CN105939884B - 用于检查在低压电网与电池之间的连接的方法和机动车 - Google Patents

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Abstract

一种用于检查在给机动车(12)的低压电网(1)供电的电池(2)与低压电网(1)之间的连接的方法，该低压电网的电压低于机动车(12)的高压电网(6)的电压，其中，直流变压器(5)连接高压电网(6)与低压电网(1)，该直流变压器设计为用于在高压电网(6)与低压电网(1)之间交换电能，其中，在直流变压器(5)方面以调制频率将输出电压调制到低压电网中，其中，测量在电池(2)方面由此馈入的电流和由此馈入的电压，确定电阻值并且基于至少一个连接标准对该电阻值进行评估，据此在至少一个连接标准不被满足的情况下判定存在连接干扰。

Description

用于检查在低压电网与电池之间的连接的方法和机动车
技术领域
本发明涉及一种用于检查在给机动车的低压电网供电的电池与低压电网之间的连接的方法，该低压电网的电压低于机动车的高压电网的电压，其中，直流变压器连接高压电网与低压电网，该直流变压器设计为用于在高压电网与低压电网之间交换电能。此外本发明还涉及一种机动车。
背景技术
现代机动车通常具有车载电网，车载电网通过电池供电。这样的已知的车载电网的电压水平通常位于在大约12V。近期然而产生多种应用，其中，设有在较高电压下工作的负载，特别是在电机作为机动车的单独或附加驱动机构的应用中。在该情况下通常两个电网设置在机动车中，亦即低压电网和高压电网，低压电网大多位于在至今常见的12V电压上，高压电网的电压高于低压电网的电压。高压电网的电压可以例如位于在48V之上的值。高压电网和低压电网经常通过直流变压器(DC/DC变换器)连接，用以能实现在两个电网之间的能量交换，例如也就是通过高压电网给低压电网的电池充电——例如当发电机连接到高压电网时，或者用以短时间地以来自低压电网的能量支持高压电网。再者也已知的是，共同地通过高压电网实现低压电网的功率密集的负载的供电。
在低压电网中可能出现的故障是在低压电网与给低压电网供电的电池之间的连接的损耗。这种损耗可以例如通过电缆断开和诸如此类产生。如果发电机间接或直接提供电能，该电能需要用于低压电网的负载的运行，那么这种故障对于驾驶员是不可直接感知的。因此通过机动车中的控制装置经常实施所谓的电池Ab识别，该识别应检查在低压电网与电池之间的连接。在此常见的是测量在电池上的电流和电压，以便由此求取电阻。该电阻现在可以相对于不同连接标准——大多时候以如下方式——被检测，即电阻是否低于例如30mOhm的阈值和/或电阻是否不经受过于剧烈的波动，因此基本上保持稳定。这样的测量方法在现有技术中已经原则上已知。
在常规机动车中经常设有爪形电极发电机，其产生在12V车载电网、亦即低压电网中大的电流和电压波动性。这是重要的，因为配置给电池的电流传感器经常不能准确地测量0A或者在小电流的范围中具有最大不安全性。对此的基础可以是例如电流传感器的相对大的偏移值。在此还应注意的是，即使在中断的电池或以其他方式中断与低压电网的连接的情况下电路传感器还可以显示通过电流，取决于由电压波动引起的干扰入射。如果现在例如电池完全充电并且低压电网由其他电源、例如发电机或直流变压器供电，那么当前的电池直流电流是0A。在这样的状态下，因此可靠的测量和可靠的电池Ab识别是不可能的。
在具有直接连接到低压电网的爪形电极发电机的机动车中这是没有问题的，因为产生所述大的电流和电压波动性，该电流和电压波动性强制馈入更大的电流到电池中。在那些发电机任何时候都通过直流变压器连接的机动车中，所述电流和电压波动性在车载电网中不再存在，因为直流变压器高度动态地给低压电网的负载供电。由此电池、例如12V铅酸电池不再被加载。因此过去用于电池Ab识别的方法碰到边界。
也还在通过发电机激励的情况下出现问题，因为电池与低压电网的连接的诊断不是决定性的。该诊断依赖于低压电网的构件及其功率消耗或输出。附加地，电缆连接对电流波动性具有影响。正是关于如下，即对在电池与低压电网之间的连接的检查的鲁棒性和安全性的要求增加，因为越来越多和安全相关的负载必须由低压电网供电，所以电池Ab识别的当前实现可视为值得改善的。
发明内容
因此作为本发明基础的任务在于，提出一种鲁棒的决定性的用于检查在电池与低压电网之间的连接的方法。
为了解决该任务，在开始所述类型的方法中按照本发明设定，在直流变压器方面以调制频率将输出电压调制到低压电网中，其中，测量在电池方面由此馈入的电流和由此馈入的电压，确定电阻值并且基于至少一个连接标准对该电阻值进行评估，据此在至少一个连接标准不被满足的情况下判定存在连接干扰。
本发明基于如下认识，即通常应用可主动驱控的直流变压器，该直流变压器因此可以用于有针对性地将限定的电流馈入到电池中或者由电池中取出。因此可能的是，通过以一个或多个限定的调制频率调制直流变压器的输出频率来改变电池电流，以便随后借助于在电池上设置的电流传感器和电压传感器来测量电池对该人为地、有针对性地进行的激励的反应。换言之，直流变压器用于有针对性地将和测量相关的电流馈入到电池中，该电流通过电池侧的电流传感器可以足够可靠地测量。通过这种方式产生决定性并因此更可靠的诊断，该诊断独立于低压电网的负载。再者本发明能实现按照安全标准开发电池Ab识别，例如和ASIL相关的，从而和安全相关的负载可以由电池供电。
如上所述，主动激励通过直流变压器因此是必要的，因为借助于电池的电流传感器在技术上不可能准确地测量0A。通过电流传感器的电流测量通常设计用于非常大的电流范围，例如用于-1500至+1500A的电流。由此非常小电流的测量以大的测量精度加载。通过直流变压器的主动激励现在允许将足够大的电流馈入到电池中，以便允许可靠的测量。
在本发明的具体设计方案中可以设定，作为连接标准检查：电阻是否低于电阻阈值，该电阻阈值特别是在25mOhm至50mOhm的范围中，和/或由电阻的时间曲线导出的波动值是否低于波动阈值。例如可以应用30mOhm的电阻阈值，这表示检查：电阻是否位于在0mOhm至30mOhm的范围中。再者电阻应在电池位于在低压电网中时是相当稳定的，这可以通过波动阈值描述，例如标准偏差或诸如此类。如果由测量值求取的电阻大于30mOhm并且产生电阻值的剧烈波动，那么在电池与低压电网之间不存在连接(“电池ab”)。
可以设定，同时地和/或在时间上先后地应用多个调制频率，和/或正弦形地进行调制。通过多个正弦形振动的叠加最后可以感应任意电流曲线到电池中，只要这是适宜的。然而已经证实，对于测量理想的频率范围对于电流传感器和电压传感器的大多测量设置存在，因此电池电流的正弦形激励可以是特别适宜的。
特别是在此已经证实，特别有利的是，在50Hz至200Hz的频带中选择调制频率，其中，原则上然而其他频率直至低的kHz范围中也是可考虑的。通过直流变压器可以馈入正好在该频带中的电流。通过这种方式此外也可以减小电流波动的幅度，这降低对低压电网的影响。例如可以设定，调制的幅度小于直流变压器的绝对电压的10％。
如上所述，在传统车载电网中通过爪形电极发电机产生电流波动。因为电流波动的频率依赖于电机转速，所以存在如下工作点，在该工作点中现有技术的电池Ab识别相比于在其他工作点中更好地起作用。借助于按照本发明的方法现在可能的是，选择如下频带或频率，其中，已经产生用于确定电阻的理想工作点，因此较低的幅度也足以能实现可靠的测量。再者，确定的频率也可以导致：不再测量电池电阻的纯实部，其频率例如在非强制的正弦形激励中通过爪形电极发电机包含。因此也可以对此产生测量误差，该测量误差通过按照本发明的方法可以避免，特别是如果应用正弦形调制并且熟练选择调制频率，特别是在所述50至200Hz的范围中。
在此通常还应注意的是，在具有调制频率的激励的情况下可以根据电池的荷电状态选择直流变压器的输出电压的直流电压分量。电池电压经常地随着荷电状态至少轻微地波动，从而电压水平可以根据电池荷电状态如此选择，使得安全地将可用的、可测量的电流馈入到电池中。用于测量电池荷电状态的方法在现有技术中已经已知并且也可以用在本发明的范围中。直流变压器的输出电压的调制那么或者引起给电池充电，放电，或者电流平均值保持不变。在此应指出的是，在机动车中的基本负荷大多为至少10A，这表示：在电池充满的情况下也能够以至少10A给电池放电。
此外，除了电池荷电状态之外另一可以影响直流变压器的输出电压幅度的变量是低压电网的阻抗。通常一般而言直流变压器的输出电压类似于或低于在传统机动车中爪形电极发电机的输出电压。如上所述，调制自身的幅度可以例如在输出电压的直流电压分量的10％或更少的范围中，从而例如在12.6与15V之间的电压变化是可能的。
可以周期性地或者连续地执行检查或者基于触发事件触发检查。因此可能的是，周期性地、亦即以固定时间间隔检查电池与低压电网的连接。然而也可以适宜的是，例如通过激励的持续存在使得发生连续的检查。然而为了保持电网负载尽可能小，适宜的是，基于触发事件触发检查，这例如可以基于在机动车中负责能量管理的控制装置发生。
在此可以作为触发事件应用机动车的起动；和/或作为触发事件应用探测到低压电网的关键/临界运行情况。其中，如果存在实现起动/停止功能的车辆系统，则也可以包括起动/停止过程。然而特别适宜的是，设定低压电网的关键运行情况、特别是关键行驶情况作为用于在电池与低压电网之间的连接的检查的触发器。在此特别是可以设定，至少在仅由高压电网通过直流变压器不再能为至少一个预定的、特别是和安全有关的负载供电时，探测到关键运行情况。如果例如机动车的加热需要来自直流变压器的高的电能量，但是也需要电能用于机动车的转向，那么存在关键车辆状态，因为电池必须贡献电能。
适宜地，可以在判定存在连接干扰时给机动车驾驶员输出相应信息。在通过按照本发明的方法产生电池Ab识别的更高可靠性之后，现在存在如下可能，即直接给驾驶员显示连接干扰，因为误报警的风险被明显降低。
本发明的一个有利的改进设定，也在直流变压器上实施电阻测量并且检查该直流变压器与低压电网的连接。通过这种方式也可以确定的是：是否在通过在电池中产生的电流自然也必须在直流变压器上产生相应电流之后，直流变压器还与低压电网连接。通过这种方式因此可以检查：到底是否主动激励通过直流变压器到达电池。
再者特别有利的是，在考虑至少一个安全标准、特别是ASIL标准(ISO 26262)的情况下发展按照本发明的方法。特别是也就是说至少一个用于实施按照本发明的方法的计算机程序可以至少满足安全标准、特别是ASIL标准。
除了方法之外本发明也涉及一种机动车，包括：低压电网；高压电网，其电压高于低压电网的电压；给低压电网供电的电池；连接高压电网与低压电网的直流变压器，该直流变压器设计为用于在高压电网与低压电网之间交换电能；以及至少一个控制装置，该控制装置设计为用于实施按照本发明的方法。在此绝对可考虑的是，将按照本发明的方法的功能分配到两个或更多个控制装置上，其中，应用中央能量管理控制装置也可以是适宜的。关于按照本发明的方法的全部实施方案可以类似地传递到按照本发明的机动车，从而借助于该机动车也可以获得已经所述的优点。
在具体设计方案中例如可以设有能量管理控制装置和电池控制装置，其中，电池控制装置承担电池的电流传感器和电压传感器的读取并且可以相对于连接标准进行检测。在能量管理控制装置方面可以接收例如触发信号，紧接着该触发信号以确定的、可能依赖于由电池控制装置获得的荷电状态的期望的电压曲线来驱控可主动驱控的直流变压器。在由能量管理控制装置获得相应信息的电池控制装置方面可以实施测量并且结果可能可以被转发给能量管理控制装置。
附图说明
本发明的另外的优点和细节由在下文中所述实施例以及根据附图产生。其中：
图1示出用于在按照本发明的机动车中的连接的原理图；以及
图2示出按照本发明的机动车。
具体实施方式
图1以粗略的原理图形式示出电网在按照本发明的机动车中的连接以及用在按照本发明的方法中的功能上的相互作用。在此首先设有低压电网1，该低压电网在此位于在12V电压上。低压电网1由电池2——在此为铅酸蓄电池——供电。作为低压电网1的负载示意地示出起动器3和另一负载4。
低压电网1通过直流变压器5与在此仅仅示意示出的高压电网6连接，该高压电网的电压高于低压电网的电压。通过直流变压器5可以在低压电网1与高压电网6之间交换能量。
在电池2上设有电流传感器7和电压传感器8，它们可以由电池控制装置9读取。在此，电流传感器7设计为用于在非常大范围中的测量并且可以因此也基于可能存在的偏移仅仅非常不准确地测量在0A的范围中的低电流。
电池控制装置9然而设计为，由通过传感器7、8测量到的电流和电压求取电阻并且相对于连接标准进行检查，这显示出是否电池2也还与低压电网1连接。在此在其范围中检查：电阻是否小于电阻阈值，在此为30mOhm，以及在时间上描述电阻波动的波动值是否小于波动阈值。基于电流传感器7的所述特征，该测量仅仅当来自电池或到电池中的较大电流存在时可能是可靠的。
因为电池控制装置9和附加地设置的能量管理控制装置10设计为用于实施按照本发明的方法，该电流可以在此被有针对性地馈入到电池2中。
为此在此将显示触发事件的触发信号按照箭头11传送给能量管理控制装置10。触发事件可以显示机动车的起动或低压电网1的紧急运行情况，例如仅通过直流变压器5不再能为低压电网1的特别是和安全相关的负载4供电。在发生这样的触发事件时那么应检查：是否在电池2与低压电网1之间还存在连接(电池Ab识别)。为此，能量管理控制装置10驱控直流变压器5以便调制直流变压器5的输出电压，其中，象征性地示出示例性的电压曲线12。输出电压由直流电压分量以及该直流电压分量的调制组成，该直流电压分量依赖于电池2的荷电状态和低压电网的阻抗，该电池由电池控制装置9提供给能量管理控制装置10，直流电压分量的调制在此以100Hz的频率正弦形地进行。
这些在低压电网1中的电压波动导致：将电流馈入到电池2中，该电流可以相应地由电流传感器7检测，而同时借助于电压传感器8测量电压。换言之，主动地驱控直流变压器5，以便将电流馈入到电池2中，该电流允许电阻的可靠测量。
在电池控制装置9方面随后检查：电阻是否高于电阻阈值以及波动值是否高于波动阈值。如果是，那么识别为电池2不与低压电网1连接，这被通知给能量管理控制装置10。该能量管理控制装置现在可以例如使得该信息输出给驾驶员和/或其他车辆系统。
图2最后还示出按照本发明的机动车14的原理图，在该机动车中安装有电池2和直流变压器5以及其他在图1中示出的构件。电池控制装置9可以通过总线系统13与能量管理控制装置10和另外的车辆系统通信。
在此还应指出的是，电池控制装置9和能量管理控制装置10的功能当然也可以在唯一一个控制装置中实现。此外，控制装置9、10也可以用于另外的任务。
触发信号不必被强制地在外部提供给能量管理控制装置10，而是也可以通过该触发信号自身基于电网1、6自身的当前负载确定。此外，检查的触发不必强制地通过触发事件实现，而是也可以以确定的时间间隔实现周期性的检查或者甚至实现连续监测。

Claims (12)

1.一种用于检查在给机动车(12)的低压电网(1)供电的电池(2)与低压电网(1)之间的连接的方法，该低压电网的电压低于机动车(12)的高压电网(6)的电压，其中，直流变压器(5)连接高压电网(6)与低压电网(1)，该直流变压器设计为用于在高压电网(6)与低压电网(1)之间交换电能，
其特征在于，
在直流变压器(5)方面以调制频率将输出电压调制到低压电网中，其中，测量在电池(2)方面由此馈入的电流和由此馈入的电压，由测量到的电压和测量到的电流确定电阻值并且基于至少一个连接标准对该电阻值进行评估，据此在至少一个连接标准不被满足的情况下判定存在连接干扰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为连接标准检查：电阻是否低于电阻阈值，和/或由电阻的时间曲线导出的波动值是否低于波动阈值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电阻阈值在25mOhm至50mOhm的范围中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，同时地和/或在时间上先后地应用多个调制频率，和/或正弦形地进行调制。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在50Hz至200Hz的频带中选择调制频率；和/或调制的幅度小于直流变压器(5)的直流电压分量的绝对电压的10％；和/或根据电池(2)的荷电状态选择直流变压器(5)的输出电压的直流电压分量。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，周期性地或者连续地执行检查或者基于触发事件触发检查。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，作为触发事件应用机动车(12)的起动；和/或作为触发事件应用探测到低压电网(1)的关键运行情况。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，至少在仅由高压电网(6)通过直流变压器(5)不再能为至少一个预定的负载(4)供电时，探测到关键运行情况。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述负载(4)是和安全有关的负载。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在判定存在连接干扰时给机动车(12)驾驶员输出相应信息。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，也在直流变压器(5)上实施电阻测量并且检查该直流变压器与低压电网(1)的连接。
12.一种机动车(12)，包括：低压电网(1)；高压电网(6)，该高压电网的电压高于低压电网(1)的电压；给低压电网(1)供电的电池(2)；连接高压电网(6)与低压电网(1)的直流变压器(5)，该直流变压器设计为用于在高压电网(6)与低压电网(1)之间交换电能；以及至少一个控制装置(9、10)，该控制装置设计为用于实施根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
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