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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
JP 2002 -
155 775 A 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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Weiterer Stand der Technik findet sich in den folgenden Dokumenten.
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DE 60 2005 005 431 T2 offenbart ein Verfahren zur Handhabung des „Stopp-und-Start“-Betriebs bei einem Kraftfahrzeug, das mit einer Brennkraftmaschine ausgestattet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen eines Ladezustands einer Batterie des Kraftfahrzeugs; Bestimmen eines Bewegungszustands einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine; und Bestimmen der tatsächlichen gesamten elektrischen Energie, die von den elektrischen Verbrauchern des Kraftfahrzeugs verbraucht wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es ferner folgende Schritte umfasst: Aktivieren oder Deaktivieren des „Stopp-und-Start“-Betriebs in Abhängigkeit von dem Ladezustand der Hauptbatterie, in Abhängigkeit von dem Bewegungszustand der Kurbelwelle des Motors und in Abhängigkeit der tatsächlichen gesamten elektrischen Energie, die von den elektrischen Verbrauchern des Kraftfahrzeugs verbraucht wird; und Bestimmen des Bewegungszustands der Kurbelwelle durch Auswählen einer der folgenden Alternativen: die Kurbelwelle ist feststehend, die Kurbelwelle befindet sich in der Startphase, die Kurbelwelle dreht sich, kann sich aber nicht selbst versorgen, die Kurbelwelle dreht sich und kann sich selbst versorgen, und die Kurbelwelle befindet sich in der Stoppphase.
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DE 10 2010 000 679 A1 offenbart ein Verfahren zur Erkennung der Startfähigkeit einer Starterbatterie im Zusammenhang mit einer Start-Stopp-Steuerung für eine Brennkraftmaschine, bei dem zur Ermittlung des Ladezustands der Batterie verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden, in denen Spannungen ausgewertet werden und keine Strommessung erforderlich ist. Dabei wird der Batteriezustand mit Hilfe eines Auswerteverfahrens ermittelt, das in drei unterschiedlichen Betriebszuständen nach drei unterschiedlichen Methoden abläuft. Die unterschiedlichen Methoden werden einmal während des Startvorgangs, während des Fahrzustandes und während eines Stillstandes der Brennkraftmaschine durchgeführt.
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EP 2 138 711 B1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zum Ausschalten und automatischen Neustart eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs. Das Verfahren beinhaltet die Steuerung des automatischen Stopps eines Verbrennungsmotors auf der Grundlage eines charakteristischen Parameters der Ladezulassung, z.B. der Temperatur, einer elektrischen Energiequelle, z.B. einer Batterie, einer automatischen Stopp- und Startvorrichtung. Die automatische Abschaltung des Motors ist nicht zulässig, wenn die Temperatur der Quelle unter einem voreingestellten Schwellenwert von etwa 0 Grad Celsius liegt. Eine Anforderung zum automatischen Anhalten des Motors wird akzeptiert, wenn der Ladezustand der Quelle größer als ein voreingestellter Schwellenwert für den Ladezustand ist.
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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 Ladestroms, 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. unmittelbar 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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Figurenliste
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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;
- 2 stellt den zeitlichen Verlauf eines gegenwärtigen Stromintegrals dar, das aus aufeinanderfolgenden, gemessenen Werten des Lade-/Entlade-Stroms der Batterie berechnet wird;
- 3 ist ein allgemeines Systemblockdiagramm einer Ausführungsform eines Fahrzeugsteuersystems, das ein automatisches Maschinen-Stopp-Steuersystem und ein Batteriesteuersystem umfasst;
- 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;
- 5 ist ein Ablaufdiagramm der Verarbeitung, die von dem Ausführungsbeispiel ausgeführt wird zum Steuern der in der Batterie gespeicherten Ladungsmenge;
- 6 ist ein Ablaufdiagramm des Verarbeitens, das von dem Ausführungsbeispiel ausgeführt wird zum Berechnen einer anfänglich erlaubten Entlademenge von der Batterie; und
- 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 -y (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 (-y) 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 -y 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 bekannt 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 (-y). Wenn das gegenwärtige Stromintegral ∫Idt als größer als -y beurteilt wird (Entscheidung JA), dann wird die automatische Maschinen-Stopp-Funktion aktiviert (Schritt S14). Wenn das gegenwärtige Stromintegral ∫Idt als nicht größer als -y 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 „Leerlaufstopp“-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:
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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.
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τ ist eine Lastdiffusionszeitkonstante des Elektrolyten in der Batterie 30, dessen Wert zuvor durch Testen gewonnen wird.
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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.
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Das Differential ΔP des Polarisationsindex P bezüglich der Zeit wird ausgedrückt durch die folgende Gleichung (2):
ΔP variiert mit der Zeit wie in dem Beispiel aus
7C dargstellt.
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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.
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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:
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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 14V und der letzte Ladestrom Icv(final) ist 5A. 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 5A und einer Ladespannung von 14V 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 -y (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 -y gehalten wird. Da α (und somit -y) 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
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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. -y, wie für die erste Ausführungsform mit 5 beschrieben wurde.