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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose einer Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente eines elektrischen Aggregates gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 11 sowie ein elektrisches System gemäß dem Anspruch 12.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, während des Betriebes von elektrischen Systemen, die Temperatur einzelner Komponenten des elektrischen Systems zu überwachen. Die Überwachung der Temperatur dient meist dazu, eine Überhitzung und damit Zerstörung dieser Komponenten aufgrund einer elektrischen Überlastung zu vermeiden. Aus dem Stand der Technik ist es ebenfalls bekannt, Diagnosen durchzuführen, um die Funktionalität solcher Einrichtungen zur Bestimmung der Temperaturen zu überwachen. Dazu wird beispielsweise unabhängig von der Erstmessung an einer anderen Stelle eine zweite Temperaturmessung durchgeführt. Im Anschluss werden die beiden Temperaturmesswerte miteinander verglichen. Ergibt der Vergleich eine zu große Abweichung, ist eine der ermittelten Messgrößen fehlerhaft. Ein ähnliches Verfahren ist aus der
DE 10 2008 040 725 A1 bekannt. Mit der Erfindung wird ein vereinfachtes universell einsetzbares Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose einer Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente eines elektrischen Aggregates bereitgestellt.
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Aus der
DE 10 2004 061 815 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung der Funktionalität eines Temperatursensor bekannt. Der Temperatursensor wird als fehlerfrei betrachtet, wenn Plausibilitätsprüfungen bezüglich eines Maximalwertes und Gradienten des Sensorsignals fehlerfrei erfolgen.
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Aus der
DE 10 2005 037 717 B3 ist ein Verfahren zur Diagnose eines Temperatursensors bekannt. Ein Fehler wird in Abhängigkeit eines Vergleichs aus ermittelten und vorgegebenen Temperaturgradienten erkannt.
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Aus der
DE 10 2007 056 559 A1 ist ein Verfahren zum Überwachen von Temperatursensoren eines Pulswechselrichters bekannt. Die von den Temperatursensoren ermittelten Werte werden auf ihren Wertebereich und ihren zeitlichen Verlauf geprüft.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Diagnose einer Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente eines elektrischen Aggregates bereitgestellt. Während des Betriebes des elektrischen Aggregates fließt ein Effektivstrom durch das elektrische Aggregat. In Abhänigkeit des Effektivstroms durch das elektrische Aggregat wird in einem ersten Schritt ein erster Temperaturgradient der Komponente ermittelt. Ebenfalls wird mittels der Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente ein zweiter Temperaturgradient bestimmt. In einem zweiten Schritt werden die beiden Temperaturgradienten verglichen. Insbesondere wird eine Differenz aus dem ersten und dem zweiten Temperaturgradienten ermittelt.
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Erfindungsgemäß werden somit zur Diagnose der Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur die genannten zwei Temperaturgradienten ermittelt und miteinander verglichen. Der erste Temperaturgradient wird in Abhängigkeit des Effektivstroms durch das Aggregat ermittelt. Der fließende Effektivstrom wird dabei als eine physikalische Messgröße verwendet, die proportional der elektrischen und thermischen Belastung des elektrischen Aggregates ist. Bei einphasigen Systemen genügt die Betrachtung des Effektivstromes durch eine Phase. Bei mehrphasigen elektrischen Aggregaten sind, insbesondere bei ungleichmäßiger Belastung einzelner Phasen, vorzugsweise mehrere Phasen zu berücksichtigen. Der zweite Temperaturgradient wird mittels der Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente bestimmt. Vorteilhaft werden somit zwei unabhängige Verfahren zur Ermittlung zweier Temperaturgradienten bereitgestellt. In dem anschließenden zweiten Schritt, welcher die eigentliche Diagnose darstellt, werden die beiden Temperaturgradienten verglichen. Insbesondere wird die Differenz aus dem ersten und dem zweiten Temperaturgradienten ermittelt. Wenn die Differenz dieser beiden ermittelten Temperaturgradienten geringer als ein vorgebbarer Differenzwert ist, funktioniert die Temperaturerfassung mittels der Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente fehlerfrei.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung werden während einer ersten Zeitdauer die aktuellen Effektivstrom-Werte erfasst und integriert. In Abhängigkeit des daraus bestimmten Integrals wird der erste Temperatur-Gradient der Komponente ermittelt. Vorteilhaft wird so ein Verfahren zur Bestimmung des ersten Temperaturgradienten in Abhängigkeit des Effektivstroms durch das elektrische Aggregat bereitgestellt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird zur Bestimmung des zweiten Temperaturgradienten die Temperatur der Komponente mittels der Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente zu Beginn und zum Ende der ersten Zeitdauer erfasst, wobei Abweichungen der Zeitpunkte zur Erfassung der Temperatur gegenüber dem Beginn und dem Ende der ersten Zeitdauer um einen Betrag von etwa 40% der ersten Zeitdauer möglich sind. Vorteilhaft werden so beide Gradienten in Abhängigkeit eines im wesentlichen gleichzeitigen Zeitraumes erfasst. Somit geben beide Gradienten einen vergleichbaren Wert wider, der der Veränderung der Temperatur des Aggregates und der Komponente innerhalb dieses gleichzeitigen Zeitraumes entspricht. Je exakter die Zeitpunkte der Erfassung der Temperatur der Komponente und der Beginn und das Ende der Integralbildung während des ersten Zeitraumes übereinstimmen, umso genauer stimmen die Werte der beiden Gradienten überein. Wenn die Zeitpunkte nicht übereinstimmen, können sich unterschiedliche, also fehlerbehaftete, Werte der beiden Gradienten ergeben, so dass das Diagnoseverfahren insgesamt ungenauer wird. Für ein noch zuverlässiges Diagnoseverfahren sind Abweichungen der Zeitpunkte zur Erfassung der Temperatur gegenüber dem Beginn und dem Ende der ersten Zeitdauer, um einem Betrag von etwa 40% der ersten Zeitdauer möglich.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird in einem, dem ersten Schritt zeitlich vorgelagerten Verfahrensschritt, für eine zweite Zeitdauer der Effektivstrom durch das elektrische Aggregat geringer als ein erster vorgebbarer Effektivstromwert eingestellt. Der erste vorgebbare Effektivstromwert wird dabei so gering vorgewählt, dass während der zweiten Zeitdauer das elektrische Aggregat gar nicht oder nur in sehr geringem Maße elektrisch belastet wird. Dies hat zur Folge, dass sich die Temperaturen an allen Stellen innerhalb des elektrischen Aggregates an die Umgebungstemperatur angleichen. Somit kann vorteilhaft eine vergleichbare Ausgangsbasis für die Diagnose der Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente geschaffen werden. Entsprechend vorteilhaft ist daher, wenn dieser Verfahrenschritt dem ersten Schritt zeitlich ausreichend nah, oder direkt, vorgelagert ist, dass die Temperaturen an allen Stellen innerhalb des elektrischen Aggregates zu Beginn des ersten Schrittes noch eng beieinander liegen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird während des ersten Schrittes der Effektivstrom durch das elektrische Aggregat größer als ein zweiter vorgebbarer Effektivstromwert eingestellt. Der zweite Effektivstromwert wird dabei mindestens so groß vorgewählt, dass ein solcher Effektivstrom innerhalb der ersten Zeitdauer zu einem signifikanten Temperaturanstieg an der Komponente des elektrischen Aggregates führt. Dies bedeutet, je kürzer die erste Zeitdauer gewählt wird, desto größer wird der zweite Effektivstromwert vorgegeben. Vorteilhaft wird somit erreicht, dass aufgrund der resultierenden signifikanten Temperaturanstiege entsprechend große Temperaturgradienten auftreten und somit das Diagnoseverfahren belastbare Ergebnisse liefert.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird dann eine fehlerhafte Bestimmung der Temperatur der Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente diagnostiziert, wenn der Betrag der Differenz aus dem ersten und dem zweiten Temperaturgradienten einen vorgebbaren Differenzwert überschreitet. Somit wird auf eine funktionierende Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente geschlossen, wenn die Differenz der beiden Temperaturgradienten geringer als der vorgebbare Differenzwert ist. Vorteilhaft kann durch Wahl des vorgebbaren zulässigen Differenzwertes die Fehlertoleranz des Diagnoseverfahrens je nach Art des elektrischen Aggregates, der Komponente oder weiteren Umgebungsbedingungen eingestellt werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der vorgebbare Differenz-Wert in Abhängigkeit des ermittelten ersten und/oder zweiten Temperatur-Gradienten bestimmt. Beispielsweise beträgt der Differenz-Wert zehn Prozent eines Temperaturgradienten. Je nach Fehlertoleranz des applizierten Diagnoseverfahrens, je nach Art des elektrischen Aggregates, der Komponente oder weiteren Umgebungsbedingungen kann dieser Wert vorteilhaft an das spezifische System angepasst werden.
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In einer anderen Ausgestaltung wird der erste Temperaturgradient in Abhängigkeit des bestimmten Integrals mittels eines Kennfeldes ermittelt. Alternativ wird der erste Temperaturgradient in Abhängigkeit des bestimmten Integrals mittels eines mathematischen Modells bestimmt. Das mathematische Modell berücksicht hierzu beispielsweise thermische Verluste des elektrischen Aggregates. Vorteilhaft werden somit Möglichkeiten bereitgestellt, aus dem berechneten Integral aus dem Effektivstrom durch das elektrische Aggregat einen Wert für einen ersten Temperaturgradienten zu ermitteln.
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In einer anderen Ausgestaltung wird die Temperatur der Komponente mittels einer Temperatursensorik an dem elektrischen Aggregat ermittelt. Aus dem Stand der Technik sind beliebige Temperatursensoren bekannt, die dazu verwendet werden können, die Temperatur der Komponente zu ermitteln. Alternativ wird die Temperatur der Komponente mittels eines Temperaturmodells des Aggregates berechnet. Vorteilhaft werden somit einfache Systeme zur Ermittlung der beiden Temperaturwerte zur Ermittlung des zweiten Temperaturgradienten bereitgestellt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Aggregat eine elektrische Maschine und/oder die Komponente der Stator der elektrischen Maschine. Bei dem elektrischen Aggregat kann es sich jedoch auch um beliebige andere Aggregate wie Stromrichter, Wechselrichter, Batterien und andere Antriebe handeln, durch die während des Betriebes ein Effektivstrom fließt, und die dabei elektrisch belastet und dadurch erwärmt werden. Dementsprechend ist auch die Komponente nicht auf den Stator einer elektrischen Maschine beschränkt, sondern auf beliebige Bauteile der Aggregate, wie z. B. Rotoren, Leistungsschalter, Gehäuse, Elektroden, Wicklungen und andere Komponenten der elektrischen Aggregate. Vorteilhaft ist damit dieses Verfahren für eine Vielzahl von elektrischen Aggregaten und deren Komponenten einsetzbar.
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Weiter wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Diagnose einer Einrichtung zur Bestimmung einer Temperatur einer Komponente eines elektrischen Aggregatesbereitgestellt, wobei durch das elektrische Aggregat während des Betriebes des elektrischen Aggregates ein Effektivstrom fließt. Hierzu sind Mittel vorgesehen, die in einem ersten Schritt in Abhängigkeit des Effektivstroms durch das elektrische Aggregat einen ersten Temperaturgradienten der Komponente ermitteln. Weiter erfassen diese Mittel mittels der Einrichtung zur Bestimmung einer Komponente einen zweiten Temperaturgradienten. In einem zweiten Schritt vergleichen diese Mittel die beiden Temperaturgradienten, insbesondere ermitteln sie eine Differenz aus dem ersten und dem zweiten Temperaturgradienten.
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Vorteilhaft wird somit eine Vorrichtung bereitgestellt, die zwei unabhängige Verfahren zur Ermittlung zweier Temperaturgradienten durchführt. Anschließend wird ein zweiter Schritt durchgeführt, der die eigentliche Diagnose darstellt. Dabei werden die beiden Temperaturgradienten verglichen. Insbesondere wird die Differenz aus dem ersten und dem zweiten Temperaturgradienten ermittelt. Wenn die Differenz dieser beiden ermittelten Temperaturgradienten geringer als ein vorgebbarer Differenzwert ist, funktioniert die Temperaturerfassung mittels der Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente fehlerfrei.
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Weiter wird ein erfindungsgemäßes elektrisches System bereitgestellt. Dieses elektrische System umfasst eine leistungselektronische Komponente und ein elektrisches Aggregat und eine Vorrichtung zur Diagnose nach Anspruch 11. Je nach Ausgestaltung und Anwendungsgebiet kann dieses elektrische System leistungselektronische Komponenten wie Batterien, Zwischenkreise mit Zwischen kreiskondensatoren, Gleichspannungswandler, Wechselrichter, elektrische Maschinen sowie beliebige Gleichspannungsquellen umfassen und ein elektrisches Aggregat mit der Vorrichtung zur Diagnose einer Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente eines elektrischen Aggregates. Vorteilhaft werden somit elektrische Systeme bereitgestellt, die eine Diagnose zur Überwachung einer Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente eines elektrischen Aggregates zur Verfügung stellen.
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Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung und umgekehrt beziehungsweise auf das elektrische System zutreffen beziehungsweise anwendbar sind.
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Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in schematischer Form ein elektrisches System
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2 zeigt in schematischer Form ein Verfahren zur Diagnose einer Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente eines elektrischen Aggregates
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3 zeigt den einen Verlauf eines Effektivstroms über der Zeit in einem Diagramm.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts anderes ausgeführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Es versteht sich, dass Komponenten und Elemente in den Zeichnungen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht notwendigerweise maßstabsgetreu wiedergegeben sind.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombination von zuvor oder im Folgenden beschriebenen Merkmalen der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein elektrisches System 100. Das elektrische System 100 umfasst als leistungselektronische Komponente 123 einen Pulswechselrichter. Dieser Pulswechselrichter dient der Versorgung und Ansteuerung eines elektrischen Aggregates 107. Das elektrische Aggregat 107 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine elektrische Maschine mit einem Rotor 102 und einem Stator 101. Weiter ist eine Einrichtung 104 zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente 101 vorgesehen. Der Temperatursensor 103 misst die Temperatur des Stators 101 und liefert sein Messsignal an die Einrichtung 104 zur Bestimmung der Temperatur. Weiter ist eine Vorrichtung 105 zur Diagnose der Einrichtung 104 vorgesehen. Die Vorrichtung 105 ist mit Stromsensoren 106 verbunden, die den elektrischen Strom durch das elektrische Aggregat 107 erfassen. Aus dem erfassten elektrischen Strom wird mittels bekannter Algorithmen in der Vorrichtung 105 der Effektivstrom E durch das elektrische Aggregat ermittelt. Ferner ist die Vorrichtung 105 mit dem Pulswechselrichter 123 verbunden, zur Vorgabe von Limitierungen bei der Ansteuerung des elektrischen Aggregates 107, damit die notwendigen Begrenzungen des Effektivstroms E während des Verfahrens zur Diagnose der Einrichtung 104 eingehalten werden. Weiter umfasst das elektrische System 100 weitere leistungselektronische Komponenten, wie die Batterie 121 und den Zwischenkreis mit dem Zwischenkreiskondensator 122. Wie bereits oben erwähnt, ist das erfindungsgemäße elektrische System 100 nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere kann die Vorrichtung 105 zur Diagnose der Einrichtung 104 zur Bestimmung der Temperatur einer beliebigen Komponente 101 eines beliebig gestalteten elektrischen Aggregates 107, beispielsweise Pulswechselrichter 123, Batterie 121, Zwischenkreiskondensator 122 oder ganz anderer Aggregate zur Bestimmung der Temperatur deren beliebiger Komponenten 101, verwendet werden.
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2 zeigt das Verfahren 200 zur Diagnose einer Einrichtung 104 zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente 101 eines elektrischen Aggregates 107. Das Verfahren startet mit Schritt 201. In dem darauffolgenden Verfahrensschritt 202 wird das elektrische System 100 so angesteuert, dass für eine zweite Zeitdauer T2 der Effektivstrom E durch das elektrische Aggregat 107 geringer als ein erster vorgebbarer Effektivstromwert E1 ist. Dieser Schritt dient insbesondere dazu, dass sich die Temperaturen innerhalb des Aggregates 107 an die Umgebungstemperatur angleichen. Wenn es sich bei dem Aggregat 107 beispielsweise um eine elektrische Maschine handelt, ist hierzu insbesondere darauf zu achten, dass deren Drehzahl geringer als ein vorgebbarer Wert bleibt, damit die dabei induzierte Spannung nicht einen unerwünscht hohen Effektivstrom E verursacht, der wiederum eine Erhöhung der Temperatur in der elektrischen Maschine verursacht. Unmittelbar auf den Verfahrensschritt 202 wird in einem ersten Schritt 203 das elektrische System 100 derart angesteuert, dass während einer ersten Zeitdauer T1 die aktuellen Effektivstromwerte E erfasst und integriert werden und in Abhängigkeit des bestimmten Integrals ein erster Temperaturgradient T1 der Komponente 101 ermittelt wird. Zu Beginn und zum Ende der ersten Zeitdauer T1 wird zusätzlich die Temperatur STE1, STE2 der Komponente mittels der Einrichtung 104 zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente 101 erfasst und aus diesen beiden Werten mittels Differenzbildung ein zweiter Temperaturgradient TG2 bestimmt. In dem darauffolgenden Schritt 204 wird die Differenz aus dem ersten und dem zweiten Temperaturgradienten TG1, TG2 ermittelt. Überschreitet der Betrag der Differenz einen vorgebbaren Differenzwert, so wird eine fehlerhafte Einrichtung 104 zur Bestimmung der Temperatur einer Komponente 101 diagnostiziert. Mit Schritt 205 endet das Verfahren.
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3 zeigt in schematischer Form ein Diagramm, in dem ein Effektivstromverlauf E über der Zeit T dargestellt ist. Während des Zeitraumes T2 ist zu beobachten, dass die Werte des Effektivstroms E unterhalb des vorgebbaren Effektivstromwert E1 liegen. Innerhalb des Zeitraumes T1 ist zu beobachten, dass die Werte des Effektivstroms E oberhalb des zweiten vorgebbaren Effektivstromwert E2 liegen. Dieser Stromverlauf ermöglicht eine Durchführung der Diagnose mit einem belastbaren Ergebnis. Weiter sind in dem Diagramm die zwei Temperaturmesspunkte zu Beginn und am Ende der ersten Zeitdauer T1 dargestellt. Aus der Differenz der Temperaturwerte STE1 und STE2 wird der Temperaturgradient TG2 ermittelt. Der Wert des Temperaturgradienten TG2 ist umso größer, je größer die Differenz von STE2 und STE1 ist.
