WO2015043941A1 - Verfahren und einrichtung zur bestimmung der alterung eines elektronischen unterbrechungselements, insbesondere eines leistungsschützes - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur bestimmung der alterung eines elektronischen unterbrechungselements, insbesondere eines leistungsschützes Download PDF

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aging
determining
electronic
interruption element
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Jan Salziger
Gergely GALAMB
Joshua Anzicek
Dylan PROBST
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Robert Bosch GmbH
Samsung SDI Co Ltd
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Robert Bosch GmbH
Samsung SDI Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0283—Predictive maintenance, e.g. involving the monitoring of a system and, based on the monitoring results, taking decisions on the maintenance schedule of the monitored system; Estimating remaining useful life [RUL]
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C3/00—Registering or indicating the condition or the working of machines or other apparatus, other than vehicles

Definitions

  • Interruption element in particular a power contactor prior art
  • the invention relates to a method and apparatus for determining the aging of an electronic interruption element configured to open and close a circuit.
  • the invention also relates to a computer program and a
  • DE 10 2008 018 709 B4 shows a method for storing and reading the number of switching cycles of electromagnetic switching devices. In this case, a total number of switching cycles is read and checked by a decision unit, whether the total number of switching cycles is greater than a device-specific parameter or a transfer value. Disclosure of the invention
  • a method for determining the aging of an electronic interruption element which is set up to open and close a circuit comprising the following steps: a) initializing an aging counter N wea r,
  • Simple counting of the switching cycles can not map the actual aging of the electronic interruption element, such as circuit breakers, relays or contactors.
  • the number of switching cycles is not simply counted, but the aging of the electronic interruption element is accurately modeled by turn-on operations.
  • the steps b) to d) are therefore preferred at each opening of the electronic interruption element
  • the method is particularly suitable for electronic interruption elements, which are used in circuits in which when opening the electronic
  • Interrupting element usually flows a current.
  • the contacts are more heavily loaded than by the mechanical load alone, which can lead to premature failure of the electronic breaker and thus to significant safety issues.
  • For the aging of the electronic interruption element is largely responsible for the current through the contacts, and thus primarily the current when opening the electronic interruption element. The further the aging of the electronic breaker has progressed, the more likely is the partial or total failure of the electronic breaker
  • a failure of the electronic interruption element may be configured such that the contacts become sticky, i. that it remains closed at one opening, although the electronic interruption element should open the contacts.
  • the measures of the invention is advantageously achieved that the electronic interruption element can open the circuit at any time, whereby critical situations are avoided.
  • Refreshing the aging counter N wea r may also be referred to as an update.
  • the determined aging value N wea r (I) is added to the aging counter N wear at each opening.
  • the aging counter N wear thus forms a kind
  • N wear (I) are of greater importance than at the beginning.
  • Functional relationship in the consideration of the time component can follow a staircase function, but also be linear, polynomial or exponential.
  • a major application of the method is in hybrid and electric vehicles in which a first component, such as a battery pack, is connected by power contactors to other components such as a drive, an auxiliary generator, a charging plug, and so on.
  • the other components are fed via a device which generates from the battery voltage of a single- or multi-phase AC voltage or a clocked DC voltage. Opening the circuit means the electronic
  • a reference number N meC h is known for the electronic break element indicating a number of openings and / or closures of the electronic break element.
  • the reference number N meC h may be provided by manufacturers of the electronic interruption element and indicates a lifetime for the electronic interruption element .
  • the reference number N meC h for example, data sheets of electronic interruption elements can be removed . It is particularly advantageous if the current-dependent aging value N wea r (I) by dividing the
  • N meC h is determined by a number N bre ak (I), which indicates a number of safe possible openings for a defined current in the circuit.
  • the values of N bre ak (I) may, for example, be in the form of a calculable functional dependence or in tabular form, an example of which is shown in Table 1.
  • N meC h is 1,000,000 in this example.
  • the table shows, by way of example, seven current ranges, namely a first range for a so-called zero-current opening at 0 A, a second range for openings at currents between 0 and 15 A, a third range for openings at currents between 15 and 150 A, a fourth range Range for openings at currents between 150 and 300 A, a fifth range for openings at currents between 300 and 500 A, a sixth range for openings at currents between 500 and 1, 000 A and a seventh range for openings at currents between 1 .000 and 1, 600 A.
  • N meC h is set to 1 million openings in this example. It is clear that instead of seven areas, equally well fewer or more areas may be provided and that their number and limits may be the result of field tests, calculations and / or indications from the manufacturer.
  • the method comprises the following further steps: e) determining the amount AU of a voltage difference which occurs at a
  • the method is particularly suitable for electronic interruption elements, which are used in circuits in which when closing the electronic
  • Interrupt element a voltage difference across the electronic
  • Interruption element is present.
  • the steps e) to g) are preferably carried out at each closing of the circuit.
  • Interruption element when closing the circuit amplified under tension is a so-called contact bounce when closing.
  • contact bounce When contact bouncing the contact is not immediately closed, but due to the elasticity of the materials, the contact springs back briefly after closing, with an opening takes place under current flow.
  • the current through the contact is responsible for the aging, which is to be overcome when opening the contactor, but that the second factor, namely the current flow when closing the contacts, is an option, the statement about the Aging the electronic interruption element to make more accurate.
  • the measures of the invention it is now possible to count these influences of the closures of the interruption element in the determination of the aging of the electronic interruption element.
  • a major use case are circuits that are pre-charged via a capacitor. It was recognized that, in the case that when connecting the electronic
  • Equalizing currents when switching on the electronic interruption element load the contacts of the electronic interruption element stronger than the mechanical loads alone and can for a premature failure of the electronic
  • a reference number N meCh is known for the electronic interruption element indicating a number of openings and / or closures of the electronic interruption element.
  • the reference number N meCh indicates a manufacturer-side life for the electronic interruption element and is for example data sheets of electronic interruption elements , such as circuit breakers, relays or Protect, removable.
  • the voltage-dependent aging value N wea r ( ⁇ ) is determined by dividing the reference number N meCh by a number N make (AU), which indicates a voltage-dependent number of openings and / or closures of the electronic interruption element.
  • the values of N make (AU) may, for example, be in the form of a calculable functional dependency or in tabular form, an example of which is shown in Table 2.
  • N meCh is in this
  • five ranges are given for the voltage to be bridged when closing, with a first range between 0 V and 5 V in the case of dead or almost zero-voltage closing, a second range between 5 V and more than 10 V, a third range for the Close between 10V and 100V and a fourth range for closing between 100V and 400V to be defined.
  • a first range between 0 V and 5 V in the case of dead or almost zero-voltage closing
  • a second range between 5 V and more than 10 V
  • a third range for the Close between 10V and 100V
  • a fourth range for closing between 100V and 400V to be defined.
  • the determination of the number N make (AU) takes into account a capacitance of a capacitor and / or a magnitude of the resistance in the circuit.
  • the load of a breaker element with a large capacitor for example, in capacitors greater than 100 F, more than 500 F or more than 1 mF and low resistance is significantly greater because high compensation currents flow, such as short-term currents of a few hundred amps.
  • Interrupt element are calculated for each individual switching cycle. Particularly advantageous is a life limit N E oi_ the electronic
  • the life limit N E OL is determined, for example, by subtracting the age value N br eak (lEOLmax), which will result at the final opening at a defined current value l E oLmax, from the reference number Nmech, which indicates the manufacturer-end life for the electronic interrupt element.
  • Interruption element is not prematurely replaced and that it is only used as long as it is able to safely disconnect the component in question.
  • the procedure allows to estimate at any time that the electronic
  • safety here and generally in the context of the invention means that the behavior of the component can be expected by means of test series, test seals or the like, and / or that the use of the component within the specified limits is permitted by law. If the decision is negative, then a controlling software or, for example, a
  • Battery management system decide that the component is not switched on first.
  • an action is triggered at the moment when the aging counter N wea r reaches or exceeds the life limit N E oi_ of the electronic interruption element.
  • the action may generate an error message in case of
  • Electric vehicle or hybrid vehicle an indication to the driver or the
  • the vehicle is placed in a so-called limp home mode in which, for example, the engine speed is limited or it is converted in a hybrid vehicle to pure engine operation. In this way it is achieved that the electronic interruption element only in
  • the electronic interruption element is for example a load switch, a relay or a transistor, preferably a power contactor, which can be used in particular for a battery of an electric or hybrid vehicle.
  • the method is used in electronic interruption elements, which are designed for use at high currents, in particular at currents greater than 10 A, 20 A or 50 A. In these cases, the current-dependent wear of the interruption element is to be particularly considered.
  • Use of the method is particularly suitable for batteries used in electric vehicles or hybrid vehicles. The requirements for these batteries include, for example, that they should deliver between 50 and 600 V voltage. Examples of suitable battery types include all types of lithium-ion batteries.
  • the terms "battery" and "battery system" are used herein
  • a computer program is also proposed according to which one of the methods described herein is performed when the computer program is executed on a programmable computer device.
  • the computer program can be, for example, a module for implementing a device for determining the aging of an electronic interruption element and / or a
  • the computer program can be stored on a machine-readable storage medium, such as on a
  • the computer program may be provided for download on a computing device, such as on a server, e.g. about one
  • Circuit to open and close means for determining the amount I of a current when opening the circuit by the electronic
  • Interrupting element flows, means for determining a current-dependent aging value N wea r (I) from the amount I of the current, which is at an opening of the Circuit through the electronic interruption element flows and means for accumulating the determined current-dependent aging values N wea r (I) -
  • the device for determining the aging of the electronic interruption element has a device that can determine the current flow even if the current outside the measuring range for the built-in
  • Current sensor is located. This can be done in such a way that a device for determining the voltage of a voltage source is provided, and the device is set up, the amount I of the current flowing through the electronic interrupting element when the circuit is opened, from the voltage across the voltage source and known or estimated internal resistance of the voltage source to determine.
  • the voltage source corresponds to the battery system.
  • the battery system In case of
  • the device for determining the aging of the electronic interruption element has a device for determining the amount AU of a voltage which is present at a closing of the circuit above the electronic interruption element and a device for determining a
  • a battery management system comprises such a device for determining the aging of an electronic interruption element and / or is set up to carry out one of the methods described above.
  • the battery management can also be set up to determine the battery current and the voltage of individual battery cells, individual modules or the entire battery, as well as their temperature, and also be configured to determine the state of charge of the battery cells (SOC, State of Charge) To determine battery cells (SOH, State of Health) and the allowable battery power.
  • SOC State of Charge
  • SOH State of Health
  • Battery management system be set up to protect the battery cells by switching off the system or by issuing a shutdown instruction.
  • FIG. 1 shows a circuit with an electronic interruption element
  • Figure 2 shows a circuit with two electronic interruption elements
  • Figures 3 and 4 are diagrams indicating the number of sure possible openings, or closures depending on current and voltage.
  • FIG. 1 shows a circuit 1 with an electronic interruption element 6, which is set up to separate a voltage source 15, for example a battery, from an electrical component 4.
  • FIG. 1 shows a device 7 for determining the current which is generated when the circuit is opened by the electronic circuit
  • Interrupting element 6 flows, which to a device 8 for determining a Current-dependent aging value N wea r (I) from the amount of current flowing through the electronic interrupting element 6 is opened when opening the circuit.
  • the device 8 for determining the current-dependent aging value N wea r (I) can
  • the device 8 for determining the current-dependent aging value N wea r ( ⁇ ) is connected to a device 12 for refreshing an aging counter N wea r, which in the illustrated
  • Embodiment is also a component of the battery management system 9.
  • the device 13 for determining the endurance limit N E oi_ of the electronic interruption element 6 is set up by subtracting an age value N brea k (lEoi_ ma x) from a reference number N meC h the life for the electronic interrupting element 6 indicate that a final opening at a defined current value lEoi_ ma x is feasible.
  • Device 12 for refreshing an aging counter N wear receives data and / or measured values, is set up to trigger an action when the aging counter N wear exceeds the life limit N E oi_.
  • the action may include, for example, issuing an error message, an indication to the driver of a vehicle, an elimination of the affected component or a prevention of vehicle start or a limp home operating state of the vehicle.
  • Figure 1 also shows a device 1 6 for determining a voltage across the
  • the data and / or measured values of the device 8 provides for the determination of the current.
  • the device 8 is arranged according to this preferred embodiment, to determine the current flow from the voltage waveform at the voltage source 1 5, even if the current is outside the measuring range of the device 7 for determining the current. In the case of exceeding the measuring range of the device 7, the device 8 calculates the current from the known internal resistance of the battery system and the voltage across the voltage source 1 5.
  • FIG. 2 shows a precharging circuit for an electrical component 4.
  • the circuit 1 has, in addition to the first interrupting element 6 shown in FIG. 1, a further electronic interrupting element 2.
  • the circuit also includes a pre-charge resistor 3 and a capacitor 5.
  • the element 2 is first closed and the capacitor 5 is brought via the pre-charge resistor 3 with a low current to the same voltage level. Then, the element 6 can make the connection low impedance.
  • the electrical component 4 usually reduces its
  • the electronic circuit shown in FIG. 2 with the device for determining the aging of the electronic interruption element 6 also has a device 10 for determining the amount AU of a voltage difference that occurs during the
  • the device 10 for determining the amount AU of the voltage difference is connected to a
  • Device 1 1 for determining a voltage-dependent aging value N wea r (AU) coupled, which from the amount AU of the voltage difference, which is applied when closing the circuit above the electronic interruption element, the
  • Determination of the voltage-dependent aging value N wea r is connected to the device 12 for refreshing the aging counter N wea r and provides this data and / or measured values.
  • the device 7 for determining the current flowing through the electronic interrupting element 6 when the circuit is opened is in turn provided to the device 8 for determining the current-dependent aging value N wear (I) from the magnitude of the current when opening the circuit through the electronic
  • Interrupting element 6 flows, is coupled.
  • the means 8 for determining the current-dependent aging value N wear (I) may be a component of the
  • N wear (AU) is connected to the device 12 for refreshing an aging counter N wear , and provides this data and / or measured values. Furthermore, the means for determining the aging of the electronic interruption element 6, the means 13 for determining the life limit of the electronic interruption element 6, and the further means 14 for
  • the illustrated embodiment may again advantageously have the device 16 described with reference to FIG. 1 for determining the voltage across the battery 15, which is not shown.
  • the device 8 is again set up to determine the current flow from the voltage profile on the battery system if the current lies outside the measuring range of the device 7 for determining the current.
  • FIGS. 3 and 4 dependencies corresponding to the values given in Tables 1 and 2 are shown on double logarithmic paper.
  • the selected data points are again to be understood as examples.
  • Such diagrams can serve to provide functional dependencies, for example by interpolating the given points appropriately, for example step-wise or also linearly.
  • a correct functional relationship can also be the result of test series.
  • the data points given may, for example, be taken from a data sheet of a power contactor, for example a power contactor, which should be designed for a 400 V HV voltage.
  • the method is illustrated by a short calculation example, wherein the
  • interruption element should open at the end of its life at a current of 1,600 A, which means that only two interruptions are safely possible with such a high current flow.
  • the following events may occur:

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Alterung eines elektronischen Unterbrechungselements, das eingerichtet ist, einen Stromkreis zu öffnen und zu schließen. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: a) Initialisieren eines Alterungszählers NWear, b) Bestimmen des Betrags I eines Stroms, der beim Öffnen des Stromkreises durch das elektronische Unterbrechungselement fließt, c) Bestimmen eines stromabhängigen Alterungswerts Nwear (I) aus dem Betrag I des Stroms, d) Auffrischen des Alterungszählers NWear unter Verwendung des stromabhängigen Alterungswerts Nwear (I). Weiterhin werden ein Computerprogramm und eine Einrichtung zur Bestimmung der Alterung eines elektronischen Unterbrechungselements vorgeschlagen, sowie ein Batteriemanagementsystem, welche insbesondere zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet sind.

Description

Beschreibung
Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Alterung eines elektronischen
Unterbrechungselements, insbesondere eines Leistungsschützes Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung der Alterung eines elektronischen Unterbrechungselements, das eingerichtet ist, einen Stromkreis zu öffnen und zu schließen.
Gegenstand der Erfindung sind außerdem ein Computerprogramm und ein
Batteriemanagementsystem, welche insbesondere zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet sind. Die DE 10 2008 018 709 B4 zeigt ein Verfahren zur Speicherung und zum Auslesen der Anzahl von Schaltzyklen elektromagnetischer Schaltgeräte. Dabei wird eine Gesamtanzahl von Schaltzyklen ausgelesen und von einer Entscheideeinheit geprüft, ob die Gesamtanzahl der Schaltzyklen größer ist als ein gerätespezifischer Parameter oder ein Übergabewert. Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren vorgesehen zur Bestimmung der Alterung eines elektronischen Unterbrechungselements, das eingerichtet ist, einen Stromkreis zu öffnen und zu schließen, mit den folgenden Schritten: a) Initialisieren eines Alterungszählers Nwear,
b) Bestimmen des Betrags I eines Stroms, der beim Öffnen des Stromkreises durch das elektronische Unterbrechungselement fließt,
c) Bestimmen eines stromabhängigen Alterungswerts Nwear (I) aus dem Betrag I des Stroms, d) Auffrischen des Alterungszählers Nwear unter Verwendung des stromabhängigen Alterungswerts Nwear (I)-
Ein einfaches Zählen der Schaltzyklen kann die tatsächliche Alterung des elektronischen Unterbrechungselements, wie Lastschaltern, Relais oder Schützen nicht abbilden. Bei der vorliegenden Erfindung wird nicht einfach die Anzahl der Schaltzyklen gezählt, sondern die Alterung des elektronischen Unterbrechungselements durch Einschaltvorgänge genau nachgebildet. Die Schritte b) bis d) werden daher bevorzugt bei jeder Öffnung des
Stromkreises durch das elektronische Unterbrechungselement durchgeführt.
Das Verfahren eignet sich besonders bei elektronischen Unterbrechungselementen, die in Stromkreisen eingesetzt werden, bei denen beim Öffnen des elektronischen
Unterbrechungselements üblicherweise ein Strom fließt. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass in einem Fall, wenn während des Öffnens des elektronischen Unterbrechungselements ein Strom fließt, die Kontakte stärker belastet werden als durch die mechanische Belastung alleine, was zu einem verfrühten Ausfall des elektronischen Unterbrechungselements und damit zu erheblichen Sicherheitsproblemen führen kann. Für die Alterung des elektronischen Unterbrechungselements ist maßgeblich der Strom über die Kontakte verantwortlich, und damit in erster Linie der Strom beim Öffnen des elektronischen Unterbrechungselements. Je weiter die Alterung des elektronischen Unterbrechungselements vorangeschritten ist, umso wahrscheinlicher ist ein teilweises oder völliges Versagen des elektronischen
Unterbrechungselements. Ein Versagen des elektronischen Unterbrechungselements kann sich beispielsweise so ausgestalten, dass die Kontakte verkleben, d.h. dass es bei einer Öffnung geschlossen bleibt, obwohl das elektronische Unterbrechungselement die Kontakte öffnen sollte. Mit den Maßnahmen der Erfindung wird vorteilhaft erreicht, dass das elektronische Unterbrechungselement zu jeder Zeit den Stromkreis öffnen kann, wodurch kritische Situationen vermieden werden.
Das Auffrischen des Alterungszählers Nwear kann auch als ein Update bezeichnet werden. Nach einer Ausführungsform wird bei jeder Öffnung der ermittelte Alterungswert Nwear (I) zu dem Alterungszähler Nwear addiert. Der Alterungszähler Nwear bildet somit eine Art
Beitragskonto für die Abnutzung des Unterbrechungselements. Anstelle einer einfachen Addition der Alterungswerte Nwear (I) zu dem Alterungszähler Nwear kann auch eine
Zeitkomponente Berücksichtigung finden, beispielsweise kann vorgesehen sein, dass im Laufe der Zeit die Alterungswerte Nwear (I) stärker ins Gewicht fallen als zu Beginn. Der funktionale Zusammenhang bei der Berücksichtigung der Zeitkomponente kann dabei einer Treppenfunktion folgen, aber auch linear, polynomial oder exponentiell sein.
Eine Hauptanwendung des Verfahrens besteht bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen, bei welchen eine erste Komponente, wie etwa ein Batteriepack, durch Leistungsschütze mit den weiteren Komponenten wie einem Antrieb, einem Zusatzgenerator, einem Ladestecker usw. verbunden sind. Die weiteren Komponenten werden über eine Einrichtung gespeist, die aus der Batteriespannung einer ein- oder mehrphasige Wechselspannung oder eine getaktete Gleichspannung erzeugt. Den Stromkreis zu öffnen bedeutet, die elektronischen
Komponenten voneinander zu trennen. Mit den Maßnahmen der Erfindung wird vorteilhaft erreicht, dass das elektronische Unterbrechungselement zu jeder Zeit die Komponenten sicher voneinander trennen kann, wodurch kritische Situationen vermieden werden. Das Verfahren berücksichtigt die tatsächliche Belastung, die bei unterschiedlichen Strömen beim Ausschalten auf das Unterbrechungselement wirkt.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich. Gemäß einigen Ausführungsformen ist für das elektronische Unterbrechungselement eine Referenzzahl NmeCh bekannt, die eine Anzahl von Öffnungen und/oder Schließungen des elektronischen Unterbrechungselements angibt. Die Referenzzahl NmeCh kann von Herstellern des elektronischen Unterbrechungselements bereitgestellt sein und gibt eine Lebensdauer für das elektronische Unterbrechungselement an. Die Referenzzahl NmeCh ist beispielsweise Datenblättern von elektronischen Unterbrechungselementen entnehmbar. Besonders vorteilhaft ist, wenn der stromabhängige Alterungswert Nwear (I) durch Division der
Referenzzahl NmeCh durch eine Zahl Nbreak (I) bestimmt wird, die für einen definierten Strom im Stromkreis eine Anzahl von sicher möglichen Öffnungen angibt. Die Werte von Nbreak (I) können beispielsweise in Form einer berechenbaren funktionalen Abhängigkeit vorliegen oder in Tabellenform, wobei in Tabelle 1 ein Beispiel hierfür dargestellt ist. NmeCh ist in diesem Beispiel 1.000.000.
Tabelle 1
l [A] Nbrake (I) Nwear (I)
0 1 .000.000 1 <= 15 100.000 10
<= 150 10.000 100
<= 300 800 1 .250
<= 500 100 10.000
<=1.000 8 125.000
<=1.600 2 500.000
In der Tabelle sind beispielhaft sieben Strombereiche angegeben, nämlich ein erster Bereich für eine sogenannte stromlose Öffnung bei 0 A, ein zweiter Bereich für Öffnungen bei Strömen zwischen 0 und 15 A, ein dritter Bereich für Öffnungen bei Strömen zwischen 15 und 150 A, ein vierter Bereich für Öffnungen bei Strömen zwischen 150 und 300 A, ein fünfter Bereich für Öffnungen bei Strömen zwischen 300 und 500 A, ein sechster Bereich für Öffnungen bei Strömen zwischen 500 und 1 .000 A und ein siebter Bereich für Öffnungen bei Strömen zwischen 1 .000 und 1 .600 A. In der Tabelle sind sowohl die Zahl Nbreak (I), die für jeden der definierten Strombereiche die Anzahl von sicher möglichen Öffnungen angibt, als auch der stromabhängige Alterungswert Nwear (I) angegeben, welcher sich hier durch Division der Referenzzahl NmeCh durch die Zahl Nbreak (I) bestimmt. NmeCh ist in diesem Beispiel auf 1 .000.000 Öffnungen festgelegt. Es ist klar, dass anstelle von sieben Bereichen ebenso gut weniger oder mehr Bereiche vorgesehen sein können, und dass deren Anzahl und Grenzen das Ergebnis von Praxistests, Berechnungen und/oder Angaben des Herstellers sein können.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren die folgenden weiteren Schritte auf: e) Bestimmen des Betrages AU einer Spannungsdifferenz, die bei einem
Schließen des Stromkreises über dem elektronischen Unterbrechungselement anliegt,
f) Bestimmen eines spannungsabhängigen Alterungswerts Nwear (AU) aus dem Betrag AU der Spannungsdifferenz,
g) Auffrischen des Alterungszählers Nwear unter Verwendung des
spannungsabhängigen Alterungswertes Nwear (AU). Das Verfahren eignet sich besonders bei elektronischen Unterbrechungselementen, die in Stromkreisen eingesetzt werden, bei denen beim Schließen des elektronischen
Unterbrechungselements eine Spannungsdifferenz über dem elektronischen
Unterbrechungselement vorhanden ist. Die Schritte e) bis g) werden bevorzugt bei jeder Schließung des Stromkreises durchgeführt.
Ein physikalischer Vorgang, welcher die Alterung des elektronischen
Unterbrechungselements beim Schließen des Stromkreises unter Spannung verstärkt, ist ein sogenanntes Kontaktprellen beim Schließen. Beim Kontaktprellen wird der Kontakt nicht sofort geschlossen, sondern auf Grund der Elastizität der Materialien federt der Kontakt nach dem Schließen kurzzeitig wieder auf, wobei eine Öffnung unter Stromfluss stattfindet. Es wird erwartet, dass für die Alterung zwar maßgeblich der Strom über den Kontakt verantwortlich ist, welcher beim Öffnen des Schützes zu überwinden ist, dass jedoch auch der zweite Faktor, nämlich der Stromfluss beim Schließen der Kontakte, eine Möglichkeit bildet, die Aussage über die Alterung des elektronischen Unterbrechungselements genauer zu treffen. Mit den Maßnahmen der Erfindung ist es nun möglich, diese Einflüsse der Schließungen des Unterbrechungselements bei der Bestimmung der Alterung des elektronischen Unterbrechungselements mitzuzählen. Ein Hauptanwendungsfall sind Stromkreise, die über einen Kondensator vorgeladen werden. Es wurde erkannt, dass, in dem Fall, dass beim Zuschalten des elektronischen
Unterbrechungselements eine Spannungsdifferenz vorhanden ist, auf Grund der Kapazität des Kondensators nach dem Schließen des elektronischen Unterbrechungselements ein Ausgleichsstrom fließt, der aus der zu überbrückenden Spannungsdifferenz des
Innenwiderstands des elektronischen Unterbrechungselements bestimmbar ist. Die
Ausgleichsströme beim Zuschalten des elektronischen Unterbrechungselements belasten die Kontakte des elektronischen Unterbrechungselements stärker als die mechanischen Belastungen alleine und können für einen verfrühten Ausfall des elektronischen
Unterbrechungselements sorgen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist für das elektronische Unterbrechungselement eine Referenzzahl NmeCh bekannt, die eine Anzahl von Öffnungen und/oder Schließungen des elektronischen Unterbrechungselements angibt. Die Referenzzahl NmeCh gibt herstellerseitig eine Lebensdauer für das elektronische Unterbrechungselement an und ist beispielsweise Datenblättern von elektronischen Unterbrechungselementen, wie Lastschaltern, Relais oder Schützen, entnehmbar. Besonders vorteilhaft ist, wenn der spannungsabhängige Alterungswert Nwear (ΔΙΙ) durch Division der Referenzzahl NmeCh durch eine Zahl Nmake (AU) bestimmt wird, die eine spannungsabhängige Anzahl von Öffnungen und/oder Schließungen des elektronischen Unterbrechungselements angibt. Die Werte von Nmake (AU) können beispielsweise in Form einer berechenbaren funktionalen Abhängigkeit vorliegen oder in Tabellenform, wobei in Tabelle 2 ein Beispiel hierfür dargestellt ist. NmeCh ist in diesem
Beispiel wiederum 1.000.000.
Tabelle 2
Figure imgf000008_0001
Für die beim Schließen zu überbrückende Spannung sind hier beispielhaft fünf Bereiche angegeben, wobei ein erster Bereich bei spannungslosem oder nahezu spannungslosem Schließen zwischen 0 V und 5 V, ein zweiter Bereich für das Schließen zwischen 5 V und über 10 V, ein dritter Bereich für das Schließen zwischen 10 V und 100 V und ein vierter Bereich für das Schließen zwischen 100 V und 400 V definiert werden. In den weiteren
Spalten der Tabelle ist die Anzahl der sicher möglichen Schließungen Nmake (AU) angegeben und der spannungsabhängige Alterungswert Nwear (AU), welcher bei jeder Schließung zu dem Alterungszähler Nwear addiert wird. Es ist klar, dass anstelle von fünf Bereichen ebenso gut weniger oder mehr Bereiche vorgesehen sein können, und dass deren Anzahl und Grenzen das Ergebnis von Praxistests, Berechnungen und/oder Angaben des Herstellers sein können.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird bei der Ermittlung der Zahl Nmake (AU) eine Kapazität eines Kondensators und/oder eine Größe des Widerstand im Stromkreis berücksichtigt. So ist die Belastung eines Unterbrechungselements bei großem Kondensator, beispielsweise bei Kondensatoren mit mehr als 100 F, mehr als 500 F oder mehr als 1 mF und geringem Widerstand deutlich größer, da hohe Ausgleichsströme fließen, beispielsweise kurzzeitige Ströme von einigen hundert Ampere. Durch das Wissen um den tatsächlichen Strom im Moment des Öffnens, die Differenz der Spannungen vor dem Schließen des elektronische Unterbrechungselements und der Kapazität des Kondensators, und damit die Größe des zu erwartenden Ausgleichsstroms, kann die Alterung des elektronischen
Unterbrechungselements für jeden einzelnen Schaltzyklus berechnet werden. Besonders vorteilhaft ist, eine Lebensdauergrenze NEoi_ des elektronischen
Unterbrechungselements zu ermitteln, die so definiert ist, dass zum Zeitpunkt des Erreichens der Lebensdauergrenze das elektronische Unterbrechungselement in der Lage ist, den Stromkreis bei einem gewünschten Strom noch sicher zu öffnen. Die Lebensdauergrenze NEOL wird beispielsweise durch Subtraktion des Alterungswerts Nbreak (lEOLmax), der bei der finalen Öffnung bei einem definierten Stromwert lEoLmax entstehen wird, von der Referenzzahl Nmech, die die herstellerseitige Lebensdauer für das elektronische Unterbrechungselement angibt, bestimmt. Vorteilhaft wird hierdurch sichergestellt, dass das elektronische
Unterbrechungselement nicht vorzeitig ausgetauscht wird und dass es nur solange verwendet wird, solange es in der Lage ist, die betreffende Komponente sicher zu trennen.
Das Verfahren erlaubt jederzeit einzuschätzen, dass das elektronische
Unterbrechungselement auf Grund vorhergehender Schaltspiele in der Lage sein wird, nach dem Zuschalten der Komponente, diese wieder sicher zu trennen. Der Begriff "sicher " bedeutet hier und generell im Rahmen der Erfindung, dass durch Testreihen, Prüfsiegel oder Ähnliches das Verhalten der Komponente erwartbar ist und/oder dass ein Einsatz der Komponente in den angegebenen Grenzen gesetzlich erlaubt ist. Fällt die Entscheidung negativ aus, so kann eine steuernde Software oder beispielsweise ein
Batteriemanagementsystem entscheiden, dass die Komponente gar nicht erst zugeschaltet wird.
Bevorzugt wird in dem Moment, wenn der Alterungszähler Nwear die Lebensdauergrenze NEoi_ des elektronischen Unterbrechungselements erreicht oder überschreitet, eine Aktion ausgelöst. Die Aktion kann beispielsweise eine Fehlermeldung, im Falle eines
Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs eine Anzeige an den Fahrer oder auch die
Ausschaltung der betroffenen Komponente bzw. eine Verhinderung eines Fahrzeugstarts umfassen. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug in einem sogenannten Limp- Home-Modus versetzt wird, in dem beispielsweise die Motordrehzahl begrenzt wird oder es wird bei einem Hybridfahrzeug auf reinen Verbrennungsmotorbetrieb umgestellt. Auf diese Weise wird erreicht, dass das elektronische Unterbrechungselement lediglich im
betriebsfähigen Zustand eingesetzt wird. Das elektronische Unterbrechungselement ist beispielsweise ein Lastschalter, ein Relais oder ein Transistor, bevorzugt ein Leistungsschütz, das insbesondere für eine Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs einsetzbar ist. Besonders vorteilhaft wird das Verfahren bei elektronischen Unterbrechungselementen eingesetzt, die für einen Einsatz bei hohen Strömen, insbesondere bei Strömen größer als 10 A, 20 A oder 50 A ausgelegt sind. In diesen Fällen ist die stromabhängige Abnutzung des Unterbrechungselements besonders zu berücksichtigen. Ein Einsatz des Verfahrens ist besonders bei Batterien geeignet, die in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen eingesetzt werden. Die Anforderungen an diese Batterien umfassen beispielsweise, dass sie zwischen 50 und 600 V Spannung liefern sollten. Beispiele von geeigneten Batterietypen umfassen alle Typen von Lithium-Ionen- Batterien. Die Begriffe "Batterie" und "Batteriesystem" werden in der vorliegenden
Beschreibung dem üblichen Sprachgebrauch angepasst für Akkumulator bzw.
Akkumulatorsystem verwendet.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zur Implementierung einer Einrichtung zur Bestimmung der Alterung eines elektronischen Unterbrechungselements und/oder eines
Batteriemanagementsystems in einem Fahrzeug handeln. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem
permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung oder auf einer entfernbaren CD-Rom, DVD oder einem USB-Stick. Zusätzlich oder alternativ kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung wie etwa auf einem Server zum Herunterladen bereitgestellt werden, z.B. über ein
Datennetzwerk wie das Internet oder eine Kommunikationsverbindung wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Einrichtung zur Bestimmung der Alterung eines elektronischen Unterbrechungselements, das eingerichtet ist, einen
Stromkreis zu öffnen und zu schließen, eine Einrichtung zum Ermitteln des Betrags I eines Stroms, der bei einem Öffnen des Stromkreises durch das elektronische
Unterbrechungselement fließt, eine Einrichtung zum Bestimmen eines stromabhängigen Alterungswerts Nwear (I) aus dem Betrag I des Stroms, der bei einem Öffnen des Stromkreises durch das elektronische Unterbrechungselement fließt und eine Einrichtung zur Akkumulierung der ermittelten stromabhängigen Alterungswerte Nwear (I)-
Nach einer Ausführungsform weist die Einrichtung zur Bestimmung der Alterung des elektronischen Unterbrechungselements eine Einrichtung auf, die den Stromfluss auch dann ermitteln kann, wenn der Strom außerhalb des Messbereichs für den eingebauten
Stromsensor liegt. Das kann derart geschehen, dass eine Einrichtung zur Ermittlung der Spannung einer Spannungsquelle, vorgesehen ist, und die Einrichtung eingerichtet ist, den Betrag I des Stroms, der bei einem Öffnen des Stromkreises durch das elektronische Unterbrechungselement fließt, aus der Spannung über der Spannungsquelle und dem bekannten oder geschätzten Innenwiderstand der Spannungsquelle zu ermitteln.
Vorzugsweise entspricht die Spannungsquelle dem Batteriesystem. Im Falle der
Überschreitung des Messbereichs wird aus dem bekannten Innenwiderstand des
Batteriesystems und der Spannung am Batteriesystem ein (Kurzschluss-)Strom berechnet.
Nach einer Ausführungsform weist die Einrichtung zur Bestimmung der Alterung des elektronischen Unterbrechungselements eine Einrichtung zum Ermitteln des Betrags AU einer Spannung auf, die bei einem Schließen des Stromkreises über dem elektronischen Unterbrechungselement anliegt und eine Einrichtung zum Bestimmen eines
spannungsabhängigen Alterungswerts Nwear (AU) aus dem Betrag AU der Spannung, der bei einem Schließen des Stromkreises über dem elektronischen Unterbrechungselement anliegt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Batteriemanagement eine derartige Einrichtung zur Bestimmung der Alterung eines elektronischen Unterbrechungselements und/oder ist eingerichtet, eines der zuvor beschriebenen Verfahren auszuführen. Das Batteriemanagement kann außerdem dazu eingerichtet sein, den Batteriestrom und die Spannung einzelner Batteriezellen, einzelner Module oder der gesamten Batterie, sowie deren Temperatur zu ermitteln, sowie auch dazu eingerichtet sein, daraus den Ladezustand der Batteriezellen (SOC, State of Charge) den Schädigungszustand der Batteriezellen (SOH, State of Health) und die zulässige Batterieleistung zu ermitteln. Bei Überlastung, bei
Verlassen des SOC-Fensters oder bei Übertemperatur kann das
Batteriemanagementsystem eingerichtet sein, die Batteriezellen durch Abschalten des Systems oder durch Ausgabe einer Abschaltanweisung zu schützen. Es gibt
Systemkonfigurationen, bei denen das Batteriemanagementsystem bei gefährlichen
Zuständen die Batteriezellen über Schütze vom restlichen Bordnetz trennen kann, aber auch weitere Konfigurationen, bei denen das Batteriemanagementsystem nur Leistungsgrenzen ausgibt, während ein anderes Steuergerät über die Schaltung entscheiden muss.
Vorteile der Erfindung
Es wurde erkannt, dass in dem Fall, dass während des Öffnens des elektronischen
Unterbrechungselements ein Strom fließt, die Kontakte stärker belastet werden als bei einer stromlosen Öffnung alleine durch die mechanische Belastung, was zu einem verfrühten Ausfall des elektronischen Unterbrechungselements und damit zu erheblichen
Sicherheitsproblemen in dem Stromkreis führen kann. Mit den Maßnahmen der Erfindung wird vorteilhaft erreicht, dass das elektronische Unterbrechungselement nur dann zugeschaltet werden kann, wenn es den Stromkreis auch wieder sicher öffnen kann, wodurch kritische Situationen vermieden werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 einen Stromkreis mit einem elektronischen Unterbrechungselement, Figur 2 einen Stromkreis mit zwei elektronischen Unterbrechungselementen und
Figur 3 und 4 Diagramme, die die Anzahl sicher möglicher Öffnungen, bzw. Schließungen in Abhängigkeit von Strom und Spannung angeben.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist ein Stromkreis 1 mit einem elektronischen Unterbrechungselement 6 dargestellt, das eingerichtet ist, eine Spannungsquelle 15, beispielsweise eine Batterie, von einer elektrischen Komponente 4 zu trennen. Figur 1 zeigt eine Einrichtung 7 zum Ermitteln des Stroms, der beim Öffnen des Stromkreises durch das elektronische
Unterbrechungselement 6 fließt, welche an eine Einrichtung 8 zum Bestimmen eines stromabhängigen Alterungswerts Nwear (I) aus dem Betrag des Stroms, der beim Öffnen des Stromkreises durch das elektronische Unterbrechungselement 6 fließt, gekoppelt ist. Die Einrichtung 8 zum Bestimmen des stromabhängigen Alterungswerts Nwear (I) kann
beispielsweise eine Komponente eines Batteriemanagementsystems 9 sein. Die Einrichtung 8 zur Bestimmung des stromabhängigen Alterungswerts Nwear (Δυ) ist mit einer Einrichtung 12 zum Auffrischen eines Alterungszählers Nwear verbunden, die im dargestellten
Ausführungsbeispiel ebenfalls eine Komponente des Batteriemanagementsystems 9 ist.
Weiterhin weist die Einrichtung zur Bestimmung der Alterung des elektronischen
Unterbrechungselements 6 eine Einrichtung 1 3 zur Ermittlung einer Lebensdauergrenze NEOL des elektronischen Unterbrechungselements 6 auf. Die Einrichtung 13 zur Ermittlung der Lebensdauergrenze NEoi_ des elektronischen Unterbrechungselements 6 ist eingerichtet, durch Subtraktion eines Alterungswerts Nbreak (lEoi_max) von einer Referenzzahl NmeCh die Lebensdauer für das elektronische Unterbrechungselement 6 so anzugeben, dass eine finale Öffnung bei einem definierten Stromwert lEoi_max durchführbar ist. Eine weitere Einrichtung 14, die von der Einrichtung 13 zur Ermittlung der Lebensdauergrenze NEoi_ und von der
Einrichtung 12 zum Auffrischen eines Alterungszählers Nwear Daten und/oder Messwerte empfängt, ist eingerichtet, eine Aktion auszulösen, wenn der Alterungszähler Nwear die Lebensdauergrenze NEoi_ überschreitet. Die Aktion kann beispielsweise ein Absetzen einer Fehlermeldung, eine Anzeige an den Fahrer eines Fahrzeugs, eine Ausschaltung der betroffenen Komponente bzw. eine Verhinderung eines Fahrzeugstarts oder einen Limp- Home-Betriebszustand des Fahrzeugs umfassen.
Figur 1 zeigt außerdem eine Einrichtung 1 6 zur Ermittlung einer Spannung über der
Spannungsquelle 1 5, die Daten und/oder Messwerte der Einrichtung 8 zur Ermittlung des Stroms bereitstellt. Die Einrichtung 8 ist gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform eingerichtet, aus dem Spannungsverlauf an der Spannungsquelle 1 5 den Stromfluss auch dann zu ermitteln, wenn der Strom außerhalb des Messbereichs der Einrichtung 7 zum Ermitteln des Stroms liegt. Im Falle einer Überschreitung des Messbereichs der Einrichtung 7 berechnet die Einrichtung 8 aus dem bekannten Innenwiderstand des Batteriesystems und der Spannung über der Spannungsquelle 1 5 den Strom.
In Figur 2 ist eine Vorladeschaltung für eine elektrische Komponente 4 dargestellt. Der Stromkreis 1 weist neben dem in Figur 1 dargestellten ersten Unterbrechungselement 6 ein weiteres elektronisches Unterbrechungselement 2 auf. Die Schaltung umfasst außerdem einen Vorladewiderstand 3 und einen Kondensator 5. Zum Schließen der Verbindung zwischen der Komponente 4 und der Spannungsquelle 15 wird zuerst das Element 2 geschlossen und der Kondensator 5 über den Vorladewiderstand 3 mit einem geringen Strom auf das gleiche Spannungsniveau gebracht. Dann kann das Element 6 die Verbindung niederohmig herstellen. Zum Trennen der Verbindung zwischen der Komponente 4 und der Spannungsquelle 15 reduziert die elektrische Komponente 4 üblicherweise ihre
Stromaufnahme auf ein Minimum, woraufhin das elektronische Unterbrechungselement 6 öffnet. Im Betrieb ist es nicht immer möglich, den Kondensator 5 komplett auf die Spannung vorzuladen, bevor das elektronische Unterbrechungselement 6 schließt oder den Strom auf ein Minimum, idealerweise 0 A, zu bringen, bevor das elektronische Unterbrechungselement 6 öffnet.
Daher weist die in Figur 2 dargestellte elektronische Schaltung mit der Einrichtung zur Bestimmung der Alterung des elektronischen Unterbrechungselements 6 außerdem eine Einrichtung 10 zum Bestimmen des Betrags AU einer Spannungsdifferenz auf, die beim
Schließen des Stromkreises über dem elektronischen Unterbrechungselements anliegt. Die Einrichtung 10 zum Bestimmen des Betrags AU der Spannungsdifferenz ist an eine
Einrichtung 1 1 zum Bestimmen eines spannungsabhängigen Alterungswerts Nwear (AU) gekoppelt, welcher aus dem Betrag AU der Spannungsdifferenz, die beim Schließen des Stromkreises über dem elektronischen Unterbrechungselement anliegt, den
spannungsabhängigen Alterungswert Nwear (AU) ermittelt. Die Einrichtung 1 1 zur
Bestimmung des spannungsabhängigen Alterungswerts Nwear (AU) ist mit der Einrichtung 12 zum Auffrischen des Alterungszählers Nwear verbunden und stellt dieser Daten und/oder Messwerte bereit.
Wie in Figur 1 ist wiederum die Einrichtung 7 zum Ermitteln des Stroms, der beim Öffnen des Stromkreises durch das elektronische Unterbrechungselement 6 fließt, vorhanden, welche an die Einrichtung 8 zum Bestimmen des stromabhängigen Alterungswerts Nwear (I) aus dem Betrag des Stroms, der beim Öffnen des Stromkreises durch das elektronische
Unterbrechungselement 6 fließt, gekoppelt ist. Die Einrichtung 8 zum Bestimmen des stromabhängigen Alterungswerts Nwear (I) kann eine Komponente des
Batteriemanagementsystems 9 sein. Die Einrichtung 8 zur Bestimmung des
stromabhängigen Alterungswerts Nwear (AU) ist mit der Einrichtung 12 zum Auffrischen eines Alterungszählers Nwear verbunden, verbunden und stellt dieser Daten und/oder Messwerte bereit. Weiterhin weist die Einrichtung zur Bestimmung der Alterung des elektronischen Unterbrechungselements 6 die Einrichtung 13 zur Ermittlung der Lebensdauergrenze des elektronischen Unterbrechungselements 6 auf, sowie die weitere Einrichtung 14 zur
Auslösung der Aktion, wenn der Alterungszähler Nwear die Lebensdauergrenze NEoi_ überschreitet.
Die dargestellte Ausführungsform kann wiederum vorteilhaft die mit Bezug zu Figur 1 beschriebene Einrichtung 16 zur Ermittlung der Spannung über der Batterie 15 aufweisen, was nicht mit dargestellt ist. Die Einrichtung 8 ist in derartigen Ausführungsformen wiederum eingerichtet, aus dem Spannungsverlauf am Batteriesystem den Stromfluss zu ermitteln, wenn der Strom außerhalb des Messbereichs der Einrichtung 7 zum Ermitteln des Stroms liegt. In Figuren 3 und 4 sind auf doppellogarithmischem Papier Abhängigkeiten dargestellt, die den in Tabellen 1 und 2 angegebenen Werten entsprechen. Die ausgewählten Datenpunkte sind wiederum beispielhaft zu verstehen. Derartige Diagramme können zur Bereitstellung von funktionalen Abhängigkeiten dienen, indem beispielsweise die angegebenen Punkte geeignet interpoliert werden, beispielsweise stufenförmig oder auch linear. Ein korrekter funktionaler Zusammenhang kann auch das Ergebnis von Testreihen sein. Die angegebenen Datenpunkte können beispielsweise einem Datenblatt eines Leistungsschützes entnommen sein, beispielsweise eines Leistungsschützes, das für eine 400 V HV-Spannung ausgelegt sein soll. Das Verfahren wird an einem kurzen Rechenbeispiel verdeutlicht, wobei dem
Rechenbeispiel das funktionale Verhältnis von Nwear (I) und Nwear (Δυ) gemäß Figuren 3 und 4, bzw. Tabellen 1 und 2 zugrunde gelegt werden soll. Wenn das elektronische
Unterbrechungselement zum Lebensende beispielsweise bei einem Strom von 1.600 A öffnen soll, bedeutet das laut Figur 3, dass nur zwei Unterbrechungen bei solch hohem Stromfluss sicher möglich sind. Die Referenzzahl NmeCh ist im gewählten Beispiel 1 .000.000, was in Figuren 3 und 4 anhand der Werte bei I = 0 A bzw. AU = 0 V ablesen lässt.
Der Quotient aus NmeCh und Nbreak (IEOU™*) ergibt Nwear (lEoLmax),
Figure imgf000016_0001
Die Lebensdauer ergibt sich somit als
NE0L = Nmech - Nwear (1.600 ) = 500.000 .
Während des Betriebs des elektronischen Unterbrechungselements kann es beispielsweise zu folgenden Ereignissen kommen:
Öffnung 40.000 Mal bei I = 0 A 40.000 X NWear (0 A) = 40.000
Schließen 40.000 Mal bei AU = 0 V 40.000 X NWear (0 V) = 0
Öffnen 1 .000 Mal bei I = 20 A 1 .000 X Nwear (20 A) = 1 00.000
Schließen 1.000 Mal bei AU = 5 V 1 .000 X Nwear (5 V) = 1 0.000
Öffnen 2 Mal bei I = 500 A 2 X Nwear (500 A) = 250.000
Schließend Mal bei AU = 400 V 1 0 X Nwear (400 V) = 1 00.000
Summe: Nwear = 500.000.
In dem Rechenbeispiel wurde das Lebensende NEoi_ erreicht, sodass eine Aktion ausgeführt wird.
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.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung der Alterung eines elektronischen Unterbrechungselements (6), das eingerichtet ist, einen Stromkreis zu öffnen und zu schließen, mit den folgenden Schritten: a) Initialisieren eines Alterungszählers Nwear,
b) Bestimmen des Betrags I eines Stroms, der bei einem Öffnen des
Stromkreises durch das elektronische Unterbrechungselement (6) fließt, c) Bestimmen eines stromabhängigen Alterungswerts Nwear (I) aus dem Betrag I des Stroms,
d) Auffrischen des Alterungszählers Nwear unter Verwendung des
stromabhängigen Alterungswerts Nwear (I)-
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für das elektronische
Unterbrechungselement (6) eine Referenzzahl NmeCh bekannt ist, die eine Anzahl von Öffnungen und/oder Schließungen des elektronischen Unterbrechungselements (6) angibt und der stromabhängige Alterungswert Nwear (I) durch eine Division der
Referenzzahl NmeCh durch eine Zahl Nbreak (I) ermittelt wird, die eine stromabhängige Anzahl von Öffnungen und/oder Schließungen des elektronischen
Unterbrechungselements (6) angibt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend die
Schritte: e) Bestimmen des Betrages AU einer Spannungsdifferenz, die bei einem
Schließen des Stromkreises über dem elektronischen Unterbrechungselement (6) anliegt,
f) Bestimmen eines spannungsabhängigen Alterungswerts Nwear (AU) aus dem Betrag AU der Spannungsdifferenz, g) Auffrischen des Alterungszählers Nwear unter Verwendung des spannungsabhängigen Alterungswertes Nwear (ΔΙΙ).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das elektronische Unterbrechungselement (6) eine Referenzzahl NmeCh bekannt ist, die eine Anzahl von Öffnungen und/oder Schließungen des elektronischen Unterbrechungselements (6) angibt und der spannungsabhängige Alterungswert Nwear (Δυ) durch Division der Referenzzahl NmeCh durch eine Zahl Nmake (AU) bestimmt wird, die eine
spannungsabhängige Anzahl von Öffnungen und/oder Schließungen des elektronischen Unterbrechungselements (6) angibt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Zahl Nmake (AU) die Kapazität eines Kondensators (5) und die Größe eines Widerstands (3) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lebensdauergrenze des elektronischen Unterbrechungselements (6) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Moment, wenn der Alterungszähler Nwear die Lebensdauergrenze des elektronischen
Unterbrechungselements (6) erreicht oder überschreitet, eine Aktion ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Unterbrechungselement (6) ein Leistungsschütz ist, insbesondere für eine Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs.
Computerprogramm zur Ausführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird.
0. Einrichtung zur Bestimmung der Alterung eines elektronischen Unterbrechungselements (6), das eingerichtet ist, einen Stromkreis zu öffnen und zu schließen, umfassend eine Einrichtung (3) zum Ermitteln des Betrags I eines Stroms, der bei einem Öffnen des Stromkreises durch das elektronische Unterbrechungselement (6) fließt, und mit einer Einrichtung (8) zum Bestimmen eines stromabhängigen Alterungswerts Nwear (I) aus dem Betrag I des Stroms, der bei einem Öffnen des Stromkreises durch das elektronische Unterbrechungselement (6) fließt, und mit einer Einrichtung zur Akkumulierung der ermittelten stromabhängigen Alterungswerte Nwear (I)-
Einrichtung nach Anspruch 10 mit einer Einrichtung (16) zur Ermittlung der Spannung einer Spannungsquelle (15), wobei die Einrichtung (8) eingerichtet ist, den Betrag I des Stroms, der bei einem Öffnen des Stromkreises durch das elektronische
Unterbrechungselement (6) fließt, aus der Spannung über der Spannungsquelle (15) und dem Innenwiderstand der Spannungsquelle (15) zu ermitteln.
Batteriemanagementsystem (9) mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Alterung eines elektronischen Unterbrechungselements (6) nach Anspruch 10 oder 1 1 und/oder welches eingerichtet ist, eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -8
auszuführen.
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