DE102017200809A1

DE102017200809A1 - Method and device for testing an electromagnetic valve for malfunction

Info

Publication number: DE102017200809A1
Application number: DE102017200809.1A
Authority: DE
Inventors: Jiahang Jin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2018-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines elektromagnetischen Ventils (6) auf eine Fehlfunktion, wobei das Ventil (6) ein verschiebbares Ventilelement (8) aufweist, das durch ein Federelement (11) in eine erste Endstellung gedrängt wird, sowie einen elektromagnetischen Aktuator (14), der angesteuert wird, um das Ventilelement (8) entgegen der Kraft des Federelements (11) in eine zweite Endstellung zu verschieben. Es ist vorgesehen, dass ein Stromverlauf des Aktuators (14) bei der Ansteuerung erfasst und mit einem erwarteten Stromverlauf verglichen wird, um eine mechanische Fehlfunktion des Ventils (6) zu erkennen.The invention relates to a method for testing an electromagnetic valve (6) for a malfunction, wherein the valve (6) has a displaceable valve element (8), which is urged by a spring element (11) into a first end position, and an electromagnetic actuator ( 14), which is controlled to move the valve element (8) against the force of the spring element (11) in a second end position. It is provided that a current profile of the actuator (14) is detected during the control and compared with an expected current profile in order to detect a mechanical malfunction of the valve (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines elektromagnetischen Ventils auf eine Fehlfunktion, wobei das Ventil ein verschiebbares Ventilelement aufweist, das durch ein Federelement in eine erste Endstellung gedrängt wird, sowie einen elektromagnetischen Aktuator, der angesteuert wird, um das Ventilelement entgegen der Kraft des Federelements in eine zweite Endstellung zu verschieben.The invention relates to a method for testing an electromagnetic valve for a malfunction, wherein the valve has a displaceable valve element, which is urged by a spring element into a first end position, and an electromagnetic actuator which is driven to the valve element against the force of the spring element to move to a second end position.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Prüfen eines derartigen Ventils auf Fehlfunktionen.Furthermore, the invention relates to a device for testing such a valve for malfunction.

Stand der TechnikState of the art

Elektromagnetische Ventile sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden zu unterschiedlichen Anwendungszwecken eingesetzt. Einer dieser Zwecke ist beispielsweise das Temperaturmanagement eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, bei welchem der Energiespeicher zum Betreiben einer Antriebsmaschine ausgebildet ist und insoweit als Hochspannungs-Energiespeicher bezeichnet wird. Um einen dauerhaft sicheren Betrieb zu gewährleisten, muss dieser gekühlt werden. Hierzu ist es beispielsweise bekannt, den Energiespeicher in einen Kühlkreislauf einer Klimaanlage zu integrieren. Dazu ist ein Expansionsventil als elektromagnetisches Ventil vorgesehen, durch das Kältemittel der Klimaanlage dem Energiespeicher bei Bedarf zugeführt wird, wobei das Kältemittel die Wärme des Energiespeichers aufnimmt und zurück zu einem Verdichter der Klimaanlage führt. Durch das Bestromen des elektromagnetischen Aktuators des Ventils wird dabei das Ventilelement von einer ersten Endstellung, in welcher das Ventil geschlossen ist, in eine zweite Stellung zum Öffnen des Ventils entgegen der Kraft des Federelements verlagert.Electromagnetic valves are known in the art. They are used for different purposes. One of these purposes is, for example, the temperature management of an electrical energy store of a motor vehicle, in which the energy store is designed to operate a drive machine and is referred to as a high-voltage energy store. To ensure long-term safe operation, it must be cooled. For this purpose, it is known, for example, to integrate the energy storage in a cooling circuit of an air conditioner. For this purpose, an expansion valve is provided as an electromagnetic valve, is supplied to the energy storage device as needed by the refrigerant of the air conditioner, wherein the refrigerant absorbs the heat of the energy storage and leads back to a compressor of the air conditioner. By energizing the electromagnetic actuator of the valve while the valve element is displaced from a first end position in which the valve is closed, in a second position for opening the valve against the force of the spring element.

Im Kraftfahrzeug ist wie üblicherweise die Ansteuerelektronik für ein derartiges Ventil in ein Steuergerät integriert, beispielsweise in der Leistungselektronik für die Elektromaschine. Um einen fehlerfreien Betrieb zu gewährleisten, ist es außerdem bekannt, das Ventil im laufenden Betrieb darauf zu überwachen, ob eine Fehlfunktion vorliegt. Dabei wird bisher jedoch nur die elektrische Verbindung zwischen der Ansteuerelektronik und dem Aktuator diagnostiziert. Ob das Ventil tatsächlich noch betätigt werden kann, wird dabei nicht geprüft.In the motor vehicle, as is customary, the drive electronics for such a valve are integrated in a control unit, for example in the power electronics for the electric machine. In order to ensure error-free operation, it is also known to monitor the valve during operation on whether a malfunction exists. However, so far only the electrical connection between the control electronics and the actuator is diagnosed. Whether the valve can actually be actuated is not checked.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine weitergehende Prüfung dahingehen stattfindet, ob das Expansionsventil tatsächlich mechanisch der Ansteuerung folgt und insoweit fehlerfrei funktioniert. Dabei wird die Prüfung mit einfachen Mitteln kostengünstig und effizient durchgeführt. Insbesondere kann das Verfahren auch in ein bestehendes Steuergerät integriert werden. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass ein Stromverlauf des Aktuators bei der Ansteuerung erfasst und mit einem erwarteten Stromverlauf verglichen wird, um eine mechanische Fehlfunktion des Ventils zu erkennen. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich der Stromverlauf bei einem mechanisch nicht korrekt funktionierenden Ventil von dem eines korrekt funktionierenden Ventils unterscheidet. Vorteilhafterweise wird die Prüfung in die Ansteuerelektronik integriert. Diese besteht üblicherweise aus einem Mikrokontroller und einer Leistungsendstufe, die Highside- und Lowside-Schalter aufweist. Die Bestromung des Aktuators wird über diese Endstufe gesteuert. Mittels des Mikrokontrollers wird die Signalbearbeitung und Prüfung durchgeführt. Der Stromverlauf wird bevorzugt durch einen ohnehin vorhandenen Stromsensor erfasst oder durch einen extern zugefügten Stromsensor, der der Leistungsendstufe zugeordnet wird. Vorteilhafterweise wird dabei ein aktueller Stromwert mittels des Stromsensors erfasst und in einem Speicher hinterlegt, sodass ein vollständiger Stromverlauf bei einer Betätigung des Ventils erfasst wird. Weist das Ventil keine mechanische Fehlfunktion auf, so wird das Ventilelement durch die Magnetkraft von dem Aktuator in die zweite Einstellung gedrängt. Desto weiter sich das Ventilelement in Richtung der zweiten Endstellung bewegt, desto höher ist eine durch die Bewegung des Ventilelements induzierte Gegenspannung, die den Stromanstieg reduziert. Dadurch nimmt der Stromzunahme bis zu dem Erreichen des zweiten Endanschlags ab, und nimmt nach Erreichen des zweiten Anschlags mit einer deutlichen Steigung zu. Dieser Knick im Stromverlauf ist typisch für das mechanisch einwandfrei funktionierende Ventil. Lässt sich das Ventil jedoch nicht aus der ersten Endstellung lösen, beispielsweise weil es verklemmt ist, oder ist das Ventil erst gar nicht in die erste Endstellung zurückgelangt, weil es in der zweiten Endstellung verklemmt ist, so nimmt der Stromverlauf des Aktuators gleichförmig zu, ohne den genannten Knick aufzuweisen. Dadurch ist der Stromverlauf des mechanisch fehlerfreien Ventils von dem des fehlerbehafteten Ventils einfach zu unterscheiden.The method according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a further examination takes place as to whether the expansion valve actually mechanically follows the activation and thus works without error. The test is carried out with simple means cost-effective and efficient. In particular, the method can also be integrated into an existing control unit. According to the invention, it is provided that a current profile of the actuator is detected during the control and compared with an expected current profile in order to detect a mechanical malfunction of the valve. It is assumed that the current characteristic of a mechanically incorrectly functioning valve differs from that of a correctly functioning valve. Advantageously, the test is integrated into the control electronics. This usually consists of a microcontroller and a power amplifier, which has highside and low side switches. The energization of the actuator is controlled by this final stage. By means of the microcontroller, the signal processing and testing is performed. The current profile is preferably detected by an existing current sensor or by an externally added current sensor, which is assigned to the power output stage. Advantageously, a current current value is detected by means of the current sensor and stored in a memory, so that a complete current profile is detected upon actuation of the valve. If the valve has no mechanical malfunction, the valve element is urged by the magnetic force from the actuator into the second setting. The further the valve element moves in the direction of the second end position, the higher is a counter tension induced by the movement of the valve element, which reduces the current increase. As a result, the increase in current decreases until reaching the second end stop, and increases after reaching the second stop with a significant slope. This kink in the current flow is typical of the mechanically faultlessly functioning valve. However, if the valve can not be released from the first end position, for example because it is jammed, or the valve does not even come back to the first end position, because it is jammed in the second end position, the current flow of the actuator increases uniformly, without to have the mentioned kink. As a result, the current profile of the mechanically faultless valve is easily distinguished from that of the faulty valve.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erfasste Stromverlauf auf den genannten Knick untersucht wird, wobei dann, wenn der Knick erkannt wird, eine fehlerfreie Funktionsfähigkeit des Ventils festgestellt wird. Damit kann das Ventil weiterbetrieben werden.According to a preferred embodiment, it is provided that the detected current profile is examined for said crease, wherein when the kink is detected, a faultless functioning of the valve is detected. This allows the valve to continue operation.

Entsprechend wird dann, wenn in dem erfassten Stromverlauf kein Knick feststellbar ist, eine mechanische Fehlfunktion des Ventils festgestellt. Accordingly, if no kink is detected in the detected current waveform, a mechanical malfunction of the valve is detected.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die zweite Ableitung des Stromverlaufs auf einen ersten Null-Durchgang und einen zweiten Null-Durchgang untersucht wird, wobei der zweite Null-Durchgang als unerwarteter Null-Durchgang festgestellt wird. Unter dem Stromverlauf wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung stets ein Stromverlauf bei einer Betätigung des Ventils verstanden, sodass ein Überwachungsfenster vorliegt, das mit dem Beginn der Betätigung beziehungsweise Ansteuerung geöffnet und mit abschließender Ansteuerung geschlossen wird. Wenn innerhalb dieses Fensters ein erster Null-Durchgang mit Beginn der Ansteuerung erfasst wird, ist dies der Null-Durchgang, der darauf hinweist, dass die Bestromung beginnt. Ist ein zweiter Null-Durchgang feststellbar, bedeutet dies, dass ein Knick im Stromverlauf vorliegt, der auf den fehlerfreien Betrieb hinweist. Ist der zweite Null-Durchgang nicht feststellbar, so ist entsprechend zu erkennen, dass eine mechanische Fehlfunktion vorliegen muss weil das Ventilelement nicht bewegt wurde.Particularly preferably, it is provided that the second derivative of the current profile is examined for a first zero crossing and a second zero crossing, wherein the second zero crossing is determined as an unexpected zero crossing. In the context of the present invention, the course of the current is always understood to mean a current profile during an actuation of the valve, so that a monitoring window is present which is opened at the beginning of the actuation or activation and closed with the final actuation. If within this window a first zero crossing is detected with the beginning of the drive, this is the zero crossing, which indicates that the energization begins. If a second zero crossing can be detected, this means that there is a kink in the course of the current which indicates faultless operation. If the second zero crossing can not be determined, then it can be seen correspondingly that a mechanical malfunction must be present because the valve element has not been moved.

Wird eine mechanische Fehlfunktion des Ventils festgestellt, so wird bevorzugt eine Sicherheitsmaßnahme eingeleitet. Bei der Sicherheitsmaßnahme kann es sich beispielsweise um das Anzeigen einer Warnmeldung für beispielsweise einen Fahrer des Kraftfahrzeugs handeln, sodass dieser darauf aufmerksam gemacht wird, dass ein Ventil nicht ordnungsgemäß funktioniert und eine Werkstatt angefahren werden sollte.If a mechanical malfunction of the valve is detected, a safety measure is preferably initiated. The safety measure can be, for example, the displaying of a warning message for a driver of the motor vehicle, for example, so that he is made aware that a valve is not functioning properly and a workshop should be started up.

Vorteilhafterweise wird der erfasste Stromverlauf durch einen Tiefpass gefiltert. Dadurch werden Störungen in dem Stromsignal unterdrückt, der Knick im Verlauf jedoch nicht beeinflusst, sodass ein sicheres Erkennen des Knicks gewährleistet wird.Advantageously, the detected current profile is filtered by a low-pass filter. As a result, disturbances in the current signal are suppressed, but the kink is not influenced during the course, so that a reliable detection of the kink is ensured.

Bevorzugt wird das Verfahren zumindest zwei Mal durchgeführt, bevor die Sicherheitsmaßnahme eingeleitet wird. Dadurch wird die Robustheit der Fehlererkennung erhöht und eine Fehlauslösung einer Sicherheitsmaßnahme vermieden. So kann beispielsweise auch der zweite Null-Durchgang ausfallen, weil die durch die Pulsweitenmodulation eingestellte Spannung nicht ausreichend war. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass bei der zweiten Durchführung des Verfahrens die Betriebsspannung des Aktuators erhöht oder auf einen maximalen Wert eingestellt wird, um sicherzustellen, dass die Ventilnadel bewegt werden könnte, wenn keine mechanische Fehlfunktion vorliegt.Preferably, the method is performed at least twice before the security measure is initiated. This increases the robustness of the error detection and avoids false triggering of a safety measure. For example, the second zero crossing can also fail because the voltage set by the pulse width modulation was insufficient. It is therefore preferably provided that in the second implementation of the method, the operating voltage of the actuator is increased or set to a maximum value to ensure that the valve needle could be moved when there is no mechanical malfunction.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich dadurch aus, dass das Steuergerät speziell dazu hergestellt ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.The device according to the invention with the features of claim 10 is characterized in that the control unit is made specifically for carrying out the method according to the invention. This results in the already mentioned advantages.

Das erfindungsgemäße Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Auch hierdurch ergeben sich die bereits genannten Vorteile.The cooling system according to the invention with the features of claim 11 is characterized by the device according to the invention. This also results in the already mentioned advantages.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 ein Kühlsystem für einen Hochspannung-Energiespeicher,
2 ein Expansionsventil des Kühlsystems in einer vereinfachten Schnittdarstellung,
3 einen Schaltplan zur Ansteuerung des Expansionsventils,
4 ein Ersatzschalbild der Ansteuerung,
5A bis 5D Diagramme zur Erläuterung eines vorteilhaften Verfahrens zum Betreiben des Kühlsystems und
6 ein vorteilhaftes Verfahren zum Prüfen der Funktionsfähigkeit des Ventils.

In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show this

1 a cooling system for a high voltage energy storage,
2 an expansion valve of the cooling system in a simplified sectional view,
3 a circuit diagram for controlling the expansion valve,
4 a replacement picture of the control,
5A to 5D Diagrams for explaining an advantageous method for operating the cooling system and
6 an advantageous method for testing the functionality of the valve.

1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Kühlsystem 1 für ein hier nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug, das einen Hochspannungsenergiespeicher 2 aufweist. Das Kühlsystem 1 weist einen Kühlkreis auf, der zumindest einen Verdichter 3, einen Kondensator 4 und einen Trockner 5 aufweist. In den Kühlkreis ist außerdem ein Ventil 6, das als Expansionsventil ausgebildet ist, eingebunden, das bei Bedarf das vom Trockner 5 kommende Kühlmittel dem Energiespeicher 2 zuführt, sodass das Kühlmittel den Energiespeicher 2 durch und/oder umströmt und anschließend dem Verdichter 3 zugeführt wird. Das Kühlmittel nimmt dabei die Wärme des Energiespeichers 2 auf und kühlt diesen damit. 1 shows in a simplified representation of a cooling system 1 for a motor vehicle not shown here in detail, the high-voltage energy storage 2 having. The cooling system 1 has a cooling circuit, the at least one compressor 3 , a capacitor 4 and a dryer 5 having. In the cooling circuit is also a valve 6 , which is designed as an expansion valve, integrated, if necessary, the dryer 5 coming coolant the energy storage 2 feeds, so that the coolant energy storage 2 through and / or flows around and then the compressor 3 is supplied. The coolant takes the heat of the energy storage 2 and cools it with it.

Das Expansionsventil ist als elektromagnetisches Ventil 6 ausgebildet, wie es beispielhaft in 2 gezeigt ist. Das Ventil 6 weist ein Ventilgehäuse 7 auf, in welchem ein Ventilelement 8 verschiebbar gelagert ist. Dabei ist das Ventilelement 8, vorliegend eine Ventilnadel, zwischen zwei Endstellungen verschiebbar gelagert. In der ersten Endstellung ist das Ventilelement 8 mit einer Ventilspitze 9 gegen einen Ventilsitz 10 im Gehäuse 7 durch ein Federelement 11 gepresst. In der zweiten Endstellung ist das Ventilelement 8 entgegen der Kraft des Federelements 11 maximal weit verschoben, sodass die dem Ventilsitz 10 zugeordnete Ventilöffnung 12 freigegeben ist, sodass das Kühlmittel, das durch einen Einlass 13 in das Gehäuse gelangt, durch die Ventilöffnung 12 austreten und dem Energiespeicher 2 zugeführt werden kann. Die zweite Endstellung wird dabei durch einen formschlüssigen Anschlag zwischen Ventilelement 8 und beispielswiese dem Gehäuse 7 definiert, oder durch die maximale Verformbarkeit des Federelements 11. Dieses ist vorliegend als Schraubenfeder ausgebildet und kann entsprechend nur so weit verformt werden, bis die Schraubenfeder-Abschnitte axial aneinander anstoßen. In beiden Fällen gelangt das Ventilelement 8 gegen einen Anschlag, ab welchem es nicht mehr weiter bewegbar ist.The expansion valve is an electromagnetic valve 6 trained, as exemplified in 2 is shown. The valve 6 has a valve housing 7 in which a valve element 8th slidably mounted is. Here is the valve element 8th , in the present case a valve needle, displaceably mounted between two end positions. In the first end position is the valve element 8th with a valve tip 9 against a valve seat 10 in the case 7 pressed by a spring element 11. In the second end position is the valve element 8th against the force of the spring element 11 shifted as far as possible, so that the valve seat 10 associated valve opening 12 is released so that the coolant passing through an inlet 13 enters the housing through the valve opening 12 leak out and the energy storage 2 can be supplied. The second end position is characterized by a positive stop between the valve element 8th and example meadow the housing 7 defined, or by the maximum deformability of the spring element 11 , This is presently designed as a helical spring and can be deformed only so far until the coil spring sections axially abut each other. In both cases, the valve element passes 8th against a stop, from which it is no longer movable.

Um das Ventilelement 8 entgegen der Kraft des Federelements 11 zu bewegen, sodass die Ventilöffnung 12 freigegeben wird, ist dem Ventilelement 8 ein elektromagnetischer Aktuator 14 zugeordnet, der eine bestrombare Spule 15 aufweist, die vorliegend koaxial zu dem Ventilelement 8 angeordnet ist. Wird die Spule 15 bestromt, entsteht ein Magnetfeld, durch welches das Ventilelement 8 entgegen der Kraft des Federelements 11 bewegt wird.To the valve element 8th against the force of the spring element 11 to move, so the valve opening 12 is released is the valve element 8th an electromagnetic actuator 14 associated with a refillable coil 15 The present coaxial with the valve element 8th is arranged. Will the coil 15 energized, creates a magnetic field through which the valve element 8th against the force of the spring element 11 is moved.

3 zeigt dazu in einer vereinfachten Darstellung ein Schaltplan zum Ansteuern des Ventils 6. Dazu ist ein Steuergerät 16 vorgesehen, das einen Mikrokontroller 17 aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine Leistungsendstufe 18, die dem Aktuator 15 zugeordnet ist, anzusteuern. Weiterhin ist ein Stromsensor 19 vorhanden, welcher den durch die Endstufe 18 fließenden Strom erfasst und dem Mikrokontroller 17 mitteilt. Dazu weist dieser einen Analog-Digital-Wandler 20 auf. 3 shows in a simplified representation of a circuit diagram for driving the valve 6 , This is a control unit 16 provided that a microcontroller 17 has, which is adapted to a power amplifier 18 that the actuator 15 is assigned to drive. Furthermore, a current sensor 19 is present, which by the power amplifier 18 flowing current is detected and the microcontroller 17 telling. For this purpose, this has an analog-to-digital converter 20.

Der Mikrokontroller 17 steuert die Leistungsendstufe beziehungsweise die Schalterleistungsendstufe durch eine Pulsweitenmodulation (PWM) an. Durch Erhöhen oder Reduzieren des Tastverhältnisses (duty-cycle) wird die Leistungsendstufe für eine längere beziehungsweise kürzere Zeit angesteuert und der effektive Stromfluss bestimmt. Die dabei von dem Stromsensor 19 erfassten Sensorwerte werden für die weitere Bearbeitung im Mikrokontroller 17 oder in einem zugeordneten Speicher zwischengespeichert beziehungsweise gebuffert. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass nur die Sensorwerte in einem vorbestimmten Zeitabschnitt gespeichert werden, welche für das im Folgenden beschriebene Verfahren von Bedeutung sind. Insbesondere werden dabei die Sensorwerte gespeichert, die während eines Ansteuervorgangs zum Öffnen des Ventils 6 erfasst werden. Das bedeutet, dass die Speicherung mit dem Beginn der Ansteuerung beginnt und mit dem Erreichen der zweiten Endstellung beendet wird.The microcontroller 17 controls the power output stage or the switch power output stage by a pulse width modulation (PWM). By increasing or decreasing the duty cycle, the power output stage is driven for a longer or shorter time and the effective current flow is determined. The doing of the current sensor 19 recorded sensor values are for further processing in the microcontroller 17 or cached or buffered in an associated memory. It is provided in particular that only the sensor values are stored in a predetermined period of time, which are of importance for the method described below. In particular, the sensor values are stored during a control process for opening the valve 6 be recorded. This means that the storage starts with the beginning of the activation and ends when the second end position is reached.

Das Magnetventil 6 verhält sich im stationären Zustand elektrisch wie eine Spule, der grundsätzlich als serielle geschalteter Widerstand R und Induktivität L verstanden werden kann, wie in 4 gezeigt.The solenoid valve 6 behaves in the stationary state electrically as a coil, which can be understood in principle as a series-connected resistor R and inductance L, as in 4 shown.

4 zeigt ein Ersatzschaltbild der zuvor erläuterten Ansteuerung. Beim Einschalten fließt ein Strom durch die Spule 15. Aufgrund der Induktivität L wird die Stromsteigerung gedrosselt. Für den Stromverlauf gilt: $\begin{matrix} i_{A} = \frac{U_{b}}{R_{V}} (1 - e^{- \frac{t}{τ}}), & i_{A} (t = 0) = 0 \end{matrix}$

4 shows an equivalent circuit diagram of the previously explained control. When switched on, a current flows through the coil 15 , Due to the inductance L, the current increase is throttled. For the current flow applies:

\begin{matrix} i_{A} = \frac{U_{b}}{R_{V}} (1 - e^{- \frac{t}{τ}}) . & i_{A} (t = 0) = 0 \end{matrix}

Dabei ist U_b die effektive Versorgungsspannung, R die Impedanz des Schaltkreises, die sich aus der Leitungsimpedanz R_L und dem Widerstand der Spule Rv ergibt (R = Rv + R_L), und $τ = \frac{L_{V}}{R_{V}}$

die Zeitkonstante des Schaltkreises.Where U _{b is} the effective supply voltage, R is the impedance of the circuit resulting from the line impedance R _L and the resistance of the coil Rv (R = Rv + R _L ), and

τ = \frac{L_{V}}{R_{V}}

the time constant of the circuit.

Um den effektiven Strom durch die Spule 15 zu steuern und zu begrenzen kann die Endstufe 18 über das Pulsweitensignal mit einer Frequenz f_T oder einem Tastverhältnis r gesteuert werden, wie in 5B beispielhaft gezeigt.To get the effective current through the coil 15 To control and limit the power amplifier 18 be controlled via the pulse width signal with a frequency f _T or a duty ratio r, as in 5B shown by way of example.

5 zeigt in mehreren Diagrammen ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben des Ventils. Dazu zeigt 5A Stromverläufe über die Zeit t, 5B ein Pulsweitenmodulations-Signal (PWM-Signal), 5C eine erste Ableitung des Stromverlaufs und 5D eine zweite Ableitung des Stromverlaufs. 5 shows in several diagrams an advantageous method for operating the valve. In addition shows 5A Current courses over time t, 5B a pulse width modulation signal (PWM signal), 5C a first derivative of the current waveform and 5D a second derivative of the current waveform.

Zu dem Zeitpunkt t₁ beginnt die Bestromung der Spule 15. Das PWM-Signal ist durchgehend unverändert. Zum Zeitpunkt t₁ sitzt das Ventilelement 8 mit der Ventilspitze 9 fest auf dem Ventilsitz 10 und verschließt dadurch die Ventilöffnung 12. Ab dem Zeitpunkt t₁ wird die Leistungsendstufe 18 durch das PWM-Signal angesteuert. Aufgrund der Induktivität steigt der Strom i_A in einem PT1 Verhalten. Der Stromverlauf von i_A umfasst auch den PWM-Signalanteil. Um Störungen zu unterdrücken, wird das Signal bevorzugt durch einen Tiefpassfilter gefiltert. Damit entspricht der Stromverlauf i_A,F bis zu dem Zeitpunkt t₂ der Formel (1). Zum Zeitpunkt t₂ ist die Magnetkraft gleich der Summe von Reibkraft und Federkraft. Mit zunehmender Magnetkraft nach dem Zeitpunkt t₂ wird die Magnetkraft für das Ventilelement 8 größer als die Reibung und die Federkraft und treibt damit das Ventilelement 8 entgegen der Federkraft von dem Ventilsitz 10 weg. Eine durch die Bewegung induzierte Gegenspannung reduziert dabei den Stromanstieg. Zum Zeitpunkt t₃ erreicht das Ventilelement 8 die zweite Endstellung und seine Bewegung wird gestoppt. Nach dem Erreichen einer zweiten Endstellung verbleibt das Ventilelement 8 in seiner Position, der Strom i_A,F steigt jedoch weiter gemäß Formel (1) an, jedoch mit einer anderen Zeitkonstante $τ_{0} = \frac{L_{V 2}}{R},$

wobei L_V2 die Induktivität des geöffneten Ventils ist. Ab dem Zeitpunkt t₄ ist der Strom eingeschwungen.At the time t ₁ , the energization of the coil begins 15 , The PWM signal is unchanged throughout. At time t ₁ , the valve element sits 8th with the valve tip 9 firmly on the valve seat 10 and thereby closes the valve opening 12 , From time t ₁ , the power output stage 18 controlled by the PWM signal. Due to the inductance, the current i _{A increases} in a PT1 behavior. The current waveform i _A also includes the PWM signal component. To suppress interference, the signal is preferably filtered by a low-pass filter. Thus, the current waveform i _{A, F} corresponds to the time t _{2 of} the formula (1). At time t ₂ , the magnetic force is equal to the sum of frictional force and spring force. With increasing magnetic force after the time t ₂ , the magnetic force for the valve element 8th greater than the friction and the spring force and thus drives the valve element 8th against the spring force of the valve seat 10 away. A reverse voltage induced by the movement reduces the current increase. At time t ₃ , the valve element reaches 8th the second end position and its movement is stopped. After reaching a second end position, the valve element remains 8th however, in its position, the current i _{A, F continues to} increase according to formula (1) but with a different time constant

τ

_{0} = \frac{L_{V 2}}{R} .

where L _{V2 is} the inductance of the opened valve. From the time t ₄ , the current is settled.

Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen normalen Verhalten des Ventils 6, weist ein mechanisch blockiertes Ventil 6 während der Ansteuerung eine konstante Induktivität auf. Daher folgt der Stromverlauf i_A,B eines blockierten Ventils 6 ab dem Zeitpunkt t₁ bis zum Abschalten immer der Formel (1).In contrast to the previously described normal behavior of the valve 6 , has a mechanically blocked valve 6 during the control on a constant inductance. Therefore, the current flow i _{A, B} follows a blocked valve 6 from the time t ₁ until switching off always the formula (1).

Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Verläufen i_A,F und i_A,B ist daher der zum Zeitpunkt t₃ auftretende Knick K im Stromverlauf des normalarbeitenden Ventils 6. Dieser Knick wird vorliegend als Merkmal zum Bestimmen eines fehlerfrei funktionierenden Ventils 6 genutzt. Wird dieser Knick K während der Ansteuerphase nicht erkannt, so kann dies bedeuten, dass das Ventil 6 mechanisch blockiert ist oder der Ansteuerstrom nicht ausreichend ist, um das Ventil 6 zu öffnen.The essential difference between the two curves i _{A, F} and i _{A, B} is therefore the kink K occurring at the time t ₃ in the current flow of the normal working valve 6 , This kink is present as a feature for determining a faultlessly functioning valve 6 used. If this kink K is not detected during the activation phase, this may mean that the valve 6 is mechanically blocked or the drive current is not sufficient to the valve 6 to open.

Um dies zu prüfen wird der Stromverlauf, wie zuvor bereits erwähnt, zwischen t₁ und t₄ mittels des Stromsensors 19 überwacht und ein Stromverlauf in einem Speicher beziehungsweise Buffer für die weitere Verarbeitung zwischengespeichert. Für den Fall, dass nicht ausreichend Ressourcen zur Verfügung stehen, um den Stromverlauf vollständig aufzunehmen, können Stromwerte innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters aufgenommen werden, wobei das Zeitfenster aus einer theoretischen Berechnung unter Berücksichtigung der Bedingungen, wie beispielsweise die Versorgungsspannung, PWM-Frequenz und Tastverhältnis sowie Temperatur, ermittelt wird. Die Aufnehmerfrequenz sollte mindestens so groß sein, dass das Knick-Merkmal eindeutig erfassbar ist.To test this, the current profile, as already mentioned above, between t ₁ and t ₄ by means of the current sensor 19 monitors and stores a current waveform in a memory or buffer for further processing. In the event that insufficient resources are available to fully absorb the current history, current values may be taken within a predetermined time window, the time window being calculated from a theoretical calculation taking into account the conditions such as the supply voltage, PWM frequency and duty cycle, as well Temperature, is determined. The pickup frequency should be at least so high that the kinking feature is clearly detectable.

Der aufgenommene Stromverlauf wird durch den Tiefpass gefiltert, um Störungen aus dem PWM-Signal möglichst zu unterdrücken, das Knick-Merkmal jedoch nicht zu beeinflussen. Der erfasste und gefilterte Stromverlauf wird zwei Mal abgeleitet, wie in 5C (erste Ableitung) und 5D (zweite Ableitung) gezeigt.The recorded current profile is filtered by the low-pass filter in order to suppress interference from the PWM signal as much as possible, but not to influence the kink characteristic. The detected and filtered current waveform is derived twice, as in 5C (first derivative) and 5D (second derivative).

Die zweite Ableitung wird nun darauf untersucht, ob während eines Ansteuervorgangs zwei Null-Durchgänge erfasst werden können. Der erste Null-Durchgang findet zum Zeitpunkt t₁ statt, wenn das Ventil erstmalig angesteuert wird. Der zweite Null-Durchgang findet zum Zeitpunkt t₂ statt, wenn das Ventilelement 8 im Normalfall seine zweite Endstellung erreicht. Kann der zweite Null-Durchgang nicht erfasst werden, liegt kein Knick im Stromverlauf vor, was der Hinweis darauf ist, dass das Ventilelement 8 blockiert ist und nicht geöffnet (oder nicht geschlossen) werden kann.The second derivative will now be examined to see if two zero-crossings can be detected during a drive operation. The first zero crossing takes place at time t ₁ when the valve is first activated. The second zero crossing takes place at time t _2, when the valve member 8th Normally reaches its second end position. If the second zero crossing can not be detected, there is no kink in the current flow, which is the indication that the valve element 8th is blocked and can not be opened (or not closed).

Um ein robustes Systemverhalten zu gewährleisten, wird bevorzugt das Verfahren wiederholt, wobei dann insbesondere, um eine nicht ausreichende Bestromung zu vermeiden, bei der Wiederholung der Ansteuerstrom oder die effektive Spannung erhöht, insbesondere bis zum Maximum (sukzessiv) erhöht wird.In order to ensure a robust system behavior, the method is preferably repeated, in which case, in particular, in order to avoid insufficient energization, the repetition of the drive current or the effective voltage is increased, in particular to the maximum (successive).

6 zeigt zusammengefasst noch einmal das vorteilhafte Verfahren zum Prüfen der Funktionsfähigkeit des Ventils 6. Im Schritt S1 wird das Kühlsystem und damit auch das Ventil 6 in Betrieb genommen. Im Schritt S2 beginnt der Mikrokontroller damit, die Leistungsendstufe 18 anzusteuern, um das Ventil 6 zu betätigen. Dabei überwacht im Schritt S3 der Mikrokontroller mittels des Stromsensors 19 den effektiven Betriebsstrom der Leistungsendstufe 18. Dabei werden die erfassten Stromwerte zwischengespeichert, um einen Stromverlauf abzubilden. Im darauffolgenden Schritt S4 wird nach abgeschlossener Ansteuerung des Ventils 6 der gespeicherte Stromverlauf auf einen Knick untersucht. Dazu wird in der zweiten Ableitung nach einem zweiten Null-Durchgang gesucht. Wird ein solcher gefunden (j) so wird darauf erkannt, dass das Ventil ordnungsgemäß funktioniert. Im Anschluss wird dann im Schritt S5 die weitere Funktion beziehungsweise der Weiterbetrieb des Kühlsystems freigeben. Kann der zweite Null-Durchgang nicht erkannt werden (n), so wird darauf erkannt, dass das Ventilelement 8 wahrscheinlich blockiert ist. 6 summarized summarized again the advantageous method for checking the functioning of the valve 6 , In step S1, the cooling system and thus also the valve 6 put into operation. In step S2, the microcontroller starts with it, the power output stage 18 to drive to the valve 6 to press. In this case, in step S3, the microcontroller monitors by means of the current sensor 19 the effective operating current of the power output stage 18 , The acquired current values are buffered in order to map a current profile. In the following step S4 is after completed control of the valve 6 the stored current profile is examined for a kink. For this purpose, the second derivative is searched for a second zero crossing. If such is found (j) it is recognized that the valve is working properly. Following this, the further function or the continued operation of the cooling system will then be released in step S5. If the second zero crossing can not be detected (n), then it is recognized that the valve element 8th is probably blocked.

Ist dies der Fall, wird im Folgenden Schritt S6 eine Sicherheitsmaßnahme eingeleitet, wie beispielsweise das Anzeigen einer Warnmeldung an den Fahrer, um diesen darauf aufmerksam zu machen, dass das Kühlsystem und insbesondere das Ventil 6 eine mechanische Fehlfunktion aufweist. Optional wird bei Erkennen einer Fehlfunktion im Schritt S6 das Verfahren wiederholt, wobei dann jedoch ein höherer Ansteuerstrom durch die Pulsweitenmodulation eingestellt wird, um zu vermeiden, dass die Fehlfunktion nur deswegen erkannt wurde, weil der Betriebsstrom nicht ausreichend war, um das Ventilelement entgegen der Kraft des Federelements zu bewegen. Führt jedoch auch der zweite Durchgang zu dem Ergebnis, dass eine Fehlfunktion vorliegt, so wird das Verfahren im Schritt S6 beendet und die Sicherheitsmaßnahme eingeleitet.If this is the case, a safety measure is initiated in the following step S6, such as, for example, the display of a warning message to the driver in order to make him aware that the cooling system and in particular the valve 6 has a mechanical malfunction. Optionally, upon detection of a malfunction in step S6, the process is repeated, but then a higher drive current is set by the pulse width modulation to avoid that the malfunction was detected only because the operating current was insufficient to force the valve element against the force to move the spring element. If, however, the second pass also leads to the result of a malfunction, the method is ended in step S6 and the security measure initiated.

Claims

Method for testing an electromagnetic valve (6) for a malfunction, wherein the valve (6) has a displaceable valve element (8), which is urged by a spring element (11) into a first end position, and an electromagnetic actuator (14) is driven to move the valve element (8) against the force of the spring element (11) in a second end position, characterized in that a current profile of the actuator (14) detected in the control and compared with an expected current waveform to a mechanical Malfunction of the valve (6) to recognize.

Method according to Claim 1 , characterized in that the detected current profile is examined for a kink (K), wherein when a kink (K) is detected, a faultless functioning of the valve (6) is detected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the detected current profile is examined for a kink (K), wherein when no kink (K) is detected, a mechanical malfunction is detected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a second derivative of the current waveform is monitored for an unexpected zero crossing to determine the kink (K).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second derivative of the current waveform is examined for a first zero crossing and a second zero crossing, wherein the second zero crossing is detected as an unexpected zero crossing.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that when a mechanical malfunction is detected, a safety measure is initiated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the current profile is filtered by a low-pass filter.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is performed at least twice before a security measure is initiated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (14) is controlled pulse width modulated.

Device for operating an electromagnetic valve (6), in particular a cooling system, wherein the valve (6) has a displaceable valve element (8), which is urged by a spring element (11) into a first end position, and an electromagnetic actuator (14), is driven to move the valve element (8) against the force of the spring element (11) in a second end position, characterized in that the device is designed as a control unit (16), which is specially adapted to the method according to one of Claims 1 to 9 perform.

Cooling system (1) for a high-voltage energy storage (2) of a motor vehicle, comprising a cooling circuit having an electromagnetic valve (6) designed as an expansion valve, which connects the cooling circuit with the energy storage when required, characterized by a device according to Claim 10 ,