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Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Lebensdauerermittlung einer Schaltvorrichtung, einem Verfahren zum Trainieren eines neuronalen Netzes zur Lebensdauerermittlung einer Schaltvorrichtung, einer Vorrichtung zur Lebensdauerermittlung einer Schaltvorrichtung, einem entsprechenden Computerprogramm und einem maschinenlesbaren Speichermedium mit dem Computerprogramm.
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Stand der Technik
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Schaltvorrichtungen werden in Fahrzeugen typischerweise genutzt, um Energiespeichereinheiten, beispielsweise Batterien, mit dem Bordnetz elektrisch zu verbinden oder zu trennen. Dabei kann das Bordnetz ein Hochvoltbordnetz oder ein Niedervoltbordnetz sein. Je nach Fahrzeug- beziehungsweise Batterietyp gibt es dabei unterschiedliche Topologien und Aufbauten der Schaltvorrichtungen. Eine elektronische Steuereinheit überwacht den Betrieb der Schaltvorrichtungen und ermittelt deren Gesundheitszustand, d. h. seine Fähigkeit entsprechend der Ansteuerung zu schalten. Der Hersteller einer entsprechenden Schaltvorrichtung macht hierzu in der Regel entsprechende Vorgaben. Die Ströme, welche durch die Schaltvorrichtung fließen, werden ja nach Strombetrag in unterschiedliche Klassen eingeteilt, wobei jede Klasse eine Obergrenze für eine entsprechende Anzahl an Stromereignissen hat. Weiterhin gibt es eine Klasse für Ereignisse mit klebender, verklemmter oder verschweißter Schaltvorrichtung, welche ebenfalls für die entsprechende Ereignisse eine Obergrenze aufweist. In Abhängigkeit der Anzahl an noch möglichen Ereignissen der Klassen bis zum Erreichen der jeweiligen Obergrenze wird der Gesundheitszustand der Schaltvorrichtung ermittelt.
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In der Druckschrift
US 2015/0088361 A1 wird ein Verfahren zur Überwachung des Gesundheitszustandes einer Schaltvorrichtung offenbart, wobei der Gesundheitszustand in Abhängigkeit einer Stromgröße ermittelt wird.
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In der Druckschrift
WO 2020/087285 wird ein System zur Überwachung des Gesundheitszustandes einer Schalteinrichtung einer Batterie offenbart, wobei der Gesundheitszustand in Abhängigkeit einer Stromgröße ermittelt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Offenbart wird ein Verfahren zur Lebensdauerermittlung einer Schaltvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs.
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Es wird ein neuronales Netz mit zumindest zwei Eingangsgröße und einer Ausgangsgröße bereitgestellt. Vorteilhafterweise wurde das neuronale Netz bereits entsprechend trainiert, beispielsweise mit dem weiter unten beschriebenen erfindungsgemäßen Trainingsverfahren.
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Es werden mindestens eine Stromgröße, welche einen durch die Schaltvorrichtung fließenden Strom repräsentiert, und eine Schaltvorrichtungszustandsgröße, welche eine klebende oder verklemmte oder verschweißte Schaltvorrichtung repräsentiert, ermittelt. Typsicherweise wird zu beiden Größen der entsprechende Zeitstempel ermittelt und abgespeichert.
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Mit der ermittelten Stromgröße und der ermittelten Schaltvorrichtungszustandsgröße als Eingangsgrößen wird das neuronale Netz beaufschlagt. Mittels des neuronalen Netzes wird dabei die verbleibende Lebensdauer der Schaltvorrichtung ermittelt.
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Das Verfahren ist vorteilhaft, da dadurch eine präzisere Ermittlung des Gesundheitszustandes der Schaltvorrichtung ermöglicht wird. Weiterhin kann die Kenntnis der verbleibenden Lebensdauer zur Abschätzung eines Austauschzeitpunktes der Schaltvorrichtung genutzt werden, sodass ein unvorteilhafter Ausfall der Schaltvorrichtung verhindert wird.
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Das Verfahren kann computerimplementiert umgesetzt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßigerweise ist die Stromgröße eine kontinuierliche Größe und die Schaltvorrichtungszustandsgröße eine diskrete Größe. Dies ist vorteilhat, da der elektrische Strom kontinuierlich erfasst wird und die Schaltvorrichtung typischerweise die zwei Zustände „offen“ oder „geschlossen“ hat.
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Zweckmäßigerweise wird das neuronale Netz mittels überwachten Lernens trainiert. Dies ist vorteilhaft, da entsprechende Trainingsdaten mittels Laborversuchen und Experimenten einfach erzeugt werden können.
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Zweckmäßigerweise laufen zumindest die Verfahrensschritte des Bereitstellens des neuronalen Netzes und des Beaufschlagens des neuronalen Netzes in einer Cloud-basierten Vorrichtung ab. Dies kann insbesondere ein Serversystem sein, welches sich nicht am selben Ort wie die Schaltvorrichtung befindet. Dies ist vorteilhaft, da dort typischerweise mehr Rechenleistung und Speicherkapazität zur Verfügung steht und somit auch sehr komplexe neuronale Netze verwendet werden können.
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Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Trainieren eines neuronalen Netzes zur Lebensdauerermittlung einer Schaltvorrichtung mit den nachstehend beschriebenen Schritten.
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Es werden Datensätzen bereitgestellt, die mindestens eine Stromgröße, welche einen durch die Schaltvorrichtung fließenden Strom repräsentiert, und eine Schaltvorrichtungszustandsgröße, welche eine klebende oder verklemmte oder verschweißte Schaltvorrichtung repräsentiert, sowie eine zugeordnete Lebensdauergröße, welche eine Lebensdauer der Schaltvorrichtung repräsentiert, umfassen.
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Weiterhin wird ein neuronales Netz mit zumindest zwei Eingangsgrößen, beispielsweise für die Stromgröße und die Schaltvorrichtungszustandsgröße, und einer Ausgangsgröße, beispielsweise für die Lebensdauergröße, bereitgestellt.
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Das neuronale Netz wird dann mit zumindest der Stromgröße und der Schaltvorrichtungszustandsgröße als Eingangsgrößen beaufschlagt.
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Die Ausgangsgröße des neuronalen Netzes wird mit der entsprechenden bereitgestellten Lebensdauergröße verglichen. Somit erfolgt ein Vergleich zwischen der Ausgabe des neuronalen Netzes und der beispielsweise mittels Versuch ermittelten Lebensdauergröße.
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Dies ermöglicht die Anpassung von Parametern des neuronalen Netzes in Abhängigkeit des Vergleichs.
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Das Verfahren ist vorteilhaft, da dadurch ein gut angepasstes neuronales Netz geschaffen wird, welches zuverlässig die Lebensdauer einer Schaltvorrichtung ermitteln kann.
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Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Lebensdauerermittlung einer Schaltvorrichtung, welche mindestens ein Mittel umfasst, das eingerichtet ist, alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lebensdauerermittlung auszuführen. Somit können die oben genannten Vorteile realisiert werden.
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Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Computerprogramm, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lebensdauerermittlung und/oder die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trainieren eines neuronalen Netzes zur Lebensdauerermittlung auszuführen. Somit können die oben genannten Vorteile realisiert werden.
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Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Somit können die oben genannten Vorteile realisiert werden.
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Figurenliste
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.
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Es zeigen:
- 1 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lebensdauerermittlung gemäß einer Ausführungsform;
- 2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trainieren eines neuronalen Netzes gemäß einer Ausführungsform; und
- 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Lebensdauerermittlung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche Verfahrensschritte.
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1 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lebensdauerermittlung gemäß einer Ausführungsform.
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In einem ersten Schritt S11 wird ein neuronales Netz mit zumindest zwei Eingangsgrößen und einer Ausgangsgröße bereitgestellt. Hierzu ist insbesondere ein rekurrentes beziehungsweise rückgekoppeltes neuronales Netzwerk geeignet, da es gut mit sequenziellen Eingangsgrößen unterschiedlicher Länge umgehen kann.
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In einem zweiten Schritt S12 wird mindestens eine Stromgröße ermittelt, wobei die Stromgröße eine durch die Schaltvorrichtung fließenden elektrischen Strom repräsentiert. Weiterhin wird in dem zweiten Schritt S12 eine Schaltvorrichtungszustandsgröße ermittelt, welche eine klebende oder verklemmte oder verschweißte Schaltvorrichtung repräsentiert.
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In einem dritten Schritt S13 werden die Stromgröße und die Schaltvorrichtungsgröße als Eingangsgrößen dem neuronalen Netzwerk übergeben. Je nach der Menge an verfügbaren Daten können die entsprechenden Eingangsgrößen über die Zeit in ihrer Größe wachsen. Um gegebenenfalls die zeitliche Entwicklung abzubilden, kann auch ein entsprechender Zeitstempel gespeichert werden. Falls die entsprechenden Größen immer im gleichen Zeitabstand ermittelt werden, kann gegebenenfalls darauf verzichtet werden.
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In einem vierten Schritt S14 wird daraufhin mittels des neuronalen Netzes eine verbleibende Lebensdauer der Schaltvorrichtung ermittelt. Damit kann beispielsweise eine Warnung ausgegeben werden, falls die verbleibende Lebensdauer einen vordefinierten Grenzwert unterschreitet.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trainieren eines neuronalen Netzes gemäß einer Ausführungsform.
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In einem ersten Schritt S21 werden Datensätze bereitgestellt, welche mindestens eine Stromgröße, eine Schaltvorrichtungszustandsgröße und eine zugeordnete Lebensdauergröße einer Schaltvorrichtung umfassen. Die Stromgröße repräsentiert dabei einen durch die Schaltvorrichtung fließenden elektrischen Strom, die Schaltvorrichtungszustandsgröße repräsentiert dabei einen Zustand der Schaltvorrichtung als verklebt, verklemmt oder verschweißt, und die Lebensdauergröße repräsentiert eine Restlebensdauer der Schaltvorrichtung, wobei die Definition der Restlebensdauer je nach Anwendungsfall unterschiedlich ermittelt werden kann.
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IN einem zweiten Schritt S22 wird ein neuronales Netz mit zumindest zwei Eingangsgrößen und einer Ausgangsgröße bereitgestellt. Dieses verfügt typischerweise noch über eine Standardparametrisierung, welche noch nicht die Erkenntnisse aus den Trainingsdaten abbildet.
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In einem dritten Schritt S23 wird das neuronale Netz mit zumindest der Stromgröße und der Schaltvorrichtungszustandsgröße als Eingangsgrößen beaufschlagt. Entsprechend liefert das neuronale Netz eine Ausgangsgröße.
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In einem vierten Schritt S24 wird die Ausgangsgröße des neuronalen Netzes mit der entsprechenden Lebensdauergröße der Datensätze verglichen. Typischerweise sind die entsprechenden Größen nicht gleich und das neuronale Netz muss angepasst werden, um die Realität genauer abzubilden.
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In einem fünften Schritt S25 werden daher Parameter des neuronalen Netzes in Abhängigkeit des vorstehenden Vergleichs angepasst. Somit kann die verbleibende Restlebensdauer der Schaltvorrichtung mittels des angepassten neuronalen Netzes genau ermittelt werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 zur Lebensdauerermittlung einer Schaltvorrichtung 32. Dabei umfasst die Vorrichtung 30 eine elektronische Recheneinheit 31, welche eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Die Ermittlung von Stromgröße und Schaltvorrichtungszustandsgröße kann dabei aus einer hier nicht dargestellten Datenbank erfolgen, welche auch von der Vorrichtung 30 umfasst sein kann. Die entsprechenden Daten können dabei von der Schaltvorrichtung 32 beispielsweise mittels einer Netzwerkverbindung in diese Datenbank transferiert werden, wo sie entsprechend zur Verfügung stehen. Beispielsweise können sie auch zum Trainieren eines neuronalen Netzwerks genutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20150088361 A1 [0003]
- WO 2020087285 [0004]
