DE102014227020A1

DE102014227020A1 - Verfahren zum steuern eines bordladegeräts eines umweltfreundlichen fahrzeugs

Info

Publication number: DE102014227020A1
Application number: DE102014227020.0A
Authority: DE
Inventors: Jeong Bin Yim; Jae Hwa Jeon; Dae Woong Han; Sang Kyu Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2034-12-30
Also published as: CN105322596A; US9481255B2; DE102014227020B4; KR20160013651A; KR101592743B1; US20160023560A1; CN105322596B

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Bordladegeräts (OBC) eines umweltfreundlichen Fahrzeugs kann den Bereich einer Eingangswechselstromfrequenz, bei der der Ladevorgang des OBC möglich ist, ohne Erhöhen der Kapazität eines Kompensations-(PFC)Kondensators erweitern. Gemäß dem Verfahren wird eine Erhöhung der Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators unterdrückt durch Erfassen einer Eingangswechselstromfrequenz und dann Durchführen einer variablen Steuerung zum Verringern der Ausgangsleistung des OBC auf der Grundlage der erfassten Frequenz, d. h., eine variable Steuerung zum Verringern der Ausgangsleistung des OBC, wenn die Eingangswechselstromfrequenz abnimmt, so dass der Bereich der Eingangswechselstromfrequenz, bei der der Ladevorgang des OBC möglich ist, ohne Erhöhen der Kapazität eines PFC-Leistungselements erweitert werden kann.

Description

HINTERGRUND
(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Bordladegeräts (on-board charger – OBC) eines umweltfreundlichen Fahrzeugs und insbesondere ein Verfahren zum Steuern eines OBC eines umweltfreundlichen Fahrzeugs, bei dem der Bereich einer Eingangswechselstromfrequenz, bei der der Ladevorgang des OBC möglich ist, ohne Erhöhen der Kapazität eines Kompensations-(power factor correction – PFC)Kondensators erweitert werden kann.
(b) Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen umfassen ein Plug-in-Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug oder dergleichen, die umweltfreundliche Fahrzeuge darstellen, eine Hochspannungsbatterie, einen unter Verwendung der Hochspannungsbatterie als eine Stromquelle angetriebenen Fahrmotor, einen Inverter/Wechselrichter zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom beim Laden/Entladen der Hochspannungsbatterie und dergleichen.
Insbesondere wird ein separates Ladegerät (auch bekannt als ein Bordladegerät (OBC)) zum Erzeugen eines Ladestromes in Bezug auf die Hochspannungsbatterie durch Umwandeln von Strom von außen (z. B. Energie von Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtungen – power of electric vehicle supply equipment (EVSE)) oder von dem Hausstromnetz) in einen aufladbaren Wechselstrom in dem umweltfreundlichen Fahrzeug angebracht. Demzufolge wird zum Fahren erforderliche elektrische Energie in der Batterie durch das OCB von einer Ladeeinrichtung geladen, so dass das Fahren des umweltfreundlichen Fahrzeugs durchgeführt wird.
Ein Batterieladeverfahren unter Verwendung des Ladegeräts umfasst ein Anlegen von Haushalts-Wechselstrom an das in einem Fahrzeug angebrachte Ladegerät; Erzeugen von Ladestrom, indem ermöglicht wird, dass Wechselstrom in Gleichstrom durch das Ladegerät umgewandelt wird; und Laden einer Hochspannungsbatterie durch Anlegen des in dem Ladegerät erzeugten Ladestromes an die Hochspannungsbatterie.
1 (STAND DER TECHNIK) zeigt eine Konfigurationsansicht, die ein OBC eines umweltfreundlichen Fahrzeugs darstellt.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das OBC einen Wechselstromgleichrichter 10, einen Kompensations-(power factor correction – PFC)Wandler 12 zum Korrigieren eines Leistungsfaktors, einen DC-DC-Wandler 14 zum Durchführen einer Laderegelung durch Umwandeln einer in einer Hochspannungsbatterie 16 geladenen Spannung in eine Gleichspannung (DC-Spannung) und dergleichen.
Insbesondere ist der PFC-Wandler 12 zwischen dem Wechselstromgleichrichter 10 und dem DC-DC-Wandler 14 in dem OBC gebildet, unter Berücksichtigung, dass die Verbesserung des Leistungsfaktors in erster Linie erforderlich ist, wenn die Hochspannungsbatterie unter Verwendung von Wechselstrom geladen wird.
Ein Ausgangskondensator 13 des PFC-Wandlers 12 erzeugt und gibt aus eine Welligkeit der Ausgangsspannung einer Sinuswelle durch Absorbieren eines Eingangsstromes (in Richtung des Pfeils in 1), folgend der Form des Gleichrichtens des Eingangswechselstroms aufgrund der PFC-Steuerung.
Genauer gesagt erzeugt der Ausgangskondensator 13 des PFC-Wandlers 12 eine Welligkeit der Ausgangsspannung eines PFC-Kondensators (siehe 2 (STAND DER TECHNIK), Graph (a)), die eine Sinuswelle darstellt, durch Absorbieren einer Eingangsstromwelligkeit des PFC-Kondensators (siehe 2 (STAND DER TECHNIK), Graph (b)), die an dem Ausgangskondensator 13 eingegeben wird.
In diesem Zustand, wie in der folgenden Gleichung 1 gezeigt, die eine Beziehung zwischen der Eingangsstromwelligkeit des PFC-Kondensators und der Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators darstellt, ist die Kondensator-Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Wandlers 12 im Verhältnis zu dem Wert/Betrag einer durch den Ausgangskondensator 13 fließenden Wechselstromwelligkeit und ist umgekehrt proportional zu der Kapazität des Ausgangskondensators 13 und einer Eingangswechselstromfrequenz. Gleichung 1
In Gleichung 1 stellt ΔV eine Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators dar, ΔI stellt eine Eingangsstromwelligkeit des PFC-Kondensators dar, C stellt eine Kapazität des PFC-Kondensators dar und f_ac stellt eine Eingangswechselstromfrequenz dar.
Gemäß Gleichung 1 wird der Wert der Kondensator-Ausgangsspannungswelligkeit ΔV des PFC-Kondensators, wenn die Kapazität des PFC-Kondensators mit der Eingangsstromwelligkeit identisch ist, in Abhängigkeit von einer Frequenz geändert, wie dies in 3 gezeigt ist, die den Wert/Betrag einer Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators für jede Eingangsstromfrequenz darstellt.
Genauer gesagt, wenn die Eingangswechselstromfrequenz abnimmt (niedrige Frequenz), nimmt der Wert/Betrag der Ausgangsspannungswelligkeit ΔV des PFC-Kondensators zu. Insbesondere wenn die Eingangswechselstromfrequenz auf eine vorgegebene Frequenz oder weniger verringert wird, tritt ein Fall auf, in dem der Maximalwert der Ausgangsspannungswelligkeit ΔV des PFC-Kondensators eine PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Spezifikation (Schutzbereich) überschreitet. Demzufolge ist der Betrieb des PFC-Wandlers vorübergehend unmöglich und der Ladevorgang des OBC wird ebenfalls begrenzt.
Um ein solches Problem zu lösen, wurde herkömmlicherweise ein Verfahren verwendet, das die Kapazität des PFC-Kondensators erhöht, um den Bereich einer Eingangswechselstromfrequenz, bei der der Ladevorgang des OBC möglich ist, zu erweitern.
Wie in 4 (STAND DER TECHNIK) gezeigt, wenn die Eingangswechselstromfrequenz abnimmt, steigt die erforderliche Kapazität des PFC-Kondensators schnell an. Demzufolge sollte die Kapazität des PFC-Kondensators ungefähr zweimal größer als die von bestehenden Kondensatoren sein, um eine Frequenz von 40 Hz, die ein Arbeitsbereich/Betriebsbereich der bestehenden Kondensatoren darstellt, auf 20 Hz zu erweitern/vergrößern.
Jedoch, da die Kapazität des PFC-Kondensators erhöht wird, um den Bereich der Eingangswechselstromfrequenz zu erweitern, wird ein Anstieg der Kosten des OBC verursacht und die Verpackungsleistung beim Herstellen des OBC kann verschlechtert werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Steuern/Regeln eines Bordladegeräts (OBC) eines umweltfreundlichen Fahrzeugs bereit, in dem eine Erhöhung der Ausgangsspannungswelligkeit eines Kompensations-(power factor correction – PFC)Kondensators durch Erfassen/Abtasten einer Eingangswechselstromfrequenz und dann Durchführen einer variablen Steuerung/Regelung zum Verringern der Ausgangsleistung des OBC auf der Grundlage der erfassten/abgetasteten Frequenz, d. h., eine variable Steuerung/Regelung zum Verringern der Ausgangsleistung des OBC, wenn die Eingangswechselstromfrequenz abnimmt, unterdrückt wird, so dass der Bereich der Eingangswechselstromfrequenz, bei der der Ladevorgang des OBC möglich ist, ohne Erhöhen der Kapazität eines PFC-Leistungselements erweitert werden kann.
In einer Ausgestaltung stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern/Regeln eines OBC eines umweltfreundlichen Fahrzeugs bereit, das Verfahren umfassend: Erfassen einer derzeitigen Eingangswechselstromfrequenz f, die an einem Kompensations-(power factor corrector – PFC)Wandler des OBC eingegeben wird; Vergleichen der Größen/Werte zwischen der derzeitigen Eingangswechselstromfrequenz f und einer ersten Niederfrequenz f_min1, die eine Frequenz zu einem Zeitpunkt ist, wenn der Maximalwert einer Ausgangsspannungswelligkeit eines PFC-Kondensators eine PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Spezifikation nicht überschreitet; Vergleichen der Größen/Werte zwischen der derzeitigen Eingangswechselstromfrequenz f und einer zweiten Niederfrequenz f_min2, die eine Grenzreferenzfrequenz einer variablen Steuerung/Regelung zum Verringern einer Ausgangsleistung P_out des OBC ist, wenn die derzeitige Eingangswechselstromfrequenz f kleiner als die erste Niederfrequenz f_min1, ist; und Durchführen einer Leistungsreduzierungssteuerung zum Verringern der Ausgangsleistung P_out des OBC, wenn die derzeitige Eingangswechselstromfrequenz f kleiner als die erste Niederfrequenz f_min1 ist und gleichzeitig größer als die zweite Niederfrequenz f_min2 ist.
Ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium, das Programmbefehle enthält, die durch eine Steuerung ausgeführt werden, kann umfassen: Programmbefehle, die eine derzeitige Eingangswechselstromfrequenz, die an einem Kompensations-(power correction factor – PFC)Wandler des Bordladegeräts (on-board charger – OBC) eines umweltfreundlichen Fahrzeugs eingegeben wird, erfassen; Programmbefehle, die Größen/Werte zwischen der derzeitigen Eingangswechselstromfrequenz (f) und einer ersten Niederfrequenz (f_min1), die eine Frequenz zu einem Zeitpunkt ist, wenn der Maximalwert einer Ausgangsspannungswelligkeit eines PFC-Kondensators eine PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Spezifikation nicht überschreitet, vergleichen; Programmbefehle, die Größen/Werte zwischen der derzeitigen Eingangswechselstromfrequenz (f) und einer zweiten Niederfrequenz (f_min2), die eine Grenzreferenzfrequenz einer variablen Steuerung/Regelung zum Verringern einer Ausgangsleistung (P_out) des OBC ist, wenn die derzeitige Eingangswechselstromfrequenz (f) kleiner als die erste Niederfrequenz f_min1 ist, vergleichen; und Programmbefehle, die eine Leistungsreduzierungssteuerung zum Verringern der Ausgangsleistung P_out des OBC, wenn die derzeitige Eingangswechselstromfrequenz (f) kleiner als die erste Niederfrequenz (f_min1) ist und gleichzeitig größer als die zweite Niederfrequenz (f_min2) ist, durchführen.
Weitere Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend erläutert.
Wie oben beschrieben, weist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile auf.
Erstens, wenn eine Eingangswechselstromfrequenz erfasst/abgetastet wird und die erfasste/abgetastete Frequenz kleiner als eine vorgegebene Frequenz ist, wird die variable Steuerung/Regelung zum Verringern der Ausgangsleistung des OBC durchgeführt, so dass es unterdrückt werden kann, dass die Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators auf die PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Spezifikation oder mehr angehoben wird. Demzufolge kann der Bereich der Eingangswechselstromfrequenz, bei der der Ladevorgang des OBC möglich ist, ohne Erhöhen der Kapazität eines PFC-Leistungselements erweitert werden.
Zweitens, da der Bereich der Eingangswechselstromfrequenz, bei der der Ladevorgang des OBC möglich ist, ohne Erhöhen der Kapazität des PFC-Leistungselements erweitert werden kann, ist es möglich, die Kapazität der PFC-Kapazität zu optimieren und die Kosten gegenüber der Verwendung des bestehenden PFC-Kondensators, dessen Kapazität erhöht wird, zu reduzieren.
Drittens, da die Kapazität des PFC-Kondensators verringert wird, ist es möglich, den Freiheitsgrad der Verpackung innerhalb des OBC zu erweitern und die Leistungsdichte des OBC zu verbessern.
Die obigen und weiteren Merkmale der Erfindung werden nachfolgend erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele derselben im Detail beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, welche hierin nachstehend nur zur Veranschaulichung angegeben sind und somit für die vorliegende Erfindung nicht einschränkend sind. In den Figuren zeigen/beschreiben:
1 (STAND DER TECHNIK) eine schematische Ansicht, die die Konfiguration eines Bordladegeräts (OBC) eines umweltfreundlichen Fahrzeugs darstellt;
2 (STAND DER TECHNIK)(a) und (b) Graphen, die eine Ausgangsspannungswelligkeit eines Kompensations-(PFC)Kondensators und einer Eingangsstromwelligkeit des PFC-Kondensators in dem OBC darstellen;
3 (STAND DER TECHNIK) einen Graphen, der einen Fall darstellt, in dem die Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators auf herkömmliche Weise einen PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Schutzbereich in einem Niederfrequenzbereich überschritten hat;
4 (STAND DER TECHNIK) einen Graphen, der eine Kapazität des PFC-Kondensators für jede Eingangswechselstromfrequenz darstellt;
5 eine Ansicht, die Bereiche vergleicht, in denen der Ladevorgang des OBC möglich ist, gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik, im Vergleich zu einer Eingangswechselstromfrequenz, bei der der Ladevorgang des OBC möglich ist;
6 einen Graphen, der eine Steuerungstechnik zum Verringern der Ausgangsleistung des OBC als ein Verfahren zum Steuern des OBC gemäß der vorliegenden Erfindung verglichen mit dem Stand der Technik darstellt;
7 ein Flussdiagramm, das das Verfahren zum Steuern des OBC gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
8 einen Graphen, der ein Ergebnis der Steuerung zum Verringern der Ausgangsleistung als das Verfahren zum Steuern des OBC gemäß der vorliegenden Erfindung verglichen mit dem Stand der Technik darstellt.
Es ist zu beachten, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabgerecht sind und eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen darstellen, die der Veranschaulichung der Grundsätze der Erfindung dienen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z. B. spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Einbauorte und Formen werden zum Teil durch die eigens dafür vorgesehene Anmeldung und die Arbeitsumgebung bestimmt.
In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Offenbarung überall in den einzelnen Figuren der Zeichnungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachstehend wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele derselben in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und unterhalb beschrieben werden. Während die Erfindung in Verbindung mit Ausführungsbeispielen beschrieben wird, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu vorgesehen ist, um die Erfindung auf jene Ausführungsbeispiele zu beschränken. Im Gegensatz dazu ist die Erfindung dazu vorgesehen, nicht nur die Ausführungsbeispiele abzudecken, sondern ebenfalls verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen, die innerhalb der Lehre und des Umfangs Erfindung umfasst sein können, wie dies durch die beigefügten Ansprüche bestimmt wird.
Es versteht sich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen ”ein”, ”eine/einer” und ”der/die/das” dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke ”aufweisen/umfassen” und/oder ”aufweisend/umfassend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck ”und/oder” jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente. In der gesamten Beschreibung, wenn nicht ausdrücklich das Gegenteil beschrieben ist, werden das Wort ”aufweisen/umfassen” und Variationen wie ”aufweist/umfasst” oder ”aufweisend/umfassend” derart verstanden, dass dies die Einbeziehung der genannten Elemente aber nicht der Ausschluss von irgendwelchen anderen Elementen bedeutet. Darüber hinaus bedeuten die Begriffe ”...Einheit”, ”...er”, ”...-or” und ”...Modul”, die in der Beschreibung beschreiben werden, Einheiten zum Verarbeiten von zumindest einer Funktion oder Operation, und können durch Hardware-Komponenten oder Software-Komponenten und Kombinationen davon realisiert/implementiert werden.
Darüber hinaus kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, das ablauffähige Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor, eine Steuerung/Steuereinheit oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen in nicht einschränkender Weise ROM, RAM, Compact-Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in netzgekoppelten Computersystemen dezentral angeordnet sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden die Frequenzen an Anfangs- und Endpunkten eines Niederfrequenzabschnitts einer Eingangswechselstromfrequenz, die einen Fall verursacht, in dem eine Ausgangsspannungswelligkeit eines Kompensations-(power factor correction – PFC)Kondensator eine PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Spezifikation überschreitet, jeweils als eine erste Niederfrequenz f_min1 und eine zweite Niederfrequenz f_min2 bezeichnet.
Darüber hinaus versteht es sich, dass die erste Niederfrequenz f_min1 eine Referenzfrequenz zu einem Zeitpunkt ist, wenn die Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators die PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Spezifikation nicht überschreitet, und die zweite Niederfrequenz f_min2 eine Grenzreferenzfrequenz einer variablen Steuerung zum Verringern einer Ausgangsleistung P_out eines Bordladegeräts (OBC) ist.
Unter Bezugnahme auf 5, wenn die Eingangswechselstromfrequenz auf eine vorgegebene Frequenz oder weniger verringert wurde, wie beispielsweise ein Abschnitt zwischen der ersten Niederfrequenz f_min1 und der zweiten Niederfrequenz f_min2, wurde die Kapazität eines Ausgangskondensators eines PFC-Wandlers herkömmlicherweise erhöht. Jedoch wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Leistungsreduzierungssteuerung zum Verringern der Ausgangsleistung des OBC in einem Frequenzbereich zwischen der ersten Niederfrequenz f_min1 und der zweiten Niederfrequenz f_min2 ohne Erhöhen der Kapazität des Ausgangskondensators des PFC-Wandlers durchgeführt.
Insbesondere wenn der Bereich einer Eingangswechselstromfrequenz, bei der der Ladevorgang des OBC möglich ist, von der ersten Niederfrequenz f_min1 zu der zweiten Niederfrequenz f_min2 erweitert werden soll, ist in dem herkömmlichen Verfahren die Kapazität des Ausgangskondensators des PFC-Wandlers in einem Verhältnis von f_min1/f_min2 zu erhöhen, wie dies in der folgenden Gleichung 2 gezeigt ist. Jedoch wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Leistungsreduzierungssteuerung zum Verringern der Ausgangsleistung des OBC in einem Eingangswechselstromfrequenzbereich zwischen der ersten Niederfrequenz f_min1 und der zweiten Niederfrequenz f_min2 durchgeführt, so dass der Ladevorgang des OBC auf die zweite Niederfrequenz f_min2 mit nur der Kapazität C₁ des Ausgangskondensators bei der ersten Niederfrequenz f_min1 erweitert werden kann. Gleichung 2
In Gleichung 2 stellt ΔV eine Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators dar, ΔI stellt eine Eingangsstromwelligkeit des PFC-Kondensators dar, C₁ stellt eine Kapazität des PFC-Kondensators bei der ersten Niederfrequenz f_min1 dar und C₂ stellt eine Kapazität des PFC-Kondensators bei der zweiten Niederfrequenz f_min2 dar.
Demzufolge wird in der vorliegenden Erfindung die Ausgangsleistung des OBC durch ein inkrementelles Verhältnis der Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators in dem Frequenzbereich zwischen der ersten Niederfrequenz f_min1 und der zweiten Niederfrequenz f_min2 durchgeführt, so dass es möglich ist, zu verhindern, dass die Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators die PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Spezifikation überschreitet. Ferner kann der Bereich der Eingangswechselstromfrequenz, bei der der Ladevorgang des OBC möglich ist, bis zu dem vorhandenen/bestehenden Niederfrequenzabschnitt ohne Erhöhen der Kapazität des Ausgangskondensators, der ein PFC-Leistungselement darstellt, erweitert werden.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Steuern eines OBC eines umweltfreundlichen Fahrzeugs unter Bezugnahme auf 6 bis 8 ausführlich beschrieben.
Wie oben beschrieben, erzeugt der Ausgangskondensator 13 des PFC-Wandlers 12 eine Ausgangsspannungswelligkeit einer Sinuswelle durch Absorbieren eines Eingangsstromes, folgend der Gleichrichtungsform eines Eingangswechselstromes aufgrund einer PFC-Steuerung und gibt diese aus.
In diesem Zustand, wie in der folgenden Gleichung 3 gezeigt, die eine Korrelation zwischen der Ausgangsleistung P_out des OBC und der Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators darstellt, nimmt die Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators im Verhältnis/proportional zu der Ausgangsleistung P_out zu. Gleichung 3
In Gleichung 3 stellt ΔV eine Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators dar, ΔI stellt eine Eingangsstromwelligkeit des PFC-Kondensators dar, C stellt eine Kapazität des PFC-Kondensators dar und f_ac stellt eine Eingangswechselstromfrequenz dar.
Somit kann in der vorliegenden Erfindung unter Berücksichtigung, dass die Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators im Verhältnis zu der Ausgangsleistung P_out zunimmt, die Erhöhung der Ausgangsspannungswelligkeit ΔV des PFC-Kondensators durch die Steuerung/Regelung zum Verringern der Ausgangsleistung unterdrückt werden, wenn die Eingangswechselstromfrequenz abnimmt.
Zu diesem Zweck wird zuerst ein Schritt zum Messen oder Schätzen einer derzeitigen Eingangswechselstromfrequenz, die an dem PFC-Wandler des OBC von einer Wechselstromquelle (externe Stromquelle) eingegeben wird, durchgeführt.
Anschließend werden die Größen/Beträge zwischen der derzeitigen Eingangswechselstromfrequenz f und der ersten Niederfrequenz f_min1 verglichen (S101).
Wie oben beschrieben, ist die erste Niederfrequenz f_min1 eine vorgegebene Referenzfrequenz. Wie in 6 und 8 gezeigt, ist die erste Niederfrequenz f_min1 eine Frequenz zu einem Zeitpunkt, wenn der Maximalwert der Ausgangsspannungswelligkeit ΔV des PFC-Kondensators die PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Spezifikation nicht überschreitet.
Demzufolge, wenn die derzeitige Eingangswechselstromfrequenz f größer als die erste Niederfrequenz f_min1 ist, überschreitet der Maximalwert der Ausgangsspannungswelligkeit ΔV des PFC-Kondensators die PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Spezifikation nicht, und somit wird eine Steuerung/Regelung zum Aufrechterhalten einer Ausgangsleistung zum Laden des OBC, so wie sie ist, ohne Erhöhen oder Verringern der Ausgangsleistung durchgeführt (S102).
Demzufolge, wenn die derzeitige Eingangswechselstromfrequenz f größer als die erste Niederfrequenz f_min1 ist, wird die Ausgangsleistung zum Laden des OBC aufrechterhalten, so dass das langsame Laden einer Hochspannungsbatterie sanft durchgeführt wird (S103).
Andererseits, wenn die derzeitige Eingangswechselstromfrequenz f kleiner als die erste Niederfrequenz f_min1 ist, werden die Größen/Beträge zwischen der derzeitigen Eingangswechselstromfrequenz f und der zweiten Niederfrequenz f_min2 verglichen (S104).
Wie oben beschrieben, ist die zweite Niederfrequenz f_min2 eine Grenzreferenzfrequenz einer variablen Steuerung/Regelung zum Verringern der Ausgangsleistung P_out des OBC.
Demzufolge, wenn die derzeitige Eingangswechselstromfrequenz f kleiner als die erste Niederfrequenz f_min1 ist und gleichzeitig größer als die zweite Niederfrequenz f_min2 ist, wird eine Leistungsreduzierungssteuerung zum Verringern der Ausgangsleistung P_out des OBC durchgeführt (S105).
Vorzugsweise, wie in 8 gezeigt, wenn die Eingangswechselstromfrequenz auf eine vorgegebene Frequenz oder weniger verringert wurde, wie beispielsweise ein Abschnitt zwischen der ersten Niederfrequenz f_min1 und der zweiten Niederfrequenz f_min2, ist ein Fall aufgetreten, in dem der Maximalwert der Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators die PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Spezifikation überschritten hat, und demzufolge war der Betrieb des PFC-Wandlers nicht möglich. Andererseits kann es in der vorliegenden Erfindung durch die Leistungsreduzierungssteuerung verhindert werden, dass die Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators die PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Spezifikation in dem Abschnitt zwischen der ersten Niederfrequenz f_min1 und der zweiten Niederfrequenz f_min2 überschreitet. Als ein Ergebnis kann der Bereich der Eingangswechselstromfrequenz, bei der der Ladevorgang des OBC möglich ist, bis zu dem bestehenden Niederfrequenzabschnitt (z. B. die zweite Niederfrequenz f_min2) ohne Erhöhen der Kapazität des Ausgangskondensators, der ein PFC-Leistungselement darstellt, erweitert werden.
Unterdessen, wenn die derzeitige Eingangswechselstromfrequenz f auf weniger als die zweite Niederfrequenz f_min2 geändert wird, überschreitet der Maximalwert der Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators die PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Spezifikation in hohem Maße, und demzufolge ist der Betrieb des Leistungselements des OBC unmöglich. Demzufolge wird der Ladevorgang des OBC gestoppt, um den PFC-Kondensator, der ein Leistungselement des OBC ist, zu schützen.
Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele derselben im Detail beschrieben worden. Jedoch versteht es sich für einen Durchschnittsfachmann, dass Änderungen in diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den Grundsätzen und der Lehre der Erfindung abzuweichen, wobei der Umfang derselben in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten bestimmt wird.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Bordladegeräts (OBC) eines umweltfreundlichen Fahrzeugs, das Verfahren aufweisend die Schritte zum: Erfassen einer derzeitigen Eingangswechselstromfrequenz (f), die an einem Kompensations-(PFC)Wandler des OBC eingegeben wird; Vergleichen der Größen zwischen der derzeitigen Eingangswechselstromfrequenz (f) und einer ersten Niederfrequenz (f_min1), die eine Frequenz zu einem Zeitpunkt ist, wenn der Maximalwert einer Ausgangsspannungswelligkeit eines PFC-Kondensators eine PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Spezifikation nicht überschreitet; Vergleichen der Größen zwischen der derzeitigen Eingangswechselstromfrequenz (f) und einer zweiten Niederfrequenz (f_min2), die eine Grenzreferenzfrequenz einer variablen Steuerung zum Verringern einer Ausgangsleistung (P_out) des OBC ist, wenn die derzeitige Eingangswechselstromfrequenz (f) kleiner als die erste Niederfrequenz (f_min1), ist; und Durchführen einer Leistungsreduzierungssteuerung zum Verringern der Ausgangsleistung P_out des OBC, wenn die derzeitige Eingangswechselstromfrequenz (f) kleiner als die erste Niederfrequenz (f_min1) ist und gleichzeitig größer als die zweite Niederfrequenz (f_min2) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leistungsreduzierungssteuerung zum Verringern der Ausgangsleistung des OBC durchgeführt wird, bis die Ausgangsspannungswelligkeit des PFC-Kondensators die PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Spezifikation nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn die derzeitige Eingangswechselstromfrequenz (f) größer als die erste Niederfrequenz (f_min1) ist, eine Steuerung zum Aufrechterhalten der Ausgangsleistung zum Laden des OBC durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn die derzeitige Eingangswechselstromfrequenz (f) auf weniger als die zweite Niederfrequenz (f_min2) geändert wird, eine Steuerung zum Stoppen des Ladevorganges des OBC durchgeführt wird.
Nichtflüchtiges computerlesbares Medium, das Programmbefehle enthält, die durch eine Steuerung ausgeführt werden, das computerlesbare Medium aufweisend: Programmbefehle, die eine derzeitige Eingangswechselstromfrequenz, die an einem Kompensations-(power correction factor – PFC)Wandler eines Bordladegeräts (on-board charger – OBC) eines umweltfreundlichen Fahrzeugs eingegeben wird, erfassen; Programmbefehle, die Größen zwischen der derzeitigen Eingangswechselstromfrequenz (f) und einer ersten Niederfrequenz (fmin₁), die eine Frequenz zu einem Zeitpunkt ist, wenn der Maximalwert einer Ausgangsspannungswelligkeit eines PFC-Kondensators eine PFC-Ausgang-Überspannungsschutz-Spezifikation nicht überschreitet, vergleichen; Programmbefehle, die Größen zwischen der derzeitigen Eingangswechselstromfrequenz (f) und einer zweiten Niederfrequenz (f_min2), die eine Grenzreferenzfrequenz einer variablen Steuerung zum Verringern einer Ausgangsleistung (P_out) des OBC ist, wenn die derzeitige Eingangswechselstromfrequenz (f) kleiner als die erste Niederfrequenz (f_min1) ist, vergleichen; und Programmbefehle, die eine Leistungsreduzierungssteuerung zum Verringern der Ausgangsleistung P_out des OBC, wenn die derzeitige Eingangswechselstromfrequenz (f) kleiner als die erste Niederfrequenz (f_min1) ist und gleichzeitig größer als die zweite Niederfrequenz (f_min2) ist, durchführen.