DE102022004849A1 - Device and method for feeding small amounts of electrical charge into modern vehicle networks, in particular for trickle charging a battery of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zur Erhaltungsladung einer Batterie (40) eines Fahrzeugs (10), wenigstens umfassend eine Energiequelle (12), welche in bestimmungsgemäßem Betrieb über eine Steuereinheit (20) mit einem Fremdstart-Stützpunkt (70) des Fahrzeugs (10) elektrisch gekoppelt ist, welcher mit der Batterie (40) elektrisch verbunden ist. Dabei ist die Steuereinheit (20) zum Bereitstellen von Strompulsen (50) der Energiequelle (12) mit einer vorgebbaren zeitlichen Dauer (52) in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand (54) an die Batterie (40) ausgebildet.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Erhaltungsladung einer Batterie (40) eines Fahrzeugs (10) mit einer Vorrichtung (100).The invention relates to a device (100) for trickle charging a battery (40) of a vehicle (10), at least comprising an energy source (12) which, during normal operation, is electrically coupled via a control unit (20) to an external start support point (70) of the vehicle (10), which is electrically connected to the battery (40). The control unit (20) is designed to provide current pulses (50) of the energy source (12) with a predeterminable time duration (52) at a predeterminable time interval (54) to the battery (40).The invention further relates to a method for trickle charging a battery (40) of a vehicle (10) using a device (100).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einspeisen geringer elektrischer Ladungsmengen in moderne Fahrzeugnetzwerke insbesondere zur Erhaltungsladung einer Batterie eines Fahrzeugs.The invention relates to a device and a method for feeding small amounts of electrical charge into modern vehicle networks, in particular for trickle charging a battery of a vehicle.
Fahrzeugbatterien, insbesondere Starterbatterien, unterliegen einer natürlichen Selbstentladung aufgrund der Zellchemie. Wenn Fahrzeuge längere Zeit nicht bewegt werden, kann diese Selbstentladung soweit fortgeschritten sein, dass das Fahrzeug nicht mehr gestartet werden kann. Deshalb ist es üblich, die Batterie entweder kurz vor erneutem Start mit normalem Ladestrom oder über die Zeit des Parkens kontinuierlich mit einem deutlich geringeren Strom zu laden. In letzterem Fall spricht man von einer Batterie-Erhaltungsladung.Vehicle batteries, especially starter batteries, are subject to natural self-discharge due to cell chemistry. If vehicles are not moved for a long time, this self-discharge can be so advanced that the vehicle can no longer be started. It is therefore common practice to charge the battery either shortly before starting again with a normal charging current or continuously with a much lower current over the time it is parked. In the latter case, this is referred to as battery maintenance charging.
Die
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zur Erhaltungsladung einer Batterie eines Fahrzeugs zu schaffen.An object of the invention is to provide an improved device for trickle charging a battery of a vehicle.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein verbessertes Verfahren zur Erhaltungsladung einer Batterie eines Fahrzeugs mit einer solchen verbesserten Vorrichtung anzugeben.A further object is to provide an improved method for trickle charging a battery of a vehicle with such an improved device.
Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.The above objects are solved with the features of the independent claims.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable embodiments and advantages of the invention emerge from the further claims, the description and the drawing.
Während zur Erhaltungsladung von Batterien eher geringe Ströme notwendig sind, reagieren moderne Fahrzeugarchitekturen dennoch auf solche kontinuierlichen Ladeströme, weil im Normalbetrieb des Fahrzeuges entweder vom Fahrzeuggenerator oder von einem externen Ladegerät signifikant höhere Ladeströme erwartet werden. Werden trotzdem geringe Ladeströme eingespeist, insbesondere über einen Fremdstartstützpunkt, führt das im Allgemeinen zu einem Aufwachen des Fahrzeugnetzwerkes, da das Fahrzeug auf die normalerweise erwarteten hohen Lade- oder Anlaßunterstützungsströme reagiert.While relatively low currents are required to maintain battery charge, modern vehicle architectures still respond to such continuous charging currents because significantly higher charging currents are expected during normal vehicle operation, either from the vehicle generator or from an external charger. If low charging currents are fed in anyway, especially via a jump-starting point, this generally leads to the vehicle network waking up because the vehicle responds to the normally expected high charging or starting support currents.
Die Erfindung hier ermöglicht es aber dennoch ressourcenschonende, geringe Ladeströme einzusetzen um geringe elektrische Ladungsmengen in moderne Fahrzeugnetzwerke insbesondere zur Erhaltungsladung einer Batterie eines Fahrzeugs einzuspeisen.However, the invention here still makes it possible to use resource-saving, low charging currents in order to feed small amounts of electrical charge into modern vehicle networks, in particular for the trickle charging of a vehicle's battery.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erhaltungsladung einer Batterie eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wenigstens umfassend eine Energiequelle, welche in bestimmungsgemäßem Betrieb über eine Steuereinheit mit einem Fremdstart-Stützpunkt des Fahrzeugs elektrisch gekoppelt ist, welcher mit der Batterie elektrisch verbunden ist.According to one aspect of the invention, a device for trickle charging a battery of a vehicle is proposed, comprising at least one energy source which, during normal operation, is electrically coupled via a control unit to an external start support point of the vehicle which is electrically connected to the battery.
Moderne Fahrzeugnetzwerke bestehen aus einer Vielzahl von Steuergeräten, die miteinander über dedizierte Bussysteme kommunizieren. Angeschlossen an diese Steuergeräte sind verschiedene Sensoren, Schalter und Aktoren, die Zustände oder Zustandsänderungen erkennen, Funktionen initiieren oder ausführen. In Bezug auf die Fahrzeugbatterie sind wesentliche Bauteile der Batteriesensor und das Steuergerät, in dem der Batteriezustand berechnet und anderen Steuergeräten bzw. Funktionen zur Verfügung gestellt werden. Im Fahrzeugruhezustand, zum Beispiel einem Parkvorgang, ist im Interesse einer maximalen Ressourcenschonung, d.h. Reduzierung des Ruhestromes des Fahrzeugnetzwerkes üblicherweise der Batteriesensor so mit dem zuständigen Steuergerät verknüpft, dass bei einer erkennbaren und signifikanten Änderung der Batteriekenngrößen wie Batteriespannung und7oder Batteriestrom das Steuergerät durch den Sensor geweckt werden kann. Dadurch werden die für das System wesentlichen Überwachungsfunktionen aktiviert und das Gesamtfahrzeug in einen Bereitschaftszustand für die folgenden Aktionen gebracht. Als typisches Beispiel kann hier der Batterieladevorgang gezeigt werden: Wird am Fremdstartstützpunkt ein Batterieladegerät angeschlossen, fließt ein erheblicher Ladestrom, typischerweise größer 10 Ampere, in die Fahrzeugbatterie. Dies wird durch den Sensor erkannt. Der Sensor weckt daraufhin das zugeordnete Steuergerät, was die Batteriezustandsberechnung startet nämlich die Verfolgung des Ladestroms zur Errechnung des Ladezustands der Batterie.Modern vehicle networks consist of a large number of control units that communicate with each other via dedicated bus systems. Various sensors, switches and actuators are connected to these control units, which detect states or state changes, initiate or execute functions. With regard to the vehicle battery, the essential components are the battery sensor and the control unit in which the battery state is calculated. net and other control units or functions. When the vehicle is at rest, for example when parking, in the interest of maximum resource conservation, i.e. reducing the idle current of the vehicle network, the battery sensor is usually linked to the relevant control unit in such a way that if there is a noticeable and significant change in the battery parameters such as battery voltage and/or battery current, the control unit can be woken up by the sensor. This activates the monitoring functions that are essential for the system and puts the entire vehicle into a standby state for the following actions. A typical example here is the battery charging process: If a battery charger is connected to the jump-start base, a considerable charging current, typically greater than 10 amps, flows into the vehicle battery. This is detected by the sensor. The sensor then wakes up the associated control unit, which starts the battery status calculation - namely, tracking the charging current to calculate the battery's charge level.
Soll ein geringer Ladestrom der Batterie zugeführt werden, muss das in einer Form passieren, dass der Sensor nicht das zugehörige Steuergerät weckt, da sonst mindestens so viel Energie zugeführt werden muss, wie das in den Betriebszustand versetzte Steuergerätenetz verbraucht plus der Energiemenge, die eigentlich der Batterie zugeführt werden soll. Wird das nicht erreicht, ist die Ladebilanz negativ, das heißt, die Batterie wird durch den Ladevorgang sogar entladen.If a small charging current is to be supplied to the battery, this must be done in such a way that the sensor does not wake up the associated control unit, because otherwise at least as much energy must be supplied as the control unit network consumes when it is in operating mode, plus the amount of energy that should actually be supplied to the battery. If this is not achieved, the charge balance is negative, i.e. the battery is actually discharged by the charging process.
Um das System nicht aufwachen zu lassen, wird erfindungsgemäß eine Betriebsweise gewählt, die vom Batteriesensor als Störung, zum Beispiel durch parasitäre elektrische Einkopplung, wahrgenommen wird. Jedes elektronische System im Fahrzeug und damit auch der Batteriesensor hat eine elektronische Störunterdrückung, die verhindert, dass Umwelteinflüsse das Fahrzeugsystem irritieren. Solche zu unterdrückenden Umwelteinflüsse können mechanischer Natur sein zum Beispiel leichte Bewegungen des Fahrzeuges durch Wind oder den Sog vorbeifahrender Fahrzeuge, aber auch elektrischer Natur zum Beispiel elektrische Einkopplungen durch elektrische Anlagen in unmittelbarer Nähe. Diese Effekte sind in der Technik bekannt unter der Bezeichnung elektromagnetische Verträglichkeit (EMV).In order to prevent the system from waking up, the invention selects an operating mode that is perceived by the battery sensor as a disturbance, for example due to parasitic electrical coupling. Every electronic system in the vehicle, and thus also the battery sensor, has electronic interference suppression that prevents environmental influences from irritating the vehicle system. Such environmental influences that are to be suppressed can be mechanical in nature, for example slight movements of the vehicle due to wind or the suction of passing vehicles, but also electrical in nature, for example electrical coupling from electrical systems in the immediate vicinity. These effects are known in technology as electromagnetic compatibility (EMC).
Der Batteriesensor hat eine derartige Störunterdrückung entsprechend der Signale erst dann als Lade- oder Entladeströme wahrgenommen werden, wenn sie eine bestimmte Größe und/oder eine bestimmte Zeitdauer überschreiten.The battery sensor has such an interference suppression according to which signals are only perceived as charging or discharging currents when they exceed a certain size and/or a certain duration.
Erfindungsgemäß wird daher der einzubringende, geringe Ladestrom für die Batterie in Form von kurzen Pulsen dargestellt.According to the invention, the low charging current to be introduced into the battery is therefore presented in the form of short pulses.
Dazu wird zwischen die Ladestromquelle eine Steuereinheit geschaltet, die die Ladestromquelle zyklisch ein und ausschaltet. Damit entstehen Strompulse, die so bemessen werden können, dass der Batteriesensor diese Strompulse als Störung unterdrückt und das Fahrzeugnetz nicht weckt, also nicht in einen aktiven Betriebszustand bringt.For this purpose, a control unit is connected between the charging current source, which switches the charging current source on and off cyclically. This creates current pulses that can be dimensioned in such a way that the battery sensor suppresses these current pulses as interference and does not wake up the vehicle network, i.e. does not bring it into an active operating state.
Dabei ist die Steuereinheit zum Bereitstellen von Strompulsen der Energiequelle mit einer vorgebbaren zeitlichen Dauer in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand an die Batterie ausgebildet.The control unit is designed to provide current pulses from the energy source with a predeterminable time duration at a predeterminable time interval to the battery.
Es wird eine Vorrichtung zur Erhaltungsladung der Batterie vorgeschlagen, welche die Batterie mit geringer Leistung, beispielsweise durch ein Solarmodul, laden kann, ohne dass ein aktives Bordnetz des Fahrzeugs mehr Energie verbraucht, als das Solarmodul liefern kann.A device for trickle charging the battery is proposed which can charge the battery with low power, for example by means of a solar module, without an active on-board network of the vehicle consuming more energy than the solar module can supply.
Vorteilhaft kann die Energiequelle über einen Fremdstart-Stützpunkt mit dem Fahrzeug elektrisch gekoppelt sein. Der Fremdstart-Stützpunkt bietet dafür eine klar definierte Schnittstelle, die ein flexibles Ankoppeln einer externen Energiequelle ermöglicht, ohne in die Fahrzeugarchitektur eingreifen zu müssen. Dadurch kann die Vorrichtung auf besonders günstige Weise an das Fahrzeug elektrisch angeschlossen werden. Ein solcher Fremdstart-Stützpunkt ist bei Fahrzeugen vielfach üblich. Damit kann eine dauerhafte Verbindung zur Batterie des Fahrzeugs gewährleistet werden. Der Ladestrom fließt auf diese Weise nur parallel und nicht seriell zu den anderen Systemen des Bordnetzes des Fahrzeugs. Zudem braucht in die Verschaltung der Batterie nicht eingegriffen zu werden, was aus Sicherheitsgründen, insbesondere für ein Nachrüstsystem, vorteilhaft ist.The energy source can advantageously be electrically coupled to the vehicle via an external starter base. The external starter base offers a clearly defined interface that enables flexible coupling of an external energy source without having to intervene in the vehicle architecture. This allows the device to be electrically connected to the vehicle in a particularly convenient way. Such an external starter base is common in many vehicles. This ensures a permanent connection to the vehicle's battery. In this way, the charging current only flows in parallel and not in series with the other systems in the vehicle's electrical system. In addition, there is no need to intervene in the battery's wiring, which is advantageous for safety reasons, especially for a retrofit system.
Die Vorrichtung kann direkt in einem Fahrzeug verbaut sein oder auch als Nachrüstsystem in einem Fahrzeug ergänzt werden. Eine solche Vorrichtung als Nachrüstsystem kann auf Grund der minimalen Eingriffe ins Fahrzeugsystem auch dauerhaft oder nur temporär eingebaut sein und genutzt werden. So kann beispielsweise eine solche Vorrichtung auch nur für eine längere Stilllegung, beim Parken oder für eine Wartezeit im Freien installiert werden und auch wieder entfernt werden, wenn das Fahrzeug im Dauerbetrieb ist und eine Erhaltungsladung nicht benötigt wird.The device can be installed directly in a vehicle or added to a vehicle as a retrofit system. Due to the minimal intervention in the vehicle system, such a device as a retrofit system can also be installed and used permanently or only temporarily. For example, such a device can also be installed only for a longer shutdown, when parking or for waiting outside and can also be removed again when the vehicle is in continuous operation and a trickle charge is not required.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann die Energiequelle ausgebildet sein als ein Solarmodul oder eine externe Batterie, insbesondere Fremdstartbatterie, oder einer induktiv gekoppelten Energieversorgungseinheit oder einem Netzteil. Auf diese Weise können unterschiedliche Energiequellen je nach Verfügbarkeit über den Fremdstart-Stützpunkt angeschlossen werden, um eine Erhaltungsladung für die Batterie des Fahrzeugs zu liefern.According to an advantageous embodiment of the device, the energy source can be designed as a solar module or an external battery, in particular an external starter battery, or an inductive coupled energy supply unit or a power pack. In this way, different energy sources can be connected via the jump start base, depending on availability, in order to provide a trickle charge for the vehicle's battery.
Besonders vorteilhaft bietet der Einsatz eines Solarmoduls als Energiequelle die Möglichkeit einer autarken Batterie-Erhaltungsladung basierend auf einem vergleichsweise kleinen Solarpanel. Ein solches Solarmodul erweist sich selbst in ungünstigen Witterungsverhältnissen im Winter als ausreichend. Außerdem ist ein solches Solarmodul besonders einfach und kostengünstig realisierbar und bei Beschädigung austauschbar.The use of a solar module as an energy source is particularly advantageous as it offers the possibility of self-sufficient battery maintenance charging based on a relatively small solar panel. Such a solar module proves to be sufficient even in unfavorable weather conditions in winter. In addition, such a solar module is particularly easy and inexpensive to implement and can be replaced if damaged.
Das Solarmodul generiert bei Sonnenbestrahlung elektrische Energie, welche in den Pufferspeicher geleitet wird. Der Pufferspeicher kann beispielsweise als Kondensator ausgebildet sein. Sobald die Spannung des Pufferspeichers einen Wert erreicht hat, der deutlich über der Batteriespannung liegt, kann ein Strompuls an die Batterie bereitgestellt werden.When exposed to sunlight, the solar module generates electrical energy, which is fed into the buffer storage. The buffer storage can be designed as a capacitor, for example. As soon as the voltage of the buffer storage has reached a value that is significantly higher than the battery voltage, a current pulse can be provided to the battery.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann als Energiequelle eine induktiv gekoppelte Energieversorgungseinheit so angebracht werden, dass Energie aus elektrischen Feldern, zum Beispiel durch Leiterschleifen in der Fahrbahn und/oder in der Parkbucht unter dem Fahrzeug, gewonnen wird und in einen Pufferspeicher geleitet werden aus dem beschriebener Strompuls bereitgestellt werden kann.According to an advantageous embodiment of the device, an inductively coupled energy supply unit can be installed as the energy source in such a way that energy is obtained from electrical fields, for example through conductor loops in the roadway and/or in the parking bay under the vehicle, and fed into a buffer storage from which the described current pulse can be provided.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann als Energiequelle auch ein Netzteil, zum Beispiel ein vergleichsweise kleines Steckernetzteil oder eine wieder aufladbare Batterie, insbesondere Powerbank, die Energie für die Strompulse bereitstellen.According to an advantageous embodiment of the device, a power supply unit, for example a comparatively small plug-in power supply unit or a rechargeable battery, in particular a power bank, can also serve as an energy source to provide the energy for the current pulses.
An die jeweilige Energiequelle wird eine Steuereinheit angeschlossen, die zusammen mit der Energiequelle das Pulslademodul bildet. Optional kann die Steuereinheit dabei selbst nochmals einen Pufferspeicher zum Zwischenspeichern elektrischer Energie aufweisen.A control unit is connected to the respective energy source, which together with the energy source forms the pulse charging module. Optionally, the control unit itself can have a buffer storage for temporarily storing electrical energy.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann die Steuereinheit einen Pulsgenerator umfassen oder mit einem Pulsgenerator elektrisch gekoppelt sein. Der Pulsgenerator steuert die Abfolge und Dauer der einzelnen Strompulse. Der Pulsgenerator kann dabei als separate Einheit mit der Steuereinheit verbunden sein. Alternativ ist jedoch auch möglich, dass der Pulsgenerator in der Steuereinheit integriert ist.According to an advantageous embodiment of the device, the control unit can comprise a pulse generator or be electrically coupled to a pulse generator. The pulse generator controls the sequence and duration of the individual current pulses. The pulse generator can be connected to the control unit as a separate unit. Alternatively, however, it is also possible for the pulse generator to be integrated into the control unit.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann, wenn die Energiequelle und/oder die Steuereinheit mit einem eigenen Pufferspeicher ausgebildet ist, der Pulsgenerator als Schwellwertschalter ausgebildet sein. Wenn die Energiequelle als Netzteil ausgebildet ist, kann das Netzteil den Pulsgenerator und/oder die Steuereinheit umfassen. Dadurch kann die Energiequelle und/oder die Steuereinheit vereinfacht und kostengünstig gestaltet werden.According to an advantageous embodiment of the device, if the energy source and/or the control unit is designed with its own buffer memory, the pulse generator can be designed as a threshold switch. If the energy source is designed as a power supply unit, the power supply unit can include the pulse generator and/or the control unit. This allows the energy source and/or the control unit to be designed in a simplified and cost-effective manner.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann die Steuereinheit zum Bereitstellen der Strompulse an die Batterie durch Ansteuerung eines Schaltelements ausgebildet sein. Insbesondere kann das Schaltelement als Halbleiter-Schaltelement, insbesondere als Transistor ausgebildet sein. Die Abfolge von Strompulsen kann über einen Pulsgenerator gesteuert werden, welcher die geeignete zeitliche Dauer und den zeitlichen Abstand, mit dem die Strompulse an die Batterie bereitgestellt werden sollen, der Steuereinheit vorgibt. Die Steuereinheit kann dann vorteilhaft die so definierten Strompulse durch Ansteuern eines geeigneten Schaltelements an die Batterie bereitstellen.According to an advantageous embodiment of the device, the control unit can be designed to provide the current pulses to the battery by controlling a switching element. In particular, the switching element can be designed as a semiconductor switching element, in particular as a transistor. The sequence of current pulses can be controlled via a pulse generator, which specifies the appropriate duration and time interval at which the current pulses are to be provided to the battery to the control unit. The control unit can then advantageously provide the current pulses defined in this way to the battery by controlling a suitable switching element.
In einer alternativen Ausführungsvariante kann insbesondere das Schaltelement zum Schalten eines negativen elektrischen Potentials ausgebildet sein.In an alternative embodiment, the switching element can in particular be designed to switch a negative electrical potential.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Vorrichtung und damit das Pulslademodul über wenigstens eine Sicherung mit dem Fremdstart-Stützpunkt elektrisch gekoppelt sein. Insbesondere kann dabei die wenigstens eine Sicherung mit einem positiven Potential des Fremdstart-Stützpunkts elektrisch gekoppelt sein.According to an advantageous embodiment, the device and thus the pulse charging module can be electrically coupled to the external start support point via at least one fuse. In particular, the at least one fuse can be electrically coupled to a positive potential of the external start support point.
Vorteilhaft kann das Pulslademodul über eine in Durchgangsrichtung geschaltete elektrische Diode mit dem Fahrzeug elektrisch gekoppelt sein. Diese Diode stellt sicher, dass im Fehlerfall die Batterie nicht rückwärts entladen wird.Advantageously, the pulse charging module can be electrically coupled to the vehicle via an electrical diode connected in the direction of flow. This diode ensures that the battery is not discharged backwards in the event of a fault.
Vorteilhaft weist die vorgeschlagene Vorrichtung so eine energetische Selbstversorgung auf. Die Steuereinheit kann sich aus der Energie der Energiequelle speisen.The proposed device is advantageously self-sufficient in terms of energy. The control unit can be powered by the energy from the energy source.
Das bedeutet im Falle eines Solarmoduls als Energiequelle, dass sich im Moment des Eintreffens des ersten Sonnenstrahls der Pufferspeicher, beispielsweise ein Kondensator, zu füllen beginnt, und der Kondensator sich also auflädt. Das ist unabhängig davon, ob es sich um die erstmalige Inbetriebnahme des Solarmoduls handelt oder nur um das Herausfahren aus einer Tiefgarage nach längerem Parken.
Sobald am Kondensator eine Spannung erreicht ist, die zum Betrieb des Prozessors der Steuereinheit ausreicht, kann die Steuereinheit den Prozess starten. Da sich der Kondensator beim Umladen nur bis maximal auf die Spannung der Batterie entlädt und diese deutlich oberhalb der notwendigen Betriebsspannung des Prozessors liegt, bleibt das Solarmodul solange in Betrieb, wie die Sonneneinstrahlung reicht, um die Selbstentladung durch den Eigenverbrauch der Steuerelektronik über die weiterhin zugeführte Solarenergie zu kompensieren.In the case of a solar module as an energy source, this means that the moment the first ray of sunlight arrives, the buffer storage, such as a capacitor, begins to fill up and the capacitor is charged. This is regardless of whether the solar module is being used for the first time or simply when driving out of an underground car park after a long period of parking.
As soon as a voltage is reached on the capacitor, which is sufficient to operate the processor of the control unit, the control unit can start the process. Since the capacitor only discharges to a maximum of the battery voltage during recharging and this is significantly above the necessary operating voltage of the processor, the solar module remains in operation as long as the sunlight is sufficient to compensate for the self-discharge caused by the control electronics' own consumption via the solar energy that is still supplied.
Vorteilhaft kann die Energiequelle, insbesondere das Solarmodul, weiter über einen elektrischen Widerstand mit der Batterie elektrisch gekoppelt sein, um den Umladestrom auf Grund der Spannungsdifferenz zwischen Pufferspeicher und Batterie beim Öffnen des Schaltelements zu begrenzen.Advantageously, the energy source, in particular the solar module, can be further electrically coupled to the battery via an electrical resistor in order to limit the charging current due to the voltage difference between the buffer storage and the battery when the switching element is opened.
Vorteilhaft kann die Energiequelle über wenigstens eine elektrische Sicherung mit dem Fahrzeug elektrisch gekoppelt sein. Die Sicherung gewährleistet, dass die Energiequelle im Fehlerfall sicher vom Fahrzeug getrennt wird.Advantageously, the energy source can be electrically coupled to the vehicle via at least one electrical fuse. The fuse ensures that the energy source is safely disconnected from the vehicle in the event of a fault.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erhaltungsladung einer Batterie eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung vorgeschlagen, wobei Strompulse einer Energiequelle mit einer vorgebbaren zeitlichen Dauer in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand an einem Fremdstart-Stützpunkt des Fahrzeugs, welcher mit der Batterie elektrisch verbunden ist, bereitgestellt werden, bis eine elektrische Spannung der Batterie wenigstens gleich einer elektrischen Spannung der Energiequelle ist. Dabei werden die zeitliche Dauer des Strompulses und der zeitliche Abstand der Strompulse so gewählt, dass ein Bordnetz des Fahrzeugs in einem passiven Modus verbleibt.According to a further aspect of the invention, a method for trickle charging a battery of a vehicle with a device is proposed, wherein current pulses from an energy source with a predeterminable duration are provided at a predeterminable time interval at a jump-starting point of the vehicle, which is electrically connected to the battery, until an electrical voltage of the battery is at least equal to an electrical voltage of the energy source. The duration of the current pulse and the time interval of the current pulses are selected such that an on-board network of the vehicle remains in a passive mode.
Das Bordnetz eines modernen Kraftfahrzeugs weist immer einen geringen Ruhestrom auf, der zu einer Entladung der Batterie führt. Vorteilhaft wird deshalb ein verbessertes Ladeverfahren zur Erhaltungsladung der Batterie vorgeschlagen, welches die Batterie mit geringer Leistung, beispielsweise durch ein Solarmodul, laden kann, ohne dass ein aktives Bordnetz des Fahrzeugs mehr Energie verbraucht als das Solarmodul liefern kann.The electrical system of a modern motor vehicle always has a low idle current, which leads to a discharge of the battery. An improved charging method for trickle charging of the battery is therefore advantageously proposed, which can charge the battery with low power, for example using a solar module, without an active electrical system of the vehicle consuming more energy than the solar module can supply.
Um die Batterie dauerhaft mit kleiner Leistung zur Erhaltung des Ladezustandes laden zu können, kann eine unerwünschte Aktivierung des Bordnetzes vermieden werden, was bei einem kontinuierlichen Ladestrom passieren würde. Daher wird vorgeschlagen, den Ladestrom nur gepulst an die Batterie abzugeben. Der Strompuls kann dabei vorteilhaft so kurz gewählt werden, dass die Elektronik des Bordnetzes nicht aktiviert wird und in einem passiven Modus oder Ruhemodus verbleibt, wobei der nächste Strompuls auch erst wieder nach einer bestimmten Dauer erfolgt, welche es dem System ermöglicht, im Ruhemodus zu bleiben. Dabei sind die Strompulse so kurz gewählt und erfolgen mit so großem zeitlichen Abstand, dass eine etwaig vorhandene Fehlerunterdrückung des Bordnetzes diese Strompulse als nicht relevant unterdrückt und das Fahrzeug bzw. dessen elektrische Verbraucher nicht aktiviert oder „geweckt“ werden.In order to be able to charge the battery permanently with a low power to maintain the charge level, unwanted activation of the on-board network can be avoided, which would happen with a continuous charging current. It is therefore proposed that the charging current be supplied to the battery only in pulses. The current pulse can advantageously be chosen to be so short that the electronics of the on-board network are not activated and remain in a passive mode or sleep mode, with the next current pulse only occurring after a certain duration, which allows the system to remain in sleep mode. The current pulses are chosen to be so short and occur at such a large time interval that any error suppression of the on-board network suppresses these current pulses as irrelevant and the vehicle or its electrical consumers are not activated or "woken up".
Die Pulsation kann vorteilhaft abhängig von der jeweiligen Bordelektronik, die im Fahrzeug eingesetzt wird, eingestellt werden. Die Pulslänge kann entsprechend kurz genug und der Ladestrom entsprechend klein genug gewählt werden, dass diese Werte im Schwankungsbereich von Störungen im Bordnetz akzeptiert werden. Damit kann die unerwünschte Aktivierung des Bordnetzes vermieden werden, bei dem es Steuergeräte aktivieren oder aufwecken würde. Die Steuergeräte wären dann für eine gewisse Dauer aktiv und würden Strom verbrauchen, was erfindungsgemäß verhindert werden kann. Bis zum nächsten Strompuls kann eine ausreichende Zeitdauer gewartet werden, bis das Bordnetz die Störung wieder vergessen hat und dann beim nächsten Strompuls den Ladestrom als neue, tolerierbare Störung wahrnimmt, die unterhalb einer Obergrenze von Störungen bleibt, die sonst zum Wecken des Bordnetzes führen würde.The pulsation can advantageously be set depending on the particular on-board electronics used in the vehicle. The pulse length can be selected to be short enough and the charging current to be small enough that these values are acceptable within the fluctuation range of disturbances in the on-board network. This can prevent the unwanted activation of the on-board network, which would activate or wake up control units. The control units would then be active for a certain period of time and would consume power, which can be prevented according to the invention. A sufficient period of time can be waited until the next current pulse, until the on-board network has forgotten the disturbance and then, at the next current pulse, perceives the charging current as a new, tolerable disturbance that remains below an upper limit of disturbances that would otherwise lead to the on-board network being woken up.
Die Strompulse können dabei in periodischer Folge mit einem bestimmten periodischen zeitlichen Abstand an die Batterie angelegt werden. Jedoch ist dies nicht zwingend notwendig. Optional können die Strompulse auch in unregelmäßiger Folge angelegt werden. Der zeitliche Abstand der Strompulse kann einem zeitlichen Mindestabstand entsprechend oder größer als der zeitliche Mindestabstand sein.The current pulses can be applied to the battery in a periodic sequence with a certain periodic time interval. However, this is not absolutely necessary. Optionally, the current pulses can also be applied in an irregular sequence. The time interval between the current pulses can correspond to a minimum time interval or be greater than the minimum time interval.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verfahren wenigstens die Schritte umfassen: Bestimmen der elektrischen Spannungen der Batterie und der Energiequelle mittels einer Steuereinheit, wobei die Steuereinheit mit der Energiequelle und der Batterie elektrisch gekoppelt ist; falls die elektrische Spannung der Batterie kleiner als die elektrische Spannung der Energiequelle ist, Überprüfen, ob ein Steuerpuls eines Pulsgenerators an der Steuereinheit anliegt; falls der Steuerpuls anliegt, Durchschalten eines Schaltelements durch die Steuereinheit, welches den Strompuls an die Batterie bereitstellt; Überprüfen, ob der Steuerpuls abgeschaltet ist; falls der Steuerpuls abgeschaltet ist, Sperren des Schaltelements.According to an advantageous embodiment, the method can comprise at least the steps of: determining the electrical voltages of the battery and the energy source by means of a control unit, wherein the control unit is electrically coupled to the energy source and the battery; if the electrical voltage of the battery is lower than the electrical voltage of the energy source, checking whether a control pulse of a pulse generator is present at the control unit; if the control pulse is present, switching through a switching element by the control unit, which provides the current pulse to the battery; checking whether the control pulse is switched off; if the control pulse is switched off, blocking the switching element.
Auf diese Weise kann die Batterie mit eingeschränkter Leistung nachgeladen werden, ohne dass das Bordnetz aktiviert wird. Voraussetzung ist, dass die Energiequelle eine Spannung liefert, welche die Spannung der Batterie übersteigt. Die Abfolge von Strompulsen kann vorteilhaft über einen Pulsgenerator gesteuert werden, welcher die geeignete zeitliche Dauer und den zeitlichen Abstand, mit dem die Strompulse an die Batterie bereitgestellt werden sollen, der Steuereinheit vorgibt. Die Steuereinheit kann dann die so definierten Strompulse durch Ansteuern eines geeigneten Schaltelements an die Batterie bereitstellen.In this way, the battery can be recharged with limited power without activating the vehicle electrical system. The prerequisite is that the energy source delivers a voltage that exceeds the battery voltage. The sequence of current pulses can advantageously be generated using a pulse generator. gate, which specifies the appropriate duration and time interval at which the current pulses are to be provided to the battery. The control unit can then provide the current pulses defined in this way to the battery by controlling a suitable switching element.
Vorteilhaft kann die zeitliche Dauer des Strompulses und der zeitliche Abstand der Strompulse manuell nach vorgebbaren Parametern eingestellt werden und/oder aus einem Kennfeld des Fahrzeugs bestimmt werden und/oder durch Messungen an der Batterie und/oder der Energiequelle ermittelt werden. Die vorgebbaren Parameter können insbesondere durch das konkrete Bordnetz bestimmt sein. Das Gesamtsystem zur Erhaltungsladung kann vorteilhaft auf verschiedene Fahrzeugsysteme eingestellt werden. Die nötigen Werte können manuell nach Parametern eingestellt werden, aus einem Kennfeld für das jeweilige Fahrzeug ausgelesen werden oder durch Testen und Messen ermittelt werden, so dass die Parameter der Ladeelektronik zu den Strompulsen, insbesondere Länge, Höhe der Strompulse sowie Zeitabstände zwischen den Strompulsen geeignet eingestellt werden können.Advantageously, the duration of the current pulse and the time interval between the current pulses can be set manually according to predefined parameters and/or determined from a characteristic map of the vehicle and/or determined by measurements on the battery and/or the energy source. The predefined parameters can be determined in particular by the specific on-board network. The entire trickle charge system can advantageously be adjusted to different vehicle systems. The necessary values can be set manually according to parameters, read from a characteristic map for the respective vehicle or determined by testing and measuring, so that the parameters of the charging electronics for the current pulses, in particular the length, height of the current pulses and time intervals between the current pulses, can be suitably adjusted.
Vorteilhaft kann als Energiequelle ein Solarmodul verwendet werden, wobei von dem Solarmodul erzeugte elektrische Energie in einem elektrischen Pufferspeicher zwischengespeichert wird.A solar module can advantageously be used as an energy source, whereby electrical energy generated by the solar module is temporarily stored in an electrical buffer storage unit.
Das vorgeschlagene Verfahren kann dabei weiter umfassen: Bestimmen der elektrischen Spannung des Pufferspeichers mittels der Steuereinheit, wobei die Steuereinheit mit dem Pufferspeicher und der Batterie elektrisch gekoppelt ist; falls die elektrische Spannung des Pufferspeichers größer als die elektrische Spannung der Batterie ist, Überprüfen, ob ein Bereitstellen des Strompulses möglich ist; falls das Bereitstellen des Strompulses möglich ist, Durchschalten des Schaltelements durch die Steuereinheit, welches den Strompuls an die Batterie bereitstellt; Überprüfen, ob ein Ende der zeitlichen Dauer des Strompulses erreicht ist; falls das Ende der zeitlichen Dauer des Strompulses erreicht ist, Sperren des Schaltelements.The proposed method can further comprise: determining the electrical voltage of the buffer storage by means of the control unit, wherein the control unit is electrically coupled to the buffer storage and the battery; if the electrical voltage of the buffer storage is greater than the electrical voltage of the battery, checking whether it is possible to provide the current pulse; if it is possible to provide the current pulse, switching through the switching element by the control unit, which provides the current pulse to the battery; checking whether an end of the duration of the current pulse has been reached; if the end of the duration of the current pulse has been reached, blocking the switching element.
Auf diese Weise kann die Batterie mit eingeschränkter Leistung nachgeladen werden, ohne dass das Bordnetz aktiviert wird. Voraussetzung ist, dass die Spannung des Pufferspeichers die Spannung der Batterie deutlich übersteigt. Danach wird in der Steuereinheit geprüft, ob eine genügend lange Zeit seit dem letzten Strompuls verstrichen ist, sodass ein neuer Strompuls abgesetzt werden kann. Die Steuereinheit kann dann den nächsten Strompuls durch Ansteuern des Schaltelements an die Batterie bereitstellen. Danach wird auf ein Ende der zeitlichen Dauer des Strompulses geprüft. Ist das Ende erreicht, wird das Schaltelement gesperrt und damit der Strompuls abgeschaltet. Danach kann die Steuereinheit wieder zur Spannungsbestimmung des Pufferspeichers übergehen. Durch geeignete Auslegung des Solarmoduls im Verhältnis zur Größe des Pufferspeichers kann so eine vorteilhafte Erhaltungsladung erreicht werden.In this way, the battery can be recharged with limited power without activating the on-board network. The prerequisite is that the voltage of the buffer storage significantly exceeds the voltage of the battery. The control unit then checks whether a sufficient amount of time has passed since the last current pulse so that a new current pulse can be sent. The control unit can then provide the next current pulse to the battery by controlling the switching element. It then checks whether the duration of the current pulse has ended. When the end is reached, the switching element is blocked and the current pulse is switched off. The control unit can then go back to determining the voltage of the buffer storage. By designing the solar module appropriately in relation to the size of the buffer storage, an advantageous trickle charge can be achieved.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawings. The drawings show an embodiment of the invention. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will also expediently consider the features individually and combine them into further useful combinations.
Dabei zeigen:
-
1 eine Systemübersicht einer Vorrichtung zur Erhaltungsladung einer Batterie eines Fahrzeugs nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 eine etwas detailliertere Systemübersicht einer Vorrichtung zur Erhaltungsladung einer Batterie eines Fahrzeugs nach dem Ausführungsbeispiel der1 ; -
3 eine Systemübersicht einer Vorrichtung zur Erhaltungsladung einer Batterie eines Fahrzeugs nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erhaltungsladung einer Batterie eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung nach1 und2 ; -
5 eine zeitliche Folge von Strompulsen für eine Erhaltungsladung einer Batterie eines Fahrzeugs nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 a system overview of a device for trickle charging a battery of a vehicle according to an embodiment of the invention; -
2 a somewhat more detailed system overview of a device for trickle charging a battery of a vehicle according to the embodiment of the1 ; -
3 a system overview of a device for trickle charging a battery of a vehicle according to a further embodiment of the invention; -
4 a flow chart of a method for trickle charging a battery of a vehicle with a device according to1 and2 ; -
5 a temporal sequence of current pulses for a trickle charge of a battery of a vehicle according to an embodiment of the invention.
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, identical or similar components are numbered with identical reference symbols. The figures merely show examples and are not to be understood as limiting.
Die Vorrichtung 100 umfasst eine Energiequelle 12, welche in bestimmungsgemäßem Betrieb über eine Steuereinheit 20 mit einem Fremdstart-Stützpunkt 70 des Fahrzeugs 10 elektrisch gekoppelt ist. Der Fremdstart-Stützpunkt 70 ist dabei innerhalb des Bordnetzes des Fahrzeugs 10 mit der Batterie 40 elektrisch verbunden.The
Der Fremdstart-Stützpunkt 70 bietet eine klar definierte Schnittstelle, die ein flexibles Ankoppeln einer externen Energiequelle 12 ermöglicht, ohne in die Fahrzeugarchitektur eingreifen zu müssen. Dadurch kann die Vorrichtung 100 auf besonders günstige Weise an das Fahrzeug 10 elektrisch angeschlossen werden. Ein solcher Fremdstart-Stützpunkt 70 ist bei Fahrzeugen 10 vielfach üblich. Damit kann eine dauerhafte Verbindung zur Batterie 40 des Fahrzeugs 10 gewährleistet werden. Der Ladestrom fließt auf diese Weise nur parallel und nicht seriell zu den anderen Systemen des Bordnetzes des Fahrzeugs 10. The external start-up
Zudem braucht in die Verschaltung der Batterie 40 nicht eingegriffen zu werden, was aus Sicherheitsgründen, insbesondere für ein Nachrüstsystem, vorteilhaft ist.In addition, there is no need to intervene in the wiring of the
Die Steuereinheit 20 ist zum Bereitstellen von Strompulsen 50 der Energiequelle 12 mit einer vorgebbaren zeitlichen Dauer 52 in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand 54 an die Batterie 40 ausgebildet. Dazu kann die Steuereinheit 20, wie in
Die Energiequelle 12 kann beispielsweise als Solarmodul ausgebildet sein.The
Alternativ kann die Energiequelle 12 auch als Batterie, insbesondere als Fremdstartbatterie im Rahmen eines Starthilfepakets ausgebildet sein. Weiter ist möglich, als Energiequelle 12 eine induktiv gekoppelte Energieversorgungseinheit vorzusehen. Dazu könnte das Fahrzeug 10 beispielsweise über einer Spule geparkt werden. Weiter kann die Energiequelle 12 beispielsweise auch als Netzteil ausgebildet sein. Dabei könnten ein Pulsgenerator 22 und/oder eine Steuereinheit 20 zweckmäßigerweise gleich in dem Netzteil integriert sein.Alternatively, the
Eine solche Vorrichtung aus
Die Vorrichtung 100 ist über die Klemme 30, welche das positive elektrische Potential der Batterie 40 darstellt und über die Klemme 31, welche das negative elektrische Potential und/oder die elektrische Fahrzeugmasse der Batterie 40 darstellt, mit der Batterie 40 elektrisch gekoppelt. Klemme 30 und Klemme 31 können dabei beispielsweise über den Fremdstart-Stützpunkt 70 des Fahrzeugs 10 angeschlossen werden.The
Die Steuereinheit 20 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel den Pulsgenerator 22, der einfach als Schwellwertgeber ausgebildet sein kann. Die Steuereinheit 20 kann die Strompulse 50 an die Batterie 40 durch Ansteuerung eines Schaltelements, beispielsweise eines Transistors oder eines anderen geeigneten Halbleiter-Schaltelements, schalten.In this embodiment, the
Die Energiequelle 12 ist über eine in Durchgangsrichtung geschaltete elektrische Diode 30 mit dem Fahrzeug 10 elektrisch gekoppelt. Diese Diode 30 stellt sicher, dass im Fehlerfall die Batterie 40 nicht rückwärts entladen wird.
Die Energiequelle 12 ist über wenigstens eine elektrische Sicherung 36 mit dem Fahrzeug 10 elektrisch gekoppelt. Die Sicherung 36 ist dazu mit dem positiven Potential des Fremdstart-Stützpunkts 70 elektrisch gekoppelt. Die Sicherung 36 gewährleistet, dass die Energiequelle 12 im Fehlerfall sicher vom Fahrzeug 10 getrennt wird.The
The
Vorteilhaft weist die vorgeschlagene Vorrichtung 100 eine energetische Selbstversorgung auf. Die Steuereinheit 20 speist sich aus der Energie der Energiequelle 12Advantageously, the proposed
In einer alternativen Ausführung der Vorrichtung in
Hierbei zeigt
Dabei ist die Energiequelle 12 als Solarmodul 14 mit einem elektrischen Pufferspeicher 16 ausgebildet, wobei der Pufferspeicher 16 zur Zwischenspeicherung von in dem Solarmodul 14 erzeugter elektrischer Energie des Solarmoduls 14 dient. Der Pufferspeicher 16 kann beispielsweise als Kondensator ausgebildet sein.The
Die Vorrichtung 100 ist über die Klemme 30, welche das positive elektrische Potential der Batterie 40 darstellt und über die Klemme 31, welche das negative elektrische Potential und/oder die elektrische Fahrzeugmasse der Batterie 40 darstellt, mit der Batterie 40 elektrisch gekoppelt. Klemme 30 und Klemme 31 können dabei beispielsweise über den Fremdstart-Stützpunkt 70 des Fahrzeugs 10 angeschlossen werden.The
Die Steuereinheit 20 kann die Strompulse 50 an die Batterie 40 durch Ansteuerung eines Schaltelements 24, beispielsweise eines Transistors oder eines anderen geeigneten Halbleiter-Schaltelements, über das negative elektrische Potential schalten. Das Schaltelement 24 ist dazu mit einem negativen Potential des Fremdstart-Stützpunkts 70, insbesondere einer Fahrzeugmasse des Fremdstart-Stützpunkts 70, elektrisch gekoppelt. The
Die Steuereinheit 20 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel den Pulsgenerator 22, der einfach als Schwellwertgeber ausgebildet sein kann.In this embodiment, the
Das Solarmodul 14 ist über eine in Durchgangsrichtung geschaltete elektrische Diode 30 mit dem Pufferspeicher 16 elektrisch gekoppelt. Die Diode 30 verhindert dabei ein rückwärtiges Entladen des Pufferspeichers 16 bei nachlassender Sonneneinstrahlung.The
Die Energiequelle 12 ist über eine in Durchgangsrichtung geschaltete elektrische Diode 32 mit dem Fahrzeug 10 elektrisch gekoppelt. Diese Diode 32 stellt sicher, dass im Fehlerfall die Batterie 40 nicht rückwärts den Pufferspeicher 16 auflädt.The
Die Energiequelle 12 ist über einen elektrischen Widerstand 34 mit der Batterie 40 elektrisch gekoppelt, um den Umladestrom auf Grund der Spannungsdifferenz zwischen Pufferspeicher 16 und Batterie 40 beim Öffnen des Schaltelements 24 zu begrenzen.The
Die Energiequelle 12 ist über wenigstens eine elektrische Sicherung 36 mit dem Fahrzeug 10 elektrisch gekoppelt. Die Sicherung 36 ist dazu mit dem positiven Potential des Fremdstart-Stützpunkts 70 elektrisch gekoppelt. Die Sicherung 36 gewährleistet, dass die Energiequelle 12 im Fehlerfall sicher vom Fahrzeug 10 getrennt wird.The
Das Solarmodul 14 generiert bei Sonnenbestrahlung elektrische Energie, welche in den Pufferspeicher 16 geleitet wird. Der Pufferspeicher 16 kann beispielsweise als Kondensator ausgebildet sein. Sobald die Spannung des Pufferspeichers16 einen Wert erreicht hat, der deutlich über der Batteriespannung liegt, kann ein Strompuls 50 an die Batterie 40 bereitgestellt werden.When exposed to sunlight, the
Vorteilhaft weist die vorgeschlagene Vorrichtung 100 eine energetische Selbstversorgung auf. Die Steuereinheit 20 als Solarregler speist sich aus der Energie des Solarmoduls 14. Das bedeutet, dass sich im Moment des Eintreffens des ersten Sonnenstrahls der Pufferspeicher 16, beispielsweise ein Kondensator, zu füllen beginnt, und der Kondensator sich also auflädt. Das ist unabhängig davon, ob es sich um die erstmalige Inbetriebnahme des Solarmoduls 14 handelt oder nur um das Herausfahren aus einer Tiefgarage nach längerem Parken.The proposed
Sobald am Kondensator eine Spannung erreicht ist, die zum Betrieb des Prozessors der Steuereinheit 20 ausreicht, startet die Steuereinheit 20 den Prozess. Da sich der Kondensator beim Umladen nur bis maximal auf die Spannung der Batterie 40 entlädt und diese deutlich oberhalb der notwendigen Betriebsspannung des Prozessors liegt, bleibt das Solarmodul 14 solange in Betrieb, wie die Sonneneinstrahlung reicht, um die Selbstentladung durch den Eigenverbrauch der Steuereinheit 20 über die weiterhin zugeführte Solarenergie zu kompensieren.As soon as a voltage is reached on the capacitor that is sufficient to operate the processor of the
In
Gemäß dem Verfahren werden Strompulse 50 einer Energiequelle 12 mit einer vorgebbaren zeitlichen Dauer 52 in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand 54 an die Batterie 40 bereitgestellt, bis eine elektrische Spannung der Batterie 40 wenigstens gleich einer elektrischen Spannung der Energiequelle 12 ist. Dabei wird die zeitliche Dauer 52 des Strompulses 50 und der zeitliche Abstand 54 der Strompulse 50 so gewählt, dass ein Bordnetz des Fahrzeugs 10 in einem passiven Modus verbleibt.According to the method,
Empirisch wurde festgestellt, dass Strompulse von beispielsweise 4 Sekunden Länge und mindestens 15 Sekunden Pause, vom Bordnetz eines Fahrzeugs 10 ignoriert werden.It has been empirically determined that current pulses of, for example, 4 seconds in length and at least 15 seconds in pause are ignored by the on-board electrical system of a
In
Das Verfahren umfasst wenigstens die in
Im nächsten Schritt S104 wird überprüft, ob die elektrische Spannung der Batterie 40 kleiner als die elektrische Spannung der Energiequelle 12 ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird die Bestimmung der elektrischen Spannungen in Schritt S102 wiederholt.In the next step S104, it is checked whether the electrical voltage of the
Diese Schleife wird so lange durchlaufen, bis die Spannung der Batterie 40 kleiner ist als die Spannung der Energiequelle 12.This loop is repeated until the voltage of the
Danach wird in Schritt S106 überprüft, ob ein Steuerpuls eines Pulsgenerators 22, der im Schritt S114 generiert wird, an der Steuereinheit 20 anliegt. Falls dies nicht der Fall ist, wird die Bestimmung der elektrischen Spannungen in Schritt S102 wiederholt.Then, in step S106, it is checked whether a control pulse of a
Falls der Steuerpuls anliegt, wird durch die Steuereinheit 20 in Schritt S108 ein Schaltelement 24, beispielsweise ein Schalter oder ein Transistor, durchgeschaltet, welches den Strompuls 50 an die Batterie 40 bereitstellt.If the control pulse is present, the
Anschließend wird in Schritt S110 überprüft, ob der Steuerpuls wieder abgeschaltet ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird nach Schritt S108 zurückgesprungen. Dies wird solange wiederholt, bis der Steuerpuls abgeschaltet wird.Then, in step S110, it is checked whether the control pulse is switched off again. If this is not the case, the system returns to step S108. This is repeated until the control pulse is switched off.
Wenn der Steuerpuls abgeschaltet ist, wird in Schritt S112 das Schaltelement 24 gesperrt, wodurch der Strompuls 50 beendet wird. Danach wird die Schleife mit Schritt S102 neu begonnen.If the control pulse is switched off, the switching
Die zeitliche Dauer 52 des Strompulses 50 und der zeitliche Abstand 54 der Strompulse 50 kann dabei manuell nach vorgebbaren Parametern eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Werte aus einem Kennfeld des Fahrzeugs 10 bestimmt werden. Auch ist möglich, dass die Werte durch Messungen an der Batterie 40 und/oder der Energiequelle 12 ermittelt werden.The
Auf diese Weise kann die Batterie 40 mit eingeschränkter Leistung nachgeladen werden, ohne dass das Bordnetz aktiviert wird. Voraussetzung ist, dass die Energiequelle 12 eine Spannung liefert, welche die Spannung der Batterie 40 übersteigt. Die Abfolge von Strompulsen 50 kann vorteilhaft über einen Pulsgenerator 22 gesteuert werden, welcher die geeignete zeitliche Dauer und den zeitlichen Abstand, mit dem die Strompulse 50 an die Batterie 40 bereitgestellt werden sollen, der Steuereinheit 20 vorgibt. Die Steuereinheit 20 kann dann die so definierten Strompulse 50 durch Ansteuern eines geeigneten Schaltelements 24 an die Batterie 40 bereitstellen.In this way, the
Ein Ablauf eines Verfahrens zur Erhaltungsladung einer Batterie 40 eines Fahrzeugs 10 mit der Vorrichtung 100 nach
Nach der Initialisierung, also dem Erreichen der Prozessor- Betriebsspannung in Schritt S200, startet die Steuereinheit 20 in Schritt S202 mit der Messung der Spannung des Pufferspeichers 16, die proportional zum Ladezustand des Pufferspeichers 16, beispielsweise eines Kondensators, und damit ein Maß des Speicherinhalts des Pufferspeichers 16 ist.After initialization, i.e. reaching the processor operating voltage in step S200, the
Ist dieser Ladezustand hoch genug, also die Kondensatorspannung beispielsweise 2 V über der Batterienennspannung ist, was in Schritt S204 überprüft wird, prüft der Algorithmus in Schritt S206, ob nicht bereits kurz vorher ein Strompuls 50 abgesetzt wurde. Es wird also die notwendige Ladepause, der zeitliche Mindestabstand 54 der Strompulse 50, geprüft, damit das Bordnetz des Fahrzeugs 10 nicht doch aufgeweckt wird.If this charge level is high enough, i.e. the capacitor voltage is, for example, 2 V above the nominal battery voltage, which is checked in step S204, the algorithm checks in step S206 whether a
Wenn die Ladepause bereits verstrichen ist, als beispielsweise ein sogenanntes Charge Enable-Flag gesetzt wurde, schaltet das Schaltelement 24 in Schritt S208 durch und der Pufferspeicher 16 entlädt sich in die Batterie 40. Ein entsprechender Strompuls 50 wird an die Batterie 40 bereitgestellt.If the charging pause has already elapsed, for example when a so-called charge enable flag was set, the switching
Während dieses Vorgangs wird in Schritt S210 geprüft, ob das Ladepulsdauerende, also ein Ende der zeitlichen Dauer 52 des Strompulses 50, bereits erreicht ist. Wenn nicht, bleibt das Schaltelement 24 geöffnet.During this process, a check is carried out in step S210 to determine whether the end of the charging pulse duration, i.e. an end of the
Wenn das Ladepulsdauerende erreicht ist, wird das Schaltelement 24 in Schritt S212 ausgeschaltet und der Algorithmus geht wieder in den Bereich der Messung der Spannung des Pufferspeichers 16 in Schritt S202.When the end of the charging pulse duration is reached, the switching
Im realen Einsatz kann die Dauer der Ladepause von der Sonneneinstrahlung abhängen. An sonnenarmen Tagen liefert das Solarmodul 14 wenig Energie, was dazu führt, dass der Pufferspeicher 16 sich sehr langsam auflädt, abhängig vom Verhältnis der Größen Solarmodul 14 zu Kapazität des Pufferspeichers 16, beispielsweise eines Kondensators. Daher sind auch Ladepausen von bis zu mehreren Minuten denkbar oder eben einer ganzen Nacht. An sonnenreichen Tagen kann der Kondensator 16 in deutlich schneller als 15 Sekunden aufgeladen sein. In diesem Fall muss die Steuereinheit 20 ein vorzeitiges Durchschalten des Schaltelements 24 verhindern.In real use, the length of the charging break can depend on the amount of sunlight. On days with little sun, the
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- Fahrzeugvehicle
- 1212
- EnergiequelleEnergy source
- 1414
- SolarmodulSolar module
- 1616
- PufferspeicherBuffer storage
- 2020
- SteuereinheitControl unit
- 2222
- PulsgeneratorPulse generator
- 2424
- SchaltelementSwitching element
- 3030
- Diodediode
- 3232
- Diodediode
- 3434
- WiderstandResistance
- 3636
- SicherungBackup
- 4040
- Batteriebattery
- 5050
- StrompulsCurrent pulse
- 5252
- zeitliche Dauerduration
- 5454
- zeitlicher Abstandtemporal distance
- 6060
- ZeitTime
- 6161
- StromElectricity
- 6262
- EinA
- 6464
- AusOut of
- 7070
- Fremdstart-StützpunktExternal launch base
- 100100
- Vorrichtungcontraption
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102020112792 A1 [0004]DE 102020112792 A1 [0004]
- US 4661758 [0005]US 4661758 [0005]
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