DE102007004368B4

DE102007004368B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Versorgungsspannung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102007004368B4
Application number: DE102007004368.8A
Authority: DE
Inventors: Kenji Ueda; Atsushi Hashikawa; Shoji Sakai; Satoru Mizuno; Akira Kato; Katsunori Tanaka
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2019-12-05
Anticipated expiration: 2027-01-30
Also published as: DE102007004368A1; KR100869584B1; JP2007203788A; US20070182385A1; US7777446B2; JP4786355B2; FR2896926A1; KR20070079029A

Abstract

Verfahren zum Steuern einer Spannung einer Batterie (1) auf ihre Sollspannung, wobei die Batterie an einem Fahrzeug (VE) angebracht ist, wobei die Batterie über eine Leitung (5) mit einem Erzeuger (7, 7A) und elektrischen Lasten (L) verbunden ist, mit folgenden Schritten:Messen (S300) von Spannung- und Strompaaren der Batterie in Intervallen;Bestimmen (S301), ob sich die Batterie aktuell in einem Entlade- oder Ladezustand befindet, basierend auf den Spannungs- und Strompaaren, die während einer vorgegebenen Zeitspanne unmittelbar vor der Bestimmung gemessen wurden;Auswählen (S302) einer Regressionsgeraden (RG1, RG2, RG3 oder RG4) abhängig von einem durch den Schritt des Bestimmens bestimmten Resultat, aus einer Mehrzahl von Typen von vorher abhängig davon vorbereiteten Regressionsgeraden (RG1, RG2, RG3 und RG4), ob sich die Batterie in dem Entlade- oder Ladezustand befindet, wobei jede Regressionsgerade (RG1, RG2, RG3 oder RG4) eine Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom der Batterie definiert;Verschieben (S303) der gewählten Regressionsgeraden (RG1, RG2, RG3 oder RG4) zu einer Koordinatenposition, die durch das gemessene Spannungs-Strompaar dargestellt ist;Berechnen (S304) eines Steuerstroms (Is), der dem Sollstrom entspricht, basierend auf der ausgewählten Regressionsgeraden; undAusgeben (S304) des berechneten Steuerstroms (Is) zum Steuern der Spannung der Batterie.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(GEBIET DER ERFINDUNG)
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Berechnen von physikalischen Größen, die innere Zustände (wie z. B. Ladezustände) einer (wiederaufladbaren) Sekundärbatterie, die in einem Fahrzeug anzubringen ist, anzeigen, und eine Vorrichtung zum Steuern einer Versorgungsspannung in einem Fahrzeug, und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, die eine Berechnung unter Verwendung einer Mehrzahl von Paaren von Spannungs-/Strom-Daten, die aus der Batterie erfasst werden, durchführen.
(BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK)
Fahrzeugbatteriesysteme verwenden üblicherweise Sekundärbatterien, wie z. B. Bleibatterien. Bei diesen Batterien ist es erforderlich, den inneren Ladezustand derselben für eine Kapazitätssteuerung und eine Sicherheitssteuerung zu schätzen. Herkömmlicherweise sind für diesen Zweck verschiedene Typen von Vorrichtungen vorgesehen, die die physikalischen Größen, die die inneren Ladezustände einer Batterie anzeigen, schätzen. Solche physikalischen Größen sind beispielsweise die Spannung, der Strom, eine Restkapazität, eine Leerlaufspannung und ein Innenwiderstand einer Batterie, die nun in der folgenden Beschreibung „Batteriezustandsgrößen“ genannt sind.
Für diese Schätzungsvorrichtungen ist es charakteristisch, dass dieselben eine gemeinsame Konfiguration haben. D. h., viele Paare von abgetasteten Daten einer Spannung und eines Stroms werden als Eingangsparameter von einer Batterie gemessen, die abgetasteten gepaarten Daten werden verwendet, um eine Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom zu schätzen, und die Beziehungen dienen zum Schätzen der Batteriezustandsgrößen.
Die Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom kann jedoch nicht als einfach linear definiert werden, da es viele physikalische Phänomene gibt, die die Beziehung beeinflussen. Solche Phänomene umfassen die Restkapazität, die Temperatur, einen Verschlechterungsgrad und einen Polarisationsgrad einer Batterie.
Ein herkömmliches Verfahren zum Schätzen der Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom besteht darin, eine Regressionsgerade bzw. Ausgleichsgerade zu verwenden. Eine große Zahl von gepaarten Daten einer abgetasteten Spannung/Strom wird insbesondere verwendet, um eine Spannung (V) und einen Strom (I) in zweidimensionalen Koordinaten grafisch darzustellen, derart, dass eine Regressionsgerade in den Koordinaten erzeugt wird. Diese Regressionsgerade wird verwendet, um einen Stromwert, der einem eingegebenen Spannungswert entspricht, zu schätzen, oder um einen Spannungswert, der einem eingegebenen Stromwert entspricht, zu schätzen. Dieses Verfahren ist als ein „regressionsgeradenbasiertes Verfahren“ bekannt, das nun weitverbreitet verwendet wird. Die Steigung einer Regressionsgeraden ist ein Wert des Innenwiderstands einer Batterie.
Andere Verfahren wurden ebenfalls vorgeschlagen, die beispielsweise in der JP H09-243 716 A und der JP 2003-249 271 A gezeigt sind. Diese veröffentlichten Dokumente schlagen vor, wie einige Batteriezustandsgrößen (wie z. B. SOC und SOH), die als Ausgangsparameter dienen, durch Anwenden einer großen Zahl (d. h. einer Mehrzahl) von Paaren von abgetasteten Spannungs-/Strom-Daten und anderen Batteriezustandsgrößen (wie z. B. eine Temperatur und Betriebsstunden) auf ein neuronales Netz zu schätzen sind. Auf dieses Verfahren wird als ein „auf einem neuronalen Netz basierendes Verfahren“ Bezug genommen.
Sowohl herkömmliche regressionsgeradenbasierte als auch auf einem neuronalen Netz basierende Verfahren sind immer noch mit einigen Schwierigkeiten konfrontiert. Wenn das regressionsgeradenbasierte Verfahren verwendet wird, haben geschätzte Resultate von Batteriezustandsgrößen große Fehler. Dies liegt an der Tatsache, dass die Koordinaten einer großen Zahl von abgetasteten Spannungs-/Strom-Paaren in dem zweidimensionalen Koordinatenraum weit verteilt sind. Die Verteilung der Koordinaten führt zu dem Angeben einer verringerten Genauigkeit einer geschätzten Regressionsgeraden.
Unterdessen erhöhen sich für ein Verwenden des vorhergehenden auf einem neuronalen Netz basierenden Verfahrens die Mengen einer Berechnungslast eines Prozessors im Vergleich zu einem Fall stark, bei dem das regressionsgeradenbasierte Verfahren verwendet ist. Der Prozessor wird selbst natürlich groß. Dennoch hat dieses Verfahren bis jetzt noch nicht vollständig zufriedenstellende berechnete Resultate erzeugt.
Nebenbei bemerkt, besteht eine weitere Schwierigkeit, die gelöst werden sollte, zwischen einer Steuerung einer Versorgungsspannung (Batteriespannung) und Änderungen hinsichtlich des inneren Ladezustands einer Batterie. Bei dem Fahrzeugstromversorgungssystem bewirken große Schwankungen der Versorgungsspannung verschiedene Probleme, wie z. B. eine Instabilität eines Betriebs von Lasten, ein Flackern von Scheinwerfern und eine Verringerung der Lebensdauer einer Batterie. Es wird daher stark gefordert, die Versorgungsspannung (Batteriespannung) zu stabilisieren, selbst wenn sich die Menge der zu versorgenden Lasten ändert. Bei herkömmlichen Fahrzeugen wird allgemein eine Rückkopplungssteuerung durchgeführt, so dass ein Unterschied zwischen einem erfassten Versorgungsspannungswert und einem Zielspannungswert gegen null konvergiert. Die Versorgungsspannung, die auf eine Art und Weise einer Rückkopplung gesteuert wird, wird jedoch Änderungen des inneren Zustands der Batterie bewirken, was ein Pendeln der Versorgungsspannung und/oder eine Verzögerung der Steuerung mit sich bringt. Die stabilisierende Steuerung der Versorgungsspannung, die als Antwort auf plötzliche Änderungen der Versorgungsspannung geschieht (die durch Änderungen der elektrischen Lasten veranlasst werden), kann daher nicht durchgeführt werden.
So offenbart der Stand der Technik in der JP 2004-031 014 A eine an einem Fahrzeug angebrachte Vorrichtung zum Steuern einer Versorgungsspannung in einer Stromversorgungsleitung, die sich von einem Erzeuger erstreckt und mit einer Batterie und elektrischen Lasten verbunden ist. Diese Vorrichtung umfasst dabei eine Erfassungsvorrichtung, die Paare einer Spannung und eines Stroms der Batterie erfasst; einen Rechner, der einen Steuerstrom auf der Basis der erfassten Paare einer Spannung und eines Stroms sowie eine Zielspannung für die Versorgungsspannung berechnet; und eine Steuerung, die einen Lade- und Entladestrom der Batterie auf der Basis des Steuerstroms steuert, so dass die Versorgungsspannung zu der Zielspannung gesteuert wird. Aus der JP 2002-272 011 A ist eine ähnliche Vorrichtung bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorhergehenden Sichtweise fertiggestellt und hat die Aufgabe, die Genauigkeit beim Berechnen von elektrischen Größen, die die inneren Zustände einer Batterie, die in einem Fahrzeug angebracht ist, anzeigen, anzuheben und/oder die Versorgungsspannung in einem Fahrzeug auf eine schnelle, stabile und genaue Art und Weise zu steuern.
Um die Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung als einen Aspekt ein Verfahren zum Steuern einer Spannung einer in einem Fahrzeug angebrachten Batterie auf ihre Sollspannung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Als einen weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern einer Spannung einer in einem Fahrzeug angebrachten Batterie auf ihre Sollspannung mit den Merkmalen des Anspruchs 3.
Bei der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise die elektrische Größe, die einen Zustand einer Batterie anzeigt, basierend auf der Regressionsgeraden berechnet. Bei diesem Fall sollte die Regressionsgerade als breit aufgefasst werden, d. h. der Ausdruck „Regressionsgerade“ umfasst charakteristische Funktionen, wie z. B. einen Innenwiderstand der Batterie, die die Regressionsgerade selbst definieren.
Figurenliste
In den beigefügten Zeichnungen zeigen:

1 ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Fahrzeugstromversorgungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
2 ein Flussdiagramm, das das Verarbeiten, das durch eine Batteriesteuerung bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, umreißt;
3 ein Zeitdiagramm, das ein Abtasten einer Spannung und eines Stroms einer Batterie und eine Berechnung in der Batteriesteuerung zeigt;
4- 6 Flussdiagramme, die jeweils das Verarbeiten umreißen, das durch eine Batteriesteuerung bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird;
7 eine grafische Darstellung, die eine Verschiebeoperation einer Regressionsgeraden erklärt;
8 ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Fahrzeugstromversorgungssystems gemäß einer Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
9 und 10 Flussdiagramme, die jeweils ein Verarbeiten, das durch eine Batteriesteuerung bei einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß ausgeführt wird, umreißen; und
11 und 12 vorher eingestellte und bestimmte verschiedene Regressionsgeraden, die bei dem zweiten Ausführungsbeispiel einer Auswahl unterworfen sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Verschiedene Ausführungsbeispiele eines Fahrzeugstromversorgungssystems gemäß sind im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
[ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL]
Bezug nehmend auf 1 - 7 ist im Folgenden ein erstes Ausführungsbeispiel des Fahrzeugstromversorgungssystems beschrieben. Dieses Fahrzeugstromversorgungssystem ist basierend darauf konfiguriert, wie die Batteriezustandsgrößen zu berechnen sind.
Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Fahrzeug VE mit einem Fahrzeugstromversorgungssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgestattet. Dieses System realisiert funktionell sowohl eine Steuerungs- als auch eine Berechnungsvorrichtung.
Das Fahrzeugstromversorgungssystem ist mit einer Batterie 1, einer bidirektionalen Stromsteuerung 2, einer Batteriesteuerung 3 sowie einer Fahrzeug-ECU (elektronischen Steuereinheit) 4 versehen. Die Batterie 1 ist über die bidirektionale Stromsteuerung 2 mit einer Stromversorgungsleitung 5 elektrisch verbunden und ist ferner über die Stromversorgungsleitung 5 mit elektrischen Fahrzeuglasten L und mit einem Fahrzeugerzeuger 7 elektrisch verbunden. Das vorliegende Fahrzeugstromversorgungssystem ist ferner mit einem Stromsensor 6 versehen, um einen Lade- und Entladestrom zu und von der Batterie 1 zu erfassen. Die Lade- und Entladeströme I werden der Stromsteuerung 3 über einen Weg 6A zugeführt. Die Spannung V der Batterie 1 wird der Stromsteuerung 3 ebenfalls über den Weg 6A zugeführt. Die Versorgungsspannung VL, die die Spannung in der Stromversorgungsleitung 5 ist, wird der Stromsteuerung 3 ebenfalls zugeführt. Die Stromsteuerung 3 ist konfiguriert, um einen Zielwert Va (auch „Steuerspannung“ genannt, zu der die Versorgungsspannung VL gesteuert werden sollte) für die Versorgungsspannung VL von der Fahrzeug-ECU 4 aufzunehmen.
D. h., die Signale der Spannung V und des Stroms I (Spannung/Strom) der Batterie 1, die Versorgungsspannung VL sowie der Zielwert Va, die Eingangsparameter sind, werden in der Stromsteuerung 3 mit einem eingebauten Mikroprozessor verwendet. Die Stromsteuerung 3 verwendet daher den Zielwert Va, um die Lade- und Entladeströme zu und von der Batterie 1 über die bidirektionale Stromsteuerung 2 zu steuern. Diese Steuerung erlaubt es der Versorgungsspannung VL, gegen den Zielwert Va zu konvergieren, was darin resultiert, dass die Versorgungsspannung VL auf einer stabilisierten Basis (d. h. der Versorgungsspannungs-Stabilisierungssteuerung) gesteuert wird.
Die bidirektionale Stromsteuerung 2 ist in eine Schaltung gebildet, die mit Schaltelementen versehen ist, die auf eine schaltgesteuerte Art und Weise gesteuert sind, um die Lade- und Entladeströme zu und von der Batterie 1 zu dem Steuerstrom Is zu steuern.
Da die Lade- und Entladeströme zu und von der Batterie 1 gemäß dem Betrieb der bidirektionalen Stromsteuerung 2 gesteuert sind, sind diese Lade- und Entladeströme in der folgenden Beschreibung ferner „Steuerstrom Is (d. h. Zielwert für den Strom zu und von der Batterie)“ genannt, der mit der „Steuerspannung Va (d. h. dem Zielwert für die Versorgungsspannung)“ ausgedrückt durch ihre Ausdrucksweise ist.
Im Folgenden ist nun Bezug nehmend auf 2 der Betrieb für das Realisieren der Versorgungsspannungs-Stabilisierungssteuerung, die durch die Batteriesteuerung 3 ausgeführt wird, beschrieben.
Zunächst liest die Batteriesteuerung 3 die Signale einer Spannung V und eines Stroms I (abgetastete Spannungs-/Strom-Paardaten) der Batterie 1, der Steuerspannung Va und der tatsächlichen Versorgungsspannung VL, die die Spannung in der Stromversorgungsleitung 5 ist, ein (Schritt S1). Dann wendet die Batteriesteuerung 3 den Wert der Steuerspannung Va auf eine Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom der Batterie 1 an und berechnet den Steuerstrom Is, der der Steuerspannung Va entspricht (Schritt S2). Die Beziehung wird vorher in der Steuerung 3 gespeichert oder wird bei dem aktuellen Verarbeiten erzeugt. Die Batteriesteuerung 3 liefert dann den berechneten Steuerstrom Is an die bidirektionale Stromsteuerung 2 (Schritt S3). Als Antwort führt die bidirektionale Stromsteuerung 2 eine Schaltsteuerung an dem Steuerstrom Is durch, derart, dass die Lade- und Entladeströme zu und von der Batterie 1 auf den Steuerstrom Is gesteuert werden.
Dann bestimmt die Batteriesteuerung 3, ob das Fahrzeug den Fahrbetrieb desselben beendet hat oder nicht (Schritt S4). Wenn die Bestimmung JA ergibt, d. h. das Fahren des Fahrzeugs hat gestoppt, wird das Verarbeiten beendet; wogegen, wenn die Bestimmung NEIN ergibt, d. h. das Fahrzeug noch fährt, das Verarbeiten in der Batteriesteuerung 3 zu dem Schritt S1 zurückkehrt.
Nebenbei bemerkt, ist der Batteriesteuerung 3 zum Erhalten einer Funktion zum Berechnen des vorhergehenden Steuerstroms Is eine Unterbrechungsroutine gegeben, die entweder in Intervallen oder bei einem vorbestimmten Batteriezustand auszuführen ist. Solche Intervalle sind in 3 beispielhaft als Berechnungszeitpunkt bzw. Berechnungszeitabschnitt (engl. calculation timing) dargestellt, in der ein Muster A (3(A)) und ein Muster B (3(B)) zusammen mit dem Berechnungszeitpunkt (d. h. dem Zeitpunkt zum Ausführen der in 2 gezeigten Unterbrechungsroutine) Intervalle eines Abtastens (d. h. Erfassens) von Datenpaaren einer Spannung und eines Stroms beispielhaft darstellen. Die Zeitpunktsschemata für die Datenerfassung und die Berechnung, die in 3 als Muster A und B gezeigt sind, sind einfach Beispiele, so dass das Zeitpunktschema auch auf andere verschiedene Weisen entwickelt werden kann.
Die in 2 gezeigte Unterbrechungsroutine ist entworfen, so dass die Routine Eingangsinformationen verwendet, um eine Funktion zum Berechnen des Steuerstroms Is auszuwählen, wobei die Funktion so eingestellt ist, dass dieselbe einen kleineren Berechnungsfehler hat. Um spezifisch zu sein, liest das Verarbeiten bei dem Schritt S2 den Wert des Steuerstroms Is, der durch die Unterbrechungsroutine ausgewählt wird.
Im Folgenden ist nun Bezug nehmend auf 4 beschrieben, wie der Steuerstrom Is zu berechnen ist, was bei dem Schritt S2 ausgeführt wird. Dieses Verarbeiten wird ebenfalls in Intervallen wiederholt ausgeführt.
Diese Berechnung wird durch Verwenden einer Regressionsgeraden, die durch eine Mehrzahl von Berechnungsfunktionen (d. h. eine Formel zum Berechnen des Steuerstroms Is), d. h. Regressionsformeln, definiert ist, vorgenommen. Eine bevorzugte unter den Berechnungsfunktionen wird abhängig von Bedingungen ausgewählt, und die ausgewählte Funktion wird der Berechnung des Steuerstroms Is unterworfen. Zusätzlich umfasst die Berechnung einer neuen Berechnungsfunktion eine Korrektur der vergangenen Berechnungsfunktionen abhängig von Batteriezuständen, anders als eine Addition der aktuellen Werte der abgetasteten Spannungs-/Strom-Paare.
Wie in 4 gezeigt ist, wird die Berechnungsroutine auf eine Art und Weise einer regelmäßigen Unterbrechung als Antwort auf das Hochstarten eines Starters bzw. Anlassers für den Motor eingeleitet. Wenn der Starter gestartet wird, um getrieben zu werden, schwankt der von und in die Batterie 1 fließende Strom während eines sehr kurzen Zeitintervalls stark, wobei während dieser Zeit eine große Zahl von Paaren von abgetasteten Spannungs-/Strom-Daten gemessen wird (Schritt S101). Diese gepaarten Daten, die während des Maschinenhochstartintervalls gemessen wurden, werden verwendet, um einen Innenwiderstand R der Batterie 1 für ihre Speicherung zu berechnen (Schritt S102).
Im Folgenden ist nun unter Bezugnahme auf 5 die Berechnung des Innenwiderstands R bei dem Schritt S102 detailliert dargestellt. Diese Berechnung wird ebenfalls durch die Batteriesteuerung 3 ausgeführt.
Die große Zahl von Paaren von abgetasteten Spannungs-/Strom-Daten wird zunächst dem Mittelwert derselben unterworfen, so dass die in den Daten bewirkten und beteiligten Rauschkomponenten entfernt oder vermindert werden (Schritt S201). Dann werden Paare von abgetasteten Spannungs-/Strom-Daten zum Berechnen des Innenwiderstands R der Batterie 1 vorbereitet (Schritt S202). Insbesondere werden Paare von abgetasteten Spannungs-/Strom-Daten, die der Berechnung zuzuweisen sind, aus den abgetasteten Spannungs-/Strom-Paardaten ausgewählt, die gemessen werden, wenn ein Einschaltstrom zunächst in den Starter fließt. Die der Berechnung zuzuweisenden Paare von abgetasteten Spannungs-/Strom-Daten sind als Daten definiert, die in einem Spannungserholungszustand gesammelt werden, der nach einer niedrigsten Spannungsgrenze, die nach dem Einschaltstromzustand bewirkt wird, kommt. Der Grund, warum eine solche Auswahl vorgenommen wird, besteht darin, dass der Datenmessungs- und - erfassungsbetrieb stabil ist und eine Differenz zwischen einer geschätzten Spannung (die Spannung fällt beim Hochstarten des Starters, d. h. der Maschine) und einer tatsächlich gemessenen Spannung ein Minimum wird, so dass Strom- und Spannungsbereiche für die Berechnung des Innenwiderstands vorgesehen sind. Die ausgewählten Paare von Spannungs-/Strom-Daten werden dann einem bekannten Berechnungsverfahren unterzogen, um eine erste Regressionsgerade (eine Regressionsgerade während des Hochstartens) zu erzeugen (Schritt S203), und der Steigungswinkel der ersten Regressionsgeraden wird als ein Innenwiderstand der Batterie 1 für eine Speicherung berechnet (Schritt S204).
Nach dieser Vorbereitung startet als Antwort auf das Fahren des Fahrzeugs die Batteriesteuerung 3 ferner, Paare von Spannungs-/Strom-Daten abzutasten (4, Schritt S103). Die Batteriesteuerung 3 untersucht dann, ob ein Flag F zum Auswählen dessen, wie der Steuerstrom Is zu berechnen ist, gleich 0 ist oder nicht (Schritt S104). Im Folgenden ist auf dieses Berechnungsverfahren als ein erstes Berechnungsverfahren Bezug genommen, das erlaubt, dass der Steuerstrom Is basierend auf dem Innenwiderstand R berechnet wird.
Der Wert „0“ dieses Flags F bedeutet, dass der Steuerstrom Is basierend auf dem ersten Berechnungsverfahren, dessen Prozeduren in den im Folgenden beschriebenen Schritten S105 bis S107 gezeigt sind, berechnet wird. Der Wert „1“ des Flags F bedeutet unterdessen, dass der Steuerstrom Is basierend auf einem zweiten Berechnungsverfahren, dessen Prozeduren in den im Folgenden beschriebenen Schritten S111 bis S113 gezeigt sind, berechnet wird. Dieses zweite Berechnungsverfahren erlaubt, dass der Steuerstrom Is basierend auf der Regressionsgeraden berechnet wird. Das Flag F wird durch ein Initialisierungsverfahren, das unmittelbar nachdem das Routinenverarbeiten startet, d. h. unmittelbar nach dem Start des Fahren, ausgeführt wird, auf 0 zurückgesetzt bzw. neu eingestellt. Unmittelbar nach dem Start des Fahrens schreitet das Verarbeiten daher von dem Schritt S104 zu dem Schritt S105 fort.
Bei dem Schritt S105 werden die abgetasteten Spannungs-/Strom-Paardaten, die während eines ausgewählten Teils des Fahrintervalls gemessen werden, auf dieselbe Art und Weise wie dieselben bei dem Schritt S102 ebenfalls einer Erzeugung einer Regressionsgeraden (d. h. einer Regressionsgeraden während des Fahrens) unterworfen; diese Regressionsgerade wird verwendet, um die Steigung derselben als Innenwiderstand R zu berechnen, und die Daten des Innenwiderstands R werden gespeichert. Nebenbei bemerkt, kann die Regressionsgerade während des Hochstartens als diese Regressionsgerade während des Fahrens verwendet werden, wenn es nicht möglich war, abgetastete Spannungs-/Strom-Paardaten zu messen, deren Streuung für das genaue Schätzen einer Regressionsgeraden ausreichend ist. Dies trifft beispielsweise in einem Fall zu, bei dem sich bei dem Strom und der Spannung der Batterie 1 während des Fahrens weniger Änderungen ergeben.
Die Batteriesteuerung 3 liest dann von der Fahrzeug-ECU 4 die Steuerspannung Va ein, die ein Zielwert für die Versorgungsspannung VL der Stromversorgungsleitung 5 ist (Schritt S106). Die gelesene Steuerspannung Va und der bei dem Schritt S105 berechnete Innenwiderstand R werden beide einer Berechnung eines Steuerstroms Is, d. h. eines Zielwerts für den Lade-/Entladestrom der Batterie 1, unterworfen (Schritt S107). Der resultierende Steuerstrom Is wird durch einen Befehl, der den Steuerstrom Is ausdrückt, zu der bidirektionalen Stromsteuerung 2 gesendet, mit dem Resultat, dass der Lade-/Entladestrom der Batterie 1 zu dem berechneten Steuerstrom Is (Zielwert) gesteuert wird. Dieser Steuerstrom Is wird mit der folgenden Formel berechnet: $Is = (V - VA) / R,$
wobei V eine Batteriespannung ist, die unmittelbar vor der Berechnung des Steuerstroms Is gemessen wird.
In der Formel wird übrigens der Innenwiderstand der bidirektionalen Stromsteuerung 2 als relativ kleiner als derselbe der Batterie 1 ignoriert. Dies rührt von der Tatsache her, dass die bidirektionale Stromsteuerung 2 mit einem Schaltregler ausgestattet ist, der abhängig von einer spezifizierten Betriebsweise in jedem vorbestimmten Intervall selektiv geöffnet/geschlossen wird. Daher ist der Widerstandsverlust während des Schließbetriebs (Strom fließt) klein genug, um ignoriert zu werden.
Die Batteriesteuerung 3 misst dann erneut abgetastete Spannungs-/Strom-Daten in Paaren und berechnet einen Spannungsfehler α zwischen der gemessenen Spannung V und der Steuerspannung Va (Schritt S108). Die Batteriesteuerung 3 bestimmt, ob dieser Spannungsfehler α gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Schwelle ist oder nicht (Schritt S109). Diese Schwelle dient zum Bestimmen eines erlaubten Spannungsbereichs.
Wenn diese Bestimmung JA ergibt, d. h. der Spannungsfehler α ≤ der vorbestimmten Schwelle ist, ist erkannt, dass das aktuell verwendete Berechnungsverfahren für den Steuerstrom Is geeignet ist, da der Fehler kleiner ist, und dass dieses Berechnungsverfahren beibehalten werden sollte. Die Batteriesteuerung 3 weist dem Flag F daher kontinuierlich 0 zu, um das zweite Berechnungsverfahren kontinuierlich zu verwenden, das die Regressionsgerade während des Fahrens verwendet, wie in den Schritten S103 bis S107 gezeigt ist (Schritt S110). Nach diesem Flag-Verarbeiten wird bestimmt, ob das Fahren beendet ist oder nicht (Schritt S117). Wenn das Fahren beendet ist, kehrt die Routine zu einem nicht gezeigten Hauptverarbeiten zurück, während, wenn das Fahren kontinuierlich gehalten wird, das Verarbeiten zu dem Schritt S103 in der Routine zurückkehrt.
Wenn im Gegensatz dazu die Bestimmung bei dem Schritt S109 NEIN ergibt, d. h. herausgefunden wird, dass der Spannungsfehler > die vorbestimmte Schwelle ist, schreitet das Verarbeiten zu den Schritten S111 bis S115 fort. Von diesen Schritten werden die Schritte S111 bis S113 dem zweiten Berechnungsverfahren für den Steuerstrom Is, das auf einer zweiten Regressionsgeraden basiert, zugewiesen.
Bei dem Schritt S110A wird insbesondere bestimmt, ob ein Flag F1 gleich 0 ist oder nicht. Dieses Flag F1 wird verwendet, um zu entscheiden, dass der nächste Schritt S111 zu überspringen ist oder nicht. Daher wird nur dann, wenn bestimmt wird, dass das Flag F1 0 ist (JA bei Schritt S110A), das Verarbeiten bei dem Schritt S111 durchgeführt.
Bei dem Schritt S111 werden Paare von abgetasteten Spannungs-/Strom-Daten, die sich von denselben bei dem Schritt S105 ausgewählten unterscheiden, ebenfalls aus den bei dem Schritt S103 gemessenen Paaren der abgetasteten Spannungs-/Strom-Daten ausgewählt, und dann werden die ausgewählten Spannungs-/Strom-Paardaten verwendet, um eine zweite Regressionsgerade zu berechnen. Die für eine solche zweite Regressionsgerade verwendeten Spannungs-/Strom-Paardaten können aus verschiedenen Paardaten zusammengesetzt sein, z. B. i) aus einer Gruppe von lediglich Spannungs-/Strom-Datenpaaren, die unmittelbar vor der Berechnung abgetastet wurden, ii) aus allen gemessenen Daten von abgetasteten Spannungs-/Strom-Paaren oder iii) aus Daten von abgetasteten Spannungs-/Strom-Paaren, die bereits bei einem Ansteuerungsmodus der Batterie 1 gemessen wurden, der zu dem derzeitigen Ansteuerungsmodus der Batterie 1 ähnlich oder identisch ist.
Ein solcher ähnlicher oder identischer Ansteuerungsmodus kann abhängig von Zuständen der Lade-/Entladeströme oder Restkapazitäten entschieden werden. Beispielsweise werden die Zustände der Lade-/Entladeströme in vier Zustände eingeteilt, die aus einem Zustand, in dem sich der Ladestrom erhöht, einem Zustand, in dem sich der Ladestrom verringert, einem Zustand, in dem sich der Entladestrom erhöht, und einem Zustand, in dem sich der Entladestrom verringert, bestehen. Der Vergleich wird nun Zustand für Zustand vorgenommen, um Daten von abgetasteten Spannungs-/StromPaaren zu verwenden, die zu einem Zustand gehören, der zu dem aktuellen Zustand des Lade-/Entladestroms ähnlich oder identisch ist. Alternativ dazu können Daten von abgetasteten Spannungs-/Strom-Paaren aus vorher gespeicherten Daten verwendet werden, wenn zu berechnende Restkapazitäten ähnlich oder identisch zu denselben sind, die in der Vergangenheit erhalten wurden.
Die Batteriesteuerung 3 liest ferner Daten einer Steuerspannung Va von der Fahrzeug-ECU 4 ein (Schritt S112). Wie erwähnt, ist die Steuerspannung Va ein Zielwert für die Versorgungsspannung VL in der Stromversorgungsleitung 5. Die eingelesene Steuerspannung Va wird auf die bei dem Schritt S111 erhaltene zweite Regressionsgerade auf eine solche Art und Weise angewandt, dass ein Steuerstrom Is, d. h. ein Lade-/Entladestrom der Batterie 1, berechnet wird (Schritt S113). Dieser Steuerstrom Is wird in der Form eines Befehlssignals zu der bidirektionalen Stromsteuerung 2 gegeben, mit dem Resultat, dass die Batterie 1 so gesteuert wird, dass der Lade-/Entladestrom an den Steuerstrom Is angepasst ist.
Auf die gleiche Weise wie im Vorhergehenden misst dann die Batteriesteuerung 3 wieder abgetastete Spannungs-/Strom-Daten in Paaren und berechnet einen Spannungsfehler α zwischen der gemessenen Spannung V und der Steuerspannung Va (Schritt S114). Die Batteriesteuerung 3 bestimmt, ob dieser Spannungsfehler α gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Schwelle ist oder nicht (Schritt S115).
Wenn diese Bestimmung JA ergibt, d. h. der Spannungsfehler α ≤ der vorbestimmten Schwelle ist, so ist erkannt, dass das aktuell verwendete Berechnungsverfahren für den Steuerstrom Is geeignet ist, da der Fehler kleiner ist, und dass dieses Berechnungsverfahren beibehalten werden sollte. Die Batteriesteuerung 3 weist daher dem Flag F kontinuierlich 1 zu, um kontinuierlich das zweite Berechnungsverfahren zu verwenden, das die Regressionsgerade während des Fahrens verwendet, wie in den Schritten S103, S111 bis S113 gezeigt ist (Schritt S116). Nach diesem Flag-Verarbeiten wird bestimmt, ob das Fahren beendet ist oder nicht (Schritt S117). Wenn das Fahren beendet ist, kehrt die Routine zu dem nicht gezeigten Hauptverarbeiten zurück, während, wenn das Fahren kontinuierlich beibehalten wird, das Verarbeiten zu dem Schritt S103 in der Routine zurückkehrt.
Nebenbei bemerkt, wenn bei dem vorhergehenden Schritt S104 die Bestimmung derart vorgenommen wird, dass das Flag F aktuell 1 zeigt, schreitet das Verarbeiten ebenfalls zu den Schritten S111 bis S115 fort. In diesem Fall wird das Verarbeiten daher auf die gleiche Art und Weise wie im Vorhergehenden auf der Basis des Flags F = 1, das das zweite Berechnungsverfahren für den Steuerstrom Is basierend auf einer zweiten Regressionsgeraden zeigt, durchgeführt.
Unterdessen bewirkt die Bestimmung von NEIN bei dem Schritt S115, dass das Verarbeiten zu dem Schritt S118, der in 6 gezeigt ist, fortschreitet. D. h., wenn der Spannungsfehler α über der vorbestimmten Schwelle liegt, wird durch die Batteriesteuerung 3 erkannt, dass es erforderlich ist, die zweite Regressionsgerade weiter zu korrigieren.
Bei dem Schritt S118 in 6 wird zum Korrigieren der Regressionsgeraden die bei dem Schritt S111 berechnete zweite Regressionsgerade parallel zu einer Geraden verschoben, die durch eine Koordinate (Vx, Ix) geht, die ein Paar einer Spannung / eines Stroms ist, das unmittelbar vor der Berechnung abgetastet wurde. Die verschobene Gerade ist als eine dritte Regressionsgerade (einfach als eine verschobene Regressionsgerade oder eine dritte Regressionsgerade) definiert. D. h., die verschobene Regressionsgerade wird mit einer minimalen Verschiebestrecke im Vergleich zu der Weise des Verschiebens der Geraden parallel zu entweder der Spannungs- oder der Stromachse erhalten.
Eine Steuerspannung Va wird dann eingelesen (Schritt S119), und diese eingelesene Steuerspannung Va wird auf die verschobene Regressionsgerade angewandt, um einen korrigierten Steuerstrom Ia zu berechnen (Schritt S120). Diese Berechnung wird nach der folgenden Formel durchgeführt: $Is = (Vx - Va) / R + Ix,$
wobei R eine Steigung der zweiten Regressionsgeraden ist, die ein Innenwiderstand R ist.
Auf dieselbe Weise wie im Vorhergehenden misst dann die Batteriesteuerung 3 wieder die abgetasteten Spannungs-/Strom-Daten in Paaren und berechnet einen Spannungsfehler α zwischen den gemessenen Spannungen V und der Steuerspannung Va (Schritt S121). Die Batteriesteuerung 3 bestimmt, ob dieser Spannungsfehler α gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Schwelle ist oder nicht (Schritt S122).
Wenn diese Bestimmung JA ergibt, d. h. der Spannungsfehler α ≤ der vorbestimmten Schwelle ist, so ist erkannt, dass das aktuell verwendete Berechnungsverfahren für den Steuerstrom Is geeignet ist, da der Fehler kleiner ist, und dass dieses Berechnungsverfahren beibehalten werden sollte. Das Flag F1=0 wird daher beibehalten (Schritt S122A). Die Batteriesteuerung 3 verschiebt dann ihr Verarbeiten zu dem Schritt S116. Wenn im Gegensatz dazu die Bestimmung bei dem Schritt S122 NEIN ergibt, d. h. der Spannungsfehler α > die vorbestimmte Schwelle ist, wird das Verarbeiten bei dem Schritt S123 ausgeführt.
Bei dem Schritt S123 korrigiert die Batteriesteuerung 3 die Steigung der dritten Regressionsgeraden um einen kleinen, jedoch vorbestimmten Winkel auf eine solche Art und Weise, dass der Steigungswinkel, d. h. der Innenwiderstand R, abgeändert wird, um den Spannungsfehler α um einen kleinen, jedoch vorbestimmten Wert kleiner zu machen. Diese Abänderung ist im Folgenden in 7 dargestellt.
Übrigens wird nach dem Verarbeiten bei dem Schritt S123 das Flag F1 auf F=1 eingestellt, um das Auslassen des Verarbeitens bei dem Schritt S111 (Schritt S123A) zu zeigen.
In 7 wird die zweite Regressionsgerade parallel zu einer dritten Regressionsgeraden verschoben, die durch die Koordinate (Vx, Ix) eines zu dem letzten Zeitpunkt abgetasteten Spannungs-/Strom-Paars geht. Eine Steuerspannung Va wird auf die dritte Regressionsgerade angewandt, um einen Steuerstrom Is zu gewinnen. Dieser Steuerstrom Is wird verwendet, um den tatsächlichen Strom der Batterie 1 zu steuern (anzupassen), so dass nach der Steuerung eine tatsächliche Spannung Vn gemessen wird. Wenn die tatsächlich gemessene Spannung Vn gleich oder kleiner als die Steuerspannung Va, die ein Zielwert ist, wie in 7 gezeigt ist, ist, wird der Steigungswinkel der dritten Regressionsgeraden so abgeändert, dass sich der Steuerstrom Is erhöht. Genauer gesagt, wird der Steigungswinkel der ursprünglichen dritten Regressionsgeraden „m“ verringert, um einen neuen Steigungswinkel zu haben, der einer neuen dritten Regressionsgeraden „m + 1“ zugewiesen ist.
Dank des Flag-Verarbeitens unter Verwendung des Flags F1 wird diese neue dritte Regressionsgerade, deren Steigungswinkel durch einen vorbestimmten Wert abgeändert ist, durch das Verarbeiten bei dem Schritt S112 anstelle der zweiten, bei dem Schritt S111 erzeugten Regressionsgeraden benutzt.
Ist im Gegensatz dazu die tatsächlich gemessene Spannung Vn höher als die Steuerspannung Va, wird der Steigungswinkel der dritten Regressionsgeraden so abgeändert, dass sich der Steuerstrom Is verringert, d. h. der Steigungswinkel der ursprünglichen dritten Regressionsgeraden „m“ wird erhöht, um eine neue dritte Regressionsgerade „m + 1“ zu haben.
Auf diese Weise wird die neue dritte Regressionsgerade „m + 1“, deren Steigungswinkel angepasst ist, erzeugt, und Daten, die die neue anzeigen, werden für die danach auszuführende Steuerung gespeichert.
Als Modifikation ist es vorteilhaft, die Korrektur der zweiten Regressionsgeraden in Intervallen anzuhalten, was in 6 gezeigt ist. Jedes Mal, wenn die Korrektur angehalten wird, werden neue, seit der letzten Erzeugung der zweiten Regressionsgeraden bei dem Schritt S112 abgetastete Spannungs-/Strom-Paare verwendet, um die zweite Regressionsgerade zu aktualisieren, die neu und rechtzeitig ist, so dass sich die derzeitigen Fahrbedingungen in einer neuen, aktualisierten zweiten Regressionsgeraden widerspiegeln.
(HAUPTVORTEILE)
Bei dem Fahrzeugstromversorgungssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Versorgungsspannung VL in der Stromversorgungsleitung 5, die ansprechend auf die Fahrbedingungen des Fahrzeugs stark schwankt, gesteuert, indem der Lade-/Entladestrom der Batterie 1 zu einem zeitabhängig angepassten Zielwert gesteuert wird. Dies ermöglicht es, dass die Versorgungsspannung in Anbetracht des inneren Ladezustands der Batterie 1 genau und rechtzeitig angepasst wird. Dementsprechend kann eine Steuerung mit einer höheren Präzision dank der Steuerung, die auf einer rechtzeitigen Art und Weise basiert, sowie der Betrachtung der inneren Bedingungen der Batterie 1, die sich während des Fahrzustands des Fahrzeugs von Zeit zu Zeit ändern, durchgeführt werden.
Im Vergleich zu der herkömmlichen Rückkopplungssteuerung, die eine erzeugte Strommenge abhängig von einer Differenz zwischen einer tatsächlichen Versorgungsspannung und einer Zielspannung steuert, ist die Steuerung ferner hinsichtlich des Ansprechens schneller und effektiver. Der Grund hierfür besteht darin, dass die Versorgungsspannung in Anbetracht von Änderungen des inneren Zustands der Batterie, der sich beim Steuern ändert, angepasst wird.
Insbesondere wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Fällen, bei denen der Spannungsfehler noch größer ist (siehe Schritt S115), die Regressionsgerade, die eine Beziehung zwischen den Spannungen und Strömen zeigt, von der zweiten zu einer dritten verschoben, die durch eine Koordinate eines Spannungs-/Strom-Paars geht, das zu dem letzten Zeitpunkt abgetastet wurde (siehe Schritt S118). Das Korrigieren bzw. Verschieben der Regressionsgeraden auf diese Weise reduziert einen Fehler beim Berechnen des Steuerstroms Is, der ein Zielwert ist.
D. h., der letzte innere Zustand der Batterie kann sich gut in der verschobenen Regressionsgeraden widerspiegeln, so dass der Batteriezustand mit hoher Präzision, wobei der Berechnungsfehler stark reduziert ist, berechnet wird.
Die Regressionsgerade kann weiterhin aktualisiert werden. Wenn ein Berechnungsfehler größer als die Schwelle, d. h. als ein erlaubter Bereich, ist, wird eine weitere Regressionsgerade aufgrund von Spannungs-/Strom-Paardaten berechnet, die anders als dieselben abgetastet wurden, die für eine Berechnung der aktuell verwendeten Regressionsgeraden verwendet wurden, oder es wird eine weitere Regressionsgerade unter Verwendung eines Verfahrens berechnet, das sich von demselben für die aktuell verwendete Regressionsgerade unterscheidet. Ein Fehler der Berechnung des Steuerstroms kann dementsprechend reduziert werden, was zu einer feinen Steuerung der Versorgungsspannung führt.
Es ist ferner möglich, dass, wenn ein Berechnungsfehler größer als die Schwelle ist, die Regressionsgerade für die nächste Berechnung korrigiert wird. D. h., der Steigungswinkel (Innenwiderstand) der Regressionsgeraden wird korrigiert, um den Berechnungsfehler kleiner zu machen. Der Berechnungsfehler wird daher bei der nächsten Steuerung reduziert, so dass die Steuerung rechtzeitig korrigiert wird, damit der Fehler innerhalb eines erlaubten Bereichs konvergiert.
D. h., die Regressionsgerade kann auf eine einfache Art und Weise zu einer anderen umgeschaltet werden. Obwohl die Regressionsgerade von in der Vergangenheit erfassten Spannungs-/Strom-Datenpaaren abhängt, trifft es nicht immer zu, dass die Regressionsgerade den derzeitigen inneren Zustand der Batterie 1 genau widerspiegelt, da solche Datenpaare zu unterschiedlichen Zeitpunkten bei unterschiedlichen inneren Zuständen der Batterie 1 abgetastet werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch die nächste Regressionsgerade als nächste ausgewählt, wenn der Berechnungsfehler α eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, was zu einer einfachen Umschaltung unter den Regressionsgeraden führt, was ferner zu einer einfachen Korrektur der derzeitigen Regressionsgeraden führt.
(MODIFIKATIONEN)
Die Konfiguration des Fahrzeugstromversorgungssystems gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann noch in verschiedene weitere Formen modifiziert sein.
Die in 1 gezeigte Schaltungsanordnung kann in andere Formen modifiziert sein, von denen eine in 8 dargestellt ist. Wie in 8 gezeigt ist, bezieht sich ein Fahrzeugstromversorgungssystem gemäß der vorliegenden Modifikation auf ein Weglassen der vorhergehenden bidirektionalen Stromsteuerung 2. Bei dieser Schaltungsanordnung ist die Steuerung der Lade- und Entladeströme der Batterie 1 zu einem Erzeugersystem 7 verschoben, bei dem ein Erzeuger 7A selbst sowie ein Regler 7B vorgesehen sind, so dass die bidirektionale Stromsteuerung 2 aus der Schaltungsanordnung weggelassen werden kann. Ein Stromsensor 8 erfasst einen Erzeugerstrom IG und versorgt die Batteriesteuerung 3 mit demselben. In dem Fall von 1 ist es im Gegensatz dazu erforderlich, die bidirektionale Stromsteuerung 2 zu haben, die für eine solche Steuerung verantwortlich ist.
Bei der in 8 gezeigten Schaltungsanordnung ist die Versorgungsspannungs-Stabilisierungssteuerung folgendermaßen ausgeführt. Die Stromsteuerung 3 liest nicht nur die Spannung V (= Versorgungsspannung VL) und den Strom I der Batterie 1, sondern ferner einen Ausgangsstrom IG (der einem zu erzeugenden Strom entspricht) von dem Erzeuger 7A über den Stromsensor 8 ein. Die Batteriesteuerung 3 wendet dann den Wert der Steuerspannung Va auf eine Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom der Batterie 1 an und berechnet den Steuerstrom Is, der der Steuerspannung Va entspricht. Die Batteriesteuerung 3 verwendet dann den Steuerstrom Is, den Ausgangsstrom IG, einen tatsächlich gemessenen Strom I der Batterie 1 zum Berechnen des Werts eines Stroms IGS, der als nächstes von dem Erzeuger 7A zu erzeugen (auszugeben) ist, gemäß dem folgenden Ausdruck: $IGS = (IG - I) + Is$
In diesem Ausdruck bedeutet der Ausdruck „IG-I“ die Summe von durch die elektrischen Fahrzeuglasten verbrauchten Strömen. Gemäß diesem Ausdruck wird daher an den Regler 7B ein Befehl für den zu erzeugenden Strom IGS gegeben, so dass der als nächstes zu erzeugende Strom IG gleich der Summe des Gesamtstroms „IG-I“ und des derzeitigen Steuerstroms „Is“ gemacht wird. Der Regler 7B empfängt den Befehl für den zu erzeugenden Strom IGS, berechnet den Wert eines Feldstroms, der dem befohlenen Strom IGS entspricht, und führt einer Feldspule des Erzeugers 7A einen Feldstrom mit dem berechneten Feldstromwert zu. Die Fahrzeugversorgungsspannung wird folglich, in einer ähnlichen Weise wie in 1 gezeigt ist, in Anbetracht der Charakteristika (d. h. Zustände), die jeder Batterie 1 inhärent sind, gesteuert.
Verschiedene andere modifizierte Formen können wie folgt vorgesehen sein.
Obwohl das vorhergehende Ausführungsbeispiel mit einem Fall erklärt ist, bei dem die Formel zum Berechnen des Steuerstroms Is die Regressionsgerade verwendet, ist dies nicht entscheidend. Ein weiteres Beispiel besteht darin, dass eine Zahl von Spannungs-/Strom-Paaren grafisch dargestellt wird, um eine Regressionskurve einer vorbestimmten Krümmung in der zweidimensionalen Ebene zu erzeugen, und dass diese Regressionskurve verwendet wird, um den Steuerstrom Is zu berechnen, indem in die Regressionskurve eine Zielspannung eingesetzt wird. Ein weiteres Beispiel besteht darin, die vorhergehende Regressionskurve derart zu verwenden, dass ein Stromwert, der durch eine Koordinate ausgedrückt ist, bei der eine tangentiale Gerade bei einer tatsächlich gemessenen Punktkoordinate eine eine Zielspannung zeigende Gerade schneidet, als Steuerstrom Is eingestellt wird.
Zusätzlich macht sich das vorhergehende Ausführungsbeispiel eine lineare Regressionsgerade zu eigen, dies ist jedoch keine definitive Aufzählung. Nichtlineare Regressionskurven können ebenfalls zu eigen gemacht werden. Ferner wird zum Verschieben der Regressionskurve zu einer zu dem letzten Zeitpunkt abgetasteten Koordinate vorgezogen, dass die Regressionskurve zweimal verschoben wird, d. h. einmal entlang der Spannungsachse und das andere Mal entlang der Stromachse, so dass die Verschiebestrecken in dem zweidimensionalen Koordinatensystem minimal werden.
Gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel und Modifikationen desselben bestehen noch andere zusätzliche Vorteile.
Der Wert des Steuerstroms wird unter Verwendung der Regressionsgeraden, die zu einem vorbestimmten Zeitpunkt zu aktualisieren ist, verändert, so dass die Versorgungsspannung auf eine genaue Art und Weise zu einer Zielspannung konvergieren kann. Vorzugsweise ist der Aktualisierungszeitpunkt so eingestellt, dass dieselbe in einer Zeitperiode ist, während derer sich der Strom mit einer schnellen Rate stark ändert. Wenn sich der Strom eine längere Zeitperiode nicht ändert, kann die Regressionsgerade unter Verwendung einer großen Zahl von in der Vergangenheit erfassten gepaarten Daten einer Spannung und eines Stroms aktualisiert werden.
Wenn die Regressionsgerade linear ist, kann das Verschieben der Regressionsgeraden durch das Zeichnen einer Linienzieher-Geraden, die mit einem Steigungswinkel der letzten Geraden durch eine Koordinate geht, die durch das zuletzt erfasste Datenpaar definiert ist, erfolgen. Die zweite Regressionsgerade wird zu der dritten verschoben, derart, um eine Verschiebestrecke auf einer minimalen Menge zu halten. Eine Menge der Verschiebung kann daher verkleinert werden, was den Berechnungsfehler weiter reduziert.
Der Lade-/Entladestrom der Batterie 1 wird bei einer Koordinate berechnet, bei der die verschobene Regressionsgerade eine Linienzieher-Gerade schneidet, die die Zielspannung der Batterie 1 zeigt. Der Wert eines aktualisierten Lade-/Entladestroms der Batterie 1, der für die Zielspannung erforderlich ist, kann somit verlässlich geschätzt werden, was zu einem genauen Steuern der Fahrzeugversorgungsspannung führt.
Die Spannung der Batterie 1 wird im Gegensatz dazu bei einer Koordinate berechnet, bei der die verschobene Regressionsgerade eine Linienzieher-Gerade schneidet, die den Strom der Batterie 1 zeigt, so dass eine einem vorbestimmten Lade-/Entladestrom entsprechende Batteriespannung mit Präzision erfasst werden kann. Wenn der vorbestimmte Lade-/Entladestrom auf null eingestellt ist, kann die Leerlaufspannung der Batterie 1 genau geschätzt werden.
(ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL)
Im Folgenden ist nun Bezug nehmend auf 9 - 12 ein zweites Ausführungsbeispiel des Fahrzeugstromversorgungssystems beschrieben. Im Sinne einer vereinfachten und einer Redundanz vermeidenden Erklärung sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Komponenten, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich oder identisch sind, dieselben Bezugsziffern gegeben wie jene bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Charakteristisch für das zweite Ausführungsbeispiel ist das Bestimmen einer Regressionsgeraden auf der Basis verschiedener Ansteuerungsmodi der Batterie 1.
Für das Bestimmen einer speziellen Regressionsgeraden werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Voraus vier Regressionsgeraden vorgesehen, die aus i) einer Regressionsgeraden für zunehmenden Entladestrom, ii) einer Regressionsgeraden für abnehmenden Entladestrom, iii) einer Regressionsgeraden für zunehmenden Ladestrom und iv) einer Regressionsgeraden für abnehmenden Ladestrom zusammengesetzt sind. Aus diesen wird die Regressionsgerade für zunehmenden Entladestrom verwendet, wenn die Batterie 1 entladen wird und der Entladestrom zunimmt. Die Regressionsgerade für abnehmenden Entladestrom wird verwendet, wenn die Batterie 1 entladen wird und der Entladestrom abnimmt. Die Regressionsgerade für zunehmenden Ladestrom wird verwendet, wenn die Batterie 1 geladen wird und der Ladestrom zunimmt. Und die Regressionsgerade für abnehmenden Ladestrom wird verwendet, wenn die Batterie 1 geladen wird und der Ladestrom abnimmt. Ferner wird untersucht, in welchem Ansteuerungsmodus die Batterie 1 derzeit arbeitet. Gemäß dem derzeitigen Ansteuerungsmodus der Batterie 1 wird unter den im Vorhergehenden vorbereiteten vier Geraden eine spezielle Regressionsgerade ausgewählt, wobei die ausgewählte Regressionsgerade für die Steuerung verwendet wird.
Im Folgenden ist nun Bezug nehmend auf 9 das durch die Batteriesteuerung 3 ausgeführte Verarbeiten umrissen. Dieses Verarbeiten wird ebenfalls wiederholt in Intervallen, basierend auf beispielsweise den in 3 gezeigten Mustern A oder B, ausgeführt.
Zunächst werden Daten von abgetasteten Spannungs-/Strom-Paaren während des letzten Zeitintervalls gemessen (d. h. ermittelt oder erfasst) (Schritt S300). Unter Verwendung der Mehrzahl von Paaren von Spannungs-/Strom-Daten, die während des letzten Zeitintervalls gemessen wurden, wird der derzeitige Ansteuerungsmodus der Batterie 1 untersucht (Schritt S301). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Ansteuerungsmodus aus vier Modi zusammengesetzt, die aus einem Modus für zunehmenden Entladestrom, einem Modus für abnehmenden Entladestrom, einem Modus für zunehmenden Ladestrom und einem Modus für abnehmenden Ladestrom bestehen.
Eine Signal-Regressionsgerade, die mit dem bei dem Schritt S301 untersuchten Ansteuerungsmodus übereinstimmt, wird dann Modus für Modus aus den vier im Vorhergehenden gespeicherten Regressionsgeraden ausgewählt (Schritt S303). Diese vier Regressionsgeraden sind Geraden für zunehmenden Entladestrom, abnehmenden Entladestrom, zunehmenden Ladestrom und abnehmenden Ladestrom.
Unter Verwendung eines bekannten Verfahrens wird die dieses Mal ausgewählte Regressionsgerade zu einer Geraden verschoben, die durch eine Koordinate geht, die zu dem letzten Abtastzeitpunkt gemessene Spannungs-/Strom-Paardaten anzeigt (Schritt S303). Genauer gesagt, wird eine Gerade, die durch eine Koordinate von Spannung/Strom-Paardaten geht, die zu dem letzten Abtastzeitpunkt gemessen wurden, und die auch einen Steigungswinkel der ausgewählten Regressionsgeraden aufweisen, in der zweidimensionalen Ebene, die durch zwei die Spannung und den Strom darstellende Achsen definiert ist, gezeichnet.
Ein Stromwert bei einer spezifizierten Koordinate, die entlang der gezeichneten Regressionsgeraden existiert, wird als ein Steuerstrom Is bestimmt und in der Form eines Steuerbefehls ausgegeben, wobei die spezifizierte Koordinate einer Zielspannung entspricht (Schritt S304).
Zweitens ist nun Bezug nehmend auf 10 erklärt, wie die vier Regressionsgeraden zu erzeugen sind. Dieses Verarbeiten wird ebenfalls wiederholt als eine Unterbrechungsroutine ausgeführt, die in Intervallen aktiviert wird.
Zunächst wird eine Mehrzahl von Paaren von Spannungs-/Strom-Daten, die während des letzten vorbestimmten Zeitintervalls gemessen wurden, verwendet, um einen derzeitigen Ansteuerungsmodus der Batterie 1 zu untersuchen (Schritt S400). Dann wird eine Regressionsgerade, deren Modus mit dem untersuchten Ansteuerungsmodus übereinstimmt, aus den bereits gespeicherten Informationen über die vier Regressionsgeraden ausgewählt, d. h. die Regressionsgerade RG1 für zunehmenden Entladestrom, wie in 11(A) dargestellt ist, die Regressionsgerade RG2 für abnehmenden Entladestrom, wie in 11(B) dargestellt ist, die Regressionsgerade RG3 für zunehmenden Ladestrom, wie in 12(A) dargestellt ist, und die Regressionsgerade RG4 für abnehmenden Ladestrom, wie in 12(B) dargestellt ist (Schritt S401). Die Gradientenwinkel der jeweiligen Regressionsgeraden RG1 bis RG4 sind gleich oder unterschiedlich zueinander. Und die bislang verwendete Regressionsgerade wird zu der neuen, diesmal ausgewählten aktualisiert (Schritt S402).
Im Folgenden ist nun die Aktualisierung der Regressionsgeraden genauer erklärt, wobei die Regressionsgerade für zunehmenden Entladestrom als Beispiel genommen wird. Die Paare von in der Vergangenheit gemessenen, abgetasteten Spannungs-/Strom-Daten sind in vier Ansteuerungsmodi gruppiert. Eine Mehrzahl von während des letzten vorbestimmten Intervalls abgetasteten Paaren von Spannungs-/Strom-Daten wird mit den Spannungs-/Strom-Paardaten gemischt, die bislang unter dem gleichen Ansteuerungsmodus gruppiert sind (bei diesem Beispiel der Ansteuerungsmodus für zunehmenden Entladestrom), um die Regressionsgerade zu aktualisieren, so dass dieselbe bei diesem Ansteuerungsmodus eine neue charakteristische Kurve, d. h. eine neue Gerade, hat. Die Regressionsgeraden für die vier Modi werden daher ständig aktualisiert und für die Steuerung gespeichert. Natürlich können die anderen Regressionsgeraden für die anderen Modi auf die gleiche Art und Weise aktualisiert werden.
Für das Mischen der neuen Daten mit den alten ist es übrigens möglich, die in dem ältesten Intervall abgetasteten Spannungs-/Strom-Paardaten aus den bestehenden Daten auszuschließen. Dieser Ausschluss der alten Daten hält die Daten immer frisch, so dass die Regressionsgerade mit Präzision geschätzt werden kann. Zusätzlich gibt es eine andere Weise des Berechnens der Regressionsgeraden, bei der eine bislang verwendete Regressionsgerade mit diesmal hinzuzufügenden Spannungs-/Strom-Paardaten kombiniert wird, so dass eine Regressionsgerade durch eine Berechnung ausgerechnet wird.
Auf diese Weise ist es möglich, einen Fehler beim Berechnen des Steuerstroms Is weitgehend zu verbessern, da die Regressionsgerade, die berechtigt ist, zum Berechnen des Steuerstroms Is verwendet zu werden, in dem gleichen Ansteuerungsmodus wie demselben der Batterie 1 erzeugt wird. Insbesondere ist es möglich, die unterschiedlichen Typen von Regressionsgeraden unterscheidend gemäß unterschiedlichen Batteriestromzuständen zu verwenden, die unterschiedliche Spannungs-/Strom-Charakteristika der Batterie 1 zeigen. Solche Zustände sind beispielsweise auf den Einfluss der in der Batterie 1 bewirkten Polarisation zurückzuführen. Die verschiedenen Typen von Regressionsgeraden werden jedoch unterscheidend verwendet, was einen Fehler bei der Berechnung des Steuerstroms reduziert.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Spannung einer Batterie (1) auf ihre Sollspannung, wobei die Batterie an einem Fahrzeug (VE) angebracht ist, wobei die Batterie über eine Leitung (5) mit einem Erzeuger (7, 7A) und elektrischen Lasten (L) verbunden ist, mit folgenden Schritten: Messen (S300) von Spannung- und Strompaaren der Batterie in Intervallen; Bestimmen (S301), ob sich die Batterie aktuell in einem Entlade- oder Ladezustand befindet, basierend auf den Spannungs- und Strompaaren, die während einer vorgegebenen Zeitspanne unmittelbar vor der Bestimmung gemessen wurden; Auswählen (S302) einer Regressionsgeraden (RG1, RG2, RG3 oder RG4) abhängig von einem durch den Schritt des Bestimmens bestimmten Resultat, aus einer Mehrzahl von Typen von vorher abhängig davon vorbereiteten Regressionsgeraden (RG1, RG2, RG3 und RG4), ob sich die Batterie in dem Entlade- oder Ladezustand befindet, wobei jede Regressionsgerade (RG1, RG2, RG3 oder RG4) eine Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom der Batterie definiert; Verschieben (S303) der gewählten Regressionsgeraden (RG1, RG2, RG3 oder RG4) zu einer Koordinatenposition, die durch das gemessene Spannungs-Strompaar dargestellt ist; Berechnen (S304) eines Steuerstroms (Is), der dem Sollstrom entspricht, basierend auf der ausgewählten Regressionsgeraden; und Ausgeben (S304) des berechneten Steuerstroms (Is) zum Steuern der Spannung der Batterie.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Typen von Regressionsgeraden vier Regressionsgerade sind, die eine erste Regressionsgerade, die verwendet wird, wenn die Batterie in dem Entladezustand ist und der Strom der Batterie zunimmt (RG1), eine zweite Regressionsgerade, die verwendet wird, wenn die Batterie in dem Entladezustand ist und der Strom der Batterie abnimmt (RG2), eine dritte Regressionsgerade, die verwendet wird, wenn die Batterie in dem Ladezustand ist und der Strom der Batterie zunimmt (RG3), und eine vierte Regressionsgerade, die verwendet wird, wenn die Batterie in dem Ladezustand ist und der Strom der Batterie abnimmt (RG4), aufweisen.
Vorrichtung (3) zum Steuern einer Spannung einer Batterie (1) auf ihre Sollspannung, wobei die Batterie an einem Fahrzeug (VE) angebracht ist, wobei die Batterie über eine Leitung (5) mit einem Erzeuger (7, 7A) und elektrischen Lasten (L) verbunden ist, aufweisend: Mittel (S300) zum Messen von Spannung- und Strompaaren der Batterie in Intervallen; Mittel (S301) zum Bestimmen, ob sich die Batterie aktuell in einem Entlade- oder Ladezustand befindet, basierend auf den Spannungs- und Strompaaren, die während einer vorgegebenen Zeitspanne unmittelbar vor der Bestimmung gemessen wurden; Mittel (S302) zum Auswählen einer Regressionsgeraden (RG1, RG2, RG3 oder RG4) abhängig von einem durch den Schritt des Bestimmens bestimmten Resultat, aus einer Mehrzahl von Typen von vorher abhängig davon vorbereiteten Regressionsgeraden (RG1, RG2, RG3 und RG4), ob sich die Batterie in dem Entlade- oder Ladezustand befindet, wobei jede Regressionsgerade (RG1, RG2, RG3 oder RG4) eine Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom der Batterie definiert; Mittel (S303) zum Verschieben der gewählten Regressionsgeraden (RG1, RG2, RG3 oder RG4) zu einer Koordinatenposition, die durch das gemessene Spannungs- Strompaar dargestellt ist; Mittel (S304) zum Berechnen eines Steuerstroms (Is), der dem Sollstrom entspricht, basierend auf der ausgewählten Regressionsgeraden; und Mittel (S304) zum Ausgeben des berechneten Steuerstroms (Is) zum Steuern der Spannung der Batterie.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Mehrzahl von Typen von Regressionsgeraden vier Regressionsgerade sind, die eine erste Regressionsgerade, die verwendet wird, wenn die Batterie in dem Entladezustand ist und der Strom der Batterie zunimmt (RG1), eine zweite Regressionsgerade, die verwendet wird, wenn die Batterie in dem Entladezustand ist und der Strom der Batterie abnimmt (RG2), eine dritte Regressionsgerade, die verwendet wird, wenn die Batterie in dem Ladezustand ist und der Strom der Batterie zunimmt (RG3), und eine vierte Regressionsgerade, die verwendet wird, wenn die Batterie in dem Ladezustand ist und der Strom der Batterie abnimmt (RG4), aufweisen.