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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nr.
61/703,314 , die am 20. September 2012 eingereicht wurde und die durch Bezugnahme hier mit aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft das Versorgen von kritischen elektrischen Lasten bei elektrischen Fehlern, wenn ein Fehlerbetrieb-System aktiviert ist.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit. Folglich sind diese Aussagen nicht dazu gedacht, eine Anerkennung des Standes der Technik zu bilden.
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Autonome Fahrsysteme und Systeme mit eingeschränkter Fähigkeit zum autonomen Fahren auf Schnellstraßen (FLAAD-Systeme, FLAAD von freeway limitedablity autonomous driving) verwenden Eingaben mit Bezug auf die Straße, die Umgebung und andere Fahrbedingungen, um Drosselklappen-, Bremsen- und Lenkungsmechanismen automatisch zu steuern. Zum Ersetzen des menschlichen Geistes als Kontrollmechanismus beim Betreiben des Fahrzeugs ist eine genaue Schätzung und Identifikation einer klaren Strecke, über die ein Kraftfahrzeug fahren soll, wünschenswert.
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Bei jedem autonomen Fahrsystem ist es wünschenswert, dass zum Aufrechterhalten des Betriebs des Fahrzeugs kritische elektrische Lasten, wenn das autonome Fahren aktiviert ist, bei Fehlern in einer beliebigen der elektrischen Leistungsquellen oder einer beliebigen der Leistungsverteilungsstrecken eine Zeitspanne lang, z.B. 5 Sekunden, mit nicht unterbrochener Leistung versorgt werden, so dass geeignete Controller, die den kritischen elektrischen Lasten zugeordnet sind, während der Zeitspanne weiterhin funktionieren.
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Die kritischen elektrischen Lasten können Lasten eines Fehlerbetrieb-Systems (FOS-Lasten, FOS von fail operation system) enthalten, das Controller zum Betreiben verschiedener Aktoren und Systeme mit Leistung versorgt, welche für das autonome Fahren benötigt werden, z. B. wenn ein FLAAD-Modus aktiviert ist. Es ist gefordert, dass die FOS-Lasten im Fehlerfall betriebsfähig bleiben und eine redundante Leistungszufuhr auch bei elektrischen Fehlern im elektrischen System mindestens 5 Sekunden lang empfangen. Wenn der FLAAD-Modus aktiviert ist, wird eine ununterbrochene Fehlerdiagnose überwacht, um die Existenz beliebiger Fehler im elektrischen System zu detektieren. Wenn während des autonomen Fahrens, d.h. wenn der FLAAD-Modus aktiviert ist, ein Fehler detektiert wird, ist das Fahrzeug ausgestaltet, um temporär auf Spurhaltung umzuschalten, und es benötigt eine unmittelbare Übernahme der Kontrolle durch den Fahrer. Folglich hält das Fahrzeug wünschenswerterweise während der Übernahme der Kontrolle durch den Fahrer die Seiten/Längsrichtung mindestens eine vorbestimmte Zeitspanne lang aufrecht, z.B. 5 Sekunden lang.
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Es ist beispielsweise bekannt, Reserveleistung unter Verwendung zusätzlicher Batterien oder Ultrakondensatoren für jede FOS-Last bereitzustellen, wenn ein Leistungsverlust detektiert wird. Zusätzliche Batterien oder Ultrakondensatoren erhöhen die Masse und vergrößern die Packungsgröße jeder FOS-Last; sie erhöhen die Kosten, wenn sie zum individuellen Versorgen jeder FOS-Last ausgelegt sind; und sie versorgen nicht das gesamte elektrische System oder alle Controller des Fahrzeugs, sondern sie versorgen nur diejenigen FOS-Lasten, denen die zusätzlichen Batterien oder Ultrakondensatoren zugeordnet sind.
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Die Druckschrift
EP 1 685 017 B1 offenbart ein Lenksystem mit mindestens zwei elektrischen Einheiten, die jeweils mit einer eigenen redundanten Stromversorgung verbunden sind.
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In der Druckschrift
DE 199 21 451 C1 ist ein Mehrspannungsbordnetz zur Versorgung elektrisch betriebener Verbraucher bei Kraftfahrzeugen offenbart, wobei jedem mit unterschiedlichen Spannungen betriebenen Bordnetzkreis bestimmte Verbraucher zugeordnet sind. Es sind Überkreuz-Schaltungsmittel vorgesehen, die bei Ausfall oder Störung eines Bordnetzkreises selbstständig eine Versorgung der am ausgefallenen Bordnetzkreis angeschlossenen Verbraucher aus einem der anderen Bordnetzkreise sicherstellen.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 005 236 A1 offenbart ein Fahrzeug mit mehreren elektrischen Lasten, einer Stromquelle, einem zwischen die Stromquelle und die Lasten geschalteten Bordnetz und einer Steuervorrichtung. Ausgewählte Lasten sind an je zwei Bordnetzknoten direkt derart angeschlossen, dass sie bei Ausfall eines der direkt angeschlossenen Knoten über den jeweils anderen direkt angeschlossenen Knoten mit Strom versorgt werden können.
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In der Druckschrift
DE 10 2011 084 534 A1 ist eine fehlersichere Parkbremse mit einem elektronischen Steuergerät für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs offenbart. Mindestens zwei unabhängigen Recheneinheiten ist jeweils eine Stromversorgung zugeordnet, welche Spannungswandler, Sicherungen, Batterien und/oder Generatoren umfasst, sodass auch bei einer Störung der Energieversorgung noch ein Zuspannen der Parkbremse erfolgen kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Verfahren zum Betreiben eines Fehlerbetrieb-Stromversorgungssystems für ein Fahrzeug umfasst, dass Spannungen an ersten und zweiten Leistungsverteilungsstrecken, die parallel angeordnet sind, überwacht werden. Jede Strecke enthält einen jeweiligen ersten oder zweiten Isolatorschalter, der bewirkt, wenn er in einem geschlossenen Zustand betrieben wird, dass die jeweilige Strecke von einer jeweiligen Energiespeichervorrichtung mit Leistung versorgt wird, um einer oder mehreren Lasten, die auf jeder der Strecken verteilt sind, elektrische Leistung zuzuführen. Es wird ein dritter Isolatorschalter überwacht, der zwischen offenen und geschlossenen Zuständen gesteuert betrieben werden kann. Der geschlossene Zustand des dritten Isolatorschalters verbindet die Strecken und der offene Zustand öffnet die Verbindung zwischen den Strecken. Wenn ein vorbestimmter Betriebsmodus, der Leistung benötigt, die im Fehlerfall verfügbar ist, aktiviert ist, wird der dritte Isolatorschalter in den offenen Zustand gesteuert, wenn mindestens eine der überwachten Spannungen eine Referenzspannung verletzt, und er wird in den geschlossenen Zustand gesteuert, wenn keine der überwachten Spannungen die Referenzspannung verletzt.
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Figurenliste
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Nun werden eine oder mehrere Ausführungsformen anhand von Beispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 ein beispielhaftes Fehlerbetrieb-Stromversorgungssystem (FOPS) gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, das zwei parallele Leistungsverteilungsstrecken enthält, die jeweils von einer unabhängigen elektrischen Quelle zum Liefern elektrischer Leistung an kritische Lasten, welche auf die zwei parallelen Leistungsverteilungsstrecken verteilt sind, mit Leistung versorgt werden;
- 2 einen Isolatorschaltercontroller 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht, der spezielle Betriebsbedingungen des Fahrzeugs bewertet, um ein Steuerungssignal zum Steuern erster, zweiter und dritter Isolatorschalter 1 - 3 von 1 zwischen offenen und geschlossenen Zuständen zu erzeugen;
- 3 ein beispielhaftes Flussdiagramm 300 zum Bewerten des FOPS 100 von 1, um das Steuerungssignal 212 von 2 zum Steuern des Isolatorschalters 3 zwischen offenen und geschlossenen Zuständen gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
- 4 eine beispielhafte Aufzeichnung in Ansprechen auf eine Fahrzeugsystemspannung gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, die die Arbeitsweise des FOPS 100 von 1 veranschaulicht, wenn ein vorbestimmter Betriebsmodus aktiviert ist;
- 5 einen Schaltplan des Isolatorschalters 3 und des ersten und zweiten Schalters 1 bzw. 2 von 1, der eine Stromversorgungsschaltung und jeweilige Treiberschaltungen enthält, gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
- 6 einen Schaltplan einer beispielhaften Spannungsfesthalteschaltung mit Bezug auf die Spannungsfesthalteschaltungen 460 und 462 von 5 gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug nun auf die Zeichnungen, bei denen das Gezeigte nur zum Zweck der Darstellung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zum Zweck des Begrenzens derselben gedacht ist, veranschaulicht 1 ein beispielhaftes Fehlerbetrieb-Stromversorgungssystem (FOPS) 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung, das zwei parallele Leistungsverteilungsstrecken enthält, die jeweils von einer unabhängigen Leistungsquelle zum Liefern von elektrischer Leistung an kritische Lasten, die auf die zwei parallelen Leistungsverteilungsstrecken verteilt sind, mit Leistung versorgt werden. Das FOPS 100 enthält die erste Leistungsquelle 11 und die zweite Leistungsquelle 12. Der Begriff „unabhängige Leistungsquelle“ kann eine Leistungsquelle bezeichnen, welche die Fähigkeit aufweist, während einer nicht normalen Bedingung, etwa bei einem elektrischen Fehler im FOPS, Leistung unabhängig bereitzustellen. Die erste unabhängige Leistungsquelle 11 enthält eine erste Energiespeichervorrichtung (ESD), z.B. entweder eine 12 V-Batterie oder Ultrakondensatoren, beide mit einem optionalen DC/DC-Umsetzer, und ist über die erste Leistungsverteilungsstrecke 50 durch einen ersten Isolatorschalter 1 mit einem ersten elektrischen Mittelpunkt 20 elektrisch gekoppelt. Der erste Isolatorschalter 1 bewirkt, wenn er in einem geschlossenen Zustand betrieben wird, dass die erste Leistungsverteilungsstrecke 50 über eine erste Verbindungsstrecke 53 durch die erste unabhängige Leistungsquelle 11 mit Leistung versorgt wird. Die zweite unabhängige Leistungsquelle 12 enthält eine zweite ESD, z.B. eine 12 V-Batterie oder Ultrakondensatoren, beide mit einem optionalen DC/DC-Umsetzer, die durch einen zweiten Isolatorschalter 2 über die zweite Leistungsverteilungsstrecke 52 mit einem zweiten elektrischen Mittelpunkt 22 elektrisch gekoppelt ist. Der zweite Isolatorschalter 2 bewirkt, wenn er in einem geschlossenen Zustand betrieben wird, dass die zweite Leistungsverteilungsstrecke 52 über eine zweite Verbindungsstrecke 54 durch die zweite unabhängige Leistungsquelle 12 mit Leistung versorgt wird. Folglich enthält das FOPS 100 zwei Energiespeichervorrichtungen, die jeweils Leistung nur für eine jeweilige Leistungsverteilungsstrecke liefern. Bei einer Ausführungsform kann ein Starter 14 von der ersten unabhängigen Leistungsquelle 11 mit Leistung versorgt werden. In Betracht gezogene Ausführungsformen umfassen, dass die zweite unabhängige Leistungsquelle 12 niemals als Leistungsquelle für Fahrzeuglasten verwendet wird, außer wenn die Durchführung von Diagnosen angefordert wird oder wenn angefordert wird, FOPS-Vorrichtungen mit Leistung zu versorgen, wenn eine nicht normale Bedingung detektiert wird. Der Begriff „nicht normale Bedingung“ kann, so wie er hier verwendet wird, einen elektrischen Fehler in einer der ersten und zweiten unabhängigen Leistungsquellen 11 bzw. 12 und/oder in einer der ersten und zweiten Leistungsverteilungsstrecken 50 bzw. 52 bezeichnen. Über die erste Leistungsverteilungsstrecke 50 kann ein elektrischer Generator 10, der Leistung mit 12 V liefert und häufig als 12 V-Generator in herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor (ICE-Fahrzeugen) oder als Hochspannungs-DC/DC-Umsetzer in Hybridelektrofahrzeugen (HEVs) eingesetzt wird, mit dem ersten elektrischen Mittelpunkt 20 elektrisch gekoppelt sein. Ein DC/DC-Umsetzer 23 liefert Leistung an elektronische Steuerungseinheiten des FOS. Die unabhängigen Leistungsquellen 11 und 12 enthalten jeweils einen integrierten Batteriesensor (IBS) 9 und 13 zum Unterstützen von Diagnosen. Die IBS 9 und 13 können den Strom und die Spannung der jeweiligen Leistungsquelle messen. Entsprechend können die IBS ausgewertet werden, um Zustände der jeweiligen Leistungsquelle zu bestimmen, welche den Ladezustand (SOC), den Gesundheitszustand (SOH) und den Funktionszustand (SOF) umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Es ist festzustellen, dass einige Berechnungen innerhalb der IBS 9 und 13 sowie innerhalb anderer elektronischer Steuerungseinheiten, die der Leistungsquelle zugeordnet sind, durchgeführt werden können. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird die elektrische Leistung, die dem zweiten elektrischen Mittelpunkt 22 von der zweiten unabhängigen Leistungsquelle 12 zugeführt wird, durch den DC/DC-Umsetzer 23 verstärkt, um einen Betrieb bei niedrigen Temperaturen zu unterstützen.
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Das FOPS 100 enthält ferner erste und zweite Spannungsdetektoren 30 bzw. 32. Wenn ein vorbestimmter Betriebsmodus aktiviert ist, der Leistung benötigt, die im Fehlerfall verfügbar ist, können der erste und zweite Spannungsdetektor 30, 32 jeweils zum Detektieren einer nicht normalen Bedingung ausgestaltet sein, wie z.B. eines elektrischen Fehlers in einer der ersten und zweiten unabhängigen Leistungsquellen 11 bzw. 12 und/oder in der ersten und zweiten parallelen Leistungsverteilungsstrecke 50 bzw. 52. Der Begriff „vorbestimmter Betriebsmodus, der Leistung benötigt, die im Fehlerfall verfügbar ist“ bezeichnet, so wie er hier verwendet wird, einen beliebigen Betriebsmodus des Fahrzeugs, der beim Vorhandensein eines Leistungsfehlers, etwa bei der Detektion der hier erörterten nicht normalen Bedingung, den Betrieb aufrechterhalten muss. Es versteht sich, dass der Begriff „vorbestimmter Betriebsmodus“ impliziert, dass Leistung benötigt wird, die im Fehlerfall verfügbar ist. Der vorbestimmte Betriebsmodus kann einen autonomen Fahrmodus, einen halbautonomen Betriebsmodus und einen Modus mit eingeschränkter Fähigkeit zum autonomen Fahren auf Schnellstraßen (FLAAD-Modus) umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Begriff „FLAAD-Modus“ kann, so wie er hier verwendet wird, einen Betrieb des Fahrzeugs in entweder dem halbautonomen Fahrmodus oder dem autonomen Fahrmodus auf einer Schnellstraße bezeichnen. Der erste Spannungsdetektor 30 kann die nicht normale Bedingung der ersten Leistungsverteilungsstrecke 50 während des vorbestimmten Betriebsmodus bestimmen. Beispielsweise überwacht der erste Spannungsdetektor 30 eine erste Spannung auf der ersten Leistungsverteilungsstrecke 30 und vergleicht die überwachte erste Spannung mit einer Referenzspannung. Wenn die überwachte erste Spannung die Referenzspannung verletzt, kann die nicht normale Bedingung detektiert werden. Der zweite Spannungsdetektor 32 kann die nicht normale Bedingung an der zweiten Leistungsverteilungsstrecke 52 während des vorbestimmten Betriebsmodus feststellen. Beispielsweise überwacht der zweite Spannungsdetektor 32 eine zweite Spannung auf der zweiten Leistungsverteilungsstrecke 32 und vergleicht die überwachte zweite Spannung mit der Referenzspannung. Wenn die überwachte zweite Spannung die Referenzspannung verletzt, kann die nicht normale Bedingung detektiert werden. Bei einer Ausführungsform kann die Referenzspannung einen ersten Spannungsbereich enthalten, wenn ein dritter Isolatorschalter 3 in einem geschlossenen Zustand betrieben wird. Bei einem Beispiel, das nicht einschränken soll, kann der erste Spannungsbereich eine erste untere Grenze von 10 V und eine erste obere Grenze von 16 V aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Referenzspannung einen zweiten Spannungsbereich enthalten, wenn der dritte Isolatorschalter 3 in einem offenen Zustand betrieben wird, d.h. im Anschluss an die Detektion der nicht normalen Bedingung. Bei einem Beispiel, das nicht einschränken soll, kann der zweite Spannungsbereich eine zweite untere Grenze von 10,5 V und eine zweite obere Grenze von 15,5 V aufweisen. Folglich ist die zweite untere Grenze größer als die erste untere Grenze und die zweite obere Grenze ist kleiner als die erste obere Grenze. Mit anderen Worten befindet sich der zweite Spannungsbereich innerhalb des ersten Spannungsbereichs.
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Jede von mehreren Fehlerbetrieb-Systemlasten (FOS-Lasten) 40, 42, 44 ist auf die erste und zweite Leistungsverteilungsstrecke 50 bzw. 52 verteilt. Obwohl das FOPS 100 von 1 erste, zweite und dritte FOS-Lasten 40, 42, 44 darstellt, kann das FOPS 100 eine beliebige Anzahl von FOS-Lasten enthalten und ist nicht auf drei FOS-Lasten beschränkt. FOS-Lasten können Anzeigemodule, Bremsenmodule und Kameramodule zur Objektdetektion und zur klaren Streckenbestimmung enthalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Einfach ausgedrückt versorgen die FOS-Lasten 40, 42, 44 Controller zum Betreiben verschiedener Aktoren und Systeme, die zum autonomen Fahren benötigt werden, z.B. wenn ein FLAAD-Modus aktiviert ist. Der erste elektrische Mittelpunkt 20 ist ausgestaltet, um unter normalen Bedingungen einen Teil der benötigten Last von der ersten unabhängigen Leistungsquelle 11 (z.B. der ersten ESD) über die erste Leistungsverteilungsstrecke 50 an jede der FOS-Lasten 40, 42, 44 zu verteilen. Gleichermaßen ist der zweite elektrische Mittelpunkt 20 ausgestaltet, um einen verbleibenden Teil der benötigten Last von der zweiten unabhängigen Leistungsquelle 12 (z.B. der zweiten ESD) über die zweite Leistungsverteilungsstrecke 52 an jede der FOS-Lasten 40, 42, 44 zu verteilen. Bei einer Ausführungsform verteilt der erste elektrische Mittelpunkt 20 über die erste Leistungsverteilungsstrecke 50 die Hälfte der benötigten Last an jede der FOS-Lasten 40, 42, 44, und der zweite elektrische Mittelpunkt 22 verteilt die andere Hälfte der benötigten Last über die zweite Leistungsverteilungsstrecke 52 an jede der FOS-Lasten 40, 42, 44. Der Begriff „normale Bedingungen“ bezeichnet, so wie er hier verwendet wird, Bedingungen, bei denen der vorbestimmte Fahrmodus, z.B. der FLAAD-Modus, nicht aktiviert ist, oder bei denen die nicht normale Bedingung nicht detektiert wird, wenn der vorbestimmte Fahrmodus aktiviert ist. Bei diesen „normalen Bedingungen“ ist der dritte Isolatorschalter 3 immer geschlossen, d.h. der Isolatorschalter 3 wird immer in einem geschlossenen Zustand betrieben. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird der vorbestimmte Betriebsmodus, der den FLAAD-Modus enthält, nur aktiviert, wenn zu Beginn verifiziert wird, dass beide unabhängigen Leistungsquellen 11 und 12 einen guten SOH aufweisen. Bei einer Ausführungsform kann der gute SOH umfassen, dass der SOH einen Ladezustand (SOC) von mindestens 90 % aufweist. Beispielsweise kann der SOC sowohl der ersten als auch der zweiten unabhängigen Leistungsquelle 11 bzw. 12 überwacht und mit einem SOC-Schwellenwert verglichen werden, wobei das Aktivieren des FLAAD-Modus nur zugelassen wird, wenn sich jeder der überwachten SOCs der ersten und zweiten Leistungsquelle 11 bzw. 12 mindestens bei dem SOC-Schwellenwert befindet. Bei einem Beispiel, das nicht einschränken soll, beträgt der SOC-Schwellenwert 90 %. Die FOS-Lasten 40, 42, 44 sind so entworfen, dass sie sich in Zeitspannen, in denen die Referenz verletzt wird, eine vorbestimmte Zeit lang (z.B. 100 Mikrosekunden) nicht zurücksetzen.
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Der dritte Isolatorschalter 3 ist ausgestaltet, um die parallelen Leistungsverteilungsstrecken 50 und 52 über eine dritte Verbindungsstrecke 51 zu verbinden, wenn der dritte Isolatorschalter 3 im geschlossenen Zustand betrieben wird. Der dritte Isolatorschalter 3 wird bei normalen Bedingungen mit Spannungsabfällen, die kleiner als ein vorbestimmter Wert sind, in dem geschlossenen Zustand betrieben. Bei einem Beispiel, das nicht einschränken soll, beträgt der vorbestimmte Wert 100 mV. Wenn von mindestens einem der ersten und zweiten Spannungsdetektoren 30 bzw. 32 die nicht normale Bedingung im vorbestimmten Betriebsmodus detektiert wird, zwingt ein Steuerungssignal den dritten Isolatorschalter 3 zum Betrieb in einem offenen Zustand, der die Verbindung zwischen den Leistungsverteilungsstrecken 50 und 52 öffnet. Das Betreiben des dritten Isolatorschalters 3 im offenen Zustand ermöglicht, dass die benötigte Leistung an die FOS-Lasten 40, 42, 44 beim Vorhandensein der nicht normalen Bedingung mindestens eine Fehlerbetrieb-Zeitspanne lang, z.B. 5 Sekunden, geliefert wird, um für einen Betrieb in dem vorbestimmten Betriebsmodus zu sorgen, bis der Fahrzeugbediener die Kontrolle des Fahrzeugs übernimmt. Ein Isolatorschaltercontroller 200, der spezielle Betriebsbedingungen des Fahrzeugs bewertet, um das Steuerungssignal zum Steuern des dritten Isolatorschalters 3 zusammen mit dem ersten und zweiten Isolatorschalter 1 bzw. 2 zwischen offenen und geschlossenen Zuständen zu erzeugen, wird nachstehend mit Bezug auf 2 in größerem Detail erörtert. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist der dritte Isolatorschalter 3 eine stationäre Last von 160 A und eine transiente Last von 200 A auf.
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Der erste Isolatorschalter 1 wird vorzugsweise bei Kraftmaschinen-Autostartereignissen verwendet, um das FOPS 100 von Spannungsabfällen zu isolieren, die vom Starter 14 erzeugt werden. Der erste Isolatorschalter 1 kann in einem offenen Zustand betrieben werden, um eine Leerlaufspannung der ersten unabhängigen Leistungsquelle 11 bereitzustellen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist der erste Isolatorschalter 1 eine stationäre Last von 160 A und eine transiente Last von 200 A auf. Der zweite Isolatorschalter 2 kann verwendet werden, um die zweite unabhängige Leistungsquelle 12 bei Schlüssel-Ausschalt-Ereignissen von einem parasitären Fahrzeugstrom zu isolieren und um die zweite unabhängige Leistungsquelle 12 des Fahrzeugs beim Aufladen von einem Energieversorgungsnetz zu isolieren. Der zweite Isolatorschalter 2 kann ausgestaltet sein, um in einem geschlossenen Zustand zum Aufladen der zweiten unabhängigen Leistungsquelle 12 nur dann betrieben zu werden, wenn die Spannung des FOPS 100 größer als 13,2 V ist und kleiner als ein SOC von 90 %. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist der zweite Isolatorschalter 2 eine stationäre Last von 160 A und eine transiente Last von 275 A auf. Der zweite Isolatorschalter 2 kann ausgestaltet sein, um während eines Ladezyklus in einem offenen Zustand betrieben zu werden, wenn eine augenblickliche Spannung unter 13,2 V liegt, um ein Entladen und zyklisches Ein- und Ausschalten der zweiten unabhängigen Leistungsquelle 12 zu verhindern. Erste und zweite Dämpfungs- bzw. Begrenzungsschalter 4 bzw. 5 sind ausgestaltet, um Spannungen über einem vorbestimmten Pegel, z.B. 16 V, von Spannungsspitzen zu begrenzen, wenn der vorbestimmte Betriebsmodus aktiviert ist. Die Begrenzungsschalter 4 und 5 enthalten jeweils eine Spannungsfesthalteschaltung bzw. Spannungsklemmschaltung [engl.: voltage clamp circuit] an jeder Lastseite des dritten Isolatorschalters 3, um die Spannung in einem vorbestimmten Bereich zu halten, wenn der vorbestimmte Betriebsmodus, z.B. der FLAAD-Modus, aktiv und aktiviert ist. Eine beispielhafte Spannungsfesthalteschaltung wird mit Bezug auf 6 beschrieben. Ein Testlastschalter 6 und eine Testlast sind über der ESD der zweiten unabhängigen Leistungsquelle 12 vorgesehen, um deren SOH periodisch zu prüfen, wenn der zweite Isolatorschalter 2 im offenen Zustand betrieben wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weisen die Begrenzungsschalter 4 und 5 und der Testlastschalter 6 jeweils eine stationäre Last von 50 A und eine transiente Last von 200 A auf. Es ist festzustellen, dass die Schalter 1 - 6 und die Spannungsdetektoren 30 und 32 wie eine FOS-Last mit vollem Betrieb während einer Fehlerbetriebszeitspanne, z.B. 5 Sekunden, mit Leistung versorgt werden.
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Der Betrieb des Fahrzeugs kann außerdem den Betrieb der Isolatorschalter 1, 2 und 3, der Begrenzungsschalter 4 und 5 und des Testlastschalters 6 zwischen dem offenen und geschlossenen Zustand vorgeben. Es ist festzustellen, dass die Schalter 1 - 6 eingeschaltet sind, wenn sie im geschlossenen Zustand betrieben werden, und ausgeschaltet sind, wenn sie im offenen Zustand betrieben werden. Wenn der vorbestimmte Betriebsmodus nicht aktiv und deaktiviert ist, ist der Isolatorschalter 3 eingeschaltet. Wenn der vorbestimmte Betriebsmodus bei einer beispielhaften Ausführungsform aktiv ist, wird ein aktiv hohes Signal angezeigt. Während eines Schlüssel-Ausschalt-Ereignisses sind der erste und dritte Isolatorschalter 1 bzw. 3 eingeschaltet und der zweite Isolatorschalter 2 ist ausgeschaltet. Wenn während eines Schlüssel-Einschalt-Ereignisses, der vorbestimmte Betriebsmodus nicht aktiv und deaktiviert ist, sind der erste und dritte Isolatorschalter 1 bzw. 3 eingeschaltet und der zweite Isolatorschalter 2 kann als Funktion eines Ladezustands der zweiten unabhängigen Leistungsquelle 12 eingeschaltet oder ausgeschaltet sein. Wenn die erste und zweite Spannung innerhalb des ersten Spannungsbereichs liegen, d.h. die normale Bedingung detektiert wird, ist der dritte Isolatorschalter 3 immer eingeschaltet. Wenn jedoch mindestens eine der überwachten ersten und zweiten Spannungen außerhalb des ersten Spannungsbereichs liegt, d.h. die nicht normale Bedingung detektiert wird, wird der dritte Isolatorschalter 3 so gesteuert, dass er von einem Betrieb in dem geschlossenen Zustand in einen Betrieb im offenen Zustand übergeht. Bevor der dritte Isolatorschalter 3 so gesteuert wird, dass er vom geschlossenen Zustand in den offenen Zustand übergeht, muss der zweite Isolatorschalter 2 vollständig im geschlossenen Zustand betriebsbereit sein. Wenn daher der zweite Isolatorschalter 2 ausgeschaltet ist, wenn die nicht normale Bedingung detektiert wird, muss der zweite Isolatorschalter 2 mit dem Übergang vom Betrieb im offenen Zustand in den Betrieb in den geschlossenen Zustand beginnen, bevor der dritte Isolatorschalter 3 beginnt, vom Betrieb im geschlossenen Zustand in den Betrieb im offenen Zustand überzugehen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform beginnt der zweite Isolatorschalter 2 mit dem Übergang in den geschlossenen Zustand eine vorbestimmte Übergangszeit (z.B. 10 Mikrosekunden) bevor der dritte Isolatorschalter 3 mit dem Übergang in den offenen Zustand beginnt. Ähnlich ausgedrückt beginnt der dritte Isolatorschalter 3, wenn der vorbestimmte Betriebsmodus aktiviert ist und mindestens eine der überwachten ersten und zweiten Spannungen 31 bzw. 33 außerhalb des ersten Spannungsbereichs liegt, mit dem Übergang in den offenen Zustand nach der vorbestimmten Übergangszeit ab dem Zeitpunkt, an dem der zweite Isolatorschalter 2 mit dem Übergang in den geschlossenen Zustand begonnen hat. Die vorbestimmte Übergangszeit ist so gewählt, dass es dem zweiten Isolatorschalter 2 möglich ist, den Übergang in den geschlossenen Zustand abzuschließen, bevor der dritte Isolatorschalter 3 mit dem Übergang in den offenen Zustand beginnt.
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Es kann ein FOPS-Modul 7 enthalten sein, das eine aufsichtsführende Steuerung über den ersten Spannungsdetektor 30, den zweiten Spannungsdetektor 32 und die Schalter 1 - 6 aufweist. Steuerungsmodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuerungseinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bedeuten eine beliebige oder verschiedene Kombinationen aus einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), elektronischen Schaltungen, zentralen Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und zugehörigem Arbeitsspeicher und Massenspeicher (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Festplattenlaufwerk usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme oder Routinen ausführen, kombinatorischen Logikschaltungen, Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und Vorrichtungen, geeigneten Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zum Bereitstellen der beschriebenen Funktionalität. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bezeichnen beliebige von einem Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen enthalten. Das Steuerungsmodul weist einen Satz von Steuerungsroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Routinen werden beispielsweise von einer zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und können betrieben werden, um Eingänge von Erfassungsvorrichtungen und anderen Netzwerksteuerungsmodulen zu überwachen und um Steuerungs- und Diagnoseroutinen zum Steuern des Betriebs von Aktoren auszuführen. Routinen können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Mikrosekunden während eines andauernden Betriebs der Kraftmaschine und des Fahrzeugs. Alternativ können Routinen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
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2 veranschaulicht einen Isolatorschaltercontroller 200 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung, der spezielle Betriebsbedingungen des Fahrzeugs bewertet, um ein Steuerungssignal zum Steuern des dritten Isolatorschalters 3 zusammen mit dem ersten und zweiten Isolatorschalter 1 bzw. 2 mit Bezug auf 1, zwischen offenen und geschlossenen Zuständen zu erzeugen. Der Isolatorschaltercontroller 200 kann innerhalb des FOPS-Moduls 7 von 1 implementiert werden. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann, wenn der vorbestimmte Betriebsmodus (z.B. der FLAAD-Modus) aktiviert ist, jeder der ersten und zweiten Spannungsdetektoren 30 bzw. 32 ausgestaltet sein, um die nicht normale Bedingung zu detektieren, wenn mindestens eine der jeweiligen überwachten ersten und zweiten Spannungen die Referenzspannung verletzt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform enthält der Isolationsschaltercontroller 200 von 2 die Referenzspannung als einen der vorstehend erwähnten ersten und zweiten Spannungsbereiche. Der Einfachheit halber werden der erste und zweite Spannungsbereich gemeinsam als „Spannungsbereich“ bezeichnet.
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Bei der veranschaulichten Ausführungsform enthält der erste Spannungsdetektor 30 einen ersten Obergrenzenspannungsdetektor 130 und einen ersten Untergrenzenspannungsdetektor 230. Der erste Obergrenzenspannungsdetektor 130 vergleicht die erste überwachte Spannung 31 der ersten Leistungsverteilungsstrecke 50 mit einem Obergrenzenschwellenwert 35. Der erste Untergrenzenspannungsdetektor 230 vergleicht die erste überwachte Spannung 31 mit einem Untergrenzenschwellenwert 36. Bei einer Ausführungsform enthält der Obergrenzenschwellenwert 35 die erste obere Grenze von 16 V des ersten Spannungsbereichs und der Untergrenzenschwellenwert 36 enthält die erste untere Grenze von 10 V des ersten Spannungsbereichs. Bei einer anderen Ausführungsform enthält der Obergrenzenschwellenwert 35 die zweite obere Grenze von 15,5 V des zweiten Spannungsbereichs und der Untergrenzenschwellenwert 36 enthält die zweite untere Grenze von 10,5 V des zweiten Spannungsbereichs, in den die Spannung nach Überschreiten von 16,0 V fallen oder auf den sie nach dem Fallen unter 10 V ansteigen muss, um als eine Spannung im Bereich betrachtet zu werden. Dies stellt eine Spannungsdetektionshysterese bereit.
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Jeder ersten Ober- und Untergrenzenspannungsdetektoren 130 bzw. 230 gibt eine erste Bereichsbedingung 131 aus, die anzeigt, ob die erste überwachte Spannung 31 innerhalb der Ober- und Untergrenzenschwellenwerte 35 bzw. 36 liegt, oder ob die erste überwachte Spannung 31 größer als der Obergrenzenschwellenwert 35 oder kleiner als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist. Die erste Bereichsbedingung 131 wird in ein erstes Fehlermodul 150 eingegeben.
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Das erste Fehlermodul 150 gibt entweder eine erste Fehlerbedingung 151 oder eine erste Nicht-Fehlerbedingung 153 an ein erstes Bedingungsmodul 160 aus. Die erste Fehlerbedingung 151 wird festgestellt, wenn die erste Bereichsbedingung 131 anzeigt, dass die erste überwachte Spannung 31 außerhalb der Ober- und Untergrenzenschwellenwerte 35 bzw. 36 liegt, d.h. die erste überwachte Spannung 31 der ersten Leistungsverteilungsstrecke 50 außerhalb des Bereichs liegt. Die erste Nicht-Fehlerbedingung 153 wird festgestellt, wenn die erste Bereichsbedingung 131 anzeigt, dass die erste überwachte Spannung innerhalb der Ober- und Untergrenzenschwellenwerte 35 bzw. 36 liegt. Eine Betriebsmoduseingabe 155 wird in das erste Bedingungsmodul 160 zum Vergleich mit entweder der ersten Fehlerbedingung 151 oder der ersten Nicht-Fehlerbedingung 153 eingegeben. Die Betriebsmoduseingabe 155 zeigt an, ob der vorbestimmte Betriebsmodus, z.B. der FLAAD-Modus, aktiv und aktiviert ist, oder ob der vorbestimmte Betriebsmodus nicht aktiv und deaktiviert ist.
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Das erste Bedingungsmodul 160 stellt entweder eine erste normale Bedingung 172 oder eine erste nicht normale Bedingung 174 an der ersten Leistungsverteilungsstrecke 50 fest. Die erste normale Bedingung 172 an der ersten Leistungsverteilungsstrecke 50 wird immer dann festgestellt, wenn die Betriebsmoduseingabe 155 anzeigt, dass der vorbestimmte Betriebsmodus nicht aktiv und deaktiviert ist. Die erste normale Bedingung 172 wird zusätzlich immer dann festgestellt, wenn der vorbestimmte Betriebsmodus aktiv und aktiviert ist und die erste Nicht-Fehlerbedingung 153 detektiert wird. Die erste nicht normale Bedingung 174 wird detektiert, wenn der vorbestimmte Betriebsmodus aktiv und aktiviert ist und die erste Fehlerbedingung 151 detektiert wird. Entweder die erste normale oder die erste nicht normale Bedingung 172 bzw. 174 wird in ein Isolatorbedingungsmodul 210 eingegeben.
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Auf ähnliche Weise enthält der zweite Spannungsdetektor 32 einen zweiten Obergrenzenspannungsdetektor 132 und einen zweiten Untergrenzenspannungsdetektor 232. Der zweite Obergrenzenspannungsdetektor 132 vergleicht die zweite überwachte Spannung 33 der zweiten Leistungsverteilungsstrecke 52 mit dem Obergrenzenschwellenwert 35. Der zweite Untergrenzenspannungsdetektor 232 vergleicht die zweite überwachte Spannung 33 mit dem Untergrenzenschwellenwert 36.
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Jeder der zweiten Ober- und Untergrenzenspannungsdetektoren 132 bzw. 232 gibt eine zweite Bereichsbedingung 133 aus, die anzeigt, ob sich die zweite überwachte Spannung 33 innerhalb der Ober- und Untergrenzenschwellenwerte 35 bzw. 36 befindet, oder ob die zweite überwachte Spannung 33 größer als der Obergrenzenschwellenwert 35 oder kleiner als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist. Die zweite Bereichsbedingung 133 wird in ein zweites Fehlermodul 152 eingegeben.
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Das zweite Fehlermodul 152 gibt entweder eine zweite Fehlerbedingung 154 oder eine zweite Nicht-Fehlerbedingung 156 an ein zweites Bedingungsmodul 162 aus. Die zweite Fehlerbedingung 154 wird festgestellt, wenn die zweite Bereichsbedingung 133 anzeigt, dass die zweite überwachte Spannung 33 außerhalb der Ober- und Untergrenzenschwellenwerte 35 bzw. 36 liegt, d.h. die zweite überwachte Spannung 33 der zweiten Leistungsverteilungsstrecke 52 liegt außerhalb des Bereichs. Die zweite Nicht-Fehlerbedingung 156 wird festgestellt, wenn die zweite Bereichsbedingung 133 anzeigt, dass die zweite überwachte Spannung 33 innerhalb der Ober- und Untergrenzenschwellenwerte 35 bzw. 36 liegt. Die Betriebsmoduseingabe 155 wird in das zweite Bedingungsmodul 162 zum Vergleich mit entweder der zweiten Fehlerbedingung 154 oder der zweiten Nicht-Fehlerbedingung 156 eingegeben.
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Das zweite Bedingungsmodul 162 stellt entweder eine zweite normale Bedingung 173 oder eine zweite nicht normale Bedingung 175 an der zweiten Leistungsverteilungsstrecke 52 fest. Die zweite normale Bedingung 173 an der zweiten Leistungsverteilungsstrecke 52 wird immer dann festgestellt, wenn die Betriebsmoduseingabe 157 anzeigt, dass der vorbestimmte Betriebsmodus nicht aktiv und deaktiviert ist. Die zweite normale Bedingung 173 wird zusätzlich immer dann festgestellt, wenn der vorbestimmte Betriebsmodus aktiv und aktiviert ist und die zweite Nicht-Fehlerbedingung 156 detektiert wird. Die zweite nicht normale Bedingung 175 wird detektiert, wenn der vorbestimmte Betriebsmodus aktiv und aktiviert ist und die zweite Fehlerbedingung 154 detektiert wird. Entweder die zweite normale Bedingung 173 oder die zweite nicht normale Bedingung 175 wird in das Isolatorbedingungsmodul 210 eingegeben.
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Das Isolatorbedingungsmodul 210 gibt ein Steuerungssignal 212 aus, das in einen Treiber 215 eingegeben wird. Das Steuerungssignal 212 kann eine Isolatorschalter-Einschaltanforderung enthalten, wenn sowohl die erste als auch die zweite normale Bedingung 172 bzw. 173 detektiert werden. Entsprechend gibt der Treiber 215 die Isolatorschalter-Einschaltanforderung an den dritten Isolatorschalter 3 aus, um den Isolatorschalter 3 in dem geschlossenen Zustand zu betreiben oder um zu ermöglichen, dass der dritte Isolatorschalter 3 weiterhin im geschlossenen Zustand betrieben wird. Auf ähnliche Weise kann das Steuerungssignal 212 eine Isolatorschalter-Ausschaltanforderung enthalten, wenn die erste und/oder die zweite nicht normale Bedingung 174 bzw. 175 detektiert werden. Wie vorstehend erwähnt wurde, ist der zweite Isolatorschalter 2 ausgestaltet, um in den geschlossenen Zustand überzugehen, bevor der Befehl zum Ausschalten des Schalters an den dritten Isolatorschalter 3 gesandt wird, um den dritten Isolatorschalter 3 im offenen Zustand zu betreiben. Entsprechend gibt der Treiber 215 die Isolatorschalter-Ausschaltanforderung an den Isolatorschalter 3 aus, um den dritten Isolatorschalter 3 im offenen Zustand zu betreiben oder um zu ermöglichen, dass der dritte Isolatorschalter 3 weiterhin im offenen Zustand betrieben wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Isolatorschalter 3 während eines Diagnosetests der ersten und zweiten Leistungsverteilungsstrecke 50 bzw. 52 ausgeschaltet, z.B. im offenen Zustand sein. Eine erste Diagnoseeingabe 57 kann eine überwachte Spannung des ersten elektrischen Mittelpunkts 20 enthalten und eine zweie Diagnoseeingabe 59 kann eine überwachte Spannung des zweiten elektrischen Mittelpunkts 22 enthalten.
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3 veranschaulicht ein beispielhaftes Flussdiagramm 300 zum Bewerten des FOPS 100 von
1 mit Bezugnahme auf den Isolatorschaltercontroller 200 von
2, um das Steuerungssignal 212 zum Betreiben des dritten Isolatorschalters 3 zwischen dem offenen und geschlossenen Zustand gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erzeugen. Das beispielhafte Flussdiagramm 300 kann im FOPS-Modul 7 von
1 implementiert sein. Eine Tabelle 1 wird als Schlüssel für
3 bereitgestellt, wobei die numerisch beschrifteten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt offengelegt sind. Tabelle 1
| BLOCK | BLOCKINHALTE |
| 302 | Betriebsmodus überwachen. |
| 304 | Wird Fahrzeug gerade in einem vorbestimmten Betriebsmodus betrieben? |
| 306 | Dritten Isolatorschalter 3 geschlossen lassen. |
| 308 | Die erste Spannung 31 und die zweite Spannung 33 überwachen. |
| 310 | Ist die erste überwachte Spannung 31 eine erste Zeitspanne lang größer als der Obergrenzenschwellenwert 35? |
| 314 | Ist die erste überwachte Spannung 31 die erste Zeitspanne lang kleiner als der Untergrenzenschwellenwert 36? |
| 316 | ist die zweite überwachte Spannung 33 die erste Zeitspanne lang größer als der Obergrenzenschwellenwert 35? |
| 318 | Ist die zweite überwachte Spannung 33 die erste Zeitspanne lang kleiner als der Untergrenzenschwellenwert 36? |
| 320 | Merker setzen, der anzeigt, dass mindestens eine der ersten und zweiten überwachten Spannungen 31 und 33 außerhalb des Bereichs liegt. |
| 322 | Dritten Isolatorschalter 3 öffnen. |
| 324 | Die erste Spannung 31 und die zweite Spannung 33 überwachen. |
| 326 | Einen Zeitgeber eine zweite Zeitspanne lang zurücksetzen. |
| 328 | Ist die erste überwachte Spannung 31 kleiner als der Obergrenzenschwellenwert 35? |
| 330 | Ist die erste überwachte Spannung größer als der Untergrenzenschwellenwert 36? |
| 332 | Ist die zweite überwachte Spannung kleiner als der Obergrenzenschwellenwert 35? |
| 336 | Ist die zweite überwachte Spannung größer als der Untergrenzenschwellenwert 36? |
| 338 | Den Zeitgeber für die zweite Zeitspanne einstellen. |
| 340 | Die erste Spannung 31 und die zweite Spannung 33 überwachen. |
| 342 | Ist die erste überwachte Spannung 31 kleiner als der Obergrenzenschwellenwert? |
| 344 | Ist die erste überwachte Spannung größer als der Untergrenzenschwellenwert? |
| 346 | Ist die zweite überwachte Spannung kleiner als der Obergrenzenschwellenwert 35? |
| 348 | Ist die zweite überwachte Spannung größer als der Untergrenzenschwellenwert 36? |
| 350 | Ist die zweite Zeitspanne vergangen? |
| 360 | Merker zurücksetzen, der anzeigt, dass mindestens eine der ersten und zweiten überwachten Spannungen 31 und 33 außerhalb des Bereichs liegt. |
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Bei Block 302 wird ein Status des Betriebsmodus überwacht und das Flussdiagramm geht zu Entscheidungsblock 304 weiter. Entscheidungsblock 304 stellt fest, ob das Fahrzeug gerade in dem vorbestimmten Betriebsmodus arbeitet, d.h. dem FLAAD-Modus. Eine „0“ gibt an, dass das Fahrzeug gerade nicht in dem vorbestimmten Betriebsmodus arbeitet und das Flussdiagramm 300 geht zu Block 306 weiter, wobei der dritte Isolatorschalter 3 weiterhin im geschlossenen Zustand betrieben werden soll, d.h. das Steuerungssignal 212 enthält die Isolatorschalter-Einschaltanforderung. Eine „1“ gibt an, dass das Fahrzeug gerade in dem vorbestimmten Betriebsmodus arbeitet und das Flussdiagramm 300 geht zu Block 308 weiter. Bei einer Ausführungsform ist die Entscheidung von Entscheidungsblock 304 die Betriebsmoduseingabe 155 von 2.
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Bei Block 308 werden Spannungen des ersten und zweiten elektrischen Mittelpunkts 20 bzw. 22 überwacht. Das Überwachen der Spannungen umfasst die erste Spannung 31 der ersten Leistungsverteilungsstrecke 50 und die zweite Spannung 33 der zweiten Leistungsverteilungsstrecke 52.
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Entscheidungsblock 310 stellt fest, ob die erste überwachte Spannung 31 eine erste Zeitspanne lang größer als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist. Eine „0“ gibt an, dass die erste überwachte Spannung 31 die erste Zeitspanne lang nicht größer als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist und das Flussdiagramm 300 geht zu Entscheidungsblock 314 weiter. Eine „1“ gibt an, dass die erste überwachte Spannung 31 die erste Zeitspanne lang größer als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist und das Flussdiagramm 300 geht zu Block 320 weiter.
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Entscheidungsblock 314 stellt fest, ob die erste überwachte Spannung 31 die erste Zeitspanne lang kleiner als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist. Eine „0“ gibt an, dass die erste überwachte Spannung 31 die erste Zeitspanne lang nicht kleiner als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist und das Flussdiagramm 300 geht zu Entscheidungsblock 316 weiter. Eine „1“ gibt an, dass die erste überwachte Spannung 31 die erste Zeitspanne lang kleiner als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist und das Flussdiagramm geht zu Block 320 weiter.
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Entscheidungsblock 316 stellt fest, ob die zweite überwachte Spannung 33 die erste Zeitspanne lang größer als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist. Eine „0“ gibt an, dass die zweite überwachte Spannung 33 die erste Zeitspanne lang nicht größer als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist und das Flussdiagramm 300 geht zu Entscheidungsblock 318 weiter. Eine „1“ gibt an, dass die zweite überwachte Spannung 33 die erste Zeitspanne lang größer als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist und das Flussdiagramm 300 geht zu Block 320 weiter.
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Entscheidungsblock 318 stellt fest, ob die zweite überwachte Spannung 33 die erste Zeitspanne lang kleiner als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist. Eine „0“ gibt an, dass die zweite überwachte Spannung 33 die erste Zeitspanne lang nicht kleiner als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist und das Flussdiagramm 300 geht zu Block 306 weiter, bei dem der dritte Isolatorschalter 3 weiterhin in dem geschlossenen Zustand betrieben werden soll, d.h. das Steuerungssignal 212 enthält die Isolatorschalter-Einschaltanforderung. Eine „1“ gibt an, dass die zweite überwachte Spannung 33 die erste Zeitspanne lang kleiner als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist und das Flussdiagramm geht zu Block 320 weiter.
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Es ist festzustellen, dass bei jedem der Entscheidungsblöcke 310, 314, 316 und 318 der Obergrenzenschwellenwert 35 die erste obere Grenze von 16 V enthält und der Untergrenzenschwellenwert 36 die erste untere Grenze von 10 V enthält. Bei einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die erste Zeitspanne 50 Mikrosekunden.
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Bei Block 320 wird ein Merker gesetzt, der anzeigt, dass mindestens eine der ersten und zweiten überwachten Spannungen 31 bzw. 33 die Referenzspannung verletzt. Mit anderen Worten wird mindestens eine der ersten und zweiten nicht normalen Bedingungen 174 bzw. 175 detektiert. Einfach ausgedrückt zeigt der Merker an, dass mindestens eine der ersten und zweiten überwachten Spannungen 31 bzw. 33 außerhalb des ersten Spannungsbereichs liegt. In Erwartung des Übergangs des dritten Isolatorschalters 3 in den offenen Zustand muss der zweite Isolatorschalter 2 mit dem Übergang in den geschlossenen Zustand beginnen, und zwar eine vorbestimmte Übergangszeit bevor der dritte Isolatorschalter 3 beginnt, in den offenen Zustand überzugehen. Bei einem Beispiel, das nicht einschränken soll, beträgt die vorbestimmte Übergangszeit 10 Mikrosekunden.
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Das Flussdiagramm 300 geht zu Block 322 weiter, bei dem der dritte Isolatorschalter 3 im offenen Zustand betrieben werden soll, d.h. das Steuerungssignal 212 enthält die Isolatorschalter-Ausschaltanforderung. Jedoch ist ein Betreiben des dritten Isolatorschalters 3 im offenen Zustand verboten, bis der zweite Isolatorschalter 2 im geschlossenen Zustand betrieben wird, um die zweite unabhängige Leistungsquelle 12 von einem parasitären Strom zu isolieren. Das Steuerungssignal 212, das bei Block 322 die Isolatorschalter-Ausschaltanforderung enthält, steuert den dritten Isolatorschalter 3, so dass er vom Betrieb in dem geschlossenen Zustand in einen Betrieb in dem offenen Zustand derart übergeht, dass die Verbindung über die dritte Verbindungsstrecke 51 zwischen der ersten und zweiten Leistungsverteilungsstrecke 50 bzw. 52 geöffnet wird und die zweite unabhängige Leistungsquelle 12 vom parasitären Strom des Fahrzeugs isoliert ist. Mit anderen Worten wird der dritte Isolatorschalter 3 im offenen Zustand betrieben, wenn mindestens eine der überwachten ersten und zweiten Spannungen 31 bzw. 33 mehr als 50 Mikrosekunden lang unter 10 V, z. B. der ersten unteren Grenze, liegt. Auf ähnliche Weise wird der Isolatorschalter 3 im offenen Zustand betrieben, wenn mindestens eine der überwachten Spannungen 31 bzw. 33 mehr als 50 Millisekunden lang über 16,0 V, z.B. der ersten oberen Grenze, liegt.
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Wie festzustellen ist, bleibt der dritte Isolatorschalter 3 im offenen Zustand, bis sowohl die überwachte erste als auch die überwachte zweite Spannung 31 und 33 innerhalb des zweiten Spannungsbereichs liegen. Zum Beispiel wird der dritte Isolatorschalter 3 im offenen Zustand bleiben, wenn eine der überwachten ersten und zweiten Spannungen 31 bzw. 33 unter der zweiten unteren Grenze, z.B. 10,5 V, liegt. Auf ähnliche Weise wird der dritte Isolatorschalter 3 im offenen Zustand bleiben, wenn eine der überwachten ersten und zweiten Spannungen 31 bzw. 33 größer als die zweite obere Grenze, z.B. 15,5 V, ist.
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Bei Block 324 werden Spannungen der ersten und zweiten elektrischen Mittelpunkte 20 bzw. 22 überwacht. Das Überwachen der Spannungen umfasst die erste überwachte Spannung 31 der ersten Leistungsverteilungsstrecke 50 und die zweite überwachte Spannung 33 der zweiten Leistungsverteilungsstrecke 52.
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Entscheidungsblock 328 stellt fest, ob die erste überwachte Spannung 31 kleiner als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist. Eine „0“ zeigt an, dass die erste überwachte Spannung 31 nicht kleiner als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist und das Flussdiagramm 300 geht zu Block 326 weiter. Eine „1“ zeigt an, dass die erste überwachte Spannung 31 kleiner als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist und das Flussdiagramm geht zu Block 330 weiter.
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Entscheidungsblock 330 stellt fest, ob die erste überwachte Spannung 31 größer als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist. Eine „0“ zeigt an, dass die erste überwachte Spannung 31 nicht größer als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist und das Flussdiagramm 300 geht zu Block 326 weiter. Eine „1“ zeigt an, dass die erste überwachte Spannung 31 größer als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist und das Flussdiagramm geht zu Block 332 weiter.
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Entscheidungsblock 332 stellt fest, ob die zweite überwachte Spannung 33 kleiner als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist. Eine „0“ zeigt an, dass die zweite überwachte Spannung 33 nicht kleiner als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist und das Flussdiagramm 300 geht zu Block 326 weiter. Eine „1“ zeigt an, dass die zweite überwachte Spannung 33 kleiner als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist und das Flussdiagramm geht zu Block 336 weiter.
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Entscheidungsblock 336 stellt fest, ob die zweite überwachte Spannung 33 größer als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist. Eine „0“ zeigt an, dass die zweite überwachte Spannung 33 nicht größer als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist und das Flussdiagramm 300 geht zu Block 326 weiter. Eine „1“ zeigt an, dass die zweite überwachte Spannung 33 größer als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist und das Flussdiagramm geht zu Block 338 weiter.
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Es ist festzustellen, dass bei jedem der Entscheidungsblöcke 328, 330, 332 und 336 der Obergrenzenschwellenwert 35 die zweite obere Grenze von 15,5 V enthält und der Untergrenzenschwellenwert 36 die zweite untere Grenze von 10,5 V enthält. Folglich wird der dritte Isolatorschalter 3 weiterhin in dem offenen Zustand betrieben, wenn mindestens eine der überwachten ersten und zweiten Spannungen außerhalb des zweiten Spannungsbereichs liegt.
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Block 326 setzt einen Zeitgeber eine zweite Zeitspanne lang zurück. Bei einer Ausführungsform, die nicht einschränken soll, beträgt die zweite Zeitspanne 1 Millisekunde.
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Bei Block 338 wird der Zeitgeber auf die zweite Zeitspanne eingestellt, z.B. 1 Millisekunde, bevor zu Block 340 weitergegangen wird.
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Bei Block 340 werden Spannungen des ersten und zweiten elektrischen Mittelpunkts 20 bzw. 22 überwacht. Das Überwachen der Spannungen umfasst die erste überwachte Spannung 31 der ersten Leistungsverteilungsstrecke 50 und die zweite überwachte Spannung 33 der zweiten Leistungsverteilungsstrecke 52.
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Entscheidungsblock 342 stellt fest, ob die erste überwachte Spannung 31 kleiner als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist. Eine „0“ zeigt an, dass die erste überwachte Spannung 31 nicht kleiner als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist und das Flussdiagramm 300 geht zu Block 326 weiter. Eine „1“ zeigt an, dass die erste überwachte Spannung 31 kleiner als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist und das Flussdiagramm geht zu Block 344 weiter.
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Entscheidungsblock 344 stellt fest, ob die erste überwachte Spannung 31 größer als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist. Eine „0“ zeigt an, dass die erste überwachte Spannung 31 nicht größer als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist und das Flussdiagramm 300 geht zu Block 326 weiter. Eine „1“ zeigt an, dass die erste überwachte Spannung 31 größer als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist und das Flussdiagramm geht zu Block 346 weiter.
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Entscheidungsblock 346 stellt fest, ob die zweite überwachte Spannung 33 kleiner als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist. Eine „0“ zeigt an, dass die zweite überwachte Spannung 33 nicht kleiner als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist und das Flussdiagramm 300 geht zu Block 326 weiter. Eine „1“ zeigt an, dass die zweite überwachte Spannung 33 kleiner als der Obergrenzenschwellenwert 35 ist und das Flussdiagramm geht zu Block 348 weiter.
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Entscheidungsblock 348 stellt fest, ob die zweite überwachte Spannung 33 größer als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist. Eine „0“ zeigt an, dass die zweite überwachte Spannung 33 nicht größer als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist und das Flussdiagramm 300 geht zu Block 326 weiter. Eine „1“ zeigt an, dass die zweite überwachte Spannung 33 größer als der Untergrenzenschwellenwert 36 ist und das Flussdiagramm geht zu Block 350 weiter.
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Es ist festzustellen, dass bei jedem der Entscheidungsblöcke 342, 344, 346 und 348 der Obergrenzenschwellenwert 35 die zweite obere Grenze von 15,5 V enthält und der Untergrenzenschwellenwert 36 die zweite untere Grenze von 10,5 V enthält.
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Entscheidungsblock 350 stellt fest, ob die zweite Zeitspanne vergangen ist. Eine „0“ zeigt an, dass die zweite Zeitspanne nicht vergangen ist und das Flussdiagramm kehrt zu Block 340 zurück. Eine „1“ zeigt an, dass die zweite Zeitspanne vergangen ist und das Flussdiagramm 300 geht zu Block 360 weiter.
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Block 360 setzt den Merker zurück, der anzeigt, dass mindestens eine der ersten und zweiten überwachten Spannungen 31 bzw. 33 außerhalb des Bereichs liegt. Folglich liegen sowohl die erste als auch die zweite überwachte Spannung 31 bzw. 33 innerhalb des Bereichs. Mit anderen Worten werden die erste und zweite normale Bedingung 172 bzw. 173 von 2 detektiert. Das Flussdiagramm geht zu Block 306 weiter, bei dem der dritte Isolatorschalter 3 zum Übergang vom Betrieb in dem offenen Zustand in den Betrieb in dem geschlossenen Zustand gesteuert wird, d.h. das Steuerungssignal 212 enthält die Isolatorschalter-Einschaltanforderung. Mit anderen Worten wird der dritte Isolatorschalter 3 in dem geschlossenen Zustand betrieben, wenn die erste und zweite überwachte Spannung 31 bzw. 33 innerhalb des zweiten Spannungsbereichs liegen, z.B. zwischen der zweiten oberen Grenze von 15,5 V und der zweiten unteren Grenze von 10,5 V.
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4 veranschaulicht eine beispielhafte Aufzeichnung 400 gemäß der vorliegenden Offenbarung, welche den Betrieb des FOPS 100 von 1 in Ansprechen auf die Fahrzeugsystemspannung veranschaulicht, wenn der vorbestimmte Betriebsmodus, z.B. FLAAD, aktiviert ist. Die Aufzeichnung 400 wird mit Bezug auf 1 - 3 beschrieben. Die vertikale Y-Achse zeigt die Spannung in Volt an. Die horizontale X-Achse zeigt die Zeit in Mikrosekunden von 0 bis 1.085 Mikrosekunden. Gestrichelte vertikale Linien stellen die Zeit bei 50 Mikrosekunden, 65 Mikrosekunden, 75 Mikrosekunden, 85 Mikrosekunden und 100 Mikrosekunden dar. Eine Fläche 480 bezeichnet eine normale Zone, die von 0 bis 50 Mikrosekunden über den gesamten Spannungsbereich und von 50 bis 1.085 Mikrosekunden zwischen 10 V und 16 V definiert ist. Flächen 482 und 483 bezeichnen jeweils einen Übergang in eine Zone mit einem Fehlerbetriebmodus. Die Fläche 482 ist von 50 bis 100 Mikrosekunden für alle Spannungen unter 10 V definiert. Die Fläche 483 ist von 50 bis 100 Mikrosekunden für Spannungen größer als 16 V definiert. Flächen 484 und 485 bezeichnen jeweils eine Zone mit einem Fehlerbetriebmodus. Die Fläche 484 ist von 100 bis 1.085 Mikrosekunden für Spannungen unter 10 V definiert. Die Fläche 485 ist von 100 bis 1.085 Mikrosekunden für Spannungen größer als 16 V definiert. Es ist festzustellen, dass der Übergang in die Zone mit einem Fehlerbetriebmodus der Flächen 482 und 483 die Zone mit einem Fehlerbetriebmodus enthalten kann, die bei 85 Mikrosekunden beginnt.
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Die normale Zone der Fläche 480 enthält die Detektion von sowohl der ersten normalen Bedingung 172 als auch der zweiten normalen Bedingung 173 durch den Isolatorcontroller 200 von 2. Zum Beispiel detektieren sowohl der erste Spannungsdetektor 30 als auch der zweite Spannungsdetektor 32, dass sowohl die überwachte erste als auch die überwachte zweite Spannung 31 bzw. 33 innerhalb des ersten Spannungsbereichs liegen, z.B. kleiner als 16 V und größer als 10 V, und der vorbestimmte Betriebsmodus ist aktiv und aktiviert. Innerhalb der normalen Zone der Fläche 480 wird der dritte Isolatorschalter 3 immer in dem geschlossenen Zustand bleiben.
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Der Übergang in die Zone mit einem Fehlerbetriebmodus der Flächen 482 und 483 umfasst die Detektion mindestens einer der ersten und zweiten nicht normalen Bedingungen 174 bzw. 175 durch den Isolationscontroller von 2. Zum Beispiel tritt die Zone mit einem Fehlerbetriebmodus von Fläche 483 auf, wenn mindestens einer der ersten und zweiten Spannungsdetektoren 30 bzw. 32 detektiert hat, dass mindestens eine der überwachten ersten und zweiten Spannungen 31 bzw. 33 mindestens die erste Zeitspanne lang größer als die erste obere Grenze, z.B. 16 V ist. Auf ähnliche Weise tritt die Zone mit einem Fehlerbetriebmodus der Fläche 482 auf, wenn mindestens einer der ersten und zweiten Spannungsdetektoren 30 bzw. 32 detektiert hat, dass mindestens eine der überwachten ersten und zweiten Spannungen 31 bzw. 33 mindestens die erste Zeitspanne lang kleiner als die erste untere Grenze, z.B. 10 V ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die erste Zeitspanne 50 Mikrosekunden, wie in Aufzeichnung 400 von 0 bis 50 Mikrosekunden veranschaulicht ist.
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Während des Stattfindens des Übergangs in die Zone mit einem Fehlerbetriebmodus (z.B. Flächen 482 und 483), wenn die Spannung außerhalb des Bereichs liegt, wird bei 50 Mikrosekunden der Merker gesetzt, der anzeigt, dass mindestens eine der überwachten ersten und zweiten Spannungen 31 bzw. 33 außerhalb des Bereichs liegt, wie durch Block 320 des Flussdiagramms 300 von 3 festgestellt wird. Bei 65 Mikrosekunden beginnt der zweite Isolatorschalter 2 mit dem Übergang vom Betrieb im offenen Zustand in den Betrieb im geschlossenen Zustand. Wie vorstehend erwähnt wurde, ist es dem dritten Isolatorschalter 3 nicht gestattet, von dem geschlossenen Zustand in den offenen Zustand überzugehen, bis der zweite Isolatorschalter 2 vollständig im geschlossenen Zustand betrieben wird. Bei 75 Mikrosekunden wird der Strom durch den dritten Isolatorschalter 3 auf Null reduziert und der dritte Isolatorschalter 3 wird in Ansprechen auf die Isolatorschalter-Ausschaltanforderung durch das Steuerungssignal 212 an den Treiber 215 in den Betrieb im offenen Zustand überführt. Es ist festzustellen, dass der Übergang in den geschlossenen Zustand des zweiten Isolatorschalters 2 bei 75 Mikrosekunden abgeschlossen sein muss. Es ist zu erkennen, dass die Zeitspanne zwischen 65 Mikrosekunden und 75 Mikrosekunden die vorstehend erwähnte vorbestimmte Übergangszeit, z.B. 10 Mikrosekunden, anzeigt. Bei 85 Mikrosekunden ist der Übergang in den offenen Zustand des dritten Isolatorschalters 3 abgeschlossen und die dritte Verbindungsstrecke 51, die in 1 veranschaulicht ist, ist offen, d.h. die erste und zweite Leistungsverteilungsstrecke 50 bzw. 52 sind getrennt.
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Während des Auftretens des Übergangs in die Zone mit einem Fehlerbetriebmodus wird der Zeitgeber, wenn der dritte Isolatorschalter 3 vollständig im offenen Zustand betrieben wird (z.B. die Flächen 482 und 482 bei 85 Mikrosekunden), auf 1 Millisekunde eingestellt, um festzustellen, ob sowohl die erste als auch die zweite überwachte Spannung 31 bzw. 33 in den zweiten Spannungsbereich zurückfallen, wie durch Block 338 des Flussdiagramms 300 von 3 festgestellt wird. Mit Bezug auf die Fläche 485 ist mindestens eine der ersten und zweiten überwachten Spannungen 31 bzw. 33 größer als die erste obere Grenze, z.B. 16 V. Folglich begrenzen bzw. dämpfen der erste und zweite Begrenzungsschalter 4 bzw. 5 auf aktive Weise, da der vorbestimmte Betriebsmodus (z.B. der FLAAD-Modus) aktiviert war, um Spannungen aufgrund von Spannungsspitzen zu begrenzen, welche die erste obere Grenze von 16 V überschreiten.
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Bei 1.085 Mikrosekunden (d.h. 1 Millisekunde seit 85 Mikrosekunden) wird der dritte Isolatorschalter 3 vom Betrieb im offenen Zustand in den Betrieb im geschlossenen Zustand überführt in Ansprechen auf eines von: die erste und zweite überwachte Spannung 31 bzw. 33 sind mindestens die zweite Zeitspanne (z.B. 1 Millisekunde) lang beide kleiner als die zweite obere Grenze von 15,5 V, wenn mindestens eine der jeweiligen ersten und zweiten überwachten Spannungen 31 bzw. 33 zuvor von 50 bis 85 Mikrosekunden über der ersten oberen Grenze von 16 V war; und die erste und zweite überwachte Spannung 31 bzw. 33 sind beide mindestens die zweite Zeitspanne lang (z.B. 1 Millisekunde) größer als die zweite untere Grenze von 10,5 V, wenn mindestens eine der jeweiligen ersten und zweiten überwachten Spannungen 31 bzw. 33 zuvor von 50 bis 85 Mikrosekunden kleiner als die erste untere Grenze von 10 V waren. Es ist festzustellen, dass die Umschaltleistung der Schalter 1 - 6 derart hergeleitet wird, dass das Schalten des dritten Isolatorschalters 3 den Betrieb der verbleibenden Schalter während des Fehlerbetriebsmodus, z.B. 5 Sekunden lang, bis der Bediener die Kontrolle übernimmt, nicht beeinträchtigen wird.
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5 veranschaulicht einen Schaltplan des ersten, zweiten und dritten Isolatorschalters 1, 2 bzw. 3 von 1, der eine Stromversorgungsschaltung 400 und jeweilige Treiberschaltungen 401, 402 und 403 gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält. Mit Bezug auf die Stromversorgungsschaltung 400 wird die erste Verbindungsstrecke 53 von der ersten unabhängigen Leistungsquelle 11 gespeist und die zweite Verbindungsstrecke 54 wird von der zweiten unabhängigen Leistungsquelle 12 gespeist. Wie vorstehend erwähnt wurde, sind die erste und zweite Leistungsverteilungsstrecke 50 bzw. 52 und die erste und zweite Verbindungsstrecke 53 bzw. 54 parallel angeordnet und können als DC-Busse bezeichnet werden. Die erste Verbindungsstrecke 53 enthält eine erste Diode 404 und die zweite Verbindungsstrecke 54 enthält eine zweite Diode 406. Zwischen den DC-Busanschlüssen und dem Masseanschluss können Kondensatoren 402 eingebaut sein. Ein Spannungsreglerchip 410 empfängt eine Spannung von der ersten und zweiten Verbindungsstrecke 50 bzw. 52. Der Spannungsreglerchip 410 enthält acht Kontakte. Der Spannungsreglerchip liefert eine geregelte Spannung an eine der Treiberschaltungen 401, 402, 403, um den Betrieb der jeweiligen ersten, zweiten und dritten Isolatorschalter 1, 2 bzw. 3 zu steuern. Rückkopplungswiderstände 412 und 414 und ein Rückkopplungskondensator 408 können ebenfalls enthalten sein. Die dritte Treiberschaltung 403 spricht auf nicht normale Spannungsbedingungen der Strecken 53 und 54 an, welche erfordern, dass der dritte Isolatorschalter 3 deaktiviert und im offenen Zustand betrieben wird.
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Die erste Treiberschaltung 401 enthält einen Hochspannungsreglerchip 420, einen Energievernichtungstransistor 430 und den ersten Isolatorschalter 1. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der erste Isolatorschalter 1 schematisch als eine Isolatorschaltung dargestellt. Entsprechend werden die Begriffe „Isolatorschalter“ und „Isolatorschaltung“ bei der veranschaulichten Ausführungsform austauschbar verwendet. Die erste Isolatorschaltung 1 isoliert die erste unabhängige Leistungsquelle 11 (z.B. die erste ESD) von der ersten parallelen Leistungsverteilungsstrecke 50 und enthält einen einzigen oder mehrere Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) 450, die parallel verbunden sind und alle einen jeweiligen Widerstand aufweisen. Ein Sourceanschluss jedes MOSFET 450 ist mit der ersten Verbindungsstrecke 53 verbunden. Ein Drainanschluss jedes MOSFET 450 ist mit der ersten parallelen Leistungsverteilungsstrecke 50 von 1 verbunden. Jeder jeweilige Widerstand jedes MOSFET 450 steuert eine Schaltgeschwindigkeit der ersten Isolatorschaltung 1, indem er einen Gatestrom bei Öffnungs- und Schließereignissen der ersten Isolatorschalterschaltung 1 steuert.
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Der Hochspannungsreglerchip 420 ist ausgestaltet, um eine Spannungsverstärkung zum Erhöhen der Spannung bereitzustellen, die an die Aufladegates der ersten Isolatorschaltung 1 angelegt wird, um den ersten Isolatorschalter 1 im geschlossenen Zustand zu betreiben. Der Energievernichtungstransistor 430 ist ausgestaltet, um eine Spannung zu entladen, die an die Aufladegates des ersten Isolatorschalters 1 angelegt wird, um den ersten Isolatorschalter 1 zu öffnen. Der Energievernichtungstransistor 430 muss geerdet sein, um die an die Gates des ersten Isolatorschalters 1 angelegte Ladung während eines Übergangs vom Betrieb im geschlossenen Betrieb in den Betrieb im offenen Zustand zu verändern. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Anschluss der ersten parallelen Leistungsverteilungsstrecke 50 mit einer ersten Spannungsfesthaltevorrichtung 460 elektrisch gekoppelt, die ausgestaltet ist, um zu verhindern, dass eine Lastspannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, z.B. 16 V, wenn der vorbestimmte Betriebsmodus, z.B. FLAAD aktiv und aktiviert ist, wie durch die Betriebsmoduseingabe 155 bestimmt ist.
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Die zweite Treiberschaltung 402 enthält einen Hochspannungsreglerchip 422, einen Energievernichtungstransistor 432 und den zweiten Isolatorschalter 2. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist der zweite Isolatorschalter 2 schematisch als eine Isolatorschaltung dargestellt. Entsprechend werden die Begriffe „Isolatorschalter“ und „Isolatorschaltung“ bei der veranschaulichten Ausführungsform austauschbar verwendet. Die zweite Isolatorschaltung 2 isoliert die zweite unabhängige Leistungsquelle 12 (z.B. die zweite ESD) von der zweiten parallelen Leistungsverteilungsstrecke 52 und enthält einen einzigen oder mehrere Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) 450, die parallel verbunden sind, wobei alle einen jeweiligen Widerstand aufweisen. Die zweite Isolatorschaltung 2 enthält einen einzigen oder mehrere MOSFETs 452, die alle einen jeweiligen Widerstand aufweisen. Ein Sourceanschluss jedes MOSFET 452 ist mit der zweiten parallelen Leistungsverteilungsstrecke 52 verbunden. Ein Drainanschluss jedes MOSFET 452 ist mit der zweiten Verbindungsstrecke 54 von 1 verbunden. Jeder jeweilige Widerstand jedes MOSFET 452 steuert eine Schaltgeschwindigkeit der zweiten Isolatorschaltung 2, indem er einen Gatestrom während Öffnungs- und Schließereignissen der zweiten Isolatorschaltung 2 steuert.
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Der Hochspannungsreglerchip 422 ist ausgestaltet, um eine Spannungsverstärkung bereitzustellen, um die Spannung zu erhöhen, die an die Ladegates der zweiten Isolatorschaltung 2 angelegt wird, um den zweiten Isolatorschalter 2 im geschlossenen Zustand zu betreiben. Der Energievernichtungstransistor 432 ist ausgestaltet, um eine Spannung zu entladen, die an die Ladungsgates der zweiten Isolatorschaltung 2 angelegt wird, um die zweite Isolatorschaltung 2 zu öffnen.
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Der Energievernichtungstransistor 432 muss geerdet sein, um die Ladung zu verändern, die an die Gates der zweiten Isolatorschalterschaltung 2 während eines Übergangs vom Betrieb im geschlossenen Zustand in den Betrieb im offenen Zustand angelegt wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Anschluss der zweiten parallelen Leistungsverteilungsstrecke 52 mit einer zweiten Spannungsfesthaltevorrichtung 462 elektrisch gekoppelt, die ausgestaltet ist, um zu verhindern, dass eine Lastspannung einen vorbestimmten Wert, z.B. 16 V überschreitet, wenn der vorbestimmte Betriebsmodus, z.B. FLAAD aktiv und aktiviert ist, wie durch die Betriebsmoduseingabe 157 bestimmt wird.
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Die dritte Treiberschaltung 403 enthält einen Hochspannungsreglerchip 423, einen Energievernichtungstransistor 433 und den dritten Isolatorschalter 3. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist der dritte Isolatorschalter 3 schematisch als eine Isolatorschaltung dargestellt. Folglich werden die Begriffe „Isolatorschalter“ und „Isolatorschaltung“ in der veranschaulichten Ausführungsform austauschbar verwendet. Die dritte Isolatorschalterschaltung 3 enthält einen einzigen oder mehrere MOSFETs 453, die parallel verbunden sind, wobei alle einen jeweiligen Widerstand aufweisen. Ein Sourceanschluss jedes MOSFET ist mit einem Sourceanschluss eines jeweiligen parallelen MOSFETs verbunden. Ein Drainanschluss jedes MOSFET 453 ist mit einem der ersten und zweiten parallelen Leistungsverteilungsstrecken 50 bzw. 52 verbunden. Der jeweilige Widerstand jedes MOSFETs 453 steuert eine Schaltgeschwindigkeit der dritten Isolatorschaltung 3 durch Steuern eines Gatestroms während Ereignissen zwischen offenen und geschlossenen Zuständen der dritten Isolatorschaltung 3.
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6 veranschaulicht einen Schaltplan einer beispielhaften Spannungsfesthalteschaltung 500 mit Bezug auf die Spannungsfesthaltevorrichtungen 460 und 462 von 5 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Wie vorstehend erwähnt wurde, enthält der dritte Isolatorschalter 3 die Spannungsfesthaltevorrichtung 460 oder 462 an einer jeweiligen Lastseite des dritten Isolatorschalters 3 zum Halten der Spannung unter der vorbestimmten Grenze, z.B. 16 V, während eines aktivierten Betriebs im FLAAD-Modus, z.B. dem vorbestimmten Betriebsmodus. Die Spannungsfesthalteschaltung 500 von 6 kann jede der ersten und zweiten Spannungsfesthaltevorrichtungen 460 bzw. 462 von 5 beschreiben. Die Spannungsfesthalteschaltung 500 enthält mindestens einen MOSFET 510. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die MOSFETs 510 über einen DC-Bus 502 elektrisch parallel gekoppelt. Jedes MOSFET 510 kann optional einen Sourcewiderstand 512 und einen Drainwiderstand 514 zum Ausgleichen von Strömen enthalten.
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Ein Differenzverstärker 530 vergleicht eine Spannung des DC-Busses 502 mit einer Referenzspannung 504. Der Differenzverstärker 530 stellt den Festhalte-Spannungspegel durch einen Ausgang 506 des Differenzverstärkers 530 ein. Ein Spannungsteiler, der Widerstände 503 und 505 enthält, wird verwendet, um die Spannung des DC-Busses 502 so zu reduzieren, dass sie mit der Referenzspannung 504 vergleichbar ist, und ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 530 verbunden. Eine Spannungsrückkopplung wird nur aktiviert, wenn der vorbestimmte Betriebsmodus (z.B. der FLAAD-Modus) 550 aktiv ist. Die Verstärkung des Differenzverstärkers 530 ist so gewählt, dass eine Abweichung der Spannung des DC-Busses 502 von der Referenzspannung 504 während des Festhaltens der Spannung minimiert ist. Ein Kondensator 515 über einem Rückkopplungswiderstand 517 des Differenzverstärkers 530 sorgt für Stabilität.
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Der Ausgang 506 des Differenzverstärkers 530 treibt die Gateanschlüsse der MOSFETs 510 zum Betrieb in einer linearen Region an, um genügend Leistung zu adsorbieren, um die Festhaltespannung bei einem voreingestellten Wert zu halten. Bei einer Ausführungsform ist der voreingestellte Wert 16 V +/- 0,25 V. Über die DC-Busanschlüsse hinweg können optional Zenerdioden 516 enthalten sein, um die Spannung während eines anfänglichen Übergangs unter einer maximal angegebenen Spannung der Lasten, z.B. 40 V, festzuhalten, bevor die MOSFETs 510 aktiviert werden, um die Spannungsspitzenenergie zu befördern.
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Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen dazu beschrieben. Beim Lesen und Verstehen der Beschreibung können anderen weitere Modifikationen und Veränderungen begegnen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen begrenzt ist, die als die beste Art angesehen werden, um diese Offenbarung auszuführen, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen enthalten wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
