用于对牵引用蓄电池进行状态分析的方法和机动车

技术领域

本发明涉及一种用于分析机动车的牵引用蓄电池的状态的方法。此外，本发明涉及一种具有按本发明所述类型的牵引用蓄电池的机动车。

背景技术

已知通过电化学阻抗谱分析确定蓄电池的状态。蓄电池是具有负极和正极的电化学电池单体，所述电化学电池单体通过电解质相互电耦连。电化学电池单体的电子流取决于蓄电池是充电还是放电。

在蓄电池的电化学阻抗谱分析中，将具有在时间上变化的频率的交流电流施加到蓄电池中，并且确定蓄电池的与频率相关的交流电阻。交流电流的频率的变化例如可以连续地、例如以恒定的梯度，或者可以跳跃式地进行。与频率相关的电阻的由此产生的谱例如可以在伯德图(Bode-Diagramm)或者奈奎斯特图(Nyquist-Diagramm)中示出。通过电化学阻抗谱分析例如能够确定电池单体温度和蓄电池的充电状态。

由专利文献WO 2016/012 922A1已知一种用于通过电化学阻抗谱分析以分析机动车的牵引用蓄电池的状态的方法。为此，给传统的蓄电池管理系统(BMS)扩增附加的频率发生器，该频率发生器有针对性地以不同频率的交流电流频谱连续地加载蓄电池。通过BMS的微处理器分析蓄电池对交流电流的响应。

专利文献DE 10 2012 209 646 A1涉及一种用于确定蓄电池模块的耗损状态的方法。按照所述方法，在机动车中提供多个蓄电池模块，其中，所述蓄电池模块的其中一个蓄电池模块被分离并且通过电化学阻抗谱分析对其进行测量。为此，给蓄电池管理系统扩增交流发电机。

已知的用于分析机动车的牵引用蓄电池的状态的方法具有的缺点为，必须为此提供附加的硬件、例如交流发电机。由此提高了制造成本以及机动车的总重量。此外，在进行分析时，牵引用蓄电池有时需要与车载电网断开并且因此无法供机动车使用以运行电动机。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题为，在用于分析机动车的牵引用蓄电池的状态的方法中消除或者至少部分消除上述的缺点。本发明所要解决的技术问题尤其是提供一种方法和机动车，所述方法和机动车以简单并且成本低廉的方式方法避免提高的制造成本和/或确保在机动车运行时对牵引用蓄电池的状态进行可靠的分析。

所述技术问题按照本发明通过一种用于分析机动车的牵引用蓄电池的状态的方法以及通过具有电的或者混合的驱动系统的机动车解决。本发明的其它特征和细节由说明书和附图给出。在此，与按照本发明的方法相关地描述的特征和细节显然也与按照本发明的机动车相关地适用并且相应地反之亦然，因此就公开内容而言各个发明方面始终相互援引或者可以相互援引。

按照本发明的第一方面，所述技术问题通过一种用于分析机动车的牵引用蓄电池的状态的方法解决。该机动车具有电的或者混合的驱动系统，其具有用于驱动机动车的电动机、用于运行电动机的功率电子器件、带有用于监测牵引用蓄电池的控制装置的蓄电池管理系统以及牵引用蓄电池。所述方法包括：

-通过具有多个交流电流频率的交流电流对牵引用蓄电池执行阻抗谱分析，并且

-基于所执行的阻抗谱分析确定牵引用蓄电池的至少一个蓄电池参数。

按照本发明，在阻抗谱分析的范畴中，牵引用蓄电池被功率电子器件加载具有多个交流电流频率的交流电流。

用于进行按照本发明的方法的机动车具有电的驱动系统或者混合的驱动系统。在本发明的范畴中，电的驱动系统理解为具有至少一个用于驱动机动车的电动机并且不具有内燃机的驱动系统。在本发明的范畴中，混合的驱动系统理解为具有至少一个用于驱动机动车的电动机以及内燃机的驱动系统。对于混合的驱动系统、例如全混合动力，电动机可以设计用于例如在内燃机关闭时独立地驱动机动车。备选地，对于混合的驱动系统、例如轻混合动力，电动机可以设计用于只辅助内燃机来驱动机动车。机动车的电动机优选设计用于在机动车制动时回收电能。

牵引用蓄电池设计用于提供电能以运行电动机。牵引用蓄电池优选设计用于提供直流电流。牵引用蓄电池进一步优选地设计为高压蓄电池并且例如具有约400V的电压。牵引用蓄电池例如具有锂离子。在本发明的范畴中，蓄电池参数理解为能够用于描述牵引用蓄电池的状态的参数。因此，蓄电池参数也可以被称为牵引用蓄电池的状态数据。能够在执行按照本发明的方法的范畴中确定的蓄电池参数例如可以包括牵引用蓄电池的充电状态、温度、容量、电压、耗损状态等。

功率电子器件设计用于运行电动机。功率电子器件为此优选具有脉冲逆变器。功率电子器件优选设计用于将牵引用蓄电池的直流电流转换为用于运行电动机的交流电流。此外，功率电子器件设计用于以交流电流加载牵引用蓄电池，并且在此改变交流电流的频率。功率电子器件进一步优选设计用于将电动机的回收电能转化用于给牵引用蓄电池充电、尤其是转化为直流电流。

在所述方法的执行的范畴中，对牵引用蓄电池执行阻抗谱分析。为此由功率电子器件以交流电流加载牵引用蓄电池，并且改变、优选多次地改变交流电流的频率。此外，确定牵引用蓄电池对交流电流的与频率相关的响应。在该范畴中例如可以确定蓄电池电流和/或蓄电池电压。以此方式例如可以确定牵引用蓄电池的与频率相关的阻抗。最后基于牵引用蓄电池的所确定的与频率相关的响应确定至少一个电池参数。这优选基于牵引用蓄电池的蓄电池组合特性曲线(Batteriekennfeld，或者说蓄电池特性曲线族)实现。

按照本发明的用于分析机动车的牵引用蓄电池的状态的方法与传统方法相比所具有的优点为，能够通过简单的手段以及以成本低廉的方式方法执行阻抗谱分析，并且能够由阻抗谱分析的结果确定至少一个蓄电池参数。由于阻抗谱分析所需的交流电压借助用于运行电动机的功率电子器件产生，因此不需要复杂的车间构造或者为蓄电池管理系统成本高昂地扩增附加的频率发生器。因此，所述方法能够在降低成本耗费的情况下非常灵活和可靠地进行。

按照本发明的一种优选的扩展设计可以规定，所述方法在机动车的行驶期间进行。机动车的行驶尤其理解为机动车的下述状态，在该状态中，机动车运转并且因此行进。在该状态中，机动车的车载电网被激活，因此功率电子器件由牵引用蓄电池供给电能，以产生交流电流。在此优选的是，功率电子器件使用电动机的回收电能以便为牵引用蓄电池加载交流电流。换而言之，按照本发明优选的是，按照本发明的方法在回收利用期间进行，从而能够减少牵引用蓄电池的总的电流负载，并且能够改善阻抗谱分析的准确性。这具有的优点为，可以在机动车行驶期间通过简单的手段以及以成本低廉的方式方法确定牵引用蓄电池的可靠的蓄电池参数，并且不需要为此停止机动车或者例如在机动车车间中启动试验台。

按照本发明优选的是，在对牵引用蓄电池执行阻抗谱分析时通过功率电子器件给电动机通电，以驱动机动车。在这种优选的情况中，功率电子器件设计用于同时提供用于运行电动机的交流电流和用于加载牵引用蓄电池以执行阻抗谱分析的交流电流。在此优选的是，用于运行功率电子器件的电能只由牵引用蓄电池提供或者主要由牵引用蓄电池提供。这具有的优点为，能够在机动车的多种运行情况中通过简单的手段以及以成本低廉的方式方法可靠地确定至少一个蓄电池参数。

进一步优选的是，在执行阻抗谱分析期间，这样移动功率电子器件的工作点，使得电动机的驱动扭矩和/或驱动转速不由于牵引用蓄电池的通电而改变。这应理解为功率电子器件的这种运行，通过该运行不改变驾驶机动车时的驾驶感受。因此，这样运行功率电子器件，使得将交流电流施加到牵引用蓄电池中产生的影响被这样补偿，使得电动机的驱动扭矩和/或驱动转速不由此被影响。这具有的优点为，在进行用于分析牵引用蓄电池的状态的方法期间，通过简单的手段以及以成本低廉的方式方法确保机动车的正常行驶运行。

在一种特别优选的设计方案中，在执行阻抗谱分析时，以最大的交流电流频率加载牵引用蓄电池，该最大的交流电流频率小于用于通过功率电子器件给电动机通电的交流电流频率的五分之一、优选小于所述交流电流频率的十分之一。此外同样优选的是，在执行阻抗谱分析时以低于该最大交流电流频率的其它交流电流频率加载牵引用蓄电池。这具有的优点为，通过简单的手段以及以成本低廉的方式方法确保了在对牵引用蓄电池的状态进行分析时的高度可靠性，并且降低了牵引用蓄电池的负载。此外能够以此方式降低功率电子器件的负载。

优选将牵引用蓄电池的充电状态和/或蓄电池温度确定为至少一个蓄电池参数。这种蓄电池参数例如能够在使用牵引用蓄电池的相应的组合特性曲线的情况下容易地由阻抗谱分析的结果确定。这具有的优点为，可以通过简单的手段以及以成本低廉的方式方法容易地将关于牵引用蓄电池的相关状态信息提供给机动车的驾驶员。

按照本发明的一种优选的实施方式，针对每个交流电流频率以少于十个的脉冲执行阻抗谱分析。特别优选的是，针对每个交流电流频率以约五个脉冲执行阻抗谱分析。在脉冲为这种数量时能够可靠地执行阻抗谱分析。这具有的优点为，通过简单的手段以及以成本低廉的方式方法确保了在对牵引用蓄电池的状态进行分析时的高度可靠性，并且降低了牵引用蓄电池的负载。此外能够以此方式降低功率电子器件的负载。

特别优选的是，在阻抗谱分析的范畴中，通过控制装置确定牵引用蓄电池对加载交流电流的响应。换而言之，在阻抗谱分析中，激励信号通过功率电子器件施加给牵引用蓄电池，并且牵引用蓄电池的应答信号由蓄电池管理系统的控制装置确定。这具有的优点在于，能够通过简单的手段以及以成本低廉的方式方法确保特别高效地充分利用机动车的资源。

按照本发明优选的是，通过控制装置确定至少一个蓄电池参数。在此优选的是，牵引用蓄电池对加载交流电流的响应同样由控制装置确定。至少一个蓄电池参数的确定优选在使用牵引用蓄电池的蓄电池组合特性曲线的情况下实现，其中，蓄电池组合特性曲线描述了至少一个蓄电池参数或者多个不同的蓄电池参数与牵引用蓄电池的阻抗谱的关系。这具有的优点在于，通过简单的手段以及以成本低廉的方式方法确保特别高效地充分利用机动车的资源。

按照本发明的第二方面，所述技术问题通过一种机动车解决。该机动车具有电的或者混合的驱动系统，所述驱动系统具有用于驱动机动车的电动机、用于运行电动机的功率电子器件、用于存储用于运行电动机的电能的牵引用蓄电池以及带有用于监测牵引用蓄电池的控制装置的蓄电池管理系统。按照本发明，该驱动系统设计用于执行按照本发明的方法。

该机动车具有电的驱动系统或者混合的驱动系统。在本发明的范畴中，电的驱动系统理解为具有至少一个用于驱动机动车的电动机并且不具有内燃机的驱动系统。在本发明的范畴中，混合的驱动系统理解为具有至少一个用于驱动机动车的电动机以及内燃机的驱动系统。对于混合的驱动系统、例如全混合动力，电动机可以设计用于例如在内燃机关闭时独立地驱动机动车。备选地，对于混合的驱动系统、例如轻混合动力，电动机可以设计用于只辅助内燃机来驱动机动车。机动车的电动机优选设计用于在机动车制动时回收电能。

牵引用蓄电池设计用于提供电能以运行电动机。牵引用蓄电池优选设计用于提供直流电流。牵引用蓄电池进一步优选地设计为高压蓄电池并且例如具有约400V的电压。牵引用蓄电池例如具有锂离子。在本发明的范畴中，蓄电池参数理解为能够用于描述牵引用蓄电池的状态的参数。因此，蓄电池参数也可以被称为牵引用蓄电池的状态数据。能够在执行按照本发明的方法的范畴中确定的蓄电池参数例如可以包括牵引用蓄电池的充电状态、温度、容量、电压、耗损状态等。

功率电子器件设计用于运行电动机。功率电子器件为此优选具有脉冲逆变器。功率电子器件优选设计用于将牵引用蓄电池的直流电流转换为用于运行电动机的交流电流。此外，功率电子器件设计用于以交流电流加载牵引用蓄电池，并且在此改变交流电流的频率。功率电子器件进一步优选设计用于将电动机的回收电能转化用于给牵引用蓄电池充电、尤其是转化为直流电流。

在按照本发明的机动车中得出已经针对按照本发明的第一方面的用于分析机动车的牵引用蓄电池的状态的方法描述的所有优点。因此按照本发明的机动车相对于传统的机动车所具有的优点为，以简单的手段以及以成本低廉的方式方法通过执行阻抗谱分析并且确定至少一个蓄电池参数确保对牵引用蓄电池的状态的可靠的分析。由于阻抗谱分析所需的交流电压借助用于运行电动机的功率电子器件产生，因此不需要复杂的车间构造或者为蓄电池管理系统成本高昂地扩增附加的频率发生器。因此，机动车的成本耗费降低，并且还确保了对牵引用蓄电池的状态的特别灵活的分析。

附图说明

以下根据附图详细地阐述按照本发明的用于分析机动车的牵引用蓄电池的状态的方法以及按照本发明的机动车。在附图中分别示意性地：

图1在侧视图中示出了按照本发明的机动车的优选实施方式；

图2示出了机动车的驱动系统的功率电子器件的组合特性曲线；并且

图3在流程图中示出了按照本发明的方法的优选实施方式。

在图1至图3中，具有相同功能和作用方式的元件分别配设有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中在侧视图中示意性地示出了按照本发明的机动车2的优选实施方式。机动车2具有驱动系统3，该驱动系统示例性地设计为电的驱动系统3。驱动系统3具有用于驱动机动车2的电动机4，该电动机通过传动装置8与机动车2的轮子9耦连。驱动系统3具有用于运行电动机4的功率电子器件5。驱动系统3具有用于接收、存储以及输出电能的牵引用蓄电池1，该牵引用蓄电池能够通过驱动系统3的蓄电池管理系统6进行监测。蓄电池管理系统6具有用于确定蓄电池参数并且用于有针对性地对牵引用蓄电池的电池单体进行控制、接通、断开或者类似操作的控制装置7，以及具有用于存储蓄电池组合特性曲线等的存储装置10。

图2示出了机动车2的驱动系统3的功率电子器件5的组合特性曲线。在组合特性曲线中示出了多个不同的驱动扭矩T，其中，在驱动扭矩T上示出了第一工作点A

在图3中，在流程图中示意性地示出了按照本发明的方法的优选的实施方式。在第一方法步骤100中，对机动车2的牵引用蓄电池1执行阻抗谱分析。在此通过功率电子器件5产生具有多个不同的交流电流频率的交流电流，并且施加在牵引用蓄电池1上。此外，牵引用蓄电池1对施加交流电流的响应通过控制装置7确定。由此得出牵引用蓄电池1的阻抗谱。

在第二方法步骤200中，牵引用蓄电池1的阻抗谱由控制装置7分析，并且由此推导出牵引用蓄电池1的至少一个蓄电池参数。这优选在使用牵引用蓄电池1的蓄电池组合特性曲线的情况下实现，该蓄电池组合特性曲线存储在蓄电池管理系统6的存储装置10中。

附图标记列表

1牵引用蓄电池

2机动车

3驱动系统

4电动机

5功率电子器件

6电池管理系统

7控制装置

8传动装置

9轮子

10 存储装置

100第一方法步骤

200第二方法步骤

A

A

T驱动扭矩