CN115280577A - 用于监控接触器的老化状态的方法和设备 - Google Patents

用于监控接触器的老化状态的方法和设备 Download PDF

Info

Publication number
CN115280577A
CN115280577A CN202180020315.0A CN202180020315A CN115280577A CN 115280577 A CN115280577 A CN 115280577A CN 202180020315 A CN202180020315 A CN 202180020315A CN 115280577 A CN115280577 A CN 115280577A
Authority
CN
China
Prior art keywords
contactor
voltage
interface
battery
udif
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180020315.0A
Other languages
English (en)
Inventor
P·阿斯曼
M·蔡尔贝克
A·海泽
M·哈特迈尔
P·施图茨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Webasto SE
Original Assignee
Webasto SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Webasto SE filed Critical Webasto SE
Publication of CN115280577A publication Critical patent/CN115280577A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/3277—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of low voltage devices, e.g. domestic or industrial devices, such as motor protections, relays, rotation switches
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00—Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge
    • G01R17/10—AC or DC measuring bridges
    • G01R17/12—AC or DC measuring bridges using comparison of currents, e.g. bridges with differential current output
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0038—Circuits for comparing several input signals and for indicating the result of this comparison, e.g. equal, different, greater, smaller (comparing pulses or pulse trains according to amplitude)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/16571—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 comparing AC or DC current with one threshold, e.g. load current, over-current, surge current or fault current
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/04—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned
    • H02H3/044—Checking correct functioning of protective arrangements, e.g. by simulating a fault
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于监控电池组(3)中的至少一个接触器(1，2)的老化状态的方法，其中，所述电池组(3)具有用于电化学地存储电能的至少一个电池单元(4)，以及用于提供接口(7)处的电能的第一接口线路(5)和第二接口线路(6)，其中，在所述第一接口线路(5)中在所述接口(7)与所述至少一个电池单元(4)之间布置有至少一个可切换的第一接触器(1)，并且在所述第二接口线路(6)中在所述接口(7)与所述至少一个电池单元(4)之间布置有至少一个可切换的第二接触器(2)，所述方法具有以下步骤：测量断开的所述第一接触器(1)上的第一差电压(Udif,1)，和/或测量断开的所述第二接触器(2)上的第二差电压(Udif,2)；基于所测量的第一差电压(Udif,1)监控所述第一接触器(1)的老化状态，和/或基于所测量的第二差电压(Udif,2)确定所述第二接触器(2)的老化状态。

Description

用于监控接触器的老化状态的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于监控电池组中的至少一个接触器(Schütz)的老化状态的方法。本发明还涉及一种在电池组使用的电池控制装置以及一种电池组。
背景技术
在由电动马达驱动的车辆中，使用电池系统为驱动器提供能量。这些电池系统通常由多个电池组构成，而电池组就其而言由多个电池模块构成，每个电池模块分别又容纳多个电池单元。
为了给电池组提供运行安全，它们应该固有安全地构造，因此能够借助安装的接触器能够无电压地接通到外部。因此，安装在电池组中的接触器具有重要的安全功能，因此必须监控其功能有效性。
由DE 10 2012 215 190 A1公开一种用于根据磨损诊断接触器老化的方法。绝缘电阻，即断开的接触器的电阻，会随着接触器的使用寿命而降低。测量接触器的绝缘电阻与电压和电流的相关性可以得出关于其老化的结论。一旦绝缘电阻下降低于极限值，则根据DE 10 2012 215 190 A1的公开就采取措施。
DE 10 2012 209 138 A1公开一种用于保险装置的老化确定的方法。该方法测量并记录流过保险装置的电流，以连续求取保险装置的老化状态。
DE 10 2014 200 265 A1公开一种具有高压电池和其功能状态被监控的保护电路的电池系统。具体地，为此给接触器分配一连接在其上游的保护电路。保护电路具有两个并联连接的电路支路，在所述电路支路中分别布置有一个保险装置和一个电流传感器。通过保护电路对相应的电流值的分析处理能够实现诊断保护电路的功能状态。
DE 10 2015 006 206 A1公开了一种具有切换接触器的高压系统。具体地，已经辨识出接触器粘合的危险，即可切换的接触器粘合并且因此不再能够切换。作为防止接触器粘合的问题影响的解决方案，提出将切换接触器与另一个切换元件串联连接。以这种方式，在高压系统中实现了冗余，从而减少与切换接触器的相关性。
发明内容
从已知的现有技术出发，本发明的任务是提供一种改进的方法来监控电池组中的至少一个接触器的老化状态，以及提供一种电池控制装置和电池组。
该任务通过具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求10的特征的电池控制装置和具有权利要求11的特征的电池组来实现。由从属权利要求、说明书和附图得到有利的扩展方案。
相应地提出了一种用于监控电池组中至少一个接触器的老化状态的方法。
接触器可以是电路中的机电隔离元件，例如继电器。
在此，老化状态可以表示接触器的能够指示其特性的状态。特别地，这可以理解为对应的接触器的隔离能力，即其例如将电池组与其余电池系统电隔离的能力。给出有关隔离能力的说明的参数是接触器的绝缘电阻。绝缘电阻可以理解为通过断开的接触器构造的电阻。
绝缘电阻的相应值可以显着取决于接触器的灭弧室(Schaltkammer)中的接触器接通部之间的气隙。一个未受损伤的、未使用的接触器可能具有几千兆欧姆的绝缘电阻。
但是，跨越其使用寿命，绝缘电阻会降低，这可以称为接触器的老化。接触器的绝缘电阻的这种降低可以例如由接触器接通部处的污染物、磨损和/或烧损引起，这会相应地导致绝缘电阻的下降。可能导致接触器绝缘电阻降低的其他因素是接触器的壳体中存在的污染物、灰尘和颗粒，它们会促进接触器接通部之间的线路桥或线路通道的构造。此外，纯机械因素也可能导致绝缘电阻下降，例如接触器接通部相对于彼此运动的能力受到限制，这可能导致接触器接通部在断开的状态下彼此相距不够远，并且也相应地促进了线路桥或线路通道的构造。
至少上述因素在考虑接触器的绝缘电阻时会起作用，并且在此首先综合地被考虑，因为对于电池系统中的接触器的功能而言重要的仅是，接触器是否能够符合规定地将电池单元与用电器隔离。
绝缘电阻的下降也可以称为接触器的老化，其中，老化——如上所述——可能有机械、化学和电方面的原因。根据电流流动时的频率和切换过程，以及相应的切换电流的大小和方向，接触器相应地老化得更快或更慢。
如果低于确定的绝缘电阻，例如低于300千欧姆，那么在所有的负载状态下，特别是在高电流和必要的安全关断的情况下，就不再能够可靠地实现电池组与其他电池系统的安全隔离，因为例如开关接通部之间形成的电弧可能导致实际应隔离的电流被不期望地继续引导。
电池组具有用于电化学地存储电能的至少一个电池单元，以及用于在接口处提供电能的第一接口线路和第二接口线路。
该接口例如可以以高压插座的形式构造，使得电池组可以借助简单的插接连接与电池系统电连接。在车辆中，电池组可以例如通过所谓的车辆接口盒(VIB)来建立到电池系统的连接，其中，其他电池组连接在一起以形成逻辑上的车辆电池，例如用于构造高压系统，以用于运行以电马达驱动的车辆。
一个电池组可以包括多个电池模块。相应的电池模块又可以容纳各个电化学电池单元，所述电化学电池单元进行电能的实际存储。
在第一接口线路中在接口和至少一个电池单元之间布置有至少一个可切换的第一接触器，并且在第二接口线路中在接口和至少一个电池单元之间布置有至少一个可切换的第二接触器。通过第一接触器和第二接触器在接口和电池单元之间的这种布置能够实现将电池单元与接口安全地隔离，这导致安全标准和可控性的提高。
根据本发明的方法具有以下步骤：测量断开的第一接触器上的第一差电压。第一差电压可以是电池组中存在的如下电压：所述电压至少还在断开的第一接触器上测量。
替代或附加于此，测量断开的第二接触器上的第二差电压。类似于第一差电压，第二差电压也可以是电池组中存在的如下电压：所述电压至少还在断开的第二接触器上测量。
根据本发明的方法还具有基于测量的第一差电压监控第一接触器的老化状态的步骤。通过测量至少部分地在断开的第一接触器上的第一差电压，其能够监控第一接触器的老化状态，因为第一差电压基于接触器的老化而变化并且因此也基于随着接触器的老化而改变的绝缘电阻而变化。
但是，应该注意的是，在所提出的方法中没有明确确定接触器的内阻。特别是，除了电压测量之外不进行电流测量，从而由于缺少测量电流，也不能够由差电压计算内阻。该方法仅基于差电压的测量。
“监控”的方法步骤在此可以理解为基于输入参量“第一差电压”生成输出参量，该输出参量将关于第一接触器的老化状态的信息提供给其他系统部件，例如其他控制设备或显示设备或用户。在最简单的形式中，在此仅涉及以下信息：测量的差电压是高于预给定值还是低于预给定值。
替代或附加于此，基于测量的第二差电压来监控第二接触器的老化状态。通过测量至少部分地在断开的第二接触器上的第二差电压，能够以类似于第一接触器的方式监控第二接触器的老化状态。该方法对一个接触器的影响同样适用于另一接触器。换言之，该方法因此能够仅基于对至少一个差电压的测量来监控至少一个接触器的老化过程。
因此，根据所提出的方法测量断开的接触器上的电压降。通过这种方式，不仅监控接触器的电功能有效性，而且监控接触器的机械功能有效性。
在考虑使用简单的电压测量的情况下，所提出的方法能够指示第一接触器和/或第二接触器的老化状态。
与此相反，需要在“断开的接触器”和“闭合的接触器”两种运行状态之间强烈变化的电流流动的电阻测量相应地被忽略，由此该方法不需要附加的电流测量。
一方面，因为可以可靠地监控接触器老化以及安全运行状态的存在，因此所提出的方法的准确性能够实现高水平的运行安全性；另一方面，该方法能够实现维护周期的精确匹配，因为接触器可以一直使用到其EOL(End of Life，寿命终点)，并且在已经完成预给定的开关周期数量后不停用。
该方法可以有利地具有以下其他步骤中的至少一个：基于测量的第一差电压与第一电压阈值的比较来监控第一接触器的老化状态，和/或基于测量的第二差电压与第二电压阈值的比较来确定第二接触器的老化状态。
第一电压阈值和第二电压阈值可以预设，或在电路的运行时间中动态匹配。它们可以采用彼此相同或不同的值。通过与电压阈值的相应比较，该方法可以稳健地并且无需高计算开销地运行。
在该方法中，可以在考虑到至少一个参考电势的情况下有利地测量至少一个差电压，其中，优选地测量相应的断开的接触器上的至少一个跨越电压(Kreuzspannung)。参考电势是在电池组中存在的、不同于差电压的电压。它会随着电池组或电池单元的充电状态和老化状态而变化。
例如，跨越电压可以是跨越接触器(例如断开的接触器)与电路中的另一个部件地下降的电压。
此外，跨越电压总归可以是一个由电池控制装置记录的测量参量。因此，所测量的跨越电压一方面可以考虑用于接触器老化，另一方面可以考虑用于监控电池组中的其他特征参量。这提高了电池组中运行的过程的效率和电池组的响应能力。
在该方法中，可以有利地分别相对于面向接口的接口节点并且分别相对于面向电池单元的电池单元节点测量第一接触器与第二接触器的差电压，其中，第一差电压是施加在第一接触器的接口节点和第二接触器的电池单元节点之间的第一跨越电压，和/或第二差电压是施加在第二接触器的接口节点与第一接触器的电池单元节点之间的第二跨越电压。因此，相应的跨越电压可以存在于电池组电路中的两个彼此电隔离的部位处。
第一接触器和第二接触器可以隔离相应的电线路。在此，接口节点可以理解为电路中位于接口和相应接触器之间的节点。相应地，电池单元节点可以理解为电路中位于相应接触器和至少一个电池单元之间的节点。相应的节点可以对应于接触器的闭合接通部或连接端子。替代地，它们可以设置在接触器和接口或至少一个电池单元之间的任何点处。
该方法可以有利地具有以下步骤中的至少一个：在第一跨越电压已经达到或高于第一警告电压阈值的情况下发出警告信号，和/或在第二跨越电压达到或高于第二警告电压阈值的情况下发出警告信号。可以从电池控制设备向另一个控制设备或向显示设备或向用户发送警告信号，以指示第一接触器或第二接触器严重老化。通过在禁止切换相应的接触器之前发出警告信号，能够实现在不强制中断电池组的情况下更换接触器。这结合了最高的运行安全性与最佳利用率。
该方法可以有利地具有以下步骤中的至少一个：在第一跨越电压已经超过第一电压阈值的情况下禁止第一接触器的切换，和/或在第二跨越电压已经超过第二电压阈值的情况下禁止第二接触器的切换，和/或在第一跨越电压已经超过第一电压阈值或第二跨越电压已经超过第二电压阈值的情况下禁止第一接触器和第二接触器的切换。
不仅警告电压阈值而且电压阈值都可以以伏特为单位确定，并且可以自由选择。一方面，可以考虑有关接触器老化的生产厂商数据，另一方面，可以考虑期望的安全缓冲。一旦禁止接触器的切换，尽管有相应的命令，接触器也不再闭合，以确保至少一个电池单元与接口的隔离。如果第一接触器和第二接触器使用相同的部件，则有利的是对于第一电压阈值和第二电压阈值确定相同的值。
警告电压阈值可以是电压阈值的确定的百分比。例如，如果所考虑的跨越电压为电压阈值的80％，则可以发出警告。于是，警告电压阈值是电压阈值的80％。警告电压阈值与电压阈值的差可以考虑到常规的用户行为，并且例如在车辆中应用的情况下能够实现车辆用户预约在车间中的服务时限，并且车辆在正常使用情况下继续正常运行，直到那时没有安全关断。换言之，警告电压值如此设置，使得车辆在正常行驶运行期间能够安全地连续运行，并且也能够遵守服务间隔。
该方法可以有利地具有以下步骤中的至少一个：确定第一接触器的电池单元节点和第二接触器的电池单元节点之间的第一参考电势，和/或确定第一接触器的接口节点和第二接触器的接口节点之间的第二参考电势，其中，优选地根据第一参考电位确定第一电压阈值，并且优选地根据第二参考电位确定第二电压阈值。相应的参考电位适合于考虑电池组的状态，例如充电状态。通过建立参考电位和电压阈值之间的关系，能够动态匹配电压阈值。这提高了方法的灵活性和可匹配性。
该方法可以有利地具有以下步骤：在用于闭合相应接触器的每个切换过程之前确定第一接触器和/或第二接触器的老化状态。由于测量差电压用于监控老化状态，因此在每次切换相应的接触器之前，无需更高的开销就可以相应地指示老化状态。这能够实现随时安全地监控接触器老化，并且因此进一步提高安全性。
该方法还可以有利地实现连续测量第一差电压和/或第二差电压的步骤。连续测量在此理解为，在控制设备的处理器的每个时间间隔中测量相应的差电压。因此，直接检测关于相应接触器的老化状态的变化，包括突然类型的变化。这对监控的动态有积极影响。
所提出的用于电池组中的电池控制装置匹配于实施根据本发明的方法。
为此，设置相应的信号线路，并在结构上实现相应的功能有效性。电池控制装置可以是具有处理器的电子模块，其中将不同的输入信号转换成输出信号。可能的输出信号是关于接触器的老化状态的指示，可能的输入信号是相应的差电压。
所提出的用于为电驱动单元提供电能的电池组具有以下部件：至少一个电池单元、用于在接口处提供电能的第一接口线路和第二接口线路、布置在第一接口线路中的至少一个可切换的第一接触器和布置在第二接口线路中的至少一个可切换的第二接触器。电池组还包括如上所述的电池控制装置。电池组的相应部件已经结合上述方法处理。结合该方法公开的相应特征也适用于电池组。
上述任务还通过一种非易失性的计算机可读存储介质来实现，其中存储有用于实施上述方法的计算机可实施的指令。
附图说明
通过以下附图描述更详细地阐述本发明的优选的其他实施方式。在此示出：
图1示出具有第一接触器和第二接触器的电路示意图；
图2示出用于呈现第一跨越电压和第二跨越电压的简化示意图；
图3示出具有第一接触器和第二接触器的电路的另一示意图；
图4示出具有第一接触器和第二接触器的电路的等效电路图；
图5示出相对于第一接触器的绝缘电阻绘制的模拟跨越电压的第一图；
图6示出相对于第二接触器的绝缘电阻绘制的模拟跨越电压的第二图；和
图7示出相对于绝缘电阻绘制的模拟跨越电压的组的第三图。
具体实施方式
下面参照附图描述优选的示例性实施例。在此，相同、相似或相同作用的元件在不同附图中设有相同的附图标记，并且有时省略对这些元件的重复描述以避免冗余。
在图1中示意性地示出了电池组3，所述电池组具有至少一个示意性说明的电池单元4，其用于电化学存储电能。这种电池组3可以例如设置在车辆中以提供驱动能量。
设置在电池组3中的电池单元4中的多个电池单元可以被组织在一个电池模块中，其中，也可以在一个电池组中设置多个电池模块。多个电池组3又可以连接在一起成为电池系统，然后该电池系统最终可以设置用于提供驱动能量。电池系统例如可以是所谓的高压系统，其在400V或800V的标称电压下运行。
电池组3具有第一接口线路5和第二接口线路6。第一接口线路5和第二接口线路6在接口7处提供电能。接口7可以例如以高压插座的形式设置，其能够实现与电池系统的简单的电插接连接。换句话说，电池组3可以在接口7处与其余电池系统连接，其中，电能仅通过单个插接连接部从电池组3传输到其余电池系统，并且与电池组3的内部结构无关，尤其与以下无关：在电池组3中布置有一个还是多个电池模块，或者是否电池组3的电池单元4以不同的方式组织。相应地，电池系统原则上将电池组3视作单个电池。
接口7也可以构造成将电池组3连接到车辆接口盒(VIB)，使得电池组3以这种方式例如能够用于构造高压系统(未示出)，其例如用于驱动车辆的驱动单元。
在图1的电池组3中，示出具有第一接触器1和第二接触器2的电路。第一接触器1布置在第一接口线路5中，并且第二接触器2布置在第二接口线路6中。第一接触器1和第二接触器2用于将电池单元4与接口7隔离，使得在接触器1、2的断开状态中，接口7不与电池单元4连接并且因此是无电压的。接触器1、2相应地用于接通和关断电池组3。如果电池组3或整个电池系统进入不稳定的或临界的状态，也可以借助接触器1、2进行电池组3的安全关断。
在所示的实施例中，第一接触器1布置在面向接口7的接口节点8与面向电池单元4的电池单元节点10之间。第一接触器1因此可以隔离或建立接口节点8与电池单元节点10之间的电连接。
同样，第二接触器2布置在面向接口7的接口节点9与面向电池单元4的电池单元节点11之间。第二接触器2因此可以隔离或建立接口节点9与电池单元节点10之间的电连接。
图1示出不仅第一接触器1、而且第二接触器2处于断开状态。在该状态下，相应的接触器1、2提供其相应的绝缘电阻。
应当注意，图1的图示用于说明根据实施例的方法的作用方式。接触器的数量、电池单元的数量和接口线路的数量都不具有受限的特征。
接触器1、2的绝缘电阻通常大于300兆欧姆。然而，在不同的开关周期过程中，如果电流在切换时仍然流动并相应地引出电弧，则接触器会损坏，例如通过接通部的磨损或通过接通部处的烧损和熔断。由于所述损坏，接触器的绝缘电阻下降，从而在实现预确定的绝缘电阻时，所述接触器就不再允许被使用，因为不再能够确保电池单元4与接口7的隔离。例如，该绝缘电阻可以是300千欧姆。当实现该绝缘电阻时，相应的接触器已达到其使用寿命并且必须更换。
在理想运行中，接触器仅能够在没有电流的情况下切换，使得接触器的老化基本上只是由机械磨损引起的。该老化可以通过开关周期的计数来监控。然而，通过不可预见的运行状态或不理想设计的控制装置可能导致在电流流动时也切换。取决于电流流动时的频率和切换过程以及分别切换的电流的大小和电流方向，接触器老化发生得更快或更慢。
因此必须更准确地监控接触器的老化，以避免不再安全的接触器在电池组3中继续使用。另一方面，出于资源节约的原因，应避免过早更换接触器。
根据此处示出的实施例，测量断开的第一接触器1上的第一差电压Udif,1，和/或断开的第二接触器2上的第二差电压Udif,2。基于所测量的第一差电压Udif,1或所测量的第二差电压Udif,2，能够确定第一接触器1或第二接触器2的老化状态，或者至少找出相应的接触器是否仍然能够安全运行。
差电压目前可以理解为两点之间施加的、测量的电压。
图2图示了具体的差电压。第一跨越电压Ukreuz,1被测量为第一差电压Udif,1。第二跨越电压Ukreuz,2被测量为第二差电压Udif,2。第一跨越电压Ukreuz,1施加在第一接触器1的接口节点8与第二接触器2的电池单元节点11之间。第二跨越电压Ukreuz,2施加在第一接触器1的电池单元节点10与第二接触器2的接口节点9之间。如此，跨越电压Ukreuz,1,2能够指示第一接触器1或第二接触器2处的电压降——分别基于固定的参考值，即分别基于第二接触器2的电池单元节点11和接口节点9。此外，第二接口线路6通常是接地的，使得在此分别以接地为参考。
除了跨越电压Ukreuz,1,2，在根据图2的电路中还测量第一参考电压Uref,1和第二参考电压Uref,2。第一参考电压Uref,1处在第一接触器1的电池单元节点10与第二接触器2的电池单元节点11之间，因此对应于电池单元4的电压。
第二参考电压Uref,2处在第一接触器1的接口节点8与第二接触器2的接口节点9之间，因此对应于施加在接口7处的电压。基于第一参考电压Uref,1能够对第一跨越电压Ukreuz,1进行归一化。基于第二参考电压Uref,2能够对第二跨越电压Ukreuz,2进行归一化。
图3中示出电池组3的电路的其他图示。例如，该电池组3还具有能够连接到高压系统的接口7。
除了第一接触器1和第二接触器2之外，在电路中设置有辅助接触器12。在辅助接触器12的上游连接有辅助电阻13。辅助接触器12和辅助电阻13与第一接触器1的接口节点8和第一接触器1的电池组节点10连接。辅助接触器12和辅助电阻13用于，在连接电池组3与电池系统时能够借助电池系统通过辅助电阻13对电池系统中存在的电容进行预充电，使得在连接电池组3与电池系统时，不会突然流过过高的电流，这会导致电池单元4的负载过高，并且尤其是当接触器1、2闭合时会导致接触器1、2的负载过大和磨损。这种保护电路原则上是已知的。
第一接触器1或第二接触器2的老化状态的基于电压的监控的所基于的作用方式不受辅助接触器12和辅助电阻13的影响。
图3中的不同箭头表示不同的测量的电压。图2中可以看出第一跨越电压Ukreuz,1、第二跨越电压Ukreuz,2、第一参考电压Uref,1和第二参考电压Uref,2。
此外，在根据图3的电路中测量不同的辅助电压：在第二接触器2的接口节点9和接地点之间存在第一辅助电压Uhilf,1。在电池电阻15的上游的点与第二接触器2的电池单元节点11之间施加第二辅助电压Uhilf,2。在电池电阻15上游的点与另一接地点之间施加第三辅助电压Uhilf,3。在第二接触器2的电池单元节点11与另一接地点之间施加第四辅助电压Uhilf,4。
不同的辅助电压用于，将来自图3的电路中的电压关系的详细图提供给电池控制装置。电池电阻15只是示意性地设置，以示出电池组3中的电阻。仅为说明起见，图3示出直流电流源14作为电池单元。
图4示出另一电路。来自图4的电路是包括测量装置在内的电池组3的等效电路图。
第一接触器1的内阻以及第二辅助接触器12和保护电阻13的内阻能够分配给第一共同内阻16。第二接触器2可以分配给第二内电阻17。直流电源14或至少一个电池单元4可以分配给替代电池18。该电路示出不同电阻19，本文将不详细讨论其功能，其仅用于显示电池单元内的关系。
测量电阻20用于根据第一跨越电压Ukreuz,1确定电压降。测量电阻21用于根据第二跨越电压Ukreuz,2确定电压降。另一个测量电阻22用于根据第一参考电压Uref,1确定电压降。另一测量电阻23用于根据第二参考电压Uref,2确定电压降。因此，可以通过测量电阻20、21上的电压降来确定相应的跨越电压。这使得能够有效地监控或确定相应的接触器1、2中的老化过程或分配给所述接触器的内电阻16、17中的老化过程。
图5示例性地示出绝缘电阻上——即相应的断开的接触器的电阻上——的跨越电压的模拟电压曲线。对于图5，上方的曲线对应于第一跨越电压Ukreuz,1的电压曲线，而下方的曲线对应于第二跨越电压Ukreuz,2的电压曲线。这只是示例性的，相反的分配也能够良好地进行。
在图5的示例中，第一接触器1具有严重的老化并且其内阻下降。同时，在模拟中假设第二接触器2保持其(高)内阻，因此不会经受任何可见的老化。这可以在第一跨越电压Ukreuz,1处读取，即上方的曲线：由于第一接触器1的绝缘电阻降低，所以跨越电压Ukreuz,1增大。换言之，第一接触器1不再完全能够将第一接口线路5与由电池单元4引起的电压隔离，使得在此已经越过断开的接触器1进行电压传输。这借助测量第一跨越电压Ukreuz,1来探测。
为了监控第一接触器1的该老化过程，定义了第一电压阈值Ukrit,1。该第一电压阈值Ukrit,1可以例如从如图5所示的电路的模拟中获取，其中，第一电压阈值Ukrit,1然后在接触器1的(模拟的)内阻的情况下获取，假定该内阻是临界的。在一个示例中，第一电压阈值Ukrit,1可以例如在1.4兆欧姆的(模拟的)内阻的情况下确定。如果在电路中所测量的跨越电压Ukreuz,1超过确定的电压阈值Ukrit,1，则可以认为接触器1的内阻已降至临界值以下，因此电池组3不再允许被接通。
在此为了确定电压阈值(该电压阈值不是以绝对值确定，而是与电池单元的相应充电状态相匹配)，也可以例如设置第一参考电压(本发明中为400V)的90％的电压阈值。一旦所测量的或所检测的第一跨越电压Ukreuz,1达到或超过第一电压阈值Ukrit,1，就达到第一接触器1的临界老化状态。因此，在这种情况下，可以防止相应的接触器的闭合，并且可以将相应的消息发送给电池控制设备。
为了防止电池组在没有预先警告的情况下因为超过电压阈值而突然不再运行，可以附加地定义警告电压阈值，在该警告电压阈值下向中央电池控制装置输出警告消息。优选如此确定警告电压阈值的大小，使得在达到电压阈值之前电池组仍然能够运行一段时间，并阻止电池组的继续使用。警告电压阈值优选如此设置，使得例如在车辆中使用电池组的情况下，车辆驾驶员在车辆正常运行期间有足够多的时间预约在车间中的服务时限，并且车辆在这之前能够继续正常运行。相应地，警告电压阈值可以例如设置为参考电压的80％，或者设置为相应的接触器的源自模拟的、计算的内阻，该内阻处于警告值。
图6再次示出了绝缘电阻上的跨越电压的模拟。在图6中，第一跨越电压Ukreuz,1和第二跨越电压Ukreuz,2的曲线彼此上下地布置，使得只能看到一个曲线。在此假设两个接触器1、2都遍历相同的老化过程。跨越电压Ukreuz,1,2随着绝缘电阻的降低而增加。因此，在图2所示的实施例中，当达到第二电压阈值Ukrit,2时，禁止相应的接触器1、2的闭合。
图7再次示出一个图示，其中基于绝缘电阻绘制跨越电压的不同模拟。在此，各个区域被突出显示。在标有I的区域中，即在具有相对高的电阻和相对低的电压的区域中，接触器仍然能够可靠地实现其功能。如果绝缘电阻进一步下降并且电压进一步增大，即在II区域中，则已经达到了有危险的老化程度。在这个区域中，警告被发送到相应的电池控制装置。如果相应的接触器继续老化，即如果电阻和电压进一步增大，见区域III，在相应的接触器断开的情况下，不再保证相应的接口线路与接口的隔离，因此在该区域中禁止闭合。该区域也被称为故障区域，在该区域中出于安全考虑必须防止接触器的闭合。
所提出的方法有效地实现这一点，因为测量跨越电压足以能够可靠地指示接触器的老化状态。
上述方法可以在电池控制装置中实现，其中，在优选的构型中，实施的各个步骤以计算机可执行的指令设置，这些指令可以由电池控制装置的处理器处理。计算机可执行的指令可以优选地存储在例如以ROM、EPROM或硬盘的形式的非易失性的计算机可读存储介质上。
在适用的情况下，实施例中示出的所有单个特征都能够彼此组合和/或互换而不脱离本发明的范围。
附图标记列表
1 第一接触器
2 第二接触器
3 电池组
4 电池单元
5 第一接口线路
6 第二接口线路
7 接口
8 第一接触器的接口节点
9 第二接触器的接口节点
10 第一接触器的电池单元节点
11 第二接触器的电池单元节点
12 辅助接触器
13 保护电阻
14 直流电流源
15 电池电阻
16 内阻
17 内阻
18 替代电池
19 电阻
20 测量电阻
21 测量电阻
22 测量电阻
23 测量电阻
Udif,1 第一差电压
Udif,2 第二差电压
Ukreuz,1 第一跨越电压
Ukreuz,2 第二跨越电压
Uref,1 第一参考电压
Uref,2 第二参考电压
Ukrit,1 第一电压阈值
Ukrit,2 第二电压阈值
Uhilf,1 第一辅助电压
Uhilf,2 第二辅助电压
Uhilf,3 第三辅助电压
Uhilf,4 第四辅助电压

Claims (12)

1.一种用于监控电池组(3)中的至少一个接触器(1，2)的老化状态的方法，
其中，所述电池组(3)具有至少一个电池单元(4)以及第一接口线路(5)和第二接口线路(6)，所述至少一个电池单元用于电化学地存储电能，所述第一接口线路和所述第二接口线路用于在接口(7)处提供电能，
其中，在所述第一接口线路(5)中在所述接口(7)与所述至少一个电池单元(4)之间布置有至少一个可切换的第一接触器(1)，并且在所述第二接口线路(6)中在所述接口(7)与所述至少一个电池单元(4)之间布置有至少一个可切换的第二接触器(2)，
所述方法具有以下步骤：
-测量断开的第一接触器(1)上的第一差电压(Udif,1)，和/或测量断开的第二接触器(2)上的第二差电压(Udif,2)；
-基于所测量的第一差电压(Udif,1)监控所述第一接触器(1)的老化状态，和/或基于所测量的第二差电压(Udif,2)确定所述第二接触器(2)的老化状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所测量的第一差电压(Udif,1)与第一电压阈值(Ukrit,1)的比较来监控所述第一接触器(1)的老化状态，和/或基于所测量的第二差电压(Udif,2)与第二电压阈值(Ukrit,2)的比较来确定所述第二接触器(2)的老化状态。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，在考虑至少一个参考电势(9，11)的情况下测量至少一个差电压(Udif,1，2)，其中，优选地关于所述参考电势(9，11)在相应的断开的接触器(1，2)上测量至少一个跨越电压(Ukreuz,1，2)。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一接触器(1)布置在面向所述接口(7)的第一接口节点(8)与面向所述电池单元(4)的第一电池单元节点(10)之间，和/或所述第二接触器(2)布置在面向所述接口(7)的第二接口节点(9)与面向所述电池单元(4)的第二电池单元节点(11)之间，
其中，所述第一差电压(Udif,1)是施加在所述第一接触器(1)的第一接口节点(8)与所述第二接触器(2)的第二电池单元节点(11)之间的第一跨越电压(Ukreuz,1)，和/或所述第二差电压(Udif,2)是施加在所述第二接触器(2)的第二接口节点(9)与所述第一接触器(1)的第一电池单元节点(10)之间的第二跨越电压(Ukreuz,2)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当所述第一跨越电压(Ukreuz,1)或所述第一差电压(Udif,1)已经超过第一阈值电压(Ukrit,1)时，禁止所述第一接触器(1)的切换，和/或当所述第二跨越电压(Ukreuz,2)或所述第二差电压(Udif,2)已经超过第二阈值电压(Ukrit,2)时，禁止所述第二接触器(2)的切换。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第一跨越电压(Ukreuz,1)或所述第一差电压(Udif,1)已经超过第一警告电压阈值的情况下发出警告信号，和/或在所述第二跨越电压(Ukreuz,2)或所述第二差电压(Udif,2)已经超过第二警告电压阈值的情况下发出警告信号。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述第一接触器(1)的第一电池单元节点(10)与所述第二接触器(2)的第二电池单元节点(11)之间的第一参考电压(Uref,1)，和/或确定所述第一接触器(1)的第一接口节点(8)与所述第二接触器(2)的第二接口节点(9)之间的第二参考电压(Uref,2)，其中，优选地根据所述第一参考电压(Uref,1)确定所述第一阈值电压(Ukrit,1)，并且优选地根据所述第二参考电压(Uref,2)确定所述第二阈值电压(Ukrit,2)。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在用于闭合相应的接触器(1，2)的每个切换过程之前，监控所述第一接触器(1)的老化状态和/或所述第二接触器(2)的老化状态。
9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，连续地测量所述第一差电压(Udif,1)和/或所述第二差电压(Udif,2)。
10.一种电池控制装置，所述电池控制装置在电池组中使用，其特征在于，所述电池控制装置匹配和设置用于实施根据以上权利要求中任一项所述的方法。
11.一种电池组(3)，所述电池组用于为电驱动单元提供电能，所述电池组具有：
至少一个电池单元(4)；
第一接口线路(6)和第二接口线路(7)，所述第一接口线路和所述第二接口线路用于在接口(7)处提供电能；
至少一个可切换的第一接触器(1)，所述第一接触器在第一接口线路(6)中布置在接口节点(8)与电池单元节点(10)之间；
至少一个可切换的第二接触器(2)，所述第二接触器在第二接口线路中布置在接口节点(9)与电池单元节点(11)之间；
其特征在于，根据权利要求10所述的电池控制装置。
12.一种非易失性的计算机可读的存储介质，在其上存储有计算机可实施的指令，用于实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
CN202180020315.0A 2020-03-12 2021-03-12 用于监控接触器的老化状态的方法和设备 Pending CN115280577A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020106856.5A DE102020106856A1 (de) 2020-03-12 2020-03-12 Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen des Alterungszustands eines Schützes
DE102020106856.5 2020-03-12
PCT/EP2021/056336 WO2021180923A1 (de) 2020-03-12 2021-03-12 Verfahren und vorrichtung zum überwachen des alterungszustands eines schützes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115280577A true CN115280577A (zh) 2022-11-01

Family

ID=74874878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180020315.0A Pending CN115280577A (zh) 2020-03-12 2021-03-12 用于监控接触器的老化状态的方法和设备

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP4118703A1 (zh)
JP (1) JP2023516985A (zh)
KR (1) KR20220149915A (zh)
CN (1) CN115280577A (zh)
DE (1) DE102020106856A1 (zh)
WO (1) WO2021180923A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3141109A1 (fr) * 2022-10-24 2024-04-26 Psa Automobiles Sa Surveillance d’états de contacteurs d’un dispositif d’interface entre un connecteur de recharge et une batterie rechargeable en courant continu d’un véhicule

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011004516A1 (de) 2011-02-22 2012-08-23 Sb Limotive Company Ltd. Schaltung und Verfahren zur Diagnose von Schaltkontakten in einem batteriebetriebenen Straßenfahrzeug
DE102012209138A1 (de) 2012-05-31 2013-12-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Alterungsbestimmung einer Sicherung sowie ein Batteriesystem mit Batteriesteuergerät zur Ausführung des Verfahrens
DE102012215190A1 (de) 2012-08-27 2014-02-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren für eine verschleißabhängige Schützalterungsdiagnose sowie eine Batterie mit einem Schaltschütz und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie
US9925878B2 (en) 2013-09-26 2018-03-27 Ford Global Technologies, Llc Bus pre-charge control using a buck converter
DE102013221972B4 (de) 2013-10-29 2024-03-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung der Stellung eines Relais zur Überbrückung von Bordnetzen in Kraftfahrzeugen
DE102014200265A1 (de) 2014-01-10 2015-07-16 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem mit einer Hochvoltbatterie und einer Schutzschaltung und Verfahren zum Überwachen des Funktionszustandes einer Schutzschaltung für eine Hochvoltbatterie
DE102015006206A1 (de) 2015-05-13 2015-12-03 Daimler Ag Hochvoltsystem für ein Kraftfahrzeug
KR102256097B1 (ko) 2017-11-29 2021-05-25 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021180923A1 (de) 2021-09-16
DE102020106856A1 (de) 2021-09-16
DE102020106856A8 (de) 2022-12-15
EP4118703A1 (de) 2023-01-18
JP2023516985A (ja) 2023-04-21
KR20220149915A (ko) 2022-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106537718B (zh) 电池管理
CN107406006B (zh) 用于机动车电池的电池单体、电池以及机动车
CN107017441B (zh) 蓄电池装置、车辆、记录介质及蓄电池装置管理方法
JP4035777B2 (ja) 組電池の放電装置
CN107251273B (zh) 用于机动车电池的电池单体、电池和机动车
KR102121639B1 (ko) 실시간 동작 감지를 통한 컨텍터의 비정상 개방 방지 시스템 및 방법
US11233298B2 (en) Protective device, battery, motor vehicle, and method for switching off a battery cell
CN106353692B (zh) 用于在电气系统中检测存在漏电和/或继电器短路情况的监视系统
JP7119401B2 (ja) 故障診断装置、蓄電装置、故障診断方法
JP5234282B2 (ja) バッテリパックの検査装置
KR20130001239A (ko) 고전류 배터리 시스템 및 고전류 배터리 시스템을 제어하기 위한 방법
JP2014500570A (ja) 継電器又は接触器の動作能力を予測する方法
KR102024196B1 (ko) 축전 시스템
JP6589368B2 (ja) 電源装置、及び、電源装置の異常を診断する診断方法
JP2017533420A (ja) 高電圧ネットワークに電気エネルギーを供給するよう構成された電池と、電池の少なくとも１つの絶縁抵抗を測定する測定装置と、を備えた電池システム
KR20180023140A (ko) 파워릴레이 어셈블리의 고장제어 시스템 및 그 제어방법
JP7334734B2 (ja) 故障診断方法、蓄電素子の管理装置及びシステム
CN115280577A (zh) 用于监控接触器的老化状态的方法和设备
EP2713174A1 (en) Method and apparatus for diagnosing faults in a battery pack, and power relay assembly using same
EP3933421B1 (en) Detection circuit and detection method for electric control device, and electric vehicle
JP4758196B2 (ja) 電力貯蔵装置
KR20160040326A (ko) 본질 안전 배터리 셀의 작동 방법
JP2009041920A (ja) 非接地電源の絶縁検出装置
JP2024509220A (ja) 電池監視ユニット
WO2021250935A1 (ja) 継電器制御装置、および継電器制御装置の制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination