專利名稱：用于監(jiān)控至少一個蓄電池的方法和裝置、具有這樣的裝置的蓄電池以及具有相應的蓄電 ...的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于監(jiān)控至少一個蓄電池的方法和裝置、具有這樣的裝置的蓄電池以及具有相應的蓄電池的機動車，它們尤其是可用于在減少了的硬件花費的情況下安全地監(jiān)控蓄電池狀態(tài)。
背景技術：
由蓄電池控制器所實現的安全功能通常為對諸如電壓、電流和/或溫度的安全相關的參數的閾值跨越的更基本的檢查。這樣的功能能夠以硬件(例如比較器)方式簡單地實現。因此，對于蓄電池控制器的通常的安全概念由兩條冗余的路徑一通過硬件的監(jiān)控和通過軟件的監(jiān)控一組成。通過這樣的多元化的冗余能夠達到對于安全性的足夠的級別。相較于蓄電池控制器已知了在用于監(jiān)控涉及安全的功能的電機控制器中，在微控制器上設計了所謂的3平面概念。在此，平面I為功能平面，平面2為功能監(jiān)控平面并且平面3為計算機監(jiān)控平面。借助于這樣的概念達到了直至ASIL-B (Automotive SafetyIntegrity Level:汽車安全完整性等級)的安全完整性。該3平面概念對應于10lD系統(tǒng)(參見圖1)。在這樣的系統(tǒng)100中，通過傳感器110獲取測量量，這些傳感器被功能計算機120監(jiān)控。該功能計算機120的可靠性將通過診斷單元130來監(jiān)控。根據該些測量量來操控執(zhí)行器140。通常地，MooN系統(tǒng)為比較N個測量值的分析邏輯裝置，這N個測量值中至少有M個測量值必須滿足預先給定的標準(N個中的M個)。MooND系統(tǒng)為具有自動檢驗的MooN系統(tǒng)。除了 MoolD系統(tǒng)之外，還存在loo2D系統(tǒng)200，其中例如還實現了(參見圖2)兩個功能計算機120、121的相互監(jiān)控150。新的安全標準(如ISO 26262)對于控制裝置提出了高的要求，在這樣的控制裝置上實施了涉及安全的功能。通過“ASIL”實現了以級別ASIL-A至ASIL-D的分類，其中，ASIL-D提出了最高的要求。高的分類也導致了高的程序上的花費。此外，對標準一致性的檢測也提出了更嚴格的要求。傳統(tǒng)的具有用于安全相關的量的冗余的監(jiān)控的硬件路徑和軟件路徑的蓄電池控制裝置的安全概念具有以下缺點:硬件路徑的成本:因為用于汽車應用的高壓蓄電池系統(tǒng)通常由大量的蓄電池單元組成(例如通過一百個串聯連接的4V的蓄電池單元獲取400V的電壓)，所以實現這樣的硬件路徑是高成本的。因為安全相關的參數必須對于每個蓄電池單元(或者由例如六個蓄電池單元組成的每個模塊)單獨地監(jiān)控。也就是說，對于每個蓄電池單元(每個模塊)必須構建相應的硬件元件(例如比較器)。 監(jiān)控功能的有限制的復雜性:
通過硬件元件通常僅能實現基本的監(jiān)控功能(例如閾值監(jiān)控)。復雜的功能，例如多個和/或動態(tài)的信號的處理，則僅能以高的花費才是可實現的。由公開文獻DE 11 2004 001 276 T5已知了一種蓄電池組(Batteriesatz)的充電/放電控制裝置，其中，通過控制器計算假定的充電狀態(tài)值。然而，在該解決方案中并未涉及實現所要求的安全功能時的硬件花費的降低。

發(fā)明內容
依據本發(fā)明提供了一種用于監(jiān)控至少一個蓄電池的方法，其中，放棄了以傳統(tǒng)的方式利用硬件來冗余地監(jiān)控安全相關的量，也就是說，放棄了所謂的硬件路徑。在依據本發(fā)明所述的方法中，將通過至少一個數據處理裝置分析至少一個蓄電池的測量量，例如電壓、溫度或者諸如此類的。所述蓄電池能夠是包括多個串聯連接的電化學單元的蓄電池。其中能夠設置:為了分析與安全相關的測量量將一定數量的單個的蓄電池單元，例如六個整合至一個模塊。所述數據處理裝置能夠是微控制器、可編程芯片、可編程處理器、可編程的邏輯裝置或者諸如此類的；通常來說能夠是可編程的數據處理裝置，在其上通過軟件(計算機程序)來實現安全功能。為了在缺少硬件路徑的情況下也能夠確保所述蓄電池的運行安全，依據本發(fā)明還將設置監(jiān)控在所述至少一個蓄電池和所述至少一個數據處理裝置之間的通信連接。本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施形式在此設置將所述信號經由單通道的通信連接從所述至少一個蓄電池、所述模塊或者所述蓄電池單元傳輸至所述至少一個數據處理裝置。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施形式中設置從至少一個安置在所述單通道的通信連接中的諸如模數轉換器或者傳感器的測量構件中讀入、數字化所述蓄電池單元的測量量并且將其轉發(fā)給所述至少一個數據處理裝置。優(yōu)選地，所述監(jiān)控 至少包括:檢驗通信連接和/或所述通信連接之內的例如用于獲取所述測量量的傳感器、測量構件或者諸如此類的和/或所述至少一個數據處理裝置的部件或者檢驗經由所述通信連接交換的信號的正確性或者真實性。監(jiān)控所述蓄電池、所述模塊或者所述蓄電池的所述單元和所述至少一個數據處理裝置之間的通信連接的準確性是有利的。該監(jiān)控能夠涉及所述通信連接的部分連接(Teilstrecken)。由此能夠例如相互獨立地監(jiān)控所述通信連接的部分連接。然而，有利地，所述監(jiān)控獲取所述通信連接的所有部分連接。能夠例如監(jiān)控在所述蓄電池、所述模塊或者所述蓄電池的所述單元和測量構件之間的連接作為部分連接。通過該監(jiān)控能夠尤其是獲取短路、至電壓的連接(Verbindungen zu Spannung)、斷路或者諸如此類的。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施形式中設置通過安置在所述通信連接中的元件，例如測量構件和/或通過所述至少一個數據處理裝置來實施所述監(jiān)控的至少一部分。在一個優(yōu)選的實施形式中還設置根據故障來監(jiān)控至少一部分，但優(yōu)選地為所有的在所述蓄電池、所述模塊或者所述蓄電池的所述單元和所述至少一個數據處理裝置之間交換的信號。特別地，能夠設置檢驗所述信號的真實性。所述監(jiān)控優(yōu)選地冗余地進行。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施形式中設置至少檢驗所述電壓值、溫度值和/或所述電流值的準確性或真實性。為了監(jiān)控所述電壓測量值，除了所述單個的蓄電池單元的電壓測量值以外還分析相繼連接的蓄電池單元的模塊的電壓測量值是有利的。通過將所述模塊的單個的蓄電池單元的電壓測量值與整個模塊的電壓測量值作比較并且隨后得出所述電壓測量值的真實性。另一個優(yōu)選的實施形式進行如下設置，為每個物理上可分離的單元使用至少利用兩個用于真實性檢查的溫度傳感器來獲取所述溫度測量值。在強熱耦合的單元中，該兩個溫度傳感器甚至對于整個熱耦合系統(tǒng)來說都足夠了。在這樣的情況下，不必針對每個物理上可分離的單元，例如每個蓄電池單元，設置兩個溫度傳感器。同樣，在一個優(yōu)選的實施形式中，為了監(jiān)控所述電流測量值使用至少兩個優(yōu)選地多元化地實施的電流傳感器。在一個優(yōu)選的實施形式中，為了監(jiān)控在安置在所述通信連接中的部件和所述至少一個數據處理裝置之間的通信連接，設置通過至少一個試驗信號來監(jiān)控該通信連接。優(yōu)選地，限定的試驗信號由安置在所述通信連接中的部件輸出并且由所述至少一個數據處理裝置來分析。使用動態(tài)的試驗信號是有利的。通過所述試驗信號也能夠檢驗諸如模數轉換器的部件。所述檢驗優(yōu)選地通過動態(tài)的、具有兩個電壓電平(vHigh，v_)的試驗信號來實現。

所述監(jiān)控冗余地通過多元化的措施來實現是有利的。在此，為了監(jiān)控信號或者諸如蓄電池的、所述模塊或所述蓄電池的單元的、所述至少一個數據處理裝置的部件的、諸如在所述通信連接內的測量構件或者諸如此類的另外的部件的運行狀態(tài)，能夠設置不同的方法和/或算法。特別有利地，在該過程中滿足例如在ASIL分解時的特定的安全要求。所以，能夠例如通過第一安全功能實現ASIL-A的要求，并且通過多元化地實施的安全功能實現ASIL-B的要求。此外，能夠設置通過3平面安全概念保護所述安全功能的至少一部分。還能夠設置例如通過查詢-應答-通信相互監(jiān)控多元化的安全功能。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施形式中，設置在數據處理裝置上實現所述多元化的措施。然而，設置至少兩個數據處理裝置是有利的，在其上分別多元化地實現所述安全功能。其中，能夠串聯和/或并聯連接所述至少兩個數據處理裝置。在這種情況下，所有的在最后一段描述的監(jiān)控措施將通過所述至少兩個數據處理裝置來進行，例如ASIL-A在第一數據處理裝置上進行，并且ASIL-B在第二數據處理裝置上進行，或者所述查詢-應答-通信在不同的數據處理裝置之間進行。相較于僅利用一個數據處理裝置的實施形式來說，通過使用至少兩個數據處理裝置能夠顯著地降低用于軟件處理(ISO 26262)和所述診斷覆蓋率措施(Diagnosedeckungsma^nahmen) (ISO 26262-5,附錄 D)的花費。根據本發(fā)明的裝置具有至少一個數據處理裝置，例如微控制器、芯片和/或處理器，并且被如此地設置為可實施用于監(jiān)控至少一個蓄電池的方法，其中，通過至少一個數據處理裝置分析所述至少一個蓄電池中的至少一個蓄電池的測量量，并且其中，進行對通過在所述至少一個蓄電池和所述至少一個數據處理裝置之間的通信連接交換的信號的至少一個監(jiān)控。本發(fā)明的另一方面涉及一種具有用于監(jiān)控所述蓄電池的裝置的蓄電池，其中，所述裝置被如此地構造為可實施用于監(jiān)控所述蓄電池的方法，其中，通過至少一個數據處理裝置分析所述至少一個蓄電池中的至少一個蓄電池的測量量，并且其中，進行對通過在所述至少一個蓄電池和所述至少一個數據處理裝置之間的通信連接交換的信號的至少一個監(jiān)控。優(yōu)選地，所述蓄電池為鋰離子蓄電池或者所述蓄電池包括被構造為鋰離子蓄電池單元的電化學的蓄電池單元。
本發(fā)明的又一方面涉及一種機動車，其具有用于驅動所述機動車的電驅動電機和與所述電驅動電機連接或者可連接的、依據在前述段落中描述的發(fā)明方面所述的蓄電池。然而，所述蓄電池并不限于這樣的用途，而是也能夠在其他的電氣系統(tǒng)中使用。用于監(jiān)控至少一個蓄電池的計算機程序在其載入數據處理裝置的存儲介質中之后使得數據處理裝置能夠執(zhí)行用于蓄電池監(jiān)控的方法，其中，通過至少一個數據處理裝置分析所述至少一個蓄電池中的至少一個蓄電池的測量量，并且其中，實現進行對通過在所述至少一個蓄電池和所述至少一個數據處理裝置之間的通信連接交換的信號的至少一個監(jiān)控。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施形式中設置模塊化地構建依據本發(fā)明所述的計算機程序，其中，單個的模塊被安裝在所述數據處理裝置的不同部分。有利的實施形式設置附加的計算機程序，通過該附加的計算機程序能夠實施在說明書中給出的其他的方法步驟或者方法流程。為了執(zhí)行依據本發(fā)明所述的、用于監(jiān)控至少一個蓄電池的方法，設置使用計算機可讀的存儲媒介，在所述存儲媒介上存儲程序，所述程序在其載入至數據處理裝置的存儲介質中之后使得所述數據處理裝置能夠執(zhí)行用于蓄電池監(jiān)控的方法，其中，通過至少一個數據處理裝置分析所述至少一個蓄電池中的至少一個蓄電池的測量量，并且其中，進行對通過在所述至少一個蓄電池和所述至少一個數據處理裝置之間的通信連接交換的信號的至少一個監(jiān)控。依據本發(fā)明所述的安全架構在沒有硬件路徑的情況下達到了高級別的安全性。這尤其是通過以下方式來達到:.通過包括用于信號路徑的保護裝置的安全機制；.在優(yōu)選的實施形式中通過第二微控制器；和/或 通過將蓄電池單元參數適合地信號引入(Signalfiihrung)至安全功能/邏輯裝置。其中，所述架構尤其是具有以下優(yōu)點:.在傳感裝置和邏輯裝置中節(jié)省硬件元件；.以比僅具有一個微控制器的系統(tǒng)更少的程序上的花費達到依據ISO 26262-5的
安全一致性；.以高安全一致性實現了更復雜的安全功能；.以對系統(tǒng)的可用性的更少的限制實現了安全功能；.分布式概念的可實現性。在從屬權利要求給出并在說明書中描述了本發(fā)明的有利的改進方案。


借助于附圖和后續(xù)的描述詳細地闡述本發(fā)明的實施例。其中:圖1示出了 3平面安全概念的10lD系統(tǒng)的圖示；圖2示出了 3平面安全概念的loo2D系 統(tǒng)的圖示；以及圖3示出了示例的基于軟件監(jiān)控的蓄電池控制裝置架構的示意圖。
具體實施例方式在圖3中復現了一種基于軟件監(jiān)控的蓄電池控制裝置架構的示例性的架構300。雖然，本發(fā)明借助于實施例來描述，在其中利用了兩個微控制器324、326，但是具有僅僅一個微控制器或者具有多于兩個微控制器的實施形式也是可想象的。因此，本發(fā)明并不限于具有兩個微控制器324、326的實施形式，而是也包括其他的實施形式，只要該實施形式實現了獨立權利要求的全部特征。蓄電池控制裝置架構300的安全鏈(Sicherheitskette)傳感裝置蓄電池單元的測量量312 (例如電壓和/或溫度)將由測量構件314 (例如模數轉換器)讀取、數字化并且根據需求經由總線316、318、320、322傳輸至邏輯裝置324、326。在示例性的實施形式中，蓄電池的每六個電化學蓄電池單元被整合在模塊310中?，F在，當目前經由單通道的路徑能夠足夠精確地并且安全地監(jiān)控該信號時(如其隨后將在段落“蓄電池單元信號的保護措施(AbsicherungsmaP nahmen) ”中詳細描述的那樣)，那么不需要通過冗余的關閉路徑330 (硬件路徑)上的硬件電路328來監(jiān)控的另外的測量單元，這將帶來硬件花費上的節(jié)約。該硬件路徑328、330在本發(fā)明中并不存在。邏輯裝置測量量312將在一個或者兩個微控制器324、326中被分析，從而省略掉硬件路徑328、330。這帶來了硬件方面的節(jié)約，尤其是在有大量的待監(jiān)控的信號時，因為此時對于每個單個的信號需要構建硬件元件，其實一個微控制器就能夠處理多個信號。

使用第二微控制器326提供了如下優(yōu)點，即依據ISO 26262-9的條款5能夠執(zhí)行ASIL分解。這將使得要求(ASIL)能夠被分至兩條路徑318、320或者邏輯裝置324、326之上，并且由此能夠降低對于單個的元件的要求，例如用于實現各個軟件的處理花費，這帶來了軟件花費上的節(jié)約。在此，為了達到ASIL-C，人們能夠將路徑318、320分成ASIL-B和ASIL-A。然后ASIL-B能夠通過具有已知的3平面安全概念的微控制器324或許在再次使用所提及的軟件模塊的情況下來實現。然后，對于ASIL-A，在第二微控制器326上僅需實現減少了的量的IS026262要求即可。對于ASIL-D，也能夠依據ASIL-B來保護具有3平面概念第二微控制器326。然而在此，隨后可能對于該安全鏈的單通道部分(信號測量)具有另外的要求。由此，為了 ASIL分解，確保兩個監(jiān)控的獨立性，安全功能必須在兩個微控制器324、326之中多元化地實現，例如通過不同的算法或者在使用定點的或者浮點數。當兩個微控制器324、326經由直接的連接或者經由總線接收電流測量信號332、334時，則能夠由兩個微控制器324、326監(jiān)控所有的三個重要的蓄電池參數(電壓、溫度、電流)。兩個微控制器324、326能夠經由有聯系的總線320、322，也能夠相反地例如經由查詢-應答-通信相互監(jiān)控(ISO 26262-5，表D.4 由軟件執(zhí)行的互補比較”，loo2D系統(tǒng))。兩個微控制器324、326能夠串聯連接，例如通過用于串聯電路的總線322，從而使得例如位于高壓側的第一微控制器324查詢傳感器信號，并且同時將該傳感器信號轉發(fā)至第二微控制器326。由此能夠省掉另外的硬件元件(隔離器)。由此，該單通道特性是足夠可靠的并且不會由于例如在第一微控制器324之內的簡單故障而受影響，然而，信號通道必須通過額外的診斷措施來加以保護(如其接下來將在段落“信號通道保護和活力測試(Lebendigkeitspriifung) ” 中描述的那樣)。執(zhí)行裝置使用兩個微控制器324、326提供了如下優(yōu)點，即通過觸發(fā)執(zhí)行裝置能夠在故障情況下通過兩個多元化的控制裝置336來實現(IS026262-5，表D.2 選擇器”)。該執(zhí)行裝置自身必須同樣冗余地(至少兩個主接觸器通過冗余的關閉路徑338)實施。蓄電池單元信號的保護措施在具有模數轉換器314的蓄電池單元的連接處能夠出現不同的故障。短路或者至電壓的連接能夠經由超范圍診斷來發(fā)現。開路必須通過另外的診斷措施來發(fā)現。有些測量構件/模數轉換器314提供了此類的診斷。電壓測量的冗余通過該冗余能夠真實性檢查該電壓信號(參見ISO “26262-5” ；表D.11 “參考傳感器”)。在所提出的架構300中，該冗余不會通過兩倍實施的用于蓄電池單元的測量導線來實現，而是通過 附加的“模塊電壓”的讀入來實現，即模塊310的六個相繼連接的蓄電池單元的電壓。通過對蓄電池單元電壓的求和和與模塊電壓的比較能夠實現該測量值的足夠精確的真實性檢查。溫度測量的冗余溫度信號也將經由冗余來被真實性檢查(參見ISO 26262-5，表D.11 “輸入比較”)。為此，在所提出的架構300中，每個物理上可分離的單元設置有兩個溫度傳感器。人們通過兩個測量點之間的熱傳遞得到冗余的值。信號路徑保護裝置和活力測試模數轉換器314的功能性和從測量單元至邏輯裝置的總線連接316、318、320也將通過讀入、傳輸和分析動態(tài)的信號來檢驗(參見ISO 26262-5，表D.11:“測試模式”)。為此，在模數轉換器314的每個輸入端處發(fā)出(aufgeben)具有已知的力度(Dynamik)和已知的上限值和下限值的交變電壓(例如方波信號)，經由總線316、318、320傳輸并且在邏輯裝置324、326中分析。邏輯裝置324、326能夠確定偏差并且由此將信號路徑評價為不可靠的或者要求安全的狀態(tài)。在所提出的架構300中，該信號分別由振蕩器來產生。因為已知了測試電壓的值，所以通過該機制也監(jiān)控了測量單元314和邏輯裝置324、326之間的總線316、318、320 (例如代替通常的具有CRC校驗和的CAN監(jiān)控)。電流測量的冗余微控制器324、326中的每個微控制器通過一個或兩個-優(yōu)選地多元化地實施的-電流傳感器獲得電流測量值332、334。該兩個值334、332分別由另外的微控制器經由總線322傳輸，由此每個邏輯裝置324、326能夠真實性檢查電流值(參見ISO 26262-5，表D.11 “輸入比較”)。倘若微控制器324、326中的一個微控制器位于高壓側，那么在此因為不需要隔離器將節(jié)約硬件花費。通過軟件的靈活性
通過在單通道的路徑中使用可編程的邏輯裝置(代替此前通常的“附加的硬件電路”)，人們能夠監(jiān)控具有更復雜的安全功能的信號。例如在不同的蓄電池單元中，對于電流簡單的上限閾值并不足夠，而取而代之必須監(jiān)控例如電流積分。通過使用軟件路徑能夠改
善安全性。另一方面,更復雜的安全功能能夠在防止對監(jiān)控的不必要的打擊(Zuschlagen)。倘若例如由于另外的因素(例如低溫)盡管突破了自身的臨界值仍不會危及安全，那么較低的靈活的安全功能(例如以硬件來實現)并沒有能力考慮該條件。通過使用軟件路徑能夠改善可用性。本發(fā)明在其實施形式方面并不限于先前給出的優(yōu)選的實施例。相反地，多種實施變型是可想象的，其利用與依據本發(fā)明所述的方法、依據本發(fā)明所述的裝置、依據本發(fā)明所述的蓄電池和依據本發(fā) 明所述的機動車在原則上不同類型的實施例。
權利要求
1.一種用于監(jiān)控至少一個蓄電池的方法，其中，通過至少一個數據處理裝置(324、326)分析所述至少一個蓄電池中的至少一個蓄電池的測量量(312)，其特征在于，進行對通過在所述至少一個蓄電池和所述至少一個數據處理裝置(324、326)之間的通信連接(316、318、320)交換的信號的至少一個監(jiān)控。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述監(jiān)控至少包括: 針對所述測量量監(jiān)控在所述至少一個蓄電池和至少一個傳感器(314)之間的連接； 監(jiān)控在所述至少一個傳感器(314)和所述至少一個數據處理裝置(324、326)之間的所述連接(316、318、320)； 監(jiān)控所述至少一個傳感器(314)； 監(jiān)控所述信號。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，尤其是借助于試驗信號來進行對所述信號的至少一部分的冗余的監(jiān)控和/或真實性檢查。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，通過多元化的方法分析所述測量量(312)的至少一部分。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，在數據處理裝置上實施所述多元化的方法。
6.根據權利要求4或5所述的方法，其中，至少兩種多元化的方法相互監(jiān)控。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，使用至少兩個數據處理裝置(324、326)。
8.一種裝置，其至少具有微控制器、芯片和/或處理器，其中，所述裝置被設置為可實施依據權利要求1至7中任一項所述的、用于監(jiān)控至少一個蓄電池的方法。
9.一種蓄電池，其具有用于監(jiān)控所述蓄電池的裝置，其中，所述裝置被設置為可實施依據權利要求1至7中任一項所述的、用于監(jiān)控所述蓄電池的方法。
10.一種機動車，其具有用于驅動所述機動車的電驅動電機和與所述電驅動電機連接的或者可連接的、依 據權利要求9所述的蓄電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控至少一個蓄電池的方法和裝置、具有這樣的裝置的蓄電池以及具有相應的蓄電池的機動車，它們尤其是可用于在減少了的硬件花費的情況下安全地監(jiān)控蓄電池狀態(tài)。為此，提出了以通過至少一個數據處理裝置(324、326)分析所述至少一個蓄電池中的至少一個蓄電池的測量量(312)的方法來由此監(jiān)控所述至少一個蓄電池，并且提出了進行對通過所述至少一個蓄電池和所述至少一個數據處理裝置(324、326)之間的通信連接(316、318、320)交換的信號的至少一個監(jiān)控。
文檔編號H04Q9/00GK103250429SQ201180056536
公開日2013年8月14日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權日2010年9月28日
發(fā)明者J·韋伯, C·特奇瓦諾波洛斯, D·哈森科普夫, S·布茨曼, A·海爾, F·申德勒 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社