(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリにおける電解液成層化状態を識別するための方法において、
モデル電圧に基づいて推定される静止電圧に基づいてバッテリの負荷段階における第１の充電状態値（ＳＯＣ１）を算出するステップと、
測定された静止電圧に基づいてバッテリの負荷段階に続く静止段階における第２の充電状態値（ＳＯＣ２）を算出するステップと、
前記第１の充電状態値（ＳＯＣ１）と第２の充電状態値（ＳＯＣ２）を比較するステップと、
前記第１の充電状態値（ＳＯＣ１）と第２の充電状態値（ＳＯＣ２）の間の差分が所定の偏差（ΔＳＯＣ）を上回った場合に電解液成層化状態を識別するステップとを有していることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記偏差（ΔＳＯＣ）の値が、２０％の値よりも大きい場合に電解液成層化状態として識別する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
推定される静止電圧がカルマンフィルタを用いて求められ、その場合に当該カルマンフィルタは、測定されたバッテリ電圧及び／又は測定されたバッテリ温度及び／又は測定されたバッテリ電流に基づき、当該バッテリを代表する基本モデルを用いて静止電圧を推定する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載された方法に従って電解液成層化状態を識別するステップと、
第１の充電状態値（ＳＯＣ１）と第２の充電状態値（ＳＯＣ２）の間の差分が所定の偏差（ΔＳＯＣ）を上回った場合に、第１の充電状態値（ＳＯＣ１）を静止段階に対する状態値として想定するステップとを有する、静止段階におけるバッテリの充電状態を求めるための方法。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載された方法に従って電解液成層化状態を識別するステップと、
第１の充電状態値（ＳＯＣ１）と第２の充電状態値（ＳＯＣ２）の間の差分が所定の偏差（ΔＳＯＣ）を上回った場合に、バッテリの充電に用いる充電電圧を高めるステップとを有する、バッテリにおける電解液成層化を解消するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリにおける電解液成層化状態を識別するための方法に関している。
【０００２】
背景技術
最近の自動車においては重要保安部品にかかわる電気的な負荷、例えばブレーキバイワイヤ、ステアバイワイヤ、スタート／ストップシステム又は電気油圧式ブレーキシステムなどへの給電のためのエネルギ蓄積器は常に監視され、その性能についての検査が必要とされる。電子制御式のバッテリ管理システムは、バッテリの性能を監視すると共に必要に応じて搭載電源網の支援も行っている。バッテリの能力に深く関わっているパラメータは、その充電状態＝ＳＯＣ値（state of charge）である。このＳＯＣ値とさらにＳＯＨ（state of Health；エージング状態）値に基づいて次のことが決定される。すなわち例えばＡＢＳ，ＥＳＰあるいはブレーキブースタなどの重要保安部品の機能確保のために、必要に応じて純粋に快適性のためだけの機能、例えば空調装置、ラジオ、パワーウインドウなどを遮断するか若しくは別の手段を講じるかどうかが決定される。
【０００３】
バッテリの性能の予測に対しては、従来技術では種々の方法が公知である。例えばバッテリの能力に対して深く関与しているパラメータ、例えば静止電圧の評価や始動時の電圧／電流測定あるいは電圧、電流、温度の連続測定のもとでのモデルベースの状態監視を用いた充電状態やバッテリ内部抵抗が検出され、これらのパラメータを用いてバッテリの予測すべき出力が見積もられる。そのようなモデルをベースにした方法は、ドイツ連邦共和国特許出願 DE-A 101 06 508 号明細書から公知である。この場合にとりわけ車両の運転中の充電状態＝ＳＯＣ値が連続的に推定され、若しくはバッテリの推定静止電圧に基づいて求められる。静止電圧はバッテリが実質的に無負荷状態である静止段階で測定され、そこからは直接充電状態（ＳＯＣ）が推論され得る。
【０００４】
その際にバッテリ中に現れる電解液の成層化は問題となる。例えば鉛蓄電池の充電の際には、極板に生じる硫酸は周囲の薄い硫酸溶液よりも比重が重くなるので、これは重力に基づいてバッテリの下方領域に沈む。それ故に電解質での移動のない静止段階においては、バッテリの上方領域の電解液比重が低減し、下方領域の電解液比重は増加する。このことは、硫酸比重の勾配、いわゆる電解液の成層化状態を引き起す。この電解液の成層化状態は、永続的に維持されるべきではない。なぜならさもないとバッテリを回復不能な状態に損なわせるからである。このような電解液の成層化のさらなる欠点は、静止段階において過度に高い静止電圧が測定されることによって実際よりも高い充電状態（ＳＯＣ値）が算出されてしまうことである。それに続いてバッテリの目下の状態が楽観的に推定され、そのため当該バッテリを積んだ車両は、事前の充電状態が十分高いものであることを算出したにもかかわらず最悪の場合には始動不能に陥る。
【０００５】
発明の概要
本発明による利点は、電解液成層化状態が適時に識別され、バッテリの静止段階における充電状態の誤った推定が回避されることである。さらに有利には、識別された電解液成層化状態のもとで適切な手段が講じられ、一方では電解液成層化状態にもかかわらずバッテリ性能の適正な予測が行われ、他方では電解液成層化状態の解消がなされる。
【０００６】
これらの利点は、以下の方法ステップ、すなわち
−推定された静止電圧に基づいてバッテリの負荷段階における第１の充電状態値（ＳＯＣ１）を算出するステップと、
−測定された静止電圧に基づいてバッテリの負荷段階に続く静止段階における第２の充電状態値（ＳＯＣ２）を算出するステップと、
−前記第１の充電状態値（ＳＯＣ１）と第２の充電状態値値（ＳＯＣ２）を比較するステップと、
−前記第１の充電状態値（ＳＯＣ１）と第２の充電状態値値（ＳＯＣ２）の所定の偏差（ΔＳＯＣ）を上回った場合に電解液成層化状態を識別するステップを有している、本発明によるバッテリにおける電解液成層化状態の識別方法によって得られる。
【０００７】
負荷段階中に推定される静止電圧はバッテリを表すモデルに基づいており、電解液成層化による影響は少ない（特に低い充電状態の時）。それに対して静止段階中に測定される静止電圧は、電解液成層化に左右される。従ってこれらの静止電圧に基づいて求められた２つのＳＯＣ値は、所定の偏差よりも違いが大きくなり、そのためこれらの違いの原因として電解液の成層化が推論できる。
【０００８】
通常は、静止電圧測定と静止電圧外挿の実施される静止段階は、次のように定義される。すなわち静止電流（＝バッテリの放電電流）が、所定の限界値よりも小さいことが定義される。モデル若しくはＳＯＣ追従による静止電圧の推定が実施される負荷段階として、電流が限界値よりも大きい局面がみなされる。
【０００９】
本発明による方法のもとではバッテリは、特に自動車の給電に用いられる電解液を含んだバッテリであり、例えば鉛蓄電池である。
【００１０】
本発明の有利な実施形態によれば、それらの上回りのもとで電界的成層化状態が識別される２つの確定されたＳＯＣ値の偏差が、２０％よりも大きいものとして定められる。
【００１１】
本発明の別の有利な実施形態によれば、推定された静止電圧が監視装置、特にカルマンフィルタを用いて求められ、その場合にカルマンフィルタは、測定されたバッテリ電圧及び／又は測定されたバッテリ温度及び／又は測定されたバッテリ電流に基づいて、当該バッテリを表すモデルを用いたもとで静止電圧を推定する。このカルマンフィルタを用いることによって、５０％よりも少ない充電状態の電解液成層化のもとで過度に高く算出された充電状態が識別され、ＳＯＣ値がより小さな方向に修正される。この場合基礎におかれるモデルは、バッテリを表した電気的な代替線図である。カルマンフィルタは、通常はモデルを用いてバッテリの端子電圧を算出し、測定値と比較し、その後でモデルにおける補正を測定値と推定値が一致するまで実行する。
【００１２】
本発明の対象はさらに以下のステップ、すなわち、
−前述した方法に従って電解液成層化状態を識別するステップと、
−第１の充電状態値（ＳＯＣ１）と第２の充電状態値値（ＳＯＣ２）の所定の偏差（ΔＳＯＣ）を上回った場合に、第１の充電状態値（ＳＯＣ１）を静止段階に対して受け入れるステップとを有する、静止段階におけるバッテリの充電状態を求めるための方法である。
【００１３】
第１の充電状態値（これは負荷段階において１つのモデルに基づいて推定される）は、電解液成層化が発生している場合には、実際の静止段階中に測定された静止電圧に基づいて求められるＳＯＣ値よりも低い。このより低いＳＯＣ値を静止段階に対しても使用することによって、過度に高い充電状態の受け入れが回避され、低すぎる充電状態への対応が適時になされる。
【００１４】
本発明の対象はさらに以下のステップ、すなわち、
−前述方法に従って電解液成層化状態を識別するステップと、
−第１の充電状態値（ＳＯＣ１）と第２の充電状態値値（ＳＯＣ２）の間の所定の偏差（ΔＳＯＣ）を上回った場合に、バッテリの充電に用いる充電電圧を高めるステップとを有する、バッテリにおける電解液成層化を解消するための方法である。
【００１５】
充電電圧の引き上げによって電解質においては気泡が生じ、これらの気泡は電解質でのその増加によって溶液の混合を助け、それによって電解液の成層化が解消される。この電解液成層化の解消に対しては、充電特性曲線を、静止段階と負荷段階の間のＳＯＣ差分が再び小さくなるまでずっと持ち上げることも可能である。利点として言えることは、高めの充電電圧と電解液成層化によるバッテリ経年劣化の進みが時間的に抑えられることである。なぜなら充電電圧は、電解液成層化の低減によって再び低減するからである。
【００１６】
電解液成層化に対する代替的若しくは付加的な対抗手段としてさらに（自動車の走行中の）バッテリの揺動や所期の電解質の循環も考えられる。
【００１７】
本発明の対象はさらに電解液成層化状態の識別と充電状態の検出のための本発明による方法をバッテリ性能を識別するための装置に適用することである。本発明による方法をそのような装置、例えばバッテリ状態の識別と電気的エネルギ管理のための制御機器の計算ルーチンに統合することによって、電解液成層化状態にもかかわらず、バッテリの充電状態が適正に求められることが保証される。電気的なエネルギ管理装置（ＥＥＭ）は、自動車におけるエネルギ管理全般を制御している。電気的なエネルギ管理装置の構成要素は、電気的なバッテリ管理装置（ＥＢＭ）である。このＥＢＭは、例えば電気油圧式ブレーキ装置に対して場合によってはもはや限られた電気エネルギしか供給できないことをドライバに知らせることのできる警告表示部を含んでいる。さらに場合によっては、選択された負荷がリレー若しくはＣＡＮバスを介して遮断される。
【００１８】
それ故に有利には本発明による方法は、電気的なバッテリ管理システムに投入される。