EP4384786A2 - Verfahren zur temperaturüberwachung, elektrisches energiespeichersystem und zumindest teilweise elektrisch angetriebenes fahrzeug - Google Patents

Verfahren zur temperaturüberwachung, elektrisches energiespeichersystem und zumindest teilweise elektrisch angetriebenes fahrzeug

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EP4384786A2
EP4384786A2 EP22764314.5A EP22764314A EP4384786A2 EP 4384786 A2 EP4384786 A2 EP 4384786A2 EP 22764314 A EP22764314 A EP 22764314A EP 4384786 A2 EP4384786 A2 EP 4384786A2
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EP
European Patent Office
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temperature
electrical
energy storage
storage system
temperature sensor
Prior art date
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Application number
EP22764314.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Philipp Schmidt
Ronnie Wieser
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group AG
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01K7/427—Temperature calculation based on spatial modeling, e.g. spatial inter- or extrapolation
    • G—PHYSICS
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Definitions

  • Temperature monitoring method electrical energy storage system and at least partially electrically powered vehicle
  • the invention relates to a method for temperature monitoring according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to an electrical energy storage system with at least one battery and an electrical/electronic component whose temperature is monitored, and an at least partially electrically powered vehicle with such an energy storage system.
  • WO 2012/045532 A1 discloses a method for predicting the usability of a relay or a contactor in an electrical energy storage system.
  • the method can be implemented in particular in an observation unit which is used together with a battery, in particular the traction battery of a motor vehicle.
  • it is crucial to monitor the temperature of the relay or contactor as an electrical/electronic component.
  • the electric/electronic components in the energy storage system and this particularly applies to relays and contactors, heat up. This plays a major role, especially when charging, especially when fast charging, the battery.
  • a protective function can be implemented which, based on a model as described in the cited WO publication, estimates the heating of the contactor and, if necessary, reduces the power or the current accordingly.
  • the object of the present invention is now to specify an improved method and an energy storage system for use with this improved method, which in particular avoid the disadvantage mentioned.
  • this object is achieved by a method having the features in claim 1 and an energy storage system having the features in claim 7 .
  • a vehicle with such an energy storage system solves the problem.
  • the method according to the invention uses modeling in a manner comparable to the prior art, but this estimates the temperature of the electrical/electronic component to be monitored via a temperature sensor in thermally conductive contact with the electrical line system.
  • a temperature sensor in thermally conductive contact with the electrical line system.
  • Such an electrical line system also conducts the heat, which arises, for example, in the area of the contacts of a contactor, over a certain distance to the temperature sensor, so that, for example, a temperature sensor can be used at a central point to monitor several contactors. Once the power is off, there will be no more heat. Nevertheless, there is a further increase in temperature in the area of the temperature sensor arranged away from the primary heat source, such as a contactor, due to the time offset due to the heat conduction towards the temperature sensor.
  • the modeling in the method according to the invention is then extremely simple and is used exclusively to infer the temperature of the electrical/electronic component with some degree of reliability from the temperature at the temperature sensor.
  • This is simple, efficient and, in comparison to the installation of temperature sensors in a large number of components to be monitored, can itself save expenditure with regard to the number of temperature sensors and in particular with regard to the cabling and/or assembly required.
  • the model depicts a time offset of the temperature on the component compared to the temperature on the temperature sensor.
  • Such an extraordinarily simple and efficient model to be taken into account even in systems with very little computing power is sufficient to appropriately map the temperature for the line of the electrical line system from the component to be monitored to the temperature sensor.
  • the model itself can be based, for example, on time constants as a function of the absolute temperature, which can be obtained through simulation calculations and/or measurements in real and comparable systems.
  • the current and thus the power is deliberately switched off from time to time in order to carry out the measurement and determine the state of the to monitor electrical/electronic components.
  • 10 to 20 seconds are sufficient for this, so that the charging process is not significantly extended. It is nevertheless possible in this way to monitor the status of the electrical/electronic component from time to time, for example every hour, even during operation.
  • An extraordinarily favorable further development of the method according to the invention provides that at least one switch, in particular a relay or a contactor, is monitored as the electrical/electronic component.
  • the method is particularly suitable for monitoring a relay or a contactor, comparable to the prior art mentioned at the outset.
  • An unnecessarily strong heating of the switch can be safely protected via a suitable temperature threshold value, taking into account the very simple model, which is already calculated in advance with the temperature value or is currently being implemented depending on the measured temperature, without an unnecessary reduction in the current done early.
  • a temperature sensor installed in a further electrical/electronic component is used as the temperature sensor.
  • Electrical/electronic components often have built-in temperature sensors anyway. Typically, this does not apply to the contactors and/or relays that are to be monitored accordingly in an electrical energy storage system, but frequently, for example, to current sensors.
  • an ammeter is used as the additional component with the temperature sensor. If such an ammeter now has a temperature sensor, then it offers the advantage that it is in direct electrical contact via the electrical line system with the electrical/electronic component to be monitored, for example the contactor.
  • the current sensor of the ammeter which is already present and therefore does not cause any additional effort in terms of hardware, installation and cabling, can therefore be used easily and efficiently to find use as a temperature sensor in the method according to the invention in one of the described embodiment variants.
  • An energy storage system comprises at least one battery and electrical/electronic components connected via an electrical line system, the temperature of at least one of the electrical/electronic components being monitored, for which purpose a temperature sensor is provided in thermally conductive contact with the electrical line system. This then allows the corresponding use for monitoring the temperature, so that when a limit temperature is reached in the area of the temperature sensor, which can preferably be projected onto the component to be monitored in the type of modeling described above via the time offset, the behavior of this component can be influenced accordingly. for example by reducing the current.
  • the electrical/electronic component whose temperature is to be monitored can be a relay or a contactor, as has already been indicated in principle above.
  • the temperature sensor can be arranged in a further electrical/electronic component, in particular an ammeter of the system, and thus via the electrical line system in an electrical and thus also at least indirect heat-conducting connection with the electrical/electronic component to be monitored with regard to its temperature component stand.
  • the electrical energy storage system can preferably be used to provide electrical drive power in a vehicle.
  • the vehicle can be used as a battery electric vehicle (BEV) or as a hybrid vehicle with a battery and an internal combustion engine, a fuel cell or the like as the primary drive unit or as a range extender.
  • BEV battery electric vehicle
  • a fuel cell or the like as the primary drive unit or as a range extender.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of an energy storage system in a possible embodiment for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic overview of the possible process sequence in a flow chart
  • FIG 3 shows a representation of the temperature profile over time with different heat inputs to a component on the one hand and the associated measurement result on a temperature sensor on the other hand.
  • An electrical energy storage system 1 can be seen in the illustration in FIG. Of the vehicle itself, only an electrical vehicle system 2 connected to the energy storage system 1 is shown in FIG. Fast charging of the electrical energy storage system 1 can be used.
  • a battery 3 Within the electrical energy storage system 1, a battery 3, a current sensor 4 and two contactors 5, 6 are shown in the positive and the negative busbar. Not further fuse elements such as fuses, pyro fuses or the like are shown, which can be arranged on the positive side in particular between the battery and the contactor 5 and on the negative side in particular between the contactor 6 and the electrical vehicle system 2 .
  • an increased temperature occurs in the area of the current sensor 4 as well as in the area of other electrical/electronic components, which are formed here in particular by the contactors 5, 6.
  • Permissible temperatures in the area of the current sensor are, for example, up to 80°C, in the area of the contactors 5, 6 up to 140°C.
  • the temperature in the area of the contactors 5, 6 can be deduced from this value in an extremely simple and efficient manner, in order to obtain reliable information about the temperature behavior in the area of the contactors 5, 6 and from this to potential aging or wear to close the contactors 5, 6 or their contacts involved in switching the power.
  • a corresponding method for monitoring the temperature T of the contactors 5, 6 as electrical/electronic components can therefore be carried out in particular during breaks in operation, breaks in charging or at the end of an operating or charging process.
  • the electrical/electronic components are subject to correspondingly high power and high heat loads.
  • the method can also be implemented by briefly suspending charging and switching off the current. You can then wait for a period of up to 20 or 30 seconds, for example, and evaluate the delayed temperature rise at the temperature sensor 7 accordingly in order to infer a load or aging of the contactors 5, 6 and subsequently, if necessary, the operating parameters, in particular the maximum permissible Adjust current in such an operating situation.
  • a comparison value VAL is then calculated as a function of the temperature difference AT and an energy input Q, which can be based on the continuous cooling capacity and current values recorded before the current was switched off.
  • a query is then made as to whether this comparison value VAL is greater than a predefined threshold value VALo. If this is not the case, then there is no error, if this is the case, then an error has been detected and the parameters for a protective function of the individual contactors 5, 6 must be adjusted, in particular the maximum permissible current values or powers must be reduced.
  • the whole consideration is based on the fact that the temperature T in the area of the temperature sensor 7 corresponds in principle to the actual temperature development in the area of the contactors 5, 6, but lags behind it accordingly.
  • this is shown correspondingly using a diagram of the temperature T over the time t.
  • Different heat inputs are shown with solid lines from bottom to top, which increase according to the arrow Q.
  • the solid lines show the respective maximum values of the temperature T that has occurred in the area of one of the contactors 5, 6, while the broken lines show the corresponding temperature T at the temperature sensor 7.
  • a fourth assumed heat input Q is there a significant delay in the time lag, which can be used to reverse the conclusion from the time lag and the temperature that has occurred at the temperature sensor 7 to the actual maximum temperature in the area of the respective contactor 5, 6 and thus to monitor the temperature in the area of the contactors 5, 6 as electrical/electronic components extremely easily and efficiently with the temperature sensor 7 that is already present in the current sensor 4, without having to carry out complicated modeling here and in particular without having to install their own temperature sensors in the area of contactors 5, 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturüberwachung einer über ein elektrisches Leitungssystem angeschlossenen elektrischen/elektronischen Komponente(4, 5, 6), wobei deren Erwärmung mittels eines Modells abgeschätzt wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem elektrischen Leitungssystem in wärmeleitendem Kontakt stehender Temperatursensor (7) zur Erfassung einer aktuellen Temperatur (T) eingesetzt wird, wobei das Modell, bei abgeschaltetem Strom (I), aus der Temperatur (T) des Temperatursensors (7) auf die Temperatur (T) der elektrischen/elektronischen Komponente(5, 6) schließt.

Description

Verfahren zur Temperaturüberwachung, elektrisches Energiespeichersystem und zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturüberwachung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein elektrisches Energiespeichersystem mit wenigstens einer Batterie und einer bezüglich ihrer temperaturüberwachten elektrischen/elektronischen Komponente sowie ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem solchen Energiespeichersystem.
Aus der WO 2012/045532 A1 ist ein Verfahren zur Vorhersage der Einsatzfähigkeit eines Relais oder eines Schützes in einem elektrischen Energiespeichersystem bekannt. Das Verfahren kann dabei insbesondere in einer Beobachtungseinheit realisiert werden, welche mit einer Batterie, insbesondere der Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, zusammen eingesetzt wird. Insbesondere bei diesem Einsatzzweck ist es entscheidend, das Relais oder Schütz als elektrische/elektronische Komponente hinsichtlich ihrer Temperatur zu überwachen. Bei hohen Fahr-, Rekuperations- oder Ladeleistungen kommt es nämlich dazu, dass die Komponenten der Elektrik/Elektronik in dem Energiespeichersystem, und dies betrifft insbesondere Relais und Schütze, sich erhitzen. Dies spielt vor allem beim Laden, insbesondere beim Schnelladen, der Batterie eine große Rolle. Um eine Überlastung der Elektrik/Elektronik zu vermeiden, kann eine Schutzfunktion implementiert werden, welche auf der Basis eines Modells, wie es in der genannten WO-Veröffentlichung beschrieben ist, die Erwärmung des Schützes abschätzt und notfalls die Leistung bzw. den Strom entsprechend reduziert.
Dabei ist es allerdings so, dass dabei immer das Worst-Case-Szenario, also die maximal auftretende Verlustleistung an den Komponenten berücksichtigt werden muss, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. In vielen Fällen wird der Strom bzw. die Leistung damit früher und/oder stärker reduziert, als es notwendig ist. Dies ist beim Laden hinsichtlich der Ladezeit, bei der Rekuperation hinsichtlich der zurückgewonnen Energiemenge und bei einer elektrischen Fahrt bezüglich der Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs ein gravierender Nachteil. Auch für nicht fahrzeuggebundene elektrische Energiesysteme kann eine solche unnötig starke Einschränkung des Stroms jedoch als Nachteil verstanden werden.
Zum weiteren Stand der Technik kann ferner auf die US 2015/0130469 A1 hingewiesen werden.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes Verfahren und ein Energiespeichersystem zur Nutzung mit diesem verbesserten Verfahren anzugeben, welche insbesondere den genannten Nachteil vermeiden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1 und ein Energiespeichersystem mit den Merkmalen im Anspruch 7 gelöst. Außerdem löst ein Fahrzeug mit einem solchen Energiespeichersystem die Aufgabe. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems ergeben sich dabei aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt zwar prinzipiell vergleichbar wie der Stand der Technik eine Modellierung, diese schätzt jedoch die Temperatur der zu überwachenden elektrischen/elektronischen Komponente über einen Temperatursensor in wärmeleitendem Kontakt mit dem elektrischen Leitungssystem ab. Ein solches elektrisches Leitungssystem leitet auch die Wärme, welche beispielsweise im Bereich der Kontakte eines Schützes entsteht, über eine gewisse Entfernung hin zu dem Temperatursensor, sodass beispielsweise ein Temperatursensor an einer zentralen Stelle zur Überwachung mehrerer Schütze eingesetzt werden kann. Sobald der Strom abgeschaltet ist, wird dann keine Wärme mehr entstehen. Dennoch kommt es im Bereich des von der primären Wärmequelle, wie z.B. einem Schütz, entfernt angeordneten Temperatursensor zu einer weiteren Erhöhung der Temperatur, bedingt durch den zeitlichen Versatz aufgrund der Wärmeleitung hin zu dem Temperatursensor. Die Modellierung in dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dann außerordentlich einfach und dient ausschließlich dazu, einigermaßen zuverlässig aus der Temperatur an dem Temperatursensor auf die Temperatur der elektrischen/elektronischen Komponente zu schließen. Dies ist einfach, effizient und kann im Vergleich zum Einbau von Temperatursensoren in eine Vielzahl von zu überwachenden Komponente selbst Aufwand hinsichtlich der Anzahl der Temperatursensoren und insbesondere hinsichtlich der benötigten Verkabelung und/oder Montage einsparen.
Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei vorgesehen, dass das Modell einen Zeitversatz der Temperatur an der Komponente gegenüber der Temperatur an dem Temperatursensor abbildet. Ein solches außerordentlich einfaches und effizient auch bei Systemen mit sehr kleiner Rechenleistung zur berücksichtigendes Modell reicht aus, um den für die Leitung der Temperatur über die Leitungen des elektrischen Leitungssystems von der zu überwachenden Komponente zu dem Temperatursensor hin entsprechend abzubilden. Das Modell selbst kann dabei beispielsweise auf Zeitkonstanten in Abhängigkeit der Absoluttemperatur basieren, welche durch Simulationsrechnungen und/oder Messungen in realen und vergleichbaren Systemen erhältlich sind.
Dieses außerordentlich einfache Modell bietet dabei Vorteile hinsichtlich der benötigten Rechenkapazität ebenso wie hinsichtlich einer eventuellen Abschaltschwelle, da diese durch den Einsatz des Temperatursensors nun sehr zuverlässig ermittelt werden kann, sodass keine nennenswerten Sicherheitsvorhalte notwendig sind und der verfügbare Strom und damit letztlich die verfügbare Leistung in dem System mit der elektrischen/elektronischen Komponente ideal ausgenutzt werden kann. Erst wenn die Erwärmung über einen vorgegebenen Schwellenwert kommt, muss entsprechend reagiert und der Strom reduziert werden. Anders als bei der reinen Modellierung gemäß dem Stand der Technik kann durch den Einsatz des Temperatursensors ein sehr viel besserer Wert erzielt werden als bei der ansonsten notwendigen Worst-Case- Betrachtung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann es dabei auch vorgesehen sein, dass, z.B. während des (Schnell-)Ladens, von Zeit zu Zeit bewusst der Strom und damit die Leistung abgeschaltet wird, um die Messung durchzuführen und den Zustand der elektrischen/elektronischen Komponente zu überwachen. Dafür reichen typischerweise 10 bis 20 Sekunden aus, sodass der Ladevorgang nicht Wesentlich verlängert wird. Dennoch ist es so möglich auch während des Betriebs von Zeit zu Zeit, z.B. stündlich, den Zustand der elektrisch/elektronischen Komponente zu überwachen.
Eine außerordentlich günstige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht es dabei vor, dass als elektrische/elektronische Komponente zumindest ein Schalter, insbesondere ein Relais oder ein Schütz, überwacht wird. Insbesondere zur Überwachung eines Relais oder eines Schützes, vergleichbar wie im eingangs genannten Stand der Technik, eignet sich das Verfahren ideal. Eine unnötig starke Erwärmung des Schalters lässt sich über einen geeigneten Schwellenwert der Temperatur unter Berücksichtigung des sehr einfachen Modells, welches bereits vorab mit dem Temperaturwert verrechnet ist oder aktuell in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur um gesetzt wird, sicher schützen, ohne dass eine Reduzierung des Stroms unnötig früh erfolgt.
Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Schalter dabei als Teil eines elektrischen Energiespeichersystems mit wenigstens einer Batterie ausgebildet sein. Das elektrische Energiespeichersystem kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung in einem Fahrzeug zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsenergie eingesetzt werden. Vor allem in derartigen Systemen lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren ideal nutzen, um die eingangs beschriebenen Nachteile zu vermeiden und in Abhängigkeit der Temperatur der elektrischen/elektronischen Komponenten wie insbesondere der Schütze immer die maximale Leistungsfähigkeit, sei es beim Laden oder der Rekuperation einerseits oder beim Fährbetrieb des Fahrzeugs andererseits zu gewährleisten.
Anstelle eines eigenen Temperatursensors für das erfindungsgemäße Verfahren kann es gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung vorgesehen sein, dass als Temperatursensor ein in einer weiteren elektrischen/elektronischen Komponente verbauter Temperatursensor verwendet wird. Häufig haben elektrische/elektronische Komponenten ohnehin verbaute Temperatursensoren. Dies betrifft typischerweise nicht die Schütze und/oder Relais, die in einem elektrischen Energiespeichersystem entsprechend überwacht werden sollen, häufig aber beispielsweise Stromsensoren. Es kann daher gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen sein, dass als die weitere Komponente mit dem Temperatursensor ein Strommesser verwendet wird. Hat ein solcher Strommesser also nun einen Temperatursensor, dann bietet es den Vorteil, dass er in direktem elektrischen Kontakt über das elektrische Leitungssystem zu der zu überwachenden elektrischen/elektronischen Komponente, beispielsweise dem Schütz, steht. Der Stromsensor des Strommessers, welcher ohnehin vorhanden ist und damit keinen Zusatzaufwand hinsichtlich der Hardware, des Einbaus und der Verkabelung verursacht, kann so also einfach und effizient herangezogen werden, um als Temperatursensor in dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer der beschriebenen Ausführungsvarianten Verwendung zu finden.
Wie bereits erwähnt kann das Verfahren vorzugsweise in einem elektrischen Energiespeichersystem zum Einsatz kommen. Ein erfindungsgemäßes Energiespeichersystem umfasst dabei wenigstens eine Batterie und über ein elektrisches Leitungssystem angebundene elektrische/elektronische Komponenten, wobei wenigstens eine der elektrischen/elektronischen Komponenten bezüglich ihrer Temperatur überwacht ist, wozu ein Temperatursensor in wärmeleitendem Kontakt mit dem elektrischen Leitungssystem vorgesehen ist. Dies erlaubt dann den entsprechenden Einsatz zur Überwachung der Temperatur, sodass beim Erreichen einer Grenztemperatur im Bereich des Temperatursensors, welche vorzugsweise in der eingangs beschriebenen Art der Modellierung über den Zeitversatz auf die zu überwachende Komponente projiziert werden kann, das Verhalten dieser Komponente entsprechend zu beeinflussen, beispielsweise in dem der Strom reduziert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des elektrischen Energiespeichersystems kann die hinsichtlich ihrer Temperatur zu überwachende elektrische/elektronische Komponente ein Relais oder ein Schütz sein, wie es oben bereits prinzipiell angedeutet ist. Der Temperatursensor kann dabei gemäß einer außerordentliche günstigen Weiterbildung in einer weiteren elektrischen/elektronischen Komponente, insbesondere einem Strommesser des Systems, angeordnet sein und damit über das elektrische Leitungssystem in elektrischer und damit auch zumindest mittelbarer wärmeleitender Verbindung mit der hinsichtlich ihrer Temperatur zu überwachenden elektrischen/elektronischen Komponente stehen. Das elektrische Energiespeichersystem kann vorzugsweise zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Das Fahrzeug kann dabei als batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) oder als Hybridfahrzeug mit einer Batterie und einem Verbrennungsmotor, einer Brennstoffzelle oder dergleichen als primärem Antriebsaggregat oder auch als Range-Extender zum Einsatz kommen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eines elektrischen Energiespeichersystems gemäß der Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schaltskizze eines Energiespeichersystems in einer möglichen Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine schematische Übersicht über den möglichen Verfahrensablauf in einem Flussdiagramm; und
Fig. 3 eine Darstellung des Temperaturverlaufs über der Zeit bei verschiedenen Wärmeeinträgen an einer Komponente einerseits und das damit verbundene Messergebnis an einem Temperatursensor andererseits.
In der Darstellung der Figur 1 ist ein elektrisches Energiespeichersystem 1 zu erkennen, wie es beispielsweise in einem hier nicht dargestellten Fahrzeug Verwendung finden kann. Von dem Fahrzeug selbst ist dabei in der Darstellung der Figur 1 lediglich ein elektrisches mit dem Energiespeichersystem 1 verbundenes Fahrzeugsystem 2 dargestellt, welches Verbraucher und Energiequellen für das elektrische Energiespeichersystem 1 aufweisen kann, und welches beispielsweise über einen hier nicht dargestellten externen Ladeanschluss zum Laden bzw. Schnellladen des elektrischen Energiespeichersystems 1 genutzt werden kann. Innerhalb des elektrischen Energiespeichersystems 1 sind dabei eine Batterie 3, ein Stromsensor 4, sowie zwei Schütze 5, 6 in der positiven und der negativen Stromschiene dargestellt. Nicht dargestellt sind dabei weitere Sicherungselemente wie beispielsweise Schmelzsicherungen, Pyrosicherungen oder dergleichen, welche auf der positiven Seite insbesondere zwischen der Batterie und dem Schütz 5 und auf der negativen Seite insbesondere zwischen dem Schütz 6 und dem elektrischen Fahrzeugsystem 2 angeordnet sein können.
Im Betrieb ist es nun so, dass im Bereich des Stromsensors 4 ebenso wie im Bereich weiterer elektrischer/elektronischer Komponenten, welche hier insbesondere durch die Schütze 5, 6 gebildet werden, eine erhöhte Temperatur auftritt. Zulässige Temperaturen im Bereich des Stromsensors betragen beispielsweise bis zu 80°C, im Bereich der Schütze 5, 6 bis zu 140°C. Insbesondere im Bereich der Schütze 5, 6 kann es bei der Bewältigung hoher Leistungen, wie sie insbesondere beim Laden und hier insbesondere beim Schnellladen auftreten, zu sehr starken Erwärmungen kommen, welche eine Reduktion der Leistung, hier also der Ladeleistung, erforderlich machen, um das System thermisch nicht zu überlasten.
Zur Überwachung der Temperatur der Schütze 5, 6 wäre es nun prinzipiell denkbar, im Bereich jedes der Schütze 5, 6 einen Temperatursensor anzuordnen und diesen über entsprechende Datenleitungen anzubinden, um die Temperatur hier konkret abfragen zu können. In der Praxis ist dies außerordentlich aufwändig, sowohl hinsichtlich der Hardware als auch und insbesondere hinsichtlich der erforderlichen Montage von Sensoren und Leitungen. Nun ist es jedoch so, dass viele Strommesser 4 über integrierte Temperatursensoren verfügen. Der hier dargestellte Strommesser 4 soll ein solcher Strommesser sein und einen integrierten Temperatursensor 7 aufweisen.
Die in dem nachfolgend beschriebenen Verfahren zugrundeliegende Idee ist nun die, dass über das in Figur 1 innerhalb des elektrischen Energiespeichersystems 1 angeordnete Leitungssystem, also insbesondere die Verbindung der Batterie 3 mit den Schützen 5, 6 über massive Stromschienen aus Kupfer oder Aluminium auch eine relativ gute Wärmeleitung von den Schützen 5, 6 hin zu dem Temperatursensor 7 in dem Strommesser 4 auftritt.
Schaltet man das elektrische Energiespeichersystem 1 nun leistungsfrei, so dass kein Strom mehr fließt, dann wird im Bereich des Temperatursensors 7 aufgrund der Tatsache, dass im Bereich der Schütze 5, 6 typischerweise eine höhere Temperatur vorliegt, als im Bereich des Strommessers 4 selbst, dennoch ein Temperaturanstieg feststellen, welcher prinzipbedingt nicht aus fließenden Strömen herrühren kann, da dieser Strom wie bereits erwähnt abgeschaltet ist. Der Temperaturanstieg beruht also auf einer Wärmeleitung zwischen den Schützen 5, 6, welche die höhere Temperatur als der Stromsensor 4 aufweisen, und dem Stromsensor 4. Kommt es also im Bereich des Temperatursensors 7 innerhalb des Stromsensors 4 zu einem Temperaturanstieg zeitlich verzögert zu einem Abschalten des Stroms, dann kann aus diesem Wert außerordentlich einfach und effizient auf die Temperatur im Bereich der Schütze 5, 6 zurückgeschlossen werden, um so zuverlässig eine Aussage über das Temperaturverhalten im Bereich der Schütze 5, 6 zu erhalten und daraus auf eine potentielle Alterung oder einen Verschleiß der Schütze 5, 6 bzw. ihrer in das Schalten der Leistung involvierten Kontakte zu schließen.
Ein entsprechendes Verfahren zur Überwachung der Temperatur T der Schütze 5, 6 als elektrische/elektronische Bauteile kann also insbesondere in Betriebspausen, Ladepausen oder am Ende eines Betriebs- oder Ladevorgangs durchgeführt werden. Insbesondere beim Laden und hier vor allem beim Schnellladen kommt es zu entsprechend hohen Leistungen und hohen Wärmebelastungen der elektrischen/elektronischen Komponenten. Für des Fall des Ladens oder bevorzugt des Schnellladens kann das Verfahren also auch dadurch realisiert werden, dass das Laden kurzzeitig ausgesetzt wird und der Strom abgeschaltet wird. Dann kann für einen Zeitraum von beispielsweise bis zu 20 oder 30 Sekunden abgewartet und der verzögerte Temperaturanstieg am Temperatursensor 7 entsprechend ausgewertet werden, um auf eine Belastung oder Alterung der Schütze 5, 6 zu schließen und im Nachgang ggf. die Betriebsparameter, insbesondere den maximal zulässigen Strom in einer derartigen Betriebssituation anzupassen.
Der Ablauf eines solchen Überwachungsverfahrens ist nachfolgend anhand der Darstellung eines Flussdiagramms in Figur 2 beschrieben. Prinzipiell startet das Verfahren immer damit, dass ein Stromabfall erkannt oder initiiert wird. Dieses ist in der ersten Box durch die Beschreibung 1=0 symbolisiert. Nachfolgend wird ein Ausgangstemperaturwert an dem Temperatursensor 7 entsprechend gespeichert, welcher hier mit To bezeichnet ist. Im Nachgang wird die Temperatur T immer wieder überprüft, um festzustellen ob der maximale Temperaturwert erreicht worden ist. Dies kann insbesondere festgestellt werden, wenn ein Temperaturwert kleiner als der vorherige Wert ist, welcher dann nachträglich als der Maximalwert bestimmt werden kann. Ist ein solcher Maximalwert der Temperatur T erreicht worden, dann wird dieser Maximalwert Tmax entsprechend gespeichert und aus den beiden gespeicherten Temperaturwerten lässt sich eine Temperaturdifferenz AT berechnen. In der nachfolgenden Box wird dann als Funktion der Temperaturdifferenz AT sowie eines Energieeintrags Q, welcher auf der Dauerkühlleistung und erfassten Stromwerten vor der Abschaltung des Stroms basieren kann, ein Vergleichswert VAL berechnet. Nachfolgend wird abgefragt, ob dieser Vergleichswert VAL größer als ein vorgegebener Schwellenwert VALo ist. Ist dies nicht der Fall, dann liegt kein Fehler vor, ist dies der Fall, dann ist ein Fehler erkannt worden und die Parameter für eine Schutzfunktion der einzelnen Schütze 5, 6 müssen nachgezogen werden, insbesondere die maximal zulässigen Stromwerte bzw. Leistungen reduziert werden.
Wie oben bereits erwähnt, liegt der ganzen Überlegung zugrunde, dass die Temperatur T im Bereich des Temperatursensors 7 der tatsächlichen Temperaturentwicklung im Bereich der Schütze 5, 6 zwar prinzipiell entspricht, aber dieser entsprechend nachläuft. In der Darstellung der Figur 3 ist dies anhand eines Diagramms der Temperatur T über der Zeit t entsprechend dargestellt. Mit durchgezogenen Linien von unten nach oben sind verschiedene Wärmeeinträge dargestellt welche gemäß des Pfeils Q ansteigen. Die durchgezogenen Linien zeigen dabei die jeweiligen Maximalwerte der aufgetretenen Temperatur T im Bereich eines der Schütze 5, 6, während die gestrichelten Linien die entsprechende Temperatur T am Temperatursensor 7 zeigen. Bei den unten dargestellten niedrigen Wärmemengen fallen diese beiden Kurven quasi zusammen, und der hier mit einem Punkt gekennzeichnete Zeitpunkt der maximalen Temperatur Tmax am Temperatursensor 7 fällt quasi mit der maximalen Temperatur an einem der Schütze 5, 6 zusammen. Es gibt hier kaum einen zeitlichen Nachlauf. Bereits bei der zweiten Kurve von unten unterscheiden sich die Temperaturen jedoch deutlich, auch wenn der zeitliche Nachlauf hier immer noch nicht im nennenswerten Maß auftritt. Erst ab der vierten Kurve von unten, also einem vierten angenommenen Wärmeeintrag Q kommt es zu einer deutlichen Verzögerung des zeitlichen Nachlaufs, welche so genutzt werden kann, um im Umkehrschluss aus dem zeitlichen Nachlauf und der aufgetretenen Temperatur am Temperatursensor 7 auf die tatsächliche Maximaltemperatur im Bereich des jeweiligen Schützes 5, 6 zurückzuschließen und so außerordentlich einfach und effizient mit dem im Stromsensor 4 ohnehin vorhandenen Temperatursensors 7 die Temperatur im Bereich der Schütze 5, 6 als elektrische/elektronische Komponenten zu überwachen, ohne hier eine komplizierte Modellierung vornehmen zu müssen und insbesondere ohne im Bereich der Schütze 5, 6 eigene Temperatursensoren installieren zu müssen.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Temperaturüberwachung einer über ein elektrisches Leitungssystem angeschlossenen elektrischen/elektronischen Komponente (4, 5, 6), wobei deren Erwärmung mittels eines Modells abgeschätzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem elektrischen Leitungssystem in wärmeleitendem Kontakt stehender Temperatursensor (7) zur Erfassung einer aktuellen Temperatur (T) eingesetzt wird, wobei das Modell, bei abgeschaltetem Strom (I), aus der Temperatur (T) des Temperatursensors (7) auf die Temperatur (T) der elektrischen/elektronischen Komponente (5, 6) schließt. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Modell einen Zeitversatz der Temperatur (T) an der elektrischen/elektronischen Komponente gegenüber der Temperatur (T) am Temperatursensor (7) abbildet. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperaturerfassung an dem Temperatursensor (7) der Strom (I) von Zeit zu Zeit für eine Messzeitspanne abgeschaltet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrische/elektronische Komponente (5, 6) zumindest ein Schalter, insbesondere ein Relais oder Schütz, überwacht wird. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (5, 6) als Teil eines elektrischen Energiespeichersystems (1) mit wenigstens einer Batterie (3) verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Temperatursensor (7) ein in einer weiteren elektrischen/elektronischen Komponente (4) verbauter Temperatursensor (7) verwendet wird, insbesondere in einem Strommesser (4). Elektrisches Energiespeichersystem (1) mit wenigstens einer Batterie (3) und über ein elektrisches Leitungssystem angebundenen elektrischen/elektronischen Komponenten (3, 5, 6), wobei wenigstens eine der elektrischen/elektronischen Komponenten (5, 6) bezüglich ihrer Temperatur (T) überwacht ist, wozu ein Temperatursensor (7) in einer weiteren elektrischen/elektronischen Komponente (4) innerhalb des elektrischen Leitungssystems vorgesehen ist. Elektrisches Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bezüglich ihrer Temperatur (T) überwachte elektrische/elektronische Komponente ein Relais oder Schütz ist. Elektrisches Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere elektrische/elektronische Komponente (4) als Strommesser ausgebildet ist. Fahrzeug mit einem zumindest teilweise elektrischen Antrieb, welches ein Energiespeichersystem (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9 aufweist.
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