CN102565712A - 用于求取机动车蓄电池的状态参量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于求取机动车蓄电池（20）的状态参量的方法和装置（10），其中有待求取的状态参量与所述机动车蓄电池（20）的当前的充电状态相关联。按本发明产生具有定义的时间长度的电流脉冲并且将其馈入到所述机动车蓄电池（20）中，其中检测合成的电压特性曲线并且为确定机动车蓄电池（20）的作为状态参量的内阻而对其进行分析。

Description

用于求取机动车蓄电池的状态参量的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种按独立权利要求1所述类型的用于求取机动车蓄电池的状态参量的方法和一种所属的用于求取机动车蓄电池的状态参量的装置。

背景技术

为了能够在机动车中实现可靠的起动-停止-管理，需要用于进行蓄电池状态识别的蓄电池传感装置。在已知的系统中，通常使用无源的元件比如用于进行电流测量的基于分流器的系统或者用于进行蓄电池状态识别的霍耳传感器。通常由这样的蓄电池传感装置检测不同的测量参量比如电流、电压和温度并且由所属的方法对其进行分析。

在公开文献DE 10 2007 031 303 A1中比如说明了用于求取机动车蓄电池的与蓄电池状态相关联的状态参量的一种方法和一种装置。所说明的方法在使用自我学习的蓄电池模型的情况下求取所述状态参量。所述与蓄电池充电状态相关联的状态参量尤其是机动车蓄电池的稳恒电压。

在公开文献EP 1 845 386 A2中说明了用于求取机动车蓄电池的状态参量的一种方法和一种装置。按照所说明的方法产生电流脉冲并且将其馈入到机动车蓄电池中并且检测合成的电压特性曲线。从所检测到的电压特性曲线中计算第一和第二数学导数并且为检测当前的蓄电池状态而对其进行分析。

发明内容

相对于此，具有独立权利要求1或者说7所述特征的按本发明的用于求取机动车蓄电池的状态参量的方法或者说按本发明的用于求取机动车蓄电池的状态参量的装置具有这样的优点，即通过用定义的电流脉冲来主动地激励机动车蓄电池以及以微小的硬件开销来对相应的电压响应进行分析这种方法可以以简单且成本低廉的方式来计算机动车蓄电池的内阻。而后所述机动车蓄电池的所计算的当前的内阻可以用作用于进一步计算的基础，所述进一步计算则用于检测当前的蓄电池状态。

可以以有利的方式定期实施机动车蓄电池的内阻的按本发明的主动的测定过程，从而总是有机动车蓄电池的当前的内阻供进一步的计算所用。由此不再务必需要温度测量，从而可以放弃温度测量。机动车蓄电池的内阻的主动的测定不仅可以在机动车的起动-停止-运行的主动阶段中但是也可以恰好在停止阶段中实施，从而可以借助于所属的方法获得非常可靠的起动性能结论。

本发明的实施方式可以通过大为减少的硬件以比较便宜且简单的方式得到实现并且尽管如此也满足可靠的起动-停止-管理的要求。

按本发明的用于求取机动车蓄电池的与机动车蓄电池的当前的充电状态相关联的状态参量的装置包括分析及控制单元以及用于检测当前的蓄电池电压的蓄电池传感装置。按本发明设置了脉冲发生器，该脉冲发生器产生具有定义的时间长度的电流脉冲并且将其馈入到机动车蓄电池中，其中所述蓄电池传感器装置检测合成的电压特性曲线并且为进行分析而将其传输给所述分析及控制单元，该分析及控制单元从所述合成的电压特性曲线中确定机动车蓄电池的作为状态参量的内阻。

所述分析及控制单元在此可以是指电气装置，该电气装置比如是控制仪尤其蓄电池控制仪的一部分，所述控制仪对所检测到的传感器信号进行处理或者说分析。所述分析及控制单元可以具有至少一个接口，该接口可以以硬件和/或软件方式来构成。在以硬件方式构成时，所述接口比如可以是所谓的系统ASICs（专用集成电路）的一部分，这部分包括所述分析及控制单元的若干功能。但是也可以做到的是，所述接口是自身的所集成的开关电路或者至少部分地由分散的结构元件构成。在以软件方式构成时，所述接口可以是比如除了其它的软件模块之外在微型控制器上存在的软件模块。

通过在从属权利要求中所列举的措施和拓展方案，可以实现在独立权利要求1中所说明的用于求取机动车蓄电池的状态参量的方法和在独立权利要求7中所说明的用于求取机动车蓄电池的状态参量的装置的有利的改进方案。

特别有利的是，可以将所述机动车蓄电池的内阻的特定的数值用于对机动车蓄电池的稳恒电压进行更新，其中可以对所述机动车蓄电池的内阻的特定的数值和所述机动车蓄电池的经过更新的稳恒电压的数值进行分析，用于输出在机动车的起动-停止-运行过程中的起动性能估算结果。从现有技术中已知的传感器方案需要较高的硬件开销，用于在机动车中实现起动-停止-管理并且具有对于可靠的起动-停止-管理来说不需要的测量精度和功能。本发明的实施方式优选对于这样的起动-停止-管理来说得到优化并且可以以低得多的价格来制成。由此可以以有利的方式即使在低价机动车中也可靠地实现成本低廉的起动-停止-系统。

在按本发明的方法的有利的设计方案中，所述起动性能估算可以在机动车发动机的启动阶段中并且/或者在机动车的运行阶段中来实施，从而借助于所属的计算方法在机动车运行的每个时刻都可以获得非常可靠的起动性能结论。

在所述按本发明的方法的另一种有利的设计方案中，为产生定义的电流脉冲而在预先给定的时间间隔里接通定义的荷载。该荷载比如可以集成到既存的控制仪中。所属的分析规则系统而后也可以在这个或者另一个控制仪中来实现。作为替代方案，定义的荷载尤其可以与所属的分析规则系统一起安置在额外的仪器中。作为荷载，是指所有为本领域的技术人员所熟知的电子组件，比如继电器、双极晶体管或者场效应晶体管（FETs）。

在所述按本发明的方法的另一种有利的设计方案中，所产生的电流脉冲的定义的时间长度可以从0.1ms到1s的范围中优选从1ms到200ms的范围中来选择。所产生的电流脉冲的所属的幅度比如可以从0到100A的范围中优选从0到20A的范围中来选择。此外，可以产生多个先后相随的具有预先给定的有规律的和/或随机的时间间隔的电流脉冲。

为获得得到改进的可靠性和得到改进的信噪比，可以为产生电流脉冲而使用不同的为本领域的技术人员所熟知的规则系统比如PRBS（伪随机位序列Pseudo Random Binary Sequence）。总之，通过额外的定义的荷载来获得这样的优点，即不需要进行额外的电流测量。为测量合成的电压，可以利用本来就在控制仪中可动用的电压测量机构。因为仅仅对电压差进行分析，所以，只要额外的荷载的数值在较短的测量持续时间里不改变，所述荷载就不会在车用电路中通过负载在求取机动车蓄电池的内阻方面造成干扰。

在所述按本发明的装置的一种有利的设计方案中，所述分析及控制单元用所述机动车蓄电池的内阻的所计算的数值来对机动车蓄电池的稳恒电压进行更新，其中所述分析及控制单元对所述机动车蓄电池的内阻的特定的数值和所述机动车蓄电池的经过更新的稳恒电压的数值进行分析，用于估算并且输出机动车蓄电池的在机动车的起动-停止-运行过程中的起动性能，其中所述分析及控制单元在机动车的启动阶段和/或运行阶段中实施所述起动性能估算。

在所述按本发明的装置的另一种有利的设计方案中，所述脉冲发生器包括具有定义的载荷的电子组件和开关装置，其中所述脉冲发生器为产生定义的电流脉冲而在预先给定的时间间隔里将所述具有定义的载荷的电子组件接入到车用电路中。所述具有定义的载荷的电子组件比如构造为继电器和/或双极晶体管或者场效应晶体管。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中进行详细解释。其中：

图1是具有按本发明的用于求取机动车蓄电池的状态参量的装置的一种实施例的机动车车用电路的示意性的方框图；

图2是图1的按本发明的用于求取机动车蓄电池的状态参量的装置的实施例的更为详细的方框图；

图3是按本发明的用于求取机动车蓄电池的状态参量的方法的一种实施例的示意性的流程图；

图4是具有电流特性曲线和电压特性曲线的图表；

图5是用于求取机动车蓄电池的作为状态参量的当前的稳恒电压的计算框的输入参量和输出参量的示意性的图表；并且

图6是用于对机动车蓄电池的当前状态（SOC）或者说起动性能（SOF）进行估算的计算框的输入参量和输出参量的示意性的图表。

具体实施方式

从现有技术中知道了用于检测蓄电池状态的方法，对于所述方法来说，可以在使用与所述蓄电池相接触的蓄电池传感装置的情况下来检测蓄电池充电状态（SOC：State of Charge）和/或蓄电池的起动性能（State of Function）。在蓄电池状态检测的范围内，经常使用用于对蓄电池的稳恒电压进行估算的方法。所述蓄电池的稳恒电压定义为在温度为25℃时在蓄电池未受到负荷的状态下在很长时间之后出现的稳定态的电压。因为所述稳恒电压以特定的边界条件为前提，所以在特定的应用领域内比如在机动车中由于通过存在的稳定电流引起的极化效应、通过温度变化引起的干扰以及用于调节稳恒电压的静止间隙的不足而无法直接测量所述稳恒电压。

图1示出了具有按发明的用于求取机动车蓄电池20的状态参量的装置10的一种实施例的机动车车用电路1，并且图2示出了图1的按本发明的用于求取机动车蓄电池的状态参量的装置的实施例。

如可以从图1中看出的一样，所示出的车用电路1包括具有正极22和负极24的机动车蓄电池20、起动机30、发电机40、与车用电路相连接的合并成方框50的负载以及构造为控制仪的用于求取机动车蓄电池20的状态参量的装置10。

如可以从图2中看出的一样，所述构造为控制仪的用于求取机动车蓄电池20的状态参量的装置10包括分析及控制单元12以及用于检测当前的蓄电池电压U_batt的蓄电池传感装置16。所求取的状态参量Ri、U₀与机动车蓄电池20的当前的充电状态相关联。按本发明设置了脉冲发生器14，该脉冲发生器14产生具有定义的时间长度的电流脉冲I_P并且将其馈入到所述机动车蓄电池20中，其中所述蓄电池传感装置16检测合成的电压特性曲线U_res并且为进行分析而将其传输给所述分析及控制单元12，该分析及控制单元12从合成的电压特性曲线U_res中确定所述机动车蓄电池20的作为状态参量内阻Ri。

如可以进一步从图2中看出的一样，所述分析及控制单元12使用第一种分析规则系统12.1，用于求得所述机动车蓄电池20的在启动阶段中的内阻Ri，并且所述分析及控制单元12使用第二种分析规则系统12.2，用于求得在机动车的运行阶段中的内阻Ri。此外，所述分析及控制单元12具有计算框12.3，用于从所述机动车蓄电池20的内阻Ri的所求得的当前的数值中对所述机动车蓄电池20的稳恒电压U₀进行更新。所述分析及控制单元12的计算框12.3对所述机动车蓄电池20的内阻Ri的特定的数值和所述机动车蓄电池20的经过更新的稳恒电压U_0akt的数值进行分析，用于估算并且输出所述机动车蓄电池20的在起动-停止-运行过程中的起动性能SOF、SOC。

所述脉冲发生器14包括具有定义的载荷的电子组件以及比如构造为继电器和/或双极晶体管和/或场效应晶体管的开关装置。为产生定义的电流脉冲I_P，所述脉冲发生器14在预先给定的时间间隔里将所述具有定义的载荷的电子组件接入到车用电路1中。

图3示出了按本发明的用于求取机动车蓄电池10的状态参量的方法的一种实施例。在此有待求取的状态参量Ri、U₀与所述机动车蓄电池20的当前的充电状态相关联。

如可以从图3中看出的一样，按本发明在步骤S10中产生具有定义的时间长度的电流脉冲I_P并且将其馈入到所述机动车蓄电池20中。在步骤S20中检测合成的电压特性曲线U_res并且在步骤S30中对其进行分析用于确定所述机动车蓄电池20的作为状态参量的内阻Ri。此外，在所示出的实施例中，在步骤S40中将所述机动车蓄电池20的内阻Ri的特定的数值用于对所述机动车蓄电池20的稳恒电压U₀进行更新。在步骤S50中将所述机动车蓄电池20的内阻Ri的特定的数值和所述机动车蓄电池20的经过更新的稳恒电压U_0akt的数值用于估算机动车的在起动-停止-运行过程中的起动性能SOF、SOC。在步骤S60中输出机动车的起动性能估算的结果以作进一步处理。因此比如可以将起动性能估算的肯定的结果也就是说机动车蓄电池20的状态允许起动-停止-运行这种结果用于激活机动车的起动-停止-管理。起动性能估算的否定的结果也就是机动车蓄电池20的状态不允许起动-停止-运行这种结果而后可以用于使机动车的起动-停止-管理停用。

图4示出了具有电流特性曲线I_batt和电压特性曲线U_batt的图表。

如可以从图4中看出的一样，在图表中在左边示出的启动阶段中在电流特性曲线I_batt上叠加了多个（4个）电流脉冲I_P。相应地，合成的电压特性曲线U_batt作为多个（4个）电压脉冲来示出，所述电压脉冲与所述电压特性曲线U_batt叠加。在机动车的在图表中在右边示出的运行阶段中，在所述电流特性曲线I_batt上叠加了多个（5个）电流脉冲I_P。相应地，合成的电压特性曲线U_res作为多个（5个）电压脉冲来示出，所述电压脉冲与所述电压特性曲线U_batt叠加。为产生定义的电流脉冲I_P，如上面已经解释的一样可以在预先给定的时间间隔里接通定义的载荷。

如可以进一步从图4中看出一样，所产生的电流脉冲I_P的定义的时间长度可以从0.1ms到1s的范围中优选从1ms到200ms的范围中来选择，并且所产生的电流脉冲I_P的幅度比如可以从0到100A的范围中优选从0到20A的范围中来选择。此外，多个彼此先后相随的电流脉冲I_P可以以预先给定的有规律的和/或随机的时间间隔来产生。

图5示出了所述用于求取机动车蓄电池的作为状态参量的当前的稳恒电压的装置10的计算框12.3的输入及输出参量IN、OUT。

如可以从图5中看出的一样，机动车蓄电池20的特定的当前的内阻Ri、机动车蓄电池20的在温度为25℃时求得的标准化到100%充电状态（SOC）的内阻Ri025以及所存储的稳恒电压U₀用作所述计算框12.3的输入参量IN。如可以进一步从图5中看出的一样，可以在所述机动车蓄电池20的所求得的当前的内阻Ri和标准化的内阻Ri025的基础上确定所述机动车蓄电池20的内阻Ri的差。而后可以从所述机动车蓄电池20的内阻Ri的所求得的差与所存储的稳恒电压U₀中比如在使用组合特性曲线的情况下求得所述稳恒电压的差△U₀或者说当前的稳恒电压U_0akt并且将其作为输出参量OUT来输出以作进一步处理。

图6示出了用于对机动车蓄电池20的当前状态（SOC）或者说起动性能（SOF）进行估算的计算框12.3的输入及输出参量IN、OUT。

如可以从图6中看出的一样，所述机动车蓄电池20的特定的当前的内阻Ri和当前的稳恒电压U_0akt用作所述计算框12.3的输入参量IN。如可以进一步从图6中看出的一样，可以在所述机动车蓄电池20的所求得的当前的内阻Ri和所述当前的稳恒电压U₀的基础上比如在使用组合特性曲线的情况下来检测所述机动车蓄电池20的当前的充电状态SOC或者说当前的起动性能SOF。如果所述机动车蓄电池20的当前的充电状态SOC或者说当前的起动性能SOF处于第一范围OK内，那么作为输出参量OUT就输出起动性能估算的肯定的结果，因为所述机动车蓄电池20的状态允许机动车的起动-停止-运行。如果所述机动车蓄电池20的当前的充电状态SOC或者说当前的起动性能SOF处于第二范围NOK内，那么作为输出参量OUT就输出起动性能估算的否定的结果，因为所述机动车蓄电池20的状态不允许机动车的起动-停止-运行。

本发明的实施方式能够通过大为减少的硬件以比较便宜且比较简单的方式来制造并且尽管如此也满足可靠的起动-停止-管理的要求。本发明的基本原理基于“主动的蓄电池传感器”，该主动的蓄电池传感器在机动车中的起动机蓄电池（蓄能器）的一种特别优选的实施方式中用定义的电流脉冲I_P来引起蓄电池20或者说蓄能器的主动的激励并且对蓄电池或者说蓄能器的相应的电压响应进行分析。为能够施加定义的电流脉冲，要么需要定义的可以有针对性地接通的负载，要么在一种特别优选的实施方式中需要定义的额外地集成到所述系统中的载荷。这个载荷比如可以集成到既存的控制仪中。所属的用于所述分析的规则系统而后也可以相应地在这个控制仪或者其它控制仪中来实现。在另一种实施方式中，定义的载荷和/或所属的分析规则系统可以安置在额外的仪器中。上面所描述的实施方式中的所有组件比如可以通过为本领域的技术人员所熟知的接口技术比如通过CAN（控制器局域网）、LIN（局域互联网络）、PWM（脉宽调制）或者类似接口技术彼此进行通信。作为载荷，可以是指所有为本领域的技术人员所熟知的电子组件。所述载荷应该覆盖0到100A尤其优选0到20A的范围。明显的用于对蓄电池进行分析的脉冲应该具有毫秒到秒特别优选1到200ms的时间长度。为获得得到改进的可靠性和得到改进的信噪比，这里可以使用不同的为本领域的技术人员所熟知的用于产生电流脉冲的规则系统，比如PRBS（Pseudo Random Binary Sequence）。通过定义的载荷，不需要额外的电流测量。作为电压测量可以直接利用发动机控制仪中的本来就可动用的电压测量机构。通过负载引起的额外的载荷只要其在较短的测量持续时间里没有改变就不会在这里造成干扰，因为仅仅对电压差进行分析。

本发明的实施方式可以作为线路、装置、方法、具有程序代码段的数据处理程序并且/或者作为计算机程序产品来实现。相应地，本发明也完全可以作为硬件并且/或者作为软件并且/或者作为由硬件组件和/或软件组件构成的组合来实现。此外，本发明可以作为计算机程序产品在具有计算机可读的程序代码的计算机可用的存储介质上得到实现，其中可以使用不同的计算机可读的存储介质比如硬盘、CD-ROMs、光学的或者磁性的存储元件等。

所述计算机可用的或者计算机可读的介质比如可以包括电子的、磁性的、光学的、电磁的红外系统或者半导体系统、装置、仪器或者处理媒介。此外，所述计算机可读的介质可以包括具有一根或者多根导线的电气连接、可携带的计算机磁盘、具有直接存取功能的存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可删除并且可编程的只读存储器（EPROM）或者闪存存储器、光学的导线以及可携带的CD-ROM。所述计算机可用的或者计算机可读的介质甚至可以是纸张或者其它合适的介质，在所述介质上写入了程序并且能够由所述介质比如通过纸张或者其它介质的光学的扫描过程以电气方式检测到所述程序，而后对所述程序进行编译、解释或者如有必要以其它方式进行处理并且而后可以保存在计算机存储器中。

Claims (10)

1.用于求取机动车蓄电池的状态参量的方法，其中有待求取的状态参量（Ri、U₀）与所述机动车蓄电池（20）的当前的充电状态相关联，其特征在于，产生具有定义的时间长度的电流脉冲（I_P）并且将其馈入到所述机动车蓄电池（20）中，

其中检测合成的电压特性曲线（U_res）并且为确定机动车蓄电池（20）的作为状态参量的内阻（Ri）而对其进行分析。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述机动车蓄电池（20）的内阻（Ri）的特定的数值用于对机动车蓄电池（20）的稳恒电压（U₀）进行更新，其中对所述机动车蓄电池（20）的内阻（Ri）的特定的数值和所述机动车蓄电池（20）的经过更新的稳恒电压（U_0akt）的数值进行分析，以便输出在机动车的起动-停止-运行过程中的起动性能估算结果（SOC、SOF）。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，在机动车的启动阶段和/或运行阶段中实施所述起动性能估算。

4.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，为产生所述定义的电流脉冲（I_P）在预先给定的时间间隔里接通定义的载荷。

5.按权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，所产生的电流脉冲（I_P）的定义的时间长度从0.1ms到1s的范围中优选从1ms到200ms的范围中来选择，并且所产生的电流脉冲（I_P）的幅度从0到100A的范围中优选从0到20A的范围中来选择。

6.按权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，以预先给定的有规律的和/或随机的时间间隔来产生多个先后相随的电流脉冲（I_P）。

7.用于求取机动车蓄电池的状态参量的装置，具有分析及控制单元（10）和用于检测当前的蓄电池电压（U_batt）的蓄电池传感装置（16），其中有待求取的状态参量（Ri、U₀）与机动车蓄电池（20）的当前的充电状态相关联，其特征在于脉冲发生器（14），该脉冲发生器（14）产生具有定义的时间长度的电流脉冲（I_P）并且将其馈入到机动车蓄电池（20）中，其中所述蓄电池传感装置（16）检测合成的电压特性曲线（U_res）并且为进行分析而将其传输给所述分析及控制单元（12），该分析及控制单元（12）从所述合成的电压特性曲线（U_res）中确定机动车蓄电池（20）的作为状态参量的内阻（Ri）。

8.按权利要求7所述的装置，其特征在于，所述分析及控制单元（12）用所述机动车蓄电池（20）的内阻（Ri）的所计算的数值来对机动车蓄电池（20）的稳恒电压（U₀）进行更新，其中所述分析及控制单元（12）对所述机动车蓄电池（20）的内阻（Ri）的特定的数值和所述机动车蓄电池（20）的经过更新的稳恒电压（U_0akt）的数值进行分析，以便估算并且输出机动车蓄电池（20）的在机动车的起动-停止-运行过程中的起动性能，其中所述分析及控制单元（12）在机动车的启动阶段和/或运行阶段中实施所述起动性能估算（SOC、SOF）。

9.按权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述脉冲发生器（14）包括具有定义的载荷的电子组件和开关装置，其中所述脉冲发生器（14）为产生定义的电流脉冲（I_P）而在预先给定的时间间隔里将所述具有定义的载荷的电子组件接入到车用电路（1）中。

10.按权利要求7到9中任一项所述的装置，其特征在于，所述具有定义的载荷的电子组件构造为继电器和/或双极晶体管和/或场效应晶体管。

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