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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Vorhersagen eines zukünftigen
Verlusts einer Hochspannungsschaltkreisisolierung in einem Fahrzeug.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei
einem Fahrzeug mit einer Benzin/Elektro-Hybridmaschine kann das
Fahrzeug wechselweise entweder durch eine benzinbetriebene Brennkraftmaschine
oder einen Elektromotor mit Energie versorgt werden, um auf diese
Weise die Kraftstoffersparnis zu optimieren, während Fahrzeugemissionen reduziert
werden. Hybridfahrzeuge erreichen eine relativ hohe Kraftstoffersparnis
oder Wirtschaftlichkeit, indem zwischen der benzinbetriebenen Maschine und
dem Elektromotor gewechselt wird, wenn eine Energiequelle für einen
spezifischen Fahrzeugbetriebszustand besser geeignet ist als die
andere. Beispielsweise ist bekannt, dass eine benzinbetriebene Maschine
während
Perioden einer konstanten oder relativ nicht schwankenden Fahrzeuggeschwindigkeit,
wie beispielsweise während
eines Fahrens mit einer anhaltenden Geschwindigkeit, effizienter
ist als ein Elektromotor, während
die Verwendung eines Elektromotors, wenn die Fahrzeugleistungsanforderungen
stark schwanken, wie beispielsweise während eines Starts oder eines
Stoppens des Fahrzeugs, allgemein besser geeignet ist als die einer Benzinmaschine.
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Spannungsanforderungen
in einem Hybridfahrzeug und in einigen Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen
können
in Abhängigkeit
von der elektrischen Einrichtung, die mit Energie versorgt oder angetrieben
wird, von einer Standardversorgung von 12 Volt (V) bis zu mehr als
600 V reichen. Beispielsweise versorgt typischerweise ein elektrisches
Niederspannungssystem (12 V) standardmäßige Fahrzeugnebeneinrichtungen,
wie beispielsweise Stereosysteme, Uhren, Scheinwerfer, Scheibenwischer und/oder
Hupen, mit Energie, während
Hochspannungs-Gleichstrom-Schaltkreise
(Hochspannungs-DC-Schaltkreise) (> 60
V) notwendig sein können,
um eine Batterie oder ein Batteriepaket auf ein Niveau aufzuladen,
das ausreicht, um die Antriebsräder
des Fahrzeugs mit Energie zu versorgen. Um solch einen breiten Bereich
von fahrzeugeigenen Spannungsoptionen bereitzustellen und sicher
zu steuern, sind Hybridfahrzeuge mit geeigneten Schaltkreisen, Verdrahtungen
und anderen elektrischen Komponenten, wie beispielsweise mit Wechselrichtern
und Gleichrichtern, speziell angefertigten Hochspannungsbatterien,
Controllern und verschiedenen Sensoren, ausgestaltet. Die Hochspannungsfahrzeugschaltkreise
sind sowohl von dem Fahrzeug-Chassis als auch von den Niederspannungsschaltkreisen
isoliert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Demgemäß wird ein
Verfahren zum Vorhersagen eines zukünftigen Verlusts einer Hochspannungsschaltkreisisolierung
in einem Hybrid-, Elektro- oder Brennstoffzellenfahrzeug bereitgestellt,
wobei das Verfahren umfasst, dass beim Auftreten eines unabhängigen Ereignisses
eine Reihe von diskreten Messungen des elektrischen Ersatzwiderstands
aufgezeichnet wird, der zwischen einem Fahrzeug-Chassis und einem
Hochspannungsbus erfasst wird, eine Datenanpassungsanalyse an der
Reihe von Messungen durchgeführt
wird, um einen Trend in den Daten zu detektie ren, und dann die Datenanpassungsergebnisse
verwendet werden, um die Anzahl von unabhängigen Ereignissen zu schätzen oder
vorherzusagen, die verbleiben, bevor der Ersatzwiderstand einen
Schwellenwertbetrag erreicht.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung ist das unabhängige Ereignis eine Schlüsseländerungssequenz,
die durch einen Schlüssel-
oder Zündzyklus
initiiert wird, und wird die Reihe von Messungen in eine Speichereinrichtung
aufgezeichnet, die einen Ringpuffer umfasst.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird eine Warnung oder ein Hinweis
an den Fahrzeugbesitzer/-bediener übertragen, wenn die Schwellenwertanzahl
von verbleibenden unabhängigen
Ereignissen ein vorbestimmtes Minimum erreicht.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Vorhersagen
eines Verlusts einer Hochspannungsschaltkreisisolierung in einem
Hybrid-, Elektro- oder Brennstoffzellenfahrzeug vorgesehen, wobei
die Vorrichtung einen Controller mit einem Speicher und einem Algorithmus
zum Vorhersagen eines bevorstehenden Hochspannungsisolierungsfehlers,
einen Hochspannungsbus, Hochspannungsbuskomponenten und eine Berichterstattungseinrichtung
umfasst, die dazu dient, einen Isolierungsfehler zu berichten, wobei
der Controller ausgestaltet ist, um den Algorithmus beim Auftreten
eines vorbestimmten unabhängigen
Ereignisses zu initiieren, wobei eine Reihe von zwischen dem Chassis und
dem Bus erfassten Widerstandsmessungen aufgezeichnet wird und die
Anzahl von unabhängigen Ereignissen,
die verbleiben, bevor der Widerstand einen vorbestimmten Schwellenwert
erreicht, vorhergesagt wird.
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Die
obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung
der geeignetsten Ausführungsformen
zum Ausführen
der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht
ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine Steuervorrichtung gemäß der Erfindung
zeigt; und
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2 ist
ein Flussdiagramm, das das Verfahren oder den Algorithmus zum Liefern
einer Spannungsisolierungsverlustprognose für ein Hybrid-, Elektro- oder
Brennstoffzellenfahrzeug beschreibt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In
Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in den
verschiedenen Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist
in 1 ein Blockdiagramm eines Hochspannungsisolierungsprognosesteuersystems 10 zur
Verwendung bei einem Hybrid-, Elektro- oder Brennstoffzellenfahrzeug
gezeigt. Das Steuersystem 10 ist in einem Fahrzeug-Chassis 20 umfasst
oder in Bezug auf dieses angebracht und umfasst einen Schlüsseländerungsindikator
(key-down indicator) 12, der ausgestaltet ist, um ein elektrisches
Schlüsseländerungssignal 14 (key-down signal) zu initiieren und
an ein eingebautes Steuermodul oder einen eingebauten Controller 16 zu
senden. Das durch den Schlüsseländerungsindikator 12 erzeugte
Schlüsseländerungssignal 14 entspricht
dem Zustand oder Status des Schlüsselschalters
oder der Zündung
des Fahrzeugs und ist von einem in der Technik bekannten Typ. Beispielsweise
ein herkömmlicher
0/1-Binärsignalgenerator
mit einem Zustand 1, der einen Zustand "Zündschalter
an" angibt, und
einem Zustand 0, der einen Zustand "Zündschalter
aus" angibt. Das Schlüsseländerungssignal 14 wird
an einen Controller 16 übertragen
oder gesendet, um einen Algorithmus 100 (siehe 2)
einmal pro Schlüsselzyklus
zu initiieren, wobei der Algorithmus 100 in dem Controller 16 eingebettet
oder in diesen programmiert ist.
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Der
Controller 16 ist mit verschiedenen elektrischen Schaltkreiskomponenten
ausgestattet, die zum Lesen oder Messen und danach Aufzeichnen oder
Speichern einer Reihe von Ersatzwiderstand-Messungen (RE-Messungen) ausgestaltet sind,
die zwischen dem Fahrzeug-Chassis 20 und einem Hochspannungsbus 18 erfasst
werden. Es kann erwartet werden, dass sich der RE-Wert
während
der Lebensdauer des Hybridfahrzeugs ändert oder dass dieser abweicht,
und zwar aufgrund von Alter und in Verbindung stehendem physikalischen
Verschleiß und/oder
in Verbindung stehender Korrosion der Hochspannungsbuskomponenten 24,
die während eines
normalen Betriebs für
gewöhnlich
Wasser, Wärme,
Salz und/oder anderen externen oder Umgebungsbeanspruchungen ausgesetzt
sind. Der Hochspannungsbus 18 ist elektrisch mit den Hochspannungsbuskomponenten 24 verbunden,
wobei die Komponenten 24 zur Steuerung von beispielsweise Motor/Generator(en),
zusätzlichen
Energiequellen und einer Energieübertragung
zwischen den verschiedenen Hochspannungskomponenten des Fahrzeugs
ausgestaltet sind. Die Hochspannungsbuskomponenten 24 können elektrische
Einrichtungen, wie beispielsweise DC-AC-Wandler, Zusatzenergiemodule
und DC-DC-Wandler, umfassen. Zusätzlich
ist der Controller 16 elektrisch mit einer Prognoseberichterstattungseinrichtung
(PRD) 26 verbunden. Die PRD 26 dient dazu, ein
Prognosefehlermodussignal 30 zu übertragen, das durch einen
Fahrzeugbesitzer oder -bediener detektiert oder empfangen werden
kann.
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Die Übertragung
des Fehlermodussignals 30 kann beispielsweise die Form
eines Aufleuchtens einer Lampe oder Leuchte "Prüfe
Fahrzeug" an einem Fahrzeugarmaturenbrett
oder eines Initiierens einer elektronischen Nachricht, einer E-Mail,
eines Brief oder einer anderen elektronischen oder papierbasierten
Warnung in Textform annehmen, die den Besitzer/Bediener bezüglich des
Fehlermodus warnt.
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Nun
Bezug nehmend auf 2 ist ein Verfahren 100 (hierin
auch als Algorithmus 100 bezeichnet) zum Erzeugen eines
Hochspannungsisolierungsprognosesignals in einem Hybrid-, Elektro- oder
Brennstoffzellenfahrzeug gezeigt. Der Algorithmus 100 ist
vorzugsweise ein Computerprogramm oder ein Source-Code, das oder
der in dem Controller 16 (siehe 1) eingebettet
oder enthalten ist, wobei der Algorithmus 100 beim Auftreten
jedes aufeinanderfolgenden und diskreten unabhängigen Ereignisses, vorzugsweise
einer Fahrzeugschlüsseländerungssequenz
oder eines Schlüsselzyklus,
initiiert und ausgeführt
wird. Während
die Schlüsseländerungssequenz,
d. h. die hierin oben zuvor in Bezug auf den Schlüsseländerungsindikator 12 beschriebene
Zündung-An/Aus-Zustandsänderung,
als die bevorzugte unabhängige
Variable in dem Algorithmus 100 verwendet wird, werden
Fachleute erkennen, dass innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung
andere Ereignisse zur Verwendung als die unabhängige Variable geeignet sein
können,
die vorbestimmte Fahrzeugkilometerzählerauslesungen, Echtzeitzähleinrichtungen
oder -Timer oder andere Einrichtungen umfassen, die dazu in der
Lage sind, eine Schlüsseländerungssequenz
in einem vorbestimmten und vorzugsweise regelmäßigen Intervall zu initiieren.
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In
Schritt 102 des Algorithmus 100 ermittelt der
Algorithmus, ob eine Schlüsseländerungssequenz
oder eine Zustandsänderung
innerhalb des Schlüsseländerungsindikators 12 (siehe 1)
aufgetreten ist. Dieser Schritt wird realisiert, um sicherzustellen,
dass der Algorithmus 100 nur als ein Ergebnis eines vorbestimmten
Schlüsseländerungssequenz-Initialisierungsereignisses,
wie beispielsweise des Ausschaltens des Zündschalters, über Schritt 102 hinaus
fortfährt.
Wenn in Schritt 102 keine vorbestimmte Schlüsseländerungssequenz
vollständig stattgefunden
hat, wiederholt der Algorithmus 100 Schritt 102.
Wenn jedoch in Schritt 102 ermittelt wird, dass die vorbestimmte
Schlüsseländerungssequenz abgeschlossen
wurde, fährt
der Algorithmus 100 mit Schritt 104 fort.
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In
Schritt 104 liest oder misst der Algorithmus 100 den
aktuellen oder momentanen Ersatzwiderstand RE (siehe 1)
zwischen dem Fahrzeug-Chassis 20 und
dem Hochspannungsbus 18 und speichert den RE-Wert
dann in einem Speicher-Array in dem Speicher des Controllers 16.
Das Speicher-Array ist vorzugsweise ein Ringpuffer mit einer durch
eine vorbestimmte feste Anzahl von RE-Abtastwerten
definierten Kapazität,
wobei die bevorzugte Anzahl von Abtastwerten ungefähr 25 bis
35 beträgt.
Es kann jedoch unter der Voraussetzung, dass die ausgewählte Abtastwertgröße ausreicht,
um einen Trend oder ein Muster in der Reihe von aufgezeichneten
RE-Werten festzulegen oder zu detektieren,
jede Anzahl von Abtastwerten verwendet werden, um die Array-Größe zu definieren.
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In
Schritt 106 ermittelt der Algorithmus 100, ob
das Array oder der Puffer bis zu seiner Kapazität gefüllt ist, d. h., ob das Array
oder der Puffer die maximale Anzahl von RE-Werten
hält. Wenn
ermittelt wird, dass die Kapazität
des Speicher-Arrays erschöpft
ist, wird der älteste
RE-Abtastwert in dem Array gelöscht, verworfen
oder überschrieben,
und wird der neueste RE-Wert dem Array hinzugefügt. Wenn die
Kapazität
des Arrays jedoch zu dem Zeitpunkt, zu dem der jüngste RE-Abtastwert
erzeugt und aufgezeichnet wird, nicht erschöpft ist, wird der jüngste Abtastwert
einfach dem Array hinzugefügt.
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In
Schritt 108 vergleicht der Algorithmus 100 die
Array-Kapazität
mit der Anzahl von darin gehaltenen Abtastwerten und ermittelt,
ob das Array voll ist. Wenn die Anzahl von in dem Array gehaltenen
oder aufgezeichneten RE-Abtastwerten kleiner
als die Array-Kapazität
ist, fährt
der Algorithmus mit Schritt 110 fort, in dem ein Flag "Trenddaten gültig" auf einen Zustand
gesetzt wird, der "aus" oder "Nein" entspricht, und
der Algorithmus 100 startet wieder bei Schritt 102.
Wenn die Anzahl von in dem Array gehaltenen Abtastwerten jedoch
gleich der Array-Kapazität
ist, fährt
der Algorithmus 100 mit Schritt 112 fort.
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In
Schritt 112 führt
der Algorithmus 100 an der Reihe von in dem Array gespeicherten
RE-Abtastwerten einen Schritt einer Prozedur
einer numerischen Datenanpassung durch. Eine Regression zweiter
Ordnung oder nach der Methode der kleinsten Quadrate ist das bevorzugte
Verfahren für
eine Datenanpassungsroutine, wobei Fachleute jedoch erkennen werden,
dass andere Datenanpassungsroutinen zur Verwendung bei dieser Erfindung
geeignet sein können.
Dieser Schritt wird als ein vorbereitender oder vorausgehender Schritt
bezüglich
eines Detektierens oder Projizierens eines Trends oder Musters in
der Reihe von RE-Abtastwerten realisiert. Sobald
die Datenanpassungsroutine abgeschlossen ist, fährt der Algorithmus 100 mit
Schritt 114 fort.
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In
Schritt 114 nimmt der Algorithmus 100 das Trendergebnis
der Regressionsanalyse nach der Methode der kleinsten Quadrate von
Schritt 112 her und berechnet oder ermittelt dann auf der
Grundlage dieses Trends die geschätzte Anzahl von Schlüsseländerungszyklen,
die verbleiben, bevor der Isolierungswiderstand RE unter
einen vorbestimmten Grenz- oder Schwellenwert REmin fällt oder
kleiner als dieser ist. Dieser Schwellenwert REmin ist
in den Controller 16 (siehe 1) programmiert,
und die vorher gesagte oder geschätzte
verbleibende Schlüsseländerungszyklusanzahl
wird auf eine ganze Zahl abgerundet, die hierin nachfolgend durch
die Variable X dargestellt ist. Nach dem Ermitteln der Variable
X durch den Algorithmus 100 wird das Flag "Trenddaten gültig" in Schritt 116 wieder
auf "an" oder "Ja" gesetzt. Der Algorithmus
fährt dann
mit Schritt 118 fort.
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In
Schritt 118 wird die Variable X mit einer vorbestimmten
Schlüsseländerungszyklusgrenze Xmin verglichen. Wenn ermittelt wird, dass
der Wert von X kleiner oder gleich Xmin ist,
fährt der
Algorithmus 100 mit Schritt 120 fort, in dem ein
Warn-Flag erzeugt und an die PRD 26 übertragen oder gesendet wird.
Wenn der Wert von X jedoch größer als
Xmin ist, umgeht der Algorithmus 100 Schritt 120 und
fährt direkt
mit Schritt 122 fort.
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In
Schritt 122 überträgt oder
sendet der Algorithmus 100 den Wert der Variable X, das
heißt,
die projizierte Anzahl von verbleibenden Schlüsseländerungszyklen, an die PRD 26 (siehe 1).
Ungeachtet dessen, ob in dem vorangehenden Schritt 120 ein Warn-Flag
erzeugt wurde, zeichnet die PRD 26 die Variable X in dem
Speicher-Array auf. Die PRD 26 berichtet vorzugsweise auch
den Wert der Variable X oder zeigt diesen an, wenn X kleiner oder
gleich einem vorbestimmten Anzeigeschwellenwert Xd ist.
Auf diese Weise empfängt
der Besitzer/Bediener des Fahrzeugs nicht nur eine rechtzeitige
Warnung bezüglich
eines existierenden oder baldigen Hochspannungsisolierungsfehlers,
sondern empfängt
der Besitzer/Bediener auch einen Schätzwert der Anzahl von unabhängigen Ereignissen,
die verbleiben, bis der Isolierungswiderstandswert RE den
vorbestimmten Widerstandsschwellenwert REmin überschreitet, ohne
unnötig
frühen
Warnungen oder Alarmen ausgesetzt zu sein. Für den Fall, dass ein Besitzer/Bediener
einen Zugriff auf die gespeicherten Widerstandwerte RE oder
die Variable X vor einer Anzeige wünscht, können diese Werte vorzugswei se
leicht durch Prüfen
oder Abfragen des Speichers des Controllers 16 detektiert
werden.
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Während die
geeignetsten Ausführungsformen
zum Ausführen
der Erfindung ausführlich
beschrieben wurden, werden Fachleute, die diese Erfindung betrifft,
verschiedene alternative Entwürfe
und Ausführungsformen
zum Ausführen
der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.