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Feld der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung und eine Vorrichtung.
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Stand der Technik
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Offenbarung der Erfindung
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Der Kern der Erfindung bei dem Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung, aufweisend einen elektrischen Verbraucher, eine Schaltvorrichtung und einen elektrischen Energiespeicher, wobei der elektrische Energiespeicher mittels der Schaltvorrichtung mit dem elektrischen Verbraucher verbindbar ist, besteht darin, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Betriebsparameter der Schaltvorrichtung, insbesondere ein Strom durch die Schaltvorrichtung oder eine Temperatur oder ein Steuerstrom oder eine Spannung der Schaltvorrichtung, bestimmt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt ein erster Betriebsparametergrenzwert für den Betriebsparameter bestimmt wird, der kleiner ist als ein zweiter Betriebsparametergrenzwert, ab dem die Schaltvorrichtung aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden muss, wobei der erste Betriebsparametergrenzwert derart bestimmt wird, dass die Differenz zwischen dem ersten Betriebsparametergrenzwert und dem zweiten Betriebsparametergrenzwert zumindest einer voraussichtlichen Zunahme eines Wertes des Betriebsparameters während einer Sicherheitsaktion der Vorrichtung entspricht, wobei in einem dritten Verfahrensschritt festgestellt wird, dass der Wert des Betriebsparameters den ersten Betriebsparametergrenzwert überschritten hat, wobei in einem vierten Verfahrensschritt ein Betriebsmodus der Vorrichtung von einem Normalbetriebsmodus in einen Sicherheitsbetriebsmodus überführt wird, so dass eine Zunahme des Wertes des Betriebsparameters pro Zeiteinheit reduziert wird oder der Wert des Betriebsparameters abnimmt.
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Hintergrund der Erfindung ist, dass ein Überschreiten des zweiten Betriebsparametergrenzwerts, das ein abruptes sicherheitsrelevantes Abschalten der Schaltvorrichtung bewirken würde, verhindert werden kann. Dadurch wird die Verfügbarkeit der Vorrichtung verbessert.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird in einem fünften Verfahrensschritt eine Sicherheitsaktion der Vorrichtung ausgeführt, um die Vorrichtung in einen sicheren Zustand zu bringen, bevor der Wert des Betriebsparameters den zweiten Betriebsparametergrenzwert überschreitet, und danach wird das Verfahren beendet. Dadurch ist die Vorrichtung in einen sicheren Betriebszustand überführbar.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird in einem sechsten Verfahrensschritt nach dem vierten Verfahrensschritt festgestellt, dass der Wert des Betriebsparameters den ersten Betriebsparametergrenzwert unterschreitet, und der Betriebsmodus der Vorrichtung wird von dem Sicherheitsbetriebsmodus in einen Normalbetriebsmodus überführt und danach wird das Verfahren mit dem ersten Verfahrensschritt fortgesetzt. Somit kann auf die Sicherheitsaktion verzichtet werden und die Vorrichtung im Normalbetrieb weiter betrieben werden, wenn der Betriebsparameter wieder unter den ersten Betriebsparametergrenzwert absinkt. Durch die weitere Überwachung des Betriebsparameters kann die Vorrichtung wieder in den Sicherheitsbetriebsmodus überführt werden, sobald der Betriebsparameter wieder den ersten Betriebsparametergrenzwert überschreitet.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn der erste Betriebsparametergrenzwert ein dynamischer Grenzwert ist, der von dem jeweiligen aktuellen Betriebsmodus der Vorrichtung abhängig ist. Dadurch kann die Verfügbarkeit der Vorrichtung verbessert werden.
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Vorteilhafterweise wird die Vorrichtung abwechselnd im Normalbetriebsmodus und im Sicherheitsbetriebsmodus betrieben. Dabei kann der Betriebsmodus beispielsweise an die äußeren Betriebsbedingungen, wie beispielsweise eine Betriebslast des elektrischen Verbrauches oder Wetterbedingungen, angepasst werden.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der zweite Betriebsparametergrenzwert ein spezifischer Grenzwert für die Schaltvorrichtung ist, insbesondere der in einer Spezifikation der Schaltvorrichtung beziehungsweise der Bestandteile der Schaltvorrichtung angegeben ist. Somit ist ein kritischer Zustand der Schaltvorrichtung vermeidbar.
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Vorteilhafterweise wird im Sicherheitsbetriebsmodus gegenüber dem Normalbetriebsmodus die Schaltfrequenz der Schaltvorrichtung reduziert und/oder der Strom, der durch die Schaltvorrichtung fließt, wird begrenzt. Dadurch ist die Erhöhung des Betriebsparameters der Schaltvorrichtung, beispielsweise eine Temperaturerhöhung, begrenzbar.
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Der Kern der Erfindung bei der Vorrichtung, insbesondere Fahrzeug, aufweisend einen elektrischen Verbraucher, insbesondere einen Elektromotor, eine Schaltvorrichtung und einen elektrischen Energiespeicher, wobei der elektrische Energiespeicher mittels der Schaltvorrichtung mit dem elektrischen Verbraucher verbindbar ist, besteht darin, dass die Vorrichtung eingerichtet ist, mittels eines Verfahrens wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf das Verfahren bezogenen Ansprüche betrieben zu werden.
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Hintergrund der Erfindung ist, dass die Verfügbarkeit der Vorrichtung verbessert wird, indem ein Überschreiten des zweiten Betriebsparametergrenzwerts, das ein abruptes sicherheitsrelevantes Abschalten der Schaltvorrichtung bewirken würde, verhindert werden kann.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Figurenliste
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Im folgenden Abschnitt wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.
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Es zeigen:
- 1 ein Fahrzeug 1 und
- 2 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Betreiben einer Vorrichtung.
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In 1 ist das Fahrzeug 1 dargestellt. Das Fahrzeug 1 weist zumindest einen elektrischen Verbraucher 2, insbesondere einen Elektromotor und/oder eine Fahrzeugbeleuchtung und/oder Unterhaltungselektronik, eine Steuereinheit 3, eine Schaltvorrichtung 4, einen elektrischen Energiespeicher 6 und einen Ladeanschluss 7 auf.
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Der elektrische Energiespeicher 6 ist mittels der Schaltvorrichtung 4 mit dem elektrischen Verbraucher 2 und/oder dem Ladeanschluss 7 verbindbar.
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Die Steuereinheit 3 ist datenleitend und elektrisch leitend mit dem elektrischen Verbraucher 2, der Schaltvorrichtung 4, dem Ladeanschluss 7 und dem elektrischen Energiespeicher 6 verbunden.
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Die Schaltvorrichtung 4 weist zumindest einen Sensor 5, insbesondere einen Temperatursensor oder einen Stromsensor oder einen Spannungssensor, und zumindest eine Schalteinheit, insbesondere einen Halbleiterschalter, vorzugsweise einen MOSFET-Schalter, auf. Vorzugsweise weist die Schaltvorrichtung 4 zumindest zwei Schalteinheiten auf, die antiseriell geschaltet angeordnet sind. Dabei sind die Schalteinheiten eingerichtet, den Stromfluss vom beziehungsweise zum elektrischen Energiespeicher 6 in Laderichtung oder in Entladerichtung des elektrischen Energiespeichers unabhängig voneinander zu schalten.
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Unter einem Stromfluss vom elektrischen Energiespeicher 6 in Entladerichtung wird dabei die Richtung des Stromflusses beim Entladen des elektrischen Energiespeichers 6 verstanden. Unter einem Stromfluss zum elektrischen Energiespeicher 6 in Laderichtung wird dabei die Richtung des Stromflusses beim Laden des elektrischen Energiespeichers 6 verstanden.
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Der Sensor 5 ist eingerichtet, einen Betriebsparameter der Schaltvorrichtung 4, insbesondere einen Strom durch die Schaltvorrichtung 4 oder eine Temperatur oder ein Steuerstrom oder eine Spannung der Schaltvorrichtung 4, zu erfassen und diesen Betriebsparameter an die Steuereinheit 3 zu senden. Die Steuereinheit 3 ist eingerichtet, den Betriebsparameter auszuwerten und mit einem ersten Betriebsparametergrenzwert zu vergleichen. Dabei ist der erste Betriebsparametergrenzwert kleiner als ein zweiter Betriebsparametergrenzwert, ab dem die Schaltvorrichtung 4 abgeschaltet werden muss, um einen sicherheitskritischen Zustand der Schaltvorrichtung 4 zu verhindern.
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Die Differenz zwischen dem ersten Betriebsparametergrenzwert und dem zweiten Betriebsparametergrenzwert ist zumindest so groß, dass die Vorrichtung eine Sicherheitsaktion ausführen kann, bevor der zweite Betriebsparametergrenzwert überschritten wird. Dazu ist die Steuereinheit 3 eingerichtet, eine Zunahme des Wertes des Betriebsparameters vorherzusagen, die durch den Betrieb der Schaltvorrichtung 4 bewirkt wird.
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Die Steuereinheit ist eingerichtet, einen Betriebsmodus der Vorrichtung anzupassen, sobald eine Überschreitung des ersten Betriebsparameterwerts festgestellt wurde. Dabei wird der Betriebsmodus derart angepasst, dass die Zunahme des Wertes des Betriebsparameters beispielsweise pro Zeiteinheit reduziert wird oder der Wert des Betriebsparameters abnimmt. Dazu wird beispielsweise die Schaltfrequenz der Schaltvorrichtung 4 reduziert und/oder der Strom, der durch die Schaltvorrichtung fließt, wird begrenzt und/oder die Stromaufnahme der Vorrichtung wird zeitlich und/oder mengenmäßig begrenzt.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem die Vorrichtung als Fahrzeug 1 ausgeführt ist, kann die Sicherheitsaktion ein Sicherheitsfahrmanöver sein, bei dem das Fahrzeug 1 zu einer sicheren Position, beispielsweise einem Seitenstreifen oder einem Parkplatz, gefahren wird.
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In 2 ist ein zeitliches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Betreiben einer Vorrichtung wie oben beschrieben dargestellt.
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In einem ersten Verfahrensschritt 101 wird ein Betriebsparameter der Schaltvorrichtung 4, insbesondere ein Strom durch die Schaltvorrichtung 4 oder eine Temperatur oder ein Steuerstrom oder eine Spannung der Schaltvorrichtung 4, bestimmt und/oder überwacht.
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In einem zweiten Verfahrensschritt 102 wird ein erster Betriebsparametergrenzwert für den Betriebsparameter bestimmt, der kleiner ist als ein zweiter Betriebsparametergrenzwert, ab dem die Schaltvorrichtung 4 aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden muss. Der erste Betriebsparametergrenzwert wird dabei derart bestimmt, dass die Differenz zwischen dem ersten Betriebsparametergrenzwert und dem zweiten Betriebsparametergrenzwert zumindest einer voraussichtlichen Zunahme eines Wertes des Betriebsparameters während einer Sicherheitsaktion der Vorrichtung entspricht.
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Der zweite Betriebsparametergrenzwert ist also ein spezifischer Grenzwert für die Schaltvorrichtung, der beispielsweise in einer Spezifikation der Schaltvorrichtung beziehungsweise der Bestandteile der Schaltvorrichtung angegeben ist. Der erste Betriebsparametergrenzwert ist dagegen ein dynamischer Grenzwert, der von dem jeweiligen aktuellen Betriebsmodus der Vorrichtung abhängig ist.
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In einem dritten Verfahrensschritt 103 wird festgestellt, dass der Wert des Betriebsparameters den ersten Betriebsparametergrenzwert überschritten hat.
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In einem vierten Verfahrensschritt 104 wird ein Betriebsmodus der Vorrichtung von einem Normalbetriebsmodus in einen Sicherheitsbetriebsmodus überführt, so dass eine Zunahme des Wertes des Betriebsparameters pro Zeiteinheit reduziert wird. Beispielsweise wird im Sicherheitsbetriebsmodus gegenüber dem Normalbetriebsmodus die Schaltfrequenz der Schaltvorrichtung 4 reduziert oder der Strom, der durch die Schaltvorrichtung 4 fließt, wird begrenzt.
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In einem fünften Verfahrensschritt 105 wird eine Sicherheitsaktion der Vorrichtung ausgeführt, um die Vorrichtung in einen sicheren Zustand zu bringen, bevor der Wert des Betriebsparameters den zweiten Betriebsparametergrenzwert überschreitet. Danach wird das Verfahren 100 beendet.
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Alternativ zum fünften Verfahrensschritt 105 wird in einem sechsten Verfahrensschritt 106 nach dem vierten Verfahrensschritt 104 festgestellt, dass der Wert des Betriebsparameters den ersten Betriebsparametergrenzwert unterschreitet, und der Betriebsmodus der Vorrichtung wird von dem Sicherheitsbetriebsmodus in einen Normalbetriebsmodus überführt. Danach wird das Verfahren 100 mit dem ersten Verfahrensschritt 101 fortgesetzt.
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Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierbei ein wiederaufladbarer Energiespeicher verstanden, insbesondere aufweisend eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeichermodul aufweisend zumindest eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeicherpack aufweisend zumindest ein Energiespeichermodul. Die Energiespeicherzelle ist als lithiumbasierte Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausführbar. Alternativ ist die Energiespeicherzelle als Lithium-Polymer-Batteriezelle oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezelle oder Blei-Säure-Batteriezelle oder Lithium-Luft-Batteriezelle oder Lithium-Schwefel-Batteriezelle ausgeführt.
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Unter einem Fahrzeug wird hierbei ein Landfahrzeug, zum Beispiel ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen, oder ein Luftfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug verstanden, insbesondere ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein batterieelektrisch angetriebenes Fahrzeug, das einen rein elektrischen Antrieb aufweist, oder ein Hybridfahrzeug, das einen elektrischen Antrieb und einen Verbrennungsmotor aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005027326 A1 [0002]
- DE 102017215415 A1 [0003]
