DE102015108116A1 - Fahrzeugsystem mit akkumulatorverstärkung (boost) und bypasssteuerung - Google Patents

Fahrzeugsystem mit akkumulatorverstärkung (boost) und bypasssteuerung Download PDF

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Abstract

Ein Fahrzeugsystem gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist unter anderem einen DC/DC-Wandlerbus auf, der angepasst ist, um bei einem ersten Spannungssollwert zu arbeiten, und einen Niederspannungsakkumulatorbus, der angepasst ist, um bei einem zweiten Spannungssollwert, der von dem ersten Spannungssollwert verschieden ist, zu arbeiten.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft ein Fahrzeugsystem, das einen Hochsetzsteller zum Aufladen eines Akkumulators und Bereitstellen eines Wegs für den Akkumulator zum Übernehmen von Modullasten eines DC/DC-Wandlerbusses während bestimmter Bedingungen aufweist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Im Allgemeinen unterscheiden sich Elektrofahrzeuge von herkömmlichen Motorfahrzeugen dadurch, dass sie selektiv durch eine oder mehrere akkumulatorbetriebene Elektromaschinen angetrieben werden. Herkömmliche Kraftfahrzeuge ziehen im Gegensatz dazu ausschließlich eine Brennkraftmaschine zum Antreiben des Fahrzeugs heran. Elektrofahrzeuge können die Elektromaschinen an Stelle oder zusätzlich zu einer Brennkraftmaschine verwenden. Die Elektromaschinen werden typischerweise von Hochspannungsakkumulatoren mit Leistung versorgt.
  • In einigen Fällen befinden sich die Leistungsversorgungbauteile eines Elektrofahrzeugs nicht an derselben Stelle wie ihre Gegenstücke in einem herkömmlichen Fahrzeug. Aufgrund von Raumbeschränkungen kann der Niederspannungsakkumulator in einer relativ großen Entfernung von einem DC/DC-Wandler, der den Akkumulator auflädt, angeordnet sein. Diese entfernte Anordnung kann das Aufladen des Niederspannungsakkumulators kompliziert gestalten.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ein Fahrzeugsystem gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist unter anderem einen DC/DC-Wandlerbus auf, der angepasst ist, um bei einem ersten Spannungssollwert zu arbeiten, und einen Niederspannungsakkumulatorbus, der angepasst ist, um bei einem zweiten Spannungssollwert, der von dem ersten Spannungssollwert verschieden ist, zu arbeiten.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des oben stehenden Fahrzeugsystems ist ein Hochsetzsteller zwischen dem DC/DC-Wandlerbus und dem Niederspannungsakkumulatorbus angeordnet und ausgelegt, um den Stromfluss zwischen dem DC/DC-Wandlerbus und dem Niederspannungsakkumulatorbus zu steuern.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der oben stehenden Fahrzeugsysteme weist der Hochsetzsteller mindestens einen Schalter auf, der betätigt werden kann, um den DC/DC-Wandlerbus von dem Niederspannungsakkumulatorbus zu trennen.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der oben stehenden Fahrzeugsysteme weist der Hochsetzsteller einen Bypassschalter, eine Energiespeichervorrichtung, einen Boostschalter und eine Diode auf.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der oben stehenden Fahrzeugsysteme weist der DC/DC-Wandlerbus einen DC/DC-Wandler und mindestens eine Modullast auf.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der oben stehenden Fahrzeugsysteme weist der Niederspannungsakkumulatorbus einen Akkumulator auf.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der oben stehenden Fahrzeugsysteme weist der erste Spannungssollwert eine fixe Spannung auf und der zweite Spannungssollwert weist eine variable Spannung auf.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der oben stehenden Fahrzeugsysteme steht eine Steuereinheit in elektrischer Verbindung mit dem DC/DC-Wandlerbus und dem Niederspannungsakkumulatorbus.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der oben stehenden Fahrzeugsysteme ist die Steuereinheit ausgelegt, um in einem Auflademodus zu arbeiten, bei dem der DC/DC-Wandlerbus einen Akkumulator des Niederspannungsakkumulatorbusses auflädt, und in einem Übernahmemodus, bei dem der Niederspannungsakkumulatorbus Modullasten des DC/DC-Wandlerbusses übernimmt.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der oben stehenden Fahrzeugsysteme ist das Fahrzeugsystem Teil eines Niederspannungsbusses eines Elektrofahrzeugs.
  • Ein Fahrzeugsystem gemäß noch einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist unter anderem einen Akkumulator, einen DC/DC-Wandler, der ausgelegt ist, um den Akkumulator aufzuladen, einen Hochsetzsteller, der ausgelegt ist, um Spannungen von dem DC/DC-Wandler zu verstärken (boosten), und eine Steuereinheit auf, die konfiguriert ist, um in einem Auflademodus zu arbeiten, bei dem Strom in eine erste Richtung fließt, um den Akkumulator aufzuladen, und in einem Übernahmemodus, bei dem Strom in eine zweite, entgegengesetzte Richtung fließt, um eine Modullast zu übernehmen.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des oben stehenden Fahrzeugsystems ist der Akkumulator ein Niederspannungsakkumulator, der Teil eines Niederspannungsakkumulatorbusses ist, und der DC/DC-Wandler ist Teil eines DC/DC-Wandlerbusses.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der oben stehenden Fahrzeugsysteme ist die Modullast Teil des DC/DC-Wandlerbusses.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der oben stehenden Fahrzeugsysteme weist der Hochsetzsteller einen Bypassschalter auf, der selektiv geschlossen wird, um einen Weg des Stromflusses in dem Übernahmemodus zu definieren.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der oben stehenden Fahrzeugsysteme weist der Hochsetzsteller einen Boostschalter auf, der selektiv geöffnet und geschlossen wird, um Energie innerhalb einer Energiespeichervorrichtung während des Auflademodus zu speichern.
  • Ein Verfahren gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist unter anderem das Einbauen eines Hochsetzstellers in ein Fahrzeugsystem eines Elektrofahrzeugs auf, das Betreiben des Fahrzeugsystems in einem Auflademodus, bei dem ein DC/DC-Wandler einen Akkumulator als Reaktion auf eine erste Bedingung auflädt, und das Betreiben des Fahrzeugsystems in einem Übernahmemodus, bei dem der Akkumulator mindestens eine Modullast als Reaktion auf eine zweite Bedingung übernimmt.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des oben stehenden Verfahrens ist der DC/DC-Wandler Teil eines DC/DC-Wandlerbusses, und der Akkumulator ist Teil eines Niederspannungsakkumulatorbusses.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der oben stehenden Verfahren weist das Verfahren das Betreiben des DC/DC-Wandlerbusses an einem fixen Spannungssollwert und das Betreiben des Niederspannungsakkumulatorbusses an einem variablen Spannungssollwert auf.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der oben stehenden Verfahren weist das Verfahren das Trennen des DC/DC-Wandlers von dem Akkumulator als Reaktion auf eine dritte Bedingung auf.
  • Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der oben stehenden Verfahren weist die erste Bedingung einen niedrigen Zustand des Ladezustands des Akkumulators auf, und die zweite Bedingung weist einen Überlastzustand des DC/DC-Wandlers auf.
  • Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorhergehenden Absätze, die Ansprüche oder die folgende Beschreibung und die Zeichnungen, die irgendeinen der unterschiedlichen Aspekte oder jeweilige einzelne Merkmale aufweisen, können unabhängig oder in irgendeiner Kombination betrachtet werden. Merkmale, die in Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben sind, gelten für alle Ausführungsformen, außer wenn solche Merkmale nicht kompatibel sind.
  • Die unterschiedlichen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden für den Fachmann aus der ausführlichen Beschreibung offensichtlich. Die Zeichnungen, die die ausführliche Beschreibung begleiten, können kurz wie folgt beschrieben werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs.
  • 2 veranschaulicht ein Fahrzeugsystem eines Elektrofahrzeugs.
  • 3 veranschaulicht einen Hochsetzsteller eines Fahrzeugsystems.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Diese Offenbarung betrifft ein Fahrzeugsystem, das entweder in einem Auflademodus, bei dem ein DC/DC-Wandler einen Akkumulator auflädt, oder in einem Übernahmemodus, bei dem der Akkumulator mindestens eine Modullast eines DC/DC-Wandlerbusses übernimmt, betrieben wird. Der Akkumulator des Fahrzeugsystems kann mit einer variablen Spannung über einen lokalen Hochsetzsteller aufgeladen werden, während der Rest des Fahrzeugsystems bei einem fixen Spannungssollwert betrieben werden kann. Der Hochsetzsteller kann es Strom auch erlauben, in die entgegengesetzte Richtung im Fall einer DC/DC-Wandlerüberlast zu fließen und/oder den Akkumulator vollständig von dem DC/DC-Wandlerbus zu trennen. Diese und andere Merkmale werden in dieser Offenbarung ausführlicher besprochen.
  • 1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 eines Elektrofahrzeugs 12. Obwohl es als ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) abgebildet ist, versteht es sich, dass die hier beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere Elektrofahrzeuge erstrecken könnten, darunter, ohne auf sie beschränkt zu sein, Plugin-Hybridfahrzeuge (PHEVs), batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) und Brennstoffzellenfahrzeuge.
  • Bei einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein Leistungsverzweigungssystem, das ein erstes Antriebssystem verwendet, das eine Kombination aus einer Maschine 14 und einem Generator 16 (das heißt eine erste Elektromaschine) aufweist, und ein zweites Antriebssystem, das mindestens einen Motor 36 (das heißt eine zweite Elektromaschine), den Generator 16 und einen Akkumulator 50 aufweist. Der Motor 36, der Generator 16 und der Akkumulator 50 können zum Beispiel ein elektrisches Antriebssystem 25 des Antriebsstrangs 10 bilden. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen Drehmoment zum Antreiben eines oder mehrerer Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 30 des Elektrofahrzeugs 12.
  • Die Maschine 14, wie zum Beispiel eine Brennkraftmaschine, und der Generator 16 können durch eine Leistungsübertragungseinheit 18 verbunden sein. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Leistungsübertragungseinheit 18 ein Planetengetriebesatz. Natürlich können andere Typen von Leistungsübertragungseinheiten, darunter andere Radsätze und Getriebe, verwendet werden, um die Maschine 14 mit dem Generator 16 zu verbinden. Die Leistungsübertragungseinheit 18 kann ein Hohlrad 20, ein Sonnenrad 22 und eine Trägerbaugruppe 24 aufweisen. Der Generator 16 wird von der Leistungsübertragungseinheit 18 angetrieben, wenn er als ein Generator arbeitet, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 16 kann alternativ als ein Motor arbeiten, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wobei Drehmoment zu einer Welle 26, die mit der Trägerbaugruppe 24 der Leistungsübertragungseinheit 18 verbunden ist, ausgegeben wird. Da der Generator 16 betrieblich mit der Maschine 14 verbunden ist, kann die Drehzahl der Maschine 14 von dem Generator 16 gesteuert werden.
  • Das Hohlrad 20 der Leistungsübertragungseinheit 18 kann mit einer Welle 28 verbunden sein, die mit den Fahrzeugantriebsrädern 30 durch eine zweite Leistungsübertragungseinheit 32 verbunden ist. Die zweite Leistungsübertragungseinheit 32 kann einen Rädersatz aufweisen, der mehrere Zahnräder 34A, 34B, 34C, 34D, 34E und 34F hat. Andere Leistungsübertragungseinheiten können ebenfalls geeignet sein. Die Zahnräder 34A–34F übertragen Drehmoment von der Maschine 14 zu einem Differenzial 38, um Zug zu den Fahrzeugantriebsrädern 30 bereitzustellen. Das Differenzial 38 kann mehrere Zahnräder aufweisen, die die Drehmomentübertragung zu den Fahrzeugantriebsrädern 30 ermöglichen. Die zweite Leistungsübertragungseinheit 32 ist mechanisch mit einer Achse 40 durch das Differenzial 38 gekuppelt, um Drehmoment zu den Fahrzeugantriebsrädern 30 zu verteilen.
  • Der Motor 36 kann auch verwendet werden, um die Fahrzeugantriebsräder 30 anzutreiben, indem Drehmoment zu einer Welle 46 ausgegeben wird, die ebenfalls mit der zweiten Leistungsübertragungseinheit 32 verbunden ist. Bei einer Ausführungsform gehören der Motor 36 und der Generator 16 zu einem Nutzbremsungssystem, bei dem sowohl der Motor 36 als auch der Generator 16 als Motoren zum Ausgeben von Drehmoment verwendet werden können. Der Motor 36, der Generator 16, die Leistungsübertragungseinheit 18 und die Leistungsübertragungseinheit 32 können allgemein Getriebe 42 oder Kraftübertragung des Elektrofahrzeugs 12 genannt werden. Wenn ein Fahrer daher einen bestimmten Gang auswählt, wird das Getriebe 42 entsprechend gesteuert, um das entsprechende Zahnrad zum Vorwärtsfahren des Elektrofahrzeugs 12 durch Bereitstellen von Zug an den Fahrzeugantriebsrädern 30 bereitzustellen.
  • Der Motor 36 und der Generator 16 geben jeweils elektrische Leistung zu einem Hochspannungsbus 48 und dann zu dem Akkumulator 50 aus. Mit anderen Worten koppelt der Hochspannungsbus 48 den Motor 36 und den Generator 16 mit dem Akkumulator 50. Der Akkumulator 50 kann ein Hochspannungsakkumulator sein, der fähig ist, elektrische Leistung auszugeben, um den Motor 36 und den Generator 16 zu betreiben. Andere Typen von Energiespeichervorrichtungen und/oder Ausgabevorrichtungen können von dem Elektrofahrzeug 12 ebenfalls verwendet werden.
  • Unterschiedliche Hilfsmodullasten 54 können über Energie, die über einen Niederspannungsbus 56 geliefert oder verteilt wird, mit Leistung versorgt werden. Nicht einschränkende Beispiele von Modullasten beinhalten ein Radio, einen CD-Player, ein GPS-System, Beleuchtung, Fensterheber, elektrisch betätigte Sitze, Kühlgebläse, Scheibenwischer, Sitzheizung, beheizbare Fensterscheiben und/oder Instrumentencluster. Die Energie, die erforderlich ist, um die Leistungsmodule 54 mit Leistung zu versorgen, kann von einem Niederspannungsakkumulator 58, dem Akkumulator 50 (über den Hochspannungsbus 48) den Motor 36 und/oder den Generator 16 bereitgestellt werden.
  • Ein Leistungswandler, wie zum Beispiel ein DC/DC-Wandler 59, ist bereitgestellt, um die Übertragung von elektrischer Energie zwischen dem Hochspannungsbus 48 und dem Niederspannungsbus 56 zu steuern. Auf diese Weise kann Energie von dem Hochspannungsbus 48 oder Energie, die während Nutzungsbremsung entwickelt und zu dem Hochspannungsbus 48 geliefert wird, durch den DC/DC-Wandler 59 zu dem Niederspannungsbus 56 übertragen werden.
  • Der Antriebsstrang 10 kann zusätzlich ein Steuersystem 44 zum Überwachen und/oder Steuern unterschiedlicher Aspekte des Elektrofahrzeugs 12 aufweisen. Das Steuersystem 44 kann mit dem elektrischen Antriebssystem 25, den Leistungsübertragungseinheiten 18, 32, dem DC/DC-Wandler 59 oder anderen Bauteilen kommunizieren, um das Elektrofahrzeug 12 zu überwachen und/oder zu steuern. Das Steuersystem 44 weist Elektronik und/oder Software auf, um die erforderlichen Steuerfunktionen zum Betreiben des Elektrofahrzeugs 12 auszuführen. Bei einer Ausführungsform ist das Steuersystem 44 ein kombiniertes Fahrzeugsystemsteuervorrichtungs- und Antriebsstrangsteuermodul (VSC/PCM). Obwohl es als eine einzige Hardwarevorrichtung gezeigt ist, kann das Steuersystem 44 mehrere Steuervorrichtungen in der Form mehrerer Hardwarevorrichtungen oder mehrerer Softwaresteuervorrichtungen innerhalb einer oder mehrerer Hardwarevorrichtungen aufweisen.
  • Ein Steuergerätenetz (Controller Area Network (CAN)) 52 erlaubt es dem Steuersystem 44, mit dem Getriebe 42 zu kommunizieren. Das Steuersystem 44 kann zum Beispiel Signale von dem Getriebe 42 empfangen, um anzugeben, ob ein Gangschalten auftritt. Das Steuersystem 44 könnte auch mit einem Akkumulatorsteuermodul des Akkumulators 50 oder anderen Steuervorrichtungen kommunizieren.
  • Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform hat das Elektrofahrzeug 12 zwei grundlegende Betriebsarten. Das Elektrofahrzeug 12 kann in einem Elektrofahrzeug(EV)-Modus arbeiten, bei dem der Motor 36 (im Allgemeinen ohne Unterstützung von der Maschine 14) zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird, wodurch der Ladezustand des Akkumulators 50 bei bestimmten Fahrmustern/-zyklen bis zu seiner maximal zulässigen Entladerate abgebaut wird. Der EV-Modus ist ein Beispiel einer Ladungsabbaubetriebsart für das Elektrofahrzeug 12. Während des EV-Modus kann der Ladezustand des Akkumulators 50 unter bestimmten Umständen ansteigen, zum Beispiel aufgrund einer Nutzbremsungszeitspanne. Es wird der Maschine 14 im Allgemeinen nicht erlaubt, in einem Standard-EV-Modus zu arbeiten, sie könnte aber nach Bedarf basierend auf einem Fahrzeugsystemzustand oder gemäß Erlaubnis durch den Fahrzeugführer betrieben werden.
  • Das Elektrofahrzeug 12 kann zusätzlich in einem Hybrid(HEV)-Modus betrieben werden, bei dem die Maschine 14 und der Motor 36 beide für den Fahrzeugantrieb verwendet werden. Der HEV-Modus ist ein Beispiel einer Ladungserhaltungsbetriebsart für das Elektrofahrzeug 12. Während des HEV-Modus, kann das Elektrofahrzeug 12 die Nutzung des Antriebs durch den Motor 36 verringern, um den Ladezustand des Akkumulators 50 an einem konstanten oder in etwa konstanten Pegel aufrechtzuerhalten, indem die Nutzung des Antriebs durch die Maschine 14 erhöht wird. Obwohl dies hier nicht spezifisch beschrieben ist, kann das Elektrofahrzeug 12 in anderen Betriebsarten zusätzlich zu dem EV- und HEV-Modus betrieben werden.
  • 2 veranschaulicht schematisch ein Fahrzeugsystem 60, das in ein Elektrofahrzeug eingebaut werden kann, wie zum Beispiel das Elektrofahrzeug 12 der 1. Bei einer Ausführungsform ist das Fahrzeugsystem 60 Teil eines Niederspannungsbusses eines Elektrofahrzeugs (siehe zum Beispiel Niederspannungsbus 56 der 1).
  • Bei einer Ausführungsform weist das Fahrzeugsystem 60 einen DC/DC-Wandlerbus 62 und einen Niederspannungsakkumulatorbus 64 auf. Ein Hochsetzsteller 66 ist zwischen dem DC/DC-Wandlerbus 62 und dem Niederspannungsakkumulatorbus 64 angeordnet. Wie unten weiter besprochen, erlaubt der Einbau des Hochsetzstellers 66 den Betrieb des DC/DC-Wandlerbusses 62 bei einem ersten Spannungssollwert und des Niederspannungsakkumulatorbusses 64 bei einem zweiten Spannungssollwert, der von dem ersten Spannungssollwert verschieden ist.
  • Der DC/DC-Wandlerbus 62 kann einen DC/DC-Wandler 70 und eine oder mehrere Modullasten 72 aufweisen. Der DC/DC-Wandler 70 kann eine DC-Eingangsspannung 99 empfangen, die einen entsprechenden DC-Eingangsstrom von einer Leistungsversorgung 65, wie zum Beispiel von einem Akkumulator, der auf einem Hochspannungsbus des Elektrofahrzeugs arbeitet, hat. Bei einer Ausführungsform wandelt der DC/DC-Wandler 70 die DC-Eingangsspannung 99 in eine niedrigere DC-Ausgangsspannung 101 um, die einen entsprechenden DC-Strom hat, der zum Versorgen der Modullasten 72 mit Leistung geeignet ist. Mit anderen Worten kuppelt der DC/DC-Wandler 70 den DC/DC-Wandlerbus 62, der Teil eines Niederspannungsbusses ist, elektrisch mit einem Hochspannungsbus. Bei einer Ausführungsform ist der DC/DC-Wandler 70 angepasst, um die DC-Eingangsspannung 99 zu einer niedrigeren DC-Ausgangsspannung 101 „herunterzutransformieren“.
  • Die DC-Ausgangsspannung 101 wird zu den Modullasten 72 über eine Verbindung, wie zum Beispiel einen Draht 75, vermittelt. Unterschiedliche Typen von Modullasten 72 können durch die DC-Ausgangsspannung 101, die von dem DC/DC-Wandler 70 vermittelt wird, mit Leistung versorgt werden. Die Modullasten 72 können eines oder mehrere der folgenden Zubehörteile aufweisen: Beleuchtung, Fensterheber, elektrisch betätigte Sitze, Kühlgebläse, Scheibenwischer, Sitzheizung, beheizte Fensterscheiben, Instrumentencluster, Radio usw. Natürlich werden diese Lasten nur als nicht einschränkende Beispiele angegeben.
  • Bei einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform arbeitet der DC/DC-Wandlerbus 62 bei einem fixen Spannungssollwert von etwa 12 Volt. Mit anderen Worten ist die DC-Ausgangsspannung 101 von dem DC/DC-Wandler 70 eine fixe Spannung, die geeignet ist, um Modullasten 72 effizient mit Leistung zu versorgen.
  • Der Niederspannungsakkumulatorbus 64 kann einen Akkumulator 74 aufweisen. Bei einer Ausführungsform ist der Akkumulator 74 ein Niederspannungsakkumulator, wie zum Beispiel eine 12-Volt-Batterie. Der Akkumulator 74 kann zum Anlassen einer Maschine oder für unterschiedliche andere Zwecke verwendet werden. Ein Sensor 76 kann elektrisch mit einer Klemme des Akkumulators 74 zum Überwachen unterschiedlicher Bedingungen des Akkumulators 74 verbunden sein, darunter, ohne darauf beschränkt zu sein, sein Strom, seine Spannung, Temperatur und/oder sein Ladezustand (SOC).
  • Der Hochsetzsteller 66 kann zwischen dem DC/DC-Wandler 70 und dem Akkumulator 74 angeordnet sein. Eine Verbindung oder ein Draht 77 kann sich zwischen dem DC/DC-Wandler 70 und dem Hochsetzsteller 66 erstrecken. Der Hochsetzsteller 66 kann zum Boosten oder „Aufwärtstransformieren“ einer Spannung betrieben werden, die von dem DC/DC-Wandler 70 empfangen wird, bevor die Spannung zum Aufladen des Akkumulators 74 über eine Verbindung oder einen Draht 79 übermittelt wird. Die Spannung, die von dem Hochsetzsteller 66 von dem DC/DC-Wandler 70 empfangen wird, kann mit der DC-Ausgangsspannung 101 gleichwertig sein.
  • Durch Einbauen des Hochsetzstellers 66 in das Fahrzeugsystem 60, kann der Niederspannungsakkumulatorbus 64 bei einem zweiten Spannungssollwert betrieben werden, der von dem ersten Spannungssollwert des DC/DC-Wandlerbusses 62 verschieden ist (das heißt ein von dem, der zur Leistungsversorgung der Modullasten 72 verwendet wird, verschiedener Spannungssollwert). Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform weist der Spannungssollwert des Niederspannungsakkumulatorbusses 64 eine variable Spannung auf. Die Sollspannung kann zum Beispiel zwischen 13 Volt und 15 Volt oder in irgendeinem anderen Spannungsbereich, der geeignet ist, um den Akkumulator 74 aufzuladen, variieren.
  • Das Fahrzeugsystem 60 kann zusätzlich eine Steuereinheit 68 aufweisen. Obwohl die Steuereinheit 68 als ein eigenständiges Bauteil gezeigt ist, könnte sie Teil einer Gesamtfahrzeugsystemsteuerung sein (siehe zum Beispiel das Steuersystem 44 der 1). Die Steuereinheit 68 kann die erforderliche Hardware und/oder Software zum Ausführen mehrerer miteinander verbundener Algorithmen zum Steuern des Fahrzeugsystems 60 aufweisen.
  • Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Steuereinheit 68 zum Beispiel programmiert, um den Betrieb des Fahrzeugsystems 60 entweder in einem Auflademodus oder einem Übernahmemodus zu steuern. Bei dem Auflademodus lädt der DC/DC-Wandler 70 den Akkumulator 74 als Reaktion auf eine erste Bedingung auf. Die erste Bedingung kann eine niedrige SOC-Bedingung des Akkumulators 74 sein, die von dem Sensor 76 erfasst wird. Der Sensor 76 kann ein Signal, das für die niedrige SOC-Bedingung repräsentativ ist, zu der Steuereinheit 68 kommunizieren, um den Auflademodus zu steuern. Der Hochsetzsteller 66 boostet die Spannung, die von dem DC/DC-Wandler 70 empfangen wird, bevor eine Aufladespannung zu dem Akkumulator 74 übermittelt wird. Ein Weg des Auflademodus ist schematisch durch die Pfeile mit der Kennzeichnung „CM“ in 2 veranschaulicht.
  • Im Übernahmemodus kann der Akkumulator 74 arbeiten, um Strom in die entgegengesetzte Richtung bereitzustellen, um eine oder mehrere Modullasten 72 des DC/DC-Wandlerbusses 62 als Reaktion auf eine zweite Bedingung zu übernehmen. Bei einer Ausführungsform ist die zweite Bedingung eine Überlastbedingung des DC/DC-Wandlers 70. Der DC/DC-Wandler 70 kann von der Steuereinheit 68 überwacht werden, um zu bestimmen, ob eine Überlastbedingung aufgetreten ist. Der Hochsetzsteller 66 stellt einen Weg für den Akkumulator 74 zum Übernehmen der Modullasten 72 bereit. Ein Weg des Übernahmemodus ist schematisch durch die Pfeile mit der Kennzeichnung „SM“ in 2 veranschaulicht. Bei einer Ausführungsform verlaufen die Wege sowohl für den Auflademodus als auch für den Übernahmemodus durch den Hochsetzsteller 66.
  • 3 veranschaulicht zusätzliche Einzelheiten des Hochsetzstellers 66 der 2. Bei einer Ausführungsform weist der Hochsetzsteller 66 einen ersten Schalter 78 (das heißt einen Bypassschalter), eine Energiespeichervorrichtung 80, einen zweiten Schalter 82 (das heißt einen Boostschalter) und eine Diode 84, die in serieller Verbindung mit der Energiespeichervorrichtung 80 angeordnet ist, auf. Der erste Schalter 78, der zweite Schalter 82 und die Diode 84 können als Halbleiterschalter ausgelegt sein. Bei einer Ausführungsform wird die Energiespeichervorrichtung 80 als ein Induktor umgesetzt. Andere Vorrichtungen, wie zum Beispiel Kondensatoren, könnten jedoch zusätzlich oder alternativ verwendet werden.
  • Bei einer Ausführungsform, wie zum Beispiel während des Übernahmemodus, der oben beschrieben ist, kann der erste Schalter 78 geschlossen werden, um Modullasten zu übernehmen, indem Strom von dem Niederspannungsakkumulatorbus 64 zu dem DC/DC-Wandlerbus 62 bereitgestellt wird. Die Steuereinheit 68 kann den ersten Schalter 78 zum Beispiel als Reaktion auf eine DC/DC-Wandlerüberlastbedingung auf geschlossen steuern. Eine offene Position des ersten Schalters 78 ist in 3 in durchgehenden Linien gezeigt, und eine geschlossene Position ist in gestrichelten Linien gezeigt. Die Diode 84 verhindert, dass Strom von dem Niederspannungsakkumulatorbus 64 zu der Energiespeichervorrichtung 80 (in 3 von rechts nach links) während des Übernahmemodus übermittelt wird.
  • Der zweite Schalter 82 ist während des Übernahmemodus typischerweise in einer offenen Position (in durchgehenden Linien gezeigt).
  • Bei einer anderen Ausführungsform, wie zum Beispiel während des oben beschriebenen Auflademodus, wird der erste Schalter 78 geöffnet, und der zweite Schalter 82 wird selektiv geöffnet und geschlossen, um Energie in der Energiespeichervorrichtung 80 zu speichern. Mit anderen Worten kann der zweite Schalter 82 selektiv betätigt werden, um die Spannung, die von dem DC/DC-Wandlerbus 62 empfangen wird, zu verstärken. Wenn der zweite Schalter 82 geschlossen wird (in 3 in gestrichelten Linien gezeigt), kann Strom durch die Energiespeichervorrichtung 80 fließen, und Energie kann in der Energiespeichervorrichtung 80 durch Erzeugen eines Magnetfelds gespeichert werden. Umgekehrt, wenn der zweite Schalter geöffnet wird (in durchgehenden Linien gezeigt), wird Strom verringert und das zuvor geschaffene Magnetfeld wird zerstört, um den Stromfluss zu dem Niederspannungsakkumulatorbus 64 zum Aufladen eines Bauteils des Niederspannungsakkumulatorbusses 64, wie zum Beispiel eines Niederspannungsakkumulators, aufrechtzuerhalten.
  • Bei noch einer anderen Ausführungsform, wie zum Beispiel während einer anderen Bedingung des Fahrzeugsystems 60, kann der Hochsetzsteller 66 verwendet werden, um den DC/DC-Wandlerbus 62 vollständig von dem Niederspannungsakkumulatorbus 64 zu trennen, um Energie zu sparen. Bei einem Trennmodus kann die Steuereinheit 68 zum Beispiel den ersten Schalter 78 auf offen steuern und den zweiten Schalter 82 auf geschlossen, um den DC/DC-Wandlerbus 62 von dem Niederspannungsakkumulatorbus 64 zu trennen. Wenn der zweite Schalter 82 geschlossen wird, wird dem Strom von der Energiespeichervorrichtung 80 ein Weg zur Erdung 86 anstatt zu dem Niederspannungsakkumulatorbus 64 bereitgestellt. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform wird der Trennmodus während Zündungsabschaltbedingungen ausgeführt.
  • Obwohl die unterschiedlichen nicht einschränkenden Ausführungsformen mit spezifischen Bauteilen oder Schritten veranschaulicht sind, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese bestimmten Kombinationen beschränkt. Es können einige der Bauteile oder Merkmale irgendeiner der nicht einschränkenden Ausführungsformen kombiniert mit Merkmalen oder Bauteilen irgendeiner der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen verwendet werden.
  • Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen in allen Zeichnungen entsprechende oder ähnliche Elemente identifizieren. Es versteht sich, dass, obwohl eine bestimmte Bauteilanordnung bei diesen beispielhaften Ausführungsformen offenbart und veranschaulicht ist, andere Anordnungen von den Lehren dieser Offenbarung ebenfalls profitieren könnten.
  • Die oben stehende Beschreibung sollte als veranschaulichend und nicht in irgendeinem einschränkenden Sinn verstanden werden. Ein Durchschnittsfachmann würde verstehen, dass bestimmte Änderungen in den Geltungsbereich dieser Offenbarung fallen. Daher sollten die folgenden Ansprüche untersucht werden, um den tatsächlichen Geltungsbereich und Inhalt dieser Offenbarung zu bestimmen.
  • Es wird ferner beschrieben:
    • A. Fahrzeugsystem, das Folgendes umfasst: einen DC/DC-Wandlerbus, der angepasst ist, um bei einem ersten Spannungssollwert zu arbeiten; und einen Niederspannungsakkumulatorbus, der angepasst ist, um bei einem zweiten Spannungssollwert, der von dem ersten Spannungssollwert verschieden ist, zu arbeiten.
    • B. Fahrzeugsystem nach A, das einen Hochsetzsteller umfasst, der zwischen dem DC/DC-Wandlerbus und dem Niederspannungsakkumulatorbus angeordnet und ausgelegt ist, um Stromfluss zwischen dem DC/DC-Wandlerbus und dem Niederspannungsakkumulatorbus zu steuern.
    • C. Fahrzeugsystem nach B, wobei der Hochsetzsteller mindestens einen Schalter aufweist, der betätigt werden kann, um den DC/DC-Wandlerbus von dem Niederspannungsakkumulatorbus zu trennen.
    • D. Fahrzeugsystem nach B, wobei der Hochsetzsteller einen Bypassschalter, eine Energiespeichervorrichtung, einen Boostschalter und eine Diode umfasst.
    • E. Fahrzeugsystem nach A, wobei der DC/DC-Wandlerbus einen DC/DC-Wandler und mindestens eine Modullast aufweist.
    • F. Fahrzeugsystem nach A, wobei der Niederspannungsakkumulatorbus einen Akkumulator aufweist.
    • G. Fahrzeugsystem nach A, wobei der erste Spannungssollwert eine fixe Spannung aufweist und der zweite Spannungssollwert eine variable Spannung aufweist.
    • H. Fahrzeugsystem nach A, das eine Steuereinheit in elektrischer Verbindung mit dem DC/DC-Wandlerbus und dem Niederspannungsakkumulatorbus umfasst.
    • I. Fahrzeugsystem nach H, wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, um in einem Auflademodus zu arbeiten, bei dem der DC/DC-Wandlerbus einen Akkumulator des Niederspannungsakkumulatorbusses auflädt, und einen Übernahmemodus, bei dem der Niederspannungsakkumulatorbus Modullasten des DC/DC-Wandlerbusses übernimmt.
    • J. Fahrzeugsystem nach A, wobei das Fahrzeugsystem Teil eines Niederspannungsbusses eines Elektrofahrzeugs ist.
    • K. Fahrzeugsystem, das Folgendes umfasst: einen Akkumulator; einen DC/DC-Wandler, der ausgelegt ist, um den Akkumulator aufzuladen; einen Hochsetzsteller, der ausgelegt ist, um Spannungen von dem DC/DC-Wandler zu boosten; und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, um in einem Auflademodus zu arbeiten, bei dem Strom in eine erste Richtung fließt, um den Akkumulator aufzuladen, und in einem Übernahmemodus, bei dem Strom in eine zweite, entgegengesetzte Richtung fließt, um eine Modullast zu übernehmen.
    • L. Fahrzeugsystem nach K, wobei der Akkumulator ein Niederspannungsakkumulator ist, der Teil eines Niederspannungsakkumulatorbusses ist, und der DC/DC-Wandler Teil eines DC/DC-Wandlerbusses ist.
    • M. Fahrzeugsystem nach L, wobei die Modullast Teil des DC/DC-Wandlerbusses ist.
    • N. Fahrzeugsystem nach K, wobei der Hochsetzsteller einen Bypassschalter aufweist, der selektiv geschlossen wird, um einen Weg des Stromflusses in dem Übernahmemodus zu definieren.
    • O. Fahrzeugsystem nach N, wobei der Hochsetzsteller einen Boostschalter aufweist, der selektiv geöffnet und geschlossen wird, um Energie innerhalb einer Energiespeichervorrichtung während des Auflademodus zu speichern.
    • P. Verfahren, das Folgendes umfasst: Einbauen eines Hochsetzstellers in ein Fahrzeugsystem eines Elektrofahrzeugs; Betreiben des Fahrzeugsystems in einem Auflademodus, bei dem ein DC/DC-Wandler einen Akkumulator als Reaktion auf eine erste Bedingung auflädt; und Betreiben des Fahrzeugsystems in einem Übernahmemodus, bei dem der Akkumulator mindestens eine Modullast als Reaktion auf eine zweite Bedingung übernimmt.
    • Q. Verfahren nach P, wobei der DC/DC-Wandler Teil eines DC/DC-Wandlerbusses und der Akkumulator Teil eines Niederspannungsakkumulatorbusses ist.
    • R. Verfahren nach Q, das ferner Folgendes umfasst: Betreiben des DC/DC-Wandlerbusses bei einem fixen Spannungssollwert; und Betreiben des Niederspannungsakkumulatorbusses bei einem variablen Spannungssollwert.
    • S. Verfahren nach P, das das Trennen des DC/DC-Wandlers von dem Akkumulator als Reaktion auf eine dritte Bedingung umfasst.
    • T. Verfahren nach P, wobei die erste Bedingung einen niedrigen Zustand des Ladezustands des Akkumulators aufweist, und die zweite Bedingung einen Überlastzustand des DC/DC-Wandlers aufweist.

Claims (10)

  1. Fahrzeugsystem, das Folgendes umfasst: einen DC/DC-Wandlerbus, der angepasst ist, um bei einem ersten Spannungssollwert zu arbeiten; und einen Niederspannungsakkumulatorbus, der angepasst ist, um bei einem zweiten Spannungssollwert, der von dem ersten Spannungssollwert verschieden ist, zu arbeiten.
  2. Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, das einen Hochsetzsteller umfasst, der zwischen dem DC/DC-Wandlerbus und dem Niederspannungsakkumulatorbus angeordnet und ausgelegt ist, um Stromfluss zwischen dem DC/DC-Wandlerbus und dem Niederspannungsakkumulatorbus zu steuern.
  3. Fahrzeugsystem nach Anspruch 2, wobei der Hochsetzsteller mindestens einen Schalter aufweist, der betätigt werden kann, um den DC/DC-Wandlerbus von dem Niederspannungsakkumulatorbus zu trennen.
  4. Fahrzeugsystem nach Anspruch 2, wobei der Hochsetzsteller einen Bypassschalter, eine Energiespeichervorrichtung, einen Boostschalter und eine Diode umfasst.
  5. Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei der DC/DC-Wandlerbus einen DC/DC-Wandler und mindestens eine Modullast aufweist.
  6. Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei der Niederspannungsakkumulatorbus einen Akkumulator aufweist.
  7. Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Spannungssollwert eine fixe Spannung aufweist und der zweite Spannungssollwert eine variable Spannung aufweist.
  8. Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, das eine Steuereinheit in elektrischer Verbindung mit dem DC/DC-Wandlerbus und dem Niederspannungsakkumulatorbus umfasst.
  9. Fahrzeugsystem nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, um in einem Auflademodus zu arbeiten, bei dem der DC/DC-Wandlerbus einen Akkumulator des Niederspannungsakkumulatorbusses auflädt, und einen Übernahmemodus, bei dem der Niederspannungsakkumulatorbus Modullasten des DC/DC-Wandlerbusses übernimmt.
  10. Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeugsystem Teil eines Niederspannungsbusses eines Elektrofahrzeugs ist.
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