CN116547507A - 用于确定电驱动器处的线缆温度和/或插接器温度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定电驱动器处的线缆温度和/或插接器温度的方法，所述电驱动器具有E轴模块(32)，所述E轴模块具有电机(30)和功率电子件(18)以及直流电源(16)、尤其是高压电池(10)，它们经由连接线缆(36)彼此连接，其中至少执行下述方法步骤：对直流电源(16)处的电压U_Batt和功率电子件(18)的输入端处的电压U_INV进行测量。接着通过将U_INV与U_Batt相关联来进行测量精度的调整。随后在已知的温度Tref下确定连接线缆(36)的参考总电阻R_sum_ref。之后在直流电源(16)和功率电子件(18)之间存在电流流动时，对直流电源(16)的电压U_Batt和功率电子件(18)的输入端处的电压U_INV之间的差U_delta进行测量并且对总电阻R_sum进行确定。然后由在运行期间对总电阻R_Sum的重复确定来确定温度并且对连接线缆(36)的、接头的和连接元件、例如插接器的温度进行计算。接着在直流电源(16)的接头(12、14)的电阻R1和/或连接线缆(36)的电阻R2和/或功率电子件(18)的输入端的电阻R3之间进行区分。最后，当接头(12、14)的、连接线缆(36)的和功率电子件(18)的至少一个输入端的温度超过温度阈值时，减小电驱动器的驱动功率。此外，本发明涉及一种将该方法用于确定电驱动车辆的E轴模块(32)的功率电子件(18)的至少一个输入端的温度和用于直流电源(16)的连接极(12、14)的连接线缆(36)的温度的用途。

Description

用于确定电驱动器处的线缆温度和/或插接器温度的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定电驱动器处的线缆温度和/或插接器温度的方法，该电驱动器具有E轴模块，该E轴模块具有电机、功率电子件和直流电源、尤其是高压电池，它们经由连接线缆彼此连接。此外，本发明还涉及一种将该方法用于确定电驱动车辆的E轴模块的功率电子件的至少一个输入端的温度或者来自直流电源的连接极的连接线缆的温度的用途。
背景技术
未来，能够预见，越来越多的带有电驱动器的车辆，无论是电动车辆还是混合动力车辆，都将在道路交通中使用。电驱动器的关键组件是功率电子件，所述功率电子件将电池的直流电压转换为用于电机的交流电压。未来，该功率电子件被直接安装在电机处或者说上，因为由此尤其能够省去线缆和插接器以及其他连接小部件。优选将电机、传动机构以及功率电子件组合成电驱动轴，该电驱动轴也被称为E轴模块。该E轴模块则只需再电连接到电池处，所述电池通常是构造为高压电池的直流电源。
从直流电源、即高压电池到功率电子件和包含在该功率电子件中的用于将直流电压转换为交流电压的逆变器的电流引导通常经由具有相对大的导线横截面的连接线缆进行，所述连接线缆通常由铜或者铜合金制造。它们利用插接器接头或者螺纹接头被连接到逆变器处。
在大电流的情况下，功率电子件的逆变器处的连接线缆以及接头变热。为了保护逆变器内部的温度敏感的例如称为电容器的组件，目前为止以耗费大的方式冷却逆变器输入端或者说逆变器总线。同样存在这种可能性，为了降低温度负荷而增大连接线缆的铜横截面，以便通过这种方式减小电阻并进而减小出现的变热。然而，这种解决办法与相对高的成本并且与额外产生的空间需求相关联。
在一些情况下需要在超过温度阈值之前降低所需的功率，这也称为“降额(derating)”，驱动功率的强制降低。所述温度阈值在应用阶段中在一些配备有温度传感器的车辆处在相应的电负荷下确定，所述电负荷尤其取决于出现在相中的电流。通常，这些临界电流阈值在批量生产车辆中永久存储在电池控制器中。
发明内容
根据本发明建议了一种用于确定电驱动器处的线缆温度和/或插接器温度的方法，所述电驱动器具有E轴模块，所述E轴模块具有电机和功率电子件以及直流电源、尤其是高压电池，它们经由连接线缆彼此连接，因为至少执行了下面列出的方法步骤：
a)测量直流电源处的电压U_Batt并且测量功率电子件的输入端处的电压U_INV，
b)通过将U_INV与U_Batt相关联来调整测量精度，
c)在已知的温度Tref下确定连接线缆的参考总电阻R_sum_ref，
d)在直流电源和功率电子件之间存在电流流动时，对所述直流电源的电压U_Batt和所述功率电子件的输入端处的电压U_INV之间的差U_delta进行测量并且对总电阻R_sum进行确定。
e)由在运行期间对总电阻的重复确定来确定温度并且计算连接线缆的和连接元件的平均温度。
f)区分直流电源的接头或者说连接元件的电阻R1、连接线缆的电阻R2以及功率电子件的接头的电阻R3，并且
g)当接头的、连接线缆的和功率电子件的至少一个输入端的温度超过温度阈值时，减小电驱动器的驱动功率。
通过根据本发明建议的解决方案能够以有利的方式由于明显更准确的温度确定而减小目前为止实现的公差保有量，由此能够首先在E轴模块的连续运行中显著增大功率电子件的、尤其是集成在该功率电子件中的逆变器的所输出的驱动功率。
在根据本发明建议的方法的一种有利的实施变型方案中，根据a)测得的电压值在至少一个电池控制器中并且在功率电子件中被检测。
在根据本发明建议的方法的另一种变型方案中，根据b)，在车辆启动时在没有流向功率电子件的电流流动的情况下执行参考形成并且周期性地重复参考形成，或者，由经过多次测量形成平均值来实现参考形成。
通过这两种做法能够实现测量精度的调整，所述调整再次鉴于其可靠性而改进了所述“降额”，并有助于减小所提到的公差保有量。
在根据本发明建议的方法的一种有利的改进方案中，根据c)，在考虑根据d)的电阻确定的情况下，直接在通电之后在车辆的均衡的温度下通过存在于功率电子件中的温度传感器执行对参考总电阻的确定。
在根据本发明建议的方法的一个有利的方法步骤中，在所有构件的温度相同的情况下以周期性的间隔进行参考值的确定。
在根据本发明建议的方法中，在总电阻R_sum的确定中按照如下做法进行：
U_Batt-U_INV＝U_delta，同时
U_delta＝(R1+R2+R3)＊I_DC＝R_sum＊I_DC，得到
在根据本发明建议的方法中，在运行期间重复执行根据d)的电阻R_sum的确定并且相应地利用在连接线缆中使用的导线材料的温度系数进行连接线缆的温度确定。
在根据本发明建议的方法中，能够以有利的方式根据f)基于电阻R1、R2和R3的材料的不同的热容量CP，i对电阻R1、R2和R3进行区分，从而同样能够实现对获得的数据的改进。
在根据本发明建议的方法中，在车辆使用寿命的范围内进行温度变化的监测，并且尤其当在接头中的一个接头处或功率电子件的输入端处检测到接触电阻增大时输出警告提示。A
根据本发明建议的方法优选用于确定电驱动车辆的E轴模块的功率电子件的至少一个输入端的温度或者来自直流电源、特别是高压电池的连接极的连接线缆的温度。
本发明的优点
在根据本发明建议的解决方案中，能够借助于电压测量或者说电阻测量非常准确地确定功率电子件的逆变器和高压电池之间的连接线缆的温度和逆变器接头的温度。通过根据本发明建议的解决方案，能够通过确定线缆温度或者相关的接头的温度实现明显更精确的“降额”。通过利用根据本发明建议的解决方案能够实现的公差保有量的减小，能够主要在电机的持续运行中显著地增大电驱动车辆的E轴模块的所输出的驱动功率，所述驱动功率受功率电子件的逆变器控制。
由于通过根据本发明建议的解决方案能够实现公差保有量的减小，因此能够由于改进的数据而节省成本、例如通过减小直流电源和逆变器之间的电连接线缆的线缆横截面节省成本，所述电连接线缆目前为止尺寸过大，这对成本和重量来说都是不利的。要强调的是，为了执行根据本发明建议的方法，能够使用例如电池管理系统的目前现有的传感器系统以用于电池电压测量，并且无需使用产生额外成本的构件。此外，根据本发明建议的方法还提高了安全性，因为例如能够及时识别到连接元件的接触电阻的增加并且进而及时识别到该接触位置的不期望的温度升高。
附图说明
下面根据附图对本发明进行详细说明：
其中：
图1示出电驱动系统的主要组件，
图2示出E轴模块的图示，
图3示出用于电池接头、连接线缆和连接功率电子件或者说逆变器这些组件的等效线路图，
图4示出关于电池接头连接线缆和逆变器或者说功率电子件接头的热学方面的热容量的等效线路图，
图5.1和5.2示出分别在时间轴的范围内绘出的接头和线缆的电阻变化曲线或者说温度变化曲线，
图6示出了铜(Cu)的电阻随铜温度变化的图表。
具体实施方式
在以下对本发明的实施方式的描述中，相同或相似的元件由相同的附图标记表示，其中在个别情况下省略对这些元件的重复描述。附图仅示意性地示出本发明的主题。
图1示出了电驱动器的主要组件。直流电源16构造为具有第二连接极14的高压电池10。高压电池10的第一连接极12和第二连接极14通过双股的连接线缆36或两个并行延伸的连接线缆36与逆变器20的直流输入端22连接，所述逆变器20是功率电子件18的一部分。在逆变器20中，直流电源16的直流电压被转换成交流电压，该交流电压在功率电子件18的交流输出端24处被馈送给具有三相28的交流系统26。电机30由交流系统26的三相28运行。
图2示出了E轴模块32，E轴模块32具有位于E轴模块32的上侧上的功率电子件18。经由该E轴模块来驱动第一被驱动轮34以及第二被驱动轮35。构造为高压电池10的直流电源16通过连接线缆36连接到功率电子件18的接头38处。接头38能够是螺纹接头40又或者是插接器接头42。
在根据图3的图示中示出电阻R的等效线路图，而图4则示出系统关于热学方面的热容量cb的等效线路图。
在根据图3的电学等效线路图中，R1代表高压电池10的接头的电阻，R2代表连接线缆36的电阻，并且R3代表作为功率电子件18的一部分的逆变器20处的输入端22处的电阻。此外，绘出了电池电压U_Batt和在系统中流动的电流I_DC以及在逆变器输入端处的下降了的电压U_INV。根据图4的关于热容量cb的等效线路图显示出，高压电池10的连接极12、14的第一热容量50基本上相当于功率电子件18的逆变器20的直流输入端22处的第三热容量54，而显著更高的第二热容量52由连接线缆36或者说其导电材料给定。这种关系能够从根据图4的热学等效线路图推断出来。
在根据本发明建议的方法中，在电流I_DC＝0时，对高压电池10处的电压U_Batt进行测量并且对逆变器输入端处、即功率电子件的逆变器20的输入端处的电压U_INV进行测量。在至少一个电池控制器中并且在功率电子件18的逆变器20中分开地检测电压值。
例如通过使用电压U_Batt作为参考来进行对测量精度的调整。逆变器输入端处的电压U_INV与该值相关或者说被修正。在两种测量方法中对该直流电压进行测量。这种参考形成例如能够在车辆起动时进行，而不存在流向逆变器20的电流流动，并且能够周期性重复。此外推荐的是，进行多次测量取平均值。
参考导线电阻U_ref的确定在已知的温度Tref下进行。这种测量能够要么在制造过程中进行并且能够存储相应的测量值。要么作为备选方案存在这样的可能性：也可直接在第一次接通之后在车辆中的均衡的温度下借助于现有的温度传感器将这些值的测量存储，所述现有的温度传感器例如能够构造在功率电子件18的逆变器20中。在该框架内，像下文仍将描述的那样进行电阻确定。
可选地，也能够始终新进行上述参考值的确定，只要确保在参考确定时所有构件具有相同的温度，就像例如在较长的车辆静止状态之后的情况那样。
在高压电池10和功率电子件18的逆变器20之间存在电流流动时，对电池处的电压U_Batt和功率电子件18的逆变器20处的电压之间的电压差U_delta进行测量，并根据以下关系进行总电阻的确定：
U_Batt-U_INV＝U_delta.
U_delta＝(R1+R2+R3)＊I_DC＝R_sum＊I_DC。
由于该差能够依据电压差U_delta和I_DC已知并且能够由高压电池10的内部的电流测量获得，所以能够计算出总电阻R_sum。
在根据本发明建议的方法中，连接线缆36的温度的确定以下述方式进行，即假定连接线缆36的温度与电阻成比例。这意味着，由电阻R能够确定温度。为此，电阻确定根据上述关于R_sum的关系进行并且在运行期间重复地执行。连接导线、即连接线缆36的温度相应地借助于导线材料的温度系数计算。对材料铜(Cu)来说，温度系数例如为3.39*10-3/Kelvin(即3.39×10-3/K)，对铝来说为4.0*10-3/Kelvin(即4.0×10-3/K)。
得到如下粗略的估计：
由此得到以下粗略的估计：
T、T0：温度、参考温度
最后，在根据本发明建议的方法中，电阻R1和R2之间的区分基于它们的不同的热容量进行。与出现在连接线缆36中的动力特性相比，接头，无论是高压电池10的连接极12、14还是功率电子件18的逆变器20的直流输入端22处的接头，都显示出在电阻变化时显著更大的动力特性。在图5.1和5.2中将这些关系进行了互相对比。
在根据图5.1的图示中，在时间轴60的范围内绘制了接头的电阻或者说温度变化曲线56。在根据图5.2的图示中，在时间轴60的范围内绘制了连接线缆36中的电阻变化曲线或者说温度变化曲线。在这两个图5.1和5.2中示出的过渡区域66的内部能够确定梯度。由此，例如关于接头处的电阻变化和温度变化的第一梯度68设计得比具有更平坦的变化曲线的第二梯度70明显更陡峭，所述更平坦的变化曲线在高压电池10和功率电子件18的逆变器20的直流输入端22之间的连接线缆36的内部出现。
在根据本发明建议的方法中，能够根据接头或者连接线缆36的所确定的温度来定义阈值。如果接头12、14的或者说直流输入端22的温度或者连接线缆36的温度超过该阈值，则减小驱动功率并且进而减小电流I DC。
可选地，从车辆使用寿命的范围来看，在观察温度变化时，能够探测到潜滋暗长地出现的损坏。如果例如接头12、14的温度在使用寿命期间升高，则能够认为接触电阻增大并且必要时能够向车主或者说驾驶员发出警告或者说维护提示。
本发明不限于此处描述的实施例以及其中强调的方面。而是在通过权利要求给定的范围内能够进行大量的处于本领域技术人员的处置的框架内的变型方案。

Claims (10)

1.一种用于确定电驱动器处的线缆温度和/或插接器温度的方法，所述电驱动器具有E轴模块(32)，所述E轴模块(32)具有电机(30)和功率电子件(18)以及直流电源(16)、尤其是高压电池(10)，它们经由连接线缆(36)彼此连接，所述方法具有至少如下方法步骤：
a)测量所述直流电源(16)处的电压U_Batt和所述功率电子件(18)的输入端处的电压U_INV，
b)通过将U_INV与U_Batt相关联来调整测量精度，
c)在已知的温度Tref下确定参考总电阻R_sum_ref，
d)当所述直流电源(16)和所述功率电子件(18)之间存在电流流动时，对所述直流电源(16)的电压U_Batt和所述功率电子件(18)的输入端处的电压U_INV之间的差U_delta进行测量并且对总电阻R_sum进行确定，
e)由在运行期间对所述总电阻的重复确定来确定温度并且对所述连接线缆(16)的平均温度进行计算，
f)区分所述直流电源(16)的接头(12、14)的电阻R1、连接线缆(36)的电阻R2以及所述功率电子件(18)的接头的电阻R3，并且
g)当所述接头(12、14)的、所述连接线缆(36)的和/或所述功率电子件(18)的输入端的温度超过温度阈值时，减小所述电驱动器的驱动功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据a)测量的电压值在电池控制器中并且在所述功率电子件(18)中被检测。
3.根据权利要求1至2所述的方法，其特征在于，根据b)，在所述车辆起动时在没有流向所述功率电子件(18)的电流流动的情况下进行参考形成并且周期性重复所述参考形成，
或者
由经过多次测量形成平均值来实现参考形成。
4.根据权利要求1至3所述的方法，其特征在于，根据c)，在考虑根据d)的电阻测量的情况下，直接在第一次接通之后在所述车辆的均衡的温度下通过存在于所述功率电子件(18)中的温度传感器进行所述参考总电阻的确定。
5.根据权利要求1至4所述的方法，其特征在于，在所有构件的温度相同的情况下以周期性的间隔进行所述参考值的确定。
6.根据权利要求1至5所述的方法，其特征在于，导线电阻R_sum的确定根据以下进行：
U_Batt-U_INV＝U_delta，同时
U_delta＝(R1+R2+R3)＊I_DC＝R_sum＊I_DC，得到
7.根据权利要求1至6所述的方法，其特征在于，在运行期间重复执行根据d)的对电阻R_sum的确定，并且相应地利用导线材料的温度系数进行所述连接线缆(36)的温度计算，由所述导线材料制成所述连接线缆(36)的导体。
8.根据权利要求1至7所述的方法，其特征在于，根据f)，电阻R1、R2和R3的区分根据它们的材料的不同的热容量cP进行。
9.根据权利要求1至8所述的方法，其特征在于，在所述车辆使用寿命的范围内进行温度变化的监测，并且尤其当在所述接头(12、14)中的一个接头处或者所述功率电子件(18)的输入端处探测到接触电阻增大时输出警告提示。
10.一种根据权利要求1至9中任一项所述的方法的用途，所述方法用于确定电驱动车辆的E轴模块(32)的功率电子件(18)的至少一个输入端的温度和/或来自直流电源(16)的连接极(12、14)的连接线缆(36)的温度。
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