-
Diese Offenbarung bezieht sich auf das Steuern eines Leistungsversorgungssystems eines Elektrofahrzeugs und insbesondere auf das Steuern des Leistungsversorgungssystems, um eine Spannung temperaturbasiert zu variieren.
-
Im Allgemeinen unterscheiden sich Elektrofahrzeuge von konventionellen Kraftfahrzeugen, weil Elektrofahrzeuge selektiv unter Verwendung einer oder mehrerer batteriebetriebener Elektromaschinen angetrieben werden. Im Gegensatz dazu sind konventionelle Kraftfahrzeuge ausschließlich auf einen Motor mit innerer Verbrennung angewiesen, um das Fahrzeug anzutreiben. Elektrofahrzeuge verwenden möglicherweise Elektromaschinen anstelle des oder zusätzlich zum Motor mit innerer Verbrennung.
-
Zu beispielhaften Elektrofahrzeugen zählen Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs, hybrid electric vehicles), Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs) und batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs, battery electric vehicles). Ein Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs ist typischerweise mit einer Batterie ausgestattet, die elektrische Leistung zur Versorgung der Elektromaschine speichert. Die Batterie wird möglicherweise vor der Verwendung aufgeladen. Die Batterie wird möglicherweise während einer Fahrt durch Bremsenergierückgewinnung oder einen Motor mit innerer Verbrennung wiederaufgeladen.
-
Der Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs kann verschiedene Schaltbauelemente enthalten, wie zum Beispiel Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode. Die Schaltbauelemente werden typischerweise auf Basis einer ungünstigsten Spannungsaddition über den Schaltbauelementen bemessen. Die Kosten und die Komplexität der Schaltbauelemente erhöhen sich mit der für die Leistungsschaltbauelemente erforderlichen Nennspannung.
-
Ein Spannungssteuerungsverfahren für einen Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem das Steuern eines Leistungsversorgungssystems, um eine Spannungsbegrenzung temperaturbasiert zu variieren.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform des vorher genannten Verfahrens umfasst die Spannungsbegrenzung eine Begrenzung einer maximalen Busspannung.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren ist die Spannungsbegrenzung eine Temperaturfunktion.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren ist die Funktion eine lineare Funktion.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren beinhaltet das Verfahren das Steuern des Leistungsversorgungssystems, um die Spannungsbegrenzung bei niedrigen Temperaturen herabzusetzen und die Spannungsbegrenzung bei hohen Temperaturen heraufzusetzen.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren umfasst das Leistungsversorgungssystem eine einstellbare Spannungssteuerung.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren umfasst die Spannungsbegrenzung eine Spannungsbegrenzung durch ein Schaltbauelement.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren umfasst das Schaltbauelement einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren umfasst die Temperatur eine Umgebungstemperatur.
-
Ein Spannungssteuerungsverfahren für ein Elektrofahrzeug gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem das Einstellen einer maximalen Busspannung in einem Leistungsversorgungssystem eines Elektrofahrzeugs. Das Einstellen erfolgt als Reaktion auf Temperatur.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform des vorher genannten Spannungssteuerungsverfahrens umfasst das Einstellen das Begrenzen der maximalen Busspannung als eine Temperaturfunktion.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Spannungssteuerungsverfahren umfasst das Einstellen das Herabsetzen der maximalen Busspannung als Reaktion auf eine niedrige Temperatur und das Erhöhen der maximalen Busspannung als Reaktion auf eine hohe Temperatur.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Spannungssteuerungsverfahren umfasst das Leistungsversorgungssystem eine einstellbare Spannungssteuerung.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Spannungssteuerungsverfahren wird durch das Einstellen der maximalen Busspannung eine Spannung durch ein Schaltbauelement eingestellt.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Spannungssteuerungsverfahren umfasst das Schaltbauelement einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode.
-
Ein Spannungssteuerungssystem für einen Elektrofahrzeugantriebsstrang gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem ein Leistungssteuerungssystem, das dazu ausgelegt ist, eine Spannungsbegrenzung als Reaktion auf eine Temperatur zu variieren.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform des vorher genannten Spannungssteuerungssystems enthält das System einen Sensor zum Messen der Temperatur.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Spannungssteuerungssysteme enthält das System einen Bus, wobei die Spannungsbegrenzung eine maximale Spannung über dem Bus umfasst.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Spannungssteuerungssysteme enthält das System ein Schaltbauelement, wobei die Spannungsbegrenzung eine Spannungsbegrenzung durch das Schaltbauelement umfasst.
-
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Spannungssteuerungssysteme ist das Leistungssteuerungssystem dazu ausgelegt, die Spannungsbegrenzung als eine Temperaturfunktion zu variieren.
-
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der offenbarten Beispiele werden sich für Fachleute aus der ausführlichen Beschreibung ergeben. Die Figuren, die zur ausführlichen Beschreibung gehören, können kurz wie folgt beschrieben werden:
-
1 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Antriebsstrangs eines beispielhaften Elektrofahrzeugs.
-
2 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Leistungssteuerungssystems des Antriebsstrangs aus 1.
-
3 zeigt einen Verlauf der maximalen Spannung, die vom Leistungssteuerungssystem aus 2 temperaturbasiert variiert wird.
-
4 zeigt einen beispielhaften Nennspannungsbereich für Schaltbauelemente des Leistungsversorgungssystems aus 2, das die temperaturbasierte maximale Spannung aus 3 nutzt.
-
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein Elektrofahrzeug. Obwohl für ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) aufgezeigt, sollte verstanden werden, dass die hierin beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere elektrisch betriebene Fahrzeuge erstrecken können, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs) und batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs).
-
In einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein Power Split Antriebsstrangsystem, das ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste Antriebssystem enthält eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor 14 und einem Generator 18 (d. h. einer ersten Elektromaschine). Das zweite Antriebssystem enthält wenigstens einen Elektromotor 22 (d. h. eine zweite Elektromaschine), den Generator 18 und eine Batterie 24. In diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als ein elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 betrachtet. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des Elektrofahrzeugs anzutreiben.
-
Der Verbrennungsmotor 14, der in diesem Beispiel ein Motor mit innerer Verbrennung ist, und der Generator 18 sind möglicherweise durch ein Verteilergetriebe 30, wie zum Beispiel ein Planetengetriebe, verbunden. Selbstverständlich werden möglicherweise andere Verteilergetriebetypen, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet, um den Verbrennungsmotor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Verteilergetriebe 30 ein Planetengetriebe, das einen Zahnkranz 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 enthält.
-
Der Generator 18 kann vom Verbrennungsmotor 14 über das Verteilergetriebe 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als ein Elektromotor funktionieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch er Drehmoment an eine Welle 38 abgibt, die mit dem Verteilergetriebe 30 verbunden ist. Weil der Generator 18 betriebsfähig mit dem Verbrennungsmotor 14 verbunden ist, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 vom Generator 18 gesteuert werden.
-
Der Zahnkranz 32 des Verteilergetriebes 30 ist möglicherweise mit einer Welle 40 verbunden, die mit Fahrzeugantriebsrädern 28 durch ein zweites Verteilergetriebe 44 verbunden ist. Das zweite Verteilergetriebe 44 enthält möglicherweise einen Zahnradsatz, der mehrere Zahnräder 46 aufweist. Andere Verteilergetriebe sind möglicherweise ebenfalls geeignet. Die Zahnräder 46 übertragen Drehmoment vom Verbrennungsmotor 14 zu einem Differentialgetriebe 48, um schließlich Traktion für die Fahrzeugantriebsräder 28 bereitzustellen. Das Differentialgetriebe 48 enthält möglicherweise mehrere Zahnräder, die die Übertragung von Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglichen. In diesem Beispiel ist das zweite Verteilergetriebe 44 mechanisch mit einer Achse 50 durch das Differentialgetriebe 48 verkoppelt, um Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
-
Der Elektromotor 22 (d. h. die zweite Elektromaschine) kann auch eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 anzutreiben, indem Drehmoment an eine Welle 52 abgegeben wird, die ebenfalls mit dem zweiten Verteilergetriebe 44 verbunden ist. In einer Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 18 als Teile eines Bremsenergierückgewinnungssystems zusammen, in dem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 als Elektromotoren eingesetzt werden können, um Drehmoment abzugeben. Zum Beispiel können sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 jeder elektrische Leistung an die Batterie 24 abgeben.
-
Die Batterie 24 ist ein Beispieltyp für eine Elektrofahrzeug-Batteriebaugruppe. Die Batterie 24 weist möglicherweise die Form einer Hochspannungsbatterie auf, die in der Lage ist, elektrische Leistung zum Betreiben des Elektromotors 22 und des Generators 18 abzugeben. Andere Typen von Energiespeichereinrichtungen und/oder Energieabgabeeinrichtungen können ebenfalls im Elektrofahrzeug, das den Antriebsstrang 10 aufweist, verwendet werden.
-
Der beispielhafte Antriebsstrang 10 enthält ein Leistungssteuerungssystem 60, das unter anderem Leistung für die und aus der Batterie 24 wandelt und steuert. Das Leistungssteuerungssystem 60 könnte in anderen Beispielen Leistung in anderen Bereichen des Antriebsstrangs 10 wandeln und steuern.
-
Das Leistungssteuerungssystem 60 modifiziert die Leistung aus der Batterie 24 zur Verwendung durch den Elektromotor 22. Das Leistungssteuerungssystem 60 modifiziert vom Generator 18 erzeugte Leistung zur Speicherung in der Batterie 24. Das Leistungssteuerungssystem 60 wandelt zum Beispiel möglicherweise Gleichstrom- in Wechselstromleistung, Wechselstrom- in Gleichstromleistung, begrenzt oder verstärkt Spannungen usw.
-
Mit Bezug auf 2, unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1: Das beispielhafte Leistungssteuerungssystem 60 enthält eine Wechselrichter-Systemsteuerung 64, die eine Motor/Generator-Steuerung 68, eine einstellbare Spannungssteuerung 72, einen Elektromotorwechselrichter 76 und einen Generatorwechselrichter 80 umfasst. Die Motor/Generator-Steuerung 68 ist funktionsfähig mit der einstellbaren Spannungssteuerung 72, dem Elektromotorwechselrichter 76 und dem Generatorwechselrichter 80 verbunden. Der Motorwechselrichter 76 ist funktionsfähig mit dem Elektromotor 22 verschaltet. Der Generatorwechselrichter 80 ist funktionsfähig mit dem Generator 18 verschaltet.
-
Die beispielhafte einstellbare Spannungssteuerung 72 begrenzt oder verstärkt Spannung für die und aus der Batterie 24. In einem Beispiel nimmt die einstellbare Spannungssteuerung 72 Leistung von 250 bis 280 Volt aus der Batterie 24 auf. Die einstellbare Spannungssteuerung 72 verstärkt diese Leistung aus der Batterie 24 auf 400 Volt. Die Leistung wird dann mit 400 Volt von der einstellbaren Spannungssteuerung 72 zum Motor 22 übertragen. Der Elektromotor arbeitet bei höheren Geschwindigkeiten effizienter, wenn er Leistung mit höheren Spannungen aufnimmt.
-
Der beispielhafte Elektromotorwechselrichter 76 ändert Gleichstromleistung aus der Batterie in Wechselstromleistung für den Elektromotor 22.
-
Der beispielhafte Generatorwechselrichter 80 ändert Wechselstromleistung aus dem Generator in Gleichstromleistung für die Batterie 24.
-
Die einstellbare Spannungssteuerung 72, der Elektromotorwechselrichter 76 und der Generatorwechselrichter 80 enthalten in diesem Beispiel jeder mehr als ein Schaltbauelement 84. Andere Bereiche des Leistungssteuerungssystems 60 enthalten möglicherweise zusätzliche Schaltbauelemente. Schaltbauelemente könnten sich auch in anderen Bereichen des Antriebsstrangs 10 befinden.
-
Die Schaltbauelemente 84 steuern den Leistungsfluss zwischen den verschiedenen Bauelementen des Leistungssteuerungssystems 60 und anderen Abschnitten des Antriebsstrangs 10. Im Allgemeinen öffnen die Schaltbauelemente 84, um Leistungsfluss zu verhindern, und schließen, um Leistungsfluss zu gestatten. Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs, insulated gate bipolar transistors) sind ein Beispieltyp für das Schaltbauelement 84, das im Antriebsstrang 10 verwendet wird.
-
Die Spannungssperrfähigkeit der Schaltbauelemente 84 ist bei niedrigen Temperaturen am geringsten. Die Spannungssperrfähigkeit erhöht sich erheblich, wenn sich die Temperaturen erhöhen. Die Schaltbauelemente 84 sind im Allgemeinen so bemessen, dass sie Spannungen bei allen Betriebstemperaturen des Antriebsstrangs 10 selektiv sperren.
-
Das beispielhafte Leistungssteuerungssystem 60 ist funktionsfähig mit einem Temperatursensor 88 verschaltet. Das Leistungssteuerungssystem 60 nimmt Temperaturinformationen aus dem Sensor 88 auf und begrenzt Spannungen auf Basis der Temperatur.
-
Die Batterie 24 ist elektrisch mit einem Bus verbunden, der Leistung an die und aus der Batterie 24 verteilt. In diesem Beispiel stellt das Leistungssteuerungssystem 60 eine maximale Spannung des Busses so ein, dass sie bei relativ niedrigen Temperaturen geringer ist. Das Leistungssteuerungssystem 60 stellt dann die maximale Spannung des Busses so ein, dass sie bei relativ hohen Temperaturen größer ist.
-
Mit Bezug auf 3, unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1 und 2: Die maximale Spannung wird allmählich über den Temperaturbereich X0 bis X1 erhöht. Das Einstellen der maximalen Spannung ist eine Temperaturfunktion über dem Temperaturbereich X0 bis X1. In diesem Beispiel ist die Funktion eine lineare Funktion. Wie gezeigt wird, wird die maximale Spannung gleichbleibend gehalten, falls die Temperatur im Bereich X1 bis X2 liegt.
-
Das Leistungssteuerungssystem 60 ist dazu ausgelegt, eine Spannungsbegrenzung oder eine maximale Spannung für verschiedene Temperaturmesswerte aus dem Temperatursensor 88 festzulegen. In einem Beispiel nutzt die einstellbare Spannungssteuerung 72 einen Pulsweitenmodulations-Wandler, um die maximale Spannung einzustellen oder um die Ausgangsspannung aus der Batterie 24 auf einen Pegel zu ändern, der von den Schaltbauelementen 84 aufgenommen werden kann. Fachleute auf diesem Gebiet werden verstehen, wie das Leistungssteuerungssystem 60 zu nutzen ist, um eine maximale Spannung einzustellen.
-
Besonders macht das Begrenzen der maximalen Spannung als eine Temperaturfunktion es einem Entwickler möglich, Schaltbauelemente 84 auszuwählen, die weniger komplex und weniger teuer sind und einen kleineren Spannungsbereich aufweisen. 4 veranschaulicht, dass der Spannungsbereich über dem Pegel Vm gehalten wird, wenn die Temperatur im Bereich X0 bis X1 liegt.
-
Zu den Merkmalen der offenbarten Beispiele zählt das Steuern einer Spannung, die durch Schaltbauelemente übertragen wird, um die Verwendung von kleineren Schaltbauelementen zu gestatten.
-
Die vorhergehende Beschreibung ist eher beispielhafter als einschränkender Art. Varianten und Modifikationen der offenbarten Beispiele, die nicht notwendigerweise vom Wesentlichen dieser Offenbarung abweichen, werden sich für Fachleute ergeben. Somit kann der für diese Offenbarung vergebene gesetzliche Schutzbereich nur durch das Prüfen der folgenden Ansprüche bestimmt werden.
