DE19903082A1 - Batterie-System - Google Patents

Batterie-System

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein, wenigstens zwei Batterien 1, 2 aufweisendes Batterie-System, das vorzugsweise in Fahrzeugen einsetzbar ist. Erfindungsgemäß wird die eine Batterie 1 mittels der Energie der jeweils anderen Batterie 2 aufgeladen und/oder erwärmt. Dadurch wird das Startverhalten des Motors verbessert und die Lebensdauer der Batterien wesentlich verlängert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batterie-System, das vorzugsweise in Fahrzeugen einsetzbar ist.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, in einem Fahrzeug zwei Batterien für unterschiedliche Aufgaben einzusetzen. Die erste Batterie wird vorzugsweise zum Starten des Fahrzeugs verwendet (nachfolgend Starterbatterie genannt) und hat z. B. eine Nennspannung von 36 V. Die zweite Batterie (nachfolgend Netzbatterie genannt) dient vorzugsweise zur Versorgung von Verbrauchern, wie z. B. Beleuchtungsanlage, Radio, Telefon, Alarmanlage, Navigationssy­ stem usw.
Eine solche Anordnung ist z. B. aus der DE 41 20 337 als eine zweikreisige Spannungsversorgungsschaltung für Fahrzeuge bekannt, die dadurch ge­ kennzeichnet ist, daß die zweite Batterie über eine Leitung an die Erregerdi­ oden der Lichtmaschine angeschlossen ist.
Es ist weiterhin bekannt, daß bestimmte Batterietypen, z. B. Flüssigelektrolyt- Batterien, die z. B. als Starterbatterien eingesetzt werden, bei tiefen Tempe­ raturen eine z. T. stark verringerte Stromabgabefähigkeit aufweisen, wodurch sich das Startverhalten des Motors verschlechtert.
Es wurde für Zweibatteriesysteme - Starterbatterie und Netzbatterie - bereits vorgeschlagen, beim Starten die Netzbatterie zuzuschalten. Das setzt jedoch voraus, daß beide Batterien die gleichen elektrischen Kennwerte aufweisen, d. h. gleiche Nennspannungen und Ladezustände. Falls die Batterien unglei­ che Nennspannungen aufweisen, z. B. 36 V und 12 V, ist ein Zusammen­ schalten der Batterien nicht ohne zusätzliche Schaltungsmaßnahmen möglich, was den gerätetechnischen Aufwand erhöht.
Es ist weiterhin bekannt, daß bei zu hohen oder zu niedrigen Außentempera­ turen bestimmte Batterien, wie z. B. Blei-Säure-Batterien, besonders empfind­ lich reagieren, denn bei großer Belastung, d. h. hoher Stromentnahme, kommt es bei niedrigen Temperaturen und bei einer geringen Ladung zu einer irreversiblen Schädigung der Zellen, so daß die Batterie schnell altert und an verfügbarer Kapazität verliert. Bei hohen Außentemperaturen führen hohe Generatorspannungen bzw. hohe Ladeströme zum Gasen des Elektrolyts und somit zu Wasserverlust, wodurch ebenfalls irreversible Schäden entstehen können.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Leistungsfähigkeit eines Zweibatteriesy­ stems zu erhöhen, wobei das Vermögen zur Stromabgabe, insbesondere beim Starten des Motors, zu verbessern ist. Weiterhin soll auch die Lebens­ dauer der Batterien erhöht werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Kombination der Merkmale nach den Ansprüchen 1 und 5 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 10 ge­ löst.
Die Erfindung ist auf alle Batterietypen anwendbar, die ähnliche Eigenschaf­ ten aufweisen, wie eine Flüssig-Elektrolytbatterie vom Blei-Säure-Typ.
Nach Anspruch 1 weist wenigstens die Starterbatterie eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der Starterbatterie auf. Diese Heizeinrichtung wird von der Netzbatterie gespeist. Wenn bei niedrigen Umgebungstemperaturen zu erwar­ ten ist, daß die Stromabgabefähigkeit der Starterbatterie unzureichend ist und somit kein sicheres Startverhalten gewährleistet werden kann, wird mittels Schaltmittel die Starterbatterie-Heizeinrichtung eingeschaltet.
Bereits eine Erhöhung der Elektrolyttemperatur um wenige Grad Celsius reicht aus, um die Stromabgabe- und Stromaufnahmefähigkeit der Batterie wesent­ lich zu verbessern. Es ist möglich, nahezu die gesamte Ladung der Netzbat­ terie zum Erwärmen der Starterbatterie zu nutzen, weil nach dem Starten des Motors die Netzbatterie und auch die Starterbatterie durch die Lichtmaschine wieder aufgeladen werden.
Nach Anspruch 2 weist die Starterbatterie eine weitere Heizeinrichtung auf, die mittels Schaltmittel mit der Starterbatterie elektrisch verbindbar ist. Der Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, daß die in der Starterbatterie ver­ bliebene Ladung zur Selbsterwärmung genutzt wird, wodurch die Erwär­ mungszeitdauer verkürzt wird.
Nach Anspruch 3 weist die Starterbatterie Schaltmittel auf, um die Heizung der Starterbatterie auch an sich selbst anzupassen, um die in der Starterbat­ terie verbliebene Ladung ebenfalls zur Selbsterwärmung zu nutzten.
Nach Anspruch 4 weist auch die Netzbatterie eine Heizeinrichtung auf, so daß z. B. zuerst die Netzbatterie durch sich selbst erwärmt wird und dadurch einen höheren Strom abgeben kann. Anschließend wird mittels der Schaltmit­ tel umgeschaltet, so daß die nunmehr aktivierte Netzbatterie die Starterbat­ terie schneller erwärmt.
Nach Anspruch 5 sind eine Ladeelektronik und Schaltmittel vorgesehen, um die Starterbatterie mittels der Netzbatterie zu laden oder, falls erforderlich, die Netzbatterie mittels der Starterbatterie zu laden.
Nach Anspruch 6 sind neben der Ladeelektronik auch noch die Heizeinrich­ tungen nach den Ansprüchen 1 bis 4 vorgesehen. So wird z. B. zuerst die Starterbatterie erwärmt und danach geladen. Da die Starterbatterie bereits vorgewärmt ist, kann sie auch schneller als eine kalte Batterie aufgeladen werden. Wenn während des Aufladens gleichzeitig der Heizvorgang kontrol­ liert fortgesetzt wird, erfolgt eine noch weitere Verbesserung des Ladeverhal­ tens, d. h. der Stromaufnahmefähigkeit, der Starterbatterie.
Nach Anspruch 7 werden die Schaltmittel manuell oder durch einen von Hand einstellbaren Zeitschalter betätigt. Diese Ausführungsform der Erfin­ dung ist gerätetechnisch sehr einfach und kostengünstig, erfordert jedoch vom Fahrzeugführer ein Verständnis der Wirkungsweise und technischen Zu­ sammenhänge der Lade- und/oder Erwärmungsvorgänge.
Nach Anspruch 8 ist eine Starterbatteriezustand-Erfassungseinrichtung vor­ gesehen, die den Betriebszustand der Starterbatterie erfaßt, wobei die Bela­ stung der Starterbatterie innerhalb eines vorbestimmten, vorhergehenden Zeitraums erfaßt wird und aktuelle Betriebs- und Umgebungskenngrößen er­ mittelt werden, z. B. die Anzahl und die Dauer der Anlaßvorgänge in den letz­ ten 5 Stunden, der Temperaturverlauf während der letzten 5 Stunden und der Stromverbrauch durch die ständig oder zeitweise zugeschalteten Verbrau­ cher. Mittels einer Entscheidungseinrichtung wird anhand der ermittelten Be­ lastung und der Betriebs- und Umgebungskenngrößen entschieden, nach welchem Algorithmus die Starterbatterie geheizt und/oder geladen werden muß, damit sie möglichst schnell in einen Betriebszustand gelangt, der ein zuverlässiges Anlaufen des Motors gewährleistet. Mittels einer Steuereinrich­ tung wird der Heiz- und/oder Ladevorgang nach den Entscheidungen der Ent­ scheidungseinrichtung gesteuert.
Nach Anspruch 9 sind ebenfalls für die Netzbatterie analoge Vorrichtungen wie für die Starterbatterie nach Anspruch 8 vorgesehen. Diese Anordnung ermöglicht, im Bedarfsfall auch die Netzbatterie in einen betriebstechnisch erforderlichen Ladezustand zu versetzen.
Nach Anspruch 10 wird ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems mit einer Starterbatterie und einer Netzbatterie bereitgestellt, wobei je nach betrieblicher Anforderung die Energie der einen Batterie zum Erwärmen und/oder zum Laden der anderen Batterie verwendet wird.
Nach Anspruch 11 wird das Verfahren nach Anspruch 10 dadurch weiter­ gebildet, daß die Energie der einen Batterie mittels Widerstandserwärmung in Wärme umgesetzt wird, wobei die Widerstandserwärmung an der Gehäuse­ wandung oder im Gehäuse der zu erwärmenden Batterie erfolgt.
Nach Anspruch 12 wird das Verfahren nach Anspruch 10 dadurch weiter­ gebildet, daß die Energie der einen Batterie ebenfalls mittels Widerstandser­ wärmung in Wärme umgesetzt wird, wobei mittels der Widerstandserwär­ mung eine Wärmetauscherflüssigkeit erwärmt wird und die Wärmetauscher­ flüssigkeit in einem Wärmetauscher zu der zu erwärmenden Batterie geleitet wird, um diese zu erwärmen.
Nach Anspruch 13 weist das Fahrzeug eine Vorrichtung zum elektrischen Bremsen auf, wobei mittels einer Regelelektronik, die über eine Datenleitung an den Batteriezustand-Erfassungseinrichtungen angeschlossen ist, eine ge­ regelte Energierückspeisung vorgenommen wird, um die Batterien betrieb­ stechnisch optimal zu laden und/oder zu erwärmen, so daß eine Über- oder Unterladung bzw. eine Überhitzung der Batterien vermieden wird.
Nach Anspruch 14 wird von einem Fahrzeug mit einem Anlasser ausgegan­ gen, der als Elektromotor betrieben werden kann. Wenn z. B. der Verbren­ nungsmotor stark beschleunigen soll, wird der Anlasser kurzzeitig zugeschal­ tet. Um in dieser Phase die Starterbatterie nicht zu überlasten, ist eine elek­ tronische Regelvorrichtung vorgesehen, die die Stromentnahme aus der Star­ terbatterie so begrenzt oder regelt, daß die Starterbatterie nicht in einen be­ triebstechnisch unerwünschten Zustand gelangt. Diese Weiterbildung des Verfahrens ist dann besonders effektiv, wenn der Anlasser und die Lichtma­ schine über eine Welle direkt oder über ein Getriebe mit der Kurbelwelle ver­ bunden sind.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht auch darin, daß auf­ grund des verbesserten Ladezustands die sogenannten Tiefentladungen ver­ ringert oder vermieden werden können. Unter Tiefentladung wird die Entla­ dung verstanden, die bei einer kalten und/oder fast leeren Batterie nach meh­ reren Startversuchen eintritt. Durch diese Tiefentladungen wird die Batterie stark belastet und ggf. geschädigt, so daß bei häufigen Tiefentladungen die Lebensdauer der Batterie erheblich verkürzt wird. Insofern wird durch die Er­ findung die Lebensdauer der Batterien wesentlich verlängert.
Es ist dem Fachmann klar, daß die Erfindung nicht nur für einen bestimmten Batterietyp anwendbar ist. Die Erfindung ist auf jedes Batteriesystem an­ wendbar, das die gleichen oder ähnliche Eigenschaften wie das vorstehend beschriebene Batteriesystem aufweist. Dem Fachmann ist ebenfalls klar, daß das Batteriesystem auch aus mehr als zwei Batterien bestehen kann, die ggf. in Gruppen zusammengeschaltet sind, wie es bei Elektrofahrzeugen üblich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen und Zeichnungen nä­ her erläutert.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 6 zeigt eine sechste Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 7 zeigt eine siebente Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 8 zeigt einen Algorithmus, der die Erfindung näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, wobei eine Star­ terbatterie 1 Energie in Form von Wärmeenergie von einer Netzbatterie 2 er­ hält, indem eine Starterbatterie-Heizeinrichtung 3 zum Erwärmen der Starter­ batterie 1 vorgesehen ist. Mittels der Schaltmittel 4a wird die Starterbatterie- Heizeinrichtung 3 an die Netzbatterie 2 angeschlossen. Die Schaltmittel 4a können von Hand oder automatisch geschaltet werden. Wenn die Temperatur der Starterbatterie 1 niedrig ist und ein ordnungsgemäßes Anlassen des Mo­ tors (nicht gezeigt) in Frage steht, wird mittels der Starterbatterie- Heizeinrichtung 3 die Starterbatterie 1 erwärmt. Je nach Ausführungsform der Starterbatterie-Heizeinrichtung 3 und der Größe der Starterbatterie 1 kann dieser Vorgang einige Minuten dauern. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, nach denen ein Heizen der Starterbatterie durch sie selbst erfolgt, wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung die Starterbatterie nicht belastet. Die Netzbatterie kann in dieser Phase stark entladen werden, da es darauf ankommt, den Motor sicher zu starten. Wenn der Motor läuft, werden beide Batterien wieder geladen.
Die Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei die Star­ terbatterie 1 eine zusätzliche, separate Starterbatterie-Heizeinrichtung 5 auf­ weist, die an die elektrischen Kennwerte der Starterbatterie angepaßt ist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine schnellere Erwärmung der Starterbat­ terie, jedoch wird dafür der Starterbatterie Energie entzogen. Die Heizleistun­ gen und die Heizdauer müssen fachmännisch dem Batteriesystem angepaßt werden.
Die Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, wobei ebenfalls die Starterbatterie zusätzlich durch sich selbst erwärmt wird. Da die Starter­ batterie und die Netzbatterie unterschiedliche elektrische Kennwerte aufwei­ sen, muß durch Schaltmittel 4c eine Anpassung vorgenommen werden. Es hängt von gerätetechnischen Randbedingungen ab, ob die Ausführungs­ form nach Fig. 2 oder Fig. 3 eingesetzt wird.
Die Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung, wobei auch die Netzbatterie eine Heizeinrichtung 6 aufweist. Es ist somit möglich, die Netz­ batterie ebenfalls aus sich selbst heraus zu beheizen, was dazu führt, daß deren Stromabgabefähigkeit verbessert wird, wodurch auch die Heizdauer für die Starterbatterie verkürzt wird. Mittels der Schaltmittel 4d werden die Heiz­ einrichtung 3 und die Heizeinrichtung 6 an die Batterien elektrisch angepaßt.
Die Fig. 5 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Aus­ führungsform wird der Starterbatterie 1 ebenfalls Energie von der Netzbatte­ rie zugeführt. Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsformen er­ folgt die Energiezuführung in Form von elektrischer Energie. Dazu sind eine Ladeelektronik 7 mit einem DC/DC-Wandler und Schaltmittel 4e vorgesehen.
Die Schaltmittel 4e sind so ausgelegt, daß mittels der Netzbatterie 2 die Star­ terbatterie 1 geladen werden kann.
Die Fig. 6 zeigt in einer sechsten Ausführungsform der Erfindung eine Kom­ bination der zwei Arten der Energiezuführung, so daß die Starterbatterie 1 sowohl erwärmt als auch elektrisch geladen werden kann. Die Schaltmittel 4e und die Ladeelektronik 7 sind so ausgelegt, daß je nach betriebstechnischen Anforderungen vorwiegend die Starterbatterie 1 in einen betriebstechnisch günstigen Zustand bringbar ist. Die Schaltmittel 4e können jedoch auch so ausgelegt sein, daß es durch eine Umschaltung möglich ist, mittels der Star­ terbatterie 1 durch Erwärmen und/oder Laden der Netzbatterie 1 deren Lade­ zustand zu verbessern.
Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 6 werden die Schaltmittel durch den Fahrzeugführer betätigt. In den Schaltmitteln sind Erwärmungs- und/oder Ladealgorithmen gespeichert, die vom Fahrzeugführer nach Ein­ schätzung der aktuellen Umgebungsbedingungen und ggf. unter Kenntnis der zeitlichen Vorgeschichte aktiviert werden. Unter der zeitlichen Vorgeschichte ist z. B. zu verstehen, daß der Fahrzeugführer weiß, daß das Fahrzeug z. B. 2 Tage nicht gefahren wurde. Es ist ihm weiterhin bekannt, daß es während dieser Zeit sehr kalt war. Er muß also davon ausgehen, daß die Batterien ausgekühlt sind. Er weiß ferner, daß die Batterien bereits relativ alt sind. Er hat daher erfahrungsgemäß davon auszugehen, daß zur Aktivierung der Star­ terbatterie z. B. mindestens 10 Minuten nötig sind. In den Schaltmitteln sind verschiedene Algorithmen für unterschiedlichste Randbedingungen gespei­ chert. Der Fahrer wählt daher bei Kenntnis der vorstehend beschriebenen Randbedingungen einen Algorithmus aus, der vom Hersteller, z. B. vom Her­ steller des Batteriesystems, für diese Situation empfohlen wird.
Im Gegensatz dazu zeigt die Ausführungsform nach Fig. 7 ein Batteriesy­ stem, bei dem der optimale Algorithmus automatisch ausgewählt wird. Dazu ist jeweils eine Batteriezustand-Erfassungseinrichtung 8a, 9a vorgesehen, die die Vorgeschichte der entsprechenden Batterie erfaßt und speichert hat. Wei­ terhin erfassen die Batteriezustand-Erfassungseinrichtungen 8a, 9a auch die aktuellen Umgebungs- und Betriebsbedingungen. Zur Auswertung der erfaß­ ten Daten sind Auswerte- und Entscheidungseinrichtungen 8b, 9b vorgese­ hen, die anhand der von der Batteriezustand-Erfassungseinrichtung 8a, 9a erfaßten und übertragenen Daten über den Verlauf der zurückliegenden Um­ gebungs- und Betriebsbedingungen und anhand der aktuellen Umgebungs- und Betriebsbedingungen entscheiden, nach welchem Aktivierungsalgorith­ mus die Starterbatterie 1 und/oder die Netzbatterie 2 aktiviert wird.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Batteriesystems wird mit Hilfe des Al­ gorithmus der Fig. 8 näher erläutert.
Es wird folgende Situation A angenommen: Ein Fahrzeug, in dem die erfin­ dungsgemäße Einrichtung eingebaut ist, befindet sich 8 Stunden bei einer Temperatur von -20 Grad Celsius im Stillstand. Der Fahrzeugführer steckt den Zündschlüssel ein und versucht, den Motor zu starten, wodurch der Al­ gorithmus nach Fig. 8 aktiviert wird und abläuft.
In einem 1. Schritt wird der Betriebszustand der Starterbatterie 1 und der Netzbatterie 2 ermittelt. Dazu werden die Batteriezustand-Erfassungseinrich­ tungen 8a und 9a abgefragt.
Es wird in einem 2. Schritt festgestellt, ob die Starterbatterie startfähig ist. Dazu werden die abgefragten Daten mit vorgegebenen Daten verglichen, die in einer Entscheidungstabelle abgespeichert sind. Wenn der Vergleich ergibt, daß die Starterbatterie einen Betriebszustand aufweist, um unter den aktuel­ len Temperaturbedingungen zu starten, wird der Startvorgang eingeleitet. Ist der Betriebszustand der Starterbatterie unzureichend, wird der Startvorgang nicht ausgelöst.
Wenn der Startvorgang nicht ausgelöst wird, erfolgt in einem 3. Schritt die Auswahl oder die Ermittlung eines Algorithmus zum Erwärmen und/oder zum Laden, um die Starterbatterie in einer möglichst kurzen Zeitspanne tstan in einen betriebsbereiten Zustand zu bringen. Dabei wird jedoch ein solcher Al­ gorithmus ausgewählt, der eine Beschädigung der Batterien durch Überla­ stung vermeidet.
In einem 4. Schritt wird ermittelt, wie groß diese Zeitspanne tStart voraus­ sichtlich ist. Die Zeitspanne tStart wird dem Fahrzeugführer auf einer Anzeige­ einrichtung angezeigt. Der Fahrer kann dann selbst entscheiden, ob er diese Zeitspanne tStart abwarten will oder ob er andere Maßnahmen einleitet, z. B. den Motor mit einer Fremdbatterie zu starten.
Die Ermittlung der Zeitspanne tStart erfolgt über einen abgespeicherten Algo­ rithmus, in dem z. B. die Wärmekapazität des Batteriekörpers, die Heizlei­ stung der Heizeinrichtungen und Wärmeleitkoeffizienten gespeichert sind. Eine rechentechnische Nachbildung der Erwärmung und des Temperaturver­ laufs an einem Festkörper bei vorbestimmten Randbedingungen ist eine fachmännisch zu lösende Aufgabe und bedarf daher keiner näheren Erläute­ rung.
Falls der Fahrzeugführer die Selbstaktivierung des Batteriesystems abwarten will, wird in einem 5. Schritt ein Schaltvorgang ausgelöst, um die Heizeinrich­ tung der Starterbatterie an die Netzbatterie anzuschließen. Gleichzeitig wer­ den die Starterbatterie und die Netzbatterie jeweils mit der eigenen Heizein­ richtung verbunden. Somit heizt sich jede Batterie selbst auf, und zusätzlich heizt die Netzbatterie die Starterbatterie. Wenn vorbestimmte Batterietempe­ raturen erreicht sind, wird die Starterbatterie über einen zugeschalteten DC/DC-Wandler von der Netzbatterie aufgeladen. Je nach den aktuellen Temperaturverhältnissen und den aktuellen Betriebszuständen der Batterien wird entschieden, ob die Erwärmung während der Aufladung fortgesetzt wird oder nicht.
Nach einer vorbestimmten Zeitdauer, z. B. 3 Minuten, wird in einem 6. Schritt überprüft, ob die Aktivierung der Batterien gemäß der Abschätzung im 4. Schritt erfolgt. Wenn die Überprüfung ergibt, daß die Aktivierung der Bat­ terien wie vorausberechnet abläuft, wird die Aktivierung fortgesetzt, und die noch bis zum Einleiten des Startvorgangs des Motors verbleibende Restzeit wird angezeigt. Falls nach der vorbestimmten Zeitdauer von 3 Minuten der vorausberechnete Aktivierungszustand nicht erreicht worden ist, wird dem Fahrer z. B. über die Anzeigeeinrichtung mitgeteilt, daß der Aktivierungsvor­ gang abgebrochen werden kann, da die Startbereitschaft auch nach längerer Aktivierungszeit voraussichtlich nicht hergestellt werden kann.
Falls der vorausberechnete Aktivierungszustand erreicht ist, wird die Starter­ batterie weiter geladen und/oder erwärmt. Die Steuerung der optimalen Akti­ vierung der Starterbatterie erfolgt z. B. über eine Fuzzy-Logik.
Wenn die Startfähigkeit erkannt ist, wird die Aktivierung beendet und dem Fahrzeugführer mitgeteilt, daß er den Motor starten kann.
Das vorbestimmte Erwärmen und/oder Laden dient jedoch nicht nur zur Überwindung der Notsituation, in der ein sofortiger Start nicht möglich ist. Durch die ständige Überwachung der Batterien mittels der Batteriezustand- Erfassungseinrichtungen und mittels der Lichtmaschine, die eine spezielle Re­ gelelektronik aufweist, werden zumindest während der Fahrt die Batterien immer bis zum Erreichen des optimalen Betriebszustands geladen und/oder erwärmt. Dadurch wird die Lebensdauer der Batterien wesentlich erhöht.
Zur weiteren Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung werden nachfol­ gend andere Betriebssituationen beschrieben.
In einer Situation B, bei einer Außentemperatur von z. B. +25 Grad Celsius und bei ungünstigem Ladezustand der Starterbatterie, würde eine zusätzliche Erwärmung der Starterbatterie eher schaden. Daher wird in diesem Fall auf die Erwärmung verzichtet und sofort mit der Aufladung der Starterbatterie mittels der Netzbatterie über den DC/DC-Wandler begonnen.
Die Erfindung ermöglicht noch weitere vorteilhafte Anwendungen. Wenn z. B. das Fahrzeug mit einer elektronischen Bremsvorrichtung ausgestattet ist, die beim Bremsen Strom erzeugt, so kann dieser Strom der Batterie zugeführt werden. Da der aktuelle Betriebszustand der Batterien bekannt ist, kann die Aufladung und/oder Erwärmung der Batterie (bzw. der Batterien) so erfolgen, daß keine Schädigungen verursacht werden.
Bei einer weiteren Anwendung besitzt das Fahrzeug einen Anlasser, der zu­ sätzlich auch als Elektromotor betrieben werden kann, wenn z. B. das Fahr­ zeug stark beschleunigen soll. Der Anlasser wirkt dann als ein Hilfsmotor und wird z. B. von der Starterbatterie gespeist. Um in dieser Phase die Starterbat­ terie nicht zu überlasten, ist eine elektronische Regelvorrichtung vorgesehen, die die Stromentnahme aus der Starterbatterie so begrenzt oder regelt, daß die Starterbatterie nicht in einen betriebstechnisch unerwünschten Zustand gelangt. Diese Weiterbildung des Verfahrens ist dann besonders effektiv, wenn der Anlasser und die Lichtmaschine über eine Welle direkt oder über ein Getriebe mit der Kurbelwelle verbunden sind.

Claims (14)

1. Batteriesystem für Fahrzeuge mit einer Starterbatterie (1) und einer Netzbatterie (2), dadurch gekennzeichnet, daß
  • - wenigstens die Starterbatterie (1) eine Starterbatterie-Heizeinrichtung (3) zum Erwärmen der Starterbatterie (1) aufweist und
  • - Schaltmittel (4a) vorgesehen sind, um die Starterbatterie-Heizeinrichtung (3) mit der Netzbatterie (2) elektrisch zu verbinden (Fig. 1).
2. Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Starterbatterie (1) eine weitere Heizeinrichtung (5) aufweist, die mittels der Schaltmittel (4b) mit der Starterbatterie (1) elektrisch verbindbar ist. (Fig. 2).
3. Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel (4c) vorgesehen sind, um die Starterbatterie-Heizeinrichtung (3) zusätzlich mit der Starterbatterie (1) elektrisch zu verbinden (Fig. 3).
4. Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzbatterie (2) eine Netzbatterie-Heizeinrichtung (6) aufweist und Schaltmittel (4d) vorgesehen sind, um die Netzbatterie- Heizeinrichtung (6) mit der Starterbatterie (1) elektrisch zu verbinden (Fig. 4).
5. Batteriesystem für Fahrzeuge mit einer Starterbatterie (1) und einer Netzbatterie (2), dadurch gekennzeichnet, daß eine Ladeelektronik (7) und Schaltmittel (4e) vorgesehen sind, um
  • - die Starterbatterie (1) mittels der Netzbatterie (2) zu laden oder
  • - die Netzbatterie (2) mittels der Starterbatterie (1) zu laden (Fig. 5).
6. Batteriesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Heiz­ einrichtungen (3, 5, 6) und Schaltmittel (4a, 4b, 4c, 4d) nach den Ansprü­ chen 1, 2, 3 oder 4 vorgesehen sind. (Fig. 6)
7. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltmittel (4a, 4b, 4c, 4d) manuell oder durch einen von Hand einstellbaren Zeitschalter betätigt werden.
8. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • - eine Starterbatteriezustand-Erfassungseinrichtung (8a) vorgesehen ist, die den Betriebszustand der Starterbatterie (1) erfaßt, wobei
  • - die Belastung der Starterbatterie innerhalb eines vorbestimmten, vor­ hergehenden Zeitraums erfaßt wird und
  • - aktuelle Betriebs- und Umgebungskenngrößen ermittelt werden;
  • - eine Auswerte- und Entscheidungseinrichtung (8b) vorgesehen ist, die an Hand der ermittelten Belastung und der Betriebs- und Umgebungskenngrößen entscheidet, nach welchem Algorithmus die Starterbatterie (1) geheizt und/oder geladen werden muß, um die Starterbatterie (1) in einen betriebsbe­ reiten Zustand zu bringen, und
  • - eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die den Heiz- und/oder Ladevorgang nach den Entscheidungen der Entscheidungseinrichtung (8b) steuert.
9. Batteriesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - eine Netzbatteriezustand-Erfassungseinrichtung (9a) vorgesehen ist, die den Betriebszustand der Netzbatterie (2) erfaßt, wobei
  • - die Belastung der Netzbatterie (2) innerhalb eines vorbestimmten, vorhergehenden Zeitraums erfaßt wird und
  • - aktuelle Betriebs- und Umgebungskenngrößen ermittelt werden,
  • - eine Auswerte- und Entscheidungseinrichtung (9b) vorgesehen ist, die an Hand der ermittelten Belastung und der Betriebs- und Umgebungskenngrößen entscheidet, nach welchem Algorithmus die Netzbatterie (2) geheizt und/oder geladen werden muß, um die Netzbatterie (2) in einen betriebsbereiten Zu­ stand zu bringen, und
  • - eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die den Heiz- und/oder Ladevorgang nach den Entscheidungen der Auswerte- und Entscheidungseinrichtung (9b) steuert (Fig. 7).
10. Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems für Fahrzeuge, mit ei­ ner Starterbatterie (1) und einer Netzbatterie (2), dadurch gekennzeichnet, daß je nach betrieblicher Anforderung die Energie der einen Batterie zum Er­ wärmen und/oder zum Laden der anderen Batterie verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der einen Batterie mittels Widerstandserwärmung in Wärme umgesetzt wird, wobei die Widerstandserwärmung an der Gehäusewandung oder im Gehäuse der zu erwärmenden Batterie erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der einen Batterie mittels Widerstandserwärmung in Wärme umgesetzt wird, wobei mittels der Widerstandserwärmung eine Wärmetauscherflüssigkeit er­ wärmt wird und die Wärmetauscherflüssigkeit zu der zu erwärmenden Batte­ rie geleitet wird, um diese zu erwärmen.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 12, wobei das Fahrzeug eine Vorrichtung zum elektrischen Bremsen mit geregelter Energierückspeisung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterien (1, 2) in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Betriebszustand, der mit den Batteriezustand-Erfas­ sungseinrichtungen (8a, 9a) ermittelt ist, mit der zurückgewonnenen Energie geregelt geladen und/oder erwärmt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 10 bis 13, wobei der mittels der Starterbatterie (1) als Elektromotor betreibbare Anlasser des Fahrzeugs dem laufenden Ver­ brennungsmotor zu dessen Unterstützung zeitweise zugeschaltet wird, da­ durch gekennzeichnet, daß mittels einer elektronischen Regelvorrichtung die Stromentnahme aus der Starterbatterie (1) so begrenzt oder regelt wird, daß die Starterbatterie (1) nicht in einen betriebstechnisch unerwünschten Lade­ zustand gelangt.
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