DE102007025993A1

DE102007025993A1 - Verfahren zum Erfassen einer Schichtung in einer Batterie

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Publication number: DE102007025993A1
Application number: DE102007025993A
Authority: DE
Inventors: Ignacio Alvarez-Troncoso; Esteban Centellas Vela
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2008-01-24
Also published as: GB0712768D0; GB2439831B; US7538517B2; GB2439831A; US20080007225A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Erfassen einer Schichtung in einer Fahrzeugbatterie angegeben. Das Verfahren umfasst das Bestimmen, ob der Ladezustand der Fahrzeugbatterie größer als ein vorbestimmter Ladezustandsschwellwert ist. Es wird bestimmt, ob die Arbeitskapazität der Fahrzeugbatterie größer als ein Arbeitskapazitätsschwellwert ist. Es wird bestimmt, ob die Spannungsdifferenz der Fahrzeugbatterie größer als ein vorbestimmter Spannungsdifferenzschwellwert ist. Eine Schichtung in der Fahrzeugbatterie wird erfasst, wenn der Ladezustand, die Arbeitskapazität und die Spannungsdifferenz jeweils größer als der Ladezustandsschwellwert, der Arbeitskapazitätsschwellwert und der Spannungsdifferenzschwellwert sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Systeme zum Überwachen von Batterien und insbesondere ein Verfahren zum Erfassen einer Schichtung in einer Batterie.
Fahrzeugsysteme nutzen eine Fahrzeugbatterie, um zu Beginn elektrische Energie für das Starten des Fahrzeugantriebsystems vorzusehen. Nach dem Start des Antriebssystems wird eine Lichtmaschine als Primärquelle elektrischer Energie für verschiedene elektrische Einrichtungen in dem Fahrzeug genutzt, um eine Leerung der Fahrzeugbatterie zu verhindern. Außerdem führt die Lichtmaschine elektrische Energie zu der Fahrzeugbatterie zu, um die Fahrzeugbatterie aufzuladen und eine im wesentlichen maximale Spannung aufrechtzuerhalten.
Die Fahrzeugbatterie ist eine elektrochemische Einrichtung, die Elektrizität erzeugt und speichert. Die Batterie erzeugt einen Gleichstrom, der in nur einer Richtung fließt. Wenn die Batterie entladen wird, wandelt die Batterie die chemische Energie zu elektrischer Energie. Wenn die Batterie aufgeladen wird, wird die elektrische Energie zu chemischer Energie gewandelt, um Energie für eine spätere Nutzung zu speichern. Die Batterie wird über die Lichtmaschine aufgeladen, sobald der Motor gestartet wurde. Eine Entladung tritt während des Kurbelns des Fahrzeugs auf, für das Strom aus der Batterie verbraucht wird. Eine Entladung tritt auch dann auf, wenn die Batterie für eine längere Zeitdauer nicht genutzt wird oder wenn Lasten im Fahrzeug vorhanden sind, die mehr Energie verbrauchen als die Lichtmaschine bereitstellen kann.
Eine Batterie umfasst eine Vielzahl von Zellen, die eine negative Platte und eine positive Platte aufweisen, die in einem Behälter in einem Elektrolyten (z.B. SO₄H₂ – Schwefelsäure und Wasser) eingetaucht sind. Die Batterieplatten bestehen gewöhnlich aus Blei und Bleioxid. Die Platten sind also aus verschiedenen Metallen.
Unter normalen Bedingungen wandelt die Batterie die chemische Energie durch eine chemische Reaktion zwischen dem Elektrolyten SO₄H₂ und dem Blei der Platten zu elektrischer Energie. Während der Energiewandlung und der Entladung. der elektrischen Energie aus der Batterie reagiert die Säure mit dem Blei der Platten und erzeugt Bleisulfat (SO₄Pb₂), das die Lebensdauer der Batterie verkürzen kann, wenn es nicht entfernt wird. Diese Reaktion ist reversibel, d.h. das Bleisulfat kann zu Schwefelsäure und Wasser zurück gewandelt werden, wenn die Elektrolytlösung neu gemischt wird. Das erneute Mischen wird gewöhnlich bewerkstelligt, indem eine erhöhte Batterieladung an der Batterie angelegt wird.
Wenn eine Last über die Anschlüsse verbunden wird, fließen Elektronen, um die Ladungsdifferenzen an den Platten auszugleichen. Überständige Elektronen fließen von der negativen Platte zu der positiven Platte. Während dieses Flusses können die Platten über die Pole der Batterie gemessen werden, um die Spannung zu bestimmen. Die Spannung hängt von der Konzentration der Säurelösung und dem Bleigehalt der Batterieplatten in Bezug auf die anderen Platten ab.
Wenn die Elektrolytlösung geschichtet ist, ist die Säure dichter als das Wasser und liegt am Boden der Batterie. Unter dieser Bedingung ist die Säurekonzentration oben in der Lösung gering und unten in der Lösung hoch. Die hohe Säurekonzentration am Boden erhöht die Leerlaufspannung künstlich, sodass die Batterie voll aufgeladen und betriebsbereit erscheint, während sie in Wirklichkeit eine niedrige Kaltstartstromstärke (CCA) aufweist. Die Kaltstartstromstärke ist als die Strommenge definiert, die die Batterie für eine definierte Zeitdauer (z.B. gewöhnlich für 30 Sekunden) bei kalten Temperaturen (z.B. 0°F/–18°C) zuführen kann, wobei zwischen den Anschlüssen eine Spannung von ungefähr 7,2 Volt oder 1,2 Volt pro Zelle aufrechterhalten wird.
Wenn die Schichtung in der Batterie nicht erfasst und korrigiert wird, hat eine weitere Nutzung der Batterie eine geringere Speicherkapazität und eine Verschlechterung der Batteriezellen und somit letztendlich eine irreversible Beschädigung der Batterie zur Folge.
Die vorliegende Erfindung gibt einen Energieverwaltungsalgorithmus zum Erfassen einer Schichtung der Säurekonzentration in einer Fahrzeugbatterie an. Es kann auch eine Korrekturmaßnahme vorgesehen werden, um die Säure in der Batterie neu zu mischen, indem die Batterieladespannung erhöht wird, wenn eine Schichtung erfasst wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen einer Schichtung in einer Fahrzeugbatterie angegeben. Das Verfahren umfasst das Bestimmen, ob der Ladezustand der Fahrzeugbatterie größer als ein vorbestimmter Ladezustandsschwellwert ist. Es wird bestimmt, ob die Arbeitskapazität der Fahrzeugbatterie größer als ein Arbeitskapazitätsschwellwert ist. Es wird bestimmt, ob eine Spannungsdifferenz der Fahrzeugbatterie größer als ein vorbestimmter Spannungsdifferenzschwellwert ist. Eine Schichtung in der Fahrzeugbatterie wird erfasst, wenn der Ladezustand, die Arbeitskapazität und die Spannungsdifferenz jeweils größer als der Ladezustandschwellwert, der Arbeitskapazitätsschwellwert und der Spannungsdifferenzschwellwert sind.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen der Schichtung einer Säurekonzentration in einer Batterie angegeben. Der erwartete Ladezustand wird berechnet. Der tatsächliche Ladezustand wird gemessen. Der erwartete Ladezustand wird durch eine erste vorbestimmte Konstante modifiziert. Es wird bestimmt, ob der tatsächliche Ladezustand kleiner als der modifizierte erwartete Ladezustand ist. Das Arbeitskapazitätsverhältnis wird zwischen einer Differenzarbeitskapazität und einer Differenzzeit berechnet. Es wird bestimmt, ob das Arbeitskapazitätsverhältnis größer als eine zweite vorbestimmte Konstante ist. Es wird die Nennspannung berechnet. Es wird die tatsächliche Spannung gemessen. Die Nennspannung wird durch eine dritte vorbestimmte Konstante modifiziert. Es wird bestimmt, ob die tatsächliche Spannung kleiner als die Nennspannung ist. Es wird das Vorhandensein einer Schichtung in der Batterie bestimmt, wenn der tatsächliche Ladezustand kleiner als der modifizierte Nennladezustand ist, das Arbeitskapazitätsverhältnis größer als die zweite vorbestimmte Konstante ist und die tatsächliche Spannung kleiner als die modifizierte Spannung ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen der Schichtung einer Säurekonzentration in einer Batterie angegeben. Eine Ladezustandsdifferenz wird zwischen dem erwarteten Ladezustand und dem tatsächlichen Ladezustand berechnet. Es wird bestimmt, ob die Ladezustandsdifferenz größer als ein vorbestimmter Ladezustandsschwellwert ist. Ein Arbeitskapazitätsverhältnis wird zwischen einer Differenzarbeitskapazität und einer Differenzzeit berechnet. Es wird bestimmt, ob das Arbeitskapazitätsverhältnis größer als ein Arbeitskapazitätsschwellwert ist. Eine Spannungsdifferenz wird zwischen einer Nennspannung und einer tatsächlichen Spannung berechnet. Es wird bestimmt, ob die Spannungsdifferenz größer als ein vorbestimmter Spannungsschwellwert ist. Es wird das Vorhandensein einer Schichtung in der Batterie bestimmt, wenn jeweils der vorbestimmte Ladezustandsschwellwert, der Arbeitskapazitätsschwellwerts und der vorbestimmte Spannungsschwellwerts erfüllt werden.
Verschiedene Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann durch die folgende ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
1 ist eine schematische Ansicht einer Fahrzeugbatterie.
2 ist eine schematische Ansicht einer Fahrzeugbatterie mit einer geschichteten Säurekonzentration.
3 ist ein Kurvendiagramm zu einem Vergleich des Ladezustands.
4 ist ein Kurvendiagramm zu der Arbeitskapazität.
5 ist ein Kurvendiagramm zu einem Vergleich der Spannungsdifferenz.
6 ist ein Flussdiagramm zu einem Verfahren zum Erfassen und Korrigieren der Schichtung in einer Batterie.
Im Folgenden wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. 1 zeigt eine Batterie 10, die einen geschlossenen Behälter 12 aus einem nicht-korrosiven Material wie etwa Kunststoff zum Halten einer Elektrolytlösung 14 umfasst. Die Elektrolytlösung wird vorzugsweise aus Schwefelsäure und Wasser erzeugt. Die Batterie 10 umfasst eine Vielzahl von Zellen 16, wobei jede entsprechende Zelle durch einen Zellteiler 18 geteilt ist.
Jede der entsprechenden Zellen enthält positive Platten 19, negative Platten 20, Bänder 22 und Trennglieder (nicht gezeigt). Die positiven Platten 19 sind miteinander über ein entsprechendes ersten Band verbunden, um eine positive Plattengruppe zu bilden. Entsprechend verbindet ein entsprechendes zweites Band jede der negativen Platten 20 miteinander, um eine negative Plattengruppe zu bilden.
Das Blei auf den Platten ist porös (z.B. schwammartig), sodass die Batteriesäure in das Material der Platten eindringen kann, wodurch die chemische Reaktion und die Erzeugung der Elektrizität unterstützt wird. Die Trennglieder sind aus einem isolierenden Material ausgebildet, um einen Kontakt zwischen den Platten und damit einen Kurzschluss zu verhindern.
Wenn die Batterie 10 geladen wird, veranlasst eine Ladeeinrichtung 21 wie etwa eine Lichtmaschine oder ein Batterieladegerät, dass sich negative Elektronen auf den negativen Platten 20 ansammeln, sodass die negativen Platten 20 und die positiven Platten 19 eine Potentialdifferenz (d.h. Spannungsdifferenz) aufweisen. Wenn eine Last über die Anschlüsse 23 verbunden wird, tritt ein Stromfluss auf, um die Ladungsdifferenz an den Platten auszugleichen. Die überständigen Elektroden bewegen sich von der negativen Platte zu der positiven Platte.
2 zeigt eine geschichtete Batterie. Eine Schichtung in der Batterie tritt auf, wenn die Säurekonzentration der Elektrolytlösung 14 im unteren Teil 24 der Batterie 10 schwerer ist als im oberen Teil 26 der Batterie 10. Die höhere Säurekonzentration im unteren Teil der Batterie 10 verursacht einen zusätzlichen Aufbau an Bleisulfat. Wenn sich Bleisulfat zunehmend in der Batterie aufbaut und härtet oder kristallisiert (auch als Sulfatierung bezeichnet), wird die Speicherkapazität reduziert und ist die Verschlechterung der Batterie 10 schneller als normal, was zu einer irreversiblen Beschädigung der internen Komponenten der Batterie 10 führt.
Um zu bestimmen, ob eine Schichtung in der Batterie 10 vorhanden ist, werden Batterieparameter überwacht, wobei der Ladezustand, die Arbeitskapazität und die Spannung bestimmt und anschließend mit entsprechenden Schwellwerten verglichen werden, um eine Schichtung in der Batterie 10 wie weiter unten ausführlicher erläutert zu bestimmen.
3 zeigt ein Kurvendiagramm, in dem ein erwarteter Ladezustand mit einem tatsächlichen (d.h. gemessenen) Ladezustand einer entsprechenden Batterie verglichen wird. Der Ladezustand ist gewöhnlich als die relativ verbleibende Ladung in einer Batterie für einen aktuell darin fließenden Strom definiert. Die Kurve 32 gibt den erwarteten Ladezustand wieder, und die Kurve 34 gibt den tatsächlichen Ladezustand wieder. Der erwartete Ladezustand (LZ_erwartet) wird durch die folgende Formel wiedergegeben:
wobei ΔEntladung eine Integration des inkrementellen Stroms ist, der die Batterie erregt hat, während die Nennkapazität die tatsächliche maximale Ladung ist, die die Batterie speichern kann, und gewöhnlich gemessen wird, wenn die Batterie voll geladen ist und kein Strom fließt.
Der erwartete Ladezustand wird mit dem tatsächlichen Ladezustand verglichen, wobei geprüft wird, ob eine erste Bedingung zum Identifizieren des Vorhandenseins einer Schichtung in der Fahrzeugbatterie erfüllt wird. Der Vergleich wird durch die folgende Formel wiedergegeben: ΔLZtatsächlich = <(ΔLZerwartet) (a) (2) wobei ΔLZ_erwartet der erwartete ΔLZ aus der Gleichung (1) ist, ΔLZ_tatsächlich direkt an der Batterie gemessen wird und „a" eine erste vorbestimmte Konstante ist. Wenn also ΔLZ_tatsächlich kleiner als ΔLZ_erwartet ist (d. h. wie durch die erste vorbestimmte Konstante modifiziert), dann wird die erste Bedingung erfüllt. Alternativ hierzu kann die erste vorbestimmte Konstante „a" einen vorbestimmten Ladezustand wiedergeben und kann die Gleichung umgeschrieben werden, sodass die Differenz zwischen ΔLZ_erwartet und ΔLZ_tatsächlich größer als der vorbestimmte Zustand des Ladeschwellwerts.
4 ist ein Kurvendiagramm zu der Arbeitskapazität der entsprechenden Fahrzeugbatterie. Die Arbeitskapazität ist gewöhnlich als die maximale Ladung definiert, die die Batterie bei einem bestimmten Stromfluss und einer bestimmten Temperatur (bei dem aktuellen Batteriestatus) zuführen kann. Die Arbeitskapazität ist gleich der Nennkapazität, wenn kein Strom fließt. Die Kurve 36 gibt die Arbeitskapazität für eine entsprechende Fahrzeugbatterie wieder. In einer normalen Batterie ohne Schichtung ist dieser Parameter allgemein konstant, während er sich in einer geschichteten Batterie wesentlich vermindert. Die zweite Bedingung wird als Arbeitskapazität durch die folgende Formel wiedergegeben:
wobei ΔArbeitskapazität die Änderung in der Arbeitskapazität zwischen zwei Punkten auf der Kurve 36 ist, Δt die Änderung in der Zeit zwischen den entsprechenden zwei Punkten ist und b die zweite vorbestimmte Konstante ist, die das Kapazitätsgefälle ist, das der Algorithmus erfasst.
Wenn das Arbeitskapazitätsverhältnis größer als die zweite vorbestimmte Konstante ist, wird die zweite vorbestimmte Bedingung zur Identifizierung der Schichtung in der Fahrzeugbatterie erfüllt.
5 ist ein Kurvendiagramm zu der Batteriespannung in der Fahrzeugbatterie. Die Kurve 38 gibt eine Nennspannung wieder, während die Kurve 40 eine gemessene Spannung wiedergibt. Eine erste Spannungsstufe ist durch das Bezugszeichen 42 angegeben, und eine zweite Spannungsstufe ist durch das Bezugszeichen 44 angegeben. Die erste Spannungsstufe 42 beginnt sich bei ungefähr 12,3 V zu ungefähr 10 V während einer ersten Zeitdauer zu vermindern. Die zweite Spannungsstufe 44 beginnt sich bei ungefähr 10 Volt zu ungefähr 8 Volt über eine zweite Zeitdauer zu vermindern. Eine dritte Bedingung zum Identifizieren einer Schichtung in der Batterie wird erfüllt, wenn sich die gemessene Spannung von der Nennspannung um einen vorbestimmten Spannungsschwellwert unterscheidet. Die Nennspannung wird durch die folgende Formel wiedergegeben: V = (S) (Entladung) + (V100) (4)wobei S ein Parameter der internen Batterie ist, die Entladung eine Integration des gesamten Stroms ist, der die Batterie erregt, und V₁₀₀ die Batteriespannung ist, wenn die Batterie zu 100% geladen ist und keine Last aufweist. Wenn die Formel anhand von S, die inkrementellen Spannungsänderungen und die inkrementellen Entladungsänderungen umgeschrieben wird, ergibt sich die folgende Formel:
wobei ΔV = V_i – V_i-1 und ΔEntladung = Entladung_i – Entladung_i-1 Die dritte Bedingung der Spannungsdifferenz wird durch die folgende Formel wiedergegeben: Statsächlich < (Snominal) (c) (6)wobei S_tatsächlich die Steigung der tatsächlichen Spannung in Bezug auf die Entladung ist, S_nominal die Steigung der Nennspannung in Bezug auf die kumulierte Entladung ist und c eine dritte vorbestimmte Konstante ist.
Die dritte Bedingung wird erfüllt, wenn S_tatsächlich kleiner als S_nominal (modifiziert durch die dritte Konstante) ist. Das heißt, wenn die tatsächliche Spannung um einen vorbestimmten Spannungsschwellwert kleiner als die Nennspannung ist, wird die dritte Bedingung zum Identifizieren des Vorhandenseins einer Schichtung in der Batterie erfüllt. Alternativ hierzu kann die dritte vorbestimmte Konstante c einen vorbestimmten Spannungsdifferenzschwellwert wiedergeben und kann die Gleichung umgeschrieben werden, sodass die Differenz zwischen S_tatsächlich und S_nominal größer als der vorbestimmte Spannungsdifferenzschwellwert ist.
Die drei Bedingungen zum Identifizieren einer Schichtung in der Batterie können in einer beliebigen Reihenfolge oder auch gleichzeitig bestimmt werden. Das Vorhandensein einer Schichtung wird bestimmt, wenn alle drei Bedingungen erfüllt wurden. Die Konstanten a, b und c (die jeweils Faktoren sind, die hilfreich sind, um zu berechnen, wann die tatsächliche Batterieleistung entsprechend stark von dem Nennwert variiert, sodass bestimmt werden kann, dass die Batterie eine Schichtung aufweist) können in Übereinstimmung mit der bestimmten Batterie und dem Fahrzeug, in dem die Batterie verwendet wird, gesetzt werden, sowie in Übereinstimmung mit dem zulässigen Schichtungsgrad, der in der Batterie auftreten darf, bevor bestimmt wird, dass die Schichtung einen unannehmbaren Grad erreicht hat.
Nachdem bestimmt wurde, dass eine Schichtung in der Batterie vorhanden ist, können Schritte durchgeführt werden, um den Schichtungsprozess umzukehren und die Gefahr einer Kristallisierung von Bleisulfat auf den Platten der Batterie zu reduzieren. Die Bleisulfatkristallisierung auf den Batterieplatten kann eine dauerhafte Beschädigung der Batterie herbeiführen.
Wie in 5 gezeigt, fällt die Spannung zu der ersten Spannungsstufe 42 und dann zu der zweiten Spannungsstufe 44. Die Anzahl der Spannungsabfallsstufen hängt von dem Schichtungsgrad ab. Der Schichtungsgrad wird durch die folgende Formel definiert:
Die Gleichung (6) kann wie folgt modifiziert werden:
Aus der vorstehenden Formel wird deutlich, dass je keiner der Spannungsabfall ist, desto kleiner der Schichtungsgrad ist. Und je größer der Spannungsabfall ist, desto größer ist der Schichtungsgrad.
Der Schichtungsprozess kann umgekehrt werden, bevor eine Sulfatierung eintritt, indem eine Energieverwaltungsoperation wie etwa ein erneutes Mischen der Elektrolytsäurelösung in der Batterie genutzt wird. Die Elektrolytsäurelösung kann erneut gemischt werden, indem eine erhöhte Ladespannung an der Batterie angelegt wird, d.h. eine Spannung, die höher als diejenige ist, mit der die Lichtmaschine normalerweise die Batterie lädt. Der Ladeprozess wird durch die Lichtmaschine zum Laden der Batterie durchgeführt. Die folgende Formel gibt die erforderliche Spannung zum erneuten Mischen der Lösung für den durch die Gleichung 8 bestimmten aktuellen Schichtungsgrad und die durch die Lichtmaschine zum Laden der Batterie zugeführte Nennspannung an: VSchichtung = (VLadung) (Schichtungsgrad) (d) (9)wobei V_Ladung die Spannung ist, die gewöhnlich durch die Lichtmaschine zu der Batterie zugeführt wird, und d eine vierte vorbestimmte Konstante ist. Die vierte vorbestimmte Konstante d kann auf der Basis der spezifischen Fahrzeugbatterie, der spezifischen Anforderungen des Fahrzeugladesystems, der zum Rühren der Säurekonzentration erforderlichen Ladung, die jedoch niedriger als ein gewünschter Höchstwert ist, und anderen für die Bestimmung vorteilhaften oder erforderlichen Faktoren gewählt werden.
Die durch die Gleichung 9 bestimmte Spannung ist eine Spannungsladeanforderung, die an das Fahrzeugladesystem gegeben wird, um die Batterie mit der erhöhten Ladespannung aufzuladen und dadurch die Elektrolytsäurelösung der Batterie erneut zu mischen, wodurch eine Umkehrung des Aufbaus von Bleisulfat auf den Platten der Batterie unterstützt wird. Vorzugsweise kann das Wiederaufladen der Batterie unmittelbar nach dem Erfassen des Vorhandenseins einer Schichtung in der Batterie durchgeführt werden. Alternativ hierzu kann das Wiederaufladen durchgeführt werden, nachdem die Schichtung einen vorbestimmten Schichtungsgrad erreicht hat, oder zu einem anderen beliebigen Zeitpunkt vor der Sulfatierung
6 zeigt ein Verfahren zum Erfassen einer Schichtung der Säurekonzentration in einer Batterie und zum Umkehren des Schichtungsprozesses. Der Prozess zum Erfassen einer Schichtung wird eingeleitet, wenn sich die Lichtmaschine in einem nicht-Lademodus befindet. Vorzugsweise ist dies der Fall, wenn der Motor nicht in Betrieb ist. Das Einleiten des Prozesses zum Erfassen einer Schichtung kann beginnen, wenn sich der Zündschlüssel in der Ein-Position befindet und der Motor nicht läuft. Dadurch werden erforderliche Lasten für die Batterie vorgesehen, sodass Elektronen von den negativen Platten zu den positiven Platten fließen und die entsprechenden Parameter der Batterie gemessen werden können.
Alternativ hierzu kann der Prozess zum Erfassen einer Schichtung während des Ausschalten des Fahrzeugmotors eingeleitet werden, wenn der Zündschlüssel von der Ein-Position zu der Aus-Position versetzt wird. In einem weiteren alternativen Verfahren kann das Ladesystem das Stromzufuhrsystem deaktivieren und die Lichtmaschine in einen nicht-Lademodus versetzen.
In Block 50 wird ein Energieverwaltungs-Erfassungsprozess eingeleitet. In Block 51 wird bestimmt, ob sich die Lichtmaschine in einem nicht-Lademodus befindet. Wenn bestimmt wird, dass sich die Lichtmaschine nicht in einem nicht-Lademodus befindet, wird zu Block 50 zurückgekehrt, um den Energieverwaltungs-Erfassungsprozess erneut einzuleiten. Wenn in Block 51 bestimmt wird, dass sich die Lichtmaschine in einem nicht-Lademodus befindet, schreitet der Algorithmus zu Block 52 fort.
In Block 52 wird bestimmt, ob der tatsächliche Differenzladezustand kleiner als ein erwarteter Differenzladezustand multipliziert mit der Konstante a ist. Wenn bestimmt wird, dass der tatsächliche Differenzladezustand nicht kleiner als der erwartete Differenzladezustand ist, wird zu dem Block 50 zurückgekehrt, um den Energieverwaltungs-Erfassungsprozess erneut einzuleiten. Wenn in Block 52 bestimmt wird, dass der tatsächliche Differenzladezustand kleiner als der erwartete Differenzladezustand ist, schreitet der Algorithmus zu Block 53 fort.
In Block 53 wird bestimmt, ob das Arbeitskapazitätsverhältnis größer als ein Arbeitskapazitätsschwellwert b ist. Wenn bestimmt wird, dass das Arbeitskapazitätsverhältnis nicht größer als der Arbeitskapazitätsschwellwert b ist, wird zu Block 50 zurückgekehrt, um den Energieverwaltungs-Erfassungsprozess erneut einzuleiten. Wenn in Block 53 bestimmt wird, das das Arbeitskapazitätsverhältnis größer ist, dann schreitet der Algorithmus zu Block 54 fort.
In Block 54 wird bestimmt, ob die tatsächliche Spannung kleiner als die Nennspannung multipliziert mit einem vorbestimmten Spannungsschwellwert c ist. Diese Bestimmung kann vorgenommen werden, indem der interne Batterieparameter S der tatsächlichen Spannung mit der Nennspannung verglichen wird. Wenn bestimmt wird, dass die tatsächliche Spannung nicht kleiner als die Nennspannung ist, wird zu Schritt 50 zurückgekehrt, um den Energieverwaltungs-Erfassungsprozess erneut einzuleiten. Wenn bestimmt wird, dass die tatsächliche Spannung kleiner als die Nennspannung ist, wird bestimmt, dass eine Schichtung in der Batterie vorhanden ist, wobei der Algorithmus zu Block 55 fortschreitet. Es ist zu beachten, dass die Blöcke 52, 53 und 54 in einer beliebigen Reihenfolge oder gleichzeitig durchlaufen werden können.
In Block 55 wird bestimmt, ob der Schichtungsgrad so hoch ist, dass eine Umkehrung des Schichtungsprozesses erforderlich ist. Der Algorithmus kann zu Block 56 fortschreiten oder kann eine andere Benachrichtigungs- oder Korrekturaktion in Bezug auf die Bestimmung eines bedenklichen Schichtungsgrads vorsehen.
In Block 56 werden Energieverwaltungsaktionen eingeleitet, wobei der Schichtungsgrad verwendet wird, um eine Spannung zu bestimmen, die zu der Batterie zugeführt wird, um den Schichtungsprozess umzukehren. Das Wiederaufladen mit erhöhter Spannung wird vorzugsweise durch die Lichtmaschine in dem Fahrzeug durchgeführt.
Gemäß den Vorkehrungen der Patentstatuten wurden das Prinzip und die Betriebsweise der Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert und gezeigt. Es ist jedoch zu beachten, dass die Erfindung auch auf andere Weise als hier erläutert und gezeigt realisiert werden kann, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.

Claims

Verfahren zum Erfassen einer Schichtung in einer Fahrzeugbatterie, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen, ob der Ladezustand der Fahrzeugbatterie größer als ein vorbestimmter Ladezustandsschwellwert ist, Bestimmen, ob die Arbeitskapazität der Fahrzeugbatterie größer als ein Arbeitskapazitätsschwellwert ist, Bestimmen, ob die Spannungsdifferenz der Fahrzeugbatterie größer als ein vorbestimmter Spannungsdifferenzschwellwert ist, und Erfassen einer Schichtung in der Fahrzeugbatterie, wenn der Ladezustand, die Arbeitskapazität und die Spannungsdifferenz jeweils größer als der Ladezustandsschwellwert, der Arbeitskapazitätsschwellwert und der Spannungsdifferenzschwellwert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch einen Schritt zum Anwenden einer Energieverwaltungsaktion, um den Schichtungsprozess in der Batterie umzukehren.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Anwenden einer Energieverwaltungsaktion umfasst: Bestimmen des Schichtungsgrads, und Anlegen einer erhöhten Batterieladespannung an der Batterie in Abhängigkeit von dem Schichtungsgrad, um den Schichtungsprozess in der Batterie umzukehren.
Verfahren zum Erfassen einer Schichtung der Säurekonzentration in einer Batterie, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Berechnen eines erwarteten Ladezustands, (b) Messen des tatsächlichen Ladezustands, (c) Modifizieren des erwarteten Ladezustands durch eine erste vorbestimmte Konstante, (d) Bestimmen, ob der tatsächliche Ladezustand kleiner als der modifizierte Ladezustand ist, (e) Berechnen des Arbeitskapazitätsverhältnisses zwischen einer Differenzarbeitskapazität und einer Differenzzeit, (f) Bestimmen, ob das Arbeitskapazitätsverhältnis größer als eine zweite vorbestimmte Konstante ist, (g) Berechnen der Nennspannung, (h) Messen der tatsächlichen Spannung, (i) Modifizieren der Nennspannung durch eine dritte vorbestimmte Konstante, (j) Bestimmen, ob die tatsächliche Spannung kleiner als die Nennspannung ist, und (k) Bestimmen einer Schichtung in der Batterie, wenn die Bedingungen der Schritte (d), (f) und (j) erfüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, weiterhin gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Bestimmen des Schichtungsgrads, und Anlegen einer erhöhten Batterieladespannung an der Batterie in Abhängigkeit von dem Schichtungsgrad, um den Schichtungsprozess in der Batterie umzukehren.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Batterie angelegte erhöhte Batterieladespannung durch die folgende Formel wiedergegeben wird: VSchichtung = (VLadung) (Schichtungsgrad) (d) (9)wobei V_Ladung die Nennspannung zum Laden der Batterie ist, der Schichtungsgrad ein berechneter Prozentsatz zwischen einem Spannungsabfall und der Nennspannung ist und d eine vorbestimmte Konstante ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtungsgrad durch die folgende Formel wiedergegeben wird:
wobei der Spannungsabfall die Differenz zwischen der Nennspannung und einer Spannungsstufe ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Anlegen einer erhöhten Batterieladespannung an der Batterie unmittelbar nach dem Erfassen der Schichtung in der Batterie durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Anlegen einer erhöhten Batterieladespannung an der Batterie durchgeführt wird, bevor eine Sulfatierung in der Batterie auftritt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Anlegen einer erhöhten Batterieladespannung an der Batterie durchgeführt wird, nachdem die Schichtung einen vorbestimmten Schichtungsgrad erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtung in der Batterie während einer nicht-Batterieladeoperation durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Schichtung in der Batterie nach einer Zündschlüssel-Einschaltbetätigung und vor einer Motorkurbeloperation durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Schichtung in der Batterie unmittelbar nach einer Motorausschaltoperation durchgeführt wird.
Verfahren zum Erfassen einer Schichtung der Säurekonzentration in einer Batterie, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Berechnen der Ladezustandsdifferenz zwischen einem erwarteten Ladezustand und einem tatsächlichen Ladezustand, (b) Bestimmen, ob die Ladezustandsdifferenz größer als ein vorbestimmter Ladezustandschwellwert ist, (c) Berechnen des Arbeitskapazitätsverhältnisses zwischen einer Differenzarbeitskapazität und einer Differenzzeit, (d) Bestimmen, ob das Arbeitskapazitätsverhältnis größer als der Arbeitskapazitätsschwellwert ist, (e) Berechnen der Spannungsdifferenz zwischen einer Nennspannung und einer tatsächlichen Spannung, (f) Bestimmen, ob die Spannungsdifferenz größer als ein vorbestimmter Spannungsschwellwert ist, und (g) Bestimmen der Schichtung in der Batterie, wenn die Schritte (b), (d) und (f) jeweils den vorbestimmten Ladezustandsschwellwert, den Arbeitskapazitätsschwellwert und den vorbestimmten Spannungsschwellwert erfüllen.
Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Bestimmen eines Schichtungsgrads, und Anlegen einer erhöhten Batterieladespannung an der Batterie in Abhängigkeit von dem Schichtungsgrad, um den Schichtungsprozess in der Batterie umzukehren.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Anlegen einer erhöhten Batterieladespannung an der Batterie unmittelbar nach dem Erfassen der Schichtung in der Batterie durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Anlegen einer erhöhten Batterieladespannung an der Batterie vor dem Auftreten einer Sulfatierung in der Batterie durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen einer Schichtung in der Batterie während einer nicht-Batterieladeoperation durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtung in der Batterie nach einer Zündschlüssel-Einschaltbetätigung und vor einer Motorkurbeloperation durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen einer Schichtung in der Batterie unmittelbar nach einer Motorausschaltoperation durchgeführt wird.