DE19820395A1

DE19820395A1 - Verfahren zum Sicherstellen des Ladezustandes einer Fahrzeugbatterie

Info

Publication number: DE19820395A1
Application number: DE19820395A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dierker
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1998-05-07
Filing date: 1998-05-07
Publication date: 1999-11-11
Anticipated expiration: 2018-05-08
Also published as: DE19820395B4

Abstract

Ein Verfahren zur Sicherstellung des Ladezustandes einer Kraftfahrzeugbatterie weist die folgenden Schritte auf: DOLLAR A a) Herstellen eines unkritischen Bordnetzzustandes durch Abschalten eines vorbestimmten Verbrauchers Vtest, DOLLAR A b) Bestimmen der durch das Abschalten des vorbestimmten Verbrauchers bewirkten Änderungen des Generatortastverhältnisses DELTADF und der Spannungsänderung DELTAV, DOLLAR A c) Bestimmen derjenigen Verbraucher anhand der ermittelten Signale aus einem Kennfeld, die zu einem Betriebszustand mit DF < 100% und U > 13 V führen, und DOLLAR A d) Wiedereinschalten des vorbestimmten Verbrauchers Vtest und Abschalten der im Schritt c bestimmten Verbraucher.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung des Ladezustandes einer Fahrzeugbatte rie und insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Sicherstellen des Ladezu standes einer Fahrzeugbatterie.

In heutigen Kraftfahrzeugen befinden sich immer mehr elektrische Verbraucher, wie bei spielsweise Radio, Heckscheibenheizung, Sitzheizung, elektrische Fensterheber, Klimaan lage, Navigationsgerät, usw., so daß beim Gebrauch eines Großteils der elektrischen Ver braucher die Situation eintreten kann, daß der vom Generator zur Verfügung gestellte Strom nicht mehr zur Versorgung der eingeschalteten Verbraucher ausreicht. Der benötigte zusätzliche Strom wird daher der Batterie entnommen und es kommt zu einer Entladung der Batterie. Es kann folglich die Situation eintreten, daß die Batterie soweit entladen ist, daß ihr Energieinhalt unter Umständen nicht mehr für einen Startvorgang des Kraftfahrzeugs ausreichend ist.

Um dies zu verhindern, ist eine Überwachung des Energiebedarfs und des Ladezustandes der Batterie notwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Sicherstellung des La dezustandes einer Kraftfahrzeugbatterie zu schaffen, das eine optimale Nutzung der ver fügbaren Generatorleistung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltun gen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Sicherstellung des Ladezustandes einer Kraftfahr zeugbatterie weist die folgenden Schritte auf:

a) Herstellen eines unkritischen Bordnetzzustandes durch Abschalten eines vorbe stimmten Verbrauchers Vtest,
b) Bestimmen der durch das Abschalten des vorbestimmten Verbrauchers bewirkten Änderungen des Generatortastverhältnisses ΔDF und der Spannungsänderung ΔV,
c) Bestimmen derjenigen Verbraucher aus einem vorgegebenen Kennfeld des Bord netzverhaltens anhand der im Schritt b ermittelten Signale, die zu einem Betriebszustand mit einem Generatortastverhältnisses DF < 100% und einer Batteriespannung U < 13 V führen, und
d) Wiedereinschalten des vorbestimmten Verbraucher Vtest und Abschalten der im Schritt c bestimmten Verbraucher.

Das Kennfeld des Bordnetzverhaltens kann entweder durch gezieltes Schalten der Ver braucher in einem Lernprozeß erstellt werden oder es wird für den bestimmten Fahrzeugtyp einmal gemessen und liegt dann in abgespeicherter Form vor.

Ferner kann zur Erhöhung der Generatorleistung der Betriebspunkt des Generators durch Erhöhen der Leerlaufdrehzahl verschoben werden.

Vorzugsweise ist das Verfahren so ausgelegt, daß bei einem hohen Batterieladestrom keine Überschreitung von DF = 100% zulässig ist, während im Fall eines geringen Lade stroms eine kurzfristige Entladung bei DF = 100% und U < 13 V zulässig ist.

Vorzugsweise wird in den Ruhephasen der Batterie aus der Bewertung der Batterieleerlauf spannung der Säurezustand der Batterie bestimmt.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt ein Steuer gerät. Das Kennfeld des Bordnetzverhaltens kann in einem Speicher des Steuergeräts ge speichert sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt den Maximalstrom eines Generators als Funktion der Drehzahl,

Fig. 2 zeigt das Generatortastverhältnis DF als Funktion der Drehzahl n, und

Fig. 3 zeigt die Batteriespannung U als Funktion des Laststroms I.

In Fig. 1 ist der Maximalstrom Imax über der Drehzahl n als Funktion der Temperatur T auf getragen. Im Spannungsregler des Generators eines Kraftfahrzeuges wird das sog. DF-Signal erzeugt, das die Auslastung des Generators widerspiegelt. Wird nur ein kleiner Strom vom Generator erzeugt, d. h. es sind nur Kleinverbraucher eingeschaltet, so reicht ein kleiner Strom durch den Erregerkreis des Generators zur Erzeugung der gewünschten Ausgangsspannung aus. Bei zunehmender Last muß der Erregerstrom erhöht werden. Die Einstellung der Ausgangsspannung erfolgt durch eine Anpassung des Erregerstroms mittels einer Zweipunktregelung mit einer Rechteckspannung mit variabler Pulsweite. Dieses als Generatortastverhältnis DF oder DF-Signal bezeichnete Tastverhältnis, das zwischen 0 und 100% betragen kann, repräsentiert die Auslastung des Generators. Dabei ist der maximal verfügbare Strom I abhängig von der Drehzahl n und der Temperatur T, was in Fig. 1 dar gestellt ist.

Fig. 2 zeigt das das Generatortastverhältnis über der Drehzahl als Funktion des Laststroms I. Bei konstanter Belastung durch das Bordnetz variiert das DF-Signal mit der Generator drehzahl n, da mit zunehmender Drehzahl eine geringere Erregung zur Erzeugung der Ausgangsspannung erforderlich ist, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist.

Fig. 3 zeigt die Spannung über dem Laststrom, I als Funktion der Temperatur. Die Aus gangsleistung des Generators ist nicht konstant, sondern last- und temperaturabhängig. Der Regler stellt eine von der Temperatur der ihn umströmenden Luft abhängige Spannung, hier nach der Kennlinie U = 14,5 V-(T-25°C).10 mV ein. Bei zunehmender Belastung wirken sich außerdem Spannungsabfälle stärker aus und führen zu einem Span nungsverlauf entsprechend Fig. 3. Bei schwach belastetem Generator erlaubt die Messung der Spannung eine Aussage über die Betriebstemperatur des Generators bzw. des Genera torreglers, allerdings ist die Aussage wegen der Streuung des Reglers nur relativ.

Bei Erreichen eines Tastverhältnisses von DF = 100% ist bei konstanter Drehzahl eine wei tere Steigerung der Leistungsabgabe des Generators nicht mehr möglich. Mit zunehmender Last sinkt die Spannung U bis zur Batterieleerlaufspannung von 12,8 V (entspricht einer vollgeladenen Batterie) und sinkt dann je nach Batterieladezustand und Batteriegröße bei abnehmendem Generatorstrom und steigendem Batterieentladestrom.

Ferner führt das Ein- und Ausschalten eines Verbraucher arbeitspunktmäßig zu einer Ände rung des Tastverhältnisses ΔDF und einer Änderung der Spannung ΔU.

Für ein Bordnetzmanagement, das das Ziel hat eine Batterieentladung zu verhindern, ist die Kenntnis des Bordnetzzustandes notwendig. Dieser Bordnetzzustand wird aus der Beob achtung von Drehzahl, Spannung und DF-Signal unter Berücksichtigung der obigen Effekte ermittelt.

Für Bordnetzbelastungen mit DF < 100% kann eine Batterieentladung ausgeschlossen werden. Belastungen mit DF = 100% können dagegen die Batterie entleeren.

Das Bordnetzmanagement kennt den Zustand Ein/Aus aller Verbraucher sowie deren Klassierung nach Stromaufnahme, beispielsweise in Schritten von 5 A, und kann ausge wählte Verbraucher beliebig oder nach einer Prioritätsliste ausschalten, wenn eine Batterie entladung verhindert werden soll.

In einem Lernprozeß wird im Betrieb des Kraftfahrzeugs ein Kennfeld des Bordnetzverhal tens beim Schalten von Verbrauchern erstellt. Es enthält für ausgewählte Betriebspunkte p(n, U, DF, T) eine Aussage über die zu erwartende Änderung ΔDF und ΔU bei definierten Laständerungen, beispielsweise dem Abschalten einer Last von 10 A. Es ist jedoch auch möglich, daß das Kennfeld fest programmiert ist, allerdings ist es dann in diesem Fall spe zifisch für einen Fahrzeugtyp.

Mit dem durch den Lernprozesses erstellten Kennfeld oder mit dem entsprechenden fest programmierten Kennfeld kann eine Überlastung des Bordnetzes nach dem folgenden Verfahren verhindert werden, wobei unter einer Überlastung des Bordnetzes ein DF-Signal von 100% und eine Spannung kleiner als 13 V verstanden wird. Durch das Abschalten ei nes Testverbrauchers Vtest, der vorzugsweise eine hohe Stromaufnahme hat, wird ein un kritischer Bordnetzzustand mit DF < 100% eingestellt. Mit den sich ergebenden Werten von ΔDF und ΔU kann unter Heranziehung des Kennfeldes eine Abschätzung durchgeführt werden, welche Last anstelle der abgeschalteten Testlast Vtest nicht zu einem Zustand mit DF = 100% und U < 13 V führt. Dieser Zustand kann dann durch Wiedereinschalten der Testlast Vtest und Abschalten der ermittelten Verbraucher, die nach dem Kennfeld in Summe die Bedingungen erfüllen, hergestellt werden.

Ferner kann abgeschätzt werden, ob durch eine Verschiebung des Betriebspunktes durch eine Erhöhung der Leerlaufdrehzahl das Stromangebot des Generators soweit verbessert wird, daß eine Batterieentladung verhindert wird. Letztere Möglichkeit setzt natürlich den Fall eines Leerlaufbetriebs voraus, wobei im Leerlaufbetrieb durch die geringe Generator leistung schnell die Grenze der Leistungsabgabe des Generators erreicht ist.

Ferner kann im Betriebsfall mit DF < 100% durch eine Bewertung der eingeschalteten Ver braucher eine Aussage darüber gemacht werden, ob ein Ladestrom in die Batterie fließt (Batterie entladen) oder ob nicht (Batterie voll), da die Batterie bei einer Aufladung für das Bordnetz eine Last darstellt und zusätzlich zu dem für die Verbraucher zu erwarteten Tastverhältnis DF eine weitere Änderung des Tastverhältnisses ΔDF verursacht. Um diesen Effekt nutzten zu können, muß das oben genannte Kennfeld im Fall einer geladenen, d. h. vollen Batterie, aufgenommen werden. Es ist daher zweckmäßig, den Lernvorgang zur Er stellung eines Kennfeldes nur im Anschluß an eine längere Betriebsphase mit DF << 100% durchzuführen.

Die Abschätzung des Batterieladestroms im unkritischen Bordnetzzustand ermöglicht die folgende Festlegung für den kritischen Fall:
Je kleiner der Ladestrom, um so besser ist der Ladezustand (Der Ladestrom sinkt bei gleichem Ladezustand mit abnehmender Ladespannung und abnehmender Batterietemperatur).
Hoher Ladestrom → keine Überschreitung von DF = 100% zulässig.
Kleiner Ladestrom → kurzzeitige Entladung bei DF = 100% und U < 13 V zulässig.

In den Ruhephasen der Batterie kann aus einer Bewertung der Batterieleerlaufspannung eine Bestimmung der Säuredichte der Batterie vorgenommen werden, wobei die Säure dichte zum Ladezustand der Batterie proportional ist. Damit ist es möglich, durch eine Summation der geschätzten Ladeströme und der geschätzten Entladung innerhalb eines Fahrzyklus eine Schätzung des Ladezustandes und daraus abgeleitet eine Vorgabe für eine zulässige Dauer einer Batterieentladung zu machen. Auf diese Weise wird die Ab schalthäufigkeit und die Abschaltdauer bei einer Aktivierung des Bordnetzmanagements reduziert.

Bezugszeichenliste

A Ampere
DF Tastverhältnis
I LaststromImax maximaler Laststrom
n Drehzahl
T Temperatur
U SpannungU/min Umdrehungen pro Minute
V Volt

Claims

1. Verfahren zur Sicherstellung des Ladezustandes einer Kraftfahrzeugbatterie, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Herstellen eines unkritischen Bordnetzzustandes durch Abschalten eines vorbestimmten Verbrauchers Vtest,
b) Bestimmen der durch das Abschalten des vorbestimmten Verbrauchers bewirkten Änderung des Generatortastverhältnisses ΔDF und der Änderung der Spannung ΔV,
c) Bestimmen derjenigen Verbraucher aus einem vorbestimmten Kennfeld des Bordnetzverhaltens anhand der ermittelten Signale, die zu einem Betriebszustand mit einem Tastverhältnis DF < 100% und einer Spannung U < 13 V führen, und
d) Wiedereinschalten des vorbestimmten Verbrauchers Vtest und Abschalten der im Schritt c bestimmten Verbraucher.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kennfeld des Bordnetzverhaltens durch gezieltes Schalten der Verbraucher erstellt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebspunkt des Generators durch Erhöhen der Leerlaufdrehzahl verschoben wird.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem hohen Batterieladestrom keine Überschreitung von DF = 100% zulässig ist, während im Fall eines geringen Ladestroms eine kurzfristige Entladung bei DF = 100% und U < 13 V zulässig ist.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ruhephasen der Batterie aus der Bewertung der Batterieleerlaufspannung der Säurezustand der Batterie bestimmt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Steuergerät aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kennfeld des Bordnetzverhaltens in einem Speicher des Steuergeräts gespeichert ist.