用于監(jiān)控電池的荷電狀態(tài)的方法
【專利說明】用于監(jiān)控電池的荷電狀態(tài)的方法
[0001]說明書
[0002]本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控機動車輛的電池的荷電狀態(tài)的方法。監(jiān)控的電池特別是機動車輛的鉛蓄電池。
[0003]機動車輛的起動機電池是提供用于內燃發(fā)動機的起動機馬達的電流的蓄電池。相比之下，電動車輛的電池一一其用于驅動車輛一一被稱為牽引電池。此外，電動車輛或混合動力車輛也可以具有起動機電池。通過示例，鉛蓄電池可以用作電池，然而，這些以下將被稱為鉛電池。
[0004]車輛的這種類型的電池不斷地充電和放電。通過示例，通過交流發(fā)電機執(zhí)行充電，或在插電式電動車輛的情況下通過將車輛連接到本地電源來執(zhí)行充電。這里，可以實施機動車電源管理的各種策略。用于控制交流發(fā)電機的策略必須保持電池荷電狀態(tài)(SOC)處于低于滿荷電狀態(tài)且高于最小狀態(tài)以保證電氣功能，交流發(fā)電機調整發(fā)電量以適應很少或甚至沒有消耗電能的傳動系統(tǒng)操作階段。因此，估算荷電狀態(tài)或者識別高或低荷電狀態(tài)的電池監(jiān)控系統(tǒng)，必須確保電池始終充分地充電以便確保其功能。
[0005]控制插電式混合動力車輛(PHEV)和電動車輛(BEV)的低電壓系統(tǒng)(12V)的策略形成用于控制電源的第二類策略。根據(jù)特定時間計劃、車輛模式或激活的電負載，它們可以激活均衡充電和涓流充電。這樣的策略同樣需要電池荷電狀態(tài)的監(jiān)測，特別是因為涓流充電一定程度上是可以迅速下降到低荷電狀態(tài)的荷電狀態(tài)條件。
[0006]通過示例，從現(xiàn)有技術已知的電池監(jiān)控系統(tǒng)使用霍爾傳感器或分流電阻，霍爾傳感器或分流電阻在每種情況下均直接連接到電池電極。然而，這引起電池的封裝和布置的某些限制或要求。然后，測量的電池電流通常實時地積分并且添加到初始值中，以便估算當前的荷電狀態(tài)。因此，結果是連續(xù)計算值，其應該估算實際的荷電狀態(tài)。
[0007]分流電阻在寬范圍的電流值內是非常精確的。因此，在車輛操作期間和在停車階段期間，它們適用于電池電流的測量，但是比較昂貴?；魻杺鞲衅鞒杀静桓?，但是通常設計用于僅在有限范圍內的電流的精確測量。它們的精度可以限制荷電狀態(tài)的估算的精度。此夕卜，這特別是當傳感器設計成測量高或中等電流但是車輛在具有低但仍然顯著的負載的狀況下保持停放長的時間期間時的情況。
[0008]一旦電池在沒有顯著的充電電流或放電電流的情況下已經(jīng)休眠若干小時，通過測量電池的開路電壓并且使用存儲的相互關系(查找表)，可以確定連同電流積分使用的初始值。這可以被認為是在先前旅行期間確定的荷電狀態(tài)的重新校準。然而，周期或恒定負載妨礙這個初始估算。其他實施構思用電池電壓的測量進行操作，同時用例如在起動機的旋轉期間的已知的高負載使電池放電以便估算初始的荷電狀態(tài)。
[0009]第一種方法——其使用電池的開路電壓——在插電式車輛(PHEV或BEV)中不能可靠地使用。這也適用于比如出租車或警察巡邏車這樣的整晚由不同的駕駛員駕駛的傳統(tǒng)車輛。在PHEV和BEV的情況下，即使車輛在若干小時的時間期間內在電源處充電，不能保證在下一個旅行之前開路電壓有足夠的時間達到穩(wěn)定狀態(tài)。這歸因于以下事實:在牽引電池在電源處的充電期間，已知的電源的電氣架構不使鉛電池從低壓電流源分離。如果經(jīng)過測量穩(wěn)定狀態(tài)下的開路電壓的不足的休眠時間，則在上一次旅行期間計算的荷電狀態(tài)的最終估算值可以用作初始值。然而，結果削弱了精度。
[0010]最后，電池監(jiān)控傳感器(BMS)的成本必須由其功能補償。電池監(jiān)控傳感器的主要功能在于監(jiān)控電池以最小電壓水平按需提供電流的能力。然而，用于估算電池的電氣功能的電流積分法的使用的缺點在于以下事實:即使SOC是精確已知的，電池的電流輸出能力并不總是由荷電狀態(tài)反映。此外，這特別是當電池已經(jīng)老化時的情況。
[0011]由傳統(tǒng)電池監(jiān)控傳感器引起的上述精度問題連同成本考慮和設計規(guī)定，導致需要一種新的電池監(jiān)控技術。
[0012]專利文獻EP I 321 773 Al通過示例公開了一種用于確定電池的剩余容量的方法，在該方法中使用電池的剩余容量和四個參數(shù)之間的相互關系。參數(shù)包括電池的內阻、溫度、放電電流以及開路電壓或放電電壓。這些參數(shù)之間的相互關系是通過測量確定的，并且根據(jù)這個相互關系創(chuàng)建一條或多條曲線圖。從基于至少兩個變化的參數(shù)的曲線圖確定電池的相關剩余容量，在電池的操作期間測量該變化的參數(shù)。專利文獻EP I 503 219使用一種方法，在該方法中，從參考表推斷出電池的剩余容量和測量的參數(shù)之間的相互關系。用如在例如專利文獻US 7，355，411或US 7，990，111中公開的方法也高精度地確定電池的剩余容量。
[0013]在此基礎上，本發(fā)明的目的是提供用于監(jiān)控電池的狀態(tài)的更簡單的方法，用該方法可以確保足夠高的電池荷電狀態(tài)。
[0014]該目的根據(jù)本發(fā)明是通過根據(jù)獨立權利要求1的方法來實現(xiàn)。這種方法的有利發(fā)展將由從屬權利要求2_10呈現(xiàn)。
[0015]應當指出的是，在權利要求中單獨詳細說明的特征可以以任何技術上可行的方式彼此結合并且說明本發(fā)明的更多實施例。此外，說明書特別是連同附圖，描述并且詳細說明本發(fā)明。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)控機動車輛的電池的荷電狀態(tài)的方法中，在電池充電電壓降低到限定的極限值的時刻確定電池電流。將因此確定的電池電流傳輸?shù)皆u估單元，如果在限定的監(jiān)控期內通過確定的電池電流沒有測量到電池的放電，則評估單元生成警報信號。這里，選擇電池充電電壓的極限值，使得當電池的荷電狀態(tài)處于高于限定的閾值時電池放電。使用的監(jiān)控期可以是固定的限定值或可以不斷地調整以適應電池的當前狀態(tài)。因此，以這種方式監(jiān)控的電池特別是鉛電池。
[0017]選擇電池充電電壓的降低的極限值，使得根據(jù)本發(fā)明的算法可以因此識別電池的荷電狀態(tài)是處于高于還是低于閾值，高于該閾值，則電池的電氣功能可以總是得到保證。然而，算法在這里僅識別離散的荷電狀態(tài)，因為其僅確定荷電狀態(tài)相對于閾值是高還是低。這意味著算法檢測尚散狀態(tài)而不是盡可能精確地估算精確的荷電狀態(tài)。
[0018]代替不斷地計算荷電狀態(tài)的估算值，算法輸出識別荷電狀態(tài)是處于高于還是低于預先限定的閾值的信號。如果在電池充電電壓的降低之后的限定的時間期間內沒有測量到放電，則這意味著荷電狀態(tài)處于低于閾值并且因此是不足的。相比之下，如果確定放電，則這意味著荷電狀態(tài)處于尚于閾值并且是足夠尚。因此，方法僅確定低荷電狀態(tài)或尚荷電狀態(tài)，然而這對典型的充電和停止啟動控制策略來說是足夠的，策略目的是使燃料消耗減到最少。這對用于插電式車輛的電源管理的設計為保持長的電池使用壽命和最大化電力驅動的行程的策略來說也是足夠的。
[0019]因此，在長的休眠時期之后，算法也不執(zhí)行荷電狀態(tài)的初始估算，否則其將引起先前提到的問題。在沒有安裝在電極上的電池電流傳感器和/或電池電壓傳感器的情況下，也可以實施該算法。
[0020]測量值可以從傳感器直接地或間接地傳輸?shù)皆u估單元。此外，評估單元不一定是獨立的模塊，因為其功能可以通過若干單獨的模塊的合作來形成。
[0021 ] 根據(jù)本發(fā)明，通過監(jiān)控電池電流來確定相對于閾值的高荷電狀態(tài)或低荷電狀態(tài)，同時電池端子上的電壓至少片刻降低到對應于校準閾值的電壓。這里，通過測量電流源的輸出電流，可以直接地或也可以間接地確定電池電流，電池通過該電流源充電。這個電流源特別是機動車輛的發(fā)電機(例如交流發(fā)電機)或DCDC (直流-直流)轉換器。如果交流發(fā)電機的輸出電流或DCDC轉換器的輸出電流下降到零，同時發(fā)生電壓降，則可以假定電池提供總的低壓電流。因此，通過監(jiān)控交流發(fā)電機的輸出電流或DCDC轉換器的輸出電流，可以確定電池放電時間，并且不需要單獨的電池電流傳感器。
[0022]用于監(jiān)控荷電狀態(tài)的算法應該與電源管理策略一起實施，該電源管理策略周期地升高和降低電壓設定值，當設定值以這種方式降低時，可以發(fā)生監(jiān)控。在例如以下情況時正是如此:如果存在限定的條件，則基于充電策略增加電池充電電壓，并且當這些限定的條件不再存在時，電池充電電壓再次降低到限定的極限值。通過示例，這些限定的條件可以包括機動車輛的傳動系統(tǒng)的高能量轉換效率或再生制動的良好條件。
[0023]然而，如果很少發(fā)生或甚至根本不發(fā)生電壓設定值的這種變化，則算法也可以周期性地引起必要的電壓降低。因此，在本發(fā)明的一個實施例中，電池充電電壓根據(jù)計劃以有規(guī)律的間隔降低到限定的極限值。因此，可以計劃短期的周期性電壓降低，這僅用于荷電狀態(tài)的定期監(jiān)控的目的。
[0024]如果通過評估單元的警報信號識別電池的過低的荷電狀態(tài)，則可以由機動車輛啟動用于改變電池狀況的措施。這種措施特別是包括使電池充電到最大荷電狀態(tài)的過程的發(fā)起，最大荷電