DE19903082A1 - Batterie-System - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein, wenigstens zwei Batterien 1, 2 aufweisendes Batterie-System, das vorzugsweise in Fahrzeugen einsetzbar ist. Erfindungsgemäß wird die eine Batterie 1 mittels der Energie der jeweils anderen Batterie 2 aufgeladen und/oder erwärmt. Dadurch wird das Startverhalten des Motors verbessert und die Lebensdauer der Batterien wesentlich verlängert.
Description
Die Erfindung betrifft ein Batterie-System, das vorzugsweise in Fahrzeugen
einsetzbar ist.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, in einem Fahrzeug zwei Batterien für
unterschiedliche Aufgaben einzusetzen. Die erste Batterie wird vorzugsweise
zum Starten des Fahrzeugs verwendet (nachfolgend Starterbatterie genannt)
und hat z. B. eine Nennspannung von 36 V. Die zweite Batterie (nachfolgend
Netzbatterie genannt) dient vorzugsweise zur Versorgung von Verbrauchern,
wie z. B. Beleuchtungsanlage, Radio, Telefon, Alarmanlage, Navigationssy
stem usw.
Eine solche Anordnung ist z. B. aus der DE 41 20 337 als eine zweikreisige
Spannungsversorgungsschaltung für Fahrzeuge bekannt, die dadurch ge
kennzeichnet ist, daß die zweite Batterie über eine Leitung an die Erregerdi
oden der Lichtmaschine angeschlossen ist.
Es ist weiterhin bekannt, daß bestimmte Batterietypen, z. B. Flüssigelektrolyt-
Batterien, die z. B. als Starterbatterien eingesetzt werden, bei tiefen Tempe
raturen eine z. T. stark verringerte Stromabgabefähigkeit aufweisen, wodurch
sich das Startverhalten des Motors verschlechtert.
Es wurde für Zweibatteriesysteme - Starterbatterie und Netzbatterie - bereits
vorgeschlagen, beim Starten die Netzbatterie zuzuschalten. Das setzt jedoch
voraus, daß beide Batterien die gleichen elektrischen Kennwerte aufweisen,
d. h. gleiche Nennspannungen und Ladezustände. Falls die Batterien unglei
che Nennspannungen aufweisen, z. B. 36 V und 12 V, ist ein Zusammen
schalten der Batterien nicht ohne zusätzliche Schaltungsmaßnahmen möglich,
was den gerätetechnischen Aufwand erhöht.
Es ist weiterhin bekannt, daß bei zu hohen oder zu niedrigen Außentempera
turen bestimmte Batterien, wie z. B. Blei-Säure-Batterien, besonders empfind
lich reagieren, denn bei großer Belastung, d. h. hoher Stromentnahme,
kommt es bei niedrigen Temperaturen und bei einer geringen Ladung zu einer
irreversiblen Schädigung der Zellen, so daß die Batterie schnell altert und an
verfügbarer Kapazität verliert. Bei hohen Außentemperaturen führen hohe
Generatorspannungen bzw. hohe Ladeströme zum Gasen des Elektrolyts und
somit zu Wasserverlust, wodurch ebenfalls irreversible Schäden entstehen
können.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Leistungsfähigkeit eines Zweibatteriesy
stems zu erhöhen, wobei das Vermögen zur Stromabgabe, insbesondere
beim Starten des Motors, zu verbessern ist. Weiterhin soll auch die Lebens
dauer der Batterien erhöht werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Kombination der Merkmale nach
den Ansprüchen 1 und 5 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 10 ge
löst.
Die Erfindung ist auf alle Batterietypen anwendbar, die ähnliche Eigenschaf
ten aufweisen, wie eine Flüssig-Elektrolytbatterie vom Blei-Säure-Typ.
Nach Anspruch 1 weist wenigstens die Starterbatterie eine Heizeinrichtung
zum Erwärmen der Starterbatterie auf. Diese Heizeinrichtung wird von der
Netzbatterie gespeist. Wenn bei niedrigen Umgebungstemperaturen zu erwar
ten ist, daß die Stromabgabefähigkeit der Starterbatterie unzureichend ist und
somit kein sicheres Startverhalten gewährleistet werden kann, wird mittels
Schaltmittel die Starterbatterie-Heizeinrichtung eingeschaltet.
Bereits eine Erhöhung der Elektrolyttemperatur um wenige Grad Celsius reicht
aus, um die Stromabgabe- und Stromaufnahmefähigkeit der Batterie wesent
lich zu verbessern. Es ist möglich, nahezu die gesamte Ladung der Netzbat
terie zum Erwärmen der Starterbatterie zu nutzen, weil nach dem Starten des
Motors die Netzbatterie und auch die Starterbatterie durch die Lichtmaschine
wieder aufgeladen werden.
Nach Anspruch 2 weist die Starterbatterie eine weitere Heizeinrichtung auf,
die mittels Schaltmittel mit der Starterbatterie elektrisch verbindbar ist. Der
Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, daß die in der Starterbatterie ver
bliebene Ladung zur Selbsterwärmung genutzt wird, wodurch die Erwär
mungszeitdauer verkürzt wird.
Nach Anspruch 3 weist die Starterbatterie Schaltmittel auf, um die Heizung
der Starterbatterie auch an sich selbst anzupassen, um die in der Starterbat
terie verbliebene Ladung ebenfalls zur Selbsterwärmung zu nutzten.
Nach Anspruch 4 weist auch die Netzbatterie eine Heizeinrichtung auf, so
daß z. B. zuerst die Netzbatterie durch sich selbst erwärmt wird und dadurch
einen höheren Strom abgeben kann. Anschließend wird mittels der Schaltmit
tel umgeschaltet, so daß die nunmehr aktivierte Netzbatterie die Starterbat
terie schneller erwärmt.
Nach Anspruch 5 sind eine Ladeelektronik und Schaltmittel vorgesehen, um
die Starterbatterie mittels der Netzbatterie zu laden oder, falls erforderlich,
die Netzbatterie mittels der Starterbatterie zu laden.
Nach Anspruch 6 sind neben der Ladeelektronik auch noch die Heizeinrich
tungen nach den Ansprüchen 1 bis 4 vorgesehen. So wird z. B. zuerst die
Starterbatterie erwärmt und danach geladen. Da die Starterbatterie bereits
vorgewärmt ist, kann sie auch schneller als eine kalte Batterie aufgeladen
werden. Wenn während des Aufladens gleichzeitig der Heizvorgang kontrol
liert fortgesetzt wird, erfolgt eine noch weitere Verbesserung des Ladeverhal
tens, d. h. der Stromaufnahmefähigkeit, der Starterbatterie.
Nach Anspruch 7 werden die Schaltmittel manuell oder durch einen von
Hand einstellbaren Zeitschalter betätigt. Diese Ausführungsform der Erfin
dung ist gerätetechnisch sehr einfach und kostengünstig, erfordert jedoch
vom Fahrzeugführer ein Verständnis der Wirkungsweise und technischen Zu
sammenhänge der Lade- und/oder Erwärmungsvorgänge.
Nach Anspruch 8 ist eine Starterbatteriezustand-Erfassungseinrichtung vor
gesehen, die den Betriebszustand der Starterbatterie erfaßt, wobei die Bela
stung der Starterbatterie innerhalb eines vorbestimmten, vorhergehenden
Zeitraums erfaßt wird und aktuelle Betriebs- und Umgebungskenngrößen er
mittelt werden, z. B. die Anzahl und die Dauer der Anlaßvorgänge in den letz
ten 5 Stunden, der Temperaturverlauf während der letzten 5 Stunden und der
Stromverbrauch durch die ständig oder zeitweise zugeschalteten Verbrau
cher. Mittels einer Entscheidungseinrichtung wird anhand der ermittelten Be
lastung und der Betriebs- und Umgebungskenngrößen entschieden, nach
welchem Algorithmus die Starterbatterie geheizt und/oder geladen werden
muß, damit sie möglichst schnell in einen Betriebszustand gelangt, der ein
zuverlässiges Anlaufen des Motors gewährleistet. Mittels einer Steuereinrich
tung wird der Heiz- und/oder Ladevorgang nach den Entscheidungen der Ent
scheidungseinrichtung gesteuert.
Nach Anspruch 9 sind ebenfalls für die Netzbatterie analoge Vorrichtungen
wie für die Starterbatterie nach Anspruch 8 vorgesehen. Diese Anordnung
ermöglicht, im Bedarfsfall auch die Netzbatterie in einen betriebstechnisch
erforderlichen Ladezustand zu versetzen.
Nach Anspruch 10 wird ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems
mit einer Starterbatterie und einer Netzbatterie bereitgestellt, wobei je nach
betrieblicher Anforderung die Energie der einen Batterie zum Erwärmen
und/oder zum Laden der anderen Batterie verwendet wird.
Nach Anspruch 11 wird das Verfahren nach Anspruch 10 dadurch weiter
gebildet, daß die Energie der einen Batterie mittels Widerstandserwärmung in
Wärme umgesetzt wird, wobei die Widerstandserwärmung an der Gehäuse
wandung oder im Gehäuse der zu erwärmenden Batterie erfolgt.
Nach Anspruch 12 wird das Verfahren nach Anspruch 10 dadurch weiter
gebildet, daß die Energie der einen Batterie ebenfalls mittels Widerstandser
wärmung in Wärme umgesetzt wird, wobei mittels der Widerstandserwär
mung eine Wärmetauscherflüssigkeit erwärmt wird und die Wärmetauscher
flüssigkeit in einem Wärmetauscher zu der zu erwärmenden Batterie geleitet
wird, um diese zu erwärmen.
Nach Anspruch 13 weist das Fahrzeug eine Vorrichtung zum elektrischen
Bremsen auf, wobei mittels einer Regelelektronik, die über eine Datenleitung
an den Batteriezustand-Erfassungseinrichtungen angeschlossen ist, eine ge
regelte Energierückspeisung vorgenommen wird, um die Batterien betrieb
stechnisch optimal zu laden und/oder zu erwärmen, so daß eine Über- oder
Unterladung bzw. eine Überhitzung der Batterien vermieden wird.
Nach Anspruch 14 wird von einem Fahrzeug mit einem Anlasser ausgegan
gen, der als Elektromotor betrieben werden kann. Wenn z. B. der Verbren
nungsmotor stark beschleunigen soll, wird der Anlasser kurzzeitig zugeschal
tet. Um in dieser Phase die Starterbatterie nicht zu überlasten, ist eine elek
tronische Regelvorrichtung vorgesehen, die die Stromentnahme aus der Star
terbatterie so begrenzt oder regelt, daß die Starterbatterie nicht in einen be
triebstechnisch unerwünschten Zustand gelangt. Diese Weiterbildung des
Verfahrens ist dann besonders effektiv, wenn der Anlasser und die Lichtma
schine über eine Welle direkt oder über ein Getriebe mit der Kurbelwelle ver
bunden sind.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht auch darin, daß auf
grund des verbesserten Ladezustands die sogenannten Tiefentladungen ver
ringert oder vermieden werden können. Unter Tiefentladung wird die Entla
dung verstanden, die bei einer kalten und/oder fast leeren Batterie nach meh
reren Startversuchen eintritt. Durch diese Tiefentladungen wird die Batterie
stark belastet und ggf. geschädigt, so daß bei häufigen Tiefentladungen die
Lebensdauer der Batterie erheblich verkürzt wird. Insofern wird durch die Er
findung die Lebensdauer der Batterien wesentlich verlängert.
Es ist dem Fachmann klar, daß die Erfindung nicht nur für einen bestimmten
Batterietyp anwendbar ist. Die Erfindung ist auf jedes Batteriesystem an
wendbar, das die gleichen oder ähnliche Eigenschaften wie das vorstehend
beschriebene Batteriesystem aufweist. Dem Fachmann ist ebenfalls klar, daß
das Batteriesystem auch aus mehr als zwei Batterien bestehen kann, die ggf.
in Gruppen zusammengeschaltet sind, wie es bei Elektrofahrzeugen üblich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen und Zeichnungen nä
her erläutert.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 6 zeigt eine sechste Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 7 zeigt eine siebente Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 8 zeigt einen Algorithmus, der die Erfindung näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, wobei eine Star
terbatterie 1 Energie in Form von Wärmeenergie von einer Netzbatterie 2 er
hält, indem eine Starterbatterie-Heizeinrichtung 3 zum Erwärmen der Starter
batterie 1 vorgesehen ist. Mittels der Schaltmittel 4a wird die Starterbatterie-
Heizeinrichtung 3 an die Netzbatterie 2 angeschlossen. Die Schaltmittel 4a
können von Hand oder automatisch geschaltet werden. Wenn die Temperatur
der Starterbatterie 1 niedrig ist und ein ordnungsgemäßes Anlassen des Mo
tors (nicht gezeigt) in Frage steht, wird mittels der Starterbatterie-
Heizeinrichtung 3 die Starterbatterie 1 erwärmt. Je nach Ausführungsform
der Starterbatterie-Heizeinrichtung 3 und der Größe der Starterbatterie 1
kann dieser Vorgang einige Minuten dauern. Gegenüber den aus dem Stand
der Technik bekannten Lösungen, nach denen ein Heizen der Starterbatterie
durch sie selbst erfolgt, wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung die
Starterbatterie nicht belastet. Die Netzbatterie kann in dieser Phase stark
entladen werden, da es darauf ankommt, den Motor sicher zu starten. Wenn
der Motor läuft, werden beide Batterien wieder geladen.
Die Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei die Star
terbatterie 1 eine zusätzliche, separate Starterbatterie-Heizeinrichtung 5 auf
weist, die an die elektrischen Kennwerte der Starterbatterie angepaßt ist.
Diese Ausführungsform ermöglicht eine schnellere Erwärmung der Starterbat
terie, jedoch wird dafür der Starterbatterie Energie entzogen. Die Heizleistun
gen und die Heizdauer müssen fachmännisch dem Batteriesystem angepaßt
werden.
Die Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, wobei ebenfalls
die Starterbatterie zusätzlich durch sich selbst erwärmt wird. Da die Starter
batterie und die Netzbatterie unterschiedliche elektrische Kennwerte aufwei
sen, muß durch Schaltmittel 4c eine Anpassung vorgenommen werden.
Es hängt von gerätetechnischen Randbedingungen ab, ob die Ausführungs
form nach Fig. 2 oder Fig. 3 eingesetzt wird.
Die Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung, wobei auch die
Netzbatterie eine Heizeinrichtung 6 aufweist. Es ist somit möglich, die Netz
batterie ebenfalls aus sich selbst heraus zu beheizen, was dazu führt, daß
deren Stromabgabefähigkeit verbessert wird, wodurch auch die Heizdauer für
die Starterbatterie verkürzt wird. Mittels der Schaltmittel 4d werden die Heiz
einrichtung 3 und die Heizeinrichtung 6 an die Batterien elektrisch angepaßt.
Die Fig. 5 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Aus
führungsform wird der Starterbatterie 1 ebenfalls Energie von der Netzbatte
rie zugeführt. Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsformen er
folgt die Energiezuführung in Form von elektrischer Energie. Dazu sind eine
Ladeelektronik 7 mit einem DC/DC-Wandler und Schaltmittel 4e vorgesehen.
Die Schaltmittel 4e sind so ausgelegt, daß mittels der Netzbatterie 2 die Star
terbatterie 1 geladen werden kann.
Die Fig. 6 zeigt in einer sechsten Ausführungsform der Erfindung eine Kom
bination der zwei Arten der Energiezuführung, so daß die Starterbatterie 1
sowohl erwärmt als auch elektrisch geladen werden kann. Die Schaltmittel 4e
und die Ladeelektronik 7 sind so ausgelegt, daß je nach betriebstechnischen
Anforderungen vorwiegend die Starterbatterie 1 in einen betriebstechnisch
günstigen Zustand bringbar ist. Die Schaltmittel 4e können jedoch auch so
ausgelegt sein, daß es durch eine Umschaltung möglich ist, mittels der Star
terbatterie 1 durch Erwärmen und/oder Laden der Netzbatterie 1 deren Lade
zustand zu verbessern.
Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 6 werden die Schaltmittel
durch den Fahrzeugführer betätigt. In den Schaltmitteln sind Erwärmungs-
und/oder Ladealgorithmen gespeichert, die vom Fahrzeugführer nach Ein
schätzung der aktuellen Umgebungsbedingungen und ggf. unter Kenntnis der
zeitlichen Vorgeschichte aktiviert werden. Unter der zeitlichen Vorgeschichte
ist z. B. zu verstehen, daß der Fahrzeugführer weiß, daß das Fahrzeug z. B. 2
Tage nicht gefahren wurde. Es ist ihm weiterhin bekannt, daß es während
dieser Zeit sehr kalt war. Er muß also davon ausgehen, daß die Batterien
ausgekühlt sind. Er weiß ferner, daß die Batterien bereits relativ alt sind. Er
hat daher erfahrungsgemäß davon auszugehen, daß zur Aktivierung der Star
terbatterie z. B. mindestens 10 Minuten nötig sind. In den Schaltmitteln sind
verschiedene Algorithmen für unterschiedlichste Randbedingungen gespei
chert. Der Fahrer wählt daher bei Kenntnis der vorstehend beschriebenen
Randbedingungen einen Algorithmus aus, der vom Hersteller, z. B. vom Her
steller des Batteriesystems, für diese Situation empfohlen wird.
Im Gegensatz dazu zeigt die Ausführungsform nach Fig. 7 ein Batteriesy
stem, bei dem der optimale Algorithmus automatisch ausgewählt wird. Dazu
ist jeweils eine Batteriezustand-Erfassungseinrichtung 8a, 9a vorgesehen, die
die Vorgeschichte der entsprechenden Batterie erfaßt und speichert hat. Wei
terhin erfassen die Batteriezustand-Erfassungseinrichtungen 8a, 9a auch die
aktuellen Umgebungs- und Betriebsbedingungen. Zur Auswertung der erfaß
ten Daten sind Auswerte- und Entscheidungseinrichtungen 8b, 9b vorgese
hen, die anhand der von der Batteriezustand-Erfassungseinrichtung 8a, 9a
erfaßten und übertragenen Daten über den Verlauf der zurückliegenden Um
gebungs- und Betriebsbedingungen und anhand der aktuellen Umgebungs-
und Betriebsbedingungen entscheiden, nach welchem Aktivierungsalgorith
mus die Starterbatterie 1 und/oder die Netzbatterie 2 aktiviert wird.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Batteriesystems wird mit Hilfe des Al
gorithmus der Fig. 8 näher erläutert.
Es wird folgende Situation A angenommen: Ein Fahrzeug, in dem die erfin
dungsgemäße Einrichtung eingebaut ist, befindet sich 8 Stunden bei einer
Temperatur von -20 Grad Celsius im Stillstand. Der Fahrzeugführer steckt
den Zündschlüssel ein und versucht, den Motor zu starten, wodurch der Al
gorithmus nach Fig. 8 aktiviert wird und abläuft.
In einem 1. Schritt wird der Betriebszustand der Starterbatterie 1 und der
Netzbatterie 2 ermittelt. Dazu werden die Batteriezustand-Erfassungseinrich
tungen 8a und 9a abgefragt.
Es wird in einem 2. Schritt festgestellt, ob die Starterbatterie startfähig ist.
Dazu werden die abgefragten Daten mit vorgegebenen Daten verglichen, die
in einer Entscheidungstabelle abgespeichert sind. Wenn der Vergleich ergibt,
daß die Starterbatterie einen Betriebszustand aufweist, um unter den aktuel
len Temperaturbedingungen zu starten, wird der Startvorgang eingeleitet. Ist
der Betriebszustand der Starterbatterie unzureichend, wird der Startvorgang
nicht ausgelöst.
Wenn der Startvorgang nicht ausgelöst wird, erfolgt in einem 3. Schritt die
Auswahl oder die Ermittlung eines Algorithmus zum Erwärmen und/oder zum
Laden, um die Starterbatterie in einer möglichst kurzen Zeitspanne tstan in
einen betriebsbereiten Zustand zu bringen. Dabei wird jedoch ein solcher Al
gorithmus ausgewählt, der eine Beschädigung der Batterien durch Überla
stung vermeidet.
In einem 4. Schritt wird ermittelt, wie groß diese Zeitspanne tStart voraus
sichtlich ist. Die Zeitspanne tStart wird dem Fahrzeugführer auf einer Anzeige
einrichtung angezeigt. Der Fahrer kann dann selbst entscheiden, ob er diese
Zeitspanne tStart abwarten will oder ob er andere Maßnahmen einleitet, z. B.
den Motor mit einer Fremdbatterie zu starten.
Die Ermittlung der Zeitspanne tStart erfolgt über einen abgespeicherten Algo
rithmus, in dem z. B. die Wärmekapazität des Batteriekörpers, die Heizlei
stung der Heizeinrichtungen und Wärmeleitkoeffizienten gespeichert sind.
Eine rechentechnische Nachbildung der Erwärmung und des Temperaturver
laufs an einem Festkörper bei vorbestimmten Randbedingungen ist eine
fachmännisch zu lösende Aufgabe und bedarf daher keiner näheren Erläute
rung.
Falls der Fahrzeugführer die Selbstaktivierung des Batteriesystems abwarten
will, wird in einem 5. Schritt ein Schaltvorgang ausgelöst, um die Heizeinrich
tung der Starterbatterie an die Netzbatterie anzuschließen. Gleichzeitig wer
den die Starterbatterie und die Netzbatterie jeweils mit der eigenen Heizein
richtung verbunden. Somit heizt sich jede Batterie selbst auf, und zusätzlich
heizt die Netzbatterie die Starterbatterie. Wenn vorbestimmte Batterietempe
raturen erreicht sind, wird die Starterbatterie über einen zugeschalteten
DC/DC-Wandler von der Netzbatterie aufgeladen. Je nach den aktuellen
Temperaturverhältnissen und den aktuellen Betriebszuständen der Batterien
wird entschieden, ob die Erwärmung während der Aufladung fortgesetzt wird
oder nicht.
Nach einer vorbestimmten Zeitdauer, z. B. 3 Minuten, wird in einem 6.
Schritt überprüft, ob die Aktivierung der Batterien gemäß der Abschätzung im
4. Schritt erfolgt. Wenn die Überprüfung ergibt, daß die Aktivierung der Bat
terien wie vorausberechnet abläuft, wird die Aktivierung fortgesetzt, und die
noch bis zum Einleiten des Startvorgangs des Motors verbleibende Restzeit
wird angezeigt. Falls nach der vorbestimmten Zeitdauer von 3 Minuten der
vorausberechnete Aktivierungszustand nicht erreicht worden ist, wird dem
Fahrer z. B. über die Anzeigeeinrichtung mitgeteilt, daß der Aktivierungsvor
gang abgebrochen werden kann, da die Startbereitschaft auch nach längerer
Aktivierungszeit voraussichtlich nicht hergestellt werden kann.
Falls der vorausberechnete Aktivierungszustand erreicht ist, wird die Starter
batterie weiter geladen und/oder erwärmt. Die Steuerung der optimalen Akti
vierung der Starterbatterie erfolgt z. B. über eine Fuzzy-Logik.
Wenn die Startfähigkeit erkannt ist, wird die Aktivierung beendet und dem
Fahrzeugführer mitgeteilt, daß er den Motor starten kann.
Das vorbestimmte Erwärmen und/oder Laden dient jedoch nicht nur zur
Überwindung der Notsituation, in der ein sofortiger Start nicht möglich ist.
Durch die ständige Überwachung der Batterien mittels der Batteriezustand-
Erfassungseinrichtungen und mittels der Lichtmaschine, die eine spezielle Re
gelelektronik aufweist, werden zumindest während der Fahrt die Batterien
immer bis zum Erreichen des optimalen Betriebszustands geladen und/oder
erwärmt. Dadurch wird die Lebensdauer der Batterien wesentlich erhöht.
Zur weiteren Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung werden nachfol
gend andere Betriebssituationen beschrieben.
In einer Situation B, bei einer Außentemperatur von z. B. +25 Grad Celsius
und bei ungünstigem Ladezustand der Starterbatterie, würde eine zusätzliche
Erwärmung der Starterbatterie eher schaden. Daher wird in diesem Fall auf
die Erwärmung verzichtet und sofort mit der Aufladung der Starterbatterie
mittels der Netzbatterie über den DC/DC-Wandler begonnen.
Die Erfindung ermöglicht noch weitere vorteilhafte Anwendungen. Wenn z. B.
das Fahrzeug mit einer elektronischen Bremsvorrichtung ausgestattet ist,
die beim Bremsen Strom erzeugt, so kann dieser Strom der Batterie zugeführt
werden. Da der aktuelle Betriebszustand der Batterien bekannt ist, kann die
Aufladung und/oder Erwärmung der Batterie (bzw. der Batterien) so erfolgen,
daß keine Schädigungen verursacht werden.
Bei einer weiteren Anwendung besitzt das Fahrzeug einen Anlasser, der zu
sätzlich auch als Elektromotor betrieben werden kann, wenn z. B. das Fahr
zeug stark beschleunigen soll. Der Anlasser wirkt dann als ein Hilfsmotor und
wird z. B. von der Starterbatterie gespeist. Um in dieser Phase die Starterbat
terie nicht zu überlasten, ist eine elektronische Regelvorrichtung vorgesehen,
die die Stromentnahme aus der Starterbatterie so begrenzt oder regelt, daß
die Starterbatterie nicht in einen betriebstechnisch unerwünschten Zustand
gelangt. Diese Weiterbildung des Verfahrens ist dann besonders effektiv,
wenn der Anlasser und die Lichtmaschine über eine Welle direkt oder über
ein Getriebe mit der Kurbelwelle verbunden sind.
Claims (14)
1. Batteriesystem für Fahrzeuge mit einer Starterbatterie (1) und einer
Netzbatterie (2), dadurch gekennzeichnet, daß
- - wenigstens die Starterbatterie (1) eine Starterbatterie-Heizeinrichtung (3) zum Erwärmen der Starterbatterie (1) aufweist und
- - Schaltmittel (4a) vorgesehen sind, um die Starterbatterie-Heizeinrichtung (3) mit der Netzbatterie (2) elektrisch zu verbinden (Fig. 1).
2. Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Starterbatterie (1) eine weitere Heizeinrichtung (5) aufweist, die mittels der
Schaltmittel (4b) mit der Starterbatterie (1) elektrisch verbindbar ist. (Fig. 2).
3. Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Schaltmittel (4c) vorgesehen sind, um die Starterbatterie-Heizeinrichtung (3)
zusätzlich mit der Starterbatterie (1) elektrisch zu verbinden (Fig. 3).
4. Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Netzbatterie (2) eine Netzbatterie-Heizeinrichtung (6)
aufweist und Schaltmittel (4d) vorgesehen sind, um die Netzbatterie-
Heizeinrichtung (6) mit der Starterbatterie (1) elektrisch zu verbinden (Fig. 4).
5. Batteriesystem für Fahrzeuge mit einer Starterbatterie (1) und einer
Netzbatterie (2), dadurch gekennzeichnet, daß eine Ladeelektronik (7) und
Schaltmittel (4e) vorgesehen sind, um
- - die Starterbatterie (1) mittels der Netzbatterie (2) zu laden oder
- - die Netzbatterie (2) mittels der Starterbatterie (1) zu laden (Fig. 5).
6. Batteriesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Heiz
einrichtungen (3, 5, 6) und Schaltmittel (4a, 4b, 4c, 4d) nach den Ansprü
chen 1, 2, 3 oder 4 vorgesehen sind. (Fig. 6)
7. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schaltmittel (4a, 4b, 4c, 4d) manuell oder durch einen von
Hand einstellbaren Zeitschalter betätigt werden.
8. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß
- - eine Starterbatteriezustand-Erfassungseinrichtung (8a) vorgesehen ist, die den Betriebszustand der Starterbatterie (1) erfaßt, wobei
- - die Belastung der Starterbatterie innerhalb eines vorbestimmten, vor hergehenden Zeitraums erfaßt wird und
- - aktuelle Betriebs- und Umgebungskenngrößen ermittelt werden;
- - eine Auswerte- und Entscheidungseinrichtung (8b) vorgesehen ist, die an Hand der ermittelten Belastung und der Betriebs- und Umgebungskenngrößen entscheidet, nach welchem Algorithmus die Starterbatterie (1) geheizt und/oder geladen werden muß, um die Starterbatterie (1) in einen betriebsbe reiten Zustand zu bringen, und
- - eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die den Heiz- und/oder Ladevorgang nach den Entscheidungen der Entscheidungseinrichtung (8b) steuert.
9. Batteriesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
- - eine Netzbatteriezustand-Erfassungseinrichtung (9a) vorgesehen ist, die den Betriebszustand der Netzbatterie (2) erfaßt, wobei
- - die Belastung der Netzbatterie (2) innerhalb eines vorbestimmten, vorhergehenden Zeitraums erfaßt wird und
- - aktuelle Betriebs- und Umgebungskenngrößen ermittelt werden,
- - eine Auswerte- und Entscheidungseinrichtung (9b) vorgesehen ist, die an Hand der ermittelten Belastung und der Betriebs- und Umgebungskenngrößen entscheidet, nach welchem Algorithmus die Netzbatterie (2) geheizt und/oder geladen werden muß, um die Netzbatterie (2) in einen betriebsbereiten Zu stand zu bringen, und
- - eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die den Heiz- und/oder Ladevorgang nach den Entscheidungen der Auswerte- und Entscheidungseinrichtung (9b) steuert (Fig. 7).
10. Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems für Fahrzeuge, mit ei
ner Starterbatterie (1) und einer Netzbatterie (2), dadurch gekennzeichnet,
daß je nach betrieblicher Anforderung die Energie der einen Batterie zum Er
wärmen und/oder zum Laden der anderen Batterie verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie
der einen Batterie mittels Widerstandserwärmung in Wärme umgesetzt wird,
wobei die Widerstandserwärmung an der Gehäusewandung oder im Gehäuse
der zu erwärmenden Batterie erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie
der einen Batterie mittels Widerstandserwärmung in Wärme umgesetzt wird,
wobei mittels der Widerstandserwärmung eine Wärmetauscherflüssigkeit er
wärmt wird und die Wärmetauscherflüssigkeit zu der zu erwärmenden Batte
rie geleitet wird, um diese zu erwärmen.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 12, wobei das Fahrzeug eine
Vorrichtung zum elektrischen Bremsen mit geregelter Energierückspeisung
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterien (1, 2) in Abhängigkeit
von ihrem jeweiligen Betriebszustand, der mit den Batteriezustand-Erfas
sungseinrichtungen (8a, 9a) ermittelt ist, mit der zurückgewonnenen Energie
geregelt geladen und/oder erwärmt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 10 bis 13, wobei der mittels der Starterbatterie
(1) als Elektromotor betreibbare Anlasser des Fahrzeugs dem laufenden Ver
brennungsmotor zu dessen Unterstützung zeitweise zugeschaltet wird, da
durch gekennzeichnet, daß mittels einer elektronischen Regelvorrichtung die
Stromentnahme aus der Starterbatterie (1) so begrenzt oder regelt wird, daß
die Starterbatterie (1) nicht in einen betriebstechnisch unerwünschten Lade
zustand gelangt.
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