DE10036341A1

DE10036341A1 - Elektronische Einheit zur Erkennung des Ladezustands und/oder des Verschleißes einer Kraftfahrzeugbatterie

Info

Publication number: DE10036341A1
Application number: DE10036341A
Authority: DE
Inventors: Florian Traub
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2002-02-07
Also published as: EP1303765A1; US6696842B2; JP2004504973A; JP4724352B2; WO2002008777A1; US20030076108A1

Abstract

Bei einer elektronischen Einheit zur Erkennung des Ladezustands und/oder des Verschleißes einer Kraftfahrzeugbatterie mit Mitteln zur Erfassung der Batteriespannung weist die Einheit weiterhin Mittel zur Erfassung der Brennkraftmaschinendrehzahl und Mittel zur Auswertung der Batteriespannung in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschinendrehzahl während des Startvorganges im Hinblick auf den Ladezustand und/oder den Verschleiß der Kraftfahrzeugbatterie auf.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Einheit und ein Verfahren zur Erkennung des Ladezustands und/oder des Verschleißes einer Kraft fahrzeugbatterie nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind bereits viele Verfahren zur Ermittlung des Ladezustands und/oder des Verschleißes einer Kraftfahrzeugbatterie bekannt. Beispielsweise in der DE 37 12 629 A1 oder in der DE 43 41 826 A1 wird vorgeschlagen, den Batteriezustand aus dem durch den Starterstrom verursachten Spannungs einbruch abzuleiten. Dazu wird vorgeschlagen, den Batteriestrom zu mes sen. Aus der DE 198 31 723 A1 und der DE 44 06 193 A1 ist es bekannt, den Batteriezustand aus dem durch den Starterstrom verursachten Span nungseinbruch abzuleiten, ohne den Batteriestrom zu messen. Hierbei wird insbesondere nur die Batteriespannung und die Batterie- oder Brennkraft maschinentemperatur berücksichtigt. Weiterhin ist eine Ladezustandsbe stimmung durch Ruhespannungsmessung bekannt.

Alle Verfahren mit einer Batteriestrommessung sind relativ genau. Da jedoch der Batteriestrom, insbesondere bei großen Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, mehr als 1000 A betragen kann, sind sehr aufwendige und teure Meßvorrichtungen erforderlich, die zudem eine hohe zeitliche Auflösung er möglichen müssen. Die Genauigkeit der Verfahren ohne Batteriestrommes sung ist sehr gering.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Erkennung des Ladezustands und/oder des Verschleißes einer Kraftfahr zeugbatterie eingangs genannter Art im Hinblick auf die Kosten und die Ge nauigkeit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 4 vor richtungsmäßig bzw. verfahrensmäßig gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Batteriespannung bzw. der Batteriespannungseinbruch während eines Startvorganges insbesondere vom Schleppmoment der Brennkraftmaschine abhängt. Das Schleppmoment und damit der Anlasser-, bzw. Batteriestrom unterliegt dabei Einflüssen durch Temperatur und Fertigungstoleranzen, aber auch Veränderungen durch Verschleiß, Ausstattungsvarianten oder unzulänglicher Wartung. All diese Größen gehen, wie sich empirisch herausgestellt hat, ähnlich wie in den Batteriestrom auch in die Brennkraftmaschinendrehzahl ein.

Erfindungsgemäß findet insbesondere eine Auswertung der Batteriespan nung in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschinendrehzahl während des Startvorganges im Hinblick auf den Ladezustand und/oder den Verschleiß der Kraftfahrzeugbatterie statt. Die Brennkraftmaschinendrehzahl kann bei spielsweise über einen Daten-Bus (z. B. CAN-Bus), der ein Brennkraftma schinensteuergerät mit der elektronischen Einheit verbindet, digital übermit telt werden. Die elektronische Einheit kann aber auch Teil eines Brennkraft maschinensteuergeräts oder eines anderen Steuergeräts sein, das ohnehin die Brennkraftmaschinendrehzahl selbst erfasst und auswertet. In der elektronischen Einheit kann beispielsweise eine Tabelle, eine Kennlinie oder ein Kennfeld abgespeichert sein, die drehzahlabhängigen Batteriespan nungswerten einen Ladezustands- und/oder Verschleiß-Wert zuordnen. Da bei kann beispielsweise auch die Batterietemperatur berücksichtigt werden. In jedem Fall wird jedoch keine Strommessung durchgeführt. Der Strom als solcher muss daher bei dieser Erfindung nicht gemessen werden. Dennoch wird durch die Berücksichtigung der Brennkraftmaschinendrehzahl eine hohe Genauigkeit erreicht, da sich die Brennkraftmaschinendrehzahl, wie sich empirisch herausgestellt hat, hinreichend genau proportional zum vom Star ter (Anlasser) aufgenommenen Strom verhält.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird eine vorzugsweise variable Span nungsschwelle in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschinendrehzahl vor gegeben. Schlechter Ladezustand und/oder hoher Verschleiß der Kraftfahr zeugbatterie wird erkannt, wenn die Batteriespannung innerhalb eines vor gegebenen Zeitfensters, vorzugsweise zu einem definierten Zeitpunkt, un terhalb dieser Spannungsschwelle liegt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird auch der Ladezustand durch eine Ruhespannungsmessung vor einem Startvorgang erfasst, um mit der Auswertung dieser Größe zwischen einem schlechten Ladezustand und einem hohen Verschleiß unterscheiden zu können, wenn die Batteriespan nung während des Startvorganges unterhalb der vorgegebenen Spannungs schwelle liegt. Schlechter Ladezustand wird erkannt, wenn zuvor eine defi nierte Ruhespannungsschwelle unterschritten wurde. Hoher Verschleiß wird erkannt, wenn zuvor die definierte Ruhespannungsschwelle überschritten wurde.

Mit der Erfindung kann auf eine aufwendige und teure Messung des Batte riestromes bzw. des vom Anlasser während des Startvorganges aufgenommenen Stromes verzichtet werden. Gegenüber allen bekannten Verfahren ohne Batteriestrommessung kann eine deutlich verbesserte Genauigkeit er zielt werden. Es wird eine automatische Anpassung des Verfahrens an un terschiedliche Ausstattungsvarianten eines Fahrzeuges, die auf das Schleppmoment der Brennkraftmaschine Auswirkungen haben (Automatik getriebe, Klimaanlage, Brennkraftmaschinenart), erreicht. Auf ein beispiels weise in der DE 197 50 309 dargestelltes Adaptionsverfahren kann daher verzichtet werden, da diese Auswirkungen alle in den Verlauf der Brenn kraftmaschinendrehzahl eingehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorgabe einer von der Brennkraftmaschinendrehzahl abhängige variable Spannungs schwelle für die Batteriespannung und

Fig. 2 die Messung der Batteriespannung zu einem vorgegebenen Zeit punkt.

In Fig. 1 ist auf der Abszisse die Brennkraftmaschinendrehzahl n und auf der Ordinate die Batteriespannung U_Batt aufgetragen. In Fig. 1 ist mittels der durchgezogenen Linie der empirisch ermittelte Zusammenhang zwischen der zu einem bestimmten Zeitpunkt (z. B. t_m) während vieler Startvorgänge ge messenen Batteriespannung U_Batt und der zeitgleich erfassten Brennkraftma schinendrehzahl n für eine intakte Kraftfahrzeugbatterie dargestellt. Ein der artiger Verlauf ist beispielsweise als Optimal-Kennlinie in der elektronischen Einheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens abgespei chert. Dieser Zusammenhang könnte auch unter zusätzlicher Berücksichti gung der Batterietemperatur als Kennfeld abgelegt sein. Die gestrichelte Li nie zeigt die entsprechende Vorgabe einer von der Brennkraftmaschinendrehzahl n abhängige Spannungsschwelle S = f(n) in Form eines Toleranz bandes. Oberhalb der Schwelle S kann die Kraftfahrzeugbatterie noch als intakt bezeichnet werden. Ein drehzahlabhängiger Batteriespannungswert U_Batt unterhalb der Schwelle S weist auf einen schlechten Ladezustand oder einen hohen Verschleiß hin.

In Fig. 2 ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate zum einen die Batteriespannung U_Batt und zum anderen der Brennkraftmaschinenendreh zahl-Wert n* aufgetragen. Der Brennkraftmaschinenendrehzahl-Wert n* ent spricht dem vom Daten-Bus übertragenen digitalen und ggf. geglätteten Wert der gemessenen Brennkraftmaschinendrehzahl n. Fig. 2 zeigt sowohl den Verlauf der Batteriespannung U_Batt als auch den Verlauf der Brennkraftma schinendrehzahl n in Form der Werte n*, insbesondere während des Start vorganges. Zum Zeitpunkt t₁ wird der Anlasser gestartet, zum Zeitpunkt t₂ beginnt die Brennkraftmaschinendrehzahl n bzw. n* erfassbar ausgehend von Null [1/min] anzusteigen und zum Zeitpunkt t₃ beginnt die Brennkraftma schine aus eigener Kraft hochzulaufen. Innerhalb des Zeitfensters von t₂ bis t₃, hier zum Zeitpunkt t_m, wird die Batteriespannung U_Batt und zeitgleich die Brennkraftmaschinendrehzahl n bzw. n* erfasst. Der Zeitpunkt t_m kann durch eine feste Zeitspanne nach dem Zeitpunkt t₂ vorgegeben werden.

Zum Zeitpunkt t_m ergibt sich für die Batteriespannung U_Batt der Wert U₁, für die Brennkraftmaschinendrehzahl n* der Wert n1. Mit diesem Werte-Paar U₁, n1 wird ein Vergleich mit der Schwelle S in Fig. 1 vorgenommen. Da sich die Batteriespannung U₁ für den Brennkraftmaschinendrehzahlwert n1 unterhalb der Spannungsschwelle S = f(n) befindet, liegt entweder ein schlechter Lade zustand oder ein hoher Verschleiß vor. Ist der Ladezustand der Batterie vor dem Startvorgang auf Basis einer Ruhespannungsmessung bekannt, lässt sich unterscheiden, ob die Batteriespannung während des Startvorganges aufgrund ihres Verschleißes zu gering war oder ob ihr Ladzustand unzurei chend war (hier nicht dargestellt). Auf schlechten Ladezustand wird beispielsweise geschlossen, wenn zuvor eine definierte Ruhespannungs schwelle unterschritten wurde. Auf hohen Verschleiß wird geschlossen, wenn zuvor die definierte Ruhespannungsschwelle überschritten wurde.

Claims

1. Elektronische Einheit zur Erkennung des Ladezustands und/oder des Verschleißes einer Kraftfahrzeugbatterie mit Mitteln zur Erfassung der Batteriespannung, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit weiterhin Mittei zur Erfassung der Brennkraftmaschinendrehzahl (n) und Mittel zur Auswertung der Batteriespannung (U_Batt) in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschinendrehzahl (n) während des Startvorganges im Hin blick auf den Ladezustand und/oder den Verschleiß der Kraftfahrzeug batterie aufweist.

2. Elektronische Einheit nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit Mittel zur Vorgabe einer Spannungsschwelle (S = f(n)) in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschinendrehzahl (n) aufweist und dass die elektronische Einheit auf einen schlechten Ladezustand und/oder einen hohen Verschleiß der Kraftfahrzeugbatterie schließt, wenn die Batteriespannung (U_Batt; U₁) innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters (t₂ bis t₃) unterhalb dieser Spannungsschwelle (S) liegt.

3. Elektronische Einheit nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit weiterhin Mittel zur Erfassung der Ruhespannung vor einem Startvorgang aufweist, und dass die Einheit auf einen schlechten Ladezustand schließt, wenn die Batteriespannung (U_Batt) während des Startvorganges unterhalb der vorgegebenen Spannungsschwelle (S) liegt, nachdem zuvor eine definierte Ruhespannungsschwelle unter schritten wurde, und dass die Einheit auf einen hohen Verschleiß schließt, wenn die Batteriespannung (U_Batt) während des Startvor ganges unterhalb der vorgegebenen Spannungsschwelle (S) liegt, nachdem zuvor die definierte Ruhespannungsschwelle überschritten wurde.

4. Verfahren zur Erkennung des Ladezustands und/oder des Verschleißes einer Kraftfahrzeugbatterie mittels einer elektronischen Einheit nach ei nem der Patentansprüche 1 bis 3.