Immer startbereit – Batterieüberwachung im Kfz

Kennen Sie das? Sie steigen eines Wintermorgens in Ihr Auto, drehen den Zündschlüssel, doch außer einem müden »Klick« passiert gar nichts. Nach mehreren Versuchen geben Sie entnervt auf. Schuld ist meist die Batterie. Mithilfe der modernen Halbleitertechnik lassen sich nun die Batteriekennwerte bestimmen. Dadurch soll der Fahrer rechtzeitig gewarnt werden, sodass der oben geschilderte Fall nicht mehr eintreten kann.

Kennen Sie das? Sie steigen eines Wintermorgens in Ihr Auto, drehen den Zündschlüssel, doch außer einem müden »Klick« passiert gar nichts. Nach mehreren Versuchen geben Sie entnervt auf. Schuld ist meist die Batterie. Mithilfe der modernen Halbleitertechnik lassen sich nun die Batteriekennwerte bestimmen. Dadurch soll der Fahrer rechtzeitig gewarnt werden, sodass der oben geschilderte Fall nicht mehr eintreten kann.

Um die Startfähigkeit eines Kraftfahrzeuges unter allen Umständen zu erhalten, ist es unumgänglich, den Zustand der Batterie genau zu kennen. Glaubte man früher noch, dass dazu die einfache Messung der elektrischen Spannung ausreichend ist, haben Untersuchungen bei den Fahrzeugherstellern ergeben, dass dazu eine genaue und zeitgleiche Messung des Stromes, der aus der Batterie heraus beziehungsweise in sie hinein fließt, und der Batteriespannung notwendig ist. Zusätzlich ist auch noch die Batterietemperatur zu ermitteln, um dann mit Hilfe eines hoch entwickelten Batteriealgorithmus’ die Kenngrößen SOC (State of Charge) und SOH (State of Health) berechnen zu können. Diese Aufgabe übernimmt der »intelligente« Batteriesensor (IBS), der nach gemeinsamen Spezifikationen von BMW, Audi und DaimlerChrysler erstmals durch die Zulieferfirmen Hella und Bosch entwickelt wurde. Mittlerweile haben weitere Firmen dieses Konzept übernommen.

Kernstück des aktuellen IBS ist ein Halbleiterbaustein von Analog Devices, der »ADuC703x«. Diese Bausteinfamilie integriert sämtliche Funktionen, die dazu nötig sind in einem 7 mm x 7 mm großen Gehäuse. Im Wesentlichen sind dies bis zu drei A/D-Wandler mit 16 Bit Auflösung, ein ARM7-Mikrocontroller, Flashspeicher, Stromversorgung, LIN- und BSD-Schnittstelle sowie verschiedene Überwachungsund Diagnosefunktionen.

Bereits im Jahr 2000 startete die Zusammenarbeit der Firma Analog Devices mit dem Hause BMW zum Thema »intelligenter« Batteriesensor. Zu diesem Zeitpunkt war der so genannte »IBS2003« in Entwicklung, der im Jahr 2003 im 5-er BMW seinen Serienstart hatte. Dieses System hatte prinzipiell den gleichen Aufbau wie der aktuelle Batteriesensor, verwendete aber sechs verschiedene Bausteine, um die Signalkette zu realisieren. Zur Messung des Lade- und Entladestromes wurde ein Maganin-Shunt mit 200 µΩ direkt an den Minuspol der Fahrzeugbatterie angebracht.

Um die Systemkosten für den Batteriesensor über Volumeneffekte weiter zu senken, entstand im Jahr 2003 eine Zusammenarbeit der Fahrzeughersteller BMW, Audi und DaimlerChrysler. Das Ergebnis dieser Zusammenarbeit war eine gemeinsame Spezifikation für die technischen Anforderungen an den IBS. Das Ziel war, im Jahr 2006 mit einem Standardprodukt in Serie gehen zu können. Für die Elektronik des »IBS2006« ergaben sich aus dieser Spezifikation und den Kostenzielen weiter verschärfte Anforderungen:

  • Reduzierung des Shunts zur Stromessung von 200 µΩ auf etwa 100 µΩ,
  • Auflösung der A/D-Wandler von 16 Bit (<1 mA),
  • simultanes Messen von Strom und Spannung,
  • genaue Temperaturerfassung,
  • leistungsfähiger Mikrocontroller zur Echtzeitanalyse z.B. beim Motorstart sowie
  • kleinste, hoch integrierte Bauform (Single-Chip-Lösung).

Diese Eigenschaften sollen gewährleisten, dass der IBS für alle Messgrößen vom Ruhestrom im Milliamperebereich bis zum Startvorgang eines kalten, großvolumigen Dieselmotors exakte Werte liefert.