DE102010032280A1

DE102010032280A1 - Energy system or electrical system with measuring unit and measuring unit for measuring the impedance of an energy storage in the energy system or electrical system

Info

Publication number: DE102010032280A1
Application number: DE102010032280A
Authority: DE
Inventors: Markus Gilch; Sergio Perez-Guillen
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2011-10-06
Also published as: WO2011124456A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinheit zur Messung der Impedanz eines Energiespeichers im Energiesystem bzw. Bordnetz bspw. eines Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Energiesystem bzw. ein Bordnetz mit einer erfindungsgemäßen Messeinheit. Gattungsgemäße Messeinheiten finden ihre Anwendungen insb. in Bordnetzen von Fahrzeugen. Im Bordnetz eines Fahrzeugs eingebundene Energiespeicher müssen regelmäßig auf die zulässige Impedanz, also Innenwiderstand (in englisch Equivalent Serial Resistance ESR genannt, auch Ersatzserienwiderstand, Eigenwiderstand genannt) geprüft werden. Ziel dieser Impedanzmessung ist die Diagnose der betreffenden Leitungszweige auf Kontaktprobleme, offene Verbindungen oder Überschreitung der zulässigen Grenzwerte vom Widerstand oder von der Kapazität der Energiespeicher selbst. Für Start-/Stop-Systeme eines Fahrzeugs und Bordnetzstabilisierungen hat diese Diagnose besondere Bedeutung, weil die Impedanz von Energiespeichern und deren Zuleitungen die Wiederstartfähigkeit beschreibt. Übersteigt die Impedanz optional zuschaltbarer Energiespeicher ein bestimmtes Maß, dann wird die Start-Stopp Funktion deaktiviert. In vielen Anwendungen trägt diese Diagnose der Impedanz sogar zur funktionalen Sicherheit des Fahrzeugs bei.The present invention relates to a measuring unit for measuring the impedance of an energy store in the energy system or on-board network, for example of a vehicle. The invention also relates to an energy system or an on-board network with a measuring unit according to the invention. Generic measuring units are used particularly in vehicle electrical systems. Energy storage devices integrated in the on-board network of a vehicle must be checked regularly for the permissible impedance, i.e. internal resistance (in English called Equivalent Serial Resistance ESR, also called equivalent series resistance, internal resistance). The aim of this impedance measurement is to diagnose the relevant branch lines for contact problems, open connections or exceeding the permissible limit values for the resistance or the capacity of the energy storage device itself. This diagnosis is of particular importance for start / stop systems of a vehicle and on-board network stabilization because the impedance of Energy storage devices and their supply lines describe the ability to restart. If the impedance of optionally connectable energy storage devices exceeds a certain level, the start-stop function is deactivated. In many applications, this diagnosis of impedance even contributes to the functional safety of the vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinheit zur Messung der Impedanz eines Energiespeichers im Energiesystem bzw. Bordnetz bspw. eines Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Energiesystem bzw. ein Bordnetz mit einer erfindungsgemäßen Messeinheit.The present invention relates to a measuring unit for measuring the impedance of an energy store in the energy system or electrical system, for example, a vehicle. Furthermore, the invention relates to an energy system or a vehicle electrical system with a measuring unit according to the invention.

Gattungsgemäße Messeinheiten finden ihre Anwendungen insb. in Bordnetzen von Fahrzeugen. Im Bordnetz eines Fahrzeugs eingebundene Energiespeicher müssen regelmäßig auf die zulässige Impedanz, also auf den Innenwiderstand (auch Ersatzserienwiderstand, Eigenwiderstand genannt, in englisch Equivalent Serial Resistance ESR) geprüft werden. Ziel dieser Impedanzmessung ist die Diagnose der betreffenden Leitungszweige auf Kontaktprobleme, offene Verbindungen oder Überschreitung der zulässigen Grenzwerte vom Widerstand oder von der Kapazität der Energiespeicher selbst. Für Start-/Stop-Systeme eines Fahrzeugs und Bordnetzstabilisierungen hat diese Diagnose besondere Bedeutung, weil die Impedanz von Energiespeichern und deren Zuleitungen die Wiederstartfähigkeit beschreibt. Übersteigt die Impedanz optional zuschaltbarer Energiespeicher ein bestimmtes Maß, dann wird die Start-Stopp Funktion deaktiviert. In vielen Anwendungen trägt die Diagnose der Impedanz sogar zur funktionalen Sicherheit des Fahrzeugs bei.Generic measuring units find their applications esp. In on-board networks of vehicles. Energy stores integrated in the on-board network of a vehicle must be tested regularly for the permissible impedance, ie for the internal resistance (also known as equivalent series resistance, inherent resistance, in English Equivalent Serial Resistance ESR). The aim of this impedance measurement is to diagnose the relevant line branches for contact problems, open connections or exceeding the permissible limits of the resistance or the capacity of the energy storage itself. For vehicle start / stop systems and vehicle electrical system stabilizations, this diagnosis is particularly important because the impedance of Energy stores and their leads describes the restartability. If the impedance of optionally switchable energy storage exceeds a certain level, then the start-stop function is deactivated. In many applications, the diagnosis of impedance even contributes to the functional safety of the vehicle.

Eine Überwachung der Batteriespannung und der Generatorspannung kann bei Systemen zur Bordnetzstabilisierung fahrzeugseitig weiterführende Diagnosen ermöglichen. Allerdings sind bei solcher Überwachung nur Aussagen wie „elektrische Verbindung zum Energiespeicher in Ordnung” oder „nicht in Ordnung” möglich.A monitoring of the battery voltage and the generator voltage can enable on-board diagnostics in systems for on-board system stabilization. However, such statements only statements such as "electrical connection to the energy storage in order" or "not in order" possible.

Bei der regelmäßigen Funktionsprüfung von Bordnetzstabilisierungskomponenten, speziell der angeschlossenen, ggf. zuschaltbaren Energiespeicher, muss notwendigerweise auch der Innenwiderstand, also die Impedanz eines Leitungszweiges des Energiespeichers, also der Zuleitung bzw. der Verbindungsstellen zum Energiespeicher durch ein elektrisches Messverfahren während des Fahrzeugbetriebes geprüft werden.In the regular functional testing of on-board system stabilization components, especially the connected, optionally switchable energy storage, the internal resistance, ie the impedance of a line branch of the energy storage, so the supply or the connection points to the energy storage must necessarily be checked by an electrical measurement method during vehicle operation.

Sehr hohe Ansprüche an die Genauigkeit der Diagnose stellt der extrem niederohmige Aufbau der Bordnetze. Große Kabelquerschnitte und niedrige Innenwiderstände der Systemkomponenten zwingen zu Analysen im MilliOhm-Bereich, wozu normalerweise kostenintensive und hochgenaue Messgeräte notwendig sind.Very high demands on the accuracy of the diagnosis is the extremely low-impedance construction of the vehicle electrical system. Large cable cross-sections and low internal resistance of the system components force analyzes in the milli-ohm range, which normally requires cost-intensive and highly accurate measuring devices.

In diesen sicherheitskritischen Stromnetzen muss eine Eigendiagnose durch ständige Prüfung des jeweils betriebenen Leitungszweiges die Verbindungsqualität, nämlich eine Verbindung besteht oder nicht, und den Innenwiderstand bzw. den Sollwert des Innenwiderstands ± Toleranz über Lebensdauer ermitteln.In these safety-critical electrical systems, a self-diagnosis must be carried out by constantly checking the respective operated line branch the connection quality, namely a connection or not, and determine the internal resistance or the setpoint of the internal resistance ± tolerance over life.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, eine Messeinheit zur Messung der Impedanz eines Energiespeichers eines Energiesystems bzw. Bordnetzes bereitzustellen, welche eine autarke, systeminterne und bordnetzseitige Diagnose des Energiespeichers mit einer hohen Genauigkeit, und einer hohen Zuverlässigkeit ermöglicht.The object of the present invention is therefore to provide a measuring unit for measuring the impedance of an energy storage of an energy system or vehicle electrical system, which enables a self-sufficient, intrinsic and on-board diagnosis of the energy storage device with high accuracy, and high reliability.

Die Aufgabe wird mit einer Messeinheit mit Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Messeinheit für einen Energiespeicher im Energiesystem bzw. Bordnetz eines Fahrzeugs, wobei das Bordnetz einen Generator zur Stromversorgung für zumindest einen Energieverbraucher im Bordnetz aufweist, ist so ausgeführt, dass diese während des Stillstandes des Generators (Startergenerators), nämlich in der Zeit, wo der Generator keinen Strom in das Bordnetz einspeist oder von dem Bordnetz abzieht, den Innenwiderstand (ESR: Equivalent Serial Resistance: Ersatzserienwiderstand, Eigenwiderstand), also die Impedanz des Energiespeichers ermittelt.The object is achieved with a measuring unit with features of claim 1. The measuring unit according to the invention for an energy storage in the energy system or electrical system of a vehicle, wherein the electrical system has a generator for power supply for at least one energy consumer in the electrical system, is designed so that this during standstill of the generator (starter generator), namely in the time where the generator does not feed any current into the vehicle electrical system or disconnects it from the electrical system, the internal resistance (ESR: equivalent serial resistance: equivalent series resistance, intrinsic resistance), ie the impedance of the energy storage determined.

Hierzu lädt die Messeinheit während des Stillstandes des Generators vorzugsweise den Energiespeicher mit einem Ladestrom mit einer vorgegebenen Stromstärke auf, wobei das Bordnetz hierzu bspw. eine Batterie zur Bereitstellung des Laststroms aufweist. Alternativ entlädt Messeinheit den Energiespeicher mit einem Entladestrom mit einer vorgegebenen Stromstärke. Während des Lade- bzw. Entladevorgangs des Energiespeichers misst die Messeinheit die Ladespannung am Energiespeicher.For this purpose, during the standstill of the generator, the measuring unit preferably charges the energy store with a charging current having a predetermined current, the vehicle electrical system having, for example, a battery for providing the load current. Alternatively, the measuring unit discharges the energy store with a discharge current having a predetermined current. During the charging or discharging process of the energy store, the measuring unit measures the charging voltage at the energy store.

Dank der erfindungsgemäßen Messeinheit kann eine regelmäßige Funktionsprüfung von Bordnetzstabilisierungskomponenten, speziell der angeschlossenen, ggf. zuschaltbaren Energiespeicher durch Ermittlung der Impedanz des Leitungszweiges (Energiespeicher, Zuleitung, Verbindungsstellen) durch ein elektrisches Messverfahren während des Betriebs des Bordnetzes durchgeführt werden.Thanks to the measuring unit according to the invention, a regular functional test of electrical system stabilization components, especially the connected, optionally switchable energy storage can be performed by determining the impedance of the line branch (energy storage, supply, connection points) by an electrical measuring method during operation of the electrical system.

Da die Messung der Impedanz zu Zeiten durchgeführt wird, wo der Bordnetzstrom gleich Null oder vernachlässigbar niedrig ist, können die Störungen durch Bordnetzstrom wie die Schwankungen bei der Betriebsspannung durch Generatorstrom ohne zusätzliche Messabgriffe einfach umgangen werden. Since the measurement of the impedance is carried out at times when the on-board electrical system current is zero or negligibly low, the disturbances due to the on-board electrical system current, such as fluctuations in the operating voltage can be easily bypassed by generator current without additional measuring taps.

Vorzugsweise misst die Messeinheit die Ladespannung am Energiespeicher in einem Zeitraum von unmittelbar vor Beginn des Lade- bzw. Entladevorgangs des Energiespeichers bis unmittelbar nach dem Ende des Lade- bzw. Entladevorgangs des Energiespeichers.The measuring unit preferably measures the charging voltage at the energy store in a period of time immediately before the beginning of the charging or discharging process of the energy store until immediately after the end of the charging or discharging process of the energy store.

Um die Messzeit zu sparen, kann die Messeinheit alternativ auch die Ladespannung am Energiespeicher nur in einem Zeitraum von unmittelbar vor Beginn bis unmittelbar nach dem Beginn des Lade- bzw. Entladevorgangs des Energiespeichers, oder in einem Zeitraum von unmittelbar vor dem Ende bis unmittelbar nach dem Ende des Lade- bzw. Entladevorgangs des Energiespeichers messen.In order to save the measuring time, the measuring unit can alternatively also the charging voltage to the energy storage only in a period from immediately before the start until immediately after the start of the charging or discharging the energy storage, or in a period from immediately before the end to immediately after Measure the end of charging or discharging the energy storage.

Die Messeinheit weist vorteilhafterweise einen Hochpassfilter auf, welcher aus den Messwerten der Ladespannung durch eine Hochpassfilterung einen sogenannten Spannungssprungwert herausfiltert, welcher (der Spannungssprungwert) unmittelbar nach dem Beginn bzw. nach dem Ende des Lade- bzw. Entladevorgangs auftritt.The measuring unit advantageously has a high-pass filter which filters out of the measured values of the charging voltage by a high-pass filtering a so-called voltage jump value which occurs (the voltage jump value) immediately after the beginning or after the end of the charging or discharging process.

Dabei zieht die Messeinheit die aufeinanderfolgenden, unmittelbar nach dem Beginn des Lade- bzw. Entladevorgangs erfassten Messwerte der Ladespannung oder die aufeinanderfolgenden, unmittelbar vor dem Beginn bis unmittelbar nach dem Beginn des Lade- bzw. Entladevorgangs erfassten Messwerte der Ladespannung zur Hochpassfilterung heran und ermittelt durch entsprechende Hochpassfilterung den ersten Spannungssprungwert ΔU1 aus diesen Messwerten.In this case, the measuring unit draws the successive measured values of the charging voltage detected immediately after the start of the charging or discharging process or the successive measured values of the charging voltage for high-pass filtering, which are detected immediately before the start until immediately after the start of the charging or discharging process corresponding high-pass filtering the first voltage jump ΔU1 from these measurements.

Alternativ zieht die Messeinheit die aufeinanderfolgenden, unmittelbar nach dem Ende des Lade- bzw. Entladevorgangs erfassten Messwerte der Ladespannung bzw. die aufeinanderfolgenden, unmittelbar vor dem Ende bis unmittelbar nach dem Ende des Lade- bzw. Entladevorgangs erfassten Messwerte der Ladespannung zur Hochpassfilterung heran und ermittelt durch entsprechende Hochpassfilterung den ersten Spannungssprungwert ΔU2.Alternatively, the measuring unit draws the successive measured values of the charging voltage or the successive measured values of the charging voltage for high-pass filtering, which are detected immediately before the end until immediately after the end of the charging or discharging process, immediately after the end of the charging or discharging process by appropriate high-pass filtering the first voltage jump ΔU2.

Aus einem dieser beiden Spannungssprungwerte ΔU1, ΔU2 und dem vorgegebenen Lade- bzw. Entladestromwert I_M berechnet die Messeinheit anhand folgender Gleichungen:

den Innenwiderstand R_ES also die Impedanz des Energiespeichers.From one of these two voltage jump values ΔU1, ΔU2 and the predefined charging or discharging current value I_M, the measuring unit calculates on the basis of the following equations:

the internal resistance R_ES so the impedance of the energy storage.

Zum Kompensieren von restlichen Messungenauigkeiten wird der Innenwiderstand R_ES vorzugsweise anhand folgender Gleichung ermittelt:

To compensate for remaining measurement inaccuracies, the internal resistance R_ES is preferably determined by the following equation:

Die Messeinheit ermittelt den Innenwiderstand des Energiespeichers in einem Zeitraum, wo der Generator keinen Strom in das Bordnetz einspeist oder vom Bordnetz abzieht, wobei das Bordnetz einen Datenbus vorzugsweise einen LIN-Bus aufweist, wobei die Messeinheit über den Datenbus den Betriebszustand des Generators erfragt und beim Vorliegen eines Bus-Signals bzw. LIN-Signals mit einer vorgegebenen Signalbotschaft, welche einen Stillstand des Generators bzw. einen Übergang des Betriebszustands des Generators zum Stillstand mitteilt, beginnt, den Energiespeicher mit dem vorgegebenen Lade- bzw. Entladestrom aufzuladen bzw. zu entladen.The measuring unit determines the internal resistance of the energy store in a period where the generator does not feed electricity into the electrical system or deducted from the electrical system, the electrical system preferably has a data bus a LIN bus, the measuring unit via the data bus queries the operating state of the generator and the The presence of a bus signal or LIN signal with a predetermined signal message, which indicates a standstill of the generator or a transition of the operating state of the generator to a standstill, begins to charge or discharge the energy store with the predetermined charge or discharge current.

In einer bevorzugten Ausführungsform ermittelt die Messeinheit den Innenwiderstand des Energiespeichers in einem Zeitraum, wo der Stopp-Phase des Generators durch die Start-/Stopp-Automatik des Fahrzeugs eingeleitet ist.In a preferred embodiment, the measuring unit determines the internal resistance of the energy storage in a period where the stop phase of the generator is initiated by the automatic start / stop of the vehicle.

Alternativ ermittelt die Messeinheit den Innenwiderstand des Energiespeichers in einem Zeitraum unmittelbar nach dem Ausschalten des Fahrzeugverbrennungsmotors. Alternatively, the measuring unit determines the internal resistance of the energy storage device in a period immediately after the vehicle internal combustion engine is switched off.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ermittelt die Messeinheit den Innenwiderstand des Energiespeichers in einem Zeitraum unmittelbar nachdem der Zündschlüssel vom Zündschloss herausgezogen wurde.In a further preferred embodiment, the measuring unit determines the internal resistance of the energy store in a period immediately after the ignition key has been pulled out of the ignition lock.

In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ermittelt die Messeinheit den Innenwiderstand des Energiespeichers in einem Zeitraum unmittelbar nachdem das Fahrzeug bspw. mit einem schlüssellosen Fahrzeugentriegelungssystem (in englisch ”Keyless-Entry”-System) entriegelt wurde und bevor der Fahrzeugverbrennungsmotor gestartet wird. Die Zeit zwischen Einsteigen und Starten des Motors kann für eine Messung des Innenwiderstands genutzt werden.In yet another preferred embodiment, the measuring unit determines the internal resistance of the energy storage in a period immediately after the vehicle has been unlocked, for example. With a keyless entry system and before the vehicle engine is started. The time between getting in and starting the motor can be used to measure the internal resistance.

In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ermittelt die Messeinheit den Innenwiderstand des Energiespeichers in einem Zeitraum unmittelbar nachdem der Zündschlüssel vom Zündschloss hineingesteckt wurde und vor dem Starten des Fahrzeugverbrennungsmotors.In yet another preferred embodiment, the measuring unit determines the internal resistance of the energy storage in a period immediately after the ignition key has been inserted from the ignition and before starting the vehicle combustion engine.

Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Energiesystem zur Stromversorgung für zumindest einen Energieverbraucher bereit, welches einen Generator und einen Energiespeicher aufweist, wobei der Generator und der Energiespeicher den Energieverbraucher mit Strom versorgt, wobei das Energiesystem die oben beschriebene erfindungsgemäße Messeinheit zur Messung der Impedanz eines Energiespeichers des Energiesystems aufweist.The present invention furthermore provides an energy system for supplying power to at least one energy consumer, which has a generator and an energy store, the generator and the energy store supplying power to the energy consumer, the energy system measuring the above-described inventive measuring unit for measuring the impedance of an energy store of the Energy system has.

Das erfindungsgemäße Energiesystem weist vorzugsweise einen Datenbus (vorzugsweise einen LIN-Bus) auf, wobei die erfindungsgemäße Messeinheit dieses Energiesystems über diesen Datenbus den Betriebszustand des Generators abfragt und beim Vorliegen eines Bus-Signals bzw. LIN-Signals mit einer vorgegebenen Signalbotschaft, welche einen Stillstand des Generators bzw. einen Übergang des Betriebszustands des Generators zu einer Betriebsruhephase mitteilt, beginnt, den Energiespeicher mit dem vorgegebenen Lade- bzw. Entladestrom I_M aufzuladen bzw. zu entladen und die Ladespannung am Energiespeicher zu messen.The energy system according to the invention preferably has a data bus (preferably a LIN bus), wherein the measuring unit of this energy system queries the operating state of the generator via this data bus and in the presence of a bus signal or LIN signal with a predetermined signal message, which a standstill of the generator or a transition of the operating state of the generator to a quiet operating phase begins to charge the energy storage with the predetermined charging or discharging current I_M or to discharge and to measure the charging voltage at the energy storage.

Ferner stellt die vorliegende Erfindung stellt ein Bordnetz eines Fahrzeugs, wobei das Bordnetz einen Generator und einen Energiespeicher zur Stromversorgung für zumindest einen Energieverbraucher im Bordnetz sowie die oben beschriebene erfindungsgemäße Messeinheit aufweist.Furthermore, the present invention provides an electrical system of a vehicle, wherein the electrical system has a generator and an energy storage for power supply for at least one energy consumer in the electrical system and the above-described inventive measuring unit.

Wie beim oben genannten Energiesystem weist das Bordnetz vorteilhafterweise einen Datenbus (bzw. LIN-Bus) auf, wobei die Messeinheit über den Daten- bzw. LIN-Bus den Betriebszustand des Generators abfragt und beim Vorliegen eines Bus-Signals mit einer vorgegebenen Signalbotschaft, welche einen Stillstand des Generators bzw. einen Übergang des Betriebszustands des Generators zum Stillstand mitteilt, beginnt, den Energiespeicher mit dem vorgegebenen Lade- bzw. Entladestrom I_M aufzuladen bzw. zu entladen.As in the above-mentioned energy system, the electrical system advantageously has a data bus (or LIN bus), wherein the measuring unit via the data or LIN bus queries the operating state of the generator and in the presence of a bus signal with a predetermined signal message, which indicates a standstill of the generator or a transition of the operating state of the generator to a standstill begins to charge the energy storage with the predetermined charging or discharging current I_M or to discharge.

Die besten Zeitpunkte für eine Innenwiderstandmessung sind unmittelbar nach Stillstand des Generators/Starter-Generators – also in der Stopp-Phase, z. B. beim Ampelhalt. Generell sind die Generatorruhephasen zu Beginn, während der Stopp-Phasen und am Ende eines Fahrzyklus nach dem Ausschalten der Zündung am Besten für eine Innenwiderstandmessung geeignet. Dann werden alle noch vorhandenen Bordnetzströme durch die Kapazität der Batterie stark geglättet und wirken sich nur noch in vernachlässigbarer Weise auf die Qualität der Innenwiderstandmessung aus.The best times for an internal resistance measurement are immediately after standstill of the generator / starter generator - ie in the stop phase, z. B. at the traffic light stop. In general, the generator rest phases at the beginning, during the stop phases and at the end of a driving cycle after switching off the ignition are best suited for an internal resistance measurement. Then all remaining electrical system currents are greatly smoothed by the capacity of the battery and affect only negligible on the quality of the internal resistance measurement.

Alternativer ebenfalls gut geeigneter Messzeitpunkt ist der Zeitpunkt, wo der Startergenerator in den Generatorbetriebsruhemodus (in englisch StallingHelp, ein Betriebsmodus, wo der Generator im Bremsbetrieb ist, um den Verbrennungsmotor schneller zum Stillstand zu bringen) geht, also wenn der Startergenerator kurz vor nach Aktivierung der Stopp-Phase den Motor zusätzlich abbremst. Während dieser Phase gibt es eine Zeitspanne, wo der Generatorstrom ebenfalls nahe Null ist und somit eine störungsfreie Innenwiderstandmessung erlaubt.Another alternative, which is a good time to measure, is when the starter generator goes into generator run mode (in English StallingHelp, an operating mode where the generator is in braking mode to bring the engine to a faster stop), ie when the starter generator is about to start Stop phase, the engine additionally brakes. During this phase, there is a period of time when the generator current is also close to zero, thus allowing interference-free internal resistance measurement.

Ein dritter geeigneter Zeitpunkt für störungsfreie Messungen besteht nach Eingang eines Bus-Signals „Ruhemodus” (in englisch „Sleep-Mode”), also ein Betriebsmodus, wo der Generator deaktiviert ist und bleibt. Nach Empfang dieser Nachricht wird ebenfalls bei inaktivem Generator noch der Innenwiderstandswert ermittelt, gespeichert und per Bussignal an den Master gesendet. Anschließend geht die Messeinheit bzw. die Steuereinheit für das Energiespeichersystem im Bordnetz, in der die Messeinheit integriert ist in den „Ruhemodus”, also in den Betriebsruhezustand über. Analog dazu ist eine Aktivierung vor dem Erststart des Fahrzeugs möglich.A third suitable time for trouble-free measurements is after receipt of a bus signal "sleep mode" (in English "sleep mode"), ie an operating mode where the generator is disabled and remains. After receiving this message, the internal resistance value is also determined with inactive generator, stored and sent by bus signal to the master. Subsequently, the measuring unit or the control unit for the energy storage system in the electrical system, in which the measuring unit is integrated into the " Sleep mode ", ie in the idle state via. Similarly, activation is possible before the first start of the vehicle.

Vorzugsweise wird dieser dritte, letztgenannte Zeitpunkt für die Innenwiderstandmessung verwendet, da in dieser Phase davon auszugehen ist, dass in den meisten Fällen auch thermisch stabile Zustände im Bordnetz herrschen. Thermisch stabile Zustände steigern die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Innenwiderstandmessung. Damit entfallen zusätzliche Streuungen der Innenwiderstandswerte zwischen Kaltstart und Warmstart. Die Wahl dieses Zeitpunktes erspart in jedem Fall einen zusätzlichen Messpfad, der für die von Bordnetzschwankungen, wie z. B. Spannungsschwankungen im Bordnetz, unabhängige Durchführung einer Messung notwendig wäre.Preferably, this third, the latter time is used for the internal resistance measurement, since in this phase it can be assumed that in most cases, thermally stable conditions prevail in the electrical system. Thermally stable states increase the accuracy and reliability of the internal resistance measurement. This eliminates additional variations in the internal resistance values between cold start and warm start. The choice of this point in each case saves an additional measurement path, which is responsible for the fluctuations of the electrical system, such. B. voltage fluctuations in the electrical system, independent implementation of a measurement would be necessary.

Eine Durchführung der Messung in absoluten Fahrzeugstillstandsphasen wäre ebenfalls denkbar.A performance of the measurement in absolute vehicle standstill phases would also be conceivable.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutet. Als Beispiel dient dabei ein Bordnetz eines Fahrzeugs. Es zeigen,In the following the invention will be explained in more detail by means of an embodiment with the aid of figures. As an example, an electrical system of a vehicle is used. Show it,

1 das Bordnetz mit einer erfindungsgemäßen Messeinheit in schematischer Darstellung, und 1 the electrical system with a measuring unit according to the invention in a schematic representation, and

2 den erfindungsgemäßen Messvorgang in einem Signalablaufdiagram. 2 the measurement process according to the invention in a signal flow diagram.

Das Bordnetz BN eines Fahrzeugs weist einen Generator G, eine Gruppe von Energieverbrauchern, welche zusammengefasst als Systemlast LORD bezeichnet werden können, und eine Batterie BAT sowie einen Energiespeicher ES als sekundäre Energiequelle zum Generator G und zur Batterie BAT auf. Der Generator G, der Energiespeicher ES und die Batterie BAT sind energieerzeugende Komponenten und können daher zusammengefasst als Energiesystem bezeichnet werden (siehe 1).The vehicle electrical system BN of a vehicle has a generator G, a group of energy consumers, which can be collectively referred to as the system load LORD, and a battery BAT and an energy store ES as a secondary energy source to the generator G and to the battery BAT. The generator G, the energy storage ES and the battery BAT are energy-generating components and can therefore be referred to collectively as the energy system (see 1 ).

Der Generator G ist bspw. als Drehstrommaschine mit nachgeschalteter Gleichrichterschaltung ausgebildet und dient als Energiewandler und versorgt beim Betrieb des Fahrzeugs die elektrischen Verbraucher LORD im Bordnetz BN mit elektrischem Strom. Die Batterie BAT dient zur Stabilisierung der Netzspannung im Bordnetz BN in nominalen Zuständen.The generator G is, for example, designed as a three-phase machine with a downstream rectifier circuit and serves as an energy converter and supplies the electrical load LORD in the electrical system BN with electrical current during operation of the vehicle. The battery BAT is used to stabilize the mains voltage in the electrical system BN in nominal states.

Der Energiespeicher ES dient als sekundäre Energiequelle und wird von einer hier nicht dargestellten Steuereinheit angesteuert durch Zuschalten eines zwischengeschalteten steuerbaren Schalters SW bei Bedarf ins Bordnetz BN eingeschaltet, wenn der Generator G und die Batterie BAT allein die Stromversorgung für die Systemlast LORD nicht bewältigen können. Der Energiespeicher ES besteht vorzugsweise aus einem oder mehreren reihen- oder serienbeschalteten Doppelschichtkondensatoren.The energy storage ES serves as a secondary energy source and is controlled by a control unit not shown here by switching an intermediate controllable switch SW on demand in the electrical system BN turned on when the generator G and the battery BAT alone can not cope with the power supply for the system load LORD. The energy store ES preferably consists of one or more series-connected or series-connected double-layer capacitors.

Die Überwachung und Regelung der elektrischen Energieversorgung der Systemlast LORD durch den Generator G, die Batterie BAT und den Energiespeicher ES erfolgt über einen Datenbus bspw. CAN- oder LIN-Bus. Da der Generator G in der Regel keine CAN-Schnittstelle besitzt, wird die Datenkommunikation zwischen dem Generator G und der Steuereinheit bzw. die Regelung des Generators G über einen LIN-Bus LB am Bordnetz BN durchgeführt. Über diesen LIN-Bus LB werden Informationen bzgl. des Betriebszustands des Generators G an die Steuereinheit übertragen.The monitoring and control of the electrical power supply of the system load LORD by the generator G, the battery BAT and the energy storage ES via a data bus, for example. CAN or LIN bus. Since the generator G usually has no CAN interface, the data communication between the generator G and the control unit or the control of the generator G via a LIN bus LB is performed on the electrical system BN. Information about the operating state of the generator G is transmitted to the control unit via this LIN bus LB.

Wie die anderen Komponenten des Energiesystems muss der Energiespeicher ES in regelmäßigen Zeitabständen auf dessen Funktionalität überprüft werden, um eine störungsfreie Energieversorgung der Systemlast LORD während des Fahrzeugbetriebs zu garantieren.Like the other components of the energy system, the energy storage device ES must be checked for its functionality at regular intervals in order to guarantee a trouble-free power supply to the system load LORD during vehicle operation.

Zur Beurteilung der Funktionalität des Energiespeichers ES muss unter anderem der Innenwiderstand R_ES des Energiespeichers ES in regelmäßigen Zeitabständen gemessen und mit Referenzwiderstandswerten bzw. zulässigen Grenzwerten verglichen und so auf die Zulässigkeit hin geprüft werden. Als Referenzwiderstandswerte kann auch der bei der Inbetriebnahme des Energiesystems gemessene Innenwiderstandswert des Energiespeichers ES dienen. Anhand der Vergleichsergebnisse kann eine Aussage über die Funktionalität des Energiespeichers ES getroffen werden.In order to assess the functionality of the energy store ES, inter alia, the internal resistance R_ES of the energy store ES must be measured at regular time intervals and compared with reference resistance values or permissible limit values and checked for admissibility. The reference resistance values which can also be used are the internal resistance value of the energy store ES measured during the commissioning of the energy system. On the basis of the comparison results, a statement about the functionality of the energy storage ES can be made.

Die Messung des Innenwiderstands R_ES des Energiespeichers ES und die Diagnose der Funktionalität des Energiespeichers ES erfolgt durch eine erfindungsgemäße Messeinheit ME, welche vorzugsweise im Energiesystem bzw. in der Steuereinheit des Energiesystems integriert ist. Zum Zeitpunkt der Messung ist der Energiespeicher ES von der Batterie BAT über den Schalter SW abgetrennt, um die Verfälschung der Messergebnisse des Innenwiderstands R_ES durch den Batteriestrom zu vermeiden.The measurement of the internal resistance R_ES of the energy store ES and the diagnosis of the functionality of the energy store ES is performed by a measuring unit ME according to the invention, which is preferably integrated in the energy system or in the control unit of the energy system. At the time of measurement, the energy store ES is disconnected from the battery BAT via the switch SW, in order to avoid the falsification of the measurement results of the internal resistance R_ES by the battery current.

Die Messeinheit ME weist eine Abtasteinheit AE zum Abgreifen der Spannungswerte am Energiespeicher ES während des Messvorgangs, einen Hochpassfilter HP zur Gewinnung des für die Bestimmung des Innenwiderstands R_ES relevanten Spannungssprungwertes ΔU, optional eine Verstärkereinheit und eine Recheneinheit RE zur Berechnung des Innenwiderstands R_ES auf. Diese Komponenten der Messeinheit ME können in einem Elektronikbauteil wie z. B. Leiterplatte oder Mikrochip implementiert sein oder in verschiedenen Elektronikbauteilen verteilt ausgeführt sein. The measuring unit ME has a scanning unit AE for tapping the voltage values at the energy store ES during the measuring process, a high-pass filter HP for obtaining the voltage jump value ΔU relevant for the determination of the internal resistance R_ES, optionally an amplifier unit and a computing unit RE for calculating the internal resistance R_ES. These components of the measuring unit ME can in an electronic component such. As printed circuit board or microchip or be executed distributed in various electronic components.

Zur Messung des Innenwiderstands R_ES lädt (oder entlädt) die Messeinheit ME den Energiespeicher ES mit einem Ladestrom (bzw. Entladestrom) I_M mit einer vorgegebenen Stromstärke |I_M|. Zum Aufladen des Energiespeichers ES sendet die Messeinheit ME ein entsprechendes Signal 130 an die Nachladeeinheit LE, welche zum Aufladen des Energiespeichers ES bereits im Bordnetz implementiert ist, und veranlasst diese, den Energiespeicher ES mit einem vorgegebenen vorzugsweise konstanten Ladestrom I_M aufzuladen.For measuring the internal resistance R_ES, the measuring unit ME charges (or discharges) the energy store ES with a charging current (or discharge current) I_M with a predetermined current intensity | I_M |. To charge the energy storage ES, the measuring unit ME sends a corresponding signal 130 to the recharging unit LE, which is already implemented for charging the energy store ES in the electrical system, and causes them to charge the energy store ES with a predetermined preferably constant charging current I_M.

Wird der Energiespeicher ES mit einem Ladestrom I_M aufgeladen, so entsteht zum Beginn des Ladevorgangs ein Spannungssprung ΔU1 am Energiespeicher ES. Dieser Spannungssprung ΔU1 resultiert daraus, dass am Innenwiderstand R_ES des Energiespeichers ES nur dann eine Spannung abfällt, wenn er von Strom durchflossen wird.If the energy store ES is charged with a charging current I_M, a voltage jump ΔU1 occurs at the energy store ES at the beginning of the charging process. This voltage jump .DELTA.U1 results from the fact that at the internal resistance R_ES of the energy storage ES only a voltage drops when it is traversed by current.

Fließt durch den zuvor unbelasteten Energiespeicher ES nun ein Ladestrom I_M, so steigt die Spannung am Energiespeicher ES sprungartig um einen Betrag: |ΔU1| = I_M × R_ES (1) Flows through the previously unloaded energy storage ES now a charging current I_M, so the voltage at the energy storage ES increases suddenly by an amount: | ΔU1 | = I_M × R_ES (1)

Durch Bestimmung des Spannungssprungs ΔU1 bei bekanntem Ladestrom I_M kann der Innenwiderstand R_ES anhand folgender Gleichung bestimmt werden: R_ES = |ΔU1| / I_M (2) By determining the voltage jump .DELTA.U1 with known charging current I_M, the internal resistance R_ES can be determined by the following equation: R_ES = | ΔU1 | / I_M (2)

Unmittelbar nach dem Ende des Ladevorgangs, also unmittelbar nachdem der Ladestrom I_M abgeschaltet ist, sinkt die Spannung U_ES am Energiespeicher ES sprungartig um einen Sprungwert ΔU2 mit dem nahezu gleichen Betrag wie beim Anfang des Ladevorgangs: |ΔU1| = |ΔU2|. Damit kann der Spannungsabfall ΔU2 am Ende des Ladevorgangs unmittelbar nach dem Ende des Ladevorgangs ebenfalls zur Bestimmung vom Innenwiderstand R_ES herangezogen werden.Immediately after the end of the charging process, ie immediately after the charging current I_M is switched off, the voltage U_ES at the energy store ES suddenly drops by a jump value ΔU2 with the almost same amount as at the beginning of the charging process: | ΔU1 | = | ΔU2 |. Thus, the voltage drop .DELTA.U2 at the end of the charging process immediately after the end of the charging process can also be used to determine the internal resistance R_ES.

Analog kann der Energiespeicher ES mit einem vorgegebenen Entladestrom I_M entladen werden. Hierzu kann der Energiespeicher ES von der Messeinheit ME. gesteuert kurzzeitig mit einer elektrischen in der Figur nicht dargestellten Last bspw. einem Widerstand verbunden werden. Wie beim Aufladevorgang werden hier auch die Spannungssprünge ΔU zu Beginn und zum Ende des Entladevorgangs ermittelt und anhand der beiden obigen Gleichungen (1), (2) wird dann der Innenwiderstand R_ES ermittelt.Analogously, the energy store ES can be discharged with a predetermined discharge current I_M. For this purpose, the energy storage ES of the measuring unit ME. controlled briefly connected to an electrical load, not shown in the figure, for example, a resistor. As in the charging process, the voltage jumps .DELTA.U at the beginning and at the end of the discharging process are also determined here, and the internal resistance R_ES is then determined on the basis of the above two equations (1), (2).

Der Spannungssprung ΔU wird verfahrensmäßig wie folgt ermittelt. Von kurz vor Beginn des Ladevorgangs an tastet die Messeinheit ME über eine Abtasteinheit AE die Ladespannungswerte also das Spannungspotential am Energiespeicher ES ab, wobei die Messeinheit ME das Spannungspotential am Pluspol MP1 des Energiespeichers ES und das Massepotential MP2 am Bordnetz BN abgreift und aus Differenzen beider Spannungspotentiale die aktuelle Ladespannung am Energiespeicher ES ermittelt. Die Ladespannungswerte am Energiespeicher ES werden vorzugsweise über den gesamten Ladevorgang hindurch bis kurz nach dem Ende des Ladevorgangs abgetastet. Alternativ können die Spannungswerte jeweils in einem Zeitraum von kurz vor Beginn bis kurz nach dem Beginn des Ladevorgangs Z1 bzw. in einem Zeitraum von kurz vor dem Ende bis kurz nach dem Ende des Ladevorgangs Z2 abgetastet, wie es das Signaldiagramm 250 in der 2 darstellt.The voltage jump ΔU is determined procedurally as follows. From shortly before the start of the charging process, the measuring unit ME scans the charging voltage values at the energy store ES via a scanning unit AE, the measuring unit ME picking up the voltage potential at the positive pole MP1 of the energy store ES and the ground potential MP2 at the vehicle power supply BN and from differences between the two voltage potentials determines the current charging voltage at the energy storage ES. The charging voltage values at the energy store ES are preferably sampled throughout the charging process until shortly after the end of the charging process. Alternatively, the voltage values may each be sampled in a period from shortly before the start until shortly after the start of the charging process Z1 or in a period from shortly before the end until shortly after the end of the charging process Z2, as in the signal diagram 250 in the 2 represents.

Die abgetasteten Ladespannungswerte in dem Zeitraum Z1 bzw. Z2 werden ausgewählt und einer Hochpassfilterung durch einen der Abtasteinheit AE nachgeschalteten Hochpassfilter HP unterzogen und so von den niederfrequenten oder statischen Spannungsanteilen herausgefiltert.The sampled charging voltage values in the period Z1 or Z2 are selected and subjected to high-pass filtering by a high-pass filter HP connected downstream of the scanning unit AE and thus filtered out from the low-frequency or static voltage components.

Nach Hochpassfilterung erhält man als Ergebnis den Spannungssprungwert ΔU, wie es das Signaldiagramm 260 in der 2 veranschaulicht. Optional wird der so ermittelte Spannungssprungwert ΔU von einer Verstärkereinheit mit einem vorgegebenen Verstärkungsfaktor verstärkt und zur Berechnung des Innenwiderstands R_ES des Energiespeichers ES an die Recheneinheit RE weitergeleitet.After high-pass filtering, the result is the voltage step ΔU, as in the signal diagram 260 in the 2 illustrated. Optionally, the voltage jump value ΔU thus determined is amplified by an amplifier unit having a predetermined amplification factor and forwarded to the arithmetic unit RE for calculating the internal resistance R_ES of the energy store ES.

Die Recheneinheit RE berechnet dann den Innenwiderstand R_ES aus dem bekannten Ladestromwert I_M und dem mitgeteilten Spannungssprungwert ΔU anhand der Gleichung: R_ES = |ΔU| / I_M. The arithmetic unit RE then calculates the internal resistance R_ES from the known charging current value I_M and the reported voltage step value ΔU using the equation: R_ES = | ΔU | / IN THE.

Wird jeweils ein Spannungssprungwert ΔU1, ΔU2 zu Beginn und zum Ende des Ladevorgangs ermittelt wie es das Signaldiagramm 260 in der 2 zeigt, so kann der zweite Spannungssprungwert zur Überprüfung der Genauigkeit des zu ermittelten Innenwiderstands R_ES bzw. zur Überprüfung von möglichen Messfehlern oder Defekten bei der Messeinheit ME dienen. Dabei werden die Beträge ΔU1, ΔU2 der beiden Spannungssprungwerte ΔU1, ΔU2 zueinander verglichen.In each case, a voltage jump value ΔU1, ΔU2 at the beginning and at the end of the charging process is determined, as is the signal diagram 260 in the 2 shows, the second voltage jump value for checking the accuracy of the determined internal resistance R_ES or for checking possible measurement errors or defects in the measuring unit ME serve. The amounts .DELTA.U1, .DELTA.U2 of the two voltage jump values .DELTA.U1, .DELTA.U2 are compared.

Aus einer Wertabweichung, welche eine vorgegebene Schwelle übersteigt, lässt sich dann Rückschluss auf Vorliegen eines Messfehlers bzw. eines Fehlers in der Messeinheit ziehen.From a value deviation which exceeds a predetermined threshold, it is then possible to draw conclusions as to the presence of a measuring error or an error in the measuring unit.

Liegt die Wertabweichung der Beträge |ΔU1|, |ΔU2| der beiden Spannungssprungwerte ΔU1, ΔU2 unter der vorgegebenen Schwelle, so kann der Innenwiderstand R_ES aus den beiden Spannungssprungwerten ΔU1, ΔU2 anhand folgender Gleichung noch genauer ermittelt werden, wobei durch das Heranziehen beider Spannungssprungwerte ΔU1, ΔU2 die eventuellen systembedingten Messfehler bei der Ermittlung der Spannungssprungwerte ΔU1, ΔU2 kompensiert werden können:

Is the value deviation of the amounts | ΔU1 |, | ΔU2 | the two voltage jump values .DELTA.U1, .DELTA.U2 below the predetermined threshold, the internal resistance R_ES from the two voltage jumps .DELTA.U1, .DELTA.U2 can be determined more accurately using the following equation, wherein the possible system-related measurement error in the determination of the voltage jump values .DELTA.U1 .2 by using both voltage jump values .DELTA.U1, .DELTA.U2 , ΔU2 can be compensated:

Während der Betriebsphase speist der Generator G das Bordnetz BN mit dem Strom bzw. zieht vom Bordnetz BN Strom ab und produziert so im Bordnetz BN eine Welligkeit der Bordnetzspannung (Schwankungen der Bordnetzspannung), die sich auf die Messung der Ladespannung des Energiespeichers ES und somit des Innenwiderstands R_ES störend auswirkt. Schnelle Änderungen der Bordnetzspannung infolge der Welligkeit bewirken also Verschiebungen von Massepotenzialen, die bei einer gleichzeitig durchgeführten Ladespannungsmessung und somit Innenwiderstandsmessung zu großen Verfälschungen führt. Zudem entstehen durch die Überlagerung des Bordnetzstroms und des Messstroms Spannungsabfälle am Bordnetz BN, die das Messergebnis der Ladespannung signifikant verfälschen.During the operating phase, the generator G feeds the electrical system BN with the current or draws from the electrical system BN power and produced in the electrical system BN ripple of the vehicle electrical system voltage (fluctuations of the vehicle electrical system voltage), which relates to the measurement of the charging voltage of the energy storage ES and thus the Internal resistance R_ES interferes. Rapid changes in the vehicle electrical system voltage as a result of the ripple thus cause shifts of ground potentials, which leads to large distortions in a simultaneously performed charging voltage measurement and thus internal resistance measurement. In addition, caused by the superposition of the electrical system current and the measuring current voltage drops on the electrical system BN, which significantly falsify the measurement result of the charging voltage.

Daher ist es erforderlich, die Messung des Innenwiderstands R_ES während der Betriebsruhephase des Generators G, also während des Zeitraums t1, wo der Generator keinen Strom ins Bordnetz BN einspeist bzw. vom Bordnetz BN abzieht, durchzuführen, um die Störung bzw. Verfälschung des Messergebnis durch den Generatorstrom I_G zu vermeiden bzw. zu minimieren (siehe Signaldiagramm 210 in der 2).Therefore, it is necessary to carry out the measurement of the internal resistance R_ES during the idle phase of the generator G, ie during the period t1, where the generator does not feed power into the on-board network BN or withdraws from the on-board power supply BN, by the fault or falsification of the measurement result to avoid or minimize the generator current I_G (see signal diagram 210 in the 2 ).

Hierzu überwacht die Messeinheit ME den Betriebszustand des Generators G, indem diese am LIN-Bus LB das LIN-Signal LIN bzw. die LIN-Botschaften aus dem Generator G abhört (siehe Signaldiagramm 220 in der 2).For this purpose, the measuring unit ME monitors the operating state of the generator G by listening on the LIN bus LB the LIN signal LIN or the LIN messages from the generator G (see signal diagram 220 in the 2 ).

Geht der Generator G bspw. nach dem Fahrtzyklus des Fahrzeugs oder infolge der Stopp-Phase der Start-Stopp-Automatik des Fahrzeugs in den Stillstand bzw. in die Betriebsruhephase über, so sendet dieser eine entsprechende LIN-Botschaft mit einem entsprechenden der Messeinheit ME bekannten Informationswert (Signalwert) an den LIN-Bus (Signalabschnitt 310 im Signaldiagramm 220).If the generator G, for example, after the drive cycle of the vehicle or as a result of the stop phase of the automatic start-stop system of the vehicle in the standstill or in the idle phase, it sends a corresponding LIN message with a corresponding known to the measuring unit ME Information value (signal value) to the LIN bus (signal section 310 in the signal diagram 220 ).

Empfängt die Messeinheit ME die LIN-Botschaft mit dem vorab definierten Informationswert, der auf einen Stillstand als eine Betriebsruhephase des Generators G hindeutet, so startet die Messeinheit ME mithilfe der Abtasteinheit AE die Abtastung der Spannungswerte U der Ladespannung am Energiespeicher ES (siehe Signaldiagramm 250 in der 2). Die Messung bzw. die Abtastung t3 kann bspw. ca. 100 ms andauern. Da die Messung bzw. Abtastung unmittelbar vor dem Anfang des Ladevorgangs startet und unmittelbar nach dem Ende des Ladevorgangs endet, dauert der Ladevorgang entsprechend kürzer, also t3-Z3-Z4, wie es das Signaldiagramm 250 in der 2 zeigt.If the measuring unit ME receives the LIN message with the previously defined information value, which indicates a standstill as a standstill phase of the generator G, the measuring unit ME starts scanning the voltage values U of the charging voltage at the energy store ES by means of the sampling unit AE (see signal diagram 250 in the 2 ). The measurement or the sampling t3 can, for example, last about 100 ms. Since the measurement or sampling starts immediately before the beginning of the charging process and ends immediately after the end of the charging process, the charging process lasts correspondingly shorter, ie t3-Z3-Z4, as is the signal diagram 250 in the 2 shows.

Nach einer vorgegebenen Zeitphase Z3 nach dem Start der Abtastung der Spannungswerte startet die Messeinheit das Aufladen des Energiespeichers ES mit einem Ladestrom I_M mit einer vorgegebenen Stromstärke. Dabei veranlasst die Messeinheit ME die Nachladeinheit LE durch Aussenden eines Steuersignals 130 an diese Nachladeinheit LE, den Energiespeicher ES mit einem vorgegebenen konstanten Ladestrom I_M von der Batterie BAT über eine ebenfalls vorgegebene Ladezeit t2 aufzuladen (siehe Signaldiagramm 230 in der 2).After a predetermined time phase Z3 after the start of the sampling of the voltage values, the measuring unit starts the charging of the energy store ES with a charging current I_M with a predetermined current intensity. In this case, the measuring unit ME causes the recharging unit LE by emitting a control signal 130 to this recharging unit LE to charge the energy store ES with a predetermined constant charging current I_M from the battery BAT over a likewise predetermined charging time t2 (see signal diagram 230 in the 2 ).

Je nach Ausführung und abhängig vom Ladezustand oder der Ladekapazität des Energiespeichers ES kann die Ladezeit t2 einige 10 Millisekunden oder gar 100 Millisekunden dauern. Solange die LIN-Botschaft IN aus dem Generator G den Stillstand bzw. die Betriebsruhephase des Generators G beschreibt, kann der Ladevorgang fortgesetzt werden und können die Spannungswerte der Ladespannung U weiter abgetastet und zur Ermittlung des Innenwiderstands R_ES des Energiespeichers ES herangezogen werden.Depending on the version and depending on the state of charge or the charging capacity of the energy storage ES, the charging time t2 may take a few 10 milliseconds or even 100 milliseconds. As long as the LIN message IN from the generator G describes the standstill or the idle phase of the generator G, the charging process can be continued and the voltage values of the charging voltage U can be further sampled and used to determine the internal resistance R_ES of the energy store ES.

Alternativ kann der Ladevorgang durch Zuschalten eines ebenfalls in der 1 nicht dargestellten, zwischen dem Energiespeicher ES und der Batterie BAT angeordneten, unmittelbar oder mittelbar steuerbaren Schalter veranlasst werden.Alternatively, the charging process by connecting a likewise in the 1 not shown, arranged between the energy storage ES and the battery BAT, directly or indirectly controllable switch can be initiated.

In der Regel wird die Ladespannung am Energiespeicher ES über die gesamte Ladedauer hindurch abgetastet. Vorteilhafterweise kann die Ladespannung aber auch nur in den Zeiträumen zwischen kurz vor bis kurz nach Beginn Z1 bzw. kurz vor bis kurz nach dem Ende Z2 des Ladevorgangs abgetastet werden, um die Speicherkapazität für die Abtastwerte der Ladespannung zu sparen, welche sowieso nicht zur Ermittlung des Innenwiderstands R_ES des Energiespeichers ES herangezogen werden.As a rule, the charging voltage is sampled at the energy store ES over the entire charging period. Advantageously, however, the charging voltage can also be sampled only in the periods between shortly before to shortly after the start of Z1 or shortly before until shortly after the end Z2 of the charging process, in order to save the storage capacity for the samples of the charging voltage, which anyway is not used to determine the charging voltage Internal resistance R_ES the energy storage ES are used.

Die Auswahl der passenden Abtastzeitdauer Z1, Z2, Z3 und Z4 hängt von der Abtastrate der Abtasteinheit AE ab. Eine erfolgreiche Ermittlung des Spannungssprungswertes ΔU zu Beginn bzw. unmittelbar nach dem Ende des Ladevorgangs setzt wiederum eine Anzahl von ausreichend vielen abgetasteten Spannungswerten der Ladespannung mit ausreichend hoher Abtastrate voraus. In Abhängigkeit der Ausführung der Messeinheit ME bzw. des Energiesystems betragen die erforderlichen Zeitdauer Z1, Z2, Z3 und Z4 einige Millisekunden.The selection of the appropriate sampling period Z1, Z2, Z3 and Z4 depends on the sampling rate of the sampling unit AE. Successful determination of the voltage jump value .DELTA.U at the beginning or immediately after the end of the charging process in turn requires a sufficient number of sampled voltage values of the charging voltage with a sufficiently high sampling rate. Depending on the design of the measuring unit ME or of the energy system, the required time periods Z1, Z2, Z3 and Z4 amount to a few milliseconds.

Die erfindungsgemäße Messeinheit ME bzw. das erfindungsgemäße Ermitteln des Innenwiderstands bzw. Eigenwiderstands R_ES eines Energiespeichers ES kann nicht nur bei einem Energiespeicher ES eines Bordnetzes BN eines Fahrzeugs, sondern bei allen Energiesystemen angewendet werden, wo eine Ermittlung bzw. Überwachung des Innenwiderstands eines Energiespeichers in diesen Energiesystemen für die Aufrechterhaltung der Funktionalität dieser Systeme relevant ist.The measuring unit ME according to the invention or the determination according to the invention of the internal resistance R_ES of an energy store ES can be applied not only to an energy store ES of a vehicle electrical system BN but to all energy systems where a determination or monitoring of the internal resistance of an energy store in these Energy systems is relevant to maintaining the functionality of these systems.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

AEAE: Abtasteinheitscanning
BATBAT: Batteriebattery
BNBN: Bordnetzboard network
ESIT: Energiespeicherenergy storage
GG: Generatorgenerator
GNDGND: Masseanschlussground connection
HPHP: HochpassfilterHigh Pass Filter
LBLB: LIN-BusLIN bus
LELE: Nachladeeinheitreloading
LORDLORD: Systemlastsystem load
MEME: Messeinheitmeasuring unit
MP1MP1: Pluspol des Energiespeichers ESPositive pole of the energy storage ES
MP2MP2: Massepotential am Bordnetz BNGround potential at the on-board network BN
RERE: Recheneinheitcomputer unit
110110: Generator G sendet LIN-Botschaft ins Bordnetz mit Be-triebszustandinformation des Generators GGenerator G transmits LIN message to the vehicle electrical system with operating state information of the generator G
120120: Messeinheit ME hört LIN-Botschaft vom Generator G abMeasuring unit ME listens to LIN message from generator G.
130130: Steuersignalcontrol signal

Claims

Measuring unit (ME) for an energy storage (ES) in the electrical system of a vehicle, wherein the electrical system - has a generator (G) for the power supply for at least one energy consumer (LORD) in the electrical system, - Wherein the measuring unit (ME) during the time when the generator (G) neither a current (I_G) feeds into the electrical system nor a current (I_G) deducted from the electrical system, the internal resistance (R_ES) of the energy storage (ES) determined.

Measuring unit (ME) according to claim 1, wherein the measuring unit (ME) during standstill of the generator (G) the energy storage (ES) with a charging current (I_M) with a predetermined current strength charges, the electrical system preferably a battery (BAT) for Provision of the load current (I_M) has.

Measuring unit (ME) according to claim 1, wherein the measuring unit (ME) discharges the energy store (ES) with a discharge current I_M with a predetermined current.

Measuring unit (ME) according to claim 2 or 3, wherein the measuring unit (ME) measures the charging voltage (U_ES) at the energy store (ES) during the charging or discharging process of the energy store (ES).

Measuring unit (ME) according to claim 2 or 3, wherein the measuring unit (ME) the charging voltage (U_ES) on the energy storage (ES) in a period of time immediately before the start of the charging or discharging the energy storage (ES) until immediately after the end of Charging or discharging the energy storage (ES) measures.

Measuring unit (ME) according to claim 2 or 3, wherein the measuring unit (ME) measures the charging voltage (U_ES) on the energy store (ES) in a period from immediately before the start until immediately after the start of the charging or discharging of the energy store (ES) ,

Measuring unit (ME) according to claim 2 or 3, wherein the measuring unit (ME) the charging voltage (U_ES) on the energy storage (ES) in a period from immediately before the end to immediately after the end of the charging or discharging the energy storage (ES) measures.

Measuring unit (ME) according to one of claims 4 to 6, Wherein the measuring unit (ME) has a high-pass filter (HP), Wherein the high-pass filter (HP) filters out the voltage jump value (ΔU1) from the measured values of the charging voltage (U_ES) by high-pass filtering, the voltage jump value (ΔU1) occurring immediately after the start of the charging or discharging process, Wherein the measuring unit (ME) uses the successive measured values of the charging voltage (U_ES) for high-pass filtering, which are recorded immediately after the start of the charging or discharging process, or - The successive, immediately before the start until immediately after the start of the charging or discharging measured values of the charging voltage (U_ES) for high-pass filtering uses.

Measuring unit (ME) according to one of claims 4, 5 or 7, Wherein the measuring unit (ME) has a high-pass filter (HP), Wherein the high-pass filter (HP) filters out the voltage jump value (ΔU2) from the measured values of the charging voltage (U_ES) by high-pass filtering, the voltage jump value (ΔU2) occurring immediately after the end of the charging or discharging process, Wherein the measuring unit (ME) uses the successive measured values of the charging voltage (U_ES) for high-pass filtering detected immediately after the end of the charging or discharging process, or - The successive, immediately before the end until immediately after the end of the charging or discharging measured values of the charging voltage (U_ES) for high-pass filtering uses.

Measuring unit (ME) according to claim 8 or 9, wherein the measuring unit (ME) using the predetermined charge or discharge current (I_M) and the voltage jump value (.DELTA.U1, .DELTA.U2) calculates the internal resistance (R_ES) of the energy store ES, where:

R_ES = | ΔU1 | / IN THE,

R_ES = | ΔU2 | / IN THE

respectively.

R_ES = | ΔU1 | / I_M = | ΔU2 | / IN THE.

Measuring unit (ME) according to claim 10, wherein the measuring unit (ME) determines the internal resistance (R_ES) of the energy store (ES) using the following equation:

R_ES = | ΔU1 | + | ΔU2 | / 2 × I_M.

Measuring unit (ME) according to one of the preceding claims, wherein the measuring unit (ME) determines the internal resistance (R_ES) of the energy store (ES) in a period where the generator (G) feeds no electricity into the electrical system or subtracts from the electrical system, the Vehicle electrical system has a data bus (LIN bus) and the measuring unit (ME) via the data bus (LIN bus) the operating state of the generator (G) and in the presence of a bus signal with a given signal message, which a standstill of the generator (G ) or a transition of the operating state of the generator (G) communicates to a standstill begins to charge or discharge the energy store (ES) with the predetermined charge or discharge current (I_M).

The measurement unit (ME) of claim 12, wherein the data bus is a LIN bus and the bus signal is a LIN signal.

Measuring unit (ME) according to one of the preceding claims, wherein the measuring unit (ME) determines the internal resistance (R_ES) of the energy store (ES) in a period where the stop phase of the generator (G) by the automatic start / stop of the Vehicle is initiated.

Measuring unit (ME) according to one of claims 1 to 13, wherein the measuring unit (ME) determines the internal resistance (R_ES) of the energy store (ES) in a period immediately after switching off the vehicle combustion engine.

Measuring unit (ME) according to one of claims 1 to 13, wherein the measuring unit (ME) determines the internal resistance (R_ES) of the energy storage device (ES) in a period immediately after the ignition key has been pulled out from the ignition lock.

Measuring unit (ME) according to one of claims 1 to 13, wherein the measuring unit (ME) determines the internal resistance (R_ES) of the energy store (ES) in a period immediately after unlocking the vehicle and before starting the vehicle combustion engine.

Measuring unit (ME) according to one of claims 1 to 13, wherein the measuring unit (ME) determines the internal resistance (R_ES) of the energy store (ES) in a period immediately after the insertion of the ignition key in the ignition and before starting the vehicle combustion engine.

Energy system for power supply for at least one energy consumer (LORD), Wherein the energy system has a generator (G) and an energy store (ES), - wherein the generator (G) and the energy storage (ES) supplies the energy consumer (LORD) with electricity, - wherein the energy system comprises a measuring unit (ME) according to one of the preceding claims.

Energy system according to claim 18, wherein the energy system comprises a data bus (LIN bus), wherein the measuring unit (ME) via the data bus (LIN bus) the operating state of the generator (G) and in the presence of a bus signal with a predetermined signal message , which notifies a standstill of the generator (G) or a transition of the operating state of the generator (G) to a standstill, starts to charge or discharge the energy store (ES) with the predetermined charging or discharging current I_M.

The power system of claim 19, wherein the data bus is a LIN bus and the bus signal is a LIN signal.

On-board network of a vehicle, whereby the electrical system A generator (G) and an energy store (ES) for the power supply for at least one energy consumer (LORD) in the electrical system, - Wherein the electrical system has a measuring unit (ME) according to one of claims 1 to 18.

Vehicle electrical system according to claim 22, wherein the vehicle electrical system has a data bus (LIN bus), wherein the measuring unit (ME) via the data bus (LIN bus) the operating state of the generator (G) and in the presence of a bus signal with a predetermined signal message , which notifies a standstill of the generator (G) or a transition of the operating state of the generator (G) to a standstill, starts to charge or discharge the energy store (ES) with the predetermined charging or discharging current I_M.

The electrical system of claim 23, wherein the data bus is a LIN bus and the bus signal is a LIN signal.