DE102006009555A1 - Lead battery`s e.g. starter battery, electrolyte fill level determining method for motor vehicle, involves using capacitive sensor principle for qualitative and quantitative determination of electrolyte fill level of lead battery - Google Patents

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Abstract

The method involves using a capacitive sensor principle for qualitative and quantitative determination of an electrolyte fill level of a lead battery e.g. starter battery, in a motor vehicle. Individual cells of the battery are separately monitored. Sensor signals are wirelessly transferred by a radio frequency-identification system. The signals are directly transferred from the starter battery to a battery-monitoring-system. Metallic conductors e.g. wires, are arranged parallel to sensing electrodes (31, 32). An independent claim is also included for a system for implementing a method for determining an electrolyte fill level of a lead battery.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung des Elektrolytfüllstandes einer Bleibatterie. Daneben bezieht sich die Erfindung auf ein System mit einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a method for determining the electrolyte level a lead acid battery. In addition, the invention relates to a system with a device for implementation of the procedure.

Die Kenntnis des Elektrolytfüllstandes einer Batterie ist wichtig zur Beurteilung ihrer Funktionsfähigkeit. Insbesondere bei Traktionsbatterien wird daher der Füllstand regelmäßig optisch vom Wartungspersonal kontrolliert und wird gegebenenfalls Elektrolyt nachgefüllt. Ggf. erfolgt auch eine automatische Nachfüllung im Elektrolyten mittels einer Schwimmermechanik.The Knowledge of the electrolyte level A battery is important for assessing its functionality. Especially with traction batteries, therefore, the level regular optical controlled by maintenance personnel and becomes electrolyte if necessary refilled. Possibly. An automatic refill in the electrolyte also takes place by means of a float mechanics.

Bei wartungsfreien Autobatterien ist dagegen eine Kontrolle nur noch möglich, wenn bei der Fertigung ein optisches Kontrollsystem, das als so genanntes magisches Auge bezeichnet wird, eingebaut wurde. Dies befindet sich üblicherweise an einer von den sechs Zellen einer 12-Volt-Batterie. Auch hier erfolgt die Kontrolle durch im Allgemeinen geschultes Personal, wobei die Batterie zur Inspektion zugänglich sein muss.at maintenance-free car batteries, however, is only a check possible, if in the production of an optical control system, the so-called magic eye is called, was installed. This is usually on one of the six cells of a 12 volt battery. Here too the control is carried out by generally trained personnel, the battery must be accessible for inspection.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit der letztere Vorgänge automatisiert werden können. Dazu soll eine zugehörige Vorrichtung geschaffen werden.From that It is an object of the invention to provide a method with the latter operations can be automated. This is an associated Device to be created.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine zugehörige Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch 10 angegeben. Weiterbildungen des Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.The Task is inventively by a method according to the claim 1 solved. An associated one Device for implementation of the method is given in claim 10. Further developments of the Method and the associated Device are the subject of the dependent claims.

Gemäß der Erfindung wird zur automatischen qualitativen und quantitativen Bestimmung der Elektrolytfüllmenge ein kapazitives Sensorprinzip verwendet. Kapazitive Füllstandssensoren sind zwar an sich bekannt, beispielsweise bei Öltanks. Bei der Erfindung kann der Sensor aus zwei parallel angeordneten Elektroden bestehen, die an der Außenseite der Batterie in Höhe des Füllstandes angebracht werden.According to the invention becomes automatic qualitative and quantitative determination the electrolyte filling quantity a capacitive sensor principle used. Capacitive level sensors are known per se, for example in oil tanks. In the invention can the sensor consists of two parallel electrodes, the on the outside the battery in height the level be attached.

Die mit einer solchen Einrichtung gemessenen Signale bzw. die Messdaten können von einer Kontrolleinheit erfasst werden und stehen damit in elektronischer Form für eine Batteriebewertung zur Verfügung. Insbesondere können die Daten in einen bei neueren Kraftfahrzeugen vorhandenen Bordcomputer eingespeist werden.The with such a device measured signals or the measured data can be captured by a control unit and are therefore in electronic form Form for a battery rating available. In particular, you can the data in an on-board computer on newer motor vehicles be fed.

Bei der Erfindung kann der Sensor entweder mit einer Auswerteeinheit physisch verbunden sein. Es ist aber auch möglich, die Messwerte kontaktlos, beispielsweise mittels eines RFID-Tags, zu übertragen.at According to the invention, the sensor may be provided either with an evaluation unit be physically connected. But it is also possible, the measured values contactless, for example using an RFID tag, transferred to.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen jeweils in schematischer DarstellungFurther Details and advantages of the invention will become apparent from the following Figure description of an embodiment. Each show in a schematic representation

1 In Schnittdarstellung eine Batterie mit einem normalen Füllstand des Elektrolyten, 1 In section, a battery with a normal level of the electrolyte,

2 eine Batterie gemäß 1 mit einem kritischen Zustand des Elektrolytfüllstandes, 2 a battery according to 1 with a critical condition of the electrolyte level,

3 perspektivisch eine Batterie mit einem daran befestigten Sensor, 3 in perspective a battery with a sensor attached thereto,

4 eine Alternative zu 3, 4 an alternative to 3 .

5 eine Batterie mit einem Sensor gemäß 3 und zugehörigen Mitteln zum Batteriemonitoring und 5 a battery with a sensor according to 3 and associated means for battery monitoring and

6 eine Batterie mit drahtlos arbeitenden Mitteln zur Signalübertragung. 6 a battery with wireless means of signal transmission.

Gleiche Elemente haben in den Figuren gleiche Bezugszeichen. Insbesondere die 1 und 2 werden gemeinsam beschrieben.Like elements have the same reference numerals in the figures. especially the 1 and 2 are described together.

In vereinfachter Darstellung besteht eine Batterie aus einem Batteriegehäuse 1, das einen nach außen dichten Behälter bildet und das Anschlusspole 4 bzw. 4' aufweist. Im Batteriegehäuse 1 befindet sich ein Elektrolyt 10, dessen korrekter Füllstand kontrolliert werden soll.In a simplified representation, a battery consists of a battery case 1 , which forms an outwardly sealed container and the connecting pole 4 respectively. 4 ' having. In the battery case 1 there is an electrolyte 10 whose correct level is to be checked.

Im Elektrolyt 10 sind einzelne Batterieelektroden 2 im Abstand auf Bleiplatten angeordnet, wobei von der äußeren Platte jeweils eine Verbindung 3 bzw. 3' zu einem der Anschlusspole 4 bzw. 4' vorhanden ist.In the electrolyte 10 are individual battery electrodes 2 spaced apart on lead plates, each having a connection from the outer plate 3 respectively. 3 ' to one of the connecting poles 4 respectively. 4 ' is available.

Derartige Batterien sind vom Stand der Technik bekannt. Für den bestimmungsgemäßen Gebrauch einer solchen Batterie beispielsweise als Starterbatterie in einem Kraftfahrzeug (KFZ) ist ein hinreichender Füllstand des Elektrolyten notwendig, was bedeutet, dass die Batterieelektroden 2 vom Elektrolyten 10 vollständig bedeckt sein müssen.Such batteries are known in the art. For the intended use of such a battery, for example, as a starter battery in a motor vehicle (motor vehicle), a sufficient level of the electrolyte is necessary, which means that the battery electrodes 2 from the electrolyte 10 must be completely covered.

In 1 zeigt Pfeile 5 den korrekten Füllstand der Batterie. In diesem Fall befindet sich eine ausreichende Menge Elektrolyt 10 über den Batterieelektroden, beispielsweise 1–3cm über der oberen Kante der Bleiplatten, was bedeutet, dass der Füllstand in Ordnung ist.In 1 shows arrows 5 the correct level of the battery. In this case there is a sufficient amount of electrolyte 10 over the battery electrodes, for example 1-3 cm above the upper edge of the lead plates, which means that the level is OK.

Während der Betriebsdauer kann der Elektrolyt verbraucht werden. Zur Funktionsweise der Batterie ist es aber unerlässlich, dass die Batterieelektroden 2 vollständig mit Elektrolyt bedeckt sind. Der Pfeil 6 in 2 zeigt zwischen Elektrolytoberfläche und der inneren Wandung (Innenwand) des Gehäuses 1 einen merklichen Hohlraum. In diesem Fall sind die Bleiplatten mit den Batterieelektroden 2 gerade noch bedeckt, der Batteriefüllstand kann aber als kritisch bezeichnet werden.During the period of operation, the electrolyte can be consumed. To the functioning of the Battery, it is essential that the battery electrodes 2 completely covered with electrolyte. The arrow 6 in 2 shows between the electrolyte surface and the inner wall (inner wall) of the housing 1 a noticeable cavity. In this case, the lead plates are with the battery electrodes 2 just covered, but the battery level can be described as critical.

Der Hohlraum in 2 bzw. dessen zeitliche Änderungen ist erfassbar bzw. auch quantitativ messbar, sofern geeignete Messmittel vorhanden sind.The cavity in 2 or its temporal changes can be detected or quantitatively measured, provided that suitable measuring means are available.

In 3 ist eine Batterie gemäß 1 oder 2 in perspektivischer Sicht dargestellt. Am Batteriegehäuse 1 ist außen in Höhe des normalen Elektrolytfüllstandes ein Sensor 30 aus zwei parallelen Messelektroden 31 bzw. 32 angebracht. Diese Messelektroden 31 und 32 können im einfachsten Fall zwei Drähte sein, zwischen denen durch Anlegen einer Wechselspannung die Kapazität bestimmt wird.In 3 is a battery according to 1 or 2 shown in perspective view. On the battery case 1 is outside the level of the normal Elektrolytfüllstandes a sensor 30 from two parallel measuring electrodes 31 respectively. 32 appropriate. These measuring electrodes 31 and 32 In the simplest case, two wires can be used, between which the capacitance is determined by applying an alternating voltage.

Zur Signalabnahme sind zwei Signaldrähte 33 und 34 vorhanden, die zu einem Auswertegerät führen, das hier nicht im Einzelnen dargestellt ist.For signal pickup are two signal wires 33 and 34 present, which lead to an evaluation device, which is not shown here in detail.

Durch Erfassung der sich ändernden Kapazität zwischen den Messelektroden 31 und 32 kann insbesondere der Einfluss durch den sich ändernden Elektrolytfüllstand erfasst werden. Somit wird ein Signal generiert, das ein Maß für den Elektrolytfüllstand ist. Dieses Signal kann in einem Batterie-Monitoring-System, einem sog. BMS, weiter verarbeitet werden und unmittelbar mittels eines Bordcomputers zur Anzeige gebracht werden.By detecting the changing capacitance between the measuring electrodes 31 and 32 In particular, the influence can be detected by the changing electrolyte level. Thus, a signal is generated which is a measure of the electrolyte level. This signal can be processed further in a battery monitoring system, a so-called BMS, and displayed directly by means of an on-board computer.

4 ist anhand eines Ausschnittes einer Batterie gezeigt, das auch mittels einer einzigen Elektrode, beispielsweise die Elektrode 33, gemessen werden kann. In diesem Fall dienen die Batterieelektroden 2 als zweite Messelektrode, wobei über den Draht 33 einerseits und den Batteriepol 4 andererseits durch entsprechende Leitungsverbindungen ein Signal weitergeleitete wird. 4 is shown by a section of a battery, which also by means of a single electrode, such as the electrode 33 , can be measured. In this case, the battery electrodes serve 2 as a second measuring electrode, being over the wire 33 on the one hand and the battery pole 4 On the other hand, a signal is forwarded by appropriate line connections.

In 5 ist eine Batterie entsprechend 3 dargestellt, bei dem ein Sensor 30, der an einen Batteriepol angebunden ist, mit zwei parallelen Messelektroden 31 und 32 verwendet wird. Zusätzlich ist hier eine Einheit 8 für ein Batteriemonitoring vorhanden, in die über die Leitungen 33 und teriemonitoring vorhanden, in die über die Leitungen 33 und 34 die Signale des Sensors 30 eingespeist werden. Von der Einheit zum Batteriemonitoring 8 wird entweder über eine Kabelverbindung oder über eine Busverbindung ein Signal zum Bordcomputer weitergeleitet, wo eine Anzeige über den Elektrolytfüllstand erfolgen kann. Gleichermaßen kann eine entsprechende Information für das Wartungspersonal gespeichert sein.In 5 is a battery accordingly 3 shown in which a sensor 30 , which is connected to a battery terminal, with two parallel measuring electrodes 31 and 32 is used. In addition, here is a unit 8th for a battery monitoring present in the over the lines 33 and teriemonitoring present in the over the lines 33 and 34 the signals of the sensor 30 be fed. From the unit to battery monitoring 8th is transmitted either via a cable connection or via a bus connection, a signal to the on-board computer, where an indication of the electrolyte level can be done. Likewise, appropriate information may be stored for the maintenance personnel.

In 6 ist der kapazitive Sensor aus den 3 bis 5 derart ausgebildet, dass er neben den Sensorelektroden gleichermaßen zugehörige Mittel zur drahtlosen Übertragung aufweist. Der Sensor 30 ist in die Antenne eines RFID-Systems, die zunehmend Verbreitung finden, integriert.In 6 is the capacitive sensor from the 3 to 5 is formed such that it has in addition to the sensor electrodes equally associated means for wireless transmission. The sensor 30 is integrated into the antenna of an RFID system, which is increasingly being used.

Mit einer derartigen Einrichtung kann ein Sendesignal in die Einheit für ein Batteriemonitoring eingespeist werden. Es ist aber auch möglich, das Signal in einen zentralen Bordcomputer zu übermitteln und dort im Rahmen des allgemeinen Monitorings neben anderen interessierenden Größen anzuzeigen.With Such a device may be a transmission signal in the unit for a Battery monitoring are fed. But it is also possible that Signal to a central on-board computer to transmit and there in the context of general monitoring next to other variables of interest.

Bei den beschriebenen Beispielen kann jeweils mit einfachen Mitteln und kostengünstig die Funktionsfähigkeit der Batterie überwacht werden, ohne dass die Batterie visuell zugänglich sein muss. Auch ein nachträgliches Anbringen eines mit einem kapazitivem Sensor bestückten RFID-Tags durch Aufkleben an geeigneter Stelle der Batterie ist möglich.at The examples described can each with simple means and cost-effective the functionality the battery is monitored without the battery having to be visually accessible. Also a subsequent Attaching an RFID tag equipped with a capacitive sensor by sticking to a suitable location of the battery is possible.

Claims (21)

Verfahren zur Ermittlung des Elektrolytfüllstandes einer Blei-Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass zur automatischen qualitativen und quantitativen Bestimmung der Elektrolytfüllmenge ein kapazitives Sensorprinzip verwendet wird.Method for determining the electrolyte level of a lead-acid battery, characterized in that a capacitive sensor principle is used for the automatic qualitative and quantitative determination of the electrolyte filling quantity. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messergebnis der Füllstandsmessung Verwendung in einem Batterie-Monitoring-System findet.A method according to claim 1 or claim 2, characterized characterized in that the measurement result of the level measurement use in a battery monitoring system. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere oder alle Einzelzellen der Batterie separat überwacht werden.A method according to claim 1 or claim 2, characterized characterized in that several or all single cells of the battery monitored separately become. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige repräsentative Einzelzelle der Batterie überwacht wird.Method according to claim 3, characterized that a single representative Single cell of the battery monitors becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsignale leitungsgebunden übertragen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the sensor signals transmitted by cable become. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsignale drahtlos, insbesondere induktiv oder per Funk übertragen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor signals are wireless, in particular inductive or transmitted by radio become. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale mittels RFID-Verfahren übertragen werden.Method according to Claim 6, characterized that the signals are transmitted by means of RFID methods. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Batterie um eine KFZ-Starterbatterie handelt.Method according to one of the preceding claims characterized in that the battery is a motor vehicle starter battery. Verfahren nach Anspruch 7 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des RFID-Verfahrens die Signale unmittelbar von der KFZ-Starterbatterie zum Monitoring-System übertragen werden.A method according to claim 7 and claim 8, characterized characterized in that by means of the RFID method, the signals directly transferred from the car starter battery to the monitoring system become. System zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 9, mit einem Sensor für eine Füllstandsmessung, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (30) aus zwei Elektroden (31, 32) besteht und nach kapazitivem Prinzip arbeitet.System for carrying out a method according to claim 1 or one of claims 2 to 9, having a sensor for a level measurement, characterized in that the sensor ( 30 ) of two electrodes ( 31 . 32 ) and operates on the capacitive principle. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektroden zwei parallel angeordnete metallische Leiter (31, 32), insbesondere Drähte, sind.System according to claim 10, characterized in that the sensor electrodes two parallel metallic conductors ( 31 . 32 ), in particular wires, are. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor aus einer ersten Elektrode (31) besteht und dass als zweite Elektrode eine Batterie-Elektrode, und zwar entweder der positive oder der negative Pol, verwendet wird.System according to claim 10, characterized in that the sensor consists of a first electrode ( 31 ) and that a battery electrode, either the positive or the negative pole, is used as the second electrode. System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (30) Teil eines Batterie-Monitoring-Systems (BMS) ist.System according to one of claims 10 to 12, characterized in that the sensor ( 30 ) Is part of a battery monitoring system (BMS). System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (30) über Kontakte bzw. Leitungen (33, 34) unmittelbar mit dem Batterie-Monitoring-System (BMS) verbunden ist.System according to claim 13, characterized in that the sensor ( 30 ) via contacts or lines ( 33 . 34 ) is directly connected to the battery monitoring system (BMS). System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur kontaktlosen Übertragung der Signale vorhanden sind.System according to claim 13, characterized that the means for contactless transmission of the signals present are. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel induktiv und/oder mittels Funk arbeiten.System according to claim 15, characterized the means operate inductively and / or by radio. System nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (30) Teil eines RFID-Tags (60) ist.System according to one of claims 10 to 16, characterized in that the sensor ( 30 ) Part of an RFID tag ( 60 ). System nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine repräsentative Einzelzelle der Batterie (1) überwacht wird.System according to one of claims 10 to 18, characterized in that a representative single cell of the battery ( 1 ) is monitored. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das RFID-Tag (60) einen Temperatursensor zur Ermittlung der Batterietemperatur beinhaltet.System according to claim 17, characterized in that the RFID tag ( 60 ) includes a temperature sensor for determining the battery temperature. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das RFID-Tag (60) spezifische Batterieinformation in einem nichtflüchtigen Speicher beinhaltet.System according to claim 18, characterized in that the RFID tag ( 60 ) contains specific battery information in a nonvolatile memory. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das RFID-Tag (60) einen beschreibbaren Speicher zur Hinterlegung von eingebbaren Daten, insbesondere der Batteriehistorie, beinhaltet.System according to claim 18, characterized in that the RFID tag ( 60 ) includes a writable memory for storing inputable data, in particular the battery history.
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