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Die Erfindung betrifft einen Akkumulatortest für zwei in Reihe geschaltete 12 Volt Akkumulatoren.
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Größere Fahrzeuge (z. B. LKW) verfügen in der Regel über ein 24 Volt-Bordnetz. Das bedeutet, dass zwei 12 Volt-Akkumulatoren zu einem Strang in Reihe geschaltet sind.
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Bei militärischen Fahrzeugen bestehen die Akkumulatorensätze aus bis zu acht 12 Volt-Akkumulatoren, in denen vier Stränge parallel geschaltet sind.
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Der Akkumulatorensatz wird zum Starten des Motors, sowie zur Stromversorgung der elektrischen Verbraucher und Rüstsätze während der Bobachtungsmissionen bei abgeschaltetem Motor benötigt, beispielsweise Funken, Beobachten über die Waffenanlage, zur Klimatisierung, zur Belüftung u. s. w.. Untersuchungen haben ergeben, dass die Akkumulatoren in einem Akkumulatorensatz nicht gleichmäßig, sondern unterschiedlich schnell alter. Die Kapazität in einem Strang wird von dem Akkumulator mit der geringsten Kapazität bestimmt, bei mehreren parallel geschalteten Strängen bestimmen der Akkumulator mit der geringeren Kapazität die Gesamtkapazität des Akkumulatorensatzes. Die Gesamtkapazität bestimmt die Einschaltdauer bei reinem Akkumulatorbetrieb. Im schlechtesten Fall führt eine geringe Kapazität dazu, dass die Spannung derart absinkt, dass der Motor nicht mehr gestartet werden kann.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 40 07 883 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen der Startfähigkeit einer Bleibatterie bekannt. In einem Entladezyklus wird ein stabiler Zustand der Batterie herbeigeführt und anschließend eine Entladung mit hohem Entladestrom durchgeführt. Anhand von für den betreffenden Batterietyp gespeicherten Vergleichskurven wird aufgrund der an der stabilisierten Batterie und nach dem Fließen des hohen Entladestromes ermittelten Messwerte unter Berücksichtigung der Temperatur der Verlust der Startfähigkeit bzw. die Startfähigkeit selbst angezeigt.
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Weiter ist aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 028 911 A1 ein Verfahren und eine mobile Anordnung zum Batterietest an Fahrzeugen durch Auswerten der Klemmspannung mit einer während eines begrenzten Zeitintervalls wirkenden Belastung bekannt, die auch unter Verwendung von im Fahrzeug vorhandenen, genormten Anschlussstellen in der gesamten Logistik nach dem Bau des Fahrzeugs bis zur Auslieferung durch den Händler eine einfache und zuverlässige Ermittlung des Zustandes der Batterie mit geringem Zeitaufwand ermöglichen. Es erfolgt eine Messung und Zwischenspeicherung der Klemmspannung, ein automatischer Abbau der Oberflächenladung der Batterie und eine Belastung mit einem konstanten Strom von etwa 10 A bis 30 A für eine Zeitspanne von etwa 10 sec und 50 sec oder dem vorzeitigen Erreichen eines Stopp-Kriteriums. Es folgt eine Ermittlung und Kontrolle des Anstiegs S nach der Differentialgleichung S = dU/dt, wobei dU die Änderung der Klemmspannung und dt die Änderung der Zeit sind. Eine Beendigung der Messung und Speicherung des letzten Wertepaares erfolgt, wenn der Anstieg S gleich/größer –0,5 V/sec ist als Stopp-Kriterium oder nach Ablauf der Zeitspanne. Nach einem Vergleich des letzten Wertepaares mit abgespeicherten Normalwerten einer Entladekurve in einer Nachschlagetabelle wird der Ladezustand der Batterie als Testergebnis ausgegeben.
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Zuletzt ist aus der Gebrauchsmusterschrift
DE 201 06 850 U1 eine Vorrichtung zur Integration eines Verfahrens zur Batterieprüfung und Stromüberwachung in unterbrechungsfreie Stromversorgungen, mit einer integrierten Steuereinheit, die für eine unterbrechungsfreie Batterieprüfung sorgt und das gesamte Batteriemanagement übernimmt inklusive einer aktiven Kurzschlussstromüberwachung, einer integrierten netzbetriebenen Stromversorgung, welche die Hauptspannung und die notwendige Steuerspannung liefert und mindestens einer Pufferbatterie, insbesondere einem über die Stromversorgung aufladbarem Akkumulator, bekannt.
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Nachteil dieser bekannten Lösungen ist insbesondere, dass jeweils nur eine Batterie geprüft wird, welche zuvor aus einem Fahrzeug ausgebaut werden musste und für die Kennlinien als temperaturabhängige Ladezustandkurve für den niedrigen Entladestrom, temperaturabhängige Ladezustandskurve für den hohen Entladestrom und temperaturabhängige Daten der Startfähigkeitskurve bekannt sein müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Prüfung von mindestens zwei in Reihe geschalteten 12 V-Akkumulatoren zu beschreiben, mit dem, temperaturunabhängig, geschädigte Akkumulatoren in einem Strang und einem Akkumulatorensatz feststellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs beschriebenen Merkmale gelöst.
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Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Akkumulatoren während des Akkumulatorentests im Fahrzeug eingebaut bleiben können und lediglich ein Zugang für die Spannungsmessgeräte geschaffen werden muß, bzw. eine Verkabelung an einer zugänglichen Stelle vorgesehen sein muß. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der ausreichende Ladezustand der Akkumulatoren zur Durchführung des Akkumulatorentests einfach an der Gesamtspannung des Akkumulatorenstranges festgestellt werden kann, wobei > 24,5 Volt ausreichend ist. Der Grundlaststrom kann abhängig von den zur Verfügung stehenden elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs gewählt werden. Vorteilhaft werden Fahr- oder Fernlicht, verschiedene Lüfter für Kühlung und Klimatisierung, Förderpumpen, Heizungsgebläse und/oder Klimaanlage verwendet, um einen Grundstrom in geeigneter Stärke, etwa 20–80 Ampere, zu erzeugen. Die kapazitätsabhängige Zeitdauer wird vorteilhaft so festgelegt, dass während eines Tests mit dem Grundlaststrom die Akkumulatoren zu etwa 20% der Nennkapazität entladen werden. Für einen Akkumulator mit 100 Ah (Amperestunden) bedeutet dies, daß bei einem Grundlaststrom durch die Verbraucher des Fahrzeugs von 40 A und einer Testlaufzeit von 0,5 Stunden der Akkumulator um 20 Ah entladen wird. Besonders geschädigte Akkumulatoren sind vorteilhafter Weise nach diesem Teil des Akkumulatorentests bereits derart entladen, dass die Differenzspannung des ersten und zweiten Akkumulators eines Akkumulatorenstranges einen festgelegten Wert, der zwischen 0,5 und 1,5 V liegt, übersteigt. Sodann wird von einem geschädigten Akkumulator ausgegangen. Sofern keine Schädigung des ersten oder zweiten Akkumulators festgestellt ist, wird vorteilhafterweise eine Hochstromentladungsphase des Akkumulatorentests angeschlossen. Der Anlasser des Verbrennungsmotors wird bei abgeschalteter Treibstoffzufuhr für etwa 5–25 sec betätigt. Es fließt dabei ein Strom von 50–1500 Ampere, je nach Leistung des Anlassers. Die Akkumulatoren werden durch den hohen Strom stark belastet und geschädigte Einheiten entsprechend überdurchschnittlich entladen. Ein Spannungsdifferenzwert von größer 0,8 V weist einen geschädigten Akkumulator aus. Der Akkumulatorentest hat zu einer Entladung von etwa 20% der Nennkapazität geführt. Der Test wird durch die Wiederholung der oben genannten Schritte durchgeführt bis zu einer Entladung der Akkumulatoren von 40% der Nennkapazität oder bis einer der Akkumulatoren als schadhaft erkannt wird. Durch die Wiederholung wird sichergestellt dass nach und nach alle schadhaften Akkumulatoren eines Akkumulatorenstranges oder Akkumulatorensätze entdeckt werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Akkumulatorentests ist in Patentanspruch 2 beschrieben. Der Grundlaststrom wird von Verbrauchern erzeugt, die fahrzeugintern vorhanden sind und deren Einschaltdauer die Durchführung des Akkumulatorentests erlaubt. Solche elektrischen Verbraucher können unter anderem sein: Fahr- oder Fernlicht, verschiedene Lüfter für Kühlung und Klimatisierung, Förderpumpen, Heizungsgebläse und/oder Klimaanlage. Darüber hinaus sind auch weitere fahrzeugspezifische, elektrische Verbraucher möglich, welche die oben genannten Voraussetzungen erfüllen. Mit diesen Verbrauchern wird ein Grundlaststrom hergestellt, der zwischen 10–150 A liegt. Vorteilhaft werden die Verbraucher derart zusammengeschaltet, dass der fließende Strom im Produkt mit der Zeitdauer eines Prüfdurchlaufes einen ganzzahligen Bruchteil der Nennkapazität des Akkumulators ergibt. Diese vorteilhafte Ausgestaltung ist in Patentanspruch 3 beschrieben. Im umgekehrten Fall wird die kapazitätsbezogene Zeitdauer so bemessen, dass aus dem Produkt mit dem gegebenen Grundlaststrom ein ganzzahliger Bruchteil der Nennkapazität des Akkumulators entsteht. Besonders vorteilhaft wird der Bruchteil so gewählt, dass nach einem zwei- bis dreifachen Testdurchlauf noch etwa 40% der Nennkapazität in den Akkumulatoren verbleiben und der Akkumulatorentest dann beendet wird. Vorteilhafterweise bleibt dadurch die Startfähigkeit des Fahrzeugs erhalten Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist in Patentanspruch 4 beschrieben. Der festgelegte Betrag liegt zwischen 0,5–1,5 Volt. Oberhalb des festgelegten Bereiches werden defekte Akkumulatoren erst dann erkannt, wenn die Nennkapazität des defekten Akkumulators gegen Null Ah geht. Beim Unterschreiten des unteren Bereiches spielen die Übergangswiderstände und Spannungsgefälle auf eventuell gealterten Leitungen eine derart große Rolle, dass es zu Falschmeldungen kommen kann. Ein besonders vorteilhafter festgelegter Betrag liegt bei 0,8 Volt. In diesem Bereich spielen einerseits die fahrzeuginternen Spannungsgefälle keine wesentliche Rolle und andererseits werden defekte Akkumulatoren schon frühzeitig erkannt. Diese besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 5 beschrieben. In Patentanspruch 6 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Akkumulatorentests beschrieben. Um einen angemessenen Hochstrom zu erzeugen wird der elektrische Anlasser des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs genutzt. Bei abgeschalteter Treibstoffzufuhr kann der Anlasser den Motor 5–25 Sekunden drehen ohne Schaden zu nehmen. In dieser Zeit fließt ein Strom von bis zu 1500 A. Dies stellt im Vergleich zu üblichen Grundlastverbrauchern ein Vielfaches dar. Der Anlasser ist aus diesem Grund zur Generierung eines Hochstroms am vorteilhaftesten geeignet.
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In der einzigen 1 ist ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Akkumulatorentests beschrieben.
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Es zeigt 1 ein Start Element 1, an welches sich eine erste Verzeigung 2 anschließt, in der die Entscheidung über eine ausreichende Anfangskapazität der Akkumulatoren (Spannung > 24,5 V) fällt. Im Falle der Verneinung schließt sich das erste Operatorelement 3 (Laden) an. Der Akkumulatorenstrang wird aufgeladen. Sofern die Spannung des Akkumulatorenstranges ausreichend ist wird das zweite Operatorelement 4 (Grundlaststrom) gewählt. Nach der Beaufschlagung mit dem Grundlaststrom weist das Ablaufschema die zweite Verzweigung 5 auf. Die Differenzspannung der beiden Akkumulatoren ist < 0,8 V. Im negativen Fall ist der
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Akkumulator mit der geringeren Spannung defekt, drittes Operationselement 6. Im positiven Fall schließt sich das vierte Operatorelement 7 an (Hochstrom). Nach der Hochstromphase wird in der dritten Verzweigung 8 erneut die Spannungsdifferenz abgefragt. Bei einer Spannungsdifferenz der beiden Akkumulatoren > 0,8 V ist der Akkumulator mit der geringeren Spannung defekt, fünftes Operationselement 9. Bei geringer Spannungsdifferenz schließt sich die vierte Verzweigung 10 an. Sobald die Kapazität des Akkumulatorenstranges 40% der Nennkapazität beträgt, ist der Test beendet, es schließt sich das Stopp-Element 11 an. Sofern die Kapazität höher ist, wird ein neuer Testlauf durchgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Start-Element
- 2
- erste Verzweigung
- 3
- erstes Operationselement
- 4
- zweites Operationselement
- 5
- zweite Verzweigung
- 6
- drittes Operationselement
- 7
- viertes Operationselement
- 8
- dritte Verzweigung
- 9
- fünftes Operationselement
- 10
- vierte Verzweigung
- 11
- Stopp-Element
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4007883 A1 [0005]
- DE 102009028911 A1 [0006]
- DE 20106850 U1 [0007]
