KR20010072026A - 차량 배터리를 모니터링하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

차량 배터리를 모니터링하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR
South Korea
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골롬프버나드피.
팔라니사미시루말라이지.
버닉더글라스
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크리스 로저 에이취.
얼라이드시그날 인코퍼레이티드
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Abstract

차량 배터리(108)의 상태를 모니터링 및 리포팅하기 위한 시스템 및 방법은 엔진 시동동안 배터리 전압(112) 및 전류 유출(110)을 측정하고 이들 양으로부터의 다이내믹 내부저항(IR) 및 다이내믹 분극 저항(PR)을 계산한다(S462). 또한, 차량 전기 시스템이 0에서 소정량으로의 전류유출을 갖는 동안 측정되는 배터리의 영 전압(QV)이 측정되고(S131), 배터리 충전 상태(SoC)가 QV(S133)로부터 계산된다. 이들 양으로부터, 배터리 상태(S402-S420), QV 및 SoC의 충전율(S311, S313, S315, S331, S340, S428, S477)을 분석하고, 배터리가 여전히 엔진을 시동(S330-S340)시킬 수 있는 동안의 시간과, 배터리가 엔진을 시동(S420, S424, S426)시킬 수 있을 때의 최소 주위 온도, 및 기타 조건을 예보하기 위해 다이내믹 IR 및 PR의 충전율과 같은 양의 계산이 이루어진다. 배터리(S239, S243, S273, S422), 그 케이블(S425) 및 그 충전 시스템의 구성요소(S205, S207, S209, S221, S468, S484, S492)에 관련된 다양한 현재 및 잠재적 문제를 운전자에게 알리기 위한 경고뿐만아니라 측정되어 계산된 양의 적당한 메시지가 디스플레이된다.

Description

차량 배터리를 모니터링하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MONITORING A VEHICLE BATTERY}
자동차에 사용되는 배터리의 제1목적은 시동, 점등 및 점화(SLI)하기위한 에너지를 제공하는데 있으며 따라서 이들 배터리는 SLI 배터리라 불리운다. 이러한 배터리의 제2목적은 자동차의 전기에너지발생시스템(알터네이터 및 그 레귤레이터)이 일시적으로 전기부하를 일시적으로 유지하지 못할 때의 주기동안에 에너지를 제공하는 데 있다, 배터리는 그 기능을 실행하는 능력을 일정하게 손실되지 않거나 또는 순간적으로 고장나지 않아야 한다. 전기에너지를 제공하는 배터리의 용량손실 또는 무력은 이하에서 설명될 감손되는 다양한 요소로부터 야기된다.
예컨대 얇은 판 SLI(시동-점등-점화) 또는 두꺼운 판(보관 또는 수송), 또는 전자화학시스템, 예컨대 납-산, 니켈-카드늄 NiCd, 니켈금속 하이브리드의 타입에 관계없이 배터리는 용량손실의 공통의 특성을 분배하여 그 통상의 기능을 수행한다. 측정된 단일의 매개변수는 배터리용량을 표시하는 데 사용될 수 없다.
배터리 성능용량은 연속적으로 변화된다. 온도, 전극 및 판의 상태 및SoC(State-of-Charge)는 주로 영향을 미치는 요소이다. 배터리 내부저항(IR), 성극저항(PR) 및 SoC는 배터리상태 및 성능의 실시간전달을 전달을 제공하기 위한 정보원으로서 사용된다. 예컨대, 배터리가 출력할 수 있는 최대순간전력은 내부저항에 역으로 비례한다. 배터리판에서의 전극집중의 불균일성으로부터 야기되는 배터리 성극저항은 약간 유사한 방식으로 동력출력에 영향을 미친다. 배터리용량 및 가능한 약간의 결함의 어떤특성을 나타내는 2개의 시스템은 발명의 명칭이 "항공기 배터리상태를 모니터링하는 방법"인 미국특허 제4,937,528호 및 발명의 명칭이 "자동차배터리 상태모니터"인 미국특허 제5,281,919호에 개시되어 있다.
보장된 성능용량을 가진 배터리는 낮은 동적 내부저항(IR)을 더한 시간당 암페어로 통상 측정된 고 SoC 및 고용량을 필요로 한다. 여기에서 사용된 "동적 IR"의 용어는 설치된 배터리가 엔진시동시 스타터모터와 같은 고부하에 전류를 방전할 때에 측정된 배터리 IR(내부저항)을 의미한다.
단자전압 또는 전극중량의 측정은 충전상태(SoC)을 나타내는 데 사용된다. 배터리용량측정은 전형적으로 판매점 또는 시험실 테스터을 채용하는 것 및 전체 재충전의 측정에 의해서 이어지는 전체방전의 측정을 필요로 하는 과정의 사용을 포함하고 있다.
정적 IR은 일반적으로 설계 및 품질의 일관성 및 보증을 증명하는 데 사용된다. 정적 IR측정의 방법은 최대단자전압이 달성될 때에 결정되는 최대 충전상태(SoC)로 배터리를 충전하는것을 필요로 한다. 최대 SoC로 충전되면, 배터리는 특정시간주기동안에 일련의 부하를 증가시킨다. 이러한 프로그램된 방전중에전류 및 전압은 모니터링되고 내부저항은 연산되고 도표로 나타내어진다. 이 도표로 나타낸 데이터는 정적 IR을 나타낸다. 이러한 테스트는 SoC의 다양한 레벨 및 다양한 온도로 실행될 수 있다. 정적 IR은 품질을 나타내지만 보다 중요한 것은 배터리가 작동되는 예견된 온도의 범위에 걸쳐 고부하하에서의 자동차의 요구를 충족시키는 배터리의 능력을 예견할 수 있다.
배터리용량과 IR(정적 및 동적모두)은 충전된다. 2개의 배터리는 절대적으로 동일한 값을 가지고 있지 않다. 판표면과 활성판재료의 사용모두를 포함하는 배터리판의 상태는 일정하게 변화된다. 전자화학시스템은 유효판면적이 NiCd의 메모리효과 또는 납-산배터리의 황산염화와 같은 이러한 조건에 의해서 감소된다.
모든 재충전가능한 배터리는 많은 방전-재충전사이클을 유지할 수 있다. 다수의 사이클은 판이 저하되는 비율에 영향을 받는다. 열화의 이유 및 지속시간은 주변온도, 하중의 크기 및 지속시간, 낮은 SoC 지속시간, 진동 및 다른 사이클상의 효과와 같은 사용조건에 의해 영향을 받는다. 치명적 조건이 종종 발생한다. 예컨대, 단락은 극도로 큰 방전을 야기하고, 이 극도로 큰 방전은 활성물질의 손실과 함께 플레이트가 뒤틀리는 것을 초래하는 플레이트 온도에 있어서의 급속하고 큰 상승을 일으킨다.
SLI 배터리는 얇고 다공성이 매우 큰 플레이트를 가지고 있다. 재충전 사이의 기간동안 연속적으로 사용하도록 설계된 배터리는 두꺼운 플레이트를 가지고 있다. 이 얇은 플레이트는 자동차 엔진 크랭크 회전의 시작시에 큰 전류 분출을 제공한다. 낮은 온도조건에서, 전형적인 5-리터 엔진은 종종 엔진 크랭크회전시1600 암페어 이상을 유도한다. 크랭크 회전시의 이 큰 배터리 전류 분출 또는 유출은 많은 인자들에 의존하여 대략 10 밀리세컨드 동안 지속된다. 큰 전류 유출은 크랭크 회전시 일정 감소율로 계속된다. 이는 도 6(하기 상세히 설명됨)에 도시되어 있는데, 도 6은 엔진 크랭크 회저시의 전압(배터리 단자 전후의) 파형곡선 및 전류 파형곡선을 도시하고 있다. 엔진 크랭크 회전은 최근의 연속 연료분사 엔진의 경우 보통 2 엔진 회전수로 제한된다. 엔진 회전수를 제한하는 이유는 불필요한 탄화수소 배기가스의 생성, 자동차의 촉매 전환기의 손상, 시동장치 모터 과열 및 배터리 플레이트 뒤트림의 가능성을 회피하는 것을 포함한다.
도 6에 도시된 전압 곡선 및 전류 곡선은 배터리 동적 내부저항(IR) 및 분극(PR)을 검출하기 위한 동적 기준을 제공한다. 전기 및 하이브리드 자동차용 배터리의 IR 및 PR은 동일한 방식으로 검출된다.
배터리의 SoC는 그 시간에서의 평가된 배터리 용량에 대해 가용한 배터리 충전용량의 백분율로서 일반적으로 정의된다. SLI(납산) 배터리에 있어서, SoC가 80%에서 95%까지 증가함에 따라, 배터리에 의한 전기(충전입력)으로부터 화학전환으로의 배터리의 전환 효율은 99%에서 95% 이하로 감소한다. 92% 이상의 SoC에서, 배터리는 수소 전기분해를 더 쉽게 발생시킨다. 이 현상은 전해질 감소 및 잠재적으로 해로운 조건을 야기한다. 이러한 가능한 조건을 최소화하기 위해, 내연기관 구동 자동차내의 전압 조절기는 일반적으로 SLI 배터리 SoC의 충전을 대략 92%로 제한한다. 전압 조절기는 교류발전기 출력전압을 제어함으로써 SoC를 제한한다. SoC가 주변온도에 의해 영향을 받으므로, 전압 조절기는 온도변화 저항기를 채용한다. 이 기술은 배터리를 충전하는 데 사용되는 교류발전기 출력전압의 조정이 높은 주변온도 환경에서 높은 전해질 활성도를 제공하도록 하고, 낮은 주변온도시에는 낮은 활성도 수준을 제공할 수 있도록 해준다.
대개는 교류발전기가 정상운전시의 모든 자동차의 전기에너지 요구량을 제공한다. 하지만, 높고 낮은 주변온도는 종종 교류발전기 용량을 초과하는 부하를 야기한다. 또한, 교류발전기에 대한 수요량은 자동차내의 OEM(기본장비 제조업자)의 장비 및 초고휘도 조명, 통신장치, 컴퓨터 및 다른 전기에너지 소모장치와 같은 시장출하 후 장치들의 증가하는 보충적 공급에도 불구하고 그들의 능력을 초과한다.
높은 주변온도 및 연속적인 배터리의 높은 전해질 활성도의 기간 중에, 배터리 플레이트의 부식은 배터리 고장의 가능성있는 원인이 된다. 이 문제는 교류발전기에 의한 배터리 충전의 복구를 허용하지 않는 짧은 기간동안에 운전이 높은 온도 및 높은 습도환경에서 밤에 이루어 질 때 더 심각해진다. 전해질 활성도가 낮고 재충전의 가능성이 거의 없을 경우의 밤의 극도로 추운 주변조건도 배터리 고장의 원인이 된다.
충전 시스템(교류발전기 및 조절기) 고장 또는 그것들의 출력성능의 아주 부분적인 감소도 종종 배터리 열화 및 때때로 예상치 못한 작동 손실을 야기한다. 이러한 문제점들을 감소시키는 데 방향이 맞추어진 현 방법 및 장치에는 한계가 있다. 배터리 성능의 모든 한계점, 즉 상술한 바와 같은 계속 진행되는 열화 또는 다른 문제점들을 나타내는 데 유용한 어떠한 수단도 현재로서는 얄려진 게 없다. 과거에 채용되었던 제한적인 수단은 전반적으로 고가이고 불편하였다.
따라서, 자동차 교류발전기 및 조절기를 감시하고 배터리 성능 및 수명을 예상하기 위해 실시간으로 불편한 없이 차동차 배터리의 상태를 감시하거나 진단하기 위한 시스템 및 방법을 제공할 필요가 있다.
(발명의 개요)
본 발명은 차량 배터리, 특히 SLI용으로 사용되는 배터리를 사용하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 충전된 배터리 및 하이브리드 차량, 즉 내연기관과 배터리를 사용하는 차량 양자에 응용될 수 있다. 본 발명의 시스템 및 방법은 배터리 충전상태(SOC), 엔진 시동 민첩성, 배터리 보존성(시간 단위) 그리고 순차적으로 부식, 충전시스템(교류기 및 조절기) 열화 및 손상, 그리고 전기에너지 손실을 유발하는 전해질 고갈, 계속된 연결장치 이완(기밀성의 손실)과 같은 다른 요인들을 차량 사용자에게 실시간으로 결정하고 통지한다.
성능 정확도를 보장하기 위해서, 상기 시스템 및 방법은 측정된 수치의 데이타 베이스에 대해 재교정하고 최신 기술을 사용한다. 이러한 데이타로부터, 상기 요인들의 증가 또는 감소의 경향 및 배터리 SOC 및 용량의 증가 또는 감소의 경향의 평가 뿐만아니라 다이나믹 IR 및 다이나믹 PR의 계산이 이루어진다.
본 발명은 아래와 같은 부착된 전압, 온도 및 전류감지 수단에 의해 보충되는 컴퓨터 또는 유사한 장치로 실행되는 시스템 및 프로세스이다.
(a) 연속적으로 주위 온도, 배터리 단자 전압 및 챠량 배터리로의 전류유입 및 유출(즉, 충전 및 방전)을 감시하고,
(b) 엔진 시동과 같은 많은 에너지의 공급을 요구하는 동안 내부 저항(IR)및 분극저항(PR) 동역학적으로 결정하고,
(c) 배터리 상태 및 성능을 결정하기 위해 부분적으로 영구 메모리(예를 들면, 전자적으로 변경가능한 리드-온리-메모리(EARPROM))와 같은 컴퓨터 메모리에 저장된 데이타 베이스를 구축하고,
(d) SOC 대 IR, IR 대 온도에 대하여 포함되고 사용된 것과 같은 1) 제조업자에 의해 제공된 차량 데이타 및 배터리 데이타, 2) 차량 전기 부하 데이타 및 3) 차량 시동 전류 데이타를 상기 테이타 베이스에 수용하여 저장하고,
(e) 차량 및 배터리 경험 데이타를 취득하여, 축적하고 저장하며,
(f) 경험 데이타를 이용하여 초기에 저장된 데이타를 조정하여 데이타 베이스에 교정된 데이타를 저장하고,
(g) 전류 및 미래의 배터리 작동 조건을 표시하기 위해 조건 경향을 계산하고,
(h) 배터리가 엔진을 시동시킬 수 있는 최저 가능 온도(한계치)를 계산하기 위해 수집된 IR 대 온도 데이타와 함께 배터리 온도 보정 데이타에 의해 보정된 것으로서 IR을 사용하고,
(i) 현재의 결과로서 SOC 및 주위의 조건에 의해서 보정된 것으로서 계속되는 방전 및 충전 경험을 연속적으로 계산하여 갱신하고,
(j) 개별장치 또는 프로그램 디스플레이 및 전기 부하 조종용 다른 차량 시스템으로 상황보고 및 조건보고를 전송하고,
(k) 차량이 공회전(내연기관이 차량을 움직이기 위한 용도로 엔진이 작동하지 않음) 또는 파괴된 교류기 벨트, 손상된 조절기 또는 불완전한 교류기와 같은 충전 시스템 고장 상태에 있는 경우, 분 또는 다른 적절한 시간 단위로, 배터리 보존용량이 감소하는 것을 보고하고,
(l) 엔진 비 작동(즉, 슬립(sleep) 모드)시 배터리가 엔진을 시동하는 능력을 잃기 이 전에, 남은 시간을 나타내는 예비 조건 커패시티 어드바이서를 제공한다. 엔진 작동시 또는 "런 모드"시 어드바이서는 차량 전기 시스템의 작동을 지지하기 위해 배터리가 성능을 잃기 이전에 남아있는 시간을 표시한다. 이러한 것은 내부 연소 엔진이 연료펌핑, 점화, 연료 주입 및 제어 등을 위한 전력에 좌우되기 때문에 유용하다.
(m) 적용 가능할 때, 차량 진단 커넥터를 통한 데이타 베이스에 접근 가능하다.
본 발명은 SLI 및 다른 차량 배터리에 통상적으로 채용되는 납산 배터리 기술에 관하여 설명하였지만, 본 발명은 니켈 금속 수소화물, 리튬이온 같은 다른 기술에 적용가능하다. 이들 배터리는 이들 구성: 플러드 셀식, 메인턴언스 프리식 및 시일식에 따라 더 분류된다. 본 발명은 사람 또는 짐을 운반하거나 운송하는 배터리 충전 메인턴언스용 일체로된 수단을 갖춘 임의의 내연 기관으로 움직이는 차량에 적용가능하다. 카, 트럭, 보트, 항공기, 농업 및 구조 설비 그리고 산업 원동기(예컨대, 포크 리프트, 크레인)를 예로 들 수 있다. 본 발명은 차량 동력용 내연 기관, 배터리 양자를 채용하는 하이브리드 차량에도 적용 가능하다. 본 발명의 부품은 배터리 동력 차량 및 하이브리드 차량에도 적용 가능하다.
(발명의 목적)
본 발명의 목적은 차량 배터리 및 이것의 성능의 조건을 연속적으로 결정하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 차량 배터리의 전압 및 전류 응답을 연속적으로 모니터하여 전해액을 고갈되는 것, 커패시티의 손실 및 다른 미결정된 고장 같은 충전상태(SoC) 및 상태 경향을 포함하는 배터리 조건 및 성능을 결정하는 데이타 베이스를 업데이트하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 레귤레이터를 모니터하고 즉, 결합된 교류발전기의 조건을 결정하여 나타내고, 차량 배터리와 결합된 구성 요소를 구동하는 것이다.
또 다른 목적은 차량 엔진을 시동할 수 있는 능력에 관하여 저장된 커패시티를 결정하고 차량 배터리를 모니터하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
추가적인 목적은 차량의 배터리가 엔진을 시동할 수 있는 가능한한 가장 낮은 온도를 계산하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
다른 목적 및 장점은 첨부된 도면과 이하 발명의 상세한 설명을 참조하면 더 명백해질 것이다.
본 발명은 자동차에 사용되는 전자화학 배터리의 상태 및 성능을 강제적으로 모니터링하고 전하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1 내지 도 5는 도시된 바와 같이 정리된 몇몇의 시트로 구성되는 소정의 도면으로서 본 발명의 작동을 예시하는 흐름도;
도 6은 엔진 시동 시간에서의 전압 및 전류 조건을 예시하는 그래프;
도 7은 모터 차량 시동 시스템의 다른 구성요소중 어떤 것과 연결되어 있는상태로 본 발명의 배터리 모니터 시스템의 블록 다이어그램.
도 7을 참조하면, 시스템 작동을 제어하기 위해 자동차에는 아래에 상세히 설명된 마이크로-컨트롤러 또는 마이크로 프로세서가 될 수 있는 컴퓨터(100)가 배치된다. 컴퓨터는 작동순서에 따라 컴퓨터에 지시하는 응용 프로그램을 저장하기 위한 ROM 메모리와 또한 소프트웨어 시스템(프로그램)에 의해서 시스템 작동을 실행하는데 사용되는 RAM 메모리를 가지고 있다. 또한 컴퓨터(100)는 컴퓨터의 출력 디지탈 신호(124)를 아날로그 신호로 변환하며 아날로그 제어 신호를 자동차의 교류발전기/전압레귤레이터(106)로 전달하는 디지탈-아날로그 컨버터(102)에 연결된다. 교류발전기/레귤레이터(106)는 배터리(108)에 연결된다. 프로그램된 전류(116) 또는 전압은 컴퓨터 제어하에서 교류발전기/레귤레이너에 의해 배터리에 제공된다. 이것은 배터리 충전을 달성한다. 교류발전기는 분류기(110)와 전압계(112)와 같은 전류 감지장치에 의해 모니터된다. 또한 교류발전기/레귤레이터는 리드(114)를 통해 자동차의 다른 구성요소에 연결된다.
배터리에 공급된 그리고 배터리로부터 나온 전류는 전류유동 측정장치(110)를 통하여 모니터되며 배터리의 응답 전압(118)은 전압계에 의해서 연속적으로 측정된다. 측정된 양은 아날로그-디지탈 컨버터(ADC)(122)를 통하여 컴퓨터에 적용된다. 배터리 작동온도 측정하는 온도센서(130)의 출력은 또한 ADC를 통하여 컴퓨터로 전달된다. ADC(122)로 그리고 ADC로부터 다양한 신호를 전달하는 멀티플랙서 및 관련된 조절 전자장치가 있을 수 있다. 다른 컴퓨터 데이타 입력은 엔진 자립운전 속도를 결정하는 크랭크샤프트 속도로서, 이것은 크랭크샤프트 센서(132)에 의해서 직접 크랭크샤프트 회전으로부터 얻어진다. 엔진 자립운전 속도는 엔진회전을 검출하는 크랭크샤프트 센서(132)로부터의 신호에 의해 결정될 수 있으며 실행을 나타내는데 사용된다. 대안적인 수단은 자동차 엔진 제어유닛으로부터의 자립운전 신호 또는 엔진 회전속도계이다.
다른 센서 입력(134)은 엔진이 가동되지 않을 때(오프), 엔진 시동 사이클이 진행중 일때("온") 및 엔진 정지가 발생할 때를 나타내는 엔진 점화스위치로부터 것이다. "온" 과 "오프" 점화스위치 상태(조건)는 앞서 언급한 조건을 실제로 컴퓨터에 중계하는 양상태(bi-state) 레벨 센서에 의해 감지된다. 또한 엔진 시동기 릴레이 폐쇄는 양상태 레벨 센서(136)에 의해 모니터된다. 이 신호는 엔진 자립운전 속도에 도달될 때 엔진 크랭크 회전의 개시와 그 다음에 일어나는 크랭크 회전의 끝을 나타낸다.
아날로그-디지탈 컨버터(122)는 전압, 전류 및 온도의 아날로그 측정치를 디지탈 신호(124)로 변환하고 디지탈 신호(124)를 컴퓨터(100)에 전달한다. 또한 이 데이타를 표시하기 위하여 디스플레이(126)가 컴퓨터에 연결될 수 있다.
컴퓨터(100)는 적어도 다음의 전통적인 기능 요소를 가지고 있는데: 실행 및 제어를 위한 중앙 처리 장치(CPU), 메모리 관리 장치(MMU), 임시 저장을 요구하는 연산을 위한 랜덤 액세스 메모리(RAM), 교체된 것인 프로그램 저장을 위한 리드 온리 메모리(ROM)(프로그램된 리드 온리 메모리)(PROM), 데이터 베이스 저장과 ROM의 선택적인 대체물로서 전기적으로 변경되는 프로그램 리드 온리 메모리(EAPROM), 아날로그 출력 신호를 아날로그-디지탈 컨버터(ADC)(122)로 그리고 디지탈 제어 신호를 디지탈-아날로그 컨버터(DAC)(124)에 발송하기 위한 멀티플렉서, 샘플 및 홀드 증폭기, 데이터 및 시간 정보 기록, 타이밍 및 제어를 위한 클럭을 가지고 있다. 시스템 레벨 센서(예를 들어, 바이-스테이트 감지를 위한)는 동작 또는 모드 조건(예를 들어, 점화 스위치 "온" 또는 스타터 릴레이 컨택트 클로저)에 있어서의 변화 또는 특정한 제어 또는 통신 목적으로 사용될 수 있는 응답, 특정한 제어 또는 통신 목적으로 사용되는 응답 또는 조건을 나타내는 바이-스테이트 출력 신호 라인, 그리고 다른 시스템 또는 디스플레이와 통신하거나 정보를 차량 진단 커넥터에 제공하기 위한 특정한 장비(예를 들어, RS-232/422/485. IEEE-1394 또는 J1850)에 적용가능한 통신 포트를 감지하기 위한 것이다. 시스템의 완전성 및 작동성을 보장하기 위해서 요구되는 특정의 루틴을 시작하기 위한 차단 시스템도 있다. 앞의 모두는 당업자에게는 전통적이고 잘 이해된다.
바람직한 타입의 온도 센서(130)는 저항 온도 검출기(RTD)이다. RTD는 엄격하고 신뢰할만 하며 염가의 장비를 제공한다. 차량에 존재하는 임의의 주위 온도 센서가 사용될 수 있다. 시스템이 전압 조절기에 통합되면, 온도-보상 저항기가 바람직한 접근이다.
전류 및 유동 방향을 측정하는 바람직한 션트(shunt) 디바이스(110)는 네가티브 배터리 케이블 또는 포지티브 배터리 케이블이다. 배터리 케이블이 존재하고 엄격하고 전류 측정 션트(shunt)로서 신뢰할만 한 서비스를 제공한다. 션트(shunt)로서 케이블을 사용하는 것은 비용 및 복잡성을 줄인다. SAE 및 DIN표준에 각각 따르는 이 배터리 케이블은 저항이 0.1mΩ 및 1.0mΩ이다. 유용하지만 고가이고 더 복잡한 대안은 홀 효과 및 유도 타입의 센서이다.
시스템의 바람직한 실시예는 충분한 여유 용량 및/또는 성능을 가지고 있는 차량에 이미 존재하는 임의의 마이크로-컨트롤러 또는 마이크로컴퓨터를 사용 또는 공유한다. 바람직한 실시예는 가능하고 실용적인 경우 존재하는 온도 센서를 사용하고, 전류 센서로서 배터리 케이블을 사용한다. 전압 조절기에 존재하는 마이크로-컨트롤러를 공유하는 것은 온도 센서를 이중으로 요구하지 않기 때문에 바람직하다. 엔진 크랭킹(engine cranking)의 시작을 나타내는 신호는 일반적으로 유용하고 여자 코일을 여자시키는데 사용되고, 최소한의 연결이 시스템에 요구된다. 이것은 시스템 비용을 감소시킨다. 전용 마이크로-컨트롤러가 또한 사용될 수도 있다. 마이크로-컨트롤러는 배터리 조건 신호로부터 이득을 얻는 다른 차량 시스템 및 디스플레이(128)와의 통신을 위해 차량에 존재하는 장치, 통신 프로토콜 및 통신 버스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 시스템으로부터의 데이터는 차량의 탑재 진단 시스템 및 진단 커넥터에 제공될 수 있다.
1.시스템의 일반동작
도 1-5의 순서도를 참조하여 하기에 설명된바와 같이, 본 발명의 시스템은 세 개의 동작 동안에 전압, 전류 및 주위 온도를 모니터링하고 얻는다. "엔진 슬립"으로 불리는 제 1 모드는 엔진 오프 상태이다. 이런 모드는 점화 스위치가 "온"이 될 때 종료된다. 제 모드 "엔진 스타트"로의 시스템의 전이는 스타터 계전기 접점의 폐로를 감지할 때 발생한다. 엔진 스타트 모드는 엔진이 죽고 자립 스피드를얻지 않는 경우에 엔진 자립 신호 또는 타임 아웃 중단 명령을 수신할 때 종료된다. 크랭크축 센서는 엔진 스피드를 결정하고/거나 표시하기 위해 사용되는 일반 장치이다. 엔진이 자립 스피드를 얻었다는 표시는 크랭크축 센서를 모니터링함으로써 또는 엔진 제어 컴퓨터와 같은 다른 온차량으로부터 실현된다. 엔진 자립 스피드를 얻으면 제 3모드, "엔진 런"을 개시한다. 엔진 런 모드는 점화"오프"신호를 감지할 때, 즉, 엔진이 "오프"될 때(런하지 않을 때) 종료된다.
엔진이 "오프"되는 것을 감지한 후에, 시스템은 엔진 스릅 모드를 처리 기간으로 진입한다. 이런 엔진 슬립 모드로의 프리커서는 순서대로 차량 전기 시스템 셧 다운을 허용하는 것이다. 자동 광 턴 오프 또는 다른 성분의 셧 다운 및 배터리로부터 전류를 흐르게 하는 기능을 위한 지연을 허용한다. 각각의 세 개의 모드 및 셧 다운동안에, 시스템은 저장된 데이터베이스 인자에 따라 얻어진 데이터를 연속적으로 교정하고, 데이터베이스를 업데이트하고, 조언 메시지 및/또는 표시를 발행하고 제어 신호를 일으킨다.
2.설치
도 1에서, 단계 (S101,S103,S105, S107)는 보통 그로스램의 동작의 설치 및 개시를 설명한다. 이들은 플그램의 물리적 설치(S101), 및 다양한 데이터 값의 입력에 사용되는 변수의 설치를 포함하는 동작의 개시 및 프로그램이 적당히 설치되고 동작하는 지를 확인하는 체크(S103)의 종래 단계이다.
컴퓨터 ROM은 외부 소수로부터 개발된 배터리 실행 데이터를 함유하는 것을 고려한다. 이것은 온도에 대한 SoC 및 IR에 대한 SoC의 커브; 배터리 용량율,CCA(cold crank amperes) 또는 암페어-시간의 어느 하나에서, 및 온도에 대한 개시 전류를 포함한다. 차량 종류 및 배터리 신원 확인 번호는 또한 저장된다. 온도, 전압 및 전류 감지 특성상의 데이터 및 다른 베이스라인 데이터는 컴퓨터 EAROM섹션에 놓일 수 있다. 데이터가 이미 컴퓨터 기억장치에 존재한다면, 그것은 입력될 수 있다. 설치가 온전한 것으로 여겨지는 것으로 결정되면 설치 공정(S105)으로의 리턴이 있고, 그다음 S107에서 설치의 재 리턴으로의 리턴이 있다.
3.동작의 개시
보통, 새로 설치되거나 새롭게 충전된 배터리는 안정화 타임, 즉, 그것의 정상 상태로 안정하는 타임이 필요하다. 어떤 분극 효과는 존재한다. 방전율 온도, 배터리 플레이트 표면 온도등과 같은 많은 다양한 인자는 존재하고, 이것은 임의의 측정이 이루어지기 전에 안정화되는 것이 바람직하다. 자동차에 사용되는 납축전지에서, 안정화 타임은 보통 약 한 시간으로 본다. 배터리가 안정 상태로 도달한 후에 시스템의 다양한 기능들을 수행하기 위해 동작하는 것이 바람직하다.
시스템이 S103에서 적당히 설치되었다고 가정하면, S111에서 사용자는 배터리가 안정화되었는지, 즉, 그것이 한 시간 이상 전에 충전되었는지에 대한 결정을 내린다. 수동으로 입력되는, 대답이 NO라면, 사용자는 S113에서 기다릴 것에 동의하기 기회를 갖고, 이것은 표시부(128)상에 표시될 수 있다. 대담이 YES라면, 대기 시간은 S115에서 개시된다.
YES가 S111에서의 결과라면, 또는 S113 및 S115에서 필요 시간이 경과한 후에, 시스템은 S117에서 개시된다. 결정은 배터리가 안정화하기 위한 시간을 기다리지 않기 위해 S113에서 만들어질 수 있다. 이것이 이루어지면, 분석은 배터리가 아직 안정 상태 조건을 구하고 있는 시간에 대해 정확하지 않다. S111로부터의 YES 또는 S113으로부터의 NO에 대하여, 시스템은 S121로 진행한다.
4.데이터 획득
도 1의 잔여부는 기본적으로 데이터 획득 및 슬립 모드(엔진 오프)동안에 얻어지고 시스템에 의해 사용되기 위한 어떤 파라미터의 계산에 관한 것이다. 시스템은 연속적으로 결정 시간, 배터리 전압 및 전류와 같이 날짜를 획득하고, 매 50-100밀리세컨드와 같은 계산을 한다. 임의의 적당한 시간이 사용될 수 있다. 결과는 컴퓨터 메모리내에 저장되고 프로그램의 다른 부분에서 사용하기 위해 유용가능하다.
S121에서 주위 온도 데이터가 얻어진다. 이것은 온도 센서(134)에 의해 제공된다. 엔진이 개시될 때, 흐르는 전류는 주위 온도에 의존한다. 보통, 주위 온도가 내려감에 따라 엔진을 개시하기 위해 필요한 에너지는 증가한다. 또한, 배터리의 내부 저항(IR)은 그것의 출력 용량에 역비례한다. 기본적으로, 엔진을 개시하는 배터리의 용량은 주위 온도가 내려가고 배터리가 엔진을 개시할 수 없는 포인트에 도달할 수 있다. 앞서에서 설명한 것과 같이, 주위 온도에 대한 최대 개시 전류에 상응하는 커브는 컴퓨터 데이터베이스에서 사전 프로그래밍된다. 이것은 룩업 테이블의 형태일 수 있다.
저장된 데이터로부터 컴퓨터는 S123에서 측정된 주위 온도에 대한 개시 전류를 위한 최대 전류 사용 데이터를 계산한다. S125에서, 필요하다면, 전류 감지 장치(110)는 증폭기의 이득 설정과 같은 방법에 의해 조정되어 슬릿 모드동안에 (즉, 엔진 크랭킹전에) 방전 전류는 엔진 크랭킹동안의 전류에 비교하여 낮은 값이 되기 위해 만들어진다. 종래, 측정 션트로서 동작하는 배터리 케이블(또는 임의의 다른 전류 센서)을 통하는 적은 전류로, 션트(110)에 걸친 전압 강하(잔류 x 저항)는 상대적으로 적다. 그런 낮은 레벨의 전압은 증폭이 필요하다. 반대로, 전류가 큰 크랭킹동안에, 특히 낮은 주위 온도에서, 션트에 걸친 전압 강하는 크다. 주위 온도가 플러스 20 Degree Celsius 범위에 있을 때, 크랭킹 전류는 저온 동안에 생성된 것의 절반이다. 그러므로, 증폭 이득은 동작 모드 및조건을 위해 조정되어야 한다. 이것을 달성하는 값은 사용하기 위해 저장된다.
S127에서, S123 및 S125의 마지막 수행으로부터의 시간이 소정의 시간, 즉 여기서 예시된 30분보다 컸다면, 단계 S123 및 S125는 컴퓨터 메모리내의 커브 값과 함께 사용하기 위해 S121에서 측정된 더 최근의 주위 온도에 기초해 반복된다.
S131에서 배터리 단자에 걸친 정지 전압(QV)이 측정된다. QV는 보안 시스템과 같은 어떤 차량 대기 기능에 의해 야기되는 어떤 전류 드레인이 있을 수 있는 가능성을 갖는 측정된 전압이다. 개방 회로 전압 OCV는 배터리가 임의의 부하에 연결되지 않았을 때, 측정된다. OCV는 SoC를 결정하기 위해 자주 사용된다. 대부분의 차량은 항상 적은 양의 전류를 흐르게 한다. 0에서 100 밀리암페어와 같이 전류 드레인 값이 적을 때 QV는 SoC를 결정하기 위한 유효 파라미터임이 밝혀졌다. 그러므로 이런 QV 및 SoC간의 유효 선형 관계는 스스로 및 그것의 데이터 베이스를 재교정하고 업데이트하기 위해 시스템에 의해 사용된다. QV는 차량이 슬립 모드에 있을때만 유효하다.
S133에서 배터리 충전 상태(SoC)가 계산된다. 컴퓨터는 공식,
SoC inpercent = 100-(12.07-QV/1.2)×100
을 기초로 SoC를 결정한다. SoC를 계산하기 위해 배터리 터미널 전압(특히, OCV)을 사용하기 위한 개념은 이미 공지된 미국특허 제4,937,528호 및 제5,049,803호에 개시되어 있다. 정의에 의해 OCV는 배터리가 모든 로드로부터 단절될 것을 요구한다. 차량 배터리를 모든 차량 시스템에서 단절시키는 것은 허용할 수 없는 많은 사용자문제를 야기시킨다. 추가로, OCV 측정전에 배터리를 단절시키고 이어서 재접속하는 것은 보안 시스템을 포함한 많은 시스템의 초기화, 바람직한 스테이션과 같은 다양한 세팅의 리엔트리, 메모리를 시트(seat)하는 것 등을 요구한다. 반면, 본 발명에 있어서, QV가 사용되고, 상기 설명된 이유로 정확하다. SoC를 결정하기 위하여 QV를 사용함으로써 상기 모든 문제를 피할 수 있다. 더욱 중요한 사용자 이점은 실시간 배터리 조건의 결정 및 리포트이다.
S135에서, 엔진이 셧다운이후 시스템 프로그램이 처음으로 실행되었는지를 판정하기 위해 체크가 만들어진다. "YES"라고 판정이 된다면, 엔진 셧다운 이전에 교환기 성능 평가의 시작을 위하여 프로그램 실행이 S137에서 계속된다. 만약 S135에서 "NO"라고 응답하면, 배터리 모니터링이 도 2에 도시된 S211에서 계속된다.
S135에서의 "NO" 판정은 도 3 상의 "A"에서부터 도 1 상의 "A"로의 프로그램 재귀 입력으로 생긴다. "YES"응답은 엔진 점화가 엔진 점화이전에 즉시 "오프"로바꾸어졌음을 프로그램이 이전에 판정한 도 4 상의 "A"로부터의 리엔트리로부터 생긴다. S135에서의 "NO"는 프로그램이 도 2의 포인트 1에 진입하도록 진행하게 한다.
정상 교환기 출력 전압은 13.8 볼트 내지 14.2 볼트이다. 교환기 출력 전압은 모니터링되고, 업데이트된 값은 프리퀀트 베이시스상에 기억된다. 엔진이 턴-오프되기 이전에 측정된 최종전압은 컴퓨터 데이터베이스내에 있다. S139에서의 YES 판정에 의해 판정된 바와 같이, 교환기 전압이 정상범위내에 있다면, 프로그램은 도 2의 포인트 1로 진행할 것이다. 만약 교환기 전압이 범위를 벗어난다면, 프로그램은 도 2의 포인트 2로 진행할 것이다.
5.교환기 및 벨트 작동 조건의 판정
도 2는 도 1 및 도 4에 있는 프로그램의 일부분에 의해 이전에 획득된 데이터의 수개의 사용을 도시하며, 이후 설명될 것이다. 단계(S201-S209)는 교환기-레귤레이터 조합 및 벨트의 조건 및 배터리의 충전 필요에 관한 데이터를 제공한다.
S139에서의 NO 판정은 정상범위(13.8 볼트 내지 14.2 볼트)를 벗어난, 엔진 셧다운 바로 직전의 교환기 출력 전압에 대응한다. 이러한 측정된 교환기 전압은 S201-S209에서 일련의 측정 및 판정 단계에 대하여 도 2의 포인트 2에 진입하도록 전달된다. 배터리는 교환기의 출력전압의 값으로 충전만될 수 있다. 단계(S201-S209)는 교환기 출력범위의 최하값(13.8V) 아래에 있는 측정된 배터리 QV를 위한 것이다. 수개의 가능한 조건이 있다.
1. 만약 QV가 12.6V보다 작고(S201) 12.4V보다 크다면(S203), "배터리가 낮은 SoC를 가지며 교환기가 체크되어야 한다"는 의미의 S205에서 경고가 디스플레이(128)에 만들어진다.
2. 만약 QV가 12.6V보다 크다면(S201), S207에서 "교환기가 체크되어야 한다"는 메시지가 디스플레이될 것이다.
3. 만약 QV가 12.6V보다 작고 또한 12.4V보다 작다면(S203), "배터리 재충전이 필요하며, 교환기 및 교환기 벨트가 체크되어야 한다"는 메시지가 S209에서 디스플레이된다. 일반적으로, 만약 QV가 12.4V이상이면, 배터리는 최근에 셧다운된 이후로 엔진을 재시작할 수 있는 충분한 용량을 가능하게 갖는다(S135는 YES이다). 만약 QV가 12.4V보다 작다면, 엔진 재시작의 가능성이 의심된다.
따라서, S201-S209에서 사용자는 교환기, 교환기의 벨트, 및 배터리 충전에 있는 가능한 문제에 관한 경고를 받을 수 있다.
도 2에 있어서, 도 1로부터의 포인트 1의 진입에 대해, 교환기 전압은 정상범위에 있다. 단계(S211 및 S213)에서, 포함된 도면부호에 의해 표시된 바와 같이, 테스크를 운영하고 모니터링하는 프로그램이 실행된다. S211 및 S213의 실행동안 만들어진 데이터베이스로의 진입은 QV 및 계산된 SoC, S205,S207,S209의 상태 메시지를 포함하고, 이러한 메시지의 디스플레이의 시간 및 날짜가 컴퓨터 메모리내에 기억된다. 따라서, S205-S209의 가능한 문제, 및 QV 및 SoC 조건으로 기록이 만들어진다.
6. 초과 배터리 전류 드레인의 판정
상기한 바와 같이, 심지어 점화 오프의 경우에도, 전류는 항상 배터리로부터얻어지게 된다. 딘계(S213)에서, 공급된 전류방전의 연속적인 모니터링이 시작되고, "점화 온"-프로그램의 단계(S215)에서의 YES 응답에 의해 종료될 때까지 계속한다. 이러한 모니터링은 도 7에 도시된 ADC, 멀티플렉서, 증폭기, 및 전류 측정 션트로 수행된다. 단계(215)의 응답이 NO 이면, 전류 모니터링이 계속된다. 뒤이어서, 단계(S217 및 S219)에서 평가가 행해진다. 단계(217)는 전류 드레인이 허용범위에 있는지를 판정한다. 드레인이 허용범위 내에 있다면, 차량가 슬립 모드에 있는 지를 판정하는 S219에서의 실행을 계속한다. 만약 응답이 NO이면, S221에서 "전류드레인으로 인하여 차량 체크하시오"라는 경고메시지가 발행된다. 엔진이 셧다운되고 슬립모드로 진입되는 사이에 라이트가 온으로 유지되는 경우를 위하여 시간이 할당된다. 엔진 타임 오프는 도 4에 도시된 S468에 기록되어 있는 시간 및 날짜 스템프로부터 행해진다.
단계(S217,S219,S221)로부터의 프로그램의 실행은 단계(S232)에서 계속되며, 한 시간마다 체크가 적용된다. 이 시간은 설명되어질 실시예에서의 차량 요구에 따라서 가변되며, 한 시간은 불필요한 입력으로 데이터베이스의 포화상태를 방지하면서, 배터리를 포함한 차량의 안정화를 허용하고, 설명되어질 도 3에 도시된 바와 같이, 가능한 배터리 열화의 의미있는 트렌드 분석을 위한 시간을 허용하기 위해 사용된다.
S231의 시간이 경과하면, S233에서 QV가 측정되고, SoC가 계산된다. S235에서, 이들 두개의 값이 온도, 시간 및 날짜와 함께 컴퓨터 메모리내에 저장된다. S237에서, 만약 S233에서 측정된 QV가 12.6V 이상이면, 프로그램은 도 3의 포인트4로의 진입이 진행된다. 만약 QV가 12.6V보다 작으면, S239는 "배터리가 차지를 손실함"이라는 메시지를 디스플레이(128)에 표시하기 시작한다. 즉, S219에 의해 도시된 바와 같이 차량가 슬립 모드(정지)상태에 있는 경우에도 과다 전류 드레인이 있다. 라이트 또는 특정 보조장치가 켜진 상태에 있는 것과 같은 비정상상태를 위하여 조사가 행해질 수 있다.
단계(S241)에서의 판정은 S237에서부터의 "NO"결과가 있는 S239를 뒤따른다. S237의 "NO"결과는 QV가 12.6V보다 작다는 것을 표시한다. S241이 QV가 여기서 12.35V로서 기술되어 있는 소정의 전압보다 작으면, 12V와 같이 비록 전압이 더욱 낮아질 수 있더라도, "배터리가 엔진을 시동할 수 없음"라는 메시지를 디스플레이(128)상에 표시하기 시작하는 S243으로 실행이 진행된다. 12.35V의 값은 시작할 때의 상이한 양의 전류를 소모하는 상이한 엔진에 따라서 다소 변할 수 있다. 이것은 또한 도 3의 포인트 4로 진입하도록 패스된다. 만약 S241에서 QV가 12.35V이상이라면, 배터리가 가능하게 엔진을 시동할 수 있다는 것을 의미하며, 도 3의 포인트 4로의 진입으로 엔터링된다.
S215로 돌아가서, 만약 점화 스위치가 온이라면, 시스템은 제 2 모드로 진입하고, 엔진이 시동된다. S251에서, S253을 포함하는 프로그램 루프가 시동된다. 이러한 루프는 스타터 릴레이 컨택(도 7에서의 138) 폐쇄를 체크한다. 폐쇄가 발생하면, 프로그램은 S255로 이동한다. 스타터 릴레이 컨택이 폐쇄할 때, 전기 에너지가 스타터 모터에 제공되고 엔진 시동이 시작된다. S255에서 배터리 전압 및 출력 전류는 동적 IR 및 PR을 계산하도록 데이터를 획득하기 위해 높은 샘플링 속도로 모니터링된다. 높은 샘플링 속도는 도 6에서 도시된 바와 같이 결과적인 전류 및 전압 파형의 획득을 확실히 한다.
도 6에 도시된 바와 같이 전형적인 수천 전압 및 전류 측정이 상기 전압 및 전류가 모니터링되는 동안 행해진다. 바람직하게, 프로그램 제어중인 멀티플렉서는 전압 및 전류의 측정을 ADC로 교환하도록 하는데 사용된다. 멀티플렉서 스위칭 속도는 일반적으로 신호 샘플링 속도와 동일하다. 전압 및 전류 측정이 행해지는 대로, 이들은 동적 IR 및 PR의 계속되는 판정을 위하여 마이크로컴퓨터(RAM)에, 바람직하게는 측정하게 할당된 영역에 저장된다. 동적 IR 및 동적 PR의 판정은 참조로서 도 6을 사용하여 아래 설명되어 있다.
도 6은 성공적인 엔진 스타트동안 획득되는 전압 및 전류 측정의 플롯인 전압 및 전류 파형으로 표시되는 두 개의 커브를 도시한다. 점(A, B, C 및 A', B', C')의 의미는 이하에 설명된다.
A, B, 및 C는 각각 다음에 해당된다:
"A"는 스타터 릴레이 접촉 폐쇄 직전의 배터리 전압을 나타낸다.
"B"는 연속적으로 IR 판정에 사용되는 배터리 전압 샘플이 적용된 영역을 나타낸다. 이 영역은 신속한 부분적 회복을 제외하고 큰 전압강하를 따른다. 이 현상은 스타터 모터로의 전류 유입으로 기인되고, 그 후, 스타터 모터는 정지된다.
"C"는 발생된 자기 지탱 속도- "엔진 아이들" 및 다이내믹 PR 판정에 연속적으로 사용되는 전압을 나타낸다.
점(A', B', C')은 각각 다음에 해당된다:
A'는 스타터 릴레이 접촉 폐쇄 직전의 배터리 전압을 나타낸다.
B'는 IR 판정에 연속적으로 사용되는 배터리 전류 샘플이 적용된 영역을 나타낸다. 이 영역은 매우 큰 전류 유출 후, 적은 일련의 감소 전류 유출을 따른다. 이 커브는 스타터 모터가 정지되고 뒤를 이어 모터가 회전을 시작할 때 일련의 감소 전류가 유출되고, 그 뒤를 이은 엔진 에너지 기여 동안 스타터 모터로의 전류 유입을 도시한다.
C'는 발생된 자기 지탱 속도 - "엔진 아이들" 및 다이내믹 PR 판정에 연속적으로 사용되는 전류를 나타낸다.
일반적인 엔진 스타트에 대해 도 6에 도시된 전류 및 전압 커브는 많은 굴곡점(즉, 첨두 및 밸리)들을 갖는다. 이들 굴곡점은 전류커브-파형에서 더 두드러진다. 이들은 복수의 다이내믹 현상들에 기인된다. 스타터 모터는 "정지" 조건일 때 상기 나타낸 것과 같이 초기 분출 전류를 일으킨다. 모터가 회전할 때, 전류 흐름이 감소한다. 엔진 실린더 연소의 결과인 엔진 토크 기여에 전류 흐름이 첨가된다. 스타터 모터 및 엔진은 또한 개시시 전압 커브에 영향을 미친다. 모든 전기 모터(예를 들면, 배터리 동력 차량의 트랙션 모터, 또는 하이브리드 동력 차량의 전기 구동 모터)는 개시동안 대전류 유입을 일으킨다. 따라서 다음의 다이내믹 IR 및 다이내믹 PR을 판정하는 방법이 또한 적용가능하다.
스타터 모터 및 엔진의 다이내믹 작용은 이전에 인용된 미국 특허번호 4,973,528와 미국 특허번호 5,049,803에 설명된 것과 같이 IR과 PR을 판정하는 방법과 다른 방법을 필요로한다.
도 6의 전류 및 전압 커브는 고속으로 샘플링되고 측정 데이터는 연속적으로 메모리에 저장된다.
다이내믹 IR을 판정하는 방법은 이전에 인용된 다이내믹 작용을 설명하고, 다음과 같다:
1. 전압 커브상의 점(A)은 전압의 첫 번째 감소가 끝날 때(시간)와 전압은 도 6에 도시된 큰 감소 이전에 상대적으로 일정하게 유지되는 곳을 판정하기 위해 커브를 분석함으로써 확인된다. 시간은 측정 전압을 저장하는 RAM의 테이블로부터 판정된다. 각 측정값은 연속적으로 메모리에 저장되고, 바람직하게, 하나의 측정값만이 하나의 메모리 로케이션을 차지한다. 초기의 저장 측정량에 대한 메모리 로케이션은 초기 측정값에 대한 상대적 시간을 설명한다. 따라서, A에서의 전압과 그 상대적 시간이 확인된다.
2. 각 전류 측정값은 동시발생의 전압 측정값에 대한 대응 메모리 로케이션을 갖는다. 점(A)에 대한 동일한 상대적 전압 메모리 로케이션(시간)은 A'에 대한 대응 전류를 위한 상대적 메모리 로케이션을 액세스하는데 사용된다.
3. B에 대한 초기값은 또한 저장된 측정 데이터의 분석에 기초하여 확인된다. 이 초기점(B')의 로케이션은 도 6에 도시된 바와 같이 급격한 감소 이후 신속하게 전압이 증가하는 곳이다.
4. B'의 초기 또는 개시점에 대한 타임 로케이션은 대응하는 B 메모리 로케이션으로부터 얻어진다.
5. 예로서 100 밀리초(0.1초)의 지속 시간 동안, 또는 필요에 따라 판정된다른 지속 시간 동안, 초기 측정값을 포함하는 시퀀스로 저장된 전류 및 전압 측정값이 평균화된다.
6. A와 B의 평균 사이의 절대적인 차(즉, A - B평균)가 전압에 대하여 계산된다. 유사한 방식으로 B'와 A" 사이의 절대적인 차(즉, A' - B평균)가 전류에 대하여 계산된다.
7. 다이내믹 IR은 다음의 표현으로 나타낸 것과 같이, 전압차 결과로 전류차 결과를 나눔으로써 판정된다:
다이내믹 IR = (A' - B'평균)/(A - B평균)
상기 설명된 것과 유사한 기술이 분극저항(PR)을 판정하는데 사용된다: C 및 C'는 이 계산에 사용된 전압 및 전류상의 각 점이다. 이들 점의 로케이팅은 상기 설명된 것과 같이 로케이팅(A 및 A')와 유사한 방식으로 달성된다. 스팁에 앞서 전압 커브 슬로프가 영인 곳에 다소 비슷한 로케이팅(A), C의 로케이션이 존재하고 도 6에 도시된 것과 같이 거의 초기 전압으로 상승한다. 이들 각 전압 및 전류 값(즉, C 및 C')은 이전에 인용된 특허에서 설명된 것과 같이, 보상 없이 사용될 수 없다. IR로 인한 전압 강하는 분극 저항(PR)을 계산할 때 설명되는 카운터링 효과를 일으킨다. 이 배터리 IR 드롭은 전압 강하를 유발시킨 PR의 반대이다. 이들 두 효과가 반대 방향이기 때문에, 분극 계산은 실제 PR을 계산할 때의 카운터링 영향을 고려해야 한다.
이전에 설명된 다이내믹 IR은 카운터링 IR 전압 강하를 판정하는데 사용되고PR 계산전에 C에서의 전압으로부터 감산된다. 그 관계를 사용하면:
다이내믹 PR = (C볼트-(IR×C'암페어))/C'암페어
따라서, 다이내믹 IR과 PR 모두는 다른 목적으로 이용가능하다. S257에서, 점화로 "온"되어 엔진 크랭킹이 초기화되면, 타이머는 정상적인 크랭킹 시간을 초과하는 기간의 세팅으로 개시된다. 이 소정 시간, 예를 들면 크랭킹 펄스 동안 2회전에 대한 시간 엔진이 자기 지탱 속도를 이룰 수 없는 경우의 디폴트 조건으로 된다. 전압 및 전류의 모니터링은 (비록 여분이 있을지라도) S257-S259 루프와 이어서 일어나는 스텝을 위한 S255으로 시작된다. 디폴트 시간 만기 또는 크랭킹 종료 후, S259는 S261로 진행하기 위한 프로그램을 시작한다.
스텝(S261)은 엔진이 자기 지탱, 즉, 정상적인 이상적 속도로의 런닝인지의 여부를 판정한다. 엔진 속도는 크랭크 포지션 센서 또는 엔진 제어 컴퓨터 또는 엔진 타코미터와 같은 또 다른 차량 소스로부터의 펄스 출력 또는 교류기로부터의 동일한 펄스를 모니터링함으로써 직접 판정될 수 있다. 펄스를 모니터링할 때, 속도는 시간단위(예를 들어, 초)로 펄스를 카운팅함으로써 판정된다. 예를 들어, 여기에서 센서가 초당 하나의 펄스를 생성하면, 1초동안 카운팅된 10펄스는 속도가 분당 600회전인 것을 나타낸다. 초당 펄스의 역수인 펄스들간의 시간이 또한 사용될 수 있다. 이 후자의 방법은 일반적으로 더욱 신속한 표시기능을 제공한다. 엔진이 자기 지탱속도이면, 스텝(S261)(YES)이 S263로 프로그램을 진행한다. 이 스텝은 S213과 같이, 전류 유출을 모니터링하고 컴퓨터 데이터베이스에 저장된 새로운 SoC값을 계산한다. 그 후 프로그램은 배터리 전류 모니터링이 다시 시작되는 S256으로 진행한다. 도 4에서 정보는 엔트리 포인트(3)로 통과된다.
S261이 엔진 속도가 자기 지탱인지의 여부를 판정하면, 그 후, S271에서 배터리의 새로운 값 SoC가 계산되고 데이터베이스에 저장된다. S273은 디스플레이(128)를 위한 "개시 실패 및 배터리 손실 충전-점화 턴 오프"의 메시지를 개시한다. 메시지는 S275가 점화 스위치가 턴 "오프"된 것을 판정할 때까지 유지된다. 점화 스위치 "오프"로 인하여, 도 2의 포인트 1에서 S271 데이터 및 S273 메시지의 엔트리가 있다.
7.배터리 SoC 및 유용한 남은 시간
본 발명의 특징중의 하나는 미래의 배터리 성능을 예측할 수 있는 능력이다. 예로서, 차량 소유자 및 조작자는 사용되지 않은 차량이 얼마나 오랫동안 주차할 수 있는 지 및 배터리가 여전히 엔진을 시동시킬 수 있는 지를 빈번히 알 필요가 있다. 배터리 교체가 필요하기 이전에 예상되는 남은 수명을 예측하는 것 역시 차량 소유자 및 조작자를 위한 또다른 중요한 예측이다. 프로그램의 이 부분이 도 3의 유입부 4를 참조하여 설명된다.
도 3의 프로시저는 슬립 모드인, 엔진이 동작하지 않는 시간 동안 발생한다. 이것은 실시간 상태 보고 및 용량의 잠재적 손실에 대한 적절한 경고와 보정 작용 필요를 제공한다. S301은 배터리가 추가의 충전없이 엔진을 시동시키는 데 사용될 수 있는, 여기서 분으로 나타낸, 남은 시간 계산의 시작부분이다. 즉, 배터리는 계산된 시간 주기의 끝까지 엔진을 시동시키는 데 충분하게 충전된 상태로 된다.이것은 배터리 SoC 의 값의 감소 또는 경감에 기초하며 그 시간에서의 QV 값에 의해 확인된다.
S301에서, 주어진 시간, 여기선 30분인 루프가 시작되고, 이동안 도3의 여러 단계들인 S303-S315가 S323에서 결정된 바와 같이 상기 시간이 만료될 때까지 반복적으로 실행된다. 이 루프로의 유입은 도 2의 S231, S237, S241 및 S243 중의 하나로부터의 결과에 의한 것이다.
S303은 가능한 하나이상의 후속 루프를 위한 시작 시간을 데이터베이스에 입력한다. 또한 루핑 시작 후 경과 시간이 계산된다. 이 경과시간은 루핑을 종료시키기 위해 S323에서 사용된다.
S305에서, 배터리 SoC는 총합계된 드레인 또는 드레인의 합만큼 연속적으로 감소된다. 배터리 드레인, 충전 및 용량은 암페어-시간, 암페어-분 또는 쿨롱과 같은 측정단위중의 하나로 표현된다. 일 쿨롱 = 일 암페어-초, 또는 일 암페어 = 초당 일 쿨롱이다. 쿨롱은 바람직한 측정단위이다. 배터리 용량은 흔히 암페어-시간으로 나타내어 진다. 배터리 용량은 등가의 쿨롱 즉, 1 암페어-시간 = 3600 쿨롱, 으로 표현될 수 있다. 예로서, 100% SoC에서 80 암페어-시간 배터리는 정상상태에서 288,000(80x3600) 쿨롱인 가능한 충전 전하량을 유지한다. 따라서, 80% SoC에서 상기와 같은 용량의 배터리는 정상상태에서 204,000 쿨롱인 충전 전하량을 유지한다고 나타낼 수 있다. 80% SoC 가정하에서(주변 상태에 대해 보정됨) 배터리 전하량이 3,600 쿨롱이 감소되었다면, 그 배터리는 이제 주변 상태에 대해 보정된, 79% SoC를 갖는다.
전류흐름(드레인 또는 전하)이 디바이스(110)에 의해 암페어로 측정되고 컴퓨터는 시계를 가지기 때문에, 그 양에 대해 정확한 계산이 있을 수 있다. 쿨롱단위인 전류 드레인은 S305에서 연속적으로 측정된다. S305은 배터리 방전 드레인 비율(DDR)을 다음과 같이 계산한다.
시간상 두 지점에서의 충전에서의 충전량의 측정은 DDR을 결정한다. DDR 데이터는 S309에서 날짜 및 시간과 함께 저장된다. DDR은 소망한다면, S301에서 설정된 30분 시간 주기를 넘는, 다양한 시간에서 평균화될 수 있다.
S311에서, SoC는 다음 공식을 이용하여 S313에서와 마찬가지 기준으로 계산된다.
S313에서, SoC 감소율은 다음과 같이 계산된다.
즉, SoC 감소율은 초기 측정 SoC 값과 현재 측정 SoC 값의 차를 두 값의 측정 상이의 시간으로 나눈 것이다. 이 시간 간격은 분등과 같은 필요로 되는 바와 같은 임의의 개수의 시간단위일 수 있다. SoC DR은 정확도를 향상시키기 위해 평균화될 수 있다. SoC는 필요로 되는 바와 같이 S133으로부터 획득될 수 있다.
DDR 및 SoC DR을 결정하는 두 프로시저는 유사하고 기본적으로 라인의 경사도를 한정하는 지점을 측정하는 것이다.
S135에서 QV 감소율 QV DR은 다음과 같이 계산된다.
여기서, 종래의 QV는 S131로부터 획득될 수 있고 경과시간은 일분, 오분 또는 십분 또는 소망하는 정확도에 의해 필요로 되는 바와 같은 임의의 시간일 수 있다.
S301에서 초기화된 30분-시간 한계가 만료된 후, S323에서 결정되는 바와 같이, S303-315의 루프에서 계산된 데이터는 S330-340에서 사용된다. S330에서, 배터리가 더 이상 엔진을 시동시킬 수 없기 이전에 남은 시간은 다음과 같이 SoC 데이터에 기초하여 계산된다.
SoC는 SoC의 최근 계산치이고 SoC 감소율은 S313에서 계산된다. 70% SoC의 값이 여기서 사용된다. 35% 내지 50% SoC는 일반적으로 배터리가 시동을 지원하는 데 충분한 용량을 갖는 최저 SoC이다. 더욱 작거나 큰 변위의 엔진은 더욱 높거나 낮은 SoC 백분율을 갖는다.
S332에서, 배터리가 엔진을 더 이상 시동시킬 수 없기 이전에 남은 시간은 QV 및 QV DR 데이터에 기초하여 다음과 같이 계산된다.
QV는 최근 측정된 QV(S131)이고 QV 감소율은 상기한 바와 같이 계산된다. 각각의SoC 및 QV에 의거하여 계산된 남은 시간 값은 동일하거나 거의 근사하여야 한다. 남은 시간은 S316에서 디스플레이되고, 분으로 예시된다. 기타 시간 단위도 사용될 수 있다.
상기한 바와 같이 계산된 비율 및 이와 연관된 QV, SoC 및 시간을 데이터베이스에 저장하는 것은 S334에서 구현된다. 이 정보는 진단, 유지보수 및 수리 목적으로 진단 커넥터에 의해 사용될 수 있다.
S338에서, 일정한 엔진 시동을 위한 S336에서 계산된 남은 시간은 그것이 지정된 안전 시간 한계치 보다 작은 지를 결정하기 위해 검사된다. 예시적으로 8시간이 사용된다. 계산된 남은 시간이 8시간 미만이면, 선택적인 경고 메시지가 S340에서 표시된다. 8시간은 배터리가 엔진 시동을 위한 성능을 잃는 것에 대한 산정된 시간 값이다. 추정된 슬립 모드에 있는 동안 여러 원인이 배터리로 하여금 엔진 시동을 위한 성능을 잃게 할 수 있다. 예로서, 차량 라이트는 고의로 또는 부주의로 엔진이 꺼진 후 온 상태에 있을 수 있거나 오락 또는 몇몇 유형의 전기 에너지 소비 디바이스가 엔진이 꺼진 동안 사용될 수 있다.
계산된 남은 시간이 8시간 보다 많은 것으로 S338에서 결정된다면, 이 지시는 시스템 동작이 상기한 바와 같이 재개되는, 도 1의 유입부 A로 간다.
8.배터리 유지보수
배터리는 통상 유한 횟수의 방전 및 재충전 사이클 후에, 광범위한 광범위한 유해환경 및 오용 상태에 기인하여 마모되는 것으로 여겨진다. 배터리 단자 접속부 또는 기타 배터리와 결합된 접속부 및 그 교류 발전기가 "기밀특성"(고신뢰성의 특성을 한정하기 위해 흔히 사용되는 용어)을 잃을 때, 다양한 유해 상태가 발생된다. "기밀특성" 통합성의 손실에 의한 초기 결과는 콘택트 저항의 증가이다. 이것은 그후 추가의 콘택트 열화 및 더 큰 저항을 야기시킨다. 열 순환 상태가 전류 공급에 의한 가열에 의해 악화되는, 부식에 더욱 영향을 받는다. 이 결과는 차량 스타터에 공급된 전압이 필요한 파워를 감소시키고 궁극적으로는 불가능하게 하는 높은 저항이 되게 하는 사이클을 절대로 종료시키지 못한다. 또한, 배터리 전해액과 같은 부식성 유체는 접속부를 적시거나 침투하여 부식을 일으킨다. 상기한 임의의 상태에서, 고저항은 차량 스타터로의 파워 전달을 방해하는 큰 전압강하를 일으킨다. 상기 상태들은 커다른 충격 또는 강력한 진동 없이는 갑자기 발생하지 않는다. 그보단 비교적 긴 시간 주기에 걸친 열화가 발생한다.
도 7을 참조하면, 진단 시스템의 포지티브 및 네거티브 배터리 단자전압 감지 와이어가 배터리 단자에 연결하는 와이어의 단부 가까이에 있는 배터리의 포지티브 및 네거티브 리드 와이어에 각각 연결될 수 있다. 그러므로, 측정된 내부 저항(IR)은 와이어와 배터리 단자간의 콘택트 저항을 포함하는 포지티브 리드 와이어로부터 네거티브 리드 와이어로의 모든 저항을 포함한다. 배터리 IR은 일반적으로 배터리 SoC가 약 70%이고 배터리가 거의 용량을 손실하지 않는 한 좁은 범위내에서 유지된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 결정된 IR이 소정값 예로서, 주어진 온도에서 배터리의 정상적인 초기 IR의 두배 이상인 경우와 같이, 소정값 보다 클 때 운전자가 배터리 단자를 검사, 세척 및 단단히 죄도록 충고하는 디스플레이를 개시시킨다.
본 발명의 이와 같은 태양이, 엔진이 구동되는 즉, 시스템이 작동 모드에 있는, 도 4를 참조하여 설명된다. 모든 IR 결정은 도 6에 나타난 바와 같은 엔진 크랭킹의 결과이고 단지 엔진 크랭킹의 결과에 의해서만 행해질 수 있다. 지정 전류 IR은 IR이 최근 완료된 엔진 시동을 위해 결정되었음을 의미한다. 용어, 초기 IR은 최종 엔진 시동 또는 이전의 임의의 기타 엔진 시동에 적용될 수 있다. 각각의 계산된 동적 IR은 미래에서 사용을 위해 컴퓨터 데이터베이스에 저장된다. 그러나, 시스템의 바람직한 실시예에 사용되는 바와 같이, 초기 IR은 그 배터리의 설치 후에 결정된 최초의 IR이다. 초기 IR은 접속부 수리 또는 세척 또는 단단히 죈 후의 배터리의 동적인 IR일 수 있다.
S402에서, IR 변화율은 다음 수식에 기초하여 계산된다.
IR이 증가하고 PR이 감소할 때, 고 저항이 배터리와 직렬로 발생할 가능성이 있다. 이러한 저항 증가는 통상 헐거운 또는 부식된 접속과 관련되어 있다. IR 증가는 플레이트 부식, 활성물질 및 플레이트 영역 손실, 및 저온을 포함하는 다양한 상태에 의해 영향을 받는다. 배터리의 IR은 전기 에너지의 저장 및 전달 성능의 지시자이다. 높은 또는 증가하는 IR은 감소된 또는 감소하는 성능을 나타낸다. IR이 높고 저온인 경우, 이들은 모두 IR 증가 및 더욱 큰 엔진 시동을 야기한다. 그러므로, 엔진 시동을 위한 전위는 온도 감소와 더불어 급격히 감소한다. IR은 주로 노화 또는 열악한 작동 상태와 더불어 증가함으로, 배터리의 서비스 수명이 다하는 것에대한 양호한 지시기는 그것의 저온 시동 한계치이다. 이러한 모든 데이터는 유지보수 및 사용자 경고를 위해 필요로 되는 진단 정보를 제공하기 위해 컴퓨터에 저장된다.
S404에서, IR, IR 비율 및 IR 비율의 계산시간이 저장된다. S406에서, IR이 증가하고 있는 지의 여부에 대한 결정이 행해진다. 즉, S402의 결과(IR 비율)가 긍정이면, 이것은 IR이 증가하고 있다는 지시이다. 최고 높은 비율이에서 S408에서 선택되고 S420에서 사용된다.
S410에서 PR이 계산되고, S412에서 PR 비율이 다음과 같이 계산된다.
여기서, 상기한 바와 같이, 전류 PR은 측정된 최종값이고 초기 PR은 이전시간에 측정된 값이다.
S414에서, 계산된 PR 값과 계산시간은 저장된다. S416에서 분극저항이 증가하고 있는지의 여부 즉, S412의 결과가 긍정인지의 여부에 대한 결정이 행해진다. 증가하고 있다면, 최고비율(S412 동안 계산된)이 IR비율 및 PR 비율에 대한 결정 단계 S420에서의 사용을 위해 S418에서 선택된다.
S420에서 IR 량 및 PR 량이 증가하고 있는 지의 여부에 대해 검사가 행해진다. 이를 위한 데이터가 단계 S406 및 S416에서 획득된다. 이들 두 양이 모두 증가하고 있다면, S422에서 "전해액-저전해액이 플레이트 부식을 야기함" 이라는 메시지의 디스플레이가 개시된다. 이와같은 결론의 이유는 저 전해액 레벨이 일반적으로 과충전에 기인한 전기분해 또는 고온에 의해 야기된 워터 손실에 의해 발생된다. 저 전해액 레벨은 플레이트의 단위 영역당 고전류가 흐르게 한다. 전해액 농도가 증가하게 하고 가용 플레이트 영역을 감소시킨다. 고농도와 함께 감소된 플레이트 영역은 더 큰 IR이 되게 한다. S422의 출력 데이터 메시지는 도 5의 유입부 5에서 입력된다.
IR 및 PR이 모두 증가하지 않고 있다면, S420에서 결정된 바와 같이, 프로그램 실행은 내부저항(IR)이 증가하고 분극저항(PR)이 감소하고 있는지에 대한 결정이 추가로 행해지는 S424(도 4C)로 진행한다. 이 상황이 유세하면, 즉, 예이면, S426에서 "단자부식 또는 헐거운 접속 가능"에 관한 메시지가 디스플레이된다. 이러한 결정의 이유는 헐거운 또는 부식된 단자가 명백한 IR 증가 및 전류 감소를 야기하기 때문이다. 이 메시지는 또한 도 5의 유입부 5에서 입력된다.
상기와 반대인 상황이 우세하면, 즉 IR이 감소하고 PR이 증가하고 있다면, 단계 S424에서의 결과는 아니오이고, 낮은 시동 온도 한계치가 결정되어 "저 시동 온도 XX 도" 메시지를 포함하기 위해 단계 S424로 전달된다. 온도의 수치는 섭씨 또는 화씨일 수 있고 메시지 필드 "X"를 채우고, 상기한 저온 시동 온도 한계치 프로세스로부터 전달된 양이다.
저온 시동 온도 한계치는 컴퓨터에서 두 데이터 세트로부터 결정된다. 성능 필요조건 데이터 세트는 시스템이 설치되는 엔진 구성 및 차량 유형으로 된 샘플, 바람직하게는 샘플 로트로부터 유도된다. 성능 필요조건 데이터 세트를 발생시키기 위해 사용된 차량은 최저 예상온도로부터 최고온도에 까지 균등하게 분포된 온도에서 시동된다. 이 프로세스는 일반적으로 배터리가 제조자에 의한 차량 사용을 위해 자격이 주어졌을 때 채용된다. 결과 전류 및 전압 데이터는 도 6에 나타나 바와 마찬가지이다. 이들 전류 및 전압은 이후부터 "요구 IR"로 참조되는 것을 계산하기 위해 사용된다.
요구 IR은 관련된 온도와 함께 데이터베이스에 저장된다. 유사한 온도 범위에 대한 배터리 정적 IR(어떠한 부하 및 OCV없이 계산된) 데이터로부터, 동적 IR을 위한 온도 보상이 다양한 온도에서의 배터리 IR에 대한 특성 데이터와 함께 데이터베이스에 저장된다. S212에서 획득된 온도는 후속하여 배터리 특성 데이터를 특정화하기 위해 데이터베이스에서 온도 보상 요인으로서 사용된다. 정상 및 일반적인 동작 동안, 컴퓨터는 요구 IR 데이터내의 값이 상기 온도 보상에 의해 조정된 바와 같은 "단지 획득된"동적 IR에 의해 매칭되는 매치를 탐색한다. 매치가 발생하면, 그 요구 IR에 대해 저장된 온도는 저 시동 온도 한계치로 된다.
프로그램은 그후 도4 및 5의 유입부 5로 진행한다. 도5에서, IR, PR, IR 비율, PR 비율, 저 시동 온도 한계치, 시간 및 날짜와 임의의 보고된 상태 및 차량의 진단 커넥터를 통한 후속 액세스를 위한 메시지가 데이터베이스에 저장되거나 외부적으로 사용된다. 데이터 저장후에, 실행은 도5의 유입부 6 및 도 4의 유입부 8로 진행한 후 S456으로 복귀한다. S456은 전류 및 전압 모니터링을 재시작하고 S456,S448,S459 및 S460을 계속하고 S456 모니터링 루프로 복귀한다(도4C, 4D).
도4A,4B의 우측부는 3개의 가능한 동작 상태를 나타낸다. 먼저, 유입부 3에서 시작한다(도4A). 하기하는 바와 같이, S440은 배터리가 S440에서 결정된 바와같은 엔진 시동에 뒤이어 정상적이고 일반적인 상태에서 전하를 수용하는 지를 계속한다.
두 번째 상태는 S459에서의 아니오 응답(도 4D)으로부터 뒤이어지는 동작을 포함하고 가솔린 엔진을 위한 엔진을 턴 "오프"시킴에 의해 또는 디젤엔진을 위한 연료 공급중단에 의해 고의로 엔진이 중단될 때 S466 및 S468에서의 후속 동작을 포함한다. 배터리는 항상 모니터링됨으로, 프로그램은 도1의 A로 복귀한다.
세 번째 상태는 엔진 시동 이전 또는 시동에 후속하여 발생할 수 있는 충전 시스템 고장 가능성에 관한 것이다. S480(도4B)은 S478에서 획득된 교류 발전기 전압이 최근 획득된 QV 보다 높은 지를 결정함으로써 그러한 고장이 발생했는 지를 결정한다. 이 QV는 도 2의 S215에서와 같이, 점화 온이 감지되기 바로 이전에 획득되었었고 엔진은 "슬립 모드" 에 있었다. QV는 엔진이 작동되지 않고 있을 때, 즉 "슬립 모드" 에 있을 때의 시간 동안 획득되거나 갱신되었다.
충전 시스템은 항상 액티브이고 성능 모니터링, 분석 수행 및 상태 보고와 관련되어 있다. 도 4A의 S440에서 시작하는, 상기에서 설명된 제1 상태에 대해, 엔진이 자기-유지 속도로 구동하는 경우의 데이터 포인트인, 도2로부터의 유입부 3이 있다. S442에서, Q가 전하를 수용하고 있는 지의 여부에 대한 결정이 행해진다. 이것은 배터리로 및 배터리로부터의 전류 흐름을 측정함으로써 달성된다. S441은 일련의 측정 및 계산이 행해지는 시간을 설정한다. 본 명세서의 바람직한 실시예에서, 이 시간은 100ms로 설정된다. 임의의 적절한 시간값이 사용될 수 있다.
배터리가 전하를 수용중이면, 프로그램은 S444로 가고 배터리의 전압이 최종측정된 QV 보다 큰지의 여부에 대해 결정한다. 그 결정이 예이면, S441의 시간 루프는 종료되고 프로그램의 다른 루프가 진행된다. S446에서의 결정이 아니오이면, 교류 발전기 전압이 13.8 내지 14.2V 사이의 값에 있는 지에 대한 측정이 행해진다. 이 범위가 선택되는 이유는, 상기한 바와 같이, 이 범위는, 전류가 배터리로 유입됨에 따라 전압이 낮아질 수 있더라도, 차량에 의해 필요로 되는 전압이고 12 볼트 시스템을 위한 일반적인 범위이기 때문이다. 실제 출력 전압은 전압 조절기와 결합된 또는 그 내부에 있는 온도 감지 레지스터에 의해 제어된다. 배터리 전압이 이 범위내에 있지 않다면, S446은 S441의 시간 루프를 재시작할 것을 신호한다.
S448에서, 배터리 전압이 13.8-14.2V 범위내인 것이 결정된다면, S450에서 배터리 충전의 총량이 증가되거나 감소된다(총합된다). 배터리 충전량은 쿨롱으로 측정된바와 같이 이용될 수 있음을 상기하라.
충전을 위한 배터리 모니터링 및 충전의 총합화는 배터리가 전하를 수용하고 있다고 S454에서 결정하고 있는 동안 S452에서 계속된다(도4C). 이 데이터는 전류 감지 디바이스(110)에 의해 제공된다. S454에서 배터리가 전하를 수용하지 않는다고 졀정하면, S456은 배터리 전압 및 전류에 대한 주기적인 모니터링을 수립한다. 즉, 배터리 전압 및 전류가 소정 시간 주기 동안 교대로 모니터링되고, 여기서 시간은 일초이다. 이 때, PR, IR 비율, PR 비율의 양과, 저 시동 온도 한계치, 시간 및 기타 보고된 상태에 대한 데이터의 조합이 컴퓨터 데이터베이스로부터 있다.
S456에서 이용가능한 데이터로부터, 배터리가 방전중인지의 여부에 대해S458에서 결정한다. 그렇지않다면, 배터리는 충전되고 프로그램은 S460으로 진행한다. 이것이 엔진이 자기-유지 속도를 획득한 후 S460으로의 첫 번째 입력이면, 내부 플래그 신호인 "시작이후 처음 타임"이 발생된다. 도 2의 S261로부터의 출구에서, 플래그는 리셋트되고 IR 및 PR이 상기한 바와 같이 결정되는 S462에서 계속한다(도 4D). "시동 이후 맨처음" 플래그가 리셋트되면, 실행은 S456으로 복귀한다. S462에서의 IR 및 PR 결정에 뒤이어 이 데이터는 IR이 온도 보정되는 S464로 공급되는 데, 그 이유는 IR이 주위 온도에 의해 영향을 받기 때문이다
온도 보정을 위한 데이터는 상기한 바와 같이 컴퓨터 데이터베이스에서 이용가능하다. 또한, 상기한 바와 같이, 저 시동 온도 한계치가 결정된다. 실행은 도 4의 지점 9로 계속하고 상기한 바와 같이 배터리 분석이 구현되는 S402(도 4A)로 진행한다. 배터리 분석에 뒤이어 실행은 출구 5로 계속되고 도 5의 유입부 5로 진행한다. 시동 바로 다음에 이 정보의 이용가능성은 보정을 할 수 있기 위해 배우 중요하다. 이 정보는 시스템에 저장되고 시스템, 차량 또는 진단 커넥터에서 이용가능하다.
S458로 복귀하면(도4C), 배터리가 방전중이면 S459에서(도 4D) 배터리 전압은, 12볼트 시스템 교류 발전기를 위한 일반적인 출력전압인, 13.6 내지 14.2 볼트 사이의 범위에 있는 지를 알기 위해 측정된다. 예 응답은 교류 발전기가 적절히 수행하고 시동 동안 드레인된 배터리 전하를 복구하는 것이 가능하다는 것을 지시한다. 프로그램은 방전중인지의 여부에 대한 검사를 반복하기 위해 S456 및 S458로 복귀한다.
상기한 바와 같은 제2 상태에 대해, S459에서 교류 발전기 가 적절한 출력 전압을 공급하지 않는다는 것을 지시하는, 응답이 아니오이면, S456에서 점화 스위치가 "오프"인지를 알기 위해 검사가 이루어진다. 점화 스위치가 "오프"이면, 엔진 시동은 실패할 수 있다. 그럼에도불구하고, 시간 및 날짜가 S468에서 기록되고 실행은 도 1의 데이터 유입부 A의 시작부로 복귀한다.
그러나, S466에서 점화 스위치가 "오프"가 아닌 것으로 결정하고, 교류 발전 에 의한 전류가 거의 제로이면, 이것은 교류 발전기 또는 교류 발전기 벨트에 의한 문제가 가능함을 지시하는 것이다. S466은 S468에 나타난 바와 같은 "교류 발전기 /벨트 고장"과 같은 결과에 대한 메시지를 디스플레이(128)상에 디스플레이하기 시작한다. 또한 교류 발전기 또는 교류 발전기 벨트 고장이 가능한 상태하에서, 프로그램은 계속해서 QV를 모니터링하고, SOC 감소율(S331 및 S313의 SOC DR)과 도 3의 S330-S336에 도시되고 결정된 바와 같은 배터리의 남은 시간수명을 결정하기 위해 S470에서 계속한다. S472에서 분 또는 기타 시간단위로 "배터리 손실 이전에 남은 시간" 메시지가 디스플레이된다. 차량은 구동될 수 있으므로, S472는 조작자에게, 배터리가 더 이상 엔진 시동 및 중요한 차량 기능을 더 이상 지원할 수 없기 이전의 남은 시간을 포함하는, 계속적인 충고를 제공한다.
S472에서의 메시지에 뒤이어, 점화 스위치 상태에 대한 검사가 S474에서 행해진다. 만일 "오프" 상태이면, S472에서의 메시지의 시간 및 날짜가 S474에서 메모리에 기록되고 실행은 도 1의 데이터 유입부 A로 계속된다. 점화가 "온"이면, S470은 S472의 메시지 디스플레이를 위해 배터리 수명 남은 시간을 갱신시키기 위해 반복된다.
도 4A의 S440으로 복귀하면, 배터리가 전하를 수용하고 있지 않다는 것이 S442에서 결정되면, S475(도 4B)에서 시간지연이 개시되고, 이것은 예시적으로 0.1초이다. 이와같은 시간 지연과 S477에 의해 제어된 10초 루프 시간은 교류 발전기 가 시동 후 배터리 전하를 복구시키기 위해 필요한 최대 출력을에 도달할 수 있도록 하기 위함이다. S442가 배터리가 전하를 수용중임을 지시하고 S444가 배터리 전압이 최후 QV 보다 큰 것으로 결정하는 경우, 교류 발전기는 적절히 수행하고 배터리는 복구되는 것으로 나타난다. 실행은 S448로 계속되고 S448에 후속된다. S477에서 10초 루프 시간이 만료되고 S442가 배터리가 전하를 수용하고 있지 않음을 지시할 때, 충전 시스템고장이 지시되고 프로그램은 S47로 진행한다. S478에서 배터리 전압이 측정되고 S480에서 이 전압이 마지막 측정된 QV 보다 같거나 큰지가 결정된다. QV는 시동후엔 갱신되지 못한다. QV가 갱신되는 시간은 단지 엔진과 차량이 작동되지 않는 동안만이다. 마지막 QV로 언급된 QV는 "점화 온" 바로 이전에 획득되어 저장된 값이다.
제3 상태에 대해 설명하면, S480에서 응답이 예이면, 하나이상의 충전 시스템 비정상 상태가 존재하는 데 이는 배터리 전압이 마지막 측정된 QV 보다 높기 때문이다. S482에서, 교류 발전기 레귤레이터를 제어하기 위해 신호를 전송함으로써, 배터리 방전이 모니터링되어 합해지고 배터리 전하가 쿨롱단위로 감소된다. 또한, "Q가 충전중이 아님"메시지와 SOC가 백분율로 S484에서 디스플레이된다. S484에 뒤이어, 점화 스위치 상태를 검사하기 위해 S486에서 검사가 행해진다. 만일 "오프"이면, 메시지 디스플레이에 대한 지시가 기록되고 도 2의 데이터 유입부 2에서 가능하다. 만일 스위치가 "온" 이라는 결정이면, S488에서 "점화는 온" 이라는 메시지가 디스플레이되어지고 프로그램은 S482로 복귀한다. 이것은 S484에 디스플레이된 바와 같이 배터리 SOC를 갱신시킨다.
S480으로 복귀하면, 배터리가 10초 이상의 시간 주기 동안 전하를 수용하지 않고 배터리 전압이 마지막 측정된 QV 보다 크지 않은 상태가 존재하는 경우에, S490은 배터리 충전/방전을 (쿨롱으로) 합한다. 이것은 S492에서 "배터리가 충전안됨-교류 발전기 및 벨트 검사"메시지를 디스플레이하고 S494에서 조작자로 하여금 "점화 오프시키시오"라고 지시하는 메시지를 디스플레이하게 한다. 또한 배터리가 충전되지 않는 것과 현제 배터리 SOC의 지시에 대한 S484의 메시지를 디스플레이 하게 한다.
본 발명이 그 바람직한 실시예를 참조로 하여 설명되고 나타내어 졌지만, 당업자는 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어나지 않고 구성 및 상세사항면에서 다양한 변형이 있을 수 있음이 인식되어 질 것이다.

Claims (20)

  1. 차량에 설치된 배터리의 상태를 모니터링하기 위한 시스템에 있어서,
    차량 엔진의 시동시 배터리의 전압을 결정하는 센서;
    상기 차량 엔진의 시동시 배터리의 전류 드레인을 결정하는 센서; 및
    상기 전압 및 전류 센서에 의해 결정된 전압 및 전류에 기초하여 배터리 동적 내부 저항(IR) 과 배터리 동적 분극 저항(PR)중 적어도 하나를 산정하는 컴퓨터 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 컴퓨터 수단은 엔진 시동 동안 일정 시간 주기에걸쳐 상기 전압 및 전류 센서에 의해 결정된 여러 전압 및 전류 응답을 샘플링하고 동적 IR과 동적 PR을 산정하기 위해 일정한 샘플을 평균화하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 컴퓨터 수단은 차량 엔진 시동의 상이한 시간에 상기 전압 및 전류 센서에 의한 전압 및 전류에 대한 결정에 기초하여 동적 IR과 동적 PR의 변화율을 더 산정하고, 배터리내의 저전해액에 대한 지시를 나타내기 위해 동적 IR과 동적 PR을 증가시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 컴퓨터 수단은 차량 엔진 시동의 상이한 시간에 상기 전압 및 전류 센서에 의한 전압 및 전류에 대한 결정에 기초하여 동적 IR과 동적 PR의 변화율을 더 산정하고, 배터리의 단자를 차량 전기 시스템에 연결하는 케이블의 가능한 배터리 단자 부식 또는 헐거운 접속중의 하나에 대한 지시를 개시시키기 위해 동적 IR과 동적 PR 감소에 응답하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 차량에 설치된 배터리의 상태를 모니터링하고 보고하기 위한 시스템에 있어서,
    차량 전기 시스템의 전류 드레인이 소정 전류 드레인 값(QV)까지의 상태하에서 배터리 단자에 걸리는 전압을 결정하기 위한 센서; 및
    측정된 QV에 기초하여 배터리 전하상태(SoC)를 계산하는 계산수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    차량 엔진의 시동시에 배터리의 전압을 결정하기 위한 센서;
    상기 차량 엔진의 시동시 배터리의 전류 드레인을 결정하는 센서; 및
    상기 결정된 전압 및 전류에 기초하여 배터리 동적 내부 저항(IR) 과 배터리 동적 분극 저항(PR)중 적어도 하나를 산정하는 컴퓨터 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    차량 점화가 오프인지를 결정하는 센서를 더 포함하고, 상기 계산수단은 점화가 오프인 것이라는 결정에 응답하여 가능한 배터리 전하상태 및 차량 배터리 충전 시스템중의 적어도 하나에 대한 지시를 발생하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    차량 점화가 온인지를 결정하는 점화센서;
    엔진 스타터가 온인지를 결정하는 스타터센서; 및
    엔진이 자기-유지 속도로 구동하고 있는지를 결정하는 엔진센서를 더 포함하고,
    상기 컴퓨터 수단은 점화가 온이라는 결정에 응답하여 배터리가 전하를 손실하고 있고 엔진 시동이 고장이라는 지시와, 스타터가 소정 시간 보다 오랫동안 오프라는 결정과, 엔진이 자기-유지 속도에 있지 않다는 결정을 발생하기 위한 엔진 시동 상태 결정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 계산수단은 소정 시간 주기에 걸친 SoC 감소율과 소정 시간 주기에 걸친 QV 감소율중의 적어도 하나를 지시하고, 소정 시간 주기에 걸친 SoC 감소율과 소정 시간 주기에 걸친 QV 감소율중의 적어도 하나에 기초하여 배터리가 차량 엔진을 시동시킬 수 있는 남은 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 5 항에 있어서,
    SoC 감소율에 기초한 남은 시간은,
    와 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 5 항에 있어서,
    QV 감소율에 기초한 남은 시간은,
    와 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 차량에 설치된 배터리의 상태를 모니터링하는 방법에 있어서,
    차량 엔진의 시동시 배터리의 전압을 결정하는 단계;
    상기 차량 엔진의 시동시 배터리의 전류 드레인을 결정하는 단계; 및
    상기 전압 및 전류 센서에 의해 결정된 상기 전압 및 전류에 기초하여 배터리 동적 내부 저항(IR) 과 배터리 동적 분극 저항(PR)중 적어도 하나를 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전압을 결정하는 단계와 전류 드레인을 결정하는 단계는 엔진 시동 동안 일정 시간 주기에 걸쳐 다양한 전압 및 전류 를 샘플링하는 단계를 포함하고, 상기 산정하는 단계는 동적 IR과 동적 PR을 산정하기 위해 일정한 샘플을 평균화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    차량 엔진 시동의 상이한 시간에서의 전압 및 전류 결정에 기초하여 동적 IR과 동적 PR의 변화율을 산정하는 단계; 및
    증가하는 동적 IR과 증가하는 동적 PR에 응답하여 배터리내의 저전해액에 대한 지시를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    차량 엔진 시동의 상이한 시간에서의 전압 및 전류 결정에 기초하여 동적 IR과 동적 PR의 변화율을 산정하는 단계; 및
    동적 IR 증가와 동적 PR 감소에 응답하여 배터리의 단자를 차량 전기 시스템에 연결하는 케이블의 가능한 배터리 단자 부식 또는 헐거운 연결중의 적어도 하나의 지시를 개시시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 차량에 설치된 배터리의 상태를 모니터링하고 보고하는 방법에 있어서,
    차량 전기 시스템의 전류 드레인이 소정 전류 드레인 값(QV)까지의 상태하에서 배터리 단자에 걸리는 전압을 결정하는 단계; 및
    측정된 QV에 기초하여 배터리 전하상태(SoC)를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    차량 엔진의 시동시에 배터리의 전압을 결정하는 단계;
    상기 차량 엔진의 시동시 배터리의 전류 드레인을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 전압 및 전류에 기초하여 배터리 동적 내부 저항(IR)과 배터리 동적 분극 저항(PR)중 적어도 하나를 산정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    차량 점화가 온인지를 센싱하는 단계;
    점화가 오프라는 결정에 응답하여 가능한 배터리 전하 상태 및 차량 배터리 충전 시스템 구성성분 문제중 적어도 하나에 대한 지시를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    차량 점화가 온인지를 센싱하는 단계;
    엔진 스타터가 온인지를 센싱하는 단계;
    엔진이 자기-유지 속도로 구동하고 있는지를 센싱하는 단계; 및
    점화가 온이라는 결정에 응답하여 배터리가 전하를 손실하고 있고 엔진 시동이 고장이라는 지시와, 스타터가 소정 시간 보다 오랫동안 오프라는 결정과, 엔진이 자기-유지 속도에 있지 않다는 결정을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    소정 시간 주기에 걸친 SoC 의 감소율과 소정 시간 주기에 걸친 QV 감소율중의 적어도 하나를 계산하는 단계; 및
    계산된 SoC 의 감소율과 QV 감소율중의 적어도 하나에 기초하여 배터리가 차량 엔진을 시동시킬 수 있는 남은 시간을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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