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    • 专利摘要:
    Es werden Verfahren und Vorrichtungen zur Erkennung einer abgetrennten Batterie beschrieben, die in einem Fahrzeugbordnetz eingesetzt werden und erkennen lassen, ob eine Zuleitung zur Batterie unterbrochen ist oder ob die Batterie selbst defekt ist oder ob keine Batterie vorhanden ist. Diese Mittel führen eine Frequenzanalyse durch und lassen aus einer Verschiebung der Resonanzfrequenz des Systems Generator mit Regler, Bordnetz, Batterie bzw. aus dem Wert der Resonanzfrequenz einen Defekt erkennen. Bei erkanntem Defekt wird dieser angezeigt und es werden gegebenenfalls Notlaufmaßnahmen aktiviert.
    公开号:DE102004004173A1
    申请号:DE102004004173
    申请日:2004-01-28
    公开日:2005-08-18
    发明作者:Frank Schreiber；Dirk Schuster；Gert Wolf
    申请人:Robert Bosch GmbH；
    IPC主号:B60R16-02
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft Verfahren bzw. Vorrichtungen zur Erkennung einerabgetrennten oder defekten Batterie, insbesondere zur Erkennungeiner abgetrennten oder defekten Fahrzeugbatterie, nach der Gattungder beiden unabhängigenPatentansprüche.
    [0002] DieSpannungsversorgung in Kraftfahrzeugbordnetzen wird üblicherWeise mit Hilfe eines Generators sicher gestellt, der wenigstenseine im Fahrzeug befindliche Batterie, die mit dem Generator über eineLadeleitung in Verbindung steht, auflädt. Die elektrischen Bordnetzkomponentensind üblicher Weisemit der Batterie verbindbar und werden im Normalbetrieb von diesermit elektrischer Energie versorgt. Da über die Ladeleitung auch eineVerbindung zwischen den Bordnetzverbrauchern und dem Generator besteht,kann auch bei schlechtem Batteriezustand und gleichzeitig ausreichendverfügbarer Generatorleistungeine Versorgung der elektrischen Verbraucher des Bordnetzes weitgehendsicher gestellt werden, indem die benötigte elektrische Energie direktvom Generator geliefert wird. Probleme können auftreten, wenn die Batterieweitgehend entladen ist oder wenn die Batterie während des Fahrbetriebs zerstört wirdoder wenn eine vollständigeUnterbrechung zwischen der Batterie und dem Generator auftritt.
    [0003] Einsolcher Betriebszustand, der einen batterielosen Betrieb darstellt,ist eine sehr ungünstigeBetriebsform fürdas Fahrzeugbordnetz, insbesondere hinsichtlich der Stabilität der Energieverteilung.Die Erkennung eines batterielosen Betriebes ist daher erforderlich,dies gilt insbesondere fürFahrzeuge mit sicherheitsrelevanten elektrischen Verbrauchern, wie beispielsweiseelektrische Lenkunterstützung,elektrisches oder elektrohydraulisches Bremssystem u.s.w.. Die Erkennungeines batterielosen Betriebes wird derzeit nur mit aufwändigen Einrichtungenmöglich.
    [0004] EinVerfahren zur Erkennung eines batterielosen Betriebs bzw. zur Ermittlungeiner defekten Batterie eines Fahrzeugbordnetzes ist beispielsweiseaus der DE-P 199 64 057.2 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahrenwird bei laufendem Motor die Batterie vom Generator auf einen gegenüber dem üblichenSpannungssollwert höherenWert aufgeladen und anschließendmit Hilfe einer elektrischen Last wieder entladen. Durch Auswertungder Spannungsdifferenz, die sich beim Auf- bzw. beim Entladen innerhalbeines Zeitintervalls ergibt oder durch Ermittlung des Zeitintervalls,das bis zum Erreichen von zwei Spannungsschwellen abläuft, wirdder Betriebszustand der Batterie bzw. ihre Funktions- und/oder Speicherfähigkeitgeprüftoder erkannt, wenn die Batterie nicht mehr mit dem Generator verbundenist. Das bekannte Verfahren läuftbeispielsweise in einem Steuergerät ab, das bei erkannten Batteriedefekteine Anzeige auslöst.
    [0005] Daserfindungsgemäße Verfahrensowie die erfindungsgemäße Vorrichtungzur Erkennung einer abgetrennten oder defekten Batterie mit denMerkmalen der unabhängigenAnsprüchehat den Vorteil, dass ein batterieloser Zustand oder ein Fehlerin der Batterie oder eine Unterbrechung zwischen Batterie und Generatorsicher und zuverlässigerkannt wird. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass sogar noch unterschiedenwerden kann zwischen einer defekten Batterie und einem Bruch desKabels zwischen dem Generator und der Batterie. Erzielt werden dieseVorteile, indem die Bordnetzwelligkeit, insbesondere die Welligkeitder Spannung an vorgebbaren Stellen im Bordnetz ausgewertet wird.Die Auswertung umfasst dabei eine Auswertung der Frequenz der Bordnetzwelligkeit,die davon abhängt,ob eine funktionsfähigeBatterie vorhanden ist oder nicht.
    [0006] WeitereVorteile der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmaleerzielt.
    [0007] Dabeiwird in besonders vorteilhafter Weise nicht die Grundwelligkeit,die von der Generatordrehzahl abhängig ist, ausgewertet, sonderndie Kommutierungswelligkeit, die durch den Spannungssprung beimUmkommutiereren der Dioden der dem Generator zugeordneten Gleichrichterbrücke, verursacht wird.
    [0008] Einebesonders sichere Erkennung, ob eine funktionsfähige Batterie vorhanden istoder nicht ist durch eine Analyse der Resonanzfrequenz bzw. der Änderungder Resonanzfrequenz des Gesamtsystems möglich, da eine fehlende Batterieoder eine defekte Batterie oder ein Generator-Kabelbruch zu unterschiedlichenResonanzfrequenzen führen,sodass die Bestimmung der Resonanzfrequenz eine eindeutige Fehlererkennungermöglicht.Dieser Vorteil ist besonders wesentlich, da die Lage der Resonanzfrequenzweder von der Generatordrehzahl noch von der Last abhängig ist.
    [0009] Durchgeeignete Anpassung von einzusetzenden Filtermittel ist eine vorteilhafteTrennung der auszuwertenden Frequenzen von den anderen Frequenzenund vom Gleichspannungsanteil möglich.
    [0010] Invorteilhafter Weise kann die Detektion einer fehlenden oder defektenBatterie durch den Generatorregler selbst erfolgen, insbesonderein einer ihm zugeordneten Auswerteeinrichtung, die beispielsweiseeinen Prozessor mit zugehörigenAuswertemitteln umfasst, der die Auswertung vornimmt. Es ist aberauch möglich,die Detektion im Bordnetz, beispielsweise in einem Bordnetzsteuergerät durchzuführen. BeiErkennung des batterielosen Betriebes können in vorteilhafter WeiseWarnmeldungen ausgegeben werden und/oder Gegenmaßnahmen eingeleitet, die einensicheren Betrieb auch im batterielosen Zustand erlauben.
    [0011] EinAusführungsbeispielder Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgendenBeschreibung nähererläutert.Dabei zeigt:
    [0012] 1 dieerfindungswesentlichen Komponenten eines Fahrzeugbordnetzes einschließlich einerVorrichtung zur Erkennung eines batterielosen Fahrzeugbetriebs amBeispiel eines Generators mit Erregerdioden,
    [0013] 1a dendurch einzelne Komponenten des Gesamtsystems verursachten Schwingkreis,
    [0014] 2 dieVerschiebung der Resonanzfrequenz der Bordnetzspannung bei verschiedenen Batterie-bzw. Bordnetzzuständen,wobei
    [0015] 2a denZusammenhang füreine Detektion durch den Generatorregler und
    [0016] 2b denZusammenhang füreine Detektion im Bordnetz aufzeigt und
    [0017] 3 zweiBeispiele fürden Spannungsverlauf im Bordnetz mit und ohne Batterie.
    [0018] ImEinzelnen zeigt 1 beispielhaft ein Spannungsversorgungssystemfür einFahrzeug. Es umfasst einen Generator 10, der zur Versorgungdes Bordnetzes 11 dient und über einen Bürstenhalter 12 mitdem Regler 13 verbunden ist. Der Regler 13 setzt sichdabei beispielsweise aus einem Auswerte- bzw. Steuerteil 13a undeinem Leistungsteil 13b zusammen. Der Generator 10 setztsich zusammen aus den Ständerwicklungen 14, 15, 16,die in üblicherWeise mit einer Gleichrichterbrücke 17 inVerbindung stehen. An der Plusseite der Gleichrichterbrücke 17 wird ander Klemme B+ die gleichgerichtete Generatorspannung geliefert,die zur Ladung der Batterie 18 sowie zur Versorgung desgesamten Bordnetzes 11 dient. Die Gleichrichterbrücke umfasstin üblicher Weisesechs Gleichrichter, beispielsweise Dioden, Zenerdioden oder gegebenenfallsauch gesteuerte Gleichrichter wie MOSFETs etc.
    [0019] Nebenden Ständerwicklungenumfasst der Generator 10 auch noch eine Erregerwicklung 19,die überden Bürstenhalter 12 in üblicherWeise mit dem Regler 13 in Verbindung steht. Über dieErregerdioden 20a, b, c wird der Erregerstrom ausgekoppelt, derdurch die Erregerwicklung 19 fließt und vom Erreger 13 in üblicherWeise so geregelt wird, dass die Ausgangsspannung des Generatorsim Wesentlichen konstant ist. Die Auskopplung des Erregerstromes über Erregerdiodenist beispielhaft, die Erfindung kann auch mit einem Generator ohneErregerdioden eingesetzt werden.
    [0020] VomBordnetz 11 ist neben der Batterie 18 noch einVerbraucher 21 dargestellt, der über einen Schalter 22 mitder Batterie verbindbar ist. Weiterhin ist der Starter 23 dargestellt,der übereinen weiteren Schalter 24 und den Zündschalter 25 einschaltbarist. Mit 26 ist die Ladekontrolllampe bezeichnet, die in bekannterWeise überdie Klemme Kl.15 mit der Batterie 18 oder dem Starter 23 verbundenwerden kann.
    [0021] Nebendem bisher beschriebenen herkömmlichenSystem ist in einer erfindungsgemäßen Erweiterung noch ein Bordrechneroder ein Bordnetzsteuergerät 27 vorgesehen,das an den Pluspol der Batterie 18 angeschlossen ist undwenigstens einen Mikrokontroller 28, ein Netzteil 29,ein Filter 30 und eine Ansteuerung 31 für ein Anzeigemittel 32 umfasst. Über eineSchnittstelle, beispielsweise eine CAN-Schnittstelle mit CAN-Controller 33 kanndas Bordnetzsteuergerät 27 mitweiteren Steuergeräten inVerbindung stehen und Daten austauschen, insbesondere mit dem Motorsteuergerät 34.Das Bordnetzsteuergerätkann als eigenes Steuergerätausgestaltet sein, grundsätzlichist es auch möglich,dass dieses Bestandteil des Reglers 13 ist und in diesem Fallin den integrierten Schaltkreis des Reglers 13 integriertist.
    [0022] DemBordnetzsteuergerät 27 oderdem Spannungsregler zugeordnet sind neben den bisher beschriebenenKomponenten noch Mittel zur Spannungserfassung 35, diebeispielsweise die am Eingang des Bordnetzsteuergerätes anliegendeSpannung messen oder als sogenannter DF-Monitor ausgestaltet sind.Die Mittel zur Spannungserfassung 35 können aber auch so ausgestaltetsein, dass die Spannung an vorgebbaren Stellen des Bordnetzes gemessenwerden kann. Es kann dabei die Spannung an beliebiger Stelle desBordnetzes oder im Spannungsreglers selbst ermittelt werden. Esist auch möglich,anderweitig ermittelte Spannungen, die beispielsweise im Motorsteuergerät 34 ebenfalls ausgewertetwerden, übereinen Bus, beispielsweise einen CAN-Bus dem Bordnetzsteuergerät 27 oder derAuswerteelektronik 13a der Reglers 13 zuzuführen.
    [0023] Diegemessenen bzw. zugeführtenSpannungen werden im Bordnetzsteuergerät oder im integrierten Schaltkreis 13a desSpannungsreglers 13 ausgewertet, wodurch ein Abfall desBatteriekabels, ein Abfall des Generatorkabels oder die schlechter werdendeBatterie, insbesondere die Alterung der Batterie, festgestellt werdenkann. Es kann somit durch eine einfache Spannungsmessung einschließlich einerAuswertung innerhalb des Bordnetzes der Zustand des Bordnetzes diagnostiziertwerden. Im Zuge der Auswertung der Spannungen kann eine Filterungvorgenommen werden, wobei die Filterung so stattfindet, dass derWechselspannungsanteil wenig und der Gleichspannungsanteil starkgedämpftwird. Die Filterung kann durch geeignete Filtermittel erfolgen,wobei Analog- oderDigitalfilter möglichsind (Tiefpass, Bandpass usw.) und die Filterung beispielsweiseim Bordnetzsteuergerätselbst erfolgt.
    [0024] DieAuswertung der Spannung zur Erkennung der vorstehend genannten Fehlfunktionenberuht auf der Erkenntnis, dass der im Bordnetz integrierte Generator 10 imGesamtsystem und damit auch im Bordnetz eine Welligkeit erzeugt.Diese Welligkeit, insbesondere eine Spannungswelligkeit, lässt sichin zwei Anteile aufspalten, in die Grundwelligkeit durch die Gleichrichtungder vom Generator gelieferten Spannung, wobei die Gleichrichtungin der Gleichrichterbrücke 17 erfolgtund die Kommutierungswelligkeit durch den Spannungssprung beim Umkommutierender Dioden. Die Grundwelligkeit ist von der Drehzahl des Generatorsabhängigund soll erfindungsgemäß nichtausgewertet werden. Die Umkommutierungswelligkeit dagegen ist durcheinen Spannungssprung an einem gedämpften Schwingkreis verursachtund kann daher ausgehend von den nachstehend beschriebenen Zusammenhängen besonderseinfach ausgewertet werden.
    [0025] Dieeinzelnen Komponenten des Gesamtsystems, insbesondere Generatormit Regler, Batterie, Bordnetzverbraucher, Leitungen usw. stelleneine Art Schwingkreis dar. Bei vorhandener Batterie setzen sichdie Komponenten des Schwingkreises aus dem Entstörkondensator 36 desGenerators 10 und der Leitungsinduktivität sowiedem Widerstand bis zur Batterie 18 zusammen. Der Entstörkondensator 36 ist üblicherweise amGenerator, überwiegendin der Schutzkappe von Gleichrichter oder Spannungsregler untergebracht.Daher ergibt sich der in 1a dargestellteSchwingkreis, bestehend aus dem Generator G, dem Kondensator C ,dem Leitungswiderstand RL und der Leitungsinduktivität LL. DieBatterie 18 hat bei hohen Frequenzen einen vernachlässigbarenInnenwiderstand und stellt fürhohe Frequenzen, beispielsweise von mehr als 50 kHz, annähernd einenKurzschluss dar. Sie taucht daher im Schaltbild für den Schwingkreisnicht auf. Bei defekter Batterie 18 wird also nur die Leitungsinduktivität sowieder Widerstand der Leitung bis zum Verbraucher wirksam. Als Leitung 37 istim Ausführungsbeispielnach 1 die Verbindung zwischen der Batterie 18 unddem Verbraucher 21 bezeichnet. Tatsächlich sind praktisch alleLeitungen und Verbraucher des Bordnetzes am Schwingkreis beteiligt.
    [0026] DasGesamtsystem hat bei funktionsfähiger Batterieeine bestimmte Eigenfrequenz. Bei fehlender Batterie oder bei defekterBatterie oder bei einer Unterbrechung der Generatorleitung ergibtsich gegenüberdem fehlerfreien Zustand mit funktionsfähiger Batterie eine Resonanzfrequenzänderung,die zur Detektion des Bordnetzzustandes ausgewertet werden kann.Es sind dabei folgende Fällezu unterscheiden:
    [0027] Wirddie Untersuchung der Resonanzfrequenz durch den Generatorregleranhand der Auswertung der im Generatorregler detektierten Spannungdurchgeführt,ergibt sich fürdie Verschiebung der Resonanzfrequenz fR der in 2a dargestellte Sachverhalt.Bei einer defekten Batterie bzw. wenn überhaupt keine Batterie vorhandenist, wird eine deutlich kleinere Resonanzfrequenz erhalten als bei funktionsfähiger Batterie.Bei einem Bruch des Generatorkabels wird dagegen eine deutlicheErhöhung derResonanzfrequenz eintreten. Durch Vergleich der Resonanzfrequenzenmit der im Normalfall vorliegenden Resonanzfrequenz kann somit einBatteriedefekt oder ein Generatorkabelbruch eindeutig erkannt werden.
    [0028] Wirddie Untersuchung der Resonanzfrequenz beispielsweise durch das Bordnetzsteuergerät anhandder Auswertung der im Bordnetz detektierten Spannung durchgeführt, ergibtsich fürdie Verschiebung der Resonanzfrequenz fR der in 2b dargestellteSachverhalt. Die Resonanzfrequenz verschiebt sich, wie in 2b dargestellt,im Falle eines Defekts der Batterie oder einer fehlenden Batteriezu kleineren Werten hin und erreicht bei einem Bruch des Generatorkabelsden Wert Null. Durch Vergleich der Resonanzfrequenzen mit der imNormalfall vorliegenden Resonanzfrequenz kann somit ein Batteriedefektoder ein Generatorkabelbruch eindeutig erkannt werden.
    [0029] DenZusammenhang zwischen Spannung, Amplitude und Frequenz der Bordnetzwelligkeitbei einer Generatordrehzahl von 15000 l/min zeigt 3.Dabei ist in 3a der Fall Volllastmit Batterie und in 3b Volllast ohneBatterie dargestellt.
    [0030] Zusätzlich zurAuswertung der Resonanzfrequenz zur Erkennung eines Batteriedefektsoder einer Unterbrechung einer der Batterieleitungen kann die Höhe der Amplitudender Welligkeit im Bordnetz ausgewertet werden, wobei zu berücksichtigenist, dass die Höheder Welligkeit der Amplituden im Gegensatz zur Resonanzfrequenzvon der Generatordrehzahl und der Last ist. Die Höhe der Amplitude Welligkeitbzw. des Wechselspannungsanteils bei defekter Batterie oder fehlenderBatterie oder bei Abfall der Generatorleitung ist bei sonst gleichenBedingungen größer alsbei Normalbetrieb.
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Verfahren zur Erkennung einer abgetrennten Batteriein einem Fahrzeugbordnetz, das wenigstens einen von einem Motorangetriebenen Generator, eine Batterie sowie mit der Batterie verbindbareVerbraucher und mindestens eine Auswerteeinheit aufweist, dadurchgekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit die Frequenz vorgebbarerzugeführteroder ermittelter Spannungen analysiert und aus vorgebbaren Charakteristikender Frequenz erkennt, dass die Batterie abgetrennt oder defekt istoder dass ein Kabelbruch vorlegt.
    [2] Verfahren zur Erkennung einer abgetrennten Batterienach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungder Resonanzfrequenz der Spannung gegenüber der üblichen Resonanzfrequenz oderdie Resonanzfrequenz selbst ausgewertet wird.
    [3] Verfahren zur Erkennung einer abgetrennten Batterienach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungvor der Frequenzanalyse gefiltert wird und die Filterung so erfolgt,dass die fürdie Eigenfrequenz typische Frequenz wenig gedämpft wird.
    [4] Verfahren zur Erkennung einer abgetrennten Batterienach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass aus der Verschiebung der Lage der Resonanzfrequenz erkanntwird, an welcher Stelle eine Abtrennung der Batterie erfolgt ist,oder ob die Batterie selbst defekt ist.
    [5] Verfahren zur Erkennung einer abgetrennten Batterienach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass nach einer Defekterkennung dieser angezeigt wird und ein Notbetriebaktiviert wird.
    [6] Vorrichtung zur Erkennung einer abgetrennten Batteriein einem Fahrzeugbordnetz, das wenigstens einen von einem Motorangetriebenen Generator, eine Batterie sowie mit der Batterie verbindbareVerbraucher und Auswertemittel umfasst, dadurch gekennzeichnet,dass die Auswertemittel Mittel zur Erfassung wenigstens einer Spannungumfassen, sowie Mittel zur Auswertung dieser Spannung, wobei dieseMittel zur Auswertung einer Spannung Mittel zur Frequenzanalyseumfassen.
    [7] Vorrichtung zur Erkennung einer abgetrennten Batterienach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur FrequenzanalyseMittel zur Bestimmung der Lage der Resonanzfrequenz umfassen.
    [8] Vorrichtung zur Erkennung einer abgetrennten Batterienach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlicheFiltermittel vorhanden sind, die eine auf erwartete Resonanzfrequenzenabgestimmte Filtercharakteristik aufweisen.
    [9] Vorrichtung zur Erkennung einer abgetrennten Batterienach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemitteleine Recheneinrichtung, insbesondere einen Mikroprozessor umfassen,der Bestandteil eines eigenen Bordnetzsteuergerätes oder einer Auswerteeinrichtungeines Spannungsreglers ist.
    [10] Vorrichtung zur Erfassung einer abgetrennten Batterienach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass Mittel zur Anzeige eines Batteriedefekts oder der Abtrennungder Batterie vorhanden sind, sowie weitere Mittel, die einen Notbetrieberlauben.
    [11] Vorrichtung zur Erfassung einer abgetrennten Batterienach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass die Auswertemittel Vergleichsmittel umfassen, die die aktuelleResonanzfrequenz mit der üblichenResonanzfrequenz vergleichen und bei Abweichung auf Defekt erkennen.
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    引用文献:
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    法律状态:
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    2018-03-15| R084| Declaration of willingness to licence|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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