CN112751378A

CN112751378A - 用于高压电池组的控制装置和用于运行控制装置的方法

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Publication number: CN112751378A
Application number: CN202011179153.9A
Authority: CN
Inventors: F·宽特迈尔; F·屈恩伦茨
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2021-05-04
Also published as: US11451073B2; US20210126472A1; DE102019129170A1

Abstract

一种用于机动车（2）中的高压电池组（3）的控制装置（1），所述控制装置至少包括：高压电池组（3），所述高压电池组具有第一电连接（4），用于为机动车（2）提供第一供电电压（5）；以及用于所述高压电池组（3）的控制设备（6），所述控制设备在所述机动车（2）的控制装置（1）中仅仅与所述高压电池组（3）经由第二电连接（7）来连接，用于为所述控制设备（6）提供第二供电电压（8），其中第二连接（7）具有切换元件（9），所述切换元件能通过所述控制设备（6）来被切换，用于建立和断开所述第二连接（7）。另外，提出了一种用来运行用于机动车（2）中的高压电池组（3）的控制装置（1）的方法。

Description

用于高压电池组的控制装置和用于运行控制装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于高压电池组的控制装置和一种用来运行用于高压电池组的控制装置的方法。该控制装置和该高压电池组尤其被设置用于在机动车中使用并且优选地布置在该机动车中。

背景技术

机动车中的具有例如48伏特供电电压的高压电池组尤其拥有控制设备（电池组管理系统——BMS），该控制设备从48伏特供电电压中取得对该控制设备的电压供应，也就是说BMS由高压电池组本身的电池组电池来供电。BMS的待机耗电非常少，使得即使是时间很长的待机阶段通常也没有问题。然而，如果超过所限定的时长或者48伏特系统存在故障，则可能发生高压电池组的放电。

如果高压电池组在此低于电压的所限定的极限值，则这些电池组电池不可逆地受损并且高压电池组损坏。如果电压还进一步下降，则不再能给BMS供应电能。在这种情况下，既不可能经由机动车外部的服务设备（例如诊断测试仪）来与机动车通信，也不可能经由CAN（Controller Area Network（控制器局域网络），总线系统）来与机动车通信。

由此造成多个问题。一方面，高压电池组不可逆地损坏，使得维修成本高。另一方面，不可能对高压电池组的同样可能已导致该放电的内部故障进行诊断。在高压电池组的深度放电与控制设备损坏（例如控制器或CAN收发器损坏）之间不能进行区分。因为尤其是锂离子电池组应作为危险品来处理，所以对这些构件的处理应遵循明确的规定。尤其是，根据VDA准则，针对运输和仓储来对蓄能器（电池组）进行分类。为此的前提条件尤其是要查明蓄能器的状态，为此必须进行通信。如果不能进行该分类，则蓄能器应作为损坏（严重）来处理并且应引入特殊过程（不再可能在标准包装中进行运输，存放在隔离容器中等等）。这可能导致额外费用。

公知的是：在电池组电压与控制设备（BMS）的电压供应之间进行绝缘的情况来实施高压电池组。出于安全原因（高压电池组的电压电平高），这是必需的。该技术尤其已被应用于所有公知的48伏特电池组。因此，经由机动车中的12伏特电压供应来对BMS进行供电。在此，不存在开头所描述的问题。

用于不同的供电电压的绝缘的成本提高了高压电池组的直接成本。另外，能量供应安全性较低，因为通常高压接触器以及BMS经由12伏特电压供应来被供电而不是经由高压电池组的48伏特电压供应来被供电。

从DE 10 2013 204 532 A1公知一种电池组电池装置，该电池组电池装置具有电池组电池和用于监控该电池组电池的监控设备。利用该监控设备应该防止该电池组电池的过载。

DE 10 2011 000 625 A1涉及一种用于电动车辆的控制装置，该控制装置控制高压电池组的电流并且运行驱动马达以及辅助设备。根据电池组的剩余能量容量，应该区分这些辅助设备的运行的优先次序。

从DE 10 2013 002 589 A1公知一种用于测试机动车中的多个蓄能器的方法。

发明内容

本发明的任务是：至少部分地解决关于现有技术所提及的问题。尤其应该提出一种用于高压电池组的控制装置，一方面通过该控制装置可以确保关于针对该控制装置的控制设备的能量供应方面的高安全性，而另一方面通过该控制装置能可靠地确定高压电池组的状态。另外，应该提出一种用于运行这样的控制装置的方法。

按照本发明的控制装置以及按照本发明的方法有助于解决这些任务。有利的扩展方案是专利从属权利要求的主题。在专利权利要求书中单独提及的特征能以技术上合理的方式来彼此组合并且可以通过说明书中的解释性事实和/或附图中的细节来被补充，其中阐明了本发明的其它实施变型方案。

提出了一种用于高压电池组的控制装置。高压电池组尤其被设置用于在机动车中使用。该控制装置至少包括：

• 高压电池组，该高压电池组具有第一电连接，用于为机动车提供第一供电电压；以及

• 用于高压电池组的控制设备，该控制设备在机动车的控制装置中仅仅与高压电池组经由第二电连接来连接，用于为该控制设备提供第二供电电压。

第二连接具有切换元件，该切换元件能通过控制设备来被切换，用于建立和断开第二连接。

高压电池组以适合于提供为至少30伏特、尤其是至少40伏特、优选地至少45伏特的第一供电电压的方式来被实施。尤其是，第一供电电压为48伏特。

控制设备在机动车中仅仅与高压电池组连接，用来提供第二供电电压。也就是说，尤其是，在机动车中没有设置经由其来给控制设备供应第二供电电压的其它电池组。

尤其是，高压电池组一方面与接地连接。通常为其分配电位零的导电体被称作接地，该电位零尤其是该控制装置的所有信号和运行/供电电压的参考电位。

另一方面，高压电池组能经由第一连接来与机动车连接，或在将该控制装置布置在机动车中的情况下与该机动车连接。机动车的耗电器经由第一连接来与高压电池组导电连接。

尤其是，控制设备一方面与接地连接。另一方面，控制设备经由第二连接来与高压电池组连接。第二连接可以由控制设备断开或者必要时重新建立。为此，尤其是设置切换元件、例如双稳态继电器，该切换元件能由控制设备来操控。

双稳态继电器可以在无电流状态下占据两个不同的稳定的切换状态。

尤其是，切换元件即使在缺乏供电电压的情况下也可以维持第二连接的断开。

尤其是，第二连接可以仅仅由控制设备来断开或者必要时重新建立。

尤其是，控制设备经由布置在第二连接中的电压转换器来与高压电池组连接。尤其是，通过电压转换器所产生的第二供电电压低于第一供电电压。

尤其是，电压转换器布置在高压电池组、即例如第一连接与控制设备之间。尤其是，切换元件布置在第一连接与电压转换器之间。

尤其是，第二供电电压最高为第一供电电压的50%。尤其是，第二供电电压为最高20伏特、优选地最高15伏特。尤其是，第二供电电压为12伏特。

优选地，第二供电电压为最高10伏特、尤其是最高或者正好5伏特或3.3伏特。

该控制装置尤其具有连接端，用于连接机动车外部的服务插头，经由该服务插头能利用第二供电电压来运行控制设备。

尤其是，服务插头并不是机动车的组成部分。尤其是，服务插头只有在维护或诊断情况下才被布置在该连接端上。尤其是，只有当第二连接断开时，服务插头才与该连接端连接，并且由机动车外部的充电设备来为控制设备提供第二供电电压。

控制设备尤其包括系统基础芯片（System-Basis-Chip）。该控制装置与机动车的通信尤其是经由系统基础芯片、例如经由CAN来实现。系统基础芯片尤其具有LDO（lowdropout（低压差））稳压器。尤其是当输出电压非常类似于输入电压时，LDO稳压器可以对该输出电压进行调节。通过LDO稳压器，可以经由第三连接利用第三供电电压来运行控制设备的微控制器。

控制设备尤其包括微控制器。微控制器尤其能利用第三供应电压来运行。尤其是，第三供电电压最高为第二供电电压的50%，例如3.3伏特或5伏特。

微控制器尤其是控制设备的核心构件并且尤其是控制在控制设备之内的所有过程。微控制器尤其是经由通信信道来与模拟前端（Analog-Frontend）连接。经由模拟前端，尤其是检测高压电池组的电池电压以及包电压和包电流。

模拟前端尤其是用于将模拟信号转换并处理成数字信号的转换电路。经由模拟前端，尤其是检测高压电池组的模拟信号并且将这些模拟信号变成数字信号传送给微控制器。

经由微控制器，尤其是能操控或操纵对第二连接进行切换的切换元件。

在高压电池组运行时，经由控制设备或微控制器，尤其可以持续地确定高压电池组的当前的充电状态。该确定或检测可以依据公知的方法来实现，例如开路电压测量和电流积分，和/或通过复杂的电池模型来实现。

尤其是当低于和/或超过充电状态的极限值时，可以经由控制设备或微控制器来进行检测。

尤其是，在离开针对高压电池组的正常运行所规定的充电状态范围（SOC运行范围；state of charge运行范围）时，可以通过控制设备向机动车传输报警，例如经由CAN来向机动车传输报警。附加地或替选地，可以进行故障录入，例如在控制设备中进行故障录入，尤其是在控制设备的非易失性存储器中进行故障录入。

另外，提出了一种用来运行用于高压电池组的控制装置的方法。高压电池组尤其被设置用于在机动车中使用。尤其是当高压电池组布置在机动车中时，执行该方法。该方法尤其用于运行所描述的控制装置。

通过该方法来运行的控制装置至少包括：

该方法至少包括如下步骤：

a) 通过控制设备来确定高压电池组的当前的充电状态；并且

（只有）在当前的充电状态低于极限值时（才）：

b) 断开第二连接。

上述非封闭式地将方法步骤分成a)和b)应该首要只用于区分而不是对顺序和/或相关性进行强制。例如在设立和/或运行该系统期间这些方法步骤的频率也可能发生变化。方法步骤彼此间至少部分地有时间重叠同样是可能的。十分特别优选地，方法步骤a)持续地进行。尤其是，以所提及的顺序来执行步骤a)和b)。

第一连接尤其具有切换元件，该切换元件能通过控制设备来被切换，至少用于断开第一连接。在步骤b)之前，尤其是执行如下步骤：

i. 执行步骤a)，并且

（只有）在当前的充电状态低于第一极限值时（才）：

ii.断开第一连接，而且

iii.执行步骤a)，并且

（只有）在当前的充电状态低于第二极限值时（才）：

iv.执行步骤b)。

尤其是，持续地执行步骤a)，至少直至执行步骤b)为止。尤其是以所提及的顺序来执行步骤i.至iv.。

尤其是，第二极限值低于第一极限值。尤其是，该方法在高压电池组的充电状态下降期间进行。

尤其是应该通过该方法来保护高压电池组。

尤其是，按照步骤ii.来断开第一连接。借此可以实现：中断在高压电池组与机动车以及尤其是布置在机动车中的耗电器之间的第一连接，使得高压电池组未经由机动车继续被放电。

尤其是，第一极限值在额定充电状态、即高压电池组的额定充电容量的10%与20%之间，优选地为额定充电状态、即高压电池组的额定充电容量的15%。用于在机动车中使用的高压电池组的常见的运行范围尤其包括在额定充电状态的30%与100%之间的充电状态。

尤其是，第二极限值小于额定充电状态的12%，优选地小于额定充电状态的10%。

在步骤ii.之后，高压电池组尤其是只还与控制设备连接。控制设备尤其是比机动车具有低得多的能量需求。尤其是，机动车继续与控制设备连接或可以与控制设备继续进行通信，例如经由CAN来继续进行通信。

如果低于第二极限值，则也断开第二连接，也就是说也将控制设备与高压电池组断开。借此，在步骤b)之后，尤其是不再有耗电器连接到高压电池组上。

尤其是，紧接在步骤b)之前，在控制设备的非易失性存储器中设置状态信号。通过状态信号来将高压电池组的状态寄存在控制设备中，使得该状态可以从控制设备中被读取，例如经由服务插头或机动车外部的服务设备来从控制设备中被读取。借此，即使在高压电池组完全放电和/或损坏之后也可以实现对高压电池组的故障诊断。

该控制装置尤其具有连接端，用于连接机动车外部的服务插头，经由该服务插头能利用第二供电电压来运行控制设备。尤其是，在步骤b)之后，通过经由服务插头所传送的控制指令来建立第一连接。

尤其是，在步骤b)之后，只有经由服务插头才可能建立第一连接，而单独经由控制设备或经由机动车不能建立第一连接。借此保证了：高压电池组不能继续经由机动车或该控制装置的耗电器来被放电。尤其是在那时，高压电池组只能自己进行放电，其中自放电例如每月在额定充电状态的最高2%的范围内变动。

尤其是，经由服务插头来与服务设备进行通信，经由该服务设备可以将用于给高压电池组充电的控制指令传送给控制设备。即，第一连接尤其是只经由机动车外部所产生的控制指令来被建立。

尤其是，在建立第一连接之后，经由机动车外部的充电设备来对高压电池组进行充电。

尤其是，通过服务设备来确定高压电池组的当前的充电状态，该服务设备经由服务插头来与控制设备连接。如果经由服务设备查明了充电状态低于第三极限值，则阻止第一连接的建立。

服务设备例如是特定于制造商的诊断设备（例如ODIS、Diagra等等）或者标准化的诊断设备，例如UDS（Unified Diagnositc Services（统一诊断服务））。UDS是在汽车电子技术的控制设备环境下的诊断通信协议，该诊断通信协议例如在ISO 14229中详细规定。

低于第三极限值尤其是指明：高压电池组至少部分地损坏，也许是不可逆地损坏，使得接着阻止第一连接的建立。尤其是已经寄存在控制设备中的状态信号能够实现对高压电池组的故障的诊断。

尤其是，第三极限值最高为额定充电状态的0.5%，优选地最高为额定充电状态的0%。

尤其是，在步骤b)之后，当高压电池组达到超过第四极限值的充电状态时，才重新建立第二连接。第二连接尤其是由控制设备来重新建立。

第四极限值尤其处于第三极限值与第二极限值之间或者处于第二极限值与第一极限值之间。

该控制装置的控制设备尤其被设计、配置或编程用于执行所描述的方法。

另外，该方法也可以由计算机来实施或利用控制设备的处理器来实施。

因此，也提出了一种数据处理系统，该数据处理系统包括处理器，该处理器被适配/配置为使得该处理器执行该方法或所提出的方法的步骤中的一部分。

可以规定一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括如下指令，这些指令在由计算机/处理器来实施时促使该计算机/处理器来实施该方法或所提出的方法的步骤中的至少一部分。

关于该方法的实施方案尤其是能转用于该控制装置或该计算机实现的方法（即计算机或处理器、数据处理系统、计算机可读存储介质）并且反之亦然。

尤其是，高压电池组也可以独立地（即在没有机动车或未建造在机动车中的情况下）运行，其中高压电池组或所提出的控制装置没有其它电压供应或电压源和/或没有在高压电池组的供电电压与控制设备的供电电压之间的绝缘。

尤其是在专利权利要求书以及再现该专利权利要求书的说明书中使用不定冠词（“一”和“一个”）应被理解为本身而不应被理解为数词。因此，相对应地借此被引入的术语或组件应被理解为使得这些术语或组件至少存在一次并且但是尤其是也可能存在多次。

预先加以考虑地应注意：本文中所使用的数词（“第一”、“第二”、……）首要（只）用于区分多个同类的对象、参量或过程，即尤其是并没有强制性地规定这些对象、参量或过程彼此间的相关性和/或顺序。如果应该需要相关性和/或顺序，则这在本文中明确地被指定或者对于本领域技术人员来说在研究具体描述的设计方案的情况下显而易见地得到。只要有构件可能多次出现（“至少一次”），关于这些构件中的一个构件的描述就可同样适用于这些构件中的全部构件或者多个构件的一部分，但是这并不是强制性的。

附图说明

随后，依据随附的附图来进一步阐述本发明以及技术环境。应指明：本发明不应受所提及的实施例限制。尤其是，只要未明确地另作表示，就也可能提取在附图中阐述的事实的部分方面并且将其与本说明书中的其它组成部分以及知识相结合。尤其是应指明：该附图以及尤其是所呈现的尺寸关系都只是示意性的。

图1示出了具有控制装置的机动车。

具体实施方式

图1示出了具有控制装置1的机动车2。该控制装置包括：高压电池组3，该高压电池组具有第一电连接4，用于为机动车2提供第一供电电压5；以及用于高压电池组3的控制设备6。控制设备6在机动车2的控制装置1中仅仅与高压电池组3经由第二电连接7来连接，用于为控制设备6提供第二供电电压8。第二连接7具有切换元件9，该切换元件能通过控制设备6来被切换，用于建立和断开第二连接7。

控制设备6仅仅与机动车2中的高压电池组3连接，用来提供第二供电电压8。控制设备6经由布置在第二连接7中的电压转换器10来与高压电池组3连接。

一方面，高压电池组3与接地24连接。另一方面，高压电池组3经由第一连接4来与机动车2连接。机动车2的耗电器经由第一连接4来与高压电池组3导电连接。

控制设备6同样与接地24连接。另一方面，控制设备6经由第二连接7来与高压电池组3连接。第二连接7可以经由通过控制设备6所操控的切换元件9来被断开或必要时重新建立。

控制设备6包括系统基础芯片23。尤其是经由系统基础芯片23、在当前情况下经由CAN 29来实现控制装置1与机动车2的通信。

控制设备6包括微控制器26。微控制器26能经由第三连接28利用第三供电电压27来运行。微控制器26经由通信信道来与模拟前端25连接。经由模拟前端25来检测高压电池组3的电池电压以及包电压和包电流。

经由微控制器26，能操控或操纵对第二连接7进行切换的切换元件9。

在高压电池组3运行时，经由控制设备6或微控制器26可以持续地确定高压电池组3的当前的充电状态13。当低于和/或超过充电状态13的第一极限值14、第二极限值15、第三极限值21或第四极限值22时，可以经由控制设备6或微控制器26来进行检测。

控制装置1具有连接端11，用于连接机动车外部的服务插头12，经由该服务插头能利用第二供电电压8来运行控制设备6。在该方法的步骤b)之后，通过经由服务插头12所传送的控制指令18来建立第一连接4。

按照该方法的步骤a)，通过控制设备6来确定高压电池组3的当前的充电状态13。如果在此查明高压电池组3的当前的充电状态13低于第一极限值14，则按照步骤ii.来断开第一连接4，也就是说将机动车2的耗电器与高压电池组3断开。由此，可以至少减缓高压电池组3的继续放电。在该时间点，控制设备6经由第二连接7从高压电池组3继续取得所需的第二供电电压8。按照步骤iii.，重新或继续执行步骤a)，即经由控制设备6来确定高压电池组3的当前的充电状态13。如果在此查明高压电池组3的当前的充电状态13低于第二极限值15，则按照步骤iv.来断开第二连接7，也就是说也将控制设备6与高压电池组3断开。紧接在步骤b)之前、即紧接在断开第二连接7之前，在控制设备6的非易失性存储器16中设置高压电池组3的状态信号17。

由于也断开第二连接7，可以进一步减缓高压电池组3的继续放电。现在，高压电池组3的继续放电仅仅由于高压电池组3的电池组电池的自放电、例如由化学过程引起的自放电而进行。

被设置或寄存在非易失性存储器16中的状态信号17可以在稍后的时间点经由机动车外部的服务插头12来被读取。借此，即使在高压电池组3完全放电的情况下也可以检测高压电池组3的状态。

附图标记列表

1 控制装置

2 机动车

3 高压电池组

4 第一连接

5 第一供电电压

6 控制设备

7 第二连接

8 第二供电电压

9 切换元件

10 电压转换器

11 连接端

12 服务插头

13 充电状态

14 第一极限值

15 第二极限值

16 存储器

17 状态信号

18 控制指令

19 充电设备

20 服务设备

21 第三极限值

22 第四极限值

23 系统基础芯片

24 接地

25 模拟前端

26 微控制器

27 第三供电电压

28 第三线路

29 CAN

Claims

1.一种用于机动车（2）中的高压电池组（3）的控制装置（1），所述控制装置至少包括：高压电池组（3），所述高压电池组具有第一电连接（4），用于为机动车（2）提供第一供电电压（5）；以及用于所述高压电池组（3）的控制设备（6），所述控制设备在所述机动车（2）的控制装置（1）中仅仅与所述高压电池组（3）经由第二电连接（7）来连接，用于为所述控制设备（6）提供第二供电电压（8），其中第二连接（7）具有切换元件（9），所述切换元件能通过所述控制设备（6）来被切换，用于建立和断开所述第二连接（7）。

2.根据专利权利要求1所述的控制装置（1），其中所述控制设备（6）经由布置在所述第二连接（7）中的电压转换器（10）来与所述高压电池组（3）连接，其中通过所述电压转换器（10）所产生的第二供电电压（8）低于所述第一供电电压（5）。

3.根据上述专利权利要求中任一项所述的控制装置（1），其中所述控制装置（1）具有连接端（11），用于连接机动车外部的服务插头（12），经由所述服务插头能利用所述第二供电电压（8）来运行所述控制设备（6）。

4.一种用来运行用于机动车（2）中的高压电池组（3）的控制装置（1）的方法，其中所述控制装置（1）至少包括：高压电池组（3），所述高压电池组具有第一电连接（4），用于为机动车（2）提供第一供电电压（5）；以及用于所述高压电池组（3）的控制设备（6），所述控制设备在所述机动车（2）的控制装置（1）中仅仅与所述高压电池组（3）经由第二电连接（7）来连接，用于为所述控制设备（6）提供第二供电电压（8），其中第二连接（7）具有切换元件（9），所述切换元件能通过所述控制设备（6）来被切换，用于建立和断开所述第二连接（7）；其中所述方法至少包括如下步骤：

a) 通过所述控制设备（6）来确定所述高压电池组（3）的当前的充电状态（13）；并且

在所述当前的充电状态（13）低于极限值（14、15）时：

b) 断开所述第二连接（7）。

5.根据专利权利要求4所述的方法，其中第一连接（4）具有切换元件（9），所述切换元件能通过所述控制设备（6）来被切换，至少用于断开所述第一连接（4）；其中在步骤b)之前执行如下步骤：

i. 执行步骤a)，并且

在所述当前的充电状态（13）低于第一极限值（14）时：

ii. 断开所述第一连接（4），而且

iii. 执行步骤a)，并且

在所述当前的充电状态（13）低于第二极限值（15）时：

iv. 执行步骤b)。

6.根据上述专利权利要求4和5中任一项所述的方法，其中紧接在步骤b)之前，在所述控制设备（6）的非易失性存储器（16）中设置状态信号（17）。

7.根据上述专利权利要求4至6中任一项所述的方法，其中所述控制装置（1）具有连接端（11），用于连接机动车外部的服务插头（12），经由所述服务插头能利用所述第二供电电压（8）来运行所述控制设备（6）；其中在步骤b)之后，通过经由所述服务插头（12）所传送的控制指令（18）来建立所述第一连接（4）。

8.根据专利权利要求7所述的方法，其中在建立所述第一连接（4）之后，经由机动车外部的充电设备（19）来对所述高压电池组（3）进行充电。

9.根据上述专利权利要求7和8中任一项所述的方法，其中通过服务设备（20）来确定所述高压电池组（3）的当前的充电状态（13），所述服务设备经由所述服务插头（12）来与所述控制设备（6）连接，其中如果经由所述服务设备（6）查明了所述充电状态（13）低于第三极限值（21），则阻止所述第一连接（4）的建立。

10.根据上述专利权利要求4至8中任一项所述的方法，其中在步骤b)之后，当所述高压电池组（3）达到超过第四极限值（22）的充电状态（13）时，才重新建立所述第二连接（7）。