DE102013220683A1

DE102013220683A1 - Vorichtung und Verfahren zum Erfassen einer Phasensequenz in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102013220683A1
Application number: DE201310220683
Authority: DE
Inventors: Ivan Cordero-Orille; Laura Castillo Vazquez
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: CN103779949B; US9562935B2; DE102013220683B4; US20140111185A1; CN103779949A

Abstract

In wenigstens einer Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Erfassen einer Phasensequenz in einem Fahrzeug vorgesehen. Die Vorrichtung enthält ein Steuermodul für eine operative Kopplung mit einem Stromnetz, um ein eingehendes Leistungssignal von demselben zu empfangen, wobei das eingehende Leistungssignal eine erste Spannung und eine zweite Spannung in einem Fahrzeug vorsieht. Das Steuermodul ist konfiguriert, um eine Phasendifferenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung zu bestimmen und eine Signalfrequenz des eingehenden Signals zu bestimmen, um den Landestyp des Stromnetzes zu bestimmen. Das Steuermodul ist weiterhin konfiguriert, um eine Anzahl von Schalteinrichtungen zu steuern, um ein Ausgangsspannungssignal auf der Basis der Phasendifferenz und der Signalfrequenz für das Laden wenigstens einer Batterie in dem Fahrzeug zu bestimmen.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/716,068 vom 19. Oktober 2012, die hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen einer Phasensequenz in einem Fahrzeug.
Stand der Technik
Es ist allgemein bekannt, eine Phasensequenz für eine elektrische Schaltung zu erfassen. Ein Beispiel für eine derartige Implementierung ist in dem US-Patent Nr. 7,633,185 („das '185-Patent”) von Rowell angegeben.
Das '185-Patent gibt eine Vorrichtung an, die die Anlegung von drei Phasen einer Wechselspannung an einer Last überwacht und steuert, indem sie die Sequenz der drei Phasen erfasst. Ein Schaltmodul wird in Reaktion auf die erfasste Sequenz betrieben, um sicherzustellen, dass die drei Phasen auch dann korrekt an der Last angelegt werden, wenn die Leitungen falsch verbunden sind. Die Überwachung erfasst auch einen Verlust einer Phase, wenn das Schaltmodul die Anlegung von Strom an der Last unterbricht. Die Vorrichtung kann in Verbindung mit verschiedenen Lasten verwendet werden, die mit verschiedenen Spitze-zu-Spitze-Pegeln einer Wechselspannung betrieben werden.
Zusammenfassung
In wenigstens einer Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Erfassen einer Phasensequenz in einem Fahrzeug vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst ein Steuermodul für eine operative Kopplung mit einem Stromnetz, um ein eingehendes Leistungssignal von demselben zu empfangen, wobei das eingehende Leistungssignal eine erste Spannung und eine zweite Spannung in einem Fahrzeug zuführt. Das Steuermodul ist konfiguriert, um eine Phasendifferenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung zu bestimmen und eine Signalfrequenz des eingehenden Signals zu bestimmen, um den Landestyp des Stromnetzes zu bestimmen. Das Steuermodul ist weiterhin konfiguriert, um eine Anzahl von Schalteinrichtungen zu steuern, um ein Ausgangsspannungssignal auf der Basis der Phasendifferenz und der Signalfrequenz für das Laden wenigstens einer Batterie in dem Fahrzeug zu erzeugen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Der Erfindungsumfang wird durch die beigefügten Ansprüche definiert. Verschiedene Merkmale der Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
1 zeigt ein Fahrzeug, das eine Phasensequenz erfasst, gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt eine Buchse mit einer Anschlussstiftanordnung gemäß einem Branchenstandard.
3 zeigt Wellenformen, die einer korrekten Phasensequenz und einer falschen Phasensequenz entsprechen.
4 zeigt einen detaillierten Schaltungsaufbau einer Ladestation und eine AC-Netz-Gleichrichtungsschaltung gemäß einer Ausführungsform.
5 zeigt eine Vorrichtung zum Erfassen der Phasensequenz in einem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform.
6 zeigt ein Verfahren zum Erfassen der Phasensequenz gemäß einer Ausführungsform.
7 zeigt eine Nachschlagetabelle zum Erfassen von verbundenen Phasen und der Phasensequenz sowie zum Erzeugen einer Ausgabe auf der Basis der erfassten Phasenkonfiguration.
Ausführliche Beschreibung
Gemäß den Anforderungen werden hier verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass die beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die auch durch verschiedene alternative Ausführungsformen realisiert werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei einige Merkmale vergrößert oder verkleinert sein können, um die Details bestimmter Komponenten zu verdeutlichen. Die hier beschriebenen Details des Aufbaus und der Funktion sind nicht einschränkend aufzufassen, sondern lediglich als repräsentative Basis für den Fachmann, der die Erfindung umsetzen möchte.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen enthalten allgemein eine Vielzahl von Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen. Bezugnahmen auf Schaltungen oder andere elektrische Einrichtungen und deren Funktionen sind nicht derart zu verstehen, dass die Erfindung auf die hier beschriebenen Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen beschränkt ist. Die verschiedenen Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen sind hier mit bestimmten Bezeichnungen versehen, wobei diese Bezeichnungen jedoch nicht den Betriebsumfang der Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen einschränken. Die Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen können je nach dem Typ der gewünschten elektrischen Implementierung auf beliebige Weise miteinander kombiniert und/oder voneinander getrennt werden. Es ist zu beachten, dass beliebige der hier beschriebenen Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, integrierten Schaltungen, Speichereinrichtungen (z. B. FLASH, RAM, ROM, EPROM, EEPROM und geeignete Varianten derselben) sowie Software enthalten können, die miteinander zusammenwirken, um die hier beschriebenen Operationen auszuführen.
1 zeigt ein Fahrzeug 10, das eine Phasensequenz gemäß einer Ausführungsform erfasst. Eine Ladestation 12 ist vorgesehen, um einen Wechselstrom (AC) zu dem Fahrzeug 10 zuzuführen. Die Ladestation 12 kann eine AC-Stromquelle (nicht gezeigt) umfassen, die in einer Einrichtung (z. B. einem Haushalt, einem Geschäft oder einem anderen Ort) angeordnet ist, wobei eine Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtung (EVSE) dann den eingehenden Wechselstrom zu dem Fahrzeug 10 führt, um eine oder mehrere Fahrzeugbatterien 14 zu laden.
Das Fahrzeug 10 umfasst eine AC-Gleichrichtungsschaltung 16 und eine DC-DC-Isolationsschaltung 18. Die AC-Gleichrichtungsschaltung 16 empfängt den eingehenden Wechselstrom von der Ladestation 12 und wandelt diesen zu einer ersten Gleichstromausgabe. Die DC-DC-Isolationsschaltung wandelt die erste DC-Ausgabe zu einer zweiten DC-Ausgabe (z. B. zu einer DC-Ausgabe von bis zu 800 V), die für die Speicherung in einer oder mehreren Batterien 14 geeignet ist. Allgemein kann die AC-Stromversorgung bis zu drei Phasen von AC-Energie vorsehen, die dann zu einer DC-Spannung für die Speicherung in der einen oder den mehreren Batterien gewandelt wird.
2 zeigt eine Buchse 20 mit einer Anschlussstiftanordnung, die einem Branchenstandard wie etwa IEC (International Electrotechnical Commission) 60309-1 und 60309-2 entspricht. Es sind allgemein drei Phasenimplementierungen (z. B. L1, L2 und L3) erforderlich, um den vorstehenden IEC-Standards zu entsprechen, wobei die Buchse 20 aber auch eine falsche Anschlussstiftanordnung aus L1, L2 und L3 umfassen kann, was eine falsche Phasensequenz zur Folge hat. Allgemein entspricht die Anschlussstiftanordnung der Buchse 20 den Standards IEC 60309-1 und 60309-2. Die Anschlussstiftanordnung (z. B. L1, L2 und L3) der Buchse 20 gibt eine Phasensequenz (oder Phasendrehung) an, die IEC 60309-1 und 60309-2 entspricht.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen sehen allgemein einen Phasensequenzdetektor vor und passen eine elektrische Ausgabe (z. B. eine Pulsbreitenmodulation (PWM)) zum Treiben einer Vielzahl von Schalteinrichtungen in der AC-Netz-Gleichrichtungsschaltung 16 an, um die zweite DC-Ausgabe zu erzeugen, die in der einen oder den mehreren Batterien 14 gespeichert wird. Allgemein kann die AC-Netz-Gleichrichtungsschaltung 16 eine von vielen Konfigurationen eines aktiven Gleichrichters aufweisen. Dieser Aspekt wird nachfolgend ausführlicher erläutert.
Ein integrierter Phasensequenzdetektor ist allgemein in einer High-End-Ausstattung für Industrie- und Haushaltsmärkte implementiert (z. B. eine ununterbrechbare Stromquelle (UPS)). Die Phasensequenz für Kraftfahrzeuganwendungen ist unter Umständen nicht spezifiziert, insbesondere für vollständig digital gesteuerte, aktive Leistungsfaktor-Korrekturschaltungen.
In den hier beschriebenen Ausführungsformen kann auf die Verwendung eines externen Phasensequenztesters (Drehtesters) verzichtet werden, der allgemein testet, ob die dreiphasige Netzbuchse 20 einen Anschlussstiftaufbau für die korrekte Phasensequenz aufweist. Zum Beispiel kann in den hier beschriebenen Ausführungsformen die entsprechende Phasensequenz für den Fall erfassen, dass die Anschlussstiftanordnung falsch ist (L1, L2, L3 außerhalb der Sequenz sind), und die elektrische Ausgabe an die Schalteinrichtungen in der AC-Netz-Gleichrichtungsschaltung 16 anpassen, um die falsche Phasensequenz zu kompensieren.
3 zeigt allgemein Wellenformen, die einer korrekten Phasensequenz und einer falschen Phasensequenz entsprechen. Eine erste Phasensequenzwellenform 26 entspricht allgemein einer korrekten Phasensequenz. Jede Phase (d. h. L1, L2, L3) wird allgemein durch eine Sinuswellenform wiedergegeben. Jede Phase entspricht allgemein einer PWM-Wellenform, die verwendet wird, um eine Schalteinrichtung wie allgemein bei 28 gezeigt zu treiben. Die Verwendung der PWM-Wellenform 28 wird mit Bezug auf 4 im größeren Detail erläutert. Bei 30 ist ein entsprechendes Phasendiagramm, das sich in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn dreht, für die erste Phasensequenzwellenform 26 gezeigt. Jede Phase ist allgemein durch einen Winkel von 120 Grad getrennt.
Eine zweite Phasensequenzwellenform 32 entspricht allgemein einer falschen Phasensequenz. Jede in der zweiten Phasenwellenform 32 gezeigte Phase entspricht allgemein einer PWM-Wellenform, die verwendet wird, um eine Schalteinrichtung wie allgemein an dem Bezugszeichen 34 angegeben zu treiben. An dem Bezugszeichen 36 ist ein entsprechendes Phasendiagramm für die zweite Phasenwellenform 32 gezeigt.
4 zeigt den Schaltungsaufbau der Ladestation 12 und der AC-Gleichrichtungsschaltung 16 im Detail. In einem Beispiel kann die AC-Netz-Gleichrichtungsschaltung 16 eine herkömmliche dreiphasige, passive Gleichrichtungsschaltung 57 sein. Die AC-Netz-Gleichrichtungsschaltung 16 kann gemäß einer Ausführungsform auch als eine aktive Gleichrichtungsschaltung (nachfolgend ebenfalls durch das Bezugszeichen 16 angegeben) implementiert sein. Die aktive Gleichrichtungsschaltung 16 kann als eine Verstärkungs-Gleichrichtungsschaltung 46 implementiert sein. Außerdem zeigt 4 ein vereinfachtes Schema der Ladestation 12. Die passive Gleichrichtungsschaltung 57 umfasst allgemein eine Voll-Gleichrichtungsschaltung 44, die unter Umständen nicht relevant für die Phasensequenz ist. Die Ladestation 12 enthält eine Vielzahl von AC-Stromquellen 48a–48n („48”) und eine Erde 50, die die AC-Leistung zu dem Fahrzeug 10 zuführt. Jede AC-Stromquelle 48 entspricht allgemein einer bestimmten Phase. Eine Vielzahl von Dioden 52 ist vorgesehen, um mit der Vielzahl von AC-Stromquellen 48 zusammenzuwirken, um die eingehende DC-Ausgabe zu der DC-DC-Isolationsschaltung 18 (siehe 1) wie oben genannt zuzuführen.
Die aktive Gleichrichtungsschaltung 16 umfasst allgemein eine Vielzahl von Schalteinrichtungen 54a–54n („54”), einen Kondensator 56 und eine Vielzahl von Induktoren 58a–58c („58”). Es ist zu beachten, dass jede Schalteinrichtung 54 ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder eine beliebige andere, geeignete Einrichtung (z. B. ein bipolarer Transistor mit einem isolierten Gate (IGBT), ein Gate-Ausschalt(GTO)-Schalter usw.) sein kann. Außerdem können auch andere, geeignete aktive Gleichrichtungskonfigurationen wie etwa ein Buck-Gleichrichter, ein Vienna-Gleichrichter usw. verwendet werden. Allgemein kann ein Steuermodul (siehe 5) eine entsprechende PWM-Wellenform (ähnlich wie die oben in Verbindung mit 3 genannte) vorsehen, um jede Schalteinrichtung 54 auf der Basis der Phasendrehung der eingehenden AC-Leistung von den AC-Stromquellen 48 zu treiben. Die Schalteinrichtungen 54 wirken auf der Basis der von den AC-Stromquellen 48 empfangenen PWM-Wellenform zusammen, um die erste Gleichstromausgabe vorzusehen. Wenn die eingehende AC-Leistung zu der aktiven Gleichrichtungsschaltung 16 mit einer falschen Phasensequenz zugeführt wird (die Stiftanordnung falsch ist), können eine oder mehrere der Schalteinrichtungen 54 eine Fehlerbedingung erfahren oder kann eine Leistungsfaktoroperation beeinträchtigt werden.
5 zeigt eine Vorrichtung 60 zum Erfassen der Phasensequenz in einem Fahrzeug 10 gemäß einer Ausführungsform. Die Vorrichtung 60 umfasst einen Batterielader 62, der operativ mit der Ladestation 12 (oder dem Stromnetz) verbunden ist, um die Batterie 14 zu laden. Eine Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtung (EVSE) 66 ist operativ mit der Ladestation 12 und dem Fahrzeug 10 verbunden. Die EVSE 66 umfasst allgemein Anschlüsse, Elektrofahrzeugstecker, Steckdosen und eine Elektronik, um einen Fluss der AC-Leistung zu dem Fahrzeug 10 zu gestatten, wenn die Batterie 14 geladen werden soll.
Der Batterielader 62 umfasst die aktive Gleichrichtungsschaltung 16, die DC-DC-Isolationsschaltung 18, wenigstens zwei Transformatoren 68a–68n („68”) (oder eine erste Erfassungseinrichtung 68a und eine zweite Erfassungseinrichtung 68n), einen Stromsensor 70 und ein Steuermodul 72. Es ist zu beachten, dass zwei Paare von Spannungssensoren anstelle der wenigstens zwei Transformatoren 68 wie etwa Stromumsetzer (z. B. Halleffekt-basiert) oder Isolationsverstärker (z. B. optisch oder magnetisch gekoppelt usw.) verwendet werden können. Dementsprechend können die ersten und zweiten Erfassungseinrichtungen die Spannungssensoren oder die Spannungsumsetzer enthalten. Jeder Transformator 68 erfasst die AC-Eingangsspannung von Leitung zu Leitung und führt ein Niederspannungssignal (d. h. ein Niederspannungs-AC-Signal) zu dem Steuermodul 72 zu. Es ist zu beachten, dass ein DC-Versatz auf das Niederspannungs-AC-Signal angewendet werden kann, sodass das Niederspannungs-AC-Signal immer positiv ist. Dabei wird angenommen, dass das Niederspannungs-AC-Signal von –2,5 bis +2,5 V reicht. Ein derartiger Versatz sieht wie oben genannt eine Ausgabe zwischen 0 und 5 V vor und ist somit immer positiv. Der Stromsensor 70 misst einen Strom (z. B. I_R) von dem AC-Eingang aus der Stromquelle 48a. Der Stromsensor 70 führt den gemessenen Strom I_R zu dem Steuermodul 72 zu. Der Stromsensor 70 kann für eine bestimmte AC-Netzkonfiguration relevant sein. Das Steuermodul 72 umfasst einen Mikroprozessor 73 zum Empfangen des gemessenen Stroms I_R zusätzlich zu verschiedenen Steuersignalen. Das Steuermodul 72 empfängt weiterhin eine erste Spannung (z. B. V_R) von dem Transformator 68a (oder der ersten Transformatoreinrichtung) und eine zweite Spannung (z. B. V_S) von dem Transformator 68b (oder der zweiten Transformatoreinrichtung). Die Bedeutung von I_R, V_R und V_S wird mit Bezug auf 6 im größeren Detail beschrieben.
Eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung 74 ist zusammen mit der aktiven Gleichrichtungsschaltung 16 vorgesehen, um den Verbrauch von reaktiver Leistung an dem eingehenden AC-Strom von der Ladestation 12 zu minimieren. Das Steuermodul 72 führt eine entsprechende PWM-Wellenform für jede Phase (z. B. PWM1, PWM2 und PWM3) zu der aktiven Gleichrichtungsschaltung 16 zu, um die darin enthaltenden Schalteinrichtungen 54 zu treiben. Die DC-DC-Isolationsschaltung 18 wandelt dann die erste DC-Ausgabe zu der zweiten DC-Ausgabe, die für die Speicherung an der Batterie 14 geeignet ist.
6 zeigt ein Verfahren 100 zum Erfassen der Phasensequenz gemäß einer Ausführungsform.
In Schritt 102 bestimmt das Steuermodul 72, ob die EVSE 66 die eingehende AC-Leistung zu dem Fahrzeug 10 zuführt. Dies kann der Fall sein, wenn das Fahrzeug 10 einem Ladevorgang unterworfen wird. Der Schritt wird durchgeführt, um sicherzustellen, dass alle Sicherheitseinrichtungen zwischen dem Fahrzeug 10 und dem Stromnetz aktiv sind. Wenn dies der Fall ist, dann geht das Verfahren 100 zu Schritt 104. wenn nicht, geht das Verfahren 100 zu Schritt 108.
In Schritt 104 stellt das Steuermodul 72 eine Kommunikation mit der EVSE 66 her. Zum Beispiel wird gemäß IEC 61851-1 eine Pilotdrahtschaltung mit einer PWM-Modulation (z. B. einem Steuerpilot) zugeführt. Zusätzliche drahtgebundene und/oder drahtlose Kommunikationsverfahren können gemäß verschiedenen internationalen Standards vorgesehen sein.
In Schritt 106 liest das Steuermodul 72 verschiedene Ladeparameter. Die Pilotdrahtschaltung gemäß IEC 61851-1 definiert allgemein einen verfügbaren Strompegel, der von der Ladestation 12 gezogen werden kann. Weiterhin kann die Steuerpilotschaltung Informationen zu dem Ladezustand wie etwa zu den geschlossenen Relais, der verbundenen Kabelanordnung usw. bereitstellen.
In Schritt 108 prüft das Steuermodul 72 den Lademodus und die Phasendrehung oder die Phasensequenz der eingehenden AC-Leistung. Zum Beispiel kann der Batterielader 62 mit einer dreiphasigen AC-Quelle, einer einzelnen Phase oder einer Spaltphase verbunden sein. Weiterhin kann der Batterielader 62 mit mehreren Typen von AC-Netzen verbunden sein, die in der Leitungsamplitude und der Basisfrequenz je nach dem Land variieren. Der Mikroprozessor 73 führt eine entsprechende PWM-Wellenform für jede Phase (z. B. PWM1, PWM2 und PWM3) zu den Schalteinrichtungen 54 zu.
In Schritt 110 führt das Steuermodul 72 die Phasendrehung oder Phasensequenzprüfung mittels der Schritte 112, 114, 116 und 118 durch.
In Schritt 112 tastet das Steuermodul 72 die erste Spannung V_R von dem Transformator 68a mit einer entsprechenden ersten Frequenz ab. In einem Beispiel kann die erste Frequenz bei 20 kHZ liegen. Es ist zu beachten, dass auch andere Frequenzen auf der Basis der Kriterien einer bestimmten Implementierung verwendet werden können. Allgemein kann V_R im Bereich von 90 Vrms–400 Vrms liegen. Allgemein wird die erste Frequenz derart gewählt, dass sie einer Aufgabenzeit für das Steuermodul 72 entspricht. Zusätzliche Abtastraten (oder Frequenzen) sind möglich, solange die Abtastrate für das Steuermodul 72 eine angemessene Zeitdauer zum Wiederherstellen eines echten Signals ermöglicht.
In Schritt 114 verwendet das Steuermodul 72 eine Phasenregelschleife (PLL) für die Synchronisierung mit der eingehenden AC-Leistung, die V_R an dem Transformator 68a vorsieht. Dadurch wird sichergestellt, dass das Steuermodul 72 mit dem Stromnetz synchronisiert wird.
In Schritt 116 tastet das Steuermodul 72 die zweite Spannung V_S von dem Transformator 68b mit einer entsprechenden zweiten Frequenz ab. In einem Beispiel kann die zweite Frequenz bei 20 kHz liegen. Es ist zu beachten, dass auch andere Frequenzen auf der Basis der Kriterien einer bestimmten Implementierung verwendet werden können. Die zweite Frequenz kann variieren, solange sie eine angemessene Abtastrate vorsieht, mit der das Steuermodul 72 über eine angemessene Zeit zum Wiederherstellen des echten Signals verfügt. Allgemein kann V_S im Bereich von 90 Vrms–400 Vrms liegen.
In Schritt 118 verwendet das Steuermodul 72 die PLL für eine Synchronisierung mit der eingehenden AC-Leistung, die V_S an dem Transformator 68b vorsieht. Wie weiter oben genannt, wird dadurch sichergestellt, dass das Steuermodul 72 mit dem Stromnetz synchronisiert wird.
In Schritt 120 bestimmt das Steuermodul 72 eine Signalfrequenz der eingehenden AC-Leistung, um das Land des Stromnetzes zu bestimmen. Zum Beispiel führen Stromquellen 48 in der europäischen Union die eingehende AC-Leistung mit 50 Hz zu. Stromquellen 48 in den vereinigten Staaten führen die eingehende AC-Leistung mit 60 Hz zu.
In Schritt 122 bestimmt das Steuermodul 72 die Phasendifferenz zwischen V_R und V_S. Dieser Wert gibt allgemein die Phasensequenz an.
In Schritt 124 greift das Steuermodul 72 auf eine Nachschlagetabelle (LUT) zu, um die Phasensequenz auf der Basis der in Schritt 122 bestimmten Phasendifferenz und der in Schritt 120 bestimmten Frequenz zu bestimmen. 7 zeigt allgemein ein Beispiel für den Inhalt einer LUT, die in dem Steuermodul 72 gespeichert ist.
Zum Beispiel kann die LUT folgende Informationen enthalten: (i) den „NETZTYP” wie an dem Bezugszeichen 90 angegeben (siehe 7), (ii) die Phasendifferenz zwischen L1 und L2, die den Netztyp angibt, die entsprechende Amplitude von L1 und L2 und die Frequenz (z. B. 50 Hz oder 60 Hz) (oder USA oder Japan) wie an dem Bezugszeichen 92 angegeben (siehe 7), und (iii) den Typ der PWM-WEllenform für die Anlegung an den verschiedenen Schalteinrichtungen 54 in der aktiven Gleichrichtungsschaltung 16 wie allgemein an dem Bezugszeichen 94 angegeben (siehe 7).
Wenn das Steuermodul 72 die Informationen in Schritt 124 bestimmt hat, geht das Verfahren 100 zu Schritt 126.
In Schritt 126 setzt das Steuermodul 72 die entsprechende PWM-Wellenform wie allgemein an dem Bezugszeichen 94 in 7 angegeben auf der Basis der Phasendifferenz und der Frequenz (d. h. auf der Basis des erfassten Stromnetzes).
In Schritt 128 bestimmt das Steuermodul 72, ob der auf der Basis der Phasendifferenz und der Frequenz erfasste Netztyp einem Fall 1 oder einem Fall 3 einer Spaltphase entspricht. Allgemein sind Netze des Spaltphase-Fall 1 oder des Spaltphase-Fall 3 ununterscheidbar, wenn der Fahrzeuglader nicht gestartet wurde. Es ist wünschenswert, den Typ des Netzes, mit dem das Fahrzeug 10 gekoppelt ist, zu kennen, bevor der Ladevorgang eingeleitet wird (d. h. bevor die Schalteinrichtungen 54 mit den verschiedenen PWM-Wellenformen betrieben werden), um die Phasensequenz zu berücksichtigen, damit die Schalteinrichtungen 54 nicht beschädigt werden.
Falls der Netztyp dem Spaltphase-Fall 1 oder dem Spaltphase-Fall 3 entspricht, geht das Verfahren 100 zu Schritt 132. Falls dies nicht der Fall ist, geht das Verfahren 100 zu Schritt 134, um zu ermöglichen, dass das Fahrzeug 10 einem Ladevorgang unterworfen wird, weil der entsprechende Netztyp bekannt ist und weiterhin bekannt ist, wie die Schalteinrichtungen 54 mit der korrekten PWM-Wellenform zu betreiben sind, um den Typ des Stromnetzes zu berücksichtigen.
In Schritt 132 nimmt das Steuermodul 72 an, dass das Netz ein Spaltphase-Fall 1 ist, oder wählt willkürlich den Spaltphase-Fall 1. Es ist zu beachten, dass das Steuermodul alternativ auch annehmen kann, dass das Netz der Spaltphase-Fall 3 ist, oder willkürlich den Spaltphase-Fall 3 wählen kann.
In Schritt 136 steuert das Steuermodul 72 die Leistungsfaktorkorrektur (PFC) 74 für einen Betrieb in einem Ruhemodus. In dem Ruhemodus zieht die PFC 74 Leistung von einer internen Stromquelle und erfährt Verluste. Die interne Stromquelle zieht Leistung aus dem Netz. In dem Ruhemodus können verschiedene Stufen von Hilfsschaltungen (nicht gezeigt) in der PFC 74 mit Leistung aus der internen Stromquelle aktiviert werden, während andere Stufen in der PFC 74 nicht aktiviert werden. Zum Beispiel zieht in dem Ruhemodus die PFC 74 Leistung für die Versorgung von Hilfs- und Steuerschaltungen (nicht gezeigt), wobei verschiedene Schaltleistungshalbleiter und passive Komponenten (Kondensatoren, Induktoren usw.) Verluste erfahren. Die DC/DC-Isolationsschaltung 18 ist nicht aktiv, während sich die PFC 74 in dem Ruhemodus befindet, weil keine Leistung von dem Stromnetz zu der Batterie 14 übertragen wird.
In Schritt 138 berechnet das Steuermodul 72 eine gesamte harmonische Verzerrung (THD) auf der Basis des durch den Stromsensor 70 erfassten Stroms (oder das Steuermodul 72 empfängt den Strom und berechnet die THD). Die THD ist allgemein als der quadratische Mittelwert (RMS-Wert) der gesamten Harmonischen des Stromsignals, dividiert durch den RMS-Wert des Grundsignals definiert.
In Schritt 140 bestimmt das Steuermodul 72, ob der Wert THD eine vorbestimmte Grenze (oder einen Schwellwert) überschreitet. Wenn dies der Fall ist, geht das Verfahren 100 zu Schritt 142. Wenn dies nicht der Fall ist, schreitet das Verfahren 100 zu Schritt 134 fort. Und wenn diese Bedingung falsch ist, gibt dies an, dass der Spaltphase-Fall 1 der Typ des operativ mit dem Fahrzeug 10 gekoppelten Netzes ist, und dass die in Schritt 132 getroffene Annahme korrekt ist. Es ist zu beachten, dass, während sich die PFC 74 in dem Ruhezustand befindet, das Steuermodul 72 die PWM-Wellenform (oder Sequenz) zu der PFC 74 zuführen kann, aber keine Leistung zu der Batterie 14 übertragen wird, weil die DC/DC-Isolationsschaltung 18 in diesem Fall ausgeschaltet ist.
In Schritt 134 aktiviert das Steuermodul 72 die PFC 74 und führt die PWM-Wellenformen zu den Schalteinrichtungen 54 in Übereinstimmung damit zu, welche derselben dem Spaltphase-Fall 1 entsprechen.
In Schritt 142 steuert das Steuermodul 72 die PFC 74 für ein Stoppen, wenn der in Schritt 132 angenommene Netztyp falsch ist.
In Schritt 144 wählt das Steuermodul 72 den Spaltphase-Fall 3.
In Schritt 134 aktiviert das Steuermodul 72 die PFC 74 und führt die PWM-Wellenformen zu den Schalteinrichtungen 54 in Übereinstimmung damit zu, welche derselben der identifizierten AC-Netz-Konfiguration und der Phasensequenz entsprechen.
Allgemein gilt für die hier beschriebenen Ausführungsformen: (i) es ist kein externer Phasensequenztester zum Prüfen der Bereitschaft des Ladepunkts erforderlich; (ii) die Sequenz wird erfasst und auf jeden Fall angepasst; (iii) es muss keine Steckerverdrahtung im Haushalt geändert werden, wenn eine falsche Phasendrehung oder Sequenz vorliegt; (iv) es wird eine größere Robustheit unter Verwendung einer von der Installation unabhängigen Implementierung vorgesehen; und (v) eine Anwendung auf dreiphasige, im Fahrzeug integrierte Batterielader mit einer digitalen Steuerung ist möglich.
Vorstehend wurden beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die Beschreibung ist beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen, wobei zu beachten ist, dass verschiedene Änderungen an den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Außerdem können Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7633185 [0003, 0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEC (International Electrotechnical Commission) 60309-1 und 60309-2 [0018]
IEC 61851-1 [0031]
IEC 61851-1 [0032]

Claims

Vorrichtung zum Erfassen einer Phasensequenz in einem Fahrzeug, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Steuermodul für die operative Kopplung mit einer ersten Erfassungseinrichtung und einer zweiten Erfassungseinrichtung in einem Fahrzeug, wobei das Steuermodul ein eingehendes Leistungssignal von einem Stromnetz empfängt, wobei die erste Erfassungseinrichtung angeordnet ist, um eine erste Spannung in Antwort auf das eingehende Leistungssignal vorzusehen, und wobei die zweite Erfassungseinrichtung angeordnet ist, um eine zweite Spannung in Antwort auf das eingehende Leistungssignal vorzusehen, wobei das Steuermodul konfiguriert ist zum: Bestimmen einer Phasendifferenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung, und Steuern einer Anzahl von Schalteinrichtungen zum Erzeugen eines Ausgangsspannungssignals auf der Basis der Phasendifferenz für das Laden wenigstens einer Batterie in dem Fahrzeug.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul weiterhin konfiguriert ist, um eine Signalfrequenz des eingehenden Signals zu bestimmen, um den Landestyp des Stromnetzes zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Steuermodul weiterhin konfiguriert ist, um die Anzahl von Schalteinrichtungen zu steuern, um das Ausgangsspannungssignal auf der Basis der Phasendifferenz und der Signalfrequenz zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Steuermodul weiterhin konfiguriert ist, um eine Anzahl von pulsbreitenmodulierten (PWM) Signalen auf der Basis der Phasendifferenz und der Signalfrequenz zu erzeugen, um die Anzahl von Schalteinrichtungen für das Erzeugen des Ausgangsspannungssignals zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul weiterhin konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob das Stromnetz einem ersten Spaltphase-Fall oder einem zweiten Spaltphase-Fall entspricht, bevor die Anzahl von Schalteinrichtungen für das Erzeugen der Ausgangsspannung gesteuert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Steuermodul weiterhin konfiguriert ist, um willkürlich den ersten Spaltphase-Fall oder den zweiten Spaltphase-Fall zu wählen, bevor die Anzahl von Schalteinrichtungen gesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Steuermodul weiterhin konfiguriert ist, um Strom von dem eingehenden Leistungssignal in Antwort auf das willkürliche Wählen des ersten Spaltphase-Falls oder des zweiten Spaltphase-Falls zu messen und den gemessenen Strom mit einem Schwellwert zu vergleichen, um zu bestimmen, ob das Stromnetz dem ersten Spaltphase-Fall oder dem zweiten Spaltphase-Fall entspricht.
Vorrichtung zum Erfassen einer Phasensequenz in einem Fahrzeug, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Steuermodul für die operative Kopplung mit einem Stromnetz, um ein eingehendes Leistungssignal von demselben zu empfangen, wobei das eingehende Leistungssignal eine erste Spannung und eine zweite Spannung in einem Fahrzeug vorsieht, wobei das Steuermodul konfiguriert ist zum: Bestimmen einer Phasendifferenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung, Bestimmen einer Signalfrequenz des eingehenden Signals, um einen Landestyp des Stromnetzes zu bestimmen, und Steuern einer Anzahl von Schalteinrichtungen, um ein Ausgangsspannungssignal auf der Basis der Phasendifferenz und der Signalfrequenz für das Laden wenigstens einer Batterie in dem Fahrzeug zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Steuermodul weiterhin konfiguriert ist, um eine Anzahl von pulsbreitenmodulierten (PWM) Signalen auf der Basis der Phasendifferenz und der Signalfrequenz zu erzeugen, um die Anzahl von Schalteinrichtungen für das Erzeugen des Ausgangsspannungssignals zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Steuermodul weiterhin konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob das Stromnetz einem ersten Spaltphase-Fall oder einem zweiten Spaltphase-Fall entspricht, bevor die Anzahl von Schalteinrichtungen für das Erzeugen der Ausgangsspannung gesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Steuermodul weiterhin konfiguriert ist, um willkürlich den ersten Spaltphase-Fall oder den zweiten Spaltphase-Fall zu wählen, bevor die Anzahl von Schalteinrichtungen gesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Steuermodul weiterhin konfiguriert ist, um Strom von dem eingehenden Leistungssignal in Antwort auf das willkürliche Wählen des ersten Spaltphase-Falls oder des zweiten Spaltphase-Falls zu messen und den gemessenen Strom mit einem Schwellwert zu vergleichen, um zu bestimmen, ob das Stromnetz dem ersten Spaltphase-Fall oder dem zweiten Spaltphase-Fall entspricht.
Verfahren zum Erfassen einer Phasensequenz in einem Fahrzeug, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines eingehenden Leistungssignals von einem Stromnetz, Vorsehen einer ersten Spannung von dem eingehenden Leistungssignal an einer ersten Erfassungseinrichtung, Vorsehen einer zweiten Spannung von dem eingehenden Leistungssignal an einer zweiten Erfassungseinrichtung, Bestimmen einer Phasendifferenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung, und Steuern einer Anzahl von Schalteinrichtungen, um ein Ausgangsspannungssignal auf der Basis der Phasendifferenz für das Laden wenigstens einer Batterie in dem Fahrzeug zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 13, das weiterhin das Bestimmen einer Signalfrequenz des eingehenden Signals umfasst, um einen Landestyp des Stromnetzes zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin das Steuern der Anzahl von Schalteinrichtungen umfasst, um das Ausgangsspannungssignal auf der Basis der Phasendifferenz und der Signalfrequenz zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin das Erzeugen einer Anzahl von pulsbreitenmodulierten (PWM) Signalen auf der Basis der Phasendifferenz und der Signalfrequenz umfasst, um die Anzahl von Schalteinrichtungen für das Erzeugen des Ausgangsspannungssignals zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 13, das weiterhin das Bestimmen, ob das Stromnetz einem ersten Spaltphase-Fall oder einem zweiten Spaltphase-Fall entspricht, umfasst, bevor die Anzahl von Schalteinrichtungen für das Erzeugen der Ausgangsspannung gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, das weiterhin das willkürliche Auswählen des ersten Spaltphase-Falls und des zweiten Spaltphase-Falls umfasst, bevor die Anzahl von Schalteinrichtungen gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, das weiterhin aufweist: Messen von Strom von dem eingehenden Leistungssignal in Antwort auf das willkürliche Wählen des ersten Spaltphase-Falls oder des zweiten Spaltphase-Falls, und Vergleichen des gemessenen Stroms mit einem Schwellwert, um zu bestimmen, ob das Stromnetz dem ersten Spaltphase-Fall oder dem zweiten Spaltphase-Fall entspricht.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Phasendifferenz das Stromnetz angibt, das einem dreiphasigen Netz, einem ersten einphasigen Fall, einem zweiten einphasigen Fall, einen dritten einphasigen Fall, einen ersten Spaltphase-Fall, einen zweiten Spaltphase-Fall und einem dritten Spaltphase-Fall entspricht.