特表 2024-539072 自動車内のエネルギー貯蔵器の監視のための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-28

(54)【発明の名称】自動車内のエネルギー貯蔵器の監視のための方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/396 20190101AFI20241018BHJP

   G01R 31/389 20190101ALI20241018BHJP

   G01R 31/382 20190101ALI20241018BHJP

   G01R 31/385 20190101ALI20241018BHJP

   G01R 31/392 20190101ALI20241018BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

G01R31/396

G01R31/389

G01R31/382

G01R31/385

G01R31/392

H02J7/00 Q

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024523216

(86)(22)【出願日】2022-09-27

(85)【翻訳文提出日】2024-04-17

(86)【国際出願番号】 EP2022076742

(87)【国際公開番号】W WO2023066615

(87)【国際公開日】2023-04-27

(31)【優先権主張番号】102021211870.4

(32)【優先日】2021-10-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100161908

【弁理士】

【氏名又は名称】藤木 依子

(72)【発明者】

【氏名】シュミット，アレクサンダー・ウーベ

(72)【発明者】

【氏名】シュレーアー，フィリップ

(72)【発明者】

【氏名】サルファート，クリステル

(72)【発明者】

【氏名】ロールマン，マーティン・アンドレアス

(72)【発明者】

【氏名】ペーラー，イェルク

【テーマコード（参考）】

2G216

5G503

【Ｆターム（参考）】

2G216AB01

2G216BA01

2G216BA21

2G216BA51

2G216BA57

2G216BA58

2G216CA01

2G216CA11

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503EA09

(57)【要約】

本発明は、自動車内のエネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の監視のための方法であって、このエネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）は、好ましくは自動走行機能のための、少なくとも１つのとりわけ安全性に関連する消費機器（３６、４６）に供給し、このとき、エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の少なくとも１つの特性量（Ｕｐ）が予測され、この特性量（Ｕｐ）の予測は、エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の内部抵抗（Ｒｉ）と分極抵抗（Ｒｐｏｌ）の比に依存して行われる、方法に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

自動車内のエネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の監視のための方法であって、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）が、好ましくは自動走行機能のための、少なくとも１つのとりわけ安全性に関連する消費機器（３６、４６）に供給し、このとき、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の少なくとも１つの特性量（Ｕｐ）が予測される方法において、前記特性量（Ｕｐ）の前記予測が、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の内部抵抗（Ｒｉ）と分極抵抗（Ｒｐｏｌ）の比に依存して行われ、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の少なくとも１つのその時々の状態量（Ｔ、Ｕ０、ＳＯＣ）および／または前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の少なくとも１つのその時々の測定量（Ｕ、Ｉ、Ｔ）に依存して、帰属の前記分極抵抗（Ｒｐｏｌ）の内部抵抗（Ｒｉ）に対する比が選択され、かつ前記特性量（Ｕｐ）の前記予測のために使用される、方法。

【請求項2】

前もって、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の様々な周囲条件または状態量（Ｔ、Ｕ０、ＳＯＣ）、例えば温度（Ｔ）、充電状態（ＳＯＣ）、休止電圧（Ｕ０）に依存して、前記内部抵抗（Ｒｉ）および分極抵抗（Ｒｐｏｌ）を決定するための測定が、前記内部抵抗（Ｒｉ）と分極抵抗（Ｒｐｏｌ）の比を確定するために実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記内部抵抗（Ｒｉ）および／または分極抵抗（Ｒｐｏｌ）を確定するために負荷プロファイル（５０）が使用され、前記負荷プロファイル（５０）が設定可能なピーク負荷（５３）を含み、前記ピーク負荷（５３）時には、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）が少なくともある特定の電圧（Ｕｌｉｍｉｔ）に達することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

分極抵抗（Ｒｐｏｌ）が、前記負荷プロファイル（５０）の印加後に生じる電圧差（Ｕ１－Ｕ０）に依存して、および／または電流差（Ｉ１－Ｉ０）に依存して、および／または前記内部抵抗（Ｒｉ）に依存して確定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記予測特性量（Ｕｐ）が、分極電圧（Ｕｐｏｌ）および／または前もって格納された前記分極抵抗（Ｒｐｏｌ）の内部抵抗（Ｒｉ）に対する比に依存して、その時々に確定された前記内部抵抗（Ｒｉ）を乗じて、かつ前記負荷プロファイル（５０）のピーク負荷（５３）を表す特性量、とりわけピーク電流（Ｉｐｅａｋ）を乗じて確定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記特性量（Ｕｐ）を予測するために、前記休止電圧（Ｕ０）から、前記分極電圧（Ｕｐｏｌ）および／または前記内部抵抗（Ｒｉ）での電圧降下（Ｕ_Ｒｉ）が差し引かれることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の特定の測定量、とりわけ、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）での電圧（Ｕ）および／または前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）に負荷をかける電流（Ｉ）および／またはとりわけ前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の温度（Ｔ）が、センサー（３４、４４）によって捕捉されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

とりわけ前記センサー（３４、４４）内で実現される前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の状態認識（８２）が、少なくとも前記測定量（Ｕ、Ｉ、Ｔ）に依存して、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の少なくとも１つの状態量（Ｒｉ、ＳＯＣ、Ｕ０、Ｔ）、とりわけ前記内部抵抗（Ｒｉ）、および／またはとりわけ前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の充電状態（ＳＯＣ）および／またはとりわけ前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の休止電圧（Ｕ０）および／またはとりわけ前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の温度（Ｔ）を確定することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の少なくとも１つの周囲量および／または状態量（Ｕ０、ＳＯＣ、Ｔ）に依存した、前記分極抵抗（Ｒｐｏｌ）の内部抵抗（Ｒｉ）に対する様々な比、とりわけ、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の最大負荷を再現する比が保存されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

好ましくはエネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の各タイプに関し、前記分極抵抗（Ｒｐｏｌ）の内部抵抗（Ｒｉ）に対する比から、極値、とりわけ最大値が保存されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

決定された前記分極抵抗（Ｒｐｏｌ）の内部抵抗（Ｒｉ）に対する比が、対応表（７２）に保存され、かつ／または少なくとも１つの周囲量（Ｕ０、Ｔ）および／もしくは状態量（Ｕ０，Ｔ）に依存して関数とりわけ多項式の形態で表されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記特性量（Ｕｐ）の前記予測が、前もって少なくとも１つの状態量（Ｕ０、Ｔ、ＳＯＣ、Ｑ、Ｒｉ）に依存して格納された、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の負荷履歴の影響を前記特性量（Ｕｐ）に再現する量（Ｕｄｙｎ，τ）を使用して行われ、前記量（Ｕｄｙｎ，τ）が、前記状態量（Ｕ０、Ｔ、ＳＯＣ、Ｑｂａｔ、Ｒｉ）に依存して選択されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）が、とりわけ少なくとも１つのベース負荷（５１）およびピーク負荷（５３）を含む負荷プロファイル（５０、５２）で印加され、かつとりわけ前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の休止電圧（Ｕ０）に達するまでの休止期の後、さらなる負荷プロファイル（５０）、とりわけピーク負荷（５３）で印加されること、ならびにこのときに生じる電圧推移（Ｕ）が、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の負荷履歴の影響を前記特性量（Ｕｐ）に再現する前記量（Ｕｄｙｎ，τ）を確定するために評価されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

前記測定量（Ｕ、Ｉ、Ｔ）を捕捉するセンサー（３４、４４）が設けられること、および／またはセンサー（３４、４４）が前記状態認識（８２）を含むこと、および／または前記センサー（３４、４４）が前記分極抵抗（Ｒｐｏｌ）と内部抵抗（Ｒｉ）との間の比を保存するために使用されること、および／または前記センサー（３４、４４）が前記特性量（Ｕｐ）を予測するために使用されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記予測特性量（Ｕｐ）による限界値（Ｕｌｉｍｉｔ）の到達の場合、例えばとりわけ安全性に関連する機能の遮断および／または警告通知の出力のような措置が開始されることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、独立請求項の分野に基づく自動車内のエネルギー貯蔵器の監視のための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＤＥ１０２０１９２１９４２７Ａ１は、自動車内のエネルギー貯蔵器の監視のための方法に関し、このエネルギー貯蔵器は、好ましくは自動走行機能のための、少なくとも１つのとりわけ安全性に関連する消費機器に供給し、このとき、負荷推移に依存して、エネルギー貯蔵器の少なくとも１つの特性量が予測されることにより、エネルギー貯蔵器の少なくとも１つの性能が確定され、その際、エネルギー貯蔵器が交換されたかどうかが確定され、かつエネルギー貯蔵器の交換が認識されると、交換されたエネルギー貯蔵器が許容されるエネルギー貯蔵器かどうかが確定される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の基礎となる課題は、オンボードネットワークの安全性および信頼性をさらに高めることである。この課題は独立請求項の特徴によって解決される。

【課題を解決するための手段】

【0004】

特性量の予測が、エネルギー貯蔵器の内部抵抗と分極抵抗の比に依存して行われることにより、予測の品質がさらに改善され得る。これは、例えば自律走行時の安全性に関連する用途にとってとりわけ、非常に重要である。さらにこの相応の抵抗比は、簡単にエネルギー貯蔵器の老朽化挙動が考慮されることに加え、予測に関しては余裕をみることを保証する。この比の格納は、特定の測定量または状態量に依存して行われるので、その後、予測のためには、実際の周囲条件を考慮して該当する抵抗比が基礎に置かれる。これにより、様々な周囲条件の場合の、様々なタイプのエネルギー貯蔵器を格納することで、予測の際に適切なパラメータを使用することもできる。

【0005】

特に有用なのは、前もって、様々な周囲条件または状態量に依存して、内部抵抗および／または分極抵抗を決定するための測定が実施されることである。これらの測定は、走行動作中の本来の使用前にオフラインで、様々なタイプのエネルギー貯蔵器に対して実施でき、これによって精度をさらに上げることができ、極端な状況もシミュレーションでき、影響を再現できる。

【0006】

有用な一変形形態では、内部抵抗および／または分極抵抗を確定するために負荷プロファイルが使用され、この負荷プロファイルは設定可能なピーク負荷を含み、このピーク負荷時には、エネルギー貯蔵器が少なくともある特定の電圧に達する。これにより、既に前もってワーストケースの動作事例をシミュレーションでき、後に走行動作中にこの極端な負荷プロファイルが特性量の予測のためにアクティブ化されなくてよい。これが走行動作中の動作安全性を高める。

【0007】

有用な一変形形態では、分極抵抗は、負荷プロファイルの印加後に生じる電圧差に依存して、および／または電流差に依存して、および／または内部抵抗に依存して確定される。これにより、刺激の種類に応じて、好ましくは様々な周囲条件または状態量の場合の相応の測定値により、生じる分極抵抗が高い信頼性で確定され得る。

【0008】

有用な一変形形態では、予測特性量は、分極電圧および／または前もって格納された分極抵抗の内部抵抗に対する比に依存して、その時々に確定された内部抵抗を乗じて、かつ負荷プロファイルのピーク負荷を表す特性量を乗じて確定される。これにより、とりわけエネルギー貯蔵器で生じている電圧が予測され、この電圧は上記の量に依存し、これらの量に、抵抗比が相応に影響を及ぼす。これに加えて、特性量を予測するために、休止電圧および／または内部抵抗での電圧降下も考慮されることが特に有用である。これにより、エネルギー貯蔵器の充電状態およびその時々の周囲条件も、予測のために相応に考慮され、よって予測の品質がさらに上がる。

【0009】

分極抵抗の内部抵抗に対する比から、極値、とりわけ最大値が保存されることが特に有用であり、これにより、エネルギー貯蔵器が動作中に確実に乗り切らなければならない最大負荷事例のみが的確に予測の基礎に置かれる。これにより、メモリー要求量を過大に増やすことなく、簡単に様々な種類のエネルギー貯蔵器が再現され得る。

【0010】

有用な一変形形態では、決定された分極抵抗の内部抵抗に対する比が、対応表に格納され、かつ／または少なくとも１つの関数に依存して格納される。これにより、メモリー要求量がさらに低減され得る。

【0011】

有用な一変形形態では、特性量の予測が、前もって少なくとも１つの状態量に依存して格納された、エネルギー貯蔵器の負荷履歴の影響を特性量に再現する量を使用して行われ、この量は、状態量に依存して選択される。これにより、エネルギー貯蔵器の動的負荷または負荷履歴も簡単に考慮でき、よって予測の品質がさらに上がる。

【0012】

さらなる有用な変形形態は、さらなる従属請求項および発明の説明から明らかである。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】安全性に関連する消費機器を備えた車両のための有り得るオンボードネットワークを示す図である。

【図2】簡略化された負荷プロファイルを示すグラフである。

【図3A】さらなる簡略化された負荷プロファイルを示すグラフである。

【図3B】さらなる簡略化された負荷プロファイルを示すグラフである。

【図3C】さらなる簡略化された負荷プロファイルを示すグラフである。

【図4】エネルギー貯蔵器の負荷プロファイルおよび帰属の予測特性量を示すグラフである。

【図5】静的モデル用のパラメータを確定するためのブロック図である。

【図6】静的モデルに基づいてエネルギー貯蔵器の予測特性量を確定するためのブロック図である。

【図7】エネルギー貯蔵器の特定の特性量の時間依存の推移を示すグラフである。

【図8】エネルギー貯蔵器の動的特性量を予測するために動的パラメータを決定するための負荷プロファイルを示すグラフである。

【図9】動的モデル用のパラメータを確定するためのブロック図である。

【図10】静的および動的モデルに基づいてエネルギー貯蔵器の予測特性量を確定するためのブロック図である。

【図11】動的モデルに基づいてエネルギー貯蔵器の予測特性量を確定するためのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明は、実施形態に基づいて図面に概略的に示されており、以下に図面を参照しながら詳細に説明される。
例示的実施形態では、有り得るエネルギー貯蔵器として例示的にバッテリーまたは蓄電池が説明されている。ただしその代わりに、本課題に適したその他のエネルギー貯蔵器、例えば誘導性もしくは容量性に基づくもの、燃料電池、コンデンサー、またはその類似物が同じように使用され得る。

【0015】

図１は、例示的に図示された少なくとも１つのベース消費機器２４に供給するベース・オンボードネットワーク２２から成るエネルギー供給システムの有り得るトポロジーを示している。代替策として、ベース・オンボードネットワーク２２内に、帰属の（バッテリー）センサーを備えたエネルギー貯蔵器もしくはバッテリーおよび／またはスタータ、および／または安全性に関連しない複数のコンフォート消費機器が設けられていてもよいであろうし、これらは、電気負荷分散によって安全確保または制御され得るであろう。ベース・オンボードネットワーク２２は、高電圧オンボードネットワーク１０より低い電圧レベルを有し、例えば１４Ｖオンボードネットワークであり得る。ベース・オンボードネットワーク２２と高電圧オンボードネットワーク１０の間には直流電圧変換器２０が配置されている。高電圧オンボードネットワーク１０は、例示的に、場合によってはバッテリーマネジメントシステムを組み込まれた高電圧エネルギー貯蔵器１６、例えば高電圧バッテリー、および具体例として示された安全性に関連しない負荷１８、つまりコンフォート消費機器、例えば上昇させた電圧レベルを供給されるエアコン等、および電気機械１２を含んでいる。エネルギー貯蔵器１６は、高電圧オンボードネットワーク１０に供給するためにスイッチ手段１４を介して接続され得る。高電圧とは、この関連ではベース・オンボードネットワーク２２の電圧レベルより高い電圧レベルのことである。つまり例えば４８ボルトのオンボードネットワークであり得る。その代わりに、まさに電動パワートレインを備えた車両の場合、もっと高い電圧レベルであってよい。その代わりに高電圧オンボードネットワーク１０を完全になくすことができるであろうし、この場合、スタータ、ジェネレータ、およびエネルギー貯蔵器のようなコンポーネントは、ベース・オンボードネットワーク２２に割り当てられる。

【0016】

ベース・オンボードネットワーク２２と、例えば２つの安全性に関連するチャネル３０、４０が接続されている。第１の安全性に関連するチャネル３０は、分離要素２８を介してベース・オンボードネットワーク２２と接続されている。さらなる安全性に関連するチャネル４０は、さらなる分離要素２６を介してベース・オンボードネットワーク２２と接続されている。第１の安全性に関連するチャネル３０は、エネルギー貯蔵器３２によってエネルギーを供給され得る。エネルギー貯蔵器３２の特徴的な特性量はセンサー３４によって捕捉される。センサー３４がエネルギー貯蔵器３２に隣接して配置されることが好ましい。第１の安全性に関連するチャネル３０は、安全性に関連する消費機器３６に供給する。この安全性に関連する消費機器３６は単に具体例として示されている。必要に応じて、これ以外の安全性に関連する消費機器３６も、安全性に関連するチャネル３０によって供給される。

【0017】

さらなる安全性に関連するチャネル４０も、さらなるエネルギー貯蔵器４２によって供給され得る。さらなるエネルギー貯蔵器４２の特性量はさらなるセンサー４４が捕捉する。さらなるセンサー４４は、さらなるエネルギー貯蔵器４２に隣接して配置されている。このさらなる安全性に関連するチャネル４０は、少なくとも１つのさらなる安全性に関連する消費機器４６に供給する。必要に応じて、このさらなる安全性に関連するチャネル４０内でも、これ以外の安全性に関連する消費機器４６が供給され得る。

【0018】

図１に示したトポロジーは、単に例示的に、多くの例示的実施形態の１つとして選択されている。安全性に関連するチャネル３０、４０が取り付けられる非常に様々な可能性が存在する。例示的に、さらなる安全性に関連するチャネル４０が、安全性に関連するチャネル３０に連結されるか、またはさらなる直流電圧変換器を介してチャネル１０に連結されてもよいであろう。

【0019】

分離要素２６、２８は、それぞれの安全性に関連するチャネル３０、４０の安全確保に役立ち、これにより、ことによるとベース・オンボードネットワーク２２内および／または一方の安全性に関連するチャネル３０、４０内で発生している欠陥は、もう一方の安全性に関連するチャネル３０、４０には影響し得ない。これは、部分ネットワークの分離もしくは接続を可能にする相応のスイッチ手段またはさらには直流電圧変換器であり得る。その代わりに分離要素２６、２８を完全になくすことができるであろうし、これによりチャネル３０、４０は直接的に直流電圧変換器２０と接続される。

【0020】

両方の安全性に関連するチャネル３０、４０によって供給可能な、冗長的な、とりわけ機能冗長的な、安全性に関連する消費機器３６、４６は、車両を自動走行動作（運転者の介入が必要ない）から、例えば危機的な欠陥の場合に安全な状態に移すのに必要な消費機器である。安全な状態とは、すぐにであれ、車道端にまたはようやく最寄りの休憩スペースなどにであれ、車両の停止であり得る。

【0021】

それにもかかわらず、１つまたは複数の安全性に関連する消費機器３６に供給するためのエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の機能的能力が、有り得る欠陥の場合にも重要な役割を果たす。電気的な操縦およびブレーキの導入ならびに車両の進化していく自動化の導入により、これらの安全性に関連するコンポーネントまたは消費機器３６、４６の確実な電気供給を保証することがますます重要になっている。エネルギー貯蔵器１６、３２、４２はこれに関して決定的な役割を果たすので、いまや、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の性能を決定するに違いない機能は、例えばＩＳＯ ２６２６２に記されているような特に高い要求に基づいて開発されなければならない。これは、機能およびアルゴリズムの開発に、ならびにこれらの機能を適用するハードウェアにも、広範囲に及ぶ結果を有する。以下で解説する方法は、ＩＳＯ ２６２６２に基づく、例えばエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の電圧Ｕｐのような特性量の確実な予測を可能にする。安全基準に基づいて安全なオンボードネットワーク３０、４０のために、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の特性量Ｕｐの予測は必須の構成要素である。

【0022】

安全性に関連する消費機器３６、４６に確実に供給するという文脈で性能を予測する場合、車両が安全な状態になるまで（車両が安全に道路端、駐車スペースなどにいる）、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２が少なくとも１つまたは複数の安全性に関連する消費機器３６、４６に供給可能であることの保証が重要であり、これは例えば、操縦プロセスとブレーキプロセスが重なることから明らかである。安全性に関連する消費機器３６、４６の負荷推定は、いわゆるＳｔａｔｅ－ｏｆ－Ｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＳＯＦ）の（電流）プロファイルによって表される。このような負荷プロファイル５０が、例えば、そのためにエネルギー貯蔵器１６、３２、４２によって必要とされる不可欠な電流Ｉの形態で、具体例として図２に示されている。これに関し、それぞれの負荷プロファイル５０がエネルギー貯蔵器１６、３２、４２への最大要求を規定することができ、この場合、負荷プロファイル５０の実施時には、特性量Ｕｐがある特定の限界値Ｕｌｉｍｉｔより下がってはならない。

【0023】

安全性の文脈におけるこのアプローチの特殊性は、結局のところどのエネルギー貯蔵器１６、３２、４２が使用されるのかが分かっていることを前提とはできないことである。エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の交換が監視されていない場合、例えば、前もって測定されておらず、その特性が知られていないエネルギー貯蔵器１６、３２、４２が使用されるという状況になり得る。したがって本解決策のさらなる重要な部分は、安全目標を違えることなく多数のエネルギー貯蔵器１６、３２、４２をカバーするパラメータセット７８、８０を生成することにある。

【0024】

パラメータセット７８、８０を決定するための測定コンセプトは汎用的に設計されており、したがって非常に多くの様々なＳＯＦプロファイル（顧客の要望）が、１つの相応のパラメータ化によって作成され得る。負荷プロファイル５０の周りの包囲線５２は、顧客のための柔軟な解決策（例えば図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃでの電流プロファイルのような）を実現させる一般化されたアプローチをもたらす。

【0025】

解空間が非常に大きくなり得るので、多数のパラメータ値７８、８０を保存することが重要である。車両内の計算リソースおよびメモリーリソースは一般的に非常に制限されており、センサー３４、４４のような、とりわけ例えばバッテリーのスロット内にフィットしなければならないバッテリーセンサーのようなコンポーネントの場合は特にそうなので、メモリーの理由からこれはもう不可能である。したがって、必要なメモリー量ができるだけ少なく保たれるよう回帰が実施された。ルックアップテーブルまたは対応表７２が解決可能性として使用され得る。代替的なアプローチは、ルックアップテーブルまたは対応表７２の代わりに、例えば多項式関数７６のような関数により、メモリー量をさらに大きく低減させる。

【0026】

エネルギー貯蔵器１６、３２、４２において、このエネルギー貯蔵器が必要な出力をもたらし得るかどうかの予測に重要な量は、有り得るエネルギー貯蔵器１６、３２、４２としての蓄電池の場合、内部抵抗Ｒｉと並んで分極抵抗Ｒｐｏｌである。分極抵抗Ｒｐｏｌの決定は、分極抵抗の多因子依存性（時間ｔ、電流の高さＩ、温度Ｔ、エネルギー貯蔵器の充電状態ＳＯＣ、老朽化の種類および進行、エネルギー貯蔵器の構造形式および構造タイプ、事前負荷）に基づき、複素量であり、決定するのが難しい。

【0027】

これは関数またはアルゴリズムに関し、安全性に関連する文脈では、アルゴリズムが、すべての考え得る動作シナリオのために多因子関連性を認識しなければならず、かつ多因子関連性を相応に重み付けしなければならないことを意味する。これに関しては常に、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の重要な特性量Ｕｐの確実な予測がなされなければならない。例えばエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の老朽化が考慮されなければならない。

【0028】

安全性の文脈において、非常に良好に確定され得るのは、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２またはバッテリーのオーム内部抵抗Ｒｉである。このオーム内部抵抗Ｒｉは、蓄電池の老朽化につれて変化し、したがって、唯一のではないとしても、老朽化に関する指標である。それにもかかわらず内部抵抗Ｒｉの値の変化は、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の耐用期間中も、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の存在しているまたはもう存在していない性能の確実な予測のために使用され得る。

【0029】

本解決策は、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２に対して寿命初期に非常に良好に決定され得る内部抵抗Ｒｉの分極抵抗Ｒｐｏｌに対する比が、老朽化の進行中に特徴的に変化するという事実に基づく。とりわけ、老朽化に基づく内部抵抗Ｒｉの上昇が常に、老朽化に基づく分極抵抗Ｒｐｏｌの上昇と同じまたはそれどころかより大きいことを前提とし得る（図７）。この両方の量Ｒｉ、Ｒｐｏｌの比を求め、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２が老朽化してもこの比を維持する場合、余裕をみることになり、これは、例えば規格ＩＳＯ ２６２６２に基づく安全性の観点の下での予測に適っている。

【0030】

図２は、例示的に、負荷プロファイル５０の経時的推移を示している。この負荷プロファイル５０は、例示的に、安全性に関連する消費機器３６、４６の有り得る典型的な負荷推移を再現しており、この負荷推移は、例えば、とりわけ欠陥の場合の典型的な状況、例えば路肩での停車の実施、または類似の、いずれにしてもさらに実施されるべき走行操作のための最低要求として呼び出される。負荷プロファイル５０の、経時的に場合によっては強く変動する推移は、包囲線５２によって近似される。この近似は、機能の保証に鑑みて、疑わしい場合に、包囲線５２を使用するとエネルギー貯蔵器１６、３２、４２でのより高い負荷が、これを基礎とする予測のために呼び出されるように行われる。この例示的実施形態では、負荷プロファイル５０として、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２によって提供されるべき電流Ｉが使用されている。

【0031】

エネルギー貯蔵器１６、３２、４２またはバッテリーの出力または特性量Ｕｐ（いわゆるＳｔａｔｅ－ｏｆ－Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ＳＯＦ）を予測するため、規定の時間の長さを有する一段階または二段階の負荷プロファイル５０、例えば電流プロファイルが規定され、この負荷プロファイル５０は、安全な場合の推定負荷プロファイル５０の周りの包囲線５２を形作るために使用される。負荷プロファイル５０または帰属の包囲線５２は、顧客の要望に応じて、値、とりわけ電流値、および持続時間を変えることができる。本解決策は、様々な電流プロファイルのために柔軟に使用可能である（図３Ａ～図３Ｃ）。負荷プロファイル５０は、顧客の要望に応じて柔軟に適合され得る。ただし、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の容量、とりわけバッテリー容量に依存する特定の最大限度がある。つまり最大限度は、例えば、ある特定のピーク負荷５３（Ｉｐｅａｋ 最大で例えば１時間当たりのバッテリー容量Ｃの５倍、例えば３００Ａ）に対して、ある特定のタイムスパン（ｔｐｅａｋ 例えば最大１５秒）内で、および例えばベース負荷５１（最大で例えば１時間当たりのバッテリー容量Ｃの２倍、例えば１２０Ａ）に対して、６０秒の長さ内で規定され得るであろう。これらの例示的な値は図３から読み取れる。

【0032】

この規定され、かつ顧客と意見の調整を図った負荷プロファイル５０または帰属の包囲線５２は、図４に示したように、出力予測のために、つまり特性量、例えば電圧Ｕｐ（オンボードネットワーク電圧、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２での電圧）の予測のために使用される。その際、負荷プロファイル５２は、必要に応じてベース負荷５１およびピーク負荷５３を含む。ピーク負荷５３は、最大負荷、例えば最大電流Ｉｐｅａｋによって規定され、最大電流は、一般的にはベース負荷５１より短い持続時間ｔｐｅａｋで印加される。ベース負荷５１は一般的により低い負荷でのより長い負荷推移を特色とする。必要に応じて、さらなる量、例えば温度Ｔまたはエネルギー貯蔵器１６、３２、４２での電流Ｉが、例えばそれぞれのセンサー３４、４４によって測定される。後の図５および図６でより詳しく解説するように、生じているであろう特性量Ｕｐの予測、例えば電圧予測のために、規定された負荷プロファイル５０または帰属の包囲線５２が、負荷根拠として使用される。

【0033】

図５に基づく例示的実施形態では、ブロック６２で、様々なエネルギー貯蔵器３２．１、３２．２．．．３２．ｎの測定が実施される。これには、測定ブロック６２に提供される汎用の測定仕様６０が使用される。様々なエネルギー貯蔵器に対するこれらの測定はオフラインで、つまり本方法の開始前に、例えばセンサー３４、４４内で、好ましくは車両外で行われる。この測定の際には、図２および図３と関連して例示的に説明したような顧客固有の負荷プロファイル５０が基礎に置かれる。実質的には、負荷プロファイル５０でのエッジ変化の初めおよび／または終わりに生じている電流および電圧の値が捕捉される。有り得るエネルギー貯蔵器１６、３２、４２としての鉛蓄電池に関しては、最初は、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２での負荷なしで、ＯＣＶ開回路電圧または休止電圧とも言うある特定の電圧Ｕ０が生じている。電流プロファイルまたは電流エッジを印加すると、電圧応答は、初めに即時の、時間に依存しない電圧降下において、Ｒｉ＊Ｉの高さに推移する（内部抵抗Ｒｉに基づく電圧降下）。その後（Ｒｉ＊Ｉの高さへのほぼ即時の電圧降下の後）に続くさらなる電圧降下Ｕｐｏｌは、ある特定の時定数に基づいて分極電圧Ｕｐｏｌの高さへのさらなる電圧降下Ｕｐｏｌが生じるまで、負荷プロファイル５０の時間ｔに強く依存する。この負荷プロファイル（Ｉ）の場合に生じているであろう電圧値（Ｕｐ＝Ｕ０－Ｉ＊Ｒｉ－Ｕｐｏｌ）は、最低許容電圧Ｕｌｉｍｉｔより大きくなければならず、これにより、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２はさらに確実な動作を保証する。

【0034】

ブロック６２に基づく測定が、各エネルギー貯蔵器３２．１、３２．２、３２．３、３２．４．．．３２．ｎに対して繰り返される。この場合、図２～図４と関連して説明したような相応の負荷プロファイル５０または帰属の包囲線５２が基礎に置かれる。

【0035】

これによりこのコンセプトは、１つの基礎になっている特定のバッテリーの相応のパラメータセットによる顧客固有の解決策に（図５のブロック７５を参照）または任意の数の選択されたバッテリーに対して一般化して（図５のブロック７４を参照）、モデル８６が適合される（図６）可能性を提供する。この場合、根拠として、汎用の測定仕様６０によるバッテリー測定データの捕捉が用いられる。この（バッテリー）測定を使って、電圧挙動の個々の影響因子がバッテリーごとに分析され得る。パラメータ化は、なかでも、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２またはバッテリーの内部抵抗Ｒｉへの分極電圧Ｕｐｏｌの依存性を内包する。この関係性は、解析関数の形態で近似されて使用される。モデル８６のパラメータ化は、ある特定の負荷プロファイル５０または包囲線５２に対して実施される。

【0036】

これらの測定値Ｕ、Ｉまたは既知の負荷プロファイル５０から、バッテリーごとに回帰分析が実施される（ブロック６４）。したがってブロック６６での内部抵抗Ｒｉを確定するための測定は、様々な周囲条件および様々なエネルギー貯蔵器１６、３２、４２に対して繰り返される。周囲条件は変化させ得る。これはつまり、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の休止電圧Ｕ０および／または温度Ｔであり得る。しかしその代わりに、その他の影響量またはそれと関連する影響量、例えば充電状態ＳＯＣまたはそれに類するものも使用され得る。したがってこの例示的実施形態では、各々の測定されたエネルギー貯蔵器タイプのために、休止電圧Ｕ０および温度Ｔに依存した２次元のＲｉ場が作成される（Ｒｉ（Ｕ０，Ｔ））。測定のための刺激としては、説明したように、個別に顧客によって設定可能な、ワーストケースのシナリオを再現し得る負荷プロファイル５０または帰属の包囲線５２が使用された。

【0037】

ブロック６８では分極抵抗Ｒｐｏｌが確定され、ここでも特定の周囲条件に依存する。この例示的実施形態では、周囲条件として電流Ｉおよび温度Ｔが使用され、各エネルギー貯蔵器タイプのために的確に変化させ、変化した条件下で分極抵抗Ｒｐｏｌが確定される。休止電圧Ｕ０がさらなる周囲条件として使用されてもよいであろう。原則的に、分極抵抗Ｒｐｏｌの確定は下記の方程式を使用して行われる。

【0038】

【数1】

【0039】

式中、Ｕ０は休止電圧、Ｕ１は負荷プロファイル５０の終わりに発生している電圧値、Ｉ０は負荷プロファイル５０の初めに使用されている電流、およびＩ１は負荷プロファイル５０の終わりに使用されている電流、ならびにＲｉは内部抵抗である。

【0040】

これにより、変化させた負荷プロファイル５２または電流プロファイルおよび変化させた温度プロファイルＴでの、各エネルギー貯蔵器タイプに関する分極抵抗Ｒｐｏｌが捕捉される。したがってこの例示的実施形態では、各々の測定されたエネルギー貯蔵器タイプのために、それぞれの負荷プロファイル５２、温度Ｔ、および休止電圧Ｕ０に対する、それぞれの最大電流Ｉｐｅａｋの電流Ｉに依存した３次元Ｒｐｏｌ場が作成される（Ｒｐｏｌ（Ｉ，Ｔ，Ｕ０））。

【0041】

ブロック６６、６８の出力量は、（上で簡単に言及したようなブロック７４および／または７５を経て）ブロック７２に行き着き、ブロック７２では、分極抵抗Ｒｐｏｌの内部抵抗Ｒｉに対する比（Ｒｐｏｌ／Ｒｉ）が、とりわけ対応表の形態で形成される。この比Ｒｐｏｌ／Ｒｉは、バッテリー温度Ｔに依存して、および休止電圧Ｕ０に依存して形成されて、対応表の形態で格納される。各バッテリータイプのために、個々の値Ｒｐｏｌ（Ｕ０，Ｔ）またはＲｉ（Ｕ０，Ｔ）の、それぞれ同一の休止電圧Ｕ０または同一の温度Ｔに対する相応の比Ｒｐｏｌ／Ｒｉが確定される。この関数は、１つの固有のバッテリー解決策３２．１もしくは３２．２もしくは３２．３などに（ブロック６７）またはバッテリーもしくはエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の群全体に（ブロック６９）適合され得る。ブロック６９で、安全な設計の意味において、各動作点に対し、バッテリー群１６、３２、４２ごとの最大値Ｒｐｏｌ／Ｒｉが選択されることが好ましい。この（最大）比Ｒｐｏｌ／Ｒｉは、例えば、任意の数の休止電圧値Ｕ０（例えば１１．５～１３Ｖの間）および温度値Ｔ（例えば－２０℃～７０℃の間）に依存して保存されて、値ペアとして対応表７２から呼び出され得る。

【0042】

その代わりに、ワーストケースの値ペアが、解析関数、例えば多項式関数またはその他の適切な関数によって再現され得る。よってモデル挙動を保存するためのメモリー消費がさらに低減され得る。これはブロック７６で行われる。

【0043】

これにより、温度Ｔおよび／または休止電圧Ｕ０に依存する関数ｆ＝（Ｔ，Ｕ０）としての値ペア（Ｒｐｏｌ／Ｒｉ）が、対応表７２の形態であれ、ブロック７６に基づく関数または多項式による一般化の形態であれ、パラメータ７８として提供される。これでオフラインのパラメータ化が終了する。パラメータ７８は、図６で以下に説明するような、車両の動作中のさらなる使用のために提供される。

【0044】

図６では、車両の動作中のエネルギー貯蔵器１６、３２、４２のその時々の状態の評価が説明されている。この評価は、例えばセンサー３４、４４内で実現され得る。その代わりにこれが、車両内のさらなる制御機器内で、または車両外で、例えばクラウド内で行われてもよいであろう。

【0045】

図６に基づき、センサー３４、４４によって捕捉されるような様々な測定データ、例えば電圧Ｕ、電流Ｉ、温度Ｔは、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２のための状態認識８２に行き着く。状態認識８２は、センサー３４、４４内で、またはその代わりに車両内のさらなる制御機器内でも、または車両外で、例えばクラウド内でも実現され得る。

【0046】

状態認識８２では、測定量Ｕ、Ｉ、Ｔおよび必要に応じて基礎に置かれたモデルまたはそれに類するものを使用して、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の特徴的な量、つまり状態量、例えば内部抵抗Ｒｉ、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の温度Ｔ、休止電圧Ｕ０、および必要に応じてさらなる量が確定される。状態認識８２は、例えば測定されたＡＳＩＣ温度Ｔ（測定量）を根拠として、ある特定のアルゴリズムに基づき、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の温度Ｔを状態量Ｔとして確定し得る。特定の状態量、例えば内部抵抗Ｒｉ、温度Ｔ、休止電圧Ｕ０は、静的モデル８６に行き着く。この静的モデル８６には、図５で確定されるようなパラメータ７８および／または負荷プロファイル５０、５２、とりわけ電流プロファイルが送られている。この静的モデル８６は、分極抵抗Ｒｐｏｌの内部抵抗Ｒｉに対する比（Ｒｐｏｌ／Ｒｉ）を介し、（静的）分極電圧Ｕｐｏｌを確定する。状態認識８２による内部抵抗Ｒｉの確定には、必要に応じて負荷を的確に接続することによる、オンボードネットワークの小さな刺激が必要である。このアプローチの主要な特徴は、予測のためのロジックが、最大電流高さＩｐｅａｋまたは最大持続時間ｔｐｅａｋをもつ負荷プロファイル５２と似たような負荷プロファイルを必要としないことである。

【0047】

下記の方程式により、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２での分極電圧Ｕｐｏｌが確定され得る。このために、センサー３４、４４もしくは状態認識８２によって確定された温度Ｔまたは状態認識８２によって確定された休止電圧Ｕ０に依存する相応の比Ｒｐｏｌ／Ｒｉが、対応表７２または多項式７６から確定される（最大負荷（Ｉｐｅａｋ，ｔｐｅａｋ）の場合）。電流Ｉとしては、図４でそれぞれ基礎に置かれた負荷プロファイル５０、５２からの最大電流Ｉｐｅａｋが使用される。内部抵抗Ｒｉおよび休止電圧Ｕ０は、状態認識８２によって提供される。これにより、下記の第２の方程式を使用して分極電圧Ｕｐｏｌが確定され得る。

【0048】

Ｒｐｏｌ＝ｆ（ｔ_ｐｅａｋ，Ｉ_ｐｅａｋ，Ｕ０，Ｔ）
Ｒｉ＝ｆ（Ｕ０，Ｔ）

【0049】

【数2】

【0050】

内部抵抗での電圧降下Ｕ_Ｒｉは下式で計算される。
Ｕ_Ｒｉ（Ｔ，Ｕ０）＝Ｒｉ（Ｕ０，Ｔ）・Ｉ_ｐｅａｋ
式中、Ｒｉ（Ｕ０，Ｔ）は、測定された電流値および電圧値Ｉ、Ｕを基に状態認識８２で決定され、必要に応じてフィルタリングされる。

【0051】

その後のブロック９０では、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２で生じている電圧Ｕｐが予測される。ブロック９０でのこの予測は、（定常）分極電圧Ｕｐｏｌ、休止電圧Ｕ０、および内部抵抗Ｒｉでの電圧降下Ｕ_Ｒｉに依存して、下記の方程式に基づいて行われる。

【0052】

Ｕ_ｐ＝Ｕ_０－Ｕ_Ｒｉ－Ｕ_ｐｏｌ
予測電圧Ｕｐが、電圧限界値Ｕｌｉｍｉｔ、例えば９Ｖを下回る場合、警告または対抗措置が開始される（Ｕｐ＜Ｕｌｉｍｉｔ）。この場合には、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２はもう性能を発揮しているとは見なされない。

【0053】

かくして、モデル８６は入力データとして、電流プロファイルまたは負荷プロファイル５０、５２と共にそれぞれのエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の確定されたパラメータ７８を使用する（図６）。

【0054】

関数値は、センサー３４、４４内で、変化した動作条件、例えばエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の温度Ｔまたは変化した充電状態ＳＯＣまたは休止電圧Ｕ０によって常に適合される。老朽化についての電圧予測Ｕｐの適合は、以下に詳述するように分極抵抗Ｒｐｏｌの内部抵抗Ｒｉに対する比によって内在的に確実に設計されており、したがって老朽化についての適合は必要ない。

【0055】

有り得るエネルギー貯蔵器１６、３２、４２としての鉛蓄電池内で非常にしばしば発生する老朽化メカニズムは、腐食（１）および活物質損失（２）である。
（１）：腐食は、なかでも内部抵抗Ｒｉの上昇によって表面化する。老朽化していないエネルギー貯蔵器１６、３２、４２またはバッテリーの分極抵抗の内部抵抗に対する比（Ｒｐｏｌ／Ｒｉ）がパラメータセットとして選択されるので、主たる老朽化メカニズムとしての腐食により、比Ｒｐｏｌ／Ｒｉが腐食によって低下すること、少なくとも上昇しないことが推測される。

【0056】

（２）：同じことが、活物質損失（Ｌｏｓｓ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ｍａｓｓ；ＬＡＭ）に当てはまる。活物質損失は、反応力のある活性のバッテリー表面積を減らし、それにより両方の抵抗種類ＲｐｏｌおよびＲｉは上昇するが、比Ｒｐｏｌ／Ｒｉは上昇しない。非常に強くＬＡＭ老朽化したバッテリーに関してのみ、Ｒｐｏｌ／Ｒｉの上昇が起こり得るが、ただしこの状態では、バッテリーはもうどのみち取り除かなければならないほど老朽化している。

【0057】

最後に分極抵抗Ｒｐｏｌは、その時々に印加されている老朽化した内部抵抗Ｒｉ＿ｇにより、分極抵抗のエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の寿命初期（ＢＯＬ Ｂｅｇｉｎ ｏｆ Ｌｉｆｅ）に対する比Ｒｐｏｌ／Ｒｉに依存して決定される：（Ｒｐｏｌ／Ｒｉ）_ＢＯＬ＊Ｒｉ＿ｇ。

【0058】

【数3】

【0059】

図７では、時間ｔ、つまり老朽化に依存する説明した関連性が明示されている。つまり、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の腐食に基づく寿命末期（ＥＯＬ）の内部抵抗Ｒｉは、分極抵抗Ｒｐｏｌに比べて不釣り合いに大きく上昇する。腐食に基づく比Ｒｐｏｌ／Ｒｉ（Ｋｏｒ）を考察すると、この比は線形に低下している。腐食とは異なり、活物質損失（ＬＡＭ）に基づく分極抵抗Ｒｐｏｌは、寿命末期ＥＯＬに向かって比較的強く増加する。ここでも、活物質損失ＬＡＭに基づく比Ｒｐｏｌ／Ｒｉ（ＬＡＭ）は最初は上昇しない。この比は、ＬＡＭが非常に強く現れたときにようやく、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の寿命初期の最初のレベルに再び到達する。この時点以降は、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の寿命末期（ＥＯＬ）に達していることが推測され得る。

【0060】

図９に基づく例示的実施形態は、図５の例示的実施形態に対し、動的モデル８８のためのパラメータ８０を作成するための手順が補充されている。動的モデル８８は、後で図１０と関連して詳しく説明する。

【0061】

このコンセプトの本質的な特徴は、電圧予測Ｕｐのための、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２、とりわけバッテリーの負荷履歴の考慮である。走行動作においては動的な負荷状況が存在し、この動的な負荷状況は、走行パターンに応じて、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２に対する様々な負荷をも意味する。つまり、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の強い負荷（エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の放電）下での動的な走行状況で、電圧予測Ｕｐを確実で信頼できるものにし得るためには、静的な動作点（エネルギー貯蔵器１６、３２、４２のいわゆる平衡状態での）を考察するだけでなく、とりわけ動作履歴を算入すればよい。ここで紹介されるコンセプトは、任意に導き出された電圧予測Ｕｐ（例示的に図５と関連して説明したような一定の推定値または任意の負荷プロファイル５０、５２）を、動的な負荷事例のために拡張する可能性を提供する。これにより、電圧予測Ｕｐが著しくより正確に実施され得る。このコンセプトの１つの特徴は、発生した負荷の時間的重み付けであり、すなわちエネルギー貯蔵器１６、３２、４２に任意の負荷が発生する場合に、予測値Ｕｐ（図６に基づくブロック９０で静的な動作事例において例示的に確定されたような）が適応される。ただし、予測特性量Ｕｐの静的部分に関し、図６を活用しない別の予測または推定法も可能である。

【0062】

この場合、根拠として、汎用の測定仕様６０を使ったエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の測定データの捕捉が用いられる。これらの測定を使って、電圧挙動の影響因子が、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２ごとに別々に分析され得る。このパラメータ化は、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の動的挙動も内包する。エネルギー貯蔵器１６、３２、４２、とりわけバッテリーの動的な抵抗挙動は、解析関数の形態で近似されて使用される。予測値が、図２および図３と関連して説明したような負荷プロファイル５０、５２を介して導き出される場合、追加的な入力量としてのバッテリーのその前の負荷が、動的アルゴリズムをさらにより正確にし得る。

【0063】

負荷プロファイル５０の電流の高さＩおよび負荷時間ｔが入力量として使用される。電荷蓄積が実施され、休止期における時間依存の減衰挙動を経てリセットされる。時間依存の減衰関数は、ｅ関数またはｐＴ１要素によって実施され得る。解析関数は、電荷履歴Ｑと追加的な過電圧Ｕとの関連性を説明する。過電圧Ｕの発生も減衰挙動も、測定データに基づいてバリデートされた（汎用の測定プランを参照）。これにより、高動的プロセスでも電圧予測Ｕｐがいっそう確実に進行し得る。つまりこのアルゴリズムは、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の負荷履歴の影響を特性量Ｕｐに再現する量Ｕｄｙｎ，τで表されたエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の事前負荷に依存して、予測値Ｕｐを重み付けする。

【0064】

エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の分極抵抗Ｒｐｏｌは、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の動作条件に応じて非常に様々であり得る。基本的に、分極抵抗Ｒｐｏｌの一部は常に、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の温度Ｔおよび充電状態ＳＯＣに依存する電荷移動抵抗（過電圧）である。分極抵抗Ｒｐｏｌの追加的な成分は、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２内での物資輸送限界、例えば拡散プロセスであり得る。拡散効果は、実質的に、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の状態によって影響を及ぼされる。したがって負荷履歴と過電圧との関連性の関数において、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の温度Ｔおよび充電状態ＳＯＣの関数として表される。

【0065】

電圧予測Ｕｐが動的負荷状況のために拡張される（図１１）。図５および図６に基づく例示的実施形態では、例示的に、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の分極電圧Ｕｐｏｌを動作点に依存して予測し得るアルゴリズムが説明されている。分極電圧Ｕｐｏｌは、規定の周囲条件（エネルギー貯蔵器１６、３２、４２が緩和状態にある休止からの動作点）で測定される。これは、動作条件（パルスの電流の高さＩｐｅａｋ、バッテリー温度Ｔ、電流パルスＩｐｅａｋの持続時間ｔｐｅａｋ、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の充電状態ＳＯＣまたは休止電圧Ｕ０）を考慮して、基本的な依存性を認識するために重要である（図１０）。

【0066】

エネルギー貯蔵器３２．１、３２．２、３２．３、３２．４，．．．３２．ｎの様々なタイプに対し、様々な負荷プロファイル５２に関して帰属の電圧推移Ｕが確定され、例えば、図８に示したような、一旦はベース負荷５１およびピーク負荷５３を有する負荷プロファイル（図３Ａ）、これに続いてベース負荷なしでピーク負荷５３だけを有するさらなる負荷プロファイル（図３Ｃ）に関し、帰属の電圧推移Ｕが確定される。本質をなすのは、両方の負荷の間に休止期つまり緩和期があることである。休止期における電圧Ｕの上昇は、緩和時定数つまり減衰挙動τで起こり、これは温度依存τ（Ｔ）である。本方法は、幾つかのバッテリータイプにまたはバッテリー群に適用され得る。この休止期は、少なくとも、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２がその間に再び回復する、つまり再び休止電圧Ｕ０が生じる長さに選択され得る。第１の負荷プロファイル５２も（さらなる負荷プロファイル５２と同様に）、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２が規定の状態にある場合に、とりわけ休止電圧Ｕ０が印加されている場合に印加される。このようにして、少なくとも１つの状態量Ｕ０、Ｔ、ＳＯＣ、Ｑ、Ｒｉに依存して格納されて、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の負荷履歴の影響を特性量Ｕｐに再現する量Ｕｄｙｎ、τが確定される。

【0067】

その際、例示的に負荷プロファイル５２またはさらなる負荷プロファイル５２で使用されるようなピーク負荷５３は、持続時間ｔｐｅａｋで印加される最大負荷、例えば最大電流Ｉｐｅａｋによって規定される。ベース負荷５１は、一般的により低い最大負荷でのより長い負荷推移を特色とする。ベース負荷５１の印加によって電圧Ｕが下がり、ピーク負荷５３の印加によってまたさらに落ち込む。関心量は、その際に生じる総電圧降下Ｕ_ＤＣＰである。ピーク負荷５３によるエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の印加の終了後、電圧Ｕは、ある程度の休止時間後には再び上昇している。その後、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２は、事前のベース負荷５１での印加なしで、ピーク負荷５３しか印加されない。このとき電圧Ｕは、より少ない値Ｕ_ＳＣＰに低下する。実際の電圧挙動Ｕｄｙｎ、つまり実際に測定される動的電圧Ｕｄｙｎの値は、下記の方程式によって計算される。

【0068】

Ｕｄｙｎ（Ｑ，Ｕ０，Ｔ）＝Ｕ_ＤＣＰ－Ｕ_ＳＣＰ
上式は、温度に指数関数的に依存し、かつ電荷に線形に依存する項によって近似され得る。動的電圧Ｕｄｙｎは、電荷Ｑ（温度依存の減衰挙動込みの電流推移Ｉの積分としての電荷Ｑまたは負荷５２）、充電状態ＳＯＣまたは休止電圧Ｕ０、およびエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の温度Ｔに依存する。動的電圧Ｕｄｙｎは、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の負荷履歴に関する尺度を、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の負荷履歴の影響を特性量Ｕｐに再現する量Ｕｄｙｎ、τとして表し得る。

【0069】

電圧推移の測定が、周囲パラメータ、例えば温度Ｔ、事前負荷Ｑ（電流推移Ｉの積分としての電荷Ｑ）、および充電状態ＳＯＣまたは休止電圧Ｕ０を変えて繰り返される。これは、図９に基づくブロック６２で行われる。

【0070】

その後のブロック６４では、様々な状態量Ｑ、ＳＯＣ、Ｔに対する測定値に基づいて、各エネルギー貯蔵器１６、３２、４２に対して回帰が行われる。上で確定された、状態量Ｑ、Ｕ０またはＳＯＣ、Ｔに依存する動的電圧Ｕｄｙｎに関し、以下の典型的な方程式のための係数が決定され得る。

【0071】

Ｕｄｙｎ（Ｑ，Ｕ０，Ｔ）＝ａ（Ｕ０）＊ｅｘｐ（ｂ（Ｕ０）／Ｔ）＊Ｑ＋ｃ（Ｕ０）
式中、ａ、ｂ、ｃは、測定値に依存して決定されるべき一定のパラメータであり、この場合ａ、ｂ、ｃは休止状態Ｕ０（または充電状態ＳＯＣ）に依存する量である。

【0072】

緩和挙動は、電圧Ｕが、フル負荷５３の終了後に、ただしその前にベース負荷５１によって印加される場合に、再びどのように戻っていくのかを提示する。これは例えば、図１１に示したように、新たな状態量Ｑｂａｔによってモデル化され得る。このＱｂａｔは、放電期には電流積分Ｑを再現し、しかし休止期には時間依存の減衰挙動の電荷値Ｑを再現させる。時間依存の減衰挙動τは温度依存τ（Ｔ）である。

【0073】

Ｑｂａｔ＝ｆ（Ｉ，Ｑ，τ（Ｔ））
式中、Ｑｂａｔは、実効的にバッテリーに印加されている負荷に関する電荷Ｑの状態量を表す。

【0074】

緩和挙動の分析は、例えば図８に示したようなバッテリー測定から行われ得る。緩和時間τは、例えば対応表に温度Ｔに依存して格納され得る（τ（Ｔ））。温度Ｔが低ければ低いほど緩和時間τは長い。これは、オフラインで測定された１つの特定の（ブロック７５）または各々の（ブロック７４）エネルギー貯蔵器１６、３２、４２に対して行われ得る。

【0075】

その代わりに、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２のそれぞれの種類に対し、確定された測定値の組合せ（Ｕｄｙｎ（Ｑ，ＳＯＣ，Ｔ））が、後のオンラインの予測電圧Ｕｐの確定（以下で説明する図１１に基づく）のために、回帰なしでも保存され得る。

【0076】

一般化７４の代わりに、それぞれのエネルギー貯蔵器１６、３２、４２に固有の解決策の枠内でも、パラメータ８０が確定され得る（ブロック７５）。説明したこれらのステップが、ここでもオフラインで進行すること、つまり本方法の運用開始前に実施されることが好ましい。

【0077】

ブロック７４で行われたパラメータの一般化の後、図１１に基づく動的モデル８８のためにパラメータ８０が決定される。この動的モデルでは、状態量Ｑｂａｔの決定と、電圧決定９４（電圧決定Ｕｐｏｌ，ｄｙｎ（予測された動的な分極電圧））とが区別される。状態量Ｑｂａｔは、その時々の電荷曲線Ｑ（電流積分）、バッテリー温度Ｔ、およびその時々の電流値Ｉを入力データとして利用する。ブロック９２（Ｑｂａｔの決定）では、電流が流れていない状態の電荷Ｑは、時間遅れ要素によってリセットされる。このＱｂａｔは、後の予測Ｕｐｏｌ，ｄｙｎにおいて、上記の方程式によって使用される。

【0078】

図１０および図１１に基づく形態は、自動車の動作中に実施される。これは、とりわけ図９で確定されたパラメータ８０を活用してエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の負荷履歴を再現する動的モデル８８を使用して行われる。ここでもセンサー３４、４４は、相応の測定データ、例えば電圧Ｕ、電流Ｉ、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の温度Ｔを確定し、かつエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の状態認識８２を提供する。状態認識８２は、相応の測定データを基に決定されるエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の状態量を確定し、これらの状態量、例えばエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の温度Ｔおよび／またはエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の電荷ＱもしくはＱｂａｔおよび／またはエネルギー貯蔵器１６、３２、４２の内部抵抗Ｒｉおよび／または充電状態ＳＯＣおよび／または休止電圧Ｕ０は、動的モデル８８にも提供される。さらに動的モデル８８は、図９で確定されたパラメータ８０を得る。必要に応じて負荷プロファイル５０、５２が動的モデル８８に提供される。動的モデル８８は、負荷履歴に関する尺度として、生じている動的電圧Ｕｐｏｌ，ｄｙｎを予測する。

【0079】

したがって図１０では例示的に、総分極電圧Ｕｐｏｌが、静的分極電圧Ｕｐｏｌ，ｓｔａｔ（または図１０に基づくＵｐ，ｓｔａｔ）と動的分極電圧Ｕｐｏｌ，ｄｙｎ（または図１０に基づくＵｐ，ｄｙｎ）の足し合わせから決定される。

【0080】

Ｕｐｏｌ＝Ｕｐｏｌ，ｓｔａｔ＋Ｕｐｏｌ，ｄｙｎ
Ｕｐｏｌ，ｄｙｎ＝ａ（Ｕ０）＊ｅｘｐ（ｂ（Ｕ０）／Ｔ）＊Ｑｂａｔ＋ｃ（Ｕ０）
予測特性量Ｕｐは下記の方程式から生じる。

【0081】

Ｕｐ＝Ｕ０－Ｕｐｏｌ－Ｕ_Ｒｉ
式中、Ｕ０は休止電圧、Ｕｐｏｌは分極電圧、およびＵ_Ｒｉは内部抵抗での電圧降下を表す。

【0082】

予測電圧Ｕｐが危機的な限界値Ｕｌｉｍｉｔを下回ると（Ｕｐ＜Ｕｌｉｍｉｔ）、これはもう健全なエネルギー貯蔵器１６、３２、４２を示しておらず、相応の対抗措置または警告指示が開始される。

【0083】

必要に応じて、定常量、例えばＵｐｏｌ，ｓｔａｔが、図５および図６と関連して説明したのとは違うやり方でも確定され得ること、または動的量Ｕｐｏｌ，ｄｙｎが既にそれ自体で、エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の品質についての表明を可能にすることを、ここでも言及しておく。

【0084】

エネルギー貯蔵器１６、３２、４２の実際の機能的能力が達成されない場合、対抗措置が開始される。つまり例えば警告通知が行われ、かつ／または安全性に関連する機能が遮断される。警告通知は、車両運転者に対してディスプレイまたはその他の表示手段内で表示され得る。その代わりに、相応の警告通知が適切な通信チャネルを介して、例えば修理工場、車両団の事業主などに表示されてもよいであろう。車両を安全な状態、例えば道路端での停止、最寄りの駐車スペースまたはそれに類する場所への走行（車両のいわゆるセーフストップ）へと、手動でまたは自動的に移行させることが開始されてもよいであろう。

【0085】

説明した方法は、安全性に関連する用途のための、例えばとりわけ自律走行時の自動車内の安全性に関連する消費機器に供給するためのエネルギー貯蔵器１６、３２、４２を監視するのにとりわけ適している。ただし使用はこれに制限されていない。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2024-04-17

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

自動車内のエネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の監視のための方法であって、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）が、好ましくは自動走行機能のための、少なくとも１つのとりわけ安全性に関連する消費機器（３６、４６）に供給し、このとき、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の少なくとも１つの特性量（Ｕｐ）が予測される方法において、前記特性量（Ｕｐ）の前記予測が、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の内部抵抗（Ｒｉ）と分極抵抗（Ｒｐｏｌ）の比に依存して行われ、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の少なくとも１つのその時々の状態量（Ｔ、Ｕ０、ＳＯＣ）および／または前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の少なくとも１つのその時々の測定量（Ｕ、Ｉ、Ｔ）に依存して、帰属の前記分極抵抗（Ｒｐｏｌ）の内部抵抗（Ｒｉ）に対する比が選択され、かつ前記特性量（Ｕｐ）の前記予測のために使用される、方法。

【請求項2】

前もって、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の様々な周囲条件または状態量（Ｔ、Ｕ０、ＳＯＣ）、例えば温度（Ｔ）、充電状態（ＳＯＣ）、休止電圧（Ｕ０）に依存して、前記内部抵抗（Ｒｉ）および分極抵抗（Ｒｐｏｌ）を決定するための測定が、前記内部抵抗（Ｒｉ）と分極抵抗（Ｒｐｏｌ）の比を確定するために実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記内部抵抗（Ｒｉ）および／または分極抵抗（Ｒｐｏｌ）を確定するために負荷プロファイル（５０）が使用され、前記負荷プロファイル（５０）が設定可能なピーク負荷（５３）を含み、前記ピーク負荷（５３）時には、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）が少なくともある特定の電圧（Ｕｌｉｍｉｔ）に達することを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項4】

分極抵抗（Ｒｐｏｌ）が、前記負荷プロファイル（５０）の印加後に生じる電圧差（Ｕ１－Ｕ０）に依存して、および／または電流差（Ｉ１－Ｉ０）に依存して、および／または前記内部抵抗（Ｒｉ）に依存して確定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記予測特性量（Ｕｐ）が、分極電圧（Ｕｐｏｌ）および／または前もって格納された前記分極抵抗（Ｒｐｏｌ）の内部抵抗（Ｒｉ）に対する比に依存して、その時々に確定された前記内部抵抗（Ｒｉ）を乗じて、かつ前記負荷プロファイル（５０）のピーク負荷（５３）を表す特性量、とりわけピーク電流（Ｉｐｅａｋ）を乗じて確定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記特性量（Ｕｐ）を予測するために、前記休止電圧（Ｕ０）から、前記分極電圧（Ｕｐｏｌ）および／または前記内部抵抗（Ｒｉ）での電圧降下（Ｕ_Ｒｉ）が差し引かれることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の特定の測定量、とりわけ、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）での電圧（Ｕ）および／または前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）に負荷をかける電流（Ｉ）および／またはとりわけ前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の温度（Ｔ）が、センサー（３４、４４）によって捕捉されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項8】

とりわけ前記センサー（３４、４４）内で実現される前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の状態認識（８２）が、少なくとも前記測定量（Ｕ、Ｉ、Ｔ）に依存して、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の少なくとも１つの状態量（Ｒｉ、ＳＯＣ、Ｕ０、Ｔ）、とりわけ前記内部抵抗（Ｒｉ）、および／またはとりわけ前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の充電状態（ＳＯＣ）および／またはとりわけ前記エネルギー貯蔵器１６、３２、４２）の休止電圧（Ｕ０）および／またはとりわけ前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の温度（Ｔ）を確定することを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の少なくとも１つの周囲量および／または状態量（Ｕ０、ＳＯＣ、Ｔ）に依存した、前記分極抵抗（Ｒｐｏｌ）の内部抵抗（Ｒｉ）に対する様々な比、とりわけ、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の最大負荷を再現する比が保存されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項10】

好ましくはエネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の各タイプに関し、前記分極抵抗（Ｒｐｏｌ）の内部抵抗（Ｒｉ）に対する比から、極値、とりわけ最大値が保存されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項11】

決定された前記分極抵抗（Ｒｐｏｌ）の内部抵抗（Ｒｉ）に対する比が、対応表（７２）に保存され、かつ／または少なくとも１つの周囲量（Ｕ０、Ｔ）および／もしくは状態量（Ｕ０，Ｔ）に依存して関数とりわけ多項式の形態で表されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記特性量（Ｕｐ）の前記予測が、前もって少なくとも１つの状態量（Ｕ０、Ｔ、ＳＯＣ、Ｑ、Ｒｉ）に依存して格納された、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の負荷履歴の影響を前記特性量（Ｕｐ）に再現する量（Ｕｄｙｎ，τ）を使用して行われ、前記量（Ｕｄｙｎ，τ）が、前記状態量（Ｕ０、Ｔ、ＳＯＣ、Ｑｂａｔ、Ｒｉ）に依存して選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項13】

前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）が、とりわけ少なくとも１つのベース負荷（５１）およびピーク負荷（５３）を含む負荷プロファイル（５０、５２）で印加され、かつとりわけ前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の休止電圧（Ｕ０）に達するまでの休止期の後、さらなる負荷プロファイル（５０）、とりわけピーク負荷（５３）で印加されること、ならびにこのときに生じる電圧推移（Ｕ）が、前記エネルギー貯蔵器（１６、３２、４２）の負荷履歴の影響を前記特性量（Ｕｐ）に再現する前記量（Ｕｄｙｎ，τ）を確定するために評価されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項14】

前記測定量（Ｕ、Ｉ、Ｔ）を捕捉するセンサー（３４、４４）が設けられること、および／またはセンサー（３４、４４）が前記状態認識（８２）を含むこと、および／または前記センサー（３４、４４）が前記分極抵抗（Ｒｐｏｌ）と内部抵抗（Ｒｉ）との間の比を保存するために使用されること、および／または前記センサー（３４、４４）が前記特性量（Ｕｐ）を予測するために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項15】

前記予測特性量（Ｕｐ）による限界値（Ｕｌｉｍｉｔ）の到達の場合、例えばとりわけ安全性に関連する機能の遮断および／または警告通知の出力のような措置が開始されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【国際調査報告】