DE102008022776A1

DE102008022776A1 - Vereinfachte automatische Entladefunktion für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102008022776A1
Application number: DE102008022776A
Authority: DE
Inventors: James E. Rochester Hills Tarchinski
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2008-05-08
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2028-05-09
Also published as: CN101318475B; CN101318475A; US20080278117A1; US7768237B2; DE102008022776B4

Abstract

Es werden ein Verfahren und ein System für eine automatische Entladefunktion für ein Fahrzeug mit einem Elektro- oder Hybridelektromotor offenbart. Die Verfahren und das System überwachen den Motor auf das Auftreten einer Energieabschaltung hin. Wenn die Energieabschaltung auftritt, wird ein Paar von Schützen geöffnet und ein sofortiges Entladen der Kapazität wird in Ansprechen auf das Öffnen des Paars von Schützen eingeleitet. Das Entladen wird fortgeführt, bis die Kapazität vollständig entladen ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeuge, und sie betrifft insbesondere Sicherheitseinrichtungen für ein automatisches Trennen elektrischer Energie von Fahrzeugen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Hybrid-, Brennstoffzellen- und Elektrofahrzeuge verwenden oft Hochspannungsschaltungen, um elektrische Antriebsmotoren mit Energie zu versorgen, und für verschiedene andere Verwendungen in dem Fahrzeug. Hochspannungselektrizität kann möglicherweise die Gefahr eines elektrischen Schlages für einen Benutzer oder Mechaniker verursachen, welche damit in Kontakt kommen können. Ein übliches Verfahren zur Verringerung des Risikos der Gefahr eines elektrischen Schlages besteht in der Verwendung einer automatischen Trenneinrichtung.
Im Allgemeinen ist eine automatische Trenneinrichtung als ein Paar von Hochspannungsrelais mit zugeordneten Steuerungsschaltungen implementiert. Sie ist elektrisch zwischen der Batteriereihe in einem Batteriestapel und den Fahrkomponenten in dem Fahrzeug angeordnet. Die Hochspannungsrelais, die auch Schütze genannt werden, können die elektrische Energie in Ansprechen auf verschiedene Fehler in dem Fahrzeug auf eine elektrische Seite der automatischen Trenneinrichtung begrenzen.
Sobald sie geöffnet sind, ist die elektrische Hochspannungsenergie auf den Batteriestapel begrenzt.
Hochspannungskomponenten verwenden oft große Kondensatoren, um die Verwendung ihrer Energie zu Puffern und schnelle Energiestöße zu liefern. Im Betrieb werden diese Kondensatoren auf die volle Spannung aufgeladen. Bei einigen Fehlerszenarios werden die Kondensatoren auch nach einem Öffnen der Hochspannungsrelais nicht entladen. Deshalb installieren die meisten Fahrzeughersteller passive Entladewiderstände in ihren Systemen in der Nähe der Kondensatoren. Da passive Entladewiderstände einen wesentlichen Zeitbetrag benötigen, um die volle Kapazität zu entladen, schließen einige Hersteller auch eine aktive oder automatische Entladefunktion in die automatische Trenneinrichtung ein.
Die hauptsächliche Schwierigkeit bei dem herkömmlichen Ansatz zur Implementierung der automatischen Entladefunktion liegt darin, dass die Steuerung der Funktion sehr komplex ist. Zum Beispiel darf der Steuerungstransistor nicht eingeschaltet werden, während der Batteriestapel noch verbunden ist, oder der Entladewiderstand kann durch Überlastung beschädigt werden. Bei einigen Fehlersituationen, wie z. B. bei einem Verlust elektrischer Energie, während ein Permanentmagnetmotor gesteuert wird, sollte der Transistor im Allgemeinen automatisch eingeschaltet werden. Im Allgemeinen wird ein wesentlicher Teil dieser komplexen Steuerung von einer Software in den Fahrzeugcontrollern gesteuert. Wegen der Softwaresteuerung ist sie für fehlerhafte Aktivierungen etwas anfälliger, indem sie entweder nicht aktiviert, wenn sie sollte, oder aktiviert, wenn sie es nicht sollte.
Entsprechend ist es wünschenswert, über ein einfaches System zur automatischen Entladung zu verfügen. Darüber hinaus werden andere wün schenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachstehenden genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem voranstehenden technischen Gebiet und Hintergrund offenbar werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wird ein Verfahren für eine automatische Entladefunktion für ein Fahrzeug mit einem Elektro- oder Hybridmotor offenbart. Das Verfahren überwacht den Elektro- oder Hybridelektromotor auf das Auftreten einer Energieabschaltung hin. Wenn die Energieabschaltung auftritt, werden Schütze geöffnet und ein Entladen einer Kapazität wird in Ansprechen auf ein Öffnen der Schütze unmittelbar eingeleitet. Das Entladen wird fortgesetzt, bis die Entladung der Kapazität abgeschlossen ist.
Es wird ein System für eine automatische Entladefunktion für ein Fahrzeug offenbart, das einen Batteriestapel und eine Kapazität mit Schützen zwischen dem Batteriestapel und der Kapazität aufweist. Die Schütze sind ausgestaltet, dass sie öffnen, um den Batteriestapel automatisch zu trennen und ein Entladen der Kapazität unmittelbar zu starten, wenn eine Energieabschaltung auftritt. Ein Widerstand ist ausgestaltet, um die Kapazität zu entladen. Es kann auch eine Leistungsausgangsstufe umfasst sein, die ausgestaltet ist, um DC in AC umzuwandeln, um zu steuern, wie viel Energie an einen Elektro- oder Hybridelektromotor auf der Grundlage von Modi des Elektro- oder Hybridelektromotors, wie z. B. einer Beschleunigung des Elektro- oder Hybridelektromotors, gesandt wird.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und
1 eine schematische Darstellung eines automatischen Entladesystems ist, das eine existierende automatische Entladefunktion für ein Hybridfahrzeug umfasst;
2 eine schematische Darstellung eines automatischen Entladesystems für ein Hybridfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist;
3 eine schematische Darstellung eines automatischen Entladesystems für ein Hybridfahrzeug gemäß einer alternativen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist; und
4 ein Ablaufdiagramm ist, das einen automatischen Entladevorgang für ein Hybridfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die folgende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der Erfindung zu beschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch irgendeine explizite oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem voranstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden genauen Beschreibung dargestellt ist.
Ausführungsformen der Erfindung können hierin im Hinblick auf funktionale und/oder logische Blockkomponenten und verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist festzustellen, dass derartige Blockkomponenten durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software-, und/oder Firmwarekomponenten realisiert sein können, die zum Ausführen der angegebenen Funktionen ausgestaltet sind. Zum Beispiel kann eine Ausführungsform der Erfindung verschiedene integrierte Schaltungskomponenten, z. B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder dergleichen verwenden, welche eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuerungseinrichtungen ausführen können. Zudem werden Fachleute feststellen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl von Fahrzeuganwendungen in die Praxis umgesetzt werden können und dass das hierin beschriebene System nur eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ist.
Der Kürze wegen kann es sein, dass herkömmliche Techniken und Komponenten mit Bezug auf elektrische Fahrzeugteile und andere funktionale Aspekte des Systems (und der einzelnen Betriebskomponenten des Systems) hierin nicht im Detail beschrieben sind. Darüber hinaus sind die Verbindungslinien, die in den verschiedenen hierin enthaltenen Figuren gezeigt sind, zur Darstellung beispielhafter funktionaler Beziehungen und/oder physikalischer Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen gedacht. Es wird angemerkt, dass viele alternative oder zusätzli che funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen bei einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden sein können.
Die folgende Beschreibung kann sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale beziehen, die miteinander "verbunden" oder "gekoppelt" sind. Hier bedeutet "verbunden", sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem weiteren Element/Knoten/Merkmal direkt verbunden ist (oder direkt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Gleichermaßen bedeutet "gekoppelt", sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem weiteren Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt verbunden ist (oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Somit können, obwohl die in 2 und 3 gezeigten Schaltpläne beispielhafte Anordnungen von Elementen darstellen, zusätzliche dazwischen kommende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten bei einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden sein (unter der Annahme, dass die Funktionalität des Systems nicht nachteilig beeinflusst wird).
Ausführungsformen der Erfindung sind hierin in dem Kontext einer nicht einschränkenden praktischen Anwendung beschrieben, nämlich einer Verbindungsüberwachungstechnik für eine vereinfachte automatische Entladefunktion für Hybridfahrzeuge. In diesem Kontext kann die beispielhafte Technik auf das Detektieren von Energieabschaltungen in elektrischen Schaltungen in dem Fahrzeug angewendet werden. Jedoch sind Ausführungsformen der Erfindung nicht auf derartige Fahrzeuganwendungen beschränkt und die hierin beschriebenen Techniken können auch bei anderen Verbindungsüberwachungssystemen verwendet werden.
1 ist eine schematische Darstellung eines automatischen Entladefunktionssystems 100 für ein Hybridfahrzeug. Ein System 100 kann allgemein umfassen: einen Batteriestapel 102, einen DC/AC-Wandler 104 und einen Hybridmotor 106.
Der Batteriestapel 102 ist ausgestaltet, um den Betrieb eines Hybridfahrzeugs zu unterstützen. Der Batteriestapel 102 kann mit dem DC/AC-Wandler 104 verbunden sein, der den Hybridmotor 106 mit Energie versorgt. Der Batteriestapel 102 kann allgemein umfassen: eine Batteriereihe 124, ein Schütz K2 und ein Schütz K1.
Die Batteriereihe 124 ist ausgestaltet, um den Hybridmotor 106 über einen ersten Batteriepol 126 und einen zweiten Batteriepol 128 mit elektrischer Spannung und elektrischem Strom zu versorgen. Die von der Batteriereihe 124 bereitgestellte elektrische Spannung ist eine DC-Hochspannung, welche in der Gegend von 300 Volt liegen kann. Die Batteriereihe 124 kann aus Hybridbatterien, wie zum Beispiel ohne eine Einschränkung aus Bleisäure-, Nickelmetallhybrid- oder Lithiumionenbatterien bestehen. Das Schütz K2 verbindet den Batteriepol 128 der Batteriereihe 124 mit dem DC/AC-Wandler 104, und das Schütz K1 verbindet den Batteriepol 126 der Batteriereihe 124 mit dem DC/AC-Wandler 104. Die Schütze K1 und K2 sind so ausgestaltet, dass sie öffnen, um die Batteriereihe 124 zu trennen, wenn ein Energieabschaltereignis auftritt. Ein Energieabschaltereignis kann dem Abschalten eines elektrischen Systems oder Motors als Teil des normalen Fahrzeugbetriebs oder verschiedenen Fehlern in dem Fahrzeug entsprechen, wie z. B. einem elektrischen Fehler. Ein wesentlicher Fahrzeugaufprall und die Detektion eines versuchten Zugriffs auf Hochspannungskomponenten sind die zwei Hauptthemen, die ein Öffnen verursachen. Auch öffnet diese Schaltung, nachdem der Bediener das Fahrzeug mit dem Zündschalter ausschaltet, oft die Schütze, so dass die Hochspannung in dem Stapel enthalten ist, wenn das Fahrzeug ausgeschaltet ist. Die Schütze K1 und K2 sind einpolige Einschalter.
Der DC/AC-Wandler 104 stellt eine Energieaufbereitung und Steuerung für den Hybridmotor 106 bereit. Der DC/AC-Wandler umfasst allgemein: eine Kapazität C_X, einen passiven Entladewiderstand R_p, eine automatische Entladefunktion 120 und eine Leistungsausgangsstufe 122.
Eine Kapazität C_X ist umfasst, um elektrische Energie zwischen dem Batteriestapel 102 und der Leistungsausgangsstufe 122 zu Puffern. Eine Kapazität C_X weist einen ersten Pol 111, der mit dem Schütz K1 verbunden ist, und einen zweiten Pol 113 auf, der mit dem Schütz K2 verbunden ist. Eine Kapazität kann beispielsweise ohne eine Einschränkung einen Ultrakondensator umfassen. Zur Veranschaulichung stellt die Kapazität C_X auch die Kapazität dar, die natürlicherweise bei anderen Komponenten des Hybridfahrzeugs existiert, welche nur von außen mit dem Batteriestapel gekoppelt sind, wie z. B. ohne eine Einschränkung ein aktiver elektrischer Bus, Leistungselektronik, die Leistungsausgangsstufe 122 oder der Hybridmotor 106. Weitere übliche Einrichtungen mit einer wesentlichen Kapazität sind Hilfsenergiewandler (DC/DC-Wandler), elektrische Klimaanlagenkompressoren, Ölpumpen und Servolenkungspumpen. Jede dieser Einrichtungen wird die Kondensatoren, Leistungsausgangsstufen und dergleichen enthalten.
Es ist ein passiver Entladewiderstand R_p umfasst, um für ein langsames Entladen der Kapazität C_X zu sorgen. Der passive Entladewiderstand R_p ist ein großer Widerstand in der Größenordnung von 40 kOhm. Der passive Entladewiderstand R_p arbeitet jederzeit, um eine Entladezeit in der Größenordnung von etwa 5 Minuten von Betriebsspannung auf weniger als 60 V bereitzustellen. Dies kann zu langsam sein, um einen Schutz bereitzustellen, wenn ein Energieabschaltereignis auftritt.
Es ist eine existierende automatische Entladefunktion 120 umfasst, um ein schnelles Entladen der Kapazität C_X bereitzustellen, wenn ein Energieabschaltereignis auftritt. Die automatische Entladefunktion umfasst einen aktiven Entladewiderstand R_A und einen aktiven Entladesteuerungsschalter 116. Der aktive Entladewiderstand R_A ist so ausgestaltet, dass er die Kapazität C_X entlädt. Diesbezüglich ist der aktive Entladewiderstand R_A ein kleiner Widerstand in der Größenordnung von etwa 25 Ohm (30 W Kapazität), der einen hohen Strom zum schnellen Entladen der Kapazität C_X ermöglicht, wenn der aktive Entladesteuerungsschalter 116 einen Stromfluss zulässt. Der aktive Entladesteuerungsschalter 116 (hier als ein bipolarer Leistungsfeldeffekttransistor gezeigt) wird aktiviert, wenn ein Energieabschaltereignis auftritt.
Die Leistungsausgangsstufe 122 führt die Funktionen eines Umwandelns der DC von dem Batteriestapel 102 in AC für den Hybridmotor 106 aus.
Der Hybridmotor 106 umfasst bei diesem Beispiel einen AC-Elektromotor, um einem Verbrennungsmotor zusätzliche Leistung zu liefern, und zum regenerativen Bremsen. Für diese Anwendung werden oft AC-Elektromotoren verwendet, da sie unter Last ein hohes Drehmoment und einen Betrieb als Motor/Generator bereitstellen.
2 ist eine schematische Darstellung eines automatischen Entladesystems 200, das passend ausgestaltet ist, um einen automatischen Entladevorgang gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung auszuführen. Das System 200 ist zur Verwendung mit einem Fahrzeug geeignet, das einen elektrischen (oder hybriden) Fahrmotor aufweist. Ein automatisches Entladesystem 200 in der Praxis kann eine Anzahl elektrischer Komponenten, Schaltungen und Controllereinheiten umfassen, die sich von den in 2 gezeigten unterscheiden. Herkömmliche Untersysteme, Merkmale und Aspekte des automatischen Entladesystems 200 werden hierin nicht im Detail beschrieben. Das automatische Entladesystem 200 weist Komponenten auf, die dem System 100 ähneln (gemeinsame Merkmale, Funktionen und Elemente werden hier nicht redundant beschrieben). Bei dieser beispielhaften Ausführungsform kann das System 200, wie in 2 gezeigt ist, allgemein umfassen: einen Batteriestapel 202 oder eine beliebige geeignete DC-Energieversorgung, einen Controller 203, einen DC/AC-Wandler 204 und einen Hybridmotor 206.
Der Batteriestapel 202 kann allgemein umfassen: eine Batteriereihe 220, ein Schütz K1 und ein Schütz K2 und einen aktiven Entladewiderstand R_A. Die Schütze bilden zusammen eine Schätzanordnung, die geeignet ausgestaltet ist, um die DC-Energieversorgung selektiv mit der Kapazität des Fahrzeugs während eines Arbeitsmodus parallel zu koppeln, oder den aktiven Entladewiderstand während eines Ausschaltmodus parallel mit der Kapazität zu koppeln. Die Schätzanordnung wird durch einen geeignet ausgestalteten Controller 203 betätigt, welcher mit der Schätzanordnung gekoppelt sein kann.
Der Controller 203 kann als Teil eines Fahrzeugrechenmoduls, eines zentralisierten Fahrzeugprozessors, eines Untersystemrechenmoduls, das der Schätzanordnung zugeordnet ist, oder dergleichen implementiert sein. Im Betrieb steuert der Controller 203 die Betätigung der Schätzanordnung gemäß dem aktuellen Zustand des Fahrzeugs, z. B. ob der Abschaltmodus oder der normale Arbeitsmodus aktiv ist. Der Controller 203 kann auf Fahrzeugdaten reagieren, um zu bestimmen, ob der Abschaltmodus oder der Arbeitsmodus hergestellt werden soll. Der Controller 203 ist allgemein eine softwaregesteuerte Einrichtung. Unter normalen Zuständen hält er während eines Fahrzeugbetriebs sowohl K1 als K2 geschlossen. Wenn entweder von dem Controller 203 oder von einem anderen Controller in dem System ein wesentlicher Fehler detektiert wird, kann der Controller 203 so programmiert sein, dass er entweder die Schütze sofort öffnet oder den Hybridmotor 206 abschaltet und dann die Schütze öffnet.
Das durch den Controller 203 beeinflusste Schütz K1 ist so ausgestaltet, dass es den Ausgangsstufeneingangsknoten 211 (in dem Abschaltmodus) mit einem ersten Ende 215 des aktiven Entladewiderstands koppelt und es ist so ausgestaltet, dass es den Eingangsknoten 211 (in dem Arbeitsmodus) mit einem ersten Pol 222 der DC-Energieversorgung koppelt.
Die Batteriereihe 220 ist so ausgestaltet, dass sie das Hybridfahrzeug mit einer elektrischen Spannung und einem elektrischen Strom versorgt. Das Schütz K1 verbindet einen ersten Batteriepol 222 der Batteriereihe 220 mit dem DC/AC-Wandler 204, und das Schütz K2 verbindet einen zweiten Batteriepol 224 der Batteriereihe 220 mit dem DC/AC-Wandler 204. Bei dieser Ausführungsform sind die Schütze K1 und K2 so ausgestaltet, dass sie gleichzeitig öffnen (innerhalb von praktischen Beschränkungen, die Fachleuten bekannt sind), um die Batteriereihe 220 sofort von den anderen Komponenten zu trennen, wenn eine Energieabschaltung auftritt. Bei diesem Beispiel ist das Schütz K2 ein einpoliger Einschalter und das Schütz K1 ist ein einpoliger Wechselschalter.
Bei dieser Ausführungsform wird die Funktion zum Bereitstellen eines schnellen Entladens der Kapazität C_x, sobald K1 geöffnet wird, von dem aktiven Entladewiderstand R_A übernommen. Diese Kapazität kann die Fahrzeugkapazität darstellen, die mit verschiedenen elektrischen Komponenten, leitfähigen Elementen, elektrischen Schaltungen und dergleichen verbunden ist. Bei diesem Beispiel ist die Kapazität mit den zwei Eingangsknoten der Leistungsausgangsstufe 218 gekoppelt. Der aktive Entladewiderstand R_A ist ein kleiner Widerstand, der einen hohen Strom ermöglicht, um die Kapazität C_X schnell zu entladen, wenn ein erstes Ende 215 des aktiven Entladewiderstands R_A durch das Schütz K1 mit dem Knoten 214 verbunden ist, wenn das Schütz K1 nicht mit dem ersten Batteriepol 222 der Batteriereihe 220 verbunden ist. In dieser Hinsicht wird das Schütz K1 von der Batteriereihe 220 getrennt und wird dann mit dem aktiven Entladewiderstand R_A verbunden, wenn K1 geöffnet ist. Ein zweites Ende 217 des aktiven Entladewiderstands R_A ist mit dem Schütz K2 oder einem beliebigen Punkt, der elektrisch auf einem Hochspannungsbus liegt, der mit dem Knoten K2 an der Seite des DC/AC-Wandlers 204 von K2 verbunden ist, kontinuierlich verbunden.
Der DC/AC-Wandler 204 stellt eine Energieaufbereitung und Steuerung für den Hybridmotor 206 bereit. Der DC/AC-Wandler umfasst allgemein: eine Kapazität C_X, einen passiven Entladewiderstand R_P und eine Leistungsausgangsstufe 218. Im Vergleich zu dem System 100 sind jedoch bei dieser Ausführungsform die automatische Entladefunktion 120 und der aktive Entladesteuerungsschalter 116 weggelassen.
Die Kapazität C_X weist einen ersten Pol 211, der mit dem Schütz K1 verbunden ist, und einen zweiten Pol 213 auf, der mit dem Schütz K2 208 verbunden ist.
Ein passiver Entladewiderstand R_P ist umfasst, um für ein langsames Entladen der Kapazität C_X zu sorgen. Der passive Entladewiderstand R_P ist ein großer Widerstand in der Größenordnung von etwa 40 kOhm. Der passive Entladewiderstand R_P arbeitet jederzeit, um eine Entladezeit in der Größenordnung von etwa 5 Minuten von der Betriebsspannung auf weni ger als etwa 60 V bereitzustellen. Dies ist zu langsam, um für eine angemessene Entladung zu sorgen, wenn eine Energieabschaltung auftritt, was den Bedarf für den aktiven Entladewiderstand R_A notwendig macht.
Das Schütz K1 wird von der Batteriereihe 220 getrennt und mit einem ersten Ende 215 des aktiven Entladewiderstands R_A verbunden, wenn eine Energieabschaltung auftritt. Andernfalls bleibt das Schütz K1 mit der Batteriereihe 220 verbunden. Ein zweites Ende 217 des aktiven Entladewiderstands R_A ist mit dem Schütz K2 auf der Seite des DC/AC-Wandlers 204 des Schützes K2 kontinuierlich verbunden. Die Schütze K1 und K2 sind so ausgestaltet, dass sie den Batteriestapel 202 von dem DC/AC-Wandler 204 trennen und ein Entladen der Kapazität C_X sofort starten, wenn das Schütz K1 geöffnet wird.
3 ist eine schematische Darstellung eines automatischen Entladesystems 300, das geeignet ausgestaltet ist, um eine automatische Entladefunktion gemäß einer alternativen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung auszuführen. In der Praxis kann ein automatisches Entladesystem 300 eine Anzahl von elektrischen Komponenten, Schaltungen und Controllereinheiten umfassen, die sich von der in 3 gezeigten unterscheidet. Herkömmliche Untersysteme, Merkmale und Aspekte des automatischen Entladesystems 300 werden hier nicht im Detail beschrieben. Das System 300 weist eine Struktur auf, die dem System 200 ähnelt (gemeinsame Merkmale, Funktionen und Elemente werden hier nicht redundant beschrieben). Bei dieser beispielhaften Ausführungsform, wie sie in 3 gezeigt ist, umfasst das automatische Entladesystem 300: einen Batteriestapel 302, einen Controller 303, einen DC/AC-Wandler 304 und einen Hybridmotor 306.
Die Kapazität C_X weist einen ersten Pol 311, der mit dem Schütz K1 verbunden ist, und einen zweiten Pol 313 auf, der mit dem Schütz K2 verbunden ist.
Der Batteriestapel 302 kann allgemein umfassen: eine Batteriereihe 320, ein Schütz K1, ein Schütz K2 und einen aktiven Entladewiderstand R_A. Das Schütz K1 verbindet einen ersten Batteriepol 322 der Batteriereihe 320 mit dem DC/AC-Wandler 304, und das Schütz K2 verbindet den zweiten Batteriepol 324 der Batteriereihe 320 mit dem DC/AC-Wandler 304. Die Schütze K1 und K2 sind so ausgestaltet, dass sie öffnen, um die Batteriereihe 320 zu trennen, wenn eine Energieabschaltung auftritt. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform sind beide Schütze K1 und K2 einpolige Wechselschalter, wohingegen bei System 200 nur K1 ein einpoliger Wechselschalter ist und K2 ein einpoliger Einschalter war.
Das System 200 hat den Vorteil, dass nur ein Wechselschütz benötigt wird, was zur Verringerung der Kosten bei einem der Schütze hilfreich ist. Es gibt Ausgestaltungen, in denen die Gesamtkosten verringert werden können und der Validierungsprozess durch die Verwendung eines gemeinsamen Teils für beide Schütze vereinfacht werden kann, in welchem Fall das System 300 die bevorzugte Implementierung sein kann.
Wie voranstehend in dem Kontext von 2 erläutert wurde, ist ein erstes Ende 315 des aktiven Entladewiderstands R_A mit dem Schütz K1 verbunden, wenn das Schütz K1 nicht mit dem ersten Batteriepol 322 der Batteriereihe 320 verbunden ist. Im Gegensatz zu der in 2 gezeigten Ausführungsform (R_A ist kontinuierlich mit dem Schütz K2 auf der Seite des DC/AC-Wandlers 204 von K2 verbunden) ist jedoch ein zweites Ende 317 des aktiven Entladewiderstands R_A mit dem Schütz K2 verbunden, wenn das Schütz K2 nicht mit dem zweiten Batteriepol 324 der Batteriereihe 320 verbunden ist.
Das von dem Controller 303 beeinflusste Schütz K1 ist so ausgestaltet, dass es (in dem Abschaltmodus) den Eingangsstufeneingangsknoten 311 mit einem ersten Ende 315 des aktiven Entladewiderstands koppelt, und es ist so ausgestaltet, dass es (in dem Arbeitsmodus) den Eingangsstufeneingangsknoten 311 mit einem ersten Batteriepol 322 der DC-Energieversorgung koppelt.
Das von dem Controller 303 beeinflusste Schütz K2 ist so ausgestaltet, dass es (in dem Abschaltmodus) den Ausgangsstufeneingangsknoten 313 mit einem zweiten Ende 317 des aktiven Entladewiderstands koppelt, und es ist so ausgestaltet, dass es (in den Arbeitsmodus) den Eingangsknoten 313 mit einem zweiten Batteriepol 324 der DC-Energieversorgung koppelt.
Die Schütze K1 und K2 sind so ausgestaltet, dass sie öffnen, um den Batteriestapel 302 von dem DC/AC-Wandler 304 zu trennen und ein Entladen der Kapazität C_X sofort starten, wenn eine Energieabschaltung auftritt. Unter normalen Bedingungen sind die Schütze K1 und K2 so positioniert, dass sie eine Schaltung mit der Batteriereihe 320 herstellen. Bei Energieabschaltungsbedingungen sind die Schütze K1 und K2 so positioniert, dass sie eine Schaltung mit dem aktiven Entladewiderstand R_A herstellen.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das einen automatischen Entladevorgang 500 für ein Elektro-, Hybridelektro- oder Brennstoffzellenfahrzeug veranschaulicht, der von den voranstehend beschriebenen Systemen 200 und 300 ausgeführt werden kann. Der Vorgang 400 überprüft das Auftreten einer Energieabschaltung, öffnet die Schütze, startet ein Entladen der Kapazität und schließt das Entladen der Kapazität ab. Die verschiedenen Aufgaben, die in Verbindung mit dem Vorgang 400 ausgeführt werden, können von Software, Hardware, Firmware oder einer beliebigen Kombination davon ausgeführt werden. Zu Veranschaulichungszwecken kann sich die folgende Beschreibung des Vorgangs 400 auf Elemente beziehen, die voranstehend in Verbindung mit 2–3 erwähnt wurden. Bei praktischen Ausführungsformen können Teile des Vorgangs 400 von verschiedenen Elementen des automatischen Entladesystems 200–300 ausgeführt werden, z. B. dem Batteriestapel, dem aktiven Entladewiderstand R_A, dem Schütz K2, dem Schütz K1, der Kapazität C_X und dem passiven Entladewiderstand R_p.
Der automatische Entladevorgang 400 beginnt, indem geprüft wird, ob eine Energieabschaltung aufgetreten ist (Abfrageaufgabe 402). Die Prüfung kann von verschiedenen Typen von Einrichtungen durchgeführt werden, wie z. B. ohne eine Beschränkung einer Spannungsüberwachungseinrichtung oder dergleichen, wobei derartige Einrichtungen geeignet ausgestaltet sind, um das Fahrzeug, den Motor und/oder das elektrische System auf einen Energieabschaltungszustand hin zu überwachen. Wenn keine Energieabschaltung auftritt, kann die Überprüfung wiederholt werden, bis eine Energieabschaltung auftritt. In dieser Hinsicht führt der Vorgang 400 zurück zu der Abfrageaufgabe 402. Wenn jedoch eine Energieabschaltung auftritt, trennt der Vorgang 400 die Schütze K1 und K2 von dem Batteriestapel (Aufgabe 404), um einen Hochspannungsstromfluss von dem Batteriestapel an eine Kapazität zu stoppen. Die Aufgabe 404 kann je nach Bedarf für die gegebene Systemimplementierung bewirken, dass sich die Schütze öffnen, Zustände schalten oder umkonfiguriert werden.
Als Nächstes wird der Vorgang 400 sofort das Entladen der Kapazität C_X einleiten (Aufgabe 406). Das Entladen kann in der Art ausgeführt werden, die voranstehend in Verbindung mit den verschiedenen Systemausführungsformen beschrieben ist. Bei einer Ausführungsform wird das Entladen bewerkstelligt, indem bei System 200 das Schütz K1 mit dem ersten Ende 215 des aktiven Entladewiderstands R_A gekoppelt wird, wobei der aktive Entladewiderstand R_A das zweites Ende 217 in kontinuierlicher Verbindung mit dem Schütz K2 aufweist. Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Entladen bewerkstelligt, indem bei System 300 das Schütz K1 mit dem ersten Ende 315 des aktiven Entladewiderstands R_A gekoppelt wird und das Schütz K2 mit dem zweiten Ende 317 des aktiven Entladewiderstands R_A gekoppelt wird. Das Koppeln des aktiven Entladewiderstands R_A im System 200–300 bewirkt ein Entladen der Kapazität C_X, bis eine vollständige Entladung erreicht ist (Aufgabe 408). Die Schütze K1 und K2 werden von einem Controller gesteuert, wie in dem Kontext von 2–3 voranstehend erläutert ist.
Mit der hierin offenbarten vereinfachten automatischen Entladefunktion wird die Kapazität ein Entladen deutlich schneller beginnen, als wenn Softwaresteuerungstechniken verwendet werden, wenn eine Energieabschaltung auftritt.
Da die vereinfachte automatische Entladefunktion keine Softwaresteuerung und keine Hardwareerfassung erfordert, um den Entladevorgang einzuleiten, kann sie eine höhere Zuverlässigkeit als andere Implementierungen aufweisen.
Obwohl mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der voranstehenden genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist festzustellen, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Schutzum fang, die Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken. Stattdessen wird die voranstehende genaue Beschreibung Fachleuten eine brauchbare Anleitung zur Implementierung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen geben. Es ist zu verstehen, dass in der Funktion und Anordnung von Elementen verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren juristischen Äquivalenten offengelegt ist.

Claims

Automatisches Entladeverfahren für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Fahrmotor, wobei das Verfahren umfasst: Überwachen des elektrischen Fahrmotors auf das Auftreten einer Energieabschaltung hin; Steuern eines ersten Schützes und eines zweiten Schützes, wenn die Energieabschaltung auftritt, wobei das erste Schütz und das zweite Schütz zwischen jeweilige Pole einer Kapazität und eines Batteriestapels gekoppelt sind; Einleiten eines Entladens der Kapazität unter Verwendung des ersten Schützes und des zweiten Schützes, und Abschließen des Entladens der Kapazität.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Einleitens ferner ein Koppeln des ersten Schützes mit einem ersten Ende eines aktiven Entladewiderstands umfasst, wobei der aktive Entladewiderstand ein zweites Ende aufweist, das kontinuierlich mit dem zweiten Schütz verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Einleitens ferner umfasst: Koppeln des ersten Schützes mit einem ersten Ende eines ersten aktiven Entladewiderstands, wobei der erste aktive Entladewiderstand ein zweites Ende aufweist, das mit dem zweiten Schütz kontinuierlich verbunden ist; und Koppeln des zweiten Schützes mit einem ersten Ende eines zweiten aktiven Entladewiderstands, wobei der zweite aktive Entladewiderstand ein zweites Ende aufweist, das kontinuierlich mit dem ersten Schütz verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Einleitens ferner umfasst: Koppeln des ersten Schützes mit einem ersten Ende eines aktiven Entladewiderstands; und Koppeln des zweiten Schützes mit einem zweiten Ende des aktiven Entladewiderstands.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Energieabschaltung ein Versagen einer elektrischen Schaltung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Energieabschaltung eine Abschaltung eines elektrischen Systems ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Energieabschaltung eine Energieabschaltung einer elektrischen Schaltung ist.
Automatisches Entladesystem für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Fahrmotor, wobei das System umfasst: einen Batteriestapel mit einem ersten Batteriepol und einem zweiten Batteriepol, und wobei der Batteriestapel ausgestaltet ist, um eine elektrische Spannung und einen elektrischen Strom über den ersten Batteriepol und den zweiten Batteriepol an den elektrischen Fahrmotor zu liefern; eine Leistungsausgangsstufe; eine Kapazität, die einen ersten Pol und einen zweiten Pol aufweist und zwischen den Batteriestapel und die Leistungsausgangsstufe gekoppelt ist, wobei die Kapazität zum Steuern und Puffern elektrischer Energie zwischen dem Batteriestapel und der Leistungsausgangsstufe ausgestaltet ist; einen aktiven Entladewiderstand, der ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und ausgestaltet ist, um die Kapazität zu entladen; und ein erstes Schütz und ein zweites Schütz, wobei das erste Schütz mit dem ersten Pol der Kapazität verbunden ist und das zweite Schütz mit dem zweiten Pol der Kapazität verbunden ist, wobei das erste Schütz und das zweite Schütz so ausgestaltet sind, dass sie öffnen, um das Entladen der Kapazität zu starten, und das erste Schütz ferner ausgestaltet ist, um von dem ersten Batteriepol zu dem ersten Ende des aktiven Entladewiderstands umzuschalten, um das Entladen zu erleichtern.
System nach Anspruch 8, wobei das zweite Ende des aktiven Entladewiderstands mit dem zweiten Schütz verbunden ist.
System nach Anspruch 9, wobei ein erstes Ende eines zweiten aktiven Entladewiderstands mit dem ersten Schütz verbunden ist; und das zweite Schütz ferner ausgestaltet ist, um von dem zweiten Batteriepol zu dem zweiten Ende des zweiten aktiven Entladewiderstands umzuschalten, um das Entladen zu erleichtern.
System nach Anspruch 8, wobei das zweite Schütz ferner ausgestaltet ist, um von dem zweiten Batteriepol zu dem zweiten Ende des aktiven Entladewiderstands umzuschalten, um das Entladen zu erleichtern.
System nach Anspruch 8, das ferner einen passiven Entladewiderstand umfasst, der zum Entladen der Kapazität ausgestaltet ist.
System nach Anspruch 8, wobei der elektrische Fahrmotor mehrere Modi aufweist.
System nach Anspruch 13, wobei die Leistungsausgangsstufe so ausgestaltet ist, dass sie DC in AC umwandelt, um zu steuern, wie viel Leistung auf der Grundlage eines der mehreren Modi an den elektrischen Fahrmotor gesandt wird.
System nach Anspruch 13, wobei die mehreren Modi einen Beschleunigungsmodus des elektrischen Fahrmotors umfassen.
System nach Anspruch 8, wobei die Kapazität eine Kapazität eines aktiven elektrischen Busses für das Fahrzeug umfasst.
System nach Anspruch 8, wobei die Kapazität eine Kapazität einer Leistungselektronik für das Fahrzeug umfasst.
System nach Anspruch 8, wobei die Kapazität eine Kapazität eines Ultrakondensators für das Fahrzeug umfasst.
System nach Anspruch 8, wobei die Kapazität eine Kapazität des elektrischen Fahrmotors umfasst.
System nach Anspruch 8, wobei die Kapazität eine Kapazität eines DC/AC-Wandlers für das Fahrzeug umfasst.
System nach Anspruch 8, wobei die Kapazität eine Kapazität der Leistungsausgangsstufe umfasst.
Automatisches Entladesystem für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Fahrmotor, einer Leistungsausgangsstufe für den elektrischen Fahrmotor und einer DC-Energieversorgung für die Leistungsausgangsstufe, wobei das System umfasst: eine erste Struktur, die einem ersten Eingangsknoten der Leistungsausgangsstufe entspricht; eine zweite Struktur, die einem zweiten Eingangsknoten der Leistungsausgangsstufe entspricht, wobei das Fahrzeug eine Kapazität zwischen dem ersten Eingangsknoten und dem zweiten Eingangsknoten umfasst; einen aktiven Entladewiderstand; eine Schätzanordnung, die ausgestaltet ist, um die DC-Energieversorgung während eines Abschaltmodus parallel mit der Kapazität zu koppeln, und die ausgestaltet ist, um den aktiven Entladewiderstand während eines Arbeitsmodus parallel mit der Kapazität zu koppeln; und einen mit der Schätzanordnung gekoppelten Controller, wobei der Controller ausgestaltet ist, um die Schätzanordnung gemäß des Abschaltmodus und des Arbeitsmodus zu betätigen.
System nach Anspruch 22, wobei die Schätzanordnung umfasst: ein erstes Schütz, das während des Abschaltmodus zur Kopplung des ersten Eingangsknotens mit einem ersten Ende des aktiven Entladewiderstands ausgestaltet ist und das während des Arbeitsmodus zur Kopplung des ersten Eingangsknotens mit einem ersten Pol der DC-Energieversorgung ausgestaltet ist; ein zweites Schütz, das während des Abschaltmodus zur Kopplung des zweiten Eingangsknotens mit einem zweiten Ende des aktiven Entladewiderstands ausgestaltet ist und das während des Arbeitsmodus zur Kopplung des zweiten Eingangsknotens mit einem zweiten Pol der DC-Energieversorgung ausgestaltet ist.
System nach Anspruch 23, wobei: das erste Schütz ein erstes Ende, das mit dem ersten Eingangsknoten verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das zur Kopplung mit entweder dem ersten Ende des aktiven Entladewiderstands oder dem ersten Pol der DC-Energieversorgung ausgestaltet ist; und das zweite Schütz ein erstes Ende, das mit dem ersten Eingangsknoten und dem zweiten Ende des aktiven Entladewiderstands verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das zur Kopplung mit dem zweiten Pol der DC-Energieversorgung oder zum Offenbleiben ausgestaltet ist.
System nach Anspruch 23, wobei: das erste Schütz ein erstes Ende, das mit dem ersten Eingangsknoten verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das zur Kopplung mit entweder dem ersten Ende des aktiven Entladewiderstands oder dem ersten Pol der DC-Energieversorgung ausgestaltet ist; und das zweite Schütz ein erstes Ende, das mit dem zweiten Eingangsknoten verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das zum Koppeln mit entweder dem zweiten Ende des aktiven Entladewiderstands oder dem zweiten Pol der DC-Energieversorgung ausgestaltet ist.