DE102011002968A1

DE102011002968A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie

Info

Publication number: DE102011002968A1
Application number: DE102011002968A
Authority: DE
Inventors: Michael Wolf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2012-07-26
Also published as: CN102610869A; CN102610869B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie (7), welche ein Fahrzeugbordnetz (1) mit einem ersten Spannungsniveau (24 V) versorgt. Erfindungsgemäß sind ein Batteriesensor (12), welcher zur Überwachung einer Batterie (7.1, 7.2) mit einem zweiten Spannungsniveau (12 V) ausgelegt ist, welches sich signifikant vom ersten Spannungsniveau (24 V) unterscheidet, und eine Anpassungsschaltung (14) vorgesehen, welche das erste Spannungsniveau (24 V) so verändert und an das zweite Spannungsniveau (12 V) anpasst, dass der Batteriesensor (12) zur Ermittlung von mindestens einer Zustandsgröße der Fahrzeugbatterie (7) betreibbar ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1 und von einem zugehörigen Verfahren zur Ermittlung einer Zustandsgröße nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind elektronische Batteriesensoren bekannt, welche mindestens eine Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie ermitteln. Ein solcher elektronischer Batteriesensor ist ein zentraler Bestandteil des elektronischen Energiemanagements im Fahrzeug und erfasst äußerst präzise und dynamisch verschiedene Batteriegrößen wie Strom, Spannung und Temperatur. Mit den gemessenen Werten ermittelt die im Batteriesensor integrierte Software zur Batteriezustandserkennung einen aktuellen sowie eine zukünftig zu erwartenden Zustand der Fahrzeugbatterie. Die elektronischen Batteriesensoren sind für den Betrieb in einem Bordnetz mit einem einzigen Spannungsniveau ausgelegt, in der Regel auf ein 12 V-Bordnetz in einem Personenkraftwagen (PKW). Damit ist der Anwendungsbereich überwiegend auf PKWs beschränkt, da moderne Nutzfahrzeuge ein 24 V-Bordnetz aufweisen.
Aus der Offenlegungsschrift DE 101 19 985 A1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Energieeinspeisung in ein Mehrspannungsbordnetz eines Kraftfahrzeugs bekannt. Das beschriebene Bordnetz ist ein Zweispannungsbordnetz, das ein erstes und ein zweites Spannungsniveau bereitstellt. Es wird aus zumindest einem elektrischen Energiespeicher gespeist. Zudem ist mindestens ein Spannungswandler zur Wandlung der beiden Spannungsniveaus vorgesehen. Weiterhin sind Einspeisemittel zur weiteren Speisung des Energiespeichers vorgesehen.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 7 haben demgegenüber den Vorteil, dass zur Überwachung einer Fahrzeugbatterie, welche ein Fahrzeugbordnetz mit einem ersten Spannungsniveau versorgt, ein eingeführter Batteriesensor verwendet werden kann, welcher zur Überwachung einer Batterie mit einem zweiten Spannungsniveau ausgelegt ist, welches sich signifikant vom ersten Spannungsniveau unterscheidet.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen somit in vorteilhafter Weise mit einem minimalen Eingriff in ein vorhandenes Layout und einem Mehraufwand, welcher sich auf wenige Bauteile beschränkt, eine Verwendung des beispielsweise im PKW mit einem 12 V-Bordnetz eingeführten Batteriesensors in einem Nutzfahrzeug mit einem 24 V-Bordnetz. Des Weiteren sind in vorteilhafter Weise keine Änderungen an der Auswerteelektronik oder der Software des Batteriesensors erforderlich.
Der Kern der vorliegenden Erfindung, besteht in einem Einsatz einer aktiven Anpassungsschaltung zur exakten Halbierung der Versorgungsspannung des Batteriesensors. Der Batteriesensor misst die Versorgungsspannung und interpretiert diese als Batteriemessspannung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie, welche ein Fahrzeugbordnetz mit einem ersten Spannungsniveau versorgt, umfasst einen Batteriesensor, welcher zur Überwachung einer Batterie mit einem zweiten Spannungsniveau ausgelegt ist, welches sich signifikant vom ersten Spannungsniveau unterscheidet, und eine Anpassungsschaltung, welche das erste Spannungsniveau so verändert und an das zweite Spannungsniveau anpasst, dass der Batteriesensor zur Ermittlung von mindestens einer Zustandsgröße der Fahrzeugbatterie betreibbar ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie, welche ein Fahrzeugbordnetz mit einem ersten Spannungsniveau versorgt, mit einem Batteriesensor, welcher zur Überwachung einer Batterie mit einem zweiten Spannungsniveau ausgelegt ist, welches sich signifikant vom ersten Spannungsniveau unterscheidet, wird das erste Spannungsniveau so verändert und an das zweite Spannungsniveau anpasst, dass das Eingangsspannungsniveau des Batteriesensors dem zweiten Spannungsniveau entspricht.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie und des im unabhängigen Patentanspruch 7 angegebenen Verfahrens zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Anpassungsschaltung als aktiver Spannungsteiler ausgeführt ist. Die Anpassungsschaltung kann als integrierter Baustein und/oder als diskrete elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einer Ausführung als integrierter Baustein, wie z. B. als ”Rail-Splitter”, kann die Eingangsspannung beispielsweise exakt halbiert werden, wobei gleichzeitig Ausgangsströme bereitgestellt werden, welche zur Versorgung des elektronischen Batteriesensors erforderlich sind. Diskret aufgebaute als „Rail-Splitter” realisierbar elektronische Schaltungen, lassen sich ggf. besser an die Bedingungen im Bordnetz mit dem höheren Spannungsniveau im Bezug auf Überspannungsfestigkeit, Ruhestrom usw. anpassen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht das erste Spannungsniveau einer Spannung von 24 V, wie es beispielsweise in einem Nutzfahrzeug verwendet wird, und das zweite Spannungsniveau entspricht einer Spannung von 12 V, wie es beispielsweise in einem PKW verwendet wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfasst der Batteriesensor beispielsweise ein aktuelles Spannungsniveau und/oder eine aktuelle Temperatur und/oder über einen Shunt einen aktuellen Strom. Zur Anpassung an die im Bordnetz mit dem ersten Spannungsniveau anzutreffenden höheren Ströme kann der Widerstandswert des Shunts entsprechend verändert und an das erste Spannungsniveau angepasst werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausschnitts eines Fahrzeugbordnetzes mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung.
Ausführungsformen der Erfindung
Die steigende Zahl von elektrischen und elektronischen Verbrauchern in modernen Fahrzeugen führt dazu, dass Fahrzeuge häufiger wegen entladener oder defekter Batterien liegen bleiben. Das elektrische Energiemanagement mit einer zuverlässigen Batteriezustandserkennung steuert die Energieverteilung und stellt die Versorgung der elektrischen Verbraucher sowie die Startfähigkeit jederzeit sicher. Der Batteriesensor gewährleistet, auch bei einer steigenden Anzahl elektrischer Verbraucher, die zuverlässige elektrische Versorgung im Fahrzeug. So lässt sich, zum Beispiel auch nach längeren Parkzeiten oder dem Betrieb elektrischer Verbraucher bei ausgeschaltetem Motor, die Startfähigkeit sicherstellen. Weitere Vorteile sind die Optimierung der Batterie- und Generatorgröße sowie eine Erhöhung der Batterielebensdauer. Der Batteriesensor bietet darüber hinaus erweiterte Diagnosefunktionen während der Produktion, beim Fahrzeugtransport sowie im Service, zum Beispiel durch die Aufnahme von Batteriehistoriendaten und Auswertungen bei Gewährleistungsfragen. Die elektronischen Batteriesensoren sind für den Betrieb in einem Bordnetz mit einem einzigen Spannungsniveau ausgelegt, in der Regel auf ein 12 V-Bordnetz. Damit ist der Anwendungsbereich überwiegend auf PKWs beschränkt, da moderne Nutzfahrzeuge ein 24 V-Bordnetz aufweisen.
Wie aus der Figur ersichtlich ist, umfasst der dargestellte Ausschnitt eines 24 V-Bordnetzes 1 für ein Nutzfahrzeug eine Verbindung zur Karosserie 5, eine Fahrzeugbatterie 7 mit einem ersten Spannungsniveau von 24 V und eine Vorrichtung 10 zur Ermittlung einer Zustandsgröße der Fahrzeugbatterie 7. In der Darstellung sollen zwei Batterien 7.1, 7.2, welche innerhalb der Fahrzeugbatterie 7 angeordnet sind und ein zweites Spannungsniveau von jeweils 12 V aufweisen, verdeutlichen, dass sich das zweite Spannungsniveau signifikant vom ersten Spannungsniveau unterscheidet.
Erfindungsgemäß ist ein Batteriesensor 12, welcher zur Überwachung einer Batterie 7.1, 7.2 mit dem zweiten Spannungsniveau 12 V ausgelegt ist, und eine Anpassungsschaltung 14 vorgesehen, welche das erste Spannungsniveau von 24 V so verändert und an das zweite Spannungsniveau von 12 V anpasst, dass der Batteriesensor 12 zur Ermittlung von mindestens einer Zustandsgröße der Fahrzeugbatterie 7 betrieben werden kann.
Wie aus der Figur weiter ersichtlich ist, erfasst der Batteriesensor 12 ein aktuelles Spannungsniveau U_bat und/oder eine aktuelle Temperatur und/oder über einen Shunt R_S einen aktuellen Strom I_sense. Der Widerstandswert des Shunt R_S zur Ermittlung des aktuellen Stroms I_sense kann verändert und an das erste Spannungsniveau 24 V angepasst werden. Dadurch kann der Shunt R_S an die im Nutzfahrzeugbereich anzutreffenden höheren Ströme angepasst und der Widerstandswert des Shunts R_S entsprechend verkleinert werden.
Die Anpassungsschaltung 14 ist beispielsweise als aktiver Spannungsteiler ausgeführt. So können beispielswiese integrierte Bausteine, wie ”Rail-Splitter”, welche die Eingangsspannung exakt halbieren und gleichzeitig Ausgangsströme erlauben, welche zur Versorgung der Batteriesensor 12 erforderlich sind. Alternativ können diskret aufgebaute „Rail-Splitter” als Anpassungsschaltung 14 realisiert werden. Diese lassen sich ggf. besser an die Bedingungen im Nutzfahrzeug im Bezug auf Überspannungsfestigkeit, Ruhestrom usw. anpassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10119985 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie, welche ein Fahrzeugbordnetz (1) mit einem ersten Spannungsniveau (24 V) versorgt, gekennzeichnet durch einen Batteriesensor (12), welcher zur Überwachung einer Batterie (7.1, 7.2) mit einem zweiten Spannungsniveau (12 V) ausgelegt ist, welches sich signifikant vom ersten Spannungsniveau (24 V) unterscheidet, und einer Anpassungsschaltung (14), welche das erste Spannungsniveau (24 V) so verändert und an das zweite Spannungsniveau (12 V) anpasst, dass der Batteriesensor (12) zur Ermittlung von mindestens einer Zustandsgröße der Fahrzeugbatterie (7) betreibbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spannungsniveau einer Spannung von 24 V entspricht, und das zweite Spannungsniveau einer Spannung von 12 V entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsschaltung (14) als aktiver Spannungsteiler ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsschaltung (14) als integrierter Baustein und/oder als diskrete elektronische Schaltung ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriesensor (12) ein aktuelles Spannungsniveau und/oder eine aktuelle Temperatur und/oder über einen Shunt (R_S) einen aktuellen Strom (I_sense) erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandswert des Shunt (R_S) zur Ermittlung des aktuellen Stroms (I_sense) verändert und an das erste Spannungsniveau (24 V) angepasst ist.
Verfahren zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie, welche ein Fahrzeugbordnetz (1) mit einem ersten Spannungsniveau (24 V) versorgt, mit einem Batteriesensor (12), welcher zur Überwachung einer Batterie (7.1, 7.2) mit einem zweiten Spannungsniveau (12 V) ausgelegt ist, welches sich signifikant vom ersten Spannungsniveau (24 V) unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spannungsniveau (24 V) so verändert und an das zweite Spannungsniveau (12 V) angepasst wird, dass das Eingangsspannungsniveau des Batteriesensors (12) dem zweiten Spannungsniveau (12) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spannungsniveau einer Spannung von 24 V entspricht, und das zweite Spannungsniveau einer Spannung von 12 V entspricht.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Batteriesensor (12) ein aktuelles Spannungsniveau und/oder eine aktuelle Temperatur und/oder über einen Shunt (R_S) ein aktueller Strom (I_sense) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandswert des Shunts (R_S) zur Ermittlung des aktuellen Stroms (I_sense) verändert und an das erste Spannungsniveau (24 V) angepasst wird.