DE19903239A1

DE19903239A1 - Verfahren zur Ermittlung des Ladezustandes einer an einem Ladegerät angeschlossenen Batterie

Info

Publication number: DE19903239A1
Application number: DE19903239A
Authority: DE
Inventors: Mike Vetter; Torsten Miels
Original assignee: FAHRZEUGAUSRUESTUNG BERLIN GMB
Current assignee: FAHRZEUGAUSRUESTUNG BERLIN GMB
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2000-08-10

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung des Ladezustandes einer Batterie gemäß Oberbegriff des Patent anspruchs 1.

Bekannte Verfahren oder Methoden versuchen die eingeladene Strommenge über die Zeit mit der entnommenen Strommenge einer Batterie zu erfassen und mit Faktoren für Alterung und Selbstentladung der Batterie die vorhandene Kapazität der Batterie festzustellen. Da die Möglichkeit einer Fremdladung der Batterie ohne Nutzung des angeschlossenen Ladegerätes besteht, kann es zu Fehlinterpretationen dadurch kommen, daß die durch die Fremdladeeinrichtung eingeladene Menge nicht erfaßt wird. Es ist zu beachten, daß nicht die Kapazität einer Fahrzeugbatterie, sondern die Hochstrombelastbarkeit der Batte rie den entscheidenen Faktor für eine Batterieerneuerung dar stellt. Nach der Sulfattheorie von Gladstone und Triebe ist die Umsetzung der aktiven, geladenen Masse in Bleisulfat bei der Entladung eines Bleiakkumulators mit einer starken Volumen vergrößerung verbunden. Hierdurch werden die Poren der Masse im Verlaufe der Entladung verstopft und der Säurezutritt zu den inneren Masseteilchen wird immer mehr erschwert und zum Schluß unmöglich. Dies gilt insbesondere für die positive Platte, wo in den Teilentladungsvorgängen bei Entladung Wasser (H₂O) gebildet und Säure (H₂SO₄) verbraucht wird. Das Wasser muß hierbei aus den Poren herausströmen und die spezifisch schwere Schwefelsäure (zwischen den Platten) in den Poren hineinströmen. Dieser Vorgang wird als Diffusion bezeichnet. Er ist solange wirksam, wie die Porenquerschnitte und die Dichte-Unterschiede zwischen innerer und äußerer Säure groß genug sind. Ist dies nicht der Fall, so nimmt die Säuredichte im Inneren der positiven Platte und damit die Spannung immer mehr ab. Dies erfolgt um so schneller, je höher der Entlade strom ist. Je nach entnommener Strommenge erhöht sich der Ohmsche Widerstand der Zelle. Bei der Rückbildung des Bleisul fats in die Ausgangsstoffe, Ladung, finden die umgekehrten Vorgänge wie bei der Entladung statt. Die in den Poren der Platten gebildete Schwefelsäure muß sich mit der äußeren dünne ren Säure zwischen den Platten ausgleichen. Hierbei ist die Säuredichte in den Poren größer als zwischen den Platten. Die Poren öffnen sich wieder und der innere Widerstand nimmt ab. Einen wesentlichen Einfluß auf den Widerstand des Elektrolyten hat die Temperatur. Bei tiefen Temperaturen ist die Diffusion infolge der größeren Zähflüssigkeit der Säure erheblich schlechter und der Widerstand des Elektrolyten erheblich grö ßer. Der innere Widerstand eines Akkumulators ist also keine gleichbleibende Größe. Dieser nimmt bei kontinuierlicher Entla dung zu und nimmt bei Ladung wieder ab. Die Abhängigkeit des inneren Widerstandes Ri einer Zelle als Funktion des Ladezu standes unter Beachtung der Elektrolyttemperatur ist mit der Innenwiderstandskennlinie des eingesetzten Zellentyps bekannt (wird von Batteriehersteller angegeben). Den Wert von Ri kann man aus dem Unterschied der Anfangsspannungen bei verschiede nen Stromstärken errechnen: Ri = Delta U/ Delta I.

Aufgabe der Erfindung ist es, ohne zusätzlichen Hardwareauf wand ein Verfahren zur Prüfung einer Batterie unter Einbezie hung des an der Batterie angeschlossenen Ladegerätes und der angeschlossenen Verbraucher zu schaffen, das die Fähigkeit der Batterie, hohen Strom abgeben zu können und damit über längere Zeit belastbar ist, überprüft, und damit eine sichere Aussage über die Einsatzfähigkeit, insbesondere eines mit dieser Batte rie ausgerüsteten Fahrzeuges möglich ist.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß ohne zusätzlichen Hardware aufwand in einem Ladegerät mit Controllersteuerung es möglich ist, sicher den Ladezustand der an diesem Ladegerät angeschlos senen Fahrzeugbatterie zu ermitteln. Auch wird eine defekte Zelle bei Reihenschaltung mehrerer Zellen erkannt. Damit ist eine wichtige Diagnose zur Feststellung der Batteriebereit schaft des Fahrzeuges möglich. Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläu tert werden. In der Zeichnung zeigt die Fig. 1 eine Innenwider stands-Kennlinie des eingesetzten Zellentyps bei einer Tempera tur. Die Hochstrombelastbarkeit der Batterie ist der entscheidene Faktor für eine Batterieerneuerung und wird durch den Innenwi derstand Ri der Batterie bestimmt. Die Abhängigkeit des Innen widerstandes Ri der Batterie (Zelle) als Funktion des Ladezu standes unter Beachtung der Elektrolyttemperatur ist mit der Innenwiderstands-Kennlinie des eingesetzten Zellentyps gemäß Fig. 1 bekannt. Diese wird in tabellarischer Form abgespei chert. Der Batteriestromsollwert W_Ib wird nun so gewählt, daß der Stellwert Y_Ib den Sollwert W_U herabsetzt und als Folge die Ausgangsspannung U_a soweit abgesenkt wird, daß der Entlade strom der Batterie nicht größer I₁₀ wird. Der sich einstellende Stromwert wird als I1 und der zugehörige Spannungswert wird als U1 abgespeichert. Auf die gleiche Weise wird unmittelbar nach der ersten Messung U_a soweit abgesenkt, daß der Entlade strom der Batterie wesentlich größer als I₁₀ wird. Der sich einstellende Stromwert wird als I2 und der zugehörige Span nungswert wird als U2 abgespeichert. Es kann bei Lastmessun gen, die zwei unterschiedliche Ströme I1 und I2 und sich dar aus ergebenden Spannungen U1 und U2 "sinngemäß" der Innenwider stand der Batterie errechnet werden: Ri = (U1-U2)/(I2-I1). Der so errechnete Innenwiderstand Ri wird durch die Anzahl der Zellen der Batterie geteilt und aus der Innenwiderstands-Kenn linie der Ladezustand ermittelt. Der Wert für den Ladezustand der Batterie steht jetzt als Diagnoseinformation zur Verfü gung. Ist der ermittelte Wert für Ri größer als der max. zuläs sige Innenwiderstand, so ist das Fahrzeug nicht mehr betriebs bereit.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung des Ladezustandes einer an einem Ladegerät angeschlossenen Batterie, bei dem Meßgrößen der Batterie zur Ermittlung des Innenwiderstandes Ri herangezogen werden und mit dem ermittelten Innenwiderstand Ri durch Ver gleich mit einer abgespeicherten zellenspezifischen Ri-Kennli nie der jeweilige Ladezustand festgestellt wird, dadurch ge kennzeichnet, daß der Batteriestromsollwert so weit herabge setzt wird, daß der Stellwert für den Batteriestrom den Soll wert für die Ausgangsspannung des Ladegerätes soweit absenkt, daß ein kleiner Entladestrom fließt und dieser Entladestrom als Wert zusammen mit dem zugehörigen Wert der Batteriespan nung gespeichert wird und nach weiterer Absenkung der Ausgangs spannung des Ladegerätes in gleicher Weise ein großer, durch die Verbraucher hervorgerufener Entladestrom fließt und dieser Wert als mindestens zweiter Wert zusammen mit dem zugehörigen Spannungswert abgespeichert wird, wobei diese Werte unmittel bar nacheinander und dadurch bei gleicher Temperatur aufgenom men werden und der Wert des Innenwiderstands Ri sich wie folgt errechnet: (U1-U2)/(I2-I1), wobei darin bedeuten:
U1 - erster Spannungswert
U2 - zweiter Spannungswert
I1 - erster Stromwert
I2 - zweiter Stromwert
und mit diesem errechneten Wert des Innenwiderstandes Ri, geteilt durch die tatsächlich eingesetzte Zellenzahl, die gespeichert als Wert vorliegt, unter Beachtung der tatsächli chen Elektrolyttemperatur in der abgespeicherten Ri-Kennlinie der Wert für den Ladezustand abgelesen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Vergleich des ermittelten Innenwiderstandes Ri der Zelle und dem maximal zulässigen Ri-Richtwert ein Diagnosesignal zur Betriebsbereitschaft abgeleitet, gespeichert und weiter verwer tet wird.