DE102016106361A1

DE102016106361A1 - Ermitteln der lebensdauer einer schmelzsicherung in einem schmelzsicherungssystem

Info

Publication number: DE102016106361A1
Application number: DE102016106361.4A
Authority: DE
Inventors: Yue Fan; Salah Chamlal; Shital Patel; Rashed S. Rabaa; Andrew C. Baughman
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-04-08
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2016-10-13
Also published as: US20160299186A1; US9851393B2; CN106054018A; CN106054018B

Abstract

Ein Schmelzsicherungssystem enthält ein Schmelzsicherungselement, das ausgestaltet ist, um einen Strom aufzunehmen. Ein Controller ist mit dem Schmelzsicherungselement wirksam verbunden und er weist einen Prozessor und einen konkreten, nicht vorübergehenden Speicher auf, in dem Anweisungen aufgezeichnet sind, um ein Verfahren zum Ermitteln einer Restlebensdauer (LR) der Schmelzsicherung des Schmelzsicherungselements auszuführen. Das Ausführen der Anweisungen durch den Prozessor veranlasst, dass der Controller eine Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements ermittelt. Das Schmelzsicherungssystem kann Teil eines Fahrzeugs sein. Der Controller kann ausgestaltet sein, um festzustellen, ob die Restlebensdauer der Schmelzsicherung unter ersten und zweiten Schwellenwert liegt. Wenn die Restlebensdauer der Schmelzsicherung über dem zweiten Schwellenwert liegt, kann eine erste Meldung an einer Fahrzeuganzeige angezeigt werden. Wenn die Restlebensdauer der Schmelzsicherung unter dem zweiten Schwellenwert liegt, kann das Fahrzeug in einen vordefinierten alternativen Betriebsmodus umgeschaltet werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung betrifft allgemein das Ermitteln der Lebensdauer einer Schmelzsicherung für ein Schmelzsicherungselement und insbesondere das Ermitteln der Restlebensdauer einer Schmelzsicherung in einem Fahrzeug.
HINTERGRUND
Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Brennstoffzellenfahrzeuge und viele andere Arten von Fahrzeugen verwenden Batteriestapel als Quelle für elektrische Energie zum Antreiben der Fahrzeuge. Diese Fahrzeuge verwenden ein Schmelzsicherungssystem, um eine automatische Unterbrechung der Leistung in dem Fall eines übermäßigen Stromflusses bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Schmelzsicherungssystem enthält ein Schmelzsicherungselement, das zur Aufnahme eines Stroms ausgestaltet ist. Ein Controller ist mit dem Schmelzsicherungselement wirksam verbunden und er weist einen Prozessor und einen konkreten, nicht vorübergehenden Speicher auf, in welchem Anweisungen aufgezeichnet sind, um ein Verfahren zum Ermitteln einer Restlebensdauer (L) einer Schmelzsicherung des Schmelzsicherungselements auszuführen. Das Ausführen der Anweisungen durch den Prozessor veranlasst, dass der Controller mindestens eine Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements ermittelt. Die Restlebensdauer (L) der Schmelzsicherung und die Temperatur (T) variieren über die Zeit t.
Das Ermitteln der Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements kann umfassen, dass: der Strom (I), der von dem Schmelzsicherungselement aufgenommen wird, ermittelt wird; und der Strom (I) zumindest teilweise auf der Grundlage eines Widerstands (R) und einer Wärmekapazität (C_P) des Schmelzsicherungselements, einer Umgebungstemperatur (T_A) und anderer Faktoren in die Temperatur (T) umgewandelt wird.
Ein oder mehrere Temperatursensoren können mit jeweiligen Zonen des Schmelzsicherungselements wirksam verbunden sein und ausgestaltet sein, um jeweilige Temperaturlesewerte für die jeweiligen Zonen bereitzustellen. Das Ermitteln der Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements kann umfassen, dass: die jeweiligen Temperaturlesewerte von dem einen oder den mehreren Temperatursensoren beschafft werden; die Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements als ein gewichteter Mittelwert der jeweiligen Temperaturlesewerte beschafft wird.
Der Controller kann mehrere Werte der Temperatur (T) beschaffen und er kann einen gewichteten Wert der Temperatur (T) unter Verwendung jeweiliger Gewichtungsfaktoren beschaffen. Der Controller kann ausgestaltet sein, um die Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements in einen Belastungswert (S) umzuwandeln. Der Controller kann ausgestaltet sein, um den Belastungswert (S) in eine verbrauchte Lebensdauer (U) der Schmelzsicherung umzuwandeln. Der Controller kann ausgestaltet sein, um die verbrauchte Lebensdauer (U) der Schmelzsicherung in die Restlebensdauer (L) der Schmelzsicherung umzuwandeln.
Zu einem Anfangszeitpunkt von einem ersten Weckzyklus aus kann der Controller deaktiviert sein und dann nach einer Zeitdauer (t₀) mit ausgeschaltetem Schlüssel von dem Anfangszeitpunkt aus aktiviert werden. Der Controller kann ausgestaltet sein, um ein letztes bekanntes Temperaturdelta des Schmelzsicherungselements zu beschaffen, wobei das letzte bekannte Temperaturdelta die letzte bekannte Temperaturdifferenz von dem ersten Weckzyklus aus zwischen dem Schmelzsicherungselement und der Umgebungstemperatur ist. Der Controller kann ausgestaltet sein, um einen Korrekturfaktor (CF) zumindest teilweise auf der Grundlage der Zeitdauer (t₀) mit ausgeschaltetem Schlüssel und einer vordefinierten Konstante (τ) zu ermitteln. Der Korrekturfaktor (CF) kann als der Exponent aus dem Negativen der Zeitdauer (t₀) mit ausgeschaltetem Schlüssel dividiert durch eine vordefinierte Konstante (τ) definiert sein [CF = e^(–t0/τ)].
Das Schmelzsicherungssystem kann Teil eines Fahrzeugs sein. Das Fahrzeug kann mindestens eine Batteriekomponente enthalten, die ausgestaltet ist, um Energie zu speichern, und die mit dem Schmelzsicherungselement wirksam verbunden ist. Der Controller kann ausgestaltet sein, um festzustellen, ob die Restlebensdauer der Schmelzsicherung unter einem ersten Schwellenwert liegt. Wenn die Restlebensdauer unter dem ersten Schwellenwert liegt, stellt der Controller fest, ob die Restlebensdauer der Schmelzsicherung unter einem zweiten Schwellenwert liegt. In einem Beispiel beträgt der erste Schwellenwert 20% Restlebensdauer und der zweite Schwellenwert 5% Restlebensdauer.
Wenn die Restlebensdauer der Schmelzsicherung über dem zweiten Schwellenwert (und unter dem ersten Schwellenwert) liegt, kann eine erste Meldung an der Fahrzeuganzeige angezeigt werden. Wenn die Restlebensdauer unter dem zweiten Schwellenwert liegt, kann das Fahrzeug in einen vordefinierten alternativen Betriebsmodus umgeschaltet werden. Der vordefinierte alternative Betriebsmodus ist ausgestaltet, um den Strom zu begrenzen, der von dem Schmelzsicherungselement aufgenommen wird.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Offenbarung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische fragmentarische Ansicht eines Fahrzeugs, das ein Schmelzsicherungselement aufweist;
2 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Ermitteln einer Restlebensdauer einer Schmelzsicherung für das Schmelzsicherungselement von 1;
3 ist ein Beispiel für eine graphische Darstellung, die in dem Verfahren von 2 verwendet werden kann, welche Belastungswerte auf der y-Achse über der Zeit auf der x-Achse zeigt; und
4 ist ein Beispiel für eine graphische Darstellung, die in dem Verfahren von 2 verwendet werden kann, welche Ausfallzyklen auf der y-Achse über Belastungswerten auf der x-Achse zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die Figuren, bei denen gleiche Bezugszeichen in den mehreren Ansichten gleiche oder ähnliche Komponenten bezeichnen, zeigt 1 ein Fahrzeug 10 mit einem Batteriesystem 12. Das Batteriesystem 12 enthält ein Schmelzsicherungselement 14, das mit mindestens einer Batteriekomponente wirksam verbunden ist, die ausgestaltet ist, um die elektrische Energie zu speichern, die zum Betreiben des Fahrzeugs 10 verwendet werden kann. In der gezeigten Ausführungsform ist das Schmelzsicherungselement 14 mit ersten und zweiten Batteriekomponenten 16, 18 wirksam verbunden. Es ist jedoch zu verstehen, dass eine beliebige Anzahl von Batteriekomponenten verwendet werden kann.
Mit Bezug auf 1 kann das Schmelzsicherungselement 14 zwischen elektrischen Anschlüssen 20, 21 montiert sein und es kann durch ein (nicht gezeigtes) Gehäuse eingeschlossen sein. Das Schmelzsicherungselement 14 kann in Reihe angeordnet sein, um sämtlichen Strom zu befördern, der durch die Schaltung hindurchläuft. Der Stromfluss kann mit Hilfe einer Strommessvorrichtung 22, etwa mit einem Amperemeter, oder mit anderen Verfahren gemessen werden. In der gezeigten Ausführungsform erzeugt der Widerstand des Schmelzsicherungselements 14 aufgrund des Stromflusses Wärme. Wenn ein Strom fließt, der einen vordefinierten Wert überschreitet, wird die Temperatur des Schmelzsicherungselements 14 auf eine höhere Temperatur erhöht und es kann direkt schmelzen oder eine andere Komponente indirekt schmelzen, wodurch die Schaltung unterbrochen wird. Jede Art von Schmelzsicherungselement, die eine beliebige Art von Mechanismus verwendet, der dem Fachmann bekannt ist, kann verwendet werden.
Mit Bezug auf 1 kann das Fahrzeug 10 eine Leistungswandleranordnung 24, eine Brennkraftmaschine 26 und einen Elektromotor/Generator 28 enthalten. Ein Controller 30 ist mit dem Batteriesystem 12 und mit verschiedenen anderen Komponenten des Fahrzeugs 10 wirksam verbunden.
Mit Bezug auf 1 weist der Controller 30 einen Prozessor 32 und einen konkreten, nicht vorübergehenden Speicher 34 auf, in dem Anweisungen aufgezeichnet sind, um ein Verfahren 100, das nachstehend mit Bezug auf 2 beschrieben ist, zur Ermittlung einer Restlebensdauer (L) einer Schmelzsicherung des Schmelzsicherungselements 14 auszuführen. Der Controller 30 kann ein integraler Abschnitt von anderen Steuerungsmodulen des Fahrzeugs 10 sein, etwa des Kraftmaschinensteuerungsmoduls, oder ein separates Modul sein, das mit diesem wirksam verbunden ist. Das Fahrzeug 10 kann ein beliebiges Personen- oder Nutzfahrzeug sein, etwa ein Hybridelektrofahrzeug, welches ein Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeug, ein Elektrofahrzeug mit vergrößerter Reichweite, Brennstoffzellenfahrzeuge oder andere Fahrzeuge umfasst. Das Fahrzeug 10 kann viele verschiedene Formen annehmen und viele und/oder alternative Komponenten und Fähigkeiten enthalten. Zwar ist in den Figuren ein beispielhaftes Fahrzeug gezeigt, jedoch sind die in den Figuren dargestellten Komponenten nicht als Einschränkung gedacht. In der Tat können zusätzliche oder alternative Komponenten und/oder Implementierungen verwendet werden.
Das Schmelzsicherungselement 14 kann eine oder mehrere Zonen enthalten, jede mit einem jeweiligen Temperatursensor. In der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, enthält das Schmelzsicherungselement 14 erste und zweite Zonen 40, 42, jedoch versteht es sich, dass eine beliebige Anzahl von Zonen verwendet werden kann. Ein erster Zonentemperatursensor 44 ist mit der ersten Zone 40 wirksam verbunden und ausgestaltet, um ein erstes Zonentemperatursignal (T_M1) zu erzeugen. Ein zweiter Zonentemperatursensor 46 ist mit der zweiten Zone 42 wirksam verbunden und ausgestaltet, um ein zweites Zonentemperatursignal (T_M2) zu erzeugen. Mit Bezug auf 1 ist ein Umgebungstemperatursensor 48 mit dem Controller 30 wirksam verbunden.
Mit Bezug nun auf 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 gezeigt, das in dem Controller 30 von 1 gespeichert ist und von diesem ausgeführt werden kann. Das Verfahren 100 wird nachstehend mit Bezug auf 1–4 beschrieben. Das Verfahren 100 wird verwendet, um die Restlebensdauer (L) einer Schmelzsicherung des Schmelzsicherungselements 14 zu ermitteln. Das Verfahren 100 muss nicht in der hier angegebenen speziellen Reihenfolge angewendet werden.
In der Figur bezeichnen J und N ”Ja” bzw. ”Nein”. Darüber hinaus versteht es sich, dass einige Schritte beseitigt werden können.
Mit Bezug auf 2 kann das Verfahren 100 mit Schritt 102 beginnen, bei dem der Controller 30 ermittelt, ob er sich gerade initialisiert (was in 2 als ”C_I” angezeigt ist) oder nach einem Schlafzyklus des Controllers ”aufwacht”. Das Verfahren 100 kann eine Variable des gemerkten Zustands oder einen Merker verwenden, um Schritt 102 zu implementieren, so dass der Merker bei einer Initialisierung als ”wahr” gesetzt wird und ansonsten als ”falsch” gesetzt wird. Der Controller 30 kann deaktiviert werden, wenn das Fahrzeug 10 durch einen Schlüssel ausgeschaltet wird und er kann initialisiert werden, wenn das Fahrzeug 10 durch einen Schlüssel eingeschaltet wird.
Wenn sich der Controller 30 gerade nicht initialisiert, geht das Verfahren 100 zu Schritt 104 weiter, wie durch Linie 103 angezeigt ist. Der Controller 30 ist ausgestaltet, um in Schritt 104 die Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements zu ermitteln. Schritt 104 kann durch Teilschritt 105 alleine, durch Teilschritt 106 alleine oder durch eine Kombination der Teilschritte 105 und 106 bewerkstelligt werden.
Teilschritt 105 umfasst, dass der Strom (I), der durch das Schmelzsicherungselement 14 aufgenommen wird, mit Hilfe der Strommessvorrichtung ermittelt wird, und dass dann der Strom (I) in die Temperatur (T) umgewandelt wird. Der Strom (I) wird zumindest teilweise auf der Grundlage eines Widerstands (R) und einer Wärmekapazität (C_P) des Schmelzsicherungselements 14, einer letzten bekannten Temperatur (T_L), eines Wärmeübertragungskoeffizienten k und einer Umgebungstemperatur (T_A) in die Temperatur (T) umgewandelt. In einer Ausführungsform ist die Temperatur (T) definiert als: T(t) = ∫ t / 0(I²(t)·R – k(T_L – T_A))dt/C_P.
Hier repräsentiert k einen Wärmeübertragungskoeffizienten zum Berechnen der Wärme, die an die Umgebungstemperatur verlorengeht. Der Wärmeübertragungskoeffizient k kann für ein spezielles System unter Verwendung von Berechnungen oder einer Nachschlagetabelle erzeugt werden. In einem Beispiel wird angenommen, dass der Wärmeübertragungskoeffizient k eine Konstante ist und er wird auf der Grundlage der vertikalen und horizontalen Oberfläche des Schmelzsicherungselements 14, der allgemeinen Form des (nicht gezeigten) Gehäuses, in dem sich das Schmelzsicherungselement 14 befindet, der Oberflächentemperatur des Schmelzsicherungselements 14 und anderer Faktoren berechnet. Das Schmelzsicherungselement 14 kann in viele Oberflächen unterteilt sein, die jeweils ihre eigene Oberflächentemperatur und ihren eigenen Wärmeübertragungskoeffizienten aufweisen. Bei einem anderen Beispiel wird angenommen, dass der Wärmeübertragungskoeffizient k auf der Grundlage des Grads einer Temperaturdifferenz zwischen der Oberflächentemperatur des Schmelzsicherungselements 14 und der Umgebungstemperatur (T_A) variiert. In diesem Fall kann der Wärmeübertragungskoeffizient k in der Form einer Nachschlagetabelle oder in der Form einer Gleichung vorliegen. Das Verfahren 100 kann mehrere Wärmeübertragungskoeffizienten für die Temperaturapproximierung enthalten, etwa einem Wärmeübertragungskoeffizienten, der auf die Körpertemperatur der Schmelzsicherung statt direkt auf das Schmelzsicherungselement 14 angewendet wird. Zusätzliche Koeffizienten können direkt auf das Schmelzsicherungselement 14 angewendet werden, um die Wärme zu approximieren, die von den Elementen in das Material hineinfließt, welches verwendet wird, um den Leerraum zwischen den Elementen und in dem Schmelzsicherungskörper/in Kupferkabeln (nicht gezeigt) zu füllen.
Mit Bezug auf 2 umfasst Teilschritt 106 das Beschaffen der jeweiligen Temperaturlesewerte (T_M1, T_M2) aus der ersten und zweiten Zone 40, 42 (durch Temperatursensoren 44, 46); und das Beschaffen der Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements 14 als gewichteter Mittelwert der jeweiligen Temperaturlesewerte mit jeweiligen Gewichtungsfaktoren (V₁, V₂), so dass [T = V₁·T_M1 + V₂·T_M2]. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann das Schmelzsicherungselement 14 eine beliebige Anzahl von Zonen und entsprechenden Temperatursensoren enthalten.
Der Controller 30 kann Schritt 104 wiederholen, um mehrere Werte der Temperatur zu beschaffen, und in Schritt 108 einen gewichteten Wert (der mit jeweiligen Gewichtungsfaktoren beschafft wird) der Temperatur (T) verwenden. In einem Beispiel wiederholt der Controller 30 Schritt 104 zweimal und verwendet den Mittelwert der Temperatur (T = 0,5T₁ + 0,5T₂) in Schritt 108, wodurch eine robustere Ermittlung bereitgestellt wird. Der Controller 30 ist ausgestaltet, um in Schritt 108 von 2 die Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements in einen Belastungswert (S) umzuwandeln. Der Controller 30 kann eine Nachschlagetabelle von Temperatur zu Belastung verwenden, um den Temperaturwert (T) in den Belastungswert (S) umzuwandeln. Die Tabelle von Temperatur zu Belastung kann für ein spezielles Schmelzsicherungselement 14 erzeugt werden, indem eine Analyse mit finiten Elementen und die physikalischen Eigenschaften der Materialien innerhalb des Schmelzsicherungselements 14 verwendet werden. 3 veranschaulicht ein Beispiel für eine graphische Darstellung 200, welche Belastungswerte über die Zeit für das Schmelzsicherungselement 14 zeigt. In 3 repräsentiert die x-Achse die Zeit (t) und die y-Achse repräsentiert Belastungswerte (S). Ein Abschnitt 202 repräsentiert einen Erwärmungszyklus, während ein Abschnitt 204 einen Kühlungszyklus repräsentiert. Mit Bezug auf 3 können die Belastungswerte bei Zeitpunkten t₁, t₂ und t₃ 10%, 5% bzw. 15% betragen. Die in 3–4 dargestellten Zahlen wurden für Veranschaulichungszwecke gewählt.
Der Controller 30 ausgestaltet, um in Schritt 110 von 2 den Belastungswert (S) in eine verbrauchte Lebensdauer (U) der Schmelzsicherung umzuwandeln. Die verbrauchte Lebensdauer [U(t)] der Schmelzsicherung kann als der Prozentsatz der Lebensdauer der Schmelzsicherung definiert sein, die zu einem Zeitpunkt t aufgebraucht ist; folglich ist die verbrauchte Lebensdauer der Schmelzsicherung zum Zeitpunkt t = 0 (U(0) = 0). Der Controller 30 kann eine Nachschlagetabelle, Gleichungen, eine graphische Darstellung von Belastung zu Lebensdauer oder eine Kombination daraus und andere Elemente verwenden, um den Belastungswert in die verbrauchte Lebensdauer der Schmelzsicherung umzuwandeln. Andere Verfahren können verwendet werden.
4 veranschaulicht ein Beispiel für eine graphische Darstellung 300 einer Belastungslebensdauer, die in Schritt 110 verwendet werden kann. Die x-Achse in 4 repräsentiert einen Belastungswert (S) und die y-Achse repräsentiert Zyklen bis zu einem Ausfall (C). mit Bezug auf 4 entsprechen Belastungswerte von 5%, 10% und 15% 500, 200 bzw. 100 Zyklen bis zum Ausfall. Die graphische Darstellung der Belastungslebensdauer kann für einen speziellen Schmelzsicherungstyp in einer Testumgebung erzeugt werden, indem ein jeweiliges Muster wiederholten Belastungs-Lastamplituden unterzogen wird, bis es ausfällt. Das repräsentative Muster kann so gewählt sein, dass es die gleiche Zusammensetzung, die gleiche Wärmebehandlung, die gleichen Phasen und die gleichen Herstellungstechniken wie das Schmelzsicherungselement 14 aufweist. Die Temperatur des Musters kann variiert werden.
Die verbrauchte Lebensdauer (U) der Schmelzsicherung zum Zeitpunkt (t_n) kann als der Absolutwert der Differenz der Kehrwerte der Zyklen bis zum Ausfall zu Zeitpunkten (t_n) und (t_n-1) definiert sein (im nachstehenden Beispiel veranschaulicht): U(t_n) = |1/C(t_n) – 1/C(t_n-1)|.
Der Controller 30 ist ausgestaltet, um in Schritt 112 von 2 die verbrauchte Lebensdauer (U) der Schmelzsicherung in die Restlebensdauer (L) der Schmelzsicherung umzuwandeln. Die Restlebensdauer [L(t)] der Schmelzsicherung kann als der Prozentsatz der Lebensdauer der Schmelzsicherung definiert sein, der zum Zeitpunkt t übrig ist. Die Restlebensdauer (L) der Schmelzsicherung zum Zeitpunkt (t_n) kann definiert sein als (in dem nachstehenden Beispiel veranschaulicht): L(t_n) = L(t_n-1) – U(t_n).
Hier wird ein numerisches nicht einschränkendes Beispiel auf der Grundlage von 3–4 präsentiert. Wie vorstehend mit Bezug auf 3 erwähnt wurde, betragen die Belastungswerte bei den Zeitpunkten t₁, t₂ und t₃ 10%, 5% bzw. 15%. Wie vorstehend mit Bezug auf 4 erwähnt wurde, entsprechen die Belastungswerte von 5%, 10% und 15% 500, 200 bzw. 100 Zyklen bis zum Ausfall. Die verbrauchte Lebensdauer der Schmelzsicherung und die Restlebensdauer der Schmelzsicherung zum Zeitpunkt t₁ können wie folgt berechnet werden: U(t₁) = |1/C(10% Belastung)| = 1/(200 Zyklen bis zum Ausfall) = 0,5%. L(t₁) = L(t₀) – U(t₁) = 100% – 0,5% = 99,5%
Die verbrauchte Lebensdauer der Schmelzsicherung und die Restlebensdauer der Schmelzsicherung zum Zeitpunkt t₂ können wie folgt berechnet werden: U(t₂) = |1/C(5% Belastung) – 1/C(10% Belastung)| = |1/(500 Zyklen bis zum Ausfall) – 1 ((200 Zyklen bis zum Ausfall)| = |0,2% – 0,5%)| = 0,3%. L(t₂) = L(t₁) – U(t₂) = 99.5% – 0.3% = 99.2%.
Die verbrauchte Lebensdauer der Schmelzsicherung und die Restlebensdauer der Schmelzsicherung zum Zeitpunkt t₃ können wie folgt berechnet werden: U(t₃) = |1/C(15% Belastung) – 1/C(5% Belastung)| = |1/(100 Zyklen bis zum Ausfall) – 1/(500 Zyklen bis zum Ausfall)| = |1% – 0,2%)| = 0,8%. L(t₃) = L(t₂) – U(t₃) = 99,2% – 0,8% = 98,4%.
Der Controller 30 ist ausgestaltet, um in Schritt 114 festzustellen, ob die Restlebensdauer der Schmelzsicherung unter einem ersten Schwellenwert liegt (L < X). In einem Beispiel beträgt der erste Schwellenwert 20% Restlebensdauer. Wenn die Restlebensdauer (L) der Schmelzsicherung unter dem ersten Schwellenwert liegt, geht das Verfahren 100 zu Schritt 116 weiter. Wenn die Restlebensdauer (L) der Schmelzsicherung über dem ersten Schwellenwert liegt, kann das Verfahren 100 zu Schritt 104 zurückspringen.
Der Controller 30 ist ausgestaltet, um in Schritt 116 von Fig. festzustellen, ob die Restlebensdauer der Schmelzsicherung unter einem zweiten Schwellenwert liegt (L < Y). In einem Beispiel beträgt der zweite Schwellenwert 5% Restlebensdauer. Wenn die Restlebensdauer (L) der Schmelzsicherung über dem zweiten Schwellenwert liegt, geht das Verfahren 100 zu Schritt 118 weiter, bei dem der Controller 30 ausgestaltet ist, um eine erste Meldung oder Erinnerung (die in 2 als ”R” angezeigt ist) an einer Fahrzeuganzeige 50 anzuzeigen, die in 1 gezeigt ist, welche übermittelt, dass die Restlebensdauer (L) der Schmelzsicherung unter einem bestimmten Niveau liegt. Die Fahrzeuganzeige 50 kann ein Fahrerinformationszentrum in dem (nicht gezeigten) Armaturenbrett sein, welches ein Schmelzsicherungserinnerungssymbol enthalten kann, das aufleuchtet. Die Fahrzeuganzeige 50 kann ein Bildschirm auf dem Armaturenbrett (nicht gezeigt) sein. Die Fahrzeuganzeige 50 kann ein Heads-Up-Display sein, das von einer (nicht gezeigten) Windschutzscheibe des (nicht gezeigten) Fahrzeugs 10 reflektiert wird. Zusätzlich kann die erste Meldung eine Sprachwarnung und/oder einen hörbaren Klingelton umfassen. Von Schritt 118 kann das Verfahren 100 zu Schritt 104 zurückspringen.
Wenn die Restlebensdauer der Schmelzsicherung unter dem zweiten Schwellenwert liegt, geht das Verfahren 100 zu Schritt 120 weiter, wobei der Controller 30 ausgestaltet ist, um in einen vordefinierten alternativen Betriebsmodus umzuschalten (der in 2 als ”A” angezeigt ist). Der vordefinierte alternative Betriebsmodus ist ausgestaltet, um den Strom zu begrenzen, der von dem Schmelzsicherungselement 14 aufgenommen wird. Dies verhindert eine Belastung des Schmelzsicherungselements 14. Folglich kann der vordefinierte alternative Betriebsmodus eine große Beschleunigung des Fahrzeugs 10 verhindern.
Die Restlebensdauer (L) der Schmelzsicherung kann in einen Kilometerzähler umgewandelt werden, der spezifisch für ein spezielles Fahrzeug/einen speziellen Fahrer ist, z. B. eine Kilometerrestlebensdauer (M) der Schmelzsicherung. Wenn beispielsweise eine Restlebensdauer der Schmelzsicherung von 50% (L = 50%) für ein erstes Fahrzeug/einen ersten Fahrer bei einem Tachometerlesewert von 16.000 Kilometer (10.000 Meilen) aufgetreten ist, würde dies anzeigen, dass dem ersten Fahrzeug/dem ersten Fahrer eine Restlebensdauer der Schmelzsicherung 16.000 Kilometer (10.000 Meilen) übrigbleibt. Wenn 50% der Restlebensdauer der Schmelzsicherung (L = 50%) für ein zweites Fahrzeug/einen zweiten Fahrer bei einem Tachometerlesewert von 32.000 Kilometer (20.000 Meilen) aufgetreten ist, würde dies anzeigen, dass dem zweiten Fahrzeug/dem zweiten Fahrer eine Restlebensdauer der Schmelzsicherung von 32.000 Kilometer/20.000 Meilen (M = 32.000 Kilometer) übrig bleibt.
Wieder mit Bezug auf Schritt 102 kann das Verfahren 100, wenn sich der Controller 30 gerade initialisiert, zu Schritt 122 weitergehen, wie durch Linie 121 angezeigt ist. Der Controller 30 ist ausgestaltet, um in Schritt 122 von 2 das letzte bekannte Temperaturdelta (ΔT¹) des Schmelzsicherungselements 14 zu beschaffen, d. h. die letzte berechnete oder bekannte Temperaturdifferenz zwischen dem Schmelzsicherungselement 14 und der Umgebungstemperatur im Umfeld von dem vorherigen Weckzyklus des Controllers 30. Wenn sich der Controller schlafenlegt oder er deaktiviert wird, wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Schmelzsicherungselement 14 und der Umgebungstemperatur im Umfeld über den Schlafzyklus hinweg festgehalten, um zu berechnen, wieviel Wärme beim nächsten Weckzyklus des Controllers abzuführen ist.
Der Controller 30 ist ausgestaltet, um in Schritt 124 von 2 einen Korrekturfaktor (CF) zu ermitteln, der einen Wärmeverlust des Schmelzsicherungselements 14 während des Schlafzyklus des Controllers 30 berücksichtigt. Der Controller 30 wird deaktiviert, wenn das Fahrzeug mit dem Schlüssel ausgeschaltet wird, und er wird initialisiert, wenn das Fahrzeug 10 mit dem Schlüssel eingeschaltet wird. Jedoch fährt das Schmelzsicherungselement 14 während des Schlafzyklus damit fort, Wärme hinaus an die Umgebungstemperatur abzugeben, und folglich wird ein Korrekturfaktor (CF) benötigt, um diesen Wärmeverlust zu berücksichtigen. Die Rate des Wärmeverlusts ist proportional zu der Temperaturdifferenz zwischen dem Schmelzsicherungselement 14 und der Umgebungstemperatur im Umfeld, welche hier als das ”Temperaturdelta” bezeichnet wird. Das Temperaturdelta (ΔT = T_L – T_A) wurde im vorstehenden Teilschritt 105 verwendet, um den Strom (I) in die Temperatur (T) umzuwandeln. Die Temperatur (T), die in jedem Zyklus von Schritt 104 von 2 beschafft wird, kann als die letzte bekannte Temperatur (T_L) gespeichert werden.
Das korrigierte Temperaturdelta (ΔT) des Schmelzsicherungselements 14 ist als ein Produkt aus dem letzten bekannten Temperaturdelta (ΔT¹) des Schmelzsicherungselements 14 multipliziert mit dem Korrekturfaktor (CF) definiert. Der Korrekturfaktor (CF) beruht zumindest teilweise auf der Zeitdauer (t₀) mit ausgeschaltetem Schlüssel und einer vordefinierten Konstante (τ). In der gezeigten Ausführungsform ist der Korrekturfaktor (CF) als der Exponent des Negativen der Zeitdauer (t₀) mit ausgeschaltetem Schlüssel dividiert durch eine vordefinierte Konstante (τ) definiert [CF = e^(–t0/τ)], wobei e die Eulersche Zahl ist. Folglich kann das korrigierte Temperaturdelta (ΔT) definiert werden als (wobei T_L ¹ die nicht korrigierte letzte bekannte Temperatur ist und T_A ¹ die nicht korrigierte Umgebungstemperatur ist): (ΔT) = (ΔT¹)·CF = (T_L ¹ – T_A ¹)·e^(–t0/τ).
Die Zeitkonstante t₀ kann berechnet werden, indem der Temperaturabfall des Schmelzsicherungselements 14 nach dem Ausschalten mit dem Schlüssel gemessen wird und die Funktion [e^(–t0/τ)] an die gemessenen Ergebnisse angepasst wird. In einem anderen Beispiel wird die Zeitkonstante t₀ anstelle von physikalischen Temperaturmessungen unter Verwendung der Temperaturkapazität, des Temperaturwiderstands, der Oberfläche und eines Wärmeübertragungskoeffizienten berechnet, um eine angenäherte Temperatur zu berechnen. Alternativ kann die Zeitkonstante t₀ berechnet werden, indem 2D/3D-Simulationen der Temperatur und/oder Berechnungen der Fluiddynamik anstelle von physikalischen Temperaturmesswerten verwendet werden.
Wie vorstehend erwähnt wurde, kann der Controller 30 von 1 eine Berechnungsvorrichtung enthalten, die ein Betriebssystem oder einen Prozessor 32 und einen Speicher 34 zum Speichern und Ausführen von computerausführbaren Anweisungen verwendet. Von einem Computer ausführbare Anweisungen können aus Computerprogrammen kompiliert oder interpretiert werden, die unter Verwendung einer Vielfalt von Programmiersprachen und/oder Technologien erzeugt wurden, welche ohne Einschränkung entweder für sich alleine oder in Kombination Java^TM, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl usw. umfassen. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor 32 (z. B. ein Mikroprozessor) Anweisungen, beispielsweise aus einem Speicher, einem computerlesbaren Medium usw. und führt diese Anweisungen aus, wodurch ein oder mehrere Prozesse ausgeführt werden, welche einen oder mehrere der hier beschriebenen Prozesse umfassen. Diese Anweisungen und andere Daten können unter Verwendung einer Vielfalt computerlesbarer Medien gespeichert und übertragen werden.
Ein computerlesbares Medium (das auch als prozessorlesbares Medium bezeichnet wird) enthält ein nicht vorübergehendes (z. B. konkretes) Medium, das am Bereitstellen von Daten (z. B. Anweisungen) beteiligt ist, die von einem Computer gelesen werden können (z. B. von einem Prozessor eines Computers). Ein derartiges Medium kann viele Formen annehmen, welche umfassen, aber nicht beschränkt sind auf nichtflüchtige Medien und flüchtige Medien. Nichtflüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Platten und anderen persistenten Speicher umfassen. Flüchtige Medien können beispielsweise einen dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) umfassen, der einen Hauptspeicher bilden kann. Diese Anweisungen können durch ein oder mehrere Übertragungsmedien übertragen werden, welche Koaxialkabel, Kupferdraht und Glasfasern umfassen, welche die Drähte umfassen, die einen Systembus bilden, der mit einem Prozessor eines Computers gekoppelt ist. Einige Arten von computerlesbaren Medien umfassen beispielsweise eine Diskette, eine flexible Platte, eine Festplatte, ein Magnetband, ein beliebiges anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, eine DVD, ein beliebiges anderes optisches Medium, Lochkarten, Lochstreifen, ein beliebiges anderes physikalisches Medium mit Lochmustern, ein RAM, ein PROM, ein EPROM, ein FLASH-EEPROM, einen beliebigen anderen Speicherchip oder Speicherträger oder ein beliebiges anderes Medium, von dem ein Computer lesen kann.
Nachschlagetabellen, Datenbanken, Datenspeicher oder andere Datenspeichermöglichkeiten, die hier beschrieben sind, können verschiedene Arten von Mechanismen zum Speichern, zum Zugreifen auf und zum Holen von verschiedenen Arten von Daten enthalten, welche eine hierarchische Datenbank, einen Satz von Dateien in einem Dateisystem, eine Anwendungsdatenbank in einem proprietären Format, ein relationales Datenbankmanagementsystem (RDBMS) usw. umfassen. Jeder derartige Datenspeicher kann in einer Berechnungsvorrichtung enthalten sein, die ein Computerbetriebssystem verwendet, etwa eines derjenigen, die vorstehend erwähnt sind, und er kann über ein Netzwerk in einer beliebigen oder mehreren einer Vielfalt von Weisen zugänglich sein. Ein Dateisystem kann von einem Computerbetriebssystem aus zugänglich sein und es kann Dateien enthalten, die in verschiedenen Formaten gespeichert sind. Ein RDBMS kann die strukturierte Abfragesprache (SQL) zusätzlich zu einer Sprache zum Erzeugen, Speichern, Editieren und Ausführen gespeicherter Prozeduren verwenden, etwa der vorstehend erwähnten PL/SQL-Sprache.
Die genaue Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, aber der Umfang der Offenbarung wird nur durch die Ansprüche definiert. Obwohl einige der besten Arten und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Offenbarung im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen, um die Offenbarung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, in die Praxis umzusetzen. Darüber hinaus dürfen die Ausführungsformen, die in den Zeichnungen gezeigt sind, oder die Eigenschaften von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen verstanden werden. Stattdessen ist es möglich, dass jede der Eigenschaften, die in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschrieben ist, mit einer oder einer Vielzahl anderer gewünschter Eigenschaften von anderen Ausführungsformen kombiniert wird, was zu weiteren Ausführungsformen führt, die nicht mit Worten oder durch Bezug auf die Zeichnungen beschrieben sind. Folglich fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Umfangs der beigefügten Ansprüche.

Claims

Schmelzsicherungssystem, das umfasst: ein Schmelzsicherungselement, das ausgestaltet ist, um einen Strom aufzunehmen; einen Controller, der mit dem Schmelzsicherungselement wirksam verbunden ist und einen Prozessor und einen konkreten, nicht vorübergehenden Speicher aufweist, in dem Anweisungen zum Ausführen eines Verfahrens zum Ermitteln einer Restlebensdauer (L) der Schmelzsicherung des Schmelzsicherungselements aufgezeichnet sind; und wobei das Ausführen der Anweisungen durch den Prozessor veranlasst, dass der Controller mindestens eine Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements ermittelt.
System nach Anspruch 1, wobei das Schmelzsicherungselement einen Widerstand (R) und eine Wärmekapazität (C_P) definiert, und wobei das Ermitteln der mindestens einen Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements umfasst, dass: ein Strom (I) ermittelt wird, der von dem Schmelzsicherungselement aufgenommen wird; und der Strom (I) zumindest teilweise auf der Grundlage des Widerstands (R) und der Wärmekapazität (C_P) des Schmelzsicherungselements und einer Umgebungstemperatur (T_A) in die mindestens eine Temperatur (T) umgewandelt wird.
System nach Anspruch 1, das ferner umfasst: einen oder mehrere Temperatursensoren, die mit jeweiligen Zonen des Schmelzsicherungselements wirksam verbunden sind und ausgestaltet sind, um jeweilige Temperaturlesewerte für die jeweiligen Zonen bereitzustellen; wobei das Ermitteln der mindestens einen Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements umfasst, dass: die jeweiligen Temperaturlesewerte von dem einen oder den mehreren Temperatursensoren beschafft werden; und die mindestens eine Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements als gewichteter Mittelwert der jeweiligen Temperaturlesewerte beschafft wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Controller ausgestaltet ist, um die mindestens eine Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements in einen Belastungswert (S) umzuwandeln.
System nach Anspruch 4, wobei der Controller ausgestaltet ist, um: den Belastungswert (S) in eine verbrauchte Lebensdauer (U) der Schmelzsicherung umzuwandeln; und die verbrauchte Lebensdauer (U) der Schmelzsicherung in die Restlebensdauer (L) der Schmelzsicherung umzuwandeln.
System nach Anspruch 1, wobei der Controller zu einem anfänglichen Zeitpunkt von einem ersten Weckzyklus aus deaktiviert ist und dann nach einer Zeitdauer (t₀) mit ausgeschaltetem Schlüssel von dem anfänglichen Zeitpunkt aus aktiviert wird; und wobei das Ausführen der Anweisungen durch den Prozessor veranlasst, dass der Controller: ein letztes bekanntes Temperaturdelta des Schmelzsicherungselements beschafft, wobei das letzte bekannte Temperaturdelta die letzte bekannte Temperaturdifferenz von dem ersten Weckzyklus zwischen dem Schmelzsicherungselement und einer Umgebungstemperatur ist; und einen Korrekturfaktor (CF) zumindest teilweise auf der Grundlage der Zeitdauer (t₀) mit ausgeschaltetem Schlüssel und einer vordefinierten Konstante (τ) ermittelt.
System nach Anspruch 6, wobei der Korrekturfaktor (CF) als der Exponent der Zeitdauer (t₀) mit ausgeschaltetem Schlüssel dividiert durch eine vordefinierte Konstante (τ) definiert ist (CF = e^(–t0/τ))
Fahrzeug, das umfasst: mindestens eine Batteriekomponente, die ausgestaltet ist, um Energie zu speichern; ein Schmelzsicherungselement, das mit der mindestens einen Batteriekomponente wirksam verbunden ist und ausgestaltet ist, um einen Strom aufzunehmen; einen Controller, der mit dem Schmelzsicherungselement wirksam verbunden ist und einen Prozessor und einen konkreten, nicht vorübergehenden Speicher aufweist, in dem Anweisungen aufgezeichnet sind, um ein Verfahren zum Ermitteln einer Restlebensdauer (L) einer Schmelzsicherung des Schmelzsicherungselements auszuführen; und wobei das Ausführen der Anweisungen durch den Prozessor veranlasst, dass der Controller mindestens eine Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements ermittelt.
Fahrzeug nach Anspruch 8, das ferner eine Fahrzeuganzeige umfasst und wobei eine Ausführung der Anweisungen durch den Prozessor ferner veranlasst, dass der Controller: feststellt, ob die Restlebensdauer der Schmelzsicherung unter einem ersten Schwellenwert liegt; wenn die Restlebensdauer (L) der Schmelzsicherung unter dem ersten Schwellenwert liegt, feststellt, ob die Restlebensdauer der Schmelzsicherung unter einem zweiten Schwellenwert liegt; wenn die Restlebensdauer (L) der Schmelzsicherung über dem zweiten Schwellenwert liegt, eine erste Meldung auf der Anzeige anzeigt; und wenn die Restlebensdauer (L) der Schmelzsicherung unter dem zweiten Schwellenwert liegt, das Fahrzeug in einen vordefinierten alternativen Betriebsmodus umschaltet, wobei der vordefinierte limitierte Betriebsmodus ausgestaltet ist, um den Strom zu begrenzen, der von dem Schmelzsicherungselement aufgenommen wird.
Verfahren zum Ermitteln einer Restlebensdauer einer Schmelzsicherung für ein Schmelzsicherungselement in einem Fahrzeug, das einen Controller aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Strom (I) über eine Strommessvorrichtung beschafft wird, der von dem Schmelzsicherungselement aufgenommen wird; mindestens eine Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements zumindest teilweise auf der Grundlage des Stroms (I) mit Hilfe eines Controllers ermittelt wird; und mit Hilfe eines Controllers: die Temperatur (T) des Schmelzsicherungselements in einen Belastungswert (S) umgewandelt wird; der Belastungswert (S) in eine verbrauchte Lebensdauer (U) der Schmelzsicherung umgewandelt wird; und die verbrauchte Lebensdauer (U) der Schmelzsicherung in die Restlebensdauer (L) der Schmelzsicherung umgewandelt wird.