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Die Erfindung geht aus von einer Verlustleistungsüberwachung zur Erkennung von Fehlern in elektrischen Komponenten elektrisch antreibbarer Fahrzeuge, einer Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Antriebsystems elektrisch antreibbarer Fahrzeuge, einem Computerprogramm sowie einer Verwendung einer Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Antriebsystems elektrisch antreibbarer Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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In elektrisch antreibbaren Fahrzeugen können sehr hohe elektrische Ströme fließen, welche bei Alterung, Beschädigung, fehlerhafter Montage oder einem Defekt von elektrischen Komponenten, beispielsweise elektrischer Leitungen zwischen einem elektrochemischen Energiespeicher und einer elektrischen Maschine sowie deren Verbindungsstellen, die diesen elektrischen Strömen ausgesetzt sind, zu sehr viel Abwärme durch thermische Leistung führen, die im Extremfall zu einer Entzündung von Materialien ausreichen kann. Zusätzlich sinkt durch eine hohe Verlustleistung die Effizienz eines Antriebsystems des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs.
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Das Dokument
US 2015 120 168 offenbart eine Fahrzeugsteuervorrichtung, die eine Überschussbestimmungssteuerung durch Überwachen eines Antriebsleistungsüberschussindikators zu einem Zeitpunkt durchführt, wenn ein vorübergehender Überschusszustand auftritt, der anzeigt, dass ein Antriebsleistungsüberschussbetrag einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Verlustleistungsüberwachung zur Erkennung von Fehlern in elektrischen Komponenten elektrisch antreibbarer Fahrzeuge folgende Verfahrensschritte aufweist:
- a) Speichern mindestens einer Referenzgröße einer elektrischen Komponente, wobei die Referenzgröße insbesondere einen elektrischen Strom, eine elektrische Spannung und/oder ein Drehmoment der elektrischen Komponente und/oder eine Beschleunigung des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs mit einer funktionsfähigen, fehlerfreien und/oder korrekt montierten elektrischen Komponente bei mindestens einem definierten Betriebspunkt repräsentiert;
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Neben den oben genannten Größen können auch weitere, für die Bestimmung einer funktionsfähigen, fehlerfreien und/oder korrekt montierten elektrischen Komponente, relevante Parameter bei einem definierten Betriebspunkt erfasst werden, wie beispielsweise eine Frequenz oder andere physikalische Größen. Der definierte Betriebspunkt repräsentiert vorteilhafterweise Bedingungen, die beim Messen und/oder Speichern der Referenzgröße vorliegen. Beispielsweise werden ein oder mehrere Drehzahlpunkte einer elektrischen Maschine bei Inbetriebnahme der elektrischen Komponente, beispielsweise bei einer Band-Ende-Prüfung der Produktion, eingestellt und Referenzgrößen gespeichert.
- b) Erfassen mindestens einer Betriebsgröße der elektrischen Komponente, wobei die Betriebsgröße insbesondere einen elektrischen Strom, eine elektrische Spannung und/oder ein Drehmoment der elektrischen Komponente und/oder eine Beschleunigung des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs bei Betrieb repräsentiert;
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Bei Betrieb kann beispielsweise zu einem mit dem definierten Betriebspunkt vergleichbaren Betriebspunkt sein oder ein Betriebspunkt, der beispielsweise bei Fahrzeugstillstand eingestellt wird.
- c) Erzeugen einer Plausibilitätsinformation in Abhängigkeit eines Vergleichs der erfassten Betriebsgröße mit der Referenzgröße;
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Plausibilitätsinformation repräsentiert einen Fehler der elektrischen Komponente, falls eine Abweichung zwischen dem erfassten Betriebsparameter und dem Referenzparameter einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und/oder die erfasste Betriebsgröße unplausibel ist. Dadurch wird eine Änderung eines elektrischen Widerstands, beispielsweise einer elektrischen Leitung, und damit einer Verlustleistung, die zur Entstehung von Wärme beiträgt, rechtzeitig erkannt.
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Neben einer Alterung eines eingesetzten Materials einer elektrischen Leitung, wodurch eine elektrische Leitfähigkeit vermindert wird, kann ein Marderbiss zu einer Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit verstärkt durch anschließendes Einwirken von Wasser und Sauerstoff auf einen elektrischen Leiter führen sowie gelöste Verschraubungen von elektrischen Leitungen, die zu einem erhöhten Übergangswiederstand führen, was eine signifikante Verlustleitung zur Folge hat. Vorteilhafterweise werden diese erhöhten Übergangswiderstände erkannt und eine übermäßige Wärmeentwicklung mit Brandfolge verhindert werden.
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Der Schwellenwert wird in Abhängigkeit einer Betriebsdauer der elektrischen Komponente vorgegeben. Dadurch können vorteilhafterweise tolerierbare Alterungseffekte der elektrischen Komponente dynamisch berücksichtigt werden.
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Die Verlustleistungsüberwachung zur Erkennung von Fehlern in elektrischen Komponenten elektrisch antreibbarer Fahrzeuge weist ferner folgenden Verfahrensschritt auf:
- d) Einleiten von Maßnahmen in Abhängigkeit der Plausibilitätsinformation, insbesondere wenn die Plausibilitätsinformationen einen Fehler der elektrischen Komponente repräsentiert.
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Die eingeleiteten Maßnahmen umfassen ein elektrisches Trennen der elektrischen Komponente, eine Leistungsreduzierung der elektrischen Komponente, eine Reduzierung eines Fahrmoments des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs und/oder ein akustisches, optisches und/oder haptisches Signal, um das elektrisch antreibbare Fahrzeug und/oder die elektrische Komponente in einen sicheren Zustand zu überführen.
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Vorteilhafterweise wird Verfahrensschritt b) bei Betrieb und/oder bei Stillstand der elektrischen Komponente, fortlaufend und/oder zu vorgegebenen Zeitpunkten durchgeführt.
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Eine Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Antriebsystems elektrisch antreibbarer Fahrzeuge weist einen elektrochemischen Energiespeicher, einen Inverter, eine elektrische Maschine, mindestens einen Sensor sowie mindestens ein Mittel, insbesondere ein elektronisches Batteriemanagementsteuergerät, auf, welche eingerichtet sind, die Verfahrensschritte der erfindungsgemäßen Verlustleistungsüberwachung durchzuführen.
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In einer weiteren Ausführungsform können zusätzliche Messleitungen („Sense-Leitungen“) verwendet werden, um eine Verlustleistungsüberwachung zu realisieren. Hierzu werden alle kritischen Punkte von elektrischen Komponenten, die überwacht werden sollen, mit einer zusätzlichen Messleitung ausgestattet. Die zusätzliche Messleitung ist mit einem zusätzlichen Eingang des Batteriemanagementsteuergeräts verbunden, mittels der ein tatsächlicher Spannungsabfall, der durch Übergangswiderstände erzeugt wird, erfasst wird. Mittels dem gemessenem und/oder berechnetem elektrischen Strom wird eine Verlustleistung ermittelt, welche mit einem gespeicherten Schwellwerte verglichen wird und bei Überschreitung eine Maßnahme eingeleitet wird, beispielsweise ein Drehmoment reduziert, die elektrische Komponente abgeschaltet wird, um die elektrische Komponente und/oder das elektrisch antreibbare Fahrzeug in einen sicheren Zustand zu überführen.
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Vorteilhafterweise umfasst der elektrochemische Energiespeicher eine Lithium-Ionen-, Lithium-Schwefel-, Lithium-Luft-Batterie und/oder eine Batterie mit einem Feststoffelektrolyten.
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Vorteilhafterweise weist ein Computerprogramm Befehle auf, die bewirken, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung die Verfahrensschritte der erfindungsgemäßen Verlustleistungsüberwachung ausführt.
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Ferner ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgehen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Vorteilhafterweise findet eine erfindungsgemäße Vorrichtung Verwendung für Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Pedelecs oder E-Bikes, für portable Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung, für elektrische Handwerkzeuge oder Küchenmaschinen, sowie in stationären Speichern zur Speicherung insbesondere regenerativ gewonnener elektrischer Energie.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verlustleistungsüberwachung; und
- 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verlustleistungsüberwachung.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verlustleistungsüberwachung. In Schritt 101 wird mindestens eine Referenzgröße einer elektrischen Komponente gespeichert. Hierzu wird ein Referenzstrom sowie weitere gegebenenfalls abhängige Größen in die elektrische Komponente eingeprägt, beispielsweise am Ende einer Produktion, der beispielsweise eine als intakt oder als sicher oder als korrekt montierte elektrische Komponente kennzeichnet.
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Die Referenzgröße kann entweder berechnet werden oder durch einen Aufbau mit einem Referenzsystem ermittelt werden. Hierzu wird beispielsweise bei einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug, aufweisend einen elektrochemischen Energiespeicher, einen Inverter, eine elektrische Maschine, am Inverter und der elektrischen Maschine ein Drehmoment eingestellt und mit einer bekannten Frequenz angesteuert, beispielsweise bei einer Ansteuerfrequenz von 4kHz. Dabei stellt sich ein elektrischer Gleichstrom ein, der den elektrochemischen Energiespeicher entlädt und mittels eines Sensors erfasst werden kann, sowie ein elektrischer Wechselstrom in Phasenkabeln zur elektrischen Maschine.
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Als Referenzgrößen können beispielsweise eine Amplitudenhöhe des elektrischen Wechselstroms in den Phasenkabeln bei der Ansteuerfrequenz und eingestelltes Drehmoment sowie der erfasste elektrische Gleichstrom in einen Speicher eines elektronischen Batteriemanagementsteuergeräts einprogrammiert werden.
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In Schritt 102 wird im laufenden Betrieb während einer Produktlebensdauer der elektrischen Komponente überprüft, ob sich der erwartete Strom in den Phasenkabeln einstellt, abhängig von eingestelltem Drehmoment und Ansteuerfrequenz.
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Sollte der im Inverter oder vom Batteriemanagementsteuergerät erfasste Strom niedriger sein als die zuvor gespeicherten Referenzgrößen oder weicht ein Regler für die Ansteuerung deutlich ab, beispielsweise muss die Spannungsamplitude erhöht werden, um den gewünschten Strom zu erreichen, kann mit hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass ein Defekt der elektrischen Komponente vorliegt und in Schritt 103 wird eine Plausibilitätsinformation erzeugt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden noch weitere Betriebsgrößen berücksichtigt, insbesondere ein PWM-Modus, ein PWM-Tastverhältnis und/oder eine Pulsdauer, um die Erkennung von Fehlern weiter zu verfeinern.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden zusätzlich die elektrischen Gleichströme und Wechselströme im Verhältnis zueinander in verschiedenen Betriebszuständen überwacht und bei einer Abweichung zwischen dem Stromverhältnis zu einem gespeicherten Stromverhältnis die Erkennung von Fehlern weiter verfeinert.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verlustleistungsüberwachung. Die zweite Ausführungsform beruht auf einer Messung einer Beschleunigung, beispielsweise mittels Beschleunigungssensoren, eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs und Rückrechnung auf eine elektrische Leistung, welche diese Beschleunigung verursacht. Durch einen Vergleich mit einer tatsächlichen gemessenen oder berechneten elektrischen Leistung kann bei einer entsprechenden Abweichung eine Maßnahme eingeleitet werden, die zu einem sicheren Zustand führt. Die Maßnahmen können beispielsweise eine Stromreduzierung, ein Abschalten der elektrischen Komponente und/oder ein Signal an eine Benutzerschnittstelle umfassen.
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In einem Schritt 201 wird bei einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug eine Fahrzeugmasse ermittelt, beispielsweise durch Messen eines Einfederwegs und/oder einer Fahrwerkshöhe eines Fahrwerks des Fahrzeugs, durch Sensoren in Fahrzeugsitzen, durch Anschnallgurtkontakte und/oder durch eine Kamera im Innenraum zum Erfassen von Insassen. Weiter kann anhand eines Bremsdrucks über mehre Bremsungen innerhalb eines Fahrzyklus eine Verzögerung mittels mindestens eines Beschleunigungssensors gemessen werden und über einen Reibwert und Durchmesser einer Bremsanlage des Fahrzeugs die Fahrzeugmasse samt Zuladung hinreichend genau bestimmt werden. Die bestimmte Fahrzeugmasse ist beispielsweise so lange gültig, bis eine Fahrzeugtür geöffnet wird oder das Fahrzeug abgestellt wird.
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Weiterhin wird in Schritt 202 eine aktuelle Fahrzeugbeschleunigung mittels eines Beschleunigungssensors, beispielsweise im Steuergerät des Fahrzeugs vorhanden, erfasst.
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In Schritt 203 wird die erfasste Fahrzeugbeschleunigung mit einem eingestellten Fahrerwunschmoment, welches durch einen Fahrer des Fahrzeugs über das Fahrpedal vorgegeben wird, verglichen. Weiter wird in Schritt 203 aus der ermittelten Fahrzeugmasse und dem Fahrerwunschmoment eine theoretische Beschleunigung berechnet. Weicht diese theoretische Beschleunigung von der gemessenen Beschleunigung ab, beispielsweise ist diese deutlich geringer, dann liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Fehler vor.
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Wenn ein Fehler vorliegt, wird in Schritt 204 als Reaktion darauf eine Maßnahme eingeleitet, beispielsweise ein angefordertes Moment reduziert und/oder das Fahrzeug in einen sicheren Zustand überführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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