CN109642921A - 用于识别储能器与能量供应系统、尤其是机动车的车载电网缺少电连接的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于识别储能器（12）与能量供应系统（18）、尤其是机动车的车载电网缺少电连接的设备和方法，其中，至少一个电流检测装置（13）检测在所述能量供应系统（18）或所述储能器（12）中流过的至少一个电流（I），其中，求取所述电流（I）的至少一个分散（Is）并且将其与至少一个阈值（IGs）进行比较以便识别所述储能器（12）与所述能量供应系统（18）缺少电连接。

Description

用于识别储能器与能量供应系统、尤其是机动车的车载电网 缺少电连接的设备和方法

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的类型的用于识别储能器与能量供应系统、尤其是机动车的车载电网缺少电连接的设备和方法。

背景技术

DE 102004035513 A1描述一种用于探测储能器与车辆的车载电网之间的连接的方法。在此，检测发电机电流和电池电流并且在负载改变时的过渡时间期间分析电池的补偿响应。由所述响应推断出连接的状态。为此需要检测两个电流。

DE 102014116800 A1描述一种用于探测在机动车的供电系统内起作用的电池的方法。在此，检测并分析电压纹波（Spannungswelligkeit）。如果纹波超出阈值，则推断出电池不存在。在此不识别电池和电压检测装置之间的路径之外的中断。

发明内容

本发明所基于的任务是，进一步改进识别储能器与能量供应系统缺少电连接的安全性。所述任务通过独立权利要求的特征来解决。

本发明的优点

根据独立权利要求的特征的根据本发明的设备和根据本发明的方法与此相比具有以下优点：以更大的安全性识别电能量供应系统、例如机动车的车载电网中的一个或多个电储能器的缺少的连接。这恰恰在尤其在机动车中的电气化和自动化的程度增加的情况下是特别重要的，因为在那里对能量供应的功能安全性的要求提高。在储能器缺少连接的情况下，必须在上级的系统层面上及时采取对应措施，以便在考虑必要时减少的生产能力的情况下获得或重新建立整个系统的安全状态。这通过所识别的系统状态到上级的系统层面的传输是可能的。在分离的储能器的情况下，电流（尤其是通过储能器或储能器系统的电流）的分散（Streuung）相比无故障的情况下更小。电流的分散作为用于识别储能器与能量供应系统之间缺少电连接的标准的应用仅仅需要具有合适的分析单元的电流传感器。依赖分散排除以下错误识别：当仅仅电流的平均值作为用于识别缺少连接的标准时，所述错误识别可能基于电流传感器的偏移误差。在其他状态中如例在满的、冻结的或深度放电的电池的情况下，平均值的分析也是不可靠的。相反，通过使用所述分散，减小错误识别的概率。

在一个符合目的的扩展方案中规定，将电流的分散与阈值进行比较，所述阈值优选位于电流检测装置的分散的区域中。更高的值表明储能器的符合规定的连接。因此，检测电流时的不可靠性不反映在储能器的连接状态的错误识别中。

在一个符合目的的扩展方案中规定，检测电流的平均值并且将所述平均值与阈值进行比较，以便对储能器与能量供应系统缺少电连接的识别进行核实。因此，进一步降低错误触发的危险。

在一个符合目的的扩展方案中规定，仅仅当对于确定的时间段、尤其在100ms至120s的数量级中识别到所述缺少电连接时才推断出储能器和能量供应系统之间缺少电连接。由此可以避免错误识别和持续的状态切换。尤其是，例如在循环的功能检查的情况下储能器的确定的安全关断不导致错误识别。

在一个符合目的的扩展方案中规定，当在时间段内不再推断出所述储能器之间缺少电连接时离开以下状态：在所述状态中，推断出储能器和能量供应系统之间缺少电连接。通过引入所谓的去鉴定时间（Dequalifizierungszeit）或鉴定时间（Qualifizierungszeit），可以抑制所识别的状态的持续切换。因此，例如确定的储能器（例如确定的电池类型）具有安全关断，所述安全关断循环地在功能性方面被检查。在此，将储能器与能量供应系统有针对性地分离。典型地，所述时间位于100ms至30s的范围内。在选择相应的鉴定时间时，这样的状态不导致错误识别。此外，当所述状态已经朝储能器的（又）存在的连接改变时，快速的改变变得可实现。因此，减小未经许可的对应措施的触发危险。

在一个符合目的的扩展方案中规定，考虑所述能量供应系统和/或所述机动车的状态、尤其是静止状态用于对储能器和能量供应系统之间缺少电连接的进一步核实。因此，通常在静止状态中关断机动车的一定的用电器，以便使能量消耗最小化。如此经常未被超过的阈值现在不再导致错误识别。

在一个符合目的的扩展方案中规定，如此激励所述能量供应系统，使得实现所述电流的改变、优选改变大于所述分散的阈值的值。特别优选地，当先前求取的分散小于所述阈值时才进行所述能量供应系统的激励。由此根据分析进行进一步的核实，从而进一步减小错误识别的危险。

在一个符合目的的扩展方案中规定，检测所述能量供应系统中或所述储能器处的至少一个电压并且由此求取所述电压的分散并且将所述分散与阈值进行比较以便对所述储能器与所述能量供应系统缺少电连接进行核实。通过该冗余可以进一步改进尤其是安全性重要的能量供应系统中的识别的可靠性。另外的符合目的扩展方案由另外的从属权利要求和说明书得出。

附图说明

结合下面的图示详细描述不同的实施例。

图1示出能量供应系统的框图；

图2示出与时间有关的典型的电流变化过程；

图3示出方法的流程图。

具体实施方式

在图1中示例性地示出电能量供应系统18的一部分。能量供应系统18至少由能量源10、至少一个储能器12、至少一个电流检测装置13、至少一个用电器14和至少一个处理单元16组成。可选地，可以设置电压检测装置15。能量源10与储能器12连接。用电器14与能量源10以及也与储能器12电连接。流动的电流I通过电流检测装置13来求取，所述电流检测装置示例性地布置在能量源10和储能器12之间。电压检测装置15量取在储能器12处降落的电压U。处理单元16使用由电流检测装置13求取的电流I以用于进一步分析。此外，处理单元16可选地分析电压U。为此，处理单元16与电流检测装置13和/或电压检测装置15连接以便传送电流I和/或电压U的测量值。能量供应系统18可以是机动车的车载电网的部分。

例如在机动车中，能量源10可以是发电机或DC/DC-转换器。作为储能器12可以使用例如电池或电容器或其他储能器。在机动车中，可以使用制动系统、转向系统、光系统、驱动系统或舒适性系统或其他的作为用电器14。例如，用电器14是对于驾驶安全性重要的系统。

图2示例性地示出能量供应系统18中的电流I的时间变化过程。典型地，所连接的用电器14是不连续的和/或也不随着恒定的功率要求是激活的。这导致能量供应系统18中的电流I和电压U的持续的波动。这样的典型的电流变化过程在图1中在第一阶段21中示出。在此，通过储能器12来缓冲由用电器14引起的功率需求方面的突然变化，因为能量源10典型地对功率需求方面的变化明显更惰性地反应。

如果现在将储能器12与能量供应系统18分离，则产生在另一阶段22中的典型的电流变化过程，如在图2中示出的那样。在这种情况下，取消储能器12的缓冲功能。由此，在能量供应系统18中不能再补偿功率需求方面的突然变化和/或能量源10不能够满足提高的功率需求。这可引起用电器14的供应不足。相应地，其功能可能受限制。这尤其对于用电器14是关键的，所述用电器对于整个系统的功能性安全是必需的。引人注意的是，在第一阶段21中的电流I的分散Is相比在第二阶段22中更大。在下面描述的分析中利用这一点。

为了激活或释放整个系统——例如自动的驾驶员辅助系统——中的经扩展的和/或安全性重要的功能，需要可靠识别所连接的储能器12的存在。同样需要的是，快速地识别储能器12与能量供应系统18的连接的不存在，以便必要时停用整个系统中的已经激活的经扩展的和/或安全性重要的功能或者将其转变到安全的状态中。

在能量供应系统18中的一个或多个储能器12的存在或不存在（存在的或缺少的电连接）可以通过检测和分析能量供应系统18中的电压U的和/或电流I来识别。

如果将储能器12中的一个与能量供应系统18分离，则通过储能器12的电流I变成零，储能器12处的电压U承受相应于充电状态的恒定的电压水平U0。在能量供应系统18中的电压Uv展示出由于储能器12的缺少的缓冲功能而引起的波动Uvs的提高。

所述方法规定，连续地检测储能器12的电流I并且由此导出电流I的分散Is的度量。接着，将分散Is的度量与阈值IGs进行比较。如果分散Is的度量小于相应的阈值IGs，则储能器12与能量供应系统18电分离。如果分散Is大于阈值IGs，则储能器12与能量供应系统18连接。在此有利的是，类似于检测中的不确定性地选择阈值IGs。所述不确定性典型地位于1mA至500mA的范围中。

在流程图中，实施可能的实施例的方法步骤。例如可以在处理单元16中执行所述处理步骤。因此，在步骤101中首先计算电流I的平均值Im。在此，优选涉及储能器12的平均电流、优选平均电池电流。对于电流I的分散Is的后续求取，平均值Im的求取有利地作为对于电流I的预期值E（I）的度量。必要时连续地更新或者对于限定的时间段求取平均值Im。在此可以使用常见的方法用于平均值求取。

在步骤103中，接着计算分散Is。分散Is是电流I的测量值与电流I的平均值Im的偏差的大小的和/或频繁性的度量。例如，作为分散Is可以使用电流I的方差（Var）。这根据已知的随机的求取方法来进行，例如通过公式Var(I)=E(I-E(I)²)，其中E（I）表示电流I的预期值，例如电流I的平均值。替代地，对于步骤103中的电流I的分散Is，也可以使用标准偏差（通过电流I的方差的求根来求取）、噪声、纹波的度量或其他合适的参量。

在接着的询问105中，将在步骤103中求取的Is与阈值IGs进行比较。如果分散Is小于阈值IGs，则接着是询问107，否则接着是步骤113。

优选地阈值IGs被选择为，使得所述阈值位于传感器——在此例如电流检测装置13——的系统固有的分散（方差、标准偏差、噪声）的范围内。例如，阈值IGs位于2.48mA²（方差）的范围内或处于50mA的标准偏差。典型地，阈值IGs位于1mA至500mA的范围内。如果分散Is未超过阈值IGs，则这表明，储能器12已经分离。这通过可选的另外的步骤107、109还进行核实。

在步骤107中询问，车辆的点火装置是否接通。如果未接通，则到达步骤113。如果车辆的点火装置接通，则到达询问109。点火装置的询问示例性地代表车辆或能量供应系统18的状态的求取：车辆是否处于静止中。如果点火装置关断，则到达步骤113。由此，当车辆不活动时，防止错误识别。例如，也可以考虑以下信息用于状态确定：钥匙位置、车辆状态、发动机状态、各个能量源的状态、各个用电器14的状态、安全性重要的系统的状态。如果识别出这样的不活动的状态，则要么平均值Im或分散Is的确定要么完全被抑制要么未超过不导致相应的结论，即储能器12与能量供应系统18有错误地分离。

在询问109中进行电流I的平均值Im的绝对值与阈值IGm的比较。如果电流I的平均值Im的绝对值小于阈值IGm，则接着是步骤111。如果电流I的平均值Im的绝对值大于或等于阈值IGm，则到达步骤113中。阈值IGm优选地根据传感器或电流检测装置13的偏移误差来选择。示例性地，阈值IGm位于1mA至500mA的范围中，例如在135mA的数量级中。

如果到达步骤111，则假设，储能器12是分离的或存在储能器12的缺少的电连接。相反如果到达步骤113，则假设，储能器12不是分离的。在两种情况下，接着是步骤115。

在步骤115中，进行储能器112的连接的在先前步骤111、113中求取的状态的鉴定。如果例如在确定的鉴定时间tq内此外求取或验证状态111的存在（储能器112是分离的），则将如此被鉴定的状态例如通知给上级的控制装置，所述上级的控制装置采取相应的措施。鉴定时间tq可以根据所期望的安全性要求来确定并且可以例如在100ms至30s、60s或120s的数量级内移动。因此，状态“储能器112分离”必须存在tq的持续时间tq、例如存在60秒，直至该状态作为经鉴定的例如被转发给上级系统。如果该状态已经被鉴定，则运行去鉴定时间td。否则，仅仅重置鉴定时间tq。如果状态的切换进行时间段td的持续时间（去鉴定时间），则又切换回到状态113中（储能器不分离），而不将在此期间所存在的状态111（储能器12分离）通知给上级的系统。去鉴定时间td可以例如在1s的数量级1s中移动。也可以仅仅可选地实施或完全去除步骤115。

询问107以及接下来的询问109是可选的块106的组成部分，所述可选的块不是强制必需的。替代地，跟随询问105的也可以是该可选的块106的仅仅单个的询问107、109。

一种替代的构型规定，如果通过能量供应系统18确保连续的激励，则放弃平均值Im的度量的求取（步骤101）和/或评估（询问109）。优选地，所述激励大于分散Is的度量的阈值IGs。将能量供应系统18和/或用电器14中的操控理解为激励，其导致电流I的改变。为此，例如可以短暂地或连续地接通用电器14。替代地，可以进行在额定值方面的改变，尤其对于例如超出相应的电压额定值的预给定的电流。电流I的改变在此应大于阈值IGs。

所述方法的一种替代的构型规定，当分散Is的度量大于分散IGs的阈值时，要求能量供应系统18的大于阈值IGs的激励。由此排除错误识别。

一种另外的构型规定，附加地检测能量供应系统18中的或储能器12处的至少一个电压U并且将其作为冗余的通道用于状态识别。通过该冗余可以尤其在安全性重要的能量供应系统18中改善所述设备或所述方法的可靠性。能量供应系统18中的电压U的检测不仅可以在能量源10、用电器14或储能器12中进行。由所检测的电压U导出电压U的分散Us的度量。将分散Us的度量与至少一个、优选多个阈值UGs进行比较。如果分散Us的度量小于或大于（根据电压U的所执行的测量的位置或出现电压U的中断的位置而定）阈值UGs，则电压检测装置15和至少一个用电器14之间的连接中断。如果分散Us的度量大于或小于阈值UGs，则到至少一个储能器12的连接中断。将关于能量供应系统18的状态的该附加信息与来自电流检测装置的信息关联，其目标是，能够作出关于能量供应系统18的状态的更可靠的陈述。例如，当这两种方法或者这两种方法中的一个识别出分离时，可以将储能器12的不存在报告给上级的系统层面。

一种另外的替代方案规定，在说服力不确定的情况下假设安全的状态。安全的状态是以下状态：所述状态不意味着储能器12的存在。例如，可以向上级的系统层面显示储能器12的不存在。尤其在系统初始化期间、在鉴定时间tq期间或者在来自冗余方法的相反状态中可以假设安全的状态。

所述设备和所述方法可以例如用在电子电池传感器中。在此涉及以下传感器：所述传感器求取储能器12、优选电池的电流I和/或电压U并且由此根据相应的算法计算储能器12的状态（例如充电状态SOC、健康状态SOH），所述算法例如基于储能器12的模型。在此也还可以考虑另外的参量，例如储能器12的温度T。电池传感器因此已经包括电流检测装置13和/或电压检测装置15以及相应的分析智能（Auswerteintelligenz），所述分析智能也可以用于处理单元16的实现。

方法或设备也可以集成到其他产品中或者分布到多个产品上。例如，集成到储能器12如电池中或者发电机、转换器或能量管理中是可能的。

方法和设备尤其适合于应用在机动车的车载电网中，尤其用于识别电池是否还与车载电网连接。然而，所述应用不限于此，而是更确切地说可以应用在任意的能量供应系统18中。

Claims (11)

1.用于识别储能器（12）与能量供应系统（18）、尤其是机动车的车载电网缺少电连接的方法，其中，至少一个电流检测装置（13）检测在所述能量供应系统（18）或所述储能器（12）中流过的至少一个电流（I），其特征在于，求取所述电流（I）的至少一个分散（Is）并且将其与至少一个阈值（IGs）进行比较以便识别所述储能器（12）与所述能量供应系统（18）缺少电连接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阈值（IGs）取决于所述电流检测装置（13）的分散和/或尤其在1mA至500mA的范围中。

3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，检测所述电流（I）的平均值（Im）并且将其与阈值（IGm）进行比较以便对所述储能器（12）与所述能量供应系统（18）缺少电连接的识别进行核实。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，仅仅当对于确定的时间段（tq）、尤其在100ms至120s的数量级中识别到所述缺少电连接时才推断出储能器（12）和能量供应系统（18）之间缺少电连接。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当在时间段（td）内不再推断出所述储能器（12）之间缺少电连接时离开以下状态（111）：在所述状态中，推断出储能器（12）和能量供应系统（18）之间缺少电连接。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，考虑所述能量供应系统（18）和/或所述机动车的状态、尤其是静止状态用于对储能器（12）和能量供应系统（18）之间缺少电连接的进一步核实。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如此激励所述能量供应系统（18），使得实现所述电流（I）的改变、尤其是改变大于所述分散（Is）的阈值（IGs）的值。

8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当先前求取的分散（Is）小于所述阈值（IGs）时才进行所述能量供应系统（18）的激励。

9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，检测所述能量供应系统（18）中的或所述储能器（12）处的至少一个电压（U）并且由此求取所述电压（U）的分散（Us）并且将所述分散与阈值（UGs）进行比较以便对所述储能器（12）与所述能量供应系统（18）缺少电连接进行核实。

10.用于识别储能器（12）与能量供应系统（18）、尤其是机动车的车载电网缺少电连接的设备，所述设备包括至少一个电流检测装置（13）用于检测在所述能量供应系统（18）或储能器（12）中流过的至少一个电流（I），其特征在于，设有至少一个处理单元（16），所述至少一个处理单元设计为，求取所述电流（I）的分散（Is）并且将其与至少一个阈值（IGs）进行比较以便识别所述储能器（12）与所述能量供应系统（18）缺少电连接。

11.根据前一权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备设置用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法步骤中的至少一个。