DE102012210448A1 - Mehrstufiges Stromversorgungssystem und Verfahren zum ununterbrochenen Zuführen von Strom zu einem Fahrzeugschaltungsaufbau - Google Patents

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Abstract

Es werden ein mehrstufiges Stromversorgungssystem und ein entsprechendes Verfahren zum ununterbrochenen Zuführen eines Niederspannungsstroms zu einem Steuerschaltungsaufbau in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug angegeben. Eine erste Stufe umfasst einen Wandler zum Empfangen einer Niederspannungseingabe von einer Fahrzeugbatterie und zum Wandeln der Fahrzeugbatterie-Niederspannungseingabe zu einer Hochspannungsausgabe. Eine zweite Stufe ist in Reihe mit der ersten Stufe verbunden und umfasst einen Wandler zum Empfangen einer gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe oder der Hochspannungsausgabe der ersten Stufe und zum Wandeln der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe oder der Hochspannungsausgabe der ersten Stufe zu einer Niederspannungsausgabe für die Stromversorgung des Fahrzeugsteuerschaltungsaufbaus. Die Niederspannungsausgabe wird durch die zweite Stufe aus der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungsausgabe erzeugt, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe vorhanden ist; und die Niederspannungsausgabe wird durch die zweite Stufe aus der Hochspannungsausgabe der ersten Stufe erzeugt, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe nicht vorhanden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Stromversorgungssystem mit zwei Stromquellen sowie ein Verfahren zum ununterbrochenen Zuführen von Strom zu einem Fahrzeugsteuerschaltungsaufbau für die Verwendung in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug.
  • Wie in der Fahrzeugbranche wohlbekannt ist, können Elektro- und Hybridfahrzeuge mit einer oder mehreren Hochspannungsbatterien für die Stromversorgung des Fahrzeugantriebsstrangs ausgestattet sein. Derartige Batterien erfordern ein periodisches Wiederaufladen, wenn sie geleert wurden. Dies kann bewerkstelligt werden, indem das Fahrzeug mit einer Hochspannungs-Wechselstromleitung mit einer Spannung von 120 oder 240 Volt des öffentlichen Stromversorgungsnetzes verbunden wird. Für die Verbindung kann ein geeigneter Fahrzeugstecker verwendet werden, der für eine Verbindung mit einem im Fahrzeug vorgesehenen Batterieladegerät (OBC) konfiguriert ist.
  • Elektro- und Hybridfahrzeuge können auch eine Niederspannungsbatterie wie etwa eine 12-Volt-Gleichspannungsbatterie für die Stromversorgung von Niederspannungs-Elektrosystemen und Schaltungsaufbauten des Fahrzeugs enthalten. Einige oder alle der Elektrosysteme und/oder Schaltungsaufbauten eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs könnten auch mit Strom aus der Hochspannungsstromquelle versorgt werden, wenn das Fahrzeug mit einer Wechselstromleitung verbunden ist. In diesem Fall ist die Stromquelle praktisch unbegrenzt, wodurch die Ladung der 12-Volt-Gleichspannungsbatterie im Fahrzeug erhalten wird und/oder deren Lebensdauer verlängert wird. Wenn das Fahrzeug nicht mit der Wechselstromleitung verbunden ist, kann ein bestimmter Steuerschaltungsaufbau mit einem ausreichenden Strom aus der 12-Volt-Gleichspannungsbatterie im Fahrzeug versorgt werden, um verschiedene Diagnosefunktionen durchzuführen und/oder eine Neuprogrammierung des Steuerschaltungsaufbaus wie etwa für ein Reflashing bei einem Software-Update zu ermöglichen.
  • Bei einer derartigen Anordnung muss jedoch zwischen der Hochspannungsstromquelle und der 12-Volt-Gleichspannungsbatterie im Fahrzeug in Abhängigkeit von dem Vorhandensein oder nicht-Vorhandensein der Verbindung des Fahrzeugs mit der Hochspannungs-Wechselstromleitung geschaltet werden. Ein derartiges Schalten kann bewerkstelligt werden, indem ein Steuerschaltungsaufbau und geeignete Komponenten zum Erfassen des Vorhandenseins des Hochspannungsstroms verwendet werden. Wenn jedoch ein derartiger Steuerschaltungsaufbau und derartige Erfassungskomponenten verwendet werden, ist das Risiko von Ausfällen des Schaltungsaufbaus, der Komponenten und/oder des Systems größer.
  • Deshalb besteht ein Bedarf für ein mehrstufiges Stromversorgungssystem und für ein Verfahren zum ununterbrochenen Zuführen eines Niederspannungsstroms zu einem Steuerschaltungsaufbau in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Ein derartiges Stromversorgungssystem und ein derartiges Verfahren sollten zwei Stromquellen verwenden und Strom von einer Hochspannungsstromquelle und einer Niederspannungs-Fahrzeugbatterie annehmen. Ein derartiges mehrstufiges Stromversorgungssystem und ein derartiges Verfahren sollten einen Niederspannungsstrom zu dem Fahrzeugsteuerschaltungsaufbau von der Hochspannungsstromquelle zuführen, wenn die Hochspannungsstromquelle vorhanden ist, weil das Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer Hochspannungs-Wechselstromleitung verbunden ist, und sollten einen Niederspannungsstrom von der Niederspannungs-Fahrzeugbatterie zuführen, wenn die Hochspannungsstromquelle nicht vorhanden ist. Ein derartiges mehrstufiges Stromversorgungssystem und ein derartiges Verfahren, die als Teil eines Fahrzeug-Batterieladegeräts implementiert sein können, sollten dies ohne einen Steuerschaltungsaufbau zum Schalten zwischen der Hochspannungsstromquelle und der Niederspannungs-Fahrzeugbatterie und mit einer minimalen Anzahl von Komponenten bewerkstelligen, um die Kosten zu reduzieren und die Zuverlässigkeit zu verbessern.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein mehrstufiges Stromversorgungssystem zum ununterbrochenen Zuführen eines Niederspannungsstrom zu einem Steuerschaltungsaufbau in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug angegeben. Das System umfasst eine erste Stufe mit einem Wandler zum Empfangen einer Niederspannungseingabe von einer Fahrzeugbatterie und zum Wandeln der Fahrzeugbatterie-Niederspannungseingabe zu einer Hochspannungsausgabe. Das System umfasst weiterhin eine zweite Stufe, die in Reihe mit der ersten Stufe verbunden ist, wobei die zweite Stufe einen Wandler zum Empfangen einer gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe oder der Hochspannungsausgabe aus der ersten Stufe und zum Wandeln der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe oder der Hochspannungsausgabe der ersten Stufe zu einer Niederspannungsausgabe für die Stromversorgung des Fahrzeugsteuerschaltungsaufbaus umfasst. Die Niederspannungsausgabe wird durch die zweite Stufe aus der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe erzeugt, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe vorhanden ist, und die Niederspannungsausgabe wird durch die zweite Stufe aus der Hochspannungsausgabe der ersten Stufe erzeugt, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe nicht vorhanden ist.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum ununterbrochenen Zuführen eines Niederspannungsstroms zu einem Steuerschaltungsaufbau in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug angegeben. Das Verfahren umfasst das Empfangen einer Niederspannungseingabe von einer Fahrzeugbatterie und das Wandeln der Fahrzeugbatterie-Niederspannungseingabe zu einer Hochspannungsausgabe. Das Verfahren umfasst weiterhin das Empfangen einer gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe oder der Hochspannungsausgabe und das Wandeln der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe oder der Hochspannungsausgabe zu einer Niederspannungsausgabe für die Stromversorgung des Fahrzeugsteuerschaltungsaufbaus. Die Niederspannungsausgabe wird aus der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungsausgabe erzeugt, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe vorhanden ist; und die Niederspannungsausgabe wird aus der Hochspannungsausgabe erzeugt, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe nicht vorhanden ist.
  • Das Verfahren kann weiterhin das Vorsehen eines mehrstufigen Stromversorgungssystems mit einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe, die in Reihe mit der ersten Stufe verbunden ist, umfassen. Das Empfangen der Fahrzeugbatterie-Niederspannungseingabe und das Wandeln der Fahrzeugbatterie-Niederspannungseingabe zu einer Hochspannungsausgabe kann durch die erste Stufe des mehrstufigen Stromversorgungssystems durchgeführt werden. Das Empfangen einer gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe oder der Hochspannungsausgabe und das Wandeln der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe oder der Hochspannungsausgabe zu einer Niederspannungsausgabe kann durch die zweite Stufe des mehrstufigen Stromversorgungssystems durchgeführt werden.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe als eine Ausgabe durch eine Massenstromquelle erzeugt werden, kann die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe einen Mindestwert aufweisen, kann der Wandler der ersten Stufe mit der Ausgabe der Massenstromquelle verbunden sein und kann der Wandler der ersten Stufe einen Sollpunkt aufweisen, der kleiner als der Mindestwert der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe ist, sodass der Wandler der ersten Stufe die Hochspannungsausgabe der ersten Stufe nur dann erzeugt, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe nicht vorhanden ist. Der Wandler der ersten Stufe kann ein Verstärkungswandler sein, und der Wandler der zweiten Stufe kann ein isolierter Sperrwandler sein.
  • Im Folgenden werden die verschiedenen Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • 1 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm, das ein mehrstufiges Stromversorgungssystem für die Verwendung in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug zum ununterbrochenen Zuführen eines Niederspannungsstroms zu einem Schaltungsaufbau in dem Fahrzeug zeigt.
  • 2 ist ein beispielhaftes, vereinfachtes Flussdiagramm, das ein Verfahren zum ununterbrochenen Zuführen eines Niederspannungsstroms zu einem Schaltungsaufbau in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug zeigt.
  • Mit Bezug auf 1 und 2 werden im Folgenden ein mehrstufiges Stromversorgungssystem für die Verwendung in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug zum ununterbrochenen Zuführen eines Niederspannungsstroms zu einem Steuerschaltungsaufbau in dem Fahrzeug sowie ein Verfahren zum ununterbrochenen Zuführen eines Niederspannungsstroms zu einem Steuerschaltungsaufbau in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug beschrieben. Um die Darstellung zu vereinfachen, werden in den Zeichnungen durchgehend gleiche Bezugszeichen verwendet, um einander entsprechende Komponenten und Merkmale anzugeben.
  • Wie weiter oben genannt, erfordern die Hochspannungsbatterien in Elektro- oder Hybridfahrzeugen ein periodisches Wiederaufladen, wenn sie geleert wurden. Das Wiederaufladen kann bewerkstelligt werden, indem das Fahrzeug mit einer Hochspannungs-Wechselstromleitung mit 120 oder 240 Volt eines öffentlichen Stromnetzes verbunden wird, wobei ein geeigneter Fahrzeugstecker verwendet wird, der für die Verbindung mit einem Batterieladegerät im Fahrzeug konfiguriert ist.
  • Wie ebenfalls weiter oben genannt, können in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug Niederspannungsbatterien wie etwa eine 12-Volt-Gleichstrombatterie Strom zu Niederspannungs-Elektrosystemen und Niederspannungs-Schaltungsaufbauten des Fahrzeugs zuführen. Einige oder alle Elektrosysteme und/oder Schaltungsaufbauten des Elektro- oder Hybridfahrzeugs können Strom aus einem Stromversorgungssystem von einer Hochspannungsstromquelle erhalten, wenn das Fahrzeug mit einer Hochspannungs-Wechselstromleitung verbunden ist. In diesem Fall ist die Stromquelle praktisch unbegrenzt, sodass bei dieser Anordnung die Ladung der 12-Volt-Gleichstrombatterie erhalten und/oder die Lebensdauer derselben verlängert werden kann. Wenn das Fahrzeug nicht mit der Hochspannungs-Wechselstromleitung verbunden ist, kann ein bestimmter Steuerschaltungsaufbau einen ausreichenden Strom aus dem Stromversorgungssystem von der 12-Volt-Gleichstrombatterie des Fahrzeugs erhalten, um verschiedene Diagnosefunktionen auszuführen und/oder um eine Neuprogrammierung des Steuerschaltungsaufbaus zu gestatten.
  • Bei einer derartigen Anordnung muss jedoch zwischen der Hochspannungsstromquelle und der 12-Volt-Gleichstrombatterie des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem Vorhandensein oder nicht-Vorhandensein einer Verbindung des Fahrzeugs mit der Hochspannungs-Wechselstromleitung geschaltet werden. Das Schalten kann unter Verwendung eines Steuerschaltungsaufbaus und geeigneter Komponenten zum Erfassen des Vorhandenseins des Hochspannungsstroms bewerkstelligt werden, wobei durch einen derartigen Ansatz jedoch die Kosten für das Elektro- oder Hybridfahrzeug erhöht werden und das Risiko von Ausfällen des Schaltungsaufbaus, der Komponenten und/oder des Systems erhöht wird.
  • Es besteht deshalb ein Bedarf für ein mehrstufiges Stromversorgungssystem und ein entsprechendes Verfahren, die als Teil eines Batterieladegeräts in einem Fahrzeug implementiert werden können, um ununterbrochen einen Niederspannungsstrom zu einem Steuerschaltungsaufbau in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug zuzuführen. Ein derartiges System und ein derartiges Verfahren sollten einen Niederspannungsstrom für einen Fahrzeugsteuerschaltungsaufbau von einer Hochspannungsstromquelle zuführen, wenn die Hochspannungsstromquelle vorhanden ist, und sollten einen Niederspannungsstrom von der Niederspannungs-Fahrzeugbatterie zuführen, wenn die Hochspannungsstromquelle nicht vorhanden ist. Ein derartiges System und ein derartiges Verfahren sollten einen robusten und zuverlässigen Betrieb ohne einen Steuerschaltungsaufbau zum Schalten zwischen der Hochspannungsstromquelle und der Niederspannungs-Fahrzeugbatterie und mit einer minimalen Anzahl von Komponenten bieten.
  • Allgemein kann gemäß den Ausführungsformen ein Batterieladegerät in einem Fahrzeug mit einem Stromversorgungssystem versehen werden, das Strom von zwei Quellen empfängt, nämlich eine gleichgerichtete Hochspannungs-Wechselstromeingabe von einer Hochspannungs-Wechselstromquelle und eine Niederspannungseingabe von der Fahrzeug-Niederspannungsbatterie. Das Stromversorgungssystem und das entsprechende Verfahren führen ununterbrochen Strom zu, sodass ein Steuerschaltungsaufbau, der mit dem Fahrzeug-Batterieladegerät assoziiert sein kann, neu programmiert werden kann und Diagnose- und Kommunikationsfunktionen auch dann durchführen kann, wenn nur die Niederspannungseingabe von der Fahrzeug-Niederspannungsbatterie angelegt wird. Ansonsten führen das Stromversorgungssystem und das entsprechende Verfahren Strom zu einem derartigen Steuerschaltungsaufbau von der Hochspannungsstromquelle zu, wenn diese verfügbar ist. Das Stromversorgungssystem und das entsprechende Verfahren können auch als eine organisierte Stromversorgung bezeichnet werden.
  • Um derartige Merkmale zu implementieren, umfasst das Stromversorgungssystem zwei in Reihe verbundene Stufen. Die erste Stufe ist eine Verstärkungsstufe, die die Niederspannungseingabe wie etwa einen Gleichstrom von 12 Volt von der Fahrzeug-Niederspannungsbatterie nimmt und zu einer Hochspannungsausgabe wie etwa einem Gleichstrom von 100 Volt wandelt. Die zweite Stufe nimmt eine gleichgerichtete Hochspannungs-Wechselstromeingabe von einer Massenstromquelle und wandelt die gleichgerichtete Hochspannungs-Wechselstromeingabe etwa unter Verwendung eines isolierten Sperrwandlers, um eine oder mehrere isolierte Niederspannungsausgaben wie etwa einen Gleichstrom von 5 Volt für die Stromversorgung eines Fahrzeugsteuerschaltungsaufbaus mit assoziierten Mikroprozessoren zu erzeugen.
  • Dazu kann die von der Niederspannungs-Fahrzeugbatterie ausgegebene verstärkte Hochspannung über eine Diode mit der gleichgerichteten Hochspannungs-Wechselstromeingabe aus der Massenstromquelle verbunden werden. Wenn das Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer Hochspannungs-Wechselstromleitung verbunden ist, sieht die Massenstromquelle die gleichgerichtete Hochspannungs-Wechselstromeingabe vor, wobei die zweite Stufe automatisch startet und die isolierten Niederspannungsausgaben erzeugt. Der Verstärkungswandler der ersten Stufe ist mit einem Sollpunkt unter dem Mindeswert der gleichgerichteten Hochspannungs-Wechselstromeingabe konfiguriert, sodass der Verstärkungswandler bei einer Verbindung mit der Wechselstromeingangsspannung natürlicherweise ausgeschaltet wird, weil die Ausgabe des Verstärkungswandlers über dem Sollpunkt des Wandlers liegt.
  • Wenn alternativ hierzu das Elektro- oder Hybridfahrzeug nicht mit einer Hochspannungs-Wechselstromleitung verbunden ist, kann die Massenstromquelle die gleichgerichtete Hochspannungs-Wechselstromeingabe nicht bereitstellen. Weil die durch die Massenquelle bereitgestellte Eingabe gleich null ist, erhält die zweite Stufe keinen Strom von der Massenquelle. In diesem Fall nimmt die erste Stufe wie zuvor beschrieben die Niederspannungseingabe von der Fahrzeug-Niederspannungsbatterie und verstärkt diese zu einer Hochspannungsausgabe. Die Hochspannungsausgabe wird in die zweite Stufe eingegeben, die die Hochspannungsausgabe zu einer Niederspannungsausgabe für die Stromversorgung des Fahrzeugsteuerschaltungsaufbaus wandelt.
  • Das mehrstufige Stromversorgungssystem und das entsprechende Verfahren können also mit zwei Quellen betrieben werden, wobei eine der beiden Quellen (die gleichgerichtete Hochspannungs-Wechselstromeingabe) präferentiell gewählt werden kann. Das mehrstufige Stromversorgungssystem und das entsprechende Verfahren ziehen auch einen sehr niedrigen Strom aus der sekundären Quelle (der Niederspannungs-Batterieeingabe), wenn die primäre Quelle (die gleichgerichtete Hochspannungs-Wechselstromeingabe) verfügbar ist. Es sind keine Logikschaltungen erforderlich, um zwischen den Stromquellen zu schalten, und es sind weniger Teile als in verschiedenen Alternativen, die etwa zwei parallele Sperrzufuhren mit einer Dioden-ODER-Verbindung und einen begleitender Steuerschaltungsaufbau umfassen können, erforderlich, sodass also die Zuverlässigkeit erhöht werden kann.
  • Das vereinfachte, schematische Diagramm von 1 zeigt ein mehrstufiges Stromversorgungssystem für die Verwendung in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Wie weiter oben beschrieben, ist das mehrstufige Stromversorgungssystem konfiguriert, um ununterbrochen einen Niederspannungsstrom zu einem Steuerschaltungsaufbau in dem Fahrzeug zuzuführen.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst das mehrstufige Stromversorgungssystem (10) eine erste Stufe (12) und eine zweite Stufe (14). Die erste Stufe und die zweite Stufe (12, 14) des mehrstufigen Stromversorgungssystems (10) können in Reihe verbunden sein. Die erste Stufe (12) des mehrstufigen Stromversorgungssystems (10) umfasst einen Wandler (16) zum Empfangen einer Niederspannungseingabe (18) von einer Fahrzeugbatterie (nicht gezeigt), die eine 12-Volt-Gleichstromeingabe sein kann. Der Wandler (16) der ersten Stufe dient auch dazu, die Fahrzeugbatterie-Niederspannungseingabe (18) zu einer Hochspannungsausgabe (20) zu wandeln, die eine 100-Volt-Gleichstromausgabe sein kann. Dazu kann der Wandler (16) der ersten Stufe ein Verstärkungswandler zum Verstärken einer Niederspannungs-12-Volt-Gleichstromeingabe von der Fahrzeugbatterie zu einer Hochspannungs-100-Gleichstromausgabe sein.
  • Die zweite Stufe (14) des mehrstufigen Stromversorgungssystems (10) umfasst einen Wandler (22) zum Empfangen einer gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) oder der Hochspannungsausgabe (20) von der ersten Stufe (12) des mehrstufigen Stromversorgungssystems (10). Der Wandler (22) der zweiten Stufe, der ein isolierter Sperrwandler sein kann, dient auch dazu, die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) oder die Hochspannungsausgabe (20) der ersten Stufe zu einer Niederspannungsausgabe (26), die eine 5-Volt-Gleichstromausgabe sein kann, für die Stromversorgung des Fahrzeugsteuerschaltungsaufbaus (nicht gezeigt) zu wandeln.
  • Insbesondere kann die Niederspannungsausgabe (26) durch die zweite Stufe (14) aus der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) erzeugt werden, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) an dem Eingang des Wandlers (22) der zweiten Stufe vorhanden ist. Wenn dagegen die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) an dem Eingang des Wandlers (22) der zweiten Stufe nicht vorhanden ist, kann die Niederspannungsausgabe (26) durch die zweite Stufe (14) aus der Hochspannungsausgabe (20) der ersten Stufe erzeugt werden.
  • Dabei kann die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) als eine Ausgabe durch eine Massenstromquelle (28) erzeugt werden und einen assoziierten Mindestwert aufweisen. Dazu kann die Massenstromquelle (28) einen Gleichrichter umfassen und die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) durch das Gleichrichten einer Wechselstrom-Hochspannungseingabe von der Wechselstromleitung (nicht gezeigt) erzeugen.
  • Wie weiterhin in 1 gezeigt, kann der Wandler (16) der ersten Stufe mit der Ausgabe der Massenstromquelle (28) (d. h. der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24)) etwa über eine Diode (36) verbunden sein und einen Sollpunkt aufweisen, der kleiner als der Mindestwert der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) ist. Wenn also die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) an dem Eingang des Wandlers (22) der zweiten Stufe nicht vorhanden ist, kann der Wandler (16) der erste Stufe die Hochspannungsausgabe (20) der ersten Stufe erzeugen, die zu dem Eingang des Wandlers (22) der zweiten Stufe zugeführt werden kann.
  • Wenn also die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) durch die Massenstromquelle (28) erzeugt wird und das Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer Hochspannungs-Wechselstromleitung verbunden ist, kann die Fahrzeugsteuerschaltung über das mehrstufige Stromversorgungssystem (10) von der Massenstromquelle (28) mit elektrischen Strom versorgt werden. Wenn das Fahrzeug dagegen nicht mit einer Hochspannungs-Wechselstromleitung verbunden ist, kann der Fahrzeugsteuerschaltungsaufbau über das mehrstufige Stromversorgungssystem (10) von der Fahrzeugbatterie mit Strom versorgt werden.
  • Das mehrstufige Stromversorgungssystem (10) kann ununterbrochen einen Niederspannungsstrom zu einem Fahrzeugsteuerschaltungsaufbau unabhängig davon zuführen, ob das Fahrzeug mit einer Hochspannungs-Wechselstromleitung verbunden ist. Auch wenn das Fahrzeug nicht mit eine Hochspannungs-Wechselstromleitung verbunden ist, kann ausreichender Strom zu dem Fahrzeugsteuerschaltungsaufbau über das mehrstufige Stromversorgungssystem (10) zugeführt werden, sodass der Steuerschaltungsaufbau verschiedene Diagnoseoperationen durchführen kann oder eine Neuprogrammierung oder ein Reflashing des Steuerschaltungsaufbaus durchgeführt werden können.
  • Es ist zu beachten, dass die Niederspannungsausgabe (26) für die Stromversorgung des Fahrzeugsteuerschaltungsaufbaus mehrere isolierte Niederspannungsausgaben für die Stromversorgung von mehreren Steuereinrichtungen in dem Fahrzeugsteuerschaltungsaufbau (nicht gezeigt) umfassen kann. Zum Beispiel kann eine Niederspannungsausgabe (26) vorgesehen sein, um eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) für die Verwendung in primären Steueroperationen über einen Stecker (30) mit Strom zu versorgen. Entsprechend können andere Niederspannungsausgaben (26) für eine Stromversorgung einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) für die Verwendung in Niederspannungssteueroperationen über einen anderen Stecker (32) vorgesehen werden. Eine weitere Niederspannungsausgabe (26) kann für eine Stromversorgung einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) für die Verwendung in Hochspannungssteueroperationen über einen weiteren Stecker (34) vorgesehen werden.
  • In dem beispielhaften, vereinfachten Flussdiagramm von 2 ist ein Verfahren zum ununterbrochenen Zuführen eines Niederspannungsstroms zu einem Steuerschaltungsaufbau in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug gezeigt. Wie hier und weiterhin in 1 gezeigt, kann das Verfahren (100) das Empfangen (102) einer Niederspannungseingabe (18) von einer Fahrzeugbatterie und das Wandeln (104) der Fahrzeugbatterie-Niederspannungseingabe (18) zu einer Hochspannungsausgabe (20) umfassen.
  • Das Verfahren (100) kann weiterhin das Empfangen (106) einer gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) oder der Hochspannungsausgabe (20) und das Wandeln (108) der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) oder der Hochspannungsausgabe (20) zu einer Niederspannungsausgabe (26) für die Stromversorgung des Fahrzeugsteuerschaltungsaufbaus umfassen. Wie weiter oben beschrieben, kann die Niederspannungsausgabe (26) aus der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) erzeugt werden, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) vorhanden ist, und kann die Niederspannungsausgabe (26) aus der Hochspannungsausgabe (20) erzeugt werden, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) nicht vorhanden ist.
  • Das Verfahren (100) kann weiterhin das Vorsehen (110) eines mehrstufigen Stromversorgungssystems (10) mit einer ersten Stufe (12) und einer in Reihe damit verbundenen zweiten Stufe (14) umfassen. Dabei können das Empfangen der Fahrzeugbatterie-Niederspannungseingabe (18) und das Wandeln der Fahrzeugbatterie-Niederspannungseingabe (18) zu einer Hochspannungsausgabe (20) durch die erste Stufe (12) des mehrstufigen Stromversorgungssystems (10) durchgeführt werden. Das Empfangen der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) oder der Hochspannungsausgabe (20) und das Wandeln der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) oder der Hochspannungsausgabe (20) zu einer Niederspannungsausgabe (26) können durch die zweite Stufe (14) des mehrstufigen Stromversorgungssystems (10) durchgeführt werden.
  • Wie weiter oben mit Bezug auf 1 ausführlich beschrieben, kann der Wandler (16) der ersten Stufe ein Verstärkungswandler sein zum Verstärken der Fahrzeugbatterie-Niederspannungseingabe (18), die eine 12-Volt-Gleichstromeingabe sein kann, und zum Erzeugen der Hochspannungsausgabe (20), die eine 100-Volt-Gleichstromausgabe sein kann. Und wie zuvor beschrieben, kann der Wandler (22) der zweiten Stufe ein isolierter Sperrwandler sein. Es ist weiterhin zu beachten, dass die Schritte des Verfahrens (100) auch in einer anderen als der hier gezeigten (lediglich beispielhaft aufzufassenden) Reihenfolge durchgeführt werden können, wobei auch einer oder mehrere der Schritte gleichzeitig ausgeführt werden können.
  • Weiterhin kann die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) wiederum als eine Ausgabe durch eine Massenstromquelle (28) erzeugt werden, die einen Gleichrichter umfassen kann und die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) durch das Gleichrichten einer Wechselstrom-Hochspannungseingabe von einer Wechselstromleitung erzeugen kann. Die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) weist einen damit assoziierten Mindestwert auf. Der Wandler (16) der ersten Stufe kann mit der Ausgabe der Massenstromquelle (28) (d. h. der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24)) verbunden sein und kann einen Sollwert aufweisen, der kleiner als der Mindestwert der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) ist. Dabei kann der Wandler (16) der ersten Stufe konfiguriert sein, um die Hochspannungsausgabe (20) zu erzeugen, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) nicht vorhanden ist.
  • Wie wiederum mit Bezug auf 1 ausführlich beschrieben, kann die Niederspannungsausgabe (26) für die Stromversorgung der Fahrzeugsteuerschaltung mehrere isolierte Niederspannungsausgaben für die Stromversorgung mehrerer Steuereinrichtungen des Fahrzeugsteuerschaltungsaufbaus umfassen. Wie ebenfalls zuvor beschrieben, kann auch dann, wenn das Fahrzeug nicht mit einer Hochspannungs-Wechselstromleitung verbunden ist, ausreichender Strom zu dem Fahrzeugsteuerschaltungsaufbau mittels des Verfahrens (100) zugeführt werden, sodass der Steuerschaltungsaufbau verschiedene Diagnoseoperationen durchführen kann und/oder eine Neuprogrammierung oder ein Reflashing des Steuerschaltungsaufbaus durchgeführt werden können.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung sollte deutlich geworden sein, dass ein mehrstufiges Stromversorgungssystem und ein entsprechendes Verfahren zum ununterbrochenen Zuführen eines Niederspannungsstroms zu einem Steuerschaltungsaufbau in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug angegeben werden. Das System und das Verfahren sind mit zwei Stromquellen assoziiert und nehmen Strom von einer Hochspannungsstromquelle und einer Niederspannungs-Fahrzeugbatterie an. Das System und das Verfahren führen einen Niederspannungsstrom für den Fahrzeugsteuerschaltungsaufbau von der Hochspannungsstromquelle zu, wenn die Hochspannungsstromquelle vorhanden ist und das Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer Hochspannungs-Wechselstromleitung verbunden ist, und führen einen derartigen Niederspannungsstrom von der Niederspannungs-Fahrzeugbatterie zu, wenn die Hochspannungsstromquelle nicht vorhanden ist. Das System und das Verfahren, die als ein Teil eines Batterieladergeräts in dem Fahrzeug implementiert werden können, bewerkstelligen ihre Aufgabe ohne einen Schaltungsaufbau zum Schalten zwischen der Hochspannungsstromquelle und der Niederspannungs-Fahrzeugbatterie und mit einer minimalen Anzahl von Komponenten, sodass die Kosten reduziert werden können und die Zuverlässigkeit erhöht werden kann.
  • Es wurden bestimmte Ausführungsformen eines mehrstufigen Stromversorgungssystems und eines Verfahrens für die Verwendung in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug zum ununterbrochenen Zuführen eines Niederspannungsstroms zu einem Fahrzeugsteuerschaltungsaufbau gezeigt und beschrieben, die jedoch nur beispielhaft aufzufassen sind und die Erfindung in keiner Weise einschränken. Die vorstehende Beschreibung ist beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen, wobei verschiedene Änderungen an den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der durch die folgenden Ansprüche definierte Erfindungsumfang verlassen wird.

Claims (20)

  1. Mehrstufiges Stromversorgungssystem zum ununterbrochenen Zuführen eines Niederspannungsstroms zu einem Steuerschaltungsaufbau in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, wobei das System umfasst: eine erste Stufe (12), die einen Wandler (16) zum Empfangen einer Niederspannungseingabe (18) von einer Fahrzeugbatterie und zum Wandeln der Fahrzeugbatterie-Niederspannungseingabe (18) zu einer Hochspannungsausgabe (20) umfasst, und eine zweite Stufe (14), die in Reihe mit der ersten Stufe (12) verbunden ist, wobei die zweite Stufe (14) einen Wandler (22) zum Empfangen einer gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) oder der Hochspannungsausgabe (20) der ersten Stufe (12) und zum Wandeln der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) oder der Hochspannungsausgabe (20) der ersten Stufe zu einer Niederspannungsausgabe (26) für die Stromversorgung des Fahrzeugsteuerschaltungsaufbaus umfasst, wobei die Niederspannungsausgabe (26) durch die zweite Stufe (14) aus der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) erzeugt wird, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) vorhanden ist, und die Niederspannungsausgabe (26) durch die zweite Stufe (14) aus der Hochspannungsausgabe (20) der ersten Stufe (12) erzeugt wird, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) nicht vorhanden ist.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) als eine Ausgabe durch eine Massenstromquelle (28) erzeugt wird, wobei die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) einen Mindestwert aufweist, der Wandler (16) der ersten Stufe (12) mit der Ausgabe der Massenstromquelle (28) verbunden ist und der Wandler (16) der ersten Stufe (12) einen Sollpunkt aufweist, der kleiner als der Mindestwert der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) ist, sodass der Wandler (16) der ersten Stufe (12) die Hochspannungsausgabe (20) der ersten Stufe erzeugt, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) nicht vorhanden ist.
  3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenstromquelle (28) einen Gleichrichter zum Gleichrichten der von der Wechselstromleitung empfangenen Wechselstrom-Hochspannungseingabe (24) umfasst.
  4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbatterie-Niederspannungseingabe (18) eine 12-Volt-Gleichstromeingabe ist und die Hochspannungsausgabe (20) der ersten Stufe eine 100-Volt-Gleichstromausgabe ist.
  5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederspannungsausgabe (26) für eine Stromversorgung des Fahrzeugsteuerschaltungsaufbaus eine 5-Volt-Gleichstromausgabe ist.
  6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederspannungsausgabe (26) eine Vielzahl von Niederspannungsausgaben für die Stromversorgung einer Vielzahl von Steuereinrichtungen umfasst, wobei eine erste aus der Vielzahl von Niederspannungsausgaben für die Stromversorgung einer ersten Steuereinrichtung für die Verwendung in primären Steueroperationen dient, eine zweite aus der Vielzahl von Niederspannungsausgaben für die Stromversorgung einer zweiten Steuereinrichtung für die Verwendung in Niederspannungs-Steueroperationen dient und eine dritte aus der Vielzahl von Niederspannungsausgaben für die Stromversorgung einer dritten Steuereinrichtung für die Verwendung in Hochspannungs-Steueroperationen dient.
  7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (22) der zweiten Stufe (14) ein isolierter Sperrwandler ist.
  8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (16) der ersten Stufe (12) ein Verstärkungswandler ist.
  9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die durch die zweite Stufe (14) aus der Hochspannungsausgabe (20) der ersten Stufe (12) erzeugte Niederspannungsausgabe (26) einen ausreichenden Strom zu dem Fahrzeugsteuerschaltungsaufbau zuführt, damit der Steuerschaltungsaufbau Diagnoseoperationen durchführen kann.
  10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die zweite Stufe (14) aus der Hochspannungsausgabe (20) der ersten Stufe (12) erzeugte Niederspannungsausgabe (26) einen ausreichenden Strom zu dem Fahrzeugsteuerschaltungsaufbau zuführt, damit dieser neu programmiert werden kann.
  11. Verfahren zum ununterbrochenen Zuführen eines Niederspannungsstroms zu einem Steuerschaltungsaufbau in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer mehrstufigen Stromversorgung, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen einer Niederspannungseingabe von einer Fahrzeugbatterie, Wandeln der Fahrzeugbatterie-Niederspannungseingabe zu einer Hochspannungsausgabe, Empfangen einer gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe oder der Hochspannungsausgabe, und Wandeln der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe oder der Hochspannungsausgabe zu einer Niederspannungsausgabe für die Stromversorgung des Fahrzeugsteuerschaltungsaufbaus, wobei die Niederspannungsausgabe aus der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe erzeugt wird, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe vorhanden ist, und wobei die Niederspannungsausgabe aus der Hochspannungsausgabe erzeugt wird, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe nicht vorhanden ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin gekennzeichnet durch das Vorsehen eines mehrstufigen Stromversorgungssystems, das eine erste Stufe und eine in Reihe damit verbundene zweite Stufe umfasst, wobei das Empfangen der Fahrzeugbatterie-Niederspannungseingabe und das Wandeln der Fahrzeugbatterie-Niederspannungseingabe zu einer Hochspannungsausgabe durch die erste Stufe des mehrstufigen Stromversorgungssystems durchgeführt werden und wobei das Empfangen einer gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe oder der Hochspannungsausgabe und das Wandeln der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe oder der Hochspannungsausgabe zu einer Niederspannungsausgabe durch die zweite Stufe des mehrstufigen Stromversorgungssystems durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe als eine Ausgabe durch eine Massenstromquelle erzeugt wird, wobei die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe einen Mindestwert aufweist, wobei die erste Stufe einen Wandler umfasst, der mit der Ausgabe der Massenstromversorgung verbunden ist, und wobei der Wandler der ersten Stufe einen Sollpunkt aufweist, der kleiner als der Mindestwert der gleichgerichteten Wechselstrom-Hochspannungseingabe ist, sodass der Wandler der ersten Stufe die Hochspannungsausgabe der ersten Stufe erzeugt, wenn die gleichgerichtete Wechselstrom-Hochspannungseingabe nicht vorhanden ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenstromquelle einen Gleichrichter zum Gleichrichten der von einer Wechselstromleitung empfangenen Wechselstrom-Hochspannungseingabe umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbatterie-Niederspannung eine 12-Volt-Gleichstromeingabe ist und die Hochspannungsausgabe der ersten Stufe eine 100-Volt-Gleichstromausgabe ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederspannungsausgabe für die Stromversorgung des Fahrzeugsteuerschaltungsaufbaus eine 5-Volt-Gleichstromausgabe ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederspannungsausgabe eine Vielzahl von Niederspannungsausgaben für die Stromversorgung einer Vielzahl von Steuereinrichtungen umfasst, wobei eine erste aus der Vielzahl von Niederspannungsausgaben für die Stromversorgung einer ersten Steuereinrichtung für die Verwendung in primären Steueroperationen dient, eine zweite aus der Vielzahl von Niederspannungsausgaben für die Stromversorgung einer zweiten Steuereinrichtung für die Verwendung in Niederspannungs-Steueroperationen dient und eine dritte aus der Vielzahl von Niederspannungsausgaben für die Stromversorgung einer dritten Steuereinrichtung für die Verwendung in Hochspannungs-Steueroperationen dient.
  18. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler der zweiten Stufe ein isolierter Sperrwandler ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler der ersten Stufe ein Verstärkungswandler ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, das die durch die zweite Stufe aus der Hochspannungsausgabe der ersten Stufe erzeugte Niederspannungsausgabe einen ausreichenden Strom zu dem Fahrzeugsteuerschaltungsaufbau zuführt, damit der Steuerschaltungsaufbau Diagnoseoperationen durchführen kann oder eine Neuprogrammierung des Steuerschaltungsaufbaus durchgeführt werden kann.
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