DE102015103975A1

DE102015103975A1 - Linearer Stromregler zur Vorladung eines Hochspannungsbusses

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Publication number: DE102015103975A1
Application number: DE102015103975.3A
Authority: DE
Inventors: Hasdi R. Hashim; Arnold Kweku Mensah-Brown; Bruce Carvell Blakemore
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2015-10-08
Also published as: CN104979862B; US20150288211A1; CN104979862A; US9800069B2

Abstract

Ein linearer Stromregler ist zum Vorladen eines Hochspannungsbusses, z.B. innerhalb eines Hybridelektrofahrzeugs, auf rasche, effiziente und optimale Weise bereitgestellt. Der lineare Stromregler kann eine Batterie; einen Bus; einen Transistor mit einer Basis, einem mit dem Bus gekoppelten Kollektor und einen Emitter; einen zwischen einen Vorladungsschalter und die Basis gekoppelten Widerstand; den mit der Batterie und dem Widerstand gekoppelten Vorladungsschalter; und ein mit der Batterie, dem Emitter und dem Bus gekoppeltes Hauptschütz umfassen. Wenn der Vorladungsschalter geschlossen wird, wird der Bus mit der Batterie durch den Widerstand und den Transistor verbunden, sodass der Bus geladen wird. Wenn die Spannung des Busses und jene der Batterie nahezu gleich sind, schaltet der Transistor aus, wird der Vorladungsschalter geöffnet und wird das Hauptschütz für den normalen Betrieb des Fahrzeugs geschlossen.

Description

FACHGEBIET
Diese Patentanmeldung betrifft im Allgemeinen die Vorladung eines Hochspannungsbusses und insbesondere das Verwenden eines linearen Stromreglers zum Vorladen eines Hochspannungsbusses aus einer Hochspannungsbatterie, wie z.B. bei einem Hybridelektrofahrzeug.
HINTERGRUND
Hybridelektrofahrzeuge verwenden einen Verbrennungsmotor und Elektromotoren zum Antrieb. Die Elektromotoren können durch eine Batterie mit Energie versorgt werden, die für gewöhnlich eine hohe Spannung aufweist, z.B. 200 bis 300 Volt. Die Batterie und die Elektromotoren können elektrisch miteinander durch einen Hochspannungsbus verbunden werden, der Strom aus der Batterie zum Elektromotor und/oder anderen Bestandteile des Fahrzeugs führt. Der Hochspannungsbus und die Batterie können während des normalen Betriebs des Fahrzeugs durch ein Hauptschütz verbunden sein.
Vor dem normalen Betrieb des Fahrzeugs kann der Hochspannungsbus eine Spannung aufweisen, die geringer ist als die Spannung der Batterie. Wenn ein normaler Betrieb des Fahrzeugs erwünscht ist, wird der Hochspannungsbus typischerweise vorgeladen, indem der Hochspannungsbus mit der Batterie durch ein Vorladungsschütz und einen Widerstand verbunden wird, sodass die Spannung des Hochspannungsbusses auf die Spannung der Batterie innerhalb einer gewissen Toleranz, z.B. 10 V, gebracht wird. Nachdem der Hochspannungsbus vorgeladen ist, kann ein Hauptschütz geschlossen werden, um die Batterie direkt mit dem Hochspannungsbus zu verbinden. Während diese Art der Vorladung jedoch die Spannung des Hochspannungsbusses in die Nähe der Spannung der Batterie heranbringt, kann der Hochspannungsbus nicht auf die rascheste, effizienteste und optimale Weise vorgeladen werden.
Dementsprechend gibt es die Möglichkeit für Systeme und Verfahren, einen Hochspannungsbus durch die Verwendung relativ günstiger Bestandteile mit einem gleichmäßigen Strom vorzuladen, während ermöglicht wird, dass der Hochspannungsbus auf rasche, effiziente und optimale Weise vollständig geladen wird.
KURZFASSUNG
In einer Ausführungsform ist eine Schaltung zur Vorladung eines Busses bereitgestellt. Die Schaltung umfasst eine Batterie; einen Widerstand; einen mit dem Widerstand, dem Bus und einem Hauptschütz gekoppelten Transistor; einen zwischen die Batterie und den Widerstand gekoppelten Vorladungsschalter zum wahlweisen Verbinden des Busses mit der Batterie durch den Widerstand und den Transistor; und das Hauptschütz zum wahlweisen direkten Verbinden des Busses mit der Batterie.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zur Vorladung eines Busses mit einer Schaltung bereitgestellt, die einen zwischen eine Batterie und einen Widerstand gekoppelten Vorladungsschalter und einen mit dem Widerstand, dem Bus und einem Hauptschütz gekoppelten Transistor umfasst. Das Verfahren umfasst das Schließen des Vorladungsschalters, um den Bus durch den Widerstand und den Transistor mit der Batterie zu verbinden; und, wenn eine Spannung des Busses ungefähr einer Spannung der Batterie entspricht, das Öffnen des Vorladungsschalters und das Schließen des Hauptschützes, um den Bus direkt mit der Batterie zu verbinden.
Diese und weitere Ausführungsformen sowie diverse Umsetzungen und Aspekte erschließen sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigeschlossenen Zeichnungen, die veranschaulichende Ausführungsformen darlegen, welche die diversen Arten andeuten, in denen die Grundsätze der Erfindung eingesetzt werden können, und lassen sich dadurch besser verstehen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer linearen Stromreglervorladungsschaltung zur Vorladung eines Hochspannungsbusses.
2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer linearen Stromreglervorladungsschaltung zur Vorladung eines Hochspannungsbusses.
3 ist ein Flussdiagramm, das Vorgänge zur Vorladung eines Hochspannungsbusses unter Verwendung eines Vorladungsschalters, eines Widerstands, eines Transistors und eines Hauptschützes darstellt.
4 ist ein beispielhafter Graph der Spannung des Hochspannungsbusses im Laufe der Zeit unter Verwendung der linearen Stromreglervorladungsschaltung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung beschreibt, veranschaulicht und erläutert eine oder mehrere konkrete Ausführungsformen der Erfindung gemäß ihren Grundsätzen. Diese Beschreibung ist nicht bereitgestellt, um die Erfindung auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken, sondern vielmehr, um die Grundsätze der Erfindung so zu erklären und zu lehren, dass Fachleute in der Lage sind, diese Grundsätze zu verstehen, und mit diesem Verständnis in der Lage sind, nicht nur die hierin beschriebenen Ausführungsformen, sondern auch andere Ausführungsformen anzuwenden, die ihnen gemäß diesen Grundsätzen in den Sinn kommen können. Der Schutzumfang der Erfindung soll all jene Ausführungsformen abdecken, die entweder wörtlich oder nach dem Äquivalenzprinzip in den Schutzumfang der beigeschlossenen Patentansprüche fallen können.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer linearen Stromreglervorladungsschaltung 100 für einen Hochspannungsbus 114. Der Hochspannungsbus 114 kann z.B. mit einer Hochspannungsbatterie 102 in einem Hybridelektrofahrzeug verbunden sein, sodass der Hochspannungsbus 114 einen oder mehrere (nicht dargestellte) Elektromotoren zum Antrieb des Fahrzeugs mit Energie versorgen kann. Der Hochspannungsbus 114 kann auch andere Bestandteile des Fahrzeugs, die die Hochspannung verwenden, mit Energie versorgen. Die Batterie 102 kann 200 V, 300 V oder eine andere geeignete Spannung aufweisen. In 1 ist ein Kondensator 112 des Hochspannungsbusses 114 dargestellt, der für die gesammelte Kapazität der diversen Lasten auf dem Hochspannungsbus 114 steht, z.B. die Elektromotoren und andere Komponenten. Der Kondensator 112 kann z.B. eine Kapazität von 1600 µF oder eine andere geeignete Kapazität aufweisen.
Die Schaltung 100 kann schnell, effizient und optimal den Hochspannungsbus 114 aus der Batterie 102 vorladen und kann einen Vorladungsschalter 104, einen Widerstand 106, einen NPN-Transistor 108 und ein Hauptschütz 110 umfassen. Der Hochspannungsbus 114 kann nahezu auf die Spannung der Batterie 102 vorgeladen werden, sodass die Batterie 102 später für den normalen Betrieb des Fahrzeugs durch das Hauptschütz 110 direkt mit dem Hochspannungsbus 114 verbunden werden kann. Insbesondere kann der Hochspannungsbus 114 mit einem gleichmäßigen Strom unter Verwendung der Schaltung 100 ungefähr auf die Spannung der Batterie 102 abzüglich der Basis-Emitter-Spannung V_BE des Transistors 108 vorgeladen werden. Dementsprechend kann, falls die Spannung der Batterie 102 300 V beträgt, der Hochspannungsbus 114 auf nahezu 300 V vorgeladen werden, im Gegensatz zu vorherigen Vorladungsstrategien, die einen Hochspannungsbus mit einem nicht gleichmäßigen Strom nur innerhalb einer Toleranz, z.B. 10 V, bis zur Spannung der Batterie vorladen kann. In der Schaltung 100 können daher Bestandteile wie der Vorladungsschalter 104 und das Hauptschütz 110 eingesetzt werden, die relativ günstig sind und weniger Gewicht und Platz verbrauchen, indem der Hochspannungsbus 114 mit einem gleichmäßigen Strom nahezu auf die Spannung der Batterie 102 vorgeladen wird.
Der Vorladungsschalter 104 kann zwischen einen Anschluss, z.B. den positiven Anschluss, der Batterie 102 und den Widerstand 106 gekoppelt werden, um die Batterie 102 wahlweise mit dem Hochspannungsbus 114 durch den Widerstand 106 und den Transistor 108 zu verbinden. Der Vorladungsschalter 104 kann ein Optoisolator oder eine andere Art Schalter sein. Ein (nicht dargestelltes) Steuermodul in dem Fahrzeug kann in Kommunikation mit dem Vorladungsschalter 104 sein, um Befehle zum Schließen und Öffnen des Vorladungsschalters 104 zu senden. Das Steuermodul kann z.B. ein Hochspannungsbatteriesteuermodul sein, das auch andere batteriebezogene Funktionen steuern kann, wie z.B. Temperaturverwaltung, Leckdetektion und andere Batteriesteuerfunktionen. Das Steuermodul und der Vorladungsschalter 104 können durch einen anderen Bus, der eine andere Spannung aufweist als der Hochspannungsbus 114, z.B. einen Niedrigspannungsbus bei 12 V, elektrisch versorgt werden. Falls ein Optoisolator oder ein ähnlicher Schalter als Vorladungsschalter 104 verwendet wird, können das Steuermodul und der Vorladungsschalter 104 aus Sicherheitsgründen von dem Hochspannungsbus 114 elektrisch isoliert werden. Der Vorladungsschalter 104 kann geschlossen und geöffnet werden, um die Batterie 102, wie oben beschrieben, durch den Widerstand 106 und den Transistor 108 mit dem Hochspannungsbus 114 zu verbinden bzw. von diesem zu trennen.
Der Widerstand 106 kann zwischen den Vorladungsschalter 104 und der Basis des Transistors 108 gekoppelt werden. Wenn der Vorladungsschalter 104 geschlossen wird, um den Transistor 108 zu aktivieren, bestimmt der Widerstandswert des Widerstands 106 den Basisstrom I_B in die Basis des Transistors 108. Der Widerstandswert des Widerstands 106 kann z.B. 2500 Ω (2,5 kΩ) betragen oder ein anderer geeigneter Widerstandswert sein. Insbesondere beträgt, falls die Spannung der Batterie 102 300 V und der Widerstandswert des Widerstands 106 2500 Ω ist, der Basisstrom I_B 120 mA, wenn der Transistor 108 aktiv ist.
Der NPN-Transistor 108 kann ein Bipolartransistor sein, der eine mit dem Widerstand 106 verbundene Basis, einen mit dem Kondensator 112 und dem Hochspannungsbus 114 verbundenen Kollektor und einen mit dem Hauptschütz 110 und einem Anschluss, z.B. dem negativen Anschluss, der Batterie 102 verbundenen Emitter aufweist. Gilt es den Hochspannungsbus 114 vorzuladen, kann der Transistor 108 durch Schließen des Vorladungsschalters 104 aktiviert werden, sodass die Batterie 102 mit dem Hochspannungsbus 114 durch den Vorladungsschalter 104, den Widerstand 106 und den Transistor 108 verbunden wird. Die Stromverstärkung β des Transistors 108 bestimmt den Kollektorstrom I_C in den Kollektor des Transistors 108 als Funktion des Basisstroms I_B, wenn der Transistor 108 aktiv ist. Insbesondere ist, wenn der Transistor 108 aktiv ist, der Kollektorstrom I_C ungefähr gleich der Stromverstärkung β des Transistors 108 multipliziert mit dem Basisstrom I_B (I_C = β·I_B). Die Stromverstärkung β des Transistors 108 kann z.B. 40 betragen oder ein anderer geeigneter Wert sein.
Das Hauptschütz 110 kann mit einem Anschluss, z.B. dem negativen Anschluss, der Batterie 102, dem Emitter des Transistors 108 und dem Hochspannungsbus 114 gekoppelt werden, um die Batterie 102 wahlweise direkt mit dem Hochspannungsbus 114 zu verbinden. Insbesondere kann das Hauptschütz 110 offen sein, wenn das Fahrzeug ausgeschaltet und nicht im normalen Betrieb ist, sodass die Batterie 102 nicht direkt mit dem Hochspannungsbus 114 verbunden ist. In diesem Fall wird der Hochspannungsbus 114 vorgeladen (d.h. der Vorladungsschalter 104 ist geschlossen und der Transistor 108 aktiv). Das Hauptschütz 110 kann geschlossen sein, wenn das Fahrzeug eingeschaltet und im normalen Betrieb ist, sodass die Batterie 102 direkt mit dem Hochspannungsbus 114 verbunden ist. In diesem Fall wird der Hochspannungsbus 114 geladen (d.h. der Vorladungsschalter 104 ist offen und der Transistor 108 ausgeschaltet). Das Hauptschütz 110 kann z.B. ein Relais sein. Ein Befehlsmodul kann Befehle zum Öffnen und Schließen an das Hauptschütz 110 senden.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer linearen Stromreglervorladungsschaltung 200 für einen Hochspannungsbus 214. Der Vorladungsschalter 200 dient ähnlich der oben beschriebenen Schaltung 100 aus 1 dem Verbinden einer Hochspannungsbatterie 202 mit dem Hochspannungsbus 214, umfasst hingegen einen PNP-Transistor 208. Die anderen Bestandteile der Schaltung 200, einschließlich der Batterie 202, des Vorladungsschalters 204, des Widerstands 206, des Hauptschützes 210 und des Kondensators 212 können ähnlich funktionieren wie ihre jeweiligen oben beschriebenen Gegenstücke in der Schaltung 100.
Die Schaltung 200 kann den Hochspannungsbus 214 ebenfalls rasch, effizient und optimal nahezu auf die Spannung der Batterie 202 vorladen, sodass die Batterie 202 später für den normalen Betrieb des Fahrzeugs durch das Hauptschütz 210 direkt mit dem Hochspannungsbus 214 verbunden werden kann. Insbesondere kann der Hochspannungsbus 214 mit einem gleichmäßigen Strom unter Verwendung der Schaltung 200 ungefähr auf die Spannung der Batterie 202 abzüglich der Basis-Emitter-Spannung V_BE des Transistors 208 vorgeladen werden. Der Vorladungsschalter 204 kann die Batterie 202 wahlweise mit dem Hochspannungsbus 214 durch den Widerstand 206 und den Transistor 208 verbinden.
Der PNP-Transistor 208 kann ein Bipolartransistor sein, der eine mit dem Widerstand 206 verbundene Basis, einen mit dem Kondensator 212 und dem Hochspannungsbus 214 verbundenen Kollektor und einen mit dem Hauptschütz 210 und einem Anschluss, z.B. dem positiven Anschluss, der Batterie 202 verbundenen Emitter aufweist. Gilt es den Hochspannungsbus 214 vorzuladen, kann der Transistor 208 durch Schließen des Vorladungsschalters 204 aktiviert werden, sodass die Batterie 202 mit dem Hochspannungsbus 214 durch den Vorladungsschalter 204, den Widerstand 206 und den Transistor 208 verbunden wird. Die Stromverstärkung β des Transistors 208 bestimmt den Kollektorstrom I_C aus dem Kollektor des Transistors 208 als Funktion des Basisstroms I_B, wenn der Transistor 208 aktiv ist. Insbesondere ist, wenn der Transistor 208 aktiv ist, der Kollektorstrom I_C ungefähr gleich der Stromverstärkung β des Transistors 208 multipliziert mit dem Basisstrom I_B (I_C = β·I_B). Die Stromverstärkung β des Transistors 208 kann z.B. 40 betragen oder ein anderer geeigneter Wert sein. Der Basisstrom I_B aus dem Transistor 208 kann z.B. 120 mA betragen, wenn der Transistor 208 aktiv ist, falls die Spannung der Batterie 202 bei 300 V und der Widerstandswert des Widerstands 206 bei 2500 Ω liegt.
Im Betrieb kann die Schaltung 100, 200 den Hochspannungsbus 114, 214 vorladen, wenn die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 geringer ist als die Spannung der Batterie 102, 202. Beispielsweise kann die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 bei einer anfänglichen Zeitinstanz t = 0 bei 0 V liegen, z.B. wenn das Fahrzeug ausgeschaltet und nicht im normalen Betrieb ist. Das Vorladen des Hochspannungsbusses 114, 214 soll die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 nahezu auf die Spannung der Batterie 102, 202 heben, sodass das Hauptschütz 110, 210 später zum Beginn des normalen Betriebs des Fahrzeugs geschlossen werden kann.
Die Zeit zum Vorladen des Hochspannungsbusses 114, 214 kann je nach konkreten Vorgaben und Anforderungen für das Fahrzeug und die Systeme im Fahrzeug variieren. Beispielsweise kann festgelegt sein, dass der Hochspannungsbus 114, 214 innerhalb von 100 ms auf 300 V vorzuladen ist. Wenn das Fahrzeug eingeschaltet wird, um den normalen Betrieb zu beginnen, kann der Vorladungsschalter 104, 204 geschlossen sein, sodass die Batterie 102, 202 mit dem Hochspannungsbus 114, 214 durch den Widerstand 106, 206 und den Transistor 108, 208 verbunden ist, wie z.B. im Schritt 302 des in 3 gezeigten Verfahrens 300. Wie oben gezeigt, kann ein Steuermodul einen Befehl an den Vorladungsschalter 104, 204 senden, z.B. sich zu schließen.
Wenn die Batterie 102, 202 mit dem Hochspannungsbus 114, 214 durch den Widerstand 106, 206 und den Transistor 108, 208 verbunden ist, steuert der Basisstrom I_B an der Basis des Transistors 108, 208 den Kollektorstrom I_C am Kollektor des Transistors 108, 208. Konkret ist der Kollektorstrom I_C des Transistors 108, 208 durch den Basisstrom I_B des Transistors 108, 208 begrenzt. Falls z.B. der Basisstrom I_B 120 mA beträgt (wie oben beschrieben, wenn der Widerstandswert des Widerstands 106, 206 2500 Ω und die Spannung der Batterie 102, 202 300 V beträgt) und die Stromverstärkung β des Transistors 108, 208 bei 40 liegt, dann beträgt der Kollektorstrom I_C 4,8 A, wenn der Transistor 108, 208 aktiv ist. Der Kollektorstrom I_C muss 4,8 A betragen, damit die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 in 100 ms 300 V erreicht, während der Kondensator 112, 212 auf 1600 µF ist, in diesem Beispiel (I = (C·V)/t oder (1600 µF·300 V)/100 ms = 4,8 A). In diesem Fall beträgt die Leistung durch den Transistor 108, 208 zum Zeitpunkt t = 0 sofort 1440 W. Der Vorladungsschalter 104, 204 kann daher relativ preisgünstig sein und wenig Gewicht und Platz beanspruchen, da der Spitzenstrom durch den Vorladungsschalter 104, 204 relativ niedrig ist. Zusätzlich dazu können auch die anderen Bauteile in der Schaltung 100, 200, z.B. der Widerstand 106, 206, der Transistor 108, 208 und das Hauptschütz 110, 210 ebenfalls relativ preisgünstig sein und wenig Gewicht und Platz beanspruchen.
Der Kollektorstrom I_C, z.B. 4,8 A, kann gleichmäßig sein und den Kondensator 112, 212 und den Hochspannungsbus 114, 214 auf konstante und lineare Weise laden, sodass Spannungs- und Zeitanforderungen erfüllt werden. 4 zeigt einen Graphen der Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 über die Zeit, wenn die Schaltung 100, 200 und das Verfahren 300 eingesetzt werden. Insbesondere steigt die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 linear mit der Zeit, wenn der Vorladungsschalter 104, 204 geschlossen wurde und der Transistor 108, 208 aktiv ist, bis die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 und der Batterie 102, 202 nahezu gleich sind. In dem in 4 gezeigten Beispiel steigt die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 linear von 0 V zum Zeitpunkt t = 0 auf nahezu 300 V zum Zeitpunkt t = 100 ms. Zum Zeitpunkt t = 100 ms fällt die Leistung durch den Transistor 108, 208 von 1440 W zum Zeitpunkt t = 0 auf 0 W.
Die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 kann überwacht werden, z.B. im Schritt 304 des in 3 gezeigten Verfahrens 300, um zu bestimmen, ob die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 der Spannung der Batterie 102, 202 abzüglich der Basis-Emitter-Spannung V_BE des Transistors 108, 208 entspricht. Ein Steuermodul, wie z.B. ein Hochspannungsbatteriesteuermodul wie oben beschrieben, kann die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 überwachen. Die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 ist nach Abschluss der Vorladung mit der Schaltung 100, 200 nicht zwingend gleich der Spannung der Batterie 102, 202, da der Transistor 108, 208 ausschaltet, sobald die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 innerhalb der Schwellenspannung des Transistors 108, 208, z.B. der Basis-Emitter-Spannung V_BE ist. Die Schwellenspannung des Transistors 108, 208 kann z.B. 1 bis 2 V betragen.
Falls im Schritt 304 die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 der Spannung der Batterie 102, 202 abzüglich der Basis-Emitter-Spannung V_BE des Transistors 108, 208 entspricht, kann sich das Verfahren 300 mit Schritt 306 fortsetzen. Wenn der Transistor 108, 208 an diesem Punkt ausschaltet, ist die Batterie 102, 202 nicht mehr mit dem Hochspannungsbus 114, 214 durch den Widerstand 106, 206 und den Transistor 108, 208 verbunden. Der Vorladungsschalter 104, 204 kann dann im Schritt 306 geöffnet werden. Ein Befehlsmodul kann im Schritt 306 einen Befehl an den Vorladungsschalter 104, 204 senden, z.B. sich zu öffnen.
Da die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 im Schritt 306 nahezu der Spannung der Batterie 102, 202, z.B. 300 V, entspricht, kann das Hauptschütz 110, 210 geschlossen werden, z.B. im Schritt 308 des Verfahrens 300, um die Batterie 102, 202 und den Hochspannungsbus 114, 214 direkt miteinander zu verbinden. Die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 entspricht an diesem Punkt der Spannung der Batterie 102, 202 abzüglich der Basis-Emitter-Spannung V_BE des Transistors 108, 208. Dementsprechend ist der vorgeladene Hochspannungsbus 114, 214 viel näher an der Spannung der Batterie 102, 202, wenn das Hauptschütz 110, 210 geschlossen wird, als bei bisherigen Vorladungsstrategien. Das Fahrzeug kann im normalen Betrieb sein, nachdem das Hauptschütz 110, 210 im Schritt 308 geschlossen wurde, sodass die Batterie 102, 202 die elektrischen Motoren und andere Bauteile auf dem Hochspannungsbus 114, 214 direkt mit Spannung versorgt.
Falls jedoch, unter neuerlicher Bezugnahme auf Schritt 304, die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 noch nicht die Spannung der Batterie 102, 202 abzüglich der Basis-Emitter-Spannung V_BE des Transistors 108, 208 erreicht hat, kann das Verfahren 300 mit dem Schritt 310 fortsetzen. Im Schritt 310 kann bestimmt werden, ob der Hochspannungsbus 114, 214 eine vorbestimmte Ladungsdauer, z.B. 100 ms, hindurch vorgeladen wurde. Ein Steuermodul, wie z.B. ein Hochspannungsbatteriesteuermodul wie oben beschrieben, kann überwachen und bestimmen, ob die vorbestimmte Ladungsdauer erreicht wurde. Die vorbestimmte Ladungsdauer kann die maximale Zeitgrenze zum Vorladen des Hochspannungsbusses 114, 214 festlegen, nachdem der Vorladungsschalter 104, 204 zur ersten Zeitinstanz geschlossen wurde. Beispielsweise kann die vorbestimmte Ladungsdauer so festgelegt werden, dass der Hochspannungsbus 114, 214 geschützt wird, falls die Kapazität des Kondensators 112, 212 größer ist als erwartet und/oder falls ein Kurzschluss an dem Hochspannungsbus 114, 214 eintritt. Falls die vorbestimmte Ladungsdauer im Schritt 310 nicht erreicht wurde, kann der Hochspannungsbus 114, 214 weiterhin durch die Batterie 102, 202 durch den Widerstand 106, 206 und den Transistor 108, 208 vorgeladen werden. Das Verfahren 300 kann zum Schritt 304, wie oben beschrieben, zurückkehren, um die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 weiter zu überwachen und zu bestimmen, ob die Spannung des Hochspannungsbusses 114, 214 der Spannung der Batterie 102, 202 abzüglich der Basis-Emitter-Spannung V_BE des Transistors 108, 208 entspricht.
Falls jedoch die vorbestimmte Ladungsdauer im Schritt 310 erreicht wurde, kann sich das Verfahren 300 mit dem Schritt 312 fortsetzen. Im Schritt 312 kann der Vorladungsschalter 104, 204 geöffnet werden. Ein Befehlsmodul kann im Schritt 312 einen Befehl an den Vorladungsschalter 104, 204 senden, z.B. sich zu öffnen. Wenn der Vorladungsschalter 104, 204 im Schritt 312 geöffnet wird, ist die Batterie 102, 202 nicht mehr mit dem Hochspannungsbus 114, 214 durch den Widerstand 106, 206 und den Transistor 108, 208 verbunden. Der Vorladungsschalter 104, 204 kann im Schritt 314 für eine vorbestimmte Ruhedauer, z.B. eine Sekunde, offen gelassen werden. Die vorbestimmte Ruhedauer kann dem Transistor 108, 208 das Abkühlen ermöglichen, bevor die Vorladung sich fortsetzt. Ein Steuermodul, wie z.B. ein Hochspannungsbatteriesteuermodul wie oben beschrieben, kann überwachen und bestimmen, ob die vorbestimmte Ruhedauer erreicht wurde. Nach der vorbestimmten Ruhedauer kann das Verfahren 300 zum Schritt 302 zurückkehren, um den Vorladungsschalter 104, 204 zu schließen, um das Vorladen des Hochspannungsbusses 114, 214 aus der Batterie 102, 202 durch den Widerstand 106, 206 und den Transistor 108, 208, wie zuvor beschrieben, fortzusetzen.
Die Offenbarung soll erklären, wie diverse Ausführungsformen gemäß der Technologie zu gestalten und zu verwenden sind, sie soll nicht deren wirklichen, vorgesehenen und richtigen Schutzumfang und Gedanken einschränken. Die vorangegangene Beschreibung soll nicht erschöpfend oder auf die genauen offenbarten Formen beschränkt sein. Modifikationen oder Variationen sind im Lichte der obigen Lehren möglich. Die Ausführungsform(en) wurde(n) ausgewählt und beschrieben, um die beste Veranschaulichung des Prinzips der beschriebenen Technologie und ihrer praktischen Anwendung bereitzustellen und um Fachleuten das Einsetzen der Technologie in diversen Ausführungsformen und mit diversen Modifikationen nach Eignung für die jeweils konkret angedachte Verwendung zu ermöglichen. Alls diese Modifikationen und Variationen liegen im Schutzumfang der Ausführungsformen, wie durch die beigeschlossenen Patentansprüche, die während der Anhängigkeit dieser Patentanmeldung verändert werden können, und all deren Äquivalente bei Auslegung gemäß der Bandbreite, für die sie rechtmäßig, gesetzmäßig und gleichmäßig beansprucht sind, bestimmt.

Claims

Schaltung zur Vorladung eines Busses, die Folgendes umfasst: eine Batterie; einen Widerstand; einen mit dem Widerstand, dem Bus und einem Hauptschütz gekoppelten Transistor; einen zwischen die Batterie und den Widerstand gekoppelten Vorladungsschalter zum wahlweisen Verbinden des Busses mit der Batterie durch den Widerstand und den Transistor; und das Hauptschütz zum wahlweisen direkten Verbinden des Busses mit der Batterie.
Schaltung nach Anspruch 1, worin: die Batterie einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss umfasst; der Bus einen mit dem ersten Anschluss gekoppelten ersten Busanschluss und einen zweiten Busanschluss umfasst; der Transistor eine Basis, einen mit dem Bus gekoppelten Kollektor und einen mit dem zweiten Anschluss gekoppelten Emitter umfasst; der Widerstand zwischen den Vorladungsschalter und die Basis gekoppelt ist; der Vorladungsschalter mit dem ersten Anschluss und dem Widerstand gekoppelt ist; und das Hauptschütz mit dem zweiten Anschluss, dem Emitter und dem zweiten Busanschluss gekoppelt ist.
Schaltung nach Anspruch 1, worin: eine Spannung des Busses geringer ist als eine Spannung der Batterie einer anfänglichen Zeitinstanz; und das Hauptschütz konfiguriert ist, sich zu öffnen, und der Vorladungsschalter konfiguriert ist, sich zur anfänglichen Zeitinstanz zu schließen, um den Bus durch den Widerstand und den Transistor mit der Batterie in einer solchen Weise zu verbinden, dass die Spannung des Busses bis zu einer vorbestimmten Ladungsdauer nach der anfänglichen Zeitinstanz linear ansteigt.
Schaltung nach Anspruch 3, worin der Vorladungsschalter konfiguriert ist, sich für eine vorbestimmte Ruhedauer nach der vorbestimmten Ladungsdauer zu öffnen, um den Bus durch den Widerstand und den Transistor von der Batterie zu trennen, falls die Spannung des Busses nicht ungefähr der Spannung der Batterie nach der vorbestimmten Ladungsdauer entspricht.
Schaltung nach Anspruch 4, worin der Vorladungsschalter konfiguriert ist, sich nach der vorbestimmten Ruhedauer zu schließen, um den Bus durch den Widerstand und den Transistor mit der Batterie zu verbinden.
Schaltung nach Anspruch 3, worin der Vorladungsschalter konfiguriert ist, sich zu öffnen, und das Hauptschütz konfiguriert ist, sich zu schließen, um den Bus direkt mit der Batterie zu verbinden, wenn die Spannung des Busses ungefähr der Spannung der Batterie nach der vorbestimmten Ladungsdauer entspricht.
Schaltung nach Anspruch 3, worin der Vorladungsschalter konfiguriert ist, sich zu öffnen, und das Hauptschütz konfiguriert ist, sich zu schließen, um den Bus direkt mit der Batterie zu verbinden, wenn die Spannung des Busses ungefähr der Spannung der Batterie während der vorbestimmten Ladungsdauer entspricht.
Schaltung nach Anspruch 3, worin die Spannung des Busses ungefähr bis zur Spannung der Batterie linear ansteigt, nachdem das Hauptschütz konfiguriert ist, sich zu öffnen, und der Vorladungsschalter konfiguriert ist, sich zu schließen.
Schaltung nach Anspruch 3, worin die Spannung des Busses ungefähr bis zur Spannung der Batterie abzüglich einer Basis-Emitter-Spannung des Transistors linear ansteigt, nachdem das Hauptschütz konfiguriert ist, sich zu öffnen, und der Vorladungsschalter konfiguriert ist, sich zu schließen.
Schaltung nach Anspruch 1, worin der Vorladungsschalter den Bus wahlweise aufgrund eines Befehls von einem Steuermodul mit der Batterie durch den Widerstand und den Transistor verbindet, worin das Steuermodul und der Vorladungsschalter durch einen zweiten Bus, der eine Spannung aufweist, die niedriger ist als die Spannung der Batterie, elektrisch versorgt werden.
Verfahren, das einen zwischen eine Batterie und einen Widerstand gekoppelten Vorladungsschalter und einen mit dem Widerstand, einem Bus und einem Hauptschütz gekoppelten Transistor verwendet und Folgendes umfasst: das Schließen des Vorladungsschalters, um den Bus durch den Widerstand und den Transistor mit der Batterie zu verbinden; und, wenn eine Spannung des Busses ungefähr einer Spannung der Batterie entspricht: das Öffnen des Vorladungsschalters; und das Schließen des Hauptschützes, um den Bus direkt mit der Batterie zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 11, worin: das Schließen des Vorladungsschalters das Schließen des mit einem ersten Anschluss der Batterie und dem Widerstand gekoppelten Vorladungsschalters umfasst, um den Bus durch den Widerstand und den Transistor mit der Batterie zu verbinden; der Widerstand zwischen den Vorladungsschalter und eine Basis des Transistors gekoppelt ist; ein Kollektor des Transistors mit dem Bus gekoppelt ist; ein Emitter des Transistors mit einem zweiten Anschluss der Batterie gekoppelt wird; und das Schließen des Hauptschützes das Schließen des mit dem zweiten Anschluss, dem Emitter und dem Bus gekoppelten Hauptschützes umfasst, um den Bus direkt mit der Batterie zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Öffnen des Hauptschützes zu einer anfänglichen Zeitinstanz umfasst; worin: die Spannung des Busses niedriger ist als die Spannung der Batterie zur anfänglichen Zeitinstanz; und das Schließen des Vorladungsschalters das Schließen des Vorladungsschalters zur anfänglichen Zeitinstanz in einer solchen Weise umfasst, dass die Spannung des Busses bis zu einer vorbestimmten Ladungsdauer nach der anfänglichen Zeitinstanz linear ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Öffnen des Vorladungsschalters für eine vorbestimmte Ruhedauer nach der vorbestimmten Ladungsdauer umfasst, um den Bus durch den Widerstand und den Transistor von der Batterie zu trennen, falls die Spannung des Busses nicht ungefähr der Spannung der Batterie nach der vorbestimmten Ladungsdauer entspricht.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Schließen des Vorladungsschalters nach der vorbestimmten Ruhedauer umfasst, um den Bus durch den Widerstand und den Transistor mit der Batterie zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Öffnen des Vorladungsschalters und das Schließen des Hauptschützes umfasst, um den Bus direkt mit der Batterie zu verbinden, wenn die Spannung des Busses ungefähr der Spannung der Batterie nach der vorbestimmten Ladungsdauer entspricht.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Öffnen des Vorladungsschalters und das Schließen des Hauptschützes umfasst, um den Bus direkt mit der Batterie zu verbinden, wenn die Spannung des Busses ungefähr der Spannung der Batterie während der vorbestimmten Ladungsdauer entspricht.
Verfahren nach Anspruch 11, worin das Schließen des Vorladungsschalters das Schließen des Vorladungsschalters in einer Weise umfasst, dass die Spannung des Busses ungefähr bis zur Spannung der Batterie linear ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 11, worin das Schließen des Vorladungsschalters das Schließen des Vorladungsschalters in einer Weise umfasst, dass die Spannung des Busses ungefähr bis zur Spannung der Batterie abzüglich einer Basis-Emitter-Spannung des Transistors linear ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 11, worin: das Schließen des Vorladungsschalters das Schließen des Vorladungsschalters aufgrund eines ersten Befehls von einem Steuermodul umfasst; das Öffnen des Vorladungsschalters das Öffnen des Vorladungsschalters aufgrund eines zweiten Befehls von dem Steuermodul umfasst; und das Steuermodul und der Vorladungsschalter durch einen zweiten Bus, der eine Spannung aufweist, die niedriger ist als die Spannung der Batterie, elektrisch versorgt werden.