DE102005058469A1

DE102005058469A1 - Verfahren zum Berechnen des Ladezustands einer Batterie zum Verhindern des Memory-Effekts

Info

Publication number: DE102005058469A1
Application number: DE102005058469A
Authority: DE
Inventors: Jae-Seung Hwaseong Koo
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2025-12-08
Also published as: KR100692404B1; DE102005058469B4; JP2006177939A; CN1794002A; KR20060071279A; CN100458462C; US20060132094A1; US7345452B2

Abstract

Verfahren zum Berechnen des Ladezustandes einer Batterie zur Verhinderung des Memory-Effekts, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erhalten von Informationen über einen bisherigen SOC-Modus und über die Betriebszeit in dem Modus von einem Speicher eines Batteriecontrollers nach dem Starten des Fahrzeugs; Berechnen eines Batterie-SOC-Datenwertes unter Verwendung von bestimmten unterschiedlichen Referenzkapazitäten in Abhängigkeit von einem Normal-SOC-Erhaltungsmodus, einem Hoch-SOC-Bereichsausdehnungsmodus oder einem Niedrig-SOC-Bereichsausdehnungsmodus unter Verwendung des Batterie-Controllers und Übermittels des Batterie-SOC-Datenwertes an einen Fahrzeug-Controller; und Ermitteln, ob Bedingungen zum Übergehen in einen nächsten SOC-Modus nach der Berechnung eines tatsächlichen SOC-Wertes der Batterie in dem Normal-SOC-Erhaltungsmodus, dem Hoch-SOC-Bereichsausdehnungsmodus oder dem Niedrig-SOC-Bereichsausdehnungsmodus erfüllt sind.

Description

Die vorliegende Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der koreanischen Anmeldung mit der Seriennummer 10-2004-0109811, die am 21. Dezember 2004 eingereicht wurde, deren Offenbarung hiermit durch Bezug darauf in ihrer Gesamtheit hierin einbezogen ist.
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren zum Berechnen des Ladezustandes (SOC = state of charge) einer Batterie zur Verhinderung des Memory-Effekts und insbesondere ein Verfahren zum Berechnen des SOC einer Batterie zur Verhinderung des Memory-Effekts, welches eine Verminderung der tatsächlich verfügbaren maximalen Kapazität der Batterie aufgrund des Memory-Effekts verhindert, der auftritt, wenn die Leistung der Batterie, die in ein Fahrzeug eingebaut ist, wiederholt innerhalb eines bestimmten Bereichs, d.h. in einem Stadtfahrmodus benutzt wird. Zum Beispiel tritt der Memory-Effekt in einer Nickel-Batterie auf und betrifft ein Phänomen, bei dem, wenn die Batterie ununterbrochen in einem bestimmten Bereich verwendet wird, anstatt 100% der Kapazität der Batterie zu verwenden, die Kapazität des ständig benutzten Bereichs für die Maximalkapazität gehalten wird, wodurch die tatsächlich verfügbare Maximalkapazität der Batterie verringert wird.

In letzter Zeit wurden Hybridfahrzeuge, die unter Verwendung elektrischer Energie betrieben werden können, energisch entwickelt. Hybridfahrzeuge sind mit einer mit Energie geladenen Batterie ausgerüstet und verwenden die in die Batterie geladene Energie während der Betriebszeit. Solch ein Hybridfahrzeug hat eine verbesserte Leistungscharakteristik und einen geringeren Benzinverbrauch basierend auf einem Algorithmus des Betreibens eines Elektromotors und eines Verbrennungsmotors in Abhängigkeit des SOC einer Hochspannungsbatterie.

1 ist ein Schaubild, das einen Fall zeigt, in dem der SOC, der von dem Batterie-Controller eines Hybridfahrzeugs berechnet wird, zu der Zeit des normalen Fahrens in der Stadt ständig innerhalb eines Bereichs von ±5% des Basis-SOC liegt. Der Ladezustand wird unter Verwendung der folgenden Gleichung 1 berechnet:

wobei SOC der Ladezustand, I der Lade-/Entladestrom der Batterie und Ah_basic die Referenzkapazität (Sollkapazität) ist.

Jedoch erfährt die Batterie, wie in 1 dargestellt, in dem Fall, in dem das Hybridfahrzeug ständig einen normalen Stadtfahrmodus wiederholt, einen Memory-Effekt, so dass nicht 100% der Sollkapazität der Batterie verwendet werden können. D.h., wenn sich der SOC ständig innerhalb eines Bereichs von +5% des Basis-SOC befindet, tritt ein Problem auf, dass die Maximalkapazität der Batterie abnimmt, wodurch die Lebenszeit der Batterie verkürzt wird.

Gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung wird ein Verfahren zum Berechnen des SOC einer Batterie bereitgestellt, welches verhindert, dass ein Memory-Effekt auftritt, wenn die Batterie, die in ein Hybridfahrzeug eingebaut ist, wiederholt in einem bestimmten Bereich (in einem bestimmten Fahrmodus) benutzt wird, wodurch eine Verminderung der verfügbaren maximalen Kapazität der Batterie präventiv verhindert wird.

Das Verfahren weist auf die Schritte des Erhaltens von Informationen über einen bisherigen SOC-Modus und über die Betriebszeit in dem Modus von einem Speicher eines Batterie-Controllers nach dem Starten des Fahrzeugs; des Berechnens eines Batterie-SOC-Datenwerts unter Verwendung einer der jeweils unterschiedlichen Referenzkapazitäten in Abhängigkeit davon, ob ein Normal-SOC-Erhaltungsmodus, ein Modus mit einer Bereichsausdehnung auf einen hohen SOC oder ein Modus mit einer Bereichsausdehnung auf einen niedrigen SOC auftritt, unter Verwendung des Batterie-Controllers, und des Übermittelns des Batterie-SOC-Datenwerts an einen Fahrzeug-Controller; und des Ermittelns, ob Bedingungen für einen Übergang in einen nächsten SOC-Modus nach der Berechnung eines tatsächlichen SOC-Werts der Batterie in dem Normal-SOC-Erhaltungsmodus, in dem Hoch-SOC-Bereichsausdehnungsmodus oder dem Niedrig-SOC-Bereichsausdehnungsmodus erfüllt sind.

Zum besseren Verständnis der Natur und der Ziele der Erfindung sollte Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung mit der beigefügten Zeichnung genommen werden, in der:
1 ein Wellenformschaubild ist, das den SOC einer herkömmlichen Batterie zeigt;
2 ein Wellenformschaubild ist, das den SOC einer Batterie gemäß der Erfindung zeigt; und
3 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Verhindern des Memory-Effekts gemäß der Erfindung darstellt.
2 ist ein Wellenformschaubild, das den SOC einer Batterie gemäß der Erfindung zeigt, und 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Verhindern des Memory-Effekts gemäß der Erfindung darstellt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Berechnen eines SOC, um zu verhindern, das der Memory-Effekt in einer Batterie auftritt. Um den Memory-Effekt zu verhindern, der auftritt, wenn ein Hybridfahrzeug wiederholt in einem bestimmten Modus betrieben wird, zum Beispiel in einem Stadtfahrmodus, wird der SOC, wie durch die folgende Gleichung 2 dargestellt, berechnet:
wobei SOC der Ladezustand, I der Lade- oder Entladestrom der Batterie und Ah_basic die Referenzkapazität (Sollkapazität) ist.
Beim Vergleich der Gleichung 2 mit der Gleichung 1 sind die Bezeichnungen der einen Gleichung mit denen der anderen identisch. Jedoch wird in der Erfindung die Basiskapazität der Batterie, welche durch die Variable Ah_basic repräsentiert wird, in einen Normal-SOC-Erhaltungsmodus, einen Hoch-SOC-Bereichsausdehnungsmodus und einen Niedrig-SOC-Bereichsausdehnungsmodus aufgeteilt, und es werden unterschiedliche Werte für den Normal-SOC-Erhaltungsmodus, den Hoch-SOC-Bereichsausdehnungsmodus und den Niedrig-SOC-Bereichsausdehnungsmodus in Abhängigkeit vom Laden oder Entladen der Batterie verwendet.
Die Referenzkapazitäten der entsprechenden Modi sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.
Wie in Tabelle 1 dargestellt, verwendet der Normal-SOC-Erhaltungsmodus die Referenzkapazität Ah_basic, welche für einen Lademodus und einen Entlademodus die gleiche ist, so dass ein normaler Ladezustand aufrechterhalten werden kann. In dem Hoch-SOC-Bereichsausdehnungsmodus wird die Referenzkapazität Ah_basic zur Zeit des Ladens mit einem Verstärkungskoeffizienten 'a' multipliziert, und die Referenzkapazität Ah_basic wird zur Zeit des Entladens mit einem Verstärkungskoeffizient 'b' multipliziert. Zum Beispiel wird, wenn 'a' auf einen Wert (zum Beispiel 1,1), der größer als 1 ist, gesetzt wird, 'b' auf einen Wert (zum Beispiel 0,9), der kleiner als 1 ist, gesetzt wird und der SOC unter Verwendung von Gleichung 2 berechnet wird, der SOC, welcher für den Fahrzeug-Controller gilt, zur Zeit des Ladens als ein Wert, der kleiner als eine tatsächliche Ladungsmenge ist, berechnet und wird zur Zeit des Entladens als ein Wert berechnet, der gröber als eine tatsächliche Entladungsmenge ist, wodurch bewirkt wird, dass die Batterie in der Praxis in einen Zustand hoher Ladung (Hoch-SOC) übergeht.
Auf dieselbe Weise wird in dem Niedrig-SOC-Bereichsausdehnungsmodus der SOC zur Zeit des Ladens als ein Wert berechnet, der größer als eine tatsächliche Lademenge ist, und zur Zeit des Entladens als ein Wert berechnet, der kleiner als eine tatsächliche Entlademenge ist, wodurch bewirkt wird, dass die Batterie in der Praxis in einen Niedrig-SOC-Bereich übergeht.
Die Bedingungen zum Ermitteln des Übergangs in die oben beschriebenen Modi werden wie folgt beschrieben.
In dem Normal-SOC-Erhaltungsmodus geht der Fahrzeug-Controller, wenn ein SOC-Wechselzyklus, d.h. die Modusbetriebszeit eine vorbestimmte Zeit übersteigt, in den Niedrig-SOC-Bereichsausdehnungsmodus über. In dem Niedrig-SOC-Bereichs-Modus geht der Fahrzeug-Controller, wenn der SOC einen vorbestimmten SOC übersteigt, in den Hoch-SOC-Bereichsausdehnungsmodus über. In dem Hoch-SOC-Bereichsausdehnungsmodus geht der Fahrzeug-Controller, wenn der SOC einen vorbestimmten SOC übersteigt, in den Normal-SOC-Erhaltungsmodus über. Dann werden in den entsprechenden zugehörigen Modi die SOC-Werte berechnet.
Wie oben beschrieben, verwendet der Fahrzeug-Controller gemäß der Erfindung eine Fahrstrategie in Abhängigkeit vom SOC. Jedoch hat der tatsächliche SOC der Batterie, wenn der SOC-Berechnungsalgorithmus (Niedrig-SOC-Bereichsausdehnung und Hoch-SOC-Bereichsausdehnung) verwendet wird, einen breiten SOC-Bereich (Normal-SOC-Erhaltungsmodus, Niedrig-SOC-Bereichsausdehnungsmodus und Hoch-SOC-Bereichsausdehnungsmodus), wie in 2 gezeigt, wodurch der Memory-Effekt verhindert wird.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Berechnen eines SOC-Wertes darstellt, um den Memory-Effekt zu verhindern.
Wie in 3 dargestellt, holt bei dem Schritt S2 ein Batterie-Controller, nachdem ein Fahrzeug ein Zündung-Ein-Signal erhalten hat und gestartet wurde, Informationen über einen bisherigen SOC-Modus und eine Betriebszeit in dem Modus. Dann wird in Schritt S4 eine Logik ausgeführt, die den SOC-Modus berücksichtigt.
D.h. es wird in dem Normal-SOC-Erhaltungsmodus bei Schritt 6 ein SOC-Datenwert (HCU_SOC), der an den Fahrzeug-Controller übermittelt werden soll, unter Verwendung der Batterie-Referenzkapazität berechnet. In dem Hoch-SOC-Ausdehnungsmodus wird bei den Schritten S8 bis S12 der SOC-Datenwert zur Zeit des Ladens unter Verwendung eines Wertes (Ah_basic·a (konstanter Wert größer als 1)), der größer als Ah_basic ist, und zur Zeit des Entladens unter Verwendung eines wertes (Ah_basic·b (konstanter wert kleiner als 1)), der kleiner als Ah_basic ist, berechnet. In dem Niedrig-SOC-Ausdehnungsmodus wird der SOC-Datenwert bei den Schritten S14 bis S18 zur Zeit des Ladens unter Verwendung eines Wertes (Ah_basic·b (konstanter Wert kleiner als 1)), der kleiner als Ah_basic ist, berechnet und zur Zeit des Entladens unter Verwendung eines Wertes (Ah_basic·a (konstanter Wert größer als 1)), der größer als Ah_basic ist, berechnet. Dann wird der berechnete HCU_SOC-Wert an den Fahrzeug-Controller übermittelt. In diesem Fall ist die Berechnung des HCU_SOC Wertes, der an den Fahrzeug-Controller übermittelt werden soll, identisch mit der Berechnung von Gleichung 2, aber die Referenzkapazitäten (die Referenzkapazität wird mit den Verstärkungskoeffizienten multipliziert) sind unterschiedlich in Abhängigkeit von den jeweiligen Modi.
Nach der Übermittlung des berechneten Datenwerts HCU_SOC von dem Batterie-Controller an den Fahrzeug-Controller bei den Schritten S20 und S22 wird bei Schritt S24 der tatsächliche SOC-Wert der Batterie unter Verwendung von Gleichung 2 berechnet. D.h., in dem Normal-SOC-Erhaltungsmodus oder dem Niedrig-SOC-Ausdehnungsmodus oder dem Hoch-SOC-Ausdehnungsmodus wird der tatsächliche SOC-Wert der Batterie unter Verwendung einer allgemeinen Referenzkapazität berechnet. Zum Beispiel werden in dem Schritt S20 die tatsächlichen SOC-Werte der Batterie unter Verwendung der Referenzkapazitäten, bei denen die Verstärkungskoeffizienten a und b berücksichtigt wurden, berechnet. Dagegen wird in Schritt S24 der tatsächliche SOC-Wert der Batterie unter Verwendung der Referenzkapazität berechnet, bei der die Verstärkungskoeffizienten a und b nicht berücksichtigt wurden.
Indessen wird nach der Berechnung des SOC-Werts der Batterie der tatsächliche SOC-Wert unter Verwendung der Referenzbatteriekapazität berechnet, um den tatsächlichen SOC-Wert der Batterie in einem bestimmten SOC-Modus zu berechnen, und dann wird in Schritt S26 ermittelt, ob die Bedingungen für den Übergang in einen bestimmten SOC-Modus erfüllt wurden.
D.h., wenn in dem Normal-SOC-Erhaltungsmodus die Betriebszeit eine vorbestimmte Normal-SOC-Modus-Zeit überschreitet, wird bei den Schritten S28 und S30 in den Niedrig-SOC-Bereichsausdehnungsmodus übergegangen. Andernfalls wird die Modusbetriebszeit akkumuliert und das Verfahren beginnt mit dem Anfangsschritt bei Schritt S40. Ferner wird, wenn in dem Niedrig-SOC-Bereichsausdehnungsmodus der SOC höher als ein vorbestimmter Niedrig-SOC-Wert ist, bei den Schritten S36 und S38 in den Hoch-SOC-Bereichsausdehnungsmodus übergegangen. Andernfalls wird die Modusbetriebszeit akkumuliert und dann kehrt das Verfahren zu dem Anfangsschritt bei Schritt S40 zurück. Ebenso wird, wenn in dem Hoch-SOC-Bereichsausdehnungsmodus der SOC höher als ein vorbestimmter Hoch-SOC-Wert ist, bei den Schritten S32 und S34 in den Normal-SOC-Erhaltungsmodus I übergegangen. Andernfalls wird die Modusbetriebszeit akkumuliert und dann kehrt das Verfahren zu dem Anfangsschritt bei Schritt S40 zurück.
Indessen wird nach dem Übergang von dem Normal-SOC-Erhaltungsmodus oder dem Niedrig- oder dem Hoch-SOC- Bereichsausdehnungsmodus in einen anderen entsprechenden Modus bei Schritt S32 die Betriebszeit in dem früheren Modus initialisiert, um den SOC in dem entsprechenden Modus zu berechnen.
Wie oben beschrieben, wird, auch wenn eine Batterie, die in einem Hybridfahrzeug installiert ist, wiederholt in einem bestimmten Modus benutzt wird, der SOC-Modus erfindungsgemäß gewechselt, um den Memory-Effekt zu verhindern, wodurch eine Verminderung der verfügbaren Energie einer Batterie aufgrund des Memory-Effekts präventiv verhindert wird, wodurch die Fahrzeugleistung verbessert wird und die Lebensdauer der Batterie gesteigert wird.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung zu Darstellungszwecken offenbart wurden, versteht der Fachmann, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem Umfang und dem Geist der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist, abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Berechnen eines Ladezustands einer Batterie eines Hybridfahrzeugs, welches die folgenden Schritte aufweist: Erhalten von Informationen über einen bisherigen Ladezustand-Modus und über die Betriebszeit in dem Modus von einem Speicher einer Batterie-Steuervorrichtung nach dem Start des Fahrzeugs; Berechnen eines Batterie-Ladezustand-Datenwerts unter Verwendung von jeweils unterschiedlichen Referenzkapazitäten in Abhängigkeit von einem Normal-Ladezustand-Erhaltungsmodus, einem Hoch-Ladezustand-Bereichsausdehnungsmodus oder einem Niedrig-Ladezustand-Bereichsausdehnungsmodus unter Verwendung der Batterie-Steuervorrichtung und Übermitteln des Batterie-Ladezustand-Wertes an eine Fahrzeug-Steuervorrichtung; und Ermitteln, ob die Bedingungen zum Übergehen in einen nächsten Ladezustand-Modus nach der Berechnung eines tatsächlichen Ladezustand-Wertes der Batterie in dem Normal-Ladezustand-Erhaltungsmodus, dem Hoch-Ladezustand-Bereichsausdehnungsmodus oder dem Niedrig-Ladezustand-Bereichsausdehnungsmodus erfüllt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Berechnung des Ladezustand-Datenwerts (HCU_SOC) in dem Normal-Ladezustand-Erhaltungsmodus durch Berechnen des Ladezustand-Datenwerts (HCU_SOC), welcher an die Fahrzeug-Steuervorrichtung übermittelt werden soll, unter Verwendung der Batteriereferenzkapazität, in dem Hoch-Ladezustand-Bereichsausdehnungsmodus durch Berechnen des Ladezustand-Datenwerts zur Zeit des Ladens unter Verwendung eines Wertes, der größer als die Referenzkapazität (Ah_basic) ist, und zur Zeit des Entladens unter Verwendung eines Wertes, der kleiner als Ah_basic ist, und durch Berechnen des Ladezustand-Datenwerts in dem Niedrig-Ladezustand-Bereichsausdehnungsmodus zur Zeit des Entladens unter Verwendung eines Werts, der kleiner als die Referenzkapazität (Ah_basic) ist, und zur Zeit des Ladens unter Verwendung eines Wertes der größer als die Referenzkapazität (Ah_basic) ist, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Übergang in einen bestimmten Modus durchgeführt wird durch Übergehen in den Niedrig-Ladezustand-Bereichsausdehnungsmodus, wenn eine Modusbetriebszeit eine vorbestimmte Zeit in dem Normal-Ladezustand-Erhaltungsmodus überschreitet, durch Übergehen in den Hoch-Ladezustand-Bereichsausdehnungsmodus, wenn der Ladezustand-Datenwert größer als ein vorbestimmter Wert des Niedrig-Ladezustand-Bereichsausdehnungsmodus in dem Niedrig-Ladezustand-Bereichsausdehnungsmodus ist, und durch Übergehen in den Normal-Ladezustand-Erhaltungsmodus, wenn der Ladezustand-Datenwert größer als ein vorbestimmter Wert des Hoch-Ladezustand-Bereichsausdehnungsmodus in dem Hoch-Ladezustand-Bereichsausdehnungsmodus ist, und dann durch Ermitteln, ob die Bedingungen zum Übergehen in den nächsten Ladezustand-Modus, in dem der Ladezustand-Wert der Batterie unter Verwendung einer entsprechenden Referenzkapazität in dem zugehörigen Ladezustand-Modus berechnet wird, erfüllt sind.