DE102015213169A1

DE102015213169A1 - Verfahren zum Erkennen einer Änderung eines Kühlverhaltens einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102015213169A1
Application number: DE102015213169.6A
Authority: DE
Inventors: Helmut Suelzle; Oliver Dieter Koller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2017-01-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Änderung eines Kühlverhaltens einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators, eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Temperaturänderung (∆T1) eines elektrischen oder elektronischen Bauteils der elektrischen Maschine ermittelt wird, und wobei, wenn die Temperaturänderung (∆T1) von einer Referenz-Temperaturänderung (∆R1, ∆R2) abweicht, auf eine Änderung des Kühlverhaltens der elektrischen Maschine geschlossen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Änderung eines Kühlverhaltens einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Elektrische Maschinen wie bspw. Generatoren in Kraftfahrzeugen weisen in der Regel viele elektrische bzw. elektronische Bauteile auf. Solche Bauteile müssen für einen sicheren und ordnungsgemäßen Betrieb der elektrischen Maschine bspw. eine gute thermische Anbindung aufweisen. Eine solche thermische Anbindung kann bei der Herstellung der elektrischen Maschine überprüft werden. Diese thermische Anbindung beeinflusst dabei u.a. auch das Kühlverhalten der elektrischen Maschine.
Im laufenden Betrieb der elektrischen Maschine kann sich bspw. durch Temperaturwechsel und Verschmutzungen das Kühlverhalten der elektrischen Maschine ändern, insbesondere verschlechtern.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Erkennen einer Änderung eines Kühlverhaltens einer elektrischen Maschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Erkennen einer Änderung eines Kühlverhaltens einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators, eines Kraftfahrzeugs. Dabei wird eine Temperaturänderung eines elektrischen oder elektronischen Bauteils der elektrischen Maschine ermittelt und, wenn die Temperaturänderung von einer Referenz-Temperaturänderung abweicht, wird auf eine Änderung des Kühlverhaltens der elektrischen Maschine geschlossen.
Auf diese Weise kann sehr einfach auf eine Änderung des Kühlverhaltens der elektrischen Maschine geschlossen bzw. eine solche erkannt werden. Insbesondere macht sich die Erfindung dabei zunutze, dass eine veränderte Kühlwirkung der elektrischen Maschine, bspw. in Richtung Motorraum, wenn es sich um eine als Generator verwendete elektrische Maschine handelt, sich auf das Temperaturverhalten der Bauteile in der elektrischen Maschine auswirkt. Wenn auf eine Änderung des Kühlverhaltens geschlossen worden ist, kann dies bspw. einem Fahrer des Kraftfahrzeugs mitgeteilt werden, so dass dieser eine Werkstatt aufsuchen kann. Ebenso kann ein Fehlerspeichereintrag gesetzt werden, so dass beim nächsten Werkstattbesuch die elektrische Maschine überprüft wird. Somit kann auf einfache Weise bspw. ein möglicher Ausfall der elektrischen Maschine verhindert werden.
Vorzugsweise wird auf eine Verschlechterung einer Kühlleistung der elektrischen Maschine geschlossen, wenn die Temperaturänderung einen Temperanstieg, der schneller als bei der Referenz-Temperaturänderung ist, und/oder einen Temperaturabfall, der langsamer als bei der Referenz-Temperaturänderung ist, umfasst. Dabei wird berücksichtigt, dass ein schlechteres Kühlverhalten der elektrischen Maschine eine schlechtere Kühlung der einzelnen Bauteile in der elektrischen Maschine bewirkt, was wiederum eine schnellere Erwärmung bei einer Belastung, insbesondere bei Stromfluss durch das Bauteil, bewirkt. Ebenso kühlt das Bauteil dadurch langsamer ab. Auf diese Weise können verschiedene mögliche Auswirkungen einer Verschlechterung des Kühlverhaltens berücksichtigt werden. Insbesondere können dadurch sowohl bspw. Anlaufphasen der elektrischen Maschine mit Erwärmung als auch Abstellphasen mit Abkühlung berücksichtigt werden.
Vorteilhafterweise umfasst die Temperaturänderung einen oder mehrere Temperatur-Gradienten und/oder einen Temperatur-Verlauf. Mittels eines Temperatur-Gradienten kann bspw. anhand einer kurzzeitigen Messung eine Änderung des Kühlverhaltens erkannt werden. Mittels eines Temperatur-Verlaufs können anhand einer wiederholten oder kontinuierlichen, längeren Messung bspw. auch sehr kleine Änderungen des Kühlverhaltens ermittelt werden.
Es ist von Vorteil, wenn die Referenz-Temperaturänderung mittels eines Modells zum thermischen Verhalten des Bauteils und/oder der elektrischen Maschine ermittelt wird. Dies stellt eine einfache und genaue Möglichkeit dar, eine Referenz-Temperaturänderung zu ermitteln, die zum Vergleich mit einer aktuell ermittelten Temperaturänderung herangezogen werden kann. Durch ein solches Modell und bspw. eine entsprechende Simulation kann bspw. eine ideale bzw. bei optimal arbeitender elektrischer Maschine theoretisch vorliegende Temperaturänderung ermittelt werden. Als Modell kann bspw. ein geeignetes Software-Modell mit entsprechend hinterlegten thermischen Eigenschaften der einzelnen Bauteile verwendet werden. Ebenso ist es aber denkbar, dass Vergleichswerte von einer neuen elektrischen Maschine als Referenz verwendet werden.
Vorzugsweise wird die Referenz-Temperaturänderung unter Berücksichtigung von Betriebsparametern des Bauteils und/oder der elektrischen Maschine, die insbesondere bei der Ermittlung der Temperaturänderung verwendet werden, vorgegeben. Dies ermöglicht eine Erkennung einer Änderung des Kühlverhaltens bei verschiedenen Betriebsbedingungen. Zum anderen kann die Referenz-Temperaturänderung möglichst genau an die aktuell vorherrschenden Betriebsbedingungen angepasst werden.
Alternativ ist es bevorzugt, wenn die Referenz-Temperaturänderung als vorbestimmter Wert oder Verlauf vorgegeben wird. Damit kann einfach auf eine bspw. hinterlegte Referenz-Temperaturänderung zurückgegriffen werden, was Rechenaufwand erspart. Es versteht sich, dass auch mehrere Referenz-Temperaturänderungen hinterlegt sein können, die an unterschiedliche Betriebsparameter angepasst sind. Dann kann jeweils die passende oder zumindest die nächstliegende Referenz-Temperaturänderung verwendet werden.
Vorteilhafterweise wird die Temperaturänderung mittels der elektrischen Maschine zugeordneten Temperaturerfassungsmitteln, die insbesondere Teil eines von der elektrischen Maschine umfassten Reglers sind, ermittelt. Elektrische Maschinen, insbesondere Generatoren, weisen oftmals einen Regler auf, mittels dessen eine Regelung bspw. auf eine vorgegebene Spannung erfolgen kann. Solche Regler weisen oftmals bereits Temperaturerfassungsmittel auf, welche im Rahmen des vorliegenden Verfahrens sehr vorteilhaft verwendet werden können. Zusätzliche Temperaturerfassungsmittel sind dann nicht mehr nötig, aber nicht ausgeschlossen. Sie können dann bspw. für eine genauere Temperaturerfassung verwendet werden.
Es ist von Vorteil, wenn die Ermittlung der Temperaturänderung und/oder ein Vergleich der Temperaturänderung mit der Referenz-Temperaturänderung kontinuierlich während eines Betriebs der elektrischen Maschine und/oder nach wenigstens einem vorbestimmten Ereignis durchgeführt werden. Bei kontinuierlicher Ermittlung können Änderungen des Kühlverhaltens möglichst frühzeitig erkannt werden. Zudem können Änderungen erkannt werden, die sich möglicherweise nicht dauerhaft im Temperaturverlauf des Bauteils bemerkbar machen. Bei ereignisabhängiger Ermittlung kann bspw. ein besonders kennzeichnender Temperaturverlauf berücksichtigt werden, der bspw. einen besonders hohen Gradienten aufweist, bei dem sich eine Änderung des Kühlverhaltens besonders gut bemerkbar macht.
Zweckmäßigerweise umfasst das wenigstens eine vorbestimmte Ereignis einen Start und/oder ein Abschalten des Kraftfahrzeugs und/oder ein Zuschalten und/oder ein Abschalten eines elektrischen Verbrauchers in dem Kraftfahrzeug. Bei diesen Situationen treten zum einen besonders große Temperaturänderungen ein und zum anderen können sie einen gut definierten Verlauf aufweisen, so dass sehr einfach eine Referenz-Temperaturänderung vorgegeben werden kann.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Bei dem Steuergerät kann es sich insbesondere um ein Motorsteuergerät handeln, das zur Ansteuerung der elektrischen Maschine verwendet wird. Ebenso kann es sich bei der Recheneinheit um einen Regler, insbesondere um einen Generatorregler handeln, der der elektrischen Maschine zugeordnet ist. Falls sowohl ein Motorsteuergerät als auch ein Regler vorhanden sind, können bspw. die Ermittlung der Referenz-Temperaturänderung und ein Vergleich zwischen Temperaturänderung und der Referenz-Temperaturänderung getrennt auf dem Motorsteuergerät und dem Regler oder umgekehrt erfolgen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch und vereinfacht eine elektrische Maschine, bei der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.
2 zeigt eine Temperaturänderung mit Referenz-Temperaturänderung, wie sie bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform ermittelt werden kann.
3 zeigt eine Temperaturänderung mit Referenz-Temperaturänderung, wie sie bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ermittelt werden kann.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist schematisch und vereinfacht eine als Generator ausgebildete elektrische Maschine 100 gezeigt, bei der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Der Generator 100 weist dabei einen als Generatorregler ausgebildeten Regler 102 auf. Beispielhaft ist ein elektronisches Bauteil 101, bspw. ein Halbleiterschalter, in dem Generator 100 gezeigt.
Der Generator 100 ist an eine Brennkraftmaschine 110, die in einem Kraftfahrzeug verbaut sein kann, gekoppelt. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 110 wird somit der Generator 100 angetrieben, wobei mittels des Generatorreglers 102 eine Ausgangsspannung des Generators 100 geregelt werden kann, wie sie bspw. für ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt werden kann.
Weiterhin ist eine als Motorsteuergerät 120 ausgebildete Recheneinheit 120 gezeigt, die bspw. zugleich für die Steuerung der Brennkraftmaschine 120 und des Generators 100 vorgesehen und eingerichtet sein kann.
In 2 ist schematisch eine Temperaturänderung mit Referenz-Temperaturänderung, wie sie bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform ermittelt werden kann, dargestellt. Dazu ist eine Temperatur T über einer Zeit t aufgetragen.
Der gezeigte Temperatur-Verlauf T₁ entspricht dabei einem Temperatur-Verlauf, wie er bspw. bei einem Betrieb des Generators mit konstanten Betriebsparametern, d.h. bspw. konstantem Strom und konstanter Drehzahl, auftritt, wobei der Generator bereits eine gewisse Betriebszeit betrieben worden ist. Nach einer solchen Gesamtbetriebszeit treten bspw. Verschmutzungen am oder im Generator auf.
Der Temperaturverlauf T₁ kann bspw. mittels Temperatursensoren, die im Generatorregler vorgesehen sind, ermittelt werden. Vorliegend wird der Temperatur-Verlauf T₁ beginnend bei der Zeit t₀ und der Temperatur T₀ ermittelt.
Der Referenz-Verlauf R₁ hingegen entspricht einem Temperatur-Verlauf, wie er bei denselben Betriebsbedingungen, jedoch bei einem neuen Generator, d.h. ohne eine Verwendung bspw. in einem Kraftfahrzeug über einen gewissen Zeitraum, ermittelt wurde. Ein solcher Referenz-Verlauf kann bspw. bei einem neuen Generator vermessen oder anhand eines Modells ermittelt werden.
Weiterhin ist eine Temperaturänderung ∆T₁ gezeigt, wie sie aus dem Temperatur-Verlauf T₁ ermittelt werden kann. Aus der Temperaturänderung ∆T₁ und der zugehörigen Zeitdifferenz t₁ – t₀ kann bspw. eine Relation zwischen einem Energieeintrag auf das Bauteil und ein entsprechendes Kühlverhalten, d.h. eine Wärmeabfuhr aus dem Bauteil bzw. dem Generator ermittelt werden.
Durch Vergleich mit der zugehörigen Referenz-Temperaturänderung ∆R₁, welche aus dem Referenz-Verlauf R₁ gewonnen werden kann, kann auf eine Änderung des Kühlverhaltens geschlossen werden, da der Energieeintrag auf das Bauteil, der der Temperaturänderung ∆T₁ und der Referenz-Temperaturänderung ∆R₁ entspricht, gleich ist. Die Wärmeabfuhr hingegen weicht, bspw. aufgrund von Verschmutzungen, ab.
Weiterhin sind auch ein Temperatur-Gradient ∆T_1,G und ein zugehöriger Referenz-Gradient R_1,G, wie sie aus dem Temperatur-Verlauf T₁ bzw. dem Referenz-Verlauf R₁ gewonnen werden können, gezeigt. Diese Gradienten entsprechen einer kurzen Temperaturmessung, woraus auch eine Temperaturänderung ermittelt werden kann.
In 3 ist schematisch eine Temperaturänderung mit Referenz-Temperaturänderung, wie sie bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ermittelt werden kann, dargestellt. Dazu ist eine Temperatur T über einer Zeit t aufgetragen.
Der gezeigte Temperatur-Verlauf T₂ entspricht dabei einem Temperatur-Verlauf, wie er bspw. bei einem Betrieb des Generators mit wechselnden Betriebsparametern, d.h. bspw. einem sich ändernden Strom und einer sich ändernder Drehzahl, auftritt, wobei der Generator bereits eine gewisse Betriebszeit betrieben worden ist. Nach einer solchen Gesamtbetriebszeit treten bspw. Verschmutzungen am oder im Generator auf.
Der Temperaturverlauf T₂ kann bspw. mittels Temperatursensoren, die im Generatorregler vorgesehen sind, ermittelt werden. Vorliegend wird der Temperatur-Verlauf T₂ beginnend bei der Zeit t₀ und der Temperatur T₀ ermittelt.
Zu den Zeitpunkten t₂, t₄ und t₆ werden bspw. Änderungen vorgenommen, die eine Reduzierung der Temperatur bzw. des Energieeintrags auf das Bauteil und/oder eine Erhöhung der Wärmeabfuhr bewirken. Dies können bspw. eine Stromreduzierung oder eine Drehzahlerhöhung sein.
Zu den Zeitpunkten t₃, t₅ und t₇ werden bspw. Änderungen vorgenommen, die eine Erhöhung der Temperatur bzw. des Energieeintrags auf das Bauteil und/oder eine Reduzierung der Wärmeabfuhr bewirken. Dies können bspw. eine Stromerhöhung oder eine Drehzahlreduzierung sein.
Der Referenz-Verlauf R₂ hingegen entspricht einem Temperatur-Verlauf, wie er bei denselben Betriebsbedingungen, jedoch bei einem neuen Generator, d.h. ohne eine Verwendung bspw. in einem Kraftfahrzeug über einen gewissen Zeitraum, ermittelt wurde. Ein solcher Referenz-Verlauf kann bspw. unter Berücksichtigung der aktuellen Betriebsbedingungen bzw. Betriebsparameter ermittelt werden.
Weiterhin ist eine Temperaturänderung ∆T₂ gezeigt, wie sie aus dem Temperatur-Verlauf T₂ ermittelt werden kann. Aus der Temperaturänderung ∆T₂ und der zugehörigen Zeitdifferenz t₂ – t₀ kann bspw. eine Relation zwischen einem Energieeintrag auf das Bauteil und ein entsprechendes Kühlverhalten, d.h. eine Wärmeabfuhr durch das Bauteil bzw. des Generators ermittelt werden.
Durch Vergleich mit der zugehörigen Referenz-Temperaturänderung ∆R₂, welche aus dem Referenz-Verlauf R₂ gewonnen werden kann, kann auf eine Änderung des Kühlverhaltens geschlossen werden, da der Energieeintrag in das Bauteil, der Temperaturänderung ∆T₂ und der Referenz-Temperaturänderung ∆R₂ entspricht, gleich ist. Die Wärmeabfuhr hingegen weicht, bspw. aufgrund von Verschmutzungen, ab.
Es versteht sich, dass Temperaturänderungen auch für weitere Abschnitte des Temperatur-Verlaufs T₂ ermittelt werden können. Wird auf eine Änderung des Kühlverhaltens geschlossen, können bspw. Maßnahmen wie eine Reinigung oder ein Tausch angefordert werden.

Claims

Verfahren zum Erkennen einer Änderung eines Kühlverhaltens einer elektrischen Maschine (100), insbesondere eines Generators, eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Temperaturänderung (∆T₁, ∆T₂) eines elektrischen oder elektronischen Bauteils (101) der elektrischen Maschine (100) ermittelt wird, und wobei, wenn die Temperaturänderung (∆T₁, ∆T₂) von einer Referenz-Temperaturänderung (∆R₁, ∆R₂) abweicht, auf eine Änderung des Kühlverhaltens der elektrischen Maschine (100) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei auf eine Verschlechterung einer Kühlleistung der elektrischen Maschine (100) geschlossen wird, wenn die Temperaturänderung (∆T₁, ∆T₂) einen Temperanstieg, der schneller als bei der Referenz-Temperaturänderung (∆R₁, ∆R₂) ist, und/oder einen Temperaturabfall, der langsamer als bei der Referenz-Temperaturänderung (∆R₁, ∆R₂) ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperaturänderung (∆T₁, ∆T₂) mittels Erfassens eines oder mehrerer Temperatur-Gradienten (∆T_1,G) und/oder eines Temperatur-Verlaufs (T₁, T₂) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Referenz-Temperaturänderung (∆R₁, ∆R₂) mittels eines Modells zum thermischen Verhalten des Bauteils (101) und/oder der elektrischen Maschine (100) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Referenz-Temperaturänderung (∆R₁, ∆R₂) unter Berücksichtigung von Betriebsparametern des Bauteils (101) und/oder der elektrischen Maschine (100), die insbesondere bei der Ermittlung der Temperaturänderung verwendet werden, vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Referenz-Temperaturänderung (∆R₁, ∆R₂) als vorbestimmter Wert oder Verlauf vorgegeben wird
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Temperaturänderung (∆T₁, ∆T₂) mittels der elektrischen Maschine zugeordneten Temperaturerfassungsmitteln, die insbesondere Teil eines von der elektrischen Maschine umfassten Reglers (102) sind, ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ermittlung der Temperaturänderung (∆T₁, ∆T₂) und/oder ein Vergleich der Temperaturänderung (∆T₁, ∆T₂) mit der Referenz-Temperaturänderung (∆R₁, ∆R₂) kontinuierlich während eines Betriebs der elektrischen Maschine (100) und/oder nach wenigstens einem vorbestimmten Ereignis durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das wenigstens eine vorbestimmte Ereignis einen Start und/oder ein Abschalten des Kraftfahrzeugs und/oder ein Zuschalten und/oder ein Abschalten eines elektrischen Verbrauchers in dem Kraftfahrzeug umfasst.
Recheneinheit (120), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (120) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (120) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 11.