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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Kühlsystem für eine Baugruppe mit mehreren elektrischen Komponenten.
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Eine Baugruppe umfasst mehrere elektrische Komponenten, die sich im Betrieb jeweils erwärmen können, beispielsweise indem sie einen elektrischen Strom in Wärme umwandeln. Zur Kühlung der Komponenten ist ein Kühlsystem vorgesehen, das ein flüssiges Kühlfluid in einem Kreislauf zirkuliert. Kühlfluid wird aus einer Quelle an mehrere Wärmetauscher geleitet, die an den einzelnen Komponenten angebracht sind. Aus den Wärmetauschern austretendes Kühlfluid wird gesammelt, gekühlt und zur Quelle zurück geleitet.
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Werden die Wärmetauscher sequentiell von Kühlfluid durchflossen, so nimmt eine Kühlfähigkeit aufgrund der Erwärmung des Kühlfluids stromabwärts ab, sodass nicht alle Komponenten ausreichend gekühlt werden können. Werden die Wärmetauscher parallel von Kühlfluid durchflossen, so kann aufgrund des großen Gesamtquerschnitts der Wärmetauscher ein erheblicher Massenstrom von Kühlfluid erforderlich sein. Soll ein Fluss von Kühlfluid durch einen der Wärmetauscher erhöht werden, etwa weil die zugeordnete Komponente eine erhöhte Kühlanforderung hat, so muss der Fluss durch alle Wärmetauscher erhöht werden. Eine Leistungsfähigkeit der Quelle kann dabei überstiegen werden.
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Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines verbesserten Kühlsystems, das zur Bereitstellung einer flexiblen Kühlung von elektrischen Komponenten einer Baugruppe eingerichtet ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine Baugruppe umfasst eine erste und eine zweite elektrische Komponente. Ein Kühlsystem für die Baugruppe umfasst einen ersten Wärmetauscher im Bereich der ersten Komponente und einen zweiten Wärmetauscher im Bereich der zweiten Komponente, wobei die Wärmetauscher mit einer gemeinsamen Quelle für Kühlfluid verbunden sind. Ferner umfasst das Kühlsystem wenigstens ein steuerbares Ventil zur Steuerung eines Flusses von Kühlfluid durch einen der Wärmetauscher, und eine Steuervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, Kühlanforderungen der Komponenten zu bestimmen und das wenigstens eine Ventil in Abhängigkeit der bestimmen Kühlanforderungen der Komponenten zu steuern.
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Erfindungsgemäß können eines oder mehrere Komponenten der Baugruppe dynamisch so gekühlt werden, dass ihre Kühlanforderungen erfüllt sind. Eine verfügbare Kühlleistung kann so automatisch an die einzelnen Kühlanforderungen verteilt werden. Insbesondere an einer Baugruppe, deren Komponenten wechselnden Belastungen ausgesetzt sind, kann so eine Überhitzung einer der Komponenten verbessert vermieden werden. Eine Leistungsfähigkeit der Quelle zur Bereitstellung eines Stroms von kühlfähigem Kühlfluid kann dynamisch verbessert ausgenutzt werden.
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Das Kühlsystem kann mit beliebig vielen Wärmetauschern an jeweils zugeordneten Komponenten betrieben werden. Bevorzugt ist jedem Wärmetauscher ein Ventil zugeordnet; in einer weiteren Ausführungsform kann einem der Wärmetauscher kein Ventil zugeordnet sein. Ein Strom von Kühlfluid durch diesen Wärmetauscher kann sich aus einem vorbestimmten Gesamtstrom und Stellungen der Ventile der übrigen Wärmetauscher ergeben. Das Kühlfluid ist bevorzugt flüssig und kann insbesondere auf Wasser, Alkohol oder Öl basieren. Üblicherweise ändert das Kühlfluid seine Phase im Wärmetauscher nicht und tritt auch flüssig aus diesem wieder aus. Eine Variante mit einem Kühlfluid, das im Wärmetauscher seine Phase ändert und gasförmig austritt, ist ebenfalls möglich. Man spricht dann auch von einem Kältemittel statt einem Kühlfluid. Beispielhafte Kältemittel umfassen R1234yf, CO2 und Ammoniak.
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Das Ventil ist bevorzugt ein Stetigventil, das eine stufenlose Steuerung eines durchfließenden Volumenstroms von Kühlfluid erlaubt. Insbesondere kann das Ventil ein Proportional-, Servo- oder Regelventil umfassen. Eine Betätigung erfolgt bevorzugt mittels eines Elektromagneten; in einer anderen Ausführungsform kann auch ein Elektromotor oder ein anderer elektrischer Aktuator dafür vorgesehen sein.
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Aus den Kühlkörpern austretendes Kühlfluid kann gesammelt und gekühlt werden. Das Kühlfluid kann nach dem Durchströmen der Wärmetauscher wieder der Quelle zugeführt werden.
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Die Steuervorrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet ist, die Kühlanforderung einer der Komponenten auf der Basis eines Betriebszustands der Komponente zu bestimmen. So kann eine Kühlleistung einer Komponente bereits an deren Betriebszustand angepasst werden, bevor eine Temperatur der Komponente ansteigt. Ein vorausschauendes Kühlen der Komponente ist möglich. In einer Variante kann die Komponente auch vorauseilend gekühlt werden, indem ein Strom von Kühlfluid durch den Wärmetauscher bereits erhöht wird, bevor ihr Betriebszustand so geändert wird, dass ihre Kühlanforderung ansteigt. Eine Belastung des Kühlsystems kann so verbessert ausgeglichen werden.
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Der Betriebszustand der Komponente kann eine von ihr aufgenommene elektrische Leistung umfassen. Handelt es sich bei der Komponente um eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen programmierbaren Mikrocomputer, einen Mikrocontroller oder einen Spezialprozessor, insbesondere einen Signalprozessor oder Graphikprozessor, so kann die elektrische Leistung von einer Rechenlast abhängig sein. Die Rechenlast kann insbesondere mittels Software bestimmt werden. Die Bestimmung eines physikalischen Parameters kann hierbei nicht erforderlich sein.
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Die Rechenlast kann auch vorhergesagt werden, insbesondere auf der Basis eines Bearbeitungsfortschritts einer Aufgabe durch die Baugruppe, oder auf der Basis eines Betriebsmodus oder einer Art oder Menge eintreffender Daten. Treffen beispielsweise bei einem bildverarbeitenden System hochgradig veränderliche Daten auf mehreren parallelen Kanälen ein oder ist eine Detailanalyse wie eine Gesichtserkennung auf Bildmaterial durchzuführen, so kann von einer hohen Rechenlast zur Verarbeitung der Daten ausgegangen werden. Treffen Daten nur von wenigen Kanälen ein oder sind Daten eines Kanals nicht brauchbar, beispielsweise ein Kamerabild bei unzureichender Umgebungsbeleuchtung, so kann die Rechenlast geringer sein. In einer anderen Ausführungsform ist die Baugruppe zur EchtzeitVerarbeitung von Sensorinformationen eingerichtet, die im Umfeld eines Kraftfahrzeugs aufgenommen werden. Eine zu erwartende Rechenlast kann dabei von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängig sein. Unterschiedlichen Geschwindigkeitsbereichen können vorbestimmte Kühlanforderungen der verschiedenen Komponenten zugeordnet sein. Diese Ausführungsform kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn genaue Informationen über eine Rechenlast einer der Komponenten fehlen.
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Die Steuervorrichtung kann weiter bevorzugt dazu eingerichtet sein, Kühlanforderungen der Komponenten in der Reihenfolge von den Komponenten zugeordneten Prioritäten zu erfüllen. Dadurch kann sichergestellt sein, dass eine höchst priorisierte Komponente bevorzugt gekühlt wird, sodass eine Performanz der Baugruppe verbessert sichergestellt sein kann. Die hoch priorisierte Komponente kann zur Verrichtung einer sicherheitsrelevanten Funktion eingerichtet sein. Insbesondere kann die Baugruppe zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden und die Komponente kann an der Steuerung einer Kollisionsvermeidung beteiligt sein. Es ist zu beachten, dass sich die Priorisierung einer Komponente dynamisch ändern kann, insbesondere in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Baugruppe.
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Sollte die Kühlkapazität des Kühlsystems nicht ausreichen, um die Kühlanforderungen aller Komponenten zu erfüllen, so können eine oder mehrere hoch priorisierte Komponenten bevorzugt gekühlt werden und andere nicht. Eine nicht ausreichend gekühlte Komponente kann abgeschaltet oder in ihrer Verarbeitungsleistung reduziert werden, wodurch eine Funktion der Baugruppe beeinträchtigt werden kann. Durch die bevorzugte Versorgung einer hoch priorisierten Komponente kann eine vorbestimmte Funktionalität der Baugruppe trotz zu geringer Kühlleistung aufrecht erhalten sein. Die Steuerung der Komponenten kann in Abhängigkeit eines Erfüllungsgrads einer Kühlanforderung erfolgen.
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Die Steuervorrichtung kann weiter dazu eingerichtet sein, das wenigstens eine Ventil derart zu steuern, dass jede der Komponenten eine vorbestimmte oder dynamisch bestimmte Mindestkühlung erhält. Vorhandene Kühlkapazität, die über die Aufbringung der Mindestkühlungen hinausgeht, kann in der Reihenfolge der Prioritäten auf die Komponenten verteilt werden. Sollten nicht alle Mindestkühlungen erfüllt werden können, so kann die Steuervorrichtung ein Fehlersignal bereitstellen. Die Baugruppe kann somit im Fehlerfall noch sauber heruntergefahren oder in einen Notbetrieb geführt werden.
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Die Steuervorrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Kühlanforderung einer der Komponenten auf der Basis einer Temperatur der Komponente zu bestimmen. Beispielsweise kann eine vorbestimmte Zieltemperatur für die Komponente vorgegeben sein. Je weiter die bestimmte Temperatur über der Zieltemperatur liegt, desto größer kann die Kühlanforderung sein. Sollte die Temperatur unter der Zieltemperatur liegen, kann die Kühlanforderung auch null betragen.
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Weiter kann die Steuervorrichtung dazu eingerichtet sein, das Ventil in Abhängigkeit einer Temperatur von Kühlfluid der Quelle zu steuern. Insbesondere kann das Ventil in Abhängigkeit einer Differenz aus der bestimmten Temperatur und der Kühlfluidtemperatur gesteuert werden. Allgemein kann eine Kühlkapazität des Kühlsystems umso geringer sein, je höher die Temperatur des Kühlfluids ist.
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Die Steuervorrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Kühlanforderung einer der Komponenten auf der Basis einer Konfiguration einer der Komponenten zu bestimmen. Die Baugruppe kann in unterschiedlichen Ausstattungen vorliegen, in denen beispielsweise die Leistungsfähigkeit einer der Komponenten variieren kann. Die Komponente kann insbesondere einen Prozessor umfassen, der in unterschiedlichen Varianten vorliegen kann, wobei elektrische Verlustleistungen der Varianten unterschiedlich sein können. In einem anderen Beispiel kann eine Komponente mehrere Bauteile umfassen, deren Anzahl von einer Ausstattung der Baugruppe abhängig ist. So können etwa in unterschiedlichen Varianten der Baugruppe unterschiedlich viele Eingangs- oder Steuerkanäle vorgesehen sein, wobei jedem Kanal ein Treiberbauteil zugeordnet ist. Je mehr Bauteile vorgesehen sind, desto größer kann eine Verlustleistung einer Komponente sein, sodass auch ihre Kühlanforderung vergrößert sein kann.
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Das Kühlsystem kann unverändert mit Baugruppen in unterschiedlichen Ausstattungen verwendet werden. So kann das Kühlsystem beispielsweise an Bord eines Kraftfahrzeugs installiert bleiben, wenn die Baugruppe ausgetauscht wird. In einer Ausführungsform passt sich das Kühlsystem automatisch an die verwendete Baugruppe an, sodass eine Konfiguration entfallen kann.
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Die Quelle für Kühlfluid kann eine steuerbare Pumpe umfassen, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die Pumpe in Abhängigkeit der Kühlanforderungen der Komponenten zu steuern. So kann ein Volumenstrom von zu Verfügung stehendem Kühlfluid erhöht werden, um die Kühlkapazität zu steigern, oder verringert, um Energie zu sparen. Das Kühlfluid kann beispielsweise mittels Umgebungsluft gekühlt werden, wobei die Steuervorrichtung auch einen Lüfter zur Kühlung des Kühlfluids steuern kann.
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Die Bestimmung von vorteilhaften Stellungen eines oder mehrerer Ventile kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. In einer Ausführungsform wird ein vorbestimmter Algorithmus ausgeführt, der Ventilstellungen beispielsweise auf der Basis von gewünschten Temperaturen der Komponenten, maximaler Betriebstemperaturen der Komponenten, mittels Sensoren bestimmter Temperaturen im Bereich der Baugruppe, insbesondere einer der Komponenten, einer theoretischen Verlustleistung der Komponenten oder Rechenlasten der Komponenten bestimmt. In einer anderen Ausführungsform kann ein Kennfeld eingesetzt werden, um die Stellung wenigstens eines Ventils auf der Basis vorbestimmter Eingangswerte zu bestimmen. In noch einer weiteren Ausführungsform ist ein thermisches Modell der Baugruppe vorgesehen und Stellungen der Ventile werden in Abhängigkeit des Modells bestimmt. Das Modell kann beispielsweise auf einem Kalman Filter basieren.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine zur Erfüllung möglichst aller Kühlanforderungen der Komponenten geeignete Stellung des wenigstens einen Ventils mittels maschinellem Lernen bestimmt. Das maschinelle Lernen erfolgt bevorzugt außerhalb der Steuervorrichtung, beispielsweise auf der Basis beobachteter oder simulierter Daten. Die Steuervorrichtung kann ein künstliches neuronales Netzwerk umfassen. Das neuronale Netzwerk kann außerhalb der Steuervorrichtung trainiert und dann in der Steuervorrichtung zur Steuerung des wenigstens einen Ventils verwendet werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Baugruppe mit mehreren elektrischen Komponenten ein hierin beschriebenes Kühlsystem.
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Die Steuervorrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Vorrichtung übertragen werden oder umgekehrt.
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Nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern von Ventilen jeweils zur Steuerung eines Flusses von Kühlfluid durch einen zugeordneten Wärmetauscher an einer elektrischen Komponente einer Baugruppe Schritte des Bestimmens dynamischer Kühlanforderungen der Komponenten; und des Steuerns der Ventile derart, dass die Kühlanforderungen der Komponenten erfüllt sind.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden Prioritäten für die Komponenten bestimmt und die Kühlanforderung einer Komponente mit einer hohen Priorität wird bevorzugt gegenüber einer Kühlanforderung einer Komponente mit einer geringeren Priorität erfüllt.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 ein beispielhaftes System;
- 2 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens; und
- 3 ein beispielhaftes neuronales Netzwerk darstellt.
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1 zeigt ein beispielhaftes System 100, das eine Baugruppe 105 und ein Kühlsystem 110 umfasst. Das System 100 kann beispielsweise an Bord eines Kraftfahrzeugs angebracht sein und insbesondere zur Längs- und/oder Quersteuerung des Kraftfahrzeugs verwendet werden.
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Die Baugruppe 105 umfasst mehrere elektrische Komponenten 115, wobei vorliegend exemplarisch drei Komponenten 115 vorgesehen sind, die als 115.1, 115.2 und 115.3 bezeichnet sind. Die Komponenten 115 können jeweils ein aktives oder passives elektrisch betreibbares Bauelement umfassen, beispielsweise einen Prozessor, einen Treiber, eine Stromquelle oder Spannungsquelle. Die Komponenten 115 der Baugruppe 105 sind bevorzugt auf einer Leiterplatte angeordnet. Jeder der Komponenten 115 ist ein Wärmetauscher 120 zugeordnet, wobei der ersten Komponente 115 ein erster Wärmetauscher 120 zugeordnet ist, der zweiten Komponente 115 ein zweiter Wärmetauscher 120 und der dritten Komponente 115 ein dritter Wärmetauscher 120. Weitere Komponenten der Baugruppe 105 können ungekühlt oder anderweitig gekühlt sein. Die Baugruppe 105 kann in unterschiedlichen Ausführungsformen vorliegen, bei denen eine Leistungsfähigkeit, eine Größe oder ein Aufbau einer Komponente 115 variieren kann.
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Das Kühlsystem 110 umfasst die Wärmetauscher 120 sowie Ventile 125, die den Wärmetauschern 120 zugeordnet sind. Ein erstes Ventil 125 ist dem ersten Wärmetauscher 120, ein zweites Ventil 125 dem zweiten Wärmetauscher 120 und ein drittes Ventil 125 dem dritten Wärmetauscher 120 zugeordnet. In einer anderen Variante sind für N Wärmetauscher 120 nur N-1 Ventile 125 vorgesehen, also beispielsweise in der gezeigten Ausführungsform mit N=3 Wärmetauschern 120 nur N-1 =2 Ventile 125.
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Jedes Ventil 125 ist dazu eingerichtet, einen Volumenstrom von Kühlfluid 130 durch den zugeordneten Wärmetauscher 125 zu steuern. Bevorzugt sind die Ventile 125 als Proportionalventile ausgeführt, sodass der Volumenstrom proportional gesteuert werden kann. Die Steuerung erfolgt bevorzugt durch eine Steuervorrichtung 135 des Kühlsystems 110, die insbesondere als Mikrocomputer ausgeführt sein kann. In einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung 135 Teil der Baugruppe 105 und kann eine Komponente 115 bilden. Die Steuervorrichtung 135 kann mittels eines zugeordneten Wärmetauschers 120 gekühlt werden. Mittels einer Schnittstelle 140 kann die Steuervorrichtung 135 mit der Baugruppe 105 verbunden sein, insbesondere mit einer der Komponenten 115.
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Die Ventile 125 werden bevorzugt aus einer gemeinsamen Quelle mit Kühlfluid 130 versorgt. Vorliegend ist hierzu eine Fluidpumpe 145 vorgesehen, die aus einem optionalen Reservoir 150 gespeist werden kann. In einer Ausführungsform kann die Fluidpumpe 145 durch die Steuervorrichtung 135 gesteuert werden, um einen bereitgestellten Volumenstrom von Fluid 130 zu beeinflussen.
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Aus den Wärmetauschern 120 austretendes Kühlfluid 130 wird üblicherweise zusammengeführt und kann mittels eines Kühlers 155 gekühlt werden, beispielsweise mittels Umgebungsluft. Hierzu kann ein Lüfter vorgesehen sein, der mittels der Steuervorrichtung 135 gesteuert werden kann. Aus dem Kühler 155 austretendes Kühlfluid 130 kann dem Reservoir 150 oder der Pumpe 145 zugeführt werden. Der Kühler 155, das Reservoir 150 und/oder die Pumpe 145 können vom Kühlsystem 110 umfasst oder als externe Komponenten ausgebildet sein.
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Die Steuervorrichtung 135 ist bevorzugt dazu eingerichtet, die Ventile 125 derart zu steuern, dass dynamische Kühlanforderungen aller Komponenten 115 erfüllt sind. Weiter bevorzugt ist dabei ein Volumenstrom von Kühlfluid 130 durch die Wärmetauscher 120 möglichst gering. Zur Steuerung des Volumenstroms können einer oder mehrere Temperatursensoren 160 im Bereich der Baugruppe 105 vorgesehen sein, insbesondere jeweils im Bereich der Komponenten 115. Ferner können einer oder mehrere Temperatursensoren 165 zur Bestimmung einer Temperatur des Kühlfluids 130 an unterschiedlichen Stellen des Kühlsystems 110 angebracht sein. Bevorzugt wird zumindest eine Temperatur des Kühlfluids 130 vor dem Eintritt in die Wärmetauscher 120 bestimmt.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 200 zum Steuern des Kühlsystems 110. Das Verfahren 220 kann insbesondere mittels der Steuervorrichtung 315 ausgeführt werden. In einem ersten Schritt 205 können Kühlanforderungen der Komponenten 115 bestimmt werden. Eine Kühlanforderung kann insbesondere auf der Basis einer Temperatur der Komponente 115 und /oder einer gewünschten Temperatur der Komponente 115 bestimmt werden. Weitere mögliche Parameter für die Bestimmung der Kühlanforderung umfassen eine maximale Betriebstemperatur, eine Umgebungstemperatur, eine theoretische Verlustleistung oder eine Rechenlast der Komponente 115.
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Die Kühlanforderung kann durch die Steuervorrichtung 135, durch die betroffene Komponente 115 oder durch eine andere Komponente 115 bestimmt werden. In einer Ausführungsform wird die Kühlanforderung auf der Basis einer Konfiguration und/oder eines Betriebszustands der Baugruppe 105 oder einer Komponente 115 bestimmt. Die Kühlanforderung umfasst bevorzugt ein Maß für die Energie, die von der Komponente 115 abgeführt werden soll. Die abzuführende Energie tritt in Form von Wärme auf und kann ein Nebenprodukt einer Komponente 115 bei der Verrichtung ihrer Funktion sein.
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In einem Schritt 210 kann eine Temperatur des Kühlfluids 130 bestimmt werden, insbesondere an einer Stelle stromaufwärts der Wärmetauscher 120 des Kühlsystems 110. Optional kann auch ein verfügbarer Volumenstrom des Kühlfluids 130 bestimmt werden. Dieser Schritt kann der Bestimmung eines Kühlvermögens oder einer Kühlkapazität des Kühlsystems 110 dienen.
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In einem Schritt 215 können für die Komponenten 115 Prioritäten bestimmt werden. Beispielhaft wird angenommen, dass eine hohe numerische Priorität einer hohen Dringlichkeit entspricht. Eine sicherheitsrelevante Komponente 115 oder eine Komponente 115, deren Funktion für den Betrieb einer anderen Komponente 115 wichtig ist, kann eine erhöhte Priorität haben. Eine Priorität kann dynamisch bestimmt werden, insbesondere in Abhängigkeit einer aktuell durch eine Komponente 115 bearbeiteten oder einer bevorstehenden Aufgabe.
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In einem Schritt 220 können Volumenströme von Kühlmittel 130 durch die Wärmetauscher 120 bestimmt werden, die eine vorbestimmte Mindestkühlung der Komponenten 115 ermöglichen. Die Mindestkühlungen können den Komponenten 115 einzeln zugeordnet sein. In einer Ausführungsform wird eine Mindestkühlung einer Komponente 115 derart bestimmt, dass sich eine vorbestimmte Temperatur an ihr einstellt. Für diese Bestimmung können ein Mindestbetrieb oder eine Mindestfunktion der Komponente 115 vorausgesetzt werden. Optional können korrespondierende Stellungen der Ventile 125 bestimmt und die Ventile 125 betätigt werden, um die bestimmten Volumenströme durch die Wärmetauscher 120 zu bewirken. Sollte ein insgesamt zur Verfügung stehender Volumenstrom an Kühlfluid 130 nicht ausreichen, um alle Wärmetauscher 120 derart zu durchfließen, dass alle Mindestkühlungen erfüllt sind, so kann in einem Schritt 225 ein Signal ausgegeben werden, das auf eine mangelhafte Kühlfunktion bzw. eine übermäßige Mindestkühlanforderung hinweist.
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Andernfalls können in der Reihenfolge der bestimmten Prioritäten der Komponenten 115 zugeordnete Kühlanforderungen erfüllt werden. Dazu kann in einem Schritt 230 bestimmt werden, ob eine freie Kühlkapazität vorliegt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn ein größerer Volumenstrom an Kühlfluid 130 zur Verfügung steht als zur Erfüllung der bisher bestimmten Kühlungen erforderlich ist. Ist keine freie Kühlkapazität verfügbar, kann der Volumenstrom vergrößert werden, indem insbesondere die Pumpe 145 zur stärkeren Förderung angesteuert wird. Ist eine Vergrößerung des Volumenstroms nicht möglich, so kann das Verfahren 200 an dieser Stelle abgebrochen und optional neu gestartet werden.
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Besteht im Schritt 230 freie Kühlkapazität, so kann diese in einem Schritt 235 zur Erfüllung einer Kühlanforderung der am höchsten priorisierten Komponente 115 verwendet werden, indem der Komponente 115 ein korrespondierender bzw. zur Verfügung stehender Volumenstrom an Kühlfluid 130 zugeteilt wird. Der bestimmte Volumenstrom kann mittels des zugeordneten Ventils 125 eingestellt werden. Anschließend kann das Verfahren 200 zum Schritt 230 zurückkehren, um erneut durchzulaufen.
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Sollten alle Kühlanforderungen der Komponenten 115 erfüllt sein, obwohl der zur Verfügung stehende Volumenstrom an Kühlfluid 130 nicht vollständig ausgenutzt wird, so kann der bereitgestellte Volumenstrom reduziert werden, insbesondere indem die Pumpe 145 verringert angesteuert wird. Dann kann das Verfahren 200 enden und gegebenenfalls erneut gestartet werden. Ansonsten kann das Verfahren 200 enden, wenn der verfügbare Volumenstrom an Kühlfluid 130 an die Komponenten 115 aufgeteilt ist. Bevor das Verfahren 200 endet können die bestimmten Volumenströme mittels der Ventile 125 eingestellt werden. Nach dem Beenden des Verfahrens 200 kann es erneut gestartet werden, insbesondere nach Art einer Endlosschleife.
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3 zeigt ein beispielhaftes künstliches neuronales Netzwerk 300. Das Netzwerk 300 kann ein maschinelles Lernen unterstützen und insbesondere dazu verwendet werden, zu einer Anzahl Eingangsparameter 305 Stellungen Ventile 125 zu bestimmen, die einen ausreichenden Volumenstrom von Kühlfluid 130 durch die Wärmetauscher 120 erlaubt, um Kühlanforderungen der Komponenten 115 zu erfüllen.
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Die Eingangsparameter 305 umfassen mehrere Vorgaben 310, die exemplarisch jeweils für jede der Komponenten 115 vorliegen. Eine globale Vorgabe 310, die für alle Komponenten 115 gilt, kann ebenfalls vorgesehen sein. In rein illustrativer Weise zeigt jede dargestellte Vorgabe 310 von oben nach unten je einen Wert für die drei Komponenten 115, 115.2 und 115.3 von 1. Die dargestellten Vorgaben 310 betreffen in beispielhafter Weise von oben nach unten eine gewünschte Temperatur, eine maximale Betriebstemperatur, eine mittels eines Temperatursensors 160 bestimmte Temperatur, eine maximale Verlustleistung und eine prozentuale Rechenlast der Komponenten 115.
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Das dargestellte neuronale Netzwerk 300 umfasst eine Anzahl künstliche Neuronen 315, die exemplarisch in einer Eingangsschicht 320, einer Ausgangsschicht 325 und einer oder mehreren optionalen verdeckten Schichten 330 organisiert sind. Die Ausgangsschicht 325 stellt bevorzugt Steuersignale 335 für die Ventile 125 bereit. Das neuronale Netzwerk 300 ist bevorzugt bereits trainiert, sodass zu einer Kombination von Eingangsparametern 305 schnell passende Steuersignale 335 gefunden werden können. Das Trainieren erfolgt üblicherweise mittels Back Propagation.
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Das Netzwerk 300 ist bevorzugt auf der Basis einer Vielzahl Daten trainiert, die beispielsweise bei einem Testlauf, einer Simulation oder auf der Basis eines mathematischen Modells oder eines Versuchsaufbaus bestimmt sein können. Weiter bevorzugt wird das Netzwerk 300 außerhalb eines Systems 100 trainiert und erst nach dem Trainieren in das System 330 übertragen. Während die für ein erfolgreiches Trainieren erforderlichen Informationsmengen sehr groß sein und substanzielle Verarbeitungsressourcen erfordern können, ist ein Umfang des trainierten Netzwerks 300 üblicherweise sehr klein und für sein Anwenden im System 100 ist in der Regel nur eine bescheidene Verarbeitungsleistung erforderlich. Ein beispielhaftes neuronales Netzwerk 330 kann eine Speichergröße von einigen 10 bis einigen 100 kByte umfassen. Ein Austauschen des Netzwerks 300 in einem System 100 kann einen nur geringen Aufwand erfordern.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- System
- 105
- Baugruppe
- 110
- Kühlsystem
- 115
- Komponente
- 120
- Wärmetauscher
- 125
- Ventil
- 130
- Kühlfluid
- 135
- Steuervorrichtung
- 140
- Schnittstelle
- 145
- Fluidpumpe
- 150
- Reservoir
- 155
- Kühler
- 160
- Temperatursensor
- 165
- Temperatursensor
- 200
- Verfahren
- 205
- Kühlanforderungen bestimmen
- 210
- Temperatur des Kühlfluids bestimmen
- 215
- Prioritäten bestimmen, sortieren
- 220
- minimale Kühlanforderungen erfüllen
- 225
- Fehler
- 230
- Kühlkapazität verbleibend?
- 235
- höchstpriorisierte Kühlanforderung erfüllen
- 300
- neuronales Netzwerk
- 305
- Eingangsparameter
- 310
- Vorgabe
- 315
- Neuron
- 320
- Eingangsschicht
- 325
- Ausgangsschicht
- 330
- verdeckte Schicht
- 335
- Steuersignale
