CN120196147A - 用于对电系统进行温度监控的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对在具有多个组件的电系统中的组件温度进行监控的方法，所述方法具有以下步骤：在开始所述电系统的运行阶段时，测量参考温度，所述参考温度代表着在所述电系统中的一个位置处的温度；以作为起始值的参考温度为出发点借助于作为状态模型用微分方程式来建模的热平衡模型对所述电系统中的至少一个组件的组件温度进行连续的建模；在为至少一个组件预设的阈值温度的基础上对所述至少一个组件的组件温度进行连续的监控；其特征在于，此外依赖于温度不可靠性来进行所述监控，其中依赖于作为在先前的运行阶段的结束时刻的参考温度的结束‑参考温度以及所测量的参考温度来确定所述温度不可靠性。

Description

用于对电系统进行温度监控的方法

技术领域

本发明涉及电系统、尤其是具有高损耗功率的源头的电系统、像比如具有电机的驱动系统等的温度管理。此外，本发明涉及在不知道自上次切断起的持续时间时在激活或者接通电源之后实施对于组件温度的温度监控。

背景技术

电系统、像比如具有电马达的驱动系统在运行中将电能的显著部分转化为热，这可能导致系统的各个组件的不同程度的发热。出于保护构件的原因，有必要对电系统的各个组件在其温度方面进行监控，以便识别并且避免组件的过热。

因为由于高的耗费而不能给每个发热的组件配设温度传感器，所以经常借助于热平衡模型对温度进行建模。这基于能量输入、能量输出在考虑到热传递阻力的情况下能够实现热建模，用所述热建模能够连续地对组件温度进行建模和估计。能够用在温度方面的阈值比较对所建模的组件温度进行监控。但是，对建模来说，需要组件温度的起始状态的预设。

但是，对于不是持续地被接通或者用能量来供给的电系统、比如仅仅根据使用者愿望在短时间里被接通的电系统来说，在接通时刻的组件温度并不知晓，因为不能确定电系统的组件是具有环境温度还是处于运行发热的状态中。因此，电系统的起始状态不供组件温度的建模所用。用于这样的电系统的示例比如是电动窗升降系统、电动活动车顶系统、电动座椅调节系统等等中的驱动系统。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于对电系统中的至少一个组件进行温度监控的方法，所述方法在不取决于自上一次断开起的持续时间的情况下并且在不取决于先前的运行阶段中的运行强度的情况下保证对于至少一个组件的稳健而可靠的温度监控。

该任务通过按照权利要求1所述的、用于对电系统的组件进行温度监控的方法以及按照并列权利要求所述的装置以及电系统来解决。

其它设计方案在从属权利要求中得到了说明。

按照第一方面，提供一种用于对具有多个组件的电系统中的组件温度进行监控的方法、尤其是用计算机实现的方法，所述方法具有以下步骤：

-在开始所述电系统的运行阶段时，测量参考温度，所述参考温度代表着在所述电系统中的一个位置处的温度；

-以作为相应的起始值的参考温度为出发点借助于作为状态模型用微分方程式来建模的热平衡模型对所述电系统中的至少一个组件的组件温度进行连续的建模；

-在为至少一个组件预设的阈值温度的基础上对所述至少一个组件的组件温度进行连续的监控；

其中此外依赖于温度不可靠性来进行所述监控，其中依赖于作为在先前的运行阶段的结束时刻的参考温度的结束-参考温度以及所测量的参考温度来确定所述温度不可靠性。

此外，能够依赖于至少一个组件的、作为在先前的运行阶段的结束时刻所建模的组件温度的结束-组件温度并且/或者依赖于作为最大的与最小的组件温度之间的差的温度涨缩量来确定温度不可靠性。

电系统、尤其是具有电机和所集成的马达电子装置的驱动系统紧凑地构成。在运行中，系统的一些组件、像比如在其中所包含的线圈、定子组件及转子组件以及轴承由于能量输入而产生损耗功率，所述损耗功率导致局部发热。各个组件的发热由于紧凑的结构方式而引起热传递给相邻的组件的结果。一个或多个组件的热输入、组件之间的热传递以及从电系统中比如经由冷却体朝周围环境中的热的排放能够借助于热平衡模型来建模。这种热平衡模型相应于状态模型并且基于线性的微分方程式。

对于如比如在驱动系统中在可由机动车的驾驶员操作的机构中所使用的电系统来说，运行经常通过手动输入或者在通过上级系统来控制的情况下进行，使得运行阶段之间的时间间隔是不同的并且通常是未知的。因此，可能出现电系统的经常激活的时间周期，由此电系统的各个组件可能会相应剧烈地发热。此外，夏天中的环境温度同样可能会导致组件或者整个电系统的发热。

因为自先前的运行阶段结束起的持续时间或控制机构、比如控制设备/微控制器的断开与重新接通之间的时间段通常是未知的，所以对组件温度的建模来说通常不存在起始值，以所述起始值为出发点能够借助于状态模型来实施另外的温度建模。这尤其在高的环境温度的情况下或者在自先前的运行阶段起的短暂的持续时间的情况下可能导致以下状况，即：组件温度在接通电系统时处于用于监控的阈值温度的附近，而这一点不能被状态模型所识别。

因此规定，基于对高的组件温度的可能性加以考虑的温度不可靠性对至少一个组件的组件温度进行温度监控，以便就这样降低未识别出超过阈值温度的情况的风险。

为此，上述方法建议，在电系统的新的运行阶段的开始时刻测量在电系统中的一个位置处的参考温度。这通常借助于温度传感器来进行，所述温度传感器优选能够被设置在电系统的控制设备中。“运行阶段”在这点上是指以下时间段，在所述时间段的期间能够通过电系统对组件温度进行跟踪或者建模。

借助于热平衡模型，以被假设为参考温度的初始的组件温度为出发点连续地实施对于组件温度的建模，方式是：离散地以先后相随的时间步长计算与线性的微分方程式相对应的热平衡模型。

因而，在开始时、也就是说在当前的运行阶段的开始时刻，由于缺少关于自上一个运行阶段结束起过去的持续时间的一般信息而将至少一个组件的组件温度设置为所测量的参考温度。这个参考温度由电系统中的至少一个温度传感器来测量。而后，通过建模，所建模的组件温度在运行阶段的进程期间可供使用。

能够规定，此外仅仅在运行阶段开始之后的预先确定的持续时间里对温度不可靠性加以考虑。尤其能够以在运行阶段的开始时刻的基值为出发点减少地对温度不可靠性加以考虑。尤其能够线性减少地或者指数型减少地在运行阶段开始之后的预先确定的持续时间里对温度不可靠性加以考虑。

此外，在开始时刻之后的相应的时刻为至少一个组件确定温度不可靠性，所述温度不可靠性从温度不可靠性的配属于组件的基值以及尤其时间上的因数函数(Faktorfunktion)中产生，所述因数函数以自当前的运行阶段的开始时刻起的持续时间为出发点提供温度不可靠性的、下降到零尤其朝零下降的变化曲线。

能够规定，在预先确定的持续时间过去之后连续地假设用于温度不可靠性的预设的数值。

在此，能够依赖于在先前的运行阶段的结束时刻的参考温度(结束-参考温度)、至少一个组件的在先前的运行阶段的结束时刻所建模的组件温度(结束-组件温度)并且必要时基于至少一个组件的组件温度的、在先前的运阶阶段的期间的涨缩量来查明温度不可靠性的基值。

因此，结束-参考温度越高，就能够将温度不可靠性的基值选择得越高。此外，在上一个运行周期的期间的温度涨缩量越低，就能够将温度不可靠性的基值选择得越低。此外，结束-组件温度越高，就能够将温度不可靠性的基值选择得越高。此外，在先前的运行阶段的期间的温度涨缩量较小的同时(比如温度涨缩量低于预设的阈值)当前所测量的参考温度与结束-参考温度之间的温度差越小，就能够选择越小的不可靠性尺度。作为替代方案，当前所测量的参考温度与结束-参考温度之间的温度差和在先前的运行阶段的期间的温度涨缩量的乘积越小，就能够选择温度不可靠性的越小的基值。

现在，在基于为至少一个组件预设的阈值温度进行温度监控时能够对温度不可靠性的如此查明的基值加以考虑并且借助于时间上的因数函数对当前的温度不可靠性加以考虑。因此，能够将温度不可靠性加到所建模的组件温度上并且随后实施与阈值温度的阈值比较。作为替代方案，在实施与降低的阈值温度的阈值比较之前，能够从为至少一个组件确定的阈值温度中减去温度不可靠性。通过这种方式，能够在多个所建模的组件温度的情况下为监控产生不同的阈值。

能够规定，借助于热平衡模型来查明用于多个组件的多个组件温度，其中为每个组件提供一个或多个相应的阈值温度。

此外，故障反应能够包括功率输送的限制或中断或电系统的切断。

按照另一方面，提供一种装置，该装置被构造用于执行上述方法。

按照另一方面，提供一种电系统，该电系统包括：

-多个组件，它们布置在结构组合件中，从而在所述组件中的至少两个组件之间进行热传递；

-上述装置。

附图说明

下面借助于附图来详细地解释实施方式。其中：

图1示出了作为用于电系统的示例的驱动系统的示意图；并且

图2示出了用于对图1的电驱动系统中的组件温度进行监控的方法。

具体实施方式

图1示出了作为用于电系统的示例的驱动系统1，其具有电机2和用于电机2的控制设备3。

控制设备3和电机2紧凑地布置在结构单元中。

电机2能够具有定子21和转子22。转子22具有转子轴23，该转子轴通过合适的轴承结构25被支承在电机2的壳体24中。通过操控导线26向电机2供给电能。

操控借助于控制设备3中的驱动器线路31来执行。驱动器线路31通过控制信号由控制单元32来操控。控制单元能够包含微处理器或微控制器，其根据预设的转速或负载预设以本身熟知的方式借助于调节或控制来调节控制信号并且由此运行电机2。

在驱动系统中设置了传感器33，以便比如确定马达电流、尤其是相电流或者对其进行建模、测量马达电压、测量马达的转速(比如霍耳传感器)、测量或确定所加载的用于驱动器线路的电源电压并且借助于布置在驱动系统中的合适的位置处的温度传感器34来测量参考温度。

基于必要时所估计的马达电流以及转速，可以确定电机2的电损耗功率。此外，基于转速和所估计的马达电流(或转矩)能够以本身已知的方式确定比如在转子轴23的轴承结构25中的机械损耗功率。

驱动系统1的运行启动能够手动地通过(未示出的)操作单元或通过上级系统的操控来激活。在将这样的驱动系统用于机动车中的使用者舒适性应用情况、像比如电动窗升降系统、电动活动车顶系统或电动座椅调节系统时，不规律地进行使用，从而在特定的时期里进行电机的频繁的运行并且在其它时期里根本不运行电机2。

原则上，在控制设备3中在一种运行启动中不存在关于上一个运行阶段的运行阶段结束过去了多长时间的信息。

在控制单元32中执行温度监控，所述温度监控确保，没有电机2的组件21、22、23、25、26经历超过预设的阈值温度的发热。这种温度监控借助于能够以热平衡模型的形式构成的温度模型来进行。温度平衡模型以状态模型的线性的微分方程式的形式考虑到组件中的热源和热吸收源以及各个组件之间的热传递阻力。为此，对电的和机械的运行参量进行监控并且根据物理的模型方程式来计算能量输入，其中通过所述电的和机械的运行参量进行朝电系统中的能量输入和来自电系统的能量输出。

能够基于通过形式

的状态模型来表明的热平衡模型对电驱动系统1中的组件的温度进行建模。矢量T在此相应于系统的、通过组件温度T1…Tn确定的所估计的状态，并且A和B相应于系统矩阵，所述系统矩阵一方面代表着对热梯度的反应(A)并且另一方面代表着对损耗功率u的反应(B)，所述损耗功率由于与相邻的组件的接触而被耦合输入到所述组件中。

通过状态模型的形式，有必要限定初始状态，所述初始状态在运行阶段开始时、也就是在开始时刻存在。但是，因为不知道上一个运行阶段过去了多长时间并且组件温度因此可能显著地有别于环境温度，所以通过以下方法对组件温度的温度查明的由此产生的不可靠性加以考虑，以便为所有组件21、22、23、25实施温度监控。

用于进行温度监控的方法在图2的流程图中示出。所述方法优选在控制单元中实施并且能够在那里作为软件和/或硬件来实现。

首先在步骤S1中检查，是否应该开始运行阶段。运行阶段的特征在于，主动地运行电机2。运行阶段比如能够通过对于相应的操作元件的手动操作或通过由上级系统的外部操控来进行。运行阶段的特征一般来说在于开始时刻和结束时刻，其中在结束时刻与紧随此后的开始时刻之间系统是无源的并且没有主动性、尤其不实现任何功率。

如果识别出运行阶段的开始(二选一：是)，则用步骤S2继续方法，否则跳回至步骤S1。一旦接通控制设备，则运行阶段就开始，这与是否已经进行电机的运行无关。

在步骤S2中，借助于温度传感器34来查明在开始时刻的参考温度。

在步骤S3中，将这个参考温度假设为用于电驱动系统1的全部有待监控的组件21、22、23、25的起始温度。这尤其在组件冷却到环境温度时是正确的。

此外，在步骤S4中连续地、也就是周期性地以组件的参考温度为出发点借助于上面所提到的状态模型在考虑到所检测到的或所建模的运行参量的情况下确定温度，以便就这样周期性地、也就是以所属的时间步长来查明用于每个组件的组件温度。

在接下来的步骤S5中，从永久性存储器中调用作为结束-参考温度的在先前的运行阶段的结束时刻的参考温度、作为结束-组件温度的在先前的运行阶段的结束时刻的组件温度和/或在先前的运行阶段的期间的温度涨缩量、也就是在最大的组件温度与最小的组件温度之间的差，并且相应地确定温度不可靠性数值。用于不同的组件的温度不可靠性数值T_unsicher比如能够通过在当前的运行阶段的开始时刻的参考温度、结束-参考温度、相关组件的结束-组件温度和相关组件的温度涨缩量的加权的总和来查明。

其中g1、g2、g3、g4代表着预设的加权因数。

但是，紧接在运行阶段的开始时刻之后，在确定组件温度时存在提高的不可靠性，其随着自开始时刻起的持续时间的增大而减小，因为在当前的运行阶段的开始时刻的组件温度在所建模的组件温度中具有越来越小的权重。

尤其为此而规定，在监控时仅仅在特定的持续时间里对温度不可靠性加以考虑，因为能够假设，在特定的持续时间之后温度模型正确地查明组件温度，因为在开始时刻的组件温度的影响变得越来越小。因而，能够规定，一方面仅仅在预先确定的持续时间里对温度不可靠性加以考虑。在预先确定的持续时间结束之后，温度不可靠性能够具有数值0或预限定的数值，用所述数值能够对基础的测量不可靠性加以考虑。

作为替代方案而规定，温度不可靠性随着自当前的运行阶段的开始时刻起的持续时间的增大而减小、优选线性地减小，或者通过e函数如下：

在此，能够不同地选择用于应该借助于温度监控来监控的不同的组件的时间常数τ₁…τ_n。T_{unsicher_1}…T_{unsicher_n}相应于用于不同的组件的温度不可靠性，t相应于通过时间步长来确定的测评时刻。

现在，此外在步骤S6中规定，实施阈值比较，其中以每个时间步长将每个受监控的组件的所建模的组件温度与为相关组件预设的阈值温度进行比较。在此，组件温度必须始终低于用于相关组件的预设的阈值温度。

原则上，在这里所介绍的方法中不可靠性明确地不进入到温度估计中，而是单独地用自身的动态加以考虑。因此，在进行阈值比较时相应地对温度不可靠性加以考虑。这能够通过以下方式来进行，即：在阈值比较之前将温度不可靠性加到所查明的组件温度上或者从温度不可靠性的相应的阈值温度中扣除。

如果在步骤S6中确定超过相应的阈值温度的情况(二选一：是)，则在步骤S10中执行故障反应。否则用步骤S7来继续所述方法。

在步骤S7中检查，是否应该结束运行阶段。如果是这种情况(二选一：是)，则用步骤S8来继续所述方法，否则跳回至步骤S4。能够确定，如果结束手动操作或者如果相应的信号被上级系统收到，则结束运行阶段。

在结束时刻，而后在步骤S8中用温度传感器来测量参考温度，将能够根据在当前的刚刚结束的运行阶段的期间的最大的参考温度与最小的参考温度之间的温度差确定的温度涨缩量和受监控的组件的组件温度保存在永久性存储器中，以便在激活下一个运行阶段时将它们用于确定温度不可靠性。

按照另一种实施方式，能够为组件预设多个阈值温度。这些阈值温度如上所述在相应的阈值比较中加以考虑。比如，能够向温度不可靠性加载处于0.1与1之间的阈值因数，所述阈值因数在阈值比较中在温度监控时加以考虑，从而分级地首先在超过下阈值温度时限制运行状态，而在超过更高的阈值温度时则完全停止电驱动系统1的运行。

Claims (12)

1.一种用于对在具有多个组件(21、22、23、25、26)的电系统(1)中的组件温度进行监控的方法，具有以下步骤：

-在开始所述电系统(1)的运行阶段(S1)时，测量(S2)参考温度，所述参考温度代表着在所述电系统(1)中的一个位置处的温度；

-以作为起始值的参考温度为出发点借助于作为状态模型用微分方程式来建模的热平衡模型对所述电系统(1)中的至少一个组件(21、22、23、25、26)的组件温度进行连续的建模(S3、S4)；

-在为至少一个组件(21、22、23、25、26)预设的阈值温度的基础上对所述至少一个组件(21、22、23、25、26)的组件温度进行连续的监控(S6)；

其特征在于，

此外依赖于温度不可靠性来进行所述监控，

其中依赖于作为在先前的运行阶段的结束时刻的参考温度的结束-参考温度以及所测量的参考温度来确定所述温度不可靠性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中此外依赖于至少一个组件的、作为在先前的运行阶段的结束时刻所建模的组件温度的结束-组件温度并且/或者依赖于作为最大的与最小的组件温度之间的差的温度涨缩量来确定所述温度不可靠性。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中此外仅仅在开始运行阶段之后的预先确定的持续时间里对所述温度不可靠性加以考虑。

4.根据权利要求3所述的方法，其中以在运行阶段的开始时刻的数值为出发点减少地对所述温度不可靠性加以考虑。

5.根据权利要求4所述的方法，其中线性减少地或在开始运行阶段之后的预先确定的持续时间里指数型减少地对所述温度不可靠性加以考虑。

6.根据权利要求3至5中的任一项所述的方法，其中在预先确定的持续时间过去之后连续地假设用于温度不可靠性的预设的数值。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中借助于热平衡模型为多个组件(21、22、23、25、26)查明多个组件温度，其中为所述组件(21、22、23、25、26)中的每个组件提供一个或多个相应的阈值温度。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中所述故障反应(S10)包括对于功率输送的限制或电系统(1)的切断。

9.一种装置，其被构造用于执行根据权利要求1至8中的任一项所述的方法。

10.一种电系统(1)，包括：

-多个组件(21、22、23、25、26)，所述组件布置在结构组合件中，从而在所述组件(21、22、23、25、26)中的至少两个组件之间进行热传递。

-根据权利要求9所述的装置。

11.一种计算机程序产品，包括指令，所述指令在通过至少一个数据处理机构执行程序时促使其执行根据权利要求1至8中的任一项所述的方法的步骤。

12.一种机器能读的存储介质，包括指令，所述指令在通过至少一个数据处理机构执行程序时促使其执行根据权利要求1至8中的任一项所述的方法的步骤。