WO2019154584A1

WO2019154584A1 - Verfahren zur vorhersage einer bevorstehenden beschädigung einer verbindungsstelle zwischen zwei elektrischen leitern in einem kraftfahrzeugbordnetz, vorrichtung und kraftfahrzeug

Info

Publication number: WO2019154584A1
Application number: PCT/EP2019/050665
Authority: WO
Inventors: Nima Eslami; Alexander Harms; Daniel Keil
Original assignee: Volkswagen Aktiengesellschaft
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2019-08-15
Also published as: US20200398774A1; CN111699400A; DE102018202010A1; US11858436B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage einer bevorstehenden Beschädigung (24) einer Verbindungsstelle (16c) zwischen zwei elektrischen Leitern (16a,16b) in einem Kraftfahrzeugbordnetz (12), wobei ein Wert einer elektrischen Größe (U, Rx) ermittelt wird, die zumindest mit einem elektrischen Widerstand (Rx) der Verbindungsstelle (16c) in Zusammenhang steht, und wobei die Vorhersage über die bevorstehende Beschädigung (24) in Abhängigkeit von dem Wert der elektrischen Größe (U, Rx) getroffen wird. Die Erfindung sieht vor, dass der Wert der elektrischen Größe (U, Rx) widerholt im Betrieb des Kraftfahrzeugbordnetzes (12) ermittelt wird, während die Verbindungsstelle (16c) von eine Betriebsstrom mit einer bestimmten Betriebsstromstärke (I_B ) durchflossen wird.

Description

Beschreibung

Verfahren zur Vorhersage einer bevorstehenden Beschädigung einer Verbindungsstelle zwischen zwei elektrischen Leitern in einem Kraftfahrzeugbordnetz, Vorrichtung und

Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage einer bevorstehenden Beschädigung einer Verbindungsstelle zwischen zwei elektrischen Leitern in einem Kraftfahrzeugbordnetz, wobei ein Wert einer elektrischen Größe ermittelt wird, die zumindest mit einem elektrischen Widerstand der Verbindungsstelle in Zusammenhang steht, und wobei die Vorhersage über die bevorstehende Beschädigung in Abhängigkeit von dem Wert der elektrischen Größe getroffen wird. Zur Erfindung gehören darüber hinaus auch ein Kraftfahrzeugbordnetz sowie ein Kraftfahrzeug.

Aufgrund der zunehmenden Elektrifizierung des automobilen Antriebs kommen vermehrt elektrisch leitfähige Werkstoffe zum Einsatz. Dabei rücken auch Fügeverbindungen aus verschiedenen Materialien vermehrt in den Fokus. Stromführende Bauteile unterliegen im Betrieb zyklischen mechanischen Beanspruchungen, beispielsweise durch Vibrationen. Dabei kann es zu einer Schädigung von stromdurchflossenen Leitern kommen, die im Fall einer gefügten Verbindung in der Regel an der Fügestelle auftritt. Um ein Bauteilversagen vorzeitig zu erkennen und einen Ausfall zu vermeiden, wäre es hilfreich, ein mögliches Bauteilversagen bereits vor Eintritt Vorhersagen zu können.

Da solche Fügeverbindungen gerade auch in Batteriesystemen elektrifizierter Fahrzeuge zum Einsatz kommen, und eine Bauteilschädigung innerhalb einer solchen Batterie besonders schwerwiegende Folgen haben kann, schlägt die CN 105510842 eine Batteriemodulüberwachungseinrichtung vor, bei welcher zur Überwachung der Batterie eine Vermessung von Widerständen der einzelnen Batteriemodule sowie auch von Modulkombinationen erfolgt, was jedoch sehr aufwändige Schaltungen erforderlich macht.

Darüber hinaus beschreibt die US 2012/0290228 A1 ein Verfahren zum Messen des elektrischen Widerstands von Verbindungsstellen. Ein zu hoher Widerstand an einer solchen Verbindungsstelle lässt darauf schließen, dass die Verbindungsstelle keine ausreichend hohe Verbindungsqualität mehr aufweist. Zur Messung dieser Widerstände wird allerdings durch eine separat bereitgestellte Stromquelle ein konstanter Strom aufgeprägt. Dies kann nachteiligerweise nur dann erfolgen, wenn die Verbindungsstelle nicht zusätzlich von einem Betriebsstrom durchflossen wird, da dies zu falschen Messergebnissen führen würde. Wenngleich auch durch dieses dort beschriebene Verfahren prinzipiell eine Vorhersage einer bevorstehenden Beschädigung einer solchen Verbindungsstelle möglich ist, so kann eine Überprüfung von Verbindungsstellen ebenfalls nur relativ aufwendig und nur unter bestimmen Umständen, das heißt also nicht im Betrieb, und damit auch nur sehr selten stattfinden, was für ein rechtzeitiges Erkennen einer bevorstehenden Beschädigung wiederum hinderlich ist.

Auch die US 2013/0187671 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ermitteln einer Qualität einer Verbindungsstelle zwischen zwei elektrischen Leitern, insbesondere wiederum innerhalb einer Batterie, unter Verwendung des Widerstandswerts der Verbindungsstelle. Dort kann eine Überprüfung jedoch nicht im in einem Kraftfahrzeug eingebauten Zustand der Batterie stattfinden, sondern lediglich vor dem Einbau in ein Kraftfahrzeug oder während einer Inspektion. Auch dies steht wiederum einem rechtzeitigen Erkennen einer bevorstehenden Beschädigung einer Verbindungsstelle entgegen, da entsprechend nur stichprobenartige Tests möglich sind.

Die DE 10 2006 060 521 A1 beschreibt ein Alterungsmeter für Fahrzeugkomponenten, insbesondere für Brennstoffzellenstacks. Dabei wird ein Verschleißzustand während des Fährbetriebs des Fahrzeugs bestimmt. Mit Hilfe eines Datenfilters werden Messdaten, die im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehen und die in ein oder mehrere vorgegebene Parameterfenster in der Nähe eines oder mehrerer Beobachtungszustände fallen, erfasst und mit Hilfe einer Funktion auf diese Beobachtungszustände projiziert. Diese projizierten Messdaten werden über ein Beobachtungszeitintervall hin gemittelt, um die Streuung bzw. die Varianz zu verringern.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Vorhersage einer bevorstehenden Beschädigung einer Verbindungsstelle, eine Vorrichtung und ein

Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche eine möglichst frühzeitige Erkennung einer bevorstehenden Beschädigung der Verbindungsstelle auf möglichst einfache Weise ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, eine Vorrichtung für ein

Kraftfahrzeugbordnetz und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vorhersage einer bevorstehenden Beschädigung einer Verbindungsstelle zwischen zwei elektrischen Leitern in einem Kraftfahrzeugbordnetz wird ein Wert einer elektrischen Größe ermittelt, die zumindest mit einem elektrischen Widerstand der Verbindungsstelle in Zusammenhang steht ist. Diese elektrische Größe kann also zum Beispiel eine von dem elektrischen Widerstand verschiedene Größe darstellen, die jedoch zum Beispiel zum elektrischen Widerstand der Verbindungsstelle proportional ist, oder sie kann auch den elektrischen Widerstand der Verbindungsstelle selbst darstellen. Weiterhin wird die Vorhersage über die bevorstehende Beschädigung in Abhängigkeit von dem Wert der elektrischen Größe getroffen. Dabei wird der Wert der elektrischen Größe wiederholt im Betrieb des Kraftfahrzeugbordnetzes ermittelt, während die Verbindungsstelle von einem Betriebsstrom mit einer bestimmten Betriebsstromstärke durchflossen wird.

Zur Messung der elektrischen Größe beziehungsweise deren Wert kann also vorteilhafterweise der Betriebsstrom selbst genutzt werden, der im Betrieb des Kraftfahrzeugbordnetzes die Verbindungsstelle durchströmt. Dies hat gleich mehrere Vorteile, denn so kann eine Überwachung der elektrischen Größe und damit auch des elektrischen Widerstands der Verbindungsstelle quasi permanent während des Betriebs bereitgestellt werden, und gleichzeitig auch mit besonders einfachen Mitteln, da keine separate Stromquelle zum Bereitstellen eines vorbestimmten Teststroms vorgesehen werden muss. Hierdurch lässt sich also vorteilhafterweise besonders kostengünstig, effizient und vor allem rechtzeitig eine bevorstehende Beschädigung einer Verbindungsstelle bereitstellen.

Unter einer Verbindungsstelle kann dabei im Allgemeinen eine Stelle verstanden werden, an welcher zwei Leiter auf beliebige Art und Weise miteinander verbunden sind, wie zum Beispiel Fügeverbindungen wie Schweißverbindungen, Schraubverbindungen, Lötverbindungen oder Nietverbindungen. Weiterhin können dabei die beiden elektrischen Leiter, die an der Verbindungsstelle miteinander elektrisch verbunden sind, aus dem gleichen Material sein oder auch aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Beispielsweise umfasst mindestens eine der zwei elektrischen Leiter Kupfer und/oder Aluminium. Gerade Kupferwerkstoffe zeichnen sich durch ihre besonders guten elektrischen und thermischen Eigenschaften aus. Fügeverbindungen aus Kupfer und Aluminium sind dabei besonders geeignet, um sowohl kosten- als auch gewichtsreduzierte, stromdurchflossene Leiter zu erzeugen. Weiterhin lassen sich das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausgestaltungen auf jede beliebige Verbindungsstelle auf einfache Weise anwenden. Insbesondere lässt sich damit jede beliebige Verbindungsstelle in einem Kraftfahrzeugbordnetz überwachen. Da jedoch gerade innerhalb einer Batterie eines Kraftfahrzeugs solche Verbindungsstellen häufig auftreten, ist es vorteilhaft, wenn es sich bei der Verbindungsstelle zwischen den zwei elektrischen Leitern um eine Verbindungsstelle innerhalb einer Batterie handelt, insbesondere einer Traktionsbatterie. Beispielsweise kann die Verbindungsstelle einen Pol eines Batteriemoduls mit einer Stromschiene verbinden.

Sollen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines seiner Ausgestaltungen mehrere Verbindungsstellen auf eine bevorstehende Beschädigung hin überwacht werden, so lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren oder eine seiner Ausgestaltungen separat für eine jeweilige Verbindungsstelle umsetzen. Das heißt es wird für eine jeweilige Verbindungsstelle, die überwacht werden soll, die elektrische Größe ermittelt, insbesondere wie zuvor und noch nachfolgend näher beschrieben. Dadurch lässt sich vorteilhafterweise jede zu überwachende Verbindungsstelle separat überwachen. Hierdurch lässt sich vorteilhafterweise nicht nur eine bevorstehende Beschädigung rechtzeitig erkennen, sondern bei deren Auftreten auch lokalisieren.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt die elektrische Größe den elektrischen Widerstand der Verbindungsstelle selbst dar, wobei der elektrische Widerstand mittels Vierleitermessung bestimmt wird. Gemäß der Vierleitermessung kann also auf einfache Weise der Spannungsabfall über der Verbindungsstelle gemessen werden. Dieser gemessene Spannungsabfall dividiert durch die bestimmte Betriebsstromstärke, mit welcher die Verbindungsstelle zum Messzeitpunkt von dem Betriebsstrom durchflossen wird, liefert den elektrischen Widerstand der Verbindungsstelle. Zur Bestimmung des elektrischen Widerstands der Verbindungsstelle kann also ein einfaches Voltmeter dienen, um den Spannungsabfall über der Verbindungsstelle abzugreifen, um den Stromfluss durch die Verbindungsstelle so wenig wie möglich zu beeinflussen. Der so gemessene Spannungswert kann dann durch die bekannte Betriebsstromstärke dividiert werden. Alternativ kann auch direkt ein Widerstandsmessgerät verwendet werden, insbesondere ein Ohmmeter beziehungsweise ein Mikroohmmeter, welches den elektrischen Widerstand wie beschrieben ermittelt und direkt als Ausgangsgröße bereitstellt. Durch diese Maßnahmen ist es vorteilhafterweise möglich, während des Bauteilbetriebs, das heißt während die Verbindungsstelle mit einem Betriebsstrom durchflossen wird, ohne einen erheblichen Mehraufwand den elektrischen Widerstand der Verbindungsstelle zu überwachen und darauf basierend eine bevorstehende Beschädigung rechtzeitig vorherzusagen.

Bei der Bestimmung des Widerstands wird insbesondere die bestimmte Betriebsstromstärke, mit welcher die Verbindungsstelle durchflossen wird, als bekannt vorausgesetzt. Entweder wird der Betriebsstrom durch ein entsprechendes Messgerät erfasst, zum Beispiel einen Shunt-Widerstand, was ohnehin bei vielen Bauteilen eines Kraftfahrzeugbordnetzes der Fall ist, vor allem innerhalb eines Batteriesystems, oder die Verbindungsstelle befindet sich an einer Stelle, welche ohnehin durch eine vorgegebene und konstante Betriebsstromstärke durchflossen wird. Ist dies beispielsweise der Fall, das heißt befindet sich die Verbindungsstelle in einer Position im Kraftfahrzeugbordnetz, welche ohnehin mit einem vorbestimmten und konstanten Betriebsstrom durchflossen wird, so kann anstelle des elektrischen Widerstands der Verbindungsstelle auch die über der Verbindungsstelle abfallende Spannung als solche überwacht werden, da diese sich in diesem Fall von dem elektrischen Widerstand der Verbindungsstelle nur um einen konstanten Faktor, der gleich der Betriebsstromstärke ist, unterscheidet.

Daher ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass als die elektrische Größe ein Spannungsabfall über der Verbindungsstelle gemessen wird. In diesem Fall kann also auch eine bevorstehende Beschädigung direkt in Abhängigkeit von diesem gemessenen Spannungsabfall detektiert werden, insbesondere ohne aus dem Spannungsabfall notwendigerweise auch den elektrischen Widerstand der Verbindungsstelle zu errechnen.

Darüber hinaus können aber als die elektrische Größe auch andere Größen ermittelt werden, die mit dem elektrischen Widerstand der Verbindungsstelle in Zusammenhang stehen und zum Beispiel proportional zu dem elektrischen Widerstand der Verbindungsstelle sind und damit Rückschlüsse auf diesen zulassen. Von dem Begriff Proportionalität ist dabei insbesondere auch indirekte Proportionalität als mitumfasst zu sehen. Entsprechend kann die elektrische Größe auch die aktuelle elektrische Leitfähigkeit der Verbindungsstelle darstellen.

Unabhängig davon, ob nun der Spannungsabfall über der Verbindungsstelle die elektrische Größe darstellt oder der elektrische Widerstand selbst, wird der Spannungsabfall über der Verbindungsstelle gemessen. Die Vorhersage über eine bevorstehende Beschädigung kann dann entweder, zum Beispiel im Falle einer konstanten Betriebsstromstärke, direkt durch den aktuell gemessenen Spannungsabfallswert bestimmt werden, oder es kann aus dem gemessenen Spannungsabfallswert der elektrische Widerstand oder die elektrische Leitfähigkeit der Verbindungsstelle ermittelt werden und dann daraus die Vorhersage über das Vorliegen einer bevorstehenden Beschädigung der Verbindungsstelle getroffen werden. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn zur Vorhersage der bevorstehenden Beschädigung der wiederholt ermittelte Wert der elektrischen Größe, das heißt also zum Beispiel der ermittelte Spannungsabfallwert, der ermittelte Wert des elektrischen Widerstands oder auch der ermittelte Wert der elektrischen Leitfähigkeit der Verbindungsstelle, mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen wird. Durch einen erhöhten elektrischen Widerstand, und entsprechend bei konstantem Betriebsstrom bei erhöhtem Spannungsabfall über der Verbindungsstelle, oder erniedrigter elektrischer Leitfähigkeit der Verbindungsstelle lässt sich auf eine bevorstehende Beschädigung der Verbindungsstelle schließen. Mit anderen Worten kann eine bevorstehende Beschädigung der Verbindungsstelle auf besonders einfache Weise vorhergesagt werden, indem die wiederholt ermittelte elektrische Größe mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Vorhersage der bevorstehenden Beschädigung ein aktuell ermittelter Wert der elektrischen Größe mit mindestens einem der vorhergehenden Werte der elektrischen Größe verglichen. Im Gegenstand zum Vergleich der elektrischen Größe mit einem vorbestimmten Grenzwert ist diese Ausgestaltung aus folgenden Gründen besonders vorteilhaft: Um einen geeigneten Grenzwert für die wiederholt ermittelte elektrische Größe vorab festlegen zu können, müssen die mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften der Verbindungsstelle bekannt sein, wie zum Beispiel der elektrische Widerstand der Verbindungsstelle im fehlerfreien, betriebsgemäßen Zustand der Verbindungsstelle, in welchem keine Beschädigung der Verbindungsstelle vorliegt und auch nicht kurz bevorsteht. Für verschiedenartige Verbindungsstellen müssen also jeweilige geeignete Grenzwerte, zum Beispiel durch experimentelles Bestimmen an gleichartigen Verbindungsstellen, festgelegt werden. Dagegen ist es bei einem Vergleich der elektrischen Größe mit mindestens einem der vorhergehenden Werte der elektrischen Größe nicht erforderlich, Kenntnisse über die mechanischen oder elektrischen Eigenschaften der Verbindungsstelle zu besitzen. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass der elektrische Widerstand einer Verbindungsstelle in einem kurzen Zeitraum vor deren tatsächlicher Beschädigung ansteigt. Im normalen Betrieb, das heißt wenn keine Beschädigung der Verbindungsstelle bevorsteht, bleibt der elektrische Widerstand der Verbindungsstelle über lange Zeit nahezu konstant. Ein Anstieg des elektrischen Widerstands gegenüber diesem bisher nahezu konstanten Wert, ist erst kurz vor einer Beschädigung, wie zum Beispiel einem Riss oder gar einem Bruch, zu verzeichnen. Aber selbst wenn es zu einem Bruch an der Verbindungsstelle kommen würde, so würde der elektrische Widerstand der Verbindungsstelle zuvor nicht abrupt, sondern kontinuierlich ansteigen. Dieser kontinuierliche Anstieg kann durch die Beobachtung der wiederholt ermittelten Werte der elektrischen Größe vorteilhafterweise detektiert werden, insbesondere indem jeder neu beziehungsweise aktuell ermittelte Wert der elektrischen Größe mit mindestens einem der vorhergehenden Werte der elektrischen Größe verglichen wird. Ist also ein aktueller Wert gegenüber einem vorhergehenden Wert erhöht, oder weisen aufeinanderfolgen ermittelte Werte eine zumindest im Mittel steigende Tendenz auf, insbesondere wenn die elektrische Größe den elektrischen Widerstand selbst oder den Spannungsabfall über der Verbindungsstelle darstellt, so kann darauf geschlossen werden, dass eine Beschädigung der Verbindungsstelle bevorsteht.

Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, dass eine bevorstehende Beschädigung erfasst wird, wenn ein aktuell ermittelter Wert der elektrischen Größe gegenüber zumindest einem der vorhergehend ermittelten Werte der elektrischen Größe eine vorbestimmt signifikante Änderung, insbesondere Erhöhung, aufweist. Wird dagegen nicht der elektrische Widerstand selbst oder der Spannungsabfall als elektrische Größe betrachtet, sondern die elektrische Leitfähigkeit der Verbindungsstelle, so kann analog eine bevorstehende Beschädigung dann erfasst werden, wenn der aktuell ermittelte Wert der elektrischen Größe gegenüber zumindest einem der vorhergehend ermittelten Werte der elektrischen Größe eine vorbestimmt signifikante Erniedrigung beziehungsweise Verminderung aufweist. Dabei kann ein jeweils aktueller Wert nicht nur mit einem vorhergehenden Wert verglichen werden, sondern auch mit mehreren. Beispielsweise kann ein jeweils aktuell ermittelter Wert dabei mit einem Mittelwert verglichen werden, der sich aus einer vorbestimmten Anzahl vorhergehend ermittelter Werte zusammensetzt. Durch eine Mitteilung schlagen sich Messungenauigkeiten nicht so signifikant nieder, was die Vorhersagegenauigkeit deutlich erhöht.

Zusätzlich ist es auch denkbar, dass nicht nur ein einzelner aktueller Wert mit zumindest einem vorhergehenden Wert verglichen wird, sondern dass aus dem aktuell ermittelten Wert zusammen mit einer vorbestimmten Anzahl zuvor und aufeinanderfolgend ermittelter Werte ein erster Mittelwert gebildet wird, der mit einem zweiten Mittelwert, der sich wiederum aus vorhergehend gemessenen Werten der elektrischen Größe zusammensetzt, verglichen wird. Der zweite Mittelwert wird dann vorzugsweise aus Werten der elektrischen Größe bestimmt, in welchem sich die Verbindungsstelle in einem intakten und keinem einer Beschädigung bevorstehenden Zustand befindet. Dieser Mittelwert kann beispielsweise gleich bei einem erstmaligen Betrieb der Verbindungsstelle bestimmt und gespeichert werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt die vorbestimmt signifikante Änderung einen vorbestimmten Anteil des zumindest einen vorhergehend ermittelten Werts dar. Mit anderen Worten kann die vorbestimmt signifikante Änderung als prozentualer Wert bezogen auf den zumindest einen vorhergehend ermittelten Wert definiert sein. Ist die wiederholt ermittelte elektrische Größe wiederum der Spannungsabfall über der Verbindungsstelle oder der elektrische Widerstand der Verbindungsstelle selbst, so stellt die vorbestimmt signifikante Änderung wiederum eine vorbestimmt signifikante Erhöhung dar. Im Fall, dass die elektrische Größe die elektrische Leitfähigkeit der Verbindungsstelle darstellt, handelt es sich bei der vorbestimmt signifikanten Änderung wieder um eine vorbestimmt signifikante Erniedrigung. Auch hierbei kann wiederum unter zumindest einem vorhergehend ermittelten Wert wiederum ein Mittelwert mehrerer vorhergehend ermittelter Werte verstanden werden. Beispielsweise kann also eine bevorstehende Beschädigung der Verbindungsstelle als erkannt gelten, wenn der elektrische Widerstand der Verbindungsstelle gemäß einem aktuell ermittelten Wert gegenüber dem Mittelwert aus mehreren zuvor ermittelten Werten des Widerstands um zum Beispiel fünf Prozent erhöht ist. Dabei muss der Mittelwert nicht notwendigerweise aus unmittelbar zuvor ermittelten Werten des Widerstands gebildet sein, sondern dieser kann auch aus Widerstandswerten gebildet sein, die in einen vorbestimmten Ermittlungszeitraum fallen, in welchem die Verbindungsstelle noch vollkommen intakt ist. Beispielsweise kann dies ein Ermittlungszeitraum ab der Initialisierung des Verfahrens beziehungsweise ab der erstmaligen Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugbordnetzes oder zumindest des Teils des Kraftfahrzeugbordnetzes, wie zum Beispiel einer Batterie, sein, welcher die beiden Leiter mit der Verbindungsstelle umfasst. Im Allgemeinen kann die definierte signifikante Änderung, ab welcher eine bevorstehende Beschädigung der Verbindungsstelle als erkannt gilt, in einem Bereich zwischen vier und zehn Prozent liegen. In einem solchen Bereich kann eine Erhöhung des Widerstandswerts, oder auch anderer Werte von elektrischen Größen, wie zum Beispiel dem Spannungsabfall oder auch der Leitfähigkeit, infolge einer bevorstehenden Beschädigung erkannt werden und gleichzeitig ist durch einen Grenzwert in einem solchen Bereich noch ausreichend Abstand bis zur tatsächlichen Beschädigung beziehungsweise bis zum vollständigen Bruch der Verbindungsstelle. Hierdurch wird also eine zuverlässige und gleichzeitig auch rechtzeitige Erkennung der bevorstehenden Beschädigung der Verbindungsstelle ermöglicht.

Weiterhin ist es auch denkbar, durch die bis zu einem aktuellen Zeitpunkt ermittelten Werte der elektrischen Größe eine gemittelte Kurve zu legen, und für den Fall dass diese Kurve in vorbestimmt signifikantem Ausmaß ansteigt, und/oder deren Steigung einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, eine bevorstehende Beschädigung erkannt wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn bei erfasster bevorstehender Beschädigung ein Warnsignal ausgegeben wird. Beispielsweise kann ein solches Warnsignal an den Fahrer in optischer, akustischer oder haptischer Form ausgegeben werden. Im einfachsten Fall kann zum Beispiel eine Warnlampe aufleuchten oder auch ein Hinweis an den Fahrer über ein Display ausgegeben werden, zum Beispiel mit dem Hinweis eine Werkstatt aufzusuchen. Weiterhin können auch rechtzeitig Deaktivierungsmaßnahmen bei erfasster bevorstehender Beschädigung eingeleitet werden, wie zum Beispiel ein Abklemmen der betreffenden Vorrichtung, welche die beiden über die Verbindungsstelle verbundenen Leiter umfasst, wie zum Beispiel ein Abklemmen der Batterie durch Öffnen der Hauptschütze, sodass schlimmere Folgen infolge einer Beschädigung der Verbindungsstelle vorteilhafterweise vermieden werden können.

Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung für ein Kraftfahrzeugbordnetz, wobei die Vorrichtung zwei elektrische Leiter, die über eine Verbindungsstelle miteinander elektrisch leitend verbunden sind, und eine Messeinrichtung zum Vorhersagen einer bevorstehenden Beschädigung der Verbindungsstelle zwischen den zwei elektrischen Leitern aufweist. Dabei ist die Messeinrichtung dazu ausgelegt, einen Wert einer elektrischen Größe zu ermitteln, die zumindest mit einem elektrischen Widerstand der Verbindungsstelle im Zusammenhang steht, und die Vorhersage über die bevorstehende Beschädigung in Abhängigkeit von dem Wert der elektrischen Größe zu treffen. Dabei ist die Messeinrichtung weiterhin derart eingerichtet, dass der Wert der elektrischen Größe wiederholt im Betrieb des Kraftfahrzeugbordnetzes ermittelt wird, während die Verbindungsstelle von einem Betriebsstrom mit einer bestimmten Betriebsstromstärke durchflossen wird.

Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Vorrichtung. Darüber hinaus ermöglichen die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen Ausführungsformen genannten Verfahrensschritte die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch weitere gegenständliche Merkmale. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Vorrichtung als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie, ausgebildet ist. Gerade in Hochvolt-Batterien gibt es zahlreiche Verbindungsstellen, insbesondere durch Schweißen oder Verschrauben zusammengefügte Leiter, sodass eine Überwachung dieser Verbindungsstellen innerhalb einer Batterie, insbesondere einer Hochvolt-Batterie, besonders vorteilhaft ist.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung oder eines ihrer Ausgestaltungen. Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten damit in gleicher Weise auch für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug kann dabei zum Beispiel als Hybridfahrzeug mit Elektroantrieb oder auch als reines Elektrofahrzeug ausgebildet sein, bei welchem die als Batterie ausgebildete Vorrichtung als Traktionsbatterie dient.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem

Kraftfahrzeugbordnetz, einer Hochvolt-Batterie und einer Messeinrichtung zum Vorhersagen einer bevorstehenden Beschädigung einer Verbindungsstelle zwischen zwei elektrischen Leitern der Hochvolt-Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zweier elektrischer Leiter, die über eine

Verbindungsstelle miteinander elektrisch leitend verbunden sind, sowie eine Messeinrichtung zum Vorhersagen einer bevorstehenden Beschädigung der Verbindungsstelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Abhängigkeit des elektrischen

Widerstands einer Verbindungsstelle bei einer zyklischen mechanischen Beanspruchung in Abhängigkeit von der Anzahl der Zyklen bis zur Beschädigung der Verbindungsstelle.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen 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.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einem Kraftfahrzeugbordnetz 12, welches eine Hochvolt-Batterie 14 umfasst. Das Kraftfahrzeugbordnetz 12 kann dabei noch weitere Komponenten, die hier nicht näher dargestellt sind, umfassen, so wie beispielsweise diverse Verbraucher, eine Leistungselektronik und einen Elektromotor. Die Hochvolt-Batterie 14 umfasst dabei zumindest zwei elektrische Leiter 16a, 16b, die über eine Verbindungsstelle 16c, wie zum Beispiel eine Fügestelle, zum Beispiel eine Schweißnaht, elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Insbesondere kann die Hochvolt-Batterie 14 mehrere solche über jeweilige Verbindungsstellen miteinander verbundene elektrische Leiter umfassen. Weiterhin weist die Hochvolt-Batterie 14 eine Messeinrichtung 18 auf, welche zum Überwachen und zum Vorhersagen einer bevorstehenden Beschädigung der Verbindungsstelle 16c ausgebildet ist. Diese wird nun näher anhand von Fig. 2 beschrieben.

Fig. 2 zeigt dabei eine schematische Darstellung von zwei elektrischen Leitern 16a, 16b, die wiederum über eine Verbindungsstelle 16c, zum Beispiel eine Schweißverbindung, miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Die Messeinrichtung 18 umfasst in diesem Beispiel ein Spannungsmessgerät 20 zur Messung eines über der Verbindungsstelle 16c abfallenden Spannung U. Die Messung dieser Spannung U erfolgt dabei im Betrieb des Kraftfahrzeugbordnetzes 12, während die Verbindungsstelle 16c von einem Betriebsstrom IB, der beispielsweise konstant sein kann und als bekannt vorausgesetzt wird, durchflossen wird. Aus dem gemessenen Spannungsabfall U sowie der bekannten Betriebsstromstärke IB lässt sich damit auf einfache Weise der elektrische Widerstand Rx der Verbindungsstelle 16c ermitteln. Die gemessene Spannung U wird dabei insbesondere über zwei Abgriffen P1 , P2 abgegriffen, wobei ein erster Abgriff P1 sich am ersten Leiter 16a befindet, und der zweite Abgriff P2 am zweiten Leiter 16b. Weiterhin befinden sich diese Abgriffe P1 , P2 in vorbestimmter Nähe zur Verbindungsstelle 16c, insbesondere so, dass sich weiter keine Bauteile zwischen diesen beiden Abgriffen P1 , P2 befinden, sondern lediglich die Verbindungsstelle 16c. Darüber hinaus sind die Leitungswiderstände R1 , R2, die durch die jeweiligen Leitungen zwischen den jeweiligen Abgriffen P1 , P2 und dem Messgerät 20 bereitgestellt sind, groß gegenüber dem Widerstand Rx der Verbindungsstelle 16c selbst, insbesondere um Größenordnungen größer, sodass der durch diese Leitungen und durch das Messgerät 20 fließende Strom als vernachlässigbar klein angenommen werden kann gegenüber dem durch die Verbindungsstelle 16c fließenden Strom l_B. Dann ergibt sich der elektrische Widerstand Rx der Verbindungsstelle 16c auf einfache Weise durch Division der über der Verbindungsstelle 16c abgegriffenen Spannung U und der aktuellen Betriebsstromstärke IB.

Der Wert der Spannung U wird dabei wiederholt, zum Beispiel ausgelöst durch geeignete Triggersignale oder in vorbestimmten Zeitabständen oder ähnlichem, zum Beispiel alle fünf Minuten, gemessen und an eine Steuereinrichtung 22 übermittelt. Die Steuereinrichtung 22 ermittelt dann aus dem jeweils aktuell gemessenen Wert der Spannung U sowie der bekannten Stromstärke IB wie beschrieben den elektrischen Widerstand Rx der Verbindungsstelle. Anstelle des hier als Spannungsmessgerät ausgebildeten Messgeräts 20 kann beispielsweise auch direkt ein Widerstandsmessgerät, zum Beispiel ein Mikroohmmeter verwendet werden, welches wie beschrieben aus der über der Verbindungsstelle 16c abfallenden Spannung U direkt den elektrischen Widerstand Rx bestimmt und dann erst entsprechend an die Steuereinrichtung 22 zur weiteren Auswertung übermittelt.

Die Steuereinrichtung 22 überprüft nun anhand der wiederholt berechneten Widerstandswerte Rx, ob eine Beschädigung der Verbindungsstelle 16c bevorsteht oder nicht. Unter einer Beschädigung muss dabei nicht notwendigerweise ein vollständiger Bruch der Verbindungsstelle 16c verstanden werden, der zu einer vollständigen Trennung der beiden Leiter 16a, 16b führt, sondern zum Beispiel auch erste Entfestigungen oder ein Riss in der Verbindungsstelle 16c. Wird entsprechend von der Steuereinrichtung 22 in Abhängigkeit von den ermittelten beziehungsweise berechneten Widerstandswerten Rx der Verbindungsstelle eine bevorstehende Beschädigung erkannt, so kann die Steuereinrichtung 22 ein entsprechendes Signal ausgeben, das zum Beispiel eine Warnung an den Fahrer auslöst, oder zum Beispiel auch ein Abtrennen der Batterie 14 vom übrigen Bordnetz 12.

Eine bevorstehende Beschädigung kann insbesondere an einem signifikant ansteigenden Verlauf des elektrischen Widerstands Rx der Verbindungsstelle 16c erkannt werden. Dies wird nun anhand von Fig. 3 näher erläutert.

Fig. 3 zeigt dabei eine graphische Darstellung wiederholt ermittelter Widerstandswerte Rx unter zyklischer mechanischer Beanspruchung in Abhängigkeit von der Anzahl N der Zyklen. Im Rahmen eines Experiments wurde hierbei eine Verbindungsstelle 16c zwischen zwei elektrischen Leitern 16a, 16b, beziehungsweise die beiden elektrischen Leiter 16a, 16b an sich periodisch auf Zug mechanisch beansprucht und dabei wiederholt wie zu Fig. 2 beschrieben der elektrische Widerstand Rx der Verbindungsstelle 16c gemessen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, bleibt der elektrische Widerstand Rx über viele Zyklen näherungsweise konstant, und erst vor der Beschädigung der Verbindungsstelle 16c, die in der Grafik in Fig. 3 mit 24 bezeichnet ist, steigt der Widerstand Rx der Verbindungsstelle 16c gegenüber den bisherigen nahezu konstanten Werten deutlich an. Dieser Anstieg kann nun vorteilhafterweise dazu verwendet werden, um eine bevorstehende Beschädigung rechtzeitig zu erkennen. Für den Widerstand Rx kann also beispielsweise ein Grenzwert G festgelegt werden, bei dessen Überschreitung eine bevorstehende Beschädigung als detektiert gilt. Dieser Grenzwert G kann dabei als prozentualer Wert bezogen auf einen Mittelwert M mehrerer vorhergehend ermittelter Widerstandswerte Rx festgelegt werden. Der Mittelwert M wiederum kann dabei aus mehreren Widerstandswerten Rx, die in einem bestimmten Intervall D ermittelt wurden, gebildet sein, in welchem sich die Verbindungsstelle 16c im intakten Zustand befindet und innerhalb von welchem kein deutlicher Anstieg des Widerstandswerts Rx zu verzeichnen ist. Alternativ kann aber auch immer eine vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgend ermittelter Widerstandswerte Rx gemittelt werden, und sobald ein Anstieg dieser gemittelten Widerstandswerte Rx über mehrere Messschritte hinweg zu verzeichnen ist, insbesondere über eine vorbestimmte Anzahl an aufeinanderfolgenden Messschritten, kann eine bevorstehende Beschädigung als detektiert gelten.

Auf diese Weise kann also die Steuereinrichtung 22 vorteilhafterweise in Abhängigkeit von einer Betrachtung eines jeweiligen aktuell ermittelten Widerstandswerts Rx mit Bezug auf die zuvor ermittelten Widerstandswerte Rx eine bevorstehende Beschädigung 24 der Verbindungsstelle 16c rechtzeitig erkennen. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass während des Bauteilbetriebs ohne einen erheblichen Mehraufwand in situ eine Schadensvorhersage getroffen werden kann. Da die Komponenten im Betrieb ohnehin von einem elektrischen Strom I_B durchflossen werden, ist lediglich das Anbringen eines Messgeräts, wie zum Beispiel das hier beschriebene Spannungsmessgerät 20, erforderlich.

Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung einem plötzlichen Bauteilversagen rechtzeitig vorgebeugt werden kann, da ein solches Bauteilversagen, insbesondere eine Beschädigung der Verbindungsstelle, bereits vor Eintritt vorhergesagt werden kann. Hierbei kann vorteilhafterweise ausgenutzt werden, dass zum Beispiel an geschweißten Verbindungen der elektrische Verbindungswiderstand direkt mit dem Fortschritt der Bauteilschädigung korreliert. Erst kurz vor Eintritt des Bauteilversagens ist ein deutlicher Anstieg des elektrischen Verbindungswiderstandes erkennbar. Hierdurch lässt sich mit besonders einfachen Mitteln eine zuverlässige permanente Überwachung von Verbindungsstellen bereitstellen. Bezugszeichenliste

10 Kraftfahrzeug

12 Kraftfahrzeugbordnetz

14 Hochvolt-Batterie

16a erster Leiter

16b zweiter Leiter

16c Verbindungstelle

18 Messeinrichtung

20 Messgerät

22 Steuereinrichtung

24 Beschädigung

G Grenzwert

IB Betriebsstrom

M Mittelwert

N Anzahl der Zyklen

P1 , P2 Abgriff

R1 , R2 Leitungswiderstand

Rx Widerstand der Verbindungsstelle U Spannung

D Intervall

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Vorhersage einer bevorstehenden Beschädigung (24) einer Verbin- dungsstelle (16c) zwischen zwei elektrischen Leitern (16a, 16b) in einem Kraftfahr- zeugbordnetz (12), wobei ein Wert einer elektrischen Größe (U, Rx) ermittelt wird, die zumindest mit einem elektrischen Widerstand (Rx) der Verbindungsstelle (16c) in Zu- sammenhang steht, und wobei die Vorhersage über die bevorstehende Beschädigung (24) in Abhängigkeit von dem Wert der elektrischen Größe (U, Rx) getroffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass

der Wert der elektrischen Größe (U, Rx) wiederholt im Betrieb des Kraftfahrzeugbord- netzes (12) ermittelt wird, während die Verbindungsstelle (16c) von einem Betriebs- strom mit einer bestimmten Betriebsstromstärke (IB) durchflossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

die elektrische Größe (U, Rx) den elektrischen Widerstand (Rx) der Verbindungsstelle (16c) selbst darstellt, wobei der elektrische Widerstand (Rx) mittels Vierleitermessung bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

als die elektrische Größe (U, Rx) ein Spannungsabfall (U) über der Verbindungsstelle (16c) gemessen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

zur Vorhersage der bevorstehenden Beschädigung (24) der wiederholt ermittelte Wert der elektrischen Größe (U, Rx) mit einem vorbestimmten Grenzwert (G) verglichen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

zur Vorhersage der bevorstehenden Beschädigung (24) ein aktuell ermittelter Wert der elektrischen Größe (U, Rx) mit mindestens einem der vorhergehenden Werte der elektrischen Größe (U, Rx) verglichen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine bevorstehende Beschädigung (24) erfasst wird, wenn ein aktuell ermittelter Wert der elektrischen Größe (U, Rx) gegenüber zumindest einem der vorhergehend ermittel- ten Werte der elektrischen Größe (U, Rx) eine vorbestimmt signifikante Änderung, ins- besondere Erhöhung, aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

die vorbestimmt signifikante Änderung einen vorbestimmten Anteil des zumindest ei- nen vorhergehend ermittelten Werts darstellt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

bei erfasster bevorstehender Beschädigung (24) ein Warnsignal ausgegeben wird.

9. Vorrichtung (14) für ein Kraftfahrzeugbordnetz (12), wobei die Vorrichtung (14) zwei elektrische Leiter, die über eine Verbindungsstelle (16c) miteinander elektrisch leitend verbunden sind, und eine Messeinrichtung (18) zum Vorhersagen einer bevorstehen- den Beschädigung (24) der Verbindungsstelle (16c) zwischen den zwei elektrischen Leitern (16a, 16b) aufweist, wobei die Messeinrichtung (18) dazu ausgelegt ist, einen Wert einer elektrischen Größe (U, Rx) zu ermitteln, die zumindest mit einem elektri schen Widerstand (Rx) der Verbindungsstelle (16c) in Zusammenhang steht, und die Vorhersage über die bevorstehende Beschädigung (24) in Abhängigkeit von dem Wert der elektrischen Größe (U, Rx) zu treffen,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Messeinrichtung (18) derart eingerichtet ist, dass der Wert der elektrischen Größe (U, Rx) wiederholt im Betrieb des Kraftfahrzeugbordnetzes (12) ermittelt wird, während die Verbindungsstelle (16c) von einem Betriebsstrom mit einer bestimmten Betriebs- stromstärke (IB) durchflossen wird.

10. Vorrichtung (14) nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Vorrichtung (14) als Batterie (14), insbesondere als Hochvolt-Batterie (14), ausge- bildet ist.

11. Kraftfahrzeug (10) mit einer Vorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 9 oder 10.