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Dokumentenidentifikation DE10208115A1 09.10.2003
Titel Verfahren zur Nachbildung des TEmperaturverlaufes elektrischer Antriebe
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Hauser, Ruediger, 76889 Schweigen-Rechtenbach, DE;
Kern, Christoph, 71263 Weil der Stadt, DE
Vertreter Patentanwälte Bardehle, Pagenberg, Dost, Altenburg, Geissler, Isenbruck, 68165 Mannheim
DE-Anmeldedatum 26.02.2002
DE-Aktenzeichen 10208115
Offenlegungstag 09.10.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.10.2003
IPC-Hauptklasse H02H 7/085
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schutz vor Überlastung von Motoren elektrischer Antriebe, die zumindest eine Steuerungselektronik umfassen. Es werden die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen.
Es erfolgt die Bestimmung der Temperatur (Tmot) des Motors im Betrieb. Danach folgt ein Vergleich (5) der Umgebungstemperatur (Tumg) des Motors mit einer Grenztemperatur (Tumg, max), bevor die Bestimmung der Temperaturerhöhung (7) der Umgebung des Motors im Betrieb durchgeführt wird. An diese schließt sich die Bestimmung des Temperaturverlaufs (8) des Motors während der Abkühlung an. Die aufgezählten Verfahrensschritte werden zyklisch innerhalb eines diskreten Zeitrasters durchlaufen.

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

In Kraftfahrzeugen werden heute auch elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren eingesetzt (EC-Motoren), die durch einen Mikrocontroller (µC) angesteuert werden. Diese elektrischen Maschinen umfassen meist einen Positionssensor, die Spannungsversorgung aus einem Gleichspannungsnetz erfolgt über eine Steuer- und Leistungselektronik. Die Einsatzgebiete dieser elektrischen Maschinen liegen im Bereich Lüftung/Klima und bei Pumpen- bzw. Verstellantrieben innerhalb des Kraftfahrzeuges. Durch die elektronische Steuerung können diese elektrischen Antriebe auch Zusatzfunktionen wie stufenlose Drehzahlregelung, Drehrichtungsumkehr, Sanftanlauf und Blockierschutz übernehmen, ohne daß weitergehende Modifikationen an diesen elektrischen Antrieben erforderlich sind.

Stand der Technik

Bei heute üblicherweise eingesetzten elektronischen Antrieben, wie zum Beispiel Pumpen- oder Verstellantrieben, wird ein thermischer Überlastschutz durch den Einsatz eines Einschaltdauerzählers realisiert. Die relative Einschaltdauer ist als das Verhältnis aus der Dauer des Laufes des elektrischen Antriebes unter Last, einschließlich Anlauf und Bremsen und der Spieldauer definiert. Der Einschaltdauerzähler wird in der Regel bei laufender elektrischer Maschine in einem definierten Zeitraster inkrementiert. Ist der elektrische Antrieb hingegen ausgeschaltet, so erfolgt ein Dekrementieren des Einschaltdauerzählers. Das Dekrementieren des Einschaltdauerzählers erfolgt in der Regel in einem bestimmten, vorwählbaren Verhältnis gegenüber dem Inkrementieren des Einschaltdauerzählers. Als Beispiel sei das Inkrementieren des Einschaltdauerzählers um 1 jede Sekunde bei angesteuertem Motor genannt sowie ein Dekrementieren des Einschaltdauerzählers um 1 alle 8 Sekunden bei einem nicht angesteuerten elektrischen Antrieb. Bei Erreichen eines bestimmten Zählerwertes des Einschaltdauerzählers wird das Einschalten des elektrischen Antriebes so lange verhindert, bis ein tieferliegender Zählerwert unterschritten wird. Da das Dekrementieren des Einschaltdauerzählers gemäß des oben genannten Beispiels wesentlich langsamer erfolgt als dessen Inkrementieren, um dem Abkühlverhalten des elektrischen Antriebes Rechnung zu tragen, kann der elektrische Antrieb während des Dekrementierens des Einschaltdauerzählers auf einen zulässigen Wert nicht in Betrieb genommen werden. Dies schützt zwar einerseits den elektrischen Antrieb, schränkt andererseits jedoch dessen tatsächliche Verfügbarkeit erheblich ein.

Beim Einsatz eines Einschaltdauerzählers stimmt die tatsächliche Temperaturentwicklung im elektrischen Antrieb nur in einem sehr begrenzten Temperaturbereich überein. Beim Einsatz eines Einschaltdauerzählers stimmt die tatsächliche Temperaturentwicklung im elektrischen Antrieb nur in einem sehr begrenzten Temperaturbereich überein. Das Aufwärmen und die Abkühlung sind natürlicherweise jeweils e-Funktionen gemäß Gleichung (I) und (II). Das Verhältnis des Einschaltdauerzähler ist das linearisierte Verhältnis von dieser Aufwärm- und Abkühlfunktion um einen bestimmten Arbeitspunkt. Der Arbeitspunkt deckt dabei den schlimmsten spezifizierten Fall ab, z. B. 80°C.

Wird der Arbeitspunkt bei einer anderen Temperatur festgesetzt, ändert sich das Verhältnis des Einschaltdauerzählers dementsprechend.

Der Einschaltdauerzähler sowie dessen Inkrementierung bzw. Dekrementierung sind in der Regel auf eine, über die Zeit gesehen, konstante Einschaltdauer des jeweils zu überwachenden elektrischen Antriebes ausgelegt. Variiert die Einschaltdauer über die Zeit gesehen hingegen stärker, so laufen die tatsächliche Temperatur innerhalb des elektrischen Antriebs sowie der Temperaturwert, der durch den jeweiligen Zählerstand des Einschaltdauerzählers repräsentiert wird, sehr stark auseinander.

Schließlich ist bei Einsatz eines Einschaltdauerzählers ein weiterer Auslegungsparameter des Zählers von Nachteil: Bei Einsatz eines Einschaltdauerzählers wird nicht berücksichtigt, daß sich die Gehäuseinnentemperatur eines elektrischen Antriebes bei dessen längerem Betrieb, insbesondere bei thermisch gekapselten elektrischen Antrieben, durchaus auch erhöhen kann. Dadurch verlängert sich die Abkühldauer des elektrischen Antriebes jedoch erheblich. Da der Zähler jedoch linear arbeitend ausgelegt ist, stimmen Zählerstand und tatsächlich herrschende Temperatur des elektrischen Antriebes nicht mehr überein, was im ungünstigsten Falle zur Zerstörung des elektrischen Antriebes führen kann. Die Auslegung eines Einschaltdauerzählers erfolgt in der Regel derart, daß bei einem bestimmten angenommenen thermisch ungünstigsten Falle, zum Beispiel bei einer Umgebungstemperatur von 80°C, der Schutz des elektrischen Antriebes gewährleistet ist. Durch diesen hohen Grenzwert ist jedoch die Verfügbarkeit des elektrischen Antriebes bei einem Betrieb unter normalen Umgebungstemperaturen, die unter 80°C liegen, erheblich eingeschränkt.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann an einem elektrischen Antrieb, gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Anbauten wie zum Beispiel einer Flügelzellenpumpe, in Software dessen natürlicher Temperaturverlauf nachgebildet werden, ohne daß eine sensorische Bestimmung der Temperatur unmittelbar am elektrischen Antrieb erforderlich wäre. Nachdem eine Grenztemperatur des elektrischen Antriebes überschritten wird, wird dessen Verfügbarkeit eingeschränkt. Nimmt die Temperatur weiter zu und wird eine weitere, höher gelegene Grenztemperatur überschritten, wird der Betrieb der elektrischen Maschine ausgesetzt. Die Aussetzung des Betriebes des elektrischen Antriebes erfolgt so lange, bis eine Grenztemperatur, die unterhalb der erstgenannten Grenztemperatur liegt, unterschritten ist.

Durch den in Software nachgebildeten Temperaturverlauf im Gehäuseinneren des elektrischen Antriebes und der Temperatur des Motors und/oder dessen Anbauteile - unter Berücksichtigung von Erwärmung und unter Berücksichtigung der sich jeweils einstellenden Abkühlung - läßt sich ein wesentlich genauer arbeitender thermischer Überlastschutz bereitstellen, der die tatsächlichen Temperaturverhältnisse innerhalb des elektrischen Antriebes wiederspiegelt, verglichen mit einem Überlastschutz, der mittels eines Einschaltdauerzählers gebildet wird. Unter Annahme vergleichbarer Lastverhältnisse bei elektrischen Antrieben mit Überlastschutz durch Einschaltdauerzähler sowie in Software dargestelltem Überlastschutz, wird bei der Lösung unter Verwendung eines in Software realisierten Überlastschutzes eine Erhöhung der Verfügbarkeit des elektrischen Antriebes, selbst unter ungünstigsten Temperaturbedingungen hinsichtlich der Umgebungstemperatur erreicht. Die Initialisierung einer Temperaturberechnung erfolgt unter Rückgriff auf einen Temperaturwert.

Dieser Wert kann entweder direkt auf der Steuerelektronik gemessen und in der Auswertesoftware verarbeitet werden oder es wird ein Temperaturwert, z. B. die Innentemperatur des Fahrzeuges über eine Kommunikationschnittstelle, z. B. CAN-Bus, zur Verfügung gestellt. Dadurch verbessert sich die Verfügbarkeit des elektrischen Antriebes nochmals wesentlich.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender erläutert.

Die einzige Figur zeigt den Berechnungsablauf der Ermittlung der Erwärmung des laufenden elektrischen Antriebes, die Berechnung der Erwärmung der Umgebung bei laufendem elektrischen Antrieb sowie die Berechnung der Abkühlung des elektrischen Antriebes.

Ausführungsvarianten

Der elektrische Antrieb einer Pumpe oder eines Verstellmechanismus' in einem Kraftfahrzeug, dessen Erwärmung bzw. Abkühlung durch das vorgeschlagene Verfahren nachgebildet wird, ist innerhalb eines Gehäuses aufgenommen und gegen die Umgebungsluft gekapselt. Unter dieser Voraussetzung können mehrere Temperaturverläufe bestimmt werden:

  • 1. Die Aufwärmung und die Abkühlung des Motors,
  • 2. Die Aufwärmung und die Abkühlung des Gehäuseinneren des elektrischen Antriebes.

Es wird die Annahme getroffen, daß die Wärmemenge, die vom Motorgehäuse des elektrischen Antriebes an die Umgebung abgegeben wird, keine Erhöhung der Umgebungstemperatur zur Folge hat.

Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren erfolgt eine numerische Berechnung der Temperaturentwicklung sowohl für die Gehäuseinnentemperatur (Umgebung in Bezug auf den Motor und/oder der Anbauteile des elektrischen Antriebes) und die Temperatur des Motors und/oder der Anbauteile des elektrischen Antriebs. Den numerischen Berechnungen für die Gehäuseinnentemperatur (Umgebung) und den Berechnungen für die Temperatur des Motors und/oder der Anbauteile des elektrischen Antriebs wird eine initiale Temperatur zugrundegelegt. Diese kann sowohl eine feste Konstante sein, die den ungünstigsten Fall abdeckt als auch ein variabel vorliegender Temperaturwert, der entweder direkt im Gerät auf der Steuerelektronik gemessen und verarbeitet oder über eine Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt wird. Die initiale Temperatur kann zum Beispiel mit dem Wert für die Fahrzeuginnentemperatur beim Start belegt werden und über einen CAN- Datenbus bereitgestellt werden.

Bei laufendem Motor des elektrischen Antriebs erfolgt die Berechnung der Erwärmung des Motors sowie der Gehäuseinnentemperatur gemäß einer exponentiellen Sättigungsfunktion gemäß folgender Gleichung:





mit:

T(t): Temperatur zum Zeitpunkt t

T(sat): Sättigungstemperatur und

k1: Koeffizient für Aufwärmung

Das Abkühlverhalten des elektrischen Antriebes sowie der Gehäuseinnentemperatur wird über die gesamte Spieldauer mittels einer exponentiellen Abklingfunktion gemäß folgender Gleichung berechnet:





mit:

T(t) = Temperatur zum Zeitpunkt t

T0 = Temperatur zum Zeitpunkt t =

T(U) = Gehäuseinnen- bzw. Umgebungstemperatur

k2 = Koeffizient für Abkühlung

Die verwendeten Koeffizienten k1 und k2 können vorzugsweise empirisch ermittelten Wertetabellen entnommen werden. Diese Werte für k1 und k2 sind im wesentlichen von den eingesetzten Materialien für das Gehäuse bzw. den Motor des elektrischen Antriebes abhängig. Auch der Mechanismus des Wärmetransportes - sei es Wärmeleitung oder Konvektion - geht in diese Koeffizienten ein, so daß eine möglichst genaue Abbildung der tatsächlichen Betriebsverhältnisse erfolgt. Je genauer dieser im Berechnungsalgorithmus abgebildet sind, eine desto genauere Berechnung des tatsächlich herrschenden Temperaturverlaufes hinsichtlich der Abkühlung bzw. hinsichtlich der Erwärmung kann gewährleistet werden.

Wird mit Gleichung (I) das Aufwärmverhalten des Motors des elektrischen Antriebes berechnet, ist für T(sat) die Sättigungstemperatur des Motors und/oder der Anbauteile des elektrischen Antriebes und für k1 der Aufwärmkoeffizient des Motor und/oder der Anbauteile des elektrischen Antriebes kmot_auf auf zu verwenden. Soll hingegen mit Gleichung (I) der Verlauf der Aufwärmung des Gehäuseinneren bestimmt werden, ist für T(sat) die Sättigungstemperatur des Gehäuseinneren und für k1 der Aufwärmkoeffizient des Gehäuseinneren kUmg einzusetzen.

Die Werte der Sättigungstemperaturen und der Koeffizienten zur Berechnung der Temperatur des Gehäuseinneren und des elektrischen Antriebs unterscheiden sich im allgemeinen. Wird mit Gleichung (II) das Abkühlverhalten des Motors des elektrischen Antriebes berechnet, ist für T(U) die Gehäuseinnentemperatur und für k2 der Abkühlkoeffizient des Motors und/oder dessen Anbauteile des elektrischen Antriebes kmot_ab zu verwenden. Soll hingegen mit Gleichung (II) der Verlauf der Abkühlung des Gehäuseinneren bestimmt werden, ist für T(U) die Umgebungstemperatur und für k2 der Abkühlkoeffizient des Gehäuseinneren kumg_ab einzusetzen.

Die Werte der Koeffizienten der Temperatur des Gehäuseinneren und des elektrischen Antriebs unterscheiden sich im allgemeinen.

Wird ein elektrischer Antriebsmotor verwendet, der in einem Gehäuse eingebaut wird, was nach außen hin zum Beispiel durch eine Schutzkappe oder eine PU-Einschäumung isoliert ist, kann eine Abkühlung der Gehäuseinnentemperatur vernachlässigt werden, so daß nur eine Aufwärmung des Gehäuseinneren zu berechnen ist.

In solchen Fällen wird die Berechnung der Gehäuseinnentemperatur, da keine Abkühlung berücksichtigt wird, vorteilhafterweise auf einen Maximalwert begrenzt, damit die Berechnung eines in Richtung ∞ ansteigenden Wertes vermieden wird.

Bei langsam erfolgender Aufwärmung, z. B. des Gehäuseinneren läßt sich das Aufwärmverhalten (exponentielle Sättigungsfunktion, siehe Gleichung (I)), z. B. des Gehäuseinneren, linearisiert in Form einer Geradengleichung gemäß der nachfolgend wiedergegebenen Beziehung darstellen:





mit:

kumg3: Steigung der Temperatur

T(init): Initiale Starttemperatur (ROM, CAN)

Die Berechnung der Temperatur des Motors und/oder derer Anbauteile des elektrischen Antriebs erfolgt in einem diskreten Zeitraster, von z. B. 100 ms. Dabei geht Gleichung (I) in:



Tmot(n) = Tmot(n-1) + (Tsat - Tmot(n-1)).kmot_auf (IV)



Gleichung (II) in:



Tmot(n) = Tmot(n-1) - (Tmot(n-1) - Tumg).kmot_ab (V)



und Gleichung (III) in:



Tumg(n) = Tumg(n-1) + kumg (VI)



wobei

Tmot(n): aktuell berechnete Temperatur des elektrischen Antriebs

Tmot(n-1): Temperatur des elektrischen Antriebs vom vorherigen Zyklus'

Tsat: Sättigungstemperatur des elektrischen Antriebs

kmot_auf: Koeffizient Aufwärmung elektrischer Antrieb

Tumg(n): aktuelle Gehäuseinnentemperatur

Tumg(n-1): Gehäuseinnentemperatur vom vorherigen Zyklus

kmot_ab: Koeffizient Abkühlung elektrischer Antrieb

kumg: Koeffizient Aufwärmung Umgebung

über.

Bei diesem Übergang ist darauf zu achten, daß die bestimmten Koeffizienten kmot_auf, kmot_ab, kumg auf das Zeitraster angepasst werden.

Wird bei der diskreten Berechnung der Temperatur des Motors und/oder dessen Anbauteile des elektrischen Antriebes gemäß (IV) eine kritische Schwelle überschritten, wird ein reduzierter Betrieb des elektrischen Antriebes erzwungen, so daß möglichst kein weiterer Temperaturanstieg beim Motor und/oder der Anbauteile des elektrischen Antriebes erfolgt. Steigt die Temperatur gemäß Gleichung (IV) trotzdem weiter an und überschreitet eine weitere, höher gelegene zweite Schwelle, wird der elektrische Antrieb z. B. einer Pumpe deaktiviert. Nach Unterschreiten einer Temperaturschwelle, die unterhalb der beiden erwähnten Temperaturschwellen bei der Erwärmung liegt, ist der elektrische Antrieb, wie zum Beispiel eine Flügelzellenpumpe, zur Druckluftversorgung von Zusatzaggregaten an Kraftfahrzeugen wieder voll verfügbar. Die Berechnung der Temperaturschwelle, ab welcher ein Betrieb des Motors des elektrischen Antriebs aus thermischen Gründen wieder erfolgen kann, erfolgt gemäß (V).

Anhand des in Fig. 1 dargestellten Ablaufdiagrammes wird der Durchlauf des Algorithmus beschrieben. Mit Bezugszeichen 1 ist eine Start-Routine bezeichnet, die an eine Initialisierungsabfrage 2 übergeht. In der Initialisierungsabfrage 2 wird abgefragt, ob der Motor des elektrischen Antriebs, der beispielsweise eine Flügelzellenpumpe oder ein anderes Förderaggregat zur Versorgung von Zusatzaggregaten innerhalb eines Kraftfahrzeuges antreibt, eingeschaltet ist oder nicht. Wird die Initialisierungsabfrage 2 verneint, erfolgt eine erste Verzweigung 3 zu einer Abkühlungsberechnung 8 des Motors und/oder der Anbauteile des elektrischen Antriebes.

Wird die Initialisierungsabfrage 2 hingegen bejaht, so erfolgt eine Verzweigung 4 zu einer Erwärmungsberechnung des Motors und/oder der Anbauteile des elektrischen Antriebes. Die Berechnung der Erwärmung des Motors des elektrischen Antriebes erfolgt durch eine diskrete Berechnung einer e-Funktion gemäß Gleichung (IV).

Von der Erwärmungsberechnung 4 des Motors des elektrischen Antriebs wird im weiteren Ablauf zu einer Abfrage 5 der maximalen Umgebungstemperatur verzweigt. In der Abfrage 5 wird abgefragt, ob die Umgebungstemperatur unterhalb einer maximal zulässigen Umgebungstemperatur liegt. Wird diese Abfrage verneint, so wird die Berechnung der Erwärmung der Umgebung gemäß Positionszeichen 7 durch eine zweite Verzweigung zur Abkühlungsberechnung 8 des Motors des elektrischen Antriebs umgangen. Wird die Abfrage 5 hingegen bejaht, so erfolgt eine Verzweigung zur Erwärmungsberechnung der Umgebung.

Da in den meisten Fällen der Motor des elektrischen Antriebes ein relativ gekapseltes System darstellt, ist aus Zweckmäßigkeitsgründen nur die Aufwärmung der Umgebung zu berechnen, da aufgrund der Kapselung praktisch keine Abkühlung gegenüber der Außenluft während des Betriebs des Motors des elektrischen Antriebes stattfinden kann.

Von der Berechnung der Umgebungstemperatur, d. h. der Gehäuseinnentemperatur des Motors des elektrischen Antriebes erfolgt ein Sprung im weiteren Ablauf zu einer Berechnungsroutine 8, in welcher die Berechnung der Abkühlung des Motors des elektrischen Antriebs erfolgt. Die Berechnung der Abkühlung des Motors und/oder der Anbauteile des elektrischen Antriebs erfolgt immer und kann bei Ablauf der der erfindungsgemäß vorgeschlagenen softwaremäßigen Nachbildung eines Überlastungsschutzes nicht umgangen werden. Von der Abkühlungsroutine zur Berechnung des Abkühlverhaltens des Motors und/oder dessen Anbauteile des elektrischen Antriebs erfolgt schließlich der Sprung zum Ablaufende 9. Im beigefügten Flowchart des Ablaufs der Berechnung von Erwärmung bzw. Abkühlung des Motors des elektrischen Antriebs bzw. der Berechnung der Erwärmung der Umgebung bei laufendem Motor des elektrischen Antriebs sind aus Zweckmäßigkeitsgründen die Exponentialfunktionen durch diskrete Formen ersetzt, die eine schnellere und einfachere Berechnung der einen Überlastschutz auslösenden Parameter erlauben. Bei elektrischen Antrieben, die mittels eines Mikrocontrollers (µC) gesteuert werden, läßt sich der Ablauf der Berechnungsroutine gemäß des Ablaufdiagrammes in Fig. 1 auf einfache Weise in deren Steuerelektronik implementieren, wodurch eine sensorische Bestimmung der Temperatur am Motor und/oder dessen Anbauteile des elektrischen Antriebes entbehrlich ist.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung bietet insbesondere den Vorteil, daß die im Flowchart mit Bezugszeichen 8 bezeichnete Abkühlroutine des Motors und/oder dessen Anbauteile des elektrischen Antriebs bezogen auf die ebenfalls berechnete Gehäuseinnentemperatur berechnet wird. Während bei Überlastschutzen, die durch Einschaltdauerzähler gebildet werden, bei stark variierenden Einschaltdauern und bei Erhöhung der Gehäuseinnentemperatur den tatsächlichen Verlauf der Motortemperatur des Motors des elektrischen Antriebs nur noch unzureichend wiedergibt, wird durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ein Weg bereitgestellt, unter Umgehung eines Dekrementierungsverhältnisses - wie bei Einschaltdauerzählern im allgemeinen üblich - eine tatsächliche Information über die aktuelle Antriebstemperatur zu erhalten. Die unter Verwendung der aktuellen Betriebstemperatur des Motors und/oder dessen Anbauteile zu ergreifenden Maßnahmen zum Schutz vor Überlastung des elektrischen Antriebes, zum Beispiel ein reduzierter Betrieb bei Erreichen einer ersten kritischen Motortemperaturschwelle oder dem Abschalten des Motors bei Überschreiten einer maximal zulässigen Temperatur, erfolgen mithin auf Basis einer wesentlich aussagekräftigeren und genauer bestimmten Antriebstemperatur. Die aus einem Dekrementieren eines Einschaltdauerzählers als Überlastschutz eines elektrischen Antriebsmotors erfolgende Verschiebung der aktuellen Temperatur und der im Einschaltdauerzähler abgebildeten Temperatur resultierende Verfälschung, d. h. der Abweichung der tatsächlichen Temperatur von der im Einschaltdauerzähler abgebildeten Temperatur, kann durch Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens vermieden werden. Die die Belastung des elektrischen Antriebsmotors bei erfolgter Erwärmung reduzierenden Maßnahmen, wie zum Beispiel der angesprochene reduzierte Betrieb bzw. das vollständige Abschalten des Antriebes bei unzulässig hoher Erwärmung, erfolgen nunmehr durch einen Vergleich der in einem Zeitraster von z. B. 100 ms, ermittelten Motortemperatur mit einer ersten bzw. einer zweiten Temperaturschwelle. Da die erste bzw. die zweite Temperaturschwelle abhängig von der Dimensionierung und der Auslegung und den Einbauverhältnissen des Motors des elektrischen Antriebs vorwählbar sind und die Motortemperatur aufgrund des Fehlens eines Dekrementierungsverhältnisses eine wesentlich genauere bestimmte Temperatur des elektrischen Antriebes darstellt, kann einerseits die Überlastung des elektrischen Antriebes bei erfolgter Erwärmung wirksam begrenzt werden, andererseits aufgrund einer wesentlich genaueren Erfassung der Abkühlung des elektrischen Antriebes nach erfolgtem Betrieb eine höhere Verfügbarkeit des elektrischen Antriebes erreicht werden.

Die elektrischen Antriebe, die in Kraftfahrzeugen zum Antrieb von Zusatzaggregaten wie zum Beispiel Flügelzellenpumpen zur Bereitstellung von Luft für Sitze bzw. für die Zentralverriegelung eingesetzt werden können, lassen sich auch bei anderen Anwendungen im Kraftfahrzeug einsetzen, wie zum Beispiel als Verstellantriebe oder auch als Pumpenantriebe für Lenkhilfeaggregate Bezugszeichenliste 1 Startroutine

2 Initialisierungsabfrage

3 erste Verzweigung zur Abkühlungsberechnung Motor

4 Verzweigung Erwärmungsberechnung Motor

5 Abfrage maximale Umgebungstemperatur unter-/überschritten

6 zweite Verzweigung zur Abkühlungsberechnung Motor

7 Verzweigung Erwärmungsberechnung Umgebung

8 Abkühlungsberechnung Motor

9 Ablaufende


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Schutz gegen Überlastung elektrischer Antriebe, die zumindest eine Steuerungselektronik umfassen und die von einem Gehäuse umschlossen sind, mit nachfolgenden Verfahrensschritten:
    1. a) dem Bestimmen der Temperatur (Tmot) des Motors im Betrieb,
    2. b) dem Vergleich (5) der Umgebungstemperatur (Tumg) des Motors mit einer Grenztemperatur (Tumg,max),
    3. c) dem Bestimmen (8) der Temperatur der Umgebung des Motors bei Betrieb des Motors,
    4. d) dem Bestimmen des Temperaturverlaufs (8) während der Abkühlung des Motors und
    5. e) wobei die Verfahrensschritte a) bis d) zyklisch innerhalb eines diskreten Zeitrasters durchlaufen werden.
    6. f) dem Bestimmen der Temperatur der Umgebung des Motors bei Stillstand des Motors.
  2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte a) bis d) alle 100 ms wiederholt werden.
  3. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Temperatur Tmot des Motors in Verfahrensschritt a) gemäß der Beziehung:





    erfolgt.
  4. 4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Temperatur des Motors anhand der Gleichung





    erfolgt.
  5. 5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung (7) der Temperatur Tumg der Umgebung des Motors in Verfahrensschritt c) gemäß der Beziehung:





    gemäß der Beziehung:





    erfolgt.
  6. 6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung (7) der Temperatur Tumg der Umgebung des Motors in Verfahrensschritt c) gemäß der Beziehung:





  7. 7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung (8) der Temperatur des Motors Tmot während der Abkühlung gemäß der Beziehung:





    erfolgt.
  8. 8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung (8) der Temperatur des Motors Tmot während der Abkühlung linearisiert nach der Beziehung:





    durchgeführt wird.
  9. 9. Verfahren gemäß der Ansprüche 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn der Berechnung innerhalb der Startroutine (1) die Anfangstemperatur für T0, Tmot und Tumg mit Konstanten, die in einem Steuergerät gespeichert sind, belegt werden.
  10. 10. Verfahren gemäß der Ansprüche 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn der Berechnung innerhalb einer Startroutine (1) die Anfangswerte für T0, Tmot, Tumg mit einer Temperatur, die über eine Kommunikationsschnittstelle zur Verfügung gestellt wird, wie z. B. Fahrzeuginnentemperatur über CAN-Bus des Fahrzeugs, beim Start belegt werden.
  11. 11. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur Tmot des Motors, die eine erste Temperaturschwelle überschreitet, ein reduzierter Betrieb des Motors erzwungen wird.
  12. 12. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur Tmot des Motors, die eine zweite Temperaturschwelle überschreitet, eine Deaktivierung des Motors des elektrischen Antriebs erfolgt.
  13. 13. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt d) zur Bestimmung der Temperatur Tmot des Motors während der Abkühlung stets durchlaufen wird.
  14. 14. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Temperatur des Motors auch die Temperatur angeschlossener Geräte (Verdichter, Getriebe, Flügelzellenpumpen) ermittelt werden kann.
  15. 15. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung (8) der Gehäuseinnentemperatur Tumg während der Abkühlung gemäß der Beziehung:





    erfolgt.
  16. 16. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung (8) der Gehäuseinnentemperatur Tumg während der Abkühlung gemäß der Beziehung:





    erfolgt.
  17. 17. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Gehäuseinnentemperatur Tumg in Verfahrensschritt c) gemäß der Beziehung:





    erfolgt.






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