(57)【要約】本発明の目的は、バッテリの機能を決定するできるだけ簡単且つ確実な方法を提供することである。このために、本発明は、電気系統（４）、特に車両の電気系統に電圧（Ｕ）を提供するバッテリ（２）のバッファー作用を決定する方法を提供する。本発明の方法は、電圧変化および電流変化を周期的に検出し、電圧変化および電流変化の比率に基づいてバッテリの動的内部抵抗を決定し、定義された最大値を超える値に対し定義された動的内部抵抗を監視し、バッテリのバッファー作用に関するステートメントを作成し、それを出力することを特徴とする。バッテリのバッファー作用は、電圧変化および電流変化の比率が小さければ小さいほどより良好となる。
2004527076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用の、電源系統（４）に電圧（Ｕ）を提供するバッテリ（２）のバッファー作用を決定する方法であって、
任意の電圧変化（ΔＵ）および電流変化（ΔＩ）を周期的に検出するステップと、
前記電圧変化（ΔＵ）および前記電流変化（ΔＩ）の商に基づいて前記バッテリ（２）の動的内部抵抗（Ｒｉ）を決定するステップと、
予め決定され得る限界値（ＧＲ）が超えられたかを決定するために監視装置（８）によって決定された前記動的抵抗（Ｒｉ）を監視するステップと、
前記バッテリ（２）のバッファー作用についてのステートメントを作成し、該バッテリ（２）のバッファー作用に関する該ステートメントを出力するステップとを含み、電圧変化（ΔＵ）および電流変化（ΔＩ）の商が小さければ小さいほど、バッテリ（２）のバッファー作用がより良好となる、方法。
【請求項２】
予め決定され得る限界値（ＧＲ）は最小値または最大値であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
検出された前記電圧変化および前記電流変化の値は、前記動的内部抵抗（Ｒｉ）の決定前に濾波され、予め決定された境界条件が満たされるとき、前記動的内部抵抗（Ｒｉ）が決定される極値、つまり相対的最小値および相対的最大値が前記監視装置（８）によって探知されることを特徴とする請求項１あるいは２記載の方法。
【請求項４】
検出された前記電流変化および／または前記電圧変化は、２つ以上の並列フィルタによって異なる時定数で処理され、該フィルタの出力信号間の比較が、内部抵抗の計算のためのイネーブル信号として使用さ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。
【請求項５】
前記フィルタからの前記出力信号の比較のための判定基準は、前記自動車の電源系統の状態（バッテリの充電、バッテリの放電、過渡状況）および／または電流変化または電圧変化の大きさに依存していることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記抵抗決定における相対的誤差は、前記動的内部抵抗（Ｒｉ）の重み係数を提供する、１００で除され、１に制限された重要度を導くために使用されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記動的内部抵抗（Ｒｉ）の新濾波値は、前記動的内部抵抗（Ｒｉ）に対して、過去にもうすでに格納されている旧値と、見つけられた限界値の前記動的内部抵抗（Ｒｉ）に対して、重み係数に従って重み付けられた新決定値とから決定されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記動的内部抵抗の高速評価のために、該動的内部抵抗の最後の２０個の計算値のみが評価されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記バッテリ（２）のバッファー作用についての前記ステートメントは、新動的内部抵抗（Ｒｉ）が決定されたときはいつでも更新されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
上方および下方スレッショルド値（Ｔｈｏ、Ｔｈｕ）は、それらのスレッショルドが出力される前記バッテリ（２）のバッファー作用についての任意のステートメントに対する前記動的内部抵抗（Ｒｉ）によってオーバーシュート（Ｔｏ）またはアンダーシュート（Ｔｕ）されなければならない２つの時間間隔（Ｔｏ、Ｔｕ）だけでなく、前記動的内部抵抗（Ｒｉ）に対して定めら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。
【請求項１１】
前記スレッショルド値および前記時間間隔は、それぞれの場合で異なる範囲に対し別に設定されるので、危機的自動車電源系統状態のスレッショルドおよび時間間隔、追加対策、例えば第２のバッテリの接続のためのスレッショルドおよび時間間隔、ならびに外部始動のためのスレッショルドおよび時間間隔の間を区別することができることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
１つの刺激が前記動的内部抵抗（Ｒｉ）の有効決定に十分でない場合、追加的限界値が負荷を意図的に駆動することによって生成されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
加熱式後部ウインドシールドは負荷として作動されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記限界値（ＧＲ）が超えられる場合に警告メッセージ（Ｍ）を出力するさらなるステップを含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
自動車用の、電源系統（４）に電圧（Ｕ）を提供するバッテリ（２）のバッファー作用を決定する装置であって、
電圧および電流を検出し、決定する手段（６、１０）が提供され、電圧変化（ΔＵ）および電流変化（ΔＩ）の商に基づいて前記バッテリ（２）の動的内部抵抗を決定し、決定された前記動的内部抵抗（Ｒｉ）が、予め決定され得る限界値（ＧＲ）を超えるのを監視し、前記バッテリ（２）のバッファー作用に対するステートメントを作成し、前記バッテリ（２）のバッファー作用についてのこのステートメントを出力する監視ユニット（８）が提供されることを特徴とする装置。
【請求項１６】
前記監視装置（８）は、十分な刺激が前記動的内部抵抗（Ｒｉ）の決定のために有効でないとき負荷を意図的に駆動する装置を有することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧、特に自動車に電圧を提供するバッテリのバッファー作用（Pufferwirkung,buffer action）を決定する方法に関する。本発明はまた、バッファー作用を決定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気式ブレーキのような、安全関連機能は、自動車では益々電気的に操作されるようになっている。このような安全関連構成要素の使用可能性が確実に保証されるようにするために、それらに電力が常に供給されなければならない。これを達成するために、２つのエネルギー源、すなわちバッテリおよびジェネレータが自動車内に提供されることは公知である。
【０００３】
従来形鉛酸バッテリの寿命は一般に自動車の寿命よりも短いので、２つのエネルギー源のうち一方だけが尚も使用可能となることもあり得る。バッテリが放電状態または不良となる、ゆえに使用不能となる、この状況は、故障状態になるか、または第２のエネルギー源、つまりジェネレータの過負荷状態となり得る。これにより、負荷への給電がもはや確保されなくなる。さらに、自動車は安全性が危機的な状況に変わるかも知れない。この理由で、一方で運転者に警告し、他方で自動車の電源系統をも、従って、自動車をできるだけ長く操作上安全状態に維持する対策が要求される。特に、操作に関わる負荷、特に、エンジン電子装置、電気式ブレーキのような、安全性に関わる負荷へのスイッチが確実にオフとならないようにする必要がある。確実にできるだけ僅かな電流しか引き出されないようにすることに加えて、これらのような安全性関連装置の操作性を保証するために最小限の電圧レベルが維持されなければならない。これは、通常ではジェネレータによって確保される。但し、バッテリが極端な放電状態にあるか、または何か他の理由で不良である場合、それはもはやバッファー作用を提供できない。これは、恐らく、動作中の負荷変化によってジェネレータの電源が切れ、自動車の電源系統の電圧が突然降下することに繋がるので、安全性関連装置を確実に動作させることはもはやできない。
【０００４】
自動車用の電源系統の電圧を提供するバッテリのバッファー作用を決定する方法は、特許文献１から公知である。この場合、電圧リップルが検出され、決定され、予め決定され得る限界値の維持が監視ユニットを使用して監視される。
【０００５】
さらに、バッテリの品質を試験する方法は、特許文献２から公知である。この場合、定ＡＣ電源が、試験されるバッテリ用の負荷として使用され、次に生じる電圧レベルが決定される。バッテリの品質は、次に結果として生じる電圧レベルに基づいて評価される。但し、定ＡＣ電源の使用のため、このような装置は自動車に使用できない。さらに、定ＡＣ電源を使用すると、余分な信号が送り込まれることを意味し、これは複雑となる。
【０００６】
【特許文献１】
独国特許出願公開第１９９４４５１７Ａ１号明細書
【特許文献２】
特開平０３−２４９５８２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はゆえに、バッテリの使用可能性をできるだけ容易に且つ確実に確認できるようにする、バッテリのバッファー作用を決定する方法を特定する目的に基づいている。さらなる目的は、バッテリのバッファー作用を決定するための特に簡単な装置を特定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、この目的は、請求項１に記載の特徴を有する方法、および請求項１５に記載の特徴を有する装置によって達成される。本発明の有利な展開は従属請求項で明確に記載される。
【０００９】
本発明は、この場合、バッテリがごく僅かなバッファー作用しか持たない場合、これは自動車電源系統のバッテリのフィルタ特性の変化に繋がるという考えに基づいている。本発明によれば、バッテリの動的内部抵抗はこの目的のために、任意の電圧変化と任意の電流変化との商に基づいて決定される。動的内部抵抗は、予め決定され得る最小値に対して監視されるのが好ましい。これは最小値を超える動的内部抵抗を監視することによってバッテリのバッファー作用についてのステートメントを作成することができるようにする。電圧変化と電流変化との商が小さければ小さいほど、バッテリのバッファー作用がより良好となる。動的内部抵抗は、この場合、著しい電流または電圧変化が生じた場合、例えば１Ｖまたは５Ａよりも大きい変化が生じた場合に決定されるのが好ましい。
【００１０】
小さな電流または電圧の変化が生じてもバッテリのバッファー作用についてのステートメントを作成するために、内部抵抗は重み係数によって重み付けされるのが好ましい。特にこれは、動的内部抵抗の連続監視、従ってバッファー作用の連続検証となる。例として、電力Ｐが、次式Ｐ＝ΔＵ×ΔＩに基づき、重み係数として使用される。性状および実施形態により、重み係数は、動的内部抵抗を決定する場合に一次関数または二乗関数として考慮される。
【００１１】
警告メッセージは、限界値、つまり最小値を超える場合に都合良く出力される。これは、バッテリのバッファー作用がもはや緊急または安全操作に十分ではないかまたは短期過酷過負荷状態にある場合に、警告メッセージが、例えばダッシュボード上の指示灯の形態で、運転者に確実に出力されるようにする。
【００１２】
この目的のため、本発明による装置は、特に、任意の電圧変化と任意の電流変化との商に基づいてバッテリの動的内部抵抗を決定する監視ユニットを有する。
【００１３】
本発明のこれや他の目的、特徴および利点は、図面と併せて本発明の好ましい例示的実施形態の以下の詳細な説明から明白となろう。
【００１４】
本発明の例示的実施形態を図面を参照して以下で詳細に説明する。
【００１５】
互いに相当する部分には全ての図を通して同参照符号を付すものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、電源系統４の、特に詳述しない自動車の、電圧Ｕを提供するバッテリ２のバッファー作用を決定する装置１を示す。自動車電源系統４はバッテリ２からの電圧Ｕで供給される。自動車電源系統４は、第２のエネルギー源として自動車ジェネレータ５からの電圧Ｕで供給される。加えて、バックアップバッテリｂａｔ２（図示せず）は、（自動車電源系統）バッテリ２と並列に配置され、自動車電源系統の不安定性を補正するために、および必要なときの一時的充電のために接続され得る。
【００１７】
装置１は、電圧Ｕおよび／または電圧リップルＵＷを検出し、決定する手段６（以下では縮めて電圧センサ６と称される）、予め決定され得る極値ＧＵ、ＧＵＷの維持のための電圧Ｕおよび／または電圧リップルＵＷを監視する監視ユニット８を有する。加えて、装置１は、電流Ｉおよび／または電流リップルＩＷを検出し、決定する手段１０（以下では縮めて電流センサ１０と称される）を有する。電圧Ｕ、電圧リップルＵＷ、電流Ｉ、および／または電流リップルＩＷのような、自動車電源系統４の特性的変数は、バッテリ２のバッファー作用を決定するために、予め決定され得る極値ＧＵ、ＧＵＷ、ＧＩまたはＧＩＷを順守するための監視ユニット８によって監視される。監視は、予め決定された極値ＧＵ、ＧＵＷ、ＧＩまたはＧＩＷのオーバーシュートおよび／またはアンダーシュートに適用される。バッテリ２のバッファー作用が減少すると、電圧リップルＵＷは増加し、電流リップルＩＷは減少する。電圧リップルＵＷは、特に負荷、例えばジェネレータまたは点火系統のスイッチのオンへの投入により生じる。
【００１８】
従って、電圧リップルＵＷは１つの例示的実施形態で監視される。電流リップルＩＷを監視するとき、電圧リップルのものとの相互挙動が分析される。それぞれの予め決定された極値ＧＵＷまたはＧＩＷを電圧リップルＵＷおよび／または電流リップルＩＷの監視中にオーバーシュートまたはアンダーシュートする場合、これは、バッテリ２のバッファー作用が不十分であることを示している。
【００１９】
監視ユニット８は、この場合ハードウエア回路またはソフトウエアの形態であっても良い。例として、図２は、関連極値ＧＵＷに従う電圧リップルＵＷを監視するハードウエア回路の形の監視ユニット８を示す。この場合、監視ユニット８はフィルタ１２、特に帯域通過フィルタを有する。フィルタ１２は、電圧信号Ｕから低周波成分、特にＤＣ電圧、および高周波成分を濾波する。フィルタ１２の性状および実施形態により、これは、その中間周波数がエンジンまたはジェネレータ５の回転速度から得られるフィルタである。フィルタ１２の後には整流器１４および比較器１６が続く。フィルタ１２によって電圧信号Ｕから濾波される振動は整流器１４によってＤＣ電圧に変換され、比較器１６によって予め決定された極値ＧＵＷと比較される。つまり：電圧リップルＵＷの振幅は、最大値に対し予め決定された極値ＧＵＷによって監視される。整流器１４から下流のＤＣ電圧が最大値よりも大きい場合、バッテリ２のバッファー作用が低過ぎとなり、警告メッセージＭは、例えば「バッテリ要充電」または「バッテリ要交換」のような視覚形態で、または聞こえるように出力される。
【００２０】
電圧リップルＵＷのハードウエア回路監視ユニット８から類推して、電流リップルＩＷはバッテリ２と直列接続される分流抵抗に掛かる電圧Ｕを取り出すことによって測定される。この場合、電流リップルＩＷの振幅は、予め決定された最小値をアンダーシュートすることに対して監視される。電圧リップルＵＷおよび／または電流リップルＩＷを決定することに加えて、バッファー作用も、関連極値ＧＵおよびＧＩに従って、特に負荷のスイッチをオンに投入したときの、電圧Ｕおよび電流Ｉの反応を使用することによって評価される。ハードウエア回路に基づく比較器１６もこの目的で同じように提供される。
【００２１】
本発明による例示的実施形態では、監視ユニット８は、例えば、コンピュータユニットの形態であっても良い。監視ユニット８は、この場合、自動車電源系統の変数、つまり電圧Ｕ、電圧リップルＵＷ、電流Ｉおよび／または電流リップルＩＷを監視し、評価するために使用される。例として、コンピュータユニットはマイクロコントローラかまたは他のデータ処理ユニットである。電流リップルＩＷおよび／または電圧リップルＵＷのような、リップル間の関係を考慮に入れるために、監視ユニット８は、例えば電圧リップルＵＷと温度、ジェネレータＤＣ電圧、ジェネレータ電流およびバッテリ電流Ｉの間の関係の特性群を有する。特性のこれらの群は、例えば、曲線または表の形態で保管される。
【００２２】
本発明の好ましい例示的実施形態では、上述の電圧Ｕおよび電流Ｉの測定に加えて、バッテリ２の動的内部抵抗Ｒｉが、監視ユニット８を使用して決定され、バッファー作用を確認するために使用される。電流変化ΔＩおよび電圧変化ΔＵの両方がこの場合決定される。電圧変化ΔＵおよび電流変化ΔＩの商が使用されて動的内部抵抗Ｒｉを決定し、予め決定された関連極値ＧＲを順守するため、特に超えられる最小値に対し、監視する。最小値を超える場合、バッファー作用はもはや十分ではない。これは、電圧変化ΔＵおよび電流変化ΔＩの商が小さくなればなるほど、バッテリ２のバッファー作用がより良好となることを意味する。動的内部抵抗Ｒｉは、最小限の変化が電流Ｉおよび電圧Ｕ内で起こる場合、例えば少なくとも５Ａの電流変化ΔＩおよび少なくとも１Ｖの電圧変化ΔＵが起こる場合に決定されるのが好ましい。
【００２３】
バッテリ２のバッファー作用を決定する本発明による方法を以下で詳述する。
【００２４】
本発明による方法では、バッテリ２からの電圧Ｕおよび電流Ｉの対の新値は、周期的に、たとえば４ｍｓ毎に決定される。これは電圧変化ΔＵおよび電流変化ΔＩとなる。監視装置は、この値の対から濾波された値を計算する。フィルタは、例えば、一次低帯域通過フィルタまたはＶＺ１要素である。この場合、高速フィルタは、それぞれの場合で、例えば電圧Ｕおよび電流Ｉに対してＴ＝８ｍｓで形成されるのが好ましい。電圧が、例えばＴ＝３０ｍｓの低速フィルタを介して追加的に濾波される場合、電圧および電流プロファイルは信憑性がチェックされ、電圧および電流フランクが前もって選択される。
【００２５】
これらの濾波された電圧および電流値は、相対的最小および最大が監視装置によって探知される。動的内部抵抗Ｒｉは、それぞれ確認された極値、つまり相対的最小または最大の後に決定される。但し、動的内部抵抗Ｒｉを決定するこのプロセスは、次の境界条件下にある場合にのみ実行される：
確認された極値の前に、反対極値または次の極値の最大待ち時間の終了から生じる開始値がもうすでに保管されている。
高速および低速フィルタからのバッテリ電圧の突然の変化は、同じ数学記号を有する。電流は急減するが、電圧は同程度まで変化しない場合、負荷遮断または負荷制限についての低下するフランクのような突然の変化は、ゆえに無視される。
バッテリ電圧の動的変化は特定の最小限の大きさでなければならない。非常に大きな突然の変化、および完全に放電エリア内にある突然の変化の場合、低速電圧変化は急速変化よりも大きくないことをチェックするのに十分である。
電流が放電エリア内で開始するかまたは終了する突然の変化の場合、高速の突然電圧変化は、低速の突然電圧変化よりも１５〜３０％大きくなければならない。
完全に充電エリア内にある突然の変化は、最大動的応答を有さなければならない。高速電圧変化は、低速電圧変化よりも２５〜５０％大きくなければならない。
ジェネレータが作動しているとき、これは、高速フィルタからの突然の電圧変化が低速フィルタのものよりも特定因数（例えば２５％）だけ大きくなければならないという事実から確認される。非常に大きな突然の電圧変化（＞２Ｖ）の場合、またはジェネレータが作動していないとき、高速フィルタとの差が少なくとも低速フィルタとの差以上であることをチェックするのに十分である。
突然の電圧変化および突然の電流変化の数学的記号は同じでなければならない（ｄＵ＊ｄＩ＞０）、または電流は許容限度より小さくなければならない。
【００２６】
これらの境界条件が満たされる場合、動的内部抵抗Ｒｉが計算される。
【００２７】
動的内部抵抗Ｒｉを計算する前に、ゼロ除算が実行されないこと、または負の値がＲｉに対して決定されていることを確認するチェックが実行される。電流の大きさが許容限度より小さい場合、電圧の数学的記号および最小値は移される。
【００２８】
確認されたフランクの重要度は、予想される測定誤差に基づいて決定される。
【００２９】
式に基づき：
【数１】
2004527076.tif 000003
および、最大抵抗（測定電圧値が高く、測定電流値が小さい）を考慮に入れて：
【数２】
2004527076.tif 000004
ここでｆＵおよびｆＩは電圧および電流測定値のそれぞれから予想される誤差である（例えば、Ａ／Ｄコンバータからの雑音、量子化誤差等）。
【００３０】
重要度は、ゆえに抵抗決定における相対的誤差から得られる（相対的誤差＝０．．．１）。
【００３１】
限界値分析は、無限大に至る重要度を有する非常に大きな突然の電圧および電流変化となる。突然の電圧変化が大きく、突然の電流変化が小さいか、または突然電圧変化が小さく、突然の電流変化が大きい値では、その結果生じる重要度は小さく、０に近づく。
【００３２】
１００で除され、１に制限された重要度は、重み付けとなる。電圧変化ΔＵおよび電流変化ΔＩの商から得られる動的内部抵抗Ｒｉは、この重み係数によって重み付けされる。
【００３３】
１％未満の予想誤差を有する測定値であれば、ゆえに直ちに移されるであろうよう。
【００３４】
他の計算プロセスは、以下の条件のうち１つが満たされる動的内部抵抗Ｒｉのこれらの値のみを考慮に入れる：
重み付けは実質的に小さな測定誤差を示す。
突然の電圧変化は非常に大きい。
突然の電流変化は非常に大きい。
【００３５】
大きな突然の電圧変化または突然の電流変化での代替計算は、非常に小さい、または大きい抵抗値を計算することも可能であることを意味する（但し、高い誤差確率を有する）。
【００３６】
動的内部抵抗Ｒｉの新しい濾波された値は、旧値から、および以下の式を用いて、同様に重み付けされた新値から得られる：
ＲｉＦｉｌｔ＝ＲｉＦｉｌｔ  ×  （１−重み付けフランク）＋  Ｒｉｆｌａｎｋ  ×  重み付けフランク
【００３７】
当初、実行された先の重み付けプロセスの全ての合計は１よりも小さい。この状況において、電流フランクの重み付けは既存の重み付けの合計と関連付けられ、この相対的値は現在のフランク重み付けとして使用される。既存の重み付けの合計がより小さく、現在のフランクの重み付けがより高いと、この現在のフランクがゆえに考慮に入れられる範囲もより大きくなる。
【００３８】
通常の計算に加えて、「高速動的内部抵抗Ｒｉ−Ｆａｓｔ」も計算される。これは、最後の２０個の計算値のみから構成され、従ってかなり早い動的応答を有するが、濾波された動的内部抵抗Ｒｉよりも精度が劣る。濾波された動的内部抵抗Ｒｉと高速動的内部抵抗Ｒｉ−ｆａｓｔの間に大きな格差がある場合には、それが十分に安定しており、値の一方（濾波済みまたは高速）が特定最小値よりも上であるならば、高速動的内部抵抗Ｒｉ−ｆａｓｔが使用される。動的内部抵抗Ｒｉの値が非常に長期間何も決定されない場合、再度刺激されたときに値をより速やかに生成するために、高速動的内部抵抗Ｒｉ−ｆａｓｔはリセットされる。
【００３９】
妥当性は、高速動的内部抵抗Ｒｉ−ｆａｓｔを計算するのに要する時間を測定する際に評価される。予め決定された時間間隔がここで経過している場合、その妥当性はもはや十分でないと見なされる。
【００４０】
バッテリ２のバッファー作用についてのステートメントは、その妥当性から、および決定された動的内部抵抗Ｒｉから作成される。
【００４１】
バッテリ２のバッファー作用についてのステートメントに対し２種類の出力変数がある：
１．その刺激がもはや十分でなくても、常に値を生成する第１の出力信号Ａ１。この値は、ステートメントがバッテリ２のバッファー作用について常に生成されることを確実にするために必要である。その刺激がもはや十分でない場合、この出力信号は、最後に決定された値のままである。新値は、妥当性が十分となるまで再度決定されない。
２．妥当性が十分である場合にのみ値を生成する第２の出力信号Ａ２。これがもはやその場合でない場合、出力信号は、「有効でない」の値を生成する。
【００４２】
バッテリのバッファー作用についてのステートメントは、新たに動的内部抵抗Ｒｉが決定されており、妥当性が十分であるときにはいつでも更新される。
【００４３】
出力変数は２段階で形成される。最初に、３つのエリアが互いに独立して評価される。これらのエリアは次にチェックされ、出力変数が形成される。
【００４４】
動的内部抵抗Ｒｉが移行する多数の重要なエリアがある。これらは、異なるパラメータ（スレッショルドや時間）を用いて、同原理で互いに独立して評価される。各エリアは、上部スレッショルドのオーバーシュートの最小時間や下部スレッショルドのアンダーシュートの最小時間だけでなく関連した上部および下部スレッショルドを有する。その結果、非常に低い値（＜２０ｍΩ）に対し、動的内部抵抗は、例えば、８０ｍΩにおける場合よりも低い精度で計算される。さらに、危機的なバッテリ状態は、例えば、外部始動中における場合よりも早く確認されなければならない。
【００４５】
上部スレッショルド値Ｔｈｏおよび下部スレッショルド値Ｔｈｕは、動的内部抵抗のスレッショルドとして定義される。加えて、２つの時間間隔ＴｏおよびＴｕは、それぞれ定義され、その間にスレッショルドは、対応するエリアの状態が変化する前に、動的内部抵抗Ｒｉによって超えられなければならない。
【００４６】
動的内部抵抗Ｒｉの妥当値が、リセット後の最初に決定されると、値は、それぞれの場合でバッファー作用に対して仮定される。これは、その値が上部スレッショルド値より小さい場合Ｒｉ−ｌｏｗｅｒであり、そうでなければそれはＲｉ−ｈｉｇｈｅｒとなる。決定された動的内部抵抗Ｒｉが２つのスレッショルド値の間にあり、バッテリ状態が正常に改善しているとき何のステートメントも比較的長期間作成されないので、この手順が選ばれた。さらに、何のメッセージもより良好な場合には生成されない。
【００４７】
対応範囲変数の変化はゆえに以下の場合にのみ起こる：
動的内部抵抗Ｒｉは、状態が良くない場合のＴｕよりも長期間Ｔｈｕより下にあり；バッファー作用がゆえにＲｉ−ｌｏｗｅｒに設定される。
動的内部抵抗Ｒｉは、状態が良い場合のＴｏよりも長期間Ｔｈｏより上にあり；バッファー作用がゆえにＲｉ−ｈｉｇｈｅｒに設定される。
【００４８】
様々なスレッショルドおよび時間が、使用される様々なバッテリサイズおよび技術のために値の範囲として提示され、これらは表１で示されるように、個々の範囲ビットを形成するために使用されるので、危機的な自動車電源系統状態のスレッショルド、追加対策の開始の、例えば第２のバッテリ（バックアップバッテリ）ｂａｔ２の接続のスレッショルド、および外部始動ｆｓのスレッショルドの間を区別することが可能となる。
【００４９】
【表１】
2004527076.tif 000005
【００５０】
いったん個別の範囲ビットが形成されると、これらは、出力変数Ａ１およびＡ２を形成するために妥当性についての情報と共に使用される。
【００５１】
これらの範囲ビットの論理リンクは以下の表２で示される：
【００５２】
【表２】
2004527076.tif 000006
【００５３】
ここでＡ１−ｉｏは十分であるバッファー作用に等しく、Ａ１−ｆｓは外部始動範囲のバッファー作用に等しく、Ａ１−ｂａｔ２は第２のバッテリが接続されるべきである範囲のバッファー作用に等しく、Ａ１−ｃｒｉｔは重要バッファー作用に等しく、Ａ２−ｉｏは十分なバッファー作用に等しく、Ａ２−ｆｓは外部始動範囲のバッファー作用に等しく、Ａ２−ｂａｔ２は第２のバッテリが接続されるべきである範囲のバッファー作用に等しく、Ａ２−ｃｒｉｔは重要バッファー作用に等しく、およびＡ２−ｎｖは、有効でないバッファー作用の値に等しい。
【００５４】
動的内部抵抗Ｒｉの有効な決定が要求される局面でのプロセスに十分な刺激を提供するために、本発明の１つの好ましい展開は、追加のフランクを製造するために、必要なら、使用される加熱式後部ウインドシールドを提供する。これは、加熱式後部ウインドシールドを意図的に作動させることによって行われるが、この場合、加熱式後部ウインドシールドが刺激を確実に提供するようにするために、次の境界条件が満たされなければならない：
動的内部抵抗Ｒｉの瞬間的に決定された値は特定値よりも大きくなければならない。
ジェネレータは活動状態でなければならない。
瞬間的刺激は十分でない。
最小時間Ｔｍｉｎは、最後の刺激パルスの最後なので、経過しているに違いない。
【００５５】
これらの境界条件が満たされる場合、監視装置内のドライブ装置は、まず最初、加熱式後部ウインドシールドが作動されている場合にはその動作を停止させる。いったん遅延時間ＴＨＳＳｏｆｆが経過してしまうと、加熱式後部ウインドシールドが作動される（再び）。第２の遅延時間ＴＨＳＳｏｎを次に経過し、その後、加熱式後部ウインドシールドは、ドライブ装置によって通常コントロールに戻される。
【００５６】
これは、通常の刺激が欠落している状況でも動的内部抵抗Ｒｉが確実且つ容易に決定されるので、ステートメントが、バッテリ２のバッファー作用について問題なく作成されることを意味する。
【００５７】
以下で、線図を参照してバッテリ２への様々な対策を記述し、バッテリ２のバッファー作用へのそれらの影響を詳細に説明する。例として、図３は、充電されたバッテリ２の電流／電圧特性の線図を示す。上方曲線は電圧Ｕを示し、下方曲線はバッテリ２からの電流Ｉを示す。電圧リップルＵＷは、パルス化された電流変化ΔＩにもかかわらず非常に小さい。バッテリ２はゆえに非常に良好なバッファー作用を有する。この場合、上述のように、電圧リップルＵＷは、予め決定された限界値ＧＵＷを順守するための装置１によって監視される。
【００５８】
例として、図４は、広範囲まで放電されており、もはやいかなるバッファー作用も持たないバッテリ２での測定値の電流／電圧特性を示す。電圧リップルＵＷ（上方曲線）は、図３の測定値のものよりも著しく大きくなり、これはゆえに、バッテリ２のバッファー作用が不十分である指示となる。
【００５９】
電圧リップルＵＷおよび／または電流リップルＩＷの監視だけでなく決定や検出に加えて、特に負荷が接続される場合の、自動車電源系統電圧Ｕおよび自動車電源系統電流Ｉの挙動は、もうすでに上述したように、バッテリ２のバッファー作用を評価するためにも使用できる。
【００６０】
図５Ａおよび５Ｂは、負荷のスイッチがオンに投入されている、例えば後部ウインドシールドが加熱している間の、電圧プロファイル（上図）と電流プロファイル（下図）を示す。測定はバッテリ２無しで実行された、つまりバッテリ２からのバッファー作用が無かった。バッテリ２が無いので、いかなるバッテリ電流Ｉも流れず、電流Ｉの全てはジェネレータ５から提供されなければならない。自動車の電源系統４の電流Ｉの突然の上昇は、まず最初、電圧Ｕの激減となるが、ジェネレータ内の調整器が電圧Ｕをもう一度約６００ｍｓの範囲内でその名目値に調整する
【００６１】
負荷のスイッチがオンに投入されている、この場合、後部ウインドシールドが加熱しているという事実は、この場合、電圧センサ６および電流センサ１０によって、あるいは、代わりに、データバスを介しての信号によって決定される。いったん、負荷のスイッチがオンに投入されると、電圧センサ６および電流センサ１０によって決定されたときの電圧低下、および電流プロファイルが、ハードウエア回路および／またはソフトウエアの形態である監視ユニット８によって評価される。電流プロファイルは、負荷のスイッチがオンに投入され、バッファー作用が関連電圧プロファイルから差し引かれる場合を示す。電圧Ｕが予め決定された限界値ＧＵ、例えば１２．５Ｖ未満に降下する場合、これは、バッテリ２のバッファー作用がもはや十分ではないことを示す。
【００６２】
電流変化ΔＩも、負荷によって引き出される電流を予測するために使用される。電流変化ΔＩが負荷の定格電流よりも著しく低い場合、バッテリ２はもはや十分な電流Ｉを供給できない。この場合、電圧Ｕおよび電流Ｉの検出は、連続的に、特に負荷のスイッチがオンに投入された直後に、およびジェネレータ５の調整時間の範囲内に実行される。試験目的で、その測定が、いかなる他の負荷も持たないことを確認するために負荷のスイッチを２回以上の回数にわたってオンおよびオフに切り換えられ、ランダムにスイッチがオンに投入され、その上に重ね合わされると、その測定は不正なステートメントを提供する。
【００６３】
先に詳述されたように、電圧変化ΔＵおよび電流変化ΔＩは動的内部抵抗を決定するために使用される。先に記載のように、商ΔＩ／ΔＩは、自動車電源系統４内の、例えばΔＵ＝１ＶまたはΔＩ＝５Ａの大きな電流または電圧変化に続いて決定される。この場合、監視ユニット８は、予め決定された限界値ＧＲに対する電圧変化ΔＵおよび電流変化ΔＩの商を監視する。ΔＵ／ΔＩの商が小さければ小さいほど、バッテリ２のバッファー作用はより良好となる。監視はゆえに、限界値ＧＲ、特に超えた最小値を探す。
【００６４】
図６Ａおよび６Ｂは、故障バッテリ２、つまり限定的緩衝能力しか持たないバッテリ２を有することを除き、図５Ａおよび５Ｂで示されたものと同じ測定を示す。バッテリ２は、まず最初、時間ｔ＝１０．２５ｓまで充電され、その後後部ウインドシールド加熱のスイッチがオンに投入され、電流Ｉはゆえに負となる。この場合、バッテリ２は、後部ウインドシールド加熱を作動させるのに必要とされる電流Ｉの全てを供給しない。後部ウインドシールド加熱または負荷のスイッチがオンに投入された後のバッテリ電流Ｉの突然の変化は、後部ウインドシールド加熱の実電流（定格電流）よりも小さい。その結果、ジェネレータ５からの電圧Ｕは広範囲に激減し、つまりＵ＝１２．５ボルトまで降下する。ジェネレータ５は、適切な時定数でもう一度電圧Ｕを調整する。この場合、監視ユニット８は、バッテリ２が弱いバッファー作用を有する判定基準として高電圧リップルＵＷまたは低減された突然の電流変化および電圧の主要な低下を使用できる。
【００６５】
図７Ａおよび７Ｂは、図６Ａおよび６Ｂでのバッテリのものよりも良好な緩衝能力を有するバッテリ２を有することを除き、図６Ａおよび６Ｂで示されたものと同じ測定の電流／電圧特性を示す。まず最初、バッテリ２は時間ｔ＝９．５ｓまで充電され、その後に後部ウインドシールド加熱のスイッチがオンに投入され、電流Ｉが負となる。この場合、図６Ｂで示された場合よりもより多くの電流Ｉが、後部ウインドシールド加熱の作動のためにバッテリ２から引き出される。ジェネレータ５からの電圧Ｕは、ゆえにより小さい範囲まで低下、つまりＵ＝１３．２５ボルトまで低下する。ジェネレータ５はもう一度対応する時定数で電圧を調整する。この場合も、監視ユニット８は、弱いバッファー作用の判定基準として高度の電圧リップルＵＷまたは低減された突然の電流変化および電圧の主要な低下を使用できる。
【００６６】
対照的に、図８Ａおよび８Ｂは、全緩衝能力を備えたバッテリ２での同測定の電流／電圧特性を示す。これは、電圧リップルＵＷが図５Ａ、５Ｂ〜７Ａ、７Ｂのものよりも著しく小さいことを明白に示す。バッテリ２は、まず最初、時間ｔ＝６．６ｓまで充電され、その後に後部ウインドシールド加熱のスイッチがオンに投入される。電流Ｉが負となり、後部ウインドシールド加熱の電流Ｉの実質的に全てがバッテリ２から引き出される。その結果、ジェネレータからの電圧Ｕは約１５０〜２００ｍＶだけ低下する。監視ユニット８は低減された電圧リップルＵＷを使用して、バッテリ２が広範囲に良好なバッファー作用を有すると決定する。
【００６７】
図９Ａ〜９Ｃから１１Ａ〜１１Ｃは、極端に放電され、融解されているバッテリ２の動的内部抵抗Ｒｉの特性だけでなく電流／電圧特性も示す。図９Ａ〜９Ｃにおいて、バッテリ２は尚も酷く凍結されており、いかなる充電も吸収しない、つまり電流Ｉ＝０である。この場合、監視ユニット８は、非常に高い、１Ωよりも大きいＲｉを有する、特に動的内部抵抗Ｒｉを監視する。バッテリ２はゆえに何のバッファー作用も有さない。図１０Ａ〜１０Ｃは、融解後約１８．６ｈ経過した同バッテリ２の特性を示す。この場合、バッテリ２は電流Ｉを引き出す。動的内部抵抗Ｒｉは、２５０と３５０ｍΩの間の値まで降下している。動的内部抵抗Ｒｉを監視することによって、監視ユニット８はゆえに、動的内部抵抗Ｒｉが関連限界値ＧＲ未満に降下しているので、バッファー作用を確認する。いったん、バッテリが７分間充電されると、動的内部抵抗Ｒｉは２５０ｍΩ未満の値まで降下する。関連特性は図１１Ａ〜１１Ｃで示される。
【００６８】
図１１Ａ〜１１Ｃは、最大バッファー作用を有する完全充電バッテリ２の電流／電圧特性および動的内部抵抗Ｒｉの特性を示す。動的内部抵抗Ｒｉは、１０〜２０ｍΩの値まで降下している。
【００６９】
装置１の種類および構成により、電圧リップルＵＷまたは電圧降下は、バッテリ２のバッファー作用を決定するために別々にまたは組合せにて監視される。さらに、電流リップルＩＷ、減少電流Ｉ、電圧降下Ｕおよび／または動的内部抵抗Ｒｉについての監視の任意の他の所望組合せは、限界値Ｇを順守するために監視され得る。
【００７０】
要約すれば、できる限り簡単且つ確実にバッテリの使用可能性を確認するために、本発明は、電圧変化および電流変化が周期的に検出され、バッテリの動的内部抵抗が電圧変化および電流変化の商に基づいて決定され、決定された動的内部抵抗が、予め決定され得る限界値を超えることに対して監視され、さらにステートメントがバッテリのバッファー作用について作成され、出力される、特に自動車用の、電源供給系統（４）の電圧（Ｕ）を提供するバッテリ（２）のバッファー作用を決定する方法を開示する。この場合、バッテリのバッファー作用は、電圧変化および電流変化の商が小さければ小さいほど良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】センサユニットと監視ユニットとを有する、バッテリのバッファー作用を決定する装置を概略的に示す。
【図２】センサユニットを概略的に示す。
【図３】バッテリの電流／電圧特性の線図を示す。
【図４】バッテリの電流／電圧特性の線図を示す。
【図５】図５Ａ及びＢは例示的実施形態の電圧および電流の関数的特徴の線図を示す。
【図６】図６Ａ及びＢは例示的実施形態の電圧および電流の関数的特徴の線図を示す。
【図７】図７Ａ及びＢは例示的実施形態の電圧および電流の関数的特徴の線図を示す。
【図８】図８Ａ及びＢは例示的実施形態の電圧および電流の関数的特徴の線図を示す。
【図９】図９Ａ、Ｂ及びＣは例示的実施形態の電圧および電流の関数的特徴の線図を示す。
【図１０】図１０Ａ、Ｂ及びＣは例示的実施形態の電圧および電流の関数的特徴の線図を示す。
【図１１】図１１Ａ、Ｂ及びＣは例示的実施形態の電圧および電流の関数的特徴の線図を示す。
【図１２】図１２Ａ、Ｂ及びＣは例示的実施形態の電圧および電流の関数的特徴の線図を示す。
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年4月10日(2003.4.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用の、電源系統（４）に電圧（Ｕ）を提供するバッテリ（２）のバッファー作用を決定する方法であって、
任意の電圧変化（ΔＵ）および電流変化（ΔＩ）を周期的に検出するステップと、
検出された電圧変化（ΔＵ）および電流変化（ΔＩ）の値を濾波し、濾波された値から相対的極値、つまり相対的最小値および相対的最大値を監視装置（８）によって探知するステップと、
予め決定された境界条件が満たされれば、この探知中に見つけられた極値に対して、前記電圧変化（ΔＵ）および前記電流変化（ΔＩ）の商に基づいて前記バッテリ（２）の動的内部抵抗（Ｒｉ）を決定するステップと、
予め決定され得る限界値（ＧＲ）が超えられたかを決定するために監視装置（８）によって決定された前記動的抵抗（Ｒｉ）を監視するステップと、
前記バッテリ（２）のバッファー作用についてのステートメントを作成し、該バッテリ（２）のバッファー作用に関する該ステートメントを出力するステップとを含み、電圧変化（ΔＵ）および電流変化（ΔＩ）の商が小さければ小さいほど、バッテリ（２）のバッファー作用がより良好となる、方法。
【請求項２】
予め決定され得る限界値（ＧＲ）は最小値または最大値であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
検出された前記電流変化および／または前記電圧変化は、２つ以上の並列フィルタによって異なる時定数で処理され、該フィルタの出力信号間の比較が、内部抵抗の計算のためのイネーブル信号として使用さ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。
【請求項４】
前記フィルタからの前記出力信号の比較のための判定基準は、前記自動車の電源系統の状態（バッテリの充電、バッテリの放電、過渡状況）および／または電流変化または電圧変化の大きさに依存してい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。
【請求項５】
前記抵抗決定における相対的誤差は、前記動的内部抵抗（Ｒｉ）の重み係数を提供する、１００で除され、１に制限された重要度を導くために使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記動的内部抵抗（Ｒｉ）の新濾波値は、前記動的内部抵抗（Ｒｉ）に対して、過去にもうすでに格納されている旧値と、見つけられた限界値の前記動的内部抵抗（Ｒｉ）に対して、重み係数に従って重み付けられた新決定値とから決定されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記動的内部抵抗の高速評価のために、該動的内部抵抗の最後の２０個の計算値のみが評価されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記バッテリ（２）のバッファー作用についての前記ステートメントは、新動的内部抵抗（Ｒｉ）が決定されたときはいつでも更新されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
上方および下方スレッショルド値（Ｔｈｏ、Ｔｈｕ）は、それらのスレッショルドが出力される前記バッテリ（２）のバッファー作用についての任意のステートメントに対する前記動的内部抵抗（Ｒｉ）によってオーバーシュート（Ｔｏ）またはアンダーシュート（Ｔｕ）されなければならない２つの時間間隔（Ｔｏ、Ｔｕ）だけでなく、前記動的内部抵抗（Ｒｉ）に対して定められることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記スレッショルド値および前記時間間隔は、それぞれの場合で異なる範囲に対し別に設定されるので、危機的自動車電源系統状態のスレッショルドおよび時間間隔、追加対策、例えば第２のバッテリの接続のためのスレッショルドおよび時間間隔、ならびに外部始動のためのスレッショルドおよび時間間隔の間を区別することができることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
１つの刺激が前記動的内部抵抗（Ｒｉ）の有効決定に十分でない場合、追加的限界値が負荷を意図的に駆動することによって生成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
加熱式後部ウインドシールドは負荷として作動されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記限界値（ＧＲ）が超えられる場合に警告メッセージ（Ｍ）を出力するさらなるステップを含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
自動車用の、電源系統（４）に電圧（Ｕ）を提供するバッテリ（２）のバッファー作用を決定する装置であって、
電圧および電流を検出し、決定する手段（６、１０）が提供され、電圧及び電流を検出し、決定し、続いて相対的極値に対しそれらを探知する手段（６、１０）によって検出された電圧変化（ΔＵ）および電流変化（ΔＩ）を濾波し、予め決定された境界条件が満たされれば、探知中に見つけられた相対的極値に対して、前記電圧変化（ΔＵ）および前記電流変化（ΔＩ）の商に基づいて前記バッテリ（２）の動的内部抵抗を決定し、決定された前記動的内部抵抗（Ｒｉ）が、予め決定され得る限界値（ＧＲ）を超えるのを監視し、前記バッテリ（２）のバッファー作用に対するステートメントを作成し、前記バッテリ（２）のバッファー作用についてのこのステートメントを出力する監視ユニット（８）が提供されることを特徴とする装置。
【請求項１５】
前記監視装置（８）は、十分な刺激が前記動的内部抵抗（Ｒｉ）の決定のために有効でないとき負荷を意図的に駆動する装置を有することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
さらに、バッテリの品質を試験する方法は、特許文献２から公知である。この場合、定ＡＣ電源が、試験されるバッテリ用の負荷として使用され、次に生じる電圧レベルが決定される。バッテリの品質は、次に結果として生じる電圧レベルに基づいて評価される。但し、定ＡＣ電源の使用のため、このような装置は自動車に使用できない。さらに、定ＡＣ電源を使用すると、余分な信号が送り込まれることを意味し、これは複雑となる。特許文献３は、個々のセル電圧、つまり１２Ｖバッテリの場合の電圧の測定を開示し、それによる電圧測定は、それらの最大および最小値が決定され、２つの間の差が形成されることで、６回実行されなければならない。個々のセル電圧間の差が電流に関わる場合、これは、抵抗変数となるが、これはバッテリの内部抵抗に相当しない。特性は異なる動作点（Ｕ／Ｉ）におけるこれから得られる。これは個々のセル間の抵抗差を表す。これは、バッテリが古くなっていることを確認するために使用される。このような方法は、個々のセルが故障していることを決定するために使用される。但し、バッテリの性能が放電によって減少すると仮定される場合、これはセルの全てに均等に当てはまる。この状況において、個々のセル抵抗も、同じように均等に上昇したであろう。これは、従来の方法を用いても、異なる電圧における変化が何も確認できない、ゆえに異なる抵抗における変化も何も確認できないことを意味する。この明細書における抵抗Ｒ１およびＲ２が同じであると仮定すると、電圧差は電流と無関係である、つまりこの場合の電流の変化はいかなる測定結果も導かない。さらに、バッテリ端子電圧から得られる変数Ｖｒからの動的内部抵抗の決定は、特許文献４による一番近い先行技術から公知である。この場合、内部抵抗Ｒｎは測定ｎ毎に決定される。要約すれば、特許文献４および特許文献３は、等しい間隔で、つまり一定時間間隔でバッテリの電流および電圧を検出する方法を開示する。ある場合には、電圧は尚も補正される。測定値の選択は何も説明されない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
【特許文献１】
独国特許出願公開第１９９４４５１７Ａ１号明細書
【特許文献２】
特開平０３−２４９５８２号明細書
【特許文献３】
欧州特許出願公開第１０３７０６３Ａ１号明細書
【特許文献４】
欧州特許出願公開第１０８１４９９Ａ１号明細書




【国際調査報告】
2004527076.tif 000055
2004527076.tif 000056
2004527076.tif 000057
2004527076.tif 000058
2004527076.tif 000059
2004527076.tif 000060