CN112034346A

CN112034346A - 用于在电蓄能器系统中进行故障探测的方法

Info

Publication number: CN112034346A
Application number: CN202010406985.3A
Authority: CN
Inventors: C.沃尔; U.布伦纳
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2020-12-04
Also published as: DE102019207013A1

Abstract

本发明涉及一种用于在电蓄能器系统（100）中进行故障探测的方法，该电蓄能器系统包括处于串联电路中的多个电蓄能器单元（111、112、113、114），该方法具有以下步骤：a）检测由多个电蓄能器单元（111、112、113）中的第一电蓄能器单元产生的第一电压；b）检测第二电压，该第二电压由第一电蓄能器单元（111、112、113）和在串联电路中后置的第二电蓄能器单元（112、113、114）产生；c）根据所检测的电压来探测多个电蓄能器单元（111、112、113、114）之一的电压检测中的故障和/或多个电蓄能器单元（111、112、113、114）之一的故障。此外，描述了一种相应的装置（130）、一种电蓄能器系统（100）和一种计算机程序。

Description

用于在电蓄能器系统中进行故障探测的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在具有多个电蓄能器单元的电蓄能器系统中进行故障探测的方法、一种相应的装置、一种相应的电蓄能器系统和一种相应的计算机程序。

背景技术

具有多个电蓄能器单元的电蓄能器系统、尤其是具有电池单池的电池系统典型地包括电子构件，所述电子构件检测电蓄能器单元的电压和温度。但是，对电蓄能器单元上的或者电子构件上的或者说电子构件中的故障的精确定位是不可实现的。这尤其对于自主运行的车辆而言是重要的，以便例如避免自主车辆的突然失效。

在文献JP 2013 094032中描述了一种电池监控系统，所述电池监控系统在均衡电池单池之间的充电状态时识别电压测量的故障。

在文献US 2014/0159739 A1 中描述了一种电池监控系统，所述电池监控系统通过单个电压测量和总电池电压测量来探测电压测量的故障。

发明内容

本发明公开了一种用于在电蓄能器系统中进行故障探测的方法，所述电蓄能器系统包括处于串联电路中的多个电蓄能器单元，所述方法包括以下步骤。

检测由多个电蓄能器单元中的第一电蓄能器单元产生的第一电压。

此外，检测如下第二电压，该第二电压通过第一电蓄能器单元和在串联电路中后置的第二电蓄能器单元产生。

此外，根据所检测的电压来探测电压检测中的故障和/或多个电蓄能器单元之一的故障。

这是有利的，因为由此能够区分电蓄能器单元的故障（例如由电蓄能器单元内部的内部短路或电极上的锂沉积引起）和电压检测中的故障。这是尤其有利的，因为电蓄能器单元的故障可以导致电蓄能器系统的关断，而电蓄能器系统尽管在电压检测中存在故障仍可以继续运行。在此，第一步骤也可以在第二步骤之后执行，因此电压检测的顺序不重要。

本发明的其它有利的实施方式是从属权利要求的主题。

此外，适宜地检测第三电压，该第三电压通过第二电蓄能器单元产生。在此，根据所检测的电压探测在电压检测中的故障和/或多个电蓄能器单元之一的故障的步骤现在包括第一探测，所检测的第一电压是否有故障。这例如可以通过如下方式进行，即检验所检测的电压是否处于对于相应的电蓄能器单元、例如对于在2.5伏特至4.3伏特的范围中的锂离子单池而言典型的预先限定的电压带之外。此外，检验可以体现于，与先前检测的电压值的偏差是否超过物理上可解释的值并且因此在无有故障起作用的情况下在物理上是不可实现的。因此，这些情况导致探测到故障。

此外，前述步骤包括第二探测，所检测的第二电压是否有故障，和第三探测，所检测的第三电压是否有故障。此外，步骤随后包括根据探测结果来第四探测在电压检测中的故障和/或电蓄能器单元之一的故障。

这是有利的，因为由此能够快速且可靠地探测到故障。

适宜地，第四探测包括，如果在第一探测和第三探测中分别将所检测的电压探测为有故障并且在第二探测中没有将所检测的第二电压探测为有故障，则探测电压检测中的故障。因此，能够以有利的方式区分电蓄能器单元的故障并且能够继续运行电蓄能器系统。

适宜地，第四探测包括，如果在第一探测中没有将所检测的第一电压探测为有故障并且在第二探测和第三探测中分别将所检测的电压探测为有故障，则探测电蓄能器单元之一的故障。因此，能够以有利的方式区分电压检测中的故障，并且能够促使电蓄能器系统的关断。

此外，适宜地检测第四电压，该第四电压通过第二电蓄能器单元和在串联电路中后置的第三电蓄能器单元产生。此外，探测在电压检测中的故障和/或多个电蓄能器单元之一的故障的步骤现在包括第五探测，检测的第四电压是否有故障，并且第四探测还包括额外地根据第五探测的探测结果来探测在电压检测中的故障和/或电蓄能器单元之一的故障。这是有利的，因为通过附加的测量和探测提高了关于第四探测结果的结论可靠性。

适宜地，探测在多个电蓄能器单元之一的电压检测中的故障，其中，如果相应所检测的电压位于预先限定的第一电压范围之外，则在第一探测和第三探测中相应所检测的电压被探测为有故障，其中，预先限定的第一电压范围与第一电蓄能器单元和/或第二电蓄能器单元相关，并且附加地，在第二探测中，如果所检测的第二电压位于预先限定的第一电压范围的两倍的值之内，不将所检测的第二电压探测为有故障。这是有利的，因为所测量的电压的模式意味着电压检测中的故障，因此直接探测这一点并且允许相应的补救措施。

适宜地，如果在第一探测中所检测的第一电压没有被探测为有故障，如果所检测的第一电压位于预先限定的第二电压范围之内，则探测电蓄能器单元之一的故障，其中所述预先限定的第二电压范围与第一电蓄能器单元和/或第二电蓄能器单元有关，并且如果所检测的第二电压位于预先限定的第二电压范围的两倍的值之外，那么在第二探测中所检测的第二电压被探测为有故障，并且如果所检测的第三电压位于预先限定的第二电压范围之外，那么在第三探测中所检测的第三电压被探测为有故障。

这是有利的，因为所测量的电压的模式意味着电蓄能器单元之一的故障，因此直接探测这一点并且允许相应的补救措施，像比如上面提到的电蓄能器系统的关断。

适宜地，该电蓄能器系统包括至少四个电蓄能器单元，其中相应的方法步骤分别针对两个和/或三个直接相继串联的电蓄能器单元来实施，直至已经至少一次检测到至少四个电蓄能器单元中的所有电蓄能器单元的电压，并且其中根据探测结果在电蓄能器系统内定位在电压检测中的故障和/或电蓄能器单元的故障。这是有利的，因为由此不仅能够实现故障探测而且能够实现故障定位，这简化了维修并且必要时仅仅需要关断电蓄能器系统的子系统，例如其方式是，在电池系统中仅仅关断在其中存在有故障的单个模块。

此外，本发明的主题是一种用于具有多个处于串联电路中的电蓄能器单元的电蓄能器系统的故障探测的装置，其中所述装置包括至少一个器件、特别是电子控制单元，所述器件被设置用于实施所公开的方法。因此实现所提及的优点。

所述至少一个器件例如可以包括电池管理控制器和相应的功率电子装置、例如逆变器，以及电流传感器和/或电压传感器和/或温度传感器。电子控制单元，特别是在作为电池管理控制器的实施形式中，也能够是这样的器件。

此外，本发明的主题是一种具有多个处于串联电路中的电蓄能器单元的电蓄能器系统，所述电蓄能器系统包括上述装置。因此实现所提及的优点。

此外，本发明的主题是一种计算机程序，其包括促使所述装置实施所述方法的所有步骤的指令。因此实现所提及的优点。

电蓄能器单元尤其能够理解为电化学的电池单池和/或具有至少一个电化学的电池单池的电池模块和/或具有至少一个电池模块的电池组。例如，电蓄能器单元可以是基于锂的电池单池或基于锂的电池模块或基于锂的电池组。特别地，电蓄能器单元可以是锂离子电池单池或锂离子电池模块或锂离子电池组。此外，电池单池可以属于锂聚合物蓄电池、镍金属氢化物蓄电池、铅酸蓄电池、锂空气蓄电池或锂硫蓄电池或者非常一般地是任意的电化学组成的蓄电池的类型。电容器也可以作为电蓄能器单元。

附图说明

本发明的有利的实施方式在附图中示出并且在下面的描述中详细阐述。

其中示出：

图1示出了根据一种实施方式的所公开的装置和所公开的电蓄能器系统的示意图；

图2示出了根据第一种实施方式的所公开的方法的流程图；

图3示出了根据第二种实施方式的所公开的方法的流程图；

图4示出了根据第三种实施方式的所公开的方法的流程图。

具体实施方式

相同的附图标记在所有附图中表示相同的装置部件或相同的方法步骤。

图1示出了根据一种实施方式的所公开的装置130和所公开的电蓄能器系统100的示意图。在此，该装置130具有多个输入端，以便检测电蓄能器单元（在此为电池单池111、112、113、114）的电压。为此，安装相应的检测导线101、102、103、104、105。此外，所述装置130具有如下器件，该器件设置用于实施所公开的用于进行故障探测的方法，所述器件为例如相应地经过编程的电子控制单元。电蓄能器系统100具有两个极端子121、122，例如逆变器或电动机可以连接到这两个极端子。例如可能出现以下故障，即，传感器导线102例如由于电缆断裂而损坏。同样可能出现以下故障，即电池单池112损坏并且不再提供电压。

图2示出了根据第一实施方式的用于在电蓄能器系统中进行故障探测的所公开的方法的流程图。在第一步骤S21中，检测由多个电蓄能器单元中的第一电蓄能器单元产生的电压。示例性地应用于图1的电蓄能器系统100时，由电池单池111产生的电压通过装置130的检测导线101、102予以检测。

在第二步骤S22中，检测如下第二电压，该第二电压通过第一电蓄能器单元和在串联电路中后置的第二电蓄能器单元产生。示例性地应用于图1的电蓄能器系统100时，由电池单池111、112产生的电压通过检测导线101、103由装置130检测。

在第三步骤S23中，根据所检测的电压来检测多个电蓄能器单元之一的电压检测中的故障或多个电蓄能器单元之一的故障。示例性地应用于图1的电蓄能器系统100时，例如探测检测导线102何时损坏，因为这反映在所检测的电压中。

图3示出了根据第二种实施方式的用于在包括多个电蓄能器单元的电蓄能器系统中进行故障探测的所公开的方法的流程图。在第一步骤S31中，检测通过多个电蓄能器单元中的第一电蓄能器单元产生的第一电压。

在第二步骤S32中，检测第二电压，该第二电压通过第一电蓄能器单元和在串联电路中后置的第二电蓄能器单元产生。

在第三步骤S33中，检测通过第二电蓄能器单元产生的第三电压。

在第四步骤S34中，进行第一探测，所检测的第一电压是否有故障。这例如可以通过如下检验来进行，即检测的值是否位于预先限定的电压范围之外，该电压范围在电蓄能器系统的正常运行中不出现。如果所检测的电压有故障，因为例如图1中的检测导线102损坏，则在此确定这一点。然而，有故障的电压检测还不能明确地归属于故障。电池单池111或检测导线101或检测导线102可能损坏。

在第五步骤S35中，进行第二探测，所检测的第二电压是否有故障。如果不是这种情况，即例如在图1的电蓄能器系统100中在检测导线101和检测导线103之间检测到双倍的电池单池电压，则位于其之间的检测导线102损坏。

在第六步骤S36中，进行第三探测，所检测的第三电压是否有故障。如果是这种情况，则由第五步骤S35的评估确认这一点，即检测导线102损坏。

在此，步骤的顺序完全可以改变，并且必要时也可以并行地执行前述步骤。例如，可以检测第一电压并且同时可以接上第一探测，并且随后才进行第二电压的检测。

在第七步骤S37中，根据第四步骤S34、第五步骤S35和第六步骤S36的探测结果进行第四探测，是否存在多个电蓄能器单元之一的电压检测中的故障或电蓄能器单元之一内的故障、例如单池内部的短路。

因此，基于第四步骤S34、第五步骤S35和第六步骤S36的结果来探测，在电压检测中存在由损坏的检测导线102引起的故障。

根据第七步骤S37的探测结果，如果存在一个电蓄能器单元的故障，则例如可以中断从电蓄能器系统中提取能量。

图4示出了根据第三种实施方式的用于在电蓄能器系统中进行故障探测的所公开的方法的流程图。在此，电蓄能器系统包括至少四个电蓄能器单元，像比如在图1中所示那样。该方法例如在激活电蓄能器系统时启动并且在第一步骤S41和第二步骤S42中类似于步骤S21、S22地检测例如第一电蓄能器单元或第一电蓄能器单元和后置的第二电蓄能器单元的相应的电压。在第三步骤S43中随后检验，是否存在至少四个电蓄能器单元之一的电压检测中的故障和/或至少四个电蓄能器单元之一的故障。

如果存在故障，则执行第四步骤S44，例如关断电蓄能器系统，或替代地尤其当不涉及电蓄能器单元的故障时，仅还以降低的功率实现电蓄能器系统的继续运行。

如果不存在故障，则再次实施第一步骤S41，但现在以第二电蓄能器单元继续。在第一步骤S41之后是具有相应移动的电蓄能器单元的相应的所提及的步骤，从而该方法一直监控电蓄能器单元，直到探测到相应的故障或者从外部关断电蓄能器系统。

通过这种类型的监控，其在方框中总是观察两个或三个电蓄能器单元并且随后以相应的另一个方框继续，能够在任意大小的电蓄能器系统中定位故障。

Claims

1.一种用于在电蓄能器系统（100）中进行故障探测的方法，该电蓄能器系统包括处于串联电路中的多个电蓄能器单元（111、112、113、114），该方法包括以下步骤：

a）检测由多个电蓄能器单元（111、112、113）中的第一电蓄能器单元产生的第一电压；

b）检测第二电压，该第二电压由第一电蓄能器单元（111、112、113）和在串联电路中后置的第二电蓄能器单元（112、113、114）产生；

c）根据所检测的电压探测多个电蓄能器单元（111、112、113、114）之一的电压检测中的故障和/或多个电蓄能器单元（111、112、113、114）之一的故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电蓄能器系统（100）至少具有彼此串联互连的第一电蓄能器单元（111、112、113）和第二电蓄能器单元（112、113、114），该方法还包括以下步骤：

d）检测由所述第二电蓄能器单元（112、113、114）产生的第三电压；

其中步骤c）包括：

e）第一探测所检测的第一电压是否有故障；

f）第二探测所检测的第二电压是否有故障；

g）第三探测所检测的第三电压是否有故障；

h）根据步骤e）、f）和g）中的探测结果来第四探测多个电蓄能器单元（111、112、113、114）之一的电压检测中的故障和/或多个电蓄能器单元（111、112、113、114）之一的故障。

3.根据权利要求2所述的方法，其中步骤h）包括，如果在步骤e）和步骤g）中分别将所检测的电压探测为有故障并且在步骤f）中没有将所检测的第二电压探测为有故障，则探测所述多个电蓄能器单元（111、112、113、114）之一的电压检测中的故障。

4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤h）包括，如果在步骤e）中没有将所检测的第一电压探测为有故障并且在步骤f）和g）中分别将所检测的电压探测为有故障，则探测所述电蓄能器单元（111、112、113、114）之一的故障。

5.根据权利要求2所述的方法，该方法还包括以下步骤：

i）检测第四电压，该第四电压由第二电蓄能器单元（112、113、114）和在串联电路中后置的第三电蓄能器单元（113、114）产生；

其中步骤c）包括：

j）第五探测，所检测的第四电压是否有故障；

其中步骤h）包括，附加地根据步骤j）的探测结果来探测电压检测中的故障和/或电蓄能器单元（111、112、113、114）之一的故障。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，在步骤e）和步骤g）中，如果所检测的电压位于预先限定的第一电压范围之外，则分别将所检测的电压探测为有故障，其中，预先限定的第一电压范围与第一电蓄能器单元（111、112、113）和/或第二电蓄能器单元（112、113、114）有关，并且在步骤f）中，如果所检测的第二电压位于预先限定的第一电压范围的两倍的值之内，则不将所检测的第二电压探测为有故障。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤e）中，如果所检测的第一电压位于预先限定的第二电压范围之内，则不会将所检测的第一电压探测为有故障，其中，所述预先限定的第二电压范围与第一电蓄能器单元（111、112、113）和/或第二电蓄能器单元（112、113、114）有关，并且，如果所检测的第二电压位于预先限定的第二电压范围的两倍的值之外，则在步骤f）中将所检测的第二电压探测为有故障，并且，如果所检测的第三电压位于预先限定的第二电压范围之外，则在步骤g）中将所检测的第三电压探测为有故障。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电蓄能器系统（100）包括至少四个电蓄能器单元（111、112、113、114），其中，相应的方法步骤分别针对两个和/或三个直接相继串联的电蓄能器单元（111、112、113、114）来实施，至少直至探测到故障，并且其中，根据探测结果来定位在电压检测中的故障和/或电蓄能器系统（100）内的电蓄能器单元（111、112、113、114）的故障。

9.一种用于具有处于串联电路中的多个电蓄能器单元（111、112、113、114）的电蓄能器系统（100）的故障探测的装置（130），其中，所述装置（130）包括至少一个器件，特别是电子控制单元，所述器件被设置用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

10.一种电蓄能器系统（100），其具有处于串联电路中的多个电蓄能器单元（111、112、113、114），所述电蓄能器系统包括根据权利要求9所述的装置（130）。

11.一种计算机程序，其包括如下指令，所述指令使根据权利要求9所述的装置（130）实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法的所有步骤。