DE102018100992A1

DE102018100992A1 - Überwachungsvorrichtung für eine Kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE102018100992A1
Application number: DE102018100992.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel Spesser
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-01-17
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2019-07-18
Also published as: CN110045763B; US10912236B2; KR20190088017A; CN110045763A; JP2019154223A; KR102152080B1; US20190223331A1; JP6748744B2

Abstract

Eine Überwachungsvorrichtung (20) zur Überwachung einer Kühlvorrichtung (14) für eine Leistungselektronikanordnung (12), hat eine Steuervorrichtung (22), welche einen Eingang (24) und einen Ausgang (26) aufweist, welcher Eingang (24) dazu eingerichtet ist, ein Temperatursignal (17) von einem Temperatursensor (16) zu empfangen und in Abhängigkeit vom Temperatursignal (17) einen Temperaturwert (Temp1, Temp2) zu bestimmen, und welcher Ausgang (26) dazu eingerichtet ist, ein Ausgabesignal (27) auszugeben. Die Steuervorrichtung (22) ist dazu ausgebildet, die folgenden Schritte durchzuführen:- Es wird mindestens zweimal ein Temperaturwert (Temp1, Temp2) und ein dem Temperaturwert zugeordneter Zeitwert (t1, t2) ermittelt- Ein Differenzenquotient (DQ) der Änderung der Temperaturwerte (Temp1, Temp2) zur Änderung der zugeordneten Zeitwerte (t1, t2) wird ermittelt- In Abhängigkeit vom ermittelten Differenzenquotienten (DQ) wird der Zustand (STATE) der Kühlvorrichtung (14) der Leistungselektronikanordnung (12) bestimmt, und in Abhängigkeit vom Zustand (STATE) wird das Ausgabesignal (27) ausgegeben, um die Leistungselektronikanordnung (12) zu beeinflussen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung für eine Kühlvorrichtung. Die Kühlvorrichtung ist insbesondere für eine Leistungselektronikanordnung.
Leistungselektronikanordnungen wie DC/DC-Wandler und AC/DC-Wandler wandeln eine elektrische Spannung in eine veränderte elektrische Spannung um und dienen bspw. für die Ladung einer elektrischen Hochvoltbatterie oder für eine Wandlung zwischen dem Hochspannungsnetz eines Fahrzeugs und dem Niedervolt-Bordnetz. Derartige Leistungselektronikanordnungen arbeiten teilweise mit einer Leistung von bspw. 11 kW oder 22 kW, und hierbei entstehen Wärmeverluste, die über eine Kühlvorrichtung abgeführt werden müssen. Bei großen Leistungen ist die Kühlung mit einem Kühlmittel, insbesondere mit einer Flüssigkeit erforderlich. Die Automobilindustrie entwickelt Lösungen für das hochautomatisierte Fahren, und hierbei steigen die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Elektronikkomponenten. Vorgaben wie ASIL D (Automotive Safety Integrity Level D) geben strenge Vorgaben, bspw. das Erfordernis einer redundanten Auslegung einer separaten Entwicklung für ein Bauteil zur Erhöhung der Sicherheit. Im Rahmen dieser Diskussion ist angedacht, eine redundante Auslegung der BordnetzBatterie für den Niedervoltbereich (bspw. 12 V oder 24 V) vorzusehen, damit der Fahrer beim Ausfall einer Bordnetzbatterie weiterhin eine funktionierende Lenkung hat und bspw. eine Haltebucht ansteuern kann. Das Vorsehen von zwei Bordnetzbatterien führte zu einem hohen Gewicht, und die Redundanz könnte auch durch einen DC/DC-Wandler erzielt werden, der aus einer Hochspannungsbatterie für den Antrieb die erforderliche Niederspannung erzeugt. Hierzu ist jedoch eine ausreichende Kühlung erforderlich, um eine ausreichende Nennleistung bereit stellen zu können. Für die Umsetzung ist es vorteilhaft, wenn sicher detektiert werden kann, ob die Kühlvorrichtung ordnungsgemäß arbeitet.
Die US 2012/0199084 A1 , US 5,215,044 A und die EP 2 494 162 B1 zeigen ein Kühlsystem mit mehreren Temperatursensoren für ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor oder Hybridantrieb.
Die US 2012/0262881 A1 zeigt ein Verfahren, bei dem überprüft wird, ob ein Kühlmittel in ausreichender Menge in der flüssigen Phase vorliegt. Wenn dies der Fall ist, werden ein Kompressor und ein Kühllüfter abgeschaltet.
Die US 2013/0069591 A1 zeigt ein Verfahren zur Steuerung eines Kühlsystems für ein Fahrzeugladegerät in Abhängigkeit von mehreren Temperatursensoren.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Kühlvorrichtung bereit zu stellen.
Eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung einer Kühlvorrichtung für eine Leistungselektronikanordnung hat eine Steuervorrichtung, welche Steuervorrichtung einen Eingang und einen Ausgang aufweist, welcher Eingang dazu eingerichtet ist, ein Temperatursignal von einem Temperatursensor zu empfangen und in Abhängigkeit vom Temperatursignal einen Temperaturwert zu bestimmen, welcher Ausgang dazu eingerichtet ist, ein Ausgabesignal auszugeben, und welche Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, die folgenden Schritte durchzuführen:

- Es wird mindestens zweimal ein Temperaturwert und ein dem Temperaturwert zugeordneter Zeitwert ermittelt
- Ein Differenzenquotient der Änderung der Temperaturwerte zur Änderung der zugeordneten Zeitwerte wird ermittelt
- In Abhängigkeit vom ermittelten Differenzenquotienten wird der Zustand der Kühlvorrichtung der Leistungselektronikanordnung bestimmt, und in Abhängigkeit vom Zustand wird das Ausgabesignal ausgegeben, um die Leistungselektronikanordnung zu beeinflussen.

Eine Charakterisierung des Zustands der Kühlvorrichtung in Abhängigkeit vom Differenzenquotienten hat sich als sehr aussagekräftig erwiesen und erlaubt eine vergleichsweise genaue Bestimmung des Zustands.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bestimmt die Überwachungsvorrichtung anhand des zeitlichen Verlaufs der Temperaturwerte, ob sich die Temperatur in einem Anstiegsbereich oder in einem asymptotischen Bereich befindet, und die Überwachungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, beim Übergang vom Anstiegsbereich zum asymptotischen Bereich den zugehörigen Temperaturwert und den zugehörigen Zeitwert zu speichern und diese Werte bei der Bildung des Differenzenquotienten zu verwenden.
Hierdurch erfolgt eine Messung an einem vorgegebenem Punkt der Temperaturkurve, und dies führt zu gut vergleichbaren Differenzenquotienten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung dazu ausgebildet, den Übergang vom Anstiegsbereich zum asymptotischen Bereich dadurch zu ermitteln, dass der Differenzenquotient kleiner ist als ein vorgegebener minimaler Differenzenquotient.
Dies ist eine einfache und gut funktionierende Ausführungsform, die nur geringe Anforderungen an die Hardware stellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung dazu ausgebildet, den Übergang vom Anstiegsbereich zum asymptotischen Bereich dadurch zu ermitteln, dass während des zeitlichen Verlaufs der maximale Differenzenquotient ermittelt wird und der Übergang dann angenommen wird, wenn der Differenzenquotient kleiner ist als ein vorgegebene Anteil des maximalen Differenzenquotienten. Bei sich sehr stark ändernden Ausgangs- und Umgebungsbedingungen wird hierdurch die Genauigkeit der Feststellung des Übergangs erhöht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung dazu ausgebildet, bei der Aktivierung der Leistungselektronikanordnung den zugehörigen Temperaturwert und den zugehörigen Zeitwert zu speichern und diese Werte bei der Bildung des Differenzenquotienten zu verwenden.
Hierdurch erfolgt eine Messung an einem frühen Punkt der Temperaturkurve, und dies führt zu einer guten Einschätzung der Gesamtsteigung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung dazu ausgebildet, einen Zeitpunkt zu bestimmen, an dem der Temperaturwert einen vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert überschreitet, und die Überwachungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, den zugehörigen Temperaturwert oder den ersten Temperaturgrenzwert einerseits und den zugehörigen Zeitwert andererseits zu speichern und diese Werte bei der Bildung des Differenzenquotienten zu verwenden. Hierdurch erfolgt eine Messung an einem vorgegebenem Punkt der Temperaturkurve, und dies führt zu gut vergleichbaren Differenzenquotienten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung dazu ausgebildet, wiederholt den Differenzenquotienten von zeitlich beabstandeten Temperaturmesswerten zu bestimmen und auszuwerten. Bei einer wiederholten Bestimmung des aktuellen Differenzenquotienten kann zeitnah auf extreme Änderungen reagiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Überwachungsvorrichtung einen ersten vorgegebenen Differenzenquotienten auf, welcher einen ersten Fehlerzustand der Kühlvorrichtung charakterisiert, und welche als Bedingung für die Annahme des ersten Fehlerzustands der Kühlvorrichtung das Kriterium verwendet, dass der ermittelte Differenzenquotient größer ist als der erste vorgegebene Differenzenquotient. Es hat sich gezeigt, dass dann, wenn der Differenzenquotient zu groß wird, mit hoher Wahrscheinlichkeit von einem Fehlerzustand ausgegangen werden kann. Insbesondere bei einer Leckage eines Kühlmittels kommt es zu einem kritischen schnellen Anstieg der Temperatur.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verwendet die Überwachungsvorrichtung als zusätzliche Bedingung für die Annahme des ersten Fehlerzustands das Kriterium, dass der aktuelle Temperaturwert größer ist als ein vorgegebener zweiter Temperaturgrenzwert. Hierdurch kann auch die absolute Temperatur berücksichtigt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung dazu ausgebildet, bei Erkennung des ersten Fehlerzustands der Kühlvorrichtung ein Abbruchsignal über den Ausgang auszugeben, um die Leistungselektronikanordnung zu deaktivieren. Die Leistungselektronikanordnung kann durch die Deaktivierung vor einer Beschädigung geschützt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Überwachungsvorrichtung einen zweiten vorgegebenen Differenzenquotienten auf, welcher einen zweiten Fehlerzustand der Kühlvorrichtung charakterisiert, und welche als Bedingung für die Annahme des zweiten Fehlerzustands der Kühlvorrichtung das Kriterium verwendet, dass der ermittelte Differenzenquotient größer ist als der zweite vorgegebene Differenzenquotient. Durch die Verwendung des zweiten vorgegebenen Differenzenquotienten können auch minder schwere Fehlerzustände erkannt und entsprechend reagiert werden. Der zweite vorgegebene Differenzenquotient ist bevorzugt kleiner als der erste vorgegebene Differenzenquotient.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verwendet die Überwachungsvorrichtung als zusätzliche Bedingung für die Annahme des zweiten Fehlerzustands der Kühlvorrichtung das Kriterium, dass der ermittelte Differenzquotient kleiner ist als der erste vorgegebene Differenzenquotient. Hierdurch können geringere Fehlerzustände gut von größeren Fehlerzuständen unterschieden werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verwendet die Überwachungsvorrichtung als zusätzliche Bedingung für die Annahme des zweiten Fehlerzustands das Kriterium, dass der aktuelle Temperaturwert größer ist als ein vorgegebener dritter Temperaturgrenzwert. Auch hierdurch können weitere Fehlerzustände erkannt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsvorrichtung dazu ausgebildet, bei Erkennung des zweiten Fehlerzustands der Kühlvorrichtung ein Reduzierungssignal über den Ausgang auszugeben, um die maximale Leistung der Leistungselektronikanordnung zu reduzieren. Die Leistungselektronikanordnung kann noch arbeiten, beispielsweise in einem Notbetrieb.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Leistungselektronikanordnung ein AC/DC-Wandler, ein DC/AC-Wandler oder ein DC/DC-Wandler. Bei diesen Wandlern ist die Überwachungsvorrichtung besonders vorteilhaft, da sie eine Redundanz beispielsweise zu einer Fahrzeugbatterie im Bordnetz ermöglichen und somit die Sicherheit erhöhen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die ermittelten Differenzenquotienten zumindest teilweise gespeichert, beispielsweise extreme Differenzenquotienten oder Differenzenquotienten über einem vorgegebenem Grenzwert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat ein Fahrzeug eine solche Überwachungsvorrichtung. Die Überwachungsvorrichtung erhöht deutlich die Sicherheit.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:

1 in schematischer Darstellung den Gesamtaufbau eines Fahrzeugs mit einer Leistungselektronikanordnung, einer Kühlvorrichtung und einer Überwachungsvorrichtung,
2 einen Temperaturverlauf eines Kühlmittels bei ordnungsgemäß arbeitender Kühlvorrichtung
3 den Temperaturverlauf des Kühlmittels bei einem ersten Fehlerzustand der Kühlvorrichtung,
4 den Temperaturverlauf des Kühlmittels bei einem zweiten Fehlerzustand der Kühlvorrichtung,
5 eine Zuordnung von Differenzenquotienten zu Zuständen,
6 ein Flussdiagramm für die Ermittlung des Zustands der Kühlvorrichtung,
7 ein Flussdiagramm für die Ermittlung eines ersten Zeitwerts und ersten Temperaturwerts,
8 ein Flussdiagramm für die Ermittlung eines zweiten Zeitwerts und zweiten Temperaturwerts,
9 eine Alternative für eine Bestimmung des Zustands der Kühlvorrichtung,
10 eine weitere Alternative für eine Bestimmung des Zustands der Kühlvorrichtung, und
11 ein Flussdiagramm für die Auswertung des Zustands durch die Leistungselektronikanordnung.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Fahrzeug 10, bspw. ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Eine Leistungselektronikanordnung 12 ist vorgesehen, insbesondere ein DC/DC-Wandler, ein DC/AC-Wandler oder ein AC/DC-Wandler. Eine Kühlvorrichtung 14 zur Kühlung der Leistungselektronikanordnung 12 ist vorgesehen, und ein Temperatursensor 16 ist an der Kühlvorrichtung 14 vorgesehen, um in Abhängigkeit von einer Temperatur an der Kühlvorrichtung 14 ein Temperatursignal 17 zu erzeugen und über eine Datenleitung 18 auszugeben. Eine Überwachungsvorrichtung 20 hat eine Steuervorrichtung 22 mit einem Eingang IN 24 und einem Ausgang OUT 26. Die Leistungselektronikanordnung 12 ist über eine Datenleitung 13 mit dem Eingang 24 verbunden, und die Datenleitung 18 ist ebenfalls mit dem Eingang 24 verbunden. Der Ausgang 26 ist über eine Datenleitung 28 zur Übermittlung eines Signals 27 mit der Leistungselektronikanordnung 12 verbunden. Der Ausgang 26 ist zudem über eine Datenleitung 29 mit einem Fahrzeugcomputer 30 verbunden, um die Ausgabe eines Fehlers zu ermöglichen.
Die Steuervorrichtung 22 ist dazu ausgebildet, das Temperatursignal 17 auszuwerten und in Abhängigkeit von diesem eine Beeinflussung der Leistungselektronikanordnung 12 zu ermöglichen. Zudem oder alternativ kann ein Fehlersignal an den Fahrzeugcomputer 30 ausgegeben werden. Die Steuervorrichtung 22 erkennt dabei, ob die Kühlvorrichtung 14 normal arbeitet, oder ob ein Fehler vorliegt. So kann bspw. bei einer Flüssigkeitskühlung das Kühlmittel durch ein Leck aus dem Kühlkreislauf verschwunden sein, oder es findet keine Förderung des Kühlmittels statt, da bspw. eine Kühlmittelleitung verstopft ist oder die Pumpe nicht funktioniert.
2 zeigt die über den Temperatursensor 16 gemessene Temperatur, aufgetragen über die Zeit. Zum Zeitpunkt t1 erfolgt eine Aktivierung der Leistungselektronikanordnung 12, und infolge der Verlustleistung der Leistungselektronikanordnung 12 steigt die Temperatur des Kühlmittels der Kühlvorrichtung 14 an. In Abhängigkeit von der Verlustleistung der Leistungselektronikanordnung 12 stellt sich mit der Zeit eine entsprechende Temperatur ein. Der Temperaturverlauf hat nach der Aktivierung der Leistungselektronikanordnung 12 einen Anstiegsbereich 41, in dem die Temperatur ansteigt, und an den Anstiegsbereich 41 schließt sich ein asymptotischer Bereich 42 an, in dem die Temperatur sich nur noch wenig ändert. Die Kühlvorrichtung 14 befindet sich in einem normalen Zustand S_Norm, sie funktioniert also fehlerfrei.
Eingezeichnet ist ein Zeitpunkt t1, zu dem die Leistungselektronikanordnung 12 aktiviert wurde. Beim Zeitpunkt t2 findet der Übergang vom Anstiegsbereich 41 in den asymptotischen Bereich 42 statt. Zum Zeitpunkt t1 hat die Temperatur einen Temperaturwert Temp1, und zum Zeitpunkt t2 einen Temperaturwert Temp2. Neben dem Verlauf der Temperatur ist auch die direkte Steigung zwischen den Werten zu den Zeitpunkten t1 und t2 eingezeichnet. Die Steigung kann aus den Differenzenquotienten DQ der Temperaturwerte und der Zeitwerte berechnet werden gemäß der Formel $DQ = Δ Temp/ Δ t = (Temp2 - Temp1) / (t2 - t1)$
3 zeigt den Verlauf der Temperatur in einem Zustand S_ERR_2, bei dem kein Kühlmittelfluss stattfindet, da bspw. die Kühlmittelpumpe defekt ist.
Zum Zeitpunkt t1 wird wieder die Leistungselektronikanordnung 12 aktiviert, und zum Zeitpunkt t2 findet ein Übergang vom Anstiegsbereich 41 in den asymptotischen Bereich 42 statt. Es ist zu sehen, dass der Verlauf steiler ist als in 2, und es wird eine höhere Temperatur Temp2 zum Zeitpunkt t2 erreicht. Der Differenzenquotient ist entsprechend größer als in 2.
4 zeigt den Verlauf der Temperatur für einen Zustand S_ERR_1, bei dem die Kühlvorrichtung 14 Kühlmittel verloren hat und hierdurch die Kühlung stark beeinträchtigt ist. Zum Zeitpunkt t1 wird die Leistungselektronikanordnung 12 aktiviert, und zum Zeitpunkt t2 findet ein Übergang vom Anstiegsbereich 41 in den asymptotischen Bereich 42 statt. Die Steigung zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 ist noch steiler als in 3 und 2, und damit ist auch der Differenzenquotient DQ in 4 größer als in 3 und in 2.
Versuche haben ergeben, dass über die Ermittlung des Differenzenquotienten DQ gut bestimmt werden kann, in welchem Zustand sich die Kühlvorrichtung 14 befindet.
5 zeigt eine Zuordnung des Differenzenquotienten DQ zu unterschiedlichen Zuständen der Kühlvorrichtung 10. Oberhalb eines ersten vorgegebenen Differenzenquotienten DQ1 und damit bei einer sehr großen Steigung des Temperaturverlaufs wird angenommen, dass die Kühlvorrichtung 14 in einem Zustand S_ERR_1 ist, bei dem ein schwerwiegender Fehler vorliegt, bspw. ein Verlust des Kühlmittels. Zwischen dem ersten vorgegebenen Differenzenquotienten DQ1 und einem zweiten vorgegebenen Differenzenquotienten DQ2 und damit bei einer geringeren, aber weiterhin erhöhten Steigung wird angenommen, dass ein Zustand S_ERR_2 vorliegt, bei dem die Kühlvorrichtung 14 zwar eine gewisse Kühlleistung hat, jedoch nicht die volle Kühlleistung. Dies kann bspw. der Fall sein, wenn die Kühlmittelpumpe nicht funktioniert. Wenn der Differenzenquotient DQ kleiner als der vorgegebene zweite Differenzenquotient DQ2 ist, kann man entweder annehmen, dass die Kühlvorrichtung 14 normal funktioniert und einen Zustand S_NORM hat. Alternativ kann ein zusätzlicher dritter vorgegebener Differenzenquotient DQ3 vorgesehen sein und angenommen werden, dass dann, wenn der Differenzenquotient DQ kleiner ist als der dritte Differenzenquotient DQ3, etwas mit der Kühlvorrichtung 14 oder aber mit dem Temperatursensor nicht in Ordnung ist.
Der so ermittelte Zustand kann an die Leistungselektronikanordnung 12 und/oder an den Fahrzeugcomputer 30 ausgegeben werden, und diese können entsprechend reagieren. Die Leistungselektronikanordnung 12 kann bspw. beim Zustand S_ERR_1 eine Deaktivierung vornehmen, da eine Beschädigung der Leistungselektronikanordnung 12 ohne Kühlung auftreten kann. Beim Zustand S_ERR_2 und S_ERR_3 kann die Leistungselektronikanordnung 12 bspw. dadurch reagieren, dass die maximale Leistung der Leistungselektronikanordnung 12 reduziert wird. Wenn die Leistungselektronikanordnung 12 bspw. ein DC/DC-Wandler ist, kann bspw. die maximale Leistung am Ausgang von 10 kW auf 4 kW erniedrigt werden. Beim Zustand S_ERR_3 kann der Fahrzeugcomputer 30 bspw. reagieren, indem er auffordert, eine Werkstatt aufzusuchen.
Die Parameter DQ1, DQ2, DQ3 und auch die übrigen verwendeten Parameter bei den Berechnungen sind abhängig von der jeweiligen Kühlvorrichtung und von der Leistungselektronikanordnung. Für neue Serien können beispielsweise Probemessungen mit den entsprechenden Fehlern durchgeführt werden und entsprechend geeignete Parameter bestimmt werden. Diese Parameter können in der Überwachungsvorrichtung 20 beispielsweise für den entsprechenden Anwendungsfall in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden.
6 zeigt ein Flussdiagramm für eine Routine zur Auswertung des Differenzenquotienten DQ. In S100 erfolgt der Start, bspw. bei einer Aktivierung der Leistungselektronikanordnung 12. In S102 wird ein erster Zeitwert t1 und ein erster Temperaturwert Temp1 ermittelt. Anschließend wird in S104 ein zweiter Zeitwert t2 und ein zweiter Temperaturwert Temp2 ermittelt. In S106 wird der Differenzenquotient DQ ausgerechnet anhand der Formel (1).
In S108 wird überprüft, ob der Differenzenquotient DQ größer ist als der erste vorgegebene Differenzenquotient DQ1. Falls ja, wird in S110 der Zustand STATE auf den Wert S_ERR_1 gesetzt. Falls nein, erfolgt ein Sprung nach S112, und dort wird überprüft, ob der Differenzenquotient DQ größer ist als der vorgegebene zweite Differenzenquotient DQ2. Falls ja, wird in S114 der Zustand STATE auf den Wert S_ERR_2 gesetzt. Falls nein, erfolgt ein Sprung nach S116, und es wird überprüft, ob der Differenzenquotient DQ größer ist als der vorgegebene dritte Differenzenquotient DQ3. Falls ja, wird in S118 der Zustand STATE auf den Wert S_NORM gesetzt. Falls nein, erfolgt ein Sprung nach S120, und der Zustand STATE wird auf den Wert S_ERR_3 gesetzt. Anschließend erfolgt ein Sprung nach S122, ebenso von S110, S114 und S118. In S122 wird der Zustand STATE ausgegeben, bspw. an dem Fahrzeugcomputer 30 oder an die Leistungselektronikanordnung 12. In S124 wird die Routine beendet.
Die Routine S100 kann naturgemäß auch wiederholt ausgeführt werden, indem fortdauernd die Schritte S102 und S104 und damit Messungen durchgeführt werden und anschließend in den folgenden Schritten die aktuellen Differenzenquotienten DQ ausgewertet werden. Falls die Ermittlung des Differenzenquotienten DQ auch im asymptotischen Bereich durchgeführt wird, kann die Überprüfung in S116 durch den Schritt S118 ersetzt werden und die Schritte S116, S120 entfernt werden, damit im asymptotischen Bereich 42 kein Fehlerzustand S_ERR_3 erzeugt wird.
7 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel für die Routine GET t1, Temp1 S102. In S132 wird ein aktueller Zeitwert t und ein aktueller Temperaturwert Temp ermittelt bzw. gemessen („MEAS“). In S134 wird überprüft, ob der Temperaturwert Temp größer oder gleich einem Temperaturgrenzwert Temp_lim_1 ist, ob also bereits eine bestimmte Temperatur erreicht wurde. Falls nein, erfolgt ein Sprung zurück nach S132, und die Temperatur wird erneut ermittelt. Falls ja, erfolgt ein Sprung nach S136, und die Variable t1 wird auf den Zeitwert t gesetzt, und die Variable temp1 wird auf den Temperaturwert Temp gesetzt. Anschließend wird die Routine in S138 beendet. Der Temperaturgrenzwert Temp_lim_1 kann bspw. auf 30 °C gesetzt werden, und die Berechnung des Differenzenquotienten DQ kann damit mit einem Punkt berechnet werden, bei dem immer dieselbe Temperatur vorliegt. Dies ermöglicht eine gute Vergleichbarkeit der Auswertung.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Routine GET t2, Temp2 S104 von 6. In S142 erfolgt die Messung eines Zeitwerts t und eines Temperaturwerts Temp, und die ermittelten Werte werden gespeichert in den Variablen t_OLD und Temp_OLD. In S144 wird gewartet, und in S146 werden in gleicher Weise ein Zeitwert und ein Temperaturwert in den Variablen t_NEW und Temp_NEW gespeichert. In S148 wird der Differenzenquotient DQ ausgerechnet, und in S159 wird überprüft, ob der Differenzenquotient DQ kleiner ist als ein Grenzwert DQ_min. Falls dies nicht der Fall ist, die Steigung des Temperaturverlaufs also noch relativ groß ist, erfolgt ein Sprung nach S152, die Variable t_OLD wird auf den Wert der Variablen t_NEW gesetzt, die Variable Temp_OLD wird auf den Wert der Variablen Temp_NEW gesetzt, und es erfolgt ein Sprung zurück nach S144, um den nächsten Differenzenquotienten zu ermitteln. Falls in S150 jedoch der Differenzenquotient DQ kleiner ist als der Grenzwert DQ_MIN, erfolgt ein Sprung nach S154, und die Variable t2 wird auf den Wert t_NEW gesetzt, die Variable Temp2 wird auf den Wert Temp_NEW gesetzt, und es erfolgt ein Sprung nach S156, um die Routine zu beenden. Durch die Überprüfung in S150 wird ermittelt, ob bereits der asymptotische Bereich 42 mit einer geringeren Steigung erreicht wurde. Hierdurch kann der Zeitwert t2 entsprechend 2 bis 4 ermittelt werden.
Alternativ kann der Übergang vom Anstiegsbereich 41 zum asymptotischen Bereich 42 dadurch ermittelt werden, dass während des zeitlichen Verlaufs der maximale Differenzenquotient DQmax ermittelt wird, indem beispielsweise immer der bisher maximale Wert DQmax gespeichert wird, und wenn der Differenzenquotient größer wird als das bisherige DQmax, wird DQmax ersetzt. Der Übergang wird dann angenommen, wenn der Differenzenquotient DQ kleiner ist als ein vorgegebene Anteil des maximalen Differenzenquotienten DQmax, beispielsweise kleiner als 5 % von DQmax oder kleiner als 10 % von DQmax.
9 zeigt eine alternative Ausführungsform zum Schritt S108 von 6. Im Schritt S108' wird als Fehlerbedingung für den Zustand S_ERR_1 der Auswertung des Differenzenquotienten DQ zusätzlich ausgewertet, ob die Temperatur Temp2, also die aktuelle Temperatur, größer ist als ein vorgegebener zweiter Temperaturgrenzwert Temp_max_high. Es wird also angenommen, dass bei einer Überschreitung dieses zweiten Temperaturgrenzwerts ein Fehler vorliegt. In Abhängigkeit vom Anwendungsfall können die beiden Bedingungen (Differenzenquotient und Maximaltemperatur) auch als notwendige Voraussetzungen verwendet werden, indem die ODER-Verknüpfung mit dem Operator „OR“ durch eine UND-Verknüpfung mit dem Operator „AND“ ersetzt wird.
10 zeigt entsprechend 9 eine alternative Ausführungsform des Schritts S112 von 6, bei dem neben der Auswertung des Differenzenquotienten DQ der Fehlerzustand S_ERR_2 auch dann ausgelöst wird, wenn die aktuelle Temperatur (Temp2) größer ist als ein vorgegebener dritter Temperaturgrenzwert Temp_max_mid. Auch hier ist alternativ eine UND-Verknüpfung möglich.
11 zeigt in schematischer Darstellung eine Reaktion der Leistungselektronikanordnung 12 auf den übermittelten Zustand. In S116 startet die Routine, und in S162 wird überprüft, ob der Zustand STATE dem Zustand S_ERR_1 entspricht. Falls JA, wird die Leistungselektronikanordnung 12 in S164 abgeschaltet. Falls NEIN, wird in S166 überprüft, ob der Zustand STATE dem Zustand S_ERR_2 oder dem Zustand S_ERR_3 entspricht. Falls JA, wird in S168 die Maximalleistung P_max reduziert, die Leistungselektronikanordnung 12 bleibt jedoch angeschaltet. Falls NEIN, erfolgt ein Schritt nach S170, und es wird überprüft, ob der Zustand dem Zustand S_Norm entspricht. Falls JA, bleibt die Leistungselektronikanordnung 12 normal angeschaltet („ON“). Falls NEIN, liegt ein nicht bekannter Zustand vor, und in S174 erfolgt eine Fehlerbehandlung („ERROR“).
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.
Wenn von einem Vergleich „kleiner als“ oder „größer als“ gesprochen wird, umfasst dies immer auch „kleiner als oder gleich wie“ oder „größer als oder gleich wie“, da bei diskreten Werten (beispielsweise Integer-Zahlen) x < y übereinstimmt mit x <= (y-1).
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
12: Leistungselektronikanordnung
14: Kühlvorrichtung
16: Temperatursensor
17: Temperatursignal
18: Datenleitung
20: Überwachungsvorrichtung
22: Steuervorrichtung
24: Eingang
26: Ausgang
27: Ausgabesignal
28: Datenleitung
29: Datenleitung
30: Fahrzeugcomputer
41: Anstiegsbereich
42: asymptotischer Bereich
Temp1, Temp2: Temperaturwert
t1, t2: Zeitpunkt
DQ: Differenzenquotient
DQ1: vorgegebener erster Differenzenquotient
DQ2: vorgegebener zweiter Differenzenquotient
DQ_min: Grenzwert für Bestimmung asymptotischer Bereich
DQ_max: maximaler Differenzenquotient bei Messung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2012/0199084 A1 [0003]
US 5215044 A [0003]
EP 2494162 B1 [0003]
US 2012/0262881 A1 [0004]
US 2013/0069591 A1 [0005]

Claims

Überwachungsvorrichtung (20) zur Überwachung einer Kühlvorrichtung (14) für eine Leistungselektronikanordnung (12), welche Überwachungsvorrichtung (20) eine Steuervorrichtung (22) aufweist, welche Steuervorrichtung (22) einen Eingang (24) und einen Ausgang (26) aufweist, welcher Eingang (24) dazu eingerichtet ist, ein Temperatursignal (17) von einem Temperatursensor (16) zu empfangen und in Abhängigkeit vom Temperatursignal (17) einen Temperaturwert (Temp1, Temp2) zu bestimmen, welcher Ausgang (26) dazu eingerichtet ist, ein Ausgabesignal (27) auszugeben, und welche Steuervorrichtung (22) dazu ausgebildet ist, die folgenden Schritte durchzuführen: - Es wird mindestens zweimal ein Temperaturwert (Temp1, Temp2) und ein dem Temperaturwert zugeordneter Zeitwert (t1, t2) ermittelt - Ein Differenzenquotient (DQ) der Änderung der Temperaturwerte (Temp1, Temp2) zur Änderung der zugeordneten Zeitwerte (t1, t2) wird ermittelt - In Abhängigkeit vom ermittelten Differenzenquotienten (DQ) wird der Zustand (STATE) der Kühlvorrichtung (14) der Leistungselektronikanordnung (12) bestimmt, und in Abhängigkeit vom Zustand (STATE) wird das Ausgabesignal (27) ausgegeben, um die Leistungselektronikanordnung (12) zu beeinflussen.
Überwachungsvorrichtung (20) nach Anspruch 1, welche anhand des zeitlichen Verlaufs der Temperaturwerte (Temp1, Temp2) bestimmt, ob sich die Temperatur in einem Anstiegsbereich (41) oder in einem asymptotischen Bereich (42) befindet, und welche dazu ausgebildet ist, beim Übergang vom Anstiegsbereich (41) zum asymptotischen Bereich (42) den zugehörigen Temperaturwert (Temp1, Temp2) und den zugehörigen Zeitwert zu speichern und diese Werte bei der Bildung des Differenzenquotienten (DQ) zu verwenden.
Überwachungsvorrichtung (20) nach Anspruch 2, welche dazu ausgebildet ist, den Übergang vom Anstiegsbereich (41) zum asymptotischen Bereich (42) dadurch zu ermitteln, dass der Differenzenquotient (DQ) kleiner ist als ein vorgegebener minimaler Differenzenquotient (DQ_min).
Überwachungsvorrichtung (20) nach Anspruch 2, welche dazu ausgebildet ist, den Übergang vom Anstiegsbereich (41) zum asymptotischen Bereich (42) dadurch zu ermitteln, dass während des zeitlichen Verlaufs der maximale Differenzenquotient (DQmax) ermittelt wird und der Übergang dann angenommen wird, wenn der Differenzenquotient (DQ) kleiner ist als ein vorgegebene Anteil des maximalen Differenzenquotienten (DQmax).
Überwachungsvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche dazu ausgebildet ist, bei der Aktivierung der Leistungselektronikanordnung (12) den zugehörigen Temperaturwert (Temp1) und den zugehörigen Zeitwert (t1) zu speichern und diese Werte bei der Bildung des Differenzenquotienten (DQ) zu verwenden.
Überwachungsvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche dazu ausgebildet ist, einen Zeitpunkt (t1) zu bestimmen, an dem der Temperaturwert (Temp) einen vorgegebenen ersten Temperaturgrenzwert (Temp_lim_1) überschreitet, und welche dazu ausgebildet ist, den zugehörigen Temperaturwert (Temp1) oder den ersten Temperaturgrenzwert (Temp_lim_1) einerseits und den zugehörigen Zeitwert (t1) zu speichern und diese Werte bei der Bildung des Differenzenquotienten (DQ) zu verwenden.
Überwachungsvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche dazu ausgebildet ist, wiederholt den Differenzenquotienten (DQ) von zeitlich beabstandeten Temperaturmesswerten (Temp1, Temp2) zu bestimmen und auszuwerten.
Überwachungsvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche einen ersten vorgegebenen Differenzenquotienten (DQ1) aufweist, welcher einen ersten Fehlerzustand (S_ERR_1) der Kühlvorrichtung (14) charakterisiert, und welche als Bedingung für die Annahme des ersten Fehlerzustands (S_ERR_1) der Kühlvorrichtung (14) das Kriterium verwendet, dass der ermittelte Differenzenquotient (DQ) größer ist als der erste vorgegebene Differenzenquotient (DQ1).
Überwachungsvorrichtung (20) nach Anspruch 8, welche als zusätzliche Bedingung für die Annahme des ersten Fehlerzustands (S_ERR_1) das Kriterium verwendet, dass der aktuelle Temperaturwert (Temp) größer ist als ein vorgegebener zweiter Temperaturgrenzwert (Temp_max_high).
Überwachungsvorrichtung (20) nach Anspruch 8 oder 9, welche dazu ausgebildet ist, bei Erkennung des ersten Fehlerzustands (S_ERR_1) der Kühlvorrichtung (14) ein Abbruchsignal über den Ausgang (26) auszugeben, um die Leistungselektronikanordnung (12) zu deaktivieren.
Überwachungsvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche einen zweiten vorgegebenen Differenzenquotienten (DQ2) aufweist, welcher einen zweiten Fehlerzustand (S_ERR_2) der Kühlvorrichtung (14) charakterisiert, und welche als Bedingung für die Annahme des zweiten Fehlerzustands (S_ERR_2) der Kühlvorrichtung (14) das Kriterium verwendet, dass der ermittelte Differenzenquotient (DQ) größer ist als der zweite vorgegebene Differenzenquotient (DQ2).
Überwachungsvorrichtung (20) nach Anspruch 11 und Anspruch 7, welche als zusätzliche Bedingung für die Annahme des zweiten Fehlerzustands (S_ERR_2) der Kühlvorrichtung (14) das Kriterium verwendet, dass der ermittelte Differenzquotient (DQ) kleiner ist als der erste vorgegebene Differenzenquotient (DQ1).
Überwachungsvorrichtung (20) nach Anspruch 11 oder 12, welche als zusätzliche Bedingung für die Annahme des zweiten Fehlerzustands (S_ERR_2) das Kriterium verwendet, dass der aktuelle Temperaturwert (Temp) größer ist als ein vorgegebener dritter Temperaturgrenzwert (Temp_max_mid).
Überwachungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, welche dazu ausgebildet ist, bei Erkennung des zweiten Fehlerzustands der Kühlvorrichtung (14) ein Reduzierungssignal über den Ausgang (26) auszugeben, um die maximale Leistung der Leistungselektronikanordnung (12) zu reduzieren.
Überwachungsvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Leistungselektronikanordnung (12) ein AC/DC-Wandler, ein DC/AC-Wandler oder ein DC/DC-Wandler ist.
Fahrzeug mit einer Überwachungsvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.