DE102004003293A1

DE102004003293A1 - Automobile battery condition is monitored by measuring quiescent current by transient disconnection of controller from power circuit

Info

Publication number: DE102004003293A1
Application number: DE200410003293
Authority: DE
Inventors: Gerhard Fiedler; Martin Brand; Christoph Wenger; Guenter Nasswetter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2005-08-11

Abstract

The power supply has an electrical battery [10] that is connected to the vehicle power network via a controller [20]. The controller is isolated from the circuit while an accurate measurement of the quiescent battery current is obtained. During this operation circuit power is maintained by an energy storage device such as a capacitor [23].

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung mit einer Batterie und ein Verfahren zu deren Betrieb gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 6. Eine derartige Stromversorgungseinrichtung wird besonders in Kraftfahrzeugen eingesetzt, deren Bordnetz Bleibatterien umfasst. Um bei allen klimatischen Bedingungen einen zuverlässigen Betrieb des Kraftfahrzeugs mit seinen zahlreichen elektrischen Verbrauchern zu gewährleisten, ist es unbedingt erforderlich, den Batteriezustand laufend zu überwachen. Zur Erkennung des Batteriezustands werden nach dem Stand der Technik üblicherweise die Werte von Spannung, Strom und Temperatur erfasst und ausgewertet. Bei einer Messung des Ruhestroms des Fahrzeugs wird jedoch dabei die Messung verfälscht, da bei der herkömmlichen Methode auch die Stromaufnahme des Steuergeräts mit gemessen wird, das sich nicht im Ruhezustand befindet. Der dadurch bedingte Fehler wurde häufig vernachlässigt.The The invention relates to a power supply device with a battery and a method of operation thereof according to the preambles of independent claims 1 and 6. Such a power supply device is particularly in Used motor vehicles whose on-board network includes lead acid batteries. To be reliable in all climatic conditions of the motor vehicle with its numerous electrical consumers to ensure, It is absolutely necessary to constantly monitor the battery condition. To detect the battery condition, the prior art usually The values of voltage, current and temperature are recorded and evaluated. In a measurement of the quiescent current of the vehicle is, however falsifies the measurement, because in the conventional Method also the power consumption of the control unit is measured with that not in hibernation. The resulting error was often neglected.

Aus DE 196 11 520 A1 ist ein System zum Test eines in einem Steuergerät eingebauten Rechners bekannt. Zur Spannungsversorgung der Steuereinheit und damit auch des Rechners ist eine Spannungsversorgungseinheit vorgesehen. Weiterhin kann das Testergebnis mittels einer Anzeigevorrichtung zur Anzeige gebracht werden. Schließlich kann auch eine Abschaltung des durch das Steuergerät geregelten oder gesteuerten Systems vorgesehen sein. Die Steuereinheit enthält dabei Mittel, die den Rechner in bestimmte Betriebszustände überführen können. Weiterhin sind Erfassungsmittel vorhanden, die den Strom oder die Spannung im Spannungsversorgungskreis des Rechners erfassen, woraufhin in Vergleichsmitteln der erfasste Strom oder die erfasste Spannung mit wenigstens einem vorgegebenen Schwellwert verglichen werden. Zur Betätigung der Anzeigevorrichtung und/oder des Abschaltens gibt es Betätigungsmittel, die abhängig von dem Vergleichsergebnis gegebenenfalls einen Fehler anzeigen oder in Reaktion auf einen solchen Fehler die Abschaltung des gesamten Systems oder eines Teilbereichs des Systems veranlassen.Out DE 196 11 520 A1 is a system for testing a built-in a controller computer known. For power supply of the control unit and thus also of the computer, a power supply unit is provided. Furthermore, the test result can be displayed by means of a display device. Finally, a shutdown of the system controlled or controlled by the controller may be provided. The control unit contains means that can convert the computer into certain operating conditions. Furthermore, detection means are present which detect the current or the voltage in the voltage supply circuit of the computer, whereupon the detected current or the detected voltage is compared with at least one predetermined threshold value in comparison means. For actuating the display device and / or the shutdown, there are actuating means which, depending on the result of the comparison, optionally indicate an error or, in response to such an error, cause the shutdown of the entire system or of a subregion of the system.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine Messung des Ruhestroms des Fahrzeugs mit noch größerer Genauigkeit ermöglicht wird, wenn systematische Fehler bei der Messung vermieden werden. Durch die verbesserte Messgenauigkeit kann der Zustand der im Fahrzeug eingesetzten Batterie noch viel präziser als bisher erfasst werden. Dies wiederum steigert die Betriebssicherheit des Fahrzeugs, da es bei der großen Vielzahl der heute in einem modernen Fahrzeug vorhandenen elektrischen Verbraucher außerordentlich wichtig ist, möglichst genaue Informationen über den Zustand der Batterie zu erhalten. Stehen derart genaue Informationen zur Verfügung, kann in kritischen Situationen rechtzeitig für geeignete Maßnahmen gesorgt werden, wie beispielsweise die Abschaltung entbehrlicher elektrischer Verbraucher.The The invention is based on the recognition that a measurement of the quiescent current of the vehicle with even greater accuracy allows when systematic errors in the measurement are avoided. Due to the improved measuring accuracy, the condition of the vehicle used battery much more precise than previously recorded. This In turn, it increases the operational safety of the vehicle, as it does at the big Variety of electric vehicles present in a modern vehicle today Consumer extraordinarily important, if possible accurate information about to get the condition of the battery. Are such accurate information to disposal, can be in critical situations in time for appropriate action be taken care of, such as the shutdown unnecessary electrical consumer.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.advantageous and appropriate embodiments and further developments of the invention are characterized in the subclaims.

Zeichnungendrawings

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen 1 ein Blockschaltbild der Stromversorgungseinrichtung, 2 ein Diagramm, in dem die Spannung als Funktion der Zeit an dem Ladungsspeicher dargestellt ist.The invention will be explained below with reference to the drawing. Show it 1 a block diagram of the power supply device, 2 a diagram in which the voltage is shown as a function of time at the charge storage.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei handelt es sich um eine Stromversorgungseinrichtung für ein Fahrzeug. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Stromversorgungseinrichtungen für Fahrzeuge beschränkt, sondern lässt sich zweckmäßig auch bei anderen Stromversorgungseinrichtungen einsetzen, die Batterien und Steuergeräte umfassen und bei denen es wichtig ist, den Batteriezustand möglichst genau zu erfassen.The The invention will be described below with reference to exemplary embodiments. This is a power supply device for a vehicle. However, the invention is not limited to power supplies for vehicles limited, but let yourself also useful for other power supplies, use the batteries and controllers and where it is important to keep the battery level as close as possible to grasp exactly.

Kern der Erfindung ist es, bei einer Stromversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art ein Steuergerät mit einem Betriebsmodus bereitzustellen, bei dem die Stromaufnahme des Steuergeräts aus dem Bordnetz nahezu gegen Null geht. In diesem Betriebsmodus entspricht der gemessene Batteriestrom im Wesentlichen der Stromaufnahme des Fahrzeugs. Dadurch wird es beispielsweise möglich, den Ruhestrom des Fahrzeugs ohne zusätzlichen Sensor zu messen.core The invention is, in a power supply device of to provide a control device with an operating mode of the type mentioned at the outset, in which the power consumption of the control unit from the electrical system almost goes to zero. In this operating mode, the measured corresponds to Battery current substantially the power consumption of the vehicle. Thereby For example, it becomes possible to use the Quiescent current of the vehicle without additional sensor to eat.

Zur Messung des Ruhestroms wird die Versorgung des Steuergeräts auf einen integrierten Energiespeicher umgeschaltet, so dass der externe Stromverbrauch gegen Null geht. Die Messung des Stroms erfolgt so schnell, dass die Messung abgeschlossen ist, bevor der Energiespeicher entladen ist.to Measurement of the quiescent current will supply the controller to a integrated energy storage switched so that the external power consumption goes to zero. The measurement of the current takes place so fast that the measurement is completed before the energy storage is discharged.

Die Stromversorgungseinrichtung 1 umfasst eine Batterie 10, die mit einem Steuergerät 20 und mit einem nur schematisch dargestellten restlichen Bordnetz 30 eines Fahrzeugs verbunden ist. Mit den Ausgangsklemmen der Batterie 10 ist ein erster Spannungsregler 22 verbunden. Mit dem ersten Spannungsregler ist ein zweiter Spannungsregler 24 verbunden. Der erste Spannungsregler ist mit dem Steuergerät 20 verbunden. Die Stromversorgungseinrichtung 1 umfasst weiterhin einen Ladungsspeicher 23, der mit dem ersten Spannungsregler 22 verbunden ist. Weiterhin ist ein mit dem Steuergerät 20 verbundener Stromsensor 21 vorgesehen. In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden der erste Spannungsregler 22 und der zweite Spannungsregler 24 kaskadiert betrieben. Der erste Spannungsregler ist vorzugsweise ein Schaltregler, der zur Vorstabilisierung dient und an seinem Ausgang verschiedene Sollspannungswerte U1, U2, mit U2 > U1, bereitstellt, die kleiner, beziehungsweise größer als 7 Volt sind, und die vorzugsweise etwa 6 V und 8 V betragen. Die Sollspannungswerte U1, U2 sind vorzugsweise über das Steuergerät 20 programmierbar. Auf den ersten Spannungsregler 22 folgt ein zweiter Spannungsregler 24, der vorzugsweise als Längsregler ausgeführt ist, und der eine Ausgangsspannung von beispielsweise 5 Volt zur Versorgung der restlichen Elektronik bereitstellt. Mit einem Ausgangsanschluss des ersten Spannungsreglers 22 ist ein Ladungsspeicher 23 verbunden. Als Ladungsspeicher wird vorzugsweise ein Kondensator mit einem höheren Kapazitätswert vorgesehen. Als zweckmäßig hat sich ein Kapazitätswert von etwa 200 bis 300 μF, vorzugsweise 220 μF erwiesen. Der von der Batterie 10 gelieferte Strom wird mittels des Stromsensors 21 erfasst, der die Verbindungsleitung zur Batterie 10 auf den dort stattfindenden Stromfluss abfühlt. Um nun eine präzise Ruhestrommessung durchzuführen, wird der erste Spannungsregler 22 derart angesteuert, dass seine Ausgangsspannung für eine kurze Zeit auf eine Sollspannung über 7 V, vorzugsweise etwa 8 V, ansteigt. Als in der Praxis brauchbar hat sich ein Zeitintervall von 80 bis 150 mS, vorzugsweise 100 mS erwiesen. Nach Ablauf dieses Zeitintervalls wird der erste Spannungsregler derart angesteuert, dass seine Ausgangsspannung wieder auf die niedrigere Sollspannung von 6 V zurückgeht. Infolge der Regelabweichung (Istwert 8V, Sollwert 6V), sperrt der erste Spannungsregler 22 vollständig. Das Steuergerät 20 wird nun vollständig von dem Ladungsspeicher 23 mit Energie versorgt und nimmt daher keinen Strom aus dem Batteriestromkreis auf. Das Steuergerät 20 wird solange mit Energie aus dem Ladungsspeicher 23 versorgt, bis die Spannung an dem Ladungsspeicher 23, aufgrund des Stromverbrauchs des Steuergeräts 20, wieder auf etwa 6 V abgefallen ist. Ab diesem Zeitpunkt wird das Steuergerät 20 dann wieder von dem ersten Spannungsregler 22 versorgt. Bei der beispielsweise angegebenen Dimensionierung ergibt sich ein Zeitfenster von etwa 8 mS, während dessen das Steuergerät 20 aus dem Ladungsspeicher 23 versorgt wird und damit die Batterie 10 nicht belastet. In diesem Zeitfenster ist eine genaue Messung des Ruhestroms des Fahrzeugs möglich, die dabei nicht durch die Stromaufnahme des Steuergeräts 20 verfälscht wird.The power supply device 1 includes a battery 10 that with a control unit 20 and with a rest of the electrical system shown only schematically 30 a vehicle is connected. With the output terminals of the battery 10 is a first voltage regulators 22 connected. With the first voltage regulator is a second voltage regulator 24 connected. The first voltage regulator is with the control unit 20 connected. The power supply device 1 further includes a charge storage 23 that with the first voltage regulator 22 connected is. Furthermore, one is with the control unit 20 connected current sensor 21 intended. In the embodiment of the invention shown in the drawing, the first voltage regulator 22 and the second voltage regulator 24 cascaded operated. The first voltage regulator is preferably a switching regulator which serves for prestabilization and at its output provides different nominal voltage values U1, U2, with U2> U1, which are smaller or greater than 7 volts and which are preferably approximately 6 V and 8 V. The nominal voltage values U1, U2 are preferably via the control unit 20 programmable. On the first voltage regulator 22 followed by a second voltage regulator 24 which is preferably designed as a longitudinal regulator, and which provides an output voltage of, for example, 5 volts for supplying the remaining electronics. With an output terminal of the first voltage regulator 22 is a charge storage 23 connected. As the charge storage, a capacitor having a higher capacitance value is preferably provided. As appropriate, a capacitance value of about 200 to 300 uF, preferably 220 uF has been found. The one from the battery 10 supplied power is by means of the current sensor 21 detects the connection line to the battery 10 on the current flow takes place there. To perform a precise quiescent current measurement, the first voltage regulator 22 controlled so that its output voltage for a short time to a target voltage above 7 V, preferably about 8 V, increases. As useful in practice, a time interval of 80 to 150 mS, preferably 100 mS has been found. After this time interval, the first voltage regulator is controlled such that its output voltage goes back to the lower target voltage of 6 V. As a result of the control deviation (actual value 8V, setpoint 6V), the first voltage regulator blocks 22 Completely. The control unit 20 is now completely from the charge storage 23 energized and therefore does not absorb power from the battery circuit. The control unit 20 is so long with energy from the charge storage 23 supplied until the voltage at the charge storage 23 , due to the power consumption of the controller 20 , dropped to about 6V again. From this point on, the controller will 20 then again from the first voltage regulator 22 provided. For example, given the dimensioning results in a time window of about 8 mS, during which the control unit 20 from the charge storage 23 is supplied and thus the battery 10 not charged. In this time window, an accurate measurement of the quiescent current of the vehicle is possible, which is not affected by the power consumption of the controller 20 is falsified.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zusätzlich ein Schaltmittel 25 vorgesehen, das einerseits mit dem Steuergerät 20 und andererseits mit dem ersten Spannungsregler 22 und dem Ladungsspeicher 23 verbunden ist. Wenn nun eine möglichst genaue Messung des Ruhestroms durchgeführt werden soll, schaltet dieses Schaltmittel 25 das Steuergerät 20 von der Stromversorgung durch den Spannungsregler 22 ab und verbindet das Steuergerät 20 stattdessen mit dem auf eine höhere Spannung U2 aufgeladenen Ladungsspeicher 23. Nach Beendigung der Messung des Ruhestroms verbindet das Schaltmittel 25 das Steuergerät 20 wieder mit dem Spannungsregler 22. Diese erneute Verbindung des Steuergeräts 20 mit dem Spannungsregler 22 kann dabei zweckmäßig zeit- oder spannungsabhängig erfolgen. So kann das Steuergerät 20 nach Ablauf einer hinreichend langen Messdauer für die Messung des Ruhestroms, beispielsweise nach etwa 10 ms, wieder mit dem Spannungsregler 22 verbunden werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Steuergerät 20 in Abhängigkeit von der an dem Ladungsspeicher 23 anliegenden Spannung wieder mit dem Spannungsregler 22 verbunden. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die an dem Ladungsspeicher 23 vorhandene Spannung fast wieder auf den Wert der niedrigeren Sollspannung U1 abgesunken ist.In a further embodiment of the invention is additionally a switching means 25 provided on the one hand with the control unit 20 and on the other hand with the first voltage regulator 22 and the charge storage 23 connected is. Now, if the most accurate measurement of the quiescent current is to be performed, this switching means switches 25 the control unit 20 from the power supply through the voltage regulator 22 and connects the controller 20 instead with the charged to a higher voltage U2 charge storage 23 , After completion of the measurement of the quiescent current, the switching means connects 25 the control unit 20 again with the voltage regulator 22 , This reconnection of the controller 20 with the voltage regulator 22 can be done appropriately time or voltage dependent. So can the controller 20 after a sufficiently long measurement period for the measurement of the quiescent current, for example after about 10 ms, again with the voltage regulator 22 get connected. In a further embodiment of the invention, the control device 20 depending on the charge storage 23 applied voltage again with the voltage regulator 22 connected. This may be the case, for example, if those at the charge storage 23 existing voltage has almost dropped back to the value of the lower setpoint voltage U1.

11: StromversorgungseinrichtungPower supply means
1010: Batteriebattery
2020: Steuergerätcontrol unit
2121: Stromsensorcurrent sensor
2222: Spannungsreglervoltage regulators
2323: Energiespeicherenergy storage
2424: Spannungsreglervoltage regulators
2525: Schaltmittelswitching means
3030: Bordnetzboard network
U1U1: Spannungtension
U2U2: Spannungtension
VV: Spannungtension
tt: ZeitTime
t1t1: Zeitpunkttime
t2t2: Zeitpunkttime

Claims

Power supply device ( 1 ) with a battery ( 10 ) and a control unit ( 20 ) and a vehicle electrical system ( 30 ), characterized in that at least one with the battery ( 10 ) connected voltage regulator ( 23 ) is provided, which is controllable such that it outputs different output voltages (U1, U2) that the power supply device ( 1 ) continues to receive one of the voltage reg ler ( 23 ) Chargeable charge storage ( 23 ), and that the control unit ( 20 ), at least temporarily, exclusively from the charge storage ( 23 ) is available.

Power supply device according to claim 1, characterized in that a switching means ( 25 ) is provided, which the control unit ( 20 ) with the voltage regulator ( 22 ) or with the charge storage ( 23 ) connects.

Power supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the charge store ( 23 ) is a capacitor.

Power supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the charge store ( 23 ) has a capacitance value of about 200 to 300 μF, preferably 220 μF.

Power supply device according to one of the preceding claims, characterized in that a with the control unit ( 29 ) connected current sensor ( 21 ) is provided, which detects the flow of current in the battery line.

Method for operating a power supply device ( 1 ) with a battery ( 10 ) and a control unit ( 20 ) and a vehicle electrical system ( 30 ), characterized in that for measuring the quiescent current, the energy consuming control unit ( 20 ) separated from the battery circuit and at least for the duration of the measurement process with a charge storage ( 23 ) is connected.

Method according to Claim 6, characterized in that the charge store ( 23 ) by one with the battery ( 10 ) connected voltage regulator ( 22 ) is charged.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage regulator ( 22 ) is controllable in such a way that on the output side it emits two setpoint voltages (U1, U2), with U2> U1.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage regulator ( 22 ) the lower voltage (U1) during normal operation of the power supply device ( 1 ) and that the voltage regulator ( 22 ) provides the higher voltage (U2) in measurement mode for the measurement of the quiescent current, with the higher voltage (U2) of the charge storage ( 23 ) is charged.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the lower voltage (U1) is less than 7 Volt is and is preferably 6 volts, and that the higher voltage (U2) greater than 7 volts and is preferably 8 volts.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage regulator ( 22 ) is controlled such that the higher voltage (U2) during a time of 80 ms to 150 ms, preferably of 100 ms to the charge storage ( 23 ) is created.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the initiation of a quiescent current measurement, the control device ( 20 ) by a switching means ( 25 ) from the voltage regulator ( 22 ) and connected to the charge storage, and that a separation of the control unit ( 20 ) from the charge storage ( 23 ) and reconnecting the controller ( 20 ) with the voltage regulator ( 22 ) is time or voltage dependent.