CN113002362A - 具有通过监控装置监控的动力电池的车辆和用于监控动力电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有通过监控装置监控的动力电池(1)的车辆，该动力电池尤其是作为锂离子电池，所述车辆具有用于控制动力电池(1)的电池控制器(BMC)，所述动力电池由多个并联和/或串联连接的蓄电池单体(2)构成。电池控制器(BMC)是上级控制单元(Master)，为该上级控制单元连接有至少一个单体控制电路(CMC、单体模块控制器)作为下级电路(Slave)。除了单体控制电路(CMC)之外，还提供至少一个单体监视电路(Zell‑Watchdog)，其被分配给各个单体(2)。单体监视电路(Zell‑Watchdog)与高测量精度的单体控制电路(CMC)相比具有降低的测量精度，并且在降低的能量消耗的情况下检测减少数量的指标测量值。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的具有通过监控装置监控的动力电池的车辆，该动力电池尤其是作为锂离子电池，以及一种根据权利要求9所述的方法。
背景技术
这种动力电池通常由多个并联和/或串联连接的蓄电池单体构成，其中，为了控制而使用电池控制器(BMC)。
为了在主-从设计方案中监控动力电池，电池控制器(BMC)是上级控制单元(Master(主机))，为所述上级控制单元连接有一个或多个单体控制电路(CMC、Cell-Modul-Controller(单体模块控制器))作为下级的电路(Slave(从机))，其中为每个单体分配单体控制电路(CMC)的功能。一个或多个单体控制电路(CMC)以高的精度检测多个测量值、尤其是各个单体的电压和温度，并且将这些测量值转发给电池控制器(BMC)以进行分析。
监控装置还包括有规律地集成在车辆控制装置中的车辆状态探测器，该车辆状态探测器识别车辆的行驶运行或充电运行。在探测到行驶运行或充电运行时，电池控制器和一个或多个单体控制电路(CMC)被激活到唤醒模式中，其中，所检测的测量值被转发到电池控制器(BMC)以便进一步处理，然后尤其基于该该检测的测量值来分析和确定动力电池的荷电状态(SOC、State of Charge)、老化状态(SOH、State of Health)以及必要时还有安全临界状态/危及安全的状态。
相反，如果利用车辆状态探测器未探测到车辆的行驶运行或者充电运行(Fahrzeug-Sleep)，那么车辆、电池控制器(BMC)和单体控制电路(CMC)节能地被去激活和切断，必要时除了仅短暂的局部唤醒模式时间来进行平衡和SOC均衡之外。
目前使用的用于单体监控的单体控制电路(CMC)具有非常高的测量精度和集成的安全功能，以便确保动力电池的安全运行，并且由于复杂性在运行中具有高的电流消耗。由此，单体控制电路(CMC)由于其高的运行电流消耗而不能简单地也在车辆睡眠中在较长时间内以唤醒模式连续地运行，这是因为否则根据电源，动力电池作为高压电池或者车辆车载电网的电池、例如12V电池将被快速地放空。
这导致，仅在车辆唤醒模式中、也就是在行驶运行或充电运行中识别单体事件，即，单体故障，从而例如仅在车辆唤醒模式中识别内部短路，该内部短路可能潜在地导致“热传播”、也就是导致其他电池单体或整个电池组的热失控。一旦车辆和进而电池控制器(BMC)和单体控制电路(CMC)在睡眠模式中被去激活，就无法识别这种单体事件，并且电池控制器(BMC)和/或单体控制电路(CMC)也不会被转换到唤醒模式中。因此，对于这种情况也不能启动和实施应对措施或车辆乘员和救援人员的快速报警或在线数据传输以用于分析事故。
为了在某种程度上减少上述缺少连续监控的问题，已知(文献KR 102019010003A)利用内部定时器(Timer)时间错开/时间平移地将单体控制电路(CMC)暂时从睡眠模式中唤醒，随后被唤醒的单体控制电路(CMC)正常工作并且消耗其运行电流。一旦单体控制电路(CMC)完成其测量，单体控制电路就再次转入睡眠模式。明显地，仅当单体控制电路(CMC)通过其定时器偶然被唤醒，才能识别单体事件，而在睡眠模式中则无法识别单体事件。因此，利用该措施也不能连续地监控动力电池。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有通过监控装置监控的动力电池的车辆，其中监控装置在能量消耗低的情况下能够实现连续不间断地监控动力电池。此外，提供一种用于监控安装在车辆中的动力电池的方法，利用该方法能够实现节能的、连续且不间断的监控。
该目的通过权利要求1或权利要求6的特征来实现。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中公开。
根据权利要求1，还设置有除了一个或多个单体控制电路(CMC)之外的和/或集成在单体控制电路(CMC)中的且被同样分配给各个单体的单体监视电路(Zell-Watchdog(单体监视器))，这些单体监视电路与配备有较高功能的并且准确地检测多个测量值的单体控制电路(CMC)相比，仅仅在能量消耗相对较低的情况下检测少量的指标测量值。
在此，在无行驶运行或者无充电运行的车辆状态下，以及必要时也在行驶运行中和在充电运行中为了连续检测指标测量值，持续地激活和接通单体监视电路(Zell-Watchdog)。
检测到的指标测量值被传输到一个或多个阈值电路，该一个或多个阈值电路可选地被集成在单体监视电路中。在超过或低于预定的阈值时生成唤醒信号，该唤醒信号直接地或借助于电池控制器(BMC)将电池控制器(BMC)和单体控制电路(CMC)从睡眠模式切换到唤醒模式。
在这样激活到唤醒模式中之后，由电池控制器(BMC)分析由单体控制电路(CMC)当前所检测的并且被通知给电池控制器(BMC)的测量值，并且针对单体故障、尤其是安全临界的单体状态来进行检查，随后必要时启动用于控制单体故障的措施。
通过使用能够以非常小的能量运行的单体监视电路(Zell-Watchdog)，有利地也可以在车辆睡眠模式(Fahrzeug-Sleep)中在总体上小的并且可容忍的能量消耗的情况下实施动力电池、尤其是作为锂离子电池的连续的并且不间断的监控。
因此，本发明的核心在于，在车辆睡眠中通过少量、简单和节能的测量，与相反在车辆唤醒模式中的多个、精确且高能耗的测量和监控的持续退耦。
在基于测量值识别到运行故障时，尤其在安全临界的单体状态下，作为用于控制该运行故障的措施，电池控制器能够将车辆从睡眠模式唤醒到唤醒模式并且启动安全措施和/或警告措施，尤其是激活和/或触发和转发警告信号，和/或产生声学和/或光学和/或触觉的乘员警告。
为了安全和充分的监控而提出，作为指标测量值，由单体监视电路(单体监视器)分别检测单体电压，并且借助于阈值电路监控最小单体电压、尤其并且例如是1伏特，以及监控最大单体电压、尤其并且例如是4.3伏特。作为另外的指标测量值，由单体监视电路(Zell-Watchdog)分别借助于阈值电路监控单体温度是否超过最大单体温度，该最大单体温度尤其并且例如是75℃。
在一种已知的实施方式中，作为单体控制电路(CMC)或者在单体控制电路上集成的电路，使用所谓的ASIC(application specific integrated circuits、专用集成电路)作为单体ASIC。根据本发明，作为除了单体ASIC之外的或必要时集成在单体ASIC中的其他功能块，设置单体监视电路的监视ASIC。
根据实际情况，可以从单体或通过车辆车载电网、尤其是通过12V车载电网为连续激活的单体监视电路提供能量。
此外，在权利要求6和以下从属权利要求中要求保护一种使用在前述权利要求中阐述的元件和功能的方法。
附图说明
借助于附图进一步阐述本发明。
在此示出：
图1示出了在动力电池上的电池控制器(BMC)和两个单体控制电路(CMC)的强烈示意性的主-从装置，以及
图2示出了具有集成的单体监视电路(Zell-Watchdog)的单体控制电路(CMC)的示意图。
具体实施方式
在图1中强烈示意性地示出了作为锂离子电池的、安装在车辆中的动力电池1，该动力电池具有多个相互连接的蓄电池单体2，在此示例性地示出了其中的14个单体。
为了控制和监控动力电池1，在主-从设计方案中使用电池控制器(BMC)作为上级控制单元(Master)，在此示例性地，为该上级控制单元连接有两个单体控制电路(CMC)作为下级电路(Slave)。在此，示例性地在单体控制电路(CMC)上分别连接七个蓄电池单体2，其中每个单体被分配了单体控制电路(CMC)的功能，并且这两个单体控制电路(CMC)以高的精度检测多个测量值、尤其是各个蓄电池单体2的电压和温度，并且将这些测量值转发给电池控制器(BMC)以便进行分析。
在图2中，示意性地示出了具有集成的单体监视电路——作为Zell-Watchdog——的单体控制电路(CMC)之一的结构。在此也可以看出，七个蓄电池单体2与在单体控制电路中的单体ASIC连接，其中，单体ASIC在车辆唤醒模式中同样被切换到唤醒模式中并且对七个所连接的蓄电池单体2执行许多精确的测量和监控。
此外，在单体控制电路(CMC)中作为其他功能块集成了单体监视电路作为单体监视器，该单体监视电路同样被连接到七个蓄电池单体2上，并且与单体ASIC不同，单体监视电路也或者仅仅在车辆睡眠模式(Vehicle-Sleep)中被激活，并且与单体ASIC相比，单体监视电路对于指标测量值仅执行少量的简单测量。在检测到关键的指标测量值时，利用单体监视器的输出端(象征性地通过箭头3表示)产生唤醒信号(Wake-Up-Trigger(唤醒触发))，于是利用该唤醒信号必要时唤醒并且激活单体控制电路(CMC)的全部功能和电池控制器(BMC)。根据通过电池控制器(BMC)进行的精确分析的结果，在需要时能够受控地启动合适的措施。
附图标记列表：
1 动力电池
2 蓄电池单体
3 箭头
BMC 电池控制器
CMC 单体控制电路
Zell-Watchdog 单体监视电路。
Claims (9)
1.一种具有通过监控装置监控的动力电池(1)的车辆，该动力电池尤其是作为锂离子电池，所述车辆具有用于控制动力电池(1)的电池控制器(BMC)，所述动力电池由多个并联和/或串联连接的蓄电池单体(2)构成，其中，
电池控制器(BMC)是上级控制单元(Master)，为所述上级控制单元连接有至少一个单体控制电路(CMC、单体模块控制器)作为下级电路(Slave)，其中优选地为每个单体(2)分配单体控制电路(CMC)，并且其中单体控制电路(CMC)以高的测量精度检测单体(2)的指标测量值、尤其是电压测量值和温度测量值，并且将这些指标测量值转发给电池控制器(BMC)以便进行分析，
所述车辆具有车辆状态探测器，所述车辆状态探测器在存在行驶运行状态或充电运行状态的情况下将电池控制器(BMC)和单体控制电路(CMC)激活到唤醒模式，在不存在行驶运行状态或充电运行状态的情况下将电池控制器(BMC)和单体控制电路(CMC)节能地去激活到睡眠模式，
其特征在于，
除了单体控制电路(CMC)之外，还提供被分配给各个单体(2)的至少一个单体监视电路(Zell-Watchdog)，单体监视电路(Zell-Watchdog)与高测量精度的单体控制电路(CMC)相比具有降低的测量精度，在能量消耗降低的情况下检测数量减少的指标测量值。
2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，在不存在行驶运行状态或充电运行状态时，以及必要时在存在行驶运行状态或充电运行状态时，单体监视电路(Zell-Watchdog)为了连续检测指标测量值而持续地被激活。
3.根据权利要求1或2所述的车辆，其特征在于，指标测量值被输送给必要时被集成在单体监视电路中的至少一个阈值电路，和/或在超过或低于预定的阈值时生成唤醒信号(3)，所述唤醒信号直接地或借助于电池控制器(BMC)将电池控制器(BMC)和单体控制电路(CMC)从睡眠模式切换到唤醒模式。
4.根据前述权利要求中任一项所述的车辆，其特征在于，在激活到唤醒模式之后，随后由电池控制器(BMC)分析由单体控制电路(CMC)通知给电池控制器(BMC)的指标测量值，并且能检查单体故障、尤其是安全临界的单体状态，并且尤其是能启动应对措施。
5.根据前述权利要求中任一项所述的车辆，其特征在于，电池控制器(BMC)在基于指标测量值识别到运行故障时，尤其在安全临界的单体状态下，作为应对措施将车辆从睡眠模式唤醒到唤醒模式中，启动安全措施和/或警告措施，尤其必要时激活冷却设备和/或产生和转发警告信号，和/或产生声学的和/或光学的和/或触觉的乘员警告。
6.根据前述权利要求中任一项所述的车辆，其特征在于，作为指标测量值，由单体监视电路(Zell-Watchdog)分别检测单体电压，借助于阈值电路监控最小单体电压、尤其是1伏特并且监控最大单体电压、尤其是4.3伏特，和/或作为另外的指标测量值，由单体监视电路(Zell-Watchdog)分别借助于阈值电路监控单体温度是否超过最大单体温度、尤其是75℃的最大单体温度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的车辆，其特征在于，单体控制电路(CMC)被实现为单体ASIC(专用集成电路)，作为另外的功能块，除了单体ASIC之外还设置监视ASIC作为单体监视电路。
8.根据前述权利要求中任一项所述的车辆，其特征在于，由单体或通过车辆车载电网、尤其是通过12V的车载电网给连续激活的单体监视电路供电。
9.一种用于监控安装在根据前述权利要求中任一项所述的车辆中的动力电池(1)的方法，所述动力电池尤其是锂离子电池。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |