-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft die Steuerung von elektrischen Verbrauchern in Fahrzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers in einem Fahrzeug, eine Steuerung eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeugsystem.
-
Hintergrund der Erfindung
-
In modernen Motoren, insbesondere Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen, werden häufig zum Einstellen bestimmter mechanischer Steuerelemente elektrische Motoren genutzt. Diese können beispielsweise direkt an den zu betätigenden Komponenten angeordnet sein oder beispielsweise über Gestänge oder Getriebe mit den zu betätigenden Komponenten verbunden sein. Derartige Kombinationen aus einer Antriebseinheit und entsprechenden Übersetzungs- oder Getriebeelementen werden häufig als Aktuatoren bezeichnet. Beispielsweise kann eine Drosselklappe in einem Verbrennungsmotor über ein Getriebe mit einem Elektromotor verbunden sein. Dieser kann über eine Steuerelektronik oder über ein Steuergerät angesteuert werden, um die gewünschte Stellungsveränderung der Drosselklappe zu bewirken.
-
Derartige elektrische Aktuatoren können in vielen weiteren Bereichen eingesetzt werden, beispielsweise in Turbo-Wastegate-Stellern oder an Stellelementen von Abgasrückführungseinrichtungen. Aufgrund des Einsatzes dieser Aktuatoren an wesentlichen Bauteilen eines, beispielsweise, Verbrennungsmotors, werden hohe Anforderungen an Zuverlässigkeit gestellt, gleichzeitig aber auch niedrige Herstellungskosten und Wartungskosten gefordert. Diese teils gegenteiligen hohen Anforderungen können oftmals Kompromisse bezüglich Baugrößen und möglichen Einsatzszenarios erforderlich machen.
-
Übersteigt die Innentemperatur eines Elektromotors einen Grenzwert, kann es zu Beschädigungen kommen. Aus diesem Grund werden Elektromotoren häufig so betrieben, dass bei einer Höchst-Dauerleistung des Elektromotors die entstehende Wärme durch die thermische Kopplung abgeführt werden kann und somit eine Innentemperatur des Elektromotors in einem unkritischen Bereich bleibt. Allerdings wird durch die Begrenzung auf die Höchst-Dauerleistung nicht die maximal mögliche Leistung des Elektromotors genutzt.
-
EP 1 188 640 B1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur elektronischen Steuerung eines einem Regelsystem zugeordneten Aktuators in Kraftfahrzeugen.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Mithilfe von Ausführungsformen der Erfindung können unter anderem eine Verringerung des Gewichts und eine Senkung von Kosten von elektrischen Aktuatoren ermöglicht werden.
-
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers in einem Fahrzeug, das die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen einer Umgebungstemperatur in der Umgebung des elektrischen Verbrauchers und Bestimmen eines Sollwerts für eine elektrische Leistung des elektrischen Verbrauchers. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine aktuelle Innentemperatur des Verbrauchers zumindest aus der Umgebungstemperatur ermittelt wird und ein Einstellwert der elektrischen Leistung basierend auf der aktuellen Innentemperatur festgelegt wird.
-
Der elektrische Verbraucher, wie etwa ein Elektromotor erzeugt beim Betrieb durch verschiedene Effekte unter anderem Wärme. Je nach thermischer Anbindung an externe Medien, beispielsweise einen metallischen Verbrennungsmotorblock, führt diese Wärme zu einem Anstieg einer Innentemperatur des elektrischen Verbrauchers. Wird mehr Wärme erzeugt als über die thermische Kopplung abgeführt werden kann, kommt es zu einer stetigen Temperaturerhöhung innerhalb des elektrischen Verbrauchers. Dabei steigt die erzeugte Wärmemenge mit der Leistung des elektrischen Verbrauchers an. Durch die Eigenschaft des elektrischen Verbrauchers, durch seine Wärmekapazität eine gewisse Menge an Wärme zu speichern oder zu puffern, kann sich die Temperatur folglich erst nach mit einer zeitlichen Verzögerung erhöhen. Durch die Nutzung der aktuellen Innentemperatur des Verbrauchers als Bezugsgröße für die Festlegung des Einstellwertes der Leistung kann beispielsweise ein zeitlicher Versatz zwischen einem aktuellen Einstellwert der Leistung und einer sich daraus ergebenden Erwärmung des Verbrauchers genutzt werden. So können ein Überhitzungsschutz und/oder ein Überlastungsschutz durch eine Anpassung der Einstellleistung des Verbrauchers wirksam über die tatsächliche oder momentane Innentemperatur geschehen.
-
Ein elektrischer Verbraucher kann in diesem Zusammenhang beispielsweise ein Antriebsmotor, insbesondere ein Elektromotor, ein ohmscher Verbraucher wie beispielsweise eine Heizung oder Ähnliches sein.
-
Die Umgebungstemperatur kann als eine Temperatur verstanden werden, die in der mittelbaren oder unmittelbaren Umgebung des Verbrauchers auftritt. Dies können beispielsweise verschiedene Stellen im Motorraum sein. So werden im Rahmen der Motorsteuerung und Überwachung oftmals Werte von zum Beispiel Öltemperatur, Ansauglufttemperatur oder Kühlwassertemperatur erfasst. Die Umgebungstemperatur kann aber auch eine Temperatur direkt im Gehäuse des Verbrauchers, zum Beispiel in der direkten Umgebung von aktiven Motorelementen, betreffen.
-
Unter einem Sollwert für die elektrische Leistung kann die Leistung verstanden werden, die beispielsweise von einer Verarbeitungseinheit oder Mikrocontroller ohne Berücksichtigung der Innentemperatur bestimmt wird. Beispielsweise kann der Sollwert einen Wert zwischen Null und einer maximal technisch möglichen Leistung eines Elektromotors bei einem maximal erreichbaren Drehmoment annehmen.
-
Unter der aktuellen Innentemperatur des elektrischen Verbrauchers kann die Temperatur verstanden werden, die in einem Inneren des Verbrauchers auftritt. Dies kann beispielsweise die Temperatur einer Ankerwicklung oder eines Stators eines Elektromotors sein. Mit anderen Worten kann die Innentemperatur die für einen Überlastungsschutz relevante Temperatur der kritischen Komponenten eines elektrischen Verbrauchers beschreiben. Die Innentemperatur kann auch von außen, beispielsweise durch externe Wärmequellen aus dem Motorraum beeinflusst werden.
-
Der Einstellwert der elektrischen Leistung kann als der Leistungswert verstanden werden, der einer tatsächlichen Leistung des elektrischen Verbrauchers entspricht. Dieser Einstellwert kann sich vom zuvor bestimmten Sollwert unterscheiden. Der Einstellwert kann auch einen Ansteuerwert der Leistung an eine Endstufe darstellen, die dann ihrerseits die elektrische Leistung zum Verbraucher zur Verfügung stellt.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert die Festlegung des Einstellwertes auf einer in einer Steuerung gespeicherten Kennlinie. Die Kennlinie enthält eine Vielzahl von Innentemperaturwerten mit einem jeweils zugeordneten Maximalwert der Leistung. Die Maximalwerte der Leistung können sich bei steigenden Innentemperaturwerten verringern.
-
Als Vorteile einer Kennlinie kann die Möglichkeit gesehen werden, eine Vielzahl von unterschiedlichen Innentemperaturen zu spezifischen Maximalwerten der Leistung von zuzuordnen. Dies kann eine genaue und detaillierte Beeinflussung des Einstellwertes der Leistung in Abhängigkeit von der Innentemperatur erlauben.
-
Durch das Verringern des Einstellwertes der Leistung bei steigenden Innentemperaturen kann erreicht werden, dass die Wärmeerzeugung durch den Verbraucher bei steigender Innentemperatur reduziert wird und somit eine zusätzliche Erwärmung verringert oder verzögert wird. Dadurch kann ein wirksamer Überhitzungsschutz erreicht werden.
-
Gleichzeitig kann dies im unteren Temperaturbereich eine höhere Auslastung, also höhere Einstellwerte der Leistung erlauben. Dies kann eine mögliche maximale Leistung eines Verbrauchers im Vergleich zu einer dauerhaft anliegenden Leistung zumindest temporär erhöhen.
-
Eine Steuerung kann als ein Bauteil oder Baugruppe verstanden werden, die unter Berücksichtigung verschiedener externer Eingabevariablen, Messgrößen und Regeln Steuersignale für die Einstellung einer Leistung des Verbrauchers erzeugt. Dies kann beispielsweise ein Mikrocontroller sein, wobei die Temperatur-Maximalwert-Kennlinie in einem Speicher des Mikrocontrollers abgelegt sein kann. Die Steuersignale oder Steuergrößen können beispielsweise an eine Endstufe weitergegeben werden, die die notwendige Leistungselektronik zum elektrischen Betrieb des Verbrauchers bereitstellt.
-
Als Maximalwert der Leistung kann die Leistung des Verbrauchers verstanden werden, deren Wert nicht überschritten werden darf, um ein Überhitzen des elektrischen Verbrauchers zu verhindern. Der Maximalwert kann dabei auf verschiedenste Weise ermittelt werden, beispielsweise durch Ermittlung von Messdaten aus Testreihen oder auf Basis von Berechnungen. Durch das Speichern der Kennlinie in der Steuerung können die Werte auf einfache Weise geändert oder aktualisiert werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind in einem ersten Bereich der Kennlinie mit niedrigen Innentemperaturen die Maximalwerte der Leistung größer als eine Dauerleistung des elektrischen Verbrauchers. In einem zweiten Bereich der Kennlinie mit höheren Innentemperaturen sind die Maximalwerte der Leistung kleiner als die Dauerleistung des elektrischen Verbrauchers.
-
Dabei kann unter einer Dauerleistung eine Leistung des elektrischen Verbrauchers verstanden werden, bei der die entstehende Wärme über einen größeren Zeitraum über thermische Kopplung abgeführt werden kann, so dass eine Innentemperatur des elektrischen Verbrauchers einen bestimmten Grenzwert nicht übersteigt. Mit anderen Worten besteht beim Betrieb des elektrischen Verbrauchers unter Dauerleistung beispielsweise keine Gefahr der Überlastung oder Überhitzung.
-
Ein Vorteil einer erhöhten Leistung in einem unteren Temperaturbereich kann eine temporäre begrenzte Höherbelastung des elektrischen Verbrauchers sein. Dies kann eine Verwendung von Verbrauchern für kurzfristige höhere Leistungen erlauben, deren Dauerleistung einen geringeren Leistungswert aufweist. Zum Beispiel kann in einem unteren Temperaturbereich ein Elektromotor temporär ein höheres Drehmoment und somit eine höhere Leistung abgeben als eine angegebene Dauerleistung des Elektromotors.
-
Ein Vorteil einer kleineren Leistung als der Dauerleistung in einem Bereich höherer Innentemperaturen kann ein verbesserter Schutz vor Überhitzung des elektrischen Verbrauchers sein. Beispielsweise kann sich durch externe Wärmequellen der elektrische Verbraucher zusätzlich erwärmen, wodurch eine zusätzliche Ableitung von Wärme über thermische Kopplung notwendig werden kann. Durch die Verringerung des Einstellwertes der elektrischen Leistung unter die Dauerleistung, wird in einem Beispiel weniger Wärme durch den elektrischen Verbraucher erzeugt, als über die thermische Kopplung abgeführt werden kann. Dies kann das Ableiten zusätzlicher Wärme weg vom elektrischen Verbraucher erlauben und kann so die Gefahr einer Überhitzung deutlich verringern.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Festlegen des Einstellwertes der elektrischen Leistung weiterhin die folgenden Schritte auf: Das Ermitteln des zum aktuellen Innentemperaturwert zugeordneten Maximalwert der Leistung aus der Kennlinie und das das Vergleichen des Sollwertes der elektrischen Leistung mit dem Maximalwert der Leistung.
-
Durch das Vergleichen des zuvor ermittelten oder festgelegten Sollwerts der Leistung mit dem Maximalwert der Leistung kann beispielsweise ein überschreiten des Maximalwert festgestellt und verhindert werden. Das Vergleichen kann beispielsweise im Mikrocontroller des Steuergeräts stattfinden. Das Ermitteln des Maximalwertes kann beispielsweise durch referenzierten Zugriff auf den Speicher des Mikrocontrollers oder der Steuerung und ein Auslesen des zugehörigen Maximalwertes der elektrischen Leistung erfolgen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Festlegen des Einstellwertes in einer Weise, dass der Einstellwert der Leistung kleiner oder gleich dem Maximalwert der elektrischen Leistung bei der aktuellen Innentemperatur ist. Dies kann eine Überhitzung oder Überlastung des elektrischen Verbrauchers verhindern.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Umgebungstemperatur mithilfe eines vom elektrischen Verbraucher räumlich beabstandeten Sensors ermittelt.
-
Ein Vorteil kann darin gesehen werden, dass bereits vorhandene Temperatursensoren zur Ermittlung der Innentemperatur des elektrischen Verbrauchers herangezogen werden können. Hierbei kann eine thermische Kopplung verschiedener Komponenten in der Umgebung des elektrischen Verbrauchers ausgenutzt werden. Beispielsweise sind verschiedene Komponenten, wie Drosselklappen, Ventile, Pumpen in einem Motorraum über den Motorblock miteinander über wärmeleitende Elemente verbunden, beispielsweise verschraubt. In Betracht käme auch eine Wärmeübertragung durch Luft, beispielsweise innerhalb des Motorraumes.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Schritt der Ermittlung der Innentemperatur weiterhin das Ermitteln einer aktuellen Leistung des elektrischen Verbrauchers auf, wobei die Ermittlung der Innentemperatur auf der aktuellen Leistung des elektrischen Verbrauchers basiert.
-
Ein Vorteil kann darin gesehen werden, dass die aktuelle Leistung als ein wesentlicher Einflussfaktor für die Innentemperatur angesehen werden kann und die aktuelle Leistung auf diese Weise in die Ermittlung des Wertes einbezogen wird. Die aktuelle Leistung kann beispielsweise aus dem Einstellwert der elektrischen Leistung ermittelt werden, die in der Steuerung festgelegt wird.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Innentemperatur mithilfe eines vordefinierten Modells berechnet. Das Modell soll die unterschiedlichen Abhängigkeiten und Verknüpfungen der Einflussgrößen und Messwerte bezüglich der Innentemperatur abbilden und somit einen rechnerische Ableitung der Innentemperatur ermöglichen. Solche Modelle können eine hohe mathematische Komplexität erreichen und beispielsweise als Software in einem Mikrocontroller implementiert sein.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der elektrische Verbraucher ein Elektromotor. Solche Elektromotoren können vorteilhaft aufgrund ihrer Größe, Leistung und Kosten insbesondere in Aktuatoren eingesetzt werden. Dabei kann der Begriff des Elektromotors auch alle Vorrichtungen umfassen, die mithilfe elektrischer oder elektromagnetischer Energie Bewegung erzeugen.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuerung eines Fahrzeuges, die ausgeführt ist, die Schritte des oben beschriebenen Verfahrens auszuführen.
-
Unter einer Steuerung kann man beispielsweise ein Steuergerät eines Kraftfahrzeuges verstehen, das verschiedene Fahrzeugkomponenten kontrolliert. Diese Steuerung kann über die oben beschriebenen Funktionen hinaus eine Vielzahl weiterer Fahrzeugkomponenten steuern. Dazu können beispielsweise Instrumente, verschiedenste Stellvorrichtungen, Fahrerinformationssysteme oder Sicherheitssysteme gehören.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeugsystem, das eine Steuerung wie oben beschrieben, sowie einen elektrischen Verbraucher beinhaltet.
-
Es ist zu verstehen, dass Merkmale des Verfahrens so wie obenstehend und untenstehend beschrieben auch Merkmale der Steuerung oder des Fahrzeugsystems sein können und umgekehrt.
-
Kurze Beschreibung der Figuren
-
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Weder die Beschreibung noch die Figuren sollen als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden.
-
1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
2 zeigt ein Diagramm mit einer Leistungs-Temperatur-Kennlinie einer Steuerung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
3 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
Die Zeichnungen sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
-
In 1 werden in vereinfachter Form die wesentlichen Komponenten eines Fahrzeugsystems 10 gezeigt. Ein Steuergerät 12 dient dabei zur Steuerung eines Elektromotors 14 als Teil eines Aktuators 16. Beispielsweise kann dies ein Drosselklappenaktuator in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor sein, wobei der Elektromotor 14 über eine mechanische Übersetzung die Drehung einer Drosselklappe bewirkt. Der Elektromotor 14 wird über eine Endstufe 18, beispielsweise eine H-Brücke, angesteuert. Diese ist so dimensioniert und ausgelegt, dass sie eine größte über den gesamten Temperaturbereich auftretende Maximalleistung an den Elektromotor 14 zur Verfügung stellen kann. In einem Beispiel kann die Endstufe 18 auch für einen temporären Überlastbetrieb ausgelegt sein.
-
Die Endstufe 18 kann eine integrierte Baugruppe sein, kann aber auch speziell für sehr hohe Leistungen aus diskreten elektronischen Bauteilen aufgebaut sein. Für eine Erhöhung der Leistung können beispielsweise mehrere integrierte Endstufen 18 parallelgeschaltet oder in anderer Weise kombiniert werden. Dies kann einen Platzbedarf sowie Kosten für die Endstufe 18 senken.
-
Ein im Steuergerät 12 angeordneter Mikrocontroller 22 enthält einen Speicher 26, der unter anderem für die Speicherung einer Temperatur-Maximalwert-Kennlinie 170, 200 (siehe 2 und 3) und/oder für die Speicherung des Berechnungsmodells 150 (siehe 3) für die aktuelle Innentemperatur verwendet werden kann. Der Mikrocontroller 22 kann in einem Beispiel Teil eines zentralen Kraftfahrzeug-Steuergerätes oder Kraftfahrzeug-Computers sein.
-
Weiterhin enthält das Steuergerät 12 einen ersten Temperatursensor 28, der eine erste Temperaturinformation 30 an den Mikrocontroller 22 bereitstellt. Diese Temperaturinformationen können beispielsweise Umgebungstemperaturen sein. Der erste Temperatursensor 28 ist im Steuergerät 12 angeordnet, beispielsweise im Bereich der Endstufe 18, um einen Temperaturzustand der Endstufe 18 bei der Berechnung der aktuellen Innentemperatur zu berücksichtigen. Ein zweiter Temperatursensor 32 ist außerhalb des Steuergerätes 12 und außerhalb des Aktuators 16 angeordnet. Dieser übermittelt eine zweite Temperaturinformation 34 an den Mikrocontroller 22. Zum Beispiel kann dies ein bereits vorhandener Temperatursensor für Öltemperatur oder Ansauglufttemperatur sein. Es ist zu verstehen, dass anstatt der hier dargestellten einzelnen Temperatursensoren 28, 32 auch jeweils eine Vielzahl von internen und externen Temperatursensoren 28, 32 vorhanden sein können, deren Temperaturinformationen vom Mikrocontroller 22 zur Berechnung der aktuellen Innentemperatur des Elektromotors 14 genutzt werden können. In einem Beispiel sind die Temperatursensoren 28, 32 in der unmittelbaren Nähe des Elektromotors 14 angeordnet. Beispielsweise beträgt ein Abstand zwischen einem Temperatursensor 28, 32 und dem Elektromotor 14 fünf bis vierzig Zentimeter.
-
Der Mikrokontroller 22 kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass er einen Sollwert der Leistung bestimmt und aus der aktuellen Leistung des Elektromotors 14 unter Verwendung des im Speicher 26 abgelegten Berechnungsmodells sowie unter Verwendung der von den Temperatursensoren 28, 32 bereitgestellten Temperaturinformationen 30, 34 eine aktuelle Innentemperatur des Elektromotors 14 berechnet. Der Mikrocontroller 22 liest aus dem Speicher 26 den für die berechnete Innentemperatur zugehörigen Maximalwert der Leistung aus einer Temperatur-Maximalwert-Kennlinie 200 (siehe 2), vergleicht diesen mit dem zuvor bestimmten Sollwert und erzeugt die entsprechenden Steuersignale 24 zur Ansteuerung der Endstufe 18. Die Endstufe 18 betreibt den Elektromotor 14 dann mit dem Einstellwert der elektrischen Leistung.
-
2 zeigt eine Temperatur-Maximalleistungs-Kennlinie 200, die eine Maximalleistung 210 in Abhängigkeit von einer aktuellen Innentemperatur 220 zeigt. Die Funktionskurve 230 ordnet dabei jeweils einem diskreten aktuellen Innentemperaturwert 220 einen zugehörigen diskreten Wert der Maximalleistung 210 zu. Die auf der Temperatur-Achse aufgetragenen Werte der aktuellen Innentemperatur 220 steigen mit einer Entfernung zum Koordinatenursprung 240. Ebenso steigen die auf der Leistungsachse aufgetragenen Werte der Maximalleistung 210 mit steigendem Abstand zum Koordinatenursprung 240.
-
In der Kennlinie 200 ist weiterhin eine bisher häufig verwendete Kurve mit einer Dauerleistung 250 dargestellt. Diese Dauerleistung 250 ist über den gesamten Temperaturverlauf konstant. In einem Beispiel wird bei Betrieb eines Verbrauchers 14 mit maximal der Dauerleistung 250 die durch den Betrieb des Verbrauchers 14 und der Endstufe 18 erzeugte Wärme über thermische Kopplung abtransportiert, sodass eine Überhitzung des Verbrauchers 14 und der Endstufe 18 vermieden werden kann. Mit anderen Worten kann bis zu dieser Dauerleistung 250 ein sicherer Betrieb des Verbrauchers 14 und der Endstufe 18 möglich sein.
-
Im Gegensatz zur Dauerleistung 250 verläuft die Kurve der Maximalleistung 230 fallend. Dies bedeutet, dass der Verbraucher 14 in einem unteren Innentemperaturbereich 270 mit einer höheren Leistung als der Dauerleistung betrieben wird. Steigt durch die erhöhte Leistung die erzeugte Wärme im Verbraucher 14, steigt nach einer zeitlichen Verzögerung durch eine Wärmespeichereigenschaft des Verbrauchers 14, auch die aktuelle Innentemperatur 220 des Verbrauchers. Durch die fallende Charakteristik der Kurve 230 ergibt sich dadurch eine kleinere Maximalleistung 210 des Verbrauchers 14, wodurch wiederum weniger Wärme erzeugt wird. Dies kann einen weiteren Anstieg der aktuellen Innentemperatur des Verbrauchers 14 verzögern oder verhindern und somit vor Beschädigung schützen. Beispielsweise kann eine reguläre Innentemperatur oder Betriebstemperatur im Bereich von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren im Bereich von etwa 140°C liegen.
-
Ein Vorteil kann dabei sein, dass über eine begrenzte Zeitspanne ein Verbraucher 14 kurzzeitig mit einer Leistung betrieben werden kann, die höher ist als eine Dauerleistung 250. Dabei können kurzzeitig höhere Drehmomente oder Kräfte genutzt werden.
-
Bei einer Innentemperatur 260 entspricht die Maximalleistung der Kurve 230 der Dauerleistung 250. Diese kann beispielsweise bei einem Elektromotor 14 als Verbraucher beim Einsatz in der Nähe eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges etwa 200 °C betragen.
-
Steigt die aktuelle Innentemperatur 220 in einem oberen Temperaturbereich 280 weiter an, sinkt die Maximalleistung 210 des Verbrauchers 14 unter den Wert der Dauerleistung 250. Dies kann bedeuten, dass mehr Wärme des Verbrauchers über die thermische Kopplung abgeführt wird, als durch den Betrieb des Verbrauchers 14 entsteht. Dies kann beispielsweise in Situationen sinnvoll sein, wenn der Verbraucher 14 oder die Endstufe 18 durch starke externe Wärmequellen zusätzlich erwärmt werden. Hier kann eine Gesamtwärme noch über die thermische Kopplung abgeführt werden. Dies kann einen wirksamen Schutz vor Überhitzung des Verbrauchers 14 ermöglichen.
-
Eine Erzeugung der Funktionskurve 230 kann in einem Beispiel auch dadurch entstehen, dass eine begrenzte Zahl an diskreten Innentemperpaturen 220 und entsprechend zugeordneten Maximalwerten 210 der Leistung definiert und/oder in der Steuerung 12 gespeichert werden und die dazwischenliegenden Bereiche der Funktionskurve 230 durch Interpolation im Mikrocontroller berechnet werden. Eine Anzahl an definierten Maximalwerten, auch als Stützstellen bezeichnet, kann in Anwendungsbereichen der Fahrzeugtechnik beispielsweise zwischen 5 und 10 liegen.
-
In 3 ist ein Verfahren 100 zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers dargestellt, so wie es beispielsweise von der Steuerung 12 bzw. dem Mikrokontroller 22 durchgeführt werden kann.
-
Im Schritt 110 wird zunächst die Umgebungstemperatur bestimmt. Dies erfolgt beispielsweise in der unmittelbaren Umgebung des elektrischen Verbrauchers 14 durch benachbarte Sensoren 28, 32. Dabei können auch Temperaturinformationen von Sensoren 28, 32 genutzt werden, die bereits für andere Zwecke eingesetzt werden.
-
In einem Schritt 120 wird ein Sollwert für eine elektrische Leistung des Verbrauchers 14 bestimmt. Dieser kann von der Steuerung 12 oder dem Mikrocontroller 22 generiert werden, um beispielsweise ein Stellelement über einen Elektromotor 14 als Verbraucher in einer bestimmten Intensität zu bewegen.
-
Es wird weiterhin im Schritt 130 eine aktuelle Leistung des Verbrauchers 14 ermittelt. Diese kann beispielsweise durch Informationen direkt aus dem Mikrocontroller 22 oder durch separate Messvorrichtungen gewonnen werden.
-
Diese Information kann, kombiniert mit der Umgebungstemperatur und eventuell weiteren Eingabegrößen, in einem Schritt 140 zur Ermittlung der aktuellen Innentemperatur genutzt werden. Die Berechnung erfolgt durch Anwendung eines Berechnungsmodells 150 für die Innentemperatur, das zum Beispiel in einer Software im Mikrocontroller 22 abgebildet sein kann.
-
Im folgenden Schritt 160 wird ein Maximalwert der elektrischen Leistung ermittelt. Dieser Maximalwert kann beispielsweise den Wert einer Leistung darstellen, der nicht überschritten werden darf, um eine Überhitzung oder Beschädigung zu verhindern. Im hier gezeigten Beispiel wird der Maximalwert aus einer Temperatur-Maximalleistungs-Kennlinie 170 gewonnen, die für einen bestimmten Wert der aktuellen Innentemperatur die vorab definierte zugehörige Maximalleistung bereithält. Die Temperatur-Maximalleistungs-Kennlinie 170 kann beispielsweise die Temperatur-Maximalleistungs-Kennlinie 200 aus der 2 sein.
-
Im Schritt 180 wird der Sollwert der elektrischen Leistung, der im Schritt 120 ermittelt wurde, mit dem im Schritt 160 aus der Kennlinie 170 ausgelesenen Maximalwert der elektrischen Leistung verglichen. Dieser Vergleich kann dazu dienen, ein Überschreiten des Sollwertes über den Maximalwert der Leistung festzustellen. Bei der folgenden Festlegung des Einstellwertes der Leistung im Schritt 190 wird bei einem Sollwert kleiner oder gleich dem Maximalwert der Leistung der Einstellwert so gewählt, dass er dem Sollwert entspricht. Übersteigt der Sollwert den Maximalwert, so wird der Einstellwert so festgesetzt, dass er dem Maximalwert der Leistung entspricht. Mit anderen Worten wird der Einstellwert auf höchstens den Maximalwert der Leistung begrenzt. Mit dem im Schritt 190 festgelegten Einstellwert kann dann eine Leistungsendstufe 18 oder der Verbraucher 14 direkt angesteuert werden.
-
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
