用于監(jiān)測機(jī)動車輛中電池的狀態(tài)的方法
【專利說明】用于監(jiān)測機(jī)動車輛中電池的狀態(tài)的方法
[0001 ] 說明書
[0002]本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測電池的狀態(tài)的方法，采用該方法識別電池中的內(nèi)部短路。以這種方式監(jiān)測的電池可以是一一特別是一一機(jī)動車輛中的電池。
[0003]機(jī)動車輛的起動機(jī)電池是例如給內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的起動機(jī)供應(yīng)電流的可再充電的電池。相比之下，用于驅(qū)動車輛的電動車輛的電池被稱為牽引電池。此外，電動車輛或混合動力車輛還可以具有起動機(jī)電池。使用的電池可以是例如可再充電的鉛酸電池或可再充電的鋰離子電池，然而，可再充電的鉛酸電池或可再充電的鋰離子電池在下文中也被稱為鉛酸電池或鋰離子電池。
[0004]當(dāng)鉛酸電池或可再充電的鉛酸電池老化并且例如由于內(nèi)部短路或其他機(jī)制而開始放出氣體時(shí)，所述電池的溫度通常增加。在大大提高的溫度的情況下，這可能導(dǎo)致電解液開始沸騰并從電池中逸出。其結(jié)果是，產(chǎn)生的含酸的蒸氣、蒸汽和/或煙霧可以給人呈現(xiàn)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，或至少是由于這種電池發(fā)出難聞的氣味導(dǎo)致客戶不滿意的原因。這在插電式電動車輛或插電式混合動力車輛領(lǐng)域特別關(guān)鍵。所述車輛當(dāng)它們在車庫中通宵充電時(shí)，在電池充電過程中的相當(dāng)長的時(shí)間期間經(jīng)常無人看管。
[0005]此外，內(nèi)部腐蝕和高的內(nèi)部電阻可以作為電池老化的伴隨現(xiàn)象發(fā)生。由于高的內(nèi)部電阻和電容的損失，所述電池然后不再能夠例如以足夠的電壓提供能量以啟動車輛。此外，設(shè)計(jì)供應(yīng)比車輛的發(fā)電機(jī)或直流/直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器汲取更多的電流的電負(fù)載以引起放電操作期間電池連接處的電壓瞬變，這可能對這些或其他負(fù)載的電氣功能性具有不利影響。舉例來說，如果違反車輛中的控制器的低壓工作極限，則瞬變可以導(dǎo)致車輛中的控制器被關(guān)閉和被重新啟動。
[0006]如果電解液水平落到極板以下，則電容同樣下降并且內(nèi)部電阻增大。由此產(chǎn)生的故障模式與由于腐蝕發(fā)生的那些故障模式相同并且可以概括為在啟動和高電流瞬變期間電氣功能性損傷。
[0007]在電池顯示出所述癥狀的情況下，也可以認(rèn)為它們在可預(yù)見的將來將可能發(fā)生故障。這種電池的功能性故障以及因此車輛的功能性故障應(yīng)該不惜一切代價(jià)避免。這可以例如通過使駕駛員或維修人員在足夠早的階段意識到即將發(fā)生的電池故障來進(jìn)行。為此，電池的狀態(tài)必須被監(jiān)測，這根據(jù)各種參數(shù)是可能的。
[0008]處于深低壓范圍(14...48V)的車輛系統(tǒng)通常與電驅(qū)動系統(tǒng)分離，如在電動車輛和混合動力車輛中可以發(fā)現(xiàn)的。然而，電池監(jiān)測在這種低壓系統(tǒng)中是不常見的。然而，由于用戶行為的變化，特別是關(guān)于車輛的電池在車庫中通宵無意識的充電，電池監(jiān)測已獲得新的重要性。
[0009]特別是，在這種情況下內(nèi)部短路的存在具有重要意義。因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于監(jiān)測電池的狀態(tài)的方法，采用這種方法可以檢測電池的內(nèi)部短路。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目的是通過獨(dú)立權(quán)利要求1所述的方法來實(shí)現(xiàn)的。該方法的有利發(fā)展可以在從屬權(quán)利要求2-8中找到。
[0011]應(yīng)當(dāng)指出的是，在權(quán)利要求中單獨(dú)詳細(xì)說明的特征可以以任何所需的技術(shù)上有意義的方式彼此結(jié)合并公開本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)。說明書特別是結(jié)合附圖進(jìn)一步描述和詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的方法適用于監(jiān)測機(jī)動車輛的電池的狀態(tài)，其中電池中的內(nèi)部短路可以使用該方法來識別。該方法選擇性地應(yīng)用兩種算法，這兩種算法在在限定的時(shí)間段內(nèi)對電池充電之后應(yīng)用。在此時(shí)間段過去之后，提供的是
[0013]a)在第一算法中，測量電池充電電流并將其傳送到評估單元，并且如果電池充電電流沒有下降到限定的極限值以下，則評估單元生成警報(bào)信號，或
[0014]b)在第二算法中，關(guān)閉或調(diào)節(jié)電源以實(shí)現(xiàn)電池放電操作，并且測量空載電壓或欠載的電池電壓并將其傳送到評估單元，并且如果空載電壓或欠載的電池電壓處于限定的極限值以下，則評估單元生成警報(bào)信號。
[0015]評估單元的警報(bào)信號表明電池中內(nèi)部短路的識別/檢測。因此，當(dāng)在很長的時(shí)間段對電池充電之后電池電流沒有下降時(shí)，或當(dāng)相對長時(shí)間的充電操作之后電池的空載電壓或放電電壓下降或迅速下降時(shí)，識別出具有內(nèi)部短路的故障電池。被集成到兩個(gè)單獨(dú)的算法中的這兩種識別方法可以在內(nèi)部短路識別策略中并行實(shí)施。
[0016]在限定的時(shí)間段內(nèi)對電池充電優(yōu)選包含均衡充電操作。保證可再充電的鉛酸電池中的所有單元在可接受的時(shí)間段——通常是12至24小時(shí)——內(nèi)完全充電的設(shè)定點(diǎn)電壓值用于均衡充電。設(shè)定點(diǎn)電壓值通常與溫度相關(guān)并且常常以在最大構(gòu)造價(jià)值下的析氣率處于限定的溫度范圍的中間這樣的方式來限定。限定均衡充電的z曲線可以從電池制造商獲取或由車輛制造商限定以便利用預(yù)測的使用配置文件在給定的目標(biāo)車輛上良好運(yùn)作。
[0017]z曲線限定電池的連接端子處的電壓。為了控制初級電流源以便達(dá)到電池連接端子處的限定的電壓的目的，需要電池電壓的反饋控制或可以執(zhí)行干擾變量的應(yīng)用的控制的策略，該策略相對于總車輛電流或電池電流調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)或DC/DC變換器的設(shè)定點(diǎn)電壓值。
[0018]因此，第一可選擇的算法監(jiān)測充電電流隨時(shí)間的變化并且當(dāng)電池已經(jīng)受高均衡充電電壓超過很長的限定的時(shí)間段但電池充電電流保持在閾值以上時(shí)識別出內(nèi)部短路。第二算法監(jiān)測電池的空載電壓或欠載相當(dāng)長的均衡充電時(shí)間段之后的電池電壓。當(dāng)均衡充電時(shí)間段具有最小限定的長度時(shí)，其被認(rèn)為是足夠的。在均衡充電階段之后，電源應(yīng)該被控制用于通過車輛負(fù)載放電，或當(dāng)車輛不使用時(shí)電源被切斷。電池電壓應(yīng)該在至少一個(gè)限定的時(shí)間段之后進(jìn)行測量。當(dāng)所述電池電壓不超過預(yù)定的閾值時(shí)，識別出內(nèi)部短路。
[0019]為了檢測將要評估的測量變量，可以使用例如用作電池監(jiān)測傳感器(BMS)的常規(guī)的電極式傳感器(Polnischensensor)。在這種情況下，電池優(yōu)選是機(jī)動車輛的低壓系統(tǒng)的一部分。以這種方式測得的值可以被傳感器直接或間接地傳送到評估單元。此外，評估單元一定不是獨(dú)立的模塊，而是其功能也可以通過多個(gè)單獨(dú)的模塊之間的交互形成。在這種情況下，由評估單元生成的警報(bào)信號可以以不同的方式進(jìn)行處理。
[0020]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，提供的是，在該方法中使用的算法根據(jù)機(jī)動車輛的當(dāng)前操作模式來選擇。例如，當(dāng)機(jī)動車輛在運(yùn)行時(shí)，應(yīng)用算法a)，而當(dāng)機(jī)動車輛已處于停放模式超過限定的時(shí)間段時(shí)應(yīng)用算法b)。此外，作為算法a)的應(yīng)用條件，可以提供的是，這種算法僅當(dāng)電池的荷電狀態(tài)處于限定的極限值以上并且充電過程已經(jīng)以不間斷的方式發(fā)生超過限定的時(shí)間段時(shí)應(yīng)用。
[0021]警報(bào)信號然后可以以多種方式利用。例如在車輛的儀表板區(qū)域中的警告指示伴隨評估單元的警報(bào)信號，這種警告指示通過警告燈來實(shí)現(xiàn)是可能的。以這種方式，通知車輛的駕駛員關(guān)于電池的臨界狀態(tài)，并且車輛的駕駛員可以發(fā)起相應(yīng)的對策。在該過程中，可以通過用于診斷目的的故障代碼通知維修人員。
[0022]此外，可以發(fā)起中和策略，其中，例如，電池電壓可以被調(diào)節(jié)為使得負(fù)面影響最小化，并且僅發(fā)生局部故障。特別是，充電電壓的設(shè)定點(diǎn)電壓值可以設(shè)置為使得進(jìn)入電池和流出電池的電流最小化。此外，通過電池操作的系統(tǒng)可以關(guān)閉，或者電池可以從系統(tǒng)斷開。這可以例如通過繼電器一一特別是固態(tài)繼電器(SSR)—一來實(shí)現(xiàn)。在車輛從電源充電的情況下，充電過程可以自動終止。
[0023]然而，由于即使電池是完好的，用于識別損壞的電池的算法往往生成故障消息，在這種情況下，可以提供的是，例如，儀表板中的警告指示和/或診斷系統(tǒng)中的故障代碼僅當(dāng)評估單元已在若干連續(xù)的操作階段內(nèi)生成限定數(shù)量的警報(bào)信號時(shí)生成。例如，僅當(dāng)在過去的五個(gè)操作階段中已經(jīng)生成至少三次表明電池?fù)p壞的警報(bào)信號時(shí)，才識別出無規(guī)律的充電過程。
[0024]本發(fā)明特別用于可靠地識別機(jī)動車輛的鉛酸電池中的內(nèi)部短路，該內(nèi)部短路表明電池的使用壽命的終結(jié)并且可能導(dǎo)致過多的氣體排放、熱發(fā)展和電池故障。然而，本發(fā)明還可以延伸到其它應(yīng)用領(lǐng)域中的鉛酸電池，例如飛機(jī)和船舶中的電源系統(tǒng)。
[0025]本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)、特定特征和有利發(fā)展可以在從屬權(quán)利要