DE102020202988A1

DE102020202988A1 - Verfahren zum Detektieren einer ordnungsgemäßen Verbindung zumindest eines Energiespeichers mit einem Bordnetz

Info

Publication number: DE102020202988A1
Application number: DE102020202988.1A
Authority: DE
Inventors: Christel Sarfert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2021-09-16

Abstract

Es wird zumindest Verfahren zum Detektieren einer ordnungsgemäßen Verbindung zumindest eines Energiespeichers (10) mit einem Bordnetz (11), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgeschlagen, umfassend zumindest folgende Sch ritte:- Ermitteln einer Spannung (U), die am Energiespeicher (10) abfällt, und/oder eines Stroms (Is), der durch den Energiespeicher (10) fließt, Vergleich der ermittelten Größe wie Spannung (U) und/Strom (I) mit zumindest einem Grenzwert (Ug),- abhängig von dem Vergleich wird auf eine ordnungsgemäße Verbindung des Energiespeichers (10) mit dem Bordnetz (11) oder auf zumindest einen Fehlerfall (15) geschlossen,- dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (Ug) abhängt von einem charakteristischen Wert für einen Generator (18), insbesondere eine Ladekennlinie, Ladespannung oder Ladestrom des Generators (18).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Detektieren einer ordnungsgemäßen Verbindung zumindest eines Energiespeichers mit einem Bordnetz nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2004 035 513 A1 bekannt. Hierbei werden Batteriestrom und Generatorstrom im Wesentlichen zeitsynchron ermittelt. Bei einer Änderung des Generatorstroms während einer Übergangszeit wird der mindestens eine Energiespeicher auf den Wert des Batteriestroms zur Detektion eines kompensierenden Effekts in Form einer Stromabgabe oder einer Stromaufnahme untersucht.
Aus der DE 10 2004 004 173 B4 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Erkennung einer abgetrennten Batterie bekannt. Hierbei wird aus vorgebbaren Charakteristiken der Frequenz erkannt, ob die Batterie abgetrennt oder defekt ist oder ein Kabelbruch vorliegt.
Aus der DE 102015208207 A1 ist ein Verfahren zum Detektieren einer ordnungsgemäßen Verbindung zumindest eines Energiespeichers mit einem Bordnetz bekannt. Wenn die Bordnetzspannung eine gewünschte Spannung eingenommen hat, werden charakteristische Größen ermittelt und mit Grenzwerten verglichen.
Aus der EP 1361448 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung einer Fehlfunktion einer Fahrzeugbatterie bekannt. Hierbei werden die Generatorspannung und die Batteriespannung ermittelt und zueinander in Bezug gesetzt, um einen batterielosen Fahrzeugbetrieb zu erkennen.
In bestimmten Konstellationen kann es problematisch sein, eine verlorengegangene Masseverbindung zwischen Minuspol der Batterie und Fahrzeugmasse zu erkennen insbesondere dann, wenn der Minuspol noch mit einer weiteren Masse, insbesondere der Motormasse, verbunden ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, noch weitere Fehlerfälle zuverlässig ohne großen Mehraufwand zu erkennen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass lediglich ohnehin vorhandene Hardware verwendet wird, die in geeigneter Weise angesteuert wird. Erfindungsgemäß ist hierzu ein Sensor, insbesondere ein elektrischer Batteriesensor, vorgesehen, der in an sich bekannter Weise charakteristische Kenngrößen eines Energiespeichers, vorzugsweise eine Batterie, erfasst. Hierbei handelt es sich um die Batteriespannung, den Batteriestrom und Ähnliches. Erfindungsgemäß wird auf einen Fehlerfall geschlossen, wenn eine charakteristische Größe des Energiespeichers einen Grenzwert über oder unterschreitet, der abhängt von einem charakteristischen Wert eines Generators, der das Bordnetz speist. Als charakteristische Größe für den Generator könnte beispielsweise die Ladekennlinie, die Ladespannung, der Ladestrom etc. verwendet werden. Gerade durch die Verwendung eines von dem Generator abhängigen Grenzwerts kann ein bislang noch nicht zu detektierender Fehlerfall für die Konstellation, dass der Minuspol des Energiespeichers sowohl mit der Fahrzeugmasse wie auch mit der Motormasse im ordnungsgemäßen Zustand verbunden ist, detektiert werden. Dadurch erhöht sich die Sicherheit der Anwendung weiter, da nun ein Kabelbruch zwischen Energiespeicher und Fahrzeugmasse erkannt wird.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind in dem Sensor der Grenzwert und/oder die Ladekennlinie und/oder die Ladespannung und/oder der Ladestrom hinterlegt. Damit kann eine Auswertung eines Fehlerfalls besonders einfach bereits im Sensor realisiert werden.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung hängt der charakteristische Wert für den Generator von der Temperatur ab. Besonders bevorzugt erfasst der Sensor die Temperatur. Damit erhöht sich die Genauigkeit der Fehlerdetektion weiter, insbesondere wenn der Sensor den Grenzwert und/oder die Ladekennlinie bzw. den charakteristischen Wert des Generators in Abhängigkeit von der Temperatur auswählt.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zeitliche Verlauf der erfassten Spannung und/oder Strom hinsichtlich Schwankungen ausgewertet wird. Auch die Schwankungen innerhalb eines zeitlichen Verlaufs können Aufschluss darüber geben, ob ein ordnungsgemäßer Betriebszustand erreicht wird. Gerade bei üblichen Lastverläufen schwankt die Bordnetzspannung in höherem Maße als dies im Fehlerfall auftritt, wo der Sensor im Wesentlichen die Ladespannung des Generators mit geringen Schwankungen erfasst. Die Genauigkeit der Auswertung erhöht sich weiter.
Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Detektieren der Verbindung zwischen einem Energiespeicher und dem Bordnetz, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs, sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild eines vereinfachten Bordnetzes mit einem Sensor bei einem zu detektierenden Fehlerfall,
2 ein typischer Verlauf einer Spannung des Energiespeichers im ordnungsgemäßen Betrieb sowie
3 ein möglicher Verlauf einer Spannung des Energiespeichers im gezeigten Fehlerfall.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In einem Bordnetz 11 mit einer Bordnetzspannung sind beispielhaft mehrere Verbraucher 20 gegen eine Fahrzeugmasse 14 verschaltet. Die Verbraucher 20 sind mit einem Pluspol eines Energiespeichers 10, insbesondere einer Batterie, besonders bevorzugt eine Starterbatterie eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eine Blei-Säure-Batterie, verbunden. Am Pluspol des Energiespeichers 10 ist ein Generator 18 angeschlossen. Der andere Anschluss des Generators 18 ist mit einer Motormasse 16 verbunden. Die Motormasse 16 ist nicht identisch mit der Fahrzeugmasse 14 bzw. die Motormasse 16 ist nicht elektrisch leitend mit der Fahrzeugmasse 14 verbunden. Am Minuspol des Energiespeichers 10 ist beispielhaft ein Sensor 12, insbesondere ein Batteriesensor, angeordnet. Der Sensor 12 erfasst typische Kenngrößen des Energiespeichers 10 wie beispielsweise Spannung U und/oder Strom I und/oder Temperatur T. Der Minuspol des Energiespeichers 10 ist zum einen mit der Fahrzeugmasse 14 verbunden. Zum anderen ist der Minuspol des Energiespeichers 10 mit der Motormasse 16 verbunden, mit der auch der Generator 18 bei korrektem Betriebszustand verbunden ist. Als Fehlerfall 15 ist in 1 ein möglicher Kabelbruch des Massekabels, also desjenigen Kabels, welches den Minuspol des Energiespeichers 10 mit der Fahrzeugmasse 14 verbindet, in Form eines Pfeils eingezeichnet.
Als Teil des Sensors 12 ist beispielsweise ein Shunt vorgesehen, der gegen Fahrzeugmasse 14 verschaltet wird. Dieser Shunt dient zur Ermittlung des Stroms I durch den Energiespeicher 10. Der Sensor 12 ermittelt charakteristische Größen des Energiespeichers 10 wie beispielsweise den Strom I, der durch den Energiespeicher 10 fließt, und/oder die Spannung U, die am Energiespeicher 10 abfällt, und/oder einen charakteristischen Wert für die Temperatur T des Energiespeichers 10. Aus den erfassten Größen könnte der Sensor 12 weitere charakteristische Größen des Energiespeichers 10 wie beispielsweise den Innenwiderstand Ri und/oder den Ladezustand SOC, Alterungszustand (SOH), Energiereserve oder Ähnliches ermitteln. Hierzu könnte in dem Sensor 12 eine entsprechende Schaltungsanordnung integriert sein. Gerade der Innenwiderstand Ri ist als Indikator für einen ordnungsgemäßen Betrieb bzw. eine ordnungsgemäße Verschaltung des Energiespeichers 10 gut geeignet. Der Sensor 12 ist hierzu beispielsweise in einer Polnische einer Batterie als möglicher Energiespeicher 10 angeordnet. Der Sensor 12 ist besonders vorteilhaft als Batteriesensor ausgeführt. Der Sensor 12 weist hierzu Auswertemittel auf wie beispielsweise einen Mikrocontroller oder einen sonstigen Schaltkreis auf, der die entsprechenden Ermittlungen der charakteristischen Größen des Energiespeichers 10 wie beispielsweise Innenwiderstand Ri und/oder Ladezustand SOC etc. übernimmt. Außerdem umfasst der Sensor 12 Kommunikationsmittel, um Ein- und/oder Ausgangssignale beispielsweise über ein Bussystem mit weiteren Steuergeräten wie beispielsweise einem Energiemanagement auszutauschen. Außerdem könnte auch eine Kommunikationsverbindung mit Spannungsanpassungsmitteln zur Anpassung der Bordnetzspannung wie beispielsweise ein (nicht gezeigter und evtl. für ein Mehrspannungsbordnetz vorgesehener) Gleichspannungswandler und/oder der Generator 18 vorgesehen sein. Auch die weiter unten beschriebene Fehlerauswertung könnte im Sensor 12 selbst, in einem Steuergerät beispielsweise für ein Energiemanagement oder in sonstigen weiteren Komponenten erfolgen.
2 zeigt einen typischen zeitlichen Verlauf der Spannung U am Energiespeicher 10 bzw. der Batterie, wie sie vor der Unterbrechung bzw. vor dem Fehlerfall 15 zur Versorgung unterschiedlicher Verbraucher 20 auftritt. Die Spannung U liegt beispielsweise zwischen einem typischen Spannungsband um die Bordnetzspannung, beispielhaft zwischen 11 V und 13 V. Typischerweise liegt die Spannung U im Normalzustand gemäß 2 unterhalb der Generatorspannung, beispielhaft liegt die Bordnetzspannung bei 12 V, während die Generatorladespannung bei 13,5 V liegt. Die Spannungsschwankungen (beispielsweise in der Größenordnung +- IV) kommen vom Zu- und Abschalten der Verbraucher 20 bzw. veränderten Lastanforderungen der Verbraucher 20.
Nach der Unterbrechung im Stromkreis beispielsweise durch Kabelbruch im Rahmen des in 1 skizzierten Fehlerfalls 15 werden die Verbraucher 20 nicht mehr mit Energie versorgt. Die Spannung U am Energiespeicher 10 verändert sich in einer charakteristischen Weise wie in 3 dargestellt. Der Sensor 12 ist in der Lage, die Spannung U am Energiespeicher 10 zu detektieren. In dem in 1 gezeigten Fehlerfall ist der Energiespeicher 10 über die mit Minuspol verbundene Motormasse 16 mit dem Generator 18 verbunden. Somit stellt sich an dem Energiespeicher 10 im Wesentlichen die Generatorspannung, insbesondere die Generatorladespannung ein. Wie in 3 dargestellt verläuft sie im Wesentlichen mit gewissen kleinen (kleiner als +- 0,2 V) Schwankungen konstant bei beispielsweise 13,5 V (bei einer Temperatur von 25°C). Die Generatorspannung ist typischer Weise höher als die Bordnetzspannung (im Ausführungsbeispiel ca. 12 V). Die Generatorladespannung hängt von der Temperatur ab.
Zur Erkennung des Fehlerfalls 15 liegt dem Sensor 12 beispielsweise eine Kennlinie bzw. Kennlinienfeld der Generatorspannung abhängig von der Temperatur vor. Der Sensor 12 erfasst nun die Spannung U am Energiespeicher 10 und/oder die Temperatur T und vergleicht diese mit den geeigneten Kennlinien der Generatorspannung. Hierbei wird ein zugehöriger Grenzwert Ug (beispielsweise im vorliegenden Fall bei 13,5 V bei einer Temperatur von 25°C) verwendet. Liegt die ermittelte Spannung U innerhalb eines entsprechenden vom Grenzwert Ug definierten Bandes, so wird auf einen Fehlerfall geschlossen. Bei einer wesentlichen Übereinstimmung des erfassten Spannungsverlaufs mit der zugehörigen Kennlinie bzw. Grenzwert Ug schließt der Sensor 12 auf den Fehlerfall 15, dass die Fahrzeugmasse 14 nicht mehr mit dem Energiespeicher 10 verbunden ist, wobei jedoch der Energiespeicher 10 noch über die Motormasse 16 mit dem Generator 18 verbunden ist. Gleichermaßen sollte sich auch der Strom I in einer entsprechenden charakteristischen Weise verändern von einem Entlade-oder Null-Strom hin zu einem Ladestrom, ggf. abhängig vom Ladezustand SOC des Energiespeichers 10, der dem Sensor 12 ebenfalls bekannt ist. Der Sensor 12 kommuniziert einen entsprechenden Fehlerfall 15 über nicht eigens dargestellte Kommunikationsmittel, sodass eine entsprechende Fehlerinformation im Steuergerät an die Anzeige dem Benutzer oder über weitere Kommunikationsverbindungen beispielsweise der Werkstatt mitgeteilt wird.
Das Bordnetz 11 könnte auch Teil eines Mehrspannungsbordnetzes sein, wobei das klassische Verbraucherbordnetz (erstes Bordnetz 11) eine Bordnetzspannung U, üblicherweise 12V bzw. 14V, sowie ein weiterer Bordnetzkreis (zweites Bordnetz) eine gegenüber der ersten Bordnetzspannung U höhere zweite Bordnetzspannung U2, beispielsweise 48V oder 60V oder aber im Hochvoltbereich von beispielsweise 200-400 V und höher aufweist. Das zweite Bordnetz könnte beispielsweise einen Elektromotor umfassen, der den Verbrennungsmotor unterstützt oder ersetzt.
Beschriebenes Verfahren eignet sich insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz, die Verwendung ist jedoch hierauf nicht eingeschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004035513 A1 [0001]
DE 102004004173 B4 [0002]
DE 102015208207 A1 [0003]
EP 1361448 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Detektieren einer ordnungsgemäßen Verbindung zumindest eines Energiespeichers (10) mit einem Bordnetz (11), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest folgende Schritte: - Ermitteln einer Spannung (U), die am Energiespeicher (10) abfällt, und/oder eines Stroms (Is), der durch den Energiespeicher (10) fließt, Vergleich der ermittelten Größe wie Spannung (U) und/Strom (I) mit zumindest einem Grenzwert (Ug), - abhängig von dem Vergleich wird auf eine ordnungsgemäße Verbindung des Energiespeichers (10) mit dem Bordnetz (11) oder auf zumindest einen Fehlerfall (15) geschlossen, - dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (Ug) abhängt von einem charakteristischen Wert für einen Generator (18), insbesondere eine Ladekennlinie, Ladespannung oder Ladestrom des Generators (18).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom (I) und/oder Spannung (U) durch zumindest einen Sensor (12) ermittelt wird, der mit dem Energiespeicher (10), insbesondere mit zumindest einem Pol des Energiespeichers (10), verbunden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sensor (12) zumindest der Grenzwert (Ug) und/oder die Ladekennlinie und/oder die Ladespannung und/oder der Ladestrom hinterlegt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der charakteristische Wert für den Generator (18) abhängt von einer Temperatur (T).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) eine Temperatur (T) erfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) den charakteristischen Wert für den Generator (18), insbesondere die Ladekennlinie und/oder den Grenzwert (Ug), abhängig von der erfassten Temperatur (T) auswählt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Verlauf der erfassten Spannung (U) und/oder Strom (I) ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der erfassten Spannung (U) und/oder Strom hinsichtlich Schwankungen ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Fehlerfall (15) geschlossen wird, wenn die Schwankungen einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (10) mit einer Fahrzeugmasse (14) und einer Motormasse (16) im fehlerfreien Betrieb verbunden ist, wobei der Generator (18) mit der Motormasse (16) verbunden ist.