用于控制蓄电池系统的方法、蓄电池系统和机动车

摘要

本发明描述了一种用于控制蓄电池系统的方法。该蓄电池系统包括至少一个蓄电池单元和与之连接的高压电网，其包括具有至少一个预充电电阻的预充电电路。该蓄电池系统还包括具有预定的容量的中间电路电容器的部件。该方法至少具有以下步骤：在充电之前测量在中间电路电容器上的第一电压，为中间电路电容器充电，并且在充电之后测量在中间电路电容器上的第二电压。该方法的特征在于根据第一和第二电压形成电压差并且基于在中间电路电容器上的电压差以及基于中间电路电容器的容量确定由预充电电阻消耗的能量。此外，本发明提出了一种蓄电池系统和一种具有蓄电池系统的机动车。

权利要求

1.一种用于控制蓄电池系统(100)的方法(400、500)，所述蓄电池系统(100)具有至少一个蓄电池单元(102)和与之连接的高压电网(104)以及包括具有预定的容量的中间电路电容器(108)的部件(106)，所述高压电网包括具有至少一个预充电电阻(114)的预充电电路，其中，所述方法(400、500)至少具有以下步骤：-在充电之前测量在所述中间电路电容器(108)上的第一电压(402)；

-为所述中间电路电容器(108)充电(404、512)；

-在所述充电之后测量在所述中间电路电容器(108)上的第二电压(406)，其特征在于，

-根据所述第一和所述第二电压形成电压差(408)；以及

-基于在所述中间电路电容器(108)上的所述电压差并且基于所述中间电路电容器(108)的所述容量来确定由所述预充电电阻(114)所消耗的能量(410、514)。

2.根据权利要求1所述的方法(400、500)，还包括以下步骤：-在最坏的情况下依据： 来确定由所述预充电电阻(114)所消耗的能量Ww.c(506)，其中，UBatterie为蓄电池电压，Rv为所述预充电电阻的欧姆电阻，并且t为消耗能量的时间。

3.根据权利要求1或2所述的方法(400、500)，还包括以下步骤：-确定由所述预充电电阻(114)所释放的热能(504)。

4.根据权利要求3所述的方法(400、500)，还包括以下步骤：-基于所述预充电电阻(114)的热负荷能力并且基于由所述预充电电阻(114)所释放的所述热能在确定的时间间隔上为所述预充电电阻(114)确定最大功率。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(400、500)，还包括以下步骤：-预测所述中间电路电容器(108)的充电曲线。

6.根据权利要求5所述的方法(400、500)，还包括以下步骤：-测量所述中间电路电容器(108)的充电曲线；

-将所预测的充电曲线与所测量的充电曲线作比较。

7.根据权利要求6所述的方法(400、500)，还包括以下步骤：-在所预测的充电曲线和所测量的充电曲线之间出现偏差时确定故障。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法(400、500)，还包括以下步骤：-通过放电电路为所述中间电路电容器(108)放电，所述放电电路包括放电继电器(116)和放电电阻(118)。

9.一种具有蓄电池管理单元(120)的蓄电池系统(100)，所述蓄电池管理单元被设置为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法(400、500)。

10.根据权利要求9所述的蓄电池系统(100)，其具有至少一个蓄电池单元(102)、高压电网(104)和包括中间电路电容器(108)和放电电路的部件(106)，所述高压电网被连接至所述至少一个蓄电池单元(102)，其中，所述高压电网(104)包括：预充电电路，其具有工作保护器(110)和由预充电保护器(112)和预充电电阻(114)组成的串联电路，其中，所述串联电路与所述工作保护器(110)并联连接；其中，所述预充电电路和所述部件(106)相对于所述至少一个蓄电池单元(102)形成串联电路，所述放电电路包括放电继电器(116)和与所述放电继电器串联连接的放电电阻(118)，其中，所述放电电路与所述中间电路电容器(108)并联连接。

11.一种机动车，其具有根据权利要求9或10所述的蓄电池系统(100)，其中，所述蓄电池系统(100)与所述机动车的驱动系统相连接。

说明书

用于控制蓄电池系统的方法、蓄电池系统和机动车

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于控制蓄电池系统的方法、一种具有被设置为执行所述方法的蓄电池管理单元的蓄电池系统和一种具有所述蓄电池系统的机动车。

背景技术

[0002] 在混合动力和电动车辆中通过电力保护装置将蓄电池组与其他的车辆部件(如驱动装置、备用发电机、充电插头等)连接起来。通常来说，这些部件通过如下装置馈电，该装置由蓄电池电压生成单相或者多相的交流电或者主频的直流电。由于在这所产生的尖峰载荷，这样的装置被设计具有电气的存储装置，通常为电容器。这样的电容器普遍地具有高的容量并且亦被称作中间电路电容器。

[0003] 如果接通了车辆部件，那么将首先为中间电路电容器充电，并且接下来该车辆部件自身工作。这样的中间电路电容器的充电通常借助于预充电电路来实现。在此快速的充电将在导线、预充电电路的构件和中间电路电容器中生成高的电流。该电流可能降低这些构件的使用寿命。较慢的充电保护这些构件，但是直至该车辆部件能够工作相应地需要更长的时间。

[0004] DE102010038892A1还描述了一种监控单元，其获取预充电电路的运行参数，以便估计预充电电阻的瞬时温度。为此，该监控单元并未在预充电电阻上安置温度传感器，而是测量流过该预充电电阻的电流、蓄电池电压、单位时间内接通过程的数量、接通过程的持续时间和环境温度并且据此估计瞬时温度。如果该瞬时温度在阈值之上，那么该预充电电阻则可能过热并且由此不再能够工作。

发明内容

[0005] 依据本发明提出了一种用于控制蓄电池系统的方法。所述蓄电池系统包括至少一个蓄电池单元和与之连接的高压电网，所述高压电网包括具有至少一个预充电电阻的预充电电路。此外，所述蓄电池系统包括具有中间电路电容器的部件，所述中间电路电容器具有预定的容量。所述方法至少具有以下步骤：在充电之前测量在所述中间电路电容器上的第一电压，为所述中间电路电容器充电，在所述充电之后测量在所述中间电路电容器上的第二电压，根据所述第一和所述第二电压形成电压差，以及基于在所述中间电路电容器上的所述电压差并且基于所述中间电路电容器的所述容量确定由所述预充电电阻所消耗的能量。

[0006] 此外，提出了一种具有蓄电池管理单元的蓄电池系统，所述蓄电池管理单元被设置为执行所述方法。

[0007] 再者，提出了一种具有所述蓄电池系统的机动车，其中，所述蓄电池系统与所述机动车的驱动系统相连接。

[0008] 本发明的优点

[0009] 依据本发明所述的方法能够确定由所述预充电电阻所实际消耗的能量。为了限制所述预充电电阻的最大的热负荷，已知的方法通常计数所执行的中间电路电容器充电的次数。如果超过确定的次数，那么将从现在起通过预充电电阻阻止充电。然而，传统的计数方法并未考虑所述中间电路电容器也能够多次连续地被充电至仅较小的电压，从而使得由所述预充电电阻所释放的热能在观察的时间间隔上比所述中间电路电容器几乎完全充电时要小。

[0010] 此外，依据本发明所述的方法能够确定所述预充电电阻的热负荷并且由此达到蓄电池系统的更好的可用性。能够提高参与所述预充电的部件的使用寿命。通过依据本发明所述的方法也能够改善蓄电池系统的可靠性。

[0011] 在所述方法的另一个设计方案中，能够确定在最坏的情况下由所述预充电电阻所消耗的能量。所述最坏的情况(英文称作worst case)描述了/包括尤其是以下情形，即在该情形下使得所述预充电电阻在确定的时间段上遭受高的电流。在故障情况下，这是可能的，该故障情况中，所连接的部件被短路并且在所述预充电电阻上下降整个电压直至蓄电池管理单元中断所述预充电。如果整个蓄电池电压施加在所述预充电电阻上，那么能够通过蓄电池电压的平方除以所述预充电电阻的欧姆电阻所形成的商来确定所述消耗的能量，其中，所述商将乘以高的电流的持续时间。有利地，所述预充电电阻被如此地设置，使得其经受住这样的单个的电流脉冲负荷。

[0012] 在另一个优选的方法步骤中，能够确定由所述预充电电阻所释放的能量。为了确定所述预充电电阻是否已经消耗了或者即将达到临界的能量，将采取如下措施，尤其是必须确定所消耗的能量和所释放的能量的平衡。在此，所释放的能量实质上取决于所述预充电电阻的热容量、其温度和与环境的温度差。此外优选地，为所述预充电电阻确定在确定的时间间隔上的最大功率。该最大功率能够基于所述预充电电阻的热负荷能力并且基于由所述预充电电阻所释放的能量。如果超过了在确定的时间间隔上的所述最大功率，那么能够出现所述预充电电阻的拥塞。

[0013] 优选地，所述方法还包括以下步骤：预测所述中间电路电容器的充电曲线。所述电x容器的充电曲线通常为函数1-e，其中，x是以时间为分子除以所述预充电电阻乘以所述电x
容器容量为分母的商。充电曲线1-e 在所述中间电路电容器的充电期间逼近施加在所述预充电电路上的所述充电电压，即尤其是所述蓄电池电压。此外优选地，将测量所述中间电路电容器的充电曲线并且将所预测的充电曲线与所测量的充电曲线作比较。在所预测的充电曲线和所测量的充电曲线之间存在偏差时能够确定故障。所述故障能够出现在所述蓄电池系统或者其部件中的一个部件之中，例如出现在所述中间电路电容器之中。

[0014] 在另一个优选的实施形式中，所述方法还包括以下步骤：通过放电电路为所述中间电路电容器放电，所述放电电路包括放电继电器和放电电阻。

[0015] 在另一个实施形式中，所述蓄电池系统包括至少一个蓄电池单元、高压电网和部件。所述高压电网尤其是被连接至所述至少一个蓄电池单元并且基本上包括预充电电路。所述预充电电路能够包括工作保护器和由预充电保护器和预充电电阻组成的串联电路，其中，所述串联电路与所述工作保护器并联连接。优选地，所述部件包括中间电路电容器，其中，所述预充电电路和所述部件相对于所述至少一个蓄电池单元形成串联电路。此外，所述部件包括放电电路，优选地，所述放电电路包括放电继电器和与所述放电继电器串联连接的放电电阻。所述放电电路尤其是与所述中间电路电容器并联连接。

[0016] 优选地，所述蓄电池系统为锂离子蓄电池系统。

附图说明

[0017] 借助于附图和后续的说明书进一步阐述本发明的实施例。其中：

[0018] 图1示出了依据本发明的一个实施例的蓄电池系统；

[0019] 图2示出了显示中间电路电容器的功率消耗的图示；

[0020] 图3示出了显示中间电路电容器的功率消耗的另一个图示；

[0021] 图4示出了依据本发明的一个实施例的方法；以及

[0022] 图5示出了依据本发明的另一个实施例的方法。

具体实施方式

[0023] 在本专利申请的范围内使用概念消耗的能量和释放的能量。消耗的能量为由于电流而产生的电能。消耗的能量的示例将在图2的范围内讨论。释放的能量为由热造成的能量或者热能。

[0024] 图1示出了依据本发明的一个实施例的蓄电池系统100，该实施例示出了多个锂离子蓄电池单元102的串联电路和高压电网104，其中，高压电网104被连接至多个锂离子蓄电池单元102的串联电路。该高压电网104能够与另外的部件106连接，该另外的部件例如包括中间电路电容器108、放电电路、脉冲逆变器或者其它的负载，如电机等。

[0025] 高压电网104包括预充电电路，其就他而言包括工作保护器110和由预充电保护器112和预充电电阻114组成的串联电路，其中，该串联电路与工作保护器110并联连接。该预充电电路和中间电路电容器108相对于锂离子蓄电池单元102形成了一个串联电路。
该锂离子蓄电池单元102形成了一个蓄电池或者蓄能器。

[0026] 放电电路包括放电继电器116和与该放电继电器116串联连接的放电电阻118。该放电电路与部件106或者中间电路电容器108并联连接。

[0027] 蓄电池系统100还包括蓄电池管理单元120，其被设置为执行接下来将参照图4和图5来描述的方法。

[0028] 诸如电机、备用发电机和充电单元的车辆部件作为蓄电池系统100的负载的运行尤其是在接通或者关断该车辆部件时出现尖峰载荷，该尖峰载荷通常由蓄电池系统100中的电子存储装置来缓冲。中间电路电容器108形成了这样的电子存储装置。如果车辆部件将蓄电池系统100接通，那么将首先为中间电路电容器108充电，然后该车辆部件自身能够工作。中间电路电容器108的充电由锂离子蓄电池单元102经由预充电电阻114来实现，其中，该蓄电池管理单元120如此地操控预充电保护器112，以使得其将预充电电阻114与锂离子蓄电池单元102连接起来。在该中间电路电容器108充电结束之后，蓄电池管理单元120将工作保护器110闭合，以使得车辆部件工作。

[0029] 中间电路电容器108的快速充电将在导线和高压电网104的构件中产生了高的电流。该高的电流降低了所涉及的导线以及构件的使用寿命。虽然慢的充电能够保护这些构件，然而也相应地需要更长的时间直至该车辆部件能够工作。

[0030] 通过中间电路电容器108的电流以以下程度下降，以该程度来为中间电路电容器充电。为此，图2示出了由预充电电阻114在时间间隔tl上充电期间所消耗的功率的曲线。在图2中所示出的功率曲线下方的面积相应于由预充电电阻所消耗的能量。在此，在电容器充电开始时，在电阻中消耗高的功率Pp并且转换为热。图2示出了例如三个相互连续的充电过程。

[0031] 在此，多次执行的充电的负荷相应于在时间间隔tv上所叠加的单个负荷，如在图3中通过功率曲线Pc所示出的那样。

[0032] 在图4中示出了依据本发明的一个实施例的方法400。在第一步骤402中，蓄电池管理单元120测量在中间电路电容器108上的第一电压。在接下来的步骤404中，该蓄电池管理单元120操控预充电电路，以便为中间电路电容器108充电。在接下来的步骤406中，该蓄电池管理单元120测量在中间电路电容器108上的、充电之后的第二电压并且接下来在步骤408中根据第一和第二测量的电压形成电压差。蓄电池管理单元120在接下来的步骤410中确定由预充电电阻所消耗的能量。

[0033] 在图5中示出了依据本发明的另一个实施例的方法500。在第一方法步骤502中，从非易失性存储器中提取出预充电电阻的起始温度或者将其确定为约60℃高的环境温度。在接下来的步骤504中确定以热为形式的、由预充电电阻所释放的能量，其中，热释放实现了预充电电阻的冷却。

[0034] 预充电电阻的热释放和由此带来的温度变化能够在步骤504中以如下公式来确定：

[0035]

[0036] 在此，T是所确定的预充电电阻的瞬时温度；W是由预充电电阻所释放的能量；Cp是以焦耳每开尔文为单位的预充电电阻的热容量；Gth是在环境温度中以瓦特每开尔文为单位的热传导系数；Tumgebung，max是最大的环境温度并且Tabgelaufen是在热释放期间流逝的时间。

[0037] 在接下来的步骤506中以如下公式确定在最坏的情况下，即最差的情况下的、由预充电电阻所消耗的能量：

[0038]

[0039] 在此，Ww.c.是由预充电电阻114在最差的情况下所消耗的能量，单位为焦耳，该能量根据蓄电池单元102的总电压(即蓄电池单元UBatterie)、预充电电阻的欧姆电阻Rv和在消耗该能量的时间t得出。

[0040] 在接下来的步骤508中以如下公式确定在最坏的情况下的预充电电阻114的温度Tw.c.：

[0041]

[0042] 在此，T是预充电电阻114的瞬时温度，在第一次方法运行时即为例如环境温度。

[0043] 在接下来的步骤510中检验以下条件是否满足，即在最坏的情况下的温度Tw.c.是否小于所确定的预充电电阻的最大温度。如果该条件满足，那么该方法进入接下来的步骤512中，在该步骤中为中间电路电容器108充电或者预充电。如果在步骤510中该条件不满足，那么该方法500回到步骤504中，在该步骤中冷却该预充电电阻114或者确定对该预充电电阻114的冷却。

[0044] 在步骤514中将以如下公式确定由预充电电阻实际消耗的能量：

[0045]

[0046] 在此，W是所确定的由预充电电阻所消耗的能量；UBatterie是蓄电池的总电压；其中，从该总电压中将减去在蓄电池单元和预充电电阻114之间的连接元件的电压ULink；Rv是预充电电阻的欧姆电阻；TLade是在中间电路电容器108充电期间所流逝的时间。

[0047] 在接下来的步骤516中检验以下条件是否满足，即该充电过程是否结束。如果该条件满足，那么该方法500进入接下来的步骤518中。如果该条件在步骤516中不满足，那么该方法500回到步骤514中并且继续为中间电路电容器108充电，在此期间将继续确定由预充电电阻所消耗的能量。

[0048] 在步骤518中将在中间电路电容器108充电结束之后以如下公式确定所出现的升温或者预充电电阻114的温度：

[0049]

[0050] 参照图4和图5所描述的方法能够用于蓄电池系统100中的预充电电阻114的热保护，其中，蓄电池管理单元120被设置为执行这样的方法。蓄电池系统100能够就他而言应用在机动车中并且提供机动车的高的可靠性。

[0051] 相应于欧姆定律，也能够在确定电压之前并且在预充电之后测量预充电期间的电流。在此，相应地适用用于预充电电阻的所消耗的能量的公式。

[0052] 在另一个实施例中，在预充电电阻处能够应用另一个预充电电路，以便为中间电路充电。