DE69923779T2

DE69923779T2 - Verfahren und vorrichtung zum testen von auto- und anderen batterien

Info

Publication number: DE69923779T2
Application number: DE69923779T
Authority: DE
Inventors: Lynn Barbara King's Lynn JONES; Paul Smith
Original assignee: Snap On Inc; Snap On Tools Corp
Current assignee: Snap On Inc
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: DE69923779D1; EP1118007A1; ES2237155T3; CA2312131A1; AU764326B2; KR20010032570A; GB9922689D0; JP2002525636A; ATE289418T1; GB2342178B; GB2342178A; EP1118007B1; CN1287618A; AU6099099A; CN1250980C; GB9821151D0; WO2000019225A1; US6268732B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen von Autobatterien sowie anderen Batterien. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung, das bzw. die beim Prüfen von Autobatterien im Straßenrandbereich eingesetzt werden kann, sowie das entsprechende Prüfen derartiger Autobatterien bei Diagnose- und Servicefunktionen. Eine besondere praktische Anwendung der Ausführungsbeispiele der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung von besonderem Nutzen für Streifenpersonal, das Autofahrern Hilfe am Straßenrand anbietet.
Voraussichtlich findet die Erfindung Nutzen bei verwandten nicht automobilbezogenen Anwendungen.
Ein besonderes praktisches Problem im Bereich der Fehlerdiagnose bei Kraftfahrzeugen liegt in der Bereitstellung einfacher praktischer Mittel, durch die übliche Fehler in Verbindung mit elementaren Automobilsystemen ohne weiteres identifiziert werden können. Selbstverständlich stehen rechnergestützte Gesamtfahrzeug-Analysesysteme für Analysezwecke zur Verfügung, und diese sind auch effektiv. Aber für gewöhnlich sind derartige Systeme speziell für ein spezifisches Fahrzeugmodell ausgelegt und von daher nur auf diesen sehr engen Bereich von Fahrzeugen anwendbar und auf jeden Fall nicht für einen Einsatz am Straßenrand geeignet.
Ein weiteres auftretendes Problem betrifft die Tatsache, dass viele Störungen von Natur aus intermittierend und im allgemeinen mittels derzeitiger herkömmlicher Ausrüstungen so lange nicht ausfindig zu machen sind, bis die Störung so schlimm geworden ist, dass sie ständig vorhanden ist.
Eine weitere Anforderung liegt darin, dass derartige Verfahren und Vorrichtungen ohne weiteres von einem Streifenpersonal zur Hilfe am Straßenrand bei widrigen Wetterbedingungen eingesetzt werden müssen, sowie bei ähnlich widrigen Bedingungen was den Wartungszustand des zu prüfenden Fahrzeuges angeht, und die Tatsache berücksichtigt werden muss, dass viele moderne Fahrzeuge derart konstruiert sind, dass sie hochresistent gegenüber einem Eindringen von Regen, Schnee und Autoschmiermitteln sowie anderen Fluiden sind, wodurch der Zugang zu wenigstens einigen der Betriebssysteme eines Fahrzeuges relativ schwierig ist, insbesondere zum Startersystem und dazugehörigen elektrischen Komponenten.
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird ein Handgerät in einer Größe vorgesehen, die ein bequemes Halten von Hand und einen Betrieb und eine Steuerung (durch den Daumen des Benutzers) mittels einfacher Verfahren und relativ weniger Knöpfe mit (beispielsweise) einer einzeiligen Anzeige oder mit Leuchtdioden als Benutzerschnittstelle ermöglicht.
In einem derartigen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann auch der Zugang zu elektrischen Teilen für einen elektrischen Kontakt durch die Verwendung von Klemmverbindungen an den Batteriepolen vereinfacht werden, wobei eine Vierleiter-Verbindung ("Kelvin Connection") verwendet wird, um die Degradierungseffekte schmutziger Kontakte zu beseitigen. Ebenso kann eine Temperaturmessvorrichtung enthalten sein. Diese Systemvarianten verbessern die Genauigkeit der Messung und der Diagnose.
Durch diese Ausführungsformen wird das dem Benutzer abverlangte Können sowie sein Zeiteinsatz herabgesetzt.
So betrifft ein Aspekt der Erfindung hauptsächlich Prüfsysteme, die den Einsatz von Handgeräten einschließen, obgleich gewisse Aspekte des technischen Fortschrittes, den die Ausführungsbeispiele mit sich bringen, einen Nutzen im Hinblick auf Ausrüstungen haben, die nicht als Handgeräte ausgebildet sind, und dies wird entsprechend beansprucht.
Bei allgemeiner Betrachtung des Standes der Technik in Bezug auf Batterieprüfungen umfassen frühere Vorschläge unser eigenes Batterieprüf-Handsystem (Zeichen P53488WO), wie in PCT/GB98/01634 offenbart, das drei Batterie-Prüfsysteme beschreibt, von denen mindestens eines die Verwendung von transienter Batterieladung und/oder Ladeschritten einschließt.
Ein weiterer früherer Vorschlag, der in diesem Fall veröffentlicht ist, ist in EP 0 762 135 (Zeichen P52759EP) dargelegt, das die Verwendung neuraler Netzwerke in Bezug auf die Analyse transienter Batterieprüflasten offenbart.
Ein weiterer früherer Vorschlag ist im europäischen Patent Nr. EP 0 377 094 beschrieben.
Früher vorgeschlagene Batterieprüfsysteme waren zwar in der Lage, nützliche Daten zu liefern, jedoch geht man davon aus, dass durch die Verwendung eines modifizierten Prüfverfahrens wertvollere Daten zur Verfügung stehen können und dass solche Daten durch den Einsatz von Handgeräten genauso brauchbar wie in früheren Handsystemen zur Verfügung stehen können, und es möglich ist, Daten zu liefern, die eine realistischere Beurteilung der Betriebskenndaten einer Batterie bei tatsächlicher Nutzung darstellen und die nichtsdestotrotz kostengünstig bereitgestellt werden können.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen Einsatz bei der Routineprüfung von Batterien für Kraftfahrzeuge sowie anderen Batterien bereitgestellt, wie in den beigefügten Ansprüche definiert.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Nutzungskomfort durch die Verwendung eines Handmesssystems sichergestellt, der Zugriff auf Prüfdaten, die eine realistische Beurteilung der tatsächlichen Leistungsfähigkeit der Batterie darstellen, wird dadurch bereitgestellt, dass die Batterie dazu veranlasst wird, einen Strom zu liefern, der (falls er nicht der Strom ist, den sie tatsächlich bei Gebrauch liefern würde) zumindest eine realistische Annäherung an denselben darstellt, und die Wirtschaftlichkeit wird durch die Verwendung einer Testschaltung erreicht bzw. bereitgestellt, in der die realistischen Batterieströme für eine transiente Zeitspanne erzeugt werden, derart, dass trotz der Verwendung eines Handgeräts die erzeugte Wärme relativ niedrig ist und in kostengünstigen Systemkomponenten aufgenommen werden kann. Auf diese Weise sieht das Ausführungsbeispiel der Erfindung ein praktisches und effektives sowie kostengünstiges Batterieprüfsystem vor, das in der Lage ist, tatsächliche Batteriebetriebsbedingungen zu simulieren und so ein Maß für die Leistung der Batterie in Relation auf dieselbe zu erhalten, ohne dass wesentliche Kühlkörperanordnungen oder andere Komplexitäten erforderlich wären, die den Nutzen früher vorgeschlagener Systeme eingeschränkt haben.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Regelkreis, der Teil des Prüfhandgeräts ist, dazu geeignet, eine Prüflast an eine zu prüfende Batterie anzuschließen. Analysemittel sind in der Lage, das erzeugte Spannungsprofil oder verwandte Aspekte der Reaktion der Batterie auf die Last zu analysieren. Das Ausführungsbeispiel ist durch das Merkmal gekennzeichnet, dass die Last verursacht wird, um, zumindest für Batterien im guten Zustand, zu bewirken, dass die Batterie einen Makrostrom erzeugt, der mit Strömen vergleichbar ist, die bei Gebrauch der Batterie auftreten, und dass die Last an die Batterie für eine transiente Zeitspanne angeschlossen wird, die im Bereich von bis zu 100 Millisekunden liegt, beispielsweise 10 bis 30 Millisekunden, wodurch die von dem transienten Makrostrom erzeugte Wärme von dem Handmessgerät aufgenommen werden kann.
Die Verwendung eines transienten Makrostroms in dem Ausführungsbeispiel ermöglicht die Erzeugung von Prüfdaten, die auf ganz realistische Weise denen entsprechen, die man bei einem tatsächlichen Testeinsatz der Batterie erhalten könnte, jedoch ohne die damit verbundene Wärme und weitere damit verbundene Schwierigkeiten, die bisher einen solchen Ansatz bei Prüfvorrichtungen vom Typ Handgerät ausgeschlossen haben.
Ebenso erzeugt der Regelkreis in dem Ausführungsbeispiel die vorgegebene und erforderliche Stärke an Stromfluss mittels eines geschlossenen Regelkreises mit Rückführung, der wirksam dazu dient, die vorgegebene Stärke des Teststromes zu fordern, die das System in einem bestimmten Fall für angebracht erachtet.
In dem Ausführungsbeispiel wird die Stromstärke abhängig von der Spannung bei offenem Stromkreis, die von der Batterie zur Verfügung steht, durch das System bestimmt, und in der Praxis verwendet das Ausführungsbeispiel vier Stärken von Spannung bei offenem Stromkreis, um vier entsprechende Stärken von Batteriestrom zu bestimmen, die im Bereich von 100 bis 120 Ampere, 47 to 55 Ampere, 18 bis 25 Ampere und 12 bis 17 Ampere liegen.
Durch die Verwendung eines geschlossenen Regelkreises mit Rückführung in dem Ausführungsbeispiel bietet sich der Vorteil (für Herstellungszwecke), dass Toleranzen bei Schaltungselementen (insbesondere bei Feldeffekttransistoren [FETs), die andernfalls zu unakzeptablen Schwankungen (innerhalb eines Herstellungsloses) in der Wirklast, die an den Batterien angelegt wird, geführt hätten, wirksam kontrolliert werden.
Um die konkreten Amperezahlen, die oben in Bezug auf das Prüfhandgerät der vorliegenden Ausführungsbeispiele angegeben wurden, in Zusammenhang zu bringen, darf man nicht vergessen, dass früher bekannte Ausrüstungen dieser Art Handgerät-Prüfströme in der Größenordnung von 2 Ampere verwendet haben.
Ein weiteres Merkmal des beschriebenen Ausführungsbeispiels betrifft dessen Verwendung eines Doppelimpuls-Prüfverfahrens, bei dem es der zweite Impuls ist (geliefert von der Batterie an die Last), der zu Testzwecken verwendet wird, wobei der erste dieser Impulse ein einleitender Impuls ist, der (wie sich herausstellte) zu einer verbesserten Testleistung führte, indem er die Batterie wirksam konditionierte.
Hinsichtlich der Zeitspanne, während der die transiente Last an die Batterie angelegt wird, verwenden die Ausführungsbeispiele in einigen Fällen eine transiente Hauptlast/Stromimpuls, der innerhalb der hier erörterten definierten Zeitspannen abfällt und auf den eine relativ lange Stromabklingperiode folgt, die zumindest so lang wie die transiente Lastzeitspanne ist und gelegentlich einige Zeit länger.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Schalten der transienten Last von einer digital gesteuerten Schaltung bewirkt, die Feldeffekttransistoren verwendet, jedoch kann die gleiche Zeitspanne oder vergleichbare Zeitspannen eines Lastanschlusses durch analoge Schaltkreise bewirkt werden, und demzufolge sollen beide Systeme von den beigefügten Ansprüchen abgedeckt werden.
Alternative Schaltungen zum Anlegen einer transienten Stromlast gemäß der Erfindung umfassen Pulsbreitenmodulationsverfahren (PBM-Verfahren), die eine Stromlast-Pulsformung ermöglichen, indem sie das PBM-Pulslängenverhältnis verändern. Durch die Verwendung einer PBM in einer H-Brücken-Schaltungskonfiguration, die irgendeine Form von temporärem Energiespeicher enthält, kann ein großer Anteil der beim Prüfen der Batterie verwendeten Energie zur Stromversorgung zurückgeführt werden, wodurch die Verlustleistung in dem Handgerät beträchtlich verringert wird.
Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 und 2 der beigefügten Zeichnungen in einem Block-/Fließdiagrammformat Darstellungen des Standes der Technik bzw. eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
In der Darstellung des Standes der Technik, die in 1 gezeigt ist, wird eine Batterie 100 über einen Schalterstromkreis 102 an eine Last 104 angeschlossen, die Teil der Gesamttestvorrichtung 106 ist, und erzeugte Wärme wird von einem entsprechenden Kühlkörper 108 absorbiert.
Eine Spannungsprofil-Analyse wird von einer Schaltung 110 bereitgestellt, die die Kategorie der Batterie 100 unter Bezugnahme auf bekannte Spannungsdatenprofile bestimmt, die in einer entsprechenden Datenbank erstellt sind.
Beim Ausführungsbeispiel der 2 ist ein Handgerät 120 über einen geschlossenen Stromregelkreis 122 mit Rückführung an eine Batterie 124 zum Anlegen einer transienten Last 126 durch den Schalterstromkreis 128 angeschlossen, um (die Annäherung an) den normalen Arbeitsbatteriestrom, wie er bei 130 angegeben ist, zu erzeugen.
Der Schalterstromkreis schließt die Last 126 für üblicherweise etwa 20 Millisekunden an, und der Kreis 122 wird aufgebaut, um einen Strom in der Größenordnung von 100 Ampere aus der Batterie 124 zu ziehen. Das erzeugte Spannungsprofil wird entsprechend von der Schaltung 132 in Übereinstimmung mit der Offenbarung in unserer früheren, oben angegeben EP Patentschrift analysiert.

Claims

Prüfverfahren zum Einsatz bei der Routineprüfung von Batterien für Kraftfahrzeuge sowie anderen Batterien, wobei das Verfahren darin besteht, dass eine zu prüfende Batterie (124) dazu veranlasst wird, einer Prüflast (126) einen Laststrom für eine transiente Zeitspanne, die im Bereich von bis zu 100 Millisekunden liegt, zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelkreis (122, 128) verwendet wird, um die Stärke des fließenden Stromes im Bereich zwischen etwa 12 Ampere und etwa 120 Ampere in Abhängigkeit von der Leerlaufspannung der Batterie (124) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Stromflusses mittels eines geschlossenen Regelkreises (122) mit Rückführung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des fließenden Stroms bestimmt wird, indem einer von zwei oder mehr Spannungspegeln oder -bereichen unter Bezugnahme auf die Leerlaufspannung der Batterie (124) ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Last (126) an die Batterie (124) für die transiente Zeitspanne angeschlossen wird, auf die eine Stromabfallzeit im Bereich zwischen Null und der transienten Zeitspanne folgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die transiente Zeitspanne im Bereich zwischen 10 und 30 Millisekunden liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, und ferner umfassend das Analysieren des Spannungsprofils der Reaktion der Batterie auf die Last.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren darin besteht, dass die Batterie (124) dazu veranlasst wird, einer Last (126) einen Laststrom für eine erste und eine darauf folgende zweite transiente Zeitspanne zuzuführen, und bei dem die Reaktion der Batterie auf die Last (126) während der zweiten transienten Zeitspanne zu Prüfzwecken verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das Anlegen der Last (126) an die Batterie (124) unter Verwendung der Pulsweitenmodulation zur Formung des Laststroms und das Vorsehen einer temporären Energiespeicherung, um einen Teil der bei der Prüfung verwendeten Energie zur Batterie (124) zurückzuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (122, 128) als Teil eines Handmessgeräts (120) vorgesehen wird.
Vorrichtung zum Einsatz bei der Routineprüfung von Batterien für Kraftfahrzeuge sowie anderen Batterien, wobei die Vorrichtung einen Regelkreis (122, 128) enthält, der dazu geeignet ist, die Batterie (124) dazu zu veranlassen, einer Last (126) einen Laststrom für eine transiente Zeitspanne im Bereich von bis zu 100 Millisekunden zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (122, 128) dazu geeignet ist, die Stärke des Stromflusses aus der Batterie (124) in einem Bereich von zwischen etwa 12 Ampere bis etwa 120 Ampere in Abhängigkeit von der Leerlaufspannung der Batterie (124) zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (122, 128) einen geschlossenen Regelkreis (122) mit Rückführung einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (122, 128) dazu geeignet ist, die Stärke des Stromflusses aus der Batterie (124) zu bestimmen, indem einer von zwei oder mehr Pegeln oder Bereichen von Stromfluss unter Bezugnahme auf die Leerlaufspannung der Batterie (124) ausgewählt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (122, 128) dazu geeignet ist, die Batterie (124) an die Last (126) für eine transiente Zeitspanne anzuschließen, auf die eine Stromabfallzeit im Bereich zwischen Null und der transienten Zeitspanne folgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (122, 128) Pulsweitenmodulationsmittel und Energie-Zwischenspeichermittel enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung ein Handmessgerät (120) umfasst.