-
QUERVERWEIS
AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
-
Die
vorliegende Anmeldung basiert auf und beansprucht die Vorteile der
Priorität
aus der früheren
japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-311522, die am 26. Oktober
2005 angemeldet wurde, deren Beschreibung hier unter Bezugnahme
miteinbezogen wird.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
[Technisches Gebiet der
Erfindung]
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Detektieren eines geladenen
Zustandes (das heißt
eines "internen
Ladezustands" oder
einfach "internen
Zustands") einer
Sekundärbatterie,
welches dafür
ausgelegt ist, um Einflüsse
der Batteriepolarisation auf die Schätzung eines Ladezustandes einer elektrischen
Speichervorrichtung für
Fahrzeuge zu reduzieren.
-
Mit
dem Fortschritt elektrischer Speichervorrichtungen mit großer Kapazität für Fahrzeuge
und der Erhöhung
des Wachstums in der Größe von am Fahrzeug
vorhandenen elektrischen Lastvorrichtungen, ergab sich ein Bedarf
hinsichtlich der Genauigkeit eines Messvorganges eines Ladezustandes
wie beispielsweise eines SOC (state of charge = Ladezustand), welcher
einen geladenen Zustand einer Batterie anzeigt oder eines SOH (state
of health = Gesundheitszustand), der eine Verschlechterung im Ladezustand
einer Batterie anzeigt, und zwar in Verbindung mit einer elektrischen
Speicher vorrichtung für Fahrzeuge,
so dass ein Überladen
oder eine Überentladung
verhindert werden können.
-
Bekannte
SOC-Detektionsverfahren umfassen ein Lade-/Entlade-Strom-Integrationsverfahren und
ein Verfahren zum Abschätzen
von SOC basierend auf dem Batterieeigenschaften (auch im Folgenden
als "Batterieeigenschaften-Berechnungsverfahren" bezeichnet). Das "Batterieeigenschaften-Berechnungsverfahren", bezeichnet hier
ein Verfahren zum Abschätzen
von SOC basierend auf einer Beziehung einer Spannung V und eines
Stromes In einer Batterie in Bezug auf die Größe SOC. Spezieller gesagt ist
bekannt, dass eine Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo einer Batterie
eine starke Beziehung zu der Größe SOC hat
und damit ist ein Verfahren bekannt, bei dem SOC berechnet wird
basierend auf der Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo, die basierend auf
einer Zahl von gemessenen Spannungen V und Strömen 1 berechnet wird.
-
Die
offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 9-297163 offenbart ein
Beispiel für
solch ein Batterieeigenschaften-Berechnungsverfahren und schlägt ein SOC-Berechnungsverfahren
vor, bei dem eine Eigenschaften-Linie, welche Spannung/Strom-Eigenschaften
anzeigt, bestimmt wird und zwar unter Verwendung einer Fehlerquadratmethode
basierend auf der Zahl von gepaarten Daten aus Strom und Spannung
(auch als "Datenpaar" oder "Spannung/Strom-Paar" bezeichnet), die
von einer Batterie detektiert werden, wobei eine maximale entladbare
Energie basierend auf der Eigenschaften-Linie berechnet wird und
auch ein SOC-Wert basierend auf der maximalen entladbaren Energie
bestimmt wird.
-
Es
ergab sich jedoch bei vielen Typen von herkömmlichen SOC-Berechnungsverfahren
ein Problem dahingehend, dass schwerwiegende Fehler durch die Batteriepolarisation
hervorgerufen wurden. Beispielsweise in einem Fall, bei dem die
Lade-/Entlade-Polarisationswirkung
so stark ist, dass sie eine Beziehung zwischen der Batteriespannung
und dem SOC-Wert hat, der sich kaum abhängig von der Lade-/Entlade-Geschichte ändert, wird
in einem Fall einer Blei-Säure-Batterie
eine SOC-Einschätzgenauigkeit
in signifikanter Weise verschlechtert. Es sind daher bei dem Lade-/Entlade- Strom-Integrationsverfahren
Hilfslade-Perioden erforderlich und zwar für eine periodische Bestimmung
eines spezifischen SOC. Dies hat jedoch ein anderes Problem aufgeworfen, dass
nämlich
der Brennstoffverbrauch verschlechtert wurde. Es war Praxis eine
normalerweise verwendete SOC-Zone einer Batterie zu reduzieren und
zwar unter Berücksichtigung
der Schwankung in einem Betrag der Polarisation, um ein Überladen
oder Überentladen
zu vermeiden. Dies hat jedoch zu einem weiteren Problem geführt, dass
nämlich
das Gewicht und das Volumen der Batterie zum Realisieren eines erforderlichen
Betrages einer Ladung/Entladung unvermeidbar zugenommen haben.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben dargelegten
Probleme entwickelt und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ein Gerät zum
Detektieren des Ladezustands einer Sekundärbatterie zu schaffen, welches
dazu befähigt
ist eine Verschlechterung in der Genauigkeit des Detektionsvorganges
zu reduzieren, die durch eine Variation in dem Polarisationszustand
verursacht wird.
-
Um
die oben erläuterten
Probleme zu lösen schafft
die vorliegende Erfindung als Grundkonstruktion ein Gerät zum Detektieren
eines Ladezustands einer Batterie, die an einem Fahrzeug montiert
ist, wobei das Gerät
folgendes aufweist: eine Datenanforderungsvorrichtung, die dafür konfiguriert
ist eine Vielzahl von Datenpaaren zu erwerben, die aus dem Strom
und der Spannung der Batterie bestehen; und eine Ladezustand-Detektorvorrichtung,
die dafür konfiguriert
ist, um den Ladezustand der Batterie basierend auf der Vielzahl
der Datenpaare zu detektieren, die durch die Datenerwerb-Vorrichtung
erworben oder gesammelt wurden und zwar nach dem Erkennen einer
Stabilisierung eines polarisierten Zustandes der Batterie.
-
Der
Ladezustand einer Sekundärbatterie kann
in bevorzugter Weise durch einen SOC-Wert (Laderate) gemessen werden,
der einen Ladezustand anzeigt, und mit Hilfe eines SOH-Wertes (Restkapazität), der
einen verschlechterten Zustand angibt (das heißt Verwendungszustand). Das
oben erläuterte
Berechnungsverfahren für
die Batterieeigen schaften kann in bevorzugter Weise eine Detektoreinrichtung
für den
Ladezustand verwenden, es kann jedoch auch ein Lade-/Entlade-Strom-Integrationsverfahren
verwendet werden. Wenn beispielsweise ein Betrag oder Ausmaß der Polarisation
stabilisiert ist und zwar beim Schätzvorgang einer Pseudo-Offenkreis-Spannung
einer Batterie in einer periodischen Weise oder unter vorbestimmten
Bedingungen bei dem Lade-/Entlade-Strom-Berechnungsverfahren, kann die
Genauigkeit beim Schätzvorgang
eines Ladezustands verbessert werden, was zu einer Reduzierung der
Anzahl von Malen von Hilfs-Ladeoperationen
führt,
die periodisch für
einen spezifischen Zustand des SOC-Wertes durchgeführt werden.
-
Es
ist zu bevorzugen, dass die Ladezustand-Detektorvorrichtung eine
Stabilisierungsvorrichtung umfasst, die dafür konfiguriert ist, um ein Ausmaß der Polarisation
der Batterie auf einen vorbestimmten Wert zu stabilisieren; und
eine Berechnungsvorrichtung umfasst, die dafür konfiguriert ist, um den
Aufladezustand der Batterie zu berechnen und zwar unter Verwendung
der Datenpaare, die mit Hilfe der Datenerwerbs- oder Sammelvorrichtung
erworben wurden und zwar unmittelbar nachdem bestätigt worden
ist, dass sich der polarisierte Zustand der Batterie stabilisiert
hat, und zwar durch die Stabilisierungsvorrichtung.
-
Spezieller
ausgedrückt
wird bei der vorliegenden Erfindung, um eine Berechnung eines Ladezustandes
durchzuführen,
der Polarisationszustand einer Sekundärbatterie auf einen vorbestimmten Wert
und zwar vor einer Probeentnahme eines Spannungs-Strom-Paares (Datenpaar)
der Sekundärbatterie
stabilisiert. Demzufolge führen
die Werte des Ladezustandes (zum Beispiel SOC), die auf der Grundlage
der gesampleten Spannungs-Strom-Paare
berechnet werden, zu Werten unter einem vorbestimmten Polarisationszustand,
die untereinander gleich sind. Indem man somit die Schwankungen oder
Variationen der SOC-Werte der Batterie beobachtet, können Variationen
der Polarisationszustände
aufgehoben werden, um somit in signifikanter Weise die Genauigkeit
beim Einschätzen
des Ladezustandes zu erhöhen.
-
Es
ist ferner zu bevorzugen, dass die Stabilisierungsvorrichtung so
konfiguriert ist, um die Batterie über eine spezifizierte Zeitperiode
hinweg zu laden und zu entladen. Somit kann das Ausmaß der Polarisation
auf einen vorbestimmten Wert hin gut konvergiert werden.
-
Es
ist weiter zu bevorzugen, dass die Stabilisierungsvorrichtung so
konfiguriert ist, um den Betrag der Polarisation der Batterie bei
einem vorbestimmten Betrag oder Ausmaß konvergieren zu lassen, wobei
das Ausmaß oder
der Betrag der Polarisation der Batterie basierend auf den Lade-
und Entlade-Strömen
berechnet wird, die gewonnen werden, wenn die Batterie einem Ladevorgang
unterworfen wird und auch einem Entladevorgang unterworfen wird
und zwar bei einer festgelegten beziehungsweise fixierten Spannung.
Wenn somit die Variation des Polarisationsbetrages in Bezug auf
einen Bezugswert eines Polarisationsausmaßes, bei welchem ein Konvergieren
erfolgen soll, klein ist, kann die Stabilisierung in dem Polarisationsausmaß unmittelbar
beendet werden.
-
Es
ist ferner zu bevorzugen, dass die Berechnungsvorrichtung so ausgelegt
ist, um die Datenpaare zu gewinnen und zwar als notwendige Anzahl
von Datenpaaren von der Datengewinnungsvorrichtung durch Ändern des
Stromes der Batterie nachdem sich der polarisierte Zustand der Batterie durch
die Stabilisierungsvorrichtung stabilisiert hat, und den Ladezustand
der Batterie basierend auf der gewonnenen erforderlichen Anzahl
von Datenpaaren zu berechnen. Es kann somit verhindert werden, dass
die Lade-Polarisation beschleunigt wird und zwar nach dem Stabilisieren
des Polarisationsbetrages, so dass Fehler, die durch die Beschleunigung der
Lade-Polarisation verursacht werden können, beim Abschätzen eines
Ladezustandes reduziert werden können.
-
Es
ist weiter zu bevorzugen, dass die Berechnungsvorrichtung so konfiguriert
ist, um eine Pseudo-Offenkreis-Spannung der Batterie basierend auf
den Datenpaaren zu berechnen, die in einem Zustand gewonnen werden,
bei dem der polarisierte Zustand der Batterie stabilisiert ist,
und basierend auf einem Innenwiderstand der Batterie, der bei dem letzten
Samplingzeitpunkt berechnet wurde, und in dem ein SOC-Wert (Zustand
der Aufladung) basierend auf der Pseudo-Offenkreis-Spannung berechnet
wird. Somit kann eine Pseudo-Offenkreis-Spannung unter einem fixierten
Polarisationszustand erhalten werden und zwar basierend auf den
Spannungs-Strom-Paaren
und dem Innenwiderstand unter dem Polarisationsbetrag-Stabilisierungszustand, so
dass die Schwankung, die durch die Schwankung des Polarisationszustandes
verursacht werden würde,
in der Pseudo-Offenkreis-Spannung reduziert werden kann.
-
Es
ist darüber
hinaus zu bevorzugen, dass die Berechnungsvorrichtung eine vorbestimmte
Eingabe/Ausgabe-Tabelle umfasst, die Beziehungen zwischen Eingangsparametern,
welche die Zustandsbeträge
oder Zustandsausmaße
einer Vielzahl von Typen von Bezugsbatterien definieren, und Ausgangsparametern
angibt, die Ladezustände
der Bezugsbatterien definieren, mit einer Einrichtung zum Erwerben
einer erforderlichen Anzahl von Datenpaaren und zwar als Paare von
Daten der Batterie indem zwangsweise der Strom der Batterie geändert wird nachdem
der Polarisationszustand der Batterie durch die Stabilisierungsvorrichtung
stabilisiert worden ist, und mit einer Einrichtung zum Berechnen
des Ladezustandes der Batterie durch Berechnen eines Zustandsausmaßes der
Batterie basierend auf der erworbenen erforderlichen Anzahl von
Datenpaaren und durch Einspeisen des resultierenden Zustandsbetrages
der Batterie in die Eingabe/Ausgabe-Tabelle.
-
Spezifischer
ausgedrückt
wird gemäß dem vorliegenden
Aspekt die Batteriezustands-Größe, die aus
den Datenpaaren berechnet wurde, eine Eingangs/Ausgangs-Tabelle
zugeordnet, die im Voraus vorbereitet wurde, um einen Ladezustand
der Sekundärbatterie
zu bestimmen. Durch die Verwendung eines neuronalen Netzwerks beispielsweise
als Eingangs/Ausgangs-Tabelle kann ein Ladezustand mit hoher Genauigkeit
detektiert werden, wobei das neuronale Netzwerk eine gute Korrelation
zwischen einer Batteriezustands-Größe (zum Beispiel einer Pseudo-Offenkreis-Spannung
Vo oder eines Innenwiderstandes R) und einem Ladezustand (zum Beispiel SOC
oder SOH) aufweist.
-
Bei
den oben erläuterten
Konstruktionen umfasst die Ladezustand-Detektorvorrichtung in bevorzugter
Weise eine Steuereinrichtung zum Steuern der Stabilisierungsvorrichtung
und die Berechnungseinheit in solcher Weise, dass der Polarisierungszustand
der Batterie stabilisiert wird und zwar unmittelbar nach dem Start
einer Maschine, die in einem Fahrzeug montiert ist und unmittelbar
nach der Stabilisierung des Polarisationszustandes dann der Ladezustand
der Batterie detektiert wird. Es kann somit unmittelbar beim oder
nach dem Starten einer Fahrzeugmaschine der Ladezustand mit hoher
Genauigkeit detektiert werden.
-
Bei
den oben erläuterten
Konstruktionen enthält
die Ladezustand-Detektorvorrichtung in bevorzugter Weise die Steuereinrichtung
zum Steuern der Stabilisierungsvorrichtung und die Berechnungsvorrichtung
in solcher Weise, dass der Polarisationszustand der Batterie in
Intervallen während
eines Betriebes der Maschine stabilisiert wird, die in dem Fahrzeug
montiert ist und dann unmittelbar nach der Stabilisierung des Polarisierungszustandes
der Ladezustand der Batterie detektiert wird. Es können somit
Fehler beim Detektieren eines Ladezustandes zum Beispiel ein laufender
Integrationsfehler während
der Fahrt des betreffenden Fahrzeugs reduziert werden.
-
Bei
den oben erläuterten
Konstruktionen ist die Batterie in bevorzugter Weise an einen Generator angeschlossen,
der in einem Fahrzeug montiert ist, um Energie aufzunehmen, die
von dem Generator zur Aufladung geliefert wird, und die Ladezustand-Detektorvorrichtung
umfasst ferner eine Befehlsgabeeinrichtung zum Befehligen des Generators,
um die Energie anzuheben, die zum Laden zur Verfügung gestellt wird und zwar
nur dann, wenn der Ladezustand der Batterie, der unmittelbar nach
der Stabilisierung des Polarisierungszustandes der Batterie detektiert
wird, geringer ist als ein minimaler Bezugswert. Es kann somit die
Anzahl von Malen einer sogenannten Hilfsladung oder Hilfsaufladung
reduziert werden.
-
Bei
der zuvor erläuterten
Grundkonstruktion enthält
die Ladezustand-Detektorvorrichtung eine Bestimmungsvorrichtung,
die dafür
konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob die Polarisation der Batterie
im Wesentlichen verschwindet oder nicht; eine Sammelvor richtung,
die dafür
konfiguriert ist, um eine erforderliche Anzahl von Datenpaaren der
Batterie über die
Datensammelvorrichtung zu erwerben und zwar durch Ändern eines
Stromzustandes der Batterie unmittelbar nachdem die Bestimmungsvorrichtung
bestimmt hat, dass die Polarisation der Batterie im Wesentlichen
verschwunden ist; und eine Ladezustand-Berechnungsvorrichtung, die
dafür konfiguriert ist,
um den Ladezustand der Batterie basierend auf der erforderlichen
Anzahl von Datenpaaren, die durch die Sammelvorrichtung gesammelt
oder erworben wurden, zu berechnen. Somit kann eine Verschlechterung
in der Genauigkeit der Berechnung eines Ladezustandes, die verursacht
werden kann, wenn eine Variation in dem Polarisationsausmaß auftritt,
verhindert werden ohne dass dabei eine Last der Batterie auferlegt
wird.
-
Bei
dieser Konstruktion ist die Bestimmungsvorrichtung in bevorzugter
Weise dafür
konfiguriert, um eine Bestimmung durchzuführen, dass die Polarisation
der Batterie im Wesentlichen verschwunden ist, unter der Voraussetzung,
dass ein Zustand, bei dem eine Spannung der Batterie im Wesentlichen gleich
ist mit einer Bezugsspannung und ein Lade-/Entlade-Strom gleich
ist mit oder kleiner ist als ein Bezugswert, für mehr als eine vorbestimmte
Zeitperiode andauert. Somit kann eine Bestimmung hinsichtlich des
Verschwindens der Polarisation in einfacher und exakter Weise durchgeführt werden.
-
Weiter
ist die Bestimmungsvorrichtung in bevorzugter Weise so konfiguriert,
um zu bestimmen, dass die Polarisation der Batterie im Wesentlichen verschwunden
ist, vorausgesetzt, dass ein vorbestimmte Zeitperiode verstrichen
ist und zwar seit der letzten Ausschaltoperation der Zündung des
Fahrzeugs, und die Ladezustand-Berechnungsvorrichtung dabei so konfiguriert
ist, um den Ladezustand der Batterie basierend auf den Datenpaaren
zu berechnen, die erworben werden oder gesammelt werden, wenn eine
Maschine, die in dem Fahrzeug montiert ist, gestartet wird. Somit
kann eine Einschätzung eines
Ladezustandes einer Sekundärbatterie
unmittelbar nach dem Starten einer Fahrzeugmaschine durchgeführt werden.
Ferner müssen
die elektrischen Bestromungszustände
der Sekundärbatterie nicht
zwangsweise geändert
werden und zwar zum Zwecke eines Samplevorganges der Datenpaare, um
einen Ladezustand der Sekundärbatterie
einzuschätzen,
wodurch eine Belastung der Batterie reduziert wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
In
den beigefügten
Zeichnungen zeigen:
-
1 ein
Blockschaltbild, welches eine Gesamtkonfiguration eines Ladezustand-Detektorgerätes (einer
SOC-Arithmetikeinheit) für
eine Sekundärbatterie
darstellt und zwar gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
2 ein
Flussdiagramm, welches ein spezifisches Beispiel einer SOC-Berechnung
veranschaulicht, die durch das Ladezustand-Detektorgerät durchgeführt wird
und zwar für
eine Sekundärbatterie gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
3 ein
Zeitsteuerdiagramm, welches die Verhalten von Spannung, Strom und
der Polarisationszustand-Größe des Ladezustand-Detektorgerätes für eine Sekundärbatterie
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
-
4 einen
Spannung-Strom-Verteilungsplan, der einen Betrieb zum Abschätzen einer
Pseudo-Offenkreis-Spannung und eines Innenwiderstandes darstellt,
was durch das Ladezustand-Detektorgerät durchgeführt wird und zwar für eine Sekundärbatterie,
entsprechend der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
-
5 einen
Plan, der eine charakteristische Beziehung zwischen einer Pseudo-Offenkreis-Spannung
und einem SOC-Wert wiedergibt;
-
6A einen
Plan, der eine charakteristische Beziehung zwischen einem Innenwiderstand, einem
SOC-Wert und einer Restkapazität
veranschaulicht;
-
6B einen
Plan, der eine charakteristische Beziehung zwischen einer maximalen
Ladeleistung, einem SOC-Wert und einer Restkapazität zeigt;
-
7 ein
Flussdiagramm, welches ein spezifisches Beispiel einer SOC-Berechnung
wiedergibt, die durch ein Ladzustand-Detektorgerät für eine Sekundärbatterie
durchgeführt
wird, entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
-
8 einen
Spannung-Strom-Verteilungsplan, der einen Betrieb zum Detektieren
eines Innenwiderstandes zeigt, der durch das Ladezustand-Detektorgerät für eine Sekundärbatterie
durchgeführt wird,
entsprechend der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
9 einen
Spannung-Strom-Verteilungsplan, der einen Betrieb zum Berechnen
einer Pseudo-Offenkreis-Spannung wiedergibt, der durch das Ladezustand-Detektorgerät für eine Sekundärbatterie
durchgeführt
wird, gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
10 ein
Flussdiagramm, welches ein spezifisches Beispiel für eine SOC-Berechnung
veranschaulicht, die durch ein Ladezustand-Detektorgerät für eine Sekundärbatterie
durchgeführt
wird, gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
11 ein
Flussdiagramm, welches einen Betrieb wiedergibt, der durch ein Ladezustand-Detektorgerät für eine Sekundärbatterie
gemäß einer vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird; und
-
12 Definitionen
von Beträgen
oder Ausmaßen,
welche innere Batteriezustände
angeben, die bei der Erläuterung
der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung involviert sind.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Im
Folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen eines Ladezustand-Detektorgerätes für eine Sekundärbatterie
gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die
vorliegende Erfindung nicht auf die weiter unten beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
Es braucht auch nicht erwähnt
zu werden, dass der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, mit anderen
bekannten Techniken kombiniert werden kann, die Funktionen realisieren,
die äquivalent
dem Stand der Technik sind, um das technische Konzept der vorliegenden
Erfindung zu implementieren.
-
Vor
der detaillierten Beschreibung der folgenden Ausführungsformen,
die in Verbindung mit den 1 bis 11 erläutert werden,
wird ein Ladezustand einer Batterie (Sekundärbatterie, wiederaufladbare
Batterie) unter Hinweis auf 12 erläutert. Wie
dargestellt ist bedeutet ein SOH-Wert (Restkapazität) (Ah)
eine vorhandene Entladekapazität
einer Batterie, ein SOC-Wert (Ladezustand) (%) genannt auch "Entladerate" bedeutet die Rate
einer Restkapazität
einer Batterie bis zu einer vollen Ladekapazität derselben, und eine volle
Ladekapazität
Q (Ah) bedeutet eine vorhandene Ladekapazität in einer Batterie. Es sei
somit anhand eines Beispiels angenommen, dass eine neue Batterie,
die noch nicht verwendet worden ist, einen SOH-Wert von 64 Ah aufweist
entsprechend einem SOC-Wert von 100 % (das heißt einer vollen Ladekapazität von 64
Ah). Bei dieser Batterie entspricht SOH von 25,6 Ah einem SOC von
40 %. Und es sei angenommen, dass diese neue Batterie verwendet
wurde und dass deren Ladefähigkeit
beträchtlich
abgenommen hat, so dass eine volle Ladekapazität bei 40 Ah liegt. Jedoch entspricht
dieser Kapazitätsbetrag
weiterhin einem SOC von 100 % und in diesem Fall bedeutet ein SOC
von 40 % einen SOH-Wert von 16,0 Ah.
-
(Erste Ausführungsform)
-
Es
folgt nun unter Hinweis auf 1 eine Beschreibung
zunächst
in Verbindung mit einem Batteriezustand-Detektorgerät (SOC-Arithmetikeinheit), welches
als eine Ladezustand-Detektorvorrichtung für eine Sekundärbatterie
dient (im Folgenden auch einfach als "Batterie" bezeichnet) entsprechend einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
Eine
Fahrzeug-Sekundärbatterie,
die in 1 gezeigt ist, ist mit einer Batterie 101 ausgestattet,
ferner einem Fahrzeuggenerator 102 (im Folgenden einfach
als "Generator" bezeichnet), einer
elektrischen Fahrzeug-Ladevorrichtung 103, einem Stromsensor 104,
einem Batteriezustand-Detektor 105, einer ECU 108 und
einer Generatorsteuereinheit 109. Unter diesen Komponenten
bildet der Batteriezustand-Detektor 105 die Ladezustand-Detektorvorrichtung
für eine
Sekundärbatterie
der vorliegenden Erfindung.
-
Die
Batterien, die für
die Batterie 101 verwendet werden, umfassen, jedoch nicht
einschränkend,
eine Sekundärbatterie
wie beispielsweise eine Blei-Säure-Batterie,
eine Nickelmetall-Hydrid-Batterie und eine Lithiumzelle. Bei der
vorliegenden Ausführungsform
wird eine allgemein verwendete Blei-Säure-Batterie für Fahrzeuge
als Batterie 101 verwendet. Der Generator 102 wird
durch eine Fahrzeugmaschine (nicht gezeigt) angetrieben, um die Batterie 101 zu
laden. Die elektrische Lastvorrichtung 103 bildet eine
elektrische Last, die Energie verbraucht, welche von der Batterie 101 zugeführt wird. Der
Stromsensor 104 detektiert den Lade-/Entlade-Strom der
Batterie 101, um den detektierten Strom in Form von digitalen
Signalen auszugeben.
-
Der
Batteriezustand-Detektor 105 spielt die Rolle einer elektronischen
Schaltung zum Berechnen eines SOC-Wertes der Batterie 101 und
ist mit einer Pufferstufe 106 ausgestattet, um Daten einzuspeisen,
und mit einem arithmetischen Prozessor 107 ausgestattet.
Die Aufgaben der Pufferstufe 106 und des arithmetischen
Prozessors 107 werden durch eine Softwareoperation eines
Mikrocomputers realisiert, es kann jedoch eine dafür ausgelegte
Hardwareschaltung ebenso verwendet werden. Die Pufferstufe 106 führt Samplevorgänge durch
und behält Paare
(Datenpaare) aus einer Spannung V der Batterie 101 und
einem Strom In von dem Stromsensor 104 zu vorbestimmten
Zeitlagen fest. Der Arithmetik-Prozessor 107 berechnet
einen SOC-Wert basierend auf Parametern, die von der Pufferstufe 106 eingespeist
werden und zwar unter Verwendung eines Verfahrens, was noch später beschrieben
werden soll.
-
Die
ECU 108 berechnet und bestimmt einen Betrag der Generierung
durch den Generator 102 basierend auf den SOC-Wert von
dem Arithmetik-Prozessor 107 und basierend auf den Fahrzeuginformationen 110,
die von außerhalb
eingespeist werden wie beispielsweise einen Maschinenzustand, einer Fahrzeuggeschwindigkeit
und der Zahl der Umdrehungen des Generators und ermöglicht es
dem Generator 102 eine Generierung über die Generatorsteuereinheit 106 vorzunehmen,
die äquivalent
dem bestimmten Betrag oder Ausmaß der Generierung ist.
-
Unter
Hinweis auf ein Flussdiagramm, welches in 2 gezeigt
ist, wird ein spezifisches Beispiel einer SOC-Berechnung beschrieben,
die durch den Arithmetik-Prozessor 107 in dem Batteriezustand-Detektor 105 durchgeführt wird.
-
Um
damit zu beginnen, so wird ein Zündschalter
eingeschaltet, um den Batteriezustand-Detektor 105 oder
einen Mikrocomputer zurückzustellen.
In diesem Fall wird ein integrierter Wert Tc eines Zählers c,
der einen eingebauten Zeitgeber darstellt, auf "0" (Sekunden)
zurückgestellt.
Es wird dann die Fahrzeugmaschine in einem Zustand gemäß Tc = "0" (Schritt S201) gestartet, so dass eine
konstante Ladespannung (oder konstante Entladespannung) bei einer
vorbestimmten Spannung Vs gestartet wird, um einen vorbestimmten
Lade-(Entlade-)Polarisationszustand zu erzeugen (Schritt S202).
Nach dem Verstreichen von 1 Sekunde vom Startschritt S202 wird "1" zu dem integrierten Wert Tc des Zählers c
hinzuaddiert, um zu dem nächsten
Schritt S203 voranzuschreiten.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass es bei der Durchführung der Ladung/Entladung
bei der vorbestimmten Spannung Vs zu bevorzugen ist die vorbestimmte
Spannung Vs auf einen Wert einzustellen, welcher entweder einen
Ladezustand oder einen Entladezustand aufrecht erhalten kann. Bei
der vorliegenden Ausführungsform
ist die vorbe stimmte Spannung Vs auf 14,1 V eingestellt (spannungsreguliert
durch einen Regulator bei einer Temperatur von 25°C), um einen
vorbestimmten Lade-Polarisationszustand auszubilden und unter Berücksichtigung
des Stromzustandes, der unmittelbar nach dem Maschinenstart auftritt.
Es ist jedoch selbstverständlich, dass
die vorbestimmte Spannung Vs nicht auf diesen Wert beschränkt ist.
-
Der
Strom In der Batterie 101 wird in dem Konstant-Spannungszustand
(Schritt S203) gesamplet, um eine Polarisationszustand-Größe Pn basierend
auf dem gesampleten Strom In zu berechnen (Schritt S204). Bei der
vorliegenden Ausführungsform
ist die Polarisationszustand-Größe Pn durch
die folgende Formel definiert: Pn = Pn – 1 + In × Δt – Pn – 1 × Δt/τ,worin Δt eine Sampleperiode
für den
Strom In bedeutet, der auf 1 Sekunde (Δt = 1) bei der vorliegenden Ausführungsform
eingestellt wurde, τ eine
Konstante ist und zwar zum Zeitpunkt der Ladediffusion in dem Batterie-Elektrolyt,
wobei die Konstante einen vorbestimmten Wert haben soll, Pn präzise gesagt
einen Momentanwert der Polarisationszustand-Größe darstellt, und Pn – 1 einen
früheren
Wert der Polarisationszustand-Größe Pn ist.
-
Eine
Erläuterung
dieser Formel folgt weiter unten. Der momentane Wert der Polarisationszustand-Größe Pn wird
dadurch berechnet, indem ein Inkrement In × Δt der Polarisationszustand-Größe hinzuaddiert
wird, der von dem Punkt des früheren Samplevorganges
an bis zu dem Punkt des gegenwärtigen
Samplevorganges erhöht
worden ist, und indem ein Dekrement Pn – 1 × Δt/τ der Polarisationszustand-Größe subtrahiert
wird, die von dem Punkt des früheren
Samplevorganges an bis zu dem Punkt des gegenwärtigen Samplevorganges abgenommen hat,
und zwar zu und von dem früheren
Wert Pn – 1 für die Polarisationszustand-Größe zu dem
Zeitpunkt des früheren
Samplevorganges.
-
Nachfolgend
wird eine Bestimmung dahingehend durchgeführt, ob der integrierte Wert
Tc des Zählers
c gleich geworden ist mit oder größer geworden ist als eine vorbe stimmte
Verlaufsperiode Ts für die
Polarisationsstabilisierung (Tc ≥ Ts)
oder nicht, oder ob die Polarisationszustand-Größe Pn gleich geworden ist mit
oder größer geworden
ist als ein vorbestimmter Wert Ps (Pn ≥ Ps) oder nicht (Schritt S205).
Wenn das Ergebnis der Bestimmung JA lautet, wird der Polarisationsbetrag-Stabilisierungsprozess
durch Laden (Entladen) mit der konstanten Spannung in der oben erwähnten Weise
beendet, um zu einem Schritt S206 zu gelangen. Wenn im Gegensatz
dazu das Ergebnis der Bestimmung NEIN lautet, kehrt die Steuerung
zu dem Schritt S202 zurück,
um die gleichen Prozesse zu wiederholen.
-
Dann
erhält
die Generator-Steuereinheit 109 einen Befehl, um den Generierungsbetrieb
des Generators 102 zu stoppen (Schritt S206) und es werden
dann eine erforderliche Zahl an Paaren aus der Spannung V und dem
Strom In der Batterie 101 zu dem Zeitpunkt des Anhaltens
der Generierung gesamplet (Schritt S207). Basierend auf den gesampleten
Paaren aus Spannung V und Strom In wird eine Batteriezustands-Größe, welche
die Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo und den Innenwiderstand R enthält, berechnet,
um einen SOC-Wert abzuschätzen
und auch eine Restkapazität
abzuschätzen
(Schritt S208).
-
In
dieser Hinsicht wird ein bekanntes Verfahren zum Bestimmen der Pseudo-Offenkreis-Spannung
Vo und des Innenwiderstandes R aus den Paaren gemäß der Spannung
V und dem Strom In weiter unten kurz beschrieben.
-
Zu
allererst wird eine Zahl der Paare aus der Spannung V und dem Strom
In, die gesampelt worden sind, in einem Spannungs-Strom-Verteilungsplan
aufgetragen, der eine zweidimensionale Verteilung der Spannung V
und des Stromes In angibt. Die vertikale Achse des Plans gibt die
Spannung V an und die horizontale Achse den Strom In.
-
Es
wird dann eine lineare Annäherung,
die eine Beziehung zwischen der Spannung V und dem Strom In ausdrückt, unter
Verwendung einer Fehlerquadratmethode basierend auf den Koordinatenpunkten
der aufgetragenen Paare gemäß den Spannungen
V und den Strömen
In erzeugt. Dann wird basierend auf der linearen Annäherung eine Annahme (Pseudo-Offenkreis-Spannung
Vo) und eine Neigung (Innenwiderstand R) berechnet. Auf diese Weise werden
die Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo und der Innenwiderstand R bestimmt.
-
Danach
werden ein SOC-Wert und eine Restkapazität unter Verwendung der Batteriezustands-Größe berechnet
wie beispielsweise der Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo und dem inneren Widerstand
R, die in der oben beschriebenen Weise bestimmt worden sind (Schritt
S209).
-
Im
Folgenden wird eine Beschreibung von einigen Prozessen einer Berechnung
gegeben und zwar einer Berechnung des SOC-Wertes und der Restkapazität unter
Verwendung der Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo und des internen Widerstandes R,
wie bestimmt worden ist.
-
Ein
Verfahren involviert das Speichern eines Planes oder einer Beziehung
im Voraus, die der Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo zugeordnet ist,
ferner den Innenwiderstand R, den SOC-Wert und der Restkapazität, und involviert
das Zuordnen der Pseudo-Offenkreis-Spannung
Vo und dem inneren Widerstand R zu dem Plan oder zu der Beziehung,
so dass der SOC-Wert und die Restkapazität bestimmt werden können.
-
Ein
anderes Verfahren kann die Eingabe der vorbestimmten Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo, des
internen Widerstandes R und der Paare aus Spannung V und dem Strom
In involvieren, die bei dem Schritt S207 gesamplet wurden, und zwar
in ein neuronales Netzwerk, so dass der SOC-Wert und die Restkapazität bestimmt
werden können.
Da diese Typen von Operationen für
den SOC-Wert und die Restkapazität
gut bekannt sind, wird eine weitere Erläuterung hier weggelassen.
-
Dann
wird die Energieerzeugung wieder aufgenommen (Schritt S210), um
die SOC-Berechnungsroutine zu beenden.
-
Obwohl
die Energieerzeugung bei dem Schritt S206 von 2 gestoppt
worden ist, um zu verhindern, dass eine Ladepolarisation neuerlich
bewirkt wird, ist das Anhalten der Energieerzeugung nicht wesentlich.
Statt die Energieerzeugung anzuhalten kann auch ein Betrag der Energieerzeugung abgesenkt
werden, so dass ein Betrag oder Ausmaß der Batterieentladung entsprechend
stark vergrößert werden
kann.
-
Obwohl
die Routine von 2 lediglich einmal durchgeführt worden
ist, nachdem die Maschine gestartet worden ist, können die
Schritte S202 bis S210 periodisch durchgeführt werden oder zu vorbestimmten
Zeitlagen, um eine Variation des nachfolgenden SOC-Wertes und der
verbleibenden Kapazität
zu detektieren. Zusätzlich
können
nach der Berechnung des SOC-Wertes und der restlichen Kapazität vermittels
der Routine von 2 der SOC-Wert und die Restkapazität geändert werden
und zwar unter Verwendung der Stromintegrationsmethode.
-
(Experimentelle Ergebnisse)
-
3 zeigt
die Verhaltensweisen von Spannung und Strom der Batterie 101 im
Betrieb zum Detektieren des SOC-Wertes und der Restkapazität, wie in 2 gezeigt
ist. Durch In ist ein Ladestrom der Batterie 101 angegeben.
Jedoch betreffen die experimentellen Ergebnisse einen Fall, bei
dem eine konstante Ladespannung beendet wurde und zwar in der vorbestimmten
Periode Ts bei dem Schritt S205.
-
In
diesem Fall wird nach der Vervollständigung des Maschinenstarts
eine Schwellenwertspannung (regulierte Spannung) der Generatorsteuereinheit 109,
die auch als ein "Regulator" bezeichnet wird,
auf die vorbestimmte Spannung Vs eingestellt, unter welcher die
Batterie 101 geladen wird. Auf diese Weise wird die Polarisationszustand-Größe Pn erhöht, sie überschreitet
den vorbestimmten Wert Ps und nähert
sich dicht an einen Sättigungswert
an entsprechend der vorbestimmten Spannung Vs.
-
Wenn
in diesem Fall die Zeit Tc zur Durchführung der Konstantspannungsladung
gleich wird mit oder größer wird
als die vorbestimmte Verlaufsperiode Ts, wird die Ge nerierung gestoppt,
wodurch die Batterie 101 in drastischer Weise von einem
geladenen Zustand zu einem entladenen Zustand zurückgeführt wird.
Es können
daher vielfältige
unterschiedliche Paare aus Spannung V und Strom In unter im Wesentlichen
gleichen Polarisationsbedingungen während der drastischen Stromänderungsperiode gesamplet
werden.
-
Basierend
auf der Vielfalt der Paare aus Spannung V und Strom In, die zu diesem
Zeitpunkt gesamplet werden, werden die Pseudo-Offenkreis-Spannung
Vo und der interne Widerstand R eingeschätzt und zwar unter Verwendung
des oben angegebenen Verfahrens. Die Schätzoperation, die bei der vorliegenden
Ausführungsform
durchgeführt wird,
wird weiter unten in Einzelheiten unter Hinweis auf 4 beschrieben.
-
4 zeigt
einen Spannungs-Strom-Trajektor (Kurve) unmittelbar nach dem Anhalten
der Energieerzeugung. Nach dem Anhalten der Energieerzeugung senkt
sich der Koordinatenpunkt, der durch das Paar aus Spannung V und
Strom In definiert ist, linear auf der zweidimensionalen Ebene ab,
die durch die Spannungsachse und die Stromachse definiert ist, die
orthogonal zu der Spannungsachse verläuft, wie in 4 gezeigt
ist. Basierend auf den individuellen Koordinatenpunkten, die durch
die Paare aus Spannung V und Strom In zu diesem Zeitpunkt definiert
sind, wird eine lineare Annäherung
bestimmt. Die Annahmespannung bei Null (A) beziehungsweise Zeitpunkt
Null in der linearen Annäherung
soll die Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo angeben, und die Neigung
der linearen Annäherung
soll den inneren Widerstand R angeben.
-
Eine
Beziehung zwischen der Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo und dem SOC-Wert (%) (siehe 5)
wurde in dem Batteriezustand-Detektor 105 gespeichert.
Da die Korrelation zwischen diesen zwei stark ist, kann der SOC-Wert
dadurch detektiert werden indem man die Pseudo-Offenkreis-Spannung
Vo dieser Beziehung zuordnet. Statt die Beziehung als Plan zu speichern,
die in 5 gezeigt ist, kann auch eine SOC-Berechnung durchgeführt werden
und zwar unter Verwendung eines neuronalen Netzwerks, welches Eingabe/Ausgabe-Eigenschaften zwischen
Eingangsparametern gelernt hat wie beispielsweise der Pseudo-Offenkreis-Spannung
Vo und Ausgangsparametern wie beispielsweise dem SOC-Wert. Da die
SOC-Berechnung unter Verwendung eines neuronalen Netzwerks bekannt
ist, wird hier eine detaillierte Erläuterung weggelassen.
-
Eine
Beziehung zwischen der Batteriezustands-Größe wie beispielsweise den Innenwiderstand
R und einer maximalen Entladeleistung W (Vo2/(4 × R)) und
dem SOC (%) und dem SOH-Wert (Restkapazität) (Ah) wurden in dem Batterie-Detektor 105 abgespeichert.
Der Innenwiderstand R und die maximale Entladeleistung W können unter
Verwendung dieser Beziehung bestimmt werden. Wie in den 6A und 6B gezeigt
ist, sind der interne Widerstand R und die maximale Entladeleistung
W der Batterie mit dem SOC-Wert (%) und der Restkapazität (Ah) korreliert,
die einen Ladezustand der Batterie anzeigen. Obwohl dies in den
Figuren nicht gezeigt ist, sind auch der Innenwiderstand R und die
maximale Entladeleistung W der Batterie mit dem SOH-Wert (restlicher
Kapazität)
korreliert, die einen Verschlechterungszustand der Batterie anzeigen. Demzufolge
kann die Restkapazität
(Ah) basierend auf dem Innenwiderstand R und der maximalen Entladeleistung
W eingeschätzt
werden und zwar unter Verwendung des gleichen Operationsverfahrens
für den
SOC-Wert (%), wie dies oben beschrieben wurde.
-
Bei
der vorliegenden Ausführungsform
wird die Energieerzeugung durch den Generator 102 bei dem
Schritt S206 gestoppt, es kann jedoch anstelle des Stoppens der
Energieerzeugung der Betrag oder das Ausmaß der Erzeugung innerhalb eines
Bereiches reduziert werden, in welchem ein Samplen der Spannung
V und des Stromes In möglich
ist. Alternativ kann in einer kurzen Zeitperiode unmittelbar nach dem
Verstreichen der Zeit Tc das Laden oder Belasten mit der elektrischen
Lastvorrichtung 103 geändert werden,
um den Strom der Batterie 101 zu ändern. Ferner kann gemäß 4 die
Energieerzeugung durch den Generator 102 unter Verwendung
eines eingebauten Zeitgebers gestoppt werden, es kann jedoch die
Energieerzeugung auch gestoppt werden, wenn die Polarisationszustand-Größe Pn den
vorbestimmten Wert Ps erreicht hat.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
Es
wird nun eine zweite Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung weiter unten beschrieben. Bei der zweiten
Ausführungsform
wird die Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo (eine Pseudospannung gemäß einem
offenen Schaltkreis) detektiert und zwar ohne Stoppen der Energieerzeugung
des Generators 102. Bei der zweiten Ausführungsform
sind identische oder ähnliche
Komponenten oder Prozesse mit solchen bei der ersten Ausführungsform
mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es wird der Einfachheit
halber eine Erläuterung
derselben weggelassen.
-
Es
wird unter Hinweis auf 7 die vorliegenden Ausführungsform
erläutert.
Die in einem Flussdiagramm von 7 gezeigten
Prozesse werden durch den Arithmetik-Prozessor 107 in dem Batteriezustands-Detektor 105 durchgeführt. Dieses Flussdiagramm
ist im Wesentlichen das Gleiche wie das Eine, welches in 2 gezeigt
ist, mit der Ausnahme, dass ein Berechnungsschritt für den Innenwiderstand
R hinzugekommen ist und zwar zum Zeitpunkt des Startens der Maschine,
der Innenwiderstand R bei dem Schritt S208 verwendet wird, um die Pseudo-Offenkreis-Spannung
Vo zu berechnen, und die Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo bei dem Schritt S209
verwendet wird, um SOC zu berechnen.
-
Die
vorliegende Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwiderstand R zum Bestimmen
der Neigung der linearen Annäherung
vor der Ausführung
der Stabilisierungssteuerung des Polarisationszustandes bestimmt
wird (Schritte S202 bis S205 von 2), und
dass die lineare Annäherung
mit der Neigung basierend auf den Paaren aus Spannung V und Strom
In (Koordinatenpunkte) erzeugt wird nach der Vervollständigung der
Stabilisierungssteuerung des Polarisationszustandes, so dass die
Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo bestimmt wird.
-
In 7 wird
das Rückstellen
für die
Initialisierung nach dem Starten der Maschine durchgeführt, um
den eingebauten Zeitgeber auf "0" zurückzustellen
(Schritt S220). Dann wird der Innenwiderstand Rs zum Zeitpunkt der
Anlasser-Entladung detektiert und zwar unter Verwendung eines großen Startstroms
zum Zeitpunkt des Maschinenstarts (Schritt S220).
-
Da
speziell die Batteriespannung V gleich ist mit der Offenkreisspannung
Vo + I × Rs
wird eine Formel ΔV
= ΔI × Rs von
zwei unterschiedlichen Paaren aus der Spannung V und dem Strom In
abgeleitet und es wird mit Hilfe dieser Formel der Innenwiderstand
R ermittelt. In der Formel gibt ΔV
eine Spannungsdifferenz an und zwar zwischen den zwei Paaren aus
Spannung V und Strom In, und ΔI
gibt eine Stromdifferenz zwischen den zwei Paaren gemäß der Spannung
V und dem Strom In an. Praktisch gesagt wird eine Anzahl von Paaren
aus der Spannung V und dem Strom In gesamplet und zwar basierend darauf
ob eine lineare Annäherung
bestimmt worden ist, so dass der Innenwiderstand R basierend auf
der Neigung der linearen Annäherung
geschätzt
wird.
-
Bei
den Schritten S202 bis S205 wird ein Zustand gemäß einer Konstantspannungsladung
(oder Konstantspannungsentladung) aufrecht erhalten, so dass die
Polarisationszustand-Größe Pn zu
einem Sättigungswert
gelangt, der im Wesentlichen äquivalent
der konstanten Spannung ist.
-
Anschließend wird
die Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo basierend auf einem Stromwert Is
oder dem Strom In, der konstanten Spannung Vs und dem Innenwiderstand
R an dem Punkt der Beendigung der Konstantspannungsentladung nach
der Befriedigung der Anforderungen (Tc ≥ Ts oder Pn ≥ Ps, wobei letzteres für die vorliegende
Ausführungsform
zutrifft) bei dem Schritt S205 bestimmt wird, das heißt bei dem
Verstreichen der vorbestimmten Periode Ts. Mit anderen Worten wird
ein Spannungswert bei dem Stromwert von Null (A) an der Annäherungslinie,
die von einem Koordinatenpunkt (Vs, Is) auf der zweidimensionalen
Ebene gezeichnet ist, wie sie oben erläutert wurde und zwar in einer
Neigung gleich derjenigen des Innenwiderstandes R, zu einer Pseudo-Offenkreis-Spannung
Vo (Schritt S208).
-
Es
wird dann SOC basierend auf der bestimmten Pseudo-Offenkreis-Spannung
Vo berechnet (Schritt S209).
-
(Beispiele von Experimenten)
-
8 zeigt
einen Plan, bei dem Paare aus einer Spannung V und einem Strom In
bei einem Maschinenstart aufgetragen sind. Die Neigung der linearen
Annäherung,
die durch diese Auftragung erhalten wird, dient als Innenwiderstand
R. 9 zeigt einen Plan, der einen Zustand veranschaulicht,
bei dem die Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo an einem Punkt bestimmt
worden ist, wo eine Linie parallel zu der linearen Annäherung von 8 verläuft und durch
den Koordinatenpunkt (Vs, Is) verläuft und die Nullachse (A) schneidet.
Wenn ein Strom gleich Is ist, eine Spannung gleich Vs ist und ein
Innenwiderstand gleich Rs zum Zeitpunkt Ts ist, so kann die Pseudo-Offenkreis-Spannung
Vo mit Hilfe der folgenden Formel erhalten werden: Vo
= Vs – Rs × Is.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass bei der vorliegenden Ausführungsform,
wenn lediglich ein vorbestimmter stabilisierter Polarisationszustand
erzeugt wird und zwar durch Steuern der Energieerzeugung oder durch
Steuern der elektrischen Lastvorrichtungen ohne Anhalten der Energieerzeugung
und bei dieser Stufe, wenn lediglich der Strom der Batterie in ausreichender
Weise für
die lineare Annäherung
geändert
wird, die Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo geschätzt werden kann. Obwohl ferner
der Innenwiderstand R zu dem Zeitpunkt der Anlasser-Entladung detektiert
wurde, kann, wenn lediglich die Stromänderung ausreichend groß ist, der
Innenwiderstand R exakt detektiert werden und zwar anhand der Formel ΔV = ΔI × Rs. Es
kann daher ein Innenwiderstandswert, der zu dem Zeitpunkt der Lade-/Entlade-Stromänderung
erhalten worden ist und zwar unmittelbar vor der Stabilisierungssteuerung des
Polarisationszustandes, verwendet werden.
-
Gemäß den Konstruktionen
nach der vorliegenden Ausführungsform
kann die Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo geschätzt werden und zwar ohne Anhalten
der Generierung. Im Allgemeinen ist es zum Detektieren einer Spannung
bei einem Batteriestrom von 0 (A), das heißt der Pseudo-Offenkreis-Spannung
Vo in einem Fahrzeug-Energieversorgungssystem erforderlich die Batterie,
die sich nun in einem Lade- oder Entlade zustand befindet, in einen
Stromzustand von 0 (A) der Batterie zu bringen. Dies führt zu Schwankungen
in der Spannung, was dann beispielsweise zu einem Hellwerden und
Dunkelwerden beim Leuchten der Fahrzeug-Beleuchtungsvorrichtungen
führt.
Dies war ein unvermeidbares Problem in Verbindung mit den herkömmlichen
Techniken. Jedoch bietet die vorliegende Ausführungsform den oben erläuterten
Vorteil, bei dem das herkömmliche Problem überwunden
wird.
-
(Dritte Ausführungsform)
-
Es
wird nun im Folgenden eine dritte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Bei der dritten Ausführungsform sind identische
oder ähnliche
Komponenten oder Prozesse wie denjenigen bei den weiter oben erläuterten
Ausführungsformen
mit den gleichen Bezugszeichen versehen, um die Beschreibung einfach
zu halten, wobei deren Erläuterung
weggelassen wird.
-
Gemäß der ersten
und der zweiten Ausführungsform
kann eine Variation in der Genauigkeit der SOC-Detektion aufgrund
der Variation der Polarisationszustand-Größe Pn reduziert werden indem
die Stabilisierungssteuerung des Polarisationszustandes durchgeführt wird
bevor ein Ladezustand der Batterie geschätzt wird. Jedoch besteht die
Stabilisierungssteuerung des Polarisationszustandes gemäß der ersten
und der zweiten Ausführungsform aus
einer Steuerung zum Zulassen des Polarisationszustandes der Batterie 101,
um als ein vorbestimmter Bezugs-Polarisationszustand zu dienen. Um
jedoch den Bezugs-Polarisationszustand zu realisieren war es erforderlich
die Batterie 101 zu zwingen eine Konstantspannung-Aufladung/Entladung durchzuführen. In 1 führt jedoch
die Generatorsteuereinheit 109 ursprünglich eine Steuerung durch, um
die Batteriespannung auf einen vorbestimmten Pegel zu halten. Wenn
ein Antriebszustand der elektrischen Lastvorrichtung 103 stabilisiert
worden ist, ist der Generator 102 bereit elektrische Energie
zu der elektrischen Lastvorrichtung 103 zuzuführen und somit
sollte dann der Lade-/Entlade-Strom der Batterie 101 klein
sein und der Polarisationszustand sollte im Wesentlichen verschwunden
sein.
-
Bei
der vorliegenden Ausführungsform
wird eine Prozedur ausgeführt,
die in 10 veranschaulicht ist. Die
Prozedur, die in einem Flussdiagramm von 10 dargestellt
ist, wird durch den Arithmetik-Prozessor 107 in dem Batteriezustands-Detektor 105 durchgeführt. Bei
dem Beispiel, welches in 10 gezeigt
ist, bei dem die Batteriespannung V auf einen Pegel der vorbestimmten
Bezugs-Spannung beziehungsweise Spannungswert Vs stabilisiert worden
ist, und bei dem ein Batteriestrom I auf einen Wert stabilisiert
worden ist, der niedriger liegt als ein vorbestimmter Wert für eine vorbestimmte Zeitperiode
oder länger
(Schritt S230: JA), muss dann der Polarisationszustand als stabilisiert
betrachtet werden (die Polarisation wird so betrachtet, dass sie
im Wesentlichen verschwunden ist).
-
Wenn
solche Anforderungen befriedigt werden, werden die Prozesse bei
den Schritten S207 bis S209, die oben beschrieben wurden, durchgeführt. Mit
anderen Worten wird eine Erhöhung
oder Absenkung (inklusive einem Anhalten) der Energieerzeugung oder
eine Erhöhung
oder Absenkung des Energieverbrauchs der elektrischen Lastvorrichtung 103 in
einer vorbestimmten kurzen Zeitperiode durchgeführt, so dass eine erforderliche
Anzahl von Paaren aus Spannung V und Strom In gesamplet werden (Schritt
S207). Es wird dann eine lineare Annäherung basierend auf den Paaren
aus der Spannung V und dem Strom In bestimmt und die lineare Annäherung wird
dann dazu verwendet, um die Pseudo-Offenkreis-Spannung Vo und den
Innenwiderstand R in dem Polarisations-Beseitigungszustand zu bestimmen
(Schritt S208). Dann wird basierend auf diesen Daten der Ladezustand
wie beispielsweise ein SOC-Wert geschätzt (Schritt S209).
-
In 10 besteht
ein Schritt S221 aus einem Schritt zum Bestimmen, ob eine vorbestimmte
Zeit verstrichen ist oder nicht und zwar seit ein Zündschlüssel früher ausgeschaltet
worden ist. In dieser Hinsicht verläuft, lediglich wenn eine ausreichende Zeit
verstrichen ist, die zum Beseitigung der Polarisation der Batterie 101 erforderlich
ist (Schritt S221: JA) die Steuerung zu dem Schritt S207 und verläuft dann weiter
zu dem Schritt S230 und zwar über
die Schritte S207 bis S209 die oben beschrieben wurden. Wenn im
Gegensatz dazu eine ausreichende Zeit nicht verstrichen ist (Schritt
S221: NEIN), verläuft
die Steuerung zu dem Schritt S230. Wenn ferner die Batteriespannung
auf einen Pegel der vorbestimmten Bezugs-Spannung oder Spannungswert
Vs stabilisiert worden ist und der Batteriestrom I bei einem Wert stabilisiert
worden ist, der niedriger liegt, als der vorbestimmte Wert für die vorbestimmte
Zeit oder länger (Schritte
S230: JA), kehrt die Steuerung zu dem Schritt S207 zurück, um die
gleichen Prozesse zu wiederholen.
-
Auf
diese Weise wird gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
die Batterie 101 mit keiner Last belastet, die durch die
Polarisations-Stabilisierungsprozesse der ersten und zweiten Ausführungsform verursacht
werden, was für
die Batterie 101 günstig ist.
-
Bei
der vorliegenden Ausführungsform
kann es sich manchmal ereignen, dass der Zustand, in welchem die
Batteriespannung auf den Pegel des Bezugsspannungswertes stabilisiert
ist und der Batteriestrom auf einen Wert stabilisiert ist, der niedriger als
der vorbestimmte Wert liegt und zwar für die vorbestimmte Zeit oder
länger,
nicht für
eine vorbestimmte Zeit oder länger
aufrecht erhalten werden kann (Schritt S230: NEIN). In einem solchen
Fall ist es zu bevorzugen den SOC-Wert von dem früher erhaltenen
SOC-Wert aus zu korrigieren bevor die nachfolgende Polarisationsbeseitigung
auftritt und zwar unter Verwendung des Strom-Integrationsprozesses.
Die Korrekturoperation ist bei den Schritten S240 von 10 gezeigt.
-
Wenn
bei der vorliegenden Ausführungsform ein
Maschinenstart stattfindet und zwar nach dem Anhalten der Maschine
für eine
vorbestimmte Zeit oder länger,
sollte die Polarisation der Batterie 103 während der
Zeit des Maschinenstartes verschwunden sein. Wenn demzufolge eine
lineare Annäherung durch
Samplen einer erforderlichen Anzahl von Paaren aus Spannung V und
Strom In erzeugt wird und zwar zum Zeitpunkt des Maschinenstartes
in einem Fall, bei dem die Maschine für die vorbestimmte Zeitperiode
oder länger
gestoppt wird, kann ein Ladezustand wie beispielsweise ein SOC-Wert
der Batterie in dem Zustand, bei dem die Polarisation im Wesentlichen
verschwunden ist, geschätzt
werden. Diese Operation ist bei dem Schritt S221 von 10 gezeigt.
-
(Vierte Ausführungsform)
-
Es
wird nun weiter unten eine vierte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Die vierte Ausführungsform bildet eine modifizierte Ausführungsform
der Ausführungsformen,
die oben beschrieben worden sind, wobei identische oder ähnliche
Komponenten oder Prozesse mit denjenigen der oben beschriebenen
Ausführungsformen
mit den gleichen Bezugszeichen der Einfachheit halber versehen sind
und eine Erläuterung
derselben weggelassen wird.
-
Um
nun auf ein Flussdiagramm einzugehen, welches in 11 gezeigt
ist, so wird ein Betrieb der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Es
sei darauf hingewiesen, dass die in 11 gezeigte
Prozedur durch den Arithmetik-Prozessor 107 in dem Batteriezustands-Detektor 105 ausgeführt wird.
-
Die
Operation startet mit einem Maschinenstart (Schritt S301). Abhängig davon
ob die berechnete Parkzeit Tp größer ist
als ein Schwellenwert Tpo (Tp > Tpo)
oder nicht, wird eine Bestimmung dahingehend durchgeführt, ob
ein Einfluss der Polarisation verschwunden ist oder nicht (Schritt
S302). Wenn bestimmt wird, dass der Einfluss der Polarisation verschwunden
ist (Schritt S302: NEIN), werden die Werte von SOC und von SOH zum
Zeitpunkt der Beendigung der früheren
Fahrt, das heißt
ein Wert SOCf und ein Wert SOHf zu den momentanen Werten von SOC und
SOH gemacht (Schritt S305), um eine Bestimmung hinsichtlich der
Notwendigkeit einer Hilfsladung durchzuführen (Schritt S307). Wenn im
Gegensatz dazu der Einfluss so bestimmt ist, dass er verschwunden
ist, und zwar bei dem Schritt S302, wird die gezwungene Stabilisierungssteuerung
des Polarisationszustandes (siehe in diesem Zusammenhang die obige
Beschreibung) durch eine Aufladungs-/Entladungs-Spannungssteuerung,
die für
die vorliegenden Ausführungsform
charakteristisch ist, durchgeführt
(Schritte S303 und S304) und dann wird eine Operation zum Detektieren
eines SOC-Wertes und eines SOH-Wertes
durchgeführt
(Schritt S306).
-
Danach
wird eine Bestimmung dahingehend durchgeführt ob eine Hilfsladung oder
Hilfsaufladung erforderlich ist oder nicht (Schritt S307). Die Bestimmung
hinsichtlich der Notwendigkeit einer Hilfsaufladung wird basierend
darauf durchgeführt,
ob der SOC-Wert und der SOH-Wert gleich sind mit oder kleiner sind
als vorbestimmte Schwellenwerte (minimale zulässige Werte) (SOC ≤ Schwellenwert,
SOH ≤ Schwellenwert)
oder nicht.
-
Wenn
sich herausstellt, dass der SOC-Wert und der SOH-Wert gleich sind
mit oder kleiner sind als die vorbestimmten Schwellenwerte (Schritt
S307: JA) wird bestimmt, dass eine Hilfsaufladung erforderlich ist.
Im Falle der Notwendigkeit einer Hilfsaufladung, erhält die Generatorsteuereinheit 109 einen Befehl
dahingehend die Ladung zu erhöhen,
um dadurch die Hilfsaufladung durchzuführen (Schritt S308). Es wird
dann die Fahrzeit Trun von der früheren Hilfsaufladung her zurückgestellt,
um die Operation wiederherzustellen (Schritt S309), wobei dann die
Steuerung zu dem Schritt S310 voranschreitet.
-
Wenn
auf der anderen Seite die Hilfsaufladung so bestimmt wird, dass
sie nicht erforderlich ist (Schritt S307: NEIN), wird bestimmt ob
das betreffende Fahrzeug fährt
oder nicht (Schritt S310). Wenn das betreffende Fahrzeug so bestimmt
wird, dass es fährt
(Schritt S310: JA), werden der SOC-Wert und der SOH-Wert berechnet
und zwar unter Verwendung des Strom-Integrationsverfahrens (Schritt S311).
Es wird dann eine Bestimmung durchgeführt, ob die Fahrzeit Trun,
die getrennt gezählt
worden ist, einen vorbestimmten Schwellenwert Tlim (Trun ≥ Tlim) (Schritt
S312) erreicht hat oder nicht. Wenn die Fahrzeit Trun den Schwellenwert
Tlim (Schritt S312: NEIN) nicht erreicht hat, kehrt die Steuerung
zu dem Schritt S303 zurück
und es werden die gleichen Prozesse wiederholt. Wenn im Gegensatz
dazu die Fahrzeit Trun den Schwellenwert Tlim erreicht hat (Schritt
S312: JA), verläuft
die Steuerung zu dem Schritt S308, um die Zwangs-Hilfsaufladung
durchzuführen.
-
Wenn
das betreffende Fahrzeug so bestimmt wird, dass es nicht gefahren
wurde oder sich in einem Zustand eines Fahrstopps befindet, werden
die momentanen Werte des Ladezustandes (in diesem Fall der SOC-Wert
und der SOH-Wert) als Endwerte SOCf und SOHf gespeichert (Schritt
S314) und zwar von dem Ladezustand, um das Zählen der Parkzeit Tp wieder
aufzunehmen (Schritt S315), und dann kehrt die Steuerung zu dem
Schritt S301 zurück,
um die gleichen Prozess zu wiederholen.
-
Spezifischer
ausgedrückt
verwendet die vorliegenden Ausführungsform
eine hochexakte Detektion eines Ladezustandes der Batterie 101 nach
der erzwungenen Stabilisierung des Polarisationszustandes, wodurch
eine hochgenaue Bestimmung ermöglicht
wird und zwar dahingehend, ob eine Hilfsaufladung erforderlich ist
oder nicht, was von dem Ladezustand abhängig ist. Somit wird die Hilfsaufladung lediglich
dann durchgeführt,
wenn diese erforderlich ist, oder wenn SOC und SOH klein sind.
-
Auch
bei der vorliegenden Ausführungsform wird
eine Zwangs-Hilfsaufladung durchgeführt und zwar nach dem Verstreichen
der vorbestimmten Zeit von der früheren Hilfsaufladung an. Diese
erzwungene Hilfsaufladung wird zum Zwecke durchgeführt, um die
Sicherheit zu verbessern und ist nicht wesentlich. Verglichen mit
der periodisch durchgeführten
herkömmlichen
Hilfsaufladung kann daher ein bemerkenswert längerer Intervall bei der vorliegenden
Ausführungsform
eingestellt werden. Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
können
nutzlose Hilfsaufladungen weggelassen werden, wodurch Energie eingespart
wird und die Lebensdauer der Batterie einen guten Einfluss erfahren
kann.