-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungsvorrichtung und
genauer auf eine Vorrichtung zum Überwachen der elektrischen
Energie eines Fahrzeugs (enthaltend eine Batterie und einen Wechselstromgenerator
bzw. eine Lichtmaschine oder eine Ladeeinheit) und ein Verfahren
hiefür.
-
Eine
konventionelle Batterie (z.B. eine NP Batterie) hat eine charakteristische
Kurve, wie dies in 9 gezeigt ist, wobei je kleiner
der Entladestrom, für
eine umso längere
Zeit die stabile Ausgabespannung vorhanden sein wird. Auch sowohl
eine Umgebungstemperatur als auch eine Lagerzeit beeinflussen die
verfügbare
Leistung einer Batterie, wie dies durch Diagramme bzw. Graphen in 10 bzw. 11 angezeigt
ist. Darüber
hinaus wird eine verwendbare Lebensdauer einer Batterie hauptsächlich durch
Umgebungstemperatur, Lade- bzw. Beladungstechnik und Zeit und Entladetechnik
beeinflußt. Zusätzlich stellt
der Stand der Technik keinen Weg zur Verfügung, um einen Fahrer über den
Status einer Batterie in einer nahezu Echtzeitbasis zu informieren.
Typischerweise inspiziert der Fahrer eine Batterie nur, wenn sie
abnormal niedrig ist. Auch betreffend einen fehlerhaften Wechselstromgenerator ist
es für
einen Fahrer typisch, einen Techniker zur Unterstützung zu
kontaktieren. Dies ist nicht angenehm, insbesondere in einem Gefahrenzustand
bzw. Notfall. Somit existiert eine Verbesserung.
-
US-A-5
793 211 offenbart ein Meßsystem betreffend
eine verbleibende Batteriekapazität für ein Elektromotorfahrzeug,
in welchem Stromdaten und Spannungsdaten bei einem ersten kurzen
Intervall so erfaßt
bzw. gesammelt werden, daß eine
Mehrzahl von Stromdaten und eine Mehrzahl von Spannungsdaten zu
einem zweiten Intervall jeweils gemittelt wurden. Eine Korrelation
zwischen den mittleren Stromdaten und den mittleren Spannungsdaten
wird berechnet und eine verbleibende Kapazität der Batterie wird aus dieser
Korrelation evaluiert bzw. ausgewertet. Die Korrelation und die
verbleibende Kapazität
werden angezeigt.
-
EP-A-1
055 934 offenbart eine Meßvorrichtung
betreffend eine verbleibende Kapazität einer Batterie, die für Hybridfahrzeuge
geeignet ist. Die Vorrichtung umfaßt einen Stromsensor und einen Spannungssensor
und schätzt
eine verbleibende Kapazität
der Batterie gemäß den Stromwertdaten
und den Spannungswertdaten in einem Zeitraum bzw. einer Periode
ab, wenn sich die Batterie in einem Entladezustand befindet, insbesondere
wenn der Entladestrom kontinuierlich bzw. fortgesetzt mehr als 10 Ampere
beträgt.
Daher kann, selbst wenn sich die Charakteristik der Ladung ändert, die
verbleibende Kapazität
der Batterie gemessen werden.
-
Es
ist das Ziel bzw. der Gegenstand der Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Überwachen
einer elektrischen Energie bzw. Leistung eines Fahrzeugs mit einer
verbesserten Zuverlässigkeit
unabhängig
von dem Betriebs- bzw.
Betätigungszustand
des Fahrzeugs zur Verfügung
zu stellen.
-
Dieses
Ziel wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung erfüllt, die
die in Anspruch 1 bzw. Anspruch 7 geoffen barten Merkmale aufweisen.
Bevorzugte Ausbildungen sind in den abhängigen Unteransprüchen definiert.
-
Das
Verfahren umfaßt
ein Abtasten bzw. Erfassen, Berechnen, Vergleichen, Anzeigen eines
Ergebnisses, und ein Zählintervall.
Die Vorrichtung umfaßt
einen stabilisierenden Schaltkreis, eine CPU, eine Spannungsabtastschaltung,
eine Stromsteuer- bzw. -regelschaltung und einen Farblampen-Anzeigeschaltkreis.
Die Erfindung kann den Fahrer über den
Status einer Batterie informieren, indem sehr wenig Leistung verbraucht
wird.
-
Die
obigen und andere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
ersichtlich werden, die im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen
gegeben wird.
-
1 ist
ein Flußdiagramm,
das eine Routine zum Überwachen
einer elektrischen Leistung bzw. elektrischen Energie eines Fahrzeugs
gemäß der Erfindung
illustriert;
-
2 ist
ein detailliertes Flußdiagramm,
das die Routine von 1 illustriert;
-
2A ist
ein Graph, der die Abtastzeit gegen die Spannung gemäß der Erfindung
illustriert;
-
3 ist
ein Blockdiagramm einer ersten bevorzugten Ausbildung einer Vorrichtung
zum Überwachen
der elektrischen Energie bzw. Leistung eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung;
-
4 ist
ein Blockdiagramm einer zweiten bevorzugten Ausbildung einer Vorrichtung
zum Überwachen
der elektrischen Energie eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung;
-
5 ist
ein Blockdiagramm einer dritten bevorzugten Ausbildung einer Vorrichtung
zum Überwachen
der elektrischen Energie eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung;
-
6 ist
ein Blockdiagramm einer vierten bevorzugten Ausbildung einer Vorrichtung
zum Überwachen
der elektrischen Energie eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung;
-
7 zeigt
ein Schaltdiagramm von irgendeiner der obigen bevorzugten Ausbildungen
der Vorrichtung, die parallel mit einer Fahrzeugbatterie verbunden
ist;
-
8 und 8A sind
Graphen, die experimentelle Daten gemäß der Vorrichtung der Erfindung illustrieren;
-
9 ist
ein Graph, der einen Entladestrom gegen Entladezeit gemäß einer
konventionellen NP Batterie zeigt;
-
10 ist
ein Graph, der eine verfügbare Energie
bzw. Leistung einer Batterie gegen Umgebungstemperatur gemäß einer
konventionellen NP Batterie zeigt; und
-
11 ist
ein Graph, der eine verfügbare Leistung
einer Batterie gegen Lagerzeit gemäß einer konventionellen NP
Batterie zeigt.
-
Bezugnehmend
auf 1 ist eine Routine zum Überwachen der elektrischen
Energie bzw. Leistung eines Kraftfahrzeugs in Übereinstimmung mit der Erfindung
gezeigt. Die Routine umfaßt
die folgenden Schritte:
-
In
Schritt 1 (d.h. Abtasten bzw. Erfassen) wird ein Leistungstransistor
als ein Schalter verwendet, welcher aktiviert ist bzw. wird, um
eine Batterie, die zu messen ist, in einer sehr kurzen Zeit zu entladen,
um einen abgetasteten bzw. erfaßten
Spannungswert zu erhalten. Es ist festzuhalten, daß das Abtasten
mehr als einmal (d.h. N mal, wo N > 1
ist) durchgeführt
werden kann, wie dies durch die Erfindung gefordert ist, um N abgetastete
bzw. erfaßte Spannungswerte
zu erhalten.
-
In
Schritt 2 (d.h. Berechnung) wird ein Mittelwert von N abgetasteten
Spannungswerten berechnet.
-
In
Schritt 3 (d.h. Vergleich) setzt, da es einen signifikanten
Spannungsabfall gibt, wenn ein bestimmter Zeitpunkt vergangen ist
(siehe 9) die Erfindung einen Warnwert zum Vergleichen
mit einem Mittelwert. Es ist festzuhalten, daß der Warnwert in eine Mehrzahl
von zwischenliegenden bzw. Zwischenwerten unterteilt sein kann,
um eine Mehrniveauwarnung auszuführen.
-
In
Schritt 4 (d.h. Ergebnisanzeige) wird ein Ergebnis der
Berechnung in Schritt 2 auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt.
Weiterhin wird eine Warnung ausgegeben, wenn ein Warnwert in Schritt 3 erreicht
ist. Es ist festzuhalten, daß die
obigen vier Schritte Überwachungsverfahren
bzw. -prozesse sind.
-
In
Schritt 5 (d.h. Intervallzählung) wird eine Zählung durchgeführt, bis
eine Zeitperiode (d.h. ein Zeitintervall), die durch die Erfindung
gesetzt ist, erreicht ist. Dann wird ein nächstes Messen der elektrischen
Leistung unmittelbar ausgeführt.
-
Bezugnehmend
auf 2 wird ein detailliertes Flußdiagramm gezeigt, das die 1 Routine
illustriert. Schritt 11 ist ein Beginn, wo eine Interrupt- bzw.
Unterbrechungs-Vektoradresse der Beginn der Routine ist. Schritt 12 ist
eine Initialisierung, wo Register und I/O Pins initialisiert werden
und ein Unterbrechungsvektor und Zeitgeber eingeschaltet werden.
Nachfolgend sind Schritte einer Software 10, die in der Überwachungsvorrichtung
der Erfindung installiert ist bzw. wird. In Schritt 13 wird
ein Warnwert eingestellt bzw. festgelegt. In Schritt 14 werden
ein Last- und Leistungstransistor
eingeschaltet. Somit wird Strom an einer Last fließen. Auch
wird ein erster Zähler
eines Zeitgebers auf 0 gesetzt. In Schritt 15 wird eine
Spannung abgetastet bzw. erfaßt,
wobei eine Zeitdauer bzw. -periode eines Abtastens T1 ist. Weiterhin
wird ein erster Zähler
eines Abtastens um eins erhöht.
Auch Strom kann von einer gut bekannten Gleichung betreffend Spannung
und Strom abgeleitet werden. Es ist somit auch ein Stromabtastschritt.
In Schritt 16 werden der Last- und Leistungstransistor
ausgeschaltet. Somit gibt es keinen Strom an der Last. In Schritt 17 wird
bestimmt, ob die Anzahl eines Abtastens (d.h. erste Zählung) gleich
N ist. Wenn ja, geht das Verfahren zu Schritt 18. Andernfalls
springt das Verfahren zurück
zu Schritt 14. In Schritt 18 wird ein Mittelwert
von abgetasteten Spannungs- (oder Strom-) -werten berechnet. In
Schritt 18a wird ein Vergleich durchgeführt, wobei ein Ergebnis von
Schritt 18 mit einem Warnwert verglichen ist und ein zweiter
Zähler
bzw. eine zweite Zählung
eines Zeitgebers als 0 festgelegt bzw. gesetzt wird. In Schritt 18b wird
eine Ergebnisanzeige durchgeführt, d.h.
ein Ergebnis von Schritt 18 wird angezeigt. Weiterhin wird
eine Warnung ausgegeben, wenn ein Warnwert erreicht ist bzw. wird.
In Schritt 18c wird ein zweiter Zähler bzw. eine zweite Zählung um
1 erhöht. In
Schritt 19 wird bestimmt, ob eine Zählung des Zeitgebers gleich
einer Zeitdauer bzw. -periode ist (d.h. Zeitintervall T2, wie dies
später
beschrieben bzw. detailliert wird). Wenn ja, geht das Verfahren
in einer Schleife bzw. springt zurück zu Schritt 14.
Ansonsten geht das Verfahren in einer Schleife zurück zu Schritt 18c.
Es ist festzuhalten, daß die
Schritte 14 bis 19 Hauptschritte der Software 10 sind.
-
Bezugnehmend
auf 2A illustriert ein Graph eine Abtastzeit gegen
die Spannung gemäß der Erfindung.
Wie dies gezeigt ist, ist die Abszissenachse die Zeit (t) und die
Ordinatenachse ist der Spannungswert (V). T1 ist eine Zeitdauer
für eine
Abtastspannung. Vorzugsweise ist T1 kleiner als 1.000 μsec. Noch
bevorzugter ist T1 50 μsec.
T2 ist ein Zeitintervall. zwischen zwei Sätzen eines Abtastens (oder
Anzeigezeit). Mit anderen Worten, umfaßt jeder Satz eines Abtastens
N Male eines Abtastens. Weiterhin wird ein Ergebnis nur angezeigt,
nachdem N Male eines Abtastens vervollständigt wurden. Zu diesem Zeitpunkt
wird eine Zählung
eines Zeitgebers durchgeführt,
bis die Zählung
gleich T2 ist. Dieser Zyklus wiederholt sich für ein kontinuierliches Überwachen
der elektrischen Leistung eines Kraftfahrzeugs.
-
3 ist
ein Blockdiagramm einer ersten bevorzugten Ausbildung einer Vorrichtung 20 für ein Überwachen
der elektrischen Energie bzw. Leistung 30 eines Kraftfahrzeugs
gemäß der Erfindung.
Die zu messende elektrische Leistung 30 ist parallel mit
der Überwachungsvorrichtung 20 geschaltet
bzw. angeschlossen. Elektrische Leistung 30 umfaßt eine
Batterie B2 und eine parallel verbundene bzw. angeschlossene Leistungsquelle
S1. Die Überwachungsvorrichtung 20 umfaßt eine
stabilisierende bzw. Stabilisierschaltung 21, eine CPU
(zentrale Verarbeitungseinheit) 22, eine Spannungsabtast-
bzw. -erfassungsschaltung 23, einen Stromsteuer- bzw. -regelschaltkreis 24 und
eine Farblampen-Anzeigeschaltung 25. Die Stabilisierschaltung
bzw. der Stabilisierschaltkreis 21 wirkt, um einen konstanten
Strom zu der CPU 22 und anderen Komponenten zur Verfügung zu
stellen. Die CPU 22 wirkt, um ein Abtasten der Spannung
(oder Stroms), eine Datenspeicherung, Berechnung, Ergebnisanzeige
usw. zu steuern bzw. zu regeln. Die Spannungsabtastschal tung 23 ist bzw.
wird durch die CPU 22 gesteuert bzw. geregelt, um Strom-
und Spannungsdaten von der elektrischen Leistung 30 zu
holen. Die Stromsteuer- bzw. -regelschaltung 24 ist bzw.
wird durch eine CPU 22 gesteuert bzw. geregelt, um einen
Strom an der Last zu steuern bzw. zu regeln, um einen Strom einer elektrischen
Leistung 30 zu messen, welche in dem Bereich von etwa 1
A bzw. 300 A liegt. Die Farblampen-Anzeigeschaltung 25 ist
durch die CPU 22 gesteuert bzw. geregelt, um eine aus einer
Vielzahl von Farblampen basierend auf einem Meßergebnis zu zeigen. Im Betrieb
fließt
Strom von der Batterie B2, um den Schaltkreis bzw. die Schaltung 21 und
die CPU 22 zu stabilisieren. Die CPU 22 liest
zuerst einen Spannungswert der Batterie B2, wobei keine Last angelegt
ist. Die CPU erfaßt
den Spannungswert der Batterie B2 durch den Spannungsabtastschaltkreis 23 während einer
sehr kurzen Abtastzeit T1, wobei Last an die Stromsteuer- bzw. -regelschaltung 24 angelegt
ist. Vorzugsweise ist N (d.h. die Male für ein Abtasten eines Spannungswerts
der Batterie B2) im Bereich von 2 und 4. Nach dem Abtasten (d.h.
zum Zeitintervall T2) wird die Stromsteuer- bzw. -regelschaltung 24 vor
einem Berechnen eines Mittelwerts von N Malen eines Abtastens abgeschaltet. Als
nächstes
wird ein Ergebnis zu der Farblampen-Anzeigeschaltung 25 zur
Anzeige gesandt. Kurz gesagt, verwendet die vorliegende Erfindung
eine Lastentladung bei großem
Strom für
ein korrektes Lesen eines Spannungswerts einer Batterie B2, was
in einer Energieeinsparung resultiert. Es ist festzuhalten, daß die Versorgungs-
bzw. Leistungsquelle S1 ein Wechselstromgenerator bzw. eine Lichtmaschine oder
eine Ladeeinrichtung ist.
-
Bezugnehmend
auf 4 ist eine zweite bevorzugte Ausbildung der Vorrichtung 20 zum Überwachen
der elektrischen Leistung 30 eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung
gezeigt. In der Ausbildung umfaßt
die Überwachungs-
bzw. Monitorvorrichtung 20 darüber hinaus eine Batteriepolaritätsumkehr-Schutzschaltung 26,
um eine Beschädigung
an der elektrischen Leistung 30 am Auftreten aufgrund einer
Polaritätsumkehr
einer Batterie zu verhindern, und einen Audio- bzw. Tonwarnschaltkreis 27,
der durch die CPU 22 gesteuert ist bzw. wird, um eine Tonwarnung
betreffend eine Unregelmäßigkeit
(z.B. der Batteriestand niedrig) basierend auf einem Meßergebnis,
Batteriealterung oder Batteriebeschädigung bzw. -schaden auszugeben.
-
5 ist
ein Blockdiagramm einer dritten bevorzugten Ausbildung der Vorrichtung 20 zum Überwachen
der elektrischen Leistung bzw. der elektrischen Energie 30 eines
Fahrzeugs gemäß der Erfindung.
In der Ausbildung umfaßt
die Überwachungsvorrichtung 20 darüber hinaus
eine Leistungs- bzw. Energiedetektionsschaltung 28, die
durch die CPU 22 gesteuert bzw. geregelt ist, um Daten
von Strom und Spannung von der elektrischen Leistung 30 zu holen,
um sie zu der CPU 22 zu senden, um einen Zustand bzw. Status
der elektrischen Energie 30 zu bestimmen, eine digitale
bzw. Digitalanzeige 281, die durch die CPU 22 gesteuert
bzw. geregelt ist, um ein Meßergebnis
anzuzeigen, und einen Digitalsignal-Interfacewandler 282,
der durch die CPU 22 gesteuert bzw. geregelt ist, um mit
dem Äußeren durch
ein Interface bzw. eine Schnittstelle basierend auf einem Meßergebnis
zu kommunizieren.
-
In
der Erfindung ist die Monitorvorrichtung parallel mit der Batterie
B2 geschalten und der Leistungs- bzw. Energiequelle (z.B. einem
Wechselstromgenerator oder einer Ladeeinrichtung) S1 geschaltet
bzw. angeschlossen. Wenn der Wechselstromgenerator arbeitet oder
ladet, wird eine Spannung, die auf der parallelen Seite gemessen
ist, ansteigen. Mit anderen Worten, kann ein fehlerhafter Wechselstromgenerator
oder eine Ladeunregelmäßigkeit
leicht gefunden werden, wenn ein derartiger Anstieg der Spannung
nicht auftritt. Mit dem Vorsehen einer Leistungsdetektionsschaltung 28 ist
es möglich,
eine derartige Fehlfunktion der elektrischen Leistung 30 zu
detektieren. Auch wird die CPU 22 eine Warnung in Form
einer Lampe, eines Tons oder einer digitalen Anzeige ausgeben. Bezugnehmend auf 6 ist
eine vierte bevorzugte Ausbildung einer Vorrichtung 20 zum Überwachen
der elektrischen Leistung 30 eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung gezeigt.
In der Ausbildung umfaßt
die Überwachungsvorrichtung 20 darüber hinaus
einen Batterietemperatursensor 291 und eine Batterietemperatur-Detektionsschaltung 29,
um Temperaturdaten, die durch den Batterietemperatursensor 291 abgetastet
sind, an die CPU 22 zu senden, um eine verfügbare Energie
einer Batterie zu berechnen, welche wiederum zum Modifizieren eines
Warnwerts verwendet ist bzw. wird. Zur Information betreffend eine verfügbare Leistung
einer Batterie gegen die Temperatur wird auf 10 oben
verwiesen. Diese Ausbildung kann eine Überladung an einem Auftreten durch
ein Überwachen
der Temperatur einer Batterie B2 hindern.
-
7 zeigt
ein Schaltungsdiagramm von irgendeiner der obigen bevorzugten Ausbildungen
der Überwachungsvorrichtung,
welche parallel mit einer Fahrzeugbatterie geschaltet ist. Wie dies
gezeigt ist, ist bzw. wird ein Leistungstransistor als Q1 markiert, ein
Widerstand ist als R2 markiert bzw. bezeichnet, LED ist als D4 markiert,
und die zu messende Batterie ist als B3 markiert. 8 und 8A sind Graphen,
die experimentelle Daten gemäß der Vorrichtung
der Erfindung illustrieren.