DE10207659A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schätzen einer Klemmenspannung einer Batterie, Verfahren und Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie sowie Verfahren und Vorrichtung zum Berechnen der Batteriekapazität - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Schätzen einer Klemmenspannung einer Batterie, Verfahren und Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie sowie Verfahren und Vorrichtung zum Berechnen der Batteriekapazität

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Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Berechnen des Ladezustands einer Batterie ohne Einfluss durch Polarisation werden zur Verfügung gestellt. Eine erste Berechnungseinheit berechnet eine Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, während sich ein Entladestrom der Batterie verringert, auf der Basis einer Klemmenspannung und eines Entladestroms, die gemessen werden, während die Batterie eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist. Eine zweite Berechnungseinheit verschiebt die Strom-Spannungs-Kennlinie um einen bestimmten Betrag in Richtung der Spannungskoordinatenachse. Ein Wert des Restspannungsabfalls, der im Voraus mittels einer Speichereinheit gespeichert worden ist, wird zu dem vorhandenen Schätzspannungswert addiert, der mittels einer Schätzeinheit auf der Basis der verschobenen Strom-Spannungs-Kennlinie geschätzt worden ist, wodurch die vorhandene Leerlaufspannung der Batterie berechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen einer Schätzspannung, d. h. einer geschätzten Klemmenspannung einer Batterie im Entladungszustand bei konstanter Last, wobei die Batterie die elektrische Energie Verbrauchern in einem Fahrzeug zuführt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung entsprechend der Klemmenspannung der Batterie im Gleichgewichtszustand, und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Berechnen einer Ladekapazität der Batterie. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen einer Schätzspannung, d. h. einer geschätzten Klemmenspannung einer Batterie im Entladungszustand bei konstanter Last, wobei eine Strom- Spannungs-Kennlinie, die durch periodisches Messen der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie abgeleitet wird, verwendet wird, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung und der Ladekapazität der Batterie in Abhängigkeit von der Schätzspannung.
Bis jetzt war für ein Fahrzeug ein Verbrennungsmotor die hauptsächliche Antriebsquelle, in welchem Benzin oder Diesel als Treibstoff verwendet wird, allerdings kamen in den letzten Jahren auf den Markt auch Fahrzeuge mit einem elektrizitätserzeugenden Motor als die einzige oder eine zusätzliche Antriebsquelle, wobei der elektrizitätserzeugende Motor das Verbrennungsgas nicht direkt ausstößt. Bei einem Fahrzeug mit elektrizitätserzeugendem Motor ist das Erfassen einer Ladekapazität einer Batterie, die die elektrische Energie dem elektrizitätserzeugenden Motor wieder zuführt, wichtig für die Berechnung einer möglichen Reichweite und Ähnlichem.
Bis jetzt wurde ein Verfahren zur Integration von Strom oder elektrischer Energie verwendet, bei dem eine aufintegrierte verbrauchte elektrische Energie, die unter Verwendung eines aufintegrierten Entladestromwertes berechnet worden ist, von einer Vollladekapazität abgezogen wird, um so die vorhandene Ladekapazität zu berechnen. Jedoch ändert sich bei solch einem Verfahren die ursprüngliche Gesamtladekapazität in Abhängigkeit von individuellen Unterschieden zwischen den Batterien, von der Alterungsrate der Batterien, usw., weshalb die vorhandene Ladekapazität der Batterie nicht genau berechnet werden kann.
Ein Ladezustand der Batterie kann mittels Messens der Dichte des Elektrolyts in der Batterie ermittelt werden, da es eine gewisse lineare Beziehung zwischen der Dichte des Elektrolyts und dem Ladezustand gibt. Jedoch treten in Wirklichkeit in einer Batterie während des Ladens oder des Entladens und in einer Batterie direkt nach dem Abschluss des Ladens oder Entladens chemische Reaktionen zwischen dem Elektrolyt und den Elektroden auf, die eine ungleichmäßige Dichteverteilung des Elektrolyts hervorrufen, weshalb der Ladezustand der Batterie mittels Messens der Dichte des Elektrolyts nicht genau ermittelt werden kann.
Ferner kann die Ladekapazität der Batterie mittels Messens der Klemmenspannung der Batterie ermittelt werden. Allerdings ist die Klemmenspannung nicht stabil, solange nicht der Ladestrom stabilisiert ist, weshalb in Wirklichkeit die Klemmenspannung, die mit dem Ladezustand der Batterie korreliert, nicht mittels Messens erlangt werden kann.
Wie in den charakteristischen Graphen von Fig. 22 gezeigt, bei denen die Batterie einer Entladung mit jeweils einem konstanten Strom von 10 A bis 80 A in Abständen von 10 A unterworfen ist, erhöht sich die Entladezeit (horizontale Achse) mit abnehmendem Entladestrom, während die Klemmenspannung (vertikale Achse) der Batterie mit der Entladezeit drastisch abnimmt.
Die horizontale Achse der charakteristischen Graphen in Fig. 22 stellt die Zeit dar, wobei jedoch, da die Entladung mit konstantem Strom ausgeführt wird und die Batteriekapazität durch die elektrische Energiemenge (Ah) ausgedrückt wird, diese horizontale Achse als Darstellung der Batteriekapazität angesehen werden kann.
Dann ergibt sich aus den charakteristischen Graphen in Fig. 22, dass, je niedriger der Entladestrom ist, desto höher die zu erlangende elektrische Energie wird, und dass der Kapazitätsabfall in der Nähe des Vollladezustandes der Batterie langsam verläuft, während der Kapazitätsabfall in der Nähe des Zustandes der Vollentladung sehr stark ist.
Wie oben beschrieben, kann, selbst wenn der Entladestrom stabilisiert werden kann, da es keine lineare Korrelation zwischen der Ladekapazität der Batterie und deren Klemmenspannung gibt, die Ladekapazität nicht von der Klemmenspannung der Batterie abgeleitet werden.
Daher erscheint ein Verfahren zum Berechnen der Kapazität als vernünftig, das die Beziehung zwischen dem Ladezustand der Batterie und der Leerlaufspannung ausnutzt, welche möglicherweise eine lineare Beziehung ist, da es eine in etwa lineare Beziehung zwischen der Dichte des Elektrolyts in der Batterie und der Leerlaufspannung gibt, und da es eine lineare Beziehung zwischen der Elektrolytdichte der Batterie und dem Ladezustand der Batterie gibt.
Jedoch ist es eine Schwachstelle dieses Verfahrens zum Berechnen der Kapazität, dass die Leerlaufspannung lediglich in dem Zeitabschnitt gemessen werden kann, in dem die Batterie nicht entladen wird, wenn sich der Ladezustand der Batterie nicht ändert, abgesehen von der Selbstentladung. Mit anderen Worten kann die Leerlaufspannung nicht während des Entladens gemessen werden, wenn sich der Ladezustand der Batterie ändert.
Folglich ist es ein Aspekt des obigen Verfahrens zum Berechnen der Kapazität, wie die Leerlaufspannung während des Entladens der Batterie zu ermitteln ist.
Die Klemmenspannung und der Entladestrom können während des Entladens der Batterie gemessen werden. Wie in Fig. 22 gezeigt, gibt es, da sich die Klemmenspannung mit der Erhöhung des Entladestroms verringert, selbst wenn sich der Ladezustand der Batterie nicht ändert, eine Strom-Spannungs- Kennlinie (I-V-Kennlinie) mit negativer Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom, wobei sich die Kennlinie mit der Änderung des Ladezustands der Batterie ändert.
Daher wird die folgende Messung durchgeführt, um eine Mehrzahl an Strom-Spannungs-Kennlinien der Batterie in Abhängigkeit von dem Ladezustand der Batterie zu ermitteln.
Zunächst wird eine Entladung kontinuierlich unter Verwendung eines Impulsstroms durchgeführt, wobei ein Strom Ia und ein Strom Ib, der niedriger als Ia ist, periodisch auftreten, und dann wird die vorbestimmte Anzahl der Sätze (beispielsweise 100 Sätze) bestehend aus der Klemmenspannung, die eine umgekehrte Phase in Bezug auf den Entladestrom aufweist, und dem Entladestrom, d. h. (Ia, V1), (Ib, V2), (Ia, V3), (Ib, V4), usw., kontinuierlich mit der gleichen Periode mit dem Impulszyklus (beispielsweise 1 ms) des Entladestroms abgetastet.
Dann werden von diesen abgetasteten Sätzen bestehend aus der Klemmenspannung und dem Entladestrom, d. h. (Ia, V1), (Ib, V2), (Ia, V3), (Ib, V4), usw., unter Verwendung zumindest des Verfahrens der Quadratbildung die Koeffizienten a1 und b1 gemäß einer Gleichung V = a1.I + b1, d. h. einer linearen Abhängigkeit zwischen der Spannung und dem Strom der Batterie, ermittelt, wobei die Gleichung V = a1.I + b1 die Strom-Spannungs-Kennlinie der Batterie entsprechend der Kapazität während des obigen Abtastens ergibt.
Dann wird die ähnliche Entladung zu der oben beschriebenen Entladung kontinuierlich unter Verwendung eines Impulsstromes weiter durchgeführt, wobei die Ströme Ia und Ib beide periodisch auftreten, und dann die vorbestimmte Anzahl der Sätze aus der Klemmenspannung, die eine umgekehrte Phase in Bezug auf den Entladestrom aufweist, und dem Entladestrom, d. h. (Ia, V11), (Ib, V12, (Ia, V13), (Ib, V14), usw. kontinuierlich abgetastet wird. Dann werden aus diesen abgetasteten Sätzen aus der Klemmenspannung und dem Entladestrom unter Verwendung zumindest des Verfahrens der Quadratbildung die Koeffizienten a2 und b2 gemäß einer Gleichung V = a2.I + b2, d. h. einer linearen Abhängigkeit zwischen der Spannung und dem Strom der Batterie, ermittelt, wobei die Gleichung V = a2.I + b2 die Strom-Spannungs- Kennlinie der Batterie entsprechend der Kapazität während des obigen Abtastens ergibt.
Danach werden auf ähnliche Weise die Koeffizienten an und bn gemäß einer Gleichung V = an.I + bn, d. h. einer linearen Abhängigkeit zwischen der Spannung und dem Strom der Batterie, ermittelt, wobei die Gleichung V = an.I + bn die Strom-Spannungs-Kennlinie der Batterie entsprechend jeder abwechselnd unterschiedlichen Kapazität, die sich graduell verringert, ergibt, wodurch sich die Strom-Spannungs- Kennlinie der Batterie entsprechend der entsprechenden Kapazitäten in einem Bereich von 100% bis 0% bewegt.
In Fig. 23 werden eine Abhängigkeit zwischen den abgetasteten Sätzen aus der Klemmenspannung und dem Entladestrom, d. h. (Ia, Vn1), (Ib, Vn2), (Ia, Vn3), (Ib Vn4) usw., und die lineare Strom-Spannungs-Kennlinien-Gleichung V = an.I + bn, die von diesen Sätzen unter Verwendung der Quadratbildung erlangt worden ist, gezeigt.
Hier wird ein imaginärer Stromwert Is, der einen konstanten imaginären Stromwert darstellt, in die Strom- Spannungs-Kennlinien-Gleichung der Batterie in Abhängigkeit von den entsprechenden Kapazitäten eingesetzt, und dann ergibt sich, wenn die resultierende Spannung V als eine Schätzspannung Vn definiert wird, d. h. eine geschätzte Klemmenspannung der Batterie im Zustand der Entladung mit konstanter Last, eine konstante Strom-Entlade-Kennlinie, wie in Fig. 24 als Graphen dargestellt.
Wenn irgendein positiver Wert für den imaginären Stromwert Is eingesetzt wird, wird die entsprechende konstante Strom-Entlade-Kennlinie zu einer nichtlinearen Kennlinie, wobei sich die geschätzte Klemmenspannung Vn sehr stark verringert, wenn die Kapazität in der horizontalen Achse im Bereich des rechten Endes der entsprechenden Kurven erhöht wird, und selbst in dem Fall, in dem der imaginäre Stromwert Is = 0 A, bei dem sich theoretisch die Leerlaufspannung ergeben muss, zeigt die konstante Strom- Entlade-Kennlinie einen ähnlichen Verlauf.
Gemäß den Graphen in Fig. 24, da, je niedriger der imaginäre Stromwert Is wird, desto niedriger der Grad der Verringerung der Schätzspannung Vn wird, da die Kapazität auf 0 F verringert wird, wird deshalb, wenn ein negativer Wert als imaginärer Stromwert Is in die Strom-Spannungs- Kennlinien-Gleichung der Batterie in Abhängigkeit von den entsprechenden Kapazitäten eingesetzt wird, die resultierende konstante Strom-Entlade-Kennlinie durch Kurven, wie in Fig. 25 gezeigt, ausgedrückt. In diesem Fall zeigt die Kennlinie der Schätzspannung Vn in der Umgebung, in der die Kapazität 0 F ist, einen Wendepunkt mit einer Grenze für den imaginären Stromwert Is = -10 A.
Dem gemäß zeigt, wenn der imaginäre Stromwert Is auf -10 A gesetzt wird, die Schätzspannung Vn bei Entladen mit konstantem Strom theoretisch eine lineare Abhängigkeit in Bezug auf die Batteriekapazität.
Fig. 26 zeigt Graphen, die die Strom-Spannungs-Kennlinie der Batterie in Abhängigkeit von den entsprechenden Kapazitäten darstellen, wobei die vertikale Achse den Entladestrom I und die horizontale Achse die Klemmenspannung V darstellt. Im Folgenden wird überprüft, ob die Schätzspannung Vn während der Entladung mit konstantem Strom eine lineare Abhängigkeit in Bezug auf die Batteriekapazität aufweist.
Da die Koeffizienten a1, a2, . . . an, die die entsprechenden Gradienten der Strom-Spannungs-Kennlinien- Gleichungen ausdrücken, abwechselnd unterschiedlich sind, und die Koeffizienten b1, b2, . . . bn, die die entsprechenden Achsenabschnitte der Strom-Spannungs-Kennlinien-Gleichungen ausdrücken, ebenfalls abwechselnd unterschiedlich sind, gibt es in dem Bereich des positiven Entladestroms, der tatsächlich existiert, keinen Wert I des Entladestroms, bei dem sich die Klemmenspannung V mit der Änderung der Batteriekapazität linear ändert.
Demgegenüber zeigt die Klemmenspannung V im Bereich des negativen Entladestroms, d. h. einem imaginären Blindbereich, wie in Fig. 26 gezeigt, eine Kennlinie mit linearer Änderung in Bezug auf die Batteriekapazität, d. h. die Klemmenspannung V der Batterie ist entsprechend jeder Kapazität für den Entladestromwert I = -10 A die Schätzspannung Vn.
Ein Graph in Fig. 27 zeigt eine Abhängigkeit zwischen der Batteriekapazität bei dem imaginären Stromwert Is = -10 A und der Schätzspannung Vn, die eine lineare Korrelation mit der Batteriekapazität aufweist. Wie in Fig. 16 gezeigt, bewegt sich die Schätzspannung Vn zwischen der Leerlaufspannung Vs im Vollladezustand und der Leerlaufspannung Ve am Ende der Entladung, weshalb ein Kapazitätswert entsprechend der Schätzspannung Vn eine Restkapazität darstellt, d. h. einen Ladezustand (SOC = state of charge).
Dem gemäß werden, da die Schätzspannung anstelle der Leerlaufspannung der Batterie verwendet wird, selbst beim Entladen, wenn die Leerlaufspannung nicht gemessen werden kann, sofern die Entladung eine Entladung mit konstanter Last darstellt, wobei sich die Last, der die elektrische Energie zugeführt wird, während des Entladens nicht ändert, die Klemmenspannung, die sich während der Entladung nur schwach ändert, und der Entladestrom gemessen, wodurch die Strom- Spannungs-Kennlinie, d. h. eine Abhängigkeit zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom, während der Entladung mit konstanter Last bekannt ist. Dann wird der imaginäre Stromwert Is = -10 A in die resultierende Kennlinien- Gleichung (V = a.I + b) eingesetzt, um so die Schätzspannung Vn zu ermitteln, wodurch der Ladezustand (SOC) der Batterie unter Verwendung der Schätzspannung Vn berechnet werden kann.
Der gegenwärtige Ladezustand (SOC) in Bezug auf die volle Ladekapazität kann gemäß dem Graphen, wie in Fig. 27 gezeigt, wie folgt berechnet werden:
SOC = {(Vn - Ve)/(Vs - Ve)}.100(%).
Genauer gesagt kann der vorhandene Ladezustand (SOC) in Bezug auf die Vollladekapazität wie folgt in Bezug auf ein Verhältnis der elektrischen Energie (V.Ah) berechnet werden:
SOC = {[(Vn + Ve)/2].[(Vn - Ve)/(Vs - Ve)].Ah}/­ {[(Vs + Ve)/2].Ah}.100(%)
= {(Vn2 - Ve2)/(Vs2 - Ve2)}.100(%).
Im Allgemeinen findet, wie in Fig. 28 gezeigt, während einer Batterieentladung ein Spannungsabfall infolge eines Innenwiderstandes (Ohmscher Batterie-Widerstand) wie ein IR- Abfall (= Entladestrom.Innenwiderstand) und ein Spannungsabfall infolge einer Polarisation auf der Entladeseite statt, andererseits findet eine Spannungserhöhung während des Batterieladens infolge des Innenwiderstandes wie eine Spannungserhöhung infolge einer Polarisation auf der Ladeseite statt.
Insbesondere findet, wie in Fig. 28 gezeigt, eine Aktivierungspolarisation das Voranbringen von Redox- Reaktionen an der Elektrodenoberfläche, die bei der Polarisation auf der Entladeseite einbezogen ist, wobei die Polarisation der Batterie während der Entladung ansteigt, und bei einer Konzentrationspolarisation infolge des Unterschiedes der Konzentrationen der Reaktanten und der Produkte, die aufgrund des Massen-Transfers zwischen den Elektrodenoberflächen und der Lösung erzeugt worden sind, mit einiger Verzögerung in Bezug auf die Erhöhung und die Verringerung des Entladestroms statt, wodurch die Polarisation keine lineare Abhängigkeit von dem Entladestromwert zeigt.
Folglich werden, wenn die Schätzspannung Vn anstelle der Leerlaufspannung berechnet werden muss, um den Ladezustand (SOC) der Batterie zu berechnen, die Klemmenspannung und der Entladestrom während der Entladung gemessen, um so die Strom- Spannungs-Kennlinie zu berechnen. Jedoch, da die Klemmenspannung den Spannungsabfall infolge der Polarisation während der Entladung beinhaltet, weisen die berechnete Strom-Spannungs-Kennlinie und die Schätzspannung Vn, die unter der Verwendung der Kennlinie berechnet worden ist, den Spannungsabfall infolge der Polarisation neben dem Ladezustand (SOC) der Batterie auf, weshalb die Schätzspannung Vn nicht dazu verwendet werden kann, den genauen Ladezustand (SOC) der Batterie zu berechnen.
Ferner ändert sich, da der Betrag des Spannungsabfalls infolge der Polarisation abhängig von dem Betrag des Entladestroms und der Länge der Entladezeitdauer variiert, die erforderlich ist, dass der Entladestrom seinen Maximalwert erreicht, nachdem die Entladung gestartet worden ist und, wenn der Entladestromwert oder die Entladezeit variiert, der Gradient der Strom-Spannungs-Kennlinie der Batterie, die aus den gemessenen Werten der Klemmenspannung und des Entladestroms während der Entladung berechnet worden ist, daraus resultiert.
Ferner kann die Schätzspannung Vn, die unter Verwendung der Strom-Spannungs-Kennlinie abgeschätzt wurde, der Ladezustand SOC der Batterie, der unter Verwendung der Schätzspannung Vn berechnet wurde, oder jeder Wert der nicht- messbaren Leerlaufspannung OCV (= open circuit voltage), der im Voraus für SOC berechnet wurde, ebenfalls einen unterschiedlichen Wert abhängig von der Differenz des Entladestromwertes oder der Entladezeit aufweisen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das obige Problem zu lösen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen einer Schätzspannung, d. h. einer geschätzten Klemmenspannung einer Batterie in deren Zustand der Entladung mit konstanter Last, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung entsprechend einer Klemmenspannung der Batterie in deren Gleichgewichtszustand sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Berechnen einer Ladekapazität der Batterie bereitzustellen, wobei die Leerlaufspannung und die Ladekapazität der Batterie unter Verwendung der Schätzspannung berechnet werden, und wobei die Schätzung der Schätzspannung der Batterie und die Berechnung der Leerlaufspannung oder der Ladekapazität der Batterie können genau durchgeführt werden, selbst wenn der Betrag des Spannungsabfalls, der bei der Klemmenspannung der Batterie während deren Entladung auftritt, abhängig von dem Entladestromwert oder der Entladezeit variiert.
Um die obige Aufgabe zu lösen, muss die Erfindung ein Verfahren zum Schätzen einer Schätzspannung einer Batterie bereitstellen, das die Schritte aufweist:
periodisches Messen einer Klemmenspannung und eines Entladestroms einer Batterie, die eine elektrische Energie Verbrauchern in einem Fahrzeug zuführt;
Berechnen einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die eine Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom ausdrückt; und
Schätzen einer Schätzspannung, d. h. einer geschätzten Klemmenspannung der Batterie in deren Zustand einer Entladung mit konstanter Last, aus der Strom-Spannungs-Kennlinie,
wobei, wenn die Batterie eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, wobei die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie berechnet wird, die periodisch gemessen werden, während sich der Entladestrom während der Entladung mit konstanter Last ausgehend von dem maximalen Stromwert verringert,
wobei die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschoben wird, dass ein Spannungswert bei einem Referenzstromwert, der niedriger als der maximale Stromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie ist, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, mit einem Referenzspannungswert bei einem Referenzstromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie übereinstimmt, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, aber lediglich von einem Innenwiderstand der Batterie abhängt, und
wobei ein Spannungswert entsprechend einem vorbestimmten imaginären Stromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wobei die Kennlinie in Richtung der Spannungskoordinatenachse verschoben ist, als ein Wert der Schätzspannung geschätzt wird.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren erreicht einerseits der Entladestrom während der Entladung mit konstanter Last den gegenwärtigen Wert, der hoch genug ist, um die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, selbst wenn der Spannungsabfall oder -anstieg infolge der Polarisation an der Lade- oder Entladeseite, die während einer früheren Entladung entstanden ist, bestehen bleibt, bevor die Entladung gestartet wird, wobei sich das System in einem Zustand befindet, in dem die Polarisation der Entladeseite entsprechend einem Entladestromwert auftritt, der den Restspannungsabfall überschreitet, oder in einem Zustand, in dem die Polarisation, deren Größenordnung dem Entladestromwert entspricht, auf der Entladeseite aufgehoben wird, erneut nach dem Restspannungsanstieg entsteht.
Allerdings entsteht, selbst wenn die Batterie in einem Gleichgewichtszustand eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Entladestromwert durchführt, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, wenn der Entladestrom den Entladestromwert erreicht, eine Polarisation, wobei deren Größenordnung dem Entladestromwert entspricht.
Daher ist, wenn die Batterie eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Entladestromwert ausführt, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, unabhängig davon, ob sich die Batterie in einem Gleichgewichtszustand vor dem Start der Entladung mit konstanter Last befand oder ob der Polarisationszustand auf der Entlade- oder Ladeseite noch nicht komplett aufgehoben worden ist, der in einer früheren Entladung entstanden ist, die Schätzspannung, die aus der Strom-Spannungs-Kennlinie der Batterie berechnet worden ist, während sich der Entladestrom ausgehend von dem Entladestromwert verringert, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, die gleiche.
Die Größenordnung der Polarisation, die in der Batterie während der Entladung entstanden ist, hängt von dem Entladestromwert und der Entladezeitdauer ab, die erforderlich ist, dass der Entladestromwert sein Maximum erreicht.
Daher wird, wenn die Entladezeitdauer, in der der Entladestrom seinen maximalen Wert erreicht, nach dem Start der Entladung zeitlich lang ist, der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung größer, der in der Batterie infolge der Polarisation infolge der Entladung entstanden ist, als wenn die Entladezeit kurz ist, selbst wenn der Maximalwert des Entladestroms der gleiche ist. Andererseits wird, wenn der Maximalwert des Entladestroms hoch ist, der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung, der in der Batterie infolge der Polarisation infolge der Entladung stattgefunden hat, größer, als wenn der Maximalwert des Entladestroms klein ist, selbst wenn die Entladezeitdauer die gleiche ist.
Ferner erhöht sich der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung, der in der Batterie infolge der Polarisation infolge der Entladung entstanden ist, mit fast der gleichen Geschwindigkeit wie der Wert der Erhöhung des Entladestroms, während sich der Entladestrom erhöht, jedoch verringert sich, wenn der Entladestrom einmal seinen Maximalwert erreicht hat und beginnt, sich zu verringern, der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung mit einer Geschwindigkeit, die langsamer ist, als die Verringerung des Entladestroms, wobei der größere Teil des Wertes des Spannungsabfalls der Klemmenspannung infolge der Polarisation für eine gewisse Zeit bestehen bleibt, selbst nachdem die Entladung abgeschlossen ist und der Entladestrom dem gemäß 0 A beträgt.
Fasst man die oben beschriebenen Kennlinien zusammen, wenn die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, die die Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom zeigt, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms berechnet wird, die während der Entladung gemessen worden sind, beeinflusst der Unterschied bei dem Wert des Spannungsabfalls abhängig von dem Wert des Entladestroms und der Entladezeitdauer signifikant die Kennlinie während der Erhöhung des Entladestroms und beeinflusst sehr stark die Kennlinie während der Verringerung des Entladestroms.
Folglich ändert die Kennlinie selbst außer der Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, während der Erhöhung des Entladestroms sich selbst in Abhängigkeit von dem Wert des Entladestroms und der Entladezeitdauer. Anderseits ändert sich, ebenso wie sich die Kennlinie während der Verringerung des Entladestroms ändert, die Kennlinie selbst sehr stark, selbst wenn sich der Entladestromwert und die Entladezeitdauer ändern, d. h., wenn sich lediglich ein Parameterwert ändert, der einen Achsenabschnitt auf der Spannungs-Koordinatenachse in einer allgemeinen Gleichung kennzeichnet, die die Kennlinie ändert, und wenn sich lediglich ein Wert der Klemmenspannung entsprechend einem Wert des Entladestroms ändert.
Daher ändert sich die Kennlinie außer der Strom- Spannungs-Kennlinie der Batterie, wobei die Kennlinie den Einfluss der Polarisation beinhaltet, die mittels Messens des Entladestroms und der Klemmenspannung während der Entladung berechnet worden ist, während der Verringerung des Entladestroms nicht, wenn sich der Wert des Entladestroms und die Entladezeitdauer ändern.
Daher wird, wenn die Batterie eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie berechnet, die periodisch gemessen werden, während sich der Entladestrom während der Entladung mit konstanter Last ausgehend von dem Maximalstromwert verringert, und
die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wird in Richtung der Spannungs- Koordinatenachse verschoben, sodass ein Spannungswert bei einem Referenzstromwert, der niedriger als der maximale Stromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie ist, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, mit einem Referenzspannungswert bei dem Referenzstromwert in der Strom- Spannungs-Kennlinie übereinstimmt, die nicht den Einfluss der Polarisation aufweist, aber lediglich von einem Innenwiderstand der Batterie abhängt. Dadurch wird die Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, während der Verringerung des Entladestroms in Richtung der Spannungs-Koordinatenachse um einen Faktor eines Wert des Spannungsgradienten infolge der Polarisation angehoben, wobei sich der erzeugte Betrag infolge der Erhöhung des Entladestroms erhöht, wobei als ein Ergebnis die variable Komponente durch den Wert des Entladestroms und der Entladezeitdauer der Strom-Spannungs-Kennlinie während der Erhöhung des Entladestroms von der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, während der Verringerung des Entladestroms entfernt wird.
Bevorzugt wird die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, durch eine Approximations-Kurvengleichung ausgedrückt.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird die niedrige Geschwindigkeit der Verringerung des Werts des Spannungsabfalls der Klemmenspannung, die in der Batterie infolge der Polarisation der Entladung entstanden ist, in der Strom-Spannungs-Kennlinie korrekter widergespiegelt, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wodurch die Genauigkeit der Schätzspannung, die auf Basis der Strom-Spannungs- Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, geschätzt worden ist, größer wird.
Bevorzugt wird der Stromwert, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, derart festgelegt, dass er einen vorbestimmten hohen Stromwert darstellt, der erforderlich ist, einen Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch unabhängig von den Verbrauchern in dem Fahrzeug zu betreiben, die von der Batterie elektrische Energie empfangen, und
nachdem der Entladestrom der Batterie beginnt, sich ausgehend von dem vorbestimmten hohen Stromwert zu verringern, während der Entladestrom der Batterie geringer ist als der vorbestimmte hohe Stromwert und sich auf einen Zielstromwert verringert, der höher ist als ein maximaler Entladestromwert, wenn die Verbraucher in dem Fahrzeug abgesehen von dem Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch betrieben werden, werden eine Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, für die Batterie in deren Gleichgewichtszustand und die Strom-Spannungs- Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms der Batterie berechnet.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren überschreitet der vorbestimmte hohe Stromwert, der erforderlich ist, den Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch unabhängig von den Verbrauchern in dem Fahrzeug zu betreiben, jeden aktuellen Wert, der zum Betreiben der anderen Verbrauchern verwendet wird, selbst wenn den anderen Verbrauchern gleichzeitig Energie zugeführt wird. Daher wird der vorbestimmte hohe Stromwert auf einen aktuellen Wert gesetzt, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, wodurch, wenn der Entladestrom den vorbestimmten hohen Stromwert erreicht, ein Spannungsabfall, der den Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation überschreitet, die durch die frühere Entladung entstanden ist, bereits bei der Klemmenspannung der Batterie erreicht wird.
Andererseits, wenn sich der Entladestromwert der Batterie ausgehend von dem vorbestimmten hohen Stromwert verringert und einen Zielstromwert erreicht, der nicht geringer als ein maximaler Entladestromwert ist, wenn die Verbraucher abgesehen von dem Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch betrieben werden, beeinflusst eine Komponente des Spannungsabfalls infolge der entladeseitigen Polarisation, die durch die Energiezufuhr zu den Verbrauchern in dem Fahrzeug abgesehen von dem Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch auftritt, scheinbar nicht den Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation, die in der Klemmenspannung der Batterie bestehen bleibt, allerdings beeinflusst eine verbleibende Komponente abgesehen von einer Komponente, die dadurch entfernt worden ist, dass sich der Entladestrom auf den Zielstromwert außer dem Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation verringert, die durch die Entladung entstanden ist, mit dem vorbestimmten hohen Stromwert scheinbar den Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation, die in der Klemmenspannung der Batterie verblieben ist.
Folglich wird die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms berechnet, die periodisch gemessen werden, während der Entladestrom der Batterie beginnt, sich ausgehend von dem vorbestimmten hohen Stromwert zu verringern, und den Zielstromwert erreicht, wobei die Batterie die Entladung mit konstanter Last und mit dem vorbestimmten hohen Stromwert ausgeführt hat. Eine vorhandene Schätzspannung, die auf der Basis der Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, geschätzt worden ist, widerspiegelt lediglich die verbleibende Komponente abgesehen von der Komponente, die infolge der Verringerung des Entladestroms entfernt worden ist, der sich auf einen Zielstromwert außer dem Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation verringert, die durch die Entladung entstanden ist, mit dem vorbestimmten hohen Stromwert, selbst wenn diese in dem Fahrzeug abgesehen von dem Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch immer noch betrieben werden.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie bereitzustellen, das die Schritte aufweist:
periodisches Messen einer Klemmenspannung und eines Entladestroms einer Batterie, die elektrische Energie Verbrauchern in einem Fahrzeug zur Verfügung stellt;
Berechnen einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die eine Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom ausdrückt;
Schätzen einer Schätzspannung, d. h. einer geschätzten Klemmenspannung der Batterie in deren Zustand einer Entladung mit konstanter Last unter Verwendung der Strom-Spannungs- Kennlinie; und
Berechnen einer Leerlaufspannung der Batterie entsprechend einer Klemmenspannung der Batterie in deren Gleichgewichtszustand auf der Basis der Schätzspannung,
wobei die Batterie eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, wobei die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie berechnet wird, die periodisch gemessen werden, während sich der Entladestrom der Entladung mit konstanter Last ausgehend von dem maximalen Stromwert verringert,
wobei die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, in Richtung der Spannungs- Koordinatenachse derart verschoben wird, dass ein Spannungswert bei einem Referenzstromwert, der niedriger als der maximale Stromwert ist, in der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, mit einem Referenz-Spannungswert bei dem Referenz-Stromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie übereinstimmt, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, aber lediglich von einer Innenwiderstandskomponente der Batterie abhängt,
wobei ein Differenzwert zwischen dem Wert der Leerlaufspannung für einen Stromwert von 0 A aus der Strom- Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, und dem Wert der Schätzspannung, der auf der Basis der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und in Richtung der Spannungs- Koordinatenachse verschoben ist, als ein Wert für einen Restspannungsabfall infolge eines Einflusses einer Restpolarisation aufgrund eines Abschließens der Entladung der Batterie hin im Voraus berechnet wird,
wobei danach, wann immer die Batterie eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Spannungswert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, wobei die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie, die periodisch während der Entladung mit konstanter Last gemessen werden, erneut berechnet wird,
wobei die erneut berechnete Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, in Richtung der Spannungs-Koordinatenachse derart verschoben wird, dass ein Spannungswert bei einem Referenz-Stromwert, bei der neu berechneten Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, mit dem Referenz-Spannungswert in der Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, übereinstimmt, wenn die Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, erneut berechnet wird,
wobei eine vorhandene Schätzspannung auf der Basis der neu berechneten Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und in Richtung der Spannungs- Koordinatenachse verschoben ist, geschätzt wird, und
wobei eine vorhandene Leerlaufspannung durch Addieren des Wertes des Restspannungsabfalls zu dem vorhandenen Schätzspannungswert berechnet wird.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren geht, wenn der Entladestrom der Entladung mit konstanter Last der Batterie einen Stromwert erreicht, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, selbst wenn ein Spannungsabfall oder ein Spannungsgradient infolge der entladeseitigen oder der ladeseitigen Polarisation, die in der früheren Entladung entstanden ist, bestehen bleibt, bevor die Entladung beginnt, die Batterie in einen Zustand über, in dem eine entladeseitige Polarisation auftritt, deren Größenordnung dem Entladestromwert entspricht, oder in einen Zustand über, in dem eine entladeseitige Polarisation erneut auftritt, deren Größenordnung dem Entladestromwert entspricht, nach dem Abbrechen des Restspannungsgradienten.
Andererseits geht, selbst wenn die Batterie die Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausgeführt hat, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, und wenn der Stromwert den Entladestromwert erreicht, die Batterie in einen Zustand über, in dem eine entladeseitige Polarisation auftritt, deren Größenordnung dem Entladestromwert entspricht.
Daher ist, wenn die Batterie eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie direkt vor der Entladung entstanden ist, unabhängig davon, ob sich die Batterie vor dem Start der Entladung mit konstanter Last in einem Gleichgewichtszustand befand, oder ob der entladeseitige bzw. ladeseitige Polarisationszustand, der in einer früheren Entladung entstanden ist, noch nicht vollständig aufgehoben ist, die Schätzspannung, die unter Verwendung der Strom-Spannungs- Kennlinie geschätzt worden ist, die aus dem Entladestrom und der Klemmenspannung der Batterie berechnet worden ist, während sich der Entladestrom ausgehend von dem Entladestromwert verringert, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation, die in der Batterie direkt vor der Entladung entstanden ist, aufzuheben, die gleiche.
Dann ist unabhängig davon, ob sich die Batterie in einem Gleichgewichtszustand vor dem Start der Entladung mit konstanter Last und mit dem Entladestromwert befunden hat oder nicht, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, die Schätzspannung, die geschätzt worden ist, nachdem die Batterie die Entladung mit konstanter Last gestartet hat, niedriger als eine Leerlaufspannung entsprechend der Klemmenspannung der Batterie in deren Gleichgewichtszustand, wenn vorausgesetzt wird, dass sich die Batterie vor dem Start der Entladung mit konstanter Last in einem Gleichgewichtszustand befindet aufgrund eines Wertes des Restspannungsabfalls, der im Voraus als Wert des Restspannungsabfalls infolge der Restpolarisation am Ende der Entladung mit konstanter Last berechnet worden ist.
Die Größenordnung der Polarisation, die in der Batterie während der Entladung entstanden ist, hängt von dem Entladestromwert und der Entladezeitdauer ab, die erforderlich ist, dass der Entladestrom sein Maximum erreicht.
Daher wird, wenn die Entladezeitdauer, in der der Entladestrom sein Maximum erreicht, nach dem Start der Entladung lang ist, der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung, der in der Batterie infolge der Polarisation infolge der Entladung entstanden ist, größer, als wenn die Entladezeitdauer kurz ist, selbst wenn der maximale Wert des Entladestroms der gleiche ist. Andererseits, wenn der Maximalwert des Entladestroms hoch ist, wird der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung, die in der Batterie infolge der Polarisation infolge der Entladung entstanden ist, größer, als wenn der Maximalwert des Entladestroms klein ist, selbst wenn die Entladezeitdauer die gleiche ist.
Ferner erhöht sich der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung, die in der Polarisation infolge der Entladung entstanden ist, mit fast der gleichen Geschwindigkeit, mit der sich der Entladestrom während der Ladestromerhöhung erhöht, jedoch, wenn der Entladestrom einmal sein Maximum erreicht hat und dessen Verringerung beginnt, verringert sich der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung mit einer geringeren Geschwindigkeit als die Verringerung des Entladestroms. Als ein Ergebnis bleibt der größere Teil des Wertes des Spannungsabfalls der Klemmenspannung infolge der Polarisation für eine Weile bestehen, selbst nachdem die Entladung abgeschlossen ist und dem gemäß der Entladestrom nun 0 A beträgt.
Zusammenfassend, wenn die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und die Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom zeigt, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms berechnet wird, die während der Entladung gemessen worden sind, beeinflusst die Differenz beim Wert des Spannungsabfalls abhängig von dem Entladestromwert und der Entladezeitdauer signifikant die Kennlinie während der Erhöhung des Entladestroms und sehr stark die Kennlinie während der Verringerung des Entladestroms.
Folglich ändert sich außer der Strom-Spannungs- Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wie für die Kennlinie während der Erhöhung des Entladestroms die Kennlinie selbst in Abhängigkeit von dem Entladestromwert und der Entladezeitdauer. Andererseits ändern sich die Kennlinien selbst, wie für die Kennlinie während der Verringerung des Entladestroms, selbst wenn sich der Entladestromwert und die Entladezeitdauer ändert, d. h. lediglich ein Parameterwert, der einen Achsenabschnitt der Spannungskoordinate in einer allgemeinen Gleichung kennzeichnet, die die Kennlinienänderungen kennzeichnet, und sich lediglich ein Klemmenspannungswert entsprechend dem Entladestromwert ändert.
Daher ändert sich außer der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation der Batterie beinhaltet, die durch Messen des Entladestroms und der Klemmenspannung während der Entladung berechnet worden ist, die Kennlinie selbst während der Verringerung des Entladestroms nicht, wenn sich der Entladestromwert und die Entladezeitdauer ändern.
Daher wird, wenn die Batterie eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, die Strom-Spannungs-Kennlinie, die einen Einfluss einer Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie berechnet, die periodisch gemessen werden, während sich der Entladestrom der Entladung mit konstanter Last ausgehend von dem maximalen Stromwert verringert, und
die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wird in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschoben, dass ein Spannungswert bei einem Referenzstromwert, der niedriger als der maximale Stromwert bei der Strom-Spannungs-Kennlinie ist, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, mit einem Referenzspannungswert bei dem Referenzstromwert in der Strom- Spannungs-Kennlinie übereinstimmt, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, aber lediglich von einem Innenwiderstand der Batterie abhängt. Daher wird die Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, während der Verringerung des Entladestroms in Richtung der Spannungskoordinatenachse um einen Faktor eines Wertes des Spannungsabfalls infolge der Polarisation erhöht, wobei sich dessen erzeugter Betrag infolge der Erhöhung des Entladestroms erhöht, wobei die variable Komponente als ein Ergebnis mittels des Entladestromwerts und der Entladezeitdauer bei der Strom-Spannungs-Kennlinie während der Erhöhung des Entladestroms von der Strom-Spannungs- Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, während der Verringerung des Entladestroms entfernt wird.
Daher weist ein Differenzwert zwischen
dem Wert der Schätzspannung, der auf der Basis der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, nachdem sie in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschoben worden ist, dass der Spannungswert bei dem Referenzstromwert, der im Voraus als ein Wert des Restspannungsabfalls berechnet worden ist, der den Restspannungsabfall infolge der Restpolarisation am Ende der Entladung darstellt, wenn die Batterie die Entladung mit konstanter Last ausgeführt hat, mit
dem Referenzspannungswert auf der Strom-Spannungs-Kennlinie übereinstimmt, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, und
dem Wert der Leerlaufspannung, der einen Spannungswert darstellt, wenn der Strom in der Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, gleich 0 A ist,
keine variable Komponente der Strom-Spannungs-Kennlinie infolge der Differenz beim Entladestrom oder der Entladezeitdauer auf.
Mit anderen Worten entspricht der Wert der Leerlaufspannung, d. h. ein Spannungswert, wenn der Strom in der Strom-Spannungs-Kennlinie gleich 0 A ist, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, der Klemmenspannung der Batterie in deren Gleichgewichtszustand, wenn vorausgesetzt wird, dass sich die Batterie im Gleichgewichtszustand vor dem Start der Entladung mit konstanter Last befunden hat. Daher ist, wenn die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschoben ist, dass sie beim Referenzwert auf der Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, die Schätzspannung schneidet, die unter Verwendung der verschobenen Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, geschätzt worden ist, bereits niedriger als die Leerlaufspannung aufgrund des Wert des Restspannungsabfalls.
Bevorzugt wird, nachdem der Wert des Restspannungsabfalls berechnet worden ist, wenn die Batterie eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, die Strom-Spannungs-Kennlinie berechnet, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wenn die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie erneut berechnet wird, die periodisch während der Entladung mit konstanter Last gemessen werden.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird, wenn die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie berechnet worden ist, die periodisch während der Entladung mit konstanter Last der Batterie gemessen werden, die Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, ebenfalls unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms berechnet, die periodisch gemessen worden sind, wodurch sie zur Berechnung der vorhandenen Leerlaufspannung verwendet wird.
Bevorzugt wird, wann immer die Batterie in ihren Gleichgewichtszustand übergeht, der Klemmenspannungswert der Batterie, der in dem Gleichgewichtszustand gemessen worden ist, als ein vorhandener Wert der Leerlaufspannung erzielt,
wird eine neue Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie berechnet, die periodisch gemessen werden, wenn die Batterie eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor dem Start der Entladung vom Gleichgewichtszustand entstanden ist,
wird eine neue Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie berechnet, die periodisch gemessen werden, während ein Entladestrom der Entladung mit konstanter Last, die die Batterie mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor dem Start der Entladung von dem Gleichgewichtszustand entstanden ist, sich ausgehend von einem vorbestimmten hohen Stromwert verringert,
wird ein neuer Restspannungswert auf der Basis des erhaltenen Klemmenspannungswertes und der neuen Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, berechnet, und
danach die vorhandene Leerlaufspannung auf der Basis des neuen Wertes des Restspannungsabfalls und der neuen Strom- Spannungs-Kennlinie berechnet, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird, wenn die Batterie in einen Gleichgewichtszustand übergeht, die Klemmenspannung der Batterie gemessen, und der gemessene Wert wird als ein vorhandener Wert der Leerlaufspannung erzielt. Danach wird, wenn die Batterie im Gleichgewichtszustand die Entladung mit konstanter Last ausführt, ein neuer Wert des Restspannungsabfalls auf der Basis der neuen Strom-Spannungs- Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, der aus der periodisch gemessenen Klemmenspannung und dem periodisch gemessenen Entladestrom der Batterie und der Klemmenspannung der Batterie im Gleichgewichtszustand, der als ein vorhandener Wert der Leerlaufspannung erzielt worden ist, berechnet, wodurch der Wert des Restspannungsabfalls, der für das Berechnen des vorhandenen Wertes der Leerlaufspannung verwendet wird, zu einem neuen Wert gemacht wird.
Ferner wird, wenn die Batterie im Gleichgewichtszustand die Entladung mit konstanter Last und mit dem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, eine neue Strom-Spannungs- Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms berechnet, die periodisch gemessen werden, wodurch die Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, und die für das Berechnen des Wert des Restspannungsabfalls und der vorhandenen Leerlaufspannung verwendet wird, zu einer neuen Kennlinie gemacht wird.
Bevorzugt wird die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, durch eine Approximations-Kurvengleichung ausgedrückt.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird die niedrige Geschwindigkeit des Verringerns des Wertes des Spannungsabfalls der Klemmenspannung, die in der Batterie infolge der Polarisation durch die Entladung entstanden ist, in der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, korrekter widergespiegelt, wodurch die Genauigkeit der Schätzspannung auf der Basis der Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, und die Genauigkeit der Leerlaufspannung, die unter Verwendung der Schätzspannung berechnet wird, größer werden.
Bevorzugt wird der Stromwert, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, auf einen vorbestimmten hohen Stromwert gebracht, der erforderlich ist, einen Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch unabhängig von den anderen Verbrauchern in dem Fahrzeug zu betreiben, die elektrische Energie von der Batterie empfangen, werden, nachdem der Entladestrom der Batterie beginnt, ausgehend von dem vorbestimmten hohen Stromwert sich zu verringern, während der Entladestrom der Batterie niedriger ist als der vorbestimmte hohe Stromwert und sich bis zu einem Zielstromwert verringert, der höher ist als ein maximaler Entladestromwert, wenn die Verbraucher in dem Fahrzeug abgesehen von dem Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch betrieben werden, eine Strom-Spannungs-Kennlinie, die einen Einfluss einer Polarisation beinhaltet, für die Batterie in deren Gleichgewichtszustand und die Strom-Spannungs- Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms der Batterie berechnet.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren überschreitet der vorbestimmte hohe Stromwert, der erforderlich ist, den Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch unabhängig von den anderen Verbrauchern in dem Fahrzeug zu betreiben, jeden Stromwert, der für das Betreiben der anderen Verbraucher verwendet wird, selbst wenn eine Mehrzahl von Energien gleichzeitig den anderen Verbrauchern zugeführt wird. Daher wird der vorbestimmte hohe Stromwert derart festgelegt, dass er einen Stromwert darstellt, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, wodurch, wenn der Entladestrom den vorbestimmten hohen Stromwert erreicht, ein Spannungsabfall, der den Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation überschreitet, die durch die frühere Entladung entstanden ist, bereits bei der Klemmenspannung der Batterie erreicht wird.
Andererseits, wenn sich der Entladestromwert der Batterie ausgehend von dem vorbestimmten hohen Stromwert verringert und einen Zielstromwert erreicht, der nicht geringer als ein maximaler Entladestromwert ist, und wenn die Verbraucher abgesehen von dem Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch betrieben werden, beeinflusst eine Komponente des Spannungsabfalls infolge der entladeseitigen Polarisation, die durch die Energiezufuhr zu den Verbrauchern abgesehen von dem Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch erreicht wird, scheinbar nicht den Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation, die in der Klemmenspannung der Batterie verbleibt, allerdings beeinflusst eine verbleibende Komponente abgesehen von einer Komponente, die durch diesen Entladestrom entfernt worden ist, der sich auf einen Zielstromwert außer dem Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation verringert, der durch die infolge der Entladung mit dem vorbestimmten hohen Stromwert erreicht wird, scheinbar den Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation, die in der Klemmenspannung der Batterie verbleibt.
Folglich wird die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms berechnet, die periodisch gemessen werden, während der Entladestrom der Batterie beginnt, die die Entladung mit konstanter Last und mit dem vorbestimmten hohen Stromwert ausgeführt hat, sich ausgehend von dem vorbestimmten hohen Stromwert zu verringern und den Zielstromwert erreicht. Eine vorhandene Schätzspannung, die auf der Basis der Strom-Spannungs- Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, geschätzt worden ist, widerspiegelt an sich lediglich die verbleibende Komponente abgesehen von der Komponente, die infolge der Verringerung des Entladestroms nicht bestehen bleibt, der sich auf einen Zielstromwert außer dem Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation verringert, die durch die Entladung mit dem vorbestimmten hohen Stromwert entstanden ist, selbst wenn die Verbraucher in dem Fahrzeug abgesehen von dem Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch weiter betrieben werden.
Bevorzugt wird, wenn eine vorhandene Schätzspannung der Batterie auf der Basis der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, die in Richtung der Spannungskoordinatenachse verschoben ist, geschätzt wird, der Wert des Restspannungsabfalls in Abhängigkeit von einer Innentemperatur oder einer Umgebungstemperatur der Batterie auf die Schätzung hin überprüft und eine andere Innentemperatur oder Umgebungstemperatur der Batterie entsteht für die Batterie in deren Gleichgewichtszustand, wenn die Strom-Spannungs-Kennlinie den Einfluss der Polarisation nicht beinhaltet und die vorhandene Leerlaufspannung wird aus dem überprüften Wert des Restspannungsabfalls berechnet.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren ändern sich, wenn sich die Innentemperatur oder die Umgebungstemperatur der Batterie ändert, die Batteriekapazität und die Klemmenspannung der Batterie. Daher ist, wenn sich die Innentemperatur oder die Umgebungstemperatur der Batterie zwischen denjenigen Zeitpunkten voneinander unterscheidet, wann einerseits die Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet und für das Berechnen des Wert des Restspannungsabfalls verwendet wird, erzielt wird, und wann die vorhandene Schätzspannung unter Verwendung der Strom-Spannungs-Kennlinie geschätzt wird, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und während der Entladung mit konstanter Last berechnet worden ist, wobei eine Komponente der Klemmenspannung, die durch den Wert des Restspannungsabfalls in Abhängigkeit von der Innentemperatur oder der Umgebungstemperatur der Batterie widergespiegelt wird, eine andere als eine Komponente der Klemmenspannung ist, die durch die vorhandene Schätzspannung in Abhängigkeit von der Innentemperatur oder der Umgebungstemperatur der Batterie widergespiegelt wird.
Jedoch wird, wenn der Rest-Spannungsabfall-Wert in Abhängigkeit von der Innentemperatur oder der Umgebungstemperatur der Batterie überprüft wird, wenn die Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, erzielt worden ist, und wenn die Innentemperatur oder die Umgebungstemperatur der Batterie überprüft wird, wenn die vorhandene Schätzspannung unter Verwendung der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und während der Entladung mit konstanter Last berechnet worden ist, die Komponente der Klemmenspannung entsprechend der Innentemperatur oder der Umgebungstemperatur der Batterie durch den Wert des Restspannungsabfalls und die Schätzspannung unter der gleichen Bedingung widergespiegelt, wodurch die vorhandene Leerlaufspannung, wenn, der überprüfte Wert des Restspannungsabfalls verwendet wird, in einem Zustand berechnet werden kann, in dem die variable Komponente der Klemmenspannung infolge des Unterschieds der Umgebungstemperatur der Batterie entfernt wird.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Berechnen einer Batteriekapazität bereitzustellen, das den Schritt des Berechnens einer vorhandenen Ladekapazität der Batterie unter Verwendung der vorhandenen Leerlaufspannung beinhaltet, die durch das Berechnungsverfahren einer Leerlaufspannung einer Batterie, wie oben beschrieben, berechnet wird.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird die vorhandene Leerlaufspannung verwendet, die nicht die Abweichung infolge des Unterschieds beim Entladestromwert oder der Entladezeitdauer verursacht durch die Spannungsschwankungen infolge der Polarisation beinhaltet, wodurch eine vorhandene Ladekapazität der Batterie, die eine lineare Abhängigkeit zu der Leerlaufspannung aufweist, ohne Einbeziehen des Einflusses der Spannungsschwankungen infolge der Polarisation berechnet werden kann.
Ein Verfahren zum Berechnen der Strom-Spannungs- Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation der Batterie beinhaltet, oder ein Verfahren zum Berechnen der Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation der Batterie in deren Gleichgewichtszustand beinhaltet, ist nicht auf ein spezifisches Verfahren beschränkt. Einige Beispiele für solch ein Verfahren werden im Folgenden erläutert.
Bezüglich eines ersten Verfahrens werden auf der Basis der Klemmenspannung und des Entladestroms, die periodisch gemessen werden, wenn die Batterie die Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, eine erste Approximations-Kurvengleichung der Strom-Spannungs-Kennlinie, die ein Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom der Batterie während der Erhöhung des Entladestroms kennzeichnet, und eine zweite Approximations- Kurvengleichung der Strom-Spannungs-Kennlinie berechnet, die eine Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom der Batterie während der Verringerung des Entladestroms kennzeichnet. Dann wird ein erster Punkt auf der Strom-Spannungs-Kennlinien-Kurve definiert, der durch die erste Approximations-Kurvengleichung ausgedrückt wird, während ein zweiter Punkt auf der Strom-Spannungs-Kennlinien- Kurve definiert wird, die durch die zweite Approximations- Kurve ausgedrückt wird. Dann wird ein erster imaginärer Punkt mit dem gleichen Widerstandswert wie ein zweiter kombinierter Widerstand, der aus einem Innenwiderstand der Batterie und einem zweiten Polarisationswiderstand besteht, die einen zweiten Spannungsabfall verursacht, wenn eine zweiter Entladestrom entsprechend dem zweiten Punkt fließt, auf die Strom-Spannungs-Kennlinien-Kurve abgebildet, die durch die erste Approximations-Kurvengleichung ausgedrückt wird, während ein zweiter imaginärer Punkt mit dem gleichen Widerstandswert wie ein erster kombinierter Widerstand, der aus einem Innenwiderstand der Batterie und einer Polarisationswiderstandskomponente besteht, die einen ersten Spannungsabfall verursacht, wenn ein erster Entladestrom entsprechend dem ersten Punkt fließt, auf die Strom- Spannungs-Kennlinien-Kurve abgebildet, die durch die zweite Approximations-Kurvengleichung ausgedrückt wird. Dann wird ein erster Gradient einer geraden Linie, die durch das Verbinden des zweiten Punkts mit dem ersten imaginären Punkt definiert wird, durch einen Betrag entsprechend einer Spannungsabfall-Differenz infolge der zweiten Polarisationswiderstandskomponente überprüft, die aus dem zweiten Entladestrom und einem Entladestrom an dem ersten imaginären Punkt entsteht, wodurch ein erster überprüfter Gradient exklusive des Anteils des Spannungsabfalls infolge der zweiten Polarisationswiderstandskomponente berechnet wird, während ein zweiter Gradient einer geraden Linie durch Verbinden des ersten Punktes und des zweiten imaginären Punktes durch einen Betrag entsprechend einer Spannungsabfalldifferenz infolge der ersten Polarisationswiderstandskomponente überprüft wird, die aus dem ersten Entladestrom und einem Entladestrom bei dem zweiten imaginären Punkt entsteht, wodurch ein zweiter überprüfter Gradient exklusive des Anteils des Spannungsabfalls infolge der ersten Polarisationswiderstandskomponente berechnet wird.
Schließlich wird ein durchschnittlicher Gradient durch Additions-Durchschnittsbildung des ersten und des zweiten Gradienten berechnet, wodurch der durchschnittliche Gradient als der Innenwiderstand der Batterie berechnet wird, d. h., die Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation der Batterie beinhaltet.
Bei dem ersten oben genannten Verfahren kann der Innenwiderstand der Batterie lediglich durch das Verarbeiten der Daten der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie berechnet werden, die während der Entladung und mit konstanter Last und mit dem vorbestimmten hohen Strom periodisch gemessen worden sind.
Bei einem zweiten Verfahren können zusätzlich zu dem oben beschriebenen ersten Verfahren der erste und der zweite Punkt als ein optionaler Punkt in einem Bereich gesetzt werden, in dem die Klemmenspannung und der Entladestrom der Batterie existieren, die gemessen werden, um die erste und die zweite Approximations-Kurvengleichung zu berechnen.
Bei dem zweiten oben beschriebenen Verfahren basiert zumindest ein Punkt für die Berechnung des Gradienten auf realen Daten, weshalb ein Punkt nicht verwendet wird, wenn er signifikant reale Bedingungen vermissen lässt.
Bezüglich eines dritten Verfahrens können zusätzlich zu dem oben beschriebenen ersten oder zweiten Verfahren der erste und der zweite Punkt als ein Punkt in der ersten und der zweiten Approximations-Kurvengleichung gesetzt werden, die dem maximalen Stromwert des Entladestroms der Batterie entsprechen, der gemessen worden ist, um die erste und die zweite Approximations-Kurvengleichung zu berechnen.
Bei einem dritten Verfahren basiert zumindest ein Punkt zum Berechnen des Gradienten auf realen Daten, weshalb ein Punkt nicht verwendet wird, der signifikant reale Bedingungen vermissen lässt, und zusätzlich wird, wenn beide Punkte gleich sind, ein Fehler nicht mit einem Fall verglichen, in dem unterschiedlichen Daten verwendet werden.
Bezüglich eines vierten Verfahrens können zusätzlich zu dem oben beschriebenen ersten, zweiten oder dritten Verfahren, wenn die erste und die zweite Approximations- Kurvengleichung berechnet worden sind, die periodisch gemessenen Klemmenspannungswerte und Entladestromwerte der Batterie für die aktuelle vorbestimmte Zeitdauer gesammelt und gespeichert werden.
Bei dem oben beschriebenen vierten Verfahren können unter Verwendung der gespeicherten realen Daten die erste und die zweite Approximations-Kurvengleichung berechnet werden, nachdem bestätigt worden ist, dass der Entladestrom, der erforderlich ist, um die erste und die zweite Approximations- Kurvengleichung zu berechnen, geflossen ist.
Wie in Fig. 1 gezeigt, liegt der Erfindung ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Schätzen einer Klemmenspannung einer Batterie bereitzustellen, die derart eingerichtet ist, dass sie die Schritte ausführt:
periodisches Messen einer Klemmenspannung und eines Entladestroms einer Batterie 13, die elektrische Energie Verbrauchern in einem Fahrzeug zur Verfügung stellt;
Berechnen einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die eine Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom ausdrückt; und
Schätzen einer Schätzspannung, d. h., einer geschätzten Klemmenspannung der Batterie in deren Entladungszustand bei konstanter Last unter Verwendung der Strom-Spannungs-Kennlinie,
wobei die Vorrichtung aufweist:
eine erste Berechnungseinheit 23A zum Berechnen einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die einen Einfluss einer Polarisation beinhaltet, von einer Klemmenspannung und einem Entladestrom der Batterie 13, die periodisch gemessen werden, nachdem der Entladestrom der Batterie 13 beginnt, sich ausgehend von einem Maximalstromwert während einer Entladung mit konstanter Last, die die Batterie 13 mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, um eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, zu verringern,
eine zweite Berechnungseinheit 23B zum Berechnen einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die einen Einfluss einer Polarisation beinhaltet, die in Richtung der Spannungskoordinatenachse verschoben ist, sodass ein Spannungswert bei einem Referenzstromwert, der geringer ist als der maximale Stromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Po 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002010207659 00004 99880larisation beinhaltet, und der mittels der ersten Berechnungseinheit 23A berechnet worden ist, mit einem Referenzspannungswert bei dem Referenzstromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie übereinstimmt, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet und lediglich von einer Innenwiderstandskomponente der Batterie 13 abhängt, wenn die erste Berechnungseinheit 23A die Strom-Spannungs-Kennlinie berechnet, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet,
eine Schätzeinheit 23C zum Schätzen eines Spannungswertes entsprechend einem vorbestimmten imaginären Stromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, die in Richtung der Spannungskoordinatenachse verschoben ist, wobei die Kennlinie mittels der zweiten Berechnungseinheit 23B berechnet worden ist, wobei der Wert als ein vorhandener Wert der Schätzspannung der Batterie 13 geschätzt wird.
Bei der oben beschriebenen und in Fig. 1 gezeigten Konstruktion, wenn einmal der Entladestrom der Entladung mit konstanter Last den Stromwert erreicht, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, selbst wenn der Spannungsabfall oder -anstieg infolge der Polarisation auf der Lade- oder Entladeseite verbleibt, die in der vorigen Entladung entstanden ist, bevor die Entladung gestartet wird, befindet sich das System in einem Zustand, in dem die Polarisation auf der Entladeseite entsprechend einem Entladestromwert entsteht, der den Restspannungsabfall überschreitet, oder in einem Zustand, in dem die Größenordnung der Polarisation der Entladeseite dem Entladestromwert entspricht, erneut auftritt, nachdem der Restspannungsabfall nicht mehr besteht.
Andererseits tritt die Polarisation auf, selbst wenn die Batterie 13 im Gleichgewichtszustand eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Entladestromwert ausführt, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, wenn der Entladestrom den Entladestromwert erreicht, wobei die Größenordnung der Polarisation dem Entladestromwert entspricht.
Daher ist, wenn die Batterie 13 eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Entladestromwert ausführt, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, unabhängig davon, ob die Batterie 13 sich vor dem Start der Entladung mit konstanter Last im Gleichgewichtszustand oder im Polarisationszustand auf der Lade- oder Entladeseite befindet, der seit der früheren Entladung noch besteht, die Schätzspannung, die unter Verwendung der Strom-Spannungs-Kennlinie geschätzt worden ist, die von dem Entladestrom und der Klemmenspannung der Batterie 13 berechnet worden ist, während sich der Entladestrom ausgehend von dem Entladestromwert verringert, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, die gleiche.
Die Größenordnung der Polarisation, die in der Batterie 13 während der Entladung entstanden ist, hängt von dem Entladestromwert und der Entladezeitdauer ab, die erforderlich ist, dass der Entladestrom seinen Maximalwert erreicht.
Daher wird, wenn die Entladezeitdauer, in der der Entladestrom seinen Maximalwert erreicht, nachdem der Start der Entladung langsam ist, der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung, die in der Batterie 13 infolge der Polarisation infolge der Entladung entstanden ist, größer als wenn die Entladezeitdauer kurz ist, selbst wenn der Maximalwert des Entladestroms der gleiche ist. Andererseits wird, wenn der Maximalwert des Entladestroms hoch ist, der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung, die in der Batterie 13 infolge der Polarisation infolge der Entladung entstanden ist, größer, als wenn der Maximalwert des Entladestroms klein ist, selbst wenn die Entladezeitdauer die gleiche ist.
Ferner erhöht sich der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung, die in der Batterie 13 infolge der Polarisation infolge der Entladung entstanden ist, mit fast der gleichen Geschwindigkeit wie die des Erhöhens des Entladestroms, während sich der Entladestrom erhöht. Jedoch verringert sich, wenn der Entladestrom einmal seinen Maximalwert erreicht hat und beginnt, sich zu verringern, der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung mit einer geringeren Geschwindigkeit als die des Verringerns des Entladestroms, wobei als ein Ergebnis der größere Teil des Wertes des Spannungsabfalls der Klemmenspannung infolge der Polarisation für eine gewisse Zeit besteht, selbst nachdem die Entladung abgeschlossen ist, und dem gemäß der Entladestrom 0 A betätigt.
Die oben beschriebenen Kennlinien zusammengefasst, wenn die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und die Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom zeigt, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms berechnet wird, die während der Entladung gemessen worden sind, beeinflusst der Unterschied beim Wert des Spannungsabfalls abhängig von dem Wert des Entladestroms und der Entladezeitdauer signifikant die Kennlinie während des Erhöhens des Entladestroms und beeinflusst sehr stark die Kennlinie während des Verringerns des Entladestroms.
Folglich ändert sich die Kennlinie selbst außer der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, bezüglich der Kennlinie während des Erhöhens des Entladestroms abhängig von dem Wert des Entladestroms und der Entladezeitdauer. Andererseits ändert sich die Kennlinie bezüglich der Kennlinie während des Verringerns des Entladestroms selbst sehr stark, selbst wenn sich der Wert des Entladestroms und die Entladezeitdauer ändert, d. h. sich lediglich ein Parameterwert ändert, der einen Achsenabschnitt auf der Spannungskoordinate in einer allgemeinen Gleichung kennzeichnet, die die Kennlinienänderungen kennzeichnet, und sich lediglich ein Wert der Klemmenspannung entsprechend einem Entladestromwert ändert.
Daher ändert sich, nachdem die Erfassungseinheit 19 zum Erfassen des Starts des Verringerns des Entladestroms erfasst, dass der Entladestrom der Batterie 13 beginnt, sich ausgehend von dem vorbestimmten hohen Stromwert zu verringern, bezüglich der Strom-Spannungs-Kennlinie und den Einfluss der Polarisation beinhaltet, die mittels der Berechnungseinheit 23A unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms der Batterie 13 berechnet worden ist, deren Kennlinien-Gleichung nicht, selbst wenn sich der Wert des Entladestroms oder die Entladezeitdauer ändern.
Daher wird, wenn die zweite Berechnungseinheit 23B die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und mittels der ersten Berechnungseinheit 23A berechnet worden ist, in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschiebt, dass ein Spannungswert bei einem Referenzstromwert, der niedriger als der maximale Stromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie ist, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und mittels der ersten Berechnungseinheit 23A berechnet worden ist, mit einem Referenzspannungswert bei dem Referenzstromwert in der Strom- Spannungs-Kennlinie übereinstimmt, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet und lediglich von einer Innenwiderstandskomponente der Batterie 13 abhängt, wenn die erste Berechnungseinheit 23A die Strom-Spannungs-Kennlinie berechnet, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wobei die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, während des Verringerns des Entladestroms in Richtung der Spannungskoordinatenachse um einen Faktor eines Wertes eines Spannungsabfalls infolge der Polarisation angehoben wird, wobei sich dessen erzeugter Betrag infolge des Erhöhens des Entladestroms erhöht, und als ein Ergebnis die variable Komponente durch den Wert des Entladestroms und der Entladezeitdauer der Strom-Spannungs- Kennlinie während des Erhöhens des Entladestroms von der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, während des Verringerns des Entladestroms entfernt.
Bevorzugt berechnet die erste Berechnungseinheit 23A die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, als eine Approximations-Kurvengleichung.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird die geringe Geschwindigkeit des Verringerns des Wertes des Spannungsabfalls der Klemmenspannung, die in der Batterie 13 infolge der Polarisation bei der Entladung entstanden ist, in der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und mittels der ersten Berechnungseinheit 23A berechnet worden ist, korrekter widergespiegelt, wodurch die Genauigkeit der Schätzspannung, die mittels der Schätzeinheit 23C auf der Basis der Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, größer wird.
Bevorzugt wird der Stromwert, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, ein vorbestimmter hoher Stromwert, der erforderlich ist, einen Verbraucher 5 mit maximalem Energieverbrauch unabhängig von den anderen Verbrauchern in dem Fahrzeug zu betreiben, die elektrische Energie von der Batterie 13 empfangen, und nachdem der Entladestrom der Batterie 13 beginnt, sich ausgehend von dem vorbestimmten hohen Stromwert zu verringern, während der Entladestrom der Batterie 13 sich auf einen Zielstromwert verringert, der höher ist als ein maximaler Entladestromwert, wenn die Verbraucher in dem Fahrzeug abgesehen von dem Verbraucher 5 mit maximalem Energieverbrauch betrieben werden, berechnet die erste Berechnungseinheit 23A die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms der Batterie 13.
Bei der oben beschriebenen Konstruktion überschreitet der vorbestimmte hohe Stromwert, der erforderlich ist, den Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch unabhängig von den anderen Verbrauchern in dem Fahrzeug zu betreiben, jeden Stromwert, der zum Betreiben der anderen Verbraucher verwendet wird, selbst wenn mehrere Energiewerte gleichzeitig den anderen Verbrauchern zugeführt werden. Daher wird der vorbestimmte hohe Stromwert auf einen Stromwert gesetzt, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, wodurch, wenn der Entladestrom den vorbestimmten hohen Stromwert erreicht, wodurch ein Spannungsabfall, der den Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation überschreitet, die durch die frühere Entladung entstanden ist, bei der Klemmenspannung der Batterie 13 bereits entsteht.
Andererseits, wenn der Wert des Entladestroms der Batterie 13 sich ausgehend von dem vorbestimmten hohen Stromwert verringert und einen Zielstromwert erreicht, der nicht niedriger als ein maximaler Entladestromwert ist, wenn die Verbraucher abgesehen von dem Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch betrieben werden, beeinflusst eine Komponente des Spannungsabfalls infolge der entladeseitigen Polarisation, die durch die Energiezufuhr zu den Verbrauchern in dem Fahrzeug abgesehen von dem Verbraucher mit maximalem Energiebedarf entsteht, die scheinbar nicht den Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation, beeinflusst, der in der Klemmenspannung der Batterie 13 verbleibt, allerdings beeinflusst eine verbleibende Komponente abgesehen von einer Komponente, die durch den Entladestrom entfernt worden ist, der sich auf den Zielstromwert außer dem Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation verringert, die bei der Entladung mit dem vorbestimmten hohen Stromwert entstanden ist, scheinbar den Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation, die in der Anschlussklemme der Batterie 13 verbleibt.
Folglich wird die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, mittels der ersten Berechnungseinheit 23A unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms berechnet, die periodisch gemessen werden, während der Entladestrom der Batterie 13, die der Entladung mit konstanter Last und mit dem vorbestimmten hohen Stromwert ausgeführt hat, beginnt, sich von dem vorbestimmten hohen Stromwert zu verringern, und den Ziel-Stromwert erreicht. Eine vorhandene Schätzspannung, die mittels der Schätzeinheit 23C auf der Basis der Strom-Spannungs-Kennlinie geschätzt worden ist, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, widerspiegelt lediglich die verbleibende Komponente abgesehen von der Komponente infolge des Verringerns des Entladestroms, der sich bis auf einen Zielstromwert außer dem Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation, die bei der Entladung mit dem vorbestimmten hohen Stromwert entstanden ist, selbst wenn die Verbraucher in dem Fahrzeug abgesehen von dem Verbraucher mit maximalem Energiebedarf weiter betrieben werden.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie 13 bereitzustellen, die derart eingerichtet ist, dass die Schritte durchgeführt werden:
periodisches Messen einer Klemmenspannung und eines Entladestroms einer Batterie 13, die elektrische Energie Verbrauchern in einem Fahrzeug zuführt;
Berechnen einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die die Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom ausdrückt;
Schätzen einer Schätzspannung, d. h. einer geschätzten Klemmenspannung der Batterie 13 in deren Entladungszustand bei konstanter Last unter Verwendung der Strom-Spannungs-Kennlinie; und
Berechnen einer Leerlaufspannung der Batterie 13, entsprechend einer Klemmenspannung der Batterie 13 in deren Gleichgewichtszustand auf der Basis der Schätzspannung, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Speichereinheit 27 zum Speichern eines Wertes eines restlichen Spannungsabfalls infolge einer Restpolarisation aufgrund des Abschlusses der Entladung hin, wenn die Batterie 13 eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist;
eine erste Berechnungseinheit 23A zum Berechnen der Strom-Spannungs-Kennlinie, die einen Einfluss einer Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms der Batterie 13, nachdem der Entladestrom der Batterie begonnen hat, sich während einer Entladung mit konstanter Last ausgehend von einem maximalen Stromwert zu verringern, die die Batterie 13 mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist;
eine zweite Berechnungseinheit 23B zum Berechnen der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wobei die Kennlinie in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschoben ist, dass ein Spannungswert bei einem Referenzstromwert, der niedriger als der maximale Stromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie ist, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet mittels der ersten Berechnungseinheit 23A berechnet worden ist, mit einem Referenzspannungswert bei dem Referenzstromwert in der Strom- Spannungs-Kennlinie übereinstimmt, nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, allerdings lediglich von einer Innenwiderstandskomponente der Batterie abhängt, wenn die erste Berechnungseinheit 23A die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, berechnet;
eine Schätzeinheit 23C zum Schätzen einer vorhandenen Schätzspannung der Batterie 13 auf der Basis der Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wobei die Kennlinie in Richtung der Spannungskoordinatenachse verschoben ist und mittels der zweiten Berechnungseinheit 23B berechnet worden ist, wobei die Speichereinheit 27 im Voraus einen Differenzwert speichert zwischen
einem Wert der Schätzspannung, die im Voraus geschätzt worden ist auf der Basis der im Voraus berechneten Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, die in Richtung der Spannungskoordinatenachse verschoben ist, was durch Verschieben der im Voraus berechneten Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, in Richtung der Spannungskoordinatenachse erzielt wird, sodass ein Spannungswert bei dem Referenzstromwert bei der im Voraus berechneten Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, mit dem Referenzspannungswert bei der im Voraus berechneten Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, übereinstimmt,
einem Wert der Leerlaufspannung,
wobei der Strom bei der im Voraus berechneten Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, gleich 0 A ist, und
wobei eine Leerlaufspannung durch das Addieren des Wertes des Restspannungsabfalls, der im Voraus mittels der Speichereinheit gespeichert worden ist, zu dem vorhandenen Schätzspannungswert, der mittels der Schätzeinheit geschätzt worden ist, berechnet wird.
Bei der oben beschriebenen Konstruktion kommt, wenn der Entladestrom der Entladung mit konstanter Last der Batterie 13 einen Stromwert erreicht, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, selbst wenn ein Spannungsabfall oder ein Spannungsanstieg infolge der Polarisation auf der Entladeseite oder der Ladeseite, die in der früheren Entladung entstanden ist, vor dem Start der Entladung verbleibt, die Batterie 13 in einen Zustand, bei dem eine entladeseitige Polarisation mit einer Größenordnung entsprechend dem Entladestromwert entsteht oder in einen Zustand bei dem die entladeseitige Polarisation mit einer Größenordnung entsprechend dem Entladestromwert erneut nach dem Abbrechen des Restspannungsgradienten entsteht.
Andererseits kommt, selbst wenn die Batterie 13 eine Entladung und mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausgeführt hat, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, wenn der Stromwert den Entladestromwert erreicht, die Batterie 13 in einen Zustand, bei dem eine entladeseitige Polarisation mit einer Größenordnung entsprechend dem Entladestromwert entsteht.
Daher ist, wenn die Batterie 13 eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Entladestromwert ausführt, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, unabhängig davon, ob sich die Batterie 13 im Gleichgewichtszustand vor dem Start der Entladung mit konstanter Last befunden hat oder ob der Polarisationszustand auf der Entlade- oder Ladeseite, der bei der früheren Entladung entstanden ist, noch teilweise besteht, die Schätzspannung, die von Strom-Spannungs-Kennlinie geschätzt wird, die von dem Entladestrom und der Klemmenspannung der Batterie 13 berechnet wird, während sich der Entladestrom ausgehend von einem Entladestromwert verringert, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, die gleiche.
Dann ist unabhängig davon, ob sich die Batterie 13 vor dem Start der Entladung und mit konstanter Last und mit dem Entladestromwert, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, in einem Gleichgewichtszustand befand oder nicht, der Schätzspannungswert, der, nachdem die Batterie 13 die Entladung mit konstanter Last gestartet hat, geschätzt worden ist, niedriger als eine Leerlaufspannung entsprechend der Klemmenspannung der Batterie 13 in deren Gleichgewichtszustand, wenn sich die Batterie 13 vor dem Start der Entladung mit konstanter Last in einem Gleichgewichtszustand befand, aufgrund eines Wert des Restspannungsabfalls, der im Voraus berechnet und mittels der Speichereinheit 27 als Wert des Restspannungsabfalls infolge der Restpolarisation am Ende der Entladung mit konstanter Last, gespeichert worden ist.
Die Größenordnung der Polarisation, die in der Batterie 13 während der Entladung entstanden ist, hängt von dem Entladestromwert und der Entladezeitdauer ab, die erforderlich sind, dass der Entladestrom seinen Maximalwert erreicht.
Daher wird, wenn die Entladezeitdauer, in der der Entladestrom seinen Maximalwert erreicht, nach dem Start der Entladung lang ist, der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung, die in der Batterie 13 infolge der Polarisation infolge der Entladung entstanden ist, größer als wenn die Entladezeitdauer kurz ist, selbst wenn der Maximalwert des Entladestroms der gleiche ist. Andererseits wird, wenn der Maximalwert des Entladestroms hoch ist, der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung, die in der Batterie 13 infolge der Polarisation infolge der Entladung entstanden ist, größer als wenn der Maximalwert des Entladestroms klein ist, selbst wenn die Entladezeitdauer die gleiche ist.
Ferner erhöht sich der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung, die in der Batterie 13 infolge der Polarisation infolge der Entladung entstanden ist, mit fast der gleichen Geschwindigkeit wie die des Erhöhens des Entladestroms, während sich der Entladestrom erhöht. Jedoch verringert sich, wenn der Entladestrom einmal seinen Maximalwert erreicht und das Verringern beginnt, der Wert des Spannungsabfalls der Klemmenspannung mit einer Geschwindigkeit, die niedriger ist als die des Verringerns des Entladestroms, wobei als ein Ergebnis der größere Teil des Wertes des Spannungsabfalls der Klemmenspannung infolge der Polarisation für eine Weile bestehen bleibt, selbst nachdem die Entladung abgeschlossen ist, und dem gemäß der Entladestrom 0 A wird.
Fasst man die oben beschriebenen Kennlinien zusammen, beeinflusst, wenn die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wobei die Kennlinie die Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom zeigt, und unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms berechnet worden ist, die während der Entladung gemessen werden, der Unterschied beim Wert des Spannungsabfalls abhängig von dem Entladestromwert und der Entladezeitdauer signifikant die Kennlinie während des Erhöhens des Entladestroms und beeinflusst sehr stark die Kennlinie während des Verringerns des Entladestroms.
Folglich ändert sich außer der Strom-Spannungs- Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, bezüglich der Kennlinie während des Erhöhens des Entladestroms die Kennlinie selbst abhängig von dem Entladestromwert und der Entladezeitdauer. Andererseits ändert sich die Kennlinie bezüglich der Kennlinie während des Verringerns des Entladestroms selbst sehr stark, selbst wenn sich der Entladestromwert und die Entladezeitdauer ändern, d. h. wenn sich lediglich ein Parameterwert ändert, der einen Achsenabschnitt auf der Spannungskoordinate in einer allgemeinen Gleichung kennzeichnet, die die Kennlinie kennzeichnet, und wenn sich lediglich ein Wert der Klemmenspannung entsprechend dem Entladestromwert ändert.
Daher ändert sich, nachdem die Erfassungseinheit 19 zum Erfassen des Beginns des Verringerns des Entladestroms erfasst, dass der Entladestrom der Batterie 13 beginnt, sich ausgehend von einem vorbestimmten hohen Stromwert gemäß der Strom-Spannungs-Kennlinie zu verringern, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und mittels der ersten Berechnungseinheit 23A unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms der Batterie 13 berechnet worden ist, die Kennlinien-Gleichung selbst nicht, selbst wenn sich der Wert des Entladestroms oder die Entladezeitdauer ändert.
Daher wird, wenn die zweite Berechnungseinheit 23B die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wobei die Kennlinie der ersten Berechnungseinheit 23A berechnet worden ist, in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschoben, dass ein Spannungswert bei einem Referenzstromwert, der niedriger ist als der maximale Stromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wobei die Kennlinie mittels der ersten Berechnungseinheit 23A berechnet worden ist, mit einem Referenzspannungswert bei dem Referenzstromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie übereinstimmt, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet und lediglich von einem Innenwiderstand der Batterie 13 abhängt, wenn die erste Berechnungseinheit 23A die Strom-Spannungs-Kennlinie berechnet, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wobei die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, während des Verringerns des Entladestroms in Richtung der Spannungskoordinatenachse um einen Faktor eines Wertes eines Spannungsabfalls infolge der Polarisation verschoben wird, wobei sich dessen erzeugter Betrag infolge der Erhöhung des Entladestroms erhöht, wobei als ein Ergebnis die variable Komponente durch den Entladestromwert und die Entladezeitdauer der Strom-Spannungs-Kennlinie während der Erhöhung des Entladestroms von der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, während des Verringerns des Entladestroms entfernt wird.
Daher weist ein Differenzwert zwischen dem Schätzspannungswert für die Batterie 13, der im Gleichgewichtszustand unter Verwendung der verschobenen Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, für die Batterie 13, die sich in einem Gleichgewichtszustand befand, geschätzt worden ist, der mittels der Speichereinheit 27 als Wert des Restspannungsabfalls gespeichert worden ist, d. h. der Restspannungsabfall infolge der Restpolarisation am Ende der Entladung, wenn die Batterie 13 die Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausgeführt hat, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, und
dem Wert der Leerlaufspannung, d. h. einem Spannungswert, bei dem der Strom gleich 0 A in der Strom-Spannungs-Kennlinie ist, die nicht den Einfluss der Polarisation aufweist, für die Batterie 13 in deren Gleichgewichtszustand,
keine variable Komponente der Strom-Spannungs-Kennlinie infolge der Differenz beim Entladestrom oder bei der Entladezeitdauer auf.
Mit anderen Worten entspricht der Wert der Leerlaufspannung, d. h. ein Spannungswert in der Strom- Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wenn der Strom gleich 0 A ist, der Klemmenspannung der Batterie 13 in deren Gleichgewichtszustand, wenn vorausgesetzt wird, dass sich die Batterie 13 vor dem Start der Entladung mit konstanter Last im Gleichgewichtszustand befand. Daher ist, wenn die Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, in Richtung der Spannungskoordinatenachse verschoben wird, um so bei dem Referenzwert die Strom- Spannungs-Kennlinie zu schneiden, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wobei die Schätzspannung, die unter Verwendung der verschobenen Strom-Spannungs-Kennlinie geschätzt worden ist, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, bereits niedriger als die Leerlaufspannung aufgrund des Wertes des Restspannungsabfalls ist.
Bevorzugt weist die Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie ferner eine dritte Berechnungseinheit 23D zum Berechnen der Strom-Spannungs- Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms der Batterie 13 auf, die eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, wobei die zweite Berechnungseinheit 23B die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und in Richtung der Spannungskoordinatenachse auf der Basis der Strom- Spannungs-Kennlinie verschoben ist, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und mittels der ersten Berechnungseinheit 23A berechnet worden ist, berechnet und wobei die Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, mittels der dritten Berechnungseinheit 23D berechnet wird.
Bei der oben beschriebenen Konstruktion berechnet die dritte Berechnungseinheit 23D, nachdem der Entladestrom der Batterie 13 begonnen hat, sich ausgehend von dem Stromwert zu verringern, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, wenn die erste Berechnungseinheit 23A die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms der Batterie 13, die Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, zu der Zeit, bei der die Klemmenspannung und der Entladestrom der Batterie 13 periodisch gemessen werden, während die Batterie 13 die Entladung mit konstanter Last und mit dem Stromwert, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt, vor der Entladung entstanden ist. Dann berechnet die zweite Berechnungseinheit 23B die verschobene Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, auf der Basis der Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet und mittels der dritten Berechnungseinheit 23D berechnet worden ist, und auf Basis der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und mittels der ersten Berechnungseinheit 23A berechnet worden ist.
Bevorzugt weist die Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie ferner auf:
eine Beurteilungseinheit 23E zum Entscheiden, ob sich die Batterie 13 in ihrem Gleichgewichtszustand befindet oder nicht;
eine Messeinheit A zum Messen einer Klemmenspannung der Batterie 13, wenn mittels der Beurteilungseinheit 23E entschieden worden ist, dass sich die Batterie 13 in ihrem Gleichgewichtszustand befindet;
eine Berechnungseinheit 23F zum Berechnen des neuesten Wertes des Restspannungsabfalls durch Subtrahieren des vorhandenen Schätzspannungswertes, der mittels der Schätzeinheit 23C auf der Basis der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie 13 geschätzt worden ist, für die mittels der Beurteilungseinheit 23E entschieden worden ist, dass sie sich in ihrem Gleichgewichtszustand befindet, wobei die Werte periodisch gemessen werden, während die Batterie 13 die Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, von einem Wert der Klemmenspannung der Batterie 13, der erneut mittels der Messeinheit A gemessen worden ist;
eine Erneuerungseinheit 23G zum Erneuern des Wert des Restspannungsabfalls, der mittels der Speichereinheit 27 gespeichert worden ist, auf den neuesten Wert des Restspannungsabfalls, der mittels der Berechnungseinheit 23F berechnet worden ist;
eine vierte Berechnungseinheit 23H zum Berechnen einer neuesten Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, auf der Basis der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie 13, für die mittels der Beurteilungseinheit 23E entschieden worden ist, dass sie sich im Gleichgewichtszustand befindet, wobei die Werte periodisch gemessen werden, während die Batterie 13 die Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist.
Bei der oben beschriebenen Konstruktion wird, wann auch immer die Beurteilungseinheit 23E entscheidet, dass sich die Batterie 13 im Gleichgewichtszustand befindet, die Klemmenspannung der Batterie 13 mittels der Messeinheit A zum Messen der Klemmenspannung im Gleichgewichtszustand der Batterie gemessen. Danach wird der vorhandene Schätzspannungswert, der mittels der Schätzeinheit unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms geschätzt worden ist, von dem Klemmenspannungswert der Batterie 13 subtrahiert, die sich in ihrem Gleichgewichtszustand befindet, wobei der Klemmenspannungswert erneut mittels der Messeinheit A zum Messen der Klemmenspannung im Gleichgewichtszustand der Batterie gemessen wird, wodurch die Berechnungseinheit 23F den neuesten Wert des Restspannungsabfalls berechnet, und dann die Erneuerungseinheit 23G den Wert des Restspannungsabfalls, der mittels der Speichereinheit 27 gespeichert ist, auf den neuesten Wert des Restspannungsabfalls, der mittels der Berechnungseinheit 23F berechnet worden ist, erneuert.
Ferner wird, wenn die Batterie für die die Beurteilungseinheit 23E entschieden hat, dass sie sich im Gleichgewichtszustand befindet, die Entladung mit konstanter Last und mit dem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, eine neueste Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, mittels der vierten Berechnungseinheit 23H unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms berechnet, die periodisch gemessen werden, wodurch die Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet und die für das Berechnen des Wertes des Restspannungsabfalls und der vorhandenen Spannung des geöffneten Schaltkreises verwendet wird, zu einer neuesten Kennlinie erneuert wird, ähnlich dem Wert des Restspannungsabfalls, der auf seinen neuesten Wert mittels der Erneuerungseinheit 23G erneuert wird.
Bevorzugt weist die Vorrichtung zum Berechnen einer Spannung des geöffneten Schaltkreises einer Batterie 13 ferner auf:
eine Erfassungseinheit 19 zum Erfassen einer Innentemperatur oder einer Umgebungstemperatur der Batterie 13; und
eine Überprüfungseinheit 23J zum Überprüfen des Wertes des Restspannungsabfalls, der mittels der Speichereinheit 27 gespeichert worden ist, in Abhängigkeit von einer Innentemperatur oder einer Umgebungstemperatur der Batterie 13, die mittels der Erfassungseinheit 19 erfasst worden ist, wenn die Schätzeinheit 23C die vorhandene Schätzspannung schätzt, sowie in Abhängigkeit von einer anderen Innentemperatur oder Umgebungstemperatur der Batterie 13, die mittels der Erfassungseinheit 19 erfasst worden ist, wenn die Erneuerungseinheit 23G den Wert des Restspannungsabfalls, der mittels der Speichereinheit 27 gespeichert worden ist, auf den neuesten Wert des Restspannungsabfalls erneuert, der mittels der Berechnungseinheit 23F berechnet worden ist,
wobei die vorhandene Spannung des geöffneten Schaltkreises mittels Addierens des Wertes des Restspannungsabfalls berechnet wird, der mittels der Überprüfungseinheit 23J überprüft worden ist, zu dem Schätzspannungswert, der mittels der Schätzeinheit 23C geschätzt worden ist.
Bei der oben beschriebenen Konstruktion wird, da, wenn sich die Innentemperatur oder die Umgebungstemperatur der Batterie ändert, sich die Batteriekapazität und ferner die Klemmenspannung ändern, und daher, wenn sich die Innentemperatur oder die Umgebungstemperatur der Batterie 13, die mittels der Erfassungseinheit 19 erfasst worden ist, sich voneinander unterscheiden, zwischen wann die Erneuerungseinheit 23G den Wert des Restspannungsabfalls, der mittels der Speichereinheit 27 gespeichert worden ist, auf den neuesten Wert des Restspannungsabfalls erneuert, und wann die Schätzeinheit 23C die vorhandene Schätzspannung der Batterie 13 schätzt, unterscheidet sich eine Komponente der Klemmenspannung, die in dem Wert des Restspannungsabfalls in Abhängigkeit von der Innentemperatur oder der Umgebungstemperatur der Batterie 13 widergespiegelt wird, von einer Komponente der Klemmenspannung, die in der Schätzspannung in Abhängigkeit von der Innentemperatur oder der Umgebungstemperatur der Batterie 13 widergespiegelt wird.
Jedoch kann, wenn die Überprüfungseinheit 23J den Wert des Restspannungsabfalls, der mittels der Speichereinheit 27 gespeichert worden ist, in Abhängigkeit von der Innentemperatur oder der Umgebungstemperatur der Batterie 13 überprüft, wenn der Wert des Restspannungsabfalls zu dem neuesten Wert des Restspannungsabfalls erneuert wird, und der Innentemperatur oder Umgebungstemperatur der Batterie 13, wenn die vorhandene Schätzspannung der Batterie 13 geschätzt wird, und da die Komponente der Klemmenspannung entsprechend der Innentemperatur oder der Umgebungstemperatur 13 auf den Wert des Restspannungsabfalls und der Schätzspannung unter der gleichen Bedingung widergespiegelt wird, die vorhandene Spannung des geöffneten Schaltkreises in einem Zustand berechnet werden, bei dem die variable Komponente der Klemmenspannung infolge der Differenz der Innentemperatur oder der Umgebungstemperatur der Batterie 13 unter Verwendung des überprüften Wertes des Restspannungsabfalls entfernt wird.
Bevorzugt berechnet die erste Berechnungseinheit 23A die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, als eine Approximations-Kurvengleichung.
Bei der oben beschriebenen Konstruktion wird die niedrige Geschwindigkeit des Verringerns des Wertes des Spannungsabfalls der Klemmenspannung, die in der Batterie 13 infolge der Polarisation infolge der Entladung entstanden ist, besser in der Strom-Spannungs-Kennlinie widergespiegelt, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wobei die Kennlinie mittels der ersten Berechnungseinheit 23A berechnet worden ist, wodurch die Genauigkeit der Schätzspannung, die mittels der Schätzeinheit 23C auf der Basis der Strom- Spannungs-Kennlinie, die Einfluss den der Polarisation beinhaltet, und die Genauigkeit der Spannung des geöffneten Schaltkreises, die unter Verwendung der Schätzspannung berechnet worden ist, größer werden.
Bevorzugt ist der Stromwert, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, ein vorbestimmter hoher Stromwert, der erforderlich ist, um einen Verbraucher 5 mit maximalem Energieverbrauch unabhängig von den Verbrauchern in dem Fahrzeug zu betreiben, die elektrische Energie von der Batterie 13 empfangen, und nachdem der Entladestrom der Batterie 13 begonnen hat, sich ausgehend von dem vorbestimmten hohen Stromwert zu verringern, während der Entladestrom der Batterie 13 sich auf einem Zielstromwert verringert, der höher ist als ein maximaler Entladestromwert, wenn die Verbraucher in dem Fahrzeug abgesehen von dem Verbraucher 5 mit maximalem Energieverbrauch betrieben werden, berechnet die erste Berechnungseinheit 23A die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms der Batterie 13.
Bei der oben beschriebenen Konstruktion überschreitet der vorbestimmte hohe Stromwert, der erforderlich ist, um den Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch unabhängig von den Verbrauchern in dem Fahrzeug zu betreiben, jeden aktuellen Wert, der zum Betreiben der anderen Verbraucher verwendet wird, selbst wenn mehrere Energiewerte gleichzeitig den anderen Verbrauchern zugeführt werden. Daher wird der vorbestimmte hohe Stromwert auf einen Stromwert festgelegt, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, wodurch, wenn der Entladestrom den vorbestimmten hohen Stromwert erreicht, ein Spannungsabfall, der den Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation überschreitet, die bei der früheren Entladung entstanden ist, bereits bei der Klemmenspannung der Batterie 13 erreicht wird.
Anderseits beeinflusst, wenn sich der Entladestromwert der Batterie 13 ausgehend von einem vorbestimmten hohen Stromwert verringert und einen Zielstromwert erreicht, der nicht niedriger als ein maximaler Entladestromwert ist, wenn die Verbraucher abgesehen von dem Verbraucher 5 mit maximalem Energieverbrauch betrieben werden, eine Spannungsabfallkomponente infolge der entladeseitigen Polarisation, die durch die Energiezufuhr zu den Verbrauchern in dem Fahrzeug abgesehen von dem Verbraucher 5 mit maximalem Energieverbrauch erreicht wird, scheinbar nicht den Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation, die in der Klemmenspannung der Batterie 13 verblieben ist, aber eine verbleibende Komponente beeinflusst, abgesehen von einer Komponente, die dadurch, dass sich der Entladestrom auf den Zielstromwert außer dem Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation verringert, die durch die Entladung mit dem vorbestimmten hohen Stromwert erreicht wird, entfernt worden ist, scheinbar den Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation, die in der Klemmenspannung der Batterie 13 verblieben ist.
Folglich wird die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, mittels der ersten Berechnungseinheit 23A unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms, die periodisch gemessen werden, berechnet, während der Entladestrom der Batterie 13, die die Entladung mit konstanter Last und mit dem vorbestimmten hohen Stromwert ausführt, beginnt, sich ausgehend von dem vorbestimmten hohen Stromwert zu verringern, und den Zielstromwert erreicht. Eine vorhandene Schätzspannung, die mittels der Schätzeinheit 23C auf der Basis der Strom- Spannungs-Kennlinie geschätzt worden ist, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, spiegelt lediglich die verbleibende Komponente abgesehen von der Komponente wider, die infolge der Verringerung des Entladestroms, der sich auf einen Zielstromwert außer dem Spannungsabfall infolge der entladeseitigen Polarisation verringert, die durch die Entladung mit dem vorbestimmten hohen Stromwert erreicht wird, selbst wenn die Verbraucher in dem Fahrzeug abgesehen von dem Verbraucher 5 mit maximalem Energieverbrauch weiter betrieben werden.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Berechnen einer Kapazität einer Batterie 13 bereitzustellen, die die Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie 13, wie oben beschrieben, aufweist, wobei eine vorhandene Ladekapazität der Batterie 13 unter Verwendung der vorhandenen Leerlaufspannung berechnet wird, die mittels der Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie 13 berechnet worden ist.
Bei der oben beschriebenen Konstruktion wird die vorhandene Leerlaufspannung, die nicht die Abweichung infolge des Unterschiedes bei dem Entladestromwert oder der Entladezeitdauer aufweist, was durch Spannungsschwankungen infolge der Polarisation verursacht, verwendet, wodurch eine vorhandene Ladekapazität der Batterie 13, die eine lineare Beziehung zu der Leerlaufspannung aufweist, ohne Einbeziehen des Einflusses der Spannungsschwankung infolge der Polarisation berechnet werden kann.
Eine Vorrichtung zum Berechnen der Strom-Spannungs- Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation der Batterie beinhaltet, oder eine Vorrichtung zum Berechnen der Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation der Batterie in deren Gleichgewichtszustand beinhaltet, ist nicht auf eine spezifische Vorrichtung beschränkt. Einige Beispiele für solch eine Vorrichtung werden im Folgenden erläutert.
Bezüglich einer ersten Vorrichtung, wie in Fig. 2 gezeigt, werden auf der Basis der Klemmenspannung und des Entladestroms, die periodisch gemessen werden, wenn die Batterie 13 die Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, eine erste Approximations- Kurvengleichung der Strom-Spannungs-Kennlinie, die eine Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom der Batterie 13 während der Erhöhung des Entladestroms kennzeichnet und eine zweite Approximations-Kurvengleichung der Strom-Spannungs-Kennlinie berechnet, die eine Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom der Batterie 13 während des Verringerns des Entladestroms kennzeichnet, mittels der Einheit 23K zum Berechnen der Approximations-Kurvengleichung berechnet. Dann wird ein erster Punkt auf der Strom-Spannungs-Kennlinien-Kurve definiert, die durch die erste Approximations-Kurvengleichung ausgedrückt wird, während ein zweiter Punkt auf der Strom- Spannungs-Kennlinien-Kurve definiert wird, die durch die zweite Approximations-Kurve ausgedrückt wird. Dann wird ein erster imaginärer Punkt, der den gleichen Widerstandswert wie ein zweiter kombinierter Widerstand aufweist, der aus einem Innenwiderstand der Batterie 13 und einem zweiten Polarisationswiderstand besteht, der einen zweiten Spannungsabfall verursacht, wenn ein zweiter Entladestrom entsprechend dem zweiten Punkt fließt, auf der Strom- Spannungs-Kennlinien-Kurve dargestellt, die durch die erste Approximations-Kurvengleichung ausgedrückt wird, während ein zweiter imaginärer Punkt, der den gleichen Widerstandswert wie ein erster kombinierter Widerstand aufweist, der aus dem Innenwiderstand der Batterie 13 und einem ersten Polarisationswiderstand besteht, der einen ersten Spannungsabfall verursacht, wenn ein erster Entladestrom entsprechend dem ersten Punkt fließt, auf der Strom- Spannungs-Kennlinien-Kurve dargestellt wird, die durch die zweite Approximations-Kurvengleichung ausgedrückt wird. Dann wird ein erster Gradient einer geraden Linie, die durch Verbinden des zweiten Punktes mit dem ersten imaginären Punkt definiert wird, durch einen Betrag entsprechend einem Unterschied im Spannungsabfall infolge des zweiten Polarisationswiderstandes überprüft, der von dem zweiten Entladestrom und einem Entladestrom bei dem ersten imaginären Punkt erreicht wird, wodurch ein erster überprüfter Gradient exklusive des Anteils des Spannungsabfalls infolge des zweiten Polarisationswiderstandes berechnet wird, während ein zweiter Gradient einer geraden Linie, die durch das Verbinden des ersten Punktes mit dem zweitem imaginären Punkt definiert wird, durch einen Betrag entsprechend einem Unterschied im Spannungsabfall infolge des ersten Polarisationswiderstands überprüft, der von dem ersten Entladestrom und einem Entladestrom an dem zweiten imaginären Punkt erreicht wird, wodurch ein zweiter überprüfter Gradient exklusive des Anteils des Spannungsabfalls infolge des ersten Polarisationswiderstandes berechnet wird. Schließlich wird ein durchschnittlicher Gradient mittels der Einheit 23L durch Additions-Durchschnittsbildung des ersten und des zweiten Gradienten berechnet, wodurch der durchschnittliche Gradient, der mittels der Einheit 23L berechnet worden ist, als der Innenwiderstand der Batterie 13 berechnet wird, d. h. die Strom-Spannungs-Kennlinie der Batterie 13, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet.
Bei der ersten oben beschriebenen Vorrichtung kann der Innenwiderstand der Batterie 13 lediglich durch Verarbeitung der Daten berechnet werden, die mittels der Einheit 23K zum Berechnen der Approximations-Kurvengleichung erlangt werden, bestehend aus der Klemmenspannung und dem Entladestrom der Batterie 13, die während der Entladung mit konstanter Last und mit und dem vorbestimmten hohen Strom periodisch gemessen werden.
Bezüglich einer zweiten Vorrichtung kann zusätzlich zu der Konstruktion der oben beschriebenen ersten Vorrichtung eine Konstruktion angewendet werden, bei der der erste und der zweite Punkt als optionaler Punkt in einem Bereich gesetzt worden sind, in dem die Klemmenspannung und der Entladestrom der Batterie existieren, die gemessen werden, um die erste und die zweite Approximations-Kurvengleichung zu berechnen.
Bei der oben beschriebenen zweiten Vorrichtung basiert zumindest ein Punkt zur Berechnung des Gradienten auf realen Daten, weshalb ein Punkt nicht verwendet wird, der signifikant die realen Bedingungen vermissen lässt.
Bezüglich einer dritten Vorrichtung kann zusätzlich zu der Konstruktion der oben beschriebenen ersten oder zweiten Vorrichtung eine Konstruktion angewendet werden, bei der der erste und der zweite Punkt als ein Punkt entsprechend dem maximalen Stromwert des Entladestrom der Batterie gesetzt werden, der bei der ersten und der zweiten Approximations- Kurvengleichung gemessen wird, um die erste und die zweite Approximations-Kurvengleichung zu berechnen.
Bei der oben beschriebenen dritten Vorrichtung basiert zumindest ein Punkt zum Berechnen des Gradienten auf realen Daten, weshalb ein Punkt nicht verwendet wird, der signifikant reale Bedingungen vermissen lässt, und zusätzlich, da beide Punkte gleich sind, wird es vermieden, einen Fehler mit einem zu Fall vergleichen, bei dem unterschiedliche Daten verwendet werden.
Bezüglich einer vierten Vorrichtung kann zusätzlich zu der Konstruktion der oben beschriebenen ersten, zweiten oder dritten Vorrichtung eine Konstruktion angewendet werden, bei der, wenn die erste und die zweite Approximations- Kurvengleichung berechnet werden, die periodisch gemessene Klemmenspannung und der periodisch gemessene Entladestrom der Batterie für die neueste vorbestimmte Zeitdauer gesammelt und gespeichert werden.
Bei der vierten oben beschriebenen Vorrichtung können unter Verwendung der gespeicherten realen Daten die erste und die zweite Approximations-Kurvengleichung berechnet werden, nachdem bestätigt worden ist, dass der Entladestrom, der erforderlich ist, die erste und die zweite Approximations- Kurvengleichung zu berechnen, geflossen ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend, mit Bezug auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Grundaufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schätzen einer Klemmenspannung einer Batterie, zum Berechnen einer Leerlaufspannung und zum Berechnen einer Batteriekapazität;
Fig. 2 zeigt einen Grundaufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Berechnen einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation der Batterie in ihrem Gleichgewichtszustand oder Nicht-Gleichgewichtzustand gemäß einem Innenwiderstand der Batterie beinhaltet, wobei die Vorrichtung als ein Beispiel in einer Vorrichtung zum Schätzen einer Klemmenspannung einer Batterie, einer Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung und einer Vorrichtung zum Berechnen einer Batteriekapazität angewendet werden kann;
Fig. 3 zeigt einen Graphen, der ein Beispiel für eine Strom-Spannungs-Kennlinie einer Batterie darstellt, die durch eine lineare Approximationsgleichung ausgedrückt wird;
Fig. 4 zeigt einen Graphen, der ein Beispiel für eine Strom-Spannungs-Kennlinie einer Batterie darstellt, die durch eine quadratische Approximationsgleichung ausgedrückt wird;
Fig. 5 zeigt einen Graphen, der ein Beispiel für eine Änderung der Polarisation relativ zum Strom darstellt;
Fig. 6 zeigt einen Graphen, der ein Beispiel für eine Approximations-Kennlinien-Kurve darstellt, die durch zwei quadratische Approximations-Kurvengleichungen ausgedrückt wird, die bei einer Entladung erlangt werden können;
Fig. 7 zeigt einen Graphen; der darstellt, wie zwei optionale Punkte in zwei Approximations-Kennlinien-Kurven definiert werden;
Fig. 8 zeigt einen Graphen, der darstellt, wie ein angenommener Punkt relativ zu einem Punkt definiert wird, der auf einer Approximations-Kennlinien-Kurve definiert ist, und wie der Gradient zwischen den beiden Punkten korrigiert wird;
Fig. 9 zeigt einen Graphen, der darstellt, wie ein angenommener Punkt relativ zu einem Punkt definiert wird, der auf einer anderen Approximations-Kennlinien-Kurve definiert ist, und wie der Gradient zwischen den beiden Punkten korrigiert wird;
Fig. 10 stellt einen Grundaufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Berechnen einer Batteriekapazität dar, die ein Verfahren zum Schätzen einer Klemmenspannung einer Batterie, ein Verfahren zum Berechnen einer Leerlaufspannung und ein Verfahren zum Berechnen einer Batteriekapazität anwendet;
Fig. 11 zeigt einen Graphen, der ein Beispiel für eine Korrektur von Daten eines Wertes des Restspannungsabfalls darstellt, die in einem ROM eines Mikrocomputers in Fig. 10 gespeichert sind;
Fig. 12 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Hauptroutine eines Prozesses darstellt, den eine CPU gemäß einem Steuerprogramm ausführt, das in einem ROM eines Mikrocomputers in Fig. 11 gespeichert ist;
Fig. 13 zeigt ein Flussdiagramm einer Subroutine, die den Aktualisierungsprozess für die Leerlaufspannung darstellt, wie in Fig. 12 gezeigt;
Fig. 14 zeigt ein Flussdiagramm einer Subroutine, die den Berechnungsprozess der Innenwiderstands-Kennlinie berechnet, wie in Fig. 12 gezeigt;
Fig. 15 zeigt ein Flussdiagramm einer Subroutine, die den Berechnungsprozess des Ladezustands darstellt, wie in Fig. 12 gezeigt;
Fig. 16 zeigt einen Graphen, der eine Strom-Spannungs- Kennlinie darstellt, die lediglich von einem Innenwiderstand der Batterie in Fig. 10 abhängt und nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet;
Fig. 17 zeigt einen Graphen, der eine Strom-Spannungs- Kennlinie darstellt, die den Einfluss der Polarisation während des Verringerns des Entladestroms der Batterie in Fig. 10 beinhaltet;
Fig. 18 zeigt einen Graphen, der eine Strom-Spannungs- Kennlinie darstellt, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wobei die Strom-Spannungs-Kennlinie von Fig. 17 in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschoben ist, dass sie die Strom-Spannungs-Kennlinie von Fig. 16 überlappt;
Fig. 19 zeigt einen Graphen, der darstellt, wie zwei Punkte auf zwei Approximations-Kennlinien-Kurven in einer anderen Prozedur zum Messen eines Batterie-Innenwiderstands definiert werden;
Fig. 20 zeigt einen Graphen, der darstellt, wie ein angenommener Punkt relativ zu einem Punkt definiert wird, der auf einer Approximations-Kennlinien-Kurve definiert ist, und wie der Gradient zwischen den beiden Punkten in einer anderen Prozedur zum Messen eines Batterie-Innenwiderstands korrigiert wird;
Fig. 21 zeigt einen Graphen, der darstellt, wie ein angenommener Punkt relativ zu einem Punkt definiert wird, der auf einer anderen Approximations-Kennlinien-Kurve definiert ist, und wie der Gradient zwischen den beiden Punkten in einer anderen Prozedur zum Messen eines Batterie- Innenwiderstands korrigiert wird;
Fig. 22 zeigt einen Graphen, der eine Korrelation zwischen der Klemmenspannung und der Entladezeit bei einem Konstant-Strom-Entladeprozess der Batterie darstellt;
Fig. 23 zeigt einen Graphen, der schematisch eine Beziehung zwischen den abgetasteten Sätzen der Klemmenspannung und des Entladestroms darstellt, die in einem Prozess der Konstant-Strom-Entladung der Batterie abgetastet werden, und die lineare Strom-Spannungs-Kennlinien-Gleichung darstellt, die von den Sätzen unter Verwendung zumindest des Verfahrens der Quadratbildung erlangt wird;
Fig. 24 zeigt Graphen, die eine Mehrzahl von Konstant- Strom-Entlade-Kennlinien darstellen, die von der Schätzspannung erlangt worden sind, die unter Verwendung der Strom-Spannungs-Kennlinie in Fig. 23 geschätzt worden ist;
Fig. 25 zeigt Graphen, die eine Mehrzahl von Konstant- Strom-Entlade-Kennlinien darstellen, die von der Schätzspannung erlangt worden sind, die unter Verwendung der Strom-Spannungs-Kennlinie in Fig. 23 geschätzt worden ist;
Fig. 26 zeigt Graphen, in auf der gleichen Ebene gezeichnet sind und jede Strom-Spannungs-Kennlinie der Batterie entsprechend der entsprechenden Kapazitäten darstellen;
Fig. 27 zeigt einen Graphen, der eine Beziehung zwischen der Batteriekapazität bei dem imaginären Entladestromwert, der eine lineare Kennlinie in dem in Fig. 25 gezeigten Graphen darstellt, und der Schätzspannung zeigt, die unter Verwendung der Strom-Spannungs-Kennlinie in Fig. 23 geschätzt worden ist; und
Fig. 28 zeigt einen Graphen, der den Spannungsabfall darstellt, der während des Entladeprozesses der Batterie auftritt.
Im Folgenden wird eine Kennlinie einer Batterie an sich erläutert, und dann werden die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert.
Ein Verbraucher, der einen hohen Strom benötigt, wie beispielsweise ein Anlassermotor, ein Motor-Generator und ein Fahrmotor, ist in einem 12-V-Fahrzeug, einem 42-V-Fahrzeug, einem EV-Fahrzeug und einem HEV-Fahrzeug eingebaut. Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Beispiel einer Strom-Spannungs- Kennlinie (I-V-Kennlinie) einer Batterie, die elektrische Energie diesen Verbrauchern zur Verfügung stellt.
Wie in Fig. 3 gezeigt, kann die I-V-Kennlinie unter Verwendung einer Lineargleichung V = a.I + b approximiert werden. Jedoch wird beim Inbetrachtziehen eines Einflusses einer nichtlinearen Kennlinie eines Polarisationswiderstandes, wie in Fig. 5 gezeigt, wenn eine Approximations-I-V-Kennlinie infolge eines Innenwiderstandes der Batterie bei dem Ausführungsbeispiel berechnet wird, wie in Fig. 4 gezeigt, eine Approximations-Kurvengleichung gemäß einer quadratischen Gleichung der Form V = a.I2 + b.I + c unter Verwendung zumindest des Verfahrens der Quadratbildung berechnet, um die Leistungsfähigkeit der Approximation zu verbessern.
Wenn der Verbraucher, der einen hohen Strom erfordert, wie oben beschrieben betrieben wird, wird eine Entladung mit konstanter Last und mit einem vorbestimmten hohen Stromwert entsprechend dem Maximalwert an elektrischer Energie durchgeführt, die dem Verbraucher zugeführt wird. Eine Klemmenspannung und ein Entladestrom der Batterie werden während der Entladung mit konstanter Last periodisch gemessen, dann werden auf der Basis realer Daten, die eine Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom kennzeichnen, wie in Fig. 6 gezeigt, eine erste Approximations-Kurvengleichung M1 für die I-V-Kennlinie der Batterie während des Erhöhens des Entladestroms und eine zweite Approximations-Kurvengleichung M2 für die I-V- Kennlinie der Batterie während des Verringerns des Entladestroms erzielt. Die Gleichungen, wie in Fig. 6 beschrieben, sind Beispiele solch einer Approximations- Kurvengleichung, wie sie von den realen Daten erlangt werden. Der Unterschied zwischen den Approximations-Kurvengleichungen M1 und M2 wird im Folgenden analysiert.
Bezüglich der Approximations-Kurvengleichung M1, bei der der Polarisationswiderstand beim Start der Entladung als eine Referenz angenommen wird, wenn die Entladung beginnt und sich der Strom erhöht, erhöht sich der Polarisationswiderstand graduell. Dann wird, wenn der Strom seinen Maximalwert erreicht, angenommen, das der Polarisationswiderstand seinen Spitzenwert erreicht und dass er sich mit der Abnahme des Stromes ebenfalls verringert. Jedoch verringert sich praktisch, da die Reaktion in der Batterie verzögert abläuft, der Polarisationswiderstand nicht einfach proportional zu der Verringerung des Stroms. Das heißt, bezüglich der Approximations-Kurvengleichung M2 ist die I-V-Kennlinie von M2 nicht die gleiche wie die von M1, und ein Spannungsabfall ist größer als der Abfall der während der Erhöhung des Stroms beobachtet wird. Darum erhält man die zwei unterschiedlichen Approximations-Kurvengleichungen M1 bzw. M2 während der Erhöhung und des Verringerns des Stroms.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Messen des Innenwiderstandes R der Batterie auf der Basis der Approximations-Kurven unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 9 erläutert, die durch die zwei Approximations-Kurvengleichungen M1 und M2 für die I-V-Kennlinie, wie oben beschrieben, erläutert werden.
Als erstes wird, wie in Fig. 7 gezeigt, ein optionaler Punkt A innerhalb des Bereiches der realen Daten auf der Approximations-Kurve ausgewählt, die durch M1 ausgedrückt wird, und ein Spannungsabfall ΔV1 von einem Achsenabschnitt C1 der Approximationskurve, die durch M1 auf der Spannungskoordinatenachse ausgedrückt wird, zu dem Punkt A auf der Approximationskurve wird berechnet. Ein Wert von ΔV1, der durch den Strom I1 am Punkt A dividiert wird, ist ein kombinierter Widerstand, der besteht aus dem Innenwiderstand R und einem Wert Rpol1, d. h. einen Wert des Polarisationswiderstandes, also die andere Widerstandskomponente abgesehen von dem Innenwiderstand R zu dieser Zeit. Das heißt,
R + Rpol1 = ΔV1/I1.
Ähnlich wird, wie in Fig. 7 gezeigt, ein optionaler Punkt B innerhalb des Bereiches der realen Daten auf der Approximationskurve ausgewählt, die durch M2 ausgedrückt wird, und ein Spannungsabfall ΔV1 von einem Achsenabschnitt C2 der Approximationskurve ausgewählt, die durch M2 ausgedrückt wird, wird mit dem Punkt B auf der Approximationskurve berechnet. Ein Wert von ΔV2, der durch den Strom I2 beim Punkt B dividiert wird, stellt einen kombinierten Widerstand dar, der aus dem Innenwiderstand R und einem Wert Rpol2 besteht, d. h. einem Wert des Polarisationswiderstandes, also der anderen Widerstandskomponente abgesehen von dem Innenwiderstand R zu dieser Zeit. Das heißt,
R + Rpol2 = ΔV2/I2.
Eine Differenz ΔR zwischen den Werten des kombinierten Widerstandes an den Punkten A und B wird ausgedrückt durch:
ΔR = R + Rpol1 - (R + Rpol2) = Rpol1 - Rpol2,
und ist eine Differenz des Polarisationswiderstandes zwischen den Punkten A und B, was offensichtlich ist, da der Innenwiderstand sich während einer Entladung nicht ändert.
Wie in Fig. 8 gezeigt, gibt es auf der Approximationskurve, die durch M1 ausgedrückt wird, einen Punkt A', der einen Wert (R + Rpol1') aufweist, der mit dem kombinierten Widerstand (R + Rpol2) an dem optionalen Punkt B übereinstimmt, der auf der Approximationskurve ausgewählt worden ist, die durch M2 ausgedrückt wird. In gleicher Weise gibt es, wie in Fig. 9 gezeigt, auf der Approximationskurve, die durch M2 ausgedrückt wird, einen Punkt B' der einen Wert (R + Rpol2') aufweist, der mit dem kombinierten Widerstand (R + Rpol1) an dem optionalen Punkt A übereinstimmt, der auf der Approximationskurve ausgewählt worden ist, die durch M1 ausgedrückt wird. Das heißt, es gibt einen Punkt A', der die Gleichung
R + Rpol1' = R + Rpol2
auf der Approximationskurve erfüllt, die durch M1 ausgedrückt wird, während es einen Punkt B' gibt, der die Gleichung
R + Rpol1 = R + Rpol2'
auf der Approximationskurve erfüllt, die durch M2 ausgedrückt wird.
Kurz gesagt ist, angenommen, dass der Strom und die Spannung an dem Punkt A' I1' bzw. V1' sind, und der Strom und die Spannung an dem Punkt B' I2' bzw. V2' sind, der Wert des Polarisationswiderstands an der Koordinate (I1', V1') des Punktes A' gleich dem der Koordinate (I2, V2) an dem Punkt B, während der Wert des Polarisationswiderstands an der Koordinate (I1, V1) am Punkt A gleich dem der Koordinate (I2', V2') des Punktes B' ist.
Im Folgenden wird der Punkt B als eine Referenz genommen, wobei ein Verfahren zum Berechnen des Stroms I1' und der Spannung V1' am Punkt A' erläutert wird, der den gleichen Wert als kombinierten Widerstandswert (R + Rpol2) am Punkt B aufweist.
Angenommen, dass der Spannungsabfall von dem Achsenabschnitt C1 der Approximationskurve, die durch M1 ausgedrückt wird, mit der Spannungskoordinatenachse am Punkt A' ΔV1' darstellt, wird er ausgedrückt durch:
ΔV1' = C1 - (a1.I1'2 + b1.I1' + C1) = (R + Rpol2).I1'
und dies führt zu
-(a1.I1' + b1) = R + Rpol2
dann wird der Strom I1' am Punkt A ausgedrückt durch:
I1' = -(b1 + R + Rpol2)/a1.
Da
R + Rpol2 (= R + Rpol1') = ΔV2/I2 (= ΔV1'/I1'),
gilt:
I1' = -[b1 + (ΔV2/I2)]/a1
= -[b1 + (ΔV1'/I1')]/a1.
Da die Spannung V1' am Punkt A' offensichtlich durch
V1' = a1.I1'2 + b1.I1' + C1
ausgedrückt wird, kann deshalb die Koordinate (I1', V1') des Punktes A' mittels der bekannten Werte definiert werden.
In gleicher Weise, wenn der Punkt A als eine Referenz genommen wird, können der Strom I2' und die Spannung V2' am Punkt B', der den gleichen Wert aufweist wie der kombinierte Widerstandswert (R + Rpol1) am Punkt A, mittels der bekannten Werte unter Verwendung der Gleichungen
I2' = - [b2 + (ΔV1/I1)]/a2
= -[b2 + (ΔV2'/I2')]/a2
und
V2' = a2.I2'2 + b1.I2' + C2
berechnet werden.
Hier ist ΔV2' der Spannungsabfall von dem Achsenabschnitt C2 der Approximationskurve, die durch M2 ausgedrückt wird, mit der Spannungskoordinatenachse zu dem Punkt B'.
Wenn die Koordinate (I1', V1') am Punkt A' ermittelt wird, wie in Fig. 8 gezeigt, kann der kombinierte Widerstandswert R1 durch Berechnen des Gradienten der geraden Linie L1 berechnet werden, die durch das Verbinden der Koordinate (I1', V1') des Punktes A' mit der Koordinate (I2, V2) des Punktes B definiert wird. Der kombinierte Widerstandswert R1 kann durch Dividieren der Differenz des Spannungsabfalls (V1' - V2) berechnet werden, der infolge des kombinierten Widerstandes aus dem Innenwiderstand R der Batterie und dem Polarisationswiderstand Rpol2 entsteht, durch die Differenz der Ströme (I1' - I2) zwischen den beiden Punkten. Das heißt,
R1 = (V1' - V2)/(I1' - I2).
In gleicher Weise kann, wenn die Koordinate (I2', V2') des Punktes B' ermittelt wird, wie in Fig. 9 gezeigt, der kombinierte Widerstandswert R2 durch Berechnen des Gradienten der geraden Linie L2 berechnet werden, die durch das Verbinden der Koordinate (I2', V2') des Punktes B' mit der Koordinate (I1, V1) des Punktes A definiert wird. Der kombinierte Widerstandswert R2 kann durch Dividieren der Differenz des Spannungsabfalls (V1 - V2') berechnet werden, der infolge des kombinierten Widerstands aus dem Innenwiderstand R der Batterie und dem Polarisationswiderstand Rpol1 durch die Differenz der Ströme (I1 - I2') zwischen den beiden Punkten entsteht. Das heißt:
R2 = (V1 - V2')/(I1 - I2').
Jedoch werden die kombinierten Widerstandswerte R1 und R2, die wie oben beschrieben berechnet worden sind, durch Dividieren einer Spannungsabfalldifferenz berechnet, die infolge des kombinierten Widerstands, der aus dem Innenwiderstand und dem Polarisationswiderstand besteht, durch die Differenz der Ströme zwischen den beiden Punkten berechnet wird, weshalb sie nicht mit dem Innenwiderstand übereinstimmen. Um den Gradient zwischen den beiden Punkten mit dem Innenwiderstand in Übereinstimmung zu bringen, wird die Spannungsabfalldifferenz, bei der der Anteil des Spannungsabfalls ausgeschlossen ist, der infolge des Polarisationswiderstandes entsteht, durch die Stromdifferenz dividiert, wie im Folgenden erläutert.
Wenn der Punkt B als eine Referenz genommen wird, und angenommen wird, dass der kombinierte Widerstandswert R1 durch die Gleichung
R1 = R1' + Rpol2 = R1' + Rpol1'
ausgedrückt wird, kann der Spannungsabfall, der von dem Umstand, dass der Strom entsprechend der Differenz zwischen dem Strom I1' am Punkt A' und dem Strom I2 am Punkt B in den Widerstand R1' fließt, durch Anheben des Spannungswertes am Punkt A' um einen Faktor des Spannungsabfalls überprüft werden, der durch den Umstand entsteht, dass der Strom entsprechend der Differenz zwischen dem Strom I1' am Punkt A' und dem Strom I2 am Punkt B in den Polarisationswiderstand Rpol1' (oder Rpol2) fließt, d. h.,
R1'.(I1' - I2) = [V1' + Rpol1'.(I1' - I2)] - V2.
Die obige Gleichung kann umgeschrieben werden, wie folgt:
R1'.(I1' - I2) = (V1' - V2) + Rpol1'.(I1' - I2).
Da Rpol1' = ΔV1'/I1' - R1', gilt:
R1'.(I1' - I2) = (V1' - V2) + (ΔV1'/I1' - R1').(I1' - I2)
d. h.:
2.R1'.(I1' - I2) = (V1' - V2) + ΔV1'/I1'.(I1' - I2),
wobei als ein Ergebnis die folgende Gleichung erlangt werden kann:
R1' = [(V1' - V2) + (ΔV1'/I1').(I1' - I2)]/2.(I1' - I2).
Hier kann (ΔV1'/I1') durch (ΔV2/I2) ersetzt werden.
In ähnlicher Weise wird Punkt A als eine Referenz genommen, wenn angenommen wird, dass der kombinierte Widerstandswert R2 ausgedrückt wird, durch
R2 = R2' + Rpol1 = R2' + Rpol2',
wobei der Spannungsabfall, der durch einen Umstand entsteht, dass der Strom entsprechend der Differenz zwischen dem Strom I1 am Punkt A und dem Strom I2' am Punkt B' in den Widerstand R2' fließt, durch Subtrahieren des Spannungswertes am Punkt B' um einen Faktor des Spannungsabfalls überprüft werden, der durch einen Umstand entsteht, dass der Strom entsprechend der Differenz zwischen dem Strom I1 am Punkt A und dem Strom I2' am Punkt B' in den Polarisationswiderstand Rpol2' (oder Rpol1) fließt, d. h.:
R2'.(I1 - I2') = V1 - [V2' - Rpol2'.(I1 - I2')].
Die obige Gleichung kann umgeschrieben werden, wie folgt:
R2'.(I1 - I2') = (V1 - V2') + Rpol2'.(I1 - I2').
Da Rpol2' = ΔV2'/I2' - R2', gilt:
R2'.(I1 - I2') = (V1 - V2') + (ΔV2'/I2' - R2').(I1 - I2'),
d. h.:
2.R2'.(I1 - I2') = (V1 - V2') + (ΔV2'/I2'.(I1 - I2'),
wobei als ein Ergebnis die folgende Gleichung erlangt werden kann:
R2' = [(V1 - V2') + (ΔV2'/I2').(I1 - I2')]/2.(I1 - I2').
Hier kann (ΔV2'/I2') durch (ΔV1/I1) ersetzt werden.
Die beiden Werte R1' und R2', die wie oben beschrieben berechnet worden sind, können kein Innenwiderstand R sein, da die beiden Punkte A und B als eine Referenz genommen worden sind, wobei die unterschiedlichen Polarisationswiderstände (Rpol1' = Rpol2) und (Rpol1 = Rpol2') verwendet werden, und die beiden Werte R1' und R2' werden aus dem Spannungsabfall ΔV1 berechnet, der ausgehend von dem Achsenabschnitt C1 stattgefunden hat, und von dem Spannungsabfall ΔV2, der ausgehend von dem Achsenabschnitt C2 stattgefunden hat, der sich von dem Achsenabschnitt C1 unterscheidet. Folglich kann der reale Innenwiderstand R durch Additions- Durchschnittsbildung der zwei Widerstandswerte berechnet werden, d. h.:
R = (R1' + R2')/2.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Berechnen des Innenwiderstandes der Batterie unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 9 beschrieben. Wenn ein Verbraucher, der einen hohen Strom erfordert, wie ein Anlassmotor, ein Motor- Generator und ein Antriebsmotor, betrieben wird, führt die Batterie eine Entladung und mit konstanter Last und mit einem vorbestimmten hohen Stromwert entsprechend dem maximalen Wert der elektrischen Energie aus, die dem Verbraucher zugeführt wird. Die Klemmenspannung und der Entladestrom der Batterie während der Entladung mit konstanter Last werden periodisch gemessen, beispielsweise einmal pro Millisekunde, wodurch eine große Anzahl von Daten für ein Paar bestehend aus Klemmenspannung und Entladestrom der Batterie erlangt wird.
Das neueste Paar bestehend aus Klemmenspannung und Entladestrom der Batterie, die so für eine vorbestimmte Zeitdauer erlangt worden sind, werden in einem Speicher als wieder beschreibbare Speichereinheit, beispielsweise RAM, gespeichert. Auf der Basis der Daten dieser gespeicherten Paare wird unter Verwendung zumindest eines Verfahrens der Quadratbildung die Strom-Spannungs-Kennlinie berechnet, die die Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom der Batterie während des Erhöhens des Entladestroms kennzeichnet, d. h. die erste Approximations- Kurvengleichung M1, die beispielsweise durch eine quadratische Gleichung V1(I) = a1.I2 + b1.I + C1 ausgedrückt wird, und die Strom-Spannungs-Kennlinie, die die Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom der Batterie während des Verringerns des Entladestroms kennzeichnet, d. h. die zweite Approximations-Kurvengleichung M2 berechnet, die beispielsweise durch eine quadratische Gleichung V2(I) = a2.I2 + b2.I + C2 ausgedrückt wird.
Danach wird ein erster Punkt A auf der Strom-Spannungs- Kennlinien-Kurve definiert, die durch die erste Approximations-Kurvengleichung M1 ausgedrückt wird, während ein zweiter Punkt B auf der Strom-Spannungs-Kennlinien-Kurve definiert wird, die durch die zweite Approximations- Kurvengleichung M2 ausgedrückt wird. Zu dieser Zeit werden bevorzugt diese Punkte A und B in einem Bereich definiert, in dem reale Daten für die Klemmenspannung und den Entladestrom existieren, mit denen jede Approximations-Kurvengleichung berechnet wird, wodurch jeder imaginäre Punkt entsprechend dem jeweiligen Punkt A bzw. B danach gesetzt wird, um den imaginären Punkt nicht an eine Position zu setzten, die keiner Kurve zugeordnet werden kann. Ferner werden bevorzugt die Punkte A und B an beiden Seiten eines Punktes definiert, der den maximalen Polarisationswiderstand aufweist, wodurch die imaginären Punkte an beiden Seiten des Punktes definiert werden, die den maximalen Polarisationswiderstand aufweisen und die Genauigkeit des Innenwiderstandes der Batterie, der danach berechnet wird, wird verbessert.
Dann wird ein erster imaginärer Punkt A' mit dem gleichen Widerstandswert wie der zweite kombinierte Widerstand R2, der aus einem Innenwiderstand der Batterie und dem zweiten Polarisationswiderstand Rpol2 besteht, der den zweiten Spannungsabfall ΔV2 verursacht, wenn der zweite Entladestrom I2 entsprechend dem zweiten Punkt B fließt, imaginär in der ersten Approximations-Kurvengleichung M1 gesetzt, während ein zweiter imaginärer Punkt B' mit dem gleichen Widerstandswert wie der erste kombinierte Widerstand R1 aufweist, der aus dem Innenwiderstand der Batterie und dem ersten Polarisationswiderstand Rpol1 besteht, der den ersten Spannungsabfall ΔV1 verursacht, wenn der erste Entladestrom I1 entsprechend dem ersten Punkt A fließt, imaginär in der zweiten Approximations-Kurvengleichung M2, gesetzt wird.
Danach wird der erste Gradient R1 der geraden Linie L1, die durch Verbinden des zweiten Punktes B mit dem ersten imaginären Punkt A' gebildet wird, um einen Faktor entsprechend der Spannungsabfalldifferenz Rpol2.(I1' - I2) infolge des zweiten Polarisationswiderstandes Rpol2 überprüft, der durch den zweiten Entladestrom I2 und den Entladestrom I1' an dem ersten imaginären Punkt A' entstanden ist, und der erste Gradient R1', der den Anteil des Spannungsabfalls infolge des zweiten Polarisationswiderstandes Rpol2 ausschließt, wird berechnet, während der zweite Gradient R2 der geraden Linie L2, die durch Verbindung des ersten Punktes A mit dem zweiten imaginären Punkt B' gebildet wird, um einen Faktor entsprechend der Spannungsabfalldifferenz Rpol1 (I1 - I2') infolge des ersten Polarisationswiderstands Rpol1 überprüft wird, der bei dem ersten Entladestrom I1 und dem Entladestrom I2' an dem zweiten imaginären Punkt B' entstanden ist, und der zweite überprüfte Gradient R2' wird berechnet, der den Anteil des Spannungsabfalls infolge des ersten Polarisationswiderstandes Rpol1 ausschließt.
Durch Additions-Durchschnittsbildung wird solch ein erster überprüfter Gradient R1' und ein zweiter überprüfter Gradient R2' gebildet, wobei deren Durchschnitt als der Innenwiderstand der Batterie erhalten wird.
Eine Vorrichtung zum Implementieren des Verfahrens zum Berechnen des Innenwiderstands der Batterie, wie oben beschrieben, ist in einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Berechnen einer Batteriekapazität implementiert, die im Folgenden erläutert wird.
Fig. 10 stellt einen Grundaufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Berechnen einer Batteriekapazität dar, die ein Verfahren zum Schätzen einer Klemmenspannung einer Batterie anwendet, ein Verfahren zum Berechnen einer Leerlaufspannung und ein Verfahren zum Berechnen einer Batteriekapazität anwendet. Die Vorrichtung 1 zum Berechnen einer Batteriekapazität gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ist in einem Hybrid-Fahrzeug befestigt, das einen Motor 3 und einen Motor-Generator 5 (entsprechend dem Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch) aufweist.
In dem Hybrid-Fahrzeug wird während des gewöhnlichen Betriebs lediglich die Energie des Motors 3 auf ein Rad 11 mittels einer Antriebswelle 7 und eines Differentials 9 übertragen, während bei einem Hochlastbetrieb die Batterie 13 den Motor-Generator 5 dazu bringt, wie ein Motor zu wirken, und Ausgangsenergie wird von dem Motor-Generator 5 zusätzlich zu einem Ausgang des Motors 3 von der Antriebswelle 7 auf die Räder 11 übertragen, wodurch eine Fahrunterstützung erreicht wird.
Ferner wird in dem Hybrid-Fahrzeug der Motor-Generator 5 dazu gebracht, als Generator (Dynamo) zu wirken, um beim Verlangsamen oder beim Abbremsen die kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, wodurch die Batterie 13 geladen wird.
Der Motor-Generator 5 wird ferner als ein Anlassermotor verwendet, beispielsweise als Rotations-Antrieb eines Schwungrades des Motors 3, wenn der Betrieb des Motors 3 resultierend aus dem Einschalten eines Anlasserschalters (nicht gezeigt) gestartet wird. In diesem Fall verbraucht der Motor-Generator 5 unabhängig Energie, die höher als die Energie ist, die die Mehrzahl anderer Verbraucher gleichzeitig verbraucht, die in dem Fahrzeug befestigt ist.
In dem erfindungsgemäßen Hybrid-Fahrzeug wird, wenn ein Schlüssel (nicht gezeigt), der in einen Schließzylinder eingeführt worden ist, zu dessen erster Stufe gedreht wird, ein Zusatzschalter (nicht gezeigt), der sich im AUS-Zustand befand, auf EIN gesetzt, wobei die elektrischen Teile wie Klimaanlage, Audioeinrichtung, Fensterheber, Scheinwerfer und eine Innenlampe (nicht gezeigt) in ihre Betriebszustände gesetzt werden.
Wenn der Schlüssel, der in den Schließzylinder eingeführt worden ist, in dessen zweite Stufe gedreht wird, wird der Zusatzschalter in seinem EIN-Zustand gehalten, während ein Zündschalter, der sich im AUS-Zustand befand, auf EIN gesetzt wird, wodurch Instrumente, wie eine Uhr und ein Messgerät in ihren Betriebszustand gesetzt werden.
Wenn der Schlüssel, der in den Schließzylinder eingeführt worden ist, zur dritten Stufe des Schließzylinders gedreht worden ist, werden der Zusatzschalter und der Zündschalter in ihrem EIN-Zustand gehalten, während ein Anlasserschalter auf EIN gesetzt wird, der sich im AUS- Zustand befand.
Wenn eine Hand des Fahrers von denn Schlüssel entfernt wird, dessen dritte Stufe gedreht worden ist, kehrt der Schlüssel zu der zweiten Stufe zurück, um den Anlasserschalter in den AUS-Zustand zu bewegen. Jedoch bleibt, solange der Schlüssel nicht in die umgekehrte Richtung gedreht wird, der Schlüssel in der gleichen Position, wodurch der Zusatzschalter und der Zündschalter ihren EIN-Zustand beibehalten. Auf die gleiche Weise bleibt der Schlüssel bei der ersten Stufe in der gleichen Position, solange nicht in die umgekehrte Richtung gedreht wird, der Schlüssel, wodurch der Zusatzschalter seinen EIN-Zustand beibehält.
Bei dem erfindungsgemäßen Hybrid-Fahrzeug ist ein Entladestrom, der von der Batterie 13 in dem EIN-Zustand des Zündschalters zu den Instrumenten fließt, oder ein Entladestrom, der von der Batterie 13 zu den elektrischen Teilen (d. h. Verbrauchern) abgesehen von dem Motor-Generator 5 auf das Einschalten solch elektrischer Teile in dem EIN- Zustand des Zusatzschalters fließt, meistens niedriger als 35 A.
Demgegenüber beträgt ein Entladestrom, nachdem der Zusatzschalter eingeschaltet worden ist und der Anlasserschalter ebenfalls eingeschaltet worden ist, wenn der Motor-Generator 5 als Anlassermotor betrieben wird, um den Motor 3 zu starten, bis zu ungefähr 250 A, der sofort von der Batterie 13 wegfließt, selbst wenn kein anderes elektrisches Teil betrieben wird.
Folglich ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Berechnen einer Batteriekapazität das Kriterium, ob sich der Entladestrom der Batterie 13 innerhalb des Bereiches von dem Zielstrom von 35 A (untere Grenze) bis zum maximalen Stromwert von 250 A (obere Grenze) befindet, ein Kriterium, um zu beurteilen, ob die Batterie die Entladung mit konstanter Last ausführt oder nicht, um den Motor-Generator 5 als einen Anlassermotor zu betreiben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Berechnen einer Batteriekapazität berechnet den Ladezustand der Batterie 13. Die Vorrichtung 1 weist auf einen Stromsensor 15 zum Erfassen des Entladestroms I der Batterie 13 in Bezug auf die elektrischen Teile auf, wie beispielsweise bei einem Motor zur Fahrtunterstützung und dem Motor-Generator 5, der als ein Anlassermotor oder als ein Generator wirkt, der Ladestrom der Batterie 13 zuführt, einen Spannungssensor 17, mit einem sehr hohen Widerstand, der zu der Batterie 13 parallel geschaltet ist, zum Erfassen der Klemmenspannung der Batterie 13, und einen Temperatursensor 19 (entsprechend der Erfassungseinheit) zum Erfassen einer Temperatur h in einem Motorraum (nicht gezeigt), in dem der Motor frei angeordnet ist.
Der Stromsensor 15 und der Spannungssensor 17 sind in einem elektrischen Schaltkreis angeordnet, der durch den EIN- Zustand des Zündschalters geschlossen wird.
Die Vorrichtung 1 weist ferner einen Mikrocomputer 23 auf, in den die Ausgänge des Stromsensors 15, des Spannungssensors 17 und des Temperatursensors 19 nach deren Analog-Digital-Wandlung (A/D-Wandlung) in einem Schnittstellenschaltkreis (weiterhin als I/F bezeichnet) 21 aufgenommen werden, und wobei nichtflüchtige Speicher (weiterhin als NVM bezeichnet) 25 und 27 mit dem Mikrocomputer 23 gekoppelt sind.
Der Mikrocomputer 23 weist eine CPU 23a, einen RAM 23b und einen ROM 23c auf, wobei die CPU 23a mit dem RAM 23b, dem ROM 23c, dem I/F 21 und den NVM 25 und 27 gekoppelt ist. Signale, die den EIN- und AUS-Zustand des Zündschalters (nicht gezeigt), wie oben beschrieben, kennzeichnen, werden in die CPU 23a eingegeben.
Der RAM 23b weist einen Datenbereich zum Speichern verschiedener Daten und einen Arbeitsbereich zur Verwendung in verschiedenen Prozessen auf. Der ROM 23c speichert:
Steuerprogramme, damit die CPU 23a verschiedene Prozesse ausführen kann; sowie Überprüfungsdaten zum Überprüfen des Restspannungsabfalls e0, der in dem NVM 27 in Abhängigkeit von der Temperatur h1 der Batterie 13 oder um die Batterie 13 herum gespeichert worden ist, wenn die Leerlaufspannung OCV der Batterie 13 in dem NVM 25 gespeichert worden ist, und die Temperatur h2 der Batterie 13 oder um die Batterie 13 herum, wenn die Schätzspannung Vn, die durch den Prozess geschätzt worden ist, wie später beschrieben wird, und die geschätzte Klemmenspannung V in dem Entladung mit konstanter Lastzustand der Batterie 13 darstellt, geschätzt wird.
In diesem Zusammenhang, wie in Fig. 11 gezeigt, ist der Überprüfungswert des Werts des Restspannungsabfalls e0, der in dem ROM 23c gespeichert ist, eine Beziehung zwischen einer Temperatur und einem Überprüfungskoeffizienten, bei der jeder Überprüfungskoeffizient bei der entsprechenden Temperatur zwischen 0°C bis 55°C, unter der Annahme gezeigt wird, dass der Überprüfungskoeffizient bei 0°C auf "1" gesetzt ist.
Wenn sich der Zündschalter (nicht gezeigt) in seinem AUS-Zustand befindet, befindet sich der Mikrocomputer 23 in seinem Ruhemodus, in dem lediglich die minimal notwendigen Prozesse, die erforderlich sind, durch einen niedrigen Strom, der von der Batterie 13 zugeführt wird, ausgeführt werden, und der Mikrocomputer 23 wird durch das Einschalten des Zündschalters in seinen normalen Aktivmodus geschaltet.
In dem NVM 25 wird die Klemmenspannung V in einem Gleichgewichtszustand der Batterie 13, der sich resultierend aus der Änderung in der Ladekapazität ändert, d. h. der Zustand, in dem sich die Spannung erhöht oder verringert, komplett annulliert und bleibt nicht bestehen und wird gespeichert als die Leerlaufspannung OCV der Batterie 13, und die Temperatur in dem Motorraum, die mittels des Temperatursensors 19 auf die Speicherung hin erfasst worden ist, wird ebenfalls als die Temperatur h1 der Batterie 13 oder um die Batterie 13 herum gespeichert.
Wenn das Hybrid-Fahrzeug hergestellt wird, wird die Klemmenspannung V der Batterie 13, die während der Montage unabhängig gemessen wurde, im Voraus als die Leerlaufspannung gespeichert.
In dem NVM 27 (entsprechend der Speichereinheit) wird ein Wert des Restspannungsabfalls e0 gespeichert, der ein Restspannungsabfall infolge der Restpolarisation am Ende der Entladung der Batterie 13 ist. Hier wird der Wert des Restspannungsabfalls e0 durch Subtrahieren der Schätzspannung Vn unter Verwendung der Leerlaufspannung OCV der Batterie 13 erhalten, die in dem NVM 25 gespeichert ist. Die Schätzspannung Vn, d. h. eine geschätzte Klemmenspannung V im Entladungszustand mit konstanter Last der Batterie 13, wird durch einen Prozess, der später beschrieben wird, auf der Basis einer Korrelation zwischen der Klemmenspannung V der Batterie 13, die mittels des Spannungssensors 17 erfasst worden ist, und dem Entladestrom I, der mittels des Stromsensors 15 erfasst wird, geschätzt, wenn die Batterie 13 sofort die Entladung mit konstanter Last ausführt, um den Motor 3 mittels des Motor-Generators 5 resultierend aus dem Einschalten des Zündschalters zu starten. Eine Temperatur in dem Motorraum, die mittels des Temperatursensors 19 erfasst worden ist, wenn der Wert des Spannungsabfalls e0 gespeichert wird, wird in dem NVM 27 als Temperatur h1 der Batterie 13 oder um die Batterie 13 herum gespeichert.
Die Ausgaben von dem Stromsensor 15, dem Spannungssensor 17 und dem Temperatursensor 19 werden bereits in die CPU 23a des Mikrocomputers 23 durch den I/F 21 hindurch aufgenommen, während der Zündschalter auf EIN gesetzt wird. Unter diesen werden der Stromwert und der Spannungswert, die die Ausgaben des Stromsensors 15 bzw. des Spannungssensors 17 sind, mit hoher Geschwindigkeit und einer kurzen Zeitdauer gesammelt und bereits in die CPU 23a des Mikrocomputers 23 durch den I/F 21 hindurch aufgenommen. Der Stromwert und der Spannungswert, die aufgenommen worden sind, werden in einem Datenbereich (entsprechend der Speichereinheit 23bA) des RAM 23b in Bezug auf die Daten vor einer bestimmten Zeitdauer bis zu den neuesten Daten gespeichert. Die realen Daten, die so gespeichert worden sind, werden verwendet, um die quadratische Approximations-Kurvengleichung der Strom- Spannungs-Kennlinie der Batterie 13 zu berechnen.
Als nächstes wird der Prozess, den die CPU 23a gemäß einem Steuerprogramm, das in dem ROM 23c installiert ist, ausführt, unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme in den Fig. 12 bis 15 erläutert.
Wenn der Mikrocomputer 23 beginnt, beim Start der Energiezufuhr von der Batterie 13 zu arbeiten, wie in einem Flussdiagramm einer Hauptroutine in Fig. 12 gezeigt, schaltet die CPU 23a zunächst den Operationsmodus des Mikrocomputers 23 in dessen Ruhemodus, führt eine Initialisierung aus, wie beispielsweise das Rücksetzen von Flags in einem Flagbereich, das in dem Arbeitsbereich des RAM 23b bereitgestellt wird, und führt eine Löschung der gespeicherten Werte in einem Zeitgeberbereich (Schritt S1) aus, und danach bestätigt sie, ob eine gemessene Zeitdauer in dem Aufwach-Zeitgeber eine Aufwach-Zeitdauer T1 erreicht oder nicht (Schritt S2).
Wenn die gemessene Zeitdauer nicht die Aufwach-Zeitdauer T1 erreicht (NEIN im Schritt S2), bewegt sich der Prozess zu Schritt S7 (wird später erläutert), andererseits, wenn die Aufwach-Zeitdauer T1 erreicht wird (JA im Schritt S2), wird der Betriebsmodus des Mikrocomputers 23 in dessen Aktivmodus geändert (Schritt S3), und dann wird ein Auffrischprozess für die Leerlaufspannung ausgeführt (Schritt S4).
In dem Auffrischprozess für die Leerlaufspannung in Schritt S4, wie durch ein Flussdiagramm einer Subroutine in Fig. 13 gezeigt, wird beurteilt, ob eine Zeitdauer T, in der keine elektrische Energie übertragen wird und die durch einen Differenzwert zwischen einer Zeit, die in dem Ruhe- Schaltkreis-Bereich im RAM 23b gespeichert ist, und einer vorhandenen Zeit, die mit einem Zeitgeber gemessen worden ist, gebildet wird, eine vorbestimmte Zeitdauer Th überschreitet, die erforderlich ist, um die Polarisation von einem Zustand aufzuheben, in dem die maximale Polarisation stattfindet (Schritt S4a).
Wenn T nicht Th überschreitet (NEIN im Schritt S4a), wird bei der Verarbeitung der Auffrischprozess für die Leerlaufspannung beendet und es wird zu der Hauptroutine, wie in Fig. 12 gezeigt, zurückgekehrt. Andererseits, wenn die Zeit T die Zeit Th überschreitet (JA im Schritt S4a), wird ein A/D-gewandelter Wert der Klemmenspannung der Batterie 13, die mittels des Spannungssensors 17 erfasst worden ist, von dem I/F 21 erhalten (Schritt S4b).
Danach wird die Leerlaufspannung OCV der Batterie 13, die in dem NVM 25 gespeichert ist, auf den A/D-gewandelten Wert der Klemmenspannung der Batterie 13 erneuert, der im Schritt S4a erlangt worden ist, dann wird ein Flag F1 in einem Gleichgewichtszustand-Flag-Bereich des RAM 23b auf "1" gesetzt (Schritt S4d), und dann wird durch die Verarbeitung der Auffrischprozess für die Leerlaufspannung beendet, und es wird zu der Hauptroutine in Fig. 12 zurückgekehrt.
Wenn der Auffrischprozess für die Leerlaufspannung im Schritt S4 beendet ist, wird eine Messzeitdauer t im Aufwach- Zeitgeber zurückgesetzt (Schritt S5), dann wird der Operationsmode des Mikrocomputers 23 in dessen Ruhemodus zurückgesetzt (Schritt S6) und dann wird durch die Verarbeitung zu Schritt S2 zurückgekehrt.
Andererseits wird im Schritt S7, zu dem durch die Verarbeitung übergegangen wird, wenn die Messzeitdauer t nicht die Aufwach-Zeitdauer T1 (NEIN im Schritt S2) erreicht, wie in Fig. 12 gezeigt, wird durch die Verarbeitung der Zündschalter in den EIN-Zustand gesetzt oder auf eine Eingabe des Einschalt-Signals gewartet, das durch das Einschalten des elektrischen Teils in einem Zustand entsteht, in dem der Zusatzschalter auf EIN gesetzt ist.
Wird das Einschalt-Signal nicht eingegeben (NEIN im Schritt S7), wird durch die Verarbeitung zu Schritt S2 zurückgekehrt. Andererseits, wenn die Eingabe des Einschalt- Signals erfolgt (JA im Schritt S7), wird der Betriebsmodus des Mikrocomputers 23 in dessen Aktivmodus geschaltet (Schritt S8), dann wird bestätigt, ob der Startschalter auf EIN gesetzt worden ist oder nicht (Schritt S9).
Wenn der Startschalter nicht auf EIN gesetzt ist (NEIN im Schritt S9), wird durch die Verarbeitung im Schritt S13 fortgesetzt, der später erläutert wird. Andererseits wird, wenn der Anlasserschalter auf EIN gesetzt ist (JA im Schritt 59), ein Paar des A/D-gewandelten Wertes des Entladestroms I der Batterie 13, der mittels des Stromsensors 15 erfasst worden ist, und des A/D-gewandelten Wertes der Klemmenspannung V der Batterie 13, wobei die Spannung mittels des Spannungssensors 17 erfasst worden ist, durch den I/F 21 hindurch gesammelt, wobei beide Erfassungen ausgeführt werden, während sich der Entladestrom I derart erhöht, dass er seinen Spitzenwert erreicht, und verringert sich bis auf 0 A, nachdem der Anlasserschalter auf EIN gesetzt worden ist, und ein Prozess zum Sammeln realer Daten, bei dem die gesammelten realen Daten in dem Datenbereich des RAM 23b gespeichert werden, wird ausgeführt (Schritt S10), und danach wird ein Prozess zum Berechnen der Kennlinie des Innenwiderstands ausgeführt (Schritt S11).
Bei dem Prozess zur Berechnung der Kennlinie des Innenwiderstands im Schritt S11, wie in einem Flussdiagramm einer Subroutine in Fig. 14 gezeigt, werden die realen Daten des Entladestroms I und der Klemmenspannung V, die im Schritt S10 für die neueste vorbestimmte Zeitdauer gesammelt worden sind, analysi 57809 00070 552 001000280000000200012000285915769800040 0002010207659 00004 57690ert, d. h. es wird ein Analyseprozess ausgeführt (Schritt S11a), bei dem zumindest unter Verwendung des Verfahrens der Quadratbildung entschieden wird, ob die realen Daten für das Berechnen der quadratischen Approximations- Kurvengleichung der Strom-Spannungs-Kennlinie geeignet sind oder nicht, wobei entschieden wird, ob die Entladung mit konstanter Last und mit dem vorbestimmten hohen Stromwert in der Batterie 13 ausgeführt wird oder nicht.
Danach wird als ein Ergebnis der Analyse im Schritt S11a bestätigt, ob die geeigneten Daten zum Berechnen der quadratischen Approximations-Kurvengleichung der Strom- Spannungs-Kennlinie gesammelt worden sind oder nicht (Schritt S11b). Wenn die Daten nicht gesammelt sind (NEIN im Schritt 11b) wird der Prozess zum Berechnen der Kennlinie des Innenwiderstands beendet und durch die Verarbeitung wird zu der Hauptroutine in Fig. 12 zurückgekehrt. Andererseits, wenn die Daten gesammelt sind (JA im Schritt S11b), wird ein Prozess zum Berechnen der Approximations-Kurvengleichung ausgeführt (Schritt S11c), bei dem die erste Approximations- Kurvengleichung M1 der Strom-Spannungs-Kennlinie der Batterie 13 während der Erhöhung des Entladestroms berechnet wird, wobei die Kennlinie beispielsweise durch die quadratische Gleichung V1(I) = a1.I2 + b1.I + C1 ausgedrückt wird, und eine zweite Approximations-Kurvengleichung M2 der Strom- Spannungs-Kennlinie der Batterie 13 während der Verringerung des Entladestroms berechnet wird, wobei die Kennlinie beispielsweise durch die quadratische Gleichung V2(I) = a2.I2 + b2.I + C2 ausgedrückt wird.
Danach wird ein Berechnungsprozess zum Berechnen des Innenwiderstandes der Batterie ausgeführt (Schritt S11d), bei dem ein erster imaginärer Punkt, der den gleichen Widerstandswert wie der kombinierte Widerstand aufweist, der aus dem Innenwiderstand der Batterie 13 und dem ersten Polarisationswiderstand besteht, der den Spannungsabfall verursacht, wenn der Entladestrom entsprechend dem Punkt, der auf der Strom-Spannungs-Kennlinie definiert ist, die durch die Approximations-Kurvengleichung M2 ausgedrückt wird, fließt, imaginär auf der Strom-Spannungs-Kennlinie gesetzt, die durch die erste Approximations-Kurvengleichung M1 ausgedrückt wird, während ein zweiter imaginärer Punkt, der den gleichen Widerstandswert wie der kombinierte Widerstand aufweist, der aus dem Innenwiderstand der Batterie 13 und dem zweiten Polarisationswiderstand besteht, der den Spannungsabfall verursacht, wenn der Entladestrom entsprechend dem Punkt, der auf der Strom-Spannungs-Kennlinie definiert ist, die durch die Approximations-Kurvengleichung M1 ausgedrückt wird, fließt, imaginär auf der Strom- Spannungs-Kennlinie gesetzt wird, die durch die zweite Approximations-Kurvengleichung M2 ausgedrückt wird.
In dem Berechnungsprozess im Schritt S11d wird der erste Gradient der geraden Linie, die durch die Verbindung des Punktes, der auf der Strom-Spannungs-Kennlinie definiert ist, die durch die zweite Approximations-Kurvengleichung ausgedrückt wird, mit dem ersten imaginären Punkt gebildet wird, der um einen Faktor der Differenz beim Spannungsabfall infolge des zweiten Polarisationswiderstands überprüft wurde, der infolge des Entladestroms entsprechend dem Punkt, der auf der Strom-Spannungs-Kennlinie definiert ist, die durch die zweite Approximations-Kurvengleichung ausgedrückt wird, und dem Entladestrom an dem zweiten imaginären Punkt entsteht, und ein erster überprüfter Gradient, der den Anteil des Spannungsabfalls infolge des zweiten Polarisationswiderstands ausschließt, berechnet.
Ferner wird in dem Berechnungsprozess im Schritt S11d der zweite Gradient der geraden Linie, die durch die Verbindung des Punktes, der auf der Strom-Spannungs-Kennlinie definiert wird, die durch die erste Approximations- Kurvengleichung definiert wird, mit dem zweiten imaginären Punkt, der um einen Faktor der Differenz im Spannungsabfall infolge des ersten Polarisationswiderstandes überprüft wurde, der infolge des Entladestroms entsprechend dem Punkt, der auf der Strom-Spannungs-Kennlinie definiert ist, die durch die erste Approximations-Kurvengleichung ausgedrückt wird, sowie dem Entladestrom beim ersten imaginären Punkt entsteht, und ein zweiter überprüfter Gradient, der den Anteil des Spannungsabfalls infolge des ersten Polarisationswiderstands ausschließt, berechnet.
Dann wird aus dem ersten und dem zweiten überprüften Gradient durch eine Additions-Durchschnittsbildung ein durchschnittlicher Gradient als der Innenwiderstand der Batterie 13 berechnet, und der so berechnete Innenwiderstand wird in dem Datenbereich des RAM 23b gespeichert, um für verschiedene Zwecke verwendet zu werden (Schritt S11e).
Wenn der Berechnungsprozess im Schritt S11d beendet ist, wird der dort berechnete Widerstandswert der Batterie 13 mit einem Entladestrom I bei den realen Daten für die neueste vorbestimmte Zeitdauer multipliziert, der im Schritt S10 gesammelt worden ist, wodurch die Klemmenspannung V während der Entladung der Batterie 13 infolge des Innenwiderstandes berechnet wird, dann wird zumindest das Verfahren der Quadratbildung auf die Daten der Paare aus der Klemmenspannung V und dem Entladestrom I angewendet, die im Schritt S10 gesammelt worden sind, wodurch eine lineare Gleichung der Strom-Spannungs-Kennlinie VR = aR.IR + bR berechnet wird, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet und lediglich von dem Innenwiderstand der Batterie abhängt, und danach wird durch die Verarbeitung der Prozess der Berechnung der Innenwiderstands-Kennlinie beendet und zu der Hauptroutine in Fig. 12 zurückgekehrt.
Wenn der Prozess der Berechnung der Kennlinie des Innenwiderstands im Schritt S11 beendet ist, wird danach der Berechnungsprozess des Ladezustands ausgeführt (Schritt S12).
Wie in einem Flussdiagramm einer Sub-Routine in Fig. 15 gezeigt, wird bei dem Berechnungsprozess des Ladezustands im Schritt S12 für die realen Daten, während sich der Entladestrom von dem Spitzenwert von 250 A auf 35 A gemäß den realen Daten, die im Schritt S10 gesammelt worden sind, abfällt, ein Korrelationskoeffizient r zum Bestätigen der Korrelation der Daten berechnet, und dann wird bestätigt, ob der Wert von r in einem zulässigen Bereich von -0,9 ≧ r ≧ -1,0 liegt (Schritt S12a).
Wenn r nicht in dem erlaubten Bereich liegt und somit die Korrelation nicht in Ordnung ist (NEIN im Schritt S12a), wird durch die Verarbeitung der Berechnungsprozess des Ladezustands beendet und zu der Hauptroutine in Fig. 12 zurückgekehrt. Andererseits, wenn r in dem erlaubten Bereich liegt und somit die Korrelation in Ordnung ist (JA im Schritt S12a), wird zumindest das Verfahren der Quadratbildung auf die realen Daten angewendet, die im Schritt S10 gesammelt worden sind, wodurch eine lineare Gleichung der Strom- Spannungs-Kennlinie V = a.I + b berechnet wird (Schritt S12b).
Danach wird eine verschobene Strom-Spannungs-Kennlinie V' = a.I + b' berechnet (Schritt S12c), wobei die Strom- Spannungs-Kennlinie V = a.I + b, die im Schritt S12b berechnet worden ist, in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschoben wird, dass ein Koordinatenwert (V1, I1) auf der Kennlinie V = a.I + b liegt, wobei der Stromwert I1 einen Strom darstellt, der niedriger als der maximale Strom von 250 A und höher als der Zielstrom von 35 A ist und auf jeden Fall fließt, wenn der Motor- Generator 5 als ein Anlassermotor betrieben wird, und der Spannungswert V1 entspricht dem Stromwert I1, und der Spannungswert V1 und der Stromwert I1 befinden sich in dieser Kombination auf der Strom-Spannungs-Kennlinie mit der Lineargleichung VR = aR.IR + bR, die in dem Berechnungsprozess der Kennlinie des Innenwiderstands im Schritt S11 berechnet worden ist, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet und lediglich von dem Innenwiderstand der Batterie abhängt.
Danach wird ein imaginärer Stromwert Is = -10 A, bei dem die Schätzspannung Vn während der Konstant-Strom-Entladung eine lineare Kennlinie in Bezug auf die Kapazität der Batterie 13 zeigt, in die verschobene Strom-Spannungs- Kennlinie V' = a.I + b' eingesetzt, die im Schritt S12c berechnet worden ist, wobei die Schätzspannung Vn geschätzt wird (Schritt S12d).
Dann wird der A/D-gewandelte Wert der Temperatur h in dem Motorraum, der mittels des Temperatursensors 19 erfasst worden ist, von dem I/F 21 als eine Temperatur h2 der Batterie 13 oder um die Batterie 13 herum auf die Schätzung der Schätzspannung Vn erlangt (Schritt S12e), und danach wird bestätigt, ob das Flag F1 in dem Flag-Bereich des Gleichgewichtszustands gleich "0" ist (Schritt S12f).
Wenn F1 = "0" (JA im Schritt S12f), wird durch die Verarbeitung zum Schritt S12m übergegangen, der später erläutert wird. Andererseits wird, wenn F1 nicht "0" ist (NEIN im Schritt S12f), der Wert des Restspannungsabfalls e0 berechnet (Schritt S12g) durch Subtrahieren der Schätzspannung Vn, die im Schritt S12d geschätzt worden ist, unter Verwendung der Leerlaufspannung OCV, die in dem NVM 25 gespeichert ist, und der A/D-gewandelte Wert der Temperatur h in dem Motorraum, die mittels des Temperatursensors 19 erfasst worden ist, wird von dem I/F 21 als eine Temperatur h1 der Batterie 13 oder um die Batterie 13 herum auf die Erneuerung des Wertes des Restspannungsabfalls e0 hin erlangt (Schritt S12h).
Danach werden der Wert des Restspannungsabfalls e0, der in dem NVM gespeichert ist, und die Temperatur h1 der Batterie 13 oder um die Batterie 13 herum auf die Speicherung des Wertes des Restspannungsabfalls e0 hin, der im Schritt S12g berechnet worden ist, auf den Wert des Restspannungsabfalls e0 bzw. auf den A/D-gewandelten Wert der Temperatur h in dem Motorraum erneuert, der im Schritt S12h erlangt worden ist (Schritt S12j), dann wird die Schätzspannung Vn, die im Schritt S12d geschätzt worden ist, zu dem erneuerten Wert des Restspannungsabfalls e0 in dem NVM 27 addiert, wodurch die überprüfte Schätzspannung Vn' berechnet wird (Schritt S12k), und dann wird durch die Verarbeitung zum Schritt S12p übergegangen, der später erläutert wird.
Im Schritt S12m, zu dem durch die Verarbeitung fortgeschritten wird, wenn das Flag F1 in dem Flag-Bereich des Gleichgewichtszustandes gleich "0" im Schritt S12f ist, wird auf der Basis der Temperatur h2 der Batterie 13 oder um die Batterie 13 herum auf die Schätzung der Schätzspannung Vn, die im Schritt S12d erlangt worden ist, und die Temperatur h1 der Batterie 13 oder um die Batterie 13 herum auf die Erneuerung des erneuerten Wertes des Restspannungsabfalls e0 hin, der in dem NVM 27 gespeichert ist, der Wert des Spannungsabfalls e0, der in dem NVM 27 gespeichert ist, durch den Koeffizienten der überprüften Daten überprüft, die in dem ROM 23c gespeichert sind, wodurch der überprüfte Wert des Restspannungsabfalls e0' berechnet wird, dann wird der überprüfte Wert des Restspannungsabfalls e0' zu der Schätzspannung Vn addiert, die im Schritt S12d erlangt worden ist, wodurch die Schätzspannung Vn' berechnet wird, und dann wird durch die Verarbeitung zum Schritt S12p übergegangen.
Im Schritt S12p, zu dem durch die Verarbeitung nach der Berechnung der überprüften Schätzspannung Vn' im Schritt S12k oder im Schritt S12n übergegangen wird, wird die überprüfte Schätzspannung Vn' entweder in eine Gleichung basierend auf dem Spannungsverhältnis
SOC = {(Vn' - Ve)/(Vs - Ve)}.100(%)
oder in eine Gleichung basierend auf dem Verhältnis der elektrischen Energie
SOC = {[(Vn' + Ve)/2].[(Vn' - Ve)/(Vs - Ve)].Ah}­ /{[(Vs + Ve)/2].Ah}.100(%)
= {(Vn'2 - Ve2)/(Vs2 - Ve2)}.100(%)
eingesetzt, wobei Vs die Leerlaufspannung auf den Vollladezustand hin darstellt, und Ve ist die Leerlaufspannung am Ende der Entladung, wodurch der Ladezustand SOC der Batterie 13 berechnet wird.
Danach wird bestätigt, ob das Flag F1 in dem Flag- Bereich des Gleichgewichtszustandes gleich "0" ist oder nicht (Schritt S12r). Wenn es gleich "0" ist (JA im Schritt S12r), wird durch die Verarbeitung der Berechnungsprozess des Ladezustands beendet und zu der Hauptroutine in Fig. 12 zurückgekehrt, und dann wird zum Schritt S13 übergegangen.
Im Schritt S13, zu dem durch die Verarbeitung übergegangen wird, wenn der Anlasserschalter auf EIN im Schritt S9 gesetzt worden ist, oder nachdem der Berechnungsprozess des Ladezustands im Schritt S12 beendet worden ist, wie in Fig. 12 gezeigt, wird bestätigt, ob die Eingabe des Einschalt-Signals fortgesetzt wird oder nicht (Schritt S13). Wird sie fortgesetzt (JA im Schritt S13), wird durch die Verarbeitung zum Schritt S9 zurückgekehrt.
Andererseits wird, wenn die Eingabe nicht fortgesetzt wird (NEIN im Schritt S13), die vorhandene Zeit, die in dem inneren Zeitgeber gezählt worden ist, in einem Bereich der Beendigungszeit der elektrischen Leitung des RAM 23b gespeichert, die Messzeit t in den Aufwach-Zeitgeber wird zurückgesetzt (Schritt S14), der Betriebsmodus des Mikrocomputers 23 wird in den Ruhemodus gesetzt (Schritt S15), und dann wird bestätigt, ob die Energiezufuhr von der Batterie 13 beendet worden ist oder nicht (Schritt S16).
Wenn die Energiezufuhr nicht beendet worden ist (NEIN im Schritt S16), wird durch die Verarbeitung zum Schritt S2 zurückgekehrt. Andererseits, wenn die Energiezufuhr beendet ist (JA im Schritt S16), wird der Beendigungsprozess ausgeführt (Schritt S17), wodurch eine Reihe von Prozessen abgeschlossen werden.
Wie in der obigen Erläuterung klar zu ersehen ist, bezeichnet bei der erfindungsgemäßen Batteriekapazitäts- Berechnungsvorrichtung der Schritt S12b in dem Flussdiagramm in Fig. 15 einen Prozess entsprechend der ersten Berechnungseinheit 23A, wie in den Ansprüchen beschrieben, der Schritt S12c in Fig. 15 bezeichnet einen Prozess entsprechend der zweiten Berechnungseinheit 23B in den Ansprüchen, und der Schritt S12d in Fig. 15 bezeichnet einen Prozess entsprechend der Berechnungseinheit 23C in den Ansprüchen.
Ferner bezeichnet bei der erfindungsgemäßen Batteriekapazitäts-Berechungsvorrichtung 1 der Schritt S4a in dem Flussdiagramm in Fig. 13 einen Prozess entsprechend der Beurteilungseinheit 23E, wie in den Ansprüchen beschrieben, der Schritt S11 in dem Flussdiagramm in Fig. 12 bezeichnet einen Prozess entsprechend der dritten Berechnungseinheit 23D, wie in den Ansprüchen beschrieben, und der Schritt S11 in Fig. 12 und der Schritt S12f in Fig. 15 bezeichnen einen Prozess entsprechend der vierten Berechnungseinheit 23H, wie in den Ansprüchen beschrieben.
Ferner bezeichnen bei der erfindungsgemäßen Batteriekapazitäts-Berechnungsvorrichtung 1 die Schritte S11f und Schritt S11g in Fig. 15 einen Prozess entsprechend der Berechnungseinheit 23F, wie in den Ansprüchen beschrieben, und der Schritt S11j in Fig. 15 bezeichnet einen Prozess entsprechend der Erneuerungseinheit 23G, wie in den Ansprüchen beschrieben.
Ferner bezeichnet bei der erfindungsgemäßen Batteriekapazitäts-Berechnungsvorrichtung 1 der Schritt S11m in Fig. 15 einen Prozess entsprechend der Überprüfungseinheit 23J, wie in den Ansprüchen beschrieben, und der Spannungssensor 17 und der Schritt S4b in Fig. 13 bilden die Messeinheit A, wie in den Ansprüchen beschrieben.
Im Folgenden wird der Betrieb der Batteriekapazitäts- Berechnungsvorrichtung 1 erläutert, die wie oben beschrieben konstruiert ist.
In einem Zustand, in dem die elektrischen Teile (Verbraucher) abgesehen von dem Motor-Generator 5 in dem Hybrid-Fahrzeug oder der Motor-Generator 5 derart betrieben werden/wird, dass dieser als Motor wirkt, wodurch die Batterie 13 eine Entladung ausführt, oder dass der Motor- Generator 5 derart betrieben wird, dass er als Generator wirkt, wodurch die Batterie 13 geladen wird, wird keine Erneuerung der Leerlaufspannung OCV, die in dem NVM 25 gespeichert ist, keine Erneuerung des Wertes des Restspannungsabfalls e0, der in dem NVM 27 gespeichert ist und keine Erneuerung der Temperatur h1 der Batterie 13 oder um die Batterie 13 herum ausgeführt, wenn der Wert des Restspannungsabfalls e0 in dem NVM 27 gespeichert ist. Ferner wird weder die Schätzung der Schätzspannung Vn noch die Berechnung und Erneuerung des Ladezustands SOC auf der Basis der Schätzspannung Vn durchgeführt.
Wenn der Anlasserschalter auf EIN gesetzt wird, wird dem gemäß der Motor-Generator 5 in dem Hybrid-Fahrzeug derart betrieben, dass er als Anlassermotor wirkt, und dem gemäß die Batterie 13 eine Entladung mit konstanter Last und mit einem vorbestimmten hohen Stromwert ausführt, der 250 A überschreitet, ein Paar bestehend aus dem Entladestrom I der Batterie 13 während der Entladung und der Klemmenspannung V der Batterie 13 wird periodisch gesammelt, wobei die realen Daten des so gesammelten Entladestroms I und der so gesammelten Klemmenspannung V für die neueste vorbestimmte Zeitdauer analysiert wird, und es wird unter Verwendung zumindest des Verfahrens der Quadratbildung entschieden, ob die realen Daten zum Berechnen einer quadratischen Approximations-Kurvengleichung der Strom-Spannungs-Kennlinie geeignet sind.
Wenn entschieden worden ist, dass die Daten geeignet sind, werden von den gesammelten realen Daten für die aktuelle vorbestimmte Zeitdauer die erste Approximations- Kurvengleichung M1, die beispielsweise durch V1(I) = a1.I2 + b1.I + C1 ausgedrückt wird, für die Strom- Spannungs-Kennlinie der Batterie 13 während der Erhöhung des Entladestroms und die zweite Approximations-Kurvengleichung M2 berechnet, die beispielsweise durch V2(I) = a2.I2 + b2.I + C2 für die Strom-Spannungs-Kennlinie der Batterie 13 während der Verringerung des Entladestroms ausgedrückt wird.
Ferner wird der erste und der zweite überprüfte Gradient von M1 bzw. M2 und der erste und der zweite imaginäre Punkt entsprechend M1 bzw. M2 berechnet. Der Innenwiderstand der Batterie 13 wird durch Additions-Durchschnittsbildung des ersten und des zweiten Gradienten berechnet, und dann wird auf der Basis des Innenwiderstandes und des Entladestroms I, der während der Entladung mit konstanter Last periodisch gemessen worden ist, mit dem vorbestimmten hohen Stromwert die Lineargleichung der Strom-Spannungs-Kennlinie VR = aR.IR + bR berechnet, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet und lediglich von dem Innenwiderstand der Batterie abhängt.
Wenn der Anlasserschalter auf EIN gesetzt ist und der Motor-Generator 5 in dem Hybrid-Fahrzeug dem gemäß derart betrieben wird, dass er als Anlassermotor wirkt, und die Batterie 13 dem gemäß eine Entladung mit konstanter Last und mit einem vorbestimmten hohen Stromwert ausführt, der 250 A überschreitet, während sich der Entladestrom I der Batterie 13 während der Entladung zu dem Zielstromwert von 35 A verringert, wird ein Paar bestehend aus dem Entladestrom I und der Klemmenspannung V der Batterie 13, die mittels des Stromsensors 15 bzw. des Spannungssensors 17 erfasst worden sind, periodisch gesammelt. Wenn diese Daten einer spezifischen Korrelation entsprechen, wird durch Anwenden zumindest des Verfahrens der Quadratbildung auf diese Daten eine lineare Strom-Spannungs-Kennlinien-Gleichung V = a.I + b für die Batterie berechnet, wie in Fig. 17 gezeigt, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet.
Dann wird, wie in Fig. 18 mit einem Graphen gezeigt, eine Strom-Spannungs-Kennlinien-Gleichung V' = a.I + b' berechnet, wobei die Strom-Spannungs-Kennlinien-Gleichung V = a.I + b in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschoben wird, dass die Strom-Spannungs-Kennlinien V = a.I + b den Koordinatenwert (V1, I1) enthält, wobei der Stromwert I1 einen Strom darstellt, der niedriger als der maximale Stromwert und höher als der Zielstromwert ist und sicher fließt, wenn der Motor-Generator 5 als ein Anlassermotor betrieben wird, und der Spannungswert V1 entspricht dem Stromwert I1, und die Strom-Spannungs- Kennlinie VR = aR.IR + bR beinhaltet den Spannungswert V1 und den Stromwert I1 in dieser Kombination, die nicht den Einfluss der Polarisation aufweist und lediglich von dem Innenwiderstand der Batterie abhängt.
Bei einem in Fig. 18 gezeigten Graphen kennzeichnet die verschobene Strom-Spannungs-Kennlinien-Gleichung V' = a.I + b', dass sich die Klemmenspannung V, die sich bis auf V1 lediglich durch den Spannungsabfall infolge des Innenwiderstandes der Batterie 13 während der Erhöhung des Entladestroms I beeinflusst verringert, mit der Verringerung des Entladestroms I erhöht, der den Einfluss des Spannungsabfalls infolge der Polarisation zusätzlich zu dem Einfluss des Spannungsabfalls infolge des Innenwiderstandes der Batterie 13 aufweist, nachdem der Entladestrom I I1 erreicht und beginnt, sich zu verringern.
Folglich wird der Spannungsabfall der Klemmenspannung V während der Erhöhung des Entladestroms I, dessen Betrag abhängig von dem Entladestromwert und der Entladezeitdauer variiert, nicht in der verschobenen Strom-Spannungs- Kennlinien V' = a.I + b' aufgewiesen.
Ferner beinhaltet die lineare Gleichung der Strom- Spannungs-Kennlinie VR = aR.IR + bR, wie in Fig. 18 gezeigt, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, weder den Spannungsabfall infolge der Polarisation der Batterie 13 noch den Spannungsabfall infolge des Innenwiderstandes der Batterie. Da der Spannungswert bei dem Strom gleich 0 A in der Lineargleichung der Strom-Spannungs-Kennlinie VR = aR. IR + bR nichts anderes als die Leerlaufspannung OCV der Batterie 13 darstellt, ist die lineare Gleichung der Strom-Spannungs-Kennlinie VR = aR.IR + bR, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, nichts anderes als die Strom-Spannungs-Kennlinie, die komplett den Einfluss des Spannungsabfalls infolge der Polarisation ausschließt, wenn die Batterie 13, die sich im Gleichgewichtszustand befand, die Entladung mit konstanter Last und mit dem vorbestimmten hohen Stromwert ausführt.
Folglich entspricht die verschobene Strom-Spannungs- Kennlinien-Gleichung V' = a.I + b', die durch Verschieben der Strom-Spannungs-Kennlinien V = a.I + b, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, in Richtung der Spannungskoordinatenachse erhalten worden ist, sodass die Strom-Spannungs-Kennlinien V = a.I + b die Strom-Spannungs- Kennlinie VR = aR.IR + bR an der Koordinate (V1, I1) schneidet, einer Strom-Spannungs-Kennlinie während des Verringerns des Entladestroms I entspricht, wenn die Batterie 13, die sich im Gleichgewichtszustand befand, die Entladung mit konstanter Last und mit dem vorbestimmten hohen Stromwert ausführt.
Daher ist die berechnete verschobene Strom-Spannungs- Kennlinie V' = a.I + b' bereits die gleiche, unabhängig davon, ob der Entladestrom I und die Klemmenspannung V der Batterie 13 die Werte während der Entladung der Batterie 13 sind, die sich im Gleichgewichtszustand befand, wobei I und V zum Berechnen der Gleichung V = a.I + b und der Gleichung VR = aR.IR + bR verwendet werden.
Wenn die verschobene Strom-Spannungs-Kennlinien- Gleichung V' = a.I + b', die nicht den Einfluss des Unterschiedes des Betrages des Spannungsabfalls der Klemmenspannung während der Erhöhung des Entladestroms I beinhaltet, der von dem Entladestromwert und der Entladezeitdauer abhängt, und nicht variiert in Abhängigkeit davon, ob sich die Batterie 13 vor dem Beginn der Entladung in einem Gleichgewichtszustand befunden hat oder nicht, wie oben beschrieben berechnet wird, wird die Schätzspannung Vn durch Einsetzen eines imaginären Stromwertes Is = -10 A in die Gleichung V' = a.I + b' abgeschätzt, bei dem die Schätzspannung Vn während der Konstant-Strom-Entladung eine lineare Kennlinie in Bezug auf die Kapazität der Batterie 13 zeigt.
Dann wird der Wert des Restspannungsabfalls e0, der in dem NVM 27 gespeichert ist, für die Temperaturkompensation auf der Basis der Temperaturen h1 und h2 überprüft. Der so überprüfte Wert des Restspannungsabfalls e0 wird zu der Schätzspannung Vn addiert, die im Voraus geschätzt worden ist, wodurch die überprüfte Schätzspannung Vn' berechnet wird, dann wird die überprüfte Schätzspannung Vn' entweder in eine Gleichung basierend auf dem Spannungsverhältnis oder basierend auf dem Verhältnis der elektrischen Energie eingesetzt, wodurch der Ladezustand SOC der Batterie 13 berechnet wird, und das Ergebnis wird als Wert für die Anzeige- oder Kapazitätssteuerung bereitgestellt.
Das Paar bestehend aus dem Entladestrom I und der Klemmenspannung V, die zum Berechnen der verschobenen Strom- Spannungs-Kennlinien-Gleichung V' = a.I + b' der Batterie 13 periodisch gemessen worden sind, wobei die Kennlinie verwendet wird, die Schätzspannung Vn zu schätzen, wird während der Entladung mit 250 A für den Motor-Generator 5 gesammelt, der als Anlassermotor wirkt, d. h. bei maximaler Last in einem Hybrid-Fahrzeug, und wird in einem Zustand gesammelt, in dem der Entladestrom I 35 A überschreitet, den ein fließender Strom nicht erreichen kann, selbst wenn die Energie der Batterie 13 gleichzeitig den anderen Verbrauchern zugeführt wird.
Daher wird, selbst wenn die Energie der Batterie 13 gleichzeitig den anderen Verbrauchern abgesehen von dem Motor-Generator 5 zugeführt wird und der Spannungsabfall infolge der dadurch entstandenen entladeseitigen Polarisation bereits entstanden ist, wird der Wert des Restspannungsabfalls e0, der als ein Betrag des Restspannungsabfalls infolge des Einflusses der Restpolarisation am Ende der Entladung für den Motor- Generator 5 berechnet worden ist, zu der Schätzspannung Vn addiert, die geschätzt worden ist, wodurch die Leerlaufspannung OCV der Batterie 13 genau berechnet werden kann und ferner der Ladezustand SOC genau berechnet werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Batteriekapazitäts- Berechnungsvorrichtung 1 wird, wie oben beschrieben, die verschobene Kennlinien-Gleichung V' = a.I + b' berechnet, wobei die Strom-Spannungs-Kennlinie V = a.I + b, die aus dem Paar bestehend aus dem Entladestrom I und der Klemmenspannung V während der Verringerung des Entladestroms I der Entladung mit konstanter Last und mit dem vorbestimmten hohen Stromwert berechnet worden ist, wobei die Kennlinie den Einfluss der Polarisation während der Verringerung des Entladestroms I beinhaltet, in Richtung der Spannungs-Koordinatenachse derart verschoben, dass die Strom-Spannungs-Kennlinie V = a.I + b die Koordinate (V1, I1) enthält, wobei der Spannungswert V1 dem Stromwert I1 entspricht, und der Spannungswert V1 und der Stromwert I1 sind in ihrer Kombination Bestandteil der Strom- Spannungs-Kennlinie VR = aR.IR + bR, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet und lediglich von dem Innenwiderstand der Batterie abhängt, wonach ein imaginärer Strom Is = -10 A in die verschobene Strom-Spannungs- Kennlinien-Gleichung V' = a.I + b' eingesetzt wird, wodurch die Schätzspannung Vn geschätzt wird.
Folglich kann die Schätzspannung Vn genau geschätzt werden, weder abhängig davon, ob sich die Batterie 13 vor der Entladung im Gleichgewichtszustand befunden hat oder nicht, noch abhängig davon, welche Art von Entladestromwert und Entladezeitdauer für die Batterie 13 während der Entladung verwendet wird, und ein einzelner Wert des Restspannungsabfalls e0 wird zu der Schätzspannung Vn addiert, wodurch ferner die Leerlaufspannung OCV der Batterie 13 und ebenfalls der Ladezustand der Batterie 13 genau berechnet werden können.
Ferner wird bei einer erfindungsgemäßen Batteriekapazitäts-Berechnungsvorrichtung 1, wenn der Anlasserschalter auf EIN gesetzt wird und dem gemäß die Batterie 13 die Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der 250 A überschreitet, wenn die Batterie 13 nicht die Ladung oder Entladung für eine Zeitdauer ausgeführt hat, die eine vorbestimmte Zeitdauer Th überschreitet, die erforderlich ist, die Polarisation des Maximal-Polarisationszustands vor dem Start der Entladung aufzuheben, die Leerlaufspannung OCV der Batterie 13, die in dem NVM 25 gespeichert ist, zu der Klemmenspannung V der Batterie 13 erneuert, die vor dem Beginn der Entladung mit konstanter Last erfasst worden ist, wobei angenommen wird, dass eine Spannungsänderung (Spannungsanstieg oder Spannungsabfall) infolge der Polarisation komplett abgebrochen wird, wenn die Batterie 13 vorher eine Ladung oder eine Entladung ausgeführt hat, d. h., dass die Batterie 13 einen Gleichgewichtszustand erreicht.
Dann wird, wenn die Batterie 13 im Gleichgewichtszustand die Entladung mit konstanter Last und mit einem vorbestimmten hohen Stromwert ausführt, direkt nachdem die Leerlaufspannung OCV zu dessen neuestem Wert erneuert worden ist, der Wert des restlichen Spannungsabfalls e0, der in dem NVM 27 gespeichert ist, zu dem neuesten Wert des Restspannungsabfalls e0 erneuert, der einen Wert darstellt, der durch Subtraktion der Schätzspannung Vn vor dem Start der Entladung erneuert wird, die nach der Entladung unter Verwendung der Leerlaufspannung OCV geschätzt wird, die in dem NVM 25 gespeichert ist.
Daher wird, wenn die Leerlaufspannung OCV infolge der Kapazitätsänderung der Batterie 13 variiert, jedes Mal, wenn die Batterie 13 den Gleichgewichtszustand erreicht, die Leerlaufspannung OCV, die in dem NVM 25 gespeichert ist, zu einem neuen Wert erneuert, dann wird während der Entladung mit konstanter Last der Batterie 13 mit einem vorbestimmten hohen Stromwert, die unmittelbar danach ausgeführt wird, der Wert des Restspannungsabfalls e0 entsprechend der vorhandenen Kapazität der Batterie 13 erneut unter Verwendung der erneuerten Leerlaufspannung OCV berechnet, um die Leerlaufspannung OCV der Batterie 13 nach der Schwankung der Leerlaufspannung OCV zu berechnen, wodurch die Genauigkeit der Berechnung des Ladezustands SOC hochgehalten werden kann.
Ferner stellt bei der erfindungsgemäßen Batteriekapazitäts-Berechnungsvorrichtung 1, wenn die Temperatur h1 sich von der Temperatur h2 unterscheidet, der Wert des Restspannungsabfalls e0 zum Temperaturausgleich resultierend aus dem Temperaturunterschied einer Überprüfung unterzogen und, da der überprüfte Wert des Restspannungsabfalls e0' zum Berechnen des Ladezustands SOC der Batterie 13 durch Addieren zu der Schätzspannung Vn verwendet wird, selbst wenn eine Änderung der Temperatur h, die eine Änderung des Wertes des Restspannungsabfalls e0 oder des Wertes der Leerlaufspannung OCV der Batterie 13 oder um die Batterie 13 herum verursacht die Änderung der Temperatur h einen Unterschied zwischen dem Zeitpunkt, wann der Wert des Restspannungsabfalls e0 berechnet wird, und dem Zeitpunkt dar, wann der Ladezustand SOC der Batterie 13 durch Addieren des Wertes des Restspannungsabfalls e0 zu der Schätzspannung Vn berechnet wird, wobei der Ladezustand SOC der Batterie 13 genau berechnet werden kann, wenn dies in Betracht gezogen wird.
In diesem Zusammenhang kann die ganze oder ein Teil der Konstruktion für den Temperaturausgleich des Wertes des Restspannungsabfalls e0, oder die Konstruktion für die Überprüfung der Leerlaufspannung und/oder des Wertes des Restspannungsabfalls e0 weggelassen werden, vorausgesetzt, dass es kein Problem in Bezug auf die erforderliche Genauigkeit gibt.
Ferner kann eine Zeitdauer zum periodischen Sammeln eines Paars bestehend aus Entladestrom I und Klemmenspannung V der Batterie 13, das verwendet wird, um die Strom- Spannungs-Kennlinien V = a.I + b der Batterie 13 zum Abschätzen der Schätzspannung Vn zu berechnen, nicht auf die Zeitdauer beschränkt werden zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Entladestrom I beginnt, sich ausgehend von 250 A zu verringern, und dem Zeitpunkt, wann der Strom 35 A erreicht, während die Batterie 13 die Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der 250 A überschreitet, wie bei der erfindungsgemäße Batteriekapazitäts- Berechnungsvorrichtung 1.
Ferner ist ein Verfahren zum Berechnen der Gleichung der Strom-Spannungs-Kennlinien-Gleichung VR = aR.IR + bR der Batterie 13, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, oder zum Berechnen des Innenwiderstandes der Batterie 13 nicht auf das Verfahren beschränkt, das bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erläutert worden ist, und anstelle dessen kann ein optionales Verfahren beispielsweise zum Berechnen durch Sammeln von Informationen über das Verhalten des Entladestroms I und der Klemmenspannung V der Batterie 13 für eine sehr kurze spezifische Zeitdauer während der Entladung verwendet werden.
Ferner wird bei dem Ausführungsbeispiel eine Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, die von einem Paar bestehend aus Entladestrom I und Klemmenspannung V berechnet worden ist, das periodisch gemessen worden ist, während des Verringerns des Entladestroms I, während sich der Entladestrom I während der Entladung mit konstanter Last und mit dem vorbestimmten hohen Stromwert verringert, derart gesetzt, dass die lineare Strom- Spannungs-Kennlinien-Gleichung V = a.I + b erfüllt wird.
Anstelle der zweiten Approximations-Kurvengleichung M2, d. h. der quadratischen Gleichung, die durch V2(I) = a2.I2 + b2.I + C2 ausgedrückt wird, die zum Berechnen des Innenwiderstands der Batterie 13 verwendet wird, kann dieser Widerstand aus einem Paar bestehend aus Entladestrom I und der Klemmenspannung V berechnet werden, die gemessen werden, wenn sich der Entladestrom I während der Entladung mit konstanter Last und mit dem vorbestimmten hohen Stromwert verringert.
In solch einem Fall, wie gerade eben beschrieben, wird die Gleichung M2 in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschoben, dass die Gleichung M2 den Koordinatenwert (V1, I1) der Lineargleichung der Strom-Spannungs-Kennlinie VR = aR.IR + bR beinhaltet, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet und lediglich von dem Innenwiderstand der Batterie 13 abhängt, wodurch die verschobene Strom- Spannungs-Kennlinien-Gleichung V2'(I) = a2.I2 + b2.I + C2' berechnet wird, dann wird der imaginäre Stromwert Is = -10 A in die Gleichung V2'(I) = a2.I2 + b2.I + C2' eingesetzt, wodurch die Schätzspannung Vn geschätzt wird, dann wird der neueste Wert des Spannungsabfalls e0 unter Verwendung der Schätzspannung Vn derart berechnet, dass dieser erneuert wird, und dann wird der neueste Wert des Spannungsabfalls e0 zu der Schätzspannung Vn addiert, wodurch die Leerlaufspannung OCV der Batterie 13 berechnet wird.
Daher wird, wenn eine Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation während der Verringerung des Entladestroms beinhaltet, derart festgelegt wird, dass sie die zweite Approximations-Kurvengleichung M2 darstellt, die niedrige Geschwindigkeit der Verringerung des Betrages des Spannungsabfalls der Klemmenspannung V, die in der Batterie 13 infolge der Polarisation bei der Entladung entstanden ist, genauer in der Gleichung M2 widergespiegelt, die mit dem Fall der Lineargleichung V = a.I + b verglichen wird, wodurch die Genauigkeit der Schätzspannung Vn oder der Leerlaufspannung OCV weiter verbessert werden kann.
Ferner wird bei dem Ausführungsbeispiel die Strom- Spannungs-Kennlinien-Gleichung V = a.I + b, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, auf der Basis des Entladestroms I und der Klemmenspannung V der Batterie 13 berechnet, die während der Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert, der 250 A überschreitet, gemessen worden sind, während der Motor-Generator 5 betrieben wird, der unabhängig die maximale Energie verbraucht. Anstelle dessen kann die Gleichung V = a.I + b, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, oder können die Gleichungen M1 und M2 auf der Basis des Entladestroms I und der Klemmenspannung der Batterie 13 in Bezug auf den Betrieb der Verbraucher abgesehen von dem Motor-Generator 5 berechnet werden, wobei der maximale Entladestromwert viel geringer als 250 A ist, vorausgesetzt, dass der Stromwert hoch genug ist, die ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie 13 zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist.
Ferner wird bei dem Ausführungsbeispiel der Ladezustand SOC unter Verwendung der Leerlaufspannung OCV der Batterie 13 berechnet, wobei die Spannung durch Addieren des Wertes des Restspannungsabfalls e0 zu der Schätzspannung Vn berechnet wird, wobei anstelle dessen die Leerlaufspannung OCV der Batterie 13 für den Zweck des Berechnens eines Wertes abgesehen von dem Ladezustand SOC berechnet werden kann, und in ähnlicher Weise kann die Schätzspannung Vn für den Zweck des Berechnens eines Wertes abgesehen von dem Ladezustand SOC oder der Leerlaufspannung OCV geschätzt werden.
Ferner werden bei dem Ausführungsbeispiel, wenn der Innenwiderstand der Batterie 13 gemessen wird, optionale Punkte A und B innerhalb des Bereiches ausgewählt, in dem sich die realen Daten auf den Approximationskurven befinden die durch die zwei Approximations-Kurvengleichungen M1 und M2 der Strom-Spannungs-Kennlinien-Gleichungen ausgedrückt werden, wobei anstelle dessen diese Punkte A und B als Punkt P entsprechend dem maximalen Ladestromwert der Batterie 13 ausgewählt werden können, der gemessen wird, um die Gleichungen M1 und M2 zu berechnen, wobei der Punkt P sich in den Gleichungen M1 und M2 wiederfindet, wodurch beide Punkte A und B unter Verwendung eines gemeinsamen Wertes spezifiziert werden können, und wird ein Fehler vermieden. Dieser Vorgang wird unter Bezugnahme auf die Fig. 19 bis 21 im Folgenden erläutert.
Wie in Fig. 19 gezeigt, wird zunächst ein Punkt P entsprechend dem maximalen Entladestromwert der Batterie in den zwei Approximations-Kurvengleichungen M1 und M2 ausgewählt. Dann wird ein Spannungsabfall ΔV1 von dem Achsenabschnitt C1 der Approximationskurve, die durch M1 ausgedrückt wird, mit der Spannungskoordinatenachse zu dem Punkt P auf der Approximationskurve berechnet. Ein Wert von ΔV1 der durch den Spannungswert Ip am Punkt P dividiert worden ist, ist ein kombinierter Widerstand der durch Addieren des Wertes Rpol1 zu dem Innenwiderstand R erlangt wird, wobei zu dieser Zeit Rpol1 einen Wert des Polarisationswiderstands darstellt, d. h. ein anderer Widerstand als der Innenwiderstand R ist, D. h.,
R + Rpol1 = ΔV1/Ip.
Dann wird, wie in Fig. 19 gezeigt, ein Spannungsabfall ΔV2 von dem Achsenabschnitt C2 der Approximationskurve, die durch M2 ausgedrückt wird, mit der Spannungskoordinatenachse zu dem Punkt P auf der Approximationskurve berechnet. Ein Wert von ΔV2, der durch den Stromwert Ip am Punkt P dividiert worden ist, ist ein kombinierter Widerstand, der durch Addieren des Wertes von Rpol2 zu dem Innenwiderstand R erlangt worden ist, wobei zu dieser Zeit Rpol2 ein Wert des Polarisationswiderstands ist, d. h. ein anderer Widerstand, als der Innenwiderstand R. Das heißt,
R + Rpol2 = ΔV2/Ip.
Die Differenz ΔR zwischen den Werten des kombinierten Widerstands im Punkt P auf der Kurve, die durch M1 ausgedrückt wird, und im Punkt P auf der Kurve, die durch M2 ausgedrückt wird, wird ausgedrückt durch
ΔR = R + Rpol1 - (R + Rpol2) = Rpol1 - Rpol2
und ist eine Differenz zwischen den beiden Polarisationswiderständen im Punkt P auf den entsprechenden unterschiedlichen Approximationskurven. Dies wird aus dem Umstand offensichtlich, dass sich der Innenwiderstand R während einer einzelnen Entladung nicht ändert.
In diesem Zusammenhang gibt es, wie in Fig. 20 gezeigt, auf der Approximationskurve, die durch Gleichung M1 ausgedrückt wird, einen Punkt P, der einen Wert (R + Rpol1') aufweist, der gleich dem kombinierten Widerstand (R + Rpol2) an dem optionalen Punkt P ist, der auf der Approximationskurve ausgewählt worden ist, die durch die Gleichung M2 ausgedrückt wird. In ähnlicher Weise gibt es auf der Approximationskurve, die durch die Gleichung M2 ausgedrückt wird, einen Punkt P2, der einen Wert (R + Rpol2') aufweist, der gleich dem kombinierten Widerstand (R + Rpol1) bei dem optionalen Punkt P ist, der auf der Approximationskurve ausgewählt worden ist, die durch die Gleichung M1 ausgedrückt wird. D. h., der Punkt P1, der der Beziehung R + Rpol1' = R + Rpol2 entspricht, existiert auf der Approximationskurve, die durch die Gleichung M1 ausgedrückt wird, während der Punkt P2, der der Beziehung R + Rpol1 = R + Rpol2' entspricht, auf der Approximationskurve existiert, die durch die Gleichung M2 ausgedrückt wird.
Kurz gesagt, wenn der Strom und die Spannung an dem Punkt P1 auf Ip1 bzw. Vp1 gesetzt werden, und der Strom und die Spannung am Punkt P2 auf Ip2 bzw. Vp2 gesetzt werden, sind der Polarisationswiderstandswert an der Koordinate (Ip1, Vp1) des Punktes P1 und der Widerstand an der Koordinate (Ip, Vp) des Punktes P untereinander gleich, und in ähnlicher Weise ist der Polarisationswiderstand an der Koordinate (Ip, Vp) des Punktes P und der Widerstand an der Koordinate (Ip2, Vp2) des Punktes P2 zueinander gleich.
Zunächst wird der Punkt P auf der Approximationskurve, die durch die Gleichung M2 ausgedrückt wird, als eine Referenz genommen, wobei ein Verfahren zum Berechnen des Stroms Ip1 und der Spannung Vp1 am Punkt P1 im Folgenden näher erläutert wird, der den Wert (R + Rpol1') aufweist, der gleich dem Wert (R + Rpol2) des kombinierten Widerstands am Punkt P ist.
Nun wird, wenn der Spannungsabfall von dem Achsenabschnitt C1 der Approximationskurve, die durch die Gleichung M1 ausgedrückt wird, mit der Spannungskoordinatenachse zu dem Punkt P1 als ΔVp1 gesetzt und ΔVp1 wird ausgedrückt durch:
ΔVp1 = C1 - (a1.Ip12 + b1.Ip1 + C1) = (R + Rpol2).Ip1,
und dies ergibt:
-(a1.Ip1 + b1) = R + Rpol2.
Der Strom Ip1 am Punkt P1 wird ausgedrückt durch:
Ip1 = -(b1 + R + Rpol2)/a1.
Da R + Rpol2 (= R + Rpol1') = ΔVp/Ip (= ΔVp1/Ip1), gilt:
Ip1 = -[b1 + (ΔVp/Ip)]/a1
= -[b1 + (ΔVp1/Ip1)]/a1.
Es wird aus der obigen Gleichung offensichtlich, dass die Spannung Vp1 an dem Punkt P1 ausgedrückt wird durch:
Vp1 = a1.Ip12 + b1.Ip1 + C1,
weshalb die Koordinate (Ip1, Vp1) am Punkt P1 unter Verwendung der bekannten Werte berechnet werden kann.
In ähnlicher Weise wird der Punkt P auf der Approximationskurve, die durch die Gleichung M1 ausgedrückt wird, als eine Referenz genommen, wobei der Strom Ip2 und die Spannung Vp2 an dem Punkt P2, der den Wert (R + Rpol2') aufweist, der mit dem Wert (R + Rpol1) des kombinierten Widerstands am Punkt P gleich ist, unter Verwendung der bekannten Werte durch die Gleichungen
Ip2 = -[b2 + (ΔVp/Ip)]/a2
= -[b2 + (ΔVp2/Ip2)]/a2
und
Vp2 = a2.Ip22 + b2.Ip2 + C2
berechnet werden, wobei ΔVp2 den Spannungsabfall von dem Achsenabschnitt C2 der Approximationskurve, die durch die Gleichung M2 ausgedrückt wird, mit der Spannungskoordinatenachse zu dem Punkt P2 ausgedrückt wird.
Wenn die Koordinate (Ip1, Vp1) des Punktes P1, wie oben beschrieben, berechnet wird, wird, wie in Fig. 20 gezeigt, der kombinierte Widerstandswert R1 durch Berechnen des Gradienten der geraden Linie L1, die durch das Verbinden der Koordinate (Ip1, Vp1) des Punktes P1 mit der Koordinate (Ip, Vp) des Punktes P gebildet wird, berechnet. Der kombinierte Widerstandswert R1 wird durch Dividieren der Differenz (Vp1 - Vp) bei dem Spannungsabfall, der infolge des kombinierten Widerstands erreicht wird, der aus dem Innenwiderstand und dem Polarisationswiderstand Rpol2 besteht, durch die Differenz (Ip1 - Ip) bei den Stromwerten berechnet, die an den entsprechenden Punkten fließen. Das heißt,
R1 = (Vp1 - Vp)/(Ip1 - Ip).
In ähnlicher Weise, wie in Fig. 21 gezeigt, wird, wenn die Koordinate (Ip2, Vp2) des Punkts P2 berechnet wird, der kombinierte Widerstandswert R2 durch das Berechnen des Gradienten der geraden Linie L2 berechnet, die durch das Verbinden der Koordinate (Ip2, Vp2) des Punktes P2 mit der Koordinate (Ip, Vp) des Punktes P gebildet wird. Der kombinierte Widerstandswert R2 wird durch Dividieren der Differenz (Vp - Vp2) bei dem Spannungsabfall, der infolge des kombinierten Widerstandes, der aus dem Innenwiderstand an der Polarisationswiderstand Rpol1 besteht, entsteht, durch die Differenz (Ip - Ip2) bei den Stromwerten berechnet, die an den entsprechenden Punkten fließen. Das heißt,
R2 = (Vp - Vp2)/(Ip - Ip2).
Jedoch stimmen diese Widerstandswerte R1 und R2 nicht mit dem Innenwiderstand überein, da sie, wie oben beschrieben, durch das Dividieren der Differenz beim Spannungsabfall, der infolge des kombinierten Widerstands erreicht worden ist, der aus dem Innenwiderstand und dem Polarisationswiderstand besteht, durch die Differenz in den Stromwerten berechnet werden, die an den entsprechenden Punkten fließen. Um den Gradient zwischen den beiden Punkten mit dem Innenwiderstand in Übereinstimmung zu bringen, wird die Differenz beim Spannungsabfall, bei dem der Anteil des Spannungsabfalls infolge des Polarisationswiderstandes ausgeschlossen wird, durch die Differenz in den Stromwerten dividiert, wie im Folgenden erläutert.
Wenn der Punkt P auf der Approximationskurve, die durch die Gleichung M2 ausgedrückt wird, als eine Referenz genommen wird, und wenn der kombinierte Widerstandswert R1 ausgedrückt wird durch
R1 = R1' + Rpol2 = R1' + Rpol1',
kann ein Spannungsabfall, der dadurch entstanden ist, dass ein Strom entsprechend der Differenz zwischen dem Strom Ip1 am Punkt P1 und dem Strom Ip am Punkt P in den Widerstand R1' fließt, durch Anheben der Spannung am Punkt P1 um einen Anteilsfaktor des Spannungsgradienten überprüft werden, der infolge dessen entstanden ist, dass ein Strom entsprechend der Differenz zwischen dem Strom Ip1 am Punkt P1 und dem Strom Ip am Punkt P in den Polarisationswiderstand Rpol1' (oder Rpol2) fließt, d. h.:
R1'.(Ip1 - Ip) = [Vp1 + Rpol1'.(Ip1 - Ip)] - Vp.
Die obige Gleichung kann ferner ausgedrückt werden durch:
R1'.(Ip1 - Ip) = (Vp1 - Vp) + Rpol1'.(Ip1 - Ip).
Da Rpol1' = ΔVp1/Ip1 - R1', gilt:
R1'.(Ip1 - Ip) = (Vp1 - Vp) + (ΔVp1/Ip1 - R1').(Ip1 - Ip),
d. h.:
2.R1'.(Ip1 - Ip) = (Vp1 - Vp) + ΔVp1/Ip1.(Ip1 - Ip),
daraus kann als ein Ergebnis eine Gleichung erlangt werden, die ausgedrückt wird durch:
R1' = [(Vp1 - Vp) + (ΔVp1/Ip1).(Ip1 - Ip)]/2.(Ip1 - Ip).
Hier kann (ΔVp1/Ip1) durch (ΔVp/Ip) ersetzt werden.
In ähnlicher Weise kann, wenn der Punkt P auf der Approximationskurve, die durch die Gleichung M1 ausgedrückt wird, als eine Referenz genommen wird, und wenn der kombinierte Widerstandswert R2 ausgedrückt wird durch
R2 = R2' + Rpol1 = R2' + Rpol2',
ein Spannungsanstieg, der infolge dessen entstanden ist, dass ein Strom entsprechend der Differenz zwischen dem Strom Ip am Punkt P und dem Strom Ip2 am Punkt P2 in den Widerstand R2' fließt, durch Anheben der Spannung im Punkt P2 um einen Anteilsfaktor des Spannungsanstiegs überprüft werden, der infolge dessen entstanden ist, dass ein Strom entsprechend der Differenz zwischen dem Strom Ip an dem Punkt P und dem Strom Ip2 an dem Punkt P2 in dem Polarisationswiderstand Rpol2' (oder Rpol1) fließt, d. h.,
R2'.(Ip - Ip2) = Vp - [Vp2 - Rpol2'.(Ip - Ip2)].
Die obige Gleichung kann ferner ausgedrückt werden durch:
R2'.(Ip - Ip2) = (Vp - Vp2) + Rpol2'.(Ip - Ip2).
Da Rpol2' = ΔVp2/Ip2 - R2', gilt:
R2'.(Ip - Ip2) = (Vp - Vp2) + (ΔVp2/Ip2 - R2').(Ip - Ip2),
d. h.:
2.R2'.(Ip - Ip2) = (Vp - Vp2) + ΔVp2/Ip2.(Ip - Ip2),
daraus kann als ein Ergebnis eine Gleichung erlangt werden, die ausgedrückt wird durch:
R2' = [(Vp - Vp2) + (ΔVp2/Ip2).(Ip - Ip2)]/2.(Ip - Ip2).
Hier kann (ΔVp2/Ip2) durch (ΔVp/Ip) ersetzt werden.
Da die beiden Werte R1' und R2', wie oben beschrieben, über das Einbeziehen der Referenzpunkte A und B berechnet worden sind, werden die Polarisationswiderstände (Rpol1' = Rpol2) und (Rpol1 = Rpol2') verwendet, die sich voneinander unterscheiden, und es werden ferner der Spannungsabfall ΔVp1 (ΔVp) von dem Achsenabschnitt C1 und der Spannungsabfall ΔVp2 (ΔVp) von dem Achsenabschnitt C2 verwendet, wobei sich ΔVp1 (ΔVp) von ΔVp2 (ΔVp) unterscheiden, weshalb die Werte R1' und R2' nicht den realen Innenwiderstand R darstellen. Der tatsächliche Innenwiderstand R wird durch Additions-Durchschnittsbildung dieser zwei Werte erlangt, d. h.:
R = (R1' + R2')/2.
Bei dem Verfahren zum Messen des Innenwiderstandes der Batterie, wie in der Bezugnahme auf die Fig. 19 bis 21 erläutert, da jeder Punkt P als ein Punkt entsprechend dem maximalen Entladestromwert der Batterie in den entsprechenden Approximations-Kurvengleichungen M1 oder M2 definiert ist, d. h., dass die gemeinsamen Daten verwendet werden, wird verhindert, dass ein Fehler in die zu berechnenden Werte einfließt.
Dann wird der erste imaginäre Punkt P1, der den gleichen Widerstandswert wie der zweite kombinierte Widerstand R2 aufweist, der aus dem Innenwiderstand der Batterie und dem zweiten Polarisationswiderstand Rpol2 besteht, der den zweiten Spannungsabfall ΔV2 verursacht, wenn der Entladestrom Ip entsprechend dem Punkt P, der auf der Kurve liegt, die durch die zweite Approximations-Kurvengleichung M2 ausgedrückt wird, fließt, imaginär auf die zweiten Approximations-Kurven M1 gesetzt, während der zweite imaginäre Punkt P2, der den zweiten Widerstandswert ebenso wie der erste kombinierte Widerstand R1 aufweist, der aus dem Innenwiderstand der Batterie und dem ersten Polarisationswiderstand Rpol1 besteht, der den ersten Spannungsabfall ΔV1 verursacht, wenn der Entladestrom Ip entsprechend dem Punkt P fließt, der durch die erste Approximations-Kurvengleichung M1 ausgedrückt wird, auf die zweite Approximations-Kurvengleichung M2 imaginär gesetzt wird.
Danach wird der erste Gradient R1 der geraden Linie L1, die durch das Verbinden des Punktes P mit dem ersten imaginären Punkt P1 gebildet wird, mittels eines Faktors entsprechend der Spannungsabfalldifferenz Rpol2.(Ip1 - Ip) infolge des zweiten Polarisationswiderstandes Rpol2 überprüft, der bei dem Entladestrom Ip und dem Entladestrom Ip1 an dem ersten imaginären Punkt P1 entsteht, dann wird der erste überprüfte Gradient R1', der den Anteil des Spannungsabfalls infolge des zweiten Polarisationswiderstands Rpol2 ausschließt, berechnet, während der zweite Gradient R2 der geraden Linie L2, die durch das Verbinden des Punktes P mit dem zweiten imaginären Punkt P2 gebildet wird, mittels eines Faktors entsprechend der Spannungsabfalldifferenz Rpol1.(Ip - Ip2) infolge des zweiten Polarisationswiderstands Rpol1 überprüft wird, der bei dem Entladestrom Ip und dem Entladestrom Ip2 an dem zweiten imaginären Punkt P2 entsteht, und dann wird der zweite überprüfte Gradient R2', der den Anteil des Spannungsabfalls infolge des ersten Polarisationswiderstands Rpol1 ausschließt, berechnet.
Der durchschnittliche Gradient wird durch Additions- Durchschnittsbildung des so berechneten ersten überprüften Gradienten R1' und des so berechneten zweiten überprüften Gradienten R2' errechnet. Der errechnete durchschnittliche Gradient wird als der Innenwiderstand der Batterie gemessen.
Eine ausführliche Sequenz zum Messen des Innenwiderstands der Batterie ist ähnlich der Sequenz zum Messen des Innenwiderstands, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 9 erläutert worden ist. Deren Messung kann durch Prozesse ausgeführt werden, die die gleichen sind wie diese im Flussdiagramm in Fig. 14.
In den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen wird, wenn die approximierte I-V- Kennlinie in Abhängigkeit vom Innenwiderstand der Batterie berechnet wird, die Approximations-Kurvengleichung in der Form der quadratischen Gleichung V = a.I2 + b.I c zum Verbessern der Effektivität der Approximation verwendet. Alternativ kann auch eine Approximations-Kurvengleichung in der Form einer logarithmischen Gleichung verwendet werden.
In den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen wird die Temperatur im Motorraum, die mittels des Temperatursensors zum Speichern detektiert wird, aus Bequemlichkeit als Temperatur in der Batterie oder um die Batterie herum gespeichert. Alternativ kann natürlich auch die tatsächliche Innentemperatur der Batterie als Temperatur in der Batterie oder um die Batterie herum verwendet werden.

Claims (21)

1. Verfahren zum Schätzen einer Klemmenspannung einer Batterie (13), das die Schritte aufweist:
  • - periodisches Messen einer Klemmenspannung und eines Entladestroms einer Batterie (13), die elektrische Energie Verbrauchern in einem Fahrzeug zur Verfügung stellt;
  • - Berechnen einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die eine Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom ausdrückt, und
  • - Schätzen einer Schätzspannung, d. h. eine geschätzte Klemmenspannung der Batterie (13) in deren Entladungszustand mit konstanter Last unter Verwendung der Strom-Spannungs-Kennlinie;
  • - wobei, wenn die Batterie (13) eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie (13) zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie (13) berechnet wird, die periodisch gemessen werden, während sich der Entladestrom der Entladung mit konstanter Last ausgehend von dem maximalem Stromwert verringert;
  • - wobei die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, in Richtung der Spannungs- Koordinatenachse derart verschoben wird, dass ein Spannungswert bei einem Referenzwertstromwert, der niedriger ist als der maximale Stromwert der Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, mit einem Referenzspannungswert bei dem Referenzstromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie übereinstimmt, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, aber lediglich von einem Innenwiderstand der Batterie (13) abhängt;
  • - wobei ein Spannungswert entsprechend einem vorbestimmten imaginären Stromwert der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, der in Richtung der Spannungs-Koordinatenachse verschoben worden ist, als ein Wert der Schätzspannung geschätzt wird.
2. Verfahren zum Schätzen einer Klemmenspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 1, wobei die Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, durch eine Approximations-Kurvengleichung ausgedrückt wird.
3. Verfahren zum Schätzen einer Klemmenspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Stromwert, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie (13) zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, auf einen vorbestimmten hohen Stromwert gesetzt wird, der erforderlich ist, um einen Verbraucher (5) mit maximalem Energieverbrauch unabhängig von den Verbrauchern im Fahrzeug zu betreiben, die elektrische Energie von der Batterie (13) empfangen, und wobei, nachdem der Entladestrom der Batterie (13) begonnen hat, sich ausgehend von dem vorbestimmten hohen Stromwert zu verringern, während der Entladestrom der Batterie (13) niedriger als der vorbestimmte hohe Stromwert ist, und sich auf einen Zielstromwert verringert, der höher ist als ein maximaler Entladestromwert, wenn die Verbraucher in dem Fahrzeug abgesehen von dem Verbraucher (5) mit maximalem Energieverbrauch betrieben werden, eine Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss einer Polarisation beinhaltet, für die Batterie (13) in ihrem Gleichgewichtszustand und die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss einer Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms der Batterie (13) berechnet werden.
4. Verfahren zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie (13), das die Schritte aufweist:
  • - periodisches Messen einer Klemmenspannung und eines Entladestroms einer Batterie (13), die elektrische Energie den Verbrauchern in einem Fahrzeug zur Verfügung stellt;
  • - Berechnen einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die eine Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom ausdrückt;
  • - Schätzen einer Schätzspannung, d. h. einer geschätzten Klemmenspannung der Batterie (13) in ihrem Entladung mit konstanter Lastzustand, unter Verwendung der Strom- Spannungs-Kennlinie;
  • - Berechnen einer Leerlaufspannung der Batterie (13) entsprechend einer Klemmenspannung der Batterie (13) in ihrem Gleichgewichtszustand auf der Basis der Schätzspannung;
  • - wobei, wenn die Batterie (13) eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie (13) zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss einer Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie (13), die periodisch gemessen werden, während sich der Entladestrom der Entladung mit konstanter Last ausgehend von dem maximalen Stromwert verringert, berechnet wird;
  • - wobei die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschoben wird, dass ein Spannungswert bei einem Referenzstromwert, der niedriger als der maximale Stromwert in der Strom- Spannungs-Kennlinie ist, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, mit einem Referenzspannungswert bei dem Referenzstromwert in der Strom-Spannungs- Kennlinie übereinstimmt, die nicht den Einfluss einer Polarisation beinhaltet und lediglich von dem Innenwiderstand der Batterie (13) abhängt;
  • - wobei ein Differenzwert zwischen der Leerlaufspannung, wenn der Strom in der Strom-Spannungs-Kennlinie gleich 0 A ist, die nicht den Einfluss der Polarisation aufweist, und dem Schätzspannungswert, der auf der Basis der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und in Richtung der Spannungskoordinatenachse verschoben ist, geschätzt worden ist, im Voraus als ein Wert des Restspannungsabfalls infolge eines Einflusses einer Restpolarisation auf die Beendigung der Entladung der Batterie (13) hin berechnet wird;
  • - wobei danach, wann immer die Batterie (13) eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie (13) zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss einer Polarisation beinhaltet, erneut unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie (13), die periodisch gemessen werden, während der Entladung mit konstanter Last berechnet wird;
  • - wobei die neu berechnete Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschoben wird, dass ein Spannungswert bei dem Referenzstromwert in der neu berechneten Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, mit dem Referenzspannungswert in der Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, übereinstimmt, wenn die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, erneut berechnet wird;
  • - wobei eine vorhandene Schätzspannung auf der Basis der neu berechneten Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und in Richtung der Spannungskoordinatenachse verschoben ist, geschätzt wird: und
  • - wobei eine vorhandene Leerlaufspannung durch Addieren des Wertes des Restspannungsabfalls zu dem vorhandenen Schätzspannungswert berechnet wird.
5. Verfahren zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 4, wobei, nachdem der Wert des Restspannungsabfalls berechnet worden ist, wann auch immer die Batterie (13) ein Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, die Strom- Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, berechnet wird, wenn die Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, erneut unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie (13) berechnet wird, die während der Entladung mit konstanter Last periodisch gemessen werden.
6. Verfahren zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei, wann auch immer die Batterie (13) in ihren Gleichgewichtszustand kommt, der Klemmenspannungswert der Batterie (13), der in dem Gleichgewichtszustand der Batterie (13) gemessen worden ist, als ein vorhandener Wert der Leerlaufspannung erhalten wird;
  • - wobei eine neue Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie (13) berechnet wird, die periodisch gemessen werden, wenn die Batterie (13) eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie (13) zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, wobei die Entladung aus dem Gleichgewichtszustand der Batterie (13) heraus gestartet wird;
  • - wobei eine neue Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie (13) berechnet wird, die periodisch gemessen werden, während sich ein Entladestrom der Entladung mit konstanter Last, die die Batterie (13) mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie (13) zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, wobei die Entladung von dem Gleichgewichtszustand der Batterie (13) gestartet worden ist, ausgehend von einem vorbestimmten hohem Stromwert verringert;
  • - wobei ein neuer Wert des Restspannungsabfalls auf der Basis des erhaltenen Klemmenspannungswertes und der neuen Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, berechnet wird; und
  • - wobei danach die vorhandene Leerlaufspannung auf der Basis des neuen Wertes des Restspannungsabfalls und der neuesten Strom-Spannungs-Kennlinie berechnet wird, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet.
7. Verfahren zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 4, 5 oder 6, wobei die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, durch eine Approximations- Kurvengleichung ausgedrückt wird.
8. Verfahren zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 4, 5, 6 oder 7, wobei der Stromwert, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie (13) zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, auf einen vorbestimmten hohen Stromwert gesetzt wird, der erforderlich ist, einen Verbraucher (5) mit maximalem Energieverbrauch unabhängig von den Verbrauchern in dem Fahrzeug zu betreiben, die elektrische Energie von der Batterie (13) empfangen;
- wobei, nachdem der Entladestrom der Batterie (13) begonnen hat, sich ausgehend von dem vorbestimmten hohen Stromwert zu verringern, während der Entladestrom der Batterie (13) niedriger als der vorbestimmte hohe Stromwert ist, und sich auf einen Zielstromwert verringert, der höher ist als ein maximaler Entladestromwert, wenn die Verbraucher in dem Fahrzeug abgesehen von dem Verbraucher (5) mit maximalem Energieverbrauch betrieben werden, eine Strom-Spannungs- Kennlinie, die einen Einfluss einer Polarisation für die Batterie (13) in ihrem Gleichgewichtszustand beinhaltet, und die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms der Batterie (13) berechnet werden.
9. Verfahren zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 4, 5, 6, 7 oder 8, wobei, wann immer auch eine vorhandene Schätzspannung der Batterie(13) auf der Basis der Strom-Spannungs-Kennlinie geschätzt wird und den Einfluss der Polarisation beinhaltet, die ferner in Richtung der Spannungskoordinatenachse verschoben ist, der Wert des Restspannungsabfalls in Abhängigkeit von einer Innentemperatur oder einer Umgebungstemperatur der Batterie (13) auf Grund der Schätzung und einer anderen Innentemperatur oder Umgebungstemperatur der Batterie (13) überprüft wird, wenn die Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation für die Batterie (13) in ihrem Gleichgewichtszustand beinhaltet, erlangt wird, und wobei die vorhandene Leerlaufspannung aus dem überprüften Wert des Restspannungsabfalls berechnet wird.
10. Verfahren zum Berechnen einer Kapazität einer Batterie (13), das die Schritte des Berechnens einer vorhandenen Ladekapazität der Batterie (13) unter Verwendung der vorhandenen Leerlaufspannung aufweist, die mittels eines Verfahrens zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 4 bis 9 berechnet worden ist.
11. Vorrichtung zum Schätzen einer Klemmenspannung einer Batterie (13), die die Schritte ausführt:
  • - periodisches Messen einer Klemmenspannung und eines Entladestroms einer Batterie (13), die elektrische Energie Verbrauchern in einem Fahrzeug zur Verfügung stellt;
  • - Berechnen einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die eine Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom ausdrückt; und
  • - Schätzen einer Schätzspannung, d. h. einer geschätzten Klemmenspannung der Batterie (13) in ihrem Entladungszustand bei konstanter Last, unter Verwendung der Strom-Spannungs-Kennlinie;
  • - wobei die Vorrichtung aufweist:
    (eine erste Berechnungseinheit (23A) zum Berechnen einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die einen Einfluss einer Polarisation beinhaltet, aus einer Klemmenspannung und einem Entladestrom der Batterie (13), die periodisch gemessen werden, nachdem der Entladestrom der Batterie (13) begonnen hat, sich bei einer Entladung mit konstanter Last ausgehend von einem maximalen Stromwert zu verringern, die die Batterie (13) mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie (13) zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist;
    eine zweite Berechnungseinheit (23B) zum Berechnen einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die einen Einfluss einer Polarisation beinhaltet und in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschoben wird, dass eine Spannungswert bei einem Referenzstromwert, der niedriger als ein maximaler Stromwert in der Strom- Spannungs-Kennlinie ist, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und mittels der ersten Berechnungseinheit (23A) berechnet worden ist, mit einem Referenzspannungswert bei dem Referenzstromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie übereinstimmt, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet und lediglich von einem Innenwiderstand der Batterie (13) abhängt, wenn die erste Berechnungseinheit (23A) die Strom-Spannungs- Kennlinie berechnet, die den Einfluss einer Polarisation beinhaltet; und
    eine Schätzeinheit (23C) zum Schätzen eines Spannungswertes entsprechend einem vorbestimmten imaginären Stromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und in Richtung der Spannungskoordinatenachse verschoben ist,
    wobei die Kennlinie mittels der zweiten Berechnungseinheit (23B) berechnet worden ist und
    wobei die Schätzspannung als ein vorhandener Wert der Schätzspannung der Batterie (13) geschätzt wird.
12. Vorrichtung zum Schätzen einer Klemmenspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 11, wobei die erste Berechnungseinheit (23A) die Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, als eine Approximations-Kurvengleichung berechnet.
13. Vorrichtung zum Schätzen einer Klemmenspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei der Stromwert, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie (13) zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, ein vorbestimmter hoher Stromwert ist, der erforderlich ist, einen Verbraucher (5) mit maximalem Energieverbrauch außer den anderen Verbrauchern im Fahrzeug zu betreiben, die elektrische Energie von der Batterie (13) empfangen, und wobei, nachdem der Entladestrom der Batterie (13) begonnen hat, sich ausgehend von dem vorbestimmten hohen Stromwert zu verringern, während sich der Entladestrom der Batterie (13) auf einen Zielstromwert verringert, der höher ist als ein maximaler Entladestromwert, wenn die Verbraucher in dem Fahrzeug abgesehen von dem Verbraucher (5) mit maximalem Energieverbrauch betrieben werden, die erste Berechnungseinheit (23A) die Strom-Spannungs- Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms der Batterie (13) berechnet.
14. Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie (13), die die Schritte ausführt:
  • - periodisches Messen einer Klemmenspannung und eines Entladestroms einer Batterie (13), die elektrische Energie Verbrauchern in einem Fahrzeug zur Verfügung stellt;
  • - Berechnen einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die eine Korrelation zwischen der Klemmenspannung und dem Entladestrom ausdrückt;
  • - Schätzen einer Schätzspannung, d. h. einer geschätzten Klemmenspannung der Batterie (13) in ihrem Entladungszustand bei konstanter Last, unter Verwendung der Strom-Spannungs-Kennlinie; und
  • - Berechnen einer Leerlaufspannung der Batterie (13) entsprechend einer Klemmenspannung der Batterie (13) im Gleichgewichtszustand auf der Basis der Schätzspannung; wobei die Vorrichtung aufweist:
    eine erste Speichereinheit (27) zum Speichern eines Wertes des Restspannungsabfalls infolge einer Restpolarisation auf ein Abschließen einer Entladung hin, wenn die Batterie (13) eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie (13) zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist;
    eine erste Berechnungseinheit (23A) zum Berechnen einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die einen Einfluss einer Polarisation aufweist, unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms der Batterie (13), nachdem der Entladestrom der Batterie (13) begonnen hat, sich ausgehend von einem maximalem Stromwert zu verringern, während der Entladung mit konstanter Last, die die Batterie (13) mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie (13) zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist;
    eine zweite Berechnungseinheit (23B) zum Berechnen einer Strom-Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wobei die Kennlinie in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschoben ist, dass ein Spannungswert bei einem Referenzstromwert, der niedriger als der maximale Stromwert der Strom-Spannungs- Kennlinie ist, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und mittels der ersten Berechungseinheit berechnet worden ist, mit einem Referenzspannungswert bei dem Referenzstromwert in der Strom-Spannungs-Kennlinie übereinstimmt, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet und lediglich von dem Innenwiderstand der Batterie (13) abhängt, wenn die erste Berechnungseinheit (23A) die Strom-Spannungs-Kennlinie berechnet, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet; und
    eine Schätzeinheit (23C) zum Schätzen einer vorhandenen Schätzspannung der Batterie (13) auf der Basis der Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, wobei die Kennlinie in Richtung der Spannungskoordinatenachse mittels der zweiten Berechnungseinheit (23B) verschoben worden ist;
    wobei die Speichereinheit (27) im Voraus einen Differenzwert zwischen
    einem Wert der Schätzspannung, die im Voraus auf der Basis einer im Voraus berechneten Strom-Spannungs- Kennlinie geschätzt worden ist, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet und in Richtung der Spannungskoordinatenachse derart verschoben ist, was durch Verschieben der im Voraus berechneten Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, in Richtung der Spannungskoordinatenachse erlangt worden ist, dass ein Spannungswert bei einem Referenzstromwert in der im Voraus berechneten Strom- Spannungs-Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, mit dem Referenzspannungswert in der im Voraus berechneten Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, übereinstimmt; und
    einem Wert der Leerlaufspannung, wobei der Strom in der im Voraus berechneten Strom-Spannungs-Kennlinie 0 A ist, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet; und
    wobei eine vorhandene Leerlaufspannung durch Addieren des Wertes des Restspannungsabfalls, der im Voraus mittels der Speichereinheit (27) gespeichert worden ist, zu dem vorhandenen Schätzspannungswert berechnet wird, der mittels der Schätzeinheit (23C) geschätzt worden ist.
15. Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 14, die ferner aufweist eine dritte Berechungseinheit zum Berechnen der Strom- Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms der Batterie (13), die eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist,
wobei die zweite Berechnungseinheit (23B) die Strom- Spannungs-Kennlinie berechnet, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet,
wobei die Kennlinie in Richtung der Spannungskoordinatenachse auf der Basis der Strom- Spannungs-Kennlinie verschoben ist, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet,
wobei die Kennlinie mittels der ersten Berechnungseinheit (23A) berechnet worden ist, und
wobei die Strom-Spannungs-Kennlinie verschoben ist, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet und mittels der dritten Berechnungseinheit (23D) berechnet worden ist.
16. Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 14 oder 15, die ferner aufweist:
eine Beurteilungseinheit (23E) zum Entscheiden, ob sich die Batterie (13) in ihrem Gleichgewichtszustand befindet oder nicht;
eine Messeinheit (A) zum Messen einer Klemmenspannung der Batterie (13), wenn mittels der Beurteilungseinheit (23E) entschieden worden ist, dass sich die Batterie (13) in ihrem Gleichgewichtszustand befindet;
eine Berechnungseinheit zum Berechnen des neuesten Wertes des Restspannungsabfalls durch Subtrahieren des vorhandenen Schätzspannungswertes, der mittels der Schätzeinheit (23C) auf der Basis der Klemmenspannung und des Entladestroms geschätzt worden ist, wenn mittels der Beurteilungseinheit (23E) entschieden worden ist, dass sich die Batterie (13) im Gleichgewichtszustand befindet, wobei die Spannung und der Strom periodisch gemessen werden, während die Batterie (13) die Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie (13) zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, von einem Klemmenspannungswert der Batterie (13), der zuletzt mittels der Messeinheit (A) gemessen worden ist;
eine Erneuerungseinheit (23G) zum Erneuern des Wertes des Restspannungsabfalls, der mittels der Speichereinheit (27) gespeichert worden ist, zu dem neuesten Wert des Restspannungsabfalls, der mittels der Berechnungseinheit berechnet worden ist; und
eine vierte Berechnungseinheit (23H) zum Berechnen einer neuesten Strom-Spannungs-Kennlinie, die nicht den Einfluss der Polarisation beinhaltet, auf der Basis der Klemmenspannung und des Entladestroms der Batterie (13), für die mittels der Beurteilungseinheit (23E) entschieden worden ist, dass sie sich im Gleichgewichtszustand befindet, wobei die Spannung und der Strom periodisch gemessen werden, während die Batterie (13) eine Entladung mit konstanter Last und mit einem Stromwert ausführt, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie (13) zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist.
17. Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 16, die ferner aufweist:
eine Erfassungseinheit (19) zum Erfassen einer Innentemperatur oder Umgebungstemperatur der Batterie (13); und
eine Überprüfungseinheit (23J) zum Überprüfen des Wertes des Restspannungsabfalls, der mittels der Speichereinheit (27) gespeichert worden ist, in Abhängigkeit von einer Innentemperatur oder Umgebungstemperatur der Batterie (13), die mittels der Erfassungseinheit (19) erfasst wird, wenn die Schätzeinheit (23C) die vorhandene Schätzspannung schätzt, und einer anderen Innentemperatur oder Umgebungstemperatur der Batterie (13), die mittels der Erfassungseinheit (19) erfasst worden ist, wenn die Erneuerungseinheit (23G) den Wert des Restspannungsabfalls erneuert, der mittels der Speichereinheit (27) gespeichert worden ist, auf den neuesten Wert des Restspannungsabfalls, der mittels der Berechnungseinheit berechnet worden ist;
wobei die Leerlaufspannung mittels Addierens des Wertes des Restspannungsabfalls, der mittels der Erneuerungseinheit (23G) erneuert worden ist, zu dem Schätzspannungswert berechnet wird, der mittels der Schätzeinheit (23C) geschätzt worden ist.
18. Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 14, 15, 16 oder 17, wobei die erste Berechnungseinheit (23A) die Strom-Spannungs- Kennlinie, die den Einfluss der Polarisation beinhaltet, als eine Approximations-Kurvengleichung berechnet.
19. Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 14, 15, 16, 17 oder 18, wobei der Stromwert, der hoch genug ist, eine ladeseitige Polarisation aufzuheben, die in der Batterie (13) zumindest direkt vor der Entladung entstanden ist, einen vorbestimmten hohen Stromwert darstellt, der erforderlich ist, einen Verbraucher (5) mit maximalem Energieverbrauch unabhängig von den Verbrauchern in dem Fahrzeug zu betreiben, die elektrische Energie von der Batterie (13) empfangen, und wobei, nachdem der Entladestrom der Batterie (13) begonnen hat, sich ausgehend von dem vorbestimmten hohen Stromwert zu verringern, während sich der Entladestrom der Batterie (13) auf einen Zielstromwert verringert, der höher ist als ein maximaler Entladestromwert, wenn die Verbraucher in dem Fahrzeug abgesehen von dem Verbraucher mit maximalem Energieverbrauch betrieben werden, die erste Berechnungseinheit (23A) die Strom-Spannungs-Kennlinie unter Verwendung der periodisch gemessenen Klemmenspannung und des periodisch gemessenen Entladestroms der Batterie (13) berechnet.
20. Vorrichtung zum Berechnen einer Kapazität einer Batterie (13), die die Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie (13) gemäß Anspruch 14, 15, 16, 17, 18 oder 19 aufweist, wobei eine vorhandene Ladekapazität der Batterie (13) unter Verwendung der vorhandenen Leerlaufspannung berechnet wird, die mittels der Vorrichtung zum Berechnen einer Leerlaufspannung einer Batterie (13) berechnet worden ist.
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