-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Energiespeichervorrichtungen
und insbesondere auf das Erzielen einer Zielbetriebslebensdauer
von Ultrakondensator-Energiespeichervorrichtungen.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Elektro-,
Brennstoffzellen- und Hybridfahrzeuge umfassen einen oder mehrere
Antriebselektromotoren, die wahlweise die Räder des Fahrzeugs antreiben.
Zum Speichern von Energie, die zur Leistungsversorgung des Elektromotors
bzw. der Elektromotoren verwendet wird, ist eine Energiespeichervorrichtung
vorgesehen. Um kurze Leistungsstöße zu liefern,
die während
des Fahrzeugbetriebs erforderlich sein können, können Energiespeichervorrichtungen
wie etwa Ultrakondensatoren verwendet werden. Zum Beispiel kann
die in einem Ultrakondensator gespeicherte Energie für den Maschinenstartbetrieb
und -stoppbetrieb, als Starthilfe und/oder für die Rückgewinnungsbremsung verwendet
werden.
-
Bei
der Realisierung eines Ultrakondensators ist es wichtig, die verbleibende
Nutzungsdauer der Ultrakondensator-Energiespeichervorrichtung zu bestimmen. 1 zeigt
eine beispielhafte Skizze der momentan geplanten Lebensdauer (Y)
einer Ultrakondensatorzelle als Funktion der Zellenspannung (V)
für veränderliche
Zellentemperaturen (T). Die beispielhafte graphische Darstellung
umfasst Y bei Temperaturen von 15°C, 25°C, 35°C, 45°C, 55°C und 65°C. Diese
graphischen Darstellungen können
gemäß der folgenden
Beziehung: Y(V, T) = 10(aT+bV+c) [1]ausgedrückt werden,
wobei a, b und c Konstanten sind. Wenn Y(T, V) in Jahren, V in Volt
und T in °C ausgedrückt werden,
sind a = –0,03333333,
b = –3,33333333
und c = 10,1666666666 nützliche
Werte.
-
Obgleich
der obige Ausdruck nützlich
bei der Bereitstellung einer Momentaufnahme der geplanten Lebensdauer
für eine
Vielzahl spezifischer Zellenbedingungen ist, widerspiegelt er weder
eine geplante Lebensdauer, die auf den kumulativen Effekten der Historie
des Betriebs beruht, noch repräsentiert
er temporär
veränderliche
Zellenbedingungen. Ferner definiert weder 1 noch der
Ausdruck, den sie repräsentiert,
das Verfahren zum Begrenzen der Ultrakondensatorspannung zum Erzielen
einer gewünschten
Betriebslebensdauer. Somit besteht weiter ein Bedarf an einem verbesserten
Mittel und Verfahren zum Optimieren des Nutzspannungsbereichs einer
Ultrakondensator-Leistungsquelle, während eine gewünschte Betriebslebensdauer über veränderliche
Gebrauchsbetriebsintervalle, insbesondere als eine Energiespeichervorrichtung
für Fahrzeuge, erzielt
wird.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Dementsprechend
schafft die vorliegende Erfindung ein elektrisches System, das so
betreibbar ist, dass es wahlweise elektrische Leistung liefert,
um eine Last mit Leistung zu versorgen. Das elektrische System umfasst
einen Ultrakondensator, der elektrische Leistung wahlweise speichert
und abführt,
und ein Steuermodul, das basierend auf einem EIN-Leistungszustand
und einem AUS-Leistungszustand des Ultrakondensators ein Be triebsverhältnis bestimmt. Das
Steuermodul berechnet basierend auf dem Betriebsverhältnis einen
Spannungsgrenzwert des Ultrakondensators und reguliert basierend
auf dem Spannungsgrenzwert den Betrieb des Ultrakondensators.
-
In
weiteren Merkmalen berechnet das Steuermodul den Spannungsgrenzwert
basierend auf einer Ziellebenserwartung (Ytarget)
des Ultrakondensators. Das Ytarget ist basierend
auf den Leistungszuständen
des Ultrakondensators gleich einer minimal zulässigen Lebenserwartung (Yoperating) oder einer minimal notwendigen
Lebenserwartung (Yidle).
-
In
einem weiteren Merkmal berechnet das Steuermodul ein temporäres Verhältnis als
ein Verhältnis
zwischen einer Betriebszeit und einer Gesamtzeit. Das Betriebsverhältnis wird
gleich dem temporären
Verhältnis
eingestellt, falls ein vorheriger Wert des Betriebsverhältnisses
kleiner als das temporäre
Verhältnis
ist.
-
In
einem weiteren Merkmal berechnet das Steuermodul ein temporäres Verhältnis als
ein Verhältnis
zwischen einer Betriebszeit und einem Zeitschwellenwert. Das Betriebsverhältnis wird
gleich dem temporären
Verhältnis
eingestellt, falls ein vorheriger Wert des Betriebsverhältnisses
kleiner als das temporäre
Verhältnis
ist.
-
In
einem nochmals weiteren Merkmal umfasst das elektrische System ferner
einen Temperatursensor, der auf eine Temperatur des Ultrakondensators
reagiert. Der Spannungsgrenzwert wird basierend auf der Temperatur
berechnet.
-
In
einem abermals weiteren Merkmal bestimmt das Steuermodul, ob ein
Leistungszustand des Ultrakondensators von dem EIN-Zustand in den AUS-Zustand übergeht,
wobei es das Betriebsverhältnis
als ein Verhältnis
zwischen einer Betriebszeit und einer Gesamtzeit berechnet, wenn
der Leistungszustand von dem EIN-Zustand in den AUS-Zustand übergeht
und die Gesamtzeit größer als
eine Schwellenwertzeit ist.
-
Weitere
Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung gehen aus der im Folgenden
gegebenen ausführlichen
Beschreibung hervor. Selbstverständlich
sind die ausführliche
Beschreibung und die spezifischen Beispiele, obgleich sie die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung angeben, lediglich für Veranschaulichungszwecke
bestimmt und sollen den Umfang der Erfindung nicht einschränken.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die
vorliegende Erfindung wird umfassender verständlich aus der ausführlichen
Beschreibung und aus den beigefügten
Zeichnungen, in denen:
-
1 eine
vereinfachte Skizze der momentan vorhergesagten Ultrakondensatorlebensdauer
in Jahren in Abhängigkeit
von den Zellenspannungen in Volt bei einer Temperatur in °C als Parameter
gemäß dem Stand
der Technik ist;
-
2 ein
vereinfachtes elektrisches Prinzipschaltbild eines Ultrakondensatorsystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
-
3 ein
vereinfachter elektrischer Prinzipblockschaltplan eines alternativen
Ultrakondensatorsystems gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
-
4 eine
graphische Darstellung der geplanten Lebensdauer des Ultrakondensators
als Funktion der verstrichenen Zeit bei einer 10-%-Betriebsperiode
ist;
-
5 eine
graphische Darstellung der geplanten Lebensdauer des Ultrakondensators
als Funktion der verstrichenen Zeit bei einer 90-%-Betriebsperiode
ist; und
-
6 ein
Ablaufplan von durch die Ultrakondensator-Spannungsbegrenzungssteuerung
der vorliegenden Erfindung ausgeführten Schritten ist.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Die
folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ist dem Wesen nach
lediglich beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen
in keiner Weise einschränken.
Aus Klarheitsgründen
werden in den Zeichnungen zur Identifizierung ähnlicher Elemente die gleichen
Bezugszeichen verwendet. Wie er hier verwendet wird, bezieht sich
der Begriff Modul auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung
(ASIC), auf eine elektronische Schaltung, auf einen Prozessor (gemeinsam
genutzt, dediziert oder Gruppe) und auf einen Speicher, die eines
oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, auf
eine Kombinationslogikschaltung und/oder auf andere geeignete Komponenten,
die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Die Wörter "Leerlauf" oder "Leerlaufzustand" oder "Leerlaufperiode" oder "AUS" werden hier austauschbar
verwendet, um den Zustand oder die Periode anzugeben, wo dem Ultrakondensator keine
wesentliche Leistung entnommen wird, und die Wörter "Lauf" oder "Laufzustand" oder "Laufperiode" oder "EIN" werden austauschbar
verwendet, um anzugeben, dass dem Ultrakondensator wesentliche Leistung
entnommen wird.
-
Nunmehr
anhand der
2 und
3 sind vereinfachte
elektrische Prinzipblockschaltpläne elektrischer
Systeme
20 bzw.
40 veranschaulicht. Die elektrischen
Systeme
20,
40 sind ausführlich in der
US-Pat.-Anm., lfd. Nr. 10/891,474 ,
eingereicht am 14. Juli 2004, beschrieben, deren Offenbarungsgehalt
hier durch Bezugnahme vollständig
mit eingeschlossen ist. Mit besonderem Bezug auf
2 bestimmt
das elektrische System
20 die geplante Lebensdauer eines
Ultrakondensators. Genauer umfasst das elektrische System
20 einen
oder mehrere Ultrakondensatoren C1...Ci...Cn und Kondensatorstatussensoren
22-1...
22-i...
22-n,
die die Spannung Vi über
jeden Kondensator C-i und die Temperatur Ti jedes Kondensators Ci
messen.
-
Zur
zweckmäßigen Erläuterung
wird die Anordnung hinsichtlich eines repräsentativen Kondensators C und
eines repräsentativen
Statussensors 22 beschrieben, wobei die Nebenbezeichnung "i" weggelassen wird. Jeder Statussensor 22 umfasst
einen Trenndifferenzverstärker
und einen Pegelschieber oder Isolator 23 mit verschiedenen
Spannungseingängen 24,
die über
den Kondensator C gekoppelt sind. Ein Pegelverschiebungsverstärker oder
Isolator 27 besitzt einen Eingang 26, der mit
einem Temperatursensor 25 gekoppelt ist, der thermisch
mit dem Kondensator C gekoppelt ist, um dessen Temperatur zu messen.
Der Ausgang des Isolators 23 an einer Leitung oder an einem
Bus 28 und der Ausgang des Isolators 27 an einer
Leitung oder an einem Bus 29 sind mit einer E/A 30 eines
Messsystems 32 gekoppelt. Die E/A 30 kann je nach
dem Wesen der Ausgangssignale von den Isolatoren 23, 27 ein
Analog/Digital-Umsetzer (A/D) und/oder ein Digitalumsetzer oder
Signalzuordner sein.
-
Ferner
umfasst das Messsystem 32 einen Programmspeicher 34,
einen temporären
Arbeitsspeicher (RAM) 35, einen nicht flüchtigen
Speicher (NV-MEM) 36, einen Prozessor (CPU) 37 und
einen Zeitgeber 38, die über einen Bus 31 miteinander
und mit der E/A 30 gekoppelt sind. Die Ultrakondensator-Spannungsbegrenzungssteuerung
der vorliegenden Erfindung wird durch den Prozessor 37 ausgeführt. Der
NV-MEM 36 wird zur temporären Speicherung von Zwischenwerten
verschiedener Variablen oder Parameter verwendet. Ein Ausgabebus
oder eine Ausgabeverbindung 33 ermöglicht, dass das elektrische
System 20 die Ergebnisse seiner Bewertung der Status der
Kondensatoren C1...Ci...Cn und der vorhergesagten Lebensdauer und/oder
irgendwelche gewünschten
Zwischenwerte an eine oder mehrere Anzeigen, Alarmfunktionen und/oder
weitere Gesamt- oder Überwachungsfahrzeugfunktionen übermittelt.
Es ist eine Eingangsverbindung 39 vorgesehen, so dass Einschalt-
und Ausschaltsignale z. B. von einem Zündschalter (nicht gezeigt)
oder von einer anderen Fahrzeug- oder Leistungsquellen-Steuervorrichtung
empfangen werden können.
-
Besonders
anhand von 3 ist ein Blockschaltplan des
elektrischen Systems 40 veranschaulicht. Das elektrische
System 40 ist analog dem elektrischen System 20 aus 2.
Die elektrischen Systeme 20 und 40 unterscheiden
sich dadurch, dass das elektrische System 20 mehrere Kondensatorstatussensoren 22 verwendet,
um die Status der verschiedenen Kondensatoren C1...C-n getrennt
zu messen. Das elektrische System 40 umfasst einen einzelnen
Kondensatorstatussensor 42, der den Sammelstatus der Kondensatoren
C1...C-n in Reihe misst und die kombinierten Daten an ein Messsystem 32' berichtet.
Der Statussensor 42 ist analog dem Statussensor 22 und
der Betrieb der Elemente 43–49 des Statussensors 42 ist äquivalent
dem der Elemente 23–39 des
Statussen sors 22. Die Komponenten des Messsystems 32' sind analog
jenen des Messsystems 32.
-
Die
folgende Diskussion, die den Betrieb der elektrischen Systeme 20, 40 betrifft,
kann auf beide Anordnungen angewendet werden. Zur zweckmäßigen Erläuterung
wird angenommen, dass das elektrische System 20 aus 2 verwendet
wird und dass nur eine einzelne Zelle betrachtet wird. Der Fachmann
auf dem Gebiet versteht anhand der vorliegenden Beschreibung, dass
unter Verwendung der Anordnung des elektrischen Systems 20,
des elektrischen Systems 40 oder einer Kombination beider auch
mehrere Zellen betrachtet werden können.
-
Wie
ausführlich
in der
US-Pat.-Anm. lfd. Nr. 10/891,474 beschrieben
ist, wird die geplante Lebensdauer (Y
proj)
des Ultrakondensators gemäß der folgenden
Gleichung bestimmt:
Yproj =
Yexp/{Σ[ts/Y(V(tn), T(tn))] + Σ(Δt/Yoff)} [2] -
Gleichung
2 beschreibt die Betriebsbedingungen (d. h. die Klemmenspannung
(V) und die Temperatur (T)) und die Betriebszustandsperiode bei der
vorliegenden geplanten Lebensdauer des Ultrakondensators. Während des
Betriebszeitintervalls (d. h. Leistung ist EIN) wird der Zustand
des Ultrakondensators wünschenswert
alle ts Sekunden abgetastet, so dass die
Anzahl n = 1, 2, 3, ...N der Abtastintervalle ein Maß der Gesamtbetriebszeit
und tn das Produkt von n und ts ist.
-
Nunmehr
anhand von 4 ist die geplante Lebensdauer
eines beispielhaften Ultrakondensators als Funktion der verstrichenen
Zeit bei einer 10-%-Betriebsperiode veranschaulicht. Eine geplante
Lebensdauer und eine momentan erwartete Lebensdauer sind gegenüber einer
vorhergesagten Lebensdauer in Jahren in Abhängigkeit von der verstrichenen
Zeit in Stunden dargestellt. Die geplante Lebensdauer ist im Wesentlichen
eine zeitgewichtete Ausgabe der momentan erwarteten Lebensdauer Y(T,
V). Obgleich anfangs in der Leerlauf-Betriebsart, sind sowohl die
geplante Lebensdauer als auch die momentan erwartete Lebensdauer
des Ultrakondensators auf ihrem höchsten Niveau. Wenn der Ultrakondensator
dagegen in die Betriebs-Betriebsart geschaltet wird, verringert
sich die momentan erwartete Lebensdauer wegen höherer mittlerer Betriebsspannung
oder Temperatur oder beidem stark. Während der Ultrakondensator
von der Leerlauf-Betriebsart in die Betriebs-Betriebsart schaltet,
nimmt die geplante Lebensdauer gemäß Gleichung 2 ab. Während der Ultrakondensator
umgekehrt von der Betriebs-Betriebsart in die Leerlauf-Betriebsart
schaltet, nimmt die geplante Lebensdauer gemäß Gleichung 2 zu. Der Trend
des scharfen Abfalls der geplanten Lebensdauer während des Betriebs und daraufhin
der teilweisen Wiedergewinnung während
der Leerlauf-Betriebsart wird durch den Verlauf der Zeit gemildert.
Während
die Zeit fortschreitet, konvergiert die geplante Lebensdauer gegen
die erwartete Ziellebensdauer.
-
Nunmehr
anhand von 5 ist die geplante Lebensdauer
eines Ultrakondensators als Funktion der verstrichenen Zeit bei
einer 90-%-Betriebsperiode veranschaulicht. Die Achsen in dieser
Figur sind ähnlich
jenen aus 4. Die Charakteristiken der momentan
erwarteten Lebensdauer unterscheiden sich von jenen, die der 10-%-Betriebsperiode
zugeordnet sind. Wenn der Ultrakondensator 90% der Zeit arbeitet,
wird die momentan erwartete Lebensdauer sowohl für den Leerlauf-Betrieb als
auch für
den Gebrauchsbetrieb relativ zu der Beziehung in 4 angehoben.
Die geplante Lebensdauer folgt gemäß Gleichung 2 der momentan
erwarteten Lebensdauer. Die 4 und 5 veranschaulichen,
dass trotz veränderlicher
Gebrauchsbedingungen durch Steuern der momentan erwarteten Lebens dauer
als Funktion des Betriebszustands und der Gebrauchsbetriebsperiode
die gleiche Lebensdauer erreicht werden kann.
-
Für eine feste
Kapazität
erhöht
das Erhöhen des
Betriebsspannungsbereichs des Ultrakondensators seine Energiespeicherung,
verringert aber temporär
die erwartete Lebensdauer der Vorrichtung. Umgekehrt kann die maximale
Spannung des Ultrakondensators verringert werden, um die momentan erwartete
Lebensdauer der Vorrichtung zu erhöhen. Da die maximale Spannung
verringert ist, ist aber die durch den Ultrakondensator gespeicherte
Energie für ein
System mit fester Kapazität
ebenfalls verringert. Die Energiebeziehung kann durch die folgende
Gleichung charakterisiert werden: wc = 12 ·C·V2 [3]wobei
wc die gespeicherte Energie in Joule, C
die Kapazität
und V die Spannung sind. Die maximalen Systemenergieanforderungen
und die Systembetriebsspannung definieren die minimal erforderliche Kapazität und die
Kosten des Systems. Da der Ultrakondensator sowohl Betriebs- als auch Nichtbetriebsperioden
besitzt, schafft die Ultrakondensator-Spannungsbegrenzungssteuerung der vorliegenden
Erfindung eine Möglichkeit
zum temporären
Betrieb mit einer höheren
Spannung, wie sie nur mit einer Dauer- oder Einzelbetriebs-Betriebsart
zulässig wäre. Dementsprechend
können
die Kapazität
und die Kosten des Systems minimiert werden. Um die unerwünschten
Wirkungen höherer
Betriebsspannung (d. h. verringerte Lebenserwartung) zu mildern, können Nichtbetriebsperioden
mit verringerter Spannung (d. h. erhöhter Lebenserwartung) verwendet werden.
-
Der
Gebrauchsbetrieb des Ultrakondensators unterscheidet sich basierend
auf dem Betreiber. Somit wird erwartet, dass sich die Betriebsperiode (Σts) und die Leerlaufperiode (ΣΔt) und das
Verhältnis von Σts zu ΣΔt oder die
kumulative Summe der zwei Perioden von Betreiber zu Betreiber unterscheiden. Die
Ultrakondensator-Spannungsbegrenzungssteuerung der vorliegenden
Erfindung schafft Leistungsnutzen, indem sie basierend auf den Betriebs-
und Leerlaufperioden eine getrennte Ziellebensdauer und Zellenspannungsgrenze
aufstellt. Weitere Vorteile werden durch Einstellen der zustandsbezogenen Spannungsgrenzen
basierend auf dem Verhältnis der
Betriebsperiode zu der Leerlaufperiode verwirklicht. Solange ein
geeignetes Steuerverfahren implementiert ist, das auf der Rückkopplung
dieser Parameter beruht, können
diese Leistungsvorteile erhalten werden, ohne die Gebrauchslebensdauer
des Systems zu gefährden.
-
Die
Ultrakondensator-Spannungsbegrenzungssteuerung der vorliegenden
Erfindung liefert ein Verhältnis
(α) der
Betriebsperiode (Σts) zu der Summe der Leerlaufperiode (ΣΔt) und der
Betriebsperiode (Σts) gemäß der folgenden
Beziehung: α = Σts/(Σts + ΣΔt) [4]
-
Im
Ergebnis repräsentiert α den Bruchteil des
Betriebs. Somit repräsentiert
der Wert (1 – α) den Bruchteil,
der der Nichtverwendungs- oder Leerlaufperiode zugeordnet ist. Unter
Verwendung von α und Informationen über die
momentanen Betriebsbedingungen kann ein geeigneter maximaler Sollwert-Ultrakondensator-Zellenspannungsgrenzwert
(Vlimit) bestimmt werden. Vlimit ist
die Spannung, die toleriert werden kann, falls das minimale Entwurfslebensdauerziel
des Ultrakondensators erfüllt
werden soll.
-
Yproj kann als Funktion von α gemäß der folgenden
Beziehung definiert werden: Yproj = Yexp/{α·Yexp/Yoperating +
(1 – α)·Yexp/Yidle} [5] oder Yproj = 1/{α/Yoperating + (1 – α)/Yidle} [6]und 1/Yproj = α/Yoperating + (1 – α)/Yidle [7]
-
Unter
der Annahme, dass die unabhängige Variable
Yoperating ist, ist die abhängige Variable
Yidle. Durch Umstellen von Gleichung 7 werden
die folgenden Beziehungen geliefert: Yidle = [(1 – α)/α]·Yoperating/{[Yoperating/(α·Yproj)] – 1 [8]für 0 < α < 1; und Yidle = Yoperating =
Ziellebensdauer [9]für α = 1 oder α = 0.
-
Yproj ist die erwartete Ziellebensdauer, Yoperating ist die minimal zulässige Lebenserwartung,
falls für
den angegebenen Zeitbruchteil betrieben wird, und Yidle ist
die minimal erforderliche Lebenserwartung für den angegebenen Zeitbruchteil.
-
Die
Ultrakondensator-Spannungsbegrenzungssteuerung begrenzt die maximale
Spannung des Ultrakondensators auf Vlimit,
sichert ein Minimum von Y(V, T) > Yoperating während Betriebsperioden und begrenzt
die maximale Spannung des Ultrakondensators, um während Leerlaufperioden
Y(V, T) > Yidle sicherzustellen. Vlimit wird
basierend auf der folgenden Beziehung bestimmt: Vlimit = [c + aT – log(Ytarget)]/ – b [10]die aus
der oben angegebenen Gleichung 1 abgeleitet ist. Beispielhafte Werte
der Koeffizienten a, b und c umfassen in dieser Reihenfolge –0,03333333, –3,33333333
und 10,16666666. Ytarget ist während der
Betriebsperiode gleich Yoperating und während der Leerlaufperiode
gleich Yidle.
-
Nunmehr
anhand von 6 werden die von der Ultrakondensator-Spannungsbegrenzungssteuerung
ausgeführten
Schritte ausführlich
beschrieben. In Schritt 600 inkrementiert die Steuerung
tn um ts. In Schritt 602 bestimmt
die Steuerung, ob der Leistungszustand (PS) EIN ist. Falls der PS
EIN ist, wird die Steuerung in Schritt 604 fortgesetzt.
Falls der PS nicht EIN ist, wird die Steuerung in Schritt 606 fortgesetzt.
In Schritt 604 bestimmt die Steuerung die Ultrakondensatortemperatur
(T). In Schritt 608 bestimmt die Steuerung eine EIN-Zeit
(tON) als die Summe einer Laufzeit (tRUN) und von tn und
eine kumulative Zeit (tALL) als die Summe
einer AUS-Zeit (tOFF) und von tON.
-
In
Schritt 610 bestimmt die Steuerung, ob der PS von EIN zu
AUS übergeht.
Falls PS nicht von EIN zu AUS übergeht,
wird die Steuerung in Schritt 612 fortgesetzt. Falls der
PS von EIN zu AUS übergeht, wird
die Steuerung in Schritt 614 fortgesetzt. In Schritt 612 bestimmt
die Steuerung, ob tALL größer als ein
Schwellenwert-Zeitgrenzwert (tLIM) ist.
Falls tALL größer als tLIM ist,
wird die Steuerung in Schritt 616 fortgesetzt. Falls tALL nicht größer als tLIM ist,
wird die Steuerung in Schritt 618 fortgesetzt. In Schritt 616 stellt
die Steuerung ein temporäres
Verhältnis
(αTEMP) gleich dem Verhältnis von tON zu
tALL ein. In Schritt 618 stellt
die Steuerung αTEMP gleich dem Verhältnis zwischen tON und
tLIM ein. In Schritt 620 bestimmt
die Steuerung, ob αTEMP größer als α ist. Falls αTEMP größer als α ist, aktualisiert
die Steuerung α in
Schritt 622, indem sie α gleich αTEMP einstellt,
wobei die Steuerung in Schritt 624 fortgesetzt wird. Falls αTEMP nicht
größer als α ist, wird
die Steuerung in Schritt 624 fortgesetzt.
-
In
Schritt 614 stellt die Steuerung den PS gleich AUS ein.
In Schritt 626 bestimmt die Steuerung, ob tALL größer oder
gleich tLIM ist. Falls tALL nicht größer oder
gleich tLIM ist, wird die Steuerung in Schritt 630 fortgesetzt.
Falls tALL größer oder gleich tLIM ist,
stellt die Steuerung α gleich
dem Verhältnis von
tON zu tALL ein
und setzt in Schritt 628 tON und
tOFF zurück.
In Schritt 630 speichert die Steuerung die Laufzeit (tRUN = tON), tOFF und die Verhältnisdaten und stellt tn gleich null ein.
-
In
Schritt 624 berechnet die Steuerung basierend auf Ythr, α und
einem Versatz (kOFFSET) Yoperating gemäß der folgenden
Beziehung: Yoperating = αYthr + kOFFSET [11]
-
kOFFSET liefert ein Mittel zur Aufrechterhaltung der
Leerlauflebensdauerziele und somit der Zellensollspannung innerhalb
eines bewältigbaren
Bereichs und Ythr ist die erwartete Systemlebensdauer. In
Schritt 632 bestimmt die Steuerung, ob Yoperating größer als
Ythr ist. Falls Yoperating größer als
Ythr ist, wird die Steuerung in Schritt 634 fortgesetzt.
Falls Yoperating nicht größer als
Ythr ist, wird die Steuerung in Schritt 636 fortgesetzt.
In Schritt 634 setzt die Steuerung Yoperating gleich
Ythr, wobei sie in Schritt 638 fortgesetzt wird.
In Schritt 636 bestimmt die Steuerung, ob Yoperating kleiner
als ein minimaler Schwellenwert (Ythrmin)
ist. Falls Yoperating kleiner als Ythrmin ist, setzt die Steuerung in Schritt 640 Yoperating gleich Ythrmin,
wobei sie in Schritt 638 fortgesetzt wird. Falls Yoperating nicht kleiner als Ythrmin ist,
wird die Steuerung in Schritt 638 fortgesetzt.
-
In
Schritt 638 bestimmt die Steuerung, ob PS EIN ist. Falls
PS nicht EIN ist, wird die Steuerung in Schritt 642 fortgesetzt.
Falls PS EIN ist, wird die Steuerung in Schritt 644 fortgesetzt.
In Schritt 642 berechnet die Steuerung basierend auf α, Yoperating und Yproj in Übereinstimmung
mit der oben beschriebenen Gleichung 8 Yidle und
setzt die Steuerung in Schritt 644 fort. In Schritt 644 bestimmt
die Steuerung in Übereinstimmung
mit der oben beschriebenen Gleichung 10 Vlim,
wobei die Steuerung abgeschlossen wird. Die elektrischen Systeme 20, 40 werden
so betrieben, dass die Spannung des Ultrakondensators auf Vlim begrenzt wird, um während Betriebsperioden eine
minimale Lebensdauer größer als
Yoperating sicherzustellen und um während Leerlaufperioden
eine Lebensdauer größer als
Yidle sicherzustellen.
-
In
Schritt 606 bestimmt die Steuerung, ob PS von AUS zu EIN übergeht.
Falls PS nicht von AUS zu EIN übergeht,
wird die Steuerung abgeschlossen. Falls PS von AUS zu EIN übergeht,
stellt die Steuerung in Schritt 646 PS gleich EIN ein.
In Schritt 648 gewinnt die Steuerung aus dem Speicher tOFF tRUN, α und Vlim wieder. In Schritt 650 stellt
die Steuerung tOFF gleich der Summe von
tOFF und tn ein.
In Schritt 652 stellt die Steuerung tn gleich
null ein und wird die Steuerung abgeschlossen.
-
Für den Fachmann
auf dem Gebiet ist nun aus der vorstehenden Beschreibung klar, dass
die umfassenden Lehren der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl
von Formen verwirklicht werden können.
Obgleich diese Erfindung in Verbindung mit besonderen Beispielen
davon beschrieben worden ist, sollte der wahre Umfang der Erfindung
somit darauf nicht beschränkt
sein, da für
den erfahrenen Praktiker beim Studium der Zeichnungen, der Beschreibung
und der folgenden Ansprüche
weitere Änderungen
sichtbar werden.