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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Endes der Lebensdauer
eines bestimmten Batterietyps wie beispielsweise einer Knopfzelle,
insbesondere einer Lithium-Mangan-Knopfzelle,
die im Rahmen einer bestimmten Anwendung dieser Batterie spezielle
Funktionseigenschaften aufweist.
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Angewandt
wird diese Erfindung insbesondere, aber nicht ausschließlich, im
Automobilbereich zur Erkennung des Endes der Lebensdauer von Knopfzellen,
insbesondere von Lithium-Mangan-Knopfzellen,
welche in elektronische Steuergeräte integriert werden, beispielsweise
in elektronische Steuergeräte,
die zur Messung von Betriebsparametern der Räder und zur Übertragung
dieser Parameter zu einer am Fahrzeug angebrachten Zentraleinheit
an den Rädern
des Fahrzeugs eingebaut werden.
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Zu
den Funktionseigenschaften, die die Batterien wie beispielsweise
die Knopfzellen erfüllen müssen, zählt insbesondere
die garantierte Mindestlebensdauer dieser Batterien unter festgelegten
normalen Betriebsbedingungen, einschließlich der Abgabe einer Spannung
oberhalb eines festgelegten Schwellenwerts an den Klemmen dieser
Batterien während
der gesamten Lebensdauer.
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So
müssen
insbesondere im Automobilsektor die in die elektronischen Steuergeräte integrierten Knopfzellen
eine Kapazität
und Funktionseigenschaften aufweisen, die es ermöglichen, eine angemessene Stromversorgung
der verschiedenen Komponenten dieser elektronischen Steuergeräte während ihrer
gesamten Lebensdauer, die vom Automobilhersteller festgelegt wird,
zu garantieren.
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Nun
sind aber in der Praxis die Lebensdauer der Batterien und die maximale
Spannung an den Batterieklemmen der Batterien unmittelbar von den Betriebsparametern
der betrachteten Anwendung abhängig
wie beispielsweise von der Umgebungstemperatur des Milieus, in dem
sich diese Batterien befinden, vom Stromverbrauch je Zeiteinheit,
von den Formen des verbrauchten Stroms usw. Dadurch kann die Lebensdauer
von Batterien desselben Typs in Abhängigkeit von den Betriebsparametern
der Anwendungen dieser Batterien erheblich schwanken. Da diese Lebensdauer
den ordnungsgemäßen Betrieb
der betrachteten Anwendungen beeinflusst, kann es sinnvoll, wenn
nicht gar notwendig sein, diese Anwendungen mit Kontrolleinrichtungen
zu versehen, die so ausgestaltet sind, dass sie es ermöglichen,
das Ende der Lebensdauer dieser Batterien zu erkennen.
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Die
Erfindung soll diese Aufgabe lösen;
ihre Hauptaufgabe ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, das
es ermöglicht,
das Ende der Lebensdauer eines bestimmten Batterietyps wie einer
Knopfzelle zu erkennen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Diagnoseverfahren
bereitzustellen, das, wenn es bei elektronischen Steuergeräten angewandt
wird, die zur Montage an den Rädern
von Fahrzeugen geeignet sind, nur eine Softwareanpassung dieser
Steuergeräte
erfordert.
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Zu
diesem Zweck sieht die Erfindung ein Diagnoseverfahren vor, bei
dem:
- • in
einer ersten Phase zur Kalibrierung des Batterietyps im Rahmen der
betrachteten Anwendung:
– ein
repräsentatives
Aufgabenprofil der Betriebsparameter der betrachteten Anwendung
erstellt wird, das geeignet ist, ein Profil der Temperaturen, ein
Profil des Stromverbrauchs je Zeiteinheit und ein Profil der Formen
des verbrauchten Stroms zu kombinieren,
– Grenzwertkriterien für den Batteriebetrieb
ausgewählt
werden, die sich in Spannungswerten an den Batterieklemmen äußern, bei
deren Unterschreitung bei gegebenen Umgebungstemperaturen des Milieus,
in dem sich diese Batterie befindet, davon ausgegangen werden muss,
dass das Ende der Batterielebensdauer ereicht ist;
– eine beschleunigte
Alterungsprüfung
der Anwendung durchgeführt
wird und dabei Werte der Spannung an den Klemmen der Batterie gemessen
und gespeichert werden, die für
die ausgewählten
Betriebskriterien dieser Batterie repräsentativ sind,
- • und
bei der Verwendung einer Batterie des bestimmten Typs im Rahmen
der betrachteten Anwendung:
– regelmäßige Messungen der Spannung
an den Batterieklemmen und der entsprechenden Umgebungstemperatur
durchgeführt
werden,
– jeder
Messwert der Spannung an den Batterieklemmen mit den entsprechenden
gespeicherten Werten verglichen wird,
– die Messwerte, die unter
den entsprechenden gemessenen Werten liegen, gezählt werden,
– und nach
der Zählung
von n Messwerten, die die entsprechenden gespeicherten Werte unterschreiten,
wobei n ≥ 1 ist,
ein Warnsignal für
das Ende der Batterielebensdauer abgegeben wird.
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Das
erfindungsgemäße Verwaltungsverfahren
besteht somit zunächst
darin:
- • zu
Beginn geeignete Grenzwertkriterien für den Batteriebetrieb auszuwählen, die
es ermöglichen, durch
Messungen der Spannung an den Batterieklemmen zu bestimmen, ob diese
Batterie in der Lage ist oder nicht, die ordnungsgemäße Stromversorgung
der Anwendung sicherzustellen,
- • und
eine beschleunigte Alterungsprüfung
durchzuführen,
die es ermöglicht,
repräsentative
Werte der Grenzwertkriterien des Betriebs zu speichern. Dieses Verfahren
besteht anschließend
darin, die gespeicherten Werte als Referenzwerte zu verwenden, die
dazu dienen, mit Ergebnissen regelmäßiger Messungen verglichen
zu werden, um bei der Verwendung der Batterie den Zeitpunkt zu erkennen,
zu dem das Ende ihrer Lebensdauer erreicht ist.
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Dieses
Verfahren stellt somit eine Softwarelösung bereit, die es ermöglicht,
das Ende der Lebensdauer eines bestimmten Batterietyps wie einer
Knopfzelle zu erkennen und die ein hohes Maß an Flexibilität hinsichtlich
der freien Wahl verschiedener Betriebskriterien zum einen und verschiedene Werte
für die
Zahl „n" der gezählten Werte
zum anderen bietet.
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Im
Hinblick auf die Wahl der Grenzwertkriterien für den Betrieb kann eine erste
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung darin bestehen, ein Wertepaar zu wählen und zu speichern, das
aus dem theoretischen Wert der Mindestspannung an den Batterieklemmen,
der so genannten Mindestbetriebsspannung, die in der Lage ist, den
Betrieb der Anwendung zu garantieren, besteht, dem ein festgelegter Schwellenwert
für die
Betriebsumgebungstemperatur zugeordnet wird.
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Nach
dieser vorteilhaften Ausführungsform wird
zudem bei der Verwendung einer Batterie und bei jeder durchgeführten Messung:
- • die
gemessene Spannung mit der gespeicherten Mindestbetriebsspannung
verglichen,
- • und
wenn die gemessene Spannung geringer als die gespeicherte Mindestbetriebsspannung ist,
die Zählung
dann und nur dann inkrementiert, wenn die gemessene Umgebungstemperatur
unter dem gespeicherten Temperaturschwellenwert liegt.
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Im Übrigen wird
im Rahmen dieser Ausführungsform
und auf erfindungsgemäß vorteilhafte Weise,
wenn die gemessene Spannung unter der gespeicherten Mindestbetriebsspannung
liegt, die Zählung
inkrementiert, indem dieser Zählung
Koeffizienten zur Gewichtung festgelegter Werte beigemessen werden,
so dass diese Werte mit der Umgebungstemperatur steigen.
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Im
Hinblick auf die Wahl der Grenzwertkriterien für den Betrieb kann eine zweite
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung auch darin bestehen, eine Altersgrenze für den Betrieb
zu wählen.
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In
diesem Fall wird, wenn die beschleunigte Alterung der Batterie die
gewählte
Altersgrenze für einen
festgelegten Bereich von Umgebungstemperaturwerten erreicht, eine
Vielzahl von Werten der Spannung an den Batterieklemmen gemessen,
von denen jeder einer bestimmten Umgebungstemperatur entspricht.
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Weiterhin
wird bei der Verwendung einer Batterie und bei jeder durchgeführten Messung:
- • die
gemessene Spannung mit der gespeicherten Spannung, die bei der gleichen
Umgebungstemperatur erhalten wurde, verglichen,
- • und
die Zählung
inkrementiert, wenn die gemessene Spannung unter der gespeicherten
Spannung liegt.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass die gemessenen Parameter erfindungsgemäß in Parametern bestehen,
die beim Betrieb der heutigen elektronischen Steuergeräte, die
zur Anbringung an den Rädern
von Fahrzeugen bestimmt sind, üblicherweise gemessen
werden, so dass die Anwendung der Erfindung bei solchen Steuergeräten nur
eine einfache Softwareanpassung dieser Geräte erfordert.
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Weitere
Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden
ausführlichen
Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Anhang hervor,
die als nicht einschränkendes
Beispiel eine bevorzugte Ausführungsform
darstellen. In diesen Zeichnungen zeigen:
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1 eine
teilweise und schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs, das mit
einem erfindungsgemäßen Überwachungssystem
ausgestattet ist,
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und 2 eine
Grafik, die ein Netz aus Kennlinien darstellt, von denen jede für den zeitlichen Verlauf
der Mindesttemperatur, bei der ein bestimmter Spannungswert an den
Klemmen einer Knopfzelle eines elektronischen Steuergeräts eines Überwachungssystems
erhalten wird, repräsentativ
ist.
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Das Überwachungssystem,
welches das erfindungsgemäße Erkennungsverfahren
einsetzt, ist in 1 an einem Fahrzeug 3 mit
vier herkömmlich bereiften
Rädern 2 montiert
dargestellt. Derartige Überwachungssysteme
umfassen üblicherweise
zunächst
für jedes
Rad 2 ein elektronisches Steuergerät wie 1, das beispielsweise
fest mit der Felge dieses Rades verbunden ist, so dass es innerhalb
der Hüllkurve
des Reifens liegt. Jedes dieser elektronischen Steuergeräte 1 beinhaltet
spezielle Sensoren zur Messung von Parametern wie Druck, Temperatur, Beschleunigung
usw., die mit einer mikroprozessorgesteuerten Recheneinheit 4 verbunden
sind, welche von einer Knopfzelle 5 wie einer Lithium-Mangan-Knopfzelle mit Strom
versorgt wird und an einen Funksender angeschlossen ist, der mit
einer Niederfrequenzantenne 6 verbunden ist.
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Das Überwachungssystem
umfasst weiterhin einen zentralen Rechner oder eine Zentraleinheit 7 mit
einem Mikroprozessor und einem Funkempfänger, der in der Lage ist,
die von jedem der vier elektronischen Steuergeräte 1 ausgesendeten
Signale zu empfangen und der zu diesem Zweck mit einer Antenne 8 verbunden
ist. Üblicherweise
ist ein derartiges Überwachungssystem
und insbesondere seine Zentraleinheit 7 so ausgestaltet,
dass der Fahrer über
jede anomale Veränderung
der von den Sensoren an den Rädern 2 gemessenen
Parameter informiert wird.
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Erfindungsgemäß umfasst
die mikroprozessorgesteuerte Recheneinheit 4 jedes elektronischen Steuergeräts:
- • Einrichtungen
zum Speichern von repräsentativen
Werten von Grenzwertkriterien für
den Betrieb der Batterie 5, bei deren Unterschreitung davon
ausgegangen wird, dass das Ende der Lebensdauer dieser Batterie
erreicht ist, d.h. dass sie nicht in der Lage ist, eine geeignete
Stromversorgung der Anwendung sicherzustellen,
- • und
eine Verwaltungseinheit, die mit den Speichereinrichtungen und den
Messfühlern
verbunden ist und so programmiert ist, dass sie durch Vergleichen
der gemessenen und gespeicherten Werte ein etwaiges Ende der Lebensdauer
der Batterie 5 erkennt und das Senden eines entsprechenden
Warnsignals steuert.
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Die
Umsetzung des erfindungsgemäßen Erkennungsverfahren
bedingt die vorherige Durchführung
eines Verfahrens zur Kalibrierung des Typs der Knopfzelle 5 im
Rahmen der betrachteten Anwendung, des so genannten Kalibrierungsverfahrens, das
darin besteht:
- • ein repräsentatives Aufgabenprofil der
Betriebsparameter der betrachteten Anwendung zu erstellen, um ein
Profil der Temperaturen, ein Profil des Stromverbrauchs je Zeiteinheit
und ein Profil der Formen des verbrauchten Stroms zu kombinieren,
- • und
eine beschleunigte Alterungsprüfung
der Anwendung durchzuführen,
bei der beispielsweise der zeitliche Verlauf der Umgebungstemperatur,
bei der bestimmte Werte der Spannung an den Klemmen der Batterie 5 erhalten
werden, gemessen und gespeichert wird.
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Ein
solches Kalibrierungsverfahren ergibt eine Grafik wie die in 2 dargestellte,
die aus einem Netz von Kennlinien besteht, von denen jede für den zeitlichen
Verlauf der Temperatur, bei der ein bestimmter Spannungswert an
den Klemmen der Batterie 5 erhalten wird, repräsentativ
ist. Auf der Grundlage einer solchen Grafik kann ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung darin bestehen, als Grenzwertkriterien für den Betrieb
der Batterie 5 eine Altersgrenze zu wählen.
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Im
Rahmen dieses Beispiels bestehen die gespeicherten Werte, die für das Betriebskriterium repräsentativ
sind, für
jede Kennlinie des Netzes aus einem Wertepaar, das in der Spannung
an den Klemmen der Batterie 5 und in der Umgebungstemperatur, bei
der dieser Spannungswert erhalten wird, besteht.
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Nach
diesem Beispiel besteht die Überprüfung des
Zustands der Knopfzelle 5 weiterhin darin, die gemessene
Spannung mit der gespeicherten Spannung, die für den gleichen Umgebungstemperaturwert
erhalten wurde, zu vergleichen und einen Zähler zu inkrementieren, wenn
die gemessene Spannung unter der gespeicherten Spannung liegt.
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Zur
Veranschaulichung dieses Beispiels können unter Bezugnahme auf 2 die
gespeicherten Werte für
eine Altersgrenze von 10 Jahren insbesondere die folgenden Wertepaare
umfassen: (2,1 V, –30°C), (2,3
V, –10°C) und (2,6
V, 13°C).
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Auf
der Grundlage der Grafik in 2 kann ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung darin bestehen, als Grenzwertkriterium für den Betrieb
der Knopfzelle 5 ein Wertepaar zu wählen, das aus dem theoretischen
Wert der Mindestspannung an den Klemmen dieser Batterie, der so
genannten Mindestbetriebsspannung, die in der Lage ist, den Betrieb
der Anwendung zu garantieren, besteht, dem ein festgelegter Schwellenwert
der Betriebsumgebungstemperatur zugeordnet wird.
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Die
Mindestbetriebsspannung wird üblicherweise
von den Lieferanten der in die elektronischen Steuergeräte 1 integrierten
Komponenten definiert und weist im Rahmen dieses Beispiels einen
Mittelwert von ca. 2,1 Volt auf.
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Der
Schwellenwert der Umgebungstemperatur wird dagegen in Abhängigkeit
von den Durchschnittstemperaturen der Einsatzbereiche der Fahrzeuge 3,
die mit den elektronischen Steuergeräten 1 ausgerüstet werden
sollen, bestimmt. Dieser Wert kann herkömmlicherweise aus der Kennlinie,
die der Spannung von 2,1 Volt entspricht und in 2 dargestellt
ist, abgeleitet werden.
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Nach
diesem zweiten Beispiel besteht die Überprüfung des Zustands der Knopfzelle 5 darin,
die gemessene Spannung mit der gespeicherten Mindestbetriebsspannung
zu vergleichen und, wenn diese gemessene Spannung unter der besagten
Mindestbetriebsspannung liegt, dann und nur dann einen Zähler zu
inkrementieren, wenn die gemessene Umgebungstemperatur unter dem
gespeicherten Temperaturschwellenwert liegt.
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Um
die Inkrementierung zu verfeinern und realistischer zu gestalten,
wird die Inkrementierung vorteilhafterweise mit Hilfe von Koeffizienten
zur Gewichtung von festgelegten Werten gewogen, so dass diese Werte
mit der Umgebungstemperatur steigen. Im Übrigen ist darauf hinzuweisen,
dass nur die der 2,1-Volt-Kennlinie zugeordneten Daten zur Umsetzung
dieses zweiten Beispiels erforderlich sind.
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Schließlich ist
darauf hinzuweisen, dass nach dem erfindungsgemäßen Erkennungsverfahren die
einzigen regelmäßig durchgeführten Messungen in
Temperatur- und Spannungsmessungen bestehen. Nun werden aber diese
Messungen im Rahmen der Anwendung zur Überwachung von Betriebsparametern
der Räder 2 durchgeführt und
verwendet, so dass die Umsetzung der Erfindung nur eine ganz einfache
Softwareanpassung erfordert.