用于监测机动车辆中电池的状态的方法
【专利说明】用于监测机动车辆中电池的状态的方法
[0001 ] 说明书
[0002]本发明涉及一种用于监测电池的状态的方法，采用该方法识别电池中的内部短路。以这种方式监测的电池可以是一一特别是一一机动车辆中的电池。
[0003]机动车辆的起动机电池是例如给内燃发动机的起动机供应电流的可再充电的电池。相比之下，用于驱动车辆的电动车辆的电池被称为牵引电池。此外，电动车辆或混合动力车辆还可以具有起动机电池。使用的电池可以是例如可再充电的铅酸电池或可再充电的锂离子电池，然而，可再充电的铅酸电池或可再充电的锂离子电池在下文中也被称为铅酸电池或锂离子电池。
[0004]当铅酸电池或可再充电的铅酸电池老化并且例如由于内部短路或其他机制而开始放出气体时，所述电池的温度通常增加。在大大提高的温度的情况下，这可能导致电解液开始沸腾并从电池中逸出。其结果是，产生的含酸的蒸气、蒸汽和/或烟雾可以给人呈现潜在的安全风险，或至少是由于这种电池发出难闻的气味导致客户不满意的原因。这在插电式电动车辆或插电式混合动力车辆领域特别关键。所述车辆当它们在车库中通宵充电时，在电池充电过程中的相当长的时间期间经常无人看管。
[0005]此外，内部腐蚀和高的内部电阻可以作为电池老化的伴随现象发生。由于高的内部电阻和电容的损失，所述电池然后不再能够例如以足够的电压提供能量以启动车辆。此外，设计供应比车辆的发电机或直流/直流(DC/DC)转换器汲取更多的电流的电负载以引起放电操作期间电池连接处的电压瞬变，这可能对这些或其他负载的电气功能性具有不利影响。举例来说，如果违反车辆中的控制器的低压工作极限，则瞬变可以导致车辆中的控制器被关闭和被重新启动。
[0006]如果电解液水平落到极板以下，则电容同样下降并且内部电阻增大。由此产生的故障模式与由于腐蚀发生的那些故障模式相同并且可以概括为在启动和高电流瞬变期间电气功能性损伤。
[0007]在电池显示出所述症状的情况下，也可以认为它们在可预见的将来将可能发生故障。这种电池的功能性故障以及因此车辆的功能性故障应该不惜一切代价避免。这可以例如通过使驾驶员或维修人员在足够早的阶段意识到即将发生的电池故障来进行。为此，电池的状态必须被监测，这根据各种参数是可能的。
[0008]处于深低压范围(14...48V)的车辆系统通常与电驱动系统分离，如在电动车辆和混合动力车辆中可以发现的。然而，电池监测在这种低压系统中是不常见的。然而，由于用户行为的变化，特别是关于车辆的电池在车库中通宵无意识的充电，电池监测已获得新的重要性。
[0009]特别是，在这种情况下内部短路的存在具有重要意义。因此，本发明的目的是提供一种用于监测电池的状态的方法，采用这种方法可以检测电池的内部短路。
[0010]根据本发明，这个目的是通过独立权利要求1所述的方法来实现的。该方法的有利发展可以在从属权利要求2-8中找到。
[0011]应当指出的是，在权利要求中单独详细说明的特征可以以任何所需的技术上有意义的方式彼此结合并公开本发明的进一步改进。说明书特别是结合附图进一步描述和详细说明本发明。
[0012]根据本发明的方法适用于监测机动车辆的电池的状态，其中电池中的内部短路可以使用该方法来识别。该方法选择性地应用两种算法，这两种算法在在限定的时间段内对电池充电之后应用。在此时间段过去之后，提供的是
[0013]a)在第一算法中，测量电池充电电流并将其传送到评估单元，并且如果电池充电电流没有下降到限定的极限值以下，则评估单元生成警报信号，或
[0014]b)在第二算法中，关闭或调节电源以实现电池放电操作，并且测量空载电压或欠载的电池电压并将其传送到评估单元，并且如果空载电压或欠载的电池电压处于限定的极限值以下，则评估单元生成警报信号。
[0015]评估单元的警报信号表明电池中内部短路的识别/检测。因此，当在很长的时间段对电池充电之后电池电流没有下降时，或当相对长时间的充电操作之后电池的空载电压或放电电压下降或迅速下降时，识别出具有内部短路的故障电池。被集成到两个单独的算法中的这两种识别方法可以在内部短路识别策略中并行实施。
[0016]在限定的时间段内对电池充电优选包含均衡充电操作。保证可再充电的铅酸电池中的所有单元在可接受的时间段——通常是12至24小时——内完全充电的设定点电压值用于均衡充电。设定点电压值通常与温度相关并且常常以在最大构造价值下的析气率处于限定的温度范围的中间这样的方式来限定。限定均衡充电的z曲线可以从电池制造商获取或由车辆制造商限定以便利用预测的使用配置文件在给定的目标车辆上良好运作。
[0017]z曲线限定电池的连接端子处的电压。为了控制初级电流源以便达到电池连接端子处的限定的电压的目的，需要电池电压的反馈控制或可以执行干扰变量的应用的控制的策略，该策略相对于总车辆电流或电池电流调节发电机或DC/DC变换器的设定点电压值。
[0018]因此，第一可选择的算法监测充电电流随时间的变化并且当电池已经受高均衡充电电压超过很长的限定的时间段但电池充电电流保持在阈值以上时识别出内部短路。第二算法监测电池的空载电压或欠载相当长的均衡充电时间段之后的电池电压。当均衡充电时间段具有最小限定的长度时，其被认为是足够的。在均衡充电阶段之后，电源应该被控制用于通过车辆负载放电，或当车辆不使用时电源被切断。电池电压应该在至少一个限定的时间段之后进行测量。当所述电池电压不超过预定的阈值时，识别出内部短路。
[0019]为了检测将要评估的测量变量，可以使用例如用作电池监测传感器(BMS)的常规的电极式传感器(Polnischensensor)。在这种情况下，电池优选是机动车辆的低压系统的一部分。以这种方式测得的值可以被传感器直接或间接地传送到评估单元。此外，评估单元一定不是独立的模块，而是其功能也可以通过多个单独的模块之间的交互形成。在这种情况下，由评估单元生成的警报信号可以以不同的方式进行处理。
[0020]在本发明的优选实施例中，提供的是，在该方法中使用的算法根据机动车辆的当前操作模式来选择。例如，当机动车辆在运行时，应用算法a)，而当机动车辆已处于停放模式超过限定的时间段时应用算法b)。此外，作为算法a)的应用条件，可以提供的是，这种算法仅当电池的荷电状态处于限定的极限值以上并且充电过程已经以不间断的方式发生超过限定的时间段时应用。
[0021]警报信号然后可以以多种方式利用。例如在车辆的仪表板区域中的警告指示伴随评估单元的警报信号，这种警告指示通过警告灯来实现是可能的。以这种方式，通知车辆的驾驶员关于电池的临界状态，并且车辆的驾驶员可以发起相应的对策。在该过程中，可以通过用于诊断目的的故障代码通知维修人员。
[0022]此外，可以发起中和策略，其中，例如，电池电压可以被调节为使得负面影响最小化，并且仅发生局部故障。特别是，充电电压的设定点电压值可以设置为使得进入电池和流出电池的电流最小化。此外，通过电池操作的系统可以关闭，或者电池可以从系统断开。这可以例如通过继电器一一特别是固态继电器(SSR)—一来实现。在车辆从电源充电的情况下，充电过程可以自动终止。
[0023]然而，由于即使电池是完好的，用于识别损坏的电池的算法往往生成故障消息，在这种情况下，可以提供的是，例如，仪表板中的警告指示和/或诊断系统中的故障代码仅当评估单元已在若干连续的操作阶段内生成限定数量的警报信号时生成。例如，仅当在过去的五个操作阶段中已经生成至少三次表明电池损坏的警报信号时，才识别出无规律的充电过程。
[0024]本发明特别用于可靠地识别机动车辆的铅酸电池中的内部短路，该内部短路表明电池的使用寿命的终结并且可能导致过多的气体排放、热发展和电池故障。然而，本发明还可以延伸到其它应用领域中的铅酸电池，例如飞机和船舶中的电源系统。
[0025]本发明的进一步优点、特定特征和有利发展可以在从属权利要