DE102013222394A1 - Verfahren und Systeme für das Steuern eines Boost-Wandlers - Google Patents

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Seok-Joo JANG
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Abstract

Es werden Verfahren und Geräte für das Steuern eines Boost-Wandlers bereitgestellt. In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Bearbeiten eines Eingangsstrombefehls über eine Vielzahl von priorisierten begrenzenden Schaltungen, um zu bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl zu begrenzen ist, und das Begrenzen des Eingangsstrombefehls, um den Boost-Wandler zu begrenzen, wenn bestimmt ist, den Eingangsstrombefehl zu begrenzen. In einer Ausführungsform beinhaltet das Gerät eine Energiequelle, welche an einen Boost-Wandler gekoppelt ist, welcher eine Ausgangsspannung bereitstellt, welche für ein Strombefehlssignal empfänglich ist. Ein Wechselrichter ist an den Boost-Wandler gekoppelt, um mehrphasige Ströme für einen Mehrphasenmotor für ein Fahrzeug bereitzustellen. Ein Steuerglied, welches an den Boost-Wandler gekoppelt ist, um das Strombefehlssignal durch Bearbeiten eines Eingangsstrombefehls über eine Vielzahl von priorisierten begrenzenden Schaltungen bereitzustellen, und Bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl zu begrenzen ist, um das Strombefehlssignal an den Boost-Wandler zu liefern.

Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Der technische Bereich bezieht sich im Allgemeinen auf den Betrieb und das Steuern von Boost- bzw. Aufwärtswandlern, und spezieller ausgedrückt bezieht er sich auf den Betrieb und das Steuern von Gleichstrom-(DC-)Boost-Wandlern für ein Fahrzeug.
  • HINTERGRUND
  • Elektrische, hybridelektrische und Brennstoffzellenfahrzeuge benutzen typischerweise ein Hochspannungsleistungs-Verteilungssystem, um hohe Spannung an einen oder mehrere elektrische Antriebsmotore und andere elektrische Einrichtungen zu liefern. Die Hochspannung, welche für einen fahrzeugartigen Antriebsmotor notwendig ist, liegt häufig in der Größenordnung von 400 Volt (V). Um diese notwendige hohe Spannung zu erreichen, können Leistungsverteilungssysteme einen Boost-Wandler implementieren, welcher gewöhnlich auch als ein Stufenaufwärtswandler bezeichnet wird. Ein derartiger Boost-Wandler erlaubt, dass die Fahrzeugleistungsquellen (z. B. Batterie(n) oder eine Brennstoffzelle) niedrigere Spannungen speichern und liefern, als die, welche ohne einen Boost-Wandler erforderlich wären.
  • Wenn ein Boost-Wandler in einem Stromsteuermodus arbeitet, zieht er einen Eingangsstrombefehl. Unter bestimmten Systemumständen (z. B. Ausgangsbatteriespannung zu hoch, Ausgangsbatteriespannung zu niedrig oder Eingangsbrennstoffzellenspannung zu niedrig) riskiert man mit dem Ziehen des Eingangsstrombefehls jedoch einen Systemschaden, speziell an der Brennstoffzelle bei Brennstoffzell-Implementierungen, wobei eine Überlastung an den oberen Zellen in einem Brennstoffzellenstapel ausgeübt werden kann.
  • Entsprechend ist es wünschenswert, einen Schutz für ein Hochspannungs-Fahrzeugsystem bereitzustellen, welches einen Boost-Wandler beinhaltet. Zusätzlich ist es wünschenswert, einen Boost-Wandler bereitzustellen, welcher bei einer Brennstoffzellen-Implementierung angewendet werden kann, welcher die Brennstoffzelle vor einem Schaden schützt. Darüber hinaus werden andere wünschenswerte Merkmale und Charakteristika der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgend detaillierten Beschreibung und den angehängten Ansprüchen offensichtlich werden, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorhergegangenen technischen Bereich und Hintergrund gegeben werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es wird ein Verfahren bereitgestellt, um einen Boost-Wandler zu steuern. In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Bearbeiten eines Eingangsstrombefehls über eine Vielzahl von priorisierten begrenzenden Schaltungen, um zu bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl zu begrenzen ist, und wobei der Eingangsstrombefehl begrenzt wird, um den Boost-Wandler zu begrenzen, wenn bestimmt ist, den Eingangsstrombefehl zu begrenzen.
  • Es wird ein Gerät bereitgestellt, um einen Boost-Wandler zu steuern. In einer Ausführungsform beinhaltet das Gerät eine Energiequelle, welche an einen Boost-Wandler gekoppelt ist, welcher eine Ausgangsspannung, welche verantwortlich für ein Strombefehlssignal ist, bereitstellt. Ein Wechselrichter ist an den Boost-Wandler gekoppelt, um die Ausgangsspannung zu bearbeiten und mehrphasige Ströme an einen Mehrphasenmotor für ein Fahrzeug zu liefern. Ein Steuerglied ist an den Boost-Wandler gekoppelt, um das Strombefehlssignal bereitzustellen, und zwar durch das Bearbeiten eines Eingangsstrombefehls über eine Vielzahl von priorisierten begrenzenden Schaltungen und das Bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl zu begrenzen ist, um das Strombefehlssignal an den Boost-Wandler zu liefern.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Offenbarung wird hier nachfolgend in Verbindung mit den folgenden gezeichneten Figuren beschrieben, wobei gleiche Ziffern gleiche Elemente anzeigen, und wobei:
  • 1 ein Blockdiagramm eines Hochspannungsmotorsystems für ein Fahrzeug, welches einen Boost-Wandler beinhaltet, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform ist;
  • 2 ein Blockdiagramm des strombegrenzenden Steuergliedes der 1 entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform ist;
  • 3 ein Blockdiagramm einer beispielhaften linear drosselnden Schaltung entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform ist;
  • 4 ein Diagramm, welches den Betrieb der linear drosselnden Schaltung der 3 darstellt, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform ist; und
  • 5 ein Ablaufdiagramm, welches ein beispielhaftes Verfahren für das Betreiben eines Boost-Wandlers darstellt, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende detaillierte Beschreibung ist in ihrer Art nur beispielhaft, und es ist nicht beabsichtigt, dass sie die Anwendung und das Benutzen eingrenzt. Außerdem gibt es keine Absicht, an irgendwelche ausgedrückte oder beinhaltete Theorie gebunden zu sein, welche in dem vorhergegangenen technischen Bereich, Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung präsentiert wird.
  • In diesem Dokument können Bezugsterme, wie z. B. erster und zweiter und Ähnliche, nur benutzt werden, um zwischen einer Einheit oder einer Aktion oder einer anderen Einheit oder Aktion zu unterscheiden, ohne dass notwendigerweise eine aktuelle derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen derartigen Einheiten oder Aktionen erforderlich ist. Numerische Ordnungszahlen, wie z. B. ”erster”, ”zweiter”, ”dritter” etc. bezeichnen einfach unterschiedliche einzelne Dinge oder eine Vielzahl und beinhalten nicht irgendeine Reihenfolge oder Folge, es sei denn, es wird speziell durch die Sprache des Anspruchs definiert.
  • Zusätzlich bezieht sich die folgende Beschreibung auf Elemente oder Merkmale, welche miteinander ”verbunden” oder ”gekoppelt” sind. Wie es hier benutzt wird, kann sich ”verbunden” auf ein Element/Merkmal beziehen, welches direkt mit einem anderen Element/Merkmal verbunden ist (oder direkt mit diesem kommuniziert), und nicht notwendigerweise auf mechanische Weise. In ähnlicher Weise kann sich ”gekoppelt” auf ein Element/Merkmal beziehen, welches direkt oder indirekt mit einem anderen Element oder Merkmal verbunden ist (oder direkt oder indirekt mit diesem kommuniziert), und nicht notwendigerweise auf mechanische Weise. Jedoch sollte davon ausgegangen werden, dass, obwohl zwei Elemente nachfolgend in einer Ausführungsform beschrieben werden können, dass sie ”verbunden” sind, in alternativen Ausführungsformen ähnliche Elemente ”gekoppelt” sein können, und umgekehrt. Demnach, obwohl die schematischen Zeichnungen, welche hier gezeigt sind, beispielhafte Anordnungen von Elemente zeigen, können zusätzliche dazwischen liegende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Bauteile in einer aktuellen Ausführungsform vorhanden sein.
  • Schließlich können, der Kürze wegen, herkömmliche Techniken und Komponenten, welche sich auf elektrische und mechanische Fahrzeugteile und andere funktionelle Gesichtspunkte des Systems (und die individuellen Betriebskomponenten des Systems) beziehen, hier nicht im Detail beschrieben werden. Außerdem ist beabsichtigt, dass die Verbindungslinien, welche in den verschiedenen Figuren gezeigt sind, welche hier enthalten sind, beispielhafte Funktionsbeziehungen und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen repräsentieren. Es sollte beachtet werden, dass viele alternative oder zusätzliche funktionelle Beziehungen oder physikalische Verbindungen in einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden sein können. Es ist auch davon auszugehen, dass die 1–2 nur erläuternd sind und nicht maßstäblich gezeichnet sein können.
  • Mit Bezug auf die Zeichnungen, wobei ähnliche bzw. gleiche Referenzzahlen sich auf ähnliche bzw. gleiche Komponenten beziehen, zeigt 1 ein elektrisches Motorsystem 10, welches einen Boost-Wandler 12 entsprechend den beispielhaften Ausführungsformen zeigt. Das elektrische Motorsystem 10 beinhaltet einen elektrischen Motor 14 (zum Beispiel einen dreiphasigen elektrischen Motor), wie zum Beispiel eine Induktionsmaschine oder einen Permanentmagnet-Elektromotor, welcher arbeitet, um ein Fahrzeug entsprechend den beispielhaften Ausführungsformen anzutreiben. Um Leistung für den elektrischen Motor 14 zu liefern, wird Leistung von einer Leistungsquelle 16 über Leitungen 18 und 20 dem Boost-Wandler 12 bereitgestellt. Der Boost-Wandler 12 arbeitet, um die Ausgangsspannung anzuheben (und den Strom aufgrund der Wandlung der Energie zu reduzieren), welche an den Zuleitungen 22 und 24, welche den Boost-Wandler 12 an einen Wechselrichter 26 (oder eine andere Motorsteuerschaltung) koppeln, und an eine Energiespeichereinheit (z. B. Batterie) 28 über die Zuleitungen 22' und 24' bereitgestellt wird. Die Energiespeichereinheit 28 wird als Energiepuffer betrieben, welcher die Spannung an dem Eingang des Wechselrichters 26 konstant hält. Der Wechselrichter 26 arbeitet in einer herkömmlichen Weise in Abhängigkeit zu Betriebssteuersignalen 30 von einem Steuerglied 32, um Spannung für jede Phase oder Motorwicklung des elektrischen Motors 14 zu liefern.
  • Das Steuerglied 32 führt die Berechnung und Steuerfunktionen des elektrischen Motorsystems 10 durch und kann jeglichen Typ von Prozessor oder viele Prozessoren, einzelne integrierte Schaltungen, wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, oder jegliche geeignete Anzahl von integrierten Schaltungseinrichtungen und/oder Schaltungsplatinen aufweisen, welche in Kooperation arbeiten, um die Funktionen einer Bearbeitungseinheit zu erfüllen. Das Steuerglied 32 kann einen Speicher beinhalten, welcher Bedienungsprogramme bzw. Arbeitsprogramme, Instruktionen und/oder Variable oder Parameter enthält, welche für das Betreiben des elektrischen Motorsystems 10 nützlich sind. Ein derartiger Speicher könnte verschiedene Arten von dynamischem Zugriffspeicher (DRAN), wie zum Beispiel SDRAM, verschiedene Typen von statischen RAM (SRAM) und verschiedene Typen von nichtflüchtigem Speicher (PROM, EPROM und Flash) beinhalten.
  • Entsprechend den beispielhaften Ausführungsformen beinhaltet das elektrische Motorsystem 10 auch ein Strombegrenzungssteuerglied 34, welches bestimmt, ob Systemzustände vorhanden sind, welche eine Modifikation oder Begrenzung eines Eingangsstrombefehls 36 garantieren, welcher in einigen Ausführungsformen durch das Steuerglied 32 bereitgestellt werden kann. Das heißt, während des normalen Betriebes kann der Eingangsbefehlsstrom 36 einfach entlang des Strombegrenzungs-Steuerglieds 34 zu dem Boost-Wandler 12 als das Boost-Wandler-Strombefehlssignal 38 geführt werden. Während Systemsituationen, welche einen begrenzenden Zustand garantieren, begrenzt jedoch das Strombegrenzungs-Steuerglied 34 das Strombefehlssignal 38, welches für den Boost-Wandler 12 bereitgestellt wird, für den Gesamtschutz des Systems. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, beinhaltet das Strombegrenzungssteuerglied 34 eine Vielzahl von Strombegrenzungsschaltungen, von welchen jede eine strombegrenzende Funktion bereitstellt, um zu bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl 36 zu begrenzen ist, um das Strombefehlssignal 38 an den Boost-Wandler 12 zu liefern. Beim Durchführen dieser Bestimmungen bearbeitet das Strombegrenzungssteuerglied 34 andere programmierte Parameter oder Variable, welche über die Programmierleitungen 40 von dem Steuerglied 32 bereitgestellt werden, ebenso wie Rückkopplungssignale 42 von dem Boost-Wandler 12.
  • Mit Bezug nun auf 2 wird ein Blockdiagramm des Strombegrenzungssteuergliedes 34 gezeigt, wie es sieben Strombegrenzungsschaltungen 100, 200, 300, 400, 500, 600 und 700 beinhaltet. Es wird gewürdigt werden, dass mehr oder weniger oder andere Strombegrenzungsschaltungen in jeglicher speziellen Implementierung des Strombegrenzungssteuergliedes 34 angewendet werden können, und die Strombegrenzungsschaltungen, welche nachfolgend diskutiert werden, repräsentieren gerade eine der zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen, welche mit der vorliegenden Offenbarung betrachtet werden.
  • Maximale Ausgangsleistungsgrenze (100)
  • Der Eingangsstrombefehl 36 wird anfangs durch eine erste Strombegrenzungsschaltung 100 bearbeitet, welche bestimmt, ob der Eingangsstrombefehl 36 zu begrenzen ist, um den Boost-Wandler 12 davor zu bewahren, eine maximale Ausgangsleistungsgrenze zu überschreiten. Um dies durchzuführen, wird der Eingangsstrombefehl an einer minimale Auswahlschaltung 102 angewendet, welche zwischen dem Minimum des Eingangsstrombefehls 36 und einem anderen programmierten Wert 104 (welcher durch das Steuerglied 32 über die Programmierleitungen 40 bereitgestellt werden kann) selektiert, welcher in einer Ausführungsform berechnet wird als: 1,03·Max_Power_Value/Source(16)_Voltage bzw. 1,03·Max-Leistungswert/-quelle( 16 )-Spannung. Das Eingangssignal, welches die geringere oder niedrigere Größe besitzt, wird als das Ausgangssignal 106 der ersten strombegrenzenden Schaltung 100 bereitgestellt, welche zum Eingangssignal für eine zweite strombegrenzende Schaltung 200 wird. Auf diese Weise wird das System 10 durch den Boost-Wandler 12 vor dem Überschreiten der maximalen Ausgangsleistungsgrenze geschützt.
  • Eingabe der Stromschlupfrategrenze (200)
  • Die zweite strombegrenzende Schaltung 200 arbeitet, um zu bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl 36 zu begrenzen ist, um den Boost-Wandler 12 davor zu bewahren, eine Eingangsstrom-Schlupfrategrenze zu überschreiten (d. h. davor, dass der Storm, welcher durch den Boost-Wandler 12 bereitgestellt wird, sich zu schnell ändert (z. B. sich erhöht oder abnimmt)). Um dies durchzuführen, wird das Eingangssignal 106 an einem Begrenzungsglied 202 angelegt, welches das Eingangssignal 106 mit einer oberen Grenze 204 und einer niedrigeren Grenze 206 vergleicht. Wenn das Eingangssignal 106 zwischen den Grenzen 204 und 206 ist, wird das Eingangssignal 106 zu dem Ausgang 208 des Begrenzungsgliedes 202 geführt. Umgekehrt wird, wenn das Eingangssignal 106 eine der Grenzen 204 oder 206 überschreitet, der überschrittene Grenzwert zu dem Ausgang 208 des Begrenzungsgliedes 202 geführt. In einer Ausführungsform repräsentiert die obere Grenze 204 und die untere Grenze 206 voreingestellte variable, welche durch das Steuerglied 32 über die Programmierleitungen 40 der 1 bereitgestellt werden können. In anderen Ausführungsformen können die obere Grenze 204 und die untere Grenze 206 in das Strombegrenzungs-Steuerglied durch den Fahrzeughersteller programmiert sein. In einigen Ausführungsformen werden die obere Grenze 204 und die untere Grenze 206 berechnet als: Limit 204 = Source(16)Current_CMD + Source(16)_Up_Limit bzw. Grenze 204 = Quelle(16)-Strom-CMD + Quelle(16)-Aufwärtsgrenze; und Limit 206 = Source(16)_Current_CMD + Source(16)_Down_Limit bzw. Grenze 206 = Quelle(16)-Strom-CMD + Quelle(16)-Abwärtsgrenze, was plus oder minus 10 Amp. (A) pro Zeiteinheit sein kann, abhängig von den programmierten Grenzwerten. Entweder das Eingangssignal 106 oder eine der Grenzen 204, 206 werden als ein Ausgangssignal 208 des Begrenzungsgliedes 202 bereitgestellt, welches verstärkt wird (über den Verstärker 210) und als das Eingangssignal 212 einer anderen Strombegrenzungsschaltung 300 geliefert wird. Jedoch, da die Strombegrenzungsschaltung 300 eine Variable bearbeitet, welche durch die Strombegrenzungsschaltung 500 bereitgestellt wird, welche umgekehrt eine Variable bearbeitet, welche durch die Strombegrenzungsschaltung 400 bereitgestellt wird, sollte die Berücksichtigung dieser Schaltungen der Diskussion der Strombegrenzungsschaltung 300 vorhergehen.
  • Maximale Eingangsstrombegrenzung (400)
  • Die strombegrenzende Schaltung 400 arbeitet, um zu bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl 36 zu begrenzen ist, um zu verhindern, dass der Boost-Wandler 12 eine maximale Eingangsstromgrenze überschreitet. Um dies durchzuführen, wird ein Source(16)_Current Max Value bzw. ein Quelle(16)-Strom-Maximalwert 402 (welcher durch das Steuerglied 32 über die Programmierleitungen 40 der 1 bereitgestellt werden kann) mit dem aktuell verfügbaren Strom 404 aus der Leistungsquelle 16 der 1 verglichen (welche in einigen Ausführungsformen als eine Brennstoffzelle realisiert ist). Diese Werte werden an einer minimalen Auswahlschaltung 406 angelegt, welche den Wert bereitstellt, welcher die geringere oder niedrigere Größe als das Ausgangssignal 408 besitzt. Dieser Wert wird verstärkt (über den Verstärker 410) und wird als Hochspannungs-Maximalstromwert 412 bereitgestellt.
  • Minimale Eingangsspannungsgrenze (500)
  • Die Strombegrenzungsschaltung 500 arbeitet, um zu bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl 36 zu begrenzen ist, um den Boost-Wandler 12 davor zu bewahren, dass er zu viel Strom zieht, wenn die Spannungsquelle 16 der 1 unterhalb einer minimalen Eingangsspannungsgrenze ist. Um dies durchzuführen, bearbeitet die Strombegrenzungsschaltung 500 den Hochspannungs-Maximalstromwert 412 (welcher als das Ausgangssignal der Strombegrenzungsschaltung 400 bereitgestellt wird, wie zuvor diskutiert) als die obere y-Achse-Grenze in einer linearen drosselnden Schaltung 502, und die untere y-Achse-Grenze 504 wird auf null gesetzt (eine Erklärung des Betriebes einer beispielhaften linearen drosselnden Schaltung wird in Verbindung mit den 3–4 bereitgestellt). Die obere x-Achse-Grenze 506 und die untere x-Achse-Grenze 508 sind voreingestellte Variable, welche durch das Steuerglied 32 über die Programmierleitungen 40 (1) bereitgestellt werden können. Die gemessene Spannung der Leistungsquelle 16 (welche durch die Rückkopplungsleitung 42 der 1 bereitgestellt werden kann) wird als das Eingangssignal 510 für die lineare drosselnde Schaltung 502 bereitgestellt, welche ein Ausgangssignal 512 bereitstellt.
  • Minimale Ausgangsspannungsgrenze (300)
  • Die strombegrenzende Schaltung 300 arbeitet, um zu bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl 36 anzuheben oder zu erhöhen ist, um den Boost-Wandler 12 davor zu bewahren, dass er unterhalb eine minimale Ausgangsspannungsgrenze fällt. Um dies durchzuführen, bearbeitet die Strombegrenzungsschaltung 300 ein Fehlersignal 302 in einem Proportional-Integrierglied 304. Wie gewürdigt werden wird, bearbeitet ein Proportional-Integrierglied ein Eingangssignal (typischerweise ein Fehlersignal), um die lineare Kombination des Eingangssignals und seines Integrals bereitzustellen. Das Fehlersignal 302 wird durch Subtrahieren (in dem Subtrahierglied 306) des abgetasteten Spannungsausgangssignals 308 des Boost-Wandlers 12 (welches durch die Rückkopplungsleitung 42 der 1 bereitgestellt werden kann) von einem Hochspannungs-Minimalbefehlssignal 310 (welches durch das Steuerglied 32 über die Programmierleitungen 40 bereitgestellt werden kann) bereitgestellt. Das Ausgangssignal 314 des Proportional-Integriergliedes 304 wird zwischen einer oberen Grenze und einer unteren Grenze begrenzt. Die obere Grenze wird als das Ausgangssignal 512 der Strombegrenzungsschaltung 500 bereitgestellt, während die untere Grenze des Proportional-Integriergliedes 304 als das Minimum (über die Minimal-Auswahlschaltung 312) des Ausgangssignals 512 der Strombegrenzungsschaltung 500 (wobei die minimale Eingangsspannungs-Grenzfunktion bereitgestellt wird) und das Ausgangssignal 212 der Strombegrenzungsschaltung 200 (wobei die Eingangsstromschlupfrate-Begrenzungsfunktion bereitgestellt wird) ausgewählt wird. Das Ausgangssignal 314 des Proportional-Integriergliedes 304 wird ein Eingangssignal für die finale Strombegrenzungsschaltung 700 (wobei eine maximale Ausgangsspannungsgrenze-Funktion bereitgestellt wird), was nachfolgend diskutiert wird.
  • Ausgangsspannung-Schlupfrategrenze (600)
  • Die Strombegrenzungsschaltung 600 arbeitet, um zu bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl 36 zu begrenzen ist, um den Boost-Wandler 12 davor zu bewahren, eine Ausgangsspannungs-Schlupfrategrenze zu überschreiten. Um dies durchzuführen, wird ein Hochspannungs-Maximalbefehl 602 (welcher durch das Steuerglied 32 über die Programmierleitungen 40 der 1 bereitgestellt werden kann) an einem Begrenzungsglied 604 angelegt. Die obere Grenze 606 und die untere Grenze 608 werden auf plus oder minus 0,3 V pro Zeiteinheit eingestellt, obwohl andere Grenzen durch das Steuerglied 32 bereitgestellt werden können. Das Ausgangssignal 610 des Begrenzungsgliedes 604 wird an einem anderen Begrenzungsglied 612 angelegt, welches das Ausgangssignal 618 zwischen zeitunabhängigen Grenzen 614 und 616 begrenzt, welche in einigen Ausführungsformen als das abgetastete Spannungsausgangssignal des Boost-Wandlers 12 berechnet werden (welches durch die Rückkopplungsleitung 42 der 1 bereitgestellt werden kann) plus (für die obere Grenze 614) und minus (für die untere Grenze 616) eines Offset-Wertes. Das Ausgangssignal 618 der Strombegrenzungsschaltung 600 wird auch an der finalen (in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform) Strombegrenzungsschaltung 700 angelegt. Es wird gewürdigt werden, dass, da die Strombegrenzungsschaltung 700 die letzte Gelegenheit besitzt, den Eingangsstrombefehl 36 zu begrenzen, die Strombegrenzungsschaltung 700 die höchste Priorität von allen Strombegrenzungsschaltungen besitzt. Das heißt, der Eingangsstrombefehl wird im Wesentlichen in der entgegengesetzten Reihenfolge wie die Priorität der Wichtigkeit für die Grenzfunktion bearbeitet, welche durch die Strombegrenzungsschaltungen bereitgestellt wird, welche anzulegen sind.
  • Maximale Ausgangsspannungsgrenze (700)
  • Die Strombegrenzungsschaltung 700 arbeitet, um zu bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl 36 zu begrenzen ist, um den Boost-Wandler 12 davor zu bewahren, dass er eine maximale Ausgangsspannungsgrenze übersteigt. Um dies durchzuführen, besitzt das Ausgangssignal 618 aus der Strombegrenzungsschaltung 600 das abgetastete Spannungsausgangssignal 704 des Boost-Wandlers 12 (welches durch die Rückkopplungsleitung 42 der 1 bereitgestellt werden kann), subtrahiert (im Subtraktionsglied 702) von diesem und an ein proportional-Integrierglied 708 angelegt. Das Ausgangssignal 712 des Proportional-Integriergliedes 708 ist zwischen einer oberen Grenze, welche als das Ausgangsignal 314 der Strombegrenzungsschaltung 300 bereitgestellt ist (wobei die Funktion der minimalen Ausgangsspannungsgrenze bereitgestellt wird), und einer unteren Grenze 710, welche auf einen Nullwert in der dargestellten Ausführungsform eingestellt ist, begrenzt. Das Ausganssignal 712 wird verstärkt (im Verstärker 714) und wird als das Strombefehlssignal 38 dem Boost-Wandler 12 der 1 bereitgestellt.
  • Entsprechend wird durch das Strombegrenzungs-Steuerglied 34 eine Vielzahl (sieben in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform) von Strombegrenzungsschaltungen angelegt, welche jegliche Strombegrenzungsfunktionen, welche wünschenswert oder notwendig für jegliche spezielle Ausführungsform erscheinen, anlegen. Die Anordnung und das Bearbeiten des Eingangsstrombefehls durch die Vielzahl der Strombegrenzungsschaltungen stellen eine natürliche Priorität für die Funktionen bereit. In der dargestellten Ausführungsform wird die Priorität der Funktionen und die Vielzahl der strombegrenzenden Schaltungen in der Tabelle 1 unten aufgeführt:
    Priorität Funktion Strombegrenzende Schaltung
    Höchste Maximale Ausgangsspannung 700
    Ausgangsspannungs-Schlupfrate 600
    Minimale Eingangsspannung 500
    Maximaler Eingangsstrom 400
    Minimale Ausgangsspannung 300
    Eingangsstrom-Schlupfrate3 200
    Niedrigste Maximale Ausgangsleistung 100
    Tabelle 1
  • Mit Bezug nun auf 3 und 4 wird der beispielhafte Betrieb einer linearen drosselnden Schaltung 800 erklärt. Eine lineare drosselnde Schaltung 800 wird dargestellt, wie sie ein Eingangssignal 802 empfängt und ein Ausgangssignal 808n liefert. Das Eingangssignal 802 wird als der x-Achse-Wert modelliert, welcher an die lineare drosselnde Schaltung 800 angelegt wird, und das Ausgangssignal 808 ist modelliert als der y-Achse-Wert, welcher durch die lineare drosselnde Schaltung 800 bereitgestellt wird. Ein linearer drosselnder Bereich 814 wird durch eine obere Grenze 804 und eine untere Grenze 806 entlang der x-Achse und entlang der y-Achse durch eine obere Grenze 810 und eine untere Grenze 812 begrenzt. Als ein Beispiel besitzt das Eingangssignal 802' einen Wert innerhalb des linearen Drossel- bzw. Lastminderungsbereiches 814, welcher das entsprechende Ausgangssignal 808' herstellt, welches durch die Steigung gedrosselt bzw. herabgesetzt wird, welche an der linearen drosselnden Schaltung 800 in dem linearen drosselnden Bereich 814 angewendet wird. Jeglicher Eingangs-802-Wert in dem Bereich, welcher als 816 angezeigt wird, ist auf die untere y-Achse-Grenze 812 begrenzt, und jeglicher Eingangs-802-Wert in dem Bereich, welcher als 818 angezeigt ist, ist auf die obere y-Achse-Grenze 810 begrenzt. Auf diese Weise können die Eingangswerte innerhalb der gesteuerten Grenzen, welche der linearen drosselnden Schaltung 800 bereitgestellt werden, gedrosselt bzw. herabgesetzt werden.
  • Mit Bezug nun auf 5 wird ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 gezeigt, welches nützlich für das Steuern des Betriebes eines Boost-Wandlers (12 der 1) ist. Die verschiedenen Aufgaben, welche in Verbindung mit dem Verfahren 1000 der 5 durchgeführt werden, können mit Hardware, einem Bearbeitungsgerät, welches Software oder Firmware ausführt, oder jeglicher Kombination davon, durchgeführt werden. Für erläuternde Zwecke kann sich die folgende Beschreibung des Verfahrens der 5 auf Elemente beziehen, welche oben in Verbindung mit den 1–4 erwähnt sind. In der Praxis können Teilbereiche des Verfahrens der 5 durch unterschiedliche Elemente des beschriebenen Systems durchgeführt werden. Es sollte auch gewürdigt werden, dass das Verfahren der 5 jegliche Anzahl von zusätzlichen oder alternativen Aufgaben beinhalten kann und dass das Verfahren der 5 in eine mehr umfassende Prozedur oder einen Prozess eingebettet sein kann, welcher eine zusätzliche Funktion besitzt, welche hier nicht im Detail beschrieben ist. Darüber hinaus können eine oder mehrere der Aufgaben, welche in 5 gezeigt werden, von einer Ausführungsform des Verfahrens der 5 weggelassen werden, solange wie die beabsichtigte Gesamtfunktionalität intakt bleibt.
  • Die Routine beginnt im Schritt 1002, wo der Eingangsstrombefehl 36 (2) empfangen wird. Als Nächstes bestimmt die Entscheidung 1004, ob eine Maximalausgangsleistungs-Grenzfunktion (strombegrenzende Schaltung 100 der 2) anzuwenden ist. Eine negative Bestimmung führt zu der Entscheidung 1008, während eine zustimmende Bestimmung die Grenze (Schritt 1006) anlegt, vor dem Weitergehen zu der Entscheidung 1008.
  • Die Entscheidung 1008 bestimmt, ob eine Eingangsstrom-Schlupfrate-Grenzfunktion (strombegrenzende Schaltung 200 der 2) anzuwenden ist. Eine negative Bestimmung führt zu der Entscheidung 1012, während eine zustimmende Entscheidung die Grenze (Schritt 1010) anlegt, bevor zur Entscheidung 1012 fortgefahren wird.
  • Die Entscheidung 1012 bestimmt, ob eine minimale Ausgangsspannung-Grenzfunktion (strombegrenzende Schaltung 300 der 2) anzuwenden ist. Eine negative Bestimmung führt zu der Entscheidung 1018 (über die Verbindung 1016), während eine zustimmende Entscheidung die Grenze (Schritt 1014) anwendet, vor dem Weitergehen zur Entscheidung 1018.
  • Die Entscheidung 1018 bestimmt, ob eine maximale Eingangsstrom-Grenzfunktion (strombegrenzende Schaltung 400 der 2) anzuwenden ist. Eine negative Bestimmung führt zu der Entscheidung 1022, während eine zustimmende Bestimmung die Grenze (Schritt 1020) anwendet, vor dem Weitergehen zur Entscheidung 1022.
  • Die Entscheidung 1022 bestimmt, ob eine minimale Eingangsspannungs-Grenzfunktion (strombegrenzende Schaltung 500 der 2) anzuwenden ist. Eine negative Bestimmung führt zu der Entscheidung 1026, während eine zustimmende Entscheidung die Grenze (Schritt 1024) anwendet, bevor zu der Entscheidung 1026 fortgeschritten wird.
  • Die Entscheidung 1026 bestimmt, ob eine Ausgangsspannungs-Schlupfrate-Grenzfunktion (strombegrenzende Schaltung 600 der 2) anzuwenden ist. Eine negative Bestimmung führt zu der Entscheidung 1032 (über die Verbindung 1030), während eine zustimmende Entscheidung die Grenze (Schritt 1028) anwendet, bevor zu der Entscheidung 1032 fortgeschritten wird.
  • Die Entscheidung 1032 bestimmt, ob eine maximale Ausgangsspannungs-Grenzfunktion (strombegrenzende Schaltung 700 der 2) anzuwenden ist. Eine zustimmende Entscheidung wendet die Grenze (Schritt 1034) an, und dann wird das Strombefehlssignal 38 (2) im Schritt 1036 bereitgestellt. Die Routine kann dann enden (Schritt 1038) oder schleift zum Beginn wieder mit dem Schritt 1002 zurück.
  • Entsprechend werden das Verfahren und die Systeme für das Steuern eines Boost-Wandlers für den Gebrauch in einem Fahrzeug bereitgestellt. Das Gebrauchen des Strombegrenzungs-Steuergliedes 34, um selektiv einen Eingangsstrombefehl zu begrenzen, stellt ein Strombefehlssignal entsprechend zu einer Prioritätsanordnung der Strombefehlsfunktionen bereit, welche durch eine Vielzahl von Strombegrenzungsschaltungen bereitgestellt werden. Die Anzahl und der Typ der Strombegrenzungsfunktionen (Schaltungen) abhängig von jeglicher speziellen Implementierung kann variieren, bietet jedoch Systemschutz durch das Verhindern, dass der Boost-Wandler verschiedene Grenzen übersteigt, was einen Schaden für das System riskieren kann.
  • Während wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorausgegangenen detaillierten Beschreibung präsentiert wurde, sollte gewürdigt werden, dass eine große Anzahl von Variationen existiert. Es sollte gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder Ausführungsformen, nur Beispiele sind und sie sollen nicht den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Erfindung in irgendeiner Weise eingrenzen. Vielmehr wird die vorausgegangene detaillierte Beschreibung Fachleuten eine bequeme Anleitung für das Implementieren der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen liefern. Es sollte davon ausgegangen werden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und in der Anordnung der Elemente durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen und den rechtlichen Äquivalenten davon dargelegt ist, abzuweichen.
  • Weitere Ausführungsformen
    • 1. Verfahren für das Steuern eines Boost- bzw. Aufwärtswandlers, um eine Ausgangsspannung aus einer Eingangsspannung herzustellen, welche empfänglich für ein Strombefehlssignal ist, welches die folgenden Schritte aufweist: Bearbeiten eines Eingangsstrombefehls über eine Vielzahl von Begrenzungsfunktionen, um zu bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl zu begrenzen ist; und Begrenzen des Eingangsstrombefehls, um das Strombefehlssignal für den Boost-Wandler bereitzustellen, wenn bestimmt ist, den Eingangsstrombefehl zu begrenzen.
    • 2. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei die Vielzahl der Begrenzungsfunktionen aus der folgenden Gruppe von begrenzenden Funktionen ausgewählt wird: maximale Ausgangsspannung; Ausgangsspannungs-Schlupfrate; minimale Eingangsspannung; maximale Eingangsspannung; minimale Ausgangsspannung; Eingangsstrom-Schlupfrate; maximale Ausgangsleistung.
    • 3. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei jede aus der Vielzahl von begrenzenden Funktionen eine Prioritätsreihenfolge des Bestimmens besitzt, ob der Eingangsstrombefehl zu begrenzen ist.
    • 4. Verfahren nach Ausführungsform 3, wobei die Prioritätsreihenfolge (von der höchsten Priorität bis zur niedrigsten Priorität) aufweist: maximale Ausgangsspannung; Ausgangsspannungs-Schlupfrate; minimale Eingangsspannung; maximaler Eingangsstrom; minimale Ausgangsspannung; Eingangsstrom-Schlupfrate; und maximale Ausgangsleistung.
    • 5. Verfahren für das Steuern eines Boost-Wandlers, um eine Ausgangsspannung aus einer Eingangsspannung herzustellen, welche empfänglich für ein Strombefehlssignal ist, welches die folgenden Schritte aufweist: Bearbeiten eines Eingangsstrombefehls über eine Vielzahl von priorisierten Begrenzungsschaltungen, um zu bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl zu begrenzen ist; und Begrenzen des Eingangsstrombefehls, um das Strombefehlssignal für den Boost-Wandler bereitzustellen, wenn bestimmt ist, den Eingangsstrombefehl zu begrenzen.
    • 6. Verfahren nach Ausführungsform 5, wobei das Bearbeiten des Eingangsstrombefehls das Bearbeiten des Eingangsstrombefehls mit wenigstens einer begrenzenden Schaltung aufweist, welche eine maximale Ausgangsleistungs-Grenzfunktion bereitstellt.
    • 7. Verfahren nach Ausführungsform 5, wobei das Bearbeiten des Eingangsstrombefehls das Bearbeiten des Eingangsstrombefehls mit wenigstens einer begrenzenden Schaltung aufweist, welche eine Eingangsstrom-Schlupfrate-Begrenzungsfunktion bereitstellt.
    • 8. Verfahren nach Ausführungsform 5, wobei das Bearbeiten des Eingangsstrombefehls das Bearbeiten des Eingangsstrombefehls mit wenigstens einer begrenzenden Schaltung aufweist, welche eine minimale Ausgangsspannungs-Grenzfunktion bereitstellt.
    • 9. Verfahren nach Ausführungsform 5, wobei das Bearbeiten des Eingangsstrombefehls das Bearbeiten des Eingangsstrombefehls mit wenigstens einer begrenzenden Schaltung aufweist, welche eine maximale Eingangsstrom-Grenzfunktion bereitstellt.
    • 10. Verfahren nach Ausführungsform 5, wobei das Bearbeiten des Eingangsstrombefehls das Bearbeiten des Eingangsstrombefehls mit wenigstens einer begrenzenden Schaltung aufweist, welche eine minimale Eingangsspannungs-Grenzfunktion bereitstellt.
    • 11. Verfahren nach Ausführungsform 5, wobei das Bearbeiten des Eingangsstrombefehls das Bearbeiten des Eingangsstrombefehls mit wenigstens einer begrenzenden Schaltung aufweist, welche eine maximale Ausgangsspannungs-Grenzfunktion bereitstellt.
    • 12. Verfahren nach Ausführungsform 5, wobei das Bearbeiten des Eingangsstrombefehls das Bearbeiten des Eingangsstrombefehls mit wenigstens einer begrenzenden Schaltung aufweist, welche eine Ausgangsspannungs-Schlupfrate-Grenzfunktion bereitstellt.
    • 13. Verfahren nach Ausführungsform 5, wobei die Vielzahl der begrenzenden Schaltungen ausgewählt wird, um eine aus der folgenden Gruppe von begrenzenden Funktionen bereitzustellen: maximale Ausgangsspannung; Ausgangsspannungs-Schlupfrate; minimale Eingangsspannung; maximaler Eingangsstrom; minimale Ausgangsspannung; Eingangsstrom-Schlupfrate; maximale Ausgangsleistung.
    • 14. Verfahren nach Ausführungsform 13, wobei die begrenzenden Funktionen eine Prioritätsreihenfolge (von der höchsten Priorität bis zur niedrigsten Priorität) besitzen, welche aufweist: maximale Ausgangsspannung; Ausgangsspannungs-Schlupfrate; minimale Eingangsspannung; maximaler Eingangsstrom; minimale Ausgangsspannung; Eingangsstrom-Schlupfrate; und maximale Ausgangsleistung.
    • 15. System, welches aufweist: eine Energiequelle; einen Boost-Wandler, welcher an die Energiequelle gekoppelt ist und welcher eine Ausgangsspannung bereitstellt, welche für ein Strombefehlssignal empfänglich ist; einen Wechselrichter, welcher an den Boost-Wandler gekoppelt ist, um die Ausgangsspannung zu bearbeiten, und mehrphasige Ströme für einen Mehrphasenmotor für ein Fahrzeug bereitstellt; ein Steuerglied, welches an den Boost-Wandler gekoppelt ist, um das Strombefehlssignal durch Bearbeiten eines Eingangsstrombefehls über eine Vielzahl von priorisierten begrenzenden Schaltungen bereitzustellen, und um zu bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl zu begrenzen ist, um das Strombefehlssignal für den Boost-Wandler bereitzustellen.
    • 16. System nach Ausführungsform 15, wobei die Vielzahl der priorisierten begrenzenden Schaltungen aus der begrenzenden Schaltung ausgewählt wird, welche eine aus der folgenden Gruppe der begrenzenden Funktionen bereitstellt: maximale Ausgangsspannung; Ausgangsspannungs-Schlupfrate; minimale Eingangsspannung; maximaler Eingangsstrom; minimale Ausgangsspannung; Eingangsstrom-Schlupfrate; maximale Ausgangsleistung.
    • 17. System nach Ausführungsform 16, wobei die priorisierenden begrenzenden Funktionen eine Prioritätsreihenfolge (von der höchsten Priorität bis zur niedrigsten Priorität) besitzen, welche aufweisen: maximale Ausgangsspannung; Ausgangs spannung-Schlupfrate; minimale Eingangsspannung; maximaler Eingangsstrom; minimale Ausgangspannung; Eingangsstrom-Schlupfrate; und maximale Ausgangsleistung.
    • 18. System nach Ausführungsform 17, wobei die priorisierten begrenzenden Schaltungen den Eingangsstrombefehl in der Reihenfolge entgegengesetzt der Prioritätsreihenfolge arbeiten.
    • 19. System nach Ausführungsform 15, wobei die Energiequelle eine Brennstoffzelle aufweist.
    • 20. System nach Ausführungsform 19, wobei die priorisierten begrenzenden Schaltungen den Strombefehl des Boost-Wandlers begrenzen, um die Brennstoffzelle zu schützen.

Claims (10)

  1. Verfahren für das Steuern eines Boost- bzw. Aufwärtswandlers, um eine Ausgangsspannung aus einer Eingangsspannung herzustellen, welche empfänglich für ein Strombefehlssignal ist, welches die folgenden Schritte aufweist: Bearbeiten eines Eingangsstrombefehls über eine Vielzahl von Begrenzungsfunktionen, um zu bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl zu begrenzen ist; und Begrenzen des Eingangsstrombefehls, um das Strombefehlssignal für den Boost-Wandler bereitzustellen, wenn bestimmt ist, den Eingangsstrombefehl zu begrenzen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Begrenzungsfunktionen aus der folgenden Gruppe von begrenzenden Funktionen ausgewählt wird: maximale Ausgangsspannung; Ausgangsspannungs-Schlupfrate; minimale Eingangsspannung; maximale Eingangsspannung; minimale Ausgangsspannung; Eingangsstrom-Schlupfrate; maximale Ausgangsleistung.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jede aus der Vielzahl von begrenzenden Funktionen eine Prioritätsreihenfolge des Bestimmens besitzt, ob der Eingangsstrombefehl zu begrenzen ist.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Prioritätsreihenfolge (von der höchsten Priorität bis zur niedrigsten Priorität) aufweist: maximale Ausgangsspannung; Ausgangsspannungs-Schlupfrate; minimale Eingangsspannung; maximaler Eingangsstrom; minimale Ausgangsspannung; Eingangsstrom-Schlupfrate; und maximale Ausgangsleistung.
  5. System, welches aufweist: eine Energiequelle; einen Boost-Wandler, welcher an die Energiequelle gekoppelt ist und welcher eine Ausgangsspannung bereitstellt, welche für ein Strombefehlssignal empfänglich ist; einen Wechselrichter, welcher an den Boost-Wandler gekoppelt ist, um die Ausgangsspannung zu bearbeiten, und mehrphasige Ströme für einen Mehrphasenmotor für ein Fahrzeug bereitstellt; ein Steuerglied, welches an den Boost-Wandler gekoppelt ist, um das Strombefehlssignal durch Bearbeiten eines Eingangsstrombefehls über eine Vielzahl von priorisierten begrenzenden Schaltungen bereitzustellen, und um zu bestimmen, ob der Eingangsstrombefehl zu begrenzen ist, um das Strombefehlssignal für den Boost-Wandler bereitzustellen.
  6. System nach Anspruch 5, wobei die Vielzahl der priorisierten begrenzenden Schaltungen aus der begrenzenden Schaltung ausgewählt wird, welche eine aus der folgenden Gruppe der begrenzenden Funktionen bereitstellt: maximale Ausgangsspannung; Ausgangsspannungs- Schlupf rate; minimale Eingangsspannung; maximaler Eingangsstrom; minimale Ausgangsspannung; Eingangsstrom-Schlupfrate; maximale Ausgangsleistung.
  7. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die priorisierenden begrenzenden Funktionen eine Prioritätsreihenfolge (von der höchsten Priorität bis zur niedrigsten Priorität) besitzen, welche aufweisen: maximale Ausgangsspannung; Ausgangsspannung-Schlupfrate; minimale Eingangsspannung; maximaler Eingangsstrom; minimale Ausgangspannung; Eingangsstrom-Schlupfrate; und maximale Ausgangsleistung.
  8. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die priorisierten begrenzenden Schaltungen den Eingangsstrombefehl in der Reihenfolge entgegengesetzt der Prioritätsreihenfolge arbeiten.
  9. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Energiequelle eine Brennstoffzelle aufweist.
  10. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die priorisierten begrenzenden Schaltungen den Strombefehl des Boost-Wandlers begrenzen, um die Brennstoffzelle zu schützen.
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