CN111226124A - 用于车载网络的电压测量方法、运行方法和控制装置以及车载网络和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的车载网络(100)的电压测量方法，所述车载网络由高压网络(10)和至少一个另外的网络(20，30)构成，其中，在所述车载网络(100)中，(i)所述高压网络(10)被构造为具有电压测量装置(15)，所述电压测量装置能够通过或者通过第一导线(11)和第二导线(12)与高压源(40)的正连接端(11‘)和负连接端(11‘)电连接，并且(ii)所述另外的网络(20，30)被构造为具有第一和第二导线(21，31；22，32)以及另外的电压测量装置(25，35)，所述第一和第二导线能够通过接触器(23N，23P；33N，33P)与所述高压网络(10)的第一导线(11)或者第二导线(12)电连接，所述另外的电压测量装置能够与或者与所述第一和第二导线电连接。在所述方法中，(iii)在接触器(23N，23P；33N，33P)闭合时的校准运行中，针对所述高压网络(10)的电压测量装置(15)对所述另外的网络(20，30)的电压测量装置(25，35)进行校准，以得出至少一个校准参数。(iv)在测量运行中，在所述另外的网络(20，30)中利用所述另外的网络(20，30)的电压测量装置(25，35)，并且在借助所述校准参数进行调整的情况下，进行电压测量。

Description

用于车载网络的电压测量方法、运行方法和控制装置以及车 载网络和车辆

技术领域

本发明涉及一种用于车载网络的电压测量方法、运行方法和控制装置以及车载网络和车辆本身。

背景技术

在至少部分依赖于电气运行的许多车辆设计中，在车载网络中，越来越多地使用与其它网络、例如与牵引网络、低压网络和充电网络协作的基于电池的高压网络。在这种车载网络中，为了安全运行，需要了解电气运行参数，特别是子网络内的电压。另一个边界条件是在确定电压的值时保持一定的测量精度。迄今为止，这种精度所需的测量开销与相应的附加成本相关联，如果不产生精度损失，通过已知技术不能避免这些附加成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，给出用于车载网络的电压测量方法、运行方法和控制单元以及车载网络和车辆本身，其中，可以通过特别简单并且低成本的方法，以高可靠性确定子网络中的电压的值。

DE 10 2004 057 694 A1涉及一种具有较高的电压的车载网络，其中，在高压侧设置有故障电流保护电路，该故障电流保护电路在不进行电流测量的情况下工作。

US 8,779,784 B2描述了一种使用具有集成电阻的装置的用于绝缘电阻的测量电路。

本发明要解决的技术问题通过根据本发明具有权利要求1的特征的电压测量方法，根据本发明具有权利要求7的特征的运行方法，根据本发明具有权利要求8的特征的控制单元，根据本发明具有权利要求9的特征的车载网络中以及根据本发明具有权利要求10的特征的车辆来解决。有利的扩展方案是相应的从属权利要求的内容。

根据本发明的第一方面，提出了一种用于车辆的车载网络的电压测量方法，所述车载网络具有高压网络和至少一个另外的网络，其中，在所述车载网络中，

(i)所述高压网络被构造为具有电压测量装置，所述电压测量装置能够通过或者通过第一导线和第二导线与高压源的正连接端和负连接端电连接，并且

(ii)所述另外的网络被构造为具有第一和第二导线以及另外的电压测量装置，所述第一和第二导线能够通过接触器与所述高压网络的第一导线或者第二导线电连接，所述另外的电压测量装置能够与或者与所述第一和第二导线电连接。

根据本发明，在所提出的方法中，

(iii)在接触器闭合时的校准运行中，针对所述高压网络的电压测量装置对所述另外的网络的电压测量装置进行校准，以得出至少一个校准参数，并且

(iv)在测量运行中，在所述另外的网络中利用所述另外的网络的电压测量装置，并且在借助所述校准参数进行调整的情况下，进行电压测量。

由于利用高压网络的电压测量装置进行校准，根据本发明，另外的网络中的电压测量可以取决于高压网络的电压测量装置的精度，从而在另外的网络中，可以使用成本更低的测量装置和测量方法，由此可以减少设备开销和投资成本。为了防止老化的影响，在整个使用寿命中多次重复校准过程可能是有利的。

牵引网络(TN)中的测量特别是可能取决于正、负电池连接端(BAT+，BAT-)之间的电池内部测量。

按照根据本发明的电压测量方法的一个有利的扩展方式，在校准运行中，与高压网络和/或另外的网络一个或多个运行参数一起，检测、特别是存储相应的校准参数。

在测量运行中，可以在进行调整时，通过高压网络和/或另外的网络的一个或多个运行参数，特别是通过运行温度，来识别相应的校准参数，并且使用相应的校准参数。由此，以简单的方式，利用相应的校准参数，给出基础设备和/或基础车辆的运行参数之间的识别，以便由此能够针对由运行参数定义的每个运行状态，找到事先确定的相应的预定校准参数。

可以想到并且有利的是，作为学习方法，或者作为在车载网络实际运行期间并行执行的方法，来执行校准。

在根据本发明的电压测量方法的另一个有利的实施方式中，特别是以根据高压网络和/或另外的网络的一个或多个运行参数、例如运行温度进行编码的方式，将在校准运行中检测到的校准参数存储在查找表中。

在如下情况下产生特别简单的关系，即，按照根据本发明的电压测量方法的另一个优选实施方式，作为因数得出相应的校准参数，并且在测量运行中，通过将由另外的网络的电压测量装置确定的电压的值与校准参数相乘，来进行调整，以获得校正后的电压的值。

通过重复执行校准运行，可以进一步提高根据本发明的电压测量方法的精度。以这种方式，可以通过简单的方法，来不断适应变化的运行条件和其它情况，例如基础车辆和/或车辆设备的运行和/或状态。

在此，特别有利的是，一旦满足校准标准组中的一个标准或者多个标准，则执行校准运行，该校准标准组尤其是具有以下标准：

(i)基础车辆和/或车辆设备的运行温度的值处于特定的值集合外部，

(ii)车辆和/或车辆设备的运行第一次开始，

(iii)特别是在经过预先给定的时间段之后，车辆和/或车辆设备的运行重新开始，

(iv)自上次校准以来经过了特定的时间段，

(v)利用高压网络的电压测量装置确定的值与利用另外的网络的电压测量装置确定的值之间的偏差的值，处于预先给定的值集合外部。

在这种情境下，第一次运行可以理解为生产之后的第一次运行、因此特别是客户处的第一次运行，特别是仍然在生产期间执行的实际的第一次发动机启动，或者例如在没有运行并且具有预先给定的最短持续时间的使用时间(Standzeit)之后运行的重新开始。

在根据本发明的电压测量方法的另一个有利的扩展方案中，至少一个另外的网络由牵引网络和/或充电网络，特别是由直流电压充电网络形成。

总的来说，可以形成多个另外的网络、例如牵引网络、充电网络和低压网络，这些另外的网络与高压网络电气耦合，低压网络可以用于对车辆的其它设备供电，并且例如可以包括12V网络和/或48V网络。

根据本发明的另一个方面，还提出了一种用于车辆的车载网络的运行方法，车载网络由高压网络和至少一个另外的网络构成，其中，通过检测电压值，来监视和/或控制高压网络和/或至少一个另外的网络的运行，并且使用根据本发明的电压测量方法来检测电压值。

此外，本发明还提出了一种用于车辆的车载网络的控制单元，车载网络由高压网络和至少一个另外的网络构成。控制单元被配置为执行根据本发明的电压测量方法和/或根据本发明的运行方法，或者在这些方法中使用。

最后，本发明的主题还在于一种用于车辆、特别是用于电动车辆或者混合动力车辆的车载网络，该车辆作为车载网络具有高压网络和至少一个另外的网络，并且车载网络被构造为具有根据本发明的控制单元，控制单元用于对作为车载网络基础的电池单元的运行、特别是充电和/或放电进行控制。

此外，本发明还定义了一种车辆，特别是电动车辆或者混合动力车辆，其具有设备，特别是具有驱动器以及根据本发明的车载网络，车载网络用于向设备供应电能。

附图说明

本发明的其它细节、特征和优点从下面的描述和附图中得到。

图1示意性地示出了可以结合根据本发明的运行方法和/或根据本发明的电压测量方法使用的车载网络。

图2示出了根据本发明的电压测量方法的实施方式的流程图。

具体实施方式

下面，参照图1和2，详细描述本发明的实施例和技术背景。相同和等同以及以相同或者等同的方式起作用的元素和部件用相同的附图标记表示。不在每次元素和部件出现时，重复对所提到的元素和部件的详细描述。

所示出的特征和其它特性可以以任意形式彼此分离，并且可以任意地相互组合，而不脱离本发明的核心。

图1示意性地示出了车载网络100，其可以结合根据本发明的运行方法和/或根据本发明的电压测量方法S使用。

在该实施方式中，在图1中示出的车载网络100由高压网络10、牵引网络20以及直流电压充电网络30构成，牵引网络20例如用于为基础驱动设备供电，直流电压充电网络30也称为DC充电网络，其例如可以用于在基础驱动设备的发电机运行中，为理解为高压网络10的高压电池的电池单元40充电。

根据图1的具体结构不是强制性的，而仅仅是示例性的。根据本发明的核心方面是如下车载网络100的结构，该车载网络100由具有高压电池40的高压网络10和至少一个另外的子网络20、30构成，在此示例性地将子网络20、30称为牵引网络20和DC充电网络30。

如刚刚已经描述的，高压网络10由电池单元40、例如高压电池构成，电池单元40提供例如值为450V的运行电压43。然而，也可以设置其它运行电压和/或以高压作为运行电压的其它能量存储配置。

电池单元40通过其第一和第二触点41、42与第一和第二导线11和12电连接。以这种方式，提供高压网络10的正和负连接端11‘和12‘。

在高压网络10内形成第一电压测量装置15。第一电压测量装置15可以经由或者经由第一和第二导线11和12与正和负连接端11‘和12‘连接，因此与作为高压源的电池单元40的第一和第二触点41和42连接，以便在必要时能够进行电压测量。

在图1中示出的实施方式中，第一电压测量装置15具有第一模数转换器16，第一模数转换器16经由具有电阻值为R1和R2的电阻18和19的分压器14与第一和第二导线11和12连接，因此一方面与电池单元40连接，另一方面与参考电势17连接。

根据本发明，高压网络10的第一电压测量装置15可以是高精度测量系统。然而，本发明的一个方面在于，在电压测量方面，这是高压网络和另外的子网络中的唯一的高精度测量系统，并且另外的子网络20和30中的所有另外的电压测量装置25和35可以使用不太精确地工作的部件，这些部件因此设计不太复杂，并且成本不太密集。

根据本发明，整个系统的高精度、特别是另外的子网络20、30中的电压测量的高精度，通过针对高压电网10的高精度的第一电压测量装置15进行校准来实现。

在图1中示出的根据本发明的车载网络100的在那里示出的第一另外的子网络，是用于基础驱动的牵引网络20。牵引网络20可以通过第一和第二导线21和22以及第一和第二接触器23N和23P以可控的方式与高压网络10的第一和第二导线11和12连接，并且通过第一和第二导线21、22提供相应的正和负连接端21‘和22‘。

在接触器23P、23N的远离高压网络10的一侧，形成用于通过牵引网络20的电压测量装置25分接的高压测量点27P和27N。

该另一个电压测量装置25由一对分压器24P和24N构成，分压器24P和24N与第一和第二导线21和22连接，相应地与正和负连接端21‘和22‘以及参考电势45连接，参考电势45例如可以是底盘接地电势。在分压器24P、24N之间形成具有第一模数转换器26P和第二模数转换器26N的模数转换器装置26(ADC)，第一模数转换器26P和第二模数转换器26N协作提供第一与第二导线21和22之间的电势差的值。替换地，可以使用多路复用器与ADC的组合。

如上面已经提到的，不需要高精度地设计模数转换器26P和26N。这也适用于分压器24N和24P的电阻28N、29N以及28P、29P及这些电阻的值R3，R4，因为通过针对高压网络10的高精度的第一电压测量装置15进行校准，通过对应的校准参数，结合当前的环境温度，来进行调整(Abgleich)。分压器可以不同地实施，例如通过28N不等于28P和/或29N不等于29P。

在图1中示出的根据本发明的车载网络100的布置中，另一个子网络，即DC充电网络30，可以利用其第一和第二导线31、32，通过另外的接触器33P、33N以可控的方式与牵引网络20的正和负连接端21‘、22‘连接。

DC充电网络30具有自己的电压测量装置35，其具有与牵引网络20的电压测量装置25类似的结构，并且可以通过高压测量点37P和37N确定第一和第二导线31、32之间、因此正和负连接端31‘和32‘之间的电势差。高压测量点37P和37N位于DC充电网络30的第一和第二接触器33P和33N的远离牵引网络20的一侧。

DC充电网络的电压测量装置35由一对分压器34P、34N形成，分压器34P、34N具有值为R3和R4的电阻38N、39N和38P、39P。分压器34P、34N与模数转换器36P、36N连接并且与参考电势45连接。部件26N、26P、36N和36P不需要由不同的ADC构建。在此，也可以想到具有4：1多路复用器的ADC。模数转换器装置36的模数转换器36P、36N协作确定第一和第二导线31、32之间、因此DC充电网络30的正和负连接端31‘、32‘之间的电势差的值。分压器可以不同地实施，例如通过38N不等于38P和/或39N不等于39P。

又不需要高精度地设计DC充电网络30的分压器34P和34N以及模数转换器装置36的部件，因为根据本发明，通过针对高压网络10的高精度的第一电压测量装置15进行校准，来实现所需的精度。

图2示出了例如使用图1所示的根据本发明设计的车载网络100的根据本发明的电压测量方法S的实施方式的流程图。

该电压测量方法S可以理解为根据本发明设计的、用于运行具有高压网络10和至少一个另外的子网络20、30的车载网络100的运行方法的一部分，并且该电压测量方法S例如可以重复进行。

在这里描述的根据本发明的电压测量方法S的实施方式的第一步骤S1中，检测描述基础车辆或者特定车辆设备的运行和/或状态的特定参数。

在随后的步骤S2中，检查是否基于检测到的参数组，得到了例如针对第一子网络、特别是针对作为结合图1描述的基础车载网络100的组成部分的牵引网络20进行校准的必要性。

如果在步骤S2中肯定了该询问，则分支到步骤S2a，以对在牵引网络20中形成的电压测量装置25进行校准，即针对车载网络100的高压网络10的高精度的电压测量装置15进行校准。

如果在步骤S2中否定了该询问，则不进行分支，而是执行随后的处理步骤。

可选地，即当在车载网络100中存在另一个子网络时，特别是当存在充电网络30或者同样可以利用电压测量装置35执行电压测量的低压网络时，随后的处理步骤可以具有步骤S3和S3a，步骤S3和S3a询问是否存在对该另一个子网络30进行校准的必要性并且在必要时执行校准。

在进一步的流程中，随后在步骤S4中的测量运行中，在子网络20和30的相应的电压测量装置25、35中检测电压值。

在步骤S2a和S3a的校准中，有利地在关于在进行校准的时间点存在的基础车辆和/或基础设备的运行条件和状态条件的运行参数和/或状态参数与校准参数之间，建立关系。以这种方式，也可以在一方面运行参数/状态参数与另一方面电压测量装置15、25、35的校准参数之间，建立一对一关联。

随后，在步骤S5中，基于在步骤S1中检测到的关于基础车辆和/或基础设备的运行和/或状态的参数，以及结合步骤S2a和S3a的校准检测到的相应的校准参数，进行调用，并且在随后的步骤S6中进行处理，以对在步骤S4中检测到的电压值进行校正。

利用电压测量方法S得出并且经过校正的、来自子网络20、30的电压测量装置25、35的电压测量值，由于对高压网络10的高精度的电压测量装置15的校准，同样具有更高程度的精度，即使在图1中描述的另外的电压测量装置25和35的部件本身不允许高测量精度。

借助下面的描述，进一步说明本发明的这些和其它特征和特性：

在未来的电池系统中，特别是在电动车辆或者混合动力车辆中，与传统方法不同，不再允许对车载网络100的断开的子网络10、20、30、例如断开的牵引网络20或者断开的充电网络30施加电压。

为了减少用于进行电压测量的电隔离的模数转换器和/或为此所需的高精度、因此成本密集的分压器的数量，在车载网络中，可以相对于特定的电势、例如相对于电势45测量相应的电压。

然而，在此，尤其是出现以下问题：

(1)要使用足够高欧姆并且足够准确的分压器。特别是，电池系统的绝缘电阻必须至少为2.5ΜΩ

(2)在高压电池系统中，特别是在450V电池系统中，要实现至少2150V的耐压强度。由于为了进行测量在分压器中需要高分压比，产生更大的测量误差。

(3)由于在牵引网络(TN)与参考电势、例如电势45之间，以及在DC充电网络(DC)与参考电势、例如电势45之间，进行高欧姆测量，产生进行差分(differenzielle)测量的必要性，并且在使用分压器时，误差加倍。

根据本发明，因为相对于电池的负极(电池-)测量电池电压，如结合图1并且在那里通过“HVP HV-ADC”所示出的，因此消除了在(1)中描述的问题。

通过在本发明的实施方式中要执行的校准、必要时周期性的校准，在要双倍形成另外的电压测量装置25、35的分压器24N、24P、34N、34P时，能够避免对电阻和其变化的所有相关影响，例如温度、老化和/或振动方面的影响。

因为基础车辆停泊时的温度可能与启动时的温度不同，因此根据本发明的一个优选实施方式，创建查找表、读取表或者查询表是有利的。

在该查询表中，例如将相应的温度和/或其它运行参数对应地与校正因数相关联，以便能够纳入校准，由此能够纳入与运行温度和/或其它用于补偿的参数的相关性。

因此，根据本发明，可以更准确地测量TN电压和DC电压，例如也称为牵引网络20或者DC充电网络30中的电压。与常规方法不同，这不需要附加的昂贵的测量电子设备。

在电池系统40和相应的测量方法的优选实施方式中，还可以附加地使用具有牵引网络20自己的保险装置的通道

在此在必要时使用的附加的诊断通道，也可以通过根据本发明的方法提高其测量精度。

根据本发明的方法提供如下有利的可能性：在不需要出现电池电压并且不需要附加的昂贵的电隔离的模数转换器的情况下，以高精度在牵引网络(TN)20上和/或在DC充电网络(DC)30上进行电压测量。

即使借助结合附图说明的实施例详细描述了根据本发明的各方面和有利的实施方式，本领域技术人员也可以对所示出的实施例的特征进行修改和组合，而不脱离由所附权利要求限定保护范围的本发明的范围。

附图标记列表

10 高压网络

11 第一导线

11‘ 正连接端

12 第二导线

12‘ 负连接端

14 分压器

15 电压测量装置

16 模数转换器

17 参考电势

18 电阻

19 电阻

20 另外的网络，牵引网络

21 第一导线

21‘ 正连接端

22 第二导线

22‘ 负连接端

23N 接触器

23P 接触器

23R 充电电阻

23V 接触器，充电接触器

24N 分压器

24P 分压器

25 电压测量装置

26 模数转换器装置

26N 模数转换器

26P 模数转换器

27N 高压测量点，高压测量节点

27P 高压测量点，高压测量节点

28N 电阻

28P 电阻

29N 电阻

29P 电阻

30 另外的网络，充电网络，DC充电网络

31 第一导线

31‘ 正连接端

32 第二导线

32‘ 负连接端

33N 接触器

33P 接触器

34N 分压器

34P 分压器

35 电压测量装置

36 模数转换器装置

36N 模数转换器

36P 模数转换器

37N 高压测量点，高压测量节点

37P 高压测量点，高压测量节点

38N 电阻

38P 电阻

39N 电阻

39P 电阻

40 电池单元

41 (第一)触点

42 (第二)触点

43 电池电压，高压

45 参考电势

100 车载网络

R1 电阻值

R2 电阻值

R3 电阻值

R4 电阻值

Claims (10)

1.一种用于车辆的车载网络(100)的电压测量方法，所述车载网络由高压网络(10)和至少一个另外的网络(20，30)构成，

-其中，在所述车载网络(100)中，

(i)所述高压网络(10)被构造为具有电压测量装置(15)，所述电压测量装置能够通过或者通过第一导线(11)和第二导线(12)与高压源(40)的正连接端(11‘)和负连接端(11‘)电连接，并且

(ii)所述另外的网络(20，30)被构造为具有第一和第二导线(21，31；22，32)以及另外的电压测量装置(25，35)，所述第一和第二导线能够通过接触器(23N，23P；33N，33P)与所述高压网络(10)的第一导线(11)或者第二导线(12)电连接，所述另外的电压测量装置能够与或者与所述第一和第二导线电连接，以及

-其中，在所述方法中，

(iii)在接触器(23N，23P；33N，33P)闭合时的校准运行中，针对所述高压网络(10)的电压测量装置(15)对所述另外的网络(20，30)的电压测量装置(25，35)进行校准，以得出至少一个校准参数，并且

(iv)在测量运行中，在所述另外的网络(20，30)中利用所述另外的网络(20，30)的电压测量装置(25，35)，并且在借助所述校准参数进行调整的情况下，进行电压测量。

2.根据权利要求1所述的电压测量方法，其中，

-在校准运行中，与所述高压网络(10)和/或所述另外的网络(20，30)一个或多个运行参数一起，检测相应的校准参数，以及

-在测量运行中，在进行调整时，通过所述高压网络(10)和/或所述另外的网络(20，30)的一个或多个运行参数，识别相应的校准参数，并且使用相应的校准参数。

3.根据上述权利要求中任一项所述的电压测量方法，其中，将在校准运行中检测到的校准参数存储在查找表中。

4.根据上述权利要求中任一项所述的电压测量方法，其中，

-作为因数得出相应的校准参数，并且

-在测量运行中，通过将由所述另外的网络(20，30)的电压测量装置(25，35)确定的电压的值与校准参数相乘，来进行调整，以获得校正后的电压的值。

5.根据上述权利要求中任一项所述的电压测量方法，其中，

-当满足校准标准组中的一个或多个标准时，

-重复执行校准运行，

所述校准标准组至少具有以下标准：

(i)基础车辆和/或车辆设备的运行温度的值处于特定的值集合外部，

(ii)车辆和/或车辆设备的运行第一次开始，

(iii)在经过预先给定的时间段之后，车辆和/或车辆设备的运行重新开始，

(iv)自上次校准以来经过了特定的时间段，

(v)利用所述高压网络(10)的电压测量装置(15)确定的值与利用所述另外的网络(20，30)的电压测量装置(25，35)确定的值之间的偏差的值，处于预先给定的值集合外部。

6.根据上述权利要求中任一项所述的电压测量方法，其中，所述至少一个另外的网络(20，30)由牵引网络(20)和/或充电网络(30)形成。

7.一种用于车辆的车载网络(100)的运行方法，所述车载网络由高压网络(10)和至少一个另外的网络(20，30)构成，其中，

-通过检测电压值，来监视和/或控制所述高压网络(10)和/或所述至少一个另外的网络(20，30)的运行，并且

-使用根据上述权利要求中任一项所述的电压测量方法来检测电压值。

8.一种用于车辆的车载网络(100)的控制单元，所述车载网络由高压网络(10)和至少一个另外的网络(20，30)构成，所述控制单元被配置为执行根据权利要求1至6中任一项所述的电压测量方法和/或根据权利要求7所述的运行方法，或者在这种方法中使用所述控制单元。

9.一种用于车辆的车载网络(100)，所述车载网络具有高压网络(10)和至少一个另外的网络(20，30)，并且所述车载网络被构造为具有根据权利要求8所述的控制单元，所述控制单元用于对基础电池单元(40)的运行、充电和/或放电进行控制。

10.一种车辆，所述车辆具有设备和根据权利要求9所述的车载网络(100)，所述车载网络用于向所述设备供应电能。

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