DE102021214873A1

DE102021214873A1 - Plausibilisierung einer Kühlmitteltemperatur bei parallelen Kühlkreisläufen einer Traktionsbaugruppe

Info

Publication number: DE102021214873A1
Application number: DE102021214873.5A
Authority: DE
Inventors: Volker Gilgenbach; Johannes Rauhut; Stephan Frank; Lars Hermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2023-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung einer extern gemessenen Temperatur eines Kühlmittels K (TK) in einem Kühlkreislauf (20) zur Kühlung eines Elements E1 (12.1) einer Traktionsbaugruppe (10). Dabei umfasst ein weiterer paralleler Kühlkreislauf (22) zur Kühlung dieses Elements E1 (12.1) und eines weiteren Elements E2 (12.2) der Traktionsbaugruppe (10) mit einem Kühlmittel M (26) eine gemeinsame Kühleinheit (18). Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingangstemperatur des Kühlmittels M (TM) in Verbindung mit der Verlustleistung des Elements E1 (12.1) genutzt wird, um die extern gemessene Temperatur des Kühlmittels K (TK) zu überwachen und zu analysieren. Daneben betrifft die Erfindung eine Verwendung des Verfahrens in einem elektrischen Fahrzeug sowie zum Erhöhen der Sicherheitsintegrität eines elektrischen Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm sowie ein Fahrzeug, die das offenbarte Verfahren ausführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung einer extern gemessenen Temperatur eines Kühlmittels K in einem Kühlkreislauf zur Kühlung eines Elements E1 einer Traktionsbaugruppe. Dabei umfasst ein weiterer paralleler Kühlkreislauf zur Kühlung dieses Elements E1 und eines weiteren Elements E2 der Traktionsbaugruppe mit einem Kühlmittel M eine gemeinsame Kühleinheit. Daneben betrifft die Erfindung eine Verwendung des Verfahrens in einem elektrischen Fahrzeug sowie zum Erhöhen der Sicherheitsintegrität eines elektrischen Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm sowie ein Fahrzeug, die das offenbarte Verfahren ausführen.
Stand der Technik
Im Rahmen der sich ständig erhöhenden Leistungsdichte des elektrischen Antriebsstranges gewinnt die Aufgabe des Kühlsystems kontinuierlich an Bedeutung. Während bezogen auf den Kühlmittelstrom konventionell eine serielle Verschaltung von Inverter und elektrischer Maschine vorliegt, also die Ausgangstemperatur des Kühlwassers des Inverters der Eingangstemperatur der elektrischen Maschine entspricht, treten inzwischen vermehrt parallele Verschaltungen von Inverter und elektrischer Maschine auf. Zusätzliche elektrische Maschinen werden tendenziell mit Öl gekühlt. Da sich die Ölkühlung häufig auf die elektrische Maschine beschränkt und der Inverter nicht von Öl durchflossen wird, kann die genannte Relation somit nicht zum Ermitteln der Öleingangstemperatur der elektrischen Maschine genutzt werden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einer Plausibilisierung der extern gemessenen Öltemperatur.
DE 10 2019 203 692 A1 hat ein Verfahren zur Plausibilisierung mindestens einer Kühlmitteltemperatur in einer Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug zum Gegenstand. Dabei umfasst die Antriebseinheit einen Kondensator mit Innentemperatursensor, eine Leistungselektronik mit Temperatursensor und einen Kühlkanal, der Kondensator und Leistungselektronik mit einem Kühlmittel durchströmt. Um die Plausibilität zu überprüfen, werden aus einer Kondensatortemperatur und einer Elektroniktemperatur Temperaturen für das Kühlmittel berechnet und verglichen.
DE 10 2018 209 340 B3 offenbart eine elektrische Antriebseinheit für ein Kfz, welche neben einem Inverter und einer elektrischen Maschine unter anderem einen Schmiermittelkreislauf zum Schmieren des Getriebes und/ oder Kühlen des Rotors sowie einen Kühlmittelkreislauf zum Kühlen der ersten Schalteinheit aufweist, welche durch einen Schmiermittel-Kühlmittel-Wärmetauscher thermisch gekoppelt sind. Eine Steuereinrichtung kann den (verlusterhöhenden) Betriebsmodus der ersten Schalteinheit bereitstellen und damit aufgrund des Wärmetauschers die Viskosität des Schmiermittels beeinflussen.
DE 10 2017 216 161 A1 hat ein Verfahren zum Überwachen der Funktionalität des Kühlsystems eines in Betrieb befindlichen Hochvoltspeichers, etwa für die elektrische Antriebseinheit eines Kfz, zum Gegenstand. Dabei wird die Temperatur des Hochvoltspeichers selbst per Sensor wiederholt gemessen und ein zeitlicher Verlauf anhand solcher Werte ermittelt, die oberhalb der Kühlschwellentemperatur liegen, um die korrekte Arbeit des Kühlsystems diagnostizieren zu können. Das Diagnosesystem kann somit zum Einschalten bzw. für die Steuerung des Kühlsystems genutzt werden.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Plausibilisierung einer extern gemessenen Temperatur eines Kühlmittels K in einem Kühlkreislauf zur Kühlung eines Elements E1 einer Traktionsbaugruppe vorgeschlagen. Dabei ist der Kühlkreislauf dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer paralleler Kühlkreislauf zur Kühlung des Elements E1 und eines weiteren Elements E2 der Traktionsbaugruppe mit einem Kühlmittel M eine gemeinsame Kühleinheit umfasst. Dabei wird im offenbarten Verfahren eine Eingangstemperatur des Kühlmittels M in Verbindung mit der Verlustleistung des Elements E1 genutzt, um die extern gemessene Temperatur des Kühlmittels K zu überwachen und zu analysieren.
Im weiteren parallelen Kühlkreislauf sind Element E1 und Element E2 parallel gekühlt, das heißt, die Eingangstemperatur des Kühlmittels M ist bei Element E1 und Element E2 nahezu gleich. Die Kühlmittelausgänge beider Elemente münden in einer gemeinsamen Kühleinheit. In dieser Kühleinheit wird auch das Kühlmittel K für den Kühlkreislauf des Elements E1 gekühlt. Entsprechend sind über diesen Kreislauf die Temperaturen der Kühlmittel K und M miteinander gekoppelt
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind, basierend auf der Überwachung und Analyse der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K und der Eingangstemperatur des Kühlmittels M, bei der Verarbeitung der gemessenen Temperatur eines Kühlmittels K Messunsicherheiten und große Toleranzen ausschließbar.
Abhängig von der Fehlerhandhabung und Fehlertoleranz können, gemäß dem Fachmann bekannten Methoden, unterschiedliche Strategien, beispielsweise auf Basis der Eintrittshäufigkeit oder Dauer der vorliegenden Abweichung, für die einzelnen Fehlerbilder aus Überwachung und Analyse gewählt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem Kühlmittel K um Öl und/oder bei dem Kühlmittel M um Wasser. Bevorzugt handelt es sich bei dem Kühlmittel K um Öl und/oder bei dem Kühlmittel M um Wasser.
Daneben handelt es sich in einer weiteren Ausführungsform bei der Traktionsbaugruppe um eine Traktionsbaugruppe eines elektrischen Fahrzeugs, umfassend als eine Gruppe von Elementen mindestens eine elektrische Maschine und einen Inverter, sowie optional ein Getriebe. Als eine „Traktionsbaugruppe“, typischerweise umfassend eine elektrische Maschine, einen Inverter und optional ein Getriebe, wird im vorliegenden Zusammenhang insbesondere eine elektrische Antriebsachse bzw. ein E-Achsenmodul bezeichnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Element E1 der Traktionsbaugruppe um eine elektrische Maschine und/oder bei dem weiteren Element E2 der Traktionsbaugruppe um einen Inverter. Bevorzugt handelt es sich bei dem Element E1 der Traktionsbaugruppe um eine elektrische Maschine und bei dem weiteren Element E2 der Traktionsbaugruppe um einen Inverter.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für die Plausibilisierung geprüft, ob die extern gemessene Temperatur des Kühlmittels K und die Eingangstemperatur des Kühlmittels M innerhalb eines Toleranzbands einer erwarteten Temperatur liegen.
Anhand des Toleranzbandes wird überprüft, ob die extern gemessene Temperatur des Kühlmittels K und die Eingangstemperatur des Kühlmittels M im weiteren parallelen Kühlkreislauf hinreichend ähnlich und damit plausibel sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird für die Plausibilisierung ein Offset Abgleich der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K durchgeführt, indem das Einstellen eines thermischen Gleichgewichts zwischen dem Kühlmittel K und dem Kühlmittel M überprüft wird.
Durch den Offset Abgleich der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K können etwaige langfristige Verschiebungen der externen Temperaturmessung erkannt werden. Nach ausreichender Abstellzeit, also ruhender Traktionsbaugruppe, stellt sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen den Temperaturen des Kühlmittels K und des Kühlmittels M ein, so dass diese dann verglichen werden können und einen gleichen Wert aufweisen sollten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für die Plausibilisierung der Gradient der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K überwacht und begrenzt.
Eine solche Überwachung und Begrenzung ermöglicht das Abfangen schneller (falscher) Änderungen der Temperatur des Kühlmittels K. Dies verhindert sprunghafte Anpassungen des gesamten Systems, beispielsweise des Drehmoments, bei möglichen bzw. vermeintlichen Temperaturänderungen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird für die Plausibilisierung in Freilaufphasen der Traktionsbaugruppe die Förderung des Kühlmittels K überprüft, indem die Abkühlung der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K und eine Temperatur des Kühlmittels M miteinander verglichen werden.
In Freilaufphasen, zum Beispiel während des Haltens an Ampeln, nach ausreichender Aufwärmung des Kühlsystems ist es innerhalb eines Fahrzyklus möglich, die Integrität des Kühlkreislaufs, also etwa die Funktion der Pumpe des Kühlmittels K oder die Dichtigkeit des Kühlkreislaufs, zu überprüfen.
Freilaufphasen werden durch Unterschreiten des Phasenstroms unter eine definierte Schwelle erkannt. Anhand der Temperatur des Kühlmittels M lässt sich erkennen, wann ebenfalls eine Abkühlung des Kühlmittels K zu erwarten ist. Findet diese nicht in ausreichendem Maße statt, muss davon ausgegangen werden, dass keine ausreichende Förderung des Kühlmittels K stattfindet.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Überwachungen und Analysen für die Plausibilisierung sind positive wie negative maximale Toleranzen, Gradienten und Verschiebungen der extern gemessenen Temperatur anpassbar auf systemspezifische Kriterien.
Alternativ wird außerdem eine Adaption des erfindungsgemäßen Verfahrens offenbart, bei dem die externe Messung der Ausgangstemperatur des Kühlmittels K erfolgt. Eine Berechnung der entsprechenden Eingangstemperatur ist dabei möglich über eine Hubschätzung des Kühlmittels K und die Verlustleistung des Elements E1.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein weiteres modifiziertes Verfahren zur Plausibilisierung einer extern gemessenen Temperatur eines Kühlmittels K in einem Kühlkreislauf zur Kühlung eines Elements E1 einer Traktionsbaugruppe vorgeschlagen. Hierbei ist der Kühlkreislauf dadurch charakterisiert, dass ein weiterer paralleler Kühlkreislauf, welcher temperatursensorfrei ausgeführt ist, zur Kühlung des Elements E1 und eines weiteren Elements E2 der Traktionsbaugruppe mit einem Kühlmittel M eine gemeinsame Kühleinheit umfasst. Dabei wird im offenbarten Verfahren die extern gemessene Temperatur des Kühlmittels K in Verbindung mit der Verlustleistung des Elements E1 überwacht und analysiert.
Gegenüber dem oben beschriebenen Verfahren entfällt somit ein Temperatursensor für das Kühlmittel M im parallelen Kühlkreislauf. Die vorgeschlagenen vorteilhaften Ausführungsformen, insbesondere bezüglich der Zusammensatzung von Traktionsbaugruppe und Kühlmitteln, sind auch für dieses Verfahren übernehmbar.
Die erfindungsgemäßen Verfahren können in jeder Form von elektrischen und elektrifizierten Antrieben bzw. Antriebssträngen eingesetzt werden. Insbesondere finden sie Anwendung in elektrischen und elektrifizierten (z. B. Plug-in Hybrid) Fahrzeugen sowie in elektrischen Antrieben für bspw. Bahnen, Schiffe, Flugzeuge, Wasser- und Windkraftanlagen.
Die vorgeschlagenen Verfahren sollen erfindungsgemäß in einem elektrischen Fahrzeug, insbesondere einem elektrischen Personenkraftwagen, einem elektrischen Lastkraftwagen oder einem elektrischen Nutzkraftwagen, verwendet werden.
Darüber hinaus sollen die vorgeschlagenen Verfahren erfindungsgemäß zum Erhöhen der Sicherheitsintegrität eines elektrischen Fahrzeugs mindestens bezüglich Drehmoment und thermischer Sicherheit verwendet werden.
„Sicherheitsintegrität“ bezieht sich im vorliegenden Zusammenhang insbesondere auf Sicherheitsziele und -anforderungen gemäß ASIL (automotive safety integrity level) aus der Norm ISO 26262. Die Einstufung für jede potentielle Gefährdung leitet sich aus der Gefahren- und Risikoanalyse ab und liegt zwischen QM (quality management: keine von der Norm empfohlenen Maßnahmen notwendig) über ASIL A bis ASIL D, wobei mit steigendem ASIL auch die Anforderungen an die Sicherheit steigen. Insbesondere wird das vorgeschlagene Verfahren erfindungsgemäß zum Erhöhen der Sicherheitsintegrität der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K verwendet. Dieser Wert ist relevant für das resultierende Drehmoment der Traktionsbaugruppe, da die Feldstärke der Magnete des Rotors temperaturabhängig ist und entsprechend mit Hilfe eines Reglers kompensiert wird. Ebenso ist der Wert relevant für das Temperaturmodell des Motors, um ungewünschte thermische Ereignisse, die etwa zu einem Brand oder Lichtbögen führen können, zu verhindern.
Ferner wird ein Computerprogramm offenbart, das eines der erfindungsgemäßen Verfahren ausführt, wenn es auf einem Computer abläuft. Daneben wird außerdem ein Fahrzeug offenbart, das dazu eingerichtet ist, eines der erfindungsgemäßen Verfahren auszuführen.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird die Plausibilisierung einer extern gemessenen Temperatur eines Kühlmittels K in einem Kühlkreislauf der Traktionsbaugruppe durch Überwachung und Analyse zusammen mit einem weiteren Kühlmittel M in einem parallelen Kühlkreislauf ermöglicht. Eine solche Plausibilisierung ist vor allem in einem sicherheitsrelevanten Kontext von Bedeutung.
Die Kühlung mit Kühlmittel K führt dazu, dass Temperaturmodelle von mit diesem Kühlmittel K gekühlten Komponenten die extern gemessene Temperatur des Kühlmittels K berücksichtigen müssen, beispielsweise um die Temperatur einzelner Komponenten, wie dem Rotor, mit geringer Abweichung zu bestimmen. Die Temperatur der Magnete des Rotors hat Einfluss auf deren Feldstärke und damit auf das resultierende Drehmoment der Traktionsbaugruppe. Dieses Drehmoment muss je nach Anwendungsfall mit einer hohen Integrität von bis zu ASIL D abgesichert werden, wobei typischerweise bei höheren ASIL-Einstufungen die Toleranzen für das Drehmoment größer sind und die Temperaturabhängigkeit somit nicht berücksichtigt werden muss. Unabhängig vom Anwendungsfall jedoch betrifft die Drehmomentengenauigkeit der Traktionsbaugruppe immer ein sicherheitsrelevantes Gebiet. Dies trifft insbesondere auf den elektrischen Antriebsstrang eines Fahrzeugs zu, welches etwa über zwei elektrische Antriebsstränge an Vorder- und Hinterachse ein elektronisches Längsdifferential für eine Momentenwaage (Verteilung des Drehmomentes zwischen Vorder- und Hinterachse) oder für Torque-Vectoring (Drehmomentverteilung zur aktiven Fahrdynamikregelung) zum Einsatz kommt. Daneben ist die Plausibilisierung der Temperatur des Kühlmittels K relevant für das Temperaturmodell des Motors, um ungewünschte thermische Ereignisse, die etwa zu einem Brand oder Lichtbögen führen können, zu verhindern. Die Notwendigkeit einer Plausibilisierung der Temperatur des Kühlmittels K ergibt sich somit anhand mehrerer sicherheitsrelevanter Zusammenhänge.
Gleichzeitig wird durch die genauere Kenntnis der Temperatur auch eine Steigerung der Leistung ermöglich. Da Versatze von Schwellen in der Derating-Kurve, welche eine maximale zulässige Verlustleistung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur beschreibt, reduziert werden können, kann die Leistung bzw. die Leistungsreduktion optimal reguliert werden.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist es möglich, die Sicherheitsintegrität gemäß ASIL der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K zu erhöhen, insbesondere beispielsweise von QM auf ASIL A. Eine eigene interne Messung ist aufgrund der vorgeschlagenen Lösung folglich nicht nötig und kann im System eingespart werden. Ebenso sind damit die Integritätsanforderungen an die elektrisch-elektronische Architektur des Fahrzeugs gedeckt und es sind keine höheren Anforderungen mehr zu stellen.
Ebenso ist es in dem beschriebenen Aufbau möglich, ein Verfahren zur Plausibilisierung einer extern gemessenen Temperatur eines Kühlmittels K durchzuführen ohne einen Sensor für das Kühlmittel M im parallelen Kühlkreislauf. Dieser ist somit sensorfrei ausgeführt. Durch den entfallenen Temperatursensor kann eine Komponente im Gesamtsystem eingespart werden und dadurch Komplexität und Kostenintensität reduziert werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass, basierend auf der Überwachung und Analyse der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K und der Eingangstemperatur des Kühlmittels M, bei der Verarbeitung der gemessenen Temperatur eines Kühlmittels K Messunsicherheiten und große Toleranzen ausschließbar sind. Dieses Vorgehen trägt ebenso zur Steigerung der gesamten Sicherheitsintegrität bei.
Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren somit eine Plausibilisierung der extern gemessenen Temperatur eines Kühlmittels K, und damit das Erreichen einer höheren Sicherheitsintegrität und genauerer Toleranzen des Temperaturmodells im System. Diese tragen wiederum zu den gegebenen Sicherheitszielen für Drehmoment und thermische Sicherheit bei.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 den schematischen Aufbau des Kühlkreislaufs des Elements E1 mit Kühlmittel K und des weiteren parallelen Kühlkreislaufs der Elemente E1 und E2 der Traktionsbaugruppe mit Kühlmittel M mit der gemeinsamen Kühleinheit
2 ein prinzipielles Ablaufdiagramm der durchführbaren Überwachungen und Analysen in einem fiktiven Leistungsprofil
3 ein Blockschaltbild der durchführbaren Überwachungen und Analysen zur Plausibilisierung der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K
4 eine schematische Darstellung des Toleranzbands um eine erwartete Temperatur des Kühlmittels K im vorliegenden Temperaturmodell
5 eine schematische Darstellung des Offset Abgleichs der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K nach einer ausreichenden Abstellzeit
6 eine schematische Darstellung der Plausibilisierung des Gradienten der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K
7 eine schematische Darstellung der Überprüfung des Kühlkreislaufs in Freilaufphasen anhand einer erwarteten Abkühlung der Temperatur der Kühlmittel K und M

Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 zeigt schematisch den Aufbau des Kühlkreislaufs 20 des Elements E1 12.1 mit Kühlmittel K 24 und des weiteren parallelen Kühlkreislaufs 22 der Elemente E1 12.1 und E2 12.2 der Traktionsbaugruppe 10 mit Kühlmittel M 26 mit der gemeinsamen Kühleinheit 18. Die „Traktionsbaugruppe“ 10 im vorliegenden Zusammenhang umfasst eine elektrische Maschine 14, einen Inverter 16 und optional ein Getriebe, und kann auch als elektrische Antriebsachse bzw. E-Achsenmodul bezeichnet werden. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Traktionsbaugruppe 10 als Gruppe von Elementen 12 eine elektrische Maschine 14 als Element E1 12.1 und einen Inverter 16 als Element E2 12.2. Die elektrische Maschine 14 wird durch einen Kühlkreislauf 20 mit Kühlmittel K 24, insbesondere mit Öl, gekühlt. In einem weiteren parallelen Kühlkreislauf 22 werden die elektrische Maschine 14 und der Inverter 16 zusätzlich mit Kühlmittel M 26, insbesondere mit Wasser, gekühlt. Die Kühlkreisläufe nutzen die gemeinsame Kühleinheit 18, in die alle Ausgänge der Kühlmittel K 24 und M 26 münden. Dadurch sind die extern gemessene Temperatur des Kühlmittel K T_K und die Eingangstemperatur des Kühlmittels M T_M miteinander gekoppelt.
Alternativ ist auch eine Adaption in Form einer externen Messung der Ausgangstemperatur des Kühlmittels K 24 möglich, wobei eine Berechnung der entsprechenden Eingangstemperatur über eine Hubschätzung des Kühlmittels K 24 und die Verlustleistung des Elements E1 12.1 möglich ist.
Ebenso ist ein Verfahren möglich, in dem im parallelen Kühlkreislauf 22 ein Temperatursensor für Kühlmittel M 26 entfällt und dieser somit sensorfrei ausgeführt ist.
2 stellt ein prinzipielles Ablaufdiagramm der durchführbaren Überwachungen und Analysen in einem fiktiven Leistungsprofil dar. Dabei zeigt die X-Achse die Zeit t und die Y-Achse die Leistung P, insbesondere die Antriebsleistung aus dem Fahrprofil 38. Das fiktive Leistungsprofil eines Fahrzeugs umfasst die Zustände „Fahrbetrieb“ 2, „Nulllast-Phase“ 4 und „Fahrzeug abgestellt“ 6. Im Fahrbetrieb 2 liegt ein Betrieb der Traktionsbaugruppe 10 zum Antrieb des Fahrzeugs vor, während diese in der Nulllast-Phase 4, auch Freilaufphase 32, beispielsweise an einer Ampel, ruht bzw. freiläuft. Handlet es sich um ein abgestelltes Fahrzeug 6, vgl. Abstellzeit 34, ruht die Traktionsbaugruppe 10 und die umfasste Gruppe an Elementen 12 ist insgesamt nicht in Betrieb. Zu unterschiedlichen Zeitpunkten im Leistungsprofil sind für eine Plausibilisierung der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittel K T_K verschiedene Methoden zur Überwachung und Analyse aktiv: Während dem Fahrbetrieb 2 und der Nulllast-Phase 4 ist die Toleranzband Plausibilisierung aktiv A_a, ebenso ist die Gradienten Plausibilisierung aktiv C_a. Nur wenn es sich um ein abgestelltes Fahrzeug 6 handelt, ist nach einer Mindestabstellzeit 35 der Offset Abgleich aktiv B_a, während nur in der Nulllast-Phase 4 die Diagnose Kühlkreislaufdefekt aktiv D_a ist. Dabei schließen sich die Durchführungen der genannten Methoden nicht aus, sondern sie können parallel durchgeführt werden. Es kann davon ausgegangen werden, dass typischen Defekte des Kühlkreislaufs 20 bzw. dessen Temperatursensorik ein Mal pro Fahrzyklus erfasst werden können.
3 zeigt ein Blockschaltbild der durchführbaren Überwachungen und Analysen der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K T_K und einer Eingangstemperatur des Kühlmittels M (T_M) zur Plausibilisierung der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K T_K. Diese Werte werden den Methoden der Toleranzband Plausibilisierung A und der Gradienten Plausibilisierung C zugeführt, sowie während der Abstellzeit 34 der Methode des Offset Abgleich B und während der Freilaufphase 32 der Diagnose Kühlkreislaufdefekt D (siehe auch 4-7). Wird bei diesen Überwachungen und Analysen ein definierter Grenzwert erreicht oder überschritten, werden entsprechende Fehlermeldungen generiert. Diese umfassen:

- Verlassen der Toleranz: Toleranz-Fehler X_A
- Dauerhafte Verschiebung: Offset-Fehler X_B
- Temperaturgradient dT/dt unplausibel: Gradienten-Fehler X_C
- Kühlmittel K 24 kühlt nicht ausreichend ab: Kühlkreislauf-Fehler X_D

Diese Fehler werden an eine Software-Einheit, umfassend Software-Komponente 40 zur Diagnose und Software-Komponente 42 zur Handhabung des Fehlers, weitergegeben.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Überwachungen und Analysen für die Plausibilisierung sind positive wie negative maximale Toleranzen, maximale Gradienten und maximale Verschiebungen der extern gemessenen Temperatur anpassbar auf systemspezifische Kriterien.
Abhängig von der Fehlerhandhabung und der Fehlertoleranz können, gemäß dem Fachmann bekannten Methoden, unterschiedliche Strategien, beispielsweise auf Basis der Eintrittshäufigkeit oder Dauer der vorliegenden Abweichung, für die einzelnen Fehlerbilder aus Überwachung und Analyse gewählt werden. Dies ist unabhängig vom Grundprinzip der Plausibilisierung und kann auf spezifische Kriterien und das jeweilige Systemverhalten angepasst werden. Hierzu ist eine flexible Software-Implementierung möglich, beispielsweise auch in Form einer Anbindung an eine Software-Komponente für diagnostisches System-Management.
Im Rahmen der Fehlerhandhabung ist es je nach Sicherheitsziel möglich, das System nach ein- oder mehrmalig fehlgeschlagener Plausibilisierung in einen sicheren Zustand (safe-state) zu überführen. Als „safe-state“ werden im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beispielsweise eine Reduktion der Fahrzeuggeschwindigkeit, die Drosselung einzelner Elemente des Systems oder auch das sichere Anhalten und Abstellen des Fahrzeugs verstanden.
4 stellt eine schematische Darstellung des Toleranzbands 30 um eine erwartete Temperatur T_e des Kühlmittels im vorliegenden Temperaturmodell dar (Toleranzband Plausibilisierung A). X- und Y-Achse bezeichnen die Zeit t und die Temperatur T. Um die extern gemessene Temperatur des Kühlmittels K T_K zu plausibilisieren wird anhand des Toleranzbandes 30 überprüft, ob die extern gemessene Temperatur des Kühlmittels K T_K und die Eingangstemperatur des Kühlmittels M T_M im weiteren parallelen Kühlkreislauf 22 hinreichend ähnlich und damit plausibel sind. Weicht die extern gemessene Temperatur des Kühlmittels K T_K vom Toleranzband 30 ab, ergibt sich die Fehlermeldung „Verlassen der Toleranz: Toleranz-Fehler“ X_A.
5 zeigt eine schematische Darstellung des Offset Abgleichs B der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K T_K nach einer Mindestabstellzeit 35. X- und Y-Achse bezeichnen die Zeit t und die Temperatur T. Durch den Offset Abgleich B der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K T_K können etwaige langfristige Verschiebungen der externen Temperaturmessung erkannt werden. Die Mindestabstellzeit 35 beginnt nachdem die Traktionsbaugruppe 10 inaktiv 36 ist und bezeichnet eine Zeit, die dafür ausreicht, dass sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K T_K und der Eingangstemperatur des Kühlmittels M T_M einstellt.
Diese Temperaturen können verglichen werden und sollten einen gleichen Wert aufweisen. Übersteigt die Temperaturdifferenz dT eine definierte Grenze, ergibt sich die Fehlermeldung „Dauerhafte Verschiebung: Offset-Fehler“ X_B.
6 stellt eine schematische Darstellung der Plausibilisierung des Gradienten der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K T_K dar (Gradienten Plausibilisierung C). X- und Y-Achse bezeichnen die Zeit t und die Temperatur T. Eine solche Überwachung und Begrenzung des Temperaturgradienten dT/dt ermöglicht das Abfangen schneller (falscher) Änderungen der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K T_K. Dies verhindert sprunghafte Anpassungen des gesamten Systems, beispielsweise des Drehmoments, bei möglichen bzw. vermeintlichen Temperaturänderungen. Wird ein definierter Grenzwert des Temperaturgradienten dT/dt überschritten, ergibt sich die Fehlermeldung „Temperaturgradient dT/dt unplausibel: Gradienten-Fehler“ Xc.
7 zeigt eine schematische Darstellung der Überprüfung des Kühlkreislaufs 20 in Freilaufphasen 32 anhand einer erwarteten Abkühlung der Temperatur der Kühlmittel K 24 und M 26. X- und Y-Achse bezeichnen die Zeit t und die Temperatur T. In Freilaufphasen 32, zum Beispiel während des Haltens an Ampeln, nach ausreichender Aufwärmung des Kühlsystems ist es innerhalb eines Fahrzyklus möglich, die Integrität des Kühlkreislaufs 20, also etwa die Funktion der Pumpe des Kühlmittels K 24 oder die Dichtigkeit des Kühlkreislaufs 20, zu überprüfen. Anhand der Temperatur des Kühlmittels M 26 lässt sich erkennen, wann ebenfalls eine Abkühlung des Kühlmittels K 24 zu erwarten ist. Findet diese nicht in ausreichendem Maße statt, muss davon ausgegangen werden, dass keine ausreichende Förderung des Kühlmittels K 24 stattfindet. Liegt also eine definierte Temperaturdifferenz dT zwischen der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K T_K und der erwarteten Temperatur T_e vor, ergibt sich die Fehlermeldung „Kühlmittel K 24 kühlt nicht ausreichend ab: Kühlkreislauf-Fehler“ X_D.
Die Handhabung der Fehler ergibt sich aus der Art der Fehlermeldung(en) sowie den spezifischen, eingestellten Kriterien eines Systems. Für die Sicherheit der Drehmomente ist es, abhängig vom Anwendungsfall, gegebenenfalls ausreichend, unplausible Gradienten auszuschließen. Wenn ebenfalls Sicherheitsanforderungen aus thermischer Sicht vorliegen, soll das System mit einer graduierten Fehlerreaktion reagieren. Im Falle einer Abweichung durch lange Verschiebungen und einer Verletzung des Toleranzbands 30 soll unabhängig vom Sicherheitsziel mit einer graduierten Fehlerreaktion reagiert werden. Die Form der graduierten Fehlerreaktion ist wieder abhängig vom spezifischen System und nicht Gegenstand der Plausibilisierung. Eine Software-Implementierung soll ausreichend Flexibilität für die Anbindung der Fehlerreaktion ermöglichen.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019203692 A1 [0003]
DE 102018209340 B3 [0004]
DE 102017216161 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Plausibilisierung einer extern gemessenen Temperatur eines Kühlmittels K (T_K) in einem Kühlkreislauf (20) zur Kühlung eines Elements E1 (12.1) einer Traktionsbaugruppe (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer paralleler Kühlkreislauf (22) zur Kühlung dieses Elements E1 (12.1) und eines weiteren Elements E2 (12.2) der Traktionsbaugruppe (10) mit einem Kühlmittel M (26) eine gemeinsame Kühleinheit (18) umfasst, wobei eine Eingangstemperatur des Kühlmittels M (T_M) in Verbindung mit der Verlustleistung des Elements E1 (12.1) genutzt wird, um die extern gemessene Temperatur des Kühlmittels K (T_K) zu überwachen und zu analysieren.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, basierend auf der Überwachung und Analyse der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K (T_K) und der Eingangstemperatur des Kühlmittels M (T_M), bei der Verarbeitung der extern gemessenen Temperatur eines Kühlmittels K (T_K) Messunsicherheiten und große Toleranzen ausschließbar sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kühlmittel K (24) um Öl und/oder bei dem Kühlmittel M (26) um Wasser handelt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Traktionsbaugruppe (10) um eine Traktionsbaugruppe (10) eines elektrischen Fahrzeugs handelt, umfassend als eine Gruppe von Elementen (12) mindestens eine elektrische Maschine (14) und einen Inverter (16).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Element E1 (12.1) der Traktionsbaugruppe (10) um eine elektrische Maschine (14) und/oder bei dem weiteren Element E2 (12.2) der Traktionsbaugruppe (10) um einen Inverter (16) handelt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Plausibilisierung geprüft wird, ob die extern gemessene Temperatur des Kühlmittels K (T_K) und die Eingangstemperatur des Kühlmittels M (T_M) innerhalb eines Toleranzbands (30) einer erwarteten Temperatur (T_e) liegen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Plausibilisierung ein Offset Abgleich (B) der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K (T_K) durchgeführt wird, indem das Einstellen eines thermischen Gleichgewichts zwischen dem Kühlmittel K (24) und dem Kühlmittel M (26) überprüft wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Plausibilisierung der Gradient der extern gemessenen Temperatur des Kühlmittels K (T_K) überwacht und begrenzt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Plausibilisierung in Freilaufphasen (32) der Traktionsbaugruppe (10) die Förderung des Kühlmittels K (24) überprüft wird, indem die Abkühlung der extern gemessenen Temperatur von Kühlmittel K (T_K) und eine Temperatur von Kühlmittel M (26) miteinander verglichen werden.
Verfahren zur Plausibilisierung einer extern gemessenen Temperatur eines Kühlmittels K (T_K) in einem Kühlkreislauf (20) zur Kühlung eines Elements E1 (12.1) einer Traktionsbaugruppe (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer paralleler Kühlkreislauf (22), welcher temperatursensorfrei ausgeführt ist, zur Kühlung dieses Elements E1 (12.1) und eines weiteren Elements E2 (12.2) der Traktionsbaugruppe (10) mit einem Kühlmittel M (26) eine gemeinsame Kühleinheit (18) umfasst, wobei die extern gemessene Temperatur des Kühlmittels K (T_K) in Verbindung mit der Verlustleistung des Elements E1 (12.1) überwacht und analysiert wird.
Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem elektrischen Fahrzeug.
Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Erhöhen der Sicherheitsintegrität eines elektrischen Fahrzeugs mindestens bezüglich Drehmoment und thermischer Sicherheit.
Computerprogramm, das das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausführt, wenn es auf einem Computer abläuft.
Fahrzeug, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.