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    Ein Batterieleistungs-Überwachungssystem erkennt den plötzlichen Abfall der Batterieausgangsleistung im Voraus. Das System misst die Batteriespannung zu einem Zeitpunkt, wenn der Entladestrom der Batterie kleiner als der Bezugsstromwert wird, oder zu einem Zeitpunkt, an dem der Strom zur Last, die mit der Batterie verbunden ist, kleiner wird als der Bezugsstromwert, und es urteilt, dass die Batterie abnormal ist, wenn die Differenz zwischen der gemessenen Batteriespannung von der Näherungsformel in Bezug auf die Strom-Spannungs-Beziehung in der ersteren Hälfte desselben Entladungsvorgangs außerhalb des Bezugsbereichs gerät.
    公开号:DE102004009328A1
    申请号:DE102004009328
    申请日:2004-02-26
    公开日:2005-01-05
    发明作者:Akihiko Emori；Tokiyoshi Hirasawa；Takuya Kinoshita；Hideki Miyazaki；Tetsuro Okoshi
    申请人:Hitachi Ltd；Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd；
    IPC主号:G01R31-36
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungseinschätzung einerSekundärbatterie(die nachstehend einfach als „Batterie" bezeichnet wird)und einer Batterieausstattung und insbesondere ein System zur Überwachung,ob eine in einem Kraftwagen oder dergleichen eingebaute Batterienormal funktioniert.
    [0002] Fahrzeugewie Kraftwagen sind jeweils mit einer Bleibatterie als Sekundärbatterieausgestattet, und sie wird als Energiequelle zum Anlassen des Motors,für dieLichtanlage, Kraftstoffeinspritzung usw. verwendet. Es ist wünschenswert,die Entladeleistungsabnahme der Bleibatterie im Voraus zu erkennen.Wenn die Batterie überkeinen ausreichenden Energievorrat verfügt, nachdem der Motor abgestelltwurde, ist sie nicht imstande, den Motor wieder zu starten.
    [0003] Einegewöhnliche12-Volt-Bleibatterie besteht aus sechs in Reihe geschalteten 2-Volt-Zellen.Wenn eine der Zellen eine Fehlfunktion hat und in Zustand umgekehrterLadung gerät,entsteht zum Zeitpunkt des Entladens ein Spannungsabfall, der gleich2 Volt oder um 2 Volt oder mehr größer als der Normalzustand ist, unddie Batterie kann möglicherweiseden Motor nicht starten.
    [0004] Esist ein Verfahren vorgeschlagen worden, um die Lebensdauer einerBatterie anhand der Messung ihrer Spannungserholungseigenschaftenim Voraus zu erkennen.
    [0005] EinVerfahren zum Einschätzendes Leistungsrückgangseiner Batterie auf der Basis der Spannungserholungseigenschaftenauf der Zeitachse nach einer großen Last ist in der japanischenOffenlegungsschrift Nr. H11(1999)-52034 (Absatz 0011 und 2) beschrieben worden.
    [0006] DieTechnik der vorstehend genannten Patentveröffentlichung basiert die Einschätzung derLeistungsminderung auf der Zeit, die verstrichen ist, bis die Spannungbei einem großenLasteinsatz wieder hergestellt ist, und daher muss die Batterievor und nach dem großenLasteinsatz praktisch gleiche Lastströme aufweisen. Eine Autobatterieweist keine Last auf, bevor der Motor angelassen wird, und sie wirdgeladen, nachdem der Motor angelassen worden ist. Aufgrund einesLadestroms nach dem großenLasteinsatz übersteigtdie Batteriespannung bald die Leerlaufspannung, und daher kann dasSchema dieser Patentveröffentlichungnicht auf die Autobatterie angewendet werden.
    [0007] Hinsichtlichder Batterie fürdie Antriebsenergiequelle von Hybridkraftwagen (die einen Verbrennungsmotorund einen Elektromotor verwenden) und Brennstoffzellenkraftwagenkönnendie Batterieeigenschaften nicht während der Fahrt gemessen werden.Aus diesem Grund ist es schwierig, einen Mangel an Energievorrat während einerFahrt und den Ausfall beim erneuten Anlassen des Motors usw. abzuschätzen.
    [0008] Dievorliegende Erfindung soll die vorstehenden Probleme lösen undein Verfahren und eine Vorrichtung für die Leistungseinschätzung (Überwachung)einer Sekundärbatteriezur Verfügungstellen, um den abrupten Abfall der Batterieleistung im Voraus zuerkennen.
    [0009] Umdas vorstehende Ziel zu erreichen, beruht die vorliegende Erfindunggemäß einemAspekt auf einem Verfahren zur Überwachungder Abnormalitätder Batterieausstattung, die zum Speichern von Energie geladen wirdund die gespeicherte Energie zu einer Last entlädt, wobei die Batterieausgangsspannungund der Batterieausgangsstrom währendder Energieentladung zu einer Last gemessen werden, die Spannungserholungseigenschaftenzum Entladestrom der Batterieausstattung aus der gemessenen Spannungund dem gemessenen Strom erhalten werden, mindestens die Schwankungder sich erholenden Spannung unmittelbar vor oder nach der Beendigungder Energieentladung zur Last überwachtwird und die Abnormalitätder Batterieausstattung auf der Grundlage des Überwachungsergebnisses diagnostiziertwird.
    [0010] Vorliegendbezeichnet „Abnormalität" mindestens einenDefekt, eine Fehlfunktion oder einen Ausfall usw. der Batterie.
    [0011] Umdas vorstehende Ziel zu erreichen, beruht die vorliegende Erfindunggemäß einemanderen Aspekt auf einer Ausrüstungzur Überwachungder Abnormalitätder Batterieausstattung, die zum Energiespeichern geladen wird unddie gespeicherte Energie zu einer Last entlädt, wobei mindestens die Schwankungder sich erholenden Spannung unmittelbar vor oder nach der Beendigungder Energieentladung zur Last in den Entladespannungserholungseigenschaftenzum Entladestrom der Batterieausstattung damit überwacht wird, um die Abnormalität der Batterieausstattungzu diagnostizieren.
    [0012] ZurErreichung des vorstehenden Ziels beruht die vorliegende Erfindunggemäß einemnoch anderen Aspekt auf einem Batteriesystem, das folgendes umfasst:eine Batterieausstattung, die zum Speichern von Energie geladenwird und die gespeicherte Energie zu einer Last entlädt, einenSpannungssensor, der die Ladespannung und Entladespannung der Batterieausstattungmisst, einen Stromsensor, der den Ladestrom und Entladestrom derBatterieausstattung misst, und eine Steuerung, der die Ausgangsleistungenvon Spannungssensor und Stromsensor aufnimmt und das Laden und Entladender Batterieausstattung steuert, wobei die Steuerung mindestensdie Schwankung der sich erholenden Spannung unmittelbar vor odernach der Beendigung der Energieentladung zur Last in den Entladespannungserholungseigenschaftenzum Entladestrom der Batterieausstattung überwacht, um dadurch die Abnormalität der Batterieausstattungzu diagnostizieren.
    [0013] 1 ist eine graphische Darstellung,die die Beziehung zwischen der Entladegeschwindigkeit und der nützlichenSpeicherkapazitäteiner Batterie zeigt;
    [0014] 2 ist eine graphische Darstellung,die schematisch die Ortskurve der Strom-Spannungs-Eigenschaftender Batterie währenddes Motoranlassens zeigt;
    [0015] 3 ist eine graphische Darstellung,die schematisch die Ortskurve der Strom-Spannungs-Eigenschaftender Batterie währenddes Motoranlassens in einem Zustand verringerter geladener Energiezeigt;
    [0016] 4 ist ein Blockschaltdiagramm,das den Triebstrang (das Antriebssystem) eines Kraftwagens zeigt;
    [0017] 5 ist ein Blockschaltdiagramm,das die Batteriesteuerung (Batterieausstattung) und deren Peripherieeines Kraftwagens auf der Basis einer Ausführungsform dieser Erfindungzeigt;
    [0018] 6 ist ein Flussdiagramm,das den auf einer Ausführungsformdieser Erfindung basierenden Batteriezustandserfassungsvorgang zeigt;
    [0019] 7 ist eine erläuterndegraphische Darstellung, die die Strom- und Spannungswellenformen der Batteriewährenddes Motoranlassens zeigt;
    [0020] 8 ist eine erläuterndegraphische Darstellung, die die Ortskurve der Strom-Spannungs-Eigenschaftender Batterie währenddes Motoranlassens zeigt;
    [0021] 9 ist eine erläuterndegraphische Darstellung, die die Strom- und Spannungswellenformen der Batteriewährenddes MG-Betriebs zeigt;
    [0022] 10 ist eine erläuterndegraphische Darstellung, die die Ortskurve der Strom-Spannungs-Eigenschaftender Batterie währenddes MG-Betriebs zeigt;
    [0023] 11 ist eine graphische Darstellung,die schematisch die Ortskurve der Strom-Spannungs-Eigenschaftender Batterie währenddes Motoranlassens zeigt, wenn die Batterie einem Zustand der Überentladung naheist;
    [0024] 12 ist eine graphische Darstellung,die schematisch die Ortskurve der Strom-Spannungs-Eigenschaftender Batterie währenddes Motoranlassens zeigt, wenn die Batterie den Zustand der Überentladung erreichthat;
    [0025] 13 ist ein Blockschaltdiagrammeiner dezentralen Elektroenergiequelle, das sich von einer anderenAnwendung der vorliegenden Erfindung ableitet;
    [0026] 14 ist ein Blockschaltdiagrammeines Elektrizitätssystemseines Brennstoffzellenkraftwagens, das von einer noch anderen Anwendungder vorliegenden Erfindung abgeleitet wird; und
    [0027] 15 ist eine graphische Darstellungder Eigenschaften, die die Beziehung zwischen den Vorgängen beimMotorabstellen und den Abnormalitätsbeurteilungsspannungen während derFahrt eines Kraftwagens zeigt, das mit der Batteriesteuerung {Batterieausstattung)auf der Basis einer Ausführungsformdieser Erfindung ausgerüstetist.
    [0028] Ausführungsformendieser Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliertbeschrieben.
    [0029] DieseErfindung weist zwei Aspekte auf. Der erste Aspekt ist die Feststellungvon Batterieeigenschaften, die zur Abnormalitätsvorauserkennung verwendetwerden sollen, und der zweite Aspekt ist die Bestimmung eines Algorithmuszur Abnormalitätsbeurteilung.
    [0030] EinegewöhnlicheBleibatterie zum Anlassen eines Kraftwagenmotors (12-Volt-Bleibatterie)besteht aus sechs in Reihe geschalteten Bleibatteriezellen. Wenndiese Batteriezellen unterschiedliche Ladungszustände aufweisenund irgendeine Batteriezelle währenddes Entla dungsvorgangs in den Zustand der Überentladung oder umgekehrtenLadung aufgrund der Disparitätder Selbstentladungsgeschwindigkeit, Ladeeffizienz und dem Ansteigender Selbstentladungsgeschwindigkeit als Ergebnis einer Leistungsverschlechterunggerät, entstehenProbleme wie etwa eine inadäquateEntladungsausgangsleistung und plötzliche Leistungsminderung.Aufgrund dessen ist es notwendig, die Batterie zu überwachenund zu steuern, so dass alle Batteriezellen sich im gleichen Ladezustandbefinden und nicht in den Zustand einer Überentladung geraten.
    [0031] 1 zeigt den Zustand zwischender Entladungsgeschwindigkeit und der nutzbaren Kapazität einer Batterie.Praktisch alle Batterien zeigen diese Tendenz. Die Entladungsgeschwindigkeitentlang der Horizontalachse gibt die Nennleistungskapazität an, wobeider Entladestrom in einer Stunde durch 1C dargestellt ist. Beispielsweisehat eine 20-Ah-Batterie eine Entladung von 20 Ampere bei 1C undeine Entladung von 100 Ampere bei 5C. Bei gewöhnlichen Batterien sinken dieNutzkapazitäten,wenn sie in Betrieb sind, um große Ströme zu entladen. Bei Batterien,die zum Motoranlassen verwendet werden oder für Hybridkraftwagen benutzt werden,schwanken die Lastströmedynamisch, wie spätererläutertwerden wird. Dementsprechend neigen die Batterien zum Motoranlassenund fürHybridkraftwagen dazu, in einen Zustand der Überentladung oder umgekehrtenLadung zu geraten, wenn ihre Nutzkapazitäten aufgrund der Entladungeines großenStroms abgenommen haben.
    [0032] DieErfinder der vorliegenden Erfindung haben die Spannungsabfalltendenzwährendder Entladung eines großenStroms studiert und das Auftreten eines einzigartigen Symptoms der Überentladungsogar bei der dynamischen Stromleitung festgestellt. Dies sind dieBatterie-Eigenschaftenals der vorstehend erwähnte ersteAspekt dieser Erfindung.
    [0033] 2 zeigt schematisch dieOrtskurve der Strom-Spannungs-Eigenschaften während des Motoranlassens. Wennder Anlasser eingeschaltet wird, fließt ein hoher schneller Strom,was dazu führt,dass die Spannung abfällt,was dadurch gezeigt ist, dass die Ortskurve nach links abwärts geht.Der Laststrom nimmt mit der Zunahme der Motorgeschwindigkeit zu,was dazu führt,dass die Spannung sich erholt, was dadurch gezeigt ist, dass dieOrtskurve nach oben rechts zurückgeht.Im Fall einer Normalbatterie erreicht die Ortskurve den Tiltwinkelprogressiv auf dem Rückwegals Reaktion auf die Abnahme des Laststroms, wie durch die gestrichelteLinie gezeigt ist. Diese Kurve ist als Tafelsche Formel der elektrochemischenTheorie gut bekannt. Wenn sich jedoch irgendeine der Reihenbatteriezellenim Endzustand des Entladens befindet, vermindert sich die Erholungder Batteriezelle, was zu einem Spannungsabfall führt, unddie Ortskurve nimmt die ausgezogene Linie der 2 ein. In diesem Zustand kann die Batterieden Motor ohne Problem anlassen.
    [0034] 3 zeigt die Ortskurve derStrom-Spannungs-Eigenschaften in dem Fall, in dem der Ladezustand sichseit dem Zustand der 2 weiterverschlechtert hat. Insbesondere fällt eine der Reihenbatteriezellenin den Zustand einer Überentladungoder umgekehrten Ladung, was dazu führt, dass die Batteriespannungwährenddes Entladens um 2 bis 3 Volt abfällt, was zu einem Versagenbeim Motoranlassen führt.Durch die Vorauserkennung der Überladungin dem in 2 gezeigtenZustand und ausreichendes Laden der Batterie wird es möglich, denSpannungsabfall, wie in 3 gezeigt,zu verhindern und das Anlassen des Motors sicherzustellen.
    [0035] Alsnächsteswird die Hardware-Anordnung der erfindungsgemäßen Batterieausstattung erläutert. Der Hauptabschnittder Batterieausstattung wird vorliegend „Batteriesteuerung" genannt.
    [0036] 4 zeigt durch ein Blockschaltdiagrammden Triebstrang (das Antriebssystem) eines Kraftwagens. Ein Motor 45,mit dem ein Anlasser 43 und ein Elektrogenerator 44 verbundensind, wird durch eine Motorsteuerung 91 gesteuert. DerAnlasser 43 und der Generator 44 sind mit einerBatterie 10 zum Austausch von Elektroenergie verbundenund sie tauschen auch mechanische Energie mit der Antriebswelledes Kraftwagens aus. Der Anlasser 43 und der Generator 44 werdenvon einer Motor-/Batterie-Steuerung 40 gesteuert, welche dieEnergie steuert, die zwischen der Batterie 10, dem Anlasser 43 unddem Generator 44 ein- und ausfließt, und sie steuert auch denBetrieb des Anlassers 43 und des Generators 44.Die Batterie 10 ist mit der Motor-/Batterie-Steuerung 40 verbunden,die den Zustand der Batterie 10 überwacht.
    [0037] EineElektroenergie-Lenkvorrichtung 41 und eine Elektrobremsvorrichtung 42 sindmit der Batterie 10 verbunden. Die Motorsteuerung 91,die Motor-/Batterie-Steuerung 40, die Gesamtsteuerung 92,die Elektroenergie-Lenkvorrichtung 41, die Elektrobremsvorrichtung 42 unddie Anzeigevorrichtung 94 sind miteinander über einNetzwerk verbunden. Die Gesamtsteuerung 92 gibt Steuerbefehlean andere Steuerungen aus, um dadurch das Kraftwagen zu steuern.Die Anzeigevorrichtung 94 liefert Betriebsinformationenan den Kraftwagenfahrer.
    [0038] 5 zeigt durch ein Blockschaltdiagrammdie Batterieüberwachungsfunktionder Motor-/Batterie-Steuerung 40 und deren Peripherie.Die Steuerung entspricht dem Batterieabnormalitäts-Überwachungssystem dieser Erfindung.
    [0039] EineBatterie 10 besteht aus mehreren in Reihe geschaltetenBatteriezellen. Die Batterie 10 ist mit einem Motor/GeneratorMG 48 ver bunden, der typischerweise einen Motor/Generator,einen Anlasser und einen Generator, aufweist. Ein Stromsensor 20 wandeltden Strom der Batterie 10 in ein Spannungssignal um.
    [0040] EineCPU 46 ist ein Abschnitt einer Motor-/Batterie-Steuerung 40 zumImplementieren der Batterieüberwachungsfunktion,und sie weist einen Speicher 100, einen Näherungsberechnungsabschnitt 101,einen Korrelationsfaktorberechnungsabschnitt 102, einenAbnormalitätsbeurteilungsabschnitt 103 undeinen Batterieaustauschbeurteilungsabschnitt 104 auf. VerschiedeneBerechnungs- und Steuerungsfunktionen der CPU 46 werdennachstehend im Detail erläutert.
    [0041] DieCPU 46 nimmt Spannungsdaten von einem Spannungssensor 30 undStromdaten von einem Stromsensor 31 entgegen. Die CPU 46 meldeteiner hochrangigen Steuerung 47 und auch dem Kraftwagenfahrer über dieAnzeigevorrichtung Abnormalitätsinformationen.Die hochrangige Steuerung 47 entspricht dem Motorsteuerungsabschnittder Motor-/Batterie-Steuerung 40 oder der in 4 gezeigten Gesamtsteuerung 92.
    [0042] Alsnächsteswird der zweite Aspekt dieser Erfindung, d. h. ein Berechnungsverfahrenzur Vorauserkennung der Batterieabnormalität aus Messergebnissen, erläutert. 6 zeigt durch ein Flussdiagrammdie von der CPU 46 durchgeführten Verarbeitungen. Zunächst beginntder Verarbeitungsschritt 200 die Messung der Spannung unddes Stroms der Batterie 10 unmittelbar nach dem Einschaltendes Kraftwagenzündschlüssels. DieMessung des Stroms und der Spannung findet in Abständen vonungefähr1 ms statt. Die gemessenen Strom- und Spannungsdaten werden im Speicher 100 abgelegt.Als nächsteswerden bei Schritt 202 Abnormalitätsdaten zum Endzeitpunkt desMotors, an dem der vorherige (letzte) Zünd schlüsselschalter ausgeschaltetwurde, aus dem Speicher 100 gelesen. Die Abnormalitätsdatenbei Schritt 230 sind in den Speicher 100 beimvorherigen Abschalten des Zündschlüssels geschriebenworden.
    [0043] Danachwerden die Batterieabnormalitätsdatenanalysiert, und der Vorgang geht zu Schritt 214 als Reaktionauf das Vorhandensein einer Abnormalität oder bei Abwesenheit einerAbnormalitätzu Schritt 204 weiter.
    [0044] InSchritt 204 wird das Ende des Motoranlassens beurteiltund wenn das Motoranlassen noch nicht beendet ist, kehrt der Vorgangzu Schritt 204 zurück.Der Anfang und das Ende des Motoranlassens können auf der Grundlage desEin- bzw. Aus-Zustands des Anlassersteuerungssignals beurteilt werdenoder auf der Grundlage des Batteriestromwerts unterhalb eines SchwellenwertsI1 (–200Ampere in der vorliegenden Ausführungsform)bzw. übereinem weiteren Schwellenwert I2 (–60 Ampere in der vorliegendenAusführungsform) beurteiltwerden. Beispielsweise wird festgestellt, dass das Motoranlassender Anfangszustand ist, wenn sich das Anlassersteuerungssignal imEin-Zustand befindet, das Motoranlassen der Endzustand ist, wennsich das Anlassersteuerungssignal im Aus-Zustand befindet, oderdas Motoranlassen der Anfangszustand ist, wenn der Batteriestromwertunter einem Schwellenwert I1 liegt und das Motoranlassen der Endzustandist, wenn der Batteriestromwert übereinem Schwellenwert I2 liegt. Bei Abschluss des Motoranlassens gehtder Vorgang zu Schritt 206 weiter.
    [0045] DerSchritt 206 der Näherungsrechnungführt dieRegressionsanalyse fürdie erstere Hälfteder Spannungs- und Stromdaten zum Zeitpunkt des Motoranlassens durch,um dadurch eine Näherungsformelzu erhalten. Diese Ausführungsformgibt der Einfachheit halber die folgende Formel erster Ordnung an.
    [0046] 7 zeigt ein Beispiel derBatteriespannung und des Batteriestroms sowie des Anlassersteuerungssignalszum Zeitpunkt des Motoranlassens. Während der Zeitdauer 1 unmittelbarnach dem Beginn des Motoranlassens ist die Ortskurve der Strom-Spannungs-Eigenschaftennicht stabil, wie durch leere rhombische Zeichen in der graphischenDarstellung der 8 angegebenist. Daher werden von der Zeitdauer 2 in 7 abgeleitete Kenndaten, die durch ausgefüllte rhombischeZeichen in der graphischen Darstellung der 8 angegeben sind, verwendet, um eineNäherungsliniezu erhalten. Die Zeitdauer 2 kann innerhalb der ersten Hälfte derMotoranlasszeitdauer gesetzt werden, obwohl sie in dieser Ausführungsformso definiert ist, dass sie von 50 ms bis 150 ms nach dem Beginndes Motoranlassens dauert. Der Zeitpunkt des Beginns des Motoranlassenskann auf dem Steuerungssignal des Anlassers 43 basiertwerden oder kann von dem Zeitpunkt abgeleitet werden, wenn der Batteriestromunter den Schwellenwert 11 absinkt.
    [0047] 9 zeigt die Spannungs- undStromwellenformen in dem Fall, wenn ein Wechselstrommotor und -wandlerstatt eines Anlassers (Gleichstrombürstenmotor) zum Anlassen desMotors verwendet werden. Auch kann in diesem Fall die ähnlicheNäherungsberechnungwie in 10 gezeigt ausgeführt werden.
    [0048] Danachanalysiert der Schritt 208 der Korrelationsfaktorberechnungdie Spannungs- und Stromdaten, die in der Näherungsrechnung verwendet wordensind, um den Korrelationsfaktor r mit der folgenden Formel zu erhalten. [Formel2]
    [0049] Danachvergleicht der Schritt 210 die (durch den schwarzen Punktin 7 und 9 angegebene) Spannung unmittelbarvor oder nach dem Ende des Motoranlassens mit dem vorherigen Ergebnisder Näherungsformel,erhältdadurch die Abnormalitätsbeurteilungsspannungmittels der Differenz der (durch den schwarzen Punkt in 8 gezeigten) Strom-Spannungs-Datenvon der Näherungslinieund setzt den Überentladungsmerker,wenn sich die Beurteilungsspannung außerhalb des Normalbereichsbefindet. Alternativ kann der Fall des schwarzen Punkts von 8 außerhalb des Normalbereichs,der sich überder Näherungslinie befindet(Abnormalitätsbeurteilungsspannungunter 0 Volt) als abnormal beurteilt werden: (Schema 1). Der Zeitpunktdes Endes des Motoranlassens kann auf dem Steuerungssignal des Anlassersbasiert werden oder kann von dem Zeitpunkt abgeleitet werden, andem der Batteriestrom den Schwellenwert I2 überschreitet.
    [0050] 11 zeigt schematisch dieOrtskurve der Strom-Spannungs-Eigenschaftenin dem Fall, wenn sich der Anlasservorgang in einem der Überentladungviel näherenZustand befindet. Zur Abnormalitätsüberwachungdieses Falls wird, wenn das Berechnungsergebnis des Korrelationsfaktorsgleich einem Schwellenwert ist oder unterhalb eines Schwellenwertsliegt, oder wenn der quadratische Mittelwert der Differenz zwischen derNäherungsformelund den Näherungsdatengrößer alsein Bezugswert ist, d. h. eine unzureichende Übereinstimmung der Näherungsformelund der Näherungsdatenvorliegt, der Fall als abnormal beurteilt: (Schema 2).
    [0051] 12 zeigt schematisch dieOrtskurve der Strom-Spannungs-Eigenschaftenin dem Fall, wenn die Batterie in den Zustand der Überentladunggerät.In diesem Fall fallen die Näherungsformelund -daten zusammen und dementsprechend können Schema 1 und Schema 2nicht fürdie Abnormalitätsbeurteilungherangezogen werden. Daher wird, falls die Spannung unmittelbarvor dem Ende des Anlasserbetriebs in den Abnormalitätsbereicheintritt, der Fall als abnormal beurteilt: (Schema 3).
    [0052] Obwohlin der vorliegenden AusführungsformDaten, von denen vor oder nach dem Ende der Lastoperation, wenndie Empfindlichkeit der Abnormalitätsbeurteilung am höchsten ist,eine Probe genommen wurde, zur Implementierung der Abnormalitätsbeurteilungverwendet werden, kann sich die zeitliche Steuerung der Datenprobennahmeleicht vom Ende der Lastoperation unterscheiden, vorausgesetzt,dass die Empfindlichkeit der Beurteilung ausreichend ist.
    [0053] Obwohldas Schema 1 der vorliegenden Ausführungsform die Strom-Spannungs-Daten,von denen unmittelbar vor dem Ende des Motoranlassens eine Probegenommen wurde, mit der Näherungsformelvergleicht, besteht eine alternative Weise darin, Daten zu verwenden,von denen unmittelbar nach dem Ende des Motoranlassens eine Probegenommen wurde.
    [0054] Danachsendet der Schritt 212 das Ergebnis der Abnormalitätsbeurteilungan die Anzeigevorrichtung 94, um dem Kraftwagenfahrer über dieAbnormalitätzu informieren. Zur selben Zeit wird das Ergebnis der Abnormalitätsbeurteilungder hochrangigen Steuerung 47 angezeigt, die auf die Anzeigeder Batterieabnormalität reagiert,um das automatische Abstellen des Motors 45 zu verhindern.Mit anderen Worten verhindert sie die Energieentladung an den Anlasser 43,verhindert das Einstellen der Energieerzeugung des Generators 44 und lädt die Batterie 10 durchdie vorbestimmte Operationsabfolge.
    [0055] ImFall einer Bleibatterie oder Lithium-Ionen-Batterie wird der Generator 44 grundlegendbetrieben, um seine maximale Ausgangsleistung zu erzeugen, und nachdemdie Batteriespannung die voreingestellte Obergrenze erreicht hat,wird die Generatorausgangsleistung gesteuert, um die Obergrenzenspannungzu halten. Nachdem die Batterie etwa eine Stunde lang geladen wordenist, werden die Sper rung des automatischen Abstellens des Motors 45,die Sperrung der Energieentladung an den Anlasser 43 unddie Sperrung des Einstellens der Energieerzeugung aufgehoben.
    [0056] ImFall einer NiMH-Batterie wird der Generator 44 betrieben,um eine praktisch konstante Ausgangsleistung zu erzeugen, und wenndie Ladebeendigungsbedingung erfülltist, zum Beispiel, wenn die Batterietemperaturanstiegsrate das Bezugsniveauerreicht hat, wird die Generatorausgangsleistung auf ein Stromniveauvon 0,1C verringert. Nachdem die Batterie eine bestimmte Zeitlangununterbrochen geladen worden ist, wird die Sperrung des automatischenAbstellens des Motors 45 aufgehoben.
    [0057] Aufder Grundlage des vorgenannten gesteuerten Ladens werden alle inReihe geschalteten Batteriezellen geladen. Früh aufgeladene Batteriezellenwarten auf das Aufladen der übrigenBatteriezellen, während sieihre überschüssige Elektroenergiethermisch zerstreuen und schließlichsind alle Batteriezellen gleich geladen. Diese Vorgangsreihen werdenvon der CPU 46 im Vollladebeurteilungsschritt 214 undim Abnormalitätsmerkerzurücksetzungsschritt 216 der 6 implementiert.
    [0058] DerSchritt 218 der Batterieaustauschbeurteilung summiert denStromwert auf, mit dem die Batterie bei jedem Kreislaufzyklus derSchritte 203, 214 und 218 geladen wordenist, nachdem die Abnormalitätauftaucht, bis die Batterie voll geladen ist. Wenn der kumulativeStromwert zu dem Zeitpunkt, an dem die Batterie voll geladen undder Abnormalitätsmerkerzurückgesetztsind, kleiner ist als der Schwellenwert, setzt der Schritt 218 denBatterieaustauschmerker, informiert die hochrangige Steuerung 47 undbenachrichtigt den Fahrer durch die Anzeigevorrichtung 94 vonder Notwendigkeit eines Batterieaustauschs.
    [0059] Wenndie Leistungskapazitätder Batterie, die durch diesen Vorgang mittels des kumulativen Stromwertvom Auftreten der Batterieabnormalität bis zum Ende des vollständigen Ladenseingeschätztwird, kleiner wird und die mangelhafte Erholung anzeigt, wird dieBatterie so beurteilt, dass ihre Betriebsdauer abläuft, und derKraftwagenfahrer wird aufgefordert, sie zu ersetzen.
    [0060] Obwohldie vorgenannte Ausführungsformdie Beurteilung der Batterieabnormalität auf der Grundlage des Laststromsdes Anlassers vornimmt, kann die Beurteilung auf die Stromwellenformder Energielenkvorrichtung 41 oder der Elektrobremsvorrichtung 42 inihrem aktivierten Zustand basiert werden. Während des Betriebs des Motors 45 wird,wenn irgendeine dieser Vorrichtungen mit Lastströmen in der Größenordnungvon 100–200Ampere zu funktionieren beginnt, fast der gesamte Laststrom zunächst vonder Batterie geliefert, und nach einer Verzögerung von etwa 200 ms mittelsder Zeitkonstante wird der Laststrom vom Generator 44 geteilt.Infolgedessen fließtein Strom, der der Stromwellenform von 7 ähnelt,aber von der Größe her geringerist, durch die Batterie, was die Beurteilung der Batterieabnormalität auf derGrundlage des erfindungsgemäßen Verfahrensermöglicht.
    [0061] 15 zeigt die Beziehung zwischender Anzahl der Leerlaufstopps (nämlichAnzahl der Anlasserbetätigungen:Wiederholungszahl vom Motoranlassen bis zum Motorabstellen) undden Abnormalitätsbeurteilungsspannungenwährendder Fahrt eines Kraftwagens, der mit der erfindungsgemäßen Ausstattungausgerüstetist. Der Test wurde mit der Absicht ausgeführt, die Wirksamkeit dieserErfindung zu bestätigen,indem die Batterie zur Freisetzung von Energie betrieben wurde,um in den Zustand einer Überentladungzu kommen, bis sie schließlichnicht mehr den Motor anlassen kann. Beim ersten Motor anlassen befandsich die Ortskurve der Strom-Spannungs-Eigenschaften innerhalb desnormalen Bereichs. Beim zweiten bis vierten Motoranlassen wurdedie Ortskurve der Strom-Spannungs-Eigenschaften dahingehend beurteilt,dass sie auf Grundlage des Schemas 1 abnormal waren. Beim fünften undsechsten Vorgang waren die Ortskurven der Strom-Spannungs-Eigenschaftenso, wie sie in 11 gezeigtsind, und wurden als abnormal auf der Basis von Schema 1 und Schema2 beurteilt. Obwohl der sechste Vorgang auch zu einer Abnormalitätsbeurteilungauf der Basis von Schema 3 führte,ließ erden Motor erfolgreich an. Beim siebten Vorgang war die Ortskurveder Strom-Spannungs-Eigenschaften wie in 12 gezeigt ist, und wurde auf der Basisdes Schemas 3 als abnormal beurteilt, und der Vorgang konnte denMotor nicht anlassen. Dementsprechend wurde bestätigt, dass das Auftreten derBatterieabnormalitätim Voraus erkannt werden kann, bevor der Motor mehrere Male angelassenwird, nur um ein Versagen beim letztendlichen Anlassen festzustellen.
    [0062] Gemäß dieserAusführungsform,wie sie vorstehend beschrieben wurde, ist es möglich, die Batterie zu pflegen,indem sie korrekt geladen wird, bevor eine der Reihenbatteriezellenin den Zustand der Überentladunggerät,was dazu führt,dass die Batterie beim erneuten Motoranlassen versagt, wodurch dieBatterie stets im Bereitschaftszustand für ein erneutes Motoranlassengehalten wird.
    [0063] Die 13 zeigt eine andere Ausführungsformder vorliegenden Erfindung, die auf eine dezentrale Elektroenergiequelleangewendet wird. Das Folgende erläutert nur Teile, die sich vonder Konfiguration der 5 unterscheiden.Das Energiesystem weist einen Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 50 auf,der Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umwandelt und Gleichstromenergiein Wechselstromenergie umwandelt. Eine handelsübliche Stromquelle 52,ein Schalter 53, eine Last 51 und ein Generator 44 sindwie gezeigt in dem System verbunden. Die Last 51 stehtfür Heimelektrogeräte wie HIimaanlagen,Kühlschränke, Mikrowellenofenund Beleuchtungsvorrichtungen sowie für Elektroanlagen wie Motoren,Aufzüge,Computer und medizinische Geräte.Mit dem Bezugszeichen 94 ist eine Alarmvorrichtung bezeichnet.Diese Vorrichtungen könneninterne Schalter aufweisen. Wenn ein Gerät mit großer Stromlast wie einem Mikrowellenherdoder einem Toaster mehrere Sekunden bis mehrere Minuten lang miteiner handelsüblichenLeistungsfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz arbeitet, ist der sich ergebendeBatteriestrom ähnlichwie in dem Fall, der in 9 gezeigtist.
    [0064] Wennder Energieverbrauch durch die Last 51 klein ist, lädt der Generator 44 oderdie handelsübliche Stromquelle 52 dieBatterie 10 durch den Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 50.Im Fall eines Abschaltens des Energievorrats der handelsüblichenStromquelle 52 wird der Schalter 53 gedreht undder Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 50 wirdangesteuert, so dass der Last 51 Energie von der Batterie 10 unddem Generator 44 zugeführtwird. Wenn der Energieverbrauch durch die Last 51 höher istals das angegebene Niveau, wird der Last 51 Energie vonder Batterie 10 oder dem Generator 44 mittelsdes Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlers 50 zugeführt. Dader Generator 44 bei seinem Anlassvorgang und seiner Reaktionlangsamer ist als die Last 51 in ihrer Schwankung beimEnergieverbrauch, werden momentane Lastschwankungen von der Batterie 10 oderder handelsüblichenStromquelle aufgefangen. Wenn die Batterieausgangsleistung unter denNennwert fällt,kann der Laststrom der handelsüblichenStromquelle möglicherweiseden Kontakt überspringen,was dazu führt,dass der Stromunterbrecher unvorteilhaft arbeitet.
    [0065] DieCPU 46 misst den Batteriestrom und die Batteriespannung,um die Abnormalitätder Batterie zu beurteilen. Beim Auftreten einer Ab normalität erhöht der Generator 44 dieAusgangsleistung. Die Batterie 10 wird daran gehindert,Energie währendeiner Zeitdauer, wie etwa der Nacht, abzugeben, wenn der Energieverbrauchgering ist, und sie wird zu dem bestimmten Nennwert geladen.
    [0066] DieAlarmvorrichtung 94 zeigt das Auftreten von Abnormalität an undzeigt dem Benutzer den Betriebszustand. Die CPU 46 kannmit dem Server überdie Kommunikationsvorrichtung verbunden sein, um den Austausch derBatterie zu fordern, wenn die Häufigkeitdes Auftretens der Abnormalitäteine voreingestellte Anzahl übersteigt.
    [0067] Gemäß der vorliegendenAusführungsformist es, wie vorstehend beschrieben wurde, möglich, die Ausgangsleistungsabnahmeder Batterie 10 im Voraus zu erkennen und zu verhindern,dass die Batterieausgangsleistung sinkt, wodurch das Energiesystemeine verbesserte Zuverlässigkeitaufweisen kann. Das System ermöglichtdie Fernüberwachungvon Batterieabnormalitätenund die Batteriewartung bei unbemannten Anlagen kann korrekt durchgeführt werden.
    [0068] Die 14 zeigt eine noch andereAusführungsformder vorliegenden Erfindung, die bei einem Brennstoffzellenkraftwagenangewendet wird. Im Folgenden werden nur Teile erläutert, diesich von der Konfiguration der 4 unterscheiden.Das Energiesystem verwendet eine Brennstoffzelle (FC) 81 anstelledes Motors als Vorrichtung, um Kraftstoff Energie zu entziehen.Die FC 81 ist mit einer Batterie 10, einem Wechselrichter 60,einer Elektrobremsvorrichtung 41 und einer Elektroenergielenkvorrichtung 41 verbunden.Die FC 81 wird dadurch gesteuert, dass sie mit einer Steuerung(Brennstoffzellen-Steuerung – FCC) 82 verbundenist. Die FCC 82 steht mit der Gesamtsteuerung 92 über einNetzwerk in Verbindung, um einen Befehl zur Brennstoffzellen-Erzeugungsausgangsleistungzu empfangen.
    [0069] DerBrennstoffstellenkraftwagen unterscheidet sich vom herkömmlichenKraftwagen durch die Anordnung des Triebstrangs, wie sie vorstehenderwähntwurde. Zur Abdeckung der Brennstoffzelle 81 abzudecken, diein ihrer Reaktion in Bezug auf den Motor 51 und den Generator 44 unterlegenist, ist es notwendig, dass die Batterie dem Wechselrichter 60,der Elektrobremsvorrichtung 42 und der Elektroenergielenkvorrichtung 41 Energiebei hoher Ansprechung zuführt.
    [0070] Derdurch die Batterie 10 fließende Strom ist ähnlich demStrom, der aus den kombinierten Arbeitsvorgängen des Elektrobremssystems 42 oderder Elektroenergielenkvorrichtung 41 und des Generators 44 in 4 resultiert. Zu Beginndes Betriebs der Elektrobremsvorrichtung 42 oder der Elektroenergielenkvorrichtung 41 wirdder Strom von der Batterie 10 zugeführt, und nach etwa 1 Sekundegemäß einerZeitkonstante wird die Stromquelle zur Brennstoffzelle 81 umgeschaltet.Als Ergebnis hiervon weist der durch die Batterie 10 fließende Stromeine Wellenform auf, die von 7 abgeleitetist und entlang der Zeitachse aufgrund der trägen Ansprechung der Brennstoffzelle 81 leichtausgedehnt ist.
    [0071] Wenndie Ausgangsleistung der Batterie 10 aufgrund des Auftretensvon Batterieabnormalitätabfällt, ergebensich ein derartiges ungünstigesVerhalten des Kraftwagens als mangelhafte Beschleunigung gegen denWillen des Fahrers und die verschlechterte Leistung des Antiblockierbremsensder Elektrobremsvorrichtung.
    [0072] Gemäß der vorliegendenAusführungsformarbeitet die Batteriesteuerung 46 jedoch ähnlich wiedie vorgenannte Motorsteuerung/Batteriesteuerung 40, umdie durch Überentladungverursachte Batterieabnormalitätim Voraus zu erkennen und die Batterieausgangsleistung zu halten.Außerdemwird dem Kraftwagenfahrer mitgeteilt, dass der Batterieaustauschnotwendig ist, um eine korrekte Batte riewartung zu betreiben, und dievorstehend genannte Untauglichkeit kann verhindert werden.
    [0073] Gemäß der vorliegendenErfindung ist es möglich,ein Verfahren zur Einschätzungder Leistung eines Sekundärbatterieund einer Batterieausstattung zu erreichen, die den abrupten Abfallder Batterieausgangsleistung im Voraus erkennen kann.
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Verfahren zur Überwachung der Abnormalität einerBatterieausstattung, die elektrische Energie speichert, indem siegeladen wird, und die die gespeicherte Energie an eine Last abgibt,wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Messender Spannung und des Stroms der Batterieausstattung bei jeder Energieabgabean die Last; Ermitteln der Leistungserholungseigenschaftenzum Entladestrom der Batterieausstattung auf der Basis der gemessenenSpannung und des gemessenen Stroms; Überwachen von mindestens derSchwankung der sich erholenden Spannung unmittelbar vor oder nachder Beendigung der Entladung an die Last; und Diagnostizierender Abnormalitätder Batterieausstattung anhand des Überwachungsergebnisses.
    [2] Verfahren zur Überwachungder Abnormalitäteiner Batterieausstattung gemäß Anspruch1, das weiter die folgenden Schritte aufweist: Vorhersagendes Erholungsmusters der Entladespannung aus dem Spitzenzeitpunktdes Entladestroms der Batterieausstattung; und Beurteilen,dass die Batterieausstattung abnormal ist, wenn die Entladespannung,die unmittelbar vor oder nach der Beendigung der Entladung zur Lastgemessen wurde, um einen vorbestimmten Wert geringer ist als dievorhergesagte Entladespannung in dem Erholungsmuster zum selbenZeitpunkt wie die der Entladespannung unmittelbar vor oder nachder Beendigung der Entladung.
    [3] Verfahren zur Überwachungder Abnormalitäteiner Batterieausstattung gemäß Anspruch1, das weiter die folgenden Schritte aufweist: Ermitteln einerNäherungsformeldes Erholungsmusters der Entladespannung aus dem Spitzenzeitpunktdes Entladestroms der Batterieausstattung; und Beurteilen,dass die Batterieausstattung abnormal ist, wenn der Korrelationsfaktorzwischen den fürdie Berechung der Näherungsformelverwendeten Näherungsdatenund der Näherungsformelkleiner oder gleich einem Schwellenwert ist oder wenn der quadratischeMittelfehler der Näherungsdatenvon der Näherungsformel größer alsein Bezugswert ist.
    [4] Verfahren zur Überwachungder Abnormalitäteiner Batterieausstattung gemäß Anspruch1, das weiter die folgenden Schritte aufweist: Ermitteln derOrtskurve der Entladespannungseigenschaften zum Entladestrom derBatterieausstattung; und Beurteilen, dass die Batterieausstattungabnormal ist, wenn die Ortskurve von einer Bezugsortskurve abweicht,was dazu führt,dass die Entladespannung unmittelbar vor oder nach der Beendigungder Entladung an eine Last nicht höher wird als eine vorbestimmteSpannung.
    [5] Vorrichtung (40, 46) zum Überwachender Abnormalitätder Batterieausstattung, die elektrische Energie speichert, indemsie geladen wird, und die gespeicherte Energie an eine Last (41, 43)auf der Grundlage der Spannung und des Stroms der Batterieausstattungentlädt, wobeidie Vorrichtung mindestens die Schwankung der sich erholenden Spannungunmittelbar vor oder nach der Beendigung des Entladens an die Lastin Bezug auf die Entladespannungs-Erholungseigenschaften zum Entladestromder Batterieausstattung überwachtund die Abnormalitätder Batterieausstattung diagnostiziert.
    [6] Vorrichtung zur Überwachungder Abnormalitäteiner Batterieausstattung nach Anspruch 5, wobei die Vorrichtungdas Erholungsmuster der Entladespannung aus dem Spitzenzeitpunktdes Entladestroms der Batterieausstattung vorhersagt und beurteilt,dass die Batterieausstattung abnormal ist, wenn die Entladespannung,die unmittelbar vor oder nach der Beendigung der Entladung an dieLast gemessen worden ist, um einen vorbestimmten Wert niedrigerist als die vorhergesagte Entladespannung in dem Erholungsmusterzum selben Zeitpunkt wie die Entladespannung unmittelbar vor odernach der Beendigung der Entladung.
    [7] Vorrichtung zur Überwachungder Abnormalitäteiner Batterieausstattung nach Anspruch 5, die weiterhin einen Batterieaustausch-Beurteilungsabschnitt(104) aufweist, der den Wert des Stroms, der seit dem Auftretender Batterieabnormalitätbis zum Ende des vollständigenLadens geladen worden ist, aufsummiert und die Notwendigkeit desBatterieaustauschs anzeigt, wenn der kumulative Stromwert kleinerals ein kumulativer Strombeurteilungswert ist.
    [8] Batteriesystem mit: einer Batterieausstattung(10), die elektrische Energie speichert, indem sie geladenwird, und die gespeicherte Energie an eine Last entlädt; einemSpannungssensor (30), der die Ladespannung und Entladespannungder Batterieausstattung misst; einem Stromsensor (31),der den Ladestrom und den Entladestrom der Batterieausstattung misst;und einer Steuerung (46), die die Ausgangsleistungendes Spannungssensors und des Stromsensors aufnimmt und das Ladenund Entladen der Batterieausstattung steuert, wobei die Steuerungmindestens die Schwankung der sich erholenden Spannung unmittelbarvor oder nach der Beendigung des Entladens an die Last in Bezugauf die Entladespannungs-Erholungseigenschaften zum Entladestromder Batterieausstattung überwachtund die Abnormalitätder Batterieausstattung diagnostiziert.
    [9] Batteriesystem nach Anspruch 8, bei dem dieBatterieausstattung eine Sekundärbatterieumfasst, die in einem Fahrzeug wie etwa einem Motorkraftwagen eingebautist und als Energiequelle zum Anlassen des Motors verwendet wirdund bei dem die Steuerung eine Batteriesteuerung umfasst, die denEnergiefluss des Anlassers und Generators steuert, und das Batteriesystemauf das Antriebssystem des Kraftwagens angewendet wird.
    [10] Batteriesystem nach Anspruch 8, das so ausgelegtist, dass es auf eine dezentrale Elektroenergiequelle angewendetwird, die einen Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler, der die Batterieausstattungbis zum Zustand des vollständigenLadens auf der Basis einer handelsüblichen Energiequelle lädt, undeinen Elektrogenerator aufweist, der zusammen mit der Batterieausstattungmittels des Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlers der Last elektrischeEnergie zuführt,wenn die Energiezufuhr von der handelsüblichen Energiequelle abgeschaltetist, wobei momentane Lastschwankungen von der Batterieausstattungaufgefangen werden.
    [11] Batteriesystem nach Anspruch 8, das so ausgelegtist, dass es auf das Antriebssystem eines Brennstoffzellen-Kraftwagensangewendet wird, das eine Brennstoffzelle, die Kraftstoff elektrischeEnergie entzieht, und eine Motorsteuerung aufweist, die einen Motorauf der Grundlage von Energie aus der Brennstoffzelle und die Batterieausstattungmithilfe eines Wechselrichters steuert, wobei momentane Lastschwankungenvon der Batterieausstattung aufgefangen werden, deren Ansprechungschneller als jene der Brennstoffzelle ist.
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    公开号 | 公开日
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