Vorrichtung zur Erhöhung der Startsicherheit eines Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhöhung der Startsicherheit eines Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, die mit einem von einer Flüssigelektrolytbatterie gespeisten Anlasser gestartet wird.

In Fahrzeugen werden vorzugsweise Blei-Säure-Batterien zum Betreiben des An- lassers verwendet, die bekanntlich wegen des Bleianteils ein hohes Gewicht aufweisen. Das Bestreben der Fahrzeugindustrie nach Leichtbauweise betrifft auch die Einsparung von Batteriegewicht. Gleichzeitig steigt jedoch die Anforderung nach höherer Batterieleistung, da neben der herkömmlichen Energie zum Starten z. B. eines PKW auch Energie für zusätzliche Aggregate wie elektrische Fenster- heber, Stellmotore zum Verstellen der Sitze oder auch zum elektrischen Beheizen der Sitze benötigt wird. Femer ist es wünschenswert, die Batterieleistung über die Lebensdauer der Batterie möglichst auf einem konstanten, möglichst hohen Niveau zuverlässig zu halten, da zunehmend auch sicherheitsrelevante Funktionseinheiten wie Lenkung und Bremsen elektrisch gesteuert und betätigt werden. Unter Batterieleistung wird nachfolgend die Kapazität der Batterie sowie deren Fähigkeit zur Stromabgabe bzw. zur Stromaufnahme verstanden. Die Batterieleistung wird von verschiedenen, dem Fachmann bekannten Faktoren beeinflusst.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen bekannt, um die Leistung einer mit einem flüssigen Elektrolyten gefüllten Batterie, wie z. B. einer Blei-Säure-Batterie, zu erhöhen. Ein besonderes Problem bei Blei-Säure- Batterien ist die sogenannte Stratifikation der Säure, welche die Ungleichmäßigkeit der Säurekonzentration auf der Elektrodenfläche bezeichnet. Dadurch wird

an Stellen mit einer zu hohen Säurekonzentration Korrosion an den Elektroden verursacht und somit die Lebensdauer der Batterie vermindert, dagegen an Stellen mit einer zu geringen Säurekonzentration nicht die volle Batterieleistung erreicht.

Daher sind unterschiedliche Vorrichtungen und Verfahren entwickelt worden, um den Elektrolyten umzuwälzen, damit die Säurekonzentration in allen Volumenabschnitten der Batterie gleich groß ist. Bei stationären Batterien wird z. B. Luft in den Elektrolyten eingeblasen. Für Fahrzeug batterien sind Elektrolytdurchmi- schungsvorrichtungen bekannt, die als hydrostatische Pumpen bezeichnet werden. Diese Vorrichtungen sind nur bei sich bewegenden Fahrzeugen wirksam, da sie Brems- und Beschleunigungsvorgänge in Verbindung mit der Massenträgheitskraft des flüssigen Elektrolyten nutzen. Diese Technik ist dem Fachmann bekannt, so dass lediglich beispielhaft auf die Dokumente US 4,963,444; US 5,096,787 und US 5,032,476 und DE 297 18 004.5 und speziell auf G 91 15 163.5 und G 91 15 597.5 verwiesen wird. Es ist eine permanente Aufgabe, die Stratifikation einer Batterie so gering wie möglich zu halten, um die Leistungsfähigkeit zu verbessern und die Lebensdauer der Batterie zu verlängern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung, welche die Leistungsfähigkeit der Batterie erhöht und deren Lebensdauer verlängert, wodurch auch die Startsicherheit der Brennkraftmaschine erhöht wird.

Die Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst, wobei eine Flüssigelektrolyt-Batterie eingesetzt wird, die aufweist: Eine elektrisch betriebene Vorrichtung zum Durchmischen des Flüssigelektrolyts, wobei hier jede Art Vorrichtung umfasst ist, die elektrisch antreibbar oder betreibbar ist, wie z. B. diverse Pumpen, Magnet-Rühr-Systeme oder auch thermische Durchmischungsvorrichtungen, die eine Durchmischung des Elektrolyten mittels einer Heizung bewirken. Gleichfalls gehören dazu z. B. auch Kippvorrichtungen, mit deren Hilfe eine im Fahrzeug beweglich gelagerte, aber befestigte Batterie, hin und her gekippt werden kann. Dazu ist die Batterie mit einer aus dem Stand der Technik bekannten hydrodynamischen Durchmischungsvorrichtung auszustatten, die eine effektive Durchmischung während der Fahrt bewirkt - und die demzufolge auch eine

Durchmischung bei einem still stehenden Fahrzeug ermöglicht, wenn die Batterie mittels einer Bewegungsvorrichtung bewegt wird.

Es sind wenigstens ein Temperatursensor zum Messung der Batterietemperatur, sowie wenigstens ein Spannungssensor zum Messung der Batteriespannung vorgesehen. Derartige Sensoranordnungen an Starterbatterien sind aus dem Stand der Technik bekannt und müssen dem Fachmann daher nicht näher erläutert werden.

Weiterhin ist eine erste Speicherschaltung zur Speicherung wenigstens der Batterietemperatur und der Batteriespannung über der Zeit vorgesehen und eine zweite Speicherschaltung, in der Temperatur-Spannungs-Wertetafeln gespeichert sind, die Zusammenhänge zwischen der Batterietemperatur und Batteriespannung enthalten, aus denen der Ladezustand und der Alterungszustand der Flüs- sigelektrolyt-Batterie entnehmbar ist. Diese Temperatur-Spannungs-Wertetafeln sind für verschiedene Batterietypen anzufertigen bzw. liegen den Herstellern moderner Batterien als Langzeittestergebnisse vor.

Eine erste Vergleichs- und Auswerteschaltung ermittelt wenigstens aus den an der Batterie über die Zeit gemessenen Temperatur- und Spannungswerten und durch Vergleich mit den aus der zweiten Speicherschaltung entnommenen Vergleichswerten den aktuellen Lade- und Alterungszustand der Batterie.

Erfindungsgemäß ist eine dritte Speicherschaltung vorgesehen, in der Durchmi- schungswertetafeln gespeichert sind, die aus dem aktuellen Lade- und Alterungszustand der Batterie und der aktuellen Batterietemperatur eine erforderliche Min- desteinschaltdauer der Durchmischungsvorrichtung bereitstellen, bevor Hochstromverbraucher zur Vorbereitung und Durchführung des Startens der Brennkraftmaschine eingeschaltet werden, wobei auch berücksichtigt wird, wie lange die Hochstromverbraucher bei der aktuellen Temperatur, der Standzeit des Fahrzeugs und anderer relevanter Betriebsbedingungen eingeschaltet werden müssten, um die Brennkraftmaschine sicher zu starten.

Weiterhin ist eine Erkennungsvorrichtung vorgesehen, mittels der mit hoher Wahrscheinlichkeit erkennbar ist, dass die Brennkraftmaschine gestartet werden soll. Diese Erkennungsvorrichtung ist erforderlich, da der heutige Fahrzeugführer daran gewöhnt ist, dass der Motor nach Betätigung des Zündschlüssels oder des Startknopfes sofort gestartet wird. Eine Verzögerung beim Start wird als eingeschränkte Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs empfunden und wird daher vom Fahrzeughersteller, so weit es technisch möglich und sinnvoll ist, vermieden.

Die Erkennungsvorrichtung gibt ein Signal zum Einschalten der Durchmischungs- Vorrichtung ab, wenn der Start der Brennkraftmaschine wahrscheinlich beabsichtig ist.

Nach Anspruch 2 ist die Erkennungsvorrichtung mit dem Türschloss der Fahrertür verbunden, da die Wahrscheinlichkeit einer beabsichtigten Fahrt hoch ist, wenn die Fahrertür geöffnet wird. Es ist dem Fachmann klar, dass die Erkennungsvorrichtung so geschaltet ist, dass z. B. nach dem nochmaligen öffnen der Fahrertür nach Fahrtabschluss - weil der Fahrer etwas im Fahrzeug vergessen hat - die Durchmischung nicht durchgeführt werden muss.

Nach Anspruch 3 ist die Erkennungsvorrichtung mit der Fernbedienung der Türverriegelung schaltungstechnisch verbunden. Dadurch besteht die Möglichkeit, zeitiger mit dem Mischen zu beginnen, so dass der Fahrer auch bei langen Mischzeiten keine Einbusse seines gewohnten Komforts bemerkt, da er auch länger braucht, um im Fahrzeug Platz zu nehmen. Der Nachteil dieser Ausführungs- form der Erfindung besteht jedoch darin, dass bei der Benutzung der Fernbedienung nicht unterschieden werden kann, ob lediglich ein Gegenstand aus dem Fahrzeug entnommen werden soll, oder ob das Fahrzeug gestartet werden soll.

Wenn daher auf besonders hohen Komfort Wert gelegt wird und gleichzeitig die Batterie trotzdem optimal geschützt werden soll, kann auch eine Kombination der Ausführungsformen nach den Ansprüchen 2 und 3 erfolgen: Wenn nur eine kurze Mischzeit ermittelt worden ist, wird die Mischung erst bei Betätigung des Türschlosses der Fahrertür nach Anspruch 2 eingeleitet, d. h. wenn die Wahrscheinlichkeit des Starts des Fahrzeugs besonders hoch ist. So wird vermieden, dass in

dem Fall, wenn das Fahrzeug mit der Fernbedienung geöffnet wird, um lediglich einen Gegenstand hinein zu legen, bereits die Mischung eingeleitet wird. Wenn jedoch die Mischzeit lang ist, z. B. nach besonders langer Standzeit oder bei niedrigen Außentemperaturen, wird mit dem Mischen immer bereits begonnen, wenn die Fernbedienung der Türverriegelung betätigt wird. So wird vermieden, dass die Mindestmischungsdauer nicht erreicht wird bzw. dass der Fahrer die Wartezeit als Komforteinbusse empfinden könnte.

Nur für den Fall, dass die mit den Ausführungsformen nach den Ansprüchen 2 oder 3 bereitgestellten Mischzeiten nicht ausreichen, d. h. wenn der Fahrer in eine Wartesituation kommen würde, ist eine Displayansteuerschaltung zur Ansteuerung eines für den Fahrer erkennbaren Displays vorgesehen ist, das dem Fahrer eine Warte-Empfehlung gibt, bis die Mindestmischzeit abgelaufen ist. Dabei ist es dem Fahrer jedoch freigestellt, auch vor Ablauf der Mindestmischzeit zu starten.

Somit ist es mit Hilfe der Erfindung möglich, mittels technischer Mittel dem Fahrer das Gefühl einer uneingeschränkten Fahrbereitschaft seines Fahrzeugs zu geben und gleichzeitig die Säurestratifikation der Batterie auf ein vorbestimmbares Min- destmass zu senken, so dass dadurch die Lebensdauer der Batterie verlängert wird. Es ist dem Fachmann klar, dass die Mischung des Elektrolyten vorzugsweise auch noch während des Startens beibehalten werden sollte, da in dieser Phase die Batterie durch die Hochstromverbraucher stark belastet wird und das Mischen des Elektrolyten die Stromabgabe befördert und den Verschleiss der Batterie senkt.

Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der beigefügten schematischen Zeichnung.

Fig. 1 zeigt den Funktionsablaufplan der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Da der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereits erläutert wurde, wird nachfolgend lediglich der Funktionsablauf der Vorrichtung in Funktionsschritten beschrieben:

- In einem ersten Funktionsschritt wird ermittelt, welche Hochstromverbraucher bei dem vorgesehenen Start und wie lange eingeschaltet werden müssen, bevor die Brennkraftmaschine den Generator antreibt, d. h. wie stark die Batterie vor- aussichtlich belastet wird.

- Ausgehend von dem Ergebnis des ersten Funktionsschrittes wird in einem zweiten Funktionsschritt eine Mindestmischungsdauer des Elektrolyten ermittelt, d. h. eine Zeitspanne, in der gemischt, aber noch nicht gestartet wird.

- Im dritten Verfahrensschritt wird die Durchmischung des Elektrolyten durchgeführt.

Wenn die Mindestmischzeit abgelaufen ist, werden die Hochstromverbraucher in der betriebsmäßig vorgesehenen Reihenfolge eingeschaltet.

An Hand der beschriebenen Ausführungsformen kann der Fachmann die technische Lehre der vorliegenden Erfindung vollständig entnehmen. Es ist klar, dass diese Ausführungsformen durch einen Fachmann mit Hilfe der erfindungsgemäs- sen Lehre weiterentwickelt und modifiziert oder kombiniert werden können. Daher fallen auch diese, nicht explizit genannten oder gezeigten weiteren Ausführungsformen in den Schutzbereich der nachfolgenden Patentansprüche.