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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorhersagen eines zukünftigen Verlusts einer Hochspannungsschaltkreisisolierung in einem Fahrzeug.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei einem Fahrzeug mit einer Benzin/Elektro-Hybridmaschine kann das Fahrzeug wechselweise entweder durch eine benzinbetriebene Brennkraftmaschine oder einen Elektromotor mit Energie versorgt werden, um auf diese Weise die Kraftstoffersparnis zu optimieren, während Fahrzeugemissionen reduziert werden. Hybridfahrzeuge erreichen eine relativ hohe Kraftstoffersparnis oder Wirtschaftlichkeit, indem zwischen der benzinbetriebenen Maschine und dem Elektromotor gewechselt wird, wenn eine Energiequelle für einen spezifischen Fahrzeugbetriebszustand besser geeignet ist als die andere. Beispielsweise ist bekannt, dass eine benzinbetriebene Maschine während Perioden einer konstanten oder relativ nicht schwankenden Fahrzeuggeschwindigkeit, wie beispielsweise während eines Fahrens mit einer anhaltenden Geschwindigkeit, effizienter ist als ein Elektromotor, während die Verwendung eines Elektromotors, wenn die Fahrzeugleistungsanforderungen stark schwanken, wie beispielsweise während eines Starts oder eines Stoppens des Fahrzeugs, allgemein besser geeignet ist als die einer Benzinmaschine.
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Spannungsanforderungen in einem Hybridfahrzeug und in einigen Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen können in Abhängigkeit von der elektrischen Einrichtung, die mit Energie versorgt oder angetrieben wird, von einer Standardversorgung von 12 Volt (V) bis zu mehr als 600 V reichen. Beispielsweise versorgt typischerweise ein elektrisches Niederspannungssystem (12 V) standardmäßige Fahrzeugnebeneinrichtungen, wie beispielsweise Stereosysteme, Uhren, Scheinwerfer, Scheibenwischer und/oder Hupen, mit Energie, während Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltkreise (Hochspannungs-DC-Schaltkreise) (> 60 V) notwendig sein können, um eine Batterie oder ein Batteriepaket auf ein Niveau aufzuladen, das ausreicht, um die Antriebsräder des Fahrzeugs mit Energie zu versorgen. Um solch einen breiten Bereich von fahrzeugeigenen Spannungsoptionen bereitzustellen und sicher zu steuern, sind Hybridfahrzeuge mit geeigneten Schaltkreisen, Verdrahtungen und anderen elektrischen Komponenten, wie beispielsweise mit Wechselrichtern und Gleichrichtern, speziell angefertigten Hochspannungsbatterien, Controllern und verschiedenen Sensoren, ausgestaltet. Die Hochspannungsfahrzeugschaltkreise sind sowohl von dem Fahrzeug-Chassis als auch von den Niederspannungsschaltkreisen isoliert.
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DE 195 03 749 C1 offenbart eine Isolationsüberwachungseinrichtung für Fahrzeuge mit brennstoffzellen- oder batteriegespeister Energieversorgung zur Überwachung des Isolationswiderstands zwischen Laststromkreis und Fahrzeugkarosserie, wobei ein optisches und/oder akustisches Warnsignal erzeugt werden kann.
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DE 690 18 193 T2 offenbart ein Verfahren zur Untersuchung des Zustands eines Isoliersystems bei elektrischen Maschinen mittels Messung der Wiederkehrspannung.
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DD 1 15 811 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung zur Isolationsüberwachung bei Generator-Induktorwicklungen, die eine ständige Aussage über den Isolationszustand der Induktorwicklung und eine Überwachung einer Annäherung an einen Auslösewert ermöglicht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Vorhersagbarkeit eines Verlusts einer Hochspannungsschaltkreisisolierung in einem Hybrid-, Elektro- oder Brennstoffzellenfahrzeug verbessern und somit zu einer besseren Vermeidung von Beschädigungen an Fahrzeugkomponenten beitragen.
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Zur Lösung der Aufgabe sind Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 vorgesehen.
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Demgemäß wird ein Verfahren zum Vorhersagen eines zukünftigen Verlusts einer Hochspannungsschaltkreisisolierung in einem Hybrid-, Elektro- oder Brennstoffzellenfahrzeug bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst, dass beim Auftreten eines unabhängigen Ereignisses eine Reihe von diskreten Messungen des elektrischen Ersatzwiderstands aufgezeichnet wird, der zwischen einem Fahrzeug-Chassis und einem Hochspannungsbus erfasst wird, eine Datenanpassungsanalyse an der Reihe von Messungen durchgeführt wird, um einen Trend in den Daten zu detektieren, und dann die Datenanpassungsergebnisse verwendet werden, um die Anzahl von unabhängigen Ereignissen zu schätzen oder vorherzusagen, die verbleiben, bevor der Ersatzwiderstand einen Schwellenwertbetrag erreicht.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist das unabhängige Ereignis eine Schlüsseländerungssequenz, die durch einen Schlüssel- oder Zündzyklus initiiert wird, und wird die Reihe von Messungen in eine Speichereinrichtung aufgezeichnet, die einen Ringpuffer umfasst.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Warnung oder ein Hinweis an den Fahrzeugbesitzer/-bediener übertragen, wenn die Schwellenwertanzahl von verbleibenden unabhängigen Ereignissen ein vorbestimmtes Minimum erreicht.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Vorhersagen eines Verlusts einer Hochspannungsschaltkreisisolierung in einem Hybrid-, Elektro- oder Brennstoffzellenfahrzeug vorgesehen, wobei die Vorrichtung einen Controller mit einem Speicher und einem Algorithmus zum Vorhersagen eines bevorstehenden Hochspannungsisolierungsfehlers, einen Hochspannungsbus, Hochspannungsbuskomponenten und eine Berichterstattungseinrichtung umfasst, die dazu dient, einen Isolierungsfehler zu berichten, wobei der Controller ausgestaltet ist, um den Algorithmus beim Auftreten eines vorbestimmten unabhängigen Ereignisses zu initiieren, wobei eine Reihe von zwischen dem Chassis und dem Bus erfassten Widerstandsmessungen aufgezeichnet wird und die Anzahl von unabhängigen Ereignissen, die verbleiben, bevor der Widerstand einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, vorhergesagt wird.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung der geeignetsten Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuervorrichtung gemäß der Erfindung zeigt; und
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2 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren oder den Algorithmus zum Liefern einer Spannungsisolierungsverlustprognose für ein Hybrid-, Elektro- oder Brennstoffzellenfahrzeug beschreibt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist in 1 ein Blockdiagramm eines Hochspannungsisolierungsprognosesteuersystems 10 zur Verwendung bei einem Hybrid-, Elektro- oder Brennstoffzellenfahrzeug gezeigt. Das Steuersystem 10 ist in einem Fahrzeug-Chassis 20 umfasst oder in Bezug auf dieses angebracht und umfasst einen Schlüsseländerungsindikator (key-down indicator) 12, der ausgestaltet ist, um ein elektrisches Schlüsseländerungssignal 14 (key-down signal) zu initiieren und an ein eingebautes Steuermodul oder einen eingebauten Controller 16 zu senden. Das durch den Schlüsseländerungsindikator 12 erzeugte Schlüsseländerungssignal 14 entspricht dem Zustand oder Status des Schlüsselschalters oder der Zündung des Fahrzeugs und ist von einem in der Technik bekannten Typ. Beispielsweise ein herkömmlicher 0/1-Binärsignalgenerator mit einem Zustand 1, der einen Zustand ”Zündschalter an” angibt, und einem Zustand 0, der einen Zustand ”Zündschalter aus” angibt. Das Schlüsseländerungssignal 14 wird an einen Controller 16 übertragen oder gesendet, um einen Algorithmus 100 (siehe 2) einmal pro Schlüsselzyklus zu initiieren, wobei der Algorithmus 100 in dem Controller 16 eingebettet oder in diesen programmiert ist.
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Der Controller 16 ist mit verschiedenen elektrischen Schaltkreiskomponenten ausgestattet, die zum Lesen oder Messen und danach Aufzeichnen oder Speichern einer Reihe von Ersatzwiderstand-Messungen (RE-Messungen) ausgestaltet sind, die zwischen dem Fahrzeug-Chassis 20 und einem Hochspannungsbus 18 erfasst werden. Es kann erwartet werden, dass sich der RE-Wert während der Lebensdauer des Hybridfahrzeugs ändert oder dass dieser abweicht, und zwar aufgrund von Alter und in Verbindung stehendem physikalischen Verschleiß und/oder in Verbindung stehender Korrosion der Hochspannungsbuskomponenten 24, die während eines normalen Betriebs für gewöhnlich Wasser, Wärme, Salz und/oder anderen externen oder Umgebungsbeanspruchungen ausgesetzt sind. Der Hochspannungsbus 18 ist elektrisch mit den Hochspannungsbuskomponenten 24 verbunden, wobei die Komponenten 24 zur Steuerung von beispielsweise Motor/Generator(en), zusätzlichen Energiequellen und einer Energieübertragung zwischen den verschiedenen Hochspannungskomponenten des Fahrzeugs ausgestaltet sind. Die Hochspannungsbuskomponenten 24 können elektrische Einrichtungen, wie beispielsweise DC-AC-Wandler, Zusatzenergiemodule und DC-DC-Wandler, umfassen. Zusätzlich ist der Controller 16 elektrisch mit einer Prognoseberichterstattungseinrichtung (PRD) 26 verbunden. Die PRD 26 dient dazu, ein Prognosefehlermodussignal 30 zu übertragen, das durch einen Fahrzeugbesitzer oder -bediener detektiert oder empfangen werden kann.
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Die Übertragung des Fehlermodussignals 30 kann beispielsweise die Form eines Aufleuchtens einer Lampe oder Leuchte ”Prüfe Fahrzeug” an einem Fahrzeugarmaturenbrett oder eines Initiierens einer elektronischen Nachricht, einer E-Mail, eines Brief oder einer anderen elektronischen oder papierbasierten Warnung in Textform annehmen, die den Besitzer/Bediener bezüglich des Fehlermodus warnt.
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Nun Bezug nehmend auf 2 ist ein Verfahren 100 (hierin auch als Algorithmus 100 bezeichnet) zum Erzeugen eines Hochspannungsisolierungsprognosesignals in einem Hybrid-, Elektro- oder Brennstoffzellenfahrzeug gezeigt. Der Algorithmus 100 ist vorzugsweise ein Computerprogramm oder ein Source-Code, das oder der in dem Controller 16 (siehe 1) eingebettet oder enthalten ist, wobei der Algorithmus 100 beim Auftreten jedes aufeinanderfolgenden und diskreten unabhängigen Ereignisses, vorzugsweise einer Fahrzeugschlüsseländerungssequenz oder eines Schlüsselzyklus, initiiert und ausgeführt wird. Während die Schlüsseländerungssequenz, d. h. die hierin oben zuvor in Bezug auf den Schlüsseländerungsindikator 12 beschriebene Zündung-An/Aus-Zustandsänderung, als die bevorzugte unabhängige Variable in dem Algorithmus 100 verwendet wird, werden Fachleute erkennen, dass innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung andere Ereignisse zur Verwendung als die unabhängige Variable geeignet sein können, die vorbestimmte Fahrzeugkilometerzählerauslesungen, Echtzeitzähleinrichtungen oder -Timer oder andere Einrichtungen umfassen, die dazu in der Lage sind, eine Schlüsseländerungssequenz in einem vorbestimmten und vorzugsweise regelmäßigen Intervall zu initiieren.
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In Schritt 102 des Algorithmus 100 ermittelt der Algorithmus, ob eine Schlüsseländerungssequenz oder eine Zustandsänderung innerhalb des Schlüsseländerungsindikators 12 (siehe 1) aufgetreten ist. Dieser Schritt wird realisiert, um sicherzustellen, dass der Algorithmus 100 nur als ein Ergebnis eines vorbestimmten Schlüsseländerungssequenz-Initialisierungsereignisses, wie beispielsweise des Ausschaltens des Zündschalters, über Schritt 102 hinaus fortfährt. Wenn in Schritt 102 keine vorbestimmte Schlüsseländerungssequenz vollständig stattgefunden hat, wiederholt der Algorithmus 100 Schritt 102. Wenn jedoch in Schritt 102 ermittelt wird, dass die vorbestimmte Schlüsseländerungssequenz abgeschlossen wurde, fährt der Algorithmus 100 mit Schritt 104 fort.
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In Schritt 104 liest oder misst der Algorithmus 100 den aktuellen oder momentanen Ersatzwiderstand RE (siehe 1) zwischen dem Fahrzeug-Chassis 20 und dem Hochspannungsbus 18 und speichert den RE-Wert dann in einem Speicher-Array in dem Speicher des Controllers 16. Das Speicher-Array ist vorzugsweise ein Ringpuffer mit einer durch eine vorbestimmte feste Anzahl von RE-Abtastwerten definierten Kapazität, wobei die bevorzugte Anzahl von Abtastwerten ungefähr 25 bis 35 beträgt. Es kann jedoch unter der Voraussetzung, dass die ausgewählte Abtastwertgröße ausreicht, um einen Trend oder ein Muster in der Reihe von aufgezeichneten RE-Werten festzulegen oder zu detektieren, jede Anzahl von Abtastwerten verwendet werden, um die Array-Größe zu definieren.
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In Schritt 106 ermittelt der Algorithmus 100, ob das Array oder der Puffer bis zu seiner Kapazität gefüllt ist, d. h., ob das Array oder der Puffer die maximale Anzahl von RE-Werten hält. Wenn ermittelt wird, dass die Kapazität des Speicher-Arrays erschöpft ist, wird der älteste RE-Abtastwert in dem Array gelöscht, verworfen oder überschrieben, und wird der neueste RE-Wert dem Array hinzugefügt. Wenn die Kapazität des Arrays jedoch zu dem Zeitpunkt, zu dem der jüngste RE-Abtastwert erzeugt und aufgezeichnet wird, nicht erschöpft ist, wird der jüngste Abtastwert einfach dem Array hinzugefügt.
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In Schritt 108 vergleicht der Algorithmus 100 die Array-Kapazität mit der Anzahl von darin gehaltenen Abtastwerten und ermittelt, ob das Array voll ist. Wenn die Anzahl von in dem Array gehaltenen oder aufgezeichneten RE-Abtastwerten kleiner als die Array-Kapazität ist, fährt der Algorithmus mit Schritt 110 fort, in dem ein Flag ”Trenddaten gültig” auf einen Zustand gesetzt wird, der ”aus” oder ”Nein” entspricht, und der Algorithmus 100 startet wieder bei Schritt 102. Wenn die Anzahl von in dem Array gehaltenen Abtastwerten jedoch gleich der Array-Kapazität ist, fährt der Algorithmus 100 mit Schritt 112 fort.
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In Schritt 112 führt der Algorithmus 100 an der Reihe von in dem Array gespeicherten RE-Abtastwerten einen Schritt einer Prozedur einer numerischen Datenanpassung durch. Eine Regression zweiter Ordnung oder nach der Methode der kleinsten Quadrate ist das bevorzugte Verfahren für eine Datenanpassungsroutine, wobei Fachleute jedoch erkennen werden, dass andere Datenanpassungsroutinen zur Verwendung bei dieser Erfindung geeignet sein können. Dieser Schritt wird als ein vorbereitender oder vorausgehender Schritt bezüglich eines Detektierens oder Projizierens eines Trends oder Musters in der Reihe von RE-Abtastwerten realisiert. Sobald die Datenanpassungsroutine abgeschlossen ist, fährt der Algorithmus 100 mit Schritt 114 fort.
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In Schritt 114 nimmt der Algorithmus 100 das Trendergebnis der Regressionsanalyse nach der Methode der kleinsten Quadrate von Schritt 112 her und berechnet oder ermittelt dann auf der Grundlage dieses Trends die geschätzte Anzahl von Schlüsseländerungszyklen, die verbleiben, bevor der Isolierungswiderstand RE unter einen vorbestimmten Grenz- oder Schwellenwert REmin fällt oder kleiner als dieser ist. Dieser Schwellenwert REmin ist in den Controller 16 (siehe 1) programmiert, und die vorhergesagte oder geschätzte verbleibende Schlüsseländerungszyklusanzahl wird auf eine ganze Zahl abgerundet, die hierin nachfolgend durch die Variable X dargestellt ist. Nach dem Ermitteln der Variable X durch den Algorithmus 100 wird das Flag ”Trenddaten gültig” in Schritt 116 wieder auf ”an” oder ”Ja” gesetzt. Der Algorithmus fährt dann mit Schritt 118 fort.
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In Schritt 118 wird die Variable X mit einer vorbestimmten Schlüsseländerungszyklusgrenze X verglichen. Wenn ermittelt wird, dass der Wert von X kleiner oder gleich Xmin ist, fährt der Algorithmus 100 mit Schritt 120 fort, in dem ein Warn-Flag erzeugt und an die PRD 26 übertragen oder gesendet wird. Wenn der Wert von X jedoch größer als X ist, umgeht der Algorithmus 100 Schritt 120 und fährt direkt mit Schritt 122 fort.
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In Schritt 122 überträgt oder sendet der Algorithmus 100 den Wert der Variable X, das heißt, die projizierte Anzahl von verbleibenden Schlüsseländerungszyklen, an die PRD 26 (siehe 1). Ungeachtet dessen, ob in dem vorangehenden Schritt 120 ein Warn-Flag erzeugt wurde, zeichnet die PRD 26 die Variable X in dem Speicher-Array auf. Die PRD 26 berichtet vorzugsweise auch den Wert der Variable X oder zeigt diesen an, wenn X kleiner oder gleich einem vorbestimmten Anzeigeschwellenwert Xd ist. Auf diese Weise empfängt der Besitzer/Bediener des Fahrzeugs nicht nur eine rechtzeitige Warnung bezüglich eines existierenden oder baldigen Hochspannungsisolierungsfehlers, sondern empfängt der Besitzer/Bediener auch einen Schätzwert der Anzahl von unabhängigen Ereignissen, die verbleiben, bis der Isolierungswiderstandswert RE den vorbestimmten Widerstandsschwellenwert REmin überschreitet, ohne unnötig frühen Warnungen oder Alarmen ausgesetzt zu sein. Für den Fall, dass ein Besitzer/Bediener einen Zugriff auf die gespeicherten Widerstandwerte RE oder die Variable X vor einer Anzeige wünscht, können diese Werte vorzugsweise leicht durch Prüfen oder Abfragen des Speichers des Controllers 16 detektiert werden.
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Während die geeignetsten Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung ausführlich beschrieben wurden, werden Fachleute, die diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.
