AT526179A1

AT526179A1 - Verfahren und System zum Testen einer Funktionsfähigkeit einer elektrischen Isolierung von Phasen einer Elektromaschine

Info

Publication number: AT526179A1
Application number: ATA50398/2022A
Authority: AT
Inventors: Garcia de Madinabeitia Merino Inigo; Essam Ahmed Msc Mohamed; Mahrous Bsc Safa
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2022-06-07
Filing date: 2022-06-07
Publication date: 2023-12-15
Also published as: DE102023114874A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (100) und ein System (30) zum Testen einer Funktionsfähigkeit einer elektrischen Isolierung von Phasen (20) einer Elektromaschine (14) eines elektrischen Antriebssystems (12) für ein Kraftfahrzeug (10). Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Kraftfahrzeug (10), einen entsprechenden Prüfstand (50) und ein zum Verfahren (100) korrespondierendes Computerprogrammprodukt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Testen einer Funktionsfähigkeit einer elektrischen Isolierung von Phasen einer Elektromaschine eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug und einen Prüfstand mit einem solchen System und ein zum Verfahren

korrespondierendes Computerprogrammprodukt.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, am sog. End-of-Line-Prüfstand, also am Ende einer Fertigungslinie eines Kraftfahrzeugs, die Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der Elektromaschine des elektrischen Antriebssystems des Kraftfahrzeugs zu prüfen. Vor der Auslieferung des Kraftfahrzeugs an den Kunden können so mögliche Defekte an der elektrischen Isolierung erkannt und behoben werden. Dies ist wichtig, da eine defekte elektrische Isolierung nicht nur permanente Energie-, Reichweiten- und Leistungseinbußen zufolge haben kann, sondern auch eine Fehler- und mögliche Gefahrenquelle darstellt.

Außerhalb des End-of-Line-Prüfstands und nach Auslieferung des Kraftfahrzeugs, kann bei den bekannten elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen ein Testen der Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung nur noch in Werkstätten mit entsprechenden Prüfständen erfolgen, weil Kraftfahrzeuge nicht über die für einen Test der elektrischen Isolierung der Phasen typischerweise notwendigen Kondensatoren verfügen. Eine solche Überprüfung in einer Werkstatt erfolgt aber typischerweise nur im Fehlerfall oder auf Verdacht. Deshalb können nach der Auslieferung des Kraftfahrzeugs auftretende oder übersehene Beschädigungen an der elektrischen Isolierung des elektrischen Antriebssystems und damit einhergehende Funktionsdefizite in der Praxis oftmals nicht mehr erkannt werden.

Hinzu kommt, dass das bekannte Verfahren zum Testen der Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der Phasen der Elektromaschine des elektrischen Antriebssystems eines ausgelieferten Kraftfahrzeugs sich durch den notwendigen Werkstattbesuch aufwändig für den Nutzer des Kraftfahrzeugs gestaltet. Eine Routineüberprüfung der Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung bei turnusmäßig vorgesehenen Werkstattbesuchen hingegen ist mit zusätzlichem Aufwand verbunden und daher _kostenintensiv, insbesondere bei Fahrzeugflottenbetreibern.

Auch sind elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge meist wartungsärmer als ihr verbrennungsmotorisch betriebenes Pendant, sodass Werkstattbesuche mitunter seltener als bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschine erfolgen. Dies birgt die Gefahr, dass eine beschädigte elektrische Isolierung erst sehr spät oder zu spät erkannt wird. Schließlich kommt der Kundenwunsch einer zunehmenden Intelligenz und Vernetzung elektrisch angetriebener Kraftfahrzeuge hinzu. Alle möglichen Wartungen sollten vorzugsweise "over the air", also durch eine Internetkommunikation mit dem Kraftfahrzeug, durchführbar sein, um Werkstattbesuche auf ein Minimum zu reduzieren.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Testen einer Funktionsfähigkeit einer elektrischen Isolierung eines elektrischen Antriebes für ein Kraftfahrzeug zu ermöglichen, welches einfach, kostengünstig und schnell ist.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 13, ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 14, einen Prüfstand mit den Merkmalen des Anspruchs 15 sowie ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System, dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug, dem erfindungsgemäßen Prüfstand sowie dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug

genommen wird oder werden kann.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Testen einer Funktionsfähigkeit einer elektrischen Isolierung von Phasen einer Elektromaschine eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen. Das Verfahren weist dabei die folgenden Schritte auf:

- Sperren eines Rotors der Elektromaschine, insbesondere des Elektromotors, gegen eine Drehbewegung,

zumindest einem elektrischen Impuls,

- Messen einer Impulsantwort zwischen den mit dem zumindest einen elektrischen Impuls beaufschlagten zumindest zwei Phasen der Elektromaschine,

- Vergleichen der gemessenen Impulsantwort mit zumindest einem vordefinierten Impulswert, wobei der zumindest eine vordefinierte Impulswert indikativ für die Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der zumindest zwei Phasen der Elektromaschine ist, und

- Ausgeben eines Testergebnisses der Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der zumindest zwei Phasen der Elektromaschine auf Basis des Vergleichs.

Ein erfindungsgemäßes Testverfahren ist damit insbesondere von dem Kraftfahrzeug selbst und damit mit keinem oder nur geringem Aufwand auf Seiten des Nutzers des Kraftfahrzeugs und besonders kostengünstig durchführbar. Das Testverfahren kann dabei zu einem praktisch beliebigen Zeitpunkt außerhalb der Fahrt des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden, in der der Rotor der Elektromaschine hinsichtlich seiner Drehbewegung gesperrt oder, mit anderen Worten, blockiert werden kann. Dabei kann das erfindungsgemäße Testverfahren nicht nur an einem vom Fahrzeughersteller ausgelieferten Kraftfahrzeug selbst ausgeführt werden. Es ist auch möglich, die Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der Phasen und damit der gewickelten Spulen der Elektromaschine des elektrischen Antriebes zu testen, wenn das elektrische Antriebssystem (noch) nicht im Kraftfahrzeug verbaut ist, beispielsweise auf einem Prüfstand oder während der Fahrzeugmontage. So kann das Verfahren beispielsweise auch auf Antriebsprüfständen, während der Fahrzeugmontage, vor der End-of-Line-Prüfung oder während der End-of-LinePrüfung durchgeführt werden.

Vorteilhafterweise können hinsichtlich der für das Verfahren benötigten Komponenten solche genutzt werden, die bereits in dem elektrischen Antriebssystem oder an dem Kraftfahrzeug für andere Zwecke vorhanden sind. Somit ist es nicht notwendig, die Elektromaschine, das elektrische Antriebssystem oder das Kraftfahrzeug mit neuen Komponenten zu versehen oder externe Komponenten, wie

Kondensatoren, an das elektrische Antriebssystem zu koppeln, um das

erfindungsgemäße Testverfahren darauf ausführbar zu machen. So werden Kosten,

Bauraum und Gewicht am Kraftfahrzeug gespart.

Insbesondere bedarf es beim erfindungsgemäßen Testverfahren keines Werkstattbesuchs, um die Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der Phasen der Elektromaschine zu testen. Gleichwohl kann vorgesehen sein, dass im Falle einer Feststellung eines Defekts der elektrischen Isolierung durch das erfindungsgemäße Testverfahren ein Werkstattbesuch empfohlen wird. Der Werkstattbesuch kann zur genaueren Untersuchung der von dem Testverfahren festgestellten Beschädigung der elektrischen Isolierung und/oder zur Reparatur der Beschädigung der elektrischen Isolierung einer oder mehrerer der Phasen der Elektromaschine erfolgen. Die Empfehlung des Werkstattbesuchs kann dabei in Form einer beim Ausgeben des Testergebnisses enthaltenen Information erfolgen.

Die angegebenen Verfahrensschritte werden in der angegebenen Reihenfolge von Sperren, Beaufschlagen, Messen, Vergleichen und Ausgeben durchlaufen.

Unter der Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der Phasen der Elektromaschine wird dabei insbesondere verstanden, ob die elektrische Isolierung einen Defekt aufweist (nicht, nicht vollständig oder eingeschränkt funktionsfähig) oder nicht (voll funktionsfähig). Ein Defekt kann insbesondere in Form einer Beschädigung nach einer End-of-Line-Prüfung, Herstellung oder Auslieferung des Kraftfahrzeugs auftreten, jedoch auch schon vor einer End-of-Line-Prüfung oder Auslieferung vorgelegen haben und übersehen worden sein. Folglich kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren festgestellt werden, ob die elektrische Isolierung beschädigt ist oder nicht. Wie später näher erläutert wird, kann vorteilhafterweise auch vorgesehen sein, eine Beschädigung zu lokalisieren und die Größe der Beschädigung anzugeben.

Durch das Sperren des Rotors der Elektromaschine gegen eine Drehbewegung wird erzielt, dass der Rotor in zumindest einer Drehrichtung von einer Drehung gehindert wird. Beim Sperren des Rotors in einer Drehrichtung kann der zumindest eine elektrische Impuls mit der gesperrten Drehrichtung derart korreliert sein, dass der Rotor sich in die nicht gesperrte Drehrichtung nicht drehen kann. Vorzugsweise werden jedoch beide Drehrichtungen des Rotors gesperrt. Der Rotor wird also im Wesentlichen von jeglicher Drehung, egal in welche Drehrichtung, gehindert. Dies

kann insbesondere mit mechanischen Mitteln erfolgen. Das Sperren des Rotors in

seiner Drehbewegung ist wichtig, damit der Rotor sich beim vorgesehenen

Beaufschlagen seiner Phasen mit dem zumindest einen elektrischen Impuls nicht

dreht, um die Impulsantwort messen zu können.

Das Verfahren setzt einen elektrischen Impulstest um, bei dem zumindest zwei Phasen der Elektromaschine mit zumindest einem elektrischen Impuls beaufschlagt werden und die daraus resultierende, also aus dem zumindest einen elektrischen Impuls resultierende, Impulsantwort gemessen wird. Unter dem elektrischen Impuls wird dabei ein einzelner zeitlich begrenzter stoßartiger Strom-, Spannungs- oder Leistungsverlauf verstanden, der durch die Beaufschlagung auf die Phasen der Elektromaschine gegeben wird. Der auf die Phasen gegebene Strom-, Spannungsoder Leistungsverlauf wird wiederum als Impulsantwort an den Phasen gemessen. Möglich ist es auch mehrere elektrische Impulse zu nutzen, also elektrische Pulse zu verwenden, um das Messergebnis zu verifizieren.

Durch den Vergleichsschritt kann nun festgestellt werden, ob die elektrische Isolierung (voll) funktionsfähig ist oder nicht, also beschädigt ist oder nicht. Dazu wird die gemessene Impulsantwort mit zumindest einem vordefinierten Impulswert verglichen, der wiederum auf dem zumindest einen elektrischen Impuls mit seinem bekannten Strom-, Spannungs- oder Leistungsverlauf beruhen kann oder durch diesen vorgegeben sein kann. Bei Feststellung einer Differenz zwischen der gemessenen Impulsantwort und dem vordefinierten Impulswert kann ein Defekt der elektrischen Isolierung geschlossen werden, weil der zumindest eine vordefinierte Impulswert als indikativ für die Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der Elektromaschine vordefiniert wird. Der vordefinierte Impulswert kann also insbesondere diejenige Impulsantwort oder ein Bereich einer Impulsantwort sein, die bei voll funktionsfähiger, also beschädigungsfreier, elektrischer Isolierung der Phasen der Elektromaschine gemessen werden kann, was experimentell oder durch Berechnung ermittelt worden sein kann.

Grundsätzlich kann der Impulswert mit einem Toleranzbereich vordefiniert werden, um mögliche Messfehler als Toleranzen einfließen zu lassen und nicht infolge eines Messfehlers bei der Messung der Impulsantwort einen Defekt der elektrischen Isolierung festzustellen. Auch können mehrere Impulswerte oder Bereiche von Impulswerten definiert werden, beispielsweise um unterschiedliche

Wahrscheinlichkeiten für das Vorliegen eines Defekts der elektrischen Isolierung

anzugeben. Wenn die Wahrscheinlichkeit für einen Defekt gering ist, kann so eine

weitere Überprüfung bei einer Werkstatt, beispielsweise im Rahmen der nächsten

Routineuntersuchung, empfohlen werden.

Um das Ergebnis des Vergleichs und damit die getestete Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der Phasen der Elektromaschine bekannt zu geben, wird durch das Verfahren ein Testergebnis ausgegeben. Die Ausgabe kann beispielsweise in dem Kraftfahrzeug selbst, etwa visuell auf einem Monitor in dem Kraftfahrzeug, oder aber auf einem externen Gerät, beispielsweise einem drahtlos mit dem Kraftfahrzeug gekoppelten Smartphone ausgegeben werden. Mögliche Testergebnisse können entsprechend dem voranstehend erläuterten sein, dass die elektrische Isolierung beschädigt ist oder nicht. Ersteres kann der Fall sein, wenn die voranstehend erläuterte Differenz zwischen der gemessenen Impulsantwort und dem zumindest einen vordefinierten Impulswert beim Vergleich festgestellt wird. Zweiteres kann der Fall sein, wenn eine solche Differenz nicht vorliegt, also die gemessene Impulsantwort mit dem zumindest einem vordefinierten Impulswert übereinstimmt. Auch eine Lokalisierung und Größe der Beschädigung der elektrischen Isolierung, wie sie nachstehend näher erläutert erkennbar ist, kann als Information in dem Testergebnis enthalten sein.

Vorteilhaft ist dabei, dass wenn die gemessene Impulsantwort kleiner als der zumindest eine vordefinierte Impulswert ist, ein Defekt, insbesondere eine Beschädigung, an der elektrischen Isolierung wenigstens einer der Phasen der Elektromaschine festgestellt wird. Diese Feststellung kann als Testergebnis ausgegeben werden. Alternativ kann ausgegeben werden, dass die elektrische Isolierung ordnungsgemäß ist, wenn das vorstehende Kriterium nicht erfüllt ist. Die Feststellung eines Defekts beruht darauf, dass die gemessene Impulsantwort kleiner als die durch den zumindest einen vordefinierten Impulswert vorgegebene und damit erwartete Impulsantwort ausfällt. Daraus wird für die Feststellung und das ausgegebene Testergebnis geschlossen, dass der Strom-, Spannungs- oder Leistungsverlauf in den Phasen abgefallen ist, sodass ein Defekt an der elektrischen Isolierung vorliegen muss oder zumindest vorliegen kann. Entsprechend kann eine nähergehende Überprüfung, etwa bei einer Werkstatt, durch eine entsprechende Information im Testergebnis bei der Ausgabe an den Nutzer des Kraftfahrzeugs

empfohlen werden kann.

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Vorteilhafterweise ist der elektrische Impuls ein Spannungsimpuls mit

Gleichspannung. Dies ist eine besonders einfache Variante zur Überprüfung der

elektrischen Isolierung der Elektromaschine, insbesondere in Form einer

Gleichstrommaschine, ganz besonders in Form einer permanenterregten

Gleichstrommaschine.

Auch vorteilhaft ist, wenn die Impulsantwort eine Spannungsantwort ist. Ferner ist vorteilhaft, wenn der zumindest eine vordefinierte Impulswert ein Grenzwert einer Spannung ist. Folglich kann die Feststellung der Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung in besonders einfacher Art und Weise durch einen Vergleich der Spannung als Spannungsantwort auf die Beaufschlagung mit dem elektrischen Impuls, insbesondere Spannungsimpuls, mit dem Grenzwert für diese Spannung verglichen werden. Notwendig sind demnach nur die Messung der Spannung zwischen den jeweiligen Phasen der Elektromaschine, die mit dem Spannungsimpuls beaufschlagt worden sind, und ein vordefinierter Spannungswert für den Vergleich. Auf andere elektrische Größen kann verzichtet werden, was die Messung und den Vergleich und damit das gesamte Verfahren vereinfacht.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Verfahrensschritte des Beaufschlagens und Messens für zumindest zwei andere Phasen der Elektromaschine wiederholt werden. Insbesondere können diese Verfahrensschritte für alle Phasen der Elektromaschine wiederholt werden, um alle Phasen der Elektromaschine und damit alle elektrischen Isolierungen testen zu können. Dabei kann jeweils auch der Verfahrensschritt des Vergleichens für jedes der Paare von Phasen wiederholt werden oder in einem gemeinsamen Vergleichsschritt zusammengefasst werden. Vorteilhafterweise wird dann für alle Phasen der Elektromaschine ein gemeinsamer Ausgabeschritt für die Ausgabe des Testergebnisses durchgeführt.

Vorteilhaft ist es insbesondere auch, wenn die Verfahrensschritte des Beaufschlagens und Messens für unterschiedliche Kombinationen von je zwei Phasen der Elektromaschine wiederholt wird. Insbesondere können alle möglichen Kombinationen von Phasen der Elektromaschine durchgegangen werden. Wenn beispielsweise eine dreiphasige Elektromaschine mit den Phasen A, B und C vorliegt, sind die jeweiligen unterschiedlichen Kombinationen von je zwei Phasen AB, AC und BC. Anhand einer derartigen Wiederholung der genannten Verfahrensschritten kann eine Lokalisierung eines Defekts einer elektrischen

beispielsweise sechs, aufweisen.

Vorteilhafterweise kann das Sperren des Rotors gegen eine Drehbewegung besonders einfach durch eine, insbesondere elektrische, Parksperre und/oder durch eine mechanische Bremse erfolgen. Die Parksperre des Kraftfahrzeugs ist dabei schwächer als die mechanische Bremse des Kraftfahrzeugs. Bei der Variante der Parksperre kann ein entsprechendes Fahrzeugsteuergerät dazu ein Getriebesteuergerät des elektrischen Antriebs kontaktieren. Bei der Variante der mechanischen Bremse kann das Fahrzeugsteuergerät ein entsprechendes

Bremsensteuergerät der mechanischen Bremse kontaktieren.

Darüber hinaus ist vorteilhaft, wenn zumindest ein Differenzwert zwischen der gemessenen Impulsantwort und dem zumindest einen vordefinierten Impulswert bestimmt wird und in Abhängigkeit von dem zumindest einen Differenzwert ein Einschränkungsgrad der Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung wenigstens einer der Phasen der Elektromaschine bestimmt wird. Dieser Einschränkungsgrad kann in dem ausgegebenen Testergebnis als Information umfasst sein. Folglich wird eine quantitative Bestimmung eines Defekts der elektrischen Isolierung über die gemessene Impulsantwort ermöglicht. Wenn der Differenzwert hoch ausfällt, kann entsprechend bestimmt werden, dass der Einschränkungsgrad der Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung hoch ist oder, mit anderen Worten, die elektrische Isolierung vergleichsweise stark beschädigt ist. Wenn der Differenzwert hingegen gering ausfällt, kann entsprechend bestimmt werden, dass der Einschränkungsgrad der Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung gering ist oder, mit anderen Worten, die elektrische Isolierung vergleichsweise gering beschädigt ist. Auch der Differenzwert kann für die Bestimmung des Einschränkungsgrades der Funktionsfähigkeit, also des Grades eines Defekts oder einer Beschädigung der elektrischen Isolierung, mit einem oder mehreren vordefinierten Grenzwerten verglichen werden. Dieser oder diese Grenzwerte

können beispielsweise aus Experiment oder Berechnung vordefiniert sein und in

Außerdem ist vorteilhaft, wenn das Verfahren in einem vordefinierten Zeitfenster vor Antritt einer Fahrt mit dem Kraftfahrzeug und/oder nach Beendigung einer Fahrt mit dem Kraftfahrzeug durchgeführt wird. Der Fahrtantritt kann dabei beispielsweise festgemacht werden an einem Entsperren, Betreten und/oder Starten des Kraftfahrzeugs. Die Fahrtbeendigung auf der anderen Seite kann an einem Absperren, Verlassen und/oder Abschalten des Kraftfahrzeugs festgemacht werden. So kann das entsperrte Kraftfahrzeug schnell das Testverfahren durchführen, und zwar so, dass es vom Fahrer nicht bemerkt wird oder dass es den Fahrer nicht stört.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren periodisch wiederholt wird. So kann beispielsweise nach einer vordefinierten Anzahl von Fahrten, Fahrtkilometern, Entsperrungen des Kraftfahrzeugs, Starts des Kraftfahrzeugs und/oder in vordefinierten Zeitintervallen von mehreren Tagen, Wochen, Monaten oder Jahren jeweils eine Testung mittels des erfindungsgemäßen Testverfahrens durchgeführt werden. Vorteilhafterweise kann so die Anzahl der Testungen von der Intensität der Fahrzeugnutzung abhängig gemacht werden, die unter anderem und beispielhaft durch die Anzahl von Fahrten, Fahrtkilometern, Entsperrungen des Kraftfahrzeugs und/oder Starts des Kraftfahrzeugs bestimmt werden kann.

Zusätzlich oder alternativ ist vorteilhaft, wenn das Verfahren von außerhalb des Kraftfahrzeugs initiiert wird. Initieren meint dabei insbesondere das Starten des Testverfahrens. Insbesondere meint initiieren, dass das Testverfahren bei nächster Gelegenheit außerhalb der Fahrt mit dem Kraftfahrzeug durchgeführt wird. Außerhalb vom Kraftfahrzeug meint, dass die Initiierung nicht durch eine Betätigung vom Kraftfahrzeug selbst oder innerhalb des Kraftfahrzeugs, etwa in einem Steuermenü, erfolgt. Stattdessen wird das Testverfahren, welches wiederum vom Kraftfahrzeug selbst ausgeführt wird, von außen initiiert. Dies kann insbesondere "over the air", also durch eine drahtlose Kommunikation, insbesondere

Internetkommunikation, mit dem Kraftfahrzeug erfolgen. Beispielsweise kann dies vom Nutzer des Kraftfahrzeugs initiiert werden, der über eine entsprechende Applikation auf einem fahrzeugexternen Gerät, etwa auf seinem Smartphone, verfügen kann. Die Applikation ist insoweit außerhalb vom Kraftfahrzeug. Ganz besonders vorteilhaft ist dies für Fahrzeugflottenbesitzer, die dadurch auf einfache Art und Weise eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen testen können. Zusätzlich oder alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug selbst das Testverfahren turnusmäßig oder in Abhängigkeit von seiner Nutzungsintensität initiiert.

Vorteilhaft ist dabei zudem, wenn die Elektromaschine ein permanenterregter Elektromotor, insbesondere permanenterregter Gleichstrommotor, ist. Gleichwohl kann das Verfahren auch für alle anderen Typen von Elektromaschinen oder Elektromotoren, wie beispielswiese elektrisch erregte Elektromaschinen, eingesetzt werden.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Testen einer Funktionsfähigkeit einer elektrischen Isolierung von Phasen einer Elektromaschine, insbesondere eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug, wobei das System die nachfolgenden Module aufweist. Ein Sperrmodul zum Sperren eines Rotors der Elektromaschine gegen eine Drehbewegung. Ein Beaufschlagungsmodul zum Beaufschlagen von zumindest zwei Phasen der Elektromaschine mit einem elektrischen Impuls. Ein Messmodul zum Messen einer Impulsantwort zwischen den mit dem zumindest einen elektrischen Impuls beaufschlagten zumindest zwei Phasen der Elektromaschine. Ein Vergleichsmodul zum Vergleichen der gemessenen Impulsantwort mit zumindest einem vordefinierten Impulswert, wobei der zumindest eine vordefinierte Impulswert indikativ für die Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der Phasen der Elektromaschine ist. Ein Ausgabemodul zum Ausgeben eines Testergebnisses der Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der zumindest zwei Phasen der Elektromaschine auf Basis des Vergleichs.

Damit bringt ein erfindungsgemäßes System die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert worden sind.

Insbesondere kann das System zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sein.

Auch ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem umfassend eine Elektromaschine, wobei das Kraftfahrzeug das erfindungsgemäße System aufweist.

Damit bringt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren erläutert worden sind.

Das elektrische Antriebssystem kann neben den bereits genannten Komponenten weitere Komponenten, wie beispielsweise ein Getriebe und eine Traktionsbatterie aufweisen, welche zur Energieversorgung mit der Elektromaschine verbunden sein

kann.

Auch ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Prüfstand mit einer Elektromaschine eines elektrischen Antriebssystems, wobei der Prüfstand das erfindungsgemäße System aufweist.

Damit bringt ein erfindungsgemäßer Prüfstand die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren erläutert worden sind.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das erfindungsgemäße

Verfahren auszuführen.

Damit bringt ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen

Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren

erläutert worden sind.

Das Computerprogrammprodukt kann dabei ein Computerprogramm an sich oder ein Produkt, etwa ein computerlesbarer Datenspeicher, sein, auf dem ein Computerprogramm zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gespeichert

sein kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in dem Kraftfahrzeug der Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Prüfstands gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem elektrischen Antriebssystem 12, welches eine Elektromaschine 14 umfasst. Beispielhaft ist hier auch eine Traktionsbatterie 24 gezeigt, die ebenfalls dem elektrischen Antriebssystem 12 zugeordnet ist und alternativ auch außerhalb des elektrischen Antriebssystems 12 angeordnet sein kann. Hierneben kann das elektrische Antriebssystem 12 je nach Anforderungen weitere Antriebskomponenten wie beispielsweise Getriebe, Umrichter usw. umfassen. Vorteilhafterweise wird vorliegend ein permanenterregter Gleichstrommotor als Elektromaschine 14 in dem Kraftfahrzeug 10 verwendet.

In bekannter Weise verfügt die Elektromaschine 14 über einen Stator 16, einen Rotor 18 sowie elektrischen Strom leitende Phasen 20, welche zu Spulen (nicht gezeigt) im Stator 16 gewickelt sind. Die Phasen 20 sind hier zu ihrer Unterscheidung einzeln mit

den Großbuchstaben A, B und C benannt. Beispielhaft sind hier nur drei Phasen 20

gezeigt, wobei auch eine Elektromaschine 14 mit mehr Phasen 20 Verwendung

finden kann, beispielsweise sechs Phasen 20 und das hierin erläuterte Verfahren

100 (siehe Fig. 4) auch auf eine solche Elektromaschine 14 angewendet werden

kann.

Die einzelnen Phasen 20 sind in bekannter Weise mittels einer Schaltung 22 mit der elektrischen Verbindung 26 der Traktionsbatterie 24 verbunden, um mit elektrischer

Energie versorgt zu werden.

Ein System 30 mit mehreren Modulen 32, 34, 36, 38, 40 ist in dem Kraftfahrzeug 10 vorgesehen, wobei das System 30 hier lediglich der Anschaulichkeit halber in dem elektrischen Antrieb 12 angeordnet gezeigt ist. Fig. 2 zeigt eine schematische Detailansicht des Systems 30 mit seinen Modulen 32, 34, 36, 38, 40. Bei den Modulen 32, 34, 36, 38, 40 handelt es sich dabei um ein Sperrmodul 32, ein Beaufschlagungsmodul 34, ein Messmodul 36, ein Vergleichsmodul 38 und ein Ausgabemodul 40. Das Sperrmodul 32 kann beispielsweise eine Parksperre oder mechanische Bremse zum Sperren des Rotors 18 der Elektromaschine 14 gegen eine Drehbewegung sein. Das Beaufschlagungsmodul 34 kann beispielsweise eine zusätzliche Spannungsquelle oder die Traktionsbatterie 24 sein. Das Messmodul 36 kann beispielsweise ein Spannungsmesseinheit sein. Das Ausgabemodul 40 kann beispielsweise ein Monitor sein oder einen Monitor umfassen. Das Ausgabemodul 40 kann auch alternativ zu einer Implementierung in dem Kraftfahrzeug 10 auch als fahrzeugexternes Gerät, beispielsweise Smartphone, ausgebildet sein, wobei es eine drahtlose Kommunikationsverbindung mit dem Vergleichsmodul 38, welches als ein Computer ausgebildet sein kann, aufbauen kann.

Figur 3 zeigt schematisch einen Prüfstand 50, der zumindest die Elektromaschine 14 des elektrischen Antriebssystems 12 des Kraftfahrzeugs 10 aus Fig. 2 umfasst. Die Elektromaschine 14 ist mittels ihrer Schaltung 22 dabei mit einer externen Spannungsquelle 28 gekoppelt, die hier als Beaufschlagungsmodul 34 dienen kann. Ansonsten kann der Prüfstand 50 in gleicher Weise zum Testen der Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der Phasen 20 der Elektromaschine 14 genutzt werden, wofür das nachstehend beschriebene Verfahren 100 (siehe Fig. 4)

eingesetzt werden kann.

Figur 4 zeigt schematisch das Verfahren 100 zum Testen der Funktionsfähigkeit der

elektrischen Isolierung der Phasen 20 der Elektromaschine 14 des elektrischen

Antriebes 12 des in Fig. 1 gezeigten Kraftfahrzeugs 10 oder des in Fig. 3 gezeigten

Prüfstandes 50. Das Verfahren 100 kann dabei von dem System 30 ausgeführt

werden.

Vorteilhafterweise kann das Verfahren 100 von außerhalb des Kraftfahrzeugs 10 initiiert werden, also zur Ausführung gebracht werden. Insbesondere kann dies "over the air" erfolgen, das heißt über eine drahtlose Internetkommunikationsverbindung. Dies kann beispielsweise mittels einer entsprechenden Applikation auf einem Smartphone oder einem anderen fahrzeugexternen Gerät erfolgen, die zudem auch das Ausgabemodul 40 bilden können.

In einem ersten Verfahrensschritt des Verfahrens 100 erfolgt ein Sperren 102 des Rotors 18 der Elektromaschine 14 gegen eine Drehbewegung. Dies erfolgt mithilfe des Sperrmoduls 32.

Dadurch wird verhindert, dass sich der Rotor 18 dreht, wenn in einem zweiten Verfahrensschritt des Verfahrens 100 zwei Phasen 20, beispielsweise die Phasen 20 A und B, mit einem Spannungsimpuls beaufschlagt werden (Beaufschlagung 104). Die Beaufschlagung 104 erfolgt durch das Beaufschlagungsmodul 34.

In einem dritten Verfahrensschritt wird die Spannungsantwort auf den beaufschlagten Spannungsimpuls hin zwischen den mit dem Spannungsimpuls beaufschlagten Phasen 20, also beispielsweise Phasen 20 A und B, gemessen (Messen 106). Dazu wird das Messmodul 36 verwendet.

Schließlich erfolgt in einem vierten Verfahrensschritt ein Vergleichen 108 der gemessenen Spannungsantwort mit einem vordefinierten Spannungswert mittels des Vergleichsmoduls 38. Der Spannungswert ist derart vordefiniert, dass er indikativ für die Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der Phasen 20 der Elektromaschine 14 ist. Das bedeutet, dass eine Abweichung der Spannungsantwort von dem vordefinierten Spannungswert, eine Feststellung erlaubt, dass eine Spannungsleckage in einer der gemessenen Phasen 20, beispielsweise Phase 20 A oder B, vorliegt. Dies wiederum bedeutet, dass die elektrische Isolierung einer der beiden gemessenen Phasen 20 defekt, insbesondere beschädigt, ist und eine

eingeschränkte Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung wenigstens einer der

Phasen 20 besteht.

Die Verfahrensschritte des Beaufschlagens 104, des Messens 106 und des Vergleichens 108 können für die weiteren Phasen 20 der Elektromaschine 14 wiederholt werden. Insbesondere können diese Verfahrensschritte auch für alle unterschiedlichen Kombinationen von je zwei Phasen 20 der Elektromaschine 14 wiederholt werden, also für die Phasen 20 B und C und die Phasen 20 A und C zusätzlich zu den Phasen 20 A und B. Dadurch ist es möglich, eine von den beispielhaft drei Phasen 20 defekte Phase 20 ausfindig zu machen.

In einem fünften Verfahrensschritt des Verfahrens 100 erfolgt schließlich eine Ausgabe 110 eines Testergebnisses der Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der mit Spannungsimpulsen beaufschlagten Phasen 20 der Elektromaschine 14 auf Basis des vorherigen Vergleichs. Die Ausgabe oder das Ausgeben 110 kann einen Hinweis auf den Defekt der elektrische Isolierung zumindest einer Phase 20 und optional die Lokalisierung der defekten Phase 20 einschließen. Sie kann auf einem Ausgabemodul 40 innerhalb des Kraftfahrzeugs 10 und/oder außerhalb des Kraftfahrzeugs 10, beispielsweise bei seinem Nutzer, etwa auf einer Applikation insbesondere eines Smartphones, bei einer Werkstatt und/oder beim Kraftfahrzeughersteller ausgegeben werden. Sie kann eine Handlungsempfehlung beinhalten, etwa ein Abstellen des Kraftfahrzeugs 10 oder eine Fahrt zur nächstgelegenen Werkstatt. Möglich ist damit einhergehend auch, die Leistung der Elektromaschine 14 zu reduzieren, um das Risiko für mögliche weitere

Beschädigungen zu reduzieren.

Die voranstehenden Erläuterungen der Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.

Bezugszeichenliste 10 Kraftfahrzeug

12 elektrisches Antriebssystem 14 Elektromaschine

16 Stator 18 Rotor 20 Phase

22 Schaltung

24 Traktionsbatterie

26 elektrische Verbindung 28 Spannungsquelle

30 System

32 Sperrmodul

34 Beaufschlagungsmodul 36 Messmodul

38 Vergleichsmodul

40 Ausgabemodul

50 Prüfstand

100 Verfahren

102 erster Verfahrensschritt 104 zweiter Verfahrensschritt 106 dritter Verfahrensschritt 108 vierter Verfahrensschritt 110 fünfter Verfahrensschritt

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren (100) zum Testen einer Funktionsfähigkeit einer elektrischen Isolierung von Phasen (20) einer Elektromaschine (14) eines elektrischen Antriebssystems (12) für ein Kraftfahrzeug (10), wobei das Verfahren (100) durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

- Sperren (102) eines Rotors (18) der Elektromaschine (14) gegen eine Drehbewegung,

- Beaufschlagen (104) von zumindest zwei Phasen (20) der Elektromaschine (14) mit zumindest einem elektrischen Impuls,

- Messen (106) einer Impulsantwort zwischen den mit dem zumindest einen elektrischen Impuls beaufschlagten zumindest zwei Phasen (20) der Elektromaschine (14),

- Vergleichen (108) der gemessenen Impulsantwort mit zumindest einem vordefinierten Impulswert, wobei der zumindest eine vordefinierte Impulswert indikativ für die Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der zumindest zwei Phasen (20) der Elektromaschine (14) ist, und

- Ausgeben (110) eines Testergebnisses der Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der zumindest zwei Phasen (20) der Elektromaschine (14) auf Basis des Vergleichs.

2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die gemessene Impulsantwort kleiner als der zumindest eine vordefinierte Impulswert ist, ein Defekt an der elektrischen Isolierung wenigstens einer der Phasen (20) der Elektromaschine (14) festgestellt und als Testergebnis ausgegeben wird.

3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Impuls ein Spannungsimpuls mit Gleichspannung ist.

4. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsantwort eine Spannungsantwort ist und der

zumindest eine vordefinierte Impulswert ein Grenzwert einer Spannung ist.

6. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte des Beaufschlagens (104) und Messens (106) für unterschiedliche Kombinationen von je zwei Phasen (20) der Elektromaschine (14) wiederholt wird.

7. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt des Sperrens (102) des Rotors (18) gegen eine Drehbewegung durch eine Parksperre und/oder durch eine mechanische Bremse des Kraftfahrzeugs (10) erfolgt.

8. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Differenzwert zwischen der gemessenen Impulsantwort und dem zumindest einen vordefinierten Impulswert bestimmt wird und in Abhängigkeit von dem zumindest einen Differenzwert ein Einschränkungsgrad der Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung wenigstens einer der Phasen (20) der Elektromaschine (14) bestimmt wird.

9. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) in einem vordefinierten Zeitfenster vor nach Antritt einer Fahrt mit dem Kraftfahrzeug (10) und/oder nach Beendigung einer Fahrt mit dem Kraftfahrzeug (10) durchgeführt wird.

10. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) periodisch wiederholt wird.

11. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) von außerhalb des Kraftfahrzeugs (10) initiiert wird.

12. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (14) ein permanenterregter Elektromotor ist.

- ein Sperrmodul (32) zum Sperren (102) eines Rotors (18) der Elektromaschine (14) gegen eine Drehbewegung,

- ein Beaufschlagungsmodul (34) zum Beaufschlagen (104) von zumindest zwei Phasen (20) der Elektromaschine (14) mit einem elektrischen Impuls,

- ein Messmodul (36) zum Messen (106) einer Impulsantwort zwischen den mit dem zumindest einen elektrischen Impuls beaufschlagten zumindest zwei Phasen (20) der Elektromaschine (14),

- ein Vergleichsmodul (38) zum Vergleichen (108) der gemessenen Impulsantwort mit zumindest einem vordefinierten Impulswert, wobei der zumindest eine vordefinierte Impulswert indikativ für die Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der zumindest zwei Phasen (20) der Elektromaschine (14) ist, und

- ein Ausgabemodul (40) zum Ausgeben (110) eines Testergebnisses der Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolierung der zumindest zwei Phasen (20) der Elektromaschine (14) auf Basis des Vergleichs.

14. Kraftfahrzeug (10) mit einem elektrischen Antriebssystem (12) umfassend eine Elektromaschine (14), dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (10) das System (30) gemäß Anspruch 13 aufweist.

15. Prüfstand (50) mit einer Elektromaschine (14) eines elektrischen Antriebssystems (12) für ein Kraftfahrzeug (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfstand (50) das System (30) gemäß Anspruch 13 aufweist.

16. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.