WO2004051295A1 - Verfahren und vorrichtung zur batteriezustandserkennung - Google Patents

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WO2004051295A1
WO2004051295A1 PCT/EP2003/012300 EP0312300W WO2004051295A1 WO 2004051295 A1 WO2004051295 A1 WO 2004051295A1 EP 0312300 W EP0312300 W EP 0312300W WO 2004051295 A1 WO2004051295 A1 WO 2004051295A1
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charge
state
level
generator
charging voltage
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PCT/EP2003/012300
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Harald Braun
Christof Gross
Franz Nietfeld
Liane Schupp
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Daimlerchrysler Ag
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for battery state detection.
  • Adding the stored currents results in a control signal which, after falling below a certain limit value, provides a switching element for the automatic start and stop of the vehicle and / or an optical display device (LED) actuated for the user to inform him about the state of charge of his battery.
  • a control signal which, after falling below a certain limit value, provides a switching element for the automatic start and stop of the vehicle and / or an optical display device (LED) actuated for the user to inform him about the state of charge of his battery.
  • LED optical display device
  • the battery status detection according to the invention is able to carry out a reliable assessment without incorrect assessments due to very low temperatures.
  • FIG. 1 is a block diagram of a basic electrical system structure according to the invention
  • FIG. 3 shows a flowchart of the method according to the invention for battery state detection
  • FIG. 4 shows a flowchart of a modification of the method according to the invention for battery state detection.
  • a simple solution with voltage measurement is used to achieve fuel savings and emission reductions in that the total electrical energy requirement of the vehicle electrical system and the battery is then determined by the generator. rator is produced when the internal combustion engine is optimized for consumption and emissions and the battery is sufficiently charged.
  • the conventional current detection is dispensed with. Due to the high-frequency detection of the voltage and implicitly stored information about the vehicle, the battery state is assessed according to the invention based on the voltage behavior in defined situations, for example starting process, brief switching on of defined consumers in operation, brief switching off of the generator, etc., and different consumption and Emission-optimal control and regulation strategies of the generator are derived and tracked during driving.
  • Reference number 1 denotes a consumer (SLP), 2 an internal combustion engine, 3 a switching device, 4 a generator, 5 a (vehicle) battery, 6 an on-board electrical system, 7 an engine control unit (MSG) and 8 a voltage measuring device.
  • the switching device 3 is switched via an actuator control unit (not shown) contained in the engine control unit 7.
  • the measurement signal of the voltage measuring device 8 is fed to the engine control unit 7, which outputs control signals for the generator 4.
  • an optional temperature measuring device 9 shown in dashed lines, can be designed for measuring the outside temperature, the output signals of which are also fed to the engine control unit 7.
  • the output signal of a temperature measuring device already present in the vehicle, which is part of the air conditioning system, for example, can be fed to the engine control unit 7.
  • the engine control unit 7 has a device for determining the minimum level of the voltage signal supplied by the voltage measuring device 8 during a predetermined period of time, and a device for evaluating the state of charge of the vehicle battery 5 on the basis of the direction for determining the minimum level determined minimum voltage level.
  • the device for evaluating the state of charge evaluates the depth of the voltage dip in comparison to the output voltage present, for example, before a starting process, on the basis of the minimum level determined during the measurement period.
  • the voltage range in which such a drop in the voltage level can occur is divided into at least two, preferably three, voltage ranges in which the state of charge of the battery is "very efficient" (BZ1) with a very low voltage drop,
  • FIG. 2 shows a voltage curve at the start, including various state of charge assessments.
  • a setpoint of the charging voltage and its duration is assigned to the generator 4 by means of a device for controlling the generator, the setpoint being either a normal charge level, a setpoint for engine relief, a reduced vehicle electrical system level or a recuperation level, depending on how good or bad the state of charge was rated, ie whether charging the vehicle battery is necessary or not.
  • the exact assignment of the respective setpoints to the assessed states of charge is explained in more detail in the explanation below of the method according to the invention. Here it is omitted to avoid repetitions.
  • step 1 a voltage of a battery 5 is first measured by a voltage measuring device 8 over a predetermined period of time.
  • This predetermined period of time can be, for example, 5 seconds or more.
  • step 2 a minimum voltage level of the battery 5 is determined from the output signal of the voltage measuring device over the predetermined period of time by a device (not shown) contained in the engine control unit for determining a minimum level.
  • This minimum voltage level is then evaluated in step 3 with steps S3-1 to S3-3 by a device for evaluating the state of charge of the battery 5, which is also contained in the engine control unit 7, the state of charge at a minimum voltage level above a first threshold value VI being " very powerful "(BZ1) (step S3-1), between the first threshold VI and a second threshold V2, which is lower than the first threshold VI, as” powerful "(BZ2) (step S3-2) and below the second threshold value V2 is rated as "limited performance" (BZ3) (step S3-3).
  • This utilization result is then transmitted to the engine control unit 7 and this adjusts the activation of the generator 4 in step 4 in accordance with the assessment result of the state of charge.
  • the first threshold value VI can be, for example, between approximately 7 to 8 V and the second threshold value V2 is between approximately 6 to 7 V.
  • the control of the generator 4 by the engine control unit 7 takes place in the present exemplary embodiment of the invention depending on the evaluation result of the state of charge by the device for evaluating the state of charge as follows:
  • the setpoint of the charging voltage is set to a normal charging level indefinitely. In this case, no fuel or emission savings are possible, since the state of charge of the battery 5 must be improved to ensure problem-free and reliable operation of the vehicle.
  • the nominal value of the charging voltage is set to a value for motor relief and then to the normal charging level. This time-limited period is a dead time.
  • the good state of charge of the battery is used to reduce the energy requirements of the vehicle for as long as is possible without impairing the performance of the battery, thereby reducing fuel consumption and emissions.
  • the state of charge has been rated as very efficient (BZ1)
  • the nominal value of the charging voltage for example 12V
  • the battery used to a reduced on-board electrical system level for example 12V
  • a recuperation level for example 15V.
  • the state of charge which is rated as very efficient (BZ1), can be used to reduce consumption and emissions, since the total electrical energy requirement is reduced due to the lack of a need to recharge the battery.
  • the method for battery status detection according to the invention can thus easily identify the battery status and control the generator accordingly, so that fuel consumption and emissions can be significantly reduced.
  • the outside temperature is used as a further parameter, as a result of which a further optimization of consumption and emissions and an even better evaluation of the state of charge is possible
  • steps 1 to 4 described above are also carried out in the development of the method for battery state detection according to the invention.
  • the evaluation of the state of charge carried out in step 3 and the adaptation of the control of the generator 4 carried out by the engine control unit 7 are modified.
  • the modified control of the generator 4 according to the development of the invention takes place as follows depending on the evaluation result of the state of charge and the temperature recorded: 1) If the measured temperature T is in the temperature range Tl, ie below the first temperature threshold Tsl (step S3-0), regardless of the battery state and in the temperature ranges T2 and T3, ie at a temperature T greater than the first temperature threshold Tsl limited capacity of the battery (BZ3) (step S3-3 *) the setpoint of the charging voltage is set to a normal charging level indefinitely (step S4-3).
  • step S3-0 If the measured temperature T is above the first temperature threshold Tsl (step S3-0) and the state of charge has been rated as efficient (BZ2)
  • Step S3-2 * the nominal value of the charging voltage is limited in time (for example until a minimum voltage is undershot) to a value for motor relief and then to the normal charging level (Step S4-2).
  • step S3-1 * If the measured temperature T is between the first temperature threshold Tsl (step S3-0) and the second temperature threshold Ts2 and the state of charge has been rated as very efficient (BZ1) (step S3-1 *), the target value of the charging voltage is limited in time
  • step S4-1 (for example until a minimum voltage is undershot) is set to the value for engine relief, then to a reduced on-board electrical system level (for example 13V) and then to a recuperation level (for example 15V) (step S4-1).
  • a reduced on-board electrical system level for example 13V
  • a recuperation level for example 15V
  • the state of charge which is rated as very efficient (BZ1), can be used to reduce consumption and emissions, since the total electrical energy requirement is reduced due to the lack of a need to recharge the battery.
  • step S4-3 * If the temperature T is above the second temperature threshold Ts2 and the state of charge is very performance (BZ1) was evaluated (step S3-3 *), the target value of the charging voltage is set to the normal charging level indefinitely (step S4-3).
  • an additional step S5 can be formed both in the method according to FIG. 3 and in the method according to FIG. 4, in which the evaluation result is optically displayed to the user.
  • This can be done, for example, when using three charge state ranges in the form of traffic light colors, green being "very efficient” for the optimal state and red “having limited capacity” for the worst state of charge.
  • a display device (not shown), for example in the form of three differently colored LEDs (green, yellow, red), is additionally formed in the device according to the invention according to FIG. 1, which displays the result of the device (7) for evaluating the state of charge is fed.
  • other display and / or display types and devices can also be used for this information.
  • the invention discloses a method and a device for battery state detection.
  • the battery state is determined by measuring the voltage of a motor vehicle battery during the starting process over a predetermined period of time, determining a minimum voltage level of the motor vehicle battery during the predetermined period of the measuring process, evaluating the state of charge of the vehicle battery based on the minimum voltage level and controlling the generator depending on the evaluation the state of charge of the motor vehicle battery, so that an adequate supply of the On-board electrical system and a sufficient charge of the vehicle battery is guaranteed and at the same time the fuel consumption and emissions are optimized.
  • the generator is controlled depending on the determined state of charge and optionally the ambient temperature by specifying either a setpoint of the charge voltage at normal charge level, a setpoint of charge voltage to relieve the engine, a setpoint of charge voltage at a reduced electrical system level or a setpoint of charge voltage at recuperation level.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Batteriezustandserkennung. Der Batteriezustand wird durch Messen der Spannung einer Kraftfahrzeugbatterie beim Startvorgang über einen vorbestimmten Zeitraum, Ermitteln eines minimalen Spannungspegels der Kraftfahrzeugbatterie während des vorbestimmten Zeitraums des Messvorgangs, Bewerten des Ladezustands der Fahrzeugbatterie auf der Grundlage des minimalen Spannungspegels und Steuern des Generators abhängig von der Bewertung des Ladezustands der Kraftfahrzeugbatterie, so dass eine ausreichend Versorgung des Bordnetzes und eine ausreichend Ladung der Fahrzeugbatterie gewährleistet wird und zugleich der Kraftstoffverbrauch und der Emissionsausstoss optimiert wird. Die Ansteuerung des Generators erfolgt abhängig vom ermittelten Ladezustand und optional der Umgebungstemperatur, indem entweder ein Sollwert der Ladespannung auf normalem Ladeniveau, ein Sollwert der Ladespannung zur Motorentlastung, ein Sollwert der Ladespannung auf reduziertes Bordnetzniveau oder ein Sollwert der Ladespannung auf Rekuperationsniveau vorgegeben wird.

Description

DaimlerChrysler AG
Verfahren und Vorrichtung zur Batteriezustandserkennung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Batteriezustandserkennung .
Herkömmlich sind unterschiedliche Ansätze zur Bewertung bzw. Beurteilung der Starterbatterie in einem Fahrzeug bekannt. Diese werden dazu benutzt, einen ausreichenden Ladezustand der Batterie zu gewährleisten, und verwenden in aller Regel einen teuren und anfälligen, fehlerbehafteten Stromsensor.
Aus der EP 0 071 816 AI ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Ladezustands einer Kraftfahrzeugbatterie bekannt, bei dem die Batteriespannung unter Last gemessen wird. Während des Startvorgangs des Motors wird die Batterie mit dem Anlasserstrom belastet. In dieser Zeitphase (ca. 10 Sekunden) wird die Batteriespannung gemessen und einer Aus- werteschaltung zugeführt. Die Auswerteschaltung generiert einen Stromimpuls, mit konstanter Amplitude, dessen Länge eine Funktion der Batterie-Klemmenspannung ist. Der Stromimpuls wird in ein Speicherbauelement gegeben, das die Ladungsmenge speichert. Des weiteren misst ein Shuntwiderstand während der Belastung der Batterie auftretende Lade- bzw. Entladeströme, die vorzeichenrichtig dem Speicherbauelement zugeführt werden. Durch Addition der gespeicherten Ströme ergibt sich ein Steuersignal, das nach Unterschreiten eines bestimmten Grenzwertes ein Schaltelement für die Start- und Stop-Automatik des Fahrzeugs und/oder eine optische Anzeigevorrichtung (LED) für den Benutzer betätigt, um ihn so über den Ladezustand seiner Batterie zu informieren.
Jedoch ist es problematisch, dass beim morgendlichen Start, z.B. nach einer kalten Winternacht, der Startstrom bedeutend höher und damit die Klemmenspannung sehr viel niedriger ist, so dass aufgrund des morgendlichen Starts die Startgrenzspannung erreicht oder fast erreicht ist. Eine zuverlässige Aussage über den Ladezustand ist in diesem Fall erst möglich, wenn das Fahrzeug bereits einige Zeit gefahren ist und der Motor eine bestimmte Betriebswärme angenommen hat, so dass ein relativ stationärer Zustand erreicht ist.
Weiterhin ist aus der DE 41 06 725 AI eine Schaltungsanordnung zur Anzeige des Ladezustandes einer wiederaufladbaren Batterie vorgeschlagen, bei der durch Integration des im Lastkreis fließenden Stromes der Ladezustand der Batterie ermittelt wird. Durch Berücksichtigung von verschiedenen Korrekturfaktoren wie Einschaltstromstoß, Temperatur, Offset und Selbstentladung der Batterie ergibt sich eine reproduzierbare Genauigkeit für den Ladezustand. Eine Differenz zu wenigstens einem Grenzwert der Batteriespannung ist als Ladezustand der Batterie auf einer Anzeige ausgebbar.
Jedoch ist zu dieser Ladezustandsbeurteilung ein teurer und anfälliger, fehlerbehafteter Stromsensor erforderlich.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Batteriezustandserkennung auszubilden, für das ein anfälliger Stromsensor nicht erforderlich ist und das unabhängig von einer Temperatur und Betriebszeit eines Fahrzeugs eine zuverlässige Beurteilung des Ladezustands ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 13 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Durch den erfindungsgemäßen Verzicht auf den Stromsensor wird eine einfache und kostengünstige Batteriezustandserkennung ermöglicht, die zudem die Ansteuerung des Generators für eine verbesserte Ladung der Batterie und für Maßnahmen zur Verbrauchs- und Emissionsoptimierung des gesamten Fahrzeugs nutzt. Außerdem ist die erfindungsgemäße Batteriezustandserkennung, da die Temperatur optional als zusätzlicher Beurteilungsparameter verwendbar ist, in der Lage eine zuverlässige Beurteilung ohne Falschbeurteilungen aufgrund sehr niedriger Temperaturen durchzuführen.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer prinzipiellen, erfindungsgemäßen Bordnetzstruktur,
Fig. 2 einen Spannungsverlauf beim Start einschließlich verschiedener Ladezustandsbewertungen,
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Batteriezustandserkennung und
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm einer Modifikation des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Batteriezustandserkennung.
Erfindungsgemäß wird eine einfache Lösung mit Spannungsmessung dazu benutzt, Kraftstoffeinsparungen und Emissionsreduzierungen dadurch zu erzielen, dass der elektrische Gesamt - energiebedarf des Bordnetzes und der Batterie dann vom Gene- rator produziert wird, wenn der Verbrennungsmotor Verbrauchs- und emissionsoptimiert arbeitet und die Batterie einen ausreichenden Ladezustand hat. Dabei wird auf die herkömmlich übliche Stromerfassung verzichtet. Aufgrund der hochfrequenten Erfassung der Spannung und implizit hinterlegter Informationen über das Fahrzeug wird erfindungsgemäß aufgrund des Spannungsverhaltens in definierten Situationen, z.B. Startvorgang, kurzes Einschalten von definierten Verbrauchern im Betrieb, kurzzeitiges Abschalten des Generators, usw., der Batteriezustand beurteilt und daraus verschiedene verbrauchs- und emissionsoptimale Steuerungs- und Regelstrategien des Generators abgeleitet und im Fahrbetrieb verfolgt.
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der prinzipiellen erfindungsgemäßen Bordnetzstruktur gezeigt. Dabei bezeichnet Bezugszahl 1 einen Verbraucher (SLP) , 2 einen Verbrennungsmotor, 3 eine Schalteinrichtung, 4 einen Generator, 5 eine (Fahrzeug) Batterie, 6 ein Bordnetz, 7 ein Motorsteuergerät (MSG) und 8 eine Spannungsmesseinrichtung. Die Schalteinrichtung 3 wird über ein (nicht gezeigtes) im Motorsteuergerät 7 enthaltenes Aktorsteuergerät geschaltet. Das Messsignal der Spannungsmesseinrichtung 8 wird dem Motorsteuergerät 7 zugeführt, das Steuersignale für den Generator 4 ausgibt.
Darüber hinaus kann eine gestrichelt dargestellte, optionale Temperaturmesseinrichtung 9 zur Messung der Außentemperatur ausgebildet sein, deren Ausgangssignale ebenfalls dem Motorsteuergerät 7 zugeführt werden. Alternativ kann auch das Ausgangssignal einer bereits im Fahrzeug vorhandenen Temperaturmesseinrichtung, die beispielsweise Bestandteil der Klimaanlage ist, dem Motorsteuergerät 7 zugeführt werden.
Das Motorsteuergerät 7 weist eine Einrichtung zur Ermittlung des minimalen Pegels des von der Spannungsmesseinrichtung 8 während eines vorbestimmten Zeitraums zugeführten Spannungs- signals sowie eine Einrichtung zur Bewertung des Ladezustands der Fahrzeugbatterie 5 auf der Grundlage des durch die Ein- richtung zur Ermittlung des minimalen Pegels ermittelten minimalen Spannungspegels auf. Die Einrichtung zur Bewertung des Ladezustands bewertet anhand des ermittelten minimalen Pegels während des Messzeitraums die Tiefe des Spannungseinbruchs im Vergleich zur beispielsweise vor einem Startvorgang anliegenden AusgangsSpannung. Der Spannungsbereich, in dem ein derartiger Einbruch des Spannungspegels auftreten kann, ist in zumindest zwei, bevorzugt in drei Spannungsbereiche aufgeteilt, in denen der Ladezustand der Batterie als "sehr leistungsfähig" (BZ1) bei sehr geringem Spannungseinbruch,
"leistungsfähig" (BZ2) bei größerem Spannungseinbruch, bei dem aber beispielsweise die Kaltstartfähigkeit noch weiter gewährleistet ist, und "eingeschränkt leistungsfähig" (BZ3) bei sehr großem Spannungseinbruch, bei dem beispielsweise ein
(weiterer) Kaltstart nicht mehr ohne Einschränkungen möglich ist, beurteilt wird. In Fig. 2 ist ein Spannungsverlauf beim Start einschließlich verschiedener Ladezustandsbewertungen gezeigt .
Beim Kaltstart sind die Fahrzeugverhältnisse annähernd konstant, es kommt jedoch beim Startvorgang immer zu einem Pegeleinbruch. Unter anderem wirken sich neben dem Batterieladezustand auch die Batteriealterung und die Umgebungstemperatur auf die Tiefe des Pegeleinbruchs aus.
In Abhängigkeit von diesem durch die Einrichtung zur Bewertung des Ladezustands ermittelten Ladezustand, d.h. "sehr leistungsfähig" (BZ1) , "leistungsfähig" (BZ2) oder "eingeschränkt leistungsfähig" (BZ3) für sich oder in Verbindung mit einem weiteren Parameter, beispielsweise der Temperatur, werden verschiedene Maßnahmen - gebündelt in Maßnahmenpaketen - ergriffen, um eine optimale Batterieladung und optimierte Verbrauchs- und Emissionswerte zu erreichen. Dazu wird durch eine Einrichtung zur Steuerung des Generators dem Generator 4 ein jeweils dem bewerteten Ladezustand zugeordneter Sollwert der Ladespannung und dessen Zeitdauer vorgegeben, wobei dieser Sollwert entweder ein normales Ladeniveau, ein Sollwert zur Motorentlastung, ein reduziertes Bordnetzniveau oder ein Rekuperationsniveau sein kann, je nachdem wie gut oder schlecht der Ladezustand bewertet wurde, d.h. ob ein Laden der Fahrzeugbatterie erforderlich ist oder nicht. Die genaue Zuordnung der jeweiligen Sollwerte zu den bewerteten Ladezuständen wird in der nachstehenden Erläuterung des erfindungs- gemäßen Verfahrens genauer dargelegt. Hier wird sie zur Vermeidung von Wiederholungen weggelassen.
Im folgenden wird nun unter Bezugsnahme auf Fig. 3 das erfindungsgemäße Verfahren zur Batteriezustandserkennung genauer erläutert. Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Batteriezustandserkennung für ein Kraftfahrzeug wird in Schritt 1 zunächst eine Spannung einer Batterie 5 über einen vorbestimmten Zeitraum durch eine Spannungsmesseinrichtung 8 gemessen. Dieser vorbestimmte Zeitraum kann beispielsweise 5 Sekunden oder mehr betragen. Aus dem Ausgangssignal des Spannungsmess- einrichtung über den vorbestimmten Zeitraum wird in Schritt 2 ein minimaler Spannungspegel der Batterie 5 durch eine in dem Motorsteuergerät enthaltene (nicht gezeigte) Einrichtung zur Ermittlung eines minimalen Pegels ermittelt . Dieser minimale Spannungspegel wird anschließend in Schritt 3 mit den Schritten S3-1 bis S3-3 durch eine ebenfalls in dem Motorsteuergerät 7 enthaltene Einrichtung zur Bewertung des Ladezustands der Batterie 5 bewertet, wobei der Ladezustand bei einem minimalen Spannungspegel oberhalb eines ersten Schwellenwerts VI als "sehr leistungsf hig" (BZ1) (Schritt S3-1) , zwischen dem ersten Schwellenwert VI und einem zweiten Schwellenwert V2 , der niedriger als der erste Schwellenwert VI ist, als "leistungsfähig" (BZ2) (Schritt S3-2) und unterhalb des zweiten Schwellenwerts V2 als "eingeschränkt leistungsfähig" (BZ3) (Schritt S3-3) bewertet wird. Dieses Verwertungsergebnis wird dann zum Motorsteuergerät 7 übertragen und dieses passt die Ansteuerung des Generators 4 in Schritt 4 entsprechend dem Bewertungsergebnis des Ladezustands an. Dabei kann der erste Schwellenwert VI beispielsweise zwischen ungefähr 7 bis 8 V und der zweite Schwellenwert V2 zwischen ungefähr 6 bis 7 V betragen.
Die Ansteuerung des Generators 4 durch das Motorsteuergerät 7 erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung nun in Abhängigkeit vom Bewertungsergebnis des Ladezustands durch die Einrichtung zur Bewertung des Ladezustands wie folgt :
Schritt "S4 -3:
Wenn der Batteriezustand als eingeschränkt leistungsfähig (BZ3) bewertet wurde, wird der Sollwert der Ladespannung zeitlich unbegrenzt auf ein normales Ladeniveau eingestellt. In diesem Fall ist keine Kraftstoff- oder Emissionseinsparung möglich, da vordringlich der Ladezustand der Batterie 5 verbessert werden muss, um einen problemlosen und zuverlässigen Betrieb des Fahrzeugs sicherzustellen.
Schritt S4-2:
Wenn der Ladezustand als leistungsfähig (BZ2) bewertet wurde, wird der Sollwert der Ladespannung zeitlich begrenz-t auf einen Wert zur Motorentlastung und anschließend auf das normale Ladeniveau eingestellt. Dieser zeitliche begrenzte Zeitraum ist eine Totzeit.
Auf diese Weise wird der gute Ladezustand der Batterie genutzt, um den Energiebedarf des Fahrzeugs so lange zu reduzieren, wie es ohne Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit der Batterie möglich ist, und dadurch den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu reduzieren.
Schritt S4-1:
Wenn der Ladezustand als sehr leistungsfähig (BZ1) bewertet wurde, wird der Sollwert der Ladespannung, beispielsweise 12V, spannungsüberwacht auf den Wert zur Motorentlastung, anschließend für einen durch die verwendete Batterie vorgegebenen Zeitraum auf ein reduziertes Bordnetzniveau, beispielsweise 12V, und dann auf ein Rekuperationsniveau, beispielsweise 15V, festgesetzt. Auf diese Weise kann der als sehr leistungsfähig (BZ1) bewertete Ladezustand zur Verbrauchs- und Emissionsverringerung genutzt werden, da der elektrische Gesamtenergiebedarf durch das fehlende Erfordernis eines Nachladens der Batterie verringert ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Batteriezustandserkennung kann somit auf einfache Weise der Batteriezustand erkannt und der Generator entsprechend angesteuert werden, so dass der Kraftstoffverbrauch und Emissionen bedeutend verringert werden können.
In einer nachstehend beschriebenen Weiterbildung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, die in Fig. 4 dargestellt ist, wird die Außentemperatur als weiterer Parameter verwendet, wodurch eine weitere Optimierung des Verbrauchs und der Emissionen sowie eine noch bessere Bewertung des Ladezustands möglich ist In der beschriebenen Weiterbildung des vorstehenden Ausführungsbei- spiels wird beispielsweise zwischen drei Temperaturbereichen Tl bis T3 , die durch zwei Temperaturschwellenwerte Tsl und Ts2 festgelegt sind, unterschieden, wobei beispielsweise Tsl = 0°C und Ts2 = 25°C und somit Tl : T < Tsl, T2 : Tsl ≤ T < Ts2 und T3 : Ts2 ≤ T ist.
Prinzipiell werden bei der Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren zur Batteriezustandserkennung die vorstehend beschriebenen Schritte 1 bis 4 ebenfalls ausgeführt. Es erfolgt jedoch eine Modifizierung der in Schritt 3 durchgeführten Bewertung des Ladezustands sowie der durch das Motorsteuergerät 7 durchgeführten Anpassung der Ansteuerung des Generators 4.
Die modifizierte Ansteuerung des Generators 4 gemäß der Weiterbildung der Erfindung erfolgt in Abhängigkeit von dem Bewertungsergebnis des Ladezustands sowie der erfassten Temperatur folgendermaßen: 1) Wenn die gemessene Temperatur T im Temperaturbereich Tl, d.h. unterhalb des ersten Temperaturschwellenwerts Tsl liegt (Schritt S3-0) , wird unabhängig vom Batteriezustand sowie in den Temperaturbereichen T2 und T3 , d.h. bei einer Temperatur T größer als der erste Temperaturschwellenwert Tsl, bei eingeschränkter Leistungsfähigkeit der Batterie (BZ3) (Schritt S3-3*) der Sollwert der Ladespannung zeitlich unbegrenzt auf ein normales Ladeniveau eingestellt (Schritt S4-3) .
In diesem Fall ist keine Kraftstoff- oder Emissionseinsparung möglich, da wieder ein besserer Ladezustand der Fahrzeugbatterie hergestellt werden muss.
2) Wenn die gemessene Temperatur T oberhalb dem ersten Temperaturschwellenwert Tsl liegt (Schritt S3-0) und der Ladezustand als leistungsfähig (BZ2) bewertet wurde
(Schritt S3-2*) , wird der Sollwert der Ladespannung zeitlich begrenzt (beispielsweise bis zum Unterschreiten einer minimalen Spannung) auf einen Wert zur Motorentlastung und anschließend auf das normale Ladeniveau eingestellt (Schritt S4-2) .
3) Wenn die gemessene Temperatur T zwischen dem ersten Temperaturschwellenwert Tsl (Schritt S3-0) und dem zweiten Temperaturschwellenwert Ts2 liegt und der Ladezustand als sehr leistungsfähig (BZ1) bewertet wurde (Schritt S3-1*) , wird der Sollwert der Ladespannung zeitlich begrenzt
(beispielsweise bis zum Unterschreiten einer minimalen Spannung) auf den Wert zur Motorentlastung, anschließend auf ein reduziertes Bordnetzniveau (beispielsweise 13V) und dann auf ein Rekuperationsniveau (beispielsweise 15V) festgesetzt (Schritt S4-1) .
Auf diese Weise kann der als sehr leistungsfähig (BZ1) bewertete Ladezustand zur Verbrauchs- und Emissionsverringerung genutzt werden, da der elektrische Gesamtenergiebedarf durch das fehlende Erfordernis eines Nachladens der Batterie verringert ist.
4) Wenn die Temperatur T oberhalb dem zweiten Temperaturschwellenwert Ts2 liegt und der Ladezustand als sehr leistungsfähig (BZ1) bewertet wurde (Schritt S3-3*) , wird der Sollwert der Ladespannung zeitlich unbegrenzt auf das normale Ladeniveau festgelegt (Schritt S4-3) .
Optional kann sowohl in dem Verfahren gemäß Fig. 3 als auch in dem Verfahren gemäß Fig. 4 ein zusätzlicher Schritt S5 ausgebildet sein, in dem dem Benutzer das Bewertungsergebnis optisch angezeigt wird. Dies kann beispielsweise bei der Verwendung von drei Ladezustandsbereichen in Form von Ampelfarben erfolgen, wobei grün für den optimalen Zustand "sehr leistungsfähig" und rot für den schlechtesten Ladezustand "eingeschränkt leistungsfähig" . In diesem Fall ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1 ergänzend eine (nicht gezeigte) Anzeigeeinrichtung, beispielsweise in Form von drei verschiedenfarbigen LEDs (grün, gelb, rot) ausgebildet, der das Ergebnis der Einrichtung (7) zur Bewertung des Ladezustands zur Anzeige zugeführt wird. Selbstverständlich können auch andere Anzeige- und/oder Darstellungsarten und - einrichtungen für diese Informationen verwendet werden.
Somit ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Batteriezustandserkennung sowie der zugehörigen Vorrichtung zur Batteriezustandserkennung möglich, abhängig vom Batterieladezustand den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu reduzieren und dennoch zu jedem Zeitpunkt einen ausreichenden Batterieladezustand sicherzustellen.
Zusammenfassend offenbart die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Batteriezustandserkennung. Der Batteriezustand wird durch Messen der Spannung einer Kraftfahrzeugbat- terie beim Startvorgang über einen vorbestimmten Zeitraum, Ermitteln eines minimalen Spannungspegels der Kraftfahrzeugbatterie während des vorbestimmten Zeitraums des Messvorgangs, Bewerten des Ladezustands der Fahrzeugbatterie auf der Grundlage des minimalen Spannungspegels und Steuern des Generators abhängig von der Bewertung des Ladezustands der Kraftfahrzeugbatterie, so dass eine ausreichend Versorgung des Bordnetzes und eine ausreichend Ladung der Fahrzeugbatterie gewährleistet wird und zugleich der Kraftstoffverbrauch und der Emissionsausstoß optimiert wird. Die Ansteuerung des Generators erfolgt abhängig vom ermittelten Ladezustand und optional der Umgebungstemperatur, indem entweder ein Sollwert der Ladespannung auf normalem Ladeniveau, ein Sollwert der Ladespannung zur Motorentlastung, ein Sollwert der Ladespannung auf reduziertes Bordnetzniveau oder ein Sollwert der Ladespannung auf Rekuperationsniveau vorgegeben wird.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Verfahren zur Batteriezustandserkennung für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten
(51) Messen einer Spannung einer Kraftfahrzeugbatterie (5) beim Startvorgang eines Kraftfahrzeugs über einen vorbestimmten Zeitraum,
(52) Ermitteln eines minimalen Spannungspegels der Kraftfahrzeugbatterie (5) während des vorbestimmten Zeitraums des Messvorgangs,
(S3-1 bis S3-3; S3-0 bis S3-3*) Bewerten eines Ladezustands der Kraftfahrzeugbatterie (5) auf der Grundlage des ermittelten minimalen Spannungspegels,
(S4-1 bis S4-3) Steuern eines Generators abhängig von der Bewertung des Ladezustands der Kraftfahrzeugbatterie (5) , so dass eine ausreichende Versorgung des Bordnetzes und eine ausreichende Ladung der Kraftfahrzeugbatterie (5) gewährleistet wird und zugleich der Kraftstoffverbrauch und der Emissionsausstoß optimiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
(S5) das Ergebnis des Bewertens an einen Fahrzeugbenutzer ausgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Bewerten des Ladezustands in Schritt S3-1 bis S3-3 durch eine Zuordnung des minimalen Spannungspegels zu einem von mindestens zwei vorbestimmten Ladezustandsbereichen erfolgt .
4. Verfahren nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass drei vorbestimmte Ladezustandsbereiche (BZ1, BZ2 , BZ3) ausgebildet sind, die durch zwei Schwellenwerte (VI, V2) definiert sind.
5. Verfahren nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die drei vorbestimmten Ladezustandsbereiche die Ladezustände "sehr leistungsfähig" (BZ1) , "leistungsfähig" (BZ2) und "eingeschränkt leistungsfähig" (BZ3) umfassen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ergebnis des Bewertens in Schritt S5 optisch ausgegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ergebnis des Bewertens in Schritt S5 optisch in Form von verschiedenen Farben für die drei Ladezustände "eingeschränkt leistungsfähig" (BZ3) , "leistungsfähig" (BZ2) und "sehr leistungsfähig" (BZ1) erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in Schritt S4-3 dem Generator (4) bei einem Ladezustand "eingeschränkt leistungsfähig" (BZ3) zeitlich unbegrenzt ein Sollwert der Ladespannung auf ein normales Ladeniveau vorgegeben wird, in Schritt S4-2 dem Generator (4) bei einem Ladezustand "leistungsfähig" (BZ2) über einen vorbestimmten Zeitraum ein Sollwert der Ladespannung zur Motorentlastung und anschließend der Sollwert der Ladespannung auf das normale Ladeniveau vorgegeben wird, in Schritt S4-1 dem Generator (4) bei einem Ladezustand "sehr leistungsfähig" (BZ1) über einen vorbestimmten Zeitraum der Sollwert der Ladespannung auf den Wert zur Motorentlastung, anschließend auf ein reduziertes Bordnetzniveau und dann auf ein Rekuperationsniveau vorgegeben wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Steuern des Generators in Schritt S4-1 bis S4-3 abhängig von der Bewertung des Ladezustands der Kraftfahrzeugbatterie (5) und zumindest einem weiteren Parameter in den Schritten S3-0 bis S3-3* erfolgt, um eine ausreichende Ladung der Kraftfahrzeugbatterie (5) zu gewährleisten und zugleich den Kraftstoffverbrauch und den Emissionsausstoß zu optimieren.
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der zumindest eine weitere Parameter die Umgebungstemperatur (T) ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in Schritt S4-3 dem Generator (4) unabhängig vom bewerteten Ladezustand bei einer Temperatur unter einem ersten Temperaturschwellenwert (Tsl) (Schritt S3-0) sowie bei einem Ladezustand "eingeschränkt leistungsfähig" (BZ3) (Schritt S3-3*) unabhängig von der Temperatur zeitlich unbegrenzt ein Sollwert der Ladespannung auf normalen Lade- niveau vorgegeben wird, in Schritt S4-2 dem Generator (4) bei einem Ladezustand "leistungsfähig" (BZ2) (Schritt S3-2*) und einer Temperatur über dem ersten Temperaturschwellenwert (Tsl) (Schritt S3-0) über einen vorbestimmten Zeitraum ein Sollwert der Ladespannung zur Motorentlastung und danach der Sollwert der Ladespannung auf normalen Ladeniveau vorgegeben wird, in Schritt S4-1 dem Generator (4) bei einem Ladezustand "sehr leistungsfähig" (BZ1) (Schritt S3-1*) und einer Temperatur über dem ersten Temperaturschwellenwert (Tsl) (Schritt S3-0) und unter einem zweiten Temperaturschwellenwert (Ts2) (Schritt S3-1*) über einen vorbestimmten Zeitraum der Sollwert der Ladespannung zur Motorentlastung, danach für einen vorbestimmten Zeitraum ein Sollwert der Ladespannung auf reduziertes Bordnetz-Niveau und anschließend ein Sollwert der Ladespannung auf Rekuperationsniveau vorgegeben wird und in Schritt S4-3 dem Generator (4) bei einem Ladezustand "sehr leistungsfähig" (BZ1) und einer Temperatur über dem zweiten Temperaturschwellenwert (Ts2) (Schritt 3-3*) zeitlich unbegrenzt der Sollwert der Ladespannung auf normalem Ladeniveau vorgegeben wird.
12 . Verfahren nach Anspruch 11 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der erste Temperaturschwellenwert (Tsl) 0°C und der zweite Temperaturschwellenwert (Ts2) 25°C beträgt.
13. Vorrichtung zur Batteriezustandserkennung für ein Kraftfahrzeug, mit: einer Einrichtung (8) zur Messung einer Spannung einer Kraftfahrzeugbatterie (5) beim Startvorgang eines Kraftfahrzeugs über einen vorbestimmten Zeitraum, einer Einrichtung (7) zur Ermittlung eines minimalen Pegels der Kraftfahrzeugbatterie (5) während des vorbestimmten Zeitraums des Messvorgangs, einer Einrichtung (7) zur Bewertung eines Ladezustands der Kraftfahrzeugbatterie (5) auf der Grundlage des ermittelten minimalen Spannungspegels und einer Einrichtung (7) zur Steuerung eines Generators (4) abhängig von der Bewertung des Ladezustands der Kraftfahrzeugbatterie (5) , derart dass eine ausreichende Versorgung des Bordnetzes und eine ausreichende Ladung der Kraftfahrzeugbatterie (5) gewährleistet ist und zugleich der Kraftstoffverbrauch und der Emissionsausstoß optimiert ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Anzeigeeinrichtung ausgebildet ist, auf der einem Fahrzeugbenutzer der durch die Einrichtung (7) zur Bewertung des Ladezustands der Kraftfahrzeugbatterie (5) ermittelte Ladezustand in für jeden Ladezustand verschiedenen Farben angezeigt wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Einrichtung (7) zur Steuerung des Generators (4)
- dem Generator (4) bei einem Ladezustand "eingeschränkt leistungsfähig" (BZ3) zeitlich unbegrenzt einen Sollwert der Ladespannung auf ein normales Ladeniveau vorgibt,
- dem Generator (4) bei einem Ladezustand "leistungsfähig" (BZ2) über einen vorbestimmten Zeitraum einen Sollwert der
Ladespannung zur Motorentlastung und anschließend den Sollwert der Ladespannung auf das normale Ladeniveau vorgibt,
- dem Generator (4) bei einem Ladezustand "sehr leistungsfähig" (BZ1) über einen vorbestimmten Zeitraum den Sollwert der Ladespannung auf den Wert zur Motorentlastung, anschließend auf ein reduziertes Bordnetzniveau und dann auf ein Rekuperationsniveau vorgibt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzlich eine Einrichtung (9) zur Messung der Umgebungstemperatur ausgebildet ist, deren Messergebnis von der Einrichtung (7) zur Steuerung des Generators (4) zusätzlich zum Ergebnis der Bewertung des Ladezustands berücksichtigt wird.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Einrichtung (7) zur Steuerung des Generators
- dem Generator unabhängig vom bewerteten Ladezustand bei einer Temperatur unter einem ersten Temperaturschwellenwert (Tsl) sowie bei einem Ladezustand "eingeschränkt leistungsfähig" (BZ3) unabhängig von der Temperatur zeitlich unbegrenzt einen Sollwert der Ladespannung auf normalen Ladeniveau vorgibt,
- dem Generator bei einem Ladezustand "leistungsfähig" (BZ2) und einer Temperatur über dem ersten Temperaturschwellenwert (Tsl) über einen vorbestimmten Zeitraum einen Sollwert der Ladespannung zur Motorentlastung und danach den Sollwert der Ladespannung auf normalen Ladeniveau vorgibt,
- dem Generator bei einem Ladezustand "sehr leistungsfähig" (BZ1) und einer Temperatur über dem ersten Temperaturschwellenwert (Tsl) und unter einem zweiten Temperaturschwellenwert (Ts2) über einen vorbestimmten Zeitraum den Sollwert der Ladespannung zur Motorentlastung, danach für einen vorbestimmten Zeitraum einen Sollwert der Ladespannung auf reduziertes Bordnetz-Niveau und anschließend einen Sollwert der Ladespannung auf Rekuperationsniveau vorgibt und
- dem Generator bei einem Ladezustand "sehr leistungsfähig" (BZ1) und einer Temperatur über dem zweiten Temperaturschwellenwert (Ts2) zeitlich unbegrenzt den Sollwert der Ladespannung auf normalem Ladeniveau vorgibt.
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