DE102015216223A1

DE102015216223A1 - Means of transport, arrangement, device and method for determining a time for a prophylactic replacement of an electrical component

Info

Publication number: DE102015216223A1
Application number: DE102015216223.0A
Authority: DE
Inventors: Christoph Krips; Udo Schriever
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2017-03-02
Also published as: CN106487058A

Abstract

Es werden ein Fortbewegungsmittel, eine Anordnung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Ermittlung eines Zeitpunktes für einen prophylaktischen Austausch einer leitfähigen Komponente (3) vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: – Ermitteln eines kontinuierlichen Nutzungsverhaltens der Komponente (3) über der Zeit, – Vergleichen des Nutzungsverhaltens mit einer vordefinierten Referenz und im Ansprechen auf ein vordefiniertes Ergebnis des Vergleiches – Ausgeben eines Signals (8) repräsentierend den Zeitpunkt für den prophylaktischen Austausch.The invention relates to a means of locomotion, an arrangement, a device and a method for determining a point in time for a prophylactic exchange of a conductive component (3). The method comprises the steps of: determining a continuous usage behavior of the component (3) over time, comparing the usage behavior with a predefined reference and in response to a predefined result of the comparison outputting a signal representing the time for the prophylactic Exchange.

Description

Stand der Technik State of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel, eine Anordnung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Ermittlung eines Zeitpunktes für einen prophylaktischen Austausch einer im Betrieb elektrisch leitfähigen Komponente. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Anzeige eines Erfordernisses des prophylaktischen Austausches einer Schmelzsicherung. The present invention relates to a means of locomotion, an arrangement, a device and a method for determining a time for a prophylactic replacement of an electrically conductive component during operation. More particularly, the present invention relates to the indication of a need for prophylactic replacement of a fuse.

Die Elektrifizierung des Personenindividualverkehrs schreitet derzeit rasch voran. Gemäß einem Ansatz werden Hochvolt-Batterien als Energiespeicher in den Fahrzeugen vorgesehen, mittels welcher elektrische Antriebsmaschinen mit elektrischer Energie versorgt werden. Hierbei können im Fehlerfall sehr hohe Ströme (z. B. 4500 A und mehr) durch den Energiespeicher erzeugt werden. Um die Traktionsbordnetze elektrisch abzusichern, werden Sicherungen vorgesehen, welche im Normalfall bereits sehr hohe Ströme zu tragen haben. Häufig werden die Sicherungen in Form von Schmelzsicherungen in Hochvolt-Batterien vorgesehen, welche mit hohem Bemessungs-/Nennstrom dimensioniert werden müssen. Um temporär erlaubte Überströme überstehen zu können, müssen diese Schmelzsicherungen sogar für einen höheren Bemessungs-/Nennstrom dimensioniert werden, als dies bezüglich des Auslöseverhaltens eigentlich wünschenswert ist. Aufgrund der hohen dynamischen Belastung und dem vergleichsweise geringen Abstand zwischen Bemessungs-/Nennstrom und notwendigem Trennstrom werden unter Berücksichtigung fahrzeugspezifischer Randbedingungen über die gesamte Nutzungsphase hohe Anforderungen für eine korrekte Sicherungsauslegung gestellt. Mit anderen Worten besteht ein Zielkonflikt dahingehend, dass die Sicherung temporär erlaubte Überströme mit möglichst geringem Verlustfaktor erlauben, im Fehlerfall jedoch zum Schutze des Traktionsbordnetzes noch höhere Ströme sehr kurzfristig unterbinden soll. Im Stand der Technik werden daher die Sicherungen für den spezifischen Anwendungsfall konstruiert, erprobt und in vergleichsweise kleinen Stückzahlen gefertigt. Die Auswahl der Sicherung erfolgt üblicherweise mit einem höheren Nennstrom, als dies in der Abwesenheit von Alterungsprozessen eigentlich erforderlich wäre, um Alterungsprozesse nicht zum Betriebsrisiko für das Fortbewegungsmittel werden zu lassen. Die Bemessung der Sicherung erfolgt auf Basis der Alterungsprognose, die eine Nutzung der Sicherung über die gesamte spezifizierte Lebensdauer an der Obergrenze der elektrischen Leistungsfähigkeit des Energiespeichers annimmt. Alternativ erfolgt der Tausch der Sicherung nach konservativ (pessimistisch) festgelegten Wartungsintervallen. Diese berücksichtigen eine tatsächlich erfolgte Beanspruchung/Alterung der Sicherung nicht. The electrification of passenger transport is currently progressing rapidly. According to one approach, high-voltage batteries are provided as energy storage in the vehicles, by means of which electric drive machines are supplied with electrical energy. In the event of a fault, very high currents (eg 4500 A and more) can be generated by the energy store. In order to protect the traction systems electrically fuses are provided, which normally have to carry very high currents. Often the fuses are provided in the form of fuses in high-voltage batteries, which must be dimensioned with high rated / rated current. In order to be able to survive temporarily permitted overcurrents, these fuses must even be dimensioned for a higher rated / rated current than is actually desirable with regard to the tripping behavior. Due to the high dynamic load and the comparatively small distance between the rated current and the required separation current, high requirements are made for a correct fuse design, taking into account vehicle-specific boundary conditions throughout the entire usage phase. In other words, there is a conflict of objectives in that the fuse allows temporarily allowed overcurrents with the lowest possible loss factor, but in the event of a fault, to prevent even higher currents at very short notice in order to protect the traction board network. In the prior art, therefore, the fuses are designed for the specific application, tested and manufactured in relatively small numbers. The selection of the fuse usually takes place at a higher rated current than would actually be necessary in the absence of aging processes in order to prevent aging processes becoming an operational risk for the means of transportation. The rating of the fuse is based on the aging forecast, which assumes the use of the fuse over the entire specified life at the upper limit of the electrical performance of the energy storage. Alternatively, the fuse is replaced by conservative (pessimistic) maintenance intervals. These do not take into account actual stress / aging of the fuse.

DE 10 2010 041 998 A1 offenbart ein Verfahren zur Vorhersage der Einsatzfähigkeit eines Relais oder eines Schützes, bei welcher die Alterung bzw. die Klebeprävention anhand eines Temperaturprofils ermittelt wird. Die Alterung der Schütze erfolgt insbesondere durch die Schaltvorgänge, welche nach Häufigkeit und Höhe der geschalteten elektrischen Leistungen Einfluss auf die Alterung der stromführenden Komponenten haben. Entsprechend wird eine Zählung der Schaltvorgänge bzw. eine Ermittlung der jeweils geschalteten Leistungen zur Vorhersage der Einsatzfähigkeit der Komponente vorgeschlagen. DE 10 2010 041 998 A1 discloses a method for predicting the operability of a relay or a contactor, in which the aging or the adhesive prevention is determined based on a temperature profile. The aging of the contactors takes place in particular by the switching operations, which have an influence on the aging of the current-carrying components according to the frequency and level of the switched electrical services. Accordingly, a count of the switching operations or a determination of the respective switched outputs for predicting the operational capability of the component is proposed.

DE 10 2012 215 063 A1 offenbart eine Überwachungsschaltung für ein Schütz, bei welcher ein Alterungszähler mit einer Rückkopplung in eine Überwachungsschaltung eingebunden ist. Auf diese Weise können ein schnelles Altern des Schützes erkannt und eine zu konservative Abschätzung des Alterungszustandes des überwachten Schützes korrigiert werden. DE 10 2012 215 063 A1 discloses a monitoring circuit for a contactor, in which an aging counter is integrated with a feedback in a monitoring circuit. In this way a rapid aging of the contactor can be detected and a too conservative estimate of the aging condition of the monitored contactor can be corrected.

Für dauerhaft stromführende Komponenten wie z. B. Schmelzsicherungen sind die im Stand der Technik bekannten Verfahren nicht bekannt und wären mit unnötig hohen Kosten für die einsatz-/projektspezifische Entwicklung verbunden. Das oben dargestellte Auslegungsverfahren ist hinsichtlich der Dimensionierung weiterer gekoppelter Trennelemente (Package und Kosten) sowie kritischerem Auslöseverhalten bei Kurzschlüssen nachteilig. Die Kosten werden auch bezüglich Wartung und Instandhaltung in die Höhe getrieben, da Wartungsintervalle anhand einer pessimistischen Alterung (intensive Nutzung) der jeweiligen Komponente festgelegt werden, obwohl das konkrete Fahrverhalten des Endkunden mitunter nicht einer solch intensiven Nutzung entspricht. For permanently live components such. As fuses are not known in the prior art methods and would be associated with unnecessarily high costs for the deployment / project-specific development. The design method presented above is disadvantageous with regard to the dimensioning of further coupled separating elements (package and costs) as well as more critical tripping behavior in the event of short circuits. The costs are also increased in terms of maintenance and servicing, since maintenance intervals are determined on the basis of a pessimistic aging (intensive use) of the respective component, although the actual driving behavior of the end customer sometimes does not correspond to such intensive use.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend genannten Nachteile auszuräumen. It is therefore an object of the present invention to overcome the disadvantages mentioned above.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Die vorstehend identifizierte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Ermittlung eines Zeitpunktes für einen prophylaktischen Austausch einer stets elektrisch leitfähigen Komponente gelöst. Die Komponente weist also insbesondere keinen Schalter auf, welcher z. B. als Relais oder als Schütz ausgestaltet sein kann. Zudem ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem prophylaktischen Austausch der Komponente ein solcher Vorgang zu verstehen, bei welchem die Komponente trotz andauernder Funktionsfähigkeit (z. B. alterungsbedingt) ersetzt wird, um eine fortwährende zuverlässige Funktion zu gewährleisten. In einem ersten Schritt wird ein kontinuierliches Nutzungsverhalten der Komponente über der Zeit ermittelt. Unter einem „kontinuierlichen“ Nutzungsverhalten sei im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere die Ermittlung einer Flussgröße und dies bevorzugt unabhängig von der Ermittlung oder Erkennung eines Schaltvorgangs oder einer unstetigen Veränderung einer elektrischen Betriebskenngröße der Komponente verstanden. Selbstverständlich kann das kontinuierliche Nutzungsverhalten durch eine stichprobenartige Ermittlung von Kenngrößen zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermittelt werden. Es ist mit anderen Worten insbesondere also nicht erforderlich, dass eine kontinuierliche Ermittlung des Nutzungsverhaltens erfolgt. Die Ermittlung kann vielmehr zu vordefinierten Zeitpunkten oder beim Erreichen von vordefinierten Grenzwerten der überwachten Kenngröße während des Betriebs der Komponente erfolgen. Insbesondere werden keine Schaltvorgänge oder elektrische Kenngrößen während unstetiger Betriebssituationen gezählt oder als solche gesondert behandelt bzw. integriert. Anschließend wird das Nutzungsverhalten mit einer vordefinierten Referenz verglichen. Da das Nutzungsverhalten einen Alterungsvorgang beeinflussen kann, kann ein dem Nutzungsverhalten zugeordneter Kennwert aus einem Speicher ausgelesen und als vordefinierte Referenz mit dem ermittelten Nutzungsverhalten verglichen werden. Der Referenz kann somit ein Kennwert für einen vordefinierten Alterungszustand zugeordnet sein. Sofern eine vordefinierte Beziehung zwischen dem Nutzungsverhalten und der Referenz ermittelt wird, wird ein Signal repräsentierend den Zeitpunkt für den prophylaktischen Austausch ausgegeben. Die Ausgabe kann insbesondere an den Anwender eines Fortbewegungsmittels, welches die Komponente umfasst, erfolgen. Das Signal kann beispielsweise das Aufsuchen einer Werkstatt, den Ablauf eines Wartungsintervalls o. ä. anzeigen. Alternativ oder zusätzlich kann das Signal einen Fehlerspeichereintrag erzeugen, um im Rahmen einer zukünftigen Inspektion auch die fortschreitend gealterte Komponente zu ersetzen. Im Ergebnis kann die Dimensionierung der Schmelzsicherung stärker am Auslösefall orientiert werden. Zudem können die übrigen Komponenten weniger überdimensioniert ausgelegt werden. Der vorzeitige Ausfall des Antriebsstrangs, umfassend die Komponente, kann hingegen dadurch vermieden werden, dass eine tatsächliche Alterung der Komponente ermittelt und ihr ggf. erforderlicher Austausch rechtzeitig angezeigt wird. The object identified above is achieved by a method for determining a point in time for a prophylactic exchange of an always electrically conductive component. The component therefore has in particular no switch, which z. B. can be configured as a relay or as a contactor. In addition, in the context of the present invention, a prophylactic replacement of the component is to be understood as meaning a process in which the component is replaced despite ongoing functioning (for example due to aging) in order to ensure continuous reliable function. In one First step, a continuous usage behavior of the component over time is determined. In the context of the present invention, a "continuous" usage behavior is understood as meaning, in particular, the determination of a flow variable and this preferably independently of the determination or recognition of a switching process or a discontinuous change in an electrical operating parameter of the component. Of course, the continuous usage behavior can be determined by a random determination of parameters at different times. In other words, in particular, it is not necessary in particular for a continuous determination of the usage behavior to take place. The determination can rather take place at predefined times or when predefined limit values of the monitored parameter are reached during the operation of the component. In particular, no switching operations or electrical parameters are counted during unsteady operating situations or treated separately or integrated as such. Then the usage behavior is compared with a predefined reference. Since the usage behavior can influence an aging process, a characteristic value assigned to the usage behavior can be read from a memory and compared with the determined usage behavior as a predefined reference. The reference can thus be assigned a characteristic value for a predefined aging state. If a predefined relationship between the usage behavior and the reference is determined, a signal representing the time for the prophylactic exchange is output. The output can be made, in particular, to the user of a means of transportation which comprises the component. The signal can indicate, for example, the search for a workshop, the expiration of a maintenance interval or the like. Alternatively or additionally, the signal may generate a fault memory entry to replace the progressively aged component as part of a future inspection. As a result, the dimensioning of the fuse can be oriented more strongly to the triggering case. In addition, the other components can be designed less oversized. The premature failure of the drive train, comprising the component, however, can be avoided by determining an actual aging of the component and its possibly required replacement is displayed in a timely manner.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. The dependent claims show preferred developments of the invention.

Das Nutzungsverhalten kann beispielsweise eine Strombelastung der Komponente kennzeichnen. Mit anderen Worten können von der Komponente geführte Stromstärken über der Zeit ermittelt und entsprechend einer vordefinierten Vorschrift aufsummiert werden. Die Vorschrift definiert hierbei das (Ab)Nutzungsverhalten der Komponente aufgrund der Strombelastung. Entsprechend kann die Temperatur der Komponente oder eine mit der Temperatur der Komponente korrespondierende Temperatur ermittelt und zur Erkennung des Alterungszustandes verwendet werden. Insbesondere eine Betrachtung sowohl der geführten elektrischen Energie als auch der Temperaturbelastung kann den tatsächlichen Alterungszustand der Komponente weitgehend exakt abbilden. Es können auch andere die von der Komponente transportierte elektrische Energie repräsentierende Größen ermittelt werden. Beispielsweise kann in Kenntnis eines elektrischen Widerstandes eine Spannungsmessung dazu verwendet werden, Wärmeentwicklung und Strombelastung der Komponente zu ermitteln. Die Ermittlung des Nutzungsverhaltens kann über mehrere Betriebszyklen und darüber hinaus über deutlich längere Zeiträume erfolgen. Insbesondere startet die Ermittlung des Nutzungsverhaltens unmittelbar nach der erstmaligen Inbetriebnahme eines erfindungsgemäß ausgestalteten Fortbewegungsmittels und endet mit der Ausgabe des Signals oder mit dem tatsächlichen Austausch der Komponente bzw. einem vom Wartungspersonal initiierten Rücksetzen des Intervalls zur Ermittlung des Nutzungsverhaltens. Es können also mehrere Tage und/oder Wochen und/oder Monate und/oder Jahre vergehen, bis das erfindungsgemäß ermittelte Nutzungsverhalten in vordefinierter Weise zur Referenz steht und das vorgeschlagene Signal ausgegeben wird. The usage behavior may, for example, characterize a current load of the component. In other words, current levels conducted by the component can be determined over time and added up according to a predefined specification. The regulation defines the (Ab) usage behavior of the component due to the current load. Accordingly, the temperature of the component or a temperature corresponding to the temperature of the component can be determined and used to detect the state of aging. In particular, a consideration of both the guided electrical energy and the temperature load can reflect the actual aging state of the component largely exactly. Other quantities representing the electrical energy transported by the component can also be determined. For example, in the knowledge of an electrical resistance, a voltage measurement can be used to determine the heat development and current load of the component. The determination of the usage behavior can take place over several operating cycles and beyond over significantly longer periods of time. In particular, the determination of the usage behavior starts immediately after the initial startup of a means of transport configured according to the invention and ends with the output of the signal or with the actual replacement of the component or a reset of the interval initiated by the maintenance personnel to determine the usage behavior. It can therefore take several days and / or weeks and / or months and / or years, until the inventively determined usage behavior is in a predefined way for reference and the proposed signal is output.

Die Referenz kann beispielsweise in Form eines Kennfeldes abgespeichert sein, welches einen Alterungsprozess der Komponente in Abhängigkeit des Nutzungsverhaltens repräsentiert. Insbesondere kann in dem Kennfeld die Alterung quadratisch von einem durch die Komponente geführten Strom abhängen. Der Strom bzw. dessen Quadrat kann bevorzugt integriert werden, um eine dem Alterungszustand proportionale Kenngröße für das Nutzungsverhalten zu ermitteln. Auch die Temperatur kann in dem Kennfeld berücksichtigt werden. Insbesondere kann auch die Temperatur quadratisch Einfluss auf die Kenngröße des Nutzungsverhaltens haben. The reference can be stored, for example, in the form of a characteristic map, which represents an aging process of the component as a function of the usage behavior. In particular, aging in the map may depend quadratically on a current conducted by the component. The stream or its square can preferably be integrated in order to determine a parameter of the usage behavior that is proportional to the state of aging. The temperature can also be taken into account in the map. In particular, the temperature can also have a quadratic influence on the characteristic of the usage behavior.

Die Komponente kann beispielsweise eine Sicherung (z. B. eine Schmelzsicherung) sein, welche im bestimmungsgemäßen Betrieb durch elektrische Energie zum Antreiben eines Fortbewegungsmittels durchflossen wird, die z.B. Ströme im Bereich bis 500 Ampere und Kurzschlussströme bis zu 10.000 Ampere mit sich bringt. Alternativ oder zusätzlich kann die Komponente zur Absicherung eines Traktionsnetzes eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels eingerichtet sein. Die von diesen Komponenten geführten elektrischen Energien lassen die Komponenten vergleichsweise schnell altern, sodass ein erfindungsgemäßer Ersatz der Komponente im Ansprechen auf das ausgegebene Signal einerseits zu einer hohen Betriebssicherheit, andererseits zu einer den tatsächlichen Erfordernissen besser entsprechenden Auslegung der Bauteile des Traktionsbordnetzes führen kann. The component can be, for example, a fuse (eg a fuse), which, when operated as intended, is traversed by electrical energy for driving a means of locomotion, which brings, for example, currents in the range of up to 500 amperes and short-circuit currents of up to 10,000 amps. Alternatively or additionally, the component can be set up to secure a traction network of an electrically drivable means of locomotion. The electrical energies conducted by these components allow the components to age comparatively quickly, so that a replacement according to the invention of the Component in response to the output signal on the one hand to a high reliability, on the other hand can lead to the actual requirements better corresponding design of the components of the traction power supply.

Das Signal kann beispielsweise in einen normalen Betriebszustand der Komponente bzw. des Fortbewegungsmittels auch ohne außergewöhnliche Beanspruchung ausgegeben werden. Mit anderen Worten wird das Signal nicht in einem solchen Zustand ausgegeben, in welchem ein Ausfall besonders wahrscheinlich ist, sich ankündigt oder gar bereits erfolgt ist. Vielmehr wird das Signal insbesondere dann ausgegeben, wenn es den adressierten Anwender nicht wesentlich von wichtigen oder gar sicherheitsrelevanten Tätigkeiten ablenkt. Wie oben beschrieben kann das Signal auch zum Anlegen eines Fehlerspeichereintrages führen, welcher selbst nicht unmittelbar vom Anwender, sondern erst von einem ggf. hinzugezogenen Wartungspersonal erkannt wird. The signal can be output, for example, in a normal operating state of the component or the means of locomotion even without extraordinary stress. In other words, the signal is not output in such a state in which a failure is particularly likely, announcing or even already occurred. Rather, the signal is output especially if it does not significantly distract the addressed user from important or even safety-relevant activities. As described above, the signal can also lead to the creation of a fault memory entry, which itself is not recognized directly by the user, but only by a possibly consulted maintenance personnel.

In einer Ausprägung der vorliegenden Erfindung wird also eine Ermittlung einer Restlebensdauerprognose anhand von Messdaten (insbesondere Strom und Temperatur), die im Betrieb für andere Funktionen des Batteriemanagementsystems (BMS) bereits gesammelt werden, vorgeschlagen, sodass die HV-Sicherung im Rahmen des Wartungskonzepts des Fahrzeugs zum spätestmöglichen Zeitpunkt gewechselt werden kann, ohne dass es zu unnötigen Auslösern bzw. Ausfällen der Komponente kommt. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht allgemein den Einsatz von kleiner dimensionierten (und somit günstigeren und weniger massebehafteten) Hochvolt-Komponenten. Die auf diese Weise erzielte belastungsgerechte Wartung verhindert kundenerlebbare Ausfälle, ohne unnötige Kosten zu erzeugen. In one embodiment of the present invention, a determination of a residual life prognosis based on measurement data (in particular, current and temperature) that are already collected during operation for other functions of the battery management system (BMS) is proposed, so that the HV fuse is part of the maintenance concept of the vehicle can be changed at the latest possible time, without causing unnecessary triggers or failures of the component. The proposed method generally allows the use of smaller sized (and thus cheaper and less bulky) high voltage components. The load-based maintenance achieved in this way prevents customer-perceived failures without generating unnecessary costs.

Hierzu kann das BMS Strom und ggf. relevante Temperaturdaten verwenden, um anhand eines Abnutzungsmodells der betreffenden Hochvolt-Komponente die Restlebensdauer der Komponente zu ermitteln. Für die hier betrachtete Hochvolt-Schmelzsicherung werden hierdurch quasi die Bemessungs-/Nennströme und Temperatureinflüsse nutzungsspezifisch auf das entsprechende Schmelzintegral angewandt. Unterschreitet die prognostizierte Restlebensdauer einen im Rahmen des Wartungskonzepts festgelegten Wert, wird der Endkunde zum Besuch der Werkstatt aufgefordert. Dort kann die betroffene Komponente zu einem geeigneten Zeitpunkt getauscht werden. Auf diese Weise wird ein Auslösen der Sicherung bzw. ein Ausfall der Komponente im Fahrbetrieb bzw. zu einem für den Anwender besonders ungünstigen Zeitpunkt vermieden. For this purpose, the BMS can use current and possibly relevant temperature data in order to determine the remaining service life of the component based on a wear model of the relevant high-voltage component. For the high-voltage fuse considered here, the rated / rated currents and temperature influences are thus applied to the corresponding melt integral, depending on the specific use. If the predicted remaining service life falls below a value determined in the context of the maintenance concept, the end customer is requested to visit the workshop. There the affected component can be exchanged at a suitable time. In this way, a triggering of the fuse or a failure of the component while driving or at a particularly unfavorable for the user time is avoided.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Zeitpunktes für einen prophylaktischen Austausch einer elektrischen und/oder elektronischen Komponente vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst eine Ermittlungseinheit, welche zum Ermitteln eines Nutzungsverhaltens der Komponente über der Zeit eingerichtet ist. Die Ermittlungseinheit kann beispielsweise ein Thermometer und/oder einen Stromsensor und/oder einen Spannungssensor umfassen und somit auch als Erfassungseinheit verstanden werden. Weiter umfasst die Vorrichtung eine Auswerteeinheit (z. B. ein Mikrocontroller, ein programmierbarer Prozessor, ein Nanocontroller o. ä.), welche zum Vergleichen des Nutzungsverhaltens mit einer vordefinierten Referenz eingerichtet ist. Hierzu kann die Auswerteeinheit informationstechnisch mit einem Datenspeicher verbunden sein, welcher die Referenz sowie Instruktionen zur Ausführung des Verfahrens gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt bereithält. Eine Ausgabeeinheit ist eingerichtet, im Ansprechen auf ein vordefiniertes Ergebnis des von der Auswerteeinheit durchgeführten Vergleiches ein Signal repräsentierend den Zeitpunkt für den prophylaktischen Austausch auszugeben. Die Ausgabeeinheit kann hierzu beispielsweise eine Anzeigeeinrichtung (z. B. ein Bildschirm, ein Head-up-Display o. ä.) und/oder einen Lautsprecher umfassen. Selbstverständlich kann die Ausgabeeinheit auch eine Drahtlosschnittstelle zur Kommunikation mit einem Drahtlosanwenderendgerät aufweisen, mittels dessen das erfindungsgemäß vorgesehene Signal dem Anwender präsentiert werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Ausgabeeinheit informationstechnisch mit einem Fehlerspeicher gekoppelt werden, welcher im Ansprechen auf das erfindungsgemäß vorgeschlagene Signal einen korrespondierenden Fehlerspeichereintrag erhält. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung eingerichtet, die Schritte eines Verfahrens gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt auszuführen, weshalb sich die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile in entsprechender Weise ergeben, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. According to a second aspect of the present invention, a device for determining a time for a prophylactic replacement of an electrical and / or electronic component is proposed. The device comprises a determination unit, which is set up to determine a usage behavior of the component over time. The determination unit may include, for example, a thermometer and / or a current sensor and / or a voltage sensor and thus also be understood as a detection unit. Furthermore, the device comprises an evaluation unit (eg a microcontroller, a programmable processor, a nanocontroller or the like), which is set up to compare the usage behavior with a predefined reference. For this purpose, the evaluation unit may be connected in terms of information technology to a data memory which holds the reference as well as instructions for carrying out the method according to the first-mentioned aspect of the invention. An output unit is arranged, in response to a predefined result of the comparison performed by the evaluation unit, to output a signal representing the time for the prophylactic exchange. For this purpose, the output unit can for example comprise a display device (eg a screen, a head-up display or the like) and / or a loudspeaker. Of course, the output unit can also have a wireless interface for communication with a wireless user terminal, by means of which the signal provided according to the invention can be presented to the user. Alternatively or additionally, the output unit can be coupled in terms of information technology with an error memory, which receives a corresponding error memory entry in response to the signal proposed according to the invention. In this way, the device according to the invention is set up to carry out the steps of a method according to the first-mentioned aspect of the invention, so that the features, feature combinations and the advantages resulting from these result in a corresponding manner, so that reference is made to avoid repetition of the above statements.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung vorgeschlagen, welche eine Vorrichtung gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt und eine durch die Vorrichtung überwachte Komponente (z. B. eine Sicherung, insbesondere eine Schmelzsicherung) umfasst. Die Anordnung kann für die Verwendung und/oder Absicherung in einem Traktionsbordnetz eines Fortbewegungsmittels vorgesehen sein. According to a third aspect of the present invention, an arrangement is proposed which comprises a device according to the second-named aspect of the invention and a component monitored by the device (eg a fuse, in particular a fuse). The arrangement may be provided for use and / or protection in a traction vehicle network of a means of transportation.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel (z. B. ein Pkw, ein Transporter, ein Lkw, ein Motorrad, ein Luft- und/oder Wasserfahrzeug) vorgeschlagen, welche eine Vorrichtung gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt und alternativ oder zusätzlich eine Anordnung gemäß dem drittgenannten Erfindungsaspekt umfasst. Auch die beiden letztgenannten Erfindungsaspekte verwirklichen die Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile entsprechend den erstgenannten Erfindungsaspekten. According to a fourth aspect of the present invention, there is proposed a means of transportation (eg a car, a van, a truck, a motorcycle, an aircraft and / or water vehicle), which device according to the second-mentioned aspect of the invention and alternatively or additionally Arrangement according to the third aspect of the invention comprises. The last two aspects of the invention also realize the features, combinations of features and advantages according to the first aspect of the invention.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist: Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:

1 eine schematische Ansicht von Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung; 1 a schematic view of components of an embodiment of an electrically powered means of transport according to the invention with an embodiment of an inventive arrangement;

2 eine Detailansicht auf Komponenten eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung; und 2 a detailed view of components of an embodiment of an inventive arrangement; and

3 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Zeitpunktes für einen prophylaktischen Austausch einer stets elektrisch leitfähigen Komponente. 3 a flowchart illustrating steps of an embodiment of a method according to the invention for determining a time for a prophylactic replacement of an always electrically conductive component.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt einen Pkw 10 als Fortbewegungsmittel, welcher über ein Traktionsbordnetz 12 als erfindungsgemäße Anordnung verfügt. Das Traktionsbordnetz 12 weist eine elektrische Antriebsmaschine 1 auf, welche aus einem elektrochemischen Energiespeicher 2 mit Traktionsenergie versorgt wird. 1 shows a car 10 as a means of transport, which via a traction board network 12 as an inventive arrangement has. The traction board network 12 has an electric drive machine 1 on which from an electrochemical energy storage 2 supplied with traction energy.

2 zeigt Komponenten eines in 1 übersichtsartig gezeigten Traktionsbordnetzes 12, dessen elektrochemischer Energiespeicher 2 um Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erweitert worden ist, welche sämtlich in einem Gehäuse 13 des elektrochemischen Energiespeichers 2 untergebracht sind. Um die Energieströme zwischen Zellen 14 und der elektrischen Antriebsmaschine 1 gegen zu hohe Ströme abzusichern, ist eine Schmelzsicherung 3 als elektrische Komponente vorgesehen, welche im Ansprechen auf eine vordefinierte Trennstromstärke die elektrische Verbindung unterbrechen soll. Da die Schmelzsicherung 3 naturgemäß einem Alterungsprozess unterlegen ist, welcher die Stromtragfähigkeit und Trennstromhöhe über der Zeit absinken lässt, sind ein Temperatursensor 9 und ein Stromsensor 11 einer Ermittlungseinrichtung informationstechnisch mit einem elektronischen Steuergerät in Form eines Batteriemanagementsystems (BMS) 4 als Auswerteeinheit verbunden. Das BMS 4 ist informationstechnisch mit einem Lautsprecher 7 verknüpft, über welches es Tonsignale 8 ausgeben kann. Als weiteres Element der Ausgabeeinheit ist ein Bildschirm 6 vorgesehen, welcher ebenfalls informationstechnisch mit dem elektronischen Steuergerät 4 verbunden ist. Ein Datenspeicher 5 ist informationstechnisch mit dem elektronischen Steuergerät 4 verbunden und hält eine Referenz zur Beurteilung des Nutzungsverhaltens und Instruktionen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereit. 2 shows components of a 1 Surprisingly shown traction board network 12 , whose electrochemical energy storage 2 has been extended to components of a device according to the invention, all in a housing 13 of the electrochemical energy store 2 are housed. To the energy flows between cells 14 and the electric drive machine 1 to protect against excessive currents, is a fuse 3 provided as an electrical component which is intended to interrupt the electrical connection in response to a predefined separation current intensity. Because the fuse 3 is naturally inferior to an aging process, which allows the current carrying capacity and separation current level to decrease over time are a temperature sensor 9 and a current sensor 11 a determination device with regard to information technology with an electronic control device in the form of a battery management system (BMS) 4 connected as evaluation unit. The BMS 4 is information technology with a loudspeaker 7 linked, over which there are sound signals 8th can spend. Another element of the output unit is a screen 6 provided, which also information technology with the electronic control unit 4 connected is. A data store 5 is information technology with the electronic control unit 4 and provides a reference for assessing the usage behavior and instructions for carrying out the method according to the invention.

3 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Zeitpunktes für einen prophylaktischen Austausch einer stets elektrisch leitfähigen Komponente. In Schritt 100 wird ein kontinuierliches Nutzungsverhalten der Komponente in Form eines Stromflusses zumindest in denjenigen Zeitpunkten ermittelt, in welchen ein die Komponente umfassendes Fahrzeug betrieben wird. Zusätzlich wird die betriebsbedingte Temperaturerhöhung der Komponente ermittelt und bei der Ermittlung des Nutzungsverhaltens berücksichtigt. In Schritt 200 wird das Nutzungsverhalten mit einer vordefinierten Referenz aus einem Datenspeicher verglichen und im Ansprechen auf ein vordefiniertes Ergebnis des Vergleiches, insbesondere ein Erreichen eines durch die Referenz gekennzeichneten Schwellenwertes in Schritt 300 ein Signal repräsentierend den Zeitpunkt für den prophylaktischen Austausch mittels eines Lautsprechers und eines Bildschirms ausgegeben. Überdies wird im Datenspeicher ein Fehlereintrag hinterlegt, welcher die Komponente und einen empfohlenen Austauschzeitpunkt nennt. Auf diese Weise können die in einem erfindungsgemäßen Traktionsbordnetz enthaltenen Komponenten derart ausgelegt werden, dass sie besser mit einer tatsächlichen Beanspruchung durch den Betrieb des Bordnetzes korrespondieren. Unnötiges Gewicht, unnötige Kosten und beim Betrieb eines erfindungsgemäß ausgestatteten Fortbewegungsmittels unnötiger Energieverbrauch kann somit vermieden werden. Überdies können die Wartungskosten (Inspektion etc.) verringert werden, da die Komponente lediglich erforderlichenfalls ausgetauscht wird. 3 shows steps of an embodiment of a method according to the invention for determining a time for a prophylactic replacement of an always electrically conductive component. In step 100 a continuous usage behavior of the component is determined in the form of a current flow at least in those times in which a vehicle comprising the component is operated. In addition, the operational temperature increase of the component is determined and taken into account in the determination of the usage behavior. In step 200 the usage behavior is compared with a predefined reference from a data store and, in response to a predefined result of the comparison, in particular reaching a threshold value indicated by the reference in step 300 a signal representing the timing for the prophylactic exchange output by means of a speaker and a screen. Moreover, an error entry is filed in the data memory, which names the component and a recommended replacement time. In this way, the components contained in a traction power supply according to the invention can be designed such that they correspond better with an actual load through the operation of the electrical system. Unnecessary weight, unnecessary costs and the operation of a vehicle equipped according to the invention unnecessary energy consumption can thus be avoided. Moreover, the maintenance costs (inspection, etc.) can be reduced since the component is replaced only when necessary.

Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird. Although the aspects and advantageous embodiments of the invention have been described in detail with reference to the embodiments explained in connection with the accompanying drawings, modifications and combinations of features of the illustrated embodiments are possible for the skilled person, without departing from the scope of the present invention, the scope of protection the appended claims are defined.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Elektrische Antriebsmaschine Electric drive machine
22: Elektrochemischer Energiespeicher Electrochemical energy storage
33: Schmelzsicherung fuse
44: BMS BMS
55: Datenspeicher data storage
66: Bildschirm screen
77: Lautsprecher speaker
88th: Tonsignal sound
99: Temperatursensor temperature sensor
10 10: Pkw car
11 11: Stromsensor current sensor
12 12: Traktionsbordnetz Traction vehicle electrical system
13 13: Gehäuse casing
14 14: Elektrochemische Zellen Electrochemical cells
100–300 100-300: Verfahrensschritte steps

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010041998 A1 [0003]
DE 102012215063 A1 [0004]

Claims

Method for determining a time for a prophylactic replacement of an always electrically conductive component ( 3 ) comprising the steps of: - determining ( 100 ) of a continuous use behavior of the component ( 3 ) over time, - comparing ( 200 ) of the usage behavior with a predefined reference and in response to a predefined result of the comparison - outputting ( 300 ) of a signal ( 8th ) representing the time for the prophylactic exchange.

Method according to claim 1, wherein the usage behavior - a current load and / or - a temperature load and / or - a to the component ( 3 ) transported electrical energy proportional size of the component ( 3 ) describes.

Method according to claim 1 or 2, wherein the usage behavior is analyzed over a plurality of operating cycles, in particular over several days and / or weeks and / or months and / or years, and / or during operation of the component. 3 ) is determined at regular intervals and compared with the reference.

Method according to one of the preceding claims, wherein the reference describes a characteristic diagram which describes an aging process of the component ( 3 ) depending on the usage behavior.

Method according to one of the preceding claims, wherein the component ( 3 ) - a fuse, in particular a fuse, is and / or - to protect a traction network ( 12 ) of an electrically driven means of transportation ( 10 ) is set up.

Method according to one of the preceding claims, wherein the signal ( 8th ) in a normal operating state of the component ( 3 ) is issued without extraordinary use.

Method according to one of the preceding claims, wherein the signal ( 8th ) to a user of a means of transportation ( 10 ) is output.

Device for determining a point in time for a prophylactic replacement of an electrical and / or electronic component ( 3 ) comprising: a determination unit ( 9 . 11 ) which determine the use behavior of the component ( 3 ) is set up over time, - an evaluation unit ( 4 ), which is set up for comparing the usage behavior with a predefined reference, and - an output unit ( 6 . 7 ) which is set up, in response to a predefined result of the comparison, a signal ( 8th ) representing the timing of the prophylactic replacement.

Arrangement comprising - a device according to claim 8 and - a component monitored by the device ( 3 ), in particular a fuse.

Means of transport comprising - An apparatus according to claim 8 and / or - An arrangement according to claim 9.