CN105489956A - 用于监测机动车辆中电池的状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测机动车辆的电池状态的方法，采用该方法可以识别电池中的内部腐蚀。在这种情况下，电池的失水通过模型来估算，并且如果估算的失水超过限定的极限值，则评估单元生成报警信号。失水模型特别规定使用在电池的充电策略中使用的z曲线和电池温度，并且根据所使用的z曲线和电池温度由存储在评估单元中的至少在由于析气而造成的失水的质量流量与充电策略的z曲线以及电池温度之间的相关性来确定由于析气而造成的失水的质量流量。

Description

用于监测机动车辆中电池的状态的方法

说明书

本发明涉及一种用于监测机动车辆的电池状态的方法，采用该方法识别电池中的内部腐蚀。

所监测的电池是例如起动机电池。机动车辆的起动机电池是为内燃发动机的起动机供应电流的可再充电的电池。相比之下，用于驱动车辆的电动车辆的电池被称为牵引电池。此外，电动车辆或混合动力车辆也可以具有起动机电池。所使用的电池可以是例如可再充电的铅酸电池，然而，可再充电的铅酸电池在下文中也被称为铅酸电池。

随着铅酸电池老化，这可以伴随有例如内部腐蚀和高内部电阻的现象。在电池显示出所述症状的情况下，也可以认为它们在可预见的将来将可能发生故障。由于高内部电阻和电容的损失，所述电池然后不再能够例如以足够的电压提供能量来启动车辆。此外，比设计供应的车辆的发电机或直流/直流(DC/DC)转换器汲取更多的电流的电负载以引起放电操作期间电池连接处的电压瞬变，这可能对这些或其他负载的电气功能性具有不利影响。举例来说，如果违反车辆中的控制器的低压工作极限，瞬变可以导致车辆中的控制器被关闭和被重新启动。

这些电池的功能性故障以及因此车辆的功能性故障应该不惜一切代价避免。这可以例如通过使驾驶员或维修人员在早期阶段意识到即将发生的电池故障来实现。为此，电池的状态必须被监测，这根据各种参数是可能的。

如果电解液水平降到板以下，电容同样下降并且内部电阻增大。由此产生的故障模式与由于腐蚀发生的那些故障模式相同并且可以概括为在启动和高电流瞬变期间电气功能性损伤。电池中的内部腐蚀和析气在此发挥了特殊作用。由于充电电压、温度、气体反应和腐蚀的形成之间的关系，内部腐蚀与电池中的失水呈现出高水平的相关性。当检测到高水平的失水时，存在很高的腐蚀可能性。

因此，本发明的目的是提供一种用于监测电池的状态的方法，采用这种方法可以检测内部腐蚀。

根据本发明，这个目的是通过独立权利要求1所述的方法来实现的。该方法的有利发展可以在从属权利要求2-6中找到。

应当指出的是，在权利要求中单独详细说明的特征可以以任何期望的技术上有意义的方式彼此结合并公开本发明的进一步实施例。说明书特别是结合附图进一步描述和详细说明本发明。

电池中的内部腐蚀可以使用用于监测机动车辆的电池的状态的方法来识别。在这种情况下，规定电池的失水通过模型来估算，并且如果估算的失水超过限定的极限值，则评估单元生成报警信号。

因此，本发明包含通过失水模型来预测电池中的失水的算法，其中高于限定的极限值的失水表明电池中的内部腐蚀。然而，失水不必以复杂的方式进行测量，而是可以根据模型来估算。报警信号然后可以以多种方式利用。例如在车辆的仪表板区域的警报指示器伴随评估单元的报警信号，这种警报指示器通过警报灯来实现是可能的。以这种方式，通知车辆的驾驶员关于电池的临界状态，并且车辆的驾驶员可以启动相应的对策。在该过程中，可以通过用于诊断目的的故障代码通知维修人员。这种故障代码的补救措施可以是检查水位和电池的状态。

用于估算失水的模型配置为连续地估算由于电池中的析气而造成的失水的质量流量并且对失水的质量流量求相对于电池的使用寿命的积分。在这种情况下，模型使用例如电池充电电压和电池温度作为输入变量。在本发明的一个实施例中，提供的是，在模型中至少使用在电池的充电策略中使用的z曲线和电池温度，并且根据所使用的z曲线和电池温度由存储在评估单元中的至少在由于析气而造成的失水的质量流量与充电策略的z曲线以及电池温度之间的相关性来确定由于析气而造成的失水的质量流量。

充电策略的z曲线表明与温度相关的设定点电压值，与温度相关的设定点电压值被设计用于使电池充电到目标荷电状态。该目标荷电状态常常是100％。在这种情况下，电池的z曲线定义均衡充电，其中使可再充电的铅酸电池中的所有单元更容易地完全充电的设定点电压值用于均衡充电。这通常与温度相关并且常常以使在最大构造价值下的析气处于限定的温度范围的中间这样的方式来定义。电池的该z曲线可以从电池制造商获得或由车辆制造商限定以便预测的使用配置文件在给定的目标车辆上良好运作。在这种情况下，z曲线定义电池的连接端子处的电压。

所述变量之间的相关性被存储在例如一维或多维参考表中，当各种变量已知时，评估单元可以从一维或多维参考表中获取由于析气而造成的失水的质量流量。如果电池的充电策略使用若干z曲线并通过激活各个z曲线在这些z曲线之间切换，则充电策略的各个激活的z曲线用于估算失水。与各个激活的z曲线相关的信息可以从其充电策略中得到。如果该信息不可用，则充电策略的各个激活的z曲线也可以通过被监测的电池充电电压和电池温度来确定，并且确定哪一个z曲线最接近包含电池充电电压和电池温度的所确定的一对测量值。以这种方式，所测量的变量例如电池充电电压和电池温度用于推断适合所述测量值的可能的z曲线。

此外，可以规定的是由于析气而造成的失水的质量流量也根据电池的荷电状态(SOC)存储在参考表中。在本发明的一个实施例中，存储在评估单元中的相关性然后根据电池的荷电状态、电池的充电策略的激活的z曲线和电池温度来表明由于析气而造成的失水的质量流量。

电池温度和电池充电电压可以例如使用用作电池监测传感器(BMS)的常规的电极式传感器来确定。以这种方式测得的值可以通过传感器直接或间接地发送到评估单元。此外，评估单元不是必须是独立的模块，而是其功能也可以通过多个单独的模块之间的交互形成。在这种情况下，由评估单元生成的报警信号可以以不同的方式进行处理。

本发明特别适用于可靠地识别机动车辆中的铅酸电池(例如起动机、照明系统、点火装置)的过度失水以及因此的内部腐蚀。这些症状表明电池的使用寿命的终结并且可能导致电池故障。然而，本发明还可以延伸到其它应用，例如监测飞机和船舶的供电系统中的铅酸电池。

本发明的进一步优点、特定特征和有利发展可以在从属权利要求和参考附图的优选示例性实施例的以下描述中找到。

在附图中：

图1示出了根据本发明的方法使用的算法的示意图，在该方法中估算由于其积分的质量流量的失水；

图2示出了根据本发明的方法使用的算法的示意图，在该方法中考虑电池的荷电状态；以及

图3示出了根据本发明用于监测电池的方法的实施例的示意图。

在图1中示出了估算由于析气或气体形成而造成的电池失水M_失水的算法，其中该算法可以由车辆系统的评估单元使用。为了最大的精确度，该算法假设电池的高荷电状态(SOC)并且特别是在铅酸电池中使用。该算法规定与温度相关的失水的质量流量在参考表20(查找表)中使用电池温度T和电池的充电策略10的激活的z曲线11来确定。对所述质量流量求相对于电池的使用寿命的积分。

在具有单个z曲线的简单电池充电策略的情况下，参考表20是一维的(失水的质量流量：与温度相关的失水的质量流量从参考表20中确定。如果使用了多于一个z曲线并且充电策略在所述z曲线之间切换，假设各个激活的z曲线的名称或其索引被供应至算法(失水的质量流量：(T，z曲线索引))。

如果由于实施限制z曲线的选择不可用于该算法，则激活的z曲线也可以通过监测电池充电电压U_L和电池温度T来确定。在过程中，确定哪一个z曲线最接近地符合这些测量值。作为替代选择，可以确定任何可能的充电电压的失水率。假设这些失水率使用台架试验来确定，算法的精确度可以通过测量在不同的荷电状态(SOC)和温度T以及充电电压U_L下的气体形成来提高(见图2)。在这种情况下，参考表20将是三维的。

在图3中示出了用于识别高失水率和腐蚀的示例性算法。如果电源在步骤3.1中启动，评估单元的识别算法不断比较失水的当前预测M_失水和失水的校准的极限值WLThresh和腐蚀的校准的极限值WLCorrosionThresh。如果预测的失水M_失水超过极限值WLCorrosionThresh，则内部腐蚀的相应的指示器(标记)或相应的警报在步骤3.2中被激活。如果预测的失水M_失水超过极限值WLThresh，则过高的失水和因此低电解液的相应的指示器(标记)或相应的警报在步骤3.3中被激活。在这种情况下，极限值根据电池构造可以是不同的。就是说，失水的极限值通常很低，但不是必须这样。一旦电源在步骤3.4中被停用，失水的值M_失水在步骤3.5中被存储为失水的积分的新的起始值M_WLO。

Claims (6)

1.一种用于监测机动车辆的电池状态的方法，采用所述方法识别所述电池中的内部腐蚀，

其中

所述电池的失水通过模型来估算，并且如果估算的失水超过限定的极限值，则评估单元生成报警信号。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中

用于估算所述失水的所述模型配置为连续地估算由于所述电池中的析气而造成的所述失水的质量流量并对所述失水的质量流量求相对于所述电池的使用寿命的积分。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中

在所述模型中至少使用在所述电池的充电策略中使用的z曲线和电池温度，并且根据所使用的z曲线和所述电池温度由存储在所述评估单元中的至少在由于析气而造成的所述失水的所述质量流量与所述充电策略的z曲线以及所述电池温度之间的相关性来确定由于析气而造成的所述失水的所述质量流量。

4.根据权利要求3所述的方法，

其中

如果所述充电策略使用多个z曲线并且通过激活各个z曲线而在这些z曲线之间切换，则使用所述充电策略的各个激活的z曲线。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中

所述充电策略的所述激活的z曲线通过被监测的电池充电电压和电池温度来确定，并且确定哪一个z曲线最接近包含所述电池充电电压和所述电池温度的所确定的一对测量值。

6.根据权利要求3至5中的一项或多项所述的方法，

其中

存储在所述评估单元中的所述相关性根据所述电池的荷电状态、所述电池的所述充电策略的所述激活的z曲线和所述电池温度来表明由于析气而造成的所述失水的所述质量流量。