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Beschreibung

Titel

Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Systems

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.

Stand der Technik

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.

Offenbarung der Erfindung

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, 2022/096194 PCT/EP2021/076489

- 2 - 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.

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.

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. 2022/096194 PCT/EP2021/076489

- 3 - ln 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.

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.

Vorteilhaft wird ein Verfahren bereitgestellt, welches einen Betrieb eines elektrischen Systems ermöglicht, wobei eine, bevorzugt thermische, Überlastung, vermieden wird.

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.

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. 2022/096194 PCT/EP2021/076489

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Vorteilhaft wird ein Verfahren bereitgestellt zur Ermittlung eines Lastwertes in Abhängigkeit des ermittelten Stromes.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Ermittlung eines Absolutwertes eine Bildung eines Betragswertes, eine Bildung eines Effektivwertes o- der ein Quadrieren des durch einen elektrischen Leiter fließenden Stromes.

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.

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 PTl-Glied.

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 PTl-Glied, bevorzugt mit einer Zeitkonstante des Leiters, bevorzugt einer Leiterzeitkonstante oder einer Statorzeitkonstante, kumuliert werden.

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.

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.

Vorteilhaft wird ein alternatives Verfahren bereitgestellt zur Ermittlung eines Lastwertes in Abhängigkeit des ermittelten Stromes. 2022/096194 PCT/EP2021/076489

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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.

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.

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.

Vorteilhaft wird ein Verfahren für den sicheren Betrieb eines Systems, welches mindestens teilweise einen elektrischen Antrieb umfasst, bereitgestellt.

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.

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 2022/096194 PCT/EP2021/076489

- 6 - pro Minute, unterschreitet. Bei sehr niedrigen Drehzahlen können unterschiedliche Ströme in den einzelnen Phasen einer elektrischen Maschine fließen. Dies ist speziell bei blockierten Maschinen, Bo rd stein kanten oder Hillhold-Anwendun- gen zu beobachten.

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.

Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, die bisher beschriebenen Verfahren auszuführen.

Ferner betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.

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.

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 2022/096194 PCT/EP2021/076489

- 7 - 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.

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.

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.

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.

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.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen: 2022/096194 PCT/EP2021/076489

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Figur 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Systems,

Figur 2 ein schematisch dargestellter Antriebsstrang mit einem elektrischen System,

Figur 3 ein schematisch dargestelltes Fahrzeug mit einem Antriebsstrang,

Figur 4 ein Signalflussplan für ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Systems

Figur 5 ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Systems

Ausführungsformen der Erfindung

Die Figur 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 II 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.

Figur 2 zeigt einen Antriebsstrang 300 mit einer Vorrichtung 290 und einem erweiterten elektrischen System 200, welches, neben den in Figur 1 beschriebenen Komponenten, eine mehrphasige elektrische Maschine 260 und einen Spannungswandler 270 umfasst. Der erste elektrische Leiter 210 ist als ein erster 2022/096194 PCT/EP2021/076489

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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 II 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.

Die Figur 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.

Die Figur 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 II, 12, 13 in den einzelnen Phasenstromleitern erfasst und ausgegeben. In den Blöcken 231, 232, 233 wird jeweils ein Absolutwert der einzelnen Ströme II, 12, 13 gebildet. In den folgenden Blöcken 234, 235, 236 werden die einzelnen Ströme II, 12, 13 gewichtet und als Ergebnis die Lastwerte LI, 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 LI gebildet als Normierungsfaktor. Dieser Normierungsfaktor wird den Blöcken R. 392884

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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 Gl verglichen. Das elektrische System 200 wird in einen sicheren Zustand geschaltet, falls das Maximum den vorgebbaren ersten Grenzwert Gl überschreitet.

Die Figur 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 LI in Abhängigkeit des ermittelten ersten Stromes II 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 LI ermittelt. In Schritt 160 wird bevorzugt mindestens eine der ermittelten Temperaturen Tsens, T2 mit einem vorgebbaren ersten Grenzwert Gl 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 Gl überschreitet. Mit Schritt 180 endet das Verfahren.