-
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE
ANMELDUNGEN
-
Diese
Anmeldung basiert auf den
japanischen
Patentanmeldungen 2009-049142 und
2010-012292 , eingereicht am 3.
März 2009 bzw. am 22. Januar 2210. Diese Anmeldung beansprucht
die Priorität dieser japanischen Patentanmeldungen, daher
sind deren Beschreibungen durch Bezugnahme vollständig
hierin aufgenommen.
-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Erfassung des Zustands
einer Batterie, die als Leistungsquelle zum Ankurbeln eines Verbrennungsmotors
verwendet wird.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Batterien,
die als Leistungsversorger für die Ankurbelung von Verbrennungsmotoren
verwendet werden, dienen auch als Leistungsversorgungsmittel für
andere Einrichtungen, wie Steuereinheiten. Die Spannung solch einer
Batterie wird vorzugsweise auf oder über einer voreingestellten
Spannungsuntergrenze gehalten, um die Zuverlässigkeit der
einzelnen Steuereinheiten, die damit betrieben werden, zu gewährleisten
und/oder um zu verhindern, dass die Batterieleistung aufgrund einer übermäßigen
Entladung verschlechtert wird.
-
Um
die Batteriespannung bei der voreingestellten Spannungsuntergrenze
zu halten, ist es somit nötig, den Zustand einer Batterie,
die als Leistungsversorger für ein Neustarten eines Verbrennungsmotors
verwendet werden soll, mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Diese
Erfassung des Batteriezustands trägt zu einer Sicherheitssteuerung
und einem stabilen Betrieb der Batterie bei.
-
Im
Hinblick darauf offenbart beispielsweise die
japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr.
2005-274214 eine erste Vorrichtung zum Berechnen des inneren
Widerstands einer Batterie gemäß einem Umfang
der Änderung eines Entladestroms aus der Batterie und der Änderung
der Batteriespannung während einer Ankurbelung des Verbrennungsmotors;
dieser innere Widerstand wird verwendet, um die verbliebene Ladung,
die in der Batterie gespeichert ist, zu schätzen.
-
Außerdem
offenbart die US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2007/0200567,
die der
japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 2007-223530 entspricht, eine zweite Vorrichtung zum Berechnen
des inneren Widerstands einer Batterie unter Verwendung einer linearen
Regression, die auf Basis einer Gruppe aus während des
Ankurbelns des Verbrennungsmotors ertasteten Batterie-Strom- und Spannungswertepaaren
berechnet wird; dieser innere Widerstand wird verwendet, um den
Spannungsabfall an der Batterie zu schätzen.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Im
ersten System werden Umfänge der Änderung eines
Entladestroms aus der Batterie und der Änderung der Batteriespannung
auf Basis einer Gruppe von während des Ankurbelns des Verbrennungsmotors
ertasteten Batterie-Strom- und Spannungswertepaaren ermittelt. Da
der Änderungsumfang des Entladestroms aus der Batterie
während des Ankurbelns des Verbrennungsmotors groß ist, kann
der innere Widerstand der Batterie mit hoher Genauigkeit ermittelt
werden.
-
Jedoch ändert
sich während des Ankurbelns des Verbrennungsmotors der
Polarisationszustand der Batterie. Das heißt, die Gruppe
von während des Ankurbelns des Verbrennungsmotors ertasteten
Batterie-Strom- und Spannungswertepaaren enthält einige
Paare aus Batterie-Strom- und Spannungswerten, die durch die Variation
des Polarisationszustands der Batterie nachteilig beeinflusst werden können.
Aus diesem Grund kann in dem ersten System der errechnete innere
Widerstand der Batterie falsch bzw. fehlerbehaftet sein. Dadurch
kann die Genauigkeit des inneren Widerstands der Batterie herabgesetzt
sein.
-
Angesichts
der oben geschilderten Situation ist die vorliegende Erfindung bestrebt,
Vorrichtung für die Erfassung eines Zustands einer Batterie
zu schaffen, die Leistungsquelle für die Ankurbelung eines Verbrennungsmotors
verwendet wird; dieses Systeme sind dafür ausgelegt, die
oben geschilderten Probleme zu lösen.
-
Genauer
ist die vorliegende Erfindung auf die Schaffung von Vorrichtungen
für die Erfassung eines Zustands einer Batterie gerichtet,
die als Leistungsquelle für die Ankurbelung eines Verbrennungsmotors
verwendet wird; diese Vorrichtungen sind dafür ausgelegt,
den Zustand der Batterie mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erfassen
eines Zustands einer Batterie geschaffen, die als Leistungsquelle
zum Ankurbeln eines Verbrennungsmotors dient. Die Vorrichtung weist
eine Erfassungseinheit auf, die dafür ausgelegt ist, einen
Strom und eine Spannung der Batterie in einem Zeitraum, in dem der Verbrennungsmotors
angekurbelt wird, zu erfassen und einen Parameter, der mit dem erfassten
Strom und/oder der erfassten Spannung der Batterie im Zusammenhang
steht, auszugeben. Die Vorrichtung weist eine Innenwiderstands-Berechnungseinheit auf,
die dafür ausgelegt ist, einen inneren Widerstand der Batterie
auf Basis von Strom- und Spannungswerten der Batterie zu berechnen,
wenn ein Änderungsumfang des Parameters innerhalb eines
bestimmten Zeitraums, der im Ankurbelungszeitraum enthalten ist,
bei oder über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, wobei
die Werte für den Strom und die Spannung innerhalb dieses
bestimmten Zeitraums erfasst werden.
-
In
dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt der Ankurbelungszeitraum
einen Zeitraum während des Startens des Verbrennungsmotors, vom
Beginn der Drehung des Verbrennungsmotors bis zum Erreichen einer
voreingestellten Leerlaufgeschwindigkeit durch die Drehzahl des
Verbrennungsmotors, dar.
-
Gemäß diesem
einen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden der Strom und die
Spannung der Batterie durch die Erfassungseinheit im Ankurbelungszeitraum
des Verbrennungsmotors erfasst. Der Parameter, der mit dem erfassten
Strom und/oder der erfassten Spannung in Zusammenhang steht, wird von
der Erfassungseinheit ausgegeben.
-
Solange
der Änderungsumfang des ausgegebenen Parameters in dem
bestimmten Zeitraum, der im Ankurbelungszeitraum enthalten ist,
bei oder über dem vorgegebenen Schwellenwert liegt, wird der
innere Widerstand der Batterie von der Innenwiderstands-Berechnungseinheit
auf Basis der in dem bestimmten Zeitraum erfassten Strom- und Spannungswerte
berechnet.
-
Das
heißt, wenn der Änderungsumfang des ausgegebenen
Parameters in dem bestimmten Zeitraum, der im Ankurbelungszeitraum
enthalten ist, unter dem vorgegebenen Schwellenwert liegt, werden in
dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung Werte für die
Strom und die Spannung, die innerhalb des bestimmten Zeitraums erfasst
werden, für die Berechnung des inneren Widerstands der
Batterie eliminiert.
-
Da
die Werte für den Strom und die Spannung, die innerhalb
des bestimmten Zeitraums erfasst werden, wenn der Änderungsumfang
des ausgegebenen Parameters innerhalb des bestimmten Zeitraums,
der im Ankurbelungszeitraum enthalten ist, unter dem vorgegebenen
Schwellenwert liegen, können diese Werte einen Fehler in
dem berechneten inneren Widerstand erzeugen. Somit kann im Gegensatz
zu herkömmlichen Vorrichtungen für die Erfassung
des Zustands einer Batterie der innere Widerstand der Batterie mit
einem geringen Fehler berechnet werden.
-
Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Leerlaufverringerungs-Steuersystem
geschaffen, das in einem Kraftfahrzeug installiert ist. Das Kraftfahrzeug
weist einen Verbrennungsmotor und einen Starter zum Ankurbeln des
Verbrennungsmotors auf. Das Leerlaufverringerungs-Steuersystem weist
eine Motorstoppeinheit, die dafür ausgelegt ist, den Verbrennungsmotor automatisch
anzuhalten, wenn mindestens eine Voraussetzung für einen
automatischen Motorstopp erfüllt ist, eine Batterie, die
als Leistungsquelle zum Ankurbeln des Verbrennungsmotors dient,
und eine Vorrichtung zum Erfassen eines Zustands der Batterie auf.
Die Vorrichtung weist eine Erfassungseinheit auf, die dafür
ausgelegt ist, einen Strom und eine Spannung der Batterie während
eines Ankurbelungszeitraums des Verbrennungsmotors zu erfassen und einen
Parameter, der mit dem erfassten Strom und/oder der erfassten Spannung
der Batterie in Zusammenhang steht, auszugeben. Die Vorrichtung weist
eine Innenwiderstands-Berechnungseinheit auf, die dafür
ausgelegt ist, einen inneren Widerstand der Batterie auf Basis von
Werten für den Strom und die Spannung der Batterie zu berechnen,
wenn der Änderungsumfang eines Parameters innerhalb eines bestimmten
Zeitraums, der im Ankurbelungszeitraum enthalten ist, bei oder über
einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, wobei die Werte für
den Strom und die Spannung innerhalb des bestimmten Zeitraums erfasst
werden. Die Vorrichtung weist eine Startstrom-Berechnungseinheit
auf, die dafür ausgelegt ist, einen Startstrom, der verwendet
wird, um den von der Motorstoppeinheit angehaltenen Verbrennungsmotor
anzukurbeln, gemäß einem Änderungsumfang
der Spannung der Batterie im Ankurbelungszeitraum und dem inneren
Widerstand zu berechnen. Die Vorrichtung weist eine Spannungsabfall-Schätzeinrichtung
auf, die dafür ausgelegt ist, auf Basis des Startstroms
und des inneren Widerstands einen auf das Ankurbeln des Verbrennungsmotors
zurückgehenden Spannungsabfall an der Batterie zu schätzen.
Die Vorrichtung weist eine Bestimmungseinrichtung auf, die dafür
ausgelegt ist, auf Basis des tatsächlichen Werts der Spannung
der Batterie und des geschätzten Spannungsabfalls zu bestimmen,
ob der Verbrennungsmotor angehalten bleiben soll. Die Vorrichtung
weist eine Motorneustarteinheit auf, die dafür ausgelegt
ist, den Startstrom zum Starter zu liefern, wenn bestimmt wird,
dass der Verbrennungsmotor nicht angehalten bleiben soll, damit
der Starter den Verbrennungsmotor ankurbeln kann.
-
Gemäß dem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden der Startstrom
und der Spannungsabfall mit hoher Genauigkeit berechnet, weil der
innere Widerstand der Batterie mit hoher Genauigkeit berechnet wird.
Somit wird in der vom Leerlaufverringerungs-Steuersystem ausgeführten
Leerlaufverringerungs-Steuerroutine eine Bestimmung, ob der Verbrennungsmotor
angehalten bleiben soll, auf Basis eines tat sächlichen
Werts der Batteriespannung und des geschätzten Spannungsabfalls
mit größerer Genauigkeit ausgeführt.
-
Somit
ist es möglich, die Leerlaufverringerungs-Steuerroutine
mit größerer Genauigkeit auszuführen,
wodurch die Kraftstoffverbrauchswerte des Fahrzeugs verbessert werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
Weitere
Ziele und Aspekte der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
von Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitende Zeichnung
deutlich, worin:
-
1 ein
Blockschema ist, das schematisch ein Beispiel für das Leistungsversorgungssystem
eines Verbrennungsmotor-Steuersystems gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 ein
Graph ist, der schematisch die Variation einer Spannung an einer
Batterie in Bezug auf die Variation der Betriebsbedingungen eines
in 1 dargestellten Verbrennungsmotors darstellt;
-
3 ein
Ablaufschema ist, das schematisch eine Batteriezustands-Erfassungsroutine
darstellt, die von einer in 1 dargestellten
ECU gemäß dieser Ausführungsform ausgeführt
wird;
-
4 ein
Ablaufschema ist, das schematisch eine Leerlaufverringerungs-Steuerroutine
darstellt, die von der ECU gemäß dieser Ausführungsform
ausgeführt werden soll;
-
5 ein
Ablaufschema ist, das schematisch eine Routine darstellt, die von
der ECU gemäß dieser Ausführungsform
ausgeführt werden soll, um zu bestimmen, ob der Verbrennungsmotor
angehalten bleiben soll;
-
6 ein
Graph ist, der schematisch Strom-/Spannungs-Kennwerte der Batterie
beim Starten des Motors gemäß dieser Ausführungsform darstellt;
-
7 ein
Graph ist, der schematisch eine Variation des Änderungsumfangs
des Batteriestroms gemäß dieser Ausführungsform
darstellt; und
-
8 eine
vergrößerte Darstellung eines Teils von 6 ist.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
-
Nun
wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit
Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung
werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche, einander entsprechende
Komponenten zu bezeichnen.
-
Wie
in 1 dargestellt, ist ein Verbrennungsmotor-Steuersystem,
kurz als „Motorsteuersystem” 1 bezeichnet,
in einem Kraftfahrzeug installiert. Das Motorsteuersystem 1 ist
mit einem Verbrennungsmotor, kurz als „Motor” 10 bezeichnet,
einer Leistungserzeugungsvorrichtung 20, einer Batterie 30,
einem Stromsensor 31, einem Spannungssensor 32 und
einer ECU (elektronischen Steuereinheit) 40 ausgestattet.
Die ECU 40 ist elektrisch mit dem Motor 10, der
Leistungserzeugungsvorrichtung 20, dem Stromsensor 31 und
dem Spannungssensor 32 verbunden.
-
Der
Motor 10 weist als Ausgangswelle eine Kurbelwelle 11 auf,
und die Kurbelwelle 11 ist über einen Antriebsstrang
mit Antriebsachsen verbunden, an deren beiden Enden Antriebsräder
montiert sind. Der Motor 10 dient dazu, eine Luft/Kraftstoff-Mischung
oder Luft durch einen beweglichen Kolben innerhalb jedes Zylinders
zu verdichten und die verdichtete Luft/Kraftstoff-Mischung oder
die Mischung aus der verdichteten Luft und dem Kraftstoff innerhalb
jedes Zylinders zu verbrennen, um die Energie aus dem Kraftstoff
in mechanische Energie, wie Rotationsenergie, umzuwandeln, um dadurch
die Kurbelwelle 11 anzutreiben. Die Drehung der Kurbelwelle 11 wird über
den Antriebsstrang und die Antriebsachsen auf die Antriebsräder übertragen,
um dadurch das Fahrzeug anzutreiben.
-
Außerdem
weist der Motor 10 einen Starter 12 auf, der aus
einem elektrischen Motor besteht. Wenn der Motor 10 angehalten
ist, kann der Motor 10 den Kolben nicht selbst bewegen,
so dass er sich selbst nicht bewegen kann. Um den Motor 10 zu
starten, erzeugt somit der Starter 12, wenn er von der Batterie 30 mit
Energie versorgt wird, ein Drehmoment, das bewirkt, dass die Kurbelwelle 11 sich
zu drehen beginnt, um dadurch den Motor 10 zu drehen und
das Kraftfahrzeug zu starten.
-
Die
Leistungserzeugungsvorrichtung 20 besteht aus einem Wechselstromgenerator 21 und
einem Regler 22. Der Wechselstromgenerator 21 besteht
aus einem Stator mit einer Statorwicklung, einem Rotor, der sich
relativ zum Stator bewegen kann und der mit der Kurbelwelle 11 verbunden
ist, und einem Gleichrichter. Der Wechselstromgenerator wandelt
Rotationsenergie, die von der Kurbelwelle 11 angelegt wird, über
den Rotor in elektrische Energie um. Die elektrische Energie wird
als Wechselspannung erhalten, die in der Statorwicklung induziert wird.
-
Die
induzierte Wechselspannung wird vom Gleichrichter in eine Gleichspannung
umgerichtet, und die Gleichspannung wird von einer Ausgangsklemme
des Wechselstromgenerators ausgegeben.
-
Der
Regler 22 dient dazu, die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 21 auf
Basis von Steuersignalen, die von der ECU 40 ausgegeben werden,
zu steuern, um dadurch die Ausgangsspannung auf eine gewünschte
Sollspannung zu regeln. Genauer dient der Regler 22 dazu,
zu verhindern, dass die Ausgangsspannung die Sollspannung übersteigt;
dieser Spannungsüberschuss geht auf eine Zunahme der Drehzahl
des Motors 10 und/oder eine Abnahme von Leistungsanforderungen
von Verbrauchern 50, die im Fahrzeug installiert sind,
zurück.
-
Die
Batterie 30 ist beispielsweise eine Blei/Säure-Batterie,
kann aber auch aus einer Nickelhydridbatterie und anderen Speicherbatterien
bzw. Akkus ausgewählt sein.
-
Die
Batterie 30 weist eine positive Klemme, die elektrisch
mit der Ausgangsklemme des Wechselstromgenerators 21 verbunden
ist, und eine negative Klemme, die mit Masse verbunden ist, auf.
Die Ausgangsklemme der Batterie 30 ist außerdem
parallel zur Leistungserzeugungsvorrichtung 20 elektrisch
mit dem Starter 12 und den Verbrauchern 50 verbunden.
-
Der
Stromsensor 31 dient dazu, einen momentanen bzw. aktuellen
Wert eines Ladestroms, der zur Batterie 30 geliefert wird,
oder einen aktuellen Wert eines Entladestroms, der von der Batterie 30 geliefert
wird, zu erfassen. Der Stromsensor 31 dient auch dazu,
ein Signal, das den Ladestrom anzeigt, oder ein Signal, das den
Entladestrom anzeigt, an die ECU 40 auszugeben. Der Spannungssensor 32 dient dazu,
die Spannung (Batteriespannung) an der Batterie 32 zu erfassen
und ein Signal, das die Batteriespannung anzeigt, an die ECU 40 auszugeben.
-
Ein
von einem Fahrer zu bedienender Zündschalter SW ist elektrisch
jeweils zwischen die Batterie 30 und die ECU 40,
die Leistungserzeugungsvorrichtung 20 und die elektrischen
Verbraucher 50 geschaltet. Wenn der Zündschalter
SW eingeschaltet wird, wird Leistung von der Batterie 30 jeweils
zur ECU 40, zur Leistungserzeugungsvorrichtung 20 und zu
den elektrischen Verbrauchern 50 geliefert.
-
Genauer
erkennt die ECU 40 den Ladungszustand in der Batterie 30 auf
Basis des Ladestroms, des Entladestroms und der Batteriespannung.
Gemäß dem Ladezustand der Batterie 30 steuert
die ECU 40 die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 21 so,
dass diese höher ist als die Batteriespannung, damit die
Batterie 30 vom Wechselstromgenerator 21 geladen
wird, oder steuert die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 21 so,
dass diese niedriger ist als die Batteriespannung, um dadurch ein
Entladung der Batterie 30 auf die Verbraucher 50 zu
bewirken.
-
Beispielsweise
ist die ECU 40 zum Beispiel als normaler Mikrocomputer
ausgelegt, der beispielsweise aus einer CPU, einem Speichermedium,
das einen nicht-flüchtigen ROM (beispielsweise einen EEPROM),
einen nicht-flüchtigen RAM (beispiels weise einen Backup-RAM)
oder dergleichen, eine I/O-(Eingabe- und Ausgabe-) Schnittstelle
und eine andere periphere Einrichtung aufweist, besteht.
-
Funktional
weist die ECU 40 einen Zustandsdetektor 41 auf.
Der Zustandsdetektor entspricht einer Zustandserfassungsvorrichtung
gemäß dieser Ausführungsform.
-
Der
Zustandsdetektor 41 kann beispielsweise als Programmroutine
in der ECU 40 implementiert sein. Die ECU 40 weist
außerdem eine nicht-flüchtige Speichereinrichtung 42 auf,
die in ihr gespeicherte Informationen unabhängig davon
bewahrt (festhält), ob die Leistungszufuhr gemäß dem
Zustand des Zündschalters SW zur Versorgung des Motorsteuersystem 1 mit
Energie ausgeschaltet ist. Die nicht-flüchtige Speichereinrichtung 42 kann
beispielsweise durch den nicht-flüchtigen ROM oder den
nicht-flüchtigen RAM implementiert werden.
-
Der
Zustandsdetektor 41 dient dazu, den inneren Widerstand
der Batterie 30 auf Basis von Strom- bzw. Spannungswerten,
die vom Stromsensor 31 und vom Spannungssensor 32 innerhalb
eines Ankurbelungszeitraums erfasst werden, zu berechnen.
-
Man
beachte, dass der Ankurbelungszeitraum einen Zeitraum während
des Startens des Motors 10, ab Beginn der Drehung der Kurbelwelle 11 durch
den Starter 12 bis zum Erreichen einer voreingestellten
Leerlaufgeschwindigkeit (UPM) durch die Drehzahl des Motors 10,
darstellt.
-
Der
Zustandsdetektor 41 dient auch dazu, einen Wert des inneren
Widerstands der Batterie 30 gemäß den
von den jeweiligen Sensoren 31 und 32 während
des Ankurbelungszeitraums erfassten Strom- und Spannungswerten zu
berechnen. Der Zustandsdetektor 41 dient ferner dazu, die
erfassten Strom- und Spannungswerte und den errechneten Wert für
den inneren Widerstand der Batterie 30 in der Speichereinrichtung 42 zu
speichern. Die Speichereinrichtung 42 speichert verschiedenartige
Daten, wie Schwellenwerte, die verwendet werden, damit der Zustandsdetektor 41 Berechnungen
und Bestimmungen ausführen kann, um den Zustand der Batterie 30 zu
erfassen.
-
Die
ECU 40 ist dafür ausgelegt, den Motor 10 und
die Leistungserzeugungsvorrichtung 20 elektronisch zu steuern.
Beispielsweise ist die ECU 40 dafür ausgelegt,
gemäß dem Zustand der Batterie 30, der vom
Zustandsdetektor 41 erfasst wird, und/oder der Temperatur
der Batterie 30, die in Fahrzeuginformationen 51 enthalten
ist, die Steuersignale auszugeben, welche die Sollspannung anzeigen,
die geregelt werden soll.
-
Die
Fahrzeuginformationen 51 können kontinuierlich
oder periodisch von verschiedenen Sensoren SE gemessen werden, um
in die ECU 40 eingegeben zu werden. Beispielsweise beinhalten
die Fahrzeuginformationen 51 zusätzlich zu Informationen
im Zusammenhang mit der Batterie 30 die Betriebsbedingungen
des Motors 10, Informationen, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit
anzeigen, und Informationen, welche einen Betätigungszustand
eines Gaspedals des Kraftfahrzeugs und einen Betätigungszustand
eines Bremspedals des Kraftfahrzeugs anzeigen.
-
Die
ECU 40 ist darauf programmiert, auf Basis der Fahrzeuginformationen 51 zu
bestimmen, ob eine Leerlaufverringerungs-Steuerroutine R durchgeführt
werden soll.
-
Wenn
beispielsweise auf Basis der Fahrzeuginformationen 51 bestimmt
wird, dass der Fahrer das Gaspedal betätigt, um die Drosselklappe
vollständig zu schließen, oder dass er das Bremspedal betätigt,
während das Fahrzeug fährt, so dass das Fahrzeug
in einem voreingestellten Verzögerungszustand ist, in dem
das Fahrzeug wahrscheinlich angehalten werden wird, bestimmt die
ECU 40, dass eine Forderung nach einem automatischen Anhalten
des Motors vorliegt, anders ausgedrückt, dass mindestens
eine der Voraussetzungen für ein automatisches Anhalten
des Motors erfüllt ist.
-
Dann
führt die ECU 40 eine in der Leerlaufverringerungs-Routine
R enthaltene Routine zum automatischen Anhalten des Motors aus.
Genauer unterbricht die ECU 40 die Kraftstoffeinspritzung
in die einzelnen Zylinder des Motors 10, um die Verbrennung
der Luft/Kraftstoff-Mischung in den einzelnen Zylindern zu beenden,
wenn das Fahrzeug angehalten wird, so dass der Motor 10 in
den Leerlauf geschaltet wird. Die Beendigung der Verbrennung der Luft/Kraftstoff-Mischung
in den einzelnen Zylindern des Motors 10 bedeutet den automatischen
Stopp bzw. das automatische Anhalten des Motors 10.
-
Während
danach die Drehzahl des Motors 10 automatisch sinkt oder
nachdem die Drehzahl des Motors 10 null erreicht hat, und
wenn mindestens eine von vorgegebenen Voraussetzungen für
einen Motorneustart erfüllt ist, führt die ECU 40 eine
Routine zum automatischen Neustarten des Motors aus, die in der
Leerlaufverringerungs-Routine R enthalten ist.
-
Wenn
beispielsweise bestimmt wird, dass das Gaspedal niedergedrückt
ist oder dass das Bremspedal losgelassen ist, bestimmt die ECU 40, dass
zumindest eine der vorgegebenen Voraussetzungen für einen
Neustart des Motors erfüllt ist.
-
Dann
führt die ECU 40 eine in der Leerlaufverringerungs-Routine
R enthaltene Routine zum automatischen Neustarten des Motors aus.
Genauer gibt die ECU 40 einen Motorneustartbefehl (einen Motorstartbefehl)
an den Starter 12 aus, damit der Starter 12 bewirkt,
dass die Kurbelwelle 11 sich zu drehen beginnt, um dadurch
den Motor 10 anzukurbeln. Außerdem beginnt die
ECU 40 in der Routine zum automatischen Neustarten des
Motors die Verbrennung der Luft/Kraftstoff-Mischung in den einzelnen
Zylindern, um dadurch den Motor 10 zu starten.
-
Leerlaufverringerungs-Steuerung
-
Nun
wird die Bestimmung, ob das Anhalten des Motor 10 auf Basis
der Leerlaufverringerungs-Routine R fortgesetzt wird, mit Bezug
auf 2 beschrieben. 2 stellt
schematisch die Änderung der Spannung an der Batterie 30 in
Bezug auf die Änderung der Betriebsbedingungen des Motors 10 dar.
-
Zuerst
wird für einen Zeitraum T1, während dem das Kraftfahrzeug
läuft, die Batterie 30 von der ECU 40 so
gesteuert, dass die Batteriespannung in einem voreingestellten Spannungsbereich
gehalten wird. Wenn das Kraftfahrzeug angehalten wird, führt die
ECU 40 dann auf Basis der Fahrzeuginformationen 51 die
Bestimmung, ob die Leerlaufverringerungs-Routine R durchgeführt
werden soll, aus.
-
Wenn
bestimmt wird, dass die Leerlaufverringerungs-Steuerroutine R ausgeführt
werden soll, führt die ECU 40 die in der Leerlaufverringerungs-Steuerroutine
R enthaltene Routine zum automatischen Anhalten des Motors aus.
Diese Ausführung der Routine zum automatischen Anhalten
des Motors hält den Motor 10 an, so dass die Leistungserzeugungsvorrichtung 20 angehalten
ist. Somit liefert die Batterie 30 innerhalb eines Zeitraums
ab Beginn des automatischen Anhaltens des Motors 10 bis zum
Neustart des Motors 10 (Wiederaufnahme der Verbrennung
der Luft/Kraftstoff-Mischung) genügend Leistung zu elektrischen
Verbrauchern 50, da von der Leistungserzeugungsvorrichtung 20 keine
Leistung zu diesen geliefert wird; dieser Zeitraum entspricht der
Summe eines Zeitraums T2 und eines Zeitraums T3.
-
Diese
Leistungszufuhr bewirkt, dass die Spannung an der Batterie 30 innerhalb
des Zeitraums T2 ab Beginn der Steuerung zum automatischen Anhalten
des Motors 10 bis zur Ausgabe des Befehls zum erneuten
Starten des Motors sinkt. Der Umfang der Abnahme der Batteriespannung
wird gemäß der Verringerung der Ladungsmenge,
die in der Batterie 30 gespeichert ist (Batteriekapazität)
und der Polarisation darin innerhalb des Zeitraums T2 bestimmt.
-
Wenn
danach bestimmt wird, dass mindestens eine der Voraussetzungen für
einen Motorneustart erfüllt ist, führt die ECU 40 die
in der Leerlaufverringerungs-Routine R enthaltene Routine zum automatischen
Neustarten des Motors aus, um den Befehl zum erneuten Starten des
Motors an den Starter 12 auszugeben, wodurch vom Starter 12 die
voreingestellte Leerlaufgeschwindigkeit an die Kurbelwelle 11 des
Motors 10 mitgeteilt wird.
-
Das
heißt, nach Ablauf des Ankurbelungszeitraums ab Beginn
der Drehung der Kurbelwelle 11 wird die Verbrennung der
Luft/Kraftstoff-Mischung in den einzelnen Zylindern des Motors 10 ausgeführt (siehe
einen Zeitraum T4).
-
Man
beachte, dass dabei für einen sehr kurzen Zeitraum ab Ausgabe
des Befehls zum Neustarten des Motors an den Starter 12 bis
zum Beginn der Drehung des Starters 12 eine große
Menge an Entladestrom von der Batterie 30 zum Starter 12 geliefert wird,
so dass die Spannung an der Batterie 30 aufgrund der großen
Menge an Entladestrom scharf abfällt.
-
Genauer
fällt, wie in 2 dargestellt, die Batteriespannung
innerhalb des Zeitraums T3 ab Ausgabe des Befehls zum Neustarten
des Motors bis zum Neustart des Motors 10 um ΔVa;
dieser Zeitraum T3 enthält den sehr kurzen Zeitraum. Anders ausgedrückt
wird die Batteriespannung innerhalb des Zeitraums T3 eine Mindestspannung
Vbtm, wenn sie sich um die maximale Spannungsabnahme ΔVa
verändert. Danach bewirkt der Neustart des Motors 10, dass
die Leistungserzeugungsvorrichtung 20 neu startet, um eine
geregelte Gleichspannung zu erzeugen, die vom Wechselstromgenerator 21 ausgegeben
wird. Für einen Zeitraum T4 ab dem Neustart des Motors 10 bis
zum erneuten Stopp bzw. Anhalten des Motors 10 wird die
Batterie 30 so von der ECU 40 gesteuert, dass
die Batteriespannung auf die gleiche Weise wie im Zeitraum T1 innerhalb
des voreingestellten Spannungsbereichs gehalten wird.
-
Man
beachte, dass die Spannungsuntergrenze Vth für die Batterie 30 als
Mindestspannung, die von der Batterie 30 geliefert wird,
definiert ist, um die Zuverlässigkeit der Operationen der
ECU 40 zu gewährleisten und/oder um zu verhindern,
dass die Leistung der Batterie 30 aufgrund einer übermäßigen Entladung
verschlechtert wird. Somit wird die Leerlaufverringerungs-Steuerroutine
R vorzugsweise so ausgeführt, dass die Mindestspannung
Vbtm bei oder über der Spannungsuntergrenze Vth gehalten wird.
Aus diesem Grund überwacht die ECU 40 für
einen Zeitraum T5, während dessen der Motor 10 angehalten
ist, kontinuierlich den Zustand der Batterie 30 und berechnet
Werte für die Mindestspannung Vbtm zu verschiedenen Zeitpunkten
auf Basis von Werten der Batteriespannung Vr zu den verschiedenen
Zeitpunkten und den geschätzten Spannungsabfällen
zu diesen Zeitpunkten. Dann bestimmt die ECU 40 gemäß den
errechneten Werten für die Mindestspannung Vbtm und der
Spannungsuntergrenze Vth, ob der Motor 10 angehalten bleiben
soll.
-
Wenn
beispielsweise bestimmt wird, dass ein errechneter Wert für
die Mindestspannung Vbtm einen voreingestellten Schwellenwert erreicht,
der etwas höher eingestellt ist als die Spannungsuntergrenze
Vth, führt die ECU 40 die Routine zum automatischen
Neustarten des Motors aus, um den Motor 10 neu zu starten,
auch wenn das Fahrzeug angehalten ist.
-
Außerdem
wird für den Zeitraum T2 die Bestimmung darüber,
ob der Motor 10 gemäß den errechneten
Werten für die Batteriespannung Vr und die Spannungsuntergrenze
Vth angehalten werden soll, auf die gleiche Weise ausgeführt
wie für den oben geschilderten Zeitraum T5.
-
Aus
der obigen Beschreibung folgt, dass es nötig ist, den Zustand
der Batterie 30 exakt zu erfassen, um die Leerlaufverringerungs-Steuerroutine
R ordnungsgemäß ausführen zu können.
Anders ausgedrückt ist es nötig, den Spannungsabfall
der Batterie 30, der verwendet werden soll, um die Mindestspannung
Vbtm zu berechnen, exakter zu schätzen.
-
Um
diese Forderung zu erfüllen, ist die Zustandserfassungseinrichtung
bzw. der Zustandsdetektor gemäß dieser Ausführungsform
so ausgelegt, dass er den inneren Widerstand der Batterie 30,
der verwendet werden soll, um den Spannungsabfall der Batterie 30 zu
schätzen, berechnet, um dadurch den Spannungsabfall der
Batterie 30 mit größerer Genauigkeit
schätzen zu können.
-
Erfassung des Zustands der Batterie 30
-
Nun
wird mit Bezug auf 3 bis 8 beschrieben,
wie der Zustand der Batterie 30 durch den Zustandsdetektor 41 erfasst
wird.
-
3 ist
ein Ablaufschema, das schematisch eine Batteriezustandserfassungs-Routine,
die von der ECU 40 gemäß dieser Ausführungsform
ausgeführt werden soll, darstellt, und 4 ist
ein Ablaufschema, das schematisch die Leerlaufverringerungs- Steuerroutine
R, die von der ECU 40 gemäß dieser Ausführungsform
ausgeführt werden soll, darstellt.
-
5 ist
ein Ablaufschema, das schematisch eine Routine gemäß dieser
Ausführungsform darstellt, mit der bestimmt wird, ob der
Motor 10 angehalten werden soll, und 6 ist
ein Graph, der schematisch Strom-/Spannungs-Kennwerte der Batterie 30 beim
Starten des Motors 10 gemäß dieser Ausführungsform
darstellt.
-
7 ist
ein Graph, der schematisch die Variation der Änderung des
Stroms (des Ladestroms oder des Entladestroms) der Batterie 30 gemäß dieser
Ausführungsform darstellt, und 8 ist eine
vergrößerte Darstellung eines Teils von 6.
-
Beispielsweise
führt der Zustandsdetektor 41 die in 3 dargestellte
Batteriezustandserfassungs-Routine jedes Mal aus, wenn der Zündschalter SW
eingeschaltet wird.
-
In
Schritt S1 bestimmt der Zustandsdetektor 41, ob der Motorstartbefehl
oder der Motorneustartbefehl von der ECU 40 ausgegeben
wird. Wenn bestimmt wird, dass von der ECU 40 kein Motorstartbefehl
oder Motorneustartbefehl ausgegeben wird (NEIN in Schritt S1), führt
der Zustandsdetektor 41 die Bestimmung in Schritt S1 wiederholt
aus.
-
Wenn
dagegen bestimmt wird, dass der Motorstartbefehl oder der Motorneustartbefehl
von der ECU 40 ausgegeben wird (JA in Schritt S1), bestimmt der
Zustandsdetektor 41, dass das Starten des Motors 10 beginnt.
Somit beendet der Zustandsdetektor 41 die Loop-Operation
in Schritt S1 und schreitet zu Schritt S2 vor. Man beachte, dass
der Zustandsdetektor 41 in Schritt S1 bestimmen kann, dass
das Starten des Motors 10 beginnt, wenn der Ladestrom von
der Batterie 30 zum Starter 12 erscheint.
-
Der
Zustandsdetektor 41 beginnt in Schritt S2 mit der Erfassung
von Stromwerten der Batterie 30 und von entsprechenden
Spannungswerten der Batterie 30 gemäß den
Signalen, die von den Strom- und Spannungssensoren 31 und 32 ausgegeben werden.
Genauer ertastet der Zustandsdetektor 41 in Schritt S2
in jedem Abtastzeitraum einen Wert für den Strom der Batterie 30 und
einen entsprechenden Wert für die Spannung der Batterie 30 und
speichert den Wert für den Strom der Batterie 30 und
den entsprechenden Wert für die Spannung der Batterie 30 in
jedem Abtastzeitraum.
-
Die
Strom-/Spannungs-Kennwerte zwischen den ertasteten Werten für
den Strom der Batterie 30 und den ertasteten Werten für
die Batteriespannung sind in 6 dargestellt.
Wie in 6 dargestellt, sind die Strom-/Spannungs-Kennwerte
als Scatter-Graph bzw. als Punktedarstellung mit einem bestimmten
Grad an Varianz dargestellt. Man beachte, dass der Zustandsdetektor 41 den
Ankurbelungszeitraum während des Startens des Motors 10 auf
Basis der Stromwerte der Batterie 30, der Drehzahl des Motors 10 und
dergleichen unterscheiden bzw. erkennen kann.
-
Der
Zustandsdetektor 41 gibt mindestens einen der folgenden
Werte aus: einen Wert für den Strom der Batterie 30;
und einen entsprechenden Wert für die Batteriespannung
in jedem Abtastungszeitraum als Wert für einen Parameter,
der mit dem Strom und/oder der Spannung der Batterie 30 in
Zusammenhang steht. In dieser Ausführungsform ist der Parameter
der Strom der Batterie 30.
-
Dann
extrahiert der Zustandsdetektor 41 in Schritt S3 einige
der ertasteten Werte für den Strom der Batterie 30 innerhalb
eines bestimmten Zeitraums, der im Ankurbelungszeitraum enthalten
ist, und extrahiert einige der ertasteten Werte für die
Batteriespannung innerhalb des bestimmten Zeitraums; diese extrahierten
Werte des Stroms der Batterie 30 entsprechen jeweils diesen
extrahierten Werten der Batteriespannung.
-
In
dieser Ausführungsform wird der bestimmte Zeitraum beispielsweise
auf 48 Mikrosekunden [ms] eingestellt, und der Abtastungszeitraum
wird beispielsweise auf 4 [ms] eingestellt.
-
Das
heißt, es werden zwölf Paare aus ertasteten Strom-
und Spannungswerten aus der Speichereinrichtung 42 extrahiert.
Der bestimmte Zeitraum und der Abtastungszeitraum können
nach Bedarf auf einen anderen Wert gesetzt werden.
-
Dann
führt der Zustandsdetektor 41 eine nachstehend
beschriebene Innenwiderstands-Berechnungsaufgabe aus.
-
Genauer
extrahiert der Zustandsdetektor 41 in Schritt 4 aus
den zwölf Paaren aus Strom- und Spannungswerten den ersten
ertasteten Stromwert und den letzten ertasteten Stromwert und berechnet den
Unterschied (den absoluten Unterschied) zwischen dem ersten ertasteten
Stromwert und dem letzten ertasteten Stromwert. Der errechnete Unterschied
stellt eine Variation in den ertasteten Stromwerten der Batterie 30 innerhalb
des bestimmten Zeitraums dar.
-
Dann
vergleicht der Zustandsdetektor 41 in Schritt S4 die Variation
der ertasteten Stromwerte der Batterie 30 innerhalb des
bestimmten Zeitraums mit einem vorgegebenen Schwellenwert, der in
der Speichereinrichtung 42 gespeichert ist.
-
In
dieser Ausführungsform wird als Variation der ertasteten
Stromwerte der Batterie 30 der Unterschied zwischen dem
letzten ertasteten Stromwert und dem ersten ertasteten Stromwert
verwendet, aber es kann auch der maximale Unterschied zwischen den
einzelnen ertasteten Stromwerten oder der minimale Unterschied zwischen
den einzelnen ertasteten Stromwerten als Variation der ertasteten Stromwerte
der Batterie 30 verwendet werden.
-
In
Schritt S4 ist der Schwellenwert, der mit einer Variation in den
ertasteten Stromwerten (den ertasteten Werten des Parameters) verglichen
werden soll, ein zuvor bestimmter konstanter Wert. Der Schwellenwert
ermöglicht die Verringerung der ungünstigen Auswirkungen
der Variation des Polarisationszustands der Batterie 30 innerhalb
des bestimmten Zeitraums.
-
Das
heißt, der Schwellenwert wird so eingestellt, dass der
Anteil von Polarisationswiderstandskomponenten am inneren Widerstand
Rd innerhalb des bestimmten Zeitraums verringert wird; und dass der
innere Widerstand Rd Zustandswiderstandskomponenten angenähert
werden kann. Somit unterdrückt der Schwellenwert die un günstigen
Auswirkungen der Polarisation auf die Berechnung des inneren Widerstands
Rd.
-
Man
beachte, dass der innere Widerstand Rd aus den Polarisationswiderstandskomponenten und
den Zustandswiderstandskomponenten besteht. Die Polarisationswiderstandskomponenten
variieren mit einer Variation des Polarisationszustands der Batterie 30,
und die Zustandswiderstandskomponenten variieren mit einer Variation
des Zustands der Batterie 30 und bestehen aus Widerstandskomponenten
außer den Polarisationswiderstandskomponenten. Die Polarisationswiderstandskomponenten sind
Widerstandskomponenten, die durch die Bewegung und Diffusion von
Polarisierungsladungen während einer Entladung der Batterie 30 bewirkt
werden, und die Zustandswiderstandskomponenten sind Widerstandskomponenten,
die von Elektrodenplatten und den aktiven Materialien bewirkt werden,
die sich abhängig von der Struktur der Batterie 30 und/oder ihrem
Verschlechterungszustand ändern.
-
Es
ist wahrscheinlich, dass der Polarisationszustand der Batterie 30 während
des bestimmten Zeitraums, der im Ankurbelungszeitraum enthalten ist,
variiert. Wenn der Polarisationszustand der Batterie 30 variiert,
kann der berechnete innere Widerstand der Batterie 30 aufgrund
der Auswirkungen der variierten Polarisation fehlerhaft sein.
-
Da
die Variation des Polarisationszustands der Batterie 30 pro
Zeiteinheit begrenzt ist, ist jedoch die mit einer Variation des
Polarisationszustands der Batterie 30 einhergehende Änderung
der Polarisationswiderstandskomponenten begrenzt. Da die Auswirkungen
der Polarisation der Batterie 30 umso kleiner sind, je
größer die Variation der erfassten Werte ist,
kommt außerdem der innere Widerstand Rd während
des bestimmten Zeitraums den Zustandswiderstandskomponenten nahe.
-
Somit
wird der Schwellenwert unter Berücksichtigung der Änderung
der Polarisationswiderstandskomponenten, die während des
bestimmten Zeitraums geschätzt wird, geeignet eingestellt,
damit der Anteil der Polarisationswiderstandskomponenten am inneren
Widerstand Rd gesenkt wird und der innere Widerstand Rd den Zustandswiderstandskomponenten
angeglichen werden kann.
-
Wenn
in Schritt S4 die Variation der ertasteten Stromwerte der Batterie 30 auf
Basis der Ergebnisse des Vergleichs größer ist
als der vorgegebene Schwellenwert (JA in Schritt S4), leitet der
Zustandsdetektor 41 in Schritt S5 eine lineare Näherungsfunktion
aus den ertasteten Strom- und Spannungswerten ab, die im bestimmten
Zeitraum enthalten sind. Das heißt, der Zustandsdetektor 41 berechnet
aus der ertasteten Datengruppe innerhalb des bestimmten Zeitraums
eine lineare Regression unter Verwendung eines Least-Square-Ansatzes.
-
In
Schritt S6 ermittelt der Zustandsdetektor 41 einen lokalen
Innenwiderstandswert innerhalb des bestimmten Zeitraums aus der
Neigung der errechneten linearen Regression.
-
Wenn
dagegen in Schritt S4 die Variation der ertasteten Stromwerte der
Batterie 30 auf Basis des Ergebnisses des Vergleichs bei
oder über dem vorgegebenen Schwellenwert liegt (NEIN in
Schritt S4), beendet der Zustandsdetektor 41 die Berechnung des
lokalen Innenwiderstandswerts innerhalb des bestimmten Zeitraums
und schreitet zu S7 vor. Außerdem schreitet der Zustandsdetektor 41 zu
Schritt S7 vor, wenn die Operation in Schritt S6 abgeschlossen ist.
-
In
Schritt S7 bestimmt der Zustandsdetektor 41, ob die Operation
der Operation zur Berechnung des lokalen Innenwiderstandswerts auf
Basis aller ertasteten Stromwerte und Spannungswerte innerhalb des
bestimmten Zeitraums ausgeführt wurde.
-
Wenn
bestimmt wird, dass die Berechnung des lokalen Innenwiderstandswerts
noch nicht auf Basis aller ertasteten Stromwerte und Spannungswerte
innerhalb des Ankurbelungszeitraums ausgeführt wurde (NEIN
in Schritt S7), stellt der Zustandsdetektor 41 in Schritt
S7a einen neuen bestimmten Zeitraum innerhalb des Ankurbelungszeitraums
ein, der für die nächste Berechnung des lokalen
Innenwiderstandswertes verwendet wird. Beispielsweise stellt der
Zustandsdetektor 41 in Schritt S7a den neuen bestimmten
Zeitraum durch Verschieben des aktuellen bestimmten Zeitraums um
den Abtastungszeitraum von 4 [ms] in Richtung auf den letzten im Ankurbelungszeitraum ein.
Danach kehrt der Zustandsdetektor 41 zu Schritt S3 zurück
und führt die Berechnung des lokalen Innenwiderstandswerts
für den neuen bestimmten Zeitraum im Loop-Task der Schritte
S3 bis S7 aus.
-
Das
heißt, die Berechnung des lokalen Innenwiderstandswerts
für den neuen bestimmten Zeitraum im Loop-Task der Schritte
S3 bis S7 wird wiederholt, während der neue bestimmte Zeitraum
innerhalb des Ankurbelungszeitraums eingestellt wird, bis die Bestimmung
in Schritt S7 JA ist, d. h. bis die Berechnung des lokalen Innenwiderstandswerts
auf Basis aller ertasteten Stromwerte und Spannungswerte innerhalb
des Ankurbelungszeitraums ausgeführt wurde.
-
Wenn
die Berechnung des lokalen Innenwiderstandswerts auf Basis aller
ertasteten Stromwerte und Spannungswerte innerhalb des Ankurbelungszeitraums
ausgeführt wurde (JA in Schritt S7), beendet daher der
Zustandsdetektor 41 den Loop-Task der Schritte S3 bis S7
und schreitet zu Schritt S8 vor.
-
Wie
oben beschrieben wird für jeden von der Vielzahl von bestimmten
Zeiträumen, die im Ankurbelungszeitraum enthalten sind,
die Berechnung des lokalen Innenwiderstandswerts ausgeführt.
Dabei kann es vorkommen, dass die Variation der erfassten Werte
für den Parameter größer ist als der
Schwellenwert. Dies führt dazu, dass die lokalen Innenwiderstandswerte
innerhalb des Ankurbelungszeitraums während des Startens
des Motors 10 berechnet werden.
-
Somit
stellt der Zustandsdetektor 41 in Schritt S8 jeweils eine
Vielzahl von Koeffizienten für die Vielzahl von bestimmten
Zeiträumen ein; diese Koeffizienten werden in aufsteigender
Ordnung vom Beginn des Ankurbelungszeitraums bis zum letzten angeordnet.
-
Danach
multipliziert der Zustandsdetektor 41 in Schritt S9 die
lokalen Innenwiderstandswerte jeweils mit den entsprechenden Koeffizienten,
um dadurch einen Durchschnitt der lokalen Innenwiderstandswerte
zu bilden; diese Durchschnittsbildung berechnet den inneren Widerstand
Rd innerhalb des Ankurbelungszeitraums. Man be achte, dass die Summe
der Koeffizienten auf 1 eingestellt ist; dies bildet den Durchschnitt
der lokalen Innenwiderstandswerte.
-
Beispielsweise
wird angenommen, dass:
eine Anzahl n (n ist eine ganze Zahl
größer 1) von Loop-Tasks (Schritte S3 bis S7)
auf Basis der ertasteten Strom- und Spannungswerte innerhalb des
Ankurbelungszeitraums so ausgeführt wird, dass eine Anzahl
n von lokalen Innenwiderstandswerten Rd1 bis Rdn berechnet wird.
Der erste lokale Innenwiderstandswert Rd1 wird auf Basis der ertasteten
Strom- und Spannungswerte innerhalb der ersten bestimmten Region
im Ankurbelungszeitraum berechnet, und der n. lokale Innenwiderstandswert
Rdn wird auf Basis der ertasteten Strom- und Spannungswerte innerhalb
der letzten bestimmten Region im Ankurbelungszeitraum berechnet.
-
Unter
dieser Annahme stellt der Zustandsdetektor 41 jeweils n
Koeffizienten K1 bis Kn für die lokalen Innenwiderstandswerte
Rd1 bis Rdn ein (siehe Schritt S8). Somit wird der innere Widerstand
Rd der Batterie 30 gemäß der folgenden
Gleichung [1] berechnet (siehe Schritt S9): Rd = K1 × Rd1 + K2 × Rd2 + ...
+ Kn × Rdn [1]wobei
die n Koeffizienten K1 bis K2 so eingestellt werden, dass die folgenden
Gleichungen aufgehen: K1 < K2 ... < KN K1 + K2
+ ... + Kn = 1
-
Anders
ausgedrückt werden die n Koeffizienten K1 bis Kn so eingestellt,
dass sie monoton wachsen, und sie werden so eingestellt, dass als
Summe aller n Koeffizienten K1 bis Kn 1 herauskommt.
-
Wie
oben beschrieben, stellt der Zustandsdetektor 41 in Schritt
S8 jeweils die Vielzahl von Koeffizienten für die Vielzahl
von bestimmten Zeiträumen ein, und in Schritt S9 berechnet
der Zustandsdetektor 41 den inneren Widerstand Rd. Um auf
einfache Weise den Durchschnitt der Vielzahl von lokalen Innenwiderstandskomponenten
zu bilden, kann unter der Annahme, dass eine Anzahl n von lokalen
Innenwiderstandskomponenten berechnet wird, jeder der Koeffizienten
K1 bis Kn, deren Anzahl n ist, auf 1/n eingestellt werden. Ansonsten
kann jeder einzelne lokale Innenwiderstandswert aus der Vielzahl
von lokalen Innenwiderstandswerten als innerer Widerstand Rd ausgewählt
werden.
-
Dann
berechnet der Zustandsdetektor 41 einen Startstrom ΔIs
für den Motor 10 auf Basis des inneren Widerstands
Rd innerhalb des Ankurbelungszeitraums. Man beachte, dass der Startstrom ΔIs
den Entladestrom darstellt, der bei angehaltenem Motor 10 nötig
ist, um den Starter 12 zu aktivieren, damit die Kurbelwelle 11 sich
mit der in Schritt S10 voreingestellten Drehzahl dreht.
-
Genauer
erfasst der Zustandsdetektor 41 in Schritt S10 einen Wert
für die Spannung an der Batterie 30 unmittelbar
vor der Aktivierung des Starters 12. Dann aktiviert der
Zustandsdetektor 41 den Starter 12 und extrahiert
aus den erfassten Werten der Batteriespannung während des
Startens des Motors 10 den minimalen Wert.
-
Dann
berechnet der Zustandsdetektor 41 in Schritt S10 den Unterschied
zwischen dem Wert der Batteriespannung unmittelbar vor der Aktivierung
des Starters 12 und dem Mindestwert der Batteriespannung.
Auf Basis des errechneten Unterschieds berechnet der Zustandsdetektor 41 einen
Spannungsabfall an der Batterie 30 beim Starten des Motors 10.
-
In
Schritt 10 dividiert der Zustandsdetektor 41 den
Spannungsabfall durch den inneren Widerstand Rd, der in Schritt
S9 berechnet wurde, um dadurch den Startstrom ΔIs zu berechnen.
Der Zustandsdetektor 41 speichert in Schritt S11 den Wert für
den inneren Widerstand Rd und den Wert für den Startstrom ΔIs
in der Speichereinrichtung 42, um zuvor gespeicherte Werte
für den inneren Widerstand Rd und den Startstrom ΔIs
zu aktualisieren, womit die Batteriezustandserfassungs-Routine beendet
wird.
-
Wie
unter HINTERGRUND DER ERFINDUNG beschrieben, berechnet hierbei eine
herkömmliche Vorrichtung (ein Zustandsdetektor) eine lineare
Regression Lb auf Basis des Scatter-Graphen der Strom-/Spannungs-Kennwerte,
der in 6 dargestellt ist. Dann ermittelt der herkömmliche
Zustandsdetektor die Neigung der linearen Regression Lb und berechnet
auf Basis dieser Neigung den inneren Widerstand.
-
Jedoch
bewirkt das herkömmliche Innenwiderstands-Berechnungsverfahren
das folgende Problem.
-
Der
Polarisationszustand der Batterie 30 variiert nämlich
innerhalb des Ankurbelungszeitraums während des Startens
des Motors 10 kontinuierlich. Außerdem nehmen
der Strom und die Spannung, die an den Starter 12 anzulegen
sind, mit Variationen des Drehmoments des Motors 10 und
mit Zunahmen der Drehzahl des Motors 10 wiederholt zu und
ab. Das heißt, der Scatter-Graph der Strom-/Spannungs-Kennwerte,
der in 6 dargestellt ist, weist zusätzlich zu
einem gewissen Maß an Varianz aufgrund eines Erfassungsfehlers
einen gewissen Grad an Varianz wegen der Änderung des Polarisationszustands
der Batterie 30 und der wiederholten Zu- und Abnahmen von
Strom und Spannung auf.
-
Wenn
der innere Widerstand der Batterie 30 auf Basis der linearen
Regression Lb berechnet wird, die aus dem in 6 dargestellten
Scatter-Graphen berechnet wird, weist der errechnete innere Widerstand
der Batterie 30 aufgrund dieser Varianzen einen Fehler
auf.
-
Dagegen
vergleicht in dieser Ausführungsform der Zustandsdetektor 41 in
Schritt S4 eine Variation der ertasteten Stromwerte der Batterie 30 innerhalb
des bestimmten Zeitraums mit dem vorgegebenen Schwellenwert. Außerdem
tritt die Variation der Stromwerte der Batterie 30 in dem
bestimmten Zeitraum auf, der im Ankurbelungszeitraum enthalten ist (siehe 7).
-
Wenn
die Variation der ertasteten Stromwerte der Batterie 30 in
jedem der bestimmten Zeiträume P1, P2 und P3 größer
ist als der Schwellenwert ΔIs, berechnet somit der Zustandsdetektor 41 aus
der ertasteten Datengruppe innerhalb jedes der bestimmten Zeiträume
P1, P2 und P3 eine lineare Regression unter Verwendung eines Least-Square-Ansatzes
für jeden der bestimmten Zeiträume P1, P2 und
P3 (siehe Schritte S4 und S5). Somit wird, wie in 8 dargestellt,
die Vielzahl von linearen Regressionen L1, L2 und L3 entsprechend
der bestimmten Zeiträume P1, P2 und P3 berechnet.
-
Gemäß den
linearen Regressionen L1, L2 und L3 berechnet der Zustandsdetektor 41 in
den Schritten S8 und S9 eine Vielzahl von lokalen Innenwiderstandswerten
und berechnet den inneren Widerstand Rd auf Basis der Vielzahl von
lokalen Innenwiderstandswerten.
-
Wie
oben beschrieben, liegt, wenn eine Variation in den ertasteten Stromwerten
der Batterie 30 innerhalb eines bestimmten Zeitraums größer
ist als der Schwellenwert ΔIth, die Änderungsrate
des Stroms der Batterie 30 innerhalb des bestimmten Zeitraums
bei oder über einem voreingestellten Schwellenwert. Dadurch
kann bestimmt werden, dass die Datengruppe innerhalb des bestimmten Zeitraums
erfasst wird, wenn die Änderung des Polarisationszustands
der Batterie 30 klein ist.
-
Wenn
der Strom der Batterie 30 innerhalb eines bestimmten Zeitraums
wiederholt zu- und abnimmt, ist außerdem die Änderung
des Stroms der Batterie 30 klein, so dass sie den Schwellenwert ΔIth nicht überschreitet.
Das heißt, wenn die Änderungsrate der Batterie 30 bei
oder über dem voreingestellten Schwellenwert liegt, kann
geschätzt werden, dass die Datengruppe, die innerhalb des
bestimmten Zeitraums ertastet wird, erfasst wird, während
der Strom der Batterie 30 nicht zu- oder abnimmt (nicht schwankt)
oder nur wenig schwankt.
-
Somit
ist es möglich, den inneren Widerstand auf Basis der Datengruppe
innerhalb mindestens eines bestimmten Zeitraums, der im Ankurbelungszeitraum
enthalten ist, zu berechnen; die Datengruppe innerhalb des mindestens
einen bestimmten Zeitraums hat eine geringe Varianz aufgrund der Änderung
des Polarisationszustands der Batterie 30 und eine geringe
Varianz aufgrund der Schwankung des Stroms und der Spannung der
Batterie 30.
-
Der
Zustandsdetektor gemäß dieser Ausführungsform
berechnet daher den inneren Widerstand Rd der Batterie 30 mit
einer im Vergleich zu herkömmlichen Zustandsdetektoren
höheren Genauigkeit.
-
Man
beachte, dass die Operationen der Schritte S3 bis S11 während
des Startens des Motors 10 zu geeigneten Zeiten nach der
Operation des Schritts S2 durchgeführt werden. Beispielsweise können
sie durchgeführt werden, während das Kraftfahrzeug
läuft (siehe den Zeitraum T1 oder T4 in 2),
oder während der Ausführung der Leerlaufverringerungs-Steuerroutine
R (siehe den Zeitraum T2 oder T5 in 2). Außerdem
können in dieser Ausführungsform die Operationen
der Schritte S3 bis S11 während des aktuellen Ankurbelungszeitraums auf
Basis der während des vorangehenden Ankurbelungszeitraums
ertasteten Strom- und Spannungswerte ausgeführt werden.
-
Außerdem
führt die ECU 40 die Leerlaufverringerungs-Steuerroutine
R in einem bestimmten Zyklus durch, während sie mit Energie
versorgt wird.
-
Gemäß der
Leerlaufverringerungs-Steuerroutine R bestimmt die ECU 40 in
Schritt S20, ob das Kraftfahrzeug angehalten ist. Wenn das Kraftfahrzeug
läuft (NEIN im Bestimmungsschritt S20), beendet die ECU 40 die
Leerlaufverringerungs-Steuerroutine R.
-
Wenn
das Fahrzeug dagegen angehalten ist (JA im Bestimmungsschritt S20),
bestimmt die ECU 40 in Schritt S21, ob mindestens eine
der Voraussetzungen für einen automatischen Stopp des Motors erfüllt
ist.
-
Wenn
keine Vorraussetzung für einen automatischen Stopp des
Motors erfüllt ist (NEIN in Schritt S21), verlässt
die ECU 40 die Leerlaufverringerungs-Steuerroutine R.
-
Wenn
dagegen mindestens eine der Voraussetzungen für einen automatischen
Stopp des Motors erfüllt ist (JA in Schritt S21), steuert
die ECU 40 in Schritt S22 beispielsweise den Motor 10 so,
dass die Zufuhr von Kraftstoff zu jedem Zylinder unterbrochen ist,
um dadurch den Motor 10 automatisch anzuhalten (die Verbrennung
der Luft/Kraftstoff-Mischung wird unterbrochen).
-
Dann
bestimmt die ECU 40 in Schritt S23, ob der Motor 10 angehalten
bleiben soll. Die Operation in Schritt S23 wird noch ausführlich
beschrieben. Wenn bestimmt wird, dass der Motor 10 nicht
angehalten bleiben soll, gibt die ECU 40 den Befehl zum Neustarten
des Motors aus.
-
In
Schritt S24 bestimmt die ECU 40, ob sie den Befehl zum
Neustarten des Motors ausgegeben hat. Wenn der Befehl zum Neustarten
des Motors nicht ausgegeben wurde (NEIN in Schritt S24), lässt die
ECU 40 den Motor 10 weiterhin angehalten und führt
die Bestimmung in Schritt S24 wiederholt durch.
-
Wenn
dagegen der Befehl zum Neustarten des Motors ausgegeben wurde (JA
in Schritt S24), führt die ECU 40 im Anschluss
an die Ausgabe des Befehls zum Neustarten des Motors eine Routine zum
automatischen Neustarten des Motors aus, auch wenn der Motor 10 angehalten
wurde, um den Motor 10 neu zu starten.
-
Nun
wird die Operation, mit der in Schritt S23 bestimmt wird, ob der
Motor 10 angehalten bleiben soll, ausführlich
beschrieben.
-
Wie
in 5 dargestellt, bestimmt die ECU 40 in
Schritt S231, ob der Zündschalter SW ausgeschaltet wurde.
In Schritt S231 bestimmt die ECU 40 beispielsweise, ob
das Fahrzeug geparkt ist, so dass es unnötig ist, die Leerlaufverringerungs-Steuerroutine
R auszuführen.
-
Wenn
der Zündschalter SW ausgeschaltet ist (JA in der Bestimmung
in Schritt S231), beendet die ECU 40 die Operation in Schritt
S23 und die Leerlaufverringerungs-Steuerroutine R.
-
Wenn
dagegen der Zündschalter SW eingeschaltet ist (NEIN in
der Bestimmung in Schritt S231), bestimmt die ECU in Schritt S232,
ob die Leerlaufverringerungs-Steuerroutine R vom Fahrer absichtlich ausgelöst
wird. Wenn beispielsweise in Schritt S232 ein vollständig
niedergedrücktes Bremspedal losgelassen wird, bestimmt
die ECU 40 in Schritt S232 beispielsweise, dass die Leerlaufverringerungs-Steuerroutine
R vom Fahrer nicht ausgelöst wird (NEIN in Schritt S232),
und die ECU 40 schreitet zu Schritt S233 vor.
-
In
Schritt S233 berechnet der Zustandsdetektor 41 der ECU 40 mindestens
drei Innenwiderstands-Korrekturvariablen auf Basis der Fahrzeuginformationen 51.
-
Genauer
berechnet der Zustandsdetektor 41 als erste Innenwiderstands-Korrekturvariable
ein Integral der momentanen Werte des Ladestroms zur Batterie 30 und
der momentanen Werte des Entladestroms von dieser innerhalb eines
voreingestellten Zeitraums.
-
In
Schritt S233 berechnet der Zustandsdetektor 41 auch einen
Polarisationszustandsparameter als zweite Innenwiderstands-Korrekturvariable beispielsweise
auf Basis der Fahrzeuginformationen 51.
-
In
dieser Ausführungsform ist der Polarisationszustandsparameter
der Umfang des Polarisationszustands der Batterie 30. Der
Umfang des Polarisationszustands der Batterie 30 wird durch
die folgende Gleichung definiert: Pn = Pn – 1
+ x·In·Δt – Pn - 1·Δt/τwobei
Pn einen aktuellen Wert für den Umfang des Polarisationszustands
der Batterie 30 darstellt, Pn – 1 einen vorangehenden
Wert für den Umfang des Polarisationszustands der Batterie 30 darstellt,
In einen voreingestellten Wert für den Strom der Batterie 30 darstellt, Δt
den Abtastzeitraum zum Abtasten des Stroms der Batterie 30 darstellt, τ eine
voreingestellte Diffusionszeitkonstante eines Elektrolyten in der
Batterie 30 darstellt, und x den Anteil von Ladungen, die als
Polarisationsladungen zurückbleiben, an allen Ladungen,
die zu Elektroden wandern, darstellt.
-
Somit
stellt der Ausdruck „x·In·Δt” das
Volumen der Zunahme des Polarisationszustands der Batterie 30 dar,
die ab dem Tastungszeitpunkt des vorangehenden Werts Pn – 1
bis zum Tastungszeitpunkt des aktuellen Werts Pn bewirkt wird. Der
Ausdruck „Pn – 1·Δt/τ” stellt
das Volumen der Abschwächung des Umfangs des Polarisationszustands
der Batterie 30 ab dem Tastungszeitpunkt des vorangehenden
Wertes Pn – 1 bis zum Tastungszeitpunkt des aktuellen Werts
Pn dar.
-
Die
Bedeutung der Gleichung wird nachstehend beschrieben.
-
Der
aktuelle Wert Pn des Umfangs des Polarisationszustands der Batterie 30 wird
folgendermaßen berechnet:
Addieren des Volumens „x·In·Δt” der
Zunahme des Polarisationszustands der Batterie 30 zum vorherigen
Wert Pn – 1 des Umfangs des Polarisationszustands der Batterie 30;
und
Subtrahieren des Volumens Pn – 1·Δt/τ der
Abschwächung des Umfangs des Polarisationszustands der Batterie 30 von
der Summe (Pn – 1 + x·In·Δt).
-
In
Schritt S233 berechnet der Zustandsdetektor 41 ferner den
SOC der Batterie 30 als dritte Innenwiderstands-Korrekturvariable
auf Basis von beispielsweise den Fahrzeuginformationen 51 und
der ersten Innenwiderstands-Korrekturvariablen.
-
In
Schritt S234 korrigiert der Zustandsdetektor 41 den in
Schritt S9 errechneten inneren Widerstand Rd auf Basis der Fahrzeuginformationen 51 und
der ersten bis drit ten Innenwiderstands-Korrekturvariablen, um dadurch
einen korrigierten inneren Widerstand Rd' zu erhalten.
-
Beispielsweise
speichert der Zustandsdetektor 41 in Schritt S234 mindestens
ein Kennfeld, das beispielsweise als Datentabelle oder als Programm ausgelegt
ist. Das mindestens eine Kennfeld stellt eine Funktion (Beziehung)
zwischen einer Variablen des inneren Widerstands Rd, einer Variablen
des Integrals der Lade- und Entladeströme zu/aus der Batterie 30,
einer Variablen des Polarisationszustandsparameters und einer Variablen
des SOC dar.
-
Gemäß dem
mindestens einen Kennfeld korrigiert der Zustandsdetektor 41 den
inneren Widerstand Rd so, dass der korrigierte innere Widerstand Rd'
mit dem Wert für jede der ersten bis dritten Innenwiderstands-Korrekturvariablen
in dem Kennfeld übereinstimmt. Diese Korrektur macht es
möglich, dass der korrigierte innere Widerstand Rd' für
die Umgebungen, die mit dem Kraftfahrzeug in Zusammenhang stehen,
und/oder mit denen, die mit der Batterie 30 in Zusammenhang
stehen, geeignet ist.
-
In
Schritt S234 multipliziert der Zustandsdetektor 41 den
in Schritt S10 errechneten Startstrom ΔIs mit dem korrigierten
inneren Widerstand Rd', um dadurch den Spannungsabfall ΔVdrp
an der Batterie, der für den Neustart des Motors 10 zu
dieser Zeit geeignet ist, zu schätzen.
-
Dann
berechnet der Zustandsdetektor 41 in Schritt S235 einen
Wert für die Mindestspannung Vbtm auf Basis eines aktuellen
Werts für die Batteriespannung Vr und des geschätzten
Spannungsabfalls ΔVdrp und vergleicht den Wert für
die Mindestspannung Vbtm mit dem voreingestellten Schwellenwert, der
etwas höher eingestellt ist als die Spannungsuntergrenze
Vth (siehe 2). Der Zustandsdetektor 41 bestimmt
gemäß dem Ergebnis des Vergleichs in Schritt S235,
ob der Motor 10 angehalten bleiben soll.
-
Wenn
beispielsweise der Wert für die Mindestspannung Vbtm den
voreingestellten Schwellenwert nicht erreicht, bestimmt der Zustandsdetektor 41,
dass der Motor 10 angehalten bleiben soll (JA in Schritt
S235) und verlässt die Operation in Schritt S23 und kehrt
zu Schritt S24 zurück.
-
Wenn
dagegen der Wert für die Mindestspannung Vbtm den voreingestellten
Schwellenwert erreicht (NEIN in Schritt S234), gibt der Zustandsdetektor 41 in
Schritt S236 den Befehl zum Neustarten des Motors an den Starter 12 aus,
um den Motor 10 neu zu starten, und kehrt zu Schritt S24
zurück.
-
Der
Loop-Task der Schritte S231 bis S235 wird wiederholt, bis in Schritt
S24 eine positive Bestimmung ausgeführt wird, so dass auf
Basis von Werten für die Batteriespannung Vr zu den unterschiedlichen
Zeiten und von geschätzten Spannungsabfällen ΔVdrp
zu diesen Zeiten eine Vielzahl von Werten für die Mindestspannung
Vbtm zu den unterschiedlichen Zeiten berechnet wird (siehe Schritt
S234). Somit wird gemäß den errechneten Werten
für die Mindestspannung Vbtm und der Spannungsuntergrenze
Vth bestimmt, ob der Motor 10 angehalten bleiben soll (siehe 2).
-
Wie
oben beschrieben, weist der Zustandsdetektor 41 die Erfassungseinheit
(Schritt S2) und die Innenwiderstands-Berechnungseinheit auf (Schritte S3
bis S9).
-
Die
Erfassungseinheit (Schritt S2) ertastet Strom- und Spannungswerte
der Batterie 30 innerhalb jedes einzelnen einer Vielzahl
von bestimmten Zeiträumen, die im Ankurbelungszeitraum
enthalten sind.
-
Die
Innenwiderstands-Berechnungseinheit (Schritte S3 bis S9) berechnet
eine Variation in den ertasteten Stromwerten innerhalb jedes einzelnen von
der Vielzahl von bestimmten Zeiträumen und bestimmt, ob
die Variation der ertasteten Stromwerte innerhalb jedes einzelnen
von der Vielzahl von bestimmten Zeiträumen bei oder über
dem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
-
Diese
Bestimmung soll bestimmen, ob die Änderungsrate des Stroms
der Batterie 30 innerhalb jedes einzelnen von der Vielzahl
von Zeiträumen bei oder über dem voreingestellten
Schwellenwert hegt.
-
Diese
Bestimmung eliminiert einige von den Paaren aus ertasteten Strom-
und Spannungswerten, von denen jedes Paar innerhalb eines bestimmten
Zeitraums vorkommt; die Änderungsrate des Stroms innerhalb
eines bestimmten Zeitraums ist kleiner als der voreingestellte Schwellenwert.
Einige der Paare aus ertasteten Strom- und Spannungswerten innerhalb
des einen bestimmten Zeitraums, die mit einer Variation des Polarisationszustands
der Batterie 30, mit einer Drehmomentvariation des Motors 10 oder
mit der Zunahme der Drehzahl des Motors 10 variieren, können
einen Fehler bei der Berechnung des inneren Widerstands Rd bewirken.
-
Somit
kann im Gegensatz zu herkömmlichen Zustandsdetektoren der
innere Widerstand der Batterie 30 mit hoher Genauigkeit
und mit geringem Fehler berechnet werden.
-
Die
Innenwiderstands-Berechnungseinheit (Schritte S3 bis S9) bestimmt,
ob eine Variation der ertasteten Stromwerte innerhalb jedes einzelnen
von der Vielzahl von bestimmten Zeiträumen bei oder über
dem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Dagegen ist eine herkömmliche
Vorrichtung so ausgelegt, dass sie eine lineare Regression Lb auf
Basis eines Scatter-Graphen aus Strom-/Spannungs-Kennwerten, der
in 6 dargestellt ist, berechnet und auf Basis der
Neigung der linearen Regression Lb den inneren Widerstand berechnet.
-
Wie
oben beschrieben, weist aber der Scatter-Graph der Strom-/Spannungs-Kennwerte,
der in 6 dargestellt ist, wegen der Änderung
des Polarisationszustands der Batterie und der wiederholten Zu-
und Abnahmen des Stroms und der Spannung einen gewissen Grad an
Varianz zusätzlich zu einem bestimmten Grad an Varianz
aufgrund eines Erfassungsfehlers auf.
-
Im
Gegensatz dazu bestimmt in dieser Ausführungsform die Innenwiderstands-Berechnungseinheit
(Schritte S3 bis S9), ob eine Variation der getasteten Stromwerte
innerhalb jedes einzelnen von der Vielzahl von bestimmten Zeiträumen
bei oder über dem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Diese Ausgestaltung
eliminiert eine Datengruppe, die einen Fehler bei der Berechnung
des inneren Widerstands Rd bewirken kann (siehe 8).
Das heißt, die Innenwiderstands-Berechnungseinheit (Schritte
S3 bis S9) berechnet den inneren Widerstand Rd auf Basis von Strom-
und Spannungswerten der Batterie 30, die ertastet werden,
wenn die Änderung des Polarisationszustands der Batterie 30 gering
ist. Somit kann ein Fehler, der im inneren Widerstand Rd der Batterie 30 vorhanden
ist, verkleinert werden.
-
Die
Innenwiderstands-Berechnungseinheit (Schritte S3 bis S9) stellt
den Schwellenwert, der mit einer Variation der ertasteten Stromwerte
der Batterie 30 verglichen werden soll, so ein, dass die
nachteiligen Auswirkungen der Variation des Polarisationszustands
der Batterie 30 innerhalb jedes einzelnen der bestimmten
Zeiträume verringert werden. Somit wird auch dann, wenn
der Polarisationszustand innerhalb eines bestimmten Zeitraums variiert,
der Anteil der Polarisationswiderstandskomponenten, die mit der Variation
des Polarisationszustands variieren, am inneren Widerstand Rd ausreichend
verkleinert.
-
Das
heißt, der innere Widerstand Rd kann an die Zustandswiderstandskomponenten
angeglichen werden, die gemäß dem Zustand der
Batterie 30 variieren. Dadurch wird ein Fehler verringert,
der im Verbrennungsmotor Rd enthalten ist, wodurch die nachteiligen
Auswirkungen der Polarisation zuverlässiger begrenzt werden
können und der innere Widerstand Rd mit hoher Genauigkeit
berechnet werden kann.
-
Außerdem
leitet die Innenwiderstands-Berechnungseinheit (Schritte S3 bis
S9) eine lineare Näherungsfunktion aus den Strom- und Spannungswerten
ab, die in mindestens einem bestimmten Zeitraum enthalten sind,
in dem die Variation der ertasteten Stromwerte bei oder über
dem vorgegebenen Schwellenwert liegt (siehe Schritt S5).
-
Da
der mindestens eine bestimmte Zeitraum länger ist als ein
jeder Abtastungszeitraum, in dem ein Wert für den Strom
und ein entsprechender Wert für die Spannung der Batterie 30 ertastet
werden, schließt der mindestens eine bestimmte Zeitraum eine
Vielzahl von Sätzen aus Werten für den Strom und
die Spannung der Batterie 30 ein. Gemäß den Strom-
und Spannungswerten, die in dem mindestens einen bestimmten Zeitraum
enthalten sind und die in einer Strom-/Spannungs-Ebene verteilt
sind, leitet die Innenwiderstands-Berechnungseinheit (Schritte S3
bis S9) aus den Strom- und Spannungswerten, die in dem mindestens
einen bestimmten Zeitraum enthalten sind, die lineare Näherungsfunktion
ab. In dieser Modifikation entspricht die Neigung der ersten Näherungsfunktion
dem inneren Widerstand Rd. Somit berechnet die Abweichung der linearen
Näherungsfunktion den inneren Widerstand Rd mit höherer
Genauigkeit.
-
Die
Innenwiderstands-Berechnungseinheit (Schritte S3 bis S9) stellt
jeweils eine Vielzahl von Koeffizienten für eine Vielzahl
von bestimmten Zeiträumen ein; diese Koeffizienten werden
in aufsteigender Reihenfolge vom Start des Ankurbelungszeitraums bis
zum letzten angeordnet (siehe Schritt S8). Wenn die Summe aus der
Vielzahl von Koeffizienten auf 1 eingestellt ist, bildet die Innenwiderstands-Berechnungseinheit
(Schritte S3 bis S9) einen Durchschnitt aus der Vielzahl von lokalen
Innenwiderstandswerten entsprechend der Vielzahl von bestimmten
Zeiträumen. Die Vielzahl von lokalen Innenwiderstandswerten
wird abhängig vom Ladungszustand, von der Temperaturänderung
und/oder vom Polarisationszustand der Batterie 30 geändert.
-
Aus
diesem Grund weist ein lokaler Innenwiderstandswert, der anhand
von kürzlich ertasteten Strom- und Spannungswerten berechnet
wird, eine hohe Zuverlässigkeit auf. Vorzugsweise werden
temporäre Elemente für den Ankurbelungszeitraum
berücksichtigt. Somit kann der innere Widerstand Rd mit
höherer Genauigkeit berechnet werden, wodurch der Zustand
der Batterie 30 genauer erfasst werden kann.
-
Der
Zustandsdetektor 41 weist einen Startstromkalkulator bzw.
eine Startstrom-Berechnungseinrichtung (Schritt S10), einen Spannungsabfallkalkulator
bzw. eine Spannungsabfall-Berechnungseinrichtung (Schritt S234)
und einen Determinator bzw. eine Bestimmungseinrichtung (Schritt
S235) auf. In dieser Ausführungsform ist die Batterie 30 eine
Batterie, die in einem Kraftfahrzeug installiert ist. Der Zustandsdetektor 41 für
die Batterie 30 ist dafür ausgelegt, den Zustand
der Batterie 30 auf Basis des inneren Widerstands Rd zu
erfassen, der von der Innenwiderstands-Berechnungseinheit (Schritte
S3 bis S9) berechnet wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht
es der ECU 40 beispielsweise, den Motor 10 und
die Sollspannung auf Basis des Zustands der Batterie 30 zu
steuern. Somit kann Leistung stabil zur ECU 40 geliefert
werden, und es kann verhindert werden, dass die Batterie 30 übermäßig
entladen wird.
-
Der
Startstromkalkulator (Schritt S10) ist dafür ausgelegt,
den Startstrom ΔIs für den Motor 10 auf
Basis der Änderung der Batteriespannung während
des Ankurbelungszeitraums und des mit hoher Genauigkeit berechneten
inneren Widerstands Rd zu berechnen. Im Vergleich zu den herkömmlichen
Vorrichtungen berechnet diese Ausgestaltung den Startstrom ΔIs,
der nötig ist, um die Kurbelwelle 11 mit einer
voreingestellten Leerlaufgeschwindigkeit anzukurbeln, mit größerer
Genauigkeit. Somit schätzt die Spannungsabfall-Schätzeinrichtung
(Schritt S234) den Spannungsabfall ΔVdrp an der Batterie
beim Neustarten des Motors 10 auf Basis des Startstroms ΔIs
und des inneren Widerstands Rd mit größerer Genauigkeit.
-
Außerdem
berechnet die Bestimmungseinrichtung (Schritt S235) auf Basis eines
erfassten tatsächlichen Werts der Batteriespannung und
des geschätzten Spannungsabfalls ΔVdrp einen Wert
für die Mindestspannung Vbtm, wenn der Motor 10 diesmal
neu gestartet wird. Die Bestimmungseinrichtung (Schritt S235) vergleicht
den Wert der Mindestspannung Vbtm mit der Spannungsuntergrenze Vth
der Batterie 30, um dadurch zu bestimmen, ob der Motor 10 angehalten
bleiben soll. Diese Ausgestaltung führt die Leerlaufverringerungs-Steuerung
mit größerer Genauigkeit durch und verbessert
dadurch die Kraftstoff-Verbrauchswerte des Kraftfahrzeugs.
-
In
dieser Ausführungsform stellt der Zustandsdetektor 41 in
Schritt S8 eine Vielzahl von Koeffizienten für die Vielzahl
von bestimmten Zeiträumen ein; diese Koeffizienten werden
in aufsteigender Ordnung vom Beginn des Ankurbelungszeitraums bis
zum letzten angeordnet. Dagegen kann der Zustandsdetektor 41 eine
Vielzahl von Koeffizienten für die Vielzahl von bestimmten
Zeiträumen einstellen; jeder von der Vielzahl von Koeffizienten
weist einen Wert auf, der den Werten für die Parameter
innerhalb eines entsprechenden von der Vielzahl von bestimmten Zeiträumen
entspricht.
-
Beispielsweise
kann der Zustandsdetektor 41 eine Vielzahl von Koeffizienten
für die Vielzahl von bestimmten Zeiträumen einstellen;
jeder von der Vielzahl von Koeffizienten weist einen Wert auf, der
einer Variation der ertasteten Stromwerte innerhalb eines entsprechenden
von der Vielzahl von bestimmten Zeiträumen entspricht.
In dieser Ausgestaltung wird ein Fehler, der im inneren Widerstand
Rd enthalten ist, umso kleiner, je größer die
Variation der ertasteten Stromwerte ist. Somit kann der innere Widerstand Rd
exakter berechnet werden, wodurch der Zustand der Batterie 3 mit
größerer Genauigkeit erfasst werden kann.
-
Die
Vielzahl von Koeffizienten kann für die Vielzahl von bestimmten
Zeiträumen jeweils so eingestellt werden, dass jeder einzelne
von der Vielzahl von Koeffizienten bestimmt wird gemäß:
der
Beziehung zwischen dem Ankurbelungszeitraum und einem entsprechenden
von der Vielzahl von bestimmten Zeiträumen; und
den
Erfassungswerten innerhalb des entsprechenden einen von der Vielzahl
von bestimmten Zeiträumen.
-
Diese
Modifikation erfasst den Zustand der Batterie 30 mit größerer
Genauigkeit.
-
In
Schritt S4 vergleicht der Zustandsdetektor 41 eine Variation
der ertasteten Stromwerte der Batterie 30 innerhalb des
bestimmten Zeitraums mit einem vorgegebenen Schwellenwert, der in
der Speichereinrichtung 42 gespeichert ist. Gemäß dem
Ergebnis des Vergleichs bestimmt der Zustandsdetektor 41,
ob der Innenwiderstand auf Basis einer Datengruppe, die im bestimmten
Zeitraum enthalten ist, berechnet werden soll.
-
Im
Gegensatz dazu kann die Innenwiderstands-Berechnungseinheit so ausgelegt
sein, dass sie, wenn Variationen in den ertasteten Stromwerten (den
Erfassungswerten) der Batterie 30 innerhalb eines bestimmten
Zeitraums vorhanden sind und die Variationen größer
sind als der Schwellenwert, den inneren Widerstand Rd berechnet
auf Basis von:
einer Anzahl von Sätzen aus ertasteten
Strom- und Spannungswerten der Batterie 30 innerhalb des
einen bestimmten Zeitraums, einer Anzahl von Sätzen aus
den ertasteten Strom- und Spannungswerten der Batterie 30,
die einigen der Variationen entsprechen, wobei einige der Variationen
gemäß ihrem Änderungsumfang geordnet
werden und die größte Variation von den Variationen
enthalten.
-
Beispielsweise
kann die Innenwiderstands-Berechnungseinheit (Schritte S3 bis S9)
dafür ausgelegt sein, den inneren Widerstand Rd auf Basis der
ertasteten Strom- und Spannungswerte der Batterie 30 entsprechend
der größten Variation aus der Anzahl von Variationen
zu berechnen. Dadurch wird ein Datensatz aus den ertasteten Strom-
und Spannungswerten der Batterie 30 ausgewählt,
der während des Ankurbelungszeitraums ertastet wird, wenn die
Variation des Polarisationszustands der Batterie 30 pro
Zeiteinheit gering ist. Somit können die nachteiligen Auswirkungen
der Variation des Polarisationszustands der Batterie 30 auf
den berechneten inneren Widerstand Rd verringert werden, wodurch
der innere Widerstand mit größerer Genauigkeit
berechnet werden kann.
-
Außerdem
kann jeder einzelne einer Vielzahl von bestimmten Zeiträumen,
in dem einige der ertasten Strom- und Spannungswerte der Batterie 30 enthalten
sind, so angepasst werden, dass er verlängert oder verkürzt
wird. Der Schwellenwert, der mit einer Variation der Erfassungswerte
verglichen wird, und die Länge jedes einzelnen von der
Vielzahl von bestimmten Zeiträumen können unter
Berücksichtigung des Aufbaus der Batterie 30 und
des Abtastungszeitraums jedes der verschiedenen Sensoren bestimmt werden.
Dadurch wird ein im berechneten inneren Widerstand Rd enthaltener
Fehler, der auf die nachteiligen Auswirkungen der Polarisation der
Batterie 30 zurückgeht, ver ringert werden, wodurch
der Zustand der Batterie 30 auf Basis des berechneten inneren
Widerstands mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann.
-
Die
Erfassungseinheit (Schritt S2) verwendet die ertasteten Werte der
Batterie 30 als die Werte für den Parameter, aber
sie kann auch die ertasteten Batteriespannungen und/oder -Leistungswerte
auf Basis der ertasten Strom- und Spannungswerte der Batterie 30 als
die Werte für den Parameter verwenden. In dieser Ausgestaltung
kann die Innenwiderstands-Berechnungseinheit einen angemessenen Schwellenwert
einstellen, eine Variation der Werte des Parameters mit dem angemessenen
Schwellenwert vergleichen und den inneren Widerstand Rd auf Basis
der ertasteten Strom- und Spannungswerte innerhalb des voreingestellten
Zeitraums berechnen; diese ertasteten Strom- und Spannungswerte
weisen eine geringe Varianz auf.
-
Die
Batterie 30 kann in Fahrzeugen installiert sein, aber die
vorliegende Erfindung kann auch auf andere Batterien angewendet
werden, die als Leistungsquelle zum Starten eines Verbrennungsmotors verwendet
werden.
-
Zwar
wurde beschrieben, was derzeit als Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung und als ihre Modifikationen betrachtet wird,
aber selbstverständlich können auch davon verschiedene
Modifikationen, die hier nicht beschrieben sind, durchgeführt werden,
und die beigefügten Ansprüche sollen alle diese
Modifikationen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2009-049142 [0001]
- - JP 2010-012292 [0001]
- - JP 2005-274214 [0005]
- - JP 2007-223530 [0006]