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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Ausgangsspannung
einer Batterie, insbesondere einer Kraftfahrzeugbatterie.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 199 52 693
A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln,
Anzeigen und/oder Auslesen des Zustandes einer Batterie, insbesondere
einer Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug, bekannt. Bei
diesem Verfahren erfolgt unter anderem eine Erfassung der Batteriespannung
mittels eines Sensors. Das Ausgangssignal des Batteriespannungssensors
wird über einen Interfacebaustein, bei dem es sich um einen
Messverstärker handelt, einem Mikrocontrollersystem zugeführt.
Dort wird das Ausgangssignal des Interfacebausteins mittel eines
Analog-Digital-Wandlers in ein digitales Signal umgesetzt und dann
zusammen mit anderen Eingangssignalen des Mikrocontrollersystems
unter Verwendung der Software des Mikrocontrollersystems ausgewertet, um
den Batteriezustand zu ermitteln.
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Aus
der
DE 102 22 175
A1 ist eine elektronische Spannungsüberwachungsschaltung
bekannt, welche insbesondere zur Überwachung einer von
einer Batterie oder einem Akkumulator bereitgestellten Versorgungsspannung
vorgesehen ist. Diese Überwachungsschaltung stellt zwei
elektrische Größen bereit, die der Spannung der
Spannungsversorgungsquelle entsprechen und zu einem Vergleich mit mindestens
einer Referenzgröße vorgesehen sind. Eine dieser
elektrischen Größen entspricht der ungepufferten
Spannung der Spannungsversorgungsquelle. Die andere elektrische
Größe entspricht der gepufferten Spannung der
Spannungsversorgungsquelle. Die Bereitstellung einer der ungepufferten Spannung
der Spannungsversorgungsquelle entsprechenden Größe
zusätzlich zu der der gepufferten Spannung der Spannungsversorgungsquelle
entsprechenden Größe ermöglicht ein schnelles
Reagieren auf eventuelle Einbrüche der Versorgungsspannung.
Die bekannte Schaltung ist derart ausgelegt, dass kurze Spannungseinbrüche
der ungepufferten Versorgungsspannung zu keiner Unterspannungserkennung
führen.
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Vorteile der Erfindung
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Eine
Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen weist demgegenüber
den Vorteil auf, dass auch zeitlich kurze Spannungseinbrüche
der Batteriespannung erkannt und einem nachgeschalteten Mikrocomputer,
in welchem die Auswertung der gemessenen Batteriespannung erfolgt,
signalisiert werden können. Dieser Mikrocomputer kann dann
aufgrund dieser Signalisierung durch geeignete Maßnahmen
dafür sorgen, dass die aufgetretenen, zeitlich kurzen Spannungseinbrüche der
Batteriespannung zu keinerlei Folgefehlern oder unnötigen
Folgemaßnahmen führen.
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Beispielsweise
führt ein Auftreten von zeitlich kurzen, mit einer bestimmten
Frequenz auftretenden Spannungseinbrüchen der Batteriespannung zu
Folgefehlern bei einer Überwachung von Sekundärspannungen,
beispielsweise von aus der Batteriespannung abgeleiteten Gleichspannungen
anderer Spannungswerte.
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Bei
herkömmlichen Vorrichtungen können die genannten
zeitlich kurzen Spannungseinbrüche der Batteriespannung
oftmals nicht detektiert werden, da die Software des Mikrocontrollersystems, welche
zur Erfassung bzw. Auswertung der Ausgangsspannung der Batterie
vorgesehen ist, die Ausgangsspannung der Batterie nur in vorgegebenen Zeitin tervallen
von beispielsweise 20 ms abtastet. Diese Abtastung erfolgt derart
ungünstig, dass kurze Spannungseinbrüche, die
beispielsweise in einem Abstand von 100 ms auftreten, nicht detektiert
werden.
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Auf
der anderen Seite werden die in den Sekundärspannungen
auftretenden Folgefehler erkannt. Als Folge dieser Erkennung wird
oftmals der Batteriespannungssensor fälschlicherweise als
defekt angesehen und in unnötiger Weise ausgetauscht, ohne
dass dadurch die Folgefehler beseitigt werden können.
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Durch
die Verwendung eines zwischen der Batterie und dem Mikrocomputer
angeordneten Transientendetektors lässt sich dieser Nachteil
vermeiden. Der Mikrocomputer erkennt anhand des Ausgangssignals
des Transientendetektors, dass die Batteriespannung zeitlich kurze
Spannungseinbrüche aufweist und kann durch eine Einleitung
von geeigneten Gegenmaßnahmen dafür sorgen, dass
keine Folgefehler auftreten oder dass zumindest negative Auswirkungen
derartiger Folgefehler vermieden werden, beispielsweise dass in
unnötiger Weise ein nicht defekter Batteriespannungssensor
ausgetauscht wird.
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Vorzugsweise
ist der Transientendetektor durch einen Schwellwertschalter und
eine an diesen angeschlossene Folgeschaltung realisiert. Dem Schwellwertschalter
wird die Batteriespannung und eine Referenzspannung zugeführt,
bei welcher es sich um eine zeitlich stabile Spannung mit konstantem
Spannungswert handelt.
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Bei
der Folgeschaltung handelt es sich in vorteilhafter Weise um eine
einfache Logikschaltung, die einen Zähler, ein Verknüpfungsglied
und einen Taktgeber aufweist.
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Alternativ
dazu kann es sich bei der Folgeschaltung auch um ein Flip-Flop handeln,
welches mit dem Mikrocomputer verbunden ist. Dieses Flip-Flop ist
entweder direkt mit dem Ausgang des Schwellwertschalters verbunden
oder über ein Filter an den Ausgang des Schwellwertschalters
angeschlossen.
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Weitere
vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren
nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren.
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Zeichnung
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Die 1 zeigt
ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erfassung der Ausgangsspannung
einer Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel
für die Erfindung. Die 2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel für den in der 1 gezeigten
Transientendetektor 8. Die 3 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel für den in der 1 gezeigten
Transientendetektor 8. Die 4 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel für den in der 1 gezeigten
Transientendetektor 8.
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Beschreibung
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Die 1 zeigt
ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erfassung der Ausgangsspannung
einer Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel
für die Erfindung. Bei dieser Batterie handelt es sich
um die Starterbatterie eines Kraftfahrzeugs.
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Diese
Starterbatterie 1 stellt an ihrem Pluspol eine Ausgangsspannung
UBatt bereit, die 12 V beträgt. Diese Ausgangsspannung
wird in einem Spannungswandler 2 in eine Sekundärspannung
US umgesetzt, welche 5 V beträgt. Diese Sekundärspannung
wird zur Versorgung einer oder mehrerer weiterer Komponenten des
Kraftfahrzeugs verwendet. Des Weiteren wird die Ausgangsspannung
UBatt der Batterie 1 über einen Messverstärker 3 an
einen ersten Eingang 4a eines Mikrocomputers 4 weitergegeben.
Dieser ist mit einem A/D-Wandler 5 verbunden, der die ihm
zugeführten Sig nale in ein digitales Signal umsetzt. Dieses
wird einer Auswerteeinheit 6 zugeführt und in
dieser unter Verwendung einer Auswertesoftware ausgewertet. Die
Auswerteergebnisse werden über einen Ausgang 4d des
Mikrocomputers 4 an ein Display 7 ausgegeben und
dort dargestellt.
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Die
Auswertesoftware hat unter anderem die Aufgabe, die Ausgangsspannung
der Batterie zu überwachen und die Ausgabe eines Fehlersignals
an das Display 7 vorzunehmen, wenn die Ausgangsspannung
der Batterie einen vorgegebenen Mindestwert unterschreitet. Dabei
erfasst die Auswertesoftware in vorgegebenen Zeitabständen
von 20 ms das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 5 und analysiert dieses.
Tritt beispielsweise aufgrund von Alterungseffekten der Batterie
oder aufgrund eines Batteriedefektes ein Spannungsabfall der Ausgangsspannung der
Batterie auf, dann wird dies von der Auswertesoftware erkannt und
auf dem Display 7 angezeigt. Treten hingegen kurzzeitige
Spannungseinbrüche der Ausgangsspannung der Batterie mit
bestimmten Frequenzen auf, beispielsweise in Zeitabständen
von 100 ms, dann können diese in der Regel von der Auswertesoftware
nicht erkannt werden.
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Um
diesen Mangel zu beheben, wird die Ausgangsspannung UBatt der Batterie 1 des
Weiteren an den ersten Eingang 8a eines Transientendetektors 8 angelegt.
Mittels dieses Transientendetektors können die genannten
kurzzeitigen Spannungseinbrüche der Ausgangsspannung UBatt
der Batterie 1 erkannt werden. Der Transientendetektor 8 ist über einen
Ausgang 8d und einen zweiten Eingang 4b des Mikrocomputers 4 mit
der Auswerteeinheit 6 verbunden, so dass die Auswerteeinheit
Kenntnis über das Vorliegen eines kurzzeitigen Einbruchs
der Ausgangsspannung der Batterie 1 erhält.
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Der
Transientendetektor 8 weist einen zweiten Eingang 8b auf, über
welchen ihm eine stabile Referenzspannung zugeführt wird,
die einen vorgegebenen Spannungswert auf weist. Des Weiteren enthält
der Transientendetektor 8 einen dritten Eingang 8c, über
welchen ihm – wie noch anhand der 2–4 erläutert
wird – ein an einem Ausgang 4c des Mikrocomputers 4 bereitgestelltes
Rücksetzsignal zugeführt wird.
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Die 2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel für den in der 1 gezeigten
Transientendetektor 8. Dieser weist einen Schwellwertschalter 9 und
eine an dessen Ausgang angeschlossene Folgeschaltung auf. Die Folgeschaltung
enthält einen Zähler 10, ein Verknüpfungsglied 11 und
einen Taktgeber 12. Der Ausgang des Schwellwertschalters 9 ist
mit dem Enable-Eingang En des Zählers 10 verbunden. Der
Takteingang T des Zählers ist an den Ausgang des Verknüpfungsgliedes 11 angeschlossen.
Ein erster Eingang des Verknüpfungsgliedes 11 ist
mit dem Taktgeber 12 verbunden, welcher ein in zeitlichen
Abständen von 1 ms auftretendes Taktsignal bereitstellt. Ein
zweiter Eingang des Verknüpfungsgliedes 11 ist mit
einem zweiten Ausgang b des Zählers 10 verbunden,
an welchem der Zähler ein „1”-Signal
bereitstellt, wenn das MSB (most significant bit) seines Zählwertes
den Wert 1 erreicht hat. Dieses MSB wird in negierter Form an den
zweiten Eingang des Verknüpfungsgliedes 11 angelegt.
Der Ausgang a des Zählers 10 ist mit dem Eingang 4b des
Mikrocomputers 4 verbunden. Dem Rücksetzeingang
Res des Zählers 10 wird das Rücksetzsignal
zugeführt, welches vom Mikrocomputer 4 an dessen
Ausgang 4c bereitgestellt wird.
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Der
in der 2 gezeigte Transientendetektor detektiert kurze
Spannungseinbrüche der Ausgangsspannung der Batterie, indem
er die Zeit seit dem Auftreten eines Spannungseinbruchs zählt.
Im Schwellwertschalter 9 erfolgt ein Vergleich der Batteriespannung
UBatt mit der Referenzspannung URef. Unterschreitet die Batteriespannung
die Referenzspannung, dann wird am Ausgang des Schwellwertschalters 9 ein
Signal bereitgestellt, das dem Enable-Eingang des Zählers 10 zugeführt
wird. Ab diesem Zeitpunkt zählt der Zähler die
ihm vom Taktgeber 12 über das Verknüpfungsglied 11 zugeführten
Taktsignale. Dieses Hochzählen erfolgt bis zu einem vorgegebenen
Anschlagwert. Dieser Anschlagwert liegt vor, wenn das MSB des Zählers
den Wert 1 erreicht hat. Bei dessen Erreichen bleibt der Zähler
solange stehen, bis ihm vom Mikrocomputer 4 über
dessen Ausgang 4c ein Rücksetzsignal zugeführt
wird. Beim nächsten Auftreten eines Spannungseinbruchs
der Batteriespannung beginnt der Zählvorgang von neuem.
Liegen kurzzeitige Spannungseinbrüche der Batteriespannung
vor, insbesondere kurzzeitige Spannungseinbrüche vorgegebener
Wiederholfrequenz, dann wird dies anhand der am Ausgang a vorliegenden
Zählwerte des Zählers 10 vom Mikrocomputer erkannt,
wobei dem Mikrocomputer die genannten Zählwerte über
seinen zweiten Eingang 4b zugeführt werden.
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Der
Mikrocomputer erkennt anhand der ihm über seinen ersten
Eingang 4a (siehe 1) zugeführten
Signale des Weiteren, dass kein länger andauernder Abfall
der Ausgangsspannung der Batterie vorliegt und kann folglich anhand
einer Ausgabe auf dem Display 7 signalisieren, dass lediglich
kurze Spannungsabfälle der Batterie vorliegen, dass aber kein
Defekt in der Erkennung und Auswertung der Batteriespannung vorliegt.
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Die 3 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel für den in der 1 gezeigten
Transientendetektor 8. Dieser weist ebenso wie der in der 2 dargestellte
Transientendetektor einen Schwellwertschalter 9 und eine
an dessen Ausgang angeschlossene Folgeschaltung 12 auf.
Diese Folgeschaltung besteht lediglich aus einem R/S-Flip-Flop 13,
dessen Setzeingang S mit dem Ausgang des Schwellwertschalters 9 verbunden
ist. Der Rücksetzeingang Res des Flip-Flops 13 ist
mit dem Ausgang 4c des Mikrocomputers 4 verbunden,
an welchem der Mikrocomputer ein Rücksetzsignal für
das Flip-Flop 13 bereitstellt. Der Ausgang a des Flip-Flops 13 ist
mit dem zweiten Eingang 4b des Mikrocomputers 4 verbunden.
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Unterschreitet
die Batteriespannung UBatt die Referenzspannung URef, dann wird
diese Information über den Ausgang des Schwellwertschalters 9 in
negierter Form an den Setzeingang S des Flip-Flops übermittelt.
Durch ein Abtasten des am Ausgang a des Flip-Flops vorliegenden
Signals kann der Mikrocomputer 4 erkennen, dass zwischen
den Abtastzeitpunkten die Ausgangsspannung der Batterie stets größer
ist als die Referenzspannung. Unterschreitet die Batteriespannung
UBatt die Referenzspannung erneut, dann erfolgt ein Rücksetzen
des Flip-Flops über den Ausgang 4c des Mikrocomputers,
so dass das Flip-Flop für den nächsten Abtastzeitraum
erneut aktiviert wird. Durch die genannten Abtastung der am Ausgang
a des Flip-Flops bereitgestellten Signale erkennt der Mikrocomputer 4 ein
Vorliegen kurzzeitiger Spannungseinbrüche der Ausgangsspannung
der Batterie, insbesondere kurzzeitiger Spannungseinbrüche
mit vorgegebener Wiederholfrequenz, und kann dies auf dem Display 7 signalisieren
und bei Bedarf auch weitere Maßnahmen in die Wege leiten.
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Die 4 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel für den in der 1 gezeigten
Transientendetektor 8. Dieser unterscheidet sich von dem
in der 3 dargestellten Transientendetektor dadurch, dass
zwischen dem Ausgang des Schwellwertschalters 9 und dem
Setzeingang S des Flip-Flops 13 ein Filter 14 vorgesehen
ist. Dieses weist eine Reihenschaltung eines Ohmschen Widerstandes
R und eines Kondensators C auf, wobei ein Anschluss des Ohmschen
Widerstandes R mit dem Ausgang des Schwellwertschalters 9 und
der vom Ohmschen Widerstand R abgelegene Anschluss des Kondensators C
mit Masse verbunden ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Ohmschen
Widerstand R und dem Kondensator C ist über einen Schmitt-Trigger 15 mit dem
Setzeingang des Flip-Flops 13 verbunden.
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Der
Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass lediglich
ein Vorliegen von Unterspannungen vorgegebener Länge an
den Setzeingang S des Flip-Flops signalisiert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel
tastet der Mikrocomputer das am Ausgang a des Flip-Flops vorliegende
Signal ab, um festzustellen, ob kurzzeitige Spannungseinbrüche
der vorgegebenen Länge vorliegen. Ist dies der Fall, dann
wird dies auf dem Display 7 signalisiert. Des Weiteren kann
der Mikrocomputer in diesem Fall ggf. notwendige Maßnahmen
in die Wege leiten, um eventuelle Folgefehler, die in aus der Batteriespannung
abgeleiteten Sekundärspannungen auftreten, zu kompensieren.
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Das
Filter 14 kann alternativ zu dem in der 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel auch in Form eines digitalen Filters
realisiert sein.
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Die
Erfindung ist in vorteilhafter Weise im Zusammenhang mit Spannungsversorgungs-Asics
verwendbar. Beim Stand der Technik werden derartige Asics als Defekt
angesehen und ausgetauscht, wenn aus der Batteriespannung abgeleitete
Sekundärspannungen fehlerhaft waren, obwohl kein Fehler
bezüglich der Batteriespannung detektiert werden konnte.
Gemäß der Erfindung wird erkannt, dass der Spannungsversorgungs-Asic
keinen Defekt aufweist, so dass dessen Austausch nicht notwendig
ist. Die Fehler in den Sekundärspannungen müssen
auf andere Art und Weise kompensiert werden. Diese Kompensation
wird in die Wege geleitet, wenn der Mikrocomputer 4 anhand
der Ausgangssignale des Transientendetektors 8 ein Vorliegen
kurzzeitiger Spannungseinbrüche der Batterie detektiert
hat.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19952693
A1 [0002]
- - DE 10222175 A1 [0003]