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TECHNISCHES GEBIET
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Die Offenbarung betrifft das aktive Entladen elektrischer Energie, die in einer elektronischen Vorrichtung in einem Fahrzeug gespeichert ist.
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HINTERGRUND
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Personen- und Nutzfahrzeuge können verschiedene elektronische Vorrichtungen enthalten, die elektrische Energie von einer Batterie empfangen. Die Batterie kann elektrische Gleichstromenergie (DC-Energie) ausgeben, die auf ein anderes DC-Potential oder in elektrische Wechselstromenergie (AC-Energie) umgesetzt werden kann. Auf diese Weise kann die Batterie elektronische Vorrichtungen unterstützen, die eine hohe Spannung oder eine niedrige Spannung benötigen, sowie Vorrichtungen, die unter Verwendung von DC-Energie oder AC-Energie betrieben werden, unter Verwendung eines Hochspannungs-, Zwischenspannungs- oder Niederspannungs-Leistungsbusses, der mit verschiedenen Modulen verbunden ist, etwa einem Gleichrichter/Wechselrichter, einem DC/DC-Umsetzer, einem Ladegerät und anderen Modulen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein beispielhaftes Entladesystem umfasst eine Batterie, einen Leistungsbus, der mit der Batterie selektiv verbunden ist, mindestens ein Modul, das ausgestaltet ist, um elektrische Energie über den elektrischen Leistungsbus von der Batterie zu empfangen, einen Entladewiderstand, der mit dem elektrischen Leistungsbus selektiv verbunden ist, und ein erstes Schütz, das zwischen der Batterie und dem elektrischen Leistungsbus wirksam angeordnet ist. Das erste Schütz ist ausgestaltet, um den elektrischen Leistungsbus selektiv mit der Batterie oder dem Entladewiderstand zu verbinden. Das erste Schütz ist ausgestaltet, um den elektrischen Leistungsbus in einem Standardmodus mit dem Entladewiderstand zu verbinden, um elektrische Energie zu entladen, die in dem Modul gespeichert ist. Ferner ist das erste Schütz ausgestaltet, um den elektrischen Leistungsbus in mindestens einem Fahrzeugbetriebsmodus mit der Batterie zu verbinden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht eine schematische Zeichnung einer beispielhaften Schaltung, die in einem Fahrzeug verwendet werden kann, um in einem Standardmodus elektrische Energie über einen elektrischen Leistungsbus und/oder mindestens ein Modul zu entladen.
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2 veranschaulicht eine schematische Zeichnung einer beispielhaften Schaltung, die in einem Fahrzeug während eines ersten Betriebsmodus des Fahrzeugs verwendet werden kann.
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3 veranschaulicht eine schematische Zeichnung einer beispielhaften Schaltung, die in einem Fahrzeug während eines zweiten Betriebsmodus des Fahrzeugs verwendet werden kann.
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4 veranschaulicht eine schematische Zeichnung eines beispielhaften ersten und/oder zweiten Schützes, das in dem Fahrzeug von 1–3 verwendet werden kann.
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5 veranschaulicht einen beispielhaften Prozess, der zum Steuern der Schaltungen von 1–3 implementiert werden kann.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Ein Entladesystem, das eine weniger komplexe und kosteneffektivere Weise zum Entladen elektrischer Energie über einen elektrischen Leistungsbus und die in einem oder mehreren Modulen gespeichert ist, bereitstellt, ist nachstehend beschrieben. Das Entladesystem kann viele verschiedene Formen annehmen und viele und/oder alternative Komponenten und Fähigkeiten enthalten. Obwohl in den Figuren ein beispielhaftes Entladesystem gezeigt ist, sind die in den Figuren dargestellten Komponenten nicht als Einschränkung gedacht. Tatsächlich können zusätzliche oder alternative Komponenten und/oder Implementierungen verwendet werden.
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1 veranschaulicht ein Entladesystem 100, das eine Batterie 105, einen elektrischen Leistungsbus 110, einen Entladewiderstand 115, mindestens ein Schütz 120, mindestens ein Modul 125, einen Vorladewiderstand 130, ein Vorladeschütz 135 und/oder einen Controller 140 enthalten kann. Das Entladesystem 100 kann in einem beliebigen Personen- oder Nutzfahrzeug implementiert sein, etwa einem Hybridelektrofahrzeug, das ein Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) oder ein Elektrofahrzeug mit erhöhter Reichweite (EREV), ein gasbetriebenes Fahrzeug, ein Batterieelektrofahrzeug (BEV) oder dergleichen umfassen kann. Das Entladesystem kann außer bei einem Fahrzeug zusätzlich oder alternativ bei anderen Anwendungen verwendet werden.
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Die Batterie 105 kann eine beliebige Vorrichtung enthalten, die ausgestaltet ist, um elektrische Energie zu speichern und um die elektrische Energie an eine oder mehrere elektronische Vorrichtungen zu liefern. Bei einem möglichen Ansatz kann die Batterie 105 ausgestaltet sein, um elektrische Gleichstromenergie (DC-Energie) mit einer vorbestimmten Spannung auszugeben. Darüberhinaus kann die Batterie 105 mehrere Batterien enthalten, die in Reihe oder parallel angeordnet sind, um die elektrische Energie bei der vorbestimmten Spannung bereitzustellen.
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Der elektrische Leistungsbus 110 ist mit der Batterie 105 selektiv verbunden und kann eine beliebige Vorrichtung umfassen, die ausgestaltet ist, um beispielsweise die elektrische DC-Energie, die von der Batterie 105 geliefert wird, in elektrische Wechselstromenergie (AC-Energie) oder eine andere Art von elektrischer Energie umzusetzen. Zusätzlich oder alternativ kann der elektrische Leistungsbus 110 ausgestaltet sein, um die von der Batterie 105 ausgegebene Spannung zu erhöhen oder zu verringern. Auf diese Weise kann der elektrische Leistungsbus 110 verwendet werden, um elektrische Energie an elektronische Vorrichtungen mit Hochspannung und/oder Niederspannung zu liefern, welche AC-Energie oder DC-Energie verwenden. Der elektrische Leistungsbus 110 kann eine beliebige Anzahl von Gleichrichtern/Wechselrichtern, Ladegeräten, AC/DC-Umsetzern, DC/DC-Umsetzern oder eine beliebige andere Vorrichtung mit Hochspannung, Zwischenspannung oder Niederspannung enthalten. Das Entladesystem 100 kann eine beliebige Anzahl elektrischer Leistungsbusse 110 enthalten, und jeder elektrische Leistungsbus 110 kann elektrische Energie von der Batterie 105 an eine beliebige Anzahl von Modulen 125 liefern.
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Der Entladewiderstand 115 kann ein beliebiges resistives Element enthalten, das ausgestaltet ist, um Elektrizität oder Leistung über eine oder mehrere elektrische Vorrichtungen, wie etwa den elektrischen Leistungsbus 110 und/oder ein oder mehrere Module 125, wie nachstehend erörtert wird, zu dissipieren. Der Entladewiderstand 115 kann aus einem Element oder Verbund ausgebildet sein, das bzw. der dem Fließen von Elektrizität Widerstand leistet, etwa eine Nickel-Chrom-Legierung. Der Entladewiderstand 115 kann ferner einen resistiven Film enthalten, der dem Fluss von Elektrizität Widerstand leistet.
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Das mindestens eine Schütz 120 kann eine beliebige Vorrichtung enthalten, die ausgestaltet ist, um zwei elektronische Komponenten selektiv zu verbinden. Beispielsweise kann eines oder können beide Schütze 120 ausgestaltet sein, um den elektrischen Leistungsbus 110 zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt mit entweder der Batterie 105 oder dem Entladewiderstand 115 zu verbinden. Wie in 1 dargestellt ist, enthält das Entladesystem 100 ein erstes Schütz 145, das zwischen der Batterie 105 und dem elektrischen Leistungsbus 110 wirksam angeordnet und ausgestaltet ist, um den elektrischen Leistungsbus 110 selektiv mit der Batterie 105 oder dem Entladewiderstand 115 zu verbinden. Das erste Schütz 145 kann ausgestaltet sein, um den elektrischen Leistungsbus 110 in einem Standardmodus (z. B. einem Modus mit ausgeschaltetem Schlüssel) mit dem Entladewiderstand 115 zu verbinden, und um den elektrischen Leistungsbus 110 in mindestens einem Fahrzeugbetriebsmodus mit der Batterie 105 zu verbinden. Ein zweites Schütz 150 kann zwischen der Batterie 105 und dem elektrischen Leistungsbus 110 wirksam angeordnet sein und ausgestaltet sein, um den elektrischen Leistungsbus 110 selektiv mit der Batterie 105 oder dem Entladewiderstand 115 zu verbinden. Beispielsweise kann das zweite Schütz 150 ausgestaltet sein, um den elektrischen Leistungsbus 110 im Standardmodus mit dem Entladewiderstand 115 zu verbinden und den elektrischen Leistungsbus 110 ferner in einem oder mehreren Fahrzeugbetriebsmodi mit der Batterie 105 zu verbinden. Bei einem möglichen Ansatz kann das erste Schlitz 145, das zweite Schlitz 150 oder können beide jeweils Umschalter mit mehreren Kontakten enthalten, etwa einen einpoligen Umschalter (SPDT-Schalter).
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Das Modul 125 kann eine beliebige elektronische Hochspannungs-, Zwischenspannungs- oder Niederspannungsvorrichtung umfassen, die ausgestaltet ist, um eine oder mehrere Funktionen im Fahrzeug unter Verwendung elektrischer Energie auszuführen, welche von der Batterie 105 während beispielsweise eines Modul-Aktiv-Modus des Fahrzeugs empfangen wird. Das Modul 125 kann ein Zubehörleistungsmodul (APM), ein Klimaanlagensteuermodul (ACCM), ein Ladegerätmodul, das zum Laden der Batterie 105 ausgestaltet ist, eine Batterieheizung und/oder dergleichen umfassen. Wie in 1 dargestellt ist, sind die Module 125 jeweils mit dem elektrischen Leistungsbus 110 elektrisch gekoppelt. Bei einem möglichen Ansatz kann eines oder können mehrere der Module 125, etwa das APM, das Ladegerätmodul usw. mit der Batterie 105 direkt verbunden sein.
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Der Vorladewiderstand 130 kann ein beliebiges resistives Element enthalten, das zwischen der Batterie 105 und dem elektrischen Leistungsbus 110 wirksam angeordnet ist. Zum Beispiel kann während eines Vorlade-Betriebsmodus elektrische Energie von der Batterie 105 durch den Vorladewiderstand 130 geleitet werden. Der Vorladewiderstand 130 kann ausgestaltet sein, um einen Stromfluss von der Batterie 105 an den elektrischen Leistungsbus 110 in beispielsweise dem Augenblick zu begrenzen, wenn die Batterie 105 und der elektrische Leistungsbus 110 mit einander elektrisch verbunden werden. Somit kann ein Strom nur eine kurze Zeitspanne lang durch den Vorladewiderstand 130 geleitet werden, etwa nur während des Vorladebetriebsmodus des Fahrzeugs.
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Das Vorladeschütz 135 kann eine beliebige Vorrichtung umfassen, die ausgestaltet ist, um die Batterie 105 selektiv mit dem elektrischen Leistungsbus 110 während beispielsweise des Vorladebetriebsmodus des Fahrzeugs zu verbinden. Entsprechend kann das Vorladeschütz 135 zwischen der Batterie 105 und dem elektrischen Leistungsbus 110 wirksam angeordnet sein. Bei einem beispielhaften Ansatz kann das Vorladeschütz 135 einen Ein/Aus-Schalter enthalten.
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Der Controller 140 kann eine beliebige Vorrichtung umfassen, die ausgestaltet ist, um das erste Schütz 145, das zweite Schütz 150 oder beide zu betätigen, um den elektrischen Leistungsbus 110 selektiv mit der Batterie 105 oder dem Entladewiderstand 115 zu verbinden. Beispielsweise kann der Controller 140 ausgestaltet sein, um das erste Schütz 145 und das zweite Schütz 150 zu betätigen, um den elektrischen Leistungsbus 110 während eines Standardbetriebsmodus des Fahrzeugs mit dem Entladewiderstand 115 zu verbinden. Der Standardbetriebsmodus kann zu jedem Zeitpunkt auftreten, an dem das Fahrzeug ausgestaltet ist. Bei einem möglichen Ansatz kann der Controller 140 oder eine andere Rechenvorrichtung (nicht gezeigt) ein Schlüsselausschaltereignis (z. B. wenn der Fahrer des Fahrzeugs den Schlüssel in die ”Ausgeschaltet”-Position dreht) detektieren. Auf die Detektion, des Schlüsselausschaltereignisses hin kann der Controller 140 veranlassen, dass das erste Schütz 145 und das zweite Schütz 150 den elektrischen Leistungsbus 110 mit dem Entladewiderstand 115 verbinden.
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Während anderer Betriebsmodi des Fahrzeugs, etwa während eines Vorlademodus oder eines Modul-Aktiv-Modus, kann der Controller 140 ausgestaltet sein, um das erste und zweite Schütz 150 auf andere Weisen zu steuern. Beispielsweise kann der Controller 140 mit Bezug auf 2 während des Vorlademodus ausgestaltet sein, um zu veranlassen, dass das Vorladeschütz 135 betätigt wird, um den elektrischen Leistungsbus 110 mit der Batterie 105 zu verbinden, während Strom von der Batterie 105 durch den Vorladewiderstand 130 umgeleitet wird. Darüber hinaus kann der Controller 140 während des Vorlademodus das zweite Schütz 150 betätigen, um den elektrischen Leistungsbus 110 mit der Batterie 105 zu verbinden. Während des Modul-Aktiv-Modus, wie in 3 dargestellt ist, kann der Controller 140 das erste Schütz 145 und das zweite Schütz 150 betätigen, um den elektrischen Leistungsbus 110 mit der Batterie 105 zu verbinden, während er das Vorladeschütz 135 betätigt, sodass kein Strom durch den Vorladewiderstand 130 umgeleitet wird.
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Bei einem möglichen Ansatz kann der Controller 140 ein Fahrzeugintegrationssteuermodul (VICM) enthalten, das ausgestaltet ist, um mit anderen Rechenvorrichtungen innerhalb des Fahrzeugs zu kommunizieren, wie etwa einem Hybridsteuerprozessor, einem Kraftmaschinensteuermodul, einem Getriebesteuermodul und/oder einem Motorsteuermodul. Der Controller 140 kann mit der Batterie 105 als Teil des Batteriestapels 155 verpackt sein.
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Im Allgemeinen können Rechensysteme und/oder -vorrichtungen, wie etwa der Controller 140 usw. allgemein von einem Computer ausführbare Anweisungen enthalten, wobei die Anweisungen durch eine oder mehrere Rechenvorrichtungen, wie etwa diejenigen, die vorstehend aufgeführt sind, ausgeführt werden können. Von einem Computer ausführbare Anweisungen können aus Computerprogrammen kompiliert oder interpretiert werden, die unter Verwendung einer Vielfalt gut bekannter Programmiersprachen und/oder Technologien erzeugt wurden, welche ohne Einschränkung und entweder alleinstehend oder in Kombination JavaTM, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl usw. umfassen. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor (z. B. ein Mikroprozessor) Anweisungen, z. B. von einem Arbeitsspeicher, einem computerlesbaren Medium usw., und führt diese Anweisungen aus, wodurch er einen oder mehrere Prozesse ausführt, einschließlich eines oder mehrerer der hier beschriebenen Prozesse. Derartige Anweisungen und andere Daten können unter Verwendung einer Vielfalt bekannter computerlesbarer Medien gespeichert und übertragen werden.
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Ein computerlesbares Medium (das auch als ein prozessorlesbares Medium bezeichnet werden kann) umfasst ein beliebiges nicht flüchtiges (z. B. konkretes) Medium, das an der Bereitstellung von Daten (z. B. Anweisungen) teilnimmt, die von einem Computer (z. B. von einem Prozessor eines Computers) gelesen werden können. Ein derartiges Medium kann viele Formen annehmen, welche umfassen, aber nicht beschränkt sind auf nicht flüchtige Medien und flüchtige Medien. Nicht flüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Platten und anderen dauerhaften Speicher umfassen. Flüchtige Medien können beispielsweise einen dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) umfassen, welcher typischerweise einen Hauptspeicher bildet. Derartige Anweisungen können von einem oder mehreren Übertragungsmedien übertragen werden, welche Koaxialkabel, Kupferdraht und Glasfaser einschließlich der Leitungen, die einen Systembus bilden, der mit einem Prozessor eines Computers gekoppelt ist, umfassen. Geläufige Formen von computerlesbaren Medien umfassen beispielsweise eine Diskette, eine flexible Platte, eine Festplatte, ein Magnetband, ein beliebiges anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, eine DVD, ein beliebiges anderes optisches Medium, Lochkarten, Lochstreifen, ein beliebiges anderes physikalisches Medium mit Lochmustern, ein RAM, ein PROM, ein EPROM ein FLASH-EEPROM, einen beliebigen anderen Speicherchip oder ein beliebiges anderes Steckmodul, oder ein beliebiges anderes Medium, von dem ein Computer lesen kann.
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4 veranschaulicht eine schematische Zeichnung eines beispielhaften einpoligen Umschalters, der verwendet werden kann, um das Schlitz 120 zu implementieren, etwa das erste Schütz 145, das zweite Schütz 150 oder beide. Der Schalter kann Drähte 160, eine Spule 165 und ein Schaltelement 170 enthalten. Bei einem möglichen Ansatz kann der Controller 140 den Betrieb des Schaltelements 170 steuern, indem er elektrische Energie an die Drähte 160 der Spule 165 liefert. Wenn der Strom durch die Spule 165 fließt, wird ein Magnetfeld erzeugt, das auf das Schaltelement 170 einwirken kann, wodurch veranlasst wird, dass das Schaltelement 170 den elektrischen Leistungsbus 110 mit entweder der Batterie 105 oder dem Entladewiderstand 115 elektrisch verbindet. Das Schaltelement 170 kann ausgestaltet sein, um den elektrischen Leistungsbus 110 mit dem Entladewiderstand 115 zu verbinden, wenn keine elektrische Energie an die Drähte 160 der Spule 165 geliefert wird, etwa während eines Standardmodus des Fahrzeugs (z. B. im Anschluss an ein Schlüssel-Ausschalt-Ereignis). Wenn jedoch elektrische Energie an die Spule 165 geliefert wird, kann das Magnetfeld das Schaltelement 170 in eine Position entweder drücken oder ziehen, welche den elektrischen Leistungsbus 110 mit der Batterie 105 elektrisch verbindet.
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5 veranschaulicht einen beispielhaften Prozess 500, der verwendet werden kann, um den Betrieb der in 1–3 dargestellten Schaltungen zu steuern.
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Bei Entscheidungsblock 505 kann der Controller 140 oder eine andere Rechenvorrichtung den Betriebsmodus des Fahrzeugs detektieren. Zum Beispiel kann der Controller 140 oder eine andere Rechenvorrichtung ein Schlüssel-Ausschalt-Ereignis detektieren (z. B. dreht der Fahrer den Schlüssel in eine ”Ausgeschaltet”-Position), was die Absicht des Fahrers anzeigen kann, das Fahrzeug auszuschalten. Diese Handlung kann dem Controller 140 anzeigen, dass sich das Fahrzeug im Standardmodus befindet. Im Standardmodus kann der Prozess 500 bei Block 510 fortfahren. Wenn ein Vorladen befohlen ist (z. B. um eines oder mehrere der Module 125 zu aktiveren), kann der Controller 140 feststellen, dass sich das Fahrzeug im Vorlademodus befindet, zumindest hinsichtlich des Moduls 125, das gerade aktiviert wird. Wenn der Controller 140 feststellt, dass das Fahrzeug im Vorlademodus betrieben wird, kann der Prozess 500 bei Block 515 fortfahren. Wenn ein Modul 125 aktiviert ist und elektrische Energie empfängt, kann der Controller 140 feststellen, dass das Fahrzeug in dem Modul-Aktiv-Modus zumindest hinsichtlich des aktivierten Moduls 125 betrieben wird. Bei einer möglichen Implementierung kann der Modul-Aktiv-Modus automatisch auftreten, nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne seit dem Beginn des Vorlademodus verstrichen ist. Während des Modul-Aktiv-Modus kann der Prozess 500 bei Block 520 fortfahren.
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Bei Block 510 kann der Controller 140 das erste Schütz 145 und das zweite Schütz 150 betätigen, um den elektrischen Leistungsbus 110 mit dem Entladewiderstand 115 elektrisch zu verbinden. Bei einer möglichen Implementierung sind das erste Schütz 145 und das zweite Schütz 150 ausgestaltet, um sich standardmäßig in eine Position zu bewegen, welche den elektrischen Leistungsbus 110 mit dem Entladewiderstand 115 elektrisch verbindet. Im Standardmodus, etwa wenn das Fahrzeug ausgeschaltet ist, kann der Entladewiderstand 115 eine beliebige elektrische Energie über dem elektrischen Leistungsbus 110 und/oder einem oder mehreren der Module 125 dissipieren. Der Prozess 500 kann bei Block 505 fortfahren.
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Bei Block 515 kann der Controller 140 das zweite Schütz 150 betätigen, um den elektrischen Leistungsbus 110 mit der Batterie 105 elektrisch zu verbinden, und das Vorladeschütz 135 betätigen, um elektrische Energie von der Batterie 105 durch den Vorladewiderstand 130 an den elektrischen Leistungsbus 110 umzuleiten. Diese Handlung kann verhindern, dass der elektrische Leistungsbus 110 und eines oder mehrere der Module 125 in dem Augenblick, in dem der elektrische Leistungsbus 110 und/oder die Module 125 elektrische Energie von der Batterie 105 empfangen, eine übermäßige Strommenge empfangen. Nach Block 515 kann der Prozess 500 mit Block 505 oder mit Block 520 fortfahren.
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Bei Block 520 kann der Controller 140 das erste Schütz 145 und das zweite Schütz 150 betätigen, um den elektrischen Leistungsbus 110 mit der Batterie 105 elektrisch zu verbinden. Auf diese Weise kann die Batterie 105 elektrische Energie an den elektrischen Leistungsbus 110 und/oder eines oder mehrere der Module 125 liefern. Nach Block 520 kann der Prozess 500 bei Block 505 fortfahren.
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Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung in die Praxis im Umfang der beigefügten Ansprüche erkennen.
