DE102013210061B4

DE102013210061B4 - Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung für Bordbatterie-Ladevorrichtung

Info

Publication number: DE102013210061B4
Application number: DE102013210061.2A
Authority: DE
Inventors: Miguel Angel Aceña; Youssef Ghabbour
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2033-05-30
Also published as: DE102013210061A1

Abstract

Bordbatterie-Ladesystem (37) für ein Fahrzeug (12), das umfasst:eine Ladeeinheit (34), die einen Leistungswandler beinhaltet, der in der Lage ist, Energie, die durch eine externe Leistungsversorgung (22) geliefert wird, während eines Batterieladevorgangs in eine nutzbare Form zum Laden einer Hochspannungsbatterie (14) umzuwandeln;eine Steuereinheit (36), die mit der Ladeeinheit (34) zum Überwachen und Steuern des Batterieladevorgangs in einer Datenaustauschverbindung steht; undeine Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38), die durch eine Niederspannungs-Leistungsquelle (30) mit Leistung versorgt wird und mit einer Eingangsseite der Steuereinheit (36) verbunden ist, wobei die Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38) einen Eingang zum Empfangen eines Steuerpilotsignals aufweist und zum Ausgeben eines Aufwecksignalimpulses konfiguriert ist, um die Steuereinheit (36) aus einem Ruhemodus zu aktivieren, wobei die Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38) einen Pulsweitenmodulations (PWM)-Detektor (42) beinhaltet, der Signalimpulse ausgibt, wenn das Steuerpilotsignal einer Pulsweitenmodulation unterzogen wird, wobei die Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38) einen Spitzenwertdetektor (44) beinhaltet, der in der Lage ist, ein DC-Signal niedrigerer Spannung auszugeben, wenn der PWM-Detektor (42) Signalimpulse ausgibt, und wobei die Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38) zudem einen Detektor (46) einer steigenden Flanke beinhaltet, der in der Lage ist, den Aufwecksignalimpuls bei einem Übergang von null zu dem DC-Signal niedrigerer Spannung an dem Spitzenwertdetektorausgang (44) auszugeben.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Aufweckschaltung des Typs, der zur Verwendung mit Bordbatterie-Ladevorrichtungen für Fahrzeuge geeignet ist, um Fahrzeuge aus dem Ruhemodus zu aktivieren, wenn sie mit einem Leitungssatz, einer Ladestation oder einem sonstigen Element verbunden werden, das dazu verwendet wird, das Laden eines Fahrzeugs zu erleichtern.
Eine Bordladevorrichtung eines Fahrzeugs kann dazu verwendet werden, eine Hochspannungsbatterie zu laden, die in einem Hybridelektrofahrzeug oder einem Elektrofahrzeug zu finden ist, um einen Elektromotor mit Leistung zu versorgen. In einigen Fällen kann das Laden mit einem Leitungssatz oder einem sonstigen Element erleichtert werden, das in der Lage ist, eine Stromversorgung der Bordladevorrichtung zu vereinfachen, wie zum Beispiel einer Wandladevorrichtung oder einem sonstigen Typ einer Ladestation. Der Leitungssatz kann einen Adapter beinhalten, um ein Anbringen an einer Steckdose oder einer sonstigen Aufnahmevorrichtung zu erleichtern, die der Bordladevorrichtung zugehörig ist. Die Bordladevorrichtung kann Elektronik oder sonstige Elemente beinhalten, um einen Stromfluss zu der Hochspannungsbatterie und sonstige zugehörige Ladevorgänge durchzuführen.
In der DE 10 2009 017 089 A1 ist ein Verfahren zum Aufwecken oder In-einen-Ruhemodus-Versetzen einer Ladevorrichtung für eine Speichereinheit für elektrische Energie in einem Automobil mit einem Elektroantrieb offenbart. Beim Einstecken eines Ladesteckers in eine Ladebuchse wird ein Steckerwecksignal generiert, um eine Steuerung aus einem Schlafmodus zu wecken. Das Steckerwecksignal wird dabei durch ein Sensorelement im Ladestecker und/oder in der Ladebuchse als eine steigende oder fallende Flanke gebildet.
Aus der US 2011/ 0 193 532 A1 ist eine Steuereinrichtung für ein Ladesystem zum Laden eines Fahrzeugs bekannt. Mittels einer Detektionsschaltung wird ein Anstieg eines Steuerpilotsignals erkannt und zum Aufwecken einer Berechnungseinheit verarbeitet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, sicherzustellen, dass eine Steuereinheit für ein Bordbatterie-Ladesystem für ein Fahrzeug zuverlässig aktivierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung an.
Figurenliste

1 ist ein vereinfachtes, beispielhaftes Funktionsblockschaubild, das ein Fahrzeug-Leistungsversorgungssystem gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht;
2 ist eine vereinfachte, beispielhafte schematische Darstellung, die eine Fahrzeug-Bordladevorrichtung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht;
3 ist ein beispielhaftes Zeitablaufdiagramm eines Steuerpilot- (control pilot, CTRLPLT-) Signals, das durch eine Ladestation erzeugt wird, gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung;
4a bis c sind beispielhafte Zeitablaufdiagramme eines CTRLPLT-Signals und eines Aktivierung-durch-CTRLPLT-Signals gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung; und
5 ist ein vereinfachtes, beispielhaftes Blockschaubild einer Aktivierung-durch-CTRLPLT-Schaltung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung.

Ausführliche Beschreibung
Wie vorgeschrieben, werden die genauen Ausführungen der vorliegenden Erfindung hier offengelegt; es versteht sich jedoch von selbst, dass die offengelegten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert werden kann. Die Abbildungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert sein, um Einzelheiten von bestimmten Teilen darzustellen. Daher sind spezifische bauliche und funktionelle Einzelheiten, die hierin offengelegt werden, nicht als beschränkend, sondern lediglich als repräsentative Grundlage auszulegen, um einem Kenner der Technik zu vermitteln, die vorliegende Erfindung auf unterschiedliche Weise einzusetzen.
1 veranschaulicht funktional logische Elemente, die einem Fahrzeug-Leistungsversorgungssystem 10 zugehörig sind, gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung. Das Fahrzeug-Leistungsversorgungssystem 10 wird dargestellt und überwiegend beschrieben für die Verwendung innerhalb eines Elektrofahrzeugs, eines Hybridelektrofahrzeugs oder eines sonstigen Fahrzeugs 12, das eine Hochspannungsbatterie 14 oder eine sonstige Energiequelle aufweist, die in der Lage ist, ausreichend Strom zur Verwendung durch einen Elektromotor 16 bereitzustellen, um das Fahrzeug 12 vorwärtszutreiben. Das Fahrzeug 12 kann eine Bordladevorrichtung (on-board charger, OBC) 18 beinhalten, um ein Laden der Hochspannungsbatterie 14 mit Strom zu erleichtern, der durch einen Leitungssatz 20 zugeführt wird, der dazu verwendet wird, die OBC mit einer externen Leistungsversorgung zu verbinden, wie zum Beispiel einer Wandladevorrichtung oder einer sonstigen Ladestation 22. Der Leitungssatz 20 kann dazu verwendet werden, Strom durch ein Kabel zuzuführen, das einen (nicht dargestellten) Anschluss an einem Ende aufweist, der dazu eingerichtet ist, innerhalb einer Aufnahmevorrichtung oder eines Ladeanschlusses (ohne Darstellung) aufgenommen zu werden, die/der der OBC 18 zugehörig ist. Der Leitungssatz 20, die Ladestation 22 und jegliche zusätzliche Elemente, die zum Zweck des Lieferns von Energie von einem (nicht dargestellten) Leistungsnetz eines Elektrizitätswerks zu dem Fahrzeug 12 angebracht sind, können hierin insgesamt als Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtung (electric vehicle supply equiment, EV-SE) 24 bezeichnet werden.
Die OBC 18 kann Elektronik oder sonstige Elemente beinhalten, die in der Lage sind, einen Stromfluss zu steuern und zu leiten, der dazu verwendet wird, Vorgänge im Zusammenhang mit einem Laden der Hochspannungsbatterie 14 zu unterstützen und optional ein Laden oder ein auf andere Weise erfolgendes Versorgen einer Niederspannungsbatterie 26, eines oder mehrerer Fahrzeug-Teilsysteme 28 und/oder sonstiger elektronisch betreibbarer Elemente, die in dem Fahrzeug 12 enthalten sind, mit Leistung zu unterstützen. Die Niederspannungsbatterie 26 kann enthalten sein, um eine Leistungsversorgung der Fahrzeug-Teilsysteme 28 zu unterstützen, die bei niedrigeren Spannungen als der Elektromotor 16 arbeiten, wie zum Beispiel schlüssellose Fernzugangssysteme, Heizungs- und Kühlanlagen, Infotainment-Systeme, Bremsanlagen usw., ohne darauf beschränkt zu sein. Abgesehen davon, dass sie mit Energie geladen werden, die durch den Leitungssatz 20 geliefert wird, können eine oder mehrere der Hoch- und Niederspannungsbatterien 14, 26 und der Fahrzeug-Teilsysteme 28 in der Lage sein, sich gegenseitig mit Leistung zu versorgen und/oder mit Leistung versorgt zu werden, die durch den Elektromotor 16 erzeugt wird.
Die Niederspannungsbatterie 26 kann zum Beispiel in der Lage sein, ausreichend Strom zur Verwendung durch eine Leistungsquelle 30 niedrigerer Spannung zu liefern. Die Leistungsquelle 30 niedrigerer Spannung kann in der Lage sein, einen Strom von der Niederspannungsbatterie 26 zur Verwendung mit einem oder mehreren der Fahrzeug-Teilsysteme 28 und/oder der OBC 18 zu regeln. Eine Fahrzeug-Steuereinheit 32 kann enthalten sein, um ein Ausführen von logischen Operationen und ein Erfüllen von sonstigen Verarbeitungsanforderungen zu erleichtern, die dem Fahrzeug 12 zugehörig sind. Optional können eines oder mehrere der Elemente ihre eigene Steuereinheit oder ihren eigenen Prozessor beinhalten. Exemplarisch werden die Begriffe „niedriger“, „niedrig“ und „hoch“ verwendet, um Spannungspegel zu unterscheiden, die etwa 5 VDC, 12 VDC bzw. 200 VDC entsprechen, die gemeinhin in Fahrzeugen verwendet werden, um den Betrieb zu unterstützen, der jeder der entsprechenden Energiequellen zugehörig ist. Dies soll den Umfang der vorliegenden Anmeldung nicht unnötig einschränken, da die vorliegende Anmeldung Energiequellen, die dieselben oder andere Spannungspegel und/oder Fähigkeiten zur Stromproduktion/-erzeugung aufweisen, in vollem Umfang in Betracht zieht. Beispielsweise entspricht der „hohe“ Spannungspegel in den meisten Regionen Europas üblicherweise etwa 400 VDC.
Gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung kann die Leistungsquelle 30 niedrigerer Spannung in der Lage sein, eine Spannung festzulegen, die durch die OBC 18 dazu verwendet wird, eine Verbindung mit dem Leitungssatz 20 zu überprüfen, ein Aufwachsignal zu erzeugen oder dergleichen. Bei der Leistungsquelle 30 niedrigerer Spannung kann es sich zum Beispiel um einen Spannungs- oder Stromregler handeln, der über eine ausreichende Leistungsfähigkeit verfügt, um Spannungsschwankungen der Nieder- und/oder Hochspannungsbatterie 14, 26 auszugleichen, um der OBC 18 und/oder sonstigen damit elektrisch verbundenen Elementen, die möglicherweise empfindlich gegenüber Spannungsschwankungen sind, einen Dauerstrom zu liefern. Wenngleich sie in dem Funktionsblockschaubild, das in 1 veranschaulicht wird, als getrenntes Element dargestellt wird, kann die Leistungsquelle 30 niedrigerer Spannung auf diese Weise in der OBC 18 als elektrisches Element davon enthalten sein.
2 veranschaulicht die OBC 18 ausführlicher. Wie dargestellt, kann die OBC 18 eine Ladeeinheit (z. B. eine OBC-Leistungsanlage) 34 beinhalten, um Wechselstrom (alternating current, AC) von der EVSE 24 in Gleichstrom (direct current, DC) umzuwandeln, der zum Laden der Hochspannungsbatterie 14 erforderlich ist. Dementsprechend kann die Ladeeinheit 34 einen AC/DC-Leistungswandler und sonstige zugehörige Leistungselektronik beinhalten, die in der Lage ist, Energie, die durch das elektrische Netz geliefert wird, in eine nutzbare Form zum Laden der Hochspannungsbatterie 14 umzuwandeln. Beispielsweise kann die Ladeeinheit 34 Leistungselektronik beinhalten, um den Leistungsfaktor zu erhöhen, um rechtliche Vorgaben zu erfüllen, oder um eine DC/DC-Leistungsumwandlung für entsprechende Ladeprofile der Hochspannungsbatterie 14 bereitzustellen.
Die OBC 18 kann außerdem eine OBC-Steuereinheit 36 beinhalten, die in der Lage ist, Steueralgorithmen für die oben beschriebenen OBC-Funktionen zu verarbeiten. Beispielsweise kann die OBC-Steuereinheit 36 ein Laden gemäß rechtlichen Vorgaben ermöglichen. Des Weiteren kann die OBC-Steuereinheit 36 die Verbindung des Leitungssatzes 20 mit dem Ladeanschluss erkennen, das Ladekabel und/oder den Ladestecker identifizieren und Schaltvorrichtungen oder sonstige Elektronik steuern und überwachen, die der OBC 18 zugehörig ist, wie zum Beispiel Strom- und Spannungsfühler. Die OBC-Steuereinheit 36 kann außerdem Daten mit der Fahrzeug-Steuereinheit 32 austauschen, um einen Ladestatus und sonstige maßgebliche Daten zu übermitteln, die sich auf den Betrieb der OBC 18 beziehen. Wenngleich sie als integrierte Steuereinheit dargestellt wird, kann die OBC-Steuereinheit 36 als getrennte Komponente bereitgestellt werden, die mit der OBC 18 elektrisch verbunden ist, ohne vom Umfang der vorliegenden Anmeldung abzuweichen. Tatsächlich können die Ladeeinheit 34 der OBC und die OBC-Steuereinheit 36 und zugehörige Steuerelektronik, unabhängig davon, ob sie in die OBC 18 integriert ist, ein Bordbatterie-Ladesystem 37 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung bilden.
Über das Bereitstellen von Energie aus dem elektrischen Leistungsnetz hinaus erzeugt die EVSE 24 außerdem ein Steuerpilot(CTRLPLT)-Signal, das durch die OBC 18 gelesen und bestätigt werden kann. Das CTRLPLT-Signal kann Daten an die OBC-Steuereinheit 36 zur Verwendung beim Starten und Überwachen des Batterieladeprozesses übermitteln. Als eine seiner Hauptfunktionen kann das CTRLPLT-Signal dazu verwendet werden, die Fortdauer der Verbindung des Fahrgestells mit der Leistungsmasse der EVSE 24 zu überprüfen. Wenn dieses Signal an dem OBC-Eingang nicht vorhanden ist, kann der Ladeprozess unter Umständen nicht zugelassen werden. Das CTRLPLT-Signal kann außerdem einen Befehl von der EVSE 24 an die OBC 18 beinhalten, der den Höchststrom angibt, den die OBC 18 von dem elektrischen Netz aufnehmen kann, um die Hochspannungsbatterie 14 aufzuladen. Dieser Befehl kann in den Arbeitszyklus des CTRLPLT-Signals integriert sein, das entsprechend vordefinierten Kriterien wie zum Beispiel bestimmten Formeln, die in den maßgeblichen rechtlichen Vorgaben definiert sind, in verfügbare Ampere aus dem elektrischen Netz umgewandelt werden kann. Zu diesem Zweck kann das CTRLPLT-Signal mithilfe von Pulsweitenmodulation (PWM) erzeugt werden. Das CTRLPLT-Signal kann außerdem eine Antwort von dem Fahrzeug 12 an die EVSE 24 bereitstellen, das sie darüber in Kenntnis setzt, dass das Fahrzeug 12 zum Aufnehmen einer Ladung bereit ist. Anschließend kann der Ladeprozess beginnen.
3 stellt ein vereinfachtes beispielhaftes Zeitablaufdiagramm eines CTRLPLT-Eingangssignals an die OBC 18 dar. Die EVSE 24 erzeugt das CTRLPLT-Signal üblicherweise als bipolares Signal. Das CTRLPLT-Signal kann anschließend an dem Eingang der OBC 18 gleichgerichtet werden, so dass es unipolar wird, wie in 3 veranschaulicht. Zu einem Zeitpunkt t0 ist die EVSE 24 mit dem Fahrzeug 12 verbunden. Die OBC 18 kann das CTRLPLT-Signal als statisches DC-Signal mit einer Amplitude V1 erkennen. Zum Zeitpunkt t1 kann die OBC 18 das CTRLPLT-Signal erkennen, das durch PWM mit einem Arbeitszyklus D gleich D₁ (%) erzeugt worden ist, wodurch angegeben wird, dass I₁ (Amp QMW) aus dem elektrischen Netz verfügbar ist. Zum Zeitpunkt t2 kann die OBC 18 bereit sein, einen Strom zum Laden der Hochspannungsbatterie 14 aufzunehmen. Zu diesem Zweck kann die OBC-Steuereinheit 36 in der Lage sein, einen Schalter S2 zu schließen. Dementsprechend ändert sich die Amplitude des CTRLPLT-Signals von V1 (z. B. etwa 9 V) zu V2 (z. B. etwa 6 V). Zum Zeitpunkt t3 ändert sich der Arbeitszyklus D des durch PWM erzeugten CTRLPLT-Signals in einen Wert D₂ (%), wodurch der OBC 18 angegeben wird, dass I₂ (Amp QMW) aus dem elektrischen Netz verfügbar ist. Wenn die OBC 18 nicht mehr bereit ist, Strom aus dem elektrischen Netz aufzunehmen, oder der Ladeprozess abgeschlossen ist, kann der Schalter S2 geöffnet werden. Infolgedessen kann sich die Amplitude des CTRLPLT-Signals von V2 zurück zu V1 ändern, wie zum Zeitpunkt t4 dargestellt.
Über das Bereitstellen der obigen Daten hinaus kann das CTRLPLT-Signal auch dazu verwendet werden, zusätzliche Funktionen durchzuführen, wie zum Beispiel das Fahrzeug 12 aus einem Ruhemodus (oder einem Modus eines niedrigen Ruhestroms) zu aktivieren). Bei einem herkömmlichen Fahrzeug trägt der Ruhemodus dazu bei, den Zustand der Niederspannungsbatterie (z. B. der 12-V-Batterie) zu erhalten, die die Teilsysteme des Fahrzeugs mit Leistung versorgt. Wenn das Fahrzeug nicht fährt, empfängt die Niederspannungsbatterie keine Ladung von einem Wechselstromgenerator, und die elektrische Anlage des Fahrzeugs kann sie vollständig entladen. Um dieses Problem zu bewältigen, kann das Fahrzeug, wenn es während langer Zeiträume geparkt ist, in einen Modus geringen Stromverbrauchs versetzt werden, der häufig als Ruhemodus bezeichnet wird. Wenn der Benutzer im Begriff ist, das Fahrzeug zu öffnen oder zu fahren, werden spezifische Eingangssignale dazu verwendet, das Fahrzeug zu aktivieren und den Ruhemodus zu verlassen. Zu einigen Beispielen für Signale, die dazu verwendet werden, das Aufweckereignis auszulösen, zählen Eingangssignale eines schlüssellosen Einstiegs, eines Öffnens einer Tür oder einer Diebstahlwarnanlage.
Bei einem Plug-in-Elektrofahrzeug wie zum Beispiel dem Fahrzeug 12 wird ein Aufweckereignis benötigt, wenn das Fahrzeug 12 geparkt ist und ein Benutzer die EVSE 24 in das Fahrzeug einsteckt, um seine Hochspannungsbatterie 14 neu aufzuladen. Gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen kann das CTRLPLT-Signal dazu verwendet werden, das Aufweckereignis auszulösen. Damit kann das gesamte Fahrzeug aus dem Ruhemodus aktiviert werden, in einen Lademodus eintreten und ein Laden der Hochspannungsbatterie 14 beginnen. Während des Ladeprozesses oder anschließend können mehrere Umstände oder Szenarien dazu führen, dass das Fahrzeug 12 mithilfe der typischen CTRLPLT-Aktivität vorübergehend oder dauerhaft in den Ruhemodus zurückkehrt, wofür im Folgenden Beispiele beschrieben werden:
Szenario A: Nachdem die Hochspannungsbatterie 14 vollständig neu aufgeladen worden ist, kann die OBC 18 die EVSE 24 darüber in Kenntnis setzen, dass keine weitere Ladung mehr aufgenommen wird, und dann das Fahrzeug 12 in den Ruhemodus versetzen. Die EVSE 24 kann das CTRLPLT-Signal weiterhin erzeugen, bis der Leitungssatz 20 von dem Fahrzeug 12 getrennt wird.
Szenario B: Wenn während des Ladeprozesses ein Ausfall des elektrischen Netzes auftritt, wird das CTRLPLT-Signal zu null, und der Ladeprozess wird angehalten. Die OBC 18 kann während eines vorgegebenen Zeitraums abwarten, ob das CTRLPLT-Signal wieder auftritt. Wenn das CTRLPLT-Signal nicht innerhalb des vorgegebenen Zeitraums wieder auftritt, kann die OBC 18 das Fahrzeug 12 in den Ruhemodus versetzen. Wenn das elektrische Netz wieder in Betrieb geht, kann das CTRLPLT-Signal anschließend wieder auftreten, und der Ladezyklus kann neu starten, wie in Szenario A beschrieben.
4a und 4b stellen beispielhafte Zeitablaufdiagramme dar, die das Verhalten sowohl des CTRLPLT-Signals als auch eines Aktivierung-durch-CTRLPLT-Signals (d. h. eines Aufwecksignals an die OBC) veranschaulicht, die von der OBC-Steuereinheit 36 benötigt werden, um sie und das Fahrzeug 12 gemäß den Szenarien A bzw. B aus dem Ruhemodus zu aktivieren. Beispielsweise stellt 4a ein CTRLPLT-Signal, ein Aufwecksignal an die OBC und eine entsprechende OBC-Aktivierung für einen typischen Ladezyklus dar, wie oben in Szenario A beschrieben. 4b stellt ein CTRLPLT-Signal, ein Aufwecksignal an die OBC und eine entsprechende OBC-Aktivierung für einen Ladezyklus dar, der unterbrochen und neu gestartet wird, wie oben in Szenario B beschrieben. Das Aufwecksignal an die OBC, das aus dem CTRLPLT-Signal erzeugt wird, wird zur Veranschaulichung mit negativer Logik dargestellt. Es kann jedoch abhängig von jeweiligen OBC-Implementierungen auch mit positiver Logik erzeugt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Anmeldung abzuweichen. Üblicherweise benötigen OBCs lediglich eine steigende oder fallende Flanke an ihrem Aktivierung-durch-CTRLPLT-Eingang.
Ladestationen für Plug-in-Elektrofahrzeuge mit mehreren Koppelstellen und EV-SEs, die Batterieladedienste für mehrere Fahrzeuge anbieten, schaffen neue Anwendungsfälle jenseits der beispielhaften, die oben im Hinblick auf Szenario A und Szenario B beschrieben worden sind. Ein solcher Fall ist der sogenannte „verzögerte Lademodus“, der im Folgenden als Szenario C beschrieben wird. 4c veranschaulicht ein beispielhaftes Zeitablaufdiagramm, das das Signal und das beabsichtigte OBC-Verhalten während des verzögerten Lademodus darstellt.
Szenario C: Die EVSE 24 kann beginnen, das CTRLPLT-Signal an die OBC zu erzeugen, und in irgendeinem Augenblick unterbricht die EVSE den Ladeprozess vorübergehend, indem sie das CTRLPLT-Signal auf „anhaltend hoch“ festlegt (z. B. die konstante V1, die am Eingang der OBC auftritt). Die EVSE 24 kann den Ladeprozess zum Beispiel aufgrund einer geringeren verfügbaren Kapazität des elektrischen Netzes oder aus einem anderen angemessenen Grund unterbrechen. Infolgedessen kann die OBC 18 einen vorgegebenen Zeitraum lang abwarten, um zu überprüfen, dass der verzögerte Lademodus angefordert worden ist, und geht zusammen mit dem übrigen Fahrzeug 12 in den Ruhemodus über. Nur wenn das CTRLPLT-Signal als PWM-Signal wieder auftritt, wird die OBC aktiv, und der Batterieladeprozess wird fortgesetzt.
Während des Ruhemodus muss eine Schaltung, die die Aufweckimpulse an die OBC erzeugt, aktiv bleiben und auf gültige Aufweckereignisse warten, die aus dem Verhalten des CTRLPLT-Signals abgeleitet werden (wie z. B. in den Szenarien A, B oder C oder einer beliebigen sonstigen Kombination daraus beschrieben). Dementsprechend sollte eine solche Schaltung so konzipiert werden, dass sie eine äußerst geringe Leistungsaufnahme aufweist, so dass ihre eigene Leistungsaufnahme von der Niederspannungsbatterie von dem Fahrzeugkonstrukteur entweder zu vernachlässigen oder hinnehmbar ist. Vorherige Schaltungslösungen zum Erzeugen der Aufweckimpulse an die OBC sind nicht optimal, da sie das Szenario C nicht ohne zusätzliche Hardware- oder Software-Ressourcen verarbeiten können (d. h. sie sind nicht in der Lage, erneut aktiv zu werden, wenn das CTRLPLT auf „hoch“ festgelegt wird) oder sie zu viel Ruhestrom aufnehmen oder beides.
Zurück auf 2 Bezug nehmend, wird eine Aktivierung-durch-CTRLPLT-Schaltung 38 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung funktional zwischen dem CTRLPLT-Eingang in die OBC und der OBC-Steuereinheit 36 dargestellt. Wie dargestellt, kann die Aktivierung-durch-CTRLPLT-Schaltung 38 dauerhaft mit der Niederspannungsbatterie 26 verbunden sein und kann die Aufwecksignalimpulse (d. h. das Aufwecksignal an die OBC) an die OBC-Steuereinheit 36 gemäß den Szenarien A, B oder C oder einer beliebigen Kombination davon erzeugen, um zu bewirken, dass diese den Ruhemodus verlässt.
5 ist ein vereinfachtes, beispielhaftes Blockschaubild der Aktivierung-durch-CTRLPLT-Schaltung 38 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung. Wie dargestellt, kann die Aktivierung-durch-CTRLPLT-Schaltung 38 mehrere Teilschaltungen beinhalten. Beispielsweise kann die Aktivierung-durch-CTRLPLT-Schaltung 38 ein Eingangsdämpfungsglied 40, einen PWM-Detektor 42, einen Spitzenwertdetektor 44 und/oder einen Flankendetektor 46 beinhalten. Das Eingangsdämpfungsglied 40 kann die Spannungspegel am Eingang der Schaltung (z. B. üblicherweise maximal 9 V) auf niedrigere Maximalpegel anpassen, die von dem folgenden Block oder den folgenden Blöcken benötigt werden (z. B. üblicherweise maximal 5 V).
Der PWM-Detektor 42 kann Ausgangsimpulse nur dann erzeugen, wenn es sich bei der CTRLPLT-Eingabe um ein PWM-Signal handelt. Wenn es sich bei dem CTRLPLT-Eingangssignal um eine statische DC-Spannung (z. B. entweder 0 V oder 5 V) handelt, kann die PWM-Detektorausgabe gleich null sein. Der PWM-Detektor 42 kann dazu beitragen, während des Ladeprozesses beim Überwachen des CTRLPLT-Signals eine aktive Phase von einer passiven zu trennen. Gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung kann der PWM-Detektorblock 42 intern mit einer logischen Schaltung synthetisiert werden, deren Eingaben das CTRLPLT-Signal und eine verzögerte Version des CTRLPLT-Signals sind. Beispielsweise kann die logische Schaltung ein Exclusive-OR(XOR)-Gatter beinhalten.
Der Spitzenwertdetektor 44 kann die maximale PWM-Detektorausgabe empfangen, wenn sich wiederholende Impulse erzeugt werden. Dabei kann der Spitzenwertdetektor 44 den Hochfrequenzanteil der PWM-Detektorausgabe entfernen, so dass das resultierende Signal aus dem Spitzenwertdetektor entsprechend dem Nichtvorhandensein oder dem Vorhandensein eines gültigen PWM-Signals in der CTRLPLT-Eingabe entweder 0 V oder 5 V DC beträgt. Der Detektor 46 der steigenden Flanke kann resultierende Aufweckimpulse nur bei einem Übergang von 0 V zu 5 V am Ausgang des Spitzenwertdetektors 44 erzeugen (d. h. in dem CTRLPLT-Signal beginnt eine neue Sitzung mit aktiver PWM).
Die Aktivierung-durch-CTRLPLT-Schaltung 38 kann außerdem die Leistungsquelle 30 niedrigerer Spannung beinhalten. Wie in 5 dargestellt, kann es sich bei der Leistungsquelle 30 niedrigerer Spannung um einen Regler für niedrigere Spannungen wie zum Beispiel einen 5-V-Spannungsregler handeln, der die Eigenschaft eines geringen Ruhestromverbrauchs aufweist. Bei der Leistungsquelle 30 niedrigerer Spannung kann es sich um eine dedizierte Leistungsversorgung für den PWM-Detektor 42 handeln. Darüber hinaus kann die Leistungsquelle 30 niedrigerer Spannung stets aktiv sein (d. h. sowohl während des Ruhemodus wie auch während des Aufweckmodus). Demzufolge kann es sich bei der Leistungsquelle 30 niedrigerer Spannung um eine Vorrichtung mit äußerst geringem Ruhestromverbrauch handeln. Ansonsten kann sich ihr Stromverbrauch auf den Ruhestromverbrauch des Fahrzeugs insgesamt im Ruhemodus äußerst negativ auswirken. Bei dem PWM-Detektor 42 kann es sich gleichermaßen um eine Vorrichtung mit geringem Ruhestromverbrauch handeln, da er ebenfalls während des Ruhemodus aktiv sein kann.

Claims

Bordbatterie-Ladesystem (37) für ein Fahrzeug (12), das umfasst: eine Ladeeinheit (34), die einen Leistungswandler beinhaltet, der in der Lage ist, Energie, die durch eine externe Leistungsversorgung (22) geliefert wird, während eines Batterieladevorgangs in eine nutzbare Form zum Laden einer Hochspannungsbatterie (14) umzuwandeln; eine Steuereinheit (36), die mit der Ladeeinheit (34) zum Überwachen und Steuern des Batterieladevorgangs in einer Datenaustauschverbindung steht; und eine Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38), die durch eine Niederspannungs-Leistungsquelle (30) mit Leistung versorgt wird und mit einer Eingangsseite der Steuereinheit (36) verbunden ist, wobei die Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38) einen Eingang zum Empfangen eines Steuerpilotsignals aufweist und zum Ausgeben eines Aufwecksignalimpulses konfiguriert ist, um die Steuereinheit (36) aus einem Ruhemodus zu aktivieren, wobei die Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38) einen Pulsweitenmodulations (PWM)-Detektor (42) beinhaltet, der Signalimpulse ausgibt, wenn das Steuerpilotsignal einer Pulsweitenmodulation unterzogen wird, wobei die Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38) einen Spitzenwertdetektor (44) beinhaltet, der in der Lage ist, ein DC-Signal niedrigerer Spannung auszugeben, wenn der PWM-Detektor (42) Signalimpulse ausgibt, und wobei die Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38) zudem einen Detektor (46) einer steigenden Flanke beinhaltet, der in der Lage ist, den Aufwecksignalimpuls bei einem Übergang von null zu dem DC-Signal niedrigerer Spannung an dem Spitzenwertdetektorausgang (44) auszugeben.
System nach Anspruch 1, wobei das Steuerpilotsignal eine gültige Verbindung mit der externen Leistungsversorgung (22) und einen Höchststrom angibt, der von einem Leistungsnetz eines Elektrizitätswerks aufgenommen werden kann.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38) den Aufwecksignalimpuls erzeugt, wenn das Steuerpilotsignal von einer statischen DC-Spannung ungleich null zu einem aktiven PWM-Signal übergeht.
System nach Anspruch 3, wobei die Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38) bei einem anfänglichen Erkennen des Steuerpilotsignals des Weiteren den Aufwecksignalimpuls erzeugt.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Steuereinheit (36) des Weiteren in der Lage ist, eine Verbindung zu der externen Leistungsversorgung (22) zu erkennen.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der PWM-Detektor (42) eine logische Schaltung beinhaltet, die einen ersten Eingang zum Empfangen des Steuerpilotsignals und einen zweiten Eingang zum Empfangen eines verzögerten Steuerpilotsignals aufweist.
System nach Anspruch 6, wobei es sich bei der logischen Schaltung um ein Exclusive-OR-Gatter handelt.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Ausgabe aus dem PWM-Detektor (42) gleich null ist, wenn es sich bei dem Steuerpilotsignal um eine statische DC-Spannung handelt.
System nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei die Ausgabe des Spitzenwertdetektors (44) gleich null ist, wenn die Ausgabe des PWM-Detektors (42) gleich null ist.
Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38) zum Erzeugen eines Aufwecksignalimpulses an eine Steuereinheit (36) für ein Bordbatterie-Ladesystem (37), das in einem Fahrzeug (12) bereitgestellt wird, wobei die Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38) aufweist: einen Eingang zum Empfangen eines Steuerpilotsignals; einen Pulsweitenmodulations(PWM)-Detektor (42), der Signalimpulse ausgibt, wenn das Steuerpilotsignal einer Pulsweitenmodulation unterzogen wird; einen Spitzenwertdetektor (44), der mit einer Ausgangsseite des PWM-Detektors (42) verbunden ist, wobei der Spitzenwertdetektor (44) in der Lage ist, ein DC-Signal niedrigerer Spannung auszugeben, wenn der PWM-Detektor (42) Signalimpulse ausgibt; und einen Flankendetektor (46), der mit einer Ausgangsseite des Spitzenwertdetektors (44) verbunden ist, wobei der Flankendetektor (46) in der Lage ist, den Aufwecksignalimpuls bei einem Übergang von null zu dem DC-Signal niedrigerer Spannung an dem Spitzenwertdetektorausgang auszugeben.
Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung nach Anspruch 10, wobei das Steuerpilotsignal eine gültige Verbindung mit einer externen Leistungsversorgung (22) und einen Höchststrom angibt, der von einem Leistungsnetz eines Elektrizitätswerks aufgenommen werden kann.
Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38) den Aufwecksignalimpuls erzeugt, wenn das Steuerpilotsignal von null zu einem beliebigen aktiven Signal übergeht und wenn das Steuerpilotsignal von einer statischen DC-Spannung ungleich null zu einem aktiven PWM-Signal übergeht.
Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der PWM-Detektor (42) ein logisches Gatter beinhaltet, das einen ersten Eingang zum Empfangen des Steuerpilotsignals und einen zweiten Eingang zum Empfangen eines verzögerten Steuerpilotsignals aufweist.
Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung nach Anspruch 13, wobei es sich bei dem logischen Gatter um ein Exclusive-OR-Gatter handelt.
Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, die des Weiteren eine Leistungsquelle (30) niedrigerer Spannung aufweist, die in der Lage ist, den PWM-Detektor (42) mit Leistung zu versorgen.
Bordbatterie-Ladesystem (37), das in einem Fahrzeug (12) vorgesehen ist, umfassend: die Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38) nach einem der Ansprüche 10 bis 15; eine Ladeeinheit (34), die mit einer Hochspannungsbatterie (14) in dem Fahrzeug (12) verbunden ist und die in der Lage ist, die Hochspannungsbatterie (14) aufzuladen, wenn sie mit einer Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtung (EVSE) (24) verbunden ist; und die Steuereinheit (36), wobei die Aktivierung-durch-Steuerpilot-Schaltung (38) mit einer Eingangsseite der Steuereinheit (36) verbunden ist, wobei die Aktivierung-durch Steuerpilot-Schaltung (38) zum Ausgeben des Aufwecksignalimpulses an die Steuereinheit (36) konfiguriert ist, um die Steuereinheit (36) aus einem Ruhemodus zu aktivieren.