DE10002848A1

DE10002848A1 - Vorrichtung zum Erfassen der Restladung einer Batterie

Info

Publication number: DE10002848A1
Application number: DE10002848A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Shibutani; Morio Kayano; Hiroshi Murakami
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2020-01-25
Also published as: US6252377B1; JP3607105B2; JP2000217261A; DE10002848B4

Abstract

Eine Vorrichtung zum Erfassen der Restladung einer Batterie umfasst: einen Stromdetektor 40 zum Erfassen einer elektrischen Stromausgabe von der Batterie und eines elektrischen Ladestroms zu der Batterie; einen Spannungsdetektor 44 zum Erfassen einer Ausgangsspannung von der Batterie; einen Tiefpassfilter 46, 48, 50 zum Filtern der Ergebnisse der Erfassung durch den Stromdetektor und den Spannungsdetektor; einen Zeitkonstantenänderer 52 zum Ändern der Zeitkonstante des Tiefpassfilters; einen Integrator 54 zum Berechnen der Restladung der Batterie durch Integrieren des Ergebnisses der Erfassung durch den Stromdetektor; einen Schwellenwertrechner 56 zum Berechnen eines Schwellenspannungswerts entsprechend einem spezifischen Wert der Restladung auf der Basis des von dem Filter gefilterten elektrischen Stromwerts; einen Komparator 58 zum Vergleichen des vom Schwellenspannungsrechner berechneten Schwellenspannungswerts vom Schwellenspannungsrechner mit dem vom Filter 50 gefilterten Spannungswert; und einen Rücksetzer 60 zum Rücksetzen der Restladung auf den spezifischen Wert, wenn der gefilterte Spannungswert den Schwellenspannungswert überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Restladung einer Batterie und insbesondere eine solche Vorrichtung für ein Fahrzeug.

In den letzten Jahren wurden Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge entwic kelt, um die Abgabe von Kohlendioxid im Hinblick auf den globalen Erwär mungseffekt zu reduzieren. Diese Fahrzeuge haben einen Motor, der keiner lei Gas abgibt, sowie eine Batterie für die Zufuhr elektrischer Energie.

Das Elektrofahrzeug wird von dem Motor kontinuierlich angetrieben. Das Hybridfahrzeug benutzt den Motor zur Unterstützung einer Brennkraftma schine und wird häufig nur durch den Motor angetrieben.

Wichtig ist eine genaue Erfassung der Restladung in der Batterie, welche das Fahrzeug mit Energie versorgt, um zu bestimmen, ob das Aufladen be ginnen soll oder nicht, und zum Erfassen der verfügbaren Restzeit und der Nutzdauer der Batterie.

Ein herkömmliches Verfahren erfasst die Restladung in der Batterie durch Zeitintegration eines Ladestroms zu der Batterie und eines Entladestroms von der Batterie zu dem Motor. Die Restladung entspricht grundlegend der in der Batterie gespeicherten Gesamtladung. Die Gesamtheit der zugeführ ten und abgegebenen elektrischen Ladung kann durch die Zeitintegration des Stromwerts berechnet werden (der Ladestrom ist positiv, und der Entla destrom ist negativ). Die Details dieses Verfahrens gehen aus der japani schen Patent-Offenlegungsschrift Nr. Hei 63-208773 hervor.

Es ist bekannt, dass während der Endstufe des Ladens (wenn die Restla dung ausreicht) oder während der Endstufe des Entladens (wenn die Restla dung nicht ausreicht) die Änderungsrate in der Ausgangsspannung von der Batterie in Bezug auf die Restladung stark variiert. Der Grund hierfür ist, dass der Innenwiderstand in Abhängigkeit von der Restladung variiert.

Eine der Techniken, die diese Eigenschaften berücksichtigt, korrigiert die Restladung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung von der Batterie, wenn das Änderungsverhältnis der Ausgangsspannung in Bezug auf die Restladung signifikant variiert (am Ende des Ladens oder Entladens).

Während der Zwischenperiode zwischen der Endstufe des Ladens und der Endstufe des Entladens wird die Stromausgabe von der Batterie zeitinte griert, so dass die Restladung erhalten werden kann. Wenn die Änderungs rate der Ausgangsspannung zunimmt, kommt es beim Eintritt in die End stufe des Ladens oder Entladens zu Wendepunkten. Dann wird auf der Ba sis der Ausgangsspannung die durch Zeitintegration des elektrischen Stroms erhaltene Restladung korrigiert, um hierdurch die genaue Restladung zu erhalten. Diese Technik ist in den japanischen Patent-Offenlegungsschrif ten Nr. Hei 6-342044 und Hei 5-87896 beschrieben.

Fig. 9 zeigt die Änderung der Ausgangsspannung der Batterie. In dieser Figur stellt die horizontale Achse die Restladung dar, während die Vertikal achse die Ausgangsspannung der Batterie darstellt.

Wenn, wie in Fig. 9 gezeigt, die Restladung zwischen der Endstufe des Ent ladens (die Restladung liegt unter 20%) und der Endstufe des Ladens (die Restladung beträgt 80%) liegt, ändert sich die Ausgangsspannung bei ab nehmender Restladung mit einer relativ geringen Änderungsrate, die mit der Kurve R1 angegeben ist. Weil das Hybridfahrzeug das Laden und Entladen der Batterie wiederholt, variiert die tatsächliche Spannung gemäß der Linie R2. Dieser geringe Betrag der Änderungsrate bedeutet, dass der Durch schnittswert gering ist, weil die Änderungsrate wenig variiert.

Wenn die Restladung in die Endstufe des Ladens eintritt (die Restladung übersteigt 80%), nimmt die Änderungsrate der Ausgangsspannung zu. Beim Eintritt in die Endstufe des Entladens (die Restladung fällt unter 20%), nimmt die Änderungsrate ähnlich zu. Daher variiert die Ausgangsspannung von der Batterie in Abhängigkeit von der Restladung, und variiert insbeson dere signifikant während den Endstufen des Ladens und Entladens.

Allgemein unterliegt ein herkömmlicher elektrischer Stromdetektor notwen digerweise einem Fehler. Wenn der elektrische Strom momentweise gemes sen wird, kann der Fehler zulässig sein. Jedoch werden bei der Zeitintegra tion des elektrischen Stroms die Fehler ebenfalls integriert, so dass die Dis krepanz im Zeitverlauf zunimmt. Diese Diskrepanz ist bei der Zeitintegration nicht zulässig, weil sie die Erfassungsgenauigkeit reduziert.

Bei der oben erwähnten Technik, welche die Genauigkeit der Erfassung der Restladung verbessert, erhält man das Kennfeld zur Korrektur der Batterie restladung auf der Basis der Messung in einem Dauerzustand. Im Über gangszustand (in dem die Batterie wiederholt geladen und entladen wird, so dass der elektrische Strom variiert), unterscheiden sich daher die gemesse nen Werte von jenen im Dauerzustand, und die Genauigkeit bei der Erfas sung der Restladung nimmt aufgrund der Ansprechverzögerung von der Batterie ab. Das heißt, auch wenn die elektrische Stromausgabe von der Batterie und der regenerative elektrische Strom variieren, kann daher die Spannung von der Batterie nicht sofort stabil werden (d. h. kann nicht sofort den Wert vom Dauerzustand einnehmen), und der Erhalt eines stabilen Werts ist um eine vorbestimmte Zeit verzögert. Daher kommt es bei der Erfassung der Restladung auf der Basis des momentan gemessenen Span nungs- und Stromwerts zu einem Erfassungsfehler.

Insbesondere unterscheiden sich die in dem Elektrofahrzeug und dem Hy bridfahrzeug verwendeten Batterien von jenen in elektronischen Vorrichtun gen darin, dass die Batterie häufig wiederholt geladen und entladen wird, wodurch die Genauigkeit bei der Erfassung der Restladung sinkt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur genauen Bestim mung der Restladung in einer Batterie anzugeben.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung zum Erfassen der Restladung einer Batterie vorgeschlagen, umfassend: einen Stromdetektor zum Erfassen einer elektrischen Stromausgabe von der Batterie und eines regenerativen elektrischen Stroms zu der Batterie; einen Spannungsdetektor zum Erfassen einer Ausgangsspannung von der Batterie; einen Tiefpassfilter zum Filtern der Ergebnisse der Erfassung durch den Stromdetektor und den Spannungs detektor; einen Zeitkonstantenänderer zum Ändern der Zeitkonstante des Tiefpassfilters; einen Integrator zum Berechnen der Restladung der Batterie durch Integrieren des Ergebnisses der Erfassung durch den Stromdetektor; einen Schwellenwertrechner zum Berechnen eines Schwellenspannungs werts entsprechend einem spezifischen Wert der Restladung auf der Basis des von dem Filter gefilterten elektrischen Stromwerts; einen Komparator zum Vergleichen des vom Schwellenspannungsrechner berechneten Schwellenspannungswerts mit dem vom Filter gefilterten Spannungswert; und einen Rücksetzer zum Setzen der Restladung auf den spezifischen Wert, wenn der gefilterte Spannungswert den Schwellenspannungswert überschreitet.

Bevorzugt senkt der Zeitkonstantenänderer die Zeitkonstante, wenn der elektrische Strom stark ist. Ferner kann eine Mehrzahl von Tiefpassfiltern mit unterschiedlichen Zeitkonstanten elektrische Ströme ausgeben, und der Zeitkonstantenänderer wählt einen der elektrische Ströme. Bevorzugt multi pliziert der Integrator den erfassten Stromwert mit einer Ladeeffizienz, die das Verhältnis eines in die Batterie fließenden elektrischen Stroms zu einer momentan in der Batterie gespeicherten Ladung ist.

Bevorzugt sucht der Integrator die Ladeeffizienz in einem Kennfeld auf der Basis der Temperatur der Batterie und einer Restladung. Bevorzugt sucht der Schwellenspannungsrechner den Schwellenspannungswert in einem Kennfeld auf der Basis der Temperatur der Batterie und eines elektrischen Lade- oder Entladestroms. Bevorzugt berechnet der Schwellenspannungs rechner eine obere Schwellenspannung gemäß einer Obergrenze der Restla dung als dem spezifischen Wert und eine unteren Schwellenspannung ent sprechend einer Untergrenze der Restladung als der spezifische Wert. Be vorzugt wiederholt der Komparator den Vergleich des Schwellenspannungs werts mit dem gefilterten Spannungswert, und der Rücksetzer setzt die Restladung auf den spezifischen Wert, wenn die Wiederholung eine vor bestimmte Anzahl erreicht hat.

Weil der Schwellenspannungswert aus dem gefilterten Stromwert berechnet wird, und der Spannungswert, der mit dem Schwellenspannungswert zu vergleichen ist, ebenfalls gefiltert wird, kann die Restladung in der Batterie genau auf einen spezifischen Wert gesetzt werden, um hierdurch etwaige Fehler bei der Integration zu beseitigen. Auch im Übergangszustand, in dem die Batterie häufig verwendet wird, kann daher die Restladung genau be stimmt werden.

Wenn ferner der elektrische Strom (Antriebsstrom oder regenerativer Strom) stark ist, ändert sich die Restladung schnell, wenn der Lade/Entladestrom zunimmt. Bei der herkömmlichen Technik kann, wenn die Zeitkonstante des Filters hoch ist, das Laden oder Entladen weitergehen, nachdem die Aus gabe von dem Filter stabil geworden ist. Infolge davon kann die Restladung 80% überschreiten oder kann unter 20% fallen. Weil bei der Erfindung der Zeitkonstantenänderer die Zeitkonstante senkt (den Filtereffekt reduziert), um einen Annäherungswert der Erfassung durch den Stromdetektor zu ver wenden, wenn der elektrische Strom stark ist, kann die Genauigkeit bei der Berechnung des Schwellenspannungswerts verbessert werden.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm der Gesamtstruktur des Fahrzeugs mit der Vorrichtung zum Erfassen der Restladung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm der Struktur der Vorrichtung zum Erfassung der Restladung;

Fig. 3A und 3B Kennfelder zum Korrigieren der Restladung der Batterie zu Be ginn der Endstufe des Ladens (wenn die Restladung 80% be trägt) sowie zu Beginn der Endstufe des Entladens (wenn die Restkapazität 20% beträgt), auf der Basis der Temperatur der Batterie, des elektrischen Ausgangstrom der Batterie sowie der Ausgangsspannung der Batterie;

Fig. 4 ein Flussdiagramm der Hauptroutine vom Betrieb der Vorrich tung zum Erfassen der Restkapazität;

Fig. 5 ein Flussdiagramm eines Filterprozesses;

Fig. 6 ein Flussdiagramm für die Berechnung der Restladung;

Fig. 7 ein Flussdiagramm für das Suchen der Grenzspannung in dem Kennfeld;

Fig. 8 ein Flussdiagramm für die Bestimmung, ob die Restladung die Ober- oder Untergrenze erreicht; und

Fig. 9 ein Diagramm eines Beispiels der Änderung der Ausgangsspan nung aus der Batterie.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung der Gesamtstruktur eines Fahr zeugs mit einem Restladungsdetektor, in dieser Ausführung an einem Hy bridfahrzeug.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 10 eine Brennkraftmaschine, von der eine Antriebskraft über ein Getriebe 12 auf Räder 14 übertragen wird. Ein Motor/Generator 16, der durch einen Dreiphasen-Wechselstrom angetrieben wird, ist parallel zu der Maschine 10 vorgesehen. Die Drehwelle des Mo tor/Generators 16 ist direkt mit der Drehwelle der Maschine 10 verbunden. Wenn die Maschine 10 gestoppt wird, wird die Antriebskraft von dem Mo tor/Generator 16 über das Getriebe 12 auf die Räder 14 übertragen. Wenn die Maschine 10 läuft, dreht die Maschine den Motor/Generator 16, welcher hierdurch als Generator arbeitet.

Die Bezugszahl 18 bezeichnet eine Maschinensteuereinrichtung, die von der Maschine 10 über Signalleitungen 10a, 10b und 10c Signale erhält, welche die Maschinendrehzahl Ne, einen Lufteinlassleitungsdruck Pb sowie eine Wassertemperatur Tw angeben, und die durch eine Signalleitung 20a ein Signal erhält, welches den Niederdrück- oder Neigungswinkel eines Gaspe dals 20 angibt. Auf der Basis dieser Signale berechnet die Maschinensteu ereinrichtung 18 eine der Maschine zuzuführende Kraftstoffmenge sowie einen Zündzeitpunkt, und gibt über Signalleitungen 18a und 18b Signale zur Steuerung der Kraftstoffmenge und des Zündzeitpunkts aus.

Ferner steuert die Maschinensteuereinrichtung 18 den Betrieb des Mo tor/Generators 16. Die Maschinensteuereinrichtung 18 ist mit einer Motor steuereinrichtung 22 durch Signalleitungen 18c und 22a verbunden. Die Maschinensteuereinrichtung 18 gibt durch diese Signalleitung 18c ein Steu ersignal an die Motorsteuereinrichtung 22 aus, um die Ausgangskraft des Motor/Generators 16 zu regulieren. Die Motorsteuereinrichtung 22 gibt durch die Signalleitung 22a die Restladung der Batterie 26 an die Maschi nensteuereinrichtung 18 aus. Die Maschinensteureinrichtung 18 berechnet die Antriebskraft oder die regenerative Kraft durch den Motor/Generator 16 auf der Basis der Restladung der Batterie 26 und des Antriebszustands der Maschine 10 (z. B. Niederdrücken des Gaspedals oder Maschinendrehzahl), und schickt das Ergebnis durch die Signalleitung 18c zu der Motorsteuer einrichtung 22.

Die Bezugszahl 24 bezeichnet einen mit der Batterie 26 verbundenen In vertierer. Auf der Basis eines von der Motorsteuereinrichtung 22 durch eine Signalleitung 22c zugeführten Steuersignals wandelt der Invertierer 24 die elektrische Energie von der Batterie 26 in einen Dreiphasen-Wechselstrom mit vorbestimmtem Wert, und führt diesen dem Motor/Generator 16 zu. Der Motor/Generator 16 besitzt einen Winkeldetektor 28, und der erfasste Win kel wird durch eine Signalleitung 28a dem Invertierer 24 zugeführt. Der Winkeldetektor 28 ist an der Drehwelle des Motor/Generators 16 an gebracht, um den Drehwinkel der Welle zu erfassen. Der erfasste Winkel wird von dem Invertierer 24 durch eine Signalleitung 24a zu der Motorsteu ereinrichtung 22 geschickt.

Der Invertierer 24 erfasst einen Phasenstrom und alle elektrischen Ströme, die durch den Motor/Generator 16 fließen, und gibt die erfassten elektri schen Ströme durch die Signalleitungen 24b und 24c an die Motorsteuerein richtung 22 aus. Damit der Motor, der durch das Steuersignal von der Ma schinensteuereinrichtung 18 durch die Signalleitung 18c reguliert wird, die Ausgangsleistung erzeugt, berechnet die Motorsteuereinrichtung 22 die dem Motor/Generator 16 zuzuführende elektrische Energie auf der Basis des Drehwinkels, des Phasenstroms und aller elektrischer Ströme, die von dem Invertierer 24 durch die Signalleitungen 24a, 24b und 24c eingegeben wer den, und gibt das Ergebnis durch die Signalleitung 22c als Steuersignal aus.

Zwischen der Batterie 26 und dem Invertierer 24 ist ein Stromdetektor 30 zum Erfassen der Stromausgabe von der Batterie 26 vorgesehen, und der erfasste Wert wird durch eine Signalleitung 30a an einen Batteriemonitor 32 ausgegeben.

Die Batterie 26 umfasst zehn seriell geschaltete Teilbatterien, und jede Teil batterie besitzt einen Spannungsdetektor und einen Temperaturdetektor (nicht gezeigt), von denen die erfasste Spannung die erfasste Temperatur durch Signalleitungen 26a und 26b an den Batteriemonitor 32 ausgegeben werden.

Der Batteriemonitor 32 überwacht den Zustand der Batterie 26, z. B. die Restladung und die Temperatur, gibt die Restladung der Batterie 26 durch die Signalleitung 32a sowie die Spannung, die von der Batterie 26 ausge geben wird, durch eine Signalleitung 32b an die Motorsteuereinrichtung 22 aus.

Auf der Basis der durch die Signalleitung 26b eingegebenen Temperatur der Teilbatterien steuert der Batteriemonitor 32 ferner die Temperatur der Batte rie 26 durch Ausgabe eines Antriebssteuersignals zum Steuern eines Geblä ses 34 durch eine Signalleitung 32c.

Die Bezugszahl 36 bezeichnet eine Restladungsanzeige zum Anzeigen der Restladung der Batterie 26, die beispielsweise an einem Instrumentenbrett beim Fahrersitz angebracht ist, um dem Fahrer die Restladung anzuzeigen.

Nachfolgend wird der Gesamtbetrieb des Fahrzeugs mit dem Detektor für die Batterierestladung erläutert.

Zunächst wird der Betrieb beschrieben, wenn das Fahrzeug durch die Ma schine 10 angetrieben wird.

Wenn der Fahrer das Gaspedal 20 niederdrückt, wird das Signal, welches den Betätigungswinkel des Gaspedals 20 anzeigt, durch die Signalleitung 20a der Maschinensteuereinrichtung 18 zugeführt. Bei Empfang des Signals gibt die Maschinensteuereinrichtung 18 durch die Signalleitung 18a an die Maschine 10 das Signal aus, welches die der Maschine zugeführte Kraft stoffmenge steuert, und gibt gleichzeitig durch die Signalleitung 18b an die Maschine 10 das Signal aus, welches den Zündzeitpunkt steuert.

Auf der Basis dieser Signale spritzt die Maschine 10 eine bestimmte Kraft stoffmenge in die Zylinder ein und zündet das Gas darin mit einer bestimm ten Zeitgebung. Die Antriebskraft von der Maschine 10 wird über das Ge triebe 12 auf die Räder 14 übertragen, um das Fahrzeug anzutreiben. Wenn das Fahrzeug durch die Maschine 10 angetrieben wird, werden von der Maschine 10 durch die Signalleitungen 10a, 10b und 10c an die Maschi nensteuereinrichtung 18 Signale ausgegeben, welche die Maschinendreh zahl, den Lufteinlassleitungsdruck sowie die Wassertemperatur anzeigen. Auf der Basis dieser Signale sowie des Signals, welches den Betätigungs winkel des Gaspedals 20 anzeigt, gibt die Maschinensteuereinrichtung 18 durch die Signalleitungen 18a und 18b das Steuersignal an die Maschine 10 aus.

Weil, wie oben beschrieben, die Drehwelle der Maschine 10 direkt mit der Drehwelle des Motor/Generators 16 verbunden ist, erzeugt der Mo tor/Generator 16 durch Drehung der Maschine 10 elektrische Energie. Die elektrische Energie von dem Motor/Generator 16 wird über den Invertierer 24 der Batterie 26 zugeführt, um hierdurch die Batterie 26 zu laden.

Während die Batterie 26 geladen wird, erfasst der Stromdetektor 30 den von dem Invertierer 24 zur Batterie 26 fließenden Strom und gibt durch die Signalleitung 30a an den Batteriemonitor 32 den erfassten Stromwert aus.

Nachfolgend wird der Betrieb erläutert, wenn der Motor/Generator 16 das Fahrzeug antreibt.

Wenn der Fahrer das Gaspedal 20 niederdrückt, wird das Signal, welches den Betätigungswinkel des Gaspedals 20 anzeigt, durch die Signalleitung 20a der Maschinensteuereinrichtung 18 zugeführt. Bei Empfang des Signals θ_Th gibt die Maschinensteuereinrichtung 18 durch die Signalleitung 18c das Steuersignal aus, welches dem Signal θ_Th für den Betätigungswinkel oder die Neigung des Gaspedals 20 entspricht, wenn die durch die Signalleitung 22a eingegebene Restladung der Batterie 26 gleich oder über einem vor bestimmten Wert liegt.

Auf der Basis des durch die Signalleitung 18c eingegebenen Steuersignals gibt die Motorsteuereinrichtung 22 das Steuersignal durch die Signalleitung 22c an den Invertierer 24 aus. Bei Empfang des Steuersignals wandelt der Invertierer 24 den von der Batterie 26 zugeführten Strom in den Dreiphasen-Wechselstrom entsprechend dem eingegebenen Steuersignal um und liefert diesen an den Motor/Generator 16. Hierdurch dreht sich der Mo tor/Generator 16 und dessen Antriebskraft wird über das Getriebe 12 auf das Rad 14 übertragen, so dass das Fahrzeug losfährt.

Nach Beginn der Drehung des Motor/Generators 16 gibt der Winkeldetektor 28 den erfassten Winkel an den Invertierer 24 aus, der dann den erfassten Winkel, den Phasenstrom sowie alle Ströme an die Motorsteuereinrichtung 22 ausgibt. Damit der Motor die Ausgangsleistung erzeugt, die durch das Steuersignal von der Maschinensteuereinrichtung 18 durch die Signalleitung 18c reguliert wird, berechnet die Motorsteuereinrichtung 22 die dem Mo tor/Generator 16 zuzuführende elektrische Energie auf der Basis der Signale von dem Invertierer 24 und gibt das Ergebnis durch die Signalleitung 22c als das Steuersignal aus. Der Invertierer 24 wandelt die von der Batterie 26 zugeführte elektrische Energie in den Dreiphasen-Wechselstrom mit einem dem Steuersignal entsprechenden Wert und führt diesen dem Mo tor/Generator 16 zu.

Wenn das Fahrzeug durch die Maschine 10 oder den Motor/Generator 16 angetrieben wird, werden der vom Stromdetektor 30 erfasste Strom und die von der Batterie 26 ausgegebene Spannung und Temperatur dem Batterie monitor 32 zugeführt. Auf der Basis dieser Erfassungswerte stellt der Batte riemonitor 32 die Temperatur der Batterie 26 durch Steuerung des Gebläses 34 ein, berechnet die Restladung der Batterie 26 und gibt die berechnete Restladung durch die Signalleitung 32a an die Motorsteuereinrichtung 22 aus. Die an die Motorsteuereinrichtung 22 ausgegebene Restladung wird auch an die Maschinensteuereinrichtung 18 und an die Restladungsanzeige 36 ausgegeben.

Wenn die Restladung der Batterie 26 gering ist, schaltet die Maschinensteu ereinrichtung 18 zwangsweise das Fahrzeug auf den Antriebsmodus, der die Maschine 10 benutzt. Auf der Basis der Anzeige durch die Restladungs anzeige 36 kann der Fahrer das Fahrzeug auf den Antriebsmodus schalten, der nur die Maschine 10 benutzt.

Nachfolgend wird der Detektor für die Restladung der Batterie (nachfolgend als Batterierestladungsdetektor bezeichnet) der Erfindung im Detail erläutert.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm des Batterierestladungsdetektors.

Der in Fig. 2 gezeigt Batterierestladungsdetektor ist in dem Batteriemonitor 32 in Fig. 1 vorgesehen. Die Ausführung des Batterierestladungsdetektors erhält man durch einen üblichen Computer mit einer CPU (zentralen Prozes soreinheit), einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) sowie einem ROM (nur-Lesespeicher), die nicht gezeigt sind. Der folgende Prozess wird durch eine CPU ausgeführt, die die Programme aus dem ROM liest und durchführt.

In Fig. 2 bezeichnet die Bezugszahl 40 einen Stromdetektor, der dem Stromdetektor 30 in Fig. 1 entspricht. Die Bezugszahl 42 bezeichnet einen Temperaturdetektor, und 44 bezeichnet einen Spannungsdetektor, welche den oben beschriebenen Temperatur- und Spannungsdetektoren entspre chen. Die Ergebnisse der Erfassung durch den Stromdetektor 40, den Tem peraturdetektor 42 und den Spannungsdetektor 44 werden Verzögerungs filtern erster Ordnung 46, 48 und 50 zugeführt. Die Verzögerungsfilter er ster Ordnung 46, 48 und 50 sind sogenannte Tiefpassfilter. Die den Verzö gerungsfiltern erster Ordnung 46, 48 und 50 zugeführten Signale werden durch Abtastung und Quantifizierung der Werte digitalisiert, die vom Strom detektor 40, dem Temperaturdetektor 42 und dem Spannungsdetektor 44 erfasst sind. Der Verzögerungsfilter erster Ordnung 48 für den Temperatur detektor 42 beseitigt Rauschen (elektrisches Rauschen) von dem erfassten Wert und hat keinen Einfluss auf die Ansprechcharakteristik der Batterie 26. Daher kann der Verzögerungsfilter erster Ordnung 48 auch weggelassen werden.

Die einfachste Struktur für den Tiefpassfilter unter Verwendung einer elek trischen Schaltung umfasst einen Kondensator und einen Widerstand, wo hingegen in dieser Ausführung die Verzögerungsfilter erster Ordnung 46, 48 und 50 durch Software vorgesehen sind. Das heißt, wenn die vorhergehen de Ausgabe von dem Verzögerungsfilter erster Ordnung 46, 48 oder 50 Dn - 1 ist, dann ist die gegenwärtige Ausgabe Dn, und der gegenwärtig erfasste Wert ist D, wobei die Funktionen der Verzögerungsfilter erster Ordnung 46, 48 und 50 durch die folgende Gleichung ausgedrückt sind:

Dn = τ₁D_n-1 + τ₂D,

wobei τ₁ und τ₂ Variablen zur Bestimmung einer Zeitkonstanten der Verzö gerungsfilter erster Ordnung 46, 48 oder 50 sind. Die Beziehung zwischen den Variablen ist τ₁ + τ₂ = 1. Gemäß den Charakteristiken der Verzöge rungsfilter erster Ordnung 46, 48 und 50 nimmt der Einfluss auf die gegen wärtige Ausgabe Dn, die durch den gegenwärtig erfassten Wert D angege ben wird, zu, wenn die Variable τ₂ größer wird. Wenn hingegen die Variable τ₂ kleiner wird, nimmt der Einfluss auf die gegenwärtige Ausgabe Dn, die durch den gegenwärtig erfassten Wert D angegeben wird, ab.

Demzufolge wird, wenn die Variable τ₂ größer wird, die Variable des Verzö gerungsfilters erster Ordnung 46, 48 oder 50 kleiner, während, wenn die Variable τ₂ kleiner wird, die Variable des Verzögerungsfilters erster Ordnung 46, 48 oder 50 größer wird. Anders gesagt, wenn die Variable τ₁ größer wird, wird die Variable des Verzögerungsfilters erster Ordnung 46, 48 oder 50 größer, während, wenn die Variable τ₁ kleiner wird, die Variable des Verzögerungsfilters erster Ordnung 46, 48 oder 50 kleiner wird.

Beispiele der Variablen τ₁ und τ₂ sind in der folgenden Gleichung dargestellt:

Dn = 0,95D_n-1 + 0,05D.

Zurück zu Fig. 2. Die Bezugszahl 52 bezeichnet einen Zeitkonstantenän derer, der die Zeitkonstanten der Verzögerungsfilter erster Ordnung 46 und 50 in Abhängigkeit von der Ausgabe des Stromdetektors 40 ändert.

Die Bezugszahl 54 bezeichnet einen Integrator, der das Ergebnis der Erfas sung durch den Stromdetektor 40 integriert, den Ausgangssstrom von der Batterie 26 in Fig. 1 und den regenerativen Strom von der Batterie 26 inte griert, um hierdurch die Restladung in der Batterie 26 zu berechnen. Die Ladung der Batterie 26 ist nicht immer proportional zu dem in die Batterie 26 fließenden Strom, d. h., die Ladeeffizienz ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur und der Restladung der Batterie 26. Daher ist vorab ein Kennfeld aufgestellt worden, welches die Beziehung zwischen der Tempera tur, der Restladung der Batterie 26 sowie der Ladeeffizienz anzeigt. Die Ladeeffizienz η erhält man aus der Temperatur und der Restladung der Bat terie 26, und auf der Basis der Ladeeffizienz η und dem in die Batterie 26 fließenden Strom wird die Restladung der Batterie 26 berechnet.

Die Bezugszahl 56 bezeichnet ein Kennfeld zum Erfassen der Restladung (Schwellenspannungsrechner). Gemäß dem Kennfeld, welches die Bezie hung zwischen der Batterietemperatur, dem Batterieausgangsstrom und der Batterieausgangsspannung angibt, wenn die Restladung der Teilbatterien der Batterie 26 einen vorbestimmten Wert erreicht (z. B. 80% oder 20%), werden eine Spannung (obere Grenzspannung, Schwellenspannung) ent sprechend der Restladung von 80% sowie eine Spannung (untere Grenz spannung, Schwellenspannung) entsprechend der Restladung von 20% aus der Stromwertausgabe von dem Verzögerungsfilter erster Ordnung 46 und von der Temperaturausgabe von dem Verzögerungsfilter erster Ordnung 48 erhalten.

Nachfolgend wird das Kennfeld 56 zum Erfassen der Restladung näher er läutert.

Fig. 3A und 3B sind Diagramme von Kennfeldern zur Berechnung der An fangspunkte der Endstufe des Ladens (wenn die Restladung 80% beträgt) und der Endstufe des Entladens (wenn die Restladung 20% beträgt). Diese Kennfelder definieren die Beziehung zwischen der Batterietemperatur, dem Batterieausgangsstrom und der Batterieausgangsspannung. Fig. 3A zeigt ein Kennfeld zur Korrektur der Batterierestladung, welches die Beziehung zwi schen der Batterietemperatur, der Batterieausgangsspannung und dem Bat terieausgangsstrom definiert, wenn die Restladung 80% beträgt. Fig. 3B zeigt das Kennfeld, wenn die Restladung 20% beträgt.

In Fig. 3A entspricht die mit m1 bezeichnete Fläche dem Kennfeld zur Kor rektur der Batterierestladung, wenn die Restladung 80% beträgt, während die mit m2 bezeichnete Fläche dem Kennfeld zur Korrektur der Batterierest ladung entspricht, wenn die Restladung 20% beträgt. Wenn die Batterie restladung nicht von Änderungen des elektrischen Stroms und der Tempera tur abhängig ist, wird angenommen, dass die Korrekturkennfelder m1 und m2 flach sind. Weil, wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt, die Korrektur kennfelder m1 und m2 nicht flach sind, ist die Batterierestladung klar von der Batterietemperatur, der Stromausgabe und der Ausgangsspannung ab hängig.

Zur Messung der Restladung auf der Basis der Batterieausgangsspannung, der Batterietemperatur und des Batterieausgangsstroms werden diese zu nächst gemessen. Dann wird aus der gemessenen Temperatur und der Aus gangsspannung die der Restladung von 80% oder 20% entsprechende tat sächliche Ausgangsspannung berechnet. Die Ausgangsspannung (obere Grenzspannung) entsprechend der Restladung von 80% wird aus dem Kor rekturkennfeld m1 in Fig. 3A erhalten, und die Ausgangsspannung (untere Grenzspannung) entsprechend der Restladung von 20% wird aus dem Kor rekturkennfeld m2 in Fig. 3B erhalten. Die gemessene Ausgangsspannung von der Batterie wird mit der oberen oder unteren Grenzspannung vergli chen. Wenn die Batterieausgangsspannung über der oberen Grenzspannung liegt, wird gewertet, dass die Batterie in der Endstufe des Ladens ist, wäh rend, wenn sie unter der unteren Grenzspannung liegt, wird gewertet, dass die Batterie in der Endstufe des Entladens ist.

Die Batterie 26 umfasst gemäß Fig. 1 zehn Teilbatterien, und jede Teilbatte rie besitzt einen Spannungsdetektor. Wenn zumindest eine der Ausgaben von den Teilbatterien über der oberen Grenzspannung liegt, wird in dieser Ausführung gewertet, dass die Batterierestladung 80% beträgt. Wenn zu mindest eine der Ausgaben der Teilbatterien unter der unteren Grenzspan nung liegt, wird gewertet, dass die Batterierestladung 20% beträgt.

Ein Komparator 58 vergleicht die Spannung, die Ausgabe von dem Verzöge rungsfilter erster Ordnung 50, mit der aus dem Kennfeld 56 erhaltenen obe ren oder unteren Grenzspannung zum Erfassen der Restladung, und be stimmt, ob die Ausgangsspannung über der oberen Grenzspannung liegt oder unter der unteren Grenzspannung. Der Komparator 58 gibt das Ergeb nis aus, wenn die Ausgangsspannung über der oberen Grenzspannung oder unter der unteren Grenzspannung ist.

Ein Rücksetzer 60 setzt den Wert von dem Integrator 54 in Abhängigkeit von der Ausgabe von dem Komparator 58 zurück.

Das heißt, der Rücksetzer 60 setzt den Ausgabewert von dem Integrator 54 zurück, wenn der Komparator 58 das Signal ausgibt, welches anzeigt, dass die gegenwärtige Spannung gleich der Spannung ist, die der Restladung von 80% entspricht, um die gegenwärtige Restladung Z der Batterie 26 auf 80% zu setzen. Ähnlich setzt der Rücksetzer 60 den Ausgangswert von dem Integrator 54 zurück, wenn der Komparator 58 das Signal ausgibt, welches anzeigt, dass die gegenwärtige Spannung gleich der Spannung ist, die der Restladung von 20% entspricht, um die gegenwärtige Restladung Z der Batterie 26 auf 20% zu setzen. Wenn der Komparator 58 das Signal ausgibt, welches anzeigt, dass die gegenwärtige Spannung zwischen den Spannungen liegt, die der Restladung von 80% und 20% entsprechen, wird der Ausgangswert von dem Integrator 54 als die Restladung Z gesetzt.

Nachfolgend wird der Betrieb des Batterierestladungsdetektors anhand der Fig. 4 bis 8 erläutert.

Fig. 4 ist ein Flussdiagramm der Hauptroutine vom Betrieb des Batterierest ladungsdetektors.

Die Schritte in dem Flussdiagramm werden mit einem vorbestimmten Inter vall ausgeführt. Das Intervall zwischen den Schritten wird nachfolgend er läutert.

Wenn der Fahrer das in Fig. 1 gezeigte Fahrzeug startet, beginnt auch der Batterierestladungsdetektor zu arbeiten.

Nach dem Start des Batterierestladungsdetektors erfasst der Stromdetektor 40 den elektrischen Stromfluss zwischen der Batterie 26 und dem Invertie rer 24, der Temperaturdetektor 42 erfasst die Temperatur der Teilbatterie der Batterie 26, und der Spannungsdetektor 44 erfasst die Ausgangsspan nung von der Teilbatterie (Schritt S10). Dieser Schritt wird mit einem Inter vall von 10 msec wiederholt. Daher werden die erfassten Werte mit einem Intervall von 10 msec abgetastet. Weil diese Ausführung zehn Teilbatterien enthält, gibt es zehn Signalpaare der Spannungen von den Teilbatterien und der Temperaturen der Teilbatterien.

Der von dem Stromdetektor 40 erfasste elektrische Stromwert wird dem Integrator 54, dem Zeitkonstantenänderer 52 und dem Verzögerungsfilter erster Ordnung 46 zugeführt. Der Integrator 54 integriert den elektrischen Eingangsstrom. Da der vom Integrator 54 bereitgestellte integrierte elek trische Strom der gesamten elektrischen Ladung entspricht, die in die Batte rie 26 geladen und von dieser entladen wird, erhält man die Restladung aus dem integrierten Wert.

Der vom Stromdetektor 40 erfasste elektrische Strom wird dem Verzöge rungsfilter 46 erster Ordnung zugeführt, und wird gleichzeitig dem Zeitkon stantenänderer 52 zugeführt, in dem der Filterprozess ausgeführt wird. Ähn lich führen die Verzögerungsfilter erster Ordnung 48 und 50 die Filterpro zesse durch (Schritt S20). Diese Prozesse werden mit einem Intervall von 10 msec wiederholt.

Nachfolgend wird der Filterprozess in Schritt S20 erläutert.

Fig. 5 ist ein Flussdiagramm des Filterprozesses. Fig. 5 zeigt den Filterpro zess in dem Verzögerungsfilter erster Ordnung 46. Ähnliche Prozesse finden in den Verzögerungsfiltern erster Ordnung 48 und 50 statt.

Sobald der Filterprozess begonnen hat, wird der Filterprozess durch einen ersten Filter LPF₁ ausgeführt (Zeitkonstante: 1 sec) (Schritt S200). Der von dem ersten Filter LPF₁ erhaltene elektrische Stromwert wird mit I_LPF1 be zeichnet. Dann wird der elektrische Stromwert (elektrischer Strombereich) gemessen (Schritt S202). Dieser Prozess ist erforderlich, um die Zeitkon stante in Abhängigkeit von dem erfassten elektrischen Stromwert richtig zu setzen. Wenn in Schritt S202 der erfasste elektrische Stromwert in dem Bereich von -30 bis 0 A liegt, geht der Ablauf zu Schritt S204 weiter. In Schritt S204 geht der Filterprozess mit einem zweiten Filter (Zeitkonstante: 20 sec) weiter. Der von dem Filterprozess des zweiten Filters LPF₂ erhaltene elektrische Stromwert wird mit I_LPF2 bezeichnet. Wie oben beschrieben, be trägt die Zeitkonstante für den ersten Filter LPF₁ 1 sec, und die Zeitkonstan te für den zweiten und den dritten Filter LPF₂ und LPF₃ beträgt 20 sec.

Wenn in Schritt S202 der elektrische Stromwert in dem Bereich von 0 bis 30 A liegt, wird der Filterprozess unter Verwendung des dritten Filters LPF₃ (Zeitkonstante: 20 sec) ausgeführt (Schritt S206). Der durch den dritten Filter LPF₃ erhaltene elektrische Stromwert wird mit I_LPF3 bezeichnet.

Der zweite Filter LPF₂ wird verwendet, wenn die Batterie 26 geladen wird, und hat eine Zeitkonstante für einen relativ niedrigen elektrischen Strom wert, während der dritte Filter LPF₃ verwendet wird, wenn die Batterie 26 Energie entlädt, und hat die Zeitkonstante für einen relativ niedrigen elek trischen Stromwert.

Obwohl in dieser Ausführung die Zeitkonstanten des zweiten und des drit ten Filters LPF₂ und LPF₃ gleich sind, können die Zeitkonstanten auch unter schiedlich sein.

Wenn in den Schritten S204, S206 und S202 der elektrische Strom unter - 30 A oder über 30 A liegt, geht der Ablauf zu S208 weiter.

In dem obigen Prozess wird der gefilterte elektrische Strom erhalten. Wenn der elektrische Stromwert innerhalb des Bereichs von -30 bis 30 A liegt, werden die elektrischen Stromwerte I_LPF1 und I_LPF2 oder I_LPF1 Und I_LPF3 erhal ten. Obwohl gemäß Fig. 2 der Zeitkonstantenänderer 52 die Zeitkonstanten des Verzögerungsfilters erster Ordnung 46 in Abhängigkeit von der elek trischen Stromwertausgabe von dem Stromdetektor 40 ändert, erfolgt in dieser Ausführung der Filterprozess mit dem ersten Filter LPF₁ und entweder dem zweiten Filter LPF₂ oder dem dritten Filter LPF₃, die unterschiedliche Zeitkonstanten haben, und wählt dann einen der elektrischen Stromwerte I_LPF1, I_LPF2 und I_LPF3 auf der Basis des elektrischen Stromwerts, um den Pro zess zu beschleunigen und die Struktur zu vereinfachen.

Wenn der elektrische Strom unter -30 A oder über 30 A liegt, werden die elektrischen Stromwerte I_LPF2 Und I_LPF3 nicht vorgesehen.

Zurück zu Fig. 5. In Schritt 208 wird bestimmt, ob nach Beginn des Filter prozesses eine Sekunde abgelaufen ist. Weil der Schritt S30 und die folgen den Schritte in Fig. 4 mit einem Intervall von 1 sec wiederholt werden, kor rigiert Schritt S208 die Zeitgebung. Wenn in Schritt S208 die Bewertung "NEIN" ist, wird Schritt S208 wiederholt. Wenn in Schritt S208 die Bewer tung "JA" ist, geht der Ablauf zu Schritt S210 weiter.

In Schritt S210 werden die elektrischen Stromwerte I_LPF1, I_LPF2 sowie I_LPF3, die in den Schritten S200, S204 und S206 erhalten worden sind, an Regi ster (nicht gezeigt) ausgegeben. Wenn einer oder beide der elektrischen Stromwerte I_LPF1 Und I_LPF2 oder die Stromwerte I_LPF2 Und I_LPF3 nicht erhalten werden, wird als der Wert "0" ausgegeben. Hierdurch wird der Filterprozess abgeschlossen.

Nun wird der Prozess (Schritt S30) zum Berechnen der Restladung erläutert, der in Fig. 4 gezeigt ist. Fig. 6 ist ein Flussdiagramm der Prozedur der Be rechnung der Restladung. Dieser Prozess wird durch den in Fig. 2 gezeigten Integrator 54 durchgeführt. Der Prozess von Schritt S30 wird mit einem Intervall von 1 sec wiederholt.

Wenn die Berechnung der Restladung gestartet ist, wird bestimmt, ob der eingegebene elektrische Stromwert negativ ist oder nicht (Schritt S300). Wenn der elektrische Strom negativ ist, fließt der Strom in die Batterie 26. Wenn die Bestimmung "JA" ist, wird die Ladeeffizienz in dem Kennfeld ge sucht oder abgefragt (Schritt S302). Durch diesen Prozess wird die Restla dung genau berechnet, weil, während das Laden der Batterie nicht immer proportional zu dem in die Batterie 26 fließenden elektrischen Strom ist, die Ladeeffizienz von der Batterietemperatur und der Batterierestladung abhän gig ist.

Insbesondere wird die gegenwärtige Ladeeffizienz η in dem Ladeeffizienz- Kennfeld auf der Basis der Temperatur der Teilbatterie, die von dem Tempe raturdetektor 42 erfasst wird, und der gegenwärtigen Restladung in der Batterie 26 gesucht bzw. abgefragt. Die Ladeeffizienz η sollte auf den Wer ten beruhen, die von dem Verzögerungsfilter erster Ordnung 48 ausgegeben sind, weil diese genauer ist als eine Effizienz auf der Basis der Werte, die direkt von dem Temperaturdetektor 42 ausgegeben werden. Da die Batterie 26 zehn Teilbatterien aufweist, wird die Ladeeffizienz η für jede Teilbatterie berechnet.

Wenn der Prozess zur Berechnung der Ladeeffizienz η abgeschlossen ist, wird der von dem Stromdetektor 40 ausgegebene elektrische Stromwert mit der erhaltenen Ladeeffizienz η multipliziert, und der Absolutwert des Ergeb nisses wird zu der gegenwärtigen Restladung addiert (SOC: Ladezustand), um hierdurch eine neue Batterierestladung zu erhalten. Dieser Prozess wird für jede der zehn Teilbatterien durchgeführt.

Wenn in Schritt S306 die Bestimmung "NEIN" ist, d. h., wenn der von dem Stromdetektor 40 erfasste elektrische Stromwert positiv ist, geht der Ablauf zu Schritt S306 weiter. Wenn der elektrische Stromwert positiv ist, wird der elektrische Strom von der Batterie 26 abgegeben.

In Schritt S306 wird der elektrische Stromwert, der von dem Stromdetektor 40 erfasst wurde, von der gegenwärtigen Restladung subtrahiert, um eine neue Restladung zu erhalten. Dieser Schritt wird für jede der zehn Teilbatte rien durchgeführt.

Wenn Schritt S304 oder S306 abgeschlossen ist, kehrt der Ablauf zu der in Fig. 4 gezeigten Hauptroutine zurück.

Wenn der Prozess zur Berechnung der Restladung in Schritt S40 abge schlossen ist, wird der Prozess zum Suchen bzw. Abfragen der Grenzspan nung für die Restladung in dem Kennfeld ausgeführt (Schritt S40). Diese Abfrage wird mit einem Intervall von 1 sec wiederholt.

Fig. 7 ist ein Flussdiagramm des Prozesses zum Suchen bzw. Abfragen der Grenzspannung in dem Kennfeld. Dieser Prozess wird mit dem Kennfeld 56 zum Erfassen der Restladung in Fig. 2 ausgeführt.

Wenn die Suche bzw. Abfrage gestartet ist, wird bestimmt, ob der elek trische Stromwert I_LPF1, der in Schritt S210 in Fig. 5 ausgegeben wurde und in dem Register gespeichert ist, negativ ist oder nicht (Schritt S400). Das heißt, es wird bestimmt, ob der elektrische Strom in die Batterie 26 fließt oder nicht. Wenn die Bestimmung "JA" ist, geht der Ablauf zu Schritt S402 weiter.

In Schritt S402 wird bestimmt, ob der elektrische Stromwert I_LPF1 unter - 30 A liegt oder nicht. Wenn die Bestimmung "JA" ist, geht der Ablauf zu Schritt S404 weiter, wo der elektrische Stromwert I_LPF1 aus den elektrischen Stromwerten I₁, I_LPF2 Und I_LPF3 ausgewählt wird.

Auf der Basis des elektrischen Stromwerts I_LPF1 und der Temperaturausgabe von dem Verzögerungsfilter erster Ordnung 48 wird der Spannungswert (obere Grenzspannung) entsprechend der Restladung von 80% der Teilbat terie aus dem Kennfeld 56 erhalten (Schritt S406). Der erhaltene obere Grenzspannungswert wird in dem nicht gezeigten Register gespeichert, und der Ablauf kehrt zur Hauptroutine von Fig. 4 zurück. Der Prozess in Schritt S406 wird für jede der zehn Teilbatterien durchgeführt.

Wenn in Schritt S402 die Bestimmung "NEIN" ist, geht der Ablauf zu Schritt S408 weiter, und wird der elektrische Stromwert I_LPF2 aus den elek trischen Stromwerten I₁, I_LPF2 und I_LPF3 gewählt. Das heißt, weil die Ände rung des elektrischen Stromwerts klein ist, wird jener elektrische Strom wert, der durch den Tiefpassfilter I_LPF2 mit der kleinen Zeitkonstante berech net ist, gewählt.

Auf der Basis des elektrischen Stromwerts I_LPF2 und der Temperaturausgabe von dem Verzögerungsfilter erster Ordnung 48 wird der Spannungswert (obere Grenzspannung) entsprechend der Restladung von 80% der Teilbat terie aus dem Kennfeld 56 erhalten (Schritt S410). Der erhaltene obere Grenzspannungswert wird in dem nicht gezeigten Register gespeichert, und der Ablauf kehrt zur Hauptroutine von Fig. 4 zurück. Der Prozess in Schritt S410 wird für jede der zehn Teilbatterien durchgeführt.

Wenn in Schritt S400 die Bestimmung "NEIN" ist, das heißt, wenn der in dem Register gespeicherte Stromwert I_LPF1 positiv ist und die Batterie 26 elektrischen Strom entlädt, geht der Ablauf zu Schritt S412 weiter.

In Schritt S412 wird bestimmt, ob der elektrische Stromwert I_LPF1 unter 30 A liegt oder nicht. Wenn diese Bestimmung "JA" ist, geht der Ablauf zu Schritt S414 weiter, wo der elektrische Stromwert I_LPF3 aus den elektrischen Stromwerten I₁, I_LPF2 und I_LPF3 gewählt wird.

Dann wird auf der Basis des elektrischen Stromwerts I_LPF3 und der Tempera turausgabe von dem Verzögerungsfilter erster Ordnung 48 der Spannungs wert (untere Grenzspannung) entsprechend der Restladung von 20% der Teilbatterie aus dem Kennfeld 56 erhalten (Schritt S416). Der erhaltene untere Grenzspannungswert wird in dem nicht gezeigten Register gespei chert, und der Ablauf kehrt zur Hauptroutine von Fig. 4 zurück. Der Prozess in Schritt S416 wird für jede der zehn Teilbatterien ausgeführt.

Wenn in Schritt S412 die Bestimmung "NEIN" ist, geht der Ablauf zu Schritt S418 weiter, wo der elektrische Stromwert I_LPF1 aus den elektrischen Stromwerten I₁, I_LPF2 Und I_LPF3 gewählt wird.

Auf der Basis des elektrischen Stromwerts I_LPF1 und der Temperaturausgabe von dem Verzögerungsfilter erster Ordnung 48 wird der Spannungswert (untere Grenzspannung) entsprechend der Restladung von 20% der Teilbat terie aus dem Kennfeld 56 erhalten (Schritt S420). Der erhaltene untere Grenzspannungswert wird in dem nicht gezeigten Register gespeichert, und der Ablauf kehrt zur Hauptroutine von Fig. 4 zurück. Der Prozess in Schritt S420 wird für jede der zehn Teilbatterien durchgeführt.

Zumindest einer der Schritte S406, S410, S416 und S420 wird an dem Punkt des Prozesses abgeschlossen, zu dem bestimmt wird, ob die Restla dung die Ober- oder Untergrenze erreicht (Schritt S50). Dieser Prozess wird durch den Komparator 58 und den Rücksetzer 60 in Fig. 2 mit einem Inter vall von 1 sec wiederholt.

Fig. 8 ist ein Flussdiagramm des Prozesses zur Bestimmung, ob die Restla dung die Ober- oder Untergrenze erreicht hat.

Obwohl in Fig. 8 vier Flussdiagramme gezeigt sind, wird eines der Fluss diagramme in Abhängigkeit vom Ergebnis der Abfrage der Grenzspannung für die Restladung im Kennfeld in Fig. 7 gewählt. Das heißt, der Prozess des Flussdiagramms f₁ in Fig. 8 folgt Schritt S406 in Fig. 7, der Prozess des Flussdiagramms f₂ in Fig. 8 folgt Schritt S410 in Fig. 7, der Prozess des Flussdiagramms f₃ in Fig. 8 folgt Schritt S416 in Fig. 7 und der Prozess des Flussdiagramms f₄ in Fig. 8 folgt Schritt S420 in Fig. 7.

Das Bezugszeichen "C" in Fig. 8 bezeichnet einen Zählwert zum Setzen der Restladung der Teilbatterie auf genau 80% oder 20%. Der von dem Verzö gerungsfilter 50 erster Ordnung ausgegebene Spannungswert variiert mit dem Zeitverlauf. Sobald beispielsweise die Restladung den oberen Span nungswert V_thH überschreitet, kann die Spannung häufig sofort abfallen. Die Restladung in der Batterie 26 wird nicht sofort auf 80% gesetzt, wenn die Spannungswertausgabe von dem Verzögerungsfilter erster Ordnung 50 den oberen Spannungswert V_thH überschreitet. Die Restladung in der Batterie 26 wird nur dann auf 80% gesetzt, nachdem der Spannungswert von dem Verzögerungsfilter erster Ordnung 50 für eine vorbestimmte Zeit andauernd über dem oberen Spannungswert V_thH gelegen hat, um hierdurch die Erfas sungsgenauigkeit der Restladung zu verbessern.

Zunächst wird der Prozess des Flussdiagramms f₁ erläutert. Wenn der Pro zess gestartet ist, wird der von dem Verzögerungsfilter erster Ordnung 50 ausgegebene Spannungswert V_LPF1 mit dem oberen Grenzspannungswert V_thH verglichen, der im Schritt S406 in Fig. 7 erhalten wird (Schritt S500). Dieser Prozess wird für jeden der von den Teilbatterien ausgegebenen Span nungswerte durchgeführt. Wenn in Schritt S500 einer der Spannungswerte V_LPF1 von den Teilbatterien über dem oberen Grenzspannungswert V_thH liegt, geht der Ablauf zu Schritt S502 weiter.

In Schritt S502 wird der Zählerwert C, der anfänglich null ist, inkrementiert. In Schritt S504 wird bestimmt, oder der Zählerwert 2 ist oder nicht. Wenn in Schritt S504 die Bestimmung "JA" ist, geht der Ablauf zu Schritt S506 weiter, wo die Restladung in der Batterie 26 auf 80% gesetzt wird (es wird der Rücksetzprozess durchgeführt).

Wenn in Schritt S500 alle Spannungswerte V_LPF1 der Teilbatterien unter dem oberen Grenzspannungswert V_thH liegen, geht der Ablauf zu Schritt S508 weiter, wo der Zählerwert C auf null gesetzt wird.

Wenn der Prozess in Schritt S506 oder S508 abgeschlossen ist oder wenn in Schritt S504 die Bestimmung "NEIN" ist, ist die Restladung gleich oder unter 80%. Dann wird der integrierte Wert von dem Integrator 54 als die Restladung in der Batterie 26 verwendet, die Restladung wird nicht rückge setzt und der Ablauf kehrt zur Hauptroutine von Fig. 4 zurück.

Nun wird der Prozess des Flussdiagramms f₂ erläutert. Wenn der Prozess gestartet ist, wird der von dem Verzögerungsfilter erster Ordnung 50 ausge gebene Spannungswert V_LPF2 mit dem oberen Grenzspannungswert V_thH verglichen, der in Schritt S410 in Fig. 7 erhalten ist (Schritt S510). Unter Bezug auf Fig. 2 variiert hier der Zeitkonstantenänderer 52 die Zeitkonstan te des Verzögerungsfilters 50 erster Ordnung, und der Spannungswert wird durch den Filterprozess mit der Zeitkonstanten erhalten, der in Abhängigkeit von der Änderungsrate der Spannung variiert, und zwar in einer ähnlichen Weise wie beim Prozess für die Ströme. Dieser Prozess wird für jeden der von den Teilbatterien ausgegebenen Spannungswerte ausgeführt. Wenn in Schritt S510 einer der Spannungswerte V_LPF2 von den Teilbatterien über dem oberen Grenzspannungswert V_thH liegt, geht der Ablauf zu Schritt S512 weiter.

In Schritt S512 wird der Zählerwert C, der anfänglich null ist, inkrementiert. In Schritt S514 wird bestimmt, ob der Zählerwert C ist oder nicht. Während im Flussdiagramm f₁ bestimmt wird, ob der Zählerwert C 2 ist oder nicht, wird im Flussdiagramm f₂ bestimmt, ob der Zählerwert 10 ist, also größer als 2. Der Grund hierfür ist, dass, weil die Änderungsrate des elektrischen Stromwerts I_LPF1 in Schritt S402 in Fig. 7 klein ist, die Änderungsrate der Batterie 26 in einer Einheitszeit klein ist, und es wird genau erfasst, dass die Restladung der Batterie 26 80% erreicht hat.

Wenn in Schritt S514 die Bestimmung "JA" ist, geht der Ablauf zu Schritt S516 weiter, wo die Restladung in der Batterie 26 auf 80% gesetzt wird (es wird der Rücksetzprozess durchgeführt).

Wenn in Schritt S510 alle Spannungswerte V_LPF2 der Teilbatterien unter dem oberen Grenzspannungswert V_thH liegen, geht der Ablauf zu Schritt S518 weiter, wo der Zählerwert C auf 0 gesetzt wird.

Wenn der Prozess in Schritt S516 oder S518 abgeschlossen ist, oder wenn in Schritt S514 die Bestimmung "NEIN" vorliegt, ist die Restladung gleich oder niedriger als 80%. Dann wird der integrierte Wert von dem Integrator 54 als die Restladung der Batterie 26 verwendet, die Restladung wird nicht rückgesetzt und der Ablauf kehrt zur Hauptroutine von Fig. 4 zurück.

Nun wird der Prozess des Flussdiagramms f₃ erläutert. Wenn der Prozess gestartet ist, wird der von dem Verzögerungsfilter 50 erster Ordnung ausge gebene Spannungswert V_LPF3 mit dem unteren Grenzspannungswert V_thL verglichen, der in Schritt S410 in Fig. 7 erhalten ist (Schritt S520). Dieser Prozess wird für jeden der von den Teilbatterien ausgegebenen Spannungs werte durchgeführt. Wenn in Schritt S520 einer der Spannungswerte V_LPF3 von den Teilbatterien unter dem unteren Grenzspannungswert V_thL liegt, geht der Ablauf zu Schritt S522 weiter.

In Schritt S522 wird der Zählerwert C, der anfänglich null ist, inkrementiert. In Schritt S524 wird bestimmt, ob der Zählerwert 10 ist oder nicht. Der Grund hierfür ist derselbe, wie in Bezug auf das Flussdiagramm f₂ erläutert.

Wenn in Schritt S524 die Bestimmung "JA" ist, geht der Ablauf zu Schritt S526 weiter, wo die Restladung der Batterie 26 auf 20% gesetzt wird (der Rücksetzprozess durchgeführt wird).

Wenn in Schritt S520 alle Spannungswerte V_LPF3 der Teilbatterien über dem unteren Grenzspannungswert V_thL liegen, geht der Ablauf zu Schritt S528 weiter, wo der Zählerwert C auf 0 gesetzt wird.

Wenn der Prozess in Schritt S526 oder S528 abgeschlossen ist, oder wenn in Schritt S524 die Bestimmung "NEIN" ist, ist die Restladung gleich oder mehr als 20%. Dann wird der integrierte Wert von dem Integrator 54 als die Restladung der Batterie 26 verwendet, die Restladung wird nicht rückge setzt und der Ablauf kehrt zur Hauptroutine von Fig. 4 zurück.

Hier wird nun der Prozess des Flussdiagramms f₄ erläutert. Wenn der Pro zess gestartet ist, wird der von dem Verzögerungsfilter 50 erster Ordnung ausgegebene Spannungswert V_LPF1 mit dem unteren Grenzspannungswert V_thL verglichen, der in Schritt S410 in Fig. 7 erhalten ist (Schritt S530). Die ser Prozess wird für jeden der von den Teilbatterien ausgegebenen Span nungswerte durchgeführt. Wenn in Schritt S530 einer der Spannungswerte V_LPF1 von den Teilbatterien unter dem unteren Grenzspannungswert V_thL liegt, geht der Ablauf zu Schritt S532 weiter.

In Schritt S532 wird der Zählerwert C, der anfänglich null ist, inkrementiert. In Schritt S534 wird bestimmt, ob der Zählerwert 2 ist oder nicht. Der Grund für den Vergleich des Zählerwerts mit 2 ist, dass, weil der Absolut wert in Schritt S412 hoch ist, die Änderungsrate der Batterie 26 pro Zeit einheit hoch ist.

Wenn in Schritt S534 die Bestimmung "JA" vorliegt, geht der Ablauf zu Schritt S536 weiter, wo die Restladung der Batterie 26 auf 20% gesetzt wird (der Rücksetzprozess durchgeführt wird).

Wenn in Schritt S530 alle Spannungswerte V_LPF3 der Teilbatterien über dem unteren Grenzspannungswert V_thL liegen, geht der Ablauf zu Schritt S538 weiter, wo der Zählerwert C auf 0 gesetzt wird.

Wenn der Prozess in Schritt S536 oder S538 abgeschlossen ist, oder wenn in Schritt S534 die Bestimmung "NEIN" vorliegt, ist die Restladung gleich oder mehr als 20%. Dann wird der integrierte Wert von dem Integrator 54 als die Restladung der Batterie 26 verwendet, die Restladung wird nicht rückgesetzt und der Abflauf kehrt zur Hauptroutine von Fig. 4 zurück.

Der Prozess zur Bestimmung, ob die Restladung die Ober- oder Untergrenze erreicht, wird abgeschlossen, und die Restladung wird erfasst. Die erhaltene Restladung wird von dem Batteriemonitor 32 durch die Signalleitung 32a an die Motorsteuereinrichtung 22 ausgegeben. Beim Erhalt der Restladung gibt die Motorsteuereinrichtung 22 diese durch die Signalleitung 22a an die Ma schinensteuereinrichtung 18 aus, sowie auch an die Restladungsanzeige 36. Die Restladeanzeige 36 stellt die erhaltene Restladung als numerischen Wert oder grafisch dar.

Claims

1. Vorrichtung zum Erfassen der Restladung in einer Batterie (26), um fassend:
einen Stromdetektor (30, 40) zum Erfassen einer elektrischen Stromausgabe von der Batterie (26) und eines regenerativen elektri schen Stroms zu der Batterie (26);
einen Spannungsdetektor (44) zum Erfassen einer Ausgangs spannung von der Batterie;
einen Tiefpassfilter (46, 48, 50) zum Filtern der Ergebnisse der Erfassung durch den Stromdetektor und den Spannungsdetektor;
einen Zeitkonstantenänderer (52) zum Ändern der Zeitkonstan te des Tiefpassfilters;
einen Integrator (54) zum Berechnen der Restladung der Batte rie durch Integrieren des Ergebnisses der Erfassung durch den Strom detektor;
einen Schwellenwertrechner (56) zum Berechnen eines Schwellenspannungswerts entsprechend einem spezifischen Wert der Restladung auf der Basis des von dem Filter gefilterten elektrischen Stromwerts;
einen Komparator (58) zum Vergleichen des vom Schwellen spannungsrechner berechneten Schwellenspannungswerts mit dem vom Filter gefilterten Spannungswert; und
einen Rücksetzer (60) zum Rücksetzen der Restladung auf den spezifischen Wert, wenn der gefilterte Spannungswert den Schwel lenspannungswert überschreitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitkonstantenänderer (52) die Zeitkonstante senkt, wenn die elek trische Stromstärke hoch ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Tiefpassfilter (46, 48, 50) mit unterschiedlichen Zeitkonstanten elektrische Ströme ausgibt und dass der Zeitkonstan tenänderer (52) einen der elektrischen Ströme wählt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass der Integrator (54) den erfassten Stromwert mit einer Ladeeffizienz (η), die das Verhältnis eines in die Batterie (26) fließen den elektrischen Stroms zu einer tatsächlich in der Batterie gespei cherten Ladung ist, mit dem darin fließenden elektrischen Strom mul tipliziert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der In tegrator (54) die Ladeeffizienz (η) in einem Kennfeld auf der Basis der Temperatur der Batterie und der Restladung abfragt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenspannungsrechner (56) den Schwellenspannungswert in einem Kennfeld auf der Basis der Tempe ratur der Batterie und einem elektrischen Lade- oder Entladestrom abfragt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenspannungsrechner (56) eine obe re Schwellenspannung entsprechend einer Obergrenze der Restladung als den spezifischen Wert berechnet und eine untere Schwellenspan nung entsprechend einer Untergrenze der Restladung als den spezi fischen Wert berechnet.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Komparator (58) den Vergleich des Schwel lenspannungswerts mit dem gefilterten Spannungswert wiederholt und dass der Rücksetzer (60) die Restladung auf den spezifischen Wert rücksetzt, wenn die Wiederholung eine vorbestimmte Anzahl erreicht.

9. Verfahren zum Erfassen der Restladung einer Batterie (26), umfas send die Schritte:
Erfassen einer elektrischen Stromausgabe von der Batterie (26) und eines regenerativen elektrischen Stroms zu der Batterie (26);
Erfassen einer Ausgangsspannung von der Batterie (26);
Filtern der Ergebnisse der Erfassung durch den Stromdetektor (30, 40) und den Spannungsdetektor (44) durch einen Tiefpassfilter (46, 48, 50);
Ändern einer Zeitkonstanten des Tiefpassfilters (46, 48, 50);
Berechnen der Restladung der Batterie (26) durch Integrieren des Ergebnisses von dem Stromdetektor (30, 40);
Berechnen eines Schwellenspannungswerts entsprechend ei nem spezifischen Wert der Restladung auf der Basis des von dem Filter (46, 48, 50) gefilterten elektrischen Stromwerts;
Vergleichen des berechneten Schwellenspannungswerts mit dem gefilterten Spannungswert; und
Setzen der Restladung auf den spezifischen Wert, wenn der gefilterte Spannungswert den Schwellenspannungswert überschrei tet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Schritt des Verkleinerns der Zeitkonstanten, wenn die elektrische Stromstärke hoch ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Änderns der Zeitkonstanten die Schritte aufweist:
Ausgeben elektrischer Ströme von einer Mehrzahl von Tief passfiltern (46, 48, 50) mit unterschiedlichen Zeitkonstanten; und
Wählen eines der elektrischen Ströme.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeich net, dass der Schritt des Berechnens der Restladung den Schritt um fasst, den erfassten Stromwert mit einer Ladeeffizienz (η), die das Verhältnis eines in die Batterie (26) fließenden elektrischen Stroms zu einer tatsächlich in der Batterie gespeicherten Ladung ist, mit dem darin fließenden elektrischen Strom zu multiplizieren.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Berechnens der Restladung den Schritt umfasst, die La deeffizienz (η) in einem Kennfeld auf der Basis der Temperatur der Batterie und einer Restladung abzufragen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeich net, dass der Schritt der Berechnung des Schwellenspannungswerts den Schritt umfasst, den Schwellenspannungswert in einem Kennfeld auf der Basis der Temperatur der Batterie und eines elektrischen Lade- und Entladestroms abzufragen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeich net, dass der Schritt der Berechnung des Schwellenspannungswerts den Schritt umfasst, eine obere Schwellenspannung entsprechend einer Obergrenze der Restladung als den spezifischen Wert zu berech nen und eine untere Schwellenspannung entsprechend einer Unter grenze der Restladung als den spezifischen Wert zu berechnen.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, gekennzeichnet durch die Schritte:
Wiederholen des Vergleichs des Schwellenspannungswerts mit dem gefilterten Spannungswert; und
Setzen der Restladung auf den spezifischen Wert, wenn die Wiederholung eine vorbestimmte Anzahl erreicht.