DE69730802T2 - Regler für eine kraftfahrzeug eigene batterie - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird für ein Elektrofahrzeug verwendet, das einen Elektromotor als Antriebskraft nutzt. Sie bezieht sich auf die Regelung des Ladens und Entladens einer wiederaufladbaren Kraftfahrzeug-eigenen Batterie. Obgleich die vorliegende Erfindung für ein Hybridfahrzeug entwickelt wurde, das zusammenwirkend eine Verbrennungskraftmaschine und einen Elektromotor als Antriebskraft nutzt, kann sie breite Anwendung in Fahrzeugen finden, in denen eine wiederaufladbare Batterie montiert ist und die die Energie dieser Batterie zum Fahren nutzen.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die Anmelderin entwickelte und stellt nun her und verkauft ein Hybridfahrzeug, genannt HIMR, das zusammenwirkend eine Verbrennungsmaschine und einen Elektromotor nutzt. In diesem Fahrzeug ist eine Dreiphasen-Wechselstrom-Käfigläufer-Induktionsmaschine an die Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine gekoppelt, eine große Batterie ist im Fahrzeug montiert, eine Zweirichtungs-Umkehrschaltung ist zwischen die Batterie und die Käfigläufer-Induktionsmaschine gekoppelt, und die Umkehrschaltung wird von einem Programmregelkreis geregelt (siehe WO88/06107).
  • In diesem System wird das magnetische Drehfeld, das auf die Käfigläufer-Induktionsmaschine angewandt ist, beim Beschleunigen des Fahrzeugs so geregelt, dass die Käfigläufer-Induktionsmaschine einen Elektromotor darstellt, und wenn das Fahrzeug langsamer wird, wird das magnetische Drehfeld, das auf die Käfigläufer-Induktionsmaschine angewandt wird, so geregelt, dass die Käfigläufer-Induktionsmaschine einen Generator darstellt. Die von dem System ausgeführte Regelung gestaltet sich so, dass sich die Batterie entlädt, wenn die Käfigläufer- Induktionsmaschine als Elektromotor genutzt wird, und sich die Batterie lädt, wenn sie als Generator genutzt wird. Mit anderen Worten, das System wird geregelt, um Energierückgewinnung beim Bremsen bereit zu stellen.
  • Dieses System ist in großen Bussen montiert und auf Busse im Einsatz bei städtischen Strecken angewandt worden, und auf Busse, die in Regionen eingesetzt sind, in denen es wesentlich ist, die Verschmutzung äußerst gering zu halten. In den letzten Jahren ist die Verschmutzung durch die Abgase von Fahrzeugen mit Verbrennungsmaschinen zu einem großen Problem geworden, und dies hat zur Diskussion der Möglichkeit geführt, dass die meisten Fahrzeuge, die in städtischen Gegenden fahren, Elektrofahrzeuge werden, trotz des höheren Preises dieser Fahrzeuge und der Tatsache, dass ihr Kraftstoff ziemlich teuer ist.
  • Der zuvor beschriebene HIMR ist so ausgestaltet, dass er ein Batteriefach im Fahrzeug bereitstellt, um Batterien mit einer Klemmenspannung von 12 V als Einheitzellen zu nutzen, wobei solche Batterien in Massenfertigung hergestellt werden und daher günstig zu beschaffen sind, und um 25 dieser Batterien im Batteriefach zu montieren und sie elektrisch in Reihe zu schalten, damit eine Gesamt-Klemmenspannung von 12 V × 25 = 300 V erhalten wird. Diese Anordnung wird als Batterie genutzt, um Energie zum Fahren des Fahrzeugs zu liefern.
  • Die Bezeichnung "Einheitzelle" bezieht sich hier auf die Einheit, die, wenn eine Vielzahl in Reihe geschaltet ist, die Batterie zum Versorgen von Energie zum Fahren des Fahrzeugs umfasst. Obgleich beispielsweise im Falle eines Bleiakkumulators die chemischen Eigenschaften vorgeben, dass die Klemmenspannung der kleinsten Einheitzelle 2 V beträgt, umfasst eine handelsübliche Batterie im allgemeinen eine Vielheit dieser 2 V-Zellen, die in Reihe geschaltet und in einem Gehäuse untergebracht sind. Im Falle eines Bleiakkumulators kann die Klemmenspannung der Einheitzelle 2 V, 4 V, 6 V, 12 V, 24 V und so weiter betragen. Bei anderen Batteriearten wird die Klemmenspannung der Einheitzelle durch die chemischen Eigenschaften der Zelle und durch die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen bestimmt.
  • Die Anmelderin hat eine Internationale Patentanmeldung eingereicht (siehe PCT/JP96/00966 und WO96/32651), die sich auf die Überwachung von Einheitzellen bezieht.
  • Wenn ein Fahrzeug unter Nutzung der Käfigläufer-Induktionsmaschine als Elektromotor gestartet oder beschleunigt wird, wird Energie von der Batterie entzogen und verwendet, und daher entlädt sich die Batterie. Wenn ein Fahrzeug langsamer wird und die Käfigläufer-Induktionsmaschine als Generator betrieben wird, findet Energierückgewinnung beim Bremsen statt, und die Batterie lädt sich. In einer Batterie, die sich wiederholt auf diese Weise lädt und entlädt, befinden sich das Laden und Entladen nicht notwendigerweise in einem Gleichgewicht.
  • Die Entladezeit ist bei Fahrten entlang einer Straße mit vielen Steigungen länger, während die Ladezeit beim Fahren entlang einer Straße mit vielen Gefällen länger ist. Da die zur Zeit verwendeten Batterien im Wesentlichen Bleiakkumulatoren sind, muss die Batterieverschlechterung aufgrund von Überladen oder Überentladen berücksichtigt werden.
  • Bisher ist die zweckdienliche Regelung durch Messen der Klemmenspannung der Einheitzellen ausgeführt worden. Beispielsweise wird bei einer gegebenen Einheitzelle mit einer Standardspannung von 12 V die Einheitzelle, wenn die Spannung, bei der das Laden beendet wird, auf 13,2 V eingestellt ist und die Spannung, bei der das Entladen beendet wird, auf 11,4 V eingestellt ist, so geregelt, dass eine Überlade- Warnung angezeigt und das Laden automatisch gestoppt wird, wenn 13,2 V überschritten werden und dass eine Überentlade-Warnung angezeigt und das Entladen automatisch gestoppt wird, wenn die Spannung unter 11,4 V abfällt.
  • Trotzdem schreitet die Batterieverschlechterung mit wiederholtem Laden und Entladen voran, und die Menge der Elektrizität, die geladen und entladen werden kann, nimmt ab. Bei einer Batterie, in der die Verschlechterung fortgeschritten ist, wird nämlich während des Ladens die Spannung, bei der das Laden beendet wird, trotz der Tatsache erreicht, dass die Batterie nicht vollständig geladen worden ist. Während des Entladens unter Last endet die Batteriespannung unter der Spannung, bei der die Entladung beendet worden sein sollte. Folglich beschränkt, wenn eine Lade- und Entladeregelung aufgrund der Klemmenspannung erfolgt und der Zustand der Batterieverschlechterung nicht beachtet wird, die sich ergebende Regelung manchmal das Laden, obwohl weiteres Laden möglich ist und führt manchmal weiteres Laden aus, obwohl kein weiteres Laden möglich ist.
  • Obgleich eine Batterie zum Speichern von Energie zum Fahren eines Fahrzeugs mehrere in Reihe geschaltete Einheitzellen verwendet, verschlechtern sich diese Einheitzellen außerdem nicht gleichförmig. Stattdessen gibt es hinsichtlich ihrer Verschlechterung Schwankungen, und diese nehmen zu, wenn gleichförmiges Laden und Entladen ausgeführt werden.
  • Bisher sind Lade- und Entladeströme aufgrund der Klemmenspannung auf die zuvor genannte Weise geregelt worden, und daher ist die Regelung nicht derart gewesen, dass sie die Spannung, bei der das Laden beendet wird, und die Spannung bei das Entladen beendet wird, wobei diese Spannungen die Grundlage für diese Regelung darstellen, veranlasst hat, sich mit der Verschlechterung der Einheitzellen zu ändern. Als Maß zum Vermeiden eines Überladens oder Überentladens einer Batterie, in der die Verschlechterung vorangeschritten ist, werden die Spannung, bei der das Laden beendet wird, und die Spannung, bei der das Entladen beendet wird, im Voraus so eingestellt, dass sie zu einer Batterie mit vorangeschrittener Verschlechterung passen. Das heißt, dass bei einer neuen Batterie die Speicherkapazität nicht vollständig genutzt wird.
  • Durch Ausführung wiederholter Versuche konnte der Erfinder eine Vielzahl von Berichten hinsichtlich des Fahrens und der Wartung der zuvor erwähnten HIMR-Fahrzeuge erhalten. Eine Batterie verschlechtert sich allmählich bei wiederholtem Laden und Entladen und muss daher nach einer gewissen Zeit ausgewechselt werden. Eine sorgfältige Studie der zuvor erwähnten Wartungseinträge hat jedoch gezeigt, dass selbst bei Bussen, die auf Strecken betrieben werden, bei denen verhältnismäßig gleichförmige Fahrbedingungen gegeben sind, die Batterielebensdauer keines Falls gleichförmig ist und stattdessen große Schwankungen aufweist. Es wurde auch beobachtet, dass, obgleich das Laden und das Entladen an einer Vielzahl in Reihe geschalteter Einheitzellen ausgeführt wurde, jede Einheitzelle unter diesen Bedingungen eigene Kenndaten aufwies und das Laden und Entladen trotz der Reihenschaltung nicht gleichförmig ausgeführt wurde.
  • Dies wird nachfolgend ausführlich erklärt. Wenn beispielsweise 25 Einheitzellen entladen werden, wenn sie in Reihe geschaltet sind, wird die Energie nicht gleichförmig von allen 25 Einheitzellen abgegeben. Außerdem werden beim Laden von in Reihe geschalteten Einheitzellen nicht alle Zellen gleichförmig geladen. Dies ist hinsichtlich der elektrischen Kenndaten leicht verständlich, wenn angenommen wird, dass der Innenwiderstand (R) der einzelnen Einheitzellen nicht gleich ist. Die Reihenschaltung bedeutet, dass der Strom (I) gleich ist, aber während des Ladens und Entladens ist die Lade- oder Entladeenergie pro Einheitzeit (I2R) nicht gleich. Eine Einheitzelle mit einem höheren Innenwiderstand hat während des Ladens eine höhere Klemmenspannung, als die anderen Einheitzellen und umgekehrt während des Entladens eine geringere Klemmenspannung als die anderen Einheitzellen. Selbst bei der Annahme, dass die Klemmenspannungen tatsächlich gleich sind, wenn alle Einheitzellen wiederholt bei einer Norm- oder Nennspannung geladen und entladen werden, wird eine Zelle mit einem höheren Innenwiderstand während des Ladens schließlich überladen, mit dem . Ergebnis, dass diese Einheitzelle allein eine beschleunigte Verschlechterung erfährt. Außerdem erlangt eine Einheitzelle mit hohem Innenwiderstand, obwohl sie auf der Grundlage einer Reihenschaltung geladen und entladen wird, eine erhöhte Zelltemperatur, mit dem Ergebnis, dass ihre Kenndaten von denen der anderen Einheitzellen abweichen und wiederum diese Einheitzelle allein schließlich vor den anderen Einheitzellen eine Verschlechterung erfährt.
  • Der Erfinder hat verschiedene Versuche ausgeführt, wie Einheitzellen des gleichen Fertigungslots in einem Batteriefach unterzubringen. Es wurde herausgefunden, dass, selbst, wenn die Kenndaten der Einheitzellen in einem neuen Fahrzeug gleichförmig sind, diese Kenndaten Veränderlichkeiten aufweisen, wenn das Fahrzeug über einen langen Zeitraum genutzt worden ist, und die ungleichförmige Verschlechterung beschleunigt wird. Im Allgemeinen sind es nicht einzelne Einheitzellen einer Batterie, die ausgewechselt werden, sondern es werden eher alle Einheitzellen gleichzeitig ausgewechselt. Dies ist eindeutig eine Ursache für eine verkürzte Batterielebensdauer. Darüberhinaus stellt die Nutzung und die nachfolgende Entsorgung großer Batteriezahlen eine neue Quelle der Verschmutzung dar.
  • Die Wartung und Prüfung von Einheitzellen sollte daher das Messen der Spannung und des Stroms jeder Einheitzelle nach Anschluss einer geeigneten Last beinhalten, und dann, dass für jede Einheitzelle, gemäß dem Verschlechterungszustand der Zelle, geeignete Maßnahmen ergriffen werden, die darauf abzielen, Veränderlichkeiten in den Kenndaten der Einheitzellen zu vermeiden.
  • Beim Stand der Technik erfordern die Wartung und Prüfung einer Hochspannungsbatterie dieser Art, dass die Messausrüstung an die Zellklemmen angeschlossen ist. Selbst, wenn man denkt, dass nur eine oder zwei einer Vielzahl von in Reihe geschalteter Einheitzellen defekt geworden sind, hat die Wartung und Prüfung einer herkömmlichen Hochspannungsbatterie das Anschließen von Messausrüstung an die Klemmen jeder einzelnen Einheitzelle und das Ausführen einer Vielzahl von Messungen notwendig gemacht, um herauszufinden, welche Einheitzellen defekt sind. Es wird daher festgelegt, dass die Wartung und Prüfung einer Hochspannungsbatterie dieser Art von Jemandem ausgeführt werden muss, der vorschriftsmäßig geschult worden ist, und der ein angegebenes Sicherheitsverfahren sorgfältig anwendet. Das heißt, dass Wartung und Prüfung nicht frei vom Fahrer ausgeführt werden können, und dass jedes Fahrzeug zu einem bestimmten Service-Center, etc. gebracht werden muss.
  • Daher ist die gegenwärtige Situation so, dass obgleich es in Bezug darauf, Pannen eines Fahrzeugs für den Fahrer zu vermeiden, wichtig ist, die Batterie entweder vor oder nach dem Betrieb des Fahrzeugs oder während des Fahrens zu prüfen, es im Falle einer Hochspannungsbatterie für gewöhnlich für den Fahrer unmöglich ist, dies zu tun.
  • Vor einem solchen Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Reglersystem für eine Kraftfahrzeug-eigene Batterie bereit zu stellen, das die Speicherkapazität der Batterie voll nutzt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung bereit zu stellen, um den Klemmenspannungs-Grenzwert während des Ladens gemäß dem Verschlechterungszustand der Batterie angepasst zu regeln. Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung bereit zu stellen, um den Klemmenspannungs-Grenzwert während des Entladens gemäß dem Verschlechterungszustand der Batterie angepasst zu regeln. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Reglersystem für eine Kraftfahrzeug-eigene. Batterie bereit zu stellen, das die Batterielebensdauer erhöhen kann. Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung bereit zu stellen, die für eine Batterie, die viele in Reihe geschaltete Einheitzellen umfasst, den Verschlechterungszustand jeder dieser Einheitzellen regeln kann.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung bereit zu stellen, die die Wartung und Prüfung erleichtert. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Informationsübertragungs-Anordnung bereit zu stellen, die die Batteriewartung vereinfacht. noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung bereit zu stellen, bei der das Wartungspersonal Messungen vornehmen kann, ohne stromführende Teile der Batterie zu berühren. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung bereit zu stellen, bei der der Verschlechterungszustand der Batterie festgestellt werden kann, während die Batterie verwendet wird. Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung bereit zu stellen, bei der der Zustand der Batterie, die in einem Elektrofahrzeug montiert ist, erfasst werden kann, während das Fahrzeug fährt.
  • Patentschrift US-A-4305254 offenbart ein Hybridfahrzeug mit einem Motor, der von einem Mikrocomputer geregelt wird. Dies umfasst ein Reglersystem zum Messen des Stroms und der Spannung einer Batterie.
  • Nor J K et al: "Very Fast Battery Charging and Battery Energy Management" International Electric Vehicle Symposium, Anaheim, De. 5 – 7, 1994, Band VOL. 1, no. SYMP. 12, 5. Dezember 1994, Seiten 117-125, XP000488475 Electric Vehicle Association of the Americas (EVAA) offenbart ein Batterie-Energie-Verwaltungssystem, dass das Laden von Strom in eine Batterie kontinuierlich anpasst, passend zur Ladefähigkeit der Batterie.
  • Patentschrift FR-A-2589008 offenbart ein System, umfassend Batteriesensoren zum Erfassen der Klemmenspannung, des Stroms und der Temperatur von Einheitzellen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung eines an eine Kraftfahrzeugbatterie gekoppeltes Reglersystems, umfasst das System eine Mehrphasen-Wechselstrom-Elektromaschine, die an das Getriebe eines Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, eine Umkehrschaltung, die zwischen dieser Mehrphasen-Wechselstrom-Elektromaschine und der im Kraftfahrzeug montierten Batterie bereit gestellt ist, und die Kraftfahrzeug-eigene Batterie, wobei der Wechselrichter eine Wechselstrom-Gleichstrom- oder eine Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlung ausführt, einen Programm-Regelkreis zum Regeln der Umkehrschaltung und Mittel zum Messen des Stroms und der Spannung der zuvor erwähnten Batterie während des Entladens und während des Ladens ausführt, wobei der Programm-Regelkreis Mittel zum Regeln des Ladestroms und / oder des Entladestroms der Batterie umfasst, über den zuvor genannten Umkehrer und auf Grundlage der Spannungs- und Strominformationen, die durch die zuvor genannten Mittel gemessen werden;
    und das dadurch gekennzeichnet ist, dass die zuvor genannte Batterie mit Batteriesensoren zum Erfassen der Klemmenspannung und des Stroms von Einheitzellen (B1–Bn) der Batterie ausgestattet ist, wobei die Erfassungsausgabe der Batteriesensoren (VD1–VDnCD) an den Programm-Regelkreis geliefert werden; wobei der Programm-Regelkreis Mittel umfasst zum
    • a) Bestimmen auf der Grundlage der Erfassungsausgaben der Batteriesensoren (VD1–VDnCD), zu welcher der mehreren zellverschlechterten Zustandsbereiche jede Einheitzelle gehört; und
    • b) Anpassen des Lade- oder Entladestroms, wie geeignet, wenn sich eine der Einheitzellen in einem verschlechterten Zustand befindet, so dass das Laden oder Entladen für die verschlechterte Zelle oder die Zellen geeignet ist.
  • Als Ergebnis kann der Ladestrom und / oder der Entladestrom mit Genauigkeit geregelt werden, wobei die Regelung Spannungs- und Stromwerte zusammen verwendet.
  • Der Programm-Regelkreis umfasst vorzugsweise Speichermittel zum Behalten von Informationen hinsichtlich des Stroms und der Spannung während des Entladens (Entlade-Kenndaten IV) und des Stroms und der Spannung während des Ladens (Lade-Kenndaten IV).
  • Die Entlade-Kenndaten IV und die Lade-Kenndaten IV, die auf Daten basieren, die durch Messungen an Batterien erhalten worden sind, können in diesen Speichermitteln behalten werden, wobei die Regelung des Ladestroms und / oder des Entladestroms ausgeführt werden kann, während die gespeicherten Kenndaten mit den gegenwärtigen Spannungs- und Stromwerten verglichen werden.
  • Durch Batteriesensoren zum Erfassen der Klemmenspannung der einzelnen Einheitzellen kann der Programm-Regelkreis den Verschlechterungszustand jeder Einheitzelle ermitteln. Durch Einstellen der Spannung, bei der das Laden beendet wird, oder der Spannung, bei der das Entladen beendet wird, ist es möglich, von den vielen Einheitzellen die Einheitzelle auszusuchen, in der die Verschlechterung am weitesten voran geschritten ist, um zu vermeiden, dass die Verschlechterung einer Einheitzelle, in. der die. Verschlechterung bereits voran geschritten ist, begünstigt wird.
  • Als Ergebnis dessen, jede Einheitzelle mit einem Sensor und mit Funkübertragungsfähigkeiten auszustatten, können Informationen zum Regeln der Hochspannungsbatterie erhalten werden, ohne dass die Hochspannungsbatterie direkt berührt werden muss.
  • Es ist auch möglich, einen Stromsensor bereit zu stellen, so dass die erfassten Informationen Informationen in Bezug auf den Strom der Einheitzellen beinhalten. Weil Informationen erhalten werden können, die den Wert des Stroms sowie der Spannung beinhalten, können ausführlichere Regeldaten erhalten werden.
  • Es ist überdies möglich, Temperatursensoren zum Erfassen von Informationen bereit zu stellen, die Informationen hinsichtlich der Temperatur der Einheitzellen enthalten. Dies macht es möglich, Informationen zu erhalten, die Temperaturinformationen zusätzlich zu Spannungswerten und Stromwerten enthalten, wodurch wiederum ausführlichere Regeldaten erhalten werden können.
  • Es ist auch möglich, einen Programm-Regelkreis bereit zu stellen, der die zuvor erwähnten Informationen verarbeitet. Dies ermöglicht, dass die erhaltenen Informationen in verarbeiteter Form angezeigt werden, so dass die Situation unverzüglich erkannt werden kann.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtanordnung eines HIMR zeigt und zu einem ersten Vergleichsbeispiel gehört.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung des Umkehr-Regelkreises im ersten Vergleichsbeispiel zeigt.
  • 3 zeigt die Lade-Kenndaten der zweiten Zellschaltung im ersten Vergleichsbeispiel.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das den Betriebsfluss des Umkehr-Regelkreises zeigt, wenn ein Ladevorgang im ersten Vergleichsbeispiel ausgeführt wird.
  • 5 zeigt die Entlade-Kenndaten der zweiten Zellschaltung im ersten Vergleichsbeispiel.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das den Betriebsfluss des Umkehr-Regelkreises zeigt, wenn ein Entladevorgang im ersten Vergleichsbeispiel ausgeführt wird.
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtanordnung eines zweiten Vergleichsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtanordnung der wesentlichen Teile des zweiten Vergleichsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 9 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung eines Batteriesensors des zweiten Vergleichsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 10 zeigt die Rahmenstruktur eines Funksignals im zweiten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ist ein Flussdiagramm, dass den Betriebsfluss des Umkehr-Regelkreises im zweiten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 12 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration eines HIMRs zeigt und zu einem dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung gehört.
  • 13 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration des dritten Vergleichsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 14 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Spannungs-Erfassungsschaltung im dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 15 zeigt die Rahmenstruktur des Datensignals, das im dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 16 zeigt die Beziehung zwischen Entlade-Kenndaten und der Verschlechterung von Einheitzellen im dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 17 zeigt die Beziehung zwischen Lade-Kenndaten und der Verschlechterung von Einheitzellen im dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 18 ist ein Flussdiagramm, das den Betriebsfluss der ersten Erfassung eines voreingestellten Werts im dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 19 ist ein Flussdiagramm; das den Betriebsfluss der zweiten Erfassungseinheit des voreingestellten Werts im dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 20 ist ein Flussdiagramm, das den Betriebsfluss zeigt, der zum Erfassen des ersten voreingestellten Werts durch die Programm-Verarbeitungsschaltung im dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung gehört.
  • 21 ist ein Flussdiagramm, das den Betriebsfluss zeigt, der zum Erfassen des zweiten voreingestellten Werts durch die Programm-Verarbeitungsschaltung im dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung gehört.
  • 22 ist ein Flussdiagramm, das einen anderen Betriebsfluss zeigt, der zum Erfassen des zweiten voreingestellten Werts durch die Programm-Verarbeitungsschaltung im dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung gehört.
  • 23 dient dazu, die Montage eine Batteriesensors mit einem Funksender in eine Einheitzelle im dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu erklären.
  • 24 zeigt einen Batteriesensor mit einem Funksender im dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der in eine Einheitzelle montiert ist.
  • 25 zeigt Einheitzellen, die in einem Kraftfahrzeug im dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung montiert sind.
  • 26 zeigt ein Beispiel der Installation einer Anzeigevorrichtung im dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 27 zeigt ein Beispiel der Installation einer Anzeigevorrichtung am Fahrersitz im dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 28 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 29 zeigt die Beziehung zwischen Entlade-Kenndaten und der Verschlechterung von Einheitzellen in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 30 zeigt die Beziehung zwischen Lade-Kenndaten und der Verschlechterung von Einheitzellen in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 31 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration eines vierten Vergleichsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 32 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Batteriesensors im vierten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt.
  • Die Konfiguration einiger Vergleichsbeispiele wird nachfolgend beschrieben.
  • 1 und 2 zeigen ein Reglersystem. für eine Kraftfahrzeug-eigene Batterie, wobei seine besonderen Merkmale sind, dass es eine Käfigläufer-Verbrennungsmaschine (2) umfasst, die als Mehrphasen-Wechselstrom-Elektromaschine dient, die an eine Verbrennungsmaschine (1) gekoppelt ist, die als Antriebsgetriebe des Kraftfahrzeugs dient, wobei eine Umkehrschaltung (4) zwischen der Käfigläufer-Mehrphasen-Verbrennungsmaschine (2) und der zweiten Zellschaltung (3) bereit gestellt ist, die im Kraftfahrzeug montiert sind, wobei die Umkehrschaltung (4) eine Wechselstrom-Gleichstrom- oder eine Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlung ausführt und der Umkehr-Regelkreis (5) als Programm-Regelkreis zum Regeln der Umkehrschaltung (4) dient; und es umfasst außerdem eine Erfassungsschaltung (13) als Mittel zum Messen des Stroms und der Spannung der zweiten Zellschaltung (3) während des Entladens und während des Ladens; und die Umkehr-Regelschalung (5) umfasst Mittel zum Regeln, über eine Umkehrschaltung (4) und auf Grundlage der Spannungs- und Strominformationen, die von der Erfassungsschaltung (13) gemessen werden, dem Ladestrom und dem Entladestrom oder einem von beiden der zweiten Zellschaltung (3).
  • Der Umkehr-Regelkreis (5) umfasst den Umkehr-Regelkreis (50) zum Regeln der Umkehrschaltung (4) und einen Speicher (52) zum Behalten von Informationen in Bezug auf den Strom und die Spannung während des Entladens (Entlade- Kenndaten IV) und des Stroms und der Spannung während des Ladens (Lade-Kenndaten IV).
  • Nachfolgend wird das in 1 dargestellte Hybridauto (HIMR) erklärt. Das Fahrzeug ist so ausgestaltet, dass eine Dreiphasen-Wechselstrom-Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) an die Kurbelwelle einer Verbrennungsmaschine (1) gekoppelt ist, eine große zweite Zellschaltung (3) im Kraftfahrzeug montiert ist, wobei die zweite Zellschaltung (3) und die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) mittels einer. bidirektionalen Umkehrschaltung (4) gekoppelt sind, die eine Wechselstrom-Gleichstrom oder eine Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlung ausführt, wobei die Umkehrschaltung (4) von einem Umkehr-Regelkreis (5) geregelt wird. Die Erfassungsschaltung (13) gibt die Spannung der zweiten Zellschaltung (3) und den Strom des Leitungsprüfers (7) an den Umkehr-Regelkreis (5) weiter. Der Umkehr-Regelkreis (5) regelt die Umkehrschaltung (4) entsprechend den Eingaben von der Erfassungsschaltung (13), vom Drehsensor (6) und von der CPU (12).
  • Der Umkehr-Regelkreis (5) regelt die Umkehrschaltung (4) so, dass wenn das Kraftfahrzeug gestartet oder beschleunigt wird, das auf die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) angewandte magnetische Drehfeld geregelt wird, so dass die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) einen Elektromotor darstellt, und wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs verringert wird, das auf die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) angewandte magnetische Drehfeld geregelt wird, so dass die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) einen Generator darstellt. Die durch dieses System ausgeführte Regelung gestaltet sich so, dass die zweite Zellschaltung (3) entlädt, wenn die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionmaschine (2) als Elektromotor genutzt wird, und lädt, wenn die Induktionsmaschine (2) als Generator genutzt wird. Mit anderen Worten wird das System so geregelt, dass es Energierückgewinnung beim Bremsen bietet. Es ist auch möglich, die Verbrennungsmaschine (1) zu betreiben, wenn sich das Hybridauto nicht bewegt, mit der einzigen Aufgabe, die zweite Zellschaltung (3) zu laden.
  • Nachfolgend wird die Arbeitsweise des ersten Vergleichsbeispiels mit Bezug auf die 3–6 erklärt. 3 zeigt die Lade-Kenndaten der zweiten Zellschaltung, wobei der Ladestrom entlang der waagerechten Achse und die Spannung entlang der senkrechten Achse aufgezeichnet sind. Die in 3 dargestellen Lade-Kenndaten werden im Speicher (52) des Umkehr-Regelkreises (5) behalten. Wie in 3 dargestellt, zeigt Kurve a die Situation, in der die Zellen der zweiten Zellschaltung (3) neu und leicht geladen worden sind. Kurve b zeigt die Situation, in der die Zellen der zweiten Zellschaltung (3) neu und zur Hälfte geladen sind. Kurve c zeigt die Situation, in der die Zellen der zweiten Zellschaltung (3) neu und voll geladen sind. Kurve d zeigt die Situation, in der die Verschlechterung der Einheitzellen der zweiten Zellschaltung (3) bis zu einem Ausmaß vorangeschritten ist, bei dem ein Auswechseln erforderlich ist. Der obere Grenzwert MAX zeigt die Spannung, bei der das Laden beendet wird, und bei der das Reglersystem der ersten Ausführungsform der Erfindung eine Regelung ausführt. Dieser obere Grenzwert MAX steigt in 3 nach rechts an, im Gegensatz zu dem Fall des Stands der Technik, der durch die gestrichelte und gepunktete Linie dargestellt wird. Dies zeigt, dass wenn eine Batterie neu und nur leicht geladen ist, sie so geregelt wird, dass ihr Ladestrom oder mit anderen Worten ihre Klemmenspannung während des Ladens höher wird, als beim Stand der Technik. Folglich wird die Kapazität der Batterie gemäß dem Zustand der Batterie voll genutzt. Umgekehrt gewährleistet die Regelung, dass wenn die Batterieverschlechterung bis zu einem Ausmaß vorangeschritten ist, bei dem ein Auswechseln erforderlich ist, dass die Spannung, bei der das Laden beendet wird, herabgesetzt wird, so dass die Batterie durch die Versorgung eines großen Ladestroms nicht überladen wird.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das den Betriebsfluss des Umkehr-Regelkreises zeigt, wenn das Laden ausgeführt wird. Die Strom- und Spannungswerte werden zu diesem Zeitpunkt von der Erfassungsschaltung (13) an den Umkehr-Regelkreis (50) (S1) weitergeleitet. Der Bereich A, B oder C, zu dem die zweite Zellschaltung (3) gegenwärtig gehört, ist entsprechend dieser Strom- und Spannungswerte (S2) hestimmt. Die gegenwärtigen Strom- und Spannungswerte werden nämlich mit den in 3 dargestellten Lade-Kenndaten verglichen, die im Speicher (52) behalten werden, und in welchem Zustand die zweite Zellschaltung (3) erfasst wird. Wenn die zweite Zellschaltung (3) in den Bereich A fällt, sind die Einheitzellen der zweiten Zellschaltung (3) neu und leicht geladen worden. Wenn sie in den Bereich B fällt, sind die Einheitzellen der zweiten Zellschaltung (3) neu und mäßig geladen worden. Wenn sie in den Bereich C fällt, ist die Verschlechterung der Einheitzellen der zweiten Zellschaltung (3) bis zu einem Ausmaß vorangeschritten, bei dem ein Auswechseln erforderlich ist. Gleichzeitig kann der Bereich A, B oder C, in den die zweite Zellschaltung (3) fällt, außen angezeigt werden.
  • Wenn nämlich die zweite Zellschaltung in den Bereich A fällt, kann das Display "charging is required" [Laden ist erforderlich] anzeigen; wenn sie in den Bereich B fällt, kann das Display "normal" anzeigen, und wenn sie in den Bereich C fällt, kann das Display „cell replacement is required" [Auswechseln der Zelle ist erforderlich] anzeigen. Der Wert des oberen Grenzwerts MAX ändert sich entsprechend dem Bereich A, B oder C, zu dem die zweite Zellschaltung gehört. Wenn der Spannungswert größer ist, als der obere Grenzwert MAX für den Bereich A, B oder C, zu dem die zweite Zellschaltung gehört (S3), ist der Ladestrom-Anstieg beschränkt (S4). Der gegenwärtige Wert der Spannung kann beibehalten werden, indem jeder Anstieg des Ladestroms beschränkt wird.
  • In der vorstehenden Erklärung wurden zwei Batteriezustände unterschieden: "neu" und "ein Auswechseln erfordernd". Bei der tatsächlichen Nutzung kann eine Batterie jedoch zwischen diesen beiden Zuständen liegen. Wenn die Batterieverschlechterung beginnt, erreichen die Kurven a, b und c, die in 3 dargestellt sind, tatsächlich allmählich die Kurve d. Die Bereiche A, B und C unterliegen hinsichtlich ihrer Form entsprechenden Änderungen, und ihr Bereich nimmt ab. In der vorliegenden Erfindung können die Batteriekurven, die den Kurven a, b und c entsprechen, durch gleichzeitiges Erfassen des Ladestroms und der Klemmenspannung während des Ladens zweidimensional erfasst werden. Wenn die Kurve jedoch die Kurve c allmählich erreicht hat, kann von diesen Messungen allein nicht gesagt werden, ob dies darauf zurück zu führen ist, dass die Verschlechterung vorangeschritten ist oder darauf, dass die Batterie allmählich voll geladen worden ist. Es gibt jedoch keine besondere Notwendigkeit, zwischen diesen Möglichkeiten zu unterscheiden. Die Kurven a bis c werden entsprechend einem Batterietyp im Voraus im Speicher gespeichert, und das Reglersystem ist so ausgestaltet, dass eine Lade- und Entladeregelung gemäß diesem Muster ausgeführt wird. Wenn der Ladestrom gegenüber den Spannungs-Kenndaten mit Kurve d übereinstimmt, ist bekannt, dass die Batterie den Zustand erreicht hat, an dem ein Auswechseln erforderlich ist, und dies wird angezeigt.
  • Der Ladestrom wird unter Verwendung einer Umkehrschaltung (4) geregelt, um die Drehgeschwindigkeit des auf die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) angewandten magnetischen Drehfelds zu ändern. Wenn nämlich die Drehgeschwindigkeit des magnetischen Drehfelds der Käfigläufer- Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) kleiner gemacht wird, als die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine (1), verhält sich die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) als Generator. Um den Ladestrom zu begrenzen, kann die von der Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2), die sich als Generator verhält, erzeugte Elektrizitätsmenge herabgesetzt werden, wenn die Drehfrequenz des magnetischen Drehfelds der Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) die Drehfrequenz der Kurbelwelle erreicht oder mit anderen Worten, wenn die Menge des Schlupfes herabgesetzt wird.
  • 5 zeigt die Entlade-Kenndaten der zweiten Zellschaltung (3), wobei der Entladestrom entlang der waagerechten Achse und die Spannung entlang der senkrechten Achse aufgezeichnet ist. Die in 5 dargestellten Entlade-Kenndaten werden im Speicher (52) des Umkehr-Regelkreises (5) behalten. Kurve e zeigt die Situation, in der die Einheitzellen der zweiten Zellschaltung (3) neu und voll geladen sind. Kurve f zeigt die Situation, in der die Einheitzellen der zweiten Zellschaltung (3) neu und mäßig geladen worden sind. Kurve g zeigt die Situation, in der die Einheitzelle der zweiten Zellschaltung (3) neu und geringfügig geladen worden sind. Kurve h zeigt die Situation, in der die Verschlechterung der Zellen der zweiten Zellschaltung (3) bis zu einem Ausmaß vorangeschritten ist, bei dem ein Auswechseln erforderlich ist. Der untere Grenzwert MIN zeigt die Klemmenspannung, bei der sich ein Über-Entladen ergibt, wenn das Entladen über diesen Grenzwert hinaus andauert. Wie in 5 dargestellt, fällt dieser untere Grenzwert MIN in der vorliegenden Erfindung nach rechts ab, im Gegensatz zum Fall des Stands der Technik, der durch die gestrichelte und gepunktete Linie dargestellt ist. Dies zeigt, dass wenn eine Batterie neu und voll geladen ist, die begrenzende Spannung zum Entladen vergleichsmäßig gering eingestellt werden kann. Umgekehrt zeigt dies, dass wenn die Batterieverschlechterung bis zu einem Ausmaß vorangeschritten ist, bei dem ein Auswechseln erforderlich ist, die begrenzende Spannung zum Entladen vergleichsmäßig hoch ist oder mit anderen Worten ein großer Entladestrom nicht erhalten werden kann.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das den Betriebsfluss des Umkehr-Reglers zeigt, wenn Entladen im ersten Vergleichsbeispiel ausgeführt wird. Die Strom- und Spannungswerte zu diesem Zeitpunkt werden von der Erfassungsschaltung (13) an den Umkehr-Regler (50) (S11) weitergegeben. Der Bereich E, F oder G, zu dem die zweite Zellschaltung (3) gegenwärtig gehört; wird entsprechend diesen Strom- und Spannungswerten (S12) bestimmt. Die gegenwärtigen Strom- und Spannungswerte werden nämlich mit den Entlade-Kenndaten verglichen, die in 5 dargestellt sind, und die im Speicher (52) behalten werden, und der Verschlechterungszustand und der Ladezustand der Zellen der zweiten Zellschaltung (3) werden erfasst.
  • Wenn die Ergebnisse der Erfassung angeben, dass die Zellen in den Bereich E fallen, sind die Zellen der zweiten Zellschaltung (3) neu und voll geladen. Wenn sie in den Bereich F fallen, sind die Zellen der zweiten Zellschaltung (3) neu und mäßig geladen. Wenn sie in den Bereich G fallen, ist die Verschlechterung der Zellen der zweiten Zellschaltung (3) bis zu einem Ausmaß vorangeschritten, bei dem ein Auswechseln erforderlich ist. Gleichzeitig kann der Bereich E, F oder G, in den die Zellen fallen, außen angezeigt werden. Wenn nämlich die Zellen in den Bereich E fallen, kann das Display "discharging is required" [Entladen ist erforderlich] anzeigen; wenn sie in den Bereich F fallen, kann das Display "normal" anzeigen, und wenn sie in den Bereich G fallen, kann das Display „cell replacement is required" [Auswechseln der Zelle ist erforderlich] anzeigen. Der Wert des unteren Grenzwerts MIN ändert sich entsprechend dem Bereich E, F oder G, zu dem die Zellen gehören. Wenn der Spannungswert kleiner als der untere Grenzwert MIN für den Bereich E, E oder F, zu dem die Zellen gehören (S13), ist der Entladestrom-Anstieg beschränkt (S 14). Der gegenwärtige Wert der Spannung kann beibehalten werden, indem jeder Anstieg des Entladestroms beschränkt wird.
  • Im Falle des Entladens wurde die Batterie in „neu und geringfügig geladen", „neu und vollgeladen" und „ein Auswechseln erfordernd" eingeteilt, wobei eine tatsächliche Batterie jedoch Zustände zwischen „neu" und „ein Auswechseln. erfordernd" annehmen kann. Kurve e erreicht nämlich allmählich Kurve h, wenn die Nutzung andauert. Gleichzeitig ändern sich auch die Formen der Bereiche E, F und G. Auch wenn solche Messungen allein nicht aufdecken, ob die Batterie sich verschlechtert hat oder ob sie entladen ist, werden diese Kenndaten im Voraus für jeden Batterietyp im Speicher gespeichert, und der Entladestrom der Batterie wird entsprechend diesen Kenndaten geregelt. Die Kurven e bis g können durch gleichzeitiges Messen des Entladestroms und der Spannung zweidimensional erkannt werden. Wenn der Entladestrom und die Spannung die Kurve h erreichen, kann folglich angezeigt werden, dass die Batterie ausgewechselt werden muss.
  • Der Entladestrom wird unter Verwendung einer Umkehrschaltung (4) geregelt, um die Drehgeschwindigkeit des auf die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) angewandten magnetischen Drehfelds zu ändern. Wenn nämlich die Drehgeschwindigkeit des magnetischen Drehfelds der Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) größer ist, als die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine (1), verhält sich die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) als Elektromotor. Um den Entladestrom zu begrenzen kann die von der Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2), die sich als Elektromotor verhält, verbrauchte Leistung herabgesetzt werden, wenn die Drehfrequenz des magnetischen Drehfelds der Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) die Drehfrequenz der Kurbelwelle erreicht oder mit anderen Worten, wenn die Menge des Schlupfes herabgesetzt wird.
  • Wie zuvor erklärt worden ist, kann die Speicherkapazität einer Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung voll genutzt werden. Der obere Grenzwert für die Klemmenspannung wird nämlich während des Ladens entsprechend dem Verschlechterungszustand der Batterie- angepasst geregelt, und der untere Grenzwert für die Klemmenspannung wird während des Entladens entsprechend dem Verschlechterungszustand der Batterie angepasst geregelt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Batterielebensdauer erhöht werden. Außerdem kann bei Batterien, die mehrere in Reihe geschaltete Einheitzellen umfassen, der Verschlechterungszustand für jede Einheitzelle einzeln geregelt werden.
  • Zweites Vergleichsbeispiel
  • Mit Bezug auf die 7 bis 11 wird ein zweites Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung erklärt. 7 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtanordnung dieser zweiten Ausführungsform darstellt. In dieser zweiten Ausführungsform wird für jede Mehrheit von Einheitzellen, die eine zweite Zellschaltung (3) umfassen, ein Batteriesensor bereit gestellt, wobei dieser Batteriesensor die Klemmenspannung der einzelnen Einheitzellen erfasst. Die Ergebnisse dieser Erfassungen werden als Funksignale von den Funksendern TX1 bis TXn übertragen, die zu den entsprechenden Batteriesensoren gehören. Diese Funksignale werden vom Funkempfänger RX empfangen und in den Umkehr-Regelkreis (5) als Spannungsinformationen eingegeben, die zu den einzelnen Einheitzellen gehören. Der Umkehr-Regelkreis (5) entscheidet, ob sich irgendwelche Einheitzellen in einem vorangeschrittenen Verschlechterungszustand befinden oder nicht, wobei diese Entscheidung entsprechend den Spannungsinformationen von jeder Einheitzelle und den Strominformationen vom Strom-Erfasser (7) getroffen wird. Wenn dabei eine Zelle in einem vorangeschrittenen Verschlechterungszustand entdeckt wird, werden die Spannung, bei der das Laden beendet wird, und die Spannung, bei der das Entladen beendet wird, passend zu den Kenndaten dieser Zelle eingestellt. Dadurch kann die Speicherkapazität der anderen Einheitzellen, bei denen die Verschlechterung nicht vorangeschritten ist, nicht 100 % wirksam genutzt werden, aber es ist möglich, eine beschleunigte Verschlechterung der Einheitzelle zu vermeiden, in der die Verschlechterung bereits vorangeschritten ist. Darüber hinaus kann eine Außenanzeige der Informationen, die sich auf eine Einheitzelle beziehen, in der die Verschlechterung vorangeschritten ist, zum Auswechseln der Einheitzelle auffordern.
  • 8 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung der wesentlichen Teile dieses zweiten Vergleichsbeispiels darstellt. N Einheitzellen B1 bis Bn sind in Reihe geschaltet und mit entsprechenden Batteriesensoren VD1 bis VDn ausgestattet. Die Batteriesensoren VD1 bis VDn werden jeweils mit den Funksendern TX1 bis TXn ausgestattet. Die von den Funksendern TX1 bis TXn gesendeten Funksignale werden vom Funkempfämger RX empfangen. Die Spannungswerte jedes Batteriesensors VD1 bis VDn, die vom Funkempfänger RX ausgegeben werden, werden in den Umkehr-Regelkreis (5) eingegeben, und der vom Strom-Erfasser (7) erfasste Stromwert wird in den Umkehr-Regelkreis (5) über eine Erfassungsschaltung (13) eingegeben.
  • 9 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung eines Batteriesensors in diesem zweiten Vergleichsbeispiel darstellt. Die Spannungs-Messeinheit V misst die Klemmenspannung der Einheitzelle B. Dieser gemessene Wert wird in ein Funksignal gewandelt und vom Funksender TX gesendet.
  • 10 zeigt die Rahmenstruktur des Funksignals im zweiten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In jedem Zeitraum t sendet der Funksender TX intermittierend bei 64KB/s, ein Datensignal mit einer 32-Bit-Rahmenstruktur der in 10 dargestellten Art. Im Header wird eine D gesendet, die jedem Sender TX einzeln zugewiesen worden ist. Der Empfänger TX kann daher bestimmen, von welchem Sender TX ein empfangener Rahmen gesendet worden ist. In diesem Vergleichsbeispiel wurde eine Mobiltelefon-Zelle angepasst und für diese Anordnung verwendet. Der zuvor erwähnte Zeitraum t wird im Voraus auf einen unterschiedlichen Wert für jeden Funksender TX eingestellt. Die Zeit für eine Übertragung beträgt ungefähr 20 ms. Der Zeitraum t wird auf dem Bereich von 20 bis 60 Sekunden eingestellt, so dass er für jeden Sender TX leicht abweicht. Dank einer solchen Ausgestaltung kann der Funkempfänger RX das Signal jedes Funksenders TX einzeln erhalten, selbst wenn die zeitliche Sendeabstimmung der mehreren Funksender TX übereinstimmen sollte, da im nächsten Zeitraum die zeitliche Sendeabstimmung abweichen würde.
  • Wenn ein Zeitraum auf 20 Sekunden eingestellt ist, dann ist eine Zeit von 20 ms, innerhalb derer ein Funksender TXi sendet, ein Tausendstel des Zeitraums. Wenn die Funksender TX1 bis TXn, die jeweils an 25 Einheitzellen B1 bis Bn angeschlossen sind, mit willkürlicher zeitlicher Abstimmung senden, gibt es entsprechend eine Kollisionswahrscheinlichkeit von ungefähr 1 zu 400. Selbst wenn es zu einer Kollision käme, weil der Zeitraum t sich für jeden Sender ändert, könnten die beiden Signale im nächsten Zeitraum ohne Kollision getrennt empfangen werden.
  • 11 ist ein Flussdiagramm, das den Betriebsfluss des Umkehr-Regelkreises im zweiten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Wert des vom Strom-Erfassers (7) erfassten Stroms wird über die Erfassungsschaltung (13) in den Umkehr-Regler (50) (S21) eingegeben. Der Spannungswert jeder Einheitzelle B1 bis Bn wird über die Batteriesensoren VD1 bis VDn, die Funksender TX1 bis TXn und den Funkempfänger RX (S22) eingegeben. Der Bereich, in den jede Einheitzelle B1 bis Bn fällt, wird bestimmt (S23), wie ausführlich in der Beschreibung des ersten Vergleichsbeispiels erklärt worden ist. Die bestimmten Bereiche können auch außen angezeigt werden. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wird entschieden, ob es verschlechterte Zellen (S24) gibt oder nicht. Es wird nämlich entschieden, ob es irgendwelche Einheitzellen B1 bis Bn in Bereich C gibt, dargestellt in 3, oder in Bereich G, dargestellt in 5. Wenn befunden wird, dass es verschlechterte Einheitzellen (S24) gibt, wird eine Lade- und Entladeregelung passend zu den verschlechterten Einheitzellen ausgeführt (S25). Alle Einheitzellen B1 bis Bn, die die zweite Zellschaltung (3) bilden, werden nämlich so behandelt, als hätten sie Kenndaten, die in den Bereich C fallen, dargestellt in 3, oder in Bereich G, dargestellt in 5, und die in 4 oder 6 angezeigte Lade- und Entladeregelung wird ausgeführt. Folglich ist es möglich, selbst wenn einige Einheitzellen B1 bis Bn, die die zweite Zellschaltung (3) bilden, Einheitzellen in einem vorangeschrittenen Verschlechterungszustand sind, das weitere Voranschreiten der Verschlechterung auf Grund von Überladen oder Unterladen zu vermeiden. Darüber hinaus kann das Vornehmen einer Außenanzeige des Verschlechterungszustands für einen Fahrer oder Prüfer als Aufforderung dienen, eine beliebige verschlechterte Einheitzelle als dringende Angelegenheit auszuwechseln.
  • Wie zuvor beschrieben, kann dieses zweite Vergleichsbeispiel die gleiche Wirkung erzielen, wie die erste Ausführungsform. Insbesondere fällt, weil die Spannungsinformationen von Funksignalen übertragen werden, eine direkte Berührung der Hochspannungsbatterie als Teil der Batteriehandhabung weg, wodurch erhöhte Sicherheit geboten wird. Außerdem ist es möglich, Informationen zu erhalten, die den Wert des Stroms und der Temperatur zusätzlich zur Spannung enthalten, wodurch es möglich ist, ausführliche Steuerdaten zu erhalten.
  • Drittes Vergleichsbeispiel
  • Nachfolgend wird das in 12 dargestellte Hybridauto (HIMR) erklärt. Das Fahrzeug ist so ausgestaltet, dass eine Dreiphasen-Wechselstrom-Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) an die Kurbelwelle einer Verbrennungsmaschine (1) gekoppelt ist, eine große zweite Zellschaltung (3) im Kraftfahrzeug montiert ist, wobei die zweite Zellschaltung (3) und die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) mittels einer bidirektionalen Umkehrschaltung (4) gekoppelt sind, wobei die Umkehrschaltung (4) von einem Umkehr-Regelkreis (5) geregelt wird, der programmgesteuert ist. Die Erfassungsschaltung (13) gibt die Spannung der zweiten Zellschaltung (3) und den Strom des Strom-Erfassers (7) an den Umkehr-Regelkreis (5) weiter. Der Umkehr-Regelkreis (5) regelt die Umkehrschaltung (4) entsprechend den Eingaben von der Erfassungsschaltung (13), vom Drehsensor (6) und von der CPU (12).
  • Der Umkehr-Regelkreis (5) regelt die Umkehrschaltung (4) so, dass wenn das Kraftfahrzeug gestartet oder beschleunigt wird, das auf die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) angewandte magnetische Drehfeld geregelt wird, so dass die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) einen Elektromotor darstellt, und wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs verringert wird, das auf die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) angewandte magnetische Drehfeld geregelt wird, so dass die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) einen Generator darstellt. Die durch dieses System ausgeführte Regelung gestaltet sich so, dass die zweite Zellschaltung (3) entlädt, wenn die Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionmaschine (2) als Elektromotor genutzt wird, und lädt, wenn die Induktionsmaschine (2) als Generator genutzt wird. Mit anderen Worten wird das System so geregelt, dass es Energierückgewinnung beim Bremsen bietet. Es ist auch möglich, die Verbrennungsmaschine (1) zu betreiben, wenn sich das Hybridauto nicht bewegt, mit der einzigen Aufgabe, die zweite Zellschaltung (3) zu laden.
  • Die zweite Zellschaltung (3) eines aktuellen HIMRs arbeitet bei 300 V, was durch die Reihenschaltung von fünfundzwanzig 12 V Kraftfahrzeug-Bleiakkumulatoren erreicht wird. Die hier gegebene Erklärung ist jedoch nicht auf 12-Volt- oder 25 Batterien beschränkt. Um die Situation allgemein leicht verständlich zu machen, wird stattdessen eine Erklärung des Falls gegeben, in dem n Einheitzellen B1 bis Bn in Reihe geschaltet sind.
  • Das dritte Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Informations-Übertragungsanordnung für eine Kraftfahrzeug-eigene Batterie, deren besonderen Merkmale sich dadurch auszeichnen, dass wie in 13 dargestellt, die Einheitzellen B1 bis Bn jeweils mit Batteriesensoren VD1 bis VDn als Sensoren zum Erfassen von Spannungsinformationen ausgestattet sind, die sich auf die Einheitzellen B1 bis Bn beziehen, und mit Funksendern TX1 bis TX1 zum Übertragen von Funksignalen, die durch die Ausgabe der Batteriesensoren VD1 bis VDn moduliert worden sind; und der Funkempfänger RX zum Empfangen dieser Funksignale ist in dem oder in der Nähe des Batteriefach/s angeordnet; und getrennte Informationen in Bezug auf jede Einheitzelle B1 bis Bn werden an diesem Funkempfänger RX empfangen. In diesem Beispiel gibt es einen Funkempfänger RX für n Funksender TX1 bis TXn. Die Ausgabe des Funksempfängers RX wird über den Programmverarbeitungs-Kreis P an Anzeigevorrichtung M angezeigt.
  • Wie in 14 dargestellt, besitzt der Batteriesensor VD eine Spannungs-Messeinheit V, die die Spannung der Einheitzelle B misst, und besitzt auch eine Erfassungseinheit für einen ersten voreingestellten Wert TX1 und eine Erfassungseinheit für einen zweiten voreingestellten Wert TX2 und zugehörig zu dieser die rote Leuchte R und die grüne Leuchte G.
  • In jedem Zeitraum t überträgt der Funksender TX pulsweise bei 64 Kb/s ein Datensignal mit einer 32-Bit-Rahmenstruktur der in 15 dargestellten Art. Eine ID, die jedem Sender TX einzeln zugeordnet ist, wird im Header übertragen. Der Empfänger RX kann daher bestimmen, von welchem Sender TX ein empfangener Rahmen übertragen worden ist. In dieser Ausführungsform wurde eine Mobiltelefon-Zelle angepasst und für diese Anordnung verwendet. Der zuvor erwähnte Zeitraum t wird im Voraus für jeden Funksender TX auf einen anderen Wert eingestellt. Die Zeit, die zum Übertragen eines Rahmens der in 15 dargestellten Art benötigt wird, beträgt ungefähr 20 ms. Der Zeitraum t wird in dem Bereich von 20 bis 60 Sekunden eingestellt, so dass er für jeden Sender TX leicht unterschiedlich ist. Dank einer solchen Ausgestaltung kann der Radioempfänger X das Signal jedes Radiosenders TX einzeln empfangen, selbst wenn die zeitlichen Abstimmungen der Übertragungen der mehreren Funksender TX zusammen fallen sollten, weil die zeitlichen Abstimmungen der Übertragungen im nächsten Zeitraum von einander abweichen würden.
  • Wenn ein Zeitraum auf 20 Sekunden eingestellt ist, dann ist eine Zeit von 20 ms, in der ein Funksender Txi sendet, ein Tausendstel des Zeitraums. Entsprechend gibt es, wenn die Funksender TX1 bis TXn, die jeweils an 25 Einheitzellen B1 bis Bn angeschlossen sind, mit einer willkürlichen zeitlichen Abstimmung senden, eine Kollisionswahrscheinlichkeit von ungefähr eins zu 400. Selbst, wenn es eine Kollision gäbe, weil sich der Zeitraum t für jeden Sender ändert, könnten die beiden Signale im nächsten Zeitraum einzeln ohne Kollision empfangen werden.
  • Als nächstes wird der Betrieb des Batteriesensors VD dieses dritten Vergleichsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 16 bis 19 erklärt. Die Beziehungen zwischen der Verschlechterung und den Lade- und Entlade-Kenndaten in den Einheitzellen B1 bis Bn werden in den 16 und 17 dargestellt. 16 zeigt die Beziehung zwischen den Entlade-Kenndaten und der Verschlechterung der Einheitzellen B1 bis Bn, wobei die Entladezeit (T) entlang der waagerechten Achse und die Spannung (V) entlang der senkrechten Achse genommen wurde. Die dargestellten Kenndaten beruhen darauf, einen festen Entladestrom bei einer festen Last zu erhalten. 17 zeigt die Beziehung zwischen den Lade-Kenndaten und der Verschlechterung der Einheitzellen B1 bis Bn, wobei die Entladezeit (T) entlang der waagerechten Achse und die Spannung (V) entlang der senkrechten Achse genommen wurde. Die dargestellten Kenndaten beruhen auf einem Ladevorgang mit einem festen Ladestrom. Wie 16 zeigt, wird die Entladung bei fortschreitender Verschlechterung von einem schnelleren Spannungsabfall begleitet. Wie 17 zeigt, steigt bei fortschreitender Verschlechterung die Spannung und das Laden wird in einer kürzeren Zeit beendet.
  • Nun folgt eine Erklärung des ersten voreingestellten Werts und des zweiten voreingestellten Werts. Wie in den 16 und 17 dargestellt, ändert sich die Spannung der Einheitzellen B1 bis Bn je nachdem, ob die Zellen geladen oder entladen werden (Zellpolarität) und entsprechend dem Wert des Zellenstroms. Angenommen, die Standardspannung der Einheitzellen B1 bis Bn beträgt 12 V, ergibt sich, dass wenn das Laden und das Entladen in Zellen eines bestimmten Typs wiederholt wird, wobei sich die Zellen in einem normalen Zustand befinden, sich ihre Klemmenspannung zwischen 11,4 V und 13,2 V ändert. Es ist daher nützlich, beispielsweise 11,4 V als Spannung zu nehmen, bei der ein Laden erforderlich ist (d.h. der erste voreingestellte Wert) und 13,2 V als die Spannung zu nehmen, bei der das Laden beendet ist (d.h. der zweite voreingestellte Wert). Diese beiden voreingestellten Werte sollten gemäß den Eigenschaften der Zellen eingestellt werden und sollten einen Spielraum enthalten, der sich nach der Verwendungsart der Zellen richtet.
  • 18 ist ein Flussdiagramm, das den Betriebsfluss der Erfassungseinheit des ersten voreingestellten Werts TH1 in diesem dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. In dem in 18 dargestellten Flussdiagramm werden bei der Inbetriebnahme alle derzeitig behaltenen Daten zunächst zurückgesetzt (S31). Die jeweiligen Spannungswerte der Einheitzellen B1 bis Bn werden dann. erfasst (S32), und wenn ein Spannungswert erfasst worden ist (S33), der gleich oder niedriger als der erste voreingestellte Wert ist, wird das Ergebnis behalten (S34) die rote Leuchte R leuchtet, und die Daten werden an den Sender TX (S35) gesendet.
  • Eine Spannung unterhalb des ersten voreingestellten Werts (11,4 V) wird im Allgemeinen erfasst, wenn ein Strom von der Batterie entnommen wird, nämlich wenn eine Last an die Einheitzellen B1 bis Bn angeschlossen wird. Dies geschieht, wenn das Fahrzeug unter Verwendung der Käfigläufer-Mehrphasen-Induktionsmaschine (2) beschleunigt und die Last an den Einheitzellen B1 bis Bn zugenommen hat. Wenn die Last herabgesetzt wird, erreicht die Klemmenspannung folglich einen Wert, der über dem ersten voreingestellten Wert liegt, und wenn der Erfassungsverlauf nicht behalten worden ist, ist es daher gut möglich, dass das Erfassungsergebnis verschwindet, bevor es als Steuerdaten verwendet werden kann.
  • Das heißt, die rote Leuchte R arbeitet wie nachfolgend beschrieben. Ein Über-Entladungszustand tritt in den Einheitzellen B1 bis Bn auf, wenn eine Last angeschlossen wird, und für jede Einheitzelle B1 bis Bn, bei der die Spannung unter den ersten voreingestellten Wert gefallen ist, leuchtet die rote Leuchte weiter, selbst wenn die Klemmenspannung wieder ansteigt. Wenn die Spannung nachfolgend weiter ansteigt und den zweiten voreingestellten Wert erreicht, leuchtet die grüne Leuchte G, aber selbst dann leuchtet die rote Leuchte weiter. Die an den Funksender TX gesendeten Daten werden nur einmal versendet.
  • 19 ist ein Flussdiagamm, das den Betrieb der Erfassungseinheit des zweiten voreingestellten Werts TH2 des dritten Vergleichsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in diesem Flussdiagramm dargestellt, werden bei der Inbetriebnahme alle derzeit behaltenen Daten zunächst zurückgesetzt (S41). Die Spannungswerte jeder Einheitzelle B1 bis Bn werden dann erfasst (S42), und wenn ein Spannungswert erfasst wird (S43), der gleich oder größer als der zweite voreingestellt Wert ist, wird dieses Ergebnis behalten (S44), und die grüne Leuchte G leuchtet, und die Daten werden an den Funksender TX (S45) gesendet.
  • Die grüne Leuchte G leuchtet, wenn die Klemmenspannung einer Einheitzelle B1 bis Bn den zweiten voreingestellten Wert übersteigt. In diesem Beispiel leuchtet die grüne Leuchte G ebenfalls weiter. Die grüne Leuchte G leuchtet, wenn ein Überladen in einer Einheitzelle B1 bis Bn auftritt. Danach leuchtet die grüne Leuchte G weiter, selbst wenn ein Entladen ausgeführt wird und der Überladezustand beseitigt ist. Die an den Funksender TX gesendeten Daten werden nur einmal versendet.
  • Die rote Leuchte R und die grüne Leuchte G beziehen sich nicht direkt auf die vorliegende Erfindung. Nachdem ein Fahrzeug, das mit diesem Reglersystem ausgestattet ist, den Betrieb beendet hat, kann der Fahrer oder die Aufsichtsperson jedoch den Zustand der Einheitzellen B1 bis Bn durch das Leuchten der roten Leuchten und der grünen Leuchten ermitteln. Insbesondere werden, wenn die Verschlechterung in einer bestimmten Einheitzelle Bi vorangeschritten ist, die rote Leuchte und die grüne Leuchte der Einheitzelle B; vermutlich vor denen der anderen Einheitzellen leuchten, und daher kann eine Aufsichtsperson eine wirksame Inspektion ausführen, indem sie einfach die Einheitzelle B; überprüft, an der die rote Leuchte und die grüne Leuchte aufleuchten.
  • Als nächstes wird der Betrieb des Programmverarbeitungs-Kreises P in diesem dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 20 bis 22 erklärt. 20 ist ein Flussdiagamm, das den Betriebsfluss darstellt, der zum Erfassen des ersten voreingestellten Werts durch den Programmverarbeitungs-Kreis in diesem dritten Vergleichsbeispiel gehört. Wenn Informationen, die sich auf das Erfassen des ersten voreingestellten Werts beziehen, in den Programmverarbeitungs-Kreis P (S51) eingegeben werden, wird entschieden, ob die Anzahl der Einheitzellen, bei denen der erste voreingestellte Wert erfasst worden ist, einen Schwellenwert (S52) überschreitet. Wenn der Schwellenwert überschritten wird, wird an der Anzeigevorrichtung M (S53) der Hinweis ausgegeben, dass ein Laden erforderlich ist. Die Anzeigevorrichtung M ist eine Flüssigkristall-Anzeigetafel, die am Fahrersitz vorgesehen ist.
  • Wie zuvor erklärt, ist nämlich bekannt, dass die Leistung mehrerer der Einheitzellen B veränderlich ist, und dass die Spannung einer Einheitzelle Bi, in der die Verschlechterung vorangeschritten ist, eher auf den ersten voreingestellten Wert fällt, als bei anderen Einheitzellen B. Wenn jedoch die Anzahl der Einheitzellen B, bei denen die Spannung auf den ersten voreingestellten Wert gefallen ist, einen großen Anteil der Gesamtzahl der Einheitzellen ausmacht, kann beurteilt werden, ob bei allen ein Laden notwendig ist. Der Programmverarbeitungs-Kreis P gibt diesbezüglich über die Anzeigevorrichtung M Informationen an den Fahrer oder an die Aufsichtsperson aus.
  • 21 ist ein Flussdiagramm, das den Betriebsfluss zeigt, der zur Erfassung des zweiten voreingestellten Werts durch den Programmverarbeitungs-Kreis in diesem dritten Vergleichsbeispiel gehört. Wenn Informationen in Bezug auf die Erfassung des zweiten voreingestellten Werts in den Programmverarbeitungs-Kreis P (S61) eingegeben werden, wird entschieden, ob die Anzahl der Einheitzellen, bei denen der zweite voreingestellte Wert erfasst worden ist, einen Schwellenwert (S62) überschreitet. Wird der Schwellenwert überschritten, wird an der Anzeigevorrichtung M (S63) der Hinweis ausgegeben, dass ein Entladen erforderlich ist.
  • Wenn nämlich die Anzahl der Einheitzellen B, bei der die Spannung auf den zweiten voreingestellten Wert angestiegen ist, einen großen Anteil der Gesamtzahl der Einheitzellen ausmacht, kann davon ausgegangen werden, dass das Laden insgesamt beendet worden ist. Der Programmverarbeitungs-Kreis P gibt an die Anzeigevorrichtung M einen Hinweis aus, um Informationen über diese Auswirkung dem Fahrer oder der Aufsichtsperson bekannt zu geben.
  • Die Ausgabe dieser Anzeigevorrichtung M wird am Fahrersitz angezeigt, wo sie den Fahrer auffordert, entsprechend zu fahren. Zusätzlich kann sie jedoch zum Ändern des Regelzustandes verwendet werden, indem sie auf die in 12 dargestellte CPU (12) angewandt wird. Wenn die Batterie nämlich nur leicht geladen ist, wird sie so geregelt, dass der Beitrag der Verbrennungsmaschine (1) während der Beschleunigung erhöht wird, wobei, wenn die Batterie gut geladen ist, der Beitrag des Elektromotors während der Beschleunigung erhöht wird. Die Batterie wird außerdem so geregelt, dass, wenn die Batterie nur leicht geladen ist, der Beitrag der Energierückgewinnung beim Bremsen während der Geschwindigkeitsverringerung erhöht und mehr Bremsenergie in der Batterie erzeugt wird, wobei, wenn die Batterie gut geladen ist, der Beitrag der Energierückgewinnung beim Bremsen während der Geschwindigkeitsverringerung herabgesetzt wird, und Energie durch Reibungsbremsen verschwendet wird.
  • 22 ist ein Flussdiagramm, dass einen anderen Betriebsfluss zeigt, der zur Erfassung des zweiten voreingestellten Werts durch Progammverarbeitungs-Kreis P in diesem dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung gehört. Wenn Informationen, die sich auf die Erfassung des zweiten voreingestellten Werts beziehen, in den Programmverarbeitungs-Kreis P (S71) eingegeben werden, wird die Zeit dieser Erfassung aufgezeichnet (S72). Die Veränderlichkeit dieser Erfassungszeiten des zweiten voreingestellten Werts wird auch über die mehreren Einheitzellen B (S73) erfasst. Wenn es eine Einheitzelle B; gibt, für die diese Veränderlichkeit um mehr als einen bestimmten Schwellenwert von der durchschnittlichen Veränderlichkeit abweicht, innerhalb derer sich die große Mehrheit der Einheitzellen B bewegt (S74), ist für diese Einheitzelle Bi eine Verschlechterung angezeigt (S75).
  • Eine Zelle, in der die Verschlechterung vorangeschritten ist, hat nämlich im Allgemeinen, wie in 17 dargestellt, eine kürzere Lade- und Entladezeit, als eine Zelle, die keine Verschlechterung aufweist Zellen, in denen die Verschlechterung vorangeschritten ist, können daher ausgemacht werden, indem alle Zellen erkannt werden, für die das Laden im Vergleich zu anderen Zellen besonders schnell beendet ist. In der vorliegenden Erfindung kann die Zeit, bei der das Laden beendet ist, erfasst werden, indem aufgezeichnet wird, wann der zweite voreingestellte Wert erfasst wird. Dies kann daher genutzt werden, um den Fahrer oder die Aufsichtsperson auf eine Zelle mit einer bestimmten Verschlechterung aufmerksam zu machen, indem auf der Anzeigevorrichtung M jede Zelle angezeigt wird, für die Zeit, die zum Beenden des Ladens erforderlich ist, beträchtlich kürzer ist, als für andere Zellen.
  • Ein Beispiel des äußeren Erscheinungsbilds einer Einheitzelle B dieses dritten Vergleichsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist in den 23 und 24 gegeben. 23 dient zur Erklärung, wie der Batteriesensor TXVD, der einen Funksender enthält, an die Einheitzelle B in dieser dritten Ausführungsform angebracht wird. 24 zeigt den Batteriesensor TXVD, der einen Funksender enthält, nachdem er an die Einheitzelle B in diesem dritten Vergleichsbeispiel angebracht worden ist. Der Batteriesensor TXVD, der einen Funksensor enthält, und die Schaltung SW werden oben auf der Einheitzelle B an die Klemmen (21a) und (21b) durch Anschlusselemente 22 angeschlossen und werden durch die Klammer (11) an dem Gehäuse der Einheitzelle B befestigt.
  • 25 zeigt die Kraftfahrzeug-eigenen Batterien dieses dritten Vergleichsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Mehrere Einheitzellen B werden zentral auf dem Batterieträger (31) montiert und in einem Batteriefach untergebracht, das hinter der Öffnungs- und Schließtür (32) vorgesehen ist. Der Fahrer oder die Aufsichtsperson kann die Einheitzellen B durch Herausziehen des Batterieträgers (31) überprüfen. Außerdem sind der Empfänger RX' und die Anzeigevorrichtung M' neben der Öffnungs- und Schließtür (32) vorgesehen, wodurch der Zustand der Einheitzellen B überprüft werden kann, ohne den Batterieträger (31) herauszuziehen.
  • Ein Beispiel der Installation der Anzeigvorrichtung M in diesem dritten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den 26 und 27 dargestellt. Wie in 26 dargestellt, kann der Fahrer oder die Aufsichtsperson den Zustand der Einheitzellen B feststellen, ohne das Batteriefach zu öffnen, mittels des Funkempfängers RX und der Anzeigevorrichtung M, die am Fahrersitz installiert sind, und über den Funkempfänger RX' und die Anzeigevorrichtung M', die in dem Batteriefach installiert sind, und Antennenkabel (24).
  • Dies ermöglicht die einfache und schnelle Ausführung der Wartung der Einheitzellen. Insbesondere ermöglicht die Anzeigevorrichtung M, die wie in 27 dargestellt, am Fahrersitz eingerichtet ist, dem Fahrer, während des Fahrens festzustellen, ob ein Laden und Entladen erforderlich ist oder nicht, so wie den Verschlechterungszustand der Einheitzellen B.
  • Wie zuvor erklärt worden ist, macht die vorliegende Erfindung die Wartung und Inspektion einfach und kann dazu dienen, die Batterielebenszeit zu erhöhen. Sie kann auch die Batteriewartung vereinfachen. Außerdem ermöglicht die vorliegende Erfindung dem Wartungspersonal, Messungen vornehmen zu können, ohne stromführende Teile der Batterie zu berühren. Sie ermöglicht außerdem, den Verschlechterungszustand der Batterie festzustellen, während die Batterie verwendet wird. Mit anderen Worten, kann der Zustand einer Batterie, die in einem Elektrofahrzeug montiert ist, erfasst werden, während sich das Fahrzeug in Betrieb befindet.
  • Ausführungsform
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 28 und 29 erklärt. 28 ist ein Blokdiagramm, das die Gesamtanordnung dieser Ausführungsform zeigt, deren Aufgabe es ist, eine noch genauere Regelung durch Bereitstellung einer Strom-messenden Einheit-CD auszuführen, so dass die Regelung so wohl auf Strom, als auch auf Spannung beruht. Weil die Einheitzellen B1 bis Bn elektrisch in Reihe geschaltet sind, ist in dieser Ausführungsform nur die Strom-messende Einheit-CD in dieser Reihenschaltung vorgesehen. Die in dieser Ausführungsform verwendete Strom-messende Einheit-CD unterbricht die Reihenschaltung nicht. Stattdessen wird der Strom durch Bereitstellen eines Hall-Elements in der Nähe des Strompfads gemessen. Entsprechend kann der Verschlechterungszustand der Einheitzellen B1 bis Bn durch Messen der Spannung und des Stroms erfasst werden.
  • Die Beziehung zwischen Lade- und Entlade-Kenndaten und der Verschlechterung in den Einheitzellen B1 bis Bn ist in den 29 und 30 dargestellt, wobei diese Figuren schematische Darstellungen der Batterie-Kenndaten geben. 29 zeigt die Beziehung zwischen den Entlade-Kenndaten und der Verschlechterung der Einheitzellen B1 bis Bn in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Entladestrom (A) entlang der waagerechten Achse und die Spannung (V) entlang der vertikalen Achse genommen werden. 30 zeigt die Beziehung zwischen den Lade-Kenndaten und der Verschlechterung der Einheitzellen B1 bis Bn in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Ladestrom (A) entlang der waagerechten Achse und die Spannung (V) entlang der senkrechten Achse genommen werden. Wie in 29 dargestellt, wird der Spannungsabfall, der zu einem Anstieg des Entadestroms gehört, größer, wenn die Verschlechterung fortschreitet. Wie in 30 dargestellt, wird der Spannungsanstieg, der zu einem Anstieg des Ladestroms gehört, größer, wenn die Verschlechterung fortschreitet. Mit anderen Worten, besitzt eine Einheitzelle in einem vorangeschrittenen Verschlechterungszustand eine kleinere Speicherkapazität.
  • Der Programmverarbeitungs-Kreis P besitzt einen Speicher, der die in den 29 und 30 dargestellten Beziehungen zwischen den Lade- und Entlade-Kenndaten und der Verschlechterung speichert, und kann den Verschlechterungszustand der Einheitzellen B1 bis Bn von der Beziehung zwischen einem ersten voreingestellten Wert oder einem zweiten voreingestellten Wert erfassen, wobei diese als Funksignale gesendet werden, und er kann den entsprechenden Wert des elektrischen Stroms erfassen. Die Ergebnisse dieser Erfassung werden an der Anzeigevorrichtung M beispielsweise als „unit cell Bi: deterioration 1" [Einheitzelle Bi: Verschlechterung 1], „unit cell Bj: deterioration 2" [Einheitzelle Bj: Verschlechterung 2], „unit cell Bm: replacement required" [Einheitzelle Bm: Auswechseln erforderlich] und so weiter angezeigt.
  • Die Montage der Einheitzellen B und die Anordnung der Anzeigevorrichtung M sind genauso, wie im dritten Vergleichsbeispiel.
  • Viertes Vergleichsbeispiel
  • Ein viertes Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 31 und 32 erklärt. 31 zeigt die Gesamtanordnung dieses vierten Vergleichsbeispiels, während 32 ein Blockdiagamm ist, das die Anordnung eines Batteriesensors in diesem vierten Vergleichsbeispiel zeigt. Das besondere Merkmal dieses vierten Vergleichs beispiels ist, dass Temperatursensoren T1 bis Tn für die jeweiligen Einheitzellen B1 bis Bn vorgesehen sind. Das Datensignal, das von dem Funksender TX übertragen wird, enthält neben den im dritten Vergleichsbeispiel erklärten Spannungsinformationen Informationen bezüglich der Temperatur, wie vom Temperatursensor T gemessen.
  • Der Progammverarbeitungs-Kreis P kann den Verschlechterungszustand der einzelnen Einheitzellen B1 bis Bn entsprechend diesen Spannungsinformationen und Temperaturinformationen, die über den Funkempfänger RX übertragen wurden, und entsprechend den Stromirformationen, die von der Strom-messenden Einheit-CD erhalten wurden, erfassen. Mit anderen Worten, kann sie den Verschlechterungszustand durch Vergleichen der Spannungs- und Strominformationen mit den Volt-Ampere-Kenndaten, die in 29 und 30 auf die in der Ausführungsform angegebene Weise dargestellt sind, erfassen, wenn es aber mehrere Einheitzellen gibt, die gleiche Volt-Ampere-Kenndaten aufweisen, kann sie auf die Temperaturinformationen zurückgreifen und eine Einheitzelle mit einer höheren Temperatur als andere Einheitzellen als Einheitzelle angeben, in der die Verschlechterung besonders vorangeschritten ist. Die Ergebnisse dieser Erfassung sind in der Anzeigvorrichtung M als „unit cell Bi: deterioration 1" [Einheitzelle Bi: Verschlechterung 1], „unit cell Bj: deterioration 2" [Einheitzelle Bj: Verschlechterung 2], „unit cell Bm: replacement required" [Einheitzelle Bm: Auswechseln erforderlich] und so weiter angezeigt.
  • Auch in dieser vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Montage der Einheitzellen B und die Anordnung der Anzeigevorrichtung M genauso, wie in der zweiten Ausführungsform.

Claims (2)

  1. Reglersystem, gekoppelt an eine Fahrzeugbatterie, wobei das System eine Mehrphasen-Wechselstrom-Elektromaschine (2), die an das Getriebe eines Fahrzeugs gekoppelt ist, eine Umkehrschaltung (4), die zwischen dieser Mehrphasen-Wechselstrom-Elektromaschine (2) und der im Fahrzeug montierten Batterie bereit gestellt ist, wobei der Wechselrichter eine Wechselstrom-Gleichstrom- oder eine Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlung ausführt, einen Programm-Regelkreis (5) zum Regeln der Umkehrschaltung (4) und Mittel (13) zum Messen des Stroms und der Spannung der zuvor erwähnten Batterie während des Entladens und während des Ladens umfasst, wobei der Programm-Regelkreis (5) Mittel zum Regeln des Ladestroms und/oder des Entladestroms der Batterie umfasst, über den zuvor genannten Umkehrer und auf Grundlage der Spannungs- und Strominformationen, die durch die zuvor genannten Mittel gemessen werden; und das dadurch gekennzeichnet ist, dass die zuvor genannte Batterie mit Batteriesensoren zum Erfassen der Klemmenspannung und des Stroms der Einheitzellen (B1–Bn) der Batterie ausgestattet ist, wobei die Erfassungsausgabe dieser Batteriesensoren (VD1–VDnCD) an den Programm-Regelkreis (5) geliefert wird und der Programm-Regelkreis Mittel zum a) Bestimmen auf der Grundlage der Erfassungsausgaben der Batteriesensoren (VD 1 – CD) umfasst, zu denen einer von mehreren zellverschlechterten Zustandsbereichen jeder Einheitzelle gehört; und b) Anpassen des Lade- oder Entladestroms, wie zutreffend, umfasst, wenn sich eine der Einheitzellen in einem verschlechterten Zustand befindet, so dass das Laden oder Entladen geeignet für die verschlechterte/n Zelle/n ist.
  2. Reglersystem nach Anspruch 1, wobei der Batteriesensor Temperatursensoren (T1–Tn) zum Erfassen von Informationen bezüglich der Temperatur der Einheitzellen umfasst.
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