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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Systems, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, das zumindest einen elektrischen Verbraucher, wenigstens eine Energiequelle für elektrische Energie und mindestens ein Steuergerät aufweist, wobei zum Starten des Systems der Verbraucher testweise durch das Steuergerät angesteuert und eine elektrische Spannung in dem System überwacht und mit einem vorgebbaren Mindestwert verglichen wird, und wobei die Ansteuerung unterbrochen wird, wenn das Spannungsniveau den Mindestwert unterschreitet, und wobei anschließend der Verbraucher erneut testweise angesteuert wird.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät zur Durchführung des oben genannten Verfahrens sowie ein elektrisches Netz, insbesondere Traktionsnetz oder Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, mit einem derartigen Steuergerät.
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Stand der Technik
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Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Um einen sicheren Systemstart eines elektrischen Netzes oder Netzwerks durchzuführen, ist es bekannt, eine oder mehrere Komponenten des Netzes, insbesondere solche, die einen hohen Energiebedarf aufweisen, vor der Inbetriebnahme des Netzes zu testen und erst nach erfolgreichem Test eine Freigabe zur Aktivierung des Verbrauchers zu geben. Hierzu ist es bekannt, den elektrischen Verbraucher, beispielsweise einen Aktuator, wie einen Elektromotor, insbesondere Synchronmotor, testweise anzusteuern, sodass er Energie aus dem System, insbesondere aus dem elektrischen Energiespeicher, aufnimmt. Dabei wird die Spannung des Netzes oder Systems überwacht um zu prüfen, ob das Netz dazu in der Lage ist, die für den Verbraucher notwendige Energie zur Verfügung zu stellen. Dazu wird das Spannungsniveau des Netzes, beispielsweise das Spannungsniveau der Energiequelle überwacht und insbesondere laufend mit einem vorgebbaren Mindestwert verglichen. Dieser Mindestwert wird in Steuergeräten auch häufig als Sicherheits-Abschaltschwelle bezeichnet. Wird diese unterschritten, so wird der Verbraucher oder das zugehörige Steuergerät deaktiviert, um eine Schädigung des Netzes und/oder des Energiespeichers zu vermeiden.
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Mit zunehmender Lebensdauer nimmt die Kapazität eines elektrischen Energiespeichers in der Regel ab, und auch elektrische Leitungen, die von Korrosion befallen sind, erlangen mit zunehmender Zeitdauer einen erhöhten elektrischen Widerstand, der dazu führt, dass beim Ansteuern des Verbrauchers die Spannung im System unter den genannten Mindestwert fallen kann. Tritt dieser Fehlerfall auf, wird nach kurzer Zeit der Verbraucher erneut testweise angesteuert. Bleibt die Fehlerquelle, beispielsweise ein zu niedriger Ladezustand der Batterie beziehungsweise Energiequelle, bestehen, so kann dies dazu führen, dass der Verbraucher wiederholt testweise angesteuert wird. Dies führt dazu, dass zum einen dem System weiter Energie entnommen wird, und dass zum anderen der Verbraucher und auch das Steuergerät dauerhaft belastet werden, wobei insbesondere auch die Temperaturbelastung für die Komponenten auf Dauer zu Beschädigungen führen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein sich zu oft wiederholender Testzyklus vermieden und dadurch eine Überanspruchung der Komponenten des Netzes vermieden wird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Anzahl der Unterbrechungen gezählt und mit Erreichen einer vorgegebenen Maximalanzahl der Verbraucher zumindest zeitweise deaktiviert wird. Dadurch wird der Testzyklus zumindest für die vorgegebene Zeit unterbrochen und Verbraucher sowie Steuergerät und Energiequelle geschont. Eine Beanspruchung wird sicher verhindert und damit die Lebensdauer des Netzes insgesamt erhöht. Die Erfindung sieht vor, dass die Anzahl der Unterbrechungen gezählt wird. Es wird also davon ausgegangen, dass mindestens zwei Unterbrechungen gezählt werden, bevor der Verbraucher deaktiviert wird. Vorzugsweise werden mehr als zwei, beispielsweise fünf oder zehn Unterbrechungen als Maximalanzahl gewählt und ein weiteres Ansteuern des Aktuators durch dessen Deaktivierung bei Erreichen der Maximalanzahl verhindert.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird mit der Deaktivierung des Verbrauchers eine Warnmeldung ausgegeben. Diese Warnmeldung wird beispielsweise visuell oder akustisch an einen Benutzer des Systems, beispielsweise an den Fahrer eines das System aufweisenden Kraftfahrzeugs, ausgegeben, sodass dieser über den Fehler informiert ist und beispielsweise Gegenmaßnahmen ergreifen kann. Alternativ oder zusätzlich wird eine interne Warnmeldung ausgegeben und beispielsweise als Fehlermeldung in einem Speicher des Steuergeräts hinterlegt, sodass bei einem folgenden Werkstattaufenthalt der Fehler ausgelesen und von der Werkstatt behoben werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird mit der Deaktivierung des Verbrauchers ein Notlaufbetrieb des Systems eingestellt. Durch diese Sicherheitsmaßnahme berücksichtigt das System, dass ein bestimmter Verbraucher, nämlich der, der deaktiviert wurde, nicht mehr zur Verfügung steht. Handelt es sich dabei um keine notwendige Sicherheitskomponente, kann ein weiterer Betrieb des Kraftfahrzeugs auch ohne diesen Verbraucher durchgeführt werden. Handelt es sich bei dem Verbraucher beispielsweise um einen optional an den Antriebsstrang anschließbaren Antriebsmotor, so kann das Kraftfahrzeug auch ohne diesen mithilfe eines außerdem vorhandenen Verbrennungsmotor weiter betrieben werden. In diesem Notlaufbetrieb stünde dann lediglich der elektrische Antrieb nicht zur Verfügung.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass mit jeder Unterbrechung ein Zähler in einen nicht flüchtigen Speicher des Steuergeräts gesetzt wird, um die Anzahl der Unterbrechungen zu zählen. Hierdurch ist ein einfaches Zählen der Unterbrechungen insbesondere für das Steuergerät ermöglicht. Alternativ wird mit jeder testweisen Ansteuerung des Verbrauchers der Zähler gesetzt, um die Anzahl der erfolgten testweisen Ansteuerungen zu zählen. Nur dann, wenn eine testweise Ansteuerung erfolgreich durchgeführt werden konnte, wird der Zählerstand gelöscht, sodass auch hierdurch ein einfaches Zählen der Unterbrechungen ermöglicht ist. Das Speichern oder Hinterlegen des Zählers in dem nicht-flüchtigen Speicher hat den Vorteil, dass die Zähler-Information auch im Falle eines Neustarts des Verbrauchers oder des Gesamtsystems zur Verfügung steht, also beispielsweise auch dann, wenn das System aufgrund zu geringer elektrischer verfügbarer Spannung oder aus anderen Gründen abgeschaltet oder vollständig heruntergefahren wurde.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass als Spannung des Systems eine Ausgangsspannung der Energiequelle überwacht wird. Dadurch ist direkt ermittelbar, ob die zur Verfügung stehende Energie der Energiequelle ausreicht, den Verbraucher zu betreiben.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird nach Deaktivierung des Verbrauchers das Spannungsniveau weiter überwacht, und bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes durch das Spannungsniveau der Verbraucher teilweise wieder angesteuert. Nach einer einmal erfolgten Deaktivierung wird somit die Überwachung des Spannungsniveaus des Netzes weiter fortgeführt. Wird dabei erkannt, dass das Spannungsniveau den vorgebbaren Grenzwert überschreitet, der gleich oder höher als der Mindestwert ist, wird davon ausgegangen, dass nunmehr mehr Energie zur Verfügung steht und ein testweises Ansteuern des Verbrauchers gefahrlos für den Betrieb des Gesamt-Netzes durchgeführt werden kann. Wird erkannt, dass das Spannungsniveau den Grenzwert überschreitet, insbesondere nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitdauer, so wird er vorher noch testweise angesteuert und das vorstehende Verfahren durchgeführt. Erst nach erfolgreicher testweisen Ansteuerung, bei welcher das Spannungsniveau nicht unter den genannten Mindestwert fällt, wird der Verbraucher aktiviert und in Betrieb genommen.
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Weiterhin wird bevorzugt nach der Deaktivierung des Verbrauchers ein Betriebszustand eines elektrischen Generators das System überwacht und insbesondere bei Erfassen eines generatorischen Betriebs der Verbraucher testweise angesteuert. Dabei wird davon ausgegangen, dass sobald ein Generator des Systems generatorisch betrieben wird, elektrische Energie erzeugt und dem System zur Verfügung gestellt wird. Entsprechend wird die Annahme getroffen, dass das Spannungsniveau nunmehr ausreichen sollte, um eine erfolgreiche testweise Ansteuerung des Verbrauchers durchzuführen.
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Bevorzugt wird nach einer erfolgreich durchgeführten testweisen Ansteuerung des Verbrauchers, bei welcher also der Mindestwert des Spannungsniveaus nicht unterschritten wird, der Verbraucher aktiviert und die Anzahl der zuvor erfolgten Unterbrechungen gelöscht oder auf Null gesetzt. Damit wird das System in den ursprünglichen Zustand zurückgesetzt und der Fehlerspeicher gelöscht. Durch das Aktivieren des Verbrauchers steht dieser nun für die weitere Verwendung zur Verfügung.
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Das erfindungsgemäße Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich dadurch aus, dass es speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßen Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
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Das elektrische System mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch das erfindungsgemäße Steuergerät aus. Es ergeben sich hierdurch die genannten Vorteile.
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Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert werden.
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Dazu zeigen
- 1 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines vorteilhaften Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Systems, und
- 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Verfahrens.
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1 zeigt in einem vereinfachten Flussdiagramm ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Systems, das wenigstens einen elektrischen Verbraucher, wenigstens eine Energiequelle für elektrische Energie, insbesondere eine Traktionsbatterie, und zumindest ein Steuergerät aufweist. Optional weist das System mehrere Verbraucher auf, die Energie aus der Energiequelle beziehen, um ihre Funktion erfüllen zu können. Bei zumindest einem Verbraucher handelt es sich um eine elektrische Maschine, bevorzugt um eine Synchronmaschine, die auch als Antriebsmotor für ein das System aufweisendes Kraftfahrzeug dient.
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In einem ersten Schritt S1 wird das System insgesamt in Betrieb genommen.
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Anschließend werden die einzelnen Verbraucher auf ihre Funktionsfähigkeit getestet. In Bezug auf einen der Verbraucher, insbesondere die zuvor genannte Synchronmaschine, soll das Verfahren im Folgenden konkreter erläutert werden. Um die Funktionsfähigkeit zu testen wird in einem Schritt S2 der betroffene Verbraucher testweise angesteuert. Das bedeutet, der Verbraucher wird derart angesteuert, dass er in Betrieb genommen und elektrisch bestromt wird, jedoch insbesondere ohne dass eine Funktion für einen Benutzer des Kraftfahrzeugs spürbar durchgeführt wird. So wird der elektrische Motor beispielsweise mit einem Teststrom beaufschlagt, der nicht dazu ausreicht, eine Drehbewegung zu induzieren, jedoch ausreichend ist, um die Funktionsfähigkeit des Synchronmotors zu bestimmen.
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In einem darauffolgenden Schritt S3 erfolgt eine Abfrage. In dieser Abfrage wird die im System herrschende elektrische Spannung erfasst, während der Verbraucher testweise angesteuert wird, und mit einem vorgegebenen Mindestwert verglichen. Der Mindestwert stellt eine Abschalteschwelle dar, die vom Steuergerät dazu benutzt wird, den Betrieb des Verbrauchers einzustellen beziehungsweise eine Fehlfunktion im System festzustellen, wenn die erfasste Spannung den Mindestwert unterschreitet.
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Das Unterschreiten des Mindestwertes kann unterschiedliche Gründe haben. Zum einen ist dies beispielsweise dann der Fall, wenn die in dem Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie nicht dazu ausreicht, den Mindestwert zu überschreiten. Dies ist beispielsweise bei einem kritisch niedrigen Ladezustand des Energiespeichers der Fall. Auch kann es in der Verbindung von dem Energiespeicher in das System einen technischen Fehler geben, wie beispielsweise ein gelöstes Anschlusskabel oder dergleichen. Ebenfalls kann mit zunehmendem Alter des Systems aufgrund von Korrosionserscheinungen an den elektrischen Leitern der elektrische Widerstand der Leiter so weit erhöht werden, dass die Spannungsversorgung beeinträchtigt wird und das Spannungsniveau unter den Mindestwert fällt.
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Wird in Abfrage in Schritt S3 erfasst, dass die erfasste Spannung oberhalb des Mindestwerts liegt (j), so wird in einem darauffolgenden Schritt S4 der Verbraucher in Betrieb genommen und für den weiteren Betrieb des Systems als aktiviert markiert, sodass auch andere Steuergeräte darauf zugreifen und den Verbraucher nutzen können.
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Wird in der Abfrage in dem Schritt S3 jedoch erkannt, dass die Spannung unterhalb des Mindestwertes liegt (n), so wird zunächst in einem Schritt S5 ein Zähler in einem nichtflüchtigen Speicher des Steuergeräts gesetzt und anschließend zu Schritt S2 zurückverwiesen, um den Verbraucher erneut testweise anzusteuern.
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In einer weiteren Abfrage im Schritt S6 wird die Anzahl der gespeicherten Zähler überwacht. Dabei wird die Anzahl mit einer vorgebbaren Maximalanzahl verglichen. Solange die erfasste Anzahl unterhalb der Maximalanzahl liegt (n), so wird der Zählerstand weiter überwacht. Wird jedoch erkannt, dass die Zählerzahl die Maximalanzahl erreicht hat (j), so wird in einem darauffolgenden Schritt S7 der Verbraucher deaktiviert und eine weitere Durchführung des testweisen Ansteuerns in Schritt S2 unterbunden.
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Dadurch wird der Verbraucher und das System insgesamt vor einer Überlastung durch ein wiederholtes testweises Ansteuern des Verbrauchers vermieden, wodurch die Lebensdauer des Systems erhöht und Beschädigungen oder Verschleiß des Systems vermieden beziehungsweise reduziert werden.
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Mit der Deaktivierung des Verbrauchers beginnt eine Überwachung in einem Schritt S8, die das System darauf überwacht, ob ein Ereignis eintritt, das Anlass zu der Annahme gibt, dass die Spannung im System nunmehr den Mindestwert überschreiten könnte. Als ein solches Ereignis ist beispielsweise der Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne vorgesehen. So wird beispielsweise nach Ablauf einer Zeitspanne, die deutlich größer ist als die Zeitdauer, die zwischen mehreren testweisen Ansteuerungen im normalen Testzyklus vorliegt, abgelaufen, so wird ein erneutes Ansteuern des Verbrauchers testweise durchgeführt, um den aktuellen Zustand des Systems und insbesondere Verbrauchers zu prüfen.
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Alternativ wird bevorzugt ein Generator, der ebenfalls in das System eingebunden ist, auf seinen Betrieb überwacht. Wird der Generator beispielsweise generatorisch betrieben, also elektrische Energie erzeugt und in das System geführt, so wird davon ausgegangen, dass die Spannung im System nunmehr erhöht sein muss. Infolgedessen wird bei Erkennen des generatorischen Betriebs des Generators oder alternativ oder zusätzlich nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne (j) der das testweise Ansteuern des Verbrauchers im Schritt S2 wieder aufgenommen und das Verfahren wie vorstehend beschrieben durchgeführt, bis der Verbraucher entweder deaktiviert (Schritt S7) oder aktiviert (Schritt S4) wird.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorstehend beschriebenen Verfahrens, wobei bereits bekannte Schritte mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und insofern auf die obenstehende Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden soll im Wesentlichen auf die Unterschiede eingegangen werden.
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Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von 2 nunmehr die Reihenfolge von der Erhöhung des Zählers (Schritt S5) sowie das testweise Ansteuern (Schritt S2) vertauscht worden. Dadurch wird bereits mit der testweisen Ansteuerung des Verbrauchers der Zähler gesetzt. Diese hat den Vorteil, dass auch im Falle eines Neustarts beziehungsweise einer Unterbrechung der Ansteuerung der Zählerstand bereits verfügbar ist, wohingegen bei einem nachträglichen Zählersetzen erst nach einer Unterbrechung die Gefahr besteht, dass der Zähler nicht rechtzeitig vor Unterbrechung der Ansteuerung gesetzt werden kann, sodass der Zählerstand nicht korrekt vermerkt wird.
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Als Konsequenz dieser Umstrukturierung des Verfahrens ergibt sich weiterhin, dass Schritt S2 nunmehr in zwei Teilschritte S7a und S7b aufgeteilt wird. Schritt S7a folgt auf S6 und somit auf die Prüfung des Zählerstands mit Degradierung des Systems und Warten auf Erholung beziehungsweise Neustart. Schritt S7b folgt als Warteschritt zur Zeitverzögerung vor einer erneuten Erhöhung des Zählers im Schritt S5 und eventueller Wiederholung der testweisen Ansteuerung im Schritt S2. Für den Fall, dass es aufgrund nicht ausreichender Spannung in Schritt S3 zu einer Unterbrechung kommt, kann auch auf Schritt S1 zurückgewiesen werden, um mit der Initialisierung des Systems neu zu beginnen.
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Auch der Schritt S4 ist nunmehr in zwei Teilschritte S4a und S4b aufgeteilt, um darzustellen, dass der Zähler nach erfolgreich durchgeführter testweisen Ansteuerung und bei Erreichen des Vollbetriebs auf Null gesetzt wird. Im Schritt S4a wird also die Aktivierung des Verbrauchers vorgenommen, im Schritt S4b die Aktivierung beziehungsweise Freigabe des Gesamtsystems.
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Wird nach erfolgtem Erreichen des maximalen Zählerstands in Schritt S6 die Deaktivierung des Verbrauchers beschlossen, so wird das Deaktivieren des Verbrauchers im Schritt S7a im Schritt S9 überwacht, und bei erfolgter Deaktivierung der Zählerstand im darauffolgenden Schritt S10 auf Null gesetzt.
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Bevorzugt wird zusätzlich zum Zäherstand selbst auch noch überwacht, wie oft der Zählerstand die Maximalanzahl erreicht hat. Dies dient dazu, einen Zustand endgültiger Degradierung beziehungsweise Deaktivierung sicherzustellen, wenn auch nach Sicherstellung der Energieversorgung das testweise Ansteuern mehrfach abgebrochen und der Zählerstand mehrfach aufgrund von Erholung des Systems zurückgesetzt wurde.
