DE112016003789T5

DE112016003789T5 - Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie

Info

Publication number: DE112016003789T5
Application number: DE112016003789.9T
Authority: DE
Inventors: Tenyu Yan; Takashi Utsunomiya
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2016-12-05
Publication date: 2018-05-03
Also published as: CN108431616A; US20180259584A1; US10782353B2; WO2017110437A1; CN108431616B; JP6323441B2; JP2017116481A

Abstract

Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie, welche eine Restkapazität einer Lithiumionenbatterie (3) schätzt, welche einen Motorstarter (1) startet, umfassend einen Steuerteil (30), welcher Widerstandswerte einer Kathode und einer Anode der Lithiumionenbatterie auf der Basis der von einem Spannungssensor (SN1) und von einem Stromsensor (SN2) erfassten Werten zu einem Zeitpunkt, wenn eine erste Zeitperiode abgelaufen ist, und zu einem Zeitpunkt, wenn eine zweite Zeitperiode, welche länger als die erste Zeitperiode ist, abgelaufen ist, ausgehend vom Starten des Motorstarters, berechnet, und die Restkapazität der Lithiumionenbatterie schätzt, auf der Basis von Erhöhungen im Laufe der Zeit der Widerstandwerte der Kathode und Anode. Der Steuerteil (30) den Motorstarter mit der Lithiumionenbatterie startet, wenn sich diese in einem Zustand befindet, in welchem die Startzeit des Motorstarters länger sein wird, wenn die letzte Startzeit des Motorstarters kürzer als die zweite Zeit ist, oder wenn eine vorbestimmte Zeitperiode von der letzten Schätzung der Restkapazität abgelaufen ist.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegend offenbarte Technologie bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie.
HINTERGRUND DER TECHNIK
In den letzten Jahren ist die Zahl der Fahrzeuge, welche, in Bezug auf eine Verbesserung der Kraftstoffverbrauchs der Fahrzeuge, ein sogenanntes Bremsregenerationssystem anwenden, in welchem elektrische Leistung intensiv während einer Abbremsung des Fahrzeugs erzeugt wird, wodurch die Belastung der Motoren reduziert wird, ständig gestiegen.
In einem Fahrzeug, welches ein regeneratives Abbremssystem verwendet, wird oft eine Lithiumionenbatterie eingebaut, welche kürzere Lade- und Entladezeiten aufweist als die bislang weit verbreiteten Bleibatterien, um in kurzer Zeit eine große Menge an elektrischer Energie, welche während der Abbremsung erzeugt wird, innerhalb einer kurzen Zeit zu laden. Indem zwei Arten von elektrischen Speichervorrichtungen mit unterschiedlichen Eigenschaften eingebaut werden, ist es möglich eine ausreichend große Ladekapazität zu sichern, während die während des Abbremsens erzeugte elektrische Energie ohne Verluste zurückgewonnen wird.
Die Patentschrift 1 offenbart eine Technologie des Messens der Spannung und des Stroms einer Lithiumionenbatterie zu zwei Zeitpunkten während des Motorstartens und des Schätzens der Verschlechterung der Kathode und der Anode einer Lithiumionenbatterie, auf der Basis der Messung.
LISTE DER ZITIERTEN DOKUMENTE
PATENTSCHRIFT
PATENTSCHRIFT 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2014-44149
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Da der Fortschritt der Verschlechterung der Kapazität einer Lithiumionenbatterie nicht konstant ist, ist es notwendig den Verschlechterungszustand auf kurzfristiger Basis zu schätzen. Außerdem, da der Fortschrittstatus der Verschlechterung im Laufe der Zeit zwischen Kathode und Anode der Lithiumionenbatterie unterschiedlich ist, ist es notwendig die Kapazitätsverschlechterung separat für Kathode und Anode zu schätzen. Um die Kapazitätsverschlechterung der Kathode und Anode einer Lithiumionenbatterie zu schätzen, ist es notwendig die Spannung und den Strom der Lithiumionenbatterie zu zwei Zeitpunkten nachdem die Lithiumionenbatterie die Last mit elektrischen Strom versorgt hat. Zu dieser Zeit, fließt bevorzugt der größtmögliche Strom aus der Lithiumionenbatterie heraus. In diesem Zusammenhang, obwohl die Erfassung der Spannung und des Stroms der Lithiumionenbatterie beim Starten eines Motorstarters mit der Lithiumionenbatterie vorgezogen wird, kann die Erfassung der Spannung und des Stroms der Lithiumionenbatterie eventuell nicht erfolgreich sein, falls der Motorstart zu schnell ist. In diesem Falle ist es möglich, dass die Schätzung der Restkapazität der Lithiumionenbatterie nicht ordnungsgemäß erfolgt.
Auf Grund dieses Problems, ist es ein Ziel der hier offenbarten Technologie, die Genauigkeit der Schätzung der Restkapazität einer auf einem Fahrzeug installierten Lithiumionenbatterie zu verbessern.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Die hiermit offenbarte Technologie bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Schätzung der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie, welche einen Motorstarter startet, umfassend: einen Spannungssensor, welcher eine Spannung der Lithiumionenbatterie erfasst; einen Stromsensor, welcher einen Strom der Lithiumionenbatterie erfasst; und einen Steuerteil, welcher Widerstandswerte einer Kathode und einer Anode der Lithiumionenbatterie auf der Basis der vom Spannungssensor und vom Stromsensor erfassten Werten zum Zeitpunkt, zu welchem eine zweite Zeitspanne, welche länger als die erste Zeitspanne, vergangen ist, ausgehend vom Starten des Motorstarters, berechnet, und die Restkapazität der Lithiumionenbatterie schätzt, auf der Basis von Erhöhungen im Laufe der Zeit der Widerstandwerte der Kathode und Anode, wobei der Steuerteil den Motorstarter startet, wenn die Lithiumionenbatterie sich in einem Zustand befindet, in welchem die Startzeit des Motorstarters länger sein wird, wenn die letzte Startzeit des Motorstarters kürzer als die zweite Zeit oder wenn eine vorbestimmte Zeitperiode von der letzten Schätzung der Restkapazität vergangen ist.
Gemäß der oben beschriebenen Struktur, wird die Startzeit des Motorstarters verlängert, wenn die vergangene Startzeit des Motorstarters kürzer als die zweite Zeit ist oder wenn eine vorbestimmte Zeitperiode von der letzten Schätzung der Restkapazität vergangen ist, wodurch die Spannung und der Strom der Lithiumionenbatterie zum Zeitpunkt, wenn die zweite Zeit vom Starten des Motorstarters vergangen ist, erfassbar sind. Es ist also möglich die Restkapazität der Lithiumionenbatterie genau zu schätzen.
Der Steuerteil kann den Motorstarter mit der Lithiumionenbatterie starten, auch wenn der vom Spannungssensor erfasste Wert kleiner als ein Schwellwert für das Starten des Motorstarters ist, um die Startzeit des Motorstarters zu verlängern.
Die oben genannte Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie kann auch einen Temperatursensor umfassen, welcher eine Wassertemperatur in einem Radiator erfasst, wobei der Steuerteil den Motorstarter mit der Lithiumionenbatterie auch starten kann, wenn der vom Temperatursensor erfasste Wert kleiner als ein Schwellwert für das Starten des Motorstarters ist, um die Startzeit des Motorstarters zu verlängern.
Der Steuerteil kann den Motorstarter mit der Lithiumionenbatterie während eines warmen Neustarts nach einem Leerlauf-Stopp des Motors, und den Motorstarter mit der Lithiumionenbatterie auch bei kaltem Neustart startet, um die Startzeit des Motorstarters zu verlängern.
Der Steuerteil kann einen vom Motorstarter verschiedenen Starter mit der Lithiumionenbatterie starten, indem Strom für den anderen Starter erzeugt wird, wenn die letzte Startzeit des Motorstarters kürzer als die zweite Zeit ist und eine vorbestimmte Zeitspanne von der letzten Schätzung der Restkapazität vergangen ist, und kann die Restkapazität der Lithiumionenbatterie aus den Spannungs- und Stromwerten der Lithiumionenbatterie zu dieser Zeit schätzen.
Der Steuerteil kann Hilfsaggregate mit der Lithiumionenbatterie antreiben, wenn das Starten des Motorstarters mit der Lithiumionenbatterie versagt, und kann die Restkapazität der Lithiumionenbatterie auf der Basis der Spannungs- und Stromwerte der Lithiumionenbatterie zu dieser Zeit schätzen.
Der Steuerteil kann die Zündungszeit des Motors verzögern um die Startzeit des Motorstarters zu verlängern.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Gemäß der hier offenbarten Technologie, ist es möglich, die Genauigkeit bei der Schätzung der Restkapazität einer auf einem Fahrzeug installierten Lithiumionenbatterie zu verbessern.
Figurenliste

[1] 1 zeigt einen Schaltplan umfassend die elektrische Konfiguration einer Fahrzeugleistungssteuerungsvorrichtung.
[2] 2 zeigt ein Blockdiagramm der Verbindung eines Steuersystems.
[3] 3 zeigt einen äquivalenten Schaltplan einer Lithiumionenbatterie.
[4] 4 zeigt ein Nyquist-Diagramm der AC-Impedanzcharakteristik einer Lithiumionenbatterie.
[5] 5 zeigt ein Nyquist-Diagramm der AC-Impedanzcharakteristik einer Kathode und einer Anode.
[6] 6 zeigt ein Graph der Erhöhungen mit der Zeit des Kathodenwiderstands und des Anodenwiderstands.
[7] 7 zeigt ein Graph bezüglich der Verschlechterung mit der Zeit der Kathodenkapazität und der Anodenkapazität.
[8] 8 zeigt ein Flussdiagramm des Steuerverfahrens (erstes Steuerungsbeispiel), welches während des Startens eines Motors ausgeführt wird.
[9] 9 zeigt ein Flussdiagramm des Steuerverfahrens (zweites Steuerungsbeispiel), welches während des Startens eines Motors ausgeführt wird.
[10] 10 zeigt ein Flussdiagramm des Steuerverfahrens (drittes Steuerungsbeispiel), welches während des Startens eines Motors ausgeführt wird.
[11] 11 zeigt ein Flussdiagramm des Steuerverfahrens (viertes Steuerungsbeispiel), welches während des Startens eines Motors ausgeführt wird.
[12] 12 zeigt ein Flussdiagramm des Steuerverfahrens (fünftes Steuerungsbeispiel), welches während des Startens eines Motors ausgeführt wird.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine beispielhafte Ausführungsform wird im Folgenden im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Gesamte Konfiguration des Fahrzeugs
1 zeigt einen Schaltplan der elektrischen Konfiguration einer Fahrzeugleistungsteuerungsvorrichtung. Das Fahrzeug der 1 umfasst: einen riemengetriebenen integrierten Starter/Generator (B-ISG) 1, welcher elektrischen Strom erzeugt, indem er von einem Benzinmotor (im Folgenden auch einfach Motor genannt), angetrieben wird, wobei der nicht gezeigte Benzinmotor sich in einem Motorraum befindet; eine Batterie 2 und eine Lithiumionenbatterie (LiB) 3, welche den vom B-ISG 1 erzeugten elektrischen Strom speichern; einen DC/DC Wandler 4, welcher den vom B-ISG 1 erzeugten elektrischen Strom tiefsetzt; und eine elektrische Last 5, welche aus verschiedenen elektrischen Komponenten besteht, welche elektrischen Strom verbrauchen; und einen Starter 6, welcher während des Startens des Motors angetrieben wird, um den Motor zu starten. Es ist zu beachten, dass der B-ISG 1 einem „Motorstarter“ wie in den Ansprüchen definiert, entspricht, wobei der Starter 6 dem „anderen Starter“ in den Ansprüchen entspricht, und wobei die elektrische Last 5 den „Hilfsaggregaten“ in den Ansprüchen entspricht.
Der B-ISG 1, verbunden mit einer Ausgangswelle des Motors über eine (nicht gezeigte) Rad-Riemenanordnung, erzeugt elektrischen Strom durch Drehen, in einem magnetischen Feld, eines Rotors, welcher mit der Ausgangswelle des Motors formschlüssig dreht. Der erzeugte elektrische Strom kann innerhalb des Bereichs bis 25 V max eingestellt werden, abhängig von einer Erhöhung/Reduzierung des Stroms, welcher auf eine Feldspule aufgebracht ist, welche ein magnetisches Feld erzeugt. Im B-ISG 1 ist auch ein Gleichrichter (nicht gezeigt) eingebettet, welcher den erzeugten elektrischen AC Strom in elektrischen DC Strom wandelt. Das heißt, dass der vom B-ISG 1 erzeugte elektrische Strom an verschiedenen Teilen übertragen wird, nachdem er vom Gleichrichter in DC-Strom gewandelt worden ist. Im Gegensatz dazu, empfängt der B-ISG 1 einen elektrischen Strom von LiB 3, wodurch dieser als Starter betrieben wird, um den Motor starten zu können.
Die Batterie 2 ist eine Blei-Batterie, welche eine Sollspannung von 12 V aufweist, wie normal bei elektrischen Speichervorrichtungen für Fahrzeuge. Die Batterie 2 hat die folgenden Merkmale: obwohl sie für ein Schnellladen und Entladen nicht geeignet ist, da sie elektrische Energie durch chemische Reaktionen speichert, ist sie in der Lage relativ große Mengen an elektrischer Energie zu speichern, da sie eine Ladekapazität leicht garantiert.
Die LiB 3 Batterie besteht aus einer Mehrzahl von Lithiumionenbatteriezellen, welche die Basiseinheiten sind, und welche zusammenverbunden sind, um die Kapazität zu erhöhen, und ist in der Lage, bis zu 25 V max zu laden. Die LiB 3 hat die folgenden Merkmale: Sie ist in der Lage, ein relativ schnelle Ladung und Entladung durchzuführen, und ihr innerer Widerstand ist klein, weil, im Gegensatz zu Batterie 2, sie Elektrizität durch physische Absorption der Lithiumionen speichert.
Der DC/DC Wandler 4 ist des schaltenden Typs, in welchem die Spannung durch EIN/AUS-Schaltung (Schaltungsbetrieb) eines eingebetteten Schaltelements verändert wird. Es ist zu beachten dass in dieser Ausführungsform, obwohl der DC/DC Wandler 4 die Funktion des Herabsetzens der Spannung der Stromversorgung von der Seite der B-ISG 1 oder LiB 3 zur Seite der elektrischen Last 5 oder der Batterie 2 durch Schaltoperationen ausübt, diese seine einzige Funktion ist, also die Funktion der elektrischen Stromversorgung in einer entgegengesetzten Richtung (also von der rechten zur linken Seite in 1) und die Funktion der Spannungsverstärkung ausgeschlossen sind.
Der B-ISG 1 und die LiB 3 sind miteinander über eine erste Leitung 7 zur Stromversorgung verbunden. Eine zweite Leitung 8 verzweigt sich von der ersten Leitung 7, und der DC/DC Wandler 4 ist dazwischen auf der zweiten Leitung 8 angeordnet. Eine dritte Leitung 9 verzweigt sich von der zweiten Leitung 8, über welche die Batterie 2 und die zweite Leitung 8 miteinander verbunden sind. Eine vierte Leitung 10 verzweigt sich von der dritten Leitung 9, über welche der Starter 6 und die Batterie 2 miteinander verbunden sind.
Ein LiB Unterbrecher-Relais 12 zum Unterbrechen der Verbindung zwischen dem B-ISG 1 und der LiB 3 ist in einer Position zwischen dem Verzweigungspunkt der zweiten Leitung 8 von der ersten Leitung 7 und der LiB 3 angeordnet. Der LiB Unterbrecher-Relais 12 kann zwischen einem EIN-Zustand (geschlossen: verbundener Zustand), in welchem die Stromversorgung vom B-ISG zur LiB 3 erlaubt ist und einen OFF-Zustand umgeschaltet werden (offen: unterbrochener Zustand), in welchem die Stromversorgung unterbrochen ist.
Ferner ist eine Bypass-Leitung 11 von der ersten Leitung 7 in parallel mit der zweiten Leitung 8 verzweigt, und an eine Stelle der zweiten Leitung 8 verbunden, welche auf der Ausgangsseite in Bezug auf den DC/DC Wandler 4 angeordnet ist. In anderen Worten, verbindet die Bypass-Leitung 11 den B-ISG 1 und die elektrische Last 5 ohne einen Eingriff durch den DC/DC Wandler 4, und verbindet auch die Batterie 2 und die LiB 3 ohne Eingriff durch den DC/DC Wandler 4. Ein Bypass-Relais 13 ist auf der Bypass-Leitung 11 bereitgestellt, um diese Verbindungen zu unterbrechen. Das Bypass-Relais 13 kann zwischen einem EIN-Zustand (geschlossen: verbundener Zustand), in welchem die Stromversorgung über die Bypass-Leitung 11 (welche den DC/DC Wandler 4 überbrückt) und einem AUSZustand (offen: unterbrochener Zustand) umgeschaltet werden, in welchem die Stromversorgung unterbrochen ist.
Die elektrische Last 5 umfasst einen elektrischen Servolenkungsmechanismus (im Folgenden kurz EPAS genannt) 21, welcher die Lenkmanöver seitens des Fahrers unterstützt, indem eine Antriebskraft, wie zum Beispiel die eines elektrischen Motors, einer Klimaanlage 22, einem Audiosystem 23, usw. verwendet wird. Die elektrischen Lasten wie die EPAS 21, die Klimaanlagen 22, und die Audiosysteme 23 sind mit der ersten Leitung 7 über die zweite Leitung 8 mit dem DC/DC Wandler 4 verbunden, oder über die Bypass-Leitung 11 ohne DC/DC Wandler 4.
Eine Glühkerze 26 ist auch in der elektrischen Last 5 nach dieser Ausführungsform eingeschlossen, zusätzlich zu den elektrischen Lasten wie zum Beispiel die EPAS 21. Die Glühkerze 26 ist ein Heizelement zum Erwärmen einer Brennkammer des Motors (in dieser Ausführungsform, ein Dieselmotor) durch elektrisches Erwärmen während der Kaltstartphase des Motors. Während die Glühkerze 26 mit der Batterie 2 in parallel mit dem Starter 6 verbunden ist, wird ein PTC Heizelement 25, welches ein Heizelement zum Erwärmen des Fahrzeugsinnenraum durch elektrische Wärme ist und stabil auch bei einem Maximum von 25 V betrieben werden kann, auf der Seite der B-ISG 1 und LiB 3 relativ zum DC/DC Wandler 4 angeordnet.
Steuersystem
Die 2 zeigt ein Blockdiagramm, das die Verbindung des Steuersystems zeigt. Wie in 2 gezeigt, sind die Komponenten wie der B-ISG 1, der DC/DC-Wandler 4, der Starter 6, das LiB-Trennrelais 12, das Bypass-Relais 13 und die elektrische Last 5 (der EPAS 21, die Klimaanlage 22, das Audio 23 usw.) mit einer Steuerung 30 über verschiedene Signalleitungen verbunden und werden basierend auf Anweisungen von der Steuerung 30 gesteuert. Die Steuerung 30 ist ein Mikrocomputer, der aus herkömmlich bekannten CPU, ROM, RAM usw. besteht und einem „Steuerteil“ entspricht, wie in den Ansprüchen definiert.
Die Steuerung 30 ist auch über Signalleitungen mit verschiedenen im Fahrzeug vorgesehenen Sensoren verbunden. Genauer gesagt ist das Fahrzeug gemäß dieser Ausführungsform mit einem Spannungssensor SN1, einem Stromsensor SN2, einem Startschaltersensor SN3, einem Temperatursensor SN4 usw. versehen und so konfiguriert, dass von diesen Sensoren erfasste Informationen sequenziell in die Steuerung 30 eingegeben werden.
Der Spannungssensor SN1 ist ein Sensor, der die Spannung der LiB 3 erfasst, wie ebenfalls in 1 gezeigt ist.
Der Stromsensor SN2 ist ein Sensor, der den Strom der LiB 3 erfasst, wie auch in 1 gezeigt ist.
Der Startschaltersensor SN3 ist ein Sensor, der erfasst, dass ein nicht gezeigter Zündschlüssel, der von dem Fahrer betätigt wird, wenn der Motor gestartet oder gestoppt wird, in eine Motorstartposition bewegt worden ist.
Der Temperatursensor SN4 ist ein Sensor, der die Wassertemperatur eines nicht gezeigten Radiators erfasst.
Die Steuerung 30 steuert die Menge an elektrischer Stromerzeugung durch den B-ISG 1 und den Betrieb des B-ISG 1 als Starter, den Spannungsherabsetzungsbetrieb durch den DC/DC Wandler 4, den Antrieb/Stopp der elektrischen Last 5 und des Starters 6, den EIN/AUS-Betrieb der Relais 12 und 13, usw., basierend auf den Eingangsinformationen von den Sensoren SN1 bis SN4, und schätzt die Restkapazität der LiB 3.
Schätzung der Restkapazität der Lithiumionenbatterie
Als nächstes wird ein Schätzverfahren für die Restkapazität einer Lithiumionenkapazität im Allgemeinen beschrieben. Die 3 ist ein Ersatzschaltplan einer Lithiumionenbatterie. Wie dargestellt, kann in der Lithiumionenbatterie jede der Kathoden, der Anode, des Oberflächenfilms (Festelektrolytgrenzfläche (SEI)) usw. durch eine R-CPE-(Konstantphasenelement) Parallelschaltung dargestellt werden, und diese R-CPE-Parallelschaltungen sind in Reihe geschaltet.
Der interne Zustand der Lithiumionenbatterie kann durch ein AC-Impedanzverfahren analysiert werden. Die 4 zeigt ein Nyquist-Diagramm, das die AC-Impedanzcharakteristik der Lithiumionenbatterie zeigt. Die AC-Impedanzcharakteristiken von 4 umfassen AC-Impedanzcharakteristiken der R-CPE-Parallelschaltungen der Kathode, der Anode und des SEI in der Ersatzschaltung von 3. Daher können die AC-Impedanz-Charakteristiken von 4 mit der Ersatzschaltung von 3 identifiziert werden, und die Ergebnisse können separat für die Kathode und die Anode analysiert werden, um AC-Impedanzcharakteristiken der Kathode und der Anode zu erhalten.
Die 5 zeigt ein Nyquist Diagramm in dem die AC-Impedanzcharakteristik der Kathode und der Anode gezeigt ist. Wie in 5 gezeigt, sind die AC-Impedanzcharakteristiken durch eine halbkreisförmige Kurve für jede Kathode und Anode dargestellt. Die Kathode und die Anode haben jeweils inhärente Scheitelfrequenzen f_ca und f_an, welche konstant sind, auch wenn die Lithiumionenbatterie mit der Zeit degradiert. Es ist daher möglich den Kathodenwiderstand zu berechnen, aus der Spannung und dem Strom der Lithiumionenbatterie zum Zeitpunkt, wenn die Zeit T₁ = 1/f_ca abgelaufen ist, und den Anodenwiderstand aus der Spannung und dem Strom der Lithiumionenbatterie zum Zeitpunkt zu berechnen, wenn die Zeit T₂ = 1/f_an abgelaufen ist, seitdem die Lithiumionenbatterie mit der elektrischen Stromversorgung einer Last angefangen hat. Die Zeit T₁ entspricht einer „ersten Zeit“, wie in den Ansprüchen definiert und die Zeit T₂ entspricht einer „zweiten Zeit“, wie in den Ansprüchen definiert. Es ist zu beachten, dass obwohl im Folgenden von einem gemessenen Widerstand die Rede sein wird, das eigentlich bedeutet, dass der Widerstand aus der Spannung und dem Strom abgeleitet wird.
Der Kathodenwiderstand und der Anodenwiderstand steigen mit der Zeit, und das verursacht eine Verschlechterung der Lithiumionenbatterie. Die Steigungsraten mit der Zeit des Kathoden- und Anodenwiderstands können aus den bislang gemessenen Werten berechnet werden. Die 6 zeigt ein Graph, in welchem die zeitabhängige Erhöhungen des Kathoden- und Anodenwiderstands angegeben sind. Das Graph der 6 ist erhalten worden, indem man die anfänglich gemessenen Kathoden und Anodenwiderstände als jeweilige anfängliche Werte (Ursprünge) verwendet hat, wonach nachfolgend gemessene Kathoden- und Anodenwiderstände als relative Werte im Bezug zu den anfänglichen Werten aufgetragen worden sind. Daher, durch Ausführen einer mehrfachen linearen Regressionsanalyse für die Kathoden- und Anodenwiderstände, gemessen an einer Mehrzahl von vergangenen Zeitpunkten, wird die Berechnung der zeitabhängigen Wachstumsraten des Kathoden- und Anodenwiderstands ermöglicht. Es ist zu beachten, dass es auch möglich ist, die zeitabhängigen Wachstumsraten des Kathoden- und Anodenwiderstands auf der Basis von vorgehend gemessenen Werten und den aktuellen gemessenen Werten zu berechnen.
Die Restkapazität SOH der Lithiumionenbatterie wird ausgedrückt wie $SOH = η \times {SOH}^{(0)}$
wo SOH⁽⁰⁾ die Restkapazität der Lithiumionenbatterie in ihrem anfänglichen (neuen) Zustand ist und η das Kapazitätshalteverhältnis ist. Das bedeutet, dass die Verschlechterung der Lithiumionenbatterie als eine Reduzierung des Kapazitätshalteverhältnis η verstanden werden kann. Das Kapazitätshalteverhältnis η kann aus den anfänglichen Werten der Kapazitätshalteverhältnisse der Kathode und der Anode und den zeitlichen Erhöhungsraten des Kathoden- und Anodenwiderstands geschätzt werden. Die Kapazitätshalteverhältnisse η_ca und η_an der Kathode und Anode der Lithiumionenbatterie sind ausgedrückt wie: $η_{ca} = f_{ca} (t) + η_{ca}^{(0)}$
$η_{an} = f_{an} (t) + η_{an}^{(0)}$
wobei η_ca ⁽⁰⁾ und η_an ⁽⁰⁾ die anfänglichen Werte der Kapazitätshalteverhältnisse der Kathode und der Anode sind und f_ca(t) und f_an(t) Funktionen sind, welche die zeitlichen Erhöhungsraten des Kathoden- und Anodenwiderstands in Kapazitätsreduzierungsraten umwandeln (Funktionen welche die Zeit t als Argument aufweisen).
7 zeigt ein Graph der zeitabhängigen Verschlechterung der Kathoden- und Anodenkapazität. Da man im Allgemeinen davon ausgeht, dass eine Lithiumionenbatterie im Allgemeinen als Kathoden-reich oder Anoden-reich hergestellt wird, sind die anfänglichen Werte η_ca ⁽⁰⁾ und η_an ⁽⁰⁾ der Kapazitätshalteverhältnisse der Kathode und Anode voneinander unterschiedlich. Außerdem werden die Kapazitätshalteverhältnisse der Kathode und der Anode der Lithiumionenbatterie mit der Zeit voneinander unabhängig degradieren, jeweils gemäß den Gleichungen (2) und (3). Daher, wenn zwei gerade Linien, welche die zeitlichen Änderungen der Kapazitätshalteverhältnisse der Kathode und der Anode gezeichnet werden, können sie sich zur Zeit P schneiden, wenn eine vorbestimmte Zeitperiode vom Beginn der Verwendung der Lithiumionenbatterie abgelaufen ist, wie in 7 gezeigt.
Das Kapazitätshalteverhältnis der gesamten Lithiumionenbatterie ist auf das niedrigere der Kapazitätshalteverhältnisse der Kathode und der Anode beschränkt. In dem Beispiel von 7 ist das Kapazitätshalteverhältnis η der gesamten Lithium-Ionen-Batterie in Gleichung (1) η = η_an vom Beginn der Verwendung bis zum Zeitpunkt P und η = η_ca vom diesem Zeitpunkt P an. Das heißt, dass in dem Beispiel von 7 die Verschlechterung der Anodenkapazität für die Kapazitätsverschlechterung der Lithiumionenbatterie vom Beginn der Verwendung bis zum Zeitpunkt P vorwiegend verantwortlich ist, wobei danach die Verschlechterung der Kathodenkapazität ab dem Zeitpunkt P vorwiegend ist.
Schätzung der Restkapazität von LiB 3 durch die Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie
Als Nächstes wird die Schätzung der Restkapazität der LiB 3 durch eine Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie dieser Ausführungsform im Detail beschrieben. Der von der Steuerung 30, dem Spannungssensor SN1, dem Stromsensor SN2 und dem Temperatursensor SN4 gebildete Teil entspricht der Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie in dieser Ausführungsform.
In der Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie dieser Ausführungsform schätzt die Steuerung 30 die Restkapazität der LiB 3 gemäß dem oben beschriebenen Verfahren. Wenn die Steuerung 30 darüber hinaus beurteilt, dass die Kapazitätsverschlechterung der LiB 3 aus der Schätzung der Restkapazität der LiB 3 über die Katalogspezifikation hinaus fortgeschritten ist, kann sie eine Anomalie der LiB 3 bestimmen. Genauer gesagt für Lithiumionenbatterieprodukte Kenndaten sind als Katalogwerte veröffentlicht worden, bei denen die Restkapazität der Leerlaufspannung zugeordnet ist. Die Steuerung 30 kann eine Anomalie der LiB 3 bestimmen, wenn die nach dem oben beschriebenen Verfahren berechnete Restkapazität der LiB 3 um einen vorbestimmten Wert oder mehr oder um eine vorbestimmte Rate oder mehr niedriger ist als die Restkapazität, die aus den Kenndaten erhalten wird.
Für die Schätzung der Restkapazität der LiB 3 gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ist es erforderlich, den Kathodenwiderstand und den Anodenwiderstand der LiB 3 zu messen. Zur genauen Messung dieser Widerstände ist es bevorzugt, die Spannung und den Strom der LiB 3 zu erfassen, zu dem Zeitpunkt, wenn die LiB 3 einen großen Strom ausgibt. Es ist daher vorzuziehen, die Spannung und den Strom der LiB 3 zu der Zeit zu erfassen, wenn der B-ISG 1 mit der LiB 3 gestartet wird.
Ferner ist es notwendig, die Spannung und den Strom der LiB 3 zu beiden Zeitpunkten zu erfassen, wenn die Zeit T₁ (zum Beispiel 0,1 Sekunden) und wenn die Zeit T₂ (z. B. 0,5 Sekunden) seit dem Beginn der Stromversorgung durch die LiB 3 des B-ISG 1 verstrichen sind. Wenn das Hochfahren des Motors schnell ist, kann die Zufuhr von elektrischer Energie von der LiB 3 zu dem B-ISG 1 vor dem Ablauf der Zeit T₂ beendet werden, was zu einem Fehler beim Detektieren der Spannung und des Stroms der LiB 3 zu dem Zeitpunkt führt, wenn die Zeit T₂ während des Starts des B-ISG 1 verstrichen ist. Wie oben beschrieben, berechnet die Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie dieser Ausführungsform die Zunahmeraten über die Zeit im Kathodenwiderstand und Anodenwiderstand durch Durchführen einer mehrfachen linearen Regressionsanalyse für die Kathodenwiderstände und die Anodenwiderstände, die zu einer Vielzahl von vergangenen Zeitpunkten gemessen wurden. Wenn daher die Situation, in der die Spannung und der Strom der LiB 3 zu der Zeit, wenn die Zeit T₂ verstrichen ist, nicht erfasst werden können, für eine vorbestimmte Zeitdauer oder länger bestehen bleibt, besteht die Möglichkeit, dass die Schätzgenauigkeit der Restkapazität der LiB 3 abnehmen kann. Unter Berücksichtigung dessen, wenn eine solche Situation für eine vorbestimmte Zeitdauer oder länger andauert, startet die Steuerung 30 das nächste Mal den B-ISG 1 mit der LiB 3 unter Bedingungen, bei denen die Startzeit des B-ISG 1 länger sein wird, oder er versorgt eine andere Last als der B-ISG 1, wie zum Beispiel die elektrische Last 5, mit der LiB 3, um die Erfassung der Spannung und des Stroms der LiB 3 zu der Zeit zu ermöglichen, wenn die Zeit T₂ verstrichen ist. Steuerbeispiele durch die Steuerung 30 werden im Folgenden beschrieben.
«Erstes Beispiel einer Steuerung»
8 zeigt ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens (erstes Beispiel einer Steuerung), welches durch die Steuerung 30 während des Startens des Motors ausgeführt wird.
Wenn der Zündschalter EIN geschaltet wird, im Schritt S1, beginnen der Spannungssensor SN1 und der Stromsensor SN2 die Spannung V und den Strom I der LiB 3 zu erfassen, und der Temperatursensor SN4 beginnt die Erfassung der Temperatur (Wassertemperatur im Radiator) T im Schritt S2.
Die Steuerung 30 bestimmt ob der Startschalter eingeschaltet wurde (das heißt, ob der Fahrer den Motor gestartet hat) auf der Basis der Informationen, welche von den Startschaltersensor SN3 im Schritt S3 kommen. Falls die Antwort NEIN ist, dann kehrt der Prozess zu Schritt S2, in welchem der Spannungssensor SN1, der Stromsensor SN2 und der Temperatursensor SN4 die Erfassung der Spannung V, des Stroms I und der Temperatur T fortsetzen. Falls die Antwort JA ist, dann wird der Prozess mit dem Schritt S4 fortfahren.
In Schritt S4 bestimmt die Steuerung 30, ob die letzte Startzeit des B-ISG 1 kürzer als die Zeit T₂ ist oder nicht, oder ob eine vorbestimmte Zeitperiode seit der letzten Schätzung der Restkapazität der LiB 3 verstrichen ist oder nicht. Die Tatsache, dass die letzte Startzeit des B-ISG 1 kürzer ist als die Zeit T₂, ist, bedeutet, dass die Schätzung der Restkapazität der LiB 3 während des letzten Motorstarts fehlgeschlagen ist oder dass die Schätzung der Restkapazität der LiB 3 von der Spannung und dem Strom der LiB 3 zu der Zeit durchgeführt wurde, wenn die elektrische Last 5, die einen geringeren Stromverbrauch als B-ISG 1 hat, mit der LiB 3 betrieben wurde.
Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S4 NEIN ist, vergleicht die Steuerung 30 die Spannung V der LiB 3 (den erfassten Wert des Spannungssensors SN1) mit einem Schwellenwert Va in Schritt S5. Wenn V > Va (JA in Schritt S5), startet die Steuerung 30 in Schritt S6 den B-ISG 1 mit der LiB 3. Der Schwellenwert Va als Kriterium für den Start des B-ISG 1 mit der LiB 3 wird bereitgestellt, weil es, wenn die Spannung der LiB 3 zu niedrig ist, nicht in der Lage ist, den B-ISG 1 mit der LiB 3 zu starten. Wenn V ≤ Va (NEIN in Schritt S5), startet die Steuerung 30, indem sie beurteilt, dass sie den B-ISG 1 mit der LiB 3 nicht starten kann, den Starter 6 mit der Batterie 2 in Schritt S7.
Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S4 JA ist, vergleicht die Steuerung 30 die Spannung V der LiB 3 (den detektierten Wert des Spannungssensors SN1) mit einem anderen Schwellenwert Vb in Schritt S8. Der Schwellenwert Vb wird so eingestellt, dass er niedriger als der Schwellenwert Va ist. Wenn V> Vb ist (JA in Schritt S8), startet die Steuerung 30 den B-ISG 1 mit der LiB 3 in Schritt S6. Das heißt, das Kriterium für den Start des B-ISG 1 mit der LiB 3 ist entspannt, um die Verwendung der LiB 3 zum Starten des B-ISG 1 zu ermöglichen, obwohl die Spannung V der LiB 3 in einem gewissen Ausmaß niedrig ist. Wenn V ≤ Vb (NEIN in Schritt S8), startet die Steuerung 30, wenn sie beurteilt, dass sie den B-ISG 1 mit der LiB 3 nicht starten kann, selbst wenn das entspannte Kriterium angewendet wird, den Starter 6 mit der Batterie 2 in Schritt S7 .
Wenn in Schritt S6 der B-ISG 1 mit der LiB 3 gestartet wurde, bestimmt die Steuerung 30 in Schritt S9, ob die Startzeit des B-ISG 1 T₂ oder länger ist. Wenn die Startzeit des B-ISG 1 T₂ oder länger ist (JA in Schritt S9), erfasst die Steuerung 30 von dem Spannungssensor SN1 und dem Stromsensor SN2 die erfassten Werte der Spannung V und des Stroms I der LiB zu dem Zeitpunkt, wenn die Zeit T₁ verstrichen ist, und die detektierten Werte der Spannung V und des Stroms I der LiB 3 zu der Zeit, wenn die Zeit T₂ verstrichen ist, seit die LiB 3 mit der Zufuhr von elektrischer Energie zu dem B-ISG 1 begonnen hat, in Schritt S10.
Wenn andererseits der Starter 6 in Schritt S7 mit der Batterie 2 gestartet wurde, weil er nicht in der Lage ist, den B-ISG 1 mit der LiB 3 zu starten, oder wenn die Startzeit des B-ISG 1 zu kurz ist um in Schritt S9 T₂ zu erfüllen, obwohl der B-ISG 1 mit der LiB 3 gestartet wurde (NEIN in Schritt S9), führt die Steuerung 30 die elektrische Energie der LiB 3 an die elektrische Last 5 über den DC/DC-Wandler 4 zu, zum Betreiben der elektrischen Last 5 mit der LiB 3 im Schritt S11. Obwohl der Strom der LiB 3 zum Antreiben der elektrischen Last 5 kleiner ist als der zum Starten des B-ISG 1, ist es möglich, die Spannung und den Strom der LiB 3 zu der Zeit zu erfassen, wenn die LiB 3 elektrische Energie an die Last bereitstellt. Daher erhält die Steuerung 30 im Schritt S12 von dem Spannungssensor SN1 und dem Stromsensor SN2 die erfassten Werte der Spannung V und des Stroms I der LiB 3 zu der Zeit, wenn die Zeit T₁ verstrichen ist, und die erfassten Werte der Spannung V und des Stroms I der LiB 3 zu der Zeit, wenn die Zeit T₂ verstrichen ist, seit dem Zeitpunkt, wenn die LiB 3 mit der Zufuhr von elektrischer Energie zu der elektrischen Last 5 begonnen hat.
In Schritt S13 berechnet die Steuerung 30 die Widerstandswerte der Kathode und Anode der LiB 3 basierend auf der Spannung V und dem Strom I der LiB 3, die in Schritt S10 oder Schritt S12 erfasst wurden und schätzt die Restkapazität der LiB 3 auf der Basis von zeitabhängigen Erhöhungen der Widerstandswerte der Kathode und der Anode. Wenn die Schätzung der Restkapazität der LiB 3 erfolgreich ist, kann die Steuerung 30 eine Anomalie der LiB 3 bestimmen und den Fahrer über diese Bestimmung informieren.
« Zweites Beispiel einer Steuerung »
Die 9 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren (zweites Steuerbeispiel) zeigt, das von der Steuerung 30 während des Startens des Motors durchgeführt wird. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung für Punkte die dem ersten Steuerbeispiel entsprechen, weggelassen wird, und dass nur Punkte, die sich von dem ersten Steuerbeispiel unterscheiden, nachstehend beschrieben werden.
Während im ersten Beispiel die Entscheidung bezüglich welcher zwischen dem B-ISG 1 oder dem Anlasser 6 verwendet werden sollte, um den Motor zu starten, auf der Spannung der LiB 3 basiert ist, wird im zweiten Beispiel auf der Basis der Wassertemperatur des Kühlers entschieden. Das heißt, dass in dem zweiten Beispiel der Schritt S5 und der Schritt S8 des ersten Beispiels durch die Schritte S15 und S18 ersetzt werden.
Die Operationen der Schritte S1 bis S4 sind die gleichen wie beim ersten Steuerbeispiel. Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S4 NEIN ist, vergleicht die Steuerung 30 die Wassertemperatur T des Kühlers (den erfassten Wert des Temperatursensors SN4) mit einem Schwellenwert Ta in Schritt S15. Wenn T> Ta (JA in Schritt S15), startet die Steuerung 30 in Schritt S6 den B-ISG 1 mit der LiB 3. Der Schwellenwert Ta als das Kriterium für das Starten des B-ISG 1 mit der LiB 3 ist vorgesehen, weil, wenn der B-ISG 1 in dem Zustand gestartet wird, in dem die Motortemperatur übermäßig niedrig ist, ein Rutschen des Riemens des B -ISG 1 auftreten kann, was ungünstig ist. Wenn T ≤ Ta (NEIN in Schritt S15), beurteilt die Steuerung 30, dass sie nicht in der Lage ist, den B-ISG 1 mit der LiB 3 zu starten, und startet den Starter 6 mit der Batterie 2 in Schritt S7.
Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S4 JA ist, vergleicht die Steuerung 30 die Wassertemperatur T des Radiators (den erfassten Wert des Temperatursensors SN4) mit einem anderen Schwellenwert Tb in Schritt S18. Der Schwellenwert Tb ist so eingestellt, dass er niedriger als der Schwellenwert Ta ist. Wenn T > Tb (JA in Schritt S18), startet die Steuerung 30 in Schritt S6 den B-ISG 1 mit der LiB 3. Das heißt, das Kriterium für das Starten des B-ISG 1 mit der LiB 3 ist entspannt, um die Verwendung der LiB 3 zu ermöglichen, um den B-ISG 1 zu starten, obwohl die Motortemperatur in einem bestimmten Ausmaß niedrig ist. Wenn T ≤ Tb (NEIN in Schritt S18), startet die Steuerung 30, indem sie beurteilt, dass sie den B-ISG 1 mit der LiB 3 nicht starten kann, selbst wenn das entspannte Kriterium angewendet wird, den Starter 6 mit der Batterie 2 in Schritt S7 . Die nachfolgenden Schritte S9 bis Schritt S13 sind die gleichen wie beim ersten Beispiel.
« Drittes Beispiel einer Steuerung»
Die 10 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren (drittes Steuerbeispiel) zeigt, das von der Steuerung 30 während des Startens des Motors durchgeführt wird. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung der Punkte des ersten Steuerbeispiels weggelassen ist, und nur Punkte, die sich von dem ersten Steuerbeispiel unterscheiden, nachstehend beschrieben werden.
Einige Fahrzeuge verwenden den B-ISG 1 zum Warmstart nach einem Leerlaufstopp des Motors. Das dritte Steuerungsbeispiel ist ein Steuerungsbeispiel, das für solche Fahrzeuge anwendbar ist, die den B-ISG 1 für einen Warmstart nach einem Leerlaufstopp verwenden. Das dritte Steuerbeispiel lässt Schritt S8 in dem ersten Steuerbeispiel aus, ersetzt Schritt S5 durch Schritt S25 und stellt Schritt S21 wieder ein.
Die Schritte S1 bis S4 sind die gleichen wie beim ersten Steuerbeispiel. Abgesehen von dem EIN-Betrieb der Zündung in Schritt S1, wenn ein Warmstart nach einem Leerlaufstopp in Schritt S21 angezeigt wird, startet die Steuerung 30 den B-ISG 1 mit der LiB 3 in Schritt S6.
Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S4 NEIN ist, bestimmt die Steuerung 30 in Schritt S25, ob der Motor kalt gestartet werden soll oder nicht. Wenn er kalt gestartet wird (JA in Schritt S25), startet die Steuerung 30 den Starter 6 mit der Batterie 2, um den Motor in Schritt S7 zu starten. Wenn kein Kaltstart erfolgt (NEIN in Schritt S25), startet die Steuerung 30 den B-ISG 1 mit der LiB 3, um den Motor in Schritt S6 zu starten.
Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S4 JA ist, startet die Steuerung 30 den B-ISG 1 mit der LiB 3, um den Motor in Schritt S6 zu starten, ohne zu bestimmen, ob der Motor kalt gestartet werden soll oder nicht. Das heißt, dass selbst wenn der Motor kalt gestartet werden soll, die Steuerung 30 den Starter 6 nicht mit der Batterie 2 startet, sondern den ISG 1 mit der LiB 3 startet, um den Motor zu starten. Die nachfolgenden Schritte S9 bis S13 sind die gleichen wie beim ersten Steuerbeispiel.
« Viertes Beispiel einer Steuerung»
Die 11 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren (viertes Steuerbeispiel) zeigt, das von der Steuerung 30 während des Startens des Motors durchgeführt wird. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung der Punkte des ersten Steuerbeispiels entfallen, und dass nur Punkte, die sich von dem ersten Steuerbeispiel unterscheiden, nachstehend beschrieben werden.
Die LiB 3 ist in der Lage, nicht nur den B-ISG 1 zu starten, sondern auch den Starter 6 zu starten, indem dem Starter 6 über den DC/DC-Wandler 4 elektrische Energie zugeführt wird. Im vierten Beispiel also auch wenn das Starten des B-ISG 1 mit der LiB 3 fehlschlägt, kann der Starter 6 mit der LiB 3 gestartet werden, um die Spannung und den Strom der LiB 3 bei diesem Start zu erfassen. Das vierte Steuerbeispiel lässt Schritt S5 und Schritt S8 des ersten Steuerbeispiels aus und ersetzt Schritt S7, Schritt S9, und Schritt S10 durch Schritt S17, Schritt S19 und Schritt S20.
Die Schritte S1 bis S4 sind die gleichen wie beim ersten Steuerbeispiel. Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S4 NEIN ist, startet die Steuerung 30 den B-ISG 1 mit der LiB 3. Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S4 JA ist, startet die Steuerung 30 den Starter 6 mit der LiB 3 in Schritt S17. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Stromerzeugungslast auf den Starter 6 aufgebracht, um die Zufuhr eines großen Stroms von der LiB 3 zu ermöglichen.
Nach dem Starten des B-ISG 1 mit der LiB 3 in Schritt S6 oder Starten des Starters 6 mit der LiB 3 in Schritt S17 bestimmt die Steuerung 30 in Schritt S19, ob die Startzeit des B-ISG1 oder des Starters 6 T₂ oder länger ist. Wenn die Startzeit des B-ISG 1 oder des Starters 6 T₂ oder länger ist (JA in S19), erhält die Steuerung 30 von dem Spannungssensor SN1 und dem Stromsensor SN2 die erfassten Werte der Spannung V und des Stroms I der LiB 3 zu der Zeit, wenn die Zeit T₁ verstrichen ist, und die erfassten Werte der Spannung V und des Stroms I der LiB 3 zu der Zeit, wenn die Zeit T₂ verstrichen ist, seit die LiB 3 in Schritt S20 mit der Zufuhr von elektrischer Energie zu dem B-ISG 1 oder dem Starter 6 begonnen hat.
Wenn die Startzeit des B-ISG 1 oder des Starters 6 in Schritt S19 kleiner als T₂ ist (NEIN in Schritt S19), führt die Steuerung 30 die elektrische Leistung der LiB 3 über den DC/DC-Wandler 4 der elektrischen Last 5 zu, um die elektrische Last 5 mit der LiB 3 in Schritt S11 zu treiben. Die nachfolgenden Schritte S11 bis S13 sind die gleichen wie beim ersten Steuerbeispiel.
« Fünftes Beispiel einer Steuerung»
12 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren (fünftes Steuerbeispiel) zeigt, das von der Steuerung 30 während des Startens des Motors durchgeführt wird. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung der gleichen Punkte des ersten Steuerbeispiels ausgelassen wird, und nur Details, die sich von dem ersten Steuerbeispiel unterscheiden, nachstehend beschrieben werden.
Wie oben beschrieben, ist es vorzuziehen, die Restkapazität der LiB 3 aus der Spannung und dem Strom der LiB 3 zu dem Zeitpunkt zu schätzen, wenn die LiB 3 verwendet wird, um den B-ISG 1 zu starten. In dem fünften Steuerbeispiel wird daher eine Steuerung durchgeführt, um zwangsweise die Startzeit des B-ISG 1 zu verlängern. Das fünfte Steuerbeispiel eliminiert Schritt S5, Schritt S7 und Schritt S8 in dem ersten Steuerbeispiel und stellt Schritt S16 bereit.
Die Schritte S1 bis S4 sind die gleichen wie beim ersten Steuerbeispiel. Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S4 NEIN ist, startet die Steuerung 30 den B-ISG 1 mit der LiB 3 in Schritt S6. Wenn die Antwort in Schritt S4 JA ist, startet die Steuerung 30 den B-ISG 1 mit der LiB 3, wobei sie den Zündzeitpunkt des Motors in Schritt S16 verzögert. Die nachfolgenden Schritte S9 bis S13 sind die gleichen wie beim ersten Steuerbeispiel.
Funktion
Wie oben beschrieben, umfasst die Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie, die die Restkapazität der LiB 3 schätzt, die den B-ISG1 startet, in dieser Ausführungsform: den Spannungssensor SN1, der die Spannung der LiB 3 erfasst; den Stromsensor SN2, der den Strom der LiB 3 erfasst; und die Steuerung 30, die die Widerstandswerte der Kathode und Anode der LiB 3 basierend auf den erfassten Werten des Spannungssensors SN1 und des Stromsensors SN2 berechnet, zu der Zeit, wenn die Zeit T₁ verstrichen ist, und den erfassten Werte des Spannungssensors SN1 und des Stromsensors SN2 zu dem Zeitpunkt, wenn die Zeit T₂, die länger als die Zeit T₁ ist, seit dem Start des B-ISG1 verstrichen ist, und die Restkapazität der LiB 3 auf der Basis von zeitabhängigen Erhöhungen der Widerstandswerte der Kathode und der Anode schätzt. Die Steuerung 30 startet den B-ISG 1 mit der LiB 3 unter Bedingungen, unter denen die Startzeit des B-ISG 1 länger sein wird, wenn die letzte Startzeit des B-ISG 1 kürzer als die Zeit T₂ ist oder wenn eine vorbestimmte Zeitperiode seit der letzten Schätzung der Restkapazität abgelaufen ist.
Mit der obigen Konfiguration, da die Startzeit der B-ISG 1 verlängert wird wenn die letzte Startzeit der B-ISG 1 kürzer als die Zeit T₂ ist, oder wenn eine vorbestimmte Zeitperiode seit der letzten Schätzung der Restkapazität verstrichen ist, ist die Erfassung der Spannung und des Stroms der LiB 3 zur Zeit möglich, wenn die Zeit T₂ seit dem Starten der B-ISG 1 verstrichen ist. Dies ermöglicht eine genaue Schätzung der Restkapazität der LiB 3.
Modifizierung
Obwohl die Anwendung der hier offenbarten Technologie im Falle eines mit einem Benzinmotor ausgerüsteten Fahrzeugs als Beispiel in der obigen Ausführungsform beschrieben worden ist, ist die offenbarte Technologie natürlich auch auf Fahrzeuge anwendbar, welche Motoren aufweisen, die keine Benzinmotoren sind (wie zum Beispiel ein Dieselmotor).
GEWERBLICHE NUTZBARKEIT
Wie oben beschrieben, ist die vorliegend offenbarte Technologie als Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie geeignet.
Bezugszeichenliste

1: B-ISG (Motorstarter)
3: LiB (Lithiumionenbatterie)
5: Elektrische Last (Hilfsaggregate)
6: Starter (ein weiterer Starter)
SN1: Spannungssensor
SN2: Stromsensor
SN4: Temperatursensor
30: Steuerung (Steuerteil)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2014044149 [0005]

Claims

Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie, welche eine Restkapazität einer Lithiumionenbatterie schätzt, welche einen Motorstarter startet, umfassend: einen Spannungssensor, welcher eine Spannung der Lithiumionenbatterie erfasst; einen Stromsensor, welcher einen Strom der Lithiumionenbatterie erfasst; und einen Steuerteil, welcher Widerstandswerte einer Kathode und einer Anode der Lithiumionenbatterie auf der Basis der vom Spannungssensor und vom Stromsensor erfassten Werten zu einem Zeitpunkt, wenn eine erste Zeitperiode abgelaufen ist, und der vom Spannungssensor und vom Stromsensor erfassten Werten zu einem Zeitpunkt, wenn eine zweite Zeitperiode, welche länger als die erste Zeitperiode ist, abgelaufen ist, ausgehend vom Starten des Motorstarters, berechnet, und die Restkapazität der Lithiumionenbatterie schätzt, auf der Basis von Erhöhungen im Laufe der Zeit der Widerstandwerte der Kathode und Anode, wobei der Steuerteil den Motorstarter mit der Lithiumionenbatterie startet, wenn sich diese in einem Zustand befindet, in welchem die Startzeit des Motorstarters länger sein wird, wenn die letzte Startzeit des Motorstarters kürzer als die zweite Zeit ist, oder wenn eine vorbestimmte Zeitperiode von der letzten Schätzung der Restkapazität abgelaufen ist.
Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie nach Anspruch 1, wobei Der Steuerteil den Motorstarter mit der Lithiumionenbatterie startet, auch wenn der vom Spannungssensor erfasste Wert kleiner als ein Schwellenwert für das Starten des Motorstarters ist, um die Startzeit des Motorstarters zu verlängern.
Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Temperatursensor, welcher eine Wassertemperatur eines Radiators erfasst, wobei der Steuerteil den Motorstarter mit der Lithiumionenbatterie startet, auch wenn der vom Temperatursensor erfasste Wert kleiner als eine Schwellenwert für das Starten des Motorstarters ist, um die Startzeit des Motorstarters zu verlängern.
Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie nach Anspruch 1, wobei der Steuerteil den Motorstarter mit der Lithiumionenbatterie während eines warmen Neustarts nach einem Leerlauf-Stopp des Motors, und den Motorstarter ferner mit der Lithiumionenbatterie auch bei einem kalten Neustart startet, um die Startzeit des Motorstarters zu verlängern.
Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie nach Anspruch 1, der Steuerteil einen vom Motorstarter verschiedenen Starter mit der Lithiumionenbatterie startet, indem Strom für den anderen Starter bereitgestellt wird, wenn die letzte Startzeit des Motorstarters kürzer als die zweite Zeit ist und eine vorbestimmte Zeitperiode von der letzten Schätzung der Restkapazität abgelaufen ist, und die Restkapazität der Lithiumionenbatterie aus den Spannungs- und Stromwerten der Lithiumionenbatterie zu dieser Zeit schätzt.
Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie nach Anspruch 1, wobei der Steuerteil Hilfsaggregate mit der Lithiumionenbatterie antreibt, wenn das Starten des Motorstarters mit der Lithiumionenbatterie versagt, und die Restkapazität der Lithiumionenbatterie auf der Basis der Spannungs- und Stromwerte der Lithiumionenbatterie zu dieser Zeit schätzt.
Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie nach Anspruch 1, wobei der Steuerteil die Zündungszeit des Motors verzögert, um die Startzeit des Motorstarters zu verlängern.