DE102005026866A1

DE102005026866A1 - Verfahren zum Überwachen einer Spannung einer Batterie eines Kraftfahrzeugs und ein entsprechendes Ladzustandsmesssystem

Info

Publication number: DE102005026866A1
Application number: DE200510026866
Authority: DE
Inventors: Markus Armbrust; Walter Bleuel
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2006-12-14

Abstract

Bei einem Verfahren zum Überwachen einer Spannung einer Batterie (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei bei einem Starten eines Motors des Kraftfahrzeugs eine Batteriespannung kurzzeitig zusammenbricht, ist zur Erhöhung der Lebensdauer der Batterie (1) vorgeschlagen, dass ein niedrigster Spannungswert erfasst und einem Steuergerät (6) des Kraftfahrzeugs zugeleitet wird. Des Weiteren ist ein entsprechendes Ladezustandsmesssystem angegeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen einer Spannung einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, wobei bei einem Starten eines Motors eine Batteriespannung kurzzeitig zusammenbricht, und auf ein Ladezustandsmesssystem für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs mit einem Steuergerät zur Steuerung verschiedener Funktionen des Kraftfahrzeugs und einem Anlasser zum Starten eines Motors.

Aus der Praxis der Kraftfahrzeugtechnik ist es bekannt, einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit Hilfe eines elektrisch betriebenen Anlassers zu starten. Hierzu wird der Anlasser oder Starter mit elektrischem Strom aus dem Bordnetz, der von einer Batterie des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt wird, versorgt. Der gesamte Startvorgang wird üblicherweise von einem Steuergerät, insbesondere einem Motorsteuergerät, zur Steuerung aller Funktionen des Kraftfahrzeugs überwacht und geregelt.

Hierbei ist es bekannt, dass zum einen, insbesondere bei älteren, Batterien, die aufgrund häufiger Ladungs- und Entladungsvorgängen eine verringerte Kapazität aufweisen, und zum anderen bei tiefen Umgebungstemperatu ren bei einem Startvorgang der Wert der Spannung im Bordnetz so stark zusammenbricht, dass der Motor nicht mehr gestartet werden kann. Dies wird dadurch verursacht, dass beim Startvorgang, bei dem der im Wesentlichen in Form eines Elektromotors ausgebildete Anlasser mit einer Batteriespannung versorgt wird, im ersten Moment sich noch nicht dreht, wodurch es nahezu zu einem Kurzschluss im Bordnetz kommt und eine Batteriespannung, die üblicherweise einen Wert von 12 V aufweist, bei einer neuen Batterie auf sieben bis acht Volt abfallen kann. Bei älteren Batterien wird dieser Wert auf unter fünf Volt reduziert. Demzufolge bricht das Steuergerät den Startvorgang bei einer Batterie mit einem geringen Lagezustand oder bei einer älteren Batterie selbsttätig ab bzw. unterbricht die Stromversorgung des Anlassers, da die Betriebsspannung des Steuergerätes unterschritten wird, d. h. das Kraftfahrzeug kann nicht mehr gestartet werden. Dies wird auch als selbsttätiges Zurücksetzen oder "resetieren" bezeichnet.

Hierzu ist es bekannt, bei einem erstmaligen Zurücksetzen eines Motorsteuergerätes eine zusätzliche Schaltung vorzusehen, die bei einem erneuten Starten den Anlasser trotz zurückgesetztem Motorsteuergerät mit der Bordspannung versorgt, um den Motor zu starten. Hierdurch kann allerdings eine Tiefentladung der Batterie auftreten.

Die EP 0 376 667 B1 beschreibt eine Stromversorgungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge, die derart ausgelegt ist, dass zusätzliche elektrische Verbraucher, beispielsweise eine Lüftung oder dergleichen, während des Startvorgangs nicht mit Spannung versorgt werden, um eine volle Batteriekapazität dem Anlasser zur Verfügung zu stellen. Eine Vorgehensweise bei einer Batterie mit verringerter Kapazität ist nicht offenbart.

Die EP 0 376 967 B1 zeigt eine Batterieladestandsanzeige, wobei der der Batterie zu- bzw. abfließende elektrische Strom über die Zeit integriert wird, um daraus eine noch in der Batterie vorhandene Restladung zu ermitteln. Eine besondere Vorgehensweise bei der Durchführung eines Startvorgangs mit beinahe entladender Batterie ist nicht erwähnt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Überwachen einer Spannung einer Batterie eines Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem eine Tiefentladung oder vorzeitige Alterung der Batterie wirkungsvoll vermieden wird und ein entsprechendes Ladezustandsmesssystem.

Erfindungsgemäß wird die Aufgaben bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass ein niedrigster Spannungswert erfasst und einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs zugeleitet wird, und bei dem Ladezustandsmessystem dadurch, dass eine Vorrichtung zur Erfassung eines niedrigsten Spannungswerts bei einem Startvorgang vorgesehen ist.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, mit einem elektronischen Messgerät, das allerdings kostengünstig ohne großen Aufwand zusätzlich in das Bordnetz vom Fachmann einbaubar ist, die Batteriespannung, insbesondere während eines Startvorgangs des Anlassers, zu überwachen. Hierbei bricht, wie vorstehend ausgeführt, zumindest kurzzeitig die Batteriespannung im Anlasserstromkreis zusammen, da zu Beginn des Startvorgangs der Anlasser selbst noch steht, d. h. dieser Elektromotor sich nicht dreht und der Anlasserstromkreis im Wesentlichen kurzgeschlossen wird. Dies führt zu einer deutlich messbaren Verringerung der Spannung in dem Anlasserstromkreis bzw. im Bordnetz bei intakten neuen Batterien auf ca. sieben bis acht Volt bei einer üblichen Nennspannung von 12 V.

Wie es dem Fachmann bekannt ist, hängt bei diesem Zusammenbrechen der Spannung dieser Minimalwert von der Größe des Innenwiderstands der Batterie ab. Wie es dem Fachmann ebenfalls bekannt ist, steht dieser Innenwiderstand wiederum in unmittelbarer Beziehung zu dem Ladezustand bzw. der verbleibenden Kapazität der Batterie, so dass aus der Größe der minimalen Spannung während des Spannungsabfalls in einem ersten Schritt auf den Innenwiderstand der Batterie und nachfolgend in einem zweiten Schritt auf ihren eigentlichen Ladezustand geschlossen werden kann. Die entsprechenden Zusammenhänge können beispielsweise empirisch festgestellt und vorzugsweise in einem zentralen Steuergerät hinterlegt werden, um aus der gemessenen minimalen Spannung auf den Ladezustand der Batterie zu schließen.

Selbstverständlich wird das Auslesen der Messgröße der zusätzlich vorgesehenen Vorrichtung zur Erfassung eines niedrigsten Spannungswerts von dem Steuergerät bzw. einem Motorsteuergerät vorgenommen, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass der niedrigste Spannungswert zumindest solange zur Verfügung gestellt wird, bis das Steuergerät diesen Wert zuverlässig erfasst.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass praktisch ohne zusätzlichen Aufwand der tatsächliche Ladezustand der Batterie des Kraftfahrzeugs überwacht werden kann, wodurch, wie im Folgenden beschrieben, rechtzeitig Maßnahmen gegen eine Tiefentladung ergriffen werden können. Dies führt zu einer allgemeinen Erhöhung der Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs, da Startvorgänge stets zuverlässig durchgeführt werden können. Außerdem wird die Lebensdauer der Batterie verlängert, da Tiefentladungen praktisch nicht mehr auftreten.

In vorteilhafter Ausgestaltung wird über einen an sich bekannten Temperatursensor eine Außentemperatur bei der Ermittlung des Ladezustands der Batterie berücksichtigt, da eine kalte Batterie, z. B. an einem Morgen nach einer kalten Winternacht, wenn das Kraftfahrzeug im Freien abgestellt war, einen wesentlich geringeren Ladezustand aufweist als eine vergleichbare Batterie, die in einem Kraftfahrzeug in einer warmen Garage abgestellt war. Somit kann aus der Außentemperatur sowie dem niedrigsten Spannungswert auf den tatsächlichen Ladezustand der Batterie geschlossen werden, wobei diese Auswertung vorzugsweise ebenfalls im Steuergerät erfolgt. Auch hierfür können empirisch erfasste Werte für den Zusammenhang zwischen Außentemperatur und Ladezustand der Batterie im Steuergerät hinterlegt sein.

Bevorzugt ist das Steuergerät derart ausgelegt, dass bei Erreichen eines Grenzwertes für den Ladezustand der Batterie, der sich in einer Verringerung des Minimalwerts der Spannung beim Zusammenbrechen äußert, geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden können. Diese Gegenmaßnahmen bestehen beispielsweise darin, dass ein oder mehrere Verbraucher zumindest während des Startvorgangs vom Bordnetz genommen werden, um die volle Batteriekapazität dem Anlasser zuleiten zu können. Ebenso können Verbraucher während des regulären Betriebs des Kraftfahrzeugs deaktiviert werden, um einen vollen Ladestrom der Lichtmaschine des Kraftfahrzeugs der Batterie zuführen zu können. Es versteht sich, dass hierfür das Steuergerät hard- und/oder softwaremäßig entsprechend ausgelegt ist.

In vorteilhafter Weise wird bei Erreichen eines insbesondere einstellbaren Grenzwertes für den Ladezu stand der Batterie eine optische und/oder akustische Warnmitteilung ausgegeben, beispielsweise eine Sprachmitteilung "Batterie leer, bitte aufladen" oder eine Anzeige auf einem Display oder mit einer Warnleuchte. Hierdurch soll der Fahrer dazu veranlasst werden, u. a. mit einer längeren Autobahnfahrt unter Abschaltung aller unnötigen Verbraucher die Batterie wieder aufzuladen, bis diese einen ausreichenden Ladezustand für den nächsten Startvorgang aufweist.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternde Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert. Die einzige Fig. der Zeichnung zeigt einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Ladezustandsmesssystems für eine Batterie.
Bei dem Schaltplan handelt es sich um die schematische Wiedergabe einer Batterie 1 eines Kraftfahrzeugs, die einen Anlasser 2 zum Starten eines Verbrennungsmotors in an sich bekannter Weise über eine Anlassersteuerung 3, beispielsweise ein Relais, mit elektrischem Strom versorgen kann. Zusätzliche ist der Batterie 1 eine Vorrichtung 4 zur Erfassung eines niedrigsten Spannungswertes bei einem Startvorgang zugeordnet. Mit dieser Vorrichtung 4 wird insbesondere das Zusammenbrechen der Batteriespannung bei einem Startvorgang überwacht, wobei zu Beginn des Startvorgangs, d. h. wenn der Anlasser 2 sich noch nicht dreht, die Spannung bei einer guten Batterie 1 auf sieben bis acht Volt und bei einer schlechten Batterie 1 auf vier bis fünf Volt zusammenbrechen kann.
Dieser minimale Spannungswert hängt in an sich bekannter Weise sowohl vom Innenwiderstand der Batterie 1 als auch von einer Außentemperatur, die mit einem Sensor 5 überwachbar ist, ab. Sonach kann man aus der Größe des niedrigsten Wertes der Spannung über den Innenwiderstand auf den eigentlichen Ladezustand der Batterie 1 schließen. Hierzu wird der niedrigste Spannungswert einem Steuergerät 6 zur Steuerung aller Funktionen des Kraftfahrzeugs zugeführt, wobei die Vorrichtung 4 derart ausgelegt ist, dass dieser Wert dem Steuergerät 6 über einen ausreichend langen Zeitraum für eine Verarbeitung zur Verfügung gestellt wird. Weiterhin wird die Außentemperatur mit dem Sensor 5 gemessen und ebenfalls dem Steuergerät 6 zugeleitet.
In dem Steuergerät 6 werden diese Werte verarbeitet und daraus auf den tatsächlichen Ladezustand der Batterie 1 geschlossen, wobei durch das Steuergerät 6 ein Warnsignal ausgebbar ist, sobald ein kritischer Wert für den Ladezustand erreicht wird, bei dem beispielsweise ein erneuter Startvorgang nicht zuverlässig gewährleistet ist. Weiterhin können Gegenmaßnahmen ergriffen werden, beispielsweise elektrische Verbraucher abgeschaltet und/oder ein Fahrer des Kraftfahrzeugs zu einer längeren Autobahnfahrt aufgefordert werden, um die Batterie 1 wieder aufzuladen. Hierdurch werden Tiefentladungen bzw. vorzeitige Alterungserscheinungen der Batterie 1 wirkungsvoll vermieden, wodurch die Zuverlässigkeit des Kraftfahrzeugs erhöht und die Lebensdauer der Batterie 1 verlängert ist.

1: Batterie
2: Anlasser
3: Anlassersteuerung
4: Vorrichtung
5: Temperatursensor
6: Steuergerät

Claims

Verfahren zum Überwachen einer Spannung einer Batterie (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei bei einem Starten eines Motors des Kraftfahrzeugs eine Batteriespannung kurzzeitig zusammenbricht, dadurch gekennzeichnet, dass ein niedrigster Spannungswert erfasst und einem Steuergerät (6) des Kraftfahrzeugs zugeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außentemperatur berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten eines Minimalwerts des Ladezustands von dem Steuergerät (6) eine Erhöhung des Ladezustands veranlasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Warnsignal ausgegeben wird.
Ladezustandsmesssystem für eine Batterie (1) eines Kraftfahrzeugs mit einem Steuergerät (6) zur Steuerung verschiedener Funktionen des Kraftfahrzeugs und einem Anlasser (2) zum Starten eines Motors, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (4) zur Erfassung eines niedrigsten Spannungswerts bei einem Startvorgang vorgesehen ist.
Ladezustandsmesssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ladezustandsmesssystem ein Temperatursensor zugeordnet ist.
Ladezustandsmesssystem nach Anspruch 5 oder 6, da durch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten eines Minimalwerts des Ladezustands von dem Steuergerät (6) eine Erhöhung des Ladezustands veranlassbar ist.
Ladezustandsmesssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Warnsignal ausgebbar ist.