Verfahren zur Bestimmung einer Komponente oder mehrerer Kom ponenten aus einer Anzahl an Komponenten, die je nach Leis tungsanforderung parallel betrieben werden können

Beim Versorgen von elektrischen Lasten wie beispielsweise Elektromotoren oder magnetischen oder piezoelektrischen Ein- spritzventilen oder ohmschen Lasten wie Leuchtmittel, die in Kraftfahrzeugen in großer Zahl verbaut sind, fließen häufig große Ströme durch die die Lasten betätigenden Schalttransistoren oder die eine Versorgungsspannung zur Verfügung stellenden Ener giewandler wie z.B. DC/DC-Wandler .

Um eine zu große Belastung der einzelnen Schaltmittel und anderen Bauteile zu vermeiden, werden häufig zwei oder mehrere

Schaltmittel oder auch DC/DC-Wandler parallel geschaltet. Dies ist beispielsweise in der DE 10 2005 045 889 B4 oder DE 10 2013 220 842 Al beschrieben. Bei solchen Parallelschaltungen von Strompfadsträngen oder Komponenten ist es wichtig, eine gleichmäßige Belastung während des Betriebes zu gewährleisten, da ansonsten einer der Stränge oder Komponenten aufgrund stärkerer Belastung und damit Alterung ausfallen kann und damit die gesamte Anordnung vorzeitig unbrauchbar wird.

Im Folgenden wird der Begriff Komponenten für parallel zu schaltende Bauteile, Bauteilgruppen oder damit gebildeten Anordnungen verwendet .

Es kann aber auch ein Betrieb vorgesehen sein, bei dem nicht immer alle möglichen Komponenten aktiviert sind sondern nur die für einen optimalen Betrieb, insbesondere einen optimalen Wir kungsgrad, erforderlichen. Hier müssen also abhängig von der Lastsituation eine oder mehrere der maximal möglichen Kompo nenten deaktiviert werden, wobei dafür gesorgt werden muss, dass nicht immer dieselben Komponenten aktiv sind und somit immer auch dieselben Komponenten bei geringerem Bedarf ausgeschaltet werden . Es gibt hierfür Konzepte, bei denen die parallelzuschaltenden Komponenten im Rotationsprinzip zu- und abgeschaltet werden. Dies kann jedoch ebenfalls zum vorzeitigen Ausfall einer Komponente führen, da unterschiedliche Belastungsbedingungen für die einzelnen Komponenten vorliegen können. So kann bei spielsweise beim Betrieb einer Komponente öfters eine höhere Umgebungstemperatur herrschen oder eine größere Versorgungs spannung anliegen oder ein größerer Strom fließen als beim Betrieb einer anderen Komponente, was wieder zum Ausfall der stärker belasteten Komponente und damit zum unbrauchbar werden der gesamten Anordnung führen kann.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Lebensdauererhöhung von parallelzuschaltenden Komponenten zu erzielen.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen an gegeben .

Demnach wird bei einem Verfahren zur Bestimmung einer Komponente oder mehrerer Komponenten aus einer Anzahl an Komponenten, die je nach Leistungsanforderung parallel betrieben werden können, zunächst abhängig von Umgebungsbedingungen und/oder Be triebszuständen und/oder der Versorgungsspannung und/oder des Versorgungsstromes ein Verschleißwert einer jeweiligen Kom ponente ermittelt. Es wird außerdem die optimale Anzahl an parallel zu betreibenden Komponenten für eine aktuelle Leis tungsanforderung ermittelt und mit der Anzahl der aktuell betriebenen Anzahl an Komponenten verglichen.

Bei einer Anzahl an aktuell betriebenen Komponenten, die größer ist als die optimale Anzahl, wird die Komponente mit dem größten Verschleißwert abgeschaltet und es werden bei einer Anzahl an aktuell betriebenen Komponenten, die kleiner ist, als die optimale Anzahl, die Komponente oder die Komponenten ermittelt, die grundsätzlich aktivierbar sind, und dann wird die akti vierbare Komponente mit dem geringsten Verschleißwert zuge schaltet . Ein Zu- oder Abschalten einer Komponente wird in vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wiederholt, bis die optimale Anzahl an parallel zu betreibenden Komponenten erreicht ist .

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird also immer abhängig von der optimalen Anzahl an parallel zu betreibenden Komponenten eine oder mehrere Komponenten abgeschaltet, wobei dies nicht nach dem Rotationsprinzip erfolgt sondern abhängig davon, welche Kom ponente den geringsten Verschleißwert aufweist, um dann zu geschaltet zu werden oder den größten Verschleißwert aufweist, um abgeschaltet zu werden.

Zur Ermittlung eines Verschleißwertes kann in einer Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für jede Komponente eine jeweilige auf einer Umgebungsbedingung oder einem Be triebszustand oder der Versorgungsspannung oder des Versor gungsstromes beruhende Verschleißrate ermittelt werden und die so für die zu berücksichtigenden Umgebungsbedingungen und/oder Betriebszustände und/oder der Versorgungsspannung und/oder des Versorgungsstromes ermittelten Verschleißraten zu einem Ver schleißwert für die jeweilige Komponente summiert werden.

Der Verschleißwert wird also abhängig von Verschleißraten ermittelt, die ihrerseits abhängig von der Belastung einer Komponente aufgrund von Umgebungsbedingungen, wie beispiels weise der Umgebungstemperatur oder der Umgebungs feuchtigkeit , von Betriebsbedingungen wie an Bauteilen anliegenden Spannungen, durch diese fließenden Strömen, Bauteiltemperaturen etc., der an der Komponente anliegenden Versorgungs Spannung oder dem ein geprägten Versorgungsstrom sind. Hierfür können ein oder mehrere Schwellwerte definiert und es kann ermittelt werden, wie lange beispielsweise die Komponente bei einer bestimmten Temperatur bei einem bestimmten Strom in Betrieb ist, um daraus Ver schleißrate und als Summe der Verschleißrate einen Ver schleißwert zu ermitteln. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur die Betriebszeit be rücksichtigt wird, sondern auch, dass der Betrieb bei extremeren Bedingungen erfolgt, so dass sich ein höherer Verschleißwert ergibt und in Folge andere Komponenten, die zwar möglicherweise schon länger in Betrieb sind, jedoch bei Normbedingungen, zugeschaltet werden oder umgekehrt.

In einer Weiterbildung dieser Alternative können die einzelnen Verschleißrate vor der Summation gewichtet werden.

Hierdurch kann z.B. dem Betrieb bei einer zu hohen Umge bungstemperatur ein höheres Gewicht gegeben werden als dem Betrieb bei einer zu hohen Versorgungs Spannung .

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist eine Komponente mit einer Anzahl von Baugruppen gebildet und es wird für jede Baugruppe eine jeweilige auf einer Umgebungsbedingung oder einem Betriebszustand oder der Versorgungsspannung oder des Ver sorgungsstromes beruhende Verschleißrate ermittelt und die so für die zu berücksichtigenden Umgebungsbedingungen und/oder Betriebszustände und/oder der Versorgungsspannung und/oder des Versorgungsstromes ermittelten Verschleißraten werden zu einem Teilverschleißwert für die jeweilige Baugruppe summiert und der maximale Teilverschleißwert dieser Teilverschleißwerte wird für die jeweiligen Baugruppen als Verschleißwert der Komponente ausgewählt .

Eine solche Baugruppe kann dabei aus nur einem oder auch mehreren Bauteilen bestehen. Es wird dann für jede Baugruppe eine Verschleißrate pro zu berücksichtigender Umgebungsbedingungen und/oder Betriebszustände und/oder der Versorgungsspannung und/oder des Versorgungsstromes ermittelt und diese einzelnen Verschleißraten werden zu einem Teilverschleißwert für die jeweilige Baugruppe summiert .

Hierdurch kann berücksichtigt werden, dass bestimmte Bauteile oder Baugruppen unter bestimmten Betriebsbedingungen einen höheren Verschleiß erleiden als andere und dies nicht durch eine Mittelung über alle Baugruppen einer Komponente zu einem insgesamt geringeren Verschleißwert führen würde, als dem tatsächlichen Alterungsgrad aufgrund der Überbeanspruchung einer einzelnen Baugruppe entsprechen würde.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens bei dem wieder eine Komponente mit einer Anzahl von Baugruppen gebildet ist und für jede Baugruppe eine jeweilige auf einer Umgebungsbedingung oder einem Betriebszustand oder der Ver sorgungsspannung oder des Versorgungsstromes beruhende Ver schleißrate ermittelt wird und die so für die zu berücksich tigenden Umgebungsbedingungen und/oder Betriebszustände und/oder der Versorgungsspannung und/oder des Versorgungs stromes ermittelten Verschleißraten zu einem Teilverschleißwert für die jeweilige Baugruppe summiert werden, wird der Teil verschleißwert dieser Teilverschleißwerte für die jeweiligen Baugruppen als Verschleißwert der Komponente ausgewählt, deren Baugruppe von einer Beurteilungseinheit als für die aktuell vorliegenden Lastverhältnisse als kritisch eingestuft ist.

Hier werden also auch die Lastverhältnisse berücksichtigt und es wird der Verschleißgrad der Baugruppe, für die diese Last verhältnisse am kritischsten sind, als Verschleißwert der Komponente gewählt. Hierzu ist eine Beurteilungseinheit vor gesehen, in der entsprechende Daten aus Erfahrungswerten enthalten sind und die entsprechende Werte für die Betriebs bedingungen und Lastverhältnisse als Eingangsgrößen erhält.

In einer nochmals weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem wieder eine Komponente mit einer Anzahl von Baugruppen gebildet ist und für jede Baugruppe eine jeweilige auf einer Umgebungsbedingung oder einem Betriebszustand oder der Versorgungsspannung oder des Versorgungsstromes beruhende Verschleißrate ermittelt wird und die so für die zu berück sichtigenden Umgebungsbedingungen und/oder Betriebszustände und/oder der Versorgungsspannung und/oder des Versorgungs stromes ermittelten Verschleißraten zu einem Teilverschleißwert für die jeweilige Baugruppe summiert werden, werden nun die Teilverschleißwerte jeweils mit einer spezifischen Wich tungsgröße multipliziert, die von einer Beurteilungseinheit für eine jeweilige Baugruppe als für die aktuell vorliegenden Lastverhältnisse ermittelt wird und der Verschleißwert einer Komponente die Summe der gewichteten Teilverschleißwerte ist.

Es werden also auch die aktuellen LastVerhältnis se berück sichtigt, jedoch nicht nur der Verschleißgrad einer Baugruppe als Verschleißwert berücksichtigt sondern der Verschleißwert wieder aus allen Verschleißraten aller Baugruppen gebildet, wobei jedoch eine Wichtung abhängig von den aktuellen Lastverhält nissen erfolgt.

Die Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind vorteilhaft anwendbar, wenn eine Komponente ein Phasenstrang eines mehr phasigen Energiewandlers ist, bei dem zwei oder mehrere Pha senstränge parallelgeschaltet werden können.

Da solche Phasenstränge hohen Belastungen unter unterschied lichen Lastverhältnissen ausgesetzt sein können, kann deren Lebensdauer unter Berücksichtigung der individuellen Ein- sat zbedingungen erheblich erhöht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 ein Flussdiagramm eine erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 ein Flussdiagramm einer Variante des erfindungsgemäßen

Verfahrens ,

Fig. 3 ein Flussdiagramm einer ersten Variante zur Bestimmung des Verschleißwerts einer Komponente,

Fig. 4 ein Flussdiagramm einer zweiten Variante zur Bestimmung des Verschleißwerts einer Komponente, Fig. 5 ein Flussdiagramm einer dritten Variante zur Bestimmung des Verschleißwerts einer Komponente,

Fig. 6 ein Flussdiagramm einer vierten Variante zur Bestimmung des Verschleißwerts einer Komponente.

Im Flussdiagramm der Fig. 1 wird zunächst 100 die optimale Anzahl von erforderlichen, aktivierten, parallel geschalteten Kom ponenten, z.B. Strängen eines Energiewandlers, für die be stehenden Lastverhältnisse ermittelt. Anschließend 110 wird diese optimale Anzahl mit der Anzahl an derzeit aktiven Kom ponenten verglichen. Falls die beiden Anzahlen gleich sind, wird das Verfahren bis zum nächsten Start beendet 120.

Falls aktuell zu viele Komponenten aktiv sind 130, wird die Komponente mit dem größten Verschleißwert bestimmt 131 und anschließend 132 diese Komponente abgeschaltet. Danach wird das Verfahren beendet 120.

Falls aktuell zu wenige Komponenten aktiv sind 140, werden zunächst 141 die grundsätzlich aktivierbaren Komponenten er mittelt, anschließend 142 wird die Komponente mit dem geringsten Verschleißwert ermittelt und schließlich 143 diese Komponente eingeschaltet. Danach wird das Verfahren beendet 120.

Gemäß Fig. 2 wird das gleiche Verfahren wie in Fig. 1 durchgeführt mit dem Unterschied, dass nach dem Ab- oder Einschalten der Komponenten in den Schritten 131 bzw. 143 das Verfahren nicht beendet wird, sondern zum Vergleichsschritt 110 zurückgekehrt wird, so dass das Verfahren zyklisch abläuft, bis die aktuelle Anzahl an aktivierten Komponenten der optimalen Anzahl ent spricht. In der Variante der Fig. 1 muss zum Erreichen der optimalen Anzahl an Komponenten das Verfahren ggf. immer wieder neu gestartet werden.

Die Figuren 3 bis 6 zeigen Verfahren zum Ermitteln eines Verschleißwertes für eine Komponente. Dabei wird in der Fig. 3 zunächst 30-1, 30-2, 30-n für jede Komponente oder für jeden Strang 1 bis n für jede Umgebungsbedingung - im dargestellten Beispiel die Temperatur, es könnte auch der Luftdruck, die Feuchtigkeit etc. sein -, für jeden Betriebszustand - im dargestellten Beispiel die Aktivität oder Betriebsdauer und der fließende Strom, es könnten auch Spannungen an Bauteilen etc. sein-, und für die anliegende Versorgungsspannung oder al ternativ einen eingeprägten Versorgungsstrom aufgrund von Erfahrungswerten eine Verschleißrate ermittelt.

Anschließend 31-1, 310-2, 31-n werden diese Verschleißraten aufsummiert und als Verschleißwert VSchlW-1 ... VSchlW-n für jede Komponente ermittelt.

Fig. 4 zeigt eine Variante der Ermittlung eines Verschleißwertes VSchlW-1 ... VSchlW-n für eine Komponente, bei der zunächst 40-1, 40-2, ... 40-n für jede Baugruppe einer Komponente, wie zur Fig. 3 für die gesamte Komponente beschrieben, die Verschleißraten VSchlR-1-1, VSchlR-1-2, VSchlR-2-1, VSchlR-2-2, ... VSchlR-n-2 bestimmt werden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 soll jede Komponente zwei Baugruppen haben, wobei eine Baugruppe auch nur aus einem Bauteil, z.B. einem Transistor oder einem Kondensator, bestehen kann.

Die Verschleißraten VSchlR-1-1 ... VSchlR-n-2 jeder Baugruppe werden anschließend 41-1-1, 41-1-2, ..., 41-n-l, 41-n-2 auf summiert .

Die so erhaltenen Teilverschleißwerte TVSchlW-1-1 ... TVSchlW-n-2 werden im nachfolgenden Schritt 42-1, 42-2, , 42-n bewertet und es wird für jede Komponente der maximale Teilverschleißwert als Verschleißwert VSchlW-1 ... VSchlW-n für die Komponente bestimmt.

Hier bestimmt also die am meisten gealterte Baugruppe einer Komponente deren Verschleißwert.

In der Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Fig. 5 wird hingegen abhängig von den Umgebungsbedingungen und/oder Betriebszuständen und/oder der Versorgungsspannung und/oder des Versorgungsstromes sowie den Lastbedingungen die lastspezifisch kritische Baugruppe bestimmt 500 und abhängig von diesem Wert der Verschleißwert der Komponente aus dem Teilverschleißwert dieser Baugruppe bestimmt 510. Die anderen Verarbeitungsschritte entsprechen denen der Fig. 4.

Statt dieser harten Auswahl wird in der Variante der Fig. 6 jeder Teilverschleißwert einer Baugruppe abhängig von den Umge bungsbedingungen und/oder Betriebszuständen und/oder der Versorgungsspannung und/oder des Versorgungsstromes sowie den Lastbedingungen mit einem lastspezifischen Wert multipliziert 60-1-1, 60-1-2, , 60-n-2, die Teilverschleißwerte der Bau gruppen einer Komponente also gewichtet und die Summe dieser gewichteten Teilverschleißwerte gebildet 61-1, 61-2, , 61-n.

Es wird also guasi ein gewichteter Mittelwert der Teilver schleißwerte der Baugruppen einer Komponente gebildet und als Verschleißwert der Komponente VSchlW-1, VSchlW-2, VSchlW-n bestimmt .

Bei den Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also zum einen bei der Bestimmung eines Verschleißwertes einer Kompo nente, also deren Alterung, berücksichtigt, dass unter schiedliche Rahmenbedingungen zu unterschiedlichem Verschleiß führen können. Zum anderen wird bei Bestimmung eines Ver schleißwertes berücksichtigt, dass unterschiedliche Be triebszustände unterschiedliche Baugruppen einer Komponente unterschiedlich altern lassen, so dass ein Betriebszustand, der eine Baugruppe besonders altern lässt, bevorzugt zur Auswahl einer Komponente führt, bei der genau diese Baugruppe noch wenig gealtert ist und umgekehrt.