DE102020213932A1

DE102020213932A1 - Method and device for operating an electrical system

Info

Publication number: DE102020213932A1
Application number: DE102020213932.6A
Authority: DE
Inventors: Stephan Frank
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2022-05-05
Also published as: WO2022096194A1

Abstract

Verfahren (100) zum Betrieb eines elektrischen Systems (200), mit den Schritten:Ermitteln (120) eines ersten Lastwertes (L1) in Abhängigkeit eines ermittelten ersten Stromes (I1) durch einen ersten elektrischen Leiter (210);Ermitteln (130) eines zweiten Lastwertes (L2) in Abhängigkeit eines ermittelten zweiten Stromes (12) durch einen zweiten elektrischen Leiter (220);Ermitteln (140) einer ersten Temperatur (Tsens) des ersten elektrischen Leiters (210) mittels eines Temperatursensors (230);Ermitteln (150) einer zweiten Temperatur (T2) des zweiten elektrischen Leiters (220) mittels einer Multiplikation des zweiten Lastwertes (L2) mit dem Quotienten aus der ersten Temperatur (Tsens) und dem ersten Lastwert (L1).Method (100) for operating an electrical system (200), with the steps: determining (120) a first load value (L1) as a function of a determined first current (I1) through a first electrical conductor (210); determining (130) a second load value (L2) as a function of a determined second current (12) through a second electrical conductor (220);determining (140) a first temperature (Tsens) of the first electrical conductor (210) by means of a temperature sensor (230);determining (150 ) a second temperature (T2) of the second electrical conductor (220) by multiplying the second load value (L2) by the quotient of the first temperature (Tsens) and the first load value (L1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Systems. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einer entsprechenden Vorrichtung und ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang sowie ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.The invention relates to a method and a device for operating an electrical system. Furthermore, the invention relates to a drive train with a corresponding device and a vehicle with a drive train as well as a computer program and a machine-readable storage medium.

Stand der TechnikState of the art

Es sind elektrische Systeme bekannt, die beim Betrieb Hotspots aufweisen. Hotspots sind Bereiche in einem elektrischen System, die beim Betrieb des elektrischen Systems stärker erhitzen als Bereiche des elektrischen Systems, die die Bereiche der Hotspots umgeben. Zur Vermeidung einer Zerstörung der in diesen Bereichen angeordneten elektrischen Komponenten ist es bekannt, je Hotspot in einem elektrischen System einen Temperatursensor vorzusehen. Für den Fall, dass die Temperatur an einem der Hotspots zu heiß wird, wird mindestens der entsprechende Bereich des elektrischen Systems beispielsweise abgeschaltet, um eine irreversible Zerstörung von zumindest Teilbereichen des elektrischen Systems zu verhindern. Es besteht der Bedarf nach alternativen Lösungen zur Ermittlung der Temperatur an verschiedenen Hotspots in einem elektrischen System.Electrical systems are known to have hot spots during operation. Hotspots are areas in an electrical system that heat up more during operation of the electrical system than areas of the electrical system that surround the hotspot areas. In order to avoid destruction of the electrical components arranged in these areas, it is known to provide a temperature sensor for each hotspot in an electrical system. In the event that the temperature at one of the hotspots becomes too hot, at least the corresponding area of the electrical system is switched off, for example, in order to prevent irreversible destruction of at least partial areas of the electrical system. There is a need for alternative solutions to determine the temperature at different hotspots in an electrical system.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Systems bereitgestellt. Das System umfasst mindestens zwei elektrische Leiter, mindestens einen Temperatursensor, der dazu eingerichtet ist, eine erste Temperatur eines ersten elektrischen Leiters zu ermitteln, mindestens einen ersten Stromsensor, der dazu eingerichtet ist, einen ersten Strom durch den ersten elektrischen Leiter zu ermitteln, und mindestens einen zweiten Stromsensor, der dazu eingerichtet ist, einen zweiten Strom durch einen zweiten elektrischen Leiter zu ermitteln. Das Verfahren umfasst die Schritte: Ermitteln eines ersten Lastwertes in Abhängigkeit des ermittelten ersten Stromes durch den ersten elektrischen Leiter; Ermitteln eines zweiten Lastwertes in Abhängigkeit des ermittelten zweiten Stromes durch den zweiten elektrischen Leiter; Ermitteln der ersten Temperatur des ersten elektrischen Leiters mittels des Temperatursensors; Ermitteln einer zweiten Temperatur des zweiten elektrischen Leiters mittels einer Multiplikation des zweiten Lastwertes mit dem Quotienten aus der ersten Temperatur und dem ersten Lastwert.A method of operating an electrical system is provided. The system comprises at least two electrical conductors, at least one temperature sensor configured to determine a first temperature of a first electrical conductor, at least one first current sensor configured to determine a first current through the first electrical conductor, and at least a second current sensor configured to determine a second current through a second electrical conductor. The method comprises the steps: determining a first load value as a function of the determined first current through the first electrical conductor; determining a second load value as a function of the determined second current through the second electrical conductor; determining the first temperature of the first electrical conductor using the temperature sensor; Determining a second temperature of the second electrical conductor by multiplying the second load value by the quotient of the first temperature and the first load value.

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Systems bereitgestellt. Das System umfasst mindestens zwei elektrische Leiter, die während des Betriebs des Systems von, insbesondere unterschiedlichen Strömen, durchflossen werden. Ein Temperatursensor, bevorzugt ein NTC-Sensor, ist vorgesehen zur Ermittlung einer Temperatur an einem ersten der elektrischen Leiter. Dieser Temperatursensor kann direkt an dem elektrischen Leiter angebracht sein. Aber auch ein von dem Leiter entfernter Anbauort des Temperatursensors ist möglich, beispielsweise wenn ein direktes Anbringen eines Sensors aufgrund des Platzangebotes nicht möglich ist. Die Ermittlung der Temperatur des Leiters ist dann jedoch ungenauer. Für jeden elektrischen Leiter ist ein Stromsensor zur Erfassung des Stroms durch die einzelnen Leiter vorgesehen. In einem ersten Schritt werden die Ströme durch die einzelnen elektrischen Leiter ermittelt, wobei in Abhängigkeit der ermittelten Stromwerte für jeden der Leiter ein Lastwert ermittelt wird, der insbesondere die, bevorzugt momentane, Belastung des elektrischen Leiters charakterisiert. Parallel dazu wird die Temperatur des ersten Leiters mittels des Temperatursensors ermittelt. Somit lässt sich dem ermittelten Lastwert des ersten elektrischen Leiters die ermittelte Temperatur zuordnen. Es ergibt sich ein Faktor zwischen dem ermittelten Lastwert und der Temperatur als Quotient von der ermittelten Temperatur und dem ersten Lastwert, ermitteln. Die Temperatur des zweiten elektrischen Leiters wird anschließend als Multiplikation des zweiten Lastwert und dem Faktor ermittelt.A method of operating an electrical system is provided. The system comprises at least two electrical conductors, through which currents, in particular different currents, flow during operation of the system. A temperature sensor, preferably an NTC sensor, is provided to determine a temperature on a first of the electrical conductors. This temperature sensor can be attached directly to the electrical conductor. However, it is also possible for the temperature sensor to be installed at a distance from the conductor, for example if direct attachment of a sensor is not possible due to the space available. However, determining the temperature of the conductor is then less accurate. A current sensor for detecting the current through the individual conductors is provided for each electrical conductor. In a first step, the currents through the individual electrical conductors are determined, with a load value being determined for each of the conductors as a function of the determined current values, which particularly characterizes the preferably instantaneous load on the electrical conductor. At the same time, the temperature of the first conductor is determined using the temperature sensor. The determined temperature can thus be assigned to the determined load value of the first electrical conductor. A factor results between the determined load value and the temperature as the quotient of the determined temperature and the first load value. The temperature of the second electrical conductor is then determined as a multiplication of the second load value and the factor.

Vorteilhaft wird ein Verfahren bereitgestellt, dass mittels einem Temperatursensor in einem elektrischen System die Ermittlung zweier unterschiedlicher Temperaturen, bevorzugt zweier Hotspot-Temperaturen oder zweier elektrischer, bevorzugt unterschiedlich belasteter, Leiter ermöglicht.A method is advantageously provided which, by means of a temperature sensor in an electrical system, makes it possible to determine two different temperatures, preferably two hotspot temperatures or two electrical conductors, preferably with different loads.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren die weiteren Schritte: Vergleichen mindestens einer der ermittelten Temperaturen mit einem vorgebbaren ersten Grenzwert; Schalten des elektrischen Systems in einen sicheren Zustand, falls eine der ermittelten Temperaturen den vorgebbaren ersten Grenzwert überschreiten.In another embodiment of the invention, the method comprises the further steps: comparing at least one of the determined temperatures with a predeterminable first limit value; Switching the electrical system to a safe state if one of the determined temperatures exceeds the predeterminable first limit value.

Das Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Systems umfasst weitere Schritte. Die ermittelten Temperaturen werden mit, bevorzugt mindestens, einem vorgebbaren ersten Grenzwert, bevorzugt einem Temperaturgrenzwert, verglichen. Dieser erste Grenzwert wird bevorzugt so vorgegeben, dass selbst ein dauerhafter Betrieb des elektrischen Systems bei einer entsprechend hohen Temperatur keinen unerwünschten Schaden der Komponente, an dem die Hotspot-Temperatur anliegt, hervorruft. Für den Fall, dass eine ermittelte Temperatur diesen Grenzwert überschreitet, wird das elektrische System, bevorzugt teilweise, abgeschaltet, damit eine Schädigung des elektrischen Systems, oder mindestens Teilen davon, vermieden wird.The method of operating an electrical system includes additional steps. The temperatures determined are compared with, preferably at least, a predeterminable first limit value, preferably a temperature limit value. This first limit value is preferably specified in such a way that even continuous operation of the electrical system at a correspondingly high temperature does not cause any undesired damage to the component at which the hotspot temperature is present. In the event that a determined temperature exceeds this limit value, the electrical system is switched off, preferably partially, so that damage to the electrical system, or at least parts of it, is avoided.

Vorteilhaft wird ein Verfahren bereitgestellt, welches einen Betrieb eines elektrischen Systems ermöglicht, wobei eine, bevorzugt thermische, Überlastung, vermieden wird.Advantageously, a method is provided which enables an electrical system to be operated while avoiding a preferably thermal overload.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung entspricht der ermittelte Lastwert einem normierten Stromwert. Das Ermitteln eines normierten Stromwertes umfasst ein Ermitteln eines Absolutwertes. Der Absolutwert charakterisiert den durch einen elektrischen Leiter fließenden Strom. Das Ermitteln des normierten Stromwertes umfasst ein Ermitteln einer Gewichtung des durch einen elektrischen Leiter fließenden Stromes.In another embodiment of the invention, the load value determined corresponds to a normalized current value. Determining a normalized current value includes determining an absolute value. The absolute value characterizes the current flowing through an electrical conductor. Determining the normalized current value includes determining a weighting of the current flowing through an electrical conductor.

Der beschriebene Lastwert entspricht in einer Ausgestaltung der Erfindung einem normierten Stromwert, bevorzugt in Abhängigkeit des durch einen elektrischen Leiter fließenden Stromes. Hierzu wird zunächst ein Absolutwert des Stromes ermittelt. Weiter wird zur Normierung der durch den elektrischen Leiter fließenden Strom gewichtet.In one embodiment of the invention, the load value described corresponds to a normalized current value, preferably as a function of the current flowing through an electrical conductor. For this purpose, an absolute value of the current is first determined. The current flowing through the electrical conductor is also weighted for standardization.

Vorteilhaft wird ein Verfahren bereitgestellt zur Ermittlung eines Lastwertes in Abhängigkeit des ermittelten Stromes.A method is advantageously provided for determining a load value as a function of the current determined.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Ermittlung eines Absolutwertes eine Bildung eines Betragswertes, eine Bildung eines Effektivwertes oder ein Quadrieren des durch einen elektrischen Leiter fließenden Stromes.In another embodiment of the invention, determining an absolute value includes forming an absolute value, forming an effective value or squaring the current flowing through an electrical conductor.

Vorteilhaft werden zur Ermittlung eines Absolutwertes unterschiedliche Möglichkeiten bereitgestellt. Entweder wird der Betrag des ermittelten Stroms durch den elektrischen Leiter berücksichtigt, ein Effektivwert (RMS(root-main-square)-Wert) des Stroms gebildet und berücksichtigt oder der Quadratwert des Stroms berücksichtigt.Different options are advantageously provided for determining an absolute value. Either the magnitude of the determined current through the electrical conductor is taken into account, an effective value (RMS (root-main-square) value) of the current is formed and taken into account, or the square value of the current is taken into account.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Ermittlung einer Gewichtung eine Integration der ermittelten Absolutwerte, insbesondere eine Integration über die Zeit oder mittels einem PT1-Glied.In another embodiment of the invention, the determination of a weighting includes an integration of the determined absolute values, in particular an integration over time or using a PT1 element.

Vorteilhaft werden zur Ermittlung einer Gewichtung unterschiedliche Möglichkeiten bereitgestellt. Dies kann eine zeitgewichtete Integration sein (z.B. ein Mittelwert der letzten 60 Sekunden) oder über ein PT1-Glied, bevorzugt mit einer Zeitkonstante des Leiters, bevorzugt einer Leiterzeitkonstante oder einer Statorzeitkonstante, kumuliert werden.Different options are advantageously provided for determining a weighting. This can be a time-weighted integration (e.g. an average of the last 60 seconds) or cumulated over a PT1 element, preferably with a time constant of the conductor, preferably a conductor time constant or a stator time constant.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung entspricht der ermittelte Lastwert einer geschätzten Temperatur, welche mittels eines Temperaturmodells in Abhängigkeit des ermittelten Stromes durch einen elektrischen Leiter ermittelt wird.In another embodiment of the invention, the determined load value corresponds to an estimated temperature, which is determined using a temperature model as a function of the determined current through an electrical conductor.

Der beschriebene Lastwert entspricht in einer Ausgestaltung der Erfindung einer geschätzten Temperatur. Hierzu wird mittels eines Temperaturmodells in Abhängigkeit des ermittelten Stromes durch einen elektrischen Leiter eine Temperatur geschätzt.In one embodiment of the invention, the load value described corresponds to an estimated temperature. For this purpose, a temperature is estimated using a temperature model as a function of the determined current through an electrical conductor.

Vorteilhaft wird ein alternatives Verfahren bereitgestellt zur Ermittlung eines Lastwertes in Abhängigkeit des ermittelten Stromes.An alternative method is advantageously provided for determining a load value as a function of the current determined.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das System eine mehrphasige elektrische Maschine und/ oder einen Spannungswandler. Der erste elektrische Leiter ist als ein erster Phasenstromleiter einer mehrphasigen elektrischen Maschine ausgebildet, bevorzugt als eine erste Statorwicklung. Der zweite elektrische Leiter ist als ein zweiter Phasenstromleiter der mehrphasigen elektrischen Maschine ausgebildet, bevorzugt als eine zweite Statorwicklung.In another embodiment of the invention, the system includes a multi-phase electrical machine and/or a voltage converter. The first electrical conductor is designed as a first phase current conductor of a multi-phase electrical machine, preferably as a first stator winding. The second electrical conductor is designed as a second phase current conductor of the multi-phase electrical machine, preferably as a second stator winding.

Es wird ein Verfahren für den Betrieb eines elektrischen Systems bereitgestellt, wobei das elektrische System weiter eine mehrphasige elektrische Maschine, bevorzugt eine dreiphasige, sechsphasige oder neunphasige elektrische Maschine, und/ oder einen Spannungswandler, bevorzugt einen Inverter zur Versorgung der elektrischen Maschine, umfasst. Hierbei ist der erste und der zweite elektrische Leiter jeweils einer der Phasenstromleiter. Der Phasenstromleiter kann bevorzugt innerhalb des Spannungswandlers, beispielsweise als Busbar, außerhalb des Spannungswandlers, beispielsweise als Kabel, und/ oder innerhalb der elektrischen Maschine als Statorwicklung ausgebildet sein.A method for operating an electrical system is provided, the electrical system further comprising a multi-phase electrical machine, preferably a three-phase, six-phase or nine-phase electrical machine, and/or a voltage converter, preferably an inverter for supplying the electrical machine. In this case, the first and second electrical conductors are each one of the phase current conductors. The phase current conductor can preferably be formed inside the voltage converter, for example as a busbar, outside the voltage converter, for example as a cable, and/or inside the electrical machine as a stator winding.

Darüber hinaus kann der erste und der zweite elektrische Leiter auch jeweils ein Leiter zur Versorgung des Spannungswandlers mit Gleichspannung, bevorzugt jeweils ein Kabel oder eine Busbar sein außerhalb und/oder innerhalb des Spannungswandlers.In addition, the first and second electrical conductors can also each be a conductor for supplying the voltage converter with DC voltage, preferably a cable or a busbar outside and/or inside the voltage converter.

Vorteilhaft wird ein Verfahren für den sicheren Betrieb eines Systems, welches mindestens teilweise einen elektrischen Antrieb umfasst, bereitgestellt.A method for the safe operation of a system, which at least partially includes an electric drive, is advantageously provided.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren die weiteren Schritte: Ermitteln einer Drehzahl der elektrischen Maschine; Vergleichen der ermittelten Drehzahl der elektrischen Maschine mit einem vorgebbaren zweiten Grenzwert; Ausführen des Verfahrens solange die ermittelte Drehzahl kleiner als der vorgebbare zweite Grenzwert ist.In another embodiment of the invention, the method comprises the further steps: determining a speed of the electrical machine; Comparing the determined speed of the electrical machine with a predefinable second limit value; Executing the method as long as the speed determined is less than the second limit value that can be specified.

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Systems mit einer elektrischen Maschine bereitgestellt. Das Verfahren wird jedoch nur ausgeführt, wenn eine ermittelte Drehzahl der elektrischen Maschine einen zweiten vorgebbaren Grenzwert, bevorzugt ein Grenzdrehzahlwert, beispielsweise 50 Umdrehungen pro Minute, unterschreitet. Bei sehr niedrigen Drehzahlen können unterschiedliche Ströme in den einzelnen Phasen einer elektrischen Maschine fließen. Dies ist speziell bei blockierten Maschinen, Bordsteinkanten oder Hillhold-Anwendungen zu beobachten.A method for operating an electrical system with an electrical machine is provided. However, the method is only carried out if a determined speed of the electrical machine falls below a second predefinable limit value, preferably a limit speed value, for example 50 revolutions per minute. At very low speeds, different currents can flow in the individual phases of an electrical machine. This is especially noticeable on blocked machines, curbs or hillhold applications.

Vorteilhaft wird das Verfahren nur dann ausgeführt, wenn Betriebspunkte des elektrischen Antriebs vorliegen, bei denen eine unsymmetrische Belastung der Phasenstromleiter oder Statorwicklungen zu erwarten sind. Somit wird eine einfache Lösung bereitgestellt, mit deren Hilfe eine asymmetrische Erwärmung abgeschätzt werden kann, um vorbeugend einem Überhitzen eines einzelnen Phasenstromleiters einer elektrischen Maschine entgegenzuwirken.The method is advantageously only carried out when there are operating points of the electric drive at which an asymmetrical load on the phase conductors or stator windings is to be expected. A simple solution is thus provided, with the aid of which asymmetrical heating can be estimated in order to preventively counteract overheating of an individual phase current conductor of an electrical machine.

Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, die bisher beschriebenen Verfahren auszuführen.Furthermore, the invention relates to a computer program that is set up to execute the methods described so far.

Ferner betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.The invention also relates to a machine-readable storage medium on which the computer program described is stored.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Systems. Das System umfasst mindestens zwei elektrische Leiter, mindestens einen Temperatursensor, der dazu eingerichtet ist, eine erste Temperatur eines ersten elektrischen Leiters zu ermitteln, mindestens einen ersten Stromsensor, der dazu eingerichtet ist, einen ersten Strom durch den ersten elektrischen Leiter zu ermitteln und mindestens einen zweiten Stromsensor, der dazu eingerichtet ist, einen zweiten Strom durch einen zweiten elektrischen Leiter zu ermitteln. Die Vorrichtung umfasst eine Logikeinheit, welche dazu eingerichtet ist, ein Verfahren, wie oben beschrieben, durchzuführen.Furthermore, the invention relates to a device for operating an electrical system. The system includes at least two electrical conductors, at least one temperature sensor configured to determine a first temperature of a first electrical conductor, at least one first current sensor configured to determine a first current through the first electrical conductor, and at least one second current sensor configured to determine a second current through a second electrical conductor. The device includes a logic unit which is set up to carry out a method as described above.

Es wird eine Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Systems bereitgestellt. Das System umfasst mindestens zwei elektrische Leiter, die während des Betriebs des Systems von, insbesondere unterschiedlichen Strömen, durchflossen werden. Ein Temperatursensor ist vorgesehen zur Ermittlung einer Temperatur an einem ersten der elektrischen Leiter. Für jeden elektrischen Leiter ist ein Stromsensor zur Erfassung des Stroms durch die einzelnen Leiter vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst eine Logikeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Ströme durch die einzelnen elektrischen Leiter zu ermitteln und in Abhängigkeit der ermittelten Stromwerte für jeden der Leiter einen Lastwert zu ermitteln. Dieser charakterisiert insbesondere die, bevorzugt momentane, Belastung des elektrischen Leiters. Weiter ist die Logikeinrichtung dazu eingerichet, die erste Temperatur mittels des Temperatursensors zu ermitteln. Weiter ist die Logikeinrichtung dazu eingerichtet, die zweite Temperatur des zweiten elektrischen Leiters zu ermitteln, indem der zweite Lastwert mit dem Quotient aus ermittelter erster Temperatur und dem ersten Lastwert multipliziert wird.An apparatus for operating an electrical system is provided. The system comprises at least two electrical conductors, through which currents, in particular different currents, flow during operation of the system. A temperature sensor is provided for determining a temperature on a first of the electrical conductors. A current sensor for detecting the current through the individual conductors is provided for each electrical conductor. The device includes a logic device that is set up to determine the currents through the individual electrical conductors and to determine a load value for each of the conductors as a function of the current values determined. This characterizes in particular the, preferably instantaneous, load on the electrical conductor. The logic device is also set up to determine the first temperature using the temperature sensor. Furthermore, the logic device is set up to determine the second temperature of the second electrical conductor by multiplying the second load value by the quotient of the determined first temperature and the first load value.

Vorteilhaft wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die mittels einem Temperatursensor die Ermittlung zweier unterschiedlicher Temperaturen, bevorzugt zweier Hotspot-Temperaturen, zweier elektrischer, bevorzugt unterschiedlich belasteter, Leiter in einem elektrischen System ermöglicht.A device is advantageously provided which, by means of a temperature sensor, makes it possible to determine two different temperatures, preferably two hotspot temperatures, of two electrical conductors in an electrical system, preferably with different loads.

Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einer Vorrichtung und einem elektrischen System, bevorzugt mit einem Spannungswandler und/ oder einer elektrischen Maschine. Ein derartiger Antriebsstrang dient beispielsweise dem Antrieb eines elektrischen Fahrzeugs. Mittels des Verfahrens und der Vorrichtung wird ein sicherer Betrieb des Antriebstrangs ermöglicht.Furthermore, the invention relates to a drive train with a device and an electrical system, preferably with a voltage converter and/or an electrical machine. Such a drive train is used, for example, to drive an electric vehicle. Safe operation of the drive train is made possible by means of the method and the device.

Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, mit einem beschriebenen Antriebsstrang. Vorteilhaft wird somit ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine Vorrichtung umfasst, mit der ein sicherer Betrieb ermöglicht wird.Furthermore, the invention relates to a vehicle with a described drive train. A vehicle is thus advantageously provided which includes a device with which safe operation is made possible.

Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend auf die Vorrichtung bzw. den Antriebsstrang und das Fahrzeug und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind.It goes without saying that the features, properties and advantages of the method according to the invention apply or can be applied accordingly to the device or the drive train and the vehicle and vice versa.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention result from the following description with reference to the attached drawings.

Figurenlistecharacter list

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Systems,
2 ein schematisch dargestellter Antriebsstrang mit einem elektrischen System,
3 ein schematisch dargestelltes Fahrzeug mit einem Antriebsstrang,
4 ein Signalflussplan für ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Systems
5 ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Systems

In the following, the invention will be explained in more detail with reference to some figures, showing:

1 a schematic representation of an electrical system,
2 a schematic drive train with an electrical system,
3 a vehicle shown schematically with a drive train,
4 a signal flow diagram for a method of operating an electrical system
5 a schematically illustrated flowchart for a method for operating an electrical system

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die 1 zeigt ein elektrisches System 200. Das elektrische System 200 umfasst einen ersten elektrischen Leiter 210 und einen zweiten elektrischen Leiter 220. Der erste und der zweite elektrische Leiter 210, 220 kann bevorzugt jeweils als ein Phasenstromleiter einer elektrischen Maschine aber auch jeweils als ein Leiter zur Versorgung eines Spannungswandlers mit Gleichspannung, bevorzugt jeweils als ein Kabel oder als eine Busbar ausgebildet sein. Weiter umfasst das elektrische System 200 einen Temperatursensor 230, der dazu eingerichtet ist, eine erste Temperatur Tsens des ersten elektrischen Leiters 210 zu ermitteln. Weiter umfasst das elektrische System 200 einen ersten Stromsensor 240, der dazu eingerichtet ist, einen ersten Strom I1 durch den ersten elektrischen Leiter 210 zu ermitteln und einen zweiten Stromsensor 250, der dazu eingerichtet ist, einen zweiten Strom 12 durch den zweiten elektrischen Leiter 220 zu ermitteln.the 1 shows an electrical system 200. The electrical system 200 comprises a first electrical conductor 210 and a second electrical conductor 220. The first and second electrical conductors 210, 220 can preferably each be used as a phase current conductor of an electrical machine but also each as a conductor for the supply a voltage converter with DC voltage, preferably in each case as a cable or as a busbar. Electrical system 200 also includes a temperature sensor 230 which is set up to determine a first temperature Tsens of first electrical conductor 210 . Electrical system 200 also includes a first current sensor 240, which is set up to determine a first current I1 through first electrical conductor 210, and a second current sensor 250, which is set up to detect a second current I2 through second electrical conductor 220 determine.

2 zeigt einen Antriebsstrang 300 mit einer Vorrichtung 290 und einem erweiterten elektrischen System 200, welches, neben den in 1 beschriebenen Komponenten, eine mehrphasige elektrische Maschine 260 und einen Spannungswandler 270 umfasst. Der erste elektrische Leiter 210 ist als ein erster Phasenstromleiter der mehrphasigen elektrischen Maschine 260 ausgebildet, bevorzugt als eine erste Statorwicklung. Der zweite elektrische Leiter 220 ist als ein zweiter Phasenstromleiter der mehrphasigen elektrischen Maschine 260 ausgebildet, bevorzugt als eine zweite Statorwicklung. Weiter wird der Spannungswandler 270 von einer mittels mindestens einem Schalter 252 abtrennbaren Batterie 255 mit Energie versorgt. Die Vorrichtung 290 umfasst eine Logikeinrichtung 295 die dazu eingerichtet ist, die erste Temperatur Tsens, die Ströme I1 und 12, und die Drehzahl D der elektrischen Maschine einzulesen. Die Logikeinrichtung 295 ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit der eingelesenen Signale die Temperaturen der elektrischen Leiter 210, 220 zu ermitteln und mit einem vorgebbaren ersten Grenzwert zu vergleichen. Falls eine der Temperaturen, bevorzugt das Maximum der ermittelten Temperaturen, den ersten Grenzwert überschreitet, ist die Logikeinrichtung 295 dazu eingerichtet, das elektrische System 200 in einen sicheren Zustand zu überführen und hierzu bevorzugt mindestens den einen Schalter 252 zu öffnen. Darüber hinaus ist die Logikeinrichtung 295 bevorzugt eingerichtet, das beschriebene Verfahren 100 nur durchzuführen, wenn die Drehzahl D der elektrischen Maschine 260 einen zweiten vorgebbaren Grenzwert unterschreitet. 2 shows a powertrain 300 with a device 290 and an extended electrical system 200, which, in addition to the 1 described components, a multi-phase electrical machine 260 and a voltage converter 270 includes. The first electrical conductor 210 is designed as a first phase current conductor of the multi-phase electrical machine 260, preferably as a first stator winding. The second electrical conductor 220 is designed as a second phase current conductor of the multi-phase electrical machine 260, preferably as a second stator winding. Furthermore, the voltage converter 270 is supplied with energy by a battery 255 that can be disconnected by means of at least one switch 252 . The device 290 includes a logic device 295 which is set up to read in the first temperature Tsens, the currents I1 and I2, and the speed D of the electrical machine. The logic device 295 is set up to determine the temperatures of the electrical conductors 210, 220 as a function of the signals read in and to compare them with a predeterminable first limit value. If one of the temperatures, preferably the maximum of the determined temperatures, exceeds the first limit value, logic device 295 is set up to switch electrical system 200 to a safe state and for this purpose to preferably open at least one switch 252. In addition, logic device 295 is preferably set up to only carry out method 100 described if rotational speed D of electrical machine 260 falls below a second predefinable limit value.

Die 3 zeigt ein schematisch dargestelltes Fahrzeug 400 mit einem Antriebsstrang 300. Die Darstellung zeigt beispielhaft ein Fahrzeug mit vier Rädern 310, wobei die Erfindung gleichermaßen in beliebigen Fahrzeugen mit einer beliebigen Anzahl an Rädern zu Lande, zu Wasser und in der Luft einsetzbar ist.the 3 shows a schematically illustrated vehicle 400 with a drive train 300. The illustration shows an example of a vehicle with four wheels 310, the invention being equally applicable in any vehicles with any number of wheels on land, on water and in the air.

Die 4 zeigt ein Signalflussplan für ein Verfahren 100 zum Betrieb eines elektrischen Systems 200. Die großen horizontalen Blöcke beschreiben beispielhaft Signalverläufe der einzelnen Phasen U, V, W einer dreiphasigen elektrischen Maschine 260. Von links werden mittels der Stromsensoren 240, 250, 242 die Ströme I1, 12, 13 in den einzelnen Phasenstromleitern erfasst und ausgegeben. In den Blöcken 231, 232, 233 wird jeweils ein Absolutwert der einzelnen Ströme I1, 12, 13 gebildet. In den folgenden Blöcken 234, 235, 236 werden die einzelnen Ströme I1, 12, 13 gewichtet und als Ergebnis die Lastwerte L1, L2, L3 ausgegeben. Mittels des Temperatursensors 230 wird die erste Temperatur Tsens eines ersten Phasenstromleiters 210 ermittelt und ausgegeben. In Block 237 wird der Quotient aus der ersten Temperatur Tsens und dem ersten Lastwert L1 gebildet als Normierungsfaktor. Dieser Normierungsfaktor wird den Blöcken 241, 242 zugeführt. In den Blöcken 241, 242 wird mittels der Multiplikation des jeweiligen Lastwertes L2, L3 und dem Normierungsfaktor die zweite Temperatur T2 und die dritte Temperatur T3 ermittelt. In Block 243 wird bevorzugt das Maximum der ermittelten Temperaturen Tsens, T2, T3 ermittelt. Anschließend wird das Maximum der ermittelten Temperaturen Tsens, T2, T3 mit dem ersten vorgebbaren Grenzwert G1 verglichen. Das elektrische System 200 wird in einen sicheren Zustand geschaltet, falls das Maximum den vorgebbaren ersten Grenzwert G1 überschreitet.the 4 shows a signal flow diagram for a method 100 for operating an electrical system 200. The large horizontal blocks describe exemplary signal courses of the individual phases U, V, W of a three-phase electrical machine 260. From the left, current sensors 240, 250, 242 measure currents I1, 12, 13 recorded and output in the individual phase current conductors. An absolute value of the individual currents I1, I2, I3 is formed in blocks 231, 232, 233 in each case. In the following blocks 234, 235, 236, the individual currents I1, I2, 13 are weighted and the load values L1, L2, L3 are output as a result. The first temperature Tsens of a first phase current conductor 210 is determined and output by means of the temperature sensor 230 . In block 237, the quotient of the first temperature Tsens and the first load value L1 is formed as a normalization factor. This normalization factor is fed to blocks 241,242. In blocks 241, 242, the second temperature T2 and the third temperature T3 are determined by multiplying the respective load value L2, L3 and the normalization factor. In block 243, the maximum of the ascertained temperatures Tsens, T2, T3 is preferably ascertained. The maximum of the determined temperatures Tsens, T2, T3 is then compared with the first definable limit value G1. The electrical system 200 is switched to a safe state if the maximum exceeds the specifiable first limit value G1.

Die 5 zeigt ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren 100 zum Betrieb eines elektrischen Systems 200. Mit dem Schritt 105 beginnt das Verfahren. In Schritt 120 wird ein erster Lastwert L1 in Abhängigkeit des ermittelten ersten Stromes I1 durch den ersten elektrischen Leiter 210 ermittelt. In Schritt 130 wird ein zweiter Lastwert L2 in Abhängigkeit des ermittelten zweiten Stromes 12 durch den zweiten elektrischen Leiter 220 ermittelt. In Schritt 140 wird eine erste Temperatur Tsens des ersten elektrischen Leiters 210 mittels des Temperatursensors ermittelt. In Schritt 150 wird eine zweite Temperatur T2 des zweiten elektrischen Leiters 220 mittels einer Multiplikation des zweiten Lastwertes L2 mit dem Quotienten aus der ersten Temperatur Tsens und dem ersten Lastwert L1 ermittelt. In Schritt 160 wird bevorzugt mindestens eine der ermittelten Temperaturen Tsens, T2 mit einem vorgebbaren ersten Grenzwert G1 verglichen. In Schritt 170 wird bevorzugt das elektrische System 200 in einen sicheren Zustand geschaltet, falls eine der ermittelten Temperaturen Tsens, T2 den vorgebbaren ersten Grenzwert G1 überschreitet. Mit Schritt 180 endet das Verfahren.the 5 FIG. 1 shows a schematically illustrated flowchart for a method 100 for operating an electrical system 200. The method begins with step 105. FIG. In step 120 a first load value L1 is determined as a function of the determined first current I1 through the first electrical conductor 210 . In step 130 a second load value L2 is determined as a function of the determined second current I2 through the second electrical conductor 220 . In step 140, a first temperature Tsens of the first electrical conductor 210 is determined using the temperature sensor. In step 150, a second temperature T2 of the second electrical conductor 220 is determined by multiplying the second load value L2 by the quotient of the first temperature Tsens and the first load value L1. In step 160, at least one of the ascertained temperatures Tsens, T2 is preferably compared with a predeterminable first limit value G1. In step 170, the electrical system 200 is preferably switched to a safe state, if one of the ascertained temperatures Tsens, T2 exceeds the predeterminable first limit value G1. With step 180 the method ends.

Claims

Verfahren (100) zum Betrieb eines elektrischen Systems (200), wobei das System (200) mindestens zwei elektrische Leiter (210, 220) umfasst und mindestens einen Temperatursensor (230), der dazu eingerichtet ist, eine erste Temperatur (Tsens) eines ersten elektrischen Leiters (210) zu ermitteln, und mindestens einen ersten Stromsensor (240), der dazu eingerichtet ist, einen ersten Strom (I1) durch den ersten elektrischen Leiter (210) zu ermitteln, und mindestens einen zweiten Stromsensor (250), der dazu eingerichtet ist, einen zweiten Strom (12) durch einen zweiten elektrischen Leiter (220) zu ermitteln, mit den Schritten: Ermitteln (120) eines ersten Lastwertes (L1) in Abhängigkeit des ermittelten ersten Stromes (I1) durch den ersten elektrischen Leiter (210); Ermitteln (130) eines zweiten Lastwertes (L2) in Abhängigkeit des ermittelten zweiten Stromes (12) durch den zweiten elektrischen Leiter (220); Ermitteln (140) der ersten Temperatur (Tsens) des ersten elektrischen Leiters (210) mittels des Temperatursensors (230); Ermitteln (150) einer zweiten Temperatur (T2) des zweiten elektrischen Leiters (220) mittels einer Multiplikation des zweiten Lastwertes (L2) mit dem Quotienten aus der ersten Temperatur (Tsens) und dem ersten Lastwert (L1).Method (100) for operating an electrical system (200), wherein the system (200) comprises at least two electrical conductors (210, 220) and at least one temperature sensor (230), which is set up to determine a first temperature (Tsens) of a first electrical conductor (210), and at least one first current sensor (240), which is set up to determine a first current (I1) through the first electrical conductor (210), and at least one second current sensor (250), which is set up to determine a second current (12) through a second electrical conductor (220), with the steps: determining (120) a first load value (L1) as a function of the determined first current (I1) through the first electrical conductor (210); determining (130) a second load value (L2) as a function of the determined second current (12) through the second electrical conductor (220); Determining (140) the first temperature (Tsens) of the first electrical conductor (210) by means of the temperature sensor (230); Determining (150) a second temperature (T2) of the second electrical conductor (220) by multiplying the second load value (L2) by the quotient of the first temperature (Tsens) and the first load value (L1).

Verfahren (100) nach Anspruch 1 mit den weiteren Schritten: Vergleichen (160) mindestens einer der ermittelten Temperaturen (Tsens, T2) mit einem vorgebbaren ersten Grenzwert (G1); Schalten (170) des elektrischen Systems (200) in einen sicheren Zustand, falls eine der ermittelten Temperaturen (Tsens, T2) den vorgebbaren ersten Grenzwert (G1) überschreiten.Method (100) according to claim 1 with the further steps: comparing (160) at least one of the determined temperatures (Tsens, T2) with a predeterminable first limit value (G1); Switching (170) the electrical system (200) to a safe state if one of the determined temperatures (Tsens, T2) exceeds the predeterminable first limit value (G1).

Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der ermittelte Lastwert (L1, L2) einem normierten Stromwert (Sn1, Sn2) entspricht, wobei das Ermitteln (120) eines normierten Stromwertes (Sn1, Sn2) ein Ermitteln eines Absolutwertes umfasst, wobei der Absolutwert den durch einen elektrischen Leiter (210, 220) fließenden Strom (11, 12) charakterisiert, und das Ermitteln (120) des normierten Stromwertes (Sn1, Sn2) ein Ermitteln einer Gewichtung des durch einen elektrischen Leiter (210, 220) fließenden Stromes (11, 12) umfasst.Method (100) according to any one of the preceding claims, where the determined load value (L1, L2) corresponds to a normalized current value (Sn1, Sn2), the determination (120) of a normalized current value (Sn1, Sn2) comprising determining an absolute value, the absolute value characterizing the current (11, 12) flowing through an electrical conductor (210, 220), and determining (120) the normalized current value (Sn1, Sn2) includes determining a weighting of the current (11, 12) flowing through an electrical conductor (210, 220).

Verfahren (100) nach Anspruch 3, wobei die Ermittlung eines Absolutwertes eine Bildung eines Betragswertes, eine Bildung eines Effektivwertes oder ein Quadrieren des durch einen elektrischen Leiter (210, 220) fließenden Stromes (11, 12) umfasst.Method (100) according to claim 3 , wherein the determination of an absolute value comprises forming an absolute value, forming an effective value or squaring the current (11, 12) flowing through an electrical conductor (210, 220).

Verfahren (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Ermittlung einer Gewichtung eine Integration der ermittelten Absolutwerte, insbesondere eine Integration über die Zeit oder mittels einem PT1-Glied, umfasst.Method (100) according to claim 3 or 4 , wherein the determination of a weighting includes an integration of the absolute values determined, in particular an integration over time or by means of a PT1 element.

Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der ermittelte Lastwert (L1, L2) einer geschätzten Temperatur (Ts1, Ts2) entspricht, die mittels eines Temperaturmodells in Abhängigkeit des ermittelten Stromes (11, 12) durch einen elektrischen Leiter (210, 220) ermittelt wird.Method (100) according to any one of Claims 1 or 2 , the determined load value (L1, L2) corresponding to an estimated temperature (Ts1, Ts2) which is determined by means of a temperature model as a function of the determined current (11, 12) through an electrical conductor (210, 220).

Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das System (200) eine mehrphasige elektrische Maschine (260) und/ oder einen Spannungswandler (270) umfasst, wobei der erste elektrische Leiter (210) als ein erster Phasenstromleiter einer mehrphasigen elektrischen Maschine (260) ausgebildet ist, insbesondere als eine erste Statorwicklung, und der zweite elektrische Leiter (220) als ein zweiter Phasenstromleiter der mehrphasigen elektrischen Maschine (260) ausgebildet ist, insbesondere als eine zweite Statorwicklung.Method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the system (200) comprises a multi-phase electrical machine (260) and/or a voltage converter (270), wherein the first electrical conductor (210) is designed as a first phase current conductor of a multi-phase electrical machine (260), in particular as a first stator winding, and the second electrical conductor (220) is designed as a second phase current conductor of the multi-phase electrical machine (260), in particular as a second stator winding.

Verfahren (100) nach Anspruch 7 mit den weiteren Schritten: Ermitteln einer Drehzahl (D) der elektrischen Maschine (260); Vergleichen der ermittelten Drehzahl (D) der elektrischen Maschine (260) mit einem vorgebbaren zweiten Grenzwert (G2); Ausführen des Verfahrens (100) solange die ermittelte Drehzahl (D) kleiner als der vorgebbare zweite Grenzwert (G2) ist.Method (100) according to claim 7 with the further steps: determining a speed (D) of the electrical machine (260); Comparing the determined speed (D) of the electric machine (260) with a predefinable second limit value (G2); Executing the method (100) as long as the determined speed (D) is less than the predefinable second limit value (G2).

Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens (100) nach Anspruch 1 bis 8 auszuführen.Computer program, comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause it to carry out the steps of the method (100). claim 1 until 8th to execute.

Computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens (100) nach Anspruch 1 bis 8 auszuführen.A computer-readable storage medium comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to perform the steps of the method (100). claim 1 until 8th to execute.

Vorrichtung (290) zum Betrieb eines elektrischen Systems (200), wobei das System (200) mindestens zwei elektrische Leiter (210, 220) umfasst und mindestens einen Temperatursensor (230), der dazu eingerichtet ist, eine erste Temperatur (Tsens) eines ersten elektrischen Leiters (210) zu ermitteln, und mindestens einen ersten Stromsensor (240), der dazu eingerichtet ist, einen ersten Strom (I1) durch den ersten elektrischen Leiter (210) zu ermitteln, und mindestens einen zweiten Stromsensor (250), der dazu eingerichtet ist, einen zweiten Strom (12) durch einen zweiten elektrischen Leiter (220) zu ermitteln, wobei die Vorrichtung (290) eine Logikeinheit (295) umfasst, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.Device (290) for operating an electrical system (200), wherein the system (200) comprises at least two electrical conductors (210, 220) and at least one temperature sensor (230) which is set up to determine a first temperature (Tsens) of a first electrical conductor (210), and at least one first current sensor (240) which is set up to determine a first current (I1) through the first electrical conductor (210), and at least one second current sensor (250) which is set up to detect a second current (12) through a second electrical Head (220) to determine, wherein the device (290) comprises a logic unit (295) which is adapted to a method (100) according to one of Claims 1 until 8th to perform.

Antriebsstrang (300) mit einer Vorrichtung (290) und einem elektrischen System (200) gemäß Anspruch 11.Drive train (300) with a device (290) and an electrical system (200) according to claim 11 .

Fahrzeug (400) mit einem Antriebsstrang (300) nach Anspruch 12.Vehicle (400) with a drive train (300). claim 12 .