用于预测机动车辆车载网络中的两个电气导体之间连接点的即将发生的损坏的方法、装置和机动车辆与流程

本发明涉及一种用于预测机动车辆车载网络中的两个电气导体之间的连接点的即将发生的损坏的方法，其中，确定至少与该连接点的电阻有关联的电气参量的值，并且其中，依据电气参量的值做出关于即将发生的损坏的预测。此外，本发明还包括一种机动车辆车载网络以及一种机动车辆。

背景技术：

由于汽车驱动的电气化越来越高，越来越多地使用导电材料。在此，由不同材料构成的接合连接也越来越受到关注。载流构件在运行期间例如由于振动而经受周期性的机械荷载。在此，可能导致流过电流的导体的损坏，在接合连接的情况下该损坏通常出现在接合点处。为了尽早识别出构件失灵并避免出现故障，能够在发生之前就已经预测出可能的构件失灵很有帮助。

由于这种接合连接也恰好在电动车辆的电池系统中使用，并且这种电池内部的构件损坏可能会具有特别严重的后果，因此cn105510842提出了一种电池模块监视装置，其中，为了监视电池，进行了对各个电池模块的电阻的测量以及还进行了对模块组合的电阻的测量，然而，这需要非常高成本的电路。

此外，us2012/0290228a1描述了一种用于测量连接点的电阻的方法。在这种连接点处的过高的电阻表明该连接点不再具有足够高的连接质量。然而，为了测量这些电阻，通过单独提供的电流源施加恒定电流。不利地，然后这仅可以在连接点没有附加地由运行电流流过的情况下进行，因为这会导致错误的测量结果。尽管原理上也可以通过这种在此所描述的方法来预测这种连接点的即将发生的损坏，但是也仅可以相对高成本地并且仅在特定的情况下(即，不在运行中)以及由此也仅非常罕见地进行对连接点的检查，这再次妨碍了及时识别到即将发生的损坏。

us2013/0187671a1也描述了一种用于在使用连接点的电阻值的情况下确定(特别是再次在电池内部的)两个电气导体之间的连接点的质量的方法。然而，在那里不可以在将电池安装在机动车辆中的状态下进行检查，而是仅可以在安装到机动车辆中之前或在检修期间进行检查。再次地，由于对应地仅可能进行随机测试，因此这也无法及时识别到连接点的即将发生的损坏。

de102006060521a1描述了一种用于车辆组件、特别是用于燃料电池堆的老化仪。在此，在车辆的车辆运行期间确定磨损状态。借助数据过滤器，采集了测量数据并且借助函数投射到这些观察状态上，该测量数据在机动车辆的车载网络中可供使用并且落入到一个或多个观察状态附近的一个或多个预先给定的参数窗中。在一个观察时间间隔上对这些所投射的测量数据进行平均，以便减少偏差或方差。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于预测连接点的即将发生的损坏的方法、一种装置和一种机动车辆，其能够以尽可能简单的方式实现尽可能早地识别到连接点的即将发生的损坏。

上述技术问题通过具有根据相应独立权利要求的特征的方法、用于机动车辆车载网络的装置和机动车辆来解决。本发明的有利的设计方案是从属权利要求、说明书和附图的主题。

在根据本发明的用于预测机动车辆车载网络中的两个电气导体之间的连接点的即将发生的损坏的方法中，确定至少与该连接点的电阻有关联的电气参量的值。因此，该电气参量例如可以表示与电阻不同的参量，但是该参量例如与连接点的电阻成比例，或者该参量也可以表示连接点本身的电阻。此外，依据电气参量的值来做出关于即将发生的损坏的预测。在此，在具有特定运行电流强度的运行电流流过连接点期间，在机动车辆车载网络的运行中反复确定电气参量的值。

因此，在机动车辆车载网络的运行中流过连接点的运行电流本身可以有利地用于测量电气参量或其值。这同样具有多个优点，因为由此可以在运行期间近似永久地提供对电气参量的监视以及由此还提供对连接点的电阻的监视，并且同时也利用特别简单的手段来提供该监视，因为不必设置单独的电流源来提供预定的测试电流。由此，因此可以有利地以特别低成本的方式、有效地并且尤其是及时地提供连接点的即将发生的损坏。

在此，通常可以将连接点理解为两个导体以任意方式彼此连接的点，诸如如焊接连接、螺纹连接、钎焊连接或铆接连接的接合连接。此外在此，连接点处彼此电气连接的两个电气导体可以由相同的材料构成或者也可以由不同的材料构成。例如，两个电气导体中的至少一个包括铜和/或铝。恰好铜材料以其特别良好的电气和热学特性而出众。在此，由铜和铝构成的接合连接特别适合于生成既减少了成本又减少了重量的、流过电流的导体。此外，可以以简单的方式将根据本发明的方法及其设计方案应用于每个任意的连接点。特别地，由此可以监视机动车辆车载网络中的每个任意的连接点。但是，由于这种连接点通常恰好出现在机动车辆的电池内部，因此有利的是，两个电气导体之间的连接点是电池、特别是牵引电池内部的连接点。例如，连接点可以将电池模块的极与母线连接。

如果应当借助根据本发明的方法或其设计方案中的一个来在即将发生的损坏方面对多个连接点进行监视，则可以针对相应的连接点单独地实现根据本发明的方法或其设计方案中的一个。这意味着，特别是如之前并且还在下面更详细地描述的，为应当监视的相应的连接点确定电气参量。由此，可以有利地单独地监视每个待监视的连接点。由此，不仅可以有利地及时识别即将发生的损坏，而且还可以在出现损坏时进行定位。

在本发明的一种有利的设计方案中，电气参量代表连接点本身的电阻，其中，电阻借助四线测量来确定。根据四线测量，因此可以以简单的方式测量连接点上的电压降。该测量出的电压降除以特定的运行电流强度(运行电流以该特定的运行电流强度在测量时间点流过连接点)得出连接点的电阻。因此，用于量取连接点上的电压降的简单的电压表可以用于确定连接点的电阻，从而因此尽可能少地影响流过连接点的电流流动。然后，可以将由此测量出的电压值除以已知的运行电流强度。替换地，还可以直接使用电阻测量设备，特别是欧姆表或微欧表，其如所描述的确定电阻并且直接作为输出参量来提供。通过这些措施有利地使得可以在构件运行期间，即，在以运行电流流过连接点期间，在没有巨大的额外开销的条件下监视连接点的电阻，并且基于此来及时预测即将发生的损坏。

在确定电阻时，特别地，将特定的运行电流强度假定为已知，以该特定的运行电流强度流过连接点。要么通过对应的测量设备、例如分流电阻来采集运行电流(在机动车辆车载网络的许多构件中、尤其是电池系统内部本来就是这种情况)，要么连接点位于本来就通过预先给定并且恒定的运行电流强度来流过的点。例如，如果这是这种情况，即，连接点位于机动车辆车载网络中本来就以预定且恒定的运行电流流过的位置，则代替连接点的电阻，也可以监视在连接点上下降的电压本身，因为在该情况下，该在连接点上下降的电压仅与连接点的电阻相差了等于运行电流强度的恒定的系数。

因此，根据本发明的另外的有利的设计方案规定，测量在连接点上的电压降作为电气参量。在该情况下，因此还可以直接依据该测量出的电压降来检测即将发生的损坏，特别是还不必根据电压降来计算连接点的电阻。

然而，此外，也可以将与连接点的电阻有关联并且例如与连接点的电阻成比例并且由此可以从其得出结论的另外的参量确定为电气参量。在此特别地，间接的比例也应当被视为包含在术语“比例”中。对应地，电气参量也可以表示连接点的当前电导率。

与现在是连接点上的电压降代表电气参量还是电阻本身代表电气参量无关地，测量连接点上的电压降。然后，要么例如在恒定的运行电流强度的情况下可以直接通过当前测量的电压降值来确定关于即将发生的损坏的预测，要么可以根据测量出的电压降值来确定连接点的电阻或电导率，并且然后由此做出关于存在连接点的即将发生的损坏的预测。

此外，在此有利的是，为了预测即将发生的损坏，将反复确定的电气参量的值(即，例如所确定的电压降值、所确定的电阻的值或者还有所确定的连接点的电导率的值)与预定的边界值进行比较。通过增高了的电阻，以及对应地在运行电流恒定的情况下通过增高了的连接点上的电压降，或者通过降低了的连接点的电导率，可以得出连接点即将发生损坏的结论。换言之，通过将反复确定的电气参量与预定的边界值进行比较，可以以特别简单的方式来预测连接点的即将发生的损坏。

在本发明的另外的有利的设计方案中，为了预测即将发生的损坏，将当前确定的电气参量的值与电气参量的先前值中的至少一个进行比较。与将电气参量与预定的边界值进行比较不同，由于以下原因，该设计方案特别有利：为了能够针对反复确定的电气参量预先确定合适的边界值，必须已知连接点的机械和/或电气特性，诸如在连接点的无故障运行状态下的连接点的电阻，在该情况下不存在连接点的损坏，并且也不会短期内即将发生连接点的损坏。因此，必须例如通过在相似的连接点处进行实验确定来为不同类型的连接点确定相应的合适的边界值。与此相反，在将电气参量与电气参量的先前值中的至少一个进行比较时，无需具有关于连接点的机械或电气特性的知识。这基于以下认识：连接点的电阻在连接点实际损坏之前的短时间段内增加。在正常运行中，即，如果没有即将发生连接点的损坏，则连接点的电阻在长时间上保持近似恒定。相对于该迄今近似恒定的值，电阻的增加只会在损坏(诸如破裂甚至断裂)之前不久才记录到。但是，即使在连接点处将出现断裂时，连接点的电阻也不会事先突然增加，而是连续地增加。特别地通过将电气参量的每个新近或当前确定的值与电气参量的先前值中的至少一个进行比较，可以有利地通过观察反复确定的电气参量的值来检测该连续的增加。因此，如果当前值相对于先前值增高，或者依次确定的值具有至少在平均上增高的趋势，特别是当电气参量代表电阻本身或连接点上的电压降时，则可以得出结论：即将发生连接点的损坏。

因此，本发明的另外的有利的设计方案示出，如果当前确定的电气参量的值相对于先前确定的电气参量的值中的至少一个具有预定的显著变化、特别是增高，则采集到即将发生的损坏。与此相反，如果不将电阻本身或电压降观察为电气参量，而是将连接点的电导率观察为电气参量，则在当前确定的电气参量的值相对于先前确定的电气参量的值中的至少一个具有预定的显著的降低或减小时，于是可以类似地采集到即将发生的损坏。在此，各个当前值不仅可以与一个先前值进行比较，而且还可以与多个先前值进行比较。例如，在此可以将各个当前确定的值与平均值进行比较，该平均值由预定数量的先前确定的值组合而成。通过取平均，测量误差因此未显著地表现出来，这显著地增高了预测准确性。

附加地，还可以想到，不仅将各个当前值与至少一个先前值进行比较，而且根据当前确定的值与预定的数量的之前并且依次确定的值一起形成第一平均值，该第一平均值与第二平均值进行比较，该第二平均值再次由先前测量的电气参量的值组合而成。然后，优选地根据电气参量的值确定第二平均值，在该第二平均值中连接点处于完好并且不处于损坏即将发生的状态。例如，在首次运行连接点时，同样地可以确定并且存储该平均值。

在本发明的另外的有利的设计方案中，预定的显著变化代表至少一个先前确定的值的预定的部分。换言之，可以将预定的显著变化定义为与至少一个先前确定的值有关的百分比值。如果反复确定的电气参量再次是连接点上的电压降或者是连接点本身的电阻，则预定的显著变化再次表示预定的显著的增高。在电气参量代表连接点的电导率的情况下，预定的显著变化又是预定的显著降低。在此，也可以再次将至少一个先前确定的值再次理解为多个先前确定的值的平均值。也就是例如，如果连接点的电阻根据当前确定的值相对于由多个之前确定的电阻值形成的平均值增高了例如百分之五，则可以将连接点的即将发生的损坏视为已识别到。在此，不一定必须直接由之前确定的电阻值来形成平均值，而是也可以由落入到预定的确定时间段内的电阻值来形成该平均值，在该预定的确定时间段内连接点仍然完美地完好。例如，这可以是从该方法的初始化起或者从机动车辆车载网络或机动车辆车载网络的至少一部分(诸如电池)的初次启动起的确定时间段，该机动车辆车载网络的至少一部分包括具有连接点的两个导体。通常，所定义的显著变化(从该所定义的显著变化起将连接点的即将发生的损坏视为已识别到)可以位于百分之四与百分之十之间的范围内。在这种范围内，由于即将发生的损坏，可以识别到电阻值或者还有电气参量的另外的值(诸如电压降或者还有电导率)的增高，并且同时，通过在这种范围中的边界值，直至连接点实际损坏或直至连接点完全断裂的距离仍然足够。由此，因此能够实现对连接点的即将发生的损坏的可靠并且同时还及时的识别。

此外，还可以想到，通过直至当前时间点所确定的电气参量的值来绘制平均曲线，并且对于该曲线以预定的显著的程度增加和/或该曲线的增加超过了预定的边界值的情况，识别出即将发生的损坏。

此外有利的是，在采集到即将发生的损坏时输出警告信号。例如，这种警告信号可以以光学、声学或触觉的形式输出给驾驶员。在最简单的情况下，例如，警告灯可以点亮，或者还可以在显示器上向驾驶员输出指示，例如带有拜访车间的指示。此外，在采集到即将发生的损坏时也可以及时采取禁止措施，诸如切断所涉及的装置，该装置包括通过连接点连接的两个导体，诸如通过断开主接触器来切断电池，使得可以有利地避免由于连接点的损坏而导致的更加严重的后果。

此外，本发明还涉及一种用于机动车辆车载网络的装置，其中，该装置具有两个电气导体，该两个电气导体通过连接点彼此电气导电地连接，并且具有测量装置，该测量装置用于预测两个电气导体之间的连接点的即将发生的损坏。在此，该测量装置被设计用于确定至少与连接点的电阻有关联的电气参量的值，并且依据该电气参量的值做出关于即将发生的损坏的预测。在此，测量装置被进一步配置为，在具有特定运行电流强度的运行电流流过连接点期间，在机动车辆车载网络的运行中反复确定电气参量的值。

在根据本发明的方法和该方法的设计方案方面所提到的优点以同样的方式适用于根据本发明的装置。此外，结合根据本发明的方法及其实施方式所提及的方法步骤能够实现通过另外的具体特征来扩展根据本发明的装置。此外优选的是，该装置被构建为电池、特别是构建为高压电池。恰好在高压电池中，存在许多连接点、特别是通过焊接或拧紧而接合在一起的导体，使得在电池、特别是高压电池内部监视这些连接点是特别有利的。

此外，本发明还涉及一种具有根据本发明的装置或该装置的设计方案中的一个的机动车辆。因此，在根据本发明的装置和该装置的设计方案方面所提到的优点以同样的方式也适用于根据本发明的机动车辆。

在此，机动车辆例如可以被构建为具有电驱动的混合动力车辆，或者也可以被构建为纯电动车辆，其中，构建为电池的装置用作牵引电池。

附图说明

下面描述了本发明的实施例。为此，附图中：

图1示出了根据本发明的实施例的机动车辆的示意图，该机动车辆具有机动车辆车载网络、高压电池和用于预测高压电池的两个电气导体之间的连接点的即将发生的损坏的测量装置；

图2示出了根据本发明的实施例的两个电气导体以及测量装置的示意图，两个电气导体经由连接点彼此电气导电地连接，测量装置用于预测连接点的即将发生的损坏；以及

图3示出了用于说明连接点的电阻在周期性的机械荷载的情况下取决于直至连接点损坏的周期次数的依赖关系的线图。

具体实施方式

下面所阐述的实施例是本发明的优选的实施方式。在该实施例中，实施方式中所描述的组件分别表示本发明的各个要彼此独立地考虑的特征，这些特征也分别彼此独立地扩展本发明，并且由此也应当单独地或与所示出的组合不同地被视为本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式还可以通过本发明的已经描述的特征中的另外的特征来补充。

在附图中，功能上相同的元件分别具有相同的附图标记。

图1示出了带有机动车辆车载网络12的机动车辆10的示意图，该机动车辆车载网络包括高压电池14。在此，机动车辆车载网络12还可以包括在此未更详细地示出的另外的组件，诸如各式各样的耗电器、电力电子器件和电动机。在此，高压电池14包括至少两个电气导体16a、16b，所述至少两个电气导体通过连接点16c(诸如接合点、诸如焊缝)彼此电气导电地连接。特别地，高压电池14可以包括多个这种通过相应的连接点彼此连接的电气导体。此外，高压电池14具有测量装置18，该测量装置被构建为用于监视和用于预测连接点16c的即将发生的损坏。现在根据图2更详细地描述该测量装置。

在此，图2示出了两个电气导体16a、16b的示意图，这两个电气导体又通过连接点16c(例如焊接连接)彼此电气导电地连接。在该示例中，测量装置18包括电压测量设备20，用于测量在连接点16c上下降的电压u。在此，在运行电流ib流过连接点16c期间，对该电压u的测量在机动车辆车载网络12的运行中进行，该运行电流例如可以是恒定的并且被假定为已知的。由此，根据所测量的电压降u以及已知的运行电流强度ib，可以以简单的方式确定连接点16c的电阻rx。在此特别地，通过两个抽头p1、p2量取所测量的电压u，其中，第一抽头p1位于第一导体16a上，并且第二抽头p2位于第二导体16b上。此外，这些抽头p1、p2特别地位于连接点16c的预定的附近，使得在这两个抽头p1、p2之间不另外地存在构件，而是仅存在连接点16c。此外，由相应的抽头p1、p2与测量设备20之间的相应的导线所提供的导线电阻r1、r2大于连接点16c本身的电阻rx，特别是大几个数量级，使得相对于流过连接点16c的电流ib，可以将流过这些导线以及流过测量设备20的电流假设为小得可忽略不计。然后，通过将关于连接点16c量取的电压u除以当前的运行电流强度ib，以简单的方式得出连接点16c的电阻rx。

在此，反复地测量(该反复地测量例如通过合适的触发信号或者以预定的时间间隔等来触发，例如每五分钟)电压u的值，并且将其传输至控制装置22。然后，控制装置22如所描述的根据各个当前测量的电压u的值和已知的电流强度ib来确定连接点的电阻rx。代替在此构建为电压测量设备的测量设备20，例如也可以直接使用电阻测量设备、例如微欧表，该电阻测量设备如所描述的根据在连接点16c上下降的电压u直接确定电阻rx，并且然后才对应地为了进一步的分析而传输至控制装置22。

现在控制装置22根据反复计算出的电阻值rx来检查是否即将发生连接点16c的损坏。在此，不必一定将损坏理解为导致两个导体16a、16b完全分离的连接点16c的完全断裂，而是例如也理解为连接点16c中的第一次软化或破裂。如果对应地由控制装置22依据所确定或所计算出的连接点的电阻值rx识别出即将发生的损坏，则控制装置22可以输出对应的信号，该对应的信号例如触发对驾驶员的警告，或者例如还触发电池14从其余车载网络12的分离。

特别地，可以从连接点16c的电阻rx的明显增加的走向来识别即将发生的损坏。现在根据图3对这一点进行更详细的阐述。

在此，图3示出了反复确定的电阻值rx在周期性的机械荷载下取决于周期次数n的图形表示。在实验的范围内，在此已经周期性地使两个电气导体16a、16b之间的连接点16c或两个电气导体16a、16b本身在机械上承受张力，并且在此如对图2所描述的，反复地测量连接点16c的电阻rx。如从图3可以看出的那样，电阻rx在许多周期上保持近似恒定，并且仅在连接点16c的损坏(该损坏在图3中的图形中以24表示)之前，连接点16c的电阻rx才相对于迄今近似恒定的值显著增加。现在，该增加可以有利地用于及时地识别即将发生的损坏。对于电阻rx，因此例如可以确定边界值g，在超过该边界值时将即将发生的损坏视为已检测到。在此，该边界值g可以被确定为与多个先前确定的电阻值rx的平均值m有关的百分比值。在此，再次可以根据已经在特定的间隔δ中确定了的多个电阻值rx形成平均值m，在特定的间隔中连接点16c处于完好的状态，并且在该特定的间隔内没有记录电阻值rx的明显的增加。但是替换地，也可以始终对预定数量的依次确定的电阻值rx求平均，并且一旦可以在超过多个测量步骤、特别是在预定数量的依次的测量步骤中记录到这些平均的电阻值rx的增加，则可以将即将发生的损坏视为已检测到。

以该方式，控制装置22因此可以有利地依据对相应的当前确定的电阻值rx相对于之前确定的电阻值rx的观察，来及时地识别连接点16c的即将发生的损坏24。这具有主要优点，即可以在构件运行期间在没有巨大的额外开销的条件下就地做出损坏预测。由于在运行中本来就由电流ib流过组件，因此仅需安装测量设备、诸如在此所描述的电压测量设备20。

总体而言，该示例示出了如何通过本发明能够及时地预防突然的构件失灵，因为已经可以在发生之前就预测到这种构件失灵、特别是连接点的损坏。在此，可以有利地利用例如在所焊接的连接处电气连接电阻直接与构件损坏的进展相关联。仅在发生构件故障之前不久，才可以识别出电气连接电阻的显著增加。由此，可以以特别简单的手段来提供对连接点的可靠的、永久的监视。

附图标记列表

10机动车辆

12机动车辆车载网络

14高压电池

16a第一导体

16b第二导体

16c连接点

18测量装置

20测量设备

22控制装置

24损坏

g边界值

ib运行电流

m平均值

n周期次数

p1、p2抽头

r1、r2导线电阻

rx连接点的电阻

u电压

δ间隔