DE69728733T2 - Regler für eine fahrzeug-eigene batterie - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung kann für ein elektrisches Fahrzeug verwendet werden, das einen Elektromotor für die Antriebskraft verwendet. Sie betrifft das Regeln der Ladung und Entladung einer wiederaufladbaren, in ein Fahrzeug eingebauten Batterie, das Anzeigen des Zustandes der Batterie und das Anzeigen von Information, die sich auf den Zeitpunkt des Auswechselns der Batterie bezieht. Die vorliegende Erfindung ist für ein Hybridauto entwickelt worden, das für die Antriebskraft kombinierten Gebrauch von einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor macht, und sie kann in Fahrzeugen, in die eine wiederaufladbare Batterie eingebaut ist und welche die Energie dieser Batterie zum Betrieb verwenden, breite Anwendung finden.
  • Technischer Hintergrund
  • Die vorliegende Anmelderin entwickelte und stellt jetzt her und verkauft ein Hybridauto, genannt das HIMR, das kombinierten Gebrauch von einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor macht. In diesem Fahrzeug ist eine Drehstrom-Käfigankerinduktionsmaschine mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors als ein Motorgenerator gekoppelt, eine große Batterie ist in das Fahrzeug eingebaut, diese Batterie und die Käfigankerinduktionsmaschine sind durch einen in zwei Richtungen arbeitenden Stromrichter verbunden, und dieser Stromrichter wird durch eine Programmsteuerschaltung geregelt (siehe WO 88/06107).
  • Mit diesem System wird das an die Käfigankerinduktionsmaschine angelegte rotierende magnetische Feld so geregelt, dass die Käfigankerinduktionsmaschine einen Elektromotor bildet, wenn das Fahrzeug beschleunigt, und wenn das Fahrzeug abbremst (im Schiebebetrieb arbeitet), wird das an die Käfigankerinduktionsmaschine angelegte rotierende magnetische Feld so geregelt, dass die Käfigankerinduktionsmaschine einen Generator bildet. Die durch dieses System ausgeführte Regelung ist derart, dass die Batterie sich entlädt, wenn die Käfigankerinduktionsmaschine als ein Elektromotor verwendet wird, und die Batterie geladen wird, wenn sie als ein Generator verwendet wird. Mit anderen Worten wird dieses System so geregelt, dass es regeneratives Bremsen bereitstellt.
  • Dieses System ist in große Autobusse eingebaut worden und hat bei der Anwendung auf Busse im Stadtverkehr und auf Busse, die in Gebieten betrieben werden, wo es wichtig ist, Umweltverschmutzung äußerst niedrig zu halten, günstige Beurteilung gefunden. In den letzten Jahren ist Umweltverschmutzung durch die Abgase von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren ein Hauptproblem geworden, die Fahrzeugpreise sind gestiegen, und Treibstoff ist ganz schön teuer geworden. Dies hat zur Erörterung der Möglichkeit geführt, dass die meisten in städtischen Gebieten betriebenen Fahrzeuge Elektrofahrzeuge sein werden.
  • Das vorstehend beschriebene HIMR ist so ausgelegt, dass ein Batterieraum in dem Fahrzeug bereitgestellt wird, Batterien mit einer Klemmenspannung von 12V als Zellen der Einheit (im folgenden als Einheitszellen bezeichnet) verwendet werden, welche Batterien in großen Stückzahlen hergestellt und deshalb billig zu beschaffen sind, und dass fünfundzwanzig von diesen in den Batterieraum eingebaut und in Reihe geschaltet werden, um eine Gesamt-Klemmenspannung von 25×12V = 300V zu ergeben. Diese Anordnung wird, als eine Batterie zur Energieversorgung, zum Betreiben des Fahrzeugs verwendet.
  • Der Ausdruck „Einheitszelle" bedeutet hier die Einheit, welche die Batterie zur Energieversorgung, um das Fahrzeug zu betreiben, ausmacht, wenn eine Vielzahl davon in Reihe geschaltet werden. Obwohl zum Beispiel im Fall einer Blei-Speicherbatterie die chemischen Eigenschaften bedingen, dass die Klemmenspannung der kleinsten Einheitszelle (der Elementarzelle) 2V beträgt, umfasst eine kommerzielle Batterie im allgemeinen eine Vielzahl von diesen 2V-Zellen, die in Reihe geschaltet und in einem Gehäuse untergebracht sind. Zum Beispiel kann im Fall einer Blei-Speicherbatterie die Klemmenspannung der Einheitszelle 2V, 4V, 6V, 12V, 24V und so weiter betragen. Für andere Batteriearten wird die Klemmenspannung der Einheitszelle durch die chemischen Eigenschaften der Zelle und die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen bestimmt.
  • Die Anmelderin hat eine Internationale Patentanmeldung (siehe PCT/JP96/00966 und WO96/32651) betreffend die Überwachung von Einheitszellen eingereicht.
  • Der Erfinder war in der Lage, eine große Anzahl von den Betrieb und die Wartung der vorstehend erwähnten HIMR-Fahrzeuge betreffenden Berichten zu erhalten. Da Batterien beim wiederholten Laden und Entladen allmählich schlechter werden, müssen sie nach einer gewissen Zeit ersetzt werden. Nach dem Stand der Technik wurde jedoch die Lebensdauer einer Batterie bei der Regelung von Ladung und Entladung nicht in Betracht gezogen. Mit anderen Worten wurde bisher die Regelung von Ladung und Entladung der Batterien eines Elektrofahrzeuges gemäß den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, aber ohne Übermittlung des derzeitigen Zustandes der Batterie an das Regelsystem und Berücksichtigung des Batteriezustandes, durchgeführt.
  • Dies wird jetzt in mehr Einzelheiten erklärt. Wenn zum Beispiel angenommen wird, dass die Standard-Klemmenspannung einer Batterie wie vorstehend beschrieben 300V beträgt, dann besteht eine Gefahr der Beschädigung der Batterie, wenn die Klemmenspannung während der Ladung beim regenerativen Bremsen einen vorgeschriebenen Grenzwert (zum Beispiel 300V) übersteigt. Deshalb wurde bisher eine Regelung durchgeführt um sicherzustellen, dass dieser Grenzwert nicht übertroffen wird. Jedoch ist dieser Grenzwert tatsächlich der Sicherheitsgrenzwert, wenn die Batterie gut geladen ist, wogegen die Batterie bei einer sogar höheren Klemmenspannung wirkungsvoll geladen werden kann, wenn sie nicht gut geladen ist. Dies bedeutete, dass wenn das Bremspedal niedergedrückt und das Fahrzeug gebremst wird, Energie, die sonst als Reibungswärme der Bremsklötze verloren ginge, mittels weiteren regenerativen Bremsens als Energie zum Wiederaufladen der Batterie verwendet werden kann.
  • In einem Hybridfahrzeug ergibt sich eine ähnliche Situation, wenn das Beschleunigungspedal niedergedrückt wird und das Fahrzeug am Beschleunigen ist. Während des Beschleunigens wird nämlich das erforderliche Drehmoment zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor aufgeteilt, es wird jedoch damit gerechnet, dass es möglich ist, über ein Regelsystem zu verfügen, durch das für ein gegebenes Ausmaß an Verschiebung des Beschleunigungspedals (das heißt für eine gegebene Drehmomentanforderung) die Last an dem Verbrennungsmotor durch Erhöhen des Entladungsstroms verringert wird, wenn die Batterie gut geladen ist, wogegen wenn die Batterie nicht gut geladen ist, die Last an der Batterie verringert und die Last an dem Verbrennungsmotor erhöht wird.
  • Noch genauere Beobachtungen haben gezeigt, dass wenn zum Beispiel fünfundzwanzig in Reihe geschaltete Einheitszellen entladen werden, die Energie nicht gleichmäßig aus allen fünfundzwanzig Einheitszellen abgegeben wird. Überdies werden beim Laden nicht alle Einheitszellen gleich geladen. Dies ist leicht im Sinne von elektrischen Kennlinien zu verstehen, indem angenommen wird, dass der Innenwiderstand (R) der individuellen Einheitszellen nicht gleich ist. Da die Einheitszellen in Reihe geschaltet sind, ist der Strom (I) gleich, aber die Ladungs- oder Entladungsenergie pro Zeiteinheit (I2R) beim Laden und Entladen ist nicht gleich. Eine Einheitszelle mit einem höheren Innenwiderstand hat während des Ladens eine höhere Klemmenspannung als andere Einheitszellen, und hat umgekehrt während des Entladens eine niedrigere Klemmenspannung als andere Einheitszellen. Wenn in der Praxis die Einheitszellen als gleichförmig angenommen werden und alle wiederholt bei einer Standard- oder Nennspannung geladen und entladen werden, wird eine Zelle mit einem hohen Innenwiderstand letzten Endes während des Ladens unzureichend geladen, mit dem Ergebnis, dass allein diese Einheitszelle beschleunigte Qualitätsminderung durchmacht. Obwohl sie auf der Grundlage einer Reihenschaltung geladen und entladen wird, erlangt eine Einheitszelle mit einem hohen Innenwiderstand auch eine erhöhte Zellentemperatur, mit dem Ergebnis, dass ihre Kennlinie sich von derjenigen anderer Einheitszellen unterscheiden wird, und wiederum wird diese Einheitszelle letzten Endes vor den anderen Einheitszellen qualitätsvermindert sein.
  • Mit anderen Worten wurde herausgefunden, dass es ein wichtiger Faktor für die Verlängerung der Batterielebensdauer ist, den Maximalwert des Ladestroms oder den Maximalwert des Entladestroms nicht genau gemäß dem Zustand der Gesamtbatterie, sondern auch gemäß dem Zustand der einzelnen Einheitszellen zu bestimmen.
  • Der Erfinder hat verschiedene Versuche, wie das Unterbringen von Einheitszellen aus der gleichen Produktionscharge in einem Batterieraum durchgeführt. Es wurde gefunden, dass sogar wenn die kennzeichnenden Merkmale der Einheitszellen in einem neuen Fahrzeug gleich sind, sie Unterschiedlichkeit aufweisen, wenn das Fahrzeug für einen langen Zeitraum verwendet wurde, und ungleichmäßige Qualitätsminderung sich beschleunigt. Im allgemeinen werden nicht einzelne Einheitszellen einer Batterie ersetzt, sondern es werden eher alle Einheitszellen gleichzeitig ersetzt. Es ist daher offenkundig, dass die Anwendung gleichmäßiger Bedingungen, um die gesamte Batterie zu regeln, ein Grund verkürzter Batterielebensdauer ist. Darüber hinaus bildet die Verwendung und das darauffolgende Wegwerfen großer Anzahlen von Batterien eine neue Quelle der Umweltverschmutzung.
  • In der vorstehend erwähnten internationalen Patentanmeldung (PCT/JP96/00966) konnte das Ausmaß der Ladung für die einzelnen Einheitszellen überwacht und die Qualitätsminderung einer Einheitszelle in einem frühen Stadium entdeckt werden, indem jede in einer Batterie hoher Spannung beinhaltete Einheitszelle mit einer Ermittlungseinheit, in die ein Ermittlungs-Messfühler eingebaut ist, versehen wird. In Anbetracht der großen Anzahl von Einheitszellen, die mit der Ermittlungseinheit ausgerüstet werden müssen, hat jedoch der Erfinder weitere Untersuchungen der Struktur, mittels welcher die Ermittlungseinheit angebracht wird, mit dem Ziel, den Vorgang der Anbringung effizienter zu machen, durchgeführt.
  • Bisher wurde der Ladungszustand der in dem vorstehend beschriebenen Hybrid-Automobil oder in einem Elektrofahrzeug eingebauten Batterie beobachtet mittels:
    • 1) Klemmenspannung der Batterie
    • 2) Batteriespannung × Strom × Zeit,
    • 3) spezifische Dichte des Elektrolyten.
    wonach der Ladungszustand (ob gut geladen oder nicht gut geladen) angezeigt wurde.
  • Wie vorstehend erwähnt, kann das Ausmaß der Ladung für jede Einheitszelle überwacht und der Ladungszustand einer Einheitszelle bestimmt werden, indem jede in einer Batterie mit hoher Spannung beinhaltete Einheitszelle mit einer Ermittlungseinheit, in die ein Ermittlungs-Messfühler eingebaut ist, versehen wird. Trotzdem ist diese Anordnung auf die Überwachung des Zustandes der Ladung beschränkt. Das heißt sie gibt, wie im Fall des Tankens mit Kraftstoff, dem Verwender einen Maßstab um zu beurteilen, ob oder ob nicht es notwendig ist, die Batterie zu laden, welche die Antriebsenergie liefert, und um zu beurteilen, welche Entfernung noch ohne Laden gefahren werden kann, aber es ist keine Anordnung, die berichten kann, ob eine Einheitszelle, die unter normalen Bedingungen geladen wurde, in der Lage sein wird, zukünftiger Verwendung Stand zu halten. Mit anderen Worten beobachtet sie nicht die Lebensdauer der Batterie als solcher.
  • Dieser Punkt wird von einem anderen Gesichtswinkel aus erklärt. Einfach die Klemmenspannung zu überwachen, führt zu der Möglichkeit, dass obwohl eine Batterie in einem geladenen Zustand ist, diese Batterie in Wirklichkeit zerstört sein könnte, in welchem Fall ihre Ladungskapazität (Ampere × Stunden) tatsächlich klein sein könnte. Mit anderen Worten, die Entfernung, die das Fahrzeug tatsächlich fahren könnte, sobald die Batterie geladen wurde, könnte kurz sein, was zu einer Situation führen könnte, bei der das Fahrzeug auf der Straße liegen bleibt und nicht mehr in der Lage ist, weiter zu fahren.
  • Der Fahrer muss den Fahrersitz verlassen und eine Inspektionstür öffnen, um den Ladungszustand der Batterie heraus zu finden. Ein derartiger Feststellungsvorgang ist lästig, und es ist vorzuziehen, dass der Ladungszustand der Batterie am Fahrersitz angezeigt wird.
  • Eine Batterie wird mit wiederholtem Laden und Entladen allmählich schlechter und muss deshalb nach einer gewissen Zeit ersetzt werden. Eine sorgfältige Untersuchung von Wartungsberichten hat gezeigt, dass sogar für Busse, die auf Routen verkehren, die verhältnismäßig einheitliche Fahrbedingungen mit sich bringen, die Batterielebensdauer keineswegs einheitlich ist und eine große Schwankungsbreite aufweist. Es wurde auch bemerkt, dass obwohl Laden und Entladen an einer großen Anzahl von in Reihe geschalteten Einheitszellen durchgeführt wurde, jede Einheitszelle individuelle Merkmale aufwies. Mit anderen Worten erfolgte Laden und Entladen nicht in gleichmäßiger Weise, obwohl die Einheitszellen in Reihe geschaltet waren.
  • DE-4422005 bezieht sich auf einen Wagen, der einen Antriebsmotor mit einer Anzahl von Batterien zur Stromversorgung des Motors hat. Eine Verbindung zu einer externen Stromversorgung wird verwendet, um die Batterien zu laden, und eine Regeleinheit wird verwendet, um die Stromversorgung des Antriebsmotors zu regeln. Messfühler sind vorgesehen, um einen Arbeitsparameter oder einen elektrochemischen Zustand der Batterien während des Ladungs- oder Entladungskreislaufs herauszufinden. Messfühlersignale werden mit Eingängen einer Bewertungsvorrichtung verbunden, die ein Regelsignal an die Regeleinheit übermittelt, die den Ladungs- und Entladungsvorgang der einzelnen Batterien beeinflusst.
  • EP-A-0628833 beschreibt ein Batterieüberwachungssystem, um die Restkapazität einer Batterie zu überwachen. Das System hat einen Regler, um die Restkapazität einer Batterie zu bestimmen und dann, wenn die Batterie entladen wird, die ausgegebene Leistung an elektrischer Energie zu ermitteln. Das System korrigiert dann die Restkapazität in Abhängigkeit von der ausgegebenen Leistung an elektrischer Energie derart, dass die ausgegebene Leistung an elektrischer Energie zunimmt.
  • FR-A-2589008 beschreibt ein Überwachungssystem für eine elektrochemische Akkumulatorzeile, das serielle Vielfachübertragung der Daten jedes Akkumulators verwendet, um die Verwendung einer einzigen Kommunikationsverbindung zu ermöglichen.
  • Vor einem derartigen Hintergrund ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, den Ladungs- und Entladungsstrom von Zellen zu regeln, während der Zustand der Zellen beobachtet wird, um die Effizienz von Ladung und Entladung zu erhöhen und die Standardlebensdauern der Zellen zu erhöhen. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die Gesamtlebensdauer einer Batterie zu erhöhen. Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, so viel wie möglich von der durch die Bremsen verlorenen Energie zurückzugewinnen. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Regelsystem bereit zu stellen, das in der Lage ist, Regelung in einer solchen Weise durchzuführen, dass wenn eine Vielzahl von Einheitszellen in elektrischer Reihenschaltung verwendet werden, eine etwaige Unterschiedlichkeit in den Merkmalen dieser Einheitszellen durch Langzeitverwendung nicht erhöht wird und die Qualitätsminderung der Zellen gleichmäßig ist. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die Kosten einer Batterie für ein elektrisches Fahrzeug zu erniedrigen. Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die Batteriewartung zu vereinfachen.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine in ein Fahrzeug eingebaute Batterie bereitzustellen, an der Ermittlungseinheiten leicht und sicher angebracht werden können. Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine in ein Fahrzeug eingebaute Batterie derart bereitzustellen, dass weniger Zeit benötigt wird, um die Ermittlungseinheiten ein- und auszubauen. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine in ein Fahrzeug eingebaute Batterie bereitzustellen, wobei eine Ermittlungseinheit in das Gehäuse einer Einheitszelle eingesetzt wird und das An- und Abklemmen der Verbindungskabel bequemer ist. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, Mittel bereitzustellen mittels derer, wenn eine Zelle ersetzt wird, die Ermittlungseinheit nicht zusammen mit der Zelle entsorgt wird, sondern weiterverwendet werden kann.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, Mittel bereitzustellen, die in der Lage sind, an dem Fahrersitz eine Ladungswarnung und die Restmenge an Ladung anzuzeigen und die außerdem in der Lage sind, an dem Fahrersitz in breiten Unterteilungen den Zeitpunkt des Auswechselns der Batterie selbst anzuzeigen. Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, Mittel bereitzustellen, mittels derer die Zeitdauer oder die Entfernung, über die noch Fahren vor dem Auswechseln der Batterie möglich ist, abgeschätzt werden kann, indem am Fahrersitz fortlaufend der Zeitpunkt des Auswechselns der Batterie überwacht wird. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, Mittel bereitzustellen, mittels derer es möglich ist, eine Situation der Art zu vermeiden, wo der Zeitpunkt des Auswechselns der Batterie versäumt wurde und das Fahrzeug plötzlich aufhört zu fahren, während es noch auf der Straße ist. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, Mittel bereitzustellen, mittels derer Zellen eine häufige Wartung erhalten können und die Batterielebensdauer als Ganzes verlängert werden kann. Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, den Anteil der weggeworfenen Zellen zu verringern und dadurch die Umweltverschmutzung herab zu setzen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Regelsystem für eine in ein Fahrzeug eingebaute Batterie bereitgestellt, wobei das Regelsystem umfasst:
    • – einen mit der Antriebswelle eines Fahrzeugs gekoppelten Motorgenerator;
    • – eine in diesem Fahrzeug eingebaute Batterie;
    • – einen zwischen dieser Batterie und dem Motorgenerator bereitgestellten Stromrichter, wobei dieser Stromrichter Energie in beiden Richtungen weiterleitet;
    • – Mittel zum Regeln des Stromrichters, um diesen Stromrichter zu regeln;
    • – einen Messfühler für die Batterie, um den Zustand der Batterie zu ermitteln, einschließlich des Lade- und Entladestromes (i) der Batterie;
    • – eine Programmsteuerschaltung, umfassend Mittel zum Berechnen des Zeitintegrals I des Lade- und Entladestromes i: I = ∫idt + C
    • – worin C die der Anfangsmenge der Ladung entsprechende Integrationskonstante ist; und
    • – Mittel, die den Ladestrom zu der Batterie während des regenerativen Bremsens und den Entladestrom, wenn das Fahrzeug gefahren wird, gemäß einer Funktion des Zeitintegrals regeln, dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner umfasst
    • – eine Schnittstellenschaltung zwischen dem Messfühler für die Batterie und der Programmsteuerschaltung, um von diesem Messfühler ausgegebene Information mittels eines Funksignals zu übermitteln, und ein Anzeigemittel, das mit dem Ausgang der Programmsteuerschaltung verbunden ist, das sich auf mindestens eine Ladewarnung, die Restmenge an Ladung und den Zeitpunkt für das Auswechseln der Batterie bezieht, wobei Standardkennlinien für Strom und Spannung beim Laden und Entladen und eine Vielzahl von Kennlinien für Strom und Spannung beim Laden und Entladen, die Ausmaßen der Qualitätsminderung entsprechen, im Voraus in einem Speichermittel der Programmsteuerschaltung gespeichert sind, und die Programmsteuerschaltung Mittel umfasst, die sich auf die in diesem Speichermittel gespeicherten Kennlinien beziehen und die Qualitätsminderung der Batterie betreffende Informationen berechnen.
  • Der Motorgenerator ist vorzugsweise eine rotierende Maschine für Mehrphasen-Wechselstrom und hat einen Messfühler für Geschwindigkeit, um die Geschwindigkeit zu ermitteln mit der das Fahrzeug fährt, und einen Messfühler für Umdrehungen, um die Drehzahl des Motorgenerators zu ermitteln. Das Mittel zum Regeln des Stromrichters umfasst vorzugsweise Mittel zum Senden einer Regelausgabe an den Stromrichter gemäß den Ausgaben des Messfühlers für Geschwindigkeit und des Messfühlers für Umdrehungen und gemäß vom Fahrer gemachten Eingaben. Der Messfühler für die Batterie umfasst vorzugsweise Mittel zum Ermitteln der Temperatur (θ) der Batterie. Die vorstehend erwähnte Integralfunktion ist vorzugsweise ηI, wobei η der Ladungswirkungsgrad der Batterie ist und dieser Wirkungsgrad η vorzugsweise eine Funktion η(θ) der vorstehend erwähnten Temperatur ist.
  • Weiterhin ist es für den Messfühler für die Batterie bevorzugt, Mittel zum Ermitteln der Klemmenspannungen der Einheitszellen im Einzelnen zu umfassen, und für die Programmsteuerschaltung, Mittel zum Regeln des Ladestromes während des regenerativen Bremsens gemäß diesen Klemmenspannungen und Mittel zum Regeln des Entladestromes während der Fahrt des Fahrzeugs gemäß diesen Klemmenspannungen zu umfassen.
  • Das Mittel zum Regeln des Stromrichters empfängt die folgenden Ermittlungssignale: von dem Messfühler für Geschwindigkeit die Geschwindigkeit, mit der das Fahrzeug fährt; von dem Messfühler für Umdrehungen die Umdrehungszahl des Verbrennungsmotors; und von einem Messfühler für Strom den Lade- und Entladestrom (i) der Batterie; und es regelt den Stromrichter gemäß vom Fahrer gemachten Eingaben. Der Stromrichter führt Umwandlung von Wechselstrom zu Gleichstrom oder Umwandlung von Gleichstrom zu Wechselstrom zwischen der in das Fahrzeug eingebauten Batterie und dem mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Motorgenerator aus.
  • Im Verlauf dieser Regelung von Ladung und Entladung berechnet die Programmsteuerschaltung das Zeitintegral I des Lade- und Entladestroms (i) und regelt den Ladestrom zur Batterie während des regenerativen Bremsens und den Entladestrom, wenn das Fahrzeug gefahren wird, gemäß einer Funktion dieses Zeitintegrals I.
  • Wenn im Fall eines Elektrofahrzeugs das für den Entladungsstrom (i) berechnete Zeitintegral I einen vorgeschriebenen Wert überschritten hat, wird die durch Bremsen erzeugte elektrische Energie in weitem Maß durch die Batterie zurückgewonnen (wie zum Beispiel durch die schrägen Linien in 42(a) gezeigt wird). Wenn das für den Entladungsstrom (i) berechnete Zeitintegral I einen vorgeschriebenen Wert nicht überschreitet, ist die Batterie beinahe geladen und die durch Bremsen erzeugte elektrische Energie wird zurückgewonnen, wobei dies der Beschränkung unterliegt, dass Überladen vermieden wird (wie zum Beispiel durch die schrägen Linien in 42(b) gezeigt wird.
  • Wenn im Fall eines Hybridfahrzeugs (HIMR) das für den Entladungsstrom (i) berechnete Zeitintegral I einen vorgeschriebenen Wert überschritten hat (die Batterie geladen wird), wird elektrische Energie, die zurückgewonnen und gespeichert wurde, an den Motorgenerator geliefert, und ein großer Teil des Antriebsdrehmoments wird von dem Motorgenerator als einem Elektromotor beigesteuert (wie zum Beispiel durch die schrägen Linien in 43(a) gezeigt wird). Wenn das für den Ladestrom (i) berechnete Zeitintegral I einen vorgeschriebenen Wert nicht überschreitet, wird die Lieferung von elektrischer Energie an den Motorgenerator eingeschränkt (wie wenn unzureichendes Laden erfolgte, wie zum Beispiel in 43(b) gezeigt wird).
  • Indem also fortlaufend der Zustand von Ladung und Entladung der Batterie beobachtet wird und ihre Ladung und Entladung gemäß diesem Zustand geregelt wird, kann die Batterielebensdauer erhöht werden, so viel wie möglich der durch die Bremsen verlorenen Energie zurückgewonnen werden und es ist möglich, zu verhindern dass etwa vorhandene Unterschiedlichkeit unter den Einheitszellen bei Langzeitverwendung zunimmt.
  • Da die kennzeichnenden Merkmale einer Batterie sich mit der Temperatur verändern, kann der Ladungswirkungsgrad η der Batterie als eine Funktion der Temperatur (η(θ)) angegeben werden, wenn ein Mittel zum Ermitteln der Batterietemperatur (θ) umfassender Messfühler für die Batterie bereitgestellt ist, so dass das Zeitintegral I für den Lade- und Entladestrom (i) als Steuerinformation ηI , welche den Einfluss von Temperaturveränderung einschließt, verwendet werden kann. Dies ermöglicht es, die Ladungs- und Entladungssteuerung genauer und fehlerfreier vorzunehmen.
  • Indem der für jede Einheitszelle bereitgestellte Messfühler für die Batterie mit einem Funksender ausgerüstet wird, und indem ein Funkempfänger zum Empfang elektromagnetischer Wellen von diesen Sendern bereitgestellt wird, kann mittels Funksignalen von den Messfühlern für die Batterie ermittelte batteriebezogene Information übermittelt werden. Wenn die Messfühler für die Batterie die Klemmenspannung der Einheitszellen individuell ermitteln und diese Information mittels Funkwellen übermitteln, kann die Programmsteuerschaltung diese Information mittels des Funkempfängers empfangen und kann den Ladestrom während des regenerativen Bremsens und den Entladestrom, wenn das Fahrzeug gefahren wird, gemäß den ermittelten Klemmenspannungen regeln.
  • Das unterscheidende Merkmal eines zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine Konstruktion, mittels derer die Montage des Messfühlers für die Batterie und der Schnittstellenschaltung an einer Einheitszelle auf sichere Weise durch einen einfachen Vorgang durchgeführt werden kann.
  • Sie ist nämlich dadurch charakterisiert, dass mindestens ein Teil des Messfühlers für die Batterie und der Schnittstellenschaltung als eine in das Gehäuse der Batterie eingesetzte Einheit ausgestaltet ist, und diese Einheit ist so ausgebildet, dass sie frei an dem Batteriegehäuse anbring- und entfernbar ist.
  • Ein Raum zur Aufnahme des Batterieinformation ermittelnden Messfühlers für die Batterie und der Schnittstellenschaltung wird in einem Teil der oberen Fläche des Batteriegehäuses bereitgestellt. Ein Paar elektrisch mit den positiven beziehungsweise negativen Klemmen der Einheitszelle verbundener Haltevorrichtungen werden in diesen Raum in dem Gehäuse eingesetzt. Die Klemmen des Messfühlers für die Batterie werden gehalten, indem sie in diese Haltevorrichtungen eingefügt sind.
  • Indem ein Ermittlungs-Messfühler in einer Einheit untergebracht wird, eine Schnittstellenschaltung in dieser Einheit bereitgestellt wird und die Ausgabe des Ermittlungs-Messfühlers mittels eines Funksignals zu der Schnittstellenschaltung übermittelt wird, kann die ermittelte Batterieinformation ohne elektrische Verdrahtung herausbefördert werden, und diese Information kann in dem Batterieraum oder am Fahrersitz bekannt gemacht werden.
  • Dies kann zum Beispiel durch Bereitstellen eines Funksenders in einer Einheit, Bereitstellen eines Funkempfängers zum Empfang von Funkwellen von jedem Funksender und Anzeigen der von dem Funkempfänger empfangenen batteriebezogenen Information auf einer Anzeigevorrichtung verwirklicht werden.
  • Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Ladungswarnung bezüglich einer und die Restladungsmenge von einer in einem Fahrzeug eingebauten Batterie anzeigt, die Qualitätsminderung der Batterie (das heißt, die Batterielebensdauer) beobachtet und Information darüber, wann die Batterie ersetzt werden muss, anzeigt.
  • Das Ausmaß der Qualitätsminderung einer Batterie kann herausgefunden werden, indem die Klemmenspannung und der Entladungsstrom oder der Ladungsstrom überwacht wird. Im Fall der Beziehung zwischen Klemmenspannung und Entladungsstrom, wie auf der rechten Seite von 16 gezeigt, wird der Entladungsstrom I10 sein, sofern die Entladungskennlinie normal ist (S10), wenn die Spannung, bei der Ladung erforderlich ist, auf einen ersten vorbestimmten Wert V1 eingestellt wurde, jedoch wird der Entladungsstrom I13 betragen (I13<I10), wenn Ersatz der Batterie notwendig ist und die Entladungskennlinie wie durch die unterbrochene Linie (S13) gezeigt ist. Im Fall der Beziehung zwischen Klemmenspannung und Ladungsstrom wie auf der linken Seite der gleichen Abbildung gezeigt, wird der Ladungsstrom I20 sein, sofern die Ladungskennlinie normal ist (S20), wenn die Spannung, bei der die Ladung abgeschlossen ist, auf einen zweiten vorbestimmten Wert V2 eingestellt wurde, jedoch wird der Ladungsstrom I23 betragen (I23<I20), wenn Ersatz der Batterie notwendig ist und die Ladungskennlinie wie durch die unterbrochene Linie gezeigt ist. Folglich ändern sich die Ladungs- und Entladungskennlinien gemäß dem Ausmaß der Qualitätsminderung, und bei einer gegebenen Klemmenspannung nehmen bei fortschreitender Qualitätsminderung Entladungs- und Ladungsstrom ab.
  • Die Programmsteuerschaltung erhält während des Ladens und Entladens Information über Spannung und Strom der Batterie dieser Art und berechnet das Ausmaß der Qualitätsminderung. Dieses wird auf einem Mittel zum Anzeigen angezeigt, das in eine Ladungswarnung und Information betreffend die Restladungsmenge und den Zeitpunkt des Ersetzens der Batterie unterteilt ist.
  • Die vorstehend erwähnten Standard-Volt/Ampere-Kennlinien für Ladung und Entladung und eine Vielfalt von Volt/Ampere-Kennlinien für Ladung und Entladung, die dem Grad der Qualitätsminderung entsprechen, werden im Voraus in dem Speichermittel der Programmsteuerschaltung gespeichert. Nachdem gegebene Werte für Spannung und Strom mittels Messung erlangt sind, kann die Programmsteuerschaltung auf die in der Speicherschaltung gespeicherten Kennlinien Bezug nehmen und die Information über die Qualitätsminderung der Batterie berechnen. Die Spannungsinformation wird durch einen an Zellen oder an jeder die Batterie ausmachenden Einheitszelle angebrachten Messfühler für die Batterie ermittelt und die Programmsteuerschaltung empfängt diese Ermittlungsausgabe.
  • Die Schnittstellenschaltung zwischen dem Messfühler für die Batterie, der die Spannungsinformation ermittelt, und der Programmsteuerschaltung kann Mittel zum Übermitteln der Informationsausgabe durch diesen Messfühler mittels eines Funksignals umfassen. Indem zum Beispiel jede Einheitszelle mit einem Funksender versehen wird und indem ein Funkempfänger zum Empfang elektromagnetischer Wellen von diesen Sendern bereitgestellt wird, kann mittels eines Funksignals durch die Messfühler für die Batterie ermittelte batteriebezogene Information übermittelt werden, sogar wenn das Mittel zum Anzeigen von der Örtlichkeit, an der die Batterie untergebracht ist, entfernt liegt.
  • Das Mittel zum Anzeigen kann am Fahrersitz bereitgestellt werden, und kann Mittel zum Hinweisen darauf in breiten Untereinheiten umfassen, ob die Batterie in einem Zustand ist, in dem
    • (1) sie geladen wird,
    • (2) sie normal verwendet wird,
    • (3) Laden anzuraten ist
    • (4) Laden notwendig ist.
  • Das Mittel zum Anzeigen kann auch Mittel zum Hinweisen darauf in breiten Untereinheiten umfassen, ob die Batterie in einem Zustand ist, in dem
    • (1) keine Qualitätsminderung vorhanden ist,
    • (2) Inspektion empfohlen wird,
    • (3) Austausch der Batterie empfohlen wird,
    • (4) Austausch der Batterie notwendig ist.
  • Auf den Zustand, bei dem Inspektion empfohlen wird, kann hingewiesen werden, wenn ermittelt wird, dass in einigen der Einheitszellen Qualitätsminderung aufgetreten ist. Indem folglich nicht nur der Ladungszustand der Batterie angezeigt wird, sondern auch in unterteilter Weise am Fahrersitz der Zustand der Qualitätsminderung angezeigt wird, oder mit anderen Worten ob die Batterie in einem Zustand ist, bei dem Laden ihre fortgesetzte Verwendung ermöglichen würde, oder ob sie in einem Zustand ist, bei dem die Qualitätsminderung einen Grenzwert überschritten hat und Ersetzen erforderlich ist, kann der Fahrer unmittelbar gemäß dieser Information etwas unternehmen und kann eine Situation der An vermeiden, wo das Fahrzeug letzten Endes zum Anhalten kommt, während es auf der Straße ist, weil der Zeitpunkt für das Laden oder das Ersetzen der Batterie versäumt wurde. Da überdies die Zellen eine häufige Wartung erhalten können und die Batterielebensdauer als Ganzes verlängert werden kann, kann der Anteil der weggeworfenen Zellen verringert und die Umweltverschmutzung herabgesetzt werden.
  • Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie den Zustand (das heißt, die Lebensdauer) der in ein Fahrzeug eingebauten Zellen beobachtet und am Fahrersitz, in breiten Unterabteilungen, Information betreffend deren Ersetzungszeitpunkt anzeigt.
  • Sie ist nämlich dadurch gekennzeichnet, dass sie am Fahrersitz eine Anzeigeeinheit hat, und das vorstehend erwähnte Anzeigemittel mindestens zwei Unterabteilungen hat, wobei die erste Unterabteilung ein Mittel ist, um anzuzeigen, dass die Batterie in gutem Zustand ist, und die zweite Unterabteilung ein Mittel ist, um anzuzeigen, dass die Batterie in einem Zustand ist, in dem sie ersetzt werden sollte.
  • Eine mittlere Unterabteilung wird vorzugsweise zwischen der ersten Unterabteilung und der zweiten Unterabteilung bereitstellt, und zusätzlich zu diesen Unterabteilungen wird vorzugsweise ein leuchtendes Anzeigemittel bereitgestellt, um zu zeigen, dass das Ausmaß der Qualitätsminderung der Batterie groß ist.
  • Diese Anzeige ist verschieden von bisher bekannten Anzeigen, die wie vorstehend erwähnt anzeigen, ob oder ob nicht eine Batterie geladen ist, ob Laden notwendig ist und so weiter: Sie ist ein Gerät, das dem Fahrer anzeigt, wie viel Lebensdauer der wiederaufladbaren Batterie übrig ist, das heißt, wie lange die Batterie noch wiederholt geladen und entladen werden kann.
  • Der Grad der Qualitätsminderung einer Batterie kann herausgefunden werden, indem die Klemmenspannung und der Entladungsstrom oder der Ladungsstrom überwacht wird. Wenn die auf der rechten Seite der vorstehend erwähnten 16 gezeigte Entladungskennlinie als ein Beispiel herangezogen wird, ist die Entladungskennlinie einer neuen Batterie S10, wird jedoch mit fortschreitender Qualitätsminderung zu S11 und S12, und wird zu S13, wenn die Batterielebensdauer zu Ende ist und Ersetzen notwendig ist. Bei Betrachtung der Beziehung zwischen Klemmenspannung und Entladungsstrom, wie auf der rechten Seite von 16 gezeigt, wird überdies, wenn die Spannung, bei der Ladung erforderlich ist, auf einen ersten vorbestimmten Wert V1 eingestellt wurde, der Entladungsstrom I10 sein, sofern die normale Entladungskennlinie wie durch S10 gezeigt ist, wenn jedoch Ersatz der Batterie notwendig ist, wie durch die unterbrochene Linie gezeigt, wird die Entladungskennlinie S13 sein und der dem ersten vorbestimmten Wert V1 entsprechende Entladungsstrom wird I13(I13<I10) betragen. Wie auf der linken Seite von 16 gezeigt, ist die Ladungskennlinie einer neuen Batterie S20, wird jedoch mit fortschreitender Qualitätsminderung zu S21 und dann zu S22 und wird zu S23, wenn Ersetzen notwendig ist. Im Fall der Beziehung zwischen Klemmenspannung und Ladungsstrom, wie auf der linken Seite der gleichen Abbildung gezeigt, wird wenn die Spannung, bei der die Ladung abgeschlossen ist, auf einen zweiten vorbestimmten Wert V2 eingestellt wurde, der Ladungsstrom I20 sein, sofern eine neue Batterie vorhanden ist und die normale Ladungskennlinie S20 ist, jedoch wird der Ladungsstrom I23 betragen (I23<I20), wenn Ersatz der Batterie notwendig ist, wie durch die unterbrochene Linie gezeigt wird (das heißt, wenn die Betriebslebensdauer der Batterie beinahe zu Ende ist). Folglich ändern sich die Ladungs- und Entladungskennlinien gemäß dem Ausmaß der Qualitätsminderung, und bei einer gegebenen Klemmenspannung nehmen bei fortschreitender Qualitätsminderung der Entladungsstrom und der Ladungsstrom ab.
  • Ladungskennlinien und (oder) Entladungskennlinien für die Batterie, wie in 16 beispielhaft gezeigt, werden im voraus in dem Speichermittel der Programmsteuerschaltung gespeichert. Information über Spannung und Strom wird dann während des Ladens (das heißt, während des regenerativen Bremsens) oder des Entladens (das heißt, wenn das Fahrzeug von dem Elektromotor angetrieben wird) von der gleichen Art von Batterie gemessen, und diese Information wird an die Programmsteuerschaltung gesendet, wo sie mit den in dem Speichermittel gespeicherten Ladungskennlinien und/oder Entladungskennlinien verglichen wird. Dies macht es möglich, den Grad der Qualitätsminderung der Batterie zu berechnen und dann am Fahrersitz auf einer Anzeigevorrichtung als eine Ladewarnung und als eine Information bezüglich der Restmenge an Ladung und des Zeitpunkt für das Auswechseln der Batterie anzuzeigen.
  • Wie vorher erwähnt weist diese Anzeige, vorzugsweise in breiten Untereinheiten, auf Zustände hin, bei denen:
    • (1) keine Qualitätsminderung vorhanden ist,
    • (2) Inspektion empfohlen wird,
    • (3) Austausch der Batterie empfohlen wird,
    • (4) Austausch der Batterie notwendig ist.
  • Von diesen ist der Hinweis dass „Austausch der Batterie notwendig ist" eine Warnung, die anzeigt, dass die Batterie in einem hohen Ausmaß qualitätsgemindert und in einem gefährdeten Zustand ist. Deshalb ist es vorzuziehen, in diesem Fall eine Lampe aufleuchten zu lassen.
  • Diese Anzeige des Zustands der Qualitätsminderung der Batterie kann entlang der Ladungs- und Entladungsanzeige gezeigt werden, die zeigt, dass die Zeit zum Laden der Batterie gekommen ist (dies entspricht einem Kraftstoffmesser, der anzeigt wie viel Kraftstoff noch im Tank ist).
  • Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Laden auf individueller Grundlage geregelt wird, und dass eine Zelle, die beim Abschluss der Ladung eine festgelegte Spannung erreicht hat, mittels eines Nebenschlussweges für Strom mit einer Nachbarzelle verbunden wird und dadurch nicht mehr geladen wird.
  • Sie ist nämlich dadurch gekennzeichnet, dass sie für jede Einheitszelle einen Nebenschlussweg für Strom und einen Umschaltungs-Schaltkreis, der entweder diesen Nebenschlussweges für Strom oder aber die Einheitszelle auswählt, einen Mess-Schaltkreis, der die Klemmenspannung der Einheitszelle misst und eine Schaltsteuerschaltung, die gemäß von diesem Mess-Schaltkreis ausgegebener Information individuell den Umschaltungs-Schaltkreis steuert, bereitstellt.
  • Der Umschaltungs-Schaltkreis umfasst vorzugsweise ein Halbleiter-Schaltelement, und die Schaltsteuerschaltung wird vorzugsweise für jede einzelne Einheitszelle bereitgestellt. Der Mess-Schaltkreis, der Umschaltungs-Schaltkreis, der Nebenschlussweg und die Schaltsteuerschaltung sind vorzugsweise zu einer einzigen Einheit zusammengepackt, und vorzugsweise werden verbindende Halterungen zum Verbinden mit den positiven und negativen Klemmen der Einheitszelle bereitgestellt. Der Mess-Schaltkreis hat vorzugsweise Schaltungsmittel zum Aussenden einer Informationsausgabe, welche die Klemmenspannung der Einheitszelle in eine Vielzahl n von Niveaus unterteilen. Der Mess-Schaltkreis hat auch vorzugsweise Anzeigemittel zum Anzeigen der Informationsausgabe, die in eine Vielzahl n von Niveaus unterteilt wurde, auf der Oberfläche der vorstehend erwähnten Einheit. Im allgemeinen ist 2 ein passender Wert für n.
  • Durch diese Mittel kann eine Einheitszelle individuell davon ausgenommen. werden, geladen zu werden, wenn eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Einheitszellen geladen werden, indem der individuell bereitgestellte Stromnebenschluss zum Schließen (=Durchlassen) veranlasst wird. Folglich kann, wie vorstehend erwähnt, sogar wenn Unterschiedlichkeit der Kennlinien der Einheitszellen vorliegt und die Ladungszeitdauer für jede Zelle verschieden ist, jede Einheitszelle mit ihrer abweichenden Kennlinie in angemessener Weise geladen werden, indem sie von der Ladung ausgenommen wird, sobald ihre Ladung vollständig ist.
  • Eine alternative Anordnung ist es, einen Empfänger und für diesen Empfänger eine Schnittstellenschaltung bereitzustellen, welche die vorstehend erwähnte Informationsausgabe von jeder Einheitszelle erfasst. Mit dieser Anordnung kann die Gesamtsituation überwacht werden, weil Information bezüglich einer Vielzahl von Einheitszellen an einer Stelle erfasst werden kann. Folglich kann der Zustand einer Vielzahl von Einheitszellen auf zentralisierte Weise an einer Stelle geregelt werden.
  • Der Empfänger kann an den Körper des Fahrzeugs anmontiert sein, und die Schnittstellenschaltung kann Mittel zur Übertragung durch Funksignale umfassen. Dies kann dazu dienen, den Freiheitsgrad zu erhöhen, mit dem die Einheitszellen angeordnet werden können, ohne dass Verdrahtung an jede der Vielzahl von Einheitszellen gelegt wird, um die vorstehend erwähnte Informationsausgabe zu empfangen. Die Schnittstellenschaltung kann in diesem Fall zum Beispiel ein Funksender sein.
  • Eine alternative Anordnung ist es, die Programmsteuerschaltung mit Mitteln zum Verarbeiten der von dem Empfänger empfangenen Informationsausgabe von jeder Einheitszelle zu versehen. Dies ermöglicht es, den Zustand einer Vielzahl von Einheitszellen auf zentralisierte Weise an einer Stelle zu regeln. Wenn Datenanalyse von der Programmsteuerschaltung durchgeführt wird, kann eine Vielfalt nützlicher Informationen angezeigt werden: zum Beispiel der Zustand von Ladung und Entladung, und der Zustand der Qualitätsminderung der Batterie.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der wesentlichen Teile einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 zeigt den Ladungswirkungsgrad für eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3(a) dient zur Erklärung der Situation, in der sich eine Batterie gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlädt, während 3(b) dazu dient, Veränderungen bei der Ladungsmenge zu erklären.
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration zeigt, bei der in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Messfühler für die Batterie für jede Einheitszelle bereitgestellt wurde.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration zeigt, bei der in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Messfühler für die Batterie für jede Einheitszelle bereitgestellt wurde.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Hochspannungsbatterie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, nachdem sie eingebaut wurde.
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das die wesentlichen Teile einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration einer Einheitszelle zeigt, die zu einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehört.
  • 9 zeigt die Hochspannungsbatterie, die zu der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehört, nachdem sie eingebaut wurde.
  • 10 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 11 ist eine teilweise Ansicht im Querschnitt, welche die Konfiguration einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 12 zeigt ein Beispiel der Konfiguration eines Messfühlers für die Batterie in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 13 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der wesentlichen Teile einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 14 zeigt ein Beispiel der Anordnung der Mittel zum Anzeigen in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 15 zeigt ein Beispiel der Anzeige der Anzeigemittel in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 16 zeigt die Ladungs- und Entladungskennlinien einer zu der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehörenden Batterie.
  • 17 ist ein Flussdiagramm, das den Arbeitsablauf für die Batterieinformations-Anzeige in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 18 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 19 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der wesentlichen Teile einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 20 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel der Anordnung des Anzeigemittels und des Funkempfängers in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 21 zeigt die Verbindung zwischen einer Ermittlungseinheit und dem Funkempfänger in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 22 zeigt das grundlegende Konzept einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 23 zeigt die Konfiguration der wesentlichen Teile einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 24 zeigt die Konfiguration eines in einer siebenten Ausführungsform der. vorliegenden Erfindung verwendeten Halbleiter-Schaltelementes.
  • 25 zeigt die Beziehung zwischen Entladungskennlinien und Qualitätsminderung der Einheitszellen in einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 26 zeigt die Beziehung zwischen Ladungskennlinien und Qualitätsminderung der Einheitszellen in einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 27 ist ein Flussdiagramm, das den Arbeitsablauf des Detektors für den ersten voreingestellten Wert in einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 28 ist ein Flussdiagramm, das den Arbeitsablauf des Detektors für den zweiten voreingestellten Wert in einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 29 ist ein Flussdiagramm, das den Arbeitsablauf des Schaltreglers in einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 30 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration einer Einheitszelle in einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 31 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel von in ein Fahrzeug eingebauten Einheitszellen in einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 32 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel einer anderen Konfiguration einer Einheitszelle in einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 33 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der wesentlichen Teile einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 34 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamt-Konfiguration einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 35 zeigt die Rahmenstruktur des von dem Rundfunksender in einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung übermittelten Datensignals.
  • 36 ist ein Flussdiagramm, das den Arbeitsablauf der Programmsteuerschaltung in Bezug auf die Ermittlung des ersten voreingestellten Wertes in einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 37 ist ein Flussdiagramm, das den Arbeitsablauf der Programmsteuerschaltung in Bezug auf die Ermittlung des zweiten voreingestellten Wertes in einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 38 ist ein Flussdiagramm, das den Arbeitsablauf der Programmsteuerschaltung in Bezug auf die Ermittlung des Schalterbetriebes in einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 39 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel des äußeren Aussehens einer Einheitszelle in einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 40 ist eine Grundrissansicht, welche ein Beispiel der Anordnung der Anzeige in einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 41 zeigt ein Beispiel der Anbringung der Anzeige in einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 42(a) und (b) dienen dazu, die Rückgewinnung elektrischer Energie, die durch elektrisches Bremsen erzeugt wurde, zu erklären.
  • 43(a) und (b) dienen dazu, die Erzeugung von Antriebsdrehmoment durch Entladung zu erklären.
  • Beste Form der Ausübung der Erfindung
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der wesentlichen Teile einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen mit der Antriebswelle eines in ein Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotors 1 gekoppelten Motorgenerator 2, eine in diesem Fahrzeug eingebaute Batterie 3 und einen zwischen dieser Batterie 3 und dem Motorgenerator bereitgestellten Stromrichter 4, der in der Lage ist, Energie in beiden Richtungen weiter zu leiten und Mittel zum Regeln des Stromrichters 5, um diesen Stromrichter 4 zu regeln. Diese erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat auch einen Messfühler für die Batterie 6, um den Zustand der Batterie 3 zu ermitteln, einschließlich des Lade- und Entladestromes (i) der Batterie 3, und es werden auch Mittel zum Berechnen des Zeitintegrals I des Lade- und Entladestromes (i) bereitgestellt: I = ∫idt + C worin C die der Anfangsmenge der Ladung entsprechende Integrationskonstante ist, sowie eine Programmsteuerschaltung 7, die den Ladestrom zu der Batterie 3 während des regenerativen Bremsens und den Entladestrom, wenn das Fahrzeug gefahren wird, gemäß einer Funktion dieses Zeitintegrals regelt.
  • Der Motorgenerator 2 ist eine rotierende Maschine für Mehrphasen-Wechselstrom und hat einen Messfühler für Geschwindigkeit 8, um die Geschwindigkeit zu ermitteln, mit der das Fahrzeug fährt, und einen Messfühler für Umdrehungen 9, um die Drehzahl des Motorgenerators 2 zu ermitteln. Das Mittel zum Regeln des Stromrichters 5 umfasst Mittel zum Senden einer Regelausgabe an den Stromrichter 4 gemäß den Ausgaben des Messfühlers für Geschwindigkeit 8 und des Messfühlers für Umdrehungen 9 und gemäß vom Fahrer gemachten Eingaben.
  • Der Messfühler für die Batterie 6 umfasst Mittel zum Ermitteln der Temperatur (θ) der Batterie, und die vorstehend erwähnte Funktion des Integrals ist ηI, wobei η der Ladungswirkungsgrad der Batterie ist und dieser Wirkungsgrad eine Funktion η(θ) der vorstehend erwähnten Temperatur ist.
  • Der Kondensator 31 ist mit der Ausgangsseite des Stromrichters 4 verbunden, und die Spannungsermittlungsschaltung 32 zum Ermitteln der Ausgangsspannung des Stromrichters 4 ist mit der Batterie 3 verbunden. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 34 ist über den Abschalter 33 mit der Batterie 3 verbunden. Der Messfühler für die Batterie 6 beinhaltet einen Temperaturermittler (einen Thermistor) und ist an das Gehäuse einer aus der Vielzahl von Einheitszellen angeklebt.
  • Der Messfühler für die Batterie 6, der Messfühler für Geschwindigkeit 8, der Messfühler für Umdrehungen 9 und die Spannungsermittlungsschaltung 32 sind über die Schnittstellenschaltung 30 mit der Programmsteuerschaltung 7 verbunden. Obwohl in 1 weggelassen, sind ein Messfühler für die Beschleunigung, ein Messfühler für die Stellung der Gangschaltung, ein Messfühler für die Bremse, ein Messfühler für die Generatortemperatur und ein Messfühler für die Kupplung mit dieser Programmsteuerschaltung 7 verbunden.
  • 2 zeigt den zu einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehörenden Ladungswirkungsgrad. Der Ladungswirkungsgrad η der Batterie 3 verändert sich mit der Temperatur, wie in dieser Abbildung gezeigt, wobei er mit abnehmender Temperatur niedriger und mit zunehmender Temperatur höher wird. Als Folge davon unterscheidet sich das Ausmaß an Ladung der Batterie gemäß der Temperatur an irgendeinem jeweiligen Zeitpunkt, auch wenn der gleiche Ladestrom über einen gegebenen Zeitraum hinweg an die Batterie 3 geliefert wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Zellentemperatur einer aus der Vielzahl (zum Beispiel fünfundzwanzig) in Reihe geschalteter Einheitszellen erhalten, diese als die Temperatur der Hochspannungsbatterie als Ganzes betrachtet und der Ladestrom während des regenerativen Bremsens und der Entladestrom, wenn das Fahrzeug gefahren wird, werden gemäß dem Wert ηI geregelt, welcher der Ladungswirkungsgrad η bei dieser Temperatur, multipliziert mit dem für den Ladestrom (i) berechneten Zeitintegral I, ist.
  • Es wird nun eine Erklärung für die Wirkungsweise dieser auf diese Weise aufgebauten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
  • Während das Fahrzeug fährt, werden Entladung von der Batterie 3 und Laden der Batterie 3 fortlaufend in der in 3(a) gezeigten Weise durchgeführt, und das Ausmaß der Ladung der Batterie 3 verändert sich mit der Zeit wie in 3(b) gezeigt.
  • Wenn eine Bremskraft in dem rotierenden System erzeugt wird, erzeugt die Programmsteuerschaltung 7 gewöhnlich ein Regelsignal für den Stromrichter 4, an den Stator des Motorgenerators 2 ein rotierendes magnetisches Feld abzugeben, dessen Geschwindigkeit kleiner ist (zum Beispiel 97%, ein Schlupf von –3%) als die tatsächliche Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des Motorgenerators 2, wie vom Messfühler für Umdrehungen 9 gemessen. Unter diesen Umständen arbeitet der Motorgenerator 2 als ein Generator, und die erzeugte elektrische Energie wird von dem Stromrichter 4 in Gleichstrom-Energie umgewandelt und als ein Ladestrom an die Batterie 3 geliefert.
  • Wenn eine Antriebskraft an das Umdrehungssystem abgegeben wird, erzeugt die Programmsteuerschaltung 7 ein Regelsignal für den Stromrichter 4, an den Stator des Motorgenerators 2 ein rotierendes magnetisches Feld abzugeben, dessen Geschwindigkeit größer ist (zum Beispiel 102%, ein Schlupf von +2%) als die tatsächliche Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors des Motorgenerators 2, wie vom Messfühler für Umdrehungen 9 gemessen. Unter diesen Umständen wird ein Gleichstrom aus der Batterie 3 herausgezogen, durch den Stromrichter 4 in einen mehrphasigen Wechselstrom umgewandelt und an den Motorgenerator 2 geliefert, der in seiner Eigenschaft als ein Elektromotor eine Hilfs-Antriebskraft an den Verbrennungsmotor 1 abgibt.
  • Ein unterscheidendes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass während der Ladungs- und Entladungsregelung dieser Art der Lade- und Entladungsstrom geregelt wird, während der Zustand der Batterie 3 beobachtet wird. Das heißt, die Programmsteuerschaltung 7 erhält den von dem Messfühler für Strom 10 ermittelten Ladungsstrom (i) der Batterie 3, die von dem Batterie-Messfühler 6 ermittelte Temperatur der Batterie 3 und die von Spannungsermittlungsschaltung 32 ermittelte Klemmenspannung (V), und berechnet das Zeitintegral I des Lade- und Entladungsstromes (i) der Batterie 3: I = ∫idt + C (Ampèrestunden) C ist eine Integrationskonstante, die der Anfangsmenge der Ladung entspricht. Die geladene Energie ist: I × V (Wattstunden).
  • Die Lieferung von Ladestrom zur Batterie 3 während des regenerativen Bremsens und die Lieferung von Entladungsstrom zum Motorgenerator 2, wenn das Fahrzeug angetrieben wird, werden gemäß dem Wert ηI geregelt, welcher durch Multiplizieren dieses Zeitintegrals I mit dem Batteriewirkungsgrad η erhalten wird, der eine Funktion der Batterietemperatur ist. Diese Regelung wird derart ausgeführt, dass die Lieferung von Ladestrom und die Lieferung von Entladungsstrom innerhalb des für die Ladungsmenge vorgeschriebenen erlaubten Bereiches liegen. Das heißt, dass wenn das Ausmaß der Ladung der Batterie 3, wie in 3(b) gezeigt, den oberen Grenzwert des erlaubten Grenzwertes übersteigt, Überladung stattfindet und deshalb die Ladung begrenzt wird, und wenn das Ausmaß der Ladung der Batterie 3 unter den unteren Grenzwert des erlaubten Grenzwertes abfällt, die Entladung zu dem Motorgenerator 2 begrenzt wird.
  • Die Qualitätsminderung der Einheitszellen, welche die Batterie ausmachen, unterscheidet sich individuell. Demgemäss wird für jede Einheitszelle ein Batterie-Messfühler bereitgestellt, der Lade- und Entladungsstrom (i) wird für jede Einheitszelle ermittelt, und sein Zeitintegral I wird berechnet, woraufhin der Ladungsstrom zu der Batterie während des regenerativen Bremsens und der Entladungsstrom, wenn das Fahrzeug gefahren wird, gemäß einer Funktion des Zeitintegrals I geregelt werden können.
  • Es wird jetzt eine Erklärung für eine Ausführungsform gegeben, bei für jede Einheitszelle ein Batterie-Messfühler bereitgestellt wurde. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration zeigt, bei der für jede Einheitszelle in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Batterie-Messfühler bereitgestellt wurde, während 5 eine perspektivische Ansicht ist, welche die Konfiguration einer Einheitszelle zeigt, wenn für jede Einheitszelle in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Batterie-Messfühler bereitgestellt wurde.
  • In diesem Beispiel ist eine Vielzahl n (wobei n 25 ist) von 12V – Einheitszellen 11 in Reihe verbunden und ein Batterie-Messfühler 6 ist zwischen der positiven Klemme 11a und der negativen Klemme 11b jeder Einheitszelle 11 über ein Paar Verbinder 12 verbunden. Die positive Klemme 11a und die negative Klemme 11b jeder Einheitszelle 11 sind durch Verbindungskabel 14 verbunden.
  • Jeder Batterie-Messfühler 6 ist mit den vorstehend erwähnten Mitteln zum Ermitteln der Batterie-Temperatur θ und einer Licht aussendenden Anzeigeschaltung versehen. Diese letztere umfasst eine erste Licht aussendende Anzeigeschaltung 13a, die durch Aussenden von Licht anzeigt, wenn die Spannung zwischen der positiven Klemme 11a und der negativen Klemme 11b bei oder weniger als einem voreingestellten Wert V1 ist, und eine zweite Licht aussendende Anzeigeschaltung 13b, die durch Aussenden von Licht einer von derjenigen der ersten Licht aussendende Anzeigeschaltung 13a verschiedenen Farbe anzeigt, wenn diese Spannung einen zweiten voreingestellten Grenzwert V2 überschreitet.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Hochspannungsbatterie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, nachdem sie angebracht wurde. Einheitszellen 11, wie vorstehend beschrieben, werden in dem Batterieträger 21 in einem Batteriefach gehalten, das in dem unteren Teil des Fahrzeugkörpers bereitgestellt ist, und werden von der Außenwelt durch die Tür 22, die geöffnet und geschlossen werden kann, abgeschirmt.
  • In diesem Beispiel erfasst die Programmsteuerschaltung 7 Ermittlungsausgaben von jeder Einheitszelle 11, berechnet das von dem Strom-Meßfühler 10 ermittelte Zeitintegral I des Lade- und Entladungsstromes (i) und regelt den Lade- und Entladungsstrom gemäß einer Funktion dieses Zeitintegrals I, welches den Wirkungsgrad der Ladung η beinhaltet, der von der Temperatur der Einheitszelle 11 abhängig ist.
  • Zur gleichen Zeit zeigt die Programmsteuerschaltung 7 den Ladungszustand jeder Einheitszelle 11 an, indem sie die erste Licht aussendende Anzeigeschaltung 13a dazu veranlasst, rot aufzuleuchten, wenn die Klemmenspannung dieser Einheitszelle 11 auf oder unter den ersten voreingestellten Grenzwert V1 fällt, wobei dies als ein Zeichen für ungenügende Ladung angesehen wird, und indem sie die zweite Licht aussendende Anzeigeschaltung 13b dazu veranlasst, grün aufzuleuchten, wenn die Klemmenspannung den zweiten voreingestellten Grenzwert V2 übersteigt, wobei dies als ein Zeichen dafür angesehen wird, dass die Einheitszelle in einem geladenen Zustand ist.
  • Wie vorstehend erklärt, regelt die vorstehende Erfindung die Ladung und Entladung der Batterie, welche Energie für den Antrieb eines Fahrzeugs liefert, und beobachtet zur gleichen Zeit den Zustand der Batterie. Die vorstehende Erfindung kann dadurch den Batterie-Wirkungsgrad erhöhen und die Betriebslebensdauer der Batterie erhöhen. Sie ist auch in der Lage, so viel wie möglich von der durch die Bremsen verlorengegangenen Energie zurück zu gewinnen, und wenn eine Unterschiedlichkeit der Kennlinien der Einheitszellen vorhanden ist, kann sie verhindern, dass diese Unterschiedlichkeit wegen der Verwendung der Batterie über einen langen Zeitraum hinweg zunimmt. Sie kann auch die Kosten einer in ein Fahrzeug eingebauten Batterie verringern und kann die Wartung der Batterie vereinfachen.
  • Zweite Ausführungsform
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das die wesentlichen Teile einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Gemäß dieser zweiten Ausführungsform umfasst die Schnittstellenschaltung 30 zwischen dem Batterie-Messfühler 6 und der Programmsteuerschaltung 7 in der ersten Ausführungsform Mittel zur Verwendung eines Funksignals, um die Informations-Ausgabe von diesem Messfühler zu übermitteln; umfasst der Batterie-Messfühler 6 Mittel zum jeweils einzelnen Ermitteln der Klemmenspannung der Einheitszellen 11; und umfasst die Programmsteuerschaltung 7 Mittel zum Regeln des Ladestromes während des regenerativen Bremsens gemäß dieser Klemmenspannung und Mittel zum Regeln des Entladungsstromes, während das Fahrzeug gefahren wird, gemäß dieser Klemmenspannung.
  • Jede Einheitszelle 11 ist mit einem Sender 15 als Mittel zum Übermitteln mittels eines Funksignals versehen, und es wird ein Funkempfänger 17 bereitgestellt, der die sich durch den Raum fortpflanzenden elektromagnetischen Wellen, nachdem sie von diesen Sendern 15 ausgesendet wurden, empfängt, und der die von den Batterie-Messfühlern 6 ermittelten Ausgaben demoduliert.
  • Der Sender 15 und der Batterie-Messfühler 6 sind in einer Ermittlungseinheit 20 enthalten, und diese Ermittlungseinheit 20 umfasst auch den Oszillator 16, um in den freien Raum hinaus eine elektromagnetische Welle auszusenden, die gemäß der Ermittlungsausgabe des Batterie-Messfühlers 6 moduliert wurde, und die Licht aussendende Anzeigeschaltung 13, welche gemäß der Ermittlungsausgabe des Batterie-Messfühlers 6 anzeigt, ob die Einheitszelle 11 in einem abnormalen oder normalen Zustand ist. Wie in der ersten Ausführungsform umfasst die Licht aussendende Anzeigeschaltung 13 eine erste Licht aussendende Anzeigeschaltung 13a und eine zweite Licht aussendende Anzeigeschaltung 13b. Das optische Anzeigemittel 18 ist mit dem Funkempfänger 17 verbunden und zeigt seine demodulierte Ausgabe an.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration einer Einheitszelle zeigt, die zu einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehört. Der Sender 15 ist entfernbar und wieder anbringbar mittels einer Klammer 19 an der Einheitszelle 11 befestigt. Der Oszillator 16 innerhalb des Senders 15 umfasst Mittel, welche die Erzeugung elektromagnetischer Wellen unterbrechen, wenn die Spannung zwischen der positiven Klemme 11a und der negativen Klemme 11b einen voreingestellten Wert übersteigt, und beginnt die Erzeugung elektromagnetischer Wellen, wenn diese Spannung auf oder unter einen voreingestellten Wert abgefallen ist.
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Hochspannungsbatterie, die zu der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehört, nachdem sie angebracht wurde, zeigt. Die Einheitszellen 11 sind in Reihe geschaltet und werden wie in der ersten Ausführungsform mittels einem Batterieträger 21 in einem Batteriefach gehalten, das in dem unteren Teil der Mitte des Fahrzeugkörpers bereitgestellt ist. Der Funkempfänger 17, die optischen Anzeigemittel 18 und der Abschalter 33 sind in der Nähe dieses Batterieträgers 21 angeordnet, und der Batterieträger 21 wird von der Außenwelt durch die Tür 22, die geöffnet und geschlossen werden kann, abgeschirmt. Der Abschalter 33 wird von einer Wartungsperson bedient, wenn Wartung durchgeführt wird, und dient dazu, die Verbindung zwischen der Batterie und dem Stromrichter 4 und der Masse zu unterbrechen. Der Funkempfänger 17 und das optische Anzeigemittel 18 können auch am Fahrersitz angeordnet sein, in welchem Fall der Funkempfänger 17 und eine Energieversorgung mittels eines Antennenkabels verbunden sind.
  • Die Batterie-Messfühler 6 ermitteln im Einzelnen die Klemmenspannungen der Einheitszellen 11, und wenn die Klemmenspannung irgendeiner Einheitszelle 11 bei oder unter einem vorgeschriebenen Wert liegt, wird diese Ermittlungsausgabe zu dem Oszillator 16 gesendet, woraufhin der Oszillator 16 gemäß dieser Ermittlungsausgabe eine elektromagnetische Welle erzeugt. Diese elektromagnetische Welle wird von dem Funkempfänger 17 empfangen, demoduliert, und die entstandene Ausgabe an das optische Anzeigemittel 18 übermittelt. Das optische Anzeigemittel 18 empfängt diese Ausgabe und leuchtet rot auf, wodurch die Tatsache angezeigt wird, dass sich in irgendeiner Einheitszelle 11 eine abnormale Situation entwickelt hat. Unter diesen Umständen arbeitet eine Licht aussendende Anzeigeschaltung 13 ebenfalls in der Art wie in der ersten Ausführungsform und veranlasst die erste Licht aussendende Anzeigeschaltung 13a und die zweite Licht aussendende Anzeigeschaltung 13b zum Aufleuchten.
  • Die Programmsteuerschaltung 7 empfängt die Ermittlungsausgabe von dem Batterie-Messfühler 6 und regelt den Ladestrom während des regenerativen Bremsens gemäß der ermittelten Klemmenspannung und regelt auch den Entladestrom, wenn das Fahrzeug gefahren wird, gemäß dieser Klemmenspannung.
  • Weil folglich der Vorgang der Ermittlung der Spannung automatisch und für jede Einheitszelle 11 getrennt durchgeführt wird, kann durch einfaches Öffnen der Türe 22 und ohne den Batterieträger 21 herauszuziehen ermittelt werden, welche Einheitszelle 11 einen abnormalen Zustand entwickelt hat, wenn Benachrichtigung durch das Aufleuchten des optischen Anzeigemittels 18 erhalten wurde. Wenn die Einheitszelle 11, die einen abnormalen Zustand entwickelt hat, ersetzt wird, wird die Klemmenspannung den voreingesetzten Wert übersteigen und deshalb wird der Oszillator 16 aufhören, elektromagnetische Wellen zu erzeugen.
  • Dritte Ausführungsform
  • 10 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, während 11 eine diese Konfiguration zeigende teilweise Ansicht im Querschnitt ist.
  • In dieser dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist wie in der in 7 veranschaulichten zweiten Ausführungsform mindestens ein Teil des Batterie-Messfühlers 6 und der Schnittstellenschaltung 30 in einer Ermittlungseinheit 20 enthalten, und diese Ermittlungseinheit 20 ist in das Gehäuse der Einheitszelle 11 eingesetzt, so dass sie frei befestigbar und abnehmbar ist. Außerdem umfasst mindestens ein Teil der Schnittstellenschaltung 30 Mittel zum Übermitteln der Ausgabe des Batterie-Messfühlers 6 mittels Funksignalen.
  • Gemäß dieser Konfiguration ist ein Aufnahmeraum 23 zur Aufnahme der Ermittlungseinheit 20 in der oberen Oberfläche des Gehäuses der Einheitszelle 11 ausgebildet, und ein Paar Verbinder 25 sind an den beiden Enden dieses Aufnahmeraumes ausgebildet. Ein Ende der Verbinder 25 ist an der positiven Klemme 11a beziehungsweise der negativen Klemme 11b der Einheitszelle 11 befestigt, und Haltevorrichtungen 24 sind an den anderen Enden der Verbinder 25 befestigt. Verbindungsklemmen 20a und 20b sind an den Haltevorrichtungen 24 entsprechenden Stellen der Ermittlungseinheit 20 bereitgestellt. Diese Verbindungsklemmen 20a und 20b sind als Metallzylinder ausgebildet, und die Haltevorrichtungen 24 werden aus elastischen Metallstreifen gebildet, um den Umfang dieser Verbindungsklemmen 20a und 20b mit einem vorgeschriebenen Kontaktdruck zu umgreifen. An der Oberseite dieser Haltevorrichtungen ist ein Öffnung, um das Anbringen der Verbindungsklemmen 20a und 20b zu ermöglichen, bereitgestellt. Der Rest der Konfiguration ist der Gleiche wie bei der zweiten, in 7 gezeigten Ausführungsform. Die Ermittlungseinheit 20 ist mit einem Batterie-Messfühler 6 versehen und ebenfalls, als Teil der Schnittstellenschaltung, mit einem Oszillator 16 zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen gemäß der Ermittlungsausgabe des Batterie-Messfühlers 6 und einem Sender 15 zum Modulieren und Aussenden der elektromagnetischen Wellen.
  • Die Licht aussendende Anzeigeschaltung 13 zum Anzeigen der Abnormalität oder Normalität der Einheitszelle 11 gemäß dieser Ermittlungsausgabe ist mit dem Batterie-Messfühler 6, wie in der gleichen Abbildung gezeigt, verbunden. Diese Licht aussendende Anzeigeschaltung 13 umfasst eine erste Licht aussendende Anzeigeschaltung 13a, welche durch Aussenden eines roten Lichtes anzeigt, wenn die Spannung zwischen der positiven Klemme 11a und der negativen Klemme 11b auf oder unter einen ersten voreingestellten Wert V1 abgefallen ist, und eine zweite Licht aussendende Anzeigeschaltung 13b, die durch Aussenden eines grünen Lichtes anzeigt, wenn die Spannung einen zweiten voreingestellten Wert V2 übersteigt.
  • In dieser dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Hochspannungsbatterie in einem Batterieträger 21 in der gleichen Weise wie in der zweiten, in 9 veranschaulichten Ausführungsform untergebracht.
  • 12 zeigt ein Beispiel der Konfiguration eines Messfühlers für die Batterie in dieser dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In diesem Beispiel verwendet der Batterie-Messfühler 6 eine rotes Licht aussendende Diode LED1 und eine grünes Licht aussendende Diode LED2. In dieser gleichen Zeichnung ist COM 1 ein erster Komparator, COM 2 ein zweiter Komparator und ZD eine Zenerdiode. Obwohl in dieser Schaltungskonfiguration der vorstehend erwähnte erste voreingestellte Wert V1 und der zweite voreingestellte Wert V2 der Klemmenspannung auf den gleichen Wert eingestellt wurden, ist es auch machbar, den zweiten voreingestellten Wert V2 unter dem ersten voreingestellten Wert V1 einzustellen.
  • Es wird nun eine Erklärung des Anzeigebetriebes des in 12 gezeigten Batterie-Messfühlers 6 gegeben. Unter der Voraussetzung, dass der erste voreingestellte Wert V1 = zweiter voreingestellter Wert V2 = VZ ist, dann wird die Zenerdiode ZD leitfähig und ein Strom A wird fließen, wenn die Spannung der 12V-Einheitszelle 11 größer als der voreingestellt Wert VZ ist. Als ein Ergebnis wird die grünes Licht aussendende Diode LED2 aufleuchten, wodurch sie anzeigt, dass keine Abnormalität vorliegt.
  • Wenn die Spannung der Einheitszelle 11 größer als der voreingestellt Wert VZ ist, befinden sich die Spannungen Va und Vb, die an der Eingangsseite des ersten Komparators COM1 anliegen, in der Beziehung Va<Vb, und deshalb fließt ein Strom B durch den ersten Komparator COM1. Als ein Ergebnis fließt ein Strom C nicht durch den zweiten Komparator COM2, und die rotes Licht aussendende Diode LED1 leuchtet nicht.
  • Wenn die Spannung der Einheitszelle 11 auf oder unter den voreingestellten Wert VZ fällt, hört die Zenerdiode ZD auf, leitfähig zu sein, und in Folge dessen verschwindet der Strom A. Die an der Eingangsseite des ersten Komparators COM1 anliegenden Spannungen sind dann in der Beziehung Va>Vb, und ein Strom B fließt in der negativen Richtung durch den ersten Komparator COM1. Dieses Fließen des Stromes B wird von einem Fließen des Stromes C durch den zweiten Komparator COM2 begleitet, und als ein Ergebnis wird die rotes Licht aussendende Diode LED1 aufleuchten, wodurch sie anzeigt, dass die Spannung der Einheitszelle 11 auf oder unter den voreingestellten Wert VZ gefallen ist. Die grünes Licht aussendende Diode LED2 wird zu diesem Zeitpunkt ebenfalls leuchten, wodurch sie anzeigt, dass die Funktion der Spannungsermittlung in normaler Weise durchgeführt wurde und dass als ein Ergebnis eine Abnormalität ermittelt wurde.
  • Spannungsermittlung dieser Art wird automatisch und getrennt für jede der fünfundzwanzig Einheitszellen 11 durchgeführt. Der Fahrer kann daher den Zustand der Hochspannungs-Batterie durch einfaches Öffnen der in 6 oder 9 abgebildeten Türe 22 und ohne den Batterieträger 21 herauszuziehen, visuell ermitteln. Wenn alle Licht aussendenden Dioden LED1 und LED2 nicht leuchten, kann der Fahrer daraus schließen, dass ein Kontakt 25 nicht richtig angebacht ist oder dass eine Abnormalität in einem Batterie-Messfühler 6 vorliegt und so weiter.
  • Wie vorstehend erklärt wurde, kann gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Anbringung einer einen Batterie-Messfühler beinhaltenden Ermittlungseinheit mittels eines einfachen Vorgangs bewerkstelligt werden, und ein Zustand des Angebrachtseins, der gegen Schwingungen stabil ist, kann aufrecht erhalten werden. Als ein Ergebnis können die zum Anbringen und Entfernen einer Vielzahl von Ermittlungseinheiten benötigten Arbeitsstunden verringert werden, und da die Ermittlungseinheit, wenn sie angebracht ist, innerhalb des Gehäuses der Einheitszelle eingelassen ist, wird der Vorgang des Verbindens und Trennens der Verbindungskabel zum miteinander Verbinden der Einheitszellen effizienter gemacht. Da die Ermittlungseinheiten entfernt und wieder angebracht werden können, ist es möglich, den mit Abfall behafteten Vorgang des Wegwerfens einer Ermittlungseinheit zusammen mit einer Zelle, wenn die Zelle ersetzt wird, zu vermeiden.
  • Vierte Ausführungsform
  • 13 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der wesentlichen Teile einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • In dieser vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Anzeigemittel 26 zum Anzeigen von die Batterie 3 betreffender Information an dem Fahrersitz angeordnet, wie in 14 gezeigt; die Programmsteuerschaltung 7 hat Speichermittel 7a und Mittel, welche das Laden und die Entladung der in das Fahrzeug eingebauten Batterie 3 betreffende Spannungs- und Strominformation erlangen und welche Batterie 3 betreffende Information berechnen; und das Anzeigemittel 26 ist mit der Ausgabe dieser Programmsteuerschaltung 7 verbunden, wobei sich das Anzeigemittel 26 auf mindestens eine Ladungswarnung, die Restmenge an Ladung und den Zeitpunkt des Ersetzens der Batterie bezieht.
  • Die Standardkennlinien für Strom und Spannung beim Laden und Entladen und eine Vielzahl von Kennlinien für Strom und Spannung beim Laden und Entladen, die Ausmaßen der Qualitätsminderung entsprechen, sind im Voraus in einem Speichermittel 7a der Programmsteuerschaltung 7 gespeichert, und die Programmsteuerschaltung 7 umfasst Mittel, die sich auf die in dem Speichermittel 7a gespeicherten Kennlinien beziehen und die Qualitätsminderung der Batterie betreffende Informationen berechnen. Im Übrigen ist die Konfiguration die Gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Wie in 15 gezeigt, hat das Anzeigemittel 26 einen Anzeiger für Qualitätsminderung 26a, der den Zustand der Qualitätsminderung der Einheitszellen 11 anzeigt, und einen Anzeiger für Ladung 26b, der den Ladungszustand der Einheitszellen 11 anzeigt. Der Anzeiger für Qualitätsminderung 26a links gibt einen sich auf die Batterielebensdauer beziehende Hinweis, während der Anzeiger für Ladung 26b rechts einen Hinweis des Ladungszustandes gibt, oder mit anderen Worten gibt er einen Hinweis mit der gleichen Bedeutung wie eine Tankanzeige. Eine Anzeige wie die durch den Anzeiger für Ladung 26b gegebene ist bisher in breitem Umfang in elektrischen Fahrzeugen angewendet worden.
  • Der Anzeiger für Qualitätsminderung 26a ist gemäß unterschiedlichen Zuständen der Qualitätsminderung unterteilt in den Zustand G (grün), der anzeigt dass keine Qualitätsminderung vorhanden ist, den Zustand Y (gelb), der anzeigt, dass Inspektion empfohlen wird, den Zustand R (rot), der anzeigt, dass Austausch der Batterie empfohlen wird, und den Zustand E (Aufleuchten oder Blinken einer roten Lampe), der anzeigt, dass Austausch der Batterie notwendig ist.
  • Außerdem ist der Anzeiger für Ladung 26b in den Zustand G (grün), der normale Verwendung anzeigt, und den Zustand R (rot), der anzeigt dass Laden notwendig ist, unterteilt. Es gibt zusätzliche Hinweise gemäß der Stellung des Zeigers 27b. Wenn der Zeiger 27b in der Nähe der Marke „F" in der G-Zone ist, wird ein Zustand guten Geladenseins angezeigt, wogegen wenn er innerhalb der G-Zone, aber in der Nähe der R-Zone ist, der Hinweis ist, dass Laden anzuraten ist.
  • Die Hinweise zur Qualitätsminderung gemäß der Erfindung sind wie folgt. Wenn der Zeiger 27a in der G-Zone ist, sind die Einheitszellen 11 normal und können ohne Ersetzen weiter verwendet werden, wenn Laden gemäß der Ladeanzeige durchgeführt wird. Wenn der Zeiger 27a in der Y-Zone ist, ist Inspektion notwendig und die Fahrt sollte nicht fortgesetzt werden. Wenn der Zeiger 27b in der R-Zone ist, muss ohne Verzug Inspektion durchgeführt werden und irgendwelche durch die Ergebnisse der Inspektion angezeigten Maßnahmen müssen befolgt werden. Wenn die rote Lampe leuchtet oder blinkt, so zeigt dies, dass die Batterie vollständig qualitätsgemindert ist, und deshalb ist sofortiger Austausch der Batterie notwendig.
  • 16 zeigt die Ladungs- und Entladungskennlinien einer Batterie gemäß dieser vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Qualitätsminderung der Batterie kann mittels der Beziehung zwischen der Klemmenspannung beim Gebrauch und dem Entladungsstrom oder Ladestrom beobachtet werden. In dem Fall der Beziehung zwischen der Klemmenspannung und dem Entladungsstrom, wie auf der rechten Seite von 16 gezeigt, ist die Entladungskennlinie der Batterie S10, wenn die Spannung, bei der Ladung benötigt wird, auf einen ersten voreingestellten Wert V1 eingestellt wurde und die Batterie nicht qualitätsgemindert ist, und wenn die Klemmenspannung V1 beträgt, ist der Entladungsstrom I10. Wenn die Batterie ein wenig Qualität verliert und ihre Kennlinie S11 ist, beträgt der Entladungsstrom I11, was kleiner als I10 ist. Wenn die Batterie weiter Qualität verliert und ihre Kennlinie S12 ist, beträgt der Entladungsstrom I12, was kleiner als I11 ist. Wenn die Batterie vollständig ihre Qualität verloren hat, ist ihre Entladungskennlinie S13, und bei einer gleichwertigen Klemmenspannung V1 beträgt ihr Entladungsstrom I13, was kleiner als I12 ist.
  • Es wird jetzt eine Erklärung der Ladungskennlinie gegeben. In dem Fall der Beziehung zwischen der Klemmenspannung und dem Ladestrom ist die Ladungskennlinie der Batterie S20, wenn die Batterie normal ist, und wenn die Klemmenspannung V2 beträgt, ist der Ladungsstrom I20. Wenn die Batterie ein wenig Qualität verliert und ihre Kennlinie S21 ist, beträgt der Ladungsstrom I21, was kleiner als I20 ist. Wenn die Batterie weiter Qualität verliert und ihre Kennlinie S22 ist, beträgt der Ladungsstrom bei einer gleichwertigen Klemmenspannung V2 I22, was kleiner als I21 ist. Wenn die Batterie vollständig ihre Qualität verloren hat, ist ihre Ladungskennlinie S23, und beträgt der Ladungsstrom, wenn die Klemmenspannung V2 ist, I23, was kleiner als I22 ist.
  • Es wird nun eine Erklärung der Arbeitsweise der Batterieinformations-Anzeige in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. 17 ist ein Flussdiagramm, das den Arbeitsablauf für die Batterieinformations-Anzeige zeigt.
  • Zuallererst werden eine Vielzahl von Ladungs- und Entladungs-Kennlinien, die sich gemäß dem Ausmaß der Qualitätsminderung unterscheiden, im Voraus in dem Speichermittel 7a der Programmsteuerschaltung 7 gespeichert. Die Programmsteuerschaltung 7 erwirbt Spannungs- und Stromwerte von der Schaltung zur Spannungsermittlung 32 und dem Strom-Messfühler 10, bezieht sich auf die in dem Speichermittel 7a aufgezeichneten Ladungs- und Entladungs-Kennlinien, und berechnet auf die Qualitätsminderung der Batterie als ein Ganzes sich beziehende Information. Auf der Grundlage dieses berechneten Wertes stellt sie fest, wie gut die Batterie ist, zeichnet dies in dem Speichermittel 7a auf und zeigt es auf dem Anzeigemittel 26 an. Wie vorstehend erwähnt, ist diese Anzeige unterteilt und zeigt sowohl den Qualitätsminderungszustand der Batterie wie auch ihren Ladungszustand an.
  • Fünfte Ausführungsform
  • 18 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 19 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der wesentlichen Teile dieser fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • In dieser fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jede die Hochspannungsbatterie bildende Einheitszelle 11 mit einer Ermittlungseinheit 20 versehen, welche Mittel zum Übersenden von Zelleninformation mittels eines Funksignals hat. Diese fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auch mit dem Funkempfänger 28 zum Empfangen von Funksignalen versehen. Wie in den 20 und 21 gezeigt, sind der Funkempfänger 28 und das Anzeigemittel 26 an dem Fahrersitz bereitgestellt, und der Funkempfänger 28 ist mittels des Antennenkabels 29 mit jeder Ermittlungseinheit 20 verbunden.
  • In dem Fall dieser fünften Ausführungsform ermitteln Ermittlungs-Messfühler 20 Spannungsinformation für die einzelnen Einheitszellen 11, erzeugen Oszillatoren 16 elektromagnetische Wellen gemäß dieser Ermittlungsausgabe, und Sender 15 übermitteln die Ermittlungsinformation. Die derart übermittelte Batterieinformation wird von dem Funkempfänger 28 empfangen, woraufhin die Programmsteuerschaltung 7 diese Information erwirbt, sich auf die in dem Speichermittel 7a gespeicherten Ladungs- und Entladungskennlinien bezieht und Qualitätsminderungs-Information für die Einheitszellen 11 berechnet. Die berechnete Information wird von dem Mittel zum Anzeigen 26 angezeigt. Weil in dieser fünften Ausführungsform Batterieinformation einzeln von einer jeden aus einer Vielzahl (fünfundzwanzig) von Einheitszellen 11 ermittelt wird, ist die Ausführungsform so aufgebaut, dass wenn alle Einheitszellen 11 in den normalen, in 16 gezeigten Bereichen (S10–S12 und S20–S22) sind, was in Verbindung mit der vierten Ausführungsformn erklärt wurde, der in 15 gezeigte Zeiger 27a auf das grüne Gebiet G weisen wird. Wenn der Zustand einer kleinen Anzahl der fünfundzwanzig Einheitszellen, zum Beispiel von 1 bis 5 Zellen, so ist dass Austausch erforderlich ist, wird der Zeiger 27a auf das gelbe Gebiet Y weisen. Mit anderen Worten, wenn einige der Einheitszellen 11 frühe Qualitätsminderung aufweisen, kann fortgesetzte Verwendung dieser Zellen zur Folge haben, dass diese Qualitätsminderung weiter fortschreitet, was zu einer Zunahme der Unterschiedlichkeit der Zellen führt. Es ist daher wünschenswert, diese qualitätsgeminderten Einheitszellen 11 in einem frühen Stadium zu ersetzen. Wenn mehr Einheitszellen 11 qualitätsgemindert sind, wird der Zeiger auf das rote Gebiet R weisen. Das Notfall-Licht E dient als eine Warnung, dass Qualitätsminderung noch weiter fortgeschritten ist und dass das Fahrzeug in einem Zustand ist, in dem es unfähig zum Fahren werden wird.
  • In dem Vorstehenden wurde unter Verwendung von 15 als eine beispielhafte Veranschaulichung eine Anzeige auf der Grundlage eines Zeigers erklärt. Es ist jedoch machbar, andere Mittel zum Anzeigen zu verwenden. Zum Beispiel könnte das Mittel zum Anzeigen Licht aussendende Dioden oder andere Licht aussendende Elemente verwenden, und könnte so konfiguriert sein, dass die Fläche des Licht aussendenden Gebietes sich gemäß dem Ausmaß der anzuzeigenden Größe verändert.
  • Gemäß der vorstehend erklärten fünften Ausführungsform können am Fahrersitz eine Ladungswarnung und die restliche Ladung und den Zeitpunkt des Austausches der Zelle betreffende Information angezeigt werden, wobei sich diese Warnung und Information auf Zellen oder auf jede Einheitszelle beziehen, die in einer in einem elektrischen Fahrzeug oder einem Hybridautomobil eingebauten Hochspannungsbatterie beinhaltet sind. Als ein Ergebnis kann der Zeitraum oder die Entfernung, über die hinweg Fahren vor dem Laden oder dem Ersetzen der Batterie möglich ist, abgeschätzt werden, und eine Situation der Art, bei der das Fahrzeug plötzlich anhält, während es noch auf der Straße ist, kann vermieden werden. Weil überdies die Zellen eine häufige Wartung erhalten können und die Batterielebensdauer als ein Ganzes verlängert werden kann, kann der Anteil der Zellen, die weggeworfen werden, verringert und die Umweltverschmutzung herabgesetzt werden.
  • Sechste Ausführungsform
  • Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie das Fahrzeug davor bewahrt, wegen Qualitätsminderung der Batterie unfähig zum Fahren mit eigener Kraft zu werden. Dies wird verhindert, indem am Fahrersitz Information betreffend den Ladungszustand und den Zeitpunkt des Ersetzens der in das Fahrzeug eingebauten Batterie angezeigt wird.
  • Die Konfiguration des Mittels zum Anzeigen ist die gleiche wie die in 20 und 21 veranschaulichte der fünften Ausführungsform.
  • Zusätzlich zur Anzeige des Ladungszustandes der Batterie zeigt diese sechste Ausführungsform in unterteilter Weise am Fahrersitz den Qualitätsminderungszustand der Batterie an. Mit anderen Worten zeigt sie an, ob die Batterie in einem Zustand ist, bei welchem sie auf der Grundlage wiederholten Ladens und Entladens weiter verwendet werden kann, oder ob sie in einem Zustand ist, bei welchem Qualitätsminderung einen Grenzwert überschritten hat und Austausch notwendig ist. Als ein Ergebnis kann der Fahrer sofort gemäß dieser Information zur Tat schreiten. Es ist daher möglich, eine Situation der Art zu vermeiden, in welcher, weil der Zeitpunkt des Austausches der Batterie versäumt wurde, das Fahrzeug zum Halten kommt, während es auf der Straße ist. Weil überdies die Zellen eine häufige Wartung erhalten können und die Batterielebensdauer als ein Ganzes verlängert werden kann, kann der Anteil der Zellen, die weggeworfen werden, verringert und die Umweltverschmutzung herabgesetzt werden.
  • Außerdem ist der Ladungsanzeiger in den normale Verwendung anzeigenden Zustand G (grün) und den Zustand R (rot), der anzeigt dass Laden notwendig ist, unterteilt. Es gibt zusätzliche Hinweise gemäß der Stellung des in 15 gezeigten Zeigers 27b. Wenn der Zeiger nahe an der oberen Seite der Zone G ist, wird ein gut geladener Zustand angezeigt, wogegen wenn er zwar innerhalb der Zone G, aber nahe der Zone R ist, der Hinweis ist, dass Laden anzuraten ist.
  • Überdies sind die Hinweise auf Qualitätsminderung wie folgt. Wenn der Zeiger 27a innerhalb der Zone G ist, ist die Batterie normal und kann weiter verwendet werden, wenn Ladung gemäß der Ladungsanzeige durchgeführt wird. Wenn der Zeiger 27a innerhalb der Zone Y ist, ist Inspektion notwendig und das Fahren sollte nicht fortgesetzt werden. Wenn der Zeiger 27a innerhalb der Zone R ist, muss unverzüglich Inspektion durchgeführt werden und jede von den Ergebnissen der Inspektion angezeigte Maßnahme muss befolgt werden. Wenn die rote Lampe aufleuchtet oder blinkt, zeigt dies, dass die Batterie bis nahe zu dem Ende ihrer Lebensdauer qualitätsgemindert ist, und dass die Möglichkeit des Ausfalls auf der Straße vorhanden ist. Daher ist sofortiger Austausch der Batterie notwendig.
  • Die Messung der Batterielebensdauer kann in der selben Weise wie in der in 16 und 17 veranschaulichten fünften Ausführungsform durchgeführt werden und es können die gleichen Ergebnisse erhalten werden.
  • Siebente Ausführungsform
  • Die Gesamtkonfiguration einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist diejenige der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform.
  • 22 zeigt das grundlegende Konzept der siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 23 zeigt die Konfiguration der wesentlichen Teile der siebenten Ausführungsform und 24 zeigt die Konfiguration des in dieser siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten Halbleiter-Schaltelementes.
  • Wie in 22 gezeigt, ist in der siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jede Einheitszelle 11-1 bis 11-n mit einem Nebenschlussweg für Strom 41-1 bis 41-n und einer Umschaltungsschaltung 42-1 bis 42-n versehen, die in der Lage ist, entweder den durch einen Nebenschlussweg für Strom 41-1 bis 41-n gegebenen Weg oder den durch eine Einheitszelle 11-1 bis 11-n gegebenen Weg auszuwählen. Wie in 23 gezeigt, ist jede Einheitszelle 11-1 bis 11-n auch mit einer Mess-Schaltung zum Messen der Klemmenspannung dieser Einheitszelle versehen. Diese Mess-Schaltung umfasst die Spannungs-Messeinheit 43, den Ermittler 44 für den ersten voreingestellten Wert, den Ermittler 45 für den zweiten voreingestellten Wert und den Schaltregler 47, der gemäß der Ausgabeinformation des Ermittlers 44 für den ersten voreingestellten Wert und des Ermittlers 45 für den zweiten voreingestellten Wert eine jeweils individuelle Umschaltungsschaltung von 42-1 bis 42-n regelt, wobei jede derartige Umschaltungsschaltung dazu dient, den Stromrichtungs-Ermittler 46 zu schalten.
  • Wie in 24 gezeigt, umfassen die Umschaltungsschaltungen 42-1 bis 42-n Halbleiter-Schaltelemente, und für jede Einheitszelle 11-1 bis 11-n wird individuell ein Schaltregler 47 bereitgestellt.
  • Als nächstes wird der Betrieb dieser siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. Wie in 22 gezeigt, jede Einheitszelle 11-1 bis 11-n mit einem Nebenschlussweg für Strom 41-1 bis 41-n und einer Umschaltungsschaltung 42-1 bis 42-n versehen. Wenn alle n Umschaltungsschaltungen 42-1 bis 42-n zu der Zellenseite hin geschaltet sind, sind die n Einheitszellen 11-1 bis 11-n alle in Reihe geschaltet. Wenn unter diesen Umständen zum Beispiel die Umschaltungsschaltung 42-1 zu der Seite des Nebenschlussweges für Strom 41-1 hin geschaltet ist, ist die Einheitszelle 11-1 geöffnet und n-1 Einheitszellen 11-2 bis 11-n sind in Reihe geschaltet.
  • Weil die Ladungszeitdauer sich wegen der Unterschiedlichkeit der Leistung der Einheitszellen 11-1 bis 11-n unterscheidet, verhindert diese siebente Ausführungsform eine Verschlechterung der Leistung wegen Überladen, indem die Einheitszellen 11-1 bis 11-n geöffnet werden, sobald das Laden abgeschlossen ist. Die Einheitszellen 11-1 bis 11-n können durch die Schaltwirkung der Umschaltungsschaltungen 42-1 bis 42-n geöffnet werden. Überdies kann der Fahrer von dem Ladungs- und Entladungszustand der Einheitszellen 11-1 bis 11-n benachrichtigt werden.
  • Die Beziehungen zwischen Qualitätsminderung und Ladungs- und Entladungskennlinien bei den Einheitszellen 11-1 bis 11-n werden in 25 und 26 gezeigt. 25 zeigt die Beziehung zwischen Entladungskennlinie und Qualitätsminderung der Einheitszellen 11-1 bis 11-n, wobei die Entladungszeitdauer (T) entlang der horizontalen Achse und die Spannung (V) entlang der vertikalen Achse aufgetragen sind. Die gezeigten Kennlinien beruhen auf dem Erhalten eines festgelegten Entladungsstromes bei einer festgelegten Last. 26 zeigt die Beziehung zwischen Ladungskennlinie und Qualitätsminderung der Einheitszellen 11-1 bis 11-n, wobei die Ladungszeitdauer (T) entlang der horizontalen Achse und die Spannung V entlang der vertikalen Achse aufgetragen sind. Die gezeigten Kennlinien beruhen auf dem Laden unter Verwendung eines festgelegten Ladungsstromes. 25 zeigt, dass bei fortschreitender Qualitätsminderung die Entladung von einem schnelleren Abfall der Spannung begleitet wird. 26 zeigt, dass bei fortschreitender Qualitätsminderung die Spannung zunimmt und der Abschluss der Ladung innerhalb eines kürzeren Zeitraums erreicht wird.
  • Es wird jetzt eine Erklärung des ersten voreingestellten Wertes und des zweiten voreingestellten Wertes gegeben. Wie in 25 und 26 gezeigt, verändert sich die Spannung der Einheitszellen 11-1 bis 11-n gemäß dem Strom während der Ladung und Entladung. Angenommen dass die Nennspannung der Einheitszellen 11-1 bis 11-n 12V beträgt, wird gefunden, dass wenn bei Zellen eines bestimmten Typs das Laden und Entladen mit den Zellen in einem normalen Zustand wiederholt wird, ihre Klemmenspannung sich zwischen 11,4 V und 13,2 V ändert. In diesem Fall wäre es zum Beispiel nützlich, 11,4 V als die Spannung einzustellen, bei der Ladung notwendig ist (das heißt als den ersten voreingestellten Wert), und 13,2 V als die Spannung einzustellen, bei der die Ladung beendet ist (das heißt als den zweiten voreingestellten Wert). Diese beiden voreingestellten Werte sollten gemäß den Eigenschaften der Zellen eingestellt werden, und sollten auch einen Spielraum je nachdem, wie die Zellen verwendet werden, beinhalten.
  • Die Wirkungsweise der Schaltung zur Spannungsmessung 40 dieser siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt mit Bezug auf 27 und 28 erklärt. 27 ist ein Flussdiagramm, das den Arbeitsablauf des Ermittlers 44 für den ersten voreingestellten Wert zeigt, während 28 ein Flussdiagramm. ist, das den Arbeitsablauf des Ermittlers 45 für den zweiten voreingestellten Wert zeigt. In dem in 27 gezeigten Flussdiagramm werden beim Starten alle gegenwärtig gehaltenen Daten als erstes zurückgesetzt (S1). Dann werden die Spannungswerte jeder Einheitszelle 11-1 bis 11-n ermittelt (S2) und wenn ein Spannungswert gleich oder unter dem ersten voreingestellten Wert ermittelt wurde (S3), wird dieses Ergebnis gehalten (S4) und die rote Lampe R leuchtet auf (S5).
  • Eine Spannung unterhalb des ersten voreingestellten Wertes (11,4 V) wird im Allgemeinen ermittelt, wenn ein Strom aus einer Batterie herausgezogen wird, oder mit anderen Worten, wenn eine Last an die Einheitszellen 11-1 bis 11-n gelegt wird. Dies findet statt, wenn das Fahrzeug unter Verwendung der Mehrphasenstrom-Käfigankerinduktionsmaschine 2 beschleunigt und die Last an den Einheitszellen 11-1 bis 11-n zugenommen hat. Weil demgemäss die Klemmenspannung einen Wert über dem ersten voreingestellten Wert erreicht, wenn die Last verringert wird, besteht eine starke Möglichkeit, dass das Ermittlungsergebnis verschwunden ist, bevor es als Regeldate verwendet werden kann, wenn die Ermittlungsgeschichte nicht gehalten wurde. Mit anderen Worten arbeitet die rote Lampe R wie folgt. Ein Zustand der Überentladung tritt in den Einheitszellen 11-1 bis 11-n auf, wenn eine Last angelegt wird, und für jede der Einheitszellen 11-1 bis 11-n, bei der die Spannung unter den ersten voreingestellten Wert abgefallen ist, wird die rote Lampe fortfahren zu leuchten, obwohl die Klemmenspannung wieder ansteigt. Wenn daraufhin die Spannung weiter ansteigt und den zweiten voreingestellten Wert erreicht, leuchtet die grüne Lampe G auf, doch auch jetzt wird die rote Lampe fortfahren zu leuchten.
  • In dem in 28 gezeigten Flussdiagramm wird beim Starten jede derzeit gehaltene Date zuerst zurückgesetzt (S11). Dann werden die Spannungswerte jeder Einheitszelle 11-1 bis 11-n ermittelt (S12), und wenn ein Spannungswert gleich oder über dem zweiten voreingestellten Wert ermittelt wird (S13), wird dieses Ergebnis gehalten (S14) und die grüne Lampe G leuchtet auf (S15).
  • Die grüne Lampe G leuchtet auf, wenn die Klemmenspannung einer Einheitszelle 11-1 bis 11-n den zweiten voreingestellten Wert übersteigt. In diesem Beispiel bleibt die grüne Lampe G auch am Leuchten. Die grüne Lampe G leuchtet auf, wenn ein Zustand der Überladung in einer Einheitszelle 11-1 bis 11-n aufgetreten ist. Danach bleibt die grüne Lampe G am Leuchten, auch wenn Entladung durchgeführt wird und der Zustand der Überladung beseitigt wird.
  • Obwohl diese rote Lampe R und grüne Lampe G keine direkte Verbindung mit der vorliegenden Erfindung haben, kann der Fahrer oder Aufseher, nachdem ein Fahrzeug, in welches dieses Regelsystem eingebaut ist, den Betrieb beendet hat, den Zustand der Einheitszellen 11-1 bis 11-n über das Leuchten der roten Lampe und der grünen Lampe G feststellen. Insbesondere wenn Qualitätsminderung in einer bestimmten Einheitszelle 11-i fortgeschritten ist, wird eine Neigung für die rote Lampe und die grüne Lampe G dieser Einheitszelle 11-i vorhanden sein, vor denjenigen anderer Einheitszellen aufzuleuchten, und deshalb kann der Aufseher eine effiziente Inspektion durchführen, indem er die Einheitszelle 11-i überprüft, bei der die rote Lampe und die grüne Lampe G leuchten.
  • In dieser siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Umschaltungsschaltungen 42-1 bis 42-n automatisch durch den in 23 gezeigten Schaltregler 47 geregelt. Die Arbeitsweise des Schaltreglers 47 dieser siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 29 erklärt, welche ein die Arbeitsweise des Schaltreglers zeigendes Flussdiagramm ist. In diesem Flussdiagramm wird der zweite voreingestellte Wert für die Einheitszellen 11-1 bis 11-n ermittelt (S21), und wenn der zweite voreingestellte Wert ermittelt wurde (S22), wird die Stromrichtung durch den Stromrichtungsermittler 46 ermittelt (S23). Wenn die Stromrichtung zu diesem Zeitpunkt die Ladungsrichtung ist, (das heißt die Richtung des Fließens von der negativen Seite zu der positiven Seite) (S24), wird die Umschaltungsschaltung 42 zu dem Nebenschlussweg für Strom 41 (S25) hin geschaltet. Die Stromrichtung wird dann durch den Stromrichtungsermittler 46 ermittelt (S26), und wenn die Stromrichtung die Entladungsrichtung ist, (das heißt die Richtung des Fließens von der positiven Seite zu der negativen Seite) (S27), wird die Umschaltungsschaltung 42 zurück zu der Seite der Einheitszellen 11-1 bis 11-n geschaltet (S28). Der Stromrichtungsermittler 46 wurde unter Verwendung eines Hall-Elementes verwirklicht.
  • Mit anderen Worten, wenn das Laden der Einheitszellen 11-1 bis 11-n abgeschlossen ist, steigt die Spannung der Einheitszellen 11-1 bis 11-n auf den zweiten voreingestellten Wert an. Weil eine Gefahr der Überladung besteht, wenn das Laden fortgesetzt wird, wenn die Stromrichtung die Ladungsrichtung ist, kann Überladung durch Umschalten der Schaltung 42 zu dem Nebenschlussweg für Strom 41 hin vermieden werden. Wenn die Stromrichtung zu der Entladungsrichtung wechselt, schaltet die Umschaltungsschaltung 42 schnell zurück zu der Seite der Einheitszellen 11-1 bis 11-n.
  • Obwohl die gegebene Erklärung dieses Beispiels die Verwendung des in 24 veranschaulichten Halbleiter-Schaltelementes voraussetzte, ist wenn der in dem Halbleiter-Schaltelement fließende Strom ansteigt und die Wärmefreisetzung aus diesem Element groß wird, oder die Wärmesenke groß wird, die folgende einen Kontaktschalter verwendende Konfiguration möglich. Das heißt, die in 23 gezeigte Umschaltungsschaltung 42 wird zu einem Kontaktschalter gemacht, und wenn der von dem Stromrichtungsermittler 46 überwachte Stromwert beinahe Null ist, wird dieser Kontaktschalter betätigt. Mittels dieser Konfiguration ist der Kontaktschalter sogar in einem stabilen Zustand, wenn der in dem Kontaktschalter fließende Strom ansteigt, und da der Kontaktwiderstand klein ist, wird die Freisetzung von Wärme oder die Beschädigung des Schalters praktisch verschwinden.
  • Ein Beispiel des äußeren Aussehens der Einheitszelle 11 in dieser siebenten Ausführungsform der Erfindung wird in 30 gezeigt. Die Schaltung zur Spannungsmessung 40 und die Umschaltungsschaltung 42 sind an der Oberseite der Einheitszelle 11 angebracht, und sind jeweils durch Verbinder 12 mit der positiven Klemme 11a und der negativen Klemme 11b verbunden. Die Einheitszelle 11 ist mit anderen benachbarten Einheitszellen 11 durch Verbindungskabel 14 verbunden.
  • Ein Beispiel von in ein Fahrzeug eingebauten Einheitszellen 11 in dieser siebenten Ausführungsform der Erfindung wird in 31 gegeben. Wie in der ersten Ausführungsform sind eine Mehrzahl von Einheitszellen 11 auf eine zentralisierte Weise in den Batterieträger 21 eingebaut und sind in einem Batteriefach untergebracht, das zwischen der Tür zum Öffnen und Schließen 22 bereitgestellt ist. Der Fahrer oder Aufseher kann die Einheitszellen 11 überprüfen, indem er den Batterieträger 21 herauszieht.
  • Ein Beispiel einer anderen Konfiguration der Einheitszelle 11 in dieser siebenten Ausführungsform der Erfindung wird in 32 gezeigt. In diesem Beispiel ist die Schaltung zur Spannungsmessung 40 in der gleichen Einheit wie die Umschaltungsschaltung 42 untergebracht. Obwohl die zur Verdrahtung aufzuwendende Arbeit und der Anbringungsraum beide im Vergleich zu dem in 30 gezeigten Beispiel verringert werden können, muss der Wärmeableitung Aufmerksamkeit geschenkt werden, um sicherzustellen, dass die Wärmeabgabe aus dem Halbleiter-Schaltelement der Umschaltungsschaltung 42 nicht den Schaltregler 47 oder andere Regelschaltungen in Mitleidenschaft zieht.
  • Wie vorstehend erklärt, kann diese siebente Ausführungsform die Betriebslebensdauer einer Batterie erhöhen. Sie kann auch auf eine solche Weise regeln, dass wenn eine Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Einheitszellen verwendet wird, die Qualitätsminderung der Zellen gleichmäßig wird, sogar wenn Unterschiedlichkeit in den Kennlinien dieser Einheitszellen vorhanden ist. Sie kann auch ein Regelsystem der Art verwirklichen, dass sogar wenn Unterschiedlichkeit in den Kennlinien der Einheitszellen vorhanden ist, diese Unterschiedlichkeit als ein Ergebnis von Langzeit-Verwendung nicht zunimmt. Die vorliegende Erfindung kann die Batteriekosten für ein elektrisches Fahrzeug verringern. Sie kann auch ein Regelsystem verwirklichen, welches die Batteriewartung vereinfacht.
  • Achte Ausführungsform
  • Die Konfiguration einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 33 und 34 erklärt werden. 33 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der wesentlichen Teile dieser achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, während 34 ein Blockdiagramm ist, das die Gesamt-Konfiguration dieser achten Ausführungsform zeigt. Das unterscheidende Merkmal dieser achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, dass der Funksender 48 der Schaltung zur Spannungsmessung 40 zugeschlagen ist. An jeder Einheitszelle ist ein Funksender 48 angebracht. In dieser Ausführungsform sind es fünfundzwanzig. Im Gegensatz dazu wird insgesamt nur ein Funkempfänger 28 bereitgestellt.
  • Jeder Funksender 48 übermittelt dem Funkempfänger 28 den Regelzustand des Schaltreglers 47 und den Zustand der Spannungsmessung der Einheit zur Spannungsmessung 43. Wie in 34 gezeigt ist die Programmsteuerschaltung 7 mit dem Funkempfänger 28 verbunden. Die vorstehend erwähnte Information wird in die Programmsteuerschaltung 7 eingegeben, datenverarbeitet und auf der Anzeige 26 angezeigt.
  • Als Nächstes wird die Wirkungsweise dieser achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. 35 zeigt die Rahmenstruktur des durch einen Funksender 48 übermittelten Datensignals. In jedem Zeitintervall t übermittelt der Funksender 48 absatzweise mit 64 kb/s ein Datensignal mit einer 32-bit-Rahmenstruktur der in 35 gezeigten Art. Eine ID (Identifikationszahl), die individuell jedem Funksender 48 zugeordnet wurde, wird in dem Header (der Kopfzeile des Datenpaketes) übermittelt. Der Funkempfänger 28 kann deshalb identifizieren, von welchem Funksender 48 der empfangene Rahmen übermittelt wurde. In dieser Ausführungsform wurde die Zelle eines Mobiltelephons für diese Anordnung angepasst und verwendet. Das vorstehend erwähnte Zeitintervall t wird im Voraus für jeden Funksender 48 auf einen verschiedenen Wert eingestellt. Der Zeitraum für eine Übertragung beträgt ungefähr 20 ms. Das Zeitintervall t wird in dem Bereich von 20 bis 60 Sekunden so eingestellt, dass es sich. für jeden Funksender 48 leicht unterscheidet. Durch diesen Aufbau kann der Funkempfänger 28 das Signal jedes Funksenders 48 getrennt empfangen, sogar wenn der zeitliche Ablauf der Übermittlungen der Mehrzahl von Funksendern 48 übereinstimmen sollte, denn in dem nächsten Zeitintervall würde der zeitliche Ablauf der Übermittlungen nicht übereinstimmen.
  • Wenn ein Zeitintervall auf 20 Sekunden eingestellt ist, dann ist ein Zeitraum von 20 ms, innerhalb dem ein Funksender 48-i übermittelt, ein Tausendstel des Zeitintervalls. Wenn demgemäss die jeweils mit einer von fünfundzwanzig Einheitszellen 11-1 bis 11-n verbundenen Funksender 48-1 bis 48-n mit zufälliger zeitlicher Abfolge übermitteln, beträgt die Wahrscheinlichkeit einer Kollision 1 in 400. Sogar wenn eine Kollision auftreten würde, könnten die beiden Signale in dem nächsten Zeitintervall ohne Kollision getrennt empfangen werden, weil sich das Zeitintervall t für jeden Sender unterscheidet.
  • Die Wirkungsweise der Programmsteuerschaltung 7 wird mit Bezug auf 36 bis 38 erklärt werden. 36 ist ein Flussdiagramm, das den Arbeitsablauf der Programmsteuerschaltung 7 in Bezug auf die Ermittlung des ersten voreingestellten Wertes zeigt. Wenn Information zu dem Ergebnis, dass der erste voreingestellte Wert ermittelt wurde, in die Programmsteuerschaltung 7 eingegeben wurde (S31), wird entschieden, ob die Anzahl der Einheitszellen, bei denen der erste voreingestellte Wert ermittelt wurde, einen Schwellwert übersteigt (S32). Wenn der Schwellwert überschritten ist, wird ein Hinweis, dass Laden erforderlich ist, an die Anzeige 26 ausgegeben (S33). Die Anzeige 26 ist ein an dem Fahrersitz bereitgestelltes Flüssigkristall-Feld.
  • Mit anderen Worten ist es bekannt, dass die Leistung einer Mehrzahl von Einheitszellen 11 auf die bereits erklärte Weise Unterschiedlichkeit aufweist, und dass die Spannung einer Einheitszelle 11-1, in der Qualitätsminderung fortgeschritten ist, früher auf den ersten voreingestellten Wert abfällt als diejenige anderer Einheitszellen 11. Wenn jedoch die Anzahl der Einheitszellen 11, bei denen die Spannung auf den ersten voreingestellten Wert gefallen ist, einen großen Anteil der Gesamtzahl der Einheitszellen ausmacht, kann entschieden werden, dass im Ganzen Ladung notwendig ist. Die Programmsteuerschaltung 7 gibt an die Anzeige 26a eine Anzeige aus, um dem Fahrer oder Aufseher eine Information zu diesem Resultat bekannt zu machen.
  • 37 ist ein Flussdiagramm, das den Arbeitsablauf der Programmsteuerschaltung in Bezug auf die Ermittlung des zweiten voreingestellten Wertes zeigt. Wenn Information zu dem Ergebnis, dass der zweite voreingestellte Wert ermittelt wurde, in die Programmsteuerschaltung 7 eingegeben wurde (S41), wird entschieden, ob die Anzahl der Einheitszellen, bei denen der zweite voreingestellte Wert ermittelt wurde, einen Schwellwert übersteigt (S42). Wenn der Schwellwert überschritten ist, wird ein Hinweis, dass Entladung erforderlich ist, an die Anzeige 26 ausgegeben (S43).
  • Mit anderen Worten, wenn die Anzahl der Einheitszellen 11, bei denen die Spannung auf den zweiten voreingestellten Wert angestiegen ist, einen großen Anteil der Gesamtzahl der Einheitszellen ausmacht, kann entschieden werden, dass im Ganzen die Ladung abgeschlossen ist. Die Programmsteuerschaltung 7 gibt an die Anzeige 26 eine Anzeige aus, um dem Fahrer oder Aufseher eine Information zu diesem Resultat bekannt zu machen.
  • 38 ist ein Flussdiagramm, das den Arbeitsablauf der Programmsteuerschaltung in Bezug auf die Ermittlung des Schalterbetriebes zeigt. Wenn Information mit zu Ergebnis, dass Betätigung des Schalters ermittelt wurde, in die Programmsteuerschaltung 7 eingegeben wurde (S51), wird der Zeitpunkt, an dem dieser Vorgang stattfand, aufgezeichnet. Jede Unterschiedlichkeit bei diesen Betätigungszeiten über eine Mehrzahl von Einheitszellen 11 hinweg wird ebenfalls ermittelt (S53). Wenn eine Einheitszelle 11-i vorhanden ist, für welche diese Unterschiedlichkeit von dem durchschnittlichen Bereich der Unterschiedlichkeit, in dem die große Mehrheit der anderen Einheitszellen 11 enthalten ist, abweicht, und das Ausmaß dieser Abweichung größer als ein Schwellwert ist (S54), wird für diese Einheitszelle 11 angezeigt, dass Qualitätsminderung der Batterie vorliegt (S55).
  • Mit anderen Worten hat eine Zelle, bei der Qualitätsminderung fortgeschritten ist, im Allgemeinen eine kürzere Ladungs- und Entladungszeit als eine nicht qualitätsgeminderte Zelle. Zellen, bei denen Qualitätsminderung fortgeschritten ist, können deshalb herausgezogen werden, indem irgendwelche Zellen, bei denen die zur Vervollständigung der Ladung benötigte Zeit verglichen mit anderen Zellen besonders kurz ist, festgestellt werden. In dieser Ausführungsform kann der Zeitpunkt, bei dem die Ladung abgeschlossen ist, durch Ermitteln der Betätigungszeit des Umschaltungs-Schaltkreises 42 ermittelt werden. Demgemäss kann dies dazu verwendet werden, eine Zelle mit einer spezifischen Qualitätsminderung dem Fahrer oder Aufseher bekannt zu machen, indem auf der Anzeige 26 jede Zelle angezeigt wird, bei welcher die zur Vervollständigung der Ladung benötigte Zeit beträchtlich kürzer ist als bei anderen Zellen. Die gleiche Benachrichtigung kann gemacht werden, indem der Zeitpunkt, bei dem der zweite voreingestellte Wert erreicht wurde, aufgezeichnet wird. Ein Beispiel des äußeren Aussehens der Einheitszelle 11 gemäß dieser achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in 39 gezeigt. Die Umschaltungsschaltung 42 und die den Funksender 48 beinhaltende Schaltung zur Spannungsmessung 40 sind an der Oberseite der Einheitszelle 11 angebracht, durch Verbinder 12 mit der positiven Klemme 11a und der negativen Klemme 11b verbunden und an dem Gehäuse der Einheitszelle 11 mittels der Klammer 19 befestigt.
  • Ein Beispiel der Anbringung der Anzeige 26 in dieser achten Ausführungsform der Erfindung wird in 40 und 41 gezeigt. Wie in 40 gezeigt, kann der Fahrer oder Aufseher, ohne das Batteriefach zu öffnen, mittels des Funkempfängers 17 und der Anzeige 49, die in dem Batteriefach angebracht sind, und über das Antennenkabel 29 mittels des an dem Fahrersitz angebrachten Funkempfängers 28 und der Anzeige 26 den Zustand der Einheitszellen 11 feststellen.
  • Dies ermöglicht eine schnelle und leichte Durchführung der Handhabung der Einheitszellen. Insbesondere versetzt die an dem Fahrersitz eingerichtete Anzeige 26, wie in 41 gezeigt, den Fahrer in die Lage, beim Fahren den Zustand der Qualitätsminderung der Einheitszellen 11 und ob oder ob nicht Ladung und Entladung erforderlich sind, festzustellen.

Claims (12)

  1. Regelsystem für eine in ein Fahrzeug eingebaute Batterie, wobei das Regelsystem umfasst: – einen mit der Antriebswelle eines Fahrzeugs gekoppelten Motorgenerator (2); – eine in diesem Fahrzeug eingebaute Batterie (3); – einen zwischen dieser Batterie und dem Motorgenerator bereitgestellten Stromrichter (4), wobei dieser Stromrichter Energie in beiden Richtungen weiterleitet; – Mittel zum Regeln des Stromrichters (5), um diesen Stromrichter zu regeln; – einen Messfühler für die Batterie, um den Zustand der Batterie zu ermitteln, einschließlich des Lade- und Entladestromes (i) der Batterie; – eine Programmsteuerschaltung (7), umfassend Mittel zum Berechnen des Zeitintegrals I des Lade- und Entladestromes i: I = ∫idt + C – worin C die der Anfangsmenge der Ladung entsprechende Integrationskonstante ist; und – Mittel, die den Ladestrom zu der Batterie während des regenerativen Bremsens und den Entladestrom, wenn das Fahrzeug gefahren wird, gemäß einer Funktion des Zeitintegrals regeln, dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner umfasst – eine Schnittstellenschaltung (30) zwischen dem Messfühler für die Batterie und der Programmsteuerschaltung, um von diesem Messfühler ausgegebene Information mittels eines Funksignals zu übermitteln, und ein Anzeigemittel, das mit dem Ausgang der Programmsteuerschaltung (7) verbunden ist, das sich auf mindestens eine Ladewarnung, die Restmenge an Ladung und den Zeitpunkt für das Auswechseln der Batterie bezieht, wobei Standardkennlinien für Strom und Spannung beim Laden und Entladen und eine Vielzahl von Kennlinien für Strom und Spannung beim Laden und Entladen, die Ausmaßen der Qualitätsminderung entsprechen, im Voraus in einem Speichermittel der Programmsteuerschaltung (7) gespeichert sind, und die Programmsteuerschaltung Mittel umfasst, die sich auf die in diesem Speichermittel gespeicherten Kennlinien beziehen und die Qualitätsminderung der Batterie betreffende Informationen berechnen.
  2. Regelsystem für eine in ein Fahrzeug eingebaute Batterie gemäß Anspruch 1, wobei der Motorgenerator eine rotierende Maschine für Mehrphasen-Wechselstrom ist und einen Messfühler für Geschwindigkeit hat, um die Geschwindigkeit zu ermitteln mit der das Fahrzeug fährt, und einen Messfühler für Umdrehungen, um die Drehzahl des Motorgenerators zu ermitteln, und das Mittel zum Regeln des Stromrichters Mittel zum Senden einer Regelausgabe an den Stromrichter gemäß den Ausgaben des Messfühler für Geschwindigkeit und des Messfühlers für Umdrehungen und gemäß vom Fahrer gemachten Eingaben umfasst.
  3. Regelsystem für eine in ein Fahrzeug eingebaute Batterie gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Messfühler für die Batterie Mittel zum Ermitteln einer Temperatur θ der Batterie umfasst, und wobei das Mittel zum Regeln des Stroms den Batteriestrom gemäß ηI regelt, wobei η einen Ladungswirkungsgrad der Batterie umfasst, der als eine Funktion ηθ der Temperatur bestimmt wird.
  4. System gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie (3) ein Batteriegehäuse umfasst und mindestens ein Teil des Messfühlers für die Batterie (6) und ein Teil der Schnittstellenschaltung jeweils in dem Batteriegehäuse untergebracht sind.
  5. System gemäß Anspruch 4, wobei der mindestens eine Teil des Messfühlers für die Batterie (6) und der mindestens eine Teil der Schnittstellenschaltung eine Einheit bilden, wobei diese Einheit dazu ausgestaltet ist, unbehindert abnehmbar an dem Batteriegehäuse angebracht zu sein.
  6. Batterie zum Einbau in ein Fahrzeug, wobei mindestens ein Teil des Messfühlers für die Batterie (6) und der Schnittstellenschaltung (30) gemäß Anspruch 1 in dem Gehäuse der Batterie untergebracht ist.
  7. Batterie zum Einbau in ein Fahrzeug gemäß Anspruch 6, wobei mindestens ein Teil des Messfühlers für die Batterie (6) und der Schnittstellenschaltung (30) als eine Einheit ausgestaltet ist, und diese Einheit so ausgestaltet ist, dass sie unbehindert anbringbar und abnehmbar von dem Batteriegehäuse ist.
  8. Regelsystem für eine in ein Fahrzeug eingebaute Batterie gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anzeigemittel (26) am Fahrersitz bereitgestellt wird und Mittel zum Anzeigen in breiten Untereinheiten umfasst, ob die Batterie in einem Zustand ist, in dem (1) sie geladen wird, (2) sie normal verwendet wird, (3) Laden anzuraten ist (4) Laden notwendig ist.
  9. Regelsystem für eine in ein Fahrzeug eingebaute Batterie gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anzeigemittel (26) am Fahrersitz bereit gestellt wird und Mittel zum Anzeigen in breiten Untereinheiten umfasst, ob die Batterie in einem Zustand ist, in dem (5) keine Qualitätsminderung vorhanden ist, (6) Inspektion empfohlen wird, (7) Austausch der Batterie empfohlen wird, (8) Austausch der Batterie notwendig ist, und (5) der Zustand, bei dem Inspektion empfohlen wird, angezeigt wird, wenn ermittelt wird, dass in einigen der Zellen der Einheit Qualitätsminderung aufgetreten ist.
  10. Regelsystem für eine in ein Fahrzeug eingebaute Batterie gemäß Anspruch 1, wobei das Anzeigemittel (26) mindestens zwei Unterabteilungen hat, wobei die erste Unterabteilung ein Mittel ist, um anzuzeigen, dass die Batterie in gutem Zustand ist, und die zweite Unterabteilung ein Mittel ist, um anzuzeigen, dass die Batterie in einem Zustand ist, in dem sie ersetzt werden sollte.
  11. Regelsystem für eine in ein Fahrzeug eingebaute Batterie gemäß Anspruch 10, das eine mittlere Unterabteilung zwischen der ersten Unterabteilung und der zweiten Unterabteilung bereitstellt.
  12. Regelsystem für eine in ein Fahrzeug eingebaute Batterie gemäß Anspruch 11, das zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Unterabteilungen ein leuchtendes Anzeigemittel bereitstellt, um zu zeigen, dass das Ausmaß der Qualitätsminderung der Batterie groß ist.
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