CN106165238A - 用于对具有充电状态平衡系统的蓄电池进行蓄电池管理的方法以及蓄电池管理系统 - Google Patents

用于对具有充电状态平衡系统的蓄电池进行蓄电池管理的方法以及蓄电池管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于对蓄电池(16)进行蓄电池管理的方法，该蓄电池具有多个蓄电池单池(19)并且配备有用于监控蓄电池功能性的蓄电池管理系统和充电状态平衡系统(22)，其中，蓄电池管理系统包括主控制器(18)和多个传感器控制器(17)，它们经由通信通道(24)彼此连接，并且其中，充电状态平衡系统(22)具有多个充电状态平衡电阻(30)，它们通过多个传感器控制器(17)投入运行，以用于多个蓄电池单池(19)的充电状态平衡。在此设置的是，传感器控制器(17)将关于所执行的充电状态平衡的信息存储到第一非易失性存储器(34)中。本发明还涉及设置用于执行该方法的计算机程序、蓄电池管理系统、蓄电池系统(12)和机动车(10)。

Description

用于对具有充电状态平衡系统的蓄电池进行蓄电池管理的方 法以及蓄电池管理系统
技术领域
本发明涉及一种对蓄电池进行蓄电池管理的方法，该蓄电池具有多个蓄电池单池并且配备有充电状态平衡系统和用于监控蓄电池功能性的蓄电池管理系统。本发明还涉及设置用于执行该方法的计算机程序、蓄电池管理系统、蓄电池系统和机动车。
背景技术
如今，电子控制器越来越多地使用在汽车领域。对此的示例是发动机控制器和用于ABS或气囊的控制器。对于电驱动的车辆来说，当今的研究重点是研发性能卓越的具有附属的蓄电池管理系统、即控制器的蓄电池组，其配备有用于监控蓄电池功能性的软件。蓄电池管理系统还确保了使用的蓄电池单池和蓄电池组的安全且可靠的功能。它们对电流、电压、温度、绝缘电阻值和其他用于各个单池和/或整个蓄电池组的参数进行监控和控制。借助这些参数，能够实现提升了蓄电池系统的使用寿命、可靠性和安全性的管理功能。
蓄电池管理系统由多个控制器组成，在这些控制器上运行独立的软件功能。取决于蓄电池单池的数量、传感器的数量和蓄电池模块在机动车中的不同结构空间上的分布地，在此得到如下的控制器拓扑，其具有一个主控制器和多个用于直接在各个蓄电池单池和蓄电池模块处检测测量值的下级的传感器控制器。检测到的数据经由通信通道在控制器之间交换。
为了平衡电压，例如是由于蓄电池单池的不同的损耗或老化而引起的，已知的是，执行充电状态平衡(单池平衡，Cell Balancing)，在其中，具有高充电状态的蓄电池单池与具有低充电状态的蓄电池单池进行均衡。为此，根据需求地将电流导引经过充电状态平衡电阻(所谓的平衡电阻)并且使蓄电池单池受控地放电。主控制器确定充电状态平衡需求。该主控制器进一步提出了对传感器控制器的针对实施充电状态平衡来说的要求。
DE 10 2008 002 100 A1指出了用于对车辆蓄电池进行充电状态平衡的方法，其中，蓄电池单池的充电状态值通过优选在静止阶段的电压测量来获知。例如，直接在动作“点火”之后或在激活执行测量的控制器之后就被视为合适的时刻。由各个蓄电池单池的充电状态计算出使每个单元放电直至充电状态相应于最弱的蓄电池单池的充电状态的电荷量。
发明内容
在根据本发明的用于对蓄电池进行蓄电池管理的方法中，该蓄电池具有多个蓄电池单池并且配备有充电状态平衡系统和用于监控蓄电池功能性的蓄电池管理系统，其中，蓄电池管理系统包括主控制器和多个传感器控制器，它们经由通信通道彼此连接，并且其中，充电状态平衡系统具有多个充电状态平衡电阻，它们通过多个传感器控制器投入运行，以对多个蓄电池单池进行充电状态平衡，在所述方法中设置的是，传感器控制器将关于所执行的充电状态平衡的信息存储到第一非易失性存储器中。
有利地，运用关于所执行的充电状态平衡的历史并在传感器控制器中将它们分散地存储。在具有多个蓄电池模块且在其中给每个蓄电池模块配备传感器控制器的蓄电池中，得到如下优点，即关于所执行的充电状态平衡的信息可以在拆除蓄电池模块的情况下读出和进行分析。为此无需主控制器。外部的测试人员可以以该方式尤其简单地得到重要的信息。
信息优选包括温度变化的次数值和/或充电状态平衡的时间段值，其中，计数不一定是决定性的。针对蓄电池的诊断来说这些信息有重要意义。充电状态平衡电阻的每次接入自小的持续时间起就已经导致该充电状态平衡电阻的发热。在切断之后，充电状态平衡电阻重新冷却。温度变化的数量影响着构件的使用寿命，尤其影响着焊接部位，它们由于温度变化而损耗。
温度变化的数量不必与所执行的充电状态平衡的总数量相对应是由如下所述而得出的，即存在大量影响充电状态平衡的因素，例如涉及的构件的温度，尤其是蓄电池单池的温度，以及还有蓄电池单池的可能的欠电压。这些因素在个别情况下引起充电状态平衡的非计划的中断，例如是由于充电状态平衡电阻的过热。如果充电状态平衡电阻再次冷却到阈值以下，必要时再次进行充电状态平衡。上述的因素具有对充电状态平衡的持续时间或温度变化的数量的直接影响。所述的方法非常有效地对关于温度变化的信息和所有安装的充电状态平衡电阻的激活持续时间进行管控。
已知的是，关于充电状态平衡的相关信息不是关键的数据，从而主控制器在行驶周期起始时无需准备好这些信息。根据优选的实施方式，在行驶周期结束时，主控制器确定多个蓄电池单池的充电状态平衡需求，将该需求向多个传感器控制器传达并且主控制器随后关断。关于所执行的充电状态平衡的信息现在可以仅由传感器控制器来检测，因为仅在这些传感器控制器上运行的软件就可以检测关于充电状态平衡的持续时间和过程的信息以及关于温度变化的的信息。在充电状态平衡期间，主控制器是不激活的并且无法收集相关的信息。多个传感器控制器自动地执行充电状态平衡并且管控关于所执行的充电状态平衡的信息。在提出的方案中，在主控制器中存在与在行驶周期期间典型地仅来自倒数第二个行驶周期的充电状态平衡电阻的使用相关的信息。
触发行驶周期的起始和结束的事件例如可以是充电脉冲、蓄电池从“运行”(驱动)到“充电”(充电)的状态变化、对信号“充电有效”的分析或对点火信号上的状态变化的分析。
根据一种实施方式，在行驶周期结束时，在多个传感器控制器的非易失性存储器中存储的关于所执行的充电状态平衡的信息向主控制器传送。由此，尤其避免了系统启动的延时。与此替选地可以设置的是，关于所执行的充电状态平衡的信息在内部，即与另外的通信相结合地在多个传感器控制器与主控制器之间传递。为了传送数据，只要空闲的通信带宽可供使用，就使用它。为此，主控制器的启动过程没有延时，有利地在主控制器中更早地出现信息。
根据一种实施方式，主控制器将关于所执行的充电状态平衡的信息存储在第二非易失性存储器中。在此，在主控制器中形成了总直方图，其允许了关于充电状态平衡电阻的使用的整体概览。在要求保护的范围内，总直方图可以从主控制器的非易失性存储器中读出并且被考虑用于分析充电状态平衡系统的使用。
根据一种实施方式，在更换蓄电池单池、蓄电池模块和所配属的传感器控制器时，主控制器以复位相关单元、尤其是存储单元的方式来更新关于所执行的充电状态平衡的信息。
根据本发明，还提出了一种计算机程序，当计算机程序在可编程的计算机装置中实施时，根据该计算机程序执行在此所述的方法中的一种。计算机程序例如是用于运行机动车蓄电池管理系统的软件模块、软件程序或软件子程序。计算机程序可以存储在可机读的存储介质上，例如在永久的或可擦写的存储介质上，或者与计算机装置相关联地，例如在便携式存储器，例如CD-ROM、DVD、蓝光光碟、USB存储器或存储卡上。在此附加或替选地，计算机程序可以在计算机装置，例如在服务器或云服务器上提供，用以例如通过如因特网那样的数据网络或通过如电话线或无线连接那样的通信连接来下载。
根据本发明还提出了一种用于对具有多个蓄电池单池并且配备有充电状态平衡系统的蓄电池的蓄电池功能性进行监控的蓄电池管理系统，其中，蓄电池管理系统包括主控制器和多个传感器控制器和，它们经由通信通道彼此连接，并且其中，充电状态平衡系统具有多个充电状态平衡电阻，它们通过传感器控制器投入运行，用以对蓄电池单池进行充电状态平衡。在此设置的是，传感器控制器具有第一非易失性存储器和充电状态平衡控制单元，其中，充电状态平衡控制单元设置用于将关于所执行的充电状态平衡的信息存储到第一非易失性存储器中。
优选地，蓄电池管理系统构造和/或设置用于执行在这里说明的方法。相对应地，在该方法的范围内说明的特征相应地也适用于蓄电池管理系统，并且相反地，在蓄电池管理系统的范围内说明的特征也适用于该方法。
蓄电池管理系统的单元理解为不必在物理上彼此分隔的功能单元。因此，例如当在软件中实现多个功能时，蓄电池管理系统的多个单元可以在唯一的物理单元中实现。此外，蓄电池管理系统的单元也以硬件，例如通过专用的集成电路(ASIC，专用集成电路)，或以存储单元来实现。优选地，尤其用于确定和存储关于充电状态平衡的信息的单元实施为蓄电池管理系统中的软件或ASIC。
根据本发明，还提供了具有包括多个蓄电池单池和充电状态平衡系统的蓄电池和这样的蓄电池管理系统的蓄电池系统。蓄电池尤其可以是锂离子蓄电池或镍-金属氢化物蓄电池并且能与机动车的驱动系统连接。
术语“蓄电池”和“蓄电池单元”在本说明书中与通常的惯用语相适应地用于蓄能池或蓄能池单元。蓄电池包括一个或多个蓄电池单元，其可以表示为蓄电池单池、蓄电池模块、模块系或蓄电池组。在蓄电池中，蓄电池单池优选在空间上进行组合并且在电路技术上彼此连接，例如串联或并联连接成模块。多个模块可以形成所谓的蓄电池直接转换器(BDC，蓄电池直接转换器)，并且多个蓄电池直接转换器形成蓄电池直接逆变器(BDI，蓄电池直接逆变器)。优选地，蓄电池具有多个蓄电池模块，其中，给每个蓄电池模块恰好配属一个传感器控制器。
根据本发明，还提供了一种具有这种蓄电池系统的机动车，其中，其蓄电池与机动车的驱动系统连接。机动车可以设置为纯电动车辆并且仅包括电驱动系统。替选地，机动车可以设置为混合动力车辆，其包括电驱动系统和内燃机。在一些变型方案中可以设置的是，混合动力车辆的蓄电池在内部通过发电机利用内燃机来充电。可由外部充电的混合动力车辆(PHEV，插电混合电动车辆)附加地设置有如下可能，即蓄电池通过外部的电网来充电.在这样设置的机动车中，行驶周期包括作为运行阶段的行驶运行和/或充电运行.
本发明的优点
根据本发明的方法和蓄电池管理系统提供了关于充电状态平衡系统的使用的信息，尤其关于充电状态平衡电阻的使用的信息，其中，也考虑到可能的更换蓄电池模块和/或传感器控制器。关于所执行的充电状态平衡的信息持久地存储在传感器控制器中，以便能够在拆卸传感器控制器时读出并进行分析。
尤其有利的是，当主控制器关断时，例如在行驶周期的空转中，也收集这样的信息。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在以下的说明中详细阐述。其中：
图1示出具有蓄电池系统的机动车；
图2A至2D示出传感器控制器的直方图；以及
图3A至3B示出主控制器的直方图。
在本发明的实施例的以下说明中，相同或相似的组件以相同或相似的附图标记来标示，其中，在个别情况下取消了对这些组件的重复说明。附图仅示意性地示出本发明的主题.
具体实施方式
图1示出具有蓄电池系统12的至少部分电驱动的机动车10。
图1的机动车10可以设置为纯电驱动的车辆或附加地具有内燃机的混合动力车辆。为此，机动车10配备有电驱动系统14，其通过电动马达(未示出)至少部分地电驱动机动车10。
由蓄电池16提供电能。蓄电池16包括多个蓄电池单池19或蓄能池单池，例如具有电压范围在2.8V至4.2V的锂离子蓄电池单池。蓄电池单池19组合成蓄电池模块20的组，并且在此串联连接且局部附加地并联连接，以便使蓄电池16获得所需的功率数据和能量数据。
蓄电池16是蓄电池系统12的一部分，该蓄电池系统还包括蓄电池管理系统。蓄电池管理系统包括主控制器18和多个配属于蓄电池模块20的传感器控制器17。
主控制器18和传感器控制器17经由通信通道24彼此连接，该通信通道例如是SPI总线(串行外设接口总线)或CAN总线(控制器局域网络总线)，通常蓄电池单池监控单元和模块监控单元(未示出)经由该通信通道检测各个蓄电池单池19或各个蓄电池模块20的温度作为测量值并且提供给主控制器18，用以监控和控制蓄电池功能性。为了通信，通信单元26、28配属于蓄电池模块20和主控制器18。
蓄电池16，即在示出的实施例中是每个蓄电池模块20的蓄电池16，具有充电状态平衡系统22，其在示出的实施例中实施纯电阻性的充电状态平衡。开关32和充电状态平衡电阻30为此配属于每个蓄电池单池19，其中，开关32能由传感器控制器17来操纵。然而本发明并不限于该实施例，而是同样可以使用在感性或容性的充电状态平衡方法中。
每个传感器控制器17包括通信单元26和充电状态平衡控制单元33。充电状态平衡控制单元33设置用于检测所执行的充电状态平衡的信息，尤其是温度变化的数量和充电状态平衡的累计持续时间并且在第一非易失性存储器34中将其保存。第一非易失性存储器34例如是EEPROM(电可擦可编程只读存储器)，在其中持久地存储信息。
主存储器18包括第二非易失性存储器36，在其中持久地保存有由传感器控制器17确定且存储的关于所执行的充电状态平衡的信息。
图2A至2D示出直方图38，其中，图2A和图2B配属于第一传感器控制器17而图2C和图2D配属于第二传感器控制器17。直方图38示出由传感器存储器17保存的所执行的充电状态平衡的信息。图2A至2D示出的信息可以从传感器控制器17的第一非易失性存储器34中读出并且进行分析。
图2A中的直方图38示出针对每个充电状态平衡电阻30的所测得的温度变化的数量。为此，标注了关于充电状态平衡电阻30的标识符42的次数值。
图2B示出针对充电状态平衡电阻30的充电状态平衡的累计持续时间。为此，标注了关于充电状态平衡电阻30的标识符42的时间段值44。
图2C和图2D示出与针对第二传感器控制器17的充电状态平衡电阻30的温度变化的数量和充电状态平衡的累计持续时间相关的相应的信息。
图3A和图3B示出与蓄电池16的充电状态平衡电阻30的温度变化的数量和充电状态平衡的累计持续时间相关的信息。在蓄电池16之中唯一地给出各个充电状态平衡电阻30的标识符42。主控制器18中的信息形成总直方图46，其可以从主控制器18的第二非易失性存储器36中读出并且进行分析。
在实践中，可以如下那样变换该方法。
在行驶周期起始时，主控制器18开始运行。在正常运行期间，主控制器18中的关于充电状态平衡电阻30的信息来自于倒数第二个行驶周期，因为根据上一个行驶周期的关于充电状态平衡的信息在传感器控制器17的行驶周期的空转中才被传送。
在行驶周期结束时，主控制器18向传感器控制器17请求充电状态平衡电阻30的使用信息的当前状态。随后，主控制器18向传感器控制器17发送用于执行充电状态平衡的指令并且关断。在主控制器18关断的情况下，充电状态平衡自动地由传感器控制器17来执行。
在下一个行驶周期结束时，主控制器18向传感器控制器17再次请求充电状态平衡电阻30的使用信息的当前状态。在此，信息如根据之前的行驶周期那样在传感器控制器17的第一非易失性存储器34中存储并且于是传送。因此，主控制器18再次向传感器控制器17发送用于执行充电状态平衡的指令并且关断。在主控制器18关断的情况下，该请求自动地来执行。
本发明并不限于在这里说明的实施例和在其中强调的方面。更确切地说，在通过权利要求给出的范围内，在本领域技术人员的处理范围内变换都是可行的。

Claims (10)

1.一种用于对蓄电池(16)进行蓄电池管理的方法，所述蓄电池(16)具有多个蓄电池单池(19)并且配备有充电状态平衡系统(22)和用于监控蓄电池功能性的蓄电池管理系统，其中，所述蓄电池管理系统包括主控制器(18)和多个传感器控制器(17)，所述主控制器(18)和多个传感器控制器(17)经由通信通道(24)彼此连接，并且其中，所述充电状态平衡系统(22)具有多个充电状态平衡电阻(30)，所述多个充电状态平衡电阻(30)通过所述多个传感器控制器(17)投入运行，以用于所述多个蓄电池单池(19)的充电状态平衡，其特征在于，所述多个传感器控制器(17)将关于所执行的充电状态平衡的信息存储到第一非易失性存储器(34)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信息包括温度变化的次数值(40)和/或所述充电状态平衡的时间段值(44)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在行驶周期结束时，所述主控制器(18)确定所述多个蓄电池单池(19)的充电状态平衡需求，将所述充电状态平衡需求传达到所述多个传感器控制器(17)并且所述主控制器随后关断。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在行驶周期结束时或在另外的通信之内，所述多个传感器控制器(17)将在所述第一非易失性存储器(34)中存储的关于所执行的充电状态平衡的信息传送到所述主控制器(18)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述主控制器(18)将关于所执行的充电状态平衡的信息存储到第二非易失性存储器(36)中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在更换充电状态平衡电阻(30)时，所述主控制器(18)更新关于所执行的充电状态平衡的信息。
7.一种计算机程序，当所述计算机程序在可编程的计算机装置中执行时，用于执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
8.一种蓄电池管理系统，用于监控蓄电池(16)的蓄电池功能性，所述蓄电池(16)具有多个蓄电池单池(19)并且配备有充电状态平衡系统(22)，其中，所述蓄电池管理系统包括主控制器(18)和多个传感器控制器(17)，所述主控制器(18)和多个传感器控制器(17)经由通信通道(24)彼此连接，并且其中，所述充电状态平衡系统(22)具有多个充电状态平衡电阻(30)，所述多个充电状态平衡电阻(30)通过所述多个传感器控制器(17)投入运行，以用于所述多个蓄电池单池(19)的充电状态平衡，其特征在于，所述传感器控制器(17)具有第一非易失性存储器(34)和充电状态平衡控制单元(33)，其中，所述充电状态平衡控制单元(33)设置用于将关于所执行的充电状态平衡的信息存储到所述第一非易失性存储器(34)中。
9.一种蓄电池系统(12)，具有蓄电池(16)和根据权利要求8所述的蓄电池管理系统，所述蓄电池具有充电状态平衡系统(22)和多个蓄电池单池(19)。
10.一种机动车(10)，具有蓄电池系统(12)，所述蓄电池系统(12)具有蓄电池(16)和根据权利要求8所述的蓄电池管理系统，所述蓄电池具有多个蓄电池单池(19)并且配备有充电状态平衡系统(22)。
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