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DE102005026583A1 - Batteriezustandsanzeigesystem für eine Kraftfahrzeugbatterie - Google Patents

Batteriezustandsanzeigesystem für eine Kraftfahrzeugbatterie Download PDF

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Abstract

Es wird ein Batteriezustandsanzeigesystem für eine wiederaufladbare Kraftfahrzeugbatterie beschrieben, deren anfängliche Nennkapazität sich im Laufe der Zeit durch Alterung auf eine fortschreitend abnehmende Restkapazität reduziert und deren aktueller Ladezustand nach einer Entladung bis maximal zur jeweiligen Restkapazität durch Wiederaufladen erhöht werden kann. Das System umfasst: DOLLAR A - ein Mittel zur Bestimmung des aktuellen Ladezustandes, DOLLAR A - ein Mittel zur Bestimmung der Restkapazität, DOLLAR A - eine Anzeigeeinrichtung mit einer Skala, deren Gesamtbereich der anfänglichen Nennkapazität entspricht, DOLLAR A - ein Mittel zur Ansteuerung der Anzeigevorrichtung in Abhängigkeit vom Ladezustand und der Restkapazität. DOLLAR A Dabei ist die Skala in drei Skalenbereiche aufteilbar, und zwar DOLLAR A - einem ersten Bereich, dessen Größe der Abnahme der anfänglichen Nennkapazität entspricht, DOLLAR A - einem zweiten Bereich, dessen Größe dem aktuellen Ladezustand entspricht, DOLLAR A - einem dritten Bereich, dessen Größe der Differenz zwischen der Restkapazität und dem aktuellen Ladezustand entspricht.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Batteriezustandsanzeigesystem für eine wiederaufladbare Kraftfahrzeugbatterie, deren anfängliche Nennkapazität sich im Laufe der Zeit durch Alterung auf eine fortschreitend abnehmende Restkapazität reduziert. Ein Batteriezustandsanzeigesystem ist aus der WO 2005/019849 A1 bekannt.
  • In Kraftfahrzeugen hat der Umfang der Elektronik sehr stark zugenommen und wird künftig noch weiter steigen. Damit steigt auch die Zahl der von der Fahrzeugbatterie zu versorgenden elektrischen Verbraucher sowie die benötigte elektrische Energiemenge insgesamt. Vor diesem Hintergrund gewinnt eine zuverlässige Energieversorgung durch die Batterie zunehmend an Bedeutung, damit der Betrieb wichtiger elektrischer Verbraucher und insbesondere auch der Motorstart gewährleistet werden kann. Aus diesem Grunde wird in Kraftfahrzeugen vermehrt Batteriesensorik eingesetzt, die in der Lage ist, den aktuellen Ladezustand (auch SOC genannt: State of Charge) sowie deren Alterungszustand/Gesundheitszustand (auch SOH genannt: State of Health) zu bestimmen.
  • Während eine neue (= gesunde) Batterie nach einer Entladung in vollem Umfang bis zu ihrer anfänglichen Nennkapazität wiederaufgeladen werden kann, steht bei einer gealterten (= ungesunden) Batterie nicht mehr die volle anfängliche Nennkapazität zur Verfügung, sondern nur noch eine reduzierte Restkapazität, die im Laufe der Zeit der Alterung weiter abnimmt.
  • Im Bereich der Personenkraftwagen wird in Abhängigkeit des mit der Batteriesensorik ermittelten Batteriezustandes direkt – ohne den Fahrer zu informieren – in die Fahrzeugelektronik eingegriffen, indem z.B. bestimmte nicht sicherheitsrelevante Verbraucher automatisch abgeschaltet werden bzw. deren Einschaltung verhindert wird. Auf diese Weise werden dem Fahrer eines Pkws die Verarbeitung zusätzlicher Informationen und damit Entscheidungen erspart.
  • Im Bereich der Nutzfahrzeuge, die von technisch geschultem Personal bedient werden, ist es jedoch gewünscht, den Fahrer über den Zustand der Batterie zu informieren, wobei ihm selbst die Entscheidung überlassen werden soll, ob und ggf. welche Verbraucher er ausschaltet bzw. gar nicht erst einschaltet, oder ob er den Motor startet, um die Batterie zu laden. Dabei ist für den Fahrer sowohl die Information über den aktuellen Ladezustand, d.h. die Frage, ob der den Motor noch starten kann oder wie lange er bestimmte Verbraucher noch betreiben kann, von Interesse, wie auch die Information über den Alterungszustand (Restkapazität) der Batterie, damit er rechtzeitig im voraus informiert ist, wann die Batterie durch eine neue zu ersetzen ist.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Batteriezustandsanzeigesystems, das den Fahrer in einfacher und sinnfälliger Weise über den Zustand der Batterie informiert.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Anzeigeeinrichtung mit einer Skala, deren Gesamtbereich der anfänglichen Nennkapazität der Batterie entspricht. Desweiteren sind Mittel zur Ansteuerung der Anzeigevorrichtung in Abhängigkeit vom Ladezustand und der Restkapazität (Abnahme der anfänglichen Nennkapazität infolge von Alterung) vorgesehen. Erfindungsgemäß ist nun eine Aufteilung des gesamten Skalenbereichs in drei Skalenbereiche vorgesehen, und zwar:
    • – einem 1. Bereich, dessen Größe der Abnahme der anfänglichen Nennkapazität entspricht,
    • – einem 2. Bereich, dessen Größe dem aktuellen Ladezustand entspricht,
    • – einem 3. Bereich, dessen Größe der Differenz zwischen der Restkapazität und dem aktuellen Ladezustand entspricht.
  • Dabei veranschaulicht der 3. Bereich, die Ladungsmenge, um die die Batterie ausgehend vom aktuellen Ladezustand bis zur Restkapazität wiederaufgeladen werden kann.
  • Auf diese Weise werden dem Fahrer auf einer einzigen Anzeige-Skala in übersichtlicher und einfach erfassbarer Weise sowohl der aktuelle Ladezustand als auch die Restkapazität, welche ein Maß für die Alterung der Batterie ist, angezeigt.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Restnutzungsdauer Kraftfahrzeugbatterie bezogen auf die Nutzung der Batterie zum Starten des Fahrzeugmotors bestimmt werden kann.
  • Zum Starten des Motors ist in Abhängigkeit von bestimmten Motorstartbedingungen, insbesondere der Temperatur (z.B. Kühlmitteltemperatur), eine Mindestleistung für eine bestimmte Zeitdauer erforderlich ist. So ist die benötigte Mindestleistung für den Starter des Motors im Sommer geringer als im Winter. Ebenso lässt sich ein noch warmer Motor, der erst eine relativ kurze Zeit ausgeschaltet ist, leichter starten als ein kalter bereits lange Zeit ausgeschalteter Motor. Neben Mitteln zur Bestimmung des aktuellen Batteriezustandes werden Mittel zur Bestimmung des aktuellen elektrischen Verbrauchs des Kraftfahrzeugs, der von der Batterie gespeist wird, verwendet. Erfindungsgemäß wird nun aus dem aktuellen Batteriezustand und dem aktuellen elektrischen Verbrauch unter Berücksichtigung der speziellen Motorstartbedingungen eine Restnutzungsdauer für die Batterie bestimmt, in der die Batterie noch zum Starten des Motors verwendet werden kann.
    •
  • Anhand der beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.
  • Es zeigt:
  • 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Batteriezustandsanzeigesystems,
  • 2A–4C eine Anzeigeeinrichtung mit einer linearen, in diskrete Skalenteile eingeteilten Skala für jeweils verschiedene Batteriezustände,
  • 5 eine Anzeigeeinrichtung mit einer Tortendiagramm-Skala mit einer kontinuierlichen Einteilung der Skalenteile,
  • 6 ein Blockschaltbild für das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Restnutzungsdauer der Batterie.
  • 1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Batteriezustandsanzeigesystems. Dabei umfasst das System Mittel zur Bestimmung des aktuellen Ladezustandes, Mittel zur Bestimmung der Restkapazität und eine Anzeigeeinrichtung mit einer Skala, deren Gesamtbereich der anfänglichen Nennkapazität entspricht.
  • Die Mittel zur Bestimmung des aktuellen Ladezustandes und/oder die Mittel zur Bestimmung der Restkapazität umfassen einen Stromsensor zur Erfassung des der Batterie entnommenen Stroms sowie einen Spannungssensor zur Erfassung der Batteriespannung. Darüber hinaus umfassen die Mittel zur Bestimmung des aktuellen Ladezustandes und/oder die Mittel zur Bestimmung der Restkapazität einen Temperatursensor. Zur Bestimmung des aktuellen Ladezustandes und/oder zur Bestimmung der Restkapazität kann auch eine Einrichtung zur impedanzspektroskopischen Messung an der Batterie verwendet werden. Außerdem können die Mittel zur Bestimmung des aktuellen Ladezustandes und/oder die Mittel zur Bestimmung der Restkapazität zur Bestimmung des Innenwiderstandes der Batterie ausgebildet sein. Zur Batteriesensorik an sich sei auf die Veröffentlichungen DE 102 05 120B4 und DE 103 45 057 A1 verwiesen.
  • In den 2A–4C ist eine Anzeigeeinrichtung mit einer linearen, in diskrete Skalenteile eingeteilten Skala für jeweils verschiedene Batteriezustände dargestellt.
  • Die Darstellungen in den 2A bis 2C beziehen sich auf eine neue (= gesunde) Batterie, deren Restkapazität noch der anfänglichen Nennkapazität entspricht. 2A veranschaulicht den Zustand der voll geladenen Batterie, wo der aktuelle Ladezustand der anfänglichen Nennkapazität (entspricht in diesem Fall der Restkapazität) entspricht. Der 2. Skalenbereich, dessen Größe dem aktuellen Ladezustand entspricht, erstreckt sich somit über den gesamten Skalenbereich. Die 2B und 2C veranschaulichen den Zustand einer gesunden (d.h. anfängliche Nennkapazität = Restkapazität), jedoch teilweise entladenen Batterie.
  • Die Darstellungen in den 3A bis 3C beziehen sich auf eine bereits etwas gealterte Batterie, deren Restkapazität nicht mehr der anfänglichen Nennkapazität entspricht. Dabei veranschaulicht der 1. Skalenbereich die Größe der Abnahme der anfänglichen Nennkapazität. 3A veranschaulicht einen Zustand, indem der aktuelle Ladezustand unterhalb der reduzierten Restkapazität liegt. Die Differenz zwischen der Restkapazität und dem aktuellen Ladezustand entspricht der Größe des 3. Skalenbereichs. Die 3B und 3C veranschaulichen Zustände, in denen die Batterie weiter entladen wurde.
  • Die Darstellungen in den 4A bis 4C beziehen sich auf eine gegenüber den 3A bis 3C stärker gealterte Batterie, wobei in den 4A bis 4B unterschiedliche Ladezustände dargestellt sind.
  • 5 zeigt ebenfalls eine Anzeigeeinrichtung mit einer Tortendiagramm-Skala mit einer kontinuierlichen Einteilung der Skalenteile. Auch diese Skala ist erfindungsgemäß in Abhängigkeit vom Batteriezustand in drei Skalenbereiche aufteilbar.
  • Vorzugsweise ist das Mittel zur Ansteuerung der Anzeigevorrichtung derart ausgebildet ist, dass die zu einem der drei Skalenbereiche gehörenden (diskreten oder kontinuierlichen) Skalenteile optisch einheitlich dargestellt werden. Dies kann zum Beispiel durch die Einstellung von verschiedenen Farben für die einzelnen Bereiche erfolgen, wobei ein Bereich immer durch eine einheitliche Farbe gekennzeichnet wird. Alternativ dazu können jedoch auch unterschiedliche Schraffuren verwendet werden, wobei ein Bereich immer durch eine einheitliche Schraffur gekennzeichnet wird.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist an der Skala eine optische Markierung vorgesehen, um dem Fahrer anzuzeigen, wenn der Ladezustand (= Größe des 2. Bereichs) eine kritische Grenze unterschreitet. Dementsprechend kann an der Skala auch eine weitere optische Markierung vorgesehen sein, um dem Fahrer anzuzeigen, wenn die Abnahme der anfänglichen Nennkapazität (= Größe des 1. Bereichs) eine kritische Grenze unterschreitet.
  • Statt einer optischen Markierung kann in einer alternativen Ausführungsform auch ein akustisches oder optisches Warnsignal erzeugt werden, wenn der Ladezustand eine kritische Grenze unterschritten hat bzw. die Abnahme der Nennkapazität eine kritische Größe überschritten hat.
  • 6 ein Blockschaltbild für das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Restnutzungsdauer der Batterie.

Claims (11)

  1. Batteriezustandsanzeigesystem für eine wiederaufladbare Kraftfahrzeugbatterie, deren anfängliche Nennkapazität sich im Laufe der Zeit durch Alterung auf eine fortschreitend abnehmende Restkapazität reduziert, deren aktueller Ladezustand nach einer Entladung bis maximal zur jeweiligen Restkapazität durch Wiederaufladen erhöht werden kann, umfassend: – einem Mittel zur Bestimmung des aktuellen Ladezustandes, – einem Mittel zur Bestimmung der Restkapazität, – einer Anzeigeeinrichtung mit einer Skala, deren Gesamtbereich der anfänglichen Nennkapazität entspricht, – einem Mittel zur Ansteuerung der Anzeigevorrichtung in Abhängigkeit vom Ladezustand und der Restkapazität, wobei die Skala in drei Skalenbereiche aufteilbar ist, und zwar – einem 1. Bereich, dessen Größe der Abnahme der anfänglichen Nennkapazität entspricht, – einem 2. Bereich, dessen Größe dem aktuellen Ladezustand entspricht, – einem 3. Bereich, dessen Größe der Differenz zwischen der Restkapazität und dem aktuellen Ladezustand entspricht.
  2. Batteriezustandsanzeigesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung eine Skala mit einer diskreten Einteilung der Skalenteile aufweist.
  3. Batteriezustandsanzeigesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung eine Skala mit einer kontinuierlichen Einteilung der Skaleneinteile aufweist.
  4. Batteriezustandsanzeigesystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Ansteuerung der Anzeigevorrichtung derart ausgebildet ist, dass die zu einem Bereich gehörenden Skalenteile optisch einheitlich dargestellt werden.
  5. Batteriezustandsanzeigesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige von einer Leuchtdioden-Reihe oder einem Leuchtdioden-Array gebildet wird.
  6. Batteriezustandsanzeigesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige von einem LCD-Monitor, insbesondere von einem TFT-Monitor gebildet wird.
  7. Batteriezustandsanzeigesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bestimmung des aktuellen Ladezustandes und/oder die Mittel zur Bestimmung der Restkapazität einen Stromsensor zur Erfassung des der Batterie entnommenen Stroms sowie einen Spannungssensor zur Erfassung der Batteriespannung umfassen.
  8. Batteriezustandsanzeigesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bestimmung des aktuellen Ladezustandes und/oder die Mittel zur Bestimmung der Restkapazität einen Temperatursensor umfassen.
  9. Batteriezustandsanzeigesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bestimmung des aktuellen Ladezustandes und/oder die Mittel zur Bestimmung der Restkapazität eine Einrichtung zur impedanzspektroskopischen Messung an der Batterie umfassen.
  10. Batteriezustandsanzeigesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bestimmung des aktuellen Ladezustandes und/oder die Mittel zur Bestimmung der Restkapazität in der Lage sind, den Innenwiderstand der Batterie zu bestimmen.
  11. Verfahren zur Bestimmung der Restnutzungsdauer einer Kraftfahrzeugbatterie bezogen auf die Nutzung der Batterie zum Starten des Fahrzeugmotors, – wobei zum Starten des Motors in Abhängigkeit von bestimmten Motorstartbedingungen, insbesondere der Temperatur (z.B. Kühlmitteltemperatur), eine Mindestleistung für eine bestimmte Zeitdauer erforderlich ist, – wobei Mittel zur Bestimmung des aktuellen Batteriezustandes verwendet werden, – wobei Mittel zur Bestimmung des aktuellen elektrischen Verbrauchs des Kraftfahrzeugs, der von der Batterie gespeist wird, verwendet werden, – wobei aus dem aktuellen Batteriezustand und dem aktuellen elektrischen Verbrauch unter Berücksichtigung der speziellen Motorstartbedingungen eine Restnutzungsdauer für die Batterie bestimmt wird, in der die Batterie noch zum Starten des Motors verwendet werden kann.
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