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 или даже в еще большей степени, чем 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 часто используется и многократно заряжается/разряжается в течение длительного времени, 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, входят: 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; расчетчик временного коэффициента, который определяет временной коэффициент, указывающий долю времени, в течение которой действующее значение тока превышает заданное допустимое значение на протяжении заданного периода времени; и ограничитель зарядки/разрядки, который ограничивает зарядный/разрядный ток на основании временного коэффициента, определенного расчетчиком временного коэффициента.
Согласно второй особенности настоящего изобретения заданный период времени в системе управления аккумуляторной батареей согласно первой особенности предпочтительно составляет по меньшей мере 24 часа.
Согласно третьей особенности настоящего изобретения ограничитель зарядки/разрядки в системе управления аккумуляторной батареей согласно первой или второй особенности предпочтительно ограничивает зарядный/разрядный ток при временном коэффициенте, равном или большем чем 0,5.
Согласно четвертой особенности настоящего изобретения ограничитель зарядки/разрядки в системе управления аккумуляторной батареей согласно любой из особенностей с первую по третью предпочтительно отменяет ограничение зарядного/разрядного тока, как только промежуток времени, истекший с момента приведения в действие ограничения зарядного/разрядного тока, или общий промежуток времени, в течение которого действует ограничение зарядного/разрядного тока, превышает заданное время отмены ограничения.
Согласно пятой особенности настоящего изобретения система аккумуляторной батареей согласно четвертой 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 шестой 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; и блок управления транспортным средством определяет временной коэффициент, указывающий долю времени, в течение которой действующее значение тока превышает заданное допустимое значение на протяжении заданного периода времени, и отдает системе управления аккумуляторной батареей команду ограничения зарядного/разрядного тока на основании временного коэффициента, который был определен.
Полезные результаты изобретения
Согласно настоящему изобретению можно надежно предотвращать снижение производительности батареи даже в случае ее частого использования и многократной зарядки/разрядки в течение длительного времени.
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 в соответствии с изменением частоты использования батареи между временным окном и допустимым действующим значением тока.
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, которые участвуют в ограничении зарядки/разрядки.
На фиг. 6 показана блок-схема шагов обработки, выполняемых для ограничения зарядки/разрядки.
На фиг. 7 проиллюстрирован пример таблицы результатов принятия решений.
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 электромобиле (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 входят 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 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.
Смонтированная 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 по отдельности поступают измеренные значения тока, протекающего через смонтированную батарею 110, от датчика 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 121а 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 описано ограничение зарядки/разрядки, которое может применяться к смонтированной батарее 110. На фиг. 3 проиллюстрирован пример зависимости, которая может быть установлена в соответствии с частотой использования 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 частотой использования батареи и временным окном, установленным для расчета действующего значения тока. В частности, при более частом использовании батареи или расширении временного окна для расчета действующего значения тока должно быть установлено меньшее допустимое значение, поскольку при этих обстоятельствах свойства батареи имеют тенденцию дополнительно ухудшаться.
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 часто используется и многократно заряжается/разряжается в течение длительного периода времени, 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 временного коэффициента 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 временного коэффициента.
Расчетчик 152 временного коэффициента рассчитывает временной коэффициент, указывающий долю времени, в течение которой действующее значение тока превышает заданное допустимое значение на протяжении заданного периода времени (периода регулировки), путем сравнения действующего значения тока, рассчитанного расчетчиком 151 действующего значения тока, и допустимого значения. Временной коэффициент, рассчитанный расчетчиком 152 временного коэффициента, передается ограничителю 153 зарядки/разрядки.
Ограничитель 153 зарядки/разрядки на основании временного коэффициента поступившего от расчетчика 152 временного коэффициента, 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 ограничивается зарядный/разрядный ток смонтированной батареи 110.
Описанные выше блоки управления позволяют устройству 150 управления смонтированной батареей применять к смонтированной батарее 110 ограничение зарядки/разрядки. Более точно, оно применяет ограничение зарядки/разрядки, если доля времени, в течение которого действующее значение тока превышает допустимое в течение заданного периода времени, превышает заданное пороговое значение.
На фиг. 6 показана блок-схема шагов обработки, выполняемых с целью применения описанного выше ограничения зарядки/разрядки. 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 заданном временном окне на основании измеренного значения тока, полученного на шаге S11. Длительность временного окна может составлять, например, один час, 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 1-часовой период, и вычисления квадратного корня среднеквадратического значения. Следует отметить, что временное окно, установленное для расчета действующего значения тока на шаге S12, может иметь другую длительность помимо одного часа.
На шаге S13 устройство 150 управления смонтированной батареей приводит в действие расчетчик 152 временного коэффициента с целью сравнения действующего значения тока, рассчитанного на шаге S12, и заданного допустимого значения. На этом шаге определяется, превышает ли действующее значение тока допустимое значение, установленное, например, на уровне 19 А. Если определено, что действующее значение тока превышает допустимое значение (19 А), выполняется шаг S14, а если оно является меньшим, чем допустимое значение, обработка согласно блок-схеме, представленной на фиг. 6, завершается.
На шаге S14 устройство 150 управления смонтированной батареей посредством расчетчика 152 временного коэффициента сохраняет в таблице результаты принятия решения, полученные на шаге S13. На этом шаге обновляют заранее установленное содержание таблицы результатов принятия решений путем внесения новых результатов принятия решения, полученных на шаге S13, в соответствующее поле таблицы результатов принятия решений. Этим способом на шаге S14 может регистрироваться информация, указывающая, превышает ли действующее значение тока, рассчитанное для каждого конкретного временного окна, допустимое значение.
На фиг. 7 проиллюстрирован пример такой таблицы результатов принятия решений. В таблице результатов принятия решений согласно примеру, проиллюстрированному на фиг. 7, каждый час за период от момента 24 часами ранее до текущего момента регистрируют результаты принятия решения, указывающие, превышает ли действующее значение тока, рассчитанное для временного окна, длящегося один час, допустимое значение. Если на шаге S13 определено, что действующее значение тока превышает допустимое значение, в соответствующее поле таблицы результатов принятия решений на фиг. 7 вносится запись "X".
Путем использования таблицы результатов принятия решений, такой как показана на фиг. 7, расчетчик 152 временного коэффициента способен регистрировать на протяжении заданных временных интервалов результаты принятия решения, указывающие, превышает ли действующее значение тока допустимое значение. Если системы транспортного средства переходят в выключенное состояние, и, соответственно, зарядка/разрядка смонтированной батареи 110 прекращается, желательно, чтобы расчетчик 151 действующего значения тока рассчитывал действующее значение тока, исходя из того, что зарядный/разрядный ток в выключенном состоянии равен нулю. При условии расчета действующего значения тока этим способом расчетчик 152 временного коэффициента способен принимать решение о том, превышает ли действующее значение тока допустимое значение, рассчитанное с учетом любого периода времени, в течение которого приостанавливается зарядка/разрядка смонтированной батареи 110, и соответственно способен непрерывно регистрировать результаты принятия решения.
На шаге S15, показанном на фиг. 6, устройство 150 управления смонтированной батареей приводит в действие расчетчик 152 временного коэффициента с целью определения временного коэффициента, указывающего долю времени, в течение которой действующее значение тока превышает заданное допустимое значение на протяжении заданного периода времени, путем использования описанной выше таблицы результатов принятия решений. На этом шаге может определяться временной коэффициент путем расчета доли полей из таблицы результатов принятия решений, в которые за период времени, ограниченный текущим моментом и моментом, на заданную величину предшествующим текущему моменту, внесена запись "X", указывающая, что действующее значение тока превышает допустимое значение. Следует отметить, что в качестве заданного периода времени следует устанавливать промежуток времени, позволяющий правильно оценивать частоту использования смонтированной батареи 110 при ее многократной зарядке и разрядке в течение длительного периода времени, и, соответственно, может составлять, например, 24 часа или более.
Например, если заданный период времени составляет 24 часа, определяется доля полей, в которые внесена запись "X", указывающая, что действующее значение тока превышает допустимое значение, в общей сложности из 25 наборов результатов принятия решения, зарегистрированных за период от момента 24 часами ранее до текущего момента. Если запись "X" внесена в 5 из 25 наборов результатов принятия решения, на шаге S15 определяют, что временной коэффициент для промежутка времени, в течение которого действующее значение тока превышает допустимое значение в течение заданного периода времени, составляет 5/25 = 0,2.
На шаге S16 устройство 150 управления смонтированной батареей приводит в действие ограничитель 153 зарядки/разрядки с целью сравнения временного коэффициента, определенного на шаге S15, и заданного порогового значения. Если временной коэффициент превышает пороговое значение, выполняется шаг S17, а если временной коэффициент равен или является меньшим, чем пороговое значение, обработка согласно блок-схеме, представленной на фиг. 6, завершается. Желательно, чтобы пороговое значение, используемое при принятии решения на шаге S16, обеспечивало принятие точного решения при использовании смонтированной батареи 110 в течение длительного времени и многократной зарядке и разрядке. Так, пороговое значение может быть установлено, например, на уровне 0,5 или выше.
На шаге S17, устройство 150 управления смонтированной батареей приводит в действие 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. После выполнения шага S17 устройство 150 управления смонтированной батареей завершает обработку согласно блок-схеме, показанной на фиг. 6.
Путем обработки, выполняемой устройством 150 управления смонтированной батареей, как описано выше, к смонтированной батарее 110 может применяться ограничение зарядки/разрядки.
Следует отметить, что ограничение зарядки/разрядки, примененное на шаге S17, не отменяется даже в случае принятия отрицательного решения на шаге S16 цикла последующей обработки. Вместо этого желательно отменять ограничение зарядки/разрядки смонтированной батареи 110, которое было введено в действие на шаге S17, когда истекший промежуток времени, рассчитанный с целью определения промежутка времени, истекшего с момента введения в действие ограничения зарядки/разрядки на шаге S17, превышает заданное время отмены ограничения. Более точно, может осуществляться управление с целью восстановления исходной установки допустимой мощности применительно к подводимой/отдаваемой мощности смонтированной батареи 110 во время операции зарядки/разрядки путем передачи блоку 200 управления транспортным средством и блокам 121а и 121b управления элементами аккумуляторной батареи значения допустимой электрической мощности, которое действовало до применения ограничения зарядки/разрядки на шаге S17.
Следует отметить, что в описанной выше обработке может использоваться встроенный в устройство 150 управления смонтированной батареей таймер, например, для расчета времени, истекшего с момента введения в действие ограничения зарядки/разрядки. В качестве альтернативы, информация с указанием промежутка времени, истекшего с момента введения в действие ограничения зарядки/разрядки, может быть получена от показанного на фиг. 1 блока 200 управления транспортным средством по упомянутой выше CAN, а истекший промежуток времени может быть рассчитан на основании полученной таким путем информации. Если за введением в действие 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 истекший промежуток времени, рассчитанный на этом шаге.
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, расчетчиком 152 временного коэффициента, который определяет временной коэффициент указывающий долю времени, в течение которой действующее значение тока превышает заданное допустимое значение на протяжении заданного периода времени, и ограничителем 153 зарядки/разрядки, который ограничивает зарядный/разрядный ток на основании временного коэффициента, определенного расчетчиком 152 временного коэффициента. За счет этой системы можно с более высокой степенью надежности предотвращать любое снижение уровня производительности смонтированной батареи 110 даже в случае частого использования смонтированной батареи 110 и ее многократной зарядке/разрядке в течение длительного времени.
(2) В качестве описанного выше заданного периода времени может быть установлен 24-часовой или больший период. Установка такого заданного периода времени позволяет принимать точное решение в отношении частоты использования смонтированную батарею 110 при ее многократной зарядке и разрядке в течение длительного времени.
(3) При временном коэффициенте, равном или большем, чем, например, 0,5 ограничитель 153 зарядки/разрядки ограничивает зарядный/разрядный ток (шаги S16 и S17). Посредством этих мер можно до определенной степени предотвращать ухудшение свойств смонтированной батареи 110 путем принятия оптимальных решений всякий раз при использовании смонтированной батареи 110 и ее многократной зарядке и разрядке в течение длительного времени.
(4) Когда промежуток времени, истекший с момента введения в действие ограничения зарядки/разрядки на шаге S17, превышает заданное время отмены ограничения, ограничитель 153 зарядки/разрядки отменяет ограничение зарядки/разрядки. В результате путем отмены ограничения зарядки/разрядки с оптимальным выбором времени может восстанавливаться исходное состояние после применения ограничения зарядки/разрядки.
(5) 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 времени, по CAN. Это означает, что ограничение зарядки/разрядки может отменяться 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 временного коэффициента 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 временного коэффициента, указывающего долю времени, в течение которой действующее значение тока превышает допустимое значение. Кроме того, на основании временного коэффициента, определяемого расчетчиком 152 временного коэффициента, приводится в действие ограничитель 153 зарядки/разрядки с целью принятия решения о том, следует ли применить 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 временного окна для расчета действующего значения тока, допустимое значение для сравнения с рассчитанными действующими значениями тока и т.п., используемые 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 значение тока рассчитывается для одного временного окна, действующие значения тока могут рассчитываться для множества временных окон, и каждое из действующих значений тока может сравниваться с конкретным допустимым значением, выбранным для соответствующего временного окна, и на основании результатов сравнения 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.
Кроме того, заданный период времени, на основании которого рассчитывается временной коэффициент, указывающий долю времени, в течение которой действующее значение тока превышает допустимое значение, пороговое значение, сравниваемое с временным коэффициентом, и т.п., 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 действие ограничения зарядки/разрядки, и принимается решение о том, следует ли отменить ограничение зарядки/разрядки, путем сравнения истекшего промежутка времени и времени отмены ограничения, решение о том, следует ли отменить ограничение зарядки/разрядки, может приниматься путем расчета общего промежутка времени, в течение которого действует ограничение зарядки/разрядки, и сравнения этого общего промежутка времени и времени отмены ограничения. Если в этом случае после того, как было введено в действие ограничение зарядки/разрядки, системы автомобиля были выключены в течение определенного периода времени, и соответственно система 120 управления аккумуляторной батареей находилась в нерабочем состоянии, общий промежуток времени желательно рассчитывать путем исключения этого периода 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 №2013-166801, поданная 9 августа 2013 г.
Список позиций
100: батарейная установка, 110: смонтированная батарея, 111: элемент аккумуляторной батареи, 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: расчетчик действующего значения тока, 152: расчетчик временного коэффициента, 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.