CN107533097B

CN107533097B - 用于探测至少一个蓄能器与车载电网的按规定连接的方法

Info

Publication number: CN107533097B
Application number: CN201680025791.0A
Authority: CN
Inventors: J.莫茨; M.霍恩; C.博内
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-05-04
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2021-05-18
Anticipated expiration: 2036-02-29
Also published as: DE102015208207A1; US10809291B2; US20180067157A1; WO2016177488A1; CN107533097A

Abstract

至少建议了用于探测至少一个蓄能器（10）与车载电网（11）、尤其是机动车的车载电网（11）的按规定连接的方法，所述方法包括至少如下步骤：‑如果车载电网电压（U1）优选地根据至少一个表示所述蓄能器（10）的特征的参量、如开路电压（U0）或者起泡电压（Ug）超过或低于至少一个所期望的电压（U0、Ug），那么确定在所述蓄能器（10）上降落的电压（Us），和/或确定流经所述蓄能器（10）的电流（Is），和/或确定代表所述车载电网电压（U1）而附在接线柱（KL15）上的电压（Ukl15）；将所确定的参量、如电压（Us、Ukl15）和/或电流（Is）与至少一个极限值（U0、Ug、0）进行比较；根据所述比较，推断出所述蓄能器（10）与所述车载电网（11）的按规定连接或者推断出至少一个故障情况（31‑35）。

Description

用于探测至少一个蓄能器与车载电网的按规定连接的方法

技术领域

本发明的出发点是一种用于探测至少一个蓄能器与车载电网的按规定连接的方法。用于探测至少一个蓄能器与车载电网的按规定连接的的设备例如从DE 10 2004 035513 A1中公知。在这种情况下，电池组电流（Batteriestrom）和发电机电流基本上时间同步地被确定。在过渡时间期间改变发电机电流时，检查所述至少一个蓄能器的电池组电流的值，用于探测以电流输出或者耗用电流为形式的补偿效应。

背景技术

从DE 10 2004 004 173 B4中公知了一种用于识别拆开的电池组的方法。在这种情况下，根据频率的可预先给定的特征来识别：电池组是否拆开或者损坏，或者是否存在线缆断裂。

发明内容

本发明的任务是，在没有大的额外花费的情况下还可靠地识别出其他故障情况。该任务通过根据本发明的方法来解决。

本发明的优点

按照本发明的用于探测至少一个蓄能器与车载电网的按规定连接的方法与此相对照地具有如下优点：仅仅使用本来存在的硬件，所述硬件以适当的方式来操控（ansteuern）。为此，按照本发明，设置了传感器、尤其是电池组传感器，所述传感器以本身公知的方式检测蓄能器（优选地电池组）的表示特征的特征参量。在这种情况下，涉及电池组电压、电池组电流以及诸如此类。此外，还可以确定蓄能器的其他表示特征的特征参量，如充电状态SOC、老化或者诸如此类。按照本发明，电压适配装置（诸如直流电压转换器和/或发电机）被操控为使得车载电网电压以确定的方式来改变。这样，车载电网电压例如应低于确定的电压下限值，所述确定的电压下限值例如通过蓄能器的开路电压来限定。或者也可以将车载电网电压有针对性地提高得超过电压上限值，所述电压上限值例如通过蓄能器（例如铅酸电池组）的起泡电压来限定。在所述两个不同的运行状态下，可以确定蓄能器的表示特征的参量（如电流和/或电压），所述蓄能器的表示特征的参量可以充分地给予关于各种各样的故障情况的答复。在这种情况下，在蓄能器的环境中，将五种线路中断的情况区别开来。一方面，可以探测在传感器的供电线路的接线与蓄能器的供电线路的接线之间的中断。另外，也可确定传感器的供电线路的中断。此外，可以探测到在蓄能器或传感器与车身之间的接地母线（Masseband）的中断。也可以识别出传感器与负极的接线柱的脱离。此外，探测到至车载电网的供电线路的中断也是可能的。可靠的故障识别正好对于具有安全相关的行驶功能的车辆来说是特别重要的，如所述故障识别例如在所谓的插电式（Plug-In）混合动力车辆中出现的那样。现在，按照本发明，如果例如在连续运行的情况下出现在电池组与车身之间的接地母线的中断，那么识别出该故障。然而，在没有按照本发明的解决方案的情况下，在行驶期间起动内燃机时，起动电机的高电流需求会不再能通过直流电压转换器来满足。因为蓄能器接着不会作为缓冲器而供支配，所以车载电网电压大大地超过允许程度地崩落，并且车载电网可能会停止运转。这通过本发明来阻止，其方式是及时地注意到可能的故障状态。

在适宜的扩展方案中规定了，传感器和/或能量管理装置主动地触发或引起车载电网电压的改变。这些改变接着例如通过发电机或DC/DC或直流电压转换器来实现。由此，可以灵活地、例如在行驶开始时每隔一定时间地或者依据故障怀疑而有针对性地达到上面描述的运行状态。可替换地，也可能会在不同的车载电网状态（正常运行、被动支持、回收、去硫化（Desulphasion））期间观察车载电网电压和/或电池组电流中的被动改变。

其他适宜的扩展方案根据描述来得到。

附图说明

用于探测在蓄能器与车载电网、优选地机动车的车载电网之间的连接的按照本发明的设备和按照本发明的方法的实施例在附图中示出，并且随后进一步予以描述。

其中：

图1示出了经简化的具有传感器的车载电网的方框电路图，其带有不同的故障情况，以及

图2示出了可替换的具有能量管理系统和所属的测量参量的实施例。

具体实施方式

示例性地，在具有车载电网电压U1的车载电网11中，耗电器24以及发电机26接地20。所述耗电器24以及发电机26的正供电电位通过接线点16与蓄能器10的那个正供电电位连接。正供电电位在连接点16中被分接，用于给传感器12供电。传感器12的另一输入端通过其他接线点18与蓄能器10的负电位连接。

设置分流器14作为传感器12的部分，所述分流器14接地20而且所述分流器14的另一接线与连接点18触点接通（kontaktieren）。所述分流器14用于确定经过蓄能器10的电流Is。与接线点18连接有传感器12的其他电子构件13、例如分析电子装置，所述其他电子构件13同样与接线点16触点接通。传感器12确定蓄能器10的表示特征的参量、诸如流经蓄能器10的电流Is、和/或在蓄能器10上降落的电压Us、和/或蓄能器10的温度T的表示特征的值。根据所检测到的参量，传感器12确定蓄能器10的其他表示特征的参量、诸如内阻Ri和/或充电状态SOC、老化状态（SOH）、能量储备或者诸如此类。内阻Ri正好良好地适合作为针对蓄能器10的按规定运行或按规定连接的指标。为此，传感器12例如布置在作为可能的蓄能器10的电池组的极凹穴（Polnische）中。传感器12特别有利地被实施为电池组传感器。为此，传感器12具有分析装置，诸如具有微控制器或者别的电路，所述微控制器或者别的电路相对应地确定蓄能器10的表示特征的参量、诸如内阻Ri和/或充电状态SOC等等。此外，传感器12还包括通信装置，以便例如通过总线系统与其他控制设备（诸如能量管理装置28）来交换输入和/或输出信号。此外，也设置了与用于适配车载电网电压U1的电压适配装置（诸如直流电压转换器22和/或发电机26）的通信连接。借此，传感器12能够给电压适配装置加载适当的额定值，用来有针对性地改变车载电网电压U1。继续在下面描述的故障分析也可以在传感器12自身中、在用于能量管理装置28的控制设备中或者在直流电压转换器22中进行。

车载电网11可以通过直流电压转换器22与具有尤其是更高的电压U2的其他车载电网15耦合。直流电压转换器22同样接地。直流电压转换器22用作电压适配装置，而且可以将车载电网电压U1调节到所期望的水平。为此，为电压适配装置预先给定适当的额定值、如电压Usoll和/或如电流Isoll。对适当的额定值的所述预先给定可能会通过不同的部件来实现。在该实施例中，传感器12可以与直流电压转换器22和/或发电机26进行通信。在这种情况下，传感器12可以预先给定所期望的额定值Usoll、Isoll。可替换地，这可能会通过能量管理装置28或者也可能会通过其他的未示出的控制设备来实现。可替换地，传感器12也可能会借助于另外的其他测量原理（诸如对所要测量的电流Is产生的磁场的分析或者其他本身公知的测量原理）来确定电流Is和/或电压Us。

现在，在按照图1的方框电路图中，示出了五种故障情况31-35。在第一故障情况31中，通过闪电来勾画出在（正）接线点16与蓄能器10的电池之间的中断。第二故障情况32在于：传感器12的供电线路中断，即在接线点16与传感器12的输入端之间进行中断。由于供电线路中断，传感器12停止使用。因而，蓄能器10的状态例如对于能量管理装置28来说不再已知。在传感器12的接地侧的输出端与接地20的接线有中断时、即在传感器12与尤其是机动车的车身之间的接地母线或接地接线有中断时，存在第三故障情况33。此外，在该故障情况下，传感器12处于运行中，因为所述传感器12继续由蓄能器10（正供电电位以及接地20）来供电。然而，蓄能器10与车载电网11分开，因为接地母线中断。直到现在，这种故障情况33都不能被传感器12识别出，因为传感器12会继续按规定测量蓄能器10的电压Us和蓄能器10的内阻Ri。为了识别出相对应的故障，更确切地如随后描述的那样考虑另外的分析方法。第四故障情况34在于：传感器12不再按规定地与蓄能器10的负极接线柱或接线点18连接。然而，传感器12继续处于运行中，因为所述传感器12通过直流电压转换器22继续被供给能量。通过原来被设置用于蓄能器10的接地接线来实现传感器12的接地连接。然而，蓄能器10与车载电网11分开，因为例如极接线柱脱离负极或供电点18。原则上，所述第四故障情况34可能会由传感器12继续通过内阻Ri来确定。不过，所述诊断不是在所有情况下都可靠地起作用。在第五故障情况35中，在用于蓄能器10的正电位的连接点16与车载电网11之间的供电线路中断。直到现在，该故障情况都不能被传感器12识别出。为此，更确切地说，随后描述的行为方式是可能的。

在按照图2的实施例中，还附加地设置了能量管理装置28。能量管理装置28可以与直流电压转换器22和/或发电机26进行通信，而且例如可以预先给定关于电流Isoll和/或电压Usoll的额定值。接着，根据电压额定值Usoll，直流电压转换器22和/或发电机26将车载电网电压U1调节到额定电压Usoll。此外，能量管理装置28与传感器12进行通信。在这种情况下，可以给能量管理装置28输送传感器12的输出值，诸如输送由分流器14测量的电流Is和/或由传感器12测量的电压Us和/或内阻Ri。所测量的电流Is对应于流经蓄能器10的电流。电压Us对应于在蓄能器10上降落的电压。

此外，如虚线所勾画出的那样，所谓的接线柱15的电位Ukl15作为对车载电网电压U1的量度被输送给能量管理装置28。此外，能量管理装置28可能会与负载电阻24进行通信，以便进行有针对性的负载管理或确定耗电器24的相对应的功率。

所描述的设备如下地工作。根据确定的运行状态，开始是否在蓄能器10的范围内存在线路中断的检查例程。所述运行状态例如可以是机动车的行驶开始、每隔一定时间的检查或者故障怀疑。故障怀疑例如通过对内阻Ri的相对应的分析来确定，传感器12在使用确定的算法的情况下根据确定的测量参量Us、Is、T来确定所述内阻Ri。

现在，可设想分别具有两种检验标准的不同的变型方案。如果车载电网电压U1如随后描述的那样达到或超过或低于确定的电压极限值U0、Ug，那么起动检验。为此，所述运行状态可能会通过相对应的额定值预先给定Usoll有针对性地达到，或者也可能会等待在正常运行下达到所述运行状态。

在第一诊断可能性A的情况下，或者传感器12或者能量管理装置28或者其他控制设备将执行指令（Stellbefehl）发送给电压适配装置（如直流电压转换器22和/或发电机26）。在这种情况下，额定电压Usoll被选择为使得所述额定电压Usoll在蓄能器10的开路电压U0之下。如果电池组（诸如铅酸电池组）被用作蓄能器10，那么开路电压U0通常在12V到13V之间。因此，Usoll要被选择得小于U0。替换于主动地预先给定被降低的额定值Usoll，也可以等待如下这种运行状态来临：在所述运行状态下，车载电网电压U1下降到开路电压U0或下降到开路电压U0以下。在这种情况下，会将相对应的车载电网电压U1与开路电压U0进行比较。

在另一步骤中检查，紧接着，车载电网电压U1是否实际上应降落到小于开路电压U0的额定值U。如果这是这种情况，那么检测其他检验标准。

在传感器12上的电压Us或在所谓的接线柱15（点火器接通）上的电压Ukl15用作第一检验标准，即诊断A1。所检测到的电压Us或Ukl15与极限值（即开路电压U0）进行比较。如果电压Us或Ukl15没有下降得比蓄能器10的开路电压U0更低，那么不存在中断。电压Us或Ukl15基本上对应于开路电压U0（Us=U0）。如果电压Us或Ukl15下降到开路电压U0之下（U<U0），也就是说下降到直至电压适配装置（直流电压转换器22和/或发电机26）的被设定的电压Usoll，那么这表明不是按规定的运行状态。通过这种方式的诊断可以识别出全部故障情况31-35。

在下一或者与第一步骤并行地进行的步骤中，如果已经使车载电网电压U1下降到开路电压U0以下，那么考虑其他检验标准。为此，检测流经蓄能器10的电流Is，即诊断A2。传感器12确定所述电流Is。如果已经使车载电网电压U1下降到开路电压U0以下，那么车载电网11在按规定的或无故障的运行下从蓄能器10中被供电，也就是说，Is比零大很多（Is>>0）。然而，如果电流Is大致保持为零（Is=0），那么这表明有故障情况，因为也就是说通过电流中断。通过这种方式的诊断A2，可以探测到第一、第三和第四故障情况31、33、34。另外的故障情况32、35不能通过这种方式来确定。

在第二诊断可能性B的情况下，如果车载电网电压U1升高得超过电压极限值Ug，那么对确定的测量参量进行分析。为此，作为替换方案，有针对性地改变车载电网电压U1。电压适配装置（直流电压转换器22和/或发电机26）得到新的额定值Usoll。现在，额定值Usoll被选择为使得所述额定值Usoll在蓄能器10的表示特征的参量之上。在将电池组或铅酸电池组用作蓄能器10时，这例如是起泡电压Ug。例如对于铅酸电池组来说，Usoll被选择得在大约15-16V之上。为此，传感器12和/或能量管理装置28可以主动地向电压影响装置发送额定值Usoll（Usoll>Ug）。可替换地，会是可能的是：等待如下这种运行状态来临：在所述运行状态下，车载电网电压U1本来在起泡电压Ug之上。这例如可能会在回收阶段的情况下出现，在所述回收阶段中，能量被回收到蓄能器10中。接着，额定电压Usoll这里也在起泡电压Ug之上的范围内、例如在为15-16V的范围内。

在车载电网电压U1已经达到额定电压Usoll>Ug之后，优选地确定两种不同的检验标准。作为第一检验标准，借助于传感器12来检测流经蓄能器10的电流Is，即诊断B1。只要传感器12还供支配或按规定与车载电网11和/或蓄能器10连接，就可以将流经蓄能器10的电流Is用于诊断目的。如果额定电压Usoll被调整到起泡电压Ug之上，那么将出现到蓄能器10中的充电电流。因此，有比零大得多的电流Is（Is>>0）流动。接着，这表明没有所述故障情况31-35之一的按规定的运行状态。然而，如果电流Is近似保持为零（Is=0），那么通过电流中断，这表明有线路中断。通过对电流Is的诊断，可以探测到第一、第三和第四故障情况31、33、34。

现在，在第二诊断可能性B的范围内，如果车载电网电压U1在起泡电压Ug之上，那么对其他检验标准B2进行分析。检验标准B2是如下电压Us，所述电压Us降落在蓄能器10上并且所述电压Us由传感器12来确定。如果电压Us大致对应于额定电压Usoll（Us=Usoll），那么这表明没有故障或线路中断的按规定的运行。然而，如果电压Us对应于蓄能器10的开路电压U0（Us=U0），则这表明有故障。在这种情况下，涉及第五故障情况35。通过检验标准B2可以探测到第三和第五故障情况33、35。

在下文中出现的表格概括了不同的诊断可能性A、B和与此关联的检验标准A1、A2、B1、B2以及借此原则上要探测的故障情况31-35：

可能识别吗	通过传感器12识别	诊断A1	诊断A2	诊断B1	诊断B2
						第一故障情况31	是	是	是	是	否
第二故障情况32	否	是	否	否	否
						第三故障情况33	否	是	是	是	是
第四故障情况34	是	是	是	是	否
						第五故障情况35	否	是	否	否	是

其中：

通过传感器12识别：例如通过分析内阻Ri。

诊断A1：使Usoll下降到小于U0，检验Ukl15超过Us。

诊断A2：使Usoll下降到小于U0，检验Is。

诊断B1：将Usoll提高到大于Ug，检验Is。

诊断B1：将Usoll提高到大于Ug，检验Us。

首先，有针对性地改变车载电网电压U1。这通过有针对性的额定值预先给定Usoll和/或等待车载电网11中的相对应的所期望的电压关系来临来实现。如果达到所期望的车载电网电压U1，那么检测相对应的检验标准、尤其是Us或在接线柱15上的电压Ukl15以及在传感器12上的Is，而且相对应地将所述相对应的检验标准与确定的极限值进行比较。可以如在表格中编排的那样通过适当的分析可靠地识别出相对应的故障情况31-35。这样，传统地，第一和第四故障情况31、34已经可以借助于传感器12通过内阻Ri而被识别出。然而，按照本发明，通过所描述的分析也可能识别出第二、第三和第五故障情况32、33、35。

在这种情况下，能量管理装置28可以安置在特有的控制设备中。可替换地，所述能量管理装置28也可能会在功能上集成到直流电压转换器22中或者集成到另外的控制设备（诸如用于控制机动车的相对应的舒适功能的所谓的车身计算机（Body Computer）-控制设备）中。必要时，能量管理装置28承担对不同的负载24的相对应的操控，以便必要时以区分优先次序的方式保证给车载电网11中的特别重要的耗电器24进行可靠的供电。必要时，这可以与传感器12相互作用地进行，所述传感器12给予能量管理装置28关于如下情况的指示：着眼于蓄能器10的所确定的充电状态SOC，哪些供电还会是可能的。

通常，在多电压车载电网11、15中，采用直流电压转换器22或多相转换器，所述直流电压转换器22或多相转换器保证了在具有优选地不同的电压电平U1、U2的不同的车载电网11、15之间的能量转移。一般而言，直流电压转换器22是在具有第一车载电网U1（通常12V或14V）的常规的耗电器车载电网（第一车载电网11）以及第二车载电网电路（第二车载电网15）之间的接口，所述第二车载电网电路具有相对于第一车载电网电压U1更高的第二车载电网电压U2、例如48V或者60V或者也可以在为例如200-400V的高压范围中。第二车载电网15例如可能会包括如下电动机：所述电动机支持或者替换内燃机。

所描述的设备和方法尤其适合于在机动车车载电网中使用，然而所述应用并不限于此。

Claims

1.一种用于探测至少一个蓄能器（10）与车载电网（11）的按规定连接的方法，所述方法包括至少如下步骤：

- 响应于车载电网电压（U1）低于所述蓄能器（10）的开路电压（U0）或者超过所述蓄能器（10）的起泡电压（Ug），确定在所述蓄能器（10）上降落的电压（Us），和/或确定流经所述蓄能器（10）的电流（Is），和/或确定代表所述车载电网电压（U1）而附在接线柱（KL15）上的电压（Ukl15）；

- 将所确定的在所述蓄能器（10）上降落的电压（Us）或所确定的代表所述车载电网电压（U1）而附在接线柱（KL15）上的电压（Ukl15）与所述开路电压（U0）进行比较；

- 将所确定的电流（Is）与极限值进行比较；

- 根据所述比较，推断出所述蓄能器（10）与所述车载电网（11）处于按规定连接的状态，或者推断出包括提供电连接的线路中断的至少一个故障情况（31-35）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提高所述车载电网电压（1）和/或使所述车载电网电压（1）下降，用于探测所述至少一个故障情况（31-35）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果所述所确定的电流（Is）大致为零，和/或所述所确定的在所述蓄能器（10）上降落的电压（Us）或所确定的代表所述车载电网电压（U1）而附在接线柱（KL15）上的电压（Ukl15）低于所述开路电压（U0），和/或所述所确定的在所述蓄能器（10）上降落的电压（Us）或所确定的代表所述车载电网电压（U1）而附在接线柱（KL15）上的电压（Ukl15）基本上对应于所述车载电网电压（U1）已经被调节到的额定值（Usoll），那么推断出所述至少一个故障情况（31-35）。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，用于改变所述车载电网电压（U1）的额定值（Usoll）被选择为使得超过所述蓄能器（10）的起泡电压（Ug）或低于所述蓄能器（10）的开路电压（U0）。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，额定值（Usoll）被传送给至少一个电压适配装置（22、26），用于适配所述车载电网电压（U1）。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，额定值（Usoll）被传送给至少一个直流电压转换器（22）和/或至少一个发电机（26），用于适配所述车载电网电压（U1）。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述车载电网电压（U1）被提高，而且于是所述流经所述蓄能器（10）的电流（Is）被确定，其中如果所确定的电流（Is）大致为零，那么推断出在接地（20）与至少一个传感器（12）之间的线路的中断，推断出在所述蓄能器（10）与所述至少一个传感器（12）之间的线路的中断，或者推断出在所述车载电网（11）与所述蓄能器（10）之间的线路的中断，其中所述至少一个传感器（12）连接在所述接地（20）与所述蓄能器（10）之间。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述车载电网电压（U1）被提高到在所述蓄能器（10）的起泡电压（Ug）之上的值。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电流（Is）和/或电压（Us）通过所述至少一个传感器（12）来确定。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一个传感器（12）与所述蓄能器（10）的至少一个极连接。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少一个传感器（12）和/或至少一个能量管理装置（28）预先给定针对所述电压适配装置（22、28）的额定值（Usoll）。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，只有当所述车载电网电压（U1）低于所述蓄能器（10）的所述开路电压（U0）或超过所述蓄能器（10）的所述起泡电压（Ug）时，才改变所述车载电网电压（U1）。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述车载电网（11）是机动车的车载电网（11）。