JP2018527563A - 蓄電池監視のシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
エンジンが動作している場合に、車両の電子システムに損傷を与える可能性があるため、電圧変動を吸収するフィルタとして作用するオルタネータ電圧を安定させること、
オルタネータの発電容量が必要な容量よりも少なく、電気的なバランスが負の場合の、オルタネータの電力補完、
内燃機関(ICE)を始動するための始動機関および点火システムに電力を供給すること、および、
ICEがオフの場合、待機電流(IOD)を持つ車両の蓄電池に給電する。
本発明の目的は、例示的な添付図面によってサポートされる、例示のためのものであり、本発明を限定するものではない、以下の詳細な説明からより良く理解されよう。
蓄電池健康状態は、蓄電池の公称状態に関連した蓄電池の容量をパーセンテージで表した、蓄電池の経年劣化の指標である。したがって、蓄電池健康状態は、オルタネータから供給され、車両電気電子システムにもたらされる、蓄電池によって蓄えることができるエネルギーの量に直接影響する。
健康状態SoH=(Vmin−V1)/(Vnew−V1) (式1)
SoHは、起動中の蓄電池電圧に基づいて計算される蓄電池健康状態であり、
Vminは、車両の構成に基づいてICEを始動する間の蓄電池最低許容電圧であり、
Vnewは、新しい蓄電池の最低電圧であり、
V1は、ICE起動の間に測定される蓄電池電圧である。
SH1)次の式を使用して、電圧低下(V1)および車両の構成(Vmin)に基づいて、蓄電池健康状態(SoH)を計算するステップであって、
SoH=(Vmin−V1)/(Vnew−V1) (式1)
ここで、SoHは、始動機能中の蓄電池電圧に基づいて計算された蓄電池健康状態であり、Vminは、車両の構成に基づいてICEを始動する間の蓄電池最低許容電圧であり、Vnewは新しい蓄電池の電圧低下であり、V1は、ICE始動中に測定された蓄電池電圧低下である、ステップと、
SH2)蓄電池(1)の健康状態(SoH)の計算値を限界値(SohL)と比較するステップと、
SH3)SoH値が限界値SohL未満である場合、警告障害サインを登録および/または送信するステップと、
を備える。
充電状態は、蓄電池の充電残量であり、定格充電のパーセンテージで表される。
充電状態(SoC)=(現在の充電量)/(充電総量) (式3)
ここで、
現在の充電量は、蓄電池休止電圧測定値から計算されたパラメータであり、前記測定値は、ICEからの接触時間TR1がオフになった後にとられ、
総充電量は、新しい状態、すなわちその定格負荷に対応する蓄電池満充電に対応する。
SC1)エンジン(ICE)が停止(キーオフ)されたことを識別するステップと、
SC2)ICEが停止された後、休止時間(TR1)をカウントして待機するステップと、
SC3)蓄電池(1)の極(11)における電圧(VR1)を測定するステップと、
SC4)以下の式を使用して蓄電池充電状態(SoC)を計算するステップであって、
SoC=(現在の充電量)/(総充電量) (式3)
ここで、現在の充電量は蓄電池休止電圧(VR1)の測定値から計算されるパラメータであり、総充電量は、新しい状態、すなわち定格負荷に対応する蓄電池満充電に対応する、
ステップと、
SC5)蓄電池の計算された充電状態(SoC)を充電状態限界値(SoCl)と比較するステップと、
SC6)SoC値が充電状態限界値SoClよりも小さい場合、警告障害サインを登録および/または送信するステップと、
を有する。
蓄電池の深放電は、100%放電の場合であっても、直ちに劣化を引き起こすことはないが、鉛酸電池は、200サイクルの充放電を保持することができる。しかしながら、この種の挙動は、自動車産業における商業的用途、特に、サポートされる蓄電池およびシステムの信頼性に関しては容認できない。
IOD=(VIODf−VIODi)/(TIODf−TIODi) (式4)
ここで:
IODは、イグニッションがオフの場合に蓄電池から引き出される電流であり、
VIODiは休止期間後に測定された蓄電池電圧であり、
VIODfは車両ネットワークを作動させる前に測定された蓄電池電圧であり、
TIODiは、休止期間の終了後の初期時間であり、
TIODfは休止期間の終了後の最終時間である。
S200−開始
S210−エンジンオフおよびキーオフ
S220−最後に「キーオフ」してからTR2時間が経過したか?
S230−V|OD|=VBAT;|T|OD|=時間(サンプル/時)
S240−ネットワークに接続されたか?
S250−「x」分後?
S260−F=V|OD|=Vbat;T|OD|=時間
S270−終了
SI1)エンジン(ICE)が停止(キーオフ)されたことを識別するステップと、
SI2)ICEが停止された後、休止時間(TR2)をカウントして待機するステップと、
SI3)蓄電池(1)の極(11)における電圧(VR2)を測定するステップと、
SI4)以下の式を使用して蓄電池・イグニッション・オフ・ドロー(IOD)を計算するステップであって、
IOD=(VIODf−VIODi)/(TIODf−TIODi) (式4)
ここで、IODは、イグニッションがオフ(キーオフ)した場合に蓄電池から引き出される電流であり、VIODiは休止時間(TR2)後に測定された蓄電池電圧であり、VIODfは、車両ネットワークを作動させる前に測定された蓄電池電圧であり、TIODiは、休止期間の終了後の初期時間であり、TIODfは休止期間終了後の最終時間である、
ステップと、
SI5)蓄電池の計算されたイグニッション・オフ・ドロー(IOD)とイグニッション・オフ・ドロー限界値(IODL)とを比較するステップと、
SI6)IOD値がIODL値よりも大きい場合、警告障害サインを登録および/または送信するステップと、
を有する。
ICE開始中の電圧低下に基づいた蓄電池健康状態SoHの決定
蓄電池健康状態を推定するために最小電圧を捕捉する戦略の検証は、制御された車両での実験によって得られた。前記車両(乗用車)は、車両に応じて数週間から数ヶ月にわたる期間中、蓄電池電圧の連続的な取得のために準備された。監視された車両の使用プロファイルが異なっていて、蓄電池の動作状況に有意性があることを示すことは重要である。
健康状態=(Ccurrent−Climit)/(Cnew−Climit) (式2)
ここで、
Ccurrentは、車両に搭載され、本監視システムによって評価される蓄電池容量であり、
Cnewは、新しい蓄電池の充電容量であり、
Climitは、車両が許容可能な最小充電容量である。
蓄電池健康状態の同じ検証データベースを使用して、休止電圧との相関によって蓄電池充電状態を決定することも可能である。このために、充電および放電の影響を除去するために特定の期間待つ必要がある。
IOD計算は、放電電流をそれらの電圧降下に関連させて異なる放電電流で蓄電池に投入する実験によって得られた。これは、34mA、140mA、および350mAの電流を選択したため、アフターマーケットの車両に搭載された電子機器に通常見られるIOD値の範囲を表している。
実験結果によれば、車両動作の特定の時間に測定された電圧によって蓄電池関連のパラメータを計算するための本方法論的解決策を証明することが可能であった。
エンジンが動作している場合に、車両の電子システムに損傷を与える可能性があるため、電圧変動を吸収するフィルタとして作用するオルタネータ電圧を安定させること、
オルタネータの発電容量が必要な容量よりも少なく、電気的なバランスが負の場合の、オルタネータの電力補完、
内燃機関(ICE)を始動するための始動機関および点火システムに電力を供給すること、および、
オルタネータがオフの場合、待機電流(IOD)を持つ車両の蓄電池に給電する。
本発明の目的は、例示的な添付図面によってサポートされる、例示のためのものであり、本発明を限定するものではない、以下の詳細な説明からより良く理解されよう。
蓄電池健康状態は、蓄電池の公称状態に関連した蓄電池の容量をパーセンテージで表した、蓄電池の経年劣化の指標である。したがって、蓄電池健康状態は、オルタネータから供給され、車両電気電子システムにもたらされる、蓄電池によって蓄えることができるエネルギーの量に直接影響する。
健康状態SoH=(Vmin−V 1 )/(Vnew−V 1 ) (式1)
SoHは、起動中の蓄電池電圧に基づいて計算される蓄電池健康状態であり、
V 1 は、車両の構成に基づいてICEを始動する間の蓄電池最低許容電圧であり、
V new は、ICE起動の間に測定される新しい蓄電池の最低電圧であり、
V min は、ICE起動の間に測定される最低蓄電池電圧である。
SH1)次の式を使用して、電圧降下(V min )および車両の構成(V 1 )に基づいて、蓄電池健康状態(SoH)を計算するステップであって、
SoH=(V min −V 1 )/(V new −V 1 ) (式1)
ここで、SoHは、始動機能中の蓄電池電圧に基づいて計算された蓄電池健康状態であり、V 1 は、車両の構成に基づいてICEを始動する間の蓄電池最低許容電圧であり、V new は新しい蓄電池の電圧降下であり、V min は、ICE始動中に測定された蓄電池電圧降下である、ステップと、
SH2)蓄電池(1)の健康状態(SoH)の計算値を限界値(SoH L )と比較するステップと、
SH3)SoH値が限界値SoH L 未満である場合、警告障害サインを登録および/または送信するステップと、
を備える。
充電状態は、蓄電池の充電残量であり、定格充電のパーセンテージで表される。
充電状態(SoC)=(現在の充電量)/(充電総量) (式3)
ここで、
現在の充電量は、蓄電池休止電圧測定値から計算されたパラメータであり、前記測定値は、ICEからの接触時間T R1 がオフになった後にとられ、
総充電量は、新しい状態、すなわちその定格負荷に対応する蓄電池満充電に対応する。
SC1)エンジン(ICE)が停止(キーオフ)されたことを識別するステップと、
SC2)ICEが停止された後、休止時間(T R1 )をカウントして待機するステップと、
SC3)蓄電池(1)の極(11)における電圧(V R1 )を測定するステップと、
SC4)以下の式を使用して蓄電池充電状態(SoC)を計算するステップであって、
SoC=(現在の充電量)/(総充電量) (式3)
ここで、現在の充電量は蓄電池休止電圧(V R1 )の測定値から計算されるパラメータであり、総充電量は、新しい状態、すなわち定格負荷に対応する蓄電池満充電に対応する、
ステップと、
SC5)蓄電池の計算された充電状態(SoC)を充電状態限界値(SoC L )と比較するステップと、
SC6)SoC値が充電状態限界値SoC L よりも小さい場合、警告障害サインを登録および/または送信するステップと、
を有する。
蓄電池の深放電は、100%放電の場合であっても、直ちに劣化を引き起こすことはないが、鉛酸電池は、200サイクルの充放電を保持することができる。しかしながら、この種の挙動は、自動車産業における商業的用途、特に、サポートされる蓄電池およびシステムの信頼性に関しては容認できない。
Sb=(V Sbi −V Sbf )/(T Sbf −T Sbi ) (式4)
ここで:
Sbは、イグニッションがオフの場合に蓄電池から引き出される電流であり、
V Sbi は休止期間後に測定された蓄電池電圧であり、
V Sbf は車両ネットワークを作動させる前に測定された蓄電池電圧であり、
T Sbi は、休止期間の終了後の初期時間であり、
T Sbf は休止期間の終了後の最終時間である。
S200−開始
S210−エンジンオフおよびキーオフ
S220−最後に「キーオフ」してからT R2 時間が経過したか?
S230−V|Sb|=VBAT;|T|Sb|=時間(サンプル/時)
S240−ネットワークが起動するか?
S250−「x」分後?
S260−F=V|Sb|=Vbat;T|Sb|=時間
S270−終了
SI1)エンジン(ICE)が停止(キーオフ)されたことを識別するステップと、
SI2)ICEが停止された後、休止時間(T R2 )をカウントして待機するステップと、
SI3)蓄電池(1)の極(11)における電圧(V R2 )を測定するステップと、
SI4)以下の式を使用して待機電流を計算するステップであって、
Sb=(V Sbi −V Sbf )/(T Sbf −T Sbi ) (式4)
ここで、Sbは、イグニッションがオフ(キーオフ)した場合に蓄電池から引き出される電流であり、V Sbi は休止時間(T R2 )後に測定された蓄電池電圧であり、V Sbf は、ネットワークが起動する前に測定された蓄電池電圧であり、T Sbi は、休止期間の終了後の初期時間であり、T Sbf は休止期間終了後の最終時間である、
ステップと、
SI5)蓄電池の計算された待機電流(Sb)と待機電流限界値(Sb L )とを比較するステップと、
SI6)待機電流値がSb L 値よりも大きい場合、警告障害サインを登録および/または送信するステップと、
を有する。
ICE開始中の電圧降下に基づいた蓄電池健康状態SoHの決定
蓄電池健康状態を推定するために最小電圧を捕捉する戦略の検証は、制御された車両での実験によって得られた。前記車両(乗用車)は、車両に応じて数週間から数ヶ月にわたる期間中、蓄電池電圧の連続的な取得のために準備された。監視された車両の使用プロファイルが異なっていて、蓄電池の動作状況に有意性があることを示すことは重要である。
健康状態=(C current −C limit )/(C new −C limit ) (式2)
ここで、
C current は、車両に搭載され、本監視システムによって評価される蓄電池容量であり、
C new は、新しい蓄電池の充電容量であり、
C limit は、車両が許容可能な最小充電容量である。
蓄電池健康状態の同じ検証データベースを使用して、休止電圧との相関によって蓄電池充電状態を決定することも可能である。このために、充電および放電の影響を除去するために特定の期間待つ必要がある。
待機電流計算は、放電電流をそれらの電圧降下に関連させて異なる放電電流で蓄電池に投入する実験によって得られた。これは、34mA、140mA、および350mAの電流を選択したため、アフターマーケットの車両に搭載された電子機器に通常見られる待機電流値の範囲を表している。
実験結果によれば、車両動作の特定の時間に測定された電圧によって蓄電池関連のパラメータを計算するための本方法論的解決策を証明することが可能であった。
Claims (15)
- 特に、車両蓄電池(1)用の蓄電池監視システムであって、前記システムが、蓄電池端子(11)および少なくとも1つの電子制御ユニット(3)に接続された電圧計(2)を備え、前記蓄電池監視システムが、
(A)蓄電池電圧から、蓄電池健康状態(SoH)、蓄電池充電状態(SoC)、および前記蓄電池電圧からの待機電流(IOD)を計算するステップと、
(b)前記計算された蓄電池健康状態(SoH)、蓄電池充電状態(SoC)、および待機電流(IOD)というパラメータを、予め定義された各限界値(SohL、SOCL、IODL)と比較するステップと、
(C)前記パラメータのいずれかが前記各予め決められた限界値と異なる場合に警告サインを提供するステップと、
を有する、蓄電池監視システム。 - 前記蓄電池電圧から、前記蓄電池健康状態(SoH)、前記蓄電池充電状態(SoC)、または前記蓄電池電圧からの前記待機電流(IOD)を計算する前記ステップA)が、
A1)前記蓄電池(1)の捕捉電圧(V1、VR1、VR2)の前記特定の時間(キーオン、TR1、TR2)を前記電圧計(2)に知らせ、
A2)前記蓄電池(1)から捕捉された前記電圧値(V1、VR1、VR2)を受け取り、
A3)各式(式1、式3、式4)から前記蓄電池健康状態(SoH)、前記蓄電池充電状態(SoC)、または待機電流(IOD)に関する値を計算する、
ために前記電子制御ユニット(3)を備える、請求項1に記載のシステム。 - 前記電子制御ユニット(3)は、少なくとも1つのプロセッサ(31)と、少なくとも1つのメモリ(32)と、少なくとも1つのタイマ(33)と、前記タイマ(2)とのデジタル通信ライン(34)と、前記車両のいくつかの電子システムへの通信、制御、および信号受信I/O(35)とを備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記電子制御ユニット(3)は、電圧計(2)をさらに備え、前記電圧計が、少なくとも1つのフィルタ(21)、電圧分割器(22)、およびA/D変換器(23)を備える、請求項3に記載のシステム。
- 前記電子制御ユニット(3)の前記プロセッサ(31)が、
−エンジンをオン(キーオン)する運転者の意図を検出し、前記電圧計(2)を作動し、
−前記車両の停止(キーオフ)を検出し、前記タイマ(33)を作動し、その結果、前記タイマ(33)が前記時間(TR1、TR2)を測定できるようにし、
−前記電圧計(2)によって捕捉された、前記蓄電池端子(11)での電圧値(V1、VR1、VR2)に関連する、前記デジタル値を、ライン(34)を介して受け取り、
−前記メモリ(32)に格納された式、表、および読取パラメータを使用して、前記蓄電池健康状態(SoH)、前記蓄電池充電状態(SoC)、および前記待機電流(IOD)の値を計算し、
−前記計算された前記蓄電池健康状態(SoH)、前記蓄電池充電状態(SoC)、および前記待機電流(IOD)というパラメータと、メモリ(32)に格納された前記各限界値(SoHL、SOCL、IODL)を比較し、
−任意のパラメータが、前記メモリ(32)に格納された前記各予め決められた限界値とは異なる場合に、I/O(35)を介して、警告サインを登録および/または送信する、
ことができる、請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記電子制御ユニット(3)のメモリ(32)が、
前記限界値(SoHL、SOCL、IODL)を恒久的に格納し、
前記電圧計(2)によって実行される読取値の電圧値(V1、VR1、VR2)を一時的に格納し、
前記蓄電池健康状態(SoH)、前記蓄電池充電状態(SoC)、および前記待機電流(IOD)を決定する前記式の計算パラメータ(式1、式3、式4)を恒久的に格納し、
前記時間値(TR1、TR2)を恒久的に格納する、
ことができる、請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム。 - 特に、電圧低下(V1)から、車両に搭載される蓄電池(1)の健康状態(SoH)を計算する蓄電池監視方法であって、
車両燃焼機関を始動(キーオン)する意図を識別するステップと、前記始動中に前記蓄電池電圧(1)を測定するステップと、前記電圧低下(V1)を識別するステップと、
を有し、
前記方法が、
SH1)次の式を使用して、前記電圧低下(V1)および車両の構成(Vmin)に基づいて、前記蓄電池健康状態(SoH)を計算するステップであって、
SoH=(Vmin−V1)/(Vnew−V1) (式1)
ここで、SoHは、前記始動機能中の前記蓄電池電圧に基づいて計算された前記蓄電池健康状態であり、Vminは、車両の構成に基づいてICE始動中の前記蓄電池最低許容電圧であり、Vnewは、新しい蓄電池の電圧低下であり、V1は、前記ICE始動中に測定された前記蓄電池電圧低下である、ステップと、
SH2)前記蓄電池(1)の健康状態(SoH)の前記計算値を限界値(SohL)と比較するステップと、
SH3)前記SoH値が前記限界値SohL未満である場合、警告障害サインを登録および/または送信するステップと、
を備える、
蓄電池監視方法。 - 特に車両に搭載される蓄電池充電状態(SoC)を計算するための蓄電池監視方法であって、当該蓄電池監視方法は、
SC1)エンジン(ICE)が停止(キーオフ)されたことを識別するステップと、
SC2)前記ICEが停止された後、休止時間(TR1)をカウントして待機するステップと、
SC3)前記蓄電池端子(11)における電圧(VR1)を測定するステップと、
SC4)以下の式を使用して前記蓄電池充電状態(SoC)を計算するステップであって、
SoC=(現在の充電量)/(総充電量) (式3)
ここで、前記現在の充電量は蓄電池休止電圧(VR1)の測定値から計算されるパラメータであり、前記総充電量は、新しい状態、すなわち定格負荷に対応する蓄電池満充電に対応する、
ステップと、
SC5)前記蓄電池の前記計算された充電状態(SoC)を充電状態限界値(SoCl)と比較するステップと、
SC6)前記SoC値が前記充電状態限界値SoClよりも小さい場合、警告障害サインを登録および/または送信するステップと、
を有する、蓄電池監視方法。 - 前記休止時間(TR1)が約4時間である、請求項8に記載の方法。
- 前記休止電圧(VR1)と前記電流充電量との間の相関は、新しい蓄電池を試験することによって確立される、請求項8に記載の方法。
- 特に車両に搭載される蓄電池(1)の待機電流(IOD)を計算する蓄電池監視方法であって、当該蓄電池監視方法は
SI1)エンジン(ICE)が停止(キーオフ)されたことを識別するステップと、
SI2)前記ICEが停止された後、休止時間(TR2)をカウントして待機するステップと、
SI3)前記蓄電池(1)の端子(11)における電圧(VR2)を測定するステップと、
SI4)以下の式を使用して前記蓄電池のイグニッション・オフ・ドロー(IOD)を計算するステップであって、
IOD=(VIODf−VIODi)/(TIODf−TIODi) (式4)
ここで、IODは、イグニッションがオフ(キーオフ)した場合に前記蓄電池から引き出される電流であり、VIODiは前記休止時間(TR2)後に測定された蓄電池電圧であり、VIODfは、車両ネットワークを作動させる前に測定された蓄電池電圧であり、TIODiは、前記休止期間の終了後の初期時間であり、TIODfは前記休止期間終了後の最終時間である、
ステップと、
SI5)前記蓄電池の計算されたイグニッション・オフ・ドロー(IOD)とイグニッション・オフ・ドロー限界値(IODL)とを比較するステップと、
SI6)前記IOD値が前記IODL値よりも大きい場合、警告障害サインを登録および/または送信するステップと、
を有する、蓄電池監視方法。 - 前記休止時間(TR2)が約10時間である、請求項11に記載の方法。
- 前記車両ネットワークを作動させる(キーオン)前に測定された前記蓄電池電圧(VIODf)は、蓄電池極での電圧定時サンプリングによって得られる、請求項11に記載の方法。
- 前記蓄電池電圧定時サンプリングは、1時間の期間内に実行される、請求項13に記載の方法。
- 各時間(TIODf)における電圧読取値(VIODf)が一旦捕捉されると、前記以前にサンプリングされた値および前記各サンプリング時間が破棄される、請求項13に記載の方法。
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