WO2017108556A1 - Verfahren zum betrieb eines elektromotorischen kältemittelverdichters - Google Patents

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WO2017108556A1
WO2017108556A1 PCT/EP2016/081111 EP2016081111W WO2017108556A1 WO 2017108556 A1 WO2017108556 A1 WO 2017108556A1 EP 2016081111 W EP2016081111 W EP 2016081111W WO 2017108556 A1 WO2017108556 A1 WO 2017108556A1
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temperature
refrigerant
power semiconductor
refrigerant compressor
electric motor
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PCT/EP2016/081111
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Hans-Joachim Schröder
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Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3225—Cooling devices using compression characterised by safety arrangements, e.g. compressor anti-seizure means or by signalling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/42—Circuits effecting compensation of thermal inertia; Circuits for predicting the stationary value of a temperature
    • G01K7/427—Temperature calculation based on spatial modeling, e.g. spatial inter- or extrapolation
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3286—Constructional features
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2201/00—Application of thermometers in air-conditioning systems
    • G01K2201/02—Application of thermometers in air-conditioning systems in vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an electromotive refrigerant compressor of a motor vehicle and to an electromotive refrigerant compressor of a motor vehicle, which comprises a power semiconductor.
  • Power semiconductors here are understood to be a semiconductor, in particular a semiconductor switch, which can carry an electrical current of at least 1 A.
  • the invention further relates to the use of an electromotive refrigerant compressor and a motor vehicle having a refrigerant circuit comprising an electromotive refrigerant compressor.
  • the air conditioning system has a refrigerant circuit, which comprises a refrigerant compressor, downstream of a condenser and this fluidly downstream of an evaporator. This is fluidly connected downstream of another heat exchanger, which is in thermal contact with a fan line leading into the interior of the motor vehicle, or with any energy cells of the high-voltage energy storage.
  • the refrigeration cycle is filled with a refrigerant, such as R134a, R1234yf or C02.
  • a pressure of the refrigerant is increased by means of the refrigerant compressor, which leads to an increase in the temperature of the refrigerant.
  • This is conducted to the condenser, which is in thermal contact with an environment of the motor vehicle.
  • a temperature reduction of the refrigerant which is in turn relaxed in the downstream evaporator to the original pressure, which is why the temperature of the refrigerant is further reduced.
  • the downstream heat exchanger is transferred from the thermally contacted with the heat exchanger component thermal energy to the refrigerant, resulting in a cooling of the component and heating of the refrigerant.
  • the heated refrigerant is again supplied to the refrigerant compressor for closing the refrigerant cycle.
  • the refrigerant compressor is usually driven by a belt drive from an internal combustion engine of the motor vehicle and has a compressor head, which is for example a scroll compressor head. If the air conditioning system is a component of a motor vehicle that does not include an internal combustion engine, the refrigerant compressor has an electric motor, by means of which the compressor head is driven.
  • the rotational speed of the drive and thus the cooling capacity of the air conditioner is adjusted based on a temperature setting of a user of the motor vehicle or a realized temperature of the high-voltage battery.
  • the invention has for its object to provide a particularly suitable method for operating an electromotive refrigerant compressor of a motor vehicle and an electromotive refrigerant compressor of a motor vehicle and a particularly suitable motor vehicle with an electromotive refrigerant compressor, in particular increases security and preferably manufacturing costs are reduced.
  • the method is used to operate an electromotive refrigerant compressor, which consequently comprises an electric motor drive with an electric motor.
  • the Electromotive refrigerant compressor is in particular a component of a refrigerant circuit of the motor vehicle, by means of which, for example, a temperature of the interior of the motor vehicle and / or a cooling of an energy storage of the motor vehicle.
  • the electromotive refrigerant compressor comprises a compressor head, for example a scroll compressor.
  • a refrigerant is compressed by means of the electromotive refrigerant compressor, in particular a chemical refrigerant such as R134a or R1234yf.
  • C02 is used as the refrigerant.
  • the electric motor is particularly preferably a brushless electric motor, preferably a brushless DC motor (BLDC).
  • the electromotive refrigerant compressor comprises a power semiconductor, in particular a power semiconductor switch.
  • the power semiconductor is in this case provided and configured to carry an electrical current of at least 1A, 2A, 5A or 10A, preferably to switch.
  • current is supplied to the electric motor by means of the power semiconductor, for which, in particular, pulse width modulation takes place by means of the power semiconductor switch.
  • a PWM signal is output by means of the power semiconductor switch, which is preferably fed into a coil winding of the electric motor, in particular a stator of the electric motor.
  • the power semiconductor is subjected to a PWM control of a driver circuit, in dependence of which the power semiconductor switch is set from an electrically conductive to an electrically non-conductive state.
  • the electromotive refrigerant compressor in particular comprises an electronic converter, which is fed, for example, from a DC voltage network.
  • the converter preferably has a power output stage, which comprises the power semiconductor switch, in particular a number thereof.
  • the power semiconductor switches can switch the required electric power for the required performance of the electric motor used.
  • the power semiconductor switches are provided and configured to be capable of switching an electric current that corresponds to the current required for the phase windings of the electric motor being used.
  • an electrical voltage which is intended for the intended voltage range of the supply of the compressor.
  • These can be voltages from a few volts to about 1000V.
  • the electrical voltage is 12V, 24V or 48V.
  • the electric refrigerant compressor is electrically contacted with an electrical system of the motor vehicle, which leads, for example, an electrical voltage of 12V, 24V or 48V.
  • the voltage applied to the power semiconductor switch or having the electrical system is 288V, 450V, 650V or 830V.
  • the method provides that in a first step, a first temperature of the power semiconductor is measured, for which a temperature sensor is used in particular.
  • a temperature sensor is used in particular.
  • the heat radiation of the power semiconductor is detected.
  • a second temperature of the power semiconductor is determined.
  • a time offset between the first and the second operation is less than or equal to 30 seconds, 20 seconds, 10 seconds or 1 second.
  • the second temperature is determined on the basis of a theoretical model of the electromotive refrigerant compressor, in particular of the electric motor, for which, for example, an electrical voltage applied to the power semiconductor, an operating time of the power semiconductor and / or an electric current carried by the power semiconductor is used for the determination.
  • a thermal model of the electromechanical structure and / or an information about an expected speed available via the control of the electromotive refrigerant compressor is used for the determination.
  • the information enables a model-based, in particular in connection with a detected, in particular measured, characteristic of the electric current and / or the electrical voltage Statement about the expected performance and the anticipated second temperature.
  • the number of switching operations performed by means of the power semiconductor switch is used.
  • a power loss of the power semiconductor is used to determine the second temperature.
  • the second temperature is determined using a map or a formula.
  • a difference between the first temperature and the second temperature is determined.
  • the deviation of the second temperature is determined to the first temperature, for which the second temperature is subtracted from the first temperature.
  • the difference is determined with a sign, so that the difference is greater than zero (0), if the second temperature is less than the first temperature.
  • the difference is determined without sign, that is to say the amount of the deviation between the two temperatures is determined, and thus in particular a target corridor of an expected value for the first temperature is determined. In this way, any malfunction within the refrigerant circuit can also be detected.
  • an error is detected if the difference is greater than a first limit.
  • the method is thus made possible to identify a fault of the mechanical components before a total failure of the electromotive refrigerant compressor takes place. It also makes it possible to avoid overloading, which increases safety.
  • the method of operation is also used for other ancillary components of the motor vehicle, for example an electromotive seat adjustment or a radiator fan, for which the theoretical model is adjusted accordingly.
  • the invention is independent of the specific use within a refrigerant compressor.
  • the first limit value is determined on the basis of the current calculated model.
  • the first limit is 0 ° C.
  • an error is detected if the second temperature does not exactly correspond to the first temperature.
  • the first limit is always positive.
  • a cooling of the power semiconductor for example due to an energy transfer to a conveyed by means of the electromotive refrigerant compressor refrigerant due to an otherwise dissipation of thermal energy is not considered.
  • the first limit is greater than or equal to 2 ° C, 5 ° C or 10 ° C.
  • the first limit value short-term temperature fluctuations and / or a reduced / delayed heat conduction of components of the electromotive refrigerant compressor are taken into account.
  • the first limit is less than or equal to 20 ° C, which is why excessive heating of the electric motor due to a malfunction is excluded, which could otherwise lead to thermal failure, for example, the power semiconductor or the temperature sensor.
  • the second temperature is determined at a different time than the first temperature. In this way, a reduced / delayed heat conduction of components of the electromotive refrigerant compressor is taken into account.
  • the comparison is delayed in time. For example, the comparison is carried out not only by adding a suitable tolerance compensation, in particular by adjusting the first limit, but is also evaluated delayed in time.
  • a power of the electric motor is reduced when the first temperature is greater than a second threshold.
  • a speed and / or torque of the electric motor is expediently reduced, in particular the maximum power of the electric motor is reduced to a reduced power and consequently limited.
  • the second limit is less than or equal to the specification-related temperature limit for the used Power semiconductors.
  • the second limit is less than or equal to 140 ° C, 130 ° C, 120 C or 100 ° C. In this way, thermal damage of the power semiconductor or other components of the electromotive refrigerant compressor due to an elevated temperature is substantially excluded. Since the directly measured first temperature is used for this, a susceptibility to errors is reduced.
  • the power is reduced by a suitable amount, in particular to at least half.
  • the power is reduced to zero (0) and thus the electric motor is stopped, at least until the first temperature is below the second threshold, preferably below the second threshold minus a suitable safety margin, such as 10 ° C, 20 ° C or 5 ° C is.
  • a temperature of the conveyed by means of the electric motor refrigerant is determined.
  • the difference between the first temperature and the second temperature is used for this purpose.
  • Due to the refrigerant there is a supply or discharge of thermal energy to the power semiconductor, in particular via a housing of the refrigerant compressor.
  • the thermal energy supplied or discharged by means of the refrigerant can be determined.
  • Based on the volume of refrigerant conveyed by means of the electromotive refrigerant compressor it is thus possible to determine the temperature of the refrigerant at least in a specific region of the electromotive refrigerant compressor.
  • the determination of the temperature of the refrigerant based on the first temperature and the second temperature, and in particular on the basis of a thermal model of the electromotive refrigerant compressor, preferably the electric motor, is independent of the detection of the error and is considered rather as an independent invention.
  • an error is detected if the temperature of the pumped refrigerant is greater than a third threshold.
  • the third limit value is matched to the electromotive refrigerant compressor and its application. If, therefore, by means of the refrigerant compressor or other components of the refrigerant circuit is no longer sufficient cooling, the error is detected. Consequently, an error is detected even before a thermal failure due to a lack of cooling, which further increases security.
  • the gradient of the difference is determined.
  • the first temperature is measured several times at time intervals, which are preferably the same, and compared with a respective associated second temperature, which is determined based on the theoretical model, for example, calculated to form a difference in each case. If the change in the difference within a defined number of time intervals within which the difference was respectively determined, ie within which, for example, the measurement and model-based determination of the two temperatures has been made, exceeds a fourth limit value, e.g. is suitably selected, and in particular a speed value in temperature per time, for example, the error is also detected, and preferably there is a power reduction or a shutdown of the electric motor.
  • a fourth limit value e.g. is suitably selected, and in particular a speed value in temperature per time, for example, the error is also detected, and preferably there is a power reduction or a shutdown of the electric motor.
  • the power of the electric motor is reduced if an error is detected.
  • the power is set at 75%, 50% or 25% of the nominal reduced.
  • the electric motor is stopped if an error is detected.
  • a warning is issued when the error is detected.
  • this is output on a display of the motor vehicle, so that a driver of the motor vehicle is informed about the error.
  • the driver can also respond to a failure of a cooling capacity of the electromotive refrigerant compressor and any refrigeration circuit connected thereto.
  • the electromotive refrigerant compressor is part of a motor vehicle and includes an electric motor drive.
  • the electromotive drive has an electric motor, which is, for example, a brushless DC motor (BLDC).
  • BLDC brushless DC motor
  • the electromotive refrigerant compressor is electrically contacted with an electrical system of the motor vehicle and / or operated with an electrical voltage of a few volts up to 1000V, in particular with an electrical voltage of 12V, 24V, 48V, 288V, 450V, 650V or 830V.
  • a refrigerant is compressed during operation.
  • the refrigerant is, for example, a chemical refrigerant such as R134a or R1234yf.
  • the refrigerant is C02.
  • the refrigerant compressor is designed such that by means of which the respective refrigerant can be compressed, for example, an increase in pressure between 5bar and 20bar.
  • the refrigerant compressor is in particular a component of a refrigeration cycle which, for example, serves to air-conditioning an interior space or to cool an energy store of the motor vehicle, such as a high-voltage battery.
  • the electromotive refrigerant compressor has a power semiconductor, in particular a power semiconductor switch.
  • the power semiconductor is provided and arranged to switch an electric current with a current of at least 1A, 2A, 5A or 10A.
  • the power semiconductor is preferred example, a field effect transistor (FET) or IGBT.
  • FET field effect transistor
  • the electromotive refrigerant compressor preferably has an electronic converter, which is fed from a DC voltage network.
  • the converter has a power output stage which in particular comprises the power semiconductor, preferably a number of such power semiconductors.
  • the power semiconductor or semiconductors can in particular switch the currents required for the required power supply of the electric motor used.
  • the power semiconductor for which purpose preferably one terminal of the power semiconductor is electrically contacted with a winding of a stator of the electric motor.
  • the power semiconductor is preferably a component of an output stage and / or is contacted with an electrical (DC link) capacitor.
  • the electromotive refrigerant compressor comprises a number of such power semiconductors, which are electrically interconnected in a bridge circuit, for example a B6 circuit.
  • the electromotive refrigerant compressor further includes a temperature sensor thermally coupled to the power semiconductor.
  • the temperature sensor is mechanically directly to the power semiconductor or is coupled by means of a thermal paste or a heat pad with the power semiconductor, and / or it is measured in the eventual switching pauses the forward voltage of any freewheeling diode of the power semiconductor, which is a measure of the present on the power semiconductor first Temperature represents.
  • the electromotive refrigerant compressor comprises a printed circuit board with the power semiconductor, and with the temperature sensor, which simplifies manufacture and positioning.
  • the electromotive refrigerant compressor is operated according to a method in which a first temperature of the power semiconductor is measured, in particular by means of the temperature sensor.
  • a second temperature of the power semiconductor is determined based on a theoretical model of the electromotive refrigerant compressor, for example, based on a theoretical model whose electric motor, in particular an operating time, an applied electrical voltage, a switched electric current and / or a number of switching operations is used.
  • a difference between the first Temperature and the second temperature is determined and / or the gradient of the difference exceeds a fourth limit. An error is detected if the difference is greater than a first limit.
  • the electromotive refrigerant compressor is suitable, and in particular provided and arranged to perform the method and in particular operated in such a way that the method is performed.
  • the electromotive refrigerant compressor is signal technically coupled to a bus system, in particular a LIN or CAN bus.
  • a bus system in particular a LIN or CAN bus.
  • an error is output via the BUS system.
  • the method is provided in particular for other ancillary components of the motor vehicle.
  • the electromotive refrigerant compressor comprises a number of cupboardhalbeitern, which are in particular connected in parallel.
  • the procedurehalbeiter are in this case thermally coupled to the same temperature sensor, wherein by means of the supervisehalbeiter and the temperature sensor, a switching group is formed. Consequently, an average value of the temperature of the power semiconductor is measured by means of the temperature sensor.
  • the electromotive refrigerant compressor comprises a number of switching groups, each having a temperature sensor, wherein the switching groups are electrically contacted in a bridge circuit with each other.
  • a complete bridge branch comprises only one of the switching groups.
  • An electromotive refrigerant compressor of a motor vehicle having a power semiconductor thermally coupled to a temperature sensor is used to perform a method in which a first temperature of the power semiconductor is measured, particularly by means of the temperature sensor.
  • a second temperature of the power semiconductor is determined based on a theoretical model of the electromotive refrigerant compressor, suitably its electric motor determined, this being used in particular an operating time, an applied electrical voltage, a switched electric current and / or a number of switching operations.
  • a difference between the first temperature and the second temperature is determined.
  • An error is detected when the difference is greater than a first threshold and / or the gradient of the difference exceeds a fourth threshold.
  • the motor vehicle comprises a refrigerant circuit with an (air) condenser, as well as with an evaporator, and with an electromotive refrigerant compressor, which has a power semiconductor thermally coupled to a temperature sensor.
  • the electromotive refrigerant compressor is operated according to a method in which a first temperature of the power semiconductor is measured, in particular by means of the temperature sensor.
  • a second temperature of the power semiconductor is determined on the basis of a theoretical model of the electromotive refrigerant compressor, such as a theoretical model whose electric motor, in which case in particular an operating period, an applied electrical voltage, a switched electric current and / or a number of switching operations is used.
  • a difference between the first temperature and the second temperature is determined. An error is detected if the difference is greater than a first limit.
  • the condenser is fluidly connected between the electromotive refrigerant compressor and the evaporator.
  • the refrigerant circuit comprises a further heat exchanger, which is connected between the evaporator and the electromotive refrigerant compressor, and which is preferably thermally contacted with another component of the motor vehicle, such as a blower line of an air conditioner or an energy storage, such as a high-voltage storage.
  • the refrigerant circuit is in particular filled with a refrigerant, for example a chemical refrigerant, such as R134a, R1234yf, or with CO 2.
  • a pressure of the refrigerant is increased, which is subsequently passed to the condenser, which is preferably in thermal Contact with an environment of the motor vehicle is.
  • a temperature equalization of the refrigerant to the ambient temperature or at least a decrease in the temperature of the refrigerant is provided.
  • the refrigerant With the downstream evaporator, the refrigerant is expanded, which is why the temperature of the refrigerant is further reduced.
  • the downstream further heat exchanger is transferred from the thermally contacted with the other heat exchanger component thermal energy to the refrigerant, resulting in a cooling of the component and heating of the refrigerant.
  • the heated refrigerant is preferably supplied again to the refrigerant compressor for closing the refrigerant circuit.
  • FIG. 1 shows schematically a motor vehicle with a refrigerant compressor
  • Fig. 3 is a plan view of a circuit board and another circuit board of
  • Refrigerant compressor with a number of power semiconductors and temperature sensors, and
  • FIG. 4 shows a method for operating the refrigerant compressor.
  • Fig. 1 is a simplified simplified representation of a motor vehicle 2 with two front wheels 4 and two rear wheels 6. At least two of the wheels 4, 6 are driven by means of a main drive not shown in detail, for example a combustion engine, an electric motor or a combination thereof.
  • the motor vehicle 2 comprises a refrigerant circuit 8, which is part of an air conditioning system.
  • the refrigerant circuit 8 is filled with a refrigerant 10, for example, C02, R1234yf or R134a.
  • eKMV electromotive refrigerant compressor
  • the refrigerant 10 is compressed and fed to a fluid-technically downstream capacitor 14, which is acted upon by ambient air, which leads to a decrease in temperature of the refrigerant 10.
  • the pressure and thus the temperature of the refrigerant 10 is lowered by means of a downstream evaporator 16, which comprises a further heat exchanger, not shown, which is thermally coupled to a fan line of the air conditioner.
  • the fan line promotes cooled air in an interior of the motor vehicle 2 as a function of a user setting.
  • the electromotive refrigerant compressor 12 is signal-coupled by means of a bus system 18, which is a CAN bus system or a Lin bus system, to a motor vehicle controller 20, such as an on-board computer.
  • a vehicle electrical system 22 which carries the respective electrical voltage, for example 48 V, and is fed by means of a battery 24, the electromotive refrigerant compressor 12 is energized.
  • the electrical system 22 further includes a safety device 26, by means of which an electric current flow between the battery 24 and the refrigerant compressor 12 can be prevented.
  • the securing device 26 for example, a load and / or circuit breaker.
  • the safety device 26 is connected by means of the bus system 18 or otherwise signal technology with the motor vehicle control 20 so that actuated by means of the motor vehicle control 20 of the load or circuit breaker and thus the electric current flow can be prevented.
  • the electric motor 30 has a cylindrical rotor 32 which is surrounded on the circumference by means of a hollow cylindrical stator 34.
  • the rotor 32 comprises a number of permanent magnets and is rotatably mounted about the axis of rotation 28 by means of a shaft 36.
  • a compressor head 38 On the shaft 36 is ITAdrow a compressor head 38 rotatably connected, for example, a scroll compressor.
  • the stator 34 is energized by means of an electronics 40 which is connected to the bus system 18 and the vehicle electrical system 22.
  • the electric motor 30, the compressor head 38 and the electronics 40 are arranged in a housing 42 made of an aluminum die cast, which has a substantially hollow cylindrical shape and is concentric with the axis of rotation 28.
  • the housing 42 comprises an inlet 44 via which the refrigerant 10 enters the housing 42 and is sucked along the electric motor 30 to the compressor head 38, by means of which an increase in pressure takes place.
  • the compressed by means of the compressor head 38 refrigerant 10 is conveyed by means of a drain 46 from the housing 34.
  • the housing 42 comprises a partition wall 48, by means of which an electronics housing 50 is separated from the portion of the housing 42 through which the refrigerant 10 flows. Within the electronics housing 50, the electronics 40 is arranged.
  • the partition wall 48 has a via 52, which is pressure-tight, and via which the energization of the stator 34 takes place.
  • the electronics housing 50 comprises a housing made of a metal housing cover 54 which is releasably secured by screws to other components of the electronics housing 50, and which closes an opening of the electronics housing 50 ,
  • the electronics 40 is shown in a plan view.
  • the electronics 40 has a printed circuit board 56 and a further printed circuit board 58, which, as shown in Fig. 2, in the axial direction, ie parallel to the axis of rotation 28, are arranged one above the other.
  • the circuit board 56 is arranged parallel to the partition wall 48 and the housing cover 54, as well as the other circuit board 58. In this case, the circuit board 56 between the other circuit board 58 and the partition 48 is arranged.
  • the two circuit boards 56, 58 shown offset in the radial direction.
  • the further printed circuit board 58 has a bus interface 60, to which the bus system 18 is connected.
  • the bus interface 60 With the bus interface 60 is a microprocessor 62 of further printed circuit board 58 signal coupled, which has a drive circuit 64 for power semiconductor switch 66 of the circuit board 56.
  • the power semiconductors 66 are power semiconductor switches, wherein in each case four power semiconductor switches 66, which are designed as a field-effect transistor (FET), are combined to form a switching group 70. In total, six switching groups 70 are formed here.
  • the circuit board 56 has forty-eight power semiconductor switches 66, by means of which an electric current of up to 5A or more can be switched.
  • the printed circuit board 56 has a power connection 72 to which the electrical system 22 is connected.
  • the semiconductor switch 66 thus provided by means of the electrical system 22 current flow for energizing the status 34 is switched, wherein the individual switching groups 70 are contacted in a bridge circuit with each other electrically.
  • the switching groups 70 By means of the switching groups 70, a pulse-width-modulated voltage or current signal for the stator 34 is thus provided.
  • the power semiconductors 66 of the groups of scarfs 70 are connected in parallel to each other, but at least two of the power semiconductor switches 66 of each of the switching groups 70 are connected in parallel to each other, wherein by means of the remaining two power semiconductor switch 66 in particular the remaining part of a bridge branch is formed. In other words, in this case, by means of the power semiconductors 66 of each switching group 70, a bridge branch of a bridge circuit is formed.
  • Each switching group 70 further includes a temperature sensor 74 thermally coupled to all the semiconductor switches 66 of the respective switching group 70. As a result, by means of the temperature sensor 74, it is possible to measure the average temperature of the switching group 70.
  • the components of each switching group 70 are thermally contacted with each other by means of a thermal paste or a heat pad.
  • Each of the switching groups 70 further includes, for example, a capacitor not shown in more detail or is contacted with this electrically.
  • FIG. 4 shows a method 76 for operating the electromotive refrigerant compressor 12, which is carried out in particular by means of the microprocessor 62.
  • a first temperature 80 is measured by means of one of the temperature sensors 74.
  • the first temperature 80 is substantially equal to the temperature of one of the power semiconductor switch 66 of the switching group 70 and the average temperature of all power semiconductor switch 66 just this switching group 70.
  • a second temperature 84 is just this power semiconductor switch 66th determines what a theoretical model of the electromotive refrigerant compressor 12 is used for.
  • heating of the semiconductor switch 66 or of the switching group 70 is taken into account as a function of a previous operating time and a power and rotational speed output by means of the electric motor 30. Consequently, a theoretical heating of the semiconductor switch 66 is determined as a function of the electrical current switched by means of the respective semiconductor switch 66.
  • the theoretical model 86 is stored in the microprocessor 62 and takes into account the drive signals generated by the drive circuit 64.
  • a third operation 88 which is carried out as soon as the first temperature 80 is present, the first temperature 80 is compared with a second limit value 90, which lies between 100 ° C. and 140 ° C., for example 130 ° C. If the first temperature 80 is greater than the second limit, in a fourth step 92, the power is reduced, the electric motor 30, for which a speed of the electric motor 30 and / or the output from the electric motor 30 torque is reduced and then limited.
  • a fifth operation 94 is performed wherein a difference 96 between the first temperature 80 and the second temperature 84 is determined, for which second temperature 84 is subtracted from the first temperature 80 ,
  • the difference 96 with a first limit value 100, which is between 2 ° C and 20 ° C, and is for example 5 ° C. If the difference 96 is greater than the first limit value 100, ie if the second temperature 84 is greater than the first temperature 80 by the first limit value 100, a fault 104 is detected in a seventh operating step 102.
  • a temperature 108 of the refrigerant 10 which is conveyed by means of the electric motor 30 and is compressed by means of the compressor head 38, is determined in an eighth step 106 on the basis of the first temperature 80 and the second temperature 84.
  • the difference 96 and the theoretical model 86 or a different theoretical model is used, in which the temperature determination in particular depending on the shallleitkostoryen the partition 48 and depending on the thermal coupling of the circuit board 56 to the electronics housing 50 and / or the Partition 48 is done.
  • the temperature 108 of the refrigerant 10 it is considered that a heat transfer takes place between the power semiconductor switches 66 and the refrigerant 10.
  • the power semiconductor switches 66 are heated or cooled by being indirectly coupled to the refrigerant 10 therethrough.
  • the temperature 108 of the refrigerant 10 is compared with a third threshold 1 12.
  • an error 1 16 is detected if the temperature 108 of the refrigerant 10 is greater than the third limit value 12 1.
  • an error is detected when the first temperature 80 changes faster than the second temperature 84.
  • the difference 96 is determined successively in time and a gradient of the difference 96 is determined.
  • the error is not only detected when the (absolute) difference 96 exceeds the first limit value 100 (outside the expected limit), but also when the gradient exceeds a predetermined fourth limit value.
  • the warning is transmitted by means of the bus system 18 to the on-board computer 20 and output by means of this on a display in the interior of the motor vehicle 2 and thus signals the driver of the motor vehicle 2.
  • the method 76 is carried out in particular for each of the power semiconductor switches 66 or each of the switching groups 70, preferably on a time-parallel basis. In other words, the method 76 is executed by the microprocessor 62 six times in parallel.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (76) zum Betrieb eines elektromotorischen Kältemittelverdichters (12) eines Kraftfahrzeugs (2). Eine erste Temperatur (80) eines Leistungshalbleiters (66) wird gemessen, und eine zweite Temperatur (84) des Leistungshalbleiters (66) wird anhand eines theoretischen Models (86) des elektromotorischen Kältemittelverdichters (12) bestimmt. Eine Differenz (96) zwischen der erste Temperatur (80) und der zweiten Temperatur (84) wird bestimmt. Ein Fehler (104) wird erkannt, wenn die Differenz (96) größer als ein erster Grenzwert (100) ist. Die Erfindung betrifft ferner einen elektromotorischer Kältemittelverdichter (12) eines Kraftfahrzeugs (2) sowie eine Verwendung eines elektromotorischen Kältemittelverdichters (12) als auch ein Kraftfahrzeug (2) mit einem Kältemittelkreislauf (8).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betrieb eines elektromotorischen Kältemittelverdichters
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektromotorischen Kältemittelverdichters eines Kraftfahrzeugs sowie einen elektromotorischen Kältemittelverdichter eines Kraftfahrzeugs, der einen Leistungshalbleiter umfasst. Unter Leistungshalbleiter wird hierbei ein Halbleiter, insbesondere ein Halbleiterschalter, verstanden, der einen elektrischen Strom von mindestens 1 A tragen kann. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines elektromotorischen Kältemittelverdichters sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf, der einen elektromotorischen Kältemittelverdichter umfasst.
Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise eine Klimaanlage auf, mittels derer eine Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs erfolgt. Auch werden bei mittels eines Elektromotors angetriebenen Kraftfahrzeugen die benötigten Energiespeicher, wie eine Hochvoltbatterie, gekühlt. Die Klimaanlage weist einen Kältemittelkreislauf auf, der einen Kältemittelverdichter, diesem nachgeschaltet einen Kondensator sowie diesem fluidtechnisch nachgeschaltet einen Verdampfer umfasst. Diesem ist fluidtechnisch ein weiterer Wärmetauscher nachgeschaltet, der in thermischem Kontakt mit einer Gebläseleitung, die in den Innenraum des Kraftfahrzeugs führt, oder mit etwaigen Energiezellen des Hochvoltenergiespeichers ist. Der Kältekreislauf ist mit einem Kältemittel befüllt, wie R134a, R1234yf oder C02.
Bei Betrieb wird mittels des Kältemittelverdichters ein Druck des Kältemittels erhöht, was zu einer Temperaturerhöhung des Kältemittels führt. Dieses wird zu dem Kondensator geleitet, der in thermischem Kontakt mit einer Umgebung des Kraftfahrzeugs ist. Hierbei erfolgt eine Temperaturerniedrigung des Kältemittels, welches in dem nachgeschalteten Verdampfer wiederum auf den ursprünglichen Druck entspannt wird, weshalb die Temperatur des Kältemittels weiter verringert wird. In dem nachgeschalteten Wärmetauscher wird von dem mit dem Wärmetauscher thermisch kontaktierten Bauteil thermische Energie auf das Kältemittel übertragen, was zu einer Abkühlung des Bauteils und einer Erwärmung des Kältemittels führt. Das erwärmte Kältemittel wird zum Schließen des Kältemittelkreislaufs erneut dem Kältemittelverdichter zugeführt.
Der Kältemittelverdichter wird üblicherweise mittels eines Riemenantriebs von einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs angetrieben und weist einen Verdichterkopf auf, der beispielsweise ein Scrollverdichterkopf ist. Sofern die Klimaanlage ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs ist, das keine Verbrennungskraftmaschine umfasst, weist der Kältemittelverdichter einen Elektromotor auf, mittels dessen der Verdichterkopf angetrieben ist. Hierbei wird die Drehzahl des Antriebs und somit die Kühlleistung der Klimaanlage anhand einer Temperatureinstellung eines Benutzers des Kraftfahrzeugs oder einer realisierten Temperatur der Hochvoltbatterie eingestellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb eines elektromotorischen Kältemittelverdichters eines Kraftfahrzeugs sowie einen elektromotorischen Kältemittelverdichter eines Kraftfahrzeugs als auch ein besonders geeignetes Kraftfahrzeug mit einem elektromotorischen Kältemittelverdichter anzugeben, wobei insbesondere eine Sicherheit erhöht und vorzugsweise Herstellungskosten reduziert sind.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 , hinsichtlich des elektromotorischen Kältemittelverdichters durch die Merkmale des Anspruchs 7 und hinsichtlich des Kraftfahrzeugs durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Das Verfahren dient dem Betrieb eines elektromotorischen Kältemittelverdichters, der folglich einen elektromotorischen Antrieb mit einem Elektromotor umfasst. Der elektromotorische Kältemittelverdichter ist insbesondere ein Bestandteil eines Kältemittelkreislaufs des Kraftfahrzeugs, mittels dessen beispielsweise eine Temperierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs und/oder eine Abkühlung eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs erfolgt. Insbesondere umfasst der elektromotorische Kältemittelverdichter einen Verdichterkopf, beispielsweise einen Scroll- Verdichter. Besonders bevorzugt wird mittels des elektromotorischen Kältemittelverdichters ein Kältemittel verdichtet, insbesondere ein chemisches Kältemittel wie R134a oder R1234yf. Alternativ wird als Kältemittel C02 herangezogen. Der Elektromotor ist besonders bevorzugt ein bürstenloser Elektromotor, vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC).
Der elektromotorische Kältemittelverdichter umfasst einen Leistungshalbleiter, insbesondere einen Leistungshalbleiterschalter. Der Leistungshalbleiter ist hierbei vorgesehen und eingerichtet, eine elektrische Stromstärke von mindestens 1A, 2A, 5A oder 10A zu tragen, vorzugsweise zu schalten. Insbesondere erfolgt mittels des Leistungshalbleiters eine Bestromung des Elektromotors, wofür mittels des Leistungshalbleiterschalters insbesondere eine Pulsweitenmodulation erfolgt. Mit anderen Worten wird mittels des Leistungshalbleiterschalters ein PWM-Signal ausgegeben, welches vorzugsweise in eine Spulenwicklung des Elektromotors, insbesondere eines Stators des Elektromotors, eingespeist wird. Zweckmäßigerweise ist der Leistungshalbleiter mit einer PWM -An Steuerung einer Treiberschaltung beaufschlagt, in Abhängigkeit derer der Leistungshalbleiterschalter von einem elektrisch leitenden in einen elektrisch nicht leitenden Zustand versetzt wird. Der elektromotorische Kältemittelverdichter umfasst insbesondere einen elektronischen Umrichter, der beispielsweise aus einem Gleichspannungsnetz gespeist ist. Der Umrichter weist vorzugsweise eine Leistungsendstufe auf, die den Leistungshalbleiterschalter umfasst, insbesondere eine Anzahl hiervon. Die Leistungshalbleiterschalter können die für die erforderliche Leistungserbringung des eingesetzten Elektromotors erforderliche elektrische Stromstärke schalten. Mit anderen Worten sind die Leistungshalbleiterschalter vorgesehen und eingerichtet, eine elektrische Stromstärke schalten zu können, die der Stromstärke entspricht, die für die Phasenwicklungen des eigesetzten Elektromotors erforderlich ist. Insbesondere liegt bei Betrieb an dem Leistungshalbleiterschalter, sofern dieser sich im elektrisch nicht leitenden Zustand befindet, eine elektrische Spannung an, die dem dafür vorgesehenen Spannungsbereich der Versorgung des Verdichters zugedacht ist. Dies können Spannungen von wenigen Volt bis etwa 1000V sein. Beispielsweise ist die elektrische Spannung 12V, 24V oder 48V. Insbesondere ist der elektrische Kältemittelverdichter mit einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs elektrisch kontaktiert, das beispielsweise eine elektrische Spannung von 12V, 24V oder 48V führt. Alternativ beträgt die elektrische Spannung, die am Leistungshalbleiterschalter anliegt bzw. das Bordnetz aufweist, 288V, 450V, 650V oder 830V.
Das Verfahren sieht vor, dass in einem ersten Arbeitsschritt eine erste Temperatur des Leistungshalbleiters gemessen wird, wofür insbesondere ein Temperatursensor herangezogen wird. Mit anderen Worten wir die Temperatur des Leistungshalbleiters direkt ermittelt, wobei hierfür zum Beispiel ein Thermometer, ein Thermowiderstand oder dergleichen herangezogen wird. Alternativ hierzu wird die Wärmestrahlung des Leistungshalbleiters erfasst.
In einem zweiten Arbeitsschritt, der beispielsweise gleichzeitig zum ersten Arbeitsschritt, jedoch auch vor diesem oder zeitlich nach diesem erfolgen kann, wird eine zweite Temperatur des Leistungshalbleiters bestimmt. Insbesondere ist ein Zeitversatz zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitsschritt kleiner oder gleich 30 Sekunden, 20 Sekunden, 10 Sekunden oder 1 Sekunde. Die zweite Temperatur wird anhand eines theoretischen Modells des elektromotorischen Kältemittelverdichters, insbesondere des Elektromotors, bestimmt, wofür beispielsweise eine an dem Leistungshalbleiter anliegende elektrische Spannung, eine Betriebsdauer des Leistungshalbleiters und/oder ein mittels des Leistungshalbleiters getragener elektrischer Strom zur Bestimmung herangezogen wird. Alternativ oder bevorzugt in Kombination hierzu wird zur Bestimmung ein thermisches Modell des elektromechanischen Aufbaus und/oder eine über die Steuerung des elektromotorischen Kältemittelverdichters vorliegende Information über eine erwartete Drehzahl herangezogen. Die Information ermöglicht insbesondere im Zusammenhang mit einer erfassten, insbesondere gemessenen, Kenngröße des elektrischen Stromes und/oder der elektrischen Spannung eine modellbasierte Aussage über die zu erwartende Leistungserbringung und die damit zu erwartende zweite Temperatur. Insbesondere wird die mittels des Leistungshalbleiterschalters durchgeführte Anzahl an Schaltvorgängen herangezogen. Geeigneterweise wird eine Verlustleistung des Leistungshalbleiters zur Bestimmung der zweiten Temperatur herangezogen. Zweckmäßigerweise werden die Ansteuersignale, die mittels der PWM -An Steuerung erstellt werden, zur Bestimmung der zweiten Temperatur herangezogen, sofern diese vorhanden ist. Beispielsweise wird die zweite Temperatur anhand eines Kennfelds oder einer Formel ermittelt.
In einem sich anschließenden weiteren Arbeitsschritt wird eine Differenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur bestimmt. Mit anderen Worten wird die Abweichung der zweiten Temperatur zur ersten Temperatur bestimmt, wofür die zweite Temperatur von der ersten Temperatur abgezogen wird. Insbesondere wird hierbei die Differenz mit einem Vorzeichen bestimmt, so dass die Differenz größer Null (0) ist, falls die zweite Temperatur kleiner als die erste Temperatur ist. Auf diese Weise wird ein Temperatureintrag in den Leistungshalbleiter bestimmt, der nicht aufgrund des Betriebs des Elektromotors mittels des theoretischen Modells erklärbar wäre. Eine derartige Temperaturerhöhung wird somit aufgrund einer Fehlfunktion weiterer Bestandteile des Elektromotors hervorgerufen, wie beispielsweise einer mechanischen Fehlfunktion eines Verdichterkopfes des Kältemittelverdichters. In einer Alternative hierzu wird die Differenz vorzeichenlos ermittelt, also der Betrag der Abweichung zwischen den beiden Temperaturen ermittelt, und somit insbesondere ein Zielkorridor eines Erwartungswertes für die erste Temperatur bestimmt. Auf diese Weise ist ferner auch eine etwaige Fehlfunktion innerhalb des Kältemittelkreislaufs erfassbar. In einem weiteren Arbeitsschritt wird ein Fehler erkannt, falls die Differenz größer als ein erster Grenzwert ist.
Aufgrund des Verfahrens ist somit ermöglicht, einen Fehler der mechanischen Komponenten zu identifizieren, bevor ein Totalausfall des elektromotorischen Kältemittelverdichters erfolgt. Auch ist es ermöglicht, eine Überbelastung zu vermeiden, was eine Sicherheit erhöht. Insbesondere wird das Verfahren zum Betrieb auch für weitere Nebenaggregate des Kraftfahrzeugs verwendet, beispielsweise einer elektromotorischen Sitzverstellung oder eines Kühlerlüfters, wofür das theoretische Modell entsprechend angepasst ist. Mit anderen Worten ist die Erfindung unabhängig von dem konkreten Einsatz innerhalb eines Kältemittelverdichters.
Insbesondere ist der erste Grenzwert anhand des aktuellen berechneten Modells ermittelt. Beispielsweise wird als erster Grenzwert 0° C herangezogen. Mit anderen Worten ist ein Fehler erkannt, falls die zweite Temperatur nicht exakt der ersten Temperatur entspricht. Zweckmäßigerweise ist der erste Grenzwert stets positiv. Mit anderen Worten wird eine Abkühlung des Leistungshalbleiters, beispielsweise aufgrund eines Energieübertrags auf ein mittels des elektromotorischen Kältemittelverdichters gefördertes Kältemittel aufgrund einer anderweitigen Abfuhr von thermischer Energie nicht berücksichtigt. Besonders bevorzugt ist der erste Grenzwert größer oder gleich 2°C, 5°C oder 10°C. Somit werden mittels des ersten Grenzwerts kurzzeitige Temperaturschwankungen und/oder eine verringerte/verzögerte Wärmeleitung von Bestandteilen des elektromotorischen Kältemittelverdichters berücksichtigt. Insbesondere ist der erste Grenzwert kleiner oder gleich 20°C, weswegen eine übermäßige Erwärmung des Elektromotors aufgrund einer Fehlfunktion ausgeschlossen ist, die ansonsten zu einem thermischen Versagen beispielsweise des Leistungshalbleiters oder des Temperatursensors führen könnte. Vorzugsweise wird die zweite Temperatur zu einem anderen Zeitpunkt als die erste Temperatur ermittelt. Auf diese Weise wird eine verringerte/verzögerte Wärmeleitung von Bestandteilen des elektromotorischen Kältemittelverdichters berücksichtigt. Zusammenfassend erfolgt der Vergleich zeitlich verzögert. Beispielsweise erfolgt der Vergleich nicht nur mittels Zugabe von einem geeigneten Toleranzausgleich, insbesondere mittels Anpassung des ersten Grenzwerts, sondern wird auch zeitlich verzögert bewertet.
Vorteilhafterweise wird eine Leistung des Elektromotors reduziert, wenn die erste Temperatur größer als ein zweiter Grenzwert ist. Hierfür wird zweckmäßigerweise eine Drehzahl und/oder ein Drehmoment des Elektromotors reduziert, insbesondere wird die Maximalleistung des Elektromotors auf eine verringerte Leistung reduziert und folglich begrenzt. Zweckmäßigerweise ist der zweite Grenzwert kleiner oder gleich der spezifikationsbedingten Grenztemperatur für den eingesetzten Leistungshalbleiter. Beispielsweise ist der zweite Grenzwert kleiner oder gleich 140°C, 130°C, 120 C oder 100°C. Auf diese Weise ist eine thermische Beschädigung des Leistungshalbleiters oder weiterer Bestandteile des elektromotorischen Kältemittelverdichters aufgrund einer erhöhten Temperatur im Wesentlichen ausgeschlossen. Da hierfür die direkt gemessene erste Temperatur verwendet wird, ist eine Fehleranfälligkeit reduziert. Insbesondere wird die Leistung um einen geeigneten Betrag reduziert, insbesondere auf mindestens die Hälfte. Alternativ hierzu wird die Leistung auf null (0) reduziert und folglich der Elektromotor stillgesetzt, zumindest solange, bis die erste Temperatur unterhalb des zweiten Grenzwerts, vorzugsweise unterhalb des zweiten Grenzwerts abzüglich einer geeigneten Sicherheitsmarge, wie 10°C, 20°C oder 5°C ist.
Geeigneterweise wird anhand der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur eine Temperatur des mittels des Elektromotors geförderten Kältemittels bestimmt. Insbesondere wird hierfür die Differenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur herangezogen. Aufgrund des Kältemittels erfolgt eine Zuführung oder Abführung von thermischer Energie zu dem Leistungshalbleiter, insbesondere über ein Gehäuse des Kältemittelverdichters. Somit kann aufgrund des Vergleichs zwischen der ersten und der zweiten Temperatur die mittels des Kältemittels zugeführte oder abgeführte thermische Energie bestimmt werden. Anhand des mittels des elektromotorischen Kältemittelverdichters geförderten Volumens an Kältemittel ist somit eine Bestimmung der Temperatur des Kältemittels zumindest in einem bestimmten Bereich des elektromotorischen Kältemittelverdichters ermöglicht. Hierfür muss kein zusätzlicher Temperatursensor vorgesehen werden, der in den Volumenstrom des Kältemittels eingebracht werden und gegenüber dem geförderten Kältemittel chemisch resistent sein muss. Infolgedessen sind Herstellungskosten reduziert. Die Bestimmung der Temperatur des Kältemittels anhand der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur, sowie insbesondere anhand eines thermischen Modells des elektromotorischen Kältemittelverdichters, vorzugsweise dessen Elektromotors, ist unabhängig von der Erkennung des Fehlers und wird vielmehr als eigenständige Erfindung betrachtet. Vorzugsweise wird ein Fehler erkannt, falls die Temperatur des geförderten Kältemittels größer als ein dritter Grenzwert ist. Hierbei ist der dritte Grenzwert auf den elektromotorischen Kältemittelverdichter sowie dessen Einsatzgebiet abgestimmt. Falls folglich mittels des Kältemittelverdichters bzw. weitere Bestandteile des Kältemittelkreislaufs keine ausreichende Abkühlung mehr erfolgt, wird der Fehler erkannt. Folglich ist bereits vor Auftreten eines thermischen Fehlverhaltens aufgrund einer mangelnden Kühlung ein Fehler erkannt, was eine Sicherheit weiter erhöht.
Bevorzugt wird auch der Gradient der Differenz bestimmt. Insbesondere wird die erste Temperatur mehrfach in zeitlichen Abständen, die vorzugsweise gleich sind, gemessen und mit einer jeweils zugeordneten zweiten Temperatur, die anhand des theoretischen Modells bestimmt ist, beispielsweise berechnet ist, unter Bildung jeweils einer Differenz verglichen. Überschreitet die Änderung der Differenz innerhalb einer festgelegten Anzahl von Zeitintervallen, innerhalb derer jeweils die Differenz bestimmt wurde, also innerhalb derer beispielswiese die Messung und modellbasierte Wertermittlung der beiden Temperaturen vorgenommen wurde, einen vierten Grenzwert, der z.B. geeignet gewählt ist, und insbesondere ein Geschwindigkeitswert in Temperatur je Zeit ist, wird beispielsweise ebenfalls der Fehler erkannt, und vorzugsweise erfolgt eine Leistungsreduzierung oder eine Abschaltung des Elektromotors. Auf diese Weise ist sowohl eine statische als auch ein dynamische Überlastungserkennung gegeben, die den Betrieb des elektromotorischen Kältemittelverdichters auch in extremen Situationen absichert. Alternativ oder in Kombination hierzu kann selbst im Fehlerfall noch ein Mindestbetrieb aufrechterhalten werden. Zusammenfassend wird insbesondere zusätzlich zu dem Kriterium der (absoluten) Differenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur (Differenz zwischen der gemessenen und der gerechneten Temperatur), welches insbesondere zur Leistungsreduzierung oder zum Stillsetzen des Aggregates herangezogen wird, auch der Gradient der Differenz zur Bestimmung des Fehlers berücksichtigt.
Vorzugsweise wird die Leistung des Elektromotors reduziert, falls ein Fehler erkannt ist. Beispielsweise wird die Leistung auf 75%, 50% oder 25% der Nennleis- tung reduziert. Insbesondere wird der Elektromotor stillgesetzt, falls ein Fehler erkannt ist. Auf diese Weise ist eine Beschädigung von weiteren Bestandteilen des Kraftfahrzeugs, insbesondere des elektromotorischen Kältemittelverdichters, ausgeschlossen. Alternativ oder in Kombination hierzu wird eine Warnung ausgegeben, wenn der Fehler erkannt wird. Insbesondere wird diese auf einem Display des Kraftfahrzeugs ausgegeben, so dass ein Fahrer des Kraftfahrzeugs über den Fehler informiert wird. Auf diese Weise ist es für den Fahrer ermöglicht, das Kraftfahrzeug stillzusetzen, bevor eine weitere Schädigung von Bestandteilen des Kraftfahrzeugs erfolgt. Auch kann der Fahrer auf einen Ausfall einer Kühlleistung des elektromotorischen Kältemittelverdichters sowie eines etwaig hiermit verbundenen Kältekreislaufs reagieren.
Der elektromotorischer Kältemittelverdichter ist ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs und umfasst einen elektromotorischen Antrieb. Der elektromotorische Antrieb weist einen Elektromotor auf, der beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) ist. Vorzugsweise ist der elektromotorische Kältemittelverdichter mit einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs elektrisch kontaktiert und/oder mit einer elektrischen Spannung von wenigen Volt bis zu 1000V betrieben, insbesondere mit einer elektrischen Spannung von 12V, 24V, 48V, 288V, 450V, 650V oder 830V. Mittels des elektromotorischen Kältemittelverdichters wird bei Betrieb ein Kältemittel komprimiert. Das Kältemittel ist beispielsweise ein chemisches Kältemittel, wie R134a oder R1234yf. Alternativ ist das Kältemittel C02. Vorzugsweise ist der Kältemittelverdichter derart ausgelegt, dass mittels dessen das jeweilige Kältemittel komprimiert werden kann, wobei beispielsweise eine Druckerhöhung zwischen 5bar und 20bar erfolgt. Der Kältemittelverdichter ist insbesondere ein Bestandteil eines Kältekreislaufs, der beispielsweise der Klimatisierung eines Innenraums oder der Abkühlung eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs dient, wie einer Hochvoltbatterie.
Der elektromotorische Kältemittelverdichter weist einen Leistungshalbleiter auf, insbesondere einen Leistungshalbleiterschalter. Der Leistungshalbleiter ist hierbei vorgesehen und eingerichtet, einen elektrischen Strom mit einer Stromstärke von mindestens 1A, 2A, 5A oder 10A zu schalten. Der Leistungshalbleiter ist Vorzugs- weise ein Feldeffekttransistor (FET) oder IGBT. Der elektromotorische Kältemittelverdichter weist vorzugsweise einen elektronischen Umrichter auf, der aus einem Gleichspannungsnetz gespeist wird. Der Umrichter verfügt über eine Leistungsendstufe, die insbesondere den Leistungshalbleiter, vorzugsweise einen Anzahl derartiger Leistungshalbleiter umfasst. Der bzw. die Leistungshalbleiter können insbesondere die für die erforderliche Leistungserbringung des eingesetzten Elektromotors erforderlichen Ströme schalten. Insbesondere erfolgt mittels des Leistungshalbleiters eine Bestromung des Elektromotors, wofür vorzugsweise ein Anschluss des Leistungshalbleiters mit einer Wicklung eines Stators des Elektromotors elektrisch kontaktiert ist. Der Leistungshalbleiter ist vorzugsweise ein Bestandteil einer Endstufe und/oder ist mit einem elektrischen (Zwischenkreis- )Kondensator kontaktiert. Beispielswiese umfasst der elektromotorische Kältemittelverdichter eine Anzahl derartiger Leistungshalbleiter, die in einer Brückenschaltung miteinander elektrisch verschalten sind, beispielsweise einer B6-Schaltung. Der elektromotorische Kältemittelverdichter umfasst ferner einen Temperatursensor, der thermisch mit dem Leistungshalbleiter gekoppelt ist. Beispielsweise liegt der Temperatursensor mechanisch direkt an dem Leistungshalbleiter an oder ist mittels einer Wärmeleitpaste oder einem Wärmepad mit dem Leistungshalbleiter gekoppelt, und/oder es wird in den etwaigen Schaltpausen die Flussspannung einer etwaigen Freilaufdiode des Leistungshalbleiter gemessen, die ein Maß für die am Leistungshalbleiter vorliegende erste Temperatur darstellt. Vorzugsweise umfasst der elektromotorische Kältemittelverdichter eine Leiterplatte mit dem Leistungshalbleiter, und mit dem Temperatursensor, was eine Herstellung und Positionierung vereinfacht.
Der elektromotorische Kältemittelverdichter ist gemäß einem Verfahren betrieben, bei dem eine erste Temperatur des Leistungshalbleiters gemessen wird, insbesondere mittels des Temperatursensors. Eine zweite Temperatur des Leistungshalbleiters wird anhand eines theoretischen Models des elektromotorischen Kältemittelverdichters, beispielsweise anhand eines theoretischen Models dessen Elektromotors, bestimmt, wobei insbesondere eine Betriebsdauer, eine anliegende elektrische Spannung, ein geschalteter elektrischer Strom und/oder eine Anzahl an Schaltvorgängen herangezogen wird. Eine Differenz zwischen der erste Temperatur und der zweiten Temperatur wird bestimmt und /oder der Gradient der Differenz einen vierten Grenzwert überschreitet. Ein Fehler wird erkannt, wenn die Differenz größer als ein erster Grenzwert ist. Zweckmäßigerweise ist der elektromotorische Kältemittelverdichter geeignet, und insbesondere vorgesehen und eingerichtet, das Verfahren durchzuführen sowie insbesondere derart betrieben, dass das Verfahren durchgeführt wird.
Beispielsweise ist der elektromotorische Kältemittelverdichter signaltechnisch mit einem BUS-System gekoppelt, insbesondere einem LIN- oder CAN-Bus. Vorzugsweise erfolgt eine Ausgabe des Fehlers über das BUS-System. Das Verfahren ist insbesondere auch für weitere Nebenaggregate des Kraftfahrzeugs vorgesehen.
Insbesondere umfasst der elektromotorische Kältemittelverdichter eine Anzahl an Leistungshalbeitern, die insbesondere parallel zueinander geschalten sind. Auf diese Weise ist ein mit dem jeweiligen Leistungshalbeiter getragener elektrischer Strom verringert, was Herstellungskosten reduziert. Die Leistungshalbeiter sind hierbei mit dem gleichen Temperatursensor thermisch gekoppelt, wobei mittels der Leistungshalbeiter und dem Temperatursensor eine Schaltgruppe gebildet ist. Folglich wird mittels des Temperatursensors ein Mittelwert der Temperatur der Leistungshalbeiter gemessen. Beispielsweise sind zwischen zwei und vier Leistungshalbeiter mit dem gleichen Temperatursensor thermisch gekoppelt. Beispielsweise umfasst der elektromotorische Kältemittelverdichter eine Anzahl an Schaltgruppen mit jeweils einem Temperatursensor, wobei die Schaltgruppen in einer Brückenschaltung miteinander elektrisch kontaktiert sind. Alternativ umfasst ein vollständiger Brückenzweig jeweils lediglich eine der Schaltgruppen.
Ein elektromotorischer Kältemittelverdichter eines Kraftfahrzeugs, der einen thermisch mit einem Temperatursensor gekoppelt Leistungshalbleiter aufweist, wird verwendet, um eine Verfahren durchzuführen, bei dem eine erste Temperatur des Leistungshalbleiters gemessen wird, insbesondere mittels des Temperatursensors. Eine zweite Temperatur des Leistungshalbleiters wird anhand eines theoretischen Models des elektromotorischen Kältemittelverdichters, geeigneterweise dessen Elektromotors, bestimmt, wobei hierfür insbesondere eine Betriebsdauer, eine anliegende elektrische Spannung, ein geschalteter elektrischer Strom und/oder eine Anzahl an Schaltvorgängen herangezogen wird. Eine Differenz zwischen der erste Temperatur und der zweiten Temperatur wird bestimmt. Ein Fehler wird erkannt, wenn die Differenz größer als ein erster Grenzwert ist und/oder der Gradient der Differenz einen vierten Grenzwert überschreitet.
Das Kraftfahrzeug umfasst einen Kältemittelkreislauf mit einem (Klima- )Kondensator, sowie mit einem Verdampfer, und mit einem elektromotorischen Kältemittelverdichter, der einen thermisch mit einem Temperatursensor gekoppelten Leistungshalbleiter aufweist. Der elektromotorische Kältemittelverdichter ist gemäß einem Verfahren betrieben, bei dem eine erste Temperatur des Leistungshalbleiters gemessen wird, insbesondere mittels des Temperatursensors. Eine zweite Temperatur des Leistungshalbleiters wird anhand eines theoretischen Models des elektromotorischen Kältemittelverdichters, wie eines theoretischen Models dessen Elektromotors, bestimmt, wobei hierfür insbesondere eine Betriebsdauer, eine anliegende elektrische Spannung, ein geschalteter elektrischer Strom und/oder eine Anzahl an Schaltvorgängen herangezogen wird. Eine Differenz zwischen der erste Temperatur und der zweiten Temperatur wird bestimmt. Ein Fehler wird erkannt, wenn die Differenz größer als ein erster Grenzwert ist.
Der Kondensator ist fluidtechnisch zwischen den elektromotorischen Kältemittelverdichter und den Verdampfer geschaltet. Vorzugsweise umfasst der Kältemittelkreislauf einen weiteren Wärmetauscher, der zwischen den Verdampfer und den elektromotorischen Kältemittelverdichter geschaltet ist, und der vorzugsweise thermisch mit einem weiteren Bauteil des Kraftfahrzeugs kontaktiert ist, wie einer Gebläseleitung einer Klimaanlage oder einem Energiespeicher, wie einem Hochvoltenergiespeicher. Der Kältemittelkreislauf ist insbesondere mit einem Kältemittel befüllt, beispielsweise einem chemischen Kältemittel, wie R134a, R1234yf, o- der mit C02.
Mittels des Kältemittelverdichters wird ein Druck des Kältemittels erhöht, welches im Anschluss zu dem Kondensator geleitet wird, der vorzugsweise in thermischem Kontakt mit einer Umgebung des Kraftfahrzeugs ist. Vorzugsweise erfolgt mittels des Kondensators eine Temperaturangleichung des Kältemittels an die Umgebungstemperatur oder zumindest eine Temperaturerniedrigung des Kältemittels.
Mit dem nachgeschalteten Verdampfer wird das Kältemittel entspannt, weshalb die Temperatur des Kältemittels weiter verringert wird. In dem nachgeschalteten weiteren Wärmetauscher wird von dem mit dem weiteren Wärmetauscher thermisch kontaktierten Bauteil thermische Energie auf das Kältemittel übertragen, was zu einer Abkühlung des Bauteils und einer Erwärmung des Kältemittels führt. Das erwärmte Kältemittel wird zum Schließen des Kältemittelkreislaufs vorzugsweise erneut dem Kältemittelverdichter zugeführt.
Die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Weiterbildungen und Vorteile sind sinngemäß auch auf den elektromotorischen Kältemittelverdichter bzw. das Kraftfahrzeug zu übertragen und umgekehrt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Kältemittelverdichter,
Fig. 2 in einer Schnittdarstellung schematisch vereinfacht den Kältemittelverdichter,
Fig. 3 in einer Draufsicht eine Leiterplatte und eine weitere Leiterplatte des
Kältemittelverdichters, mit einer Anzahl an Leistungshalbleitern und Temperatursensoren, und
Fig. 4 ein Verfahren zum Betrieb des Kältemittelverdichters.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug 2 mit zwei Vorderrädern 4 und zwei Hinterrädern 6 dargestellt. Zumindest zwei der Räder 4, 6 sind mittels eines nicht näher gezeigten Hauptantriebs angetrieben, beispielsweise einer Ver- brennungskraftmaschine, einem Elektromotor oder einer Kombination hieraus. Das Kraftfahrzeug 2 umfasst einen Kältemittelkreislauf 8, der ein Bestandteil einer Klimaanlage ist. Der Kältemittelkreislauf 8 ist mit einem Kältemittel 10 befüllt, beispielsweise C02, R1234yf oder R134a. Mittels eines elektromotorischen Kältemittelverdichters (eKMV) 12 wird das Kältemittel 10 verdichtet und einem fluidtech- nisch nachgeschalteten Kondensator 14 zugeführt, der mit Umgebungsluft beaufschlagt ist, was zu einer Temperaturabsenkung des Kältemittels 10 führt. Der Druck und somit die Temperatur des Kältemittel 10 wird mittels eines nachgeschalteten Verdampfers 16 erniedrigt, der einen nicht näher dargestellten weiteren Wärmtauscher umfasst, der mit einer Gebläseleitung der Klimaanlage thermisch gekoppelt ist. Die Gebläseleitung fördert in Abhängigkeit einer Benutzereinstellung gekühlte Luft in einen Innenraum des Kraftfahrzeugs 2.
Der elektromotorische Kältemittelverdichter 12 ist mittels eines Bus-Systems 18, das ein CAN-Bus-System oder ein Lin-Bus-System ist, signaltechnisch mit einer Kraftfahrzeugsteuerung 20 gekoppelt, wie einem Bordcomputer. Mittels eines Bordnetzes 22, welches die jeweilige elektrische Spannung, beispielsweise 48V, führt und mittels einer Batterie 24 gespeist ist, wird der elektromotorische Kältemittelverdichter 12 bestromt. Das Bordnetz 22 umfasst ferner eine Sicherungseinrichtung 26, mittels derer ein elektrischer Stromfluss zwischen der Batterie 24 und dem Kältemittelverdichter 12 unterbunden werden kann. Hierfür weist die Sicherungseinrichtung 26 beispielsweise einen Last- und/oder Schutzschalter auf. Die Sicherungseinrichtung 26 ist mittels des Bus-Systems 18 oder anderweitig signaltechnisch mit der Kraftfahrzeugsteuerung 20 verbunden, sodass mittels der Kraftfahrzeugsteuerung 20 der Last- bzw. Schutzschalter betätigt und somit der elektrische Stromfluss unterbunden werden kann.
Fig. 2 zeigt den elektromotorischen Kältemittelverdichter 12 in einer Schnittdarstellung entlang einer Drehachse 28 eines Elektromotors 30 des Kältemittelverdichters 12. Der Elektromotor 30 weist einen zylindrischen Rotor 32 auf, der umfangs- seitig mittels eines hohlzylindrischen Stators 34 umgeben ist. Der Rotor 32 umfasst eine Anzahl an Permanentmagneten und ist mittels einer Welle 36 drehbar um die Drehachse 28 gelagert. An der Welle 36 ist freiendseitig ein Verdichterkopf 38 drehfest angebunden, beispielsweise ein Scrollverdichter. Der Stator 34 wird mittels einer Elektronik 40 bestromt, die mit dem Bus-Systems 18 und dem Bordnetz 22 verbunden ist.
Der Elektromotor 30, der Verdichterkopf 38 und die Elektronik 40 sind in einem Gehäuse 42 aus einem Aluminiumdruckguss angeordnet, das eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form aufweist und konzentrisch zur Drehachse 28 ist. Das Gehäuse 42 umfasst einen Zulauf 44 über den das Kältemittel 10 in das Gehäuse 42 eintritt und entlang des Elektromotors 30 zu dem Verdichterkopf 38 gesaugt wird, mittels dessen eine Druckerhöhung erfolgt. Das mittels des Verdichterkopfs 38 komprimierte Kältemittel 10 wird mittels eines Ablaufs 46 aus dem Gehäuse 34 befördert.
Das Gehäuse 42 umfasst eine Trennwand 48, mittels dessen ein Elektronikgehäuse 50 von dem von dem Kältemittel 10 durchströmten Teil des Gehäuses 42 abgetrennt ist. Innerhalb des Elektronikgehäuses 50 ist die Elektronik 40 angeordnet. Die Trennwand 48 weist eine Durchkontaktierung 52 auf, die druckdicht ist, und über die die Bestromung des Stators 34 erfolgt. Auf der der Trennwand 48 in axialer Richtung, also parallel zur Drehachse 28, gegenüberliegenden Seite umfasst das Elektronikgehäuse 50 einen aus einem Metall gefertigten Gehäusedeckel 54, der mittels Schrauben an weiteren Bestandteilen des Elektronikgehäuses 50 lösbar befestigt ist, und welcher eine Öffnung des Elektronikgehäuses 50 verschließt.
In Fig. 3 ist die Elektronik 40 in einer Draufsicht dargestellt. Die Elektronik 40 weist eine Leiterplatte 56 und eine weitere Leiterplatte 58 auf, die, wie in Fig. 2 dargestellt, in Axialrichtung, also parallel zur Drehachse 28, übereinander angeordnet sind. Die Leiterplatte 56 ist parallel zur Trennwand 48 sowie zum Gehäusedeckel 54 angeordnet, ebenso wie die weitere Leiterplatte 58. Hierbei ist die Leiterplatte 56 zwischen der weiteren Leiterplatte 58 und der Trennwand 48 angeordnet. In Fig. 3 sind die beiden Leiterplatten 56, 58 in Radialrichtung versetzt gezeigt. Die weitere Leiterplatte 58 weist eine Bus-Schnittstelle 60 auf, an der das Bussystem 18 angeschlossen ist. Mit der Bus-Schnittstelle 60 ist ein Mikroprozessor 62 der weiteren Leiterplatte 58 signaltechnisch gekoppelt, der eine Ansteuerschaltung 64 für Leistungshalbleiterschalter 66 der Leiterplatte 56 aufweist. Hierfür sind die beiden Leiterplatten 58, 56 mittels einer Ansteuerleitung 68 signaltechnisch gekoppelt. Die Leistungshalbleiter 66 sind Leistungshalbleiterschalter, wobei jeweils vier Leistungshalbleiterschalter 66, die als Feldeffekttransistor (FET) ausgeführt sind, zu einer Schaltgruppe 70 zusammengefasst sind. Insgesamt sind hierbei sechs Schaltgruppen 70 gebildet. Mit anderen Worten weist die Leiterplatte 56 achtundvierzig Leistungshalbleiterschalter 66 auf, mittels derer ein elektrischer Strom von bis zu 5A oder mehr geschaltet werden kann.
Die Leiterplatte 56 weist einen Stromanschluss 72 auf, an dem das Bordnetz 22 angeschlossen ist. Mittels der Halbleiterschalter 66 wird somit der mittels des Bordnetzes 22 bereitgestellte Stromfluss zur Bestromung des Status 34 geschaltet, wobei die einzelnen Schaltgruppen 70 in einer Brückenschaltung miteinander elektrisch kontaktiert sind. Mittels der Schaltgruppen 70 wird somit ein pulswei- tenmoduliertes Spannungs- oder Stromsignal für den Stator 34 bereitgestellt. Hierbei sind die Leistungshalbleiter 66 der Schalgruppen 70 zueinander parallel geschaltet, zumindest jedoch sind zwei der Leistungshalbleiterschalter 66 jeder der Schaltgruppen 70 zueinander parallelgeschaltet, wobei mittels der verbleibenden beiden Leistungshalbleiterschalter 66 hierbei insbesondere der verbleibende Teil eines Brückenzweiges gebildet ist. Mit anderen Worten ist in diesem Fall mittels der Leistungshalbleiter 66 jeder Schaltgruppe 70 ein Brückenzweig einer Brückenschaltung gebildet.
Jede Schaltgruppe 70 weist ferner einen Temperatursensor 74 auf, der thermisch mit sämtlichen Halbleiterschaltern 66 der jeweiligen Schaltgruppe 70 gekoppelt ist. Infolgedessen ist es mittels des Temperatursensors 74 ermöglicht, die durchschnittliche Temperatur der Schaltgruppe 70 zu messen. Beispielsweise sind die Bauteile jeder Schaltgruppe 70 mittels einer Wärmeleitpaste oder eines Wärme- pads miteinander thermisch kontaktiert. Jede der Schaltgruppen 70 weist ferner beispielsweise einen näher nicht dargestellten Kondensator auf oder ist mit diesem elektrisch kontaktiert. Beispielsweise ist mit jeder der Schaltgruppen 70 eine Endstufe gebildet. In Fig. 4 ist ein Verfahren 76 zum Betrieb des elektromotorischen Kältemittelverdichters 12 dargestellt, das insbesondere mittels des Mikroprozessors 62 durchgeführt wird. In einem ersten Arbeitsschritt 78 wird eine erste Temperatur 80 mittels eines der Temperatursensoren 74 gemessen. Hierbei ist die erste Temperatur 80 im Wesentlichen gleich der Temperatur eines der Leistungshalbleiterschalter 66 der Schaltgruppe 70 bzw. die durchschnittliche Temperatur sämtlicher Leistungshalbleiterschalter 66 eben dieser Schaltgruppe 70. In einem zweiten Arbeitsschritt 82, der gleichzeitig erfolgt, wird eine zweite Temperatur 84 eben dieses Leistungshalbleiterschalters 66 bestimmt, wofür ein theoretisches Modell des elektromotorischen Kältemittelverdichters 12 herangezogen wird. Mittels des theoretischen Modells 86 wird eine Erwärmung des Halbleiterschalters 66 bzw. der Schaltgruppe 70 in Abhängigkeit einer bisherigen Betriebsdauer sowie einer mittels des Elektromotors 30 abgegebenen Leistung sowie Drehzahl berücksichtigt. Folglich wird eine theoretische Erwärmung des Halbleiterschalters 66 in Abhängigkeit des mittels des jeweiligen Halbleiterschalters 66 geschalteten elektrischen Stroms bestimmt. Das theoretische Modell 86 ist in dem Mikroprozessor 62 hinterlegt und berücksichtigt die mittels der Ansteuerschaltung 64 erstellten Ansteuer- signale.
In einem dritten Arbeitsschritt 88, der ausgeführt wird, sobald die erste Temperatur 80 vorliegt, wird die erste Temperatur 80 mit einem zweiten Grenzwert 90 verglichen, der zwischen 100°C und 140°C liegt, und beispielsweise 130°C beträgt. Falls die erste Temperatur 80 größer als der zweite Grenzwert ist, wird in einem vierten Arbeitsschritt 92 die Leistung die Elektromotors 30 reduziert, wofür eine Drehzahl des Elektromotors 30 und/oder das von dem Elektromotor 30 abgegebene Drehmoment reduziert und anschließend begrenzt wird.
Sobald der erste und der zweite Arbeitsschritt 78, 82 ausgeführt wurden, wird ein fünfter Arbeitsschritt 94 ausgeführt, bei dem eine Differenz 96 zwischen der ersten Temperatur 80 und der zweiten Temperatur 84 bestimmt wird, wofür von der ersten Temperatur 80 die zweite Temperatur 84 abgezogen wird. In einem sich hieran anschließenden sechsten Arbeitsschritt 98 wird die Differenz 96 mit einem ersten Grenzwert 100 verglichen, der zwischen 2°C und 20°C ist, und beispielsweise 5°C beträgt. Falls die Differenz 96 größer als der erste Grenzwert 100 ist, also falls die zweite Temperatur 84 um den ersten Grenzwert 100 größer als die erste Temperatur 80 ist, wird in einem siebten Arbeitsschritt 102 ein Fehler 104 erkannt.
Parallel zum sechsten Arbeitsschritt 98 wird in einem achten Arbeitsschritt 106 anhand der ersten Temperatur 80 und der zweiten Temperatur 84 eine Temperatur 108 des Kältemittels 10 bestimmt, welches mittels des Elektromotors 30 gefördert wird, und mittels des Verdichterkopfs 38 verdichtet wird. Hierfür wird beispielsweise ebenfalls die Differenz 96 sowie das theoretische Modell 86 oder ein abweichendes theoretisches Modell herangezogen, bei dem die Temperaturermittlung insbesondere unter anderem in Abhängigkeit des Wärmeleitkoeffizienten der Trennwand 48 sowie in Abhängigkeit der thermische Ankopplung der Leiterplatte 56 an das Elektronikgehäuse 50 und/oder der Trennwand 48 erfolgt wird. Zur Bestimmung der Temperatur 108 des Kältemittels 10 wird berücksichtigt, dass ein Wärmeübertrag zwischen den Leistungshalbleiterschaltern 66 und dem Kältemittel 10 stattfindet. Mit anderen Worten werden die Leistungshalbleiterschalter 66 aufgrund einer indirekten Kopplung mit dem Kältemittel 10 durch dieses erwärmt oder abgekühlt. In einem sich anschließenden neunten Arbeitsschritt 1 10 wird die Temperatur 108 des Kältemittels 10 mit einem dritten Grenzwert 1 12 verglichen. In einem sich hieran anschließenden zehnten Arbeitsschritt 1 14 wird ein Fehler 1 16 erkannt, falls die Temperatur 108 des Kältemittels 10 größer als der dritte Grenzwert 1 12 ist.
Ferner wird ein Fehler erkannt, wenn sich die erste Temperatur 80 schneller ändert als die zweite Temperatur 84. Hierfür wird insbesondere zeitlich sukzessive die Differenz 96 bestimmt und ein Gradient der Differenz 96 ermittelt. Zusammenfassend wird folglich der Fehler nicht nur erkannt, wenn die (absolute) Differenz 96 den ersten Grenzwert 100 überschreitet (außerhalb der erwarteten Grenze liegt), sondern auch, wenn der Gradient einen vorher festgelegten vierten Grenzwert überschreitet. Sobald ein Fehler 104, 1 16 erkannt wurde, wird ein elfter Arbeitsschritt 1 18 ausgeführt, bei dem der Elektromotor 30 stillgesetzt wird. Mit anderen Worten werden sämtliche Leistungshalbleiterschalter 66 in einen elektrisch nichtleitenden Zustand überführt. Ferner wird ein zwölfter Arbeitsschritt 120 ausgeführt, bei dem eine Warnung 122 ausgegeben wird. Die Warnung wird mittels des Bus-Systems 18 zum Bordcomputer 20 übertragen und mittels dessen auf einem Display im Innenraum des Kraftfahrzeugs 2 ausgegeben und somit dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 2 signalisiert. Das Verfahren 76 wird insbesondere für jeden der Leistungshalbleiterschalter 66 bzw. jede der Schaltgruppen 70 durchgeführt, vorzugsweise zeit- lieh parallel. Mit anderen Worten wird das Verfahren 76 mittels des Mikroprozessors 62 sechsmal zeitlich parallel ausgeführt.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fach- mann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
2 Kraftfahrzeug
4 Vorderrad
6 Hinterrad
8 Kältemittelkreislauf
10 Kältemittel
12 elektromotorischer Kältemittelverdichter
14 Kondensator
16 Verdampfer
18 Bus-System
20 Kraftfahrzeugsteuerung
22 Bordnetz
24 Batterie
26 Sicherungseinrichtung
28 Drehachse
30 Elektromotor
32 Rotor
34 Stator
36 Welle
38 Verdichterkopf
40 Elektronik
42 Gehäuse
44 Zulauf
46 Ablauf
48 Trennwand
50 Elektronikgehäuse
52 Durchkontaktierung
54 Gehäusedeckel
56 Leiterplatte
58 weitere Leiterplatte
60 Bus-Schnittstelle
62 Mikroprozessor Ansteuerschaltung
Leistungshalbleiter
Ansteuerleitung
Schaltgruppe
Stromanschluss
Temperatursensor
Verfahren
erster Arbeitsschritt erste Temperatur zweiter Arbeitsschritt zweite Temperatur theoretisches Modell dritter Arbeitsschritt zweiter Grenzwert vierter Arbeitsschritt fünfter Arbeitsschritt
Differenz
sechster Arbeitsschritt erster Grenzwert siebter Arbeitsschritt
Fehler
achter Arbeitsschritt
Temperatur des Kältemittels neunter Arbeitsschritt dritter Grenzwert zehnter Arbeitsschritt
Fehler
elfter Arbeitsschritt zwölfter Arbeitsschritt
Warnung

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren (76) zum Betrieb eines elektromotorischen Kältemittelverdichters (12) eines Kraftfahrzeugs (2), bei dem
- eine erste Temperatur (80) eines Leistungshalbleiters (66) gemessen wird,
- eine zweite Temperatur (84) des Leistungshalbleiters (66) anhand eines theoretischen Models (86) des elektromotorischen Kältemittelverdichters (12) bestimmt wird,
- eine Differenz (96) zwischen der erste Temperatur (80) und der zweiten Temperatur (84) bestimmt wird, und
- ein Fehler (104) erkannt wird, wenn die Differenz (96) größer als ein erster Grenzwert (100) ist.
2. Verfahren (76) nach Anspruch 1 , bei dem der erste Grenzwert (100) größer als 2°C, 5°C oder 10°C und kleiner als 20°C gewählt wird.
3. Verfahren (76) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Leistung des Elektromotors (30) reduziert wird, wenn die erste Temperatur (80) größer als ein zweiter Grenzwert ist (90).
4. Verfahren (76) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem anhand der ersten Temperatur (80) und der zweiten Temperatur (84) eine Temperatur (108) eines mittels des Elektromotors (30) geförderten Kältemittels (10) bestimmt wird.
5. Verfahren (76) nach Anspruch 4, bei dem ein Fehler (1 16) erkannt wird, wenn die Temperatur (108) des Kältemittels (10) größer als ein dritter Grenzwert (1 12) ist.
6. Verfahren (76) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Elektromotor (30) stillgesetzt und/oder eine Warnung (122) ausgegeben wird, wenn der Fehler (104, 1 16) erkannt wird.
7. Elektromotonscher Kältemittelverdichter (12) eines Kraftfahrzeugs (2), der einen thermisch mit einem Temperatursensor (74) gekoppelten Leistungshalbleiter (66) aufweist, und der gemäß einem Verfahren (76) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 betrieben ist.
8. Elektromotorischer Kältemittelverdichter (12) nach Anspruch 7,
gekennzeichnet durch,
eine Anzahl, insbesondere zwischen zwei und 4, Leistungshalbeiter (66), die mit dem gleichen Temperatursensor (74) thermisch gekoppelt sind.
9. Verwendung eines elektromotorischen Kältemittelverdichters (12) nach Anspruch 7 oder 8 zur Durchführung eines Verfahrens (76) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
10. Kraftfahrzeug (2) mit einem Kältemittelkreislauf (8), der einen Kondensator (14) sowie einen Verdampfer (16) und einen elektromotorischen Kältemittelverdichter (12) nach Anspruch 7 oder 8 umfasst.
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