CN110832329B - 用于检查电池系统的系统电阻的功能有效性的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于检查电池系统的第一电阻(102，202)的功能有效性的设备(100，200)，该设备具有恒定电流源(105，205)、开关(104，205)、第二电阻(103，203)、第一装置(106，207)和第二装置(107，207)，其中，第一装置(106，207)设置用于检测第一电压值，且用于确定第一电流值，且用于借助连接部(108，208)来将第一电流值传输到第二装置(107，207)上，其中，第二装置(107，207)设置用于检测第二电压值，且用于确定第二电流值，其特征在于，第二装置(107，207)设置用于将第一电流值和第二电流值进行比较，其中，第二装置(107，207)设置用于如果第一电流值和第二电流值基本上相等的话则产生第一信号，其中，第一信号代表第一电阻的功能有效性。

Description

用于检查电池系统的系统电阻的功能有效性的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于检查电池系统的系统电阻或第一电阻的功能有效性的一种设备和一种方法。

背景技术

为了确保在电池系统运行中借助ASIL-C进行的电流监测而使用两个系统电阻，所述两个系统电阻是电池系统的一部分。

在此不利的是，在电池系统起动或接入之后才能够执行电流监测。

发明内容

本发明的任务是在电池系统接通之前根据ASIL-C执行电流监测。

一种用于检查电池系统的第一电阻的功能有效性的设备具有恒定电流源、开关、第二电阻、第一装置和第二装置。第一装置设置用于检测第一电压值，且用于根据第一电压值和第一电阻的额定值来确定第一电流值，且用于借助连接部来将该第一电流值传输到第二装置。第二装置设置用于检测第二电压值，且用于根据第二电压值和第二电阻的额定值来确定第二电流值。根据本发明，第二装置设置用于将第一电流值和第二电流值进行比较，其中，第二装置设置用于当第一电流值和第二电流值具有基本相等的值时产生第一信号，其中，第一信号代表第一电阻的功能有效性。

在此的优点是，可以以ASIL-C的准确度对第一电阻进行检验。

在一种扩展方案中设有第三电阻，其中，第一装置设置用于检测第三电压值，且用于根据第三电压值和第三电阻的额定值来确定第三电流值，且用于借助连接部来将该第三电流值传输到第二装置，如果第一电流值、第二电流值和第三电流值具有基本相等的值，则第二装置产生第一信号。

在此的优点是，在电池系统起动之前的电流监测符合ASIL-C标准。

在另一构型中，第一装置是模拟前端(Analog-Front-End)，而第二装置是电池系统的电池管理系统的控制单元。

在一种扩展方案中，第一装置具有放大器，该放大器具有动态的第一放大系数。

在此有利的是，第一装置可以对极其不同数量级的电压值进行检测。

在另一构型中，第一装置设置用于根据第一电流值和第三电流值来确定第二放大系数，且用于将该第二放大系数与动态的第一放大系数进行比较。第一装置设置用于当第二放大系数与动态的第一放大系数基本上相等时产生第二信号。

在此的优点是，可以以简单的方式对第一装置的动态放大器的功能有效性进行检查。

根据本发明的用于检查电池系统的第一电阻的功能有效性的方法包括：开始第二装置的诊断模式；闭合开关；接通恒定电流源；借助第一装置来检测第一电压值；根据第一电压值以及第一电阻的额定值来确定第一电流值；将第一电流值传输到第二装置。该方法还包括：借助第二装置来检测第二电压值；根据第二电压值以及第二电阻的额定值来确定第二电流值。此外，该方法包括：如果第一电流值和第二电流值具有基本相等的值或基本上相等，则产生代表第一电阻的功能有效性的第一信号。该方法附加地包括通过打开开关来终止诊断模式。

在一种扩展方案中，借助第一装置来检测第三电压值，根据第三电压值以及第三电阻的额定值来确定第三电流值，将第三电流值传输到第二装置，当第一电流值、第二电流值和第三电流值基本上具有相等的值时，产生第一信号。

在另一构型中，第一装置具有动态的第一放大系数，其中，根据第一电流值和第三电流值来确定第二放大系数，并且将动态的第一放大系数与第二放大系数进行比较。当动态的第一放大系数与第二放大系数基本上相等时，产生第二信号。

其他优点从实施例的以下描述或从属权利要求中得出。

附图说明

以下根据优选的实施方案和附图来阐述本发明。附图示出：

图1示出电池系统的等效电路图，该电池系统具有用于检查电池系统的第一电阻的功能有效性的设备；

图2示出电池系统的另一等效电路图，该电池系统具有用于检查电池系统的第一电阻的功能有效性的设备；

图3示出用于检查电池系统的第一电阻的功能有效性的一种方法；

图4示出用于检查电池系统的第一电阻的功能有效性的另一方法。

具体实施方式

图1示出电池系统的等效电路图，该电池系统具有用于检查电池系统的第一电阻102的功能有效性的设备100。设备100具有可连接或可接通的恒定电流源105并且具有开关104、第二电阻103、第一装置106和第二装置107。第一装置106具有第一电压供给装置，而第二装置107具有第二电压供给装置。换句话说，第一装置106和第二装置107具有独立的电压供给装置或参考电压。这意味着，第一电压供给装置中的电压误差不会传输到第二装置。第一装置106和第二装置107与连接部108连接或通过连接部108连接。连接部108涉及数据线路。换句话说，第一装置和第二装置仅具有与电压无关的连接部(即数据线路)。第一装置106设置用于接通或调节恒定电流源105。此外，第一装置106设置用于检测第一电压值。在此，第一电压值涉及在第一电阻102上或在第一电阻102处的电压降。第一电阻102也称为电池系统的系统电阻并且因此是电池系统的一部分。第二装置107设置用于检测第二电压值。第二电压值涉及在第二电阻103上或在第二电阻103处的电压降。此外，图1示出电池101、尤其锂离子电池。第一装置106例如是电池系统的电池管理系统的控制单元、尤其中央计算机。第二装置107例如是电池系统的模拟前端。第二电阻103的电阻值比第一电阻102的电阻值大得多(例如大百倍)。设备100例如布置在印制电路板或电路板上，而作为电池系统的一部分的第一电阻布置在独立于印制电路板或电路板的载体上。

图2示出电池系统的另一等效电路图，该电池系统具有用于检查电池系统的第一电阻202的功能有效性的设备200。设备200包括恒定电流源205、开关204、第二电阻203、第三电阻209、第一装置206和第二装置207。第一装置206具有第一电压供给装置，而第二装置207具有第二电压供给装置。第一装置206和第二装置207与连接部208连接，其中，连接部208尤其是数据线路。

第一电阻202、第二电阻203和第三电阻209的电阻值不同。第一电阻202和第三电阻209的电阻值彼此相隔数百倍。第一电阻202和第三电阻209的标称值或额定值例如存储在第一装置206的存储器中——即该标称值或额定值被第一装置206所已知。第二电阻204的标称值或额定值例如存储在第二装置207的存储器中——即该标称值或额定值被第二装置207所已知。第一装置206例如包括多路复用器和具有动态放大范围的放大电路。第二装置207例如是微控制器。电池系统的第一电阻202在此具有最低的电阻值，因此在电池系统的运行中通过第一电阻202的功率损耗较低。第一电阻202例如具有100μΩ的电阻值，第二电阻203具有50mΩ的电阻值，第三电阻209具有2.2Ω的电阻值。

在一种实施例中，第一装置206设置用于检查放大电路的增益，因为必须在电池系统的后续运行中确保第一装置206的放大器无故障地(einwandfrei)运行，以便能够确保根据ASIL-C仅借助一个系统电阻来进行电流监测。

图3示出一种用于在电池系统的开动或起动期间检查电池系统的第一电阻的功能有效性的方法300。该方法以步骤305开始，在该步骤中将第一装置切换到诊断模式。在随后的步骤310中闭合开关，从而产生闭合电流回路，该闭合电流回路包括恒定电流源、开关、第一电阻、第二电阻和电池。在随后的步骤320中，借助第一装置来接通恒定电流源。换句话说，将预给定的电流注入到闭合电流回路中，或者在闭合电流回路中对预给定的电流进行调节。在随后的步骤330中，借助第一装置来检测第一电压值。在随后的步骤340中，根据第一电压值和第一电阻的额定值来确定第一电流值。在随后的步骤350中，将第一电流值传输到第二装置。在随后的步骤360中，检测第二电压值。在随后的步骤370中，根据第二电压值和第二电阻的额定值来确定第二电流值。步骤330至370也可以以另一顺序执行。在随后的步骤380中，当第一电流值和第二电流值具有基本相等的值时，产生代表第一电阻的功能有效性的第一信号。通过使用电阻的额定值，可以通过电流变化来识别变化——例如第一电阻内的功能性故障或寿命漂变(Altersdrift)。在此，第二电流值可以说是与第一电流值进行比较的参考值。在此，第一电流值可以在容差范围内偏差第二电流值。换句话说，术语“基本上相等”意味着，第一电流值位于第一电流值的容差范围或容差带内。可选地，可以将第一电流值和第二电流值存储在第二装置的存储器中。在随后的步骤390中，成功地终止诊断模式，并且第一装置将电池系统切换到运行模式。在此，产生如下预充电信号：该预充电信号开始电池系统的中间回路的预充电过程。

图4示出用于在电池系统的开动或起动期间检查电池系统的第一电阻的功能有效性的方法400。该方法以步骤405开始，在该步骤中将第一装置切换到诊断模式。在随后的步骤410中闭合开关，从而产生闭合电流回路。在随后的步骤420中，借助第一装置来接通恒定电流源。在随后的步骤430中，借助第一装置来检测第一电压值。在随后的步骤435中，借助第一装置来检测第三电压值。在随后的步骤440中，根据第一电压值和第一电阻来确定第一电流值。在随后的步骤445中，根据第三电压值和第三电阻来确定第三电流值。换句话说，时间上彼此相继地对第一电压值和第三电压值——例如借助多路复用器——进行检测。再换句话说，为了检测第一电压值和第三电压值而执行顺序的采样，其中，与对于第三电压值相比，对于第一电压值使用更大的增益或更大的放大系数。在随后的步骤450中，将第一电流值和第三电流值传输到第二装置。在随后的步骤460中检测第二电压值。在随后的步骤470中，根据第二电压值和第二电阻来确定第二电流值。步骤430至470也可以以另一顺序执行。在随后的步骤480中，当第一电流值、第二电流值和第三电流值具有基本相等的值时，产生代表第一电阻的功能有效性的第一信号。在此，第二电流值也可以说是如下参考值：将第一电流值和第三电流值与该参考值进行比较。在此，第一电流值和第三电流值可以在容差范围内偏差第二电流值。换句话说，术语“基本上相等”意味着，第一电流值和第三电流值位于第一电流值的容差范围或容差带内。在随后的步骤490中，成功地终止诊断模式，并且第一装置将电池系统切换到运行模式，其中，产生如下预充电信号：该预充电信号开始电池系统的中间回路的预充电过程。接着，可以接入继电器，使得电池系统可以准备运行。

在时间上在第一电流值和第三电流值的确定之后(例如在步骤445之后执行)的可选步骤495中，具有带有动态的第一放大系数的放大器的第一装置根据第一电流值和第三电流值来确定第二放大系数，其中，第一装置将动态的第一放大系数与第二放大系数进行比较，当动态的第一放大系数与第二放大系数基本上相等时，产生第二信号。该检验对于确定第一装置的测量范围是必需的，因为第一装置能够检测不同的电压范围。为了确保ASIL-C，在该实施例中需要第二装置，因为用于检测第一电压值和第三电压值的第一装置的电压供给装置是相同的，从而需要独立的参考。

如果没有产生第一信号——即如果第一电流值、第二电流值和/或第三电流值彼此间具有大的差，则该方法重新执行至少一次。如果执行了多次失败的诊断，则终止该诊断模式并产生如下故障信号：该故障信号阻止电池系统开动。

在另一实施例中，将第一电流值、第二电流值和第三电流值与存储在存储器中的第一电流值、第二电流值和第三电流值进行比较，从而能够在早期识别到寿命漂变。

在一种实施例中，对周围环境温度进行检测。在此，检查周围环境温度是否低于对于电池系统运行所允许的阈值。如果是这种情况，则根据第一电流值、第二电流值和周围环境温度来产生第一信号。在另一实施例中，也可以考虑第三电流值用于产生第一信号。

通过使用恒定电流源，使设备的误差在顺序采样时最小。由于在诊断时恒定电流在电流回路中流动，因此顺序采样不会使测量值(即待检测的电压值)受到影响。使用恒定电流源的另一优点是，该恒定电流源不仅可以用于检查第一电阻(即电池系统的系统电阻)，而且可以用于中间回路的预充电。因此，在电池系统起动期间和在电池运行期间，恒定电流源被相同地使用了两次。

Claims (5)

1.一种用于检查电池系统的第一电阻（102，202）的功能有效性的设备（100，200），其中，所述设备具有恒定电流源（105，205）、开关（104，204）、第二电阻（103，203）、第三电阻（209）、第一装置（106，206）和第二装置（107，207），其中，所述第一装置（106，206）设置为用于检测作为所述第一电阻（102，202）上的电压降的第一电压值，且用于由此确定第一电流值，且用于借助连接部（108，208）来将所述第一电流值传输到所述第二装置（107，207），其中，所述第一装置（106，206）设置为用于检测作为所述第三电阻（209）上的电压降的第三电压值，且用于由此确定第三电流值，其中，所述第一装置（106，206）具有放大器，所述放大器具有动态的第一放大系数，其中，所述第二装置（107，207）设置为用于检测作为所述第二电阻（103，203）上的电压降的第二电压值，且用于由此确定第二电流值，其特征在于，所述第二装置（107，207）设置为用于将所述第一电流值和所述第二电流值进行比较，其中，所述第二装置（107，207）设置为用于当所述第一电流值和所述第二电流值基本上相等时产生第一信号，其中，所述第一信号代表所述第一电阻的功能有效性，其中，所述第一装置（106，206）设置为用于根据所述第一电流值和所述第三电流值来确定第二放大系数，且用于将所述第二放大系数与所述动态的第一放大系数进行比较，且用于当所述动态的第一放大系数与所述第二放大系数基本上相等时产生第二信号。

2.根据权利要求1所述的设备（100，200），其特征在于，所述第一装置（106，206）设置为用于借助所述连接部（108，208）来将所述第三电流值传输到所述第二装置（107，207），并且当所述第一电流值、所述第二电流值和所述第三电流值基本上相等时，所述第二装置（107，207）产生所述第一信号。

3.根据权利要求1或2所述的设备（100，200），其特征在于，所述第一装置（106，206）是模拟前端，而所述第二装置（107，207）是所述电池系统的电池管理系统的控制单元。

4.一种用于检查电池系统的第一电阻（102，202）的功能有效性的方法（300，400），所述方法具有以下步骤：开始（305）第二装置（107，207）的诊断模式；闭合（310）开关（104，204）；接通（320）恒定电流源（105，205）；借助第一装置（106，206）来检测（330）作为所述第一电阻（102，202）上的电压降的第一电压值；根据所述第一电压值和第一电阻（102，202）的额定值来确定（340）第一电流值；借助所述第二装置（107，207）来检测（350）作为第二电阻（103，203）上的电压降的第二电压值；根据所述第二电压值和第二电阻（103，203）的额定值来确定（360）第二电流值；将所述第一电流值传输（370）到所述第二装置（107，207）；当所述第一电流值和所述第二电流值基本上相等时，产生（380）代表所述第一电阻（102，202）的功能有效性的第一信号；借助所述第一装置（106，206）来检测（435）作为第三电阻（209）上的电压降的第三电压值；根据所述第三电压值和所述第三电阻（209）的额定值来确定（445）第三电流值；根据所述第一电流值和所述第三电流值通过所述第一装置（106，206）来确定第二放大系数，其中，所述第一装置（106，206）具有放大器，所述放大器具有动态的第一放大系数，其中，所述第一装置（106，206）将所述动态的第一放大系数与所述第二放大系数进行比较，并且当所述第一放大系数与所述第二放大系数基本上相等时产生第二信号；终止（390）所述诊断模式。

5.根据权利要求4所述的方法（300，400），其特征在于，将所述第三电流值传输到所述第二装置，并且当所述第一电流值、所述第二电流值和所述第三电流值基本上相等时，产生所述第一信号。

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