DE112021003562T5 - Electrical load for an electronic battery tester and electronic battery tester including such an electrical load - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung (10) zum Testen einer Speicherbatterie (12) in einem Kraftfahrzeug (300) beinhaltet eine steuerbare elektrische Last (70), die ausgebildet ist, um elektrisch mit der Speicherbatterie (12) des Fahrzeugs (300) zu koppeln. Ein Stromsensor ist ausgebildet (304), um elektrisch mit einem Anschluss (22) der Batterie (12) zu koppeln und Stromfluss durch die Batterie (12) zu messen. Eine Steuerung (56) ist angeordnet, um eine elektrische Last (RL) an die Batterie (12) unter Verwendung der steuerbaren Last (70) anzulegen und die elektrische Last (RL) anzupassen, während der durch den Stromsensor (70) sensierte elektrische Strom überwacht wird, um einen an die Batterie (12) durch einen Generator des Fahrzeugs (300) angelegten Ladestrom zu bestimmen, und ist weiterhin ausgebildet, um einen Test an der Batterie (12) durchzuführen. Ein Verfahren zum Testen einer Speicherbatterie (12) in einem Kraftfahrzeug (300) beinhaltet Verbinden einer steuerbaren elektrischen Last (70) mit der Speicherbatterie (12), Verbinden eines Stromsensors (304) mit einer Verbindung an einem Anschluss (22) der Batterie (12), Anlegen einer elektrischen Last (RL) an die Batterie (12) unter Verwendung der steuerbaren elektrischen Last (70), Anpassen der elektrischen Last (RL) während Überwachens eines Ausgangs von dem Stromsensor (304), um einen an die Batterie (12) durch einen Generator des Fahrzeugs (304) angelegten Ladestrom zu bestimmen, und Durchführen eines Tests an der Batterie (12).A device (10) for testing a storage battery (12) in a motor vehicle (300) includes a controllable electrical load (70) which is designed to electrically couple to the storage battery (12) of the vehicle (300). A current sensor is configured (304) to electrically couple to a terminal (22) of the battery (12) and to measure current flow through the battery (12). A controller (56) is arranged to apply an electrical load (RL) to the battery (12) using the controllable load (70) and to adjust the electrical load (RL) while the electrical current sensed by the current sensor (70). is monitored to determine a charging current applied to the battery (12) by a generator of the vehicle (300), and is further configured to carry out a test on the battery (12). A method for testing a storage battery (12) in a motor vehicle (300) includes connecting a controllable electrical load (70) to the storage battery (12), connecting a current sensor (304) to a connection at a terminal (22) of the battery (12 ), applying an electrical load (RL) to the battery (12) using the controllable electrical load (70), adjusting the electrical load (RL) while monitoring an output from the current sensor (304) to generate a current applied to the battery (12 ) determining charging current applied by an alternator of the vehicle (304), and performing a test on the battery (12).
Description
Hintergrundbackground
Die vorliegende Erfindung betrifft Speicherbatterien. Genauer gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf elektronische Batterietester, die zum Testen von Speicherbatterien verwendet werden.The present invention relates to storage batteries. More specifically, the present invention relates to electronic battery testers used to test storage batteries.
Speicherbatterien, wie z.B. Blei-Säure-Speicherbatterien, werden in einer Mehrzahl von Anwendungen, wie z.B. in Kraftfahrzeugen und Notstromquellen, eingesetzt. Typische Speicherbatterien bestehen aus einer Mehrzahl von einzelnen Speicherzellen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Jede Zelle kann ein Spannungspotential von z.B. 2,1 Volt haben. Durch die Reihenschaltung der Zellen werden die Spannungen der einzelnen Zellen kumulativ addiert. In einer typischen Kfz-Speicherbatterie werden zum Beispiel sechs Speicherzellen verwendet, um eine Gesamtspannung von etwa 12,6 Volt zu erreichen. Die einzelnen Zellen befinden sich in einem Gehäuse, und die gesamte Baugruppe wird gemeinhin als „Batterie“ bezeichnet.Storage batteries, such as lead-acid storage batteries, are used in a variety of applications such as in automobiles and emergency power sources. Typical storage batteries consist of a plurality of individual storage cells that are electrically connected in series. Each cell may have a voltage potential of, for example, 2.1 volts. By connecting the cells in series, the voltages of the individual cells are cumulatively added. For example, in a typical automotive storage battery, six storage cells are used to achieve a total voltage of approximately 12.6 volts. The individual cells are housed in a housing and the entire assembly is commonly referred to as a "battery".
Häufig ist es wünschenswert, den Zustand einer Speicherbatterie festzustellen. Im Laufe der langen Geschichte der Speicherbatterien wurden verschiedene Prüfverfahren entwickelt. Eine Technik umfasst beispielsweise die Verwendung eines Hygrometers, mit dem das spezifische Gewicht des Säuregemischs in der Batterie gemessen wird. Elektrische Tests wurden ebenfalls eingesetzt, um weniger invasive Batterietestverfahren zu entwickeln. Ein sehr einfacher elektrischer Test besteht darin, einfach die Spannung an der Batterie zu messen. Liegt die Spannung unter einem bestimmten Schwellenwert, gilt die Batterie als defekt. Eine andere Technik zur Prüfung einer Batterie ist der so genannte Belastungstest. Bei einem Belastungstest wird die Batterie mit einer bekannten Last entladen. Während die Batterie entladen wird, wird die Spannung an der Batterie überwacht und zum Bestimmen des Batteriezustands verwendet. In jüngerer Zeit haben Dr. Keith S. Champlin und Midtronics, Inc. aus Willowbrook, Illinois, Pionierarbeit bei der Prüfung einer Speicherbatterie geleistet, indem sie einen dynamischen Parameter der Batterie, wie z.B. den dynamischen Leitwert der Batterie, gemessen haben.It is often desirable to determine the condition of a storage battery. Various test methods have been developed over the long history of storage batteries. For example, one technique involves using a hygrometer to measure the specific gravity of the mixed acid in the battery. Electrical testing has also been used to develop less invasive battery testing methods. A very simple electrical test is to simply measure the voltage across the battery. If the voltage is below a certain threshold, the battery is considered defective. Another technique used to test a battery is what is known as a stress test. A load test discharges the battery with a known load. As the battery is discharged, the voltage across the battery is monitored and used to determine battery health. More recently, dr. Keith S. Champlin and Midtronics, Inc. of Willowbrook, Illinois, pioneered testing of a storage battery by measuring a dynamic parameter of the battery, such as the battery's dynamic conductance.
ZusammenfassungSummary
Eine Vorrichtung zum Testen einer Speicherbatterie in einem Kraftfahrzeug umfasst eine steuerbare elektrische Last, die so ausgebildet ist, dass sie mit der Speicherbatterie des Fahrzeugs elektrisch gekoppelt ist. Ein Stromsensor ist so ausgebildet, dass er elektrisch mit einem Pol der Batterie verbunden ist und den Stromfluss durch die Batterie misst. Ein Steuergerät ist so angeordnet, dass es die Batterie mit Hilfe der steuerbaren Last elektrisch belastet und die elektrische Last einstellt, während es den von dem Stromsensor erfassten elektrischen Strom überwacht, um einen Ladestrom zu bestimmen, der der Batterie von einem Generator des Fahrzeugs zugeführt wird, und ferner so angeordnet ist, dass es einen Test an der Batterie durchführt. Ein Verfahren zum Testen einer Speicherbatterie in einem Kraftfahrzeug beinhaltet das Anschließen einer steuerbaren elektrischen Last an die Speicherbatterie, das Anschließen eines Stromsensors an eine Verbindung mit einer Klemme der Batterie, das Anlegen einer elektrischen Last an die Batterie unter Verwendung der steuerbaren elektrischen Last, das Einstellen der elektrischen Last, während ein Ausgangssignal des Stromsensors überwacht wird, um einen Ladestrom zu bestimmen, der von einem Generator des Fahrzeugs an die Batterie angelegt wird, und das Durchführen eines Tests an der Batterie.An apparatus for testing a storage battery in a motor vehicle includes a controllable electrical load configured to be electrically coupled to the vehicle's storage battery. A current sensor is designed to be electrically connected to one terminal of the battery and to measure the current flow through the battery. A controller is arranged to electrically load the battery using the controllable load and to adjust the electrical load while monitoring the electrical current sensed by the current sensor to determine a charging current supplied to the battery from an alternator of the vehicle , and further arranged to perform a test on the battery. A method of testing a storage battery in a motor vehicle includes connecting a controllable electrical load to the storage battery, connecting a current sensor to a connection to a terminal of the battery, applying an electrical load to the battery using the controllable electrical load, adjusting the electrical load while monitoring an output signal of the current sensor to determine a charging current applied to the battery from an alternator of the vehicle, and performing a test on the battery.
Es wird eine elektrische Lastanordnung zur Verwendung durch einen elektronischen Batterietester bereitgestellt, der zur Durchführung eines elektronischen Batterietests an einer Speicherbatterie verwendet wird. Die elektrische Baugruppe umfasst einen Lastdraht, der einen elektrischen Lastwiderstand liefert, und ein Gehäuse, das den Lastdraht zumindest teilweise umschließt. In dem Gehäuse ist in der Nähe des Lastdrahtes ein Luftstromdurchgang bereitgestellt. Elektrische Verbindungen, die mit dem Lastdraht verbunden sind, sind so ausgebildet, dass sie mit dem elektronischen Batterietester verbunden sein können.An electrical load assembly is provided for use by an electronic battery tester used to perform an electronic battery test on a storage battery. The electrical assembly includes a load wire that provides an electrical load resistance and a housing that at least partially encloses the load wire. An airflow passage is provided in the housing near the load wire. Electrical connections connected to the load wire are configured to be connected to the electronic battery tester.
Ein elektronischer Batterietester zum Testen einer Speicherbatterie beinhaltet erste und zweite Kelvin-Verbindungen, die so ausgebildet sind, dass sie mit der Batterie verbunden werden können. Eine Zwangsfunktion legt ein zeitlich veränderliches Signal über die ersten und zweiten Kelvin-Verbindungen an die Batterie an. Darüber hinaus ist die elektrische Baugruppe so ausgebildet, dass sie über die ersten und zweiten Pole der Batterie geschaltet wird und einen relativ hohen Strom zieht. Die Speicherbatterie wird in Abhängigkeit von einem dynamischen Parameter, der über die ersten und zweiten Kelvin-Verbindungen gemessen wird, und in Abhängigkeit von der Reaktion der Speicherbatterie auf den relativ großen Strom, der durch die ohmsche Last fließt, geprüft.An electronic battery tester for testing a storage battery includes first and second Kelvin connections configured to connect to the battery. A forcing function applies a time varying signal to the battery across the first and second Kelvin connections. In addition, the electrical assembly is configured to be switched across the first and second poles of the battery and draw a relatively high current. The storage battery is tested as a function of a dynamic parameter measured across the first and second Kelvin connections and as a function of the storage battery's response to the relatively large current flowing through the resistive load.
Diese Zusammenfassung dient dazu, eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, die weiter unten in der detaillierten Beschreibung beschrieben sind. Diese Zusammenfassung ist nicht dazu gedacht, Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch soll sie als Hilfe bei der Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands dienen. Der beanspruchte Gegenstand ist nicht auf Ausführungsformen beschränkt, die einige oder alle in der Hintergrundbeschreibung genannten Nachteile beseitigen.This summary is provided to introduce a selection of concepts in a simplified form that are further described in the detailed description below. This summary is not intended to identify key features or essential features of the claimed subject matter, nor is it intended to provide any assistance used to determine the scope of the claimed subject matter. The claimed subject matter is not limited to embodiments that solve any or all disadvantages noted in the background description.
Figurenlistecharacter list
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1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das einen elektronischen Batterietester gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.1 12 is a simplified block diagram showing an electronic battery tester according to an embodiment of the present invention. -
2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das Schritte in Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung zeigt.2 Figure 12 is a simplified block diagram showing steps in accordance with one aspect of the invention. -
3A ,3B ,3C und3D sind Ansichten in Perspektive, im Grundriss, von der Seite und von oben als Explosionsdarstellung einer elektrischen Lastanordnung zur Verwendung mit, beispielsweise, dem oben erörterten elektronischen Batterietester.3A ,3B ,3C and3D -
4 ist eine perspektivische Ansicht eines elektronischen Batterietesters einschließlich einer einstellbaren Last in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Konfiguration.4 14 is a perspective view of an electronic battery tester including an adjustable load in accordance with an example configuration. -
5 veranschaulicht eine beispielhafte Benutzerschnittstelle zur Verwendung mit dem elektronischen Batterietester.5 illustrates an example user interface for use with the electronic battery tester. -
6 ist eine Querschnittsansicht des elektronischen Batterietesters einschließlich einer einstellbaren Last.6 12 is a cross-sectional view of the electronic battery tester including an adjustable load.
Detaillierte Beschreibung illustrativer AusführungsformenDetailed Description of Illustrative Embodiments
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Elemente, die unter Verwendung derselben oder ähnlicher Bezugszeichen gekennzeichnet sind, beziehen sich auf dieselben oder ähnliche Elemente. Einige Elemente sind nicht in allen Figuren dargestellt, um die Darstellungen zu vereinfachen.Embodiments of the present disclosure are described in more detail below with reference to the accompanying drawings. Elements identified using the same or similar reference numbers refer to the same or similar elements. Some elements are not shown in all figures to simplify the illustrations.
Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können in vielen verschiedenen Formen verkörpert sein, und sollten nicht als auf die hierin dargelegten spezifischen Ausführungsformen beschränkt verstanden werden. Vielmehr sind diese Ausführungsformen bereitgestellt, so dass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist, und dem Fachmann den Umfang der vorliegenden Offenbarung vollständig vermittelt.The various embodiments of the present disclosure may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the specific embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the present disclosure to those skilled in the art.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine elektrische Lastanordnung zur Verwendung mit einem elektronischen Batterietester, der zum Testen einer Speicherbatterie verwendet wird. Die elektrische Lastanordnung beinhaltet einen Lastdraht, der einen elektrischen Lastwiderstand in einem Gehäuse bereitstellt, das den Lastdraht zumindest teilweise umschließt. Ein Luftstromdurchlass ist in dem Gehäuse angrenzend an den Lastdraht bereitgestellt, so dass Luft entlang dem Lastdraht geleitet werden kann. Elektrische Verbindungen sind zum Verbinden des Lastdrahts mit dem elektronischen Batterietester bereitgestellt. Unter verschiedenen Aspekten ist auch ein elektronischer Batterietester bereitgestellt, der einen dynamischen Parameter einer Batterie misst, wie der, welcher in US-Patent Nr.
Im Betrieb wird Zwangsfunktion 50 durch Mikroprozessor 56 gesteuert und stellt einen Strom in der durch den Pfeil in der Figur gezeigten Richtung bereit. In einer Ausführungsform ist dies eine Rechteckwelle oder ein Puls. Typischerweise ist Quelle 50 eine kleine Last, die an die Batterie 12 angelegt ist. Differenzverstärker 52 ist mit Verbindungen 22 und 24 von Batterie 12 verbunden und stellt einen Ausgang bereit, der auf die Spannungsdifferenz zwischen diesen Verbindungen bezogen ist. Verstärker 52 hat eine hohe Eingangsimpedanz. Es ist zu beachten, dass Schaltkreis 16 mit Batterie 12 über eine Vier-Punkt-Verbindungstechnik verbunden ist, die als eine Kelvin-Verbindung bekannt ist. Da durch Verstärker 52, der eine hohe Eingangsimpedanz hat, ein sehr geringer Strom fließt, ist der Spannungsabfall durch seine Verbindungen an Batterie 12 unbedeutend. Der Ausgang von Differenzverstärker 52 wird in digitales Format umgewandelt und Mikroprozessor 56 bereitgestellt. Mikroprozessor 56 arbeitet bei einer Frequenz, die durch Systemtakt 58 gemäß im Speicher 60 gespeicherten Programmanweisungen bestimmt ist.In operation, forcing
Mikroprozessor 56 bestimmt den dynamischen Leitwert von Batterie 12 durch Anlegen eines Strompulses mit Zwangsfunktion 50. Zwangsfunktion 50 umfasst eine kleine Last oder eine aktive Quelle. Der Mikroprozessor bestimmt die Änderung hinsichtlich Batteriespannung aufgrund des Stromimpulses unter Verwendung von Verstärker 52 und Analog-Digital-Wandler 54. Die von Zwangsfunktion 50 erzeugte Menge an Strom I ist bekannt oder kann gemessen und in Speicher 60 gespeichert werden. Mikroprozessor 56 berechnet den Leitwert der Batterie 12 wie folgt:
Der spezielle Test, der unter Verwendung der Hinzufügung des Lastwiderstands 70 durchgeführt wird, kann ein beliebiger Batterietest sein, der ein Ergebnis bereitstellt, das eine Funktion einer Messung eines dynamischen Parameters und/oder der angelegten Last 70 ist. In einem Beispiel ist das Batterietestergebnis eine Funktion des gemessenen dynamischen Parameters, wobei die Widerstandslast RL mit der Batterie 12 verbunden ist. Dies kann mit einer dynamischen Parametermessung kombiniert sein, bei der die Widerstandslast von der Batterie 12 getrennt ist. Andere beispielhafte Lastmessungen, die mit der dynamischen Parametermessung kombiniert sein können, beinhalten Überwachen der Batteriespannung über eine einstellbare Zeitperiode, während die Last 70 angelegt ist. Dies kann mit Überwachen der Spannung während einer Erholungsphase kombiniert sein, nachdem die Last 70 entfernt ist. In einer Ausführungsform ist Last RL eine variable Last 70, die z.B. durch Mikroprozessor 56 während des Prüfverfahrens gesteuert werden kann. Die Reaktion der Batterie 12 auf das Anlegen der variablen Last 70 und Ändern der variablen Last 70 kann ebenso überwacht werden wie ihre Reaktion, sobald die Last 70 entfernt ist. In einem konkreten Beispiel kann der in Übereinstimmung mit Gleichung 2 bestimmte relative Leitwert als ein Multiplikator gegen die Nennspannung der Batterie, z.B. 12,7 Volt, verwendet und wiederum mit einer Konstante multipliziert werden. Dieser Wert kann dann mit der Spannung der Batterie 12 verglichen werden, die zu einem bestimmten Zeitpunkt während Anlegens des Lastwiderstands oder nach dessen Entfernung gemessen wurde. Die verschiedenen Messungen können auch mit dem Allgemeinzustand und/oder der Betterielebenserwartung korreliert sein, die dann als Ausgabe bereitgestellt werden können.The particular test performed using the addition of the
Die Spannung, wenn die Last 70 angelegt ist, kann auch mit einem Spannungsbereich verglichen werden, der anzeigen kann, dass die Batterie 12 eine schlechte Zelle hat. Dies kann dann als eine Ausgabe bereitgestellt werden oder es kann eine Warnung unter Verwendung von Ausgang 62 angezeigt werden. In einem spezifischeren Beispiel kann eine defekte Zelle detektiert werden, wenn eine mit der angelegten Last 70 zu einem ersten Zeitpunkt gemessene Spannung und eine zu einem zweiten Zeitpunkt gemessene Spannung innerhalb eines Bereichs sind, wie z.B. 8,0 Volt bis 8,8 Volt (zwei defekte Zellen), oder 10,1 Volt bis 10,9 Volt (eine defekte Zelle), Mikroprozessor 56 kann bestimmen, dass eine defekte Zelle in Batterie 12 existiert, und kann eine entsprechende Ausgabe bereitstellen. Darüber hinaus kann Mikroprozessor 56 bestimmen, falls eine Batterie einen offenen Stromkreis hat, durch Verwenden des gemessenen dynamischen Parameters in Verbindung mit der Änderung hinsichtlich Spannung an Batterie 12 mit und ohne angelegter Widerstandslast RL. Der Widerstand RL kann auch verwendet werden, um eine Oberflächenladung (eine positive Spannungspolarisierung) auf der Batterie 12 zu entfernen. Sobald die Oberflächenladung entfernt ist, kann der Mikroprozessor 56 die dynamische Parametermessung durch Bestimmen von Batteriezustand auf der Grundlage der gemessenen Spannung nach Entfernen von Oberflächenladung kompensieren.The voltage when the
Die Korrelation zwischen dem dynamischen Parameter und durchgeführter Messungen, die eine Funktion des Lastwiderstands RL zum Zustand der Batterie 12 sind, durchgeführt werden, kann durch wiederholte Labortests ermittelt werden, um Trends oder Gleichungen zu entwickeln, die die Beziehung beschreiben. Jede geeignete Technik kann verwendet werden, einschließlich Modelle, die die Batterie modellieren, die Verwendung mehrerer Messungen zur Entwicklung eines Modells, neuronale Netze usw. Obwohl der Lastwiderstand RL in
In einem Aspekt stellt die Schaltung 10 einen Generatortester zum Testen eines Generators eines Fahrzeugs bereit. In einer solchen Ausführungsform wird der Lastwiderstand RL verwendet, um eine zusätzliche Last auf das elektrische System des Fahrzeugs aufnzuwenden. Die Reaktion des Generators und Reglers des Kraftfahrzeugs kann beobachtet werden, und der Mikroprozessor 56 kann einen Ausgabe bereitstellen, die den Zustand des Generators und/oder des Reglers anzeigt. Wenn der Lastwiderstand RL ein variabler Widerstand ist, kann die Spannung an der Batterie 12 oder einem anderen Punkt im elektrischen System beobachtet werden, wenn verschiedene Widerstandslasten auf dem System platziert werden.In one aspect,
Der in der vorliegenden Erfindung verwendete dynamische Parameter kann in Übereinstimmung mit jeder geeigneten Technik ermittelt werden.The dynamic parameter used in the present invention can be determined in accordance with any suitable technique.
In verschiedenen Aspekten wird der dynamische Parameter vor, während oder nach dem Anlegen des Lastwiderstands 70 an Verbindungen der Batterie 12 gemessen. Weiterhin kann der gemessene dynamische Parameter mit dynamischen Parametern verglichen werden, die zu anderen Zeitpunkten gemessen wurden, z.B. können dynamische Parameter, die vor, während oder nach dem Anlegen des Lastwiderstands erhalten wurden, miteinander verglichen werden. Es können Spannungsmessungen erhalten werden, wobei eine Steigung der Spannungsmessung berechnet und im Batterietest verwendet werden kann. In einem Beispiel ist der Batterietest eine Funktion einer Steigung der gemessenen Spannung, während der Lastwiderstand an der Batterie angelegt ist. Die Änderung hinsichtlich Spannungsanstieg kann für den Batterietest verwendet werden. Der Spannungsanstieg kann nach Trennen des Lastwiderstands von der Batterie gemessen werden. Der Batterietest kann eine Funktion einer Differenz hinsichtlich gemessener Spannung sein, während der Lastwiderstand 70 an der Batterie angelegt ist, und eine Spannung, die nach Trennen der Last gemessen ist. In einem Aspekt kann die Ausgabe des Batterietests einen Hinweis darauf bereitstellen, dass die Batterie sulfatiert worden ist. Der Spannungsanstieg, der vor, während oder nach dem Trennen des Lastwiderstands gemessen wird, kann für den Batterietest verwendet werden. Der Spannungsanstieg, insbesondere der Spannungsanstieg nach Trennen der Last von der Batterie, kann als Hinweis auf einen offenen Stromkreis verwendet werden. In einer Ausführungsform befindet sich der in
Die elektrische Last 70, die von der Lastanordnung 200 bereitgestellt ist, kann in einer Reihe von Konfigurationen verwendet werden. Es kann eine Leitwert-Profilierungstechnik verwendet werden, bei der eine Last (z.B. 10 bis 20 Ampere) gezogen wird, während das Verhalten beobachtet und die Messung mit einer dynamischen Leitwertmessung kombiniert wird. Die Lastanordnung 200 kann innerhalb oder außerhalb des Batterietesters 10 positioniert sein, zum Beispiel in der Nähe eines elektrischen Anschlusses an den Tester 10. Während Betriebs erzeugt die Lastanordnung 200 eine beträchtliche Wärmemenge. Der Luftdurchlass 200, einschließlich des optionalen Lüfters 240, kann jedoch zur Ableitung dieser Wärme verwendet werden. Das Gebläse 240 kann ein beliebiges geeignetes Gebläse sein, einschließlich eines Kasten- oder Muffengebläses. Der Lastdraht 208 kann aus jedem geeigneten Verdrahtungsmaterial, wie z.B. einem Nickel-Chrom-Draht, gebildet sein, wobei der Tunnel 206 und das Gehäuse 202, 204 hitzebeständig sein sollten. Das Gehäuse 202, 204 kann aus einem Hochtemperatur-Kunststoff wie Ryton, Metall oder ABS-Kunststoff mit einer Isolierschicht aus Glimmerpapier gebildet sein.The
Die verschiedenen Komponenten, wie die elektrischen Verbindungen, Thermistoren und Verbindungen zum Lastdraht, können teilweise oder vollständig auf einer oder mehreren Leiterplatten 250 hergestellt sein. Diese Leiterplatten können Schraubanschlüsse für die Montage der Thermistoren beinhalten, und können verwendet werden, um die verschiedenen Komponenten in dem Gehäuse zu unterstützen.The various components, such as the electrical connections, thermistors, and connections to the load wire, may be partially or fully fabricated on one or more printed
Die Temperatursensoren 214, 216 können verwendet werden, um Temperatur der Vorrichtung 200 zu messen. Die Temperatursensoren 214, 216 können zur Diagnose verwendet werden, zum Beispiel um festzustellen, ob eine bestimmte Stelle zu heiß wird, oder sich nicht ausreichend erwärmt. Darüber hinaus kann eine Temperaturdifferenz zwischen zwei Stellen auch für Diagnosezwecke verwendet werden, z.B. zum Bestimmen des Luftstroms oder zur Bereitstellung von Feedback für Lüftersteuerung. Dies kann auch verwendet werden, um festzustellen, ob der Durchgang 206 verstopft ist oder ob der Lüfter 240 ausgefallen ist. Obwohl nur ein Gebläse 240 und ein Durchgang 206 dargestellt sind, können auch mehrere Gebläse 240 und/oder mehrere Luftdurchgänge 206 implementiert sein. Zwischen dem Lastdraht 208 und dem Gehäuse 202 können Wärmeisolatoren 260 bereitgestellt sein. Diese können z.B. aus Glimmerpapier bestehen.
In noch einer weiteren Konfiguration kann der Batterietester 10 ausgebildet sein, um mit relativ hoher Genauigkeit zu arbeiten, wobei der Bediener nur minimale Entscheidungen treffen muss, selbst wenn es an ein Fahrzeug angeschlossen ist und der Motor läuft. In vielen Fällen bringt zum Beispiel ein Autobesitzer sein Fahrzeug in eine Werkstatt und gibt an, dass er Schwierigkeiten beim Starten des Fahrzeugs hat. Es kann sein, dass der Besitzer sein Fahrzeug nur ungern abstellt, weil eine Starthilfe erforderlich war, oder dass der Besitzer große Schwierigkeiten hatte, den Motor zu starten. Tankstellen oder Autoteileläden verfügen unter Umständen nur über begrenztes Personal und einen Mitarbeiter, der nur wenige Minuten Zeit für die Diagnose eines Fahrzeugs hat. In einer solchen Situation kann es sein, dass der Bediener nicht genügend Zeit oder Wissen hat, um Batteriewert oder andere Informationen einzugeben.In yet another configuration, the
Der Batterietester aus
In einer solchen Konfiguration und unter Bezugnahme auf
Um die Batterie 12 zu testen, ist es wünschenswert, den Strom zu bestimmen, der aufgrund der Batterie in den Batterietester 10 fließt, und jeglichen Strom zu eliminieren, der aufgrund des elektrischen Systems 302 des Fahrzeugs, einschließlich des Generators des Fahrzeugs, in die (oder aus der) Batterie 12 fließt. Bei Leerlaufdrehzahl kann ein typischer Fahrzeuggenerator beispielsweise einen Ladestrom in der Größenordnung von 50 Ampere liefern. Durch Erhöhen des Werts von RL der Last 70 kann, bis sich der vom Stromsensor 304 erfasste Strom nicht mehr ändert, festgestellt werden, dass die maximale Strommenge, die der Generator liefern kann, erreicht wurde. An diesem Punkt kann eine zusätzliche zustandsabhängige oder zeitlich veränderliche Last (Zwangsfunktion) an die Batterie 12 angelegt werden, um den Leitwert wie hier beschrieben zu bestimmen oder andere Tests durchzuführen. Dies kann mit der Zwangsfunktion 50 oder der Last 70 geschehen.In order to test the
Bei starker Belastung ist es auch möglich, festzustellen, ob die Batterie 12 einen Kurzschluss aufweist. Bei einer Batterie mit einem Kurzschluss fällt die Batteriespannung unter Last deutlich ab.Under heavy loads, it is also possible to determine whether the
Unter Verwendung der einstellbaren Last, die durch die Last 70 bereitgestellt ist, ist es auch möglich, Batterien zu charakterisieren, um den Ladezustand der Batterie sowie die Reservekapazität abzuleiten oder vorherzusagen. Beispielsweise kann die Spannung und/oder der Strom überwacht werden, wenn die angelegte Last erhöht oder verringert wird, und mit einem ungefähren Wert des Ladezustands der Batterie oder der Reservekapazität korreliert werden. Diese Korrelation kann auch die Messung eines dynamischen Parameters unter Verwendung einer angewandten Zwangsfunktion 50 und/oder der Zeit während der Einstellung der Widerstandslast 70 beinhalten.Using the adjustable load provided by
Die Last 70 kann verwendet werden, um die Batterie zumindest teilweise zu entladen. Wenn die Last entfernt ist, kann der von dem Generator gelieferte Ladestrom mit dem Sensor 304 gemessen und die Ladeakzeptanzrate der Batterie 12 überwacht werden. Die Ladeakzeptanzrate der Batterie 12 kann als Hinweis auf den Zustand der Batterie 12 verwendet werden.The
Durch Überwachung des in die Batterie 12 fließenden Stroms mit dem Sensor 304 kann außerdem festgestellt werden, ob der Generator mit voller Kapazität arbeitet.Also, by monitoring the current flowing into the
Da der Mikroprozessor 56 für seinen Betrieb Strom benötigt, ist es möglich, dass der Mikroprozessor 56 sich abschaltet und neu startet, wenn die von der Batterie 12 gelieferte Spannung beim Anlegen der Last 70 erheblich abfällt. Um ein solches Ereignis zu vermeiden, kann ein großer Kondensator in den Stromversorgungsschaltkreis 309 beinhaltet sein, der es dem Mikroprozessor 56 ermöglicht, den vorübergehenden Spannungsabfall zu „überbrücken“, während die Last 70 entfernt wird.Because the
Um die Einfachheit einer Bedienung zu erhöhen, kann der Ausgang 62 aus einer Reihe von Lichtern bestehen, die den Fortschritt des Testens anzeigen. Während einer anfänglichen Verbindung kann ein erste Licht aufleuchten und eingeschaltet bleiben. Während das Gerät die Last 70 erhöht, um den von dem Generator bereitgestellten Strom zu addressieren, kann ein zweites Licht aufleuchten, oder das erste Licht beginnt zu blinken und leuchtet, wenn dieser Schritt abgeschlossen ist. Ein zusätzlicher Code oder zusätzliche Leuchten können verwendet werden, um zusätzliche Informationen zu liefern. Am Ende des Tests kann eine rote oder grüne Leuchte anzeigen, ob der Test bestanden wurde oder nicht. Es können zusätzliche Informationen über den Zustand des Generators oder andere Testinformationen bereitgestellt werden. Falls gewünscht, können die vom Mikroprozessor ausgegebenen Daten über I/O 67 drahtlos an ein Kassensystem oder ein anderes Datenerfassungsgerät übermittelt werden. Dies kann auch verwendet werden, um dem Tester spezifische Informationen über das Fahrzeug oder die Batterie zur Verfügung zu stellen, die, falls verfügbar, heruntergeladen werden können.In order to increase the ease of operation, the
Um ein einfaches Verfahren zum Bereitstellen zusätzlicher Informationen über die Batterie 12 bereitzustellen, kann der Eingang 66 verwendet werden. Beispielsweise könnte der Eingang 66 einfach ein Schalter mit drei Positionen sein, den ein Bediener einstellt, um anzuzeigen, ob das Fahrzeug einen Motor mit 4, 6 oder 8 Zylindern hat. Solche Informationen können allgemein mit der geeigneten Größe der Batterie 12 in Verbindung gebracht werden, da sie sich auf die Motorgröße beziehen.To provide a simple method of providing additional information about the
Die hierin beschriebene Einrichtung kann den Zustand einer Batterie unter Verwendung von Lasttests und/oder optionalen leitwertbasierten Tests in einer sehr kurzen Zeitdauer bestimmen, und ohne dem Erfordernis, dass die Batterie 12 vom Fahrzeug abgeklemmt werden muss. Die Einrichtung kann von der Batterie 12 selbst mit Strom versorgt werden und benötigt keine externe Energiequelle. Der Speicher 60 kann einen nichtflüchtigen Speicher beinhalten, so dass die Einrichtung 10 nicht irgendwelche internen Batterien benötigt. Außerdem besteht kein Erfordernis, dass das Fahrzeug zum Testen abgestellt werden muss. Dies ist besonders vorteilhaft in Situationen, in denen ein Bediener befürchten muss, dass die Batterie nicht genügend Reservekapazität hat, um das Fahrzeug zu starten. Unter Verwendung von Eingang 66 und Ausgang 62 kann eine sehr einfache Benutzerschnittstelle bereitgestellt sein, so dass keine Schulung erforderlich ist. Der Ausgang 62 kann jede Art von Benutzerausgang sein, einschließlich einer Anzeige, Audioausgang, einer Reihe visueller Komponenten usw. Die Verbinder 18 können ausgebildet sein, so dass sie entweder mit dem Plus- oder Minuspol der Batterie 12 verbunden werden können. Der Eingang 66 und der Datenein- bzw. -ausgang 67 können eine drahtlose Komponente wie Bluetooth, WiFi usw. beinhalten, die das Hoch- oder Herunterladen von Daten nach Wunsch ermöglicht.The apparatus described herein can determine the condition of a battery using load tests and/or optional conductance-based tests in a very short amount of time, and without requiring the
In einigen Situationen ist eine hochgenaue Prüfung nicht erforderlich. In solchen Situationen ist ein Techniker nicht erforderlich, dass ein Techniker irgendwelche spezifischen Informationen hinsichtlich der im Test befindlichen bestimmten Batterie 12 eingibt. Stattdessen arbeitet die Einrichtung unter Verwendung von allgemein akzeptablen Parametern für Fahrzeuge. In einer Konfiguration kann die Last 70 von ausreichender Größe sein, so dass der gesamte von einem Generator des Fahrzeugs erzeugte Strom, der zum Laden der Batterie verwendet wird, von der Batterie weg und durch die Last 70 geleitet wird. In einer solchen Konfiguration kann die Last 70 dann weiter erhöht oder verringert werden, so dass die Batterie 12 selbst entladen oder geladen wird. Während dieser Entladung können zusätzliche Messungen von Strom, Spannung und dynamischen Parametern erhalten werden, um die Batterie 12 zu testen.In some situations, high accuracy testing is not required. In such situations, a technician is not required to enter any specific information regarding the
Um einen konventionellen Leitwerttest an einer Autobatterie durchzuführen, wird die Batterie typischerweise isoliert getestet, ohne irgendwelche signifikanten externen parallelen Pfade, die den beobachteten Widerstand der zu prüfenden Batterie effektiv verringern oder ändern würden. Dies ist ein Problem, das sich hinter dem „Systemrauschen“ verbirgt, das genaues Testen in bestimmten Szenarien erschwert. Ein Generator, der parallel zu einem laufenden Motor betrieben wird, stellt eine annähernd ideale Spannungsquelle dar. Die definierende Eigenschaft einer idealen Spannungsquelle besteht darin, dass sie, unabhängig vom entnommenen Strom, die gleiche Spannung bereitstellt. Dies führt effektiv zu einer Impedanz von Null an der Batterie, oder zu einem „unendlichen“ Leitwert, der eine herkömmliche Leitwertmessung unmöglich macht. Im Gegensatz dazu stellt eine „ideale Stromquelle“ unabhängig von der eingeprägten Spannung einen konstanten Strom bereit. Diese stellt eine unendliche Impedanz dar, und wird, bei Parallelschaltung, effektiv aus dem zu prüfenden Stromkreis entfernt. Wenn der laufende Generator von einer idealen Spannungsquelle in eine ideale Stromquelle umgewandelt werden könnte, könnte sie praktisch von der Batterie getrennt werden.To perform a conventional conductance test on an automotive battery, the battery is typically tested in isolation, without any significant external parallel paths that would effectively decrease or change the observed resistance of the battery under test. This is an issue hidden behind "system noise" that makes accurate testing in certain scenarios difficult. A generator that is operated in parallel with a running engine represents an approximately ideal voltage source. The defining characteristic of an ideal voltage source is that it provides the same voltage, regardless of the current drawn. This effectively results in zero impedance at the battery, or "infinite" conductance, making conventional conductance measurement impossible. In contrast, an "ideal current source" provides a constant current regardless of the applied voltage. This represents an infinite impedance and, when connected in parallel, is effectively removed from the circuit under test. If the running generator could be converted from an ideal voltage source to an ideal current source, it could be practically disconnected from the battery.
Jeder Generator in einem Kraftfahrzeug hat einen maximalen Betriebsstrom. Dieser Strom wird erreicht, wenn der Generator über einer bestimmten Mindestdrehzahl rotiert, wobei der Generator voll ausgelastet ist (Bedarf ist auf 100 % eingestellt). Typische Höchstwerte für Kfz-Generatoren liegen bei 60 - 140 Ampere. Wenn der Motor im Leerlauf ist, bleibt die maximale Leistung des Generators gleich (je nach Generatortyp) oder ist wesentlich geringer, typischerweise im Bereich von 40 - 60 Ampere.Every alternator in a motor vehicle has a maximum operating current. This current is reached when the generator is rotating above a certain minimum speed, with the generator fully loaded (demand is set to 100%). Typical maximum values for car generators are 60 - 140 amps. When the engine is idling, the maximum output of the generator remains the same (depending on the generator type) or is substantial lower, typically in the 40-60 amp range.
Das Kirchhoff'sche Stromgesetz besagt, dass die algebraische Summe eines durch eine Verbindungsstelle fließenden Stroms gleich Null ist. Wenn also ein Strom bereitgestellt werden kann, der gleich groß und entgegengesetzt zu dem von dem Generator gelieferten ist, befindet sich die Batterie gewissermaßen in einem offenen Stromkreis.Kirchhoff's current law states that the algebraic sum of a current flowing through a junction is zero. So if a current can be provided that is equal and opposite to that provided by the alternator, the battery is effectively in an open circuit.
Unter Verwendung einer Beispielkonfiguration mit den folgenden Parametern:
- • Generator-Ausgang - 91,3 Ampere
- • Zweiter Lastbox-Impulsstrom = 84 Ampere
- • Delta-Batteriespannung = 0,48 VDC
- • Leitwert = 84/0,48 = 175 mho
- • CCA(100) = (100/12)*500/160 = 26 CCA
- ◯ (Geschätzter Überstrom nach Null)
- • CCA = (175*500/160) - 26 = 521 CCA
- ◯ 15% hoch
- • Generator output - 91.3 amps
- • Second load box impulse current = 84 amps
- • Delta battery voltage = 0.48 VDC
- • Conductance = 84/0.48 = 175 mho
- • CCA(100) = (100/12)*500/160 = 26 CCA
- ◯ (Estimated post-zero overcurrent)
- • CCA = (175*500/160) - 26 = 521CCA
- ◯ 15% high
In einem weiteren Beispiel-Test:
- • Generator-Ausgang - 14,2 Ampere
- • Zweiter Lastbox-Impulsstrom = 83 Ampere
- • Delta-Batteriespannung = 0,40 VDC
- • Leitwert = 83/0,40 = 208 mhos
- • CCA(100) = (100/12)*500/160 = 26 CCA
- • (Geschätzter Überstrom nach Null) CCA = (208*500/160) - 26 = 624 CCA
- • 11% hoch
- • Generator output - 14.2 amps
- • Second load box impulse current = 83 amps
- • Delta battery voltage = 0.40 VDC
- • Conductance = 83/0.40 = 208 mhos
- • CCA(100) = (100/12)*500/160 = 26 CCA
- • (Estimated post-zero overcurrent) CCA = (208*500/160) - 26 = 624 CCA
- • 11% high
In einem spezifischen Beispiel kann die Erfindung zum Bestimmen des ungefähren Kaltstartstroms der Batterie 12 unter Verwendung der folgenden Gleichungen verwendet werden:
- • Leerlaufspannung (kann nicht direkt gemessen werden, da Generator in Betrieb)
- ◯ Vbat= (V1*I2-V2*I1)/(I2-I1)
- • CCA
- ◯ Rbat= (Vbat-V2)/I2
- ◯ CCAbat= (1/Rbat)*500/160
- • Definitionen:
- ◯ Vorlast
- • Laststrom IL > Generator-Maximalstrom
- ◯ Vorlast
- • Impuls
◯ Ungefähr 100 Ampere-Stufenlast über Vorlaststrom
- • V1 = Vorlastspannung, Kelvin-Verbindung
- • V2 = Impulsspannung, Kelvin-Verbindung
- • I1 = Imdt-ABS(lalt) während Vorlast
- • I2 = Imdt-ABS(lalt) während Impuls
- • Imdt = interner Strom,
gemessen mit Sensor 305 - • Ialt = externer Strom,
gemessen mit Verstärkerklemmensensor 304.
- • No-load voltage (cannot be measured directly as the generator is in operation)
- ◯ Vbat= (V1*I2-V2*I1)/(I2-I1)
- • CCA
- ◯ Rbat= (Vbat-V2)/I2
- ◯ CCAbat= (1/Rbat)*500/160
- • Definitions:
- ◯ Preload
- • Load current I L > maximum generator current
- ◯ Preload
- • Impulse
- ◯ Approximately 100 amp step load over preload current
- • V1 = preload voltage, Kelvin connection
- • V2 = pulse voltage, Kelvin connection
- • I1 = Imdt-ABS(lalt) during preload
- • I2 = Imdt-ABS(lalt) during impulse
- • Imdt = internal current measured with
sensor 305 - • Iold = external current measured with
amplifier clamp sensor 304.
Wie in
In einer Konfiguration ist es möglich, die Notwendigkeit eines externen Stromsensors oder einer Verstärkerklemme zu eliminieren, um von dem Fahrzeug in die Batterie fließenden Strom zu messen. Dies kann erreicht werden durch schrittweises Erhöhen des Stroms durch die an die Batterie angelegte Last und Messen des Leitwerts an jedem Punkt. Die Leitwertmessung kann eine dynamische Parameter-basierte Messung sein, oder kann eine statisch-basierte Messung sein, indem die angelegte Last erhöht wird und die resultierende Spannung gemessen wird. Sobald ein stabiler Wert für den Leitwert beobachtet wird, kann festgestellt werden, dass der Generator eine maximale Strommenge liefert, wobei jede daraus resultierende Spannungsänderung das Ergebnis nur der Batterie ist. Sobald der Laststrom, der von dem Generator in die Batterie fließt, beseitigt worden ist, kann ein Batterietest wie oben beschrieben durchgeführt werden, einschließlich Leitwert-, Last- oder weiterer Tests. In einer weiteren Beispielkonfiguration wird der Strom, der durch die an das System angelegte Last fließt, wie oben beschrieben, schrittweise erhöht. Die Spannung an der Batterie wird nach jeder Erhöhung gemessen. Sobald eine wesentliche Änderung der an der Batterie gemessenen Spannung beobachtet wird, kann gefolgert werden, dass der Generator eine maximale Leistung erreicht hat, wobei alle weiteren Spannungsänderungen allein auf die Batterie zurückzuführen sind.In one configuration, it is possible to eliminate the need for an external current sensor or amplifier clamp to measure current flowing into the battery from the vehicle. This can be achieved by incrementally increasing the current through the load applied to the battery and measuring the conductance at each point. The conductance measurement can be a dynamic parameter-based measurement, or can be a static-based measurement by increasing the applied load and measuring the resulting voltage. Once a stable value for conductance is observed, it can be determined that the alternator is delivering a maximum amount of current, with any resultant change in voltage being the result of the battery alone. Once the load current flowing into the battery from the alternator has been eliminated, a battery test can be performed as described above, including conductance, load or other tests. In another example configuration, the current flowing through the load applied to the system is incremented as described above. The voltage on the battery is measured after each increase. As soon as a significant change in the voltage measured at the battery is observed, it can be concluded that the generator has reached maximum performance, with all further voltage changes due to the battery alone.
Verschiedene Ablaufbalken 406, die in dem Testablaufabschnitt der Benutzerschnittstelle 400 angedeutet sind, können verwendet werden, um verschiedene Schritte in dem Testablauf anzuzeigen. Dies kann z.B. Stromnullung, Generatortest, Leitwerttesten, Strompulsierung, Rampentesten, Lastabkühlung usw. beinhalten. Wie zuvor erwähnt, wird eines der drei Prüfergebnis-Symbole 408 aufleuchten, sobald der Test abgeschlossen ist.Various progress bars 406 indicated in the test flow portion of
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass Änderungen in Form und Detail gemacht werden können, ohne von dem Grundgedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen. Obwohl spezifische Ausführungsformen ein Erhöhen der Last oder des Stroms beschreiben, sollte davon ausgegangen werden, dass die Änderung in einer angelegten Last oder einem aufgenommenen Strom entweder zunehmend oder abnehmend sein kann.Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that changes may be made in form and detail without departing from the spirit and scope of the invention. Although specific embodiments describe increasing load or current, it should be understood that the change in applied load or current drawn may be either increasing or decreasing.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 6456045 [0010]US6456045 [0010]
- US 2018/0113171 [0010]US2018/0113171 [0010]
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US17/364,953 | 2021-07-01 | ||
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- 2021-07-02 WO PCT/US2021/040313 patent/WO2022006525A1/en active Application Filing
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