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TECHNISCHES GEBIET
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Ausführungsformen des hier beschriebenen Gegenstands betreffen allgemein Elektro- und Hybridfahrzeuge, und insbesondere betreffen Ausführungsformen des Gegenstands Systeme und Schaltungen zum Vorladen eines Hochspannungsbusses.
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HINTERGRUND
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In den letzten Jahren haben technologische Fortschritte sowie laufend neu entstehende Geschmacksrichtungen bezüglich des Stils zu wesentlichen Veränderungen bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen geführt, insbesondere bei der Entwicklung von Elektro- und Hybridantriebssystemen für eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit. Bei den meisten Hybrid- oder Elektrofahrzeugen werden Hochspannungsenergiespeichersysteme zur Verbesserung des Wirkungsgrads verwendet. Diese Hochspannungsenergiespeichersysteme können Energie innerhalb des Antriebsstrangsystems aufnehmen, zum Beispiel, indem sie regeneratives Bremsen zum Umsetzen kinetischer Energie in elektrische Energie verwenden und die elektrische Energie speichern. Zudem können die Hochspannungsenergiespeichersysteme elektrische Energie speichern, die von einer Leistungsversorgung oder einer Ladevorrichtung geliefert wird.
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Aufgrund der Leistungskapazität der Hochspannungsenergiespeichersysteme und des Wunsches, Energie über lange Zeitspannen zu erhalten, ist es daher wünschenswert, dass diese Hochspannungsenergiespeichersysteme hauptsächlich von anderen Einrichtungen getrennt bleiben und nur nach Bedarf verbunden werden. Oft werden Schütze oder ähnliche Verbindungsmechanismen verwendet, um Fahrzeugeinrichtungen mit den Hochspannungsenergiespeichersystemen zu verbinden. Wenn das Hochspannungsenergiespeichersystem jedoch mit einer Einrichtung direkt verbunden wird, die ein elektrisches Potential aufweist, das sich von dem elektrischen Potential des Energiespeichersystems unterscheidet, wird ein großer Einschaltstrom auftreten. Dieser Einschaltstrom kann möglicherweise elektrische Komponenten beschädigen oder die geschlossenen Schütze verschweißen, sodass die Schütze in einem permanent geschlossenen Zustand verbleiben.
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Folglich sind Systeme entstanden, die eine Einschaltstrombegrenzung zum Verbinden der Hochspannungsenergiespeichersysteme mit Fahrzeugeinrichtungen verwenden. Die meisten dieser Systeme verwenden einen Vorladewiderstand, der mit einem zusätzlichen Vorladeschütz in Reihe geschaltet ist, das mit der Einrichtung verbunden ist. Das Vorladeschütz wird geschlossen, was ermöglicht, dass ein begrenzter Strom auf der Grundlage des Vorladewiderstands und der RC-Kennlinien des kombinierten Systems zu der Einrichtung fließt. Sobald die an die Einrichtung gelieferte Spannung ein stabiles Niveau erreicht, wird ein weiteres Schütz geschlossen und das Vorladeschütz wird geöffnet, wodurch der Vorladewiderstand aus der Schaltung entfernt wird. Diese Systeme enthalten oft zusätzliche Hardware oder Software, um die an die Einrichtung gelieferte Spannung zu überwachen. Darüber hinaus ist bei diesen Vorladesystemen eine Verzögerung inhärent vorhanden, da die RC-Zeitkonstante dieser Vorladesysteme die Zeit bestimmt, die benötigt wird, bevor die Einrichtung verbunden und Hochspannungsenergie an das/von dem Energiespeichersystem übertragen wird.
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Die
DE 10 2007 048 620 A1 offenbart ein System und ein Verfahren zur Überwachung einer Hochspannungsenergiespeicherverbindung, bei denen zur Prüfung der Verbindung zunächst ein Widerstand eingeschaltet wird, um einen Stromfluss zwischen dem Hochspannungsenergiespeicher und der Hochspannungsverdrahtung zu begrenzen, und eine Spannung und Spannungsanstiegszeit am Widerstand gemessen werden, um festzustellen, ob ein Kurzschluss vorliegt.
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In der
JP 2005 269 742 A sind eine Leistungsquellenvorrichtung und ein Verfahren zum Schalten von Schützen offenbart, bei denen zunächst ein Kondensator über einen Vorladewiderstand geladen wird und dann die Leistungsquellenvorrichtung über Schütze eingeschaltet wird, wenn eine Spannungsdifferenz über die Schütze kleiner als eine festgelegte Spannung ist und ein Strom nach einer Startzeitspanne kleiner als ein festgelegter Strom ist.
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Die
DE 102 35 489 A1 offenbart eine Stromversorgungsvorrichtung und ein zugehöriges Elektrofahrzeug, bei denen ein Glättungskondensator vor dem Starten der Stromversorgungsvorrichtung von einer zweiten Batterieeinheit über einen DC/DC-Wandler geladen wird, bevor eine erste Batterieeinheit über Schütze zugeschaltet wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Aufbau des elektrischen Systems, das in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug verwendet wird, zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
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Es wird eine Vorrichtung für ein Vorladesystem zur Verwendung in einem Fahrzeug bereitgestellt. Das Vorladesystem umfasst eine erste Energiequelle mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss, wobei die erste Energiequelle einen Hochspannungsbatteriestapel umfasst und eine erste Spannung aufweist, die gleich einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss ist. Das Vorladesystem umfasst ferner einen Bus mit einer ersten Schiene und einer zweiten Schiene, wobei der Bus eine zweite Spannung aufweist, die gleich einer Potentialdifferenz zwischen der ersten Schiene und der zweiten Schiene ist. Ein erstes Schütz ist zwischen den ersten Anschluss und die erste Schiene gekoppelt und ein zweites Schütz ist zwischen den zweiten Anschluss und die zweite Schiene gekoppelt. Eine Leistungsversorgung, die eine Batterieladevorrichtung ist, ist mit dem Bus gekoppelt, wobei die Leistungsversorgung so ausgestaltet ist, dass sie die zweite Spannung regelt. Ein Controller ist mit der ersten Energiequelle, dem Bus, dem ersten Schütz, dem zweiten Schütz und der Leistungsversorgung gekoppelt. Der Controller ist so ausgestaltet, dass er der Leistungsversorgung einen Spannungsbefehl liefert, um die zweite Spannung auf die erste Spannung zu regeln, dass er das zweite Schütz aktiviert und danach das erste Schütz aktiviert, wenn die Größe einer Differenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung kleiner als eine Schwellenwerttoleranz ist.
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Es wird ein Verfahren zum Vorladen eines Busses bereitgestellt, der mit einer Leistungsversorgung gekoppelt ist, die eine Batterieladevorrichtung ist, welche zum Regeln der Spannung des Busses ausgestaltet ist. Der Bus ist mit einem Satz von Schützen gekoppelt, wobei der Satz von Schützen mit einer Energiequelle gekoppelt ist, die einen Hochspannungsbatteriestapel umfasst. Das Verfahren wird unter Verwendung eines Controllers, der mit der Energiequelle, dem Satz von Schützen und dem Bus gekoppelt ist, ausgeführt und umfasst, dass die Leistungsquelle auf ein Spannungsniveau befohlen wird, das gleich der Spannung der Energiequelle ist, und dass danach der Satz von Schützen aktiviert wird, wenn die Größe einer Differenz zwischen der Spannung des Busses und der Spannung der Energiequelle kleiner als eine Schwellenwerttoleranz ist.
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Es wird eine Vorrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Fahrzeug umfasst einen Hochspannungsbatteriestapel mit einer ersten Spannung und einen Satz von Schützen, die mit dem Hochspannungsbatteriestapel gekoppelt sind. Ein Bus ist mit dem Satz von Schützen gekoppelt, wobei der Bus eine zweite Spannung aufweist. Ein Controller ist mit dem Hochspannungsbatteriestapel, dem Satz von Schützen und dem Bus gekoppelt. Der Controller ist so ausgestaltet, dass er den Satz von Schützen aktiviert, wenn die Größe einer Differenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung kleiner als eine Schwellenwerttoleranz ist. Eine Batterieladevorrichtung ist mit dem Bus gekoppelt, wobei der Controller so ausgestaltet ist, dass er die Batterieladevorrichtung anweist, eine Spannung an den Bus zu liefern, die gleich der ersten Spannung ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein besseres Verständnis des Gegentands kann durch Bezugnahme auf die genaue Beschreibung und die Ansprüche in Verbindung mit den folgenden Figuren erreicht werden, wobei gleiche Bezugszeichen in allen Figuren gleiche oder ähnliche Elemente bezeichnen.
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1 ist ein Blockdiagramm eines Vorladesystems zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einer externen Leistungsversorgung gemäß einer Ausführungsform;
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2 ist ein Blockdiagramm eines Vorladesystems zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einer internen Leistungsversorgung gemäß einer Ausführungsform;
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3 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Vorladeschaltung, die zur Verwendung in dem Vorladesystem von 1 oder 2 geeignet ist;
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4 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Vorladeschaltung, die zur Verwendung in dem Vorladesystem von 1 oder 2 geeignet ist;
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5 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Vorladen eines Busses gemäß einer Ausführungsform; und
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6 ist ein Graph der Spannung eines Hochspannungsbusses über die Zeit für einen Vorladeprozess bei einer beispielhaften Ausführungsform.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Hier erörterte Technologien und Konzepte betreffen allgemein Systeme und Verfahren zum Vorladen eines Busses, um eine Hochspannungsenergiequelle mit einer weiteren elektrischen Komponente, etwa einer spannungsgeregelten Leistungsversorgung oder einem anderen Fahrzeugmodul, zu koppeln. Wenn die Hochspannungsenergiequelle mit der Komponente gekoppelt wird, kann ein gewünschter Leistungsfluss zwischen der Energiequelle und der Komponente oder unter diesen erreicht werden.
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Nun auf 1 Bezug nehmend umfasst ein Vorladesystem 100 für ein Fahrzeug 102 bei einer beispielhaften Ausführungsform eine Energiequelle 104, einen Satz von Schützen 106 und einen Bus 108, welcher hier als ein Spannungsbus, ein Leistungsbus oder ein elektrischer Bus bezeichnet sein kann. Das Vorladesystem 100 kann mit einer Leistungsversorgung 110 gekoppelt sein. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Energiequelle 104 mit dem Satz von Schützen 106 gekoppelt, welche wiederum mit dem Bus 108 verbunden sind. Der Bus 108 kann ferner mit der Leistungsversorgung 110 gekoppelt sein, welche sich außerhalb des Fahrzeugs 102 befinden kann (d. h. fahrzeugfremd), wie in 1 gezeigt ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Vorladesystem 100 so ausgestaltet, dass es den Bus 108 vorlädt, bevor es die Schütze 106 aktiviert, um einen Fluss elektrischer Leistung zwischen der Leistungsversorgung 110 und der Energiequelle 104 zu erreichen.
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Wieder auf 1 Bezug nehmend ist das Fahrzeug 102 bei einer beispielhaften Ausführungsform ein Kraftfahrzeug. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Fahrzeug 102 ein Steckdosenhybrid oder ein komplettes Elektrofahrzeug. Bei alternativen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 102 ein beliebiger einer Anzahl verschiedener Typen von Kraftfahrzeugen sein, wie beispielsweise eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen oder ein Sportnutzfahrzeug (SUV), und kann ein Zweiradantrieb (2WD) (d. h. Heckantrieb oder Frontantrieb), ein Vierradantrieb (4WD) oder ein Allradantrieb (AWD) sein. Das Fahrzeug 102 kann auch einen beliebigen oder eine Kombination einer Anzahl verschiedener Typen von Maschinen, wie beispielsweise eine benzin- oder dieselgespeiste Brennkraftmaschine, die Maschine eines ”Fahrzeugs mit flexiblem Kraftstoff” (FFV) (d. h., die eine Mischung auf Benzin und Alkohol verwendet), eine mit einem gasförmigen Gemisch (z. B. Wasserstoff und Erdgas) gespeiste Maschine, eine hybride Brennkraft/Elektromotormaschine und einen Elektromotor beinhalten. Bei alternativen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 102 ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCV) sein, das keine Maschine umfassen muss.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Energiequelle 104 eine Hochspannungsenergiequelle, die zum Speichern elektrischer Energie und zum Liefern einer Gleichspannung (DC-Spannung) in der Lage ist. Es versteht sich, dass der Begriff ”Hochspannung”, so wie er hier verwendet wird, allgemein Spannungsniveaus oder Spannungsklassifizierungen von mehr als 60 Volt DC (oder 30 Volt AC) bezeichnet. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist die Energiequelle 104 einen Nennspannungsbereich von 300 bis 550 Volt auf. Gemäß einer Ausführungsform ist die Energiequelle 104 ein wiederaufladbarer Hochspannungsbatteriestapel, der zum Speichern regenerativer Energie in der Lage ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die Energiequelle 104 eine Batterie, eine Brennstoffzelle, einen Ultrakondensator oder eine andere geeignete Energiequelle umfassen.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Satz von Schützen 106 mehrere Schütze, die wie elektrisch gesteuerte Schalter funktionieren, wie in der Technik bekannt ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform besteht der Satz von Schützen 106 aus Hochspannungsschützen, welche aktiviert werden können, um einen Leistungsfluss zwischen dem Bus 108 und der Energiequelle 104 zu erreichen, und um zusätzliche Funktionen und Aufgaben auszuführen, die nachstehend genauer beschrieben sind.
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Wieder auf 1 Bezug nehmend ist die Leistungsversorgung 110 bei einer beispielhaften Ausführungsform eine spannungsgeregelte Leistungsversorgung, die zum Liefern einer Spannung in der Lage ist, welche zumindest gleich der Spannung der Energiequelle ist. Die Leistungsversorgung 110 kann in Ansprechen auf entweder einen Spannungsbefehl oder einen Strombefehl Spannung an den Bus 108 liefern, wie in der Technik verstanden wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Leistungsversorgung 110 in der Lage, über eine integrierte Logik oder ein externes Steuerungsmodul gesteuert zu werden, um eine im Wesentlichen feste Spannung mit minimaler Abweichung von dem befohlenen Spannungsniveau (oder Einstellpunkt) zu liefern und/oder bereitzustellen. Gemäß einer Ausführungsform kann sich die Leistungsversorgung 110 wie gezeigt außerhalb des Fahrzeugs 102 befinden. Gemäß einer Ausführungsform kann die Leistungsversorgung 110 eine Steckdosenladevorrichtung umfassen, die zum Umsetzen einer AC-Eingangsspannung in eine DC-Ausgangsspannung ausgestaltet ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die Leistungsversorgung 110 eine Fahrzeugladestation, eine Fahrzeugladevorrichtung, eine Batterieladevorrichtung, einen mit einer zweiten Energiequelle gekoppelten DC/DC-Wandler oder andere vergleichbare Mittel zum Liefern von Leistung umfassen. Bei verschiedenen alternativen Ausführungsformen kann die Leistungsversorgung 110 entweder mit AC- oder mit DC-Eingangsspannungen gekoppelt sein, welche größer oder kleiner als das befohlene Spannungsniveau sein können.
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Nun mit Bezug auf 2 ist eine alternative Anordnung gezeigt. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform kann ein Vorladesystem 200 für ein Fahrzeug 202 ferner eine Leistungsversorgung 210 anstelle von (oder zusätzlich zu) einer externen Leistungsversorgung umfassen. Die übrigen Elemente des Vorladesystems 200 ähneln ihren entsprechenden Elementen, die in dem Vorladesystem 100, das vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben ist, anzutreffen sind. Diese gemeinsamen Elemente werden in dem Kontext des Vorladesystems 200 hier nicht redundant im Detail beschrieben.
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Die Leistungsversorgung 210 kann sich innerhalb des Fahrzeugs 202 befinden (d. h. fahrzeugeigen sein) und wie gezeigt mit dem Bus 108 gekoppelt sein. Gemäß einer Ausführungsform kann das Fahrzeug 202 vom gleichen Typ wie das Fahrzeug 102 von 1 wie oben erörtert sein. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Leistungsversorgung 210 eine spannungsgeregelte Leistungsversorgung, die zum Bereitstellen einer Spannung in der Lage ist, die zumindest gleich der Spannung der Energiequelle ist, und kann eine Fahrzeugladevorrichtung, eine Batterieladevorrichtung, einen mit einer zweiten Energiequelle gekoppelten DC/DC-Wandler oder andere vergleichbare Mittel zum Liefern von Leistung umfassen.
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Mit Bezug nun auf 3 kann eine Vorladeschaltung 300 zur Verwendung in einem Vorladesystem 100, 200 eine Energiequelle 304, einen Satz von Schützen 306, einen Bus 308, einen Controller 302 und eine Leistungsversorgung 310 umfassen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist die Energiequelle 304 einen positiven Anschluss 312 und einen negativen Anschluss 314 auf. Der Bus 308 umfasst eine positive Schiene 316 und eine negative Schiene 318, und der Satz von Schützen 306 umfasst ein erstes Schütz 320 und ein zweites Schütz 322. Die Vorladeschaltung 300 kann zusätzliche Sensoren oder weitere Module (nicht gezeigt) zum Messen von Spannungsniveaus in der gesamten Vorladeschaltung 300 umfassen.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der positive Anschluss 312 mit einer Seite des ersten Schützes 320 gekoppelt und die andere Seite des ersten Schützes 320 ist mit der positiven Schiene 316 gekoppelt. Der negative Anschluss 314 ist mit einer Seite des zweiten Schützes 322 gekoppelt und die andere Seite des zweiten Schützes 322 ist mit der negativen Schiene 318 gekoppelt. Die Leistungsversorgung 310 ist zwischen die positive Schiene 316 und die negative Schiene 318 gekoppelt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Controller 302 mit der Energiequelle 304, dem Satz von Schützen 306, dem Bus 308 und der Leistungsversorgung 310 gekoppelt. Der Controller 302 kann so ausgestaltet sein, dass er die Spannungsniveaus über die gesamte Vorladeschaltung 300 (zum Beispiel bei der Energiequelle 304 oder dem Bus 308) misst oder erfasst, und er kann so ausgestaltet sein, dass er zusätzliche Aufgaben und Funktionen ausführt, wie nachstehend genauer erörtert ist.
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Wieder mit Bezug auf 3 können die Energiequelle 304, der Satz von Schützen 306, der Bus 308 und die Leistungsversorgung 310 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen identisch zu denen sein, die vorstehend mit Blick auf 1 und 2 erörtert wurden. Diesbezüglich kann die Leistungsversorgung 310 eine fahrzeugeigene Komponente oder eine Komponente sein, die sich außerhalb des Hostfahrzeugs befindet. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist die Energiequelle 304 eine Spannung (V1) auf, die gleich der Potentialdifferenz zwischen dem positiven Anschluss 312 und dem negativen Anschluss 314 ist. Der Bus 308 weist eine Spannung (V2) auf, die gleich der Potentialdifferenz zwischen der positiven Schiene 316 und der negativen Schiene 318 ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Vorladeschaltung 300 so ausgestaltet sein, dass der Satz von Schützen 306 aktiviert wird (d. h. das erste Schütz 320 und das zweite Schütz 322 werden geschlossen), wenn die Spannung der Energiequelle 304 und die Spannung des Busses 308 zueinander innerhalb einer Schwellenwerttoleranz (VTH) liegen (d. h. |V1 – V2| ≤ VTH), wie nachstehend genauer beschrieben ist.
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Mit Bezug nun auf 4 kann eine Vorladeschaltung 400 bei einer beispielhaften Ausführungsform ferner eine elektrische Last 402 umfassen. In Abhängigkeit von der Ausführungsform kann die Vorladeschaltung 400 auch einen Schalter 404 oder ein Schütz umfassen, der bzw. das mit dem Controller 302 gekoppelt sein kann und verwendet werden kann, um die elektrische Last 402 selektiv zu koppeln, wie nachstehend genauer beschrieben ist. Abgesehen von der Aufnahme der elektrischen Last 402 und des Schalters 404 ähnelt die Vorladeschaltung 400 der Vorladeschaltung 300 von 3. Folglich werden gemeinsame Merkmale und Elemente hier nicht redundant beschrieben.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die elektrische Last 402 zwischen den Bus 308 und die Leistungsversorgung 310 derart gekoppelt, dass die elektrische Last 402 zu der Leistungsversorgung 310 parallel ist. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die elektrische Last 402 eine Steuerungsschaltung zum Zweck der Stabilisierung der Busspannung und/oder des Busstroms, wie nachstehend genauer erörtert ist. Bei anderen Ausführungsformen ist die elektrische Last 402 ein Fahrzeugleistungsmodul (etwa ein Inverter oder Wechselrichter), ein Elektromotor oder ein anderes Fahrzeugmodul, das zum Arbeiten bei dem Spannungsniveau der Energiequelle (d. h. V1) in der Lage ist. Gemäß einer Ausführungsform ist der Controller 302 mit der elektrischen Last 402 gekoppelt und kann so ausgestaltet sein, dass er zusätzliche Funktionen ausführt, wie nachstehend genauer beschrieben ist.
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Mit Bezug nun auf 5 kann ein Vorladesystem 100, 200 bei einer beispielhaften Ausführungsform so ausgestaltet sein, dass es einen Vorladeprozess 500 und zusätzliche Aufgaben, Funktionen und Operationen, die nachstehend beschrieben sind, ausführt. Die verschiedenen Aufgaben können durch eine Software, eine Hardware, eine Firmware oder eine beliebige Kombination daraus ausgeführt werden. Zu Veranschaulichungszwecken kann sich die folgende Beschreibung auf Elemente beziehen, die vorstehend in Verbindung mit 1–4 erwähnt wurden. In der Praxis können die Aufgaben, Funktionen und Operationen von verschiedenen Elementen des beschriebenen Systems ausgeführt werden, etwa dem Controller 302. Es ist festzustellen, dass eine beliebige Anzahl zusätzlicher oder alternativer Aufgaben umfasst sein kann, und in einer umfassenderen Prozedur oder einen umfassenderen Prozess mit zusätzlicher Funktionalität, die hier nicht im Detail beschrieben ist, enthalten sein kann.
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Wieder mit Bezug auf 5 und weiterhin mit Bezug auf 3 und 4 kann der Vorladeprozess 500 in Ansprechen auf ein Signal oder einen Befehl von einem Fahrzeugsteuerungsmodul (d. h. einer elektronischen Steuerungseinheit oder ECU) eingeleitet werden. Alternativ kann der Vorladeprozess 500 nach der Detektion, dass eine Leistungsversorgung mit dem Bus gekoppelt ist, beginnen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Vorladeprozess 500 so ausgestaltet, dass er die Spannung der Energiequelle (V1) beschafft (Aufgabe 502). Das Vorladesystem kann Sensoren oder andere Module umfassen, um die Spannung der Energiequelle zu beschaffen (z. B. V1 erfassen oder messen). Zum Beispiel kann der Controller 302 so ausgestaltet sein, dass er die Spannung an der Energiequelle 304 misst oder erfasst. Bei einer alternativen Ausführungsform kann ein anderes Fahrzeugmodul (d. h. eine ECU) die Energiequellenspannungsinformation liefern.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform aktiviert der Vorladeprozess 500 das zwischen den negativen Anschluss und die negative Schiene gekoppelte Schütz (z. B. das zweite Schütz 322) (Aufgabe 504). Wie in 3 und 4 gezeigt ist, richtet ein Aktivieren des zweiten Schützes 322 die Energiequelle 304, den Bus 308 und die Leistungsversorgung 310 auf eine gemeinsame negative oder Massenreferenzspannung aus, wie in der Technik verstanden wird. Bei alternativen Ausführungsformen kann das Ausrichten der Schaltung jedoch vermieden werden und die Schütze können wie nachstehend erörtert aktiviert werden.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist der Vorladeprozess 500 die Leistungsversorgung an, eine Spannung bereitzustellen, die gleich der Spannung der Energiequelle (V1) ist (Aufgabe 506). Zum Beispiel kann der Vorladeprozess 500 in Abhängigkeit von der Ausführungsform einen wirksamen Spannungsbefehl oder einen wirksamen Strombefehl an die Leistungsversorgung liefern. Gemäß einer Ausführungsform kann die Leistungsversorgung angewiesen werden, die Spannung und/oder den Strom, die bzw. der an den Bus geliefert wird, langsam zu erhöhen. Dies minimiert das Risiko, über die Spannung der Energiequelle hinauszuschießen, und ermöglicht eine feiner abgestimmte Steuerung der Spannung des Busses. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Leistungsversorgung angewiesen werden, eine Spannung und/oder einen Strom an den Bus schnell bereitzustellen. Während dies einen schnellen Spannungsanstieg erreichen kann und die Zeit zum Vorladen des Busses verringern kann, erhöht dies Überschwingrisiken und ermöglicht weniger Steuerung der Spannung des Busses. Zum Beispiel kann, wie in 4 gezeigt ist, gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen eine elektrische Last 402, etwa eine Steuerungsschaltung oder ein anderes Fahrzeugmodul, verwendet werden, um die Spannung und/oder den Strom, die bzw. der von der Leistungsversorgung geliefert wird, zu stabilisieren und/oder eine feinere Steuerung derselben bzw. desselben zu erreichen.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Vorladeprozess 500 so ausgestaltet sein, dass er die Spannung des Busses (V2) überwacht und ermittelt, ob die Spannung des Busses innerhalb einer Schwellenwerttoleranz (VTH) oder eines Fensters der Spannung der Energiequelle liegt (d. h. |V1 – V2| ≤ VTH) (Aufgabe 508). Die Schwellenwerttoleranz ist so gewählt, dass eine mögliche Beschädigung elektrischer Komponenten verhindert wird, die dadurch verursacht werden kann, dass die Leistungsversorgung über die Spannung der Energiequelle hinausschießt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Schwellenwerttoleranz so gewählt, dass sie etwa 5% beträgt (d. h. VTH = 5% × V1). Die Schwellenwerttoleranz kann jedoch so eingestellt werden, dass sie den Betriebskennlinien eines speziellen Vorladesystems oder einer speziellen Komponente Rechnung trägt, wie in der Technik bekannt ist.
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Mit Bezug nun auf 6 kann der Vorladeprozess 500 bei einer beispielhaften Ausführungsform so ausgestaltet sein, dass er eine Zeitspanne (tTH) lang wartet, um sicherzustellen, dass die Spannung des Busses (V2) nach der Zeitspanne stabil ist und innerhalb der Schwellenwerttoleranz liegt. Es ist jedoch festzustellen, dass der Vorladeprozess 500 implementiert werden kann, ohne eine Zeitspanne lang zu warten.
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Wieder mit Bezug auf 5 kann der Vorladeprozess 500 bei einer beispielhaften Ausführungsform, wenn die Spannung des Busses nicht innerhalb der Schwellenwerttoleranz der Spannung der Energiequelle liegt, den an die Leistungsversorgung gelieferten Spannungsbefehl nachstellen (Aufgabe 510). Wenn die Spannung des Busses beispielsweise kleiner als die Spannung der Energiequelle ist, kann der Vorladeprozess 500 den an die Leistungsversorgung gelieferten Spannungs- und/oder Strombefehl erhöhen. Alternativ kann der Vorladeprozess 500 so ausgestaltet sein, dass er die Leistungsversorgung anweist, ein verringertes Spannungsniveau zu erzeugen, wenn die Spannung des Busses die Spannung der Energiequelle um mehr als die Schwellenwerttoleranz überschreitet.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Vorladeprozess 500 so ausgestaltet sein, dass er das zwischen den positiven Anschluss und die positive Schiene gekoppelte Schütz (z. B. das erste Schütz 320) aktiviert, wenn die Spannung des Busses innerhalb der Schwellenwerttoleranz der Spannung der Energiequelle liegt (Aufgabe 512). Gemäß einer Ausführungsform kann der Vorladeprozess 500, wenn die Schaltung nicht wie vorstehend erörtert (Aufgabe 504) ausgerichtet ist, alternativ so ausgestaltet sein, dass er den Satz von Schützen gemeinsam aktiviert, wenn die Spannung des Busses innerhalb der Schwellenwerttoleranz der Spannung der Energiequelle liegt.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Vorladeprozess 500 einen gewünschten Betriebsmodus auf der Grundlage dessen bestimmen, ob die Energiequelle aufgeladen werden muss oder nicht (Aufgabe 514). Der Betriebsmodus kann von einem anderen Fahrzeugsteuerungsmodul (d. h. einer ECU) angezeigt oder bereitgestellt werden, oder er kann von dem Controller bestimmt werden, beispielsweise auf der Grundlage des Ladezustands der Energiequelle oder anderer Umgebungsfaktoren. Gemäß einer Ausführungsform wird die elektrische Last (falls vorhanden) von der Vorladeschaltung entkoppelt, wenn die Energiequelle aufgeladen werden muss (z. B., wenn der Controller einen niedrigen Ladezustand an der Energiequelle misst), um die Energiequelle von der Leistungsversorgung aufzuladen (Aufgabe 516). Wenn eine Steuerungsschaltung verwendet wird, um die Steuerung der Spannung und/oder des Stroms von der Leistungsversorgung zu unterstützen, während der Bus vorgeladen wird, kann der Controller die Steuerungsschaltung von dem Bus und/oder der Leistungsversorgung entkoppeln. Dies kann zum Beispiel, wie in 4 gezeigt ist, durch Deaktivieren (z. B. Ausschalten) des Schalters 404 erreicht werden. Wenn alternativ die Energiequelle nicht als zu laden erkannt wird, kann der Vorladeprozess 500 die Leistungsversorgung von der Vorladeschaltung entkoppeln (z. B. durch ein Entkoppeln unter Verwendung von Schaltern oder durch ein Abschalten der Leistungsversorgung) und ermöglichen, dass die Energiequelle Energie an eine elektrische Last liefert (Aufgabe 518).
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Ein Vorteil des Systems und/oder des Verfahrens, die vorstehend beschrieben sind, besteht darin, dass das Vorladesystem 100, 200 keinen Vorladewiderstand oder zusätzliche Vorladeschütze zum Zweck der Begrenzung eines Einschaltstroms benötigt. Außerdem wird die Vorladezeit nicht durch die RC-Kennlinien des Systems begrenzt und die hier erörterten Systeme und Verfahren können auf ein verbessertes Verhalten und eine kürzere Vorladezeit hin angepasst werden. Andere Ausführungsformen können die vorstehend beschriebenen Systeme und Verfahren bei anderen Typen von Kraftfahrzeugen, anderen Fahrzeugen (z. B. Wasserfahrzeugen und Flugzeugen), oder insgesamt bei verschiedenen elektrischen Systemen verwenden, da sie bei jeder Situation implementiert werden können, in der ein Bus oder eine andere elektrische Komponente auf zuverlässige Weise mit einer Energiequelle gekoppelt werden muss.
