用于监测机动车的供应系统的方法与流程

本发明涉及一种用于监测机动车的电供应系统、尤其是电驱动的机动车的高压供应系统的方法，供应系统具有至少两个通过线缆相互连接的部件，其中，线缆是供应系统的一部分。

背景技术：

在机动车领域中，线缆通常承受高的例如机械的或热的应力，其可以影响线缆的功能性和功率特性，并且也影响线缆的使用寿命。机械负载包括特别是由于振动引起的机械负载、例如绝缘材料的摩擦或对电接触连接的影响。热负载例如可以在热的(马达)部件的区域中形成或也由于大的电流形成。

用于机动车的线缆通常设计为，使得其在设置的使用寿命中可靠地承受预期的负载。通常，因此经常相对于实际的要求过度设计线缆。

特别是在高压部件的区域中，例如在可电驱动的车辆的高压驱动系中，负载尤其即使在高的电功率的情况下也没有很高。在此可避免线缆的过度设计和不可预测的故障。

技术实现要素：

由此出发，本发明的任务是，说明一种用于监测机动车的供应系统、尤其高压供应系统的方法，以便确保机动车的可靠的运行。

根据本发明，该任务通过具有权利要求1的特征的用于监测机动车的供应系统、特别是高压供应系统的方法解决。优选的改进方案包含在从属权利要求中。供应系统具有至少两个通过线缆连接的电部件，其中，线缆是供应系统的一部分。供应系统还具有一定数量的传感器，传感器设计成用于监测供应系统的至少一个状态变量。状态变量的由至少一个传感器获知的值以适当的方式被评估，并且根据获知的值推断出供应系统的功能性。

机动车的供应系统尤其理解为在车辆内(持续)安装的系统，该系统具有至少两个部件和线缆。特别地，在此涉及高压和高功率部件，其设置成用于针对车辆的行驶运行的电驱动系。高功率部件尤其是功率电子部件、电动马达，尤其是用于驱动车辆的行驶马达和/或电池。

通过该设计方案，特别是通过在运行期间的持续监测，通过检测传感器数据能够实现对供应系统的连续的监测或以离散的时间区间的监测。检测到的传感器数据在此优选地设有时间戳，并且被存储。历史数据随后与当前检测到的数据比较，并且例如也与改变或改变的梯度比较，并且被监测。基于这些信息获知关于供应系统的当前的状态和当前的功能性的结论，并且特别地也获知针对供应系统的(剩余)使用寿命的预测。

通过监控和监测，几乎在任何时间已知了当前的状态，并且在功能性减弱的情况下，可以及时采取措施。

供应系统的功能性尤其理解为，做出关于总系统或其子部件的结论。通过检测到的传感器数据推导出特别是部件的电供应的功能性和品质。然而此外优选地，根据传感器数据做出关于部件的状态的结论。因此例如，可以通过在线缆上的温度测量来探测联接的部件(马达)的更高的、例如通过缺陷导致的消耗。

状态变量例如是

-线缆、联接的部件或环境的温度，

-机械特征参量，如关于机械负载、例如弯曲、特别是振动的说明，或

-电状态变量，其说明了关于电负载(电压、电流、频率)的信息。

根据优选的设计方案，传感器本身集成在线缆中。就此而言，线缆在此是智能线缆，其本身检测关于状态变量的状态数据。特别重要的是，通过线缆的状态数据推断出总系统的状态。如之前实施的那样，为此例如考虑到线缆中的温度，根据温度，做出关于部件、例如马达的状态的结论，或也做出关于部件与线缆之间的插接的状态的结论。

为了构造集成在线缆中的传感器，线缆优选具有线路元件，传感器信号馈入线路元件中，并且对响应信号进行评估。传感器信号在此借助适当的馈入单元馈入，并且响应信号通过评估单元评估。馈入单元和评估单元在此通常布置在线缆的同一侧上。馈入单元例如集成到线缆的插头中，或集成到联接于插头上的供应单元中。评估单元本身可以集成到馈入单元中，或也远离其地布置。在最后提到的情况下，也被称为反射信号的响应信号被传输到评估单元。

线路元件是沿线缆延伸的芯线，或是芯线对或其他的电线路元件。

为了评估响应信号/反射的信号份额，例如以时域反射法、简称为tdr(timedomainreflectometry)的形式优选设置了渡越时间测量。在此，测量脉冲被馈入传感器芯线中，并且对反射的信号份额或响应信号的电压走向进行评估。

相对于tdr测量备选地，优选使用一种测量方法，其例如在后公开的wo2018/086949a1中描述。其公开内容、特别是其权利要求(和附属的说明)因此明确包含在本申请中。特别是参考权利要求1、2、6、7和12和附属的特别是在第5/6和8/9页上的实施方案。在此，在测量循环期间执行多个单次测量，其中，在每个单次测量中，将测量信号(测量脉冲)从馈入单元馈入传感器芯线中，其中，在由于反射的信号份额超过预设的电压阈值(在馈入位置处)时，产生停止信号，其中，获知在测量信号的馈入与停止信号之间的渡越时间，并且其中，在单次测量之间改变电压阈值。测量脉冲的馈入在此例如根据测量或采样频率进行。

因此，针对每个单次测量恰好产生一个停止信号。不会对反射信号进行进一步评估。基于在单次测量之间改变的阈值，由于不同的渡越时间，尤其也以方位分辨的方式检测不同的干扰部位，其因此导致在反射时的不一样高的幅度。

因此，通过大量单次测量，通常针对不同限定的阈值检测反射的份额的渡越时间(停止信号)。就此而言，该方法可以被视为电压离散的时间测量方法。单次测量的数量在此优选超过10、进一步优选超过20、或也超过50并且例如最大是100，或更大。从大量这些单次测量获知大量停止信号，它们在时间上分布地布置。与阈值相关的大量停止信号因此近似反映了馈入的测量信号和反射的份额的实际的信号走向。适宜地，例如通过数学曲线拟合，从停止信号近似得到用于馈入的且在线路端部处反射的测量信号的实际的信号走向。

优选地，由于本发明的测量原理，一旦发出停止信号则结束相应的单次测量。为了也可靠地检验线路是否存在多个类似的干扰部位(它们分别导致具有类似的信号幅度的反射份额)，在优选的设计方案中，在第一单次测量之后预设测量死区时间，在测量死区时间期间，将测量设施几乎停用并且不对停止信号做出反应。在此特别地设置的是，在进行第一单次测量并且检测到的第一停止信号之后执行第二单次测量，在第二单次测量中优选设定和在第一单次测量中相同的阈值。在其内没有检测到停止信号的测量死区时间在此(稍微)大于在第一单次测量中检测到的在开始信号和停止信号之间的渡越时间。由此避免的是，在第二单次测量中检测到配属于第一停止信号的反射份额。该循环优选多次重复，直到不再检测到另外的停止信号。也就是说，测量死区时间分别匹配于在先前的单次测量中检测到的(第一、第二、第三等)停止信号的渡越时间，即将测量死区时间选择为稍微更大，直至针对所设定的阈值不再发出另外的停止信号。

适宜地，通过适当设定相应的测量死区时间并与阈值的变化组合地测量信号走向。由此尤其也检测到信号走向中的下降沿。因此，可以检测和评估具有上升沿和下降沿的信号波峰。

不仅在wo2018/086949a1中描述的方法中，而且也在tdr方法中，测量原理基于，测量信号在线路元件内的传播与待测量的状态变量有关。为了温度测量，依赖于温度的电介质例如用于线路元件，从而依赖于温度改变传播速度。

机械负载或局部的热负载导致介电常数/线路阻抗的局部的改变，从而在这些部位上出现被考虑用于评估的测量信号的(部分的)反射。在此，也能够实现这种干扰部位的定位。

在优选的改进方案中，在线缆之外布置有外部的传感器，其同样设置成用于检测状态变量。适宜地，除了线缆的内部的传感器以外还布置有外部的传感器。就此而言，设置对传感器数据的双重检测。外部的传感器在此理解为，该外部的传感器没有集成在线缆中。同时，外部的传感器然而优选定位在供应系统上或其附近。外部的传感器尤其布置在车辆的内部。

外部的传感器优选是振动传感器，其用于检测振动、特别是供应系统的构件的振动。特别是在机动车区域中，不可避免的并且在运行时出现的振动是决定性的机械负载，其可以导致妨碍电系统和其功能性。

振动传感器为此布置在适当的部位上。特别地，振动传感器布置在线缆与两个联接的部件中的至少一个之间的连接区域中。连接部尤其是插接部。因此特别地，通过该措施，在关键的连接区域中直接检测和评估振动，以便可以得出关于系统的当前的功能性的结论。

通常优选地，除了集成在线缆中的传感器以外，还布置有外部的传感器。因此，考虑和评估线缆内部的传感器和外部的传感器的传感器数据，以便推导出供应系统的当前的功能性。

外部的振动传感器优选与集成在线缆中的传感器、例如温度或弯曲传感器组合。优选地，通过外部的传感器和内部的传感器检测不同的状态变量。备选地，利用两个传感器检测相同的状态变量、例如温度。

在特别适宜的设计方案中，在此根据外部的传感器的测量值检验和验证由集成的传感器得到的测量值。因此检验由线缆内部的传感器提供的数据是否是可信的。例如，通过与外部的传感器的比对来减小由于线缆内部的传感器做出的错误诊断。特别地，例如将集成在线缆传感器中的弯曲传感器和其数据与外部的传感器的运动数据进行比对并且验证数据是否是可信的。

在优选的设计方案中，为了评估得到的数据和测量值，利用比较系统比较这些数据和测量值，并且根据比较做出关于功能性的结论。在比较系统之内例如以表格形式存储有经验值，从而通过与比较系统进行比较来得出当前的状态信息。

备选地，比较系统是一种数学模型，该数学模型反应了真实的系统并且根据可变的状态变量在数学上描述出真实的系统。

适宜地，比较系统集成在评估单元中，测量数据传输至评估单元中。评估单元例如集成在车辆的控制单元中。备选地，评估单元然而也可以布置在上级的控制站内，或也布置在不属于车辆的制造商的机构单元中。例如，传感器所包含的数据被传输至线缆或供应系统的制造商(供应商)处，它们以服务的方式尤其持续地、即在运行期间监测供应系统的功能性。

在适宜的设计方案中，在特别是相同类型的大量供应系统中、特别地在不同的车辆中建造的供应系统中检测状态变量，并且将其传输至上级的共同的和因此中央的评估站和评估单元。

收集的数据优选被考虑用于修改比较系统。由此，能够实现对比较系统的持续的优化和改进，以便改进结论准确度。

除了内部的传感器和外部的传感器以外，为了评定功能性，优选本身还至少考虑另外的外部的数据源，例如车辆控制器。从车辆控制器，例如可以根据控制命令同样推断出供应系统的当前的状态，和/或使传感器的测量数据经受可信度监控。

根据另一独立的方面，设置了一种用于监测电驱动车辆的充电系统的方法，其中，充电系统包括充电柱、充电线缆、电池和此外一定数量的传感器，其中，根据由传感器获知的针对状态变量的值推断出充电系统的功能性。

优选地，作为状态变量监测以下变量中的至少一个变量：温度、机械负载(例如弯曲、振动)和湿气。在此优选对充电线缆监测这些变量。适宜地，监测多个和尤其所有这三个变量。

之前关于机动车中的供应系统提到的优点和优选的设计方案以相同的方式转移到充电系统。线缆的实施方案因此可转移到充电线缆。

通常，在此描述的方法非强制性地局限于机动车区域中的应用。备选地，该方法也应用于例如(工业)设施中的供应系统，其中，电部件、尤其消耗器通过线缆被供应能量。

附图说明

下面借助附图详细阐述本发明的实施例。附图以示意性的非常简化的图示示出了机动车的供应系统、特别是高压供应系统。

具体实施方式

附图示出了供应系统2，其具有第一部件4、第二部件6和连接两个部件4、6的线缆8。第一部件尤其是车辆电池4，第二部件6尤其是功率电子设备、例如逆变器并且特别地是电动马达6，电动马达构造为用于驱动可电动运行的机动车的行驶或驱动马达。行驶马达6与控制单元10连接。两个部件4、6此外可以具有集成的监测单元12，其例如检测两个部件4、6的状态变量、例如温度、当前的电流消耗或电流输出等。线缆8通过连接部14a、14b一方面连接至电池2，另一方面连接至电动马达6。在此，可以例如涉及插接器。备选地，线缆8的各个供应线路例如通过接线夹、螺旋接线夹等被固定接触。

线缆8通常是供应线缆，供应线缆通常具有多个供应芯线，供应芯线设计成用于在电池4与电动马达6之间传输的需要的功率。在高压系统中，在运行时传输几十kw、通常大于50kw并且通常此外大于100kw的功率。电驱动功率通常在100kw至200kw的范围内。对于更大的机动车或更高的功率来说，也传输最大500kw或最大近似1000kw的电功率。用于这种系统的电压通常在几百伏特的范围内。

在实施例中，随后也被称为传感器线路的线路元件16此外集成到线缆8中。传感器线路用于检测线缆8的内部的状态参量。就此而言，线路元件16是线缆8的集成的传感器20的一部分。备选地，离散布置的传感器也可以布置在线缆走向8中或线缆8的多个部位上。

基于线路元件16的传感器或用于获知状态参量、例如线缆的温度的值的方法在此基于，测量信号馈入线路元件16中，并且因此获知响应信号。响应信号通常是反射的信号。该设计方案在此基于如下想法，即基于线缆内的缺陷，反射在测量芯线(线路元件16)内出现，并且向回反射。测量信号借助馈入单元22馈入。反射的信号又返回馈入单元22，并且例如在那里直接被选定，或传输至评估单元24。馈入单元24例如集成在插接器14a中。

补充地设置另外的外部的传感器26，其构造为振动传感器。该振动传感器布置在关键的、振动负载的部位上，优选通向第二部件6的连接区域14b中。在那里，根据运行，尤其出现高频的振动，因为电动马达6与驱动轴连接，并且因此通过与道路的接触传输振动。通向电池4的连接部位相反地受到更少的负载。

此外，在参考部位上可以布置有另外的振动传感器，其用作参考基础和比较基础。

评估单元24设计成用于接收优选集成的传感器20和外部的传感器26的传感器数据。传感器20、26的数据被检测为传感器数据s。此外优选检测另外的测量数据或关于状态变量的信息，状态变量例如来源于另外的外部的且布置在供应系统之外的传感器或也来源于监测单元12或控制单元10。相关的信息作为外部数据e传输至评估单元24。根据传输的当前的数据，由评估单元24获知当前的功能状态。在优选的设计方案中，根据当前的功能状态，对运行进行控制或调节，特别是当确定有功能妨碍时，这被考虑用于限制电流。

此外设置的是，基于传输的传感器数据来预测预期的剩余使用寿命。为此例如，在评估单元24中存储有比较系统，特别是数学模型，该数学模型描绘了供应系统2，并且根据数学模型模拟各个状态变量的值对实际的供应系统2的影响，并且可以评估该影响用于进行预测。

根据备选的应用，供应系统2构造为充电系统，其中，在该情况下，两个部件4、6中的一个表示充电柱，两个部件中的另一个表示机动车电池4。在该情况下，线缆8构造为充电线缆。

根据意义，供应系统的实施方案也转移至充电系统。

由于减少充电时间的需求，所以在高性能的充电系统上进行工作。在此，具体而言，开发500a并且甚至更高的1000v的充电功率，但这特别地在货车的快速充电方面还不是极限。在充电功率超过500kw时，安全性的主题得到新的价值。特别是在被冷却的充电系统中，在温度方面，充电线路是充电系统中的最热的元件。

通过集成连续测量的传感器20、26，如之前描述的那样，例如检测充电线缆的平均的线路温度和/或热点的定位。通过两个不同布置的传感器元件20、26，优选区分内部的加热(通过大的充电电流)和通过外部的加热(例如太阳辐射)。充电线缆的内部的温度优选通过集成的传感器20获知，并且从外部作用的温度优选通过外部的传感器26获知。

根据优选的设计方案，传感器、尤其是集成的传感器20构造用于探测液体渗入充电线缆8的内部，这可以推导出外套中的破裂(例如雨水渗入)，或内部的冷却软管的破裂(冷却液逸出)，并且相应也通过评估被检测。

在此优选地，通过信号表征尤其也区分液体的类型。这种传感器又例如作为线缆8中的集成的传感器20构造有线路元件16(传感器线路)，测量脉冲馈入线路元件中。线路元件的扩展在存在液体时表征性地改变。

优选地集成另外的或组合的传感器，其能够探测机械影响。根据传感器20(线路元件16)的结构和/或通过适当的馈入和对馈入的测量脉冲的评估，尤其通过可变设定的采样频率(利用该采样频率馈入测量脉冲)，在此可以根据期望的说明来设计传感器的敏感性。

作为示例，在此从永久的变形(车辆停放在充电线缆8上)到动态识别临时的弯曲(例如在插入时)，可以探测到改变。

相对于集成的传感器20补充地，优选在充电系统中还设置了另外的外部的传感器26。另外的外部的传感器例如是温度传感器，其优选安置在充电插头中或上，充电线缆8通过充电插头与能量源或能量流出部连接。

如之前针对供应系统描述的那样，优选执行与外部的传感器26和/或另外的数据源的结合。这一方面用于检查由内部的传感器20产生的信号的可信度。另一方面，通过另外的数据源或外部的传感器26识别和获知关于另外的相关性和其对充电线缆的影响的认识(模式识别)。由此，例如通过调整之前描述的比较系统又改进和精确表达针对功能性、例如故障概率的结论。作为数据源，尤其考虑到用于当前存在的环境温度的天气数据库。备选地或补充地，充电控制器例如在充电柱中或在车辆中用作附加的数据源，通过充电控制器考虑到在充电过程中的电流和电压变化。

通过将检测到的传感器数据与上述的比较系统进行比较，做出关于功能性的结论。例如，要么在关键的状态中产生特定的讯息。优选地，在这种情况下关断或切断充电系统。也就是说，在充电系统中，例如依赖于线缆的所获知的当前的状态调节充电电流。

此外优选地，与比较系统和/或传感器的历史测量数据进行比对得知蠕变效应(连续的信号漂移)。通过使用历史，即与历史测量数据的比较(根据历史测量数据，可以得出关于迄今为止的使用的结论)优选得出关于(剩余)使用寿命的预测。这有益于确保顺利的充电运行。

专门针对关于剩余使用寿命的说明的使用历史的评估同样应用在机动车中的前述的供应系统中。

总体上，通过在此描述的对供应系统、特别是被监测的充电系统的监测，可以实现供应系统的高的运行安全和高的运行负荷。通过尤其连续的监测，因此可以最佳地构造整个供应系统，并且可以减小结构设计中的安全裕度、例如导体横截面等。

由于高的安全性，尤其在充电线缆中确保的是，用户何时都不会接触过热或机械损坏的线路。此外，充电过程由此是可优化的，以便实现针对操作者的尽可能高的负荷度(对充电和冷却过程的主动控制)。

在优选的改进方案中设置了充电系统与充电基础设施的另外的元件的信息交换。特别地设置了供应网络(能量供应器)-充电柱-充电线缆-机动车(插座、高压布线直至电池)之间的信息交换。在此得到相互的相关性，其分别导致整个充电路线的最佳的负荷。在此，在供应网络、充电线路或车辆的车载电网中，线路的状态被视为重要的控制因子。