。该运行状态例如可与预定数量的耗电器的运行相联系。换言之可测定目前哪些耗电器从车载电网中提取功率并且，如果车辆的活动的消耗器相应于预定的标准，识别出预定义的运行状态。以该方式避免了联接到车载电网处的消耗器的不可计量的功率请求。通过消耗器尤其是在交通工具的运行中具有另外的功能的这样的消耗器，省去了特地设置用于特征参数测定的负载。附加地，在预定义的运行状态期间测量电化学储能器的电压。在此，可在无昂贵的硬件和软件的情况下例如通过发动机控制器(MSG)或车载电网能量管理系统(BEM)来测定电压。因为在该时间中存在具有已知的活动的消耗器的预定义的运行状态，可由所测得的电压结合已知的负载来测定电化学储能器的内阻。相应地，根据本发明的方法另外提出基于所测定的电压和与预定义的运行状态相关联的参考来测定电化学储能器的特征参数。在此，相关联的参考可作为值、值域或特性场来储存并且根据所测定的电压和必要时另外的值被读取以测定特征参数。根据本发明，预定义的运行状态在操纵交通工具的访问功能(Zugangsfunktion)之后开始。这例如可包括操纵中控锁(例如通过在门锁中旋转钥匙，操纵无线电遥控等)。优选地，预定义的运行状态在交通工具的内燃机起动之前结束。上述运行状态间隔特征在于，主要仅运行其功率消耗(必要时根据温度)可非常好地预测的耗电器。相对于此，在现有技术中已知的内燃机的起动特征在于多个不可预测的参数，从而由发动机的起动机所涉及的电功率没那么适合于测定电化学储能器的特征参数。上述方法提供在所测定的特征参数的精度合适的情况下硬件简单的优点。
优选地，预定义的运行状态被定义成使得其排除了可由交通工具的使用者任意激活的耗电器的运行。换言之选择这样的运行状态，在其中在车载电网内可由使用者激活的消耗器还不对使用者输入起反应。备选地，对于预定义的运行状态可预定义多个耗电器，其可由使用者发起的功率消耗可事先被测定、储存且在预定义的运行状态期间被识别、读取且在电压测量或特征参数测定时被考虑。例如，预定义的运行状态也可包括激活一个预定义的消耗器或多个预定义的消耗器，以通过交通工具的车载电网提供合适的电负载。例如可激活加热功能(例如后窗玻璃加热和/或座位加热和/或后视镜加热和/或方向盘加热)，由此相对精确地建立根据温度预定义的负载状态。通过预定义的运行状态的上述定义，可实现通过车载电网非常精确的且合适的负荷，从而通过电压测量可实现足够精确地测定电化学储能器的特征参数。
优选地，附加地可考虑交通工具的使用历史。在本发明的范围中，使用历史被理解成在车辆中储存的大量数据，其说明交通工具的当前状态并且以时间上经历的运行状态为基础。例如通常在发动机控制器中储存从上次发动机起动起的时间。基于对上一次时间上经历的发动机运转时刻的了解，例如可推出从该时刻起实现的电化学储能器的自动放电。备选地或附加地，可考虑温度信号、尤其冷却剂温度。在此，较高的冷却剂温度附加地也可推出不久前经历的发动机运转和电化学储能器由发电机相应充电。上述数据在评估车辆车载电网的部件的当前状态时特别有帮助并且已在成批的交通工具中可供使用，从而不需要附加的算法和花费用于其测定。
作为电化学储能器的特征参数在现有技术中已知的值“SOH”和/或“SOC”证明是合适的。备选地或附加地，该参考可以是与预定义的运行状态相关联的电压值。在此可根据当前的运行状态来读取所储存的预定义的运行状态并且就该电压值处于电化学储能器的当前电压值之上还是之下来评估与其相关联的电压值。此外，可鉴于相关联的电压值实现当前电压值的定量评估，以实现更精确地说明电化学储能器的当前状态。以该方式，可在交通工具的运行中成本有利地实现效率提高的进一步优化。
根据本发明的另一方面提出一种用于调节交通工具的车载电网的发电机电压的方法，其中，交通工具尤其不具有电池数据模块(BDM)。发电机电压例如可在交通工具的内燃机介入的情况下来产生。该方法包括测定在交通工具的车载电网内的电化学储能器的对于工作能力的特征参数(例如接线柱电压、SOC和/或SOH)。通过根据本发明的方法可根据上述第一发明方面实现该测定。换言之，可测定预定义的运行状态，测量在预定义的运行状态期间电化学储能器的电压，并且在应用与该预定义的运行状态相关联的参考的情况下测定期望的特征参数。此外，为了调节发电机电压，该方法包括在用于将交通工具的动能转化成电能的化学储存能消耗方面对当前运行状态分类。化学储存能的消耗可以是当前所需的燃料投入或者在电化学储能器中储存的能量。换言之，对于当前的或短期即将来临的运行状态确定须以什么程度消耗已储存的能量，以驱动交通工具的发电机。两个简单的类别在于运行状态“滑行(Schub)”和“牵引”中。在牵引期间，在驱动侧将能量投入交通工具的前进运动中。在滑行期间，交通工具的动能减小，其中，由交通工具的驱动单元(并且例如还有发电机结合电化学储能器)吸收能量。在牵引期间交通工具的动能成本高，因为发电机的能量转换需要交通工具的驱动机械的提高的驱动力矩，而当反正没有能量被投入交通工具的前进运动中时，发电机电压和因此其当前功率提高几乎没有成本。响应于具有较低能量消耗的类别以及响应于电化学储能器的特征参数(其可识别电化学储能器的比通过阈值或参考所定义的更高的工作能力)，使发电机电压下降到预定义的第一值上。换言之，由此识别出，能量虽然成本有利地可供驱动发电机使用，然而电化学储能器的该状态可显现出不需要充电。响应于此，虽然(交通工具或传动系的)动能转化成本有利地可用，发电机电压下降，由此虽然与在现有技术中不调节发电机的情况相比更少的动能由发电机转化成电能，然而发电机的输出电压此外被选择得如此高，使得不发生电化学储能器的放电。以该方式以简单的结构防止电化学储能器的循环，而尽管如此可在交通工具的运行中获得显著的效率优势。对于专家显而易见的是，附加地在具有较高化学储存能消耗的运行状态中且尽管电化学储能器的特征参数预定义到比通过参考更好的状态上期间，也可使发电机电压下降到预定义的第一值上。这提供进一步提高在交通工具的运行中的效率的附加的可能性。
优选地，不仅响应于具有较低耗费的类别而且作为响应于电化学储能器的与所储存的参考成预定义的第二比例的特征参数(例如显示出比通过参考所预定义的更小的工作能力)，通过将发电机电压提高到预定义的值上将交通工具的动能转化成电能。换言之，在识别出电化学储能器的充电需求和成本有利的动能可供转化成电能使用的事实的情况下，将发电机电压提高到预定义的第二值上。，预定义的第二值在此例如可相应于通常用于当前电池技术的充电的电压。以该方式保证，确保电化学储能器的最大可用性并且对此使尽可能少地消耗化学储存能地运行。
优选地，根据电化学储能器的额定接线柱电压来选择使发电机电压所下降到的预定义的第一值。换言之，根据当前存在的(“所使用的”)储存技术将发电机输出电压调整成使得虽然不进行电化学储能器的放电，然而车载电网电压或发电机输出电压不显著超过该值。以该方式防止不必要地提高在车载电网中的耗电器的功率消耗。即如果例如代替13.2V的接线柱电压在那设立14V的车载电网电压，例如未受调节的耗电器(例如照明器件和简单的加热元件)的欧姆损失提高，由此化学储存能的消耗提高并且此外这些消耗器产生更多废热。由此，例如对于散热所需的耗费可更少并且在消耗器中以及在发电机中的磨损现象减少。对于预定义的第一值的可能的电压范围处于12.9与13.7V之间、优选地在13.2V与13.5V之间。根据电池技术，可通过在上述范围中的用于发电机电压的预定义的第一值有效地防止电化学储能器的放电以及因此循环。
根据本发明的第三方面，提出一种用于交通工具的能量管理控制器，其设定成执行根据第一提及的和/或第二提及的发明方面的方法。在此，能量管理控制器例如可实施为BEM，而交通工具尤其不具有电池数据模块(BDM)。能量管理控制器能够测定车载电网的预定义的运行状态或者接到通知。此外，本身可测量在预定义的运行状态期间电化学储能器的电压或者同样可由附加的单元接收。基于该电压和与预定义的运行状态相关联的参考，能量管理控制器可测定电化学储能器的特征参数。在此根据本发明，预定义的运行状态通过操纵访问功能或者在操纵访问功能之后开始，然而优选地在交通工具的内燃机起动之前结束。以该方式，能量管理控制器具有与上面结合根据本发明的方法方面所说明的相同的特征和优点。
附加地，提出一种交通工具，其包括电化学储能器、用于测量交通工具的车载电网的电压的电压传感器和根据第三发明方面的能量管理控制器。在此可将电压传感器的信号输送给能量管理控制器以测定电化学储能器的特征参数。
附图说明
下面参照附图来详细说明本发明的实施例。其中：
图1显示了关于根据本发明的交通工具的部件的概览示意图；
图2显示了车载电网功率关于时间的图表；以及
图3示出了说明根据本发明的方法的一实施例的步骤的流程图。
具体实施方式
图1作为交通工具显示了乘用车10，其具有内燃机4。内燃机4是乘用车10的传动系的部分并且驱动发电机8。当电池管理控制器(BMS)3相应地调整发电机电压(或者说发电机激励电压)时，通过发电机8给作为电化学储能器的电池1充电。在BMS3内布置有用于测定车载电网电压或电池1的电压的电压传感器2。数据存储器7在BMS3内准备好参考值用于测定电池1的特征参数并且用于对当前的运行状态分类。此外，BMS3联接到温度传感器9处，借助于温度传感器9可测定内燃机4的冷却剂温度。附加地，BMS3联接到发动机控制器(MSG)11处，由此其获得关于乘用车10的在时间上经历的运行状态的信息。此外，在车载电网中示出可由使用者任意激活的消耗器5，在根据本发明预定义的运行状态(还参见图2，附图标记II)中须排除其功率消耗，以便能够提供预定义的总负荷。附加地示出可由车载电网激活的消耗器6，其代表后窗玻璃加热、座位加热和具有可预测的电功率消耗的其它(例如欧姆的)消耗器。
图2显示了示意性功率图表，其说明对于交通工具关于时间t的车载电网功率PB。在第一运行状态I中，关闭的交通工具处于静止状态中。功率消耗PB可忽略。通过由使用者操纵交通工具的中控锁，交通工具进入作为车载电网的预定义的运行状态的第二运行状态II中。在该范围中，耗电器从静止状态觉醒的时间顺序主要通过预定义的惯例来确定。以该方式，激活基本上预定义的负荷直至过渡到第三运行状态III中，响应于此，可进行电化学储能器和/或车载电网的根据本发明的电压测量。在第三运行状态III中，使用者已上到交通工具中，从而其通过操纵不同的操作单元可任意激活或取消激活(另外的)耗电器。以该方式，在该范围中可产生多个不同的负荷状态，对于这些状态在交通工具中不能储存决定性数量的参考。然而这不意味着，对于预定的消耗器可识别出其已由使用者激活并且可以以参考的形式或附加于参考(例如在测量技术上)来考虑其功率消耗。由于内燃机起动，交通工具从第三运行状态III过渡到第四运行状态IV(其特征在于高车载电网功率PB)中。然而，在该运行状态中消耗的功率与多个不同因素(例如冷却剂温度、润滑剂温度、润滑剂粘性等)相关，从而该运行状态不容易适合作为用于在根据本发明评估电化学储能器的过程中的电压测量的预定义的运行状态。在内燃机成功起动之后，车载电网从第四运行状态IV过渡到第五运行状态5中，第五运行状态与第三运行状态III区别在于由于内燃机的运行而激活的附加的消耗器(例如风扇、点火设备)以及可选地驱动的发电机，从而在运行状态V中实现比在运行状态III期间更高的电功率PB。
图3显示了说明根据本发明的方法的一实施例的步骤的流程图。在步骤100中测定车载电网的预定义的运行状态。换言之，识别出存在预定义的运行状态。接着，在步骤200中测量在预定义的运行状态期间电化学储能器的电压。最后，在步骤300中基于所测定的电压和与预定义的运行状态相关联的参考来测定电化学储能器的特征参数。根据本发明，将紧接操纵交通工具的访问功能的运行状态提出为预定义的运行状态。优选地，该运行状态在交通工具的内燃机起动之前结束。上述步骤100至300可以是根据本发明的方法的优选的设计方案的基础，通过该方法以有利的方式来调节发电机电压。对此，紧接步骤300，在步骤400中在用于将交通工具的(例如传动系的轴或由行驶引起的运动的质量的)动能转化成电能的化学储存能的消耗方面对交通工具的当前运行状态进行分类。不仅响应于所测定的具有较低消耗的类别，而且响应于电化学储能器的与所储存的参考成预定义的第一比例的特征参数，在步骤500中使发电机电压下降到预定义的第一值上。这减小在车载电网中的耗电器的功率消耗而提高了在根据本发明的交通工具的运行中的效率。
与由现有技术已知的组件相比，本发明的核心思想是使能够成本有利地实现在交通工具的运行中的效率改善。为了调查电化学储能器的状态，在此提出在车载电网的预定义的运行状态内测量电压，其中，预定义的运行状态提供由确定的或可确定的数量的消耗器实现的、合适的且已知的总负荷。在一改进方案中，因此可通过使用者上到交通工具中来识别(例如通过座位占用识别，如其在现有技术中已知的那样)并且响应于上车将预定义的运行状态定义为结束。以该方式实现的电化学储能器评估可以是用于调节交通工具的车载电网的发电机电压的方法的基础。如果安装有具有可调节的激励电压的发电机(例如LIN发电机)，本发明在不带BDM的车辆中也实现效率提高。通过简单的类似的电压传感装置和可由此测定的对已知负载的电池的电压响应，可以受限的程度推出电池的工作能力。根据本发明由此来补偿在此不能测定的精度，即在回收或激励电压下降期间在“昂贵阶段”中虽然触发了发电机的电压下降，但是被操控的该电压处于充满电的电池的空载电压之上。由此避免了根据本发明不必在测量技术上监控的电池的循环。以该方式，本发明对于出于成本原因较少地或者甚至不需要配备有自动起停装置的车辆的市场也实现了在根据本发明的交通工具的运行中的效率的提高。相比之下，可在这些市场中成本有利地提供具有消耗优势的车辆。
虽然根据结合附图所阐述的实施例详细地说明了根据本发明的方面和有利的实施形式，对于专家可修改和组合所示出的实施例的特征，而不偏离本发明的范围，其保护范围由所附权利要求来限定。
附图标记清单
1 电池
2 电压传感器
3 电池管理控制器(BMS)
4 内燃机
5 消耗器(可任意激活)
6 消耗器(可通过车载电网激活)
7 存储器
8 发电机
9 温度传感器
10 乘用车
11 发动机控制器(MSG)
100-500 方法步骤
PB 车载电网功率
I 静止状态
II 在操纵访问功能之后的运行状态
III 在上车后的运行状态
IV 在发动机起动时的运行状态
V 在发动机成功起动后的运行状态。

Claims (17)

1.一种用于测定用于给交通工具(10)的车载电网供电的电化学储能器(1)的特征参数的方法，其包括以下步骤：
- 测定(100)所述车载电网的预定义的运行状态(II)，
- 测量(200)在所述预定义的运行状态(II)期间所述电化学储能器(1)的电压，并且
- 基于所测定的电压和与所述预定义的运行状态(II)相关联的参考来测定(300)所述电化学储能器(1)的特征参数，其中
所述预定义的运行状态(II)在操纵访问功能之后开始，然而在所述交通工具(10)的内燃机(4)起动(IV)之前结束，其中所述预定义的运行状态(II)排除由所述交通工具(10)的使用者任意激活的耗电器(5)的运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定义的运行状态(II)通过操纵所述访问功能来开始。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，
- 在所述预定义的运行状态(II)中通过应用与预定义的消耗器(6)相关联的所储存的值来考虑预定义的消耗器(6)的同时的电功率消耗，并且/或者其中，在测定所述特征参数时考虑：
- 所述交通工具(10)的使用历史，和/或
- 温度信号，和/或
- 自所述交通工具(10)的内燃机(4)的最近的经过的运行起的持续时间。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述特征参数基于SOH和/或SOC并且/或者所述参考是与所述预定义的运行状态(II)相关联的电压值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述交通工具(10)是不带电池数据模块的交通工具(10)。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述温度信号是冷却剂温度。
7.一种用于调节交通工具(10)的车载电网的发电机电压的方法，其包括以下步骤：
- 通过根据上述权利要求中任一项所述的方法测定(300)用于在所述交通工具(10)的车载电网内的电化学储能器(1)的工作能力的特征参数，
- 在用于将所述交通工具(10)的动能转化成电能的化学储存能的消耗方面对当前的运行状态分类(400)，并且不仅响应具有较低消耗的类别而且响应所述电化学储能器(1)的与所储存的参考成预定义的第一比例的特征参数，
- 使所述发电机电压下降(500)到预定义的第一值上。
8.根据权利要求7所述的方法，其此外包括以下步骤：不仅响应较低消耗的类别而且响应所述电化学储能器(1)的与所储存的参考成预定义的第二比例的特征参数，
- 通过将所述发电机电压提升到预定义的第二值上将所述交通工具(10)的动能转化成电能。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，根据所述电化学储能器(1)的额定接线柱电压来选择使所述发电机电压所下降到的预定义的值。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其中，第一预定义的值代表在12.9V与13.7V之间的范围中的电压。
11.根据权利要求7或8所述的方法，其中，
- 具有较低消耗的类别与所述交通工具(10)的滑行运行状态相关联并且/或者
- 具有较高消耗的类别与所述交通工具(10)的牵引运行状态相关联。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述交通工具(10)是不带电池数据模块的交通工具(10)。
13.根据权利要求7所述的方法，其中，所述电化学储能器(1)的与所储存的参考成预定义的第一比例的特征参数大于阈值。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述电化学储能器(1)的与所储存的参考成预定义的第二比例的特征参数低于阈值。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，第一预定义的值代表在13.2V与13.5V之间的范围中的电压。
16.一种用于交通工具(10)的能量管理控制器，其设定成执行根据上述权利要求中任一项所述的方法。
17.一种交通工具，其包括：
- 电化学储能器(1)，
- 用于测量所述交通工具(10)的车载电网的电压的电压传感器(2)，以及
- 根据权利要求16所述的能量管理控制器(3)。
CN201480047576.1A 2013-08-27 2014-08-08 能量管理控制器和用于测定电化学储能器的特征参数的方法 Active CN105473385B (zh)

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