DE19831723A1 - Verfahren zur Ladezustanderkennung einer Fahrzeugbatterie - Google Patents

Verfahren zur Ladezustanderkennung einer Fahrzeugbatterie

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ladezustandserkennung einer Fahrzeugbatterie bei einem Fahrzeug mit einem Starter. Um ein Verfahren zur Ladezustandserkennung einer Fahrzeugbatterie zu schaffen, das eine verbesserte Aussage über den Ladezustand der Fahrzeugbatterie ermöglicht, wird vorgeschlagen, während des Betriebes des Starters den Spannungsabfall der Batteriespannung zu erfassen und nachfolgend einem Ladezustands-Wert zuzuordnen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ladezustandserkennung einer Fahrzeugbatterie bei einem Fahrzeug mit einem Starter.
Aus der DE 44 06 193 ist es bereits bekannt, zur Erkennung eines aktuellen Ladezustandes einer Starterbatterie am Ende eines vorgegebenen Zeitintervalls, das mit dem Anlassen des Starters beginnt, eine Ist-Spannung zu erfassen und mit einem vorgegebenen Grenzwert zu vergleichen. Der Differenzbetrag zwischen dem Grenzwert und der Ist-Spannung wird in einer Analoganzeige umgesetzt. Gegenüber diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Ladezustandserkennung einer Fahrzeugbatterie zu schaffen, das eine verbesserte Aussage über den Ladezustand der Fahrzeugbatterie ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Hierzu wird vorgeschlagen, während des Betriebes des Starters den Spannungsabfall der Batteriespannung zu erfassen und nachfolgend einem Ladezustands-Wert zuzuordnen. Dadurch, daß nicht ein absoluter Spannungswert mit einem absoluten Grenzwert verglichen wird, sondern statt dessen ein relativer Spannungswert, nämlich der Spannungsabfall, bestimmt wird, gibt der auf diese Weise ermittelte Ladezustands-Wert den tatsächlichen Ladezustand der Batterie deutlich genauer wieder.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Zum Erfassen des Spannungsabfalles der Batteriespannung wird vorgeschlagen, diesen als Spitzenwert oder als Mittelwert zu erfassen. Während der Spitzenwert die maximale Belastung der Batterie beim Einspuren, d. h. Anlaufen des Starters darstellt, bildet der Mittelwert die Gesamtbelastung der Batterie durch den Starter während des Anlaßvorganges ab. Während die Fassung des Spitzenwertes einen genaueren Rückschluß auf den Ladezustand der Batterie zuläßt, dafür aber ein erhöhter Meßaufwand notwendig ist, bietet die Erfassung des Mittelwertes eine gute Darstellung des Ladezustandes bei vermindertem meßtechnischen Aufwand.
Die Erfassung des Spannungsabfalles ist nur während des Betriebes des Starters notwendig; der Mittelwert wird vorzugsweise über diese Betriebsdauer gebildet. Zum Erkennen der Betriebsdauer kann es vorgesehen sein, daß ein Betriebsbeginn durch Unterschreiten eines Batteriespannungswertes bzw. Überschreiten eines Batteriestromwertes und das Betriebsende durch Überschreiten eines Grenzwertes für die Batteriespannung bzw. durch Unterschreiten eines Grenzwertes für den Batteriestrom erkannt wird. Die Ermittlung des Spitzenwertes erfolgt innerhalb eines durch den Betrieb des Starters gebildeten Meßfensters.
Zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit des Zuordnens des Spannungsabfalles zu einem Ladezustands-Wert wird vorgeschlagen, beim Zuordnen einer Korrektur nach Maßgabe die folgenden Einflußgrößen vorzunehmen: Motortemperatur der vom Starter zu startenden Brennkraftmaschine, Umgebungstemperatur und/oder Batterietemperatur. Abhängig von der Motortemperatur verändert sich das Schleppmoment des Verbrennungsmotors sehr stark und wird bei der Auswertung berücksichtigt. Hierbei kann auch leicht unterschieden werden, ob ein Fahrzeug mit Automatikgetriebe oder ein Fahrzeug mit Schaltgetriebe mit geöffneter oder geschlossener Kupplung gestartet wird, da diese Informationen im Motormanagement bereits vorliegen. Aus der Umgebungstemperatur kann man abhängig vom Einbauplatz der Batterie entweder direkt oder über eine Temperaturmodell auf die Batterietemperatur schließen. Alternativ oder ergänzend ist auch ein direkter Temperaturfühler an der Batterie möglich. Über die so ermittelte Temperatur der Batterie wird der Innenwiderstand der Batterie bei der Auswertung berücksichtigt.
Darüber hinaus kann eine zusätzliche Korrektur nach Maßgabe einer Betriebszeit der Brennkraftmaschine vorgenommen werden. Mit dieser Betriebszeit kann der Einfluß der Alterung der Bauteile berücksichtigt werden. Ein neuer Motor hat z. B. ein wesentlich höheres Schleppmoment als ein Motor nach 10.000 km. Abhängig vom Motortyp muß entschieden werden, ob diese Korrektur notwendig ist.
Zur Auswertung des so bestimmten Ladezustands-Wertes wird schließlich vorgeschlagen, den ermittelten Ladezustands-Wert mit einem Grenzwert für den Ladezustand zu vergleichen und bei Unterschreiten dieses Grenzwertes zumindest eine der folgenden Maßnahmen einzuleiten: Erhöhen einer Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine, Erhöhung der Spannungslage durch Verändern der Reglerspannung eines intelligenten Reglers, Abschalten nicht unbedingt notwendiger Verbraucher, Erzeugen eines Anzeigesignales für geringen Ladezustand. Wenn die drei erstgenannten Maßnahmen dazu dienen, die Stromaufnahme der Batterie und damit den Ladezustand der Batterie durch Erhöhen des Ladestromes für die Batterie bzw. durch Vermindern eines Entladestromes oder durch eine Kombination beider Maßnahmen möglichst rasch zu verbessern, bewirkt die letztgenannte Maßnahme eine Information des Fahrers sowie gegebenenfalls weiterer im Fahrzeug befindlicher Steuereinrichtungen.
Die Erfindung ist nachstehend anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit Starter, Batterie und einem Steuergerät zur Durchführung eines Verfahrens zur Ladezustandserkennung und
Fig. 2 einen Strom/Spannungs-Verlauf während des Betriebes des Starters.
Die Skizze nach Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1, die mit Hilfe eines Starters 2 gestartet werden kann. Der Starter 2 ist hierzu mit einer Fahrzeugbatterie 3 über ein Anlaßschalter 4 verbunden. Um Fehlbedienungen auszuschließen, kann der Starter 3 auch direkt von einem nicht dargestellten Motorsteuergerät angesteuert werden, was einem halb- oder vollautomatischem Start entspricht.
Zur Ermittlung eines Ladezustandes C der Batterie 3 erfaßt ein Steuergerät 5 zur Ladezustandserkennung eine Batteriespannung U der Batterie 3. Um den Einfluß von unterschiedlichen Typen der Batterie 3 berücksichtigen zu können sind im Steuergerät 5 ferner die für das Fahrzeug freigegebenen Typen der Batterie 3 abgespeichert. Darüber hinaus erhält das Steuergerät 5 Signale eines Gebers 6 für die Batterietemperatur TB, eines Gebers 7 für die Motortemperatur TM, eines Gebers 8 für die Umgebungstemperatur TU, eines Gebers 9 für eine Motordrehzahl NE und eines Gebers 10 für eine Gesamtbetriebsdauer B der Brennkraftmaschine 1. Ausgangsseitig steuert das Steuergerät 5 eine Signalleuchte 11 an und gibt ein Signal LL zur Erhöhung der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine 1 sowie ein Signal VA zur Abschaltung nicht unbedingt notwendiger Verbraucher ab.
Zur Bestimmung des Ladezustandes C wird im Steuergerät 5 das in Fig. 3 in Form eines Ablaufdiagrammes dargestellte Verfahren angewandt. Beim ersten Schritt 21 wird die Ausgangs-Batteriespannung U0 erfaßt. Im nachfolgenden Schritt 22 wird dann auf die Inbetriebnahme des Starters 2 gewartet. Es ist darauf zu achten, daß zwischen den Schritten 21 und 22 nicht zuviel Zeit verstreicht, da sich sonst der Wert der Ausgangsspannung U0 ändern könnte. Gegebenenfalls sind die Schritte 21 und 22 nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne zu wiederholen.
Sobald in Schritt 22 erkannt ist, daß der Starter 2 in Betrieb ist, werden im dritten Schritt 23 die Werte für eine minimale Batteriespannung Umin, die Batterietemperatur TB, die Motortemperatur TM, die Umgebungstemperatur TU, die Eingangsdrehzahl NE und die Gesamtbetriebsdauer B erfaßt.
Besonderen Wert ist hierbei auf die Erfassung der minimalen Batteriespannung Umin zu legen, die bereits kurz nach Inbetriebnahme des Starters 2 anliegt.
Im vierten Schritt 24 wird dann erstmals ein Wert des Ladezustandes bestimmt, in dem ausgehend von einem Spannungsabfall dU, der sich aus der Differenz zwischen der Ausgangsspannung U0 und der minimalen Batteriespannung Umin berechnet, mit Hilfe einer zuvor ermittelten Kennlinie ein Wert des Ladezustandes C zugeordnet wird. Dieser Wert des Ladezustandes C wird im nachfolgenden Schritt 25 durch Multiplikation mit einem Korrekturwert K korrigiert, wobei der Korrekturwert K die weiteren Einflußgrößen Batterietemperatur Tb, Motortemperatur Tm, Umgebungstemperatur To, Motordrehzahl Ne und Gesamtbetriebsdauer B berücksichtigt.
Die Schritte 24 und 25 können auch ganz oder teilweise dadurch kombiniert werden, daß die Zuordnung des Spannungsabfalles dU zu einem Wert des Ladezustandes C nicht durch eine Kennlinie, sondern durch ein Kennfeld erfolgt, das zusätzlich eine oder mehrere der genannten weiteren Einflußgrößen berücksichtigt.
Im sechsten Schritt 26 erfolgt ein Vergleich des soeben ermittelten Wertes für den Ladezustand C mit einem unteren Grenzwert für den Ladezustand C0. Wird der Grenzwert C0 nicht unterschritten, so endet das Verfahren an dieser Stelle. Wird hingegen eine Unterschreitung des Grenzwertes C0 festgestellt, so werden in einem weiteren Schritt 27 die Signale LL für eine Leerlaufdrehzahlanhebung und VA für eine Verbraucherabschaltung ausgegeben und schließlich in einem Schritt 28 die Anzeigeleuchte 11 zur Anzeige eines minimalen Ladezustandes angesteuert.
Fig. 2 zeigt den Verlauf der Batteriespannung U über der Zeit t während des Betriebes des Starters 2. Vor dem Betätigen des Anlaßschalters 4 herrscht die Ausgangsspannung U0. Zum Zeitpunkt T0 wird der Starter 2 bestromt; dies kann wahlweise durch eine Abfrage des Anlaßschalters 4, durch Erkennen des Unterschreitens eines Grenzwertes für die Batteriespannung U, durch Erkennen des Überschreitens eines Grenzwertes für einen Batteriestrom I oder durch Erkennen des Überschreitens eines Grenzwertes für die zeitliche Änderung der Batteriespannung dU/dt erkannt werden. Wie aus Fig. 2 unmittelbar ersichtlich ist, ist es besonders für die Erfassung des Minimalwertes die Batteriespannung Umin wesentlich, daß die Inbetriebnahme des Starters 2 nicht zu spät erkannt wird, da der minimale Spannungswert Umin bereits kurz nach dem Zeitpunkt T0 erreicht wird.
Zum Zeitpunkt T1 wird der Starter außer Betrieb genommen. Dieser Zeitpunkt T1 kann wahlweise aus der Stellung des Anlaßschalters 4, dem Erkennen eines Überschreitens eines Grenzwertes für die Batteriespannung U oder dem Erkennen des Unterschreitens eines Grenzwertes des Batteriestromes I bestimmt werden.
Das im Kennfeld nach Fig. 2 dargestellte kurzfristige Überschreiten des Ausgangswertes U0 für die Batteriespannung kurz nach dem Zeitpunkt T1 ist darauf zurückzuführen, daß zu diesem Zeitpunkt die Brennkraftmaschine 1 bereits anläuft und den Starter 2 kurzzeitig mitnimmt, der in dieser Phase dann als Generator wirkt.
Das vorstehend beschriebene Verfahren ist nicht auf einer Anwendung innerhalb des Fahrzeuges beschränkt; die dargestellte Erfassung des Ladezustandes kann auch stationär bei der Prüfung des Fahrzeuges, z. B. an einem Prüfstand angewandt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Ladezustandserkennung einer Fahrzeugbatterie (3) in einem Fahrzeug mit einem Starter (2) mit folgenden Schritten:
  • 1. Erfassen eines Spannungsabfalles (dU) einer Batteriespannung beim Betrieb des Starters
  • 2. Zuordnen des Spannungsabfalles der Batteriespannung zu einem Ladezustands-Wert (C).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen des Spannungsabfalles (dU) der Batteriespannung ein Spitzenwert erfaßt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen des Spannungsabfalles (dU) der Batteriespannung ein Mittelwert erfaßt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassen während des Betriebes des Starters (2) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassen beim Überschreiten eines Grenzwertes für einen Batteriestrom (I) oder beim Unterschreiten eines Grenzwertes für die Batteriespannung (U) begonnen und beim Unterschreiten des Grenzwertes für den Batteriestrom oder beim Überschreiten des Grenzwertes für die Batteriespannung beendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zuordnen des Spannungsabfalles (dU) der Batteriespannung zu einem Ladezustands-Wert (C) eine Korrektur mittels zumindest einem der Werte einer Temperatur einer dem Starter zugeordneten Brennkraftmaschine (TM), einer Umgebungstemperatur (TU) und einer Temperatur der Batterie (TB) vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zuordnen des Spannungsabfalles (dU) zu einem Ladezustands-Wert (C) eine Korrektur mittels zumindest einem der Werte einer Gesamt-Betriebszeit (B) einer dem Starter (2) zugeordneten Brennkraftmaschine (1) vorgenommen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte
  • - Vergleichen des Ladezustands-Wertes (C) mit einem Grenzwert für den Ladezustand (C0)
  • - Bei Unterschreiten des Grenzwertes (C0) Einleiten zumindest einer der folgenden Maßnahmen:
    • - Erhöhen einer Leerlaufdrehzahl (LL) einer dem Starter (2) zugeordneten Brennkraftmaschine (1),
    • - Abschalten nicht unbedingt notwendiger Verbraucher (VA),
    • - Ausgeben eines Anzeigesignales (11) für geringe Batterieladung.
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