DE102004004173B4 - Method and device for detecting a disconnected battery - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Erkennung einer abgetrennten Batterie in einem Fahrzeugbordnetz, das wenigstens einen von einem Motor angetriebenen Generator, eine Batterie sowie mit der Batterie verbindbare Verbraucher und mindestens eine Auswerteeinheit aufweist, wobei die Auswerteeinheit die Frequenz vorgebbarer zugeführter oder ermittelter Spannungen analysiert und aus vorgebbaren Charakteristiken der Frequenz erkennt, dass die Batterie abgetrennt oder defekt ist oder dass ein Kabelbruch vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung einer Resonanzfrequenz der Spannung gegenüber der üblichen Resonanzfrequenz oder eine Resonanzfrequenz der Spannung selbst ausgewertet wird.Method for recognizing a disconnected battery in a vehicle electrical system, which has at least one generator driven by a motor, a battery and consumers that can be connected to the battery, and at least one evaluation unit, the evaluation unit analyzing the frequency of predeterminable supplied or determined voltages and from predefinable characteristics of the frequency recognizes that the battery is disconnected or defective or that there is a cable break, characterized in that a change in a resonance frequency of the voltage compared to the usual resonance frequency or a resonance frequency of the voltage itself is evaluated.
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren bzw. Vorrichtungen zur Erkennung einer abgetrennten oder defekten Batterie, insbesondere zur Erkennung einer abgetrennten oder defekten Fahrzeugbatterie, nach der Gattung der beiden unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to methods and devices for detecting a disconnected or defective battery, in particular for detecting a disconnected or defective vehicle battery, according to the preamble of the two independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Die Spannungsversorgung in Kraftfahrzeugbordnetzen wird üblicher Weise mit Hilfe eines Generators sicher gestellt, der wenigstens eine im Fahrzeug befindliche Batterie, die mit dem Generator über eine Ladeleitung in Verbindung steht, auflädt. Die elektrischen Bordnetzkomponenten sind üblicher Weise mit der Batterie verbindbar und werden im Normalbetrieb von dieser mit elektrischer Energie versorgt. Da über die Ladeleitung auch eine Verbindung zwischen den Bordnetzverbrauchern und dem Generator besteht, kann auch bei schlechtem Batteriezustand und gleichzeitig ausreichend verfügbarer Generatorleistung eine Versorgung der elektrischen Verbraucher des Bordnetzes weitgehend sicher gestellt werden, indem die benötigte elektrische Energie direkt vom Generator geliefert wird. Probleme können auftreten, wenn die Batterie weitgehend entladen ist oder wenn die Batterie während des Fahrbetriebs zerstört wird oder wenn eine vollständige Unterbrechung zwischen der Batterie und dem Generator auftritt.The power supply in motor vehicle electrical systems is usually ensured by means of a generator which charges at least one in-vehicle battery which is connected to the generator via a charging line. The electrical system components are usually connected to the battery and are supplied in normal operation of this with electrical energy. Since there is also a connection between the on-board network consumers and the generator via the charging line, a supply of the electrical consumers of the vehicle electrical system can be ensured to a large extent even if the battery power is low and sufficient generator power is available by supplying the required electrical energy directly from the generator. Problems can occur if the battery is largely depleted or if the battery is destroyed while driving or if there is a complete break between the battery and the generator.
Ein solcher Betriebszustand, der einen batterielosen Betrieb darstellt, ist eine sehr ungünstige Betriebsform für das Fahrzeugbordnetz, insbesondere hinsichtlich der Stabilität der Energieverteilung. Die Erkennung eines batterielosen Betriebes ist daher erforderlich, dies gilt insbesondere für Fahrzeuge mit sicherheitsrelevanten elektrischen Verbrauchern, wie beispielsweise elektrische Lenkunterstützung, elektrisches oder elektrohydraulisches Bremssystem u. s. w.. Die Erkennung eines batterielosen Betriebes wird derzeit nur mit aufwändigen Einrichtungen möglich.Such an operating state, which represents a battery-free operation, is a very unfavorable mode of operation for the vehicle electrical system, in particular with regard to the stability of the energy distribution. The detection of battery-free operation is therefore necessary, this is especially true for vehicles with safety-relevant electrical consumers, such as electric steering assistance, electric or electro-hydraulic brake system u. s. w .. The detection of battery-free operation is currently possible only with complex facilities.
Ein Verfahren zur Erkennung eines batterielosen Betriebs bzw. zur Ermittlung einer defekten Batterie eines Fahrzeugbordnetzes ist beispielsweise aus der
Aus der
Aus der
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung einer abgetrennten oder defekten Batterie mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass ein batterieloser Zustand oder ein Fehler in der Batterie oder eine Unterbrechung zwischen Batterie und Generator sicher und zuverlässig erkannt wird. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass sogar noch unterschieden werden kann zwischen einer defekten Batterie und einem Bruch des Kabels zwischen dem Generator und der Batterie. Erzielt werden diese Vorteile, indem die Bordnetzwelligkeit, insbesondere die Welligkeit der Spannung an vorgebbaren Stellen im Bordnetz ausgewertet wird. Die Auswertung umfasst dabei eine Auswertung der Frequenz der Bordnetzwelligkeit, die davon abhängt, ob eine funktionsfähige Batterie vorhanden ist oder nicht. Eine besonders sichere Erkennung, ob eine funktionsfähige Batterie vorhanden ist oder nicht ist durch eine Analyse der Resonanzfrequenz bzw. der Änderung der Resonanzfrequenz des Gesamtsystems möglich, da eine fehlende Batterie oder eine defekte Batterie oder ein Generator-Kabelbruch zu unterschiedlichen Resonanzfrequenzen führen, sodass die Bestimmung der Resonanzfrequenz eine eindeutige Fehlererkennung ermöglicht. Dieser Vorteil ist besonders wesentlich, da die Lage der Resonanzfrequenz weder von der Generatordrehzahl noch von der Last abhängig ist.The inventive method and the device according to the invention for detecting a disconnected or defective battery with the features of the independent claims has the advantage that a battery-free state or a fault in the battery or an interruption between the battery and generator is detected safely and reliably. It is particularly advantageous that even can be distinguished between a defective battery and a breakage of the cable between the generator and the battery. These advantages are achieved by evaluating the electrical system ripple, in particular the ripple voltage at specifiable locations in the electrical system. The evaluation includes an evaluation of the frequency of the Bordnetzwelligkeit, which depends on whether a functional battery is present or not. A particularly reliable detection of whether a functioning battery is present or not is possible by an analysis of the resonance frequency or the change in the resonance frequency of the overall system, since a missing battery or a defective battery or a generator cable break lead to different resonance frequencies, so the determination the resonant frequency allows a clear fault detection. This advantage is particularly important because the location of the resonant frequency is dependent neither on the generator speed nor on the load.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale erzielt. Further advantages of the invention are achieved by the features indicated in the dependent claims.
Dabei wird in besonders vorteilhafter Weise nicht die Grundwelligkeit, die von der Generatordrehzahl abhängig ist, ausgewertet, sondern die Kommutierungswelligkeit, die durch den Spannungssprung beim Umkommutiereren der Dioden der dem Generator zugeordneten Gleichrichterbrücke, verursacht wird.In this case, in a particularly advantageous manner, not the basic ripple, which is dependent on the generator speed, evaluated, but the commutation ripple caused by the voltage jump in the Umkommutiereren of the diodes of the generator associated rectifier bridge.
Durch geeignete Anpassung von einzusetzenden Filtermittel ist eine vorteilhafte Trennung der auszuwertenden Frequenzen von den anderen Frequenzen und vom Gleichspannungsanteil möglich.By suitable adaptation of the filter means to be used, an advantageous separation of the frequencies to be evaluated from the other frequencies and from the DC voltage component is possible.
In vorteilhafter Weise kann die Detektion einer fehlenden oder defekten Batterie durch den Generatorregler selbst erfolgen, insbesondere in einer ihm zugeordneten Auswerteeinrichtung, die beispielsweise einen Prozessor mit zugehörigen Auswertemitteln umfasst, der die Auswertung vornimmt. Es ist aber auch möglich, die Detektion im Bordnetz, beispielsweise in einem Bordnetzsteuergerät durchzuführen. Bei Erkennung des batterielosen Betriebes können in vorteilhafter Weise Warnmeldungen ausgegeben werden und/oder Gegenmaßnahmen eingeleitet, die einen sicheren Betrieb auch im batterielosen Zustand erlauben.Advantageously, the detection of a missing or defective battery can be carried out by the generator controller itself, in particular in an evaluation device assigned to it, which comprises, for example, a processor with associated evaluation means, which carries out the evaluation. But it is also possible to perform the detection in the electrical system, for example in a vehicle electrical system control unit. Upon detection of battery-free operation warning messages can be issued and / or initiated countermeasures that allow safe operation even in battery-free state in an advantageous manner.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt:An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description. Showing:
Im Einzelnen zeigt
Neben den Ständerwicklungen umfasst der Generator
Vom Bordnetz
Neben dem bisher beschriebenen herkömmlichen System ist in einer erfindungsgemäßen Erweiterung noch ein Bordrechner oder ein Bordnetzsteuergerät
Dem Bordnetzsteuergerät
Die gemessenen bzw. zugeführten Spannungen werden im Bordnetzsteuergerät oder im integrierten Schaltkreis
Die Auswertung der Spannung zur Erkennung der vorstehend genannten Fehlfunktionen beruht auf der Erkenntnis, dass der im Bordnetz integrierte Generator
Die einzelnen Komponenten des Gesamtsystems, insbesondere Generator mit Regler, Batterie, Bordnetzverbraucher, Leitungen usw. stellen eine Art Schwingkreis dar. Bei vorhandener Batterie setzen sich die Komponenten des Schwingkreises aus dem Entstörkondensator
Das Gesamtsystem hat bei funktionsfähiger Batterie eine bestimmte Eigenfrequenz. Bei fehlender Batterie oder bei defekter Batterie oder bei einer Unterbrechung der Generatorleitung ergibt sich gegenüber dem fehlerfreien Zustand mit funktionsfähiger Batterie eine Resonanzfrequenzänderung, die zur Detektion des Bordnetzzustandes ausgewertet werden kann. Es sind dabei folgende Fälle zu unterscheiden:The entire system has a specific natural frequency when the battery is functioning. In the absence of a battery or a defective battery or a break in the generator line is compared to the fault-free state with functional battery a resonant frequency change that can be evaluated for detection of the electrical system condition. The following cases are to be distinguished:
a) Detektion durch den Generatorreglera) detection by the generator controller
Wird die Untersuchung der Resonanzfrequenz durch den Generatorregler anhand der Auswertung der im Generatorregler detektierten Spannung durchgeführt, ergibt sich für die Verschiebung der Resonanzfrequenz fR der in
b) Detektion im Bordnetzb) Detection in the electrical system
Wird die Untersuchung der Resonanzfrequenz beispielsweise durch das Bordnetzsteuergerät anhand der Auswertung der im Bordnetz detektierten Spannung durchgeführt, ergibt sich für die Verschiebung der Resonanzfrequenz fR der in
Den Zusammenhang zwischen Spannung, Amplitude und Frequenz der Bordnetzwelligkeit bei einer Generatordrehzahl von 15000 l/min zeigt
Zusätzlich zur Auswertung der Resonanzfrequenz zur Erkennung eines Batteriedefekts oder einer Unterbrechung einer der Batterieleitungen kann die Höhe der Amplituden der Welligkeit im Bordnetz ausgewertet werden, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Höhe der Welligkeit der Amplituden im Gegensatz zur Resonanzfrequenz von der Generatordrehzahl und der Last ist. Die Höhe der Amplitude Welligkeit bzw. des Wechselspannungsanteils bei defekter Batterie oder fehlender Batterie oder bei Abfall der Generatorleitung ist bei sonst gleichen Bedingungen größer als bei Normalbetrieb.In addition to the evaluation of the resonance frequency for detecting a battery failure or interruption of one of the battery lines, the magnitude of the amplitudes of the ripple in the electrical system can be evaluated taking into account that the magnitude of the ripple of the amplitudes is in contrast to the resonant frequency of the generator speed and the load , The magnitude of the amplitude ripple or of the AC voltage component in the case of a defective battery or missing battery or when the generator line drops is greater under otherwise identical conditions than during normal operation.
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