CN105556319A - 用于监视电流传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在确定电路（1）中的由电池组、优选地锂离子电池组所输出的总电流I的情况下监视电流传感器（7）、（8）、（9）的方法，所述电路在具有至少两个并行的线路路径（5）、（6）的并行线路段（3）中具有用于确定相应的分电流I1、I2的电流传感器（7）、（8）。根据本发明，电路（1）具有用于确定总电流I的另一电流传感器（9）。在缩放步骤中缩放因子S1、S2被确定，借助于所述缩放因子在并行的线路路径（5）、（6）中流动的分电流I1、I2可以被放大为总电流I。在监视步骤中，所测量的分电流IM1、IM2借助于缩放因子S1、S2被放大并且因此所计算的总电流IB1（10）、IB2(11)被确定，所述总电流相互之间被比较并且与通过电流传感器（9）所确定的总电流IM（12）相比较。本发明此外涉及具有控制装置的电池组系统，所述控制装置被设立用于执行这种方法。

Description

用于监视电流传感器的方法
技术领域
本发明涉及用于在确定由电池组所输出的电流的情况下监视电流传感器的方法。
背景技术
电池组系统越来越多地用作针对不仅固定应用而且移动应用的蓄能器。作为固定使用的示例可以列举风力发电设备以及备用电源系统以及作为移动使用的示例可以列举电动车辆以及混合动力车辆。在此，在这种使用中对电池组系统关于可靠性、功率、寿命和安全性提出非常高的要求。
在此非常频繁地使用基于锂离子电池组电池的电池组系统。为此一般来说多个电池组电池被串联为电池组模块。多个电池组模块又通过串联和/或并联被接合为下面也被称为电池组的电池组系统。
为了可以满足对电池组的上面所提到的要求，电池组需要一个有效的电池组管理系统，所述电池组管理系统监视各个电池组电池的功能参数。电池组管理系统尤其检查并且控制各个电池的电压、监视充电状态以及温度并且保护各个电池组电池免于过载。在此，有重大意义的是，被提供给电池组管理的测量数据是可靠的。例如将错误地太低的被确定的负荷电流传送给电池组管理系统的电流传感器例如可以导致电池组管理系统的错误的反应以及因此导致电池组的有害的过载。
此外，在针对移动使用的电池组、尤其车辆电池组的情况下有重大意义的是，可靠地以及准确地检测通过电池组的放电电流所提取的用于例如计算剩余的有效距离的能量。除此之外，太高的放电电流可能危及电池组的热稳定性并且因此导致爆炸危险。如果车辆电池组的放电电流不能被可靠地确定，则国际标准ISO26262要求电池组电流的中断，这尤其在电池组运行的车辆中导致驱动的完全失效。
DE102011080603A1描述一种用于测量具有电池组的电路中的电流的方法。在此，电路中的电流被划分到至少两个路径上，其中针对每个路径设置用于电流测量的装置。可以通过将新被确定的值与先前被确定的值进行比较来执行可信性检查。
DE10212685A1描述一种电路装置和一种方法，利用所述方法能够检验电路的正确的功能性。在此，第一和第二电流传感器被设置在电路中。
DE102012212367A1描述一种用于测量车辆电池组和被连接到车辆电池组上的耗电器之间的电流的设备。
发明内容
本发明的主题是用于在确定电路中的由电池组、优选地锂离子电池组所输出的总电流I的情况下监视电流传感器的方法，其中电路具有总线路段和与总线路段串联的并行线路段，其中总线路段具有总线路并且并行线路段具有至少两个并行的线路路径，其中总电流I在总线路中流动并且分电流I1、I2分别在至少两个并行的线路路径中流动，其中所述至少两个线路路径分别具有用于确定相应的分电流I1、I2的电流传感器，其特征在于，所述电路具有用于确定所述总线路中的总电流I的电流传感器，以及
a）在缩放步骤中
分别针对线路路径确定所属的缩放因子S1、S2，所述缩放因子描述相应的线路路径中的相应的分电流I1、I2与总线路中的总电流I的相反的比例，以及
b）在监视步骤中
b1）通过相应的线路路径中的电流传感器确定所测量的分电流IM1、IM2，
b2）通过总线路中的电流传感器确定所测量的总电流IM，
b3）通过所测量的分电流IM1、IM2与所属的缩放因子S1、S2的相应的关联分别计算所计算的总电流IB1、IB2，以及
b4）为了监视所述电流传感器，将所计算的总电流IB1、IB2相互之间进行比较以及分别与所测量的总电流I-M进行比较。
该方法的优点在于冗余的构造，其中冗余的构造不仅仅适用于识别错误的存在，而且除此之外在确定的前提下适用于确定错误的位置。此外，该方法适用于在确定的前提下容忍有错误的电流传感器，即尽管电流传感器失效仍使得能够可靠地确定总电流。这又提供如下优点：尽管电流传感器有错误，电池组系统仍可以被继续运行。在纯电池组驱动的车辆的情况下可以避免驱动的失效。
在此，相应的缩放因子S1、S2的确定在第一步骤a）中进行，使得所述缩放因子描述相应的线路路径中的分电流I1、I2相对于相对应的总电流I的成反比例的值。换言之，缩放因子S1、S2以与相对于总线路的线路路径中的电流分量成相反比例的方式被确定。如果总电流I均匀地分布到N个线路路径上，则分电流I1、I2以总电流的1/N的高度在每个线路路径中流动。在该情况下将值N指派给缩放因子。
有利地，缩放因子S1、S2一次性地、例如在电路开始运转时被确定。在开始运转、尤其最初开始运转的时间点，电气组件还不具有老化现象，使得电气组件应当拥有其所规定的电气特性。有利地，缩放因子S1、S2被存储。在此另外假设：根据线路路径相互之间的电阻比例的给定的电流分配比例不改变。在电流分配比例变化之后，缩放因子S1、S2有利地被重新确定。
为了在步骤b3）中确定所计算的总电流IB1、IB2，将在步骤b1）中通过用于确定相应的线路路径中的分电流I1、I2的电流传感器所确定的分电流IM1、IM2与相应的缩放因子S1、S2相关联。如果缩放因子S1、S2通过相应的线路路径中的相应的分电流I1、I2与总线路中的总电流I的相反的比例被确定，则以乘法IB1=S1*IM1以及IB2=S2*IM2的形式进行关联。
在步骤b4）中进行在步骤b3）中所计算的总电流IB1、IB2的值与在步骤b2）中通过用于确定总电流I的电流传感器所测量的总电流IM的比较。此外，进行所计算的电流IB1、IB2相互之间的比较，使得在具有N个线路路径的电路中总共进行N*（N+1）/2次比较。
有利地，将所计算的总电流IB1、IB2相互之间进行比较以及与所测量的总电流IM进行比较，其方式是，所计算的总电流IB1、IB2相互之间的差的数值以及相应的所计算的总电流IB1、IB2和所测量的总电流IM之间的差的数值被确定。在此，当相应的差位于能够预给定的最大值之下时，两个所比较的电流IB1、IB2、IM分别被视为同样高的。因为总线路中以及线路路径中的电流在电路的运行期间不是恒定的，所以求差形成相对比较的简单的可能性。能够预给定的最大值可以对应于最大能够容忍的容差值。与能够预给定的最大值的阈值比较提供简单的如下检验的可能性：测量值相互之间的偏差是否位于容差值之下。
在根据本发明的具有例如两个线路路径的电路中，针对所述线路路径例如分别在步骤a）中分别将缩放因子S1、S2确定为了2.0，根据步骤b1）确定分电流的结果可以导致所确定的分电流IM1=25.0A和IM2=25.4A。在缩放因子S1和S2与所确定的电流IM1、IM2关联的情况下，根据步骤b3）所计算的总电流为IB1=2.0*25.0A以及IB2=2.0*25.4A。如果在步骤b）中确定了IM=50.0A的总电流，则然后根据步骤b4）将所计算的总电流IB1=50.0A以及IB2=50.8A相互之间进行比较以及与所确定的总电流IM=50.0A进行比较。
所述比较有利地通过电流之间的差的按照数值的计算进行。差IB1-IB2和IB2-IM的数值在该示例中分别为0.8A，差IB1-IM的数值为0A。只要所确定的差不超出能够预给定的最大值，则所确定的电流被视为同样高的。如果能够预给定的最大值被预给定为1.0A，则由电流传感器所确定的电流被视为同样高的。
如果并行线路段如在前面的示例中那样具有恰好两个并行的线路路径，则有利地进行监视，使得当两个所计算的总电流IB1、IB2和所测量的总电流IM被视为同样高的时不输出检查消息或者输出肯定的检查消息。如果所比较的电流之一偏离至少一个另外的所比较的电流，则有利地输出报警消息。如果全部的所比较的电流被视为不一样高的，则有利地输出错误消息和/或通过中断装置中断总线路中的总电流I。
关于前面的示例这意味着，在例如0.5A的能够预给定的最大值的情况下电流IB1、IB2和IM不再被视为同样高的，因为差IB1-IB2和IB2-IM的数值超过0.5A的值。不过，电流IB1和IM被视为同样高的，因为其差IB1-IM的数值位于0.5A的最大值之下。因为满足了条件：所比较的电流中的至少一个偏离至少一个另外的所比较的电流，所以有利地输出报警消息。在该示例中不进行错误消息和/或总电流的中断，因为不是所有的所比较的电流被视为不同高的。电流传感器中的两个已确定两个在缩放之后能够彼此比较的测量值，使得在多数决定的意义上可以得出如下结论：第三电流传感器已确定有错误的测量值，基于所述第三电流传感器的测量值确定了总电流的偏移其它的所测量或者所确定的总电流的值被确定。
借助该示例变得清楚的是，只要仅仅一个电流传感器不提供测量值或者提供有错误的测量值，本发明的这种设计方案仍有利地使电路能够继续运行。尤其在电池组运行的车辆的运行中这提供如下优点：电流传感器的错误或者失效不导致车辆驱动的失效。
所述方法的执行可以有利地进行，使得一次性地、例如在电路最初开始运转时进行步骤a）并且在电路每次重新开始运转时重复地或者连续地在电路的运行中进行步骤b）。
有利地，步骤a）中的缩放因子S1、S2的确定通过测量进行，使得缩放电流在总线路段的总线路中流动，所述缩放电流在并行线路段中被划分为至少两个并联的线路路径中的至少两个分缩放电流，并且测量通过用于确定分电流I1、I2的电流传感器和用于确定总电流I的电流传感器进行。
也就是说换言之，缩放因子的确定基于测量值进行，所述测量值由要监视的电流传感器本身确定。该设计方案的优点在于不需要用于确定电流的附加的装置并且测量值不因这种用于测量的附加的装置而失真。在这种处理方式中已经有错误的测量导致错误的缩放的风险可以通过如下方式被降低：电流传感器在电路最初开始运转时被检验和/或所确定的缩放因子经受可信性检查。
有利地，总线路中的缩放电流的数值在确定缩放因子S1、S2时为至少一个对于电路的运行来说有代表性的值。有利地，总线路中的缩放电流的数值在确定缩放因子S1、S2时为至少50安培。该高度的电流粗略地对应于在所述方法的运行中在车辆中出现的总电流。在对于运行来说有代表性的值的情况下的缩放提供如下优点：在总电流到分电流的划分中的可能的非线性效应的效果被最小化。
有利地，在缩放步骤a）中确定缩放误差，其中缩放误差被确定为在总线路中所测量的缩放电流和在至少两个并联的线路路径中所测量的分缩放电流的总和之间的差的数值，并且其中缩放因子S1、S2只在缩放误差位于能够调整的缩放容差、优选地1安培之下时才被计算。
所述方法的这种设计方案提供如下优点：有错误的电流传感器可以在缩放步骤的执行期间被识别。缩放容差的值在此描述可靠的缩放误差。能够调整的缩放容差提供如下优点：根据电流传感器的品质和/或根据相应的应用对电流测量的准确性的要求可以允许不同大小的缩放误差。
有利地，用于测量线路路径中的分电流I1-、I2的电流传感器具有分流器。这种设计方案提供如下优点：线路路径相互之间的电流分配比例能够通过线路路径的分流器被调整。一般来说，分流器的电阻值显著地超过线路的电阻值以及另外的必要时存在于线路路径中的器件的那些电阻值，使得线路路径的电阻值基本上能够通过分流器的电阻值被描述。电流分配比例以及因此总电流I到分电流I1、I2的划分因此有利地能够通过分流器确定。
此外，用于确定总线路中的总电流I的电流传感器有利地具有霍尔传感器。这种设计方案提供如下优点：对于确定总电流I来说不需要分流器，通过所述分流器从电池组所提取的电功率的一部分以热的形式丢失。
有利地，所述方法在电池组系统中被执行，其中所述电池组系统与电池组、优选地锂离子电池组和电路连接，在所述电路中电路具有总线路段和与总线路段串联的并行线路段，并且总线路段具有总线路并且并行线路段具有至少两个并行的线路路径，其中所述至少两个并行的线路路径分别具有用于确定分电流I1、I2的电流传感器，其特征在于，电池组系统在总线路中具有用于确定能够由电池组输出的总电流I的电流传感器，并且其中此外设置有控制装置，所述控制装置被设立用于执行根据前述权利要求之一所述的方法。这种电池组系统提供如下优点：电流传感器的干扰或者失效不必导致电池组电流的中断。此外，有利地，电池组运行的机动车具有这种电池组系统。具有依照根据本发明的方法被运行的电池组系统的机动车提供如下优点：电流传感器的错误或者失效不导致车辆驱动的失效。
附图说明
根据本发明的主题的另外的优点和有利的设计方案通过附图被阐明并且在随后的描述中被解释。在此应注意的是，附图仅仅具有描述性的特性并且不打算以任何一种形式限制本发明。
图1示出电路的一种设计方案，所述电路具有用于确定流经电路的总电流I的电流传感器；以及
图2示出通过所述方法所确定的电流的比较的一个示意图。
具体实施方式
图1示出电路1，所述电路1具有用于确定流经电路的总电流I的电流传感器7、8、9并且借助于所述电路，根据本发明的方法是能够示例性地实施的。总电流I由这里未示出的、优选地被实施为锂离子电池组的电池组输出。
电路1具有总线路段2和与总线路段2串联的并行线路段3，其中总线路段2具有总线路4并且并行线路段3具有至少两个并行的线路路径5、6。总电流I在总线路4中流动并且分电流I1、I2分别在至少两个并行的线路路径5、6中流动。此外，所述至少两个线路路径5、6分别具有用于确定相应的分电流I1、I2的电流传感器7、8。此外，电路1具有用于确定总线路4中的总电流I的电流传感器9。
在所述方法的一种有利的实施方式中，在缩放步骤a）中分别针对线路路径5、6确定所属的缩放因子S1、S2，所述缩放因子描述相应的线路路径5、6中的相应的分电流I1、I2与总线路4中的总电流I的相反的比例。在此，缩放电流例如为50A。电流传感器7、8分别具有带有电阻值RS1或者RS2的分流器。这些电阻值相对于线路路径5和6中的线路的电阻值是大的，使得线路路径5和6的电阻值可以通过分流器的电阻值RS1或者RS2被描述。缩放电流与总电流I一样被划分到两个线路路径5和6上，其中电流分配比例通过分流器的电阻值来描述。根据电阻值，缩放电流或者总电流I根据电流分配规则被划分为I1=I*RS2/(RS1+RS2)和I2=I*RS1/(RS1+RS2)。如果两个电阻值RS1和RS2例如是同样高的，则缩放电流或者总电流I各一半被分布到两个线路路径5和6上，即在50A的缩放电流的情况下各25A。
缩放有利地在利用所检查的电流传感器7、8、9最初开始运转时进行，所述电路传感器应当分别正确地确定分别25A的分电流I1、I2的值以及50A的总电流I的值。
为了使所确定的测量值可信化，首先关于在总线路4中所测量的50A的缩放电流和在两个并联的线路路经5、6中所测量的各25A的分缩放电流的总和之间的差的缩放误差被确定。该缩放误差在该示例中为。
因为0A的该缩放误差位于例如1A的能够调整的缩放容差之下，所以缩放因子根据缩放步骤a）被确定为和，即分别为2。
除此之外，只要已知分流器的电阻值，就可以通过与由电阻比例得出的电流分配比例的比较进行所计算的缩放因子的可信性检查。与此相应地，缩放因子被计算为：
，以及。
在监视步骤b）的实施中，通过用于确定相应的线路路径5、6中的分电流I1、I2的电流传感器7、8测量分电流IM1、IM2，通过用于确定总电流I的电流传感器9测量总线路4中的所测量的总电流IM12并且通过所测量的分电流IM1、IM2与所属的缩放因子S1、S2的相应的关联分别计算所计算的总电流IB110、IB211。
为了监视用于确定分电流I1、I2的电流传感器7、8以及用于确定总电流I的电流传感器9，将所计算的总电流IB110、IB211如从图2可见的那样相互之间进行比较以及分别与所测量的总电流IM12进行比较。
如果分电流IM1和IM2被确定为IM1=25.0A和IM2=25.4A，则所计算的总电流IB110和IB211被确定为IB1=S1*IM1=2.0*25.0A=50A和IB2=S2*IM2=2.0*25.4A=50.8A。这些分电流相互之间被比较以及与所确定的总电流IM12、IM=50.0A相比较。
所述比较通过电流IB110、IB211和IM12之间的差13、14、15的按照数值的计算进行。差14IB1-IB2和差15IB2-IM的数值在该示例中分别为0.8A，差13IB1-IM的数值为0A。所确定的电流10、11、12被视为同样高的，因为所确定的差13、14、15不超出预给定的1.0A的最大值。
然而，如果能够预给定的最大值变得更小，例如被预给定为0.5A，则电流IB110、IB211和IM12不再被视为同样高的，因为差14IB1-IB2和差15IB2-IM的数值超过0.5A的值。不过，电流IB110和IM12被视为同样高的，因为其差13IB1-IM的数值位于0.5A的最大值之下。因为满足了条件：所比较的电流IB110、IB211和IM12中的至少一个偏离至少一个另外的所比较的电流IB110、IB211和IM12，所以输出报警消息。不实现错误消息和/或总电流I的中断，因为不是所有的所比较的电流10、11、12被视为不同高的。电流传感器7、8、9中的两个已确定两个在缩放之后能够彼此比较的测量值，使得在多数决定的意义上可以得出如下结论：第三电流传感器8已确定有错误的测量值，基于所述第三传感器的测量值确定了总电流I的偏离其它的所测量或者所确定的总电流10、11、12的值。

Claims (10)

1.用于在确定电路（1）中的由电池组、优选地锂离子电池组所输出的总电流I的情况下监视电流传感器（7）、（8）、（9）的方法，其中所述电路（1）具有总线路段（2）和与所述总线路段（2）串联的并行线路段（3），其中所述总线路段（2）具有总线路（4）并且所述并行线路段（３）具有至少两个并行的线路路径（５）、（6），其中所述总电流I在所述总线路（4）中流动并且分电流I1、I2分别在所述至少两个并行的线路路径（5）、（6）中流动，其中所述至少两个线路路径（5）、（6）分别具有用于确定相应的分电流I1、I2的电流传感器（7）、（8），其特征在于，
所述电路（1）具有用于确定所述总线路（4）中的总电流I的电流传感器（9），并且
a）在缩放步骤中
分别针对所述线路路径（5）、（6）确定所属的缩放因子S1、S2，所述缩放因子描述相应的线路路径（5）、（6）中的相应的分电流I1、I2与所述总线路（4）中的总电流I的相反的比例，以及
b）在监视步骤中
b1）通过相应的线路路径（5）、（6）中的电流传感器（7）、（8）确定所测量的分电流IM1、IM2，
b2）通过所述总线路（4）中的电流传感器（9）确定所测量的总电流IM（12），
b3）通过所测量的分电流IM1、IM2与所属的缩放因子S1、S2的相应的关联分别计算所计算的总电流IB1（10）、IB2（11），以及
b4）为了监视所述电流传感器（7）、（8）、（9），将所计算的总电流IB1（10）、IB2（11）相互之间进行比较以及分别与所测量的总电流IM（12）进行比较。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式将所计算的总电流IB1（10）、IB2（11）相互之间进行比较以及分别与所测量的总电流IM（12）进行比较：确定所计算的总电流IB1（10）、IB2（11）相互之间的以及相应的所计算的总电流IB1（10）、IB2（11）和所测量的总电流IM（12）之间的差（13）、（14）、（15）的数值，以及在相应的差（13）、（14）、（15）位于能够预给定的最大值之下时所比较的电流IB1（10）、IB2（11）、IM（12）中的各两个被视为同样高的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述并行线路段（3）具有恰好两个平行的线路路径（5）、（6），并且进行监视，使得当两个所计算的总电流IB1（10）、IB2（11）和所测量的总电流IM（12）被视为同样高的时不发出检查消息或者发出肯定的检查消息，和/或当所比较的电流IB1（10）、IB2（11）、IM（12）中的一个偏离至少一个另外的所比较的电流IB1（10）、IB2（11）、IM（12）时输出报警消息，和/或当全部的所比较的电流IB1（10）、IB2（11）、IM（12）被视为不一样高的时通过中断装置中断所述总线路（4）中的总电流I和/或输出错误消息。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述缩放因子S1、S2的确定通过测量进行，使得缩放电流在所述总线路段（2）的总线路（4）中流动，所述缩放电流在所述并行线路段（3）中被划分为所述至少两个并联的线路路径（5）、（6）中的至少两个分缩放电流，以及所述测量通过所述电流传感器（7）、（8）、（9）进行。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述总线路（4）中的缩放电流的数值为至少50安培。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述缩放步骤中确定缩放误差，其中所述缩放误差被确定为在所述总线路（4）中所测量的缩放电流和在所述至少两个并联的线路路径（5）、（6）中所测量的分缩放电流的总和之间的差的数值，并且其中所述缩放因子S1、S2仅在所述缩放误差位于能够调整的缩放容差、优选地1安培之下时才被计算。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述缩放步骤在所述电路（1）开始运转时进行。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述电流传感器（7）、（8）分别包括分流器。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述电流传感器（9）具有霍尔传感器。
10.电池组系统，具有电池组、优选地锂离子电池组和电路（1），所述电路与所述电池组连接，其中所述电路（1）具有总线路段（2）和与所述总线路段（2）串联的并行线路段（3），并且所述总线路段（2）具有总线路（4）并且所述平行线路段（3）具有至少两个并行的线路路径（5）、（6），其中所述至少两个并行的线路路径（5）、（6）分别具有用于确定分电流I1、I2的电流传感器（7）、（8），其特征在于，所述电池组系统在所述总线路（4）中具有用于确定能够由所述电池组输出的总电流I的电流传感器（9），并且其中此外设置有控制装置，所述控制装置被设立用于执行根据前述权利要求之一所述的方法。
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