DE102014216899A1

DE102014216899A1 - Schutz von Vorladekomponenten bei schnellem Startschlüsselschaltspiel

Info

Publication number: DE102014216899A1
Application number: DE201410216899
Authority: DE
Inventors: Derek Hartl; Kevin Vander Laan
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2034-08-27
Also published as: DE102014216899B4; CN104426211B; US20150061376A1; US9925933B2; CN104426211A

Abstract

Es wird ein Fahrzeug offenbart, das eine Vorladeschaltung umfasst, die einen Widerstand enthält, der selektiv eine Traktionsbatterie mit einer elektrischen Impedanz verbindet. Ein Controller ist dazu programmiert, das Vorladen für einen Zeitraum zu verhindern, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Vorladeschaltspielen innerhalb einer vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne aufgetreten ist. Die vorbestimmte Anzahl von Vorladeschaltspielen basiert möglicherweise auf einer Spannungs- oder Stromhöhe über bzw. durch den Widerstand während der vorhergehenden Vorladeschaltspiele. Die vorbestimmte Anzahl wird möglicherweise auf Basis von vorherigen erfolgreichen oder fehlerhaften Vorladeschaltspielen modifiziert. Es wird ein Verfahren zur Begrenzung einer Temperaturerhöhung eines Vorladewiderstands offenbart, das das Zählen einer Anzahl von vorherigen Vorladeschaltspielen und das Verhindern des Vorladens umfasst, wenn die Anzahl von Vorladeschaltspielen innerhalb der vorhergehenden Zeitspanne einen Schwellenwert überschreitet.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf das Vorladen einer elektrischen Last eines Fahrzeugs aus einer Traktionsbatterie, um das Überhitzen von Vorladekomponenten aufgrund von wiederholtem Ausführen des Startschlüsselschaltspiels zu verhindern.
Ein typisches Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeug bezieht Leistung zum Antrieb aus einer Traktionsbatterie. Bei Unfällen und wenn keine Leistung von der Traktionsbatterie erforderlich ist, werden die Anschlüsse der Batterie möglicherweise von anderen Komponenten getrennt. Das Entkoppeln der Traktionsbatterie vom Hochspannungs-Bus des Fahrzeugs wird typischerweise unter Verwendung eines Hauptschützes erreicht. Wenn während der Schließung Strom fließt, wird das Hauptschütz möglicherweise wegen hoher Einschaltströme von Einrichtungen, die am Hochspannungs-Bus angebracht sind, beschädigt. Um das Schließen des Hauptschützes beim Vorhandensein von hohen Einschaltströmen auszuschließen, wird in den meisten Systemen eine Vorladeschaltung eingesetzt, um den Strom, der beim Hochfahren zum Hochspannungs-Bus fließt, zu begrenzen. Eine typische Vorladeschaltung besteht möglicherweise aus einem Vorladeschütz und einem Widerstand.
Der Widerstand der Vorladeschaltung begrenzt den Stromfluss von der Traktionsbatterie zum Hochspannungs-Bus. Sobald der Hochspannungs-Bus eine gewisse Spannung erreicht, wird das Hauptschütz möglicherweise geschlossen. Das Hauptschütz schließt mit einer viel kleineren Spannung über dem Schütz, das den Stromfluss reduziert, was Lichtbogenbildung und mögliche Beschädigung am Hauptschütz minimiert. Die Vorladekomponenten werden nur während der Fahrzeuginbetriebnahme verwendet. Um allerdings Beschädigung aufgrund von schnellem Ausführen des Zündschaltspiels zu verhindern, werden Vorladekomponenten möglicherweise dazu konzipiert, mit einem fortdauernden Nutzungsprofil umzugehen.
Ein Fahrzeug enthält eine Traktionsbatterie, eine elektrische Impedanz, eine Vorladeschaltung, die einen Widerstand enthält, und wenigstens einen Controller. Die Vorladeschaltung ist so angeordnet, dass der Widerstand selektiv zwischen der Traktionsbatterie und der elektrischen Impedanz verbunden wird. Der Controller ist dazu programmiert, dass er, um eine Temperaturerhöhung des Widerstands zu begrenzen, das Verbinden des Widerstands bei Vorhandensein einer Anforderung zum Verbinden des Widerstands während einer anschließenden Zeitspanne als Reaktion darauf verhindert, dass eine vorbestimmte Anzahl erreicht wird, wie oft innerhalb einer vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne der Widerstand verbunden wird. Die vorbestimmte Anzahl basiert möglicherweise auf einer Höhe oder einer Dauer einer Scheitelwerthöhe eines Stroms durch den Widerstand während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne. Die vorbestimmte Anzahl basiert möglicherweise auf einer Höhe oder einer Dauer der Höhe einer Spannung über dem Widerstand während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne. Weil sich die von der Batterie während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne entladene Ladungsmenge erhöht, verringert sich möglicherweise die vorbestimmte Anzahl. Die vorbestimmte Anzahl verringert sich möglicherweise, weil eine Höhe der Spannung über dem Widerstand einen vorbestimmten Überstromschwellenwert für eine vorbestimmte Überstromdetektionszeit während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne überschreitet. Die vorbestimmte Anzahl verringert sich möglicherweise, wenn es, nach einer vorbestimmten maximalen Vorladezeit, eine Spannung über der elektrischen Impedanz nicht schafft, sich innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne der Spannung über der Traktionsbatterie während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne anzunähern.
Ein Verfahren zur Begrenzung einer Temperaturerhöhung eines Widerstands beinhaltet die folgenden Schritte: das Zählen einer Anzahl, wie oft der Widerstand innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne zwischen einer Traktionsbatterie und einer elektrischen Impedanz verbunden wird, das Empfangen einer Anforderung, den Widerstand im Anschluss an die vorbestimmte Zeitspanne zu verbinden, und ― als Reaktion auf das Empfangen der Anforderung ― das Verhindern des Verbindens des Widerstands zwischen der Traktionsbatterie und der elektrischen Impedanz, falls die Anzahl eine vorbestimmte Anzahl überschreitet. Das Verfahren beinhaltet möglicherweise weiterhin das Verbinden des Widerstands als Reaktion auf das Empfangen der Anforderung nach einer anderen vorbestimmten Zeitspanne. Die vorbestimmte Anzahl basiert möglicherweise auf einer Stromhöhe durch den Widerstand während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne. Die vorbestimmte Anzahl basiert möglicherweise auf einer Spannungshöhe über dem Widerstand während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne. Die vorbestimmte Anzahl basiert möglicherweise auf einer Dauer einer Scheitelwerthöhe der Spannung über dem Widerstand während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne.
Ein Fahrzeug enthält eine Vorladeschaltung, die einen Widerstand enthält und so angeordnet ist, dass der Widerstand selektiv zwischen einer Traktionsbatterie und einer elektrischen Impedanz verbunden wird, und wenigstens einen Controller. Der Controller ist dazu programmiert, als Reaktion auf eine Anforderung, den Widerstand zu verbinden, das Verbinden des Widerstands auf Basis einer Höhe einer Spannung über dem Widerstand während einer vorbestimmten Zeitspanne, die der Anforderung vorausgeht, zu verhindern. Der Controller ist möglicherweise weiterhin dazu programmiert, das Verbinden des Widerstands auf Basis einer Dauer einer Scheitelwerthöhe der Spannung über dem Widerstand während der vorbestimmten Zeitspanne zu verhindern. Der Controller ist möglicherweise weiterhin dazu programmiert, das Verbinden des Widerstands auf Basis einer Verringerung einer Höhe der Spannung über dem Widerstand während der vorbestimmten Zeitspanne zu verhindern. Der Controller ist möglicherweise weiterhin dazu programmiert, das Verbinden des Widerstands auf Basis davon zu verhindern, ob eine Anzahl von Verbindungen des Widerstands während der vorbestimmten Zeitspanne eine vorbestimmte Anzahl überschreitet. Die vorbestimmte Anzahl erreicht möglicherweise einen Maximalwert, wenn die Höhe der Spannung über dem Widerstand sich während einer vorhergehenden Verbindung des Widerstands gegen null verringert. Die vorbestimmte Anzahl ist möglicherweise geringer als der Maximalwert, wenn während einer vorhergehenden Verbindung des Widerstands eine Höhe der Spannung über dem Widerstand über einem vorbestimmten Überstromschwellenwert für eine vorbestimmte Überstromzeit liegt. Die vorbestimmte Anzahl ist möglicherweise geringer als der Maximalwert, wenn während einer vorhergehenden Verbindung des Widerstands die Spannung über dem Widerstand für eine maximal zugelassene Vorladezeit über einer vorbestimmten Spannung bleibt.
1 ist eine grafische Darstellung eines Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeugs, die typische Antriebsstrang- und Energiespeicherkomponenten veranschaulicht.
2 ist eine grafische Darstellung einer möglichen Anordnung zum Verbinden einer Hochspannungsbatteriesatzes mit elektrischen Lasten innerhalb eines Fahrzeugs.
3 sind Diagramme, die mögliche Vorladeszenarien und die entsprechende Spannungssignalform über der Vorladeschaltung zeigen.
Wie erforderlich, werden hierin genaue Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; allerdings ist dies so zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die möglicherweise in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt wird. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale sind möglicherweise vergrößert oder verkleinert, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Daher sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine typische Grundlage, um einen Fachmann von verschiedenen Anwendungen der vorliegenden Erfindung zu unterrichten.
1 zeigt ein typisches Hybrid-Elektrofahrzeug auf. Ein typisches Hybrid-Elektrofahrzeug 2 umfasst möglicherweise einen oder mehrere Elektromotoren 4, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 6 verbunden sind. Zusätzlich ist das Hybrid-Getriebe 6 mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 8 verbunden. Das Hybrid-Getriebe 6 ist möglicherweise auch mechanisch mit einer Antriebswelle 10 verbunden, die mechanisch mit den Rädern 12 verbunden ist. Die Elektromotoren 4 können Antriebs- und Abbremsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 8 ein- oder ausgeschaltet ist. Die Elektromotoren 4 fungieren möglicherweise auch als Generatoren und können Vorteile hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs bereitstellen, indem sie Energie, die im Friktionsbremssystem normalerweise als Wärme verloren gehen würde, zurückgewinnen. Die Elektromotoren 4 stellen möglicherweise auch reduzierte Schadstoffemissionen bereit, weil das Hybrid-Elektrofahrzeug 2 möglicherweise unter gewissen Bedingungen im Elektromodus betrieben wird.
Der Batteriesatz 14 speichert Energie, die von den Elektromotoren 4 verwendet werden kann. Der Batteriesatz 14 wird häufig auch als eine Traktionsbatterie bezeichnet. Ein Fahrzeugbatteriesatz 14 stellt typischerweise eine Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe bereit. Der Batteriesatz 14 ist mit wenigstens einem leistungselektronischen Modul 16 elektrisch verbunden. Das leistungselektronische Modul 16 ist ebenfalls mit den Elektromotoren 4 elektrisch verbunden und stellt die Fähigkeit zum bidirektionalen Energietransfer zwischen dem Batteriesatz 14 und den Elektromotoren 4 bereit. Zum Beispiel stellt ein typischer Batteriesatz 14 möglicherweise eine Gleichspannung bereit, während die Elektromotoren 4 zum Funktionieren möglicherweise einen dreiphasigen Wechselstrom benötigen. Das leistungselektronische Modul 16 wandelt möglicherweise die Gleichspannung in einen dreiphasigen Wechselstrom um, wie er von den Elektromotoren 4 benötigt wird. In einem Energierückgewinnungsmodus wird das leistungselektronische Modul 16 den dreiphasigen Wechselstrom aus den Elektromotoren 4, die als Generatoren fungieren, in die vom Batteriesatz 14 benötigte Gleichspannung umwandeln. Die hierin beschriebenen Verfahren sind gleichermaßen auf ein reines Elektrofahrzeug anwendbar.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb stellt der Batteriesatz 14 möglicherweise Energie für andere Elektrosysteme des Fahrzeugs bereit. Ein typisches System enthält möglicherweise ein Gleichspannungswandlermodul 18, das die Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe des Batteriesatzes 14 in eine Niederspannungs-Gleichstrom-Versorgung, die kompatibel mit anderen Fahrzeuglasten ist, umwandelt. Andere Hochspannungslasten, wie zum Beispiel Heizungen und Kompressoren, sind möglicherweise direkt, ohne die Verwendung eines Gleichspannungswandlermoduls 18, verbunden. In einem typischen Fahrzeug 2 sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit einer 12-V-Batterie 20 verbunden. Ein komplett elektrisches Fahrzeug weist möglicherweise eine ähnliche Architektur auf, jedoch ohne den Verbrennungsmotor 8.
Das Fahrzeug 2 ist möglicherweise ein Plug-in Hybrid, bei dem der Batteriesatz 14 möglicherweise durch eine externe Leistungsquelle 26 wieder aufgeladen wird. Die externe Leistungsquelle 26 stellt möglicherweise Wechsel- oder Gleichstromleistung für das Fahrzeug 2 bereit, indem sie durch einen Aufladeport 24 elektrisch verbunden wird. Der Aufladeport 24 ist möglicherweise irgendeine Portart, die dazu ausgelegt ist, Leistung von der externen Leistungsquelle 26 zum Fahrzeug 2 zu übertragen. Der Aufladeport 24 ist möglicherweise mit einem Leistungswandlungsmodul 22 elektrisch verbunden. Das Leistungswandlungsmodul 22 konditioniert möglicherweise die Leistung aus der externen Leistungsquelle 26, um dem Batteriesatz 14 die korrekten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. In einigen Anwendungen ist die externe Leistungsquelle 26 möglicherweise dazu ausgelegt, dem Batteriesatz 14 die korrekten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen, und das Leistungswandlungsmodul 22 ist möglicherweise nicht erforderlich. Die folgende Beschreibung gilt gleichermaßen für jedes Fahrzeug 2, das einen Batteriesatz 14 nutzt.
2 veranschaulicht eine mögliche Hochspannungs-Gleichstrom-Bus-Steuerungsarchitektur für ein Fahrzeug. Die Hochspannungsbatterie 40 weist möglicherweise irgendeine Chemie auf, wie zum Beispiel NIMH, Blei-Säure oder Lithium-Ionen. Die Hochspannungsbatterie 40 ist möglicherweise mit einem Hauptschütz 42 elektrisch verbunden. Das Hauptschütz 42 weist als Voreinstellung möglicherweise eine geöffnete Stellung auf, so dass die Hochspannungsbatterie 40 von einer Lastimpedanz 72 getrennt ist. Die Lastimpedanz 72 ist möglicherweise so dargestellt, dass sie einen kapazitiven Anteil 48 und einen ohmschen/induktiven Anteil 46 aufweist. Wenn sich das Hauptschütz 42 in der geöffneten Stellung befindet, kann die Hochspannungsbatterie 40 der Lastimpedanz 72 keine Leistung bereitstellen.
Eine typische elektrische Impedanz 72 in einem Fahrzeug wird etwas Kapazität 48 umfassen. Zur Impedanz 72 zählen möglicherweise jegliche Einrichtungen (z. B. Wechselrichter, Gleichspannungswandler usw.), die mit dem Hochspannungs-Bus verbunden sind. Die Impedanz 72 besteht möglicherweise aus separaten leistungselektronischen Einrichtungen, von denen jede ihre eigene, mit ihr verknüpfte Kapazität 48 aufweist. Die Kapazität 48 besteht möglicherweise eigentlich aus mehreren Kapazitäten, die parallel oder in Reihe verbunden sind. Die Kapazität 48 ist möglicherweise auch zugefügt, um die Busspannung zu glätten und zu filtern. Die Kapazität 48 stellt möglicherweise eine äquivalente Kapazität für die gesamte Lastseite des elektrischen Systems dar. Die Lastimpedanz 72 stellt die Gesamtimpedanz aller Module dar, die möglicherweise mit dem Hochspannungs-Bus verbunden werden.
Ein Signal oder eine Anforderung, das Hauptschütz 42 zu schließen, wird möglicherweise als Reaktion auf eine Zündung auf Anforderung durch den Fahrer ausgegeben. Das Signal zum Schließen des Hauptschützes 42 wird möglicherweise auch als Reaktion auf ein Ladegerät, das verbunden wird, ausgegeben. Wann auch immer es im Allgemeinen erforderlich ist, dass die Hochspannungsbatterie 40 mit anderen Einrichtungen verbunden wird, wird möglicherweise eine Anforderung zum Schließen des Hauptschützes 42 ausgegeben. Im Fall eines Unfalls des Fahrzeugs wird möglicherweise eine Anforderung zum Öffnen des Hauptschützes 42 ausgegeben, um für Fahrzeuginsassen und Rettungskräfte Gefährdung durch Hochspannung einzuschränken. Die Signale zum Öffnen und Schließen des Hauptschützes 42 werden möglicherweise von einem oder mehreren Controllern 54 empfangen, die den Betrieb des Hauptschützes 42 und der Vorladeschaltung 44 steuern. Das Kommunizieren der Öffnen- und Schließen-Signale erfolgt möglicherweise über diskrete Signale oder einen seriellen Kommunikations-Bus (z. B. CAN).
Die einfachste Umsetzungsform eines Hauptschützes 42 wäre ein von Hand betätigter Schalter. Diese Art wird aus vielen Gründen in der Praxis nicht verwendet. Das Hauptschütz 42 besteht möglicherweise weiterhin aus einem Steuerungsmechanismus, wie zum Beispiel einem Relais, das das Hauptschütz 42 schließen kann, wenn es aktiviert wird. Wenn zum Beispiel ein Relais angesteuert wird, bewirkt es möglicherweise, dass das Schütz 42 sich in eine geschlossene Stellung bewegt und dass zugelassen wird, dass Strom durch das Hauptschütz 42 fließt. Wenn das Hauptschütz 42 geschlossen ist, ist die Hochspannungsbatterie 40 elektrisch mit der elektrischen Impedanz 72 verbunden. Wenn das Hauptschütz 42 geschlossen ist, zieht die elektrische Impedanz 72 möglicherweise Strom aus der Hochspannungsbatterie 40 über das Hauptschütz 42.
Der Steuerungsmechanismus des Hauptschützes 42 wird möglicherweise mit einem Controller 54 verbunden. Zum Beispiel ist eine Spule des Relais, das das Hauptschütz 42 steuert, möglicherweise mit dem Controller 54 elektrisch verbunden (dargestellt durch 68). Der Controller 54 ist möglicherweise dazu ausgelegt, die Spule anzusteuern und abzusteuern, um das Hauptschütz 42 zum Schließen und Öffnen anzusteuern. Der Controller 54 ist möglicherweise auch dazu ausgelegt, verschiedene Systemspannungen zu messen. Die Spannung über der Last 60 wird möglicherweise unter Verwendung einer Spannungsabtastschaltung 52 gemessen, die möglicherweise dazu ausgelegt ist, eine Hochspannung vom Controller 54 zu entkoppeln und die Spannung 60 auf einen für den Controller 54 geeigneten Pegel zu skalieren. Auf ähnliche Art und Weise wird möglicherweise auch die Spannung über der Hochspannungsbatterie 58 gemessen. Möglicherweise wird eine separate Spannungsabtastschaltung 50 verwendet, um Hochspannung vom Controller 54 zu entkoppeln und die Spannung 58 auf einen für den Controller 54 geeigneten Pegel zu skalieren.
Probleme treten möglicherweise beim Schließen des Hauptschützes 42 auf, wenn eine Spannung über dem Hauptschütz 42 liegt. Die Spannung über dem Hauptschütz wird möglicherweise als V_mc 64 bezeichnet. In einer typischen Situation, in der die Kapazität 48 voll entladen ist, liegt möglicherweise eine hohe V_mc 64 an, bevor das Hauptschütz 42 eingeschaltet wird. Eine Eigenschaft einer kapazitiven Last 48 ist, dass sich die Spannung möglicherweise nicht augenblicklich ändert. Der Strom durch die kapazitive Last 48 ändert sich allerdings möglicherweise schnell. Möglicherweise wird ein hoher Einschaltstrom beim Schalten einer Hochspannung zur kapazitiven Last 48 erzeugt. Der hohe Einschaltstrom verursacht möglicherweise während des Schaltens einen Lichtbogen über dem Hauptschütz 42. Diese Lichtbogenbildung beschädigt möglicherweise das Hauptschütz 42. Im Idealfall wird ein Mittel zur Begrenzung dieser Lichtbogenbildung verlangt.
Um die Lichtbogenbildung des Hauptschützes 42 zu minimieren, wird möglicherweise eine Vorladeschaltung 44 über dem Hauptschütz 42 umgesetzt. Eine typische Vorladeschaltung 44 verwendet möglicherweise ein Vorladeschütz 74 in Reihe mit einem Widerstand 76, wobei der Widerstand 76 dazu ausgewählt wird, die Strommenge, die beim Schließen des Vorladeschützes 74 fließen kann, zu steuern. Der Controller 54 verwendet möglicherweise die über der Last und der Batterie (60 und 58) abgetasteten Spannungen, um zu bestimmen, wann der Vorladebetrieb beendet und das Hauptschütz 42 geschlossen wird. Wenn der Unterschied zwischen den beiden Spannungen (60 und 58) unter einen Schwellenwert fällt, wird das Hauptschütz 42 möglicherweise geschlossen.
Die Vorladeschaltung 44 ist möglicherweise parallel zum Hauptschütz 42 platziert. Eine Seite der Vorladeschaltung 44 ist möglicherweise elektrisch mit der Hochspannungsbatterie 40 verbunden. Eine andere Seite der Vorladeschaltung 44 ist möglicherweise elektrisch mit der elektrischen Impedanz 72 verbunden. Ein Controller 54 ist möglicherweise dazu ausgelegt, den Betrieb des Schützes 74 in der Vorladeschaltung 44 zu steuern. Es sei angemerkt, dass das Schütz 74 möglicherweise auch eine Halbleiter-Schalteinrichtung ist. Das Schütz 74 ist möglicherweise auch ein Schütz auf Relais-Basis, wie vorher für das Hauptschütz 42 erörtert wurde. Die Vorladeschaltung 44 begrenzt möglicherweise den Stromfluss in die elektrische Impedanz 72, wenn die Hochspannungsbatterie 40 verbunden wird. Der Controller 54 stellt möglicherweise eines oder mehrere Steuersignale 70 bereit, um den Betrieb der Vorladeschaltung 44 zu steuern. Das Steuersignal 70 ist möglicherweise ein Signal, um eine Schalteinrichtung 74 zu steuern (z. B. die Gate-Ansteuerung eines MOSFET, die Spule eines Relais). Die verlangte Wirkung der Vorladeschaltung 44 ist es, die Spannung V_mc 64 über dem Hauptschütz 42 zu minimieren, wenn das Hauptschütz 42 eingeschaltet wird.
Bei der Fahrzeuginbetriebnahme ist das Hauptschütz 42 anfänglich geöffnet, um die Batterie von einem Hochspannungs-Bus 78 zu entkoppeln. Der Hochspannungs-Bus 78 stellt die Ausgangsverbindung des Hauptschützes 42 zu den Hochspannungslasten 72 des Fahrzeugs dar. Der Fahrer löst möglicherweise ein Vorladeschaltspiel durch Einschalten der Zündung aus. Eine Zündschaltereingabe wird möglicherweise vom Controller 54 überwacht, um zu bestimmen, wann Batterieleistung auf dem Hochspannungs-Bus 78 benötigt wird. Das Signal „Zündung Ein“ löst möglicherweise eine Anforderung aus, dass das Hauptschütz 42 geschlossen werden soll. Die Anforderung, das Hauptschütz 42 zu schließen, löst möglicherweise eine Anforderung zum Schließen des Vorladeschützes 74 aus, um den Stromfluss von der Batterie 40 zu den elektrischen Lasten 72 am Hochspannungs-Bus 78 zu begrenzen. Der Strom durch den Vorladewiderstand 76 wird schnell auf einen Scheitelwert ansteigen, der vom Widerstandswert bestimmt wird, und er wird sich verringern, wenn die Spannung über dem Hochspannungs-Bus 60 zur Spannung des Batteriesatzes 58 ansteigt. Sobald die Spannung über dem Hochspannungs-Bus 60 einen vorbestimmten Pegel erreicht hat, wird das Hauptschütz 42 möglicherweise geschlossen, und das Vorladeschütz 74 wird möglicherweise geöffnet. Jetzt fließt möglicherweise Strom durch das Hauptschütz 42.
Ein Herunterfahren des Fahrzeugs wird möglicherweise durch Ausschalten des Zündschalters ausgelöst. Beim Herunterfahren des Fahrzeugs werden die Lasten 72 am Hochspannungs-Bus 78 möglicherweise angewiesen, weniger Strom zu ziehen. Das System hält möglicherweise das Hauptschütz 42 für einige Zeit nach dem Signal „Zündung Aus“ geschlossen, um zuzulassen, dass verschiedene Funktionen abgeschlossen werden. Beispielhafte Funktionen sind möglicherweise der Batteriezellausgleich oder das Batteriewärmemanagement. Zu einem Zeitpunkt nach dem Ausschalten der Zündung wird das Hauptschütz 42 möglicherweise geöffnet, um die Batterie zu entkoppeln. Bei einigen Systemen wird möglicherweise ein mit Masse verbundener Entlade-Widerstand (nicht dargestellt) eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Spannung über dem Hochspannungs-Bus 60 auf null abfällt, wenn das Hauptschütz 42 geöffnet wird.
Wenn Strom durch den Vorladewiderstand 76 fließt, wird Energie als Wärme im Widerstand 76 abgeführt. Wann auch immer das Vorladeschütz 74 geschlossen wird, fließt möglicherweise Strom durch den Vorladewiderstand 76 und erzeugt Wärme. Es ist möglich, dass übermäßiges Ausführen von Schaltspielen den Widerstand 76 aufgrund einer überhöhten Temperatur möglicherweise beschädigt. Möglicherweise wird ein Vorladewiderstand 76 typischerweise überdimensioniert, um mehr Wärme abzuführen, als unter normalen Betriebsbedingungen erforderlich ist. Unter normalen Betriebsbedingungen wird möglicherweise erwartet, dass das Vorladeschütz 74 einmal beim Einschalten der Zündung betätigt wird, worauf vor dem nächsten erforderlichen Schaltspiel eine Verzögerung folgt. Die Verzögerung ist typischerweise lang genug, damit sich der Widerstand 76 nahezu auf Umgebungstemperatur abkühlt. Sobald das Vorladeschütz 74 geöffnet ist, fließt kein Strom mehr durch den Widerstand 76. Zum Beispiel startet der Fahrer das Fahrzeug und fährt eine Zeitspanne, bevor er das Fahrzeug ausschaltet. Es ist möglich, einen Vorladewiderstand 76 einzusetzen, der dazu konzipiert ist, lediglich mit den normalerweise erwarteten Temperaturen umzugehen. Um allerdings eine dauerhafte Lösung sicherzustellen, werden möglicherweise Mittel eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Temperatur einen schädigenden Pegel nicht überschreitet.
Unglücklicherweise gibt es möglicherweise Bedingungen, unter denen das Vorladeschütz 74 wiederholt innerhalb einer kurzen Zeitspanne dazu gebracht wird, ein Schaltspiel auszuführen. Das Ausführen eines Schaltspiels der Zündung wird möglicherweise als ein Knopf umgesetzt, der den Zündstatus des Fahrzeugs umschaltet. Der Knopf wird möglicherweise wiederholt gedrückt, was zu einem schnellen Ausführen des Schaltspiels des Vorladeschützes 74 führt. 3(a) stellt möglicherweise die Spannungssignalform über dem Hauptschütz / der Vorladeschaltung (dargestellt durch 64) dar, wenn die Vorladeschaltung 44 und die Last 72 normal betrieben werden. Dies stellt möglicherweise den Fall dar, in dem der Hochspannungs-Bus 78 anfänglich komplett entladen ist. Wenn das Vorladeschütz 74 geschlossen wird, beginnt Strom durch den Vorladewiderstand 76 zur Last 72 zu fließen. Der Strom liegt anfangs aufgrund des Einschaltstroms der Last 72 bei einem Maximalwert. Die Spannung über der Vorladeschaltung 64 erhöht sich schnell auf einen Scheitelwert 100, der eine Funktion der Spannung über der Batterie 58, der Spannung über der Last 60 und dem Wert des Vorladewiderstands 76 ist. Weil die Spannung über der Hochspannungslast 60 ansteigt, verringert sich die Spannung über der Vorladeschaltung 64. Wenn die Spannung über der Hochspannungslast 60 sich der Batteriespannung 58 annähert, wird das Hauptschütz 42 möglicherweise geschlossen, was die Spannung über der Vorladeschaltung 64 auf nahe null zwingt.
3(b) stellt möglicherweise die Spannungssignalform über dem Hauptschütz / der Vorladeschaltung (dargestellt durch 64) dar, wenn die Last 72 zu Masse kurzgeschlossen wird. Unter dieser Bedingung wird möglicherweise ein Vorlade-Überstromfehlerzustand detektiert. In diesem Fall steigt der Strom durch die Vorladeschaltung 44 möglicherweise auf einen Maximalwert 108 an und bleibt bei einem nahezu konstanten Wert. Die Spannung über dem Hochspannungs-Bus 78 bleibt nahe null, und maximaler Strom fließt durch die Schaltung, lediglich begrenzt durch den Vorladewiderstand 76. Der Controller 54 detektiert diesen Zustand möglicherweise durch Berechnen oder Messen des an die Last 66 abgegebenen Stroms, der Lastspannung 60 oder der Spannung über dem Haupt-Vorladewiderstand 64. Falls der gemessene oder berechnete Wert nicht in einer vorbestimmten Überstromzeit T_s 102 oder weniger über einen vorbestimmten Überstromwert ansteigt, wird der Vorladebetrieb möglicherweise beendet und das Vorladeschütz 74 wird möglicherweise geöffnet. Dies stellt möglicherweise den ungünstigsten Fall thermischer Belastung für den Vorladewiderstand 76 dar. Falls eine vorbestimmte Anzahl von Überstromfehlern detektiert wird, werden weitere Schließungsversuche des Vorladeschützes 74 möglicherweise für einen vorbestimmten Zeitraum verhindert.
3(c) stellt möglicherweise die Spannungssignalform über dem Hauptschütz / der Vorladeschaltung (dargestellt durch 64) dar, wenn die Last 72 von einem Widerstand ungleich null zu Masse kurzgeschlossen wird. Dies stellt möglicherweise eine Situation dar, in der das System es nicht schafft vorzuladen. In diesem Fall steigt der Strom durch die Vorladeschaltung 44 möglicherweise auf einen Maximalwert 104 an und bleibt nahezu konstant bei diesem Wert. Der Maximalwert 104 ist in diesem Fall möglicherweise nicht so hoch wie beim kurzgeschlossenen 108 oder normalen 100 Betriebsfall. Die Spannung über der Hochspannungslast 60 bleibt bei einem Wert ungleich null, und Strom fließt durch die Schaltung, lediglich begrenzt durch den Vorladewiderstand 76 und den Widerstand des Kurzschlusses. Der Controller 54 detektiert möglicherweise diesen Zustand durch Messen oder Berechnen des an die Last 66 abgegebenen Stroms oder durch Messen der Lastspannung 60. Falls die Lastspannung 60 sich in einer maximalen Vorladezeit T_r 104 oder weniger nicht innerhalb eines vorbestimmten Wertes an die Batteriespannung 58 annähert, wird der Vorladebetrieb möglicherweise beendet, und das Vorladeschütz 74 wird möglicherweise geöffnet. Es sei angemerkt, dass die Diagramme von 3 nicht notwendigerweise auf der gleichen Zeitskala aufgezeigt werden.
Ein mögliches Verfahren zum Schutz der Vorladeschaltung 44 ist möglicherweise, die Anzahl der Schließereignisse des Vorladeschützes 74 innerhalb eines gewissen Zeitfensters zu überwachen. Die Anzahl der Schließereignisse des Vorladeschützes 74 stellt die Anzahl dar, wie oft der Widerstand selektiv zwischen der Traktionsbatterie 40 und der elektrischen Impedanz 72 verbunden wird. Von jedem Ausführen des Schaltspiels des Vorladeschützes 74 wird möglicherweise erwartet, dass es eine gewisse Menge an Energie in den Widerstand 76 abführt. Das System ist möglicherweise dazu konstruiert, die Anzahl von aufeinanderfolgenden Schließereignissen des Vorladeschützes 74 innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls zu zählen. Das Zeitfenster ist möglicherweise ein gleitendes Fenster, das die Anzahl von Schließereignissen des Vorladeschützes 74 innerhalb des letzten vorbestimmten Zeitintervalls detektiert.
Sollte die Anzahl von Schließereignissen des Vorladeschützes 74 innerhalb des gegebenen Intervalls eine vorbestimmte Anzahl überschreiten, verhindert das System möglicherweise die Schließung des Vorladeschützes 74 während einer anschließenden Anforderung zum Schließen des Vorladeschützes 74. Der Fahrer ist möglicherweise zeitweise nicht in der Lage, den Hochspannungs-Bus 78 vorzuladen, bis eine kalibrierbare Timeout-Zeitspanne abgelaufen ist. Möglicherweise wird weiteres Schaltspiel des Vorladeschützes 74 zeitweise deaktiviert bis die Temperatur auf einen annehmbaren Pegel gefallen ist. Diese Verhinderung von Schließen des Vorladeschützes 74 schützt möglicherweise die Vorladekomponenten (74, 76) vor Beschädigungen. Der Nutzen liegt darin, dass Vorladekomponenten (74, 76) möglicherweise für eine geringere Anforderung konzipiert werden, was zu Kosteneinsparungen führt. Das Schutzschema stellt sicher, dass Vorladekomponenten (74, 76) nicht beschädigt werden, was Fahrzeugausfallzeiten und Reparaturkosten reduziert.
Die vorbestimmte Anzahl von Schließereignissen des Vorladeschützes 74 ist möglicherweise dazu konzipiert, die Leistung durch den Widerstand 76 zu begrenzen, so dass er nicht überhitzt. Auch wird die Anzahl möglicherweise ausgewählt, um sicherzustellen, dass keine Überhitzung im 95. Perzentil des angenommenen Kundennutzverhaltens auftritt.
Die vorbestimmte Anzahl von Schließereignissen des Vorladeschützes 74 hängt möglicherweise von den während vorhergehender Vorladeereignisse detektierten Bedingungen ab. Das System detektiert möglicherweise, ob das Vorladeereignis normal verlaufen ist oder ob ein Fehlerzustand vorlag. Wenn während vorhergehender Schließereignisse Normalbetrieb detektiert wird, wird die vorbestimmte Anzahl von Schließungen möglicherweise auf einen maximalen Wert gesetzt. Normalbetrieb liegt möglicherweise wie in 3(a) aufgezeigt vor. Wenn während vorhergehender Schließereignisse Fehlerzustände detektiert werden, wird die vorbestimmte Anzahl von Schließungen möglicherweise geringer als der maximale Wert gesetzt.
Die Detektion, ob das vorhergehende Vorladeereignis normal oder fehlerhaft war, hängt möglicherweise vom Verhalten eines Stroms oder einer Spannung ab. Die Bestimmung hängt möglicherweise von der Höhe der Spannung über 64 oder vom Strom durch den Vorladewiderstand 76 ab. Die Detektion basiert möglicherweise auch auf einer Scheitelwerthöhe der Spannung über 64 oder des Stroms durch den Vorladewiderstand 76. Zusätzlich wird möglicherweise die Dauer der Höhe oder der Scheitelwerthöhe berücksichtigt. Die Bestimmung basiert möglicherweise auf der Spannung über der Last 60 und der Spannung über der Traktionsbatterie 58.
Zum Beispiel wird die Last 72 am Hochspannungs-Bus 78 möglicherweise zu Masse kurzgeschlossen (Antwort aufgezeigt in 3(b)). In dieser Situation wird möglicherweise ein großer Strom beobachtet, weil die Last 72 den Strom nicht begrenzt. Zusätzlich erhöht sich die Spannung des Hochspannungs-Busses 60 möglicherweise nicht, so behält der Strom möglicherweise einen hohen Wert bei ohne abzuklingen. In dieser Situation ist es möglicherweise wünschenswert, innerhalb eines Intervalls weniger Schließereignisse des Vorladeschützes 74 zuzulassen, um die Komponenten zu schützen. Weil während vorhergehender Ereignisse mehr Leistung im Widerstand 76 abgeführt wird, wird im Allgemeinen möglicherweise eine kleinere Anzahl von Schaltspielen zugelassen.
Als ein anderes Beispiel: Es kommt möglicherweise zu einem ohmschen Kurzschluss an der Lastschaltung 72 (Antwort aufgezeigt in 3(c)). Dies führt möglicherweise zu einem Strom- oder Spannungsprofil, das während des Vorladeintervalls nahezu konstant ist. Die Spannung über dem Hochspannungs-Bus 60 erreicht möglicherweise nicht die Batteriespannung, weil ein Spannungsteilernetzwerk vorhanden ist. Dies bewirkt, dass das Vorladeereignis möglicherweise für eine maximale Vorladezeit läuft, bevor es ausgeschaltet wird. In dieser Situation ist es möglicherweise wünschenswert, innerhalb eines Intervalls weniger Schließereignisse des Vorladeschützes 74 zuzulassen, um die Komponenten zu schützen. Weil sich im Allgemeinen die von der Batterie während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne entladene Ladungsmenge erhöht, verringert sich möglicherweise die vorbestimmte Anzahl, um den Widerstand zu schützen.
Der Controller 54 setzt möglicherweise Logik um, um das Schließen des Vorladeschützes 74 zu verhindern. Eine Zählung wird möglicherweise immer geführt, wenn das Vorladeschütz 74 geschlossen wird. Jede Schließung des Vorladeschützes 74 wird möglicherweise mit einem Zeitstempel, der die Zeit der Schließung angibt, gespeichert. Der Controller 54 generiert möglicherweise eine Absolutzeit oder empfängt eine Absolutzeit von einem anderen Modul. Der Zeitstempel ist möglicherweise ein Abtastwert des aktuellen Absolutzeitwerts. Die Schließungsdaten des Vorladeschützes 74 werden möglicherweise untersucht, um zu bestimmen, ob der Zeitstempel sich innerhalb des letzten vorbestimmten Zeitraums befindet. Falls der Zeitstempel sich innerhalb des letzten vorbestimmten Zeitraums befindet, wird der Zähler möglicherweise inkrementiert. Schließungen, die früher als der letzte vorbestimmte Zeitraum stattgefunden haben, werden möglicherweise von der Zählung ausgeschlossen. Schließungszeitstempel des Vorladeschützes werden möglicherweise in nichtflüchtigem Speicher gespeichert, damit sie gehalten werden, wenn der Controller 54 ausgeschaltet worden ist.
Zusätzlich zum Zeitstempel wird möglicherweise eine Angabe zum Status der verknüpften Vorladeschließung gespeichert. Der Status gibt möglicherweise an, ob die verknüpfte Vorladeschließung normal oder nicht erfolgreich war oder ob ein Überstrom detektiert worden ist. Die maximale Anzahl von zugelassenen Schließungen des Vorladeschützes 74 innerhalb des vorbestimmten Zeitintervalls hängt möglicherweise vom Status der vorhergehenden Schließungen ab. Falls zum Beispiel das Vorladen normal vor sich gegangen ist, dann werden möglicherweise maximal 25 Ereignisse im Intervall zugelassen. Falls die Vorladeereignisse nicht erfolgreich waren, dann werden möglicherweise maximal 5 Ereignisse im Intervall zugelassen. Falls ein Überstrom detektiert wurde, dann werden möglicherweise maximal 3 Ereignisse im Intervall zugelassen. Andere Beispiele zum Umsetzen des Zählmechanismus sind möglich.
Der Status des Vorladebetriebs wird möglicherweise durch Überwachen von mit dem Vorladewiderstand 76 verknüpften Spannungen oder Strömen festgestellt. Eine Spannung über dem Vorladewiderstand wird möglicherweise direkt gemessen oder als die Differenz zwischen der Spannung über der Hochspannungsbatterie 40 und der Spannung über der Last 60 berechnet. Gleichermaßen wird möglicherweise ein Strom durch den Vorladewiderstand berechnet, indem die Spannung über dem Vorladewiderstand 64 durch den Widerstandswert dividiert wird. Zusätzlich wird möglicherweise die Höhe der mit dem Vorladewiderstand verknüpften Spannung oder des Stroms über der Zeit überwacht, um das relative Verhalten zu bestimmen, wie zum Beispiel eine sich verringernde oder sich erhöhende Antwort. Zusätzlich wird möglicherweise eine Scheitelwerthöhe der mit dem Vorladewiderstand 76 verknüpften Spannung oder des Stroms detektiert und zum Bestimmen des Status des Vorladebetriebs verwendet. Die Dauer der Scheitelwerthöhe wird möglicherweise auch verwendet, indem die Zeit gemessen wird, die die Scheitelwerthöhe vorliegt.
Bei dem Ereignis, dass Vorladeschließungen verhindert werden, wird möglicherweise eine vorbestimmte Zeit, in der Vorladeereignisse verhindert werden, ausgewählt. Die Verhinderungszeit wird möglicherweise ausgewählt, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Widerstands auf einen Pegel gefallen ist, so dass der Widerstand 76 nicht durch weitere Vorladeschaltspiele beschädigt wird. Die Verhinderungszeit ist möglicherweise eine vorbestimmte Anzahl auf Basis von Test- oder Simulationsergebnissen. Die Verhinderungszeit basiert möglicherweise auch auf der Anzahl von vorhergehenden Vorlade-Schließereignissen und dem Status dieser vorhergehenden Vorladeereignisse. Zum Beispiel gibt eine große Anzahl von Vorlade-Schließereignissen möglicherweise an, dass ein Nutzer Zündschaltspiele ohne eine Absicht zu fahren ausführt, deshalb ist eine längere Verhinderungszeit möglicherweise angemessen. Falls die vorhergehenden Schließereignisse eine Überstromsituation angeben, dann ist zusätzlich die Verhinderungszeit möglicherweise länger, um den Vorladewiderstand 76 ebenso wie die elektrische Last, die den Kurzschlusszustand bewirkt, zu schützen.
Der vorbestimmte Zeitraum, in dem die Vorlade-Schließereignisse zu zählen sind, wird möglicherweise auf Basis von Test- oder Simulationsergebnissen ausgewählt. Das vorbestimmte Intervall und die Anzahl der zugelassenen Schließungen werden möglicherweise dazu ausgewählt, den Vorladewiderstand 76 vor überhöhten Temperaturen zu schützen. Die Anzahl von Versuchen, die zugelassen werden kann, und das Zeitintervall werden möglicherweise je Fahrzeug bestimmt und hängen möglicherweise von den Vorladeschaltungskomponenten ab, die ausgewählt werden.
Die Anzahl von Schließungen des Vorladeschützes 74 wird möglicherweise mit einem vorbestimmten Wert verglichen. Falls die Anzahl größer als der vorbestimmte Wert ist, wird das Schließen des Vorladeschützes 74 möglicherweise für eine Zeitspanne deaktiviert, um zuzulassen, dass sich der Vorladewiderstand 76 abkühlt. Nachdem die Deaktivierungszeit abgelaufen ist, werden möglicherweise zusätzliche Schließungen des Vorladeschützes 74 erlaubt.
Während oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen sind die in der Spezifikation verwendeten Begriffe eher beschreibende als einschränkende Begriffe, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich werden möglicherweise die Merkmale verschiedener Umsetzungsformen kombiniert, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Traktionsbatterie; eine elektrische Impedanz; eine Vorladeschaltung, die einen Widerstand enthält und so angeordnet ist, dass der Widerstand selektiv zwischen der Traktionsbatterie und der elektrischen Impedanz verbunden wird; und wenigstens einen Controller, der dazu programmiert ist, dass er, um eine Temperaturerhöhung des Widerstands zu begrenzen, das Verbinden des Widerstands bei Vorhandensein einer Anforderung zum Verbinden des Widerstands während einer anschließenden vorbestimmten Zeitspanne als Reaktion darauf verhindert, dass eine vorbestimmte Anzahl erreicht wird, wie oft der Widerstand innerhalb einer vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne verbunden wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Anzahl auf einer Höhe eines Stroms durch den Widerstand während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Anzahl auf einer Dauer einer Scheitelwerthöhe des Stroms durch den Widerstand während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Anzahl auf einer Höhe einer Spannung über dem Widerstand während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Anzahl auf einer Dauer einer Höhe einer Spannung über dem Widerstand während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei sich die vorbestimmte Anzahl verringert, weil sich die von der Batterie während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne entladene Ladungsmenge erhöht.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei sich die vorbestimmte Anzahl verringert, weil eine Höhe einer Spannung über dem Widerstand einen vorbestimmten Überstromschwellenwert für eine vorbestimmte Überstromdetektionszeit während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne überschreitet.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei sich die vorbestimmte Anzahl verringert, wenn, nach einer vorbestimmten maximalen Vorladezeit, es eine Spannung über der elektrischen Impedanz nicht schafft, sich innerhalb einer vorbestimmten Spanne der Spannung über der Traktionsbatterie während der vorhergehenden vorbestimmten Zeitspanne anzunähern.