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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Verfahren zum Steuern des Austauschs von Strom, und insbesondere Systeme und Verfahren zum Aufladen oder Entladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs durch einen Strom, der moduliert wird, um Belästigungen zu verringern.
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HINTERGRUND
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Es wurde herausgefunden, dass die relativ großen Ströme, die mit dem Aufladen großer Batteriesysteme verbunden sind, etwa von Batteriesystemen für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, eine Anzahl von Belästigungen verursachen, welche Störungen von Rundfunksendungen und Vibrationen bei magnetisch aktiven Strukturen umfassen, welche Fahrzeugkarosseriebleche umfassen. Ähnliche Probleme sind auch aufgetreten, wenn Batteriesysteme entladen werden, etwa wenn ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug betrieben wird. In diesen Fällen sind die Belästigungen auf oszillierende Magnetfelder zurückzuführen, die durch die Auflade- und Entladeströme (d.h. die Austauschströme) induziert werden.
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Obwohl Fahrzeugbatteriesysteme und ihre zugehörigen Elektromotoren typischerweise als Gleichstromsysteme (DC-Systeme) ausgestaltet sind, weisen elektrische Ströme, die in Fahrzeugbatterien hinein und aus diesen heraus fließen, typischerweise nicht stationäre Kennlinien auf. Dies liegt daran, dass eine Steuerung der Auflade- oder Entladerate eines Batteriesystems (z.B. der Ladespannung und des Motorbetriebs) typischerweise bewerkstelligt wird, indem der Strom in Impulse zerlegt wird und entweder die Frequenz der Impulse (d.h. die Anzahl der Stromimpulse pro Zeiteinheit) oder die Breite der Impulse (d.h. die Zeitdauer der Stromimpulse) oder bei Drei-Phasen-Systemen die Form der Impulse moduliert wird, um ein Sollbetriebskriterium zu erfüllen. Beispielsweise umfasst ein typisches Betriebskriterium zum Aufladen eines Batteriesystems, dass eine konstante Effektivspannung (RMS-Spannung) oder Durchschnittsspannung aufrechterhalten wird.
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Da es mindestens zwei Freiheitsgrade gibt (z.B. Frequenz- und Pulsbreitenmodulation, und manchmal Phasenmodulation), existiert eine große Anzahl von Möglichkeiten, um eine spezielle RMS- oder Durchschnittsspannungskennlinie zu erreichen.
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Da die Nachfrage nach elektrisch angetriebenen Fahrzeugen mit erhöhter Reichweite zugenommen hat (d.h. Zunahmen bei der Menge elektrischer Energie, die in ihren Batteriesystemen gespeichert werden kann), und da die Nachfrage nach Verringerungen der Zeit, die zum Wiederaufladen eines Batteriesystems benötigt wird, zugenommen hat (d.h. nach Zunahmen bei der Rate, mit welcher elektrische Energie erneut in einer Batterie gespeichert werden kann), wurde notwendigerweise der Aufladestrom erhöht, um diese Nachfragen zu erfüllen.
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Zusätzlich zu der RMS- oder Durchschnittsspannung können andere spezielle Aufladekriterien umfassen, dass Beschränkungen bei der Batterieerwärmung oder Ausgasung vermieden werden. Wenn sich folglich eine Aufladespannung einem gewünschten Einstellpunkt nähert, kann eine Steuerung den Austauschstrom allmählich verringern, um eine übermäßige Erwärmung der Batterie oder das Erzeugen übermäßiger Gasniveaus aus der Batterie zu vermeiden, während das Wiederaufladen der Batterie mit einer wünschenswerten Rate fortgesetzt wird (z.B. in der kürzesten praktisch möglichen Zeitspanne). Somit kann eine Modulation des Stroms durchgeführt werden, um einer Anzahl von Zielen zu dienen, und einige dieser Ziele umfassen, dass Vorteile bereitgestellt werden, etwa das Verbessern der Effizienz und der Geschwindigkeit des Aufladens, wobei die Aufladesicherheit und die Batteriefunktionsfähigkeit sichergestellt werden.
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Als Mittel zum erneuten Speichern einer Ladung in einem Fahrzeugbatteriesystem mit weiter zunehmenden Raten entwickelt worden sind und als Verfahren wie die Pulsbreitenmodulation (PWM) implementiert worden sind, ist auch eine Anzahl neuer Probleme aufgetreten. Wie vorstehend erwähnt wurde, umfassen diese die Erzeugung elektromagnetischer Felder, die Rundfunksendungen stören und lästige Vibrationen in Fahrzeugstrukturen erzeugen. Es wurden Versuche unternommen, das Problem der Rundfunkstörung abzuschwächen, indem die Frequenzen der modulierten Aufladeimpulse verschoben wurden.
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Um diese Abschwächungsbemühungen zu ermöglichen, müssen jedoch die Abstimmfrequenzen des Empfängers (d.h. der Vorrichtung, die versucht, die Störung zu vermeiden) überwacht werden, sodass die Frequenz der modulierten Aufladeimpulse in einen Frequenzbereich verschoben werden kann, der nicht in das Durchlassband des Empfängers fällt. Die Anforderung, dass der Stromaustauschcontroller die Kenntnis der Abstimmfrequenz des Empfängers in Echtzeit haben muss, tendiert unglücklicherweise zur Erhöhung der Komplexität des Aufladesystemcontrollers. Darüber hinaus können derartige Lösungen beim Ansprechen von Vibrationen, die in Karosseriebleche und andere Strukturen im Fahrzeug induziert werden, unwirksam sein.
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Andere haben versucht, Oberwelleninterferenzen zu verringern, indem sie die Wellenformen beim Aufladen gestaltet haben. Unglücklicherweise jedoch tendiert die Größe der Austauschströme bei Fahrzeuganwendungen und die relativ große Nähe des Aufladesystems zur Rundfunkempfangsantenne dazu, die Wirksamkeit dieser Filtersysteme zu verringern. Zudem können dort, wo Aufladesysteme in der Lage sein müssen, relativ große Austauschströme zu bewältigen, etwa bei Fahrzeugaufladesystemen, Hardwareanforderungen für Filterkomponenten (z.B. große Hochspannungskondensatoren und Hochstrom-Ferritmagnete) erheblich sein.
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Entsprechend wäre es vorteilhaft, über ein einfacheres und effektiveres System und Verfahren zum Aufladen von Batterien von Elektro- oder Hybridfahrzeugen mit verringerter Rundfunkbandstörung und mit verringerter Erzeugung anderer Belästigungen, wie etwa vibrierender Fahrzeugstrukturen, zu verfügen. Es wäre auch wünschenswert, über ein System und Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Systems eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs in Übereinstimmung mit einem Modulationsschema zu verfügen, das ausgestaltet ist, um einen Austauschstrom bereitzustellen, der eine gewünschte Stromaustauschkennlinie aufweist, während ein oder mehrere Kriterien hinsichtlich Belästigungen erfüllt werden.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 050 383 A1 offenbart Verfahren und Vorrichtungen zum Vermeiden von elektrischen Resonanzen in einem Fahrzeug mit einem gemeinsam genutzten Hochspannungsbus, bei denen eine Impedanzkennlinie des Hochspannungsbusses ermittelt wird, Resonanzpunkte für den Bus definiert werden, untere und obere Schaltfrequenzgrenzen für ein Antriebs-Gleichrichter/Wechselrichtermodul gewählt werden und verhindert wird, dass das Antriebs-Gleichrichter/Wechselrichtermodul in einem Bereich arbeitet, der durch diese Grenzen definiert ist.
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In der Druckschrift
EP 1 592 154 A2 sind Verfahren und Schaltungen zur Frequenzmodulation offenbart, die das Spektralrauschen von Schaltreglern verringern, indem sie eine Spreizspektrum-Frequenzmodulation verwenden, die ein spektrales Spitzenrauschen an Ausgängen oder Eingängen von Schaltreglern verringert.
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Die Druckschrift US 2002/ 0 049 038 A1 offenbart die Anwendung einer universellen Frequenzverschiebungstechnologie bei drahtlosen und drahtgebundenen Kabelmodems, bei der eine Frequenz-Abwärtswandlung, eine Frequenz-Aufwärtswandlung, ein verbesserter Signalempfang, eine einheitliche Abwärtswandlung und Filterung und Kombinationen daraus eingesetzt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein System zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs eine elektrische Stromquelle, und einen Stromaustauschcontroller. Der Stromaustauschcontroller ist ausgestaltet, um einen Versorgungsstrom von einer Leistungsquelle zu empfangen und um eine Sollstromaustauschkennlinie zu bestimmen. Der Stromaustauschcontroller ist auch ausgestaltet, um ein Modulationsschema zum Bereitstellen eines Austauschstroms zu bestimmen, der die Sollstromaustauschkennlinie aufweist; und um den Austauschstrom in Übereinstimmung mit dem Modulationsschema zu modulieren, um einen Austauschstrom zu liefern, der die Sollstromaustauschkennlinie aufweist. Das Modulationsschema ist ausgestaltet, um ein oder mehrere Kriterien im Hinblick auf Belästigungen zu erfüllen.
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Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Systems eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, dass eine Sollstromaustauschkennlinie bestimmt wird, dass ein Modulationsschema zum Bereitstellen eines Austauschstroms, der die Sollstromaustauschkennlinie aufweist, bestimmt wird, und dass der Austauschstrom so moduliert wird, dass ein Austauschstrom geliefert wird, der die Sollstromaustauschkennlinie aufweist. Das Modulationsschema ist ausgestaltet, um ein oder mehrere Kriterien auf der Grundlage von Belästigungskriterien zu erfüllen.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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Figurenliste
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Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur als Beispiele in der folgenden genauen Beschreibung von Ausführungsformen, wobei sich die genaue Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
- 1 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Aufladesystems ist; und
- 2 ein Prozessflussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Systems eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs zeigt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist nur beispielhaft und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten einzuschränken. Es versteht sich, dass in allen Zeichnungen einander entsprechende Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
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Wie in 1 gezeigt ist, umfasst gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein System 100 zum Stromaustausch in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug eine Last 110, die über einen Stromaustauschcontroller 130 mit einer Leistungsquelle 120 elektrisch gekoppelt ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Stromaustauschcontroller 130 zum Empfangen eines Versorgungsstroms von der Leistungsquelle 120 ausgestaltet, welche eine bordfremde Leistungsquelle sein kann, etwa eine Hausstromversorgung (z.B. 110 V Netz, 220 V Netz) oder eine kommerzielle Aufladestation. Alternativ kann die Leistungsquelle 120 eine Bord-Leistungsquelle sein, etwa ein Motor/Generator, der von einer Fahrzeugkraftmaschine angetrieben wird. Der Versorgungsstrom kann ein AC-Strom mit 60 Hz sein und der Stromaustauschcontroller 130 kann zum Erzeugen eines Stroms ausgestaltet sein, der zum Aufladen eines DC-Batteriesystems geeignet ist. Das Bord-Aufladen ist ein geläufiger Anwendungsmodus für das System 100, bei dem betrachtete Ausführungsformen die Verwendung einer Fahrzeugkraftmaschine umfassen, um einen Motor als Generator zum Wiederaufladen anzutreiben. Das regenerative Bremsen ist die andere betrachtete Austauschstromquelle. Folglich ist festzustellen, dass die Last 110 beispielsweise eine Batterie, die aufgeladen wird, oder einen Motor, der von einem Austauschstrom angetrieben wird, darstellt. Auf ähnliche Weise stellt die Leistungsquelle 120 eine Austauschstromquelle dar, etwa einen Ladestrom zum Aufladen einer Speichervorrichtung, oder eine Speichervorrichtung, die einen Motor oder eine andere Last mit Leistung versorgt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass bei jeder dieser betrachteten Anwendungen für das System 100 das Missvergnügen eines Fahrzeugbedieners angestachelt werden kann, wenn ein Geräusch oder eine andere Belästigungsquelle (z.B. eine wahrnehmbare Vibration) einer Kundenhandlung zugeordnet wird. Andere Beispiele umfassen eine Beschleunigung bei einem geringen Ladezustand, die ein Starten der Kraftmaschine erfordert, oder wenn die Bremsen-Regenerierung angewendet wird.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist der Stromaustauschcontroller 130 ausgestaltet, um eine Sollstromaustauschkennlinie zu bestimmen, die zum Aufladen des DC-Batteriesystems 110 geeignet ist. Bei einer Ausführungsform kann die Sollstromaustauschkennlinie vorab festgelegt oder vorab programmiert sein, während bei anderen Ausführungsformen die Sollstromaustauschkennlinie auf Rückmeldesignale ansprechen kann, die der Stromaustauschcontroller 130 von einem oder mehreren Sensoren 140 oder anderen Quellen 150 von Informationen und/oder Anweisungen empfängt. Beispielhafte Quellen von Informationen umfassen Sensoren 140, die so konfiguriert und positioniert sind, dass sie Parameter wie etwa eine Batterietemperatur oder einen Ladezustand oder einen Austauschstrom detektieren. Andere Quellen von Informationen, welche die Bestimmung einer Sollstromaustauschkennlinie beeinflussen können, können den Hersteller des Fahrzeugs oder des Batteriesystems, den Fahrzeugbediener oder die Auflade/Leistungsquelle 120 umfassen.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform enthält der Stromaustauschcontroller 130 einen Mikroprozessor 132, der mit einer Speichervorrichtung 134 gekoppelt ist und auch ausgestaltet ist, um einen oder mehrere Schalter 136, Drehbedienelemente 138 und/oder Filter 139 (z.B. Tiefpassfilter) zum Modulieren des Austauschstroms zu betätigen. Der Mikroprozessor 132 steht in Signalverbindung mit den Sensoren 140 und kann Anweisungen von anderen Quellen 150 empfangen und verarbeiten. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Mikroprozessor 132 vorprogrammiert, um eine Sollstromaustauschkennlinie auf der Grundlage von Signalen und/oder Anweisungen, die er empfängt, zu erzeugen.
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Eine Sollstromaustauschkennlinie ist geeignet, um die elektrischen Kennlinien des Austauschstroms, der an das Batteriesystem 110 geliefert werden soll, zu beschreiben. Zum Beispiel umfasst eine solche Sollstromaustauschkennlinie eine definierte Effektivspannung (RMS-Spannung) oder Durchschnittsspannung als Funktion der Zeit. Eine andere Kennlinie umfasst eine Leistungszufuhrrate. Die Kennlinie kann über die Zeit konstant sein, z.B. eine konstante RMS- oder Durchschnittsladespannung definieren, oder sie kann eine Spannung umfassen, die über die Zeit variiert, etwa eine sinusförmig variierende Spannung oder eine exponentielle Spannungsfunktion. Noch eine andere beispielhafte Kennlinie stellt eine Ladespannung bereit, die auf der Grundlage der Batterietemperatur abgeschnitten oder gekappt oder anderweitig eingeschränkt ist. Dieses Abschneiden kann nützlich sein, um ein Überhitzen des Batteriesystems 110 oder seiner Komponenten zu vermeiden. Der Stromaustauschcontroller 130 kann ausgestaltet sein, um auf der Grundlage von Rückmeldungen und anderen Informationen bei deren Empfang die Sollstromaustauschkennlinie kontinuierlich zu aktualisieren. Die Sollstromaustauschkennlinie kann sich auch auf der Grundlage der Wünsche eines Bedieners verändern. Diese können den Wunsch umfassen, die Ladezeit zu verringern, die Ladesicherheit zu verbessern, die Ladekosten zu verringern, die Ladungsmenge zu erhöhen oder die Kosten einer Aufladung zu begrenzen oder ein Sollladeniveau zu erreichen, etwa eine Ladung, die geeignet ist, um eine Sollreichweite des Fahrzeugs zu erreichen.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Stromaustauschcontroller 130 auch ausgestaltet, um ein geeignetes Modulationsschema zum Bereitstellen eines Austauschstroms zu bestimmen, das die Sollstromaustauschkennlinie erfüllt, wobei außerdem ein oder mehrere zusätzliche Kriterien erfüllt werden, etwa das Vermeiden einer speziellen Frequenz oder das Minimieren von Belästigungen in Verbindung mit dem Aufladen oder Entladen des Batteriesystems. Wie der Fachmann feststellt, kann ein Versorgungsstrom auf eine Anzahl von Weisen moduliert werden, um die Kennlinie einer Soll-RMS-Spannung oder einer anderen Durchschnittsspannung bereitzustellen. Beispielsweise können durch selektives Aktivieren und Deaktivieren eines oder mehrerer Schalter zu geeigneten Zeitpunkten und durch selektives Aktivieren und Deaktivieren eines oder mehrerer Filter die Frequenz, die Impulsbreite und/oder die Phase des Versorgungsstroms manipuliert werden, um einen Austauschstrom bereitzustellen, der die Sollkennlinien erfüllt. Bei Zwei-Phasen-Systemen können die Frequenz und die Impulsbreite moduliert werden. Bei Drei-Phasen-Systemen können auch die Phasen schwanken. Da es mindestens zwei Freiheitsgrade gibt, existiert ein großer Kombinationsbereich zum Erfüllen der Sollkennlinie. Entsprechend kann die Ziel-RMS-Spannungskennlinie oder Ziel-Durchschnittsspannungskennlinie erfüllt werden, während die Frequenz und die Pulsbreite moduliert werden und/oder die Phasenlage wird moduliert, um außerdem ein oder mehrere vordefinierte Kriterien zu erfüllen, etwa ein Wahrnehmungskriterium oder ein Belästigungskriterium oder ein Rundfunkstörungskriterium.
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Wie vorstehend erwähnt wurde, kann die Wahl einer speziellen Frequenz für den Austauschstrom oszillierende elektromagnetische Felder erzeugen, die Rundfunksendungen stören können und Vibrationen in Strukturen erzeugen können, die den Feldern ausgesetzt sind. Fahrzeugstrukturen und elektromechanische Vorrichtungen wie etwa Relais, Schütze oder Motoren/Generatoren können wie Audioschallgeber wirken, besonders, wenn es in den Strukturen oder Schaltungen Resonanzmodi gibt. Diese Phänomene tendieren zum Einleiten von Geräuschen in das Fahrzeug. Das Ausmaß, in dem diese Geräusche für einen Bediener wahrnehmbar sind oder einen Bediener belästigen, hängt von den Kennlinien der Geräusche ab.
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Zum Beispiel kann die Belästigung zusätzlich zu der Geräuschkohärenz von der Fähigkeit des Bedieners abhängen, ein Geräusch oder eine andere wahrnehmbare Konsequenz einer speziellen Bedienermaßnahme zuzuordnen. Die Koinzidenz einer Bedienermaßnahme (etwa eine Beschleunigung oder Verzögerung beim Aufladen der Batterie) kann die Wahrnehmung des Geräusches negativ beeinflussen. Ein Bereich von Variablen in Kombination beeinflusst Empfindlichkeiten von Individuen auf Geräusche, wobei die menschliche Wahrnehmung der Klangqualität von einer Anzahl von Parametern abhängt, welche die Signalintensität, den Signal/Rausch-Abstand, den Frequenzgehalt, das Alter und die physikalische Orientierung des Zuhörers zu der Akustikquelle umfassen. Typische menschliche Schwellenwerte des Hörens nähern sich 0 dB SPL an, was als 20 µ Pascal oder 10-12 Watt/Meter2 definiert ist. Ein typischer menschlicher Schwellenwert für mit Geräuschen verbundenen Schmerz liegt in etwa bei einer Intensität von 120 dB SPL. Die wahrgenommene Lautstärke hängt von der Frequenz ab, sodass Geräusche, die mit einer hohen Frequenz wahrgenommen werden, nur bei niedrigeren Leistungspegeln tolerierbar sind als diejenigen, die bei niedrigeren Frequenzen tolerierbar sein können.
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Es wurde beobachtet, dass es bei niedrigeren Frequenzen eine Kompression der wahrgenommenen Lautstärke gibt, wobei der Hörschwellenwert über einen Frequenzbereich von 20 Hz bis 100 Hz um fast 60 dB ansteigt. Außerdem wurde beobachtet, dass eine inkrementelle Lautstärke über einen Frequenzbereich von 200 Hz bis 8 KHz relativ einheitlich ist, und dass die Lautstärke von 200 Hz bis 2 KHz so wahrgenommen wird, dass sie eine flache Reaktion aufweist. Es wurde herausgefunden, dass ein Spitzenwert der Hörreaktion für Menschen zwischen 3 KHz und 4 KHz liegt und die menschliche Empfindlichkeit auf Geräusche (Belästigung) zwischen 3 KHz und 6 KHz einen Spitzenwert aufweist. Folglich ist erkannt worden, dass das Toleranzniveau gegenüber Geräuschen oder das Ausmaß, in dem ein Fahrzeugbediener durch Geräusche belästigt werden kann, in großem Maß von den Kennlinien des Geräuschs abhängt. Es wurde außerdem beobachtet, dass das Ausmaß, in dem Geräusche wahrgenommen werden, von dem Ausmaß abhängt, in dem das Geräuschmuster wiederkehrt, d.h. seine Kohärenz. Entsprechend sind Geräuschübertragungen, die kontinuierlich und zufällig oder pseudo-zufällig variieren, für eine Wahrnehmung oder Verursachung einer Belästigung weniger anfällig als Geräusche, die einem sich wiederholenden, kohärenten Muster folgen.
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Aufgrund des weiten Bereichs der Variabilität bei der Wahrnehmung kann es nützlich sein, Belästigungskriterien auf der Grundlage empirischer Daten zu entwickeln. Fahrzeuge, die für Märkte gedacht sind, die eine Bevölkerungsgruppe bedienen, können andere Kriterien verwenden als Fahrzeuge, die an andere Bevölkerungsgruppen vermarktet werden. Es ist bekannt, dass die menschliche Fähigkeit zur Wahrnehmung hoher Frequenzen mit dem Alter abnimmt. Es ist auch bekannt, dass die Belästigung ihren Spitzenwert bei Frequenzen zwischen 5 KHz und 6 KHz erreicht. Auf der Grundlage dieser Erfahrung wird vermutet, dass das Ausmaß, in dem Geräusche einen Bediener belästigen können, mithilfe von Frequenzen und anderen relevanten Parametern, die mit einem modulierten Austauschstrom verbunden sind, charakterisiert werden kann. Diese Belästigungskennlinien können in der Arbeitsspeicher/Massenspeicher-Vorrichtung 134 gespeichert und vom Mikroprozessor 132 verwendet werden, um den Stromaustauschcontroller 130 in die Lage zu versetzen, ein Modulationsschema herzuleiten, das ein Belästigungskriterium erfüllt, etwa das Minimieren einer Belästigung, oder das Vermeiden von Geräuschen mit bestimmten Frequenzen oder das Aufweisen bestimmter Kennlinien.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Stromaustauschcontroller 130 ausgestaltet, um die Belästigung abzuschwächen, die mit Geräuschen verbunden ist, die als Folge des Aufladens oder Entladens von Fahrzeugbatterien erzeugt werden. Zum Beispiel kann der Stromaustauschcontroller 130 so ausgestaltet sein, dass er einen Geräusch- oder Belästigungsparameter schätzt, der mit einem speziellen Modulationsschema verbunden ist, und iteriert, bis der Geräusch- oder Belästigungsparameter unter einen akzeptablen Schwellenwert fällt. Alternativ kann der Stromaustauschcontroller 130 ausgestaltet sein, um ein Modulationsschema zu erzeugen, das ein Inkohärenzkriterium erfüllt oder in Übereinstimmung mit einem Zufalls- oder Pseudo-Zufallsmuster konstant variiert (d.h. ein Zufallsschema). Ein durch ein derartiges Zufalls- oder Pseudo-Zufallsschema erzeugtes Geräusch kann eine Wiederholung vermeiden und dadurch seine Wahrnehmbarkeit und seine damit verbundene Fähigkeit zur Belästigung eines Fahrzeugbedieners oder Insassen verringern. Ein beispielhaftes Modulationsschema bewirkt effektiv, dass die erzeugten Geräuschmodi relativ nicht kohärent (und nicht assoziativ) sind, wodurch sich die Frequenz des modulierten Austauschstroms relativ kontinuierlich so verändert, dass Eigenfrequenzen von Karosserieblechen und Verdrahtungen und anderen Strukturen nur sporadisch oder zeitweise erregt oder verstärkt werden, wodurch die Fähigkeit von Bedienern und Fahrgästen verringert wird, das Geräusch wahrzunehmen oder von diesem belästigt zu werden.
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Beispielsweise kann ein beispielhafter Stromaustauschcontroller 130 ausgestaltet sein, um ein Modulationsschema zu erzeugen, das eine Spread-Spektrum-Modulation des Austauschstroms verwendet. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird dies bewerkstelligt, indem das PWM-Austauschstrom-Frequenzsteuerungssignal zufällig oder nahezu zufällig mit einer Rate derart moduliert wird, dass die Austauschstromoberwellen über den Empfängereinstellbereich hinweg gespreizt werden, wobei dadurch die effektive Störenergie im Band verringert wird. Pseudozufällig modulierte Taktgeneratoren sind für Computersysteme kommerziell verfügbar, um eine Störung des Rundfunkempfangs zu verringern. Derartige Taktgeneratoren können im Stromaustauschcontroller implementiert sein, um ein Signal zur Verwendung durch den Prozessor bei der Herleitung eines Modulationsschemas bereitzustellen, das ein oder mehrere Belästigungskriterien erfüllt, wie hier beschrieben ist.
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Alternativ kann ein beispielhafter Stromaustauschcontroller 130 ausgestaltet sein, um ein Modulationsschema zu erzeugen, das ein Frequenzhüpfen bzw. Frequency-Hopping verwendet, sodass die Wahrscheinlichkeit, dass eine ärgerliche schmalbandige Störung im Empfängerdurchgangsband auftreten wird, nur während relativ kurzer Zeitspannen existieren wird. Ein signifikanter Vorteil dieser Ansätze besteht darin, dass sie keine Kenntnis spezieller Abstimmfrequenzen benötigen, die im Fahrzeug zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt aktiv sein können. Das Potential für nachteilige Effekte bei allen potentiell betroffenen Frequenzen wird abgeschwächt. Als Folge kann die Komplexität von Ladesystemen, welche diese Ansätze verwenden, verringert werden.
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Auf diese Weise ist der Stromaustauschcontroller 130 ausgestaltet, um die verfügbaren Freiheitsgrade beim Modulieren des Austauschstroms (d.h. des Auflade- oder Entladestroms) zu nutzen, um die Möglichkeit der Belästigung eines Fahrzeugbedieners abzuschwächen, während dennoch die Sollstromaustauschkennlinie erfüllt wird.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, die in 2 gezeigt ist, umfasst ein Verfahren 200 zum Aufladen oder Entladen einer Batterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, dass ein Versorgungsstrom von einer fahrzeugfremden Leistungsquelle empfangen wird (210). Das Verfahren 200 umfasst auch, dass eine Sollstromaustauschkennlinie bestimmt wird (Schritt 220) und ein Modulationsschema zum Bereitstellen eines Austauschstroms, der die Sollstromaustauschkennlinie aufweist, bestimmt wird (Schritt 230). Außerdem umfasst ein beispielhaftes Verfahren, dass der Austauschstrom moduliert wird (Schritt 240), um einen Austauschstrom zu liefern, der die Sollstromaustauschkennlinie aufweist.
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Wie hier erörtert wurde, wird das Modulationsschema konfiguriert (Schritt 250), um ein oder mehrere Kriterien auf der Grundlage von Belästigungskriterien zu erfüllen. Beispielsweise wird das Modulationsschema bei einer beispielhaften Ausführungsform so konfiguriert, dass es eine Pseudo-Zufalls-Frequenzmodulation enthält (Schritt 251). Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird das Modulationsschema so konfiguriert, dass es ein Belästigungskriterium auf der Grundlage einer Bedienerwahrnehmung erfüllt (Schritt 252). Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird das Modulationsschema so konfiguriert, dass es ein Belästigungskriterium auf der Grundlage der Frequenz des Austauschstroms erfüllt (Schritt 253). Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird das Modulationsschema so konfiguriert, dass es ein Belästigungskriterium auf der Grundlage der Größe des Effektiv- oder Durchschnittsaustauschstroms erfüllt (Schritt 254). Bei noch einer anderen beispielhaften Ausführungsförm wird das Modulationsschema so konfiguriert, dass es einen Frequenzbereich zwischen etwa 3 KHz und 6 KHz vermeidet (Schritt 255). Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird das Modulationsschema so konfiguriert, dass es eine Spektrum-Spreizung verwendet (Schritt 256). Bei noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird das Modulationsschema so konfiguriert, dass es ein Frequenzhüpfen verwendet (Schritt 257). Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird das Modulationsschema außerdem so konfiguriert, dass es eine Sollstromaustauschkennlinie, wie etwa eine vorprogrammierte RMS- oder Durchschnittsspannung erfüllt (Schritt 260).
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Schließlich wird das Modulationsschema implementiert (Schritt 270), um einen Austauschstrom zu erzeugen, der zum Aufladen des elektrischen Systems gemäß einer Sollstromaustauschkennlinie geeignet ist, wobei außerdem ein oder mehrere Kriterien erfüllt werden, die mit dem Reduzieren einer Belästigung verbunden sind. Alternativ wird das Modulationsschema implementiert (Schritt 280), um einen Entladestrom zu erzeugen, der zum Erzeugen einer Leistungsversorgung gemäß einer Sollentladekennlinie geeignet ist, wobei außerdem ein oder mehrere Kriterien erfüllt werden, die mit dem Reduzieren einer Belästigung verbunden sind.
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Obwohl die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann auf dem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Elemente derselben durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Zudem können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne den wesentlichen Umfang derselben zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der Anmeldung fallen.
