DE102009025078A1

DE102009025078A1 - Verfahren zur Berechnung der Temperatur wenigstens einer Komponente einer mehrere Komponenten aufweisenden elektrischen oder elektronischen Baugruppe

Info

Publication number: DE102009025078A1
Application number: DE102009025078A
Authority: DE
Inventors: Andreas Strecker; Ulrich Auerswald
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-02-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung der Temperatur wenigstens einer Komponente einer mehrere Komponenten aufweisenden elektrischen oder elektronischen Baugruppe, insbesondere eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs, wobei die Baugruppe von einer Steuereinheit gesteuert wird und ein Temperaturmodell vorgegeben wird, welches die thermischen Verhältnisse in der Baugruppe nachbildet und folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: a) Erfassen wenigstens einer elektrischen Größe der Komponente, vorzugsweise des der Komponente zugeführten Stromes, als wenigstens eine Eingangsgröße für das Temperaturmodell, b) Berechnen eines Temperaturwertes wenigstens der einen Komponente auf der Basis der Eingangsgröße, vorzugsweise des Stromes, mittels des Temperaturmodells, c) Speichern des berechneten Temperaturwertes für die mindestens eine Komponente in einem nichtflüchtigen Speicher vor einer zu einer Betriebsunterbrechung der Baugruppe führenden Abschaltung der Steuereinheit, und d) Berechnen eines weiteren Temperaturwertes wenigstens der einen Komponente nach einem Anschalten bzw. Wecken der Steuereinheit mittels des Temperaturmodells gemäß Verfahrensschritt b in Abhängigkeit der Ausschaltdauer der Steuereinheit unter Verwendung des gespeicherten Temperaturwertes als Anfangswert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung der Temperatur wenigstens einer Komponente einer mehrere Komponenten aufweisenden elektrischen oder elektronischen Baugruppe, insbesondere eines Elektromotors für Kraftfahrzeuge, wobei die Baugruppe von einer Steuereinheit gesteuert wird und ein Temperaturmodell vorgegeben wird, welches die thermischen Verhältnisse in der Baugruppe nachbildet. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie dessen Verwendung.
In der DE 10 2006 027 174 A1 wird ein Temperaturmodell eines als Stellmotor für Leitwerke eines Flugzeugs verwendeten Elektromotors zur Berechnung von Temperaturen von Komponenten des Elektromotors beschrieben, um mittels der berechneten Temperaturen eine Motortemperaturregelung zum Schutz des Elektromotors vor Überhitzung durchzuführen.
Hierzu erhält das bekannte Temperaturmodell als erste Eingangsgröße die Motorverlustleistung, die aus dem Quadrat des durchschnittlichen Motorstroms, multipliziert mit dem Motorwicklungswiderstand ermittelt wird und als zweite Eingangsgröße die Umgebungstemperatur. Hieraus werden mittels des Temperaturmodells die Temperatur der Motorwicklung und die Temperatur des Motorgehäuses bestimmt. Dieses bekannte Tem peraturmodell berücksichtigt die thermische Kapazität der Motorwicklungen, die thermische Kapazität des Motorgehäuses, den thermischen Widerstand der Motorwicklung zum Motorgehäuse und den thermischen Widerstand des Motorgehäuses zur Umgebung. Die berechneten Temperaturwerte der Motorwicklung und des Motorgehäuses werden vor dem Ausschalten des Elektromotors in einem Permanentspeicher gespeichert.
Ferner werden bei diesem bekannten Temperaturmodell die einzelnen Anfangswerte für die Motorwicklungstemperatur und für die Motorgehäusetemperatur beim Einschalten entweder auf die aktuelle Umgebungstemperatur oder auf die entsprechenden Temperaturwerte, die kurz von dem Motorabschalten berechnet wurden, eingestellt, je nach dem, welcher der Werte größer ist. Aus diesen Größen wird die maximale Motorverlustleistung bestimmt, die der Elektromotor abführen kann, ohne die vorgegebene maximale Motortemperatur in einer vorgegebenen Zeitspanne zu überschreiten. Außerdem wird eine Motorverlustleistungsgrenze bestimmt, die der maximalen Motorverlustleistung entspricht, um hieraus entsprechende Motorsteuerbefehle zu generieren.
Mit diesem bekannten Verfahren können Elektromotoren sehr gut vor Überhitzung geschützt werden, jedoch würde bei der Verwendung des bekannten Temperaturmodells für Elektromotoren in Kraftfahrzeugen die Verfügbarkeit in manchen Betriebssituationen erheblich herabsetzen, ohne dass die tatsächliche Elektromotortemperatur dies erforderlich machen würde.
Wird in einem Kraftfahrzeug die Zündung ausgeschaltet, werden nach einer gewissen Nachlaufdauer auch manche Steuergeräte, insbesondere auch das Steuergerät für den Elektromotor einer Parkbremse ausgeschaltet, um den Stromverbrauch im Kfz-System weitestgehend zu reduzieren. Nach erneutem Einschalten der Zündung würden bei Anwendung des oben beschriebenen bekannten Temperaturmodells als Startwerte für dieses Temperaturmodell die gespeicherten Werte verwendet, als ob zwischen dem Einschaltzeitpunkt und dem Abschaltzeitpunkt, zu dem die letzten Temperaturwerte gespeichert wurden, keine Abkühlung des Elektromotors stattgefunden hätte. Dadurch könnte folgende nachteilige Situation eintreten. Bei einem langen Verkehrsstau könnte ein Fahrer nach einer Aktivierung der Parkbremse den Fahrzeugmotor und die Zündung abschalten und einige Minuten warten. Danach löst er wieder die Parkbremse, d. h. der Elektromotor der Parkbremse wird aktiviert, und fährt ein paar Meter weiter, um wieder nach wenigen Sekunden im Stillstand des Fahrzeugs den Fahrzeugmotor und die Zündung wieder auszuschalten und die Parkbremse anzuspannen, d. h. der Elektromotor der Parkbremse wird wieder aktiviert. In den Betriebsphasen des Elektromotors der Parkbremse würde dann jeweils mit den gespeicherten Temperaturwerten als Startwerte für das bekannte Temperaturmodell gerechnet, ohne die in den Betriebspausen erfolgende Abkühlung des Elektromotors zu berücksichtigen. Infolgedessen würden die berechneten und gespeicherten Temperaturwerte bis auf die maximal zulässige Motortemperatur ansteigen, wodurch ein weiterer Betrieb des Elektromotors nicht mehr möglich wäre.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Temperaturmodell zur Steuerung bzw. Überwachung von Elektromotoren in Kraftfahrzeugen bereitzustellen, welches Abkühlzeiten auch bei ausgeschalteter Zündung des Kraftfahrzeugs berücksichtigt, welches insbesondere die bestmögliche Systemverfügbarkeit garantiert und gleichzeitig den Elektromotor im Kraftfahrzeug vor thermischer Überlastung und Zerstörung schützt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Hiernach wird zur Berechnung der Temperatur wenigstens einer Komponente einer mehrere Komponenten aufweisenden elektrischen oder elektronischen Baugruppe, insbesondere eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs, die von einer Steuereinheit gesteuert wird, ein Temperaturmodell vorgegeben, welches die thermischen Verhältnisse in der Baugruppe nachbildet und mit dem folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

a) Erfassen wenigstens einer elektrischen Größe der Komponente, vorzugsweise des der Komponente zugeführten Stromes, als wenigstens eine Eingangsgröße für das Temperaturmodell,
b) Berechnen eines Temperaturwertes wenigstens der einen Komponente auf der Basis der Eingangsgröße, vorzugsweise des Stromes, mittels des Temperaturmodells,
c) Speichern des berechneten Temperaturwertes für die mindestens eine Komponente in einem nichtflüchtigen Speicher vor einer zur einer Betriebsunterbrechung der Baugruppe führenden Abschaltung der Steuereinheit, und
d) Berechnen eines weiteren Temperaturwertes wenigstens der einen Komponente nach einem Anschalten bzw. Wecken der Ansteuereinheit mittels des Temperaturmodells gemäß Verfahrensschritt b in Abhängigkeit der Ausschaltdauer der Steuereinheit unter Verwendung des gespeicherten Temperaturwertes als Anfangswert.

Ein solches erfindungsgemäßes Verfahren berücksichtigt nach dem Anschalten bzw. dem Wecken der Steuereinheit deren Ausschaltdauer, so dass bei der Berechnung des ersten Temperaturwertes nach dem Anschalten der Steuereinheit die Abkühlzeit der Baugruppe berücksichtigt wird. Somit können die Abkühlkurven der Bau- gruppe berechnet werden um annähernd die tatsächliche Temperatur einer Komponente der Baugruppe zu ermitteln. Dies stellt bei einer Verwendung der berechneten Temperaturwerte zur Steuerung bzw. zur Temperaturüberwachung einer Baugruppe eine hohe Systemverfügbarkeit sicher.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird mit dem Speichern des berechneten Temperaturwertes gemäß Verfahrensschritt c die aktuelle Absolutzeit als Zeitinformation gespeichert und zum Anschaltzeitpunkt bzw. Weckzeitpunkt der Steuereinheit aus der aktuellen Absolutzeit und der gespeicherten Absolutzeit die Ausschaltdauer ermittelt. Die Absolutzeit kann mittels eines der Steuereinheit zur Verfügung stehenden Uhrbausteins oder einer Funkuhr bereitgestellt werden. Auch ist es möglich, wenn in einer Kraftfahrzeuganwendung die Steuereinheit mit einem Kfz-Datenbus, bspw. einem CAN-Bus verbunden ist, über diesen Datenbus die Absolutzeit bereitzustellen.
Vorzugsweise kann mittels einer dem Steuergerät zur Verfügung stehenden relativen Zeitinformation, die wenigstens ein Mal mit einer Absolutzeit vor einer Betriebsunterbrechung synchronisiert wird, die Ausschaltdauer der Steuereinheit ermittelt werden. Eine solche relative Zeitinformation wird bspw. mittels eines Schwingquarzes gebildet und ist nach dem Wecken der Steuereinheit nicht mit der Absolutzeit verknüpft. Wird die Absolutzeit bspw. über den Fahrzeugbus der Steuereinheit zur Verfügung gestellt, kann hiermit und der relativen Zeitinformation des Quarzes eine Ersatzzeit gebildet werden, insbesondere dann, wenn die Absolutzeit, bspw. aus Fehlergründen nicht zur Verfügung steht.
Das erfindungsgemäße Temperaturmodell kann in vorteilhafter Weise zur Überwachung der Temperatur einer Komponente der Baugruppe bzw. der Baugruppe eingesetzt werden, indem ein erster Schwellwert vorgegeben wird, der bei Überschreitung durch einen berechneten Temperaturwert den Betrieb der Baugruppe einschränkt. Dies bedeutet, dass nach Überschreiten dieser Schwelle durch den Temperaturwert nur noch priorisierte Aktivierungen der Komponente der Baugruppe bzw. der Baugruppe durchgeführt werden können. Somit wird bspw. bei einem Elektromotor einer Parkbremse eines Kraftfahrzeugs nur noch ein Lösen der Parkbremse zugelassen. Desweiteren ist vorzugsweise ein zweiter Schwellwert, der größer als der erste Schwellwert ist, vorgegeben, der bei Überschreitung durch einen berechneten Temperaturwert einen Betrieb der Baugruppe verhindert. Damit ist bspw. im Falle einer Parkbremse eines Kraftfahrzeugs keine Aktivierung derselben mehr möglich. Zusätzlich kann auch vorgesehen werden, dass bei Überschreiten eines Schwellwertes durch einen berechneten Temperaturwert ein Warnsignal und/oder ein Fehlersignal für die Komponente der Baugruppe erzeugt werden bzw. erzeugt wird.
Besonders vorteilhaft ist es, im Falle der Überwachung der Temperatur der Baugruppe eine Rücksetzschwelle vorzusehen, so dass nach einem Unterschreiten dieser Rücksetzschwelle durch einen berechneten Temperaturwert die Baugruppe wieder uneingeschränkt betrieben werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden während einer Betriebsphase der Baugruppe bei angeschalteter Steuereinheit nach Verfahrensschritt b in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten Temperaturwerte iterativ berechnet, insbesondere in Echtzeit. Ein solcher iterativer Ansatz benötigt nur einfache mathematische Operationen, wodurch die Rechenzeit gegenüber einer bspw. analytischen Methode, welche die Berechnung von Winkelfunktionen und Exponentialfunktionen erforderlich macht, sehr verkürzt wird. Somit können die berechneten Temperaturwerte mit den oben genannten Schwellwerten als Abschaltkriterien bzw. Überwachungskriterien in kurzen regelmäßigen Zeitabständen geprüft werden, um rechtzeitig eine schnelle Überhitzung einer Komponente der Baugruppe oder der Baugruppe selbst zu erkennen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Speicherung von Temperaturwerten gemäß Verfahrensschritt c nur dann, wenn die Differenz aus dem aktuell berechnete Temperaturwert und dem zuletzt gespeicherten Tem peraturwert einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Da nichtflüchtige Speicher, wie bspw. EEPROMs nur eine begrenzte Schreibzyklenzahl aufweisen, ist es erforderlich anhand des genannten Kriteriums zu prüfen, ob eine Speicherung erforderlich ist. Da manche Betriebssituationen einer Baugruppe, bspw. wenn die Temperatur bei einem blockierten Elektromotor schnell ansteigt, relativ häufige Schreibzyklen nach sich ziehen würden, kann vorzugsweise die maximale Schreibfrequenz beschränkt werden, bspw. auf 0,5 Hz.
Es gibt jedoch eine Betriebssituation als Sonderfall, in der eine Speicherung von Temperaturwerten gemäß Verfahrensschritt c auch dann erfolgt, wenn sich die aktuell berechneten Temperaturwerte nicht von den gespeicherten Temperaturwerten unterscheiden. Nämlich dann, wenn mit dem zuletzt gespeicherten Temperaturwert in fehlerhafter Weise keine Zeitinformation gespeichert wurde und aktuell eine Zeitinformation vorliegt.
Besonders vorteilhaft ist es, als weitere Eingangsgröße des Temperaturmodells die Umgebungstemperatur der Baugruppe zu verwenden. Im Falle eines Elektromotors für ein Kraftfahrzeug wird die Umgebungstemperatur von der Steuereinheit der Baugruppe in der Regel über einen Fahrzeugdatenbus empfangen, wobei der zugehörige Sensor z. Bsp. an der Fahrzeugfront befestigt ist. Wenn dieses Signal nach dem Einschalten der Zündung des Kraftfahrzeugs oder nach dem Wecken der Steuereinheit der Baugruppe, bspw. des Elektromotors einer Parkbremse, nicht vorliegt, muss eine Annahme über die Umgebungstemperatur getroffen werden, indem als Umgebungstempe ratur die gespeicherte Temperatur einer mit der Umgebung der Baugruppe in Kontakt stehenden Komponente der Baugruppe verwendet wird, vorzugsweise im Falle eines Elektromotors die Temperatur von dessen Gehäuse. Solange die Umgebungstemperatur nicht zur Verfügung steht, wird dem Temperaturmodell diese Ersatzgröße für die Umgebungstemperatur zur Verfügung gestellt. Mit der Berücksichtigung der Umgebungstemperatur in dem Temperaturmodell kann der Wärmeabfluss in die Umgebung und ggf. auch der Wärmezufluss aus der Umgebung berücksichtigt werden, um möglichst der Realität entsprechende Temperaturwerte mit dem Temperaturmodell zu erhalten.
Um weiter die Systemverfügbarkeit zu erhöhen ist gemäß einer weiteren Fortbildung der Erfindung vorgesehen, dass zur Erkennung fehlerhaft gespeicherter Temperaturwerte eine Prüfsumme aus den gespeicherten Temperaturwerten gebildet und zusammen mit den Temperaturwerten gespeichert wird. Vorzugsweise wird sowohl aus den Temperaturwerten als auch den zu speichernden Zeitinformationen, bspw. der Absolutzeit oder einer hierzu äquivalenten Zeitinformation eine Prüfsumme gebildet und zusammen mit den Temperaturen und der Zeitinformation gespeichert. Damit können falsche Daten beim Auslesen in den Arbeitsspeicher der Steuereinheit der Baugruppe sicher erkannt werden, indem beim Auslesen der Daten die Prüfsumme erneut berechnet wird und mit der gespeicherten verglichen wird. Im Falle von falschen Daten werden alle Temperaturwerte auf hohe Werte gesetzt, die knapp unterhalb der Abschaltschwelle liegt, bei der keine Aktivierung der Baugruppe mehr möglich wäre.
Um die Berechnung der absoluten Temperatur von Komponenten der Baugruppe bzw. der Baugruppe selbst nach einer längeren Abkühlphase durchzuführen, ist der inkrementelle bzw. iterative Ansatz wegen der hohen Anzahl der erforderlichen Iterationen und der damit verbundenen Rechenzeit nicht durchführbar. Daher ist es vorteilhaft, für die Berechnung des Temperaturwertes nach dem Wecken der Steuereinheit gemäß Verfahrensschritt d einen analytischer Modellansatz zu verwenden, so dass damit eine geschlossene mathematische Lösung der Abkühlkurven von Komponenten der Baugruppe oder der Baugruppe erstellt werden kann.
Bei einer langen Abkühlphase von Komponenten der Baugruppe bzw. der Baugruppe ist es nicht immer vorteilhaft, nach dem Wecken der Steuereinheit der Baugruppe bei der Berechnung des ersten Temperaturwertes immer von dem gespeicherten Temperaturwert auszugehen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, bei einer Ausschaltdauer der Steuereinheit, die kleiner als die x-fache, vorzugsweise fünffache Zeitkonstante der Abkühlung der Baugruppe ist, den gespeicherte Temperaturwert für die Berechnung des Temperaturwertes und ansonsten die Umgebungstemperatur für die Berechnung des Temperaturwertes zu verwenden.
Als vorzugsweise verwendete Baugruppe ist ein Elektromotor für Kraftfahrzeuge vorgesehen, insbesondere hermetisch gekapselte Elektromotoren, für deren Motorwicklung als wenigstens eine Komponente Temperaturwerte berechnet und gespeichert werden, da hauptsächlich in der Motorwicklung thermische Verluste erzeugt werden, die für die Erwärmung der Bau gruppe verantwortlich ist. Zusätzlich ist es natürlich sinnvoll auch Temperaturwerte des zugehörigen Gehäuses als weitere Komponente des Elektromotors zu berechnen und zu speichern.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 20 angegeben, wonach die Baugruppe als Elektromotor oder als Generator für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist und zu deren Ansteuerung eine Steuereinheit vorgesehen ist, die mit einem Fahrzeug-Datenbus, bspw. einem CAN-Bus verbunden ist.
Eine Verwendung des Verfahrens ist mit Patentanspruch 21 gegeben, wonach das erfindungsgemäße Verfahren für elektromechanische Kraftfahrzeugbremsen oder in Steuergeräten von elektrischen Parkbremsen verwendet werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben und erläutert. Es zeigen:
1 ein thermisches Ersatzschaltbild eines Elektromotors des der Erfindung zugrundeliegenden Temperaturmodells,
2 ein erster, zweiter und dritter Teil des Ersatzschaltbildes nach 1,
3 ein thermisches Ersatzschaltbild eines Elektromotors zu Berechnung von dessen Abkühlung,
4 Darstellung der Analogie zwischen der Thermodynamik und der Elektrotechnik anhand einer Kapazität,
5 Ersatzschaltbilder eines Elektromotors unter Verwendung der Analogie nach 4 zur Berechnung von Umladevorgängen, und
6 Zeit-Temperatur-Diagramme zur Darstellung von berechneten Temperatur-Ausgleichsvorgängen mit unterschiedlichen Starttemperaturen.
Das Ausführungsbeispiel beschreibt ein Temperaturmodell mit Speicherung von Temperaturwerten in einem EEPROM eines Kfz-Steuergeräts, das einen Elektromotor ansteuert sowie die Berechnung der Temperatur dieses Elektromotors aus gespeicherten Werten zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt. Dabei wird das Temperaturmodell für einen hermetisch gekapselten Elektromotor beschrieben, welcher in einer elektronischen Parkbremse eines Kraftfahrzeugs verwendet wird. Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Motor innerhalb eines Stahltopfs angeordnet, welcher in ein Kunststoffgehäuse gesteckt ist. Zwischen Stahltopf und Gehäuse befindet sich ein mit Luft gefüllter Zwischenraum, welcher bei der Berechnung berücksichtigt werden muss. Da der Zwischenraum relativ dünn und großflächig ist, kann in Verbindung mit dem Kunststoffgehäuse von einem linearen Widerstand zur Umgebung ausgegangen werden.
Zum Schutz des hermetisch gekapselten Elektromotors vor Ü berhitzung bedarf es eines Temperaturmodells, das Eingangswerte bzw. Startwerte aufbereitet und aus den aufbereiteten Werten eine Motortemperatur oder mehrere Motortemperaturen bzw. Temperaturwerte von Komponenten des Elektromotors berechnet, so dass auf der Basis dieser Werte geeignete Maßnahmen zum Schutz vor thermischer Zerstörung des Elektromotors ausgeführt werden können. Das Ziel des Motortemperaturmodells ist einerseits die Elektromotoren vor thermischer Überlastung und Zerstörung zu schützen und andererseits die bestmögliche Systemverfügbarkeit zu garantieren. Insbesondere soll eine allgemeingültige Modellierung für jedes beliebige Belastungsprofil formuliert werden, so dass sowohl Kurzzeitbelastungen und Langzeitbelastungen als auch die Umgebungstemperatur berücksichtigt werden. Bei dem gemäß der Erfindung dargestellten Ausführungsbeispiel beruht die Entscheidung zur Systemdegradierung auf einer verlässlichen Information, ebenso die Entscheidung zur Wiederinbetriebnahme.
Zunächst werden die Grundlagen zur Modellierung der Verlustleistung im Elektromotor und dessen thermisches Verhalten beschrieben.
Vorab wird jedoch eine Modellierung der thermischen Verluste des Elektromotors vorgenommen. Ein Elektromotor besteht aus Wicklungen, die von elektrischem Strom durchflossen werden, aus Eisenteilen, die den magnetischen Fluss ermöglichen, bewegten und feststehenden Teilen sowie optional Permanentmagneten. Am Beispiel eines Elektromotors mit Permanentmagneten wird das Prinzip verdeutlicht.
Der Anker besteht aus Kupfer und Eisen. Der Kupferdraht bildet die Wicklung und hat einen ohmschen elektrischen Widerstand. Das Modell zur Verlustleistungsberechnung geht von einem konstanten mittleren ohmschen Widerstand des Motors aus, der vom Hersteller spezifiziert wird oder anders festgestellt werden kann. Nicht nur die Wicklung produziert thermische Verluste, auch der Kommutator und die Bürsten und Kontaktierungen besitzen ohmsche, z. T. aber auch nichtlineare Widerstände. Zur Vereinfachung werden die thermischen Verluste aus Wicklung und Kommutator zu einer Einheit zusammengefasst. Der Leistungsverlust durch ohmschen Widerstand kann durch folgende einfache Formel dargestellt werden: P = I2·R
Der ohmsche Widerstand von Kupfer ist temperaturabhängig, der Temperaturkoeffizient ist positiv, der Temperaturkoeffizient des Widerstands der Bürsten ist negativ. Zur Berechnung wird der höchste anzunehmende ohmsche Widerstand des Motors eingesetzt. Andere Verluste, wie Wirbelstrom, Luftreibung und Ummagnetisierungsverluste des Eisens werden vernachlässigt. Einerseits sind Temperaturmodelle für solche Verluste sehr komplex, andererseits ist der Anteil an den Gesamtverlusten relativ klein, so dass die Vernachlässigung keinen großen Fehler erzeugt.
Nachfolgend wird die Modellierung des thermischen Verhaltens der Wicklung des Elektromotors beschrieben. Diese Verluste entstehen hauptsächlich in den Kupferdrähten der Wicklung. Die Kupferdrähte sind gute thermische Leiter und haben eine thermische Kapazität. Das bedeutet, sie können einen Teil der thermischen Energie speichern und relativ schnell an die umgebenden Eisenbleche weiterleiten, ohne eine große Temperaturdifferenz zwischen Kupfer und Eisen zu verursachen. Aus diesem Grund werden Eisen und Kupferanteile des Ankers zu einer Einheit zusammengefasst und es wird angenommen, dass es keinen thermischen Widerstand zwischen Leistungsverlustquelle und thermischer Kapazität gibt. Mit Hilfe dieser Vereinfachung wird die thermische Verlustleistungsquelle P = I²·R direkt mit der thermischen Kapazität C_ROT der Wicklung und der Eisenteile verbunden, was durch folgende Formel ausgedrückt wird:
mit

Δϑ:: die durch den Wicklungsstrom I erzeugte Temperaturerhöhung,
W:: Wärmeleistung,
C_ROT:: thermische Kapazität der Wicklung und der Eisenteile,
P:: elektrische Leistung,
I:: Wicklungsstrom,
R_electric:: ohmscher Widerstand der Wicklung.

Die Erwärmung eines Festkörpers ist gleich dem Integral der Leistung bezogen auf die thermische Kapazität.
Nachfolgend wird die Modellierung des thermischen Widerstands R_ROT zwischen Anker und Gehäuse beschrieben. Das Ge häuse des Elektromotors besteht üblicherweise aus den Magneten und einem Rückschluss, der meist aus einem tiefgezogenen Stahltopf besteht. Zwischen der im Inneren platzierten Wärmequelle (Anker) und den Magneten bzw. dem Rückschluss gibt es einen kleinen Luftspalt mit großer Fläche, der den thermischen Widerstand R_ROT maßgeblich bestimmt. Für diesen Widerstand R_ROT wird deshalb lineares Verhalten angenommen.
Nachfolgend wird die Modellierung der thermischen Kapazität C_HOU des Gehäuses des Elektromotors beschrieben. Das Gehäuse enthält die Magneten und besteht aus Stahl. Die Kunststoffumhüllung kann dem Gehäuse zugerechnet werden, der Einfluss ist aber wegen der geringen Masse gering. Man erhält eine Kapazität C_HOU ohne inneren Widerstand. Die Umgebungstemperatur T_AMB wird durch einen Sensor z. B. an der Fahrzeugfront gemessen und über den CAN-BUS oder andere Mittel an die Steuereinheit des Elektromotors übertragen.
Mit den oben beschriebenen Teilmodellen kann ein thermisches Netzwerk erstellt werden. Zur Vereinfachung wird ein elektrisches Ersatzschaltbild herangezogen, wie in 1 dargestellt.
Das Ersatzschaltbild umfasst lineare Standardbauteile, wie Stromquelle, Spannungsquelle, Widerstände sowie Kondensatoren, welche die Wärmekapazitäten von Rotor und Gehäuse nachbilden.
In dieser Analogie zwischen thermischen Vorgängen und elektrischen Vorgängen bedeuten

P_ROT:: Verlustleistung in der Wicklung als Wärmestromquelle,
C_ROT:: thermische Kapazität der Wicklung und der Eisenteile
C_HOU:: thermische Kapazität des Gehäuses
R_ROT:: thermischer Widerstand zwischen Anker und Gehäuse
R_HOU:: thermischer Widerstand zwischen Gehäuse und Umgebung
T_ROT:: Temperatur der Wicklung und der Eisenteile
T_HOU:: Temperatur des Gehäuses
T_AMB:: Umgebungstemperatur

Auf der Basis dieses Temperaturmodells nach 1 werden mit den Eingangsgrößen P_ROT und T_AMB, also mit der in der Wicklung erzeugten Verlustleistung und der Umgebungstemperatur die Temperaturwerte der Wicklung und des Gehäuses berechnet. Diese Temperaturwerte werden zur Überwachung des Elektromotors herangezogen und anhand dieser Temperaturwerte entschieden, ob Einschränkungen der Verfügbarkeit des Elektromotors erforderlich sind.
Das Abschaltkriterium ist die berechnete Wicklungstemperatur. Bei hitzeempfindlichen Magnetmaterialien (z. B. Neodym) kann auch die berechnete Magnettemperatur als Abschaltkriterium genutzt werden (wie bspw. bei einem bürstenlosen Außen- oder Innenläufer-Motor).
Es gibt mehrere Stufen zur Einschränkung der Verfügbarkeit des aus dem Elektromotor und der zugehörigen Steuereinheit bestehenden Systems, um angemessen auf die Situation zu reagieren. Folgende Kriterien sind vorgesehen:

a) eine mittlere Schwelle, nach deren Überschreiten durch die Wicklungstemperatur T_ROT nur noch priorisierte Aktivierungen des Elektromotors durchgeführt werden,
b) eine hohe Schwelle, nach deren Überschreiten durch die Wicklungstemperatur T_ROT keine Aktivierung des Elektromotors möglich ist, und
c) eine niedrige Schwelle, nach deren Unterschreiten durch die Wicklungstemperatur T_ROT der Normalzustand wieder erreicht ist und alle Einschränkungen zurückgenommen werden.

Die vorstehende Möglichkeiten können bevorzugt einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander eingesetzt werden.
Bei einer mathematischen Implementierung sollen die oben angeführten Abschaltkriterien in kurzen regelmäßigen Zeitabständen geprüft werden, um eine schnelle Überhitzung zu erkennen. Dazu ist es notwendig, die komplette Temperaturmatrix nach 1 zu berechnen. Aus diesem Grund kann ein iterativer Ansatz gewählt werden, der nur einfache mathematische Operationen benötigt und somit die Rechenzeit gegenüber einer analytischen Methode verkürzt, welche die Berechnung von Winkelfunktionen und Exponentialfunktionen notwendig macht.
Unter der Annahme, dass die Änderung der Temperatur zwischen zwei iterativen Berechnungen klein ist, ist der iterative Ansatz gleichwertig zum analytischen Ansatz.
Unter Verwendung der Kirchhoffschen Gesetze kann das Problem in kleine Abschnitte zerlegt werden, die je für sich genommen sehr einfach zu programmieren sind.
Nach 2a ist die Stromquelle (Leistungsverlustquelle), die die Verlustleistung PROT = I2·Rel.ROT der Wicklung erzeugt, direkt verbunden mit einem Kondensator (thermische Kapazität) C_ROT, der die thermische Kapazität der Wicklung und der Eisenteile darstellt. Über die Zeit wird alle thermische Energie in dieser Kapazität C_ROT gespeichert, was eine Temperaturerhöhung Δϑ verursacht. Die zugehörige Formel entspricht der oben aufgestellten Formel (1).
2b) zeigt die Verbindung der beiden thermischen Kapazitäten C_ROT und C_HOU. Der Wärmefluss zwischen diesen beiden Kapazitäten C_ROT und C_HOU ist direkt proportional zum Temperaturunterschied Δϑ. Aufgrund der Analogie zwischen den thermischen Vorgängen und dem Ohmschen Gesetz gilt
wobei die elektrische Spannung U der Temperatur T, der elektrische Widerstand R_ROT dem Wärmewiderstand R_ROT und der elektrische Strom I dem Wärmestrom, bzw. proportional zur Wärmeverlustleistung P ist.
Mit dem in 2c) dargestellten Knoten wird der Wärmefluss zwischen dem Gehäuse und der Umgebung berechnet, der Wärmefluss durch den Widerstand R_HOU ist wiederum direkt proportional dem Temperaturunterschied zwischen Gehäuse und Umgebung. Wiederum in Analogie zum ohmschen Gesetz ergibt sich:
Man kann die Formeln (1), (2) und (3) zu zwei Formeln (4) und (5) zusammenfassen und damit wird auch klar, dass die Temperaturen T_ROT und T_HOU der Kapazitäten C_ROT und C_HOU bei jeder iterativen Berechnung gespeichert werden müssen, um im nächsten iterativen Schritt als Eingangsgröße zur Verfügung zu stehen.
Nachfolgend wird das Speichern der nach den Formeln (4) und (5) berechneten Temperaturwerte näher beschrieben. Das Abkühlen eines Motors auf Umgebungstemperatur T braucht relativ lange Zeit, die kombinierte Zeitkonstante τ der zwei thermischen Kapazitäten C_ROT und C_HOU liegt im Bereich vieler Minuten. In modernen Kfz-Systemen wird von den Steuergeräte lieferanten erwartet, dass der Stromverbrauch bei abgeschalteter Zündung praktisch Null ist. Das bedeutet, dass das Steuergerät bei ausgeschalteter Zündung nicht eingeschaltet bleiben darf, um zum Beispiel die Abkühlung unter einen gewissen Wert abzuwarten. Erwartet wird häufig eine Nachlaufdauer von wenigen Sekunden. Das Problem liegt darin, dass bei erneutem Einschalten der Zündung bzw. der Wecken der Steuereinheit, ohne dass eine vollständige Abkühlung erfolgte, die Temperatur der Motoren nicht mehr bekannt ist. Dies kann einerseits zu fehlendem Schutz durch das Temperaturmodell oder mangelhafter Verfügbarkeit führen. Aus diesem Grund werden die absoluten Temperaturen für Rotor und Gehäuse in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und beim Einschalten als Startwerte eingesetzt. Dadurch wird das Temperaturmodell so weiterrechnen als ob zwischen aktuellem und vorherigem Zündungslauf keine Abkühlung stattgefunden hätte, da scheinbar keine Zeit vergangen ist.
Diese Lösung ist geeignet, die Motoren vor Überhitzung zu schützen, setzt aber die Verfügbarkeit in manchen Situationen unerwünscht stark herab, ohne dass die tatsächliche Motortemperatur dies immer notwendig macht, wie dies bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung des Standes der Technik ausgeführt wurde. Zum Beispiel kann es bei einem langen Verkehrsstau vorkommen, dass ein Fahrer nach Aktivierung der Parkbremse den Fahrzeugmotor und Zündung abschaltet und einige Minuten wartet. Danach löst er die Parkbremse, d. h. es wird eine Aktivierung des Motors durchgeführt und fährt ein paar Meter weiter, um nach wenigen Sekunden erneut den Fahrzeugmotor und die Fahrzündung auszuschalten und die Park bremse anzuspannen, d. h. der Elektromotor wird wieder aktiviert. Nach mehreren solchen Betriebszyklen wäre die Abschalttemperatur erreicht und das Fahrzeug könnte nicht mehr betrieben werden. Um derartige Verfügbarkeitsprobleme zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung die Absolutzeit berücksichtigt. Dies kann durch einen in der Steuereinheit des Elektromotors integrierten Uhrbaustein oder durch eine Funkuhr geschehen oder die Absolutzeit wird der Steuereinheit auf andere Weise zur Verfügung gestellt, beispielsweise über ein anderes Steuergerät im Kraftfahrzeug und den CAN-Bus. Die Absolutzeit kann zusammen mit den berechneten Temperaturwerten als Zeitstempel in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt werden. Alternativ ist es möglich, dass die Zeit seit dem Abschalten bzw. Speichern der Temperaturwerte in irgendeiner Art erfasst und der Steuereinheit zur Verfügung gestellt wird.
Um die Umgebungstemperatur als weitere Eingangsgröße des erfindungsgemäßen Temperaturmodells zu verwenden, wird diese über den Fahrzeugbus empfangen, wobei der hierfür eingesetzte Sensor z. B. an der Fahrzeugfront befestigt ist und zum Klimasteuergerät gehört. Wenn dieses Signal nach Einschalten der Zündung oder dem Wecken der Steuereinheit des Elektromotors über Schalter zunächst nicht vorliegt, muss eine Annahme über die Umgebungstemperatur getroffen werden. Dies wird erreicht, indem die gespeicherte (höchste, falls mehrere Aktuatoren existieren) Temperatur des Motorgehäuses als Umgebungstemperatur herangezogen wird. Solange die Umgebungstemperatur nicht verfügbar ist, wird von dieser Starttemperatur ausgehend eine mit der Zeit linear steigende Ersatzumge bungstemperatur berechnet, z. B. 0.5°C pro Sekunde, bis ein Maximum von z. B. 75°C erreicht ist. Sobald die Umgebungstemperatur verfügbar ist, wird sie von diesem Zeitpunkt als solche verwendet. Fällt die Umgebungstemperatur während des laufenden Betriebs aus, so wird entsprechend verfahren.
Die Absolutzeit kann in einem beliebigen Format empfangen werden, aus dem sich eindeutig die Absolutzeit z. B. in Sekunden seit einem bestimmten Tag berechnen lässt. Dieser Wert kann typischerweise in einem 32-Bit-Wert in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt werden. Ein Problem entsteht, wenn das Steuergerät abgeschaltet werden soll. Moderne Fahrzeugkommunikationssysteme sehen ein Netzwerkmanagement vor, bei dem zunächst ein zentrales Steuergerät (z. B. Kombiinstrument) allen angeschlossenen Steuergeräten mitteilt, dass die Buskommunikation einzustellen ist und z. B. nach 10 Sekunden abschalten sollen. Die Steuergeräte können nicht einschlafen, solange die Fahrzeugkommunikation auf dem Bus läuft, da sie durch die Kommunikation wieder aufgeweckt werden würden (CAN-Wakeup). Das heißt, das Fehlen der Absolutzeit auf dem Fahrzeugbus ist in der Praxis ein nicht auszuschließender Fall. Das Steuergerät des Elektromotors befindet sich also im Nachlauf und zu diesem Zeitpunkt sollen die berechneten Temperaturen mit Zeitstempel in den nichtflüchtigen Speicher geschrieben werden. Dies würde dazu führen, dass die ungültige Zeit 0×FFFFFFFF in den nichtflüchtigen Speicher geschrieben würde. Im nächsten Zündungslauf müsste dann aus Gründen der Sicherheit die ungünstigste Annahme getroffen werden, dass keine Zeit und somit auch keine Abkühlung zwischen letztem Speichern und erneutem Wecken vergangen ist.
Daher ist es vorgehsehen, die Absolutzeit durch ein Ersatzsignal, also durch eine Ersatzzeit zu ersetzen. Das Steuergerät des Elektromotors besitzt nur eine relative Zeitinformation, die z. B. durch einen Quarz gebildet wird und nach dem Wecken nicht mit der Absolutzeit verknüpft ist. Die Absolutzeit wird über den Fahrzeugbus empfangen. Die Information wird typischerweise jede Sekunde versandt und daraus kann eine Information gebildet werden, die aussagt, dass die Zeit sich gerade geändert hat. Diese Information kann benutzt werden, um eine Ersatzzeit zu bilden, indem die Absolutzeit entsprechend der relativen Zeit korrigiert wird, falls das absolute Zeitsignal ganz oder zeitweise ausfällt. Somit ist es nicht notwendig, dass die Absolutzeit kontinuierlich zur Verfügung steht, sie muss im Prinzip nur einmal im Zündungslauf empfangen worden sein. Allerdings ist die relative Zeitbasis weniger genau als die Zeitbasis des Kombiinstruments mit seinem Echtzeitmodul, welches womöglich noch über Funkuhr synchronisiert wird. Falls die Absolutzeit vorhanden ist, hat die empfangene Absolutzeit immer Vorrang vor der Ersatzzeit.
Nachfolgend werden Kriterien zum Speichern in den nichtflüchtigen Speicher beschrieben. Da moderne EEPROMs nur eine begrenzte Schreibzyklenzahl zulassen, also dadurch deren Lebensdauer begrenzt ist. Daher muss zur Laufzeit des Programms entschieden werden, ob eine Speicherung notwendig ist. Das wichtigste Kriterium ist die Differenz zwischen der aktuell berechneten Temperatur und der gespeicherten Temperatur. Nur wenn ein Grenzwert der Differenz überschritten wurde, erfolgt eine Speicherung der Temperaturwerte. Dies wird für jede einzelne Temperatur betrachtet (z. B. 2-mal Rotor, 2-mal Gehäuse). Manchmal führt das zu relativ häufigen Schreibzyklen, wenn sich die Temperaturen, z. B. bei einem blockierten Motor, schnell ändern. Deshalb wird die maximale Schreibfrequenz auf z. B. 0,5 Hz begrenzt.
Es gibt einen Sonderfall, bei dem das Speichern ebenfalls durchgeführt wird, auch wenn sich die aktuellen Temperaturen nicht von den gespeicherten unterscheiden. Wenn zuletzt die Absolutzeit unbekannt war, dies im Speicher zum Beispiel mit einem speziell hierfür vorgesehenen Dateninhalt vermerkt ist, und die Absolutzeit dann wieder verfügbar ist.
Nachfolgend wird beschrieben, wie eine Erkennung fehlerhafter Speicherwerte erfolgen kann. Zur Erkennung fehlerhafter bzw. korrupter Daten wird eine Prüfsumme über alle Temperaturen und die Absolutzeit gebildet und im nichtflüchtigen Speicher abgelegt. Beim Auslesen der Daten wird diese Prüfsumme neu berechnet und mit der gespeicherten Prüfsumme verglichen, so dass ein Defekt erkannt werden kann. In diesem Fall werden alle Temperaturen auf hohe Werte knapp unterhalb der Abschaltschwelle gesetzt. Dadurch wird der Fahrer nichts von dem Problem mitbekommen und keinen Unannehmlichkeiten ausgesetzt sein.
Die Wahrscheinlichkeit, dass die Speicherinhalte fehlerhaft sind und außerdem oberhalb der Abschaltschwellen liegen, ist niedrig, jedoch nicht auszuschießen. Noch unwahrscheinlicher ist, dass die Aktuatoren bei der ersten Ansteuerung tatsächlich beschädigt werden, da typischerweise etwas Zeit zwischen der letzten Ansteuerung des Aktuators, dem Abschalten und dem Wecken der Steuereinheit über die Zündung vergeht.
Nachfolgend wird die Berechnung der Temperaturen aus gespeicherten Werten des nichtflüchtigen Speichers beschrieben. Um eine Berechnung der absoluten Motortemperatur nach einer längeren Zeit zu ermöglichen ist der inkrementelle Ansatz möglich, jedoch wegen der hohen notwendigen Zahl von Iterationen und der damit verbundenen Rechenzeit in vielen Fällen nachteilig. Darum werden die unten aufgestellten Formeln verwendet, mit denen eine geschlossene mathematische Lösung der Motorabkühlkurven nach dem vorliegenden Temperaturmodell berechnet werden können. Diese Berechnungen gehen immer von Temperaturunterschieden zur Umgebungstemperatur aus, sind also keine Absoluttemperaturen.
Das hierfür herangezogene Ersatzschaltbild zeigt 3. Demnach ergibt sich ein thermischer Umladevorgang zwischen dem Motor, also den thermischen Kapazitäten C_ROT und C_HOU einerseits und der Umgebung auf das Umgebungstemperaturniveau. Je nach Anfangszustand gibt der Motor thermische Energie an die Umgebung ab oder nimmt thermische Energie von der Umgebung auf. Die Umgebung hat eine unendlich große Wärmekapazität (in 3 nicht dargestellt) und ist daher entscheidend für die Endtemperatur.
Das Temperaturverhalten des thermischen Kreises richtet sich nach den Regeln der Thermodynamik. Der Einfachheit halber wird nachfolgend ein Temperaturmodell gezeigt, welches durch Symbole aus der Elektrotechnik erläutert wird. So lässt sich annehmen, dass ein auf eine bestimmte Spannung aufgeladener Kondensator (4a)) im Ausgleichvorgang einem leeren Kondensator mit einer in Reihe zu diesem geschalteten Spannungsquelle entspricht (4b)).
5a) zeigt das Ersatzschaltbild unter Berücksichtigung der vorstehenden Annahme, wobei die Kapazität C₁ bzw. C₂ der thermischen Kapazität C_ROT bzw. C_HOU entspricht, die Widerstände R₁ bzw. R₂ den Wärmewiderständen R_ROT bzw. R_HOU und die Spannungsquellen U₁₀ und U₂₀ den der Wicklung bzw. dem Gehäuse zugeordneten Wärmequellen. Jetzt liegt eine Schaltung vor, die mittels Superposition berechnet werden kann. Bei der Superposition wird wie im vorliegenden Fall bei Spannungsquellen immer nur der Einfluss einer Quelle auf das System berechnet und anschließend alle Einzelwirkungen überlagert. Da Netzwerke mit Widerständen und Kondensatoren komplexe Berechnungen erfordern, werden die Berechnungen mittels der Laplace-Transformation im Bildbereich gelöst und die Lösung in den Zeitbereich zurücktransformiert.
5b) zeigt den Einfluss der Wärmekapazität des Rotors C₁. Zunächst wird der von C₁ in das System eingeprägte Wärmestrom im Bildbereich berechnet, wobei die Spannungen an den Widerständen R₁ und R₂ mit U_1R1 bzw. mit U_1R2 bezeichnet sind.
5c) zeigt den Einfluss von der Wärmekapazität des Gehäuses C₂. Als nächstes wird der von C₂ in das System einge prägte Wärmestrom im Frequenzbereich berechnet, wobei die Spannungen an den Widerständen R₁ und R₂ mit U_2R1 bzw. mit U_2R2 bezeichnet sind.
Aus der vorzeichenrichtigen Addition der Teilwärmeströme und den sich daraus ergebenden Temperaturabfällen ergeben sich für die Rotor- und Statortemperatur folgende Formeln (6) und (7):
mit den Vereinfachungen:
Die Zeit-Temperatur-Diagramme der 6 a) bis c) zeigen Kurvenverläufe der Funktionen Θ_Rotor(t) und Θ_{hou
sin g}(t), die an Hand der vorstehenden Formeln (6) und (7) berechnet sind.
Die Kurven in den Teilbildern a) bis c) unterscheiden sich in unterschiedlichen Starttemperaturen.
Bei einer langen Abkühlphase des Elektromotors ist es nicht immer vorteilhaft, nach dem Wecken von dessen Steuereinheit bei der Berechnung der ersten Temperaturwerte des Rotors und des Gehäuses immer von den gespeicherten Temperaturwerten auszugehen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, bei einer Ausschaltdauer der Steuereinheit, die kleiner als die x-fache, vorzugsweise fünffache Zeitkonstante der Abkühlung des Motors ist, die gespeicherten Temperaturwerte für die Berechnung der nach der Abkühldauer sich einstellenden Temperaturwerte und ansonsten die Umgebungstemperatur für die Berechnung dieser Temperaturwerte zu verwenden.
Die in dem erfindungsgemäßen Temperaturmodell verwendeten Modell-Parameter, wie C_ROT, C_HOU, R_ROT und R_HOU können experimentell bestimmt werden, indem in geeigneter Weise das thermische System, also bspw. der Elektromotor angeregt und dessen thermische Reaktion hierauf erfasst wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006027174 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Berechnung der Temperatur wenigstens einer Komponente einer mehrere Komponenten aufweisenden elektrischen oder elektronischen Baugruppe, insbesondere eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs, wobei die Baugruppe von einer Steuereinheit gesteuert wird und ein Temperaturmodell vorgegeben wird, welches die thermischen Verhältnisse in der Baugruppe nachbildet und folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: a) Erfassen wenigstens einer elektrischen Größe der Komponente, vorzugsweise des der Komponente zugeführten Stromes, als wenigstens eine Eingangsgröße für das Temperaturmodell, b) Berechnen eines Temperaturwertes wenigstens der einen Komponente auf der Basis der Eingangsgröße, vorzugsweise des Stromes, mittels des Temperaturmodells, c) Speichern des berechneten Temperaturwertes für die mindestens eine Komponente in einem nichtflüchtigen Speicher vor einer zur einer Betriebsunterbrechung der Baugruppe führenden Abschaltung der Steuereinheit, und d) Berechnen eines weiteren Temperaturwertes wenigstens der einen Komponente nach einem Anschalten bzw. Wecken der Steuereinheit mittels des Temperaturmodells gemäß Verfahrensschritt b in Abhängigkeit der Ausschaltdauer der Steuereinheit unter Verwendung des gespeicherten Temperaturwertes als Anfangswert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Speichern des berechneten Temperaturwertes gemäß Verfahrensschritt c die aktuelle Absolutzeit als Zeitinformation gespeichert wird und zum Anschaltzeitpunkt der Steuereinheit aus der aktuellen Absolutzeit und der gespeicherten Absolutzeit die Dauer die Ausschaltdauer ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer der Steuereinheit zur Verfügung stehenden relativen Zeitinformation, die wenigstens ein Mal mit einer Absolutzeit vor einer Betriebsunterbrechung synchronisiert wird, die Ausschaltdauer der Steuereinheit ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Schwellwert vorgegeben wird, der bei Überschreitung durch einen berechneten Temperaturwert den Betrieb der Baugruppe einschränkt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellwert bzw. ein zweiter Schwellwert, der größer als der erste Schwellwert ist, vorgegeben wird, der bei Überschreitung durch einen berechneten Temperaturwert einen Betrieb der Baugruppe verhindert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines Schwellwertes durch einen berechneten Temperaturwert ein Warnsignal und/oder ein Fehlersignal für die Komponente erzeugt werden bzw. erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Unterschreiten einer Rücksetzschwelle für einen berechneten Temperaturwert die Baugruppe uneingeschränkt betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Betriebsphase der Baugruppe bei angeschalteter Steuereinheit nach Verfahrensschritt b in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten Temperaturwerte iterativ berechnet werden, insbesondere in Echtzeit.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speicherung von Temperaturwerten gemäß Verfahrensschritt c nur dann erfolgt, wenn die Differenz aus dem aktuell berechnete Temperaturwert und dem zuletzt gespeicherten Temperaturwert einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherfrequenz auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speicherung von Temperaturwerten gemäß Verfahrensschritt c dann erfolgt, wenn mit dem zuletzt gespeicherten Temperaturwert in fehlerhafter Weise keine Zeitinformation gespeichert wurde und aktuell eine Zeitinfor mation vorliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Eingangsgröße des Temperaturmodells die Umgebungstemperatur der Baugruppe vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungstemperatur entweder mittels eines Sensors erfasst wird oder eine mit dem Temperaturmodell berechnete und gespeicherte Temperatur einer mit der Umgebung der Baugruppe in Kontakt stehenden Komponente als Ersatzgröße für die Umgebungstemperatur verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung fehlerhafter gespeicherter Temperaturwerte eine Prüfsumme aus den gespeicherten Temperaturwerten gebildet und gespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung fehlerhafter gespeicherter Daten eine Prüfsumme sowohl aus den Temperaturwerten als auch den Zeitinformationen gebildet und gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Berechnung des Temperaturwertes nach dem Anschalten bzw. Wecken der Steuereinheit gemäß Verfahrensschritt d ein analytischer Mo dellansatz verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ausschaltdauer der Steuereinheit, die kleiner als die x-fache, vorzugsweise fünffache Zeitkonstante der Abkühlung der Baugruppe ist, der gespeicherte Temperaturwert für die Berechnung des Temperaturwertes und ansonsten die Umgebungstemperatur für die Berechnung des Temperaturwertes verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Elektromotor als vorzugsweise verwendete Baugruppe der Temperaturwert der Motorwicklung als wenigstens eine Komponente berechnet und gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturwert eines Gehäuses als weitere Komponente des Elektromotors berechnet und gespeichert wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe als Elektromotor oder als Generator für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist und zu deren Ansteuerung eine Steuereinheit vorgesehen ist, die mit einem Fahrzeug-Datenbus, bspw. einem CAN-Bus verbunden ist.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19 für elektromechanische Kraftfahrzeugbremsen oder in Steuereinheiten von elektrischen Parkbremsen.