DE60131288T2 - Steuerungssystem und methode für batteriesteuerungseinheit - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem einer Batteriesteuereinheit (BCU) und auf ein Verfahren hierfür. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein BCU-Steuersystem und auf ein Verfahren hierfür, die zum Ausführen verschiedener Arten von Fähigkeitsprüfungen, Dauerprüfungen usw. einer Kraftfahrzeugbatterie verwendet werden, die als eine Leistungsquelle eines Elektrofahrzeugs vorgesehen ist, um einen laufenden Motor mit Ansteuerströmen zu versorgen.
  • STAND DER TECHNIK
  • Im Stand der Technik werden verschiedene Arten von Messdaten einer Kraftfahrzeugbatterie, die als eine Leistungsquelle eines Elektrofahrzeugs (EV) und eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) dient, in einer Aufzeichnungsvorrichtung (einem Speicher) einer Batteriesteuereinheit (im Folgenden als "BCU" bezeichnet) gesichert, wobei nach Abschluss eines Messprozesses verschiedene Arten von Messdaten in der Aufzeichnungsvorrichtung gesichert und unter Verwendung eines über eine Kommunikationsleitung mit der BCU verbundenen Personal Computers (im Folgenden als "Computer" bezeichnet) analysiert werden. Es wird ein Kapazitätsfortbestand (SOC) der Batterie berechnet, um z. B. einen Lade- und Entladezustand zu bestimmen.
  • Allerdings ist es recht ineffizient, die verschiedenen Arten von Messdaten der Batterie, die in der Aufzeichnungsvorrichtung der BCU gesichert worden sind, über die Kommunikationsleitung in dem Computer zu sammeln, nachdem der Messprozess einmal wie oben beschrieben abgeschlossen worden ist, um die Analyse auszuführen. Dieser Prozess ist nicht nur zeitaufwändig, sondern es entsteht außerdem ein Problem, dass keine sofortige Maßnahme ergriffen werden kann, wo Warninformationen und Probleminformationen auftreten.
  • Hinsichtlich der Übertragung zwischen dem Computer und der BCU überträgt der Computer jedes Mal, wenn die Daten benötigt werden, einen Datensendebefehl zu der BCU und empfängt in Reaktion auf den Befehl die Daten von der BCU. Dies führt zu einem Problem, dass ein Sende/Empfangs-Betrag zum Sammeln der Daten groß wird und dass folglich die Belastungen des Computers und der BCU ebenfalls groß werden.
  • Darüber hinaus entsteht in einem Fall, dass Batterieinformationen erfasst werden sollen, wobei z. B. die Anzahl der zu erfassenden Positionen wie etwa Spannung, eine Temperatur usw. verschieden ist, die Unannehmlichkeit, dass ein Datensammelprogramm angepasst werden muss. Dies ist für jene, denen Programmkenntnisse fehlen, ein Problem, da es schwierig ist, die Wartung darauf anzuwenden.
  • US 5.773.962 bezieht sich auf eine lange Kette einer Batterie mit einem Hauptsteuermodul und mit mehreren Batterieüberwachungsmodulen.
  • US 5.422.558 bezieht sich auf ein Mehrzellen-Batterieleistungssystem zur Bereitstellung einer Leistung für eine Last, das Batteriemodule mit einer Schaltungsanordnung zum Überwachen der Leistungsabgabe und des Status der Batterie enthält.
  • DE 195 45 833 bezieht sich auf eine Batterie, in der einzelne Zellen ein über ihre Anschlüsse verbundenes Modul besitzen, das Daten von einem Prozessor senden und empfangen kann.
  • EP 0 902 520 bezieht sich auf ein Elektrofahrzeug mit einer Batterieeinheit, die mit mehreren Sekundärbatterien versehen ist, die eine Einrichtung zum Überwachen des Zustands der Sekundärbatterien besitzt.
  • Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues BCU-Steuersystem zu schaffen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein BCU-Steuersystem zu schaffen, das einen Zustand einer BCU und/oder einer Batterie in Echtzeit verstehen kann.
  • Es ist eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein BCU-Steuersystem zu schaffen, das keine übermäßige Sende/Empfangs-Belastung auf einen Computer und/oder auf eine BCU anwendet.
  • Es ist eine abermals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein BCU-Steuersystem zu schaffen, das leicht verschiedenen Anforderungen entsprechen kann.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Steuern einer Batteriesteuereinheit (BCU) gemäß Anspruch 1 der beigefügten Ansprüche geschaffen. Die Vorrichtung kann so beschaffen sein, dass sie einen Datensammelbefehl zu der BCU sendet.
  • Der Datensammelbefehl wird von dem Computer zu der BCU gesendet, die den Aktuator anhand eines Zustands der Kraftfahrzeugbatterie steuert, was ermöglicht, dass der Computer die Daten anhand des Zustands der Batterie auf Echtzeitweise anzeigt, aufzeichnet und analysiert. Außerdem wird der Aktuatorsteuerbefehl von dem Computer zu der BCU gesendet, wodurch der Aktuator wie etwa z. B. ein Lüfter, ein Relais usw. automatisch gesteuert wird.
  • Darüber hinaus ist der Datensammelbefehl, der von dem Computer zu der BCU gesendet wird, in drei Abschnitte, d. h. in einen Daten-Auswahlbefehl, in einen Datensende-Startbefehl und in einen Datensende-Stoppbefehl, geteilt, was ermöglicht, dass der Computer die notwendigen Daten jedes Mal, wenn sie benötigt werden, einfach durch Senden des Auswahlbefehls, des Sende-Startbefehls und des Sende-Stoppbefehls an die BCU sammelt. Außerdem ist es nicht notwendig, während des Empfangens der Daten einen weiteren Befehl von dem Computer zu der BCU zu senden, sodass die Sende/Empfangs-Belastung des Computers und der BCU verringert wird.
  • Darüber hinaus wird das Datensammelprogramm des Computers unter Verwendung von Kennfelddateien (map files) für verschiedene Spezifikationen der Batterie, für die Anzahl zu erfassender Positionen usw. automatisch eingerichtet.
  • Da die Datenkommunikation gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen der BCU und dem Computer ausgeführt wird, ist es möglich, die Daten auf Echtzeitweise anzuzeigen und zu analysieren und die BCU durch Senden der Befehle nach Bedarf interaktiv zu steuern. Im Ergebnis wird es möglich, eine Prüfung und/oder Analyse eines Betriebs und eine Problemerfassung leicht auszuführen.
  • Darüber hinaus ist der Datensammelbefehl von dem Computer zu der BCU in drei Abschnitte, z. B. eine Datenauswahl, einen Datensendestart und einen Datensendestopp, geteilt, was eine Notwendigkeit zum Senden des Befehls von dem Computer zu der BCU während der Datensammlung beseitigt. Dies ermöglicht die Verringerung eines Sende/Empfangs-Betrags zwischen den beiden, was somit zu einer schnellen Kommunikation führt.
  • Außerdem wird eine Kennfelddatei mit einer anderen Spezifikation oder Anforderung in den Computer gelesen, sodass ein Datensammelprogramm automatisch eingerichtet wird und somit leicht zu warten ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Steuerverfahren für eine Batteriesteuereinheit (BCU) zum Steuern eines Aktuators anhand eines Zustands einer Kraftfahrzeugbatterie die folgenden Schritte: (a) Senden eines Aktuatorsteuerbefehls zu der BCU; (b) Empfangen von Daten, die einen Zustand des Aktuators zeigen, von der BCU; und (c) Anzeigen eines Zustands des Aktuators entsprechend den Daten.
  • In diesem Aspekt umfasst ein Steuerverfahren ferner die folgenden Schritte (d) Bestimmen anhand der Daten, ob der Aktuator geeignet gesteuert wird; und (e) Ausführen einer Fehleranzeige, wenn der Aktuator nicht geeignet gesteuert wird.
  • Die oben beschriebenen Aufgaben und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen leichter aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung hervor.
  • 1 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine schematische Strukturansicht zur Beschreibung eines BCU-Steuersystems zeigt;
  • 2 ist ein Prinzipblockschaltplan eines Batteriesystemabschnitts in 1;
  • 3 ist ein Blockschaltplan, der das BCU-Steuersystem der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4 ist ein Betriebsablaufplan, der eine Prozedur zum Ausführen eines Initialisierungsprozesses durch Lesen eines Programms zur Verwendung bei der Datensammlung in einen Computer aus 3 zeigt;
  • 5 ist ein Ablaufplan, der eine Datenkommunikationsoperation zwischen der BCU und dem Computer in 3 und eine Datenverarbeitungsoperation zeigt;
  • 6 ist ein Lüftersteuerablaufplan, der eine Steuerung des Lüfters in 3 zeigt; und
  • 7 ist ein Relaissteuerablaufplan, der eine Relaissteuerung in 3 zeigt.
  • BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Ein in 1–3 gezeigtes BCU-Steuersystem 10, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, enthält eine Kraftfahrzeugbatterie 12, die im Ergebnis dessen konstruiert ist, dass mehrere Batteriezellen in Reihe geschaltet sind, eine BCU 14, die durch Empfangen von Eingaben, z. B. einer Temperatur, einer Spannung, eines Stroms usw. der Batterie 12, verschiedene Messdaten wie etwa z. B. einen Kapazitätsfortbestand (SOC) berechnet, einen Computer 16, der über eine Kommunikationsleitung in einer Weise, die eine Datenkommunikation dazwischen ausführen kann, mit der BCU 14 verbunden ist, und einen Aktuator 18 wie etwa ein Relais, einen Lüfter usw., der die Kraftfahrzeugbatterie 12 dadurch schützt, dass er durch ein Steuersignal von der BCU gesteuert wird.
  • 2 ist ein Prinzipblockschaltplan eines Batteriesystemabschnitts 20, wobei der Batteriesystemabschnitt 20 die Kraftfahrzeugbatterie 12, die BCU 14, die durch Erfassen der Spannung, der Temperatur und des Stroms der Batterie 12 verschiedene Arten von Messdaten berechnet, und Lüfter 18A, 18B sowie ein Relais 18C, die durch Signale von der BCU 14 gesteuert werden, enthält.
  • Darüber hinaus ist zwischen einem Zuleitungsanschluss 22 der positiven Elektrode und einem Zuleitungsanschluss 24 der negativen Elektrode der Kraftfahrzeugbatterie 12 über einen Wechselrichter, der Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umsetzt, ein laufender Motor (nicht gezeigt) geschaltet. Außerdem ist die BCU 14 über eine Kommunikationsleitung RS232C mit dem Computer 16 verbunden, wodurch eine Datenkommunikation ermöglicht wird.
  • 3 ist ein Blockschaltplan, der die Gesamtstruktur des BCU-Steuersystems zeigt.
  • In 3 enthält die BCU 14 eine Temperaturerfassungsschaltung 28, die einen Thermistor 26 verwendet, eine Spannungserfassungsschaltung 30 der Batterie 12, eine Erfassungsschaltung 32 elektrischer Lecks, eine Stromerfassungsschaltung 36, die einen Stromsensor 34 verwendet, eine Relaissteuerschaltung 38, eine Relaishaftungs-Erfassungsschaltung 40, eine Lüftersteuerschaltung 42 und einen Mikrocomputer 44, der anhand von Eingangssignalen von diesen Schaltungen verschiedene Arten von Mess- und Steuerdaten berechnet. Außerdem werden die jeweiligen durch den Mikrocomputer 44 berechneten Daten über eine Datenkommunikation unter Verwendung einer Kommunikationsleitung zu dem Computer 16 gesendet. Es wird angemerkt, dass der Mikrocomputer 44 eine CPU, einen ROM, einen RAM usw. zum Ausführen geforderter Steuerprozesse enthält.
  • Darüber hinaus steuern die Relaissteuerschaltung 38 und die Lüftersteuerschaltung 42 über einen Relaissteuertreiber 46 und über einen Lüftersteuertreiber 48 durch die Steuersignale von dem Mikrocomputer 44 das Relais 18C und die Lüfter 18A bzw. 18B. Es wird angemerkt, dass eine Betriebsleistung der BCU 14, des Computers 16 und der jeweiligen Schaltungen, der Treiber usw. nicht veranschaulicht ist.
  • 4 ist ein Ablaufplan einer Operation zum Ausführen eines Initialisierungsprozesses des Computers 16 für das Datensammelprogramm in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Das heißt, Kennfelddateien, in denen die Anzahl zu erfassender Positionen der Temperatur, der Spannung usw. der Batterie und der Steuerinformationen für die Lüfter, für das Relais usw. für jede der Batterien mit anderen Spezifikationen, z. B. für eine Batterie A und für eine Batterie B, abgelegt sind, werden in den RAM des Computers 16 gelesen, sodass die Anzahl der zu erfassenden Positionen und ein Steuerverfahren automatisch eingerichtet werden.
  • In 4 wird die Kennfelddatei in einem Schritt S1 in den RAM des Computers 16 gelesen und wird die Kennfelddatei in einem Schritt S3 durch die CPU analysiert, bevor in einem Schritt S5 eine Bibliothek ausgewählt wird. Das heißt, es wird eine Bildschirmbibliothek ausgewählt, durch die Positionen von den Datentyppositionen der Kennfelddatei angezeigt werden.
  • Daraufhin wird in einem Schritt S7 eine Datenbildschirmanzeige als eine Anzeige eines Graphikbildschirms eingerichtet und wird darüber hinaus in einem Schritt S9 eine Steuerbildschirmanzeige als eine Anzeige eines Steuerbildschirms des Relais eingerichtet, um dadurch den Initialisierungsprozess des Datensammelprogramms für den Computer 16 abzuschließen.
  • Somit ist es darüber hinaus möglich, die Anzahl der Datensammelstellen für einen Batteriekasten in einem anderen Format automatisch einzurichten, was es ermöglicht, ohne ein Kompilieren des Datensammelprogramms flexibel auf die zu erfassende Anzahl von Positionen der Batterie zu reagieren usw. Im Ergebnis ermöglicht dies, dass selbst jene, die nicht in dem Programm bewandert sind, eine Wartung ausführen.
  • Nachfolgend werden anhand eines in 5 gezeigten Ablaufplans eine Datenkommunikation zwischen der BCU 14 und dem Computer 16 und eine Datenverarbeitungsoperation beschrieben.
  • Um eine schnelle Datenkommunikationsfähigkeit zu verbessern, wird in der vorliegenden Erfindung ein Datensammelbefehl von dem Computer 16 zu der BCU 14, z. B. in einen Daten-Auswahlbefehl, in einen Datensende-Startbefehl und in einen Datensende-Stoppbefehl, dreigeteilt.
  • In 5 wird in einem Schritt S11 als ein vorheriger Prozess der Daten-Auswahlbefehl von dem Computer 16 zu der BCU 14 gesendet. In einem Schritt S13 wird der Befehl von Seiten der BCU empfangen und in einem Schritt S15 wird der empfangene Befehl analysiert, woraufhin in einem Schritt S17 die Sendedaten ausgewählt werden.
  • Nachfolgend wird in einem Schritt S19 als ein Datensammel-Startprozess der Datensende-Startbefehl von dem Computer 16 zu der BCU 14 gesendet. In einem Schritt S21 empfängt die BCU 14 den Befehl und analysiert den Befehl in einem Schritt S23, bevor sie die Daten in dem Schritt S25 weitersendet, bis in einem Schritt S49 nach Senden der Daten in einem Schritt S25 der Datensende-Stoppbefehl empfangen wird.
  • Andererseits empfängt der Computer 16 in einem Schritt S27 die Daten und speichert die Daten in einem Schritt S29 in einem Puffer (Speicher) des Computers 16. Darüber hinaus wird in einem Schritt S31 bestimmt, ob der Puffer übergelaufen ist. Falls das Ergebnis "JA" ist, wird ein Fehlerprozess ausgeführt, während dann, wenn es "NEIN" ist, der Prozess zu dem Schritt S27 zurückkehrt, um weiter Daten zu empfangen.
  • Daraufhin werden die in dem Schritt S29 in dem Puffer gespeicherten Daten in einem Schritt S33 ausgelesen und wird in einem Schritt S35 bestätigt, ob die Daten vorhanden sind oder fehlen. Falls das Ergebnis "JA" ist, d. h., falls die Daten nicht vorhanden sind, kehrt der Prozess zu dem Schritt S33 zurück, während dann, wenn es "NEIN" ist, d. h., falls die Daten vorhanden sind, der Prozess zu einem Schritt S37 fortschreitet.
  • In dem Schritt S37 wird bestimmt, ob die Datenprüfung ausgeführt worden ist. Im Fall von "NEIN", d. h., falls die Daten nicht geprüft worden sind, kehrt der Prozess zu dem Schritt S33 zurück, während im Fall von "JA", d. h., falls die Daten geprüft worden sind, die Daten in einem Schritt S39 analysiert werden, die Daten in einem Schritt S41 auf einer Anzeige des Computers 16 angezeigt werden und die Daten in einem Schritt S43 als ein Graph veranschaulicht werden und darüber hinaus die Daten in einem Schritt S45 in dem Speicher gesichert werden, woraufhin der Prozess zu dem Schritt S33 zurückkehrt.
  • Schließlich wird in einem Schritt S47 als ein Datensammel-Warteprozess der Datensende-Stoppbefehl von dem Computer 16 zu der BCU 14 gesendet und in einem Schritt S49 bestätigt, ob der Datensende-Stoppbefehl empfangen worden ist. Im Fall von "JA" werden eine Reihe von Datenempfangsoperationen abgeschlossen, und im Fall von "NEIN" in dem Schritt S49 kehrt der Prozess zu dem Schritt S25 zurück, um die Daten von der BCU 14 zu dem Computer 16 zu senden.
  • In 6 und 7 werden anhand des in 5 beschriebenen Datenempfangsverfahrens eine Relaissteuerung bzw. eine Lüftersteuerung für die Kraftfahrzeugbatterie 12 ausgeführt.
  • Es wird angemerkt, dass ein in 6 gezeigter Betriebsablauf der Lüftersteuerung und ein in 7 gezeigter Betriebsablauf der Relaissteuerung im Wesentlichen dieselben sind, sodass hier nur der Betriebsablauf der Lüftersteuerung beschrieben ist und eine Beschreibung des Betriebsablaufs der Relaissteuerung weggelassen ist. Es wird angemerkt, dass die Schrittnummern S51–S73 in 6 in dieser Reihenfolge den Schrittnummern S81–S103 in 7 entsprechen.
  • In 6 ist der Daten-Auswahlbefehl als ein vorheriger Prozess bereits von dem Computer 16 zu der BCU 14 gesendet worden, was die Auswahl der Sendedaten abschließt.
  • Falls im Fall der Ausführung der Lüftersteuerung durch den Computer 16 in einem Schritt S51 der Lüftersteuerbefehl gesendet wird, empfängt die BCU 14 in einem Schritt S53 den Befehl, analysiert den Befehl in einem Schritt S55 und sammelt in einem Schritt S57 die Daten hinsichtlich der Lüftersteuerung, um in einem Schritt S59 zu bestimmen, ob der Lüfter betrieben wird. Falls das Ergebnis "JA" ist, bestimmt der Prozess in einem Schritt S61, dass der Lüfter betrieben wird, während, wenn es "NEIN" ist, der Lüfter in einem Schritt S63 angehalten wird. Daraufhin werden in einem Schritt S65 die jeweiligen Bedingungen oder Zustände der Lüfter zu dem Computer 16 gesendet.
  • Andererseits empfängt der Computer 16 in einem Schritt S67 den Zustand des Lüfters und zeigt den Zustand des Lüfters in einem Schritt S69 auf dem Bildschirm an. Daraufhin wird in einem Schritt S71 bestimmt, ob der Lüfter geeignet gesteuert wird, wobei dann, wenn das Ergebnis "JA" ist, der Lüftersteuerprozess abgeschlossen wird. Falls das Bestimmungsergebnis in dem Schritt 871"NEIN" ist, wird in einem Schritt S73 die Fehleranzeige ausgeführt, was eine Reihe der Lüftersteuerprozesse abschließt.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zum Steuern einer Batteriesteuereinheit BCU (14), wobei die BCU so beschaffen ist, dass sie einen Aktuator (18) anhand eines Zustands einer Kraftfahrzeugbatterie (12) steuert, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Computer, der mit der BCU über eine Kommunikationseinrichtung verbunden ist, wobei der Computer so konfiguriert ist, dass er einen Aktuatorsteuerbefehl zu der BCU sendet; der Computer so konfiguriert ist, dass er von der BCU Daten empfängt, die einen Zustand des Aktuators zeigen; und der Computer so konfiguriert ist, dass er den Zustand des Aktuators entsprechend den Daten anzeigt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Aktuator einen Lüfter (18A, 18B) für die Batterie umfasst.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Aktuatorsteuerbefehl einen Lüftersteuerbefehl umfasst und die BCU so beschaffen ist, dass sie die Vorrichtungsdaten, die einen Zustand des Lüfters zeigen, in Reaktion auf den Empfang des Lüftersteuerbefehls sendet, und die Vorrichtung so beschaffen ist, dass sie einen Zustand des Lüfters anhand der Daten anzeigt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Aktuator ein Relais (18C) für die Batterie umfasst.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Aktuatorsteuerbefehl einen Relais-Steuerbefehl umfasst und die BCU so beschaffen ist, dass sie die Vorrichtungsdaten, die einen Zustand des Relais zeigen, in Reaktion auf den Empfang des Relais-Steuerbefehls sendet, und die Vorrichtung so beschaffen ist, dass sie einen Zustand des Relais anhand der Daten anzeigt.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die so beschaffen ist, dass sie einen Datensammelbefehl zu der BCU sendet.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Datensammelbefehl einen Daten-Auswahlbefehl, einen Datensende-Startbefehl und einen Datensende-Stoppbefehl umfasst.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die BCU so beschaffen ist, dass sie die Vorrichtungszustandsdaten, die einen Zustand der Batterie zeigen, in Reaktion auf den Datensammelbefehl sendet.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Zustand der Batterie wenigstens einen Strom, eine Temperatur und eine Spannung der Batterie umfasst.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Kennfelddatei (map File) zum automatischen Einrichten eines Datensammelprogramms für die Vorrichtung umfasst.
  11. Steuerverfahren für eine Batteriesteuereinheit (BCU), die einen Aktuator anhand eines Zustands einer Kraftfahrzeugbatterie steuert, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Senden eines Aktuatorsteuerbefehls zu der BCU; (b) Empfangen von Daten, die einen Zustand des Aktuators zeigen, von der BCU; und (c) Anzeigen eines Zustands des Aktuators entsprechend den Daten.
  12. Steuerverfahren nach Anspruch 11, das ferner die folgenden Schritte umfasst: (d) Bestimmen anhand der Daten, ob der Aktuator geeignet gesteuert wird; und (e) Ausführen einer Fehleranzeige, wenn der Aktuator nicht geeignet gesteuert wird.
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