用于监控电池的荷电状态的方法
【专利说明】用于监控电池的荷电状态的方法
[0001]说明书
[0002]本发明涉及一种用于监控机动车辆的电池的荷电状态的方法。监控的电池特别是机动车辆的铅蓄电池。
[0003]机动车辆的起动机电池是提供用于内燃发动机的起动机马达的电流的蓄电池。相比之下，电动车辆的电池一一其用于驱动车辆一一被称为牵引电池。此外，电动车辆或混合动力车辆也可以具有起动机电池。通过示例，铅蓄电池可以用作电池，然而，这些以下将被称为铅电池。
[0004]车辆的这种类型的电池不断地充电和放电。通过示例，通过交流发电机执行充电，或在插电式电动车辆的情况下通过将车辆连接到本地电源来执行充电。这里，可以实施机动车电源管理的各种策略。用于控制交流发电机的策略必须保持电池荷电状态(SOC)处于低于满荷电状态且高于最小状态以保证电气功能，交流发电机调整发电量以适应很少或甚至没有消耗电能的传动系统操作阶段。因此，估算荷电状态或者识别高或低荷电状态的电池监控系统，必须确保电池始终充分地充电以便确保其功能。
[0005]控制插电式混合动力车辆(PHEV)和电动车辆(BEV)的低电压系统(12V)的策略形成用于控制电源的第二类策略。根据特定时间计划、车辆模式或激活的电负载，它们可以激活均衡充电和涓流充电。这样的策略同样需要电池荷电状态的监测，特别是因为涓流充电一定程度上是可以迅速下降到低荷电状态的荷电状态条件。
[0006]通过示例，从现有技术已知的电池监控系统使用霍尔传感器或分流电阻，霍尔传感器或分流电阻在每种情况下均直接连接到电池电极。然而，这引起电池的封装和布置的某些限制或要求。然后，测量的电池电流通常实时地积分并且添加到初始值中，以便估算当前的荷电状态。因此，结果是连续计算值，其应该估算实际的荷电状态。
[0007]分流电阻在宽范围的电流值内是非常精确的。因此，在车辆操作期间和在停车阶段期间，它们适用于电池电流的测量，但是比较昂贵。霍尔传感器成本不高，但是通常设计用于仅在有限范围内的电流的精确测量。它们的精度可以限制荷电状态的估算的精度。此夕卜，这特别是当传感器设计成测量高或中等电流但是车辆在具有低但仍然显著的负载的状况下保持停放长的时间期间时的情况。
[0008]一旦电池在没有显著的充电电流或放电电流的情况下已经休眠若干小时，通过测量电池的开路电压并且使用存储的相互关系(查找表)，可以确定连同电流积分使用的初始值。这可以被认为是在先前旅行期间确定的荷电状态的重新校准。然而，周期或恒定负载妨碍这个初始估算。其他实施构思用电池电压的测量进行操作，同时用例如在起动机的旋转期间的已知的高负载使电池放电以便估算初始的荷电状态。
[0009]第一种方法——其使用电池的开路电压——在插电式车辆(PHEV或BEV)中不能可靠地使用。这也适用于比如出租车或警察巡逻车这样的整晚由不同的驾驶员驾驶的传统车辆。在PHEV和BEV的情况下，即使车辆在若干小时的时间期间内在电源处充电，不能保证在下一个旅行之前开路电压有足够的时间达到稳定状态。这归因于以下事实:在牵引电池在电源处的充电期间，已知的电源的电气架构不使铅电池从低压电流源分离。如果经过测量稳定状态下的开路电压的不足的休眠时间，则在上一次旅行期间计算的荷电状态的最终估算值可以用作初始值。然而，结果削弱了精度。
[0010]最后，电池监控传感器(BMS)的成本必须由其功能补偿。电池监控传感器的主要功能在于监控电池以最小电压水平按需提供电流的能力。然而，用于估算电池的电气功能的电流积分法的使用的缺点在于以下事实:即使SOC是精确已知的，电池的电流输出能力并不总是由荷电状态反映。此外，这特别是当电池已经老化时的情况。
[0011]由传统电池监控传感器引起的上述精度问题连同成本考虑和设计规定，导致需要一种新的电池监控技术。
[0012]专利文献EP I 321 773 Al通过示例公开了一种用于确定电池的剩余容量的方法，在该方法中使用电池的剩余容量和四个参数之间的相互关系。参数包括电池的内阻、温度、放电电流以及开路电压或放电电压。这些参数之间的相互关系是通过测量确定的，并且根据这个相互关系创建一条或多条曲线图。从基于至少两个变化的参数的曲线图确定电池的相关剩余容量，在电池的操作期间测量该变化的参数。专利文献EP I 503 219使用一种方法，在该方法中，从参考表推断出电池的剩余容量和测量的参数之间的相互关系。用如在例如专利文献US 7，355，411或US 7，990，111中公开的方法也高精度地确定电池的剩余容量。
[0013]在此基础上，本发明的目的是提供用于监控电池的状态的更简单的方法，用该方法可以确保足够高的电池荷电状态。
[0014]该目的根据本发明是通过根据独立权利要求1的方法来实现。这种方法的有利发展将由从属权利要求2_10呈现。
[0015]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技术上可行的方式彼此结合并且说明本发明的更多实施例。此外，说明书特别是连同附图，描述并且详细说明本发明。
[0016]在根据本发明的用于监控机动车辆的电池的荷电状态的方法中，在电池充电电压降低到限定的极限值的时刻确定电池电流。将因此确定的电池电流传输到评估单元，如果在限定的监控期内通过确定的电池电流没有测量到电池的放电，则评估单元生成警报信号。这里，选择电池充电电压的极限值，使得当电池的荷电状态处于高于限定的阈值时电池放电。使用的监控期可以是固定的限定值或可以不断地调整以适应电池的当前状态。因此，以这种方式监控的电池特别是铅电池。
[0017]选择电池充电电压的降低的极限值，使得根据本发明的算法可以因此识别电池的荷电状态是处于高于还是低于阈值，高于该阈值，则电池的电气功能可以总是得到保证。然而，算法在这里仅识别离散的荷电状态，因为其仅确定荷电状态相对于阈值是高还是低。这意味着算法检测尚散状态而不是尽可能精确地估算精确的荷电状态。
[0018]代替不断地计算荷电状态的估算值，算法输出识别荷电状态是处于高于还是低于预先限定的阈值的信号。如果在电池充电电压的降低之后的限定的时间期间内没有测量到放电，则这意味着荷电状态处于低于阈值并且因此是不足的。相比之下，如果确定放电，则这意味着荷电状态处于尚于阈值并且是足够尚。因此，方法仅确定低荷电状态或尚荷电状态，然而这对典型的充电和停止启动控制策略来说是足够的，策略目的是使燃料消耗减到最少。这对用于插电式车辆的电源管理的设计为保持长的电池使用寿命和最大化电力驱动的行程的策略来说也是足够的。
[0019]因此，在长的休眠时期之后，算法也不执行荷电状态的初始估算，否则其将引起先前提到的问题。在没有安装在电极上的电池电流传感器和/或电池电压传感器的情况下，也可以实施该算法。
[0020]测量值可以从传感器直接地或间接地传输到评估单元。此外，评估单元不一定是独立的模块，因为其功能可以通过若干单独的模块的合作来形成。
[0021 ] 根据本发明，通过监控电池电流来确定相对于阈值的高荷电状态或低荷电状态，同时电池端子上的电压至少片刻降低到对应于校准阈值的电压。这里，通过测量电流源的输出电流，可以直接地或也可以间接地确定电池电流，电池通过该电流源充电。这个电流源特别是机动车辆的发电机(例如交流发电机)或DCDC (直流-直流)转换器。如果交流发电机的输出电流或DCDC转换器的输出电流下降到零，同时发生电压降，则可以假定电池提供总的低压电流。因此，通过监控交流发电机的输出电流或DCDC转换器的输出电流，可以确定电池放电时间，并且不需要单独的电池电流传感器。
[0022]用于监控荷电状态的算法应该与电源管理策略一起实施，该电源管理策略周期地升高和降低电压设定值，当设定值以这种方式降低时，可以发生监控。在例如以下情况时正是如此:如果存在限定的条件，则基于充电策略增加电池充电电压，并且当这些限定的条件不再存在时，电池充电电压再次降低到限定的极限值。通过示例，这些限定的条件可以包括机动车辆的传动系统的高能量转换效率或再生制动的良好条件。
[0023]然而，如果很少发生或甚至根本不发生电压设定值的这种变化，则算法也可以周期性地引起必要的电压降低。因此，在本发明的一个实施例中，电池充电电压根据计划以有规律的间隔降低到限定的极限值。因此，可以计划短期的周期性电压降低，这仅用于荷电状态的定期监控的目的。
[0024]如果通过评估单元的警报信号识别电池的过低的荷电状态，则可以由机动车辆启动用于改变电池状况的措施。这种措施特别是包括使电池充电到最大荷电状态的过程的发起，最大荷电