СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕЙ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ
STORAGE BATTERY CONTROL SYSTEM AND VEHICLE CONTROL SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе управления аккумуляторной батареей и системе управления транспортным средством.
Уровень техники
Когда вторичная аккумуляторная батарея, такая как ионно-литиевая аккумуляторная батарея, непрерывно разряжается сильным током, величина внутреннего сопротивления неизбежно на время увеличивается почти также, как она увеличивается при ухудшении свойств батареи, и при таких обстоятельствах батарея больше не способна действовать на уровне своей полной производительности. В патентном документе 1 описан способ управления аккумуляторной батареей, рассчитанный на предотвращение такого снижения уровня производительности путем интегрирования оценочного значения, указывающего степень ухудшения свойств батареи вследствие непрерывной разрядки батареи, и ограничения разрядки батареи, если целое значение превышает заданное допустимое значение.
Список процитированных материалов
Патентная литература
Патентный документ 1: публикация выложенной японской заявки №2013-51115
Краткое изложение сущности изобретения
Техническая задача
В способе управления аккумуляторной батареей, описанном в патентном документе 1, рассчитывают оценочное значение, указывающее степень ухудшения свойств батареи, на основании времени, истекшего с момента расчета предыдущего оценочного значения, уровня разрядного тока и т.п., и принимают решение о том, следует ли ограничить разрядку батареи на основании целого значения, полученного путем интегрирования оценочного значения. Тем не менее, когда батарея находится в состоянии зарядки/разрядки при непрерывном изменении тока, описанный способ расчета оценочного значения не позволяет правильно оценивать степень ухудшения свойств батареи и, соответственно, невозможно надежно предотвращать снижение производительности батареи.
Решение задачи
Согласно первой особенности настоящего изобретения в систему управления аккумуляторной батареей, соединенную с батареей и управляющую ее зарядкой/разрядкой, входит датчик тока, который измеряет значение тока путем определения зарядного/разрядного тока, протекающего через батарею; датчик напряжения, который определяет напряжение батареи; датчик температуры, который определяет температуру батареи; расчетчик действующего значения тока, который на основании значения тока, измеренного датчиком тока, рассчитывает действующее значение тока в заданном временном окне; и ограничитель зарядки/разрядки, который применяет первое ограничение зарядки/разрядки с тем, чтобы ограничить зарядный/разрядный ток на основании действующего значения тока, рассчитанного расчетчиком действующего значения тока.
Согласно второй особенности настоящего изобретения расчетчик действующего значения тока в системе управления аккумуляторной батареей согласно первой особенности предпочтительно по отдельности рассчитывает множество действующих значений тока во множестве отличающихся друг от друга временных окон; и ограничитель зарядки/разрядки применяет первое ограничение зарядки/разрядки на основании множества действующих значений тока.
Согласно третьей особенности настоящего изобретения в систему аккумуляторной батареей согласно первой или второй особенности предпочтительно дополнительно входит расчетчик суммарного времени, который рассчитывает суммарное время, выраженное как суммарный промежуток времени, в течение которого действующее значение тока превышает заданное допустимое значение; ограничитель зарядки/разрядки применяет второе ограничение зарядки/разрядки, чтобы дополнительно ограничить зарядный/разрядный ток на основании суммарного времени, рассчитанного расчетчиком суммарного времени.
Согласно четвертой особенности настоящего изобретения ограничитель зарядки/разрядки в системе аккумуляторной батареей согласно третьей особенности предпочтительно устанавливает пороговое значение суммарного времени в соответствии с действующим значением тока и применяет второе ограничение зарядки/разрядки на основании результатов сравнения суммарного времени и порогового значения.
Согласно пятой особенности настоящего изобретения ограничитель зарядки/разрядки в системе аккумуляторной батареей согласно третьей или четвертой особенности предпочтительно отменяет второе ограничение зарядки/разрядки, как только время, истекшее с момента приведения в действие второго ограничения зарядки/разрядки, или общее время, в течение которого действует второе ограничение зарядки/разрядки, превысит заданное время для отмены ограничения.
Согласно шестой особенности настоящего изобретения система аккумуляторной батареей согласно пятой особенности предпочтительно подсоединена к бортовой сети связи транспортного средства; и ограничитель зарядки/разрядки получает по сети связи информацию, касающуюся истекшего времени или общего времени.
Согласно седьмой особенности настоящего изобретения в систему управления транспортным средством входит система управления аккумуляторной батареей, соединенная с батареей и управляющая зарядкой/разрядкой батареи; и блок управления транспортным средством, соединенный с системой управления аккумуляторной батареей, при этом система управления аккумуляторной батареей содержит датчик тока, который измеряет значение тока путем определения зарядного/разрядного тока, протекающего через батарею, датчик напряжения который определяет напряжение батареи, датчик температуры, который определяет температуру батареи, и расчетчик действующего значения тока, который на основании значения тока, измеренного датчиком тока, рассчитывает действующее значение тока в заданном временном окне; а блок управления транспортным средством отдает команду системе управления аккумуляторной батареей применить первое ограничение зарядки/разрядки, чтобы ограничить зарядный/разрядный ток на основании действующего значения тока, рассчитанного расчетчиком действующего значения тока.
Полезные результаты изобретения
Согласно настоящему изобретению можно надежно предотвращать снижение производительности батареи даже в случае ее зарядки/разрядки непрерывно меняющимся зарядным/разрядным током.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематически показана конфигурация батарейной установки 100, в которую входит система 120 управления аккумуляторной батареей согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения и периферийные устройства.
На фиг. 2 показана компоновка схемы блока 121а управления элементами аккумуляторной батареи.
На фиг. 3 показана диаграмма, иллюстрирующая пример зависимости, которая может быть установлена между временным окном и допустимым действующим значением тока батареи,
На фиг. 4 показана диаграмма, иллюстрирующая пример зависимости, которая может быть установлена между числом рабочих циклов батареи и степенью ухудшения свойств.
На фиг. 5 показана блок-схема блоков управления в устройстве 150 управления смонтированной батареей, которое участвуют в ограничении зарядки/разрядки.
На фиг. 6 показана блок-схема шагов обработки, выполняемых для ограничения зарядки/разрядки первой фазы.
На фиг. 7 показана диаграмма, иллюстрирующая, как может изменяться действующее значение тока в случае применения ограничения зарядки/разрядки первой фазы.
На фиг. 8 показана блок-схема шагов обработки, выполняемых для ограничения зарядки/разрядки второй фазы.
На фиг. 9 показана таблица, со ссылкой на которую описан способ расчета суммарного времени.
На фиг. 10 показана таблица, со ссылкой на которую пояснен способ установки времени перехода.
На фиг. 11 показана диаграмма, иллюстрирующая, как может изменяться действующее значение тока в случае применения ограничений зарядки/разрядки первой и второй фаз.
На фиг. 12 показана диаграмма, иллюстрирующая, как может изменяться действующее значение тока в случае отмены ограничении зарядки/разрядки второй фазы.
Описание вариантов осуществления
Далее со ссылкой на чертежи описан один из вариантов осуществления настоящего изобретения. Осуществление настоящего изобретения рассмотрено на примере применения в батарейной установке, обеспечивающей источник питания в гибридном транспортном средстве (HEV).
Кроме того, хотя в описании предполагается, что настоящее изобретение применяется в сочетании с ионно-литиевыми аккумуляторными батареями, оно может применяться в сочетании с никель-водородными аккумуляторными батареями, свинцово-кислотными аккумуляторными батареями, электрическими двухслойными конденсаторами или гибридными конденсаторами. Следует отметить, что, хотя батарея в описанном далее варианте осуществления собрана путем последовательного соединения элементов, вместо этого батарея может быть собрана путем последовательного соединения групп элементов, каждая из которых образована параллельно соединенными элементами, или батарея может быть собрана путем параллельного соединения групп элементов, каждая из которых образована последовательно соединенными элементами.
На фиг. 1 схематически показана конфигурация батарейной установки 100, в которую входит система 120 управления аккумуляторной батареей согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения и периферийные устройства. Батарейная установка 100 соединена с инвертором 400 посредством реле 300 и 310. Батарейная установка 100 содержит смонтированную батарею (блок батарей) 110 и систему 120 управления аккумуляторной батареей. Система 120 управления аккумуляторной батареей содержит блоки 121а и 121b управления элементами аккумуляторной батареи, датчик 130 тока, датчик 140 напряжения, устройство 150 управления смонтированной батареей и накопитель 180.
Батарея 110 собрана путем последовательного соединения групп 112а и 112b элементов, каждая из которых образована множеством элементов 111. Блоки 121а и 121b управления элементами аккумуляторной батареи, которые соответственно соединены с группами 112а и 112b элементов, определяют напряжения (напряжения отдельных элементов) и температуры отдельных элементов 111 из соответствующих групп элементов и по каналам 160 передачи сигналов и посредством изоляционных элементов 170 передают устройству 150 управления смонтированной батареей сигналы, отображающие полученные результаты. Следует отметить, что изоляционные элементы 170 могут быть образованы, например, оптронными парами.
Датчик 130 тока обнаруживает ток, протекающий через смонтированную батарею 110, и измеряет его значение. Датчик 140 напряжения обнаруживает напряжение смонтированной батареи 110, т.е. напряжение, отображающее общую сумму напряжений элементов 111 батареи, последовательно соединенных в смонтированной батарее 110.
Устройство 150 управления смонтированной батареей определяет напряжения и температуры отдельных элементов 111 на основании сигналов, поступающих от блоков 121а и 121b управления элементами аккумуляторной батареи. Кроме того, в него оно по отдельности поступают измеренные значения тока, протекающего через смонтированную батарею 110, отдатчика 130 тока, и суммарное значение напряжения смонтированной батареи 110 от датчика 140 напряжения. Устройство 150 управления смонтированной батареей определяет состояния смонтированной батареи 110 на основании полученной таким способом информации и соответствующим образом управляет смонтированной батареей 110. Полученные результаты, отображающие состояния смонтированной батареи 110, определенные устройством 150 управления смонтированной батареей, передаются блоку 200 управления транспортным средством и блокам 121a и 121b управления элементами аккумуляторной батареи.
Смонтированная батарея 110 собрана путем последовательного электрического соединения множества элементов 111, способных накапливать и высвобождать электроэнергию (способных заряжаться/разряжаться мощностью постоянного тока). Для облегчения управления и регулирования состояний элементов 111, образующих смонтированную батарею 110, элементы 111 поделены на группы, каждая из которых состоит из заданного числа элементов. Элементы 111 в каждой группе последовательно электрически соединены и образуют группу 112а или 112b элементов. Следует отметить, что все группы 112 элементов могут состоять из одинакового числа элементов 111, или число элементов 111 в заданной группе 112 может отличаться от числа элементов 111 в другой группе 112. Для простоты при описании осуществления изобретения предполагается, что группы 112а и 112b элементов, каждая из которых сформирована путем последовательного электрического соединения четырех элементов 111, последовательно электрически соединены смонтированной батарее 110, имеющей в общей сложности восемь элементов 111, как показано на фиг. 1.
Далее описан способ связи, используемый, чтобы обеспечить связь устройства 150 управления смонтированной батареей с блоками 121а и 121b управления элементами аккумуляторной батареи. Блоки 121а и 121b управления элементами аккумуляторной батареи последовательно соединены в порядке, соответствующем порядку, в котором происходит снижение потенциалов контролируемых ими групп 112а и 112b элементов, соответственно. Сигнал, поступающий от устройства 150 управления смонтированной батареей, посредством изоляционного элемента 170 и по каналу 160 передачи сигналов поступает в блок 121а управления элементами аккумуляторной батареи. Выходной сигнал блока 121а управления элементами аккумуляторной батареи по каналу 160 передачи сигналов поступает в блок 121b управления элементами аккумуляторной батареи. Выходной сигнал блока 121b управления элементами аккумуляторной батареи низшего порядка посредством изоляционного элемента 170 и по каналу 160 передачи сигналов передается устройству 150 управления смонтированной батареей. Следует отметить, что, хотя между блоком 121а управления элементами аккумуляторной батареи и блоком 121b управления элементами аккумуляторной батареи отсутствует изоляционный элемент, блоки управления элементами аккумуляторной батареи также могут обмениваться сигналами посредством изоляционного элемента.
Различного рода информация, требуемая устройству 150 управления для управления смонтированной батареей 110, накапливается и хранится в накопителе 180. Например, в накопителе 180 хранится информация, касающаяся состояния заряда (СЗ) каждого элемента 111, информация, касающаяся внутреннего сопротивления в каждом элементе 111, и т.п.
Устройство 150 управления смонтированной батареей выполняет шаги обработки и арифметические операции различных типов с целью управления смонтированной батарей 110 путем использования информации, по отдельности принимаемой от блоков 121а и 121b управления элементами аккумуляторной батареи, датчика 130 тока, датчика 140 напряжения и блока 200 управления транспортным средством, информации, хранящейся в накопителе 180, и т.п. Например, оно выполняет арифметическую операцию с целью определения состояния заряда или исправности каждого элемента 111, арифметическую операцию с целью определения допустимой мощности, которой может заряжаться/разряжаться смонтированная батарея 110, и принятия решения о наличии неисправности у смонтированной батареи 110 и арифметическую операцию с целью регулирования величины зарядки/разрядки смонтированной батареи 110. Затем на основании результатов арифметических операций оно передает информацию, необходимую для управления смонтированной батарей 110, блоку 200 управления транспортным средством и блокам 121а и 121b управления элементами аккумуляторной батареи. Следует отметить, что поскольку устройство 150 управления смонтированной батареей и блок 200 управления транспортным средством подсоединены к бортовой сети связи транспортного средства, известной как CAN (локальная сеть контроллеров), они способны обмениваться информацией друг с другом по сети.
Блок 200 управления транспортным средством управляет инвертором 400, соединенным с батарейной установкой 100 посредством реле 300 и 310, путем использования информации, поступающей в него от устройства 150 управления смонтированной батареей. Когда транспортное средство находится в движении, батарейная установка 100 соединена с инвертором 400. Инвертор 400 приводит в действие двигатель-генератор 410 с помощью энергии, накопленной в смонтированной батарее 110 батарейной установки 100.
При запуске и начале движения транспортного средства, оснащенного батарейной установкой 100, батарейная установка 100 соединяется с инвертором 400 под управлением, осуществляемым блоком 200 управления транспортным средством. Затем инвертор 400 использует энергию, накопленную в смонтированной батарее 110, для приведения в действие двигателя-генератора 410. С другой стороны, при работе в рекуперативном режиме смонтированная батарея 110 заряжается мощностью, генерируемой двигателем-генератором 410.
При соединении батарейной установки 100 с зарядным устройством 420 посредством реле 320 и 330 смонтированная батарея 110 заряжается зарядным током, поступающим от зарядного устройства 420, до достижения заданного состояния. Энергия, накопленная в смонтированной батарее 110 в результате операции зарядки, используется для обеспечения движения транспортного средства в следующий раз, а также для обеспечения работы электрических компонентов и т.п., установленных снаружи и внутри транспортного средства. Кроме того, при необходимости энергия может использоваться внешней системой энергоснабжения, одним из типичных примеров которой является бытовая система энергоснабжения. Следует отметить, что зарядное устройство 420 установлено во внешней системе энергоснабжения, типичные примеры которой включают бытовую систему энергоснабжения и общедоступную зарядную станцию. При подсоединении транспортного средства, оснащенного батарейной установкой 100, к любой из этих систем энергоснабжения происходит подсоединение батарейной установки 100 и зарядного устройства 420 на основании информация, поступающей от блока 200 управления транспортным средством.
На фиг. 2 показана компоновка схемы блока 121а управления элементами аккумуляторной батареи. Как показано на фиг. 2, блок 121а управления элементами аккумуляторной батареи содержит датчик 122 напряжения, схему 123 управления, схему 124 ввода-вывода сигналов и датчик 125 температуры. Следует отметить, что блок 121а управления элементами аккумуляторной батареи и блок 121b управления элементами аккумуляторной батареи на фиг. 1 имеют одинаковую компоновку схем. По этой причине на фиг. 2 в качестве наглядного примера показана только компоновка схемы блока 121а управления элементами аккумуляторной батареи.
Датчик 122 напряжения измеряет напряжение между выводами каждого элемента 111 (напряжение на каждом элементе). Схема 123 управления принимает результаты измерений от датчика 122 напряжения и датчика 125 температуры и передает их устройству 150 управления смонтированной батареей посредством схемы 124 ввода-вывода сигналов. Следует отметить, что, хотя это не показано на фиг. 2, блок 121а управления элементами аккумуляторной батареи содержит известный из техники уравнительный схемный элемент, который используется для сведения к минимуму расхождения в напряжениях и состояниях заряда отдельных элементов 111, относимого на счет саморазряда, различий в уровне потребляемого тока и т.п. Работой этой схемой управляет схема 123 управления.
Показанный на фиг. 2 датчик 125 температуры измеряет температуру в группе 112а элементов. Датчик 125 температуры измеряет единую температуру для всей группы 112а элементов и использует измеренную таким способом температуру в качестве типичного значения температуры отдельных элементов 111, образующих группу 112а. Результаты измерения температуры, получаемые датчиком 125 температуры, используются для арифметических операций различного типа, выполняемых в устройстве 150 управления смонтированной батареей с целью определения состояний элементов 111, группы 112а и элементов и смонтированной батареи 110. Температуру, измеренную датчиком 125 температуры, используют в качестве температуры отдельных элементов 111 группы 112а, а также в качестве температуры группы 112а элементов. Кроме того, устройство 150 управления смонтированной батареей может определять температуру смонтированная батарея 110, например, путем усреднения температуры группы 112а элементов, измеренной датчиком 125 температуры в блоке 121а управления элементами аккумуляторной батареи, температуры группы 112b элементов, измеренной датчиком 125 температуры в блоке 121b управления элементами аккумуляторной батареи.
Следует отметить, что на фиг. 2 показан один датчик 125 температуры, установленный в блоке 121а управления элементами аккумуляторной батареи. Тем не менее, настоящее изобретение не ограничено этим примером, и каждому элементу 111 может соответствовать датчик 125 температуры для измерения температуры конкретного элемента 111, чтобы устройство 150 управления смонтированной батареей выполняло арифметические операции различного типа на основании результатов измерений, соответствующих отдельным элементам аккумуляторной батареи. Тем не менее, следует иметь в виду, что при увеличении числа датчиков 125 температуры усложняется структура блока 121а управления элементами аккумуляторной батареи. В качестве дополнительной альтернативы, может быть предусмотрен единственный датчик 125 температуры для всей смонтированной батареи 110.
Следует отметить, что, хотя датчик 125 температуры схематически представлен на фиг. 2 отдельным блоком, в реальной конфигурации датчик температуры смонтирован вместе с группой 112а элементов, т.е. объектом измерений температуры, и этот датчик температуры выводит информацию о температуре в виде сигнала напряжения. Схема 123 управления выполняет арифметическую операцию с целью определения температуры группы 112а элементов на основании сигнала напряжения, в результате чего получают результаты измерения температуры группы 112а элементов. Результаты измерения температуры, полученные путем выполнения арифметической операции схемой 123 управления, передаются схеме 124 ввода-вывода сигналов, которая в свою очередь передает их получателю вне блока 121а управления элементами аккумуляторной батареи. Функция, обеспечивающая этот поток операций, включена в блок 121а управления элементами аккумуляторной батареи в качестве датчика 125 температуры. Следует отметить, что сигнал напряжения, поступающий от датчика температуры, также может измеряться датчиком 122 напряжения.
Далее описаны ограничения зарядки/разрядки, которые могут применяться к смонтированной батарее 110. На фиг. 3 проиллюстрирован пример зависимости, которая может быть установлена между временным окном и допустимым действующим значением тока (среднеквадратичным током) стандартной батареи. Как показано на фиг. 3, допустимое действующее значение тока батареи изменяется в соответствии с временным окном, установленным для расчета действующего значения тока. В частности, при расширении временного окна для расчета действующего значения тока должно быть установлено меньшее допустимое значение, поскольку свойства батареи имеют тенденцию дополнительно ухудшаться на протяжении более длительного временного окна.
На фиг. 4 проиллюстрирован пример зависимости, которая может быть установлена между числом рабочих циклов батареи и степенью ухудшения свойств. Как показано пунктирной линией на фиг. 4, свойства батареи постепенно ухудшаются с ростом числа ее рабочих циклов при условии, что действующее значение тока остается меньшим, чем допустимое значение в нормальных условиях эксплуатации, или равным ему. При эксплуатации батареи в условиях высоких нагрузок при действующем значении тока, превышающем допустимое значение, величина внутреннего сопротивления временно достигает пика с ростом числа рабочих циклов батареи, в результате чего свойства батареи быстро ухудшаются, как показано сплошной линией на фиг. 4. В этих условиях батарея больше не способна действовать на уровне своей полной производительности.
Соответственно, когда смонтированная батарея 110 непрерывно заряжается/разряжается относительно сильным зарядным/разрядным током, устройство 150 управления смонтированной батареей в системе управления аккумуляторной батареей 120 применяет ограничения зарядки/разрядки, чтобы предотвратить снижение уровня производительности смонтированной батареи 110. Эти ограничения зарядки/разрядки подробно описаны далее.
На фиг. 5 показана блок-схема блоков управления в устройстве 150 управления смонтированной батареей, участвующих в ограничении зарядки/разрядки. Устройство 150 управления смонтированной батареей содержит следующие функциональные блоки управления: расчетчик 151 действующего значения тока, расчетчик 152 суммарного времени и ограничитель 153 зарядки/разрядки в качестве конструктивных элементов, обеспечивающих ограничение зарядки/разрядки смонтированной батареи 110.
Значение зарядного/разрядного тока смонтированной батареи 110, измеренное датчиком 130 тока, поступает в расчетчик 151 действующего значения тока. На основании введенного в него значения тока расчетчик 151 действующего значения тока рассчитывает действующее значение зарядного/разрядного тока, протекающего через смонтированную батарею 110. Способ расчета действующего значения тока подробно описан далее. Действующее значение тока, рассчитанное расчетчиком 151 действующего значения тока, поступает в расчетчик 152 суммарного времени и ограничитель 153 зарядки/разрядки.
Расчетчик 152 суммарного времени сравнивает действующее значение тока, поступившее от расчетчика 151 действующего значения тока, с заданным допустимым значением и определяет суммарное значение (суммарное время), отображающее промежуток времени, в течение которого действующее значение тока превышает допустимое значение. Суммарное время, рассчитанное расчетчиком 152 суммарного времени, поступает в ограничитель 153 зарядки/разрядки.
Ограничитель 153 зарядки/разрядки на основании действующего значение тока, поступившего от расчетчика 151 действующего значения тока, и суммарного времени, поступившего от расчетчика 152 суммарного времени, принимает решение о том, следует ли ограничить зарядный/разрядный ток смонтированной батареи 110. После принятия решения о том, что зарядный/разрядный ток следует ограничить, он определяет допустимое значение мощности, соответствующее ограниченному зарядному/разрядному току, и передает его блоку 200 управления транспортным средством и блокам 121а и 121b управления элементами аккумуляторной батареи. Этим способом применяется ограничение зарядки/разрядки, и тем самым регулируется зарядный/разрядный ток смонтированной батареи 110.
Описанные выше блоки управления позволяют устройству 150 управления смонтированной батареей применять к смонтированной батарее 110 двухфазное ограничение зарядки/разрядки. Более точно, когда действующее значение тока превышает заданное допустимое значение, применяется ограничение зарядки/разрядки первой фазы. Кроме того, когда суммарное значение, отображающее суммарный промежуток времени, в течение которого действующее значение тока превышает заданное допустимое значение, превышает заданное пороговое значение, применяется дополнительное ограничение зарядки/разрядки второй фазы.
Ограничение зарядки/разрядки первой фазы применяется путем выполнения шагов обработки, как показано на блок-схеме, проиллюстрированной на фиг. 6. Шаги обработки согласно блок-схеме выполняются в устройстве 150 управления смонтированной батареей в течение каждого заданного цикла обработки.
На шаге S11 устройство 150 управления смонтированной батареей принимает измеренное значение тока от датчика 130 тока. На этом шаге принимается и сохраняется измеренное значение тока, которое поступает от датчика 130 тока после каждого заданного интервала выборки.
На шаге S12 устройство 150 управления смонтированной батареей приводит в действие расчетчик 151 действующего значения тока с целью расчета действующего значения тока в первом временном окне на основании измеренного значения тока, полученного на шаге S11. Длительность первого временного окна может составлять, например, 10 минут, и в таком случае действующее значение тока для первого временного окна может быть рассчитано путем определения среднеквадратического значения отдельных измеренных значений тока, полученных на протяжении заданных интервалов выборки за последний по времени 10-минутный период, и вычисления квадратного корня среднеквадратического значения.
На шаге S13 устройство 150 управления смонтированной батареей приводит в действие ограничитель 153 зарядки/разрядки с целью сравнения действующего значения тока, рассчитанного на шаге S12, и заданного первого допустимого значения. На этом шаге определяется, превышает ли действующее значение тока, рассчитанное для первого временного окна, первое допустимое значение, установленное, например, на уровне 50 А. Если определено, что действующее значение тока является равным или меньшим, чем первое допустимое значение (50 А), выполняется шаг S14, а, если оно превышает первое допустимое значение, выполняется шаг S16.
Следует отметить, что, если промежуток времени, истекший с момента последнего выполнения шага S12, является меньшим, чем длительность первого временного окна, может немедленно выполняться шаг S14 в обход описанных выше шагов S12 и S13.
На шаге S14 устройство 150 управления смонтированной батареей приводит в действие расчетчик 151 действующего значения тока с целью расчета действующего значения тока во втором временном окне на основании измеренного значения тока, полученного на шаге S11. Длительность второго временного окна может составлять, например, 1 час, и в таком случае действующее значение тока для второго временного окна может быть рассчитано на основании отдельных измеренных значений тока, полученных на протяжении заданных интервалов выборки за последний по времени 1-часовой период, способом, аналогичным способу, используемому на шаге S12.
На шаге S15 устройство 150 управления смонтированной батареей приводит в действие ограничитель 153 зарядки/разрядки с целью сравнения действующего значения тока, рассчитанного на шаге S14, и заданного второго допустимого значения. На этом шаге определяется, превышает ли действующее значение тока, рассчитанное для второго временного окна, второе допустимое значение, установленное, например, на уровне 30 А. Если определено, что действующее значение тока является равным или меньшим, чем второе допустимое значение (30 А), выполнение шагов обработки согласно блок-схеме, представленной на фиг. 6, завершается. Тем не менее, если действующее значение тока превышает второе допустимое значение, выполняется шаг S16.
Следует отметить, что, если промежуток времени, истекший с момента последнего выполнения шага S14, является меньшим, чем длительность второго временного окна, выполнение шагов обработки согласно блок-схеме, представленной на фиг. 6, может немедленно завершиться в обход описанных выше шагов S14 и S15.
На шаге S16 устройство 150 управления смонтированной батареей приводит в действе ограничитель 153 зарядки/разрядки с целью применения ограничения зарядки/разрядки к смонтированной батарее 110. Более точно, осуществляется управление, чтобы гарантировать, что подводимая/отдаваемая мощность смонтированной батареи 110 во время операции зарядки/разрядки остается равной или меньшей, чем допустимое значение электрической мощности, путем определения значения допустимой мощности, которое соответствует подлежащему ограничению зарядному/разрядному току, и передачи определенного таким способом значения блоку 200 управления транспортным средством и блокам 121а и 121b управления элементами аккумуляторной батареи. Следует отметить, что подлежащий ограничению зарядный/разрядный ток должен иметь меньшее значение, чем как первое, так и второе допустимые значения, упомянутые выше. После выполнения шага S16 устройство 150 управления смонтированной батареей завершает обработку согласно блок-схеме, представленной на фиг. 6.
Путем обработки, выполняемой устройством 150 управления смонтированной батареей, как описано выше, к смонтированной батарее 110 может применяться ограничение зарядки/разрядки первой фазы. Следует отметить, что ограничение зарядки/разрядки первой фазы, применяемое, как описано выше, может быть отменено в случае принятия отрицательных решений как на шаге S13, так и на шаге S15 цикла последующей обработки.
На фиг. 7 показана диаграмма, иллюстрирующая, как может изменяться действующее значение тока в случае применения ограничения зарядки/разрядки первой фазы. Как показано на фиг. 7, действующее значение тока остается относительно большим на протяжении промежутка времени до достижения момента Та времени, пока не применено ограничение зарядки/разрядки, и смонтированная батарея 110 эксплуатируется в нормальном режиме. После применения в момент Та времени ограничения зарядки/разрядки первой фазы действующее значение тока поддерживается на низких уровнях.
Ограничение зарядки/разрядки второй фазы применяется путем выполнения шагов обработки, как показано на блок-схеме, проиллюстрированной на фиг. 8. В устройстве 150 управления смонтированной батареей в течение каждого заданного цикла обработки выполняется обработка согласно блок-схеме.
На шаге S21 устройство 150 управления смонтированной батареей приводит в действие расчетчик 152 суммарного времени с целью расчета суммарного промежутка времени, в течение которого действующее значение тока превышает допустимое значение. На этом шаге может рассчитываться суммарное время описанным далее способом.
На фиг. 9 показана таблица, со ссылкой на которую пояснен способ расчета суммарного времени график. На фиг. 9 проиллюстрирован пример результатов принятия решения, которые могли быть получены на проиллюстрированном на фиг. 6 шаге S15, выполняемом каждый час на протяжении временного промежутка, начинающегося за 24 часа до наступления текущего времени, при условии, что упомянутое ранее второе временное окно длится один час.
Если действующее значение тока, рассчитанное для второго временного окна, превышает второе допустимое значение, и, соответственно, на шаге S15 принимается положительное решение, в соответствующее поле таблицы на фиг. 9 вносится запись "X". В частности, в таблице на фиг. 9 показано, что действующее значение тока, рассчитанное для временного окна, превышало второе допустимое значение в процессе обработки, выполненной двумя часами ранее, четырьмя часами ранее, пятью часами ранее, 23 часами ранее и 24 часами ранее. Следует отметить, что, если системы автомобиля выключены, а система 120 управления аккумуляторной батареей не находится в рабочем состоянии, в соответствующее поле таблицы на фиг. 9 не вносится запись.
На шаге S21, проиллюстрированном на фиг. 8, путем подсчета числа полей таблицы на фиг. 9, в которые внесена запись "X", может быть рассчитан суммарный промежуток времени, в течение которого действующее значение тока превышает допустимое значение. В частности, в примере на фиг. 9, число полей, которые внесена запись "X", составляет пять, и, соответственно, промежуток времени, в течение которого действующее значение тока превышает допустимое значение, составляет пять часов.
Следует отметить, что описанный выше способ расчета суммарного времени служит лишь примером, и суммарное время может рассчитываться другим способом. Например, суммарное время может иначе рассчитываться путем регистрации действующих значений тока, рассчитанных на шаге S12 или S14 на фиг. 6, подсчета числа значений, превышающих соответствующее допустимое значение, и умножения результата подсчета на длительность временного окна.
На шаге S22 на фиг. 8 устройство 150 управления смонтированной батареей приводит в действие ограничитель 153 зарядки/разрядки с целью установки времени перехода для использования в качестве порогового значения суммарного времени, рассчитанного на шаге S21. На этом шаге время перехода может устанавливаться, как описано далее, на основании действующих значений тока, рассчитанных на шаге S12 и S14 на фиг. 6.
На фиг. 10 показана таблица, со ссылкой на которую пояснен способ установки времени перехода. На фиг. 10 в форме таблицы представлен пример зависимости, которая может быть установлена между действующими значениями тока, рассчитанными для первого временного окна, длящегося 10 минут, и второго временного окна, длящегося один час, и временем перехода.
В таблице на фиг. 10 показано, что, когда действующие значения тока, рассчитанные для последних по времени первого и второго временных окон, в обоих случаях являются меньшими, чем соответствующие допустимые значения 50А и 30А, для принятия решения на шаге S22 на фиг. 8 может быть установлено время перехода пять часов. Аналогичным образом, когда действующие значения тока, рассчитанные для последних по времени первого и второго временных окон, в обоих случаях являются меньшими, чем 55А и 33А, соответственно, может быть установлено время перехода четыре часа. Время перехода может устанавливаться в соответствии с любыми другими действующими значениями тока на основании таблице, представленной на фиг. 10.
Следует отметить, что описанный способ установки времени перехода служит лишь примером, и время перехода может устанавливаться альтернативным способом. Например, время перехода может устанавливаться на основании действующих значений тока, вычисленных для временных окон во множестве прошлых циклов обработки, вместо использования последних по времени действующих значений тока. Кроме того, время перехода может устанавливаться на основании действующего значения тока в первом временном окне или действующего значения тока во втором временном окне.
На шаге S23 на фиг. 8 устройство 150 управления смонтированной батареей приводит в действие ограничитель 153 зарядки/разрядки с целью сравнения суммарного времени, рассчитанного на шаге S21, и времени перехода, установленного на шаге S22. Если результаты сравнения показывают, что суммарное время превышает время перехода, выполняется шаг S24, а, если суммарное время является равным или меньшим, чем время перехода, выполняется шаг S25.
На шаге S24 устройство 150 управления смонтированной батареей приводит в действие ограничитель 153 зарядки/разрядки с целью применения к смонтированной батарее 110 ограничения зарядки/разрядки. Более точно, осуществляется управление, чтобы гарантировать, что подводимая/отдаваемая мощность смонтированной батареи 110 во время операции зарядки/разрядки остается равной или меньшей, чем допустимое значение электрической мощности, путем определения значения допустимой мощности, которое соответствует подлежащему ограничению зарядному/разрядному току, и передачи определенного таким способом значения блоку 200 управления транспортным средством и блокам 121а и 121b управления элементами аккумуляторной батареи, как при описанной ранее обработке на шаге S16, проиллюстрированном на фиг. 6. Следует отметить, что подлежащий ограничению зарядный/разрядный ток должен иметь меньшее значение, чем зарядный/разрядный ток, подлежащий ограничению на шаге S16. После выполнения шага S24 выполняется шаг S25.
Путем обработки, выполняемой, как описано выше, на шагах с S21 по S24 устройством 150 управления смонтированной батареей, к смонтированной батарее 110 может применяться ограничение зарядки/разрядки второй фазы. Следует отметить, что обработка на шагах с S21 по S24 может быть пропущена, если ограничение зарядки/разрядки второй фазы уже действует в результате выполнения шага S24 в предыдущем цикле обработки.
На фиг. 11 показана диаграмма, иллюстрирующая, как может изменяться действующее значение тока в случае применения ограничений зарядки/разрядки первой и второй фаз. Как показано на фиг. 11, действующее значение тока остается относительно большим на протяжении промежутка времени до достижения момента Тb времени, пока не применено ограничение зарядки/разрядки, и смонтированная батарея 110 эксплуатируется в нормальном режиме. После применения в момент Тb времени ограничения зарядки/разрядки первой фазы действующее значение тока поддерживается на низких уровнях. Затем после применения ограничения зарядки/разрядки второй фазы в последующий момент Тc времени действующее значение поддерживается на еще более низких уровнях.
На шаге S25 на фиг. 8 устройство 150 управления смонтированной батареей приводит в действие ограничитель 153 зарядки/разрядки с целью расчета промежутка времени, истекшего после применения ограничения зарядки/разрядки на шаге S24. На этом шаге может использоваться встроенный в устройство 150 управления смонтированной батареей таймер, например, для расчета промежутка времени, истекшего после применения ограничения зарядки/разрядки. В качестве альтернативы, информация с указанием промежутка времени, истекшего после применения ограничения зарядки/разрядки, может быть получена от показанного на фиг. 1 блока 200 управления транспортным средством по упомянутой выше CAN, а истекшее время может быть рассчитано на основании полученной таким путем информации. Если за применением ограничения зарядки/разрядки следует период времени, в течение которого системы автомобиля были выключены, а система 120 управления аккумуляторной батареей оставалась в нерабочем состоянии, желательно, чтобы этот период входил в истекшее время, рассчитанное на этом шаге.
На шаге S26 устройство 150 управления смонтированной батареей приводит в действие ограничитель 153 зарядки/разрядки с целью сравнения истекшего времени, рассчитанного на шаге S25, и заданного времени отмены ограничения. Установленным временем отмены ограничения может являться, например, 12 часов, и в этом случае определяется, превышает ли 12 часов промежуток времени, истекший с момента применения ограничения зарядки/разрядки на шаге S24. Если определено, что промежуток времени, истекший с момента применения ограничения зарядки/разрядки, является равным или меньшим, чем время отмены ограничения (12 часов), обработка согласно блок-схеме, показанной на фиг. 8, завершается. Тем не менее, если истекшее время превышает время отмены ограничения, выполняется шаг S27.
На шаге S27 устройство 150 управления смонтированной батареей приводит ограничитель 153 зарядки/разрядки с целью ограничения зарядки/разрядки для смонтированной батареи 110, примененного на шаге S24. Более точно, оно осуществляет управление, чтобы восстановить исходную установку допустимой электрической мощности применительно к подводимой/отдаваемой мощности смонтированной батареи 110 во время операции зарядки/разрядки путем передачи значения допустимой электрической мощности до применения ограничения зарядки/разрядки на шаге S24 блоку 200 управления транспортным средством и блокам 121а и 121b управления элементами аккумуляторной батареи. После выполнения шага S27 устройство 150 управления смонтированной батареей завершает обработку согласно блок-схеме, показанной на фиг. 8.
Путем обработки, выполняемой, как описано выше, на шагах с S25 по S27 устройством 150 управления смонтированной батареей, может отменяться ограничение зарядки/разрядки второй фазы, примененное к смонтированной батарее 110. Следует отметить, что обработка на шагах с S21 по S24 может быть пропущена, если ограничение зарядки/разрядки второй фазы в данный момент не действует.
На фиг. 12 показана диаграмма, иллюстрирующая, как может изменяться действующее значение тока в случае отмены ограничении зарядки/разрядки второй фазы. Как показано на фиг. 12, действующее значение тока снижается в результате применения ограничения зарядки/разрядки второй фазы в момент Td времени, а затем после того, как система 120 управления аккумуляторной батареей переходит в выключенное состояние в момент Те времени, действующее значение тока дополнительно снижается до 0. Кроме того, после истечения 12 часов с момента Td времени ограничение зарядки/разрядки отменяется в последующий момент Tf времени, и действующее значение тока снова возрастает.
Путем описанного выше осуществления настоящего изобретения обеспечиваются следующие операции и преимущества.
(1) Система 120 управления аккумуляторной батареей соединена со смонтированной батареей 110 и управляет ее зарядкой/разрядкой. Система 120 управления аккумуляторной батареей содержит датчик 130 тока, который измеряет значение тока путем определения электрического тока, протекающего через смонтированную батарею 110, датчик 140 напряжения, который определяет напряжение смонтированной батареи 110, датчик 125 температуры, который определяет температуру смонтированной батареи 110, и устройство 150 управления смонтированной батареей. Устройство 150 управления смонтированной батареей имеет функции, выполняемые расчетчиком 151 действующего значения тока, который на основании значения тока, измеренного датчиком 130 тока, рассчитывает действующее значение тока в заданном временном окне, и ограничителем 153 зарядки/разрядки, который применяет первое ограничение зарядки/разрядки с целью ограничения зарядного/разрядного тока на основании действующего значения тока, рассчитанного расчетчиком 151 действующего значения тока. За счет этой системы можно с высокой степенью надежности предотвращать любое снижение уровня производительности смонтированной батареи 110 путем ограничения зарядного/разрядного ток на основании действующего значения тока даже в случае непрерывной зарядки/разрядки смонтированной батареи 110 при непрерывном изменении зарядного/разрядного тока.
(2) Расчетчик 151 действующего значения тока рассчитывает действующее значение тока в первом временном окне (шаг S12) и также рассчитывает действующее значение тока во втором временном окне, отличающееся от первого временного окна (шаг S14). Иными словами, он по отдельности рассчитывает действующие значения тока в двух временных окнах. На основании этих действующих значений тока ограничитель 153 зарядки/разрядки применяет первое ограничение зарядки/разрядки (шаги S13, S15 и S16). В результате, первое ограничение зарядки/разрядки может применяться с высокой степенью надежности в оптимальных условиях путем факторизации допустимого значения для действующего значения тока, которое изменяется от одного временного окна к другому.
(3) Устройство 150 управления смонтированной батареей дополнительно имеет функцию, выполняемую расчетчиком 152 суммарного времени, который рассчитывает суммарное время, выраженное как суммарный промежуток времени, в течение которого действующее значение тока превышает заданное допустимое значение.
На основании суммарного времени, рассчитанного расчетчиком 152 суммарного времени (шаг S21), ограничитель 153 зарядки/разрядки применяет второе ограничение зарядки/разрядки, чтобы дополнительно ограничить зарядный/разрядный ток (шаги S23 и S24). Этим способом может предотвращаться любое снижение уровня производительности смонтированной батареи 110, которое в противном случае могло бы иметь место при периодическом протекании сильного зарядного/разрядного тока в течение более длительного периода времени даже с учетом того, что кратковременный большой зарядный/разрядный ток ограничивается за счет первого ограничения зарядки/разрядки.
(4) Ограничитель 153 зарядки/разрядки устанавливает пороговое значение суммарного времени в соответствии с действующим значением тока (шаг S22). На шаге S23 сравнивают суммарное время с пороговым значением и на шаге S24 применяют второе ограничение зарядки/разрядки на основании результатов сравнения. Этим способом может приниматься оптимальное решение о том, следует ли применять второе ограничение зарядки/разрядки в соответствии с действующим значением тока.
(5) Когда промежуток времени, истекший после введения в действие второго ограничения зарядки/разрядки, превышает заданное время отмены ограничения, ограничитель 153 зарядки/разрядки отменяет второе ограничение зарядки/разрядки (шаги с S25 по S27). В результате, путем отмены второго ограничения зарядки/разрядки с оптимальным выбором времени может быть восстановлено исходное состояние после применения второго ограничения зарядки/разрядки.
(6) Система 120 управления аккумуляторной батареей подсоединена к CAN, т.е. бортовой сети связи транспортного средства. Так, ограничитель 153 зарядки/разрядки также способен получать информацию, касающуюся истекшего промежутка времени, по CAN. Это означает, что второе ограничение зарядки/разрядки может быть отменено с оптимальным выбором времени даже при отсутствии функции таймера у системы 120 управления аккумуляторной батареей.
Следует отметить, что некоторые или все показанные на фиг. 5 блоки управления устройства 150 управления смонтированной батареей, которые участвуют в ограничении зарядки/разрядки, могут быть размещены в блоке 200 управления транспортным средством. Например, функция расчетчика 151 действующего значения тока может выполняться в устройстве 150 управления смонтированной батареей, а функции расчетчика 152 суммарного времени и ограничителя 153 зарядки/разрядки могут выполняться в блоке 200 управления транспортным средством. В таком случае устройство 150 управления смонтированной батареей передает блоку 200 управления транспортным средством информацию с указанием действующего значения тока, рассчитанного расчетчиком 151 действующего значения тока. Блок 200 управления транспортным средством использует информацию о действующем значении тока, переданную устройством 150 управления смонтированной батареей, с целью расчета с помощью расчетчика 152 суммарного времени суммарного промежутка времени, в течение которого действующее значение тока превышает допустимое значение. Кроме того, на основании действующего значения тока, переданного устройством 150 управления смонтированной батареей, и суммарного времени, рассчитанного расчетчиком 152 суммарного времени, приводится в действие ограничитель 153 зарядки/разрядки с целью принятия решения о том, следует ли применить первое ограничение зарядки/разрядки или второе ограничение зарядки/разрядки, после чего системе 120 управления аккумуляторной батареей отдается команда ограничения зарядки/разрядки в соответствии с принятым решением. С помощью этих альтернативных мер, могут обеспечиваться операции и преимущества, аналогичные описанным выше.
Длительность временных окон для расчета действующих значений тока, допустимые значения для сравнения с рассчитанными действующими значениями тока и т.п., используемые при ограничении зарядки/разрядки первой фазы в описанном выше варианте осуществления, служат лишь примерами, и в настоящем изобретении могут использоваться другие значения. Кроме того, хотя в описанном выше варианте осуществления действующие значения тока рассчитываются для двух различных временных окон, действующее значение тока может рассчитываться только для одного временного окна, и в таком случае шаги S14 и S15, показанные на фиг. 6, могут быть пропущены. В качестве альтернативы, действующие значения тока могут рассчитываться для трех или более временных окон, при этом действующие значения тока могут сравниваться с конкретным допустимым значением, выбранным для соответствующего временного окна, и может приниматься решение о том, следует ли применять ограничение зарядки/разрядки. Например, может выбираться любое число временных окон длительностью от 10 секунд до 8 часов, могут рассчитываться действующие значения тока, каждое из которых соответствует одному из временных окон, и на основании результатов, полученных путем сравнения действующих значений тока и соответствующих допустимых значений, может применяться ограничение зарядки/разрядки первой фазы.
Кроме того, промежуток времени, установленный для расчета суммарного времени, время перехода, установленное в качестве порогового значения рассчитанного суммарного времени, время отмены ограничения и т.п., используемые при ограничении зарядки/разрядки второй фазы в описанном выше варианте осуществления, служат лишь примерами, и в настоящем изобретении могут использоваться другие значения. Помимо этого, хотя в описанном выше варианте осуществления рассчитывается промежуток времени, истекший с момента введения в действе ограничения зарядки/разрядки второй фазы, и принимается решение о том, следует ли отменить ограничение зарядки/разрядки второй фазы, путем сравнения истекшего времени и времени отмены ограничения, решение о том, следует ли отменить ограничение зарядки/разрядки второй фазы, может приниматься путем расчета общего промежутка времени, в течение которого действует ограничение зарядки/разрядки второй фазы, и сравнения этого общего промежутка времени и времени отмены ограничения. Если в этом случае после введения в действие ограничения зарядки/разрядки системы автомобиля были выключены в течение определенного периода времени, и, соответственно, система 120 управления аккумуляторной батареей находилась в нерабочем состоянии, этот период времени желательно исключать при расчете общего промежутка времени.
Следует отметить, что настоящее изобретение никоим образом не ограничено подробностями описанного варианта осуществления и его разновидностей, и любой другой технически возможный вариант осуществления следует считать входящим в объем настоящего изобретения.
Кроме того, все или некоторые из описанных выше различных конструктивных элементов и различных функций могут обеспечиваться аппаратными средствами путем использования, например, интегральной схемы, или программными средствами, выполняемыми процессором. Информация, такая как программа, таблица и т.п., необходима для обеспечения различных функций, может храниться в запоминающем устройстве, таком как память или жесткий диск, или на носителе данных, таком как плата ИС или DVD.
В настоящую заявку в порядке ссылки включено содержание следующей приоритетной заявки:
патентная заявка Японии №2013-166799, поданная 9 августа 2013 г.
Список позиций
100: батарейная установка, 110: смонтированная батарея, 111: элемент аккумуляторной батареей, 112а, 112b: группа элементов, 120: система управления аккумуляторной батареей, 121а, 121b: блок управления элементами аккумуляторной батареи, 122: датчик напряжения, 123: схема управления, 124: схема ввода-вывода сигналов, 125: датчик температуры, 130: датчик тока, 140: датчик напряжения, 150: устройство управления смонтированной батареей, 151: блок расчета действующего значения тока, 152: расчетчик суммарного времени, 153: ограничитель зарядки/разрядки, 160: канал передачи сигналов, 170: изоляционный элемент, 180: накопитель, 200: блок управления транспортным средством, 300, 310, 320, 330: реле, 400: инвертор, 410: двигатель-генератор, 420: зарядное устройство.