专利名称：电动力车电池寿命预测和警告装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对安装在电动力车中作为动力源的电池的剩余寿命进行预测的装置，以及用于警告所述电池的寿命终结的装置，并且涉及在其中安装了所述装置的电动力车。
背景技术：
在此，术语“电动力车”指一种车辆，在其中电池被用作动力源的一部分或被用作动力源本身。所述车辆包括，例如，由通过结合使用汽油发动机和电动机的类似混合动力系统来供以动力的混合动力车，由燃料电池供以动力的电动车，以及利用电池作为动力源的其他已知的或将要开发的车辆。
混合动力车中的混合动力系统的主要特征是，依照车辆行驶状态选择地使用汽油发动机和电动机，以充分利用所述汽油发动机和所述电动机的优势而补偿它们的缺点。因此，安装在所述混合动力车中的电池的使用模式依据所述车辆的行驶状态变化。具体地，在启动所述车辆时或者在具有不良发动机效率的轻负荷行驶期间，例如，所述车辆主要由所述电动机供以动力，这时充分利用所述电池。另一方面，在具有良好发动机效率的中速低负荷行驶期间，所述车辆主要由所述汽油发动机供以动力，以及在加速时，所述汽油发动机被增大输出并且根据需要由所述电动机协助。因此，在所述中速低负荷行驶期间以及在加速时，较少使用所述电池。在减速时，为了通过再生制动将所述车辆的动能转换成电能，将所述电动机作为发电机使用。所转换的电能被存储在所述电池中并且可以在加速时或其他场合被重新使用。因而，所述混合动力车中使用的电池在加速时放电而在减速时通过所述再生制动充电，并且当所述车辆正在行驶时，所述电池的充电和放电反复进行。
作为动力源安装在电动力车中的电池在正常使用中随时间退化，并且因为单体电池充电/放电的能力(电池容量)由于长时间的行驶导致的电池内阻增加而逐渐下降，所述电池的寿命在某一时间点终止。因此有必要适当地跟踪所述电动力车中的电池的状态。
影响电池老化的因素包括车辆特性、电池环境、由电气部件消耗的电力以及车辆行驶状态。所述车辆特性是指涉及车辆类型，诸如，例如，车型年份、车辆重量以及设备规格的特性。所述设备规格是指，例如，安装在所述车辆上的发动机以及诸如空调的电气部件的类型和容量。所述车辆类型和设备规格与所述车辆中的电池的消耗有关，因而被视为电池退化的影响因素。所述电池环境是指所述电池周围的环境，包括所述电池的温度、环境温度、湿度等等。所述电池的过充电或过放电加速了电池退化。因为所述电池的过放电或过充电促进退化，所述过放电或过充电被视为电池退化的影响因素。消耗电力的电气部件包括安装在所述车辆上的空调、音响设备以及其他消耗电力的组件。因为这些电气部件使用所述电池中积蓄的电力，所以被视为电池退化的影响因素。进一步地，所述车辆行驶状态涉及，例如，行驶距离、车辆的驾驶操作等等。因为所述行驶距离的增加通常导致加大的电池退化，所述行驶距离被视为影响电池退化的一个因素。取决于驾驶者进行的车辆驾驶操作，所述电池退化的程度也各不相同。
作为关于电池退化的常规技术，公开了一种这样的系统，在其中检测在单体电池之中的充电和放电特征的变化，以给出预先警告，从而促使驾驶者进行均衡充电。电池的所述单体电池关于所述充电和放电特征不是相等地退化，而是关于所述充电和放电特征从单体电池到单体电池以不同的程度退化。鉴于这个事实，即已经增长过大的变化严重地影响所述电池的预期寿命，在上述系统中，将所述预先警告提供给驾驶者。当发出所述预先警告时，通过从外部电池充电器长时间地流入低压电流到所述单体电池，能够对所述单体电池进行充电以使其处于全充电状态。
用于估计电池的老化或预期寿命的方法，用于移出具有将被评价的电池的动力输出装置并且在测试台上评价所述移出的动力输出装置的方法，以及用于在实际车辆的行驶测试中进行评价的方法，常规地已为人所知。实际车辆的所述行驶测试包括在实验室中于预定实验条件下进行的模拟行驶测试，以及利用在包括都市公路行驶、郊区行驶、崎岖路面行驶等的预定行车模式下运行的实际车辆来进行的实际行驶测试。进一步地，用于直接检测对电池充电和放电的能力以确定所述电池的电池退化程度和预期寿命的方法，也已知为所述评价方法之一。
例如，日本专利公开公报平10-123018公开了一种底盘测力计型的行驶测试设备，用于测试电动车辆，以及日本专利公开公报2000-234984公开了一种性能评价系统，其用于对考虑了由车辆中的附属装置施加的影响的动力输出装置进行评价。进一步地，日本专利公开公报平6-163084公开了一种用于测量蓄电池的剩余寿命的方法，所述蓄电池被用于电机驱动的车辆，以及日本专利公开公报2005-137091公开了一种用于车载电池的显示装置。
在公报平10-123018中所公开的行驶测试设备中，以这样一种状态驱动置于前后滚轮上的车辆，在该状态下，利用行驶阻力生成机构在所述车辆上施加模拟行驶阻力，以在类似于实际行驶条件的条件下进行行驶测试。作为利用所述行驶测试设备在电动车辆上进行的所述测试的结果，将供应电力的效率并入到驱动力(行驶效率)中，在典型的行驶模式下达到行程范围，以及能够确定所述电池中的电压下降的程度。
图9示出了在用于对公报2000-234984中所公开的动力输出装置进行评价的性能评价系统中执行的处理步骤。因为，在实际车辆的所述行驶测试中，整个车辆经受了所述测试，影响所述动力输出装置性能的因素数量众多且非常复杂，其引起了评价数据的精确度的问题。另一方面，在用于只移出动力输出装置并且在测试台上评价所述动力输出装置的方法中，所述附属装置，例如空调，被安装在所述车辆上，而没有被装到所述测试台，这会引起这样的问题，即由所述附属装置施加的影响仍未被检测并构成了所述测试的误差。因此，在以上日本专利中公开的用于对动力输出装置的性能进行评价的方法中，在实际道路行驶期间以及在行驶测试中收集与配备有所述动力输出装置的车辆的行驶有关的数据(S10)。然后，在所述评价系统中再现在所述实际车辆的行驶测试期间的所述动力输出装置的操作(S12)。输出将被评价的数据(S14)，并且利用所述输出的数据评价所述动力输出装置的性能(S16)。在所述性能评价系统中，在所述评价中能够包含由所述车辆中的所述附属装置施加的影响。
在根据上述公报平6-163084的用于测量电机驱动的车辆的蓄电池的剩余寿命的方法中，对于每次行驶都获得在车辆行驶期间相对于预定的放电容量达到的电机驱动车辆的蓄电池的电压值，并且利用在行驶次数和所述电压值之间的关系式获得直到达到预定的寿命终结电压为止估计的行驶次数。然后，从所述估计的行驶次数和目前进行的行驶次数之间的差来确定所述剩余寿命。
上述公报2005-137091的用于车载电池的显示装置是这样的一种装置，其用于在对电池充电和放电时提取电压-电流信息，以参照预先存储在存储装置中的对应于所述电池退化程度的多个充电和放电电压-电流特性，计算退化信息。
如上所述，许多因素影响电动力车中电池的老化，并且所述因素随环境的不同而不同。为了估计电池的耐用年数和退化程度，有必要全面考虑所有的因素。因为在仅基于所述因素中特定一个的估计中包含的误差是极大的，基于这样的特定因素的估计不适于实际应用。
从在以上公报平10-123018和2000-234984中描述的车辆行驶测试中获得的结果仅仅显示了在固定条件下的电池老化。因为实际车辆行驶或电池环境通常以复杂的方式变化，不经过处理不能将所述行驶测试的结果应用于实际车辆行驶。因此，仅仅从车辆行驶距离的数值、使用的时间等来确定电池的预期寿命是不合适的，因为这样的确定将引入巨大的误差。
因为上述用于促使驾驶者进行均衡充电的警告系统没有从总体上覆盖所述单体电池充电和放电能力的老化，这样的警告系统既不能被视为用于预测电动力车中电池的剩余寿命的装置，也不能被视为用于警告驾驶者所述电池已经达到了其寿命终点的装置。
另一方面，在上述公报平10-163084和2005-137091中描述的用于直接检测电池充电和放电能力以确定所述电池的预期寿命或退化程度的方法中，能够通过测量在充电和放电操作期间的电压和电流来检测所述电池的状态，但不能可靠地预测所述电池的预期寿命。
尽管在电动力车中跟踪电池状态是重要的，用于预测或警告所述电池状态的装置在当前环境下不存在。在混合动力车中，因为发动机起到供电者的作用以在操作中将所述电池维持在恒定充电状态，而无需由外部供应者对所述电池再充电，驾驶者较少关注电池寿命，这引起了下面描述的进一步问题。
例如，即使当在具有汽油发动机和电动机作为动力源的混合动力车中电池充电和放电的能力变得退化时，所述汽油发动机自动地补偿所述退化，通常无需驾驶者注意这一点。对电池退化缺乏意识迫使所述汽油发动机继续补偿所述退化，其中所述汽油发动机具有通常比仅由汽油发动机供以动力的车辆小的排量(capacity)，从而导致不良的燃料燃烧效率。进一步地，对电池退化缺乏意识提高了在长距离行驶中由于电池寿命的终结而使得所述车辆变得不能工作的风险。
发明内容
本发明有利地提供用于预测电池剩余寿命的装置和用于警告驾驶者所述电池的寿命临近终点的装置，在其中解决了前述问题。
根据本发明的电动力车电池预测装置具有以下特征。
(1)所述电动力车电池寿命预测装置包括用于获得和处理关于车辆的数据的数据处理单元，在所述车辆中安装有作为所述车辆的电源的电池，所述数据包括电池环境数据、关于电气部件的电力消耗数据以及车辆行驶数据；记录单元，用于记录车辆特性数据以及所述获得和处理的数据的历史记录；存储器，用于存储在车辆行驶测试中获得的关于电池退化的数据；控制器，用于基于所述关于电池退化的数据，从记录在所述记录单元中的所述数据，估计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度，并计算所述电池的剩余寿命；以及显示器，用于可视地显示关于所述电池的剩余寿命的信息。通过该结构，利用基于所述车辆行驶测试的结果累积的关于电池退化的数据，能够从电池退化的程度计算所述电池的剩余寿命，并将其呈现给驾驶者。
(2)在如特征(1)所定义的电动力车电池寿命预测装置中，所述控制器从在所述记录单元中记录的车辆行驶数据，判断所述车辆的行车模式，并且基于存储在所述存储器中的与所述判定的行车模式的电池退化相关的数据，估计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度。通过该结构，利用通过在为每一种车辆行驶模式进行的行驶测试中的测量而获得的关于电池退化的数据，能够以更高精确度进行在其中考虑了车辆行驶模式的剩余寿命预测。这是因为，电池退化的趋势随车辆行驶模式的不同而不同，如后面所描述的。
(3)在如特征(1)所定义的电动力车电池寿命预测装置中，所述控制器总计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度，其中基于所述与电池退化有关的数据，关于通过车辆特性数据组织并且记录在所述记录单元中的电池环境数据、有关电气部件的电力消耗数据以及车辆行驶数据的各自的历史记录，来估计所述相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度。通过该结构，关于来自所述车辆的行驶测试结果的所述电池环境数据、电力消耗数据以及车辆行驶数据中的每一个，能够估计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度。然后，通过对所估计的电池退化程度进行总计，能够实现对所述电池的剩余寿命的计算和对更换所述电池的时机的预测。通过考虑每一个因素施加于所述电池退化程度的影响，能够以更高的精确度预测所述电池的剩余寿命。
(4)如特征(1)所定义的电动力车电池寿命预测装置，进一步包括输入单元，在其中所述车辆的驾驶者输入与预想的车辆行驶有关的信息。在这个电动力车电池寿命预测装置中，所述控制器，从基于所述与电池退化有关的数据而记录在所述记录单元中的数据，以及在所述输入单元中输入的与预想的车辆行驶有关的信息，估计电池退化的程度。通过该结构，从所述驾驶者获得的信息能够促进对所述电池的剩余寿命的高精确度预测。
(5)在如特征(1)到(4)所定义的电动力车电池寿命预测装置中，所述电池环境数据包括温度，所述车辆特性数据包括车辆重量，以及车辆行驶数据包括车辆行驶距离。
(6)如特征(1)到(4)所定义的电动力车电池寿命预测装置，电动力车在操作部分被设置有所述电动力车电池寿命预测装置。
根据本发明的电动力车电池寿命警告装置具有以下特征。
(1)所述电动力车电池寿命警告装置包括用于获得和处理关于车辆的数据的数据处理单元，在所述车辆中安装有作为所述车辆的电源的电池，所述数据包括电池环境数据、关于电气部件的电力消耗数据以及车辆行驶数据；记录单元，用于记录车辆特性数据和所述获得和处理的数据的历史记录；存储器，用于存储在车辆行驶测试中获得的关于电池退化的数据；控制器，用于基于所述关于电池退化的数据，从记录在所述记录单元中的数据，估计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度，预测更换所述电池的时机，并判定警告的级别；以及显示器，用于可视地显示关于所述电池的所述警告级别的信息。通过该结构，利用基于所述车辆运行测试的结果累积的关于电池退化的数据，能够从所述车辆特性数据、电池环境数据以及车辆行驶数据估计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度，以及能够从所估计的电池退化程度预测更换所述电池的时机，以警告驾驶者所述电池的寿命正在临近终点。
(2)在如特征(1)所定义的电动力车电池寿命警告装置中，所述控制器从所述记录单元中记录的所述车辆行驶数据，判断所述车辆的行车模式，并且基于存储在所述存储器中的与所述判定的行车模式的电池退化相关的数据，估计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度。通过该结构，利用通过在为每一种车辆行驶模式进行的行驶测试中的测量而获得的关于电池退化的数据，能够以更高精确度发出在其中考虑了车辆行驶模式的剩余寿命的警告。这是因为，电池退化的趋势随车辆行驶模式的不同而不同，如后面所描述的。
(3)在如特征(1)所定义的电动力车电池寿命警告装置中，所述控制器总计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度，其中基于所述与电池退化有关的数据，关于通过车辆特性数据组织并且记录在所述记录单元中的电池环境数据、有关电气部件的电力消耗数据以及车辆行驶数据的每一个历史记录，来估计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度。然后，通过对所估计的电池退化程度进行总计，能够实现对所述电池的剩余寿命计算和对更换所述电池的时间的预测。通过考虑由每一个因素施加在所述电池退化程度上的影响，能够以更高的精确度通知所述电池的剩余寿命。
(4)如特征(1)所定义的电动力车电池寿命警告装置，进一步包括输入单元，在其中所述车辆的驾驶者输入与预想的车辆行驶有关的信息。在这个电动力车电池寿命警告装置中，所述控制器，从基于所述与电池退化有关的数据而记录在所述记录单元中的数据，以及在所述输入单元中输入的与预想的车辆行驶有关的信息，估计电池退化的程度。利用该结构，从所述驾驶者获得的信息能够促进对所述电池的剩余寿命的高精确度警告。
(5)在如特征(1)到(4)所定义的电动力车电池寿命警告装置中，所述电池环境数据包括温度，所述车辆特性数据包括车辆重量，以及所述车辆行驶数据包括车辆行驶距离。
(6)如特征(1)到(4)所定义的电动力车电池寿命警告装置，其中电动力车将该电动力车电池寿命警告装置安装在操作部分中。
下面将基于附图详细地描述本发明的优选实施例，其中图1是框图，示意性地示出了根据本发明实施例的电动力车电池寿命预测装置的基本结构；图2是框图，示意性地示出了用于处理与电池和电池环境有关的数据的环境数据处理单元的结构；图3是概念图，示意性地示出了存储在存储器中的关于电池退化的数据库的结构；图4是图示，用于表示从车辆行驶测试的结果中提取的关于电池退化的数据库的例子；图5是流程图，示出了用于在控制器中计算电池退化的处理步骤；图6是所述电池寿命预测装置的显示模式的例子；图7是框图，示意性地示出了根据本发明实施例的电动力车电池寿命警告装置的基本结构；图8是所述电池寿命警告装置的显示模式的例子；以及图9示出了在用于对动力输出装置的性能进行评价的常规性能评价系统中进行的处理步骤。
具体实施例方式
参照附图，下面将描述本发明的实施例。
(1)电动力车电池寿命预测装置图1示意性地示出了根据本发明实施例的电动力车电池寿命预测装置1的基本结构。该装置包括用于处理与电池2周围环境有关的数据的环境数据处理单元4，用于处理与电气部件有关的电力消耗数据的电力消耗数据处理单元12，车辆行驶数据处理单元5，记录单元6，控制器7，存储器8以及显示器9。
在此，术语“电池”指用于向逆变器供电的144V～288V高压电池，所述逆变器用于驱动和控制用于车辆行驶的电机。
环境数据处理单元4对状况进行测量，诸如在电动力车中电池2的温度或湿度，其被视为影响电池2退化的因素。图2示意性地示出了电池2和用于处理与电池2周围环境有关的数据的环境数据处理单元4。电池2通常由几十个串联的电池模块组成。在本实施例中，镍氢电池被用作电池2。温度传感器21、湿度传感器22、电压传感器23以及电流传感器24被接到电池2上。经由输入-输出接口25将通过传感器21到24获得的数据发送到电池计算机20。环境数据处理单元4从输入-输出接口25接收关于由温度传感器21测量的温度和由湿度传感器22测量的湿度的数据。可选地，环境数据处理单元4可以从电池计算机20接收所述数据。除了上述关于电池2周围环境的数据，环境数据处理单元4可以接收，例如，关于由电压传感器23测量的电压或由电流传感器24测量的电流的数据，当需要将这些数据项用于预测电动力车电池的预期寿命时。环境数据处理单元4将所述数据传送到记录单元6。
控制电池2，从而使得电池2的充电容量和放电容量保持在预定容量的范围内。因为当所述充电容量或放电容量增加时，尤其是当所述电池被过充电或过放电时，电池性能下降，所以进行以上的控制以避免电池性能的下降。进一步地，所述充电容量或放电容量的增加引起电池2变热。因此，电池2的温度和电池2周围的环境温度被视为电池2耐用年数的影响因素。例如，在混合动力车中，在减速时通过轮子驱动所述电机，从而使得所述电机作为用于再生发电的发电机。通过所述再生发电收集的能量被积蓄在电池2中。如果在所述再生发电期间大量电力被输入电池2，电池2将变得过充电，与之伴随的是电池2的温度的急剧升高。因此，通过对电池2的温度的持续监控，能够检测由于过充电或过放电导致的电池退化。所述过充电或所述过放电，当然，如下所述由电池计算机20进行控制。电池计算机20对关于充电或放电电流的电流传感器24的测量值进行总计，用于控制电池2的充电状态(SOC)。进一步地，电池计算机20进行温度控制以确保适当的电池性能。具体地，当电池2由于充电和放电电流而发热时，电池计算机20启动用于冷却的冷却风扇(未示出)。在对所述SOC的上述控制下，电池2被过充电或过放电，以及电池2的温度达到异常值的可能性极低。然而，因为，即使当温度在控制范围内变化时，所述温度变化对电池退化仍有一定影响，通过参照电池2的温度的历史记录能够确定电池退化。
用于处理与电气部件有关的电力消耗数据的电力消耗数据处理单元12，确定电力的消耗，其被视为电池2的耐用年数的影响因素，该电力由包括安装在车辆中的空调13、音像设备、显示器、加热器，车载导航系统等电气部件所消耗。通过DC/DC转换器降低上述高压电池的144V～288V的电压，以用于对12V的所谓辅助电池充电，并且从所述辅助电池将所述降低的电压供应给所述电气部件。由电力消耗数据处理单元12进行测量的电气部件，包括被认为对电池退化有影响的所有电气设备。电力消耗数据处理单元12将与所述电气部件消耗的电力有关的数据传送到记录单元6。
车辆行驶数据处理单元5从在行驶中使用的电机3等，获取对电池2的耐用年数有影响的车辆行驶数据，诸如，例如，关于所述电动力车的行驶距离、车速等的数据。在获取以上数据的同时，车辆运行数据处理单元5进一步获得关于由驾驶者进行的驾驶操作的数据，诸如，例如，关于方向盘操作、脚制动器操作以及加速器操作的数据，这些数据分别来自方向盘操作监控器26、脚制动器操作监控器27、加速器操作监控器28，以识别所述车辆的行驶模式。所述车辆行驶数据和驾驶操作数据被传送到记录单元6。除了上述数据项之外的数据项可以被包括作为将用于预测所述电动力车的所述电池的预期寿命的数据。例如，在通过选择地使用汽油发动机和电动机来驱动的混合动力车中，与所述汽油发动机和所述电动机的控制相关的值可以被测量并被作为测量数据进行处理。
处理单元4、12和5在每一个固定的测量期间将数据传送到记录单元6，所述期间被适当地确定以识别所述车辆的行驶模式。可选地，可以从所述处理单元4、12和5将所述数据连续地传送到记录单元6并在确定的期间由控制器7对其进行处理。
在记录单元6中，记录了车辆特性数据。所述车辆特性数据包括与设备规格，诸如车辆重量，所述车辆的车型年份，安装在车辆上的发动机、空调13以及各种电气部件的类型和容量，等等，有关的数据。基于在购买所述车辆时安装和记录在记录单元6中的标准规格和选项，确定所述车辆特性数据的细节。当在购买所述车辆之后加入另一选项或改变所述选项时，将关于所述增加或所述改变的数据记入记录单元6，以更新所述车辆特性数据。另外，在记录单元6中累积电池2的所述环境数据、关于所述电气部件的电力消耗数据以及车辆行驶数据作为所述数据的历史记录。上述数据项是预测所述电动力车电池的预期寿命的最小要求，并且可以记录除上述数据项之外的数据项，诸如与所述汽油发动机和所述电动机的驱动和控制有关的数据。
存储器8存储了基于车辆行驶测试的结果创建的电池退化数据库。具体地，利用实际车辆进行的车辆行驶测试的结果，以及利用诸如在上述日本专利公开2000-234984中描述的用于评价动力输出装置的性能的系统而获得的性能评价值，被收集和存储在所述电动力车的所述电池退化数据库中。图3示意性地示出了电池退化数据库30的结构。通过所述车辆的车辆类型和车型年份的组合31，以及通过设备规格和选项32来组织数据库30。在该结构中，数据库30可以存储只与相关车辆类型的标准设备规格有关的数据项，以及可以为可选的设备规格创建修正的数据库30′。进一步地，可以通过车辆行驶模式33组织所述数据库。然后，从利用实际车辆进行的行驶测试的结果，以及利用在以上日本专利公开中描述的用于评价动力输出装置的性能的系统而获得的评价结果，提取包括了在每一种车辆行驶模式33下的耐用年数和电池退化的进程状态的数据组A，B，C，D…。在此，根据行驶条件的差异，如高速公路行驶、都市公路行驶、郊区行驶、崎岖路面行驶等等，对车辆行驶模式33进行分类。根据交通拥塞的程度，以这样的方式，即所述高速公路行驶被分成正常行驶和拥塞行驶，以及都市公路行驶被类似地分成正常行驶和拥塞行驶，车辆行驶方式33可以被进一步细分。
图4示出了图示，其用于说明，从所述车辆行驶测试结果中提取的通过每一种车辆行驶模式33组织的电池退化数据库30。依照每一种车辆行驶模式33下的行驶距离，以表示所述电池退化程度的曲线图的形式，示出了数据库30的例子。在此，在车辆实际行驶的起动之前的电池退化程度被取为1.0，而在出现更换所述电池的需要时的点被取为0.0。车辆行驶模式33的每一条曲线是利用从所述车辆行驶测试的结果中提取的值绘制的理想化曲线。在此，对于每一种车辆行驶模式33，计算直到电池退化程度达到0.0为止的所述车辆的总行驶时间。通过将所计算的总行驶时间除以年度的总行驶距离的预测值来获得的值，是电池2的耐用年数的数目。从在实际形式期间测量的实际的年度总行驶距离，计算年度总行驶距离的所述预测值，并且随着使用所述车辆的使用年数增加，所述预测值的精确度增加。在根据本实施例的数据库30中，对于电池2的所述环境数据，依照电池2的温度和湿度，存储了对应于每一行驶距离的电池退化程度。另一方面，对于与电气部件有关的所述电力消耗数据，依照由所述电气部件使用的电力的消耗，存储了对应于每一行驶距离的电池退化程度。从数据库30为每一种电池退化的影响因素，建立电池2的耐用年数数目和对应于每一行驶距离的电池退化程度。
除了定期从记录单元6传送的所述电池环境数据、关于电气部件的电力消耗数据以及所述车辆行驶数据之外，控制器7还利用所述车辆特性数据计算通过每一种电池退化的影响因素来组织的关于老化的影响程度，作为电池退化的程度(D)，并且累积所计算的结果。进一步地，从所累积的影响程度估计电池2的耐用年数的数目，并且从所述车辆直到那时已经使用的年数来计算剩余寿命。
图5示出了用于在控制器7中计算电池退化的程度的处理步骤。控制器7读出记录在记录单元6中的所述车辆特性数据(车辆类型和设备规格)(S1)。根据在购买所述车辆时的标准的和可选的规格，确定所述特性数据，并自动地读取其为初始值。接下来，检索和设置具有利用相同类型和相同车型年份的车辆进行的行驶测试的结果的数据库(S2)。在所述行驶测试中获得的关于电池退化的数据，被通过车辆类型组织，并且构成数据库30。因此，在购买所述车辆时，将与所述车辆的相应类型相关的数据库30存储在控制器7中。接下来，从所读取的设备规格识别所述电气部件的类型和设备名(S3)。基于所识别的类型和设备名，指定与电气部件有关的所述电力消耗数据的项。当在购买了所述车辆之后增加或改变选项时，写入关于所述选项的数据，并且控制器7读出所述增加或更新的数据。
在所述车辆的实际行驶已经开始后，控制器7，根据下面将描述的步骤，处理在确定的期间从记录单元6传送的数据，以计算在所述确定的期间的有关的一个中的电池退化程度。首先，读出构成所述车辆行驶数据的关于所述车辆的行驶速度和行驶距离的数据以及驾驶操作数据(S4)。从与所读取数据有关的数据，识别在所述确定的期间的适当一个中的车辆行驶模式33(S5)。车辆行驶模式33是，例如，根据由所述车辆行驶测试确定的行驶条件分类并存储在存储器8中的高速公路行驶、都市公路行驶、郊区行驶、崎岖路面行驶等中的一种。所述驾驶操作数据包括方向盘操作数据、脚制动器操作数据、加速器操作数据等等。控制器7从上述数据识别所述车辆的行驶状态或行驶路线，并且在所述确定的期间的所述适当一个中，从所述方向盘操作数据、脚制动器操作数据、加速器操作数据进一步识别驾驶操作，诸如，车辆的转弯、变线、起动或停止。依据对车辆行驶模式33的识别，控制器7搜索数据库30以查找与所识别的行驶模式33相关的行驶测试数据(S6)。
控制器7同时进行以下操作读出在所述确定的期间的适当一个中累积的电池2的环境数据(S7a)，读出累积的车辆行驶数据(车辆速度和行驶距离)(S7b)，以及读出累积的关于电气部件的电力消耗数据(S7c)。在步骤4中读取的数据被用作所述车辆行驶数据(车辆速度和行驶距离)。参考存储在数据库30中的温度、湿度等值(S8a)，以利用下面将描述的方法，依照电池2的所述环境数据计算电池退化的程度(dan)(S9a)。进一步地，参考存储在数据库30中的所述车辆速度和行驶距离的值(S8b)，以利用下面描述的方法，依照所述车辆行驶数据，计算电池退化的程度(dbn)(S9b)。参考存储在数据库30中的电力消耗的值(S8c)，以利用下面描述的方法，依照所述关于电气部件的电力消耗数据，计算电池退化的程度(dcn)(S9c)。在以上描述中，参考字符n是表示所述确定的期间的重复数的变量。在此，计算在第n个确定期间内的总的电池退化程度(dn＝dan+dbn+dcn)(S10)。进一步地，通过将在第n个确定期间内的所述总电池退化程度加到在前的第(n-1)个确定期间的先前累积的总电池退化程度(Dn-1)上，来获得在第n个确定期间的累积的总电池退化程度(Dn)(S11)。从所述车辆的实际操作的开始来累积计数所述重复数n。随着所述累积的总电池退化程度(Dn)的计算的完成，操作回退到步骤4以启动第n+1次处理。
在此，因为施加在电池2的预期寿命上的影响根据车辆行驶模式33的不同而不同，控制器7从存储在存储器8中的所述行驶测试的测量结果，计算每一种车辆行驶模式33的电池退化程度。在高速公路行驶期间，例如，利用作为所述动力源的电动机进行驾驶操作，诸如，转弯、起动或停止的情况的次数是很少的，然而，更多的是发动机效率良好的中速低负荷行驶的部分，或由汽油发动机辅之以所述电动机供以动力的加速部分是主要的。另一方面，在都市公路行驶期间，发动机效率良好的中速低负荷部分是少的，而利用所述电动机作为动力源的驾驶操作，诸如转弯、起动或停止，常常被进行。进一步地，在减速时，重复进行通过再生制动对电池2充电的操作。因此，通过评价每一种车辆行驶模式的电池退化程度，以高精确度预测电池2的剩余寿命。
控制器7将所述耐用年数的数值的倒数(1/T)乘以固定时段tn(n＝1，2，3，…)以及乘以校正系数αn(n＝1，2，3，…)，在所述耐用年数内电池2是有用的并假定所述车辆以存储在存储器8的数据库30中的所述识别的车辆行驶模式33持续地行驶。通过将耐用年数的数值的倒数乘以所述固定时段得到的值(tn/T)，表示在所述固定时段内在所识别的车辆行驶模式33中达到的相对于电池2的耐用年数的预想的电池退化程度。进一步地，所述校正系数αn是当所述电池退化程度不以关于时间轴匀速下降时用于校正的系数。利用从通过测试行驶获得的电池退化表中提取的理想化曲线，如图4中所示确定所述系数。因此，计算的值(αn×tn/T)表示在所述固定时段内的电池退化程度(dn，其中n＝1，2，3，…)。进一步地，通过在预定的间隔内对所识别的每一种车辆行驶模式33中的电池退化程度(dn)进行累加，获得的累积值(D)(＝d1+d2+d3+…+dn＝α1×t1/T+α2×t2/T+α3×t3/T+…+αn×tn/T)，表示在这个时间点(n)的电池退化程度。利用所述累积值D，将电池2的剩余寿命R表达为R＝1-D。
控制器7总计，基于所识别的车辆行驶模式33的所述车辆行驶数据的电池退化程度(Db)，从电池2的所述环境数据计算的电池退化程度(Da)，以及从有关电气部件的电力消耗数据计算的电池退化程度(Dc)，以获得累积的电池退化程度D。当用于存储行驶测试分的测量结果的数据库30被建立，从而使得为每一个因素指定的电池退化程度的总和表示了综合的电池退化程度时，D被表示为D＝Db+Da+Dc。可选地，在另一个实施例中，基于与车辆行驶模式33有关的所述车辆行驶数据的退化程度(Db)，可以被用作为基础值，而将从电池2的所述环境数据计算的电池退化程度(Da)以及从所述有关电气部件的电力消耗数据计算的电池退化程度(Dc)，作为校正值。
利用上述校正值的一个原因是为了考虑由所述驾驶者的驾驶操作施加在电池退化上的影响。例如，在都市公路行驶期间，驾驶操作，诸如，转弯、起动、停止等等以频繁的间隔进行，同时以短时间间隔对电池2反复地充电和放电。在都市区域实现的车辆行驶模式33的测试行驶的测量结果中包含了这种驾驶方式。所述测试行驶的测量结果是基于某个驾驶者的特定驾驶技术的数据，并且所述结果将随所述驾驶者的不同而发生变化。为了补偿所述结果的变化，将从电池2的所述环境数据计算的电池退化程度(Da)作为与基于与识别的车辆行驶模式33有关的车辆行驶数据的电池退化程度(Db)相对的标准值的校正值。因为对所述电气部件，诸如，空调13、音响设备等等的使用随个人或季节而改变，使用上述校正值的另一个原因是，为了考虑施加在电池退化上的取决于个人、季节等等的变化的影响。为了补偿取决于个人等的变化，将从所述有关电气部件的电力消耗数据计算的电池退化程度(Dc)作为，与基于与所识别的车辆行驶模式33有关的车辆行驶数据的电池退化程度(Db)相对的标准值的校正值。因此，当使用所述校正值时，将所述累积的电池退化程度D表达为D＝Db±Da±Dc。
利用上述方法，在所述车辆的实际操作已经开始之后，在每一个固定时段内，对于与所识别的车辆行驶模式33相关的电池退化程度(db、da以及dc)进行总计，基于通过这样获得的上述数据的电池退化程度(D)，表示了在时间点(n)的电池退化程度。因此，电池2的剩余寿命R被表示为R＝1-D。控制器7在预定的时间间隔将电池2的剩余寿命R传送到显示器9。
显示器9可视地显示了在控制器7中计算的剩余寿命R。图6示出了由显示器9实现的显示模式的例子。所述显示模式可以用不同的方式实现，并且所述显示模式包括，只要所述显示器使得驾驶者能够适当地认识到剩余寿命R的任何显示模式。例如，可以数字地显示所述剩余寿命R。因为剩余寿命R是估计值，可以利用具有固定宽度的条来显示剩余寿命R，或可以附加地显示利用随机技术计算的剩余寿命R发生的可能性。进一步地，代替数字表示，可以通过利用了例如条形图、饼形图等的模拟表示，显示剩余寿命R。更进一步地，可以在图上绘制按月组织的关于经过时间的老化的影响程度，并且可以附加地显示该图。优选地，显示器9被包括在设置在所述车辆的驾驶座位前面的仪表板中，用于使得驾驶者能够根据需要观察显示器9。
在相应的固定时段内，基于车辆行驶模式33，对于在电动力车电池寿命预测装置1的基本结构中估计的电池2的耐用年数和剩余寿命R，进行累积。当驾驶者的车辆行驶模式33由于转移到另一工作地点而发生变化时，新的车辆行驶模式33被用于所述估计，并且在一段设定的时间之后将显示反映了新的车辆行驶模式33的剩余寿命R。
在另一个实施例中，电动力车电池寿命预测装置1包括了输入单元10，在其中驾驶者输入车辆行驶模式33。在图1中，输入单元10由粗虚线示出，当预先期望车辆行驶模式33改变时，驾驶者在现有的选择中选择接近于所述期望的模式，并且他或她亲自将所选择的模式输入到输入单元10。所述选择是，例如，“切换到汽车通勤”，“切换到列车通勤”，“利用高速公路进行长距离的驾驶”等等。另外，可以提示驾驶者选择和输入预想的通勤时间或者在长距离驾驶期间行进的近似距离。作为所述输入的结果，使得控制器7能够跳过图5中所示的步骤4和步骤5，并且检索存储了对应于所述输入的车辆行驶模式33的行驶测试的结果的数据库30。尤其当剩余寿命R在变短时，这样的输入方法有利于提高精确度。
(2)电动力车电池寿命警告装置图7示出了框图，用于表示根据本发明的实施例的电动力车寿命警告装置11的基本结构。所述装置11包括用于处理与电池2周围的环境有关的数据的环境数据处理单元4，车辆行驶数据处理单元5，记录单元6，控制器17，存储器8，以及显示器9。与所述电动力车电池寿命预测装置1中的组件类似的组件，由与电动力车电池寿命预测装置1中的参考数字相同的参考数字标识，并且将不再重复与所述组件相关的描述。
控制装置17，利用以预定时间间隔从记录单元6传送的电池环境数据、有关电气部件的电力消耗数据和车辆行驶数据，以及车辆特性数据，计算和累积通过影响电池退化的因素组织的关于老化的影响程度，作为电池退化的程度(D)。控制器17进一步从所累积的影响程度估计电池2的耐用年数，以预测更换电池2的时机。对驾驶者的警告信息被依照警告的级别预先设置，并且控制器17确定适当的警告级别。所述警告级别可以由“需要更换电池”和“更换电池是不必要的”的两个级别组成，例如，或者可以由“需要更换电池”，“不久将需要更换电池”，以及“更换电池是不必要的”的更详细的级别组成。
显示器19可视地示出了由控制器17确定的警告级别。图8示出了由显示器19实现的显示模式的例子。所述显示模式可以用不同的方式实现，并且所述显示模式包括只要所述显示使得驾驶者能够适当地认识到所述警告级别的任何显示模式。例如，用于显示关于电池更换的文本信息的面板可以被闪烁。替代所述文本信息，可以通过颜色，例如，利用蓝、黄以及红灯，表示所述警告级别。另外，可以通过条形图指示所述警告级别，其中在超出某一级别时所述条形图变成黄色或红色。优选地，显示器19被包括于放置在所述车辆的驾驶座位前面的仪表板中，用于使得所述驾驶者能够根据需要观察显示器19。
在另一个实施例中，电动力车电池寿命警告装置11可以进一步包括输入单元10，在其中类似于电动力车电池寿命预测装置1，所述驾驶者输入他的/她的车辆行驶模式33。所述输入有利于提供具有更高精确度的警告级别，并且尤其是当所述有用的寿命在变短时，能够用于提高精确度。
权利要求
1.一种电动力车电池寿命预测装置，包括用于获得和处理关于车辆的数据的数据处理单元，在所述车辆中安装有作为所述车辆的电源的电池，所述数据包括电池环境数据、关于电气部件的电力消耗数据以及车辆行驶数据；记录单元，用于记录车辆特性数据以及所述获得和处理的数据的历史记录；存储器，用于存储在车辆行驶测试中获得的关于电池退化的数据；控制器，用于基于所述关于电池退化的数据，从记录在所述记录单元中的所述数据，估计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度，并计算所述电池的剩余寿命；以及显示器，用于可视地显示关于所述电池的剩余寿命的信息。
2.根据权利要求1的电动力车电池寿命预测装置，其中，所述控制器从在所述记录单元中记录的所述车辆行驶数据，判断所述车辆的行车模式，并且基于存储在所述存储器中的与所述判定的行车模式的电池退化相关的数据，估计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度。
3.根据权利要求1的电动力车电池寿命预测装置，其中，所述控制器总计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度，其中基于所述与电池退化有关的数据，关于通过车辆特性数据组织并且记录在所述记录单元中的所述电池环境数据、有关电气部件的电力消耗数据以及车辆行驶数据的各自的历史记录，来估计所述相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度。
4.根据权利要求1的电动力车电池寿命预测装置，进一步包括输入单元，在其中所述车辆的驾驶者输入与预想的车辆行驶有关的信息，其中，所述控制器，从基于所述与电池退化有关的数据记录在所述记录单元中的数据，以及在所述输入单元中输入的与预想的车辆行驶有关的所述信息，估计所述电池退化程度。
5.根据权利要求1到4中任何一项的电动力车电池寿命预测装置，其中，所述电池环境数据包括温度，所述车辆特性数据包括车辆重量，以及所述车辆行驶数据包括车辆行驶距离。
6.电动力车将根据权利要求1到4中任何一项的电动力车电池寿命预测装置安装在操作部分中。
7.一种电动力车电池寿命警告装置，包括用于获得和处理关于车辆的数据的数据处理单元，在所述车辆中安装有作为所述车辆的电源的电池，所述数据包括电池环境数据、关于电气部件的电力消耗数据以及车辆行驶数据；记录单元，用于记录车辆特性数据和所述获得和处理的数据的历史记录；存储器，用于存储在车辆行驶测试中获得的关于电池退化的数据；控制器，用于基于所述关于电池退化的数据，从记录在所述记录单元中的所述数据，估计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度，预测更换所述电池的时机，并判定警告的级别；以及显示器，用于可视地显示关于所述警告级别的信息。
8.根据权利要求7的电动力车电池寿命警告装置，其中，所述控制器从在所述记录单元中记录的所述车辆行驶数据，判断所述车辆的行车模式，并且基于存储在所述存储器中的与所述判定的行车模式的电池退化相关的数据，估计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度。
9.根据权利要求7的电动力车电池寿命警告装置，其中，所述控制器总计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度，其中基于所述与电池退化有关的数据，关于通过车辆特性数据组织并且记录在所述记录单元中的所述电池环境数据、有关电气部件的电力消耗数据以及车辆行驶数据的每一个历史记录，来估计所述相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度。
10.根据权利要求7的电动力车电池寿命警告装置，进一步包括输入单元，在其中所述车辆的驾驶者输入与预想的车辆行驶有关的信息，其中，所述控制器，从基于所述与电池退化有关的数据记录在所述记录单元中的所述数据，以及在所述输入单元中输入的与预想的车辆行驶有关的所述信息，估计所述电池退化程度。
11.根据权利要求7到10中任何一项的电动力车电池寿命警告装置，其中，所述电池环境数据包括温度，所述车辆特性数据包括车辆重量，以及所述车辆行驶数据包括车辆行驶距离。
12.一种电动力车，其将根据权利要求7到10中任何一项的电动力车电池寿命警告装置安装在操作部分中。
全文摘要
一种电池寿命预测装置，包括，数据处理单元，用于获得和处理关于将电池用作为动力源的车辆的数据，所述数据包括电池环境数据、有关电气部件的电力消耗数据以及车辆行驶数据；记录单元，用于记录车辆特性数据以及所获得和处理的数据的历史记录；存储器，用于存储在车辆行驶测试中获得的关于电池退化的数据；以及控制器，用于从记录在所述记录单元中的数据，估计相对于所述电池的耐用年数的电池退化程度，并计算所述电池的剩余寿命；并且在显示器中将所述电池的剩余寿命呈现给驾驶者。进一步地，一种电池寿命警告装置，估计更换所述电池的时间，并且将警告级别呈现给所述驾驶者。
文档编号G01M17/00GK1913217SQ20061011540
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月8日 优先权日2005年8月8日
发明者内田昌利 申请人:丰田自动车株式会社