DE102004000035A1 - Diagnoseverfahren zur Bestimmung des Alterungszustandes eines Kondensators - Google Patents

Abstract

Mit einem Diagnoseverfahren zur Bestimmung des Alterungszustandes mindestens eines Fahrzeugkondensators (SC) zur Speicherung elektrischer Energie durch mindestens einen Entladungsvorgang wird eine zuverlässige Fehlermeldung möglich. Dies wird dadurch erreicht, daß mehrere alterungsabhängige Parameter des Kondensators durch verschiedene Entladungsvorgänge gemessen werden, wobei jeder Parameter einem Wert eines Bauteiles (C, ESC, Rdisch) eines Ersatzschaltbildes des Kondensators (SC) zugeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. In Fahrzeugen werden sogenannte Superkondensatoren zur Verbesserung der Stromversorgung eingesetzt. Derartige Kondensatoren sind auch als Doppelschicht-Kondensatoren (double-layer-Kondensatoren) oder Ultrakondensatoren bekannt, wie in der Druckschrift DE 198 59 036 A1 oder der DE 102 30 384 A1 erläutert ist. Durch einen zusätzlich zur Fahrzeugbatterie parallel geschalteten Superkondensator wird die Stromversorgung des Fahrzeuges erheblich verbessert. Bei einem Energieüberschuß wird der Superkondensator automatisch durch den Generator (Lichtmaschine) des Fahrzeuges aufgeladen. Insbesondere bei Spitzenlastbedarf stellt der Kondensator seine gespeicherte elektrische Energie zusätzlich zur Batterieenergie dem Bordnetz zur Verfügung. Dadurch wird beispielsweise die Versorgung eines Anlassers stark verbessert. Aber auch andere Einrichtungen profitieren von der Superkondensatorversorgung, wie beispielsweise elektrische Bremssysteme, Servolenksysteme und dergleichen. Derartige Kondensatoren unterliegen Alterungsprozessen, die von elektrischen, mechanischen und Umgebungseinflüssen abhängig sind. Auch Vibrationen, Stöße, Korrosionsprozesse und ähnliches beeinflußen den Alterungsprozeß. So kann nicht genau vorhergesagt werden nach welcher Zeit eine definierte Alterung erreicht ist bzw. welche Lebenserwartung ein Superkondensator hat. Aus der DE 197 09 234 A1 ist ein Diagnoseverfahren zur Diagnose eines Elektrolytkondensators zur Versorgung eines Airbag-Systems bekannt. Dort wird offenbart, daß eine Verschlechterung der Kapazität des Elektrolytkondensators dazu führt, daß seine vorbestimmte Versorgungsspannung abnimmt, was es den Elektrolytkondensator unmöglich macht, als Reservestromversorgung für das Airbag-System zu dienen. Hierbei wird eine Gehäusespannung des Kondensators gegenüber Masse bzw. dem Minuspol gemessen und mit einer Teilspannung eines ohmschen Spannungsteilers, der zwischen Plus und Minuspol liegt, verglichen. Weiterhin wird ein Ersatzschaltbild eines Elektrolytkondensators zugrundegelegt, das aus zwei in Reihe geschalteten Kapazitäten Ca, Cc besteht. Eine Kapazität entwickelt sich an einer positiven Folie des Kondensators während die andere Kapazität sich an einer negativen Folie des Elektrolytkondensators entwickelt. Parallel zu diesen Kapazitäten sind zwei interne Parallelwiderstände Ra, Rc berücksichtigt. Der interne Widerstand Ra hängt vom Dielektrikum, d.h. von dem durch chemische Behandlung bzw. Einwirkung auf der Folie bzw. dem Blättchen gebildeten Oxidfilm, ab und ist deshalb hoch, während der interne Widerstand Rc von dem Dielektrikum, d.h. von dem durch natürliche Oxidation gebildeten Oxidfilm, abhängt und dadurch relativ niedrig ist. Die Diagnose beschränkt sich darauf festzustellen, ob bei einer Schaltung zwischen dem positiven (oder dem negativen) Pol der Batterie und den Schaltungselementen eines Airbagsystems unterbrochene Leitungen (Kabel oder Drähte) vorliegen oder nicht, wobei diese Überprüfung sogar in einem Zustand durchgeführt werden kann, in dem der als Reservekondensator dienende Elektrolytkondensator mit der Batterie verbunden ist. Weiterhin wird bezweckt, daß es möglich sein soll, dies festzustellen, unabhängig davon, ob der Kondensator aufgeladen oder entladen ist. Ein Alterungszustand wird jedoch nicht diagnostiziert. Eine andere Druckschrift, nämlich die DE 100 30 389 C2 , stellt eine Schaltungsanordnung vor, die einen Zündkondesator eines Insassenschutzmittels dadurch mißt, daß der Kondensator zunächst bis zu einer ersten Spannung aufgeladen wird und anschließend bis zu einer gegenüber der ersten Spannung kleineren zweiten Spannung entladen wird. Hierbei wird eine exponentiell abfallende Abklingkurve der Kondensatorspannung zugrundegelegt. Eine Berechnung der Kapazität ist daher kompliziert. Zur zuverlässigen Ermittlung der Lebensdauer eines Superkondensators ist dieses Verfahren nur bedingt geeignet. Aus der JP 200 322 490 A werden ein interner Reihenwiderstand sowie eine Kapazität eines Fahrzeugkondensators durch einen im Ladepfad liegenden Präzisionswiderstand während eines Ladevorgangs gemessen. Aus den gemessenen Werten infolge des internen Widerstandes und der Kapazität wird eine Aussage über den Zustand des Kondensators möglich. Der Wert muß innerhalb eines Toleranzbereiches liegen. Im Prinzip wird jedoch nur eine Ladezeitkonstante gemessen. Eine differenzierte Aussage über den Zustand des internen Widerstandes oder der Kapazität ist mit dieser Messung nicht möglich.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Diagnoseverfahren zur Bestimmung des Alterungszustandes eines mindestens Kondensators zur Speicherung elektrischer Energie, insbesondere in Fahrzeugen, anzugeben, das insbesondere bei einem Superkondensator eine genaue und zuverlässige Diagnose erlaubt.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mehrere alterungsabhängige Parameter des Kondensators durch verschiedene Entladungsvorgänge gemessen werden, wobei jeder Parameter einem Wert eines Bauteiles eines Ersatzschaltbildes zugeordnet ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der Alterungsprozeß sowohl die Kapazität als auch den internen Reihenwiderstand und den Parallelwiderstand eines Ersatzschaltbildes durch elektrische, mechanische und Umgebungseinflüsse, z. B. Vibrationen und Stöße, mit der Zeit beeinflußt. Während insbesondere bei der Kapazität bereits ein Wert von etwa 80% des ursprünglichen Zustandes als Grenzwert angesehen wird, muß bevorzugterweise der Reihenwiderstand des Ersatzschaltbildes seinen Wert verdoppeln und/oder der Parallelwiderstand des Ersatzschaltbildes seinen Wert halbieren. Wenn nur eines der gemessenen Werte einen Grenzwert erreicht, so ist dies ein sicheres Anzeichen, daß der Kondensator als ganzes seinen Alterungsgrenzwert erreicht hat. Erfindungsgemäß werden mindestens zwei Werte durch verschiedene Entladungsvorgänge gemessen. Gemessen werden kann der Kapazitätswert, der Reihenwiderstandswert und der Parallelwiderstandswert. Vorzugsweise werden drei Werte durch drei verschiedene Entladungsvorgänge gemessen. Während es nach dem Stand der Technik gar nicht möglich ist, eine differenzierte Aussage über die Kapazität, den internen Parallelwiderstand und den internen Reihenwiderstand zu machen, werden durch speziell auf diese Bauteile des Ersatzschaltbildes gerichtete Messungen deren Werte genau festgestellt. Nach dem Stand der Technik wird entweder nur die Kapazität durch einen Entladungsvorgang gemessen ( DE 100 30 389 C2 ) oder nur die Ladezeitkonstante R·C festgestellt ( JP 200 322 490 A ), da nur eine einzige Messung erfolgt. Durch verschiedene erfindungsgemäße Messungen dagegen wird die Diagnose erheblich verbessert. Grundsätzlich läßt sich dieses Verfahren nicht nur auf einen Superkondensator zur Bordnetzversorgung anwenden. Auch die Alterung von anderen Kondensatoren, beispielsweise zur Airbag-Auslösung, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmen. Bevorzugterweise ist dieses Verfahren sehr günstig zur Diagnose eines Superkondensators, der an einer Fahrzeugbatterie während seiner Funktion parallelgeschaltet ist, sowie wenn der Kondensator zur Bordnetz-Stromversorgung vorgesehen ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens ist vorgesehen, daß eines der zu messenden Parameter die Kapazität des Kondensators ist, wobei die Kapazität aus einer zeitlich gemessenen Spannungsdifferenz und aus einem gemessenen annähernd konstanten Entladungsstrom bestimmt wird, die dadurch entstehen, daß der Kondensator in einer definierten Zeit mit einem Lastwiderstand belastet wird. Bei dieser Methode wird der Kondensator über eine Zeit von insbesondere etwa 0,1 Sekunden – 10 Sekunden, beispielsweise 2 Sekunden, mit einem bekannten, annähernd konstanten Strom Isc entladen. Insbesondere ist die Last ein Heizelement, bevorzugterweise eine Heizheckscheibe. Wenn U1 die Kondensatorspannung vor der Entladung ist und U2 nach der Entladung ist, dann läßt sich die Kapazität in einfacher Weise aus C = Isc·T/(U1 U2) kalkulieren. Ein Entladungsstrom von mehreren Ampere, beispielsweise 2 20 Ampere, ist vorteilhaft, um eine kurze Messung zu ermöglichen. Diese Entladungszeit T ist günstig, da einerseits der Kondensator nicht zu stark entladen wird und noch anschließend funktionsfähig ist und andererseits eine deutliche meßbare Spannungsabsenkung erreicht wird, die eine relativ genaue Kapazitätsbestimmung erlaubt. Als Grenzwert wird ein Wert C = Cnonimal x% gewählt, wobei x bevorzugterweise etwa 10 30 %, insbesondere etwa 20 %, ist. Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gegeben, wenn eines der zu messenden Parameter ein interner Reihenwiderstand des Kondensators ist, wobei ein derart kurzer Belastungsimpuls erfolgt, so daß der Reihenwiderstand aus einer Spannungsänderung am Kondensator und einem Entladungsstrom berechenbar ist. Wenn nämlich der Kondensator nur kurzzeitig bzw. impulsartig, insbesondere im Millisekundenbereich, vorzugsweise 0,1 ms 10 ms belastet wird, dann fällt an dem relativ geringen Reihenwiderstand, der einen Kurzschlußstrom begrenzen würde, eine Spannung ab. Dieser Spannungsabfall macht sich bei der Messung der Kapazitätsspannung bemerkbar, wenn der Kondensator beispielsweise mit einem Heizelement (2 20 A), insbesondere der Heckscheibenheizung impulsartig belastet wird. Hierbei ist es wichtig, daß der Kondensator kaum entladen wird. Aus der Kondensatorspannung vor dem Belastungsimpuls (Leerlaufspannung) und der Kondensatorspannung während des Impulses läßt sich in einfacher Weise die Spannung am Reihenwiderstand berechnen. Ist der Strom vor dem Impuls Null gewesen, dann beträgt der Reihenwiderstand ESR = UESR/Ics bzw. DU/DI. Eine zuverlässige Aussage über das Erreichen des Lebensdauerendes des Kondensators ergibt sich, wenn der interne Reihenwiderstand des Kondensators als Grenzwert etwa den 1,5 bis 3-fachen Wert erreicht hat, beispielsweise mindestens auf etwa das Doppelte des ursprünglichen Zustandes angestiegen ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß eines der zu messenden Parameter ein interner Parallelwiderstand des Kondensators ist, wobei der Parallelwiderstand über eine Spannungsabsenkung am Kondensator infolge einer Selbstentladung ermittelt wird. Wird der Kondensator über eine längere Zeit nicht extern belastet, dann sinkt die Kondensatorspannung infolge der Selbstentladung bzw. des internen Parallelwiderstandes. Durch diese Spannungsabsenkung ist eine Ermittlung des Parallelwiderstandes möglich. Aus der Spannungsdifferenz läßt sich anhand einer in einem Speichermittel gespeicherten Wertetabelle der Parallelwiderstand in einfacher Weise feststellen. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung sowie weitere Vorteile derselben werden in der Figurenbeschreibung erläutert.
• Es zeigen:
• 1 ein Ersatzschaltbild eines Superkondensators, 2 ein Schaltbild einer ersten Bordnetz-Versorgung in einem Fahrzeug, 3 ein Schaltbild einer alternativen Bordnetz-Versorgung in einem Fahrzeug, 4 ein Schaltbild einer Bordnetz-Versorgung mit einer Generator-Anlasser-Maschine, 5 eine Reihenschaltung von mehreren Superkondensatoren bzw. Zellen, 6 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Messung einer Kapazität,7 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Messung eines internen Reihenwiderstandes, 8 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Messung eines internen Parallelwiderstandes bzw. einer Selbstentladung, und 9 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Messung einer Spannungs-Asymmetrie, 1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines zu diagnostizierenden Superkondensators SC (Doppelschichtkondensator). Der Kondensator SC umfaßt eine Kapazität C, einen internen Parallelwiderstand Rdisch, der eine Selbstentladung verursacht, und einen Reihenwiderstand ESR. Der Superkondensator ist bestens als Energiepuffer in Fahrzeugen geeignet, weil er eine relativ hohe Lebensdauer bei vielen Ladezyklen und eine gute Speicherwirkung besitzt. Die Lebensdauer eines solchen Superkondensators SC hängt von mechanischen Einflüssen ab. Insbesondere wirken sich Vibrationen und mechanische Stöße auf sie aus. Auch elektrische und Umgebungseinflüsse verändern die Lebensdauer. Ebenfalls sind Korrosionsprozesse sowie ein Verdampfen eines Elektrolyts relevant. Die Lebensdauer ist auch abhängig von der Temperatur. Je höher die Temperatur ist, desto kürzer ist die Lebensdauer. Ursache ist eine veränderte chemische Reaktion im Kondensator. Auch hat die Zellenspannung einen Einfluß auf die Lebensdauer. Bei hoher Zellenspannung ist die Lebensdauer kürzer. 2 veranschaulicht eine vereinfachte Schaltung mit einem derartigen Superkondensator SC in einem Fahrzeug bei einer üblichen 14 Volt Versorgung. Der Superkondensator SC ist parallel zu dem Bordnetz des Fahrzeuges geschaltet. Ein Schalter S, der mit dem Zündschloß in Wirkverbindung steht, trennt den Kondensator SC von der Batterie B bei Bedarf. Durch Betätigen des Schalters S können Spannungseinbrüche während der Anlaßphase verhindert werden. An der Batterie ist ein Generator G (Lichtmaschine) und ein Anlasser angeschlossen. Weiterhin ist eine an dem Kondensator zuschaltbare Last durch RL dargestellt, wobei RL zur Messung der Kapazität C, des Reihenwiderstandes ESC und des Parallelwiderstandes Rdisch vorgesehen ist. 3 zeigt ein Schaltbild, bei dem die Batterie durch den Superkondensator SC ersetzt wird. Der Superkondensator SC kann somit den einzigen Energiepuffer darstellen. 4 zeigt eine andere Anwendung des Kondensators SC, bei dem eine kombinierte Starter-Generator-Maschine ISG vorhanden ist. Der Kondensator SC ist parallel zur elektrischen Maschine ISG geschaltet. Hierbei arbeiten die Maschine ISC und der Superkondensator mit einer anderen Spannung als die Batterie B, die höher als 14 Volt sein kann. Eine zwischen der Batterie B und dem Superkondensator geschaltete Leistungselektronik P/E, zum Beispiel ein DC/DC-Wandler steuert den Energiefluß zwischen den beiden Energiespeichern. Weil die zulässige Spannung eines Superkondensators relativ klein ist, müssen mehrere Kondensatorzellen C1, C2, Cn in Reihe geschaltet werden, um eine Bordnetzspannung zu erreichen, wie 5 zeigt. Hierbei werden die Kondensatorzellen als ein Kondensator SC betrachtet, der durch das Ersatzschaltbild gemäß 1 wiedergegeben wird. Jede Zelle hat eine maximale Spannung von etwa 2,2 Volt 2,7 Volt. Der Alterungszustand des Superkondensators wird durch Entladungsvorgänge festgestellt. Erfindungsgemäß werden mehrere alterungsabhängige Parameter des Kondensators durch verschiedene Entladungsvorgänge gemessen, wobei jeder Parameter einem Wert eines Bauteiles des Ersatzschaltbildes gemäß 1 zugeordnet ist. Ein erster Parameter ist der Kapazitätswert des Kondensators SC. Ein anderer Parameter ist der Reihenwiderstandswert des Reihenwiderstandes ESR und ein anderer Parameter ist der Wert des Parallelwiderstandes Rdisch. Mindestens werden zwei dieser Parameter gemessen, vorzugsweise jedoch alle drei Parameter. Messung der Kapazität C Eines der zu messenden Parameter ist die Kapazität C des Kondensators SC. Die Kapazität C wird aus einer zeitlich gemessenen Spannungsdifferenz U1 U2 und aus einem gemessenen annähernd konstanten Entladungsstrom Isc bestimmt. Beide entstehen, wenn der Kondensator in einer definierten Zeit T mit einem Lastwiderstand belastet wird. U1 ist die Spannung bei Beginn der Messung, wenn der Kondensator mit dem Strom Isc entladen wird. U2 ist die Spannung nach dem Entladungsvorgang. Durch eine Entladung des Kondensators ist U2 kleiner als U1. Der Strom Isc wird in vereinfachter Weise als konstant angesehen, was eine Berechnung vereinfacht. Die Entladungsszeit T liegt vorzugsweise im Sekundenbereich, beispielsweise beträgt sie 2 Sekunden. Die Entladung des Kondensators SC kann durch einen an dem Bordnetz bereits angeschlossenen Verbraucher, beispielsweise eine Heckscheibenheizung (RL), erfolgen. Um zu erreichen, daß der Kondensatorstrom Isc etwa konstant ist, muß die Spannungsdifferenz U1 U2 klein sein, vorzugsweise beträgt sie nur 1 10% der Spannung Usc, die der Kondensator SC vor dem Entladevorgang hat. Ein Erreichen des Lebensdauerendes wird vorzugsweise angezeigt, wenn die Kapazität des Kondensators um mindestens etwa 20% des Nennwertes reduziert ist (C = Cnominal x%, x = 20%). Das in 6 gezeigte Flußdiagramm veranschaulicht eine mögliche Messung der Kapazität C. Hierbei müssen das Fahrzeug im Stillstand, der Motor aus und der Zündschlüssel ebenfalls aus sein. Der Schalter S (vgl. 2) muß geöffnet sein. Messung des internen Reihenwiderstandes ESR Eines der zu messenden Parameter kann der interne Reihenwiderstand ESR des Kondensators SC sein. Hierbei ist es wichtig, daß ein derart kurzer Belastungsimpuls erfolgt, so daß der Reihenwiderstand aus einer Spannungsänderung DU am Kondensator SC und einem Entladungsstrom DI berechenbar ist. Durch den Entladungsstrom fällt an dem Reihenwiderstand eine Spannung an, die an den Kondensatoranschlüssen fehlt. Dadurch läßt sich dieser Widerstandswert errechnen. Die Spannung DU ist die Differenz aus der Spannung vor der Belastung mit der Last RL und der Spannung am Kondensator bei Belastung mit RL. Die Dauer des Belastungsimpulses erfolgt insbesondere im Millisekunden-Bereich, beispielsweise beträgt sie nur wenige Millisekunden, damit der Kondensator möglichst wenig entladen wird. Ein Erreichen des Lebensdauerendes wird bevorzugterweise angezeigt, wenn der interne Reihenwiderstand des Kondensators um mindestens etwa das Doppelte des ursprünglichen bzw. neuen Zustandes angestiegen ist (ESR = ESRnominal + x%, x = 100%). Wie diese Messung erfolgen kann, zeigt 7. Während der Messung muß der Motor aus sein und der Kondensator SC von der Batterie B abgekoppelt sein (Schalter S geöffnet). Der Widerstand wird in einfacher Weise anhand der Formel ESR = U1 U2/Isc berechnet, wobei U1 U2 in diesem Fall der Spannungsabfall an ESR ist. Messung des internen Parallelwiderstandes Rdisch Eines der zu messenden Parameter kann der interne Parallelwiderstand Rdisch des Superkondensators SC sein. Der Parallelwiderstand Rdisch wird über eine Spannungsabsenkung am Kondensator infolge einer Selbstentladung ermittelt. Diese Messung ist als Langzeitmessung vorgesehen. Auch wenn am Kondensator SC keine externe Last eingeschaltet ist, sinkt die Kondensatorspannung aufgrund der Selbstentladung durch Rdisch. Die Selbstentladung wird insbesondere im Stundenbereich erfaßt. 8 veranschaulicht die Ermittlung des Selbstentladungswiderstandes Rdisch. Vorzugsweise wird die Messung der Kondensatorspannung bzw. der Selbstentladung frühestens nach einer halben Stunde, vorzugsweise etwa einer Stunde, nach einem Fahrzeugstillstand begonnen. Dies ist günstig, damit sich sonstige Ruheströme einpendeln können. Die Spannungsabsenkung nach einer Zeit von 10 Stunden nach Beginn der ersten Spannung U1 (nach einer Stunde) wird mit einem Grenzwert verglichen, wobei U2 die Spannung nach 10 Stunden ist. Ein Erreichen des Lebensdauerendes wird angezeigt, wenn der interne Parallelwiderstand des Ersatzschaltbildes des Kondensators auf mindestens etwa die Hälfte abgesunken ist bzw. die Spannungsdifferenz U1 U2 einen entsprechenden Grenzwert erreicht hat. Da im Ruhezustand bestimmte Ruheströme fließen, die durch beispielsweise eine Uhr, ein Radio oder eine Steuerelektronik verursacht werden, muß die Messung entsprechend korrigiert werden, so daß der Entladungswiderstand Rdisch kalkulierbar ist. Hierzu können entweder die Ruheströme direkt gemessen werden oder alternativ kann der Kondensator aber auch vollständig vom Bordnetz entkoppelt werden, so daß keine Ruheströme eine Messung verfälschen. Ein weiteres Kriterium für einen Alterungsprozeß des Kondensators SC kann eine Veränderung einer Spannungssymmetrie von in Reihe geschalteten Kondensatorzellen C1, C2 Cn (5) sein. Wie 9 zeigt, wird die Spannung am Mittenabgriff U1 gemessen und mit der Gesamtspannung U2 verglichen. Das Verhältnis U2/U1 beträgt beispielsweise im Sollzustand 2. Weicht dieser Wert vom Sollzustand ab, wird ebenfalls eine Fehlermeldung angezeigt. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Mikroprozessor mit entsprechenden Meßmitteln dienen, der einen Ablauf nach einen oder mehreren der oben genannten Messungen steuert bzw. berechnet. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß nicht nur eine Kapazitätsveränderung festgestellt wird, sondern auch mindestens ein interner Widerstand gemessen wird. Auch unterscheidet sich die beschriebene Lösung vom Stand der Technik dadurch, daß überhaupt ein interner Widerstand ESR bzw. Rdisch eines Fahrzeugkondensators gemessen wird. Die obigen Meßverfahren lassen sich auch auf andere Elektrolytkondensatoren für Fahrzeuge, beispielsweise für Airbags, übertragen. Mit dem erfindungsgemäßen Diagnoseverfahren wird eine zuverlässige Fehlermeldung möglich.

SC

Superkondensator

C

Kapazität

ES

Rinterner Reihenwiderstand

Rdisch

Interner Parallelwiderstand

G

Lichtmaschine

SM

Anlasser

ISG

Generator-Anlasser-Maschine

P/E

Leistungselektronik

RL

Lastwiderstand

S

Schalter

B

Batterie

Claims (16)

1. Diagnoseverfahren zur Bestimmung des Alterungszustandes mindestens eines Kondensators (SC) zur Speicherung elektrischer Energie, insbesondere in Fahrzeugen, durch mindestens einen Entladungsvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere alterungsabhängige Parameter des Kondensators durch verschiedene Entladungsvorgänge gemessen werden, wobei jeder Parameter einem Wert eines Bauteiles (C, ESR, Rdisch) eines Ersatzschaltbildes des Kondensators (SC) zugeordnet ist.
2. Diagnoseverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (SC) zur Bordnetz-Stromversorgung, insbesondere zur Pufferung, vorgesehen ist.
3. Diagnoseverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (SC) ein Superkondensator ist, der an einer Fahrzeugbatterie (B) parallelgeschaltet ist.
4. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der zu messenden Parameter die Kapazität (C) des Kondensators (SC) ist, wobei die Kapazität (C) aus einer zeitlich gemessenen Spannungsdifferenz (U1 U2) und aus einem gemessenen annähernd konstanten Entladungsstrom (Isc) bestimmt wird, die dadurch entstehen, daß der Kondensator (SC) in einer definierten Zeit (T) mit einem Lastwiderstand (RL) belastet wird.
5. Diagnoseverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungszeit (T) im Sekundenbereich liegt.
6. Diagnoseverfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erreichen des Lebensdauerendes angezeigt wird, wenn die Kapazität (C) des Kondensators (SC) um mindestens etwa 20% des Nennwertes reduziert ist.
7. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der zu messenden Parameter ein interner Reihenwiderstand (ESR) des Kondensators (SC) ist, wobei ein derart kurzer Belastungsimpuls erfolgt, so daß der Reihenwiderstand (ESR) aus einer Spannungsänderung (DU) am Kondensator (SC) und einem Entladungsstrom (D1) berechenbar ist.
8. Diagnoseverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Belastungsimpulses im Millisekunden-Bereich liegt.
9. Diagnoseverfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erreichen des Lebensdauerendes angezeigt wird, wenn der interne Reihenwiderstand (ESR) des Kondensators (SC) um mindestens etwa das Doppelte des ursprünglichen Zustandes angestiegen ist.
10. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der zu messenden Parameter ein interner Parallelwiderstand (Rdisch) des Kondensators (SC) ist, wobei der Parallelwiderstand über eine Spannungsabsenkung am Kondensator (SC) infolge einer Selbstentladung ermittelt wird.
11. Diagnoseverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstentladung im Stundenbereich erfaßt wird.
12. Diagnoseverfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Messung der Selbstentladung frühestens nach einer halben Stunde, vorzugsweise etwa einer Stunde, nach einem Fahrzeugstillstand begonnen wird.
13. Diagnoseverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erreichen des Lebensdauerendes angezeigt wird, wenn der interne Parallelwiderstandes (Rdisch) des Ersatzschaltbildes des Kondensators (SC) auf mindestens etwa die Hälfte des Neuzustandes abgesunken ist.
14. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungssymmetrie von mehreren in Reihe geschalteten Kondensatoren (C1 Cn) gemessen wird, wobei Abweichungen von der Symmetrie ein Maß für die Alterung der Kondensatoren (C1 Cn) darstellt.
15. Diagnoseverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein interner Reihenwiderstand (ESR), ein interner Parallelwiderstand (Rdisch) sowie eine Kapazität (C) des Ersatzschaltbildes gemessen und mit Alterungs-Grenzwerten verglichen werden.
16. Diagnosesystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Meßmittel zur Messung von mehreren Parametern des Ersatzschaltbildes des Kondensators (SC) und Verarbeitungsmittel zur Berechnung von Abweichungen eines Sollzustandes des Kondensators.