EP3510413A1 - Vorrichtung und verfahren zur erkennung einer fehlenden elektrischen verbindung eines energiespeichers mit einem energieversorgungssystem, insbesondere ein bordnetz eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur erkennung einer fehlenden elektrischen verbindung eines energiespeichers mit einem energieversorgungssystem, insbesondere ein bordnetz eines kraftfahrzeugs

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Publication number
EP3510413A1
EP3510413A1 EP17737262.0A EP17737262A EP3510413A1 EP 3510413 A1 EP3510413 A1 EP 3510413A1 EP 17737262 A EP17737262 A EP 17737262A EP 3510413 A1 EP3510413 A1 EP 3510413A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
supply system
energy
electrical connection
current
energy storage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17737262.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Steffen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3510413A1 publication Critical patent/EP3510413A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/54—Testing for continuity

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for detecting a missing electrical connection of an energy store with a
  • Energy supply system in particular an electrical system of a motor vehicle, according to the preamble of the independent claims.
  • DE 102004035513 A1 describes a method for detecting the connection between an energy store and a vehicle electrical system of a vehicle.
  • the generator current and the battery current are detected and evaluated during a transitional period in load change, the compensation reaction of the battery. From the reaction is on the state of the compound
  • DE 1020141 16800 A1 describes a method for detecting a battery acting within a power supply system of a motor vehicle. The voltage ripple is detected and evaluated. Exceeds the
  • the invention is based on the object, the safety of detecting a missing electrical connection of an energy storage with a
  • the device according to the invention and the method according to the invention according to the features of the independent claims have the advantage that with greater certainty a missing connection of one or more electrical energy storage in an electrical energy supply system, for example, the electrical system of a motor vehicle is detected.
  • an electrical energy supply system for example, the electrical system of a motor vehicle
  • This is of particular importance in view of the increasing degree of electrification and automation, in particular in motor vehicles, where the demands on the functional safety of the energy supply rise there.
  • a lack of connection of an energy storage countermeasures must be taken on a higher system level in time to a safe state of the
  • Maintain or restore overall system taking into account a possibly reduced performance. This is done by communicating the detected system state to the parent
  • the scattering of the current in particular the current through the energy store or the energy storage system, is lower than in the fault-free case.
  • Power supply system is closed when the missing electrical connection for a certain period of time, in particular in the order of 100ms to 120s, is detected. As a result, error detection and constant state changes can be avoided. In particular, certain lead
  • Energy supply system is closed, is left when it is no longer concluded that a lack of electrical connection between the energy storage within a period of time.
  • a so-called de-qualification time or a qualification time By introducing a so-called de-qualification time or a qualification time, a constant change of the detected state can be prevented.
  • certain energy storage such as certain battery types have a safety shutdown, which is cyclically checked for functionality. In this case, the energy storage system is selectively separated from the energy supply system.
  • this time can range from 100 ms to 30 s.
  • this time can range from 100 ms to 30 s.
  • a state, in particular a rest state, of the energy supply system and / or of the motor vehicle is taken into account for the further plausibility check of a missing electrical connection between the energy store and the energy supply system. So are usually in the resting state certain
  • Power supply system is so excited that a change in the current is achieved, preferably by a value which is greater than the threshold for the scattering. Particularly preferably, the excitation of the
  • At least one voltage is detected in the energy supply system or the energy store and from this a scattering of the voltage is determined and compared with a threshold value for plausibility checking of a missing electrical connection of the energy store with the energy supply system. This redundancy can further improve the reliability of the detection, especially in safety-relevant energy supply systems.
  • Fig. 1 is a block diagram of a power supply system, a typical current waveform as a function of time and
  • FIG. 1 shows by way of example a part of an electrical energy supply system 18.
  • the energy supply system 18 comprises at least one energy source 10, at least one energy storage 12, at least one current detection 13, at least one consumer 14 and at least one processing unit 16.
  • a voltage detection 15 may be provided.
  • the energy source 10 is connected to the energy store 12.
  • the consumer 14 is electrically connected to the power source 10 and also to the energy store 12.
  • the flowing current I is determined by the current detection 13, which is arranged by way of example between the energy source 10 and the energy storage 12.
  • the voltage detection 15 picks up the voltage drop across the energy storage 12 U.
  • the processing unit 16 uses the current I detected by the current detection 13 for further evaluation. In addition, the processing unit 16 optionally evaluates the
  • the processing unit 16 is connected to the current detection 13 and / or the voltage detection 15 for transmitting the measured values of the current I and / or the voltage U.
  • Energy supply system 18 could be part of a vehicle electrical system
  • the power source 10 may be a generator or a DC / DC converter.
  • energy storage 12 for example, a battery or a capacitor or other energy storage could be used.
  • a motor vehicle can be used as a consumer 14, a brake system, a steering system, a lighting system, a drive system or a comfort system or otherwise.
  • the consumer 14 is a system relevant for driving safety.
  • Figure 2 shows an example of the time course of the current I in the
  • the connected loads 14 are not continuous and / or not constant
  • Power requirements are no longer compensated and / or the power source 10 is not able to meet the increased power requirements. This can be one
  • Power supply system 18 can be detected by the detection and evaluation of voltages U and / or currents I in the power supply system 18. If one of the energy storage 12 is disconnected from the power supply system 18, then the current I through the energy storage 12 changes to zero, the voltage U at the energy storage 12 assumes a constant voltage level U0 corresponding to the charge state.
  • the voltage Uv in the energy supply system 18 shows an increase in the fluctuations Uvs due to the missing buffer function of the energy store 12.
  • the method provides to continuously detect the current I of the energy store 12 and to derive therefrom a measure of the dispersion Is of the current I.
  • the measure of the dispersion Is is compared with a threshold value IGs. If the measure of the scattering Is is smaller than the respective threshold value IGs, then the energy store 12 is electrically separated from the power supply system 18. If the scattering Is is greater than the threshold value IGs, then the energy store 12 is connected to the energy supply system 18. It is advantageous to select the threshold IGs similar to the uncertainty in the detection. This is typically in the range of 1 mA to 500 mA.
  • the mean value Im of the current I is first calculated. This is preferably the average current of the energy store 12, preferably the average battery current.
  • the determination of the mean value Im is advantageous for the subsequent determination of the dispersion Is of the current I as a measure of an expected value E (I) of the current I.
  • the mean value Im is continuously updated or determined for a defined period of time.
  • the usual methods for averaging can be used.
  • the dispersion Is is subsequently calculated.
  • the dispersion Is is a measure of the magnitude and / or frequency of a deviation of the measured values of the current I from the mean value Im of the current I. For example, as
  • the threshold value IGs is preferably selected such that it lies in the region of the system-immanent scattering (variance, standard deviation, noise) of the sensor, here for example the current detection 13.
  • the threshold value IGs is in the range of 2.48 mA 2 (variance) or at
  • the threshold is IGs in
  • step 107 a query is made as to whether the ignition of the vehicle is turned on. If this is not the case, one arrives at step 1 13. If the ignition of the vehicle is turned on, one arrives at the query 109.
  • the query of the ignition is an example of a determination of the state of the vehicle or the energy supply system 18, whether the Vehicle is at rest. If the ignition is off, you will get to step 1 13. This will
  • Error detection prevents when the vehicle is inactive.
  • the following information can also be used to determine the state: key position, vehicle state, engine state, state of individual energy sources, state of individual consumers 14, state of safety-relevant systems. If such an inactive state is detected, either the
  • the comparison of the absolute value Im of the current I with a threshold value IGm is performed. If the magnitude of the mean value Im of the current I is smaller than this threshold value IGm, step 1 1 1 follows. If the magnitude of the mean value Im of the current I is greater than or equal to the threshold value IGm, the step 13 is reached.
  • the threshold value IGm is preferably selected as a function of an offset error of the sensor or of the current detection 13.
  • the threshold value IGm is in the range from 1 mA to 500 mA, for example of the order of magnitude of 135 mA.
  • step 1 1 1 it is assumed that the energy storage 12 is disconnected or a lack of electrical connection of the energy storage 12 is present. If, on the other hand, step 1 13 is reached, then it is assumed that the energy store 12 is not disconnected. In both cases, step 1 15 follows. In step 1 15, the qualification is carried out in the preceding steps
  • Qualification time tq can be set according to the desired security requirements and could, for example, be on the order of 100 ms to 30 s, 60 s or 120 s.
  • the state "energy storage 12 disconnected" must exist for the duration of tq, for example for 60 seconds, until this state is passed on as qualified, for example, to a higher-level system
  • the dequalification time td could be on the order of 1 s.
  • step 1 15 could only be executed optionally or completely omitted.
  • the query 107 as well as the subsequent query 109 are components of an optional block 106, which is not absolutely necessary. Alternatively, only individual queries 107, 109 of this optional block 106 could also join query 105.
  • An alternative embodiment provides for the determination (step 101) and / or the evaluation (query 109) of the measure for the mean value Im to be waived if a continuous excitation is ensured by the energy supply system 18.
  • the excitation is greater than the threshold IGs for the degree of scattering Is.
  • excitation is a control in
  • Power supply system 18 and / or the consumer 14 understood that to a change of the current I lead.
  • consumers 14 could be switched on briefly or continuously.
  • changes in the setpoint values, in particular for the current for example, via the specification of corresponding voltage setpoints, be made.
  • the change of the current I should be greater than the threshold value IGs.
  • An alternative embodiment of the method provides for an excitation, which is greater than the threshold value IGs, to be requested by the energy supply system 18 if the measure of the dispersion Is is smaller than the threshold value of the scattering IGs. This excludes a misrecognition.
  • a further embodiment provides for additionally detecting at least one voltage U in the energy supply system 18 or at the energy store 12 and to use this as a redundant channel for state recognition. Due to this redundancy, the reliability of the device or of the method, in particular in safety-relevant energy supply systems 18, can be improved.
  • Energy supply system 18 can be carried out both in the energy source 10, a consumer 14 or the energy storage 12. From the detected voltage U, a measure of the scattering Us of the voltage U is derived.
  • Measure for the deviation Us is compared with at least one, preferably a plurality of threshold values UGs. If the measure of the spread Us is smaller or larger (depending on the location of the measurement of the voltage U or where the interruption of the voltage U occurs) as a threshold value UGs, then the connection between the voltage detection 15 and at least one
  • a safe state is a state that does not mean the presence of the energy store 12. For example, the superordinate system level, the absence of the energy storage 12 could be displayed. In particular during the initialization of the system, during the qualification time tq or in the case of an opposite state from a redundant method, the safe state could be assumed.
  • the device and the method could, for example, in one
  • Energy storage 12 (for example, the state of charge SOC, the
  • Health status SOH Health status SOH according to a corresponding algorithm, which is based, for example, on a model of the energy store 12.
  • the battery sensor thus already comprises a current detection 13 and / or a voltage detection 15 as well as the corresponding evaluation intelligence which is also used for the realization of the
  • Processing unit 16 could be used.
  • Method or device could also be integrated into other products or distributed to several products.
  • energy storage 12 such as batteries, or generators, converters or energy management would be possible.
  • Device and method are particularly suitable for use in a vehicle electrical system of a motor vehicle, in particular for detecting whether a battery is still connected to the electrical system.
  • the use is not limited thereto, but rather may be any
  • Power supply systems 18 are used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung einer fehlenden elektrischen Verbindung eines Energiespeichers (12) mit einem Energieversorgungssystem (18), insbesondere ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, bei dem zumindest eine Stromerfassung (13) zumindest einen im Energieversorgungssystem (18) oder Energiespeicher (12) fließenden Strom (I) erfasst, wobei zumindest eine Streuung (Is) des Stroms (I) ermittelt wird und mit zumindest einem Schwellwert (IGs) verglichen wird zur Erkennung einer fehlenden elektrischen Verbindung des Energiespeichers (12) mit dem Energieversorgungssystem (18).

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung einer fehlenden elektrischen
Verbindung eines Energiespeichers mit einem Energieversorgungssvstem, insbesondere ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung einer fehlenden elektrischen Verbindung eines Energiespeichers mit einem
Energieversorgungssystem, insbesondere ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
DE 102004035513 A1 beschreibt ein Verfahren zur Detektion der Verbindung zwischen einem Energiespeicher und einem Bordnetz eines Fahrzeugs. Dabei werden der Generatorstrom und der Batteriestrom erfasst und während einer Übergangszeit bei Laständerung die Kompensationsreaktion der Batterie ausgewertet. Aus der Reaktion wird auf den Zustand der Verbindung
geschlossen. Hierzu ist die Erfassung zweier Ströme notwendig.
DE 1020141 16800 A1 beschreibt ein Verfahren zur Detektion einer innerhalb eines Spannungsversorgungssystems eines Kraftfahrzeugs wirkenden Batterie. Dabei wird die Spannungswelligkeit erfasst und ausgewertet. Überschreitet die
Welligkeit einen Schwellwert, so wird auf Abwesenheit der Batterie geschlossen. Unterbrechungen außerhalb der Strecke zwischen Batterie und
Spannungserfassung werden dabei nicht erkannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit der Erkennung einer fehlenden elektrischen Verbindung eines Energiespeichers mit einem
Energieversorgungssystem weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass mit größerer Sicherheit eine fehlende Verbindung eines oder mehrerer elektrischer Energiespeicher in einem elektrischen Energieversorgungssystem, beispielsweise dem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, erkannt wird. Dies ist gerade bei einem steigenden Grad an Elektrifizierung und Automatisierung insbesondere in Kraftfahrzeugen von besonderer Bedeutung, da dort die Anforderungen an die funktionale Sicherheit der Energieversorgung steigen. Im Falle einer fehlenden Verbindung eines Energiespeichers müssen auf übergeordneter Systemebene rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergriffen werden, um einen sicheren Zustand des
Gesamtsystems zu erhalten oder wiederherzustellen unter Berücksichtigung einer gegebenenfalls verminderten Leistungsfähigkeit. Dies wird durch eine Kommunikation des erkannten Systemzustands an die übergeordnete
Systemebene möglich. Im Falle eines abgetrennten Energiespeichers ist die Streuung des Stroms, insbesondere der Strom durch den Energiespeicher bzw. das Energiespeichersystem, geringer als im fehlerfreien Fall. Die Verwendung der Streuung des Stroms als Kriterium für die Erkennung einer fehlenden elektrischen Verbindung zwischen dem Energiespeicher und dem
Energieversorgungssystem benötigt lediglich einen Stromsensor mit geeigneter Auswerteeinheit. Der Rückgriff auf eine Streuung schließt Fehlerkennungen aus, die auf Offsetfehlern eines Stromsensors beruhen könnten, wenn lediglich der Mittelwert des Stroms als Kriterium zur Erkennung einer fehlenden Verbindung herangezogen würde. Auch in anderen Zuständen wie beispielsweise bei einer vollen, gefrorenen oder tiefentladenen Batterie ist die Auswertung des Mittelwerts nicht zuverlässig. Durch die Verwendung der Streuung hingegen wird die
Wahrscheinlichkeit von Fehlerkennungen reduziert.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, die Streuung des Stroms mit einem Schwellwert zu vergleichen, der vorzugsweise im Bereich der
Streuung der Stromerfassung liegt. Ein höherer Wert deutet auf den
ordnungsgemäßen Anschluss des Energiespeichers hin. Damit schlagen sich Unsicherheiten in der Erfassung des Stroms nicht in einer Fehlerkennung des Verbindungszustandes des Energiespeichers nieder.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Mittelwert des Stroms erfasst wird und mit einem Schwellwert verglichen wird zur Plausibilisierung der Erkennung der fehlenden elektrischen Verbindung des Energiespeichers mit dem Energieversorgungssystem. Damit wird die Gefahr von Fehlauslösungen weiter verringert. In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass lediglich dann auf eine fehlende elektrische Verbindung zwischen Energiespeicher und
Energieversorgungssystem geschlossen wird, wenn die fehlende elektrische Verbindung für eine bestimmte Zeitspanne, insbesondere in der Größenordnung von 100ms bis 120s, erkannt wird. Dadurch können Fehlerkennungen und ständige Zustandswechsel vermieden werden. Insbesondere führen bestimmte
Sicherheitsabschaltungen des Energiespeichers beispielsweise bei zyklischer Funktionsprüfung nicht zu Fehlerkennungen.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Zustand, in dem auf eine fehlende elektrische Verbindung zwischen Energiespeicher und
Energieversorgungssystem geschlossen wird, verlassen wird, wenn innerhalb einer Zeitspanne nicht mehr auf eine fehlende elektrische Verbindung zwischen dem Energiespeicher geschlossen wird. Durch das Einführen einer sogenannten Dequalifizierungszeit bzw. einer Qualifizierungszeit kann ein ständiger Wechsel des erkannten Zustande unterbunden werden. So verfügen beispielsweise bestimmte Energiespeicher wie beispielsweise bestimmte Batterietypen über eine Sicherheitsabschaltung, die zyklisch auf Funktionalität geprüft wird. Dabei wird der Energiespeicher vom Energieversorgungssystem gezielt getrennt.
Typischerweise kann diese Zeit in einem Bereich von 100 ms bis 30 s liegen. Bei der Wahl einer entsprechenden Qualifizierungszeit führen solche Zustände nicht zu Fehlerkennungen. Außerdem werden schnell Änderungen umsetzbar, wenn sich der Zustand hin zu einer (wieder) bestehenden Verbindung des
Energiespeichers geändert hat. Damit wird die Gefahr der Auslösung
unberechtigter Gegenmaßnahmen reduziert.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Zustand, insbesondere ein Ruhezustand, des Energieversorgungssystems und/oder des Kraftfahrzeugs zur weiteren Plausibilisierung einer fehlenden elektrischen Verbindung zwischen Energiespeicher und Energieversorgungssystem berücksichtigt wird. So werden üblicherweise im Ruhezustand gewisse
Verbraucher des Kraftfahrzeugs abgeschaltet, um den Energieverbrauch zu minimieren. Die so oftmals unterschrittenen Schwellwerte führen nun nicht mehr zu Fehlerkennungen.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das
Energieversorgungssystem so angeregt wird, dass eine Änderung des Stroms erreicht wird, vorzugsweise um einen Wert, der größer ist als der Schwellwert für die Streuung. Besonders bevorzugt erfolgt die Anregung des
Energieversorgungssystems dann, wenn die zuvor ermittelte Streuung kleiner ist als der Schwellwert. Dadurch wird nach Auswertung eine weitere
Plausibilisierung vorgenommen, so dass sich die Gefahr von Fehlerkennungen weiter reduziert.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest eine Spannung im Energieversorgungssystem oder am Energiespeicher erfasst wird und daraus eine Streuung der Spannung ermittelt und mit einem Schwellwert verglichen wird zur Plausibilisierung einer fehlenden elektrischen Verbindung des Energiespeichers mit dem Energieversorgungssystem. Durch diese Redundanz kann die Zuverlässigkeit der Erkennung insbesondere in sicherheitsrelevanten Energieversorgungssystemen weiter verbessert werden.
Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden in Verbindung mit der
nachfolgenden Zeichnung näher beschrieben.
Diese zeigt in:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Energieversorgungssystems, einen typischen Stromverlauf in Abhängigkeit von der Zeit sowie
Fig. 3 ein Flussdiagramm des Verfahrens. In Figur 1 ist beispielhaft ein Teil eines elektrischen Energieversorgungssystems 18 gezeigt. Das Energieversorgungssystem 18 besteht zumindest aus einer Energiequelle 10, zumindest einem Energiespeicher 12, zumindest einer Stromerfassung 13, zumindest einem Verbraucher 14 und zumindest einer Verarbeitungseinheit 16. Optional könnte eine Spannungserfassung 15 vorgesehen sein. Die Energiequelle 10 ist mit dem Energiespeicher 12 verbunden. Der Verbraucher 14 ist mit der Energiequelle 10 und auch mit dem Energiespeicher 12 elektrisch verbunden. Der fließende Strom I wird durch die Stromerfassung 13 ermittelt, die beispielhaft zwischen Energiequelle 10 und Energiespeicher 12 angeordnet ist. Die Spannungserfassung 15 greift die am Energiespeicher 12 abfallende Spannung U ab. Die Verarbeitungseinheit 16 verwendet den von der Stromerfassung 13 ermittelten Strom I zur weiteren Auswertung. Außerdem wertet die Verarbeitungseinheit 16 optional die
Spannung U aus. Hierzu ist die Verarbeitungseinheit 16 mit der Stromerfassung 13 und/oder der Spannungserfassung 15 verbunden zur Übermittlung der Messwerte des Stroms I und/oder der Spannung U. Das
Energieversorgungssystem 18 könnte Teil eines Bordnetzes eines
Kraftfahrzeugs sein.
Beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug kann die Energiequelle 10 ein Generator oder ein DC/DC-Wandler sein. Als Energiespeicher 12 könnten beispielsweise eine Batterie oder ein Kondensator oder sonstige Energiespeicher zum Einsatz kommen. In einem Kraftfahrzeug kann als Verbraucher 14 ein Bremssystem, ein Lenksystem, ein Lichtsystem, ein Antriebssystem oder ein Komfortsystem oder sonstige verwendet sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem Verbraucher 14 um ein für die Fahrsicherheit relevantes System.
Figur 2 zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf des Stroms I in dem
Energieversorgungssystem 18. Typischerweise sind die angeschlossenen Verbraucher 14 nicht kontinuierlich und/oder auch nicht mit konstanter
Leistungsanforderung aktiv. Dies führt zu ständigen Schwankungen der Ströme I und Spannungen U im Energieversorgungssystem 18. Ein solcher typischer Stromverlauf ist in Figur 1 in einer ersten Phase 21 gezeigt. Dabei werden abrupte Änderungen im Leistungsbedarf durch die Verbraucher 14 über den Energiespeicher 12 gepuffert, da die Energiequelle 10 typischerweise wesentlich träger auf Änderungen im Leistungsbedarf reagiert. Wird nun der Energiespeicher 12 vom Energieversorgungssystem 18 getrennt, ergibt sich ein typischer Stromverlauf in einer weiteren Phase 22 wie in Figur 2 angedeutet. In diesem Fall fällt die Pufferfunktion des Energiespeichers 12 weg. Dadurch können im Energieversorgungssystem 18 abrupte Änderungen im
Leistungsbedarf nicht mehr kompensiert werden und/oder die Energiequelle 10 ist nicht fähig, den erhöhten Leistungsbedarf zu decken. Dies kann eine
Unterversorgung der Verbraucher 14 zur Folge haben. Entsprechend können deren Funktionen eingeschränkt sein. Dies ist insbesondere kritisch für
Verbraucher 14, die für die funktionale Sicherheit des Gesamtsystems erforderlich sind. Auffällig ist, dass die Streuung Is des Stroms I in der ersten Phase 21 größer ist als in der zweiten Phase 22. Dies macht man sich in der nachfolgend beschriebenen Auswertung zu Nutze. Um erweiterte und/oder sicherheitsrelevante Funktionen im Gesamtsystem, wie zum Beispiel automatische Fahrerassistenzsysteme, zu aktivieren bzw.
freizugeben, ist die sichere Erkennung der Anwesenheit des angeschlossenen Energiespeichers 12 erforderlich. Ebenso ist es erforderlich, die Abwesenheit der Verbindung des Energiespeichers 12 von dem Energieversorgungssystem 18 schnell zu erkennen, um gegebenenfalls bereits aktivierte erweiterte und/oder sicherheitsrelevante Funktionen im Gesamtsystem zu deaktivieren bzw. in einen sicheren Zustand zu überführen.
Die Anwesenheit bzw. Abwesenheit (die vorhandene bzw. fehlende elektrische Verbindung) eines oder mehrerer Energiespeicher 12 in einem
Energieversorgungssystem 18 kann durch die Erfassung und Auswertung von Spannungen U und/oder Strömen I im Energieversorgungssystem 18 erkannt werden. Wird einer der Energiespeicher 12 von dem Energieversorgungssystem 18 getrennt, dann ändert sich der Strom I durch den Energiespeicher 12 zu Null, die Spannung U am Energiespeicher 12 nimmt ein dem Aufladungszustand entsprechendes konstantes Spannungsniveau U0 ein. Die Spannung Uv im Energieversorgungssystem 18 zeigt eine Erhöhung der Schwankungen Uvs durch die fehlende Pufferfunktion des Energiespeichers 12. Das Verfahren sieht vor, den Strom I des Energiespeichers 12 kontinuierlich zu erfassen und daraus ein Maß für die Streuung Is des Stromes I abzuleiten.
Anschließend wird das Maß für die Streuung Is mit einem Schwellwert IGs verglichen. Ist das Maß für die Streuung Is kleiner als der jeweilige Schwellwert IGs, dann ist der Energiespeicher 12 von dem Energieversorgungssystem 18 elektrisch getrennt. Ist die Streuung Is größer als der Schwellwert IGs, dann ist der Energiespeicher 12 mit dem Energieversorgungssystem 18 verbunden. Dabei ist es vorteilhaft, den Schwellwert IGs ähnlich der Unsicherheit in der Erfassung zu wählen. Diese liegt typischerweise im Bereich von 1 mA bis 500 mA.
In einem Flussdiagramm sind die Verfahrensschritte eines möglichen
Ausführungsbeispiels aufgeführt. Diese Verarbeitungsschritte könnten beispielsweise in der Verarbeitungseinheit 16 durchgeführt werden So wird in einem Schritt 101 zunächst der Mittelwert Im des Stroms I berechnet. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um den mittleren Strom des Energiespeichers 12, vorzugsweise den mittleren Batteriestrom. Die Ermittlung des Mittelwerts Im ist für die nachfolgende Ermittlung der Streuung Is des Stroms I vorteilhaft als Maß für einen Erwartungswert E(l) des Stroms I. Gegebenenfalls wird der Mittelwert Im kontinuierlich aktualisiert bzw. für eine definierte Zeitspanne ermittelt. Hierbei können die üblichen Verfahren zur Mittelwertermittlung zum Einsatz kommen.
In einem Schritt 103 wird anschließend die Streuung Is berechnet. Die Streuung Is ist ein Maß der Größe und/oder Häufigkeit einer Abweichung der Messwerte des Stroms I von dem Mittelwert Im des Stroms I. Beispielsweise kann als
Streuung Is die Varianz (Var) des Stroms I verwendet werden. Dies erfolgt nach bekannten stochastischen Ermittlungsmethoden, beispielsweise über die Formel Var (I) = E (I - E (I) 2), wobei E (I) den Erwartungswert für den Strom I bezeichnet, beispielsweise den Mittelwert Im des Stroms I. Alternativ könnte auch die Standardabweichung, ermittelt durch die Wurzelziehung der Varianz des Stroms I, das Rauschen, ein Maß für die Welligkeit oder sonstige geeignete Größen für die Streuung Is des Stroms I in Schritt 103 verwendet werden.
In der sich anschließenden Abfrage 105 wird die in Schritt 103 ermittelte
Streuung Is mit dem Schwellwert IGs verglichen. Wenn die Streuung Is kleiner ist als der Schwellwert IGs, schließt sich Abfrage 107 an, andernfalls Schritt 1 13. Der Schwellwert IGs wird vorzugsweise so gewählt, dass er im Bereich der systemimmanenten Streuung (Varianz, Standardabweichung, Rauschen) des Sensors, hier beispielsweise die Stromerfassung 13, liegt. Beispielsweise liegt der Schwellwert IGs im Bereich von 2,48 mA 2 (Varianz) bzw. bei
Standardabweichung von 50 mA. Typischerweise liegt der Schwellwert IGs im
Bereich von 1 mA bis 500 mA. Unterschreitet die Streuung Is den Schwellwert IGs, deutet dies darauf hin, dass der Energiespeicher 12 abgetrennt wurde. Dies wird durch optionale weitere Schritte 107,109 noch plausibilisiert. In Schritt 107 wird abgefragt, ob die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet ist. Ist dies nicht der Fall, gelangt man zu Schritt 1 13. Falls die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet ist, gelangt man zu der Abfrage 109. Die Abfrage der Zündung steht exemplarisch für eine Ermittlung des Zustande des Fahrzeugs bzw. des Energieversorgungssystems 18, ob sich das Fahrzeug in Ruhe befindet. Falls die Zündung ausgeschaltet ist, gelangt man zu Schritt 1 13. Dadurch werden
Fehlerkennungen verhindert, wenn das Fahrzeug inaktiv ist. Beispielsweise können auch folgende Informationen zur Zustandsbestimmung herangezogen werden: Schlüsselposition, Fahrzeugzustand, Motorzustand, Zustand einzelner Energiequellen, Zustand einzelner Verbraucher 14, Zustand sicherheitsrelevanter Systeme. Wird ein solcher inaktiver Zustand erkannt, wird entweder die
Bestimmung des Mittelwerts Im bzw. der Streuung Is entweder gänzlich unterbunden oder aber ein Unterschreiten führt nicht zu einer entsprechenden Schlussfolgerung, dass der Energiespeicher 12 vom Energieversorgungssystem 18 fehlerhaft getrennt sei.
In der Abfrage 109 erfolgt der Vergleich des Betragswerts des Mittelwerts Im des Stroms I mit einem Schwellwert IGm. Ist der Betrag des Mittelwerts Im des Stroms I kleiner als dieser Schwellwert IGm, schließt sich Schritt 1 1 1 an. Ist der Betrag des Mittelwerts Im des Stroms I größer oder gleich dem Schwellwert IGm, gelangt man in Schritt 1 13. Der Schwellwert IGm wird vorzugsweise abhängig von einem Offsetfehler des Sensors bzw. der Stromerfassung 13 gewählt.
Beispielhaft liegt der Schwellwert IGm im Bereich von 1 mA bis 500 mA, beispielsweise in der Größenordnung von 135 mA.
Wird Schritt 1 1 1 erreicht, so wird angenommen, dass der Energiespeicher 12 abgetrennt ist bzw. eine fehlende elektrische Verbindung des Energiespeichers 12 vorliegt. Wird hingegen Schritt 1 13 erreicht, so wird angenommen, dass der Energiespeicher 12 nicht abgetrennt ist. In beiden Fällen schließt sich Schritt 1 15 an. In Schritt 1 15 erfolgt die Qualifizierung des in den vorangehenden Schritten
1 1 1 ,1 13 ermittelten Zustande der Verbindung des Energiespeichers 12. Wird beispielsweise innerhalb einer bestimmten Qualifizierungszeit tq weiterhin das Vorliegen des Zustandes 1 1 1 (Energiespeicher 12 ist abgetrennt) ermittelt bzw. verifiziert, wird ein so qualifizierter Zustand beispielsweise einer übergeordneten Steuerung mitgeteilt, die entsprechende Maßnahmen einleitet. Die
Qualifizierungszeit tq lässt sich je nach gewünschten Sicherheitsanforderungen festlegen und könnte sich beispielsweise in der Größenordnung von 100 ms bis 30s, 60s oder 120s bewegen. Somit muss also der Zustand„Energiespeicher 12 abgetrennt" für die Dauer von tq, beispielsweise für 60 Sekunden, vorliegen, bis dieser Zustand als qualifiziert beispielsweise an ein übergeordnetes System weitergegeben wird. Falls der Zustand qualifiziert wurde, dann läuft die
Dequalifizierungszeit td. Ansonsten wird nur die Qualifizierungszeit tq
zurückgesetzt. Erfolgt ein Wechsel des Zustandes für die Dauer einer Zeitspanne td (Dequalifizierungszeit), wird wieder zurückgewechselt in den Zustand 1 13 (Energiespeicher 12 nicht abgetrennt), ohne dass der zwischenzeitlich angestandene Zustand 1 1 1 (Energiespeicher 12 abgetrennt) dem
übergeordneten System mitgeteilt wurde. Die Dequalifizierungszeit td könnte sich beispielsweise in der Größenordnung von 1 s bewegen. Auch Schritt 1 15 könnte lediglich optional ausgeführt werden bzw. ganz wegfallen.
Die Abfrage 107 wie auch die sich daran anschließende Abfrage 109 sind Bestandteile eines optionalen Blocks 106, der nicht zwingend erforderlich ist. Alternativ könnten sich auch nur einzelne Abfragen 107,109 dieses optionalen Blocks 106 an die Abfrage 105 anschließen.
Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, auf die Ermittlung (Schritt 101 ) und/oder die Bewertung (Abfrage 109) des Maßes für den Mittelwert Im zu verzichten, wenn durch das Energieversorgungssystem 18 eine kontinuierliche Anregung sichergestellt ist. Bevorzugt ist die Anregung größer ist als der Schwellwert IGs für das Maß der Streuung Is. Als Anregung wird eine Ansteuerung im
Energieversorgungssystem 18 und/oder der Verbraucher 14 verstanden, die zu einer Änderung des Stroms I führen. Hierzu könnten beispielsweise Verbraucher 14 kurzzeitig oder kontinuierlich eingeschaltet werden. Alternativ könnten Änderungen in den Sollwerten, insbesondere für den Strom beispielsweise über die Vorgabe entsprechender Spannungssollwerte, vorgenommen werden. Die Änderung des Stroms I sollte hierbei größer als der Schwellwert IGs ausfallen.
Eine alternative Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, eine Anregung, die größer ist als der Schwellwert IGs, von dem Energieversorgungssystem 18 anzufordern, wenn das Maß der Streuung Is kleiner ist als der Schwellwert der Streuung IGs. Dadurch wird eine Fehlerkennung ausgeschlossen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, zusätzlich zumindest eine Spannung U im Energieversorgungssystem 18 bzw. am Energiespeicher 12 zu erfassen und diese als redundanten Kanal zur Zustandserkennung zu verwenden. Durch diese Redundanz kann die Zuverlässigkeit der Vorrichtung bzw. des Verfahrens insbesondere in sicherheitsrelevanten Energieversorgungssystemen 18 verbessert werden. Die Erfassung der Spannung U im
Energieversorgungssystem 18 kann sowohl bei der Energiequelle 10, einem Verbraucher 14 oder dem Energiespeicher 12 erfolgen. Aus der erfassten Spannung U wird ein Maß für die Streuung Us der Spannung U abgeleitet. Das
Maß für die Streuung Us wird mit zumindest einem, vorzugsweise mehreren Schwellwerten UGs verglichen. Ist das Maß für die Streuung Us kleiner oder größer (je nach Ort der durchgeführten Messung der Spannung U bzw. wo die Unterbrechung der Spannung U auftritt) als ein Schwellwert UGs, dann ist die Verbindung zwischen der Spannungserfassung 15 und mindestens einem
Verbraucher 14 unterbrochen. Ist das Maß für die Streuung Us größer oder kleiner als ein Schwellwert UGs, dann ist die Verbindung zu mindestens einem Energiespeicher 12 unterbrochen. Diese zusätzliche Information über den Zustand des Energieversorgungssystems 18 wird mit der Information aus der Stromerfassung verknüpft mit dem Ziel, eine zuverlässigere Aussage über den
Zustand des Energieversorgungssystems 18 treffen zu können. Beispielsweise kann die Abwesenheit des Energiespeichers 12 der übergeordneten
Systemebene gemeldet werden, wenn beide oder eines der beiden Verfahren eine Trennung erkennen. Eine weitere Alternative sieht vor, im Fall einer unsicheren Aussagefähigkeit einen sicheren Zustand anzunehmen. Ein sicherer Zustand ist ein Zustand, der nicht die Anwesenheit des Energiespeichers 12 bedeutet. Beispielsweise könnte der übergeordneten Systemebene die Abwesenheit des Energiespeichers 12 angezeigt werden. Insbesondere während der Initialisierung des Systems, während der Qualifizierungszeit tq oder bei einem gegenläufigen Zustand aus einem redundanten Verfahren könnte der sichere Zustand angenommen werden.
Die Vorrichtung und das Verfahren könnten beispielsweise in einem
elektronischen Batteriesensor verwendet werden. Hierbei handelt es sich um einen Sensor, der den Strom I und/oder die Spannung U des Energiespeichers 12, vorzugsweise einer Batterie, ermittelt und daraus den Zustand des
Energiespeichers 12 (beispielsweise der Ladezustand SOC, der
Gesundheitszustand SOH) nach einem entsprechenden Algorithmus, der beispielsweise auf einem Modell des Energiespeichers 12 beruht, berechnet.
Noch weitere Größen könnten hier berücksichtigt werden wie beispielsweise die Temperatur T des Energiespeichers 12. Der Batteriesensor umfasst somit bereits eine Stromerfassung 13 und/oder eine Spannungserfassung 15 sowie die entsprechende Auswerteintelligenz, die auch für die Realisierung der
Verarbeitungseinheit 16 verwendet werden könnte.
Verfahren bzw. Vorrichtung könnten auch in andere Produkte integriert werden bzw. auf mehrere Produkte verteilt werden. Zum Beispiel wäre eine Integration in Energiespeicher 12 wie Batterien, oder in Generatoren, Wandler oder das Energiemanagement möglich.
Vorrichtung und Verfahren eignen sich insbesondere für den Einsatz in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Erkennung, ob eine Batterie noch mit dem Bordnetz verbunden ist. Die Verwendung ist jedoch hierauf nicht eingeschränkt, sondern kann vielmehr bei beliebigen
Energieversorgungssystemen 18 eingesetzt werden.

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Erkennung einer fehlenden elektrischen Verbindung eines Energiespeichers (12) mit einem Energieversorgungssystem (18), insbesondere ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, bei dem zumindest eine Stromerfassung (13) zumindest einen im Energieversorgungssystem (18) oder Energiespeicher (12) fließenden elektrischen Strom (I) erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Streuung (Is) des Stroms (I) ermittelt wird und mit zumindest einem Schwellwert (IGs) verglichen wird zur Erkennung einer fehlenden elektrischen Verbindung des Energiespeichers (12) mit dem Energieversorgungssystem (18).
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (IGs) abhängt von einer Streuung der Stromerfassung (13), und/oder insbesondere im Bereich von 1 mA bis 500 mA liegt..
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelwert (Im) des Stroms (I) erfasst wird und mit einem Schwellwert (IGm) verglichen wird zur Plausibilisierung der Erkennung der fehlenden elektrischen Verbindung des Energiespeichers (12) mit dem Energieversorgungssystem (18).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich dann auf eine fehlende elektrische Verbindung zwischen Energiespeicher (12) und
Energieversorgungssystem (18) geschlossen wird, wenn die fehlende elektrische Verbindung für eine bestimmte Zeitspanne (tq), insbesondere in der Größenordnung von 100ms bis 120s, erkannt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zustand (1 1 1 ), in dem auf eine fehlende elektrische Verbindung zwischen Energiespeicher (12) und Energieversorgungssystem (18) geschlossen wird, verlassen wird, wenn innerhalb einer Zeitspanne (td) nicht mehr auf eine fehlende elektrische Verbindung zwischen dem Energiespeicher (12) geschlossen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zustand, insbesondere ein Ruhezustand, des Energieversorgungssystems (18) und/oder des Kraftfahrzeugs zur weiteren Plausibilisierung einer fehlenden elektrischen
Verbindung zwischen Energiespeicher (12) und
Energieversorgungssystem (18) berücksichtigt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieversorgungssystem (18) so angeregt wird, dass eine Änderung des Stroms (I) erreicht wird, vorzugsweise um einen Wert, der größer ist als der Schwellwert (IGs) für die Streuung (Is).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung des Energieversorgungssystems (18) erfolgt, wenn die zuvor ermittelte Streuung (Is) kleiner ist als der Schwellwert (IGs).
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Spannung (U) im
Energieversorgungssystem (18) oder am Energiespeicher (12) erfasst wird und daraus eine Streuung (Us) der Spannung (U) ermittelt wird und mit einem Schwellwert (UGs) verglichen wird zur Plausibilisierung einer fehlenden elektrischen Verbindung des Energiespeichers (12) und dem Energieversorgungssystem (18).
10. Vorrichtung zur Erkennung einer fehlenden elektrischen Verbindung eines Energiespeichers (12) mit einem Energieversorgungssystem (18), insbesondere ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest eine Stromerfassung (13) zur Erfassung zumindest eines im Energieversorgungssystem (18) oder Energiespeicher (12) fließenden elektrischen Stromes (I), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Verarbeitungseinheit (16) vorgesehen ist, die ausgelegt ist, eine Streuung (Is) des Stroms (I) zu ermitteln und mit zumindest einem Schwellwert (IGs) zu vergleichen zur Erkennung einer fehlenden elektrischen Verbindung des Energiespeichers (12) mit dem Energieversorgungssystem (18). Vorrichtung nach dem vorhergehenden Vorrichtungsanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eingerichtet ist zur Durchführung zumindest eines der vorhergehenden
Verfahrensschritte gemäß den Ansprüchen 1 -9.
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