DE102019105146B3

DE102019105146B3 - Diagnosevorrichtung und Diagnoseverfahren für eine Batterie

Info

Publication number: DE102019105146B3
Application number: DE102019105146.0A
Authority: DE
Inventors: Linyu SUN
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2039-03-01
Also published as: US10969439B2; CN110217108A; CN110217108B; US20190271745A1; JP2019152527A; US11675016B2; JP7069837B2; US20210190872A1

Abstract

Eine Diagnosevorrichtung (12) für eine Batterie (100) umfasst eine Messeinheit (14), die dazu eingerichtet ist, einen Stromwert und einen Spannungswert der Batterie (100) zu erfassen, und eine Diagnoseeinheit (13), die zur Berechnung eines Innenwiderstandswerts der Batterie (100) auf der Grundlage des Stromwerts und des Spannungswerts eingerichtet ist, die durch die Messeinheit (14) erfasst sind, und die Batterie (100) auf der Grundlage des Innenwiderstandswerts zu diagnostizieren. Die Diagnoseeinheit (13) ist dazu eingerichtet, die Batterie (100) zur Durchführung einer Entladung bei einem ersten Stromwert und einem zweiten Stromwert, die jeweils geringer als ein vorbestimmter Zielstromwert sind, während einer ersten Zeitdauer und einer zweiten Zeitdauer zu veranlassen, die jeweils kürzer als eine vorbestimmte Zielzeitdauer sind, den Innenwiderstandswert bei Veranlassung der Batterie (100) zur Durchführung der Entladung mit dem Zielstromwert während der Zielzeitdauer abzuschätzen, und die Batterie (100) zu diagnostizieren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Diagnosevorrichtung und ein Diagnoseverfahren für eine Batterie, die in einem Fahrzeug oder dergleichen angebracht ist.
Stand der Technik
In einem Fahrzeug oder dergleichen wird eine Konfiguration angenommen, bei der eine Subbatterie von einer Hauptstromversorgung wie etwa einer Hauptbatterie getrennt bereitgestellt ist. Die Subbatterie führt jeder Funktionseinheit des Fahrzeugs Energie zu, um beispielsweise einen vorbestimmten Anhaltvorgang zu ermöglichen, auch falls die Hauptbatterie während der Ausführung einer autonomen Fahrfunktion ausfällt. Da die Subbatterie wie vorstehend beschrieben wichtig ist, ist es bevorzugt, während einer normalen Fahrt zu diagnostizieren und zu überprüfen, dass die Subbatterie eine vorbestimmte Energieversorgungskapazität aufweist.
Für eine Batteriediagnose wird gewöhnlich ein Innenwiderstand der Batterie verwendet. Die Druckschrift JP 2015-126594 A offenbart, dass eine Bestimmungsgenauigkeit durch eine Berechnung eines Innenwiderstandswerts und eine Berechnung von dessen Genauigkeit in einem bestimmten Zeitintervall auf der Grundlage eines Stromwerts und eines Spannungswerts während des Fahrens eines Fahrzeugs und durch Treffen einer Bestimmung des Verschlechterungsgrades auf der Grundlage des Innenwiderstandswerts verbessert wird, falls die Berechnungsgenauigkeit in einen vorbestimmten Bereich fällt. Die Druckschrift JP 2010-249770 A offenbart, dass eine Berechnungsgenauigkeit durch eine Erfassung einer Spannung und eines Stromes zu einem Ladezeitpunkt sowie einer Spannung und einem Strom zu einem Entladezeitpunkt nach Ablauf derselben Zeit ab dem Zeitpunkt eines Umschaltens zwischen Laden und Entladen, und durch Berechnung eines Innenwiderstandes verbessert wird. Als weiterer Stand der Technik wird auf die DE 10 2011 113 828 A1 und die EP 2 410 346 B1 verwiesen.
ERFINDUNGSZUSAMMENFASSUNG
Um eine Subbatterie zu diagnostizieren, ist es bevorzugt, den Innenwiderstand nach einem Entladen eines Zielstromes während einer vorbestimmten Zielzeitdauer zu verwenden. Da es jedoch sein kann, dass die Subbatterie während eines normalen Fahrens, bei dem die Hauptbatterie nicht ausfällt, keine Gelegenheit zur Durchführung einer solchen Entladung hat, ist es schwierig, den Innenwiderstand der Subbatterie zu messen. Falls ferner die Entladung für eine Diagnose durchgeführt wird, ist eine Messung des Innenwiderstands der Subbatterie ebenso schwierig, da bei Ausfall der Hauptbatterie unmittelbar nach der Entladung eine Energie unzureichend sein kann, die die Subbatterie ausgeben kann.
Die Erfindung stellt eine Diagnosevorrichtung und ein Diagnoseverfahren für eine Batterie bereit, die in der Lage sind, die Batterie zu diagnostizieren, während ein Entladestrom und eine Entladezeitdauer der Batterie unterdrückt sind.
Eine erste Ausgestaltung der Erfindung betrifft eine Diagnosevorrichtung für eine Batterie. Die Diagnosevorrichtung umfasst eine Messeinheit und eine Diagnoseeinheit. Die Messeinheit ist zur Erfassung eines Stromwerts und eines Spannungswerts der Batterie eingerichtet. Die Diagnoseeinheit ist zur Berechnung eines Innenwiderstandswerts der Batterie auf der Grundlage des Stromwerts und des Spannungswerts, die durch die Messeinheit erfasst sind, und zur Diagnose der Batterie auf der Grundlage des Innenwiderstandswerts eingerichtet. Die Diagnoseeinheit ist dazu eingerichtet, die Batterie zur Durchführung einer Entladung mit einem ersten Stromwert, der geringer als ein vorbestimmter Zielstromwert ist, während einer ersten Zeitdauer zu veranlassen, die kürzer als eine vorbestimmte Zielzeitdauer ist, und einen ersten Innenwiderstandswert, der der Innenwiderstandswert bei Fortsetzung der Entladung mit dem ersten Stromwert während der Zielzeitdauer ist, auf der Grundlage einer Änderung des Innenwiderstandswerts innerhalb der ersten Zeitdauer abzuschätzen, die Batterie zur Durchführung einer Entladung mit einem zweiten Stromwert, der geringer als der Zielstromwert und höher als der erste Stromwert ist, während einer zweiten Zeitdauer zu veranlassen, die kürzer als die Zielzeitdauer ist, und einen zweiten Innenwiderstandswert, der der Innenwiderstandswert bei Fortsetzung der Entladung mit dem zweiten Stromwert während der Zielzeitdauer ist, auf der Grundlage einer Änderung des Innenwiderstandswerts innerhalb der zweiten Zeitdauer abzuschätzen, auf der Grundlage des ersten Innenwiderstandswerts und des zweiten Innenwiderstandswerts einen dritten Innenwiderstandswert abzuschätzen, der der Innenwiderstandswert bei Veranlassung der Batterie ist, ein Entladen mit dem Zielstromwert während der Zielzeitdauer durchzuführen, und die Batterie auf der Grundlage des dritten Innenwiderstandswerts zu diagnostizieren.
Gemäß der ersten Ausgestaltung ist es möglich, den Innenwiderstandswert der Batterie bei Durchführung eines Entladens mit dem Zielstromwert während der Zielzeitdauer durch ein Entladen mit dem Stromwert, der geringer als der Zielstromwert ist, während der Zeitdauer abzuschätzen, die kürzer als die Zielzeitdauer ist, und die Batterie zu diagnostizieren.
Bei der Diagnosevorrichtung gemäß der ersten Ausgestaltung kann die Diagnoseeinheit dazu eingerichtet sein, die Batterie zur Durchführung der Entladung mit dem ersten Stromwert zu veranlassen, und nachfolgend die Entladung mit dem zweiten Stromwert durchzuführen.
Gemäß der Ausgestaltung kann der Einfluss auf den berechneten Innenwiderstandswert verringert werden, da eine Entladung bei einem hohen Stromwert nach einer Entladung bei einem geringen Stromwert durchgeführt wird.
Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren für eine Batterie, das durch einen Computer einer Diagnosevorrichtung für die Batterie ausgeführt wird. Das Diagnoseverfahren umfasst ein Veranlassen der Batterie, ein Entladen mit einem ersten Stromwert, der geringer als ein vorbestimmter Zielstromwert ist, während einer ersten Zeitdauer durchzuführen, die kürzer als eine vorbestimmte Zielzeitdauer ist, ein Abschätzen eines ersten Innenwiderstandswerts, der ein Innenwiderstandswert bei Fortsetzung des Entladens mit dem ersten Stromwert während der Zielzeitdauer ist, auf der Grundlage einer Änderung des auf der Grundlage eines Stromwerts und eines Spannungswerts der Batterie berechneten Innenwiderstandswerts innerhalb der ersten Zeitdauer, ein Veranlassen der Batterie, ein Entladen mit einem zweiten Stromwert, der geringer als der Zielstromwert und höher als der erste Stromwert ist, während einer zweiten Zeitdauer durchzuführen, die kürzer als die Zielzeitdauer ist, und ein Abschätzen eines zweiten Innenwiderstandswerts, der der Innenwiderstandswert bei Fortsetzung des Entladens mit dem zweiten Stromwert während der Zielzeitdauer ist, auf der Grundlage einer Änderung des auf der Grundlage des Stromwerts und des Spannungswerts der Batterie berechneten Innenwiderstandswerts innerhalb der zweiten Zeitdauer, ein Abschätzen eines dritten Innenwiderstandswerts, der der Innenwiderstandswert bei Veranlassen der Batterie ist, das Entladen mit dem Zielstromwert während der Zielzeitdauer durchzuführen, auf der Grundlage des ersten Innenwiderstandswerts und des zweiten Innenwiderstandswerts, und ein Diagnostizieren der Batterie auf der Grundlage des dritten Innenwiderstandswerts.
Gemäß der zweiten Ausgestaltung ist es möglich, den Innenwiderstandswert der Batterie bei Durchführen eines Entladens mit dem Zielstromwert während der Zielzeitdauer durch ein Entladen mit dem Stromwert, der geringer als der Zielstromwert ist, während der Zeitdauer abzuschätzen, die kürzer als die Zielzeitdauer ist, und die Batterie zu diagnostizieren.
Bei dem Diagnoseverfahren gemäß der zweiten Ausgestaltung kann die Batterie dazu veranlasst werden, das Entladen mit dem ersten Stromwert durchzuführen, und nachfolgend das Entladen mit dem zweiten Stromwert durchzuführen.
Gemäß den Ausgestaltungen der Erfindung ist es möglich, den Innenwiderstandswert der Batterie bei Durchführung eines Entladens mit dem Zielstromwert während der Zielzeitdauer auf der Grundlage der Änderung des Messwerts des Innenwiderstands geeignet abzuschätzen, falls ein Entladen mit zwei Stromwerten, die geringer als der Zielstromwert sind, während Zeitdauern durchgeführt wird, die kürzer als die Zielzeitdauer sind. Daher ist es möglich, die Diagnosevorrichtung für die Batterie und das Diagnoseverfahren für die Batterie bereitzustellen, die zur Diagnose der Batterie in der Lage sind, während der Entladestrom und die Entladezeitdauer der Batterie unterdrückt sind.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile und technische sowie industrielle Bedeutsamkeit der exemplarischen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelemente bezeichnen, und bei der:

1 eine funktionale Blockdarstellung zeigt, die ein Stromversorgungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, das an einem Fahrzeug angebracht ist;
2A ein Ablaufdiagramm zeigt, das eine Diagnoseverarbeitung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2B ein Ablaufdiagramm zeigt, das eine Diagnoseverarbeitung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
3 eine Grafik zeigt, die ein Beispiel eines Strommusters zeigt, das für eine Diagnose gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird;
4 eine Grafik zeigt, die Beispiele von Messproben und Innenwiderständen zu dem Zeitpunkt einer Diagnose gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
5 eine Grafik zeigt, die ein Beispiel einer Extrapolationsverarbeitung von Innenwiderständen gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
6 eine Grafik zeigt, die ein Beispiel einer Zeitcharakteristik des Innenwiderstands gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
7 eine Grafik zeigt, die ein Beispiel einer Extrapolationsverarbeitung von Innenwiderständen gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
8 eine Grafik zeigt, die ein Beispiel einer Stromcharakteristik des Innenwiderstands gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Übersicht
Eine Diagnosevorrichtung für eine Batterie gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung schätzt einen Innenwiderstandswert der Batterie bei Durchführung eines Entladens mit einem Zielstromwert während einer Zielzeitdauer aus einem Messwert eines Innenwiderstandes bei Durchführung eines Entladens der Batterie mit einem Stromwert, der geringer als der Zielstromwert ist, während einer Zeitdauer ab, die kürzer als die Zielzeitdauer ist, und diagnostiziert die Batterie auf der Grundlage des Schätzwerts.
Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Konfiguration
1 zeigt eine Funktionsblockdarstellung eines Stromversorgungssystems 1 mit einer Diagnosevorrichtung für eine Batterie bei dem Ausführungsbeispiel. Das Stromversorgungssystem 1 ist beispielsweise in einem Fahrzeug angebracht. Das Stromversorgungssystem 1 umfasst eine Batterie (Subbatterie) 100, eine Hauptstromversorgung 200, einen DC-DC-Umwandler 300, eine Last 400 und eine elektronische Stromversorgungssteuereinheit (Stromversorgungs-ECU) 10. Die Hauptstromversorgung 200 und die Batterie 100 sind mit der Last 400 durch den DC-DC-Umwandler 300 verbunden. Die Stromversorgungs-ECU 10 umfasst eine Stromversorgungssteuerung 11, die den DC-DC-Umwandler 300 zur Versorgung von Energie von der Hauptstromversorgung 200 oder der Batterie 100 zu der Last 400 steuert, und eine Diagnosevorrichtung 12, die die Batterie 100 diagnostiziert. Falls die Hauptstromversorgung 200 normal arbeitet, führt die Stromversorgungssteuerung 11 Energie von der Hauptstromversorgung 200 an die Last 400 zu. Falls jedoch die Stromversorgungssteuerung 11 erfasst, dass die Hauptstromversorgung 200 ausfällt, führt die Stromversorgungssteuerung 11 Energie von der Batterie 100 an die Last 400 zu. Die Diagnosevorrichtung 12 umfasst eine Messeinheit 14, die einen Strom und eine Spannung der Batterie 100 misst, und eine Diagnoseeinheit 13, die einen Entladestrom der Batterie 100 für die Verwendung bei einer Diagnose steuert, einen Stromwert und einen Spannungswert von der Messeinheit 14 zur Berechnung eines Innenwiderstandswerts der Batterie 100 erfasst, und die Batterie 100 auf der Grundlage des berechneten Werts diagnostiziert. Die Diagnosevorrichtung 12 kann in der Stromversorgungs-ECU 10 bereitgestellt sein, um einige der angebrachten Teile mit der Stromversorgungssteuerung 11 zu teilen, oder kann getrennt von der Stromversorgungs-ECU 10 bereitgestellt sein.
Verarbeitung
Ein Beispiel einer Diagnoseverarbeitung für eine Batterie gemäß dem Ausführungsbeispiel ist nachstehend beschrieben. Die 2A und 2B sind Ablaufdiagramme, die eine Diagnoseverarbeitung zeigen, die durch die Diagnoseeinheit 13 der Diagnosevorrichtung 12 ausgeführt werden. Die Verarbeitung wird beispielsweise während eines Fahrens des Fahrzeugs periodisch gestartet und ausgeführt. Bei der Verarbeitung wird angenommen, dass eine Anforderung der Batterie 100 erfüllt ist, d.h., die Batterie 100 beschafft einen vorbestimmten Leistungswert Wtarget bei einer Spannung Vlow, die eine untere Grenzspannung von Spannungen ist, bei denen die Last 400 zu dem Zeitpunkt arbeiten kann, falls der Strom des Zielstromwerts (z.B. 55 A) während der Zielzeitdauer (z.B. 15 s) ausgegeben wird.
Schritt S101
Die Diagnoseeinheit 13 bestimmt, ob die Batterie 100 stabil ist oder nicht. Beispielsweise kann die Diagnoseeinheit 13 den Stromwert der Batterie 100 von der Messeinheit 14 erfassen, und falls der Stromwert innerhalb eines vorbestimmten Bereiches während einer bestimmten Zeitdauer oder länger ist, kann die Diagnoseeinheit 13 bestimmen, dass die Batterie 100 stabil ist. Falls die Diagnoseeinheit 13 bestimmt, dass die Batterie 100 stabil ist, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S102 fort, und falls die Diagnoseeinheit 13 bestimmt, dass die Batterie 100 nicht stabil ist, endet die Verarbeitung.
Schritt S102
Die Diagnoseeinheit 13 beginnt eine Entladesteuerung derart, dass der Entladestrom der Batterie 100 mit einem vorbestimmten Änderungsmuster geändert wird. 3 zeigt ein Beispiel des Änderungsmusters des Entladestroms der Batterie 100. 3 zeigt ebenso ein Beispiel eines Änderungsmusters der Spannung der Batterie 100 in Übereinstimmung mit einer Stromänderung. In einem Anfangszustand ist der Stromwert 0 A. In 3 sind der Spannungspegel und der Strompegel in einem Anfangszustand in einer zusammenpassenden Weise dargestellt. Bei dem Änderungsmuster wird beispielsweise nach dem Anfangszustand eines Stromes von 0 A eine Entladung bei einem ersten Stromwert (geringer Strom: 10 A) während einer ersten Zeitdauer (5 s) durchgeführt, und nachfolgend wird ein Entladen mit einem zweiten Stromwert (hoher Strom: 20 A) durchgeführt, der während einer zweiten Zeitdauer (5 s) höher als der erste Stromwert ist. Nachfolgend wird das Entladen gestoppt. Der erste Stromwert und der zweite Stromwert sind geringer als der Zielstromwert, und die erste Zeitdauer und die zweite Zeitdauer sind kürzer als die Zielzeitdauer. Da der Stromwert nicht abrupt geändert werden kann, wird er allmählich geändert. Bei dem tatsächlichen Stromwert kann auch während der ersten Zeitdauer oder der zweiten Zeitdauer eine Fluktuation auftreten. Die Diagnoseeinheit 13 erfasst den Stromwert und den Spannungswert der Batterie 100, die durch die Messeinheit 14 gemessen sind, während der Entladestrom der Batterie 100 mit dem Änderungsmuster wie bei den nachfolgenden Schritten S103 bis S106 geändert wird.
Schritt S103
Die Diagnoseeinheit 13 erfasst eine Messprobe, die eine Kombination des Stromwerts und des Spannungswerts ist, die durch die Messeinheit 14 gemessen sind, in einer Zeitdauer T0, in der der Stromwert 0 A ist (in der vorliegenden Spezifikation umfasst die Bedeutung von „0 A“ ein „im Wesentlichen 0 A“). Es ist zu bevorzugen, eine Vielzahl von Messproben zu erfassen, und die Gruppe der in dem Schritt erfassten Messproben ist als S0 bezeichnet. Die Zeitdauer T0 ist beispielsweise 0,5 s. Die Länge jeder nachfolgenden Zeitdauer ist beispielsweise ebenso 0,5 s, und es ist zu bevorzugen, eine Vielzahl von Messproben innerhalb der Zeitdauer zu erfassen.
Schritt S104
Die Diagnoseeinheit 13 erfasst eine Messprobengruppe S1, die eine Kombination des Stromwerts und des Spannungswerts ist, die durch die Messeinheit 14 beispielsweise in einer Zeitdauer T1 von 0,5 s nach Ablauf einer kurzen Zeit (3 s) gemessen sind, nachdem der Stromwert 10 A erreicht hat (in der vorliegenden Spezifikation umfasst die Bedeutung von „10 A“ ein „im Wesentlichen 10 A“).
Schritt S105
Die Diagnoseeinheit 13 erfasst eine Messprobengruppe S2, die eine Kombination des Stromwerts und des Spannungswerts ist, die durch die Messeinheit 14 beispielsweise in einer Zeitdauer T2 von 0,5 s nach Ablauf einer langen Zeit (5 s) gemessen sind, nachdem der Stromwert 10 A erreicht hat.
Schritt S106
Die Diagnoseeinheit 13 erfasst eine Messprobengruppe S3, die eine Kombination des Stromwerts und des Spannungswerts ist, die durch die Messeinheit 14 beispielsweise in einer Zeitdauer T3 von 0,5 s nach Ablauf einer kurzen Zeit (3 s) gemessen sind, nachdem der Stromwert 20 A erreicht hat (in der vorliegenden Spezifikation umfasst die Bedeutung von „20 A“ ein „im Wesentlichen 20 A“).
Schritt S107
Die Diagnoseeinheit 13 erfasst eine Messprobengruppe S4, die eine Kombination des Stromwerts und des Spannungswerts ist, die durch die Messeinheit 14 beispielsweise in einer Zeitdauer T4 von 0,5 s nach Ablauf einer langen Zeit (5 s) gemessen sind, nachdem der Stromwert 20 A erreicht hat. 4 zeigt eine Grafik, in der die horizontale Achse einen Strom repräsentiert, die vertikale Achse eine Spannung repräsentiert und jede der Messprobengruppen S0 bis S4 aufgetragen ist. In 4 ist jede Gruppe durch einen Punkt angezeigt. Jedoch ist tatsächlich eine Vielzahl von Messproben, die zu jeder Gruppe gehört, mit einer konstanten Streuung verteilt.
Schritt S108
Die Diagnoseeinheit 13 berechnet einen Korrelationskoeffizienten der Messprobe, die in einer Vereinigung S0 ∪ S1 der Messproben umfasst ist, die zwei Variablen eines Stromes und einer Spannung sind. In gleicher Weise wird für jede S0 ∪ S2, S0 ∪ S3 und S0 ∪ S4 ebenso ein Korrelationskoeffizient berechnet. Der Korrelationskoeffizient kann einen Wert in dem Bereich von -1 bis 1 annehmen; da jedoch der Einfluss des Spannungsabfalls aufgrund des Innenwiderstandes der Batterie 100 in der Messprobe akkurat widergespiegelt ist, kann in jedem der vier Vereinigungssätze der Korrelationskoeffizientenwert einen negativen Korrelationskoeffizienten umso näher zu -1 aufweisen, je geringer der Einfluss von anderen Faktoren ist.
Schritt S109
Falls alle in Schritt S108 berechneten Korrelationskoeffizienten kleiner oder gleich einem vorgegebenen negativen Wert (z.B. -0,85) sind, und der Einfluss des Innenwiderstandes mit einer Genauigkeit widergespiegelt ist, die größer oder gleich einem bestimmten Wert ist, schreitet die Verarbeitung durch die Diagnoseeinheit 13 zu Schritt S110 fort, und ansonsten beendet die Diagnoseeinheit 13 die Verarbeitung.
Schritt S110
Gemäß 4 approximiert die Diagnoseeinheit 13 die in den Messprobensätzen S0, S1 umfasste Messprobe linear, berechnet den Achsenabschnitt als eine Spannung OCV bei keinem Strom, und berechnet die Größe der Steigung als einen Innenwiderstand R11 bei einem ersten Stromwert (geringer Strom 10 A), und Ablauf einer kurzen Zeit (3 s). Die Diagnoseeinheit 13 approximiert die in den Messprobensätzen S0, S2 umfasste Messprobe linear, und berechnet die Größe der Steigung als einen Innenwiderstand R12 bei dem ersten Stromwert (geringer Strom 10 A) und Ablauf einer langen Zeit (5 s). Die Diagnoseeinheit 13 approximiert die in den Messprobensätzen S0, S3 umfasste Messprobe linear, und berechnet die Größe der Steigung als einen Innenwiderstand R21 bei einem zweiten Stromwert (hoher Strom 20 A) und Ablauf einer kurzen Zeit (3 s). Die Diagnoseeinheit 13 approximiert die in den Messprobensätzen S0, S4 umfasste Messprobe linear, und berechnet die Größe der Steigung als einen Innenwiderstand R22 bei dem zweiten Stromwert (hoher Strom 20 A) und Ablauf einer langen Zeit (5 s).
Schritt S111
Die Diagnoseeinheit 13 extrapoliert die berechneten Innenwiderstände R11, R12 zeitlich linear, und legt einen Wert entsprechend der Zielzeitdauer (15 s) als einen Innenwiderstand R1 (ersten Innenwiderstandswert) bei dem ersten Stromwert (geringer Strom 10A) und Ablauf der Zielzeitdauer (15 s) fest. Die Diagnoseeinheit 13 extrapoliert die berechneten Innenwiderstände R21, R22 zeitlich linear, und legt einen Wert entsprechend der Zielzeitdauer (15 s) als einen Innenwiderstand R2 (zweiter Innenwiderstandswert) bei dem zweiten Stromwert (hoher Strom 20 A) und Ablauf der Zielzeitdauer (15 s) fest. 5 zeigt eine Grafik, bei der die horizontale Achse eine Zeit repräsentiert, die vertikale Achse einen Innenwiderstand repräsentiert und die Innenwiderstände R11, R12, R21, R22, R1, R2 aufgetragen sind.
Nachstehend sind die allgemeinen Eigenschaften der Innenwiderstände der Batterie beschrieben. 6 zeigt eine Grafik, bei der die horizontale Achse eine Entladezeit repräsentiert, die vertikale Achse einen Innenwiderstand repräsentiert, und ein durch ein vorbestimmtes lineares Approximationsmodell abgeschätzter Innenwiderstandswert und der gegenwärtig gemessene Innenwiderstandswert bei Entladung der Batterie 100 bei 0°C und 40 A gezeigt sind. Falls der Entladestrom konstant ist, kann gemäß 6 der Innenwiderstand der Batterie durch ein lineares Approximationsmodell hinsichtlich der Zeit im Allgemeinen eine annähernd gute Annäherung erlangen. Je länger die Entladezeit wird, desto langsamer wird jedoch die fortschreitende Polarisationsgeschwindigkeit der Batterie, sodass sie in der Praxis etwas geringer als der Schätzwert des linearen Approximationsmodells ist.
Daher kann eine Bestimmung getroffen werden, dass die durch eine zeitlich lineare Extrapolation in dem Schritt berechneten Innenwiderstände R1, R2 etwas größer als die tatsächlichen Werte sind, jedoch sind diese wie die Schätzwerte des Innenwiderstandes bei Durchführung der Entladung bei den konstanten Strömen von 10 A und 20 A während der Zielzeitdauer von 15 s jeweils annähernd gute Schätzwerte.
Schritt S112
Die Diagnoseeinheit 13 extrapoliert die berechneten Innenwiderstände R1, R2 entlang des Stromes, und legt einen Wert entsprechend dem Zielstromwert (55 A) als einen Innenwiderstand R (dritter Innenwiderstandswert) bei dem Zielstrom (55 A) und dem Ablauf der Zielzeitdauer (15 s) fest. 7 zeigt eine Grafik, bei der die horizontale Achse einen Strom repräsentiert, die vertikale Achse einen Innenwiderstand repräsentiert, und die Innenwiderstände R1, R2, R aufgetragen sind.
Nachstehend sind wieder die allgemeinen Eigenschaften des Innenwiderstandes der Batterie beschrieben. 8 zeigt eine Grafik, bei der die horizontale Achse einen Entladestrom repräsentiert, die vertikale Achse einen Innenwiderstand repräsentiert, und der tatsächlich gemessene Innenwiderstandswert bei Entladung der Batterie 100 bei -15°C, -10°C und 20°C, sowie einem Strom von 10 A, 20 A, 30 A, 40 A und 55 A für eine vorbestimmte Zeit gezeigt ist. Falls die Temperatur konstant ist, kann im Allgemeinen gemäß 8 der Innenwiderstand der Batterie durch ein lineares Approximationsmodell hinsichtlich eines Stromes gut angenähert werden.
Daher ist es in dem Schritt sinnvoll, den Innenwiderstandswert bei dem Zielstrom (55 A) während der Zielzeitdauer (15 s) durch eine lineare Extrapolation entlang des Stromes abzuschätzen. Da die Innenwiderstände R1, R2 in Schritt S111 leicht größer als die tatsächlichen Werte abgeschätzt werden, wird insbesondere der Innenwiderstand R ebenso leicht größer als der tatsächliche Wert geschätzt.
Schritt S113
Die Diagnoseeinheit 13 berechnet unter Verwendung des dritten Innenwiderstandswerts R und eines OCVs entsprechend dem nachstehenden (Ausdruck 1) einen Leistungswert W bei der Spannung Vlow, die die untere Grenzspannung ist, bei der die Last 400 zu dem Zeitpunkt arbeiten kann, falls die Batterie 100 den Strom mit dem Zielstromwert während der Zielzeitdauer ausgibt. $W = (OCV - Vlow) / R \times Vlow$
Falls der Wert von W größer oder gleich dem vorbestimmten Leistungswert Wtarget ist, bestimmt die Diagnoseeinheit 13 als ein Diagnoseergebnis, dass die Batterie die angeforderte Leistung halten kann, und andernfalls bestimmt die Diagnoseeinheit 13, dass die Batterie 100 die angeforderte Leistung nicht halten kann. Die Diagnoseeinheit 13 kann die Batterie 100 durch ein anderes Verfahren auf der Grundlage des Innenwiderstandes R diagnostizieren. Im Allgemeinen kann eine Bestimmung getroffen werden, dass die Batterie sich verschlechtert, je größer der Innenwiderstand R ist. Da gemäß der vorstehenden Beschreibung der Innenwiderstand R leicht größer als der tatsächliche Wert abgeschätzt wird, wird das Diagnoseergebnis den Verschlechterungsgrad größer als das tatsächliche Niveau auswerten, jedoch ist dies aus dem Blickwinkel einer strengen Bewertung des Stromversorgungssystems 1 und einer Sicherstellung einer größeren Sicherheit des Fahrzeuges wünschenswert.
Die Diagnoseeinheit 13 kann andere ECUs oder dergleichen, die in dem Fahrzeug angebracht sind, über das Diagnoseergebnis benachrichtigen. Dementsprechend kann das Fahrzeug eine vorbestimmte Verarbeitung wie etwa eine Benachrichtigung an einen Benutzer entsprechend dem Diagnoseergebnis ausführen.
Auf diese Weise wird die Verarbeitung beendet. In dem Änderungsmuster des Entladestroms gemäß 3 wird ein Entladen mit dem zweiten Stromwert (20 A), der höher als der erste Stromwert ist, nach dem Entladen mit dem ersten Stromwert (10 A) fortwährend ausgeführt. Jedoch ist es möglich, den Einfluss auf den berechneten Innenwiderstandswert in der Reihenfolge eines Entladens des hohen Stromwerts nach dem Entladen mit dem geringen Stromwert gemäß der vorstehenden Beschreibung zu verringern. Falls zusätzlich das Entladen mit dem ersten Stromwert und das Entladen mit dem zweiten Stromwert in einem vorbestimmten Intervall oder öfter durchgeführt werden, kann jedes von diesen zuerst durchgeführt werden. Jeder Stromwert oder der vorstehend beschriebene numerische Wert zur Spezifizierung jeder Zeitdauer ist als ein Beispiel beschrieben, und die Erfindung kann angewendet werden, auch falls verschiedene numerische Werte verwendet sind.
Wirkung
Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist es gemäß der Ausgestaltung der Erfindung möglich, den Innenwiderstandswert der Batterie bei Durchführung einer Entladung mit dem Zielstromwert während der Zielzeitdauer auf der Grundlage einer Änderung des Messwerts des Innenwiderstandes abzuschätzen, falls ein Entladen mit zwei Stromwerten, die geringer als der Zielstromwert sind, während Zeitdauern durchgeführt wird, die kürzer als die Zielzeitdauer sind, und eine Diagnose zu treffen, wie etwa ob die Batterie eine vorbestimmte Leistung versorgen kann oder nicht. Auch falls das Diagnoseziel eine schwer zu entladende Subbatterie ist, ist es daher möglich, eine Diagnose zu stellen, während der Entladestrom und die Entladezeitdauer unterdrückt sind.
Die Erfindung ist nicht auf eine Diagnosevorrichtung für eine Batterie begrenzt, und kann ebenso für ein Diagnoseverfahren für die Batterie, bei dem ein in der Diagnosevorrichtung bereitgestellter Computer die Verarbeitung jedes vorstehend beschriebenen Schrittes ausführt, ein Diagnoseprogramm für die Batterie, bei der die Verarbeitung beschrieben ist, oder ein Stromversorgungssystem und ein Fahrzeug angewendet werden.
Die Erfindung ist für eine Diagnose der Batterie in einem Fahrzeug oder dergleichen nützlich.
Eine Diagnosevorrichtung (12) für eine Batterie (100) umfasst eine Messeinheit (14), die dazu eingerichtet ist, einen Stromwert und einen Spannungswert der Batterie (100) zu erfassen, und eine Diagnoseeinheit (13), die zur Berechnung eines Innenwiderstandswerts der Batterie (100) auf der Grundlage des Stromwerts und des Spannungswerts eingerichtet ist, die durch die Messeinheit (14) erfasst sind, und die Batterie (100) auf der Grundlage des Innenwiderstandswerts zu diagnostizieren. Die Diagnoseeinheit (13) ist dazu eingerichtet, die Batterie (100) zur Durchführung einer Entladung bei einem ersten Stromwert und einem zweiten Stromwert, die jeweils geringer als ein vorbestimmter Zielstromwert sind, während einer ersten Zeitdauer und einer zweiten Zeitdauer zu veranlassen, die jeweils kürzer als eine vorbestimmte Zielzeitdauer sind, den Innenwiderstandswert bei Veranlassung der Batterie (100) zur Durchführung der Entladung mit dem Zielstromwert während der Zielzeitdauer abzuschätzen, und die Batterie (100) zu diagnostizieren.

Claims

Diagnosevorrichtung (12) für eine Batterie (100), wobei die Diagnosevorrichtung (12) umfasst: eine Messeinheit (14), die zur Erfassung eines Stromwerts und eines Spannungswerts der Batterie (100) eingerichtet ist; und eine Diagnoseeinheit (13), die zur Berechnung eines Innenwiderstandswerts der Batterie (100) auf der Grundlage des Stromwerts und des Spannungswerts, die durch die Messeinheit (14) erfasst sind, und zur Diagnose der Batterie (100) auf der Grundlage des Innenwiderstandswerts eingerichtet ist, wobei die Diagnoseeinheit (13) dazu eingerichtet ist, die Batterie (100) zur Durchführung einer Entladung mit einem ersten Stromwert, der geringer als ein vorbestimmter Zielstromwert ist, während einer ersten Zeitdauer zu veranlassen, die kürzer als eine vorbestimmte Zielzeitdauer ist, und einen ersten Innenwiderstandswert, der der Innenwiderstandswert bei Fortsetzung der Entladung mit dem ersten Stromwert während der Zielzeitdauer ist, auf der Grundlage einer Änderung des Innenwiderstandswerts innerhalb der ersten Zeitdauer abzuschätzen, die Batterie (100) zur Durchführung einer Entladung mit einem zweiten Stromwert, der geringer als der Zielstromwert und höher als der erste Stromwert ist, während einer zweiten Zeitdauer zu veranlassen, die kürzer als die Zielzeitdauer ist, und einen zweiten Innenwiderstandswert, der der Innenwiderstandswert bei Fortsetzung der Entladung mit dem zweiten Stromwert während der Zielzeitdauer ist, auf der Grundlage einer Änderung des Innenwiderstandswerts innerhalb der zweiten Zeitdauer abzuschätzen, auf der Grundlage des ersten Innenwiderstandswerts und des zweiten Innenwiderstandswerts einen dritten Innenwiderstandswert abzuschätzen, der der Innenwiderstandswert bei Veranlassung der Batterie (100) ist, ein Entladen mit dem Zielstromwert während der Zielzeitdauer durchzuführen, und die Batterie (100) auf der Grundlage des dritten Innenwiderstandswerts zu diagnostizieren.
Diagnosevorrichtung (12) nach Anspruch 1, wobei die Diagnoseeinheit (13) dazu eingerichtet ist, die Batterie (100) zur Durchführung der Entladung mit dem ersten Stromwert und zur nachfolgenden Durchführung der Entladung mit dem zweiten Stromwert zu veranlassen.
Diagnoseverfahren für eine Batterie (100), die durch einen Computer einer Diagnosevorrichtung (12) für die Batterie (100) ausgeführt wird, wobei das Diagnoseverfahren umfasst: Veranlassen der Batterie (100), ein Entladen mit einem ersten Stromwert, der geringer als ein vorbestimmter Zielstromwert ist, während einer ersten Zeitdauer durchzuführen, die kürzer als eine vorbestimmte Zielzeitdauer ist, und Abschätzen eines ersten Innenwiderstandswerts, der ein Innenwiderstandswert bei Fortsetzung des Entladens mit dem ersten Stromwert während der Zielzeitdauer ist, auf der Grundlage einer Änderung des auf der Grundlage des Stromwerts und des Spannungswerts der Batterie (100) berechneten Innenwiderstandswerts innerhalb der ersten Zeitdauer; Veranlassen der Batterie (100) ein Entladen mit einem zweiten Stromwert, der geringer als der Zielstromwert und höher als der erste Stromwert ist, während einer zweiten Zeitdauer durchzuführen, die kürzer als die Zielzeitdauer ist, und Abschätzen eines zweiten Innenwiderstandswerts, der der Innenwiderstandswert bei Fortsetzung des Entladens mit dem zweiten Stromwert während der Zielzeitdauer ist, auf der Grundlage einer Änderung des auf der Grundlage des Stromwerts und des Spannungswerts der Batterie (100) berechneten Innenwiderstandswerts innerhalb der zweiten Zeitdauer; Abschätzen eines dritten Innenwiderstandswerts, der der Innenwiderstandswert bei Veranlassen der Batterie ist, das Entladen mit dem Zielstromwert während der Zielzeitdauer durchzuführen, auf der Grundlage des ersten Innenwiderstandswerts und des zweiten Innenwiderstandswerts; und Diagnostizieren der Batterie (100) auf der Grundlage des dritten Innenwiderstandswerts.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 3, wobei die Batterie (100) zur Durchführung der Entladung mit dem ersten Stromwert und zur nachfolgenden Durchführung der Entladung mit dem zweiten Stromwert veranlasst wird.