專利名稱：用于確定內(nèi)燃機(jī)的啟動性能的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定內(nèi)燃機(jī)的起動能力的裝置和方法。
背景技術(shù)：
具有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的車輛為了穩(wěn)定車載電壓并且為了起動內(nèi)燃機(jī)需要電池。這在大部分車輛中是一種鉛酸電池，它可以包括各種各樣的實例。在行駛期間，電池借助于由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的發(fā)電機(jī)充電，在內(nèi)燃機(jī)停機(jī)期間，電池在連接有耗電器時放電。如果電池在停機(jī)期間放電過多，就可能導(dǎo)致無法再起動內(nèi)燃機(jī)。在C02 二氧化碳排放的范疇中，目前應(yīng)該在車輛停駛時(例如在交通燈處)完全關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)，并且通過發(fā)電機(jī)為電池充電，特別是在內(nèi)燃機(jī)在慣性運(yùn)行時。這種策略傾向于導(dǎo)致電池電量收支(Ladebilanz)為負(fù)的風(fēng)險加劇，這在極端情況下可能導(dǎo)致車輛停止不動，也就是無法起動。相比診斷靜態(tài)的電池(例如在停電時支持供電，在發(fā)電時緩沖電流高峰)，在移動式應(yīng)用場合(轎車、載重車、公交車、還有叉車…)一般沒有捕捉點，也就是說對于診斷來說沒有能夠絕對肯定的電池特征值(例如確定滿電，確定沒電，確定處于完全休止?fàn)顟B(tài)，等等…)。電池的狀態(tài)一般在70%和95%的充電狀態(tài)之間波動，電量從來不會正好是0A，溫度范圍從-40V到90°C都是可能的，其中，溫度在運(yùn)行時一般不恒定。為了診斷電池，例如可以借助于電學(xué)模型說明電池，該模型需要電池電流、電池電壓和電池溫度作為輸入?yún)⒘?。也存在一些解決方案，其中并不將電流或電壓直接用于電池診斷，而是使用在不同的頻率下的電池電阻。其中，通常是通過后接于分壓器的模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器測量電壓。電流和溫度的模擬參量首先分別轉(zhuǎn)化為電壓值，然后同樣由A/D轉(zhuǎn)換器分別將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。其中，間接地通過分流電阻上的電壓降或者通過由電流感應(yīng)的磁場(例如霍爾效應(yīng))獲取電流的情況。為了測量溫度，可以使用對溫度敏感的電阻材料，如冷導(dǎo)體，其也被公知為PTC (positive temperature coefficient)熱敏電阻,或者熱導(dǎo)體，也被公知為 NTC (negative temperature coefficient)熱敏電阻。最理想的是在電池的極上測量電壓。理想地直接在兩極的其中一極上測量完整的電池電流，也就是所有耗電器的電流總和，并且理想地在電池的內(nèi)部測量溫度。其中，電池電流部分地從發(fā)電機(jī)和車載電網(wǎng)的電流差中以及/或者從電池電壓中估算出來的。然而，作為代替也可以在其他的位置上測量電流、電壓和/或溫度。但是然后就必須通過合適的算法在數(shù)字上糾正/篡改因此產(chǎn)生的錯誤。特別是對于一般是在電池外部測得的溫度來說要這樣做。經(jīng)常(例如在智能電池傳感器中)在空間上離電池很近的地方對所有三個測量值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。然而也可以在任意的控制器中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，前提是測量信號足夠強(qiáng)，能夠無干擾地傳輸?shù)娇刂破?；有時例如可以在霍爾傳感器中進(jìn)行信號的放大。測量電流明顯地提高了成本。 因此以前已經(jīng)有在不測量電池電流的情況下診斷電池的方案。然而目標(biāo)大多都是，估計充電狀態(tài)或者負(fù)的電量收支情況，此時，電池放電總量大于充電總量。
但是為了確定電池的充電狀態(tài)也可以考慮以(通過光學(xué)、聲學(xué)、電感原理，…)測量酸密度為基礎(chǔ)的方法。酸密度與電池的充電狀態(tài)直接相關(guān)。然而這種方法迄今還不能實施。一個例外是所謂的“Magische Auge (魔眼)”。“魔眼”被構(gòu)造在電池的外殼中作為視窗，并且在光學(xué)方面通過顏色變化顯示電池的酸含量或者說充電狀態(tài)的程度。在這種情況下，車輛的起動能力本身卻只扮演次要的角色，因為總是由駕駛員關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)，并且因此最終為他自己的行駛能力負(fù)責(zé)。通過引進(jìn)起動-停止-系統(tǒng)，轉(zhuǎn)移了對電池診斷的關(guān)注。在交通燈跳到“綠燈”時重新起動車輛是這次討論的核心內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種簡單并便宜的技術(shù)解決方案，它可以實現(xiàn)確定內(nèi)燃機(jī)的起動能力。該目的通過權(quán)利要求1所述的方法和權(quán)利要求7所述的裝置得以解決。有利的構(gòu)造方案是從屬權(quán)利要求的對象。根據(jù)本發(fā)明的用于確定通過由電池供電的電動機(jī)的機(jī)動車的內(nèi)燃機(jī)的起動能力的方法包括以下方法步驟:-在成功起動內(nèi)燃機(jī)的過程中在第一時間點獲取第一電池參數(shù)值，-在第一時間點后的第二時間點獲取第二電池參數(shù)值，-在獲取 的第一和第二電池參數(shù)值的基礎(chǔ)上，在第二時間點為內(nèi)燃機(jī)的在第三時間點跟著進(jìn)行的起動過程確定預(yù)期的電池電壓，-將在第三時間點預(yù)期的電池電壓與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，從而從中推導(dǎo)出內(nèi)燃機(jī)的起動能力。由此避免由于電池能量不再充足而導(dǎo)致車輛停止不動。在本發(fā)明的一種有利的構(gòu)造方案中，當(dāng)在第三時間點預(yù)期的電池電壓等于或者大于預(yù)定的閾值時，存在起動能力。它的優(yōu)點是，可以讓電池電壓的閾值適應(yīng)其它的電動設(shè)備，如發(fā)動機(jī)的控制器。在本發(fā)明的另一種有利的構(gòu)造方案中，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的起動能力在第三時間點存在時，就再次停止在第二時間點運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)。由此避免車輛會在發(fā)動機(jī)停止時不再啟動。在本發(fā)明的另一種有利的構(gòu)造方案中，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的預(yù)測的起動能力在第三時間點不再存在時，就再次起動在第二時間點停止的內(nèi)燃機(jī)。它的優(yōu)點是，在電壓低于對于起動能力來說必要的電壓之前就起動發(fā)動機(jī)。在本發(fā)明的另一種有利的構(gòu)造方案中，參數(shù)包括電池電壓和/或電池溫度。這是那些一般已經(jīng)存在用于測量它們的傳感器的參數(shù)，于是不需要額外的傳感器。在本發(fā)明的另一種有利的構(gòu)造方案中，測量在電池的負(fù)極和車身的有電流經(jīng)過的位置之間的電壓作為其他的參數(shù)。這個額外的電壓用來核實一些參數(shù)，這些參數(shù)是預(yù)測起動能力的基礎(chǔ)。本發(fā)明的第二個方面包括一種用于確定機(jī)動車的內(nèi)燃機(jī)的起動能力的裝置，該機(jī)動車能夠通過由電池供電的電動機(jī)起動，其中，該裝置包括以下幾個特點:-至少一個傳感器:用于在成功起動內(nèi)燃機(jī)的過程中在第一時間點獲取第一電池參數(shù)值，并且
在第一時間點后的第二時間點獲取第二電池參數(shù)值，-評估單元:用于在獲取的第一和第二電池參數(shù)值的基礎(chǔ)上，在第二時間點為內(nèi)燃機(jī)的在第三時間點跟著進(jìn)行的起動過程確定預(yù)期的電池電壓，將在第三時間點預(yù)期的電池電壓與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，從而從中推導(dǎo)出內(nèi)燃機(jī)的起動能力。它的優(yōu)點是，由于能夠確定內(nèi)燃機(jī)的起動能力，所以能夠避免車輛由于電池能量不再充足而停止不動。在本發(fā)明的一種有利的構(gòu)造方案中，評估單元被設(shè)計用于驅(qū)控至少一個用于在第一和第二時間點獲取第一和第二電池參數(shù)值的傳感器。由此實時地獲取第一和第二電池參數(shù)值，并且同樣從實時值中測定起動能力，所以對起動能力的預(yù)言相應(yīng)地是準(zhǔn)確的。


下面應(yīng)該借助圖1至3舉例闡述本發(fā)明。其示意性示出:圖1是根據(jù)本發(fā)明的裝置；圖2是用于電池和起動器的電學(xué)模型；以及圖3是電池電壓對比時間的圖表。
具體實施例方式圖1示出傳感器和評估單元I和發(fā)動機(jī)控制單元11。傳感器和評估單元I包括第一 A/D轉(zhuǎn)換器2，它的輸入內(nèi)容是模擬的溫度信號，還包括第二 A/D轉(zhuǎn)換器3，它的輸入內(nèi)容是模擬的電壓。在第一和第二 A/D轉(zhuǎn)換器2，3中，模擬的輸入?yún)⒘勘晦D(zhuǎn)換成數(shù)字值。傳感器和評估單元I還包括方塊4，5和6。在方塊4 "Vlimit儲備Λ T Δ S0C”中，在上一次起動時就開始利用相應(yīng)的算法從數(shù)字化的溫度和電壓值中計算電池的溫度Λ T和充電狀態(tài)Λ SOC的變化。在方塊5 “預(yù)測起動電壓”中，從剛剛成功起動機(jī)動車的發(fā)動機(jī)時的電池電壓中，并且在值Λ Τ，Λ SOC的幫助下計算下一次發(fā)動機(jī)起動的預(yù)測的電池電壓。在方塊6 “確定起動能力”中，將預(yù)測的起動電壓與對于起動發(fā)動機(jī)必要的最小電池電壓進(jìn)行比較。必要的最小電池電壓可以作為發(fā)動機(jī)控制單元11BCM/ECU的參數(shù)預(yù)先給定，從中計算出電池溫度，或者也可以是固定的預(yù)定值。比較的結(jié)果作為參量“起動能力”傳輸給停止-起動-控制裝置12，它又將起動能力用于決定，是否可以關(guān)閉發(fā)動機(jī)，是否自動激活發(fā)動機(jī)或者要求駕駛員起動發(fā)動機(jī)。圖1還示出發(fā)動機(jī)控制單元11，它能夠與傳感器和評估單元I進(jìn)行交換。發(fā)動機(jī)控制單元11包括停止-起動-控制裝置12和存儲單元，其中存放著起動-停止-控制裝置12的參量13。用于測量電壓和溫度的傳感器以有利的方式可以包括以下幾個組成部分:-具有插頭和/或電纜尾和/或金屬夾板的殼體，-一個或者兩個用于將電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字值的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，-用于計算起動能力以及其他參量的評估單元(微控制器)，
-用于將起動能力傳輸給上級控制器(例如LIN，CAN或PWM)的通訊出口(可能也有入口)，-在殼體內(nèi)部或外部生成電壓信號(例如NTC電阻)的溫度傳感器，其具有連接電池的導(dǎo)熱性良好的連接件，-從A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端到電池的正極和負(fù)極分別有一個電連接件，作為代替也可以連接到車載電網(wǎng)中的兩個點或者接線端，在它們之間十分接近地施加電池電壓。傳感器可以布置在發(fā)動機(jī)控制裝置中、車身控制器中、電池中或者還可以作為獨立的電子單元。此外，傳感器可以被構(gòu)造成裝配有電子構(gòu)件的電路板形式，它作為整體又被安裝到車輛的控制器中， 或者裝配到控制器電路板上。具體來說，殼體也許可以具有一個用于局域網(wǎng)(LIN)的帶有兩個引腳的插頭，也就是一個系列總線接頭和一個用于電池正極(B+)的接口。通過B+不僅輸入測量電壓，而且還確保對傳感器的供電。LIN導(dǎo)線例如與車身控制器或者與發(fā)動機(jī)控制裝置相連接，并且還從它們那里獲得信息。從殼體中引出的金屬夾板將傳感器機(jī)械地與電池負(fù)極相連接，并且此外還確保與電池內(nèi)部的電連接以及熱耦合。作為代替也能夠通過插頭輸送負(fù)極的電壓。此外，根據(jù)本發(fā)明的裝置還可以包括其他的組件，例如用于供電的構(gòu)件，它同時提供高精度的參考電壓(例如3V)。此外，該裝置還可以包括已經(jīng)含有A/D轉(zhuǎn)換器(10到16bit)的微控制器(μ c)(例如NEC，24kByte ROM)。還可以提出分壓器，它將電池電壓降低到原始電壓的5到50%。具有NTC (與夾板良好地電接觸)的額外的參考電壓的分壓器會提供與溫度相關(guān)的第二電壓。這兩個電壓會由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字值，并且由處理器進(jìn)一步處理。由處理器計算出的起動能力可以通過LIN接口傳輸給上級的控制器。所有的構(gòu)件都可以通過電路板相互連接。如果起動能力不足，那么就會在上級的控制器中引發(fā)一些反應(yīng)，這些反應(yīng)會確保車輛的行駛能力。具體來說，可以通過最小電壓和/或起動過程的持續(xù)時間和/或在起動過程期間的電壓的變化(dU/dt)和/或電壓干擾關(guān)于時間的積分描述實際的起動能力。起動能力的變化(這里例如為最小的起動電壓)具體地可以從電池的電學(xué)模型
權(quán)利要求
1.一種用于確定機(jī)動車的內(nèi)燃機(jī)的起動能力的方法，所述機(jī)動車能夠通過由電池供電的電動機(jī)啟動，所述方法具有以下方法步驟: -在成功起動所述內(nèi)燃機(jī)的過程中在第一時間點獲取第一電池參數(shù)值， -在所述第一時間點后的第二時間點獲取第二電池參數(shù)值， -在獲取的所述第一和所述第二電池參數(shù)值的基礎(chǔ)上，在所述第二時間點為所述內(nèi)燃機(jī)的在第三時間點跟著進(jìn)行的起動過程確定預(yù)期的電池電壓， -將在所述第三時間點預(yù)期的所述電池電壓與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，從而從中推導(dǎo)出所述內(nèi)燃機(jī)的所述起動能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)在所述第三時間點預(yù)期的所述電池電壓等于或者大于所述預(yù)定的閾值時,存在所述起動能力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，只有當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)在所述第三時間點具有所述起動能力時，才能讓在所述第二時間點運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)停止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)在所述第三時間點不再有所述起動能力時，才再次起動在所述第二時間點停止的所述內(nèi)燃機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中，所述參量包括電池電壓和/或電池溫度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，測量在所述電池的負(fù)極和車身的有電流經(jīng)過的位置之間的電壓作為另外的參數(shù)。
7.一種用于確定機(jī)動車的內(nèi)燃機(jī)的起動能力的裝置，所述機(jī)動車能夠通過由電池供電的電動機(jī)啟動，所述裝置包括以下特征: -至少一個傳感器: 用于在成功起動所述內(nèi)燃機(jī)的過程中在第一時間點獲取第一電池參數(shù)值，并且 在所述第一時間點后的第二時間點獲取第二電池參數(shù)值， -評估單元: 用于在獲取的所述第一和第二電池參數(shù)值的基礎(chǔ)上，在所述第二時間點為所述內(nèi)燃機(jī)的在第三時間點跟著進(jìn)行的起動過程確定預(yù)期的電池電壓， 將在所述第三時間點預(yù)期的所述電池電壓與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，從而從中推導(dǎo)出所述內(nèi)燃機(jī)的所述起動能力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述評估單元設(shè)計用于控制在所述第一和所述第二時間點用于獲取所述第一和第二電池參數(shù)值的所述至少一個傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于確定機(jī)動車的內(nèi)燃機(jī)的起動能力的方法，所述機(jī)動車能夠通過由電池供電的電動機(jī)啟動，所述方法具有以下方法步驟在成功起動內(nèi)燃機(jī)的過程中在第一時間點獲取第一電池參數(shù)值，在第一時間點后的第二時間點獲取第二電池參數(shù)值，在獲取的第一和第二電池參數(shù)值的基礎(chǔ)上，在第二時間點為內(nèi)燃機(jī)的在第三時間點跟著進(jìn)行的起動過程確定預(yù)期的電池電壓，將在第三時間點預(yù)期的電池電壓與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，從而從中推導(dǎo)出內(nèi)燃機(jī)的起動能力。
文檔編號F02N11/08GK103210208SQ201180055025
公開日2013年7月17日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者馬丁·施拉姆, 霍斯特·格林, 沃爾夫?qū)の焊駹柼? 馬蒂亞斯·幕恩希, 托馬斯·克萊門特, 漢斯-米歇爾·格拉夫, 賴因哈德·滕德勒, 奧利弗·弗里德瑞希索恩 申請人:大陸汽車有限責(zé)任公司