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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erkennung des Zustandes
einer Batterie, die einen Sensor mit einer zugeordneten Auswerteelektronik
umfasst und betrifft insbesondere einen elektronischen Batteriesensor
in einem Kraftfahrzeug, dessen Ausgangssignale von einem Steuergerät im Kraftfahrzeug
ausgewertet werden.
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In
heutigen Fahrzeugen werden zur Zustandserkennung von Batterien verschiedene
Kenngrößen der
Batterien wie Strom, Spannung und Temperatur ermittelt. Zur Ermittlung
dieser Kenngrößen werden üblicherweise
geeignete Sensoren eingesetzt. Die mittels Sensorik ermittelten
Kenngrößen werden
einem Steuergerät
zugeführt,
beispielsweise einem Energy-Power-Management-Steuergerät (EPM-Steuergerät), das
die zugeführten
Signale mittels geeigneter Softwarealgorithmen verarbeitet. Das Steuergerät berechnet
dabei auf Grund der ermittelten Werte für die Batteriekenngrößen Informationen über den
Ladezustand, die Leistungsfähigkeit
und die Kapazität
der betreffenden Batterie bzw. der Batterien. Die so gewonnenen
Werte liefern eine Aussage über
die Startfähigkeit,
die von der im Fahrzeug vorhandenen Batterie gewährleistet werden soll.
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Entsprechend
der momentanen Startfähigkeit
werden über
den im Fahrzeug vorhandenen CAN-Bus definierte Telegramme an ein übergeordnetes
Steuergerät,
die sogenannte Body-Computer-Unit (BCU) übermittelt, die je nach vorhandener Startfähigkeit
dazu führen,
dass bestimmte Verbraucher über
die BCU abgeschaltet werden, sofern dies erforderlich ist. Über den
CAN-Bus (Controller Area Network) sind in einem modernen Fahrzeug
die wesentlichen Komponenten miteinander verbunden.
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Aus
der
DE-OS 196 45 944 ist
ein Steuergerät
für ein
Bordnetz bekannt, das im Wesentlichen zur Durchführung der vorstehend genannten
Zustandserkennung von Batterien geeignet ist. Dieses bekannte Steuergerät ist für ein Zweibatterie-Bordnetz ausgelegt
und umfasst ein Versorgungsnetzteil, einen busfähigen Mikrocomputer, einen
Gleichspannungswandler sowie eine kurzschlusssichere Endstufe. Dem
Steuergerät
werden über
verschiedene Anschlüsse
Informationen zugeführt,
beispielsweise gemessene Ströme
oder Spannungen. Über
einen CAN-Bus ist das Steuergerät
mit weiteren Fahrzeugkomponenten, insbesondere mit einem weiteren Steuergerät bzw. einem
Rechner verbunden. Das Steuergerät
kann abhängig
von berechneten Größen Steuersignale
abgeben und beispielsweise die Verbindung zwischen den beiden Batterien
auftrennen und eine optimale Leistungsverteilung im Fahrzeugbordnetz
erreichen.
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Aus
der
DE-OS 100 01 340 ist
ein Verfahren zur Bestimmung des Ladezustandes einer Batterie bekannt.
Dabei werden die Ströme,
die der Batterie entnommen werden oder in die Batterie eingespeist werden,
mittels einer Strommessung kontinuierlich gemessen. Die Messung
erfolgt mittels geeigneter Sensoren, die Auswertung mit Hilfe eines
Steuergerätes,
das in Abhängigkeit
von den gemessenen Strömen
eine Ladebilanz bildet.
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Aufgabe der
Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht in der Partitionierung eines bereits
im Fahrzeug vorhandenen Steuergerätes (EPM) in ein Sensormodul
ohne aktive Elektronik und in der Integration der aktiven Bauteile
der Auswertung in eine ebenfalls bereits im Fahrzeug bestehende
Auswerteeinrichtung, insbesondere in die Body-Computer-Einheit (BCU).
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Erkennung des Zustandes einer Batterie mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie unter Nutzung bereits vorhandener
Komponenten einer Fahrzeugelektronik einsetzbar ist und keinen zusätzlichen
Platzbedarf hat. Erzielt wird dieser Vorteil durch eine Lösung, bei
der ein Sensor oder ein Sensormodul eingesetzt wird, der oder das
keine aktive Elektronik besitzt und als zugeordnete Auswerteelektronik
die Elektronik eines ohnehin im Fahrzeug vorhandenen Steuergerätes weitestgehend
mitbenutzt.
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Weitere
Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen
Maßnahmen
erzielt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass durch eine gemeinsame
Nutzung von Funktionen und/oder Bauteilen die Funktionalität der bisherigen Body-Computer-Unit (BCU)
und die zusätzlichen Funktionen
des Electronic-Power-Managers (EPM) bzw. eines Steuergerätes zur
Verteilung der elektrischen Leistung im Bordnetz in vorteilhafter
Weise bei gleicher Platinengröße wie bei
herkömmlichen
Systemen realisiert werden kann.
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Die
bisher schon üblichen
Komponenten wie Leiterplatte, Mikrocotroller (μC), ASIC, EMV-Filter werden
in ein bereits vorhandenes Steuergerät, vorteilhafter Weise eine
Body-Computer-Unit (BCU) integriert. Hierbei werden Funktionalitäten, die
in der BCU vorhanden sind zumindest teilweise durch Funktionen und/oder
Bauteile der Electronic-Battery-Sensor-(EBS)-Elektronik
ersetzt. Von Vorteil ist insbesondere dass eine gemeinsame Spannungsversorgung
für die
gesamte Vorrichtung eingesetzt wird und diese in vorteilhafter Weise
die ohnehin vorhandene Spannungsversorgung für ein Steuergerät ist.
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Das
Sensormodul ohne aktive Elektronik besitzt in vorteilhafter Ausgestaltung
ein Gehäuse,
das deutlich kleiner ist als das Gehäuse eines herkömmlichen
EPM-Steuergerätes. Das
Gehäuse
zur Aufnahme der Strommesseinheit, des Temperatursensors und mit
Anschlussmöglichkeiten
für die
Spannungsmessung ist vorteilhafter Weise konstruktiv einfach ausgestaltbar.
Da keine aktive Elektronik vorhanden ist, wird auch keine eigene
Spannungsversorgung für
das Sensormodul benötigt.
Für den
Anschluss der Verbindungsleitung zur Body-Computer-Unit (BCU) kann
ein Gerätestecker
eingesetzt werden, der bei der Herstellung des Gehäuses direkt im
diesem mitvergossen wird.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Im Einzelnen zeigt 1 das Prinzipschaubild für ein Sensormodul
ohne aktive Elektronik und dessen Zusammenwirken mit einer Body-Computer-Unit
(BCU). 2 zeigt eine Skizze des prinzipiellen Aufbaus
eines erfindungsgemäßen Sensormoduls.
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Beschreibung
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Das
Prinzipschaubild der 1 zeigt die Aufteilung des Gesamtmoduls
in seine Komponenten Sensormodul und integrierte Elektronik in der
Body-Computer-Unit (BCU). Das Sensormodul umfasst beispielsweise
mehrere einzelne Sensorelemente enthält keine aktive Elektronik
und wirkt mit einer Body-Computer-Unit (BCU) zusammen. Im Einzelnen bezeichnet 10 das
Gehäuse
des Sensormoduls. In diesem Gehäuse 10 befindet
sich das Stromsensorelement (SC) 11 und ein Temperaturmesselement 12.
Zwei Anschlüsse
am Gehäuse
führen
die Spannungen U+(Sense) und U-(Sense). Jeweils zwei Leitungen Stromsensor
LS1, LS2, zwei Leitungen Temperatursensor LT1, LT2 und zwei Sense-Leitungen LU+,
LU- verbinden das Gehäuse
des Sensormoduls mit der Body-Computer-Unit 13. Über diese
Leitungen werden die zugehörigen
Signale U (Spannung), I (Strom) und T (Temperatur) zur den entsprechenden
Auswerteeinheiten der BCU 13 übertragen. Der genaue innere
Aufbau des Sensormoduls wird nicht näher dargestellt.
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Von
der Body-Computer-Unit 13 sind die wesentlichen Bestandteile
lediglich schematisch dargestellt. Im Einzelnen sind dies das BCU-Gehäuse 14, ein
ASIC 15, der μC 16,
ein EEPROM-Speicher 17 sowie ein Block 18 mit
einer EMV-Schutzschaltung. Mit 19 sind sonstige Bauteile
der Body-Computer-Unit (BCU-Hardware) dargestellt. Die Leiterplatte sowie
die genaue Verschaltung bzw. das Zusammenwirken der Bestandteile
der BCU ist nicht näher
dargestellt, kann aber als bekannt vorausgesetzt werden.
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Bei
der in 1 dargestellten Vorrichtung ist das Sensormodul
ohne aktive Elektronik aufgebaut und die EPM-Hardware in ein bereits
im Fahrzeug vorhandenes Steuergerät, insbesondere die Body-Computer-Unit
(BCU) integriert. In der BCU erfolgt die Auswertung der Messgrössen U,
I und T, die vom Sensormodul geliefert werden. Diese Auswertung
erfolgt in einem gemeinsamen Prozessor, der die Aufgaben der BCU
erledigt und die Software für
die Funktion des EBS umfasst. Generell ist eine Nutzung gemeinsamer
Bauteile für
die Body-Computer-Unit (BCU) und das elektrische Power-Management (EPM)
vorgesehen.
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Die
integrierte Elektronik in der Body-Computer-Einheit BCU umfasst
also die bisherige Elektronik wie Leiterplatte, Mikrocontroller,
ASIC, EMV-Filter. Diese Elemente werden in ein bereits vorhandenes
Steuergerät,
nämlich
die Body-Computer-Einheit BCU integriert. Hierbei werden Funktionalitäten, die in
der BCU vorhanden sind, teilweise durch Funktionen bzw. Bauteile
der EBS-Elektronik ersetzt. Die Auswertung der Messgrößen erfolgt
in einem gemeinsamen Prozessor, der die Aufgaben der BCU sowie die
Software für
die Funktionen des EBS durchführt.
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Als
Beispiel soll hier eine gemeinsame Referenzspannungsquelle genannt
werden, die für
die Spannungsversorgung der einzelnen Bauteile verwendet wird. Durch
die Integration der EPM-Elektronik in die BCU wird der Vorteil erhalten,
dass kein zusätzlicher
Platzbedarf entsteht. Durch die gemeinsame Nutzung von Funktionen
und Bauteilen kann die Funktionalität der bisherigen BCU und die
zusätzlichen
Funktionen des EPM bei gleicher Platinengröße realisiert werden. Die Funktionen
des Elektrischen-Power-Managements
(EPM) sind die Bestimmung und Verteilung der elektrischen Energie
im Fahrzeugbordnetz unter Einsatz der Benötigten Hardware Mittel.
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In 2 ist
eine Skizze für
ein erfindungsgemäßes Sensormodul,
insbesondere ein Stromsensormodul dargestellt. Das SC-Sensorelement
zur Strommessung und ein NTC-Widerstandselement zur
Temperaturbestimmung sind im gemeinsamen Gehäuse 10 eingebaut. Über Anschlüsse 20 wird
die Batteriespannung zugeführt.
Diese Batteriespannung stellt eine Referenzspannung dar, die als
gemeinsame Referenzspannungsquelle für die Spannungsversorgung der
Bauteile verwendet wird. Über einen
Anschlussstecker mit Pins und zugehörige Leitungen ist das Sensormodul
mit den Auswertemitteln verbindbar. Das in 2 dargestellte
Sensormodul besitzt keine aktive Elektronik und ist vom Bauraum und
der erforderlichen Gehäusegröße im Vergleich zum
EPM-Steuergerät
um ca. 30% geringer. Das Gehäuse 10 zur
Aufnahme der Strommesseinheit, des Temperatursensors und mit Anschlussmöglichkeiten für die Spannungsmessung
ist mit geringem konstruktivem Aufwand herzustellen. Es muss keine
eigene Spannungsversorgung für
das Modul zur Verfügung
gestellt werden. Für
den Anschluss der Verbindungsleitung zur BCU wird gleich bei der
Herstellung ein Gerätestecker 21 direkt
im Gehäuse 10 mitvergossen
und ist damit in das Gehäuse
integriert.
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Der
erfindungsgemäße Sensor
mit einer zugeordneten Auswerteelektronik, stellt einen Electronic-Battery-Sensor
(EBS) dar und kann als kostengünstige
und gegenüber
bisherigen Systemen funktional gleichwertige Lösung im Bereich Bordnetzmanagement,
Energiemanagement im Fahrzeug, eingesetzt werden. Es weist wesentliche
Vorteile im Vergleich zum Elektronik Power Management (EPM)-Steuergerät auf. Durch
die Integration der Elektronik und Auswertung in einer bereits bestehenden
Body-Computer-Unit
(BCU) ist es möglich,
in der Design- und Architekturphase eines Bordnetzes die Funktion
in bestehende Umgebungen zu integrieren. Das Sensormodul, das als
rein passives Element arbeitet, benötigt keine separate Spannungsversorgung
und kann somit einfach und unabhängig
von der Spannungsversorgung in Batterienähe angebracht werden.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Erkennung des Zustandes einer Batterie kann ein zugehöriges Verfahren
zur Erkennung des Zustandes einer Batterie durchgeführt werden
und letztendlich laufend der aktuelle Batteriezustand bestimmt werde. Bei
Kenntnis des aktuellen Batteriezustandes kann die Body-Computer-Unit
(BCU) oder eine von dieser mit entsprechenden Informationen versorgte
Steuereinrichtung Maßnahmen
wie Verbraucherabschaltung usw. einleiten, die verhindern, dass
die Batterie zu stark entladen wird.