CN117795299A - 温度监测方法、蓄电器系统和至少部分电驱动的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测通过电线系统连接的电气/电子部件(4,5,6)的温度的方法，所述电气/电子部件的发热借助模型来估算。特征在于，与该电线系统导热接触的温度传感器(7)被用于检测实际温度(T)，其中，该模型在电流(I)被断开的情况下根据该温度传感器(7)的温度(T)推断该电气/电子部件(5,6)的温度(T)。

Description

温度监测方法、蓄电器系统和至少部分电驱动的车辆

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所详细限定类型的温度监测方法。本发明还涉及一种具有至少一个电池和其温度被监测的电气/电子部件的蓄电器系统以及一种具有这种蓄电器系统的至少部分电驱动的车辆。

背景技术

WO 2012/045532 A1公开了一种用于预测继电器或接触器在蓄电器系统中的可用性的方法。在此，该方法尤其可以在与电池且特别是机动车牵引电池连用的监视单元中来实现。尤其在该应用目的下，监测作为电气/电子部件的继电器或接触器的温度至关重要。即，在高的行车功率、能量回收功率或充电功率的情况下，出现了蓄电器系统中的电气/电子装置的部件、特别是继电器和接触器本身发热。这尤其在电池充电且尤其是快充时至关重要。为了避免电气/电子装置过载，可以实现保护功能，该保护功能基于如在上述WO公开文本中描述的模型来估算接触器的升温并且在必要时相应减小功率或电流。

但在此是这样的：为了确保安全运行而必须始终考虑最糟糕情况，即，必须考虑在该部件处出现的最大损失功率。因此在许多情况下过于提前地和/或过于强烈地减小了电流或功率。这在充电时在充电时间方面、在能量回收时在回收能量方面以及在电动行车时在车辆效率方面都是一个严重缺点。但是，这种不必要的强烈电流限制对于非车载的电能系统来说也可被认为是缺点。

关于其它现有技术，还可参照US2015/0130469 A1。

发明内容

在此，本发明现在的任务是提供一种改进的方法以及一种用于按照这种改进方法使用的蓄电器系统，它们尤其避免所述缺点。

根据本发明，上述任务通过一种具有权利要求1的特征的方法和一种具有权利要求7的特征的蓄电器系统来完成。具有这种蓄电器系统的车辆完成了该任务。本发明方法或本发明蓄电器系统的有利设计及改进方案在此来自其从属权利要求。

尽管本发明方法原则上与现有技术相似地采用建模，但它通过与电线系统导热接触的温度传感器来估算待监测的电气/电子部件的温度。这种电线系统也将例如出现在接触器触点区域中的热经过一定距离地传导到温度传感器，从而例如可集中使用温度传感器来监测多个接触器。一旦电流断开，就不再产生热。但还是在远离主热源(如接触器)布置的温度传感器的区域中出现了由因向温度传感器导热而出现的时间差引起的进一步升温。

因此，本发明方法中的建模非常简单并且仅用于根据温度传感器处的温度相当可靠地推断出电气/电子部件的温度。这是简单且高效的，并且与将温度传感器安装在许多待监测部件本身中相比，可以节省温度传感器的数量、尤其是所需布线和/或安装。

在此，根据本发明方法的一个极其有利的改进方案而规定，该模型反映在该部件处的温度相比于在温度传感器处的温度的时间偏移。即使在具有很低的计算能力的系统中，这种极其简单而高效的模型足以相应反映经由电线系统的导线从待监测部件到温度传感器的温度传导。模型本身在此例如可以基于与绝对温度相关的时间常数，这些时间常数通过在真实的相似系统中的测量和/或模拟计算来获得。

这种极其简单的模型在此产生在所需计算能力以及可能的关断阈值方面的优势，因为这现在可以通过使用温度传感器来很可靠地确定，从而不需要显著的安全裕量且可以理想地充分利用在具有电气/电子部件的系统中的可用电流和进而最终的可用功率。只有当发热超过预定阈值时才必须做出相应反应并减小电流。与根据现有技术的纯建模不同，可以通过使用温度传感器来获得比在其它必要的最糟糕情况分析下明显更好的值。

在此，根据一个有利改进方案也可以规定，例如在充电(快充)期间，时常有意断开电流和进而功率以进行测量并监测电气/电子部件的状态。对此，10～20秒通常就够了，故充电过程不会被显著延长。即便如此，在运行期间内也还是可以定期地/不时地(例如每小时)监测电气/电子部件的状态。

本发明方法的一个特别有利的改进方案在此规定，至少一个开关、特别是继电器或接触器作为电气/电子部件被监测。特别是，与前言所述的现有技术相似地，该方法理想地适用于监测继电器或接触器。在考虑很简单的模型的情况下，可以通过适当的温度阈值来可靠防止开关的不必要的强烈发热，以免过早地减小电流，该模型按照温度值被预先计算或者根据测量温度来即时实现。

根据本发明方法的另一非常有利的设计，该开关在此可设计成具有至少一个电池的蓄电器系统的一部分。蓄电器系统可以根据一个有利改进方案在车辆中被用于提供驱动电能。尤其在这样的系统中，本发明方法可以理想地用于避免在前言所述的缺点，并且根据电气/电子部件、如尤其是接触器的温度，无论是在充电或能量回收期间还是在行车期间，都能始终确保最大工作能力。

代替用于本发明方法的专用的/自己的温度传感器，根据一个特别有利的改进方案而可以规定，采用安装在另一电气/电子部件中的温度传感器以作为温度传感器。通常，电气/电子部件本身都内置有温度传感器。这通常不涉及应在蓄电器系统中被相应监测的接触器和/或继电器，但通常例如涉及电流传感器。故根据该方法的一个特别有利的改进方案而可以规定，使用电流测量仪作为具有温度传感器的另一部件。因此，如果这种电流测量仪现在具有温度传感器，则这带来的优点是它通过电线系统与待监测的电气/电子部件如接触器直接电接触。电流测量仪的电流传感器是本来就有的且因此在硬件、安装和布线方面无需额外付出，因此可以简单高效地被考虑作为温度传感器用在本发明方法的所述变型实施例之一中。

如已经提到地，该方法优选可被用在蓄电器系统中。根据本发明的蓄电器系统包括至少一个电池和通过电线系统连接的电气/电子部件，其中，至少其中一个所述电气/电子部件的温度被监测，为此设有与电线系统导热接触的温度传感器。于是，它允许相应地用于监测温度，从而当在温度传感器区域中达到最好可通过前言所述类型的关于时间偏移的建模被映射到待监测部件上的极限温度时，例如以减小电流的方式来相应影响该部件的行为。

根据蓄电器系统的一个有利改进方案，其温度待被监测的电气/电子部件可以是继电器或接触器，如以上已经原则上指明的那样。温度传感器在此可以根据一个极其有利的改进方案布置在另一电气/电子部件、特别是该系统的电流测量仪中，因此通过该电线系统与其温度待被监测的电气/电子部件电连接且因此也至少间接导热连接。

蓄电器系统优选可被用于在车辆中提供电驱动功率。车辆在此可作为电池电动车辆(BEV)或具有电池和内燃发动机、燃料电池等作为主动力单元或增程器的混合动力车辆来使用。

附图说明

本发明方法的其它有利设计以及根据本发明的蓄电器系统来自以下参照图被详细示出的实施例，其中：

图1示出在一个用于执行本发明方法的可能实施方式中的蓄电器系统的示意性电路图；

图2以流程图示出可能方法过程的示意性概览图，

图3示出随时间变化的温度曲线图，其中，一方面示出在部件处的不同的热输入且另一方面示出在温度传感器处的与之相关的测量结果。

具体实施方式

在图1的图示中能看到蓄电器系统1，就像例如可以在此处未示出的车辆中使用的那样。在此在图1的图示中只示出了车辆本身中的电连接至蓄电器系统1的车辆系统2，其可以具有蓄电器系统1的耗电主体和电源并且其例如通过此处未示出的外部充电接口可被用于蓄电器系统1的充电或快充。在此，在蓄电器系统1内示出了电池3、电流传感器4以及在正母线和负母线中的两个接触器5、6。在此未示出其它的保险元件例如熔断保险丝、爆炸式熔断器(Pyrosicherungen)等，其可以在正极侧尤其设置在电池和接触器5之间并在负极侧尤其设置在接触器6和电动车辆系统2之间。

现在在工作中是这样的：在电流传感器4区域中以及在此处尤其由接触器5、6形成的其它电气/电子部件的区域中出现升温。在电流传感器区域中的允许温度最高为例如80℃，在接触器5、6区域中的温度最高为140℃。尤其在接触器5、6区域中，在达成高功率(就像尤其在充电期间且在此尤其在快充期间发生的那样)的情况下出现严重的发热，因此为了不使系统热过载而需要降低功率、即在此是降低充电功率。

为了监测接触器5、6的温度，现在原则上可以想到在每个接触器5、6的区域中设置并通过相应的数据线连接一个温度传感器，以便能由此检测实际的温度。在实践中，无论是在硬件方面，还是尤其在传感器和线路的所需安装方面，这都是极其复杂的。然而现在是这样的：许多电流测量仪4都具备集成的温度传感器。此处所示的电流测量仪4应该是这种电流测量仪并具有集成的温度传感器7。

现在，下述方法所基于的构思是，通过在图1中布置在蓄电器系统1内的电线系统，即，特别是通过将电池3与接触器5、6借助由铜或铝构成的实心母线进行连接，也出现从接触器5、6至电流测量仪4中的温度传感器7的相对良好的导热。

如果蓄电器系统1现在被切换为无功率，使得不再有电流流动，则由于通常在接触器5、6区域中有比在电流测量仪4本身区域中更高的温度，在温度传感器7区域中还是确定有升温，该升温由原理决定地并非源于流动电流，因为电流如已提到的那样被切断。因此，该升温是基于在具有比电流传感器4更高的温度的接触器5、6与电流传感器4之间的热传导。因此，如果在电流传感器4内的温度传感器7区域中存在与电流切断相比延时的升温，则可以从该值很简单高效地推断出在接触器5、6区域内的温度，以便可靠地获得对接触器5、6区域内的温度行为的说明并由此推断出接触器5、6或其牵涉到功率通断的触点的潜在老化或磨损。

因此，用于监测作为电气/电子部件的接触器5、6的温度T的相应方法尤其可以在工作暂停、充电暂停期间或在工作过程或充电过程结束时执行。尤其在充电、在此特别是快充时出现电气/电子部件的相应高的功率和热负荷。因此对于充电或优选快充的情况，也可以如此实现该方法，即，充电被暂停且电源被断开。然后，可以等待例如最多20或30秒的时间，并相应评估温度传感器7处的延时升温以推断出接触器5、6的负荷或老化，并且随后可以调节工作参数、特别是在这种工作状况下的最大允许电流。

以下依据图2中的流程图图示来描述这种监测方法的过程。原则上，该方法总是以“识别到或出现电流下降”开始。这在第一框中通过表述I＝0来象征。随后，在温度传感器7处的输出温度值被相应存储，其在这里用T₀标示。随后，总是再次检查温度T以确定是否已达到最大温度值。这尤其可以在温度值小于先前值的情况下被确定，先前值随后可被确定为最大值。如果已经达到温度T的这种最大值，则相应存储最大值T_max并且可从两个存储的温度值中计算温差ΔT。在下一框中，比较值VAL作为温差ΔT和能量输入Q的函数来计算，所述能量输入可基于持续冷却功率和电流断开前所采集的电流值。随后检查该比较值VAL是否大于预定阈值VAL₀。如果不是这种情况，则不存在错误；如果是这种情况，则识别到错误并且必须进一步调节用于这些接触器5、6的保护功能的参数，特别是减小最大允许的电流值或功率。

如上所述，整个考量基于以下事实：虽然在温度传感器7区域内的温度T原则上对应于在接触器5、6区域内的实际温度变化，但其相应滞后。在图3的图示中，这依据温度T随时间t变化的曲线图被相应示出。用从下到上的实线表示根据箭头Q增大的各不同热输入。实线在此示出在其中一个接触器5、6的区域内出现的温度T的相应最大值，而虚线示出温度传感器7处的相应温度T。在下侧所示的低热量情况下，这两条曲线近似重合，并且在此处用点标记的时刻，在温度传感器7处的最大温度Tmax近似与其中一个接触器5、6处的最大温度重合。在这里几乎没有任何时间滞后。但是，在倒数第二条曲线中，温度已有显著差异，即便在此仍然还未发生明显的时间滞后。仅从倒数第四条曲线起，即，从第四假定热输入Q起，出现时间滞后的显著延迟，其可被用于根据时间滞后和在温度传感器7处出现的温度反推出各接触器5、6区域内的实际最大温度，因此非常容易且高效地使用在电流传感器4中本来就有的温度传感器7监测在作为电气/电子部件的接触器5、6的区域内的温度，而不必在此进行复杂的建模且尤其不必在接触器5、6区域中安装单独的温度传感器。

Claims (10)

1.一种用于监控通过电线系统连接的电气/电子部件(4,5,6)的温度的方法，其中，所述电气/电子部件的发热借助模型来估算，

其特征在于，

与该电线系统导热接触的温度传感器(7)被用于检测实际温度(T)，其中，该模型在电流(I)被断开的情况下根据该温度传感器(7)的温度(T)来推断该电气/电子部件(5,6)的温度(T)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该模型反映在该电气/电子部件处的温度(T)相比于在该温度传感器(7)处的温度(T)的时间偏移。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了在该温度传感器(7)处测量温度，该电流(I)被定期断开达一个测量时间段。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，至少一个开关、尤其是继电器或接触器作为电气/电子部件(5,6)被监测。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该开关(5,6)被用作具有至少一个电池(3)的蓄电器系统(1)的一部分。

6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，采用安装在另一电气/电子部件(4)中的温度传感器(7)以作为温度传感器(7)，该另一电气/电子部件尤其是电流测量仪(4)。

7.一种蓄电器系统(1)，具有至少一个电池(3)和通过电线系统连接的电气/电子部件(3,5,6)，其中，至少其中一个所述电气/电子部件(5,6)的温度(T)被监测，为此在该电线系统内在另一电气/电子部件(4)中设有温度传感器(7)。

8.根据权利要求7所述的蓄电器系统(1)，其特征在于，其温度(T)被监测的电气/电子部件是继电器或接触器。

9.根据权利要求7或8所述的蓄电器系统(1)，其特征在于，该另一电气/电子部件(4)被设计为电流测量仪。

10.一种至少部分采用电驱动的车辆，具有根据权利要求7至9之一的蓄电器系统(1)。