JP2004526282A - 蓄電池の出力能力を測定する方法と装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に車両電力系統において、電気系統供給電圧を供給するための蓄電池の出力能力を測定する方法に関し、これは蓄電池の作用能力を最もシンプルで且つ最も信頼性のあるやり方で確認することを可能とする。前記方法によれば、予設定可能な運転モードのための予設定可能な時間枠（Ｚ）の間に、その運転モードの間に出力された電気系統電流（Ｉ）に従って、電気系統供給電圧（Ｕ）が時間枠（Ｚ）の終わりに予設定可能な限界値（Ｇ）を越えるといった方法で、電気系統供給電圧（Ｕ）は検出され、前記電気系統供給電圧（Ｕ）と電気系統電流（Ｉ）は監視される。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に自動車において、車両電源系統に車両電源系統電圧を供給する蓄電池の性能を測定する方法に関する。本発明は又、その性能を測定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車における安全関連機能は、例えば電気ブレーキのように、電気的に操作されることが増えてきている。そのような安全関連部品の使用可能性が確保されることを保証するために、それらはいつでも電力が供給されなければならない。こうするために、自動車に２個の電源が、具体的には蓄電池と発電機が設けられることは知られている。
【０００３】
通常の鉛酸蓄電池の寿命は一般に自動車の寿命より短いので、２個の電源の一方のみが使用される可能性がある。一つの従来技術は、蓄電池の使用可能状態をその蓄電池電圧で監視する方法を開示し、その監視方法の結果が、蓄電池に接続されている機器が連続して作動可能か否かを決定するために使用される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
蓄電池が放電され又は損傷を受け、そしてそのために使用不可能である状態では、第２の電源である発電機が損傷を受け、又は過負荷を受ける可能性がある。このことは、負荷に対する電力供給が最早保証されないことを招来する。更には、安全性が危機に曝される状態に自動車が入ることもある。こういう理由により、一方において運転者に警告を与えつつ、他方において自動車の電力供給、従って自動車を出来る限り長く安全な運転状態に保持する処置が求められている。このために、例えば安全関連負荷のみが、スイッチが入れられ、即ち接続される。運転上又は安全上の理由で、少数の安全関連負荷のための最小量の電流需要が、発電機に故障が生じた場合でもカバーされることを確実にすることが必要である。更には、電流に加えて、最小電圧レベルが確保されなければならない。
【０００５】
充電の状態及び蓄電池の経年状態が、緊急運転のための必須条件を確立するために、しばしば測定される。このような方法は通常、休止電圧測定といわれるものに依存する。この場合、自動車は、休止電圧を測定するために比較的長い間停止しなければならない。これは、特に移動している自動車においては不可能である。更に外部からの蓄電池充電の間、あるいは例えば異なる定格容量の蓄電池によって蓄電池が交換される時も、瞬間的な蓄電池状態を測定することは不可能である。
【０００６】
【特許文献１】
独国特許発明第１９５ １７ ７０９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、出来るだけ容易に且つ信頼性良く蓄電池の使用可能性を確認できるようにした、蓄電池の性能の測定方法を特定する、という目的に基づいている。更なる目的は、蓄電池の性能を測定するための、特にシンプルで低コストな装置を特定するということである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
その第１の目的は、本発明によれば、時間枠内で車両電源系統電圧および車両電源系統電流が監視されながら車両電源系統電圧が記録される、車両電源系統に車両電源系統電圧を供給する蓄電池の性能を測定する方法によって達成されるが、そこではその時間枠は、車両電源系統電圧が時間枠の終了時点で予設定可能な限界値を、その運転モードの間に放出される車両電源系統電流の作用として、越えるか否かを測定するために、予設定可能な運転モードについて、予め設定できる。本発明は、この場合、蓄電池の性能、従って使用可能性を評価するために、蓄電池が所定の電圧レベルで予設定の電流を放出できるか否かを決定するためにチェックがなされるべきであるとの考えに基づいている。これは、関連の電圧／電流特性に従うように、電圧／電流特性、例えば自動車において予設定できる運転モードによって特徴付けられた負荷状態を、特に予設定できる時間枠内で、監視することによって行われる。
【０００９】
チェックは便宜上、関連の運転モードに特有の車両電源系統電流に応答して車両電源系統電圧が低下し再び上昇するかを測定するために、時間枠内で行われる。特に好適な一実施例において、チェックは、数秒間、特に３〜１５秒間、続く時間枠内で車両電源系統電圧が増大するか否かを測定するために、運転モードの間で実行される。自動車を始動するプロセスが、運転モードとして予設定されるのが好ましい。この場合、車両電源系統内の電圧と電流は、例えば始動プロセスの間、記録され且つ監視される。特別に高い電流が、自動車を始動するプロセスにおいて流れるのが顕著である。始動プロセスの間に引き出される電流は、この場合において、緊急運転段階において引き出される電流よりも大きい。従って、「始動プロセス」運転モードは、性能を評価するために、特に緊急運転において使用されるべき蓄電池の能力を評価するために特に適している。
【００１０】
これは、始動プロセスのための、記録され且つ評価された電圧／電流特性に基づいて蓄電池が十分な性能を有すると認められたときには、緊急運転のための最小必要条件が満足されるという前提に基づいている。これは、始動プロセスにおいて車両電源系統電圧のプロファイルを監視することによって行われる。始動プロセスの終わりにおいて、車両電源系統電圧が再び上昇し、そのため低い電圧レベルを特徴づける閾値に達すれば、そのときは緊急運転のための蓄電池の条件は満たされる。反対に、車両電源系統電圧が閾値より下方に低下すれば、そのときは緊急運転のための条件は満たされず、これは例えば、運転者に対して信号を出力することにより表示される。
【００１１】
更に、車両電源系統電流は同時に記録され且つ監視される。これは、蓄電池の性能を評価するために必要な負荷が作用していることを保証する。これは、特に「始動プロセス」運転モードにおいて実現される。蓄電池に流入する充電電流及び／又は蓄電池から流出する車両電源系統電流は、予設定することのできる運転モードの間に記録されるのが有利であり、充電バランスを測定するための基礎として使用される。この場合において、「通常運転」（自動車が運転されている）は、運転モードとして予設定される。通常運転の間で、蓄電池に流入する電流及び蓄電池から流出する電流は、測定されて均衡されるのが好ましい。これは２個の電流値を互いに比較することによってなされる。比較によって生ずる充電バランスが正であれば、即ち充電電流が車両電源系統電流より大きければ、そのときは緊急運転は適切に保証される。もう一方で、充電バランスが負であれば、そして特に非常に長い時間枠にわたって負であれば、そのときは緊急運転は十分には確保されない。適当な警告が、放出される信号によって自動車の運転者に与えられる。その代わりにあるいは追加的に、時々負であるが緊急運転を危険に曝さない充電バランスが示される。これは、予設定できる最初の制限時間にわたる負値について充電バランスを監視することによって効果的になされる。
【００１２】
その上、蓄電池における使用可能な電気が便宜上測定される。更に車両電源系統の負荷が有利に記録される。これは、蓄電池の使用可能電気を監視することによって、時間制限値を変えることを可能とする。この場合、時間制限値は、恒久的に負の充電バランスが許される時間枠を示している。この時間枠を越えれば、緊急運転に必要とされる蓄電池からの電力放出は、限られた範囲でのみ使用可能であり、即ち保証されない。この場合、蓄電池の負荷容量の大きさは、記録された車両電源系統電圧と使用可能な残存電気に基づいて決定されるのが好ましい。
【００１３】
周囲温度、例えば蓄電池の作動温度、及び／又はエンジン温度が便宜上記録される。好適な一実施例において、その方法は瞬間的な運転温度を使用することによって遂行されるので、運転温度及び／又はエンジン温度の様な適当な運転特性変数が蓄電池に影響を及ぼす経年要因を考慮するために記録される。
【００１４】
二番目に述べた目的は、本発明によれば、モニタ装置が設けられている蓄電池の性能測定装置によって達成されるが、そのモニタ装置は蓄電池と車両電源系統の間に配置され、車両電源系統電圧を記録する一つのセンサと、車両電源系統電流を記録する一つのセンサとを少なくとも有しており、そのモニタ装置は車両電源系統電圧と車両電源系統電流とを、予設定できる運転モードに対して予設定できる時間枠内で、監視する手段を有する。タイマが時間枠を記録するために設けられるのが好適である。
【００１５】
車両電源系統電流を記録するセンサは、蓄電池から流れ出る車両電源系統電流及び／又は蓄電池に流入する充電電流が測定できるように便宜上構成される。更に蓄電池の充電バランスを測定する手段が、蓄電池への瞬間作用負荷に依って影響を受ける性能の監視及び評価のために設けられるのが好ましい。更に周囲温度又はエンジン温度を測定するセンサが、蓄電池に影響を及ぼす別の特性変数を記録するために設けられる。
【００１６】
好適な１実施例において、モニタ装置は、車両電源系統の変数、例えば、車両電源系統電圧、車両電源系統電流、あるいは蓄電池電圧、蓄電池電流、の自動記録及び監視のために、コンピュータユニット、特にマイクロコントローラを有している。中央監視のために、モニタ装置はデータバス、特に自動車のカン（ＣＡＮ）のバスに接続され、車両電源系統の負荷の変動はデータバスを経由して伝送されるデータ手段によって識別される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によって達成される効果は特に、予設定の運転モード中に、特に予設定の時間枠内で、蓄電池の電圧／電流特性を記録し、監視し、且つ評価することによって、蓄電池の現在の性能を蓄電池の周囲状況に左右されずに、且つ蓄電池の型式及び定格容量に左右されずに表示することを本発明が可能にすることである。特にその方法と装置は、休止時間又は蓄電池の充電状態を評価するために必要とされる他の境界条件には左右されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施例は図面を参照することでより詳しく説明される。
【００１９】
相互に対応する部分は全ての図面において、同じ参照符号が付けられている。
【００２０】
図１は、特に自動車６における、車両電源系統４に車両電源系統電圧Ｕを供給するための蓄電池２を備えた装置１を示す。車両電源系統４は、接続８を介して蓄電池２から車両電源系統電圧Ｕが供給される。モニタ装置１０は、蓄電池２と車両電源系統４との間に配置されている。モニタ装置１０は、車両電源系統電圧Ｕを記録するためのセンサ１２と、車両電源系統電流Ｉを記録するためのセンサ１４とを有する。センサ１２は通常の電圧センサであり、そしてセンサ１４は通常の電流センサである。
【００２１】
更に、モニタ装置１０は、車両電源系統の変数、特に車両電源系統電圧Ｕと車両電源系統電流Ｉ、とを自動的に記録し、監視し、且つ評価するためのコンピュータユニット１６を有する。マイクロコントローラ又は他のデータ処理装置の幾つかが、例えば、コンピュータユニット１６として使用される。コンピュータユニット１６は、このケースにおいて、データバスＤ、例えばカン（ＣＡＮ）バスを介して、自動車６内の他の制御器又は装置に連絡している。特に、コンピュータユニット１６は、データバスＤを介して車両電源系統の負荷の全ての変化についてデータを受け取り、これは蓄電池２の性能を測定するときに考慮される。モニタ装置１０はまた、自動車６を始動するプロセスを識別するために、スタータ１８に連絡している。
【００２２】
装置１が作動していれば、予設定できる運転モードのための電圧／電流特性が、センサ１２、１４によって測定され、そしてコンピュータユニット１６を使用して分析される。これは、予設定された時間枠Ｚ内での車両電源系統電圧Ｕ及び車両電源系統電流Ｉを記録し、分析することによって行われる。コンピュータユニット１６は、時間枠Ｚを測定するためにタイマ２０を有している。
【００２３】
通常運転段階において、特に緊急運転段階において必要とされるものよりもより高い負荷、従ってより高い車両電源系統電流Ｉが自動車６を始動するプロセスにおいて流れるので、電圧／電流特性は「始動プロセス」運転モードについて記録されるのが好ましい。
【００２４】
例えば、図２は、車両電源系統電流Ｉについての試験信号を記載した特性を示している。このケースにおいて、蓄電池２は約３秒間続く時間枠Ｚにおいて、始動プロセスを表す−２００Ａの車両電源系統電流Ｉの負荷を受けている。始動プロセスは通常０．５秒〜１秒続き、そして蓄電池２は３秒間に−７００Ａ〜−１００Ａの車両電源系統電流Ｉの負荷を受けることがある。３秒間約−２００Ａの車両電源系統電流Ｉで図２に示されて構成された試験負荷は、始動プロセスを適切に模擬した実験室での実験のための近似である。蓄電池２は、別の試験負荷により約１５秒の時間枠で約−７０Ａの車両電源系統電流Ｉの負荷を受ける。このケースにおける、１５秒間の−７０Ａのこの試験負荷は、自動車における危機装置によって取り出される電流を表している。
【００２５】
始動プロセス間に引き出される大量の電流によって生ずる蓄電池２の負荷は、これに基づいて、車両電源系統電圧Ｕの関連特性プロファイルの関数として、蓄電池２の先行きの性能を評価することができる程度に十分に高い。特に、始動プロセスの間に車両電源系統電圧Ｕのプロファイルを記録することは、始動プロセス間において特に引き出される大量の電流に基づいて、危機装置によって引き出される電流に略対応する７０Ａの電流が約１５秒間に引き出されるときの蓄電池２の挙動を評価することが可能になることを保証する。従って、電圧／電流特性は始動プロセス間に記録されて分析されるのが好ましい。このために、図３が、始動プロセス間、特に時間枠Ｚ内の車両電源系統電圧Ｕの関連特性を示している。通常の運転において、即ち最も可能性のある性能の蓄電池２では、車両電源系統電圧Ｕが図３に図示されるように、始動プロセスの終わりで、特に時間枠Ｚの終わりに再び上昇する。この場合において、コンピュータユニット１６は、車両電源系統電圧Ｕが時間枠Ｚの終わりにおいて予設定の限界値Ｇを、放出される車両電源系統電流Ｉの作用として、超過するか否かをチェックするために使用される。
【００２６】
言い換えると：蓄電池２の性能、特に自動車６の緊急運転段階で蓄電池２に必要とされる性能、の評価を可能とするために、所定の負荷条件、例えば「始動プロセス」運転モードで、蓄電池２が所定の電圧レベルで予設定の電流を放出するか否かを測定するためにチェックが行われる。このために、モニタ装置１０は、センサ１２、１４を用いて記録される、車両電源系統電圧Ｕの特性及び車両電源系統電流Ｉの特性をそれぞれ、予設定の負荷状態を特徴づける限界値Ｇに従うように監視する。図３の例において始動プロセスのために示されているように、車両電源系統電圧Ｕが時間枠Ｚの終わりにおいて再び上昇し、低電圧レベル、特に低い限界値Ｇを越えると、そのときは緊急運転段階の必須条件が蓄電池２によって満たされる。
【００２７】
もう一方で、車両電源系統電圧Ｕが限界値Ｇの下方に低下し、又は念頭に置いている時限即ち時間枠Ｚ内において、その上方の適当な範囲に上昇しなければ、そのときは蓄電池２は緊急運転には最早適していない。蓄電池の性能を確認し、蓄電池２の周辺状況に左右されず、休止電圧測定従って休止時間に左右されず、蓄電池の型式に左右されず、並びに蓄電池２の定格容量に左右されないこのような方法は、蓄電池２の性能が運転中において、従って種々の運転段階において連続的に監視されることを保証する。この場合、種々の運転段階即ち運転モードについてこれらの特有の電圧／電流特性は記憶され、そして、車両電源系統電圧Ｕと車両電源系統電流Ｉの瞬間的に記録された値に基づいて、限界値Ｇへの追従を監視するためにコンピュータユニット１６によって使用される。
【００２８】
更に、周辺温度を、特に蓄電池２の近くで、あるいはエンジン温度を測定するための通常のセンサ２２を追加的に設けることができる。
【００２９】
このことは、蓄電池性能の評価において蓄電池２に対する温度依存作用を考慮することを可能とする。別の条件を追加的に考慮するために、車両電源系統電流Ｉを記録するためのセンサ１４は、蓄電池から流れ出る車両電源系統電流Ｉ及び／又は蓄電池に流入する充電電流Ｉ_Ｌが測定されるように構成される。そのような２方向測定センサ１４によって記録される電流は、平衡を形成するようにコンピュータユニット１６によって使用される。このために、コンピュータユニット１６は時間枠にわたって記録された車両電源系統電流Ｉ及び記録された充電電流Ｉ_Ｌに基づいて充電バランスＬを測定する手段２４を有する。この充電バランスがこの時間枠内で正であれば、そのときは蓄電池２の緊急運転が許される。もう一方で、蓄電池２の充電バランスＬが長い時間枠、特に予設定の時間制限値よりも長い時間、にわたって負であれば、言い換えると、例えば蓄電池２が最早電気を吸収できなければ、そのときは、緊急運転は最早適切には確保されない。コンピュータユニット１６は、自動車６の運転者に対して適当な誤り信号を出す。単に少しの間即ち一時的に負であり且つ時間枠値を越えない充電バランスＬは、適当な信号によって自動車６の運転者へ出力することができる。
【００３０】
更に、蓄電池２内の使用可能な電気は、蓄電池２の性能を測定するときに考慮される。このために、データバスＤを介してコンピュータユニット１６へ伝送されるデータは、車両電源系統の負荷の変化に関連して、取り分け蓄電池の型式と定格容量を考慮して、適切に評価、分析される。負の充電バランスＬのための時間限界値は、蓄電池２の使用可能な電気の関数として適切に設定することができる。更に、蓄電池２の使用可能な電気即ち残存電気は、蓄電池２の負荷容量の大きさとして蓄電池端子電圧と一緒に使用される。
【００３１】
モニタ装置１０の性質及び構造によっては、別の基準又は特性要因が蓄電池２の性能を測定するために考慮される。性能を評価するための基盤は、予設定された運転モード、特に運転モード中の予設定の時間枠Ｚでの車両電源系統電圧Ｕ及び車両電源系統電流Ｉの検知された特性である。これは特にシンプルで信頼性のある方法及びシンプルで低コストの装置１をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】蓄電池の性能を測定するモニタ装置を備えた配置構造を図式的に示す。
【図２】予設定可能な運転モードについての、電流特性を有する線図を示す。
【図３】予設定可能な運転モードについての、電圧特性を有する線図を示す。

Claims (16)

1. 特に自動車（６）における、車両電源系統（４）に車両電源系統電圧（Ｕ）を供給する蓄電池（２）の性能を測定する方法であって、車両電源系統電圧（Ｕ）が記録され、前記車両電源系統電圧（Ｕ）と車両電源系統電流（Ｉ）とが予設定可能な運転モードについて予設定可能な時間枠（Ｚ）内で、前記時間枠（Ｚ）の終わりに前記車両電源系統電圧（Ｕ）がその運転モードの間に放出される前記車両電源系統電流（Ｉ）の作用として予設定可能な限界値（Ｇ）を越えることを、監視されることを特徴とする方法。
2. 関連する運転モードに特有の前記車両電源系統電流（Ｉ）に応答して前記車両電源系統電圧（Ｕ）が降下しまた再上昇するか否かを測定するために、前記時間枠（Ｚ）内でチェックが行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 数秒間、特に３秒〜１５秒間続く時間枠（Ｚ）内で前記車両電源系統電圧（Ｕ）が増大するか否かを測定するために、チェックが前記運転モードの間に行われることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。
4. 前記蓄電池（２）に流入する充電電流（Ｉ_Ｌ）及び／又は前記蓄電池（２）から流出する前記車両電源系統電流（Ｉ）が、予設定可能な運転モード中に検知され、それに基づいて充電バランス（Ｌ）が測定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 負の値を有する、予設定可能な第１の限界値（Ｇ）について充電バランス（Ｌ）が監視されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記蓄電池（２）における使用可能な充電量が測定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記車両電源系統の負荷が検出されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 周囲温度及び／又はエンジン温度が記録されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 自動車（６）を始動するプロセスが、前記運転モードとして予設定されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
10. 特に自動車（６）における、車両電源系統（４）に車両電源系統電圧（Ｕ）を供給する蓄電池（２）の性能を測定する装置（１）であって、前記蓄電池（２）と前記車両電源系統（４）との間に配置され、且つ車両電源系統電圧（Ｕ）を記録する一つのセンサ（１２）と車両電源系統電流（Ｉ）を記録する一つのセンサ（１４）とを少なくとも有するモニタ装置（１０）が設けられ、該モニタ装置（１０）が、予設定可能な運転モードについて、予設定可能な時間枠（Ｚ）内で前記車両電源系統電圧（Ｕ）と前記車両電源系統電流（Ｉ）を監視する手段（１６）を有することを特徴とする装置。
11. 前記センサ（１４）が前記車両電源系統電流（Ｉ）を記録するように構成され、前記蓄電池（２）から流出する前記車両電源系統電流（Ｉ）及び／又は前記蓄電池（２）に流入する充電電流（Ｉ_Ｌ）が測定できることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記蓄電池（２）の充電バランス（Ｌ）を測定するために手段（２４）が設けられていることを特徴とする請求項１０あるいは１１に記載の装置。
13. 周囲温度又はエンジン温度を測定するためにセンサ（２２）が設けられていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記時間枠（Ｚ）を記録するためにタイマ（２０）が設けられていることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記モニタ装置（１０）が前記車両電源系統の変数の自動記録及び監視のためにコンピュータユニット（１６）、特にマイクロコントローラを有していることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記モニタ装置（１０）がデータバス（Ｄ）、特に前記自動車（６）内のＣＡＮバスに連絡されており、該データバス（Ｄ）を介して送信されるデータを用いて前記車両電源系統の負荷の変動が識別されることを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の装置。