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DE19952693A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln, Anzeigen und/oder Auslesen des Zustandes einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln, Anzeigen und/oder Auslesen des Zustandes einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug

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DE19952693A1
DE19952693A1 DE19952693A DE19952693A DE19952693A1 DE 19952693 A1 DE19952693 A1 DE 19952693A1 DE 19952693 A DE19952693 A DE 19952693A DE 19952693 A DE19952693 A DE 19952693A DE 19952693 A1 DE19952693 A1 DE 19952693A1
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Akkumulatorenfabrick Moll GmbH and Co KG
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Abstract

Eine Vorrichtung dient zum Ermitteln des Zustandes, insbesondere des Ladezustandes, einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie (1), für ein Kraftfahrzeug. Die Vorrichtung besitzt einen oder mehrere Sensoren (15, R3, 23) zum Erfassen der Batteriespannung, der Batterietemperatur, des Ladestroms, des Entladestroms und/oder des Ruhestroms. Die Vorrichtung besitzt ferner eine Auswerteschaltung (2), insbesondere einen Mikroprozessor, zum Ermitteln des Batteriezustandes aus den von dem oder den Sensoren (13, R3, 23) erfaßten Werten (einzige Figur).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln, Anzeigen und/oder Auslesen des Zustandes einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug. Sie betrifft ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Re­ geln der Ladung einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie für ein Kraftfahr­ zeug. Schließlich betrifft die Erfindung eine Batterie, insbesondere eine Starterbat­ terie für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung macht das Management sowohl einer Batterie als auch mehrerer Batterien möglich.
Starterbatterien liefern den Kraftfahrzeugen die Energie für das Starten des Motors. Der damit verbundene Energieverlust wird während des Laufs des Motors durch die Energiezufuhr von einem Generator, der vom Motor angetrieben wird, wieder aus­ geglichen. Eine Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug ist jedoch vielfältigen Einflüs­ sen und Alterungsprozessen unterworfen.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln des Zustandes, insbesondere des Ladezustandes, einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug, vorzuschla­ gen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs angege­ benen Art dadurch gelöst, daß die Batteriespannung UBATTERIE, die Batterietempe­ ratur TBATTERIE, der Ladestrom ILADUNG, der Entladestrom IENTLADUNG und/oder der Ruhestrom IRUHE erfaßt wird und daß daraus der Batteriezustand ermittelt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Vorzugsweise wird aus dem bzw. den erfaßten Werten (also der Batteriespannung, der Batterietemperatur, dem Ladestrom, dem Entladestrom und/oder dem Ruhe­ strom) der Innenwiderstand (ΛU/ΛI), die Impedanz, die Batteriespannungsänderung pro Zeit (ΛU/Λt), die Stromänderung pro Zeit (ΛI/Λt), die Lademenge (ΣQLADUNG) und/oder die Entlademenge (ΣQENTLADUNG) ermittelt wird. Einzelne, mehrere oder alle dieser ermittelten Werte dienen zur Beurteilung des Zustandes der Batterie, insbesondere des Ladezustandes oder des allgemeinen Zustandes der Batterie.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß aus ein­ zelnen, mehreren oder allen erfaßten Werten und/oder aus einzelnen, mehreren oder allen ermittelten Werten der Batterieladezustand, der allgemeine Batteriezu­ stand (Lebensdauer), die Startfähigkeit der Batterie, die optimale Ladespannung für die Reglersteuerung der Batterie und/oder die Lade- und/oder Entladebilanz der Batterie für die Ermittlung des Energiedurchsatzes auch in Abhängigkeit der Entla­ detiefe ermittelt wird. Diese Ermittlung erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von der Batterietemperatur.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden die Batteriespannung, die Batterietemperatur, der Ladestrom, der Entladestrom und/oder der Ruhestrom in gleichbleibenden und/oder dynamisch gewählten Intervallen erfaßt. Die dynamische Wahl der Intervalle erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von einem oder mehreren oder allen der erfaßten und/oder ermittelten Werte. Die Ermittlung des Batteriezustandes, also die Ermittlung der "ermittelten Werte", erfolgt ebenfalls vorzugsweise in gleichbleibenden und/oder dynamisch gewählten Intervallen, vorzugsweise in denselben Intervallen wie die Erfassung der "erfaßten Werte".
Vorteilhaft ist es, wenn die erfaßten Werte und/oder die ermittelten Werte und/oder Extremwerte der erfaßten und/oder ermittelten Werte gespeichert und/oder gefiltert und/oder verdichtet (komprimiert beziehungsweise einer Datenkompression unter­ worfen) werden.
Die Ermittlung der "ermittelten Werte" erfolgt vorzugsweise durch jeweils ein Kenn­ feld.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden die Batteriespannung und die Batterietemperatur in Ruhephasen gemessen. Die Messung der Batteriespan­ nung und der Batterietemperatur erfolgt vorzugsweise in Phasen mit extrem niedri­ gem Entladestrom oder ohne Last (Standphasen des Kraftfahrzeugs). Hierdurch kann ein Faktor zur Abschätzung des Ladezustandes erhalten werden:
SOC = f(U0, [T]), ohne Last
Hierin bedeuten:
SOC = State Of Charge = Ladezustand
U0 = Ruhespannung ohne Last; im Betrieb kaum erfaßbar, da ständig
T = Ruhestromverbraucher aktiv
T = Batterietemperatur
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lade- und Lastströme erfaßt werden und daß die Lade- und Entlademengen (Ah), die La­ de-/Entladeleistung und die Lade- und Entladearbeit (Wh) kumuliert werden. Dabei kann der Energiedurchsatz zur Lebensdauerbeurteilung mit herangezogen werden. Ferner kann der Ladefaktor ermittelt werden. Die Änderung des Ladefaktors kann zur Beurteilung des Batteriezustandes beziehungsweise Ladezustandes herange­ zogen werden, auch in Verbindung mit der Batteriespannungsänderung bei Last­ wechsel:
LFAh = f(ΣLadestrommenge [abh. von T]/ΣEntladestrommenge)
LFWh = f(ΣLadestromarbeit [abh. von T]/ΣEntladestromarbeit)
LFW = f(ΣLadeleistung [lastabhängig von T]/ΣEntladeleistung)
SOH = f(ΛLFAh/Wh, Λt, T)
Hierin bedeuten:
LFAh = Ladefaktor des Stromdurchsatzes
LFWh = Ladefaktor des Energiedurchsatzes
LFW = Ladefaktor der Leistung
SOH = State Of Health = Batteriezustand (Lebensdauer)
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Batte­ riespannungsänderung bei Laständerung in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur erfaßt wird. Dies kann auf folgende Weise geschehen: Bestimmung des Innenwi­ derstandes; bei Initialisierung/Inbetriebnahme Speichern der ermittelten Kenndaten im EEprom/Flash-Speicher zur Bewertung der Änderung über die Lebensdauer. Der Batteriespannungseinbruch bei Belastung wird in Abhängigkeit von Stromhöhe und Temperatur bestimmt. Die Batteriespannungsänderung bei Ladung wird in Ab­ hängigkeit von Stromhöhe und Temperatur bestimmt. Es erfolgt eine Schätzung des Ladezustandes und des Batteriezustandes:
SOC = f(ΛUdΛI, T)
SOH = f(ΛUdΛI, T, At)
Hierin bedeutet:
LUdΛI = Innenwiderstand (bei relativ starker Änderung des Stromes); gegebenenfalls Impedanzmessung durch elektronische Schaltung
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere Werte kontinuierlich erfaßt werden und daß Extremwerte der erfaßten Werte gespeichert werden. Die kontinuierliche Erfassung kann dadurch erfolgen, daß die Werte in wiederkehrenden Intervallen erfaßt werden, vorzugsweise in gleichbleibenden und/oder dynamisch gewählten Intervallen. Es erfolgen in diesem Sinn kontinuierliche Messungen mit Erfassung und Speicherung von Extremwerten zur Korrektur von Lebensdauervorhersagen, da bei extremen Belastungen die zu erwartende Lebensdauer sich durchaus verkürzen kann.
Ein Verfahren zum Anzeigen und/oder Auslesen des Zustandes einer Batterie, ins­ besondere einer Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Batteriezustand nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt wird und daß der ermittelte Batteriezustand angezeigt und/oder ausgele­ sen wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Regeln der Ladung einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug, das erfindungsgemäß da­ durch gekennzeichnet ist, daß der Batteriezustand nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt wird und daß einer oder mehrere oder alle der ermittelten Werte zur Regelung der Batterieladung verwendet wird. Vorzugsweise werden der oder die ermittelten Werte zur Regelung des Ladungsvorgangs der Batterie verwendet. Dies kann dadurch erfolgen, daß der Generator, der die Batterie lädt, entsprechend gesteuert bzw. geregelt wird. Zur Generatorsteuerung werden vorzugsweise fol­ gende Kriterien herangezogen:
Die Ladespannung in Abhängigkeit der Batterietemperatur und des Batteriezustan­ des verbessert die Stromaufnahme bei niedrigen Temperaturen; bei kalter Batterie wird die Reglerspannung erhöht, um die Stromaufnahme zu verbessern:

URegler = f(T, [SOC, SOH])
Hierin bedeutet:
URegler = Ladespannungseinstellung am Generator
Vorteilhaft ist es, wenn in Abhängigkeit von dem ermittelten Batteriezustand eine Lastabschaltung erfolgt. Vorzugsweise erfolgt eine derartige Lastabschaltung bei starker Belastung, bei niedrigem Ladezustand und/oder bei negativer Ladebilanz. Die Lastabschaltung erfolgt vorzugsweise nach festgelegten Prioritäten. Danach ist es möglich, verschiedene Verbraucher gegeneinander zu verriegeln. Beispielswei­ se kann diese Verriegelung derart erfolgen, daß während der Betätigung der elek­ trischen Sitzverstellung im Kraftfahrzeug die Sitzheizung nicht aktiviert werden kann. Ferner ist es möglich, einzelne Verbraucher komplett wegzuschalten. Bei­ spielsweise kann die Sitzheizung in dieser Weise weggeschaltet bzw. deaktiviert werden, bis der Ladezustand und/oder die Ladebilanz wieder einen ausreichenden Wert erreicht hat; dann wird die Sitzheizung wieder freigegeben.
Folgende Kriterien können zur Lastabschaltung herangezogen werden: Klemme 15 aus (Fahrzeug steht ohne zusätzliche Verbraucher): Ladezustand, Batteriespan­ nung, Temperatur, Ruhestrom. Klemme 15 an, Motor aus (Fahrzeug steht, aber möglicherweise mit zusätzlichen Verbrauchern): Ladezustand, Batteriespannung, Batterietemperatur, Ruhestrom, Entladestrom (Höhe des Entladestroms). Klemme 15 an, Motor an (Fahrzeug fährt, zusätzliche Verbraucher je nach Komfortwunsch): Ladezustand, Batteriespannung, Batterietemperatur, Ladestrom, Entladestrom (Höhe des Entladestroms), Ladebilanz. Die Schaltung kann nach einer entspre­ chenden Prioritätenliste bzw. Abschaltanforderung über den CANbus im Fahrzeug­ bordnetz erfolgen.
Eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art ist erfindungsgemäß gekenn­ zeichnet durch einen oder mehrere Sensoren zum Erfassen der Batteriespannung, der Batterietemperatur, des Ladestroms, des Entladestroms und/oder des Ruhestroms und eine Auswerteschaltung, insbesondere einen Mikroprozessor, zum Er­ mitteln des Batteriezustandes aus den von dem oder den Sensoren erfaßten Wer­ ten.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ist gekennzeichnet durch Meßverstärker zum Ver­ stärken der Sensorsignale. Die Sensorsignale können auf diese Weise an die Aus­ werteschaltung bzw. den Prozessor angepaßt werden. Ferner können einer oder mehrere A/D-Wandler vorhanden sein.
Vorzugsweise ist die Auswerteschaltung bzw. der Mikroprozessor zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet bzw. dafür programmiert.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anzeige- und/oder Auslesevorrichtung zum Anzei­ gen und/oder Auslesen des Zustandes einer Batterie, insbesondere einer Starter­ batterie eines Kraftfahrzeuges, die durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln des Batteriezustandes gekennzeichnet ist. Eine erfindungsgemäße Re­ gelvorrichtung zum Regeln der Ladung einer Batterie bzw. Starterbatterie ist ge­ kennzeichnet durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln des Zustan­ des der Batterie.
Die Erfindung betrifft schließlich eine Batterie, insbesondere eine Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug, die durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln, Anzeigen und/oder Auslesen des Batteriezustandes gekennzeichnet ist und/oder durch eine Regelvorrichtung zum Regeln der Ladung der Batterie.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der der Zeichnung zeigt die
einzige Figur ein Schaltschema für eine Vorrichtung zum Ermit­ teln und Anzeigen des Zustandes einer Starterbat­ terie eines Kraftfahrzeuges.
Der Pluspol der Starterbatterie 1 mit einer Spannung von 12-36 Volt, je nach Batte­ rie und Fahrzeug, im Ausführungsbeispiel von +14 V liegt an der Klemme 30. Er ist über einen Widerstand R1 mit dem Mikrocontrollersystem 2 verbunden. Das Mikro­ controllersystem 2 weist an seinem Eingang einen A/D-Wandler 3 für mehrere Ein­ gänge auf. Es besitzt ferner eine Echtzeituhr 4, eine Systemüberwachung (Watchdog) 5, einen Datenspeicher 6, der als Flash-Speicher ausgestaltet sein kann, einen Programmspeicher 7, der als EEprom, Flash oder Ähnliches ausge­ staltet sein kann, und mehrere Schnittstellen, nämlich einen CAN-Bus 8 für den bidirektionalen Datenaustausch mit einem Bordcomputer, eine erste serielle Schnittstelle 9 für den bidirektionalen Datenaustausch mit einer Servicestation, ei­ ner Kalibrierungsstation und einer Up-/Download-Station sowie weiteren Geräten, eine zweite serielle Schnittstelle 10 für die Datenausgabe an ein Display und eine I/O-Schnittstelle 11 für die Datenabgabe an einen direkten Lastabwurf und an stati­ sche Anzeigen sowie weitere Geräte.
Der mit dem A/D-Wandler 3 verbundene Ausgang des Widerstandes R1 ist über eine Parallelschaltung eines weiteren Widerstandes R2 und einer Diode D1 mit der Masse verbunden. R1, R2 und D1 bilden einen Interfacebaustein 12 für die Batte­ riespannung.
Der Minuspol der Batterie 1 ist über eine Meßvorrichtung 13 zur Strommessung und einen Widerstand R3 mit Masse verbunden. Der Ladestrom durchströmt die Meßvorrichtung 13 in Richtung von der Batterie 1 zur Masse, also in Richtung des Pfeiles 14. Der Entladestrom fließt in Richtung des Pfeiles 15, also in entgegenge­ setzte Richtung.
Der Magnetfeldsensor ist über die Leitung 16 mit einem Eingang eines Verstärkers 17 verbunden. Der andere Eingang des Verstärkers 17 ist über den Widerstand R4 mit dem Ausgang des Verstärkers 17 verbunden sowie über den Widerstand R5 mit Masse. Verstärker 17 und Widerstände R4 und R5 bilden einen Interfacebaustein 18 für den Lade-/Entladestrom im Meßbereich von -100 A bis +100 A.
Der Eingang des Widerstandes R3 ist über eine Leitung 19 mit einem Widerstand R6 verbunden, dessen anderes Ende mit einem Eingang des Verstärkers 20 ver­ bunden ist. Dieser Eingang des Verstärkers 20 ist über den Widerstand R7 mit dem Ausgang des Verstärkers 20 verbunden. Der Ausgang des Shunts R3 ist über die Leitung 21 mit dem Widerstand R8 verbunden, dessen anderes Ende mit dem zweiten Eingang des Verstärkers 20 verbunden ist. Ferner ist der Ausgang des Wi­ derstandes R8 über den weiteren Widerstand R9 mit Masse verbunden. Die Wider­ stände R6, R7, R8 und R9 und der Verstärker 20 bilden einen Interfacebaustein 22 für den Lade-/Entladestrom im Meßbereich von -1A bis +1A. Anstelle des Shunts R3 könnte auch ein Masseband oder ein Magnetfeldsensor verwendet werden.
Der Eingang des Temperaturkühlers (eventuell NTC) 23 ist mit einer Referenzspan­ nungsquelle Uref verbunden. Der Ausgang des Temperaturfühlers 23 ist mit dem ersten Eingang eines Verstärkers 24 verbunden; er ist ferner über den Widerstand R10 mit Masse verbunden. Der andere Eingang des Verstärkers 24 ist über den Widerstand R11 mit dem Ausgang des Verstärkers 24 verbunden sowie über den Widerstand R12 mit Masse. Die Referenzspannungsquelle Uref, die Widerstände R10, R11 und R12 und der Verstärker R24 bilden einen Interfacebaustein 25 für die Batterietemperatur im Meßbereich von -50°C bis +80°C.
Die Interfacebausteine 12, 18, 22 und 25 sind mit dem A/D-Wandler 3 des Mikro­ controllersystems 2 verbunden. Die I/O-Schnittstelle 11 des Mikrocontrollersystems 2 besitzt ferner 2 weitere Eingänge, nämlich den Eingang "Zündung ein" (Klemme 15) und den Eingang "Motor läuft".
Im Datenspeicher 6 des Mikrocontrollersystems 2 werden die Kenndaten der ein­ gebauten Batterie gespeichert (der Energiedurchsatz, das Belastungsprofil und weitere Werte), ferner die erfaßten Daten der eingebauten Batterie (die Ladungen, die Entladungen, die Ströme, die Spannungen, die Temperaturen, die Zeiten und weitere Werte). Ferner enthält der Datenspeicher 6 einen Fehlerspeicher für un­ plausible Daten, Defekte und weitere Daten.
Der Programmspeicher 7 des Mikrocontrollersystems 2 enthält Auswertungsalgo­ rithmen und Funktionen zur Bestimmung des Ladezustands, des Batteriezustands, der Lade-/Entlademengen, der Startfähigkeit und weiterer Werte. Er enthält ferner Programme zur Erfassung und Aufbereitung der Eingangsgrößen (Ströme, Span­ nungen, Temperaturen, Betriebsbedingungen etc.).
Über die am Mikrocontrollersystem 2 über die Meßverstärker bzw. Interfacebau­ steine 12, 18, 22 und 25 angeschlossenen Sensoren 13, R3 und 23 werden in an­ gemessenen, nach Anforderung auch dynamisch gewählten Intervallen die ent­ sprechenden Batterie- und Peripheriewerte erfaßt und in dem Mikrocontrollersy­ stem 2 bzw. einen Prozessor durch ein entsprechendes Programm (das im Pro­ grammspeicher 7 abgelegt sein kann) ausgewertet. Die zu erfassenden Batterie­ daten sind die Batteriespannung, die Batterietemperatur, der Ladestrom, der Entla­ destrom und der Ruhestrom. Die zur Beurteilung zu bestimmenden Werte sind der Innenwiderstand und/oder die Impedanz ΛU/ΛI (Innenwiderstand), ΛU/Λt, ΛI/Λt, ΣQLADUNG, ΣQENTLADUNG. Ferner werden "Extremwerte" festgehalten und gespeichert, um auf diese Weise über das Lastverhalten Aussagen machen zu können.
Weiterhin werden die Initialisierungsdaten der Batterie (also die Daten der Erstin­ betriebnahme) im Speicher 6 gehalten bzw. gespeichert, um auf diese Weise eine Veränderung über die Zeit zu ermitteln und so Vorhersagen über die zu erwartende Lebensdauer bzw. über das zu erwartende Lebensdauerende der Batterie machen zu können.
Die Auswertung umfaßt zum einen eine Datenspeicherung, die über einen entspre­ chenden Algorithmus eine Datenfilterung und Datenkompression vornimmt. Zum anderen werden von den eingelesenen Meßwerten über weitere Algorithmen ent­ sprechende Berechnungen durchgeführt, die dazu geeignet sind, Aussagen über den derzeitigen Batteriezustand bezüglich Ladezustand, Startfähigkeit, Batteriezu­ stand (Lebensdauer) und optimaler Ladespannung in Abhängigkeit von der Tempe­ ratur (Batterietemperatur) zu treffen.
Weiterhin können über Schnittstellen eine Ansteuerung von Anzeigen über den be­ urteilten Batteriezustand erfolgen; diese Anzeigen können als einfache Signale (Warn- oder Anzeigelampen) oder über ein graphisches Display mit lesbarer Anzei­ ge erfolgen.
Darüber kann über den verwendeten Feldbus eine Steuerungsschnittstelle für die Bordelektronik angesteuert werden. Damit kann beispielsweise der Laderegler des Generators entsprechend dem Batteriezustand und der Temperatur der Batterie in Ladespannung und Ladestrom geregelt werden.
Darüber hinaus können bei starker Belastung, bei niedrigem Ladezustand und/oder negativer Ladebilanz eine Lastabschaltung nach festgelegten Prioritäten erfolgen.
Eine Service-Schnittstelle ermöglicht das Auslesen der Daten z. B. für die Werkstatt und Reinitialisierung bei Austausch der Batterie im Fahrzeug.
Die Vorrichtung umfaßt folgende Bestandteile:
  • - ein Mikrocontrollersystem 2 zur Steuerung der Messungen, Auswer­ tung (Algorithmen) und Ausgabe der Daten sowie Datenspeicherung; der Mikrocontroller 2 umfaßt integrierte A/D-Wandler zur direkten oder indirekten Meßwerterfassung.
  • - Sensorik: Spannungsmessung (Messung der Batteriespannung; Ab­ griff an den Endpolen der Batterie); Temperaturmessung (Batterie­ temperatur; Abgriff eventuell am Endpol); Messung des Lade- und Entladestroms (Spannungsabfall über Shunt R3 oder Magnetfeldsen­ sor); Messung des Ruhestroms (Spannungsabfall über Shunt oder Magnetfeldsensor, abhängig vom Fahrzeugzustand, d. h. bei Klemme 15 AUS = Ruhestrommessung und reduzierter Eigenverbrauch der gesamten Schaltung).
  • - Meßverstärker: Anpassung der zu messenden Größen an die Schnittstellen des Mikrocontrollersystems.
  • - Integrierte Echtzeituhr 4: Dokumentation des Meßzeitpunktes, Hilfsgröße zur Ermittlung zeitabhängiger Größen wie Lade- und Ent­ lademengen.
  • - Schnittstelle zu Anzeigen oder Displays.
  • - Schnittstelle zu Feldbussystemen, z. B. CAN.
  • - Schnittstelle zu Service-Geräten, z. B. CAN oder spezielles Feldbus­ system zur Initialisierung, Reset, Werkstatt-Datenausgabe.
  • - Schnittstelle zur System-Kommunikation, z. B. Up- und Download von Software und Daten.
  • - I/O-Schnittstellen zur Ansteuerung von Aktuatoren (Relais oder Ähn­ liches), z. B. für Lastabwurf.
Aufgrund der komplexen Strombedarfe im Automobil ist eine einfache Bilanzierung der Lade- und Entladestrommengen mit Ladefaktorkorrektur oder eine Beurteilung des Ladezustandes über die Ruhespannung nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich. Vielmehr muß durch eine Reihe von verschiedenen Faktoren auf einen Zustand geschlossen werden. Die im Fahrzeug auftretenden unterschiedlichen Lastprofile und Ladungen mit ihren diversen Ausprägungen müssen beim Auftreten dynamisch gemessen und ausgewertet werden. Im ersten Ansatz müssen dann diese Ergebnisse mit einem Kennfeld verglichen werden und der Zustand beurteilt werden. Die bevorzugten Kriterien für verschiedene Batterie-Beurteilungen sind eingangs bereits erläutert worden.
Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung mit entsprechend notwendigen Sensoren und zugehörigen Verstärkerschaltungen zur Ermittlung von Batteriespannung, La­ de- und Entladestrom, Ruhestrom, Batterietemperatur und Innenwiderstand bzw. Impedanz der zu beurteilenden Batterie geschaffen. In der Vorrichtung bzw. dem Gerät wird durch entsprechende Algorithmen mittels einem oder mehrerer Prozes­ soren der jeweilige Batterieladezustand, Batteriezustand allgemein, die Startfähig­ keit, die optimale Ladespannung für Reglersteuerung, Lade- und Entladebilanz der Batterie für Ermittlung des Energiedurchsatzes ermittelt. Die Ergebnisse werden über entsprechende Schnittstellen entweder direkt auf ein Display oder auf Anzei­ gen (Lampen) ausgegeben oder über entsprechende Feldbusse, im Automotive- Bereich hauptsächlich CANBus. Durch die Erfindung wird auf diese Weise ein Bat­ teriemanagement-System geschaffen, das auch als Diagnose-Gerät extern ein­ setzbar ist.

Claims (19)

1. Verfahren zum Ermitteln des Zustandes einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie (1) für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet,
daß die Batteriespannung, die Batterietemperatur, der Ladestrom, der Entla­ destrom und/oder der Ruhestrom erfaßt wird
und daß daraus der Batteriezustand ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem bzw. den erfaßten Werten der Innenwiderstand, die Impedanz, die Batteriespannungsänderung pro Zeit, die Stromänderung pro Zeit, die Lademenge und/oder die Entlademenge ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem bzw. den erfaßten Werten und/oder den nach Anspruch 2 ermittelten Werten der Batterieladezustand, der allgemeine Batteriezustand (Lebensdauer), die Startfähigkeit der Batterie, die optimale Ladespannung für die Reglersteue­ rung und/oder die Lade- und/oder Entladebilanz der Batterie für die Ermittlung des Energiedurchsatzes ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Batteriespannung, die Batterietemperatur, der Ladestrom, der Entladestrom und/oder der Ruhestrom in gleichbleibenden und/oder dy­ namisch gewählten Intervallen erfaßt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erfaßten Werte und/oder die ermittelten Werte und/oder Ex­ tremwerte der erfaßten und/oder ermittelten Werte gespeichert und/oder ge­ filtert und/oder verdichtet (komprimiert) werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ermittelten Werte durch ein Kennfeld ermittelt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Batteriespannung und die Batterietemperatur in Ruhepha­ sen gemessen werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lade- und Lastströme erfaßt werden und daß die Lade- und Entlademengen und die Lade- und Entladearbeit kumuliert werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Batteriespannungsänderung bei Laständerung in Abhängig­ keit von Zeit und Temperatur erfaßt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einer oder mehrere oder alle Werte kontinuierlich erfaßt werden und daß Extremwerte der erfaßten Werte gespeichert werden.
11. Verfahren zum Anzeigen und/oder Auslesen des Zustandes einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Batteriezustand nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ermit­ telt wird und daß der ermittelte Batteriezustand angezeigt und/oder ausgele­ sen wird.
12. Verfahren zum Regeln der Ladung einer Batterie, insbesondere einer Starter­ batterie für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß der Batteriezu­ stand nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ermittelt wird und daß einer oder mehrere oder alle der ermittelten Werte zur Regelung der Batterieladung ver­ wendet wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Abhängigkeit von dem ermittelten Batteriezustand eine Lastabschaltung erfolgt.
14. Vorrichtung zum Ermitteln des Zustandes einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Sensoren (13, R3, 23) zum Erfassen der Batteriespan­ nung, der Batterietemperatur, des Ladestroms, des Entladestroms und/oder des Ruhestroms und einen Auswerteschaltung (2), insbesondere einen Mikroprozessor, zum Ermitteln des Batteriezustandes aus den von dem oder den Sensoren erfaß­ ten Werten.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Meßverstärker (12, 18, 22, 25) zum Verstärken der Sensorsignale.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch eine Auswerte­ schaltung (2), insbesondere einen Mikroprozessor, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
17. Anzeige- und/oder Auslesevorrichtung zum Anzeigen und/oder Auslesen des Zustandes einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie eines Kraftfahr­ zeugs, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16.
18. Regelvorrichtung zum Regeln der Ladung einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie eines Kraftfahrzeuges, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16.
19. Batterie, insbesondere Starterbatterie für eine Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18.
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