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1、(10)申请公布号 CN 103543404 A (43)申请公布日 2014.01.29 CN 103543404 A (21)申请号 201210237627.X (22)申请日 2012.07.10 G01R 31/36(2006.01) (71)申请人 重庆长安汽车股份有限公司 地址 400023 重庆市江北区建新东路 260 号 (72)发明人 高锋 张强 何文 (74)专利代理机构 重庆华科专利事务所 50123 代理人 徐先禄 (54) 发明名称 一种用于怠速起停系统对蓄电池状态的监测 装置和方法 (57) 摘要 本发明涉及一种用于怠速起停系统对蓄电池 状态的监测装置， 包括处理。
2、器、 存储器 ； 一电压传 感器的一端与所述处理器连接， 电压传感器的另 一端与蓄电池的正极连接， 该电压传感器用于检 测蓄电池电压 ； 一温度传感器的一端与所述处理 器的 AD 口连接， 温度传感器另一端与蓄电池的正 极连接 ； 该温度传感器用于测量蓄电池温度， 将 温度信号转化为模拟量， 由处理器的 AD 口进行采 集 ； 所述处理器的数字输入口接收启动电机的状 态信号。还涉及一种用于怠速起停系统对蓄电池 状态的监测方法。本发明在进行蓄电池状态判 定时， 引入蓄电池变化率， 从而取消电流传感器， 降低蓄电池状态监测装置的成本， 同时， 可以保证 蓄电池状态监测精度能够满足怠速起停系统的需 。
3、求。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书8页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103543404 A CN 103543404 A 1/2 页 2 1. 一种用于怠速起停系统对蓄电池状态的监测装置， 包括处理器 （3） 、 与处理器连接 的存储器 （4） ， 其特征是 ： 一电压传感器 （2） 的一端与所述处理器 （3） 连接， 电压传感器的另一端与蓄电池 （1） 的 正极连接， 该电压传感器用于检测蓄电池电压 ； 一温度传感器 （5） 的一端与所述处理器 （3） 的 。
4、AD 口连接， 温度传感器另一端与蓄电池 （1） 的正极连接 ； 该温度传感器用于测量蓄电池温度， 将温度信号转化为模拟量， 由处理器 的 AD 口进行采集 ； 所述处理器 （3） 的数字输入口接收启动电机的状态信号， 启动电机状态信号通过检测 启动电机的电源信号得到。 2. 根据权利要求 1 所述的一种用于怠速起停系统对蓄电池状态的监测装置， 其特征 是 ： 所述处理器 （3） 为独立的处理器， 或者与汽车上其它处理器合并， 如发动机控制器、 怠 速起停控制器。 3. 一种用于怠速起停系统对蓄电池状态的监测方法， 本监测方法使用权利要求 1 所述 的蓄电池状态的监测装置， 其步骤如下 ： （。
5、1） 蓄电池老化状态判断 ； 在发动机启动阶段， 根据启动初始时刻的蓄电池电压和启动 过程中的最低电压估计蓄电池老化状态 ； （2） 计算蓄电池电压变化率 ； 在发动机处于怠速停机状态时， 进行蓄电池电压变化率计 算， 而在其它状态时， 不计算蓄电池电压变化率 ； 由于蓄电池电压随时间变化较慢， 且负载电流发生变化时， 易产生波动， 所以， 采用如 下方法计算蓄电池电压变化率 ： 首先以较大的采样周期， 如 1s 对蓄电池电压进行连续多次采样， 如 60 次， 然后对连续 采样的多个蓄电池电压按下式进行处理 ： 平均处理后电压蓄电池电压 (i)， 其中， i和k是采样周期， N为采样点数 ； 。
6、实际应用中， 为提高数据利用率， 采样周期i和 k 采用不同的周期， 一般满足如下要求 ： k=iN 计算得到平均处理电压后， 即可按下式计算蓄电池电压变化率 ： 蓄电池电压变化率 (k)= 平均处理后电压 (k)- 平均处理后电压 (k-1) ； （3） 蓄电池电量是否高的判断 ； 根据蓄电池电压、 蓄电池电压变化率和恒压充电时间判 定蓄电池电量是否高 ； 在起停使能信号无效时， 对蓄电池电量是否足够多进行判断 ； 在同 时满足如下要求时， 则判定蓄电池电量足够多 ： 蓄电池电压大于发电机额定电压 ； 蓄电池电压变化率大于 0 ； 前面的和同 时满足的持续时间大于设定的限值 ； 是为了保证蓄。
7、电池已经由恒流充电进入恒压充电状态， 即蓄电池电量增加， 充电电 流有所降低， 使得发电机工作在额定电压 ； 是为了保证蓄电池处于充电而非放电状态 ； 是为了保证蓄电池具有足够的恒压充电时间， 使得蓄电池电量达到较多的状态 ； 充 电时间限值是蓄电池温度的函数， 两者之间的关系数据以二维数据表的形式存储在存储器 权 利 要 求 书 CN 103543404 A 2 2/2 页 3 4 中， 以供蓄电池状态监测算法使用 ； 该数据表可通过如下试验得到 ： 在不同温度条件下， 首先对蓄电池进行恒流充电， 待充电电压达到发电机额定电压后， 切换为恒压充电， 记录下蓄电池达到设定的荷电状态所需的恒压充。
8、电时间， 即可得到条件 中充电时间限值与蓄电池温度的关系 ； （4） 蓄电池电量是否低的判断 ； 根据蓄电池电压、 蓄电池电压变化率和老化状态判定蓄 电池电量是否低 ； 在起停使能信号有效， 且发动机处于怠速停机状态时， 对蓄电池电量是否 过少进行判断， 具体判定方法如下 ： 若蓄电池电压小于限值， 则判定蓄电池电量过少 ； 上述 的电压限值计算公式如下 ： 限值 = 基础限值 老化系数 其中， 基础限值由新蓄电池通过试验得到， 是蓄电池温度和电压变化率的函数， 之间的 关系以三维数据表的形式存储在存储器 4 中， 以供蓄电池状态监测方法使用 ； 电压限值与 温度、 电压变化率的关系可通过如下。
9、试验得到 ： 采用新蓄电池， 在不同温度条件下， 以不同的放电电流对蓄电池进行恒流放电， 记录不 同时刻的电压和荷电状态 ； 然后针对设定的荷电状态点， 提取出与之对应时刻的电压变化 率和电压 ； 最后， 结合试验温度数据即可得到基础限值三维数据表， 老化系数是老化状态的 函数， 蓄电池老化后， 实际容量降低， 所以蓄电池容量固定情况下， 老化蓄电池的电压高于 新蓄电池 ； 老化系数即为老化蓄电池的电压与新蓄电池电压的比值， 老化越严重的蓄电池， 该比值越大， 从而得到老化系数与老化状态的二维数据表， 同样， 该数据表也存储在存储器 4 中 ； （5） 怠速起停使能信号的判定 ； 根据蓄电池的。
10、电量进行判定， 若判定为蓄电池电量低， 则起停使能信号无效， 此时无论其它怠速停机条件是否满足， 怠速起停控制器都应使发动 机处于运转状态 ； 若判定为蓄电池电量高， 则在其它怠速停机条件满足的情况下， 怠速起停 控制器会停止发动机 ； 怠速起停使能信号的判断逻辑为 ： 若当前怠速起停使能信号有效， 且蓄电池电量低， 则 怠速起停使能信号无效 ； 若当前怠速起停使能信号无效， 且蓄电池电量高， 则怠速起停使能 信号有效 ； 否则保持当前怠速起停使能信号状态不变。 权 利 要 求 书 CN 103543404 A 3 1/8 页 4 一种用于怠速起停系统对蓄电池状态的监测装置和方法 技术领域 0。
11、001 本发明涉及汽车发动机电子控制装置及方法， 具体涉及一种用于怠速起停系统对 蓄电池状态的监测装置和方法。 背景技术 0002 随着环境、 能源问题的日益严峻， 国内外各大汽车厂都在积极开展节能减排新技 术的研究和应用。 怠速起停系统通过汽车怠速状态时停止发动机来降低甚至消除怠速油耗 和排放。 由于其技术成熟、 对原车系统改动很小、 成本增加少等优势， 未来几年内， 国外整车 厂都以怠速起停系统 100% 标配为目标。而要实现怠速起停系统， 需要实时地对蓄电池状态 进行监测， 在蓄电池电量较低时， 及时启动发动机对蓄电池进行充电， 避免由于过放电导致 发动机无法启动。 0003 中国专利 。
12、200310107882.3 公开了一种基于状态估计理论的蓄电池状态监测方 法。该方法主要适用于动力锂离子电池， 而且需要测量出蓄电池内部电动势。在实际应用 中， 蓄电池内部电动势很难测量。中国专利 200680006248.2 公开了一种根据发动机启动过 程蓄电池电压变化对蓄电池状态进行监测和学习的方法。但是， 该方法需要测量蓄电池电 流， 而专用的电流传感器成本较高， 且该方法无法估计出蓄电池工作过程中的实时电量。 发明内容 0004 本发明的目的是为了克服现有的蓄电池状态监测装置和方法存在的不足， 提供一 种用于怠速起停系统对蓄电池状态的监测装置， 它能够降低怠速起停系统成本， 同时保证。
13、 精度， 满足怠速起停系统要求。 0005 本发明的另一个目的是提供一种用于怠速起停系统对蓄电池状态的监测方法， 该 监测方法能判定蓄电池电量是否足够， 以激活怠速起停功能， 同时保证发动机停止后能够 正常启动和整车电平衡要求 ； 能判定蓄电池电量是否过少， 以启动发动机对蓄电池充电， 避 免过度亏电 ； 还能判定蓄电池老化状态， 以对蓄电池的相关参数进行修正。 0006 本发明所述的一种用于怠速起停系统对蓄电池状态的监测装置， 包括处理器、 与 处理器连接的存储器， 其特征是 ： 0007 一电压传感器的一端与所述处理器连接， 电压传感器的另一端与蓄电池的正极连 接， 该电压传感器用于检测蓄。
14、电池电压 ； 0008 一温度传感器的一端与所述处理器的 AD 口连接， 温度传感器另一端与蓄电池的 正极连接 ； 该温度传感器用于测量蓄电池温度， 将温度信号转化为模拟量， 由处理器的 AD 口进行采集 ； 0009 所述处理器的数字输入口接收启动电机状的态信号， 启动电机状态信号通过检测 启动电机的电源信号得到。 0010 所述的一种用于怠速起停系统对蓄电池状态的监测装置， 其特征是 ： 所述处理器 为独立的处理器， 或者与汽车上其它处理器合并， 如发动机控制器、 怠速起停控制器。 说 明 书 CN 103543404 A 4 2/8 页 5 0011 本发明所述的一种用于怠速起停系统对蓄。
15、电池状态的监测方法， 本监测方法使用 上述对蓄电池状态的监测装置， 其步骤如下 ： 0012 （1） 蓄电池老化状态判断 ； 在发动机启动阶段， 根据启动初始时刻的蓄电池电压和 启动过程中的最低电压估计蓄电池老化状态 ； 0013 （2） 计算蓄电池电压变化率 ； 在发动机处于怠速停机状态时， 进行蓄电池电压变化 率计算， 而在其它状态时， 不计算蓄电池电压变化率 ； 0014 由于蓄电池电压随时间变化较慢， 且负载电流发生变化时， 易产生波动， 所以， 采 用如下方法计算蓄电池电压变化率 ： 0015 首先以较大的采样周期， 如 1s 对蓄电池电压进行连续多次采样， 如 60 次， 然后对 。
16、连续采样的多个蓄电池电压按下式进行处理 ： 0016 平均处理后电压蓄电池电压 (i)， 0017 其中， i 和 k 是采样周期， N 为采样点数 ； 实际应用中， 为提高数据利用率， 采样周 期 i 和 k 采用不同的周期， 一般满足如下要求 ： 0018 k=iN 0019 计算得到平均处理电压后， 即可按下式计算蓄电池电压变化率 ： 0020 蓄电池电压变化率 (k)= 平均处理后电压 (k)- 平均处理后电压 (k-1) ； 0021 （3） 蓄电池电量是否高的判断 ； 根据蓄电池电压、 蓄电池电压变化率和恒压充电 时间判定蓄电池电量是否高 ； 在起停使能信号无效时， 对蓄电池电量是。
17、否足够多进行判断 ； 在同时满足如下要求时， 则判定蓄电池电量足够多 ： 0022 蓄电池电压大于发电机额定电压 ； 蓄电池电压变化率大于 0 ； 前面的和 同时满足的持续时间大于设定的限值 ； 0023 是为了保证蓄电池已经由恒流充电进入恒压充电状态， 即蓄电池电量增加， 充 电电流有所降低， 使得发电机工作在额定电压 ； 0024 是为了保证蓄电池处于充电而非放电状态 ； 0025 是为了保证蓄电池具有足够的恒压充电时间， 使得蓄电池电量达到较多的状 态 ； 充电时间限值是蓄电池温度的函数， 两者之间的关系数据以二维数据表的形式存储在 存储器 4 中， 以供蓄电池状态监测算法使用 ； 该数。
18、据表可通过如下试验得到 ： 0026 在不同温度条件下， 首先对蓄电池进行恒流充电， 待充电电压达到发电机额定电 压后， 切换为恒压充电， 记录下蓄电池达到设定的荷电状态所需的恒压充电时间， 即可得到 条件中充电时间限值与蓄电池温度的关系 ； 0027 （4） 蓄电池电量是否低的判断 ； 根据蓄电池电压、 蓄电池电压变化率和老化状态判 定蓄电池电量是否低 ； 在起停使能信号有效， 且发动机处于怠速停机状态时， 对蓄电池电量 是否过少进行判断， 具体判定方法如下 ： 若蓄电池电压小于限值， 则判定蓄电池电量过少 ； 上述的电压限值计算公式如下 ： 0028 限值 = 基础限值 老化系数 0029。
19、 其中， 基础限值由新蓄电池通过试验得到， 是蓄电池温度和电压变化率的函数， 之 间的关系以三维数据表的形式存储在存储器 4 中， 以供蓄电池状态监测方法使用 ； 电压限 值与温度、 电压变化率的关系可通过如下试验得到 ： 说 明 书 CN 103543404 A 5 3/8 页 6 0030 采用新蓄电池， 在不同温度条件下， 以不同的放电电流对蓄电池进行恒流放电， 记 录不同时刻的电压和荷电状态 ； 然后针对设定的荷电状态点， 提取出与之对应时刻的电压 变化率和电压 ； 最后， 结合试验温度数据即可得到基础限值三维数据表， 老化系数是老化状 态的函数， 蓄电池老化后， 实际容量降低， 所以。
20、蓄电池容量固定情况下， 老化蓄电池的电压 高于新蓄电池 ； 老化系数即为老化蓄电池的电压与新蓄电池电压的比值， 老化越严重的蓄 电池， 该比值越大， 从而得到老化系数与老化状态的二维数据表， 同样， 该数据表也存储在 存储器 4 中 ； 0031 （5） 怠速起停使能信号的判定 ； 根据蓄电池的电量进行判定， 若判定为蓄电池电量 低 （过少） ， 则起停使能信号无效， 此时无论其它怠速停机条件是否满足， 怠速起停控制器都 应使发动机处于运转状态 ； 若判定为蓄电池电量高 （足够） ， 则在其它怠速停机条件满足的 情况下， 怠速起停控制器会停止发动机 ； 0032 怠速起停使能信号的判断逻辑为 。
21、： 若当前怠速起停使能信号有效， 且蓄电池电量 低， 则怠速起停使能信号无效 ； 若当前怠速起停使能信号无效， 且蓄电池电量高， 则怠速起 停使能信号有效 ； 否则保持当前怠速起停使能信号状态不变。 0033 本发明的特点是 ： 考虑怠速停机状态下， 蓄电池工况接近恒流放电， 而蓄电池以不 同放电电流放电至同一荷电状态时， 电压变化率不同 ； 根据蓄电池的该特性， 本发明针对怠 速起停控制系统， 在进行蓄电池状态判定时， 引入蓄电池变化率， 不再使用现有监测方法所 需的电流信号， 从而取消电流传感器， 降低蓄电池状态监测装置的成本， 同时， 可以保证蓄 电池状态监测精度能够满足怠速起停系统的需。
22、求。 附图说明 0034 图 1 是蓄电池不同放电电流的恒流放电曲线图 ； 0035 图 2 是本发明的蓄电池状态的监测装置示意图 ； 0036 图 3 是本发明的蓄电池状态的监测方法示意框图 ； 0037 图 4 是启动初始电压、 启动过程最低电压与老化系数的三维数据表 ； 0038 图 5 是本发明的蓄电池老化状态判断方法的流程图 ； 0039 图 6 是本发明的蓄电池电压变化率计算方法的流程图 ； 0040 图 7 是本发明的蓄电池电量判断方法的流程图。 具体实施方式 0041 下面结合说明书附图对本发明进行进一步描述。 0042 由于发电机电压调节器的作用， 在负载电流小于发电机最大输。
23、出电流时， 发电机 相当于稳压源 ； 在负载电流大于发电机最大输出电流时， 发电机相当于恒流源。所以， 蓄电 池在实车上充电时， 若电量较少， 则相当于恒流充电， 此时蓄电池电压随时间增加 ； 若电量 较多， 则相当于恒压充电， 此时蓄电池电压基本恒定。 所以当检测到蓄电池电压小于发电机 额定电压时， 蓄电池处于恒流充电或放电状态， 此时蓄电池电量可能较少。而当蓄电池电 压大于发电机额定电压后， 说明蓄电池电量相对较多， 充电电流有所降低， 处于恒压充电状 态。维持恒压充电一定时间后， 蓄电池即基本达到充满状态。根据蓄电池电压大小和恒压 充电持续时间即可判定蓄电池电量是否足够多。 恒压充电过程。
24、需要维持的时间可根据蓄电 说 明 书 CN 103543404 A 6 4/8 页 7 池的恒压充电试验确定。 0043 在发动机怠速停机状态， 由于打开的负载相对固定， 所以蓄电池基本处于恒流放 电状态， 如图 1 所示。蓄电池以不同的放电电流放电至同一 SOC （荷电状态） 值时， 其端电压 和电压随时间的变化率均不相同。放电电流越大， 蓄电池电压越低， 电压变化越快。所以， 可以根据蓄电池的电压以及电压随时间的变化率来判断蓄电池电量是否过少。 0044 考虑蓄电池老化过程缓慢， 老化后内阻增大， 在相同电量和放电电流情况下， 蓄电 池端电压会显著降低。 考虑本发明的监测装置和方法中无电流。
25、传感器， 而正常行车过程中， 仅根据电压很难确定出蓄电池的老化程度。在发动机启动过程中， 启动机消耗的电流相对 固定， 所以可在启动过程中根据蓄电池电压的跌落程度进行老化状态判断。 0045 图 2 是一种用于怠速起停系统对蓄电池状态的监测装置的示意图， 该监测装置包 括处理器 3、 与处理器连接的存储器 4， 其创新点是 ： 一电压传感器 2 的一端与所述处理器 3 连接， 电压传感器的另一端与蓄电池 1 的正极连接， 该电压传感器用于检测蓄电池电压 ； 0046 一温度传感器 5 的一端与所述处理器 3 的 AD 口连接， 温度传感器另一端与蓄电池 1 的正极连接 ； 该温度传感器用于测量。
26、蓄电池温度， 将温度信号转化为模拟量， 由处理器的 AD 口进行采集 ； 所述处理器 3 的数字输入口接收启动电机状态信号， 启动电机状态信号由 检测启动电机的电源信号得到。 0047 电压传感器 2 用于采集蓄电池电压， 并通过模拟量传输给处理器 3 ； 为能准确检测 出蓄电池的电压变化， 电压传感器 2 的精度为 1mV ； 0048 存储器 4 用于存储各种数据， 包括启动初始电压、 启动最低电压和老化状态三维 数据表， 电压变化率、 温度和电压限值数据表， 老化状态和老化系数数据表等 ； 0049 温度传感器 5 用于检测蓄电池温度， 并以模拟量方式传输给处理器 3。 0050 当处理。
27、器 3 数字输入口信号为低电平时， 说明启动电机未工作 ； 为高电平时， 说明 启动电机处于运转状态。 0051 所述处理器 3 为独立的处理器， 或者与汽车上其它处理器合并， 如发动机控制器、 怠速起停控制器， 本例为怠速起停控制器。 0052 图 3 是本发明的蓄电池状态的监测方法示意框图， 包括老化检测模块 6、 蓄电池电 量判断模块 7 和变化率计算模块 8 ； 蓄电池状态监测方法运行在处理器 3 中 ； 0053 老化检测模块 6 根据启动过程电压跌落判断蓄电池老化状态 ； 0054 蓄电池电量判断模块 7 主要根据蓄电池电压和电压变化率对蓄电池当前电量是 否足够进行判断， 并将判断。
28、结果输出给怠速起停控制器 ； 0055 在蓄电池电量足够情况下， 若其它怠速停机条件满足， 则怠速起停控制器停止发 动机 ； 若蓄电池电量过少， 则即使其它怠速停机条件满足， 怠速起停控制器也会使发动机保 持运转 ； 0056 变化率计算模块 8 计算蓄电池电压变化率， 输出给蓄电池电量判断模块 7 进行蓄 电池电量判断 ； 0057 老化检测模块6所需的启动电机状态信号由处理器3的数字输入口采集启动电机 的电源信号得到 ； 低电平表示启动电机不工作， 高电平表示启动电机工作。 0058 本发明所述的一种用于怠速起停系统对蓄电池状态的监测方法， 本监测方法使用 上述蓄电池状态的监测装置， 其步。
29、骤如下 ： 说 明 书 CN 103543404 A 7 5/8 页 8 0059 （1） 蓄电池老化状态判断 ； 在发动机启动阶段， 根据启动初始时刻的蓄电池电压和 启动过程中的最低电压估计蓄电池老化状态 ； 0060 蓄电池老化状态反应了蓄电池的老化程度， 是启动初始时刻蓄电池电压和启动过 程中最低电压的函数。上述因素之间的关系通过如下的汽车启动试验得到 ： 采用不同老化 状态， 不同荷电状态的蓄电池启动发动机， 记录启动过程中的蓄电池电压变化数据， 并提取 出启动初始时刻的蓄电池电压和启动过程的最低电压， 与试验数据对应的蓄电池老化状态 构成三维数据表 （参见图 4） ， 该数据表存储在。
30、存储器 4 中， 蓄电池状态监测策略可根据实 际的启动初始电压和启动过程的最低电压， 由该三维数据表通过查表得到蓄电池的老化状 态 ； 0061 （2） 计算蓄电池电压变化率 ； 在发动机处于怠速停机状态时， 进行蓄电池电压变化 率计算， 而在其它状态时， 不计算蓄电池电压变化率 ； 0062 由于蓄电池电压随时间变化较慢， 且负载电流发生变化时， 易产生波动， 所以， 采 用如下方法计算蓄电池电压变化率 ： 0063 首先以较大的采样周期， 如采用 1 秒的采样周期对蓄电池电压进行连续多次采 样， 如 60 次， 然后对连续采样的多个蓄电池电压按下式进行处理 ： 0064 平均处理后电压蓄电。
31、池电压 (i)， 0065 其中， i 和 k 是采样周期， N 为采样点数 ； 实际应用中， 为提高数据利用率， 采样周 期 i 和 k 采用不同的周期， 一般满足如下要求 ： 0066 k=iN 0067 计算得到平均处理电压后， 即可按下式计算蓄电池电压变化率 ： 0068 蓄电池电压变化率 (k)= 平均处理后电压 (k)- 平均处理后电压 (k-1) ； 0069 （3） 蓄电池电量是否高的判断 ； 根据蓄电池电压、 蓄电池电压变化率和恒压充电 时间判定蓄电池电量是否高 ； 在起停使能信号无效时， 对蓄电池电量是否足够多进行判断 ； 在同时满足如下要求时， 则判定蓄电池电量足够多 ：。
32、 0070 蓄电池电压大于发电机额定电压 ； 蓄电池电压变化率大于 0 ； 前面的和 同时满足的持续时间大于设定的限值 ； 0071 是为了保证蓄电池已经由恒流充电进入恒压充电状态， 即蓄电池电量增加， 充 电电流有所降低， 使得发电机工作在额定电压 ； 0072 是为了保证蓄电池处于充电而非放电状态 ； 0073 是为了保证蓄电池具有足够的恒压充电时间， 使得蓄电池电量达到较多的状 态 ； 充电时间限值是蓄电池温度的函数， 两者之间的关系数据以二维数据表的形式存储在 存储器 4 中， 以供蓄电池状态监测算法使用 ； 该数据表可通过如下试验得到 ： 0074 在不同温度条件下， 首先对蓄电池进。
33、行恒流充电， 待充电电压达到发电机额定电 压后， 切换为恒压充电， 记录下蓄电池达到设定的荷电状态所需的恒压充电时间， 即可得到 条件中充电时间限值与蓄电池温度的关系 ； 0075 （4） 蓄电池电量是否低的判断 ； 根据蓄电池电压、 蓄电池电压变化率和老化状态判 定蓄电池电量是否低 ； 在起停使能信号有效， 且发动机处于怠速停机状态时， 对蓄电池电量 是否过少进行判断， 具体判定方法如下 ： 若蓄电池电压小于限值， 则判定蓄电池电量过少 ； 说 明 书 CN 103543404 A 8 6/8 页 9 上述的电压限值计算公式如下 ： 0076 限值 = 基础限值 老化系数 0077 其中， 。
34、基础限值由新蓄电池通过试验得到， 是蓄电池温度和电压变化率的函数， 之 间的关系以三维数据表的形式存储在存储器 4 中， 以供蓄电池状态监测方法使用 ； 电压限 值与温度、 电压变化率的关系可通过如下试验得到 ： 0078 采用新蓄电池， 在不同温度条件下， 以不同的放电电流对蓄电池进行恒流放电， 记 录不同时刻的电压和荷电状态 ； 然后针对设定的荷电状态点， 提取出与之对应时刻的电压 变化率和电压 ； 最后， 结合试验温度数据即可得到基础限值三维数据表， 老化系数是老化状 态的函数， 蓄电池老化后， 实际容量降低， 所以蓄电池容量固定情况下， 老化蓄电池的电压 高于新蓄电池 ； 老化系数即为。
35、老化蓄电池的电压与新蓄电池电压的比值， 老化越严重的蓄 电池， 该比值越大， 从而得到老化系数与老化状态的二维数据表， 同样， 该数据表也存储在 存储器 4 中 ； 0079 （5） 怠速起停使能信号的判定 ； 根据蓄电池的电量进行判定， 若判定为蓄电池电量 低 （过少） ， 则起停使能信号无效， 此时无论其它怠速停机条件是否满足， 怠速起停控制器都 应使发动机处于运转状态 ； 若判定为蓄电池电量高 （足够） ， 则在其它怠速停机条件满足的 情况下， 怠速起停控制器会停止发动机 ； 0080 怠速起停使能信号的判断逻辑为 ： 若当前怠速起停使能信号有效， 且蓄电池电量 低， 则怠速起停使能信号。
36、无效 ； 若当前怠速起停使能信号无效， 且蓄电池电量高， 则怠速起 停使能信号有效 ； 否则保持当前怠速起停使能信号状态不变。 0081 图 5 是蓄电池老化状态判断方法的流程图。由于发动机启动过程电压跌落速度很 快， 为准确检测到电压跌落过程， 图 5 所示的蓄电池老化状态判断方法运行速度较快， 计算 周期为 0.1ms。 0082 蓄电池老化状态判断方法从第一初始化模块61开始， 初始化在存储器4中初始化 一存储空间， 用于存储启动过程的初始电压和最低电压 ； 0083 初始化完成后， 进入第一高电平模块 62， 对是否启动发动机进行判断， 判断方法如 下 ： 若启动电机状态信号为第一高电。
37、平， 说明启动电机处于工作状态， 则进入第一采集电压 模块 63， 采集启动过程初始电压 ； 若启动电机状态信号为低电平， 说明启动电机未工作， 则 返回第一高电平模块 62， 进入下一周期 ； 第一采集电压模块 63 采集蓄电池电压， 并将其存 储到存储器 3 中， 该电压即为启动初始电压， 同时采用该电压初始化存储器 3 中的最低电 压 ； 0084 采集蓄电池电压完成后， 进入第二高电平模块 65， 对启动电机状态进行判断 ： 若 启动电机状态信号为高电平， 启动电机工作， 需检测启动最低电压， 则进入第二采集电压模 块 66 ； 若启动电机状态信号为低电平， 启动电机停止， 说明启动过。
38、程结束， 则进入老化判断 模块 64 ； 0085 第二采集电压模块 66 完成蓄电池电压采集后， 进入电压低模块 67， 将采集的蓄电 池电压与存储器 3 中记录的最低电压进行比较 ： 若采集的蓄电池电压小于存储器 3 中的最 低电压， 则进入更新最低电压模块 68 ； 否则， 返回第二高电平模块 65， 继续对启动机状态进 行判断。更新最低电压模块 68 采用采集的蓄电池电压更新存储器 3 中的最低电压后， 返回 第二高电平模块65。 老化判断模块64读取存储器3中记录的启动初始电压， 启动过程最低 说 明 书 CN 103543404 A 9 7/8 页 10 电压， 初始电压、 启动过。
39、程最低电压和老化状态三维数据表， 采用线性查值的方法得到当前 的蓄电池老化状态， 并输出给蓄电池电量判断模块7。 蓄电池老化状态为0表示蓄电池完全 老化， 为 1 表示蓄电池为新蓄电池。 0086 图 6 是本发明的蓄电池电压变化率计算方法的流程图。变化率计算模块 8 进行蓄 电池电压变化率计算， 所需的发动机状态信号由怠速起停控制器输出， 用于区别发动机是 否处于怠速停机状态。 0087 蓄电池电压变化率计算方法从第二初始化模块 81 开始， 初始化内容包括 ： 在存储 器 4 中初始化一空间， 用于存储计数器、 电压累积值、 电压变化率、 平均电压值 ； 初始化处理 器 3 的定时器。完成。
40、时候后进入激活定时器模块 82， 复位处理器 3 中的定时器， 并激活。判 断模块 83 对定时器时间进行判断 ： 当定时器时间达到 1 秒时， 则进入电压累积模块 84 ； 否 则返回模块 83， 继续对定时器时间进行判断。电压累积模块 84 采集蓄电池电压， 并将其累 加到存储器4中存储的电压累积值， 同时将存储器4中的计数器增加1。 完成后进入判断模 块 85， 对存储器 4 中计数器值进行判断 ： 若计数器值为 30， 则进入变化率计算模块 86 计算 电压变化率 ； 否则， 返回激活定时器模块 82 重新激活定时器。变化率计算模块 86 变化率计 算需完成如下操作 ： 0088 （1。
41、） 根据下式计算平均电压值 ： 0089 0090 （2） 根据下式计算电压变化率 ： 0091 计算电压变化率 = 存储器 4 存储的平均电压值 - 计算平均电压值 ； 0092 （3） 采用计算平均电压值更新存储器 4 中的平均电压值。 0093 由于蓄电池电压随时间变化较慢， 尤其在放电电流较小情况下， 上述定时器限值 和计数器限值的选择应以能检测出蓄电池电压变化为基准。在电压不明显情况下， 可以增 加电压采样周期和变化率计算的周期。 0094 完成变化率计算后进入怠速停机模块 87 对发动机状态进行判断 ： 若发动机处于 怠速停机， 则进入变化率不大于0模块88进一步对计算电压变化率进。
42、行判断 ； 否则， 进入更 新变化率模块 89 进行变化率更新。由于怠速停机时， 蓄电池肯定处于放电状态， 电压变化 率应小于 0。若电压变化率大于 0 则应是由负载变化造成的干扰。所以变化率不大于 0 模 块 88 中对变化率进行判断 ： 若变化率不大于 0， 则进入新变化率模块 89 更新电压变化率 ； 否则， 不对电压变化率进行更新， 直接进入计数器复位模块 90。计数器复位模块 90 采用计 算的电压变化率更新存储器4中的电压变化率并输出给蓄电池电量判断模块7进行蓄电池 电量判断。计数器复位模块 90 对存储器 4 中存储的计数器值进行复位后， 返回激活定时器 模块 82 开始一个新的。
43、电压变化率计算过程。 0095 图 7 是本发明的蓄电池电量判断模块 7 判断蓄电池电量的流程图， 该流程的计算 周期为 10ms。蓄电池电量判断模块 7 输出怠速起停使能信号， 0 表示怠速起停无效， 此时即 使其它怠速停机条件满足， 也不允许怠速起停控制器停止发动机 ； 1 表示怠速起停有效， 即 其它怠速条件条件满足时， 怠速起停控制器会停止发动机。 0096 蓄电池电量判断方法从第三初始化模块 71 开始， 初始化过程包括 ： 初始化处理器 说 明 书 CN 103543404 A 10 8/8 页 11 3 的定时器 ； 初始化存储器 4 空间用于存储怠速起停使能信号。完成初始化后进。
44、入电压 12.3V 模块 72， 对初始的怠速起停使能信号进行判断， 判断方法如下 ： 0097 若蓄电池电压 12.3V， 则进入第一怠速起停有效模块 74 令怠速起停有效 ； 否则进 入怠速起停无效模块 73 令怠速起停无效。在刚上电初期， 可以近似认为蓄电池电压为开路 电压， 因此， 可以根据设定荷电状态对应蓄电池开路电压作为电压 12.3V 模块 72 初始怠 速使能信号判断的蓄电池电压限值。第一怠速起停有效模块 74 更新存储器 4 中的怠速起 停使能信号为 1， 并输出给怠速起停控制器。怠速起停有无模块 73 更新存储器 4 中的怠速 起停使能信号为 0， 并输出给怠速起停控制器。。
45、完成初始化判断后进入第二怠速起停有效 模块 75 对当前的怠速起停使能状态进行判断， 判断方法如下 ： 怠速起停有效， 则进入怠速 停机模块76进一步对发动机状态进行判断 ； 否则， 进入电量高模块78判断蓄电池电量是否 足够多， 以更新存储器 4 中的怠速起停使能信号。由于在发动机运转时， 无需进行蓄电池电 量不足的状态进行判断， 只有在怠速停机， 蓄电池放电状态下， 为保证下次启动能力和电平 衡， 才需要对蓄电池电量是否不足进行判断。所以怠速停机模块 76 的判断方法如下 ： 若处 于怠速停机状态， 则进入电量低模块 77 对蓄电池电量是否低进行判断 ； 否则， 返回第二怠 速起停有效模块。
46、 75 开始下一个循环。电量低模块 77 的判断方法为 ： 若蓄电池电压小于限 值， 则说明蓄电池电量过低， 则进入怠速起停无效模块 73 令怠速起停无效 ； 否则返第二怠 速起停有效回模块 75 开始下一个循环。电量低模块 77 判定电量是否过低的电压限值由下 式计算得到 ： 0098 限值 = 基础限值 老化系数。 0099 其中， 基础限值由蓄电池温度和电压变化率， 通过存储器 4 中存储的蓄电池温度、 电压变化率和电压限值三维数据表通过线性插值得到。老化系数根据模块 6 输出的老化状 态， 根据存储器 4 中的老化状态和老化系数二维数据线性插值得到。电量高模块 78 进行蓄 电池电量高。
47、判定的方法如下 ： 若同时满足如下要求 ：（一） 蓄电池电压 14.3V，（二） 蓄电池 电压变化率不小于 0，（三） 条件 （一） 和 （二） 同时满足的时间大于 20 分钟， 则判定蓄电池电 量高， 进入第一怠速起停有效模块 74 令怠速起停有效 ； 否则， 返回第二怠速起停有效模块 75 开始下一个循环。上述条件 （一） 中的蓄电池电压限值为发电机额定电压。条件 （三） 要 求的时间限值， 根据蓄电池恒压充电至设定荷电状态所需的时间确定。 说 明 书 CN 103543404 A 11 1/5 页 12 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103543404 A 12 2/5 页 13 图 4 说 明 书 附 图 CN 103543404 A 13 3/5 页 14 图 5 说 明 书 附 图 CN 103543404 A 14 4/5 页 15 图 6 说 明 书 附 图 CN 103543404 A 15 5/5 页 16 图 7 说 明 书 附 图 CN 103543404 A 16 。