DE102021212992A1

DE102021212992A1 - Überwachungsvorrichtung zum Überwachen von mehreren Temperaturen eines Anschlusskastens einer elektrischen Maschine, Fahrzeug mit Überwachungseinrichtung und Verfahren zum Überwachen einer Temperatur eines Anschlusskastens einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102021212992A1
Application number: DE102021212992.7A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Schwärzler; Alain Florent Nanze Kuipou
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2023-05-25

Abstract

Eine Überwachungsvorrichtung (100) zum Überwachen einer Temperatur eines Anschlusskastens (105) einer elektrischen Maschine, wobei der Anschlusskasten (105) zumindest einen Anschluss (110) für eine Hochvoltleitung (115) umfasst. Dabei weist die Überwachungsvorrichtung (100) eine erste Kameraschnittstelle (120) zu einer ersten Kameraeinrichtung (125) auf, die ausgebildet ist, um ein Thermiksignal (135) bereitzustellen, das ein erstes Innenraumbild eines thermisch erfassten Innenraums (130) repräsentiert. Die Überwachungsvorrichtung (100) umfasst weiterhin eine zweite Kameraschnittstelle (140) zu einer zweiten Kameraeinrichtung (145), die ausgebildet ist, um ein Bildsignal (150) bereitzustellen, das ein zweites Innenraumbild des visuell erfassten Innenraums (130) repräsentiert. Zudem weist die Überwachungsvorrichtung (100) eine Auswerteeinrichtung (155) auf, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des Thermiksignals (135) und/oder des Bildsignals (150) eine Temperatur des Anschlusskastens (105) zu bestimmen und ein die Temperatur repräsentierendes Steuersignal (160) bereitzustellen, um eine Funktion der elektrischen Maschine anzusteuern.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen von mehreren Temperaturen eines Anschlusskastens einer elektrischen Maschine, ein Fahrzeug mit einer Überwachungseinrichtung und ein Verfahren zum Überwachen einer Temperatur eines Anschlusskastens einer elektrischen Maschine.
In Fahrzeugen mit elektrischen Antriebssystemen können Hochvoltleitungen zum Leiten von Strom eingesetzt werden. Während des Betriebs können die Leitungen sich erhitzen, wodurch sich die Wärme auch auf die die Hochvoltleitungen umgebenden Bauteile übertragen kann.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Überwachungsvorrichtung zum Überwachen mehrerer Temperaturen eines Anschlusskastens einer elektrischen Maschine, ein verbessertes Fahrzeug mit einer Überwachungseinrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Überwachen einer Temperatur eines Anschlusskastens einer elektrischen Maschine gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die hier vorgestellte Überwachungsvorrichtung bietet den Vorteil, dass eine Temperatur innerhalb einer elektrischen Maschine erfasst und entsprechend durch Stromsenkung der einzelnen Phasen reguliert werden kann. Durch die Reduzierung beziehungsweise Anpassungen des Stromes kann auch die Temperatur am Übergangswiderstand reduziert werden. Dadurch können Materialien geschont, die Lebensdauer der eingesetzten Elemente verlängert und Energie kann effizienter und sicherer übertragen werden. Daraus lässt sich auch folgern, dass sich die Sicherheit sowie Zuverlässigkeit erhöhen kann.
Es wird eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen mehreren Temperaturen eines Anschlusskastens einer elektrischen Maschine, wobei der Anschlusskasten zumindest einen Anschluss für eine Hochvoltleitung umfasst. Dabei weist die Überwachungsvorrichtung eine erste Kameraschnittstelle zu einer ersten Kameraeinrichtung auf, die an dem Anschlusskasten angeordnet und ausgebildet ist, um einen Innenraum des Anschlusskastens thermisch zu erfassen und ein Thermiksignal bereitzustellen, das ein erstes Innenraumbild des thermisch erfassten Innenraums repräsentiert. Die Überwachungsvorrichtung umfasst weiterhin eine zweite Kameraschnittstelle zu einer zweiten Kameraeinrichtung, die an dem Anschlusskasten angeordnet und ausgebildet ist, um den Innenraum visuell zu erfassen und ein Bildsignal bereitzustellen, das ein zweites Innenraumbild des visuell erfassten Innenraums repräsentiert. Zudem weist die Überwachungsvorrichtung eine Auswerteeinheit auf, die ausgebildet ist, um das Thermiksignal über die erste Kameraschnittstelle einzulesen und das Bildsignal über die zweite Kameraschnittstelle einzulesen und unter Verwendung des Thermiksignals und zusätzlich oder alternativ des Bildsignals eine Temperatur des Anschlusskastens zu bestimmen bzw. visualisieren und ein die Temperatur repräsentierendes Steuersignal bereitzustellen, um eine Funktion der elektrischen Maschine anzusteuern.
Die elektrische Maschine kann beispielsweise zum Antreiben eines Fahrzeugs eingesetzt werden, wobei zur Kopplung von Inverter und E-Maschine Hochvoltleitungen beziehungsweise HV-Kabel verwendet werden können. Der HV-Leitungssatz kann nicht nur elektrische Energie, sondern auch Wärme transferieren, die mit der hier vorgestellten Überwachungsvorrichtung vorteilhafterweise überwacht und reguliert werden kann, da das HV-Verkabelungssystem, also Kabel und Steckersystem, sich im Betrieb überhitzen kann. Die durch die Energieübertragung entstehende Wärme kann versuchen, sich nach dem 0. Hauptsatz der Thermodynamik im System anzugleichen, das heißt dass beispielsweise das höhere thermische Potential der E-Maschine an das niedrigere Potential des Inverters dissipiert werden kann. Dabei kann der Anschlusskasten der E-Maschine zum Beispiel Temperaturen im eingeschwungenen Zustand von bis zu 230 °C annehmen. Durch die Erwärmung der Kabelschuhe im Anschlusskasten aufgrund der Umgebungstemperatur im Anschlusskasten kann sich der Übergangswiderstand durch „Fritting“ an der Kontaktübergangs-stelle, durch Materialermüdung bzw. Materialrelaxation durch Vibration vergrößern, wodurch Leistungsverluste bei der Energieübertragung entstehen können. Eine Abschätzung sowie ein Erfassen von Einzeltemperaturen des Systems kann sehr komplex sein. Entsprechend weist die hier vorgestellte Überwachungsvorrichtung Schnittstellen zu zwei Kameraeinrichtungen auf, die als redundantes System ausgebildet sind, um den Innenraum des Anschlusskastens zu erfassen. Dabei kann die erste Kameraeinrichtung das erste Innenraumbild zum Beispiel durch Infrarot thermisch erfassen und unter Verwendung des Thermiksignals an die Auswerteeinrichtung der Überwachungsvorrichtung bereitstellen. Die zweite Kameraeinrichtung kann das zweite Innenraumbild zum Beispiel als Echtzeitbild erfassen und unter Verwendung des Bildsignals ebenfalls an die Auswerteeinrichtung bereitstellen. Durch das Lichtspektrum können alle Temperaturen 3D-visualisiert und gemessen werden. Bei der Auswerteeinrichtung kann es sich um ein elektronisches Steuergerät (ECU) handeln, das die Signale einlesen und beispielsweise mit einem hinterlegten Algorithmus unter Verwendung des Thermiksignals und des Bildsignals die jeweils aktuelle Temperatur im Anschlusskasten bestimmen und kontinuierlich beobachten kann. Zudem ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, um ein derTemperaturen repräsentieren des Steuersignals bereitzustellen, um eine Funktion in der elektrischen Maschine anzusteuern. Beispielsweise kann das Steuersignal bei einer Überhitzung des Anschlusskastens bereitgestellt werden, um beispielsweise die Stromzufuhr und damit auch die Temperatur am Übergangswiderstand zu reduzieren. Insgesamt kann die Überwachungsvorrichtung, die auch als sogenanntes Compact SMOTELI-Camerasensor-System, oder als smart monitoring terminal link - Camera Sensor-System bezeichnet werden kann, die Komponentenanbindung innerhalb der elektrischen Maschine thermisch überwachen und dadurch für eine effiziente Energieübertragung sorgen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um unter Verwendung des Thermiksignals und des Bildsignals ein kombiniertes Temperaturbild des Innenraums zu erstellen, wobei das Steuersignal unter Verwendung der Temperaturbilder bereitstellen. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung durch eine Softwarelösung das erste Innenraumbild und das zweite Innenraumbild auf Systemebene softwaretechnisch verschmelzen und so zum Beispiel ein 3D-Bild erzeugen. Das hat den Vorteil, dass sogenannte Hotspot Areas, das heißt Bereiche, die sich besonders schnell erhitzen können, wie zum Beispiel die Phasen U, V, W beziehungsweise ihre Anschlüsse im Anschlusskasten, ebenso wie der allgemeine Zustand des Anschlusskastens optimal detektiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Steuersignal an eine Regelschnittstelle zu einer Regeleinrichtung zum Regeln eines Stromflusses in der Hochvoltleitung bereitstellbar sein. Beispielsweise kann ein Algorithmus in der Auswerteeinrichtung die Temperatur im Anschlusskasten kontinuierlich beobachten und über den Zustand im Anschlusskasten entscheiden. Bei Überlastung kann das Steuersignal zum Ansteuern der Regeleinrichtung bereitgestellt werden, um die Leistung vom Übertragungssystem beispielsweise durch Strombegrenzung zu reduzieren. Vorteilhafterweise kann durch ein Regeln des Stromflusses auch die durch den Stromfluss erzeugte Wärme reguliert und bei Bedarf eingeschränkt werden. Dadurch kann Energie eingespart und die Lebensdauer der eingesetzten Elemente verlängert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Steuersignal an eine Warnschnittstelle zu einer Warneinrichtung zum Auslösen eines Warnsignals bereitstellbar sein. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um die Warneinrichtung unter Verwendung des Steuersignal als anzusteuern, wenn zum Beispiel eine andauernde Überhitzung des Anschlusskastens detektiert wird. Ansprechend auf das Steuersignal kann ein Warnsignal bereitgestellt werden, dass zum Beispiel ein Aufleuchten einer Warnlampe an einem Armaturenbrett oder ein akustisches Warnsignal auslösen kann. Das hat den Vorteil, dass ein Nutzer/eine Nutzerin der elektrischen Maschine beziehungsweise der Fahrer/die Fahrerin das Fahrzeugs vor einer möglichen Fehlleistung gewarnt werden und zum Beispiel das Fahrzeug frühzeitig in eine Werkstatt bringen kann, wodurch weiterführende Schäden vermieden und Gefahrenpotenzial minimiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Überwachungsvorrichtung eine Sensoreinheit zum sensorischen Erfassen einer Leitungstemperatur einer Hochvoltleitung umfassen. Dabei kann die Sensoreinheit ausgebildet sein, um ein die erfasste Leitungstemperaturen repräsentierendes Sensorsignal bereitzustellen, wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein kann, um unter Verwendung des Sensorsignals die Temperaturen im des Anschlusskastens zu bestimmen. Beispielsweise kann die Sensoreinheit direkt an der Hochvoltleitung oder am Anschluss beziehungsweise am Kabelschuh der Hochvoltleitung im Anschlusskasten angeordnet sein. Die Sensoreinheit kann ausgebildet sein um die Temperatur der Hochvoltleitung oder des Anschlusses zu erfassen und unter Verwendung des Sensorsignals an die Auswerteeinrichtung bereitzustellen. Die Auswerteeinrichtung kann die aktuelle Temperaturen im Anschlusskastens bestimmen, wobei zum Beispiel die von der Sensoreinheit erfassten Temperaturwerte mit den von den Kameraeinrichtungen erfassten Innenraumbildern verglichen werden können. Das hat den Vorteil, dass bestimmen der Temperaturen optimiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um die Temperaturen des Anschlusskastens mit einem gespeicherten Vergleichswert abzugleichen. Beispielsweise können der Auswerteeinrichtung verschiedene Parameter des Anschlusskastens, wie zum Beispiel die Geometrie der Hochvoltleitungen, der Anschlüsse und des Innenraums, sowie beispielsweise ein Temperaturmodell gespeichert sein. Die Auswerteeinrichtung kann ausgebildet sein, um unter Verwendung solcher und ähnlicher Daten und unter Verwendung der aktuell eingelesenen Signale einen Ist-Zustand des Anschlusskastens mit einem Soll-Zustand zu vergleichen. Vorteilhafterweise kann somit ein Abweichen von einem Soll-Zustand, wie zum Beispiel ein Überhitzen eines Elements im Anschlusskasten (u.a. Schrauben, Kabelschuh, Schnittstelle zwischen Stecksystem und Phase E-Maschine), optimal erfasst werden und das Steuersignal kann zeitnah bereitgestellt werden, um einen erfassten Ist-Zustand einem gewünschten Soll-Zustand anzugleichen. Die E-Maschinenkontrollleuchte wird bei einer gewissen Abweichung am Display des aktivitiert und dargestellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Überwachungsvorrichtung die erste Kameraeinrichtung und die zweite Kameraeinrichtung umfassen, wobei die erste Kameraeinrichtung und die zweite Kameraeinrichtung an dem Anschlusskasten fixiert sein können. Beispielsweise können die Kameraeinrichtungen direkt in ein Gehäuse des Anschlusskastens eingegossen sein. Vorteilhafterweise können die Kameraeinrichtungen dadurch fest mit dem Anschlusskasten verbunden sein, wodurch beispielsweise vibrationsbedingte Fehlleistungen der Kameraeinrichtung während des Betriebs der elektrischen Maschine minimiert werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erste Kameraeinrichtung eine Infrarotkamera umfasst und zusätzlich oder alternativ kann die zweite Kameraeinrichtung ausgebildet sein, den Innenraum als Hochkontrastbild zu erfassen. Beispielsweise kann die erster Kameraeinrichtung den Innenraum des Anschlusskasten mittels Infrarottechnologie erfassen und unter Verwendung des Thermiksignals an die Auswerteeinrichtung bereitstellen. Das Infrarotlicht kann vorteilhafterweise durch eine Lichtspektrumanalyse die maximale Temperatur an den einzelnen Phasen des Gesamtsystems sowie die Umgebungstemperatur im Anschlusskasten erfassen. Gleichzeitig kann zum Beispiel die zweite Kameraeinrichtung das zweite Innenraumbild als sogenanntes High Dynamic Range Image beziehungsweise HDR-Bild aufnehmen. Ein solches Hochkontrastbild kann beispielsweise einen (Bild-) Kontrast um den Faktor 10 besser auflösen, als die Infrarotkamera. Eine solche HDR-Regelung der Kamera bietet den Vorteil, dass eine Bilderfassung im Dunkelbereich ermöglicht wird.
Zudem wird ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine und einer Variante der zuvor vorgestellten Überwachungsvorrichtung vorgestellt. Beispielsweise kann das Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem ausgebildet sein, in dem einzelne Komponenten des Antriebssystems beispielsweise durch Hochvoltleitung ein verbunden sein können. Durch den Einsatz der hier vorgestellten Überwachungseinrichtung kann vorteilhafterweise eine Temperaturentwicklung im Antrieb des Fahrzeugs überwacht, vorausgesagt und gesteuert werden, wodurch die Lebensdauer des Fahrzeugs verlängert und eine Gefahr durch eventuell auftretende Schäden im Gesamtsystem minimiert werden kann.
Zudem wird ein Verfahren zum Überwachen einer Temperatur eines Anschlusskastens einer elektrischen Maschine vorgestellt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Einlesens eines Thermiksignals von einer ersten Kameraschnittstelle zu einer ersten Kameraeinrichtung, die an dem Anschlusskasten angeordnet ist, wobei das Thermiksignal ein erstes Innenraumbild eines von der ersten Kameraeinrichtung thermisch erfassten Innenraums des Anschlusskastens repräsentiert. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt des weiteren Einlesens eines Bildsignals von einer zweiten Kameraschnittstelle zu einer zweiten Kameraeinrichtung, die an dem Anschlusskasten angeordnet ist, wobei das Bildsignal ein zweites Innenraumbild des von der zweiten Kameraeinrichtung visuell erfassten Innenraums des Anschlusskastens repräsentiert. Zudem umfasst das Verfahren einen Schritt des Bestimmens einer Temperatur des Anschlusskasten unter Verwendung des Thermiksignals und zusätzlich oder alternativ des Bildsignals und einen Schritt des Bereitstellens eines die Temperatur repräsentierenden Steuersignals, um eine Funktion der elektrischen Maschine anzusteuern.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer Überwachungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs mit einer Überwachungsvorrichtung;
3 eine schematische Darstellung einer Hochvoltleitung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 eine schematische Draufsichtsdarstellung eines Anschlusskastens gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Anschlusskastens gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 eine schematische Darstellung eines Anschlusskastens gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Überwachen einer Temperatur eines Anschlusskastens einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Überwachungsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Überwachungsvorrichtung 100 ist ausgebildet, um eine Temperatur eines Anschlusskastens 105 einer elektrischen Maschine zu überwachen, wie sie in der nachfolgenden 2 näher beschrieben wird. Dabei umfasst der Anschlusskasten 105 einen Anschluss 110 für eine Hochvoltleitung 115, zur Stromversorgung der elektrischen Maschine. Die Überwachungsvorrichtung 100 weist eine erste Kameraschnittstelle 120 zu einer ersten Kameraeinrichtung 125 auf, die an dem Anschlusskasten angeordnet und ausgebildet ist, um einen Innenraum 130 des Anschlusskastens 105 thermisch zu erfassen und ein Thermiksignal 135 bereitzustellen, das ein erstes Innenraumbild des thermisch erfassten Innenraums repräsentiert. Zudem umfasst die Überwachungsvorrichtung 100 eine zweite Kameraschnittstelle 140 zu einer zweiten Kameraeinrichtung 145, die an dem Anschlusskasten 105 angeordnet und ausgebildet ist, um den Innenraum 130 visuell zu erfassen und ein Bildsignal 150 bereitzustellen, das ein zweites Innenraumbild des visuell erfassten Innenraums 130 repräsentiert. Weiterhin umfasst die Überwachungsvorrichtung 100 eine Auswerteeinrichtung 155, die in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, um das Thermiksignal 135 über die erste Kameraschnittstelle 120 einzulesen und das Bildsignal 150 über die zweite Kameraschnittstelle 140 einzulesen. Unter Verwendung des Thermiksignals 135 und des Bildsignals 150 ist die Auswerteeinrichtung 155 ausgebildet, eine Temperatur T_ac des Anschlusskastens 105 zu bestimmen und ein die Temperatur T_ac repräsentierendes Steuersignal 160 bereitzustellen, um eine Funktion der elektrischen Maschine anzusteuern.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinrichtung 155 beispielhaft ausgebildet, um unter Verwendung des Thermiksignals 135 und des Bildsignals 150 ein kombiniertes Temperaturbild des Innenraums 130 zu erstellen, wobei das Steuersignal 160 unter Verwendung des Temperaturbilds bereitstellbar ist. Hierbei ist mittels der erfassbaren Umgebungstemperatur T_am und Initialtemperatur T_init des Anschlusskastens 105 lediglich beispielhaft ein 3D-Bild auf Systemebene erstellbar, woraus lediglich beispielhaft die aktuelle Temperatur T_ac bestimmbar ist. Dabei das Steuersignal 160 in diesem Ausführungsbeispiel an eine Warnschnittstelle 165 zu einer Warneinrichtung 170 zum Auslösen eines Warnsignals 175 bereitstellbar. Unter Verwendung des Warnsignals ist beispielhaft eine Signallampe ansteuerbar, die ein Überhitzen des Anschlusskastens 105 anzeigt. Um ein solch beispielhaftes Überhitzen zu bestimmen, ist die Auswerteeinrichtung 155 in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um die Temperatur T_ac des Anschlusskastens mit einem gespeicherten Vergleichswert abzugleichen. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Vergleichswert lediglich beispielhaft um einen gespeicherten maximalen Temperaturwert T_max des Anschlusskastens 105 von beispielhaft 160 °C. Das bedeutet, dem System ist bereits die maximale Temperatur T_max der Hochvolt-Innenleiterisolierung sowie des Kabelschuhs bekannt. Bei einem Übersteigen dieser Temperatur ist die Überwachungsvorrichtung 100 ausgebildet, um in diesen Ausführungsbeispiel die Warneinrichtung 170 unter Verwendung des Steuersignals 160 anzusteuern. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann zusätzlich oder alternativ mittels des Steuersignals auch direkt ein Regeln des Stromflusses in der Hochvoltleitung und damit ein Absenken der Temperatur angesteuert werden. Zudem kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um die Temperatur des Anschlusskastens mit zusätzlichen oder alternativen Vergleichswerten abzugleichen, beispielsweise mit der Geometrie der Kabel (Cabel Data).
Mit anderen Worten ist in den Anschlussklemmenkasten ein Sensorsystem integriert und die Verkabelung beziehungsweise der HV-Anschluss (AC oder DC) ist thermisch überwachbar. Das Camera Sensor System erfasst Echtzeitbilddaten, sowie ein thermisches Bild. Durch einen Algorithmus ist durch eine Lichtspektralanalyse der Zustand des Anschlusskastens 105 erfassbar. Hierbei ist der Übergangswiderstand zwischen Kontaktsystem und Busbar ermittelbar. Des Weiteren ist ein Ableiten, welche Temperaturen die Leitung erfährt, möglich.
2 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 200 mit einer Überwachungsvorrichtung 100. Die Überwachungsvorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in der vorangegangenen Figur beschriebenen Überwachungsvorrichtung, mit dem Unterschied, dass die Überwachungsvorrichtung 100 in diesem Ausführungsbeispiel auch die erste Kameraeinrichtung 125 und die zweite Kameraeinrichtung 145 umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug 200 als Elektrofahrzeug ausgebildet und umfasst eine elektrische Maschine 205 als Antrieb des Fahrzeugs 200. Die elektrische Maschine 205 ist in diesem Ausführungsbeispiel über eine Hochvoltleitung 115 sowie lediglich beispielhaft eine zweite Hochvoltleitung 210 und eine dritte Hochvoltleitung 215 mit einem Inverter 220 zum Bereitstellen eines Stromflusses verbunden. Dabei ist die Hochvoltleitung 115 mittels eines Anschlusses 110, der auch als Kabelschuh & Stecksystemanschluss bezeichnet werden kann, im Anschlusskasten 105 der elektrischen Maschine 205 angeschlossen. Gleichermaßen sind die zweite Hochvoltleitung 210 und die dritte Hochvoltleitung 215 im Anschlusskasten 135 fixiert. Der HV-Leitungssatz, beziehungsweise das HV-Verkabelungssystem aus Kabel und Stecker, transferiert dabei nicht nur elektrische Energie, sondern auch Wärme. Die durch die Energieübertragung entstehende Wärme versucht sich nach dem 0. Hauptsatz der Thermodynamik im System anzugleichen, das heißt, dass das höhere thermische Potential der elektrischen Maschine 205 an das niedrigere Potential des Inverters 220 dissipiert. Der Anschlusskasten 105 der E-Maschine kann beispielhaft Temperaturen im eingeschwungenen Zustand von bis zu 230 °C annehmen. Durch die Erwärmung der Kabelschuhe oder Stecksystemanschlusses (Gehäuseinnenseite)im Anschlusskasten 105 aufgrund von der Umgebungstemperatur im Anschlusskasten 105 vergrößert sich der Übergangswiderstand und man erhält weitere Leistungsverluste bei der Energieübertragung. Um dies zu vermeiden sind in diesem Ausführungsbeispiel die Temperaturen im Anschlusskasten 105 durch geeignete Messtechnik überwachbar. Hierzu ist die Überwachungsvorrichtung 100 ausgebildet, um unter Verwendung der Kameraeinrichtungen 125, 145 und der von den Kameraeinrichtungen 125, 145 bereitstellbaren Signale, wie sie in der vorangegangenen Figur beschrieben sind, eine Abschätzung sowie das Erfassen von Einzeltemperaturen des Systems zu ermöglichen. Für eine genauere Erfassung sowie Abschätzung des Thermomanagements der Hochvoltverkabelung und insbesondere deren Anbindung sind folgende Parameter bestimmbar: eine 3-Phasen Busbartemperatur, eine Umgebungstemperatur des Anschlusskastens, die auch als Ambient Temperatur bezeichnet werden kann, und eine Kabelschuh-Temperatur oder Stecksystemanschlusses (Gehäuseinnenseite) im HV-Anschlusskasten der E-Maschine.
Hierfür umfasst in diesem Ausführungsbeispiel die erste Kameraeinrichtung 125 eine Infrarotkamera und die zweite Kameraeinrichtung 145 ist lediglich beispielhaft ausgebildet, den Innenraum als Hochkontrastbild zu erfassen. Das System erzeugt also zwei Bilder, eine thermisches durch Infrarot und ein Echtzeitbild (Kamera), die auf Systemebene mittels der Auswerteeinrichtung 155 softwaretechnisch verschmelzbar sind. Das Infrarotlicht erfasst in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Lichtspektrumanalyse die maximale Temperatur an den einzelnen Phasen des Gesamtsystems sowie die Umgebungstemperatur im Anschlusskasten 105. Die HDR Regelung der zweiten Kameraeinrichtung 145 ermöglicht in diesem Ausführungsbeispiel eine Bilderfassung im Dunkelbereich. Dabei ist das Kamera-System im Anschlusskasten 105 redundant ausgelegt und lediglich beispielhaft direkt in ein Gehäuse des Anschlusskastens 105 eingegossen.
Unter Verwendung der von den Kameraeinrichtungen 125, 145 erfassten Innenraumbilder des Anschlusskastens 105 ist die Auswerteeinrichtung 155 der Überwachungsvorrichtung 100 ausgebildet, um lediglich beispielhaft durch eine Softwarelösung ein 3D-Bild auf Systemebene zu erzeugen, sodass Hotspot Areas (Phase U,V,W + Ambient) beziehungsweise der Zustand des Anschlusskastens 105 detektierbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel entscheidet ein Algorithmus in der Auswerteeinrichtung, die auch als Steuergerät oder ECU bezeichnet werden kann, über den Zustand im Anschlusskasten 105 und beobachtet kontinuierlich die Temperatur. Bei Überlastung ist in diesem Ausführungsbeispiel die Leistung vom Übertragungssystem durch Strombegrenzung unter Verwendung des Steuersignals 160 reduzierbar. Hierfür ist das Steuersignal 160 lediglich beispielhaft an eine Regelschnittstelle 225 zu einer Regeleinrichtung 230 bereitstellbar. Die Regeleinrichtung 230 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um über den Inverter 220 den Stromfluss in der Hochvoltleitung 115, der zweiten Hochvoltleitung 210 und der dritten Hochvoltleitung 215 zu regulieren. Durch die Reduzierung beziehungsweise Anpassungen des Stromes ist auch die Temperatur am Übergangswiderstand reduzierbar. Lediglich beispielhaft ist die Auswerteeinrichtung 155 dabei ausgebildet, um die bestimmte Temperatur des Anschlusskastens mit einem gespeicherten Vergleichswert abzugleichen, der in diesem Ausführungsbeispiel den vom Inverter 220 initiierten Stromfluss (inverter calculated current) umfasst. Eine Stromreduzierung entspricht einer Reduzierung der Verlustleistung Q (Watt) sowie einer Wärmereduzierung. Dadurch ist insgesamt eine Lebensdaueroptimierung, ein Temperaturmanagement für den Anschlusskasten 105 und eine Erhöhung der Sicherheit und Zuverlässigkeit der elektrischen Maschine erzielbar.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Steuersignal zusätzlich oder alternativ an eine Warneinrichtung bereitstellbar sein, um eine/n Fahrerin des Fahrzeugs anzuhalten, eine Werkstatt aufzusuchen. Zudem kann in einem Ausführungsbeispiel die Überwachungsvorrichtung universal für alle Arten an Hochvoltanbindungen eingesetzt werden, sowie für das 48 V Bordnetzsystem. Die Lösung kann sowohl an der AC sowie DC Schnittstelle umgesetzt werden. Die erfassten Datensätze können optisch, kupferbasiert übertragen werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Hochvoltleitung 115 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Hochvoltleitung 115 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Hochvoltleitung und ist beispielhaft in einem Anschlusskasten, wie er in den vorangegangenen Figuren beschrieben wurde, fixierbar. Hierfür weist die Hochvoltleitung 115, die auch als HV-kabel bezeichnet werden kann, einen Anschluss 110 auf, der auch als Kabelschuh oder Ring tongue bezeichnet werden kann. Bei einem Einsatz der Hochvoltleitung 115 zum Leiten von Strom erwärmt sich die Hochvoltleitung 115 und damit auch der Anschluss 110. Mittels der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Überwachungseinrichtung ist eine solche Erwärmung erfassbar und es ist eine Temperaturregulierung ermöglicht durch einen Vergleich von Tsoll am Ring Tongue, Sleeve und T Erlaubter maximal Temperatur von Ring Tongue und HV-Kabel.
4 zeigt eine schematische Draufsichtsdarstellung eines Anschlusskastens 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der hier dargestellte Anschlusskasten entspricht oder ähnelt dem in den vorangegangenen 1 und 2 beschriebenen Anschlusskasten und ist durch eine Überwachungsvorrichtung, wie sie in den vorangegangenen Figuren beschrieben wurde, überwachbar. Hierfür sind an dem Anschlusskasten 105 zwei Kameraeinrichtungen 125, 145 angeordnet und lediglich beispielhaft fest an diesem fixiert. Die erste Kameraeinrichtung 125 umfasst lediglich beispielhaft eine Infrarotkamera und ist ausgebildet, um den Innenraum des Anschlusskastens 105 thermisch zu erfassen. Die zweite Kameraeinrichtung 145 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um den Innenraum des Anschlusskastens 105 visuell als Hochkontrastbild zu erfassen. Dadurch ist eine Temperaturerhöhung an den im Anschlusskasten 105 angeschlossenen Hochvoltleitungen 115, 210, 215 erfassbar.
5 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Anschlusskastens 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der hier dargestellte Anschlusskasten 105 entspricht oder ähnelt dem in den vorangegangenen 1, 2 und 4 beschriebenen Anschlusskasten und ist durch eine Überwachungsvorrichtung 100 überwachbar. Die hier dargestellte Überwachungsvorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen 1 und 2 beschriebenen Überwachungsvorrichtung, mit dem Unterschied, dass die Überwachungsvorrichtung 100 in diesem Ausführungsbeispiel eine Sensoreinheit 500 zum Erfassen einer Leitungstemperatur der Hochvoltleitungen 115, 210, 215 umfasst. Die Sensoreinheit 500 ist lediglich beispielhaft ausgebildet, um ein die erfasste Leitungstemperatur repräsentierendes Sensorsignal 505 bereitzustellen, wobei die Auswerteeinrichtung 155 ausgebildet ist, um unter Verwendung des Sensorsignals 505 die Temperatur des Anschlusskastens 105 zu bestimmen.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Anschlusskastens 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der hier dargestellte Anschlusskasten 105 entspricht oder ähnelt dem in den vorangegangenen 1, 2, 4 und 5 beschriebenen Anschlusskasten und ist durch eine Überwachungsvorrichtung 100 überwachbar. Die hier dargestellte Überwachungsvorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen 1, 2 und 5 beschriebenen Überwachungsvorrichtung und umfasst in diesem Ausführungsbeispiel die erste Kameraeinrichtung 125, die an dem Anschlusskasten 105 angeordnet und ausgebildet ist, um den Innenraum 130 des Anschlusskastens thermisch zu erfassen und das Thermiksignal 135 bereitzustellen, das ein erstes Innenraumbild des thermisch erfassten Innenraums 130 repräsentiert. Zudem umfasst die Überwachungsvorrichtung 100 in diesem Ausführungsbeispiel die zweite Kameraeinrichtung 145, die an dem Anschlusskasten 105 angeordnet und ausgebildet ist, um den Innenraum 130 visuell zu erfassen und das Bildsignal 150 bereitzustellen, das ein zweites Innenraumbild des visuell erfassten Innenraums 130 repräsentiert. Die Auswerteeinrichtung 155 ist ausgebildet, um das Thermiksignal 135 und das Bildsignal 150 einzulesen und unter Verwendung des Thermiksignals 135 und des Bildsignals 150 eine Temperatur des Anschlusskastens 105 zu bestimmen.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Überwachen einer Temperatur eines Anschlusskastens einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 700 ist beispielhaft mittels einer Überwachungsvorrichtung, wie sie in den vorangegangenen Figuren beschrieben wurde, ausführbar. Das Verfahren 700 umfasst einen Schritt 705 des Einlesens eines Thermiksignals von einer ersten Kameraschnittstelle zu einer ersten Kameraeinrichtung, die an dem Anschlusskasten angeordnet ist, wobei das Thermiksignal ein erstes Innenraumbild eines von der ersten Kameraeinrichtung thermisch erfassten Innenraums des Anschlusskastens repräsentiert. Zudem umfasst das Verfahren 700 einen Schritt 710 des weiteren Einlesens eines Bildsignals von einer zweiten Kameraschnittstelle zu einer zweiten Kameraeinrichtung, die an dem Anschlusskasten angeordnet ist, wobei das Bildsignal ein zweites Innenraumbild des von der zweiten Kameraeinrichtung visuell erfassten Innenraums des Anschlusskastens repräsentiert. Auf die Schritte 705 des Einlesens und 710 des weiteren Einlesens folgt in diesem Ausführungsbeispiel ein Schritt 715 des Bestimmens einer Temperatur des Anschlusskasten unter Verwendung des Thermiksignals und des Bildsignals. Dabei wird lediglich beispielhaft die aktuelle Temperatur mit einem Vergleichswert einer gewünschten Temperatur abgeglichen, sowie ein Widerstand am Anschluss der Hochvoltleitung mit einem gewünschten Widerstandswert verglichen. Im folgenden Schritt 720 des Bereitstellens wird ein die Temperatur repräsentierendes Steuersignal bereitgestellt, um eine Funktion der elektrischen Maschine anzusteuern. Unter Verwendung dieses Steuersignal wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Regeln eines Stromflusses in der Hochvoltleitung angesteuert, wenn der aktuelle Widerstand I größer ist als der gewünschte Widerstand I_soll und zusätzlich oder alternativ, wenn die aktuelle Temperatur T_ac größer ist als die gewünschte Temperatur T_soll.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Überwachen einer Temperatur eines Anschlusskastens einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 700 entspricht oder ähnelt dem in der vorangegangenen 7 beschriebenen Verfahren, mit dem Unterschied, dass das hier dargestellte Verfahren 700 einen Schritt 800 des zusätzlichen Einlesens eines Vergleichswerts umfasst, wobei der Vergleichswert lediglich beispielhaft einer Soll-Temperatur der Busbar der Hochvoltleitung beziehungsweise des Kabelschuhs entspricht. Zudem wird in diesem Ausführungsbeispiel in einem Schritt 805 des Erstellens unter Verwendung des Thermiksignals und des Bildsignals, die in den Schritten 705 des Einlesens und 710 des weiteren Einlesens eingelesen wurden, und unter Verwendung eines Algorithmus ein kombiniertes Temperaturbild des Innenraums des Anschlusskastens erstellt. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht das erstellte Temperaturbild einer Ist-Temperatur des Anschlusskastens. Im anschließenden Schritt 715 des Bestimmens wird lediglich beispielhaft die Ist-Temperatur mit der Soll-Temperatur verglichen. In diesem Ausführungsbeispiel folgt daraufhin ein Schritt 810 des Entscheidens, in dem entschieden wird, ob eine Strombegrenzung nötig ist. In diesem Ausführungsbeispiel folgt erst auf den Schritt 810 des Entscheidens der Schritt 720 des Bereitstellens des Steuersignals.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichenliste

100: Überwachungsvorrichtung
105: Anschlusskasten
110: Anschluss
115: ein-, zwei-, drei-Phasen Hochvoltleitungsystem (bitte in 1 ergänzen)
120: erste Kameraschnittstelle
125: erste Kameraeinrichtung
130: Innenraum
135: Thermiksignal
140: zweite Kameraschnittstelle
145: erste Kameraeinrichtung
150: Bildsignal
155: Auswerteeinrichtung
160: Steuersignal
165: Warnschnittstelle
170: Warneinrichtung
175: Warnsignal
200: Fahrzeug
205: elektrische Maschine
210: zweite Hochvoltleitung
215: dritte Hochvoltleitung
220: Inverter
225: Regelschnittstelle
230: Regeleinrichtung
500: Sensoreinheit
505: Sensorsignal
700: Verfahren zum Überwachen einer Temperatur
705: Schritt des Einlesens
710: Schritt des weiteren Einlesens
715: Schritt des Bestimmens
720: Schritt des Bereitstellens
800: Schritt des zusätzlichen Einlesens
805: Schritt des Erstellens
810: Schritt des Entscheidens
Tac: Temperatur des Anschlusskastens
Tmax: maximale Temperatur
Tam: Umgebungstemperatur
Tinit: Initialtemperatur

Claims

Überwachungsvorrichtung (100) zum Überwachen einer Temperatur eines Anschlusskastens (105) einer elektrischen Maschine (205), der zumindest einen Anschluss (110) für eine Hochvoltleitung (115) umfasst, wobei die Überwachungsvorrichtung (100) folgende Merkmale aufweist: eine erste Kameraschnittstelle (120) zu einer ersten Kameraeinrichtung (125), die an dem Anschlusskasten (105) angeordnet und ausgebildet ist, um einen Innenraum (130) des Anschlusskastens (105) thermisch zu erfassen und ein Thermiksignal (135) bereitzustellen, das ein erstes Innenraumbild des thermisch erfassten Innenraums (130) repräsentiert; eine zweite Kameraschnittstelle (140) zu einer zweiten Kameraeinrichtung (145), die an dem Anschlusskasten (105) angeordnet und ausgebildet ist, um den Innenraum (130) visuell zu erfassen und ein Bildsignal (150) bereitzustellen, das ein zweites Innenraumbild des visuell erfassten Innenraums (130) repräsentiert; und eine Auswerteeinrichtung (155), die ausgebildet ist, um das Thermiksignal (135) über die erste Kameraschnittstelle (120) einzulesen und das Bildsignal (150) über die zweite Kameraschnittstelle (140) einzulesen und unter Verwendung des Thermiksignals (135) und/oder des Bildsignals (150) eine Temperatur des Anschlusskastens (105) zu bestimmen und ein die Temperatur repräsentierendes Steuersignal (160) bereitzustellen, um eine Funktion der elektrischen Maschine (205) anzusteuern.
Überwachungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Auswerteeinrichtung (155) ausgebildet ist, um unter Verwendung des Thermiksignals (135) und des Bildsignals (150) ein kombiniertes Temperaturbild des Innenraums (130) zu erstellen, wobei das Steuersignal (160) unter Verwendung des Temperaturbilds bereitstellbar ist.
Überwachungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Steuersignal (160) an eine Regelschnittstelle (225) zu einer Regeleinrichtung (230) zum Regeln eines Stromflusses in der Hochvoltleitung (115) bereitstellbar ist.
Überwachungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Steuersignal (160) an eine Warnschnittstelle (165) zu einer Warneinrichtung (170) zum Auslösen eines Warnsignals (175) bereitstellbar ist.
Überwachungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Sensoreinheit (500) zum sensorischen Erfassen einer Leitungstemperatur einer Hochvoltleitung (115), wobei die Sensoreinheit (500) ausgebildet ist, um ein die erfasste Leitungstemperatur repräsentierendes Sensorsignal (505) bereitzustellen, wobei die Auswerteeinrichtung (155) ausgebildet ist, um unter Verwendung des Sensorsignals (505) die Temperatur des Anschlusskastens (105) zu bestimmen.
Überwachungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (155) ausgebildet ist, um die Temperatur des Anschlusskastens (105) mit einem gespeicherten Vergleichswert abzugleichen.
Überwachungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Überwachungsvorrichtung (100) die erste Kameraeinrichtung (125) und die zweite Kameraeinrichtung (145) umfasst, wobei die erste Kameraeinrichtung (125) und die zweite Kameraeinrichtung (145) an dem Anschlusskasten (105) fixiert sind.
Überwachungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 7, wobei die erste Kameraeinrichtung (125) eine Infrarotkamera umfasst und/oder wobei die zweite Kameraeinrichtung (145) ausgebildet ist, den Innenraum (130) als Hochkontrastbild zu erfassen.
Fahrzeug (200) mit einer elektrischen Maschine (205) und einer Überwachungsvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.
Verfahren (700) zum Überwachen einer Temperatur eines Anschlusskastens (105) einer elektrischen Maschine (205), wobei das Verfahren (700) folgende Schritte (705, 710, 715, 720) aufweist: Einlesen (705) eines Thermiksignals (135) von einer ersten Kameraschnittstelle (120) zu einer ersten Kameraeinrichtung (125), die an dem Anschlusskasten (105) angeordnet ist, wobei das Thermiksignal (135) ein erstes Innenraumbild eines von der ersten Kameraeinrichtung (125) thermisch erfassten Innenraums (130) des Anschlusskastens (105) repräsentiert; weiteres Einlesen (710) eines Bildsignals (150) von einer zweiten Kameraschnittstelle (140) zu einer zweiten Kameraeinrichtung (145), die an dem Anschlusskasten (105) angeordnet ist, wobei das Bildsignal (150) ein zweites Innenraumbild des von der zweiten Kameraeinrichtung (145) visuell erfassten Innenraums (130) des Anschlusskastens (105) repräsentiert; Bestimmen (715) einer Temperatur des Anschlusskasten (105) unter Verwendung des Thermiksignals (135) und/oder des Bildsignals (150); und Bereitstellen (720) eines die Temperatur repräsentierenden Steuersignals (160), um eine Funktion der elektrischen Maschine (205) anzusteuern.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte (705, 710, 715, 720) des Verfahrens (700) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen und/oder anzusteuern.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.