用于監測機動車輛內電池狀態的方法
【專利說明】用于監測機動車輛內電池狀態的方法
[0001]說明書
[0002]本發明涉及用于監測機動車輛內電池狀態的方法，在該方法中確定和監測電池的內部溫度。
[0003]以舉例的方式，機動車輛的起動機電池是蓄電池，該蓄電池向內燃發動機的起動機傳輸電流。相對地，用于驅動車輛的電動車輛的電池稱為牽引電池。此外，電動車輛或混合動力車輛也可以具有起動機電池。以舉例的方式，鉛蓄電池或鋰離子蓄電池可以用作電池，而在下文中這些也可以稱作鉛電池或鋰離子電池。
[0004]當鉛電池或鉛蓄電池例如由于內部短路或其他機制老化并且開始“析氣”時，它們的溫度通常上升。隨著溫度嚴重升高，這會使電解質開始沸騰并且從電池中逸出。即使鋰離子電池或鋰離子蓄電池被損壞，它們也會由于內部反應或電流流動而變得非常熱。在任何情況下，由此作為結果所產生的酸蒸汽、水蒸氣和/或煙霧會對人構成潛在的安全風險，或者由于這樣的電池散發出難聞的氣味而至少可以是顧客不滿意的原因。這在插電式電動車輛或插電式混合動力車輛(插電車輛)領域是尤其重要的。在電池充電期間當在車庫內過夜充電時，車輛通常在相對長的時間段中無監督。
[0005]此外，在電池呈現出上述現象的情況下，可以認為它們在可預見的未來可能會故障。無論如何應該避免這種電池功能的故障以及由此的車輛故障。這可以通過例如駕駛員或維修人員足夠早地意識到即將到來的電池故障來實現。出于這樣的目的，必須基于多種參數來監測電池狀態。
[0006]為了確定電池故障，由于溫度是電池狀態的指示器，因此例如可以監測電池溫度。這通常使用常規的熱傳感器(Polnischensensor)來執行，熱傳感器可以作為電池監測傳感器(BMS)。如果使用這種傳感器測量的溫度例如達到特定的極限值，則可以認為是電池的臨界狀態。
[0007]然而，當確定電池耗損時，也可以以其他方式使用電池溫度。例如專利EP I 387177 A2公開了一種用于確定電化學能存儲的耗損的方法，在該方法中，隨著時間推移根據電池溫度來確定耗損變量。在這里耗損變量被確定為溫度相關耗損率隨時間推移的總和，耗損率的值隨電池溫度的上升而超比例地上升。因此，可以將電池溫度上升對電池耗損的超比例的影響納入考量。
[0008]在低的低電壓范圍(14-48V)的車輛系統通常與電力驅動系統分離，如存在于電動車輛和混合動力車輛中的。但是，在這樣的低電壓系統中，電池監測不常見。但是，由于改進的用戶行為，尤其是關于車庫內過夜的無監督的車輛電池充電方面，電池監測已獲得了新的意義。
[0009]因此，本發明的目的是提供一種通過電池的溫度監測電池狀態的方法，該方法尤其適用于監測低壓系統的電池。
[0010]根據本發明，通過根據獨立權利要求1的方法可以實現該目的。該方法進一步有利的擴展由從屬權利要求2-10呈現。
[0011]應該注意到的是，在權利要求中單獨設定的特征可以以任何技術上可行的方式彼此結合并且可以說明本發明的另外的實施例。說明書尤其結合附圖來另外地表征和詳述了本發明。
[0012]根據本發明的方法用于監測機動車輛內的電池狀態，其確定和監測電池的內部溫度。該方法的特征是以限定的間隔在不同時刻(k)確定電池的內部溫度(T)并且將內部溫度(T)傳輸到評估單元，評估單元通過將間隔內的溫度變化(AT)除以該間隔內的時間變化(At)來至少由溫度值(Tl，T2)連續地確定溫度梯度(Ttoad)。溫度梯度(Ttead)的至少一個極限值(SI)存儲在評估單元內，并且當評估單元確定的溫度梯度(Ttoad)到達該極限值
(SI)時，評估單元產生報警信號。
[0013]例如溫度值可以從傳感器直接或間接地傳輸至評估單元。而且，評估單元不必是獨立的模塊，但其功能也可以通過多個獨立模塊的協作形成。在這里，評估單元所產生的報警信號可以以不同的方式處理。以舉例的方式，它可以激活某種標志，該標志之后可以通過不同的方式被系統納入考量。
[0014]該方法優選地用在電池充電過程期間。而且，電池可以是機動車輛的低電壓系統的一部分，但該方法并不限于該應用領域。
[0015]評估單元的報警信號標志著電池的不正常充電。由此，可以確定損壞的電池狀態，在這種情況下一方面電池的充電容量降低，而且也可以產生上述效果，例如酸蒸汽、水蒸氣和/或煙霧的逸出。這種狀態通常稱作“劣化的電池”。
[0016]在這里，電池的內部溫度⑴可以以不同的方式確定，其中通常只是估算。因此本發明的電池的“內部溫度”也指代僅大約對應于電池內溫度的溫度。此處，以舉例的方式，可以使用溫度傳感器在電池的電極處測量的溫度，從而間接地由此溫度確定內部電池溫度。但是，也可以使用其他用于確定或估算內部電池溫度的方法。以舉例的方式，這些可以是使用電池鄰近環境中的溫度的模型。
[0017]在本發明的一個實施例中，在溫度梯度(Tfrad)的確定之前通過評估單元處理或調節溫度信號。這尤其具有如下優勢，由此可以更好地保護系統防止傳感器或通信網絡與評估單元之間或線路系統中的信號干擾。這種類型的干擾另外會引起短期的測量誤差，并且所產生的錯誤溫度梯度的確定會導致錯誤的報警。
[0018]根據溫度數據的處理，尤其優選地計算在限定的監測間隔TfcnitOT內的溫度值的平均值，在該平均值計算中僅將落在絕對最大值和絕對最小值之間的溫度值納入考量。而且，當兩個連續的溫度值之間的溫度變化超出了在監測間隔Tfcnitm內限定的極限值時，在平均值計算中拒絕并且不使用異常溫度值，即逸出溫度值。以滑動平均值計算的形式的溫度數據的這種處理在后續溫度梯度的確定中阻止了將不可能的溫度值納入考量，不可能的溫度值可以導致測量誤差。但是，也可以在沒有這類調節的情況下執行平均值的計算。
[0019]當溫度值被持續摒棄的時間達到限定極限值時，該處理也可以通過將評定為異常的和被拒絕的溫度值再用于平均值的計算的方法來補充。如果溫度確實改變了，即使在長時間段內虛假的溫度數據阻止了該變化的記錄，以這種方式也可以計算和糾正溫度梯度。
[0020]當例如通過熱傳感器監測電池溫度時，必須注意到的是，那里所測量的溫度的增加可以由多種影響引起。一方面它可以歸因于電池的內部變熱，這表明電池的弱化或損壞。但是，也可以部分地或全部地由外部熱源引起。如果不將通過外部熱源的溫度增加考慮在內，雖然電池是完好的，但車輛監測系統經常會表明電池損壞或者甚至會在風險最小化策略的過程中將電池從電壓源分離。由于它損壞了車輛的功能性并且錯誤報警導致顧客不滿意，因此要避免該情況。
[0021]因此，為了解決這個問題，本發明的另一實施例中的方法建議修正溫度值，其通過在每種情況中使用確定的電池溫度和電池外部溫度之間的差作為用于平均值計算的溫度值(Tl，T2)來實現。以這種方式，在電池周圍的熱源對于在電池電極處測量的溫度的影響可以被納入考量并且降低該影響。因此，也可以補償變化的環境溫度。
[0022]出于這樣的目的，電池優選地容納在電池殼內，電池殼最大可能程度地為電池屏蔽外部熱影響。然后可以在電池殼內的熱傳感器處測量電池的內部溫度，而環境溫度例如通過安裝在電池殼內另一點處的另外的溫度傳感器來確定。
[0023]如果環境溫度不可用或如果出于其他原因只使用或只能使用測量的電池內部溫度，那么為了降低錯誤報警的風險，溫度梯度的極限值(SI)通常應該設置為足夠高。但是，這意味著檢測不到只引起低的溫度梯度的不正常的荷電狀態。為了降低這種風險，也可以根據車輛的操作模式來選擇所應用的極限值(SI)。另外地或可選地，因此對于機動車輛不同的操作狀態可以在評估單元中存儲多個極限值，根據機動車輛當前的操作狀態來選擇用于與溫度梯度(Ttoad)進行比較的極限值(SI)。
[0024]在插電式電動車輛和插電式混合動力車輛的情況下，可以認為例如在停止中充電過程期間由于外部熱源的溫度梯度低于在駕駛操作期間的。因此，出于該目的，可以針對這兩種車輛狀態校正和存儲不同的極限值，并且之后根據車輛是否在移動或處于充電狀態來使用不同的極限值。原則上，這里的極限值可以通過完好的電池和析氣的電池之間的比較測試來校正。之后可以針對任何車輛模式進一步將該極限值優化到它們將電池周圍預期的溫度變化忽略或納入考量的程度。
[0025]為了在外部和內部熱源之間進行區分，用于溫度梯度確定的環境溫度