WO2011083108A1 - Method for recognising starting ability - Google Patents

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WO2011083108A1
WO2011083108A1 PCT/EP2011/050042 EP2011050042W WO2011083108A1 WO 2011083108 A1 WO2011083108 A1 WO 2011083108A1 EP 2011050042 W EP2011050042 W EP 2011050042W WO 2011083108 A1 WO2011083108 A1 WO 2011083108A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
voltage
state
phase
combustion engine
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/050042
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
G Yuvarajan
Falco Sengebusch
John Alex Dcruz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to EP11700230A priority Critical patent/EP2521923A1/en
Priority to CN201180005422.2A priority patent/CN102687034B/en
Publication of WO2011083108A1 publication Critical patent/WO2011083108A1/en

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3647—Constructional arrangements for determining the ability of a battery to perform a critical function, e.g. cranking

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting the starting capability of a starter battery, in particular in connection with a start-stop control for a start-stop operating mode of an internal combustion engine in a motor vehicle.
  • the internal combustion engine is thereby started with the aid of a starting device fed by an electrical energy source, for example a starter battery.
  • the invention also relates to a start-stop control with a switching logic for a start-stop operating mode of an internal combustion engine in a motor vehicle, wherein the internal combustion engine is startable with a starting device fed by a starter battery.
  • the invention further relates to a computer program product for
  • Battery condition detection is described in DE 102 58 034 AI. This battery condition detection requires only a voltage measurement in addition to the temperature measurement. For this purpose, the system current pulses are fed, the reaction leads to voltage pulses, which in turn are measured and evaluated. Depending on the information thus obtained, the
  • Battery state in particular the battery state of charge is possible. This advantage is achieved by a method having the features of claim 1.
  • the battery state detection algorithm or methods for battery state detection on which the invention is based support the start-stop system for an internal combustion engine driving a vehicle by indicating whether the battery is sufficiently charged for a successful restart of the vehicle
  • the battery state detection algorithm according to the invention is a concept with which the requirements for a low-cost start-stop system can be met.
  • the required input variables for the battery state detection or for the algorithm for battery state detection are the battery voltage, the voltage at the starter terminal and, in an advantageous embodiment, the temperature.
  • the battery condition detection algorithm information about the battery condition is given. This information
  • the inventive device for battery state detection advantageously has only two different states at its output, "HIGH” or “Low”.
  • the states “HIGH” or “Low” can be specified so that the state “HIGH” is output for the following battery states:
  • the battery state is good enough to ensure that a successful restart or restart under all conditions , In particular, critical conditions of the internal combustion engine can be done.
  • the LOW state is issued in a battery condition that states that the battery condition is not good enough to successfully reboot or restart under all conditions.
  • the information outputted by the battery condition detection is considered to be turning off the current one
  • Figure 1 shows an embodiment in which the measurement points are entered for the voltages required in the evaluation.
  • FIG. 4 shows the circuit of the starter motor. The different battery characteristics at different temperatures and
  • FIG. 6 shows a flow diagram for the start phase according to strategy 1.
  • FIG. 7 shows a flowchart for the starting phase according to strategy 2.
  • FIG. 8 shows a flow chart for the driving operation.
  • FIG. 9 shows a flowchart for the standstill phase C.
  • FIG. 10 shows a block diagram of the starter motor solenoid or relay.
  • Figure 11 shows the profile of the starter motor relay voltage proportional to the battery state of charge for a known temperature at various
  • FIG. 12 plots the time profile of the relay voltage and the decision threshold voltage over time.
  • Figure 13 shows the relationship between battery voltage and electrical load for a given state of charge and a given temperature.
  • FIG. 14 shows battery model data relating to these threshold values.
  • Figure 15 shows the relationship between the voltage dip Udip and the duty factor during idling.
  • FIG. 16 shows the battery voltage to be evaluated by the electrical load during an idling phase.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment in which the measuring points for the voltages required in the evaluation method are entered.
  • the battery 10 with the negative terminal 11 and the positive terminal 12 and the starter 13 with the terminal T30 are shown.
  • the battery voltage is labeled Uatt and the voltage at terminal T30 is labeled Uj3Q.
  • the following information for detecting the battery state may be taken into account: the voltage at the starter relay terminal T50, which assumes the state on / off and the speed of the internal combustion engine or the
  • Engine control unit in any case before and can be used as input signals for various other control or regulating systems, and for the battery state detection.
  • the battery state detection is, for example, an evaluation logic, a processor or a control unit to which the required information is supplied, which carries out the required evaluation or calculation processes and which outputs output signals which represent the determined variables, in this case the determined battery state.
  • BSD Battery Status Detection Algorithm
  • Phase A Starting phase
  • the algorithm begins with the start phase A.
  • the phase B driving operation follows and the shutdown of the internal combustion engine follows the stoppage phase C. With the subsequent restart of the internal combustion engine and the algorithm is restarted.
  • Fig. 2 shows the three phases of the BSD algorithm.
  • voltages U are plotted over the time t. Whether a start is present can be detected, for example, by a terminal 50 signal evaluation.
  • the conditions during the starting phase A are determined at terminal 50, which can also be referred to as connection 50, with the starting relay switched on.
  • the starting phase is the phase during which the internal combustion engine or the internal combustion engine is started with the aid of the starter motor. If the
  • FIG. 4 shows the circuit of the starter motor with the variables required for understanding the two strategies. These are the line resistance Rc of the line 14, the
  • This short-circuit current causes a deep voltage dip at the battery voltage U ß a fl-.
  • the battery voltage which occurs at the first moment after switching on, is referred to as dip voltage U ⁇ jp.
  • the voltage U ß ⁇ i is the battery voltage U ß a fl- before switching on the starter.
  • the short-circuit current l sc is calculated from the voltage U 730 calculated according to the relationship
  • the voltage U J30dip is the minimum voltage without dip, measured at the T30 terminal of the starter.
  • the resistor RJ30 is the resistance of the cable between the positive terminal 12 of the battery 10 and the terminal or the terminal T30 on the starter motor 13.
  • the resistor R 730 F> c ' st the cable resistance and goes as an application-dependent parameter in the
  • the resistance of the T30 cable so the cable between the battery 10 and the starter motor 13 is variable depending on the temperature.
  • a constant value of the resistance can not be assumed in all operating conditions of the vehicle, since the temperature of the internal combustion engine or the environment in a wide range of, for example - 5 ° C to + 80 ° C varies.
  • the temperature of the T30 cable during vehicle operation is predicted using a temperature model.
  • the temperature model uses the engine temperature and the intake air temperature as reference values.
  • the temperature of the cable is predicted from these reference values, which are normally available to an engine control unit anyway. Based on the temperature of the cable predicted using the temperature model, an appropriate correction of the R 730 value is possible.
  • the value of the internal resistance Rj of the battery 10 is compared with the maximum allowable value Rj a .
  • This value Rj a is obtained from the maximum permissible internal resistance of the battery with which the starter motor can be accelerated to a speed required for a successful start, whereby the internal combustion engine can be driven so far that a successful starting capability is present.
  • the value for the permissible internal resistance of the battery is selected taking into account the fact that the internal battery resistance increases when the battery temperature drops.
  • the battery temperature follows with a
  • the ambient temperature is especially the temperature that prevails while the vehicle is parked.
  • the value for the permissible internal resistance Rj a is not a constant parameter. He will change when the temperature of the battery. This means that it is a dynamic value that is set during the starting phase taking into account the battery temperature.
  • the value of the permissible internal resistance Rj a of the battery 10 can be determined from the following variables:
  • Tc minimum temperature at which engine starting capability is required, in ° C,
  • Rimax battery internal resistance required to obtain starting capability at the minimum temperature Tc, in milliohms
  • Smin state of charge SOC of the battery corresponding to the maximum internal resistance of the battery at Tc, in percent
  • Tss a fl- temperature of the battery, in ° C
  • Ria allowed internal resistance of the battery according to the starting ability SOC at the present battery temperature. The values for the internal battery resistance, the minimum state of charge
  • the battery temperature model uses the
  • Intake air temperature and the engine temperature as reference values for the calculation of the battery temperature. These values are optionally supplied by the control unit of the internal combustion engine.
  • the internal battery resistance Rimax which is required for starting ability, is 5.0 milliohms. It can be seen from the battery characteristics or characteristic curve that the SOC of the battery, which corresponds to 5.0 milliohms at -5 ° Celsius, is 60 percent. That is the battery must be at least 60 percent for a startability permitted under the given conditions.
  • the various battery characteristics at different temperatures and states of charge SOC are shown in FIG.
  • the internal resistance of the battery is applied over the state of charge SOC. In the upper part of the state of charge is not good.
  • Battery temperature of 50 ° C which corresponds to the maximum expected temperature
  • a value for the permissible internal resistance Ria of 4.2 milliohms is obtained. If the value of the internal resistance is lower, i. is better than the allowed value of the internal resistance Ria, the battery condition is referred to as "HIGH”.
  • the "HIGH" condition indicated by the battery condition detection means that the battery charge level is sufficient for the next successful restart. This means that the start-stop system can switch off the internal combustion engine if all other conditions for switching off the internal combustion engine are met.
  • the battery condition is displayed as "LOW".
  • a "LOW" condition indicated by the battery condition detection means that the battery charge level is not high enough for the next successful restart. If the battery condition during the startup phase is indicated as "LOW”, the battery condition will continue to be maintained as "LOW", at least for a period of minimum charge time Tmc.
  • a "LOW" condition in the start-stop system is defined as follows: When the battery condition detection outputs a signal indicative of a "LOW" condition, the engine is not shut down, although all other conditions to shut off the Internal combustion engine are met. This avoids errors in the new re-start, which could occur due to the low battery state of charge. Similarly, during start-stop system standstill, a start of the engine is initiated when the engine stops
  • Battery status detection indicates the status "LOW”. At a standstill, the internal combustion engine is usually switched off and the battery supplies electrical energy to the various consumers. Restarting will avoid a fault for the next reboot, which could be due to further battery discharge.
  • FIG. 6 shows a flow diagram for the start phase according to strategy 1. The individual steps mean:
  • Step Sl Measurement of U ⁇ jp and U ⁇ a fl-i where U ⁇ ⁇ i is the voltage measured at the battery before starting.
  • Step S2 Calculation of the battery internal resistance Rj
  • Step S3 Check if Rj is smaller than the allowable resistance Rj a . If this comparison shows that the internal resistance is smaller than the permissible internal resistance, the status "LOW" is set for a defined period of time in step S4. If the step S3 indicates that the internal resistance is smaller than the permissible internal resistance, the status "HIGH” is set to the step S5.
  • U ⁇ jp Limit voltage U ⁇ jp] assumed. If U ⁇ jp is greater than the voltage Udjpi, the battery status will be set to "LOW" for a minimum charging time. set. If U ⁇ jp is greater than U ⁇ jp] the battery status is set to "HIGH".
  • the limit for U ⁇ jp] corresponds to the value of U ⁇ jp obtained when there is a minimum battery condition of SOCSmin during the starting phase of the internal combustion engine.
  • FIG. 7 shows a flowchart for the starting phase according to strategy 2.
  • the voltage U ⁇ jp is measured in step S6.
  • step S7 it is checked if Udjp is greater than a threshold value U ⁇ jp]. If this is not true, the status "LOW" is set in step S 8 for a defined period of time. If step S7 results in Udjp> being the threshold value U ⁇ jp !, the status "HIGH" is set in step S9.
  • Condition for driving is that the speed of the internal combustion engine is greater than or equal to the idle speed, the idle speed is an applicable value. If the internal combustion engine or the
  • the charging time Tnc is calculated by integrating weighted time periods Tc for which the battery voltage is greater than a charging limit voltage. The same applies to the period of time Tdc during which the battery voltage is less than the limit voltage. Even then will
  • Tnc int (ne x Tc) - int (Tdc)
  • the factor ne is introduced as an efficiency factor. It is needed because some energy is lost in the form of heat during charging. This efficiency factor describes the effect.
  • the factor can be dependent on the battery type, the battery charge state and / or the battery temperature.
  • Start phase indicates, it is set in a state "HIGH” when the value of the charging period Tnc is greater than a predetermined period of time that can be applied.
  • the status is set to "LOW" when the value of the charging period Tnc is smaller than the predetermined period.
  • phase B driving operation are: 13.5V is the threshold voltage above which the battery is charged during driving under all conditions.
  • 13.0V is the threshold voltage below which the battery will not charge while driving. Between 12.5V and 13.5V is a band in which it can not be said with certainty whether the battery is charged or discharged.
  • the specified voltage values may differ for different applications, in particular depending on the electrical system of the vehicle.
  • FIG. 8 shows a flow chart for the driving operation (phase B).
  • the battery voltage Uß a fl- is measured in step S10.
  • step Sil the battery voltage
  • step S12 Charging time Tc calculated.
  • step S12 it is checked whether the charging time Tc is above a predefinable value. If this is not the case, the status "LOW" is set in step S13. If the charging time Tc is greater than the predefinable value, the status "HIGH” is set in step S14.
  • the charging and discharging phases can be provided with weighting factors in an improved design, so that the charge quantity is integrated rather than the charging time.
  • Weighting factor a better prediction of the battery charge balance during the drive phase can be determined.
  • Tc time in which is charged
  • Tdc time in which is discharged
  • Condition for the stoppage phase is that the speed of the
  • the stoppage phase refers to the phase during which the internal combustion engine is switched off, for example because of a corresponding shutdown signal from a starl / stop system.
  • the generator drivable by the internal combustion engine provides no electrical energy and the energy supplied by the battery is supplied only to the electrical consumers that are needed during this time. Since the battery supplies charge to these consumers, the voltage drops during the standstill phase. When the battery voltage reaches a special limit Ul, the battery status is set to "LOW".
  • the start-stop system initiates a vehicle start request when the battery condition detection indicates the "LOW" status in the standstill phase.
  • the vehicle on the other hand, remains in the standstill phase when the battery status remains "HIGH”.
  • the battery condition detection will set the status to "LOW", even if the
  • Battery voltage is higher than the limit Ul. If the discharge current is smaller than a predetermined value of, for example, 5 amperes, no noticeable drop in the battery voltage will occur even if the discharge takes place for a longer time. Under these conditions, the battery will lose its charge without significantly changing the battery terminal or battery terminal voltage. To include this condition will be during the
  • Tc in ° C minimum temperature at which the starting capability of the internal combustion engine is required
  • Rimax in mOhm internal battery resistance required to produce a
  • the limit voltage is defined as the battery voltage at the
  • the value of the limit voltage Ul depends on the temperature of the battery.
  • FIG. 9 shows a flow chart for the procedure in the standstill phase C.
  • step S15 the battery voltage Uß a fl; is measured.
  • step S16 the battery voltage is switched to a
  • step S17 Battery voltage U ß a ft is not greater than the threshold voltage
  • step S18 If the comparison in step S16 that the battery voltage U ß a ft is greater than the voltage Ul, in step S18, the "HIGH" state is set.
  • the battery voltage breaks depending on the battery condition and the electrical resistance.
  • the battery terminal voltage U ⁇ jp is proportional to the battery state, this applies in each case for a defined load.
  • the battery state of charge SOC for a known temperature can be determined by the battery voltage drop is measured when a defined electrical load.
  • the defined electrical load is the starter motor. It could also be evaluated the connection of another electrical load, which leads to a significant voltage dip, for example, a window heating, glow plugs, fuel heaters, fans, driving lights, etc.
  • the starter motor is switched on and off by means of a starter relay.
  • the starter relay includes a special solenoid. This solenoid usually has two windings, a turn-on winding EW and a
  • Holding winding HW When the starter motor starts, the windings of the coils are turned on for a short time to close the starter motor contact. When the starter motor starts, only the holding winding is the
  • FIG. 10 shows schematically a block diagram of the starter motor with the starter relay.
  • the starter motor is denoted by 13
  • 10 is the battery.
  • 18 denotes the ignition switch and 15 the starter relay with the pull-in winding 16 and the holding winding 17th
  • FIG. 11 shows the profile of the voltage dip U.sub.Dip of the voltage across the starter motor for various states of charge of the battery.
  • the top curve stands for a full battery and the bottom one for one
  • Battery temperature can be determined by the solenoid of the starter relay is regarded as a defined electrical load and the voltage drop is evaluated when switching on this electrical load. Functionality of the concept
  • a minimum battery state of charge for a given temperature is defined.
  • the voltage applied to the starter relay is the voltage Udipl.
  • the battery status can be set as "HIGH” or as "LOW". "High” means again that the battery condition is good for the next successful reboot or restart.
  • the battery state is set to "LOW" when the battery is low
  • Voltage dip Udip is the minimum value. If the voltage is lower than the threshold value Udipl, the battery state "LOW" is set. The starter relay is considered as a defined electrical load.
  • FIG. 13 shows, in the relationship between battery voltage Ußatt and electrical load IL for a given state of charge SOC and a given temperature.
  • a threshold voltage must be defined.
  • battery model data are indicated with respect to the threshold voltage.
  • the state of charge SOC applies to a battery voltage threshold of 11.9 volts from UBattl.
  • the lower the discharge current the lower the state of charge limit can be set.
  • the higher the discharge current the higher the charge state limit must be set. This results in a wide tolerance band of 18% for the selection of the state of charge limit value.
  • the voltage limit UBattl is set proportional to the load current.
  • the electric load current is adaptively predicted according to the following concept.
  • the duty cycle factor is proportional to the load current and can be evaluated to this effect.
  • the "DFM signal” can be detected at idle speed or idle speed or at another defined speed or speed before switching off the internal combustion engine.
  • the threshold value of the voltage drop U ⁇ jp] can be set as a function of the duty factor for the switched on electrical load in the idle. This reduces the tolerance band for the state of charge to a smaller value.
  • Second method is the evaluation of a voltage level
  • This concept can be used in cases where a "DFM signal" is not available.
  • the voltage level on the battery can be monitored, for example, at idle speed. If the electrical load current at idle is greater than the generator output current, a voltage dip will occur. This voltage dip is proportional to the electrical load that exceeds the generator current. This allows monitoring the battery voltage Uß a fl- idle speed before switching off the engine to estimate the corresponding load and the associated limit U ßattdipl be selected. This method reduces the tolerance band for the estimation of the battery condition also. If the electrical load is less than the current that can be supplied by the generator, this method can not be used; the associated area is referred to as the "blind area" because the voltage remains the same and at a charge level.

Abstract

A method is provided for recognising the starting ability of a starter battery in connection with a start-stop controller of an internal combustion engine, in which in order to determine the charge state of the battery, different operating states of the internal combustion engine are taken into consideration, voltages of which are evaluated and no current measurement is required. The state of the battery is determined by means of an evaluation method which take takes place in three different operating states according to three different methods. Each different method is performed once when starting, driving and stopping the internal combustion engine.

Description

Beschreibung  description
Titel title
Verfahren zur Erkennung der Startfähigkeit Stand der Technik  Method for detecting startability State of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung der Startfähigkeit einer Starterbatterie, insbesondere im Zusammenhang mit einer Start- Stopp- Steuerung für einen Start-Stopp- Betriebs- Modus einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug. Die Brennkraftmaschine wird dabei mit Hilfe einer von einer elektrischen Energiequelle, beispielsweise einer Starterbatterie gespeisten Startvorrichtung gestartet. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Start- Stopp- Steuerung mit einer Schaltlogik für einen Start- Stopp-Betriebsmodus einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, wobei die Brennkraftmaschine mit einer von einer Starterbatterie gespeisten Startvorrichtung startbar ist. DieThe invention relates to a method for detecting the starting capability of a starter battery, in particular in connection with a start-stop control for a start-stop operating mode of an internal combustion engine in a motor vehicle. The internal combustion engine is thereby started with the aid of a starting device fed by an electrical energy source, for example a starter battery. The invention also relates to a start-stop control with a switching logic for a start-stop operating mode of an internal combustion engine in a motor vehicle, wherein the internal combustion engine is startable with a starting device fed by a starter battery. The
Erfindung bezieht sich ferner auf ein Computerprogrammprodukt zur The invention further relates to a computer program product for
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Implementation of the method according to the invention.
Zur Erkennung einer Startfähigkeit ist es erforderlich, den Ladezustand der Starterbatterie bzw. den Batteriezustand insgesamt zu erkennen und daraus abzuleiten, ob dieser noch ausreicht für einen sicheren Startvorgang. Zur Ermittlung der Startfähigkeit bzw. des Batteriezustands oder des To detect a starting ability, it is necessary to detect the state of charge of the starter battery or the battery condition as a whole and deduce whether it is still sufficient for a safe startup. To determine the starting ability or the battery condition or the
Batterieladezustands gibt es bereits eine Vielzahl von Verfahren. Mit Hilfe spezieller Batteriezustanderkennungsalgorithmen können Fehler, insbesondere Fehlabschaltungen, die einen erfolgreichen Neustart einer Brennkraftmaschine in einem Start- Stopp-System verhindern, vermieden werden. Solche Fehler beim Neustart können beispielsweise durch schlechten Ladezustand der Batterie verursacht werden. Bei herkömmlichen Systemen zur Batteriezustandserkennung wird üblicherweise die Spannung gemessen und der der Batterie zugeführte Strom bzw. der aus der Batterie entnommene Strom sowie die Temperatur. Aus diesen Größen wird dann der Batteriezustand ermittelt. Es gibt aber auch einfachere Battery state of charge, there are already a variety of procedures. With the aid of special battery condition detection algorithms, errors, in particular false shutdowns, which prevent a successful restart of an internal combustion engine in a start-stop system, can be avoided. Such errors during the restart can be caused, for example, by a poor state of charge of the battery. Conventional systems for battery state detection usually measure the voltage and the current supplied to the battery or the current taken from the battery and the temperature. From these variables, the battery status is then determined. But there are also simpler ones
Batteriezustandserkennungen, die ohne Stromsensor arbeiten. Eine solcheBattery condition detectors that operate without a current sensor. Such
Batteriezustandserkennung wird in der DE 102 58 034 AI beschrieben. Diese Batteriezustandserkennung benötigt neben der Temperaturmessung nur eine Spannungsmessung. Dazu werden dem System Stromimpulse zugeführt, deren Reaktion zu Spannungsimpulsen führt, die ihrerseits wiederum gemessen und ausgewertet werden. Abhängig von den so erhaltenen Informationen wird derBattery condition detection is described in DE 102 58 034 AI. This battery condition detection requires only a voltage measurement in addition to the temperature measurement. For this purpose, the system current pulses are fed, the reaction leads to voltage pulses, which in turn are measured and evaluated. Depending on the information thus obtained, the
Batterieladezustand ermittelt. Battery charge status determined.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung der Startfähigkeit einerADVANTAGES OF THE INVENTION The method according to the invention for detecting the startability of a
Starterbatterie sowie zur Ermittlung bzw. Ermittlung des Batteriezustands hat den Vorteil, dass keine Strommessung erforderlich ist und damit kein Stromsensor benötigt wird und dass dennoch eine sehr genaue Aussage über den Starter battery and to determine or determine the battery status has the advantage that no current measurement is required and thus no current sensor is needed and that nevertheless a very accurate statement about the
Batteriezustand, insbesondere den Batterieladezustand möglich ist. Erzielt wird dieser Vorteil durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Battery state, in particular the battery state of charge is possible. This advantage is achieved by a method having the features of claim 1.
Der der Erfindung zugrunde liegende Batteriezustandserkennungsalgorithmus bzw. die Verfahren zur Batteriezustandserkennung unterstützen das Start- Stopp- System für eine, ein Fahrzeug antreibende Brennkraftmaschine, indem angezeigt wird, ob die Batterie gut genug geladen ist für einen erfolgreichen Neustart derThe battery state detection algorithm or methods for battery state detection on which the invention is based support the start-stop system for an internal combustion engine driving a vehicle by indicating whether the battery is sufficiently charged for a successful restart of the vehicle
Brennkraftmaschine oder nicht. Internal combustion engine or not.
Der erfindungsgemäße Batteriezustanderkennungsalgorithmus ist ein Konzept, mit dem die Erfordernisse für ein Low-Cost-Start- Stopp-System erfüllt werden können. Die benötigte Eingangsgrößen für die Batteriezustandserkennung bzw. für den Algorithmus zur Batteriezustandserkennung sind die Batteriespannung, die Spannung an der Starterklemme und in vorteilhafter Ausgestaltung die Temperatur. Als Ergebnis des Batteriezustandserkennungsalgorithmus wird eine Information über den Batteriezustand abgegeben. Diese Information The battery state detection algorithm according to the invention is a concept with which the requirements for a low-cost start-stop system can be met. The required input variables for the battery state detection or for the algorithm for battery state detection are the battery voltage, the voltage at the starter terminal and, in an advantageous embodiment, the temperature. As a result of the battery condition detection algorithm, information about the battery condition is given. This information
unterscheidet in besonders vorteilhafter Weise nur zwischen zwei Zuständen "HIGH" für guten Batteriezustand und damit gute bzw. sichere Neu- oder Wiederstartfähigkeit und "LOW" für schlechten Batteriezustand und damit geringe bzw. unsichere Neu- oder Wiederstartfähigkeit. distinguishes in a particularly advantageous manner only between two states "HIGH" for good battery condition and thus good or safe new or restart capability and "LOW" for poor battery condition and thus low or uncertain new or restart capability.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Batteriezustandserkennung weist in vorteilhafter Weise an ihrem Ausgang lediglich zwei verschiedene Zustände auf, "HIGH" oder "Low" . In vorteilhafter Ausgestaltung lassen sich die Zustände "HIGH" oder "Low" so präzisieren, dass der Zustand "HIGH" für die folgenden Batteriezuständen ausgegeben wird: Der Batteriezustand ist gut genug um sicher zu stellen, dass ein erfolgreicher Neu- oder Wiederstart unter allen Bedingungen, insbesondere kritischen Bedingungen der Brennkraftmaschine erfolgen kann. Der Zustand "LOW" wird bei einem Batteriezustand ausgegeben, der aussagt, dass die Batteriebedingung nicht gut genug ist um einen Neu- oder Wiederstart unter allen Bedingungen erfolgreich durchzuführen. The inventive device for battery state detection advantageously has only two different states at its output, "HIGH" or "Low". In an advantageous embodiment, the states "HIGH" or "Low" can be specified so that the state "HIGH" is output for the following battery states: The battery state is good enough to ensure that a successful restart or restart under all conditions , In particular, critical conditions of the internal combustion engine can be done. The LOW state is issued in a battery condition that states that the battery condition is not good enough to successfully reboot or restart under all conditions.
In einem Start- Stopp-System wird die von der Batteriezustandserkennung ausgegebene Information betrachtet um das Ausschalten der laufenden In a start-stop system, the information outputted by the battery condition detection is considered to be turning off the current one
Brennkraftmaschine, falls gewünscht, zu erlauben ("stop enable") und zum Neubzw. Wiederstarten der Brennkraftmaschine bei einer entsprechenden Internal combustion engine, if desired, to allow ("stop enable") and Neubzw. Restart the internal combustion engine at a corresponding
Startanforderung ("start request"). Start request.
Beschreibung description
Die für das Verständnis der Erfindung benötigten Ausführungsbeispiele bzw. Zusammenhänge, Signalverläufe und Flussdiagramme sind in den Figuren der Zeichnung dargestellt und werden in der Beschreibung näher erläutert. The embodiments or correlations, signal curves and flow diagrams required for the understanding of the invention are illustrated in the figures of the drawing and are explained in more detail in the description.
Im Einzelnen zeigt Figur 1 ein Ausführungsbeispiel, in welchem die Messpunkte für die in den Auswerteverfahren benötigten Spannungen eingetragen sind. In detail, Figure 1 shows an embodiment in which the measurement points are entered for the voltages required in the evaluation.
In Figur 2 sind die Grundlagen für die Durchführung des In Figure 2, the bases for the implementation of the
Batteriezustandsalgorithmus in verschiedenen Betriebszustandsphasen dargestellt. Ein typischer Verlauf der Batteriespannung U ßafl- während der Startphase ist in Fig. 3 dargestellt. Battery state algorithm shown in various operating state phases. A typical course of the battery voltage U ß a fl- during the starting phase is shown in Fig. 3.
Figur 4 zeigt den Stromkreis des Startermotors. Die verschiedenen Batteriecharakteristiken bei verschiedenen Temperaturen undFIG. 4 shows the circuit of the starter motor. The different battery characteristics at different temperatures and
Ladezuständen SOC sind in Fig. 5 dargestellt. Charge states SOC are shown in FIG.
In Fig. 6 ist ein Flussdiagramm für die Startphase nach Strategie 1 dargestellt. In Figur 7 ist ein Flussdiagramm für die Startphase nach Strategie 2 dargestellt. FIG. 6 shows a flow diagram for the start phase according to strategy 1. FIG. 7 shows a flowchart for the starting phase according to strategy 2.
Figur 8 zeigt ein Flussdiagramm für den Fahrbetrieb. FIG. 8 shows a flow chart for the driving operation.
Figur 9 zeigt ein Flussdiagramm für die Stillstandsphase C. FIG. 9 shows a flowchart for the standstill phase C.
In Figur 10 ist ein Blockschaltbild des Startermotor-Solenoids bzw. -Relais dargestellt. FIG. 10 shows a block diagram of the starter motor solenoid or relay.
Figur 11 zeigt den Verlauf der Startermotor- Relais-Spannung proportional zum Batterieladezustand für eine bekannte Temperatur bei verschiedenen Figure 11 shows the profile of the starter motor relay voltage proportional to the battery state of charge for a known temperature at various
Batteriezuständen. Battery conditions.
In Figur 12 ist der zeitliche Verlauf der Relaisspannung und der Entscheidungs- Schwellwertspannung über der Zeit aufgetragen. FIG. 12 plots the time profile of the relay voltage and the decision threshold voltage over time.
Figur 13 zeigt den Zusammenhang zwischen Batteriespannung und elektrischer Last für einen gegebenen Ladezustand und eine gegebene Temperatur. Figure 13 shows the relationship between battery voltage and electrical load for a given state of charge and a given temperature.
In Figur 14 sind Batteriemodelldaten bezüglich dieser Schwellwerte abgebildet. FIG. 14 shows battery model data relating to these threshold values.
Figur 15 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Spannungseinbruch Udip und dem Tastverhältnisfaktor während des Leerlaufs. Figure 15 shows the relationship between the voltage dip Udip and the duty factor during idling.
In Figur 16 ist die auszuwertende Batteriespannung von der elektrischen Last während einer Leerlaufphase dargestellt. FIG. 16 shows the battery voltage to be evaluated by the electrical load during an idling phase.
Eingangssignale für den Batteriezustandserkennungsalgorithmus In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in welchem die Messpunkte für die in den Auswerteverfahren benötigten Spannungen eingetragen sind. Dabei sind im Einzelnen die Batterie 10 mit der Minusklemme 11 und der Plusklemme 12 sowie der Starter 13 mit der Klemme T30 dargestellt. Die Batteriespannung ist mit U ßatt bezeichnet und die Spannung an Klemme T30 mit Uj3Q. Input signals for the battery state detection algorithm FIG. 1 shows an exemplary embodiment in which the measuring points for the voltages required in the evaluation method are entered. In detail, the battery 10 with the negative terminal 11 and the positive terminal 12 and the starter 13 with the terminal T30 are shown. The battery voltage is labeled Uatt and the voltage at terminal T30 is labeled Uj3Q.
In Der Batteriezustandserkennungsalgorithmus benutzt die folgenden In The battery condition detection algorithm uses the following
Spannungsinformationen des Gesamtsystems: Die Batteriespannung U ßafl- als Spannung, die zwischen dem Plus- und dem Minus-Anschluss der Batterie 10 gemessen wird. Und die Anschlussspannung Uj3Q , also die Spannung gemessen zwischen der Klemme T30 des Starters und der negativen Klemme 11 der Batterie 10. Für ein Grundkonzept ist die Batteriespannung U ßafl- allein ausreichend zur Durchführung des Algorithmus. Für das erweiterte Konzept wird auch noch die T30 Klemmenspannung als Eingangsgröße benötigt. Fig. 1 zeigt die Verschaltung von Batterie 10 und Starter 11 sowie die zugehörigen Total System Voltage Information: The battery voltage U β a fl as the voltage measured between the plus and minus terminals of the battery 10. And the terminal voltage Uj3Q, so the voltage measured between the terminal T30 of the starter and the negative terminal 11 of the battery 10. For a basic concept, the battery voltage U ß a fl- alone is sufficient to carry out the algorithm. The extended concept also requires the T30 terminal voltage as input. Fig. 1 shows the interconnection of battery 10 and starter 11 and the associated
Messpunkte für die Eingangsspannung des Batterieerkennungsalgorithmus. Measuring points for the input voltage of the battery detection algorithm.
Zusätzlich können im Batteriezustandserkennungsalgorithmus noch die folgenden Informationen zur Erkennung des Batteriezustands berücksichtigt werden: Die Spannung an der Starterrelaisklemme T50, die den Zustand Ein/Aus annimmt und die Drehzahl der Brennkraftmaschine bzw. des In addition, in the battery state detection algorithm, the following information for detecting the battery state may be taken into account: the voltage at the starter relay terminal T50, which assumes the state on / off and the speed of the internal combustion engine or the
Verbrennungsmotors. Diese beiden Zusatzinformationen liegen im Combustion engine. These two additional information are in
Motorsteuergerät ohnehin vor und können für verschiedene andere Steuer- bzw. Regelsysteme, auch für die Batteriezustandserkennung als Eingangssignale verwendet werden. Engine control unit in any case before and can be used as input signals for various other control or regulating systems, and for the battery state detection.
Die Batteriezustandserkennung ist beispielsweise eine Auswertelogik, ein Prozessor oder ein Steuergerät, dem die benötigten Informationen zugeführt werden, das die erforderlichen Auswerte- oder Berechnungsverfahren durchführt und das Ausgangssignale abgibt, die die ermittelten Größen repräsentieren, hier also den ermittelten Batteriezustand. The battery state detection is, for example, an evaluation logic, a processor or a control unit to which the required information is supplied, which carries out the required evaluation or calculation processes and which outputs output signals which represent the determined variables, in this case the determined battery state.
Abläufe des Batteriezustandserkennungsalgorithmus (Battery-State-Detection- Algorithmus (BSD) Der BSD- Algorithmus arbeitet in drei Phasen eines Fahrzeugbetriebszyklus: Battery Status Detection Algorithm (Battery State Detection Algorithm (BSD) The BSD algorithm operates in three phases of a vehicle operating cycle:
Phase A: Startphase Phase A: Starting phase
Phase B: Fahrbetrieb Phase B: Driving
Phase C: Stillstandsphase Phase C: standstill phase
Der Algorithmus beginnt mit der Startphase A. An die Startphase schließt sich die Phase B, Fahrbetrieb an und nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine folgt die Stillstandsphase C. Mit dem nachfolgenden Neustart der Brennkraftmaschine wird auch der Algorithmus neu gestartet. The algorithm begins with the start phase A. The phase B, driving operation follows and the shutdown of the internal combustion engine follows the stoppage phase C. With the subsequent restart of the internal combustion engine and the algorithm is restarted.
Fig. 2 zeigt die drei Phasen des BSD-Algorithmus. Dabei sind Spannungen U über der Zeit t aufgetragen. Ob ein Start vorliegt, kann beispielsweise durch eine Klemme 50 Signalauswertung erkannt werden. Fig. 2 shows the three phases of the BSD algorithm. In this case, voltages U are plotted over the time t. Whether a start is present can be detected, for example, by a terminal 50 signal evaluation.
Startphase A Start phase A
Die Bedingungen während der Startphase A werden an Klemme 50, die auch als Anschluss 50 bezeichnet werden kann, bei eingeschaltetem Startrelais ermittelt. Die Startphase ist die Phase, während der die Brennkraftmaschine bzw. der Verbrennungsmotor mit Hilfe des Startermotors gestartet wird. Wenn die The conditions during the starting phase A are determined at terminal 50, which can also be referred to as connection 50, with the starting relay switched on. The starting phase is the phase during which the internal combustion engine or the internal combustion engine is started with the aid of the starter motor. If the
Brennkraftmaschine bzw. der Verbrennungsmotor gestartet wird, tritt ein Internal combustion engine or the internal combustion engine is started, occurs
Spannungsabfall an der Batterieklemme auf, da der Strom, der vom Startermotor gezogen wird, sehr hoch ist und zu diesem Spannungsabfall führt. Voltage drop at the battery terminal, because the current drawn by the starter motor is very high and leads to this voltage drop.
Ein typischer Verlauf der Batteriespannung U ßafl- während der Startphase ist in Fig. 3 dargestellt. Zur Ermittlung des Batteriezustands wird der A typical course of the battery voltage U ß a fl- during the starting phase is shown in Fig. 3. To determine the battery condition of the
Spannungseinbruch U^jp während des Startens ausgewertet. U^jp ist die minimale Spannung, die kurz nach Kurzschluss des Starters auftritt. Aus dem Spannungsverlauf während der Startphase können zwei Arten von Strategien abgeleitet werden, mit deren Hilfe der Batteriezustand während der Startphase erkannt bzw. ermittelt werden kann. Eine der beiden im Folgenden angegebenen Strategien kann ausgewählt werden: Strategie 1: Die Information zum Batteriezustand wird aus dem Widerstand der Batterie ermittelt und dieser aus dem Spannungseinbruch U^jp bestimmt. Es werden dabei beide Eingangsinformationen verwendet, die Batteriespannung Ußatt und die Spannung Uj3Q an Klemme T30. Voltage dip U ^ jp evaluated during startup. U ^ jp is the minimum voltage that occurs shortly after the starter short circuit. Two types of strategies can be derived from the voltage curve during the starting phase, with the aid of which the battery state during the starting phase can be detected or determined. One of the two strategies listed below can be selected: Strategy 1: The information on the battery status is determined from the resistance of the battery and determined from the voltage drop U ^ jp. Both input information is used, the battery voltage Ußatt and the voltage Uj3Q at terminal T30.
Strategie 2: Die Batteriezustandserkennung wird nur an Hand des Strategy 2: The battery condition detection is only based on the
Spannungseinbruchs U^jp ermittelt. Es wird dazu nur ein Eingangssignal verwendet, die Batteriespannung Ußafl-. Figur 4 zeigt den Stromkreis des Startermotors mit den zum Verständnis der beiden Strategien benötigten Größen. Es sind dies der Leitungswiderstand Rc der Leitung 14, der Voltage drop U ^ jp determined. It is used to only one input signal, the battery voltage Uß a fl-. FIG. 4 shows the circuit of the starter motor with the variables required for understanding the two strategies. These are the line resistance Rc of the line 14, the
Innenwiderstand Ri der Batterie 10 und der Widerstand Rm des Startermotors 13.  Internal resistance Ri of the battery 10 and the resistance Rm of the starter motor 13.
Strategie 1: Berechnung des Batterieinnenwiderstands Ri aus U^j Strategy 1: Calculation of the internal battery resistance Ri from U ^ j
Mit dem Anschluss des Startermotors an die Batterie noch bevor er zu rotieren beginnt fließt der maximale Kurzschlussstrom durch den Startermotor sowie die zwischen ihm und der Batterie liegenden Verbindungen. Dieser By connecting the starter motor to the battery before it begins to rotate, the maximum short-circuit current through the starter motor and the connections between it and the battery will flow. This
Kurzschlussstrom wird als lsc bezeichnet, er setzt sich zusammen aus: lsc = Ußatt / (Ri + Rc + Rm ) Short-circuit current is referred to as l sc , it is composed of: l sc = Ußatt / (Ri + R c + R m )
Dieser Kurzschlussstrom verursacht einen tiefen Spannungseinbruch bei der Batteriespannung U ßafl-. Die Batteriespannung, die im ersten Augenblick nach dem Einschalten auftritt, wird als Dip-Spannung U^jp bezeichnet. Der This short-circuit current causes a deep voltage dip at the battery voltage U ß a fl-. The battery voltage, which occurs at the first moment after switching on, is referred to as dip voltage U ^ jp. Of the
Innenwiderstand Ri der Batterie kann damit aus der Dip-Spannung U^jp ausgerechnet werden nach der Gleichung: Internal resistance Ri of the battery can thus be calculated from the dip voltage U ^ jp according to the equation:
Ri = (uBattl " udip ) / 'sc R i = ( u Battl "u dip) / 'sc
Die Spannung U ß^i ist dabei die Batteriespannung U ßafl- vor Einschalten des Starters. Der Kurzschlussstrom lsc wird aus der Spannung U 730 ausgerechnet nach der Beziehung The voltage U ß ^ i is the battery voltage U ß a fl- before switching on the starter. The short-circuit current l sc is calculated from the voltage U 730 calculated according to the relationship
'sc = ( udip " uT30dip ) / RT30 Dabei ist die Spannung U J30dip die minimale Spannung ohne Dip, gemessen an der T30- Klemme des Starters. Der Widerstand RJ30 ist der Widerstand des Kabels zwischen dem Plusanschluss 12 der Batterie 10 und dem Anschluss bzw. der Klemme T30 am Startermotor 13. Der Widerstand R 730 = F>c 'st der Kabelwiderstand und geht als applikationsabhängiger Parameter in den 'sc = ( u dip u u T30dip) / R T30 The voltage U J30dip is the minimum voltage without dip, measured at the T30 terminal of the starter. The resistor RJ30 is the resistance of the cable between the positive terminal 12 of the battery 10 and the terminal or the terminal T30 on the starter motor 13. The resistor R 730 = F> c ' st the cable resistance and goes as an application-dependent parameter in the
Batteriezustandserkennungsalgorithmus ein. Battery state detection algorithm on.
Temperaturmodel für T30 - Kabel Temperature model for T30 cable
Der Widerstand des T30 -Kabels, also des Kabels zwischen der Batterie 10 und dem Startermotor 13 ist in Abhängigkeit von der Temperatur veränderlich. Ein konstanter Wert des Widerstands kann nicht bei allen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs angenommen werden, da die Temperatur der Brennkraftmaschine bzw. der Umgebung in einem weitem Bereich von beispielsweise - 5°C bis +80°C schwankt. Die Temperatur des T30- Kabels während des Fahrzeugbetriebs wird mit Hilfe eines Temperaturmodels vorhergesagt. Das Temperaturmodel benutzt dabei die Motortemperatur und die Ansauglufttemperatur als Referenzwerte. Aus diesen Referenzwerten, die üblicher Weise einem Motorsteuergerät ohnehin vorliegen wird die Temperatur des Kabels vorhergesagt. Ausgehend von der mit Hilfe des Temperaturmodels vorhergesagten Temperatur des Kabels ist eine angemessene Korrektur des R 730 -Werts möglich. The resistance of the T30 cable, so the cable between the battery 10 and the starter motor 13 is variable depending on the temperature. A constant value of the resistance can not be assumed in all operating conditions of the vehicle, since the temperature of the internal combustion engine or the environment in a wide range of, for example - 5 ° C to + 80 ° C varies. The temperature of the T30 cable during vehicle operation is predicted using a temperature model. The temperature model uses the engine temperature and the intake air temperature as reference values. The temperature of the cable is predicted from these reference values, which are normally available to an engine control unit anyway. Based on the temperature of the cable predicted using the temperature model, an appropriate correction of the R 730 value is possible.
Berechnung des erlaubten Innenwiderstands Rja der Batterie 10 Calculation of the permissible internal resistance Rj a of the battery 10
Der Wert des Innenwiderstands Rj der Batterie 10 wird verglichen mit dem maximal erlaubten Wert bzw. dem maximal erlaubten Grenzwert Rja . Dieser Wert Rja wird erhalten aus dem maximal erlaubten Innenwiderstand der Batterie mit welchem der Startermotor auf eine für einen erfolgreichen Start erforderliche Geschwindigkeit beschleunigt werden kann, wobei die Brennkraftmaschine damit soweit angetrieben werden kann, dass eine erfolgreiche Startfähigkeit vorliegt. The value of the internal resistance Rj of the battery 10 is compared with the maximum allowable value Rj a . This value Rj a is obtained from the maximum permissible internal resistance of the battery with which the starter motor can be accelerated to a speed required for a successful start, whereby the internal combustion engine can be driven so far that a successful starting capability is present.
Der Wert für den erlaubten Innenwiderstand der Batterie wird dabei ausgewählt unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Batterieinnenwiderstand ansteigt wenn die Batterietemperatur fällt. Die Batterietemperatur folgt mit einer The value for the permissible internal resistance of the battery is selected taking into account the fact that the internal battery resistance increases when the battery temperature drops. The battery temperature follows with a
Zeitverzögerung der Umgebungstemperatur. Die Umgebungstemperatur ist dabei insbesondere die Temperatur, die herrscht während das Fahrzeug geparkt ist. Der Wert für den erlaubten Innenwiderstand Rja ist kein konstanter Parameter. Er wird sich ändern, wenn sich die Temperatur der Batterie. Das bedeutet, dass es sich um einen dynamischen Wert handelt, der festgelegt wird während der Startphase unter Berücksichtigung der Batterietemperatur. Der Wert des erlaubten Innenwiderstands Rja der Batterie 10 kann aus folgenden Größen ermittelt werden: Time delay of the ambient temperature. The ambient temperature is especially the temperature that prevails while the vehicle is parked. The value for the permissible internal resistance Rj a is not a constant parameter. He will change when the temperature of the battery. This means that it is a dynamic value that is set during the starting phase taking into account the battery temperature. The value of the permissible internal resistance Rj a of the battery 10 can be determined from the following variables:
Tc: Minimaltemperatur, bei der die Motorstartfähigkeit erforderlich ist, in °C, Tc: minimum temperature at which engine starting capability is required, in ° C,
Rimax: Batterieinnenwiderstand, der erforderlich ist um eine Startfähigkeit bei der Minimaltemperatur Tc zu erhalten, in Milliohm, Smin: Ladezustand bzw. Startfähigkeit SOC der Batterie entsprechend dem maximalen Innenwiderstand der Batterie bei Tc, in Prozent, Rimax: battery internal resistance required to obtain starting capability at the minimum temperature Tc, in milliohms, Smin: state of charge SOC of the battery corresponding to the maximum internal resistance of the battery at Tc, in percent,
Tßafl-: Temperatur der Batterie, in °C, Tss a fl-: temperature of the battery, in ° C,
Ria: erlaubter Innenwiderstand der Batterie entsprechend der Startfähigkeit SOC bei der vorliegenden Batterietemperatur. Die Werte für den Batterieinnenwiderstand, die dem minimalen LadezustandRia: allowed internal resistance of the battery according to the starting ability SOC at the present battery temperature. The values for the internal battery resistance, the minimum state of charge
Smin in Prozent vom Ladezustand SOC bei verschiedenen Temperaturen entsprechen, werden dem Algorithmus als Eingangsgrößen zugeführt. Die Temperatur der Batterie Τβ3^ wird ausgerechnet mit Hilfe des Smin in percent of the state of charge SOC at different temperatures are supplied to the algorithm as input variables. The temperature of the battery Τβ 3 ^ is calculated with the help of the
Temperaturmodels. Das Batterietemperaturmodel verwendet die Temperature Models. The battery temperature model uses the
Ansauglufttemperatur und die Brennkraftmaschinentemperatur als Referenzwerte für die Berechnung der Batterietemperatur. Diese Werte werden gegebenenfalls vom Steuergerät der Brennkraftmaschine geliefert. Intake air temperature and the engine temperature as reference values for the calculation of the battery temperature. These values are optionally supplied by the control unit of the internal combustion engine.
Im folgenden wird ein Beispiel angegeben für die Auswahl des Grenzwerts für den maximal erlaubten Innenwiderstand Rimax und den erlaubten In the following an example is given for the selection of the limit value for the maximum permissible internal resistance Rimax and the permitted ones
Innenwiderstand Ria. Dazu wird von folgenden Werten ausgegangen: DieInternal resistance Ria. For this purpose, the following values are assumed: The
Minimaltemperatur, bei welcher die Startfähigkeit der Brennkraftmaschine vorliegen muss, liegt bei -5°C. Der Batterieinnenwiderstand Rimax, der für eine Startfähigkeit benötigt wird, beträgt 5,0 Milliohm. Aus der Batteriecharakteristik bzw. Kennlinie kann entnommen werden, dass der SOC der Batterie, der 5,0 Milliohm bei -5°C Celsius entspricht, bei 60 Prozent liegt. Das heißt die Batterie muss für eine unter den vorgegebenen Bedingungen zulässige Startfähigkeit bei mindestens 60 Prozent liegen. Minimum temperature at which the starting ability of the internal combustion engine must be present, is -5 ° C. The internal battery resistance Rimax, which is required for starting ability, is 5.0 milliohms. It can be seen from the battery characteristics or characteristic curve that the SOC of the battery, which corresponds to 5.0 milliohms at -5 ° Celsius, is 60 percent. That is the battery must be at least 60 percent for a startability permitted under the given conditions.
Die verschiedenen Batteriecharakteristiken bei verschiedenen Temperaturen und Ladezuständen SOC sind in Fig. 5 dargestellt. Dabei ist der Innenwiderstand der Batterie über dem Ladezustand SOC aufgetragen. Im oberen Bereich ist der Ladezustand nicht gut. The various battery characteristics at different temperatures and states of charge SOC are shown in FIG. The internal resistance of the battery is applied over the state of charge SOC. In the upper part of the state of charge is not good.
Aus der Fig. 5 kann entnommen werden, dass beispielsweise bei einer From Fig. 5 it can be seen that, for example, in a
Batterietemperatur von 50°C , die der maximal zu erwartenden Temperatur entspricht, ein Wert für den erlaubten Innenwiderstand Ria von 4,2 Milliohm erhalten wird. Sofern des Wert des Innenwiderstands geringer, d.h. besser ist als der erlaubte Wert des Innenwiderstands Ria, wird der Batteriezustand als "HIGH" bezeichnet. Der von der Batteriezustandserkennung angezeigte "HIGH"-Zustand bedeutet, dass das Batterieladeniveau ausreichend ist für den nächsten erfolgreichen Neu- bzw. Wiederstart. Das bedeutet, dass das Start- Stopp-System die Brennkraftmaschine abschalten kann sofern alle anderen Bedingungen für ein Abschalten der Brennkraftmaschine erfüllt sind. Battery temperature of 50 ° C, which corresponds to the maximum expected temperature, a value for the permissible internal resistance Ria of 4.2 milliohms is obtained. If the value of the internal resistance is lower, i. is better than the allowed value of the internal resistance Ria, the battery condition is referred to as "HIGH". The "HIGH" condition indicated by the battery condition detection means that the battery charge level is sufficient for the next successful restart. This means that the start-stop system can switch off the internal combustion engine if all other conditions for switching off the internal combustion engine are met.
Wenn der Wert des Innenwiderstands Ri höher ist als ein erlaubter Wert für den Innenwiderstand Ria, wird der Batteriezustand als "LOW" angezeigt. Ein "LOW"- Zustand, der von der Batteriezustandserkennung angezeigt wird bedeutet, dass das Batterieladeniveau nicht hoch genug ist für den nächsten erfolgreichen Neu bzw. Wiederstart. Sofern der Batteriezustand während der Startphase, als "LOW" angezeigt wird, wird der Batteriezustand weiterhin als "LOW" aufrechterhalten, zumindest für ein Zeitspanne einer minimalen Ladezeit Tmc. If the value of the internal resistance Ri is higher than a permissible value for the internal resistance Ria, the battery condition is displayed as "LOW". A "LOW" condition indicated by the battery condition detection means that the battery charge level is not high enough for the next successful restart. If the battery condition during the startup phase is indicated as "LOW", the battery condition will continue to be maintained as "LOW", at least for a period of minimum charge time Tmc.
Das bedeutet, dass keine weiteren Abschaltungen der Brennkraftmaschine durch das Start- Stopp-System vorgenommen werden dürfen, sofern diese Zeit nicht abgelaufen ist. Die Berechnung der Ladezeit Tc beginnt, sofern die This means that no further shutdowns of the internal combustion engine may be made by the start-stop system, if this time has not expired. The calculation of the charging time Tc starts, if the
Motordrehzahl während der Fahrbetriebsphase größer ist als die Engine speed during the driving phase is greater than the
Leerlaufdrehzahl. Idle speed.
Allgemein gilt: die Bedeutung eines "LOW"-Zustands im Start-Stopp-System ist wie folgt definiert: Wenn die Batteriezustandserkennung ein Signal ausgibt, das auf einen "LOW"-Zustand schließen lässt, wird die Brennkraftmaschine nicht abgeschaltet, obwohl alle anderen Bedingungen zum Abschalten der Brennkraftmaschine erfüllt sind. Dadurch werden Fehler beim neuen Wiederstart, die auf Grund des zu niedrigen Ladezustands der Batterie auftreten könnten vermieden. In ähnlicher Weise wird während des Stillstands vom Start- Stopp- System ein Start der Brennkraftmaschine veranlasst, wenn die In general, the meaning of a "LOW" condition in the start-stop system is defined as follows: When the battery condition detection outputs a signal indicative of a "LOW" condition, the engine is not shut down, although all other conditions to shut off the Internal combustion engine are met. This avoids errors in the new re-start, which could occur due to the low battery state of charge. Similarly, during start-stop system standstill, a start of the engine is initiated when the engine stops
Batteriezustandserkennung den Status "LOW" anzeigt. Im Stillstand ist üblicher Weise die Brennkraftmaschine abgeschaltet und die Batterie liefert elektrische Energie an die verschiedenen Verbraucher. Durch den Neustart wird ein Fehler für den nächsten Wiederstart, der durch weitere Entladung der Batterie auftreten könnte, vermieden. Battery status detection indicates the status "LOW". At a standstill, the internal combustion engine is usually switched off and the battery supplies electrical energy to the various consumers. Restarting will avoid a fault for the next reboot, which could be due to further battery discharge.
Wird dem Start- Stopp-System ein Signal "HIGH" zugeführt, liegt ein hoher Batterieladezustand vor und es wird ein Abschalten der Brennkraftmaschine erlaubt sofern die anderen Bedingungen ein Abschalten erfordern. Dabei ist mit Sicherheit ein Neustart möglich, da die Batteriezustandsbedingung ausreicht für einen erfolgreichen Neustart. In ähnlicher Weise wird während der If the start-stop system, a signal "HIGH" supplied, there is a high battery state of charge and it is a shutdown of the engine allowed unless the other conditions require a shutdown. A restart is certainly possible because the battery condition is sufficient for a successful restart. Similarly, during the
Stillstandsphase die Brennkraftmaschine abgeschaltet gelassen, solang der Batterieladezustand "HIGH" ist. Standstill phase left the engine off as long as the battery state of charge is "HIGH".
In Fig. 6 ist ein Flussdiagramm für die Startphase nach Strategie 1 dargestellt. Die einzelnen Schritte bedeuten: FIG. 6 shows a flow diagram for the start phase according to strategy 1. The individual steps mean:
Schritt Sl: Messung von U^jp und U ßafl-i wobei Uß^i die an der Batterie gemessene Spannung vor dem Start ist. Step Sl: Measurement of U ^ jp and Uβ a fl-i where Uβ ^ i is the voltage measured at the battery before starting.
Schritt S2: Berechnung des Batterieinnenwiderstands Rj Step S2: Calculation of the battery internal resistance Rj
Schritt S3: Prüfung ob Rj kleiner als der zulässige Widerstand Rja ist. Falls dieser Vergleich ergibt, dass der Innenwiderstand kleiner ist als der erlaubte Innenwiderstand wird im Schritt S4 der Status "LOW" für eine definierte Zeitdauer gesetzt. Ergibt der Schritt S3, dass der Innenwiderstand kleiner ist als der erlaubte Innenwiderstand wird zu dem Schritt S5 der Status "HIGH" gesetzt. Step S3: Check if Rj is smaller than the allowable resistance Rj a . If this comparison shows that the internal resistance is smaller than the permissible internal resistance, the status "LOW" is set for a defined period of time in step S4. If the step S3 indicates that the internal resistance is smaller than the permissible internal resistance, the status "HIGH" is set to the step S5.
Strategie 2: Batteriezustandsinformation aus dem Spannungseinbruch U^jp Strategy 2: Battery state information from the voltage dip U ^ jp
Bei diesem Verfahren wird für den Spannungseinbruch U^jp als erlaubte In this method is for the voltage dip U ^ jp as allowed
Grenzspannung U^jp] angenommen. Wenn U^jp größer ist als die Spannung Udjpi wird der Batteriestatus für eine minimale Ladezeit auf den Status "LOW" gesetzt. Wenn U^jp größer als U^jp] wird der Batteriestatus auf "HIGH" gesetzt. Der Grenzwert für U^jp] entspricht dem Wert von U^jp, der erhalten wird, wenn während der Startphase der Brennkraftmaschine ein minimaler Batteriezustand von SOCSmin herrscht. Limit voltage U ^ jp] assumed. If U ^ jp is greater than the voltage Udjpi, the battery status will be set to "LOW" for a minimum charging time. set. If U ^ jp is greater than U ^ jp] the battery status is set to "HIGH". The limit for U ^ jp] corresponds to the value of U ^ jp obtained when there is a minimum battery condition of SOCSmin during the starting phase of the internal combustion engine.
In Figur 7 ist ein Flussdiagramm für die Startphase nach Strategie 2 dargestellt. Dabei wird in Schritt S6 die Spannung U^jp gemessen. In Schritt S7 wird geprüft, ob Udjp größer als ein Schwellwert U^jp] ist. Trifft dies nicht zu, wird im Schritt S 8 für eine definierte Zeitperiode der Status "LOW" gesetzt. Ergibt der Schritt S7 dass Udjp > als der Schwellwert U^jp!, wird im Schritt S9 der Status "HIGH" gesetzt. FIG. 7 shows a flowchart for the starting phase according to strategy 2. In this case, the voltage U ^ jp is measured in step S6. In step S7, it is checked if Udjp is greater than a threshold value U ^ jp]. If this is not true, the status "LOW" is set in step S 8 for a defined period of time. If step S7 results in Udjp> being the threshold value U ^ jp !, the status "HIGH" is set in step S9.
Phase B, Fahrbetrieb Phase B, driving
Bedingung für den Fahrbetrieb ist, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine größer oder gleich ist wie die Leerlaufdrehzahl, wobei die Leerlaufdrehzahl ein applizierbarer Wert ist. Wenn der Verbrennungsmotor bzw. die Condition for driving is that the speed of the internal combustion engine is greater than or equal to the idle speed, the idle speed is an applicable value. If the internal combustion engine or the
Brennkraftmaschine läuft, wird der Wert für die Ladezeit Tnc kontinuierlich aktualisiert. Die Ladezeit Tnc wird berechnet, indem gewichtete Zeitperioden Tc, für welche die Batteriespannung größer als eine Ladegrenzspannung ist, aufintegriert werden. Gleiches gilt für die Zeitspanne Tdc, während der die Batteriespannung kleiner ist als die Grenzspannung. Auch dann wird Internal combustion engine is running, the value for the charging time Tnc is continuously updated. The charging time Tnc is calculated by integrating weighted time periods Tc for which the battery voltage is greater than a charging limit voltage. The same applies to the period of time Tdc during which the battery voltage is less than the limit voltage. Even then will
aufintegriert. Es gilt der Zusammenhang: integrated. The context applies:
Tnc = int(ne x Tc) - int (Tdc) Tnc = int (ne x Tc) - int (Tdc)
Der Faktor ne wird eingeführt als Effizienzfaktor. Er wird benötigt, da während der Ladung eine gewisse Menge Energie in Form von Wärme verlorengeht. Dieser Effizienzfaktor beschreibt den Effekt. Der Faktor kann abhängig sein vom Batterietyp, dem Batterieladezustand und/oder der Batterietemperatur. Wenn die Batteriezustandserkennung einen Batteriezustand "LOW" während der The factor ne is introduced as an efficiency factor. It is needed because some energy is lost in the form of heat during charging. This efficiency factor describes the effect. The factor can be dependent on the battery type, the battery charge state and / or the battery temperature. When the battery condition detection detects a battery state "LOW" during the
Startphase anzeigt, wird er in einen Zustand "HIGH" versetzt, wenn der Wert der Ladezeitspanne Tnc größer ist als eine vorgebbare Zeitspanne, die applizierbar ist. Der Status wird auf "LOW" gesetzt, wenn der Wert der Ladezeitspanne Tnc kleiner ist als die vorgegebene Zeitspanne. Start phase indicates, it is set in a state "HIGH" when the value of the charging period Tnc is greater than a predetermined period of time that can be applied. The status is set to "LOW" when the value of the charging period Tnc is smaller than the predetermined period.
Mögliche Applikationswerte für die Phase B, Fahrbetrieb sind: 13,5V ist die Schwellwertspannung, oberhalb der die Batterie während des Fahrbetriebs unter allen Bedingungen geladen wird. Possible application values for phase B, driving operation are: 13.5V is the threshold voltage above which the battery is charged during driving under all conditions.
13,0V ist die Schwellwertspannung, unterhalb derer die Batterie während des Fahrbetriebs nicht geladen wird. Zwischen 12,5V und 13,5V ist ein Band, in welchem nicht mit Sicherheit gesagt werden kann, ob die Batterie geladen oder entladen wird. 13.0V is the threshold voltage below which the battery will not charge while driving. Between 12.5V and 13.5V is a band in which it can not be said with certainty whether the battery is charged or discharged.
Die angegebenen Spannungswerte können für verschiedene Applikationen abweichen, insbesondere abhängig vom elektrischen System des Fahrzeugs. The specified voltage values may differ for different applications, in particular depending on the electrical system of the vehicle.
Figur 8 zeigt ein Flussdiagramm für den Fahrbetrieb (Phase B). Dabei wird im Schritt S10 die Batteriespannung Ußafl- gemessen. Im Schritt Sil wird dieFIG. 8 shows a flow chart for the driving operation (phase B). In this case, the battery voltage Uß a fl- is measured in step S10. In step Sil, the
Ladezeit Tc berechnet. Im Schritt S12 wird geprüft, ob die Ladezeit Tc oberhalb eines vorgebbaren Wertes liegt. Ist dies nicht der Fall, wird im Schritt S13 der Status "LOW" gesetzt. Ist die Ladezeit Tc größer als der vorgebbare Wert, wird im Schritt S14 der Status "HIGH" gesetzt. Verfeinerung der Phase B (Fahrbetrieb): Charging time Tc calculated. In step S12 it is checked whether the charging time Tc is above a predefinable value. If this is not the case, the status "LOW" is set in step S13. If the charging time Tc is greater than the predefinable value, the status "HIGH" is set in step S14. Refinement of phase B (driving):
Die Lade- und Entladephasen können in einer verbesserten Ausführung mit Gewichtungsfaktoren versehen werden, sodass eher die Ladungsmenge und nicht die Ladezeit integriert wird. Je höher die Ladespannung ist, desto höher ist - in den betrachteten Grenzen - auch der Ladestrom. Umgekehrt gilt Gleiches: Je tiefer die Spannung eingebrochen ist, desto höher ist auch der The charging and discharging phases can be provided with weighting factors in an improved design, so that the charge quantity is integrated rather than the charging time. The higher the charging voltage, the higher - within the limits considered - the charging current. Conversely, the same applies: the deeper the voltage has broken, the higher is also the
Entladungsstrom. Durch Verwendung der aktuellen Spannungshöhe als  Discharge current. By using the current voltage level as
Gewichtungsfaktor kann eine bessere Vorhersage der Ladebilanz der Batterie während der Fahrphase ermittelt werden. Weighting factor, a better prediction of the battery charge balance during the drive phase can be determined.
Z.B.: Q = int (a * (U_B -13,5V)*Tc - int (b * (12,5V-U_B) * Tdc) mit Q = integrierter Ladungsmenge For example: Q = int (a * (U_B -13.5V) * Tc-int (b * (12.5V-U_B) * Tdc) with Q = integrated charge amount
U_B = aktuelle Batteriespannung a = Gewichtungsfaktor für die Ladephase (abhängig von Bordnetz, Batterietyp, Temperatur, Ladezustand usw) b = Gewichtungsfaktor für die ENTLADEphase (gleiche Abhängigkeiten wie oben) U_B = current battery voltage a = weighting factor for the charging phase (depending on vehicle electrical system, battery type, temperature, state of charge, etc.) b = weighting factor for the UNLOAD phase (same dependencies as above)
Tc = Zeitdauer in der geladen wird Tdc = Zeitdauer, in der entladen wird. Tc = time in which is charged Tdc = time in which is discharged.
Stillstandsphase C Standstill phase C
Bedingung für die Stillstandsphase ist, dass die Drehzahl der Condition for the stoppage phase is that the speed of the
Brennkraftmaschine gleich 0 ist. Die Stillstandsphase betrifft die Phase, während der die Brennkraftmaschine abgeschaltet ist, beispielsweise wegen eines entsprechenden Abschaltsignals von einem Starl/Stopp-Systems. Der von der Brennkraftmaschine antreibbare Generator liefert keine elektrische Energie und die von der Batterie gelieferte Energie wird nur den elektrischen Verbrauchern zugeführt, die während dieser Zeit benötigt werden. Da die Batterie diesen Verbrauchern Ladung zuführt, fällt die Spannung während der Stillstandsphase ab. Wenn die Batteriespannung einen speziellen Grenzwert Ul erreicht, wird der Batteriestatus auf "LOW" gesetzt. Internal combustion engine is equal to 0. The stoppage phase refers to the phase during which the internal combustion engine is switched off, for example because of a corresponding shutdown signal from a starl / stop system. The generator drivable by the internal combustion engine provides no electrical energy and the energy supplied by the battery is supplied only to the electrical consumers that are needed during this time. Since the battery supplies charge to these consumers, the voltage drops during the standstill phase. When the battery voltage reaches a special limit Ul, the battery status is set to "LOW".
Das Start- Stopp-System initiiert eine Fahrzeugstartanforderung, wenn die Batteriezustandserkennung in den "LOW"-Status in der Stillstandsphase anzeigt. Das Fahrzeug bleibt dagegen in der Stillstandsphase, wenn der Batteriestatus auf "HIGH" bleibt. The start-stop system initiates a vehicle start request when the battery condition detection indicates the "LOW" status in the standstill phase. The vehicle, on the other hand, remains in the standstill phase when the battery status remains "HIGH".
Wenn die Stillstandsphase größer als beispielsweise fünf Minuten ist, wird die Batteriezustandserkennung den Status "LOW" setzen, auch wenn die If the stoppage phase is greater than, for example, five minutes, the battery condition detection will set the status to "LOW", even if the
Batteriespannung höher ist als der Grenzwert Ul. Wenn der Entladestrom kleiner ist als ein vorgebbarer Wert von beispielsweise 5 Ampere, wird kein merkbarer Abfall der Batteriespannung auftreten, auch wenn die Entladung eine längere Zeit stattfindet. Unter diesen Bedingungen wird die Batterie ihre Ladung ohne signifikante Änderung der Batterieterminal- bzw. Batterieklemmenspannung Ußatt verlieren. Um diese Bedingung einzubeziehen, wird während der Battery voltage is higher than the limit Ul. If the discharge current is smaller than a predetermined value of, for example, 5 amperes, no noticeable drop in the battery voltage will occur even if the discharge takes place for a longer time. Under these conditions, the battery will lose its charge without significantly changing the battery terminal or battery terminal voltage. To include this condition will be during the
Stillstandsphase ein Zeitlimit von fünf Minuten vorgegeben. Als Zeitlimit kann auch ein anderer geeigneter Wert gewählt werden. Es wird eine Grenzspannung Ul definiert, die unter Berücksichtigung folgender Größen gebildet wird: Standstill phase given a time limit of five minutes. As time limit, another suitable value can be selected. It defines a limit voltage Ul, which is formed taking into account the following quantities:
Tc in °C: Minimaltemperatur, bei der die Startfähigkeit der Brennkraftmaschine verlangt wird, Rimax in mOhm: Batterieinnenwiderstand, der erforderlich ist, um eine Tc in ° C: minimum temperature at which the starting capability of the internal combustion engine is required, Rimax in mOhm: internal battery resistance required to produce a
Startfähigkeit zu erreichen,  Starting ability to reach
Smin in % Ladezustand der Batterie bei ihrem maximalen Innenwiderstand Rimax bei der Minimaltemperatur Tc (Kaltstartbedingung) Smin in% State of charge of the battery at its maximum internal resistance Rimax at the minimum temperature Tc (cold start condition)
T"Batt :Temperatur der Batterie. Y: Stromstärke (Ampere), mit der belastet bzw. entladen wird. Mittlere elektrische Belastung, während das Fahrzeug im Stillstand ist. T " Batt: temperature of the battery Y: current (amperes) to be charged or discharged Average electrical load while the vehicle is at a standstill.
Ul: Die Grenzspannung wird definiert als die Batteriespannung bei der Ul: The limit voltage is defined as the battery voltage at the
Bedingung, dass die Batterie mit Y Ampere geladen wird, beim Ladezustand Smin in % der Batterie bei ihrem maximalen Innenwiderstand Rimax bei der Minimaltemperatur Tc . Condition that the battery is charged with Y amperes, in the state of charge Smin in% of the battery at its maximum internal resistance Rimax at the minimum temperature Tc.
Der Wert der Grenzspannung Ul hängt dabei von der Temperatur der Batterie ab. The value of the limit voltage Ul depends on the temperature of the battery.
Figur 9 zeigt ein Flussdiagramm für die Vorgehensweise in der Stillstandsphase C. FIG. 9 shows a flow chart for the procedure in the standstill phase C.
Im Einzelnen ist in Figur 9 dargestellt, dass im Schritt S15 die Batteriespannung Ußafl; gemessen wird. Im Schritt S16 wird die Batteriespannung mit einerIn detail, it is shown in FIG. 9 that in step S15 the battery voltage Uß a fl; is measured. In step S16, the battery voltage is switched to a
Grenzspannung Ul verglichen. Ergibt dieser Vergleich, dass die Limit voltage Ul compared. This comparison shows that the
Batteriespannung U ßaft nicht größer ist als die Grenzspannung, wird im Schritt S17 der Zustand "LOW" gesetzt. Ergibt der Vergleich in Schritt S16, dass die Batteriespannung U ßaft größer ist als die Spannung Ul, wird in Schritt S18 der Zustand "HIGH" gesetzt. Battery voltage U ß a ft is not greater than the threshold voltage, the state "LOW" is set in step S17. If the comparison in step S16 that the battery voltage U ß a ft is greater than the voltage Ul, in step S18, the "HIGH" state is set.
Ergänzende und weitere Maßnahmen zur Batteriezustandserkennung: Supplementary and further measures for battery condition detection:
Strom durch die Magnetspule des Starters als Indikator für den Batteriezustand In einem weiteren Batteriezustandserkennungsalgorithmus wird der Current through the magnet coil of the starter as an indicator of the battery condition In another battery state detection algorithm, the
Batteriezustand ermittelt, wenn eine definierte elektrische Last an die Batterie geschaltet wird. Die Batteriespannung bricht abhängig vom Batteriezustand und vom elektrischen Widerstand ein. Die Batterieklemmenspannung U^jp ist dabei proportional zum Batteriezustand, dies gilt jeweils für eine definierte Last. Damit kann der Batterieladezustand SOC für eine bekannte Temperatur ermittelt werden, indem der Batteriespannungseinbruch bei Zuschaltung einer definierten elektrischen Last gemessen wird. In diesem Konzept ist die definierte elektrische Last der Startermotor. Es könnte auch die Zuschaltung eines anderen elektrischen Verbrauchers, der zu einem signifikanten Spannungseinbruch führt, ausgewertet werden, beispielsweise eine Scheibenheizung, Glühkerzen, Kraftstoffheizer, Lüfter, Fahrlichter usw. Battery condition determined when a defined electrical load is switched to the battery. The battery voltage breaks depending on the battery condition and the electrical resistance. The battery terminal voltage U ^ jp is proportional to the battery state, this applies in each case for a defined load. Thus, the battery state of charge SOC for a known temperature can be determined by the battery voltage drop is measured when a defined electrical load. In this concept, the defined electrical load is the starter motor. It could also be evaluated the connection of another electrical load, which leads to a significant voltage dip, for example, a window heating, glow plugs, fuel heaters, fans, driving lights, etc.
Funktionsweise des Startermotors Operation of the starter motor
Der Startermotor wird mittels eines Starterrelais ein und aus geschaltet. Das Starterrelais umfasst dabei eine spezielle Magnetspule. Diese Magnetspule hat üblicherweise zwei Wicklungen, eine Einschaltwicklung EW und eine The starter motor is switched on and off by means of a starter relay. The starter relay includes a special solenoid. This solenoid usually has two windings, a turn-on winding EW and a
Haltewicklung HW. Wenn der Startermotor anläuft, werden die Wicklungen der Spulen für eine kurze Zeit eingeschaltet, um den Startermotorkontakt zu schließen. Wenn der Startermotor startet, ist nur die Haltewicklung der Holding winding HW. When the starter motor starts, the windings of the coils are turned on for a short time to close the starter motor contact. When the starter motor starts, only the holding winding is the
Magnetspule mit Spannung versorgt. Magnetic coil supplied with voltage.
In Figur 10 ist ein Blockschaltbild des Startermotors mit dem Starterrelais schematisch dargestellt. Dabei ist der Startermotor mit 13 bezeichnet, 10 ist die Batterie. 18 bezeichnet den Zündschalter und 15 das Starterrelais mit der Einzugswicklung 16 und der Haltewicklung 17. FIG. 10 shows schematically a block diagram of the starter motor with the starter relay. In this case, the starter motor is denoted by 13, 10 is the battery. 18 denotes the ignition switch and 15 the starter relay with the pull-in winding 16 and the holding winding 17th
Figur 11 zeigt den Verlauf der des Spannungseinbruchs Udip der Spannung am Startermotor für verschiedene Ladezustände der Batterie. Dabei steht die oberste Kurve für eine volle Batterie und die unterste für einen FIG. 11 shows the profile of the voltage dip U.sub.Dip of the voltage across the starter motor for various states of charge of the battery. The top curve stands for a full battery and the bottom one for one
Batterieladezustand von 65%, jeweils für eine bestimmte Temperatur. Der Batteriezustand kann wie aus Figur 11 ersichtlich ist, für eine bekannte Battery charge of 65%, each for a specific temperature. The battery condition can be seen from FIG. 11, for a known one
Batterietemperatur ermittelt werden, indem die Magnetspule des Starterrelais als definierte elektrische Last angesehen wird und der Spannungseinbruch beim Einschalten dieser elektrischen Last ausgewertet wird. Funktionsfähigkeit des Konzepts Battery temperature can be determined by the solenoid of the starter relay is regarded as a defined electrical load and the voltage drop is evaluated when switching on this electrical load. Functionality of the concept
Für einen erfolgreichen Neu- bzw. Wiederstart des Verbrennungsmotors ist ein minimaler Batterieladezustand für eine gegebene Temperatur definiert. Die am Starterrelais anliegende Spannung ist die Spannung Udipl. Beim Ansteuern des Relais, aber vor dem Schließen des Hauptkontakts wird die auftretende Dip-For a successful restart of the internal combustion engine, a minimum battery state of charge for a given temperature is defined. The voltage applied to the starter relay is the voltage Udipl. When the relay is actuated, but before the main contact is closed, the dip
Spannung gemessen. Die dabei auftretende Dip-Spannung U^jp wird gemessen. Diese gemessene Spannung wird verglichen mit dem Schwellwert Udipl. Voltage measured. The occurring dip voltage U ^ jp is measured. This measured voltage is compared with the threshold value Udipl.
Abhängig vom Vergleichsergebnis wird erkannt, ob der Batteriezustand als "HIGH" oder als "LOW" gesetzt werden kann. "High" bedeutet wiederum, dass der Batteriezustand gut ist für den nächsten erfolgreichen Neu- bzw. Wiederstart.Depending on the result of the comparison, it is detected whether the battery status can be set as "HIGH" or as "LOW". "High" means again that the battery condition is good for the next successful reboot or restart.
Gleichermaßen wird der Batteriezustand "LOW" gesetzt, wenn der Similarly, the battery state is set to "LOW" when the battery is low
Batteriezustand nicht gut genug ist für einen erfolgreichen Neustart. Battery condition is not good enough for a successful restart.
In Figur 12 ist der zeitliche Verlauf des Spannungseinbruchs U^jp der In Figure 12, the time course of the voltage dip U ^ jp is the
Batteriespannung am Startermotor für verschiedene Ladezustände der Batterie dargestellt, entsprechend einem Ausschnitt des Verlaufs nach Figur 11. DerBattery voltage on the starter motor for different states of charge of the battery shown, corresponding to a section of the course of Figure 11. Der
Spannungseinbruch Udip ist jeweils der Minimalwert. Ist die Spannung kleiner als der Schwellwert Udipl wird der Batteriezustand "LOW" gesetzt. Das Starterrelais wird als definierte elektrische Last angesehen. Voltage dip Udip is the minimum value. If the voltage is lower than the threshold value Udipl, the battery state "LOW" is set. The starter relay is considered as a defined electrical load.
Ladezustandsvorhersage für die Stillstandsphase C In der Stillstandsphase des Fahrzeugs ist der Spannungsabfall am State of charge prediction for the standstill phase C In the standstill phase of the vehicle, the voltage drop at
Batterieterminal bzw. an der Batterieklemme 12 für eine bekannte Temperatur und einen bekannten Batterieladezustand SOC proportional zum elektrischen Laststrom IL. Figur 13 zeigt im Zusammenhang zwischen Batteriespannung Ußatt und elektrischer Last bzw. Laststrom IL für einen gegebenen Ladezustand SOC und eine gegebene Temperatur.  Battery terminal or at the battery terminal 12 for a known temperature and a known battery state of charge SOC proportional to the electrical load current IL. FIG. 13 shows, in the relationship between battery voltage Ußatt and electrical load IL for a given state of charge SOC and a given temperature.
Zur Entscheidung über den vorliegenden Batteriezustand während der To decide on the present battery condition during the
Stillstandsphase muss eine Schwellwertspannung definiert werden. In Figur 14 sind Batteriemodelldaten bezüglich der Schwellwertspannung angegeben. Der Ladezustand SOC gilt für eine Batteriespannungsschwelle von UBattl von 11,9 Volt. Wie in dieser Tabelle gezeigt wird, kann der Ladezustandsgrenzwert umso niedriger gesetzt werden, je niedriger der Entladestrom ist. Je höher der Entladestrom ist, desto höher muss der Ladezustandsgrenzwert gesetzt werden. So ergibt sich für die Auswahl des Ladezustandsgrenzwertes ein breites Toleranzband von 18%. Standstill phase, a threshold voltage must be defined. In FIG. 14, battery model data are indicated with respect to the threshold voltage. The state of charge SOC applies to a battery voltage threshold of 11.9 volts from UBattl. As shown in this table, the lower the discharge current, the lower the state of charge limit can be set. The higher the discharge current, the higher the charge state limit must be set. This results in a wide tolerance band of 18% for the selection of the state of charge limit value.
Um dieses weite Toleranzband für den Ladezustand SOC der Batterie 10 zu reduzieren, wird die Spannungsbegrenzung UBattl proportional zum Laststrom gesetzt. Da der Laststrom aber unbekannt ist, wird nach dem folgenden Konzept der elektrische Laststrom adaptiv vorhergesagt. In order to reduce this wide tolerance band for the state of charge SOC of the battery 10, the voltage limit UBattl is set proportional to the load current. However, since the load current is unknown, the electric load current is adaptively predicted according to the following concept.
Erste Methode dafür ist die Auswertung des "DFM-Signals", also des First method for this is the evaluation of the "DFM signal", thus the
Tastverhältnisses des Erregerstroms: Duty cycle of the exciter current:
Falls im Fahrzeug bzw. im Steuergerät des Fahrzeugs das Feature "DFM- Signalausgang vom Generator" zur Verfügung steht, ist der Tastverhältnisfaktor proportional zum Laststrom und kann dahingehend ausgewertet werden. Das "DFM-Signals" kann bei Leerlaufgeschwindigkeit bzw. Leerlaufdrehzahl erfasst werden oder bei einer anderen definierten Geschwindigkeit bzw. Drehzahl vor dem Abschalten der Brennkraftmaschine. Damit kann der Grenzwert des Spannungseinbruchs U^jp] in Abhängigkeit vom Tastverhältnisfaktor für die zugeschaltete elektrischer Last in der im Leerlauf festgesetzt werden. Dadurch reduziert sich das Toleranzband für den Ladezustand auf einen kleineren Wert. If the feature "DFM signal output from the generator" is available in the vehicle or in the control unit of the vehicle, the duty cycle factor is proportional to the load current and can be evaluated to this effect. The "DFM signal" can be detected at idle speed or idle speed or at another defined speed or speed before switching off the internal combustion engine. Thus, the threshold value of the voltage drop U ^ jp] can be set as a function of the duty factor for the switched on electrical load in the idle. This reduces the tolerance band for the state of charge to a smaller value.
In Figur 15 ist der Einbruch der Batteriespannung Ußa^jp über dem In Fig. 15, the drop in battery voltage Uβa ^ jp is above
elektrischen Lastfaktor DF bzw. dem Tastverhältnis des Erregerstroms während des Leerlaufs für einen Ladezustand SOC von 65%" dargestellt. load factor DF or the duty cycle of the exciting current during idling for a state of charge SOC of 65% "shown.
Zweite Methode dafür ist die Auswertung eines Spannungsniveaus: Second method is the evaluation of a voltage level:
Dieses Konzept kann verwendet werden in den Fällen, in denen ein "DFM- Signal" nicht zur Verfügung steht. Dabei kann das Spannungsniveau an der Batterie beispielsweise bei Leerlaufdrehzahl überwacht werden. Wenn der elektrische Laststrom im Leerlauf größer ist als der Generatorausgangsstrom, wird ein Spannungseinbruch auftreten. Dieser Spannungseinbruch ist proportional zur elektrischen Last, die den Generatorstrom überschreitet. Damit ermöglicht eine Überwachung der Batteriespannung Ußafl- bei Leerlaufdrehzahl vor dem Abschalten der Brennkraftmaschine, die entsprechende Last abzuschätzen und die zugehörige Grenze U ßattdipl ausgewählt werden. Dieses Verfahren reduziert das Toleranzband für die Abschätzung des Batteriezustands ebenfalls. Wenn die elektrische Last kleiner ist als der vom Generator lieferbare Strom kann diese Methode nicht eingesetzt werden, der zugehörige Bereich wird als "blind area" bezeichnet, da die Spannung gleich und auf einem Ladeniveau bleibt. In Figur 16 ist der Verlauf der auszuwertenden Batteriespannung Ußafl- über dem Laststrom (in Ampere) als Maß für die elektrische Lastf während einer Leerlaufphase für einen Batteriezustand SOC von 65% dargestellt. Links der gestrichelten Linie befindet sich die sogenannte "Blinde Zone" ("blind area"), für die keine Batteriezustanderkennung möglich ist, rechts davon, also bei höherer Last, ist eine Auswertung möglich. This concept can be used in cases where a "DFM signal" is not available. In this case, the voltage level on the battery can be monitored, for example, at idle speed. If the electrical load current at idle is greater than the generator output current, a voltage dip will occur. This voltage dip is proportional to the electrical load that exceeds the generator current. This allows monitoring the battery voltage Uß a fl- idle speed before switching off the engine to estimate the corresponding load and the associated limit U ßattdipl be selected. This method reduces the tolerance band for the estimation of the battery condition also. If the electrical load is less than the current that can be supplied by the generator, this method can not be used; the associated area is referred to as the "blind area" because the voltage remains the same and at a charge level. FIG. 16 shows the course of the battery voltage Uβ a fl- to be evaluated over the load current (in amperes) as a measure of the electrical load f during an idling phase for a battery state SOC of 65%. On the left of the dashed line is the so-called "blind area", for which no battery status detection is possible, to the right of it, ie at higher load, an evaluation is possible.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Erkennung der Startfähigkeit insbesondere einer Starterbatterie für eine Start- Stopp-Steuerung einer Brennkraftmaschine in einem 1. A method for detecting the starting ability, in particular a starter battery for a start-stop control of an internal combustion engine in one
Kraftfahrzeug, wobei die Brennkraftmaschine mit der von der Starterbatterie gespeisten Startvorrichtung gestartet wird und Mittel zur Erkennung des Batteriezustands vorhanden sind, in denen die Verfahren ablaufen, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustandes der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird und dieser in wenigstens drei unterschiedliche Phasen (A, B, C) unterteilt wird und für jede der drei Phasen (A, B, C) ein eigenes Batteriezustandserkennungsverfahren abläuft.  Motor vehicle, wherein the internal combustion engine is started with the starter battery powered starting device and means for detecting the battery condition are present, in which proceed the method, characterized in that the operating condition of the internal combustion engine is taken into account and this in at least three different phases (A, B , C) and for each of the three phases (A, B, C) runs its own battery state detection method.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das 2. The method according to claim 1, characterized in that the
Batteriezustandserkennungsverfahren als Algorithmus abläuft.  Battery state detection method runs as an algorithm.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the
Batteriezustandserkennungsverfahren als Information über den  Battery state detection method as information about the
Batteriezustand entweder den Zustand "HIGH" oder den Zustand "LOW" abgibt, wobei der Zustand "HIGH" sichere Neu- oder Widerstartfähigkeit und der Zustand "LOW" unsichere Neu- oder Widerstartfähigkeit bedeutet.  Battery state either the state "HIGH" or the state "LOW" outputs, with the state "HIGH" safe new or Widerstartfähigkeit and the state "LOW" uncertain new or Widerstartfähigkeit means.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes der für die drei Phasen (A, B, C) durchgeführte 4. The method of claim 1, 2 or 3, characterized in that for each of the three phases (A, B, C) performed
Batteriezustandserkennungsverfahren ein Status gesetzt wird, der den Zustand "HIGH" oder der Zustand "LOW" repräsentiert.  Battery state detection method is set a status representing the state "HIGH" or the state "LOW".
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drei unterschiedlichen Phasen (A; B; C), die eigentliche Startphase (A), der Fahrzustand (B) und eine Stillstandsphase (C) sind. 5. The method of claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the three different phases (A; B; C), the actual starting phase (A), the driving state (B) and a stoppage phase (C).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass in der ersten Phase (A) eine Spannungsauswertung so erfolgt, dass die Tiefe des Spannungseinbruchs (U^jp) beim Einschalten des Starters (13) ausgewertet wird.  characterized in that in the first phase (A), a voltage evaluation is performed so that the depth of the voltage drop (U ^ jp) is evaluated when switching on the starter (13).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die 7. The method according to claim 6, characterized in that the
Batteriezustandserkennung durch Ermittlung des Innenwiderstands (Ri) der Batterie (10) erfolgt und diese zusätzlich zur Tiefe des Spannungseinbruchs (Udjp) noch die Batteriespannung (U ß^) und die Spannung (UJ3Q) an der Starterklemme (T30) berücksichtigt wird.  Battery state detection by determining the internal resistance (Ri) of the battery (10) and this in addition to the depth of the voltage dip (Udjp) nor the battery voltage (U ß ^) and the voltage (UJ3Q) is considered at the starter terminal (T30).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Temperatur berücksichtigt wird. 8. The method according to claim 7, characterized in that in addition a temperature is taken into account.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass in der zweiten Phase (B) eine zeitabhängige  characterized in that in the second phase (B) is a time-dependent
Integration durchgeführt wird, in der die zugeführte Ladung positiv und die entnommene Ladung negativ berücksichtigt wird.  Integration is carried out in which the supplied charge is positive and the discharged charge is considered negative.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine 10. The method according to claim 9, characterized in that a
Ladezeitspanne (Tc) definiert wird, und sofern die Ladezeitspanne (Tc) größer als eine vorgebbare Zeitspanne ist, der Ausgabestatus auf "HIGH" und andernfalls auf "LOW" gesetzt wird.  Load period (Tc) is defined, and if the charging period (Tc) is greater than a predetermined period of time, the output status is set to "HIGH" and otherwise to "LOW".
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass in der dritten Phase (C), die eine Stillstandsphase darstellt, die auf eine vorgebbare Zeitdauer begrenzt wird, eine  characterized in that in the third phase (C), which represents a stoppage phase which is limited to a predefinable period of time, a
Spannungsauswertung dahingehend vorgenommen wird, dass der durch einen Laststrom (I L) entstehende Spannungsabfall innerhalb dieser Phase (C) ermittelt wird.  Voltage evaluation is carried out to the effect that by a load current (I L) resulting voltage drop within this phase (C) is determined.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Entscheidung über den vorliegenden  characterized in that the decision on the present
Batteriezustand in der dritten Phase (C) unter Berücksichtigung einer Schwellwertspannung erfolgt, die aus einem Batteriemodell ermittelt wird, unter Berücksichtigung des Ladezustandes (SOC), der Temperatur (T) und des zu erwartenden Lade- oder Entladestroms. Battery state in the third phase (C) taking into account a threshold voltage, which is determined from a battery model, taking into account the state of charge (SOC), the temperature (T) and the expected charging or discharging current.
13. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der 13. Apparatus for carrying out a method according to one of
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens Eingabemittel zur Zuführung von Signalen, einen Prozessor oder einen Computer sowie Speichermittel und Ausgabemittel zur Ausgabe eines den Batteriezustand angebenden Ausgangssignals umfasst.  preceding claims, characterized in that the device comprises at least input means for supplying signals, a processor or a computer and storage means and output means for outputting a battery state indicating output signal.
14. Vorrichtung zur Start/Stopp-Steuerung, dadurch gekennzeichnet, dass das den Batteriezustand angebenden Ausgangssignal nach Anspruch 13 als Kriterium zur Verhinderung eines Stopp Wunsches verwendet wird. 14. An apparatus for start / stop control, characterized in that the battery state indicating output signal according to claim 13 is used as a criterion for preventing a stop request.
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