CN115175833A

CN115175833A - 用于运行车载电网的方法

Info

Publication number: CN115175833A
Application number: CN202180019052.1A
Authority: CN
Inventors: J·莫茨; N·德雷斯; O·D·科勒; P·范伯根; S·卡斯帕; F·海丁格; M·布莱克; M·沃尔茨; M·施奈德
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Audi AG
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Audi AG
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2021-03-03
Publication date: 2022-10-11
Also published as: DE102020105909B4; WO2021175936A1; DE102020105909A1; EP4114691B1; US20230158920A1; EP4114691A1

Abstract

本发明涉及一种用于运行车载电网（50）的方法，所述车载电网具有蓄能器和电子的负荷分配器（72），其中为所述蓄能器分配了传感器‑计算单元，其中用所述传感器‑计算单元检测所述蓄能器的至少一个测量参量并且在考虑所述至少一个测量参量的情况下计算所述蓄能器的参数，其中在第一步骤中实施对所述至少一个测量参量的核实并且在第二步骤中实施对所述计算的核实，为此使用所述电子的负荷分配器（72）。

Description

用于运行车载电网的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行车载电网的方法和一种这样的车载电网。

背景技术

在汽车应用中，车载电网应该是指机动车中的所有电气组件的总体。因此，由此不仅包括电负载而且也包括供给源、如例如电池。在此，在能量车载电网与通信车载电网之间进行区分，其中在这点上首先探讨的是负责向机动车的组件供给能量的能量车载电网。为了控制车载电网而通常设置了微控制器，该微控制器除了控制功能之外也执行监控功能。

在机动车中应该注意，电能是可用的，从而能够随时起动所述机动车并且在运行期间提供足够的电流。但是即使在停车的状态中电负载也还应该能够在合理的时间段中运行，而不影响随后的起动。

由于总成的越来越多的电气化以及引入了新的车辆功能、如例如部分自动化的、高度自动化的或全自动化的驾驶，提高了对机动车中的电能供给的可靠性的要求。在此尤其应该注意，功率电***的数量持续增加。如果这些***中的一个***有故障或者甚至失灵，则可能导致车载电网电压处于正常的运行范围之外，这可能导致对车辆乘员的舒适性和安全性的损害。

示例性的新的驾驶功能是自动化的驾驶以及自主驾驶。在机动车中的自动化的和自主的驾驶运行中，驾驶员不再作为传感的、调节技术的、机械的和能量的后备层级可供使用。车辆必须独立地识别其环境、规划轨迹、选择轨迹并且通过对执行器的操控来实现轨迹。由于省去了驾驶员，车辆、即制造商则负责车辆性能。

发明内容

面临这个背景，介绍一种根据权利要求1所述的方法和一种根据权利要求11所述的车载电网。实施方式由从属权利要求和说明书中得出。

所介绍的方法用于运行车载电网，所述车载电网具有蓄能器、例如电池和电子功率分配器或者负荷分配器，其中为所述蓄能器分配了传感器-计算单元，其中用所述传感器-计算单元检测所述蓄能器的至少一个测量参量并且在考虑所述至少一个测量参量的情况下计算所述蓄能器的参数。在第一步骤中实施对至少一个测量参量的核实。在第二步骤中对所述计算进行核实。为此而使用电子的负荷分配器。

能够规定，在第一步骤中每个行驶周期实施一次对所述至少一个测量参量的核实，并且在第二步骤中在行驶循环中实施多次对所述计算的核实。

在设计方案中，通过使用作为传感器-计算单元的电子的电池传感器（EBS）和智能的电子的功率分配器或负荷分配器，所述方法规定了用ASIL C来对电池的有效功率进行监控。EBS必要时在考虑到老化效应的情况下提供关于电池状态的信息。所述功率分配器具有下述任务，即：将电能传输给车载电网中的组件。此外应该注意的是，电子的电池传感器（EBS）可能无法实现所要求的***性的安全完整性、例如ASIL C或向其提供的硬件量度。通过功率分配器对EBS进行核实是一种用于解决这个问题的可行方案。

所介绍的方法至少在实施方式中的一些实施方式中具有一系列优点：

- 在没有附加的12V电池的情况下能够实现单信道的ASIL C能量车载电网，

- 在车载电网中不需要附加的措施，因为由于其他功能、如例如具有与安全无关的功能的负载的分开等而无论如何应该集成智能的功率分配器或者集成满足相同功能的安全措施。

本发明的其他优点和设计方案由说明书和附图得出。

不言而喻，前面所提到的和下面还要解释的特征不仅能够以分别说明的组合来使用、而且也能够以其他组合或者单独地使用，而不脱离本发明的范围。

附图说明

附图中：

图1示出了按照现有技术的车载电网；

图2示出了所介绍的车载电网的一种实施方式；

图3示出了所描述的方法的一种示例性的实施方式；

图4以流程图示出了对EBS测量参量的一种可行的核实；

图5示出了车载电网的截取部分，以用于说明对测量参量的核实；

图6以图形示出了直流电压转换器的示例性的电流脉冲；

图7以流程图示出了对车载电网中的电池的内阻的可行的检查；

图8示出了对电池内阻的计算的核实。

具体实施方式

本发明借助于附图中的实施方式示意性示出并且下面参照附图来详细描述。

图1示出了用于人工驾驶的车辆的示例性的12伏能量车载电网，其在总体上用附图标记10表示。该图示作为车载电网10的组件示出了发电机12、12V负载R_B,12V14、与安全相关的负载R_SR 16、起动器S 18和12V电池20。

应该注意的是，在现今的车载电网处例如将ASIL B分配到与安全相关的负载的供给上。由此用ASIL B得到来自电池20的可靠的能量供给。

然而，在此应该考虑到，对车辆中的能量供给的安全要求持续提高。在人工驾驶中，对此的原因例如是较重的车辆、例如具有800 kg电池的BEV（Battery ElectricalVehicle：电动车）（对该车辆来说可能存在大于3t的总质量）或者朝着更大的车辆的趋势以及车辆的在失去转向辅助时与此关联的较差的可控制性。为了实现制动或者转向辅助，需要来自能量车载电网的电能，由此提高了对电能供给的要求、例如提高到ASIL C。

为了能够确保对能量供给的高的安全要求，在安全方案中主要使用特定的电池和其所属的监控装置。为了监控电池的功率能力或者性能，例如确定所述电池20的内阻Ri。用被监控的电池20来保证，例如在人工或者自动驾驶时所留下的风险保持在由于能量车载电网失灵而允许的剩余风险之下。

为了例如能够用ASIL C来确保对与安全相关的负载、图1中负载16的安全的能量供给，EBS的使用不再足够，因为该EBS可能***性地最大程度根据ASIL B来开发或者所要求的硬件量度无法仅用EBS来实现。为了能够根据ASIL C来确保电池的能量供应，因此提出了按照图2的车载电网的一种实施方式。

图2示出了一种车载电网，其在总体上用附图标记50来表示。该车载电网50在具有较高的电压水平的一侧51上包括电机EM 52、高压/48V电池B_HV/48V 56、HV/48V负载R_B,HV/48V58和直流电压转换器60。在锂离子电池中集成了开关54以避免过电流并且由此用于热自保护。在具有低的电压水平的一侧67上，设置了代表多个12V与安全无关的负载（NSRV）的12V负载R_B,12V 70、电子的负荷分配器72、常规的功率分配器或者保险盒73、与安全相关的负载74、与安全相关的负载76、子功率分配器78、与安全相关的/后碰撞/ NSRV负载80、电池B₁82和配属于电池B₁ 82的用于监控的传感器84。

因此，在这种实施方式中，用ASIL C借助于EBS 84结合智能的负荷分配器（IELV）72来实施电池监控。然而，在所介绍的车载电网50（其在这里也被称为能量车载电网）中在通过IELV 72的EBS 84的监控时出现困难，所述困难通过以下方式产生，即：在电池82与IELV 72之间进行未知的电流流动。

为了监控电池82，主要查明所述电池82的内阻R_i。为此，在车载电网50中使用所述EBS 84。因为所述EBS 84没有达到***性的安全完整性、例如ASIL C和/或所要求的硬件量度，所以通过所述智能的IELV 72来实施核实。由于相关的IELV测量点与电池82之间的未知的输出（Abgänge），这不是无意义的。因此使用两阶段的方案，在图3中对该方案进行探讨。

作为替代方案，所述方法也能够在具有仅一个电压水平、例如12V的车载电网中使用。

图3示出了第一行驶周期100和第二行驶周期102的示例性的实施方案。第一符号104示出了对EBS测量参量的核实，第二符号106示出了对电池的内阻R_i的计算的核实。

在第一步骤中，检查EBS的测量的正确性。在此，对所述对R_i确定来说重要的测量参量进行核实。每个行驶周期实施一次这种核实。

在第二步骤中，通过所述EBS来检查对R_i的计算的正确性。对EBS计算的这种检查在行驶周期内实施多次，以便能够在违反安全目标之前及时地识别出EBS内的错误。

因此，提供了一种两阶段的方法，下面对其两个阶段进行详细探讨。

在阶段1中对所述EBS的测量参量进行核实。为了计算电池的内阻R_i而主要需要以下测量参量：

- 电流测量，在此相关的主要是电流阶跃，能够忽略偏移，

- 电压测量，在此相关的主要是电压阶跃，能够忽略偏移。

应该注意，在此应该通过所述核实来识别出所述EBS的关于电流-和电压漂移的错误的测量。为此，设置了按照图4的处理方式以及按照图5的信号流。

图4以流程图示出了对所述EBS测量参量的核实的一种可行的流程。在第一步骤150中，例如通过直流电压转换器进行电池的电流激励。随后在第二步骤152中，通过电子的负荷分配器（IELV）154根据ASIL A（C）进行电压-及电流测量。在与此并行的情况下，在步骤154中，通过EBS根据ASIL B（C）进行电压-及电流测量，并且然后在步骤156中，将所测量的电压-及电流值传输给具有ASIL B（C）的IELV。

然后，在步骤160中，所述IELV根据ASIL C计算用于ΔU_EBS、ΔI_EBS和ΔU_IELV、ΔI_IELV的数值。然后，在步骤162中，所述IELV根据ASIL C对ΔU_EBS、ΔI_EBS和ΔU_IELV、ΔI_IELV进行比较。如果EBS和IELV的数值的差超过阈值，则占据故障状态。然后，在步骤164中，所述IELV用ASIL C将所述状态发送至更高水平上的ECU。必须用ASIL C来避免错误的通信。

所述IELV的错误通信必须在并行步骤170中通过更高的水平上的ECU用ASIL C来识别出。此外，在IELV中，根据ASIL C来监控作为用于电池状态识别的前提的定期激励，并且在错误激励的情况下用ASIL C与更高水平上的ECU进行通信。处于更高水平上的ECU产生措施、例如触发激励或朝安全状态中的转变。

此外，在步骤180中，通过IELV根据ASIL C对所述EBS的缺失的或者错误的通信进行检测。

图5示出了图2中的具有低的电压水平的一侧67连同用于说明对测量参量的核实的信号流。该图示示出了所耦联的直流电压转换器60、12V负载R_B,12V 70、电子的负荷分配器（IELV）72、常规的功率分配器或者保险盒73、与安全相关的负载74、与安全相关的负载76、功率分配器78、与安全相关的/后碰撞/NSRV负载80、电池B₁ 82和配属于电池B₁ 82的EBS84。图形190示出了由直流电压转换器预先给定的电流信号。

下面要详细探讨信号流，其中编号不是要规定时间顺序。第一信号流192作为信息194根据ASILB（C）将 U、I从EBS 84发送给上级的控制器196、例如电子的能量管理***（EEM）。第二信号流200作为信息202用ASIL B（C）将U、I从EBS 84发送给IELV 72，在该IELV中根据ASIL C对U、I进行核实204。第三信号流210作为信息212根据ASIL A（C）来发送U、I，以用于在IELV 72中进行核实204。电流值典型地从主/辅助开关测量点来查明，电压典型地在IELV中的某个点处查明。从核实204到上级的控制器196进行具有关于所述数值是否可信的信息222的第四信号流220。

图6在图形250中示出了直流电压转换器的示例性的电流脉冲，在该图形的横坐标252上绘示了时间t并且在其纵坐标254上绘示了电流I。

为了能够监控电池的状态，需要一定的例如呈电流峰值的形式的激励。根据运行策略和车辆使用，在车载电网中很少出现这些激励，因此不能无间隙地监控电池的状态。为了推断出这些诊断间隙，将主动的激励施加到车载电网上。这例如能够通过直流电压转换器来进行，该直流电压转换器在所定义的电流脉冲的所定义的持续时间里例如将按照图6的电流矩形脉冲施加到车载电网上。所述IELV必须用ASIL C来确保，所述激励以足够的频次出现（否则要通知给所述上级的控制器）、也就是信号ASIL C的正确性、通过所述上级的控制器用ASIL C对通信进行的监控。

所述激励也能够以其他方式来实现、例如通过高负荷负载的接通和切断来实现。

所述EBS将其ASIL B（C）原始信号U_EBS、I_EBS、T_EBS发送给智能的电功率分配器。所述电功率分配器在特定的运行点上、也就是在如前所述实施测试脉冲时以ASIL A（C）质量来测量U_IELV、I_IELV、T_IELV。在智能的电子的负荷分配器中查明增量并且用ASIL C完整性来将所述EBS的增量与IELV的增量进行比较。以这种方式能够确定，所述EBS的测量是否是无错的并且由此将所述EBS的测量信号提高到ASIL C完整性上。

作为替代方案，所述EBS已经将增量值发送给IELV。该IELV本身查明增量值并且对其进行比较。

在比较测量值时，作为决定性的干扰参量，应该考虑到在输出的常规的功率分配器上的电流，参见图2，因为该电流无法被直接测量。在比较IELV-和EBS侧上的电流和电压增量时，所存在的流经常规的分配器的恒定电流通过增量计算来消除。只有在测试脉冲的时刻存在的负荷波动才对所述比较产生干扰。为了尽可能消除这样的干扰的影响，能够采取以下措施：

- 在车辆的初始化阶段期间或在车辆的惯性行驶中实施所述测试，以便将主动***或者致动器的数量减少到最小；

- 产生测试信号，其中能够对多个边沿进行测评。在常规的负荷分配器侧上随机出现的开关边沿不会同样地对所有边沿产生同样的影响，因此在彼此先后地比较多个边沿时并且在使用N中选择1时能够过滤干扰；

- 如果测试的所测量的数据不一致，则能够将所述测试重复多次，以便提高结论的可靠性；

- 通过常规的功率分配器上的负荷边沿引起的干扰可能导致测量链中的错误识别的缺陷，这引起朝安全状态中的转变。也就是说，所述***原则上是安全的，错误诊断仅导致可用性的降低。

所述IELV将EBS 84正确测量的信息发送给上级的控制器196。作为替代方案，在一种更加简单的实施方式中能够规定，通过附加的测量点对至今未知的电流流出进行测量或者测量电池电流。

对IELV中的物理参量的测量在此能够直接在IELV中的电池路径的接头处计算或者通过按照IELV中的节点规则和网格规则的计算来计算。此外，能够在电池上设置具有直接测量功能的感测线路或类似物。

通过对EBS的测量参量的在这点上所介绍的核实来确保，用于评估电池的功率能力所必需的信号以ASIL C质量存在。

下面探讨阶段2，在该阶段中对EBS性能参量进行核实。

图7为此在流程图中示出了用于检查电池的内阻R_i的正确性的流程。在第一步骤300中，通过直流电压转换器进行电池的电流激励。在随后的步骤302中，通过EBS根据ASILB（C）进行电压-及电流测量。然后，在步骤304中，所述EBS用ASIL B（C）来计算R_i。然后在步骤306中，根据ASIL B（C）将所测量的电压-及电流值以及R_iEBS传输给IELV。然后，在步骤308中，IELV基于EBS电压测量和EBS电流测量根据ASIL A（C）来计算R_IELV。随后，在步骤310中，所述IELV比较R_iEBS和R_IELV。然后，在步骤312中，所述IELV用ASIL C将状态发送给更高水平上的ECU。必须用ASIL C来防止错误的通信。

此外，在步骤320、340中，用ASIL C来检测与更高水平上的ECU的缺失的或者错误的通信。在步骤322中，所述IELV用ASIL C监控足够频繁的激励，在缺乏激励的情况下用ASIL C与更高水平上的ECU进行通信。实现了更高水平的ECU的措施、例如激励的触发或朝安全状态中的转变。

此外，在步骤330中，所述IELV用ASIL C来检测EBS的缺失的或者无效的通信。

应该注意的是，应当在短的时间间隔内查明R_i，以便例如能够识别出单池短路。在图7中示出了这种核实的流程。对于R_i确定来说，在车载电网或者能量车载电网中也需要足够的激励。所述激励能够如前所述来实施。所述EBS查明电流-和电压变化曲线并且计算R_i。所述EBS不仅将原始数据而且也将所计算的R_iEBS发送给IELV。

因为总线***的、例如LIN的传输速率非常有限，所以EBS中的数据作为包被发送。所述LIN通信不能实时地传输所有测量数据。所述EBS为此拥有识别机构，该识别机构识别出现了电流边沿。随后，所述EBS存储所需要的电流-和电压值，必要时对数值进行滤波。所述EBS在不取决于此的情况下持续计算R_i。所述数据以及R_iEBS随后作为数据包被发送。作为替代方案，也能够例如通过不同的通信接口发送每个单个的测量值。

所述IELV计算R_iIELV并且由此查明，所述EBS是否已经正确地计算。所述IELV将R_i是否正常的状态发送给上级的控制器、例如发送给能量管理***。

为了能够实施精确的R_i确定，需要多个激励边沿。这些激励边沿被发送给所述IELV并且被测评。为了实现多样化的冗余，能够在EBS和/或IELV中使用不同的算法来确定R_i。作为替代方案，所述算法能够根据ASIL C来开发。

应该注意的是，所介绍的方法原则上也能够用于其他的ASIL分级。

图8示出了图5的低压侧，以用于说明对Ri计算的核实。第一信号流400作为信息402根据ASIL B（C）承载着R_i。第二信号流410作为信息412根据ASIL B（C）承载着R_iEBS；U、I。第三信号流420作为信息422承载了关于所述数值是否可信的指示。在430中，在所述IELV72中基于U、I计算R_iIELV并且根据ASIL C对R_iEBS和R_iIELV进行核实。

应该考虑的是，如果在电池和IELV之间没有布置其他的负荷分配器，则所述方法能够更容易地实施。然后能够直接在IELV中实施R_i，也就是说，直接在IELV中用ASIL C进行测量，因为取消了所述LIN通信。这同样适用于对具有更高的数据传输和必要时的实时能力的其他通信***的选择。此外，所述EBS能够直接与IELV连接，所述EBS也能够通过其他的控制器、例如网关与IELV进行通信。

Claims

1.用于运行车载电网（50）的方法，所述车载电网具有蓄能器和电子的负荷分配器（72），其中为所述蓄能器分配了传感器-计算单元，其中用所述传感器-计算单元检测所述蓄能器的至少一个测量参量并且在考虑所述至少一个测量参量的情况下计算所述蓄能器的参数，其中在第一步骤中实施对所述至少一个测量参量的核实并且在第二步骤中实施对所述计算的核实，为此使用所述电子的负荷分配器（72）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在第一步骤中每个行驶周期实施一次对所述至少一个测量参量的核实，并且在第二步骤中在行驶周期中实施多次对所述计算的核实。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中作为蓄能器而使用电池（82），为所述电池分配了作为传感器-计算单元的电子的电池传感器（84）。

4.根据权利要求3所述的方法，其中作为测量参量检测电流和电压并且作为参量计算所述电池（82）的内阻。

5.根据权利要求4所述的方法，其中作为测量参量检测电流阶跃和电压阶跃。

6.根据权利要求5所述的方法，其中为了计算所述电池（82）的内阻而考虑到多个激励边沿。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，在初始化阶段期间实施所述方法。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，在车辆的惯性运动中实施所述方法。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中为了实施所述方法而预先给定测试信号。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中将两次核实的结果转发给上级的计算单元。

11.车载电网，其具有分配有传感器-计算单元的蓄能器和电子的负荷分配器（72），其中所述车载电网（50）设立用于实施根据权利要求1至10中任一项所述的方法。

12.根据权利要求11所述的车载电网，其包括具有较高的电压水平的一侧（51）和具有较低的电压水平的一侧（67），其中所述蓄能器和电子的负荷分配器（72）设置在具有较低的电压水平的一侧（67）上。

13.根据权利要求11或12所述的车载电网，其中所述蓄能器构造为电池（82），并且所述传感器-计算单元构造成电子的电池传感器（84）。