用于运行电气化的机动车的方法

用于运行电气化的机动车的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于运行带有电的车载电网的机动车，该机动车具有至少一个电的或电子的构件，该构件在机动车的运行期间被负载加载，其中，求取至少一个构件的累计的负载（B1、B2），其中，求取贡献于负载的至少一个损伤类型，其中，基于所求取的累计的负载（B1、B2）求取至少一个构件的期待的寿命（t'ist，2、t'ist，3），并且其中，当至少一个构件的期待的寿命（t'ist，2、t'ist，3）偏离于额定寿命（tmax）时，至少一个依据至少一个损伤类型所选出的在运行中损伤至少一个构件的参量在减小负载的方向上变化。
【专利说明】
用于运行电气化的机动车的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于运行带有电的车载电网的且带有至少一个电的或电子的构件的机动车的方法。
【背景技术】
[0002 ]由于现代的机动车的传动系的增加的电气化，电的或电子的构件例如尤其以开关元件如晶体管为形式的半导体被越来越多地使用。这些构件暴露给马达舱的不好的外部的条件，例如被动的温度上升。由于内燃机的废热在行驶期间加热马达舱，因而产生了被动的温度上升。
[0003]尤其高的负载作用至在这样的机动车中的电机的逆变器的电子的构件，该机动车额外地被基于在大电流时的自身加热所导致的主动的温度上升加载。大的电流幅值典型地在马达的推力的和再生的回收过程(在带有相应能够驱动的电机的车辆中)期间实现。逆变器的电子的构件指的是功能关键的组件，这是因为所述构件的失效导致整个电机的不工作。
[0004]电子的构件的寿命以及电机的逆变器主要取决于带有主动的和被动的温度变化的循环，这是因为在结构技术设备和连接技术设备中使用了不同的膨胀系数的材料。这些不同的膨胀系数(所谓的热学的不匹配)导致在结构技术设备和连接技术设备的热学的加热期间或者说冷却期间的机械应力。
[0005]因为推进过程和回收过程的数量和幅值强烈地取决于使用情况，因而另外取决于驾驶员的驾驶特性(侵略性、防守性)和/或交通情况，在该交通情况中，相应的机动车在主导方面是运动(城市交通、高速路)的，则在逆变器中的电子的构件的设计表现为技术方面的挑战。
[0006]为了避免电的或电子的构件的提早的和不受控制的失效，能够使用用于估计该构件的剩余寿命的方法。在此，借助热学的模型且通过存储温度上升来确定剩余寿命。
[0007]从DE 10 2013 203 661 Al中例如已知一种用于匹配在机动车中的半导体的剩余寿命的方法。对此，在半导体的实际负载已知偏离于名义负载时，减小影响负载的因数。但是未给出所提供的措施的更加准确的描述。
[0008]因此存在对用于运行电气化的机动车的改善的可行方案的需求，该机动车在其车载电网中具有相应的电的或电子的构件，并且借助所述机动车在没有不被期望的失效和舒适降低的情况下实现更加可靠的运行。

【发明内容】

[0009]根据本发明提出具有专利权利要求1的特征的方法。有利的设计方案是从属权利要求以及下述说明的对象。
[0010]发明益处根据本发明的方法用于运行带有电的车载电网的机动车，该机动车具有至少一个电的或电子的构件，该构件在机动车的运行期间被负载加载。在此，求取至少一个构件的累计的负载，此外，求取贡献于负载的至少一个损伤类型。此外，基于所求取的累计的负载求取至少一个构件的期待的寿命，并且当至少一个构件的期待的寿命偏离于额定寿命时，改变至少一个依据至少一个损伤类型所选出的在运行中损伤至少一个构件的参量。
[0011]如果所述构件在额定寿命上连续地或平均地以额定负载加载，则能够得出的是，实现了额定寿命，即不提前失效。如果构件在额定寿命上连续地或平均地以小于额定负载的负载加载，则得出的是，超过额定寿命，即在额定寿命结束之后较久的时间才失效。但是如果构件在额定寿命上连续地或平均地以大于额定负载的负载加载，则能够得出的是，构件可能在额定寿命之前便失效，即不达到该构件的额定寿命。显然，额定寿命能够包括安全因数，从而能够确保的是，在样本偏差的情况下，负的偏差值也不会在额定寿命结束前取消。
[0012]由于电的或电子的构件的结构技术设备和连接技术设备的老化，则这些构件被加载，也即，所述构件的热学的特性例如散热变差。由此再者产生了结构技术设备和连接技术设备的较大的负载，这是因为在该情况中，较大的温度上升和较高的平均温度被设定，这进一步加速了老化过程。它指的是所谓的自励效应(Mitkopplungseffekt)。
[0013]当例如确定了构件的例如通过减小了的散热所示出的过量的负载时，通过根据本发明的方法因而能够针对性地改变破坏性的参量，所述构件尤其指的是半导体或半导体开关例如晶体管和此类的。在此尤其有利的是，针对性地改变这样的破坏性的参量，该参量在所求取的损伤类型的情况下具有对负载的影响或至少最大的影响。由此，例如所述负载与未老化的结构技术设备和连接技术设备相比不会增大，并且上述提到的自励效应被避免。
[0014]在此，损伤类型能够例如借助热学的阶跃响应来求取。如果利用电流脉冲加载所述构件，则所述构件被加热。由此，借助模型能够获得关于构件的结构技术设备和连接技术设备的状态的信息。在此，在热学的阶跃响应的走势处能够识别损伤类型。
[0015]优选地，仅当所求取的累计的负载以一个以上的阈值偏离于对应额定寿命的累计的额定负载时，才改变至少一个参量。由此，能够预先设定某种公差范围，在该公差范围中，还能够容忍过大的负载，这是因为这种负载例如还并非必然导致构件的完全失效。
[0016]针对性地，所述阈值随着额定寿命处的份额的增大在求取期待的寿命的时刻处更小。由此，能够例如在额定寿命开始时允许较大的公差范围，该公差范围在运行持续时间的过程中在达到额定寿命之前还能够被平衡。但是，大约在额定寿命结束时，公差范围能够更窄地保持，这是因为平衡仅还在较小的尺度中可行。
[0017]有利地，累计的负载通过求取构件的运行的温度上升的数量和大小来求取。对此，例如能够基于热学模型在线建模在构件中的温度走势。在此要注意的是，不能够测量在构件中的尤其在构件的内部中的实际的温度走势，由此建模是有利的。然后通过分类方法(所谓的雨流计数)，能够将该温度走势减少到加载的温度上升中。通过构件的所存放的负载模型或寿命模型能够由此通过每个单个的温度上升求取负载且通过合计来求取实时的累计的负载。这是因为常见的构件设计为不被损伤地经受住某种大小的某种数量的温度上升，其中，数量和大小相互地影响，也即，较小的温度上升比较大的温度上升能够更加频繁。此时，如果在数量和大小方面采集了实际上遭受的温度上升，则从中能够求取实时的累计的负载和用于未被改变的条件的预计的剩余寿命。
[0018]有利的是，求取至少一个损伤类型的强度并且依据所述强度改变至少一个参量。由此，参量的更精细的匹配是可能的。在此，参量能够例如比例于强度而改变但是例如也或者在多个预先设定的范围内改变，为所述范围配设所求取的强度。在此，损伤类型的强度能够借助热学的阶跃响应的走势(例如该阶跃响应的相对于正常状态时的走势的改变)来识别。
[0019]优选地，至少一个参量包括电流值，尤其当至少一个损伤类型包括钎焊部位的退化时。钎焊部位的退化尤其焊料的退化例如破环所导致的是，此处的热阻升高。由此产生了在保持相同的电流负载时的较强的加热。例如通过比通常在热学的阶跃响应中的更高的温度能够识别这种损伤类型。通过电流值的针对性的变化例如减少能够针对性地反作用于该效应。
[0020]有利地，至少一个参量包括电流梯度，尤其当至少一个损伤类型包括层离时。如果出现了层离效应也即层脱离，则结构技术设备的和连接技术设备的热质量被减少并且产生了较陡的温度梯度。例如能够在热学的阶跃响应中看出这种较陡的温度梯度。通过电流梯度的改变例如降低，能够针对性地反作用于所述温度梯度。负载情况(该负载情况在时间上如此有限，使得不实现热学的平衡)在该情况中同样导致过大的温度上升。这一点例如在在机动车中的电机的回收阶段期间是这种情况。
[0021]同样有利的是，至少一个参量包括电压尤其是电压值和/或电压梯度。在此，如果识别到未达到额定寿命，则可以优选地提高所述电压。这是因为通过电压的提高，能够在功率保持相同时降低电流。在此也能够考虑的是，对允许的电压范围而言(该电压范围在机动车车载电网中常常位于36和54伏特之间)，预先设定较高的下限例如48伏特。
[0022]与两个所描述的损伤类型类似地，也能够有利地研究其它的损伤类型例如扩散过程和此类的在该损伤类型对负载尤其热阻和质量的效果方面的影响。然后，热学特性的所产生的变差能够例如通过对电流值和/或电流梯度的干预而被补偿。
[0023]针对性地，当期待的寿命小于额定寿命时，在减少负载的方向上改变至少一个参量。在将电流值或电流梯度作为参量的情况中，尤其是减少此参量。由此，能够限制其它的损伤并且由此实现构件的额定寿命。
[0024]有利的是，当期待的寿命大于额定寿命时，在提高负载的方向上改变至少一个参量。在将电流值或电流梯度作为参量的情况中，尤其是提高此参量。由此能够例如完全地充分利用所述额定寿命。但是尤其，至少一个参量至多被改变直至用于惯常运行的额定值，这是因为所述改变尤其提高此外可能地能够以其它的方式对构件损伤地起作用。
[0025]尤其有利的是，设置用于用于至少一个构件的其它的改变的死区时间，当至少一个参量改变时。由此，能够避免构件的运行方式的更加频繁的转变。
[0026]优选地，所述构件指的是机动车的电机的构件，尤其是电机的逆变器的构件。恰好在将电机使用作为回收机器时，产生尤其在逆变器中的所安装的电的或者说电子的构件的强烈的负载。因此，在该情况中，根据本发明的方法的使用是尤其有利的，以便事实上实现构件的所期望的寿命和由此也实现电机的所期望的寿命。
[0027]根据本发明的计算单元、例如机动车的控制器尤其在程序技术方面被设定用于执行根据本发明的方法。
[0028]以软件形式实施所述方法也是有利的，这是因为这一点产生特别小的成本，特别是当执行的控制器还被用于其它的任务以及因此总归是存在的时。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是磁的、电的和光学的数据载体，例如硬盘、闪存、EEPROM、DVD等。也可以通过计算机网络(因特网、内联网等)下载程序。
[0029]本发明的其它优点和设计方案从说明书以及所附的附图中得出。
[0030]本发明借助实施例在附图中示意性地示出以及在下文中参考附图加以说明。
【附图说明】
[0031]图1在图表中示出了分别在执行在一个优选的实施形式中的根据本发明的方法时在运行持续时间上的两个构件的累计的负载走势。
[0032]图2示出了在非根据本发明的情况中的在带有和不带有加载的构件中的热量输入的走势。
[0033]图3示出了在执行在一个优选的实施形式中的根据本发明的方法时的在带有和不带有加载的构件中的热量输入的走势。
[0034]图4示出了在一个优选的实施形式中的根据本发明的方法的流程。
【具体实施方式】
[0035]在图1中，在图表中示出了分别在执行在一个优选的实施形式中的根据本发明的方法时基于运行持续时间t的两个构件的累计的负载BjPB2的走势。两个构件能够例如指的是在作为回收机使用的电机的逆变器中的半导体元件。
[0036]当然可行的是，构件指的是碳刷，通过该碳刷将激励电流传递至电机的转子。
[0037]用于能够使用所述方法的构件的其它的示例是DC-DC-转换器的开关场效应管和DC-DC-转换器的电板的电板构件(例如陶瓷电容器)。
[0038]用于这样的构件的另一个示例是在车载电网中的电池。
[0039]此外，在图表中，在垂直数值轴上绘出了实时的累计的寿命tlst和期待的寿命t’ lst。在此，累计的寿命tlst对应基于所求取的累计的负载所损耗的在构件的整个额定寿命tmax处的份额。期待的寿命t’lst对应从求取负载的时刻起的在线性的外插时所计算的构件的理论的寿命。
[0040]此外，示出了累计的额定负载Bscill的走势，所述额定负载对应经过整个运行持续时间t的理想化的均匀的负载，从而准确地达到额定寿命Uax。利用BtojPBtol绘出了用于累计的负载的表现为各一个阈值的上部的和下部的公差极限，实时的累计的负载能够或必须超过所述阈值或低于所述阈值，由此执行改变。公差极限随运行持续时间t的增大越来越靠近累计的额定负载Bscill,也即，阈值随运行持续时间t的增大而更小。在此，上部的和下部的阈值在数值方面不必相同，而是能够根据需求的不同而预先设定。
[0041]借助两个累计的负载BjPB2的情况，在下文阐释根据本发明的方法。在时刻^，求取第一构件的累计的负载B1。正如上文已经提到的那样，对此，借助热学模型和温度走势能够求取温度上升的数量。从时刻^处的累计的负载和必要时其它的预先求取的累计的负载中，能够执行线性的外插，该外插得到了第一构件的预期的寿命(在图1中不再展示，但是借助虚线可见)。在此明显的是，这种期待的寿命在时刻t明显位于额定寿命Uax之上。
[0042 ]此外可见的是，累计的负载在时刻ti以一个以上的阈值△ tist位于同样时刻处的累计的额定负载Bsc1Il之上。因此，参量(例如在第一构件中流动的电流值)被改变，在当前尤其是减少。在累计的负载仏从时刻^起的进一步的走势中可见的是，累计的负载基于运行持续时间t比在时刻tl之前较不强地增大。
[0043]对此要注意的是，所述参量优选地应被改变，仅当所述改变对避免构件的失效而言确实必要时，也即当例如即便在公差的框架中未经改变的运动也不再可行时。对此，能够相应地选择所述阈值。这一点所基于的是，例如参量的减少会导致在所述构件所具有的组件的运行中的损伤。但是，优选的是相对于完全失效的局限。
[0044]在时刻t2，再度求取累计的负载扮的实时值，从中以与时刻^相同的方式求取期待的寿命，在当前是t ’ ist,2。在此可见的是，期待的寿命t ’ ist,2位于额定寿命tmax之下。因此，再次改变(在当前提高)从属的电流值。虽然在没有这种提高时，第一构件不会失效，这是因为低于额定寿命Uax，但是存留的剩余寿命能够通过所述提高被尽可能好地利用。
[0045]此外，在累计的负载仏的走势处可见的是，在时刻^(在该时刻处，进行电流的改变)之后，引入死区时间，也即在时刻t2以前不再进行电流值的改变。由此，避免了第一构件的运行方式的频繁的转换，且由此也避免了额外的负载源。
[0046]此处要指出的是，参量的这样的如在时刻^处的提高必要时仅直至在惯常的运行时所期望的或所需要的额定值是有意义的，这是因为提高另外可能地以其它的方式在过载的意义中能够对所述构件损伤地起作用并且此外对按照规定的运行而言在大多情况下非必需。
[0047]在时刻t3，求取第二构件的累计的负载B2。从时刻t3的累计的负载中并且从必要时另外的预先求取的累计的负载中，能够执行线性的外插，该外插得到了第二构件的预期的寿命t ’ ist,3。在此可见的是，期待的寿命t ’ ist, 3在时刻?3位于额定寿命tmax之下。
[0048]此外可见的是，累计的负载B2位于公差极限之下并且由此某种阈值位于累计的额定负载Bscill之下。因此提高了从属的参量例如电流梯度，从而存留的寿命直至额定寿命tmax被尽可能好地利用。
[0049]在图2中示出了基于时间t的在非根据本发明的情况中的通过构件的或者说在构件中的电流I以及进入构件中的热量输入△ T。在此，电流I ο表现为在构件的惯常的运行中的流动的电流。利用A To示出了在未加载的构件中的热量输入的走势，并且利用AT1示出了在被加载的构件中的走势。
[0050]在此可见的是，热量输入ATim在测量时刻tm在经加载的构件的情况下大于在同样的时刻仏的未被加载的构件中的热量输入AIVm。这样的经提高的热量输入在保持相同的电流1的情况下超过另外的运行循环导致额外于本来就已经存在的基于惯常的运行的负载的负载(对假设的未改变的负载时)。
[0051]在图3中示出了基于时间t的在根据本发明的情况中的通过构件的或者说在构件中的电流I以及进入构件中的热量输入A T。在此，电流1表现为在构件的惯常的运行中的流动的电流。利用△ To示出了在未加载的构件情况下的热量输入的走势。
[0052]此时，在已知的负载时，电流从走势1改变至负载12。在此，在当前，它指的是在电流流动开始时的电流梯度的改变。此时，利用A T2示出了在被加载的构件情况下的属于被减少的电流梯度或者说电流I2的热量输入。在测量时刻U，热量输入△ 1\),?和△ T2,m不彼此不同。
[0053]由此，由于电流流动所导致的构件的额外的负载不会或至少几乎不与基于运行持续时间所累计的负载有关。开文提到的自励效果由此被避免并且构件的额定寿命能够与在运行持续时间期间实际上产生的负载无关地实现。
[0054]在图4中在框图中展示了根据本发明的方法的可行的流程。在步骤100中，求取构件的实时的累计的负载。此外，求取损伤类型和其力度或者说强度。
[0055]在步骤110中，识别第一损伤类型例如焊料破坏和该损伤类型的从属的强度。类似地，在步骤111中，识别第二损伤类型例如层离和该损伤类型的从属的强度。相应地，如果被设置，能够识别其它的损伤类型。
[0056]如果所述构件指的是碳刷，则能够将磨损识别为损伤类型。
[0057]如果所述构件指的是开关场效应管或DC-DC-转换器的电板构件，则焊料老化能够被诊断为损伤类型。
[0058]如果所述构件指的是电池，则功率损失和容量损失能够被确定为损伤类型，所述功率损失和容量损失例如能够基于过高的循环和/或过高的电荷通过量而产生。
[0059]在步骤120中，此时，能够例如在存放在控制器中的表格(查找表)中求取属于所识别的损伤类型和该损伤类型的强度的措施。
[0060]在步骤130中，此时，将所求取的措施实施用于第一损伤类型。例如，能够依据所求取的强度来限定电流值。相应地，在步骤131中，将所求取的措施实施用于第二损伤类型。例如在此，相应于所求取的强度减少电流梯度。这种走势能够根据所期望的或所需的实施的不同，按照某种运行持续时间进行重复。
【主权项】
1.一种用于运行带有电的车载电网的机动车的方法，该机动车具有至少一个电的或电子的构件，该构件在机动车的运行期间被负载加载， 其中，求取至少一个构件的累计的负载(B1、B2)， 其中，求取贡献于负载的至少一个损伤类型， 其中，基于所求取的累计的负载求取至少一个构件的期待的寿命2、t’ist,3)，并且 其中，当至少一个构件的期待的寿命(1:’:^1;,2、1:’:^1;,3)偏离于额定寿命(1:111￡?)时，在减小负载的方向上改变至少一个依据至少一个损伤类型所选出的在运行中损伤至少一个构件的参量(I)。2.按照权利要求1所述的方法，其中，仅当所求取的累计的负载(B^B2)以一个以上的阈值(Δ tist)偏离于对应额定寿命(Uax)的累计的额定负载时，才改变至少一个参量(I)。3.按照权利要求2所述的方法，其中，随着在额定寿命(Uax)处的份额的增大，所述阈值(八。^)在求取期待的寿命(1^,24’^,3)的时刻(七山43)处更小。4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，累计的负载(BhB2)通过求取构件的运行的温度上升的数量和大小来求取。5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，求取至少一个损伤类型的强度，并且其中，依据所述强度改变所述至少一个参量(I)。6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，尤其当至少一个损伤类型包括钎焊部位的退化时，所述至少一个参量(I)包括电流值，并且/或者，尤其当至少一个损伤类型包括层离时，所述至少一个参量包括电流梯度。7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个参量包括电压值和/或电压梯度。8.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当期待的寿命“’1&2^’1^3)小于额定寿命(tmax)时，在减少负载的方向上改变所述至少一个参量(I)。9.按前述权利要求中任一项所述的方法’其中’当期待的寿命“^^^^^^大于额定寿命(Uax)时，在提高负载的方向上改变所述至少一个参量(I)。10.按照权利要求9所述的方法，其中，至少一个参量(I)至多被改变直至用于惯常运行的额定值。11.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当至少一个参量(I)改变时，设置用于用于至少一个构件的另外的改变的死区时间。12.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述构件指的是机动车的电机的构件，尤其是电机的逆变器的构件。13.—种计算单元，其被设置用于执行按前述权利要求任一项所述的方法。14.一种计算机程序，当该计算机程序在计算单元上被执行时，该计算机程序把计算单元触发以用于执行按权利要求1至12中任一项所述的方法。15.—种能够由机器读取的存储介质，所述存储介质带有存储在存储介质上的的按照权利要求14所述的计算机程序。
【文档编号】B60R16/02GK106043160SQ201610212095
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月7日 公开号201610212095.2, CN 106043160 A, CN 106043160A, CN 201610212095, CN-A-106043160, CN106043160 A, CN106043160A, CN201610212095, CN201610212095.2
【发明人】A.罗伊特, O.D.科勒
【申请人】罗伯特·博世有限公司