DE10257425A1 - Einrichtung und Verfahren zum Schutz eines elektrischen Spannungsversorgungssystems - Google Patents

Einrichtung und Verfahren zum Schutz eines elektrischen Spannungsversorgungssystems Download PDF

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DE10257425A1 DE2002157425 DE10257425A DE10257425A1 DE 10257425 A1 DE10257425 A1 DE 10257425A1 DE 2002157425 DE2002157425 DE 2002157425 DE 10257425 A DE10257425 A DE 10257425A DE 10257425 A1 DE10257425 A1 DE 10257425A1
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Abstract

Eine Einrichtung zum Schutz eines elektrischen Spannungsversorgungssystems und/oder einer daran angeschlossenen Last vor einer Überlastung umfasst Mittel für eine computergestützte Überwachung des Zustandes wenigstens einer elektrischen Leitung des Spannungsversorgungssystems anhand eines thermodynamischen Modells dieser elektrischen Leitung. Dabei wird anhand des thermodynamischen Modells eine Leitungstemperatur berechnet, die dann zumindest mit einem vorgebbaren oberen Schwellenwert verglichen wird, um zumindest bei einem Überschreiten dieses oberen Schwellenwertes eine entsprechende Schutzfunktion auszulösen. Es wird auch ein entsprechendes Verfahren angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung sowie ein Verfahren zum Schutz eines elektrischen Spannungsversorgungssystems und/oder einer daran angeschlossenen Last vor einer Überlastung. Eine solche Einrichtung und ein solches Verfahren können beispielsweise in Fahrzeugen oder Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
  • Die bisher bekannten Einrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art, bei denen für einen entsprechenden Überlastschutz beispielsweise Schmelzsicherungen und einfache Stromkreisunterbrecher eingesetzt wurden, weisen u.a. den Nachteil auf, dass der betreffende Überlastschutz in der Regel nur ein einziges Mal ausgelöst oder aktiviert werden kann und Diagnosemöglichkeiten fehlen. Schmelzsicherungen und einfache Stromkreisunterbrecher können zwar leicht für bekannte Laststromverläufe ausgelegt werden, eine Optimierung im Hinblick auf sich ändernde Lasten wie beispielsweise nach dem Pulsbreitenmodulations-Verfahren angesteuerte Lasten ist jedoch schwierig. Demzufolge werden die betreffenden Leitungen oder Kabel häufig überdimensioniert, um die Variationsbreite entsprechend zu begrenzen. Insbesondere in Fahrzeugen steht für die betreffende Verkabelung nun aber nur relativ wenig Platz zur Verfügung.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Einrichtung sowie ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen die zuvor genannten Probleme beseitigt sind und ein optimaler Schutz gewährleistet ist. Dabei sollen insbesondere auch die Möglichkeiten dafür geschaffen werden, dass die jeweilige Schutzfunktion nur in dem Fall ausgelöst wird, dass dies auch zwingend erforderlich ist, d.h. beispielsweise andernfalls es möglicherweise zu einer Beschädigung der Leitung oder des Kabels aufgrund des Überschreitens einer oberen oder maximalen Temperatur kommen kann. So soll beispielsweise eine Auslösung der Schutzfunktion geringfügig unterhalb des Schmelzpunktes der Leitungs- oder Kabelisolation möglich sein. Es soll ein optimaler Überlastschutz auch ohne genaue Kenntnis der Lasteigenschaften sichergestellt sein. Ein entsprechender Schutz soll insbesondere auch bei kleiner dimensionierten Leitungen oder Kabeln gewährleistet sein, so dass das Gewicht und entsprechend auch die Kosten des gesamten Kabelbaums entsprechend reduziert werden können.
  • Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Einrichtung zum Schutz eines elektrischen Spannungsversorgungssystems und/oder einer daran angeschlossenen Last vor einer Überlastung, mit Mitteln für eine computergestützte Überwachung des Zustandes wenigstens einer elektrischen Leitung des Spannungsversorgungssystems anhand eines thermodynamischen Modells dieser elektrischen Leitung, wobei anhand des thermodynamischen Modells eine Leitungstemperatur berechnet wird, und wobei die berechnete Leitungstemperatur zumindest mit einem vorgebbaren oberen Schwellenwert verglichen wird, um zumindest bei einem Überschreiten dieses oberen Schwellenwertes eine entsprechende Schutzfunktion auszulösen.
  • Die anhand des thermodynamischen Modells berechnete Leitungstemperatur kann überdies mit einem vorgebbaren unteren Schwellenwert verglichen werden, um bei einem Unterschreiten dieses unteren Schwellenwertes die Schutzfunktion ggf. wieder zu deaktivieren. Mit ein und denselben Überlastschutzmitteln kann die betreffende Schutzfunktion somit ohne Austausch von Überlastschutzelementen wiederholt aktiviert und wieder deaktiviert werden.
  • Anhand des thermodynamischen Modells kann insbesondere die Temperatur eines über die Längserstreckung der Leitung betrachtet mittleren Leitungsbereichs berechnet werden. In diesem mittleren Leitungsbereich muss die Temperatur also nicht gemessen werden. Es genügt vielmehr, wenn die Temperatur beispielsweise im Bereich eines Leitungsendes gemessen wird.
  • Bei einer entsprechenden bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist also ein Temperaturfühler zur Messung der Temperatur im Bereich eines Leitungsendes vorgesehen, wobei die im Bereich des Leitungsendes gemessene Temperatur eine Eingangsgröße des thermodynamischen Modells bildet. Mit dem betreffenden Stromfühler wird vorzugsweise die Temperatur unmittelbar am stromführenden Metall des betreffenden Leitungsendes gemessen.
  • Bei einer jeweiligen Initialisierung des thermodynamischen Modells kann also der anhand des thermodynamischen Modells zu berechnenden Leitungstemperatur zunächst der im Bereich des Leitungsendes gemessene Temperaturwert zugeordnet werden.
  • Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn ein Stromfühler zur Messung des durch die Leitung fließenden Stromes vorgesehen ist und der gemessene Leitungsstrom eine Eingangsgröße des thermodynamischen Modells bildet.
  • Als Eingangsgrößen des thermodynamischen Modells können also insbesondere die im Bereich eines Leitungsendes gemessene Temperatur sowie der gemessene Leitungsstrom herangezogen werden.
  • Ist die Leitung mit einer Isolierung versehen bzw. durch ein mit einer solchen Isolierung versehenes Kabel gebildet, so ist in dem thermodynamischen Modell zweckmäßigerweise nur der wärmeleitende Leitungsteil berücksichtigt, d.h. der Wärmestrahlungsteil bleibt unberücksichtigt.
  • Anhand des thermodynamischen Modells wird die Leitungstemperatur vorzugsweise kontinuierlich neu berechnet.
  • Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung wird in dem thermodynamischen Modell zur Berechnung der Leitungstemperatur zumindest eine der folgenden Zwischengrößen berechnet:
    • – der Leitungswiderstand als Funktion der zuvor berechneten Temperatur,
    • – eine für die Wärmeverluste bedingt durch die Wärmeleitung repräsentative Größe,
    • – die Leistungsverluste als Funktion des Produktes aus dem Quadrat des gemessenen Leitungsstromes und dem berechneten Leitungswiderstand,
    • – die Energie als Integral der Leistungsverluste.
  • Bevorzugt wird zur Berechnung der wenigstens einen Zwischengröße zumindest ein von der Beschaffenheit der Leitung abhängiger, insbesondere einstellbarer Parameter mit herangezogen. Dabei kann ein jeweiliger Parameter insbesondere in Abhängigkeit von zumindest einer der folgenden Kriterien gewählt bzw. einstellbar sein:
    • – Leitungsmaterial,
    • – Leitungsabmessungen,
    • – Typ und Material der Leitungs- oder Kabelisolation,
    • – Struktur des Leitungs- bzw. Kabelbündels.
  • Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung wird anhand des thermodynamischen Modells der jeweils aktuelle Wert der Leitungstemperatur auf der Basis der Energie als Integral der Leitungsverluste, einem die Wärmekapazität der Leitung repräsentierenden Parameter und der im Bereich eines Leitungsendes gemessenen Temperatur berechnet.
  • Bei einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Einrichtung einen Controller, in dem das thermodynamische Modell simuliert wird und die betreffenden Größen berechnet wer den. Ein solcher Controller kann auf Mikroprozessor-Basis oder auf der Basis einer anwenderspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) aufgebaut sein. Er kann insbesondere ein dynamisches Verhalten aufweisen, um intern beispielsweise dynamische Variable zu erzeugen, beispielsweise durch entsprechende integrierende Vorgänge oder Stufen.
  • Der Controller kann insbesondere mit dem Temperaturfühler zur Messung der Temperatur im Bereich des Leitungsendes und/oder dem Stromfühler zur Messung des durch die Leitung fließenden Stromes verbunden sein.
  • Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn der Controller über zumindest einen Datenbus Zugriff auf bestimmte Informationen wie insbesondere die betreffenden Parameterwerte hat.
  • Die Parameter können beispielsweise experimentell ermittelt oder von den betreffenden physikalischen und Material-Konstanten oder den Leitungs- bzw. Kabelmodellparametern abgeleitet werden.
  • Der Controller kann beispielsweise Teil eines insbesondere für ein Fahrzeug oder Kraftfahrzeug bestimmten Steuergeräts sein.
  • Bei einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist zur Erfüllung der Schutzfunktion ein mit der Leitung in Serie geschalteter oder in diese eingesetzter Schalter, insbesondere Leistungsschalter, vorgesehen, der in Abhängigkeit von der anhand des thermodynamischen Modells berechneten Leitungstemperatur ansteuerbar ist. Dabei ist der Schalter vorzugsweise so ansteuerbar, dass er bei einem Überschreiten des oberen Schwellenwertes geöffnet bzw. bei einem Unterschreiten des unteren Schwellenwertes wieder geschlossen wird.
  • Überdies wird die oben angegebene Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Schutz eines elektrischen Spannungsversorgungssystems und/oder einer daran angeschlossenen Last vor einer Überlastung, bei dem computergestützt der Zustandes wenigstens einer elektrischen Leitung des Spannungsversorgungssystems anhand eines thermodynamischen Modells dieser elektrischen Leitung überwacht wird, indem anhand des thermodynamischen Modells eine Leitungstemperatur berechnet wird, und bei dem die berechnete Leitungstemperatur zumindest mit einem vorgebbaren oberen Schwellenwert verglichen wird, um zumindest bei einem Überschreiten dieses oberen Schwellenwertes eine entsprechende Schutzfunktion auszulösen.
  • Die anhand des thermodynamischen Modells berechnete Leitungstemperatur kann zudem mit einem vorgebbaren unteren Schwellenwert verglichen werden, um bei einem Unterschreiten dieses unteren Schwellenwertes die Schutzfunktion ggf. wieder zu deaktivieren.
    •
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Spannungsversorgungssystems mit zugeordneter Schutzeinrichtung,
  • 2 eine detailliertere schematische Darstellung der in der 1 gezeigten Schutzeinrichtung,
  • 3 das Funktionsprinzip des Controllers der Schutzeinrichtung und
  • 4 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Funktionsweise des Controllers.
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung ein elektrisches Spannungsversorgungssystem 10, bei dem es sich beispielsweise um das Versorgungssystem eines Fahrzeugs oder Kraftfahrzeugs handeln kann.
  • Das Spannungsversorgungssystem 10 umfasst eine elektrische Energiequelle 12, beispielsweise eine Spannungs- oder Stromquelle, an die über eine elektrische Leitung 14 eine elektrische Last 16 angeschlossen ist. Die elektrische Leitung 14 kann mit einer Isolierung versehen sein. Bei dieser elektrischen Leitung 14 kann es sich also insbesondere um ein Kabel oder dergleichen handeln. Der elektrischen Last 16 kann eine Laststeuerung 18 zugeordnet sein. Dabei kann die Last 16 beispielsweise nach dem Pulsbreitenmodulations-Verfahren angesteuert werden. Grundsätzlich ist jedoch auch eine andere Lastansteuerung oder eine nicht angesteuerte Last denkbar.
  • Zudem ist eine Einrichtung 20 zum Schutz des elektrischen Spannungsversorgungssystems 14 und/oder der daran angeschlossenen Last 16 vor einer Überlastung vorgesehen.
  • Die Schutzeinrichtung 20 ist im vorliegenden Fall mit der Leitung 14 in Serie geschaltet und zwischen der Energiequelle 12 und der Leitung 14, bei der es sich allgemein um ein elektrische Energie übertragendes Medium handeln kann, angeordnet. Grundsätzlich sind jedoch auch solche Ausführungen denkbar, bei denen die Schutzeinrichtung 20 in die Leitung 14 eingesetzt ist.
  • 2 zeigt eine detailliertere schematische Darstellung der in der 1 gezeigten Schutzeinrichtung 20. Danach kann diese Schutzeinrichtung 20 insbesondere einen Controller 22, einen mit der Leitung 14 in Serie geschalteten oder in dieser Leitung angeordneten Stromfühler 24, einen mit diesem Stromfühler 24 in Serie geschalteten Schalter 26, zum Beispiel Leistungsschalter, und einen Temperaturfühler 28 zur Messung der Temperatur im Bereich eines Endes der Leitung 14 umfassen. Der Controller 22 kann über zumindest einen Datenbus 30 Zugriff auf bestimmte Informationen, z.B. die insbesondere weiter unten noch näher zu beschreibenden Parameter oder dergleichen, haben. Wie anhand der 2 zu erkennen ist, sind der Stromfühler 24, der Schalter 26 und der Temperaturfühler 28 jeweils mit dem Controller 22 verbunden.
  • Zur Überwachung des Zustandes der elektrischen Leitung 14 wird in dem Controller 22 der Schutzeinrichtung 20 ein thermodynamisches Modell der elektrischen Leitung 14 simuliert. Das Funktionsprinzip des Controllers 22 bzw. des thermodynamischen Modells ist in der 3 schematisch wiedergegeben. Die 4 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Funktionsweise des Controllers 22.
  • Dabei wird mittels des Controllers 22 anhand des simulierten thermodynamischen Modells der elektrischen Leitung 14 eine Leitungstemperatur TL berechnet, die dann zumindest mit einem vorgebbaren oberen Schwellenwert SO verglichen wird (vgl. den Block "C" in 3 sowie 4), um zumindest bei einem Überschreiten dieses oberen Schwellenwertes SO über einen Ausgang 32 eine entsprechende Schutzfunktion auszulösen, d.h. im vorliegenden Fall den Schalter 32 zu öffnen.
  • Die anhand des thermodynamischen Modells berechnete Leitungstemperatur TL kann überdies mit einem vorgebbaren unteren Schwellenwert Su verglichen werden (vgl. wieder Block "C" in 3 sowie in 4), um bei einem Unterschreiten dieses unteren Schwellenwertes über den Ausgang 32 die Schutzfunktion ggf. wieder zu deaktivieren, d.h. im vorliegenden Fall den Schalter 26 wieder zu schließen.
  • Dabei kann anhand des durch den Controller 22 simulierten thermodynamischen Modells der elektrischen Leitung 14 insbesondere die Temperatur eines über die Längserstreckung der Leitung 14 betrachtet mittleren Leitungsbereichs berechnet werden. Es genügt also, wenn die Temperatur beispielsweise im Bereich eines Endes der elektrischen Leitung 14 gemessen wird.
  • Dementsprechend kann also beispielsweise der Temperaturfühler 28 der Schutzeinrichtung 20 zur Messung der Temperatur TE im Bereich eines Leitungsendes vorgesehen sein. Wie anhand der 3 zu erkennen ist, bildet die im Bereich des betreffenden Leitungsendes gemessene Temperatur TE eine Eingangsgröße des durch den Controller 22 simulierten thermodynamischen Modells 22. Dabei kann bei einer jeweiligen Initialisierung des thermodynamischen Modells der anhand dieses thermodynamischen Modells zu berechnenden Leitungstemperatur TL zunächst der im Bereich des Leitungsendes gemessene Temperaturwert TE zugeordnet werden.
  • Wie anhand der 3 zu erkennen ist, wird eine weitere Eingangsgröße des thermodynamischen Modells durch den durch die elektrische Leitung 14 fließenden Strom I gebildet, der durch den Stromfühler 24 (vgl. auch 2) der Schutzeinrichtung 20 gemessen wird.
  • Ist die elektrische Leitung 14 mit einer Isolierung versehen bzw. durch ein mit einer solchen Isolierung versehenes Kabel gebildet, so ist in dem durch den Controller 22 simulierten thermodynamischen Modell der elektrischen Leitung 14 zweckmäßigerweise nur der wärmeleitende Leitungsteil berücksichtigt, d.h. der Wärmestrahlungsteil bleibt unberücksichtigt.
  • Anhand des durch den Controller 22 simulierten thermodynamischen Modells kann die Leitungstemperatur TL kontinuierlich neu berechnet werden.
  • Zur Berechnung der Leitungstemperatur TL kann in dem thermodynamischen Modell der elektrischen Leitung 14 beispielsweise zumindest eine der folgenden Zwischengrößen berechnet werden: der Leitungswiderstand R(Temp) als Funktion beispielsweise der zuvor berechneten Temperatur "Temp" (vgl. den Block D in 3 sowie 4), eine für die Wärmeverluste bedingt durch die Wärmeleitung repräsentative Größe "Temp"-"TE", die Leistungsverluste als Funktion des Produktes aus dem Quadrat des Leitungsstromes I und den berechneten Leitungswiderstand R, die Energie als Integral der in der Variablen "Temp" durch das Subtraktionselement S1 und das Additionselement S2 in 3 akkumulierten Leistungsverluste, und/oder dergleichen (vgl. insbesondere die 3 und 4).
  • Im vorliegenden Fall werden sämtliche der zuvor genannten Zwischengrößen berechnet und zur Berechnung der aktuellen Leitungstemperatur TL mit herangezogen.
  • Zur Berechnung der Zwischengrößen können von der Beschaffenheit der elektrischen Leitung 14 abhängige, entsprechend justier- oder einstellbare Parameter mit herangezogen werden (vgl. insbesondere die Blöcke A–D der 3).
  • Diese Parameter können in Abhängigkeit von zumindest einer der folgenden Kriterien gewählt bzw. einstell- oder kalibrierbar sein: Leitungsmaterial, Leitungsabmessungen, Typ und Material der Leitungs- oder Kabelisolation, Struktur des Leitungs- bzw. Kabelbündels und/oder dergleichen. Diese Parameter können experimentell ermittelt oder von den entsprechenden physikalischen und Material-Konstanten oder Leitungs- bzw. Kabelmodellparametern abgeleitet werden.
  • Anhand des thermodynamischen Modells wird der jeweils aktuelle Wert der Leitungstemperatur TL auf der Basis der Energie als Integral der Leistungsverluste, einem die Wärmekapazität der Leitung repräsentierenden Parameter "KB" und der im Bereich eines Leitungsendes gemessenen Temperatur TE berechnet (siehe die 3 und 4).
  • Wie bereits erwähnt, kann der Controller 22 über zumindest einen Bus, insbesondere Datenbus 30, Zugriff auf bestimmte Informationen wie insbesondere die betreffenden Parameterwerte haben.
  • Der Controller 22 kann beispielsweise Teil eines insbesondere für ein Fahrzeug oder Kraftfahrzeug bestimmten Steuergeräts sein.
  • Zur Erfüllung der Schutzfunktion wird der mit der Leitung 14 in Serie geschaltete oder in diese eingesetzte Schalter 26 in Abhängigkeit von der anhand des thermodynamischen Modells berechneten Leitungstemperatur TL entsprechend angesteuert (vgl. insbesondere wieder die 3 und 4). Dabei kann dieser Schalter 26 insbesondere so angesteuert werden, dass er bei einem Überschreiten eines oberen Schwellenwertes SO geöffnet bzw. bei einem Unterschreiten eines unteren Schwellenwertes Su wieder geschlossen wird (siehe insbesondere 4).
  • Der Stromfühler 24 sowie der Temperaturfühler 28 liefern dem Controller 22 also die entsprechenden Signaldaten zur Entscheidung über eine eventuelle Auslösung der Schutzfunktion. Der Controller 22, der beispielsweise auf Mikroprozessor-Basis oder auf der Basis einer anwenderspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) aufgebaut sein kann, kann ein dynamisches Verhalten besitzen, um dynamisch interne Variable zu bilden, wozu beispielsweise entsprechende Integrationsschritte vorgesehen sein können.
  • Die in der 3 zu erkennenden Blöcke A–D können kalibrierbare oder einstellbare Parameter enthalten, die beispielsweise auf der Basis der oben genannten Kriterien eingestellt werden können.
  • Der Steuer- oder Regelalgorithmus der Schutzeinrichtung 20 bzw. des Controllers 22 basiert im Prinzip auf dem thermodynamischen Modell der elektrischen Leitung 14 als beheiztes Metallteil, wobei zweckmäßigerweise nur der wärmeleitende Teil des Wärmeübertragungsmechanismus in Betracht gezogen wird. Der Wärmestrahlungsteil kann insbesondere in einem solchen Fall vernachlässigt werden, dass ein isoliertes Kabel in einem Kabelbündel vorliegt, was bei Fahrzeug- oder Kraftfahrzeugsystemen meistens zutrifft.
  • Nachdem während der Initialisierung der die Leitungstemperatur repräsentierenden Variablen zunächst der Wert der am Leitungsende gemessenen Temperatur zugeordnet wurde, wird gemäß dem in der 4 wiedergegebenen Ablaufdiagramm kontinuierlich ein jeweils neuer Temperaturwert berechnet.
  • Auf der Basis dieser Werte werden die folgenden Größen berechnet: Leitungswiderstand R(Temp) als Funktion der Temperatur, eine die Wärme verluste aufgrund der Wärmeleitung repräsentierende Größe als Funktion des Ausdrucks "Temp-TE" (vgl. das Subtraktionselement S4 und den Block "A" in 3).
  • Mittels der Multiplizierstufen M 1 und M2 werden die Leistungsverluste als Funktion des Produkts aus dem Quadrat des Leitungsstromes I und des Leitungswiderstandes R (Temp) berechnet. Schließlich wird die Energie (Wärme) als Integral der Leistungsverluste durch das Subtraktionselement S1 und das Additionselement S2 in der Variablen "Temp" akkumuliert, wozu ein entsprechender Speicher 34 vorgesehen ist. Auf der Basis dieses Wertes, des die Wärmekapazität der Leitung 14 repräsentierenden Parameters KB und der eine der beiden Eingangsgrößen bildenden im Bereich eines Leitungsendes gemessenen Temperatur TE wird der aktuelle Wert der Leitungstemperatur TL berechnet (siehe insbesondere auch das Additionselement S3 in 3).
  • Der Wert dieser Leitungstemperatur TL wird direkt mit dem durch den Block "C" (vgl. 3) repräsentierten Schwellenwerten So, Su verglichen, um am Ausgang 32 das betreffende Steuersignal für den Schalter 26 (vgl. auch 2) zu erzeugen.
  • Die jeweiligen Temperaturwerte "Temp" werden in einem Speicher 34 gespeichert, aus dem sie nach Bedarf wieder ausgelesen werden, um v.a. dem Block "B" zugeführt zu werden (vgl. 3).
    • 10
    Spannungsversorgungssystem
    12
    elektrische Energiequelle
    14
    elektrische Leitung, elektrisches Kabel
    16
    elektrische Last
    18
    Laststeuerung
    20
    Schutzeinrichtung, Überlastschutz
    22
    Controller
    24
    Stromfühler
    26
    Schalter, Leistungsschalter
    28
    Temperaturfühler
    30
    Datenbus
    32
    Ausgang
    34
    Speicher
    I
    Leitungsstrom
    M1
    Multiplikationsstufe
    M2
    Multiplikationsstufe
    R
    Leitungswiderstand
    So
    oberer Temperaturschwellenwert
    Su
    unterer Temperaturschwellenwert
    S1
    Subtraktionselement
    S2
    Additionselement
    S3
    Additionselement
    S4
    Subtraktionselement
    Temp
    zuvor berechnete Temperatur
    TE
    Temperatur im Bereich eines Leitungsendes
    TL
    aktuelle Leitungstemperatur

Claims (20)

  1. Einrichtung (20) zum Schutz eines elektrischen Spannungsversorgungssystems (10) und/oder einer daran angeschlossenen Last (16) vor einer Überlastung, mit Mitteln (22–28) für eine computergestützte Überwachung des Zustandes wenigstens einer elektrischen Leitung (14) des Spannungsversorgungssystems (10) anhand eines thermodynamischen Modells dieser elektrischen Leitung (14), wobei anhand des thermodynamischen Modells eine Leitungstemperatur (TL) berechnet wird, und wobei die berechnete Leitungstemperatur (TL) zumindest mit einem vorgebbaren oberen Schwellenwert verglichen wird, um zumindest bei einem Überschreiten dieses oberen Schwellenwertes eine entsprechende Schutzfunktion auszulösen.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die anhand des thermodynamischen Modells berechnete Leitungstemperatur (TL) überdies mit einem vorgebbaren unteren Schwellenwert verglichen wird, um bei einem Unterschreiten dieses unteren Schwellenwertes die Schutzfunktion gegebenenfalls wieder zu deaktivieren.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des thermodynamischen Modells die Temperatur eines über die Längserstreckung der Leitung (14) betrachtet mittleren Leitungsbereichs berechnet wird.
  4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturfühler (28) zur Messung der Temperatur (TE) im Bereich eines Leitungsendes vorgesehen ist und dass die im Bereich des Leitungsendes gemessene Temperatur (TE) eine Eingangsgröße des thermodynamischen Modells bildet.
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer jeweiligen Initialisierung des thermodynamischen Modells der anhand des thermodynamischen Modells zu berechnenden Leitungstemperatur (TL) zunächst der im Bereich des Leitungsendes gemessene Temperaturwert (TE) zugeordnet wird.
  6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromfühler (24) zur Messung des durch die Leitung (14) fließenden Stromes (I) vorgesehen ist und dass der gemessene Leitungsstrom (I) eine Eingangsgröße des thermodynamischen Modells bildet.
  7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (14) durch ein mit einer Isolierung versehenes Kabel gebildet und in dem thermodynamischen Modell nur der wärmeleitende Leitungsteil berücksichtigt ist, d.h. der Wärmestrahlungsteil unberücksichtigt bleibt.
  8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des thermodynamischen Modells die Leitungstemperatur (TL) kontinuierlich neu berechnet wird.
  9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem thermodynamischen Modell zur Berechnung der Leitungstemperatur (TL) zumindest eine der folgenden Zwischengrößen berechnet wird: – der Leitungswiderstand (R) als Funktion der zuvor berechneten Temperatur (Temp), – eine für die Wärmeverluste bedingt durch die Wärmeleitung repräsentative Größe (Temp-TE), – die Leistungsverluste als Funktion des Produktes aus dem Quadrat des gemessenen Leitungsstromes (I) und dem berechneten Leitungswiderstand (R), – die Energie als Integral der Leistungsverluste.
  10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der wenigstens einen Zwischengröße zumindest ein von der Beschaffenheit der Leitung (14) abhängiger, insbesondere einstellbarer Parameter mit herangezogen wird.
  11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Parameter in Abhängigkeit von zumindest einer der folgenden Kriterien gewählt bzw. einstellbar ist: – Leitungsmaterial, – Leitungsabmessungen, – Typ und Material der Leitungs- oder Kabelisolation, – Struktur des Leitungs- bzw. Kabelbündels.
  12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des thermodynamischen Modells der jeweils aktuelle Wert der Leitungstemperatur (TL) auf der Basis der Energie als Integral der Leistungsverluste, einem die Wärmekapazität der Leitung repräsentierenden Parameter (KB) und der im Bereich eines Leitungsendes gemessenen Temperatur (TE) berechnet wird.
  13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Controller (22) umfasst, in dem das thermodynamische Modell simuliert ist und die betreffenden Größen berechnet werden.
  14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (22) mit dem Temperaturfühler (28) zur Mes sung der Temperatur im Bereich des Leiterendes und/oder dem Stromfühler (24) zur Messung des durch die Leitung (14) fließenden Stromes verbunden ist.
  15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (22) über zumindest einen Datenbus Zugriff auf bestimmte Informationen wie insbesondere die betreffenden Parameterwerte hat.
  16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (22) Teil eines insbesondere für ein Fahrzeug oder Kraftfahrzeug bestimmten Steuergerätes ist.
  17. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfüllung der Schutzfunktion ein mit der Leitung (14) in Serie geschalteter eingesetzter Schalter (26), insbesondere Leistungsschalter, vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der anhand des thermodynamischen Modells berechneten Leitungstemperatur ansteuerbar ist.
  18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (26) so ansteuerbar ist, dass er bei einem Überschreiten des oberen Schwellenwertes (SO) geöffnet bzw. bei einem Unterschreiten des unteren Schwellenwertes (SU) wieder geschlossen wird.
  19. Verfahren zum Schutz eines elektrischen Spannungsversorgungssystems (10) und/oder einer daran angeschlossenen Last (16) vor einer Überlastung, bei dem computergestützt der Zustandes wenigstens einer elektrischen Leitung (14) des Spannungsversorgungssystems (10) anhand eines thermodynamischen Modells dieser elektrischen Leitung (14) überwacht wird, indem anhand des thermodynamischen Modells eine Leitungstemperatur (TL) berechnet wird, und bei dem die berechnete Leitungstemperatur (TL) zumindest mit einem vorgebbaren oberen Schwellenwert (SO) verglichen wird, um zumindest bei einem Überschreiten dieses oberen Schwellenwertes (SO) eine entsprechende Schutzfunktion auszulösen.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die anhand des thermodynamischen Modells berechnete Leitungstemperatur (TL) überdies mit einem vorgebbaren unteren Schwellenwert (SU) verglichen wird, um bei einem Unterschreiten dieses unteren Schwellenwertes (SU) die Schutzfunktion gegebenenfalls wieder zu deaktivieren.
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DE (1) DE10257425A1 (de)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007009675A1 (de) * 2005-07-16 2007-01-25 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Coburg Vorrichtung zum überlastschutz einer versorgungsleitung für eine elektrische last in einem kraftfahrzeug
EP1744429A3 (de) * 2005-07-14 2008-04-23 Honeywell International Inc. Verfahren und Vorrichtung mit einem virtuellen Delta T Abschaltkriterium für eine Stromversorgung
FR2931595A1 (fr) * 2008-05-26 2009-11-27 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de dimensionnement d'un cable et de son fusible
EP2058914A3 (de) * 2007-11-12 2010-01-06 Honeywell International Inc. Erhöhung der Umgebungstemperatur und der Effekte freier Konvektion in Approximationen der Auslösekurve eines thermischen Sicherungsschalter
DE102008039334A1 (de) * 2008-08-22 2010-02-25 Eads Deutschland Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum optimierten Energiemanagement
FR2936468A1 (fr) * 2008-09-26 2010-04-02 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de fabrication de vehicule automobile
US8405946B2 (en) 2007-11-19 2013-03-26 Autonetworks Technologies, Ltd. Wire protection method and wire protection device
FR2982053A1 (fr) * 2011-10-26 2013-05-03 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif et procede de dimensionnement de cables electriques, a calcul de temperature interne par decomposition cellulaire nodale et fusion matricielle.
WO2013161198A1 (en) * 2012-04-24 2013-10-31 Yazaki Corporation Switching circuit protector
WO2014170560A1 (fr) * 2013-04-18 2014-10-23 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif et procédé de dimensionnement de câbles électriques, à calcul de température interne par décomposition cellulaire nodale et fusion matricielle
EP2960636A1 (de) * 2014-06-27 2015-12-30 Airbus Operations GmbH Verfahren und System zur Temperaturüberwachung von elektrischen Drähten in einem Leitungsbündel
DE102018120599A1 (de) * 2018-08-23 2020-02-27 Yazaki Systems Technologies Gmbh Sicherungseinrichtung, Fahrzeug und Verfahren
DE102022132531A1 (de) 2022-12-07 2024-06-13 Cariad Se Verfahren und Steuerschaltung zum Betreiben eines Schalterelements einer elektrischen Komponente, um deren Überhitzung durch elektrische Verlustwärme zu vermeiden, sowie elektrische Komponente mit der Steuerschaltung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0075296B1 (de) * 1981-09-21 1985-06-05 Siemens Aktiengesellschaft Digitaler Überstromauslöser
DE69604498T2 (de) * 1995-07-15 2000-01-05 Smiths Industries Plc Elektrisches gerät
DE19835485A1 (de) * 1998-08-07 2000-02-10 Daimler Chrysler Ag Vorrichtung zur Auslösung von einer Sicherung für elektrische Leiter im Kraftfahrzeug
CH690533A5 (de) * 1995-01-20 2000-09-29 Georg Koeppl Verfahren zur Ausnutzung der thermischen Belastungsgrenze von Hochspannungsfreileitungen und Hochspannungskabeln.
DE10053007A1 (de) * 1999-10-15 2001-05-31 Atecs Mannesmann Ag Verfahren zur Bestimmung der momentanen Wicklungstemperatur der Statorwicklung eines Drehstrommotors insbesondere eines polumschaltbaren Asynchronmotors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0075296B1 (de) * 1981-09-21 1985-06-05 Siemens Aktiengesellschaft Digitaler Überstromauslöser
CH690533A5 (de) * 1995-01-20 2000-09-29 Georg Koeppl Verfahren zur Ausnutzung der thermischen Belastungsgrenze von Hochspannungsfreileitungen und Hochspannungskabeln.
DE69604498T2 (de) * 1995-07-15 2000-01-05 Smiths Industries Plc Elektrisches gerät
DE19835485A1 (de) * 1998-08-07 2000-02-10 Daimler Chrysler Ag Vorrichtung zur Auslösung von einer Sicherung für elektrische Leiter im Kraftfahrzeug
DE10053007A1 (de) * 1999-10-15 2001-05-31 Atecs Mannesmann Ag Verfahren zur Bestimmung der momentanen Wicklungstemperatur der Statorwicklung eines Drehstrommotors insbesondere eines polumschaltbaren Asynchronmotors

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1744429A3 (de) * 2005-07-14 2008-04-23 Honeywell International Inc. Verfahren und Vorrichtung mit einem virtuellen Delta T Abschaltkriterium für eine Stromversorgung
US7508642B2 (en) 2005-07-14 2009-03-24 Honeywell International Inc. Method and apparatus applying virtual Δt trip criterion in power distribution
WO2007009675A1 (de) * 2005-07-16 2007-01-25 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Coburg Vorrichtung zum überlastschutz einer versorgungsleitung für eine elektrische last in einem kraftfahrzeug
EP2058914A3 (de) * 2007-11-12 2010-01-06 Honeywell International Inc. Erhöhung der Umgebungstemperatur und der Effekte freier Konvektion in Approximationen der Auslösekurve eines thermischen Sicherungsschalter
US7869178B2 (en) 2007-11-12 2011-01-11 Honeywell International Inc. Augmentation of ambient temperature and free convection effects in thermal circuit breaker trip curve approximations
US8767367B2 (en) 2007-11-19 2014-07-01 Autonetworks Technologies, Ltd. Wire protection method and wire protection device
US8405946B2 (en) 2007-11-19 2013-03-26 Autonetworks Technologies, Ltd. Wire protection method and wire protection device
FR2931595A1 (fr) * 2008-05-26 2009-11-27 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de dimensionnement d'un cable et de son fusible
DE102008039334A1 (de) * 2008-08-22 2010-02-25 Eads Deutschland Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum optimierten Energiemanagement
US8996189B2 (en) 2008-08-22 2015-03-31 Eads Deutschland Gmbh Method and device for optimized energy management
DE102008039334B4 (de) * 2008-08-22 2016-01-14 Airbus Defence and Space GmbH Verfahren und Vorrichtung zum optimierten Energiemanagement
FR2936468A1 (fr) * 2008-09-26 2010-04-02 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de fabrication de vehicule automobile
FR2982053A1 (fr) * 2011-10-26 2013-05-03 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif et procede de dimensionnement de cables electriques, a calcul de temperature interne par decomposition cellulaire nodale et fusion matricielle.
WO2013161198A1 (en) * 2012-04-24 2013-10-31 Yazaki Corporation Switching circuit protector
CN104247190A (zh) * 2012-04-24 2014-12-24 矢崎总业株式会社 切换电路保护器
US9413159B2 (en) 2012-04-24 2016-08-09 Yazaki Corporation Switching circuit protector
WO2014170560A1 (fr) * 2013-04-18 2014-10-23 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif et procédé de dimensionnement de câbles électriques, à calcul de température interne par décomposition cellulaire nodale et fusion matricielle
EP2960636A1 (de) * 2014-06-27 2015-12-30 Airbus Operations GmbH Verfahren und System zur Temperaturüberwachung von elektrischen Drähten in einem Leitungsbündel
DE102018120599A1 (de) * 2018-08-23 2020-02-27 Yazaki Systems Technologies Gmbh Sicherungseinrichtung, Fahrzeug und Verfahren
DE102022132531A1 (de) 2022-12-07 2024-06-13 Cariad Se Verfahren und Steuerschaltung zum Betreiben eines Schalterelements einer elektrischen Komponente, um deren Überhitzung durch elektrische Verlustwärme zu vermeiden, sowie elektrische Komponente mit der Steuerschaltung

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