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QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE
ANMELDUNG
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Die
vorliegende Anmeldung bezieht sich auf die
japanische Patentanmeldung Nr. 2007-201210 , die
am 01. August 2007 angemeldet wurde und deren Inhalte hier durch
Bezugnahme miteinbezogen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Einschätzen
des Ladezustandes einer wiederaufladbaren Batterie, die durch einen
im Fahrzeug montierten Generator geladen wird, der eine variable Spannung
ausgibt.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Als
ein derartiges Schätzgerät offenbart die offengelegte
japanische Patentanmeldung Nr. 2004-168126 ein
Gerät, welches dafür konfiguriert ist, um einen
Prozess durchzuführen, bei dem periodisch die Ausgangsspannung
einer Wechselstrommaschine geändert wird, die durch eine
Brennkraftmaschine angetrieben wird und zwar zwischen einer ersten
Spannung und einer zweiten Spannung, die niedriger ist als die erste
Spannung, und bei dem bestimmt wird, dass eine Batterie einen vorbestimmten Ladezustand
erreicht hat, wenn der Wert des Lade-Stromes der Batterie einen
vorbestimmten Wert erreicht und zwar nachdem Ausgangsspannung der Wechselstrommaschine
zum letzten Mal auf die erste Spannung eingestellt wurde. Die offengelegte
japanische Patentanmeldung Nr.
2003-307557 offenbart auch solch ein Schätzgerät.
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Mittlerweile
wurde ein Steuerverfahren vorgeschlagen, bei dem die Ausgangsspannung
einer Wechselstrommaschine höher eingestellt wird, wenn ein
erhöhter Betrag an Brennstoffverbrauch der Brennkraftmaschine
für die Wechselstrommaschine benötigt wird, um
Energie zu erzeugen, kleiner wird und zwar mit dem Ziel den Brennstoffverbrauch
der Brennkraftmaschine zu reduzieren. Bei der Ausführung
solch eines Steuerverfahrens ist es wünschenswert, dass
dann, wenn die Ausgangsspannung einer Wechselstrommaschine auf einen
kleinen Wert eingestellt wird, um eine Entladung einer Batterie
zu vereinfachen, die Batterie nahezu entladen wird und zwar innerhalb
von Grenzen, um die Zuverlässigkeit der Batterie aufrecht
zu erhalten. Zu diesem Zweck ist es erforderlich den Ladezustand
der Batterie mit einem hohen Genauigkeitsgrad einzuschätzen.
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Jedoch
entsteht bei der Verwendung des herkömmlichen Schätzgerätes,
welches zuvor beschrieben wurde, ein Problem. Das heißt
in einem Fall, bei dem der Ladezustand einer Batterie abgeschätzt
wird und zwar unter Verwendung der Schätzvorrichtung und
danach, der eingeschätzte Zustand der Batterie in Einklang
mit einem integrierten Wert des Lade-/Entlade-Stromes der Batterie
auf den neuesten Stand gebracht wird, da die Genauigkeit des eingeschätzten
Ladezustandes der Batterie niedrig ist, sodass der Brennstoffverbrauch
nicht in ausreichender Weise reduziert werden kann. Es kann dabei auftreten,
dass das Schätzgerät den Ladezustand der Batterie
in kürzeren Intervallen einschätzt. Da jedoch
in diesem Fall die Ausgangsspannungssteuerung der Wechselstrommaschine
für den Einschätzzweck häufiger durchgeführt
werden muss, wird verhindert, dass die Ausgangsspannungssteuerung
für die Wechselstrommaschine zum Zwecke der Reduzierung
des Brennstoffverbrauches ausgeführt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Gerät zum Einschätzen
des Ladezustandes einer wiederaufladbaren Batterie, die durch ein
im Fahrzeug montiertes Leistungs-Generierungsgerät geladen
wird, welches dazu befähigt ist eine variable Ausgangsspannung
zu erzeugen, mit:
einer Detektionsfunktion zum Detektieren
eines Lade/Entlade-Stromes der wiederaufladbaren Batterie; und
eine
Einschätzfunktion zur Durchführung einer Einschätzung
des Ladezustandes auf der Grundlage von Beziehungsdaten, welche
eine Beziehung unter der Ausgangsspannung, dem Ladezustand und einem
Konvergenzwert, zu dem der Lade-/Entlade-Strom hin konvergiert und
zwar über ein Übergangsverhalten desselben in
einem Zustand, bei dem die Variation der Ausgangsspannung unter
einem vorbestimmten Wert liegt und zwar nachdem die Ausgangsspannung
geändert wurde, definiert.
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Die
vorliegende Erfindung schafft auch ein Ladesteuersystem, welches
ein im Fahrzeug montiertes Energie-Erzeugungsgerät enthält,
welches dazu befähigt ist eine variable Ausgangsspannung zu
erzeugen, und ein Gerät zum Einschätzen des Ladezustandes
einer wiederaufladbaren Batterie, die durch das im Fahrzeug montierte
Energie-Erzeugungsgerät geladen wird, wobei das System
folgendes aufweist:
eine Detektionsfunktion zum Detektieren
eines Lade-/Entlade-Stromes der wiederaufladbaren Batterie; und
eine
Einschätzfunktion zur Durchführung einer Einschätzung
des Ladezustandes basierend auf Bezugsdaten, welche eine Beziehung
zwischen der Ausgangsspannung, dem Ladezustand und einem Konvergenzwert
definieren, auf den hin der Lade-/Entlade-Strom konvergiert und
zwar über ein Übergangsverhalten desselben in
einem Zustand, bei dem die Variation der Ausgangsspannung unter einem
vorbestimmten Wert liegt, nachdem die Ausgangsspannung geändert
wurde.
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Es
ist gemäß der vorliegenden Erfindung möglich
in exakter Weise den Ladezustand einer wiederaufladbaren Batterie
einzuschätzen, welche durch ein im Fahrzeug montiertes
Energie-Erzeugungsgerät geladen wird, welches eine variable
Ausgangsspannung erzeugen kann.
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Andere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen
und anhand der Ansprüche.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Diagramm, welches eine Gesamtstruktur eines Lade-Steuersystems darstellt,
welches ein Gerät zum Einschätzen des Ladezustandes
einer wiederaufladbaren Batterie enthält, gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 ein
Flussdiagramm, welches einen Prozess zum Steuern einer Ausgangsspannung
eines Energie-Erzeugungsgerätes zeigt, was durch eine ECU
ausgeführt wird, die in dem Lade-Steuersystem der ersten
Ausführungsform enthalten ist;
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3 einen
Zeitplan, der ein Verhalten eines Lade-Stromes einer Batterie wiedergibt,
nachdem die Ausgangsspannung des Energie-Erzeugungsgerätes
stufenweise erhöht wurde;
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4 ein
Flussdiagramm, welches einen Prozess zum Berechnen eines Polarisations-Korrelationsbetrages
veranschaulicht, welcher durch die ECU ausgeführt wird,
die in dem Lade-Steuersystem der ersten Ausführungsform
enthalten ist;
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5 einen
Zeitplan, der eine Beziehung zwischen dem Polarisations-Korrelationsbetrag
des Lade-Stromes der Batterie in einem Fall darstellt, bei dem der
Polarisations-Korrelationsbetrag positiv ist;
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6 einen
Zeitplan, der eine Beziehung zwischen dem Polarisations-Korrelationsbetrag
und dem Lade-Strom der Batterie in einem Fall zeigt, bei dem der
Polarisations-Korrelationsbetrag negativ ist;
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7 ein
Flussdiagramm, welches einen Prozess zum Einschätzen des
SOC-Wertes der Batterie wiedergibt, der durch die ECU ausgeführt
wird, welche in dem Lade-Steuersystem der ersten Ausführungsform
enthalten ist;
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8 ein
Diagramm, welches eine Konfiguration zum Berechnen der Zeit darstellt,
die für den Batteriestrom erforderlich ist, um zu konvergieren, nachdem
die Ausgangsspannung des Energie-Erzeugungsgerätes stufenweise
bei der ersten Ausführungsform erhöht wurde;
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9A, 9B, 9C Zeitpläne
zum Erläutern von Beispielen des Einschätzens
des SOC-Wertes bei der ersten Ausführungsform;
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10 ein
Flussdiagramm, welches einen Prozess zum Einschätzen des
SOC-Wertes der Batterie veranschaulicht, der durch eine ECU ausgeführt wird,
die in dem Lade-Steuersystem einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung enthalten ist.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGFORMEN
DER ERFINDUNG
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Erste Ausführungsform
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1 zeigt
ein Diagramm, welches eine Gesamtkonstruktion eines Lade-Steuersystems
wiedergibt, welches ein Gerät zum Einschätzen
des Ladezustandes einer wiederaufladbaren Batterie gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung enthält.
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Bei
diesem System besteht das Energie-Erzeugungsgerät 10 aus
einer Wechselstrommaschine 12 und aus einem Regler 14,
der die Ausgangsgröße der Wechselstrommaschine 12 regelt.
Die Wechselstrommaschine 12 ist mechanisch an eine Kurbelwelle 22 einer
Brennkraftmaschine (einen Benzinmotor bei dieser Ausführungsform) 20 gekuppelt
und zwar an deren Rotor. Der Rotor wird durch das Drehmoment der
Kurbelwelle 22 angetrieben und in Drehung versetzt.
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Das
Energie-Erzeugungsgerät 10 besitzt einen Batterieanschluss
TB, mit dem dieser an die Batterie 30 (eine Blei-Säure-Batterie
bei der vorliegenden Ausführungsform) angeschlossen ist.
Elektrische Lasten 42 sind an die Batterie 30 über
Schalter 40 parallel angeschlossen. Eine Stromversorgungsleitung,
die zwischen dem Batterieanschluss TB und der Batterie 30 verläuft,
ist mit einem Zündanschluss TIG des Energie-Erzeugungsgerätes 10 verbunden, wenn
ein Zündschalter 44 eingeschaltet wird. Zwischen
dem Zündschalter 44 und dem Zündanschluss TIG
ist eine Ladelampe 46 geschaltet.
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Eine
elektronische Steuereinheit (im Folgenden ECU bezeichnet) 50,
die eine elektrische Last bildet, arbeitet in solcher Weise, um
die Brennkraftmaschine 20 und das Energie-Erzeugungsgerät 10 zu steuern.
Beispielsweise steuert die ECU 50 die Spannung an dem Batterieanschluss
TB, das heißt sie steuert die Ausgangsspannung des Energie-Erzeugungsgerätes 10 auf
der Grundlage eines detektierten Wertes von einem Stromsensor 52,
der einen Strom detektiert, der von der Batterie 30 entladen wird,
und auf der Grundlage eines Stromes, der die Batterie 30 lädt,
und auf der Grundlage eines detektierten Wertes von einem Temperatursensor 54,
der die Temperatur der Batterie 30 detektiert. Die ECU 50 gibt
einen Befehl aus, der einen Wert der Ausgangsspannung des Energie-Erzeugungsgerätes 10 angibt (als
"befehligte Ausgangsspannung" im Folgenden bezeichnet), und zwar
an einen Befehlsanschluss TR des Energie-Erzeugungsgerätes 10.
Der Regler 14 regelt die Ausgangsspannung des Energie-Erzeugungsgerätes 10 auf diese
befehligte Ausgangsspannung. Die ECU 50 nimmt ein Energieerzeugung-Zustandssignal
auf, welches die Energieerzeugungskapazität des Energie-Erzeugungsgerätes 10 anzeigt,
und zwar über einen Überwachungsanschluss TF des
Energie-Erzeugungsgerätes 10. Die Energieerzeugungskapazität
wird durch ein Tastverhältnis (das Verhältnis
einer EIN-Zeitperiode zu einer Ein/Aus-Zyklusperiode) einer Schaltervorrichtung
gemessen, die in dem Regler 14 enthalten ist.
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Bei
dieser Ausführungsform wird die Ausgangsspannung in solcher
Weise gesteuert, dass ein erhöhter Betrag des Brennstoffverbrauches
der Maschine 20 für das Energie-Erzeugungsgerät 10 benötigt
wird, um Energie zu erzeugen, welcher Betrag so klein wie möglich
innerhalb vorbestimmter Grenzen des Ladezustandes (im Folgenden
als SOC-Wert bezeichnet) der Batterie 30 zu erzeugen. Hierbei
ist SOC-Wert, der allgemein in Ausdrücken einer 5-Stunden-Ratenkapazität
oder einer 10-Stunden-Ratenkapazität wiedergegeben wird,
als ein Verhältnis aus dem momentanen Ladebetrag der Batterie 30 zum
Vollladebetrag der Batterie 30 quantifiziert. Es ist bekannt,
dass die Spannung eines offenen Kreises (im Folgenden als OCV bezeichnet)
einer wiederaufladbaren Batterie, das heißt die Ausgangsspannung
der wiederaufladbaren Batterie, wenn deren Klemmen offen sind, mit
der Zunahme des SOC-Wertes derselben zunimmt. Bei dieser Ausführungsform
liegt die OCV der Batterie 30 bei 12,8 V, wenn der SOC-Wert
100% beträgt, und liegt bei 11,8 V, wenn der SOC-Wert bei
0% liegt.
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Als
Nächstes wird der Ausgangsspannungs-Steuerprozess bei diesem
System unter Hinweis auf das Flussdiagramm, welches in 2 gezeigt
ist, erläutert. 2 zeigt ein Flussdiagramm, welches
den Prozess zum Einstellen der Ausgangsspannung veranschaulicht,
der periodisch durch die ECU 50 dieser Ausführungsform
durchgeführt wird.
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Dieser
Prozess, der periodisch durch die ECU 50 ausgeführt
wird, beginnt mit dem Bestimmen bei einem Schritt S10, ob das Fahrzeug,
in welchem das Lade-Steuersystem montiert ist, sich in einem Verzögerungszustand
befindet oder nicht. Wenn sich das Fahrzeug im Verzögerungszustand
befindet, da die Antriebsräder des Fahrzeugs die Kurbelwelle 22 zum
Drehen antreiben, wird die Energie für die Wechselstrommaschine 12 zum
Erzeugen von Energie von der Seite der Antriebsräder aus
zugeführt und demzufolge wird der Brennstoffverbrauch der
Maschine 20 reduziert und erreicht möglicherweise
Null. Das Fahrzeug kann so bestimmt werden, dass es sich im Verzögerungszustand
befindet, wenn detektiert wird, dass das Gaspedal des Fahrzeugs
freigegeben ist und sich die Fahrzeuggeschwindigkeit verringert.
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Wenn
das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S10 ein bestätigendes
ist, da angenommen werden kann, dass der erhöhte Betrag
an Brennstoffverbrauch, der für die Wechselstrommaschine 12 benötigt
wird, um Energie zu erzeugen, relativ klein ist, verläuft
der Prozess zu einem Schritt S12. Bei dem Schritt S12 wird die befehligte
Ausgangsspannung, die für das Energie-Erzeugungsgerät 10 bestimmt
ist, auf eine erste Spannung VH eingestellt, um das Laden der Batterie 30 zu
vereinfachen. Bei dieser Ausführungsform wird die erste
Spannung VH auf 14,7 V eingestellt, um hier ein Beispiel zu nennen,
die höher ist als die OCV (beispielsweise 12,8 V) der Batterie 30,
wenn der SOC-Wert bei 100% liegt.
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Wenn
auf der anderen Seite das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S10
negativ ist, da beurteilt werden kann, dass die erzeugte Energie
der Wechselstrommaschine 12 keinen speziellen Vorteil liefert
und zwar in Ausdrücken der Reduzierung des Brennstoffverbrauches,
läuft der Prozess zu einem Schritt S14. Bei dem Schritt
S14 wird bestimmt, ob das Fahrzeug sich in einem Beschleunigungszustand
befindet oder nicht, bei dem das benötigte Drehmoment der
Maschine 20 groß ist. Es kann bestimmt werden,
dass sich das Fahrzeug im Beschleunigungszustand befindet, wenn
detektiert wird, dass das Gaspedal niedergedrückt wird
und zwar mehr als einen vorbestimmten Betrag und die Fahrzeuggeschwindigkeit
anwächst.
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Wenn
das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S14 bestätigend
ist, verläuft der Prozess zu einem Schritt S16, bei welchem
die befehligte Ausgangsspannung auf eine zweite Spannung VL eingestellt
wird, die niedriger ist als die erste Spannung VH, um das Entladen
der Batterie 30 zu vereinfachen.
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Wenn
auf der anderen Seite das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S14
negativ ist, verläuft der Prozess zu einem Schritt 18,
bei dem eine Steuerung ausgeführt wird, um die befehligte
Ausgangsspannung einzustellen, damit der SOC-Wert auf einem konstanten
Wert gehalten wird.
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Wenn
irgendeiner der Schritte S12, S16 und S18 vervollständigt
worden ist, wird der Prozess beendet.
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Das
Einstellen der befehligten Ausgangsspannung in der oben beschriebenen
Weise schafft die Möglichkeit, dass die elektrische Energie,
die erzeugt wird, wenn sich das Fahrzeug in einem Fahrzustand befindet,
bei dem ein erhöhter Betrag an Brennstoffverbrauch der
Maschine 20 klein ist, verbraucht wird, wenn sich das Fahrzeug
in anderen Fahrzuständen befindet. Dies schafft die Möglichkeit den
Brennstoffverbrauch der Maschine zu reduzieren. Wenn jedoch die
Genauigkeit des SOC-Wertes, auf den bei dem Schritt S18 Bezug genommen
wird, niedrig ist, wird die Wirkung der Reduzierung des Brennstoffverbrauches
abgesenkt. Wenn beispielsweise die Genauigkeit des eingeschätzten
SOC-Wertes niedrig ist, kann der aktuelle SOC-Wert auf einen Wert
gesteuert oder geregelt werden, der größer ist als
ein Sollwert und zwar bei dem Schritt S18, wobei als Ergebnis davon
der Betrag der ladbaren Energie bei dem Schritt S12 reduziert wird.
Dies macht es schwierig, die Batterie 30 in ausreichender
Weise zu laden, wenn der erhöhte Betrag an Brennstoffverbrauch
niedrig ist, der zum Erzeugen von elektrischer Energie benötigt
wird.
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Demzufolge
wird bei dieser Ausführungsform der SOC-Wert in der weiter
unten beschriebenen Weise exakt bestimmt oder eingeschätzt. 3 zeigt
einen Zeitplan, der das Verhalten des Lade-Stromes der Batterie 30 wiedergibt
nachdem die Ausgangsspannung des Energie-Erzeugungsgerätes 10 stufenweise
angehoben wurde. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben herausgefunden,
dass dann, wenn die Ausgangsspannung des Energie-Erzeugungsgerätes 10 stufenweise
angehoben wird, der Lade-Strom der Batterie 30 scharf ansteigt
und dann allmählich zu einem bestimmten Wert hin konvergiert,
der durch die Ausgangsspannung und den SOC-Wert bestimmt ist, wie
in 3 gezeigt ist. Jedoch ist das Verhalten des Lade-Stromes
während der Periode, bis dieser den bestimmten Wert erreicht,
nicht einzigartig oder einzig bestimmt lediglich durch die Ausgangsspannung
und den SOC-Wert, sondern variiert auch abhängig von Zustand
der Batterie 30. Es kann in Betracht gezogen werden, dass der
Zustand der Batterie 30 ein Polarisationszustand der Batterie 30 ist
und zwar unmittelbar bevor die Ausgangsspannung des Energie-Erzeugungsgerätes 10 geändert
wird. Die Polarisation stellt hierbei eine Erscheinung dar, die
aufgrund der Konzentrationsverteilung von Sulfationen in der Nachbarschaft der
Elektrode der Batterie 30 auftritt. Der Polarisationszustand
wird abhängig von der Lade-/Entlade-Historie der Batterie 30 bestimmt.
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Bei
dieser Ausführungsform ist der Polarisationszustand als
Polarisations-Korrelationsbetrag P quantifiziert. Im Folgenden wird
der Prozess zum Berechnen des Polarisations-Korrelationsbetrages
P unter Hinweis auf das Flussdiagramm, welches in 4 gezeigt
ist, erläutert.
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Dieser
Prozess, der periodisch durch die ECU 50 durchgeführt
wird, beginnt damit den Strom I(n) der Batterie 30 bei
einem Schritt S20 abzuleiten. Hierbei ist "n" ein Parameter, der
eine Sampling-Zahl angibt. Bei einem Schritt S22 wird bestimmt,
ob der an früherer Stelle berechnete Polarisations-Korrelationsbetrag
P(n – 1) gleich ist mit oder größer ist
als Null oder nicht, um zu bestimmen, welche Wirkung des Aufladens
und welche Wirkung des Entladens stärker in der Batterie 30 verbleibt.
Der Schritt S22 ist aus dem Grund vorgesehen, dass die Rate, mit
der sich der Polarisationszustand auflöst, wenn die Wirkung
der Aufladung stärker zurückbleibt als die Wirkung
der Entladung der Batterie 30, verschieden ist von demjenigen,
wenn die Wirkung der Entladung stärker verbleibt als die
Wirkung der Aufladung der Batterie 30.
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Wenn
das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S22 bestätigend
ist, da bestimmt werden kann, dass die Wirkung der Aufladung stärker
ausgeprägt verbleibt als die Wirkung der Entladung der
Batterie 30, verläuft der Prozess zu einem Schritt
S24, bei dem eine Diffusions-Zeitkonstante τ auf eine Ladezeitkonstante τ c
eingestellt wird. Wenn auf der anderen Seite das Bestimmungsergebnis
bei dem Schritt S22 negativ ist, da be stimmt werden kann, dass die
Wirkung der Entladung stärker zurückbleibt, als
die Wirkung der Aufladung in der Batterie 30, verläuft
der Prozess zu einem Schritt S26, bei dem die Diffusions-Zeitkonstante τ auf
eine Entlade-Zeitkonstante τ d eingestellt wird, die kleiner
ist als die Lade-Zeitkonstante τ c, da die Lade-Historie
einfacher aufgelöst werden kann als die Entlade-Historie.
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Wenn
der Schritt S24 oder der Schritt S26 vervollständigt worden
ist, verläuft der Prozess zu einem Schritt S28, um den
Polarisations-Korrelationsbetrag P(n) zu berechnen. Hierbei wird
der Polarisations-Korrelationsbetrag P(n) dadurch berechnet, indem
zwei Ausdrücke des früher berechneten Polarisations-Korrelationsbetrages
P(n – 1) hinzuaddiert werden. Ein erster einer der zwei
Ausdrücke lautet "γ·I(n)·dt",
der der Quantifizierung der Lade-/Entlade-Historie dient. Um mehr
in Einzelheiten zu gehen, dient dieser Ausdruck zum Berechnen eines
zeitintegrierten Wertes von "γ·I(n)", was den
Wert anzeigt entsprechen dem Strom I(n) der Batterie 30 auf
der Grundlage der Sampling-Zeit dt dieses Prozesses und eines Lade-Wirkungsgrades γ.
Da der Strom I(n) positiv ist, wenn die Batterie 30 geladen
wird, und negativ ist, wenn die Batterie 30 entladen wird,
ist es möglich die Lade-/Entlade-Historie zu quantifizieren. Obwohl
der Lade-Wirkungsgrad γ bei dieser Ausführungsform
fixiert ist, kann dieser auch geändert werden und zwar
abhängig vom Vorzeichen des Stromes I(n).
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Der
zweite eine der zwei Ausdrücke lautet "–P(n – 1)·dt/τ",
was der Quantifizierung der Dämpfungswirkung des Polarisationszustandes
dient (ein Schwefelsäure-Diffusionsphänomen in
der Nachbarschaft der Elektrode der Batterie 30).
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Wenn
der Schritt S28 vervollständigt worden ist, wird dieser
Prozess beendet.
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5 zeigt
einen Zeitplan, der eine Beziehung zwischen dem Polarisations-Korrelationsbetrag P
und dem Lade-Strom der Batterie 30 in einem Fall zeigt,
bei dem der Korrelationsbetrag P positiv ist. Wie in 5 dargestellt
ist, variiert das Verhalten des Lade-Stromes aufgrund der Änderung
der Ausgangsspannung abhängig von dem Polarisations-Korrelationsbetrag
P. 6 zeigt einen Zeitplan, der eine Beziehung zwischen dem
Polarisations-Korrelationsbetrag und dem Lade-Strom der Batterie 30 in
einem Fall darstellt, bei dem der Polarisations-Korrelationsbetrag
P negativ ist. Gemäß der Darstellung in 6 ist
auch in diesem Fall das Verhalten des Lade-Stromes aufgrund der Änderung
der Ausgangsspannung variabel und zwar abhängig von dem
Polarisations-Korrelationsbetrag P.
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Gemäß der
vorliegenden Ausführungsform wird die Zeit berechnet, die
der Lade-Strom benötigt, um auf einen Konvergenzwert hin
zu konvergieren und zwar in Einklang mit dem Polarisations-Korrelationsbetrag
P, um den SOC-Wert auf der Grundlage der Beziehung einzuschätzen
und zwar der Beziehung zwischen dem SOC-Wert und dem Konvergenzwert,
der von der Ausgangsspannung abhängt. Als nächstes
wird der Prozess zum Einschätzen des SOC-Wertes in Einklang
mit dem Konvergenzwert, der periodisch durch die ECU 50 ausgeführt
wird, unter Hinweis auf das Flussdiagramm erläutert, welches
in 7 gezeigt ist.
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Im
Folgenden erfolgt zunächst eine Erläuterung für
den Fall, bei dem die Ladeoperation bei dem Schritt S12 in 2 fortgesetzt
wird und zwar bis zur Vervollständigung der Einschätzung
des SOC-Wertes. Danach erfolgt eine Erläuterung für
den Fall, bei dem die Ladeoperation bei dem Schritt S12 in 2 beendet
wird und zwar vor der Vervollständigung der Einschätzung
des SOC-Wertes.
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<Der
Fall, bei dem die Ladeoperation fortgesetzt wird und zwar bis zur
Vervollständigung des Schätzvorganges des SOC-Wertes>
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Der
Schätzprozess beginnt dadurch indem bei dem Schritt S40
geprüft wird, ob ein Konstantspannungs-Ladeflag Fc auf
"1" steht oder nicht, um zu bestimmen, ob die befehligte Ausgangsspannung auf
die erste Spannung VH eingestellt ist oder nicht, um das Laden der
Batterie 30 zu vereinfachen. Wenn das Prüfergebnis
bei dem Schritt S40 negativ ist, verläuft der Prozess weiter
zu dem Schritt S42, bei dem bestimmt wird, ob die befehligte Ausgangsspannung gerade
auf die erste Spannung VH gestellt worden ist, um zu bestimmen,
ob die befehligte Ausgangsspannung auf die erste Spannung VH bei dem
früher ausgeführten Prozess eingestellt worden
ist oder nicht und lediglich gerade auf die erste Spannung VH bei
dem momentan ausgeführten Prozess eingestellt wurde. Wenn
das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S42 bestätigend
ist, verläuft der Prozess weiter zu dem Schritt S44. Bei
dem Schritt S44 wird das Konstantspannungs-Ladeflag Fc auf "1" gestellt
und es wird die erforderliche Zeit T, das heißt die Zeit,
die benötigt wird damit der Lade-Strom konvergieren kann,
auf der Grundlage des Polarisations-Korrelationsbetrages P und der
Temperatur BT berechnet. 8 zeigt ein Diagramm, welches
eine Konfiguration darstellt, um die Operation bei dem Schritt S44
zu implementieren. Gemäß der Darstellung in 8 enthält
diese Konfiguration einen Berechnungsabschnitt B2 für den
erforderlichen Zeit-Basiswert, einen Temperatur-Kompensationsabschnitt
B4 und einen Berechnungsabschnitt B6 für die erforderliche Zeit.
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Der
Berechnungsabschnitt B2 für den erforderlichen Zeit-Basiswert
berechnet einen Basiswert der erforderlichen Zeit T auf der Grundlage
des Polarisations-Korrelationsbetrages P. Hierbei ist in dem Bereich,
in welchem der Polarisations-Korrelationsbetrag P positiv ist, die
erforderliche Zeit T länger eingestellt, wenn der Korrelationsbetrag
P größer ist. Das heißt, da dann die
Wirkung der Ladung stärker aufrecht bleibt, ist die Zeit,
die für diese Wirkung erforderlich ist, um zu verschwinden,
länger. Andererseits wird in dem Bereich, in welchem der
Polarisations-Korrelationsbetrag P negativ ist, die erforderliche Zeit
T länger eingestellt, wenn der absolute Wert des Korrelationsbetrages
P größer ist. Das heißt, da dann, wenn
die Wirkung der Entladung stärker erhalten bleibt, wird
die Zeit, die erforderlich ist, damit sich diese Wirkung auflöst
oder verschwindet, länger. Da, wie oben erläutert
ist die Wirkung der Entladung schwerer verschwindet als die Wirkung
der Ladung, wird die erforderliche Zeit T länger eingestellt,
wenn die Wirkung der Entladung in der Batterie 30 stärker aufrecht
erhalten bleibt als dann, wenn die Wirkung der Ladung in der Batterie 30 stärker
aufrecht erhalten bleibt.
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Der
Temperatur-Kompensationsabschnitt B4 quantifiziert die Temperaturabhängigkeit
der erforderlichen Zeit T durch die Verwendung eines Kompensationskoeffizienten
KT. Der Kompensationskoeffizient KT hat einen Wert, der mit der
Zunahme der Temperatur BT anwächst. Der Berechnungsabschnitt B6
für die erforderliche Zeit multipliziert den Basiswert
der erforderlichen Zeit T mit dem Kompensationskoeffizient KT, um
die erforderliche Zeit T zu berechnen, die Temperatur-kompensiert
wurde.
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Bei
dem Schritt S46 in 7 wird der Strom I(n) der Batterie 30 erhalten.
Bei einem Schritt S48 wird bestimmt, ob die erforderliche Zeit T
verstrichen ist oder nicht. D bei dem vorliegenden Prozess die befehligte
Ausgangsspannung sich gerade geändert hat und zwar auf
die erste Spannung VH, wird das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt
S48 negativ. Wenn die negative Bestimmung bei dem Schritt S48 durchgeführt
worden ist, wird der Prozess beendet.
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Wenn
dieser Prozess das nächste Mal startet, verläuft,
da das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S48 positiv wird, der
Prozess zu einem Schritt S50. In diesem Fall wird bei dem Schritt
S50 bestimmt, ob die befehligte Ausgangsspannung von dem ersten
Wert VH auf einen anderen Wert geändert wurde, um festzustellen,
ob die Ladeoperation der Batterie 30 vervollständigt
worden ist, während welcher Ausgangsspannung auf die erste
Spannung VH fixiert ist. Wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt
S50 negativ ist, verläuft der Prozess weiter zu dem Schritt
S46. Die Schritte S46 und S48 werden so lange wiederholt, bis die
erforderliche Zeit T verstrichen ist.
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Nach
dem Verstreichen der erforderlichen Zeit T wird der Konvergenzwert
If des Batteriestromes bestimmt, dass dieser der momentane aktuelle Wert
des Stromes I(n) der Batterie 30 ist, was bei einem Schritt
S52 erfolgt.
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Bei
einem Schritt S54 wird bestimmt, ob es zulässig ist die
Schätzung des SOC-Wertes durchzuführen oder nicht.
Das heißt, es wird beurteilt, ob der SOC-Wert korrekt auf
der Grundlage der Beziehung zwischen dem Konvergenzwert und dem
SOC-Wert geschätzt werden kann, was von der Ausgangsspannung
abhängig ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform
wird bestimmt, wenn beide folgenden Bedingungen (A) und (B) befriedigt
werden, dass es zulässig ist, den Schätzvorgang
des SOC-Wertes durchzuführen.
- (A)
Der Betrag des Stromes, welchen das Energie-Erzeugungsgerät 10 zur
Batterie 30 zuführen kann, liegt über
einem vorbestimmten Wert über eine Periode hinweg, während
welcher der Strom I gesampelt wird.
- (B) Der Variationsbetrag des Stromes I während der
Sampling-Periode liegt unter einem vorbestimmten Wert.
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Die
Bedingung (B) wird im Hinblick auf die Tatsache vorbereitet, dass
dann, wenn die Variation des Stromes I groß ist, da die
Variation des Stromverbrauchs der elektrischen Lasten 42 groß ist,
der Schätzfehler des SOC-Wertes unannehmbar groß wird.
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Die
Bedingung (A), die dazu dient zu bestimmen, ob der Strom I der Konvergenzwert
If sein kann, wird im Hinblick auf die Tatsache vorbereitet, dass dann,
wenn der zuführbare Lade-Strom kleiner ist als der Konvergenzwert,
es nicht möglich ist, den SOC-Wert auf der Grundlage der
Beziehung zwischen dem Konvergenzwert und dem SOC-Wert zu schätzen,
was von der Ausgangsspannung abhängt. Die Bedingung (A)
kann irgendeine der folgenden Bedingungen (1) bis (3) sein.
- (1) Die Energieerzeugungskapazität
des Energie-Erzeugungsgerätes 10 liegt unter einer
vorbestimmten Kapazität. Wie oben bereits erläutert wurde,
wird die Energieerzeugungskapazität als Tastverhältnis
des Reglers definiert. Wenn das Tastverhältnis groß ist
und demzufolge die Energieerzeugungskapazität groß ist,
kann, da der in die elektrische Lasten fließende Strom
groß ist, der zuführbare Lade-Strom der Batterie 30 nicht den
Konvergenzwert erreichen.
- (2) Der Energieerzeugungsstrom des Energie-Erzeugungsgerätes 10 liegt
unter einem Schwellenwert, der abhängig von der Drehgeschwindigkeit desselben
bestimmt wird. Die Energieerzeugungskapazität des Energie-Erzeugungsgerätes 10 hängt
von der Drehgeschwindigkeit ab. Wenn der Energieerzeugungsstrom übermäßig
groß wird und zwar in Bezug auf die Drehgeschwindigkeit,
kann, da der Strom, der in die elektrischen Lasten fließt,
groß ist, der zuführbare Lade-Strom nicht den
Konvergenzwert erreichen.
- (3) Der Stromverbrauch der elektrischen Lasten liegt unter einem
vorbestimmten Wert. Wenn der Stromverbrauch der elektrischen Lasten übermäßig
groß ist, kann der zuführbare Lade-Strom nicht
den Konvergenzwert erreichen.
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Wenn
das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S54 bestätigend
ist, verläuft der Prozess zu einem Schritt S56, bei welchem
der SOC-Wert auf der Grundlage der Temperatur BT der Batterie 30 und
der Grundlage des Konvergenzwertes If geschätzt wird. Der
Grund, warum die Temperatur BT der Batterie 30 beim Schätzen
des SOC-Wertes verwendet wird, besteht darin, dass der Konvergenzwert
If in Einklang mit der Ausgangsspannung und dem SOC-Wert abhängig
von der Temperatur der Batterie 30 schwankt. Um mehr in
Einzelheiten zu gehen, so nimmt der Konvergenzwert If mit der Zunahme
der Temperatur zu und zwar bei der vorliegenden Ausführungsform, es
wird der Schätzvorgang des SOC-Wertes durchgeführt,
während eine Kompensation hinsichtlich der Temperaturabhängigkeit
der Beziehung zwischen dem Konvergenzwert If und dem SOC-Wert erfolgt, um
dadurch in exakter Weise den SOC-Wert zu schätzen und zwar
ungeachtet der Temperatur BT der Batterie 30. Der SOC-Wert
kann unter Verwendung eine zweidimensionalen Planes geschätzt
werden, der die Beziehung zwischen der Temperatur BT, dem Konvergenzwert
If und dem SOC-Wert definiert. Alternativ kann der SOC-Wert, der
unter Verwendung des Planes berechnet wird, der die Beziehung zwischen
Konvergenzwert If und dem SOC-Wert definiert, auch in Einklang mit
der Temperatur BT korrigiert werden.
-
Wenn
der Schritt S56 vervollständigt worden ist oder wenn das
Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S54 negativ ist, verläuft
der Prozess zu einem Schritt S58. Bei dem Schritt S58 werden die
Sampling-Werte des Stromes gelöscht.
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<Im
Falle, dass die Ladeoperation unterbrochen wird bevor der Schätzvorgang
des SOC-Wertes vervollständigt wurde>
-
Da
in diesem Fall das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S50 bestätigend
wird, verläuft der Prozess zu einem Schritt S60. Bei dem
Schritt S60 wird das Konstantspannung-Ladeflag auf "0" gesetzt. Nachfolgend
wird bei einem Schritt S62 bestimmt, ob die Zahl der Samples des
Stromes der Batterie 30 gleich ist mit oder größer
ist als eine vorbestimmte Zahl N um zu bestimmen, ob der Konvergenzwert
anhand der Proben (Samples) exakt geschätzt werden kann.
Wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S62 bestätigend
ist, verläuft der Prozess zu einem Schritt S64, bei dem
ein Beziehungsausdruck f, der die zeitweilige Entwicklung des Lade-Stromes unter
der Annahme repräsentiert, dass die Periode, in welcher
die befehligte Ausgangsspannung auf die erste Spannung VH gestellt
wird, sich fortsetzt, abgeleitet wird und zwar auf der Grundlage
der Samples des Batteriestromes I, die während der Periode
genommen wurden, in welcher die befehligte Ausgangsspannung auf
die erste Spannung VH eingestellt wird.
-
Um
dies noch klarer zum Ausdruck zu bringen, so repräsentiert
der Beziehungsausdruck f eine zeitweilige Entwicklung des Lade-Stromes
unter der Annahme, dass der SOC-Wert sich nicht ändert, wenn
die Periode, in welcher die befehligte Ausgangsspannung auf die
erste Spannung VH gestellt wird, fortgesetzt wird. Der Grund warum
der Beziehungsausdruck f von einer Vielzahl der Samples abgeleitet
werden kann, besteht darin, dass die Variationsrate des Lade-Stromes,
der stark ansteigt, wenn die befehligte Ausgangsspannung auf die
erste Spannung VH gestellt wird und dann allmählich abfällt,
sehr klein ist und zwar nach der Konvergenz, verglichen mit denjenigen
vor der Konvergenz. Um dies noch detaillierter zu erläutern
ist nach der Konvergenz, da der Lade-Strom allmählich mit
der moderaten Variation des SOC-Wertes abnimmt, der Absolutwert
der Variationsrate des Lade-Stromes sehr klein und zwar verglichen
mit demjenigen vor der Konvergenz, wenn der Lade-Strom ein Übergangsverhalten
aufweist. Es ist damit möglich den Beziehungsausdruck von
den Samples abzuleiten, die vor der Konvergenz genommen wurden,
was die Beziehung zwischen der Zeit und dem Lade-Strom unter der
Annahme zeigt, dass der SOC-Wert nicht variiert, wenn die Periode,
in welcher die befehligte Ausgangsspannung auf die erste Spannung
VH gestellt wird, für eine lange Zeit dauert.
-
Dieser
Beziehungsausdruck f zeigt auf, dass die Abnahmerate des Lade-Stromes
mit der Zeit abnimmt und auf einen bestimmten Wert größer
als 0 konvergiert. Bei dieser Ausführungsform wird eine Ableitung
des Beziehungsausdruckes f durchgeführt, um der Bedingung
zu genügen, dass dann, wenn der Beziehungsausdruck f vorbestimmt
ist und zwar jeweils für eine Vielzahl von unterschiedlichen
Samplegruppen, von denen jede eine Vielzahl von Samples enthält,
die Konvergenzwerte, die durch diese bestimmten Beziehungsausdrücke
geschätzt werden, den gleichen Wert haben. Gemäß der
Darstellung in 3 ist somit selbst für
den gleichen Wert des SOC-Wertes, das Übergangsverhalten
des Lade-Stromes vor der Konvergenz nicht einzigartig bestimmt und
zwar aufgrund der Wirkung der Polarisation und so weiter. Demzufolge
ist der Beziehungsausdruck f erforderlich, um das Schätzen
des Konvergenzwertes bei dem gleichen Wert zu ermöglichen
und zwar ungeachtet von welcher Samplegruppe der Beziehungsausdruck
f abgeleitet wird. Dies ist möglich, wenn der Beziehungsausdruck
f mehr als zwei Parameter aufweist. Bei der vorliegenden Ausführungsform
wird als Beziehungsausdruck f ein Ausdruck von "f = a·exp
(– bt) + c" verwendet. Die Parameter a, b, c werden von
einer Vielzahl von Samples bestimmt und zwar beispielsweise durch
Verwenden der Methode der kleinsten Quadrate.
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Bei
einem nachfolgenden Schritt S66 wird der Konvergenzwert If in Einklang
mit dem Beziehungsausdruck f geschätzt. Hierbei wird der
konstante Ausdruck c (Erfassung) als Konvergenzwert If bestimmt.
Wenn der Schritt S66 vervollständigt worden ist, verläuft
der Prozess zu dem Schritt S54.
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Für
den Fall, dass die Periode, in welcher die befehligte Ausgangsspannung
auf die erste Spannung VH eingestellt wird, länger dauert
als die erforderliche Zeit T, die von dem Polarisationszustand zu diesem
Zeitpunkt abhängig ist, wie dies auch in 9A gezeigt
ist, kann der SOC-Wert anhand des Wertes des Lade-Stromes zum Zeitpunkt
des Verstrichenseins der erforderlichen Zeit T als der Konvergenzwert
If geschätzt wer den und zwar mit Hilfe der weiter unten
beschriebenen Operation. Unter Verwendung des Wertes des Lade-Stromes
zum Zeitpunkt des Verstreichens der erforderlichen Zeit T schafft
die Möglichkeit die Genauigkeit des Schätzvorganges
hinsichtlich des SOC-Wertes auf einen hohen Wert zu halten und zwar
mit der folgenden Begründung. Die Zeitlage des Verstreichens
der erforderlichen Zeit T ist eine Zeitlage, bei welcher die Wirkung
durch die Polarisation bevor sich die befehligte Ausgangsspannung
auf die erste Spannung VH ändert, verschwindet oder sich
auflöst. Das heißt diese Zeitlage ist eine Zeitlage,
bei welcher die Beziehung zwischen dem Lade-Strom und dem SOC-Wert
am klarsten oder am eindeutigsten wird. Wenn der Wert des Lade-Stromes
nach dem Verstreichen der erforderlichen Zeit T verwendet wird,
wird die Genauigkeit der Einschätzung des SOC-Wertes abgesenkt,
da sich der SOC-Wert allmählich verändert und
zusätzlich die Wirkung der Polarisation aufgrund der Fortsetzung
des Ladezustandes der Batterie 30, verursacht durch die
Einstellung der befehligten Ausgangsspannung auf die erste Spannung
VH, vorherrschend wird.
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Durch
das Einstellen der ersten Spannung VH auf eine Spannung, die ausreichend
größer ist als die OCV der Batterie 30,
wenn der SOC-Wert bei 100% liegt, wird es möglich, dass
der Konvergenzwert sich in signifikanter Weise unterscheidet oder abweicht
und zwar abhängig von dem Wert des SOC-Wertes, der in 9B gezeigt
ist. Dies schafft die Möglichkeit die Genauigkeit des Schätzvorganges
des SOC-Wertes auf einem hohen Niveau zu halten.
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Andererseits
wird in dem Fall, bei dem die Periode, in welcher die befehligte
Ausgangsspannung auf die erste Spannung VH eingestellt wird, kürzer
ist als die erforderliche Zeit T, der Konvergenzwert If in Einklang
mit dem Beziehungsausdruck f geschätzt, der durch die ausgezogene
Linie repräsentiert ist, die in 9C gezeigt
ist, und in dem dann SOC auf der Grundlage des geschätzten
Konvergenzwertes If geschätzt wird. In 9C zeigen
weiße Kreise die Werte der Samples für jeden von
drei unterschiedlichen Werten von SOC an. In jedem dieser drei Fälle
wird der Beziehungsausdruck f von den Samples des Lade-Stromes abgeleitet,
die innerhalb von 6 Sekunden genommen werden, von der Zeit der Änderung
der befehligten Ausgangsspannung. Bei dem in 9C gezeigten
Fällen wird tatsächlich die Strom-Sampling-Operation
fortgesetzt, nachdem die Samples genommen wurden, die zum Ableiten
des Beziehungsausdruckes f verwendet werden, um die Genauigkeit
des Schätzvorganges des SOC-Wertes in Einklang mit dem
Beziehungsausdruck f zu bewerten. Wie aus 9C ersehen
werden kann ist in jedem dieser drei Fälle der geschätzte
Lade-Strom, der in Einklang mit dem Beziehungsausdruck f bestimmt wurde,
eng in Analogie zu dem aktuellen Lade-Strom vorhanden, der gemessen
wurde, nachdem die Samples genommen wurden, die zum Ableiten des Beziehungsausdruckes
f verwendet wurden.
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Die
oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung führt
zu den folgenden Vorteilen.
- (1) Der SOC-Wert
wird auf der Grundlage der Ausgangsspannung des Energie-Erzeugungsgerätes 10 geschätzt
und die Beziehung zwischen dem SOC-Wert und dem Konvergenzwert des
Lade-Stromes der Batterie 30. Dies schafft die Möglichkeit
in geeigneter Weise den Zustand der Ladung der Batterie 30 einzuschätzen.
- (2) Es wird der SOC-Wert durch Schätzen des Konvergenzwertes
If unter Verwendung einer Vielzahl von detektierten Werten des Lade-Stromes
eingeschätzt und zwar nachdem die befehligte Ausgangsspannung
auf die erste Spannung VH eingestellt wurde. Die erforderliche Zeit
T, das heißt die Zeit, die für den Lade-Strom
zum Konvergieren erforderlich ist, liegt in der Größenordnung
von 10 Sekunden. Wenn demzufolge die Schätzung des SOC-Wertes
lediglich dann durchgeführt wird, wen die befehligte Ausgangsspannung
fixiert ist und zwar für eine ausreichend lange Periode,
damit der Lade-Strom konvergieren kann, kann die Häufigkeit
der Durchführung des Schätzvorganges für
den SOC-Wert nicht hoch genug sein. Da bei dieser Ausführungsform
der Konvergenzwert unter Verwendung einer Vielzahl von detektierten
Werten des Lade-Stromes geschätzt wird, ist es möglich
Daten abzuleiten, die den Konvergenzwert betreffen und zwar selbst dann,
wenn die Periode, in welcher die befehligte Ausgangsspannung unverändert
gehalten wird, nicht so lange dauert, bis der Lade-Strom konver giert.
Dies macht es möglich, dass die Häufigkeit der
Ausführung des Schätzvorganges von SOC hoch gehalten
wird.
- (3) Der Beziehungsausdruck f, der das Einschätzen der
zeitweiligen Variation des Lade-Stromes ermöglicht, wird
auf der Grundlage einer Vielzahl von detektierten Werten des Lade-Stromes
abgeleitet und es wird dann der Konvergenzwert in Einklang mit dem
abgeleiteten Beziehungsausdruck f berechnet. Dies schafft die Möglichkeit
in geeigneter Weise den SOC-Wert zu schätzen und zwar auf
der Grundlage des berechneten Konvergenzwertes. Dies macht es auch
möglich in geeigneter Weise den Konvergenzwert einzuschätzen.
- (4) Wenn der SOC-Wert auf der Grundlage des Konvergenzwertes
geschätzt wird, wird die Temperatur der Batterie mit berücksichtigt.
Dies schafft die Möglichkeit in exakter Weise den SOC-Wert
zu schätzen, da die Temperaturabhängigkeit der
Beziehung zwischen dem Konvergenzwert und dem SOC-Wert kompensiert
werden kann.
- (5) Wenn die Periode, in welcher die befehligte Ausgangsspannung
auf der ersten Spannung VH fixiert gehalten wird, länger
dauert als die erforderliche Zeit T, wird der SOC-Wert der Batterie 30 auf
der Grundlage des detektierten Wertes des Lade-Stromes geschätzt.
Dies macht es möglich den SOC-Wert so weit wie möglich
exakt zu schätzen.
- (6) Die erforderliche Zeit T wird basierend auf dem Polarisations-Korrelationsbetrag
P berechnet. Dies schafft die Möglichkeit in geeigneter
Weise die erforderliche Zeit T zu berechnen.
- (7) Die Schätzung des SOC-Wertes wird durchgeführt,
wenn die Batterie 30 durch das Energie-Erzeugungsgerät 10 geladen
wird. Es ist wünschenswert, dass sich die Ausgangsspannung
in signifikanter Weise von der Offenkreis-Spannung OCV der Batterie 30 unterscheidet,
sodass der Konvergenzwert, der von der Ausgangsspannung abhängig
ist, in offensichtlicher Weise in Einklang mit dem SOC-Wert schwankt.
Andererseits gibt es im Allgemeinen strikte Einschränkungen
hinsichtlich der Einstellung der befeh ligten Ausgangsspannung auf
eine niedrige Spannung und zwar verglichen mit der Einstellung der
befehligten Ausgangsspannung auf eine hohe Spannung. In dieser Hinsicht
kann, da der SOC-Wert geschätzt wird, wenn die Batterie 30 geladen
wird oder geladen ist, die Häufigkeit der Ausführung des
Schätzvorganges des SOC-Wertes unter Verwendung der Beziehung
zwischen dem Konvergenzwert und dem SOC-Wert, der von der Ausgangsspannung
abhängig ist, bei dieser Ausführungsform hoch
gehalten werden.
- (8) Der Schätzvorgang des SOC-Wertes wird ausgeführt,
wenn der Betrag des Stromes, den das Energie-Erzeugungsgerät 10 der
Batterie 30 zuführen kann, über einen
vorbestimmten Wert liegt. Dies macht es möglich in exakter
Weise den SOC der Batterie einzuschätzen.
- (9) Die befehligte Ausgangsspannung wird abhängig von
dem Zunahmebetrag des Brennstoffverbrauches der Brennstoffverbrauch
variabel gestaltet, um elektrische Energie zu erzeugen. Da sehr
häufig ein Fall auftritt, bei dem die befehligte Ausgangsspannung
geändert wird bevor der Lade-Strom konvergiert oder konvergiert
hat, ist die Schätzung des Konvergenzwertes If in Einklang mit
dem Beziehungsausdruck f speziell in diesem Fall wirksam.
- (10) Die befehligte Ausgangsspannung wird auf die erste Spannung
VH eingestellt, wenn das Fahrzeug verzögert, um das Laden
der Batterie 30 zu vereinfachen und wird abhängig
von dem SOC-Wert eingestellt, wenn das Fahrzeug sich in einem normalem
Fahrzustand befindet. Um die befehligte Ausgangsspannung in der
oben erläuterten Weise zum Reduzieren des Brennstoffverbrauches
einzustellen, ist es erforderlich den SOC-Wert zu jedem Moment in
der Zeit zu detektieren. Gemäß dieser Ausführungsform
ist es demzufolge möglich, bei welcher der SOC-Wert jedes
Mal geschätzt werden kann, wenn die befehligte Ausgangsspannung
auf die erste Spannung VH eingestellt wird, möglich in
effektiver Weise den Brennstoffverbrauch zu reduzieren, da die Genauigkeit
der Schätzung des SOC-Wertes hoch gehalten werden kann.
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Zweite Ausführungsform
-
Als
Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung unter Herausstellung des Unterschiedes zur
ersten Ausführungsform beschrieben.
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Bei
der zweiten Ausführungsform wird der SOC-Wert geschätzt,
wenn die Ausgangsspannung des Energie-Erzeugungsgerätes 10 fixiert
ist, und die Batterie 30 entladen wird.
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10 zeigt
ein Flussdiagramm, welches einen Prozess zum Schätzen von
SOC wiedergibt, der periodisch durch die ECU 50 dieser
Ausführungsform durchgeführt wird. In 10 bezeichnen
die gleichen Schrittzahlen jeweils Schritte, welche die gleichen sind
oder denjenigen entsprechen, die in 7 gezeigt
sind.
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Bei
dem Schritt S40a beginnt die Bestimmung dahingehend, ob ein Konstantspannung-Entladeflag
Fd auf "1" gestellt ist oder nicht, um anzuzeigen, dass der Schritt
S16, der in 2 gezeigt ist, durchgeführt
werden sollte. Wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S40a
negativ ist, verläuft der Prozess weiter zu einem Schritt
S42a, bei dem bestimmt wird, ob die befehligte Ausgangsspannung gerade
auf die zweite Spannung VL geändert worden ist oder nicht.
Wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S42a bestätigend
ist, verläuft der Prozess weiter zu dem Schritt S44a, bei
welchem eine Operation durchgeführt wird, welche die gleiche
ist wie die Operation bei dem Schritt S44, der in 7 gezeigt
ist, mit der Ausnahme, dass das Konstantspannung-Entladeflag Fd
auf "1" gestellt ist anstatt der Einstellung des Konstantspannung-Ladeflags
Fc auf "1". Wenn auf der anderen Seite das Bestimmungsergebnis bei
dem Schritt S40a bestätigend ist, verläuft der
Prozess zu einem Schritt S50a, bei dem bestimmt wird, ob die befehligte
Ausgangsspannung gerade von der zweiten Spannung VL auf eine andere
Spannung geändert wurde oder nicht. Wenn das Bestimmungsergebnis
bei dem Schritt S50a bestätigend ist, verläuft
der Prozess zu einem Schritt S60a, bei dem das Konstantspannung-Entladeflag
Fd auf "0" gestellt wird. Bei dem Schritt S54a wird bestimmt, ob
das Schätzen von SOC in zulässiger Weise durchgeführt
werden kann oder nicht. Wenn bei diesem Prozess die oben beschriebenen
Bedingungen (B) und (C) befriedigt werden, kann das Schätzen
von SOC in zulässiger Weise ausgeführt werden.
Der Grund dafür besteht darin, dass dann, wenn der Verbrauchsstrom
der elektrischen Lasten 42 extrem klein ist, der Konvergenzwert
des Entlade-Stromes der Batterie 30 abhängig von
der Ausgangsspannung und dem SOC-Wert wird.
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Bei
der zweiten Ausführungsform werden ebenfalls die oben beschriebenen
Vorteile (1) bis (6), (9) und (10) wie bei der ersten Ausführungsform
erreicht.
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Andere Ausführungsformen
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen können in
der weiter unten beschriebenen Weise modifiziert werden.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Konvergenzwert
auf der Grundlage des Beziehungsausdruckes lediglich dann geschätzt, wenn
die Periode, während welcher die befehligte Ausgangsspannung
fixiert ist, kürzer ist als die erforderliche Zeit T. Jedoch
kann der Konvergenzwert auch auf der Grundlage des Beziehungsausdruckes ungeachtet
davon geschätzt werden, ob die Periode, während
welcher die befehligte Ausgangsspannung fixiert ist, länger
oder kürzer ist als die erforderliche Zeit T. Es ist in
diesem Fall wünschenswert, dass eine Einrichtung zum Bewerten
der Zuverlässigkeit des geschätzten Konvergenzwertes
auf der Grundlage des detektierten Wertes des Batteriestromes vorgesehen
ist. Solch eine Einrichtung kann so konfiguriert sein, um zu bestimmen,
dass die Zuverlässigkeit des geschätzten Konvergenzwertes
niedrig ist, wenn der Wert des Batteriestromes, der unmittelbar
vor der Änderung der befehligten Ausgangsspannung detektiert
wird, kleiner ist und zwar um einen vorbestimmten Betrag kleiner
ist als der geschätzte Wert des Konvergenzwertes. Diese
Konfiguration schafft die Möglichkeit zu verhindern, dass
das Schätzen des SOC-Wertes auf der Grundlage des geschätzten Konvergenzwertes
hinsichtlich der Zuverlässigkeit, die bewertet wurde, niedrig
ist oder auch ungültig ist hinsichtlich des geschätzten
SOC-Wertes.
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Der
Beziehungsausdruck zum Schätzen des Lade-Stromes oder des
Entlade-Stromes der Batterie 30 ist nicht auf die oben
beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt.
Beispielsweise kann dieser auch lauten "f = a/(t·t) + b/t
+ c" oder "f = a/t + b" oder "f = 1/(at + b) + c/t".
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Das
Schätzverfahren hinsichtlich des Verhaltens des Ladevorgangs
oder Entladevorgangs bzw. Lade-Stroms oder Entlade-Stromes auf der
Grundlage einer Vielzahl von Werten des Lade- oder Entlade-Stromes,
der vor dieser Schätzung detektiert wurde, ist nicht auf
den einen beschränkt, der den Beziehungsausdruck verwendet.
Beispielsweise kann das Verhalten des Lade- oder Entlade-Stromes
auch unter Verwendung einer Einrichtung geschätzt werden, um
den Konvergenzwert des Batteriestromes auf der Grundlage einer Differenz
zu berechnen und zwar einer Differenz zwischen jedem zeitweiligen
benachbarten zwei oder drei oder noch mehr detektierten Werten und
dem ältesten einen der drei oder mehr detektierten Werte.
Diese Einrichtung kann mit Hilfe eines Planes implementiert werden,
der eine Beziehung zwischen der Differenz zwischen jedem zeitweiligen
benachbarten zwei detektierten Werten definiert, dem ältesten
detektierten Wert und dem Konvergenzwert definiert. Auch kann das
Verhalten des Lade- oder Entlade-Stromes geschätzt werden
und zwar unter Verwendung einer Einrichtung zum Schätzen
des Konvergenzwertes durch Berechnen der Abnahmerate der detektierten
Werte auf der Grundlage der oben genannten Differenz, und durch
Berechnen des Abnahmebetrages des Batteriestromes zum Zeitpunkt,
wenn die Abnahmerate zu Null wird. Auch muss solch eine Einrichtung
die Bedingung befriedigen, dass die Konvergenzwerte, die jeweils
für eine Vielzahl von unterschiedlichen Samplegruppen geschätzt
werden jeweils eine Vielzahl von Samples enthalten, die den gleichen
Wert haben.
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Der
Ausdruck zum Berechnen denen des Polarisations-Korrelationsbetrages
P auf der Grundlage der Lade-/Entlade-Historie ist nicht auf die
oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt.
Beispielsweise kann der Polarisations-Korrelationsbetrag P anhand
eines Ausdruckes berechnet werden, welcher der gleiche ist wie der Ausdruck,
der bei dem Schritt S28 in 4 gezeigt ist,
von welchem der Ausdruck "–P(n – 1)·dt/τ",
der quantitativ die Schwefelsäurediffusion wiedergibt, weggelassen
ist.
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Obwohl
bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der SOC-Wert
auf der Grundlage des Wertes des Stromes der Batterie 30 geschätzt wird
oder der Konvergenzwert des Stromes der Batterie 30 in
Einklang mit dem Beziehungsausdruck geschätzt wird, ist
das Verfahren zum Einschätzen von SOC nicht darauf beschränkt.
Beispielsweise kann SOC auch auf der Grundlage des Wertes des Stromes
der Batterie 30 geschätzt werden, der detektiert wird,
wenn dessen Schwankung unter einen vorbestimmten Wert abfällt.
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Die
Steuerung zur Variierung der Ausgangsspannung in Einklang mit einem
zunehmenden Betrag des Brennstoffverbrauches, der zum Erzeugen der
elektrischen Energie erforderlich ist, ist nicht auf die oben beschriebene
Steuerung beschränkt. Beispielsweise kann bei dem in
2 gezeigten
Prozess der Schritt S18 immer dann ausgeführt werden, wenn
das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S10 negativ ist. In Verbindung
mit einem anderen Beispiel, welche in der offengelegten
japanischen Patentanmeldung Nr.
2002-118905 oder Nr.
2004-260908 beschrieben
ist, kann die Ausgangsspannung eines Energie-Erzeugungsgerätes
in Einklang mit dem erhöhten Betrag des Brennstoffverbrauches
der Maschine pro Einheit an Erzeugungsenergie des Energie-Erzeugungsgerätes
gesteuert werden. Auch in diesem Fall kann der SOC-Wert auf die
Weisen geschätzt werden, die in Verbindung mit den oben
erläuterten Ausführungsformen beschrieben wurden, wenn
der Zustand, in welchem die Schwankung der Ausgangsspannung unter
einem vorbestimmten Wert bleibt, fortgesetzt wird. In einem Fall,
bei dem sich die befehligte Ausgangsspannung vielfältig ändert,
ist es zu bevorzugen, dass die erforderliche Zeit T nicht nur in
Einklang mit dem Polarisations-Korrelationsbetrag P berechnet wird,
sondern auch anhand der befehligten Ausgangsspannung, da die erforderliche
Zeit T abhängig von der befehligten Ausgangsspannung variieren
kann. Da darüber hinaus der Konvergenzwert If auch abhängig
von der befehligten Ausgangsspannung variiert, ist es zu bevorzugen,
die befehligte Ausgangsspannung zum Zeit punkt des Schätzens
von SOC auf der Grundlage des Konvergenzwertes If mit zu berücksichtigen.
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Das
Verfahren zum Detektieren des Stromes der Batterie 30 ist
nicht auf das eine beschränkt, welches den detektierten
Wert mit Hilfe des Stromsensors 52 verwendet. Beispielsweise
kann der Strom der Batterie 30 anhand des Verbrauchsstromes
der elektrischen Lasten 42, und anhand des Ausgangsstromes
des Energie-Erzeugungsgerätes 10 detektiert werden.
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Die
Batterie 30 muss auch nicht zwangsläufig aus einer
Blei-Säurebatterie bestehen. Im Falle einer Batterie, bei
welcher der Ausgangsstrom stark durch den Polarisationszustand derselben
beeinflusst wird und diese als die Batterie 30 verwendet wird,
ist die Berechnung der erforderlichen Zeit T, die Einschätzung
des Konvergenzwertes If durch die Verwendung des Beziehungsausdruckes
f speziell effektiv.
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Die
Brennkraftmaschine 20 ist auch nicht auf eine Maschine
bzw. einen Motor vom Funken-Zündtyp wie beispielsweise
einem Benzinmotor beschränkt. Beispielsweise kann die Maschine
oder Motor 20 aus einer Maschine vom Kompressions-Zündungstyp
wie beispielsweise einem Dieselmotor bestehen.
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Obwohl
die oben beschriebenen Ausführungsformen auf einen Fall
bezogen sind, bei dem eine wiederaufladbare Batterie im Fahrzeug
montiert ist und zwar mit einer einzigen Brennkraftmaschine als
Antriebsquelle, ist die vorliegende Erfindung auch auf eine wiederaufladbare
Batterie anwendbar, die in einem Hybridfahrzeug montiert ist.
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Die
oben erläuterten als Beispiel gewählten bevorzugten
Ausführungsformen veranschaulichen die Erfindung gemäß der
vorliegenden Anmeldung in beispielhafter Form, die sich ausschließlich
anhand der anhängenden Ansprüche ergibt. Es sei
darauf hingewiesen, dass Modifikationen der bevorzugten Ausführungsformen
von Fachleuten ohne weiteres vorgenommen werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2007-201210 [0001]
- - JP 2004-168126 [0003]
- - JP 2003-307557 [0003]
- - JP 2002-118905 [0074]
- - JP 2004-260908 [0074]