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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE
ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung basiert auf der
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2009-040923 , die am 24. Februar 2009
eingereicht wurde, und der
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2010-008347 , die am 18. Januar 2010
eingereicht wurde, und nimmt diese hiermit durch Inbezugnahme mit
auf.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeugsteuersystem
für ein Kraftfahrzeug (Fahrzeug, das von einer Verbrennungsmaschine angetrieben
wird) mit einer Batterie, die Leistung für das Anlassen
der Maschine liefert und durch elektrische Leistung von einem Maschinen-angetriebenen Generator
geladen wird, wobei das Fahrzeugsteuersystem eine automatische Maschinensteuervorrichtung
mit einer automatischen Maschinen-Stopp/Neustart-Steuerfunktion
enthält, die selektiv aktiviert und deaktiviert werden
kann auf der Grundlage eines geschätzten Ladungszustands
der Batterie, und außerdem eine Batterieladesteuervorrichtung
enthält, die auf der Grundlage des geschätzten
Ladungszustands arbeitet.
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Beschreibung der verwandten
Technik
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Es
ist bekannt, die in einer Fahrzeugbatterie gespeicherte Ladungsmenge
innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu halten, um die Betriebslebensdauer
der Batterie zu verlängern durch Sicherstellen, dass die
Batterie nicht überladen oder zu stark entladen wird. In
den letzten Jahren ist eine automatische Maschinen-Stopp-Steuerfunktion
für Kraftfahrzeuge zur Verwendung gekommen, wodurch die
Fahrzeugmaschine automatisch gestoppt wird, wenn bestimmte vorbestimmte
Bedingungen vorhanden sind (typischerweise wenn die Maschine leer
läuft und das Fahrzeug angehalten ist), und wodurch die
Maschine automatisch neu gestartet wird, wenn irgendein anderer
vorbestimmter Zustand auftritt. Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen
können dadurch verringert werden.
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Während
eines solchen automatischen Maschinen-Stopp/Neustart-Vorgangs (manchmal
als ein „Leerlaufstopp” bezeichnet), während
dem die Maschine angehalten wird, wird Leistung von der Batterie
zu elektrischen Lasten (verschiedene Einrichtungen des Fahrzeugs)
geliefert. Die in der Batterie gespeicherte Ladungsmenge wird dabei
während des Intervalls, in dem die Maschine angehalten
ist, verringert. Darüber hinaus wird während jedes
Maschinenneustarts ein hoher Leistungspegel von der Batterie zum
Antreiben des Anlassmotors geliefert, so dass die Ladungsmenge in
der Batterie weiter verringert wird. Wenn daher solche Maschinen-Stopp/Neustart-Vorgänge
wiederholt durchgeführt werden, kann die in der Batterie
gespeicherte Ladungsmenge zu gering werden.
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Aus
diesem Grunde wurde vorgeschlagen, ein Fahrzeugsteuersystem mit
einer solchen automatischen Maschinen-Stopp-Funktion bereitzustellen, bei
dem eine untere Grenze für die Ladungsmenge in der Batterie
festgelegt wird und bei dem auf der Grundlage dieses unteren Grenzwertes
eine Entscheidung vorgenommen wird, ob der Einsatz des automatischen
Maschinenstopps (wenn die notwendigen Bedingungen erfüllt
sind) aktiviert wird.
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Zum
Beispiel ist in der
japanischen
Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2002-155775 ein
solches System mit den folgenden Merkmalen vorgesehen. Nach Beendigung
jedes Maschinenstarts werden aufeinanderfolgende Werte des Lade-
und des Entladestroms zu/von der Batterie gemessen und über
die Zeit integriert (wobei Entladeströme negative Werte
haben). Aufeinanderfolgende Werte des Ladestromintegrals, d. h.
die an die Batterie gelieferte Nettoladungsmenge, wird dadurch erhalten.
Wenn das prognostizierte Ladestromintegral zu dem gegenwärtigen
Zeitpunkt negativ ist, womit angezeigt wird, dass eine Nettoentladung
seit Beendigung des vorhergehenden Maschinenstarts aufgetreten ist, dann
wird die automatische Maschinen-Stopp-Steuerfunktion gesperrt, wohingegen
diese Funktion solange aktiviert ist, wie das prognostizierte Ladestromintegral
positiv ist.
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Somit
wird die bei Beendigung eines Maschinenstartvorgangs in der Batterie
verbleibende Ladungsmenge als der untere Grenzwert der Batterieladung
festgelegt zum Zwecke der Bestimmung, ob die automatische Maschinen-Stopp-Funktion
aktiviert oder deaktiviert wird.
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Es
ist wünschenswert, dass der automatische Maschinenstopp
so oft wie möglich durchgeführt wird (wann immer
die notwendigen Bedingungen erfüllt sind), um den Kraftstoffverbrauch
zu minimieren, d. h. es ist wünschenswert, dass das Sperren der
automatischen Maschinen-Stopp-Steuerung so selten wie möglich
angewendet werden soll.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeugmaschinensteuersystem
mit einer automatischen Maschinen-Stopp-Steuerfunktion bereitzustellen,
bei dem die Häufigkeit des Sperrens dieser Funktion (d.
h. das Sperren zum Verhindern von zu starker Verringerung der in
der Batterie gespeicherten Ladung) im Vergleich zum Stand der Technik
verringert werden kann ohne die Betriebslebensdauer der Batterie
wesentlich zu verkürzen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Um
die obige Aufgabe zu erzielen sieht die Erfindung ein Fahrzeugsteuersystem
vor, das eine genaue Bestimmung der jeweiligen Unterschiede zwischen
der momentan in einer Fahrzeugbatterie gespeicherten Ladungsmenge
und den vorbestimmten unteren und oberen Grenzwerten der Ladungsmenge
ermöglicht.
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Gemäß einem
ersten Gesichtspunkt der Erfindung kann die Differenzwertinformation
von einer automatischen Maschinen-Stopp-Steuervorrichtung des Fahrzeugs
dafür verwendet werden, dass eine automatische Maschinen-Stopp-Funktion
nur dann aktiviert wird, wenn die momentan in der Batterie gespeicherte
Ladungsmenge größer als der untere Grenzwert ist.
Da die momentan erlaubte Entlademenge von der Batterie, während
die Maschine läuft, (d. h. der Unterschied zwischen der
momentan in der Batterie gespeicherten Lademenge und dem unteren Grenzwert
der gespeicherten Ladung) genau erhalten werden kann, aktiviert
die Erfindung den Einsatz der automatischen Maschinen-Stopp-Funktion
häufiger, als im Stand der Technik, während sie
sicherstellt, dass die Batterie nicht zu stark entladen wird, wenn
der automatische Maschinenstopp- und Neustart wiederholt durchgeführt
wird. Anders ausgedrückt kann die Erfindung sicherstellen,
dass die verwendbare Lebensdauer der Batterie nicht verkürzt wird
aufgrund der wiederholten Ausführung der automatischen
Maschinen-Stopp-Funktion.
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Genauer
sieht die Erfindung gemäß einem ersten Gesichtspunkt
ein Fahrzeugsteuersystem vor, das in einem Kraftfahrzeug mit einer
wiederaufladbaren Batterie installiert ist, wobei das Fahrzeugsteuersystem
eine automatische Maschinensteuervorrichtung mit einer automatischen
Maschinen-Stopp-Steuerfunktion aufweist und wobei das Fahrzeugsteuersystem
eine Beurteilungsschaltung enthält zum Beurteilen des Ladungszustandes
der Batterie während die Fahrzeugmaschine läuft,
und wobei das automatische Maschinensteuersystem die automatische
Maschinen-Stopp-Steuerfunktion auf der Grundlage des Batterieladungszustandes
selektiv aktiviert und sperrt.
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Die
Beurteilungsschaltung arbeitet im Wesentlichen wie folgt. Zu einem
ersten Zeitpunkt (während die Maschine läuft)
wird ein prognostiziertes Ladestromintegral abgeleitet durch Berechnen
aufeinanderfolgender Werte eines prognostizierten Ladestroms der
Batterie und durch Integrieren derselben über ein Prognoseintervall.
Das Prognoseintervall erstreckt sich von dem ersten Zeitpunkt bis
zu einem Endzeitpunkt, zu dem der prognostizierte Ladestrom einen
vorbestimmten Endwert erreicht. Die prognostizierten Ladestromwerte
werden berechnet unter der Annahme eines Zustands der Konstantspannungsladung
der Batterie bei einer vorbestimmten Spannung im ganzen Prognoseintervall.
Der Ladestromendwert und die vorbestimmte Spannung entsprechen zusammen
einer in der Batterie gespeicherten vorbestimmten Lademenge.
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Das
heißt, wenn in der Batterie diese vorbestimmte Ladungsmenge
gespeichert ist und die vorbestimmte Ladespannung angelegt wird,
wird ein Ladestrom fließen, der gleich dem vorbestimmten
Endwert des Ladestroms ist.
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Das
vorbestimmte Ladestromintegral wird von einer Differenz zwischen
oberem und unterem Grenzwert der in der Batterie gespeicherten Ladung subtrahiert,
um eine anfänglich erlaubte Entlademenge zu erhalten (d.
h. die maximal erlaubte Verringerung der zu dem ersten Zeitpunkt
gespeicherten Ladung).
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Danach
wird zu jedem der nachfolgenden Zeitpunkte ein gegenwärtiges
Stromintegral berechnet durch zeitliches Integrieren aufeinanderfolgender,
gemessener Werte des Lade- und Entladestroms der Batterie (d. h.
positiver und negativer Werte des Ladestroms), die über
ein Intervall erhalten wurden, das sich von dem ersten Zeitpunkt
bis zu dem gegenwärtigen Zeitpunkt erstreckt. Die automatische
Maschinen-Stopp-Funktion ist nur aktiviert, während das
gegenwärtige Stromintegral höher bleibt als die
anfänglich erlaubte Entlademenge, d. h. solange das gegenwärtige
Stromintegral nicht eine Entlademenge ist, die gleich oder größer
als die erlaubte Entlademenge ist.
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Die
anfängliche erlaubte Entlademenge und das prognostizierte
Ladestromintegral können unmittelbar nachdem der Maschinenstart
beendet wurde abgeleitet werden. In diesem Fall werden jedes Mal, wenn
die Maschine angehalten und neu gestartet wird, sofort aktualisierte
Werte der anfänglich erlaubten Entlademenge und des prognostizierten
Ladestromintegrals abgeleitet. Jedoch wäre es auch möglich,
aktualisierte Werte der anfänglich erlaubten Entlademenge
und des prognostizierten Ladestromintegrals zu beliebigen vorbestimmten
Zeiten, während denen die Maschine läuft, abzuleiten
und diese danach wie oben beschrieben zu verwenden.
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Die
prognostizierten Ladestromwerte werden vorzugsweise abgeleitet durch
Anwenden einer Näherungsgleichung auf eine Mehrzahl von
Abtastwerten des Lade stroms, die während eines Intervalls erhalten
wurden, in dem der Ladestrom abnimmt und in dem Konstantspannungsladen
der Batterie bei einer vorbestimmten Ladespannung angewendet wird, z.
B. unmittelbar nachdem der Maschinenstart beendet wurde.
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Insbesondere
im Fall von einem Bleiakkumulator nimmt der Pegel des Ladestroms
unmittelbar nachdem der Maschinenstart beendet ist (wenn ein hoher
Pegel des Ladestroms in die Batterie zu fließen beginnt)
aufgrund der Ladepolarisation der Batterie schnell ab. Bei der vorliegenden
Erfindung werden die zuvor erwähnten Ladestromabtastwerte
(zur Verwendung beim Ableiten der prognostizierten Ladestromwerte)
bevorzugt nur erfasst, nachdem die Ladepolarisation einen stabilisierten
Zustand erreicht hat. Um dies zu erreichen, werden aufeinanderfolgende
Werte des Ladepolarisationsindex durch Berechnung erhalten, wobei
nacheinander gemessene Werte des Ladestroms verwendet werden, und
die Stabilisierung der Ladepolarisation wird als ein Punkt erfasst,
zu dem die Änderungsrate des Ladepolarisationsindex einen
vorbestimmten Wert erreicht.
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Auf
diese Weise ermöglicht die Erfindung, dass die Näherungsgleichung
derart gestaltet ist, dass die prognostizierten Ladestromwerte sehr
genau sind, d. h. nahezu gleich den entsprechenden tatsächlich
gemessenen Werten (wie experimentell bestätigt wurde).
Daher kann das prognostizierte Ladestromintegral und somit die anfänglich
erlaubte Entlademenge mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden.
Die erlaubte Entlademenge der Batterie kann dadurch zu jeder Zeit
(während der die Maschine läuft) auf der Grundlage
der anfänglich erlaubten Entlademenge und des Wertes des
gegenwärtigen Stromintegrals zu dieser Zeit genau berechnet
werden. Dies stellt sicher, dass die in der Batterie gespeicherte
Lademenge zuverlässig über dem vorbestimmten unteren
Grenzwert gehalten werden kann, während die Maschine läuft,
selbst wenn automatische Maschinen-Stopp-Vorgänge wiederholt
ausgeführt werden.
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Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt sieht die Erfindung ein Fahrzeugsteuersystem
für ein Fahrzeug mit einer wiederaufladbaren Batterie vor, wobei
das System eine Batterieladesteuervorrichtung enthält.
Eine anfänglich erlaubte Entlademenge und ein prognostiziertes
Ladestromintegral werden wie oben beschrieben abgeleitet (z. B.
unmit telbar nach jedem Auftreten eines Maschinenstarts), wobei Werte
des gegenwärtigen Stromintegrals (zeitintegrierte Werte
des gemessenen Lade- oder Entladestroms der Batterie) danach sukzessive
abgeleitet werden. Die Batterieladesteuervorrichtung steuert den
an die Batterie gelieferten Ladestrom, um so die in der Batterie
gespeicherte Lademenge innerhalb des Bereichs zwischen dem zuvor
erwähnten oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert der
gespeicherten Ladung zu halten.
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Insbesondere
wird dies erreicht durch Steuern des Ladestroms der Batterie derart,
dass aufeinanderfolgende Werte des gegenwärtigen Stromintegrals
innerhalb eines Bereichs mit dem vorbestimmten Ladestromintegral
als einen oberen Grenzwert und mit der anfänglich erlaubten
Entlademenge als einen unteren Grenzwert bleiben.
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Die
Erfindung ermöglicht dadurch das zuverlässige
Verhindern von Überladen oder zu starkem Entladen der Batterie,
so dass die nutzbare Lebensdauer der Batterie verlängert
werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm zum Beschreiben von Parametern, die sich auf die Ladungsmenge
in einer Fahrzeugbatterie unmittelbar nach einem Maschinenstart
beziehen;
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2 stellt
den zeitlichen Verlauf eines gegenwärtigen Stromintegrals
dar, das aus aufeinanderfolgenden, gemessenen Werten des Lade-/Entlade-Stroms
der Batterie berechnet wird;
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3 ist
ein allgemeines Systemblockdiagramm einer Ausführungsform
eines Fahrzeugsteuersystems, das ein automatisches Maschinen-Stopp-Steuersystem
und ein Batteriesteuersystem umfasst;
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4 ist
ein Ablaufdiagramm einer Verarbeitung, die von dem Ausführungsbeispiel
zum Aktivieren und Sperren der automatischen Maschinen-Stopp-Steuerung
auf der Grundlage des Ladungszustands der Batterie ausgeführt
wird;
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5 ist
ein Ablaufdiagramm der Verarbeitung, die von dem Ausführungsbeispiel
ausgeführt wird zum Steuern der in der Batterie gespeicherten Ladungsmenge;
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6 ist
ein Ablaufdiagramm des Verarbeitens, das von dem Ausführungsbeispiel
ausgeführt wird zum Berechnen einer anfänglich
erlaubten Entlademenge von der Batterie; und
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7A, 7B und 7C sind
Diagramme zur Verwendung beim Beschreiben der Berechnung einer Menge α als
ein prognostiziertes Ladestromintegral.
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BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
Ausführungsform eines Fahrzeugsteuersystems, das ein automatisches
Maschinensteuersystem und ein Batteriesteuersystem umfasst, wird mit
Bezug auf die 1 und 2 beschrieben
werden.
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Allgemeine Beschreibung einer
Ausführungsform
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Die
Betriebslebensdauer einer Batterie (d. h. einer wiederaufladbaren
Speicherzelle wie z. B. eines Bleiakkumulators), der in einem Fahrzeug
installiert ist und elektrische Leistung für einen Maschinenstart
liefert, kann verlängert werden durch Halten der in der
Batterie gespeicherten Ladungsmenge innerhalb eines geeigneten Bereichs.
Das bedeutet, dass die in der Batterie gespeicherte Ladung bevorzugt zwischen
einem vorbestimmten oberen und unteren Grenzwert, wie in 1 dargestellt,
gehalten wird. Der obere Grenzwert der Ladungsmenge wird im Voraus
durch Haltbarkeitstests bestimmt, und eine geeignete Differenz β zwischen
dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert wird ebenso im Voraus durch
Testen bestimmt.
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Wenn
die in der Batterie verbleibende Ladungsmenge zu dem gegenwärtigen
Zeitpunkt genau abgeschätzt werden kann, kann die Differenz zwischen
dieser Menge und dem unteren Grenzwert der gespeicherten Ladung
als die gegenwärtig zulässige Entlademenge von
der Batterie erhalten werden, die als Basis zum Beurteilen verwendet
werden kann, ob der automatische Maschinen-Stopp-Vorgang aktiviert
wird. Jedoch ist es im Stand der Technik schwierig gewesen, den
Unterschied zwischen dem bestimmten unteren Grenzwert und der gegenwärtig
in der Batterie gespeicherten Ladungsmenge genau abzuschätzen
(zu einem Zeitpunkt, zu dem die Maschine läuft).
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Die
im Folgenden beschriebene Ausführungsform ermöglicht,
dass diese Differenz genau abgeschätzt wird. Insbesondere
unmittelbar nach Beendigung eines Maschinenstartvorgangs wird Verarbeitung
durchgeführt zum Prognostizieren einer (als α bezeichneten)
Menge, um die die in der Batterie gespeicherten Ladung erhöht
werden muss, wenn diese Ladungsmenge dem oberen Grenzwert an gespeicherter
Ladung erreichen soll. Dieser Wert α wird dann von der
Differenz zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert der gespeicherten
Ladung subtrahiert, um eine anfänglich erlaubte Entlademenge
(die mit γ bezeichnet wird) zu erhalten. Dies ist die maximale
Entlademenge von der Batterie, die unmittelbar nach Beenden des
Maschinenstarts erlaubt ist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird der Wert α berechnet als
ein prognostiziertes Ladestromintegral. Dies wird erreicht durch
Berechnen aufeinanderfolgender, prognostizierter Werte des Ladestroms der
Batterie, wobei die Berechnung von einem Zustand des Konstantspannungsladens
bei einer vorbestimmten Ladespannung ausgeht, und wobei davon ausgegangen
wird, dass das Laden von einer Zeit unmittelbar nach dem Maschinenstart
bis zu einem Endzeitpunkt andauert, zu dem ein vorbestimmter Wert
des Ladestroms erreicht wird. Diese prognostizierten Ladestromwerte
werden zeitlich über das Intervall integriert, das bis
zu dem Endzeitpunkt vergeht, um das prognostizierte Ladestromintegral α zu
erhalten.
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Der
obere und der untere Grenzwert der gespeicherten Ladung in der Batterie,
das prognostizierte Ladestromintegral α, die Differenz β zwischen dem
oberen und dem unteren Wert an gespeicherter Ladung, die in der
Batterie unmittelbar nach Beenden eines Maschinenstarts verbleibende
Ladungsmenge (die durch Subtrahieren von α von dem oberen Grenzwert
erhalten wird) und die anfänglich erlaubte Entlademenge γ,
d. h. die Differenz (β – α) sind in der vergrößerten
Teilansicht auf der rechten Seite in 1 dargestellt.
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Bei
dieser Beschreibung wird angenommen, dass die Werte α, β und γ in
Einheiten von Amperestunden [Ah] gemessen werden.
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Wenn
jeweilige Werte des prognostizierten Ladestromintegrals α und
der anfänglich erlaubten Entlademenge γ nach dem
Beenden eines Motorstarts abgeleitet wurden, werden danach aufeinanderfolgend
gemessene Werte des Batteriestroms erhalten (wobei Lade- und Entlade-Stromwerte
als positive bzw. negative Werte berücksichtigt werden) und
werden über ein Zeitintervall integriert, das sich vom
Beenden des Maschinenstarts (genauer von dem Punkt an, bei dem γ abgeleitet
wurde, was kurz nach Beenden des Maschinenstarts passiert) bis zu dem
gegenwärtigen Zeitpunkt erstreckt, um aufeinanderfolgende
Werte des gegenwärtigen Stromintegrals zu erhalten.
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2 zeigt
ein Beispiel eines Verlaufs des gegenwärtigen Stromintegrals
nach Beenden eines Maschinenstarts. Der Wert des gegenwärtigen
Stromintegrals zu irgendeinem Zeitpunkt zeigt einen Nettoanstieg
oder -abfall der in der Batterie gespeicherten Ladungsmenge [Ah]
relativ zu der unmittelbar nach dem Maschinenstart in der Batterie
verbleibenden Menge an.
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Außerdem
ist wie in 2 dargestellt die erlaubte Entlademenge
zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt die Differenz zwischen dem gegenwärtigen Stromintegral ∫Idt
an diesem Punkt und an einem unteren Grenzwert von –γ (d.
h. mit der anfänglich erlaubten Entlademenge γ als
negative Ladungsmenge ausgedrückt). Automatische Maschinen-Stopp-Steuerung
ist solange aktiviert wie das gegenwärtige Stromintegral ∫Idt
größer ist als dieser untere Grenzwert davon,
d. h. solange wie die Nettoentlademenge von der Batterie (seit Beenden
des vorhergehenden Maschinenstarts) geringer ist als die anfänglich
erlaubte Entlademenge).
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist die automatische Maschinen-Stopp-Steuerung
selbst dann aktiviert, wenn das gegenwärtige Stromintegral ∫Idt ein
negativer Wert ist (d. h. eine Nettoentlademenge seit Beenden des
letzten Maschinenstarts aufgetreten ist). Betrachtet man zum Beispiel
den Bereich der gegenwärtigen Stromintegral-Charakteristik,
die in 2 von der gestrichelten Außenlinie W
begrenzt wird, ist das Integral ∫Idt in diesem Bereich
negativ geworden. Jedoch ist die automatische Maschinen-Stopp-Steuerung
sogar in einem solchen Zustand aktiviert. Wenn das gegenwärtige
Stromintegral ∫Idt nicht über dem unteren Grenzwert
(–γ) ist, wird die automatische Maschinen-Stopp-Steuerung gesperrt.
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Zusätzlich
wird, nachdem ein Maschinenstart beendet wurde und Werte von α und γ berechnet
wurden, die Lieferung von Ladestrom an die Batterie derart gesteuert,
dass aufeinanderfolgende Werte des gegenwärtigen Stromintegrals ∫Idt
zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert α und –γ gehalten
werden. Überladen und zu starkes Entladen der Batterie
kann dadurch verhindert werden, da die in der Batterie gespeicherte
Ladungsmenge sorgfältig zwischen dem oberen und dem unteren
Grenzwert der gespeicherten Ladung gehalten wird.
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Detaillierte Konfiguration
einer Ausführungsform
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Die
Konfiguration und der Betrieb der Ausführungsform werden
im Folgenden detaillierter zunächst mit Bezug auf die 3 bis 7 beschrieben
werden.
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3 ist
ein allgemeines Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration des Fahrzeugsteuersystems
zeigt. Dieses besteht aus einer Maschine 10, einer Generatorvorrichtung 20,
einer Batterie 30, einem Stromsensor 40, einem
Spannungssensor 50, einer elektronischen Steuereinheit 60 und
elektrischen Lasten 70. Die Generatorvorrichtung 20 besteht
aus einer Lichtmaschine 22 und einem Regler 21,
der eine Steuerschaltung zum Steuern der von der Lichtmaschine 22 erzeugten
Spannung ist. Hier bezeichnet „Lichtmaschine” eine
Kombination eines Wechselstromgenerators (mit einem Rotor, der mechanisch
derart an die Kurbelwelle der Maschine 10 gekoppelt ist,
dass er davon gedreht wird), dessen Ausgangsspannung durch Variation
eines Feldstroms von dem Regler 21 gesteuert wird, und
einer Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten dieser Ausgangsspannung.
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Ein
Anschluss der Batterie 30 ist über den Stromsensor 40 mit
dem Ausgangsanschluss der Lichtmaschine 22 verbunden und
ist parallel mit den elektrischen Lasten 70 verbunden.
Die Batterie 30 ist eine wiederaufladbare Speicherbatterie,
die z. B. ein Bleiakkumulator, ein Nickel-Wasserstoff-Akkumulator,
ein Lithium-Akkumulator usw. sein kann, d. h. die Erfindung macht
keine Einschränkung hinsichtlich eines bestimmten Batterietyps.
Es wird im Folgenden angenommen, dass die Batterie 30 ein
Bleiakkumulator ist, wie er typischerweise in einem Motorfahrzeug
installiert ist. Während des Maschinenstarts wird Leistung
von der Batterie 30 zum Antreiben eines Anlassmotors (in
den Zeichnungen nicht dargestellt) der Maschine 10 geliefert.
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Der
Stromsensor 40 erfasst den Pegel des Ladestroms, der an
die Batterie 30 geliefert wird, oder den Pegel des Entladestroms,
der von der Batterie 30 geliefert wird. Der Spannungssensor 50 erfasst
die Klemmenspannung der Batterie 30. Die elektronische
Steuereinheit 60 basiert auf einem gewöhnlichen
Typ eines Mikrocomputers und enthält eine nicht-flüchtige
Speichervorrichtung wie z. B. einen Sicherungs-RAM, einen EEPROM
usw. Die elektronische Steuereinheit 60 führt
Verarbeitung aus (durch Ausführen eines gespeicherten Steuerprogramms)
zum Steuern des Ladens der Batterie 30 auf der Grundlage
der von dem Stromsensor 40 und dem Spannungssensor 50 bereitgestellten
Ausgangswerte. Die elektronische Steuereinheit 60 steuert
außerdem den Betrieb der Maschine 10 und insbesondere
steuert bei dieser Ausführungsform die elektronische Steuereinheit 60 das
automatische Stoppen (und anschließendes Neustarten) der
Maschine 10, wenn vorbestimmte Zustände auftreten,
d. h. die „Leerlaufstopp”-Funktion. Da das notwendige Verarbeiten
und die Ausrüstung (z. B. Sensoren zum Erfassen des Anhaltens
des Fahrzeugs, zum Erfassen der Maschinengeschwindigkeit usw.),
die mit einer solchen automatischen Maschinen-Stopp-Steuerung verknüpft
sind, gut be kannt sind, und sich die Funktion selbst nicht direkt
auf die vorliegende Erfindung bezieht, wird die Beschreibung hier
ausgelassen.
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4 ist
ein Ablaufdiagramm einer Verarbeitungsroutine, die wiederholt ausgeführt
wird von der elektronischen Steuereinheit 60 zum Bestimmen,
ob die automatische Maschinen-Stopp-Steuerung aktiviert oder gesperrt
werden soll (selbst wenn die notwendigen Bedingungen zum Ausführen
eines automatischen Maschinenstopps vorhanden sind). In 4 wird
zunächst in Schritt S11 der Wert γ (anfänglich
erlaubte Entlademenge bei Beenden des letzten Maschinenstarts, wie
oben mit Bezug auf 1 beschrieben ist) gewonnen.
Wie im Folgenden mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben
wird, wurde γ unmittelbar nach dem letzten Maschinenstart
zuvor von der elektronischen Steuereinheit 60 berechnet
und gespeichert.
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Als
nächstes wird in Schritt S12 ein gemessener Wert des Stromflusses
der Batterie 30 (Ladestrom, d. h. positiver Wert, oder
Entladestrom, d. h. negativer Wert) von dem Stromsensor 40 erhalten und
wird in einer Berechnung zum Aktualisieren des gegenwärtigen
Stromintegrals ∫Idt verwendet.
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Dann
wird eine Entscheidung dahingehend getroffen (Schritt S13), ob das
gegenwärtige Stromintegral ∫Idt größer
ist als der untere Grenzwert davon (–γ). Wenn
das gegenwärtige Stromintegral ∫Idt als größer
als –γ beurteilt wird (Entscheidung JA), dann
wird die automatische Maschinen-Stopp-Funktion aktiviert (Schritt
S14). Wenn das gegenwärtige Stromintegral ∫Idt
als nicht größer als –γ beurteilt
wird (Entscheidung NEIN), wird die automatische Maschinen-Stopp-Funktion
gesperrt (Schritt S15).
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Solange
dieser Zustand andauert (d. h. der Zustand, bei dem eine Nettoentlademenge
von der Batterie 30 seit dem vorhergehenden Maschinenstart vorhanden
ist, und diese Menge gleich oder größer als die
anfänglich erlaubte Entlademenge ist) bleibt die automatische
Maschinen-Stopp-Funktion gesperrt, selbst wenn die notwendigen „Leer-laufstopp”-Bedingungen
erfüllt werden.
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Es
kann dadurch sichergestellt werden, dass die Ladungsmenge in der
Batterie 30 nicht zu stark verringert wird als Folge von
wiederholten automatischen Maschinen-Stopp-Vorgängen.
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Die
von der elektronischen Steuereinheit 60 durchgeführte
Batterieladesteuerung wird nun mit Bezug auf die 1, 2 und 5 beschrieben werden. 5 ist
ein Ablaufdiagramm einer Batterieladesteuerungs-Verarbeitungsroutine,
die von der elektronischen Steuereinheit 60 wiederholt
ausgeführt wird. Zuerst (Schritt S21) werden die Werte
von α und γ gewonnen, d. h. die Werte von diesen,
die zuvor unmittelbar nach dem letzten Maschinenstart berechnet
und gespeichert wurden.
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Als
nächstes (Schritt S22) wird das gegenwärtige Stromintegral
aktualisiert (d. h. es wird für die Zeitspanne von dem
Ende des letzten Maschinenstarts bis zu dem gegenwärtigen
Zeitpunkt berechnet). Diese Berechnung ist identisch zu der in Schritt S12
aus 4, so dass ein einzelner Verfahrensschritt gemeinsam
für Schritte S12 und S22 verwendet werden kann. Zum Beispiel
kann jedes Mal, wenn das gegenwärtige Stromintegral ∫Idt
durch Ausführen des Schritts S12 der Routine aus 4 aktualisiert
wird, der aktualisierte Wert gespeichert werden zur Verwendung bei
der nächsten Ausführung des Schritts S23 der Routine
aus 5.
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Die
elektronische Steuereinheit 60 (Schritt S23) überträgt
dann die Werte von α und γ sowie den aktualisierten
Wert des gegenwärtigen Stromintegrals an den Regler 21 und
weist den Regler 21 an, die Ausgangsspannung der Lichtmaschine 22 abzugeben
(und somit den Pegel des an die Batterie 30 gelieferten
Ladestroms zu steuern), so dass das gegenwärtige Stromintegral
innerhalb eines Bereichs zwischen einem oberen Grenzwert, der eine
Ladungsmenge gleich dem prognostizierten Ladestromintegral α ist,
und einen unteren Grenzwert, der eine Entlademenge gleich der anfänglich
erlaubten Entlademenge γ ist. Diese Grenzwerte sind in 2 dargestellt.
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Die
zum Berechnen des prognostizierten Ladestromintegrals α und
dadurch zum Berechnen der anfänglich erlaubten Entlademenge γ durchgeführte Verarbeitung
ist im Folgenden mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben.
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6 zeigt
das Berechnungsverfahren als ein einzelnes Ablaufdiagramm für
ein leichteres Verständnis. Wie jedoch im Folgenden beschrieben, wird
die Berechnung nicht durch ein einzelnes Ausführen einer
Verarbeitungsroutine abgeschlossen, und 6 soll so
verstanden werden, dass sie das Gesamtberechnungsverfahren veranschaulicht.
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Zuerst
(Schritt S31) wird eine Entscheidung getroffen, ob das Starten der
Maschine 10 gerade beendet wurde. Hierbei umfasst „Starten
der Maschine 10” sowohl den Fall, bei dem die
Maschine 10 als Folge eines von dem Fahrzeugfahrer betätigten
Zündschalters der Maschine 10 gestartet wurde,
als auch den Fall, bei dem die Maschine 10 nach einem automatischen
Stopp automatisch neu gestartet wurde.
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Wenn
beurteilt wird, dass ein Maschinenstartvorgang gerade beendet wurde,
wird die Entscheidung JA getroffen, während ansonsten (Entscheidung
NEIN in Schritt S31) der Schritt S31 wiederholt wird, d. h. es wird
gewartet bis ein Zeitpunkt erreicht wird, der dem Beenden eines
Maschinenstarts unmittelbar folgt.
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Wenn
es in Schritt S31 die Entscheidung JA gibt, wird die Konstantspannungsladesteuerung
der Batterie 30 initiiert, wobei eine vorbestimmte Ladespannung
angelegt wird (Schritt S32).
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Es
sollte bemerkt werden, dass die Spannung der Batterie 30 möglicherweise
nicht genau konstant bleibt während die Konstantspannungsladesteuerung
angewendet wird, sondern bis zu einem gewissen Grade variieren kann
aufgrund plötzlicher Änderungen in der Geschwindigkeit
der Maschine 10, wodurch nachfolgende plötzliche Änderungen
in der Ausgangsspannung der Lichtmaschine 22 bewirkt werden,
oder durch plötzliches Verbinden oder Trennen einer elektrischen
Last mit/von der Batterie 30. Gewisse Variationen in der
Ausgangsspannung der Lichtmaschine 22 können dabei
aufgrund der Beschränkungen der Ansprechgeschwindigkeit
der Feldstromsteuerung der Lichtmaschine 22 (d. h. aufgrund
der Zeitkonstante eines Regelkreises) auftreten.
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Als
nächstes wird der Wert des Ladestroms Icv der Batterie 30 zu
dieser Zeit gewonnen (Schritt S33), dann werden Werte eines Polarisationsindex
P und ein Differential ΔP des Polarisationsindex P jeweils
auf der Grundlage des gewonnenen Wertes von Icv berechnet (Schritt
S34). Der Polarisationsindex P variiert mit der Zeit wie in dem
Beispiel aus 7B dargestellt und wird berechnet
unter Verwendung der folgenden Gleichung: P(n) = P(n – 1) + {I(n)·dt} – {P(n – 1)·dt/τ} (1)
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Hierbei
ist τ eine Zeitkonstante und ist I(n) der gegenwärtig
erhaltene Wert von Icv.
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P(n)
ist der Wert von P, der bei dieser Ausführung von Schritt
S34 berechnet wird, während P(n – 1) den Wert
von P bezeichnet, der bei der vorhergehenden Ausführung
von Schritt S34 berechnet wurde. Die Zeitspanne zwischen dem Ableiten
des vorliegenden Wertes P(n) und des Ableitens des vorhergehenden
Wertes (P(n – 1)) ist auf dt festgesetzt, d. h. die Zeitspanne
zwischen aufeinanderfolgenden Ausführungen von Schritt
S34.
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Bei
der anfänglichen Berechnung, die unter Verwendung der Gleichung
(1) durchgeführt wird, wird P(n – 1) als 0 festgelegt.
-
τ ist
eine Lastdiffusionszeitkonstante des Elektrolyten in der Batterie 30,
dessen Wert zuvor durch Testen gewonnen wird.
-
Wie
aus Gleichung (1) verständlich, wird der gegenwärtig
erhaltene Wert P(n) des Polarisationsindex P abgeleitet durch Berechnen
der Menge, um die die Ladung der Batterie 30 während
des Intervalls angestiegen ist seit der vorhergehenden Berechnung von
P (d. h. durch Multiplizieren des Pegels des Ladestroms I(n), der
an die Batterie geliefert wurde während des Intervalls
dt mit dem Wert von dt) als {I(n)·dt}, Addieren dieser
Menge des Anstiegs zu dem vorhergehend berechneten Wert des Polarisationsindex,
d. h. P(n – 1), und Subtrahieren der Menge, um die der
Polarisationsindex P seit dem vorhergehenden Abtastzeitpunkt abgenommen
hat bis zu dem gegenwärtigen Abtastzeitpunkt (wobei diese
Abnahme als {P(n – 1)·dt/τ} berechnet
wird) von dem Ergebnis.
-
Das
Differential ΔP des Polarisationsindex P bezüglich
der Zeit wird ausgedrückt durch die folgende Gleichung
(2): ΔP = {P(n) – P(n – 1)}/dt
= I(n – 1)·P(n – 1)/τ (2)
-
ΔP
variiert mit der Zeit wie in dem Beispiel aus 7C dargstellt.
-
Als
nächstes wird eine Entscheidung getroffen, ob das Differential ΔP
auf einen vorbestimmten Schwellwert gefallen ist (Schritt S35).
Wenn ΔP diesen Schwellwert nicht erreicht hat (NEIN in
Schritt S35), dann wird der Schritt S33 bei dem nächsten Ausführen
dieser Verarbeitungsroutine wiederholt. Wenn ΔP den Schwellwert
erreicht hat, der bei dieser Ausführungsform Null ist (JA
in Schritt S35), dann wird dies beurteilt als Anzeige dafür,
dass die Ladepolarisation sich auf einen konstanten Wert stabilisiert
hat, und der Schritt S36 wird dann ausgeführt.
-
Wenn
das Konstantspannungsladen begonnen wird, nimmt der Ladestrom der
Batterie 30 sukzessive von einem anfänglichen
Wert ab, wobei sich die Geschwindigkeit der Abnahme wie bei dem
Beispiel aus 7A dargestellt ändert.
Der Ladestrom nimmt aufgrund fortlaufender Abnahme von in der Batterie 30 gespeicherter
Ladungsmenge ab. Jedoch nimmt der Ladestrom in einem Intervall unmittelbar nachdem
das Laden begonnen wurde als Folge der Ladepolarisation schnell
ab. Somit bestimmen diese zwei Faktoren während einer anfänglichen
Zeitspanne nach dem Beginn des Konstantspannungsladens die Geschwindigkeit,
mit der der Ladestrom abnimmt.
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Die
Effekte der Ladepolarisation sind besonders groß in dem
Fall eines Bleiakkumulators. Wenn jedoch Konstantspannungsladen
kontinuierlich angewendet wird, nachdem das Laden begonnen hat, werden
die Effekte der Ladepolarisation schnell enden, d. h. die Ladepolarisation
wird sich stabilisieren, nachdem ein bestimmtes Intervall seit dem
Beginn des Batterieladens vergangen ist. Die Dauer dieses Intervalls
wird durch die Ladespannung bestimmt.
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Bei
dieser Ausführungsform wird eine Entscheidung gemacht,
ob die Ladepolarisation den stabilisierten Zustand erreicht hat,
auf der Grundlage, ob die Geschwindigkeit der Änderung
des Polarisationsindex P (die durch den Wert des Differentials ΔP
des Polarisationsindex P angegeben ist) einen vorbestimmten Wert
erreicht hat. Diese ist in den 7B und 7C dargestellt.
Wie gezeigt, wird der stabilisierte Zustand als ein Scheitelpunktswert
des Polarisationsindex P erfasst, der dadurch angezeigt wird, dass
der Wert von ΔP unter Null fällt.
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Als
nächstes (Schritt S37) werden aufeinanderfolgende Abtastwerte
Icv1 bis Icv31 des Ladestroms Icv erfasst, mit einer festen Zeitspanne
zwischen den Abtastungen, wobei ein Abtastintervall Ts eine vorbestimmte
Zeitdauer aufweist, die an dem Punkt beginnt, an dem das Differential ΔP
des Polarisationsindex P unter Null fällt. Bei dieser Ausführungsform
wird Ts auf 30 Sekunden festgelegt.
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Die
Ladestromabtastwerte Icv1 bis Icv31 werden dann verwendet (Schritt
S37) zum Ableiten einer Näherungsgleichung (3), d. h. zum
Erreichen jeweiliger Werte der Konstanten K, a und b der Näherungsgleichung
(3), die angegeben wird als: I = K
+ a·exp(b·t) (3)
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Hierbei
bezeichnet I den prognostizierten Wert des Ladestroms der Batterie 30 nachdem
eine Zeit t nach Beginn des Konstantspannungsladens vergangen ist
(unbeeinflusst von der Ladepolarisation), d. h. während
eines Intervalls, in dem der Ladestrom im Wesentlichen exponentiell
abnimmt, unmittelbar nach Beendigung des Maschinenstarts. Die prognostizierten
Werte des Ladestroms, die unter Verwendung der Näherungsgleichung
berechnet werden, werden verwendet, um die Änderungscharakteristik
des prognostizierten Ladestromintegrals während des Intervalls
des Konstantspannungsladens zu erhalten.
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Verschiedene
Verfahren sind bekannt zum Ableiten der Konstanten einer solchen
Näherungsgleichung (z. B. das Verfahren der kleinsten Fehlerquadrate
(LMS) usw.). Bei dieser Ausführungsform werden die Werte
zuvor experimentell bestimmt, um einen optimalen Abgleich zwischen
tatsächlich gemessenen Werten von I und den prognostizierten Werten
zu haben, die durch Berechnung unter Verwendung der Näherungsgleichung
erhalten werden. Es kann möglich sein, die Konstante K
als 0 festzusetzen.
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Als
nächstes wird der Wert α als der prognostizierte
Wert berechnet (Schritt S38), um den die in der Batterie 30 unmittelbar
nach dem Maschinenstart verbleibende Ladungsmenge erhöht
werden müsste, um den oberen Grenzwert der Ladung zu erreichen,
wie in 1 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform
wird der obere Grenzwert derart vorgegeben, dass er einem SOC (Ladezustand)
von 90%, d. h. 90% der maximalen Speicherkapazität der
Batterie 30, entspricht.
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α wird
berechnet als ein prognostiziertes Ladestromintegral ∫I·dt
durch Integrieren prognostizierter Werte des Ladestroms I (die durch
die oben beschriebene Näherungsgleichung erhalten wurden) über
eine Prognosezeitspanne, die unmittelbar nach Beenden eines Maschinenstarts
beginnt (die insbesondere bei dieser Ausführungsform beginnt,
wenn das Differential ΔP des Polarisationsindex unter 0 fällt)
und die endet, wenn der prognostizierte Ladestrom einen Endwert
Icv(final) zu einem Endzeitpunkt Tf erreicht.
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Icv(final)
ist definiert als der Wert des Ladestroms, dessen Fliessen erwartet
wird, unter der Bedingung, dass die in der Batterie 30 gespeicherte
Ladungsmenge der obere Grenzwert ist (in diesem Fall ein SOC von
90%) und der Wert der Ladespannung, die während des Konstantspannungsladens
verwendet wird, angelegt wird.
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Anders
ausgedrückt ist der Endzeitpunkt Tf die Zeit, zu der geschätzt
wird, dass das prognostizierte Ladestromintegral α den
vorbestimmten oberen Grenzwert der gespeicherten Ladung erreicht während
des Konstantspannungsladens mit der vorbestimmten Ladespannung.
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In
dem Beispiel aus 7A ist der Wert, der für α berechnet
wird, durch den schattierten Bereich unterhalb der Kennlinie angezeigt.
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Es
kann somit verstanden werden, dass das prognostizierte Ladestromintegral α eine
prognostizierte Menge ist, um die die Ladung in der Batterie 30 erhöht
werden müsste (von der Ladungsmenge unmittelbar nach Beenden
des Motorstartens), um den vorbestimmten oberen Grenzwert der Ladung
zu erreichen. Daher wird die geschätzte Menge an in der Batterie 30 unmittelbar
nach Beenden des Motorstartens verbleibenden Ladung erhalten durch
Subtrahieren von α von diesem oberen Grenzwert der Ladung.
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Bei
dieser Ausführungsform ist die während des Konstantspannungsladens
angelegte Spannung gleich 14 V und der letzte Ladestrom Icv(final)
ist 5 A. Dieser Wert von Icv(final) wird experimentell vorbestimmt.
Wie oben beschrieben wird der obere Grenzwert der Ladung als ein
SOC von 90% der Batterie 30 vorbestimmt, so dass dieser
obere Grenzwert einer Kombination eines Ladestroms von 5 A und einer
Ladespannung von 14 V entspricht.
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Als
nächstes (Schritt S39) wird wie in 1 dargestellt
das prognostizierte Ladestromintegral α von der Differenz β zwischen
dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert der Ladung subtrahiert, um
dadurch die anfänglich erlaubte Entlademenge γ zu
erhalten. Das Konstantspannungsladen der Batterie 30 wird
dann beendet (Schritt S40).
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Um
die Genauigkeit des oben beschriebenen Verfahrens des Berechnens
von prognostizierten Ladestromwerten (und damit des Ableitens des
Integrals α) durch Verwenden der Näherungsgleichung zu
testen, wurde ein Test durchgeführt zum Messen tatsächlicher,
aufeinanderfolgender Werte des Ladestroms während eines
unmittelbar auf das Beenden des Maschinenstartens folgenden Intervalls. 7A zeigt
die Ergebnisse des Testens (mit Ergebnissen, die unter Verwendung
der Näherungsgleichung erhalten wurden, welche als der
Abschnitt der Kennlinie mit der dicken Linie gekennzeichnet ist).
Wie gezeigt sind die prognostizierten Ergebnisse, die durch Verwenden der
Näherungsgleichung erhalten werden, im Wesentlichen identisch
zu den tatsächlich gemessenen Ergebnissen.
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Bei
dieser oben beschriebenen Ausführungsform wird α berechnet
als das prognostizierte Ladestromintegral ∫I·dt
durch Anwenden einer Näherungsgleichung, um die prognostizierten
Werte des Ladestroms zu erhalten. Die konstanten Werte der Näherungsgleichung
werden abgeleitet unter Verwendung von Abtastwerten des Ladestroms
Icv, die (während eines Intervalls Ts des Konstantspannungsladens)
nur erhalten werden nachdem die Ladepolarisation der Batterie 30 nach
dem Beenden des Maschinenstartens einen Zustand der Stabilisierung
erreicht hat. Dies stellt sicher, dass das prognostizierte Ladestromintegral α durch
Verwenden der Näherungsgleichung mit einem hohen Grad an
Genauigkeit berechnet werden kann.
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Darüber
hinaus kann dieser Zustand durch Anwenden des Konstantspannungsladens
der Batterie 30 bis der Zustand der Polarisationsstabilisierung erreicht
wurde zuverlässig hergestellt werden.
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Das
prognostizierte Ladestromintegral α wird dann verwendet
zum genauen Erhalten des Wertes von γ (erlaubte Lademenge
zur Zeit der Beendigung des Maschinenstartens) als (β – α),
wobei β die Differenz zwischen dem vorbestimmten oberen
und unteren Grenzwert der Ladung der Batterie 30 ist.
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Wie
in 1 und 2 dargestellt (in denen der
Zeitachsenursprung einem Punkt entspricht, der im Wesentlichen der
Beendigung des Maschinenstartens entspricht) gibt der Wert des gegenwärtigen Stromintegrals ∫I·dt
zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt die geschätzte Menge
der Änderung der gespeicherten Ladung der Batterie 30 (seit
Beendigung des Maschinenstartens) zu dieser Zeit wieder, und solange
das gegenwärtige Stromintegral ∫I·dt
größer bleibt als der untere Grenzwert –γ (d.
h. die Nettoentlademenge ist geringer als die anfänglich
erlaubte Entlademenge γ) kann sichergestellt werden, dass die
in der Batterie 30 gespeicherte Ladung nicht unter den
vorbestimmten unteren Grenzwert der Ladungsmenge fällt.
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Dies
trifft selbst dann zu, wenn das gegenwärtige Stromintegral ∫I·dt
einen negativen Wert erreicht, d. h. wenn die geschätzte
Ladungsmenge, die in der Batterie 30 verbleibt, geringer
wird als die Menge bei Beendigung des vorhergehenden Maschinenstarts,
so dass es eine Nettoentlademenge von der Batterie 30 gegeben
hat.
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Somit
kann durch Aktivieren der automatischen Maschinen-Stopp-Funktion
nur zu Zeiten, wenn die Nettoentlademenge von der Batterie 30 seit dem
letzten Maschinenstart (wie es durch das gegenwärtige Stromintegral ∫I·dt
ausgedrückt wird) geringer ist als die anfänglich
erlaubte Entlademenge (die nach dem Maschinenstart berechnet wurde),
sichergestellt werden, dass die Batterie 30 nicht zu stark entladen
wird, selbst wenn automatisches Stoppen/Starten der Maschinen wiederholt
ausgeführt wird. Dies wird zuverlässig sichergestellt,
da die anfänglich erlaubte Entlademenge γ durch
Verwenden des prognostizierten Ladestromintegrals α mit
einem hohen Grad an Genauigkeit abgeleitet werden kann.
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Die
Erfindung ermöglicht dadurch die Häufigkeit des
Sperrens der automatischen Maschinen-Stopp-Funktion verglichen mit
dem Stand der Technik zu verringern, so dass der Kraftstoffverbrauch
und die Abgasemissionen dementsprechend verringert werden können.
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Da
zusätzlich das prognostizierte Ladestromintegral α genau
erhalten wird, so dass der Ladungspegel in der Batterie 30 zuverlässig
innerhalb eines angemessenen Bereiches (zwischen dem oberen Grenzwert
und dem unteren Grenzwert der gespeicherten Ladung) gehalten werden
kann, ermöglicht dies weiter, die Betriebslebensdauer zu
verlängern. Insbesondere wird der Ladestrom der Batterie 30 (nach
einem Maschinenstart, nachdem die Werte für α und γ berechnet
wurden) derart gesteuert, dass das gegenwärtige Stromintegral
in dem Bereich zwischen α und –γ gehalten
wird. Da α (und somit –γ) sehr genau
berechnet werden können, kann die in der Batterie 30 gespeicherte
Ladungsmenge zuverlässig gesteuert werden, um so die Betriebslebensdauer
der Batterie zu verlängern.
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Es
wird verstanden werden, dass das Verarbeitungsroutinen-Ablaufdiagramm
aus 6 für ein einfacheres Verständnis
der Betriebsprinzipien der Erfindung vereinfacht wurde. Insbesondere
nachdem eine Entscheidung JA in Schritt S35 erreicht wurde, müssen
die Inhalte aus Schritt S36 danach implementiert werden von einer
Mehrzahl von nachfolgenden Ausführungsschritten der Verarbeitungsroutine, um
die Abtastwerte Icv1 bis Icv31 zu jeweiligen geeigneten Zeitpunkten
während des Zeitintervalls Ts wie oben beschrieben sukzessive
zu gewinnen und zu speichern zur Verwendung in Schritt S37. Jedoch werden
Verfahren, dieses zu implementieren für einen Fachmann
offenkundig sein, so dass eine detaillierte Beschreibung ausgelassen
wird.
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In
der obigen Beschreibung, die sich auf die 7A bis 7C bezieht,
wird angenommen, dass das prognostizierte Ladestromintegral α über
ein Intervall abgeschätzt wird, dass an dem Punkt beginnt, an
dem die 30-Sekunden-Abtastperiode beendet ist, d. h. nachdem die
Stabilisierung der Ladepolarisation erfasst wurde. Jedoch wäre
es genauso möglich, die Näherungsgleichung zu
verwenden, um prognostizierte Ladestromwerte bezüglich
eines Intervalls zu erhalten, das sich von einem vorhergehenden
Zeitpunkt (d. h. einem Punkt unmittelbar nach Beendigung des Maschinenstartens,
wenn die Stabilisierung der Ladepolarisation noch nicht erreicht
wurde) erstreckt, um das prognostizierte Ladestromintegral α über
dieses Zeitintervall zu berechnen, und dadurch die anfänglich
erlaubte Lademenge γ als die erlaubte Menge unmittelbar
nach der Beendigung des Maschinenstartens zu berechnen.
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Alternative Ausführungsform
-
Die
obige Ausführungsform verwendet Konstantspannungsladen
der Batterie 30, das während eines Intervalls
unmittelbar nach dem Maschinenstarten durchgeführt wird.
Obwohl es nichts mit der vorliegenden Erfindung zu tun hat, ist
es bekannt, Konstantspannungsladen einer Fahrzeugbatterie während
eines Intervalls nach dem Maschinenstarten durchzuführen.
Insbesondere wird die Fahrzeuglichtmaschine derart gesteuert, dass
die erzeugte Spannung auf einen geeigneten geringen Wert festgesetzt
ist während einer Maschinenaufwärm-Zeitspanne
unmittelbar nach dem Maschinenstarten. Für die Zwecke der
vorliegenden Erfindung ist es nur notwendig, das Konstantspannungsladen während
des Intervalls (Ts) durchzuführen, in dem Abtastwerte des
Ladestroms erhalten werden, zur Verwendung beim Berechnen des prognostizierten Ladestromintegrals α.
Jedoch ist bei einer alternativen Ausführungsform das System
nicht beschränkt auf das Ableiten aktualisierter Werte
des prognostizierten Ladestromintegrals α und der anfänglich
erlaubten Entlademenge γ während eines Intervalls
unmittelbar nach dem Maschinenstarten. Insbesondere kann das Fahrzeugsteuersystem
derart ausgebildet sein, dass das Durchführen von Konstantspannungsladen
(bei einem vorbestimmten Wert der Ladespannung) ermöglicht
wird während beliebig festgelegten Intervalle, während
die Maschine normal läuft.
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Bei
einer solchen alternativen Ausführungsform wird die Berechnung
von aktualisierten Werten von α und γ während
jedes dieser beliebig festgelegten Intervalle durchgeführt.
Das heißt, während jedes dieser Intervalle werden
Abtastwerte des Ladestroms nacheinander erhalten, wie für
die erste Ausführungsform beschrieben, und verwendet zum
Ableiten jeweiliger Werte von Konstanten der Näherungsgleichung.
Ein aktualisierter Wert des prognostizierten Ladestromintegrals α wird
dann berechnet unter Verwendung der Näherungsgleichung,
und dann wird ein aktualisierter Wert der anfänglich erlaubten
Entlademenge γ berechnet. Aufeinanderfolgende Werte des
gegenwärtigen Stromintegrals würden danach wie
für die erste Ausführungsform beschrieben abgeleitet
werden. Damit würde der Betrieb einer solchen alternativen
Ausführungsform ähnlich zu dem der obigen ersten
Ausführungsform sein.
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Es
sollte bemerkt werden, dass obwohl die Erfindung oben mit Bezug
auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, verschiedene
Abwandlungen oder alternative Ausbildungen davon vorstellbar wären,
die in den für die vorliegende Erfindung beanspruchten
Schutzbereich fallen.
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Es
sollte weiter bemerkt werden, dass die Erfindung nicht auf die Anwendung
bei einem Fahrzeugsteuersystem beschränkt ist, das eine
automatische Maschinen-Stopp-Vorrichtung enthält. Da die Erfindung
ermöglicht, dass die gegenwärtig erlaubte Entlademenge
von einer Fahrzeugbatterie genau bestimmt wird, würde die
Erfindung anwendbar sein auf Batterieladesteuerungen in einem Fahrzeug,
das keine automatische Maschinen-Stopp-Funktion verwendet, wobei
Werte des prognostizierten Ladestromintegrals α und der
anfänglich erlaubten Entlademenge γ abgeleitet
werden unmittelbar nachdem die Maschine gestartet wurde (durch Einschalten
des Zündschalters durch den Fahrer). Steuerung des Ladens der
Fahrzeugbatterie würde danach durchgeführt werden
durch Halten des gegenwärtigen Stromintegrals auf Werte
zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert von α bzw. –γ,
wie für die erste Ausführungsform mit 5 beschrieben
wurde.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2009-040923 [0001]
- - JP 2010-008347 [0001]
- - JP 2002-155775 [0006]