DE3808559A1 - Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung der leistungsgrenze einer starterbatterie - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung der leistungsgrenze einer starterbatterieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der
Leistungsgrenze einer Starterbatterie, insbesondere in
Kraftfahrzeugen, die zum einen elektrisch leitend mit
elektrischen Verbrauchern und zum anderen über einen Regler
mit einem Generator verbunden ist, mit folgenden Schritten:
- a) Messen einer Klemmenspannung der Starterbatterie
- b) Bestimmen eines Entladestroms in dem Stromkreis, der die Starterbatterie, den Regler, den Generator und die Verbraucher enthält
- c) Messen einer Temperatur in der Nähe der Starterbatterie
- d) Berechnen einer unteren Grenz-Klemmenspannung in Abhängigkeit von dem Entladestrom und der Temperatur unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Menge batteriespezifischer Parameter.
- e) Vergleiche der gemessenen Klemmenspannung der Starterbatterie mit der berechneten Grenz-Klemmenspannung
- f) Ansteuern einer Warneinrichtung, wenn die Klemmenspannung kleiner ist, als die Grenz-Klemmenspannung
und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 20.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art ist aus der
deutschen Patentschrift DE-PS 29 13 900 bekannt.
In einer ersten Spannungsmeßeinrichtung wird der
Momentanwert einer Klemmenspannung der Starterbatterie
gemessen. In einer zweiten Spannungsmeßeinrichtung wird der
Momentanwert einer Spannung, in dem die Starterbatterie, den
Generator und die Verbraucher enthaltenden Stromkreis
gemessen. Eine Temperaturmeßeinrichtung mißt die Temperatur
in der Nähe der Starterbatterie. Diese Meßwerte werden über
einen A/D-Wandler an eine Recheneinrichtung weitergegeben.
Mit der Auswertung der Meßwerte wird gewartet, bis der
Anlaßvorgang des Verbrennungsmotors beendet ist. Aus den
beiden gemessenen momentanen in einem Speicher abgelegten
Spannungswerten wird dann unter Berücksichtigung eines
vorher bestimmten in dem Speicher abgelegten
Widerstandswerts eines Leitungsstücks des Stromkreises der
Momentanwert des Entladestroms bestimmt. Liegt dieser
Momentanwert des Entladestroms oberhalb eines vorbestimmten,
in dem Speicher abgelegten Maximalwerts des Entladestroms,
wird eine Warnung ausgegeben. In dem anderen Fall wird
abhängig von der gemessenen Temperatur und dem bestimmten
Entladestrom eine untere Grenz-Klemmenspannung berechnet.
Dies erfolgt unter Zuhilfenahme einer in einem Speicher
abgelegten Schar batteriespezifischer Daten. Diese Daten
sind die Steigungen von vorbestimmten
Grenz-Klemmenspannungskurven und deren Schnittpunkte mit der
Ordinate in Abhängigkeit von der Temperatur. In einem
anderen Ausführungsbeispiel ist in dem Speicher eine Schar
Grenz-Klemmenspannungskurven abgelegt, aus dem die jeweilige
Grenz-Klemmenspannung ausgelesen wird. Diese so ermittelten
Grenz-Klemmenspannungen werden mit dem gemessenen
Momentanwert der Klemmenspannung der Starterbatterie
verglichen. Über ein Warngerät wird eine Warnung ausgegeben,
wenn die gemessene Klemmenspannung kleiner ist, als die
berechnete Grenz-Klemmenspannung.
Nachteilig erweist sich hierbei, daß das Einschalten und
Ausschalten einer Warnung allein von einer Bedingung
abhängt, ob die gemessene Klemmenspannung kleiner ist, als
die berechnete Grenz-Klemmenspannung, weil so häufig im
Grenzbereich der Leistungsfähigkeit der Starterbatterie eine
irritierende Ausgabe einer Warnung erfolgen kann, wenn die
Bedingung zur Ausgabe einer Warnung in einem kurzen
Zeitintervall mehrfach erfüllt und nicht erfüllt ist.
Weiterhin erweist sich als nachteilig, daß nur Momentanwerte
der Klemmenspannung und des Entladestroms ermittelt werden,
so daß häufig nicht alle Belastungen der Starterbatterie bei
der Berechnung der Grenz-Klemmenspannung berücksichtigt
werden. Für eine genaue Bestimmung der Grenz-Klemmenspannung
ist es bei diesem Stand der Technik erforderlich, eine große
Schar batteriespezifischer Parameter oder
Grenz-Klemmenspannungskurven vorzubestimmen und in einem
Speicher abzulegen, was nur mit einem hohen Arbeitsaufwand
und zusätzlichen Kosten durchführbar ist. Zudem ist durch
die feste Abspeicherung einer Schar batteriespezifischer
Parameter oder Grenz-Klemmenspannungskurven eine Anpassung
der Vorrichtung bei dem Wechsel der Batteriestärke und/oder
des Batterietyps nur schwer möglich.
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der eingangs
genannten Art dahingehend zu verbessern, daß mit einfachen
und kostengünstigen Mitteln die Sicherheit bei der
Überwachung und der Anzeige der Leistungsgrenze einer
Starterbatterie bei deren Erreichen ein Starten eines
Verbrennungsmotors gerade noch möglich ist, erhöht wird und
die Ausgabe von Fehlwarnungen vermindert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 und des Anspruchs 20
gelöst.
Dadurch, daß die Ansteuerung der Warneinrichtung erst dann
erfolgt, wenn die gemessene Klemmenspannung über einen
vorgegebenen Zeitraum kleiner ist als die berechnete
Grenz-Klemmenspannung, ergibt sich der Vorteil, daß die
Ausgabe von Fehlwarnungen vermieden wird, wenn die Bedingung
zur Ansteuerung der Warneinrichtung nur kurzzeitig erfüllt
ist. Zudem wird vermieden, daß der starke Abfall der
Klemmenspannung zu Beginn eines Anlaßvorganges eines
Verbrennungsmotors zu einer Ansteuerung der Warneinrichtung
führt.
Weiterhin ist vorteilhaft, daß die zugeflossene und/oder
abgeflossene Ladungsmenge nach Ansteuerung der
Warneinrichtung entsprechend den Verfahrensschritten g) und
h) ermittelt und summiert wird, weil so eine Aussage über
die Ladungsmengenbilanz der Starterbatterie gemacht werden
kann, die es ermöglicht, den nach der Ansteuerung der
Warneinrichtung erreichten Ladezustand der Starterbatterie
zu bewerten und so die Sicherheit bei der Überwachung der
Leistungsgrenze der Starterbatterie zu erhöhen.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, die
Warneinrichtung auszuschalten, wenn die zugeflossene
Ladungsmenge um einen vorbestimmten Betrag größer ist, als
die abgeflossene Ladungsmenge, weil so nur bei einer
vorbestimmten positiven Ladungsmengenbilanz
(Ladungsmengensumme) die Warneinrichtung abgeschaltet wird,
wodurch ein irritierendes Ein- und Ausschalten der
Warneinrichtung vermieden wird und sichergestellt wird, daß
die Leistungsgrenze der Starterbatterie kurzzeitig nicht
erreicht werden kann.
Zur Bildung dieser Ladungsmengenbilanz und damit zur
Erhöhung der Sicherheit bei der Überwachung und Anzeige der
Leistungsgrenze einer Starterbatterie und zur Verminderung
von Fehlwarnungen ist es vorteilhaft, daß ein Meßwiderstand
eine Strommeßeinrichtung und die Recheneinrichtung zu einer
Ladungsmengenmeßeinrichtung miteinander verbunden sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des
erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Vorteilhaft ist es, daß bei der Berechnung der unteren
Grenz-Klemmenspannung in Abhängigkeit von der Temperatur und
dem Entladestrom mindestens drei vorgegebene
batteriespezifische Parameter berücksichtigt werden, die als
konstante Größen in die Berechnung eingehen, weil somit eine
exakte Berechnung der Grenz-Klemmenspannung für alle
Temperaturen und Entladeströme aus mindestens drei
vorbestimmten und abgelegten batteriespezifischen Parametern
(Konstanten) möglich ist.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, daß die
batteriespezifischen Parameter in Abhängigkeit von der
verwendeten Starterbatterie einstellbar sind, um bei einem
Wechsel der Starterbatterie eine Anpassung der
batteriespezifischen Parameter an eine geänderte
Batteriestärke und/oder Batterieart zu ermöglichen. Es ist
von Vorteil, die Klemmenspannung, den Entladestrom und die
Temperatur kontinuierlich zu messen, um alle Belastungen der
Starterbatterie in die Berechnung der Grenz-Klemmenspannung
einfließen zu lassen.
Dadurch, daß zum Ausgleich von Ladungsverlusten, die der
Starterbatterie zugeflossene Ladungsmenge oder der Ladestrom
mit einem Bewertungsfaktor multipliziert wird, ergibt sich
der Vorteil, daß die gebildete Ladungsmengenbilanz den
wirklichen Ladezustand der Starterbatterie wiedergibt.
Vorteilhaft ist es, daß elektrische Verbraucher abgeschaltet
werden, wenn die Warneinrichtung angesteuert wird, weil
hierdurch die abfließende Ladungsmenge vermindert wird. In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, die Betriebsarten
oder die Betriebsparameter von angeschlossenen Geräten zu
verändern, wenn die Warneinrichtung angesteuert wird, um die
Ladungsmengenbilanz positiv zu beeinflussen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens wird im folgenden anhand der
Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
Fig. 2 die Darstellung der Klemmenspannung in Abhängigkeit
von dem Entladestrom und der Temperatur bei einer
vorgegebenen entnommenen Kapazität der Starterbatterie.
Fig. 1 zeigt eine in einem Kraftfahrzeug enthaltene
Starterbatterie (B), deren negativer Pol mit der Masse
verbunden ist. Der positive Pol der Starterbatterie (B) ist
zum einen über einen Regler (C) mit einem Generator (G) und
zum anderen mit einer Anzahl elektrischer Verbraucher (V)
elektrisch leitend verbunden. Der Generator (G) und die
Verbraucher (V) sind zudem jeweils mit der Masse verbunden.
An dem positiven Pol der Starterbatterie (B) ist zur
kontinuierlichen Messung der Klemmenspannung der
Starterbatterie (B) eine Spannungsmeßeinrichtung (S)
angeschlossen. Diese Spannungsmeßeinrichtung (S) ist zur
Weiterleitung eines der Klemmenspannung proportionalen
Signals elektrisch leitend mit der Recheneinrichtung (R)
verbunden. In der Nähe der Starterbatterie (B) ist ein
Bauelement (N) zur Erzeugung eines temperaturabhängigen
Spannungssignals angeordnet, das elektrisch leitend mit
einer Temperaturmeßeinrichtung (T) zur kontinuierlichen
Messung der Temperatur der Starterbatterie (B) verbunden
ist. Die Temperaturmeßeinrichtung (T) ist elektrisch leitend
mit der Recheneinrichtung (R) verbunden.
In der Masseleitung der Starterbatterie (B) ist ein
Meßwiderstand (M) eingebaut, der auch in dem Masseband der
Starterbatterie (B) integriert sein kann. Parallel zu diesem
Meßwiderstand ist eine Strommeßeinrichtung (I) zur
kontinuierlichen Messung des Entladestroms und des Ladestroms
in dem Stromkreis, der die Starterbatterie (B), den Regler
(C), den Generator (G) und die Verbraucher (V) enthält,
elektrisch leitend angeschlossen.
Die Strommeßeinrichtung (I) verfügt dabei über Mittel zur
Bestimmung und Bewertung der Richtung des gemessenen Stroms.
Zur Bewertung der Stromrichtung kann die Strommeßeinrichtung
(I) einen Multiplizierer enthalten, der bei einem
auftretenden Ladestrom diesen mit einem vorbestimmten Faktor
multipliziert, um Ladungsverluste auszugleichen.
Die Strommeßeinrichtung (I) ist zur Weiterleitung eines dem
Ladestrom und dem Entladestrom proportionalen Signals
elektrisch leitend an die Recheneinrichtung (R)
angeschlossen. Die Recheneinrichtung (R) verfügt über ein
Zeitglied und eine Summiervorrichtung zur Bestimmung der
zugeflossenen und abgeflossenen Ladungsmenge aus den dem
Strom proportionalen Signalen von der Strommeßeinrichtung
(I) und zur Bildung einer Ladungsmengenbilanz.
Eine Eingabeeinrichtung (E) ist zur Eingabe von
batteriespezifischen Parametern (Konstanten) elektrisch
leitend mit der Recheneinrichtung (R) verbunden. Die
Eingabeeinrichtung (E) weist dabei stufenlos oder in Stufen
einstellbare Widerstände zur Einstellung der
batteriespezifischen Parameter auf. Es hat sich als günstig
erwiesen, die Einstellungen in Abhängigkeit von den
möglichen verwendbaren Batteriestärken (Kapazitäten)
vorzugeben.
Des weiteren hat sich als günstig erwiesen, wenn die
Eingabeeinrichtung (E) über einen A/D-Wandler an die
Recheneinrichtung (R) angeschlossen ist.
Die Recheneinrichtung (R) weist einen Ausgang auf, der
elektrisch leitend mit einer Warneinrichtung (W) verbunden
ist, die angesteuert wird, wenn aufgrund der in die
Recheneinrichtung (R) eingehenden Signale berechnet wurde,
daß die Leistungsgrenze der Starterbatterie (B) erreicht
ist. Die Warneinrichtung (W) weist Ausgänge zum Ein- und
Ausschalten oder Beeinflussen von elektrischen Geräten auf.
Eines dieser Geräte ist eine optische und/oder akustische
Anzeige (L), die zur Warnung eines Fahrzeugführers im
Fahrzeuginnenraum angebracht sein kann.
Ein weiteres Gerät kann die Leerlaufdrehzahlregelung des
Verbrennungsmotors sein, die bei einem anliegenden Signal
von der Warneinrichtung (W) die Leerlaufdrehzahl anhebt.
Eine angeschlossene Start-Stopp-Einrichtung kann außer
Betrieb gesetzt werden, wenn die Warneinrichtung (W)
angesteuert wird, um zusätzliche Belastungen der
Starterbatterie (B) zu vermeiden.
Im folgenden wird eine Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Vorrichtung unter Erläuterung eines Ablaufbeispiels des
erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung der
Leistungsgrenze einer Starterbatterie (B), bei deren
Erreichen ein Starten eines Verbrennungsmotors gerade noch
möglich ist, ist vorgesehen, daß bei dem Einbau oder dem
Wechsel der Starterbatterie (B) batteriespezifische
Parameter, die konstante Werte haben, in eine
Eingabeeinrichtung (E) eingegeben werden. Die
Einstellmöglichkeiten der batteriespezifischen Parameter
sind dabei abhängig von dem Batterietyp und insbesondere von
der Batteriestärke.
Bei Inbetriebnahme und während des Betriebs des
Kraftfahrzeugs wird die Klemmenspannung der Starterbatterie
(B) durch eine Spannungsmeßeinrichtung (S) kontinuierlich
gemessen.
Gleichzeitig wird die Temperatur in der Nähe der
Starterbatterie (B) kontinuierlich über ein
temperaturabhängiges Bauelement (N) von einer
Temperaturmeßeinrichtung (T) gemessen.
Zudem wird der Entladestrom über einen Meßwiderstand (M)
kontinuierlich gemessen, der in dem Stromkreis angeordnet
ist, der die Starterbatterie (B), den Regler (C), den
Generator (G) und die Verbraucher (V) enthält. Die Messung
des Entladestroms erfolgt dabei durch eine
Strommeßeinrichtung (I), die parallel zu dem Meßwiderstand
(M) angeordnet ist.
Signalspannungen, die diesen gemessenen und vorgegebenen
Größen proportional sind, liegen kontinuierlich an den
Eingängen der Recheneinrichtung (R) an.
Die Recheneinrichtung (R) berechnet fortlaufend in
Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und dem
gemessenen Entladestrom unter Berücksichtigung von
vorgegebenen batteriespezifischen Parametern untere
Grenz-Klemmenspannungen.
Im folgenden wird die Vorgehensweise erläutert, die
bestimmt, welche batteriespezifischen Parameter zur
Berechnung der unteren Grenz-Klemmenspannung herangezogen
werden und wie diese Parameter ermittelt werden.
Eine neuwertige voll aufgeladene Starterbatterie (B) wird
bei konstanter Temperatur mit einer vorgegebenen abgestuften
Anzahl konstanter Ströme entladen. Für jeden Entladestrom
wird der Klemmenspannungsverlauf aufgezeichnet und die
entnommene Ladungsmenge gezählt. Die Versuche werden bei
einer erreichten vorgegebenen unteren Klemmenspannung
beendet.
Aus jeder dieser Entladekurven wird die Klemmenspannung bei
einer vorgegebenen entnommenen Ladungsmenge abgelesen. Diese
vorgegebene entnommene Ladungsmenge kann beispielsweise etwa
60 % der gesamten gespeicherten Ladungsmenge der
Starterbatterie (B) betragen.
Die so ermittelten Klemmenspannungen sind die
Grenz-Klemmenspannungen bei einer vorgegebenen entnommenen
Ladungsmenge der Starterbatterie (B).
Diese Grenz-Klemmenspannungen werden als Funktion des
Entladestroms linearisiert in einem Diagramm aufgetragen.
Man erhält somit eine Grenz-Klemmenspannungskurve, in
Abhängigkeit von dem Entladestrom für eine konstante
Temperatur.
Um den Einfluß der Temperatur auf die Leistungsgrenze der
Starterbatterie (B) zu berücksichtigen, werden
Grenz-Klemmenspannungskurven nach der oben beschriebenen
Vorgehensweise für unterschiedliche Temperaturen bestimmt.
Fig. 2 zeigt eine Auftragung der Grenz-Klemmenspannung VK
gegen den Entladestrom I für fünf unterschiedliche
Temperaturen T 0, T 1, T 2, T 3, T 4. Jede dieser fünf
Grenz-Klemmenspannungskurven ist in dieser Darstellung eine
Gerade.
Folgende batteriespezifische Parameter sind dieser
Darstellung entnehmbar:
- a) die Steigung B (I) einer der Grenz-Klemmenspannungskurven (I: Entladestrom) ,
- b) die Steigungsänderung B (T) der Grenz-Klemmenspannungskurven in Abhängigkeit von der Temperatur T,
- c) die Änderung B 0 (T) der Grenz-Klemmenspannung in Abhängigkeit von der Temperatur T bei einem Entladestrom I = 0 (Schnittpunkt mit der Ordinate).
Mit Hilfe dieser batteriespezifischen Parameter, die jeweils
einen konstanten Wert für eine Starterbatterie (B) annehmen,
lassen sich die Grenz-Klemmenspannungen in Abhängigkeit von
dem gemessenen Entladestrom und der gemessenen Temperatur
berechnen.
Zusätzlich ist es erforderlich, daß die Klemmenspannung U 0
der unbelasteten Starterbatterie als batteriespezifischer
Parameter vorgegeben oder gemessen wird.
Die Recheneinrichtung berechnet die Grenz-Klemmenspannungen
gemäß der folgenden Gleichung (1):
VK (I,T) = U 0 - B 0 (T) * (T 0 - T) - (B(I) + (T 0 - T) * B(T)) * I
VK: Grenz-Klemmenspannung
U 0: Klemmenspannung der unbelasteten Starterbatterie (B)
B 0 (T): Änderung von VK in Abhängigkeit von der Temperatur T bei einem Entladestrom (I = 0)
T 0: Bezugstemperatur
T: Temperatur der Starterbatterie (B)
B(I): Steigung der Grenz-Klemmenspannungskurven für T = T 0
B(T): Steigungsänderung der Grenz-Klemmenspannungskurve in Abhängigkeit von der Temperatur T
I: Entladestrom
U 0: Klemmenspannung der unbelasteten Starterbatterie (B)
B 0 (T): Änderung von VK in Abhängigkeit von der Temperatur T bei einem Entladestrom (I = 0)
T 0: Bezugstemperatur
T: Temperatur der Starterbatterie (B)
B(I): Steigung der Grenz-Klemmenspannungskurven für T = T 0
B(T): Steigungsänderung der Grenz-Klemmenspannungskurve in Abhängigkeit von der Temperatur T
I: Entladestrom
Die Bezugstemperatur T 0 wurde hier beispielhaft auf 300
Kelvin festgelegt.
Aus den einmal bestimmten batteriespezifischen Parametern
einer Starterbatterie (B) mit bekannter Batteriestärke
(Kapazität) lassen sich die batteriespezifischen Parameter
von Starterbatterien (B) mit einer anderen Batteriestärke
(Kapazität) gemäß den folgenden Gleichungen (2) und (3)
berechnen:
BN(I) = B(I) * (Q/QN) (2)
BN(T) = B(T) * (Q/QN) (3)
B(T), B(I): bekannte batteriespezifische Parameter
BN(T), BN(I): batteriespezifische Parameter einer neuen Starterbatterie (B) mit anderer Batteriestärke (Kapazität)
Q: Batteriestärke (Kapazität) der bekannten Starterbatterie
QN: Batteriestärke (Kapazität) der neuen Starterbatterie
BN(T), BN(I): batteriespezifische Parameter einer neuen Starterbatterie (B) mit anderer Batteriestärke (Kapazität)
Q: Batteriestärke (Kapazität) der bekannten Starterbatterie
QN: Batteriestärke (Kapazität) der neuen Starterbatterie
Mit dieser einfachen Rechnung erreicht man somit eine
Anpassung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens an
Starterbatterien (B) mit einer anderen Batteriestärke
(Kapazität), so daß die zuvor beschriebene Ermittlung der
batteriespezifischen Parameter nur für eine Batterie
durchgeführt werden braucht, was den Arbeitsaufwand und
Kostenaufwand herabsetzt.
Nach jeder Berechnung der Grenz-Klemmenspannung wird diese
mit dem kontinuierlich gemessenen Wert der Klemmenspannung
der Starterbatterie verglichen. Ist die gemessene
Klemmenspannung gleich oder größer als die berechnete
Grenz-Klemmenspannung, dann werden die o. g.
Verfahrensschritte fortwährend weiter durchgeführt.
Ist die Klemmenspannung jedoch über einen vorgegebenen
Zeitraum kleiner als die Grenz-Klemmenspannung, wird eine
Warneinrichtung (W) angesteuert. Es hat sich als günstig
erwiesen, wenn der vorgegebene Zeitraum etwa zwei Sekunden
beträgt, um die Ausgabe von Fehlwarnungen auf ein Minimum zu
beschränken. Dies insbesondere, wenn die Klemmenspannung in
der Anfangsphase eines Startvorgangs stark abfällt. Der
Zeitraum ist dabei durch eine vorgegebene Anzahl
Verfahrensschritte bestimmt.
Durch die Ansteuerung der Warneinrichtung wird eine optische
und/oder akustische Anzeige (L), die sich vorteilhaft im
Fahrzeuginnenraum in Sicht- und/oder Hörweite des
Fahrzeugführers befindet, eingeschaltet.
Gleichzeitig mit der Ansteuerung der Warneinrichtung beginnt
die Recheneinrichtung mit der Bildung einer
Ladungsmengenbilanz.
Zu diesem Zweck verfügt die Strommeßeinrichtung (I) über
Mittel zur Bestimmung und Bewertung der Richtung des
gemessenen Stroms. Fließt ein Ladestrom, so wird dieser mit
einem vorgegebenen Faktor zum Ausgleich von
Ladungsmengenverlusten multipliziert. An dem Eingang der
Recheneinrichtung (R) liegt somit ein Signal an, das
abhängig von der Stromrichtung ist.
Die Recheneinrichtung (R) ermittelt entsprechend diesem
Signal die zugeflossene und abgeflossene Ladungsmenge, die
durch den Strom und eine durch ein Zeitglied vorgegebene
Zeit bestimmt ist. In einem Summierer wird die zugeflossene
und abgeflossene Ladungsmenge summiert und somit eine
Ladungsmengenbilanz erstellt.
Die Warneinrichtung wird erst dann ausgeschaltet, wenn die
zugeflossene Ladungsmenge um einen vorgegebenen Betrag
größer ist als die abgeflossene Ladungsmenge. Es hat sich
als günstig erwiesen, wenn dieser vorbestimmte Betrag etwa
1 Ah entspricht.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß
die Warneinrichtung in Intervallen angesteuert wird, wenn
ein Ladestrom fließt und die Länge der Intervalle von der
Stärke des Ladestroms abhängt. Diese Ansteuerung wirkt
jedoch nur auf die optische und oder akustische Anzeige (L).
Die anderen Ausgänge der Warneinrichtung werden nicht
beeinflußt. An diese Ausgänge angeschlossene Geräte werden
bei der erstmaligen Ansteuerung der Warnanlage
ausgeschaltet, wenn ihre Funktion für die Fahrsicherheit des
Kraftfahrzeugs nicht erforderlich ist, um die Ladungsbilanz
positiv zu verbessern oder aber ihre Betriebsart wird
verändert. Beispielsweise kann eine Leerlaufdrehzahlregelung
oder eine Motorsteuerung so angesteuert werden, daß die
Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors angehoben wird, um
die zufließende Ladungsmenge zu erhöhen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens wird es somit ermöglicht,
auf einfache und kostengünstige Weise die Leistungsgrenze
einer Starterbatterie (B), bei deren Erreichen ein Starten
eines Verbrennungsmotors gerade noch möglich ist,
zuverlässig zu überwachen und anzuzeigen und mögliche
auftretende Fehlwarnungen möglichst gering zu halten.
Zudem wird aufgrund des Vergleichs der gemessenen
Klemmenspannung der Starterbatterie (B) mit der berechneten
Grenz-Klemmenspannung und dem beschriebenen Verlauf beim
Ansteuern der Warneinrichtung erreicht, daß auch Defekte der
Starterbatterie (B) erkannt werden. Weiterhin wird auch die
Alterung der Starterbatterie (B) berücksichtigt, da die
berechneten Grenz-Klemmenspannungen die absolute
Leistungsgrenze der Starterbatterie (B) bestimmen.
Claims (34)
1. Verfahren zur Überwachung der Leistungsgrenze einer
Starterbatterie, insbesondere in Kraftfahrzeugen, die
zum einen elektrisch leitend mit elektrischen
Verbrauchern und zum anderen über einen Regler mit
einem Generator verbunden ist, mit folgenden Schritten:
- a) Messen einer Klemmenspannung der Starterbatterie,
- b) Bestimmen eines Entladestroms in dem Stromkreis, der die Starterbatterie, den Regler, den Generator und die Verbraucher enthält,
- c) Messen einer Temperatur in der Nähe der Starterbatterie,
- d) Berechnen einer unteren Grenz-Klemmenspannung in Abhängigkeit von dem Entladestrom und der Temperatur unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Menge batteriespezifischer Parameter,
- e) Vergleichen der gemessenen Klemmenspannung der Starterbatterie mit der berechneten Grenz-Klemmenspannung,
- f) Ansteuern einer Warneinrichtung, wenn die Klemmenspannung kleiner ist, als die Grenz-Klemmenspannung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der
Warneinrichtung erst dann erfolgt, wenn die gemessene
Klemmenspannung über einen vorgegebenen Zeitraum
kleiner ist, als die berechnete Grenz-Klemmenspannung
und daß die folgenden Verfahrensschritte nach
Ansteuerung der Warneinrichtung durchgeführt werden:
- g) Ermitteln der zugeflossenen und/oder abgeflossenen Ladungsmenge,
- h) Summieren der zugeflossenen und/oder abgeflossenen Ladungsmenge,
- i) Ausschalten der Warneinrichtung, wenn die zugeflossene Ladungsmenge um einen vorbestimmten Betrag größer ist, als die abgeflossene Ladungsmenge.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
bei der Berechnung der unteren Grenz-Klemmenspannung in
Abhängigkeit von der Temperatur und dem Entladestrom
mindestens drei vorgegebene batteriespezifische
Parameter berücksichtigt werden, die als konstante
Größen in die Berechnung eingehen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
einer der batteriespezifischen Parameter die Steigung
einer vorbestimmten Grenz-Klemmenspannungskurve bei
einer vorgegebenen Temperatur und einer vorgegebenen
entnommenen Kapazität der Starterbatterie angibt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
einer der batteriespezifischen Parameter die
Steigungsänderung einer vorbestimmten
Grenz-Klemmenspannungskurve bei einer vorgegebenen
entnommenen Kapazität in Abhängigkeit von der
Temperatur angibt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Klemmenspannung der unbelasteten Starterbatterie
als batteriespezifischer Parameter vorgegeben oder
gemessen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
einer der batteriespezifischen Parameter die Änderung
einer Klemmenspannung der unbelasteten Starterbatterie
in Abhängigkeit von der Temperatur für die
vorbestimmten Grenz-Klemmenspannungskurven bei einer
vorgegebenen entnommenen Kapazität angibt.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die batteriespezifischen Parameter in Abhängigkeit von
der verwendeten Starterbatterie einstellbar sind.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Entladestrom über einen Meßwiderstand gemessen
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
neben dem Entladestrom auch der Ladestrom gemessen
wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Klemmenspannung, der Entladestrom, der Ladestrom
und die Temperatur kontinuierlich gemessen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ermittlung der zugeflossenen und/oder abgeflossenen
Ladungsmenge durch die Messung des Ladestroms und/oder
des Entladestroms über eine vorgegebene Zeit erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
zum Ausgleich von Ladungsverlusten, die der
Starterbatterie zugeflossene Ladungsmenge oder der
Ladestrom mit einem Bewertungsfaktor multipliziert
wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der vorgegebene Zeitraum bis zur Ansteuerung der
Warneinrichtung durch eine vorgegebene Anzahl von
Verfahrensschritten bestimmt ist.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine optische und/oder akustische Anzeige eingeschaltet
wird, wenn die Warneinrichtung angesteuert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
die optische und/oder akustische Anzeige in Intervallen
ein- und ausgeschaltet wird, wenn nach der Ansteuerung
der Warneinrichtung ein Ladestrom gemessen wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
die Intervalle von der Stärke und/oder Dauer des
gemessenen Ladestroms abhängen.
17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
elektrische Verbraucher abgeschaltet werden, wenn die
Warneinrichtung angesteuert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die Betriebsarten oder die Betriebsparameter von
angeschlossenen Geräten verändert werden, wenn die
Warneinrichtung angesteuert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
die Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors angehoben
wird.
20. Vorrichtung zur Überwachung der Leistungsgrenze einer
Starterbatterie, insbesondere in Kraftfahrzeugen, die
zum einen elektrisch leitend mit elektrischen
Verbrauchern und zum anderen über einen Regler, mit
einem Generator verbunden ist, mit einer
Spannungsmeßeinrichtung zur Messung einer
Klemmenspannung der Starterbatterie mit einer
Temperaturmeßeinrichtung zur Messung der Temperatur in
der Nähe der Starterbatterie mit einer Einrichtung zur
Bestimmung eines Stroms in dem Stromkreis, der die
Starterbatterie, den Regler, den Generator und die
Verbraucher enthält, und mit einer Recheneinrichtung zur
Auswertung der eingehenden Signale und zur Ansteuerung
einer Warneinrichtung, wenn die Leistungsgrenze der
Starterbatterie erreicht ist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Meßwiderstand (M) , eine Strommeßeinrichtung (I)
und die Recheneinrichtung (R) zu einer
Ladungsmengenmeßeinrichtung miteinander verbunden sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strommeßeinrichtung (I) parallel zu dem
Meßwiderstand (M) angeordnet ist, daß der Meßwiderstand
(M) in dem Stromkreis angeordnet ist, der die
Starterbatterie (B), den Regler (C), den Generator (G)
und die Verbraucher (V) enthält, und daß die
Strommeßeinrichtung (I) elektrisch leitend mit der
Recheneinrichtung (R) verbunden ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strommeßeinrichtung (I) Mittel zur Bestimmung
und Bewertung der Stromrichtung enthält.
23. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß die Recheneinrichtung (R) ein Zeitglied zur
Bestimmung der Ladungsmenge aus dem gemessenen Strom
und der Zeit enthält.
24. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß die Recheneinrichtung (R) einen Summierer zur
Bildung einer Ladungsmengenbilanz der zugeflossenen und
der abgeflossenen Ladungsmenge enthält.
25. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßwiderstand (M) in der Masseleitung der
Starterbatterie (B) angeordnet ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßwiderstand (M) in dem Masseband der
Starterbatterie (B) integriert ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Eingabeeinrichtung (E) zur Eingabe von
batteriespezifischen Parametern mit der
Recheneinrichtung (R) elektrisch leitend verbunden ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,
daß die Eingabeeinrichtung (E) stufenlos oder in Stufen
veränderbare Widerstände zur Einstellung der
batteriespezifischen Parameter aufweist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,
daß die Eingabeeinrichtung (E) elektrisch leitend über
einen A/D-Wandler mit der Recheneinrichtung (R)
verbunden ist.
30. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß die Warneinrichtung (W) Ausgänge aufweist, die mit
elektrischen Geräten verbunden sind.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet,
daß eines der Geräte eine optische und/oder akustische
Anzeige (L) ist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet,
daß eines der Geräte eine Leerlaufdrehzahlregelung
eines Verbrennungsmotors ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet,
daß eines der Geräte eine Start-Stopp-Einrichtung eines
Verbrennungsmotors ist.
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