DE112008000536B4

DE112008000536B4 - Ein- /Ausgabesteuervorrichtung für eine Sekundärbatterie und ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE112008000536B4
Application number: DE112008000536.2T
Authority: DE
Inventors: Teruo Ishishita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2022-04-21
Anticipated expiration: 2028-03-06
Also published as: CN101627519B; DE112008000536T5; US8306692B2; CN101627519A; US20100070133A1; JP2008220088A; JP4811301B2; WO2008111593A1

Abstract

Ein- /Ausgabesteuervorrichtung für eine Sekundärbatterie, mit:einer Schätzeinheit (32) zum Schätzen eines Batteriestroms, der in die oder aus der Sekundärbatterie eingegeben oder ausgegeben wird, auf der Grundlage einer Ein- /Ausgabeleistung der Sekundärbatterie, um einen Schätzwert (Is) auszugeben;einer Strommesseinheit (11) zum Messen des Batteriestroms, um einen Messwert (It) auszugeben; undeiner Steuereinheit (33) zum Steuern der Ein- /Ausgabeleistung auf der Grundlage des Schätzwerts (Is) und des Messwerts (It), wobeidie Steuereinheit (33) einen ersten Wert, der ein Quadrat des Schätzwerts (Is) ist, und einen zweiten Wert berechnet, der ein Quadrat des Messwerts (It) ist, und die Ein- /Ausgabeleistung begrenzt, wenn bestimmt ist, dass ein Größerer des ersten und zweiten Werts eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, unddie Steuereinheit (33) bestimmt, welcher des ersten und zweiten Werts größer ist basierend auf einer zeitbasierten Schwankung des geglätteten ersten Werts und einer zeitbasierten Schwankung des geglätteten zweiten Werts.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ein-/Ausgabesteuervorrichtung für eine Sekundärbatterie sowie ein Fahrzeug. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Ein-/Ausgabesteuervorrichtung, die eine Erhöhung bei einem Erwärmungswert einer Sekundärbatterie unterdrücken kann, sowie ein mit der Ein- /Ausgabesteuervorrichtung ausgestattetes Fahrzeug.
Verwandter Stand der Technik
In den vergangenen Jahren widmete man Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen vor dem Hintergrund von Umweltfragen Aufmerksamkeit. Diese Fahrzeuge sind mit einem Elektromotor als eine Antriebsleistungsquelle und sind ebenso mit z.B. einer Sekundärbatterie als ihre elektrische Leistungsquelle ausgestattet. Da ein Überentladen und Überladen der Sekundärbatterie eine Leistungsfähigkeit der Sekundärbatterie senken, ist es erforderlich, das Laden / Entladen der Sekundärbatterie genau zu steuern.
Die japanische Patentoffenlegung JP 2006 - 149 181 A offenbarte eine Stromsteuervorrichtung, die ein plötzliches Spannungsabsinken in einer Batterie verhindern kann. Diese Stromsteuervorrichtung umfasst eine Strommessgebereinrichtung zum Messgeben eines aus der Batterie entladenen Stroms und eine Steuereinrichtung zum Steuern des aus der Batterie entladenen Stroms auf der Grundlage eines durch die Strommessgebereineinrichtung gewonnenen Stromwerts. Die Steuereinrichtung quadriert den durch die Messgebereinrichtung gewonnenen Stromwert und integriert weiterhin den Quadratwert auf einer Zeitfolge, um einen integrierten Stromquadratwert zu gewinnen. Weiterhin begrenzt die Steuereinrichtung die aus der Batterie entladenen Ströme auf der Grundlage des integrierten Stromquadratwerts. Durch Begrenzen des aus der Batterie entladenen Stroms auf der Grundlage des integrierten Stromquadratswerts ist es möglich, den Entladestromwert zu begrenzen, bevor die Batteriespannung plötzlich absinkt. Auf diese Weise kann das plötzliche Spannungsabsinken verhindert werden, wenn ein großer Strom entladen wird.
In der in der japanischen Patenoffenlegung JP 2006 - 149 181 A offenbarten Stromsteuervorrichtung kann kein korrekter Stromwert gewonnen werden, wenn in der Strommessgebereinrichtung ein Fehler auftritt. Wird die Lade-/Entladesteuerung der Batterie auf der Grundlage eines inkorrekten Stromwerts durchgeführt, dann kann es unmöglich sein, der Batterie eine gewünschte Leistung zu entnehmen oder die Batterie kann überentladen werden. Die japanische Patentoffenlegung JP 2006 - 149 181 A offenbarte jedoch keine Möglichkeit des Auftretens dieser Probleme.
Kurzfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in einem Bereitstellen einer Ein-/Ausgabesteuervorrichtung, die eine Sekundärbatterie verlässlicher schützen kann, sowie eines mit der Ein- /Ausgabesteuervorrichtung ausgestatteten Fahrzeugs.
Zusammenfassend stellt die Erfindung eine Ein- /Ausgabesteuervorrichtung einer Sekundärbatterie bereit, mit einer Schätzeinheit zum Schätzen eines in die oder aus der Sekundärbatterie eingegebenen oder ausgegebenen Batteriestroms auf der Grundlage einer Ein- /Ausgabeleistung bzw. -energie der Sekundärbatterie, um einen Schätzwert auszugeben; einer Strommesseinheit zum Messen des Batteriestroms, um einen Messwert auszugeben; und einer Steuereinheit zum Steuern der Ein- /Ausgabeleistung auf der Grundlage des Schätzwerts und des Messwerts.
Vorzugsweise berechnet die Steuereinheit einen durch Durchführen eines zeitbasierten Glättens auf einem Quadrat des Schätzwerts gewonnenen ersten Wert und einen durch Durchführen eines zeitbasierten Glättens auf einem Quadrat des Messwerts gewonnenen zweiten Wert, und steuert die Ein- /Ausgabeleistung auf der Grundlage eines Ergebnisses eines Vergleichs eines Größeren des ersten und zweiten Werts mit einer Schwelle.
Vorzugsweise begrenzt die Steuereinheit die Ein- /Ausgabeleistung, wenn die Steuereinheit bestimmt, dass der Größere des ersten und zweiten Werts die Schwelle überschreitet.
Vorzugsweise umfasst die Ein- /Ausgabesteuervorrichtung eine Temperaturmessgebereinheit zum Messgeben einer Batterietemperatur der Sekundärbatterie. Die Steuereinheit ändert den Grenzwert der Ein- /Ausgabeleistung auf der Grundlage der durch die Temperaturmessgebereinheit gegebenen Batterietemperatur.
Vorzugsweise senkt die Steuereinheit die Schwelle, wenn eine Differenz zwischen dem ersten und zweiten Wert für eine vorbestimmte Spanne größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine Sekundärbatterie; eine Schätzeinheit zum Schätzen eines in die oder aus der Sekundärbatterie eingegebenen oder ausgegebenen Batteriestroms auf der Grundlage einer Ein- /Ausgabeleistung der Sekundärbatterie, um einen Schätzwert auszugeben; eine Strommesseinheit zum Messen des Batteriestroms, um einen Messwert auszugeben; und eine Steuereinheit zum Steuern der Ein-/Ausgabeleistung auf der Grundlage des Schätzwerts und des Messwerts.
Vorzugsweise berechnet die Steuereinheit einen durch Durchführen eines zeitbasierten Glättens auf einem Quadrat des Schätzwerts gewonnenen ersten Wert und einen durch Durchführen eines zeitbasierten Glättens auf einem Quadrat des Messwerts gewonnenen zweiten Wert, und steuert die Ein- /Ausgabeleistung auf der Grundlage eines Ergebnisses eines Vergleichs eines Größeren des ersten und zweiten Werts mit einer Schwelle.
Vorzugsweise begrenzt die Steuereinheit die Ein- /Ausgabeleistung, wenn die Steuereinheit bestimmt, dass der Größere des ersten und zweiten Werts die Schwelle überschreitet.
Vorzugsweise umfasst die Ein- /Ausgabesteuervorrichtung eine Temperaturmessgebereinheit zum Messgeben einer Batterietemperatur der Sekundärbatterie. Die Steuereinheit ändert den Grenzwert der Ein- /Ausgabeleistung auf der Grundlage der durch die Temperaturmessgebereinheit gegebenen Batterietemperatur.
Vorzugsweise senkt die Steuereinheit die Schwelle, wenn eine Differenz zwischen dem ersten und zweiten Wert für eine vorbestimmte Spanne größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Demgemäß kann die Erfindung die Sekundärbatterie verlässlich schützen.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Hauptstruktur eines Fahrzeugs 100 eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
2 eine Funktionsblockdarstellung einer Steuervorrichtung 30 in 1;
3 eine Funktionsblockdarstellung einer Ein- /Ausgabesteuereinheit 33 in 2;
4 zeitbasierte Schwankungen bei einem Schätzstrom Is und einem Messstrom It;
5 einen Stromquadratwert vor einer Glättverarbeitung und einen Stromquadratwert nach der Glättverarbeitung;
6 eine Ein- /Ausgabebegrenzungsverarbeitung in dem ersten Ausführungsbeispiel;
7 zeitbasierte Änderungen bei einem Ein- /Ausgabewert bei der Ein-/Ausgabebegrenzungsverarbeitung des ersten Ausführungsbeispiels;
8 zeitbasierte Änderungen bei einem Zuwachs mgin bei der Ein-/Ausgabebegrenzungsverarbeitung;
9 zeitbasierte Änderungen bei einem Zuwachs mgout bei der Ein-/Ausgabebegrenzungsverarbeitung;
10 ein Ablaufdiagramm einer durch eine Ein- /Ausgabesteuereinheit 33 in 3 ausgeführten Ein- /Ausgabebegrenzungsverarbeitung;
11 eine Freigabeverarbeitung;
12 zeitbasierte Änderungen bei einem Ein- /Ausgabewert bei der Freigabeverarbeitung des ersten Ausführungsbeispiels;
13 zeitbasierte Änderungen bei einem Zuwachs mgin bei der Freigabeverarbeitung;
14 zeitbasierte Änderungen bei einem Zuwachs mgout bei der Freigabeverarbeitung;
15 ein Ablaufdiagramm der durch die Ein- /Ausgabesteuereinheit 33 in 3 ausgeführten Freigabeverarbeitung;
16 zeitbasierte Änderungen bei dem Ein- /Ausgabegrenzwert bei der Ein-/Ausgabebegrenzungsverarbeitung eines zweiten Ausführungsbeispiels;
17 zeitbasierte Änderungen bei dem Ein- /Ausgabegrenzwert bei der Freigabeverarbeitung des zweiten Ausführungsbeispiels;
18 ein Ablaufdiagramm der Ein- /Ausgabebegrenzungsverarbeitung in dem zweiten Ausführungsbeispiel;
19 ein Ablaufdiagramm der Freigabeverarbeitung in dem zweiten Ausführungsbeispiel;
20 die Ein- /Ausgabebegrenzungsverarbeitung in einem dritten Ausführungsbeispiel;
21 ein Ablaufdiagramm einer Ein- /Ausgabesteuerverarbeitung in dem dritten Ausführungsbeispiel;
22 die Freigabeverarbeitung in dem dritten Ausführungsbeispiel; und
23 ein Ablaufdiagramm der Freigabeverarbeitung in dem dritten Ausführungsbeispiel.

Beste Ausführungsarten zum Ausführen der Erfindung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung tragen die gleichen oder entsprechenden Abschnitte die gleichen Bezugszeichen, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
<Gesamtstruktur>
1 zeigt eine Hauptstruktur eines Fahrzeugs 100 eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Unter Bezugnahme auf 1 umfasst das Fahrzeug 100 eine Batterie B, eine Verbindungseinheit 40, einen Verstärkungswandler 12, Glättkapazitäten C1 und C2, Spannungssensoren 13 und 21, Inverter 14 und 22, eine Brennkraftmaschine 4, Motorgeneratoren MG1 und MG2, eine Leistungsteilungseinrichtung 3, Räder 2 und eine Steuervorrichtung 30.
Das Fahrzeug 100 umfasst weiterhin Leistungsleitungen PL1 und PL2, eine Erdungsleitung SL, einen Spannungssensor 10, der eine Klemmenspannung VB der Batterie B gibt, einen Stromsensor 11, der einen in der Batterie B fließenden Strom It gibt, einen Temperatursensor 42, der eine Temperatur TMP der Batterie B gibt, und eine Überwachungseinheit 44. Die Batterie B kann eine Sekundärbatterie sein, wie eine Bleisäurebatterie, eine Nickel- Wasserstoffbatterie oder eine Lithiumionenbatterie.
Die Verbindungseinheit 40 umfasst ein Systemhauptrelais SMR3, das zwischen eine negative Klemme und die Erdungsleitung SL geschaltet ist, ein Systemhauptrelais SMR2, das zwischen eine positive Klemme und eine Leistungsleitung PL1 geschaltet ist, sowie einen Widerstand R1 und ein Systemhauptrelais SMR1, die mit dem Systemhauptrelais SMR2 parallel und miteinander in Reihe geschaltet sind. Die Systemhauptrelais SMR1 bis SMR3 werden gemäß von der Steuervorrichtung 30 bereitgestellten Steuersignalen CONT1 bis CONT3 zum Ein-/Ausschalten gesteuert.
Die Kapazität C1 glättet die Klemmenspannung der Batterie B, wenn die Systemhauptrelais SMR1 bis SMR3 eingeschaltet sind. Die Kapazität C1 ist zwischen die Leistungsleitung PL1 und die Erdungsleitung SL geschaltet. Ein Zusatzteil 35 ist zwischen die Leistungsleitung PL1 und die Erdungsleitung SL geschaltet. Der Zusatzteil 35 ist z.B. eine elektrische Klimaanlage und wird gemäß einem von der Steuervorrichtung 30 bereitgestellten Signal DRV gesteuert.
Der Spannungssensor 21 gibt eine Klemmenspannung VL, d.h. eine Klemmenspannung der Kapazität C1, um ein Ergebnis zu der Steuervorrichtung 30 auszugeben. Der Verstärkungswandler 12 verstärkt eine Klemmenspannung der Kapazität C1. Die Kapazität C2 glättet die durch den Verstärkungswandler 12 verstärkte Spannung. Der Spannungssensor 13 gibt eine Klemmenspannung VH der Glättkapazität C2, um der Steuervorrichtung 30 ein Ergebnis bereitzustellen.
Der Inverter 14 wandelt eine aus dem Verstärkungswandler 12 bereitgestellte Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung um und stellt diese dem Motorgenerator MG1 bereit.
Die Leistungsteilungseinrichtung 3 ist eine an die Brennkraftmaschine 4 und die Motorgeneratoren MG1 und MG2 gekoppelte Einrichtung zum Verteilen einer Antriebsleistung unter diesen. Es kann z.B. eine Planetengetriebeeinrichtung mit drei Drehwellen, d.h. einem Sonnenrad, einem Planetengetriebe und einem Hohlrad, als die Leistungsteilungseinrichtung verwendet werden. Diese drei Drehwellen sind mit Drehwellen der Brennkraftmaschine 4 beziehungsweise der Motorgeneratoren MG1 und MG2 verbunden.
Die Drehwelle des Motorgenerators MG2 ist über ein Untersetzungsgetriebe und ein Differenzialgetriebe (beide nicht gezeigt) an die Räder 2 gekoppelt. Es kann die Leistungsteilungseinrichtung 3 ebenso intern mit einer Untersetzungseinheit für die Drehwelle des Motorgenerators MG2 versehen sein. Weiterhin kann diese Untersetzungseinheit ein wählbares Untersetzungsverhältnis aufweisen.
Der Verstärkungswandler 12 umfasst eine Reaktanz L1, deren eines Ende mit der Leistungsleitung PL1 verbunden ist, IGBT- Elemente Q1 und Q2, die zwischen die Leistungsleitung PL1 und die Erdungsleitung SL in Reihe geschaltet sind, und Dioden D1 beziehungsweise D2, die zu den IGBT- Elementen Q1 beziehungsweise Q2 parallel geschaltet sind.
Das andere Ende der Reaktanz L1 ist mit einem Emitter des IGBT- Elements Q1 und einem Kollektor des IGBT- Elements Q2 verbunden. Die Diode D1 weist eine Kathode beziehungsweise eine Anode auf, die mit einem Kollektor beziehungsweise einem Emitter des IGBT- Elements Q1 verbunden ist. Die Diode D2 weist eine Kathode beziehungsweise eine Anode auf, die mit einem Kollektor beziehungsweise einem Emitter des IGBT- Elements Q2 verbunden ist.
Der Inverter 14 empfängt die verstärkte Spannung aus dem Verstärkungswandler 12 und treibt z.B. den Motorgenerator MG1 zum Anlassen der Brennkraftmaschine 4 an. Der Inverter 14 gibt die elektrische Leistung zu dem Verstärkungswandler 12 zurück, die durch den durch die Leistung der Brennkraftmaschine 4 angetriebenen Motorgenerator MG1 erzeugt wird. Bei diesem Vorgang steuert die Steuerschaltung 30 den Verstärkungswandler 12, um als Abwärtswandlerschaltung zu fungieren.
Der Inverter 14 umfasst U-, V- und W- Phasenarme 15, 16 und 17, die zwischen die Leistungsleitung PL2 und die Erdungsleitung SL zueinander parallel geschaltet sind.
Der U- Phasenarm 15 umfasst IGBT- Elemente Q3 und Q4, die zwischen die Leistungsleitung PL2 und die Erdungsleitung SL in Reihe geschaltet sind, sowie Dioden D3 beziehungsweise D4, die zu den IGBT- Elementen Q3 beziehungsweise Q4 parallel geschaltet sind. Die Diode D3 weist eine Kathode beziehungsweise eine Anode auf, die mit einem Kollektor beziehungsweise einem Emitter des IGBT- Elements Q3 verbunden ist. Die Diode D4 weist eine Kathode beziehungsweise eine Anode auf, die mit einem Kollektor beziehungsweise einem Emitter des IGBT- Elements Q4 verbunden ist.
Der V- Phasenarm 16 umfasst IGBT- Elemente Q5 und Q6, die zwischen die Leistungsleitung PL2 und die Erdungsleitung SL in Reihe geschaltet sind, sowie Dioden D5 beziehungsweise D6, die zu den IGBT- Elementen Q5 beziehungsweise Q6 parallel geschaltet sind. Die Diode D5 weist eine Kathode beziehungsweise eine Anode auf, die mit einem Kollektor beziehungsweise einem Emitter des IGBT- Elements Q5 verbunden ist. Die Diode D6 weist eine Kathode beziehungsweise eine Anode auf, die mit einem Kollektor beziehungsweise einem Emitter des IGBT- Elements Q6 verbunden ist.
Der W- Phasenarm 17 umfasst IGBT- Elemente Q7 und Q8, die zwischen die Leistungsleitung PL2 und die Erdungsleitung SL in Reihe geschaltet sind, sowie Dioden D7 beziehungsweise D8, die zu den IGBT- Elementen Q7 beziehungsweise Q8 parallel geschaltet sind. Die Diode D7 weist eine Kathode beziehungsweise eine Anode auf, die mit einem Kollektor beziehungsweise einem Emitter des IGBT- Elements Q7 verbunden ist. Die Diode D8 weist eine Kathode beziehungsweise eine Anode auf, die mit einem Kollektor beziehungsweise einem Emitter des IGBT- Elements Q8 verbunden ist.
Ein zwischenliegender Punkt von jedem der U-, V- und W- Phasenarme ist mit einem Ende der entsprechenden Phasenspule des Motorgenerators MG1 verbunden. Der Motorgenerator MG1 ist genauer gesagt ein Dreiphasen- Permanentmagnet- Synchronmotor, und Enden der drei (d.h. der U-, V- und W- Phasen-) Spulen sind jeweils mit den Mittelpunkten verbunden. Das andere Ende der U-Phasenspule ist mit einem Verbindungsknoten zwischen den IGBT- Elementen Q3 und Q4 verbunden. Das andere Ende der V- Phasenspule ist mit einem Verbindungsknoten zwischen den IGBT- Elementen Q5 und Q6 verbunden. Das andere Ende der W- Phasenspule ist mit einem Verbindungsknoten zwischen den IGBT-Elementen Q7 und Q8 verbunden.
Die vorstehend beschriebenen IGBT- Elemente Q1 bis Q8 können durch andere elektrische Leistungsschaltelemente ersetzt werden, wie Leistungs- MOSFETs.
Ein Stromsensor 24 gibt einen in dem Motorgenerator MG1 fließenden Strom als einen Motorstromwert MCRT1 und stellt der Steuervorrichtung 30 den Motorstromwert MCRT1 bereit.
Der Inverter 22 ist mit der Leistungsleitung PL2 und der Erdungsleitung SL verbunden. Der Inverter 22 wandelt die aus dem Verstärkungswandler 12 bereitgestellte Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung um und stellt diese dem Motorgenerator MG2 bereit, der die Räder 2 antreibt. Der Inverter 22 gibt die elektrische Leistung zu dem Verstärkungswandler 12 zurück, die durch den ein regeneratives Bremsen durchführenden Motorgenerator MG2 erzeugt wird. Bei diesem Vorgang steuert die Steuervorrichtung 30 den Verstärkungswandler 12, um als Abwärtswandlerschaltung zu fungieren. Obwohl keine interne Struktur des Inverters 22 gezeigt ist, ist sie im Wesentlichen die Gleiche wie die des Inverters 14, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
Ein Stromsensor 25 gibt einen in dem Motorgenerator MG2 fließenden Strom als einen Motorstromwert MCRT2 und stellt der Steuervorrichtung 30 den Motorstromwert MCRT2 bereit.
Die Überwachungseinheit 44 überwacht die Spannung VB, den Strom It und die Temperatur TMP und überträgt ein Ergebnis des Überwachers (d.h. die Spannung VB, den Strom It und die Temperatur TMP) zu der Steuervorrichtung 30. Das Fahrzeug 100 umfasst womöglich keine Überwachungseinheit 44. In diesem Fall werden die Spannung VB, der Strom It und die Temperatur TMP der Steuervorrichtung 30 direkt bereitgestellt.
Die Steuervorrichtung 30 empfängt Drehmomentbefehlswerte TR1 und TR2, Motordrehgeschwindigkeiten MRN1 und MRN2, jeweilige Werte der Spannungen VB und VH und des Stroms It, die Motorstromwerte MCRT1 und MCRT2 und eine Anlassanweisung IGON. Die Steuervorrichtung 30 stellt dem Verstärkungswandler 12 eine Aufwärtswandlungsanweisung PWU, eine Abwärtswandlungsanweisung PWD und ein eine Betriebsverhinderung anweisendes Signal CSDN bereit.
Weiterhin stellt die Steuervorrichtung 30 dem Inverter 14 eine Antriebsanweisung PWMI1 und eine Regenerationsanweisung PWMC1 bereit. Die Antriebsanweisung PWMI1 wird zum Umwandeln der Ausgabe des Verstärkungswandlers 12 erteilt, d.h. der Gleichspannung in die zum Antreiben des Motorgenerators MG1 verwendete Wechselspannung. Die Regenerationsanweisung PWMC1 wird zum Umwandeln der durch den Motorgenerator MG1 erzeugten Wechselspannung in die Gleichspannung und zum Zurückgeben dieser zur Seite des Verstärkungswandlers 12 erteilt.
In gleicher Weise stellt die Steuervorrichtung 30 dem Inverter 22 eine Antriebsanweisung PWMI2 und eine Regenerationsanweisung PWMC2 bereit. Die Antriebsanweisung PWMI2 wird zum Umwandeln der Gleichspannung in die zum Antreiben des Motorgenerators MG2 verwendete Wechselspannung erteilt. Die Regenerationsanweisung PWMC2 wird zum Umwandeln der durch den Motorgenerator MG2 erzeugten Wechselspannung in die Gleichspannung und zum Zurückgeben dieser zur Seite des Verstärkungswandlers 12 erteilt.
Die Steuervorrichtung 30 sendet das Signal DRV zu dem Zusatzteil 35, um dieses zu betreiben.
2 zeigt eine Funktionsblockdarstellung der Steuervorrichtung 30 in 1. Die Steuervorrichtung 30 in 2 kann sowohl in Hardware als auch in Software implementiert werden. Unter Bezugnahme auf 2 umfasst die Steuervorrichtung 30 eine elektrische Leistungsberechnungseinheit 31, eine Stromschätzeinheit 32, eine Ein- /Ausgabesteuereinheit 33 und eine Zusatzteilsteuereinheit 34.
Unter Bezugnahme auf 2 und 1 berechnet die elektrische Leistungsberechnungseinheit 31 elektrische Leistungen der Motorgeneratoren MG1 und MG2, einen Verlust des Verstärkungswandlers 12 und eine aufgenommene Leistung des Zusatzteils 35. Die elektrische Leistungsberechnungseinheit 31 rechnet diese zusammen, um eine elektrische Leistung PW zu gewinnen, die eine Ein-/Ausgabeleistung der Batterie B ist.
Die elektrische Leistungsberechnungseinheit 31 berechnet genauer gesagt die elektrische Leistung des Motorgenerators MG1 auf der Grundlage des Drehmomentbefehlswerts TR1 und der Motordrehgeschwindigkeit MRN1. Die elektrische Leistungsberechnungseinheit 31 berechnet die elektrische Leistung des Motorgenerators MG2 auf der Grundlage des Drehmomentbefehlswerts TR2 und der Motordrehgeschwindigkeit MRN2. Die elektrische Leistungsberechnungseinheit 31 berechnet einen Verlust des Verstärkungswandlers 12 auf der Grundlage der Aufwärtswandlungsanweisung PWU, der Abwärtswandlungsanweisung PWD und der Spannungen VL und VH. Die elektrische Leistungsberechnungseinheit 31 berechnet die aufgenommene Leistung des in 1 gezeigten Zusatzteils 35 auf der Grundlage des aus der Zusatzteilsteuereinheit 34 bereitgestellten Signals DRV. Die elektrische Leistungsberechnungseinheit 31 rechnet diese elektrischen Leistungen zusammen, um die Leistung PW zu gewinnen.
Die Stromschätzeinheit 32 empfängt die Leistung PW aus der elektrischen Leistungsberechnungseinheit 31. Die Stromschätzeinheit 32 teilt die Leistung PW durch die Spannung VB, um einen Schätzwert des Ein- /Ausgabestroms der Batterie B zu berechnen. Die Stromschätzeinheit 32 gibt den Schätzwert aus, d.h. einen Schätzstrom Is.
Die Ein- /Ausgabesteuereinheit 33 empfängt die Drehmomentbefehlswerte TR1 und TR2 sowie die Motordrehgeschwindigkeiten MRN1 und MRN2. Die Ein-/Ausgabesteuereinheit 33 empfängt weiterhin den Schätzstrom Is und den Strom It. Der Strom It ist ein Messwert des Ein- /Ausgabestroms der Batterie B, der durch den Stromsensor 11 gemessen wird. Der Strom It wird nachstehend als „Messstrom It“ bezeichnet, um ihn von dem Schätzstrom Is zu unterscheiden.
Die Ein- /Ausgabesteuereinheit 33 steuert die elektrische Leistung, die zu oder aus der Batterie B zugeführt wird, unter Verwendung des Schätzstroms Is und des Messstroms It. Die Ein- /Ausgabesteuereinheit 33 steuert genauer gesagt den Verstärkungswandler 12 und die Inverter 14 und 22, so dass die Ein-/Ausgabeleistung der Batterie B einen Grenzwert nicht überschreiten kann. Deshalb erteilt die Ein- /Ausgabesteuereinheit 33 die Aufwärtswandlungsanweisung PWU, die Abwärtswandlungsanweisung PWD, das Signal CSDN, die Antriebsanweisungen PWMI1 und PWMI2 und die Regenerationsanweisungen PWMC1 und PWMC2.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst die Ein- /Ausgabesteuervorrichtung der Sekundärbatterie gemäß dem Ausführungsbeispiel die Stromschätzeinheit 32, die den in die oder aus der Batterie B zugeführten Batteriestrom auf der Grundlage der Ein- /Ausgabeleistung der Batterie B schätzt und den Schätzwert (Schätzstrom Is) ausgibt, den Stromsensor 11, der den Batteriestrom misst und den Messwert (Messstrom It) ausgibt, und die Ein- /Ausgabesteuereinheit 33, die den Schätzwert und den Messwert empfängt und die Ein- /Ausgabeleistung steuert. Da die Ein- /Ausgabesteuervorrichtung den Messstrom It sowie den Schätzstrom Is zum Steuern der Eingabe und Ausgabe der Batterie B verwendet, kann sie die deutliche Erhöhung bei dem Erwärmungswert der Batterie B sowie bei dem Erwärmungswert der Peripherieteile der Batterie B (z.B. Systemhauptrelais SMR1 bis SMR3, Leistungsleitungen PL1 und PL2 und Erdungsleitung SL) verlässlich unterdrücken. Demgemäß kann das Ausführungsbeispiel die Batterie B verlässlich schützen.
Der Fall, in dem die Ein- /Ausgabe der Batterie B auf der Grundlage z.B. lediglich des Messstroms It gesteuert wird, wird nachstehend beschrieben. Tritt in dem Stromsensor 11 ein Fehler auf, dann kann eine deutliche Differenz zwischen dem Messstrom It und einem wahren Stromwert auftreten. Ist der Messstrom It deutlich kleiner als der wahre Stromwert, dann bestimmt die Ein-/Ausgabesteuereinheit 33, dass die Ladung der Batterie B kleiner als die Istladung ist. Demgemäß wird der Strom zu/ aus der Batterie B womöglich zugeführt, ohne den in der Batterie B fließenden Strom zu begrenzen. In diesem Fall ist es schwierig, eine Wärmeerzeugung aus der Batterie B und den Peripherieteilen zu unterdrücken.
Zur Bewältigung des vorstehend beschriebenen Problems kann eine Konfiguration z.B. mit gedoppelten Stromsensoren eingesetzt werden. In diesem Fall lässt sich beobachten, dass selbst bei Auftreten eines Fehlers in einem der beiden Stromsensoren die Ein- /Ausgabe der Batterie unter Verwendung des Stromwerts des anderen Stromsensors gesteuert werden kann. Jedoch steigert eine Erhöhung bei einer Anzahl der Stromsensoren Kosten und vergrößert einen Unterbringungsraum.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel kann der Ein- /Ausgabestrom der Sekundärbatterie durch die zwei verschiedenen Verfahren gewonnen werden (d.h. Messung des Batteriestroms und Schätzung des Batteriestroms). Wird z.B. der Messstrom It auf Grund eines Fehlers in dem Stromsensor 11 sehr viel kleiner als der wahre Wert, dann steuert die Ein- /Ausgabesteuereinheit 33 die Ein- /Ausgabe der Batterie gemäß dem Schätzstrom Is. Dadurch kann der/aus der Batterie B die elektrische Leistung eines geeigneten Betrags zugeführt werden. Demgemäß kann das Ausführungsbeispiel die Wärmeerzeugung aus der Batterie B und den Peripherieteilen unterdrücken, und kann deshalb die Batterie B verlässlich schützen. Ebenso kann das Ausführungsbeispiel die Erhöhung bei der Stromsensoranzahl niederhalten.
Weiterhin kann das Ausführungsbeispiel die Erhöhung bei der aus der Batterie erzeugten Wärme unterdrücken, und kann deshalb die Erhöhung bei der aus den Peripherieteilen der Batterie B erzeugten Wärme unterdrücken. Demgemäß können Wärmekapazitäten z.B. der Peripherieteile klein sein, so dass Größen der Peripherieteile klein sein können.
3 zeigt eine Funktionsblockdarstellung der Ein- /Ausgabesteuereinheit in 2. Unter Bezugnahme auf 3 umfasst die Ein- /Ausgabesteuereinheit 33 Stromquadratwertberechnungseinheiten 51 und 52, eine Grenzwertbestimmungseinheit 54 und eine Signalerzeugungseinheit 55.
Die Stromquadratwertberechnungseinheit 51 gewinnt den Schätzstrom Is bei vorbestimmten Intervallen z.B. von 100 Millisekunden und quadriert den Schätzstrom Is. Die Stromquadratwertberechnungseinheit 51 berechnet einen Stromquadratwert <Is²> durch Glätten von zeitbasierten Schwankungen bei dem Quadratwert des Schätzstroms Is.
Ähnlich der Stromquadratwertberechnungseinheit 51 gewinnt die Stromquadratwertberechnungseinheit 52 den Messstrom It bei vorbestimmten Intervallen und quadriert den Messstrom It. Die Stromquadratwertberechnungseinheit 52 berechnet einen Stromquadratwert <It²> durch Glätten von zeitbasierten Schwankungen bei dem Quadratwert des Messstroms It.
Die Stromquadratwertberechnungseinheiten 51 und 52 führen genauer gesagt eine primäre Filterverarbeitung durch, um die Stromquadratwerte zu glätten. Unter der Annahme, dass der Stromquadratwert vor dem Glätten zu einem bestimmten Zeitpunkt I²(t) beträgt und der Stromquadratwert nach dem Glätten <I²>(t) beträgt, wird der Stromquadratwert <I²>(t) gemäß der nachstehenden Gleichung (1) dargestellt, in der der Stromquadratwert <I²>(t-1) den Stromquadratwert <I²> eine Spanne vor dem Zeitpunkt t angibt und T eine Konstante bei der Filterverarbeitung angibt. $〈 I^{2} 〉 (t) = {(T - 1) \cdot 〈 I^{2} 〉 (t) + 1 \cdot I^{2} (t)} /T$
4 zeigt zeitbasierte Schwankungen bei dem Schätzstrom Is und dem Messstrom It. 5 zeigt den Stromquadratwert vor der Glättverarbeitung und den Stromquadratwert nach der Glättverarbeitung.
Unter Bezugnahme auf 4 und 5 ändern sich die Beträge und Vorzeichen der Ein- /Ausgabeströme (Messstrom It und Schätzstrom Is) der Batterie B immer gemäß der Betriebssituation des Fahrzeugs 100. Es lässt sich beobachten, dass der Erwärmungswert der Batterie B von dem Quadrat des Stromwerts abhängt. Der Messstrom It (und der Schätzstrom Is) werden quadriert, um den Erwärmungswert der Batterie B zu schätzen. Die Beträge der Ein- /Ausgabeströme der Batterie B ändern sich jedoch immer, so dass sich die Stromquadratwerte (Is² und It²) immer ändern. Die Stromquadratwerte (Is², It²) werden geglättet, um eine Änderung (eine Erhöhung oder eine Verringerung) der Stromquadratwerte zu bestimmen. Es ist möglich, aus den zeitbasierten Schwankungen bei dem Stromquadratwert zu bestimmen, welcher der Stromquadratwerte <Is²> und <It²> größer ist.
Unter Bezugnahme auf 3 empfängt die Grenzwertbestimmungseinheit 54 die Stromquadratwerte <It²> und <Is²> und empfängt ebenso die Temperatur TMP. Die Grenzwertbestimmungseinheit 54 wählt einen Größeren unter den Stromquadratwerten <It²> und <Is²> aus. Die Grenzwertbestimmungseinheit 54 bestimmt einen Eingabegrenzwert MWin und einen Ausgabegrenzwert MWout der Batterie B auf der Grundlage des ausgewählten Stromquadratwerts. Die Signalerzeugungseinheit 55 empfängt den Messstrom It, die Drehmomentbefehlswerte TR1 und TR2, die Motordrehgeschwindigkeiten MRN1 und MRN2, den Eingabegrenzwert MWin und den Ausgabegrenzwert MWout. Auf der Grundlage dieser Werte erteilt die Signalerzeugungseinheit 55 die Aufwärtswandlungsanweisung PWU, die Abwärtswandlungsanweisung PWD, das Signal CSDN, die Antriebsanweisungen PWMI1 und PWMI2 und die Regenerationsanweisungen PWMC1 und PWMC2.
Dann wird die Verarbeitung der Ein- /Ausgabesteuervorrichtung für die Sekundärbatterie gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung wird die Verarbeitung des Verringerns des Ein-/Ausgabegrenzwerts als „Ein- /Ausgabebegrenzungsverarbeitung“ bezeichnet und wird die Verarbeitung des Zurücksetzens des Ein- /Ausgabegrenzwerts auf einen ursprünglichen Wert als „Freigabeverarbeitung“ bezeichnet.
<Ein- /Ausgabebegrenzungsverarbeitung>
6 zeigt die Ein- /Ausgabebegrenzungsverarbeitung in dem ersten Ausführungsbeispiel. Unter Bezugnahme auf 6 erhöhen sich, wenn sich die Ein-/Ausgabeleistung der Batterie B über die Zeit erhöht, ebenso die Stromquadratwerte <It²> und <Is²>. Obwohl in 6 der Stromquadratwert <Is²> größer als der Stromquadratwert <It²> ist, ist die Beziehung bei dem Betrag zwischen den Stromquadratwerten <It²> und <Is²> nicht auf das vorstehend Beschriebene eingeschränkt.
Es werden Schwellen IIin und IIout für den Stromquadratwert gesetzt. Die Schwelle IIin wird verwendet, wenn der Batterie B die Leistung eingegeben wird. Die Schwelle IIout wird verwendet, wenn die Leistung aus der Batterie B ausgegeben wird. Wird der Batterie B die Leistung eingegeben, dann erreicht der Stromquadratwert <Is²> die Schwelle IIin (Zeitpunkt TA), bevor der Stromquadratwert <It²> diese erreicht. Nach dem Zeitpunkt TA verringert die Grenzwertbestimmungseinheit 54 in 3 den Eingabegrenzwert MWin.
Wird die Leistung aus der Batterie B ausgegeben, dann erreicht der Stromquadratwert <Is²> die Schwelle IIout (Zeitpunkt TB), bevor der Stromquadratwert <It²> diese erreicht. Nach dem Zeitpunkt TB verringert die Grenzwertbestimmungseinheit 54 den Ausgabegrenzwert MWout.
Der Umstand, dass sich der Stromquadratwert erhöht, bedeutet, dass sich die Erwärmungswerte der Batterie B und von deren Peripherieteilen erhöhen. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird, wenn der Größere der zwei Stromquadratwerte die Schwelle überschreitet, der Ein- /Ausgabegrenzwert der Batterie B verringert, um die in die oder aus der Batterie B eingegebene oder ausgegebene Leistung zu begrenzen. Dadurch kann, selbst wenn der Kleinere der zwei Stromquadratwerte dem wahren Wert näher ist, die Ein- /Ausgabeleistung der Batterie B weiterhin begrenzt werden. Demgemäß ist es möglich, die deutliche Erhöhung bei dem Erwärmungswert der Batterie B und der Peripherieteile effektiver zu unter-drücken.
Wird der Stromwert lediglich quadriert, dann kann sich die Beziehung bei dem Betrag zwischen den Stromquadratwerten (Is² und It²) immer ändern. Deshalb kann sich, wenn der Ein- /Ausgabegrenzwert auf der Grundlage der Stromquadratwerte (Is² und It²) gesetzt wird, der so gesetzte Ein- /Ausgabegrenzwert häufig ändern. In diesem Fall kann es unmöglich sein, die Wärmeerzeugung aus der Batterie B und den Peripherieteilen effektiv zu unterdrücken. Wie in 6 gezeigt, wird der Größere der zwei Stromquadratwerte auf der Grundlage des Zeitverstreichens des geglätteten Stromquadratwerts bestimmt (mit anderen Worten zeitbasierte Änderungen bei den geglätteten Stromquadratwerten), so dass der Ein- /Ausgabegrenzwert stabilisiert werden kann. Dies eröffnet die Wirkung des Unterdrückens der Wärmeerzeugung der Batterie B and von deren Peripherieteilen.
7 zeigt zeitbasierte Änderungen bei dem Ein- /Ausgabegrenzwert bei der Ein- /Ausgabebegrenzungsverarbeitung des ersten Ausführungsbeispiels. Unter Bezugnahme auf 7 und 6 wird der Eingabegrenzwert MWin vor dem Zeitpunkt TA auf SWin beibehalten. Zum Zeitpunkt TA erreicht der Stromquadratwert <Is²> die Schwelle IIin, so dass die Grenzwertbestimmungseinheit 54 (3) danach den Eingabegrenzwert MWin von SWin aus graduierlich verringern wird.
Zum Zeitpunkt t1 erreicht der Eingabegrenzwert MWin MWIN_TAR. Nach dem Zeitpunkt t1 behält die Grenzwertbestimmungseinheit 54 den Eingabegrenzwert MWin auf MWIN_TAR bei. Eine Zeit Tin stellt eine Spanne von dem Zeitpunkt TA bis zu dem Zeitpunkt t1 dar.
Vor dem Zeitpunkt TB wird der Ausgabegrenzwert MWout auf SWout beibehalten. Erreicht der Stromquadratwert <Is²> zum Zeitpunkt TB die Schwelle IIout, dann verringert die Grenzwertbestimmungseinheit 54 den Ausgabegrenzwert MWout graduierlich von SWout aus.
Zum Zeitpunkt t2 erreicht der Ausgabegrenzwert MWout MWOUT_TAR. Nach dem Zeitpunkt t2 behält die Grenzwertbestimmungseinheit 54 den Ausgabegrenzwert MWout auf MWOUT_TAR bei. Eine Zeit Tout stellt eine Spanne von dem Zeitpunkt TB bis zu dem Zeitpunkt t2 dar.
Die Änderungen bei den Ein- und Ausgabegrenzwerten MWin und MWout werden nachstehend ausführlich beschrieben. Die Grenzwertbestimmungseinheit 54 berechnet den Eingabegrenzwert MWin gemäß der nachstehenden Gleichung (2). In Gleichung (2) stellt mgin einen Zuwachs dar, der sich mit einem Zeitverstreichen ändert. $MWin = MWIN_TAR + (SWin - MWIN_TAR) \cdot mgin$
8 zeigt zeitbasierte Änderungen bei dem Zuwachs mgin bei der Ein-/Ausgabebegrenzungsverarbeitung. Unter Bezugnahme auf 8 zeigt die Abszisse des Graphen eine Zeit, die seit dem Zeitpunkt TA (vgl. 5 und 6) verstrichen ist. Zum Zeitpunkt TA beträgt der Zuwachs mgin 1. Nach dem Zeitpunkt TA verringert sich der Zuwachs mgin graduierlich. Wird die seit dem Zeitpunkt TA verstrichene Zeit größer als oder gleich Tin, dann wird der Zuwachs mgin 0. Vor dem Zeitpunkt TA ist mgin gleich 1.
Die Grenzwertbestimmungseinheit 54 berechnet den Ausgabegrenzwert MWout gemäß der nachstehenden Gleichung (3). In Gleichung (3) stellt mgout einen Zuwachs dar, der sich mit einem Zeitverstreichen ändert. $MWout = MWOUT_TAR + (SWout - MWOUT_TAR) \cdot mgout$
9 zeigt zeitbasierte Änderungen bei dem Zuwachs mgout bei der Ein-/Ausgabebegrenzungsverarbeitung. Unter Bezugnahme auf 9 zeigt die Abszisse des Graphen die Zeit, die seit dem Zeitpunkt TB (vgl. 5 und 6) verstrichen ist. Ähnlich den zeitbasierten Änderungen bei dem Zuwachs mgin, beträgt der Zuwachs mgout zum Zeitpunkt TB 1, und verringert sich nach dem Zeitpunkt TB graduierlich. Wird die seit dem Zeitpunkt TB verstrichene Zeit größer als oder gleich Tout, dann wird der Zuwachs mgout 0. Vor dem Zeitpunkt TB ist mgout gleich 1.
10 zeigt ein Ablaufdiagramm der durch die Ein- /Ausgabesteuereinheit 33 in 3 ausgeführten Ein- /Ausgabebegrenzungsverarbeitung. Die Verarbeitung in diesem Ablaufdiagramm wird aus einer Hauptroutine zur Ausführung bei konstanten Zeitintervallen oder bei Erfüllung einer vorbestimmten Bedingung aufgerufen.
Unter Bezugnahme auf 10 und 3 gewinnt in einem Schritt S1 die Stromquadratwertberechnungseinheit 52 einen Wert des Messstroms It. In einem Schritt S2 berechnet die Stromquadratwertberechnungseinheit 52 ein Quadrat des Messstroms It. In einem Schritt S3 berechnet die Stromquadratwertberechnungseinheit 52 den Stromquadratwert <It²> durch Glätten der zeitbasierten Schwankungen bei dem Quadrat des Messstroms It.
In einem Schritt S4 gewinnt die Stromquadratwertberechnungseinheit 51 den Wert des Schätzstroms Is. In einem Schritt S5 berechnet die Stromquadratwertberechnungseinheit 51 das Quadrat des Schätzstroms Is. In einem Schritt S6 berechnet die Stromquadratwertberechnungseinheit 51 den Stromquadratwert <Is²> durch Glätten der zeitbasierten Schwankungen bei dem Quadrat des Schätzstroms Is.
Die Verarbeitung in den Schritten S1 bis S3 kann parallel mit der Verarbeitung in den Schritten S4 bis S6 ausgeführt werden.
In einem Schritt S7 bestimmt die Grenzwertbestimmungseinheit 54, ob der Größere der Stromquadratwerte <It²> und <Is²>, was in 10 als „MAX(<It²>, <Is²>)“ dargestellt ist, größer als die Schwelle ist oder nicht. Die Schwelle zum Zeitpunkt der Leistungseingabe in die Batterie B ist die Schwelle IIin. Die Schwelle zum Zeitpunkt der Leistungsausgabe aus der Batterie B ist die Schwelle IIout.
Ist der Größere der Stromquadratwerte <It²> und <Is²>, d.h. MAX(<It²>, <Is²>), größer als die Schwelle (JA in Schritt S7), dann verringert die Grenzwertbestimmungseinheit 54 den Grenzwert. Die Signalerzeugungseinheit 55 erzeugt die Aufwärtswandlungsanweisung PWU, die Abwärtswandlungsanweisung PWD, das Signal CSDN, die Antriebsanweisungen PWMI1 und PWMI2 und die Regenerationsanweisungen PWMC1 und PWMC2 und führt die Ein-/Ausgabesteuerung derart durch, dass die Ein- /Ausgabeleistung der Batterie B den Grenzwert nicht überschreiten kann (Schritt S8).
Ist der Größere der Stromquadratwerte <It²> und <Is²>, d.h. MAX(<It²>, <Is²>), kleiner als die oder gleich der Schwelle (NEIN in Schritt S7), dann ändert die Grenzwertbestimmungseinheit 54 den Grenzwert nicht. In diesem Fall erteilt die Signalerzeugungseinheit 55 ebenso die Aufwärtswandlungsanweisung PWU, die Abwärtswandlungsanweisung PWD, das Signal CSDN, die Antriebsanweisungen PWMI1 und PWMI2 und die Regenerationsanweisungen PWMC1 und PWMC2 und führt die Ein- /Ausgabesteuerung derart durch, dass die Ein-/Ausgabeleistung der Batterie B den Grenzwert nicht überschreiten kann (Schritt S9). Endet die Verarbeitung in Schritt S8 oder S9, dann endet die gesamte Verarbeitung.
<Freigabeverarbeitung>
11 zeigt die Freigabeverarbeitung. Unter Bezugnahme auf 11 verringert die Ein- /Ausgabebegrenzungsverarbeitung die Stromquadratwerte <It²> und <Is²> mit Verstreichen der Zeit. Ähnlich 6 ist in 11 der Stromquadratwert <Is²> größer als der Stromquadratwert <It²>, aber die Beziehung bei dem Betrag zwischen den Stromquadratwerten <Is²> und <It²> ist nicht auf das vorstehend Beschriebene eingeschränkt.
Eine Schwelle IIink stellt eine Schwelle dar, die verwendet wird, wenn der Batterie B die Leistung eingegeben wird. Eine Schwelle IIoutk stellt eine Schwelle dar, die verwendet wird, wenn die Leistung aus der Batterie B ausgegeben wird. Wird der Batterie B die Leistung eingegeben, dann erreicht der Stromquadratwert <Is²> die Schwelle Hink, nachdem der Stromquadratwert <It²> diese erreicht (Zeitpunkt TD). Nach dem Zeitpunkt TD erhöht die Grenzwertbestimmungseinheit 54 in 3 den Eingabegrenzwert MWin graduierlich.
Wird die Leistung aus der Batterie B ausgegeben, dann erreicht der Stromquadratwert <Is²> ebenso die Schwelle IIoutk, nachdem der Stromquadratwert <It²> diese erreicht (Zeitpunkt TC). Nach dem Zeitpunkt TC erhöht die Grenzwertbestimmungseinheit 54 den Ausgabegrenzwert MWout graduierlich.
12 zeigt zeitbasierte Änderungen bei dem Ein- /Ausgabegrenzwert bei der Freigabeverarbeitung des ersten Ausführungsbeispiels. Unter Bezugnahme auf 12 und 11 behält die Grenzwertbestimmungseinheit 54 vor dem Zeitpunkt TD den Eingabegrenzwert MWin auf MWIN_TAR bei. Nachdem zum Zeitpunkt TD der Stromquadratwert <Is²> die Schwelle IIink erreicht, erhöht die Grenzwertbestimmungseinheit 54 (3) gemäß Gleichung (2) den Eingabegrenzwert MWin graduierlich von MWIN_TAR aus. Zum Zeitpunkt t4 erreicht der Eingabegrenzwert MWin SWin. Nach dem Zeitpunkt t4 behält die Grenzwertbestimmungseinheit 54 den Eingabegrenzwert MWin auf SWin bei. Eine Zeit Tink stellt eine Spanne von dem Zeitpunkt TD bis zu dem Zeitpunkt t4 dar.
Gibt die Batterie B die Leistung aus, dann wird vor dem Zeitpunkt TC der Ausgabegrenzwert MWout auf MWOUT_TAR beibehalten. Erreicht der Stromquadratwert <Is²> zum Zeitpunkt TC die Schwelle IIout, dann erhöht die Grenzwertbestimmungseinheit 54 gemäß Gleichung (3) den Ausgabegrenzwert MWout graduierlich von MWOUT_TAR aus. Zum Zeitpunkt t3 erreicht der Ausgabegrenzwert MWout SWout. Nach dem Zeitpunkt t3 behält die Grenzwertbestimmungseinheit 54 den Ausgabegrenzwert MWout auf SWout bei. Eine Zeit Toutk stellt eine Spanne von dem Zeitpunkt TC bis zu dem Zeitpunkt t3 dar.
13 zeigt zeitbasierte Änderungen bei dem Zuwachs mgin bei der Freigabeverarbeitung. Unter Bezugnahme auf 13 zeigt die Abszisse des Graphen die Zeit, die seit dem Zeitpunkt TD (vgl. 11 und 12) verstrichen ist. Zum Zeitpunkt TD beträgt der Zuwachs mgin 0. Nach dem Zeitpunkt TD erhöht sich der Zuwachs mgin graduierlich. Wird die seit dem Zeitpunkt TD verstrichene Zeit größer als oder gleich Tink, dann wird der Zuwachs mgin 1.
14 zeigt zeitbasierte Änderungen bei dem Zuwachs mgout bei der Freigabeverarbeitung. Unter Bezugnahme auf 14 zeigt die Abszisse des Graphen die Zeit, die seit dem Zeitpunkt TC (vgl. 11 und 12) verstrichen ist. Ähnlich den zeitbasierten Änderungen bei dem Zuwachs mgin, beträgt der Zuwachs mgout 0. Nach dem Zeitpunkt TC erhöht sich der Zuwachs mgout graduierlich. Wird die seit dem Zeitpunkt TC verstrichene Zeit größer als oder gleich Toutk, dann wird der Zuwachs mgout 1.
15 zeigt ein Ablaufdiagramm der durch die Ein- /Ausgabesteuereinheit 33 in 3 ausgeführten Freigabeverarbeitung. Die Verarbeitung in diesem Ablaufdiagramm wird aus einer Hauptroutine zur Ausführung bei konstanten Zeitintervallen oder bei Erfüllung einer vorbestimmten Bedingung aufgerufen.
Unter Bezugnahme auf 15 und 10 unterscheidet sich die Freigabeverarbeitung von der Ein- /Ausgabebegrenzungsverarbeitung darin, dass eine Verarbeitung in Schritten S7A, S18 und S19 an Stelle der Verarbeitung in den Schritten S7, S8 und S9 ausgeführt wird. Die Verarbeitung in anderen Schritten in dem Ablaufdiagramm gemäß 15 ist im Wesentlichen die Gleiche wie die in den entsprechenden Schritten in dem Ablaufdiagramm gemäß 10. Demgemäß wird nachstehend die Verarbeitung in den Schritten S7A, S18 und S19 beschrieben und wird die Beschreibung der Verarbeitung in den anderen Schritten nicht wiederholt.
Unter Bezugnahme auf 15 und 3 bestimmt in Schritt S7A die Grenzwertbestimmungseinheit 54, ob der Größere der Stromquadratwerte <It²> und <Is²>, d.h. MAX(<It²>, <Is²>), größer als die Schwelle ist oder nicht. Die Schwelle zum Zeitpunkt der Leistungseingabe in die Batterie B ist die Schwelle IIink. Die Schwelle zum Zeitpunkt der Leistungsausgabe aus der Batterie B ist die Schwelle IIoutk.
Ist der Größere der Stromquadratwerte <It²> und <Is²>, d.h. MAX(<It²>, <Is²>), kleiner als die Schwelle (JA in Schritt S7A), dann erhöht die Grenzwertbestimmungseinheit 54 den Grenzwert. Die Signalerzeugungseinheit 55 erteilt die Aufwärtswandlungsanweisung PWU, die Abwärtswandlungsanweisung PWD, das Signal CSDN, die Antriebsanweisungen PWMI1 und PWMI2 und die Regenerationsanweisungen PWMC1 und PWMC2 auf der Grundlage des Grenzwerts und führt die Ein- /Ausgabesteuerung derart durch, dass die Ein- /Ausgabeleistung der Batterie B den Grenzwert nicht überschreiten kann (Schritt S18).
Ist der Größere der Stromquadratwerte <It²> und <Is²>, d.h. MAX(<It²>, <Is²>), größer als die oder gleich der Schwelle (NEIN in Schritt S7A), dann ändert die Grenzwertbestimmungseinheit 54 den Grenzwert nicht. In diesem Fall erteilt die Signalerzeugungseinheit 55 ebenso die Aufwärtswandlungsanweisung PWU, die Abwärtswandlungsanweisung PWD, das Signal CSDN, die Antriebsanweisungen PWMI1 und PWMI2 und die Regenerationsanweisungen PWMC1 und PWMC2 und führt die Ein- /Ausgabesteuerung derart durch, dass die Ein-/Ausgabeleistung der Batterie B den Grenzwert nicht überschreiten kann (Schritt S19). Endet die Verarbeitung in Schritt S18 oder S19, dann endet die gesamte Verarbeitung.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Ein- /Ausgabebesteuerung der Batterie wie vorstehend beschrieben auf der Grundlage des Messstroms und des Schätzstroms derart durchgeführt, dass die deutliche Erhöhung bei dem Erwärmungswert der Batterie verlässlicher unterdrückt werden kann. Demgemäß kann das erste Ausführungsbeispiel die Batterie verlässlicher schützen.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Strukturen eines Fahrzeugs und einer Ein- /Ausgabesteuerungsvorrichtung einer Sekundärbatterie gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind im Wesentlichen die Gleichen wie die des ersten Ausführungsbeispiels, und deshalb wird ihre Beschreibung nicht wiederholt.
In dem ersten Ausführungsbeispiel sind SWin, SWout, MWIN_TAR beziehungsweise MWOUT_TAR in 7 feste Werte. Das zweite Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, um diese Werte gemäß der Batterietemperatur (in 1 gezeigte Temperatur TMP) zu ändern.
16 zeigt zeitbasierte Änderungen bei dem Ein- /Ausgabegrenzwert bei der Ein- /Ausgabebegrenzungsverarbeitung des zweiten Ausführungsbeispiels. 17 zeigt zeitbasierte Änderungen bei dem Ein- /Ausgabegrenzwert bei der Freigabeverarbeitung des zweiten Ausführungsbeispiels. Unter Bezugnahme auf 16 und 17 verringert, wenn der Batterie B die Leistung eingegeben wird, die Grenzwertbestimmungseinheit 54 (3) SWin und MWIN_TAR gemäß dem Ansteigen der Batterietemperatur und erhöht SWin und MWIN_TAR gemäß dem Absinken der Batterietemperatur. In gleicher Weise verringert, wenn die Batterie B die Leistung ausgibt, die Grenzwertbestimmungseinheit 54 SWout und MWOUT_TAR gemäß dem Ansteigen der Batterietemperatur und erhöht SWOUT und MWOUT_TAR gemäß dem Absinken der Batterietemperatur.
Ist der Ein- /Ausgabegrenzwert zu verändern, dann ändert die Grenzwertbestimmungseinheit 54 die vorstehenden Werte gemäß der Batterietemperatur. Ist die Batterietemperatur hoch und ist der Grenzwert zu verringern, dann kann die zeitbasierte Änderungsrate des Grenzwerts groß gesetzt werden. Deshalb kann die Anstiegsrate der Batterietemperatur klein gesetzt werden.
18 zeigt ein Ablaufdiagramm der Ein- /Ausgabebegrenzungsverarbeitung in dem zweiten Ausführungsbeispiel. Unter Bezugnahme auf 18 und 10 unterscheidet sich das Ablaufdiagramm gemäß 18 vom dem gemäß 10 darin, dass die Verarbeitung in Schritten S8A und S9A an Stelle der Verarbeitung in den Schritten S8 und S9 ausgeführt wird. Die Verarbeitung in anderen Schritten in dem in 18 gezeigten Ablaufdiagramm ist im Wesentlichen die Gleiche wie die in den entsprechenden Schritten in dem in 10 gezeigten Ablaufdiagramm. Demgemäß wird nachstehend die Verarbeitung in Schritten S8A und S9A beschrieben und wird die Beschreibung der Verarbeitung in den anderen Schritten nicht wiederholt.
Unter Bezugnahme auf 18 und 3, wenn MAX(<It²>, <Is²>) größer als die Schwelle ist (JA in Schritt S7), dann verringert die Grenzwertbestimmungseinheit 54 den Grenzwert (Eingabegrenzwert MWin oder Ausgabegrenzwert MWout). Der Grenzwert bei diesem Vorgang weist jedoch eine Temperaturabhängigkeit auf und ändert sich gemäß der Batterietemperatur. Die Signalerzeugungseinheit 55 erteilt die Aufwärtswandlungsanweisung PWU, die Abwärtswandlungsanweisung PWD, das Signal CSDN, die Antriebsanweisungen PWMI1 und PWMI2 und die Regenerationsanweisungen PWMC1 und PWMC2 auf der Grundlage des Grenzwerts und führt die Ein- /Ausgabesteuerung derart durch, dass die Ein-/Ausgabeleistung der Batterie B den Grenzwert nicht überschreiten kann (Schritt S8A).
Ist MAX(<It²>, <Is²>) kleiner als die oder gleich der Schwelle (NEIN in Schritt S7), dann ändert die Grenzwertbestimmungseinheit 54 den Grenzwert gemäß der Batterietemperatur. In diesem Fall erteilt die Signalerzeugungseinheit 55 die Aufwärtswandlungsanweisung PWU, die Abwärtswandlungsanweisung PWD, das Signal CSDN, die Antriebsanweisungen PWMI1 und PWMI2 und die Regenerationsanweisungen PWMC1 und PWMC2 und führt die Ein- /Ausgabesteuerung derart durch, dass die Ein- /Ausgabeleistung der Batterie B den Grenzwert nicht überschreiten kann (Schritt S9A).
19 zeigt ein Ablaufdiagramm der Freigabeverarbeitung in dem zweiten Ausführungsbeispiel. Unter Bezugnahme auf 19 und 15 unterscheidet sich das Ablaufdiagramm gemäß 19 von dem gemäß 15 darin, dass eine Verarbeitung in Schritten S18A und S19A an Stelle der Verarbeitung in den Schritten S18 und S19 ausgeführt wird. Die Verarbeitung in den anderen Schritten in dem in 19 gezeigten Ablaufdiagramm ist im Wesentlichen die Gleiche wie die in den entsprechenden Schritten in dem in 15 gezeigten Ablaufdiagramm.
Die Verarbeitung in Schritten S18A und S19A ist im Wesentlichen die Gleiche wie die in den Schritten S8A und S9A, die in 18 gezeigt sind, und deshalb wird ihre Beschreibung nicht wiederholt. Im Fall von JA in Schritt S7A (d.h. wenn MAX(<It²>, <Is²>) größer als die Schwelle ist) wird die Verarbeitung in Schritten S18A ausgeführt. Im Fall von NEIN in Schritt S7A (d.h. wenn MAX(<It²>, <Is²> kleiner als die oder gleich der Schwelle ist) wird die Verarbeitung in Schritt S19A ausgeführt.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Grenzwert höher gesetzt, wenn die Batterietemperatur ansteigt, so dass die Ein- /Ausgabeleistung der Batterie begrenzt werden kann, wenn die Batterietemperatur hoch ist. Demgemäß kann das zweite Ausführungsbeispiel das Ansteigen der Batterietemperatur effektiver als das erste Ausführungsbeispiel unterdrücken.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
Strukturen eines Fahrzeugs und einer Ein- /Ausgabesteuerungsvorrichtung einer Sekundärbatterie gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind im Wesentlichen die Gleichen wie die des ersten Ausführungsbeispiels, und deshalb wird ihre Beschreibung nicht wiederholt.
20 zeigt die Ein- /Ausgabebegrenzungsverarbeitung in dem dritten Ausführungsbeispiel.
Unter Bezugnahme auf 20 ist ΔI ein Wert, der durch Subtrahieren eines Kleineren der Stromquadratwerte <It²> und <Is²> von dem Größeren gewonnen wird. In dem dritten Ausführungsbeispiel werden, wenn ΔI für eine vorbestimmte Spanne, z.B. von mehreren Sekunden, größer als ein vorbestimmter Wert ist, die Schwellen IIin beziehungsweise IIout niedriger als die normalen Werte gesetzt.
Tritt beispielsweise ein Fehler in dem Stromsensor auf, dann können sich die Stromquadratwerte <It²> und <Is²> ändern, während eine große Differenz zwischen den Stromquadratwerten <It²> und <Is²> beibehalten wird. In diesem Fall steht zu erwarten, dass es schwierig wird, den Ein- /Ausgabegrenzwert der Batterie genau zu bestimmen. Somit wird der Erwärmungswert der Batterie womöglich nicht effektiv unterdrückt.
In dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Schwelle gesenkt, wenn eine große Differenz zwischen den Stromquadratwerten <It²> und <Is²> auftritt. Dadurch wird die Ein- /Ausgabeleistung der Batterie weiter begrenzt, so dass die deutliche Erhöhung bei dem Erwärmungswert der Batterie unterdrückt werden kann. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist es deshalb möglich, selbst wenn die Genauigkeit des Messstroms It oder des Schätzstroms Is auf Grund eines gewissen Grunds absinkt, die deutliche Erhöhung bei dem Erwärmungswert der Batterie und der Peripherieteile zu unterdrücken.
21 zeigt ein Ablaufdiagramm der Ein- /Ausgabesteuerungsverarbeitung in dem dritten Ausführungsbeispiel. Unter Bezugnahme auf 21 und 10 unterscheidet sich das in 21 gezeigte Ablaufdiagramm vom dem in 10 darin, dass eine Verarbeitung in Schritten S16 und S17 zwischen die Verarbeitung in Schritt S6 und die Verarbeitung in Schritt S7 hinzugefügt wird. Die Verarbeitung in den anderen Schritten in dem in 21 gezeigten Ablaufdiagramm ist im Wesentlichen die Gleiche wie die in den entsprechenden Schritten in dem in 10 gezeigten Ablaufdiagramm. Demgemäß wird nachstehend die Verarbeitung in Schritten S16 und S17 beschrieben und wird die Beschreibung der Verarbeitung in den anderen Schritten nicht wiederholt.
Unter Bezugnahme auf 21 und 3 bestimmt die Grenzwertbestimmungseinheit 54 nach der Verarbeitung in Schritt S6, ob der Zustand, in dem ΔI (vgl. 20) größer als ein vorbestimmter Wert ist, andauert oder nicht (Schritt S16). Dauert der Zustand, in dem ΔI größer als der vorbestimmte Wert ist, für eine vorbestimmte Spanne an (JA in Schritt S16), dann senkt die Grenzwertbestimmungseinheit 54 die Schwellen IIin und IIout (Schritt S17). Endet die Verarbeitung in Schritt S17, dann geht der Prozess zu Schritt S7 über.
Lautet das Ergebnis in Schritt S16 NEIN, d.h. ist ΔI kleiner als der vorbestimmte Wert oder dauert der Zustand, in dem ΔI größer als der vorbestimmte Wert ist, für eine Spanne an, die kürzer als die vorbestimmte Spanne ist, dann geht der Prozess zu Schritt S7 über. In diesem Fall ändert sich die Schwelle nicht.
22 zeigt die Freigabeverarbeitung in dem dritten Ausführungsbeispiel.
Unter Bezugnahme auf 22 werden die Schwellen IIink und IIoutk niedrig gesetzt, wenn ΔI für eine vorbestimmte Spanne in der Freigabeverarbeitung größer als der vorbestimmte Wert ist.
23 zeigt ein Ablaufdiagramm der Freigabeverarbeitung in dem dritten Ausführungsbeispiel. Unter Bezugnahme auf 23 und 15 unterscheidet sich das in 23 gezeigte Ablaufdiagramm von dem in 15 Gezeigten darin, dass eine Verarbeitung in Schritten S16 und S17 zwischen die Verarbeitung in Schritt S6 und die Verarbeitung in Schritt S7A hinzugefügt wird. Die Verarbeitung in den anderen Schritten in dem in 23 gezeigten Ablaufdiagramm ist im Wesentlichen die Gleiche wie die in den entsprechenden Schritten in dem in 15 gezeigten Ablaufdiagramm, und deshalb wird ihre Beschreibung nicht wiederholt.
Die Verarbeitung in Schritten S16 und S17 ist im Wesentlichen die Gleiche wie die in Schritten S16 und S17, die in 21 gezeigt sind, und deshalb wird ihre Beschreibung nicht wiederholt.
Wie vorstehend beschrieben kann das dritte Ausführungsbeispiel die deutliche Erhöhung bei dem Erwärmungswert der Batterie und von deren Peripherieteilen unterdrücken, selbst wenn einer der zwei Stromquadratwerte anomal ist.
Die Ausführungsbeispiele wurden in Zusammenhang mit dem Beispiel beschrieben, das bei dem Hybridsystem vom Reihen- /Paralleltyp angewendet wird, in dem die Leistungsteilungseinrichtung die Leistung der Brennkraftmaschine in Leistungen aufteilt und diese zu der Radwelle beziehungsweise den elektrischen Leistungsgeneratoren überträgt. Die Erfindung kann jedoch bei einem Hybridfahrzeug vom Reihentyp angewendet werden, in dem die Brennkraftmaschine lediglich zum Antreiben des elektrischen Leistungsgenerators verwendet wird und lediglich der Motor, der die durch den Leistungsgenerator erzeugte elektrische Leistung verwendet, die Antriebsleistung der Radwelle erzeugt. Ebenso kann die Erfindung bei einem elektrischen Fahrzeug angewendet werden, das lediglich unter Verwendung eines Elektromotors läuft. Da diese Fahrzeuge mit der Sekundärbatterie als die elektrische Leistungsquelle des Motors ausgestattet werden können, kann die Erfindung bei diesen elektrischen Fahrzeugen angewendet werden.
Obwohl die Erfindung ausführlich beschrieben und verdeutlicht wurde, ist klar zu verstehen, dass dies lediglich mittels Verdeutlichung und Beispiel geschah und dies nicht mittels Einschränkung zu nehmen ist, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Begriffe der anliegenden Ansprüche ausgelegt wird.
Eine an einem Fahrzeug angebrachte Ein- /Ausgabesteuervor-richtung für eine Sekundärbatterie umfasst eine Stromschätzeinheit (32), die einen Batteriestrom, der in die oder aus der Sekundärbatterie eingegeben oder ausgegeben wird, auf der Grundlage einer Ein- /Ausgabeleistung der Sekundärbatterie schätzt und einen Schätzwert (Schätzstrom (Is)) ausgibt, einen Stromsensor (11), der den Batteriestrom misst und einen Messwert (Messstrom (It)) ausgibt, und eine Ein-/Ausgabesteuereinheit (33), die die Ein- /Ausgabeleistung auf der Grundlage des Schätzwerts und des Messwerts steuert. Die Ein- /Ausgabesteuervorrichtung steuert die Ein- /Ausgabe der Sekundärbatterie unter Verwendung des Messstroms (It) sowie des Schätzwerts (Is), und kann deshalb eine deutliche Erhöhung bei einem Erwärmungswert der Sekundärbatterie und von deren Peripherieteilen verlässlicher unterdrücken.

Claims

Ein- /Ausgabesteuervorrichtung für eine Sekundärbatterie, mit: einer Schätzeinheit (32) zum Schätzen eines Batteriestroms, der in die oder aus der Sekundärbatterie eingegeben oder ausgegeben wird, auf der Grundlage einer Ein- /Ausgabeleistung der Sekundärbatterie, um einen Schätzwert (Is) auszugeben; einer Strommesseinheit (11) zum Messen des Batteriestroms, um einen Messwert (It) auszugeben; und einer Steuereinheit (33) zum Steuern der Ein- /Ausgabeleistung auf der Grundlage des Schätzwerts (Is) und des Messwerts (It), wobei die Steuereinheit (33) einen ersten Wert, der ein Quadrat des Schätzwerts (Is) ist, und einen zweiten Wert berechnet, der ein Quadrat des Messwerts (It) ist, und die Ein- /Ausgabeleistung begrenzt, wenn bestimmt ist, dass ein Größerer des ersten und zweiten Werts eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, und die Steuereinheit (33) bestimmt, welcher des ersten und zweiten Werts größer ist basierend auf einer zeitbasierten Schwankung des geglätteten ersten Werts und einer zeitbasierten Schwankung des geglätteten zweiten Werts.
Ein- /Ausgabesteuervorrichtung für eine Sekundärbatterie, mit: einer Schätzeinheit (32) zum Schätzen eines Batteriestroms, der in die oder aus der Sekundärbatterie eingegeben oder ausgegeben wird, auf der Grundlage einer Ein- /Ausgabeleistung der Sekundärbatterie, um einen Schätzwert (Is) auszugeben; einer Strommesseinheit (11) zum Messen des Batteriestroms, um einen Messwert (It) auszugeben; und einer Steuereinheit (33) zum Steuern der Ein- /Ausgabeleistung auf der Grundlage des Schätzwerts (Is) und des Messwerts (It), wobei die Steuereinheit (33) einen ersten Wert, der ein Quadrat des Schätzwerts (Is) ist, und einen zweiten Wert berechnet, der ein Quadrat des Messwerts (It) ist, und die Ein- /Ausgabeleistung begrenzt, wenn bestimmt ist, dass ein Größerer des ersten und zweiten Werts eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, und die Steuereinheit (33) die Schwelle senkt, wenn eine Differenz zwischen dem geglätteten ersten und zweiten Wert für eine vorbestimmte Zeitspanne größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Ein- /Ausgabesteuervorrichtung der Sekundärbatterie gemäß Anspruch 1 oder 2, mit: einer Temperaturmessgebereinheit (42) zum Messgeben einer Batterietemperatur (TMP) der Sekundärbatterie, wobei die Steuereinheit (33) den Grenzwert der Ein- /Ausgabeleistung auf der Grundlage der durch die Temperaturmessgebereinheit (42) gegebenen Batterietemperatur (TMP) ändert.
Fahrzeug mit: einer Sekundärbatterie (B); und einer Ein- /Ausgabesteuervorrichtung der Sekundärbatterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3.