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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion in einem Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1 und von einer zugehörigen Anordnung zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion in einem Fahrzeug.
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Es stehen verschiedene Strategien zur Verfügung, um den Kraftstoffverbrauch und damit den CO2-Ausstoß oder die Fahrdynamik von Fahrzeugen zu verbessern, angefangen bei Stopp-Start-Strategien, intelligenter Generatorregelung und Rekuperation im normalen 12 V-Bordnetz bis hin zu verschiedenen Hybridvarianten mit unterschiedlich starker Elektrifizierung und einer zusätzlichen Hochvoltbatterie. Am Ende dieser Kette stehen reine Elektrofahrzeuge (EV) oder Fahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb, welche auch über einen Akkumulator als Energiespeicher verfügen. Diesen unterschiedlichen Konzepten ist gemein, dass ein Energiemanagement zum sicheren Betrieb erforderlich ist. Dieses Energiemanagement benötigt möglichst genaue Informationen über den aktuellen Zustand der verwendeten Akkumulatoren bzw. Batterien. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Systemen werden diese Informationen mit Hilfe von Batteriesensoren und einer Batteriezustandserkennung ermittelt.
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Die unterschiedlichen Energiemanagementfunktionen können nur zuverlässig funktionieren, wenn der aktuelle Batteriezustand mit einer bestimmten Genauigkeit bekannt ist. Das ist aber nicht immer der Fall. So kann beispielsweise nach einem Resetvorgang der Batteriezustandserkennung bzw. des Energiemanagements oder nach einem Batteriewechsel der aktuelle Batteriezustand im Fahrzeug nicht mit einer bestimmten Genauigkeit angegeben werden. In diesen Fällen muss der Zustand der Batterie erst von der Batteriezustandserkennung ermittelt werden. Diese Lernvorgänge erfordern bestimmte Bedingungen, z. B. Ruhephasen von bestimmter Dauer und eine gewisse Zeitdauer. Während dieser Wartezeit können verschiedene Energiemanagementfunktionen wie beispielsweise eine Start-Stopp-Funktion oder eine Rekuperationfunktion nicht aktiviert werden. Als Folge kann das Fahrzeug mehr Kraftstoff verbrauchen und/oder einen erhöhten Schadstoffausstoß aufweisen.
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In der Patentschrift
EP 1 271 170 B1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Batteriezustandserkennung beschrieben. Das beschriebene Verfahren verwendet bei einem fehlerhaften Betrieb oder bei einem Ausfall eines ersten Batteriezustandserkennungssystems Aussagen über den Batteriezustand eines zweiten Batteriezustandserkennungssystems. Hierbei macht das erste Batteriezustandserkennungssystem Aussagen über den aktuellen Batteriezustand unter Verwendung einer Spannungsmessung, einer Strommessung und einer Temperaturmessung, während das zweite Batteriezustandserkennungssystem Aussagen über den aktuellen Batteriezustand nur unter Verwendung einer Spannungsmessung macht.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion in einem Fahrzeug bzw. die erfindungsgemäße Anordnung zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion in einem Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 bzw. 4 weisen demgegenüber den Vorteil auf, dass unterschiedliche Energiemanagementfunktionen wie eine Start-Stopp-Funktion, eine intelligente Generatorregelung, eine Rekuperationfunktion und/oder eine Unterstützung im Beschleunigungsfall (Boost) früher als heute üblich aktiviert werden können. Dadurch kann die oben genannte Wartezeit nach dem Neuanklemmen der Batterie, d. h. nach einem Resetvorgang und/oder einem Batteriewechsel bis zur Aktivierung der mindestens einen Energiemanagementfunktion beliebig reduziert werden. Im besten Fall kann die mindestens eine Energiemanagementfunktion direkt nach einem Resetvorgang und/oder einem Batteriewechsel aktiviert werden. Hierdurch können die Verbrauchs- und Schadstoffwerte des Fahrzeugs in solchen Situationen in vorteilhafter Weise verbessert bzw. reduziert werden. Außerdem kann durch eine schnellere Aktivierung solcher Energiemanagementfunktionen ein für den Kunden direkt erfahrbarer Wettbewerbsvorteil umgesetzt werden.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dem Energiemanagement durch ein definiertes externes Signal mitzuteilen, dass die angeklemmte Batterie in Ordnung ist. In vorteilhafter Weise bleibt durch Ausführungsformen der Erfindung die eigentliche Batterieadaption, d. h. der „Lernvorgang” nach einem Resetvorgang bzw. einem Batteriewechsel unberührt. Das Neue an dem erfindungsgemäßen Konzept besteht darin, dass dem Energiemanagement in dedizierten Fällen „gesagt” wird, dass es nicht bis zum Ende der normalen Lernphase warten muss, um die gewünschte Energiemanagementfunktion auszuführen. Die interne Systementscheidungslogik wird also in den Fällen von außen überschrieben, wo eine solche Entscheidung verantwortlich getroffen werden kann.
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Hierbei wird das externe Setzsignal vorzugsweise durch eine autorisierte Einrichtung bzw. eine autorisierte Person, wie einem qualifizierten Servicetechniker, einem Produktentwickler und/oder einem Produktvalidierer über ein Diagnosegerät erzeugt. Diese Voraussetzungen sind üblicherweise in einer Fachwerkstatt gegeben, da dort auch die technischen Möglichkeiten vorhanden sind, um das erfindungsgemäße Verfahren anzuwenden. Das heißt, im Falle eines „privaten” Batterietausches ist umgekehrt sichergestellt, dass die Anlernphase vollständig durchgeführt wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in der Validierungsphase der Produktentwicklung nicht notwendigerweise stundenlang gewartet werden muss, um die korrespondierende Energiemanagementfunktion nach Neuanklemmen einer Batterie zu aktivieren und zu testen.
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Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion in einem Fahrzeug in Abhängigkeit vom aktuellen Zustand einer Batterie wird mindestens ein Parameter zur Bestimmung des aktuellen Zustands der Batterie erfasst und/oder ermittelt, wobei die Gültigkeit der Werte des mindestens einen erfassten und/oder ermittelten Parameters durch ein Zustandsvariable repräsentiert wird, welche nach einem Resetvorgang und/oder Batteriewechsel auf einen Grundzustand eingestellt wird und in Abhängigkeit von vorgegebenen Kriterien von dem Grundzustand in einen Setzzustand verändert wird. Die mindestens eine Energiemanagementfunktion ist nur aktivierbar, wenn die Zustandsvariable den Setzzustand aufweist. Erfindungsgemäß wird das Zustandsvariable durch ein definiertes externes Setzsignal vom Grundzustand in den Setzzustand verändert.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion in einem Fahrzeug in Abhängigkeit vom aktuellen Zustand einer Batterie umfasst mindestens einen Batteriesensor, welcher mindestens einen Parameter zur Bestimmung des aktuellen Zustands der Batterie erfasst und/oder ermittelt, und eine Auswerte- und Steuereinheit, welche die Gültigkeit der Werte des mindestens einen erfassten und/oder ermittelten Parameters durch Auswerten einer Zustandsvariablen ermittelt, welche nach einem Resetvorgang und/oder Batteriewechsel auf einen Grundzustand einstellbar ist und in Abhängigkeit von vorgegebenen Kriterien von dem Grundzustand in einen Setzzustand veränderbar ist. Die Auswerte- und Steuereinheit aktiviert die mindestens eine Energiemanagementfunktion nur dann, wenn die Zustandsvariable den Setzzustand aufweist. Erfindungsgemäß erzeugt ein Diagnosegerät ein definiertes externes Setzsignal und überträgt es an die Auswerte- und Steuereinheit, so dass die Zustandsvariable vom Grundzustand in den Setzzustand veränderbar ist.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion in einem Fahrzeug und der im unabhängigen Patentanspruch 4 angegebenen Anordnung zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion in einem Fahrzeug möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass das externe Setzsignal erzeugt und übertragen wird, wenn ein tatsächlicher Batteriezustand bekannt und zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion geeignet ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung überträgt das Diagnosegerät das definierte externe Setzsignal über eine Schnittstelleneinheit drahtlos und/oder drahtgebunden an die Auswerte- und Steuereinheit.
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Unter der Auswerte- und Steuereinheit kann vorliegend ein elektrisches Gerät, das beispielsweise Teil eines Steuergeräts, insbesondere eines Batteriesteuergeräts ist, verstanden werden, welches erfasste Sensorsignale verarbeitet bzw. auswertet. Die Auswerte- und Steuereinheit kann mindestens eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Auswerte- und Steuereinheit beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung der Auswertung verwendet wird, wenn das Programm von der Auswerte- und Steuereinheit ausgeführt wird.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung erzeugt das Diagnosegerät das externe Setzsignal nach erfolgter Autorisierung. Die Autorisierung umfasst beispielsweise eine manuelle Codeeingabe. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein Missbrauch des erfindungsgemäßen Verfahrens verhindert werden. Die Autorisierung erfolgt in vorteilhafter Weise nur dann, wenn ein tatsächlicher Batteriezustand bekannt und zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion geeignet ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion in einem Fahrzeug.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion in einem Fahrzeug.
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3 zeigt ein Diagramm, welches den Verlauf einer Zustandsvariablen eines herkömmlichen Energiemanagements und den Verlauf der Zustandsvariablen eines erfindungsgemäßen Energiemanagements in einem Fahrzeug darstellt, wobei die jeweilige Zustandsvariable die Gültigkeit der Werte von mindestens einem erfassten und/oder ermittelten Parameter zur Batteriezustandsbestimmung repräsentiert.
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Ausführungsformen der Erfindung.
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Bekannte Energiemanagementsysteme verwenden von einem elektronischen Batteriesensor erfasste und/oder ermittelte Parameter bzw. Signale erst dann zur Batteriezustandserkennung, wenn eine spezifizierte Genauigkeit erreicht ist. Auf Basis dieser Genauigkeit werden Grenzwerte im Energiemanagement definiert, durch welche Energiemanagementfunktionen wie z. B. eine Start-Stopp-Funktion aktiviert und deaktiviert werden können. Als mögliche Parameter bzw. Signale zur Batteriezustandserkennung können beispielsweise Ladezustand (SOC: State of Charge), Innenwiderstand (Ri), Alterung (SOH: State of Health) der Batterie ermittelt und ausgewertet werden. Eine entscheidende Bedeutung kommt hierbei den so genannten Prädiktoren des elektronischen Batteriesensors zu, denn diese geben dem Energiemanagement unter anderem eine Aussage darüber, ob der Ladezustand der Batterie (State of Charge, SOC) hoch genug ist, und der zu erwartende Spannungseinbruch beim nächsten Start (State of Funktion, SOF) nicht zu tief ist, so dass in Summe die Startfähigkeit des Fahrzeugs sichergestellt ist. Trifft eine der Bedingungen nicht zu, so darf das Energiemanagement eine automatische Abschaltung durch die Start-Stopp-Funktion nicht zulassen.
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Die Prädiktoren des elektronischen Batteriesensors werden in der Regel über komplexe interne Algorithmen berechnet. Die zu erwartende Genauigkeit der Prädiktoren kann durch eine korrespondierende Zustandsvariablen angezeigt werden. So repräsentiert beispielsweise ein Grundzustand der korrespondierenden Zustandsvariablen, dass ein ermittelter aktuellen Wert, welcher beispielsweise für den Ladezustand SOC ermittelt wurde, noch starken Schwankungen unterworfen ist und damit noch deutliche Abweichungen vom tatsächlichen Wert aufweisen kann. Ein Setzzustand der korrespondierenden Zustandsvariablen repräsentiert hingegen, dass der ermittelte aktuelle Wert ausreichend genau ist, um eine gültige Aussage über den aktuellen Zustand der Batterie abzuleiten. In der Regel ist eine Ruhephase von mehreren Stunden nach dem Anklemmen einer Batterie bzw. nach einem Resetvorgang erforderlich, bis die vom elektronischen Batteriesensor ermittelten bzw. erfassten Werte „sicher” sind und damit für das Energiemanagement verwendet werden können.
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Diese Ruhephase ist in bestimmten Situationen nicht immer erwünscht. Insbesondere dann, wenn die gerade neu angeklemmte Batterie „sicher” in Ordnung ist, könnte man die Energiemanagementfunktionen schon viel früher verwenden. Dies wird aber so lange unterbunden, bis die Anlernphase des elektronischen Batteriesensors abgeschlossen ist.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst ein Bordnetz 1 eines Fahrzeugs eine Batterie 40, einen Generator 50 und eine Vielzahl von Verbrauchern, von denen stellvertretend ein Verbraucher 60 dargestellt ist. Für ein Energiemanagement im Fahrzeug ist ein Steuergerät 10 mit einer Auswerte- und Steuereinheit 20 vorgesehen, welches über mindestens einen Batteriesensor 30 mindestens einen Parameter zur Bestimmung des aktuellen Zustands der Batterie 40 erfasst und/oder ermittelt, um in Abhängigkeit vom aktuellen Zustand der Batterie 40 mindestens eine Energiemanagementfunktion 12.1, 12.2 im Fahrzeug zu aktivieren, wobei die Auswerte- und Steuereinheit 20 die Gültigkeit der Werte des mindestens einen erfassten und/oder ermittelten Parameters durch Auswerten einer Zustandsvariablen 24 ermittelt, welche nach einem Resetvorgang und/oder Batteriewechsel auf einen Grundzustand (n i. O.) einstellbar ist und in Abhängigkeit von vorgegebenen Kriterien von dem Grundzustand (n i. O.) in einen Setzzustand (i. O.) veränderbar ist. Die mindestens eine Energiemanagementfunktion 12.1, 12.2 umfasst beispielsweise eine Start-Stopp-Funktion, eine intelligente Generatorregelung, eine Rekuperationfunktion und/oder eine Unterstützung im Beschleunigungsfall (Boost-Funktion). Bei einer einfachen Implementierung besteht der mindestens eine Batteriesensor 30 aus einer Anordnung zur Spannungsmessung, welche eine aktuelle Spannung der Batterie 40 ermittelt.
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3 zeigt ein Diagramm, welches den Verlauf einer Zustandsvariablen 24* eines herkömmlichen Verfahrens zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion in einem Fahrzeug und einen Verlauf einer Zustandsvariablen 24 eines erfindungsgemäßen Verfahren zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion in einem Fahrzeug darstellt, wobei die Zustandsvariablen 24, 24* die Gültigkeit der Werte von mindestens einem erfassten und/oder ermittelten Parameter zur Batteriezustandsbestimmung repräsentieren. Die Auswerte- und Steuereinheit 20 aktiviert die mindestens eine Energiemanagementfunktion 12.1, 12.2 nur dann, wenn die Zustandsvariable 24, 24* den Setzzustand (i. O.) aufweist. Hierbei repräsentiert der Grundzustand (n i. O.) der korrespondierenden Zustandsvariablen 24, 24*, dass ein ermittelter aktueller Wert, welcher beispielsweise für den Ladezustand SOC ermittelt wurde, noch starken Schwankungen unterworfen ist und damit noch deutliche Abweichungen vom tatsächlichen Wert aufweisen kann und deshalb nicht zur Bestimmung des Zustands der Batterie 40 verwendet wird. Der Setzzustand (i. O.) der korrespondierenden Zustandsvariablen 24*, 24 repräsentiert hingegen, dass der ermittelte aktuelle Wert ausreichend genau ist, um eine gültige Aussage über den aktuellen Zustand der Batterie 40 zu treffen. In der Regel ist eine Ruhephase von mehreren Stunden nach Anklemmen der Batterie 40 bzw. nach einem Resetvorgang erforderlich, bis die vom elektronischen Batteriesensor 30 ermittelten bzw. erfassten Werte „sicher” sind und damit für das Energiemanagement verwendet werden können.
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Erfindungsgemäß erzeugt ein externes Diagnosegerät 70 ein definiertes externes Setzsignal 72 und überträgt es an die Auswerte- und Steuereinheit 20, so dass das Zustandsvariable 24 vom Grundzustand (n i. O.) in den Setzzustand (i. O.) verändert wird. Das Diagnosegerät 70 überträgt das definierte externe Setzsignal 72 über eine Schnittstelleneinheit 14 drahtlos und/oder drahtgebunden an die Auswerte- und Steuereinheit 20.
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In 3 repräsentiert die obere Zustandsvariable 24* ein herkömmliches Verfahren zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion 12.1, 12.2 in einem Fahrzeug, welches nach einem Resetvorgang und/oder einem Batteriewechsel zu einem Zeitpunkt T0 unter Verwendung des elektronischen Batteriesensors 30 mit der Bestimmung des Zustands der Batterie 40 beginnt. Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, wechselt die Zustandsvariable 24* erst nach. Ablauf einer Wartezeitspanne 24.1 mit dem Abschluss der Anlernphase des elektronischen Batteriesensors 30 vom Grundzustand (n i. O.) in den Setzzustand (i. O.). Die untere Zustandsvariable 24 in 3 repräsentiert ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion 12.1, 12.2 in einem Fahrzeug, welches nach einem Resetvorgang und/oder einem Batteriewechsel zum Zeitpunkt T0 unter Verwendung des elektronischen Batteriesensors 30 mit der Bestimmung des Zustands der Batterie 40 beginnt. Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, wechselt die Zustandsvariable 24 schon während der Wartezeitspanne 24.1 zum Zeitpunkt T1 vom Grundzustand (n i. O.) in den Setzzustand (i. O.). Das bedeutet, dass das externe Diagnosegerät 70 das externe Setzsignal 72 nach erfolgter Autorisierung erzeugt und zum bzw. kurz vor dem Zeitpunkt T1 an die Auswerte- und Steuereinheit 20 überträgt. Die Autorisierung umfasst beispielsweise eine manuelle Codeeingabe und erfolgt nur, wenn ein tatsächlicher Batteriezustand bekannt und zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion 12.1, 12.2 geeignet ist. Im günstigsten Fall kann der Zeitpunkt T1 des Wechsels der Zustandsvariablen 24 direkt bis zum Zeitpunkt T0 verschoben werden, wenn das Setzsignal 72 schnell genug erzeugt und übertragen werden kann. In 3 gibt eine Zeitdifferenz 24.2 zwischen dem Zeitpunkt T2 und dem Zeitpunkt T1 an, um welche Zeitdifferenz 24.2 die Wartezeitspanne 24.1 durch Ausführungsformen der Erfindung reduziert werden kann.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, wird bei der Durchführung des dargestellten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion 12.1, 12.2 in einem Fahrzeug in einem Schritt 810 geprüft, ob der aktuelle Zustand der angeklemmten Batterie 40 bekannt ist. Ist der aktuelle Zustand der angeklemmten Batterie 40 nicht bekannt, dann wird das Verfahren beendet. Ist der aktuelle Zustand der angeklemmten Batterie 40 bekannt, dann wird im Schritt S20 überprüft, ob der aktuelle Zustand der angeklemmten Batterie 40 in Ordnung (i. O.) ist, d. h. ausreichend gut ist, um die mindestens eine Energiemanagementfunktion 12.1, 12.2 zu aktivieren. Ist der aktuelle Zustand der angeklemmten Batterie 40 nicht in Ordnung, dann wird das Verfahren beendet. Ist der aktuelle Zustand der angeklemmten Batterie 40 in Ordnung (i. O.), dann wird im Schritt S30 das definierte externe Setzsignal 72 übertragen. In Reaktion auf das übertragene Setzsignal 72 wird im Schritt S40 die Zustandsvariable 24 vom Grundzustand (n i. O.) in den Setzzustand (i. O.) verändert. Anschließend wird das Verfahren beendet.
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Durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann in vorteilhafter Weise die Wartezeit nach dem Neuanklemmen der Batterie beliebig reduziert werden, wenn einer hierfür qualifizierten Person der tatsächliche Batteriezustand bekannt ist, und dieser Zustand ausreichend „gut” ist, um mindestens eine Energiemanagementfunktion zu aktivieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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