Die Batterie – es reicht nicht aus, sie zu ersetzen, sie muss auch programmiert werden – Teil 1.

03.04.2024

Die Batterie – es reicht nicht aus, sie zu ersetzen, sie muss auch programmiert werden – Teil 1.

In diesem Artikel befassen wir uns zur Abwechslung einmal mit dem Thema Management… dem Laden von Batterien.
Um diesen Prozess optimieren zu können, braucht man die entsprechenden Daten. So geschehen beim Laden von Blei-Säure-Batterien, die in Autos als Startbatterien verwendet werden.  D as Erscheinen von Fahrzeugen auf dem Markt, die mit einem Start-Stopp-System ausgestattet sind, hat die Entwicklung von Systemen erzwungen, die das Anhalten mit ausgeschaltetem Motor ermöglichen. Im Stadtverkehr ist der reibungslose Ablauf des Fahrens in hohem Maße von den Ampeln abhängig. Das Warten auf die Fahrt kann von einigen Sekunden bis zu mehreren Minuten dauern. Das Stehenbleiben im Verkehr kann nicht nur Ungeduld bei den Fahrern hervorrufen, sondern auch Umweltverschmutzung durch einen laufenden Motor, der in dieser Zeit einfach abgeschaltet werden könnte. Haben wir also eine Lösung, um diesen Effekt auszugleichen?

Was hat sich durch Start-Stopp geändert?

Um das Start-Stopp-System in die Praxis umzusetzen, müssen eine Reihe von Systemen reibungslos funktionieren, die in zwei Hauptbereiche eingeteilt werden können: der mechanische Teil und der elektrische Teil. Beide erfordern spezifische Änderungen, damit das Start-Stopp-System richtig funktioniert. Im mechanischen Bereich ist zum Beispiel eine Erhöhung der Lebensdauer des Anlassers erforderlich .

Die Fahrt von A nach B erforderte vor Jahren nur einen einzigen Motorstart. Jetzt gibt es viel mehr solcher Zyklen, wenn Sie durch eine verstopfte Stadt fahren. Außerdem muss die Motorkonstruktion selbst mehr Starts verkraften. Die mechanischen Änderungen waren eine Anpassung dessen, was bereits vorhanden war, an die neuen Anforderungen. Bei der Elektrik hingegen musste vieles von Grund auf neu entwickelt werden. Das hat dazu geführt, dass der Austausch einer Batterie heute nicht nur ein mechanischer Vorgang ist. Eine neue Batterie muss beim Austausch zunehmend in das Auto ‚eingecheckt‘ werden. Und Batterien haben auch ihre eigenen Anforderungen.

Batterie für Start-Stopp

Start-Stopp-Systeme haben die Entwicklung von Batterien erzwungen, die mehrere Starts während der Fahrt verkraften können. Geschätzte eine typische Batterie hält für etwa 3.000 Startzyklen . Liczba rozruchów dla systemu Start-Stopp liegt in der Regel bei 2.000 pro Jahr . Gdyby oprzeć taki system na zwykłych akumulatorach, to wytrzymałyby 1,5 roku (a w praktyce mniej ze względu na inne ograniczenia). Przy wymaganej corocznej wymianie akumulatora taka sytuacja byłaby nieakceptowalna.

Hier kommt die AGM-Batterie zum Tragen. Diese Batterie eignet sich aufgrund ihrer schnelleren Ladungsaufnahme gut für Autos mit Start-Stopp-Systemen. Darüber hinaus ist ihre größere Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen und ihre sicherere Konstruktion heute eine Voraussetzung für neue Konstruktionen geworden.
Der Einschluss des Elektrolyts in der Glasfasermatte erhöht die Freiheit der Platzierung der Batterie im Fahrzeug. Sie können sie an verschiedenen Stellen unterbringen, z. B. unter dem Sitz oder im Kofferraum. All dies macht AGM-Batterien zur bevorzugten Wahl für Start-Stopp-Systeme. Neben der AGM-Technologie wird auch eine verbesserte traditionelle Autobatterie, die so genannte EFB, verwendet. Die bei diesem Batterietyp verwendete Polyesterbeschichtung auf den positiven Platten erhöht die Stabilität des zyklischen Betriebs. Die EFB ist eine alternative Wahl für Fahrzeuge mit Start-Stopp-Systemen.
Der neueste Ansatz zu diesem Thema ist die Verwendung von Li-Ionen-Batterien, die bereits eine fast ‚Black Box‘ bilden – mit Schutz, Zustandsüberwachung und Diagnose in einem einzigen Gehäuse.

Jeder Start verbraucht Energie, die der Batterie entnommen wird. Und dieser Verlust muss laufend wieder aufgefüllt werden. Um einen Überblick über den Ladezustand der Batterie zu erhalten, mussten Systeme entwickelt werden, die solche Messungen vornehmen können. Dieser Bedarf führte zur Entwicklung von Batteriemanagementsystemen (BMS). Um den Ladevorgang der Batterie beeinflussen zu können, wurden Lichtmaschinen mit einem konfigurierbaren Spannungsregler entwickelt. All dies ermöglichte es, Diagnosen einzuführen und die Anzeige des Bordcomputers zu informieren, wenn eine Batterie defekt ist oder ausgetauscht werden muss. Das Thema BMS scheint recht komplex zu sein, daher werden wir uns ein wenig mehr mit seiner Funktionsweise beschäftigen….

Wie das BMS (Batterie-Management-System)?

Die ersten Systeme zur Bestimmung des Batteriezustands waren relativ einfach.
Das lag an der allmählichen Entwicklung des Systems und der Erweiterung der benötigten Funktionen. Der erste Schritt bei der Implementierung des BMS in Fahrzeugen war dieHinzufügung eines Sensors, der die Richtung und den Strom misst, der zur Batterie fließt. Die Daten von diesem Sensor werden an das BCM (Body Control Module) weitergeleitet. Dieses Modul wiederum sammelt Informationen von einer Reihe anderer Sensoren und dem Status aktiver Schaltkreise, wie z.B. eingeschaltete Lichter oder die Heckscheibenheizung. Diese verarbeiteten Informationen über das Laden/Entladen und die geschalteten Verbraucher werden an die Motor-ECU (Electronic Control Unit) weitergeleitet. In einem Schritt kommuniziert dieses Steuergerät mit der Lichtmaschine und kann deren Parameter ändern. Diese Strategie wurde z.B. im Opel Insignia verwendet. Kommen wir nun zu dem Abschnitt über den Strom und seine Messungen.

Stromsensoren – links die intelligente Klemme (5QA915181), rechts der Stromsensor (13502261), der durch das zur Batterie führende Kabel fließt.

Messung des Batteriestroms

Autos haben meist Batterien, die die Systeme des Fahrzeugs starten und mit Strom versorgen, wenn der Motor nicht läuft. Daher ist es notwendig, den Zustand der Batterie zu überwachen, nicht nur während der Fahrt. Die Batterie in einem Auto wird entladen, wenn der Motor ausgeschaltet ist und die Lichtmaschine nicht antreibt. Dies geschieht zum Beispiel bei einem kurzen Stopp, wenn das Start-Stopp-System aktiviert ist. Auch wenn das Auto geparkt ist und ruht, wird immer noch Strom aus der Batterie entnommen, auch wenn dieser viel geringer ist. Auch wenn der Motor läuft, ziehen viele Geräte im Auto Strom, der in der Summe sehr hoch sein kann. Dies kann dazu führen, dass die von der Lichtmaschine erzeugte Strommenge den Bedarf im System nicht vollständig deckt. Der Verlust wird natürlich von der Batterie ausgeglichen, was deren Entladung verschlimmert. Es ist daher wichtig, den Strom zu überwachen. Nach und nach wurden die Messmöglichkeiten von BMS-Systemen erweitert, um den Zustand der Batterie besser zu überwachen, insbesondere bei Zellentypen, die empfindlich auf Überlastung oder Überladung reagieren. Dies hat dazu geführt, dass die Batterie zu einem Modul mit einer eigenen Kommunikationsschnittstelle geworden ist. Was das für die Nutzer des Autos und die Servicetechniker bedeutet, die es bedienen, erfahren Sie im zweiten Teil des Artikels.

Der moderne Li-Ionen-Akku, der in Autos verwendet wird, verfügt bereits über ein integriertes BMS und erfordert eine Kommunikation mit dem Steuergerät.

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