(57)【要約】  本発明は、与えられた周波数でのサンプリングにより、少なくとも１つの自動車バッテリセルの負荷信号の最大電圧値を決定するための方法であって、サンプリングされる負荷信号は、整流した正弦波であって、サンプリング周波数よりも高い周波数を有し、以下のステップ、すなわち、サンプリング周波数、サンプリング周波数での測定時間および関連する誤差を決定するステップ、負荷電圧を所定のサンプリング周波数で、および所定の測定時間で測定するステップ、ならびに最大負荷電圧を決定するステップを含む方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数でサンプリングすることにより、自動車の少なくとも１つのバッテリセルの充電信号の最大電圧値を決定するための方法であって、サンプリングされる前記充電信号は、整流した正弦波であって、サンプリング周波数よりも大きな周波数を有し、以下のステップ：
前記サンプリング周波数、前記サンプリング周波数での測定時間、および関連する誤差が決定されるステップ、
充電電圧が前記決定されたサンプリング周波数で、および前記決定された測定時間で測定されるステップ、ならびに
前記充電電圧の最大値が決定されるステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記サンプリング周波数、前記測定時間および前記関連する誤差が、以下のステップ：
ａ）サンプリング周波数の範囲のサンプリング周波数ごとに、以下のステップｂ）〜ｅ）が実行されるステップ、
ｂ）位相差の範囲の位相差の値ごとに、以下のステップｃ）〜ｄ）が実行されるステップ、
ｃ）測定時間の範囲の測定時間ごとに、位相差を前記測定時間値の関数として示す周波数での測定値と関連付けられる前記誤差が決定されるステップ、
ｄ）考慮される前記位相差に対する前記すべての誤差の中から位相差ごとの最低誤差が、考慮される前記サンプリング周波数に対して選択されるステップ、
ｅ）「最悪のケース」の誤差が、位相差ごとにおよび考慮されるサンプリング周波数ごとに決定される最低誤差値の中からサンプリング周波数ごとに選択されるステップ、
ｆ）前記最低誤差が、サンプリング周波数ごとに決定される前記最低誤差値の中から決定されるステップ、
ｇ）前記最低誤差に対応する前記サンプリング周波数および前記測定時間が決定されるステップ
を実行することにより決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
最小周波数、最大周波数および周波数ステップを含む、サンプリング周波数の範囲が定義され、
最小位相差、最大位相差および位相差ステップを含む、位相差の範囲が定義され、ならびに
最小測定時間、最大測定時間および測定時間ステップを含む、測定時間の範囲が定義される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記最大測定時間は、前記サンプリング周波数に対するサンプリングされる信号の周波数の比率の整数部分による前記サンプリング周波数の逆数の積から導き出されると定義される、請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の技術分野は、高周波測定システムであり、より具体的には、アンダーサンプリングによる高周波測定システムである。
【背景技術】
【０００２】
直列で通信する高周波測定システムでは、データ測定および処理時間は、すべての測定を許容精度で実行できるように最適化されなければならない。このため、各測定に割り当てられる時間を最小にすることが目的とされる。
【０００３】
自動車用バッテリの分野では、この問題は、単相充電器によるセルバッテリの充電中に、セルの電圧の最大値検出において生じる。
【０００４】
このような充電中に、セルの電圧は、緩やかに変化するほぼ直流の成分（ｃｏｍｐｏｓａｎｔｅ  ｑｕａｓｉｍｅｎｔ  ｃｏｎｔｉｎｕｅ）、および外形が充電器によって流される充電電流に直接つながれる交流成分（ｃｏｍｐｏｓａｎｔｅ  ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ）を示す。単相充電では、この交流成分は、整流された正弦波信号である。信号のこの部分は、リップルと呼ばれる。信号の最大値検出には、十分に正確な測定値のサンプリングが必要である。
【０００５】
セル電圧は、モニタリングに特に重要なパラメータである。実際に、この電圧が推奨値の帯域から外れると、異常な電気化学反応が起こり、結果としてバッテリの劣化をもたらす。これらの事象はすぐに発生しないかもしれないが、そのプロセスは、セル電圧が認可された電圧帯域を外れるとすぐに開始する。ゆえに、上限または下限に達したらすぐに行動することが必要である。このような場合には、電流を、認可された電圧帯域内に留まるように制限または停止する反応をとることができる。ゆえに、バッテリの各セルの最大電圧を測定できることが必要である。
【０００６】
安全のために、マージン値が測定値に加えられる。考慮される測定値は、したがって、過大に見積もられている。上記のように、セル電圧が高ければ、充電電力は低下する。充電電力の決定に対してセル電圧を過大に見積もることが明白なので、結果として充電電力の低下を招き、充電時間の増加を伴うことになるだろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
目的は、ゆえに、各セルの安全性を維持しつつ、充電電力を最大にできる範囲に信号が維持されることを保証可能にするマージン値を最小にすることである。
【０００８】
電圧測定に割り当てられた時間を最適化することも必要である。
【０００９】
低測定時間および高測定精度の制約に対処するために現存する２つの解決策がある。
【００１０】
第１の解決策は、一連の通信を減らすために、測定手段を並列に接続することである。しかしながら、これは、かなりのコスト増加をもたらすハードウェア要素の増大を伴う。
【００１１】
もう１つの解決策は、測定値のサンプリングが低く、ゆえに信号の平均値が単にアクセス可能な意味のある値であることに満足することにある。これは、上限または下限周辺の安全マージンを増やすことによって実行できる。先ほど説明された充電電力の計算の長所により、安全マージンが増えれば、結果として、充電電力は永続的に過小に見積もられることになるだろう。さらに、充電時間が正比例して増加する。
【００１２】
それゆえ、自動車のバッテリセルの安全性を確保しつつ、安全マージンを最小化し、充電電力を増加させることができる測定パラメータを決定するという問題が残されている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の対象は、周波数でサンプリングすることにより、自動車の少なくとも１つのバッテリセルの充電信号の最大電圧値を決定するための方法であって、サンプリングされる前記充電信号は、整流した正弦波であって、サンプリング周波数よりも大きな周波数を有する、方法である。方法は、以下のステップ、すなわち、  前記サンプリング周波数、前記サンプリング周波数での測定時間、および関連する誤差が決定されるステップ、  充電電圧が前記決定されたサンプリング周波数で、および前記決定された測定時間で測定されるステップ、ならびに  前記充電電圧の最大値が決定されるステップを含む。
【００１４】
前記サンプリング周波数、前記測定時間および前記関連する誤差は、以下のステップ、すなわち、
ａ）サンプリング周波数の範囲のサンプリング周波数ごとに、以下のステップｂ）〜ｅ）が実行されるステップ、
ｂ）位相差の範囲の位相差の値ごとに、以下のステップｃ）〜ｄ）が実行されるステップ、
ｃ）測定時間の範囲の測定時間ごとに、位相差を測定時間値の関数として示す周波数での測定値と関連付けられる前記誤差が決定されるステップ、
ｄ）考慮される前記位相差に対する前記すべての誤差の中から位相差ごとの最低誤差が、考慮される前記サンプリング周波数に対して選択されるステップ、
ｅ）「最悪のケース」の誤差が、位相差ごとにおよび考慮されるサンプリング周波数ごとに決定される最低誤差値の中からサンプリング周波数ごとに選択されるステップ、
ｆ）前記最低誤差が、サンプリング周波数ごとに決定される前記最低誤差値の中から決定されるステップ、
ｇ）前記最低誤差に対応する前記サンプリング周波数および前記測定時間が決定されるステップ
を実行することにより決定することができる。
【００１５】
最小周波数、最大周波数、および周波数ステップを含む、サンプリング周波数の範囲を定義することができ、
最小位相差、最大位相差および位相差ステップを含む、位相差の範囲を定義することができ、ならびに
最小測定時間、最大測定時間および測定時間ステップを含む、測定時間の範囲を定義することができる。
【００１６】
前記最大測定時間は、前記サンプリング周波数に対するサンプリングされる信号の周波数の比率の整数部分によるサンプリング周波数の逆数の積から導き出されると定義することができる。
【００１７】
他の目的、特徴および利点は、単に非限定的な例として与えられる以下の説明を読み、最大電圧値を決定するための方法が示される添付された１つの図面を参照することで、明らかになるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
バッテリを充電するために使用される交流電圧は、一般的に正弦波状である。適用される最小のマージンを決定するために、充電交流電圧の最大値を正確に測定することが必要である。
【００１９】
この交流電圧の測定信号は、次の式で定義することができる：
2015524049.tif 000002
ここで、
Ａ：  測定信号の振幅
Ｂ：  平均信号値
ω：信号のパルス  ω＝２．π．ｆ
ｆ：  周波数（Ｈｚ）  
2015524049.tif 000003
：０からπまで変化する信号の位相差
ｔ：  第１のサンプル取得時点で原点が取られる時間変数
【００２０】
時間信号ｓ（ｔ）はパルスωｅでサンプリングされる。このサンプリングから生じる測定点は、次の式を満たす：
2015524049.tif 000004
ここで、ｋは、０からｎまで変化する整数である。
【００２１】
パルスωｅにおけるｎの測定の後、次のベクトル
2015524049.tif 000005
を形成するｎ＋１のサンプリングＳｅ（０）〜  Ｓｅ（ｎ）  を含むベクトルが得られる。
2015524049.tif 000006
【００２２】
測定中は、ベクトル
2015524049.tif 000007
のみアクセス可能である。したがって、入手できる
2015524049.tif 000008
の最大値を介してＡの推定値が存在するのみである。言い換えれば、ベクトル
2015524049.tif 000009
で入手できる値の中から最大値のみを決定することが可能である。それゆえ、信号が、測定されていない上限値を実際に通過したかどうかを判定するのは不可能である。しかしながら、この状況は、得られた点の数を増やすことにより、最小化することができる。ゆえに、得られた点の数と入手できる測定時間との間のトレードオフを判定しなければならないことが明らかである。
【００２３】
要するに、精度の高いＡの推定値を有するために、十分なサンプル数ｎが、与えられたパルスωｅに対して得られなければならない。
【００２４】
位相差
2015524049.tif 000010
は、第１のサンプル
2015524049.tif 000011
が測定される時点により決まる。第１のサンプルが測定される時点を知らずに位相差
2015524049.tif 000012
を知ることは不可能なので、位相差
2015524049.tif 000013
は、問題の制約パラメータである。この問題は、「最悪のケース」と呼ばれる、
2015524049.tif 000014
の最大値を計算することにより回避される。これは、要するに、最大値の最も好ましくない推定値を、
2015524049.tif 000015
の関数として検索するということになる。これらの条件において、位相差の関数である測定値は、この「最悪のケース」の推定値に等しい又はそれよりも好ましいとすることができるだけである。それゆえ、測定値において制御できない位相差の寄与を消去することができる。
【００２５】
一般的に、サンプルｓｅ（ｋ）は、直流成分および正弦波成分の重畳から導き出される形状を表す。ｓｅ（ｋ）を最大化するために、その正弦波部分を最大化するよう努められる。
【００２６】
正弦関数
2015524049.tif 000016
は、ｐが整数の状態で
2015524049.tif 000017
に対して最大である。変数ｐは、０〜ｐ＿ｍａｘの間を変化する整数である。ｐ＿ｍａｘ値は、サンプリング周波数によりサンプリングされる周波数の比率に最も近い整数を選択することによって得られる。実際には、優先順位が、２〜ｐ＿ｍａｘの間で変化するｐの値に与えられるだろう。要するに、１に等しいｐの値により、信頼できる測定値を得ることはできない。ｐの値は、サンプリング周波数の各交流（ｅａｃｈ  ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ）で開始し、サンプリングされる信号によって決まる測定時間にリンクさせることができる。それゆえに、ｐの値は、最大でも、２つのサンプリング間の時間だけにしか対応できず、サンプリングされる信号の測定数は、この時間内であることが理解されるだろう。
【００２７】
ｓｅ（ｋ）を最大化するために、次の式を解くよう努められる：
2015524049.tif 000018
【００２８】
数式４を解くことにより、次のｎの値が与えられる。
2015524049.tif 000019
【００２９】
ｎが数式５を満たすような大きさｎのベクトル
2015524049.tif 000020
に対して、以下が適用されるだろう：
2015524049.tif 000021
【００３０】
この数式を解く難しさは、ｐおよびｎが整数であるという事実にある。それゆえ、一般的に、この数式は、どんな解法も受け入れない。
【００３１】
しかしながら、任意のｐの整数に対して、数式５を満たす実数ｘが存在する。点ｘｐの一連のＸは、
2015524049.tif 000022
となるように定義される。
【００３２】
さらに、この数式は、０．１秒の時間間隔で解かれなければならない。ここで、
2015524049.tif 000023
したがって、
2015524049.tif 000024
である。
【００３３】
点ｘｐの一連のＸがいったん算出されると、整数に最も近い点ｘｐが選択される。ゆえに、測定されるサンプル数ｎが定義される。このため、次の数式が解かれる：
2015524049.tif 000025
ここで、ｒｏｕｎｄ（）は、実数に最も近い整数を与える関数である。要するに、ｐの各値に対して、２つの整数ｎおよびｎ＋１により囲まれる点ｘｐが定義される。他のサンプルでは、ｎおよびｎ＋１における信号の値：
2015524049.tif 000026
および
2015524049.tif 000027
が存在するだろう。整数ｎに最も近いとされる点ｘｐは、最高の精度を与えるだろう。この点は、数式１０を使用して見出される。ｎは、
2015524049.tif 000028
の形式で記述することができ、εは、整数ｘｐによるｎの推定値の誤差に相当する。ゆえに、ｓ（ｔ）の最大値で形成される誤差を推定することが可能である：
2015524049.tif 000029
ここで、次のように展開することができる：
2015524049.tif 000030
ここで、定義により、
2015524049.tif 000031
および、
2015524049.tif 000032
【００３４】
それゆえに、以下が得られる：
2015524049.tif 000033
【００３５】
こうして、余弦部分がｓ（ｔ）の最大値Ａの誤差に対応する
2015524049.tif 000034
が得られる。
【００３６】
念のためではあるが、ここでの目的は、正弦波状の、測定信号ｓ（ｔ）の振幅Ａを測定するのに適した、ｆｅで示される、サンプリング周波数
2015524049.tif 000035
を見出すことである。目的はまた、数式１５を適用することにより
2015524049.tif 000036
の値ごとに
2015524049.tif 000037
を算出することにより、Ａに不確実性を有することでもある。
【００３７】
方法は、ステップ１において、最小周波数、最大周波数および周波数ステップを含む、サンプリング周波数の範囲の決定で開始する。サンプリング周波数ｆｅは、０〜サンプリングシステムの最大周波数ｆｅｍａｘの間で変化する。最大周波数が整数の周波数ステップに対応するように、サンプリング周波数ステップは、最大周波数の小数（ｆｒａｃｔｉｏｎ）となりうる。
【００３８】
同様に、最小位相差、最大位相差および位相差ステップを含む、位相差の範囲が定義される。
【００３９】
位相差は、０からπまで変化する。ステップは、好ましくは、最大位相差が整数の位相差ステップに対応するように定義される。
【００４０】
最後に、２〜ｐｍａｘの間で変化するｐの値の範囲が定義される。ｐの値は、各サンプリングの測定時間にも対応する。ステップは、一般的に、１に等しいと定義される。
【００４１】
ステップ２では、サンプリング周波数の範囲の最小周波数が選択される。
【００４２】
ステップ３では、最小位相差が、位相差の範囲から選択される。
【００４３】
ステップ４では、ｐの第１の値が、ｐの値の範囲から選択される。
【００４４】
ステップ５では、ｘｐの値が、数式７の適用により推定される。
【００４５】
ステップ６では、サンプル数ｎが、数式１０の適用により決定される。サンプリング周波数ｆｅが分かることにより、測定時間は、ｎ／ｆｅに相当する。
【００４６】
ステップ７では、周波数ωｅにおける測定および位相差
2015524049.tif 000038
と関連付けられた誤差
2015524049.tif 000039
は、数式１５の適用によりパラメータｐの値の関数として決定される。
【００４７】
ステップ８では、ステップ４で選択された値ｐがｐの範囲の最終値であるか否かに関して、判定が行われる。
【００４８】
そうでない場合には、ｐ値ステップのｐの値を増やすことにより、ステップ５〜７が再実行される。
【００４９】
パラメータｐの異なる値と各々が関連付けられる誤差
2015524049.tif 000040
の値は、このようにして得られる。誤差ごとに、周波数ωｅおよび位相差
2015524049.tif 000041
が設定される。
【００５０】
考慮される値ｐが最終である場合、方法はステップ９に進み、得られる誤差値の中から最低値が決定される。最低誤差値は、次に、関連付けられた周波数ｆｅ、位相差
2015524049.tif 000042
およびパラメータｐの値とともに、マッピングに保存される。
【００５１】
方法はステップ１０に進み、第３ステップで選択された位相差の値が、位相差の範囲の最終値であるか否かに関して、判定が行われる。
【００５２】
そうでない場合には、位相差ステップにより位相差を増やすことにより、ステップ４〜８が再実行される。
【００５３】
位相差
2015524049.tif 000043
と各々が関連付けられた誤差
2015524049.tif 000044
の最小値の組は、こうして得られる。誤差ごとに、周波数ｆｅが設定される。誤差の各最小値は第１のループから導き出され、特定のｐの値と関連付けられる。
【００５４】
考慮される位相差の値が最終である場合、方法はステップ１１に進み、「最悪のケース」の値が、取得された誤差値の中から決定される。そのような選択方法は、精度が最も好ましくない測定を選択することにある。
【００５５】
誤差
2015524049.tif 000045
のもっとも好ましくない値は、ゆえに周波数ｆｅにおける測定に対して得られる。誤差の各好ましくない値は、さらにパラメータｐの値と関連付けられる。用いられる選択の方法は、位相差の影響を一掃する効果を有する。実際に、精度は、最悪の状態でも、もっとも好ましくない値に等しく、最高の状態では、はるかに正確であろう。位相差は制御することが難しいので、この選択の方法により、測定の誤差の過大に見積もられているがなおも妥当な値を有することが可能となる。
【００５６】
方法はステップ１２に進み、第３ステップで選択された周波数が、周波数の範囲の最終値であるか否かに関して判定が行われる。
【００５７】
そうでない場合には、周波数ステップにより周波数を増やすことにより、ステップ４〜１１が再実行される。
【００５８】
考慮される周波数の値が最終である場合には、方法はステップ１３に続く。
【００５９】
そして、周波数ｆｅの１つと各々が関連付けられる誤差
2015524049.tif 000046
の最悪の値の組が得られる。  前述のステップを介して、誤差の各値は、ｐの特定の値に関連付けられる。
【００６０】
方法は、最低誤差値がどれかを決定することによって終了する。サンプリング周波数ｆｅおよび選択された値と関連付けられた測定値ｐの値の数が次に決定される。サンプリング周波数ｆｅおよび測定値ｐの数は、充電電圧を測定するための測定手段を構成するために用いられる。
【図１】
2015524049.tif 000047
【国際調査報告】
2015524049.tif 000048
2015524049.tif 000049
2015524049.tif 000050
2015524049.tif 000051