DE102012207409A1

DE102012207409A1 - Verfahren zum Prüfen und Überwachen des Funktionszustands eines Stoßes

Info

Publication number: DE102012207409A1
Application number: DE102012207409A
Authority: DE
Inventors: Leonid C. Lev; Nikolay Kondratyev
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2012-11-15
Also published as: CN102778616B; CN102778616A; US8427329B2; US20120286945A1

Abstract

Ein Verfahren für die zerstörungsfreie Überwachung des Funktionszustands einer verbundenen Komponente enthält: das Zuführen eines ersten Stroms zwischen einem ersten Ende eines ersten Glieds und einem ersten Ende eines zweiten Glieds der verbundenen hen einem zweiten Ende des ersten Glieds und einem zweiten Ende des zweiten Glieds, wobei die ersten Enden des ersten Glieds und des zweiten Glieds wenigstens einem Stoß gegenüberliegend von den zweiten Enden des ersten Glieds und des zweiten Glieds gelegen sind; das Berechnen eines ersten Stoßwiderstands des wenigstens einen Stoßes aus dem zugeführten ersten Strom und aus der gemessenen ersten Spannung; das Vergleichen des berechneten ersten Stoßwiderstands mit einem vorgegebenen minimalen Stoßwiderstand; und das Vergleichen des berechneten ersten Stoßwiderstands mit einem vorgegebenen maximalen Stoßwiderstand, wobei der vorgegebene maximale Stoßwiderstand höher als der vorgegebene minimale Stoßwiderstand ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf das Prüfen und Überwachen von Stößen und der Stoßqualität.
HINTERGRUND
Viele Vorrichtungen werden mit Stößen, die zwei oder mehr Komponenten verbinden, zusammengesetzt oder hergestellt. Fahrzeuge und insbesondere Hybrid- und Hybridelektrofahrzeuge enthalten Batterien für die Speicherung elektrischer Energie. Die nachladbare Batterie oder die nachladbaren Batterien können Leistung bereitstellen, die für die Fahrzeugtraktion verwendet wird. Darüber hinaus können die Batterien verwendet werden, um Leistung für den Betrieb von Zubehör und für Start-, Beleuchtungs- und Zündfunktionen des Fahrzeugs bereitstellen.
Moderne Fahrzeuge enthalten eine große Anzahl von Komponenten. Viele dieser Komponenten enthalten mehrere Teilkomponentenglieder, die miteinander gefügt oder verbunden sind. Es ist üblich, auf eine Komponente, die gefügte Glieder enthält, als eine verbundene Komponente Bezug zu nehmen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Verfahren für die zerstörungsfreie Überwachung des Funktionszustands einer verbundenen Komponente geschaffen. Das Verfahren enthält das Zuführen eines ersten Stroms zwischen einem ersten Ende eines ersten Glieds der verbundenen Komponente und einem ersten Ende eines zweiten Glieds der verbundenen Komponente. Das Verfahren misst eine erste Spannung zwischen einem zweiten Ende des ersten Glieds und einem zweiten Ende des zweiten Glieds. Das erste Ende des ersten Glieds und das erste Ende des zweiten Glieds sind wenigstens einem Stoß gegenüberliegend von den zweiten Enden des ersten Glieds und des zweiten Glieds orientiert oder gelegen. Das Verfahren berechnet aus dem zugeführten ersten Strom und aus der gemessenen ersten Spannung einen ersten Stoßwiderstand oder effektiven Widerstand des wenigstens einen Stoßes und vergleicht den berechneten ersten Stoßwiderstand mit einem vorgegebenen minimalen Stoßwiderstand. Außerdem vergleicht das Verfahren den berechneten ersten Stoßwiderstand mit einem vorgegebenen maximalen Stoßwiderstand, der höher als der vorgegebene minimale Stoßwiderstand ist.
Ferner enthält das Verfahren das Ausgeben eines Ergebnisses des Vergleichs. Das Ergebnis kann eines sein von: Messfehler, falls der berechnete erste Stoßwiderstand unter dem vorgegebenen minimalen Stoßwiderstand liegt, schadhafter Stoß, falls der berechnete erste Stoßwiderstand über dem vorgegebenen maximalen Stoßwiderstand liegt, und akzeptabler Stoß, falls der berechnete erste Stoßwiderstand über dem vorgegebenen minimalen Stoßwiderstand und unter dem vorgegebenen maximalen Stoßwiderstand liegt.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten und weiterer Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische isometrische Ansicht eines Abschnitts einer Mehrzellenbatterie, die drei Batteriezellen zeigt, die mit einem Sammelschienenglied verschweißt sind;
2A ist eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts einer Batteriezelle ähnlich der in 1 gezeigten, jedoch mit einer Einzungenkonfiguration;
2B ist eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts einer Batteriezelle ähnlich der in 1 gezeigten und mit einer Dreizungenkonfiguration;
3 zeigt ein schematisches Ablaufplandiagramm eines Algorithmus oder Verfahrens zum Prüfen des Widerstands von Schweißstellen in einer Mehrzellenbatterie wie etwa der in 1 gezeigten;
4 zeigt ein schematisches Ablaufplandiagramm eines Algorithmus oder Verfahrens zum Überwachen des Funktionszustands von Schweißstellen in einer Mehrzellenbatterie wie etwa der in 1 gezeigten;
5A ist eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts eines mechanischen Stoßes, der durch eine Schraube oder durch einen Niet gebildet ist; und
5B ist eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts eines mechanischen Stoßes, der durch einen Falz gebildet ist.
BESCHREIBUNG
In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den mehreren Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist in 1 ein Abschnitt einer Mehrzellenbatterie 10 für ein Fahrzeug (nicht gezeigt) gezeigt. Die Batterie 10 enthält mehrere Stöße zwischen Komponenten. Jeder der Stöße enthält mehrere erste Glieder oder erste Seiten wie etwa Sammelschienenglieder 12 (wovon in 1 nur eines gezeigt ist) und mehrere zweite Glieder oder zweite Seiten wie etwa Batteriezellen 14. Die ersten und die zweiten Glieder liegen auf gegenüberliegenden Seiten des Stoßes, wobei die Bezeichnung als erstes und zweites nicht einschränkend ist. Die Batteriezellen 14 können einzeln als eine erste Zelle 15, eine zweite Zelle 16 und eine dritte Zelle 17 bezeichnet sein. Merkmale und Komponenten, die in anderen Figuren gezeigt sind, können mit den in 1 gezeigten vereint sein und verwendet werden.
Das gezeigte Sammelschienenglied 12 kann als eine gemeinsame Sammelschiene oder als ein U-Kanal bezeichnet werden. Die gesamte Batterie 10 oder Abschnitte davon können alternativ als Batteriegruppe bezeichnet werden. Darüber hinaus kann jede der ersten bis dritten Zelle 15, 16, 17 so konfiguriert sein, dass sie als einzelne Batterien arbeitet, die daraufhin in der Weise kombiniert und angeordnet sind, dass sie spezifische Eigenschaften für die Batterie 10 bereitstellen, wie sie für das spezifische Hybrid- oder Hybridelektrofahrzeug, in das die Batterie 10 aufgenommen werden kann, erforderlich sind. Wie hier beschrieben ist, sind die Befestigungen für nur eine Seite des Sammelschienenglieds 12 vollständig gezeigt, wobei jede Seite des Sammelschienenglieds 12 mit weniger oder mehr Batteriezellen 14 als gezeigt in Verbindung stehen kann. Die genauen Konfigurationen des in den Figuren gezeigten Abschnitts der Batterie 10 sind nur veranschaulichend und schränken den Umfang der Erfindung nicht ein.
Die Batteriezellen 14 sind an dem Sammelschienenglied 12 über mehrere Zungen 20 befestigt, die an den zweiten Gliedern der Stöße sind. Die erste, die zweite und die dritte Zelle 15, 16 und 17 enthalten in dieser Reihenfolge eine erste Zunge 21, eine zweite Zunge 22 und eine dritte Zunge 23. Jede der Batteriezellen 14 und der Zungen 20 kann im Wesentlichen gleich sein, sodass jede einzelne Batteriezelle 14 als erste, zweite oder dritte bezeichnet werden kann.
Die elektrische Verbindung zwischen dem Sammelschienenglied 12 und den Zungen 20 findet über mehrere Schweißstöße 24 statt. Die Schweißstöße 24 sind Verbundstöße, die aus den einzelnen Schweißlinsenstößen gebildet sind. Spezifische Schweißstöße 24 können als ein erster Schweißstapel 25, ein zweiter Schweißstapel 26 und ein dritter Schweißstapel 27 bezeichnet werden. Um die Zungen 20 mit dem Sammelschienenglied 12 elektrisch zu verbinden, können mehr oder weniger Schweißstöße 24 verwendet werden.
In 1 ist eine Sonde 28 in Kontakt mit einem Abschnitt der ersten Zunge 21 gezeigt, die eine Erfassung für den Schweißstoß 24 bereitstellen kann. Die Sonde 28 kann dauerhaft eingebaut sein und an der Batterie 10 bleiben oder kann während der Fahrzeugwartung oder des Fahrzeugkundendiensts befestigt werden. In Kontakt mit zusätzlichen Schweißstößen 24 können zusätzliche Sonden 28 angeordnet werden.
Nun in 2A und 2B und weiter anhand von 1 sind zwei Seitenansichten von Abschnitten von Batterien 10 ähnlich dem in 1 gezeigten Abschnitt der Batterie 10 gezeigt. 2A zeigt eine Seitenansicht einer Einzungenkonfiguration, in der die Zunge 20 direkt an das Sammelschienenglied 12 geschweißt ist, sodass der Schweißstoß 24 nur eine Schweißlinse 30 aufweist. 2B zeigt eine Seitenansicht einer Dreizungenkonfiguration, in der drei Zungen 20 alle an das Sammelschienenglied 12 geschweißt sind, sodass der Schweißstoß 24 drei Schweißlinsen 30, eine erste Schweißlinse 31, eine zweite Schweißlinse 32 und eine dritte Schweißlinse 33, aufweist. Merkmale und Komponenten, die in anderen Figuren gezeigt sind, können in die in 2A und 2B gezeigten aufgenommen sein und mit diesen verwendet werden.
Obwohl die Schweißlinsen 30 als getrennt identifizierbare Komponenten dargestellt sind, können sie allgemein als Vereinigungszonen zwischen den benachbarten Zungen 20 angesehen werden. Darüber hinaus können benachbarte Zungen 20 während der Montage zusammengedrückt werden, sodass eine Seitenansicht nicht notwendig die einzelnen Schweißlinsen 30 zwischen den Zungen 20 zeigen würde. Die Schweißlinsen 30 können variierende Dicke und Fläche aufweisen und können durch Widerstandsschweißen, Ultraschallschweißen oder andere geeignete Schweißprozesse gebildet werden. Die Schweißlinsen 30 einzeln oder die Schweißstöße 24 können als Stöße oder Schweißstöße bezeichnet werden. Die Schweißlinsen 30 können einzeln auf Stoßintegrität gemessen oder geprüft werden oder die Schweißstöße 24 können auf Gesamtstoßintegrität gemessen werden.
Wie in 2A gezeigt ist, weist das Sammelschienenglied 12 ein erstes Ende 36 und ein zweites Ende 37 auf, die auf gegenüberliegenden Seiten der Schweißlinse 30 angeordnet sind. Ähnlich weist die Zunge 20 ein erstes Ende 38 und ein zweites Ende 39 auf, die ebenfalls auf gegenüberliegenden Seiten der Schweißlinse 30 angeordnet sind. Das erste Ende 36 des Sammelschienenglieds 12 und das erste Ende 38 der Zunge 20 sind auf derselben relativen Seite der Schweißlinse 30.
Die Batteriezelle 14 (in 2A nicht gezeigt) oder die Zunge 20 ist mit einer Stromquelle 42 verbunden, die über Drähte oder Leiter (als Strichlinien gezeigt) zwischen dem ersten Ende 36 des Sammelschienenglieds 12 und dem ersten Ende 38 der Zunge 20 einen Strom zuführt. Um zwischen dem ersten Ende 36 des Sammelschienenglieds 12 und dem ersten Ende 38 der Zunge 20 zu fließen [engl.: ”move”], fließt der Strom durch die Schweißlinse 30. Die Stromquelle 42 kann eine Spannungsquelle und einen Präzisionswiderstand enthalten. Somit kann die Stromquelle 42 ebenfalls eine Spannung mit einem gesteuerten Widerstand zwischen dem ersten Ende 26 des Sammelschienenglieds 12 und dem ersten Ende 38 der Zunge 20 zuführen. Ein erstes Voltmeter 44 misst eine Spannungsdifferenz zwischen dem zweiten Ende 37 des Sammelschienenglieds 12 und dem zweiten Ende 39 der Zunge 20.
Ein Steuersystem 50 steht wenigstens mit der Stromquelle 42 und mit dem ersten Voltmeter 44 in Verbindung. Das Steuersystem 50 kann eine oder mehrere Komponenten mit einem Ablagemedium und mit einer geeigneten Menge programmierbarem Speicher enthalten, die einen oder mehrere Algorithmen oder Verfahren zum Bewirken der hier beschriebenen Verfahren oder Prozesse speichern und ausführen können. Das Steuersystem 50 kann mit zusätzlichen Sensoren und Kommunikationssystemen des Fahrzeugs in Kommunikation stehen. Jede Komponente des Steuersystems kann eine verteilte Controllerarchitektur wie etwa eine mikroprozessorgestützte elektronische Steuereinheit (ECU) enthalten. Innerhalb des Steuersystems 50 können zusätzliche Module oder Prozessoren vorhanden sein. Das Steuersystem 50 kann einen getrennten Empfänger oder einen Kommunikationsweg enthalten oder in Kommunikation mit ihm stehen.
Das Steuersystem 50 kann mit einem Zähler konfiguriert sein oder einen solchen enthalten. Somit ist das Steuersystem 50 dafür konfiguriert, die Zeitspanne, die Betriebszyklen der Batterie 10 oder die Spanne von Ereignissen des Fahrzeugs, in dem die Batterie 10 aufgenommen ist, zu zählen.
Aus dem Strom und aus der gemessenen Spannung kann der Widerstand der Schweißlinse 30 berechnet werden. Der berechnete Widerstand kann die Qualität der Schweißlinse 30 angeben. Falls die Schweißlinse 30 z. B. keine ununterbrochene Vereinigung zwischen der Zunge 20 und dem Sammelschienenglied 12 enthält, kann der Fluss des Stroms von der Zunge 20 zu dem Sammelschienenglied 12 behindert sein, was veranlasst, dass der berechnete Widerstand zunimmt. Darüber hinaus kann der berechnete Widerstand ebenfalls stark zunehmen, falls die Schweißlinse 30 defekt ist oder erhebliche Risse aufweist.
Die in 2B gezeigte Dreizungenkonfiguration kann dieselbe Konfiguration der Batterie 10 sein, wie sie in 1 gezeigt ist. Der in 2B gezeigte Schweißstoß 24 enthält die erste Schweißlinse 31, die zweite Schweißlinse 32 und die dritte Schweißlinse 33. Der Schweißstoß 24 kann der erste Schweißstapel 25 oder der zweite Schweißstapel 26 oder der dritte Schweißstapel 27, die in 1 gezeigt sind, sein.
Die erste Zunge 21 weist ein erstes Ende 38 und ein zweites Ende 39 auf, die auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Schweißlinse 31 angeordnet sind. Das erste Ende 36 des Sammelschienenglieds 12 und das erste Ende 38 der ersten Zunge 21 sind auf derselben relativen Seite der ersten Schweißlinse 31. Ähnlich weist die zweite Zunge 22 ein erstes Ende 38 und ein zweites Ende 39 auf, die auf gegenüberliegenden Seiten der zweiten Schweißlinse 32 angeordnet sind, und weist die dritte Zunge 23 ein erstes Ende 38 und ein zweites Ende 39 auf, die auf gegenüberliegenden Seiten der dritten Schweißlinse 33 angeordnet sind.
Die Stromversorgung 42 ist mit den ersten Enden 38 der ersten Zunge 21, der zweiten Zunge 22 und der dritten Zunge 23 verbunden. Durch die Stromversorgung 42 wird zwischen dem ersten Ende 36 des Sammelschienenglieds 12 und dem ersten Ende 38 der ersten Zunge 21 ein erster Strom (I₁) zugeführt. Ähnlich wird durch die Stromversorgung 42 zwischen dem ersten Ende 36 des Sammelschienenglieds 12 und dem ersten Ende 38 der zweiten Zunge 22 ein zweiter Strom (I₂) zugeführt und wird durch die Stromversorgung 42 zwischen dem ersten Ende 36 des Sammelschienenglieds 12 und dem ersten Ende 38 der dritten Zunge 23 ein dritter Strom (I₃) zugeführt. Der erste Strom, der zweite Strom und der dritte Strom können im Wesentlichen gleich sein, sodass jeder näherungsweise ein Drittel eines durch die Stromversorgung 42 zugeführten Gesamtstapelstroms (I) ist. I₁ = I₂ = I₃ = I/3
Das erste Voltmeter 44 misst eine erste Spannung (V₁) zwischen dem zweiten Ende 37 des Sammelschienenglieds 12 und dem zweiten Ende 39 der ersten Zunge 21. An dem zweiten Ende 37 des Sammelschienenglieds 12 und an dem zweiten Ende 39 der zweiten Zunge 22 ist ein zweites Voltmeter 46 befestigt, das eine zweite Spannung (V₂) dazwischen misst. An dem zweiten Ende 37 des Sammelschienenglieds 12 und an dem zweiten Ende 39 der dritten Zunge 23 ist ein drittes Voltmeter 48 befestigt, das eine dritte Spannung (V₃) dazwischen misst.
Der elektrische Strom in Metallleitern wird durch den Fluss von Elektronen verwirklicht. Das Ohm'sche Gesetz besagt, dass der Strom durch einen Leiter zwischen zwei Punkten direkt proportional zu der Potentialdifferenz über die zwei Punkte ist. Der Proportionalitätskoeffizient ist invers zu dem Widerstand zwischen den zwei Punkten.
Der Strom in Metallleitern genügt üblicherweise dem Ohm'schen Gesetz. Somit ist das Verhältnis der Spannung zu dem an einen Metallleiter oder an einen Satz von Leitern angelegten Strom, der durch diese Spannung verursacht wird, konstant und kann der effektive Widerstand des Satzes von Leitern für die angelegte Spannung oder für den angelegten Strom genannt werden.
Aus dem Gesamtstapelstrom und aus der gemessenen ersten, zweiten und dritten Spannung können die Widerstände der ersten und der zweiten und der dritten Schweißlinse 31, 32, 33 berechnet werden. Ein erster Linsenwiderstand (R₁₂) ist der Widerstand nur der ersten Schweißlinse 31 zwischen der ersten Zunge 21 und der zweiten Zunge 22. Ein zweiter Linsenwiderstand (R₂₃) ist der Widerstand nur der zweiten Schweißlinse 32 zwischen der zweiten Zunge 22 und der dritten Zunge 23. Ein dritter Linsenwiderstand (R₂₃) ist der Widerstand nur der dritten Schweißlinse 33 zwischen der dritten Zunge 23 und dem Sammelschienenglied 12. Der erste, der zweite und der dritte Linsenwiderstand können als drei Unbekannte in drei Gleichungen bestimmt oder berechnet werden. V₁ = I·(1/3·R₁₂ + 2/3·R₂₃ + R_3b) V₂ = I·(2/3·R₂₃ + R_3b) V₃ = I·(R_3b)
Somit kann der Widerstand jedes der drei durch die erste Schweißlinse 31, durch die zweite Schweißlinse 32 und durch die dritte Schweißlinse 33 gebildeten Stöße bestimmt werden. Die einzelnen Widerstände jeder der ersten Schweißlinse 31, der zweiten Schweißlinse 32 und der dritten Schweißlinse 33 können mit einem Qualitätsbereich verglichen werden. Der Schweißqualitätsbereich kann einen vorgegebenen minimalen Linsenwiderstand oder einen vorgegebenen minimalen Stoßwiderstand besitzen und kann einen vorgegebenen maximalen Linsenwiderstand oder einen vorgegebenen maximalen Stoßwiderstand besitzen.
Die Ergebnisse des Vergleichs können daraufhin an einen Empfänger ausgegeben werden, der z. B. und ohne Beschränkung Folgendes sein kann: ein Computer, der Daten protokolliert, ein Betreiber, der die Batterie 10 oder Abschnitte davon prüft, oder ein automatisierter Prüf- und Sortierprozess. Die spezifischen Werte des Schweißverbindungsqualitätsbereichs können auf der Grundlage des Typs der Batterie 10, der für die Zungen 20 verwendeten Materialien und des Typs des zum Erzeugen der Schweißlinsen 30 und der Schweißstöße 24 verwendeten Schweißprozesses stark variieren.
Die Ergebnisse der Vergleiche können z. B. und ohne Beschränkung Folgendes enthalten: einen Messfehler, einen schadhaften Stoß und einen akzeptablen Stoß. Wenn der gemessene Stoß ein geschweißter Stoß ist, können die Ergebnisse der Vergleiche z. B. und ohne Beschränkung Folgendes enthalten: einen Messfehler, eine schadhafte Schweißstelle und eine akzeptable Schweißstelle.
Das Messfehlerergebnis kann ausgegeben werden, falls der berechnete erste Widerstand unter dem vorgegebenen minimalen Linsenwiderstand liegt. Obwohl ein niedriger Widerstand allgemein eine höherwertige Schweißstelle angibt, kann angenommen werden, dass es unter dem vorgegebenen minimalen Widerstand einen Prüffehler gibt, da selbst Schweißstellen der besten Qualität den Widerstand nicht z. B. unter den Widerstand der verwendeten Vollmaterialien verringern können.
Das Ergebnis des schadhaften Stoßes oder der schadhaften Schweißstelle kann ausgegeben werden, falls der berechnete erste Widerstand über dem vorgegebenen maximalen Linsenwiderstand liegt, was angibt, dass die Schweißqualität niedrig ist und der Strom Schwierigkeit hat, durch den Schweißstoß 24 zu fließen. Das Ergebnis der akzeptablen Schweißstelle kann ausgegeben werden, falls der berechnete erste Widerstand über dem vorgegebenen minimalen Linsenwiderstand und unter dem vorgegebenen maximalen Linsenwiderstand liegt, sodass der Widerstand innerhalb des Schweißverbindungsqualitätsbereichs liegt.
Ein Vergleich der einzelnen Widerstände kann Probleme bei der Herstellung oder Montage der Batterie 10 offenbaren. Zum Beispiel und ohne Beschränkung kann nach mehreren Prüfungen und Vergleichen bestimmt werden, dass die dritte Schweißlinse 33 häufig unsachgemäß gebildet wird, wobei der Schweißprozess dementsprechend angepasst werden kann.
Außer dem Lösen der drei Gleichungen für den Widerstand jeder der einzelnen Schweißlinsen können die Größen in Klammern als Widerstandskonstanten für Abschnitte des Schweißstoßes 24 bestimmt werden. Ein erster Schweißstapelwiderstand (R1) ist der Gesamtwiderstand des Schweißstoßes 24 und kann die Gesamtqualität des Schweißstoßes 24 als Ganzes angeben. Die Widerstandskonstante des Schweißstoßes 24 ist nicht der Widerstand irgendeines spezifischen Elements, sondern ist der effektive Gesamtwiderstand zwischen der ersten Zunge 21 und dem Sammelschienenglied 12. V₁ = I·(R₁)
Falls nur eine einzelne Schweißlinse (d. h. ein einzelner Schweißstoß) gemessen wird, kann der Stoßwiderstand einfach ein gemessener Widerstand in Ohm sein. Wenn dagegen wie etwa bei dem Schweißstoß 24 mehrere Komponenten mehrere einzelne Schweißstellen innerhalb des Gesamtstoßes besitzen, liefert das Verhältnis der Spannung zum Strom die Widerstandskonstante des Gesamtstoßes. Die Widerstandskonstante kann auch als der effektive Widerstand bezeichnet werden und ist das Verhältnis der ersten Spannung zu dem Gesamtstapelstrom. Wie ”Stoßwiderstand” hier verwendet ist, kann es sich auf den tatsächlichen Widerstand des einzelnen Stoßes zwischen zwei Komponenten beziehen oder kann es sich auf den effektiven Widerstand mehrerer Stöße zwischen mehreren Komponenten, wie er durch das Verhältnis der Spannung zum Strom gemessen wird, beziehen.
Ein Schweißverbindungsqualitätsbereich kann ebenfalls auf die Widerstandskonstante für den Gesamtschweißstoß 24 angewendet werden, sodass der erste Schweißstapelwiderstand mit einem vorgegebenen minimalen Stapelwiderstand und mit einem vorgegebenen maximalen Stapelwiderstand verglichen wird. Die einzelnen Widerstände der ersten, der zweiten und der dritten Schweißlinse 31, 32, 33 können spezifische Herstellungsmängel identifizieren helfen. Dagegen kann die Widerstandskomponente für den Gesamtschweißstoß 24 eine erfolgreiche Montage dieses Abschnitts der Batterie 10 für die Qualitätskontrolle identifizieren helfen. Es kann sein, dass jeder der Schweißstöße 24 für die Batterie 10 zur klaren Kontrolle funktionieren muss. In diesem Fall kann es irrelevant sein, welche der Schweißlinsen 30 mit dem Schweißstoß 24 Mängel aufweist.
Sowohl dem ersten Schweißstapel 25 als auch dem zweiten Schweißstapel 26 und dem dritten Schweißstapel 27 kann der Gesamtstrom zwischen dem ersten Ende 38 der ersten Zunge 21 und dem ersten Ende 36 des Sammelschienenglieds 12 zugeführt werden. Mit den zweiten Enden 39 der ersten Zunge 21 über jeden des ersten bis dritten Schweißstapels 25–27 kann ein Voltmeter ähnlich dem in 2B gezeigten ersten Voltmeter 44 verbunden sein, das ebenfalls mit dem zweiten Ende 37 des Sammelschienenglieds 12 verbunden ist.
Aus dem Gesamtstrom, der unter jedem des ersten bis dritten Schweißstapels 25–27 zugeführt wird, und aus der Spannung, die über jeden des ersten bis dritten Schweißstapels 25–27 gemessen wird, kann für jeden des ersten bis dritten Schweißstapels 25–27 die Widerstandskonstante bestimmt werden. Darüber hinaus können die Widerstandskonstanten jedes des ersten bis dritten Schweißstapels 25–27 mit dem Schweißverbindungsqualitätsbereich verglichen werden, um zu bestimmen, ob die Gesamtstapel-Schweißverbindungsqualität innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt. Da der erste bis dritte Schweißstapel 25–27 leichtere Wege für den Stromfluss als direkt zwischen den nicht verschweißten Abschnitten der Zungen 20 bieten, können die Zungen 20, wenn der Widerstände davon bestimmt werden, so behandelt werden, als ob sie zwischen dem ersten bis dritten Schweißstapel 25–27 elektrisch getrennt wären (oder Luftspalte aufweisen würden).
Somit kann der zweite Schweißstapel 26 eine zweite gemessene Spannung (V₂) besitzen und kann der dritte Schweißstapel 27 eine dritte Messspannung (V₃) besitzen. Der Widerstand des zweiten Schweißstapels 26 kann als ein zweiter Widerstand (R₂) berechnet werden und der Widerstand des dritten Schweißstapels 27 kann als ein dritter Stapelwiderstand (R₃) berechnet werden. Der zweite Stapelwiderstand und der dritte Stapelwiderstand sind die effektiven Widerstände der jeweiligen Stapel. V₂ = I·(R₂) V₃ = I·(R₃)
Wie in 1 gezeigt ist, kann der Widerstand des Gesamtschweißstoßes 24 bestimmt werden. Das erste Voltmeter 44 steht in Verbindung mit der Sonde 28 und mit dem zweiten Ende 37 des Sammelschienenglieds 12. Durch Messung des Stromflusses durch die Batteriezellen 14 und der Spannungsdifferenz (V_j) zwischen dem zweiten Ende 37 des Sammelschienenglieds 12 und der Sonde 28 kann eine Widerstandskonstante oder ein effektiver Widerstand (R_j) für den Schweißstoß 24 berechnet werden. V_j = I·(R_j)
Auf die Widerstandskonstante oder auf den effektiven Widerstand für den Schweißstoß 24 kann ebenfalls ein Schweißverbindungsqualitätsbereich angewendet werden, sodass der Stoßwiderstand mit einem vorgegebenen minimalen Stoßwiderstand und mit einem vorgegebenen maximalen Stoßwiderstand verglichen wird. Die Widerstandskonstante oder der effektive Widerstand für die Batterie 24 können die erfolgreiche Montage und den Weiterbetrieb des Schweißstoßes 24 identifizieren helfen.
Die obigen Berechnungen beruhen auf dem Zuführen eines bekannten Stroms und auf dem Berechnen der spezifischen Widerstandskonstante oder des effektiven Widerstands der gewünschten Komponente daraus. Allerdings können andere Techniken verwendet werden, um Widerstandseigenschaften von Abschnitten der Batterie 10 zu identifizieren und zu vergleichen. Zum Beispiel kann der Strom von einer bekannten Spannung (V_k) und von einem bekannten Widerstand (R_k) zugeführt werden, die ebenfalls als die Stromquelle 42 dargestellt werden können. Es kann ein Spannungsabfallverhältnis der gemessenen Spannung des Schweißstoßes 24 und der bekannten Spannung bestimmt werden. Daraufhin kann aus dem Spannungsabfallverhältnis der gemessenen Spannung des Schweißstoßes 24 und aus der bekannten Spannung die Widerstandskonstante oder der effektive Widerstand für den Schweißstoß 24 berechnet werden. R_j = R_k·(V_j/V_k)
Daraufhin kann die Widerstandskonstante oder der effektive Widerstand des Schweißstoßes 24 mit dem vorgegebenen Bereich verglichen werden. Darüber hinaus kann die Widerstandskonstante des Schweißstoßes 24 als ein Anfangswiderstand oder ein erster Stoßwiderstand gespeichert werden. Zu einer nachfolgenden Zeit wie etwa während des Kundendiensts oder der Wartung des Fahrzeugs nach einer kalibrierten Zeitspanne (die beliebig zwischen mehreren Monaten bis Jahre später betragen kann) oder einer kalibrierten Zyklusspanne (wie etwa Kilometerstand, Fahrzeugbetriebszyklen usw.) kann die Widerstandskonstante des Schweißstoßes 24 erneut berechnet werden und kann sie als ein zweiter Stoßwiderstand gespeichert werden.
Daraufhin können der zweite Stoßwiderstand und der erste Stoßwiderstand verglichen werden, um die über die Zeitspanne oder über die Zyklusspanne auftretende Änderung des effektiven Widerstands des Schweißstoßes 24 zu bestimmen. Diese Änderung des effektiven Widerstands kann dazu verwendet werden, eine Ermüdungsspanne des Schweißstoßes 24 während der Zeitspanne oder Zyklusspanne zu bestimmen oder zu berechnen. Die Ermüdungsspanne ist der berechnete Schätzwert der Anzahl von Ermüdungszyklen, die über die Zeitspanne oder Zyklusspanne auftreten. Die Ermüdung kann in dem Schweißstoß 24 wegen Erwärmung und Abkühlung – und der dadurch verursachten Ausdehnung und Zusammenziehung – oder wegen Bewegung der Batterie 10 und des Fahrzeugs auftreten.
Aus der Ermüdungsspanne und der Zeitspanne oder Zyklusspanne kann ein Schätzwert der Restlebensdauer der Batterie 10 – oder wenigstens des geprüften Schweißstoßes 24 – berechnet werden. Die Restlebensdauer kann in Restermüdungszyklen, Restzeit oder anderen daraus berechneten Werten bestimmt werden.
Nun in 3 ist ein schematisches Ablaufplandiagramm eines Algorithmus oder Verfahrens 100 zum zerstörungsfreien Prüfen der Mehrzellenbatterie 10 gezeigt. Die Batterie 10 ist nur ein veranschaulichendes Beispiel einer Komponente mit Stößen, die unter Verwendung der hier beschriebenen Verfahren geprüft und überwacht werden können. Die genaue Reihenfolge der Schritte des in 3 gezeigten Algorithmus oder Verfahrens 100 ist nicht erforderlich. Es können Schritte umgestellt werden, es können Schritte weggelassen werden und es können zusätzliche Schritte aufgenommen werden. Darüber hinaus kann das Verfahren 100 ein Abschnitt oder eine Teilroutine eines anderen Algorithmus oder Verfahrens sein. 3 zeigt nur ein Diagramm auf höherer Ebene des Verfahrens 100.
Zu Veranschaulichungszwecken kann das Verfahren 100 anhand der in Bezug auf 1 gezeigten und beschriebenen Elemente und Komponenten beschrieben werden. Allerdings können andere Komponenten verwendet werden, um das Verfahren 100 und die in den beigefügten Ansprüchen definierte Erfindung zu verwirklichen. Irgendwelche der Schritte können durch mehrere Komponenten innerhalb eines Steuersystems ausgeführt werden.
Schritt 110: Start
Das Verfahren 100 kann mit einem Start- oder Initialisierungsschritt beginnen, wobei das Verfahren 100 während dieser Zeit Betriebsbedingungen der gefügten Komponente oder der Prüfausrüstung, an der die gefügte Komponente angebracht ist, überwacht. Die Initiierung kann in Ansprechen auf ein Signal von einem Betreiber stattfinden.
Schritt 112: Zuführung einzelner Ströme.
Das Verfahren 100 enthält das Zuführen eines ersten Stroms zwischen einem ersten Ende eines ersten Glieds wie etwa des Sammelschienenglieds 12 und dem ersten Ende eines zweiten Glieds wie etwa der ersten Zunge 20. Falls die verbundene Komponente eine Einzungenkonfiguration aufweist, kann der erste Strom der einzige zugeführte Strom sein. Allerdings enthält das Verfahren 100 für Mehrkomponenten- oder Mehrzungenkonfigurationen ebenfalls das Zuführen des zweiten Stroms zwischen dem ersten Ende des ersten Glieds und dem ersten Ende der zweiten Zunge und das Zuführen des dritten Stroms zwischen dem ersten Ende des ersten Glieds und dem ersten Ende der dritten Zunge. Der erste Strom, der zweite Strom und der dritte Strom können im Wesentlichen gleich sein, sodass jeder ein Drittel des Gesamtstapelstroms ist.
Schritt 114: Miss einzelne Spannungen.
Das Verfahren 100 enthält das Messen der ersten Spannung zwischen dem zweiten Ende des ersten Glieds und dem zweiten Ende des zweiten Glieds. Die ersten Enden des ersten Glieds und des zweiten Glieds sind den zweiten Enden des zweiten Glieds und des zweiten Glieds gegenüberliegend von dem ersten Stoß orientiert, wobei die ersten Enden der zweiten Zunge und der dritten Zunge ähnlich orientiert sind. Das Verfahren 100 kann ebenfalls das Messen der zweiten Spannung zwischen dem zweiten Ende des ersten Glieds und dem zweiten Ende der zweiten Zunge und das Messen der dritten Spannung zwischen dem zweiten Ende des ersten Glieds und dem zweiten Ende der dritten Zunge enthalten.
Schritt 116: Berechne einzelne Stoßwiderstände.
Das Verfahren 100 enthält das Berechnen eines ersten Stoßwiderstands des ersten Stoßes aus dem zugeführten ersten Strom und aus der gemessenen ersten Spannung. In Abhängigkeit von der Konfiguration der gefügten Komponente kann dieser direkt bestimmt werden oder kann es notwendig sein, ihn in Verbindung mit dem Berechnen des zweiten Stoßwiderstands des zweiten Stoßes aus dem zugeführten zweiten Strom und aus der gemessenen zweiten Spannung und mit dem Berechnen des dritten Stoßwiderstands des dritten Stoßes aus dem zugeführten dritten Strom und aus der gemessenen dritten Spannung zu bestimmen. Falls die Stöße mehr als eine gefügte Komponente darin enthalten, berechnet das Verfahren 100 die effektiven Widerstände des ersten, des zweiten und des dritten Stoßes. Die drei einzelnen Widerstände des ersten, des zweiten und des dritten Stoßes können durch Lösen dreier Gleichungen für die drei Unbekannten bestimmt werden.
Schritt 118: Vergleiche einzelne Bereiche.
Das Verfahren 100 enthält das Vergleichen des berechneten ersten Widerstands mit dem vorgegebenen minimalen Stoßwiderstand und mit dem vorgegebenen maximalen Stoßwiderstand. Der vorgegebene maximale Stoßwiderstand ist höher als der vorgegebene minimale Stoßwiderstand. Der zweite Widerstand und der dritte Widerstand können ebenfalls mit dem vorgegebenen minimalen Stoßwiderstand und mit dem vorgegebenen maximalen Stoßwiderstand verglichen werden.
Schritt 120: Gib Stoßergebnisse aus; Ende.
Das Verfahren 100 enthält das Ausgeben des Ergebnisses des Vergleichs an den Empfänger. Wie oben diskutiert wurde, können die Ergebnisse Folgendes enthalten: Messfehler, falls der berechnete erste Widerstand unter dem vorgegebenen minimalen Stoßwiderstand liegt; schadhafter Stoß, falls der berechnete erste Widerstand über dem vorgegebenen maximalen Stoßwiderstand liegt; und akzeptabler Stoß, falls der berechnete erste Widerstand über dem vorgegebenen minimalen Stoßwiderstand und unter dem vorgegebenen maximalen Stoßwiderstand liegt.
Nach Ausgeben der Ergebnisse des Vergleichs mit dem Stoßqualitätsbereich kann das Verfahren 100 enden. Der Endschritt kann tatsächlich eine Rückkehr zum Start sein, oder das Verfahren 100 kann warten, bis es erneut aufgerufen wird.
Schritt 122: Berechne Stapelwiderstand.
Wenn das Verfahren 100 auf eine Batterie 10 mit einer Mehrzungenkonfiguration angewendet wird, kann es das Berechnen des Schweißstapelwiderstands aus dem zugeführten Gesamtstapelstrom und aus der gemessenen ersten Spannung enthalten. Der Schweißstapelwiderstand ist der effektive Widerstand des gesamten gemessenen Schweißstapels. Der Schweißstapelwiderstand kann für den ersten Schweißstapel 25, für den zweiten Schweißstapel 26 und für den dritten Schweißstapel 27 berechnet werden. In Abhängigkeit von der Konfiguration des Schweißstoßes 24 kann in diesem Schritt ebenfalls der erste Stoßwiderstand des Schweißstoßes 24 berechnet werden.
Schritt 124: Vergleiche Stapelbereich.
Das Verfahren kann das Vergleichen des berechneten ersten Schweißstapelwiderstands mit dem vorgegebenen minimalen Stapelwiderstand und mit dem vorgegebenen maximalen Stapelwiderstand enthalten. Der vorgegebene maximale Stapelwiderstand ist höher als der vorgegebene minimale Stapelwiderstand.
Schritt 126: Gib Stapelergebnisse aus; Ende.
Das Verfahren 100 enthält das Ausgeben des Ergebnisses des Vergleichs des Schweißstapelwiderstands und des Schweißverbindungsqualitätsbereichs an den Empfänger. Die Ergebnisse können enthalten: Messfehler, schadhafte Schweißstelle und akzeptable Schweißstelle. Der Messfehler ergibt sich, falls der berechnete erste Schweißstapelwiderstand unter dem vorgegebenen minimalen Stapelwiderstand liegt. Die schadhafte Schweißstelle ergibt sich, falls der berechnete erste Schweißstapelwiderstand über dem vorgegebenen maximalen Stapelwiderstand liegt. Die akzeptable Schweißstelle ergibt sich, falls der berechnete erste Schweißstapelwiderstand über dem vorgegebenen minimalen Stapelwiderstand und unter dem vorgegebenen maximalen Stapelwiderstand liegt.
Nun in 4 und weiter anhand von 1–3 ist ein schematisches Ablaufplandiagramm eines Algorithmus oder Verfahrens 200 für die Überwachung des Funktionszustands von Stößen gezeigt. Das Verfahren 200 kann z. B. zum Überwachen der Schweißstöße der in 1 gezeigten Mehrzellenbatterie 10 verwendet werden. Alternativ kann das Verfahren 200 zum Überwachen anderer Typen von Stößen wie etwa mechanischer Stöße verwendet werden.
Die genaue Reihenfolge der Schritte des in 4 gezeigten Algorithmus oder Verfahrens 200 ist nicht erforderlich. Es können Schritte umgestellt werden, es können Schritte weggelassen werden und es können zusätzliche Schritte aufgenommen werden. Darüber hinaus kann das Verfahren 200 ein Abschnitt oder eine Teilroutine eines anderen Algorithmus oder Verfahrens wie etwa des in 3 gezeigten Verfahrens 100 sein. 4 zeigt nur ein Diagramm auf höherer Ebene des Verfahrens 200.
Zu Veranschaulichungszwecken können Abschnitte des Verfahrens 200 anhand der in Bezug auf 1 gezeigten und beschriebenen Elemente und Komponenten beschrieben werden. Allerdings können zur Verwirklichung des Verfahrens 200 und der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung andere Komponenten verwendet werden. Irgendwelche der Schritte können durch mehrere Komponenten innerhalb eines Steuersystems ausgeführt werden.
Schritt 210: Start.
Das Verfahren 200 kann mit einem Start- oder Initialisierungsschritt beginnen, wobei das Verfahren 200 während dieser Zeit Betriebsbedingungen der Batterie 10 oder der Prüfausrüstung, an der die Batterie 10 angebracht ist, überwacht. Die Initiierung kann in Ansprechen auf ein Signal von einem Betreiber oder im Ergebnis eines der Schritte des in 3 gezeigten Verfahrens 100 stattfinden.
Schritt 212: Berechne Stoßwiderstand.
Das Verfahren 200 enthält das Berechnen des Stoßwiderstands des Schweißstoßes 24 aus dem zugeführten ersten Strom und aus der gemessenen ersten Spannung. Alternativ kann der Stoßwiderstand des Schweißstoßes 24 aus dem Spannungsabfallverhältnis (der gemessenen Spannung zwischen dem zweiten Ende 37 des Sammelschienenglieds 12 und der Sonde 28, dividiert durch die bekannte Spannung) und dem bekannten Widerstand berechnet werden. Der Stoßwiderstand kann der effektive Widerstand oder die Widerstandskonstante sein.
Der Stoßwiderstand des Schweißstoßes 24 kann ebenfalls als Teil des in 3 gezeigten Verfahrens 100 berechnet werden. Das Zuführen des Stroms für die Berechnung des Stoßwiderstands kann während des Betriebs des Fahrzeugs stattfinden. Zum Beispiel und ohne Beschränkung kann die Batterie 10 während des Betriebs des Fahrzeugs entladen werden, um bei der Traktion zu helfen und Zubehör zu betreiben, oder kann sie während des regenerativen Bremsens geladen werden.
Schritt 214: Vergleiche Stoßbereich.
Außerdem kann das Verfahren 200 das Vergleichen des berechneten Stoßwiderstands mit dem vorgegebenen minimalen Stoßwiderstand und mit dem vorgegebenen maximalen Stoßwiderstand enthalten. In Abhängigkeit von der Konfiguration des Verfahrens 200 kann es eine Ausgabe des Ergebnisses des Vergleichs an den Empfänger geben. Das Ergebnis kann wieder eines der Folgenden sein: Messfehler, schadhafte Schweißstelle und akzeptable Schweißstelle.
Das Verfahren 200 kann das Prüfen mehrerer der Schweißstöße 24 innerhalb der Batterie 10, aller Schweißstöße 24 innerhalb der Batterie 10 oder nur eines der Schweißstöße 24 enthalten. Aus der Prüfung und Berechnung des Widerstands einer oder mehrerer der Schweißstellen 24 kann das Verfahren 200 den Funktionszustand der gesamten Mehrzellenbatterie 10 schätzen, interpolieren oder extrapolieren können.
Schritt 216: Anfangsprüfung?
Falls der berechnete Stoßwiderstand von einer Anfangsprüfung kommt, kann er der Anfangswiderstand oder der erste Stoßwiderstand sein. Allerdings kann der berechnete Stoßwiderstand ein nachfolgender oder zweiter Stoßwiderstand sein.
Schritt 218: Speichere ersten Stoßwiderstand.
Falls der berechnete Stoßwiderstand von einer Anfangsprüfung kommt, wird er daraufhin als der erste Stoßwiderstand gesetzt und gespeichert. Der berechnete erste Stoßwiderstand kann ebenfalls mit einer Kennung für den Schweißstoß 24 oder für die Batterie 10 verknüpft werden. Die Kennung können eine Fahrgestellnummer, ein Strichcode an der Mehrzellenbatterie und eine Hochfrequenzidentifizierungseinheit, die funktional an der Mehrzellenbatterie befestigt ist, sein. Durch Verknüpfen des berechneten ersten Stoßwiderstands mit der Kennung können spätere Berechnungen mit dem ersten Stoßwiderstand verglichen werden.
Schritt 220: Gib Anfangsstoßwiderstand aus oder speichere ihn.
Die Batterie 10 kann in ein Fahrzeug aufgenommen werden, das zur wahlweisen Kommunikation mit einem Kommunikationsweg konfiguriert ist. Das Verfahren 200 kann das Senden einer Diagnosemeldung über den Kommunikationsweg enthalten. Die Diagnosemeldung kann den berechneten ersten Stoßwiderstand und die Verknüpfung mit der Kennung enthalten.
Außerdem kann das Verfahren 200 das Senden einer Warnmeldung über den Kommunikationsweg zu einem Empfangspunkt, auf den ein Betreiber des Fahrzeugs zugreifen kann, enthalten. Der Empfangspunkt kann ohne Beschränkung eine Telefonnummer oder eine Mobiltelefonnummer oder eine E-Mail-Adresse oder ein Instant-Messaging-Konto sein. Der Kommunikationsweg kann ohne Beschränkung ein drahtloses lokales Netz oder ein Mobilfunknetz oder ein Bluetooth-Protokoll oder Satellitenkommunikationen enthalten. Somit kann das Verfahren 200 den Betreiber des Fahrzeugs über den Status des berechneten ersten Stoßwiderstands warnen.
Schritt 222: Speichere zweiten Stoßwiderstand.
Falls der berechnete Stoßwiderstand nicht von einer Anfangsprüfung kam, kann er als der zweite Stoßwiderstand gesetzt werden. Der zweite Stoßwiderstand kann ebenfalls gespeichert und ebenfalls mit der Kennung verknüpft werden. Darüber hinaus kann das Verfahren 200 das erneute Setzen des ersten Stoßwiderstands auf den zweiten Stoßwiderstand enthalten, nachdem das Verfahren 200 abgeschlossen ist, sodass künftige Iterationen (wenn überhaupt) des Verfahrens 200 den zweiten Stoßwiderstand als Grundlage für die Berechnung der Ermüdung verwenden.
Schritt 224: Bestimme Zyklusspanne.
Das Verfahren 200 bestimmt die Zyklusspanne zwischen dem Berechnen des ersten Stoßwiderstands bis zum Berechnen des zweiten Stoßwiderstands. Die Zyklusspanne kann äquivalent zu dem berechneten Zyklus sein und kann eine Zeitspanne sein. Das Bestimmen der Zyklusspanne hilft beim Berechnen oder Schätzen einer Restermüdungslebensdauer oder Restbatterielebensdauer des Schweißstoßes 24 oder der Batterie 10 als Ganzes.
Schritt 226: Bestimme Ermüdungsspanne.
Das Verfahren 200 enthält das Bestimmen der Ermüdungsspanne aus der Diagnosemeldung, die von dem Fahrzeug ausgesendet werden kann oder die einfach eine Übermittlung der zum Berechnen der Ermüdungsspanne notwendigen Daten sein kann. Die Ermüdungsspanne ist die Anzahl von Ermüdungszyklen, die über die Spanne des kalibrierten Zyklus auftreten. Diese Berechnungen können durch die ECU an Bord des Fahrzeugs, durch das Steuersystem 50, durch ein externes System, das über den Kommunikationsweg erreichbar ist, oder durch eine an dem Fahrzeug befestigte Prüfstation oder Prüfvorrichtung erfolgen.
Schritt 228: Bestimme Restermüdungslebensdauer.
Das Verfahren 200 enthält das Schätzen der Restermüdungslebensdauer auf der Grundlage einer vorgegebenen Ermüdungslebensdauer, der bestimmten Ermüdungsspanne und der Zyklusspanne. Die Ermüdungslebensdauer kann auf der Grundlage der Zeit oder der in Bezug auf die Batterie 10 stattfindenden Ereignisse bestimmt oder berechnet werden. Alternativ kann das Verfahren 200 das Senden einer Diagnosemeldung über den Kommunikationsweg enthalten, wenn die Restermüdungslebensdauer von dem Fahrzeug entfernt berechnet wird. Die Diagnosemeldung kann daraufhin zum Berechnen der Restermüdungslebensdauer verwendet werden. In dieser Konfiguration kann die Diagnosemeldung den berechneten ersten Stoßwiderstand, den berechneten zweiten Stoßwiderstand und die Zyklusspanne enthalten.
Schritt 230: Gib berechnete Batterielebensdauer aus.
Wenn die Restermüdungslebensdauer für die Batterie 10 oder für den Schweißstoß 24 berechnet worden ist, kann das Verfahren 200 eine Diagnosemeldung mit einer Restermüdungslebensdauer über den Kommunikationsweg senden. Die Restermüdungslebensdauer kann verwendet werden, um den Betreiber des Fahrzeugs über die Notwendigkeit, die Batterie 10 zu ersetzen, zu warnen.
Nun in 5A und 5B und weiter anhand von 1–4 sind zwei Ansichten von durch Stöße verbundenen Komponenten gezeigt. 5A zeigt eine Seitenansicht einer gefügten Komponente 310, die durch ein Befestigungselement gebildet ist. 5B zeigt eine Querschnittsansicht einer gefügten Komponente 360, die durch Verformung gebildet ist. 5A und 5B veranschaulichen zusätzliche Stoßtypen, die mit den hier beschriebenen Verfahren oder Prozessen verwendet werden können. Merkmale und Komponenten, die in anderen Figuren gezeigt sind, können in die in 5A und 5B gezeigten aufgenommen und mit diesen verwendet werden.
5A zeigt die gefügte Komponente mit einem ersten Glied 312 und mit einem zweiten Glied 320. Das erste und das zweite Glied 312 und 320 sind auf gegenüberliegenden Seiten eines mechanischen Stoßes 324 definiert. Anders als die in 1, 2A und 2B gezeigten Stöße verbindet der mechanische Stoß 324 das erste Glied 312 und das zweite Glied 320 mit einem mechanischen Befestigungselement 330, das z. B. und ohne Beschränkung Folgendes sein kann: eine Schraube oder ein Niet.
Das erste Glied 312 weist ein erstes Ende 326 und ein zweites Ende 327 auf, die auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Glieds 312 von dem mechanischen Stoß 324 angeordnet sind. Ein erstes Ende 338 und ein zweites Ende 339 sind auf gegenüberliegenden Seiten des zweiten Glieds 320 von dem mechanischen Stoß 324 angeordnet.
Die Qualität oder Festigkeit des mechanischen Stoßes 324 kann mit ihrem Widerstand oder effektiven Widerstand korreliert sein. Um den effektiven Widerstand des mechanischen Stoßes 324 zu bestimmen, steht eine Stromquelle 342 in elektrischer Verbindung mit dem ersten Ende 336 des ersten Glieds 312 und mit dem ersten Ende 338 des zweiten Glieds 320. Die Stromquelle 342 leitet einen bekannten (oder messbaren) elektrischen Strom durch den mechanischen Stoß 324. Die Stromquelle 342 kann eine Spannungsquelle und einen Präzisionswiderstand enthalten.
Ein Voltmeter 344 misst eine Spannungsdifferenz zwischen dem zweiten Ende 337 des ersten Glieds 312 und dem zweiten Ende 339 des zweiten Glieds 320. Aus dem zugeführten Strom und aus der gemessenen Spannung – und aus dem Verhältnis der Spannung zu dem Strom – kann der effektive Widerstand des mechanischen Stoßes 324 berechnet werden. Der berechnete Widerstand kann die Qualität des durch das mechanische Befestigungselement 330 gebildeten mechanischen Stoßes 324 angeben.
Falls der mechanische Stoß 324 z. B. keinen ausreichenden Kontakt zwischen dem zweiten Glied 320 und dem ersten Glied 312 bereitstellt, kann der Fluss des Stroms von dem zweiten Glied 320 zu dem ersten Glied 312 behindert sein, was veranlasst, dass der berechnete Widerstand zunimmt. Darüber hinaus kann der berechnete Widerstand ebenfalls stark zunehmen, falls das mechanische Befestigungselement 330 defekt ist oder erhebliche Risse aufweist.
5B zeigt die gefügte Komponente, die ein erstes Glied 362 und ein zweites Glied 370 aufweist. Das erste und das zweite Glied 362 und 370 sind auf gegenüberliegenden Seiten eines mechanischen Stoßes 374 definiert. Anders als die in 1, 2A und 2B gezeigten Stöße verbindet der mechanische Stoß 374 das erste Glied 362 und das zweite Glied 370 mit einem Falzgebiet 380. Alternativ kann das Falzgebiet 380 z. B. und ohne Beschränkung durch ein gebördeltes Gebiet oder durch andere mechanische Stöße ersetzt sein.
Das erste Glied 362 weist ein erstes Ende 386 und ein zweites Ende 387 auf, die auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Glieds 362 von dem mechanischen Stoß 374 angeordnet sind. Ein erstes Ende 388 des zweiten Glieds 370 und ein zweites Ende 389 des zweiten Glieds 370 sind auf gegenüberliegenden Seiten des mechanischen Stoßes 374 angeordnet.
Die Qualität oder Festigkeit des mechanischen Stoßes 374 kann mit seinem Widerstand oder effektiven Widerstand korreliert sein. Um den effektiven Widerstand des mechanischen Stoßes 374 zu bestimmen, steht eine Stromquelle 392 in elektrischer Verbindung mit dem ersten Ende 386 des ersten Glieds 362 und mit dem ersten Ende 388 des zweiten Glieds 370. Die Stromquelle 392 leitet einen bekannten (oder messbaren) elektrischen Strom durch den mechanischen Stoß 374. Die Stromquelle 392 kann eine Spannungsquelle und einen Präzisionswiderstand enthalten.
Ein Voltmeter 394 misst eine Spannungsdifferenz zwischen dem zweiten Ende 387 des ersten Glieds 362 und dem zweiten Ende 389 des zweiten Glieds 370. Aus dem zugeführten Strom und aus der gemessenen Spannung kann der Widerstand des mechanischen Stoßes 374 und des Falzgebiets 380 berechnet werden. Der berechnete Widerstand kann die Qualität des durch das Falzgebiet 380 gebildeten mechanischen Stoßes 374 angeben.
Falls das Falzgebiet 380 z. B. keinen ausreichenden Kontakt zwischen dem zweiten Glied 370 und dem ersten Glied 362 bereitstellt, kann der Fluss des Stroms von dem zweiten Glied 370 zu dem ersten Glied 362 behindert sein, was veranlasst, dass der berechnete effektive Widerstand zunimmt. Darüber hinaus kann der berechnete Stand ebenfalls stark zunehmen, falls das Falzgebiet 380 defekt ist, erhebliche Risse oder einen erheblichen Zwischenraum oder Spalt aufweist.
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich in Bezug auf Kraftfahrzeuganwendungen beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet die breitere Anwendbarkeit der Erfindung. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, dass Begriffe wie etwa ”oben”, ”unten”, ”nach oben”, ”nach unten” usw. zur Beschreibung der Figuren verwendet sind und keine Beschränkungen des wie durch die beigefügten Ansprüche definierten Umfangs der Erfindung repräsentieren.
Obwohl die besten Ausführungsarten und andere Arten zur Ausführung der beanspruchten Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche zu verwirklichen.

Claims

Verfahren zur zerstörungsfreien Überwachung des Funktionszustands einer verbundenen Komponente, wobei das Verfahren umfasst: Zuführen eines ersten Stroms zwischen einem ersten Ende eines ersten Glieds der verbundenen Komponente und einem ersten Ende eines zweiten Glieds der verbundenen Komponente; Messen einer ersten Spannung zwischen einem zweiten Ende des ersten Glieds und einem zweiten Ende des zweiten Glieds, wobei das erste Ende des ersten Glieds und das erste Ende des zweiten Glieds wenigstens einem Stoß gegenüberliegend von dem zweiten Ende des ersten Glieds und von dem zweiten Ende des zweiten Glieds gelegen sind; Berechnen eines ersten Stoßwiderstands des wenigstens einen Stoßes aus dem zugeführten ersten Strom und aus der gemessenen ersten Spannung; Vergleichen des berechneten ersten Stoßwiderstands mit einem vorgegebenen minimalen Stoßwiderstand; Vergleichen des berechneten ersten Stoßwiderstands mit einem vorgegebenen maximalen Stoßwiderstand, wobei der vorgegebene maximale Stoßwiderstand höher als der vorgegebene minimale Stoßwiderstand ist; und Ausgeben eines Ergebnisses des Vergleichs, wobei das Ergebnis eines der Folgenden ist: ein Messfehler, falls der berechnete erste Stoßwiderstand unter dem vorgegebenen minimalen Stoßwiderstand liegt, ein schadhafter Stoß, falls der berechnete erste Stoßwiderstand über dem vorgegebenen maximalen Stoßwiderstand liegt, und ein akzeptabler Stoß, falls der berechnete erste Stoßwiderstand über dem vorgegebenen minimalen Stoßwiderstand und unter dem vorgegebenen maximalen Stoßwiderstand liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Starten eines Zählers nach Berechnen des ersten Stoßwiderstands; Beenden des Zählers nach Verstreichen eines kalibrierten Zyklus; Zuführen eines zweiten Stroms zwischen dem ersten Ende des ersten Glieds und dem ersten Ende des zweiten Glieds; Messen einer zweiten Spannung zwischen dem zweiten Ende des ersten Glieds und dem zweiten Ende des zweiten Glieds; Berechnen eines zweiten Stoßwiderstands des wenigstens einen Stoßes aus dem zugeführten zweiten Strom und aus der gemessenen zweiten Spannung, wobei der zweite Stoßwiderstand nach Verstreichen des kalibrierten Zyklus berechnet wird; Vergleichen des zweiten Stoßwiderstands mit dem ersten Stoßwiderstand; und Bestimmen einer Ermüdungsspanne, die über den kalibrierten Zyklus zwischen dem ersten Stoßwiderstand und dem zweiten Stoßwiderstand auftritt.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst: Schätzen einer Reststoßlebensdauer auf der Grundlage einer vorgegebenen Ermüdungslebensdauer, der bestimmten Ermüdungsspanne und des kalibrierten Zyklus.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der wenigstens eine Stoß ein Schweißstoß einer Mehrzellenbatterie ist und wobei das Verfahren ferner umfasst: Verknüpfen des berechneten ersten Stoßwiderstands mit einer Kennung für den Schweißstoß.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Kennung eine Fahrgestellnummer oder ein Strichcode an der Mehrzellenbatterie oder eine Hochfrequenzidentifizierungseinheit, die an der Mehrzellenbatterie funktional befestigt ist, ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Mehrzellenbatterie in ein Fahrzeug aufgenommen ist und das Fahrzeug zur wahlweisen Kommunikation mit einem Kommunikationsweg konfiguriert ist, und wobei das Verfahren ferner umfasst: Senden einer Diagnosemeldung über den Kommunikationsweg, wobei die Diagnosemeldung die bestimmte Restermüdungslebensdauer oder die bestimmte Ermüdungsspanne enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst: Senden einer Warnmeldung über den Kommunikationsweg zu einem Empfangspunkt, wobei der Betreiber des Fahrzeugs auf den Empfangspunkt zugreifen kann.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Empfangspunkt eine Telefonnummer oder eine Mobiltelefonnummer oder eine E-Mail-Adresse oder ein Instant-Messaging-Konto ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Kommunikationsweg ein drahtloses lokales Netz oder ein Mobilfunknetz oder ein Bluetooth-Protokoll oder Satellitenkommunikationen enthält.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Mehrzellenbatterie in ein Fahrzeug aufgenommen ist und wobei das Zuführen des ersten Stroms während des Betriebs des Fahrzeugs stattfindet.