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HINTERGRUND
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1. Technisches Gebiet
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Die
hier beschriebenen Ausführungsformen betreffen
im Allgemeinen einen Doppel-Energiespeicher
für eine
Fahrzeugsystem.
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2. Technischer Hintergrund
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Herkömmliche
Mikro-/Mild-Hybridfahrzeuge enthalten jeweils einen Starter-Generator
sowie eine herkömmliche
14-Volt-Architektur. Das Hybridfahrzeug ist des Weiteren mit einer
Vielzahl von Energiespeichereinrichtungen ausgestattet. Die Energiespeichereinrichtungen
können
beispielsweise eine Vielzahl von Batterien sowie eine Superkondensatorenbank
enthalten. Bei einer derartigen Konfiguration können die Fahrzeuge den Fluss
von elektrischer Energie bzw. Strom zu und von den Energiespeichereinrichtungen
effizient abwickeln und Stopp-Start-, Rekuperationsbremsungs- und
Power-Boost-Funktionalität
bereitstellen, um den durchschnittlichen Kraftstoffverbrauch und
CO2-Emissionen zu reduzieren. Das herkömmliche
Verfahren zur Verbindung mit den Energiespeichereinrichtungen schließt das Implementieren
einer Kombination von Relais oder einen Gleichstromwandler ein.
Die Relais ermöglichen Übertragung/Bezug
von Strom zu/von einem Starter-Regenerator. Die Relais übertragen/empfangen Strom
zu/von verschiedenen Stromnetzen in dem Fahrzeug. Jedes Stromnetz
ist über
ein separates Relais mit einer Energiespeichereinrichtung verbunden.
Eine derartige Konfiguration unterstützt möglicherweise Stopp-Start-Funktionalität des Motors.
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Der
Gleichstromwandler ist eine flexiblere Lösung, da der Gleichstromwandler
eine nahtlose permanente Schnittstelle zwischen den zwei Energiespeichereinrichtungen
(d. h. der Batterie und der Superkondensatorenbank) schafft. Des
Weiteren kann sich der Gleichstromwandler an Spannungsunterschiede
von jeder Seite des Gleichstromwandlers anpassen und bidirektional
arbeiten. Die Gleichstromwandler-Lösung ermöglicht es nicht nur, die Stopp-Start-Funktion
durchzuführen,
sondern der Gleichstromwandler ermöglicht es auch, dass das Fahrzeug
Rekuperationsbremsung durchführt,
und unterstützt
Power-Boost-Eigenschaften.
Obwohl der Gleichstromwandler nützlich
ist, ist seine Herstellung ein komplexer Vorgang, und so kann eine
aufwändige
Elektronikeinheit erforderlich sein, um die Funktion des Gleichstromwandlers
zu steuern.
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Der
typische Gleichstromwandler für
den beschriebenen Einsatzzweck ist ein bidirektionaler 12-zu-12-Volt-Stabilisator,
der in verschiedenen Spannungsbereichen am Eingang und am Ausgang des
Gleichstromwandlers arbeiten kann. Die Gleichstromwandler sind normalerweise
mit einer Leistungselektronik-Topologie gestaltet, bei der Leistungshalbleiter
zusammen mit Ansteuereinrichtungen, magnetischen Komponenten (zu
denen Transformatoren oder Induktoren gehören) und eine Controller-Karte
gehören.
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Dementsprechend
wäre es
vorteilhaft, eine einfache Schnittstelle zwischen Energiespeichereinrichtungen
in einem Hybridfahrzeug zu implementieren. Es wäre des Weiteren vorteilhaft,
eine Steuereinrichtung zu schaffen, die weniger komplex und kostenaufwändig in
der Implementierung ist als die herkömmlichen Gleichstromwandler,
wie sie in Hybridfahrzeugen implementiert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In
einer Ausführungsform
wird eine Schaltsteuereinheit zum Steuern der Übertragung von Strom in einem
Fahrzeug wenigstens von einem Starter-Generator oder einer Superkondensatorenbank
zu/von wenigstens einer Betriebsbatterie oder einer Vielzahl elektrischer
Einrichtungen geschaffen. Eine Schalteinrichtung verbindet/trennt
selektiv wenigstens den Starter-Generator oder die Superkondensatorenbank
mit/von wenigstens der Betriebsbatterie oder der Vielzahl elektrischer
Einrichtungen. Eine Schaltsteuereinrichtung ist so eingerichtet,
dass sie eine Spannung über
die Superkondensatorenbank misst, um ein Bank-Spannungssignal zu erzeugen, eine Spannung über die
Betriebsbatterie misst, um ein Betriebs-Spannungssignal zu erzeugen,
und die Schaltvorrichtung so steuert, dass sie in Reaktion auf die
Spannungssignale wenigstens den Starter-Generator oder die Superkondensatorenbank zu/mit
wenigstens der Betriebsbatterie oder der Vielzahl elektrischer Einrichtungen
verbindet/trennt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird ein Verfahren zum Steuern der Übertragung von Strom in einem
Hybridelektrofahrzeug von wenigstens einem Starter-Generator oder
einer Superkondensatorenbank zu wenigstens einer Betriebsbatterie
oder einer Vielzahl elektrischer Einrichtungen geschaffen. Das Verfahren
umfasst das selektive Koppeln/Entkoppeln wenigstens des Starter-Generators
oder der Superkondensatorenbank mit/von wenigstens der Betriebsbatterie
oder der Vielzahl elektrischer Einrichtungen und Messen einer Spannung über die
Superkondensatorenbank, um ein Bank-Spannungssignal zu erzeugen.
Das Verfahren umfasst des Weiteren Messen einer Spannung über die
Betriebsbatterie, um ein Betriebs-Spannungssignal zu erzeugen, und Steuern
des Verbindens/Trennens wenigstens des Starter-Generators oder der
Superkondensatorenbank mit/von wenigstens der Arbeitsbatterie oder
der Vielzahl elektrischer Einrichtungen in Reaktion auf das Bank-Spannungssignal
und das Betriebs-Spannungssignal.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird eine Schaltsteuereinheit zum Steuern der Übertragung von Strom in einem
elektrischen Hybridfahrzeug wenigstens von einem Starter-Generator oder einer
Superkondensatorenbank zu wenigstens einer Betriebsbatterie oder
einer Vielzahl elektrischer Einrichtungen geschaffen. Eine Schalteinrichtung
ist so eingerichtet, dass sie wenigstens den Starter-Generator oder
die Superkondensatorenbank wenigstens mit/von der Betriebsbatterie
oder der Vielzahl elektrischer Einrichtungen verbindet/trennt. Eine
Schaltsteuereinrichtung ist so eingerichtet, dass sie eine Spannung über die
Superkondensatorenbank misst, um ein Bank-Spannungssignal zu erzeugen,
eine Spannung über
die Betriebsbatterie misst, um ein Betriebs-Spannungssignal zu erzeugen,
und die Schalteinrichtung so steuert, dass sie wenigstens den Starter-Generator
oder die Superkondensatorenbank wenigstens mit der Betriebsbatterie
oder der Vielzahl elektrischer Einrichtungen in Reaktion darauf
verbindet, dass festgestellt wird, dass das Bank-Spannungssignal
dem Betriebs-Spannungssignal gleich ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird im Einzelnen in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
Jedoch werden unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen andere Merkmale
der vorliegenden Erfindung besser ersichtlich, und Ausführungen
der vorliegenden Erfindung werden am Besten verständlich,
wobei:
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1 ein
Doppel-Energiespeichersystem für ein
Fahrzeug darstellt;
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2 ein
Schema darstellt, das verschiedene Eingänge und Ausgänge zeigt,
die von der Schaltsteuereinheit übertragen
werden; und
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3 ein
Zustandsdiagramm zum Schalten von Strom in einem Doppel-Speichersystem
in dem Fahrzeug darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 stellt
ein Fahrzeug-Speichersystem 10 zum Einsatz in einem Fahrzeug
das. Das Fahrzeug kann ein Hybridelektrofahrzeug (Hybrid Electric
Vehicle – HEV)
sein. Das Hybridelektrofahrzeug kann ein Mikro- oder Mild-Hybridfahrzeug
sein. Das System 10 enthält eine Superkondensatorbank 12 sowie eine
Betriebsbatterie 14. Die Superkondensatorbank 12 kann
mit einer Vielzahl von Ultrakondensatoren oder elektrochemischen
Doppelschicht-Kondensatoren
(Electrochemical Double Layer Capacitors – ELDC) implementiert werden.
Eine Schaltsteuereinheit 16 ist funktionell zwischen die
Superkondensatorbank 12 und die Betriebsbatterie 14 geschaltet. Die
Schaltsteuereinheit 16 ist so konfiguriert, dass sie die
Superkondensatorbank 12 selektiv mit/von der Betriebsbatterie 14 verbindet/trennt,
während
das Fahrzeug verschiedene Betriebsmodi durchläuft.
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Ein
Starter-Generator 18 ist mit der Superkondensatorbank 12 und
der Schaltsteuereinheit 16 gekoppelt. Der Starter-Generator 18 kann
als eine elektrische Maschine implementiert sein, die so konfiguriert
ist, dass sie einen Motor (nicht dargestellt) startet oder Strom
für das
Fahrzeug erzeugt, nach dem der Motor gestartet ist. Elektrische
Einrichtungen 20 sind mit der Schaltsteuereinheit 16 und
der Betriebsbatterie 14 verbunden. Die elektrischen Einrichtungen 20 können über die
Schaltsteuereinheit 16 selektiv mit der Superkondensatorbank 12 verbunden
werden. Die elektrischen Einrichtungen können Einrichtungen einschließen, die
für Klimatisierung,
Heizung und Kühlung,
Unterhaltungssysteme und/oder Beleuchtungssysteme eingesetzt werden, wobei
dies jedoch keine Einschränkung
darstellt.
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Im
Allgemeinen ist das System 10 (die Superkondensatorbank 12 und/oder
die Betriebsbatterie 14) so konfiguriert, dass es Energie
zum Anlassen des Motors speichert. Das System 10 ist des
Weiteren so konfiguriert, dass es den elektrischen Einrichtungen 20 Strom
zuführt,
wenn der Motor nicht läuft. Die
Schaltsteuereinheit 16 enthält eine Schaltsteuereinrichtung 22 und
eine Schalteinrichtung 24. Die Steuereinrichtung 22 erzeugt
ein Steuersignal CTR zum Öffnen
oder Schließen
der Schalleinrichtung 24. Die Schalteinrichtung 24 kann
die Superkondensatorbank 12 bei vorgegebenen Fahrzeug-Betriebsmodi
in Reaktion auf das Signal CTR funktionell mit der Betriebsbatterie 14 koppeln.
Die Schaltsteuereinrichtung 22 ist mit einem Fahrzeug-Multiplexbus 28 gekoppelt,
der als eine Schnittstelle zu anderen Steuereinrichtungen (nicht
dargestellt) dient, die im gesamten Fahrzeug angeordnet sind. Der
Bus 28 kann Kommunikation zwischen der Schaltsteuereinrichtung 22 und
einem Diagnosewerkzeug (nicht dargestellt) zum Testen und/oder Diagnostizieren
der Steuereinrichtung 22 ermöglichen. Eine Vielzahl von Fahrzeug-Steuereinrichtungen
(nicht dargestellt) kann Signale über den Bus 28 zu
der Schaltsteuereinrichtung 22 übertragen. Die Schaltsteuereinrichtung 22 kann
Nachrichten über
den Bus 28 zu den Fahrzeug-Steuereinrichtungen senden.
Zu derartigen Nachrichten können
der Status der Schalteinrichtung 24 (z. B. offene/geschlossene)
und/oderverschiedene System-Ausfallsignale gehören, die durch die Schaltsteuereinrichtung 22 erfasst
werden. Die Typen von Nachrichten, die über den Bus 28 gesendet/empfangen
werden, werden in Zusammenhang mit 2 ausführlicher
erläutert.
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Der
Bus 28 kann einen CAN-Bus (Controller Area Network Bus)
mittlerer oder höherer
Geschwindigkeit oder einen LIN-Bus (Local Interconnect Network Bus)
umfassen. Es können
auch andere geeignete derartige Multiplex-Busse eingesetzt werden. Der
spezielle Bus-Typ,
der eingesetzt wird, kann auf Basis der gewünschten Kriterien einer speziellen
Implementierung variieren. Die Schalteinrichtung 24 kann
als ein Relais, ein selbständiger
Schalter auf Kontaktbasis, oder eine Silizium-Schalteinrichtung (beispielsweise
MOSFET oder Bipolartransistor mit isoliertem Gate (Insolated-gate
Bipolar Transistor – IGBT)
implementiert sein. Der spezielle Typ Schalteinrichtung 24 kann
auf Basis der gewünschten
Kriterien einer speziellen Implementierung variieren.
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Die
Superkondensatorbank 12 ist so eingerichtet, dass sie Strom
zu dem Starter-Generator beim Starten des Fahrzeugs zum Anlassen
des Motors überträgt. Zusätzlich ermöglicht die
Superkondensatorbank 12 einen Power-Boost-Vorgang für den Starter-Generator 18,
indem sie Strom zu dem Starter-Generator 18 überträgt, wenn
das Fahrzeug in einem Hybrid-Modus läuft (beispielsweise wenn das
Fahrzeug mit mechanischer Unterstützung (oder Strom) von dem
Motor läuft).
Der Power-Boost-Modus kann als der Zustand definiert werden, in
dem der Starter-Generator 18 Strom von der Superkondensatorbank 12 bezieht,
um das Fahrzeug anzutreiben, während
das Fahrzeug gleichzeitig mit mechanischer Hilfe angetrieben wird,
die von dem Motor bereitgestellt wird. Der Starter-Generator 18 kann Strom
von der Superkondensatorbank 12 beziehen, wenn das Fahrzeug
mit mechanischer Unterstützung durch
den Motor angetrieben wird. Der Starter-Generator 18 überträgt Strom
zu der Superkondensatorbank 12, um die Superkondensatorbank 12 zu
laden, nachdem der Motor gestartet ist, und um Strom von dem Fahrzeug
zu beziehen (beispielsweise wenn das Fahrzeug Rekuperationsbremsung
nach einem Power-Boost-Zyklus durchführt).
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Die
Superkondensatorbank 12 stellt dem Starter-Generator 18 nicht
nur nach dem erstmaligen Starten des Fahrzeugs Strom bereit, sondern
auch, wenn das Fahrzeug eine Motor-Stopp-Start-Funktion durchführt. Die
Motor-Stopp-Start-Funktion ist als der Prozess defi niert, bei dem
der Starter-Generator 18 den Motor in Reaktion auf eine
Feststellung durch eine Motor-Steuereinrichtung (nicht dargestellt)
dahingehend abschaltet, dass das Fahrzeug vollständig angehalten hat. Der Superkondensator 12 stellt
dem Starter-Generator 18 Strom bereit, um den Motor zu starten,
wenn sich das Fahrzeug wieder bewegen soll (beispielsweise wenn
das Fahrzeug im Verkehr wieder anfährt). Der Starter-Generator 18 lädt die Superkondensatorbank 12,
nachdem der Motor gestartet ist und wenn sich das Fahrzeug bewegt.
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Im
Allgemeinen öffnet
die Schalteinrichtung 24, wenn die Superkondensatorbank 12 Strom zu/von
dem Starter-Generator 18 sendet/empfängt. Wenn die Schalteinrichtung 24 offen
ist, sendet/empfängt
die Superkondensatorbank 12 Strom zu/von dem Starter-Generator,
und die elektrischen Einrichtungen 20 können Strom von der Betriebsbatterie 14 beziehen.
Die Spannung über
die Superkondensatorbank 12 entspricht einer Spannung VSCAP.
Die Spannung über
die Betriebsbatterie 14 entspricht einer Spannung VBAT.
Die Schaltsteuereinrichtung 72 öffnet und schließt die Schalteinrichtung 24 auf
Basis von VSCAP und VBAT.
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Die
Schalteinrichtung 24 ist so eingerichtet, dass sie die
Superkondensatorbank 12 von der Betriebsbatterie trennt,
wenn sich VSCAP erheblich von VBAT unterscheidet. Eine derartige
Bedingung kann verhindern, dass die Schalteinrichtung 24 aufgrund starker
Ausgleichsimpulse beschädigt
wird. Die starken Ausgleichsimpulse sind auf die Spannungsdifferenz
zwischen der Superkondensatorbank 12 und der Betriebsbatterie 14 zurückzuführen.
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Die
Schaltsteuereinrichtung 22 ist so eingerichtet, dass sie
die Schalteinrichtung 24 in Reaktion darauf schließt, dass
VSCAP und VBAT im Gleichgewicht sind (beispielsweise wenn die Spannung
der Superkondensatorbank 12 nahe an der Spannung der Betriebsbatterie 24 oder
ihr gleich ist). In dem Gleichgewichtszustand stellt der Starter-Generator 18 den
elektrischen Einrichtungen 20 Strom bereit und lädt sowohl
die Superkondensatorbank 12 als auch die Betriebsbatterie 14.
Die Superkondensatorbank 12 und die Betriebsbatterie 14 können den Strom
(Spannung) blockieren, der durch den Starter/Generator 18 erzeugt
wird, wenn sich das System 10 in dem Gleichgewichtszustand
befindet. Die Superkondensatorbank 12 dient als ein Netzwerk-Stabilisator,
indem sie plötzliche
Laständerungen
ausgleicht, wenn zwei oder mehr der elektrischen Einrichtungen 20 gleichzeitig
an- oder abgeschaltet werden oder die Betriebsbatterie 14 unbeabsichtigt
von dem System 10 getrennt wird.
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Die
Schaltsteuereinrichtung 22 kann die elektrischen Einrichtungen 20 vor
unerwünschten Lastabwürfen schützen, wenn
die Superkondensatorbank 12 beim Laden mit Strom von dem
Starter-Generator 18 getrennt wird. Die Schaltsteuereinrichtung 22 ist
so eingerichtet, dass sie die Superkondensatorbank 12 von
der Betriebsbatterie 14 und den elektrischen Einrichtungen 20 mit
der Schalteinrichtung 24 in Reaktion darauf trennt, dass
erfasst wird, dass der durch den Starter-Generator 18 zugeführte Strom
hoch ist. Indem die Superkondensatorbank 12 in Reaktion
auf Erfassen einer großen
Strommenge von der Betriebsbatterie 14 und den elektrischen
Einrichtungen 20 getrennt wird, werden die elektrischen Einrichtungen 20 davor
geschützt,
große
Strommengen von dem Starter-Generator 18 zu empfangen.
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Im
Allgemeinen ermöglicht
das System 10 Lastabwurfschutz für die elektrischen Einrichtungen 20,
indem es den Starter-Generator 18 gegenüber der Betriebsbatterie 14 und
den elektrischen Einrichtungen 20 in Reaktion darauf isoliert,
dass die Schaltsteuereinrichtung 22 eine große Strommenge
von dem Starter-Generator 18 erfasst. Wenn die Superkondensatorbank 12 Strom
von dem Starter-Generator 18 empfängt und die Superkondensatorbank 12 plötzlich von
dem Starter-Generator 18 getrennt wird, öffnet die
Schalteinrichtung 24 und isoliert so die elektrischen Einrichtungen 20 gegenüber einem
potentiellen Lastabwurf, der durch den Starter-Generator 18 erzeugt
wird. Wenn hingegen die Superkondensatorbank 12 der Betriebsbatterie 14 und/oder den
elektrischen Einrichtungen 20 Strom bereitstellt, wenn
sich das System 10 im Gleichgewichtszustand befindet, und
dann die Batterie 14 plötzlich
von dem System 10 getrennt wird, absorbiert die Superkondensatorbank 12 die
aufgrund der Trennung der Batterie erzeugte Lastschwankung und schützt die
elektrischen Einrichtungen 20 vor Spannungsschwankung.
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2 stellt
ein Schema dar, das verschiedene Signaleingänge und -ausgänge zeigt,
die zu/von der Schaltsteuereinheit 16 gesendet/empfangen
werden. Die Schaltsteuereinrichtung 22 ist so eingerichtet,
dass sie eine Vielzahl von Nachrichten auf Multiplexbasis über den
Bus 28 sendet/empfängt.
So kann beispielsweise die Motor-Steuereinheit (ECU) oder eine ähnliche
Steuereinrichtung Signale START und STOP senden. Das Signal START
entspricht im Allgemeinen dem Fahrzeugzustand, in dem der Motor des
Fahrzeugs gestartet wird. Das Signal STOP entspricht im Allgemeinen
einem Fahrzeugzustand, in dem sich das Fahrzeug in vollkommenem
Stillstand befindet. Eine interne Bordelektronik-Steuereinrichtung
oder eine andere ähnliche
Steuereinrichtung in dem Fahrzeug kann ein Signal WAKE_UP über den Bus 28 zu
der Schaltsteuereinrichtung 22 senden. Das Signal WAKE_UP
wird verwendet, um eine oder mehrere Steuereinrichtungen an dem
Bus 28 zu wecken bzw. zu aktivieren. Der Schlüssel kann
sich im Zündschloss
befinden oder auch nicht, wenn das Signal WAKE_UP gesendet wird.
Die Motor-Steuereinrichtung oder eine andere Steuereinrichtung in
dem Fahrzeug kann ein Signal BOOST senden. Das Signal BOOST entspricht
im Allgemeinen dem Fahrzeugzustand, in dem der Starter-Generator 18 Strom von
der Superkondensatorbank 12 bezieht, um das Fahrzeug anzutreiben.
In einem derartigen Zustand stellt der Motor auch eine mechanische
Unterstützung
zum Antreiben des Fahrzeugs bereit, während der Starter-Generator 18 Strom
bezieht.
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Eine
Starter-Generator-Steuereinrichtung oder eine andere geeignete derartige
Steuereinrichtung in dem Fahrzeug kann ein Signal REGEN zu der Schaltsteuereinrichtung 22 senden.
Das Signal REGEN entspricht im Allgemeinen dem Fahrzeugzustand,
in dem das Fahrzeug Strom speichern kann, während Rekuperationsbremsung
durchgeführt
wird. Der Starter-Generator 18 erzeugt entweder während des
Bremsereignisses Strom, der in der Superkondensatorbank 12 gespeichert
werden soll, oder führt der
elektrischen Einrichtung 20 in dem Fahrzeug Strom zu. Der
Starter-Generator 18 bezieht Strom von der Superkondensatorbank 12 während eines Fahrzeug-Anlassmodus
oder wenn er sich im Boost-Zustand
befindet.
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Die
Schaltsteuereinrichtung 22 kann die Spannung über die
Superkondensatorbank 12 (beispielsweise VSCAP) messen und
ein Signal VSCAP_REPORT über
den Bus 28 zu verschiedenen Steuereinrichtungen in dem
Fahrzeug senden, die das Signal VSCAP_REPORT verwenden können, um
eine bestimmte Funktion zu erfüllen.
Des Weiteren kann die Schaltsteuereinrichtung 22 auch die
Spannung (VBAT) über
die Betriebsbatterie 14 messen und ein Signal VBAT_REPORT über den Bus 28 zu
verschiedenen Steuereinrichtungen in dem Fahrzeug senden, die das
Signal VBAT_REPORT verwenden können,
um eine bestimmte Funktion zu erfüllen. Die Schaltsteuereinrichtung 22 kann
auch den Strom (beispielsweise ISW) über die Schalteinrichtung 24 messen
und ein Signal ISW _REPORT über
den Bus 28 zu verschiedenen Steuereinrichtungen in dem
Fahrzeug senden, die das Signal ISW_REPORT verwenden können, um
eine bestimmte Funktion zu erfüllen.
Die Signale VSCAP_REPORT, VBAT_REPORT und ISW _REPORT entsprechen
im Allgemeinen den jeweiligen Spannungs- und Stromwerten für die Superkondensatorbank 12,
die Betriebsbatterie 14 und die Schalteinrichtung 24.
Die Schaltsteuereinrichtung 22 ist so eingerichtet, dass
sie den Zustand bzw. Status der Schalteinrichtung 24 (beispielsweise
offene/geschlossene) bereitstellt und den Status der Schalteinrichtung 24 als ein
Signal SW_STATUS sendet. Die Schaltsteuereinrichtung 22 sendet
das Signal SW_STATUS auf dem Bus 28 zu verschiedenen Steuereinrichtungen
in dem Fahrzeug, die das Signal SW_STATUS verwenden können, um
eine bestimmte Funktion zu erfüllen.
Die Schaltsteuereinrichtung 22 kann auch Systemausfälle erfassen
und ein Signal SYS_FAILURE über
den Bus 28 zu verschiedenen Steuereinrichtungen in dem
Fahrzeug senden, die das Signal SYS_FAILURE verwenden können, um
eine bestimmte Funktion zu erfüllen.
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Die
Schaltsteuereinrichtung 22 kann so implementiert werden,
dass sie eines oder mehrere der Signale, wie sie in 2 dargestellt
sind, über
den Bus 28 als fest verdrahtete Signale und/oder Multiplex-Nachrichten
sendet/empfängt.
Der spezielle Typ Kommunikationsmechanismus, der in dem System 10 verwendet
wird (beispielsweise multiplex-basiert oder fest verdrahtet) kann
auf Basis der gewünschten Kriterien
einer speziellen Implementierung variieren.
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3 zeigt
ein Zustandsdiagramm 50 zum Schalten von Strom in dem System
entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In Zustand 52 empfängt die
Schaltsteuereinrichtung 22 das Signal WAKE_UP über den
Bus 28. Die Schaltsteuereinrichtung 22 geht in
Reaktion auf das Signal WAKE_UP in einen Betriebsmodus über. Im
Allgemeinen kann jede beliebige Steuereinrichtung, die mit dem Bus 28 gekoppelt
ist, das Signal WAKE_UP in Reaktion auf Erfassung dahingehend senden, dass
der Schlüssel
in das Zündschloss
eingeführt wurde.
In einem anderen Beispiel kann eine Fahrzeug-Steuereinrichtung das
Signal WAKE_UP senden, wenn sich der Schlüssel nicht im Zündschloss befindet,
wenn die Fahrzeug-Steuereinrichtung das Auftreten eines Ereignisses
erfasst, das zum Aktivieren des Busses 28 konfiguriert
ist. Beispielsweise kann ein Benutzer eine Tür mit einem Schlüsselanhänger entriegeln,
wenn sich das Fahrzeug in einem Sleep-Modus befindet. In einem derartigen
Fall sendet ein Sicherheitsmodul eine Aktivierungsnachricht auf
dem Bus 28 in Reaktion darauf, dass der Benutzer den Entriegelungsknopf
des Schlüsselanhängers drückt. Wenn
ein Aktivierungsereignis des Fahrzeugs stattfindet (beispielsweise Öffnen/Schließen der
Tür, Eingabe über Schlüsselanhänger, Betätigung des Lichtschalters
oder anderes Betätigungsereignis
des Fahrzeugs), kann die entsprechende Steuereinrichtung, die das
Aktivierungsereignis erfasst, das Signal WAKE_UP auf dem Bus senden
und so alle Steuereinrichtungen an dem Bus 28 aktivieren.
Bei einem Beispiel kann ein Aktivierungsereignis des Fahrzeugs stattfinden,
während
die Stopp-Start-Funktion durchgeführt wird. Ein Aktivierungsereignis
kann beispielsweise nach dem "Stopp"-Zustand und vor
dem "Start"-Zustand in dem Stopp-Start-Zyklus
stattfinden.
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In
Reaktion auf den Empfang des Signals WAKE_UP misst die Schaltsteuereinrichtung 22 VBAT,
VSCAP und ISW. Die Schaltsteuereinrichtung 22 stellt auf
Basis der gemessenen Werte von VBAT, VSCAP und ISW fest, ob ein
Systemfehler aufgetreten ist. Im Allgemeinen entsprechen ein unerwartet niedriger
Wert von VBAT oder VSCAP oder ein hoher ISW-Wert einem Fehler entweder der Schalteinrichtung 24 oder
der anderen Komponenten, die mit der Schalteinrichtung 24 verbunden
sind, so beispielsweise die Superkondensatorbank 12, die
Betriebsbatterie 14 oder die elektrischen Einrichtungen 20. Wenn
VBAT oder VSCAP zu niedrig ist oder wenn ISW hoch ist, kann die
Schaltsteuereinrichtung 22 die Schalteinrichtung 24 zwangsweise öffnen und über den
MUX-Bus 28 einen Fehlerzustand berichten. Eine derartige
Bedingung tritt in Verbindung mit Zustand 54 ein. Die Schaltsteuereinheit 16 sendet
die Signale ISW_REPORT, VSCAP_REPORT und VBAT_REPORT über den
Bus 28 zu Steuereinrichtungen, die so eingerichtet sind,
dass sie diese Signale für
eine bestimmte Funktion verwenden. Eine beliebige der Steuereinrichtungen
in dem Fahrzeug kann bei Bedarf eines oder mehrerer der Signale ISW_REPORT,
VSCAP_REPORT und VBAT_REPORT anfordern.
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Wenn
die Schaltsteuereinrichtung 22 einen Systemfehler entdeckt
(beispielsweise einen Kurzschluss an der Schalteinrichtung 24),
bewegt sich das Schema 50 zu Zustand 54. In dem
Zustand 54 sendet die Schaltsteuereinrichtung 22 das
Signal SYS_FAILURE über
den Bus 28 und versetzt die Schalteinrichtung 24 in
einen offenen Zustand. Wenn das Signal START zu der Schaltsteuereinrichtung 22 gesendet
wird, wird der Motor gestartet und das Schema 50 bewegt
sich zu Zustand 56. Während
der Motor gestartet wird, bezieht der Starter-Generator 18 Strom
von der Superkondensatorbank 12, um den Motor des Fahrzeugs
anzulassen. In Zustand 56 arbeitet der Starter-Generator 18 in
einem Generator-Modus und erzeugt so Strom nach Motor-Start in Reaktion
auf mechanische Energie, die von dem Motor erzeugt wird. Der Starter-Generator 18 lädt die Superkondensatorbank 12,
während
er sich im Generator-Modus befindet. Die Schaltsteuereinrichtung 22 misst
VSCAP über
die Superkondensatorbank 12 und VBAT über die Betriebsbatterie 14.
Die Schaltsteuereinrichtung 22 bestimmt eine Dreiecks-
bzw. Deltaspannung (beispielsweise deltaV). Die Deltaspannung kann
ein kalibrierbarer Wert sein und in der Schaltsteuereinrichtung 22 programmiert
sein. Der spezielle Wert für
die Deltaspannung kann auf Basis der gewünschten Kriterien einer speziellen
Implementierung variieren. Die Schaltsteuereinrichtung 22 ver wendet
deltaV, VSCAP und VBAT, um festzustellen, wann es möglicherweise
notwendig ist, die Schalteinrichtung 20 zu schließen. Die
Schaltsteuereinrichtung 22 kann die Schalteinrichtung 24 so
steuern, dass sie schließt,
wenn die folgende Bedingung erfüllt
ist: (VSCAP – VBAT) < deltaV (1)
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Wenn
die Bedingung 1 erfüllt
ist, zeigt eine derartige Bedingung im Allgemeinen an, dass die Spannung
zwischen der Superkondensatorbank 12 und der Betriebsbatterie 14 im
Allgemeinen klein genug ist, um zu gewährleisten, dass kein hoher
Ausgleichsstrom über
die Schalteinrichtung 24 vorhanden ist. In Zustand 56 prüft die Schaltsteuereinrichtung 22 auf
einen Systemfehler. Wenn die Schaltsteuereinrichtung 22 auf
Basis von VSCAP, VBAT und ISW einen Systemfehler feststellt, geht
das Schema 50 zu Zustand 54 zurück.
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Wenn
die Bedingung 1 erfüllt
ist, bewegt sich das Schema 50 zu Zustand 58.
In Zustand 58 schließt
die Schaltsteuereinrichtung 22 die Schalteinrichtung 20.
Die Superkondensatorbank 12 ist so konfiguriert, dass sie
in dem geschlossenen Zustand der Betriebsbatterie 14 und
den elektrischen Einrichtungen 20 Strom bereitstellt. Der
Strom kann in der Betriebsbatterie 14 gespeichert werden
und/oder den elektrischen Einrichtungen 20 zum Bezug bereitgestellt
werden. Der Zustand 58 stellt im Allgemeinen einen typischen
Betriebsmodus für
das Fahrzeug dar, wenn der Motor läuft. Der Zustand 58 entspricht dem
Gleichgewichtszustand des Fahrzeugs. Die Schaltsteuereinrichtung 22 überwacht
weiterhin auf einen Systemfehler, indem sie VSCAP, VBAT und ISW überwacht.
Wenn die Schaltsteuereinrichtung 22 auf Basis von VSCAP,
VBAT und ISW einen Systemfehler erfasst, bewegt sich das Schema 50 zurück zu Zustand 54.
Wenn die Schaltsteuereinrichtung 22 das Signal STOP empfängt (wenn
beispielsweise das Fahrzeug in völligem
Stillstand ist), dann bewegt sich das Schema 50 zu einem
Zustand 60.
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In
Zustand 60 öffnet
die Schaltsteuereinrichtung 22 die Schalteinrichtung 20,
so dass die Superkondensatorbank 12 von der Betriebsbatterie 14 getrennt
ist. Die Schaltsteuereinrichtung 22 kann in einen Sleep-Modus übergehen.
Im Sleep-Modus wartet die Schaltsteuereinrichtung 22 auf
das nächste
Signal WAKE_UP. Das Diagramm 50 bewegt sich in Reaktion
auf das nächste
Signal WAKE_UP zu Zustand 52 zurück.
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Wenn
die Schaltsteuereinrichtung 22 das Signal BOOST empfängt, während sie
sich in dem Zustand 58 befindet, bewegt sich das Diagramm 50 zu Zustand 52.
In Zustand 52 bezieht der Starter-Generator 18 Strom
von der Superkondensatorbank 12, um den Motor zusammen
mit etwaiger mechanischer Unterstützung anzutreiben, die von
dem Motor bereitgestellt wird. Die Schaltsteuereinrichtung 22 öffnet die
Schalteinrichtung 20, so dass die Superkondensatorbank 12 von
der Betriebsbatterie 14 und den elektrischen Einrichtungen 20 getrennt
wird. Indem die Superkondensatorbank 12 von der Betriebsbatterie 14 und
den elektrischen Einrichtungen 20 getrennt wird, kann VBAT
stabil bleiben, und die Funktion der elektrischen Einrichtungen 20 wird
nicht beeinflusst, wenn sich das Diagramm 50 in Zustand 62 befindet.
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Wenn
die Schaltsteuereinrichtung 22 das Signal REGEN empfängt, während sie
sich im Zustand 62 befindet, kehrt das Diagramm 50 zu
Zustand 56 zurück.
Das Signal REGEN entspricht im Allgemeinen dem Zustand, in dem sich
das Fahrzeug in einem Stromerzeugungsmodus befindet (beispielsweise durch
Rekuperationsbremsung). In diesem Fall steuert die Schaltsteuereinrichtung 22 die
Schalteinrichtung 24 so, dass sie öffnet. Im REGEN-Status wird Strom
an der Superkondensatorbank 12 gespeichert.
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Obwohl
Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, sollen diese
Ausführungsformen
nicht alle möglichen
Formen der Erfindung darstellen und beschreiben. Die in der Patentbeschreibung
verwendeten Formulierungen sind beschreibende und keine beschränkenden
Formulierungen, und es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen
vorgenommen werden können, ohne
vom Geist und vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.