DE112006002329B4

DE112006002329B4 - Diagnosevorrichtung für elektrische Anlagen von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE112006002329B4
Application number: DE112006002329.2T
Authority: DE
Inventors: Kevin Bertness
Original assignee: Midtronics Inc
Current assignee: Midtronics Inc
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2022-06-09
Anticipated expiration: 2026-08-30
Also published as: GB2443373B; WO2007027702A2; GB0803973D0; WO2007027702A3; DE112006002329T5; GB2443373A

Abstract

Diagnosevorrichtung für elektrische Anlagen von Kraftfahrzeugen zum Diagnostizieren des Betriebs einer elektrischen Anlage des Fahrzeugs mit:einem ersten elektrischen Anschluß, der so konfiguriert ist, daß er mit der elektrischen Anlage des Kraftfahrzeugs elektrisch gekoppelt ist und so konfiguriert ist, daß er ein elektrisches Anlagensignal empfängt;mindestens einem Eingangskanal, der so konfiguriert ist, daß er mit der elektrischen Anlage des Fahrzeugs gekoppelt ist und ein erstes elektrisches Signal empfängt;einem mit dem ersten elektrischen Anschluß gekoppelten digitalen Abtastschaltungsaufbau, der so konfiguriert ist, daß er mehrere digitale Abtastungen während des Betriebs des Fahrzeugs bereitstellt, die das elektrische Anlagensignal betreffen;einem Speicher, der konfiguriert ist, um die mehreren digitalen Abtastungen zu speichern, wobei die digitalen Abtastungen als Reaktion auf das erste elektrische Signal im Speicher gespeichert werden;mit einer elektrischen Verbindung, die so konfiguriert ist, daß sie eine Spannung über der Batterie mißt, wobei die elektrische Verbindung, die zum Messen der Spannung über der Batterie verwendet wird, Kelvin-Verbindungen aufweist; und wobei die gespeicherten digitalen Abtastungen eine Funktion einer Störfunktion sind, die an der Batterie angelegt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Batterien und elektrische Anlagen von Kraftfahrzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung das Testen von Batterien und elektrischen Anlagen von Kraftfahrzeugen.
Batterien kommen in Kraftfahrzeugen, die Verbrennungsmotoren enthalten, u. a. Hybridfahrzeugen, sowie in Elektrofahrzeugen zum Einsatz. Die Batterien und elektrischen Anlagen solcher Kraftfahrzeuge können völlig ausfallen oder im Laufe der Zeit beeinträchtigt werden. Erwünscht ist, einen drohenden Ausfall zu identifizieren oder die Ursache eines bestehenden Ausfalls zu diagnostizieren. Ferner können Ausfälle oder mit solchen Ausfällen zusammenhängende Symptome intermittierend und schwierig zu identifizieren sein.
Typische Diagnose- und Fehlersuchtechniken im Zusammenhang mit Batterien und elektrischen Fahrzeuganlagen werden durchgeführt, während sich das Fahrzeug in einer Werkstatt, einer Prüfanlage oder ansonsten nicht im Normalbetrieb befindet. Ferner treten intermittierende Symptome möglicherweise nicht im Verlauf solcher Tests auf.
Dargestellt und beschrieben sind verschiedene Testtechniken für Batterien, elektrische Fahrzeuganlagen und verwandte Vorrichtungen in der US-A-3873911 (Champlin), erteilt am 25. März 1975, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTING DEVICE; US-A-3909708 (Champlin), erteilt am 30. September 1975, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTING DEVICE; US-A-4816768 (Champlin), erteilt am 28. März 1989 mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTING DEVICE; US-A-4816768 (Champlin), erteilt am 28. März 1989 mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTING DEVICE; US-A-4825170 (Champlin), erteilt am 25. April 1989 mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTING DEVICE WITH AUTOMATIC VOLTAGE SCALING; US-A-4881038 (Champlin), erteilt am 14. November 1989 mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTING DEVICE WITH AUTOMATIC VOLTAGE SCALING TO DETERMINE DYNAMIC CONDUCTANCE; US-A-4912416 (Champlin), erteilt am 27. März 1990, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTING DEVICE WITH STATE-OF-CHARGE COMPENSATION; US-A-5140269 (Champlin), erteilt am 18. August 1992, mit dem Titel ELECTRONIC TESTER FOR ASSESSING BATTERY/CELL CAPACITY; US-A-5343380 , erteilt am 30. August 1994, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR SUPPRESSING TIME-VARYING SIGNALS IN BATTERIES UNDERGOING CHARGING OR DISCHARGING; US-A-5572136 , erteilt am 5. November 1996, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER DEVICE; US-A-5574355 , erteilt am 12. November 1996, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR DETECTION AND CONTROL OF THERMAL RUNAWAY IN A BATTERY UNDER CHARGE; US-A-5585416 , erteilt am 10. Dezember 1996, mit dem Titel APPARATUS AND METHOD FOR STEP-CHARGING BATTERIES TO OPTIMIZE CHARGE ACCEPTANCE; US-A-5585728 , erteilt am 17. Dezember 1996, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH AUTOMATIC COMPENSATION FOR LOW STATE-OF-CHARGE; US-A-5589757 , erteilt am 31. Dezember 1996, mit dem Titel APPARATUS AND METHOD FOR STEP-CHARGING BATTERIES TO OPTIMIZE CHARGE ACCEPTANCE; US-A-5592093 , erteilt am 7. Januar 1997, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTING DEVICE LOOSE TERMINAL CONNECTION DETECTION VIA A COMPARISON CIRCUIT; US-A-5598098 , erteilt am 28. Januar 1997, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH VERY HIGH NOISE IMMUNITY; US-A-5655920 , erteilt am 12. August 1997, mit dem Titel METHOD FOR OPTIMIZING THE CHARGING OF LEAD-ACID BATTERIES AND INTERACTIVE CHARGER; US-A-5757192 , erteilt am 26. Mai 1998, mit dem Titel METHOD AN APPARATUS FOR DETECTING A BAD CELL IN A STORAGE BATTERY; US-A-5821756 , erteilt am 13. Oktober 1998, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH TAILORED COMPENSATION FOR LOW STATE-OF-CHARGE; US-A-5831435 , erteilt am 3. November 1998, mit dem Titel BATTERY TESTER FOR JIS STANDARD; US-A-5871858 , erteilt am 16. Februar 1999, mit dem Titel ANTI-THEFT BATTERY; US-A-5914605 , erteilt am 22. Juni 1999, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-5945829 , erteilt am 31. August 1999, mit dem Titel MIDPOINT BATTERY MONITORING; US-A-6002238 , erteilt am 14. Dezember 1999, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING COMPLEX IMPEDANCE OF CELLS AND BATTERIES; US-A-6037751 , erteilt am 14. März 2000, mit dem Titel APPARATUS FOR CHARGING BATTERIES; US-A-6037777 , erteilt am 14. März 2000, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING BATTERY PROPERTIES FROM COMPLEX IMPEDANCE/ADMITTANCE; US-A-6051976 , erteilt am 18. April 18 2000, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR AUDITING A BATTERY TEST; US-A-6081098 , erteilt am 27. Juni 2000, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR CHARGING A BATTERY; US-A-6091245 , erteilt am 18. Juli 2000, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR AUDITING A BATTERY TEST; US-A-6104167 , erteilt am 15. August 2000, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR CHARGING A BATTERY; US-A-6137269 , erteilt am 24. Oktober 2000, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR ELECTRONICALLY EVALUATING THE INTERNAL TEMPERATURE OF AN ELECTROCHEMICAL CELL OR BATTERY; US-A-6163156 , erteilt am 19. Dezember 2000, mit dem Titel ELECTRICAL CONNECTION FOR ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6172483 , erteilt am 9. Januar 2001, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING COMPLEX IMPEDANCE OF CELLS AND BATTERIES; US-A-6172505 , erteilt am 9. Januar 2001, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6222369 , erteilt am 24. April 2001, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING BATTERY PROPERTIES FROM COMPLEX IMPEDANCE/ADMITTANCE; US-A-6225808 , erteilt am 1. Mai 2001, mit dem Titel TEST COUNTER FOR ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6249124 , erteilt am 19. Juni 2001, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH INTERNAL BATTERY; US-A-6259254 , erteilt am 10. Juli 2001, mit dem Titel APPARATUS AND METHOD FOR CARRYING OUT DIAGNOSTIC TESTS ON BATTERIES AND FOR RAPIDLY CHARGING BATTERIES; US-A-6262563 , erteilt am 17. Juli 2001, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING COMPLEX ADMITTANCE OF CELLS AND BATTERIES; US-A-6294896 , erteilt am 25. September 2001, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING COMPLEX SELF-IMMITANCE OF A GENERAL ELECTRICAL ELEMENT; US-A-6294897 , erteilt am 25. September 2001, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR ELECTRONICALLY EVALUATING THE INTERNAL TEMPERATURE OF AN ELECTROCHEMICAL CELL OR BATTERY; US-A-6304087 , erteilt am 16. Oktober 2001, mit dem Titel APPARATUS FOR CALIBRATING ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6310481 , erteilt am 30. Oktober 2001, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6313607 , erteilt am 6. November 2001, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR EVALUATING STORED CHARGE IN AN ELECTROCHEMICAL CELL OR BATTERY; US-A-6313608 , erteilt am 6. November 2001, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR CHARGING A BATTERY; US-A-6316914 , erteilt am 13. November 2001, mit dem Titel TESTING PARALLEL STRINGS OF STORAGE BATTERIES; US-A-6323650 , erteilt am 27. November 2001, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6329793 , erteilt am 11. Dezember 2001, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR CHARGING A BATTERY; US-A-6331762 , erteilt am 18. Dezember 2001, mit dem Titel ENERGY MANAGEMENT SYSTEM FOR AUTOMOTIVE VEHICLE; US-A-6332113 , erteilt am 18. Dezember 2001, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6351102 , erteilt am 26. Februar 2002, mit dem Titel AUTOMOTIVE BATTERY CHARGING SYSTEM TESTER; US-A-6359441 , erteilt am 19. März 2002, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6363303 , erteilt am 16. März 2002, mit dem Titel ALTERNATOR DIAGNOSTIC SYSTEM; US-A-6377031 , erteilt am 23. April 2002, mit dem Titel INTELLIGENT SWITCH FOR POWER MANAGEMENT; US-A-6,392,414 , erteilt am 21. Mai 2002, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6417669 , erteilt am 9. Juli 2002, mit dem Titel SUPPRESSING INTERFERENCE IN AC MEASUREMENTS OF CELLS, BATTERIES AND OTHER ELECTRICAL ELEMENTS; US-A-6424158 , erteilt am 23. Juli 2002, mit dem Titel APPARATUS AND METHOD FOR CARRYING OUT DIAGNOSTIC TESTS ON BATTERIES AND FOR RAPIDLY CHARGING BATTERIES; US-A-6441585 , erteilt am 17. August 2002, mit dem Titel APPARATUS AND METHOD FOR TESTING RECHARGEABLE ENERGY STORAGE BATTERIES; US-A-6437957 , erteilt am 20. August 2002, mit dem Titel SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING SURGE, SHORT, AND REVERSE POLARITY CONNECTION PROTECTION; US-A-6445158 , erteilt am 3. September 2002, mit dem Titel VEHICLE ELECTRICAL SYSTEM TESTER WITH ENCODED OUTPUT; US-A-6456045 , erteilt am 24. September 2002, mit dem Titel INTEGRATED CONDUCTANCE AND LOAD TEST BASED ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6466025 , erteilt am 15. Oktober 2002, mit dem Titel ALTERNATOR TESTER; US-A-6465908 , erteilt am 15. Oktober 2002, mit dem Titel INTELLIGENT POWER MANAGEMENT SYSTEM; US-A-6466026 , erteilt am 15. Oktober 2002, mit dem Titel PROGRAMMABLE CURRENT EXCITER FOR MEASURING AC IMMITTANCE OF CELLS AND BATTERIES; US-A-6469511 , erteilt am 22. November 2002, mit dem Titel BATTERY CLAMP WITH EMBEDDED ENVIRONMENT SENSOR; US-A-6495990 , erteilt am 17. Dezember 2002, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR EVALUATING STORED CHARGE IN AN ELECTROCHEMICAL CELL OR BATTERY; US-A-6497209 , erteilt am 24. Dezember 2002, mit dem Titel SYSTEM AND METHOD FOR PROTECTING A CRANKING SUBSYSTEM; US-A-6507196 , erteilt am 14. Januar 2003; mit dem Titel BATTERY HAVING DISCHARGE STATE INDICATION; US-A-6534993 , erteilt am 18. März 2003, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6544078 , erteilt am 8. April 2003, mit dem Titel BATTERY CLAMP WITH INTEGRATED CURRENT SENSOR; US-A-6556019 , erteilt am 29. April 2003, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6566883 , erteilt am 20. Mai 2003, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6586941 , erteilt am 1. Juli 2003, mit dem Titel BATTERY TESTER WITH DATABUS; US-A-6597150 , erteilt am 22. Juli 2003, mit dem Titel METHOD OF DISTRIBUTING JUMP-START BOOSTER PACKS; US-A-6621272 , erteilt am 16. September 2003, mit dem Titel PROGRAMMABLE CURRENT EXCITER FOR MEASURING AC IMMITTANCE OF CELLS AND BATTERIES; US-A-6623314 , erteilt am 23. September 2003, mit dem Titel KELVIN CLAMP FOR ELECTRI-CALLY COUPLING TO A BATTERY CONTACT; US-A-6633165 , erteilt am 14. Oktober 2003, mit dem Titel IN-VEHICLE BATTERY MONITOR; US-A-6635974 , erteilt am 21. Oktober 2003, mit dem Titel SELF-LEARNING POWER MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD; US-A-6707303 , erteilt am 16. März 2004, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6737831 , erteilt am 18. Mai 2004, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS USING A CIRCUIT MODEL TO EVALUATE CELL/BATTERY PARAMETERS; US-A-6744149 , erteilt am 1. Juni 2004, mit dem Titel SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING STEP-DOWN POWER CON-VERSION USING AN INTELLIGENT SWITCH; US-A-6759849 , erteilt am 6. Juli 2004, mit dem Titel BATTERY TESTER CONFIGURED TO RE-CEIVE A REMOVABLE DIGITAL MODULE; US-A-6781382 , erteilt am 24. August 2004, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6788025 , eingereicht am 7. September 2004, mit dem Titel BATTERY CHARGER WITH BOOSTER PACK; US-A-6795782 , erteilt am 21. September 2004, mit dem Titel BATTERY TEST MODULE; US-A-6805090 , eingereicht am 19. Oktober 2004, mit dem Titel CHARGE CONTROL SYSTEM FOR A VEHICLE BATTERY; US-A-6806716 , eingereicht am 19. Oktober 2004, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6850037 , eingereicht am 1. Februar 2005, mit dem Titel IN-VEHICLE BATTERY MONITORING; US-A-6850037 , erteilt am 1. Februar 2005, mit dem Titel IN-VEHICLE BATTERY MONITOR; US-A-6871151 , erteilt am 22. März 2005, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH NETWORK COMMUNICATION; US-A-6885195 , erteilt am 26. April 2005, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR AUDITING A BATTERY TEST; US-A-6888468 , erteilt am 3. Mai 2005, mit dem Titel APPARATUS AND METHOD FOR PROTECTING A BATTERY FROM OVERDISCHARGE; US-A-6891378 , erteilt am 10. Mai 2005, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6906522 , erteilt am 14. Juni 2005, mit dem Titel BATTERY TESTER WITH BATTERY REPLACEMENT OUTPUT; US-A-6906523 , erteilt am 14. Juni 2005, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR TESTING CELLS AND BATTERIES EMBEDDED IN SERIES/PARALLEL SYSTEMS; US-A-6909287 , erteilt am 21. Juni 2005, mit dem Titel ENERGY MANAGEMENT SYSTEM WITH AUTOMOTIVE VEHICLE; US-A-6914413 , erteilt am 5. Juli 2005, mit dem Titel ALTERNATOR TESTER WITH ENCODED OUTPUT; US-A-6913483 , erteilt am 5. Juli 2005, mit dem Titel CABLE FOR ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6930485 , erteilt am 16. August 2005, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH BATTERY FAILURE TEMPERATURE DETERMINATION; US-A-6933727 , erteilt am 23. August 2005, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER CABLE, US-A-6941234 , eingereicht am 6. September 2005, mit dem Titel QUERY BASED ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-6967484 , erteilt am 22. November 2005, mit dem Titel MODULAR BATTERY TESTER FOR SCAN TOOL; US-A-6998847 , erteilt am 14. Februar 2006, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH DATA BUS FOR REMOVABLE MODULE, US-A-7003410 , erteilt am 21. Februar 2006, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH RELATIVE TEST OUTPUT, US-A-7003411 , erteilt am 21. Februar 2006, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH NETWORK COMMUNICATION, US-A-7012433 , erteilt am 14. März 2006, mit dem Titel BATTERY TESTER UPGRADE USING SOFTWARE KEY, US-A-7015674 , erteilt am 21. März 2006, mit dem Titel BOOSTER PACK WITH STORAGE CAPACITOR, US-A-7034541 , erteilt am 25. April 2006, mit dem Titel QUERY BASED ELECTRONIC BATTERY TESTER, US-A-7039533 , erteilt am 2. Mai 2006, mit dem Titel BATTERY TESTER MODULE, US-A-705,525 , erteilt am 6. Juni 2006, mit dem Titel BATTERY TESTER MODULE, US-A-7081755 , erteilt am 25. Juli 2006, mit dem Titel BATTERY TEST CAPABLE OF PREDICTING A DISCHARGE VOLTAGE/DISCHARGE CURRENT OF A BATTERY; US-Anmeldung Nr. 09/780146 , eingereicht am 9. Februar 2001, mit dem Titel STORAGE BATTERY WITH INTEGRAL BATTERY TESTER; US-Anmeldung Nr. 09/756638 , eingereicht am 8. Januar 2001, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING BATTERY PROPERTIES FROM COMPLEX IMPEDANCE/ADMITTANCE; US-Anmeldung Nr. 09/862783 , eingereicht am 21. Mai 2001, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR TESTING CELLS AND BATTERIES EMBEDDED IN SERIES/PARALLEL SYSTEMS; US-Anmeldung Nr. 09/880473 , eingereicht am 13. Juni 2001; mit dem Titel BATTERY TEST MODULE; US-Anmeldung Nr. 09/993468 , eingereicht am 14. November 2001, mit dem Titel KELVIN CONNECTOR FOR A BATTERY POST; US-Anmeldung Nr. 10/042451 , eingereicht am 8. Januar 2002, mit dem Titel BATTERY CHARGE CONTROL DEVICE; US-Anmeldung Nr. 10/109734 , eingereicht am 28. März 2002, mit dem Titel APPARATUS AND METHOD FOR COUNTERACTING SELF DISCHARGE IN A STORAGE BATTERY; US-Anmeldung Nr. 10/112998 , eingereicht am 29. März 2002, mit dem Titel BATTERY TESTER WITH BATTERY REPLACEMENT OUTPUT; US-Anmeldung Nr. 10/200041 , eingereicht am 19. Juli 2002, mit dem Titel AUTOMOTIVE VEHICLE ELECTRICAL SYSTEM DIAGNOSTIC DEVICE; US-Anmeldung Nr. 10/263473 , eingereicht am 2. Oktober 2002, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH RELATIVE TEST OUTPUT; US-Anmeldung Nr. 10/310385 , eingereicht am 5. Dezember 2002, mit dem Titel BATTERY TEST MODULE; US-Anmeldung Nr. 10/462323 , eingereicht am 16. Juni 2003, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER HAVING A USER INTERFACE TO CON-FIGURE A PRINTER; US-Anmeldung Nr. 10/653342 , eingereicht am 2. September 2003, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER CONFIGURED TO PREDICT A LOAD TEST RESULT; US-Anmeldung Nr. 10/656526 , eingereicht am 5. September 2003, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING A PARAMETER OF A VEHICLE ELECTRICAL SYSTEM; US-Anmeldung Nr. 10/441271 , eingereicht am 19. Mai 2003, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-Anmeldung Nr. 09/653963 , eingereicht am 1. September 2000, mit dem Titel SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING POWER GENERATION AND STORAGE; US-Anmeldung Nr. 10/174110 , eingereicht am 18. Juni 2002, mit dem Titel DAYTIME RUNNING LIGHT CONTROL USING AN INTELLIGENT POWER MANAGEMENT SYSTEM; US-Anmeldung Nr. 10/258441 , eingereicht am 9. April 2003, mit dem Titel CURRENT MEASURING CIRCUIT SUITED FOR BATTERIES; US-Anmeldung Nr. 10/705020 , eingereicht am 11. November 2003, mit dem Titel APPARATUS AND METHOD FOR SIMULATING A BATTERY TESTER WITH A FIXED RESISTANCE LOAD; US-Anmeldung Nr. 10/681666 , eingereicht am 8. Oktober 2003, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH PROBE LIGHT; US-Anmeldung Nr. 10/748792 , eingereicht am 30. Dezember 2003, mit dem Titel APPARATUS AND METHOD FOR PREDICTING THE REMAINING DISCHARGE TIME OF A BATTERY; US-Anmeldung Nr. 10/783682 , eingereicht am 20. Februar 2004, mit dem Titel REPLACEABLE CLAMP FOR ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-Anmeldung Nr. 10/791141 , eingereicht am 2. März 2004, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR AUDITING A BATTERY TEST; US-Anmeldung Nr. 10/823140 , eingereicht am 13. April 2004, mit dem Titel THEFT PREVENTION DEVICE FOR AUTOMOTIVE VEHICLE SERVICE CENTERS; US-Anmeldung Nr. 10/864904 , eingereicht am 9. Juni 2004, mit dem Titel ALTERNATOR TESTER; US-Anmeldung Nr. 10/867385 , eingereicht am 14. Juni 2004, mit dem Titel ENERGY MANAGEMENT SYSTEM FOR AUTOMOTIVE VEHICLE; US-Anmeldung Nr. 10/896835 , eingereicht am 22. Juli 2004, mit dem Titel BROAD-BAND LOW-INDUCTANCE CABLES FOR MAKING KELVIN CONNECTIONS TO ELECTROCHEMICAL CELLS AND BATTERIES; US-Anmeldung Nr. 10/896834 , eingereicht am 22. Juli 2004, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-Anmeldung Nr. 10/897801 , eingereicht am 23. Juli 2004, mit dem Titel SHUNT CONNECTION TO A PCB FOR AN ENERGY MANAGEMENT SYSTEM EMPLOYED IN AN AUTOMOTIVE VEHICLE; US-Anmeldung Nr. 10/958821 , eingereicht am 5. Oktober 2004, mit dem Titel IN-VEHICLE BATTERY MONITOR; US-Anmeldung Nr. 10/958812 , eingereicht am 5. Oktober 2004, mit dem Titel SCAN TOOL FOR ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-Anmeldung Nr. 11/008456, eingereicht am 9. Dezember 2004, mit dem Titel APPARATUS AND METHOD FOR PREDICTING BATTERY CAPACITY AND FITNESS FOR SERVICE FROM A BATTERY DYNAMIC PARAMETER AND A RECOVERY VOLTAGE DIFFERENTIAL, US-Anmeldung Nr. 60/587232 , eingereicht am 14. Dezember 2004, mit dem Titel CELLTRON ULTRA, US-Anmeldung Nr. 11/018785 , eingereicht am 21. Dezember 2004, mit dem Titel WIRELESS BATTERY MONITOR; US-Anmeldung Nr. 60/653537 , eingereicht am 16. Februar 2005, mit dem Titel CUSTOMER MANAGED WARRANTY CODE; US-Anmeldung Nr. 11/063247 , eingereicht am 22. Februar 2005, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER OR CHARGER WITH DATABUS CONNECTION; US-Anmeldung Nr. 60/665,070, eingereicht am 24. März 2005, mit dem Titel OHMMETER PROTECTION CIRCUIT; US-Anmeldung Nr. 11/ 141234 , eingereicht am 31. Mai 2005, mit dem Titel BATTERY TESTER CAPABLE OF IDENTIFYING FAULTY BATTERY POST ADAPTERS; US-Anmeldung Nr. 11/143828 , eingereicht am 2. Juni 2005, mit dem Titel BATTERY TEST MODULE; US-Anmeldung Nr. 11/146608 , eingereicht am 7. Juni 2005, mit dem Titel SCAN TOOL FOR ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-Anmeldung Nr. 60,694199 , eingereicht am 27. Juni 2005, mit dem Titel GEL BATTERY CONDUCTANCE COMPENSATION; US-Anmeldung Nr. 11/178550 , eingereicht am 11. Juli 2005, mit dem Titel WIRELESS BATTERY TESTER/ CHARGER; US-Anmeldung Nr. 60/705389 , eingereicht am 4. August 2005, mit dem Titel PORTABLE TOOL THEFT PREVENTION SYSTEM, US-Anmeldung Nr. 11/207419 , eingereicht am 19. August 2005, mit dem Titel SYSTEM FOR AUTOMATICALLY GATHERING BATTERY INFORMATION FOR USE DURING BATTERY TESTER/CHARGING, US-Anmeldung Nr. 60/712322 , eingereicht am 29. August 2005, mit dem Titel AUTOMOTIVE VEHICLE ELECTRICAL SYSTEM DIAGNOSTIC DEVICE, US-Anmeldung Nr. 60/713169 , eingereicht am 31. August 2005, mit dem Titel LOAD TESTER SIMULATION WITH DISCHARGE COMPENSATION, US-Anmeldung Nr. 60/731881 , eingereicht am 31. Oktober 2005, mit dem Titel PLUG-IN FEATURES FOR BATTERY TESTERS; US-Anmeldung Nr. 60/731887 , eingereicht am 31. Oktober 2005, mit dem Titel AUTOMOTIVE VEHICLE ELECTRICAL SYSTEM DIAGNOSTIC DEVICE; US-Anmeldung Nr. 11/304004 , eingereicht am 14. Dezember 2005, mit dem Titel BATTERY TESTER THAT CALCULATES ITS OWN REFERENCE VALUES; US-Anmeldung Nr. 60/751853 , eingereicht am 20. Dezember 2005, mit dem Titel BATTERY MONITORING SYSTEM; US-Anmeldung Nr. 11/304004 , eingereicht am 14. Dezember 2005, mit dem Titel BATTERY TESTER WITH CALCULATES ITS OWN REFERENCE VALUES; US-Anmeldung Nr. 60/751853 , eingereicht am 20. Dezember 2005, mit dem Titel BATTERY MONITORING SYSTEM; US-Anmeldung Nr. 11/352945 , eingereicht am 13. Februar 2006, mit dem Titel BATTERY TESTERS WITH SECONDARY FUNCTIONALITY; US-Anmeldung Nr. 11/356299 , eingereicht am 16. Februar 2006, mit dem Titel CENTRALLY MONITORED SALES OF STORAGE BATTERIES; US-Anmeldung Nr. 11/356436 , eingereicht am 16. Februar 2006, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH RELATIVE TEST OUTPUT; US-Anmeldung Nr. 11/356443 , eingereicht am 16. Februar 2006, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH NETWORK COMMUNICATION; US-Anmeldung Nr. 11/410263 , eingereicht am 24. April 2006, mit dem Titel QUERY BASED ELECTRONIC BATTERY TESTER; die hierin insgesamt eingefügt sind.
Das Patent DE 103 19 493 B4 bezieht sich auf ein Ferndiagnose- und Prognoseverfahren für komplexe Systeme, wobei das System zur Überwachung der Leistung der Ausrüstung mehrere Betriebskomponenten umfasst.
Die Anmeldung WO 2005/ 078 586 A2 beischreibt eine Analyseeinrichtung für ein eingebettetes System, welches mindestens eine CPU, mindestens einen CPU-Bus und mindestens einen Speicher umfasst. Die Einrichtung weist ein Kommunikationsmodul für die Ein- bzw. Ausgabe von Analysedaten über eine Testschnittstelle auf, welche neben Steuerleitungen mindestens eine Datenleitungsgruppe umfasst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche definiert. Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Diagnosevorrichtung für elektrische Anlagen von Kraftfahrzeugen. Die Vorrichtung verfügt über eine erste elektrische Verbindung, die so konfiguriert ist, daß sie mit einem ersten Anschluss bzw. einer ersten Klemme einer Batterie eines Kraftfahrzeugs elektrisch gekoppelt ist, und eine zweite elektrische Verbindung, die so konfiguriert ist, daß sie mit der elektrischen Verdrahtung des Kraftfahrzeugs elektrisch gekoppelt ist. Die erste und zweite elektrische Verbindung sind so konfiguriert, daß sie mit der Batterie und der elektrischen Anlage des Kraftfahrzeugs verbunden sind. Ein digitaler Abtastschaltungsaufbau ist mit den Verbindungen gekoppelt und so konfiguriert, daß er mehrere digitale Abtastungen während des Betrieb 11a Fahrzeugs bereitstellt, die sich auf die elektrische Anlage und/oder die Batterie beziehen. Ein Speicher ist so konfiguriert, daß er die mehreren digitalen Abtastungen speichert. Außerdem wird ein Verfahren zusammen mit Techniken bzw. Methoden bereitgestellt, um die erfaßten Abtastungen anschließend zu analysieren.
Figurenliste

1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Batteriezustandsanzeige in einem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine nähere schematische Darstellung der Batteriezustandsanzeige von 1.
3 ist eine vereinfachte Blockdarstellung von Schritten bei der Diagnosedurchführung gemäß einem Aspekt der Erfindung.
4 ist eine vereinfachte Blockdarstellung von Schritten bei der Datenerfassung zur Verwendung mit der Erfindung.
5 ist eine vereinfachte Blockdarstellung, das die Diagnosedurchführung an einem Startermotor des Fahrzeugs von 1 zeigt.
6 ist eine vereinfachte Blockdarstellung von Schritten im Zusammenhang mit der Einstellung des Ladeprofils zum Laden der Batterie des Fahrzeugs von 1.
7 ist ein Diagramm, das eine Abtastkurve der Reglerspannungsausgabe als Funktion des Ladezustands für die Batterie von 1 zeigt.
8 ist eine vereinfachte Blockdarstellung eines Fahrzeugs mit einem Diagnosegerät, das mit der elektrischen Anlage des Fahrzeugs vorübergehend gekoppelt ist.
9 ist eine Darstellung der Verbindung des Diagnosegeräts von 8 mit der elektrischen Fahrzeuganlage.
10 ist eine Ansicht eines erfindungsgemäßen exemplarischen Datenregistriergeräts.
11 und 12 sind Darstellungen der Anzeige registrierter Daten auf einem PC.
13 ist eine Blockdarstellung eines Diagnosegeräts gemäß einem Aspekt der Erfindung.
14 ist eine vereinfachte Blockdarstellung eines Personalcomputersystems, das zum Anzeigen oder Analysieren von Daten verwendet wird, die von einem Kraftfahrzeug registriert werden.

NÄHERE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zur Erfindung gehören eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Testen einer Batterie und/oder elektrischen Anlage eines Kraftfahrzeugs mit Hilfe eines Diagnosegeräts, das mit der elektrischen Anlage des Fahrzeugs vorübergehend gekoppelt wird. Während das Gerät mit dem Fahrzeug gekoppelt ist, kann das Fahrzeug so gefahren werden, daß Daten erfaßt werden können, während sich das Fahrzeug im Normalbetrieb befindet. Das Diagnosegerät wird vom Fahrzeug nach der Testperiode und während des Normalbetriebs entfernt. Danach können durch das Diagnosegerät beim Testen erfaßte Daten beobachtet oder anderweitig analysiert werden, um Ausfälle bzw. Fehler oder Ausfallsymptome bzw. Fehlersymptome in der elektrischen Anlage und/oder Batterie des Fahrzeugs zu identifizieren.
1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Kraftfahrzeugs 10, das einen Batteriemonitor 12 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist. Das Fahrzeug 10 weist Fahrzeuglasten 14 auf, die als elektrischer Widerstand schematisch dargestellt sind. Eine Batterie 18 ist mit der Fahrzeuglast 14 und einem Drehstromgenerator 20 verbunden. Der Drehstromgenerator 20 ist mit einem Motor des Fahrzeugs 10 gekoppelt und dient zum Aufladen der Batterie 18 und zur Zuführung von Strom zu den Lasten 14 während des Betriebs.
Allgemein weisen Kraftfahrzeuge elektrische Anlagen auf, die gespeist werden können, wenn der Motor des Fahrzeugs einen Generator oder Drehstromgenerator betreibt. Läuft aber der Motor nicht, wird eine Batterie im Fahrzeug normalerweise zur Speisung der Anlage verwendet. Somit erfüllt das Standardgeneratorsystem in einem Fahrzeug zwei Zwecke. Der Generator wird verwendet, um Strom den Fahrzeuglasten zuzuführen, z. B. Lampen, Computern, Radios, Defrostern und anderen elektrischen Zubehörteilen. Ferner dient der Generator zum Wiederaufladen der Batterie, damit die Batterie verwendet werden kann, um das Fahrzeug zu starten, und damit die Batterie das elektrische Zubehör speisen kann, wenn der Motor nicht läuft. Einige Fahrzeuge weisen keine Verbrennungsmotoren auf und werden komplett durch elektrischen Strom betrieben.
Normalerweise besteht ein Standardgeneratorsystem aus einem Dreiphasen-Wechselstromgenerator, der mit dem Motor durch einen Riemen oder eine Welle gekoppelt ist, Gleichrichterdioden und einem Spannungsregler. Diese Komponenten können getrennt vorhanden oder Teil einer integrierten Einheit sein und werden normalerweise etwas ungenau als „Drehstromgenerator“ bezeichnet. Der Spannungsregler ist so konfiguriert, daß eine Konstantspannung durch das Ladesystem unabhängig vom Strom zugeführt wird, den die elektrische Anlage zieht. Die am Generatorsystem angelegte Ist-Last variiert je nach Anzahl der Zubehörteile, die aktiviert sind, und dem zum Aufladen der Batterie erforderlichen Strom. Typische Werte für die Spannungsreglerausgabe liegen zwischen 13,5 und 15,5 Volt je nach Fahrzeughersteller und den speziellen chemischen Batterieeigenschaften. Ferner kann die Spannung in einem spezifischen Fahrzeug auch umgebungstemperaturkompensiert sein.
Dieses Vorgehen im Stand der Technik hat eine Reihe von Nachteilen. Die Ausgangsspannung des Generators muß so ausgewählt sein, daß sie hoch genug ist, um die Batterie unter jeder Bedingung und unabhängig vom Ladezustand der Batterie schnell aufzuladen. Elektrische Lasten im Fahrzeug sind so gestaltet, daß sie mit 12,6 Volt arbeiten, also mit der durch die Batterie bereitgestellten Spannung, wenn der Motor ausgeschaltet ist. Allerdings müssen diese elektrischen Lasten auch mit der höheren Spannung arbeiten, die bei eingeschaltetem Generatorsystem zugeführt wird. Diese höhere Spannung, die der elektrischen Anlage aufgedrückt wird, verursacht höhere I²R (ohmsche) Verluste in den Lasten infolge des gestiegenen Spannungspegels. Dadurch wird Energie vergeudet, und die Komponenten erwärmen sich. Dies führt zu verkürzter Lebensdauer des elektrischen Schaltungsaufbaus, höheren Betriebstemperaturen und vergeudeter Energie, die letztlich aus der Primärkraftstoffquelle kommen muß, die zum Betreiben des Motors verwendet wird.
Die hohe Spannung über der Batterie bei niedrigem Batterieladezustand ist nötig, um die Batterie schnell wieder aufzuladen. Liegt aber der Batterieladezustand in einem akzeptablen Bereich (was bei normalen Fahrgeschwindigkeiten meistens der Fall ist), führt die hohe Spannung über der Batterie zu hohen I²R- (Widerstandserwärmungs-) Verlusten in der Batterie mit den Ergebnissen von Energievergeudung, Erwärmung der Batterie, die vorzeitigen Batterieausfall verursacht, Batteriegasen, das ebenfalls vorzeitigen Ausfall bewirkt, und Erwärmung elektrischer Komponenten, durch die es zu verfrühtem Komponentenausfall kommt.
Zu einem Aspekt der Erfindung gehört die Anerkennung der o. g. Probleme im Zusammenhang mit bekannten Batterieladetechniken. In einem Aspekt der Erfindung ist eine Batterieladesystemsteuerung vorgesehen, die den Zustand der gerade geladenen Batterie überwacht und das Ladesystem als Reaktion auf den Zustand der Batterie steuert. Mit solchen allgemeinen Aspekten der Erfindung kann die spezielle Realisierung der Batteriezustandsanzeige und Ladesteuerung zweckmäßig ausgewählt werden.
In der Ausführungsform gemäß 1 verfügt die Batteriezustandsanzeige bzw. der Batteriemonitor 12 über einen Mikroprozessor 22, der mit einem Spannungssensor 24, einem Stromsensor 26 und einer Störfunktion bzw. Fehleraufdeckungsfunktion bzw. forcing function 28 gekoppelt ist. Außerdem kann der Mikroprozessor 22 einen oder mehrere als I/O 30 dargestellte Eingänge und Ausgänge aufweisen, die geeignet sind, mit einem externen Datenbus oder mit einem internen Datenbus gekoppelt zu sein, der dem Fahrzeug 10 zugeordnet ist. Ferner ist ein Benutzer-Eingang/Ausgang (I/O) 32 zur Interaktion mit einem Fahrzeugbediener vorgesehen. In einer Ausführungsform ist der Mikroprozessor 22 mit dem Drehstromgenerator 20 gekoppelt, um eine Steuerausgabe 23 zum Drehstromgenerator 20 als Reaktion auf Eingaben, allein oder in verschiedenen Funktionskombinationen, vom Stromsensor 26, Spannungssensor 24 und von der Störfunktion 28 zu führen. In einer Ausführungsform ist die Steuerausgabe 23 konfiguriert, um den Drehstromgenerator 20 so zu steuern, daß eine Nennspannungsausgabe vom Drehstromgenerator 20 12,6 Volt beträgt, was typisch für die Nennleerlaufspannung der Batterie 18 ist. Ferner kann der Mikroprozessor 22 die Ausgangsspannung vom Drehstromgenerator 20 in Übereinstimmung mit einer Umkehrrelation zum Ladezustand der Batterie 18 erhöhen. Dies kann so konfiguriert sein, daß der Drehstromgenerator 20 die Batterie 18 nur bei Bedarf auflädt und die Batterie 18 nur soweit wie nötig auflädt. Diese Ladetechnik kann die Batterielebensdauer verlängern, die Komponententemperatur der Lasten 14 verringern, die Lebensdauer der Lasten 14 erhöhen und Kraftstoff einsparen. Diese Konfiguration sorgt für einen Rückkopplungsmechanismus, bei dem der Ladezustand der Batterie 18 verwendet wird, das Aufladen der Batterie 18 zu steuern. Der Batteriemonitor 12 läßt sich in einer elektrischen Fahrzeuganlage leicht einbauen. Ein einziger Nebenschlußstromsensor 26 muß in eines der Primärbatteriekabel eingefügt und eine Steuerleitung vorgesehen werden, damit der Drehstromgenerator 20 gesteuert werden kann. Die Steuerung kann durch einfaches Einstellen der Spannung erfolgen, die einem Spannungsregler des Drehstromgenerators 20 zugeführt wird, um dadurch das Laden der Batterie 18 zu steuern. Der Batteriemonitor 12 kann ein gesondertes, autarkes und in sich geschlossenes Überwachungsgerät sein, das ohne notwendige Wechselwirkung mit anderen Komponenten des Fahrzeugs arbeitet, außer in einigen Ausführungsformen mit dem Drehstromgenerator 20.
1 veranschaulicht auch eine Kelvin-Verbindung, die durch Verbindungen 36A und 36B mit der Batterie 18 gebildet ist. Mit einer solchen Kelvin-Verbindung sind zwei Kopplungen mit dem positiven und negativen Anschluss der Batterie 18 vorgesehen. Dadurch kann eine der elektrischen Verbindungen auf jeder Seite der Batterie große Strommengen führen, während das andere Verbindungspaar verwendet werden kann, genaue Spannungsanzeigen zu erhalten. Da im wesentlichen kein Strom durch den Spannungssensor 24 fließt, liegt ein geringer Spannungsabfall über die elektrische Verbindung zwischen dem Sensor 24 und der Batterie 18 vor, was für genauere Spannungsmessungen sorgt. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Störfunktion bzw. Fehleraufdeckungsfunktion bzw. forcing function 28 physisch nahe der Batterie 18 angeordnet oder direkt mit der Batterie 18 verbunden sein. In anderen Ausführungsformen liegt die Störfunktion irgendwo in der elektrischen Anlage des Fahrzeugs 10. In einem Aspekt weist die Erfindung einen fahrzeuginternen Batteriemonitor 12 auf, die mit der Batterie 18 über eine Kelvin-Verbindung gekoppelt ist und ferner optional einen Stromsensor 26 aufweisen und fähig sein kann, den Batteriezustand zu überwachen, während der Motor des Fahrzeugs 12 betrieben wird, die Lasten 14 eingeschaltet sind und/oder der Drehstromgenerator 20 eine Ladesignalausgabe bereitstellt, um die Batterie 18 zu laden. In einer speziellen Ausführungsform ist die Kombination der durch die Verbindungen 36A und 36B gebildeten Kelvin-Verbindung zusammen mit einem separaten Stromsensor 26, der mit der elektrischen Anlage des Fahrzeugs 10 in Reihe verbunden ist, vorgesehen und ermöglicht die Überwachung des Zustands der Batterie 18 im Betrieb des Fahrzeugs 10. Der Gebrauch eines Stromsensors 26 dient dazu, für eine Überwachung des Gesamtstroms I_T zu sorgen, der durch die Batterie 18 fließt.
Im Betrieb kann der Mikroprozessor 22 einen dynamischen Parameter der Batterie 18 messen. Im Gebrauch hierin gehört zu einem dynamischen Parameter jeder Parameter der Batterie 18, der als Funktion eines Signals mit einer Wechselstrom- oder transienten Komponente gemessen wird. Zu Beispielen für dynamische Parameter zählen dynamischer Widerstand, Konduktanz, Admittanz, Impedanz oder ihre Kombinationen. In verschiedenen Aspekten der Erfindung kann diese Messung allein oder in Kombination mit anderen Messungen oder Eingaben, die durch den Mikroprozessor empfangen werden, mit dem Zustand oder Status der Batterie 18 korreliert werden. Diese Korrelation kann durch Testen verschiedener Batterien und kann durch den Gebrauch einer Nachschlagetabelle oder einer solchen Funktionsbeziehung wie einer Charakterisierungskurve erfolgen. Außerdem kann die Beziehung auf der Grundlage von Batterieaufbau, Typ, Größe oder anderen Parametern der Batterie 18 eingestellt werden. Beispiele für verschiedene Testtechniken sind in den nachfolgenden Literaturangaben beschrieben, die hierin durch Verweis eingefügt sind: US-A-3873911 (Champlin), erteilt am 25. März 1975, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTING DEVICE; US-A-3909708 (Champlin), erteilt am 30. September 1975, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTING DEVICE; US-A-4816768 (Champlin), erteilt am 28. März 1989, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTING DEVICE; US-A-4825170 (Champlin), erteilt am 25. April 1989, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTING DEVICE WITH AUTOMATIC VOLTAGE SCALING; US-A-4881038 (Champlin), erteilt am 14. November 1989, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTING DEVICE WITH AUTOMATIC VOLTAGE SCALING TO DETERMINE DYNAMIC CONDUCTANCE; US-A-4912416 (Champlin), erteilt am 27. März 1990, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTING DEVICE WITH STATE-OF-CHARGE COMPENSATION; US-A-5140269 (Champlin), erteilt am 18. August 1992, mit dem Titel ELECTRONIC TESTER FOR ASSESSING BATTERY/ CELL CAPACITY; US-A-5343380 , erteilt am 30. August 1994, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR SUPPRESSING TIME VARYING SIGNALS IN BATTERIES UNDERGOING CHARGING OR DISCHARGING; US-A-5572136 , erteilt am 5. November 1996, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH AUTOMATIC COMPENSATION FOR LOW STATE-OF-CHARGE; US-A-5574355 , erteilt am 12. November 1996, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR DETECTION AND CONTROL OF THERMAL RUNAWAY IN A BATTERY UNDER CHARGE; US-A-5585728 , erteilt am 17. Dezember 1996, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH AUTOMATIC COMPENSATION FOR LOW STATE-OF-CHARGE; US-A-5592093 , erteilt am 7. Januar 1997, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTING DEVICE LOOSE TERMINAL CONNECTION DETECTION VIA A COMPARISON CIRCUIT; US-A-5598098 , erteilt am 28. Januar 1997, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH VERY HIGH NOISE IMMUNITY; US-A-5757192 , erteilt am 26. Mai 1998, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING A BAD CELL IN A STORAGE BATTERY; US-A-5821756 , erteilt am 13. Oktober 1998, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER WITH TAILORED COMPENSATION FOR LOW STATE-OF-CHARGE; US-A-5831435 , erteilt am 3. November 1998, mit dem Titel BATTERY TESTER FOR JIS STANDARD; US-A-5914605 , erteilt am 22. Juni 1999, mit dem Titel ELECTRONIC BATTERY TESTER; US-A-5945829 , erteilt am 31. August 1999, mit dem Titel MIDPOINT BATTERY MONITORING; US-A-6002238 , erteilt am 14. Dezember 1999, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING COMPLEX IMPEDANCE OF CELLS AND BATTERIES; US-A-6037777 , erteilt am 14. März 2000, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING BATTERY PROPERTIES FROM COMPLEX IMPEDANCE/ADMITTANCE; und US-A-6051976 , erteilt am 18. April 2000, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR AUDITING A BATTERY TEST.
In der spezifischen Ausführungsform gemäß 1 ist die Störfunktion bzw. Fehleraufdeckungsfunktion bzw. forcing function eine Funktion, die ein Signal mit einer Wechselstrom- oder transienten Komponente an der Batterie 18 anlegt. Die Störfunktion kann durch das Anlegen einer Last erfolgen, die eine erwünschte Störfunktion bereitstellt, bei der Strom von der Batterie 18 gezogen wird, oder kann durch einen aktiven Schaltungsaufbau gegeben sein, bei dem Strom in die Batterie 18 eingespeist wird. Dies führt zu einem mit I_F in 1 bezeichneten Strom. Der Gesamtstrom I_T durch die Batterie 18 ist Folge sowohl des Störfunktionsstroms I_F als auch des Stroms I_L, der durch die Lasten 14 fließt. Der Stromsensor 26 ist so positioniert, daß er den Gesamtstrom I_L erfaßt. Ein exemplarischer dynamischer Batterieparameter, die dynamische Konduktanz (oder umgekehrt der Batteriewiderstand) kann als $Δ G = V = Δ I_{T} / Δ V$
berechnet werden, wobei ΔV die Änderung der über der Batterie 18 durch den Spannungssensor 24 gemessenen Spannung und ΔI_T die Änderung des mit Hilfe des Stromsensors 26 gemessenen Gesamtstroms ist, der durch die Batterie 18 fließt. Zu beachten ist, daß Gleichung 1 Strom- und Spannungsdifferenzen verwendet. In einer Ausführungsform werden die Spannungsänderung und Stromänderung über eine Periode von 12,5 Sekunden und mit einer Rate von 50 ms gemessen, um dadurch insgesamt 20 Werte für ΔV und ΔI_T pro Sekunde zu bilden. Die Störfunktion 28 ist vorgesehen, um zu gewährleisten, daß sich der Strom durch die Batterie 18 zeitlich ändert. In einer Ausführungsform können aber Änderungen von I_L infolge der Lasten 14 oder der Ausgabe vom Drehstromgenerator 20 allein verwendet werden, so daß ΔI_T = ΔI_L und die Störfunktion 28 nicht erforderlich ist.
In einer Ausführungsform sorgen der Spannungs- und Stromsensor für synchronisierten Betrieb innerhalb von einer Mikrosekunde und sind im wesentlichen immun gegen Meßfehler infolge von Netzwerklaufzeitverzögerungen oder Signalleitungsinduktanz. Weiterhin kann der Mikroprozessor 22 einen Ausfall bzw. Fehler des Spannungsreglers und Drehstromgenerators 20 detektieren, wenn die Spannungsausgabe vorbestimmte Schwellwerte über- oder unterschreitet. Diese Informationen können einem Bediener über eine Benutzerschnittstelle 32 zugänglich gemacht werden, z. B. eine Anzeige „Regler warten“.
Ein Temperatursensor 37 ist vorgesehen, der direkt mit einem der Anschlüsse der Batterie 18 zur Messung der Batterietemperatur gekoppelt sein kann. Der Temperatursensor 37 kann beim Bestimmen des Zustands der Batterie verwendet werden, da der Batteriezustand eine Funktion der Temperatur ist, und kann beim Schätzen der Leistungsmenge zum Einsatz kommen, die zum Starten des Motors des Fahrzeugs erforderlich ist. Jede Art von Temperatursensor kann verwendet werden, z. B. ein Thermistor, ein Thermoelement, ein Widerstandstemperaturfühler (RTD), ein Halbleiter- oder anderer Temperatursensor.
In einer Ausführungsform weist der Stromsensor 26 einen ohmschen Nebenschluß mit 250 pOhm auf, und der Strom durch den Nebenschluß wird durch Messen des Spannungsabfalls über den Nebenschluß bestimmt. Allerdings können auch andere Arten von Strommeßtechniken verwendet werden, z. B. Hall-Effekt-Sensoren oder über eine Induktanzsonde. Die Spannungsänderung über der Batterie und die resultierende Stromänderung durch die Batterie wird z. B. mit Hilfe eines oder mehrerer Analog-Digital-Wandler abgetastet. Diese Informationen können korreliert werden, um die Gesamtkapazität, z. B. die gesamte Kaltstartstrom- (CCA-) Kapazität, der Batterie zu bestimmen.
Zu beachten ist, daß während des Meßzyklus die Fahrzeuglasten 14 unerwartet angelegt werden können, was bewirkt, daß Rauschen in den Messungen vorhanden ist. Eine Technik, die zur Rauschverringerung berücksichtigt werden könnte, besteht darin, jene Abtastungen zu verwerfen, die außerhalb eines vorbestimmten oder einstellbaren Fensters oder außerhalb des Dynamikbereichs des Analog-Digital-Wandlers liegen. Recht unerwartet wurde aber festgestellt, daß die Genauigkeit von Messungen erhöht werden kann, indem der Dynamikbereich der Analog-Digital-Wandler zu Lasten der Genauigkeit der vom Wandler erhaltenen Abtastungen erhöht wird. Durch Mitteln aller Abtastungen, auch der, die relativ zu anderen Abtastungen statistisch groß oder klein sind, kann die Erfindung genaue -Spannungs- und Strommessungen auch in einer rauschbehafteten Umgebung liefern. Durch Mitteln von Abtastungen und Bereitstellen eines ausreichenden Dynamikbereichs für den Analog-Digital-Wandler werden keine Abtastungen verworfen, und Fehler der Messungen heben sich in der Tendenz mit anderen Fehlern auf.
Allgemein verwendet die Erfindung die direkte Beziehung zwischen der dynamischen Konduktanz der Batterie und dem Zustand der Batterie. Fällt eine Batterie z. B. mehr als 15 % unter ihre Nennkapazität, kann der Mikroprozessor 22 eine Ausgabe liefern, die angibt, daß die Batterie 18 ausgetauscht werden sollte. Ferner kann die Konduktanz verwendet werden, um den Ladegrad der Batterie zu bestimmen. Eine solche Messung kann zusätzlich durchgeführt werden, um die Genauigkeit durch Überwachen des Gesamtstroms, der in die Batterie 18 oder aus der Batterie 18 fließt, mit Hilfe des Stromsensors 26 zu verbessern. Die Spannung über der Batterie 18 kann ebenfalls verwendet werden, die Ladung zu bestimmen, die in der Ladegradbestimmung verwendet wird. Bestimmen läßt sich der Ladezustand allgemein als Funktion verschiedener Kombinationen aus Batterie-„Gesundheitszustand“, Temperatur, Ladungsausgleich (in und aus der Batterie gehende Ladung), Ladewirkungsgrad und/oder Anfangsbedingungen, z. B. Batterieaufbau, Herstellung, Plattenkonfiguration oder andere Bedingungen der Batterie. Die Funktionsbeziehung kann durch Charakterisieren mehrerer Batterien oder durch Verwendung künstlicher Intelligenztechniken, z. B. neuronaler Netze, bestimmt werden.
2 ist eine nähere schematische Darstellung der Batteriezustandsanzeige 12. 2 zeigt den Mikroprozessor 22, der einen Speicher 40 aufweist. 2 veranschaulicht den I/O 32, der für spezifische Beispiele eine Kommunikationsverbindung in Übereinstimmung mit verschiedenen Standards sein kann, z. B. J1850, J1708, J1939 usw. Der Speicher 40 ist als interner Speicher dargestellt. Allerdings kann auch ein externer Speicher oder ein optionaler externer Speicher 42 vorgesehen sein. Allgemein ist der Speicher zum Speichern von Programmierungsfunktionen, Nennwerten, Variablen usw. vorgesehen. Der Mikroprozessor 22 kann eine Mikrosteuerung oder jede Art von digitalem Schaltungsaufbau sein und ist nicht spezifisch auf einen Mikroprozessor beschränkt. 2 veranschaulicht die Störfunktion bzw. Fehleraufdeckungsfunktion bzw. forcing function 28 näher und weist einen Widerstand R₁ 44 und einen Schalter S₁ 46 auf, der durch den Mikroprozessor 22 gesteuert wird. Beispielsweise kann der Schalter 46 ein Feldeffekttransistor sein. Darstellungsgemäß weist der Spannungssensor 28 einen Differenzverstärker 47 auf, der mit der Batterie 18 über einen Gleichstrom-Sperrkondensator C₁ 48 gekoppelt ist. Der Nebenschluß 26 ist als Widerstand R₂ 50 und ein Differenzverstärker 52 dargestellt. Schalter S2 54 und S3 56 sind so positioniert, daß sie die Verstärker 52 bzw. 47 mit dem Mikroprozessor 22 selektiv koppeln, und werden durch eine Abtaststeuerleitung betätigt, um Datenabtastungen zum Mikroprozessor 22 zu führen. Ein Analog-Digital-Wandler kann integraler Bestandteil des Mikroprozessors 22 sein, oder er kann eine getrennte Komponente sein, um die Ausgaben von den Verstärkern 47 und 52 zu digitalisieren. Kondensatoren C₂ und C₃ bilden Abtast-Halte-Schaltungen.
Die Störfunktion 28 kann durch einen Widerstand gemäß 2 oder durch eine Stromsenke oder über eine vorhandene Last des Fahrzeugs gebildet sein. Der Schalter S₁ 46 kann ein FET oder bipolarer Transistor oder kann ein mechanischer oder vorhandener Schalter im Kraftfahrzeug sein. Obwohl der Nebenschluß 46 mit einem Nebenschlußwiderstand dargestellt ist, können andere Arten von Stromsensoren verwendet werden, z. B. Hall-Effekt-Sensoren oder Sensoren auf der Grundlage von Kabelwiderständen. Andere Arten von Gleichstrom-Sperrtechniken können zum Einsatz kommen, um die Kapazität C₁ 48 zu ersetzen, z. B. ein gleichstromgekoppelter Verstärker.
3 ist eine vereinfachte Blockdarstellung 100 von Diagnoseschritten, die durch den Mikroprozessor 28 erfindungsgemäß durchgeführt werden. In den Blöcken 102 und 103 werden der oder die dynamischen Parameter für die Batterie 18 erhalten, und im Block 104 werden Daten erfaßt. Die Art der im Block 104 erfaßten Daten kann jede Art von Daten sein, die bei der Zustandsbestimmung der Batterie verwendet wird. Beispielsweise können die Daten für ΔV und ΔI_T verwendete Werte, batterietypbezogene Informationen usw. sein. Diese Informationen können im Speicher 40 zum anschließenden Abruf durch den Mikroprozessor 22 gespeichert werden. Die Daten können über jede Zeitspanne und während jeder Art von Motor- oder Batteriebetrieb erfaßt werden. Im Block 106 führt der Mikroprozessor 22 Diagnosen auf der Grundlage der im Speicher 40 gespeicherten Daten durch. Wird ein Batteriefehler oder drohender Fehler detektiert, kann eine Ausgabe im Block 108 bereitgestellt werden, z. B. eine Anzeige „Batterie warten“ auf der Instrumententafel des Fahrzeugs 10.
Verschiedene Aspekte der Erfindung weisen die speziellen Diagnosen auf, die durch den Diagnoseblock 106 durchgeführt werden. Die Diagnosen können einfache Diagnosen sein, z. B. eine einfache Wenn-dann-Regel bzw. if-then-Regel, bei der die erfaßten Daten mit verschiedenen Schwellwerten verglichen werden, um die Diagnoseausgabe zu liefern. Absolutwerte der Daten können für diesen Vergleich verwendet werden, oder verschiedene statistische Operationen können an den Daten zur Verwendung im Vergleich durchgeführt werden. Zum Beispiel können Mittelwerte oder die Standardabweichung der Daten mit einem Schwellwert verglichen werden. Die Schwellwerte können durch Testen des Fahrzeugs bestimmt und bei der Herstellung in den Speicher 40 eingegeben werden. Bei Austausch der Batterie 18 werden die Schwellwerte vorzugsweise entsprechend aktualisiert.
In stärker fortgeschrittenen Ausführungsformen des Diagnoseblocks 106 kann der Mikroprozessor 22 Diagnosen mit Hilfe von Fuzzy-Logik, neuronalen Netzen oder künstlichen Intelligenztechniken durchführen. Neuronale Netze können vorteilhaft verwendet werden, da sie nicht erfordern, daß die Batterie, der Drehstromgenerator und die Fahrzeuglasten modelliert werden. Statt dessen können neuronale Netze lernen, was im Schritt 104 erfaßte „normale“ Daten sein sollten, und können anzeigen, wenn ein Muster der Daten den Normalbetrieb verläßt. Ferner können die neuronalen Netze „trainiert“ werden, um potentielle Ausfallursachen zu erkennen und eine erwartete Zeit zu bilden, bis die Anlage völlig ausfällt. Diese Diagnosetechniken können so ausgewählt und realisiert sein, daß der Bediener vor einem drohenden Ausfall vor dem völligen Ausfall der Batterie 18 oder des Drehstromgenerators 20 gewarnt wird.
4 ist eine Blockdarstellung 130 von exemplarischen Schritten in Übereinstimmung mit der erfindungsgemäßen Datenerfassung und Berechnung eines dynamischen Parameters. Wie für alle hierin dargestellten Ablaufpläne sollte darauf verwiesen werden, daß der Fachmann natürlich erkennen wird, daß die speziellen Funktionen der Blöcke und die Reihenfolge der Abarbeitung der Blöcke leicht neu geordnet werden können und die Erfindung nicht auf die hierin dargelegten spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist.
Im Blockdiagramm 130 erhält im Block 132 der Mikroprozessor 22 eine Anfangsspannung V₁ über der Batterie 18 mit Hilfe des Spannungssensors 24 und einen Anfangsstrom I_T1 durch die Batterie 18 mit Hilfe des Stromsensors 26. Als nächstes wird die Störfunktion 28 im Schritt 133 an der Batterie 18 angelegt. Im Block 134 erhält der Mikroprozessor 22 Werte V₂ und I_T2 bei angelegter Störfunktion, und im Schritt 136 wird die Störfunktion entfernt. Werte für ΔV und ΔI_T werden im Schritt 138 berechnet. In einer exemplarischen Ausführungsform wird die Störfunktion für eine Dauer von 100 µs zwanzig mal pro Sekunde angelegt. N Werte werden im Block 140 erhalten. In einem Beispiel ist N gleich 256. Im Block 142 wird das Mittel von ΔV und I_T2 für die N Abtastungen berechnet, und ein dynamischer Parameter für die Batterie 18 wird im Block 144 bestimmt. Dieser dynamische Parameter kann im Block 146 mit einem Zustand der Batterie korreliert werden und auf dem Benutzer-I/O 32 angezeigt, über den I/O 30 ausgegeben oder verwendet werden, um den Drehstromgenerator 20 über die Drehstromgeneratorsteuerung 23 zu steuern.
In einem Aspekt der Erfindung führt der Batteriemonitor bzw. die Batteriezustandsanzeige eine Ladezustandsmessung in Echtzeit und unabhängig von der Batteriepolarisation durch und korrigiert automatisch anhand des „Gesundheits-“ Zustands der Batterie und der Batterietemperatur. Allgemein läßt sich der Gesundheitszustand als Funktion der Batteriekonduktanz und der Leerlaufspannung über der Batterie 18 bestimmen. Beispielsweise kann der Gesundheitszustand als $S O H = k_{1} (G / R A T I N G) * ƒ (V_{O C}) - k_{2}$
bestimmt werden, wobei k₁ und k₂ Konstanten sind, die mit dem Batterietyp zusammenhängen, G die gemessene Konduktanz der Batterie, „rating“ ein Nennwert für die Batterie und f (V_OC) eine Beziehung zwischen dem Ladezustand und der Leerlaufspannung gemäß der Darstellung in den o. g. Patenten für Champlin und Midtronics, Inc. ist. Der Gesundheitszustand liegt in einem Bereich zwischen 0 und 100 %. Mit Hilfe des durch Gleichung 2 bestimmten Gesundheitszustands kann der Ladezustand (0 bis 100 %) nach Gleichung 3 bestimmt werden: $S O C_{t_{2}} = 100 * \frac{| \int_{t_{1}}^{t_{2}} i d t \int_{t_{1}}^{t_{2}} e (T) d t \int_{t_{1}}^{t_{2}} e (i) d t |}{(S O H) (A M P - H O U R C A P A C I T Y)} + S O C_{t_{1}}$
wobei t₁ die Zeit, zu der der Ladezustand bekannt ist (d. h. beispielsweise ab der Überladungsperiode), t₂ die aktuelle Zeit, i der Strom (Ampere) in oder aus der Batterie zur Zeit t, T die Batterietemperatur, e(T) der Ladungsaufnahmewirkungsgrad bei der Temperatur T und e(i) der Ladungsaufnahmewirkungsgrad beim Strom i ist. Natürlich sind die Gleichungen 2 und 3 einfach Beispiele für Gesundheitszustands- und Ladezustandsmessungen, und andere Techniken können erfindungsgemäß verwendet werden.
Mit Hilfe des Batterieladezustands und des Batteriegesundheitszustands kann der Batteriemonitor 12 die Startfähigkeiten eines Startermotors des Fahrzeugs 10 vorhersagen. Beispielsweise kann, durch Vergleichen der durch den Stromsensor 26 gemessenen Strommenge, die zuvor erforderlich war, um den Motor des Fahrzeugs 10 für eine spezielle Temperatur zu starten, der Mikroprozessor 22 bestimmen, ob der aktuelle Ladezustand der Batterie für den aktuellen Gesundheitszustand bei der aktuellen Temperatur ausreicht, genügend Strom zuzuführen, um den Motor zu starten. Die Leistung und eine etwaige Beeinträchtigung des Startermotors können vom Mikroprozessor 22 auch berücksichtigt werden. Ist z. B. die zum Starten des Motors erforderliche Strommenge im Laufe der Zeit gestiegen, kann der Mikroprozessor 22 extrapolieren und vorhersagen, welche Strommenge zum Starten des Motors in der Zukunft erforderlich sein wird. 5 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm 200, das Schritte veranschaulicht, die durch einen Mikroprozessor 22 beim Diagnostizieren des Startvermögens der Batterie 18 durchgeführt werden. Im Block 202 bestimmt der Mikroprozessor 22 das Startvermögen der Batterie 18. Beispielsweise kann das Startvermögen eine Schätzung oder Messung der Strommenge sein, die die Batterie 18 für eine kurze Dauer liefern kann. Im Block 204 schätzt der Mikroprozessor 22 die Startanforderungen des Startermotors des Motors des Fahrzeugs 10. Beispielsweise können die früheren Anforderungen des Startermotors aus dem Speicher 40 abgerufen werden, und ein etwaiger Trend kann zur Vorhersage verwendet werden, was zum Starten des Motors erforderlich sein wird. Auch andere Eingaben können bei dieser Bestimmung verwendet werden, z. B. die aktuelle Temperatur. Im Block 206 wird eine Starterdiagnoseausgabe bereitgestellt. Sieht es z. B. so aus, als hätte die Batterie Schwierigkeiten beim Betätigen des Startermotors für eine ausreichende Dauer, um den Motor des Fahrzeugs zu starten, können Fahrzeuglasten 14 durch den Mikroprozessor 22 über den I/O 30 selektiv ausgeschaltet werden. Zusätzlich kann eine Warnung für einen Bediener über den Benutzer-I/O 32 ausgegeben werden, daß ein Problem droht, bevor es tatsächlich auftritt, so daß die Batterie 18 ausgetauscht werden kann.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Mikroprozessor 22 die Leistung des Motors und/oder der Lasten 14 auf der Grundlage einer Anzahl unterschiedlicher Parameter anpassen oder abändern, um für optimales Laden der Batterie 18 zu sorgen. Beispielsweise kann der Mikroprozessor 22 mit einem Datenbus eines Mikroprozessors des Fahrzeugs 10 über den I/O 30 gekoppelt sein, um den Motorbetrieb zu steuern. Alternativ kann der Mikroprozessor 22 derselbe Mikroprozessor sein, der zur Steuerung des Fahrzeugbetriebs verwendet wird. Der Mikroprozessor 22 kann die Leerlaufdrehzahl des Motors, Schaltpunkte des Getriebes und die Last einstellen, die an der elektrischen Anlage durch einige der Lasten 14 anliegt, um die Batterieladestärke auf der Grundlage der erwarteten Fahrmuster eines Bedieners zu erhöhen oder zu verringern. Hat der Mikroprozessor z. B. beobachtet, daß das Fahrzeug für eine kurze Dauer normal betrieben wurde, kann der Mikroprozessor 22 die Leerlaufdrehzahl des Motors erhöhen und versuchen, an der Batterie 18 hängende Lasten zu reduzieren, um die Ladestärke der Batterie 18 zu erhöhen. ferner kann der Mikroprozessor 22 die Schaltpunkte des Getriebes abändern, um zu veranlassen, daß der Motor mit einer höheren (oder niedrigeren) Drehzahl als normal arbeitet. -Die Vorhersage des Motorbetriebs kann auch auf der Tageszeit und dem Wochentag basieren, damit wiederholten Fahrmustern Rechnung getragen werden kann, z. B. der Fahr zur Arbeit. In Fahrzeugen, in denen es möglich ist, den Bedie ner des Fahrzeugs zu erkennen, z. B. über den Sitzpositions Speicher in einem elektrisch verstellbaren Sitz des Fahrzeugs kann der Mikroprozessor 22 ferner das Lademuster auf de Grundlage der Fahreigenschaften eines spezifischen Fahrers ab ändern.
6 ist ein vereinfachter blockdiagrammatischer Ab laufplan 250 von Schritten, die durch den Mikroprozessor 2 beim Einstellen der Motordrehzahl oder der Lasten durchgeführ werden, um die Ladung in der Batterie 18 zu steuern. Im Bloc 252 bestimmt der Mikroprozessor 22 die durch die Batterie 1 geforderte Ladung, um voll aufgeladen zu werden; diese Bestim mung kann auf einer Messung des aktuellen Ladestands der Bat terie und einer Bestimmung der maximalen Ladungsmenge beruhen die die Batterie 18 halten kann, z. B. als Funktion des Ge sundheitszustands der Batterie 18. Im Block 254 sagt der Mik roprozessor 22 das erwartete Fahrmuster für den bevorstehende Motorgebrauch vorher. Im Block 256 stellt der Mikroprozesso 22 den Motorbetrieb und/oder die Fahrzeuglasten 14 ein, um da Laden der Batterie 18 auf der Grundlage der im Schritt 252 be stimmten erforderlichen Ladung und des im Schritt 254 vorher gesagten Fahrmusters zu optimieren. Während des Motorbetrieb überwacht der Mikroprozessor 22 im Block 258 weiter den Batte rieladezustand und stellt das Laden im Block 260 entsprechen, ein. Sobald die Batterie 18 voll geladen ist, kann der Mikro prozessor die Ladestärke angemessen reduzieren.
Ist der Fahrzyklus zum Laden der Batterie 18 unzureichend oder zeigt er eine solche Tendenz, kann der Mikroprozessor 2 eine Ausgabe zu einem Bediener über den I/O 32 führen, um an zugeben, daß das Fahrzeug für eine längere Zeitspanne gefahre: oder ein alternatives Ladeverfahren verwendet werden muß, um die Batterie 18 zu laden. Außerdem kann eine Vorhersage darüber angezeigt werden, wie viele weitere solcher Fahrzykle; von der Batterie 18 unterstützt werden können, bevor sie eine unzureichende Restladung zum Starten des Fahrzeugs hat.
Wie zuvor diskutiert, wird in einem Aspekt der Erfindung die Ausgabe vom Drehstromgenerator 20 auf der Grundlage der Ladezustands- und/oder Gesundheitszustandsbestimmung(en) eingestellt. 7 ist ein Diagramm der Reglerspannungsausgabe vom Drehstromgenerator 20 als Funktion des Ladezustands der Batterie 18. Gemäß 7 reduziert der Mikroprozessor 22 die Spannungsausgabe vom Drehstromgenerator 20, wenn der Ladezustand der Batterie 18 auf 100 % Ladung steigt. Das spezielle Profil kann auf eine spezifische Batterie-, Drehstromgenerator- und/oder Motorkonfiguration oder auf die Fahrkennwerte eines Bedieners eingestellt sein. Ein solches System kann Überladen der Batterie 10 und die Erzeugung übermäßiger Wärme erheblich verringern oder beseitigen. Ferner kann eine solche Technik verwendet werden, um das ungenügende Laden der Batterie 10 zu verringern oder zu beseitigen. Durch Einstellen der Spannung auf der Grundlage des Ladezustands steigen zusätzlich die Lebensdauer der Batterie 18 und der Systemkomponenten. Zum Beispiel sind die Fahrzeuglasten 14 Überspannungen in einer verkürzten Zeit ausgesetzt. Dadurch können auch die verschiedenen Systemkomponenten für spezielle Ladeanforderungen oder Spannungspegel optimiert werden. Allgemein kann die Ausgabe des Drehstromgenerators 20 reduziert sein, und die für ein spezielles Fahrzeug erforderliche Batteriekapazität kann verringert sein, da die Batterieladung effizienter gewahrt bleibt. Dies kann das Gesamtfahrzeuggewicht verringern und den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs verbessern. Weiterhin werden IR- (Strom-Widerstands-) Verluste in der elektrischen Anlage und Überladung reduziert, was die Last auf den Fahrzeugmotor senkt und den Wirkungsgrad des Fahrzeugs verbessert. Im allgemeinen verbessert diese Technik die Zuverlässigkeit des Fahrzeugs durch Reduzieren von Wärme infolge übermäßiger IR-Verluste, Verlängern der Batterielebensdauer, frühes Detektieren von drohendem Batterieausfall und Gewährleisten eines ordnungsgemäßen Fahrzeugbetriebs auch mit Nachfolgebatterien, die zum Ersatz der Originalbatterie dienen.
Wird ein solches System bei der ursprünglichen Herstellung des Fahrzeugs realisiert, ermöglicht der Monitor bzw. die Zustandsanzeige 12 ein Batteriemanagement über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs. Dies kann sowohl bei Montage und Lieferung des Fahrzeugs als auch während der Lebensdauer im eigentlichen Fahrzeugbetrieb geschehen. Zusätzlich weist ein Aspekt eine Batterie 18 mit Nennwertinformationen auf, die in einem Computerspeicherbauelement, z. B. einem digitalen Speicher, in einem Gehäuse der Batterie mitgeführt werden. Diese Daten können zur Zustandsanzeige 12 über den I/O 30 übertragen werden. In einem Aspekt werden die elektrischen Verbindungen mit der Batterie auch als Datenkommunikationsbus verwendet, so daß der Monitor 12 mit dem Speicherbauelement in der Batterie 18 kommunizieren kann. Das Speicherbauelement kann auch dazu verwendet werden, die Vorgeschichte, z. B. die Lade- und Gebrauchsvorgeschichte, der Batterie 18 zu speichern.
Der Batteriemonitor 12 kann den Betrieb des Drehstromgenerators 20 überwachen und diagnostizieren. Beispielsweise liefert ein typischer Drehstromgenerator eine Mehrphasenausgabe. Durch Überwachen der erfaßten und im Speicher 40 gespeicherten Datenpunkte kann der Mikroprozessor 22 den Verlust einer oder mehrerer Phasen in der Drehstromgeneratorausgabe beobachten. Ähnlich kann der Ausfall einer Gleichrichterdiode im Drehstromgenerator 20 durch den Mikroprozessor 22 durch Beobachten eines asymmetrischen Welligkeitsmusters detektiert werden. Der Mikroprozessor 22 kann eine Ausgabe zu einem Bediener über den Bediener-I/O 32 führen, z. B. eine Ausgabe „Drehstromgenerator warten“. Diese Informationen können über den I/O 30 auch zum Fahrzeugmikroprozessor übertragen werden.
Der I/O 30 ist schematisch dargestellt und kann jede Art von Eingang oder Ausgang sein und stellt in einigen Ausführungsformen mehrere Eingänge und Ausgänge dar. Zu verschiedenen Beispielen für Eingänge und Ausgänge zählen eine Verbindung mit einem Datenbus des Fahrzeugs, eine Verbindung mit einem Datenbus, der geeignet ist, mit einer solchen Diagnosevorrichtung gekoppelt zu sein, die z. B. in Wartungstechnik vorgesehen ist, eine Verbindung mit einem solchen entfernten Fahrzeugüberwachungssystem, das z. B. über eine Mobilfunkverbindung des Fahrzeugs gekoppelt sein kann. In einer solchen Ausführungsform kann das Fahrzeug Informationen registrieren und sie einem entfernten Dienst übermitteln, z. B. einem Nothilfedienst oder einem Dienst, der dazu vorgesehen ist, den Betrieb des Fahrzeugs zu überwachen und Wartungsmaßnahmen zu empfehlen. Verschiedene Arten von Eingaben und Ausgaben können über direkte Verbindungen oder über nicht körperliche Verbindungen vorgesehen sein, z. B. Funkfrequenz- oder Infrarotkommunikationstechniken. Die spezielle Form der Daten und der Standard, die für die Eingaben und Ausgaben verwendet werden, können als anwendereigene oder Industriestandards ausgewählt sein. Der Mikroprozessor 22 kann auch fähig sein, für fortgeschrittene Berichts- und Steuerfunktionen über Verwendung standardisierter Schnittstellen zu sorgen, die z. B. über HTML, XML oder verschiedene bekannte oder vorgeschlagene Alternativen verfügbar sind. In einer solchen Ausführungsform können durch den Mikroprozessor 22 erfaßte Informationen über eine „Webseiten“-Schnittstelle bzw. Web-Interface angezeigt werden, die durch einen Browser bereitgestellt ist. Eine solche Ausführungsform ist vorteilhaft, da sie einen Benutzer-Eingang/Ausgang, z. B. den Benutzer-I/O 32, in einer standardisierten Form vorsehen kann, so daß er über viele Arten standardisierter Geräte angezeigt oder gesteuert werden kann. In einer solchen Ausführungsform können Informationen auch an einen entfernten Standort übermittelt oder der Monitor 12 von diesem aus gesteuert werden. Weist zusätzlich das Fahrzeug 10 eine Schnittstelle vom Browsertyp auf, die in Fahrzeugen möglicherweise allgemein verfügbar wird, kann der Mikroprozessor 22 über den Fahrzeug-Browser gesteuert werden und kommunizieren. In einem Aspekt weist der Fahrzeugmonitor eine IP- (Internetprotokoll-) Adresse auf, damit sie in Übereinstimmung mit dem Internetprotokoll kommunizieren kann. Bei Kopplung z. B. mit einer Mobiltelefonverbindung des Fahrzeugs kann der Batteriemonitor 12 von einem entfernten Standort aus überwacht und gesteuert werden, der über das Internet gekoppelt ist. Wie aber zuvor erwähnt wurde, bildet eine solche Schnittstelle auch eine einfache Technik zur Kopplung des Monitors 12 mit einem lokalen Computer im Fahrzeug und zum Anzeigen von Informationen von dem Monitor 12 zur Verwendung oder Steuerung durch einen Bediener.
Durch die Verwendung der vom Mikroprozessor 22 und Speicher 40 erfaßten Daten kann der Mikroprozessor 22 auch den drohenden Ausfall des Startermotors des Fahrzeugs detektieren. Zum Beispiel kann durch Überwachung des Spannungsabfalls über das System beim Starten der Mikroprozessor 22 die mittlere Zeit zum Starten des Motors sowie die mittleren und Spitzenströme bestimmen, die beim Starten erforderlich sind. Änderungen an diesen oder anderen Meßwerten können auf einen sich verschlechternden Startermotor verweisen. Bei Detektion eines drohenden Ausfalls kann eine Anzeige „Startermotor warten“ für einen Bediener über die Benutzerschnittstelle 32 bereitgestellt werden.
Der Mikroprozessor 22 kann anzeigen, daß die Batterie 18 unzureichende Kapazität oder unternormale Leistung hat, und einen Bediener entsprechend warnen. Beispielsweise kann beim Einschalten, das z. B. nach Austausch der Batterie 18 geschieht, der Mikroprozessor 22 die Kapazität der Batterie 18 messen und dem Bediener anzeigen, ob die Kapazität unter einem Schwellwert liegt, der durch den Fahrzeughersteller bestimmt und im Speicher des Fahrzeugcomputersystems gespeichert wurde.
Der Mikroprozessor 22 kann einen Prüfcode (oder einen Garantiecode) als Reaktion auf verschiedene Tests und erfaßte Daten erzeugen. Beschrieben sind solche Codes in der US-A-6051976 , erteilt am 18. April 18 2000, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR AUDITING A BATTERY TEST, die dem Rechtsnachfolger übertragen und hierin durch Verweis eingefügt ist. In einer solchen Ausführungsform codiert bzw. verschlüsselt der Mikroprozessor 22 Daten, die während seines Betriebs erfaßt oder erhalten wurden. Beispielsweise können Rohdaten im Zusammenhang mit einem Batterietest und/oder das abschließende Ergebnis des Batterietests erhalten und anschließend durch den Mikroprozessor 22 codiert werden. Beim Codieren kann es sich um eine einfache Transpositions-Chiffre handeln, in der die Lagen und Werte verschiedener Informationsbytes neu geordnet sind. Ein solcher Code kann so gestaltet sein, daß er Datenverfälschung verhindern kann, die auftreten kann, wenn skrupellose Personen versuchen, einen gefälschten Garantieanspruch wegen einer ausgefallenen Komponente bei einem Hersteller geltend zu machen. Durch diese Codiertechnik kann der Hersteller Informationen verifizieren, wenn eine Garantie beansprucht wird. Zusätzlich können die Informationen verwendet werden, Bedienerfehler zu verfolgen und bei der Identifizierung und Isolierung von Komponentenausfällen zu unterstützen, um die Komponenten neuzugestalten und solche Ausfälle zu verringern.
In einem weiteren Aspekt kann der Mikroprozessor 22 die vom Spannungssensor 24 und Stromsensor 26 erhaltenen Messungen automatisch kalibrieren. Mit Hilfe dieses Aspekts der Erfindung kann der Mikroprozessor 22 automatische oder periodische Kalibrierungen vornehmen, um die Genauigkeit über die Lebensdauer des Fahrzeugs beizubehalten. Eine automatische Kalibrierung kann vorgesehen sein, indem in kalibrierten Elementen mit bekannten Temperatur- und Driftkennwerten selektiv umgeschaltet wird und indem die Meßdaten verwendet werden, um anhand von Meßgeräteverstärkungen und -versätzen zu korrigieren. Beispielsweise kann eine bekannte Widerstands- oder Spannungsquelle mit den Verstärkern 47 oder 52 selektiv verbunden werden. Alle Versatzwerte gegenüber diesen bekannten Werten können im Speicher 40 gespeichert und vom Mikroprozessor 22 verwendet werden, um Fehler in Messungen zu kompensieren.
Bei der vorliegenden Erfindung erzeugt keine Polarisation der Batterie 18, z. B. die sich aus Lade- oder Startvorgängen eventuell ergebende, Fehler in den vom Mikroprozessor 22 durchgeführten Messungen. Insbesondere werden alle derartigen Fehler durch Verwendung eines Echtzeit-Ladezustandsalgorithmus eliminiert, der von der Echtzeit-Batterieanschlussspannung unabhängig ist.
Arbeitet der Motor des Fahrzeugs 10 nicht, kann der Mikroprozessor 22 in einen Schlafmodus eintreten, um die Stromentnahme und das resultierende Entladen der Batterie 18 zu reduzieren. Bei Bedarf kann der Mikroprozessor 22 periodisch „aufwachen“, um Tests durchzuführen oder einen gewissen Aspekt der elektrischen Anlage des Fahrzeugs 10 zu überwachen.
Eine lose oder korrodierte Verbindung mit der Batterie 18 kann durch den Mikroprozessor 22 durch Beobachten einer plötzlichen Zunahme des Widerstands über der Batterie 18 detektiert werden. Ein Fehler kann einem Bediener über die Benutzerschnittstelle 32 gemeldet werden, um den Bediener vor der beeinträchtigten Verbindung zu warnen.
Der Mikroprozessor 22 kann auch Diagnosen an der elektrischen Anlage des Fahrzeugs 12 durchführen, wenn der Motor nicht arbeitet. Zum Beispiel kann der Mikroprozessor 22 den durch die Lasten 14 gezogenen Strom bei nicht laufendem Motor mit Hilfe des Stromsensors 26 überwachen. Beispielsweise kann der Mikroprozessor 22 die Stromentnahmerate über eine wählbare Abtastperiode mit einem im Speicher 40 gespeicherten Schwellwert vergleichen. Übersteigt die gemessene Rate den Schwellwert, kann ein Fehler in der elektrischen Anlage des Fahrzeugs vorliegen. Ähnlich kann ein kleiner, aber konstanter Stromverbrauch auch auf einen Fehler verweisen, der zur Entladung der Batterie 18 führen könnte. Der Mikroprozessor 22 kann dem Benutzer über die Schnittstelle 32 anzeigen, daß eine übermäßige Stromentnahme aufgetreten ist, während der Motor ausgeschaltet ist. Eine solche Stromentnahme kann zu schneller Entladung der Batterie 18 führen und das Starten verhindern.
Der Stromsensor 26 kann auch vom Mikroprozessor 22 verwendet werden, den Strom zu überwachen, der in die Batterie 18 und aus ihr fließt. Die Summierung dieses Stroms über eine Zeitspanne (d. h. die Integration) kann eine Anzeige dafür liefern, daß die Batterie keine ausreichende Ladung erhält, oder kann eine Anzeige für die Gesamtladung liefern, die durch die Batterie 18 aufgenommen wurde. Anzeigen lassen sich diese Informationen für einen Bediener über den Benutzer-I/O 32. Zui sätzlich können die Informationen am I/O 30 bereitgestellt werden. Verweisen die Informationen darauf, daß die Batterie 18 keine ausreichende Ladung erhält, können solche wie zuvor diskutierten Maßnahmen ergriffen werden, um die Ladestärke der Batterie 18 zu erhöhen.
In einer Ausführungsform speichert der Mikroprozessor 22 Informationen im Speicher 40 im Zusammenhang mit der Modellnummer und/oder Seriennummer, Kapazität oder andere auf die Batterie 18 bezogene Informationen. In einer solchen Ausführungsform kann die Batteriezustandsanzeige 12 ein körperlicher Bestandteil der Batterie 18 sein, so daß batteriespezifische Informationen bei der Herstellung im Speicher programmiert werden können. Die Batteriezustandsanzeige 12 kann eine Ausgabe für einen Bediener über eine Anzeige oder eine andere Art von Ausgabegerät bereitstellen, das an der Batterie 18 körperlich angeordnet ist. Zusätzlich kann die Anzeige oder der Benutzer-I/O 32 im Fahrzeug liegen. Der Eingang/Ausgang 30 kann so konfiguriert sein, daß er mit dem Datenbus des Fahrzeugs gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Batterie 18 einen Datenstecker aufweisen, der geeignet ist, in den Datenbus des Fahrzeugs gesteckt zu werden, damit die Zustandsanzeige 12 Informationen über den Datenbus austauschen kann. Danach kann der Mikroprozessor 22 diese Informationen zum Datenbus des Fahrzeugs mit Hilfe des Eingangs/Ausgangs 30 übermitteln. Dadurch kann der Mikroprozessor des Fahrzeugs die Fähigkeit haben, fortgeschrittene Diagnosen und Überwachungsfunktionen durchzuführen, da der spezifische Batterietyp bekannt ist.
8 ist ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs 300 mit einem Diagnosegerät 302 gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung. Das Gerät 302 arbeitet unter Verwendung der Batterietestgrundsätze, z. B. der zuvor dargelegten oder anderer. Das Gerät 302 wird mit der elektrischen Anlage 304 des Fahrzeugs 300 über eine Verbindung 306 gekoppelt. Die elektrische Anlage 304 koppelt darstellungsgemäß einen Fahrzeugmotor 308 mit einer Batterie 310.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist das Diagnosegerät 302 so konfiguriert, daß es mit der elektrischen Anlage 304 über die temporäre Verbindung 306 vorübergehend gekoppelt wird. Wie hierin diskutiert ist, kann die Verbindung 306 eine Kelvin-Verbindung und/oder eine Inline-Verbindung, bei der das Diagnosegerät 302 optional elektrisch in Reihe oder parallel gekoppelt ist, oder eine Kombination aus beiden mit der elektrischen Anlage 304 sein. Das Diagnosegerät 302 weist einen Prozessor 316, einen Abtastschaltungsaufbau 318 und einen Speicher 320 auf. Der Abtastschaltungsaufbau 318 erfaßt Datenabtastungen über die Verbindung 306. Informationen im Zusammenhang mit den Datenabtastungen, zu denen die Datenabtastungen selbst, Zeitstempel, als Funktion der Datenabtastungen erzeugte Daten usw. gehören können, werden im Speicher 320 gespeichert. Der Prozessor 316 steuert den Betrieb des Diagnosegeräts 302.
Das Diagnosegerät 302 kommt zum Einsatz, um die Batterie 310 und die elektrische Fahrzeuganlage 304 an Ort und Stelle zu testen. das Gerät 302 wird mit der elektrischen Anlage 304 über die Verbindung 306 vorübergehend gekoppelt. Während das Gerät 302 mit der elektrischen Anlage 304 vorübergehend gekoppelt ist, kann das Fahrzeug 300 normal oder bei Bedarf unter jeder Bedingung betrieben werden, so daß Daten durch den tatsächlichen Gebrauch und Betrieb des Fahrzeugs 300 erfaßt und im Speicher 320 gespeichert werden. Für einen Techniker kann dies sehr nützlich beim Aufspüren von intermittierenden Problemen oder der Ursache für Ausfall oder Beeinträchtigung einer Komponente sein. Zusätzlich sorgt dies für ein nützliches Untersuchungswerkzeug für das Verständnis der Beschaffenheit und des Betriebs der elektrischen Fahrzeuganlage 304 und Batterie 310 zusammen mit der Wechselwirkung zwischen der Batterie 310 und dem Drehstromgenerator und dem Ladesystem, das durch den Motor 308 gebildet ist. Die Verbindung 306 kann eine elektrische Verbindung mit einem Datenbus des Fahrzeugs 300 aufweisen, damit auf dem Bus transportierte Daten auch im Speicher 320 gespeichert werden. Solche Daten können nützliche Informationen für die anschließende Analyse liefern, z. B. die Betriebsparameter des Motors, der Zustand verschiedener Sensoren, die Motordrehzahl usw.
Ist das Testen an Ort und Stelle abgeschlossen, kann das Gerät 302 vom Fahrzeug 300 entfernt werden, indem die Verbindung 306 getrennt wird. Während der Kopplung mit dem Fahrzeug 300 oder nach Entfernung vom Fahrzeug 300 können im Speicher 320 gespeicherte Daten aus dem Diagnosegerät 302 über einen Ausgang 326 rückgewonnen werden.
9 ist eine vereinfachte Darstellung, in der die Verbindung 306 näher veranschaulicht ist. Die Verbindung 306 kann Kelvin-Verbindungen 330 und 332 aufweisen, die so konfiguriert sind, daß sie mit Klemmen 334 bzw. 336 der Batterie 310 gekoppelt sind. Dargestellt ist auch eine Inline-Reihenverbindung 340. Bei Verwendung der Reigenverbindung 340 muß eine Unterbrechung 342 in der Verbindung zwischen der Batterie 310 und elektrischen Anlage 304 vorgesehen sein. In verschiedenen Aspekten verwendet das Diagnosegerät 302 die Kelvin-Verbindungen 330 und 332 oder die Inline-Reihenverbindung 340 allein. In einer weiteren Ausführungsform werden beide Kelvin-Verbindungen 330 und 332 zusammen mit der Inline-Reihenverbindung 340 verwendet.
Die Inline-Verbindung 340 weist eine erste elektrische Verbindung 370 und eine zweite elektrische Verbindung 372 auf, die in Reihe zwischen der Batterie 310 und der elektrischen Fahrzeuganlage 304 verbunden sind. Ein widerstandsarmer Pfad 374 ist zwischen den Verbindungen 370 und 372 vorgesehen. Der durch den widerstandsarmen Pfad 374 fließende elektrische Strom kann mit Hilfe jeder geeigneten Technik gemessen und die in der Inline-Verbindung 340 oder anderweitig gespeicherten Daten können zur Durchführung von Diagnosen verwendet werden.
Körperlich kann das Diagnosegerät 302 z. B. durch eine Halterung 352 an einem feststehenden Teil 350 des Fahrzeugs 300 angeordnet werden. Beispielsweise kann die Halterung 352 eine Klemme oder ein anderer Befestigungsmechanismus sein, u. a. ein Magnet, der zur Befestigung des Geräts 302 am Fahrgestell, Motor oder einer anderen feststehenden Komponente des Fahrzeugs 300 verwendet wird. Die Kelvin-Verbindungen 330 und 332 können über Klemmen hergestellt sein. Je nach der Dauer des Tests oder den körperlichen Schwingungen oder Stößen, die das Fahrzeug im Betrieb erfahren kann, können die Verbindungen 330 und 332 über Klemmen oder eine andere dauerhaftere Befestigungstechnik erfolgen. Die Klemmen können z. B. federbelastet oder miteinander verschraubt sein. Die Inline-Reihenverbindung 340 läßt sich durch Entfernen einer Verbindung mit der Batterie 310 erreichen. Danach wird die entfernte Verbindung mit dem Diagnosegerät 302 elektrisch gekoppelt, und eine weitere Verbindung wird mit dem Anschluß 334 der Batterie 310 durch eine Batterieklemme hergestellt, die mit dem Gerät 302 gekoppelt wird. In einer Ausführungsform erfordert die Reihenverbindung 340 keine Unterbrechung in der elektrischen Anlage und wird mit Hilfe einer Induktionsklemme, eines Hall-Effekt-Sensors usw. erreicht.
Das Diagnosegerät 302 erfaßt Daten im Zusammenhang mit einem dynamischen Parameter der Batterie 310. Eine Störfunktion bzw. Fehleraufdeckungsfunktion bzw. forcing function ist an der Batterie 310 angelegt, die eine aktive oder passive Signalquelleim Gerät 302 aufweisen kann und auch Signale aufweisen kann, die in die Batterie 310 durch die elektrische Anlage 304 des Fahrzeugs 300 eingespeist werden. Die Abtastrate sollte ausreichend schnell sein, um zu gewährleisten, daß ausreichend Daten erfaßt werden, um die Batterie 310 zu diagnostizieren. Datenkomprimierungstechniken können beim Speichern der Abtastungen zum Einsatz kommen.
Eine Eingangs-/Ausgangsverbindung 360 ist mit dem Diagnosegerät 302 vorgesehen. Die Eingangs-/Ausgangsverbindung 360 kann verwendet werden, um die Datenerfassung zu initiieren. In einer Ausführungsform erfaßt das Diagnosegerät 302 nur Daten, wenn das Fahrzeug arbeitet, was durch Kommunikation mit dem Datenbus des Fahrzeugs oder durch Überwachen der Spannung und/ oder des Stroms, der an der Batterie 310 anliegt, oder auf einem anderen Weg bestimmt wird.
Eine Art von Daten, die erfaßt und im Speicher gespeichert werden können, sind Spannungsmessungen, die über der Batterie 310 gemessen werden. In einer Ausführungsform sind die Verbindungen 330 und 332 gemäß 9 keine Kelvin-Verbindungen und sind Eindrahtverbindungen mit den Klemmen 334 bzw. 336. Zusätzliche Daten können erfaßt werden, so daß spezielle Ereignisse, die in der elektrischen Anlage 304 und/oder Batterie 310 beobachtet werden, mit dem Betrieb des Fahrzeugs korreliert werden können, z. B. in der Überwachung mit dem Datenbus des Fahrzeugs. In einer Ausführungsform analysiert das Diagnosegerät 302 die erfaßten Daten und liefert eine Ausgabe für einen Bediener, die zur Identifizierung eines speziellen Fehlers in der Batterie 310 oder elektrischen Anlage 308 verwendet werden kann. Wie zuvor diskutiert, können in einem weiteren Aspekt die erfaßten Daten in einen Computer oder eine Datenbank zur anschließenden Analyse heruntergeladen werden.
In einer Ausführungsform enthält der Speicher 300 keine einzelnen Abtastungen und enthält statt dessen das Ergebnis eines Diagnosetests. Dieses Ergebnis wird dann später durch einen Bediener direkt oder über ein entferntes Computersystem bzw. einen Remote-Computer abgerufen.
Wie zuvor diskutiert, stellt die Erfindung eine Technik zur Strom- und/oder Spannungsüberwachung einer Batterie eines Fahrzeugs im Betrieb des Fahrzeugs bereit. In einer solchen Konfiguration kann die Überwachung mit Hilfe von Einzelverbindungen oder mit Hilfe von Kelvin-Verbindungen gebildet sein. Bei einer Konfiguration zur Stromüberwachung wird das Gerät mit der Batterie auf der positiven oder negativen Seite der Batterie in Reihe verbunden. Die Reihenverbindung besteht zwischen der Batterie und der elektrischen Anlage des Fahrzeugs. Spannung läßt sich durch Verbinden mit der anderen Seite der Batterie überwachen. Zusätzlich kann ein Temperatursensor dazu gehören, um die Temperatur an einer ausgewählten Stelle, z. B. im Gerät, oder an einer anderen Stelle oder Stellen im Fahrzeug zu überwachen. Sind die Daten erfaßt, werden sie in einem Speicher zum künftigen Abruf gespeichert. Besonders nützlich kann eine solche Konfiguration in Autos sein, die fortgeschrittene elektrische Anlagen verwenden, die viele Betriebsaspekte des Fahrzeugs elektronisch steuern. In solchen Systemen kann es besonders schwierig zu diagnostizieren sein, welche Komponenten oder Komponenten der komplexen elektrischen Anlage die Ursache für einen Ausfall sind.
Bemerkt in einem spezifischen Beispiel ein Kunde ein Problem mit einem Fahrzeug, kann der Kunde das Fahrzeug in eine Werkstatt bringen. In der Werkstatt kann ein erfindungsgemäßes Gerät mit der elektrischen Anlage des Fahrzeugs gekoppelt werden. Danach verläßt der Kunde die Werkstatt und setzt den Normalbetrieb des Fahrzeugs für eine gewünschte Zeitspanne fort. Die registrierten Daten können die Ursache des Ausfalls anzeigen. Beispielsweise kann der Ausfall mit einer Komponente oder Teilanlage der elektrischen Anlage zusammenhängen, die sich nicht richtig ausschaltet oder zu Zufallszeiten einschaltet. Die registrierten Daten können eine Anzeige für ein Auftreten eines solchen Fehlers liefern. Viele Teilsysteme der elektrischen Anlage eines Fahrzeugs haben eindeutige Strom- und/oder Spannungssignaturen, so daß sich identifizieren läßt, welches Teilsystem arbeitet, indem einfach die registrierten Daten mit den bekannten Spannungssignaturen für die verschiedenen Teilsysteme des Fahrzeugs verglichen werden. Vorzugsweise arbeitet das Gerät mit relativ niedriger Leistung, um die Testumgebung nicht zu verändern. Ferner können die registrierten Daten mit Hilfe jeder geeigneten Art von Speicher gespeichert werden, darunter z. B. eine entfernbare Speicherkarte. In einem weiteren Beispiel werden die Daten in einem Festspeicher im Gerät gespeichert und später in einen Computer heruntergeladen. Die Übertragung der registrierten Daten vom Gerät kann über jede geeignete Technik geschehen, u. a. Netzwerkdatenbustechniken, darunter sowohl drahtlose als auch drahtgebundene Kommunikationstechniken.
Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung relativ kleine Ströme, z. B. unter 10 mA, wie auch große Ströme messen, z. B. über 100 Ampere, die von einem Startermotor eines Fahrzeugs gezogen werden können.
In einer Konfiguration weist die Vorrichtung der Erfindung eine Anzeige und/oder Benutzereingänge zum Ablesen und/ oder Steuern des Geräts auf. Die Anzeige kann verwendet werden, um die Daten in Echtzeit durch einen Bediener zu überwachen. Zusätzlich kann eine Uhr dazu gehören, damit die Daten einen Zeitstempel erhalten, wenn sie im Speicher gespeichert werden. Die Uhr kann mit einer externen Referenz zur Korrelation mit der Ist-Zeit eines Ereignisses gestellt werden. Daten im Speicher oder in der Speicherkarte können nach Bedarf formatiert, geschrieben, abgeschlossen oder ergänzt werden. Die Daten können erfaßt und in den Speicher in festen Intervallen geschrieben werden, beispielsweise mit einer solchen eingestellten oder einstellbaren Periode wie alle 30 Sekunden. In einer weiteren Konfiguration können die Daten zu Zeiten in Übereinstimmung mit einem Regelsatz eingeschrieben werden, z. B. nur bei laufendem Motor, nur bei ausgeschaltetem Motor, nur in speziellen Temperaturbereichen usw. Das Intervall, mit dem die Daten registriert werden, läßt sich auch für spezielle Zeiten im Betrieb des Fahrzeugs einstellen. Zum Beispiel kann für eine erhöhte Datenregistrierung im verlauf einer speziellen Periode gesorgt sein, z. B. wenn das Fahrzeug startet, beschleunigt usw.
Die Daten können in jedes geeignete Gerät heruntergeladen werden, z. B. einen PC oder ein Diagnosewerkzeug für Kraftfahrzeuge, einen Batterieprüfer usw. In einer Konfiguration kann das Gerät die Daten über einen internen Datenbus des Fahrzeugs senden. In einer solchen Konfiguration können die registrierten Daten z. B. mit Hilfe eines Abtastwerkzeugs gelesen werden.
Ein PC kann so konfiguriert sein, daß er die Daten liest und nach Bedarf formatiert. Beispielsweise können die Daten in einem graphischen Format eines Meßwerts als Funktion der Zeit bereitgestellt werden. Stärker fortgeschrittene Anzeigen können vorgesehen sein, darunter Zoomfunktionen, Scrollen, automatische Bereichswahl oder Überlappen. Software im PC kann Triggerpunkte setzen, die spezifische Ereignisse hervorheben, die ein Techniker möglicherweise zu identifizieren versucht. Beispielsweise könnte ein Triggerpunkt gesetzt werden, um einen Entladeschwellwert zwischen 5 und 6 Ampere zu überwachen, wenn der Techniker zu identifizieren versucht, ob der Klimacomputer des Fahrzeugs falsch einschaltet. Die PC-Software kann für einen speziellen Hersteller oder ein spezielles Automodell mit vorprogrammierten Triggerpunkten für verschiedene Anlagen spezifisch erstellt sein. Die Software kann anzeigen, welche Teilanlage im Fahrzeug für einen speziellen Satz registrierter Daten zuständig ist. Das Diagramm oder eine andere Anzeigeausgabe kann dann eine automatische Bereichsauswahl für einen bestimmten Bereich vornehmen und die verschiedenen Teilsysteme z. B. mit einer bestimmten Farbe hervorheben.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung können zusätzliche Spannungs- und/oder Stromsensorkanäle verwendet werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Hilfsstromkanäle mit verschiedenen Auflösungen vorgesehen sein, um Diagnosen genauer festzulegen. Ähnlich können eine oder mehrere zusätzliche Spannungserfassungsschaltungen zum Lesen und Registrie- ren zusätzlicher Spannungen mit jeder gewünschten Auflösung vorgesehen sein. Die Spannungs- und Stromsensoren können auch verwendet werden, einen Schwellwert zu detektieren, um Registrierungs- oder andere Aktivitäten auszulösen, z. B. wenn ein Zweig einer Schaltung ein- oder ausgeschaltet wird.
Die Vorrichtung der Erfindung kann an jeder Stelle angeordnet sein. Beispielsweise kann das Gerät mit einem vorhandenen Draht elektrisch verbunden oder darin eingespleißt oder kann in die elektrische Anlage am Sicherungskasten oder einer anderen Stelle eingekoppelt sein. Dadurch können einzelne Kreise isoliert und ihre Daten registriert werden.
Die spezielle Art von Strom- und Spannungssensoren kann jeder Technik entsprechen. Ströme können mit Hilfe von Nebenschlußtechniken oder nichtinvasiven Techniken erfaßt werden, z. B. mit einem Hall-Effekt-Sensor o. ä.
10 ist eine Ansicht eines.exemplarischen erfindungsgemäßen Diagnosegeräts oder Datenregistriergeräts 380. Das Gerät 380 weist eine Anzeige 382, Benutzereingänge 384, eine Inline-Verbindung 386 und einen Kanaleingang 388 auf.
11 und 12 sind Darstellungen der Anzeige registrierter Daten auf einem PC.
In verschiedenen Aspekten weist die Erfindung einen oder mehrere Stromüberwachungskanäle auf, die Abzweigkreise überwachen können, um Daten zu protokollieren und zu analysieren. Ähnlich können ein oder mehrere sekundäre Spannungsüberwachungskanäle ebenfalls verwendet werden, so daß Abzweigkreisspannungen protokolliert und analysiert werden können. In einer Konfiguration kommt ein Umlaufpuffer zum Einsatz, der ein „Vortriggern“ der Datenerfassung ermöglicht. Tritt in einer solchen Konfiguration ein Triggerereignis auf, werden die Daten vor dem Triggerereignis in der Speicherkarte gespeichert. Ähnlich können die Daten während oder nach dem Triggerereignis auch gespeichert werden. Das Triggerereignis kann einer Spannungs- oder Stromänderung auf jedem der Überwachungskanäle zugeordnet sein. Trigger können durch eine entfernte Vorrichtung über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung oder eine solche empfangen werden, die ein Kunde oder Techniker aktivieren kann, wenn eine Anomalie beobachtet wird. In stärker fortgeschrittenen Konfigurationen können die Trigger auf Regeln basieren, z. B. über Boolesche oder algebraische Kombination von Ereignissen.
Eine Schnittstelle kann vorgesehen sein, die den Fahrzeug-Borddatenbus- (OBDII-) Verbinder mit dem Gerät verbindet. Daten vom Fahrzeugbus können auf Aktivität protokolliert und überwacht werden. Trigger können auf dieser Aktivität beruhen. Auch eine HF-Schnittstelle kann vorgesehen sein und dazu dienen, eine drahtlose Verbindung mit einer drahtlosen OBDII-Schnittstelle herzustellen. Dies reduziert die Einbaukomplexität und kann dazu verwendet werden, eine Kopplung mit einer drahtlosen Triggertaste herzustellen, die einem Kunden oder einem Techniker zur Verfügung gestellt wird. Die drahtlose Verbindung kann auch dazu dienen, Daten oder Software herunter- oder hochzuladen. Ähnlich kann die drahtlose Verbindung verwendet werden, eine Kopplung mit einer Ableseanzeige im Cockpit des Fahrzeugs oder an einer anderen Stelle herzustellen, um einen Techniker beim Testen des Fahrzeugs zu unterstützen. In einigen Konfigurationen kann das Gerät in einen Zustand mit reduzierter Leistung (d. h. einen Schlafmodus) eintreten, um die Stromentnahme zur Langzeit-Problemanalyse auf ein Minimum zu reduzieren. Ein Trigger kann verwendet werden, um Elektronik des Geräts in gewünschten Intervallen aufzuwecken. Eine Hilfsbatterie kann mit dem Gerät verbunden sein, um die Stromentnahme im Testfahrzeug auf null zu reduzieren, wenn kein Strom vom Fahrzeug entnommen werden soll, um das Gerät zu betreiben. Software auf einem PC, der zur Überprüfung der gespeicherten Daten zum Einsatz kommt, kann so konfiguriert sein, daß sie einen oder mehrere Datenströme unterstützt. In einer solchen Konfiguration kann ein Techniker einen Datenschreiber mit einem fehlerhaften Fahrzeug und einen weiteren Datenschreiber mit einem bekannten, ordnungsgemäßen Fahrzeug verbinden. Danach können beide Fahrzeuge z. B. ähnlich betrieben und die erfaßten Daten von den beiden Fahrzeugen verglichen werden.
In einer Konfiguration weist ein zur Datenerfassung verwendeter Sensor einen Temperatursensor auf. Wie zuvor diskutiert, können ein oder mehrere Hilfskanäle verwendet werden, um solche Daten wie Spannungen oder Ströme von Schaltungsaufbauten in der elektrischen Anlage für eine umfassendere Diagnose zu erfassen und zu protokollieren. Es können Trigger auf der Grundlage dieser zusätzlichen Kanäle vorhanden sein. Die Trigger können bewirken, daß die Datenprotokollierung beginnt, oder sie können verwendet werden, um die Zeit zwischen Abtastungen gespeicherter Daten zu ändern. Beispielsweise können im Normalbetrieb Daten bei einer Drehzahl erfaßt werden, aber nach Auftreten eines Triggers kann die Rate erhöht (d. h. die Zeit zwischen Datenabtastungen verringert) werden, mit der Daten gespeichert werden. Zu exemplarischen Triggern gehören das Starten eines Fahrzeugs, das Öffnen einer Tür usw.
In einer Konfiguration ist das Gerät so konfiguriert, daß es in drei allgemeinen Modi arbeitet. In einem Ausführungsmodus können Daten über jeden der verschiedenen Eingänge empfangen werden, die verfügbar sein können, darunter Sensoren, drahtlose Daten usw., und beschreibungsgemäß z. B. über eine drahtlose Datenübertragung gesendet werden. In dieser Konfiguration verwendet das Gerät eine relativ große Strommenge, und bevorzugt ist, daß das Gerät nur in diesen Modus eintritt, während das Fahrzeug fährt, um die Batterie nicht zu belasten. In einem niedrigeren Leistungsmodus, der verwendet werden kann, wenn das Fahrzeug ausgeschaltet ist, sind verschiedene Schaltungsaufbauten abgeschaltet, um Strom zu sparen. Beispielsweise können Schaltungsaufbauten zur HF-Kommunikation usw. ausgeschaltet sein. Allerdings können Trigger noch verfügbar sein, um Daten zu erfassen oder die Häufigkeit zu ändern, mit der Daten im Speicher gespeichert werden. Für einen Tiefschlafmodus kann das Testgerät so konfiguriert sein, daß es fehlende Aktivität über einen längeren Zeitraum detektiert, z. B. 24 bis 48 Stunden,. Wird eine solche Inaktivitätsperiode detektiert, kann das Gerät in einen Tiefschlaf übergehen und Daten nur mit einer sehr langsamen Rate erfassen, z. B. einmal pro Minute.
Die Trigger, die zum Auslösen der Datenerfassung oder für Änderungen der Datenerfassungsrate verwendet werden, können alle geeigneten Triggermechanismen sein. Beispielsweise können Trigger über drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen aktiviert werden, u. a. Tasten von drahtgebundenen zu drahtlosen, die so festgelegt sind, daß sie auf eine spezielle Spannung oder einen speziellen Strom, eine auf beliebigen Kanälen beobachtete Signatur, auf der Grundlage einer Kombination von Ereignissen, die über eine Regel detektiert werden, zeitbasiert usw. reagieren. In einer Konfiguration können Daten fortlaufend mit hoher Geschwindigkeit erfaßt, z. B. einmal alle 50 ms, und in einen großen Umlaufpuffer geschrieben werden. Bei Auftreten eines Triggers kann das Gerät je nach Größe des Pufferspeichers um eine ausgewählte Periode zurückspringen und diese Daten in einem dauerhafteren Speicher protokollieren. Dem Trigger folgende Daten können auch aufgezeichnet werden. Die zur graphischen Darstellung der Daten verwendete Software kann so konfiguriert sein, daß sie die variable Zeitskala adressiert.
In einer Konfiguration weist das Testgerät eine Echtzeituhr auf, die Daten auf der Speicherkarte protokolliert, damit in den Daten beobachtete Anomalien mit einer Benutzerrückkopplung oder mit anderen Echtzeitereignissen korreliert werden können. Vorzugsweise ist eine Reservebatterie für die Echtzeituhr vorgesehen.
Stromüberwachungskanäle können so konfiguriert sein, daß sie bidirektional arbeiten, damit der Stromsensor ohne Rücksicht auf die Polarität mit der elektrischen Anlage verbunden werden kann. Die Kanäle können abgesichert und mit Schnellverbindungsklemmen ausgestattet sein, um das Anzapfen der Fahrzeugkreise zu erleichtern.
Hilfssensorkanäle, z. B. Spannungskanäle, können ebenfalls Ein/Aus-Informationen oder Absolutspannungen protokollieren, so daß z. B. IR-Abfälle im Fahrzeug beobachtet werden können. Die Hilfsspannungs- und -stromkanäle können so farbcodiert sein, daß sie mit den entsprechenden Diagrammdaten auf einer Computeranzeige übereinstimmen.
In einer Konfiguration ist eine Benutzereingabe mit Tasten vorgesehen, die so konfiguriert sind, daß sie mit einem Stift o. ä. betätigt werden, damit sie nicht unbeabsichtigt bedient werden, wodurch die Datenregistrierung stoppt oder das Gerät neukonfiguriert wird. Bei Verwendung eines internen Speichers, z. B. einer SD-Karte, kann auch ein solcher Schlüssel wie ein Stift o. ä. erforderlich sein, um den Speicher zu entnehmen und ungewolltes Entnehmen zu verhindern.
Eine Ausgabe kann vorgesehen sein, z. B. eine Anzeige (d. h. eine LCD-Anzeige) an der Einheit, damit sie als Echtzeit-Voltmeter, Amperemeter oder als allgemeines Wartungswerkzeug verwendet werden kann. Beispielsweise können die Eingangskanäle so konfiguriert sein, daß sie über einen breiten Strombereich erfassen, z. B. von nur 10 mA und bis 1000 Ampere, während sie Impulse und Spitzen empfangen können, die weit über diesen Werten liegen.
Der Tester kann mit austauschbaren Kopplungen zum Koppeln mit unterschiedlichen Fahrzeugtypen ausgestattet sein. Beispielsweise kann ein Fahrzeugtyp eine Ringöse zur Verbindung mit einer Batterie erfordern, während ein anderer Typ eine Verbindung mit einem Endpol erfordern kann. Ein serieller Anschluß kann vorgesehen sein, um für verdrahtete Konnektivität mit dem Borddatenbus des Fahrzeugs (OBD2) zur Verwendung beim Aufzeichnen der Fahrzeugbusaktivität zu sorgen. Der serielle Anschluß kann auch dazu dienen, Daten zu einem weiteren Gerät zu senden, z. B. einem tragbaren Computer, Laptop, Drucker, einem anderen seriellen Gerät. Ein drahtloser Kommunikationsport (z. B. ein ZigBee-Port nach IEEE 802.15.4) kann zur Kopplung mit einer drahtlosen Verbindung vorgesehen sein, z. B. einer drahtlosen OBDII-Verbindung, um Fahrzeugdaten zu erfassen, Software zu aktualisieren, Daten herunterzuladen, Trigger.ereignisse von einem Fahrzeugbediener zu empfangen oder Echtzeitdaten auf einem Empfangsgerät anzuzeigen, z. B. einem weiteren Testgerät, PDA, Computer usw. zur Fahrzeitanalyse. Der Trigger kann durch den Fahrzeugbediener betätigt werden, wenn z. B. eine Anomalie beobachtet wird (beispielsweise ein Navigationssystemfehler). Dann kann der Bediener das Gerät auslösen, um das Ereignis zu protokollieren. Anschließend kann ein Techniker die registrierten Daten überprüfen, wobei er nach dem Trigger sucht und mögliche Ereignisse identifiziert, die zu dem Problem führten.
Die im Gerät gespeicherten Daten, z. B. die auf der Speicherkarte gespeicherten, lassen sich leicht per Email oder anderen Übertragungstechniken übertragen, damit ein technischer Experte an einem entfernten Standort Daten analysieren kann, die von einem weniger erfahrenen Techniker erfaßt wurden. Trifft ein Fahrzeug in einer Vertretung oder Werkstatt ein, kann ein Techniker das Gerät schnell installieren und das Fahrzeug an einem entfernten Standort parken, während er über mehrere Stunden Wartungsarbeiten an anderen Fahrzeugen durchführt. Beginnt dann der Techniker mit der Wartung des Fahrzeugs, wurde ein Datenprotokoll erstellt, das dem Techniker hilft, die Analyse zu beginnen. Dies ähnelt der Situation, in der man wegen einer medizinischen Untersuchung einen Arzt aufsucht. Vor der Begegnung mit dem Arzt erfaßt eine Schwester oder ein anderer Medizintechniker Anfangsdaten, die der Arzt verwendet, der die Diagnose stellt.
Die Festlegungen von Triggern und Betriebsmodi können über eine Konfigurationsdatei gesteuert werden, die sich z. B. auf der Speicherkarte befindet. Diese Konfigurationsdatei kann mit Hilfe eines PC oder einer anderen Schnittstelle erstellt werden. Findet das Gerät im Betrieb keine Konfigurationsdatei, kann das Gerät die letzte verfügbare Konfigurationsdatei verwenden. Die Konfigurationsdateien können mit weiteren Informationen ergänzt sein, die sich auf das spezielle diagnostizierte Fahrzeug beziehen.
Körperlich kann das Gerät so gestaltet sein, daß es rauhen Bedingungen widersteht. Beispielsweise kann eine Tragetasche verwendet werden, damit Kraftfahrzeugflüssigkeiten nicht das Gerät beschädigen, wenn es unter der Motorhaube eingebaut ist. Eine externe Batterieverbindung kann zur Verfügung gestellt sein, wenn das Gerät fähig sein soll, keinen Strom vom getesteten Fahrzeug zu ziehen. Obwohl der vom Gerät entnommene Strom sehr klein ist, besonders im niedrigen Leistungs- und Tiefschlafmodus, kann die Stromentnahme für ein Fahrzeug in langen Nichtgebrauchsperioden immer noch erheblich sein. Der Tester kann in jeder Art von Werkstatt o. ä. verwendet werden, u. a. beispielsweise für Kfz-Testflotten von Batterieherstellern, OEM-Fahrzeugherstellern, die den Ladezustandsverlust im Logistikverlauf untersuchen, usw.
In Übereinstimmung mit Aspekten der Erfindung ist der Speicher im Gerät ganz oder teilweise entfernbar bzw. wechselbar. Der Wechselspeicher kann einem Standardformat entsprechen, z. B. Compact Flash, MMC, Secure Digital, USB Flash usw. In einer solchen Konfiguration kann das Gerät im Fahrzeug verbleiben, um Daten auf einer neuen Speicherkarte zu protokollieren, während die entnommene Karte überprüft oder anderweitig analysiert wird. Die Karten mit Daten können auf einen Personalcomputer, PDA oder ein anderes Gerät heruntergeladen werden.
13 ist eine vereinfachte Blockdarstellung eines Diagnosegeräts 400, die Aspekte der Erfindung veranschaulicht. Das Gerät 400 weist einen Mikroprozessor 402 auf, der mit Eingangskanälen 404, 406, 408 und 410 gekoppelt ist, die so konfiguriert sind, daß sie gewünschte Eingaben empfangen. Beispielsweise können diese Eingaben Spannungspegel, Strompegel, Gleich- oder Wechselstromsignale usw. sein. Diese Eingaben können zum Protokollieren von Daten, als einfache Trigger zum Triggern der Datenprotokollierung oder für andere Zwecke verwendet werden. Die Eingänge 404 bis 410 sind mit dem Mikroprozessor 402 über einen Analog-Digital-Wandler 412 und einen Multiplexer 414 gekoppelt. In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform ist der Multiplexer 414 nicht erforderlich, und jeder Eingang ist mit seinem eigenen Analog-Digital-Wandler gekoppelt. Der Mikroprozessor 402 empfängt auch Temperaturinformationen von einem Temperatursensor 416, Batterieeingangsdaten über einen Batterieeingang 418 und Daten vom Borddatenbus eines Fahrzeugs über einen OBDII-Verbinder 420. Die Batterieeingabe kann über eine serielle, parallele oder kombinierte Verbindung, u. a. Kelvin-Verbindungen wie zuvor diskutiert, erfaßt und verwendet werden, statische oder dynamische Parameter zu messen. Andere Eingaben und Ausgaben des Mikroprozessors 402 sind über eine Anzeige 424, einen Benutzereingang 426 und eine drahtlose I/O-Verbindung 428 vorgesehen. Der Mikroprozessor 402 arbeitet in Übereinstimmung mit einem Taktgeber bzw. einer Uhr 430, die auch zur Bereitstellung von Zeitinformationen verwendet werden kann. Ein Speicher 432 kann Daten und/oder Programmbefehle speichern. Dargestellt ist ein Speichergerät bzw. Speichermedium 434, das verwendet werden kann, Daten zu speichern oder zu registrieren. Das Speichergerät 434 kann z. B. ein solches entfernbares Speichergerät wie eine SD-Karte aufweisen. Der Temperatursensor 416 kann im Gerät 400 liegen. Ist in einer solchen Konfiguration das Gerät 400 mit der Fahrzeugbatterie oder nahe der Fahrzeugbatterie gekoppelt, nähert sich die durch den Temperatursensor 416 gemessene Temperatur der Temperatur der Batterie.
Das Gerät 400 kann mit einigen oder allen zuvor diskutierten Techniken arbeiten. In einem Betriebsmodus erhält der Mikroprozessor 402 Datenabtastungen mit einem festen Intervall, z. B. alle 30 Sekunden, und speichert die Daten im Speichergerät 434. Die registrierten Daten können einige oder alle der verschiedenen Dateneingaben in den Mikroprozessor 402 aufweisen. In einem Schlafmodus kann der Mikroprozessor 402 so konfiguriert sein, daß er in einem festen Intervall „aufwacht“, z. B. alle 5 Minuten, und bestimmte Informationen im Speichergerät 434 speichert, z. B. Batteriespannung, Batteriestrom und Temperatur. In einem Triggerbetriebsmodus kann der Mikroprozessor kontinuierlich Daten mit einem festen Intervall und einer festen Rate über eine gewünschte Periode protokollieren. Die Trigger können in das Gerät mit Hilfe des Benutzereingangs 426, der drahtlosen I/O-Verbindung 428 oder über das wechselbare bzw. entfernbare Speichergerät 434 eingegeben werden. Die Trigger können so konfiguriert sein, daß sie Boolscher Art sind, damit mehrere Ereignisse auftreten können, um die Datenregistrierung auszulösen.
14 ist eine vereinfachte Darstellung eines PC-Systems 450, das zum Analysieren oder Anzeigen von Daten verwendet werden kann, die mit Hilfe der zuvor diskutierten Techniken erfaßt wurden. Der PC 450 weist einen Mikroprozessor 452 auf, der mit einem Speicher 454 gekoppelt ist. Für die Benutzer-Eingabe/Ausgabe sorgen eine Tastatur 456 und eine Maus 458. Der Mikroprozessor 452 kann Daten auf einer Anzeige 460 anzeigen, Daten auf einem Drucker 462 ausdrucken, und ein Eingang 464 ist zum Empfangen von Daten vorgesehen, die gemäß der vorstehenden Diskussion erfaßt wurden. Der PC 450 ist so konfiguriert, daß er vom Fahrzeug erfaßte Daten formatiert. Die Daten können bei Bedarf gefiltert und mit jeder geeigneten Technik angezeigt werden, z. B. mit Hilfe der Anzeigen gemäß 11 und 12.
Obwohl die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, daß Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Diagnosevorrichtung für elektrische Anlagen von Kraftfahrzeugen zum Diagnostizieren des Betriebs einer elektrischen Anlage des Fahrzeugs mit: einem ersten elektrischen Anschluß, der so konfiguriert ist, daß er mit der elektrischen Anlage des Kraftfahrzeugs elektrisch gekoppelt ist und so konfiguriert ist, daß er ein elektrisches Anlagensignal empfängt; mindestens einem Eingangskanal, der so konfiguriert ist, daß er mit der elektrischen Anlage des Fahrzeugs gekoppelt ist und ein erstes elektrisches Signal empfängt; einem mit dem ersten elektrischen Anschluß gekoppelten digitalen Abtastschaltungsaufbau, der so konfiguriert ist, daß er mehrere digitale Abtastungen während des Betriebs des Fahrzeugs bereitstellt, die das elektrische Anlagensignal betreffen; einem Speicher, der konfiguriert ist, um die mehreren digitalen Abtastungen zu speichern, wobei die digitalen Abtastungen als Reaktion auf das erste elektrische Signal im Speicher gespeichert werden; mit einer elektrischen Verbindung, die so konfiguriert ist, daß sie eine Spannung über der Batterie mißt, wobei die elektrische Verbindung, die zum Messen der Spannung über der Batterie verwendet wird, Kelvin-Verbindungen aufweist; und wobei die gespeicherten digitalen Abtastungen eine Funktion einer Störfunktion sind, die an der Batterie angelegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Datenbusverbindung, die so konfiguriert ist, daß sie mit einem Datenbus des Fahrzeugs gekoppelt ist, und wobei der Speicher ferner so konfiguriert ist, daß er vom Datenbus empfangene Daten speichert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Ausgang, der so konfiguriert ist, daß er eine Ausgabe für einen Bediener bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Ausgang, der so konfiguriert ist, daß er die gespeicherten digitalen Abtastungen ausgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die digitalen Abtastungen während des Betriebs des Fahrzeugs gespeichert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Betrieb des Fahrzeugs auf der Grundlage einer Spannung erfaßt wird, die an der Batterie anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Betrieb des Fahrzeugs auf der Grundlage der Überwachung eines Datenbusses des Fahrzeugs erfaßt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Speicher einen Wechselspeicher aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Eingangskanal so konfiguriert ist, daß er eine Spannung erfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Eingangskanal so konfiguriert ist, daß er einen Strom erfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die digitalen Abtastungen auf der Grundlage eines Triggers aus dem ersten elektrischen Signal im Speicher gespeichert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Speicher einen rotierenden Puffer aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei Schaltungsaufbauten des Diagnosesystems so konfiguriert sind, daß sie in einen Schlafmodus eintreten.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Temperatursensor.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Zeit zwischen digitalen Abtastungen eine Funktion eines Triggers ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Echtzeituhr.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem drahtlosen Kommunikationsschaltungsaufbau.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der digitale Abtastschaltungsaufbau so konfiguriert ist, daß er mehrere digitale Abtastungen bereitstellt, die sich auf das erste elektrische Anlagensignal beziehen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Speicher so konfiguriert ist, daß er die mehreren digitalen Abtastungen speichert, die sich auf das erste elektrische Anlagensignal beziehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Speichern digitaler Abtastungen im Speicher auf einem Booleschen Trigger beruht.
Verfahren zum Diagnostizieren einer elektrischen Anlage eines Kraftfahrzeugs mit den Schritten: elektrisches Koppeln der elektrischen Anlage des Fahrzeugs und Empfangen eines elektrischen Anlagensignals; Koppeln eines ersten Eingangskanals mit der elektrischen Fahrzeuganlage und Empfangen eines ersten elektrischen Signals; digitales Abtasten des elektrischen Anlagensignals; und Speichern digitaler Abtastungen des elektrischen Anlagensignals in einem Speicher als Reaktion auf einen Trigger, der vom ersten Eingangskanal empfangen ist; und Messen einer Spannung über der Batterie, wobei das Messen der Spannung über der Batterie über eine Kelvin-Verbindung mit der Batterie erfolgt; und Anlegen einer Störfunktion an der Batterie und wobei die gespeicherten digitalen Abtastungen eine Funktion einer an der Batterie anliegenden Störfunktion bzw. Fehleraufdeckungsfunktion bzw. forcing function sind.
Verfahren nach Anspruch 21 mit Verbinden mit einem Datenbus des Fahrzeugs und Speichern von Daten im Speicher, die vom Datenbus empfangen werden.
Verfahren nach Anspruch 22 mit Bereitstellen einer batteriezustandsbezogenen Ausgabe für einen Bediener.
Verfahren nach Anspruch 21 mit Ausgeben der gespeicherten digitalen Abtastungen.
Verfahren nach Anspruch 21 mit Anordnen einer Diagnosevorrichtung am Fahrzeug.
Verfahren nach Anspruch 21 mit Speichern der digitalen Abtastungen während des Betriebs des Fahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 26 mit Erfassen des Betriebs des Fahrzeugs auf der Grundlage einer an der Batterie anliegenden Spannung.
Verfahren nach Anspruch 27 mit Erfassen des Betriebs des Fahrzeugs auf der Grundlage der Überwachung eines Datenbusses des Fahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 21 mit Anzeigen von Daten, die während des Betriebs des Fahrzeugs registriert werden, auf graphische Weise.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Anzeigen aufweist: Identifizieren einer speziellen Signatur in den registrierten Daten.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Identifizierung auf einem speziellen Hersteller oder Fahrzeugmodell beruht.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Identifizierung auf einem Trigger beruht.
Verfahren nach Anspruch 21 mit Entfernen eines Speichers aus einem Diagnosegerät, das die digitalen Abtastungen enthält.
Verfahren nach Anspruch 21 mit Erfassen einer Spannung mit dem mindestens einen Eingangskanal.
Verfahren nach Anspruch 21 mit Erfassen eines Stroms mit dem mindestens einen Eingangskanal.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Speichern der im Speicher gespeicherten digitalen Abtastungen auf einem Trigger beruht.
Verfahren nach Anspruch 21 mit Eintreten in einen Schlafmodus.
Verfahren nach Anspruch 21 mit Erfassen einer Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei eine Zeit zwischen digitalen Abtastungen eine Funktion eines Triggers ist.
Verfahren nach Anspruch 21 mit Unterhalten einer Echtzeituhr.
PC-Computersystem, das so konfiguriert ist, daß es Daten analysiert, die von einer Diagnosevorrichtung für elektrische Anlagen von Kraftfahrzeugen nach Anspruch 1 empfangen werden.