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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln zumindest eines elektrischen Widerstands in einem Kraftfahrzeug. Hierdurch kann beispielsweise der Innenwiderstand einer Fahrzeugbatterie oder ein Verbindungswiderstand einer Anschlussleitung ermittelt werden. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, das zum Durchführen des Verfahrens ausgelegt ist.
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In einem Kraftfahrzeug kann es vorteilhaft sein, bei elektrischen Komponenten einen elektrischen Widerstand zu überwachen. Beispielsweise kann am Innenwiderstand einer Fahrzeugbatterie deren Verschleißzustand oder Alterungszustand ermittelt werden. Entsprechend kann beispielsweise durch ein Batteriemanagementsystem eine Ladestrategie und/oder Entladestrategie angepasst werden. Bei einer Anschlussleitung kann es vorkommen, dass beispielsweise durch Korrosion oder durch Lockerung einer mechanischen Anbindung ein elektrischer Verbindungswiderstand steigt. Wird dann durch einen elektrischen Verbraucher ein besonders großer Verbraucherstrom über diese Anschlussleitung geleitet, so kann es zu einer unerwünschten Erwärmung der Anschlussleitung kommen.
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Aus der
DE 10 2005 029 096 A1 ist eine Batteriezustandserkennung für einen Kraftfahrzeug-Akkumulator bekannt. Zum Bestimmen einer Batteriegröße wird eine an einer ersten Gruppe von Zellen abfallende Spannung und eine an einer zweiten Gruppe von Zellen abfallende Spannung gemessen wird und die Batteriegröße für eine dritte Gruppe von Batteriezellen auf Grundlage der gemessenen ersten Spannung und der gemessenen zweiten Spannung als Differenzspannung berechnet.
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Aus der
DE 10 2010 032 280 A1 ist ein Energiesystem mit Messeinheit für ein Kraftfahrzeug bekannt. Um den Innenwiderstand einer Fahrzeugbatterie zu ermitteln, wird eine Spannungsdifferenz aus einer Batteriespannung zu Beginn eines Ladevorgangs und am Ende eines Ladevorgangs ermittelt. Aus dieser Spannungsdifferenz und dem Ladestromwert wird ein Innenwiderstand der Batterie ermittelt. Der Innenwiderstand des Energiespeichers wird in einem Zeitraum ermittelt, in welchem der Generator des Kraftfahrzeugs keinen Strom in das Bordnetz einspeist. Bevorzugt wird der Innenwiderstand in einem Zeitraum unmittelbar nachdem das Fahrzeug entriegelt wurde und bevor der Verbrennungsmotor gestartet wurde ermittelt.
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Aus der
DE 10 2012 204 918 A1 ist ein Verfahren zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion in einem Kraftfahrzeug bekannt. Die Aktivierung erfolgt in Abhängigkeit von einer Gültigkeit eines aktuellen Werts eines Innenwiderstands der Fahrzeugbatterie.
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Die
DE 198 01 627 C1 beschreibt ein Verfahren zur Diagnose elektrischer Verbraucher durch Auswertung der Batteriespannung. Dazu werden verschiedene elektrische Verbraucher im Steuergerätenachlauf bei abgestelltem Motor angesteuert und aufgrund der Änderung der Batteriespannung kann auf die Funktionsfähigkeit des Verbrauchers geschlossen werden.
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Die
WO 2004/083000 A1 betrifft eine zur Früherkennung eines möglichen Ausfalles eines elektrisch gesteuerten Bremssystems durchgeführte Überprüfung einer von einer Fahrzeugbatterie bereitgestellten Bordnetzspannung.
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Ein Verfahren zum Ermitteln eines parasitären Widerstands im Versorgungspfad eines elektronischen Kraftfahrzeug-Steuergeräts ist durch die
DE 10 2011 103 172 A1 beschrieben. Dabei wird ein erster Spannungsabfall an den zwei Anschlüssen des Steuergeräts in einem hochohmigen Zustand des Steuergeräts und ein zweiter Spannungsabfall an den zwei Anschlüssen in einem niederohmigen Zustand des Steuergeräts bei einem Stromfluss einer gewissen Stromstärke gemessen. Der parasitäre Widerstand wird aus dem ersten Spannungsabfall, dem zweiten Spannungsabfall und der Stromstärke ermittelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aufwandsarm zumindest einen elektrischen Widerstand in einem Kraftfahrzeug zu überwachen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche.
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Erfindungsgemäß bereitgestellt ist ein Verfahren zum Ermitteln zumindest eines elektrischen Widerstands in einem Kraftfahrzeug. Das Verfahren geht von der folgenden Konstruktionsweise des Kraftfahrzeugs aus. In dem Kraftfahrzeug ist in einem Bordnetz, das hier als erstes Bordnetz bezeichnet wird, eine Spannungsquelle an einem Sternpunkt angeschlossen. Die Spannungsquelle kann beispielsweise einen Fahrzeugbatterie und/oder einen Generator des Kraftfahrzeugs umfassen. Von dem Sternpunkt aus gehen mehrere Anschlussleitungen zu elektrischen Geräten ab. Mit anderen Worten ist der Sternpunkt über eine jeweilige Anschlussleitung mit einem jeweiligen Versorgungsanschluss von zumindest zwei elektrischen Geräten verbunden. Mit anderen Worten führt von dem Sternpunkt aus eine Anschlussleitung zu einem ersten elektrischen Gerät, wo die Anschlussleitung am Versorgungsanschluss des Geräts angeschlossen ist. Des Weiteren führt eine zweite Anschlussleitung zu einem zweiten elektrischen Gerät, wo die Anschlussleitung an den Versorgungsanschluss des zweiten elektrischen Geräts angeschlossen ist. Eine jeweilige weitere Anschlussleitung kann zu zumindest einem weiteren Gerät führen und dort an dessen Versorgungsanschluss angeschlossen sein. Mit anderen Worten weist das Bordnetz eine sternförmige Verkabelung oder Sterntopologie auf.
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Das Verfahren umfasst eine erste Messphase. In der ersten Messphase empfängt ein erstes der Geräte einen Laststrom aus der Spannungsquelle. Es fließt also von der Spannungsquelle über den Sternpunkt und die erste Anschlussleitung ein Laststrom zu dem ersten Gerät. Des Weiteren empfangen in der ersten Messphase das zweite und, falls vorhanden, alle weiteren Geräte aus der Spannungsquelle einen Ruhestrom. Insbesondere ist der Ruhestrom kleiner als der Laststrom. Das zweite Gerät, insbesondere alle übrigen Geräte, befindet sich insbesondere in einem Bereitschaftsmodus, in welchem das Gerät seine Gerätefunktion in dem Kraftfahrzeug nicht bereitstellt. Der Laststrom ist insbesondere größer als ein Ampere. Der Ruhestrom ist insbesondere mindestens ein Zehntel, insbesondere ein Fünfzigstel, bevorzugt ein Hundertstel kleiner als der Laststrom.
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In der ersten Messphase ermittelt das erste Gerät, welches den Laststrom empfängt, an seinem Versorgungsanschluss einen ersten Spannungswert U1 und einen Laststromwert I des Laststroms. Der Spannungswert gibt die elektrische Spannung des Bordnetzes an, wie sie von dem ersten Gerät am Versorgungsanschluss empfangen wird, also am ersten Versorgungsanschluss bereitgestellt wird. Das zweite Gerät, das nur den Ruhestrom empfängt, ermittelt an seinem Versorgungsanschluss einen zweiten Spannungswert U2. Das zweite Gerät ermittelt also die Spannung des Bordnetzes, wie sie am Versorgungsanschluss des zweiten Geräts bereitgestellt wird.
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In einer zweiten Messphase, in welcher jedes der Geräte einen jeweiligen Ruhestrom aus der Spannungsquelle empfängt, ermittelt das zweite Gerät an seinem Versorgungsanschluss einen dritten Spannungswert U2' und das erste Gerät an seinem Versorgungsanschluss einen vierten Spannungswert U1'. In der zweiten Messphase empfängt also jedes Gerät einen jeweiligen Ruhestrom aus der Spannungsquelle. Mit anderen Worten reduziert jedes Gerät seinen Versorgungsstrom soweit, dass er kleiner als ein vorbestimmter Höchststromwert ist, der insbesondere kleiner als ein Ampere, insbesondere kleiner als 500 Milliampere ist.
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Durch eine Analyseeinrichtung wird auf der Grundlage des ersten Spannungswerts U1, des zweiten Spannungswerts U2, des dritten Spannungswerts U2', des vierten Spannungswerts U1' und des Laststromwerts I ein Verbindungswiderstand R1 der Anschlussleitung des ersten Geräts ermittelt, also z. B. auf der Grundlage der Gleichung R1 = ((U2 – U2') – ( U1 – U1'))/I. Mit anderen Worten wird der Verbindungswiderstand der ersten Anschlussleitung, die vom Sternpunkt zum ersten Gerät führt, ermittelt. Die genannte Analyseeinrichtung kann beispielsweise ein Steuergerät oder eine Prozessoreinrichtung einer zentralen Recheneinrichtung sein. Die genannte Analyseeinrichtung kann auch durch mehrere verteilt im Kraftfahrzeug angeordnete Prozessoreinrichtungen und/oder Programmmodule bereitgestellt sein, die beispielsweise jeweils Bestandteil eines der Geräte sein können. Der genannte Verbindungswiderstand ist insbesondere ein Leitungswiderstand der Anschlussleitung und/oder ein Kontaktwiderstand, der an Enden der Anschlussleitung am Übergang, beispielsweise zwischen dem Sternpunkt und der Anschlussleitung und/oder am Übergang zwischen der Anschlussleitung und dem Versorgungsanschluss des ersten Geräts, wirkt.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass der Verbindungswiderstand der Anschlussleitung ohne aufwendige zusätzliche Messschaltungen ermittelt werden kann und hierdurch eine Erhöhung des Leitungswiderstandes, beispielsweise durch Korrosion oder durch Kontaktübergangswiderstände, erkannt werden kann. Die Spannungsmessung in den Geräten und die Stromstärkemessung sind in den elektrischen Geräten in der Regel zur Selbstüberwachung der Geräte an sich bereits vorhanden. Die erste und zweite Messphase können in beliebiger Reihenfolge und/oder jeweils mehrfach hintereinander ausgeführt werden, also z. B. zweimal eine erste Messphase und anschließend eine zweite Messphase.
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Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass auch der Innenwiderstand der Spannungsquelle ermittelt wird. Auf der Grundlage des zweiten Spannungswerts U2 und des dritten Spannungswerts U2' und des Laststromwerts I wird ein Widerstandswert eines am Sternpunkt wirksamer Innenwiderstands Ri1 der Spannungsquelle ermittelt. Dies ist beispielsweise durch die Berechnung Ri1 = (U2 – U2')/I möglich.
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In einer Weiterbildung dieses Ansatzes wird in der ersten Messphase und in der zweiten Messphase jeweils zusätzlich von zumindest einem weiteren der Geräte an seinem Versorgungsanschluss ein jeweiliger weiterer Spannungswert ermittelt, also z. B. von einem dritten Gerät die Spannungswerte U3 und U3'. Mit anderen Worten wird durch mehrere Geräte die Versorgungsspannung am jeweiligen Versorgungsanschluss ermittelt. Durch die Analyseeinrichtung wird ein jeweiliger weiterer Widerstandswert des Innenwiderstands Ri1 der Spannungsquelle ermittelt und der Innenwiderstand Ri1 auf der Grundlage eines Mittelwerts aller Widerstandswerte ermittelt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass einen Messstreuung kompensiert werden kann.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird auf der Grundlage des ersten Spannungswerts U1 und des vierten Spannungswerts U1' und des Laststromwerts I ein Innenwiderstand Recu1 bezüglich des ersten Geräts ermittelt. Mit anderen Worten wird der vom Versorgungsanschluss aus messbare Innenwiderstand ermittelt. Mit anderen Worten wird der Innenwiderstand des Bordnetzes ermittelt. Der Verbindungswiderstand R1 wird als Differenz zwischen dem Innenwiderstand Ri1 bezüglich des ersten Geräts und dem Innenwiderstand Recu1 der Spannungsquelle ermittelt, d. h. R1 = Recu1 – Ri1. Insbesondere kann der Betrag der Differenz berechnet werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die erste Messphase für das erste Gerät mehrfach nacheinander durchgeführt wird und eine zeitliche Veränderung des Verbindungswiderstands daraufhin überprüft wird, ob der Verbindungswiderstand ein vorbestimmtes Verschleißkriterium erfüllt. Falls das Verschleißkriterium erfüllt ist, wird ein Hinweissignal erzeugt. Das Verschleißkriterium kann beispielsweise sein, dass der Verbindungswiderstand einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Das Verschleißkriterium kann zusätzlich oder alternativ umfassen, dass sich der Verbindungswiderstand mit einer vorbestimmten Mindestveränderungsrate oder schneller verändert. Durch Wiederholen der ersten Messphase und Beobachten der zeitlichen Veränderung kann bereits eine Tendenz bei einer Verschlechterung oder Vergrößerung des Verbindungswiderstands erkannt werden, so dass das Hinweissignal bereits erzeugt werden kann, bevor es zu der unerwünschten Erwärmung und/oder einer Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen dem Sternpunkt und dem erstem Gerät kommt.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die erste Messphase während eines Hochlaufs des Kraftfahrzeugs erzeugt wird. Unter Hochlauf ist hier zu verstehen, dass das Kraftfahrzeug gestartet wurde und noch keinen Fahrbetrieb aufgenommen hat. Insbesondere ist unter Hochlauf zu verstehen, dass die Geräte ihre im Kraftfahrzeug für einen Fahrbetrieb vorgesehene Gerätefunktion noch nicht bereitstellen müssen. Beispielsweise kann der Hochlauf durch ein Zeitintervall definiert sein, dass mit dem Einschalten der Zündung des Kraftfahrzeugs beginnt und beispielsweise eine Dauer in einem Bereich von zehn Sekunden bis einer Minute aufweist. Eine Messphase während des Hochlaufs ergibt den Vorteil, dass die benötigten Ströme, das heißt der Laststrom und/oder der Ruhestrom, gezielt eingestellt werden können, ohne dass es hierdurch zu einer Beeinträchtigung der Gerätefunktion im Kraftfahrzeug, das heißt zu einer Beeinträchtigung des Betriebs des Kraftfahrzeugs, kommt. Auch die zweite Messphase wird bevorzugt während eines Hochlaufs des Kraftfahrzeugs durchgeführt. Dann kann jedes der Geräte seinen Strombedarf auf den Ruhestrom reduzieren, ohne dass hierdurch Fahrfunktionen des Kraftfahrzeugs beeinträchtigt sind.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird die erste Messphase durch Aussenden eines Anforderungssignals erzeugt. Das Anforderungssignal kann beispielsweise über einen Kommunikationsbus des Kraftfahrzeugs, insbesondere einen CAN-Bus (CAN – Controller Area Network) an die Geräte ausgesendet werden. Durch Synchronisieren der Geräte mittels des Anforderungssignals ergibt sich der Vorteil, dass die Spannungswerte und der Laststromwert gleichzeitig oder zumindest in einem Zeitintervall von weniger als zwanzig Sekunden, insbesondere weniger als zehn Sekunden, ermittelt werden. Hierdurch wird der Verbindungswiderstand besonders genau ermittelt. Zusätzlich oder alternativ zu dem Anforderungssignal ist bei der Weiterbildung vorgesehen, dass das erste Gerät den Laststrom als einen Testpuls mit einer vorbestimmten Höchstdauer erzeugt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine aufgrund des Laststroms hervorgerufene Erwärmung der Anschlussleitung und/oder der Spannungsquelle vermieden werden kann und die für den Test erforderliche Energie auf das notwendige Minimum reduziert werden kann. Hierzu ist die Höchstdauer vom Fachmann dahingehend festzulegen. Die Höchstdauer kann beispielsweise in Abhängigkeit vom Leitungsquerschnitt der Anschlussleitung festgelegt sein. Die Höchstdauer kann beispielsweise kleiner als fünf Sekunden, insbesondere kleiner als zwei Sekunden sein. Durch Synchronisieren der Geräte mittels des Anforderungssignals kann die Höchstdauer besonders kurz gewählt sein, da die Geräte zum richtigen Zeitpunkt die Spannungswerte und/oder den Laststromwert ermitteln.
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Die bisherigen Ausführungsformen des Verfahrens beziehen sich auf das Ermitteln des Verbindungswiderstandes in einer einzelnen Anschlussleitung. Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die erste Messphase wiederholt durchgeführt wird und hierbei aber bei jeder dieser Wiederholungen ein anderes der Geräte den Laststrom empfängt und den ersten Spannungswert sowie den Laststromwert ermittelt. Entsprechend wird ein zweiter Spannungswert durch ein anderes Gerät ermittelt. Der Verbindungswiderstand, der dann ermittelt wird, ist dann derjenige der Anschlussleitung desjenigen Geräts, das den Laststrom empfängt. Durch diese Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass abwechselnd ein Verbindungswiderstand einer anderen Anschlussleitung ermittelt wird. So kann durch Wiederholen der ersten Messphase jede Anschlussleitung überprüft werden, die vom Sternpunkt aus zu einem der Geräte führt.
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Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass eine Reglereinrichtung, durch welche eine von der Spannungsquelle erzeugte Spannung geregelt wird, in Abhängigkeit von dem ermittelten Innenwiderstand konfiguriert wird. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise der aktuelle Innenwiderstand und/oder ein Verschleißzustand der Spannungsquelle bei deren Betrieb berücksichtigt werden.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, welches ein zweites Bordnetz der beschriebenen Art aufweist. Mit anderen Worten ist in dem zweiten Bordnetz eine zweite Spannungsquelle bereitgestellt, die über einen zweiten Sternpunkt mit weiteren Geräten verbunden sind, wobei von dem zweiten Sternpunkt aus eine jeweilige Anschlussleitung zu einem Versorgungsanschluss des jeweiligen Geräts bereitgestellt ist. Des Weiteren wird davon ausgegangen, dass das erste Bordnetz und das zweite Bordnetz über ein gemeinsames Gerät verbunden sind und das gemeinsame Gerät als DC/DC-Wandler ausgestaltet ist. Mit anderen Worten gibt es ein Gerät, nämlich den DC/DC-Wandler, der sowohl ein Gerät des ersten Bordnetzes als auch ein Gerät des zweiten Bordnetzes ist. Das erste Bordnetz kann beispielsweise ein 12-Volt-Bordnetz und das zweite Bordnetz ein 48-Volt-Bordnetz oder ein Hochvoltbordnetz mit einer Hochvolt-Spannung größer als 60 Volt sein. Mittels des gemeinsamen Geräts, das heißt des DC/DC-Wandlers, kann elektrische Energie von dem ersten Bordnetz in das zweite Bordnetz und/oder von dem zweiten Bordnetz in das erste Bordnetz übertragen werden. Bei der Weiterbildung des Verfahrens ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die erste Messphase abwechselnd durchgeführt wird, nämlich einmal eine erste Messphase in dem ersten Bordnetz und einmal eine erste Messphase in dem zweiten Bordnetz. Hierbei wird durch das gemeinsame Gerät, das heißt den DC/DC-Wandler, jeweils ein Laststrom von der Spannungsquelle des jeweiligen Bordnetzes empfangen. Der Laststrom wird dabei durch das gemeinsame Gerät verursacht, indem eine Ladungsumschichtung zwischen den Bordnetzen durchgeführt wird. Mit anderen Worten kann der Laststrom von der Spannungsquelle des ersten Bordnetzes empfangen und durch die DC/DC-Wandlung als ein Versorgungsstrom in dem zweiten Bordnetz eingespeist werden. Beispielsweise kann dieser Versorgungsstrom in der Spannungsquelle des zweiten Bordnetzes gespeichert werden. Bevorzugt wird dann beim Durchführen der ersten Messphase in dem zweiten Bordnetz der Laststrom wieder zurück in das erste Bordnetz übertragen. Hierdurch werden beide Spannungsquellen, insbesondere Energiespeicher, beispielsweise Batterien, getestet und es wird hierdurch nur geringfügig elektrische Energie verbraucht.
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Wie bereits ausgeführt, gehört zu der Erfindung auch ein Kraftfahrzeug. In dem Kraftfahrzeug ist in einem ersten Bordnetz eine Spannungsquelle an einen Sternpunkt angeschlossen. Des Weiteren ist der Sternpunkt über eine jeweilige Anschlussleitung mit einem jeweiligen Versorgungsanschluss von zumindest zwei elektrischen Geräten verbunden. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die beschriebene Analyseeinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Analyseeinrichtung kann beispielsweise ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs sein oder durch mehrere Schaltungseinrichtungen oder Programmmodule bereitgestellt sein, die in dem Kraftfahrzeug verteilt bereitgestellt sein können, beispielsweise jeweils eins in einem der Geräte.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Hierzu zeigt die einzige Figur (Fig.) eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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Die Figur zeigt ein Kraftfahrzeug 1, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenwagen, handeln kann. Das Kraftfahrzeug 1 kann ein Bordnetz 2 aufweisen, bei dem es sich beispielsweise um ein zwölf Volt-Bordnetz, ein 48 Volt-Bordnetz oder ein Hochvolt-Bordnetz handeln kann. Das Bordnetz 2 kann eine Spannungsquelle 3 aufweisen, die an einen Sternpunkt 4 des Bordnetzes angeschlossen sein kann. Der Sternpunkt 4 kann z. B. durch eine Verteilerschaltung gebildet sein. Der Sternpunkt 4 kann über eine jeweilige Anschlussleitung 5, 6 jeweils mit einem elektrischen Gerät 7, 8 elektrisch verbunden sein. In der Figur sind beispielhaft nur zwei elektrische Geräte 7, 8 dargestellt. Es können noch weitere bereitgestellt sein. Bei dem Gerät 7, 8 kann es sich beispielsweise jeweils um ein Steuergerät (ECU – Electronic Control Unit, Steuergerät) des Kraftfahrzeugs, beispielsweise ein Motorsteuergerät oder ein Bremssteuergerät oder ein Steuergerät für ein Informations-/Unterhaltungssystem (Infotainmentsystem) handeln. Die Spannungsquelle 3 kann beispielsweise einen elektrischen Akkumulator oder eine Fahrzeugbatterie 9 und/oder einen elektrischen Generator 10 aufweisen. Durch die Spannungsquelle 3 kann bezüglich einer Fahrzeugmasse 11, beispielsweise einem elektrisch leitfähigen Fahrzeugchassis und/oder Fahrzeugrahmen, eine Versorgungsspannung oder Bordnetzspannung an dem Sternpunkt 4 erzeugt werden. Durch die Batterie 9 kann hierbei eine Batteriespannung Ubatt zwischen jeweiligen Anschlussklemmen 12, 13 erzeugt werden. Durch den Generator 10 (GEN) kann eine Generatorspannung Ugen erzeugt werden.
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Für die weitere Erläuterung des Beispiels sei angenommen, dass der Generator 10 abgeschaltet ist, so dass ein Generatorstrom Igen gleich null ist. Ein Innenwiderstand der Batterie 9 und ein Leitungswiderstand einer Verbindungsleitung zwischen der Batterie 9 und dem Sternpunkt 10 ist in der Figur durch einen Innenwiderstand Ri1 repräsentiert. Ein Innenwiderstand des Generators 10 und der Anschlussleitung des Generators 10 am Sternpunkt 4 ist in der Figur durch einen Innenwiderstand Ri2 repräsentiert.
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Ein elektrischer Verbindungswiderstand der Anschlussleitung 5 ist in der Figur durch einen Verbindungswiderstand R1 repräsentiert. Ein elektrischer Verbindungswiderstand der Anschlussleitung 6 ist in der Figur durch einen Verbindungswiderstand R2 repräsentiert. Die Anschlussleitung 5 kann den Sternpunkt 4 mit einem Versorgungsanschluss 14 des Geräts 7 verbinden. Die Anschlussleitung 6 kann den Sternpunkt 4 mit einem Versorgungsanschluss 15 des Geräts 8 verbinden. Zum Schließen des Stromkreises kann jedes Gerät 7, 8 mit der Fahrzeugmasse 11 verbunden sein. Das Gerät 7 kann dazu ausgelegt sein, zwischen Anschlusspunkten oder Messpunkten M1 also dem Verbindungsanschluss 14 und einem Masseanschluss, die am Versorgungsanschluss 14 anliegende Bordnetzspannung zu erfassen oder zu ermitteln oder zu messen. Des Weiteren kann das Gerät 7 dazu ausgelegt sein, den von ihm aus dem Bordnetz 2 empfangenen Verbraucherstrom oder Versorgungsstrom oder Laststrom zu ermitteln und einen entsprechenden Laststromwert I zu erzeugen, der die Stromstärke der Laststrom angibt.
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Das Gerät 8 kann dazu ausgelegt sein, zwischen Anschlusspunkten oder Messpunkten M2, also dem Versorgungsanschluss 15 und einem Masseanschluss die am Gerät 8 bereitgestellte Bordnetzspannung zu erfassen oder zu ermitteln oder zu messen. Optional kann der Gerät 8 auch dazu ausgelegt sein, den von ihm empfangenen Versorgungsstrom zu ermitteln und einen entsprechenden Stromstärkewert zu erzeugen.
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In dem Kraftfahrzeug können folgende Voraussetzungen erfüllt sein, die das Durchführen des im Folgenden beschriebenen Verfahrens besonders begünstigen. Mindestens einer der Gerät 7, 8, also eines der Steuergeräte ECU1, ECU2, ist in der Lage, die Spannungsquelle 3 ausreichend stark zu belasten, so dass ein Laststrom mit einem Laststromwert I fließt, der eine Spannungsmessung und/oder eine Stromstärkemessung ermöglicht, die sich von einem Rauschsignal und/oder einer Messungenauigkeit ausreichend stark unterscheidet. Insbesondere ist ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis von mindestens fünf DB, insbesondere mindestens 10 DB vorgesehen. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Stromstärkewert I derart groß ist, dass an dem Innenwiderstand Ri1 oder dem Verbindungswiderstand R1 eine elektrische Spannung abfällt, die mindestens 0,5 Volt, insbesondere mindestens ein Volt, beträgt. Des Weiteren ist bevorzugt die dargestellte, möglichst sternförmige Verkabelung vorgesehen, wobei der Leitungswiderstand zwischen der Batterie 9 und dem Sternpunkt 4 kleiner ist als die Verbindungswiderstände R1, R2.
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In dem Kraftfahrzeug 1 kann eine Mastereinrichtung oder kurz ein Master 16, beispielsweise ein weiteres Steuergerät, beispielsweise über einen Kommunikationsbus 17 alle Geräte 7, 8 zu einer Spannungsmessung im unbelasteten Bordnetz 2 auffordern. Hierzu kann jedes Gerät 7, 8 seinen Laststrom auf einen Stromstärkewert verringern, der einem Ruhestromwert 10 entspricht, den das jeweilige Gerät 7, 8 in einem Bereitschaftsbetrieb verbraucht, in welchem insbesondere keine während der Fahrt des Kraftfahrzeugs benötigte Funktion bereitgestellt wird. Durch die Geräte 7, 8 und der Master 16 ist insgesamt eine Analyseeinrichtung gebildet.
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Das Gerät 7 kann in unbelastetem Zustand einen Spannungswert U1', das Gerät 8 einen Spannungswert U2' ermitteln. Das Ergebnis kann von jedem Gerät 7, 8 abgespeichert werden und/oder an den Master 16 beispielsweise über die Kommunikationsbus 17 übertragen werden. Der Master 16 kann dann einen der Teilnehmer, beispielsweise das Gerät 7, durch ein Triggersignal auffordern, die Spannungsquelle 3 mit einem definierten Testpuls zu belasten. Es fließt dann ein Laststrom mit einem Laststromwert I zwischen der Spannungsquelle 3 und dem Gerät 7. Alle übrigen Geräte, das heißt hier das Gerät 8, verbrauchen dabei weiterhin nur ihren Ruhestrom 10. Das heißt alle anderen Teilnehmer bleiben passive Teilnehmer. Es erfolgt insbesondere eine Stromentnahme aus der Spannungsquelle 3, die zumindest 70 Prozent, insbesondere mindestens 85 Prozent, durch den die Last darstellenden Teilnehmer, also in dem Beispiel das Gerät 7, bestimmt ist. Die Last, also das Gerät 7, kann dann einen Triggerimpuls oder ein Auslösesignal oder Anforderungssignal T zur Spannungsmessung an alle übrigen Teilnehmer, also hier das Gerät 8, senden. Alle Teilnehmer, inklusive der Last, also die Geräte 7, 8, können dann erneut die Spannung an ihrem jeweiligen Versorgungsanschluss 14, 15 in diesem belasteten Zustand, also im belasteten Bordnetz 2, messen.
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Diese Messung stellt eine erste Messphase dar. Durch das Gerät 7 kann hierbei ein Spannungswert U1, durch das Gerät 8 ein Spannungswert U2 ermittelt werden. Die Last, also das Gerät 7, kann dann den gemessenen Laststromwert I des Lastpulses an alle übrigen Teilnehmer, also hier das Gerät 8, aussenden. Hierdurch kann jeder passive Teilnehmer den Innenwiderstand der Spannungsquelle 3 bezüglich des Sternpunktes 4 ausrechnen. In dem Beispiel ist aufgrund des abgeschalteten Generators 10 somit der Innenwiderstand Ri1 der Batterie 9 ermittelbar. Für das Gerät 8 ergibt sich folgende Berechnung: ECU2: dU = U2' – U2 ECU2: Ri1 = dU/I
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Das Gerät 7, d. h. die Last der ersten Messphase, kann den eigenen Innenwiderstand Recu1 an der eigenen Eingangsklemme, also dem Versorgungsanschluss 14, ausrechnen: ECU1: Recu1 = (U1' – U1)/I
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Optional kann der Master 16 auch die ermittelten Spannungswerte und den Laststromwert empfangen und einen Mittelwert bilden und den Mittelwert des Innenwiderstands Ri1 am Sternpunkt 4 errechnen, falls mehrere passive Teilnehmer, also nicht nur das Gerät 8, bereitgestellt sind.
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Das Gerät 7 berechnet als die Last den Innenwiderstand der Verkabelung vom Sternpunkt bis zur Eingangsklemme, das heißt zu seiner Messstelle, dem Versorgungsanschluss 14, beispielsweise in der folgenden Weise: ECU1: R1 = Recu1 – Ri1 oder
R1 = (U2 – U1)/I
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Geht man davon aus, dass bei unbelasteten Bordnetz 2 die ermittelten Spannungswerte U1' und U2' nahezu identisch sind, ergibt sich die oben beschriebene alternative Berechnungsweise des Verbindungswiderstandes R1. Hierbei wirken sich aber Unterschiede zwischen den Spannungsmesseinrichtungen der beiden Geräte 7, 8 besonders stark aus.
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Der Spannungswert U1 stellt somit einen ersten Spannungswert dar. Der Spannungswert U2 stellt einen zweiten Spannungswert dar. Der Spannungswert U2' stellt einen dritten Spannungswert dar. Der Spannungswert U1' stellt einen vierten Spannungswert dar.
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Beim nächsten Hochlauf des Kraftfahrzeugs 1 bildet nach Möglichkeit ein anderer Teilnehmer die Last, also dem in der Figur veranschaulichten Beispiel beispielsweise das Gerät 8.
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Durch den beschriebenen Messablauf ist eine Ermittlung des Innenwiderstands der Spannungsquelle 3 möglich. Dadurch kann beispielsweise eine schwache Quelle erkannt werden, also eine Spannungsquelle, die mit steigendem Versorgungsstrom einen Spannungseinbruch am Sternpunkt 4 verursachen kann. Entsprechend kann eine Regelstrategie bei Bedarf angepasst werden, so dass beispielsweise ein Batteriemanagementsystem oder ein Regler für den Generator 10 den Spannungseinbruch kompensiert. Durch die zyklische Ermittlung des Leitungswiderstandes zur jeweiligen Last, also der Verbindungswiderstände R1, R2, kann eine Erhöhung des Leitungswiderstandes, wie er beispielsweise durch Korrosion oder durch Kontaktübergangswiderstände verursacht wird, ebenfalls erkannt werden.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung des Innenwiderstandes einer Spannungsquelle und zur Erkennung von zu hohen Übergangswiderständen bereitgestellt werden kann.
