DE10356444A1

DE10356444A1 - Elektronischer Batterietester

Info

Publication number: DE10356444A1
Application number: DE10356444A
Authority: DE
Inventors: Frederick M. Lockport Johnson
Original assignee: Midtronics Inc
Current assignee: Midtronics Inc
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2004-07-01
Also published as: JP2004191373A; US20040108856A1; US6781382B2

Abstract

Es wird ein elektronischer Batterietester zum Testen einer Speicherbatterie zur Verfügung gestellt. Der Tester umfaßt ein Paar von Kelvin-Verbindern, die elektrisch mit Anschlüssen der Batterie verbunden werden können. Ebenfalls ist eine Quelle enthalten, die über die Kelvin-Verbinder eine zeitveränderliche Zwangsfunktion an die Batterie anlegen kann. Ein Sensor, der elektrisch an die Kelvin-Verbinder anschließt, kann eine Reaktion des Akkus auf die angelegte Zwangsfunktion messen und ein Antwortsignal bereitstellen. Ein Analog-Digital-Wandler digitalisiert das Antwortsignal. Eine Verarbeitungsschaltungsanordnung wandelt das digitalisierte Antwortsignal in viele Fourierkomponenten um und bestimmt das Rauschen in dem Antwortsignal aus einer Teilmenge der vielen Fourierkomponenten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Testen von Akkus bzw. Speicherbatterien. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Detektieren von Rauschen in einem elektronischen Batterietester, während dieser einen Batterietest durchführt.

Akkus bzw. Speicherbatterien, wie etwa Bleiakkumulatoren der Art, die in der Automobilindustrie verwendet werden, existieren seit vielen Jahren. Jedoch wurden permanente Anstrengungen für das Verständnis des Wesens derartiger Akkus, wie derartige Akkus arbeiten und wie derartige Batterien genau zu testen sind, unternommen, und dies hat sich als ziemlich schwierig herausgestellt. Akkus bestehen aus mehreren einzelnen Speicherzellen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Typischerweise hat jede Zelle ein Spannungspotential von etwa 2,1 Volt. Durch In-Reihe-Schalten der Zellen werden die Spannungen der einzelnen Zellen insgesamt addiert. Zum Beispiel werden in einem typischen Fahrzeug-Akku sechs Speicherzellen verwendet, um eine Gesamtspannung von 12,6 Volt zur Verfügung zu stellen, wenn die Batterie vollständig aufgeladen ist.

Es gibt eine lange Geschichte von Versuchen, den Zustand von Akkus genau zu testen. Ein einfacher Test ist, die Spannung der Batterie zu messen. Wenn die Spannung unter einem gewissen Schwellwert ist, wird die Batterie als schlecht bestimmt. Dieser Test ist jedoch unbequem, weil er erfordert, daß die Batterie vor der Durchführung des Tests aufgeladen wird. Wenn die Batterie entladen ist, ist die Spannung niedrig, und eine gute Batterie kann fälschlicherweise als schlecht getestet werden. Außerdem gibt ein derartiger Test keinen Hinweis darauf, wie viel Energie in der Batterie gespeichert ist. Ein anderes Verfahren zum Testen einer Batterie wird als Lasttest bezeichnet. In einem Lasttest wird die Batterie unter Verwendung einer bekannten Last entladen. Während die Batterie entladen wird, wird die Spannung an der Batterie überwacht und genutzt, um den Zustand der Batterie zu bestimmen. Dieses Verfahren erfordert, daß die Batterie ausreichend geladen ist, damit sie Strom an die Last liefern kann. Kürzlich wurde mit einem Verfahren von Dr. Keith S. Champlin und der Midtronics, Inc. Pionierarbeit für das Testen von Akkus geleistet, indem der Wirkleitwert der Batterien gemessen wurde.

Jedoch besteht ein stetiger Bedarf, Batterietestverfahren zu verbessern, um die Genauigkeit von Batterietestergebnissen zu erhöhen. Ein Batterietestverfahren nach bisherigem Stand der Technik umfaßt die Verwendung eines Differentialverstärkers, um die Batteriespannung während des Anlegens eines zeitveränderlichen Stromsignals an die Batterie zu messen. Das Vorhandensein von Rauschen am Ausgang des Verstärkers, während der Verstärker während des Anlegens des Stromsignals die Batteriespannung mißt, kann Fehler in Testergebnisse bringen.

Ein elektronischer Batterietester zum Testen eines Akkus wird zur Verfügung gestellt. Der Tester weist einen ersten Kelvin-Verbinder auf, der mit einem ersten Anschluß der Batterie elektrisch verbunden werden kann, und einen zweiten Kelvin-Verbinder, der mit einem zweiten Anschluß der Batterie elektrisch verbunden werden kann. Auch ist eine Quelle bereitgestellt, die durch einen ersten Leiter des ersten Kelvin-Verbinders und einen ersten Leiter des zweiten Kelvin-Verbinders eine zeitlich veränderliche Zwangsfunktion an die Batterie anlegen kann. Ein Sensor, der elektrisch mit einem zweiten Leiter des ersten Kelvin-Verbinders und einem zweiten Leiter des zweiten Kelvin-Verbinders verbindet, kann eine Reaktion des Akkus auf die angelegte Zwangsfunktion messen und ein Antwortsignal liefern. Ein Analog-Digital-Wandler digitalisiert das Antwortsignal. Eine Verarbeitungsschaltungsanordnung wandelt das digitalisierte Antwortsignal in viele Fourierkomponenten um und bestimmt Rauschen in dem Antwortsignal aus einer Untermenge der vielen Fourierkomponenten. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden weiter unten beispielhaft gezeigt:

1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Batterietesters gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Schaubild der Spannungs- und Stromwellenformen, die unter Verwendung eines Modellierungsverfahrens erzeugt wurden.
3 ist ein Schaubild berechneten Fouriertransformation der Strom- und Spannungswerte von 2.
4 ist ein vereinfachtes Flußdiagramm, das Schritte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild der Batterieüberwachungsschaltungsanordnung 16 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 16 ist verbunden mit der Batterie 12 gezeigt, welche einen positiven Batterieanschluß 22 und einen negativen Batterieanschluß 24 umfaßt.
Die Schaltungsanordnung bzw. Schaltung 16 arbeitet gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und bestimmt den Wirkleitwert (G_BAT) der Batterie 12 und das Spannungspotential (V_BAT) zwischen den Anschlüssen 22 und 24 der Batterie 12. Die Schaltungsanordnung 16 umfaßt die Stromquelle 50, den Differenzverstärker bzw. Differentialverstärker 52, den Analog-Digital-Wandler 54 und die Verarbeitungsschaltungsanordnung 56. Die Stromquelle 50 stellt ein Beispiel einer Zwangsfunktion zur Verwendung mit der Erfindung zur Verfügung. Der Verstärker 52 ist durch die Kondensatoren C₁ und C₂ kapazitiv mit der Batterie 12 gekoppelt. Der Verstärker 52 hat einen Ausgang, der mit einem Eingang des Analog-Digital-Wandlers 54 verbunden ist. Die Verarbeitungsschaltung 56 kann ein Mikroprozessor, ein digitaler Signalprozessor, etc. sein. Die Verarbeitungsschaltung 56 ist mit dem Systemtaktgeber 58, dem Speicher 60 und dem Analog-Digital-Wandler 54 verbunden. Die Verarbeitungsschaltung 56 ist auch fähig, eine Eingabe von den Eingabevorrichtungen 66 und 68 zu empfangen. Die Verarbeitungsschaltung 56 verbindet auch mit der Ausgabevorrichtung 72.
Im Betrieb wird die Stromquelle 50 von der Verarbeitungsschaltung 56 gesteuert und liefert einen Strom I in die durch den Pfeil in 1 gezeigte Richtung. In einer Ausführungsform ist dies eine Sinuswelle, Rechteckwelle oder ein Impuls. Der Differentialverstärker 52 ist jeweils durch die Kondensatoren C₁ und C₂ mit Anschlüssen 22 bzw. 24 der Batterie 12 verbunden und liefert eine Ausgabe in Bezug auf die Spannungspotentialdifferenz zwischen den Anschlüssen 22 und 24. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Verstärker 52 eine hohe Eingangsimpedanz. Die Schaltungsanordnung 16 umfaßt den Differentialverstärker 70, dessen invertierender bzw. nicht invertierender Eingang mit den Anschlüssen 24 bzw. 22 verbunden ist. Der Verstärker 70 ist angeschlossen, um das Leerlaufspannungspotential (V_BAT) der Batterie 12 zwischen den Anschlüssen 22 und 24 zu messen, und ist ein Beispiel für einen dynamischen Reaktionssensor, der verwendet wird, um die zeitveränderliche Reaktion der Batterie 18 auf die angelegte zeitveränderliche Zwangsfunktion zu messen. Die Ausgabe des Verstärkers 70 wird an den Analog-Digital-Wandler 54 geliefert, so daß die Spannung an den Anschlüssen 22 und 24 durch die Verarbeitungsschaltung 56 gemessen werden kann.
Die Schaltungsanordnung 16 ist durch ein Vier-Punkt-Verbindungsverfahren, das als Kelvin-Verbindung bekannt ist, mit der Batterie 12 verbunden. Diese Kelvin-Verbindung ermöglicht, daß über ein erstes Verbindungspaar der Strom I in die Batterie 12 eingespeist wird, während die Spannung V an den Anschlüssen 22 und 24 durch ein zweites Verbindungspaar gemessen wird. Da sehr wenig Strom durch den Verstärker 52 fließt, ist der Spannungsabfall an den Eingängen des Verstärkers 52 im wesentlichen identisch zu dem Spannungsabfall an den Anschlüssen 22 und 24 der Batterie 12. Die Ausgabe des Differentialverstärkers 52 wird in ein digitales Format umgewandelt und an die Verarbeitungsschal tung 56 geliefert. Die Verarbeitungsschaltung 56 arbeitet bei einer Frequenz, die von dem Systemtaktgeber 58 bestimmt wird, und gemäß den im Speicher 60 gespeicherten Programmanweisungen.
Die Verarbeitungsschaltung 56 bestimmt den Wirkleitwert der Batterie 12, indem sie unter Verwendung der Stromquelle 50 einen Stromimpuls I anlegt. Diese Messung liefert einen dynamischen Parameter in Bezug auf die Batterie. Natürlich kann jeder derartige dynamische Parameter, einschließlich des Widerstands, des komplexen Leitwerts bzw. Admittanz, der Impedanz oder ihre Kombination zusammen mit dem Wirkleitwert, gemessen werden. Ferner kann jede Art von zeitveränderlichem Signal verwendet werden, um den dynamischen Parameter zu erhalten. Das Signal kann unter Verwendung einer aktiven Zwangsfunktion oder unter Verwendung einer Zwangsfunktion, die eine zum Beispiel mit der Batterie 12 verbundene umschaltbare Last liefert, erzeugt werden. Die Verarbeitungsschaltung bestimmt die Änderung der Batteriespannung aufgrund des Stromimpulses I unter Verwendung des Verstärkers 52 und des Analog-Digital-Wandlers 54. Der Wert des durch die Stromquelle 50 erzeugten Stroms I ist bekannt und wird im Speicher 60 gespeichert. In einer Ausführungsform wird der Strom I erhalten, indem eine Last an die Batterie 12 angelegt wird. Die Verarbeitungsschaltung 56 berechnet den Wirkleitwert der Batterie 12 unter Verwendung der folgenden Gleichung:
wobei ΔI die Änderung des aufgrund der Stromquelle 50 durch die Batterie 12 fließenden Stroms ist und ΔV die Änderung der Batteriespannung aufgrund des angelegten Stroms ΔI ist. Auf der Grundlage des Batteriewirkleitwerts G_BAT und der Batteriespannung bestimmt der Batterietester 16 den Zustand der Batterie 12.
Der Tester kann die gemessenen CCA (Kaltstart-Ampere) mit den nominellen bzw. berechneten CCA für diese bestimmte Batterie vergleichen. Die Verarbeitungsschaltung 56 kann auch Informationen verwenden, die von der Eingabevorrichtung 66 eingegeben werden und zum Beispiel von einem Bediener zur Verfügung gestellt werden. Diese Informationen können aus der speziellen Art der Batterie, dem Ort, der Zeit, dem Namen des Bedieners bestehen. Zusätzliche Informationen, welche die Bedingungen des Batterietests betreffen, können durch die Verarbeitungsschaltung 56 von der Eingabevorrichtung 68 empfangen werden. Die Eingabevorrichtung 68 kann zum Beispiel einen oder mehrere Sensoren oder andere Elemente aufweisen, die Informationen bereitstellen, wie etwa die Umgebungs- oder Batterietemperatur, die Zeit, das Datum, die Feuchtigkeit, den Luftdruck, die Rauschamplitude oder wesentliche Eigenschaften des Rauschens in der Batterie oder in dem Testergebnis oder jede andere Information oder Daten, die gemessen werden können oder auf andere Weise gewonnen werden können, welche die Testbedingungen, wie der Batterietest durchgeführt wurde, oder bei der Durchführung des Tests erhaltene Zwischenergebnisse betreffen. Zusätzliche Testbedingungsinformationen werden durch die Verarbeitungsschaltung 56 zur Verfügung gestellt. Derartige zusätzliche Testbedingungsinformationen können umfassen: die Werte von G_BAT und der Batteriespannung, die verschiedenen von dem Bediener an den Batterietester 16 bereitgestellten Eingaben, welche zum Beispiel die Batterieart, die geschätzte Umgebungs- oder Batterietemperatur, die Art des Fahrzeugs (d.h. wie etwa durch den Fahrgestellnummernkode für das Fahrzeug (VIN) bereitgestellt) oder die bestimmte Folge von Schritten, die von dem Bediener beim Durchführen des Tests vorgenommen wurden, umfassen können.
Typischerweise berücksichtigen Batterietester nach bisherigem Stand der Technik das Vorhandensein von Rauschen am Ausgang des Verstärkers 52 nicht, während der Verstärker 52 während des Anlegens des Stromimpulses I die Batteriespannung mißt. Jedoch umfaßt ein Aspekt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis, daß der komplexe Leitwert, die Impedanz, der Widerstand oder der Wirkleitwert, die als eine Funktion der Batteriespannung berechnet werden, welche unter Verwendung des Meßverfahrens nach bisherigem Stand der Technik gemessen wurde, aufgrund des während des Erzielens der Spannungsmessung vorhandenen Rauschens ein Maß von Fehlern enthalten können. Rauschbestandteile, die an dem Ausgang des Verstärkers 52 vorhanden sein können, während durch den Verstärker 52 Batteriespannungsmessungen durchgeführt werden, können auch berücksichtigt werden, um den Zustand der Batterie 12 genauer zu bestimmen. Auf diese Weise nutzt die Verarbeitungsschaltung 56 entsprechend verschiedenen von dem Verstärker 52 gemessenen Spannungsfrequenzen unterschiedliche Komponenten, um Zustandsinformationen der Batterie 12 zu bestimmen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das digitalisierte Antwortsignal, das der von dem Verstärker 52 gemessenen Batteriespannung entspricht, die an dem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 54 erhalten wird, von der Verarbeitungsschaltungsanordnung 56 in viele Fourierkomponenten umgewandelt. Die Verarbeitungsschaltungsanordnung 56 bestimmt auch aus einer Teilmenge (weniger als alle) der vielen Fourierkomponenten das Rauschen in dem Antwortsignal. Der Zustand der Batterie 12 wird dann von der Verarbeitungsschaltung 56 ausgegeben, wenn das Rauschen in dem Antwortsignal unter einem vorbestimmten Schwellwert ist. Wie sie hier verwendet werden, sind Fourierkomponenten Werte, die als ein Ergebnis der Anwendung einer Fouriertransformation auf ein Strom- oder Spannungssignal erhalten werden. Die Fourierkomponenten liefern eine Frequenzbereichsdarstellung des Strom- oder Spannungssignals.
In einem engeren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine erste Batteriekapazitätsmessung (Spitze-Spitze-Batteriekapazitätsmessung) als eine Funktion der Spitze-Spitze-Batteriespannung erhalten, die von dem Verstärker 52 während des Anlegens des Stromimpulses I an die Batterie 12 gemessen wird, und eine zweite Batteriekapazitätsmessung (DFT-Batteriekapazitätsmessung) wird als eine Funktion der Fourierkomponenten der Batteriespannung erhalten, die von dem Verstärker 52 während des Anlegens des Stromimpulses I an die Batterie 12 gemessen wird. Der Strom oder die tatsächliche Batteriekapazität werden dann als eine Funktion der ersten Batteriekapazitätsmessung und der zweiten Batteriekapazitätsmessung bestimmt. Wenn die Differenz zwischen der ersten Batteriekapazitätsmessung und der zweiten Batteriekapazitätsmessung innerhalb eines vorbestimmten Schwellwerts liegt, wird in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die erste Batteriekapazitätsmessung als die tatsächliche Batteriekapazität ausgegeben. Wenn die Differenz zwischen der ersten Batteriekapazitätsmessung und der zweiten Batteriekapazitätsmessung größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellwert ist, wird die Batteriekapazitätsmessung verworfen, und es wird eine Nachricht ausgegeben, die den Benutzer des Testers über das Vorhandensein von Rauschen in dem Batterietestsystem informiert. Der Tester 16 kann die Batterie 12 dann automatisch nach einer kurzen Wartezeit (zum Beispiel 3 – 4 Sekunden) erneut testen. Der Tester 16 führt den erneuten Test durch, indem er den Stromimpuls erneut anlegt, eine neue Spannungsmessung durchführt, die ersten und zweiten Batteriekapazitätsmessungen neu berechnet und diese Messungen vergleicht. Die Tests werden wiederholt, bis die Differenz zwischen der ersten Batteriekapazitätsmessung und der zweiten Batteriekapazitätsmessung unter dem vorher festgelegten Schwellwert ist. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Ausgabe einen gemessenen Rauschenergiewert umfassen. Ein Algorithmus zur Bestimmung der Spitze-Spitze-Batteriespannungsmessung, der Fourierkomponenten der gemessenen Spannung und der Rauschenergie kann experimentell oder durch Modellierungsverfahren abgeleitet werden. Ein derartiger Algorithmus ist weiter unten im Zusammenhang mit 2 und 3 beschrieben.
2 zeigt Strom- und Spannungswellenformen, aus denen die ersten und zweiten Batteriekapazitätsmessungen erhalten werden können. Diese Wellenformen werden erzeugt als IDiffi = IMag·if(modulus(i,p) > q, IMax, IMin) Gleichung 1und VDiffi = VMag·if(modulus(i,p) > q, VMax, VMin) Gleichung 2wobei IDiff_i und VDiff_i die jeweiligen Werte des Stroms und der Spannung sind, die für einen bestimmten Abtastindex i (i = 0,..., n – 1, wobei n die Anzahl der Abtastwerte ist) berechnet werden, IMag und VMag die jeweiligen Strom- und Spannungsgrößen, IMax und VMax die jeweils maximalen Strom- und Spannungswerte, IMin und VMin die jeweiligen minimalen Strom- und Spannungswerte sind und p und q ganze Zahlen sind, welche die Frequenz bestimmen, bei denen die maximalen und minimalen Spannungs- und Stromwerte auftreten.
In 2 sind IDiff_i und VDiff_i entlang der vertikalen Achse als Funktionen des Index i, der entlang der horizontalen Achse graphisch dargestellt ist, graphisch dargestellt, um eine Spannungswellenform 80 und eine Stromwellenform 82 zu erzeugen. Um diese in 2 gezeigten Beispielstrom- und Spannungswellenformen zu erzeugen, wurden in Gleichung 1 und 2 die folgenden Werte verwendet:
n = 384
IMag = 100
IMin = 0
IMax = 1
VMag = 1500
VMax = 0
VMin = 1
Die Spitze-Spitze-Größe (peak-to-peak) des Stroms (IdiffSS; engl. IDiffPP) und die Spitze-Spitze-Größe der Spannung (VdiffSS; engl. VDiffPP) für die erzeugten Strom- und Spannungssignale werden unter Verwendung der Gleichungen 1 und 2 berechnet zu: IDiffSS = |IMax – IMin| Gleichung 3und VDiffSS = |VMax – VMin| Gleichung 4
Die IDiffSS- und VDiffSS-Werte, die unter Verwendung der Gleichungen 3 und 4 berechnet werden, werden verwendet, um die Spitze-Spitze-Batteriekapazität, wie weiter unten im Zusammenhang mit Gleichung 11 beschrieben, zu bestimmen.
3 zeigt eine diskrete fouriertransformierte (DFT) Stromgrößenantwort und eine DFT-Spannungsgrößenantwort auf die in 2 gezeigten jeweiligen Strom- und Spannungswellenformen. Im allgemeinen werden die DFT-Strom- und Spannungsgrößenantworten erzeugt als
wobei x(m) die eingegebene Reihe IDiff_m (Strom) oder VDiff_m (Spannung) im Zeitraum und x(k) die ausgegebene Strom- der Spannungsreihe im Frequenzraum ist, berechnet für einen Eingangsabtastindex m (m = 0,..., N – 1, wobei N die Anzahl der Abtastwerte ist) und einen Ausgangsabtastindex k (k = 0, ..., N/2 – 1). In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Gleichstrom- (DC) oder die Null-Hertz-Frequenzkomponente der Stromgrößenantwort (IDiffMag₀) und die DC-Komponente der Spannungsgrößenantwort (VDiffMag₀) zuerst auf null gesetzt, um die DFT-Stromgrößenantwort und die DFT-Spannungsgrößenantwort zu berechnen. IDiffMag0 = 0 Gleichung 6und VDiffMag0 = 0 Gleichung 7
Die restlichen Komponenten der DFT-Stromgrößenantwort (IDiffMag_k1) und der DFT-Spannungsgrößenantwort (VDiffMag_k1) werden dann berechnet zu IDiffMagk1 = DFT(IDiffm) Gleichung 8und VDiffMagk1 = DFT(VDiffm) Gleichung 9
In 3 sind IDiffMag_k1 und VDiffMag_k1 entlang der vertikalen Achse als Funktionen des Index k entlang der horizontalen Achse graphisch dargestellt, um die graphische Stromgrößenantwortdarstellung 90 und die Spannungsgrößenantwortdarstellung 92 zu erzeugen. Um die in 3 gezeigten graphischen Beispielstrom- und Spannungsgrößenantwortdarstellungen zu erzeugen, wurden in den Gleichungen 5 die folgenden Werte verwendet:
N = 256
M = 0 ... 255
K = 0 ... 127
Die Batteriekapazität wird getrennt von den Spitze-Spitze-Strom- und Spannungswerten und den DFT-Größenwerten als
berechnet, wobei die KapazitätSS (engl. CapacityPP) die Spitze-Spitze-Batteriekapazität (engl. peak-to-peak) in Kaltstartampere(CCA) ausgedrückt ist, die KapazitätDFT die ebenfalls in CCA ausgedrückte aus der DFT-Größenantwort berechente Kapazität ist, K eine Konstante mit Einheit (CCA·Volt)/Ampere ist, IDiffMag_F der DFT-Stromgrößenantwortwert bei der Grundfrequenz (Frequenz, mit der der Stromimpuls an die Batterie angelegt wird) und VDiffMag_F der DFT-Spannungsgrößenantwortwert bei der Grundfrequenz ist.
In dem in 3 gezeigten Beispiel sind die IDiffMag_F- und VDiffMag_F-Werte bei k = 43 und für eine Grundfrequenz von F = 100 Hz.
Es wird bestimmt, daß Systemrauschen vorhanden ist, wenn der Absolutwert des Fehlers zwischen der Spitze-Spitze-Kapazität und der DFT-Kapazität größer als ein vorbestimmter Schwellenprozentsatz ist. Dieser Kapazitätsfehler wird berechnet zu
Wenn die Summe der Rauschenergie von VDiffMag_k über einem „Grund"-Pegel und mehr als ein vorbestimmter Prozentsatz der Grundfrequenzkomponente ist, wird festgestellt, dass das Systemrauschen vorhanden ist. Die Rauschenergie wird berechnet zu Rauschenergie =
wobei VDiffMag_F–1 der DFT-Spannungsgrößenantwortwert direkt vor VDiffMag_F und VDiffMag_F+1 der DFT-Spannungsgrößenantwortwert direkt nach VDiffMag_F ist.
In dem in 3 gezeigten Beispiel für eine DFT-Größenantwort sind die VDiffMag_F- und VDiffMag_F-Werte bei k = 43, VDiffMag_F–1 ist bei k = 42, VdiffMag_F+1 ist bei k = 44 und die Grundgröße ist gleich 400. Die Grundgröße wird in 3 durch das Bezugszeichen 94 dargestellt.
4 ist ein vereinfachtes Flußdiagramm 100, das Schritte entsprechend eines Aspekts der vorliegenden Erfindung zeigt. In Schritt 102 wird über ein erstes Paar von Verbindern einer Kelvin-Verbindung eine zeitveränderliche Zwangsfunktion an die Batterie angelegt. In Schritt 104 wird die Antwort der Batterie auf die angelegte zeitveränderliche Zwangsfunktion über ein zweites Paar von Verbindern der Kelvin-Verbindung gemessen, um ein Antwortsignal zu liefern. In Schritt 106 wird das Antwortsignal digitalisiert. In Schritt 108 wird das digitalisierte Antwortsignal in viele Fourierkomponenten umgewandelt. In Schritt 110 wird eine Ausgabe mit Bezug auf einen Batteriezustand als eine Funktion mindestens einer der vielen Fourierkomponenten bereitgestellt.
Die vorliegende Erfindung kann unter Verwendung jedes geeigneten Verfahrens implementiert werden. Der Einfachheit halber wurde hier ein einziges Verfahren dargestellt. Jedoch können andere Verfahren einschließlich der Implementierung als reine analoge Schaltungsanordnung verwendet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, werden auf dem Fachgebiet Arbeitende erkennen, daß Änderungen in der Form und im Detail vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Ein schneller Fourier-Transformationsalgorithmus (FFT) kann anstelle des DFT-Algorithmus verwendet werden, um die weiter oben beschriebenen Fourierkomponenten zu bestimmen. Die Zwangsfunktion kann durch einen Widerstand, eine Stromsenke, durch eine vorhandene Last des Fahrzeugs oder jede andere geeignete Einrichtung gebildet werden. Der für die Batterie bestimmte dynamische Parameter kann real oder imaginär sein.

Claims

Elektronischer Batterietester zum Testen einer Speicherbatterie, der aufweist: einen ersten Kelvin-Verbinder, der derart aufgebaut ist, daß er mit einem ersten Anschluß der Batterie elektrisch verbindet; einen zweiten Kelvin-Verbinder, der derart aufgebaut ist, daß er mit einem zweiten Anschluß der Batterie elektrisch verbindet; eine Quelle, die derart aufgebaut ist, daß sie durch einen ersten Leiter des ersten Kelvin-Verbinders und einen ersten Leiter des zweiten Kelvin-Verbinders eine zeitveränderliche Zwangsfunktion an die Batterie anlegt; einen Sensor, der elektrisch mit einem zweiten Leiter des ersten Kelvin-Verbinders und einem zweiten Leiter des zweiten Kelvin-Verbinders verbunden ist, und derart aufgebaut ist, daß er eine Reaktion der Speicherbatterie auf die angelegte Zwangsfunktion mißt und ein Antwortsignal liefert; einen Analog-Digital-Wandler, der derart aufgebaut ist, daß er das Antwortsignal digitalisiert; und eine Verarbeitungsschaltungsanordnung, die derart aufgebaut ist, daß sie das digitalisierte Antwortsignal in eine Vielzahl von Fourierkomponenten umwandelt und daß sie Rauschen in dem Antwortsignal aus einer Teilmenge der Vielzahl der Fourierkomponenten bestimmt und ansprechend darauf eine Ausgabe zur Verfügung stellt, welche das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Rauschen in dem Antwortsignal betrifft.
Verfahren zum Testen einer Batterie, das aufweist: Anlegen einer zeitveränderlichen Zwangsfunktion über ein erstes Paar von Verbindungsteilen eines Kelvin-Verbinders an die Batterie; Messen einer Reaktion der Batterie auf die angelegte zeitveränderliche Zwangsfunktion durch ein zweites Paar von Verbindungsteilen des Kelvin-Verbinders und Liefern eines Antwortsignals; Digitalisieren des Antwortsignals; Umwandeln des digitalisierten Antwortsignals in viele Fourierkomponenten; Bestimmen von Rauschen in dem Antwortsignal aus einer Teilemenge der vielen Fourierkomponenten; und Bereitstellen einer Ausgabe, welche das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Rauschen in dem Antwortsignal betrifft.
Vorrichtung oder Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die mindestens eine der vielen Fourierkomponenten eine Frequenz der Zwangsfunktion betrifft.
Vorrichtung oder Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Rauschen unter Verwendung eines diskreten Fouriertransformationsverfahrens bestimmt wird.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 4, wobei die Zwangsfunktion eine Last aufweist.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 4, wobei die Zwangsfunktion eine Stromsenke aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 – 6, wobei der Sensor derart aufgebaut ist, daß er eine Spannung mit einer zeitveränderlichen Komponente mißt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 – 7, wobei der Sensor einen Differentialverstärker aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 – 8 , wobei die Verarbeitungsschaltungsanordnung einen digitalen Signalprozessor aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 – 9, wobei die Verarbeitungsschaltungsanordnung einen Mikroprozessor aufweist.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 10, wobei die Zwangsfunktion eine Rechteckwelle aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 – 11, wobei die Verarbeitungsschaltungsanordnung ferner derart aufgebaut ist, daß sie einen dynamischen Parameter der Batterie bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der dynamische Parameter der Batterie den Wirkleitwert aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der dynamische Parameter der Batterie aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus dem Widerstand, dem komplexen Leitwert und der Impedanz besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Verarbeitungsschaltung ferner derart aufgebaut ist, daß sie die Batteriekapazität als eine Funktion des dynamischen Parameters bestimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 – 15, wobei die Verarbeitungsschaltungsanordnung ferner derart aufgebaut ist, daß sie eine erste Batteriekapazitätsmessung als eine Funktion von Spitze-Spitze-Werten des Antwort signals und Spitze-Spitze-Werten der Zwangsfunktion erzielt, und daß sie eine zweite Batteriekapazitätsmessung als eine Funktion der vielen Fourierkomponenten erzielt, und daß sie die Batteriekapazität als eine Funktion der ersten Batteriekapazitätsmessung und der zweiten Batteriekapazitätsmessung bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Batteriekapazität nur dann an einem Testerausgang bereitgestellt wird, wenn die Differenz zwischen der ersten Batteriekapazitätsmessung und der zweiten Batteriekapazitätsmessung unter einem vorher festgelegten Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner aufweist: Erzielen einer ersten Batteriekapazitätsmessung als eine Funktion der Spitze-Spitze-Werte des Antwortsignals und der Spitze-Spitze-Werte der Zwangsfunktion und Erzielen einer zweiten Batteriekapazitätsmessung als eine Funktion der vielen Fourierkomponenten und Bestimmen der Batteriekapazität als eine Funktion der ersten Batteriekapazitätsmessung und der zweiten Batteriekapazitätsmessung.