IQ Power

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neuester Beitrag: 26.02.08 12:02
eröffnet am: 04.02.08 10:14 von: 738peter Anzahl Beiträge: 3
neuester Beitrag: 26.02.08 12:02 von: skgeorg Leser gesamt: 11071
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04.02.08 10:14

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Schutz vor Ausfall der Elektronik

Wenn der neue BATTERIESENSOR von Delphi ALS BESTANDTEIL DES AKTIVEN BATTERIEMANAGEMENTS in ein Fahrzeug integriert ist, kann er den Kraftstoffverbrauch senken sowie die Batterielaufzeit verlängern, während gleichzeitig der Generator sowie die Batteriegröße und demzufolge auch das elektrische/elektronische System optimiert werden können.

Die Batterie ist die Achillesferse des modernen Automobils. Seit Jahren führt der Stromspeicher als unangefochtene Nummer eins der Pannenursachen die Statistik des ADAC an. Im vergangenen Jahr gingen knapp 39 Prozent aller vom Automobilclub erfassten Pannen auf das Konto der Fahrzeugelektrik; für die Mehrheit dieser Ausfälle wiederum ist ein Defekt der Batterie verantwortlich. Wer die Zuverlässigkeit moderner Fahrzeuge verbessern will, muss an der Batterie ansetzen.

?Gesundheitszustand" der Batterie

Die Sensor-Informationen werden an ein Steuergerät übermittelt, das geeignete Rückschlüsse aus den gelieferten Daten ziehen kann: Nimmt die Kapazität des Akkus ab oder ist die Leistung beeinträchtigt, können beispielsweise einzelne elektrische Verbraucher wie etwa Komfortfunktionen abgeschaltet werden, um die Funktionsweise der Batterie für den nächsten Motorstart sicherzustellen. Zugleich wird ein unvermittelter Ausfall während der Fahrt ausgeschlossen. Möglich ist auch, den Fahrer über Hinweise im Informations-Display zum baldigen Werkstattbesuch aufzufordern. ?Dass der Ladezustand der Batterie erfasst und überwacht wird, ist an sich nichts Besonderes", sagt Christian Klimm, Chefingenieur des Delphi Geschäftsbereichs Delphi Electrical Center (DEC) in Wuppertal. ?Neu ist, dass wir jetzt auch den Gesundheitszustand' überwachen können. Damit sind wir vor unerwarteten Ausfällen der Batterie geschützt", so Klimm weiter.
Delphi hat dazu einen speziellen Algorithmus entwickelt, der als Berechnungsgrundlage für die Ermittlung des ?State of Health" eines Stromspeichers dient. Diese Kombination aus Batteriesensor und Algorithmus macht die Delphi-Lösung so einzigartig. Drohende Entladungen können auf diese Weise genauso schnell erkannt werden wie Überladungen. Das intelligente Batteriemanagement leitet dann Maßnahmen ein, um die Funktion des Stromspenders sicherzustellen.

Mit dem Batteriesensor - einem kompakten Bauteil, das auf dem Batterie-Pol angebracht wird - lassen sich zudem in Zukunft weitere Funktionen realisieren, die die Antriebseffizienz steigern und den Kraftstoffverbrauch senken. So kann der Sensor als Bestandteil eines innovativen Energiemanagements dafür sorgen, dass die Batterie ausschließlich in Bremsphasen und im Schiebetrieb durch den Generator geladen wird. Beim Beschleunigen werden Motor und Generator entkoppelt. Der neue Batteriesensor wird noch in diesem Jahr die Serienreife erlangen.
IUT-Messung
Der neue Batteriesensor von Delphi führt eine präzise Messung der drei wesentlichen Parameter zur Ermittlung des Batteriezustands durch, denn er misst Strom (I), Spannung (U) und Temperatur (T). Durch den Einsatz des Batteriesensors sinkt beispielsweise der Kraftstoffverbrauch, indem die bei ausreichender Ladung der Batterie die erforderliche Ausgangsleistung des Generators abgesenkt wird. Dies führt wiederum zu einer Reduzierung der mechanischen Last. In einigen Fällen kann der Kraftstoffverbrauch um bis zu 0,5 Meilen pro Gallone (und damit mehr als einen Liter pro 100 km) verbessert werden.
Die genaue Berechnung des Ladezustands (SOC-Wert) zur Sicherstellung der optimalen Batterieleistung wird immer wichtiger, da der Anteil an Elektronik in Fahrzeugen ständig zunimmt, wodurch Batterien und Generatoren immer mehr Leistung bringen müssen - insbesondere dann, wenn die Leistungsanforderungen die Leistungsfähigkeit des Generators überschreiten. In diesem Fall liefert die Batterie zusätzliche Leistung, um die elektrische Last zu unterstützen.
Wenn die Batterieladung und -entladung während dieser Zeit nicht überwacht und gemanagt wird, kann die Batterie so überbeansprucht werden, dass sie nicht mehr über die zum Anlassen des Motors erforderliche Ladung verfügt. Vorzeitiger Batterieausfall ist in der Regel die Folge von Tiefentladung oder Überladung.

Der Batteriesensor wird direkt auf dem Batteriepol angebracht

Sensor für effizienten Netzbetrieb
Bei ausreichendem SOC-Wert der Batterie können die Ausgangsleistung des Generators und die Ladung dennoch aufrecht erhalten werden. Der Sensor sorgt außerdem für die ständige Verfügbarkeit sicherheitskritischer Funktionen, die Mindestladung, die zum Anlassen des Motors erforderlich ist und die Verlängerung der Haltbarkeit von Glühlampen, indem diese während des gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs bei niedrigeren Spannungswerten betrieben werden können.
Für die Daten- und Diagnosekommunikation bietet der Batteriesensor eine LIN- bzw. GAN-Schnittstelle. Der Batteriesensor befindet sich in der Regel am Negativpol der Batterie, aber er kann auch in einem Vorsicherungskasten oder in einem elektrischen Verteiler eingebaut werden. Der Sensor ist für den Einsatz in Pkws und Nutzfahrzeugen ab dem Baujahr 2010 konzipiert und für Hybridfahrzeuge sowie für Marineanwendungen geeignet.

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK» Dezember2007   33


322AEL0607  

04.02.08 10:16

2 Postings, 4650 Tage 738peteriQ Power

Energiemanagement mit smarten Komponenten

Ein unzureichendes Energiemanagement kann die schnelle Entleerung und mangelnde Ladung des Stromspeichers im Kfz begünstigen; dies zeigt Jahr für Jahr die Pannenstatistik des ADAC. Ein effizientes Energiemanagement sorgt dafür, DASS LEERE BATTERIEN WIEDER DER VERGANGENHEIT ANGEHÖREN - vielversprechende Ansätze zeigt Automobil Elektronik.

Eine häufige Pannenursache ist streng genommen gar kein Defekt. So kann man es nämlich sehen, wenn ein Auto erst gar nicht anspringt, weil der Ladezustand der Batterie zu niedrig für den Betrieb des Anlassers ist. Bei einer ansonsten gesunden Batterie sind diese ärgerlichen Probleme in der Regel auf die Nutzung von (Komfort-)Verbrauchern im Stillstand oder auf einen zu hohen Ruhestrom zurückzuführen. Eine weitere Ursache kann in einer unzureichenden Ladung der Batterie im Fährbetrieb begründet liegen.
Drei Hauptkomponenten zur Lösung der Probleme liefert der Elektronik-Spezialist Hella: Intelligenter Batteriesensor, Bordnetzsteuergerät und Ruhestromschalter. Der Intelligente Batteriesensor als Herzstück des Energiemanagements (Bild 1) liefert Informationen über den Zustand der Batterie, das Bordnetzsteuergerät übernimmt dabei die Verbrauchersteuerung und das Generatormanagement, während der Ruhestromschalter im Bedarfsfall Stromverbraucher vom Bordnetz trennt.

Präzise Messung
Der in die Polklemme integrierbare Intelligente Batteriesensor (IBS) wird auf dem Minuspol der Batterie montiert. Der Montageplatz nahe am Energiespeicher hat mehrere Vorteile (Bild 2). Er minimiert Mess-Ungenauigkeiten, die durch Spannungsabfälle auf Verbindungsleitungen entstehen könnten. Eine genaue Bestimmung der Batterietemperatur ist sogar nur dort möglich. Eine wesentliche Funktion des IBS ist neben Spannungs- und Temperaturmessung die präzise Messung des Batteriestroms über den gesamten Bereich der im Fahrzeug auftretenden Ströme. Der Spannungsabfall über einem Mess-Shunt wird von einem Analog/Digital-Wandler erfasst. Ein weiterer A/D-Wandler bestimmt synchron zur Strommessung die Batteriespannung. Neben den beiden Wandlern ist im Batteriesensor ein Mikrocontroller integriert. Mit seiner Hilfe lässt sich eine Batteriezustandserkennung (BZE) als Softwarefunktion direkt auf dem IBS integrieren.
Neben der präzisen Messung von Strom, Spannung und Temperatur kann der Intelligente Batteriesensor noch eine ganze Reihe weiterer Aufgaben übernehmen. Er überwacht Stromschwellen und kann beim Überschreiten das Bordnetzsteuergerät aus dem Ruhezustand wecken. Dabei lassen sich die Schwellen individuell einstellen. Über einen programmierbaren Timer lässt sich der Zeitabstand zwischen zwei Messungen während der Ruhephase im Bereich von Sekunden bis zu Stunden einstellen. Der Ruhestromverbrauch des IBS selbst ist dabei Dank seiner Sleep-Funktion minimal. Trotzdem erfasst er aber während jeder Ruhephase den aktuellen Strom bei Schwell Wertüberschreitungen!

Das Energie-Management von Hella kann aber noch viel mehr, als nur den Stromverbrauch im Ruhezustand und im Fährbetrieb zu messen und zu regeln. Mit Hilfe verschiedener Batteriezustands-Algorithmen berechnet es auf Wunsch den Ladezustand (State of Charge, SoC), den Alterungszustand (State of Health, SoH) und die Leistungsfähigkeit (State of Function, SoF) der Batterie. Zur Bestimmung der Startfähigkeit SoF misst der Batteriesensor Spannungs- und Stromänderungen und berechnet daraus u.a. den Innenwiderstand der Batterie. Dieser Wert hat eine hohe Aussagekraft über den Zustand des Energiespeichers. Ein niedriger Innenwiderstand steht für eine gute Leistungsfähigkeit. Zusammen mit dem Ladezustand, dem Alterungszustand sowie gespeicherten Daten aus vorangegangenen Starts kann der Batteriesensor eine Warnung ausgeben, sobald die Startfähigkeit des Fahrzeugs nicht mehr gesichert ist.
Durch das kontinuierliche Monitoring von Batteriedaten durch den IBS kann dem Fahrer eine Empfehlung zum rechtzeitigen Austausch einer gealterten Batterie gegeben werden.

Zentrale der Energieverwaltung
Im Bordnetzsteuergerät (BSG) laufen alle Informationen zum Energieverbrauch im
Bordnetz zusammen. Fahrzustände und Fahreranforderungen ergänzen die Messwerte des Intelligenten Batteriesensors und anderer Sensoren. Das Bordnetzsteuergerät (Bild 3) kontrolliert alle Verbraucher und kann bei Defiziten in der Energieversorgung beispielsweise Komfortfunktionen wie die Sitzheizung temporär reduzieren bzw. abschalten.
Das Bordnetzsteuergerät ist sowohl im Betrieb des Fahrzeugs als auch während seiner Standphasen aktiv und hält das Bordnetz praktisch ständig unter Beobachtung. Es speichert den letzten gültigen Ruhestromwert samt weiterer Fahrzeugzustände. Weiter bewertet es den Zustand der Batterie auf Basis der vom Intelligenten Batteriesensor zur Verfügung gestellten Informationen. Während der Ruhephase werden nämlich Spannung und Strom zyklisch vom Batteriesensor erfasst. Wird eine einstellbare Warnschwelle erreicht, informiert der Batteriesensor das Bordnetzsteuergerät. In mehreren Stufen kann dieses auf Probleme in der Energieversorgung des Autos reagieren. Wenn ein hoher Entladestrom während einer Leerlaufphase auftritt, kann es bei kritischem Batteriezustand die Leerlaufdrehzahl anheben, damit der Generator mehr Strom liefert. Reicht dies noch nicht aus, werden Verbraucher - unterteilt in mehrere Abschaltstufen - ausgeschaltet. Im Ruhezustand des Fahrzeugs kann hierbei - beispielsweise durch ein frühzeitiges Öffnen des Ruhestromschalters - die Startfähigkeit des Fahrzeugs sichergestellt werden. Zusätzlich speichert das Bordnetzsteuergerät, welcher Verbraucher - zum Beispiel das Abblendlicht - die Batterie übermäßig entladen hat. Diese Information kann später eine Werkstatt auslesen und eventuelle Fehler beheben.
Während des Fahrbetriebs übernimmt das Energiemanagement von Hella zusätzliche Aufgaben. Der Batteriesensor stellt dem Bordnetzsteuergerät die für eine optimale Ladung notwendigen Informationen über Batterietemperatur und Ladezustand zur Verfügung. Abhängig von der Batterietemperatur kann die Ladespannung des Generators angepasst werden, um speziell bei tiefen Temperaturen den Ladungsvorgang zu verbessern. Zur Erhöhung der Batterielebensdauer kann die Ladespannung bei hohen Temperaturen abgesenkt werden.
Auch kann die intelligente Energieverwaltung einen Beitrag zur Kraftstoffverbrauchs- und Emissionsreduktion leisten. Das Bordnetzsteuergerät kann beispielsweise durch eine Anpassung der Generatorspannung das Laden der Batterie kurzzeitig komplett stoppen, etwa um beim Überholen oder an Steigungen die komplette Motorleistung dem Antrieb zu überlassen (Bild 5). Das Verfahren der Abschaltung von Nebenaggregaten bei Volllast hat sich beim Kompressor der Klimaanlage bereits bewährt.
Bei Talfahrt oder im Schubbetrieb ist dann sogar eine elektrische Energierückgewinnung (Rekuperation) möglich. Bei dieser Form der Rekuperation ist keine Veränderung am Bordnetz erforderlich. Dies ist einer der großen Vorteile dieser ?kleinen Energierückgewinnung" gegenüber dem Einsatz von elektrischen Bremsen. Lediglich der Regler wird dabei so angesteuert, dass die Batterie über einen angehobenen Spannungslevel optimal geladen wird.
Um elektrische Energie rekuperieren zu können, muss der Ladezustand der Batterie in einem genau definierten Bereich liegen: In einer voll geladenen Batterie kann keine weitere Energie mehr gespeichert werden. Auf der anderen Seite muss ein Ladezustand sichergestellt werden, der auch unter ungünstigsten Bedingungen die Startfähigkeit des Fahrzeugs garantiert. Der Batteriesensor liefert in diesem Fall die erforderlichen Informationen über den Ladezustand der Batterie und die jeweils vorhandene Startfähigkeit des Fahrzeugs. Nebenbei erhöht die Rekuperation die Motorbremswirkung bei Bergabfahrten, was von den meisten Fahrern als angenehm empfunden wird. Allerdings kann mit elektrischer Rekuperation in Starterbatterien nur ein kleiner Teil der beim Bremsen
freiwerdenden Energie gespeichert werden. Für eine effizientere Speicherung von Bremsenergie sind neuartige Bremsen und andere leistungsfähigere Energiespeicher wie beispielweise Ultrakondensatoren erforderlich, was allerdings einen deutlich höheren Aufwand im Fahrzeug mit sich bringt.
Vollständige Trennung
Der Ruhestromschalter ist als bistabiles Relais realisiert (Bild 4). Die Spule wird nur beim Schalten mit Strom versorgt, verursacht also selbst keinen permanenten Energieverbrauch. Das Gerät ermöglicht die Abtrennung von Steuergeräten innerhalb einer Ruhephase. Dadurch wird der Ruhestrom weitaus mehr abgesenkt, als dies über Sleep-Funktionen in den Steuergeräten selbst möglich ist, da die Verbraucher durch den Ruhestromschalter vollständig vom Bordnetz getrennt werden. Dieses ermöglicht eine Reduzierung des Ruhestroms auch bei defekten Steuergeräten, die beispielsweise nicht in den Sleep-Modus wechseln. Bei derartigen Ruhestromproblemen kann das Energiemanagement die Abschaltung aktivieren und so die Fahrzeugstartfähigkeit garantieren(sb).

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK» Dezember2007   33

www.all-electornics.de

441AEL0607  

26.02.08 12:02

1073 Postings, 4827 Tage skgeorgiq power....

...gen süd heute kräftig...was ist los??? wo sind die insider...?  

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