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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Technologie zur Erfassung und Beseitigung
eines Memory-Effektes (Erinnerungseffektes) bei einer Sekundärbatterie
wie einer Nickel-Metallhydrid-Sekundärbatterie, die in einem Elektrofahrzeug
(PEV), einem Hybridfahrzeug (HEV) oder dergleichen angeordnet ist.
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Sekundärbatterien
umfassen Bleibatterien, Nickel-Cadmium (NiCd)-Batterien, Nickel-Metallhydrid
(NiMH)-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien und dergleichen. Diese
Batterien besitzen das charakteristische Merkmal, dass sie durch
Verbindung mit einer externen Stromquelle aufgeladen werden können, über die
ihnen bei Verbrauch von elektrischer Leistung ein vorgegebener Strom
zugeführt
wird. Auf diese Weise haben derartige Batterien bei einer Vielzahl
von Geräten
Verwendung gefunden.
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So
sind diese Batterien z.B. in einem Kraftfahrzeug angeordnet und
dienen als Starterbatterie zum Starten einer Brennkraftmaschine,
bei der Zündkerzen
beim Starten mit elektrischer Energie versorgt werden. In jüngerer Zeit
finden NiMH-Batterien auch als Hauptenergiequelle für den Antrieb
eines Elektromotors eines Elektrofahrzeugs (PEV) und eines sogenannten
Hybridfahrzeugs (HEV) Verwendung, das mit einer Brennkraftmaschine
und einem Elektromotor ausgestattet ist.
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Bei
einer in einem Hybridfahrzeug (HEV) angeordneten Sekundärbatterie
kann z.B. deren Aufladung/Entladung wiederholt erfolgen, während sich das
Fahrzeug in Bewegung befindet. Wenn bei einem Hybridfahrzeug die
Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine die zum Antrieb des Fahrzeugs erforderliche
Antriebsleistung übersteigt,
dient die überschüssige Leistung
zum Antrieb eines Generators zur Aufladung der Sekundärbatterie.
Wenn dagegen die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine unzureichend
ist, dient die von der Sekundärbatterie abgegebene
elektrische Leistung zum Antrieb des Elektromotors, wodurch der
Leistungsmangel kompensiert wird. Im letzteren Falle wird die Sekundärbatterie
natürlich
entladen. Diese Wiederholung von Aufladungs- und Entladungsvorgängen erfolgt in Abhängigkeit
vom Betriebszustand des Fahrzeugs, dem Ladezustand der Sekundärbatterie
und der Fahrweise eines Fahrers.
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Wenn
hierbei die wiederholte Aufladung und Entladung der Sekundärbatterie
nur teilweise (unvollständig)
erfolgt, fällt
die Spannung im letzten Entladungsstadium ab, wodurch sich der Betrag
der entnehmbaren Entladungsenergie verringert, sodass ein sogenannter
Memory-Effekt (Erinnerungseffekt) auftritt. Normalerweise kann die
effektive Kapazität
einer Sekundärbatterie,
bei der auf Grund dieses Memory-Effektes
eine zeitweilige Verringerung der entnehmbaren Entladungsenergie
auftritt, durch eine einmalige Tiefentladung (vollständige Entladung) wieder
hergestellt werden. Bei einer NiMH-Batterie kann z.B. der Memory-Effekt
beseitigt werden, indem eine Zwangsentladung durchgeführt wird,
bis die Spannung einer jeden Zelle auf 1 V abgefallen ist.
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Zur
Vermeidung einer Verringerung der entnehmbaren Entladungsenergie
auf Grund dieses Memory-Effektes besitzt ein Ladegerät üblicherweise eine
sogenannte Formierungsfunktion (Auffrischungsfunktion), durch die eine
Batterie vor einer Aufladung vollständig entladen wird, oder es
erfolgt eine automatische Formierungsentladung (Auffrischungsentladung)
in Abhängigkeit
von der Anzahl von Ladevorgängen.
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Bei
einem in einem Hybridfahrzeug angeordneten Sekundärbatteriesystem
ist jedoch zur Erzielung der für
den Antrieb eines Elektromotors erforderlichen Ausgangsleistung
eine Vielzahl von einzelnen Zellen unter Bildung einer Batterieanordnung
in Reihe geschaltet, wobei Spannung, Strom und Temperatur der Batterieanordnung überwacht
werden, sodass Aufladungs- und
Entladungsvorgänge
in einem Zustand erfolgen können,
bei dem sich die Batterie-Restkapazität (SOC) der Sekundärbatterie
in einem Bereich von 50% bis 70% des Vollladezustands befindet.
Wenn bei einem solchen System eine vollständige Entladung zur Beseitigung
des Memory-Effektes
bei in Bewegung befindlichem Fahrzeug durchgeführt wird, kann dies zu einem
gravierenden Ausfall bzw. Störzustand
wie einem Stillstand des Fahrzeugs auf einer Straße führen. Es
ist somit erforderlich, dass erst nach Stillstand des Fahrzeugs
an einer Ladestation und Durchführung
einer vollständigen
Entladung der Sekundärbatterie
eine Aufladung der Sekundärbatterie
bis zum Erreichen des Vollladezustands während einer vorgegebenen Zeitdauer
erfolgt.
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Wie
vorstehend beschrieben, kann daher bei einem Hybridfahrzeug eine
vollständige
Aufladung und Entladung der Sekundärbatterie nicht erfolgen, während sich
das Fahrzeug in Bewegung befindet. Die Bestätigung des Vorliegens eines
Memory-Effektes ist somit bei in Bewegung befindlichem Fahrzeug mit
erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Da bei einem Hybridfahrzeug
eine Auffrischungsentladung und vollständige Entladung mit Schwierigkeiten
verbunden sind, ist auch eine Beseitigung des Memory-Effektes bei
in Bewegung befindlichem Fahrzeug schwierig.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Erfassung
und Beseitigung eines Memory-Effektes
anzugeben, die eine sehr genaue Erfassung und Beseitigung des Memory-Effektes
auch bei einem in Bewegung befindlichem Fahrzeug ermöglichen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Memory-Effekt-Erfassungsverfahren
gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Beseitigung
eines Memory-Effektes gemäß den Patentansprüchen 6 und
7 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Verfahren kann
auch bei deren Anwendung in Verbindung mit Hybridfahrzeugen das
Vorliegen eines Memory-Effektes bei einem in Bewegung befindlichem
Fahrzeug auf einfache Weise genau erfasst und der vorliegende Memory-Effekt
in Abhängigkeit
von dessen Ausmaß auf
einfache Weise beseitigt werden.
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Hierdurch
kann in einem Sekundärbatteriesystem
ein hoher energetischer Wirkungsgrad aufrechterhalten bzw. gewährleistet
werden.
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Weitere
Aufgaben und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus deren nachstehender
detaillierter Beschreibung, die in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen
erfolgt. Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild des Aufbaus eines Systems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
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2A den
zeitlichen Verlauf eines Ladeüberschreitungsmusters,
das von einer Batterie-Eingangs/Ausgangs-Steuereinheit 6 gemäß 1 herbeigeführt wird,
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2B den
zeitlichen Verlauf eines Entladeüberschreitungsmusters,
das von der Batterie-Eingangs/Ausgangs-Steuereinheit 6 gemäß 1 herbeigeführt wird,
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3 ein
Ablaufdiagramm eines Memory-Effekt-Erfassungs-/Beseitigungsprogramms gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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4 eine
Tabelle von Ladungswirkungsgradwerten, die in einer Ladungswirkungsgrad-Speichereinheit 111 gemäß 1 gespeichert
sind,
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5 die Änderung
eines Verhältnisses
k in Abhängigkeit
von der Anzahl von Lade-/Entladezyklen,
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6 Kennlinien
von Spannungen in Abhängigkeit
von der Batterie-Restkapazität
SOC, wobei die Anzahl der Lade-/Entladezyklen als Parameter Verwendung
findet,
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7 ein
Blockschaltbild des Aufbaus eines Systems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
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8 eine
Strom-Spannungskennlinie zur Veranschaulichung eines von einer Leerlaufspannungs-Berechnungseinheit 71 gemäß 7 durchgeführten Berechnungsverfahrens
einer Leerlaufspannung Vo,
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9 einen
Vergleich zwischen dem Vorliegen und Nichtvorliegen eines Memory-Effektes
entsprechenden Bereichen der Leerlaufspannungskurve im Steuerbereich
der Batterie-Restkapazität
zur Veranschaulichung eines von einer Memory-Effekt-Quantifizierungseinheit 74 gemäß 7 durchgeführten Quantifizierungsverfahrens
des Memory-Effektes, und
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10 ein
Ablaufdiagramm eines Memory-Effekt-Erfassungs-/Beseitigungsprogramms gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Nachstehend
wird auf bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher eingegangen.
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Ausführungsbeispiel 1
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1 zeigt
ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Systems 100 zur Erfassung
des Vorliegens und Beseitigung eines Memory-Effektes gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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In 1 bezeichnet
die Bezugszahl 1 einen aus Sekundärbatterien wie NiMH-Batterien
bestehenden Batteriesatz, der in einem Hybridfahrzeug angeordnet
ist. Zur Erzielung einer vorgegebenen Antriebsleistung für einen
Elektromotor 12 besteht dieser Batteriesatz 1 aus
einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Batteriemodulen
(Zellen), wobei diese Batteriemodule wiederum jeweils eine Vielzahl
von elektrisch in Reihe geschalteten Einzelzellen in Form von NiMH-Batterien
umfassen. Bei diesem Ausführungsbeispiel
besteht der Batteriesatz 1 aus 10 in Reihe geschalteten
Zellen und weist eine Kapazität
von 10 Ah auf.
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Die
Bezugszahl 2 bezeichnet eine Stromdetektoreinheit, die
zwischen einen negativen Ausgangsanschluss des Batteriesatzes 1 und
einen negativen Eingangsanschluss des Elektromotors 12 geschaltet
ist. Diese Einheit tastet einen von einem (nicht dargestellten)
Stromsensor abgegebenen Lade-/Entladestrom des Batteriesatzes 1 zur
Bildung eines Stromabtastwertes I(n) in vorgegebenen Zeiten zur
Erfassung einer Stromstärke
ab und erfasst gleichzeitig eine Lade-/Entladerichtung C/D, die
in Abhängigkeit
von ihrem Vorzeichen einen Ladezustand oder einen Entladezustand
bezeichnet.
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Die
Bezugszahl 3 bezeichnet eine Temperaturdetektoreinheit,
die eine von einem in einer vorgegebenen Lage in dem Batteriesatz 1 angeordneten (nicht
dargestellten) Temperatursensor abgegebene Batterietemperatur in
vorgegebenen Zeiten zur Bildung eines Temperaturabtastwertes T(n)
abtastet.
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Die
Bezugszahl 4 bezeichnet eine Spannungsdetektoreinheit,
die in vorgegebenen Zeiten die Ausgangsspannung des Batteriesatzes 1 zur
Bildung eines Spannungsabtastwertes V(n) abtastet.
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Der
von der Stromdetektoreinheit 2 erhaltene Stromabtastwert
I(n) und die Lade-/Entladerichtung C/D, der von der Temperaturdetektoreinheit 3 erhaltene
Temperaturabtastwert T(n) und der von der Spannungsdetektoreinheit 4 erhaltene
Spannungsabtastwert V(n) werden einer Batterie-Restkapazität (SOC)-Verarbeitungseinheit 5 zugeführt, von
der die jeweilige Batterie-Restkapazität SOC(n) des Batteriesatzes 1 im
wesentlichen durch Stromintegration berechnet wird (Stromabtastwert
I(n)·Ladungswirkungsgrad η), worauf
nachstehend noch näher
eingegangen wird.
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Die
Bezugszahl 6 bezeichnet eine Batterie-Eingangs/Ausgangs-Steuereinheit, die
ein Muster von Lade- und Entladevorgängen bei dem Batteriesatz 1 auf
der Basis des von der Batterie-Restkapazitäts(SOC)-Verarbeitungseinheit 5 jeweils
berechneten (SOC)-Wertes umschaltet. Falls der von der Batterie-Restkapazitäts-Verarbeitungseinheit 5 erhaltene
SOC(n)-Wert auf 50% abfällt,
was einen unteren Grenzwert des Steuerbereiches darstellt, schaltet
die Batterie-Eingangs/Ausgangs-Steuereinheit 6 auf
ein Ladeüberschreitungsmuster
mit dem in 2A dargestellten Lade-/Entladestromverlauf
um. Wenn dagegen der von der Batterie-Restkapazitäts-Verarbeitungseinheit 5 erhaltene
SOC(n)-Wert auf 70% ansteigt, was einen oberen Grenzwert des Steuerbereichs
darstellt, schaltet die Batterie-Eingangs/Ausgangs-Steuereinheit 6 auf
ein Entladeüberschreitungsmuster
mit dem in 2B dargestellten Lade-/Entladestromverlauf
um.
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Weiterhin
steuert die Batterie-Eingangs/Ausgangs-Steuereinheit 6 den Betrag
der Aufladung und Entladung des Batteriesatzes 1 in Bezug
auf eine Leistungsunterstützung
und einen regenerativen Bremsvorgang der Brennkraftmaschine 13 in
Abhängigkeit
von einer vom Fahrer herbeigeführten
Batterie-Eingangsleistungs-/Ausgangsleistungsanforderung
wie einem Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgang. Wenn bei dieser über den
Fahrer erfolgenden Batterie-Eingangsleistungs-/Ausgangsleistungsanforderung
eine Batterie-Ausgangsleistungsanforderung zur Beschleunigung des
Fahrzeugs oder Bewältigung
einer Steigung vorliegt, lädt die
Batterie-Eingangs/Ausgangs-Steuereinheit 6 den Batteriesatz 1 nach
der Aufhebung der Batterie-Ausgangsleistungsanforderung
in einer kurzen Zeit wieder auf, sodass die auf Grund der Entladung
abgefallene Batteriespannung sofort wieder angehoben und auf diese
Weise die Ausgangsleistung wieder hergestellt werden können.
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Die
Bezugszahl 7 bezeichnet eine SOC-Änderungsberechnungseinheit,
die eine Änderung ΔSOC der von
der Batterie-Restkapazitäts-Verarbeitungseinheit 5 während einer
vorgegebenen Zeitdauer (von z.B. 3 min) ermittelten Batterie-Restkapazität SOC(n)
berechnet.
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Die
Bezugszahl 8 bezeichnet eine Leerlaufspannungsänderungs-Berechnungseinheit,
die eine Änderung ΔV der Leerlaufspannung
Vo während
einer vorgegebenen Zeitdauer (von z.B. 3 min) auf der Basis des
von der Stromdetektoreinheit 2 erhaltenen Stromabtastwertes
I(n), eines dem von der Temperaturdetektoreinheit 3 ermittelten
Temperaturabtastwert T(n) entsprechenden Innenwiderstands und der
von der Batterie-Restkapazitäts-Verarbeitungseinheit 5 jeweils
berechneten Batterie-Restkapazität
SOC(n) berechnet.
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Die
Bezugszahl 9 bezeichnet eine Verhältnis-Berechnungseinheit, die ein Verhältnis k
(= ΔV/ΔSOC) der
von der Leerlaufspannungsänderungs-Berechnungseinheit 8 ermittelten Änderung ΔV der Leerlaufspannung
zu der von der SOC-Änderungsberechnungseinheit 7 ermittelten Änderung ΔSOC der Batterie-Restkapazität berechnet.
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Die
Bezugszahl 10 bezeichnet eine Vergleichereinheit, die das
von der Verhältnis-Berechnungseinheit 9 ermittelte
Verhältnis
k mit einem voreingestellten Schwellenwert kst vergleicht und das
Vergleichsergebnis der Batterie-Restkapazitäts-Verarbeitungseinheit 5 zuführt.
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Die
Bezugszahl 11 bezeichnet eine Ladungswirkungsgrad-Einstelleinheit,
die eine Speichereinheit 111 umfasst, die einen dem von
der Batterie-Restkapazitäts-Verarbeitungseinheit 5 berechneten
SOC(n)-Wert und dem Temperaturabtastwert T(n) in der in 4 veranschaulichten
Weise entsprechenden Ladungswirkungsgrad η0 speichert.
Die Ladungswirkungsgrad-Einstelleinheit 11 greift auf die Speichereinheit 111 in
Bezug auf einen der jeweiligen Batterie-Restkapazität SOC(n)
und dem jeweiligen Temperaturabtastwert T(n) entsprechenden Ladungswirkungsgrad η0 zu und setzt den Ladungswirkungsgrad η0 für
die Batterie-Restkapazitäts-Verarbeitungseinheit 5 fest.
Auf der Basis dieses Ladungswirkungsgrads η0 berechnet
die Batterie-Restkapazitäts-Verarbeitungseinheit 5 dann
einen Batterie-Restkapazitätswert
SOC(n) durch Stromintegration des Stromabtastwertes I(n) und des
Ladungswirkungsgrades η.
Obwohl gemäß 4 nur
Ladungswirkungsgradwerte η0 angegeben sind, die spezifischen Temperaturen
und Batterie-Restkapazitäten entsprechen,
können
auch Ladungswirkungsgradwerte η0, die zwischen diesen spezifischen Temperaturen
und den spezifischen Batterie-Restkapazitäten liegenden Werten entsprechen,
z.B. durch Interpolation gebildet werden.
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Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf 3 ein Steuerablauf
bei dem den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweisenden Ausführungsbeispiel
näher beschrieben.
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das ein Memory-Effekt-Erfassungs-/Beseitigungsprogramm gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
veranschaulicht.
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Gemäß 3 werden
bei einer vorgegebenen Abtastzeit zunächst ein Spannungsabtastwert V(n),
ein Stromabtastwert I(n) und ein Temperaturabtastwert T(n) ermittelt
(S300). Auf der Basis des erhaltenen Spannungsabtastwertes V(n),
Stromabtastwertes I(n) und Temperaturabtastwertes T(n) wird sodann
ein Batterie-Restkapazitätswert SOC(n)
des Batteriesatzes 1 im wesentlichen durch Stromintegration
des Stromabtastwertes I(n) und eines Ladungswirkungsgrades η0 berechnet (S301).
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Sodann
wird ein Änderungswert ΔSOC der Batterie-Restkapazität SOC(n)
während
einer vorgegebenen Zeitdauer von z.B. 3 min berechnet (S302). Ferner
wird ein Änderungswert ΔV der Leerlaufspannung
V0 für
die gleiche Zeitdauer von z.B. 3 min berechnet (S303).
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Sodann
wird das Verhältnis
k (= ΔV/ΔSOC) der Änderung ΔV der Leerlaufspannung
zu der im Schritt S302 berechneten Änderung ΔSOC der Batterie-Restkapazität berechnet
(S304).
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Sodann
wird ermittelt, ob das im Schritt S304 berechnete Verhältnis k
nicht unter dem Schwellenwert kst liegt oder nicht (S305). Wenn
hierbei das Ergebnis erhalten wird, dass das Verhältnis k
unter dem Schwellenwert kst liegt (Ergebnis NEIN), wird die Beurteilung
getroffen, dass bei der Batterie kein Memory-Effekt vorliegt (S306),
woraufhin das Programm endet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Schwellenwert
kst auf 0,035 eingestellt.
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Wenn
dagegen als Ergebnis der im Schritt S305 erfolgenden Beurteilung
festgestellt wird, dass das Verhältnis
k nicht unter dem Schwellenwert kst liegt (Ergebnis JA), wird die
Beurteilung getroffen, dass bei der Batterie ein Memory-Effekt vorliegt (S307).
In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass eine Änderung
der Lade-/Entladespannung an einer im wesentlichen aus Nickel-Hydroxid bestehenden
positiven Elektrode, die üblicherweise als
Memory-Effekt bezeichnet wird, einer Änderung der Leerlaufspannung
Vo und nicht einer Änderung des
Innenwiderstands zuzuordnen ist. Demzufolge kann das Entstehen des
Memory-Effekts auf diese Weise erfasst werden.
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Wenn
im Schritt S307 die Beurteilung getroffen wird, dass bei der Batterie
ein Memory-Effekt vorliegt, geht der Ablauf zur Beseitigung des
Memory-Effektes auf Schritte S308 bzw. S309 über. Im Schritt S308 wird der
Verwendungs- oder Betriebsbereich des SOC-Wertes im Vergleich zu
dem normalen Steuerbereich für
eine vorgegebene Zeitdauer vergrößert, während bei
einer Korrektur des SOC-Wertes unter Verwendung von Spannungen im
Schritt S309 eine solche, unter Verwendung von Spannungen erfolgende
SOC-Korrektur für
eine vorgegebene Zeitdauer unterbunden wird. Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen
Schritte S308 und S309 kann der Memory-Effekt somit auch bei in Bewegung befindlichem
Fahrzeug beseitigt werden.
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Nachstehend
werden die bei diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung erzielbaren Vorteile anhand eines Beispiels aus der
Praxis näher
beschrieben.
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5 zeigt
die Änderung
des Verhältnisses k
in Abhängigkeit
von der Anzahl von Lade-/Entladezyklen, wenn eine Aufladung des
Batteriesatzes 1 für 30
min mit 12 A erfolgt, und sodann ein Zyklus von Entlade- und Ladevorgängen mit
12 A während
einer Dauer von 20 min wiederholt durchgeführt wird. Die Durchführung des
Ladevorgangs erfolgt hierbei in Verbindung mit einer Korrektur des
Ladestroms entsprechend dem Ladungswirkungsgrad, sodass die Aufladung/Entladung
des Batteriesatzes derart erfolgte, dass der SOC-Wert innerhalb
eines Bereiches von 60% bis 20% lag.
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Wie 5 zu
entnehmen ist, findet ein allmählicher
Anstieg des Wertes des Verhältnisses
k mit steigender Anzahl der Lade-/Entladezyklen statt. Insbesondere
in einem Bereich der SOC-Werte in der Nähe von 20%, der den kleinsten
SOC-Wert darstellt, tritt eine erhebliche Änderung des Verhältnisses
k auf. Wenn ferner die Anzahl der Lade-/Entladezyklen den Wert 30
erreichte, unterschritt das Verhältnis nicht
länger
den voreingestellten Schwellenwert kst (= 0,035), sodass das Entstehen
eines Memory-Effektes erfasst werden konnte.
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6 zeigt
Spannungskennlinien, die sich bei Durchführung einer vollständigen Entladung
bei einem SOC-Wert von 60% nach kontinuierlicher Wiederholung von
10, 30 bzw. 50 Lade-/Entladezyklen in der vorstehend beschriebenen
Weise ergeben.
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Wie 6 zu
entnehmen ist, liegt bei dem zehnten Zyklus nur eine geringe Spannungsänderung
in Bezug auf den Ausgangszustand vor, sodass das Ausmaß des entstandenen
Memory-Effektes gering ist. Bei dem 30. Zyklus ist jedoch eine Abnahme der
Entladespannung deutlich zu erkennen, sodass ein Memory-Effekt vorliegt.
Bei dem 50. Zyklus nimmt die Spannung in gleichem Maße wie bei
dem 30. Zyklus ab, sodass die Bildung des Memory-Effektes im wesentlichen
in die Sättigung übergeht.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
kann somit in der vorstehend beschriebenen Weise das Entstehen eines
Memory-Effektes genau erfasst und beurteilt werden.
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Obwohl
bei diesem Ausführungsbeispiel
der mit dem Verhältnis
k zu vergleichende Schwellenwert kst auf 0,035 eingestellt ist,
kann dieser Schwellenwert kst auch in Abhängigkeit von dem zu beurteilenden
Grad des Memory-Effektes eingestellt werden. Ferner wird die Änderung ΔSOC der Batterie-Restkapazität zwar während einer
Zeitdauer von 3 min berechnet, jedoch kann diese Zeitdauer auch
in Abhängigkeit
von der Betriebsweise des Batteriesatzes 1 frei eingestellt
werden.
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Ausführungsbeispiel 2
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7 zeigt
ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Systems 700 zur Erfassung
und Beseitigung eines Memory-Effektes
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Da bei der Anordnung gemäß 7 der Anordnung
gemäß 1 entsprechende
Bauelemente mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind, erübrigt sich
ihre erneute Beschreibung.
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Die
Bezugszahl 71 bezeichnet eine Leerlaufspannungs-Berechnungseinheit,
die bei der wiederholten Aufladung und Entladung des Batteriesatzes 1 den
von der Spannungsdetektoreinheit 4 erhaltenen Spannungsabtastwert
V(n) dem von der Stromdetektoreinheit 2 erhaltenen Stromabtastwert
I(n) und der Lade-/Entladerichtung CD zu dessen Speicherung zuordnet
und die Spannung bei einem Strom mit dem Wert 0 auf der Basis einer
Strom-Spannungscharakteristik als Leerlaufspannung Vo berechnet.
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Diese
Strom-Spannungscharakteristik ist in Form einer Kennlinie in 8 veranschaulicht,
wobei über
der Horizontalachse die Stromabtastwerte I(n) und über der
Vertikalachse die Spannungsabtastwerte V(n) aufgetragen sind. Die
positiven und negativen Richtungen der Stromabtastwerte I(n) stellen
jeweils die Entladungs- und
Aufladungsrichtungen dar. Zur Berechnung dieser Strom-Spannungscharakteristik zieht
die Leerlaufspannungs-Berechnungseinheit 71 z.B. einen
Spannungsabtastwert V(n) heran, der einem im Ladestrombereich zwischen
0 bis –50
A und im Entladestrombereich zwischen 0 bis +50 A liegenden Stromabtastwert
I(n) entspricht. Wenn sodann die Anzahl der in diesen Lade- und
Entladestrombereichen erhaltenen Spannungsabtastwerte V(n) nicht unter
einem vorgegebenen Wert (von z.B. 10 Abtastungen für jeden
Bereich) und die Abweichung dieser Spannungsabtastwerte V(n) innerhalb
eines vorgegebenen Änderungsbereiches
liegen, berechnet die Leerlaufspannungs-Berechnungseinheit 71 die
Leerlaufspannung Vo. Diese Vorgehensweise dient zur Erzielung einer
höheren
Genauigkeit bei der Berechnung der Leerlaufspannung Vo.
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Die
Bezugszahl 72 bezeichnet eine Korrelationskoeffizienten-Berechnungseinheit,
die die von der Leerlaufspannungs-Berechnungseinheit 71 berechnete
Leerlaufspannung Vo der von der Batterie-Restkapazitäts-Verarbeitungseinheit 5 erhaltenen Batterie-Restkapazität SOC(n)
zu deren Speicherung z.B. in Tabellenform zuordnet. Unter Bezugnahme
auf die auf diese Weise entsprechend der Batterie-Restkapazität SOC(n)
gespeicherte Leerlaufspannung Vo berechnet die Korrelationskoeffizienten-Berechnungseinheit 72 einen
Korrelationskoeffizienten CF für
einen unteren Grenzwert SOCl (von z.B. 50%) und einen oberen Grenzwert
SOCh (von z.B. 70%) in dem Steuerbereich der Batterie-Restkapazität und für einen
entsprechenden unteren Grenzwert Vol und oberen Grenzwert Voh der
Leerlaufspannung. Wenn dieser Korrelationskoeffizient unter Verwendung
der oberen und unteren Grenzwerte berechnet wird, ist er durch CF
= (Vol/SOCl)/(Voh/SOCh) gegeben.
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Wenn
kein Memory-Effekt vorliegt, zeigt die Charakteristik der Leerlaufspannung
Vo in Bezug auf die Batterie-Restkapazität SOC(n) im Steuerbereich der
Batterie-Restkapazität
im wesentlichen eine lineare Abhängigkeit,
sodass der von der Korrelationskoeffizienten-Berechnungseinheit 72 berechnete
Korrelationskoeffizient CF in diesem Falle einen Wert in der Nähe von 1
annimmt. Bei Auftreten eines Memory-Effektes verringert sich jedoch
die Linearität
der Leerlaufspannung Vo in Bezug auf die Batterie-Restkapazität SOC(n)
in Abhängigkeit
von dem Ausmaß des
Memory-Effektes, sodass der von der Korrelationskoeffizienten-Berechnungseinheit 72 berechnete Korrelationskoeffizient
sich ausgehend von 1 dem Wert 0 annähert.
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Auf
Grund dieses Umstands wird somit von einer Vergleichereinheit 73 ein
Vergleich des von der Korrelationskoeffizienten-Berechnungseinheit 72 erhaltenen
Korrelationskoeffizienten CF mit einem vorgegebenen Schwellenwert
CFst (0 < CFst < 1) vorgenommen.
Wenn hierbei der Korrelationskoeffizient CF über dem vorgegebenen Schwellenwert
CFst liegt, wird die Feststellung getroffen, dass kein Memory-Effekt
vorliegt. Liegt dagegen der Korrelationskoeffizient CF nicht über dem
vorgegebenen Schwellenwert CFst, wird die Feststellung getroffen,
dass ein Memory-Effekt vorliegt. Die Vergleichereinheit 73 führt dieses
Vergleichsergebnis der Batterie-Restkapazitäts-Verarbeitungseinheit 5 sowie
einer nachstehend noch näher
beschriebenen Memory-Effekt-Quantifizierungseinheit 74 zu.
Hierbei wird der vorgegebene Schwellenwert CFst auf der Basis des zu
beurteilenden Ausmaßes
des Memory-Effektes frei eingestellt.
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In
der Memory-Effekt-Quantifizierungseinheit 74 ist ein Bereich
A1 vorgespeichert, der bei Nichtvorliegen des Memory-Effektes von
der Leerlaufspannungskurve (von Vol bis Voh) in dem Steuerbereich
der Batterie-Restkapazität
(von SOCl bis SOCh) gebildet wird. Wenn die Vergleichereinheit 73 das
Auftreten eines Memory-Effektes
feststellt, ermittelt die Memory-Effekt-Quantifizierungseinheit 74 einen
von der Leerlaufspannungskurve in dem Steuerbereich der Batterie-Restkapazität gebildeten
Bereich A2, berechnet die Differenz zwischen dem Bereich A1 und
dem Bereich A2 (A1 – A2)
zur Quantifizierung des Ausmaßes
des Memory-Effektes
und führt
den auf diese Weise quantifizierten Betrag des Memory-Effektes der
Batterie-Restkapazitäts-Verarbeitungseinheit 5 zu. 9 veranschaulicht
einen Vergleich zwischen den von der Leerlaufspannungskurve in dem
Steuerbereich der Batterie-Restkapazität gebildeten Bereichen A1 und
A2, die dem Nichtvorliegen und dem Vorliegen des Memory-Effektes entsprechen.
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Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf 10 näher auf
einen Steuerablauf bei diesem Ausführungsbeispiel mit dem vorstehend
beschriebenen Aufbau eingegangen.
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10 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Memory-Effekt-Erfassungs-/Beseitigungsprogramms gemäß diesem
Ausführungsbeispiel.
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Gemäß 10 werden
zunächst
ein Spannungsabtastwert V(n), ein Stromabtastwert I(n) und ein Temperaturabtastwert
T(n) der Batterie in einer vorgegebenen Abtastzeitdauer abgeleitet,
während der
Aufladungs- und Entladungsvorgänge
wiederholt werden (S1000). Auf der Basis des erhaltenen Spannungsabtastwertes
V(n), Stromabtastwertes I(n) und Temperaturabtastwertes T(n) wird
dann die Batterie-Restkapazität SOC(n)
des Batteriesatzes 1 im wesentlichen durch Stromintegration des
Stromabtastwertes I(n) und eines Ladungswirkungsgrades η0 berechnet (S1001).
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Wenn
diese Bedingungen für
die Berechnung erfüllt
sind, wird die Strom-Spannungscharakteristik auf der Basis einer
Tabelle ermittelt, in der Spannungsabtastwerte V(n) den im Schritt
S1000 erhaltenen Stromabtastwerten I(n) zugeordnet sind, wobei eine
dem Strom mit dem Wert 0 der Charakteristik entsprechende Spannung
als Leerlaufspannung Vo berechnet wird (S1002).
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Sodann
wird die im Schritt S1002 berechnete Leerlaufspannung Vo der im
Schritt S1001 ermittelten Batterie-Restkapazität SOC(n) zu deren für eine vorgegebene
Zeitdauer erfolgenden Speicherung zugeordnet. Unter Bezugnahme auf
die auf diese Weise gespeicherte und der Batterie-Restkapazität SOC(n)
entsprechenden Leerlaufspannung Vo wird ein Korrelationskoeffizient
CF für
den unteren Grenzwert SOCl (von z.B. 50%) und den oberen Grenzwert SOCh
(von z.B. 70%) in dem Steuerbereich der Batterie-Restkapazität und für den entsprechenden unteren
Grenzwert Vol und oberen Grenzwert Voh der Leerlaufspannung berechnet
(S1003).
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Sodann
wird ermittelt, ob der im Schritt S1003 berechnete Korrelationskoeffizient
CF nicht über
dem vorgegebenen Schwellenwert CFst (0 < CFst < 1) liegt oder nicht (S1004). Wenn
hierbei festgestellt wird, dass der Korrelationskoeffizient CF über dem
vorgegebenen Schwellenwert CFst liegt (Ergebnis NEIN), wird die
Feststellung getroffen, dass bei der Batterie kein Memory-Effekt
vorliegt (S1005), womit das Programm endet.
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Wenn
dagegen als Ergebnis der im Schritt S1004 erfolgenden Beurteilung
festgestellt wird, dass der Korrelationskoeffizient nicht über dem
vorgegebenen Schwellenwert CFst liegt (Ergebnis JA), wird die Feststellung
getroffen, dass bei der Batterie ein Memory-Effekt vorliegt (S1006).
In einem solchen Falle wird die Differenz zwischen den von der Leerlaufspannungskurve
in dem Steuerbereich der Batterie-Restkapazität gebildeten und dem Nichtvorliegen und
Vorliegen des Memory-Effektes entsprechenden beiden Bereichen A1
und A2 berechnet, um auf diese Weise das Ausmaß des Memory-Effektes zu quantifizieren
(S1007).
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Sodann
geht der Ablauf auf einen Schritt S1008 bzw. einen Schritt S1009
zur Beseitigung des Memory-Effektes auf der Basis des im Schritt
S1007 quantifizierten Ausmaßes
des Memory-Effektes über. Im
Schritt S1008 wird der Verwendungs- bzw. Betriebsbereich des SOC-Wertes
im Vergleich zu dem normalen Steuerbereich für eine vorgegebene Zeitdauer
vergrößert, während im
Schritt S1009 bei Verwendung von Spannungen zur Korrektur des SOC-Wertes
eine solche, unter Verwendung von Spannungen erfolgende SOC-Korrektur
für eine
vorgegebene Zeitdauer unterbunden wird. Auf diese Weise kann mit
Hilfe der vorstehend beschriebenen Schritte S1008 und S1009 ein
Memory-Effekt entsprechend seinem Ausmaß auch bei in Bewegung befindlichem
Fahrzeug beseitigt werden.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
beinhaltet zwar die Bedingung zur Berechnung der Leerlaufspannung
Vo, dass 10 oder mehr Spannungsabtastwerte V(n) entsprechend den
Stromabtastwerten I(n) jeweils in dem Ladestrombereich zwischen
0 und –50 A
und dem Entladestrombereich zwischen 0 und +50 A gebildet werden,
jedoch können
diese Zahlenwerte und Größen in Abhängigkeit
von ihrem jeweiligen Verwendungszweck frei eingestellt bzw. vorgegeben werden.
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Erfindungsgemäß kann somit
auch bei Hybridfahrzeugen das Auftreten bzw. Vorliegen eines Memory-Effektes
auf einfache Weise genau erfasst und der vorliegende Memory-Effekt entsprechend seinem
Ausmaß auf
einfache Weise beseitigt werden, sodass der beträchtliche Vorteil eines hohen
energetischen Wirkungsgrades bei einem Sekundärbatteriesystem gewährleistet
werden kann.
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Wie
vorstehend beschrieben, wird somit erfindungsgemäß ein Verfahren zur Erfassung
und Beseitigung eines Memory-Effektes angegeben, das eine einfache
und sehr genaue Erfassung und Beseitigung eines Memory-Effektes
auch bei einem in Bewegung befindlichem Fahrzeug ermöglicht.
Hierbei werden ein Strom in einer Sekundärbatterie erfasst, eine Änderung ΔSOC einer
Batterie-Restkapazität während einer
vorgegebenen Zeitdauer zumindest durch Stromintegration berechnet,
indem der erfasste Strom mit einem vorgegebenen Ladungswirkungsgrad
multipliziert wird (S302), eine Temperatur der Sekundärbatterie
erfasst, eine Änderung ΔV einer Leerlaufspannung
während
der vorgegebenen Zeitdauer auf der Basis des erfassten Stroms berechnet und
ein Innenwiderstand entsprechend der erfassten Temperatur und der
Batterie-Restkapazität
SOC berechnet (S303). Ferner wird ein Verhältnis k der Änderung
der Leerlaufspannung zur Änderung
der Batterie-Restkapazität
berechnet (S304). Wenn dieses Verhältnis einen vorgegebenen Schwellenwert
kst überschreitet,
wird das Vorliegen eines Memory-Effektes bei der Batterie festgestellt
(S307) und der Verwendungsbereich der Batterie-Restkapazität SOC während einer
vorgegebenen Zeitdauer vergrößert (S308)
bzw. die Korrektur der Batterie-Restkapazität SOC unter Verwendung von
Spannungen für eine
vorgegebene Zeitdauer gesperrt (S309).