DE102013014352A1 - Method for determining the state of charge of a battery of the starter of an internal combustion engine and device therefor - Google Patents

Method for determining the state of charge of a battery of the starter of an internal combustion engine and device therefor Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Ladezustands einer Batterie des Anlassers eines Verbrennungsmotors auf Grundlage gemessener Betriebsparameter und wenigstens einer bekannten Kennlinie des Anlassers, wobei als Betriebsparameter eine Drehzahl und die Anlasserspannung des Anlassers gemessen werden.The present invention relates to a method for determining the state of charge of a battery of the starter of an internal combustion engine on the basis of measured operating parameters and at least one known characteristic of the starter, wherein a speed and the starter voltage of the starter are measured as operating parameters.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Ladezustands einer Batterie des Anlassers eines Verbrennungsmotors und eine Vorrichtung hierfür.The present invention relates to a method for determining the state of charge of a battery of the starter of an internal combustion engine and an apparatus therefor.

Es ist bekannt, den Anlassvorgang während der Startphase eines Verbrennungsmotors elektronisch zu regeln/steuern. Hierzu werden Betriebsparameter wie beispielsweise der Ladezustand einer Batterie des Anlassers, die Temperatur des Verbrennungsmotors oder des Motoröls, das Schleppmoment des Antriebsstrangs mit allen angeschlossenen Verbrauchern oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors gemessen, ausgewertet und/oder abgeschätzt und daraus bestimmte Regel/Steuerparameter bestimmt.It is known to electronically control the starting process during the starting phase of an internal combustion engine. For this purpose, operating parameters such as, for example, the state of charge of a battery of the starter, the temperature of the internal combustion engine or the engine oil, the drag torque of the drive train with all connected consumers or the speed of the internal combustion engine are measured, evaluated and / or estimated and determined therefrom certain control / control parameters.

Es können dabei beispielsweise Einspritzparameter für eine Einspritzpumpe bestimmt werden, die auf den momentanen Betriebszustand des Verbrennungsmotors optimiert sind.For example, injection parameters for an injection pump can be determined which are optimized for the current operating state of the internal combustion engine.

Das Schleppmoment des Antriebsstrangs kann für die Berechnung der Einspritzparameter von Bedeutung sein. Es ist dabei bisher üblich, das Schleppmoment als konstant anzunehmen und gegebenenfalls Korrekturen des Wertes des Schleppmoments unter Einbeziehen der Kühlwasser- und/oder Hydrauliköltemperatur durchzuführen. Dies bedeutet jedoch unter Umständen eine nur ungenaue Annäherung an das tatsächlich anliegende Schleppmoment und kann so zu einer fehlerhaften Berechnung der Einspritzparameter führen. Allgemein gilt, dass ungenau oder fehlerhaft ermittelte Betriebsparameter zu fehlerhafter Regelung/Steuerung des Anlassvorganges und sonstiger von den Betriebsparametern abhängiger Vorgänge führen.The drag torque of the powertrain may be important for the calculation of the injection parameters. It has been customary in the past to assume the drag torque as constant and if necessary to carry out corrections to the value of the drag torque while taking into account the cooling water and / or hydraulic oil temperature. However, under certain circumstances, this means an inaccurate approach to the actually applied drag torque and can thus lead to a faulty calculation of the injection parameters. In general, inaccurate or erroneously determined operating parameters lead to erroneous control / control of the starting process and other dependent on the operating parameters operations.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mittels derer der Ladezustand einer Batterie des Anlassers eines Verbrennungsmotors besser bestimmt werden kann. Unter anderem soll hierfür keine zusätzliche Messtechnik verwendet werden müssen.The object of the present invention is therefore to provide a device and a method by means of which the state of charge of a battery of the starter of an internal combustion engine can be better determined. Among other things, no additional measurement technology should be used for this purpose.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung des Ladezustands einer Batterie des Anlassers eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach erfolgt die Ermittlung des Ladezustands auf Grundlage gemessener Betriebsparameter und wenigstens einer bekannten Kennlinie des Anlassers, wobei als Betriebsparameter eine Drehzahl und die Anlasserspannung des Anlassers gemessen werden.The object is achieved by a method for determining the state of charge of a battery of the starter of an internal combustion engine having the features of claim 1. Accordingly, the determination of the state of charge based on measured operating parameters and at least one known characteristic of the starter, wherein as operating parameters, a speed and the Starter voltage of the starter can be measured.

Vorteilhafterweise wird so eine in einem Motorsteuergerät abgelegte Kennlinie zur Berechnung des Ladezustands der Batterie herangezogen. Es muss also keine zusätzliche Messtechnik bereitgestellt werden, um den Ladezustand zu ermitteln und die Ermittlung erfolgt mit vom Motorsteuergerät standardmäßig erfassten Messgrößen bzw. Betriebsparametern.Advantageously, such a stored in an engine control unit characteristic is used to calculate the state of charge of the battery. Therefore, no additional measurement technology has to be provided to determine the state of charge and the determination is carried out using measured variables or operating parameters detected by the engine control unit as standard.

Die bekannten Kennlinien können dabei Parameter des Anlassers wie Drehzahl, mechanische Leistung, Drehmoment, Stromstärke oder Spannung sowie als abgeleitete Werte Wirkungsgrad oder Widerstand in Abhängigkeit von am Anlasser anliegender Stromstärke, Spannung oder der Motordrehzahl angeben. Die Kennlinien können ferner den Ladezustand der Batterie in Abhängigkeit der zuvor genannten Parameter angeben. Der ermittelte Ladezustand der Batterie kann dann in Verbindung mit weiteren Kennlinien zur Ermittlung des Gesamtschleppmoments herangezogen werden. Es kann dabei die Genauigkeit des ermittelten Schleppmoments und damit die Genauigkeit der daraus ermittelten Einspritzparameter verbessert werden.The known characteristic curves can specify parameters of the starter such as speed, mechanical power, torque, current or voltage as well as derived values of efficiency or resistance as a function of the amperage, voltage or the engine speed applied to the starter. The characteristic curves can also indicate the state of charge of the battery as a function of the aforementioned parameters. The determined state of charge of the battery can then be used in conjunction with other characteristics to determine the total drag torque. In this case, the accuracy of the determined drag torque and thus the accuracy of the injection parameters determined therefrom can be improved.

Als Verbrennungsmotor kommen die gebräuchlichen Diesel- und Ottomotoren in Frage. Prinzipiell ist die Anwendung des Verfahrens erfindungsgemäß mit allen Typen von Motoren möglich, bei denen der Ladezustand einer Anlasserbatterie über Anlasserkennlinien ermittelt werden kann.As internal combustion engine, the conventional diesel and gasoline engines come into question. In principle, the use of the method according to the invention with all types of engines is possible in which the state of charge of a starter battery can be determined via starter characteristics.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist denkbar, dass die wenigstens eine Kennlinie den Ladezustand der Batterie in Abhängigkeit von der gemessenen Drehzahl und/oder von der Anlasserspannung des Anlassers angibt.In a preferred embodiment, it is conceivable that the at least one characteristic curve indicates the state of charge of the battery as a function of the measured rotational speed and / or of the starter voltage of the starter.

Auch die am Anlasser anliegende Stromstärke kann als Betriebsparameter des Anlassers erfasst werden oder sonstige Betriebsparameter oder Kombinationen von Betriebsparametern, aus denen sich der Ladezustand der Batterie berechnen bzw. ermitteln lässt.The amperage applied to the starter can also be detected as the operating parameter of the starter or other operating parameters or combinations of operating parameters from which the state of charge of the battery can be calculated or determined.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die gemessene Drehzahl die Motordrehzahl nMotor des Verbrennungsmotors ist.In a preferred embodiment, it is provided that the measured rotational speed is the engine rotational speed n engine of the internal combustion engine.

Es ist aber auch denkbar, dass die gemessene Drehzahl die Anlasserdrehzahl des Anlassers ist.But it is also conceivable that the measured speed is the starter speed of the starter.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Motordrehzahl nMotor des Verbrennungsmotors (5) in einem bekannten Übersetzungsverhältnis zur Anlasserdrehzahl des Anlassers (2) steht und die Motordrehzahl nMotor und die Anlasserdrehzahl in Abhängigkeit voneinander berechenbar sind.It may further be provided that the engine speed n engine of the internal combustion engine ( 5 ) in a known transmission ratio to the starter speed of the starter ( 2 ) and the engine speed n engine and the starter speed can be calculated in dependence on each other.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren während des Anlassvorgangs des Verbrennungsmotors ausgeführt.In a particularly preferred embodiment, the method is carried out during the starting process of the internal combustion engine.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend ein Motorsteuergerät, einen Anlasser, eine Batterie sowie wenigstens zwei Messsensor. The invention further relates to an apparatus for carrying out a method according to one of claims 1 to 6, comprising an engine control unit, a starter, a battery and at least two measuring sensors.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist in dem Motorsteuergerät wenigstens eine Kennlinie zur Ermittlung des Ladezustands der Batterie des Anlassers gespeichert.In a particularly advantageous embodiment, at least one characteristic curve for determining the state of charge of the battery of the starter is stored in the engine control unit.

Insbesondere kann ein Ausführungsbeispiel so ausgestaltet sein, dass das Motorsteuergerät als Betriebsparameter eine Drehzahl und die Anlasserspannung des Anlassers misst und auf Grundlage dieser Betriebsparameter sowie auf Grundlage der wenigstens einen Kennlinie den Ladezustand der Batterie ermittelt.In particular, an exemplary embodiment may be configured such that the engine control unit measures a rotational speed and the starter voltage of the starter as operating parameter and determines the state of charge of the battery on the basis of these operating parameters and on the basis of the at least one characteristic curve.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:Further details and advantages of the invention will now be explained in more detail with reference to exemplary embodiments illustrated in the figures. Show it:

1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Antriebsstrang; und 1 : a schematic representation of a device according to the invention with a drive train; and

2: einen Anlassvorgang mit erfindungsgemäßem Verfahren zur Ermittlung des Ladezustands. 2 : a starting process with inventive method for determining the state of charge.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 mit Motorsteuergerät 1, Anlasser 2, Messsensoren 3 und Batterie 4. Die Kennlinien des Anlassers 2 sind im Motorsteuergerät 1 hinterlegt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Motorsteuergerät 1 über die Messsensoren 3 Betriebsparameter der Batterie 4 und/oder des Anlassers 2 einlesen, auf deren Grundlage dann das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Ladezustands der Batterie 4 des Anlassers 2 des Verbrennungsmotors 5 durchgeführt werden kann. 1 shows a device according to the invention 10 with engine control unit 1 , Starter 2 , Measuring sensors 3 and battery 4 , The characteristics of the starter 2 are in the engine control unit 1 deposited. In the embodiment shown, the engine control unit 1 via the measuring sensors 3 Operating parameters of the battery 4 and / or the starter 2 read on the basis of which then the inventive method for determining the state of charge of the battery 4 of the starter 2 of the internal combustion engine 5 can be carried out.

Der Antriebsstrang 11 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel den Verbrennungsmotor 5, welcher über beispielsweise eine Antriebswelle 9 mit einem Verteilergetriebe 6 verbunden ist. Das Verteilergetriebe 6 verteilt die vom Verbrennungsmotor 5 eingespeiste Leistung im gezeigten Ausführungsbeispiel an drei Leistungsabnehmer.The powertrain 11 In the embodiment shown, the internal combustion engine 5 , which via, for example, a drive shaft 9 with a transfer case 6 connected is. The transfer case 6 distributes those from the combustion engine 5 fed power in the illustrated embodiment of three power consumers.

Ein erster nicht gezeigter Leistungsabnehmer ist über eine Antriebswelle 9 mit dem Verteilergetriebe 6 verbunden. Bei dem ersten Leistungsabnehmer kann es sich um Antriebsräder oder -ketten eines Fahrzeugs wie beispielsweise eines Baggers oder eines Krans handeln.A first, not shown, power take-off is via a drive shaft 9 with the transfer case 6 connected. The first power take-off may be drive wheels or chains of a vehicle such as an excavator or a crane.

Das Verteilergetriebe 6 gibt des Weiteren Leistung an einen Hydraulikantrieb 7 ab, welcher zum Antreiben von hydraulischen Untersystemen eines Baggers oder Krans bereitgestellt ist.The transfer case 6 furthermore supplies power to a hydraulic drive 7 which is provided for driving hydraulic subsystems of an excavator or crane.

Als weiterer, dritter Leistungsabnehmer kommt ein Nebenantrieb in Frage. Dabei kann es sich beispielsweise um eine weitere Antriebsachse des Fahrzeugs oder um einen elektrischen Verbraucher handeln, welcher über eine Spannungsversorgung 12 mittelbar vom Verbrennungsmotor 5 mit Energie versorgt wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel lädt außerdem die Lichtmaschine 8 die Batterie 4 mit elektrischer Energie auf. Die Batterie 4 ist unter anderem zur Energieversorgung des Anlassers 2 bereitgestellt. Das Motorsteuergerät 1 kann im gezeigten Ausführungsbeispiel den Ladezustand der Batterie 4 erfassen und diesen Wert zum Beispiel zur Ermittlung des Schleppmoments heranziehen.As a third, third power customer is a power take in question. This may be, for example, a further drive axle of the vehicle or an electrical consumer, which has a power supply 12 indirectly from the combustion engine 5 is energized. In the embodiment shown also loads the alternator 8th the battery 4 with electrical energy. The battery 4 is among other things for the energy supply of the starter 2 provided. The engine control unit 1 can in the illustrated embodiment, the state of charge of the battery 4 and use this value, for example, to determine the drag torque.

2 zeigt den Ablauf des Verfahrens zur Ermittlung des Ladezustands der Batterie 4 des Anlassers 2 des Verbrennungsmotors 5. Zusätzlich ist die Berechnung eines Gesamtschleppmoments sowie die Bestimmung und Ausgabe von Einspritzparametern im Anschluss an die Ermittlung des Ladezustands dargestellt. Insgesamt ist im gezeigten Ausführungsbeispiel das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Ladezustands der Batterie 4 in einen Anlassvorgang eines Verbrennungsmotors 5 eingebettet. Das Verfahren wird dabei vom Motorsteuergerät 1 ausgeführt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Verfahren durch ein Startsignal ausgelöst, welches z. B. durch das Drehen eines Zündschlüssels oder durch das Betätigen eines Startknopfs des Motorsteuergeräts 1 erfolgen kann. 2 shows the procedure of the method for determining the state of charge of the battery 4 of the starter 2 of the internal combustion engine 5 , In addition, the calculation of a total drag torque as well as the determination and output of injection parameters following the determination of the state of charge is shown. Overall, in the illustrated embodiment, the inventive method for determining the state of charge of the battery 4 in a starting process of an internal combustion engine 5 embedded. The process is carried out by the engine control unit 1 executed. In the illustrated embodiment, the method is triggered by a start signal, which z. B. by turning an ignition key or by pressing a start button of the engine control unit 1 can be done.

Es werden im gezeigten Ausführungsbeispiel zunächst die Anlasserspannung sowie die Drehzahl des Verbrennungsmotors 5 ermittelt bzw. gemessen und die ermittelten Werte in einem nächsten Schritt zum Durchführen eines Abgleichs mit einer oder mehreren im Motorsteuergerät 1 gespeicherten Kennlinien herangezogen. Wie weiter oben beschrieben ist es genauso denkbar, dass nicht die Drehzahl des Verbrennungsmotors 5, sondern beispielsweise die Drehzahl des Anlassers 2 oder die Drehzahl anderer Komponenten des Antriebsstrangs 11 gemessen wird.There are in the illustrated embodiment, first the starter voltage and the speed of the engine 5 determined or measured and the determined values in a next step to perform a comparison with one or more in the engine control unit 1 stored characteristics used. As described above, it is equally conceivable that not the speed of the engine 5 but, for example, the speed of the starter 2 or the speed of other powertrain components 11 is measured.

Mittels der abgespeicherten Kennlinie und der ermittelten Betriebsparameter (Drehzahl, ggf. Spannung und/oder andere) ermittelt das Motorsteuergerät 1 als nächstes den Ladezustand der Batterie 4.By means of the stored characteristic and the determined operating parameters (speed, possibly voltage and / or other) determined by the engine control unit 1 Next, the state of charge of the battery 4 ,

Mit den so ermittelten Betriebsparametern kann das Motorsteuergerät 1 im darauf folgenden Schritt beispielsweise die Berechnung des Gesamtschleppmoments des Antriebsstrangs 11 durchführen.With the operating parameters thus determined, the engine control unit 1 in the following step, for example, the calculation of the total drag torque of the powertrain 11 carry out.

In Abhängigkeit vom ermittelten Gesamtschleppmoment und der Gesamtsystemkonfiguration kann das Motorsteuergerät 1 dann die zur optimierten Steuerung des Verbrennungsmotors 5 notwendigen Einspritzparameter bestimmen und diese an die entsprechenden Aggregate ausgeben.Depending on the determined total drag torque and the overall system configuration, the engine control unit 1 then the optimized control of the internal combustion engine 5 determine necessary injection parameters and output them to the appropriate units.

So lange der Anlassvorgang nicht abgeschlossen ist, das heißt, so lange der Verbrennungsmotor 5 noch nicht läuft obwohl das Startsignal weiterhin gegeben wird, kann der geschilderte Vorgang samt der Ermittlung des Gesamtschleppmoments entsprechend der in 2 gezeigten Schleife wiederholt werden. Stellt das Motorsteuergerät 1 fest, dass der Verbrennungsmotor 5 läuft, so wird der gesamte Anlassvorgang beendet.As long as the starting process is not completed, that is, as long as the internal combustion engine 5 not yet running although the start signal is still given, the described process, including the determination of the total drag torque according to the in 2 be repeated loop shown. Represents the engine control unit 1 notice that the internal combustion engine 5 is running, then the entire starting process is completed.

Claims (9)

Verfahren zur Ermittlung des Ladezustands einer Batterie (4) des Anlassers (2) eines Verbrennungsmotors (5) auf Grundlage gemessener Betriebsparameter und wenigstens einer bekannten Kennlinie des Anlassers (2), wobei als Betriebsparameter eine Drehzahl und die Anlasserspannung des Anlassers (2) gemessen werden.Method for determining the state of charge of a battery ( 4 ) of the starter ( 2 ) of an internal combustion engine ( 5 ) based on measured operating parameters and at least one known characteristic of the starter ( 2 ), wherein as an operating parameter a speed and the starter voltage of the starter ( 2 ) are measured. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kennlinie den Ladezustand der Batterie (4) in Abhängigkeit von der gemessenen Drehzahl und/oder von der Anlasserspannung des Anlassers (2) angibt.A method according to claim 1, characterized in that the at least one characteristic of the state of charge of the battery ( 4 ) depending on the measured speed and / or the starter voltage of the starter ( 2 ) indicates. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Drehzahl die Motordrehzahl nMotor des Verbrennungsmotors (5) ist.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the measured speed, the engine speed n engine of the internal combustion engine ( 5 ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Drehzahl die Anlasserdrehzahl des Anlassers (2) ist.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the measured speed, the starter speed of the starter ( 2 ). Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Motordrehzahl nMotor des Verbrennungsmotors (5) in einem bekannten Übersetzungsverhältnis zur Anlasserdrehzahl des Anlassers (2) steht und die Motordrehzahl nMotor und die Anlasserdrehzahl in Abhängigkeit voneinander berechenbar sind.A method according to claim 3 or 4, characterized in that the engine speed n engine of the internal combustion engine ( 5 ) in a known transmission ratio to the starter speed of the starter ( 2 ) and the engine speed n engine and the starter speed can be calculated in dependence on each other. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während des Anlassvorgangs des Verbrennungsmotors (5) ausgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method during the starting operation of the internal combustion engine ( 5 ) is performed. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend ein Motorsteuergerät (1), einen Anlasser (2), eine Batterie (4) sowie wenigstens zwei Messsensoren (3).Apparatus for carrying out a method according to one of claims 1 to 6, comprising an engine control unit ( 1 ), a starter ( 2 ), a battery ( 4 ) and at least two measuring sensors ( 3 ). Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Motorsteuergerät (1) wenigstens eine Kennlinie zur Ermittlung des Ladezustands der Batterie (4) des Anlassers (2) gespeichert ist.Apparatus according to claim 7, characterized in that in the engine control unit ( 1 ) at least one characteristic curve for determining the state of charge of the battery ( 4 ) of the starter ( 2 ) is stored. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät (1) als Betriebsparameter eine Drehzahl und die Anlasserspannung des Anlassers (2) misst und auf Grundlage dieser Betriebsparameter sowie auf Grundlage der wenigstens einen Kennlinie den Ladezustand der Batterie (4) ermittelt.Apparatus according to claim 8, characterized in that the engine control unit ( 1 ) as the operating parameter, a speed and the starter voltage of the starter ( 2 ) and measures, on the basis of these operating parameters and on the basis of the at least one characteristic, the state of charge of the battery ( 4 ).
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