CN116194320A - 用于运行电池存储器装置的方法和电池存储器装置 - Google Patents

用于运行电池存储器装置的方法和电池存储器装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于运行装置的方法和一种装置，具有装置控制部(12)和具有控制单元(10)的电能存储器：其中，所述控制单元(10)以规则的时间间隔向装置控制部(12)发送第一状态消息(104)，其中，所述控制单元(10)向装置控制部(12)发送至少一个第二状态消息(102)，其具有第二故障报告(101)，其中，所述装置控制部(12)在它已经获得第二状态消息(102)并且第一状态消息(104)的接收被中断时实施安全反应。

Description

用于运行电池存储器装置的方法和电池存储器装置
技术领域
本发明涉及一种用于运行装置的方法和装置。
背景技术
JP 2013051762A公开了一种车辆控制装置。
WO 2017/0143748A1公开了一种动力电池及电动汽车中的用于动力电池的安全系统。
发明内容
本发明的核心在用于运行具有装置控制部和具有控制单元的电能存储器的装置、特别是运输工具的方法时在于控制单元以规则的时间间隔向装置控制部发送第一状态消息，其中控制单元向装置控制部发送具有第二故障报告的至少一个第二状态消息，其中装置控制部在它已经获得第二状态消息并且第一状态消息的接收被中断时实施安全反应。
本发明的背景是可以可靠地识别到电能存储器的缺陷，该缺陷会迅速破坏电能存储器的控制单元。在此避免了由于通信的短期失灵或由于有故障的第二状态消息而实施的不必要的安全反应。同时，可以减少第一状态消息的数量或频率，从而可以降低装置控制部和控制单元之间的消息密度。
尤其是在其中控制单元布置成与电能存储器单元相邻的紧凑的电能存储器中，存在由于从电能存储器单元逸出的热气体在电能存储器单元有缺陷后不久损坏控制单元的风险。
本发明的进一步有利的实施方式是从属权利要求的主题。
根据有利的设计方案，在第一状态消息的接收被中断之后，检查在第一状态消息的接收被中断之前的第一时间窗内是否接收到指示电能存储器单元的电压降的第二状态消息，其中如果在第一时间窗内存在电压降，则实施安全动作，其中如果在第一时间窗内没有存在电压降，则检查是否在第一状态消息的接收被中断之前的第二时间窗内接收到指示不同于电能存储器的电压降的故障的第二状态消息，其中如果在第二时间窗内存在其他的故障，则实施安全动作。在此的优点是，在电能存储器单元的电压降时(其可在短时间内导致电能存储器的临界状态)快速反应。在其他的故障时，评估可能会更长。
第二时间窗有利地大于第一时间窗，尤其是大十倍以上，尤其其中第一时间窗小于10s、尤其2s，和/或其中第二时间窗大于20s、尤其60s。由此降低了由于在第一状态消息被中断之前碰巧发生的传感器故障导致的电压降而引起的安全反应的风险，因为电压降仅仅能在第一时间窗内引起控制单元的失灵。
此外有利的是，第一状态消息具有活动信号。控制单元的功能因此可以借助于第一状态消息来监控。
此外有利的是，第一状态信息具有第一故障报告，其中第一故障报告已经检查过可信度，尤其是由控制单元的监控单元已经检查过可信度。在此仅能够当对故障检查过可信度时，第一状态消息才包含第一故障报告。因此，第一状态消息可以独立于第二状态消息触发安全反应。
在此有利的是，在第一状态消息具有第一故障报告时实施安全动作。第一状态消息在此独立于第二状态消息引起安全反应。
有利地发送第二状态消息而无需等待第二故障报告的可信度检查。由此可以比第一状态消息更快地发送第二状态消息。
此外有利的是，重新发送第二状态消息直到控制单元从装置控制部获得针对第二状态消息的接收确认。因此，使第二状态消息到达装置控制部。尽管如此，第二条状态消息仅在通知装置控制部所需的时间内发送。
在此有利的是，第二状态消息以比第一状态消息更高的频率发送，特别是以至少高十倍的频率、特别是以2ms的周期持续时间。由此，第二状态消息比第一状态消息接收得更快。
在此有利的是，以比第一状态消息更高的优先级发送第二状态消息。
第一状态消息有利地每秒发送几次，特别是其中第一状态消息具有100ms的周期持续时间。在此第一状态消息的接收由装置控制部监控，特别是具有3s的去抖动时间。
根据有利的设计方案，安全反应是警告消息和/或电能存储器的关闭和/或电能存储器的放电。在此有利的是，可以根据故障类型选择安全反应的类型。
本发明的核心在具有装置控制部和具有控制单元的电能存储器的装置、特别是运输工具中在于，该装置设立成借助于如上所述的方法或根据参考所述方法的权利要求之一来运行。
本发明的背景是可以可靠地识别到电能存储器的缺陷，该缺陷会迅速破坏电能存储器的控制单元。在此避免了由于通信的短期失灵或由于有故障的第二状态消息而实施的不必要的安全反应。同时，可以减少第一状态消息的数量或频率，从而可以降低装置控制部和控制单元之间的消息密度。
上述设计方案和改进方案只要有意义可以任意相互组合。本发明进一步可能的设计方案、改进方案和实施方案还包括未明确提及的上文或下文关于实施例描述的本发明的特征的组合。特别地在此本领域的技术人员还会添加各个方面作为对本发明的相应的基本形式的改进或补充。
附图说明
在以下部分中借助实施例来解释本发明，从实施例中可以得出进一步的发明特征，但本发明的范围不限于此。实施例在附图中示出。
图1示出了损坏的电能存储器单元的时间上的电压走势U2(t)和另外的电能存储器单元的时间上的电压走势U1(t)，
图2示出了电能存储器单元损坏后的事件的时间上的走势，
图3示出了在根据本发明的方法200期间的诊断路径和由此产生的状态消息，以及
图4示出了根据本发明的用于运行装置的方法200的示意性流程图。
具体实施方式
在图1中，示出了电能存储器的损坏的电能存储器单元的电压走势U2(t)。附加地示出了电能存储器的至少一个另外的电能存储器单元的电压走势U1(t)。
电能存储器是紧凑的并且具有小于60V、优选48V或24V或12V的标称电压。为此，电能存储器具有少于二十个的电能存储器单元，优选电能存储器具有在四个和十六个之间的电能存储器单元。
除了电能存储器单元之外，电能存储器具有控制单元10、传感器和通信接口11。具有通信接口11的控制单元10具有与电能存储器单元相邻布置的电路板。
传感器、尤其是电流传感器和/或电压传感器和/或温度传感器设立用于检测电能存储器单元的测量数据。传感器以数据传导方式与控制单元10连接。控制单元10设立成评估测量数据，特别是与存储的极限值进行比较，并且借助于通信接口11将状态消息(103、102)发送到装置控制部12。电能存储器的控制单元10布置在电能存储器单元的紧邻附近。
在第一时间点t1，电能存储器单元被损坏，特别是借助于钉子刺穿。在第一时间点t1之后不久，电能存储器单元的电压U2开始略微下降，而另外的电能存储器单元的电压U1首先保持恒定。同时，损坏的电能存储器单元开始脱气。
在第二时间点t2，损坏的电能存储器单元的电压U2具有最大下降或最大负上升。
在第三时间点t3，损坏的电能存储器单元的电压U2和另外的电能存储器单元的电压U1下跌。在时间点t3，控制单元10出现第一次损坏，从而不能再可靠地评估传感器的测量数据。在第四时间点t4，控制单元10的通信接口11与装置控制部之间的通信中断。
在图2中，电能存储器单元损坏后的事件示出在时间线上。
电能存储器单元损坏的第一时间点t1在该图示中对应于0ms。
300ms后，出现第二时间点t2，此时损坏的能量存储器单元的电压U2具有其最大负斜率。
400ms后，出现第三时间点t3，此时电压(U1、U2)下跌。
到第四时间点t4仅过去了500ms，此时通信终止。
第一时间间隔Δt1在第一电能存储器单元损坏之后从大约250ms延伸到大约310ms，在第一时间间隔内可以识别损坏的电能存储器单元的电压降。第一时间间隔Δt1因此包含第二时间点t2。
第二时间间隔Δt2从第一时间间隔Δt1延伸到第三时间点t3，在第二时间间隔内可以向装置控制部12发送故障报告。因此，第二时间间隔Δt2从大约310ms延伸到400ms。
图3中示出了诊断路径和由此产生的控制单元10的状态消息。
控制单元10具有监控单元100，该监控单元设立成接收电能存储器单元的传感器的测量数据、对其进行评估并且检查它们的可信度。监控单元100以数据传导方式与控制单元10的通信接口11连接。
如果监控单元100识别到测量数据中的错误并且能够检查它的可信度，则监控单元100将第一故障报告103发送到通信接口11。
如果监控单元100识别到测量数据中的错误并且不或不能够检查它的可信度，则监控单元100将第二故障报告101发送到通信接口11。
通信接口11以数据传导方式与装置控制部12连接。
通信接口11以规则的时间间隔、优选地每100ms向装置控制部12发送第一状态消息104。相应的第一状态消息104具有活动信号并且可能具有第一故障报告103。第一状态消息104以中等优先级发送。第一状态消息104的接收由装置控制部12以3s的去抖动时间监控或监视。
如果通信接口11获得第二故障报告101，它立即发送第二状态消息102到装置控制部12。第二状态消息102以高优先级发送并且至少发送一次直到通信接口11获得对于装置控制部12的第二状态消息102的接收确认。只要通信接口11没有获得接收确认，它就继续发送第二状态消息102。在此第二状态消息102的频率高于第一状态消息104的频率、特别是高十倍，第二状态信息102优选每2ms发送一次。
图4中示出了根据本发明的用于运行运输工具的方法200的流程图。
在第一方法步骤201中，第一状态消息104借助于通信接口11从控制单元10发送到装置控制部12。第一状态消息104被周期性地发送，优选地以100ms的周期持续时间。第一状态消息104以中等优先级发送。第一状态消息104由装置控制部12以3秒的去抖动时间监控或监视。
第一状态消息104可以包括电能存储器的传感器的第一故障报告103。只要第一状态消息104定期到达装置控制部12并且不包含第一故障报告103，电能存储器就被装置控制部12分类为无故障。如果第一状态消息104包含第一故障报告103，则装置控制部12识别故障状态并实施安全反应，优选地产生警告消息，特别是针对装置的用户或针对运输工具的乘员和/或针对车队业主。
第一故障报告103表示已检查可信度的电能存储器单元的故障，例如电能存储器单元的短路和/或过电压和/或过热和/或增加的自放电和/或欠电压。为此，将相应的传感器数据与存储在控制单元的存储单元中的极限值进行比较。
在第二方法步骤202中检查第一状态消息104的周期性接收是否已经中断。
如果第一状态消息104的接收没有被中断，则在第三方法步骤203中检查第一状态消息104是否包含第一故障报告103。
如果第一状态消息104不包含第一故障报告103，则在第四方法步骤204中不改变地继续运输工具的运行。
如果第一状态消息104包含第一故障报告103，则在第五方法步骤205中实施安全反应，优选地产生警告消息，特别是针对装置的用户或针对运输工具的乘员和/或针对车队业主。
在第六方法步骤206中，第二状态消息102借助于通信接口11从控制单元10发送到装置控制部12。第二状态消息102以高优先级发送。第二状态消息102至少发送一次。如果控制单元10没有从运输工具控制单元12获得接收确认，则重复发送第二状态消息102，直到控制单元10从装置控制部12获得接收确认，特别是其中第二状态消息102的周期持续时间比第一状态消息104的周期持续时间短，优选地小于十分之一，特别是其中第二状态消息的周期持续时间为2ms。
第二状态消息102具有第二故障报告101。第二故障报告101表示电能存储器的传感器的传感器信号有故障，例如传感器失灵和/或超过或低于极限值和/或不能评估传感器信号。替代地或附加地，第二故障报告101指示电能存储器单元的短路和/或过电压和/或欠电压和/或过热和/或电压降。当出现第二故障报告101时，立即发送第二状态消息102。在此不检查第二故障报告101的可信度。
如果接收到第二状态消息102并且第一状态消息104的周期性接收没有被中断，则忽略第二状态消息102并且以第四方法步骤204不改变地继续运输工具的运行。
如果第一状态消息104的周期性接收被中断，则第七方法步骤207中检查在第一状态消息104的周期性接收被中断之前的第一时间窗内是否接收到指示电压降的第二状态消息102。优选地第一时间窗短于10s，特别是其中第一时间窗长2s。
在第八方法步骤208中检查是否在第一时间窗内识别到电压降。
如果在第八方法步骤208中识别到电压降，则在第五方法步骤205中实施安全反应，优选地产生警告消息，特别是针对装置的用户或运输工具的乘员。
如果在第八方法步骤208中没有识别到电压降，则第九方法步骤209检查在第一状态消息104的周期性接收被中断之前的第二时间窗内是否接收到指示其他的故障的第二状态消息102。第二时间窗优选地大于第一时间窗，特别是大于第一时间窗的大小的十倍，特别是其中第二时间窗长60s。
在第十方法步骤210中检查是否在第二时间窗内识别到除了电压降之外的故障。
如果在第十方法步骤210中在第二状态消息102中识别到除了电压降之外的故障，则在第五方法步骤205中实施安全反应，优选地产生警告消息，特别是针对运输工具的乘员。
如果在第十方法步骤210中没有在第二状态消息102中识别到故障，则在第四方法步骤204中不改变地继续运输工具的运行。
电能存储器在此理解为一种可再充电的能量存储器，尤其是具有电化学的能量存储器单元和/或具有至少一个电化学的能量存储器单元的能量存储器模块和/或具有至少一个能量存储器模块的能量存储器包。能量存储器单元可以实施为基于锂的电池单元、尤其是锂离子电池单元。替代地，能量存储器单元实施为锂聚合物电池单元或镍金属氢化物电池单元或铅酸电池单元或锂空气电池单元或锂硫电池单元。
运输工具在此理解为陆地车辆、例如客车或卡车或飞机或船舶、尤其是至少部分电动的运输工具。该运输工具例如是电池驱动的运输工具，其具有纯电驱动器，或混合动力运输工，其具有电驱动器和内燃机。

Claims (11)

1.一种用于运行装置的方法(200)，具有装置控制部(12)和具有控制单元(10)的电能存储器：
其中，所述控制单元(10)以规则的时间间隔向装置控制部(12)发送第一状态消息(104)，
其中，所述控制单元(10)向装置控制部(12)发送至少一个第二状态消息(102)，其具有第二故障报告(101)，
其中，所述装置控制部(12)在它已经获得第二状态消息(102)并且第一状态消息(104)的接收被中断时实施安全反应。
2.根据权利要求1所述的方法(200)，
其特征在于，
在第一状态消息(104)的接收被中断之后，检查在第一状态消息(104)的接收被中断之前的第一时间窗内是否接收到指示电能存储器单元的电压降的第二状态消息(102)，
其中如果在第一时间窗内存在电压降，则实施安全动作，
其中如果在第一时间窗内没有存在电压降，则检查是否在第一状态消息(104)的接收被中断之前的第二时间窗内接收到指示不同于电能存储器的电压降的故障的第二状态消息(102)，
其中如果在第二时间窗内存在不同于电压降的故障，则实施安全动作。
3.根据权利要求2所述的方法(200)，
其特征在于，
所述第二时间窗大于所述第一时间窗，尤其是大十倍以上，
尤其其中所述第一时间窗小于10s、尤其2秒，和/或其中所述第二时间窗大于20s、尤其60s。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(200)，
其特征在于，
所述第一状态消息(104)具有活动信号，
和/或
所述第一状态消息(104)具有第一故障报告(103)，其中第一故障报告(103)已经检查过可信度，尤其是由控制单元(10)的监控单(100)已经检查过可信度。
5.根据权利要求4所述的方法(200)，
其特征在于，
如果第一状态消息(104)具有第一故障报告(103)，则实施安全动作。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(200)，
其特征在于，
发送第二状态消息(102)而无需等待第二故障报告(101)的可信度检查。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(200)，
其特征在于，
重新发送第二状态消息(102)直到控制单元(10)从装置控制部(12)获得针对第二状态消息的接收确认，
特别是其中第二状态消息(102)以比第一状态消息(104)更高的频率发送，特别是以至少高十倍的频率、特别是以2ms的周期持续时间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法(200)，
其特征在于，
以比第一状态消息(104)更高的优先级发送第二状态消息(102)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法(200)，
其特征在于，
每秒发送几次第一状态消息(104)，特别是其中第一状态消息(104)具有100ms的周期持续时间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法(200)，
其特征在于，
所述安全反应是警告消息和/或电能存储器的关闭和/或电能存储器的放电。
11.装置、特别是运输工具，具有装置控制部(12)和具有控制单元(10)的电能存储器，
其特征在于，
所述装置设立成借助于根据前述权利要求中任一项所述的方法(200)来运行。
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