CN111044913B - 用于运行电池传感器的方法和电池传感器 - Google Patents

Abstract

一种用于运行电池传感器(26)的方法和电池传感器，具有：至少一个检测装置(38、44、60)，用于检测至少一个电池参数并输出与电池参数相关的电池值(116)；评估电路(42)，用于从电池值和校正值(84)中获取校正的电池值(126)；校正值获取装置(70)，用于检测校正值影响参数的至少一个影响值，其中针对影响参数的至少两个值范围存储预先获取的在影响参数(72、74、76)与校正因子(82、86、88、90)之间的关系，这样确定校正值：a)检测至少一个影响参数的至少一个影响值；b)确定影响参数值范围；c)选择影响参数和校正因子的与值范围对应的至少一个关系；d)确定和输出与影响参数值范围对应的校正因子；e)利用校正因子确定校正值。

Description

用于运行电池传感器的方法和电池传感器

技术领域

本发明涉及一种在车辆中用于检测车辆电池的电池参数的电池传感器，以便能够说明电池状态、例如电池的荷电状态。例如，要检测的电池参数是电池电压、电池电流和电池温度，特别是必须持续检测电池电压和电池电流，以便能例如准确地说明电池的荷电状态。

背景技术

为了能够对电池状态做出尽可能准确的说明，需要用于电池参数的检测装置的高精度。但是，检测装置的精度取决于许多因子。例如，当前的环境温度或当前的电池温度可以影响测量精度，这是因为检测装置的测量电阻器的电阻可能与温度有关。此外，在电池传感器的整个使用寿命中可能会发生老化现象，这也会影响测量精度。此外，个别事件、例如高负载峰值或高的机械负载也会影响测量精度。

为了保持尽可能高的测量精度，尝试选择部件或其材料，以使电池传感器的可能的总误差——该总误差由各个部件的可能误差组成——保持在要求的公差范围内。

原则上还已知的是，部件的特性变化、例如老化造成的电阻变化在使用寿命开始时、即新的状态中是最大的。随着寿命的增加，部件的性能收敛到终值。由于这个原因，通常在安装之前部件就经受预老化，也就是说，在安装之前要对部件加载，以使得在安装部件之前老化发生了大部分。这是非常耗时且昂贵的。另外，老化的速度还取决于车辆中的用途或负载。例如，高电流或极端温度会导致更快的老化。因此即使在预老化的情况下也难以估计电池传感器的部件在车辆运行中的老化的发展情况。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种用于运行电池传感器的方法以及一种电池传感器，本发明实现了更好地估计由老化造成的变化。

为了实现该目的，提出一种用于运行电池传感器的方法，该电池传感器具有：至少一个检测装置，用于检测至少一个电池参数并用于输出与电池参数相关的电池值；评估电路，用于从电池值和校正值中获取经校正的电池值；以及校正值获取装置，用于检测校正值的影响参数的至少一个影响值，其中，在校正值获取装置中，对于影响参数的至少两个值范围/值域，存储预先获取的、在影响参数与校正因子之间的关系。该方法包括以下步骤：

-检测至少一个影响参数的至少一个影响值；

-确定影响值的值范围；

-选择与值范围对应的影响因子；

-确定和输出与影响参数的值范围对应的校正因子；和

-利用校正因子确定校正值。

本发明的基本考虑是：无需人工预老化就可以安装电池传感器的部件。然而在这种情况下需要能够尽可能准确地估计电池传感器部件的老化，以便能够确定取决于各个影响因子的校正因子，从该校正因子中可以获取所测得的电池值的校正值。

为此，预先获取电池传感器的部件与至少一个影响参数的相关性，并由此获取用于测量的电池值的校正因子或校正值。针对影响参数的不同影响值确定影响参数与校正因子或校正值之间的关系，并将该关系存储在校正值获取装置中。在电池传感器的运行中，除了电池参数之外还确定影响参数，并且分别选择与影响参数的所测定的影响值相对应的校正因子。

随后，利用该校正因子确定校正值，以便校正所测得的电池值。

在电池传感器的运行中重复该方法，以便使校正因子和校正值适配于分别作用于电池传感器的部件、特别是作用于检测装置的影响参数。这是特别必要的，因为影响参数的影响值的变化会影响电池传感器部件的老化。例如，高温导致更快的老化。

例如，可以定期重复该方法，以获得校正因子以及校正值的定期调整。另外，如果影响值超过限值或检测到异常高的影响值，也可以补充地执行该方法。该限值可以是例如单个值或该单个值所存在的时间段。

特别地，也可以检测影响值存在的时间以及在获取校正因子或校正值时考虑该时间。

因此，不直接测量检测装置的测量精度的误差，而是检测对检测装置的测量精度有影响的影响参数。在存在影响参数的情况下根据影响参数的检测以及预先获取的检测装置性能，估计测量精度的误差。

由于不再需要电池传感器的部件的预老化，可以显著降低电池传感器的制造成本。此外，即使部件的在电池传感器运行时的预老化期间，也可以继续发生可以使用上述方法获取的老化漂移(Alterungsdrift)。因此总体上可以显着提高电池传感器的测量精度，这是因为可以非常准确地确定由老化造成的测量精度变化。

预先获取的、在影响参数与校正值之间的关系可以具有第一影响因子，该第一影响因子与时间无关，特别是在影响参数与校正值之间形成线性关系。例如，利用该第一影响因子，假设老化漂移仅取决于影响参数。就是说，假设：对于影响参数的影响值在电池传感器的工作期间内，即在电池传感器的寿命内，测量精度发生均匀变化。

在影响参数与校正值之间的、预先获取的关系还可以具有第二影响因子，该第二影响因子取决于电池传感器的总运行时间，其中，还检测电池传感器的总运行时间，并且根据总运行时间和影响参数的值范围来确定第二影响因子。检测装置的特性的老化漂移可能接近限值。就是说，在开始时检测装置的测量特性变化较大，并且随着电池传感器的工作时间增长而变小。为了考虑该特性，获取并存储与时间有关的第二影响因子及其时间变化。在电池传感器的运行中，除了影响参数之外，还要检测电池传感器的运行时间，因此不仅要根据获取的影响参数影响值来确定影响因子，还要根据电池传感器的运行时间来确定影响因子。还可以在根据校正因子获取校正值时考虑电池传感器的检测时间。

例如，既获取第一影响因子又获取第二影响因子，并且根据获取的总运行时间用第二影响因子校正与时间无关的第一影响因子。

在影响参数与校正值之间的、预先获取的关系可以包括例如至少两个特性曲线、特别是特性曲线族。为影响参数的不同的影响值分别存储相应的特性曲线。

可能由于作用于电池传感器的不同影响而造成电池传感器的老化。例如，老化还通过电池传感器的常规运行、即通过由检测装置检测的电池参数而造成。因此，至少一个影响参数可以是电池参数，特别是电池电流、电池电压和/或电池温度。

此外，在电池传感器上还作用了其它影响，这些影响也造成了电池传感器的测量范围或测量精度的变化。因此，至少一个影响参数可以与电池无关，所述至少一个影响参数特别是机械负载。这种外部的影响参数例如可以是天气影响，例如外部温度、盐雾、腐蚀或者也可以是机械负载、例如振动。

如果影响参数是电池参数，则可以通过用于检测电池参数的检测装置来检测影响参数，从而不需要附加的检测装置，特别是不需要附加的传感器。

如果影响参数是对电池传感器的外部影响，则通过影响参数检测装置检测影响参数，该影响参数检测装置用于检测至少一个影响参数并将至少一个影响值输出给校正值获取装置。因此，提供了附加传感器，其检测影响参数并输出影响值。

为了改善该方法的精度，还可以检测多个影响参数，其中，在校正值获取装置中为多个影响参数分别存储至少一个在影响参数与校正值之间的、预先获取的关系，其中，为每个影响参数获取校正因子。

可以例如利用各个校正因子来对校正值进行校正。也可以由所获取的校正因子获取总校正因子，利用该总校正因子确定校正值。

在校正值获取装置中可以存储初始校正值，利用所获取的校正因子对该初始校正值进行校正。可以将由初始校正值和校正因子获取的新校正值可以存储为新的初始校正值，并在重复所述方法时使用获取的校正因子再次进行校正。由此持续地调整校正值。

可选地，所述方法可以包括另外的步骤，例如用于自监测或用于校准电池传感器。例如可以将具有已知大小的电池参数施加于电池传感器，并且可以检查，利用校正值校正的电池值是否与所施加的电池参数值一致。

电池传感器例如可以具有电流检测装置，该电流检测装置具有测量电阻器以及用于检测在测量电阻器上的电压降的电压检测装置。流经测量电阻的电流由检测到的在测量电阻器上的电压降以及测量电阻器的已知电阻确定。然而，测量电阻器可以根据影响因子而变化，其中，该变化通过使用上述方法确定的校正值来校正。

另外，可以将具有已知大小的参考电流施加到测量电阻器，并且可以利用电压检测装置检测参考电流流经测量电阻器的电压降。从电压降和已知参考电流可以通过欧姆定律获取测量电阻器的电阻。在随后的负载电流测量中，可以将通过计算出的电阻所获取的负载电流与使用校正值所获取的负载电流进行比较，因此可以根据需要调整校正值。

为了实现本发明的目的，还提供了一种电池传感器，特别是用于检测电池参数，该电池传感器具有至少一个检测装置，该至少一个检测装置用于检测至少一个电池参数并用于输出与电池参数相关的电池值。电池传感器还包括：评估电路，用于从电池值和校正值中获取经校正的电池值；以及校正值获取装置，用于检测校正值的影响参数的至少一个影响值，其中，在校正值获取装置中针对影响参数的至少两个值范围存储预先获取的、在影响参数与校正值之间的关系。电池传感器设计用于通过上述方法获取校正值。电池传感器特别是设计用于执行以下步骤：

-检测至少一个影响参数的至少一个影响值；

-确定影响参数的值范围；

-选择与值和/或值范围对应的至少一个影响因子；和

-确定和输出与影响参数的值范围对应的校正因子；

-利用校正因子确定校正值。

附图说明

从下面结合附图的说明中得到其它有利的特征，在附图中示出：

图1示出具有电路的车辆的示意图；

图2示出电池传感器的示意图；和

图3示出使用图2的电池传感器确定校正值的方法的流程图。

附图标记列表：

10车辆

12发动机室

14驱动单元

16车辆电池

18第一电池极

20第二电池极

22耗电器

24耗电器

26电池传感器

28控制器

30电连接件

32电路

34第一连接端

36第二连接端

38电压检测装置

40模数转换器

42评估电路

44电流检测装置

46负载电流

48测量电阻器

50电压测量装置

52触点

54触点

56放大器

58模数转换器

60温度检测装置

57印刷电路板

62第一温度传感器

64第二温度传感器

66转换开关

68模数转换器

70校正值获取装置

72第一影响参数

74第二影响参数

76第三影响参数

78初始校正值

80校准方法

82校正因子

84校正值

86第一影响参数的校正因子

88第二影响参数的校正因子

90第三影响参数的校正因子

92第一校正因子的第一影响因子

94第二校正因子的第一影响因子

96第三校正因子的第一影响因子

98第一校正因子的第二影响因子

100第二校正因子的第二影响因子

102第三校正因子的第二影响因子

104第一影响参数的特性曲线族

106第二影响参数的特性曲线族

108第三影响参数的特性曲线族

110测量装置

112测量装置

114测量装置

116电池值

118第一影响参数的影响值

120第二影响参数的影响值

122第三影响参数的影响值

126校正的电池值

具体实施方式

在图1中示出车辆10。车辆10具有发动机室12，在发动机室中设置有驱动单元14。此外，设置具有两个电池极18、20的车辆电池16，该车辆电池与多个耗电器22、24电连接。耗电器22、24可以是车辆10的任何电气或电子部件，例如空调、驾驶辅助系统或驱动单元14的部件。特别地，驱动单元14也可以是与车辆电池16电连接的耗电器。

此外，电池传感器26设置在车辆电池16上，特别是在电池极18上。电池传感器26检测至少一个、优选多个电池值，以便能够做出关于电池状态、特别是关于车辆电池16的荷电状态的说明。电池传感器26可以与车辆的控制单元28连接，该控制单元评估电池传感器26的信号。

电池传感器26、耗电器22、24和车辆电池16经由电连接件30彼此连接，并且与这些电连接件30一起形成电路32。电连接件30可以例如由电缆或车身的部件形成。

在图2中示出了电池传感器26的一个实施方式。在电池传感器26的第一连接端34处设有电连接件30，该电连接件像耗电器22、24一样与车辆电池16的电池极18连接。第二连接端36由极端子形成，电池传感器26经由该极端子与第二电池极20电连接。

此处示出的电池传感器26设计用于检测电池电压、电池电流和电池温度作为电池参数。

为了测量电池电压，设有电压检测装置38，该电压检测装置与第一连接端30或第一电池极18连接。电压检测装置38通过模数转换器与电池传感器26的评估电路42连接。

还设有电流检测装置44，用于检测在第一电池极18与第二电池极20之间的负载电流46。电流检测装置具有布置在负载电流46的路径中的、具有已知电阻的测量电阻器48。优选地，测量电阻器48由具有低的温度依赖性和低的电阻老化漂移的材料制成，例如由铜-镍-锰合金制成。

电流检测装置44还具有电压测量装置50，该电压测量装置在测量电阻器48之前和之后与触点52、54接触，从而该电压测量装置可以检测负载电流46在电阻48上的电压降。电流检测装置44还具有放大器56和与评估电路42连接的模数转换器58。

由利用电压测量装置50在测量电阻器48上检测到的电压降和测量电阻器48的已知电阻可以通过欧姆定律获取流过测量电阻器48的电流、即负载电流46。利用电流检测装置44获取的负载电流46值被输出到评估电路42。

电池温度利用温度检测装置60检测，该温度检测装置具有第一温度传感器62和/或第二温度传感器64。第一温度传感器62布置在印刷电路板57上，在该印刷电路板上还设置有评估电路42以及模数转换器40和58。第二温度传感器64可以设置在例如测量电阻器48或车辆电池16上。通过转换开关66可选地能使第一温度传感器62或第二温度传感器64与模数转换器68连接，该模数转换器与评估电路42连接。

检测装置38、44、60的测量精度和/或测量范围可能会在整个使用寿命中和/或由于作用于检测装置38、44、60的影响而变化和/或偏移。因此，利用校正值校正在评估电路42中检测到的电池参数电池值，即电池电压、电池电流和/或电池温度。

为了确定电池参数的校正值，在评估电路42中设有校正值获取装置70。校正值获取装置具有用于影响校正值的影响参数的影响值的至少一个输入端。在下面在图3中描述的实施例中，规定三个影响参数，其中，第一影响参数72是由电流检测装置获取的电池电流，第二影响参数74是由温度检测装置60检测到的电池温度。第三影响参数76可以是例如作用在电池传感器26上的机械负载。

如在图3中可看到的，在校正值获取装置70中存储利用校准方法80获取的初始校正值78。在以下描述的方法中，描述了校正因子82的获取，通过该校正因子可以由初始校正值78获取校正值84，以便校正电池参数。

对于影响参数72、74、76中的每个影响参数，已经例如通过测试针对影响参数的至少两个值范围预先获取了在影响参数与校正值之间的关系。从这种情况出发，分别针对影响参数72、74、76的不同值范围，获取影响参数与存储在校正值获取装置70中的校正因子86、88、90之间的关系。

在图3中描述的方法的实施例中，为每个影响参数72、74、76存储与时间无关的第一影响因子92、94、96。

此外，分别存储与时间相关的第二影响因子98、100、102。检测装置的老化通常在运行时间开始时非常高，并且随着电池传感器26的运行时间而接近限值(92、94、96)。与时间相关的第二影响因子98、100、102考虑到了这种情况。

例如，在影响参数72、74、76与校正因子86、88、90之间的关系也可以以特性曲线族104、106、108的形式存储，其中，针对电池参数72、74、76的不同值范围分别预先获取和存储特性曲线。

另外，对于第二影响因子98、100、102，通过测量装置110、112测量运行时间或通过测量装置114测量存在影响参数的时间和/或电池参数76的事件数量。

为了确定电池值126，首先检测电池参数、即在此示出的实施例中检测电池电流，并且将电池值116输出到评估电路42。

此外，检测影响参数并将影响值118、120、122输出到校正值获取装置70。在校正值获取装置70中，针对检测到的影响值118、120、122获取并输出值范围，并因此获取并输出与该值范围相对应的校正因子86、88、90。随后，由校正因子86、88、90获取总校正因子82，利用该总校正因子校正初始校正值78。

随后，用该经校正的校正值84来校正测得的电池值116，并作为经校正的电池值126输出。

例如定期地或在识别到影响电池传感器26的老化的特定事件时重复执行该方法。在这种情况下，将获取的或校正的校正值84存储为新的初始校正值78，并用随后获取的总校正因子82进行校正。

如在图3中可以看出的，分别由特性曲线族104、106、108、第一影响因子92、94、96和第二影响因子98、100、102来获取校正因子86、88、90的确定。考虑到由测量装置110、112、114获取的运行时间或事件的持续时间或数量的情况下，校正第二影响因子96、100、102，然后在必要时放大该第二影响因子。随后，分别用第二影响因子98、100、102校正第一影响因子92、94、96。

因此，利用上述方法，不直接测量或检测电池传感器26的测量范围或测量精度的变化或偏移。而是确定影响电池传感器26的测量范围或测量精度的变化或偏移的影响参数72、74、76，并根据作用在电池传感器26上的影响参数72、74、76确定测量范围或测量精度的位移或变化。为此目的，特别是为每个影响参数72、74、76定义值范围，其中，对于每个值范围预先获取在影响参数与校正因子之间的关系。由于根据起作用的影响参数72、74、76确定老化行为，因此不需要电池传感器26的部件的预老化。

为了检查校正因子82或校正值84的确定精度，电池传感器可以具有附加的校准方法或检查方法。

例如，可以设有参考电流电路，利用该参考电流电路可以将具有已知大小的参考电流施加到测量电阻器48上。可以将利用电流检测装置检测到并利用获取的校正值校正的电池电流与参考电流进行比较。例如，在校正的电池电流与参考电流有偏差的情况下，可以调整初始校正值78。

另外，可以设置能实现检查或调整校正因子118和/或校正值84的其它检查或校准方法。

Claims (14)

1.一种用于运行电池传感器(26)的方法，该电池传感器具有：至少一个检测装置(38、44、60)，用于检测至少一个电池参数并用于输出与电池参数相关的电池值(116)；评估电路(42)，用于从电池值(116)和校正值(84)中获取经校正的电池值(126)；校正值获取装置(70)，用于检测校正值的影响参数的至少一个影响值，其中，在校正值获取装置(70)中针对影响参数的至少两个值范围存储预先获取的、在影响参数(72、74、76)与校正因子(82、86、88、90)之间的关系，其中，通过以下步骤获取校正值(84)：

a)检测至少一个影响参数(72、74、76)的至少一个影响值；

b)确定影响参数(72、74、76)的值范围；

c)选择影响参数(72、74、76)和校正因子(82、86、88、90)的、与值范围对应的至少一个关系；

d)确定和输出与影响参数(72、74、76)的值范围对应的校正因子(82、86、88、90)；以及

e)利用校正因子(82、86、88、90)确定校正值(84)；

其中，在影响参数(72、74、76)与校正因子(82、86、88、90)之间的、预先获取的关系具有第二影响因子(98、100、102)，该第二影响因子与影响参数存在的时间有关，其中，检测影响参数存在的时间，并根据影响参数存在的时间和影响参数(72、74、76)的值范围确定第二影响因子(98、100、102)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重复地实施步骤a)至d)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在影响参数(72、74、76)与校正因子(82、86、88、90)之间的、预先获取的关系具有与时间无关的第一影响因子(92、94、96)。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该第二影响因子与电池传感器(26)的总运行时间有关，其中，检测电池传感器(26)的总运行时间，并根据总运行时间和影响参数(72、74、76)的值范围确定第二影响因子(98、100、102)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用第二影响因子(98、100、102)根据所获取的时间校正与时间无关的第一影响因子(92、94、96)。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在影响参数与校正值之间的、预先获取的关系包括至少两个特性曲线。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少一个影响参数(72、74、76)是电池参数。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少一个影响参数(72、74、76)与电池无关。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过用于检测电池参数的检测装置(38、44、60)检测影响参数(72、74、76)。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过影响参数检测装置检测影响参数(72、74、76)，该影响参数检测装置用于检测至少一个影响参数(72、74、76)并将至少一个影响值输出给校正值获取装置(70)。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在校正值获取装置(70)中，为多个影响参数(72、74、76)分别存储至少一个在影响参数(72、74、76)与校正因子(82、86、88、90)之间的、预先获取的关系，其中，为每个影响参数(72、74、76)获取校正因子(82、86、88、90)。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，由所获取的校正因子(86、88、90)获取总校正因子(82)，利用该总校正因子确定校正值(84)。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在校正值获取装置(70)中存储初始校正值(78)，利用所获取的校正因子(82、86、88、90)校正该初始校正值。

14.一种电池传感器(26)，其具有：至少一个检测装置(38、44、60)，用于检测至少一个电池参数以及用于输出与电池参数相关的电池值(116)；评估电路(42)，用于从电池值(116)和校正值(84)中获取经校正的电池值(126)；校正值获取装置(70)，用于检测校正值的影响参数的至少一个影响值，其中，在校正值获取装置(70)中针对影响参数的至少两个值范围存储预先获取的、在影响参数(72、74、76)与校正因子(82、86、88、90)之间的关系，其中，电池传感器(26)设计用于通过以下步骤获取校正值(84)：

a)检测至少一个影响参数(72、74、76)的至少一个影响值；

b)确定影响参数(72、74、76)的值范围；

c)选择影响参数(72、74、76)和校正因子(82、86、88、90)的、与值范围对应的至少一个关系；

d)确定和输出与影响参数(72、74、76)的值范围对应的校正因子(82、86、88、90)；以及

e)利用校正因子(82、86、88、90)确定校正值(84)；

其中，在影响参数(72、74、76)与校正因子(82、86、88、90)之间的、预先获取的关系具有第二影响因子(98、100、102)，该第二影响因子与影响参数存在的时间有关，其中，检测影响参数存在的时间，并根据影响参数存在的时间和影响参数(72、74、76)的值范围确定第二影响因子(98、100、102)。

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