用于在车辆的能量存储器中提供保护功能的方法与流程

本发明涉及根据在独立方法权利要求的前序部分中更接近定义类型的方法。

背景技术：

从us2016/0103188已知，当较长时间充电后电池组的开路电压下降时，识别出具有内部短路的电池组。

从de102015200406a1中已知一种具有多个互连的电化学单元的电池组模块。

在电动车辆中，基于锂化学的蓄电池通常可以用作电能存储器，因为与基于镍或铅蓄的蓄电池相比，它们具有在轻的重量的情况下的非常高的能量密度。通常，这些电能存储器组合在电池组包中，这例如通过单个电池的串联连接或作为电池的串联和并联连接的组合来实现。

技术实现要素：

本发明的主题是一种具有独立方法权利要求的特征的方法。本发明的其他特征和细节从相应的从属权利要求、说明书和附图中得出。

在此，根据本发明的方法用于在车辆的能量存储器的至少一个电池中提供保护功能。这种保护功能例如可以是对电池进行安全断路以防止电池中的临界状态。例如，可以通过电池的短路引起这种临界状态。能量存储器可以具有至少一个电池（特别是可充电的电池组电池），其中必要时也将多个电池组合在电池组包中，以便例如向车辆的车载电网供应能量。因此，可以设置运行状态，其中车辆的能量供应、例如具有耗电器的车载电网的能量供应由电池或能量存储器的电池实现。与此的对立面形成静止状态，其中禁止能量供应并且电池尤其处于空载。电池组电池可以是具有高电能密度的基于锂化学的电池组电池。

在本发明的范围内可以规定，在静止状态下-并且优选地仅在运行状态之外–执行后续步骤：

a）通过监视装置执行监视，其中重复地（即特别是循环地）检测测量值、特别是电压测量值，所述测量值分别对于电池中的电池电压，优选对于电池的开路电压是特定的，即换句话说分别可以是电压测量值，

b）当借助所检测的测量值中的至少两个的比较而探测到电池中的故障状态时，执行至少一个安全措施来去激活电池，以便提供保护功能，其中优选地，也由监视装置执行比较和/或安全措施。

因此，由此实现了一个优点，即可以降低识别故障状态、如电池内部短路中的技术复杂性。因为通常需要高计算耗费和相应性能卓越的电子装置，以便例如基于电池电压曲线执行及早识别。相应地，根据本发明的另一个优点，也可以省去由中央电池组电子装置（bcu）、特别是电池组管理系统（bms）实施根据本发明的方法的步骤。因此可能的是，当bcu没有（例如被车辆的车载电网）供电和/或bcu被断路时，也进行根据步骤a）的监视和/或根据步骤b）的安全措施。换句话说，可以独立于bcu的能量供应地进行监视，例如在车辆的具有最小能量消耗的停车阶段中。例如，去激活电池理解成电池转变到安全状态中，例如通过隔离和/或受控的放电等。

可以规定，故障状态是能量存储器中的短路，优选地是电池内部短路。在此，安全措施可以包括控制安全开关、例如电气或电化学开关。安全开关例如实施为不可逆安全开关，即因此只能切换一次（用于中断或建立回路）。例如，安全开关构造为功率半导体开关或继电器或快速放电元件或反熔丝元件。特别地，安全开关被集成到具有电池的电流路径中，例如与电池串联或并联连接。

例如，能量存储器包括至少一个电池（特别是电池组电池），其中优选地，多个电池以串联连接或者作为串联和并联连接的组合进行电气布置。有利地，能量存储器被构造为可充电电池组（蓄电池）、优选地电池组包。此外，能量存储器可以构造为车辆的牵引电池组，并且优选地用于对车辆的车载电网进行能量供应，特别优选对12v（伏）的车载电网或48v的车载电网以及大于60v的车载电网进行能量供应。根据另一优点，能量存储器实施为具有高于40v或60v的系统电压的（可充电）电池组，例如实施为具有360v或<770v的额定电压的牵引电池组。

在（例如具有大于60v的系统电压）的牵引电池组中和/或在48v的brs电池组（brs=升压再生系统）中，电池组可以在车辆不使用时与车辆的相应车载电网分离，例如关闭电池组电子装置的部分。替代地或附加地，必要时也可以将电池组电子装置的直接由电池组电池供电的部分切换到节能模式。通过断开高压或48v车载电网，可以确保没有能量可以从电池组流入到车辆中，即在这种状态下不能发生经过电池的电流流动。

根据另一个优点，车辆构造为机动车辆和/或乘用车辆和/或卡车和/或电动车辆和/或混合动力车辆。

此外，在本发明的范围内能够有利的是，根据步骤b）通过以下方式探测故障状态，即根据测量值探测电池中的电压损耗，其中优选地为此将相应的当前检测的测量值与（例如循环确定的或跟踪的或预定义和/或预先存储的）识别阈值进行比较。因此，这种比较也被理解为在步骤b）的意义上比较至少两个所检测的测量值。因此，可以识别电池中的超出了电池的正常自放电的电压损耗，以便探测到故障状态。因为在该情形下在静止状态中没有电流可以流过电池，所以因此可以以简单的方式通过分析测量值的时间曲线探测到故障状态、例如电池的内部短路。

还可以的是，为了探测而根据步骤b）分析测量值的时间曲线，其中该分析借助至少两个测量值的至少一个差来执行。例如，在这种情况下，如果两个测量值（例如当前的和先前的测量值）的差大于30mv，则可以肯定地探测到故障状态。这能够实现用于监视电池电压的特别简单的解决方案。

可选地规定，以100ms至500ms的时间间隔（特别是根据第一速率）检测测量值。换句话说，可以选择用于检测测量值的时间间隔，与运行状态中的可选的电压测量相比，该时间间隔非常大（例如至少2倍至100倍）。由此可以实现具有非常低的能量消耗的测量值检测，由此在电池组的自放电没有显著提高的情况下也可以在静止状态中进行连续的监视。

此外有利的是，时间上在根据步骤a）的每次检测之后执行所检测的测量值的（例如算术）求平均，使得分别确定平均值，并且在步骤b）中将分别当前检测的测量值与分别当前确定的平均值进行比较，以便探测到故障状态。因此，这种比较也被理解为在步骤b）的意义上比较至少两个所检测的测量值。能够是优点的是，在此在根据步骤a）的每次重复的特别是循环执行的检测之后，进行确定数量、例如2到5个测量值的求平均，以便确定当前的平均值。随后，在步骤b）中，分别（先前在步骤a）中）当前检测的测量值可以与分别当前（之前）确定的平均值进行比较，例如形成测量值和平均值之间的差。由此，可以提高根据本发明的方法的鲁棒性，并且相应地可以避免安全装置的错误触发。

在另一种可能性中可以规定，时间上在步骤a）之后借助所检测的测量值的求平均来确定识别阈值，并优选在步骤b）中将当前检测的测量值与识别阈值进行比较。替代地或附加地能够可以的是，根据步骤b）的比较的结果也在多个检测循环上求平均，例如在两个至五个测量值或循环上，并且只有当所述求平均的结果满足探测标准，才肯定地探测到故障状态。当求平均的结果小于（或等于）平均值和/或小于识别阈值（因此小于触发阈值）时，例如才满足（例如用于识别短路的）探测标准。

也能够可以的是，如果至少一个当前测量值（或也可能当前的最后的测量值）小于先前的测量值的平均值减去识别阈值的固定值，则满足探测标准。例如，先前的测量值可以是3.89v并且识别阈值的固定值可以是0.3v，使得导致检识别测量值是3.58v。

此外有利的是，在本发明的范围内，如果在根据步骤b）的比较中当前检测的测量值大于识别阈值，则根据步骤a）的检测以第一（时间）速率执行，并且必要时，特别是仅当在根据步骤b）的比较中当前检测的测量值小于或等于识别阈值时，根据步骤a）的检测以大于第一速率的第二速率执行。特别是，在此识别阈值不能是固定值，而是例如先前测量值的平均值减去识别阈值的固定值。因此，可以实现另一个优点，因为在识别到低于识别阈值（即触发事件）之后，提高电池电压测量的采样率，并且因此可以保证足够快的识别和相对于错误触发的足够的鲁棒性。特别地，只有当在检测中以第二（较高的）速率确认了故障状态时，才可以肯定地探测到故障状态和/或可以执行安全措施，例如激活安全装置。如果即使在以第二速率的循环检测中多个循环上的测量值、即例如至少4个或6个测量值总是低于识别阈值（即分别小于或等于识别阈值），这例如就是这种情况。这能够实现触发事件的所谓的去抖动。

另外有利的是，步骤a）和b）由监视装置执行，该监视装置为此独立于电池组管理系统地构造成分配给电池的电子装置（与电池关联的电子装置）。术语“与电池关联”有利地是指，电子装置（即监视装置）被布置在电池上和/或固定在电池上和/或电集成具有电池的回路中和/或，优选完全和/或仅由电池供应能量。例如，监视装置构造为安装在电池上的专用集成电路（asic）。在能量存储器的多个电池中，监视装置可以安装在每个电池上，并且例如包括用于电池电压检测的模数转换器（adc）和可能其他逻辑元件，例如用于激活电池的安全装置。根据另一个优点，监视装置因此也可以构造为控制装置。例如，监视装置的能量供应完全由电池电压产生，使得监视装置可以自主地（即独立于bms地）运行，以便测量电池电压。

另外，在本发明的范围内可以规定，步骤a）和b）在静止状态下执行，其中电池与其他电池连接，并且步骤a）和b）此外在电池的传输状态下执行，其中电池与其他电池电分离，其中优选地不仅在静止状态下而且在传输状态下，电池被切换到空载（和/或无负载）。这里切换到无负载是指将用于与车辆的负载（例如具有耗电器的车载电网）连接的电开关、例如接触器或半导体开关等断开，使得必要时将电池转变到空载中。在静止状态中，在此电池可以始终无负载地切换，其中必要时可以仅从静止状态出来（并不进入传输状态）切换到运行状态中。在运行状态中，可以相应地闭合电开关，以便能够实现负载的能量供应。特别是，在这种情况下优点是，监视装置可以执行根据步骤a）的监视和/或执行根据步骤b）的探测和/或启动根据步骤b）的安全措施的执行，因为这些步骤可以独立于电池组管理系统并且因此也在传输状态下执行。例如，电池在传输状态下不与其他电池连接，并且因此不处于电池组包中（不同于必要时在静止状态和运行状态下）。在另一种可能性中可以规定，步骤a）和b）连续地在静止状态和传输状态下执行。因此，通过持久监视可以可靠地提供保护功能，其中代替于此，当由bms提供保护功能时，可能仅仅在运行状态下遭受步骤a）和/或b）。

例如，不仅根据步骤a）的监视而且根据步骤b）的探测可以连续地且循环地在静止状态和/或传输状态下执行，例如可以时间上总是在步骤a）之后执行步骤b）。因此能够实现持久监视并因此提高安全性。

此外能够可以的是，在肯定地探测到故障状态的情况下，即当识别和/或确认电压下降大于识别阈值时，激活所涉及的电池的安全装置，以便防止电池内的临界的局部过热。

根据另一个优点，在根据本发明的方法中可以规定，根据步骤a）或根据步骤b）的监视和/或探测在将能量存储器接入车辆电网（车载电网）之前被去激活（例如暂停）。这是必要的，因为用于识别内部短路的识别阈值显著低于在使用能量存储器时由放电电流引起的电压变化。作为其他优点，在这种情况下可以执行监视装置与中央电池组电子装置的通信，其中使用用于切断和激活电池相关的监视（例如根据步骤a）或步骤b）的探测和/或检测）的命令。特别地，在这种情况下，bcu可以是命令生成器。然后，例如如果识别到车辆对高压供应的需求，则可以首先去激活内部短路的电池相关的监视，并必要时随后由bcu的软件执行电池内部短路的识别。可以规定，然后才将能量存储器接入车辆车载电网，即与负载（例如具有耗电器的车载电网）连接。

此外能够可以的是，在（行驶循环的）电池组使用结束之后在与车辆车载电网分离的能量存储器的情况下通过bcu中的软件识别内部短路保持活跃，直到松弛和冷却过程很大程度上完成。如果在此不再预期到无故障电池的显著电压变化，则在电池相关的电子装置（监视装置）中可以激活识别功能（即探测）并且切断中央电子装置（bcu）。

可选地可能的是，用于电池相关的监视的监视装置在激活纯电阻性的电池平衡时去激活，因为接入平衡电阻可以导致电池电压测量值的下降。此外，可选地，能够可以的是，在纯电阻性的平衡（即所谓的纯电阻性的电池平衡）的整个持续时间内，由监视装置电池相关地实现的内部短路识别被切换到第二（例如较低的）识别阈值上，其特别是也容忍例如电池电压的较大变化。替代地或附加地，能够可以的是，在运行状态下防止步骤a）和/或b）的执行，并且特别是所述执行在电池接入车辆的能量供应之前，优选地通过电池组管理系统，优选通过去激活监视装置和/或切换识别阈值来去激活。

此外，可选地规定，监视装置和/或电池相关地实现的内部短路识别（即根据步骤a）的监视和/或根据步骤b）的探测）在模块电子装置上实现。在这种情况下，必要时也可以使用其他识别阈值。本发明同样涉及监视装置，其中根据本发明的方法被存储在监视装置的存储器中，其中监视装置特别是用于执行根据本发明的方法。本发明也包括至少一个能量存储器，特别是至少一个电池组电池和/或基于锂化学的具有根据本发明的监视装置的电池组包形式的能量存储器。

附图说明

本发明的其他优点、特征和细节将从以下描述中得出，其中参考附图详细描述了本发明的实施例。在此，在权利要求书和说明书中提到的特征可以分别单独地自身或以任意组合对于本发明重要。分别示意性地：

图1示出了用于可视化根据本发明的方法的所检测的测量值的曲线，

图2示出了用于可视化根据本发明的方法的所检测的测量值的曲线，

图3示出了具有能量存储器的车辆。

具体实施方式

图1为了可视化根据本发明的方法100示意性示出在出现电池内部短路的情况下可能的时间电池电压曲线。有利地，执行根据本发明的方法100的根据步骤a）的测量值110的检测，并且在每次检测之后计算所跟踪的识别阈值120。在此，可以将识别阈值120计算为在当前检测的测量值110之后的最后5个测量值110的平均值。在此，示例性地将所检测的测量值110与实际电压130进行比较，以用于改进地可视化根据本发明的构思。

通过箭头150表示以第一速率并且与此相应地低的测量频率的电池电压确定。在出现对于故障情况特定的事件154（例如内部短路）时，该事件154影响电池电压130。发生电池电压130的电压降，其特征在于相应较低的和下降的测量值110。在测量值110第一次低于识别阈值120的情况下，切换到以第二速率的电池电压确定（用于以高测量频率对事件154去抖动）。在此，切换通过箭头153表示，并且通过另一个箭头151表示以第二速率的电池电压确定。因为在根据图1的示例中确认了故障情况（即其他的测量值110也低于识别阈值120），所以然后触发安全措施（由箭头152表示）。为此，例如必须通过4至6个测量值110来进行确认，使得在第6个测量值处启动安全措施，该第6个测量值连续地低于识别阈值120。为了执行安全措施，例如控制安全装置30，例如断开或闭合安全开关，以便中断或闭合回路。这例如导致电池与车载电网的分离和/或电池转变到安全状态中（例如通过电池的受控放电）。在图1中，这通过电池电压130的进一步的更快的下降来表征。

在图2中示出测量值的曲线，其中一个测量值110由于异常的干扰而低于识别阈值120，却不存在电池内部短路、即事件154。因为在第一次低于的时候没有直接触发安全措施，而是代替于此地首先提高电池电压确定（即测量值110的检测）的速率，所以可以相对快速地识别这种干扰。然后又返回到根据第一速率的电池电压确定（箭头150）。

图3示例性示出具有能量存储器10的车辆1。能量存储器10特别是包括多个电池11，监视装置20和安全装置30可以分别分配给所述电池。此外示出了电池组管理系统3，其可以与监视装置20分开地构造。

实施方式的以上说明仅在示例的范围内描述了本发明。当然，实施方式的各个特征，只要技术上合理，可以彼此自由组合，而不脱离本发明的范围。