CN112858923A - 用于确定车辆的车辆电池的充电状态的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定车辆的车辆电池(150)的充电状态的方法，其中，用于所述车辆的内燃机的起动装置(100)的起动机继电器，用来使得起动机小齿轮与所述内燃机的齿圈啮合，该起动机继电器具有可相互独立地控制的第一绕组(121)和第二绕组(122)；其中，在预定的控制状态下控制第一绕组(121)，并且确定出在这些控制状态的过程中产生的电压值；其中，根据确定出的这些电压值，确定所述车辆电池(150)的充电状态。

Description

用于确定车辆的车辆电池的充电状态的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定车辆的车辆电池的充电状态的方法。
背景技术
汽车中的电池可以用于给车载电网中的电负载供电以及用于借助相应的起动装置使得车辆的内燃机起动。在此可以重要的是，能识别出电池的当前的充电状态。
在所谓的起动-停止-运行的过程中，可以在车辆的持续工作期间，例如在红信号灯处或者滑行运行过程中，将内燃机去激活，而在需要时又予以起动。为了在这种情况下能实现内燃机的有效的再起动，在此可以特别重要的是，能识别出车辆电池的当前的充电状态。
发明内容
在这种背景下，根据本发明，提出具有独立权利要求的特征的用于确定车辆的车辆电池的充电状态的方法以及用来实施该方法的计算单元和计算机程序。有利的设计是从属权利要求以及后续说明的主题。
用于车辆内燃机的起动装置的起动机继电器，被设置用来使得起动机小齿轮与内燃机的齿圈啮合。该起动机继电器具有第一绕组和第二绕组，这些绕组可相互独立地控制或者可相互独立地通电。按照本方法，在预定的控制状态下控制第一绕组，或者对其通电，并且确定出在这些控制状态的过程中产生的电压值。根据确定出的这些电压值，确定车辆电池的充电状态。有益地，为了确定充电状态，因而仅仅对第一绕组通电，第二绕组在此保持不激活并且不通电。这具有如下优点：起动机继电器在此不被触动，因而该方法在任何时候都可实施。
电磁的或机电的起动机继电器尤其也被设置用来使得电的起动机电机与车辆电池之间的电路闭合。然而，为了使得电机电路闭合，也可以存在单独的开关继电器。通过对第一和第二绕组通电，尤其可以使得往复衔铁移动，该往复衔铁通过接合杆与起动机小齿轮耦联。如果起动机继电器兼具吸合功能和开关功能，则尤其也可以将接触板顶压到两个对应触点上，以便由此使得起动机电机的电路闭合。第一和第二绕组可以有益地设置成吸合绕组或保持绕组，其中，特别是为了触动起动机继电器(即吸入衔铁)，既对吸合绕组通电，又对保持绕组通电，但为了使得衔铁保持在触动的状态下，仅仅控制保持绕组就足够了。
尤其可以附加地设置电子的预控制继电器，用于控制起动机继电器，进而控制第一和第二绕组。例如，该预控制继电器可以包括计算单元比如微控制器和可受其控制的开关部件特别是半导体开关。此外，预控制继电器可以有益地与车辆的控制器处于传输数据的连接中。有益地，设置了用于控制第一绕组或对其通电的第一开关部件，并且设置了用于控制第二绕组的第二开关部件。通过这些开关部件，尤其可以实现独立地控制这些绕组和对其通电。
由于两个绕组可相互独立地控制，产生了如下可行性：也独立于内燃机的起动过程，仅对两个绕组之一短暂地通电，而没有损坏相应的开关部件的危险。在仅对一个绕组如此短暂地通电情况下，尤其已经可以引起可分析的电压骤降。本方法提出如下方案：以便在预定的控制状态过程中独立于第二绕组控制第一绕组，从而可以由所产生的电压值精确地推断出车辆电池的当前的充电状态。
对第一绕组的通电尤其可以独立于内燃机的起动过程进行，从而按照该方法有益地即使在正常工作期间，或者即使在车辆或内燃机的静止状态期间，也可以实现确定充电状态。
替代地，为了确定车辆电池的充电状态，可以在相应的内燃机的起动过程期间检测电池上的电压曲线，并与其它测量参数一起例如由电池-管理-系统予以分析。附加地，为此可以检测车辆电池的温度，例如铅-酸-蓄电池的电池-酸温度。但在这里，对电池状态的这种确定只能在相应的起动机的接通过程中进行，从而大多只能考虑到最近发生的起动过程来确定充电状态。在此无法独立于起动过程来确定充电状态。
通过本发明，现在提供了如下可行方案：独立于起动过程，在任何时间点都可以确定车辆电池的充电状态，有益地即使在车辆的持续工作期间也可以。特别地，在该方法的过程中确定电压值，这些电压值为了调控或控制起动装置本来就被检测，从而有益地无需额外的测量代价。此外尤其无需温度测量，特别是无需测量电池温度，从而可以省去相应的温度传感器。
对充电状态的确定尤其可以由预控制继电器来进行，特别是由该预控制继电器的微控制器进行。因此特别是也可以省去用于确定充电状态的电池-管理-系统。在这种情况下，预控制继电器例如可以执行其它与车辆电池相关的功能，比如实施电池模型或估计电池-酸温度。
第一绕组特别是由一种合金构成，该合金具有电阻的小的温度系数。绕组的电阻因此有益地几乎独立于电池温度。因而可以实现在对绕组通电期间精确地测量电压，以及还可以实现精确地计算车载电网的内电阻。
本发明可以有益地实现，可以在车辆的持续工作期间，在内燃机去激活的情况下，比如在起动-停止-运行的过程中，精确地确定出车辆电池的充电状态。对于采用这种起动-停止-运行的车辆，可以特别重要的是，尽量精确地确定车辆电池的状态，比如以便可以实现针对内燃机的即将发生的再次起动，精确地诊断出电压曲线。此外，在起动-停止-运行过程中频繁地去激活内燃机的情况下，车载电网会受到充电状态的明显波动。即使在内燃机的长期去激活情况下，车载电网状态也会出现波动，从而确定电池充电状态即便在内燃机去激活情况下也是有利的。本方法因此尤其适宜于采用起动-停止-运行的车辆。
优选地，第一绕组在第一控制状态的过程中不予通电。在第二和第三控制状态的过程中，优选分别以不同的方式对第一绕组通电。在第一控制状态的过程中，可以有益地确定空载电压。在第二和第三控制状态的过程中，尤其可以利用两个不同的负载点对车载电网加载，由此相比于通过测量空载电压和一个单独的负载点，可以更为精确地获知电池充电状态。这例如考虑到获知铅-酸-蓄电池的对于充电状态关键的所谓的“外推的静止电压”。在电流负载没有或者很小的情况下，这种车辆电池具有较高的空载电压。
根据一种特别有利的实施方式，第一绕组在第一控制状态的过程中不予通电，并且确定第一电压值。尤其是确定车载电网电压(电池电压)的当前值，作为所述第一电压值。有益地，第一电压值可以在端子30(电源+)和端子31(电源-，地)之间例如借助预控制继电器的模拟-数字-变换器予以确定。该空载电压或第一电压值在下面也称为U30.0。
然后，在第二控制状态的过程中有利地以第一电流水平对第一绕组通电，并且确定第二电压值。有益地，在流经第一绕组的电流振荡之后，确定第二电压值。特别地，有益地在端子30与31之间确定车载电网电压的当前值作为第二电压值。第二电压值在下面也称为U30.A。
随后，在第三控制状态的过程中有利地以第二电流水平对第一绕组通电，并且确定第三电压值和第四电压值。也有益地在流经第一绕组的电流振荡之后确定第三和第四电压值。同样有益地特别是在端子30与31之间确定车载电网电压的当前值作为第三电压值。有益地在第一绕组的正接头与端子31之间，例如在端子50与31之间，特别是确定在第一绕组上施加的电压或电压降，作为第四电压值。第三电压值在下面也称为U30.B，第四电压值称为UEW。在成功地确定第三和第四电压值之后，可以结束对第一绕组的通电。根据第一电压值U30.0、第二电压值U30.A、第三电压值U30.B和第四电压值UEW，有利地确定车辆电池的充电状态。
特别有利地，根据第二电压值U30.A、第三电压值U30.B和第四电压值UEW，特别是确定车载电网(车辆电池以及在车辆电池与起动装置之间的引线)的内电阻的电阻值。根据第一电压值U30.0和该电阻值，有利地确定车辆电池的充电状态。该电阻值在下面特别是称为Rges。
根据第二电压值U30.A、第三电压值U30.B、第四电压值UEW，以及还根据第一绕组的内电阻REW，确定电阻值Rges。
特别地，该电阻值可以由预控制继电器的微控制器来确定。此外，可以由微控制器来进行可信性检查，并且可以把空载电压U30.0和电阻值Rges的结果通过通信接口例如CAN传输至车辆的控制器。
优选地，在第一绕组上通过电池电压的不同的占空比来产生不同的电流水平。例如同样可行的是，通过不同地控制在预控制继电器中的开关部件来提供不同的电流水平。优选地，第一绕组在第二控制状态的过程中高频地节拍式地被通电，而在第三控制状态的过程中无节拍。对于第二控制状态例如可以选取50:50的占空比，而对于第三控制状态选取100％的占空比。在第二控制状态期间，车载电网电压在此有益地从空载电压U30.0骤降到较小的第二电压值U30.A。在第三控制状态期间，车载电网电压有益地从第二电压值U30.A进一步地骤降到较小的第三电压值U30.B。
优选地，第一绕组在第二控制状态和第三控制状态的过程中被适当地通电，从而在第二控制状态的过程中产生流经第一绕组的电流，其电流强度比在第三控制状态的过程中小。例如，流经第一绕组的电流或电流强度在第二控制状态的过程中可以为在第三控制状态的过程中的大致一半大。
优选地，车辆电池的充电状态还可以根据预定的矫正值来确定，该矫正值代表了引线电阻。该引线电阻尤其是指在车辆电池与起动装置之间的引线的电阻值。特别地，为此以与引线电阻有关的矫正值来矫正一定的电阻值Rges。车辆电池与起动装置之间的特别是正极的和负极的起动机引线的引线电阻，隐含地一同涵盖在本方法的范围内。为了能够实现更精确地且特别是特定于车辆地确定充电状态，可以把引线电阻确定为矫正值，并且从一定的总电阻Rges中减去。为了补偿引线电阻的温度，预控制继电器还可以有益地从车载电网获得环境温度，并且例如借助于进气-温度的CAN-参数予以考虑。例如，可以在车辆投入工作的过程中和/或在常规的维护期间，在规定的车载电网条件下确定矫正值。有益地，矫正值可以特别是在微控制器内部存储在预控制继电器的非易失性存储器中。
优选地，首先进行可靠性检查，且在进行的可靠性检查为正面的情况下，优选在预定的控制状态下控制第一绕组，并且根据一定的电压值来确定车辆电池的充电状态。例如，预控制继电器可以通过双向的通信接口例如CAN，比如由车辆的控制器得到车辆侧的用于确定充电状态的要求。在识别出该要求之后，有益地进行可信性检查以及可靠性检查，用于在车辆当前状态下的状态确定。例如，把在起动机电机的起动过程期间、渐停期间或者在故障状态期间关于过热的要求评估为不可靠。
有利地，第一绕组是吸合绕组，第二绕组是保持绕组。吸合绕组通过预控制继电器有益地与电池的正的供电接头连接，并且还特别是与起动机电机连接，尤其与起动机电机的励磁绕组连接。因而有益地，为了确定电池状态，按照本方法仅对吸合绕组通电，而保持绕组尤其保持不通电。
根据一种特别有利的实施方式，设置了用于控制第一绕组的第一开关部件和用于控制第二绕组的第二开关部件。通过这些开关部件，尤其可以实现对第一和第二绕组的独立控制和通电。第一和第二开关部件尤其布置在预控制继电器中，用于控制起动机继电器。这些开关部件尤其可以通过预控制继电器的微控制器来关闭或打开，由此可以有益地控制第一和第二绕组。
有利地，第一开关部件和第二开关部件分别设计成末级，优选分别设计成半导体-末级或半导体开关。优选地，这些开关部件分别设计成MOSFET。末级设计尤其允许所接负载的短暂的接通时长，这有益地既能实现节拍式地控制绕组(用于电流限制)，又能实现对绕组的特别是持续几个毫秒的通电，而不损坏开关部件。
根据本发明的计算单元，例如汽车的控制器，尤其采用编程技术被设计用于实施根据本发明的方法。
尤其是如果执行的控制器还用于其它任务并且因而本来就存在，则以计算机程序或计算机程序产品—其带有用于执行全部方法步骤的程序代码—的形式来实施根据本发明的方法也是有利的，因为这引起特别小的成本。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其为磁性的、光学的和电的存储器，比如硬盘、闪存、EEPROM、DVD等等。也可以通过计算机网络(因特网、内联网等)下载程序。
本发明的其它优点和设计可由说明书和附图得到。
附图说明
本发明借助实施例在附图中示意性地示出，并将在下面参照附图予以介绍。
图1示意性地示出用于车辆内燃机的起动装置，该起动装置被设计用于实施根据本发明的方法的一种优选的实施方式；
图2以线路图示出用于车辆内燃机的起动装置的一部分，该起动装置被设计用于实施根据本发明的方法的一种优选的实施方式；
图3以方框图示意性地示出根据本发明的方法的一种优选的实施方式；
图4示意性地示出电压-时间-曲线图，其可以在根据本发明的方法的一种优选的实施方式的过程中予以检测。
具体实施方式
在这些附图中，相同的标号表示相同的或相同结构的部件。
图1中示意性地示出用于车辆的内燃机101的起动装置100。
起动装置100具有起动机小齿轮102，该起动机小齿轮为了起动内燃机101而与内燃机的齿圈103啮合。起动机小齿轮102可轴向移动地安置在轴104上，如用双箭头示出，其中，起动机小齿轮102抗扭地与轴104耦联。起动机小齿轮102通过起动机继电器120在缩进的非工作位置与伸出的和内燃机101的齿圈103啮合的位置之间移调，该起动机继电器电磁地设计并且包括两个绕组121、122以及往复衔铁105，该往复衔铁在绕组121、122通电时被轴向地吸入到这些绕组中。往复衔铁105触动接合杆106，该接合杆对接合弹簧107加载，该接合弹簧靠置在滚子飞轮的随动件108上。起动机小齿轮102在从动侧与随动件108耦联，从而随动件108的轴向推进运动转变为起动机小齿轮102的在非工作位置与啮合位置之间的所希望的轴向移调运动。
传递到轴104或起动机小齿轮102上的旋转的驱动运动借助于电的起动机电机110产生，该起动机电机通过传动机构109例如行星齿轮与轴104耦联。在触动电的起动机电机110时，轴104转动，进而起动机小齿轮102也转动。
对起动机电机110的接通通过接通机构123来进行，该接通机构集成到起动机继电器120中。电路在接通机构123中借助于开关件而闭合，该开关件设计成开关衔铁并且在绕组121、122通电时移调。在电路闭合时，起动机电机110运动，并且驱动轴104以及起动机小齿轮102转动。可以设置电子的预控制继电器130或点火开关(未示出)，用于控制起动机继电器120以及起动机电机110。
图2以线路图示出起动装置100的一部分。如图2中所示，预控制继电器130包括用于控制第一绕组121的第一开关部件131和用于控制第二绕组122的第二开关部件132。
开关部件131、132分别设计成半导体末级，例如分别设计成MOSFET。此外，预控制继电器130包括计算单元133，该计算单元例如设计成微控制器，并且通过通信系统135例如CAN与车辆的控制器140处于传输数据的连接中。
第一开关部件131可以通过接头161例如端子50k与第一绕组121连接。第二开关部件132可以通过接头162例如端子50i与第二绕组122连接。
第一绕组121尤其设计成吸合绕组，并且与起动机电机110连接。第二绕组122尤其设计成保持绕组，并且还通过接头164例如端子31与地连接。
通过接头163例如端子30，接通机构123与车辆电池150连接。用标号151表示电池150的内电阻，用标号152表示车辆电池150与起动装置100之间引线的引线电阻。
按照本方法，可以借助于起动装置100来确定车辆电池150的充电状态。为此，微控制器133特别是采用编程技术被设计用于实施根据本发明的方法的一种优选的实施方式，该实施方式在图3中示意性地作为方框图被示出并将在下面予以介绍。
在步骤301中，微控制器133通过通信系统135由控制器140接收用于确定充电状态的要求。
在步骤302中，微控制器133进行可靠性检查，检查在车辆的当前状态下对充电状态的确定是否可靠。如果比如在起动机电机110的起动过程或渐停期间把该询问评估为不可靠，则在步骤303中等待规定的时间间隔，随后重新检查所述要求现在是否可靠。
在进行的可靠性检查为正面的情况下，确定车辆电池150的充电状态。为此，在步骤304中在第一控制状态下借助于第一开关部件131控制第一绕组121，在此尤其不予通电。此时还确定出在端子30(接头163)与端子31(例如在壳体上或者接头164)之间的空载电压或车载电网电压，作为第一电压值U30.0。
然后在步骤305中，借助第一开关部件131在第二控制状态下高频节拍地以例如50:50的第一占空比对第一绕组121通电，从而产生流经第一绕组121的大约100A的电流。
在步骤306中，等待流经第一绕组121的电流振荡。
然后在步骤307中重新确定出在端子30(接头163)与端子31(接头164)之间的车载电网电压，作为第二电压值U30.A。
在24V车载电网的总内电阻例如处于5mΩ和8mΩ之间的范围内时，对于满额充电的热的车辆电池，流经第一绕组的100A的电流负荷例如导致介于0.5V和0.8V之间的电压骤降，该电压骤降可有益地例如借助预控制继电器的模拟-数字-变换器以足够的精度检测。
随后，在步骤308中借助于第一开关部件131在第三控制状态下无节拍地以例如100％的第二占空比对第一绕组121通电。特别地，在这种情况下产生流经第一绕组121的大约200A的电流。
在步骤309中再次等待，直至流经第一绕组121的电流振荡。
然后在步骤310中确定第三电压值U30.B和第四电压值UEW。作为第三电压值U30.B，再次确定端子30(接头163)与端子31(接头164)之间的车载电网电压。作为第四电压值UEW，例如在端子31(接头164)与50k(接头161)之间确定出当前施加在第一绕组121上的电压。
在步骤311中，对第一绕组121的通电结束，且在步骤312中分析一定的电压值。在此过程中，根据第二电压值U30.A、第三电压值U30.B和第四电压值UEW确定出车载电网的内电阻，作为电阻值Rges。
特别地，为了确定电阻值Rges，如下关系式是适宜的：
ΔU＝U30.A-U30.B＝Rges·IEW。
对于流经第一绕组的电流IEW，如下关系式是适宜的：
Figure BDA0002772629230000081
由此得到：
Figure BDA0002772629230000082
REW是第一绕组121的内电阻，该内电阻可以非常近似地视为恒定，例如为100mΩ。特别地，该内电阻REW通过构造和材料特性数据已知。
此外，用矫正值对电阻值Rges予以矫正，该矫正值等于车辆电池150与起动装置100之间引线的引线电阻152。该矫正值例如可以在车辆投入工作的过程中确定，并且存储在微控制器133的非易失性存储器中。特别地，用矫正值矫正的电阻值Rges等于车辆电池150的内电阻151。
在步骤313中，现在把矫正了的电阻值Rges以及第一电压值U30.0由微控制器133通过通信系统135回报给控制器140，作为车辆电池150的当前的充电状态。在步骤314中，微控制器133使得充电状态确定的功能结束。
图4示意性地示出电压-时间-曲线图，其可以在根据本发明的方法的一种优选的实施方式的过程中予以检测。例如在图4中示出端子30(接头163)与31(接头164)之间的车载电网电压U关于时间t的时间曲线。
在时间点t1，根据第一控制状态，不对第一绕组121通电，并且按照步骤304确定第一电压值U30.0。
从时间点t2起，按照步骤305在第二控制状态的过程中控制绕组121，然后，车载电网电压从第一电压值U30.0下降到第二电压值U30.A。在时间点t3，按照步骤307确定第二电压值U30.A。
在时间点t4，按照步骤308在第三控制状态的过程中开始对绕组121通电，然后，车载电网电压从第二电压值下降到第三电压值U30.B。按照步骤310在时间点t5确定第三电压值U30.B。在时间点t6，对绕组121的通电结束。

Claims (15)

1.一种用于确定车辆的车辆电池(150)的充电状态的方法，
其中，用于所述车辆的内燃机(101)的起动装置(100)的起动机继电器(120)，用来使得起动机小齿轮(102)与所述内燃机(101)的齿圈(103)啮合，该起动机继电器具有可相互独立地控制的第一绕组(121)和第二绕组(122)；
其中，在预定的控制状态下控制(304、305、308)第一绕组(121)，并且确定出(304、307、310)在这些控制状态的过程中产生的电压值；
其中，根据确定出的这些电压值，确定(312)所述车辆电池(150)的充电状态。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一绕组(121)在第一控制状态的过程中不予通电(304)，其中，在第二和第三控制状态的过程中，分别以不同的方式对所述第一绕组(121)通电(305、308)。
3.如权利要求2所述的方法，
其中，所述第一绕组(121)在所述第一控制状态的过程中不予通电，并且确定(304)第一电压值(U30.0)；
其中，在所述第二控制状态的过程中以第一电流水平对所述第一绕组(121)通电(305)，并且确定第二电压值(U30.A)；
其中，在所述第三控制状态的过程中以第二电流水平对所述第一绕组(121)通电(308)，其中，确定(310)第三电压值(U30.B)和第四电压值；
其中，根据所述第一电压值(U30.0)、所述第二电压值(U30.A)、所述第三电压值(U30.B)和所述第四电压值，确定(312)所述车辆电池(150)的充电状态。
4.如权利要求3所述的方法，其中，根据所述第二电压值(U30.A)、所述第三电压值(U30.B)和所述第四电压值，确定电阻值，其中，根据所述第一电压值(U30.0)和所述电阻值，确定(312)所述车辆电池(150)的充电状态。
5.如权利要求2～4中任一项所述的方法，其中，在所述绕组上通过电池电压的不同的占空比来产生不同的电流水平。
6.如权利要求5所述的方法，其中，在所述第二控制状态的过程中高频地节拍式地对所述第一绕组(121)通电(305)，而在所述第三控制状态的过程中无节拍地通电(308)。
7.如权利要求2～6中任一项所述的方法，其中，在所述第二控制状态和所述第三控制状态的过程中对所述第一绕组(121)通电，从而在所述第二控制状态的过程中产生流经所述第一绕组(121)的电流，该电流的电流强度比在所述第三控制状态的过程中小(305、308)。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，还根据预定的矫正值来确定(312)所述车辆电池(150)的充电状态，该矫正值代表了引线电阻(152)。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，首先进行可靠性检查(302)，其中，在进行的可靠性检查为正面的情况下，在预定的控制状态下控制(304、305、308)所述第一绕组(121)，并且根据一定的电压值来确定(312)所述车辆电池(150)的充电状态。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一绕组(121)是吸合绕组，所述第二绕组(122)是保持绕组。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，设置了用于控制所述第一绕组(121)的第一开关部件(131)，其中，设置了用于控制所述第二绕组(122)的第二开关部件(132)。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述第一开关部件(131)和所述第二开关部件(132)分别设计成末级，特别是分别设计成半导体开关，尤其分别设计成MOSFET。
13.一种计算单元(133)，其被设计用于实施根据权利要求1～12中任一项所述的方法的全部的方法步骤。
14.一种计算机程序，当其在计算单元(133)上执行时其引起计算单元(133)实施根据权利要求1～12中任一项所述的方法的全部的方法步骤。
15.一种机器可读的存储介质，带有存储于其上的根据权利要求14的计算机程序。
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