DE102005051317A1 - Verfahren zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie und ein Stromversorgungsgerät - Google Patents

Verfahren zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie und ein Stromversorgungsgerät Download PDF

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Abstract

Das Verfahren zum Kontrollieren der Leistung einer wieder aufladbaren Batterie ist ein Verfahren, das umfasst: Begrenzen der Menge der verwendbaren Leistung während des Ladens und Entladens der wieder aufladbaren Batterie, Bestimmen einer Strom-Spannungs-Kennlinie der wieder aufladbaren Batterie, basierend auf einem Lade- und Entlade-Stromfluss und einer Spannung der wieder aufladbaren Batterie, Ermitteln eines begrenzenden Entladestroms I¶max¶ und/oder eines begrenzenden Ladestroms I¶min¶ aus einer vorgeschriebenen minimalen Spannung V¶min¶, um ein Tiefentladen zu verhindern, und/oder aus einer vorgeschriebenen maximalen Spannung V¶max¶, um ein Überladen zu verhindern, und deren Kreuzungspunkt mit der Strom-Spannungs-Kennlinie und Kontrollieren des Stroms, so dass ein Entladestrom größer als oder gleich I¶max¶ und/oder ein Ladestrom kleiner als oder gleich I¶min¶ nicht durch die wieder aufladbaren Batterien fließt. Auf diese Weise kann die Menge an verwendbarer Leistung unter Berücksichtigung von Faktoren, wie beispielsweise dem Memory-Effekt, begrenzt werden und die wieder aufladbare Batterie kann bis zu ihrer maximalen Leistungsfähigkeit innerhalb des Bereichs eines sicheren Betriebs verwendet werden.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kontrollieren der Leistungsmenge einer wiederaufladbaren Batterie und ein Stromversorgungsgerät und betrifft beispielsweise ein Verfahren zum Begrenzen der elektrischen Leistungsmenge einer wiederaufladbaren Batterie, die in einem Stromversorgungsgerät zum Versorgen eines ein Fahrzeug antreibenden Motors enthalten ist, und das Stromversorgungsgerät.
  • Ein Stromversorgungsgerät kann den Ausgangsstrom durch Vergrößern der Anzahl der Stromversorgungsmodule, welche Batterien oder Batterieteile in Reihe oder parallel schalten, vergrößern. Es kann die Ausgangsspannung durch Vergrößern der Anzahl von in Reihe geschalteten Stromversorgungsmodulen vergrößern. Insbesondere kann eine Anordnung, die eine Mehrzahl von Batterien in Reihe schaltet, um die Ausgangsspannung zu vergrößern, in einem Stromversorgungsgerät eingesetzt werden, das in Einsatzgebieten verwendet wird, die eine große Ausgangsleistung benötigen, wie beispielsweise Fahrzeuge oder Automobile, Zweiräder und Werkzeuge. Beispielsweise umfasst eine Hochstrom-Hochspannungs-Stromversorgung, die in einem Stromversorgungsgerät für ein durch einen elektrischen Motor angetriebenes Fahrzeug verwendet wird, wie beispielsweise in einem Hybridfahrzeug oder einem Brennstoffzellenfahrzeug, eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Batterien, um Stromversorgungsmodule zu bilden, und diese Module sind wiederum in Reihe geschaltet, um die Ausgangsspannung zu erhöhen. Der hier verfolgte Zweck ist, die Leistung des Antriebsmotors zu erhöhen.
  • Bei diesem Typ von Stromversorgungsgeräten ist eine Begrenzung der Leistung, um Batterien bei sicheren Bedingungen zu verwenden, wichtig für eine fortdauernde Batterieverwendung mit hoher Zuverlässigkeit. Beispielsweise wird die Batterielebenszeit reduziert, falls eine Tiefentladung oder eine Überladung auftritt. Dementsprechend ist es notwendig, die Menge der verwendbaren Leistung während des Batterieladens und -entladens zu begrenzen. Die verwendbare Leistung von Batterien variiert jedoch mit der verbleibenden Batteriekapazität oder dem Ladezustand (state of charge, SOC) der Batterie. Die verbleibende Batteriekapazität oder der SOC werden üblicherweise durch Abziehen der entladenen Kapazität von dem vollgeladenen Zustand bestimmt. Die entladene Kapazität wird üblicherweise durch Integrieren des Entladestroms berechnet. Die verbleibende Batteriekapazität ist das Produkt von Strom und Zeit und kann in Einheiten von Amperestunden (Ah) oder als ein Anteil (in%) der auf 100% festgesetzten vollen Ladekapazität wiedergegeben werden. Unabhängig von den Einheiten zum Angeben der verbleibenden Batteriekapazität wird sie bestimmt durch Abziehen der entladenen Kapazität von dem vollgeladenen Zustand. Die aus dem integrierten Entladestrom bestimmte verbleibende Batteriekapazität ist jedoch nicht immer in Übereinstimmung mit der korrekten verbleibenden Batteriekapazität. Dies liegt daran, dass die Größe des Entladestroms und die Batterietemperatur Gründe für einen Fehler beim Bestimmen der verbleibenden Batteriekapazität sind. Dementsprechend ist eine genaue Bestimmung der verbleibenden Batteriekapazität schwierig und die Menge der verwendbaren Leistung kann sogar, falls der Strom und die Spannung die gleichen sind, abhängig von Faktoren, wie beispielsweise verbleibende Batteriekapazität und Batterietemperatur, unterschiedlich sein. Insbesondere ergibt sich bei Auftreten des allgemein beschriebenen "Memory-Effekts" eine tatsächliche Abnahme der Batteriekapazität und eine Bestimmung der verbleibenden Batteriekapazität wird sogar noch schwieriger. Der Memory-Effekt ist ein Phänomen, das auftritt, wenn eine Batterie, wie beispielsweise eine Nickel-Cadmium-Batterie oder eine Nickel-Wasserstoff-Batterie, Lade-Entlade-Zyklen mit einer flachen Entladung ausgesetzt wird (niedrige Entladezustände, die nicht eine volle Entladung erreichen). Wenn eine Batterie in diesem Zustand tiefentladen wird, fällt die Entladespannung vorübergehend. Da sich die verbleibende Batteriekapazität aufgrund des Memory-Effekts ändert, kann ein genauer Wert für die verbleibende Batteriekapazität nicht bestimmt werden. Falls die verbleibende Batteriekapazität nicht genau bestimmt wird, kann eine Batterieüberladung während des Ladens und des Entladens auftreten und dies kann ein Grund einer deutlichen Reduzierung der Batterielebenszeit sein. Weiterhin kann sich eine Veränderung der verbleibenden Batteriekapazität auch aus einer Selbstentladung der Batterie ergeben. Aufgrund dieser Faktoren ist eine Abschätzung der verbleibenden Batteriekapazität schwierig und das Erhalten eines genauen Wertes der verbleibenden Batteriekapazität extrem problematisch.
  • Unter Berücksichtigung von Faktoren, wie dem Memory-Effekt kann ein System konstruiert werden, bei dem die Menge der verwendbaren Leistung aus Sicherheitsgründen niedrig eingestellt wird. Dies beschränkt jedoch die tatsächlich verwendbare Leistung, führt zu einer Verwendung der Batterie mit reduzierter Leistung und gestaltet es schwierig, die inhärente Leistungsfähigkeit der Batterie voll auszuschöpfen. Falls demgegenüber die Menge der verwendbaren Batterieleistung groß eingestellt wird, kann ein Laden und Entladen mit Leistungs niveaus auftreten, welche die tatsächlich geeignete verwendbare Leistung überschreiten und ein Grund für eine verringerte Batterielebenszeit werden können (siehe Offenlegung der japanischen Patentanmeldung SHO 56-126776, 1981).
    •
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um diese Arten von Problemen des Standes der Technik zu lösen. Dementsprechend ist es eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie und ein Stromversorgungsgerät bereitzustellen, wobei es möglich ist, die verwendbare Leistungsmenge der Batterie entsprechend dem Zustand der Batterie geeignet einzustellen.
  • Um die obige Aufgabe zu lösen, ist der erste Aspekt des Verfahrens zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie der vorliegenden Erfindung, das ein auch die während des Ladens und Entladens verwendete Menge an Leistung begrenzendes Verfahren ist, eine Kennlinie zu bestimmen, die Strom und Spannung auf Grundlage des Stromflusses und der Spannung der wiederaufladbaren Batterie während des Ladens und des Entladens in Beziehung setzt. Es werden eine vorgeschriebene minimale Spannung Vmin zum Verhindern einer Tiefentladung und/oder eine vorgeschriebene maximale Spannung Vmax zum Verhindern einer Überladung bestimmt, und es werden ein begrenzender Entladestrom Imax und/oder ein begrenzender Ladestrom Imin aus Kreuzungspunkten mit der Strom-Spannungs-Kennlinie der wiederaufladbaren Batterie ermittelt. Der Stromfluss durch die wiederaufladbare Batterie wird kontrolliert (gesteuert/geregelt), so dass ein Entladestrom größer als oder gleich Imax und/oder ein Ladestrom niedriger als oder gleich Imin nicht fließt. Auf diese Weise kann die Menge der verwendbaren Leistung unter Berücksichtigung von Faktoren, wie beispielsweise dem Memory-Effekt, begrenzt werden und die wiederaufladbare Batterie kann bis zu ihrer maximalen Kapazität innerhalb des Bereichs eines sicheren Betriebs verwendet werden.
  • Der zweite Aspekt des Verfahrens zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie der vorliegenden Erfindung, das ein auch die Menge der während einer Ladung und einer Entladung verwendeten Leistung begrenzendes Verfahren ist, ist, den Stromfluss IL und die Spannung VL während des Ladens und des Entladens zu messen und basierend darauf die Leerlaufspannung der wiederaufladbaren Batterie VOC und den Innenwiderstand R0 der wiederaufladbaren Batterie zu berechnen. Aus der durch VL = VOCV – R0IL (5)beschriebenen Geraden und aus einer zuvor beschriebenen minimalen Spannung Vmin, um ein Tiefentladen zu verhindern, und/oder einer zuvor festgelegten maximalen Spannung Vmax, um ein Überladen zu vermeiden, werden ein begrenzender Entladestrom Imax und/oder ein begrenzender Ladestrom Imin aus Kreuzungspunkten der Geraden ermittelt, und ein Stromfluss durch die wiederaufladbare Batterie wird kontrolliert, so dass ein Entladestrom größer oder gleich Imax und/oder ein Ladestrom niedriger oder gleich Imin nicht fließt. Auf diese Weise kann die verwendbare Leistungsmenge unter Berücksichtigung von Faktoren, wie z.B. dem Memory-Effekt, begrenzt werden und die wiederaufladbare Batterie kann bis zu ihrer maximalen Kapazität innerhalb des Bereichs eines sicheren Betriebs verwendet werden.
  • Der dritte Aspekt des Verfahrens zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie der vorliegenden Erfindung ist, periodisch die Entladespannung V1 und den Entladestrom I1 während einer Entladung der wiederaufladbaren Batterie zu messen und aus der aus der Gleichung (5) abgeleiteten Beziehung VOCV = VL + R0IL (6)den Wert von VOCV zu aktualisieren. Aus der Gleichung (5), welche die aktualisierte VOCV wiedergibt, und aus einer vorgeschriebenen minimalen Spannung Vmin. um Tiefentladung zu verhindern, wird ein begrenzender Entladestrom Imax aus dem Kreuzungspunkt dieser Geraden mit Vmin ermittelt, und der Stromfluss durch die wiederaufladbare Batterie wird kontrolliert, so dass ein Entladestrom größer oder gleich Imax nicht fließt. Auf diese Weise kann, da zu jedem Zeitpunkt während der Entladung der wiederaufladbaren Batterie eine obere Grenze für einen gegebenenfalls ansteigenden Entladestrom bekannt ist, der Wert des Entladestroms innerhalb eines Bereichs begrenzt werden, der eine Verwendung der wiederaufladbaren Batterie mit Sicherheit und bis zu dem maximal möglichen Ausmaß ermöglicht. Insbesondere kann die wiederaufladbare Batterie sogar dann sicher verwendet werden, wenn als ein Resultat von Entladebedingungen der Betrieb abseits der oben beschriebenen Geraden liegt.
  • Der vierte Aspekt des Verfahrens zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie der vorliegenden Erfindung ist, periodisch die Ladespannung V2 und den Entladestrom I1 während des Ladens zu messen und den Wert der VOCV mit der Gleichung (6) zu aktualisieren. Aus der die aktualisierte VOCV wiedergebenden Gleichung (5) und aus einer vorgeschriebenen maximalen Spannung Vmax, um ein Überladen zu verhindern, wird ein begrenzender Ladestrom Imin aus dem Kreuzungspunkt der Geraden mit Vmax ermittelt und der Stromfluss durch die wiederaufladbare Batterie wird kontrolliert, so dass ein Ladestrom größer als oder gleich dem Wert von Imin nicht fließt. Hier ist der Ladestrom gegenüber dem Entladestrom umgekehrt gepolt und in dieser Anmeldung wird ein Entladestrom als positiv und ein Ladestrom als negativ angenommen. Dementsprechend ist Imin ein großer negativer Wert. Auf diese Weise kann, da eine obere Grenze für einen gegebenenfalls steigenden Ladestrom zu jedem Zeitpunkt während des Ladens der wiederaufladbaren Batterie bekannt ist, der Wert beim Laden innerhalb des Bereichs begrenzt werden, der eine Verwendung der wiederaufladbaren Batterie mit Sicherheit und bis zu dem maximal möglichen Ausmaß ermöglicht. Im Einzelnen kann die wiederaufladbare Batterie sogar sicher verwendet werden, wenn als ein Ergebnis von Ladebedingungen der Betrieb neben der oben beschriebenen Geraden liegt.
  • Der fünfte Aspekt des Verfahrens zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie der vorliegenden Erfindung ist, eine maximal mögliche Entladeleistung Plimd für jeden beliebigen gegebenen Zeitpunkt aus der Leerlaufspannung VOCV und dem Innenwiderstand R0, die während des Entladens berechnet wurden, und aus der Gleichung Plimd = Vmin·(VOCV – Vmin)/R0 (7)zu berechnen. Auf diese Weise kann, da eine obere Grenze für eine abgebbare Leistung zu jedem Zeitpunkt während des Entladens der wiederaufladbaren Batterie bekannt ist, die Menge der Entladeleistung innerhalb eines Bereichs begrenzt werden, der eine Entladung der wiederaufladbaren Batterie mit Sicherheit und bis zu dem maximal möglichen Ausmaß ermöglicht.
  • Der sechste Aspekt des Verfahrens zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie der vorliegenden Erfindung ist, aus der Leerlaufspannung, dem während des Ladens berechneten Innenwiderstand R0 und aus der Gleichung Plimc = Vmax·(Vmax – VOCV)/R0 (8)eine maximal mögliche Ladeleistung Plimc für jeden beliebigen Zeitpunkt zu berechnen. Auf diese Weise kann, da zu jedem Zeitpunkt während des Ladens eine obere Grenze der Menge der Leistung, mit der die wiederaufladbare Batterie geladen werden kann, bekannt ist, die Menge der Ladeleistung innerhalb eines Bereichs begrenzt werden, der eine Ladung der wiederaufladbaren Batterie mit Sicherheit und bis zu dem maximal möglichen Ausmaß ermöglicht.
  • Der siebte Aspekt des Verfahrens zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie der vorliegenden Erfindung ist, die Batterien zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten, bei denen die wiederaufladbare Batterien nicht ein angeschlossenes Gerät antreiben, wiederholt mit Impulsen zu entladen, um einen Entladestrom und eine Entladespannung zu erfassen, und um den Wert der Leerlaufspannung VOCV und den Innenwiderstand R0 der wiederaufladbaren Batterie auf Grundlage des Entladestroms IL und der Entladespannung VL zu berechnen.
  • Schließlich ist der achte Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Stromversorgungsgerät bereitzustellen, das umfasst: eine Batterieeinheit 20 mit einer Mehrzahl von wiederaufladbaren Batterien, einen Spannungserfassungsteil 12, um die Spannung der in der Batterieeinheit 20 aufgenommenen wiederaufladbaren Batterien zu erfassen, einen Temperaturerfassungsteil 14, um die Temperatur der in der Batterieeinheit 20 aufgenommenen wiederaufladbaren Batterien zu erfassen, einen Stromerfassungsteil 16, um den Stromfluss durch die in der Batterieeinheit 20 aufgenommenen wiederaufladbaren Batterien zu erfassen, einen Kontrollberechnungsteil 18, um von dem Spannungserfassungsteil 12, dem Temperaturerfassungsteil 14 und dem Stromerfassungsteil 16 eingespeiste Signale zu verarbeiten und um maximale begrenzende Stromwerte der wiederaufladbaren Batterie zu bestimmen, und einen Kommunikationsteil 19, um die verbleibende Kapazität und die durch den Kontrollberechnungsteil 18 berechneten maximalen begrenzenden Stromwerte zu der angeschlossenen Ausrüstung zu senden. Der Kontrollberechnungsteil 18 bestimmt eine Kennlinie, welche Strom und Spannung basierend auf zumindest dem Stromfluss oder der Spannung während des Ladens und Entladens der wiederaufladbaren Batterie in Beziehung setzt und bestimmt einen begrenzenden Entladestrom Imax und/oder einen begrenzenden Ladestrom Imin aus Kreuzungspunkten einer vorgeschriebenen minimalen Spannung Vmin, um ein Tiefentladung zu verhindern, und/oder einer vorgeschriebenen maximalen Spannung Vmax, um ein Überladen zu verhindern, mit der Strom-Spannungs-Kennlinie. Der Kontrollberechnungsteil 18 kontrolliert den Stromfluss durch die wiederaufladbare Batterie, so dass ein Entladestrom größer als oder gleich Imax oder ein Entladestrom kleiner als oder gleich Imin nicht fließt. Auf diese Weise kann die Menge der verwendbaren Leistung unter Berücksichtigung von Faktoren, wie beispielsweise dem Memory-Effekt, begrenzt werden und die wiederaufladbare Batterie kann bis zu ihrer maximalen Leistungsfähigkeit innerhalb des Bereichs eines sicheren Betriebs verwendet werden.
  • Das Kontrollverfahren für die Leistung der wiederaufladbaren Batterie und das Stromversorgungsgerät der vorliegenden Erfindung können die Menge der maximal verwendbaren Leistung ohne Abhängigkeit von der verbleibenden Kapazität der wiederaufladbaren Batterie berechnen. Insbesondere kann eine Leistungskontrolle, basierend auf der verbleibenden Endkapazität die Genauigkeit verlieren, wenn die Abschätzung der verbleibenden Kapazität fehlerhaft ist. Die vorliegende Erfindung kann jedoch eine stabile Leistungskontrolle unabhängig von der Zuverlässigkeit der Abschätzung der verbleibenden Kapazität durchführen und das Stromversorgungsgerät kann effektiv mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit verwendet werden.
    •
  • Die obigen und weitere Ziele und Merkmale der Erfindung werden klarer aus der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnung hervorgehen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines Stromversorgungsgeräts zeigt, das einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht.
  • 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Beziehung zwischen der Batteriespannung VL und dem Batteriestrom IL und dem Innenwiderstand R0 der Batterie und der Leerlaufspannung VOCV zeigt.
  • 3 ist ein Diagramm das eine Strom-Spannungs-Kennlinie der Batterie während des Ladens und des Entladens zeigt.
  • 4 zeigt Diagramme für ein Verfahren zum Berechnen einer Begrenzung des Stromes während der Entladung; (a) zeigt ein Verfahren zum Bestimmen des maximalen begrenzenden Entladestroms Imax, wenn eine Entladung nicht stattfindet; und (b) zeigt ein Verfahren zum Bestimmen eines maximalen begrenzenden Entladestroms Imax1 während des Entladens.
  • 5 ist ein Diagramm, das den Fall zeigt, bei dem der Innenwiderstand und die Leerlaufspannung während des Entladens aktualisiert werden.
  • 6 zeigt Diagramme für ein Verfahren zum Berechnen eines begrenzenden Stromes während des Ladens; (a) zeigt ein Verfahren zum Bestimmen des begrenzenden Ladestroms Imin1 mit einer maximalen Größe, wenn ein Laden nicht stattfindet; und (b) zeigt ein Verfahren zum Bestimmen des begrenzenden Ladestroms Imin1 mit einer maximalen Größe während des Ladens.
  • 7 ist ein Diagramm, das den Fall zeigt, bei dem der Innenwiderstand und die Leerlaufspannung während des Ladens aktualisiert werden.
  • Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Das Folgende beschreibt Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf Grundlage der Zeichnungen. Die unten angegebenen Ausführungsformen sind jedoch für den Zweck vorgesehen, konkret die technischen Konzepte der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren, und das Kontrollverfahren für die Leistung der wiederaufladbaren Batterie und das Stromversorgungsgerät dieser Erfindung sind nicht auf die unten angegebene Beschreibung begrenzt. Weiterhin sind die in den Ansprüchen genannten Komponenten in keiner Weise durch Komponenten der Ausführungsformen spezifiziert. In den Zeichnungen gezeigte Komponenten weisen dort eine Größe oder eine räumliche Beziehung auf, die für den Zweck, die Darstellung klar zu gestalten, übertrieben sind. In der unten angegebenen Beschreibung können Komponenten, welche dieselben sind oder welche aus demselben Material bestehen, durch dieselbe Bezeichnung oder dieselbe Kennzeichnung gekennzeichnet sein und ihre genaue Beschreibung kann geeignet abgekürzt sein. Zusätzlich können bei den die vorliegende Erfindung bildenden Elementen eine Mehrzahl von dieselben Komponenten umfassenden Elemente durch eine für eine Mehrzahl von Elementen verwendete Komponente dargestellt sein, und umgekehrt kann die Funktion einer Komponente auch durch eine Mehrzahl von Komponenten implementiert sein.
  • Die 1 zeigt ein Blockdiagramm, das die Struktur einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Stromversorgungsgeräts zeigt. Das Stromversorgungsgerät 100 dieser Figur ist mit einer wiederaufladbare Batterien 22 enthaltenden Batterieeinheit 20 und einem Erfassungssystem 10 für eine verbleibende Kapazität ausgerüstet. Das Erfassungssystem 10 für eine verbleibende Kapazität ist ausgerüstet mit einem Spannungserfassungsteil 12, um die Batteriespannung zu erfassen, einem Temperaturerfassungsteil 14, um die Batterietemperatur zu erfassen, einem Stromerfassungsteil 16, um den Stromfluss der Batterie zu erfassen, einem Kontrollberechnungsteil 18, das von dem Spannungserfassungsteil 12, dem Temperaturerfassungsteil 14 und dem Stromerfassungsteil 16 eingespeiste Signale verarbeitet und die verbleibende Batteriekapazität und maximale begrenzende Stromwerte der Batterieeinheit 20 aus einer verbleibenden Kapazität und der Batterietemperatur bestimmet, und einem Kommunikationsteil 19, um die berechnete verbleibende Kapazität und die maximalen begrenzenden Stromwerte an das angeschlossene Gerät zu senden. Der Kommunikationsteil 19 ist mit Kommunikationsterminals 30 des angeschlossenen Gerätes verbunden. Der Kommunikationsteil 19 ist mit dem angeschlossenen Gerät über die Kommunikationsterminals 30 des angeschlossenen Gerätes verbunden und sendet Signale an das angeschlossene Gerät, welche die verbleibende Kapazität und die maximalen begrenzenden Stromwerte wiedergeben. In diesem Beispiel wird ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Kraftfahrzeug oder ein Automobil, als das angeschlossene Gerät verwendet und das Stromversorgungsgerät 100 ist bordseitig des Autos installiert, um einen das Auto antreibenden elektrischen Motor M zu versorgen. Der Kommunikationsteil 19 ist mit einem in dem Auto vorgesehenen Autokontrollteil verbunden und kommuniziert mit ihm. Das Autostromversorgungsgerät wird weiter unten beschrieben.
  • Die in der Batterieeinheit 20 aufgenommenen wiederaufladbaren Batterien 22 sind Nickel-Wasserstoff-Batterien. Die Batterien können jedoch auch Nickel-Cadmium-Batterien oder wiederaufladbare Batterien mit Lithiumionen sein. Die Batterien können eine einzelne Batterie oder eine Mehrzahl von in Reihe, parallel oder in einer Kombination aus in Reihe oder parallel verschalteten Batterien sein.
  • Der Spannungserfassungsteil 12 erfasst die Spannung der in der Batterieeinheit 20 aufgenommenen wiederaufladbaren Batterien 22. Da die Batterieeinheit 20 der 1 eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten wiederaufladbaren Batterien 22 aufweist, erfasst der Spannungserfassungsteil 12 die gesamte Spannung der gesamten in Reihe geschalteten Batterien. Der Spannungserfassungsteil 12 gibt die erfasste Spannung als ein analoges Signal an den Kontrollberechnungsteil 18 aus oder das analoge Signal wird über einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) in ein digitales Signal umgewandelt und an den Kontrollberechnungsteil 18 ausgegeben. Der Spannungserfassungsteil 12 erfasst die Batteriespannung mit einer festgelegten Abtastrate oder kontinuierlich und gibt die erfasste Spannung an den Kontrollberechnungsteil 18 aus.
  • Der Temperaturerfassungsteil 14 ist mit einem Temperatursensor 17 ausgerüstet, um die Temperatur der in der Batterieeinheit 20 aufgenommenen Batterien zu erfassen. Der Temperatursensor 17 berührt eine Batterieoberfläche, berührt ei ne Batterie über ein wärmeleitendes Material oder ist in großer Nähe zu einer Batterieoberfläche mit einer thermischen Verbindung angeordnet, um die Batterietemperatur zu erfassen. Der Temperatursensor 17 ist ein Thermistor. Es kann jedoch jede beliebige Vorrichtung für den Temperatursensor 17 verwendet werden, die eine Temperatur in einen elektrischen Widerstand umwandeln kann, wie beispielsweise ein PTC-Widerstand oder ein Varistor. Weiterhin kann auch eine Vorrichtung, welche die Temperatur ohne Berührung mit der Batterie erfassen kann, wie beispielsweise eine die von der Batterie emittierte infrarote Strahlung erfassende Vorrichtung, als der Temperatursensor 17 verwendet werden. Der Temperaturerfassungsteil 14 gibt auch die erfasste Batterietemperatur als ein analoges Signal an den Kontrollberechnungsteil 18 aus oder das analoge Signal wird in ein digitales Signal durch einen A/D-Wandler gewandelt und an den Kontrollberechnungsteil 18 ausgegeben. Der Temperaturerfassungsteil 14 erfasst die Batterietemperatur mit einer festgelegten Abtastrate oder kontinuierlich und gibt die erfasste Batterietemperatur an den Kontrollberechnungsteil 18 aus.
  • Der Stromerfassungsteil 16 weist ein in Reihe mit den Batterien geschaltetes Widerstandselement auf und erfasst die zwischen beiden Anschlüssen des Widerstandselements abfallende Spannung, um den Entladestromfluss durch die Batterien zu erfassen. Das Widerstandselement ist ein Widerstand mit einem geringen Wert. Es können jedoch auch Halbleiter, wie beispielsweise ein bipolarer Transistor oder ein Feldeffekttransistor (FET) als das Widerstandselement verwendet werden. Da die Richtungen des Stromflusses für den Batterieladestrom und den Entladestrom entgegengesetzt sind, ist die Polarität der an dem Widerstandselement abfallenden Spannung für Laden und Entladen entgegengesetzt. Dementsprechend kann die Polarität der Spannung an dem Widerstandselement wieder geben, ob der Strom ein Ladestrom oder ein Entladestrom ist, und die Größe der Spannung an dem Widerstandselement gibt die Größe des Stroms wieder. Dies ist so, da der Strom proportional zu der an dem Widerstandselement abfallenden Spannung ist. Dieser Typ von Stromerfassungsteil 16 kann den Entladestrom exakt erfassen. Der Stromerfassungsteil 16 kann jedoch auch eine Konstruktion sein, die Strom durch Erfassen eines magnetischen Flusses um den Stromfluss in einer Drahtleitung erfasst. Der Stromerfassungsteil 16 gibt auch den erfassten Entladestrom als ein analoges Signal an den Kontrollberechnungsteil 18 aus oder das analoge Signal wird durch einen A/D-Wandler in ein digitales Signal umgewandelt und an den Kontrollberechnungsteil 18 ausgegeben. Der Stromerfassungsteil 16 erfasst den Entladestrom mit einer festgelegten Abtastrate oder kontinuierlich und gibt den erfassten Entladestrom an den Kontrollberechnungsteil 18 aus.
  • Eine Vorrichtung, welche digitale Signale aus dem Spannungserfassungsteil 12, dem Temperaturerfassungsteil 14 und dem Stromerfassungsteil 16 an den Kontrollberechnungsteil 18 mit einer festgelegten Abtastrate ausgibt, kann die Taktung des digitalen Signals von jedem Erfassungsteil verschieben, um die digitalen Signale sequentiell an den Kontrollberechnungsteil 18 auszugeben.
  • Der Kontrollberechnungsteil 18 integriert den Entladestrom der Batterie, um die Entladekapazität zu bestimmen, und berechnet die verbleibende Batteriekapazität durch Subtrahieren dieser Entladekapazität. Falls beispielsweise eine Batterie mit einer vollen Ladekapazität von 1000 mAh um 500 mAh entladen wird, ist die verbleibende Kapazität 50%. Dementsprechend nimmt die verbleibende Kapazität kontinuierlich ab, wenn eine vollgeladene Batterie entladen wird. Zusätzlich begrenzt der Kontrollberechnungsteil 18 die Leistung durch Begrenzen der verwendbaren Mengen an Strom und Spannung, wie im Folgenden beschrieben wird. Informationen, wie beispielsweise vorgeschriebene Werte und andere zum Begrenzen der Leistung notwendige Daten, sind in einem mit dem Kontrollberechnungsteil 18 verbundenen Speicher 11 gespeichert. Ein nicht-flüchtiger Speicher, wie beispielsweise ein E2PROM (electrically erasable programmable memory – elektrisch löschbarer programmierbarer Speicher) oder ein flüchtiger Speicher, wie beispielsweise ein RAM (random access memory – Schreib-Lese-Speicher) können als der Speicher 11 verwendet werden.
  • (Verfahren zur Leistungskontrolle der wiederaufladbaren Batterie zu anderen Zeiten als während des Ladens und Entladens)
  • Das Versorgen eines Autos durch ein Stromversorgungsgerät benötigt üblicherweise eine exakte Erfassung der verbleibenden Batteriekapazität. Allgemein wird die verbleibende Batteriekapazität durch Erfassen des Ladestroms und des Entladestroms und Integrieren dieser erfassten Ströme berechnet. Dieser Typ von Verfahren subtrahiert die Entladekapazität von der Ladekapazität, um die verbleibende Kapazität zu berechnen. Die Ladekapazität wird durch Integrieren des Ladestroms berechnet. Die Entladekapazität wird durch Integrieren des Entladestroms berechnet. Ein Verfahren, das die verbleibende Kapazität aus der Ladekapazität und der Entladekapazität berechnet, kann die verbleibende Kapazität berechnen, wenn die wiederaufladbaren Batterien 22 Batterien mit Lithiumionen, Nickelwasserstoff-Batterien oder Nickelcadmium-Batterien sind. Es kann sich jedoch ein Fehler bei der verbleibenden Kapazität in Abhängigkeit von dem Entladestrom und der Batterietemperatur ergeben. Das Stromversorgungsgerät überwacht Zustände der wiederaufladbaren Batterie und gibt für jeden gegebenen Zeit punkt die Menge der verwendbaren Leistung als einen maximalen Stromwert und einen maximalen Spannungswert an. Der maximale Stromwert und der maximale Spannungswert werden üblicherweise auf Grundlage der verbleibenden Kapazität bestimmt. Falls jedoch ein Fehler beim Bestimmen der verbleibenden Kapazität auftritt, wird die Berechnung des maximalen Stromwerts und des maximalen Spannungswerts ebenfalls ungenau und in Abhängigkeit von dem Batteriezustand kann ein Laden und Entladen stattfinden, wobei der maximale Stromwert und der maximale Spannungswert überschritten werden. Es besteht dann die Gefahr, dass Effekte, wie beispielsweise ein Ansteigen der Batterietemperatur und des inneren Druckes und ein Abnehmen der Batterielebenszeit zu einem Verlust von Stabilität und Zuverlässigkeit führen können. Daher wird die Leistung nicht auf Grundlage der verbleibenden wiederaufladbaren Batteriekapazität bei der vorliegenden Ausführungsform begrenzt, sondern es wird vielmehr ein Verfahren eingeführt, das die Leerlaufspannung und den Innenwiderstand der wiederaufladbaren Batterie aus den aktuell gemessenen Werten der Batteriespannung und des Stroms ermittelt und basierend darauf maximale Stromwerte angibt. In der folgenden Beschreibung ist ein Verfahren beschrieben, das die Batterieladung und Entladung entsprechend der Spannung begrenzt.
  • Falls die in der Batterieeinheit 20 enthaltenen wiederaufladbaren Batterien durch den in der 2 gezeigten Schaltkreis verschaltet sind, können der Batteriestrom IL und die Batteriespannung VL in Abhängigkeit von der Leerlaufspannung VOCV und dem Innenwiderstand R0 der wiederaufladbaren Batterie gemäß der folgenden Gleichung ausgedrückt werden: VL = VOCV – R0IL (9)
  • Falls die Strom-Spannungs-Kennlinie aus der obigen Gleichung graphisch dargestellt wird, kann sie durch einen Graphen des in der 3 gezeigten Typs wiedergegeben werden. Dieser Graph zeigt die Änderung der Batteriespannung und des Batteriestromes während des Ladens und Entladens. Die rechte Seite des Graphen zeigt das Entladen und die linke Seite zeigt das Laden. Der Batteriestrom IL und die Batteriespannung VL können gemessen werden. Falls eine Mehrzahl dieser Messungen während des Ladens und Entladens mit dem Spannungserfassungsteil 12 und dem Stromerfassungsteil 16 des Schaltkreises der 1 durchgeführt werden, können die Leerlaufspannungen VOCV und der Innenwiderstand R0 der wiederaufladbaren Batterie aus simultanen Gleichungen gewonnen werden. Die Leerlaufspannung VOCV entspricht der Leerlaufspannung der Batterie ohne Last. Der in der 3 gezeigte Typ einer linearen Beziehung kann durch verschiedene Techniken gewonnen werden. Beispielsweise wird, falls viele Messungen des Batteriestroms IL und der Batteriespannung VL aufgenommen werden, eine Verteilung der Messwerte vorhanden sein und es wird nicht eine Gerade gebildet. In diesem Fall können Verfahren, wie beispielsweise das Verfahren der kleinsten Quadrate, verwendet werden, um eine lineare Näherung zu erhalten. Der Innenwiderstand R0 kann auch an einem Messpunkt aus ΔI (Differenzial des Stroms) und ΔV (Differenzial der Spannung) durch Berechnen des Innenwiderstandes R0 aus ΔV/ΔI ermittelt werden.
  • Als ein Verfahren zum Ermitteln der Leerlaufspannung VOCV und des Innenwiderstandes R0 wird eine Impulsentladung mehrmals wiederholt, wenn das Auto nicht gefahren wird. Der Entladestrom und die Entladespannung werden erfasst und die Leerlaufspannung VOCV und der Innenwiderstand R0 werden auf Grundlage des Entladestroms IL und der Entladespannung VL berechnet. Wenn das Auto gefahren wird, ist das Entladen und das Laden von den Fahrzuständen abhängig und es ist schwierig, günstige Bedingungen zum Berechnen der Leerlaufspannung VOCV und des Innenwiderstandes R0 zu erhalten. (Günstige Be dingungen erlauben eine Mehrzahl von Berechnungen des Innenwiderstandes R0 während sich die Stromwerte während des Entladens ändern.) Bei diesem Verfahren können, da das Auto nicht gefahren wird und die Impulsentladung mehrmals wiederholt wird, stabile Werte der Leerlaufspannung VOCV und des Innenwiderstandes R0 erhalten werden. Ein anderes Verfahren, um die Leerlaufspannung VOCV und den Innenwiderstand R0 zu ermitteln, ist, eine Tabelle mit dem Innenwiderstand R0 als eine Funktion der Temperatur zuvor abzuspeichern und einen Wert aus der Tabelle als einen Anfangswert zu verwenden. Dann werden die Leerlaufspannung VOCV und der Innenwiderstand R0 wiederholt berechnet und aktualisiert. Beispielsweise wird jeder Wert entsprechend einer vorgeschriebenen Taktung aktualisiert, beispielsweise wird der Wert der Leerlaufspannung VOCV alle 0,1 s aktualisiert, und der Wert des Innenwiderstandes R0 wird jedes Mal aktualisiert, wenn eine Entladung auftritt.
  • Hier wird eine minimale Spannung Vmin, um Tiefentladung zu verhindern, und eine maximale Spannung Vmax, um Überladung zu verhindern, vorgegeben. Die minimale Spannung Vmin und die maximale Spannung Vmax sind optimale Werte, die entsprechend von Faktoren, wie beispielsweise dem Typ und den Kennwerten der verwendeten wiederaufladbaren Batterien, bestimmt werden. Dann werden ein begrenzender Entladestrom Imax und ein begrenzender Ladestrom Imin aus den Kreuzungspunkten der minimalen Spannung Vmin und der maximalen Spannung Vmax mit der Geraden der 3 ermittelt. Auf Grundlage dieser Werte begrenzt der Kontrollberechnungsteil 18 das Laden und das Entladen, so dass ein Entladestrom größer als oder gleich Imax und/oder ein Ladestrom niedriger oder gleich Imin (das heißt, ein Ladestrom größer als oder gleich dem Wert von Imin) nicht durch die wiederaufladbaren Batterien fließt. Der begrenzende Entladestrom Imax und der begrenzende Ladestrom Imin, die aus der 3 gewonnen wurden, können aus den folgenden Gleichungen berechnet werden: Imax = (VOCV – Vmin)/R0 Imin = (Vmax – VOCV)/R0
  • Der Grund, warum der begrenzende Entladestrom Imax und der begrenzende Ladestrom Imin aus der 3 und den obigen Gleichungen ermittelt werden kann, ist der folgende. Bei Betrachten des zulässigen Bereichs eines gemessenen Stroms nach einer vorgeschriebenen Zeit oder zu der nächsten Periode nach einer Zeitspanne mit der Spannung VOCV und ohne Ladung oder Entladung soll der zulässige Bereich der Spannung nicht die minimale Spannung Vmin oder die maximale Spannung Vmax überschreiten. Genauer sind lediglich maximale Spannungsdifferenzen von VOCV – Vmin und Vmax – VOCV zugelassen. Ein maximaler Strom entsprechend dieser maximalen Spannungsdifferenzen fließt, wenn die Last kurzgeschlossen wird. Da der Widerstand in dem kurzgeschlossenen Zustand lediglich der innere Batteriewiderstand R0 ist, können die Werte des maximalen begrenzenden Entladestroms Imax und der begrenzende Ladestrom Imin, wie oben beschrieben, aus den folgenden Gleichungen ermittelt werden. Imax = (VOCV – Vmin)/R0 Imin = (Vmax – VOCV)/R0
  • (Kontrollverfahren für die Leistung der wiederaufladbaren Batterie während des Ladens und Entladens)
  • Die obige Beschreibung stellt ein Verfahren zum Berechnen von maximal zulässigen Entlade- und Ladestromwerten dar, wenn kein Entladen oder Laden stattfindet. Genauer ist das oben beschriebene Verfahren zum Auffinden des maximalen Entladestromwertes aus dem Punkt, bei dem der Entladestrom 0A ist und zum Auffinden der maximalen Ladestromgröße an dem Punkt, bei dem der Ladestrom 0A ist, anwendbar. Das oben beschriebene Verfahren ist jedoch nicht geeignet, die maximal zulässigen Entlade- und Ladeströme in der Mitte des Entladens oder Ladens zu berechnen. Insbesondere können die Werte der Leerlaufspannung VOCV und des Innenwiderstandes R0 sich während des Entladens und Ladens ändern und der Batteriestrom und die Spannung können bei Punkten liegen, die nicht auf der linearen Strom-Spannungs-Kennlinie der 3 liegen. Verfahren, welche die maximalen Werte des Entlade- und Ladestroms während des Entladens und des Ladens berechnen, werden im Folgenden aufeinander folgend beschrieben.
  • (Kontrollverfahren für die Leistung der wiederaufladbaren Batterie während des Entladens)
  • Die 4 zeigt ein Verfahren zum Berechnen des begrenzenden Entladestroms während des Entladens. Ähnlich wie die 3 zeigt die 4(a) ein Verfahren zum Bestimmen des maximalen Begrenzenden Entladestroms Imax bei einem Punkt, bei dem kein Entladen stattfindet, wobei das der Punkt ist, bei dem der Entladestrom 0A ist. Die 4(b) zeigt ein Verfahren zum Bestimmen des maximalen Begrenzenden Entladestroms Imax1 während des Entladens. Aus der 4(a) wird, wie zuvor beschrieben, eine Gerade bestimmt, welche die Strom-Spannungs-Kennlinie beschreibt, und der maximale begrenzende Entladestrom Imax wird aus dem Kreuzungspunkt der minimalen Entladespannung Vmin mit der Geraden erhalten. In dem Beispiel der 4 wird die Batteriespannung V1 während des Entladens durch den Spannungserfassungsteil 12 bei dem Strom I1 erfasst. Wie in der 4(b) gezeigt, liegt der Punkt (I1, V1) auf der durch die Gleichung (9) beschriebenen Geraden und der Stromwert I1 kann aus dem Wert von V1 auf der Geraden ermittelt werden. Ausgehend von diesem Punkt kann der zulässige Bereich des Entladestroms, der nach einer vorgeschriebenen Zeit oder zu der nächsten Periode nach diesem Punkt gemessen wird, wie folgt bestimmt werden. An diesem Punkt sollte der zulässige Bereich der Spannung nicht die minimale Spannung Vmin unterschreiten. Aus der 4(b) ist lediglich die maximal zulässige Spannungsdifferenz von V1 – Vmin zulässig und der maximale begrenzende Entladestrom Imax1 wird zu (Imax – I1). Als Gleichung ausgedrückt, ist der Wert des Stroms, der die maximale Spannungsdifferenz V1 – Vmin zulässt, dieser Wert geteilt durch den Innenwiderstand R0 oder Imax1 = (V1 – Vmin)/R0
  • Daher kann an diesem Punkt der maximale begrenzende Entladestrom Imax1 aus (Imax – I1) berechnet werden. In dem Beispiel der 4(b) wird der Entladestrom bei einem Wert kleiner als (Imax – I1) gehalten und die wiederaufladbaren Batterien können durch Kontrollieren des Entladestroms mit diesem Wert als obere Grenze geschützt werden.
  • Als Nächstes wird der Fall beschrieben, bei dem der Innenwiderstand und die Leerlaufspannung während des Ladens aktualisiert werden. In 5 wird während des Entladens der Strom I1 durch den Stromerfassungsteil 16 erfasst und die Batteriespannung V1 wird durch den Spannungserfassungsteil 12 erfasst. Wie in der 5 gezeigt, liegt der Punkt (I1, V1) nicht auf der durch die Gleichung (9) beschriebenen Geraden und falls der Innenwiderstand an diesem Punkt R01 ist, kann aus der Gleichung (9) wie folgt eine neue Leerlaufspannung VOCV1 berechnet werden. VOCV1 = V1 + R01I1 (10)
  • In Bezug auf die 5 ausgedrückt, ist dies der Kreuzungspunkt A der sich durch den Punkt (I1, V1) mit einer Steigung von R01 erstreckenden Geraden mit der vertikalen Achse V. Ein aktualisierter begrenzender Entladestrom Imax cal kann durch Substituieren des neuen Wertes VOCV1 in die folgende Gleichung gewonnen werden. Imax cal = (VOCV1 – Vmin)/R01
  • In Bezug auf die 5 ist dies der Kreuzungspunkt B der sich durch den Punkt (I1, V1) erstreckenden Geraden mit der horizontalen Linie V gleich Vmin. Auf diese Weise wird die durch die Gleichung (9) beschreibbare Gerade aktualisiert. Auf die gleiche zuvor beschriebene Weise können aktualisierte Werte des maximalen begrenzenden Entladestroms Imax1 während des Entladens und des maximalen begrenzenden Entladestroms Imax ohne Entladen oder Laden gewonnen werden.
  • (Kontrollverfahren für die Leistung einer wiederaufladbaren Batterie während des Ladens)
  • Die 6 zeigt ein Verfahren zum Berechnen des begrenzenden Ladestroms während des Ladens. Ähnlich wie die 3 zeigt die 6(a) ein Verfahren zum Bestimmen eines maximalen Werts des begrenzenden Ladestroms Imin zu einem Zeitpunkt, bei dem kein Laden stattfindet, das heißt, bei einem Zeitpunkt, bei dem der Ladestrom gleich 0A ist. 6(b) zeigt ein Verfahren zum Bestimmen eines maximalen Werts des begrenzenden Ladestroms Imin1 während des Ladens. Aus der 6(a) wird eine die Strom-Spannungs-Kennlinie beschreibende Gerade wie zuvor beschrieben bestimmt und der maximale Wert des begrenzenden Ladestroms Imin wird aus dem Kreuzungspunkt der maximalen Ladespannung Vmax mit der Geraden erhalten. In dem Beispiel der 6 wird die Batteriespannung V2 durch den Spannungserfassungsteil 12 während des Ladens mit dem Strom I2 erfasst. Wie in der 6(b) gezeigt, liegt der Punkt (I2, V2) auf der durch die Gleichung (9) beschriebenen Geraden und der Wert des Stroms I2 kann aus dem Wert von V2 auf der Geraden ermittelt werden. Von diesem Punkt aus kann der zulässige Bereich des nach einer vorbestimmten Zeit oder zu der nächsten Zeitspanne nach diesem Punkt gemessenen Ladestromwerts wie folgt bestimmt werden. An diesem Punkt sollte der zulässige Bereich der Spannung nicht die maximale Spannung Vmax überschreiten. Aus der 6(b) ist lediglich die maximal zulässige Spannungsdifferenz von Vmax – V2 zulässig und der maximale Wert des Begrenzungsladestroms Imin2 wird zu (Imin – I2). In Gleichungen ausgedrückt ist der Wert des Stroms, der die maximale Spannungsdifferenz von Vmax – V2 ermöglicht, dieser Wert geteilt durch den Innenwiderstand R0 oder |Imin2| = (Vmax – V2)/R0
  • Daher können die wiederaufladbaren Batterien durch Kontrollieren des Ladestroms mit dem Wert von Imin2 als eine obere Größe geschützt werden.
  • Als Nächstes wird der Fall beschrieben, bei dem der Innenwiderstand und die Leerlaufspannung während des Ladens aktualisiert werden. In der 7 wird der Strom I2 durch den Stromerfassungsteil 16 erfasst und die Batteriespannung V2 wird durch den Spannungserfassungsteil 12 während des Ladens erfasst. Wie in der 7 gezeigt, liegt der Punkt (I2, V2) nicht auf der durch die Gleichung (9) beschriebenen Geraden und falls der Innenwiderstand an diesem Punkt R02 ist, kann aus der Gleichung (9) wie folgt eine neue Leerlaufspannung VOCV2 berechnet werden. VOCV2 = V2 + R02I2 (11)
  • In Bezug auf die 7 ist dies der Kreuzungspunkt C einer sich durch den Punkt (I2, V2) mit einer Steigung von R02 erstreckenden Geraden mit der vertikalen Achse V. Ein aktualisierter Wert des begrenzenden Ladestroms Imin cal kann durch Substituieren des neuen Werts VOCV2 in |Imin cal| = (Vmax – VOCV2)/R02 gewonnen werden. In Bezug auf die 7 ausgedrückt ist dies der Kreuzungspunkt D der sich durch den Punkt (I2, V2) erstreckenden Geraden mit der horizontalen Linie V = Vmax Auf diese Weise wird die durch die Gleichung (9) beschreibbare Gerade aktualisiert. Auf die gleiche zuvor beschriebene Weise können aktualisierte Werte des Maximalwerts Imin2 des begrenzenden Ladestroms während des Ladens und des Maximalwerts Imin des begrenzenden Ladestroms ohne Laden oder Entladen gewonnen werden.
  • Gemäß des Verfahrens der obigen Ausführungsform können begrenzende Stromwerte berechnet werden, um die Menge an Leistung zu begrenzen, ohne eine verbleibende Kapazität der wiederaufladbaren Batterie zu berechnen. Daher kann eine zuverlässige und stabile Leistungsbegrenzung durchgeführt werden, die nicht den Effekten von Fehlern beim Abschätzen der verbleibenden Kapazität ausgesetzt ist. Weiterhin kann in dem Fall, bei dem die Leistung lediglich basierend auf der verbleibenden Kapazität begrenzt wird, als eine Korrektur für Fehler dieser verbleibenden Kapazität Ergebnisse aus dem oben beschriebenen Verfahren verglichen werden und es kann der konservativere Ansatz angenommen werden.
  • Bei den obigen Beispielen wurde die Batteriekennlinie durch eine Gerade angenähert. Es ist jedoch auch möglich, diese Kennlinie mit einer Kurve zweiten Grades, einer Kurve dritten Grades oder einer Kurve eines höheren Grades anzunähern.
  • Der Kontrollberechnungsteil 18 berechnet eine begrenzende Leistung basierend auf den oben berechneten maximalen Werte von Lade- und Entladeströmen und kontrolliert das Laden und das Entladen, so dass eine den begrenzenden Wert überschreitende Leistung nicht verwendet wird. Falls beispielsweise der Kontrollberechnungsteil 18 einen maximalen Wert für Lade- und Entladeströme zu einem gegebenen Zeitpunkt berechnet, kontrolliert er dann die Lade- und Entladeströme, so dass sie nicht über diese Werte steigen. Dementsprechend kann der Kontrollberechnungsteil 18 die zulässige Stromgrenze ermitteln und kann den Strom innerhalb dieses Bereichs begrenzen, um die wiederaufladbaren Batterien sicher zu verwenden.
  • Der Wert der maximal verwendbaren Leistung kann wie folgt ermittelt werden. Wie zuvor beschrieben werden eine minimale Spannung Vmin, um Tiefentladung zu verhindern, und eine maximale Spannung Vmax, um Überladen zu verhindern, gesetzt. Ein begrenzender Entladestrom Imax und ein begrenzender Ladestrom Imin werden basierend auf der 3 gewonnen. An dem Punkt ohne Strom oder an einem Punkt während des Ladens kann die maximal zulässige Menge an Leistung während des Entladens Plimd nach einer vorgeschriebenen Zeit oder zu der nächsten Zeitspanne nach diesem Punkt aus dem Batteriestrom IL, der Batteriespannung VL, der Leerlaufspannung VOCV und aus dem Innenwiderstand R0 der wiederaufladbaren Batterie durch die folgende Gleichung berechnet werden: Plimd = Vmin·(VL – Vmin)/R0. (12)
  • Zusätzlich kann an dem Punkt ohne Strom oder an einem Punkt während des Ladens die maximal zulässige Menge an Leistung während des Ladens Plimc aus der folgenden Gleichung berechnet werden. Plimc = Vmax·(Vmax – VL)/R0. (13)
  • Aus diesen Gleichungen kann die Menge an Leistung berechnet werden, die wahrscheinlich ein Erreichen einer Spannungsbegrenzung im nächsten Moment wahrscheinlich macht, wobei der nächste Moment nach einer vorgeschriebenen Zeitspanne oder zu der vorgeschriebenen nächsten Zeitspanne von dem momentanen Zustand aus ist.
  • Das Verfahren des Kontrollierens der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie und das Stromversorgungsgerät der vorliegenden Erfindung sind für Anwendungen als ein Stromversorgungsgerät für hohen Strom bei hoher Ausgangsspannung, wie beispielsweise als ein Fahrzeug-Stromversorgungsgerät in einem Hybridfahrzeug oder einem Elektroauto, geeignet.
  • Da die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen ohne Verlassen des Geistes wesentlicher Merkmale der Erfindung ausgeführt sein kann, ist die vorliegende Ausführungsform daher illustrativ und nicht beschränkend, da der Umfang der Erfindung durch die begleitenden Ansprüche definiert wird und nicht durch die vorhergehende Beschreibung, und alle Änderungen, die in den Umfang und die Grenzen der Ansprüche oder Äquivalente solcher Grenzen und Umfänge der Ansprüche fallen, sind daher dazu vorgesehen, durch die Ansprüche umfasst zu sein. Diese Anmeldung basiert auf der in Japan am 28. Oktober 2004 eingereichten Anmeldung Nr. 2004-313242, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie, worin ein Begrenzen der Menge der verwendbaren Leistung während des Ladens und des Entladens der wiederaufladbaren Batterie umfasst ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Bestimmen einer Strom-Spannungs-Kennlinie auf Grundlage des Lade- und Entlade-Stromflusses und der Lade- und Entlade-Spannung der wiederaufladbaren Batterie; Ermitteln eines begrenzenden Entladestroms Imax und/oder eines begrenzenden Ladestroms Imin aus einer vorgeschriebenen minimalen Spannung Vmin, um ein Tiefentladen zu verhindern, und/oder einer vorgeschriebenen maximalen Spannung Vmax, um ein Überladen zu verhindern, und deren Kreuzungspunkt mit der Strom-Spannungs-Kennlinie; und Kontrollieren des Stromes, so dass ein Entladestrom größer als oder gleich Imax und/oder ein Ladestrom niedriger als oder gleich Imin nicht durch die wiederaufladbaren Batterien fließt.
  2. Verfahren zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie, worin ein Begrenzen der Menge der verwendbaren Leistung während des Ladens und Entladens der wiederaufladbaren Batterie umfasst ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Messen des Lade- und Entlade-Stromflusses IL und der Lade- und Entlade-Spannung VL der wiederaufladbaren Batterie; basierend darauf, Berechnen einer Leerlaufspannung VOCV und eines Innenwiderstandes R0 der wiederaufladbaren Batterie; Ermitteln eines begrenzenden Entladestroms Imax und/oder eines begrenzenden Ladestroms Imin aus einer vorgeschriebenen minimalen Spannung Vmin, um ein Tiefentladen zu verhindern, und/oder einer vorgeschriebenen maximalen Spannung Vmax, um ein Überladen zu verhindern, und deren Kreuzungspunkt mit der durch die Gleichung VL = VOCV – R0IL (1)wiedergegebenen Geraden; und Kontrollieren des Stromes, so dass ein Entladestrom größer als oder gleich Imax und/oder ein Ladestrom kleiner als oder gleich Imin nicht durch die wiederaufladbaren Batterien fließt.
  3. Verfahren zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: periodisches Messen der Entladespannung V1 und des Entladestroms I1 der wiederaufladbaren Batterie während des Entladens; Aktualisieren der Leerlaufspannung VOCV mit der Gleichung VOCV = VL + R0IL (2)die aus der Gleichung (1) erhalten wird; Ermitteln eines begrenzenden Entladestroms Imax aus einer vorgeschriebenen minimalen Spannung Vmin, um eine Tiefentladung der wiederaufladbaren Batterie zu verhindern, und ihres Kreuzungspunktes mit der Gleichung (1), welche die aktualisierte VOCV wiedergibt; und Kontrollieren des Stromes, so dass ein Entladestrom größer als oder gleich Imax nicht durch die wiederaufladbaren Batterien fließt.
  4. Verfahren zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: periodisches Messen der Ladespannung V2 und des Ladestroms I2 der wiederaufladbaren Batterie während des Ladens; Aktualisieren der Leerlaufspannung VOCV mit der Gleichung (2); Ermitteln eines begrenzenden Ladestroms Imin aus der vorgeschriebenen maximalen Spannung Vmax, um ein Tiefentladen der wiederaufladbaren Batterie zu verhindern, und ihres Kreuzungspunktes mit der Gleichung (1), welche die aktualisierte VOCV wiedergibt; und Kontrollieren des Stromes, so dass ein Ladestrom größer als oder gleich dem Wert von Imin nicht durch die wiederaufladbaren Batterien fließt.
  5. Verfahren zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiterhin gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Berechnen der maximal zulässigen Entladeleistung Plimd zu einem gegebenen Zeitpunkt während des Entladens aus der berechneten Leerlaufspannung VOCV und des Innenwiderstands R0 der wiederaufladbaren Batterie und der folgenden Gleichung Plimd = Vmin·(VOCV – Vmin)/R0. (3)
  6. Verfahren zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiterhin gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Berechnen einer maximal zulässigen Ladeleistung Plimc zu einem gegebenen Zeitpunkt während des Ladens aus der berechneten Leerlaufspannung VOCV und dem Innenwiderstand R0 der wiederaufladbaren Batterie und der folgenden Gleichung: Plimc = Vmax·(Vmax – VOCV)/R0. (4)
  7. Verfahren zum Kontrollieren der Leistung einer wiederaufladbaren Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: wiederholtes Impulsentladen der wiederaufladbaren Batterie für eine Mehrzahl von Zeitpunkten, wenn die Batterien nicht eine angeschlossene Ausrüstung versorgen, um einen Entladestrom und eine Entladespannung zu erfassen; und Aktualisieren der Werte der Leerlaufspannung VOCV und des Innenwiderstandes R0 der wiederaufladbaren Batterie auf Grundlage des Entladestroms IL und der Entladespannung VL.
  8. Stromversorgungsgerät, das umfasst: eine Batterieeinheit (20), die mit einer Mehrzahl von wiederaufladbaren Batterien ausgerüstet ist; einen Spannungserfassungsteil (12), um die Spannung der in der Batterieeinheit (20) aufgenommenen wiederaufladbaren Batterien zu erfassen; einen Temperaturerfassungsteil (14), um die Temperatur der in der Batterieeinheit (20) aufgenommenen wiederaufladbaren Batterien zu erfassen; einen Stromerfassungsteil (16), um den Stromfluss durch die in der Batterieeinheit (20) aufgenommenen wiederaufladbaren Batterien zu erfassen; einen Kontrollberechnungsteil (18), um von dem Spannungserfassungsteil (12), dem Temperaturerfassungsteil (14) und dem Stromerfassungsteil (16) eingespeiste Signale zu verarbeiten und um maximale begrenzende Stromwerte der wiederaufladbaren Batterie zu bestimmen; und einen Kommunikationsteil (19), um eine verbleibende Kapazität und die durch den Kontrollberechnungsteil (18) berechneten maximalen begrenzenden Stromwerte an die angeschlossene Ausrüstung zu senden; dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollberechnungsteil (18) eine Strom-Spannungs-Kennlinie der wiederaufladbaren Batterie basierend auf zumindest entweder dem Lade- und Entlade-Stromfluss oder der Lade- und Entlade-Spannung der wiederaufladbaren Batterie bestimmt; Ermitteln eines begrenzenden Entladestroms Imax und/oder eines begrenzenden Ladestroms Imin aus einer vorgeschriebenen minimalen Spannung Vmin, um eine Tiefentladung zu verhindern und/oder einer vorgeschriebenen maximalen Spannung Vmax, um eine Überladung zu verhindern, und deren Kreuzungspunkt mit der Strom-Spannungs-Kennlinie; und Kontrollieren des Stromes, so dass ein Entladestrom größer als oder gleich Imax und/oder ein Ladestrom kleiner als oder gleich Imin nicht durch die wiederaufladbaren Batterien fließt.
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