DE19831723A1 - Charge condition recognition method for vehicle battery, measuring battery voltage fall during starter operation and thereafter allocating charge state - Google Patents
Charge condition recognition method for vehicle battery, measuring battery voltage fall during starter operation and thereafter allocating charge stateInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ladezustandserkennung einer Fahrzeugbatterie bei einem Fahrzeug mit einem Starter.The invention relates to a method for detecting the state of charge of a vehicle battery Vehicle with a 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.From DE 44 06 193 it is already known to detect a current state of charge Starter battery at the end of a specified time interval that starts when the starter is started begins to record an actual voltage and to compare it with a specified limit value. The The difference between the limit value and the actual voltage is converted in an analog display. Compared to this prior art, it is an object of the invention to provide a method for State of charge detection of a vehicle battery to create an improved statement about the State of charge of the vehicle battery enables.
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.This object is achieved with the features of claim 1. To do this proposed to decrease the voltage of the battery voltage during operation of the starter and then assign it to a state of charge value. Because not an absolute Voltage value is compared with an absolute limit, but instead a relative one The voltage value, namely the voltage drop, is determined by the value determined in this way State of charge value the actual state of charge of the battery again much more accurately.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous developments of the invention are described in the subclaims.
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.To detect the voltage drop in the battery voltage, it is proposed to use this as Peak value or to be recorded as mean value. During the peak the maximum load of the Battery when tracking, d. H. Starting the starter represents the mean value of the total load the battery by the starter during the starting process. While the version of the Peak value allows a more accurate conclusion on the state of charge of the battery, but a increased measurement effort is necessary, the acquisition of the mean value provides a good representation of the State of charge with reduced metrological effort.
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.The detection of the voltage drop is only necessary during the operation of the starter; the The mean value is preferably formed over this operating period. To recognize the operating time it can be provided that an operation start by falling below a battery voltage value or exceeding a battery current value and the end of operation by exceeding a Limit value for the battery voltage or by falling below a limit value for the Battery power is detected. The peak value is determined within one by the company of the starter window formed.
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.To further improve the accuracy of mapping the voltage drop to one State of charge value is suggested when assigning a correction according to the following Influencing factors: engine temperature of the internal combustion engine to be started by the starter, Ambient temperature and / or battery temperature. Changes depending on the engine temperature the drag torque of the internal combustion engine becomes very strong and is used in the evaluation considered. It can also be easily distinguished whether a vehicle with an automatic transmission or a vehicle with a manual transmission is started with the clutch open or closed because this information is already available in engine management. One can from the ambient temperature depending on the installation location of the battery either directly or via a temperature model on the Close the battery temperature. Alternatively or in addition, there is also a direct temperature sensor on the Battery possible. The internal resistance of the battery is determined by the temperature of the battery determined in this way taken into account in the evaluation.
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.In addition, an additional correction according to an operating time of the Internal combustion engine can be made. With this operating time, the influence of the aging of the Components are taken into account. A new engine has e.g. B. a much higher drag torque than an engine after 10,000 km. Depending on the motor type, it must be decided whether this correction necessary is.
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.To evaluate the state of charge value determined in this way, it is finally proposed that to determine the determined state of charge value with a limit value for the state of charge and at If this limit is not reached, initiate at least one of the following measures: Increase an idle speed of the internal combustion engine, increasing the voltage level by changing the Controller voltage of an intelligent controller, switching off consumers that are not absolutely necessary, Generating a low charge indicator signal. If the first three measures serve to increase the current consumption of the battery and thus the state of charge of the battery by increasing of the charging current for the battery or by reducing a discharge current or by a The latter measure improves the combination of both measures as quickly as possible Information about the driver and any other information in the vehicle Control devices.
Die Erfindung ist nachstehend anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen The invention is described in more detail below on the basis of the exemplary embodiment shown in the figures explained. Show it
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit Starter, Batterie und einem Steuergerät zur Durchführung eines Verfahrens zur Ladezustandserkennung und Fig. 1 is a schematic view of an internal combustion engine with starter, battery and a control unit for performing a method for detecting the state of charge and
Fig. 2 einen Strom/Spannungs-Verlauf während des Betriebes des Starters. Fig. 2 shows a current / voltage curve during the operation of the starter.
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.The sketch of FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 can be started by a starter. 2 For this purpose, the starter 2 is connected to a vehicle battery 3 via a starter switch 4 . To rule out incorrect operation, the starter 3 can also be controlled directly by an engine control unit (not shown), which corresponds to a semi-automatic or fully automatic start.
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.To determine a state of charge C of the battery 3, a control unit 5 detects a battery voltage U of the battery 3 for detecting the state of charge. In order to take into account the influence of different types of the battery 3 are stored also shared for the vehicle types of the battery 3 in the control unit. 5 In addition, the control unit 5 receives signals from an encoder 6 for the battery temperature TB, an encoder 7 for the engine temperature TM, an encoder 8 for the ambient temperature TU, an encoder 9 for an engine speed NE and an encoder 10 for a total operating time B of the internal combustion engine 1 . On the output side, the control device 5 controls a signal light 11 and emits a signal LL for increasing the idle speed of the internal combustion engine 1 and a signal VA for switching off consumers that are not absolutely necessary.
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.To determine the state of charge C, the method shown in FIG. 3 in the form of a flow chart is used in the control unit 5 . In the first step 21 , the output battery voltage U0 is detected. In subsequent step 22 , the start-up of starter 2 is then waited for. Care must be taken that too much time does not pass between steps 21 and 22 , since otherwise the value of the output voltage U0 could change. If necessary, steps 21 and 22 must be repeated after a predetermined period of time.
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.As soon as it is recognized in step 22 that the starter 2 is in operation, the values for a minimum battery voltage Umin, the battery temperature TB, the engine temperature TM, the ambient temperature TU, the input speed NE and the total operating time B are recorded in the third step 23 .
Besonderen Wert ist hierbei auf die Erfassung der minimalen Batteriespannung Umin zu legen, die bereits kurz nach Inbetriebnahme des Starters 2 anliegt.Particular importance is attached to the detection of the minimum battery voltage Umin, which is present shortly after starter 2 has been started up .
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.In the fourth step 24 , a value of the state of charge is then determined for the first time, in which, based on a voltage drop dU, which is calculated from the difference between the output voltage U0 and the minimum battery voltage Umin, a value of the state of charge C is assigned using a previously determined characteristic curve . This value of the state of charge C is corrected in the following step 25 by multiplication by a correction value K, the correction value K taking into account the further influencing variables battery temperature T b , engine temperature T m , ambient temperature T o , engine speed N e and total operating time B.
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.Steps 24 and 25 can also be combined in whole or in part by assigning the voltage drop dU to a value of the state of charge C not by means of a characteristic curve, but by means of a characteristic diagram which additionally takes into account one or more of the other influencing variables mentioned.
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.In the sixth step 26 , the value just determined for the state of charge C is compared with a lower limit value for the state of charge C0. If the limit value C0 is not fallen below, the method ends at this point. If, on the other hand, an undershoot of the limit value C0 is determined, the signals LL for an idle speed increase and VA for a consumer shutdown are output in a further step 27 and finally, in a step 28, the indicator light 11 is activated to indicate a minimal charge state.
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. Fig. 2 shows the profile of the battery voltage U versus time t 2 of the starter during operation. The output voltage U0 prevails before the starter switch 4 is actuated. At time T0 the starter 2 is energized; this can be recognized either by querying the starter switch 4 , by recognizing that a limit value for the battery voltage U has not been reached, by recognizing that a limit value for a battery current I has been exceeded or by recognizing that a limit value for the temporal change in the battery voltage dU / dt has been exceeded. As can be seen directly from FIG. 2, it is particularly important for the detection of the minimum value the battery voltage Umin that the start-up of the starter 2 is not recognized too late, since the minimum voltage value Umin is reached shortly after the time T0.
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.The starter is decommissioned at time T1. This time T1 can optionally be determined from the position of the starter switch 4 , the detection of a limit value for the battery voltage U being exceeded or the detection of the value falling below a limit value for the battery current I.
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. The short-term exceeding of the output value U0 for the battery voltage shown shortly after the point in time T1 shown in FIG. 2 is due to the fact that the internal combustion engine 1 is already starting up at this point in time and briefly taking the starter 2 with it, which then acts as a generator in this phase.
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.The method described above is not for use within the vehicle limited; the shown detection of the state of charge can also be stationary when testing the Vehicle, e.g. B. applied on a test bench.
Claims (8)
- 1. Erfassen eines Spannungsabfalles (dU) einer Batteriespannung beim Betrieb des Starters
- 2. Zuordnen des Spannungsabfalles der Batteriespannung zu einem Ladezustands-Wert (C).
- 1. Detecting a voltage drop (dU) of a battery voltage when the starter is operating
- 2. Assign the voltage drop of the battery voltage to a state of charge value (C).
- - 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.
- - Comparison of the state of charge value (C) with a limit value for the state of charge (C0)
- - If the limit (C0) is undershot, initiate at least one of the following measures:
- - increasing an idling speed (LL) of an internal combustion engine ( 1 ) assigned to the starter ( 2 ),
- - switching off non-essential consumers (VA),
- - Outputting a display signal ( 11 ) for low battery charge.
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