DE102015108995A1

DE102015108995A1 - Detektion einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung und Reaktion auf diese

Info

Publication number: DE102015108995A1
Application number: DE102015108995.5A
Authority: DE
Inventors: Allan Roy Gale; John Peter Bilezikjian; Bruce Carvell Blakemore; Paul Theodore Momcilovich
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2015-12-17
Also published as: CN105182146B; US20150362543A1; US9702917B2; CN105182146A

Abstract

Ein System beinhaltet eine Isolationsdetektionseinheit (isolation detection unit, IDU) mit einer ersten Fehlerstromdetektionsschaltung, die ausgestaltet ist, eine Isolationscharakteristik für eine Spannungssammelschiene zu bestimmen, und eine Schaltungsdetektions- und Reaktionseinheit (circuit detection and response unit, CDRU), die ausgestaltet ist, zu bestimmen, ob die erste Fehlerstromdetektionsschaltung mittels einer gemeinsamen Masse an eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist. Die CDRU kann eine Veränderung der Isolationscharakteristik der Spannungssammelschiene dazu verwenden, zu bestimmen ob eine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist, und kann eine angekoppelte Schaltung charakterisieren. Der Betrieb der IDU und Fehlerdetektionsschwellenwerte können abgeändert werden, um Störeffekte zu entschärfen, die durch einen gleichzeitigen Betrieb beider Schaltungen verursacht werden. Ein System kann an einem Elektrofahrzeug angeordnet sein, um ein Ankoppeln einer Detektionsschaltung an einer Ladevorrichtung zu detektieren, oder an einer Ladevorrichtung, um ein Ankoppeln einer Fehlerstromdetektionsschaltung an einem Elektrofahrzeug zu detektieren.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein die Hochspannungssammelschienen-Isolationsdetektion und insbesondere die Detektion einer Off-Board-Fehlerstromdetektionsschaltung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Elektrifizierte Fahrzeuge (electrified vehicles, EV) sind mit einer Energiespeichervorrichtung (energy storage device, ESD) ausgestattet, die als Antriebskraftquelle für ein elektrisches Antriebssystem dient. Eine ESD ist typischerweise als Hochvoltbatterie mit einer Plus- und einer Minus-Hochspannungssammelschiene ausgebildet, die mit einer Leistungswandlerschaltung gekoppelt sein kann, wenn das EV gefahren wird und mit einer Ladevorrichtung, wenn die Batterie aufgeladen wird. Typischerweise ist ein Fehlerstromdetektionssystem mit der Plus- und der Minus-Spannungsschiene gekoppelt, um durch Leckströme von einer Hochspannungsschiene zu einem Fahrzeugchassis verursachte Erdschlüsse zu detektieren. Zum Beispiel kann ein System konzipiert sein, einen Isolationswiderstand zwischen einer Spannungsschiene und einem Fahrzeugchassis zu berechnen; wenn ein berechneter Isolationswiderstand unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt, kann ein Fehlermarker gesetzt werden. Ein Fehlerstromdetektionssystem in einem Fahrzeug kann betrieben werden, sowohl während das Fahrzeug gefahren wird, als auch wenn es geparkt ist und aufgeladen wird.
Eine Ladevorrichtung an Servicegeräten für Elektrofahrzeuge (electric vehicle service equipment, EVSE) kann mit einer Fehlerstromdetektionsschaltung ausgestattet sein, um durch Leckströme von entweder einer Plus- oder einer Minus-Hochspannungssammelschiene einer EVSE-Energiequelle verursachte Erdschlüsse zu detektieren. Wenn eine EVSE-basierte Fehlerstromdetektionsschaltung mit einer fahrzeugbasierten Fehlerstromdetektionsschaltung gekoppelt wird, können Störeffekte auftreten, die die Fehlerstromdetektionsfähigkeit beider Systeme beeinträchtigen kann. Zum Beispiel können die Störeffekte Fehlalarme auslösen, die einen Ladevorgang problematisch unterbrechen. Außerdem können Störeffekte tatsächliche Erdschlüsse maskieren und so deren Detektion durch entweder das On-Board- oder das Off-Board-Detektionssystem verhindern. Dies führt dazu, dass es einem Ladevorgang gestattet werden kann, unter Fehlerbedingungen vonstatten zu gehen.
Eine mögliche Lösung für das störende Problem besteht darin, während eines Ladevorgangs eine der Fehlerstromdetektionsschaltungen zu sperren. Zum Beispiel kann eine fahrzeugbasierte Fehlerstromdetektionsschaltung gesperrt werden, wenn ein EV an ein EVSE angekoppelt wird. Es kann jedoch sein, dass eine Ladevorrichtung nicht mit einer Fehlerstromdetektionsschaltung ausgestattet ist, die ausgestaltet ist, Erdschlüsse an einem EV zu detektieren. In diesem Fall beseitigt das Sperren einer fahrzeugbasierten Detektionsschaltung die Möglichkeit, Erdschlüsse am EV zu detektieren. Ebenso kann ein automatisches Sperren einer EVSE-basierten Detektionsschaltung ein Detektieren von Erdschlüssen am EVSE verhindern, wenn zwischen dem EVSE und dem EV keine gemeinsame Masseverbindung besteht. Es besteht somit Bedarf daran, zu wissen, ob das Koppeln eines EV und eines EVSE zwei Fehlerstromdetektionsschaltungen an dieselbe Spannungssammelschiene und aneinander ankoppelt. Außerdem besteht Bedarf daran, zu bestimmen, ob und wie eine Fehlerstromdetektionsschaltung arbeiten sollte, um Isolationsfehler ordnungsgemäß zu detektieren, während sie an eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung gekoppelt ist.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Bestimmen bereit, ob ein mit einer ersten Fehlerstromdetektionsschaltung gekoppelter Spannungszwischenkreis auch mit einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung gekoppelt ist. Ein beispielhaftes, an einer ersten Vorrichtung angeordnetes Isolations- und Schaltungsdetektionssystem (isolation and circuit detection system, ICDS) kann eine Isolationsbestimmungseinheit (isolation determination unit, IDU) beinhalten, die die erste Fehlerstromdetektionsschaltung umfasst und ausgestaltet ist, einen Isolationszustand des Spannungszwischenkreises zu bestimmen. Das ICDS kann ferner eine Schaltungsdetektions- und Reaktionseinheit (circuit detection and response unit, CDRU) beinhalten, die ausgestaltet ist, zu bestimmen, ob der Spannungszwischenkreis an eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist. Insbesondere kann eine CDRU bestimmen, ob eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung über eine Masseverbindung an der ersten Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist. Eine beispielhafte CDRU kann ausgestaltet sein, eine Veränderung der Spannungszwischenkreisisolation zu verwenden, um zu bestimmen, dass eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist. Eine CDRU kann auch ausgestaltet sein, zu bestimmen, ob und wie das ICDS arbeiten soll, während die zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist. Ein ICDS-System kann an einem Elektrofahrzeug angeordnet sein, um eine Fehlerstromdetektionsschaltung an einer Ladevorrichtung zu detektieren und zu charakterisieren, und kann an einer Ladevorrichtung angeordnet sein, um eine Fehlerstromdetektionsschaltung an einem Fahrzeug zu detektieren und charakterisieren.
Ein ICDS-System der Erfindung kann Hardware, Software und/oder Firmware umfassen und kann somit analoge und/oder digitale Schaltungen beinhalten. Als Beispiel kann ein ICDS zumindest einen Digitalprozessor und einen maschinenlesbaren Datenträger umfassen, der in Wirkverbindung mit dem Digitalprozessor gekoppelt ist und auf dem Logik für Befehlssequenzen für den Digitalprozessor gespeichert sind, wobei die Befehlssequenzen, bei deren Ausführung durch den Digitalprozessor bewirken, dass der Prozessor bestimmt, ob ein Spannungszwischenkreis und/oder eine erste Fehlerstromdetektionsschaltung mit einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung gekoppelt ist, eine angekoppelte zweite Fehlerstromdetektionsschaltung charakterisiert, sowie einen Betriebsmodus für das ICDS bestimmt.
Ein beispielhaftes Verfahren kann beinhalten, zu detektieren, dass eine erste Vorrichtung, an welcher eine erste Fehlerstromdetektionsschaltung mit einem Spannungszwischenkreis gekoppelt ist, an eine zweite Vorrichtung angekoppelt wurde, und zu bestimmen, ob eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung an den Spannungszwischenkreis angekoppelt ist. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Bestimmen, ob eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung an den Spannungszwischenkreis angekoppelt ist, ein Detektieren einer Veränderung der Spannungszwischenkreisisolation. Ein beispielhaftes Verfahren kann ferner umfassen, eine detektierte zweite Fehlerstromdetektionsschaltung zu charakterisieren und einen Betriebsmodus für das ICDS zu spezifizieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine beispielhafte Umgebung für ein Isolations- und Schaltungsdetektionssystem.
2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Isolations- und Schaltungsdetektionssystems.
3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Fehlerstromdetektionsschaltung eines Isolations- und Schaltungsdetektionssystems.
4A zeigt eine nichtgeschaltete Fehlerstromdetektionsschaltung aus dem Stand der Technik.
4B zeigt eine geschaltete Fehlerstromdetektionsschaltung aus dem Stand der Technik.
5 zeigt eine beispielhafte Schaltung, in der eine mit einer ersten Fehlerstromdetektionsschaltung gekoppelte Spannungssammelschiene mit einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung gekoppelt ist.
6 zeigt eine Tabelle mit beispielhaften Widerstandswerten für die Schaltung von 5
7 zeigt eine Tabelle mit beispielhaften Spannungen für die Schaltung von 5, basierend auf den beispielhaften Widerstandswerten von 6.
8 zeigt eine Tabelle mit beispielhaften Betriebsmodi für eine Isolationsbestimmungseinheit eines Isolations- und Schaltungsdetektionssystems.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
10 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
11 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
12 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
13 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden hier beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung angegeben; für den Fachmann wird jedoch ersichtlich sein, dass die Erfindung in einer Vielzahl alternativer Formen realisiert werden kann. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern und eine Grundlage für die Ansprüche bereitzustellen, sind in der Beschreibung mehrere Figuren enthalten. Die Figuren sind nicht maßstäblich gezeichnet und verwandte Elemente können ausgelassen sein, um die neuartigen Merkmale der Erfindung hervorzuheben. In den Figuren gezeigte konstruktive und funktionale Details werden zu dem Zweck bereitgestellt, den Fachmann die Ausführung der Erfindung zu lehren und sind nicht als Beschränkungen auszulegen. Zum Beispiel können Steuermodule für verschiedene Systeme verschieden angeordnet und/oder kombiniert werden und in Darstellungen von beispielhaften Ausführungsformen hier nicht gezeigt sein, um neuartige Aspekte der Erfindung besser hervorzuheben. Systemkomponenten können auf verschiedene, im Stand der Technik bekannte Weise angeordnet werden, und Vorgänge, die als Teil eines beispielhaften Verfahrens ausgeführt werden, sind nicht auf eine bestimmte Reihenfolge beschränkt.
Im Verlauf der Beschreibung können die Begriffe „Fehlerdetektion” und „Isolationsdetektion” verwendet werden. Beide Ausdrücke beziehen sich auf Fehlerstrom an einer Spannungssammelschiene. Aus Sicherheitsgründen ist eine ausreichende Isolation von mit einer Hochenergievorrichtung, wie etwa einer Hochvoltbatterie oder -leistungsversorgung, gekoppelten Plus- und Minus-Spannungsschienen erforderlich. Wenn sich Anschlüsse, Lötverbindungen, Kabel oder andere, den Spannungsschienen oder Energievorrichtungen zugeordneten Peripheriegeräte lösen oder verschleißen, können Leckströme von einer Spannungsschiene auftreten. Entsprechend wird typischerweise der Isolationsgrad von Spannungssammelschienen überwacht. Wenn der Isolationsgrad ein vorbestimmtes Mindestmaß nicht erfüllt, kann ein Fehlermarker ausgelöst werden. Die zur Überwachung des Isolationsgrads verwendeten Schaltungen können als Isolationsdetektionsschaltungen, Fehlerstromdetektionsschaltungen oder Fehlerdetektionsschaltungen bezeichnet werden. Der Isolationsgrad kann als Isolationswiderstand zwischen einer Schiene und einer Bezugsmasse ausgedrückt werden, der hoch sein sollte, wenn die Schienen ausreichend isoliert sind, oder als Spannung und/oder Strom zwischen Schienen und Masse, die niedrig sein sollten, wenn die Schienen ausreichend isoliert sind. Die nachfolgende Erörterung kann sich verschiedener Begriffe für die Beschreibung der Detektionsschaltung und die Beschreibung der Spannungssammelschienenisolation bedienen.
1 zeigt ein elektrifiziertes Fahrzeug (electrified vehicle, EV) 2, das mit einem EV-Servicegerät (EV seivice equipment, EVSE) 4 gekoppelt ist. Als Beispiel kann das EV 2 als ein batterieelektrisches Fahrzeug (battery electric vehicle, BEV), ein Hybridfahrzeug (hybrid electric vehicle, HEV), ein Plug-In-Elektrofahrzeug (plug-in electric vehicle, PEV) oder anderer Fahrzeugtyp realisiert sein, in dem eine Hochvolt-Energiespeichervorrichtung (energy storage device, ESD) 6 eingesetzt wird. Als Beispiel, aber nicht als Beschränkung, kann die ESD 6 als Hochenergie-Lithium-Ionen-Traktionsbatterie mit einer Spannung von etwa 220 V ausgebildet sein. Es versteht sich jedoch, dass die ESD 6 auch als Kondensatorblock oder sonstige Hochenergiespeichervorrichtung ausgestaltet sein kann. Das ESVE 4 kann ausgestaltet sein, Energie an die ESD 6 zu übertragen, zum Beispiel kann das EVSE 4 eine Ladevorrichtung mit einer Leistungsquelle umfassen, die mit Spannungsschienen gekoppelt ist, welche ausgestaltet sind, an einen mit der ESD 6 gekoppelten Hochspannungs-Gleichstromzwischenkreis 8 anzukoppeln. Als Beispiel kann ein Kabel 5 ausgestaltet sein, das EVSE 4 an ein Lade-Inlet 10 anzukoppeln, an den der Gleichstromzwischenkreis 8 gekoppelt werden kann. Ein Isolations- und Schaltungsdetektionssystem (ICDS) 12 ist ausgestaltet, die Isolation des Gleichstromzwischenkreises 8 zu bestimmen und etwaige Erdschlüsse zu detektieren, die auftreten können.
Wie hier bereits ausgeführt wurde, können am EVSE 4 angeordnete Fehlerstromdetektionsschaltungen die Überwachung der Isolation des Spannungszwischenkreises 8 am EV 2 stören. Wie durch die Fragezeichen in 1 angedeutet ist, kann jedoch unbekannt sein, ob das EVSE 4 eine betriebsfähige Fehlerstromdetektionsschaltung aufweist, die die Isolationsüberwachung des ICDS 12 stören würde. Zu bestimmen, ob das EVSE 4 eine betriebsfähige Fehlerstromdetektionsschaltung aufweist, die sich an den Spannungszwischenkreis 8 ankoppeln wird, und den Grad zu bestimmen, in dem EVSE 4-Schaltungen die Isolationsdetektion am EV 2 stören können, kann es ermöglichen, die Störeffekte zu entschärfen und die Fehlerdetektionsfähigkeit während eines Ladevorgangs zu verbessern. Um diese Problematik anzugehen, ist das ICDS 12 ausgestaltet, zu bestimmen, ob eine oder mehrere zusätzliche Fehlerstromdetektionsschaltungen durch einen gemeinsamen Masseanschluss mit dem ICDS 12 gekoppelt sind, entweder am EVSE 4, am Kabel 5, oder anderswo, und wenn dem so ist, diesen zu charakterisieren. Das ICDS 12 kann Hardware, Software, Firmware und/oder irgendeine Kombination davon umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das ICDS 12 ausgestaltet, eine angekoppelte zweite Fehlerstromdetektionsschaltung zu charakterisieren, so dass potentielle durch einen gleichzeitigen Betrieb einer ersten und zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung hervorgerufene Auswirkungen durch ein Modifizieren des Betriebs des ICDS 12 beherrscht werden können.
2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des mit dem Spannungszwischenkreis 8 und einem EDS-Steuerungsmodul (ESD control module, ECM) 7 gekoppelten ICDS 12. Als Beispiel kann das ECM 7 mit der ESD 6 gekoppelt sein, und ausgestaltet sein, den Betrieb der ESD 6 zu überwachen und zu steuern, und kann auch ausgestaltet sein, mit anderen Systemen am EV 2, wie zum Beispiel, aber nicht beschränkt darauf, mit einem Fahrzeugsteuerungssystem, einem Fahrzeugdiagnosesystem usw. (nicht gezeigt) zu kommunizieren. Als Beispiel kann das ECM 7 Verbindungen zwischen der ESD 6 und dem Spannungszwischenkreis 8 steuern. Zum Beispiel kann die ESD 6 als Hochvoltbatterie realisiert sein, und das ECM 7 kann als Batteriesteuermodul realisiert sein, das ausgestaltet ist, Relais zu öffnen und zu schließen, die die Traktionsbatterie mit dem Spannungszwischenkreis 8 koppeln. Der Spannungszwischenkreis 8 ist zwar in 1 so dargestellt, dass er mit dem Lade-Inlet 12 gekoppelt ist, er kann aber auch mit einer Leistungswandlerschaltung (nicht gezeigt) am EV 2 gekoppelt sein, die ausgestaltet ist, Energie von der ESD 6 an eine Elektromaschine, wie etwa eine permanenterregte Synchronmaschine (permanent magnet synchronous machine, PMSM) zu übertragen, die ausgestaltet ist, das EV 2 anzutreiben.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann das ICDS 12 eine Isolationsdetektionseinheit (isolation detection unit, IDU 14) und eine Schaltungsdetektions- und Reaktionseinheit (circuit detection and response unit, CDRU) 16 beinhalten. Die IDU 14 kann eine Fehlerstromdetektionsschaltung (leakage detection circuit, LDC) 18 und eine Isolationsbestimmungskomponente (isolation determination component, IDC) 20 beinhalten. Die LDC 18 kann Schaltungen zum Detektieren eines Fehlerstroms zwischen dem Spannungszwischenkreis 8 und der Masse detektieren. In der beispielhaften Ausführungsform von 1 kann die LDC 18 elektrisch mit dem Spannungszwischenkreis 8 gekoppelt sein, während das EV 2 gefahren wird, sowie während die ESD 6 aufgeladen wird, so dass der Isolationszustand ungeachtet des Betriebszustands des EV 2 kontinuierlich überwacht werden kann.
Die IDC 20 kann ein Isolationscharakteristikmodul (isolation characteristic module, ICM) 22 beinhalten, das ausgestaltet ist, die Ausgabe der LDC 18 zu empfangen und eine Isolationscharakteristik für den Gleichstromzwischenkreis 8 bereitzustellen, und ein Fehlerbestimmungsmodul (fault determination module, FDM) 24, das ausgestaltet ist, das Vorliegen eines Isolationsfehlers zu bestimmen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das FDM 24 ausgestaltet sein, eine vom ICM 22 bereitgestellte Isolationscharakteristik mit einem vorbestimmten Schwellenwert- oder Ansprechpunkt zu vergleichen, um zu bestimmen, ob ein Fehlerzustand existiert.
Die IDU 14 kann ein Steuermodul (control module, CM) 26 beinhalten, das einen Digitalprozessor 27 und einen Speicher 28 umfassen kann. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Prozessor 28 ausgestaltet sein, den Betrieb der LDC 18 zu steuern. Der Prozessor 28 kann ausgestaltet sein, Software auszuführen, die Logik für das Ausführen von Vorgängen an der LDC 18 oder der IDC 20 umfasst. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die IDC 20 Software umfassen, die zum Ausführen auf dem Digitalprozessor 28 ausgestaltet ist, und Logik für Befehle aufweist, die bewirken, dass der Prozessor 27 die Funktionalität der IDC 20 ausführt. Der Speicher 28 kann einen Festwertspeicher (read-only memory, ROM) zum Speichern von Befehlen für den Prozessor 27 und/oder einen Arbeitsspeicher (random access memory, RAM) zum Speichern von Informationen wie, aber nicht beschränkt darauf, Ausgaben von der LDC 18 und der IDC 20.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die CDRU 16 eine Schaltungsbestimmungs- und -charakterisierungskomponente (circuit determination and characterization component, CDCC) 30 und eine Bestimmungsreaktionskomponente (determination response component, DRC) 34 beinhalten. Die CDRU 16 kann ferner ein Steuermodul (control module, CM) 38 beinhalten. Die Funktionalität der CDRU 16 ist zwar zu Illustrationszwecken so dargestellt, dass sie die in 2 bezeichneten mehreren Komponenten umfasst, es versteht sich jedoch, dass sie an verschieden ausgestalteten Komponenten oder Modulen ausgeführt und/oder kombiniert werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das CM 38 einen Digitalprozessor 39 und einen Speicher 40 umfassen, und kann ausgestaltet sein, Software auszuführen, die Logik zum Durchführen von Vorgängen an der CDCC 30 und der DRC 34 umfasst. In einer beispielhaften Ausführungsform können die CDCC 30 und die DRC 34 Software umfassen, die zum Ausführen am CM 38 ausgestaltet ist. Der Speicher 40 kann einen Festwertspeicher (read-only memory, ROM) zum Speichern von Befehlen für den Prozessor 39 und/oder einen Arbeitsspeicher (random access memory, RAM) zum Speichern von Informationen wie, aber nicht beschränkt darauf, Ausgaben von der CDCC 30 und der DRC 34. Die Komponenten der CDRU 16 sind zwar als separate Einheiten gezeigt, es ist jedoch angedacht, dass diese mit denjenigen der IDU 14 kombiniert werden können, und/oder dass ein einzelner Speicher und ein einzelner Digitalprozessor sowohl die CDRU 16 als auch die IDU 14 bedienen können.
Als Beispiel kann die CDCC 30 ein Schaltungsbestimmungsmodul (circuit determination module, CDM) 31 umfassen, das ausgestaltet ist, zu bestimmen, ob eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung über eine gemeinsame Masse an die LDC 18 angekoppelt ist. Die CDCC 30 kann ferner ein Schaltungscharakterisierungsmodul (circuit characterization module, CCM) 32 umfassen, das ausgestaltet ist, eine detektierte zweite Fehlerstromdetektionsschaltung zu charakterisieren. Zum Beispiel kann das CCM 32 ausgestaltet sein, einen Widerstand für eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung zu berechnen. Die DRC 34 kann ein Modusbestimmungsmodul (mode determination module, MDM) 35 umfassen, das ausgestaltet ist, einen Betriebsmodus für die IDU 14 basierend auf dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer angekoppelten zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung zu bestimmen. Die DRC 34 kann ferner ein Modusparametermodul (mode parameter module, MPM) 36 umfassen, das ausgestaltet ist, vom MDM 35 spezifizierte Betriebsparameter für den Betriebsmodus bereitzustellen. Zum Beispiel kann das MPM 36 Schaltzyklen für die LDC 18, Ansprechpunkte für das FDM 24 usw. bereitstellen.
3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, in der die LDC 18 mit dem Hochspannungszwischenkreis 8 eines als Hochvoltbatterie 42 realisierten ESD verbunden ist. Wie in 3 gezeigt, kann der Spannungszwischenkreis 8 als Plus-Hochspannungssammelschiene (positive high voltage bus, PHVB) 44 und Minus-Hochspannungssammelschiene (negative high voltage bus, NHVB) 46 realisiert sein, die jeweils mit einem Pluspol bzw. Minuspol der Batterie 42 verbunden sind. Die PHVB 44 kann an einem Kontakt 45 abschließen und die NHVB 46 kann an einem Kontakt 47 abschließen. Zu Darstellungszwecken ist der Zwischenkreis 8 als mit dem Lade-Inlet 10 gekoppelt gezeigt, wie es vor und während einem Ladevorgang für die Batterie 42 vorkommen könnte. Es versteht sich jedoch, dass der Spannungszwischenkreis 8 auch mit einem Leistungswandlersystem gekoppelt sein könnte, während das EV 2 gefahren wird. Die LDC 18 kann einen mit der PHVB 44 gekoppelten Widerstand R_P beinhalten und einen mit der NHVB 46 gekoppelten Widerstand R_N. Die LDC 18 kann ferner einen mit einem Fahrzeugchassis 48 gekoppelten Detektionswiderstand R_D umfassen. Der Detektionswiderstand R_D ist ausgestaltet, einen Strompfad für Fehlerstrom an der LDC 18 bereitzustellen. Ein Spannungsdetektor V₁ kann ausgestaltet sein, eine Spannung V_RD am Detektionswiderstand R_D zu detektieren. V_RD steigt typischerweise mit steigendem Fehlerstrom in der Größenordnung an. Als Beispiel kann V₁ als Operationsverstärker ausgebildet sein. Ein mit dem Detektionswiderstand R_D gekoppelter Schalter (switch, SW) SW1 kann ausgestaltet sein, zwischen der Verbindung mit R_P, der Verbindung mit R_N und einer offenen, unverbundenen Stellung umzuschalten. Das Umschalten des Schalters SW1 ermöglicht das Detektieren von Fehlerstrom sowohl von der Plus-, als auch von der Minus-Hochspannungssammelschiene 44, 46. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das CM 26 ausgestaltet sein, das Umschalten von SW1 in Zusammenwirken mit der IDC 20 und der CDRU 16 zu steuern.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die IDC 20 ausgestaltet sein, die am R_D detektierten Spannungen für die verschiedenen Schaltstellungen zu empfangen. Die IDC 20 kann ausgestaltet sein, eine V_RD-Messung zu verwenden, um eine Isolationscharakteristik bzw. einen Isolationszustand für die PHVB 44 und die NHVB 45 zu bestimmen. Die detektierten Spannungen selber können dazu verwendet werden, die Isolation zu charakterisieren, es ist jedoch weiter angedacht, dass die detektierten Spannungen dazu verwendet werden können, Werte für Fehlerströme I_LP, I_LN zu berechnen, oder Werte für Isolationswiderstände zu berechnen, um die Spannungs-Sammelschienenisolation zu charakterisieren.
In 3 ist nun ein Isolationswiderstand R_LP zwischen der PHVB 44 und dem Chassis 48 gezeigt, und ein Isolationswiderstand R_LN ist zwischen der NHVB 46 und dem Chassis 48 gezeigt. Die Isolationswiderstände R_LP und R_LN sind bauliche Widerstände, die realen Fehlerströmen I_LP zwischen der PHVB 44 und dem Chassis 48, und I_LN zwischen der NHVB 46 und dem Chassis 48 zugeordnet sind. Da die Isolationswiderstände R_LP und R_LN auf den Fehlerströmen I_LP, I_LN basieren, können sie dazu verwendet werden, die Isolation von PHVB 44 und NHVB 46 zu charakterisieren. Je höher der Widerstand zwischen einer Spannungssammelschiene und dem Chassis 48, desto größer die Isolation der Spannungssammelschiene. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das ICM 22 ausgestaltet sein, die Spannungssammelschienenisolation durch Berechnen von Werten für die Isolationswiderstände R_LP und R_LN zu quantifizieren.
Die IDC 20 kann ferner ausgestaltet sein, die Isolationszustandscharakteristiken, gleichgültig ob diese als Spannung, Strom, Widerstand oder in anderen Einheiten ausgedrückt werden, dazu zu verwenden, zu bestimmen, ob ein Erdschluss zwischen einem der Hochspannungssammelschienen 44 und 46 und dem Fahrzeugchassis vorliegt. Zum Beispiel kann das FDM 24 einen Isolationscharakteristikwert mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleichen, um zu bestimmen, ob die Spannungs-Sammelschienen ausreichend isoliert sind, oder ob Erdschlusszustände vorliegen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die IDU 14 ausgestaltet sein, wenn ein Erdschluss detektiert wird, einen Fehlermarker zu setzen und/oder ein Fehlersignal bereitzustellen. Zum Beispiel kann die IDU 14 dem ECM 7 ein Fehlersignal bereitstellen, das ausgestaltet sein kann, mit einem Trennen der ESD 6 vom Spannungszwischenkreis 8 zu reagieren.
Im Folgenden wird der Betrieb der LDC 18 kurz erläutert. Wie nun in 3 gezeigt ist, liegt, wenn weder I_LP noch I_LN existiert, für keine Stellung von SW1 ein Strom durch R_D vor, so dass V_RD für alle SW1-Stellungen 0 ist. Falls jedoch ein Fehlerstrom I_LP von der PHVB 44 existiert, erscheint eine Spannung an R_D wenn der SW1 für R_N geschlossen ist, erscheint aber an R_D nicht, wenn SW1 für R_P geschlossen ist. Umgekehrt erscheint, falls ein Fehlerstrum I_LN von der NHVB 46 existiert, eine Spannung an R_D wenn SW1 für R_P geschlossen ist, erscheint aber an R_D nicht, wenn SW1 für R_N geschlossen ist. Die Größenordnung der von V₁ für eine geschlossene Schalterstellung detektierte Spannung V_RD spiegelt die Menge an Leckstrom zwischen einer Spannungssammelschiene und dem Chassis 48 wider. Die Messungen von V_RD selbst können also dazu verwendet werden, einen Leckstrom zu quantifizieren. Es ist jedoch oft einfacher, mit anderen Einheiten zu arbeiten, insbesondere beim Vergleichen eines Werts mit einem vorbestimmten Schwellenwert. Entsprechend können die V_RD-Messungen, die verschiedenen SW1-Stellungen zugeordnet sind, dazu verwendet werden, Werte für die Isolationswiderstände R_LP und R_LN zu berechnen.
Zum Beispiel kann bei den vorbestimmten Widerstandswerten für R_P, R_N und R_D, das ICM 22 ausgestaltet werden, die Spannung V_RD für einen für R_P geschlossenen SW1 dazu zu verwenden, einen berechneten Isolationswiderstandswert R_CLN für R_LN bereitzustellen. Analog dazu kann das ICM 22 ausgestaltet werden, die Spannung V_RD für einen für R R_N geschlossenen SW1 dazu zu verwenden, einen Isolationswiderstand R_CLP für R_LP zu berechnen. Die berechneten Werte R_CLN und R_CLP können dazu verwendet werden, die Fehlerströme I_LN und I_LP zu charakterisieren und dazu, den Isolationszustand für die Hochspannungssammelschienen PHVB 44 und NHVB 46 darzustellen. Die berechneten Werte können dann mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden, um zu bestimmen, ob ein Erdschlusszustand existiert.
4A zeigt eine beispielhafte Fehlerstromdetektionsschaltung 52 aus dem Stand der Technik, die an einer Vorrichtung angeordnet sein kann, die von der Vorrichtung, an der die CDRU 16 angeordnet ist, getrennt ist, aber an diese ankoppeln kann. Als Beispiel kann ein Koppeln einer ersten Vorrichtung mit einer zweiten Vorrichtung umfassen, einen Spannungszwischenkreis an der ersten Vorrichtung elektrisch mit einem Spannungszwischenkreis an der zweiten Vorrichtung zu verbinden, zum Beispiel eine erste Plus-Hochspannungssammelschiene an der ersten Vorrichtung mit einer zweiten Plus-Hochspannungssammelschiene an der zweiten Vorrichtung zu koppeln, und eine erste Minus-Hochspannungssammelschiene an der ersten Vorrichtung mit einer zweiten Minus-Hochspannungssammelschiene an der zweiten Vorrichtung zu koppeln. Zum Beispiel kann in 1, in der das ICDS 12 am EV 2 angeordnet ist, das EV 2 als eine erste Vorrichtung betrachtet werden. Das EVSE 4 und/oder das Kabel 5 kann als zweite Vorrichtung betrachtet werden und kann die Schaltung 52 umfassen. Eine Spannungsquelle V_S für das EVSE 4 kann mit einer Plus-Hochspannungssammelschiene PHVB 54 und einer Minus-Hochspannungssammelschiene NHVB 56 verbunden sein, die beide zum Ankoppeln an den mit der ESD 6 gekoppelten Spannungszwischenkreis ausgestaltet sein können. Die PHVB 54 kann an einem Kontakt 55 abschließen und die NHVB 56 kann an einem Kontakt 57 abschließen. Als Beispiel können die Kontakte 55, 57 an einem (nicht gezeigten) Verbinder für das Kabel 5 angeordnet sein, der auf eine Weise zum Eingriff am Lade-Inlet 10 ausgestaltet ist, die ein Koppeln der Kontakte 55, 57 mit den Kontakten 45 und 47 ermöglicht.
Die Fehlerstromdetektionsschaltung 52 kann einen zwischen der PHVB 54 und einer Masseleitung 58 über einen Schalter SW2 und einen Detektionswiderstand R_D2 und einen zwischen der NHVB 56 und der Masseleitung 58 über den Schalter SW2 und den Detektionswiderstand R_D2 angeordneten Widerstand R_P2 umfassen. Der Schalter SW 2 kann ausgestaltet sein, zwischen der Verbindung mit R_P2 und R_N2 umzuschalten. Die Fehlerstromdetektionsschaltung 52 kann insofern ziemlich in der gleichen Weise wie die LDC 18 arbeiten, als eine am R_D2 für verschiedene Stellungen von SW2 detektierte Spannung dazu verwendet werden kann, einen Fehlerstrom I_LN2 und I_LP2 zu detektieren. Die 4B zeigt eine beispielhafte Fehlerstromdetektionsschaltung 53, in der auf den Schalter SW 2 verzichtet wurde. Das ICDS 12 wird zwar vorliegend in dem Zusammenhang erörtert, dass es am EV 2 angeordnet und die Fehlerstromdetektionsschaltung 52 (oder 53) am EVSE 4 angeordnet ist, es ist aber angedacht, dass das ICDS 12 am EVSE 4 angeordnet sein kann und die Fehlerstromdetektionsschaltung 52 oder 53 am EV 2.
In 1, 3 und 4A können nun, wenn das Kabel 5 am Lade-Inlet 10 in Eingriff ist, die Hochspannungssammelschienen 44, 46 am EV 2 mit den Hochspannungssammelschienen 54, 56 am EVSE 4 über die Kontakte 45 und 55 und die Kontakte 47 und 57 gekoppelt werden. Es ist auch möglich, dass die Masseleitung 50 mit der Masseleitung 58 über die Kontakte 51 und 59 gekoppelt ist. Durch Koppeln der Masseleitung 50 und 58 kann eine Fehlerstromdetektionsschaltung am EVSE 4 (oder Kabel 5), wie z. B. die Fehlerstromdetektionsschaltung 52, an das Chassis 48 und an die LCD 18 angekoppelt werden, wodurch zwischen den beiden Detektionsschaltungen eine gemeinsame Masseverbindung bereitgestellt wird. Es kann dadurch auch eine Fehlerstromdetektionsschaltung am EVSE 4 (oder Kabel 5) an die Spannungs-Sammelschienen 44, 46 angekoppelt werden, in welchem Fall die Spannungssammelschienen 44, 46 an zumindest zwei Fehlerstromdetektionsschaltungen angekoppelt wären.
Vor dem Eingreifen des Kabels 5 am Lade-Inlet 10 und Schließen der entsprechenden Kontakte, sind die LDC 18, sowie jegliche Detektionsschaltungen am EVSE 4 oder Kabel 5, ausgestaltet, unabhängig zu arbeiten, mit vorbestimmten Fehlerschwellenwerten, die ausgestaltet sind, Isolationsfehler an dem Hochspannungszwischenkreis zu detektieren, mit ihre Widerstände gekoppelt sind. Nach dem Koppeln des EVSE 4 und EV 2 durch das Kabel 5 dieselben Fehlerschwellenwerte zu verwenden, die vor der Ankopplung verwendet wurden, kann eine ausreichende Fehlerdetektion bereitstellen, oder aber auch nicht, zum Beispiel je nach Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Detektionsschaltung an der angekoppelten Vorrichtung.
Um den Betrieb des ICDS 12 deutlicher zu veranschaulichen, zeigt die 5 eine Schaltung 60, die entstehen kann, wenn das EV 2 für einen Ladevorgang an das EVSE 4 angekoppelt wird. Zu Darstellungszwecken und zur besseren Hervorhebung neuartiger Merkmale der Erfindung, sind das Lade-Inlet 10 und das Kabel 5 in 5 nicht dargestellt. Die nachfolgende Erörterung richtet sich auf eine am EVSE 4 angeordnete zweite Fehlerstromdetektionsschaltung, es versteht sich jedoch, dass eine Fehlerstromdetektionsschaltung am Kabel 5 statt einer, bzw. zusätzlich zu einer, am EVSE 4 angeordneten Fehlerstromdetektionsschaltung angeordnet sein könnte. V_BAT stellt eine Batterie für das EV 2 dar und Vs stellt eine Spannungsquelle für das EVSE 4 dar. In der LDC 18 können die Schalter S_RN, S_RP gesteuert werden, als in 3 gezeigter Schalter SW1 zu funktionieren, und können auch ausgestaltet sein, es der LDC 18 zu ermöglichen, als nichtgeschaltete Detektionsschaltung zu arbeiten. In einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung 62 können die Schalter S_RN2 und S_RP2 gesteuert werden, die Fehlerstromdetektionsschaltung 62 entweder als geschaltete Fehlerstromdetektionsschaltung 52 von 4A oder als nichtgeschaltete Fehlerstromdetektionsschaltung 53 von 4B zu arbeiten. Dementsprechend kann die Schaltung 60 dazu verwendet werden, den Betrieb des ICDS 12 darzustellen, wenn die LDC 18 an eine geschaltete oder nichtgeschaltete zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Schaltung 60 ferner Spannungsdetektoren V₁–V₄ beinhalten.
Eine Plus-Hochspannungssammelschiene PHVB 64 stellt die PHVB 44 am EVSE 4 an eine Plus-Hochspannungssammelschiene am EV 2 (wie die PHVB 54) angekoppelt dar; ebenso stellt eine Minus-Hochspannungssammelschiene NHVB 66 die NHVB 46 an der LDC 18 an eine Minus-Hochspannungssammelschiene am EVSE 4 angekoppelt dar. Zusammen stellen die PHVB 64 und die NHVB 66 einen Spannungszwischenkreis 67 bereit. Als Beispiel ist in der Schaltung 60 die Kopplung der Masseleitungen 50 und 58 über die Kontakte 51 und 59 durch die gemeinsame Masse 50 dargestellt, die eine Masseverbindung zwischen der LDC 18 und einer Detektionsschaltung am EVSE 4 (oder Kabel 5) bereitstellt und beide Detektionsschaltungen mit dem Chassis 48 koppelt.
Die dargestellten, vom Schalter S_RLP zwischen die PHVB 64 und das Chassis 48 gekoppelten und vom Schalter S_RLN zwischen die NHVB 66 und das Chassis 48 gekoppelten Isolationswiderstände R_LP, sowie die die Fehlerströme I_LP und I_LN sind so zu verstehen, dass sie sowohl an der einen als auch an der anderen der beiden gekoppelten Vorrichtungen auftreten können, zum Beispiel entweder am EV 2 oder am EVSE 4. Wie nachfolgend noch ausführlicher erläutert wird, kann die von der LDC 18 und der ODC 62 geteilte gemeinsame Masse 50 es beiden Detektionsschaltungen ermöglichen, Leckströme an einer der beiden Plattformen zu detektieren. Gleichzeitig kann der gemeinsame Masse 50 auch jeweils die Fehlerdetektion beider Schaltungen stören.
Da die LDC 18 und die ODC 62 eine Schaltung zwischen positiven und negativen Spannungsquellenanschlüssen für einander vervollständigen können, können beide jeweils bei Nichtvorhandensein eines realen Fehlerstroms einen Stromfluss durch einen Detektionswiderstand der jeweils anderen verursachen. Wenn zum Beispiel S_RP für R_P geschlossen ist und S_RN2 für R_N2 geschlossen ist, kann Strom von der PHVB 64 durch R_P, durch R_D, durch R_D2 und durch R_N2 fließen. Als Folge erscheint dann eine Spannung am Widerstand R_D, selbst wenn keine Isolationswiderstände R_LP und R_LN vorliegen. Dasselbe Problem entsteht dann an der Fehlerstromdetektionsschaltung 62, da der Fehlerstrompfad R_D2 mit einschließt. Ein Koppeln der LDC 18 mit der Fehlerstromdetektionsschaltung 62 kann somit jeweils an beiden Schaltungen einen Fehlalarm auslösen.
Wenn ein Fehlerstrom von entweder der PHVB 64 oder der NHVB 66 vorliegt, kann dieser, statt durch einen einzelnen Detektionswiderstand wie den R_D der LDC 18 oder den R_D2 der Fehlerstromdetektionsschaltung 52 zu fließen, wie es vor der Kopplung des EV 2 und des EVSE 4 der Fall war, zwischen der LDC 18 und der Off-Board-Fehlerstromdetektionsschaltung 62 aufgeteilt werden. Wenn zum Beispiel, wie in 5 gezeigt, I_LP vorliegt und der Schalter S_RN für R_N geschlossen ist, und S_RN2 geschlossen ist, dann fließt ein Teil von I_LP durch R_D und R_N, und ein Teil fließt durch R_D2 und R_N2. Dieses Phänomen ermöglicht es jeweils beiden Schaltungen, einen entweder an der Vorrichtung oder der Plattform vorliegenden Fehlerstrom zu detektieren. Ein am ICM 22 basierend auf V_RD berechneter Fehlerstrom repräsentiert dann den tatsächlichen (nicht aufgeteilten) I_LP jedoch nicht korrekt. Der berechnete Wert von R_LP ist dann größer als der tatsächliche Widerstand R_LP und kann größer sein als ein vorbestimmter Fehlerschwellenwert am FDM 24. Folglich kann, falls ein Erdschluss existiert, dieser nicht erkannt werden falls der im unabhängigen (nicht gekoppelten) Betrieb referenzierte Fehlerschwellenwert verwendet wird, nachdem die Vorrichtungen gekoppelt sind. Ein ähnliches Phänomen kann an der Detektionsschaltung 62 auftreten, da der Strom durch R_D2 nicht den gesamten Fehlerstrom repräsentiert. Dementsprechend ist es möglich, dass, obwohl sowohl die LDC 18 als auch die Detektionsschaltung 62 ordnungsgemäß zu funktionieren scheinen, und beide jeweils im unabhängigen Betrieb den Fehlerstrom richtig detektieren können, keine von ihnen einen existierenden Erdschlusszustand detektiert während die beiden Schaltungen mit dem Spannungszwischenkreis 67 und mittels einer gemeinsamen Masseverbindung miteinander gekoppelt sind.
Glücklicherweise ist das ICDS 12 der vorliegenden Erfindung ausgestaltet, dieses potentielle Problem anzugehen. Wie nun in 2 gezeigt ist, ist die CDCC 30 ausgestaltet, zu bestimmen, dass der Zwischenkreis der LDC-18 mit der Fehlerstromdetektionsschaltung 62 gekoppelt ist, und kann ferner ausgestaltet sein, die Schaltung 62 mittels eines Widerstandswerts zu charakterisieren. Einen Widerstandswert für die Schaltung 62 zu berechnen kann es dem ICDS 12 ermöglichen, einen Fehlerdetektionsvorgang zu modifizieren. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das CDM 31 ausgestaltet sein, eine Isolationscharakteristik, die auf einer an R_D vor der Kopplung des EV 2 und des EVSE 4 detektierten Spannung basiert mit einer Isolationscharakteristik zu vergleichen, die auf einer nach dem Koppeln der zwei Vorrichtungen EV 2 und EVSE 4 an R_D detektierten Spannung basiert, um das Vorliegen der Detektionsschaltung 62 zu detektieren. Die CDCC 30 kann ferner ausgestaltet sein, zu bestimmen, ob die Fehlerstromdetektionsschaltung 62 eine geschaltete oder eine nichtgeschaltete Schaltung ist, und kann ausgestaltet sein, eine Widerstandscharakteristik für die Schaltung 62 zu berechnen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die DRC 34 ausgestaltet sein, die berechnete Widerstandscharakteristik dazu zu verwenden, Fehlerschwellenwertansprechpunkte für die IDC 20 einzustellen, um für durch das Ankoppeln der Fehlerstromdetektionsschaltung 62 verursachte Störeffekte zu kompensieren. Es ist angedacht, dass in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform die DRC 34 ausgestaltet sein kann, eine Bedienerwarnung bereitzustellen wenn eine zweite Detektionsschaltung detektiert wird und davon ausgegangen wird, dass sie den Betrieb der LDC 18 stören wird. Zum Beispiel kann das CM 38 ein Fehlersignal an ein Armaturenbrett-Displaymodul oder anderes Warnmodul bereitstellen, das ausgestaltet ist, einen visuellen, akustischen oder anderen Typ von Warnmeldung an einen Bediener bereitzustellen, dass Störeffekte an der Fehlerstromdetektionsschaltung die Fehlerstromdetektionsfähigkeit beeinträchtigen können. Es ist ferner vorgesehen, dass einem Bediener eine Mitteilung bereitgestellt werden kann, dass keine zweite Detektionsschaltung am EVSE 4 vorhanden ist, die durch eine gemeinsame Masse mit dem ICDS 12 gekoppelt ist.
Beispielhafte Werte für die verschiedenen Widerstände an der LDC 18 und an der Detektionsschaltung 62 sind in der Tabelle 1 von 6 gezeigt. Die Tabelle 2 von 7 zeigt eine Zusammenstellung von beispielhaften Spannungen, die an der LDC 18 alleine auftreten können, und an der Schaltung 60 wenn die Schaltungen 62 und 18 miteinander und mit demselben Spannungszwischenkreis gekoppelt sind. Die Spannungswerte basieren auf den aus Tabelle 1 ersichtlichen Widerstandswerten und sind in Zeilen angegeben, die verschiedenen S_RP- und S_RN-Schaltpositionen entsprechen. Die Spalte mit der Überschrift „Keine zweite Detektionsschaltung” zeigt Spannungen am R_D der LDC 18 wenn keine zweite Detektionsschaltung durch eine gemeinsame Masse mit der LDC 18 gekoppelt ist. Unterspalten innerhalb dieser Spalte zeigen Spannungen wenn kein Fehlerstrom vorliegt, wenn ein Leckstrom von der NHVB 46 vorliegt, und wenn ein Leckstrom von der PHVB 44 vorliegt. Die Spalte „Nichtgeschaltete zweite Detektionsschaltung” enthält Spannungen, die auftreten können, wenn sowohl die LDC 18 als auch die Detektionsschaltung 62 an den Spannungszwischenkreis 67 und aneinander angekoppelt sind, wie in der Schaltung 60 von 5 gezeigt. Die Schalter S_RP2 und S_RN2 werden beide in ihrer geschlossenen Stellung gehalten wenn die Schaltung 62 als nichtgeschaltete Schaltung betrieben wird. Unterspalten in dieser Spalte zeigen Spannungen wenn kein Fehlerstrom am Spannungszwischenkreis 67 vorliegt, wenn ein Leckstrom von der NHVB 66 vorliegt, und wenn ein Leckstrom von der PHVB 64 vorliegt. Schließlich sind, unter der Spaltenüberschrift „Geschaltete zweite Detektionsschaltung”, Spannungen gezeigt, die auf den in Tabelle 1 gezeigten Widerständen und den Schaltungscharakteristiken der Schaltung 60 basieren, wenn die Detektionsschaltung als geschaltete Schaltung betrieben wird, in der S_RP2 und S_RN2 abwechselnd geöffnet und geschlossen werden. Unterspalten in diesen Spalten zeigen wieder Spannungen, die auftreten können wenn am Spannungszwischenkreis 67 kein Fehlerstrom existiert, wenn ein Fehlerstrom am NHVB 66 existiert und wenn ein Fehlerstrom am PHVB 44 existiert. Werte für die Spannungen V_RD am Detektionswiderstand R_D der LDC 18, V_RD2 am Detektionswiderstand R_D2 der Detektionsschaltung 62, V_PG zwischen Masse 67 und der PHVB 64, und V_NG zwischen Masse 67 und der NHVB 66 sind in Tabelle 2 gezeigt.
In Tabelle 2 ist nun, wenn keine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist (zum Beispiel arbeitet die LDC 18 während das EV 2 gefahren wird) und kein Leckstrom vorliegt, V_RD = 0 für alle Stellungen von S_RP. Wenn jedoch I_LN vorliegt, kann sich an R_D eine erhöhte Spannung von 12,9 V einstellen wenn S_RP geschlossen und S_RN geöffnet ist, aber wenn S_RP geöffnet und S_RN geschlossen ist, stellt sich keine Spannung ein. Analog dazu kann sich, wenn I_LP vorliegt, an R_D eine Spannung von –12,9 V einstellen wenn S_RN geschlossen und S_RP geöffnet ist, aber wenn SW1 für R_P geschlossen ist, stellt sich keine Spannung ein. Die IDC 20 kann somit das Nichtvorhandensein einer Spannung bei einer ersten Schalterkonfiguration und das Vorliegen einer Spannung bei einer zweiten Schalterkonfiguration dazu verwenden, das Vorliegen eines Fehlerstroms I_LN oder I_LP zu detektieren. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Größenordnung der detektierten Spannung, in diesem Fall 12.9 V, auch dazu verwendet werden, einen Fehlerstrom zu detektieren. Zum Beispiel kann das ICM 22 den Wert von 12,9 V dazu verwenden, zu bestimmen, dass R_LN = 50 kOhm und diesen R_LN-Wert mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleichen, um zu bestimmen, ob ein Fehlerzustand vorliegt.
Spannungen an R_D bei Nichtvorhandensein eines Fehlerstroms ändern sich, wenn eine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist. Zum Beispiel kann, unter Bezugnahme auf Tabelle 2, falls das EV 2 für einen Ladevorgang an das EVSE 4 angekoppelt ist und eine als nichtgeschaltete Schaltung (S_RP2 und S_RN2, beide geschlossen) betriebene Fehlerstromdetektionsschaltung am EVSE 4 vorliegt, ohne Leckstrom eine Spannung von 6,25 V an R_D erscheinen wenn S_RP geschlossen und S_RN geöffnet ist, und dieselbe Spannung mit entgegengesetzter Polarität erscheint wenn S_RP geöffnet und S_RN geschlossen ist. Diese Spannungen reflektieren das Vorliegen einer Schaltung mit einem auf der parallelen Kombination von R_P2 und R_N2 in Serie mit R_D2, die eine gemeinsame Masse mit der LDC 18 teilen, basierenden Widerstand. Im Gegensatz zum unabhängigen Betrieb der LDC 18, bei dem sich bei der einen Schalterkonfiguration eine Spannung einstellte und sich bei einer entgegengesetzten Schalterkonfiguration nicht einstellte als ein Fehlerstrom vorlag, verursacht ein Fehlerstrom, wenn die LDC 18 an eine nichtgeschaltete Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, einen Anstieg der Spannung am R_D für beide Stellungen des Schalters S_RP. Ein Anstieg von V_RD unmittelbar nach dem Ankoppeln einer Ladevorrichtung und das Vorliegen einer Spannung bei beiden Schalterstellungen kann somit anzeigen, dass ein mit der LDC 18 gekoppelter Spannungszwischenkreis auch an eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist.
Wenn I_LN vorliegt, kann sich an R_D bei geschlossenem S_RP und geöffnetem S_RN eine Spannung von 10,76 V einstellen, ein Wert, der höher ist als die 6,25 V unter leckstromfreien Bedingungen, aber niedriger als die 12,9 V, die aus einem Leckstrom bei Nichtvorhandensein einer zweiten Detektionsschaltung resultieren können. Bei geöffnetem S_RP und geschlossenem S_RN kann sich eine Spannung von –3,165 V einstellen, eine Größenordnung, die größer ist, als sich unter Leckstrombedingungen bei Nichtvorhandensein einer zweiten Detektionsschaltung einstellen würde, aber kleiner als zu erwarten wäre, wenn eine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist und kein I_LN vorliegt.
Da der Fehlerstrom zwischen zwei gekoppelten Detektionsschaltungen aufgeteilt werden kann, kann ein von der IDC 20 während eines unabhängigen Betriebs eingesetzter Fehlerschwellenwert für die Fehlerdetektion in Zeiträumen, in denen eine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist, nicht ausreichen. Jedoch kann die Ausgabe von der LDC 18 zusammen mit den bekannten Werten für R_N und R_P dazu verwendet werden, zu bestimmen, dass eine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist, die zweite Detektionsschaltung zu charakterisieren, und die Fehlerdetektionsschwellenwerte anzupassen, um Störeffekte zu kompensieren.
Die DRC 34 kann ausgestaltet sein, basierend auf einer Bestimmung hinsichtlich der Existenz und Charakteristiken einer angekoppelten zweiten Detektionsschaltung, zu bestimmen ob und wie die LDC 18 und IDC 20 arbeiten können während eine zweite Vorrichtung angekoppelt ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die DRC 34 ausgestaltet sein, einen am ICDS 12 zu implementierenden Betriebsmodus zu bestimmen. 8 zeigt eine Tabelle 3, die einen, nicht unbedingt umfassenden, beispielhaften Satz von als Betriebsmodi beschriebenen implementierbaren Betriebstypen bereitstellt.
”Normal”-Betrieb (oder voreingestellter Betrieb) kann als ein Betrieb charakterisiert werden, in dem das ICDS 12 in derselben Weise funktioniert, in der sie funktionieren würde wenn das EV 2 nicht am EVSE 4 angekoppelt wäre. Zum Beispiel können, wie in 5 dargestellt, die Schalter S_RP und S_RN zwischen ihrer jeweiligen geöffneten/geschlossenen Stellung umgeschaltet werden, wie es normalerweise während eines Fahrmodus oder anderen Nichtlademodus geschieht, und die Spannung am R_D kann detektiert werden, um einen Isolationszustand zu bestimmen. Während Nichtladezuständen, oder Zuständen, in denen das EV 2 nicht an eine zweite Vorrichtung angekoppelt ist, können voreingestellte Ansprechpunkte oder Fehlerschwellenwerte eingesetzt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann dieser Betriebsmodus implementiert werden, wenn bestimmt wird, dass die LDC 18 nicht durch eine Masseverbindung an eine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist.
Ein Modus „Mit Überwachung” (”Monitoring”) kann als Modus charakterisiert werden, in dem das ICDS 12 den Betrieb einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung überwacht. In diesem Modus kann die IDU 14 die Fehlerdetektion mittels des FDM 24 aussetzen und sich zum Detektieren von Erdschlüssen auf die zweite Fehlerstromdetektionsschaltung verlassen. Die Schalter S_RP und S_RN können geöffnet gelassen werden, wodurch verhindert wird, dass die LDC 18 den Betrieb der überwachten zweiten Detektionsschaltung stört. Das ICDS 12 kann jedoch ausgestaltet sein, während dieses Modus periodisch zu bestätigen, dass eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung weiterhin angekoppelt ist.
Für den Fachmann werden sich verschiedene Verfahren zum Überwachen einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung ergeben. Als Beispiel dazu wirkt sich, wenn eine geschaltete zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist, wie zum Beispiel die in 4A gezeigte Schaltung 52, ein Umschalten des Schalters SW2 auf V_RD aus (siehe Tabelle 3 von 7). Entsprechend können während eines überwachenden Modus S_RP und S_RN der LDC 18 periodisch geschlossen werden, um es der IDC 20 zu ermöglichen, über ein vorbestimmtes Zeitintervall eine Reihe von Isolationscharakteristiken bereitzustellen. Die CDCC 30 kann die Isolationscharakteristik, wie etwa einen berechneten Isolationswiderstand, überwachen, um zu bestätigen, dass diese fluktuiert. Ein Fluktuieren der Isolationscharakteristik zeigt an, dass ein Schalter an einer zweiten Detektionsschaltung umgeschaltet wird, was bestätigt, dass eine zweite Detektionsschaltung weiterhin angeschlossen und betriebsfähig ist.
Umgekehrt, wird, wenn eine nichtgeschaltete Fehlerstromdetektionsschaltung, wie die in 4B dargestellte, angekoppelt wird, davon ausgegangen, dass V_RD relativ konstant bleibt. Eine Veränderung von V_RD oder einer anderen, auf V_RD basierenden Isolationscharakteristik, kann anzeigen, dass eine zweite Detektionsschaltung nicht mehr angekoppelt ist, oder dass eine zweite Detektionsschaltung weiterhin angekoppelt ist, aber ein Leckstromzustand existiert. Die CDRU 16 kann ausgestaltet sein, eine Veränderung der Isolationscharakteristik, zum Beispiel eine Veränderung von V_RD oder eine Veränderung des berechneten Widerstands zu detektieren, um einen Fehlerstrom oder Verlust einer Masseverbindung mit der zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung zu detektieren. Die CDRU 16 kann ausgestaltet sein, zwischen einer Veränderung einer Isolationscharakteristik und einer Fluktuation der Isolationscharakteristik zu unterscheiden, so dass eine entsprechende Reaktion implementiert werden kann.
Wenn zum Beispiel, wie in Tabelle 2 gezeigt, eine nichtgeschaltete zweite Fehlerstromdetektionsschaltung mit der LDC 18 gekoppelt ist, dann ist V_RD = 6.25 V, aber wenn keine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist, dann ist V_RD = 0. Eine Spannungslosigkeit an R_D kann somit eine nicht mehr vorhandene Kopplung zwischen der LDC 18 und einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung anzeigen. In Reaktion auf ein Bestimmen, dass eine zweite Detektionsschaltung nicht mehr angekoppelt ist, kann die CDRU 16 einen normalen Betriebsmodus auswählen. Wenn das ICDS 12 von einem Überwachungsmodus in einen normalen Modus schaltet, wird die IDU 14 wieder für die Isolationsfehlerdetektion verantwortlich. Wenn eine zweite Detektionsschaltung weiterhin angekoppelt ist, aber kein Fluktuieren auftritt sondern sich vielmehr ein Fehlerstrom einstellt, kann sich die Größenordnung von V_RD in eine von null abweichende Größenordnung ändern. In diesem Fall kann eine beispielhafte Reaktion ein fortdauerndes Implementieren eines Überwachungsmodus beinhalten, und es der zweiten Detektionsschaltung zu ermöglichen, zu bestimmen, ob aufgrund des detektierten Fehlerstroms ein Fehlerzustand vorliegt.
Als weiteres Beispiel kann die CDRU 16 ausgestaltet sein, von den Spannungsdetektoren V₃ und V₄ detektierte Spannungen dazu zu verwenden, zu bestimmen, ob eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung weiterhin angekoppelt und betriebsfähig ist. Die Tabelle 2 zeigt beispielhafte V_PG- und V_NG-Werte für sowohl gekoppelte als auch ungekoppelte Zustände. Für den Fachmann werden sich alternative Mittel und Verfahren zum Überwachen des Betriebs einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung ergeben.
Ein Betrieb ”Angepasst” (”Adjusted”) kann als Betrieb charakterisiert werden, in dem die IDC 20 weiterhin eine Fehlerdetektion durchführt, aber ihr Betrieb und/oder ihre Ansprechpunkte angepasst sind, um von der Ankopplung der zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung verursachte Störeffekte zu kompensieren. Zum Beispiel können die S_RP- und S_RN-Schaltzyklen abgeändert sein, und/oder Ansprechpunkte können basierend auf Widerstandscharakteristiken einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung angepasst sein. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Betrieb der LDC 18 mit dem einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung koordiniert sein. Zum Beispiel kann die LDC 18, statt kontinuierlich zu arbeiten, wie sie dies im „Normal”-Modus tun würde, für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach einem mit der Schaltung 62 koordinierten Zeitplan betrieben werden, um Störeffekte zu vermeiden, die durch den zeitgleichen Betrieb der LDC 18 und der Schaltung 62 verursacht werden kann. Schließlich kann, wie in 8 gezeigt, eine beispielhafte Ausführungsform ferner einen Modus ”Gesperrt” (”Disabled”) beinhalten, in dem die LDC 18 dadurch gesperrt wird, dass S_RP und S_RN in einer geöffneten Stellung gelassen werden und die IDC 20 keine Isolationscharakteristiken oder Fehlerdetektion mehr bereitstellt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Tabelle mit beispielhaften Betriebsmodi wie den in Tabelle 2 angegebenen, im Speicher 38 abgelegt sein. Die DRC 34 ausgestaltet sein, eine der möglichen Modi in Reaktion auf in der CDCC 26 getroffenen Bestimmungen auszuwählen.
9 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 70, das an der CDRU 16 ausgeübt werden kann. Bei Block 72 kann eine Ankopplung einer zweiten Vorrichtung detektiert werden. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Ankoppeln einer zweiten Vorrichtung ein Ankoppeln eines Spannungszwischenkreises an einer zweiten Vorrichtung an einen Spannungszwischenkreis einer ersten Vorrichtung. Als Beispiel kann ein ICDS 12 an einer ersten Vorrichtung, wie dem EV 2 angeordnet sein. Ein Bediener von EV 2 kann das Kabel in das Lade-Inlet 10 einführen, wodurch das EVSE 4 mit dem EV 2 gekoppelt wird, und dadurch die PHVB 44 mit einer Plus-Hochspannungssammelschiene am EVSE 4. Das Eingreifen des Kabels 5 kann auch, durch Schließen der Massekontakte 51 und 59, die Chassisleitung 48 mit der Masseleitung 58 koppeln. Das Kabel 5, der (nicht gezeigte) Verbinder des Kabels 5, das Ladegerät von EVSE 4 und das Lade-Inlet 10 können alle ausgestaltet sein, gemäß der von der Society of Automotive Engineers (SAE) entwickelten Norm J1772 für Ladevorgänge zu arbeiten, die in ihrer Gesamtheit hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist. Die Norm SAE J1772 stellt ein Verfahren zum Koppeln eines EV mit einem EVSE und zum Aufbauen und Bestätigen einer Verbindung zwischen einem Hochspannungszwischenkreis an einem EV und einem Hochspannungszwischenkreis an einem EVSE bereit. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das ICDS 12, durch Implementieren des SAE-J1772-Protokolls und Zusammenwirken und/oder Kommunikation mit dem ECM 7, detektieren, dass eine zweite Vorrichtung angekoppelt ist. Zum Beispiel kann das ICDS 12, über das ECM 7, detektieren, dass Kontakte zwischen der PHVB 44 und einer Plus-Hochspannungssammelschiene am EVSE 4, und zwischen der NHVB 46 und einer Minus-Hochspannungssammelschiene am EVSE 4 geschlossen wurden.
Bei Block 74 kann bestimmt werden, ob eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist. Zum Beispiel kann, wie in 1 und 2 zu sehen ist, das ICDS 12 bestimmen, ob am EVSE 4 eine Fehlerstromdetektionsschaltung vorhanden ist und mittels einer gemeinsamen Masse an die LDC 18 angekoppelt ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Detektieren einer Veränderung des Isolationszustands für diese Bestimmung verwendet werden. Wie von Tabelle 2 verdeutlicht wird, ist V_RD null wenn keine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist, aber ein Wert von ungleich null wenn die LDC 18 an eine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist. Das ICDS 12 kann einen Test durchführen, in welchem Schalter an der LDC 18 abwechselnd geschlossen werden und Isolationscharakteristiken berechnet werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die CDCC 30 während des Tests berechnete Isolationscharakteristiken mit denjenigen vergleichen, die vor dem Eingreifen des Kabels 5 berechnet wurden, um zu detektieren, ob eine Veränderung des Isolationszustands, die durch voneinander abweichende Werte nach und vor der Ankopplung angezeigt werden, eingetreten ist. Eine Veränderung des Isolationscharakteristikwerts, oder Isolationszustands, kann dazu verwendet werden, zu bestimmen, dass eine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Koppeln des EVSE 4 und des EV 3 beinhalten, einen anfänglichen Nullladungsstrom zu befehlen. Vorzugsweise wird der vom ICDS 12 durchgeführte Test zum Bestimmen, ob eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, während des Zeitraums des Nullladungsstroms durchgeführt. Wenn bestimmt wird, dass eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, dann kann bei Block 76 die zweite Detektionsschaltung charakterisiert werden. Isolationscharakteristiken, sowie V_PG- und V_NG-Werte können dazu verwendet werden, die Charakterisierung bereitzustellen.
Bei Block 78 kann bestimmt werden, wie das ICDS 12 betrieben werden soll, während die erste und zweite Vorrichtung gekoppelt sind. Dieses Bestimmen kann basieren auf: 1.) der bei Block 74 getroffenen Bestimmung, ob eine zweite Schaltung angekoppelt ist, und 2.) der von Block 76 durchgeführten Charakterisierung einer zweiten Erfassungsschaltung. Als Beispiel kann ein Betriebsmodus festgelegt werden, der den Betrieb der IDC beschreibt und/oder parametrisiert während das EV 2 an das EVSE 4 angekoppelt ist. Einen Betriebsmodus kann beinhalten, ob die IDC 20 aktiviert ist oder nicht, den Zeit- und Arbeitszyklus der Schalter S_RP und S_RN, Ansprechpunkte und andere Betriebsparameter. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die DRC 34 ausgestaltet sein, einen von den in Tabelle 3 der 8 aufgelisteten Betriebsmodi auszuwählen. Zum Beispiel kann die DRC 34 ausgestaltet sein, wenn bei Block 74 bestimmt wird, dass keine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist, einen Modus „Normal” auszuwählen. Alternativ dazu kann, wenn bei Block 74 bestimmt wird, dass eine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist, und die bei Block 76 bereitgestellte Schaltungscharakterisierung solcherart ist, dass davon ausgegangen wird, dass die zweite Erfassungsschaltung sich störend auf die LDC 18 auswirken wird, die DRC 34 einen Modus „Angepasst” „Mit Überwachung” oder „Deaktiviert” auswählen. Neben der Auswahl eines Betriebsmodus können bei Block 78 Parameter für einen Betriebsmodus bestimmt werden. Wenn zum Beispiel ein Betriebsmodus „Angepasst” ausgewählt wird, kann das MPM 36 angepasste Fehlerschwellenwerte basierend auf einer Charakterisierung einer zweiten Detektionsschaltung durch die CDCC 30 bereitstellen. Bei Block 79 kann das ICDS 12 in der bei Block 78 bestimmten Weise arbeiten. Zum Beispiel kann, wenn ein Betriebsmodus „Angepasst” implementiert werden soll, die IDC 20 mit angepassten Ansprechpunkten arbeiten.
In den folgenden Abschnitten werden Verfahren der Erfindung ausführlicher beschrieben. In 10 ist nun ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 80 angegeben, das am ICDS 12 ausgeübt werden kann. Als Beispiel kann das Verfahren 80 bei Block 82 mit dem Ausführen einer Isolationsbestimmung beginnen. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst eine Isolationsbestimmung ein Berechnen einer Isolationscharakteristik für einen Spannungszwischenkreis. Dieses Bestimmen wird vor dem Ankoppeln einer zweiten Vorrichtung durchgeführt und würde typischerweise während des normalen Betriebs des ICDS 12 an einer Vorrichtung geschehen. Zum Beispiel kann dieses Bestimmen vom ICDS 12 am EV 2 als Teil eines an elektrifizierten Fahrzeugen ausgeführten kontinuierlichen Fehlerstromdetektionsprozesses ausgeführt werden. Als veranschaulichendes Beispiel kann ein Isolationszustand der PHVB 44 und der NHVB 46 bestimmt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform, unter Bezugnahme auf die LDC 18 von 3, kann SW1 für R_P geschlossen sein, und die Spannung V_RD kann der IDC 20 bereitgestellt werden, und SW1 kann für R_N geschlossen sein, und die detektierte Spannung an R_D kann der IDC 20 bereitgestellt werden. In 2 kann nun das ICM 22 ausgestaltet sein, die empfangenen V_RD-Werte dazu zu verwenden, eine Isolationscharakteristik bereitzustellen. Zum Beispiel kann das ICM 22 einen Isolationswiderstandswert R_CLP für R_LP zwischen PHVB 44 und dem Chassis 48 berechnen, um die Isolation der PHVB 44 zu charakterisieren und einen Isolationswiderstandswert R_CLN für den Widerstand R_LN zwischen der NHVB 46 und dem Chassis 48 zu berechnen. Die den beiden SW1-Stellungen zugeordneten Isolationscharakteristiken können im Speicher 28 abgelegt werden (siehe 2).
Bei Block 84 kann eine Kontrolle durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob der bei Block 82 bestimmte Isolationszustand zufriedenstellend ist. Zum Beispiel kann die IDC 20 bestimmen, ob eine Isolationscharakteristik innerhalb eines akzeptablen Rahmens liegt, um zu bestimmen, ob der Isolationszustand zufriedenstellend ist, oder ob am Spannungszwischenkreis 8 ein Fehlerzustand existiert. Als Beispiel kann das FDM 24 vom ICM 22 bereitgestellte R_CLP- und R_CLN-Werte mit einem vorbestimmten Fehlerschwellenwert vergleichen. Falls ein Fehler existiert, kann bei Block 86 ein Fehlermarker ausgelöst werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das ECM 7 ausgestaltet sein, auf einen am ICDS 12 gesetzten Fehlermarker zu reagieren. Zum Beispiel kann das ECM 7 durch Abkoppeln der ESD 6 vom Spannungszwischenkreis 8 und/oder Abkoppeln des Spannungszwischenkreises 8 vom Lade-Inlet 10 reagieren.
Die vor dem Ankoppeln bei Block 82 und 84 durchgeführte Isolationskontrolle ermöglicht es einem Bediener, es zu vermeiden, eine Vorrichtung mit einem existierenden Erdschluss anzukoppeln und kann erdschlussfreie V_RD-Grundwerte bereitstellen, die später dazu verwendet werden können, das Vorhandensein einer zweiten Detektionsschaltung zu detektieren. Falls kein Fehler detektiert wird, kann das Verfahren 80 zu Block 88 fortschreiten, wo bestimmt werden kann, ob eine zweite Vorrichtung an die Vorrichtung angekoppelt wurde, an welcher ein erfindungsgemäßes System angeordnet ist.
Als Beispiel kann, in dem Fall in welchem ein ICDS an einem elektrifizierten Fahrzeug angeordnet ist und eine zweite Vorrichtung als EVSE-Ladegerät ausgestaltet ist, ein Eingreifen eines EVSE-Kabels an einem EV-Lade-Inlet die beiden Vorrichtungen koppeln. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das ECM 7 am EV 2 ausgestaltet sein, einen Ladevorgang gemäß der Norm SAE J1772 zu koordinieren, der dazu verwendet werden kann, zu detektieren, dass das Kabel 5 am Lade-Inlet 10 in Eingriff ist, und/oder das Schließen der Kontakte 45, 47 mit den Kontakten 55, 57 der Hochspannungssammelschienen am EVSE 4 zu steuern oder detektieren. In einer beispielhaften Ausführungsform kann am ICDS 12 ein Signal detektiert oder dem ICDS 12 bereitgestellt werden, dass den Kabeleingriff und/oder Kontaktschluss anzeigt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Koordinieren und Implementieren eines Ladevorgangs beinhalten, an den EVSE 4 ein Befehlssignal zu senden, den Ladestrom anfänglich auf null zu setzen, und zu detektieren, dass eine Ladevorrichtung eingeschaltet wurde. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das ECM 7 ausgestaltet sein, die nötigen Signale hinsichtlich der Vorrichtungskopplung und dahingehend, ob eine angekoppelte Vorrichtung ein- oder ausgeschaltet ist, dem ICDS 12 bereitzustellen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Entscheidungsblock 88 ferner beinhalten, zu bestimmen ob eine angekoppelte Ladevorrichtung eingeschaltet wurde. Wenn dies bei Block 88 bestätigend bestimmt wird, kann das Verfahren 80 bei Block 90 fortfahren. Anderenfalls kann das Verfahren 80 zu Block 82 zurückkehren.
Bei Block 90 kann eine Testsequenz durchgeführt werden. Als Beispiel kann, in Reaktion auf eine bestätigende Bestimmung bei Block 88, die CDCC 30 mit der IDC 20 und der LDC 18 zusammenwirken, um eine Testsequenz durchzuführen, die beinhalten kann, die Schalter S_RP und S_RN zu schließen und zu öffnen, und die Spannungen an R_D und/oder die von der IDC 20 für die verschiedenen Schalterpositionen berechneten Isolationscharakteristiken zu detektieren und zu speichern. Es ist angedacht, dass eine Testsequenz mehr als einen Schaltzyklus beinhalten kann, und dass Schaltzyklen mit abgehänderten Arbeitszyklen durchgeführt werden können. In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Testsequenz beinhalten, S_RP und S_RN für einen vorbestimmten Zeitraum in einer Stellung zu halten während das ICM 22 die Ausgabe von der LDC 18 dazu verwendet, über den Zeitraum hinweg eine Reihe von Isolationscharakteristiken bereitzustellen. Zum Beispiel kann der Schalter S_RP der LDC 18 geschlossen sein während der Schalter S_RN geöffnet ist, so dass R_D mit der PHVB 64 verbunden ist. Während der Schalter geschlossen ist, können über das vorbestimmte Zeitintervall hinweg eine Reihe von Isolationscharakteristiken für die Spannungssammelschiene PHVB 54, PHVB 44, oder beide, wie durch PHVB 64 dargestellt, bestimmt und im Speicher 28 gespeichert werden. Die Stellungen von S_RP und S_RN können dann umgekehrt werden und es können über ein vorbestimmtes Zeitintervall hinweg eine Reihe von Isolationscharakteristiken für die NHVB 66, die sowohl die NHVB 46 als auch die NHVB 66 umfasst, bestimmt und im Speicher 28 gespeichert werden. Wie hier zuvor schon erörtert, kann eine Isolationscharakteristik als Spannung, berechneter Isolationswiderstand, berechneter Fehlerstrom oder als andere Einheiten ausgedrückt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform ist ein vorbestimmtes Zeitintervall ausgestaltet von ausreichender Dauer zu sein, ein Bestimmen einer Isolationscharakteristik über mehrere Schaltzyklen einer eventuellen zweiten Detektionsschaltung hinweg zu ermöglichen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Zeitintervall etwa 3 Sekunden betragen. Es ist angedacht, dass eine Testsequenz einen Quittierungsvorgang zwischen dem ICDS 12 und dem EVSE 4 erfordern kann.
Bei Block 92 kann bestimmt werden, ob eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das CDM 31 vom ICM 22 während der Testsequenz bei Block 90 bereitgestellten Isolationscharakteristiken dazu verwenden, zu bestimmen, ob eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung an die LDC 18 angekoppelt ist. Es ist anzumerken, dass ein Bestimmen, dass eine zweite Detektionsschaltung an die LDC 18 angekoppelt ist, als Bestimmung dienen kann, dass eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung mit demselben Spannungszwischenkreis gekoppelt ist, an den die LDC 18 angekoppelt ist, zum Beispiel den Spannungszwischenkreis 8 von 1 oder den Zwischenkreis 67 von 5.
11 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 110 das bei Block 92 implementiert werden kann, um während einer Testsequenz bereitgestellte Isolationscharakteristiken dazu zu verwenden, zu bestimmen ob eine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist. Bei Block 112 kann bestimmt werden, ob der Wert für eine während einer bestimmten Schalterstellung berechneten Isolationscharakteristik während des Zeitraums fluktuiert.
Zum Beispiel können mehrere während einer Testsequenz berechnete Werte für einen bestimmten Typ von Isolationscharakteristik, wie etwa ein Isolationswiderstand, für die PHVB 64 verglichen werden. Derselbe Vergleich kann für Werte einer Isolationscharakteristik für die NHVB 66 durchgeführt werden. Zum Beispiel kann die CDRU 16 von der IDU 14 über den Testintervallzeitraum hinweg bereitgestellte Werte für eine bestimmte Isolationscharakteristik vergleichen. Wie zuvor beschrieben, kann die Spannung an R_D und eine darauf basierende Isolationscharakteristik ein Umschalten eines Schalters an einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung reflektieren wenn SW1 der LDC 18 geschlossen gehalten wird. Wie aus der Tabelle 2 von 5 zu ersehen ist, bleibt bei Nichtvorhandensein einer zweiten Detektionsschaltung und Nichtvorhandensein eines Fehlerstroms die Spannungsgrößenordnung an R_D null oder vernachlässigbar, ungeachtet der Schalterposition. Wenn eine zweite, nichtgeschaltete Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, stellt sich eine konstante, nicht vernachlässigbare Spannungsgrößenordnung an R_D ein, und wenn eine zweite, geschaltete Fehlerstromdetektionsschaltung vorhanden ist, fluktuiert die Spannung an R_D zwischen einem Null-/vernachlässigbaren Wert und einem nicht vernachlässigbaren Wert. Ein Fluktuieren der Spannung an R_D resultiert in einer Schwankung einer Isolationscharakteristik.
Falls von der CDRU 16 ein Fluktuieren der Isolationscharakteristik detektiert wird, dann kann die CDRU 16 bei Block 114 bestimmen, dass eine geschaltete oder umgeschaltete Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist. Falls kein Fluktuieren detektiert wird, dann kann das Verfahren 110 bei Entscheidungsblock 116 fortfahren, bei welchem bestimmt wird, ob sich während der Testsequenz berechnete Werte für eine Isolationscharakteristik vom Wert der vor dem Koppeln der beiden Vorrichtungen berechneten Wert der Isolationscharakteristik unterscheiden. Da vor dem Koppeln eine Isolationskontrolle durchgeführt wurde, um eine ausreichende Isolation zu bestätigen, kann ein Isolationsunterschied, der nach dem Koppeln detektiert wird, dem Ankoppeln einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung und nicht einem Isolationsfehler zugeschrieben werden. Zum Beispiel ist, wie hier zuvor beschrieben und in Tabelle 2 von 5 gezeigt, bei Nichtvorhandensein einer zweiten Detektionsschaltung, die Größenordnung von V_RD bei geschlossenem Schalter S_RP, geöffnetem Schalter S_RN null/vernachlässigbar. Die Größenordnung von V_RD erhöht sich jedoch, wenn eine zweite Detektionsschaltung angekoppelt wird. Entsprechend kann das CDM 28 ausgestaltet sein, bei Block 116 während der Testsequenz berechnete Isolationscharakteristikwerte mit vor der Detektion, dass eine zweite Vorrichtung angekoppelt wurde, berechneten Isolationscharakteristikwerten zu vergleichen, um zu bestimmen, ob eine Veränderung der Isolationscharakteristikwerte aufgetreten ist. Zum Beispiel kann die CDCC 30 Serien von während der Testsequenz am Block 90 der 10 von der IDC 20 berechneten Isolationswiderstandwerten für die PHVB 64 mit den bei Block 82 von 10 vor dem Detektieren, dass eine zweite Vorrichtung angekoppelt ist, berechneten neuesten Isolationswiderstandswerten für die PHVB 44 vergleichen. Es können verschiedene Verfahren zum Bestimmen, ob ein Testsequenzwert für eine Isolationscharakteristik von einem Wert aus einem vorausgegangenen Test (vor dem Ankoppeln einer zweiten Vorrichtung) abweicht, ausgeübt werden, einschließlich Bestimmen, ob ein Wert aus einem vorausgegangenen Test von einem Durchschnitts-Testsequenzwert, von einem beliebigen Testsequenzwert abweicht, ob die Abweichung einen Mindestschwellenwert erfüllt, usw. Wenn eine Veränderung detektiert wird, dann kann bei Block 118 das CDM 31 bestimmen, dass eine nichtgeschaltete Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist. Wenn keine Veränderung detektiert wird, dann kann bei Block 120 bestimmt werden, dass keine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist.
Um nun zu 10 zurückzukehren, so ist es angedacht, dass Sicherheitsvorschriften erfordern oder nahelegen können, dass alle Fahrzeuge und Ladegeräte mit Fehlerstromdetektionsschaltungen ausgerüstet werden. Um einer beliebigen solchen Erfordernis zu entsprechen, kann ein Verfahren beinhalten, bei Block 94 eine Warnung bereitzustellen, falls bestimmt wird, dass keine zweite Detektionsschaltung detektiert wird. Als Beispiel kann an die ECD 7 ein Warnsignal bereitgestellt werden. In Reaktion darauf kann die ECD 7 automatisch die Kontakte 45, 47 und 51 öffnen, um die zweite Vorrichtung abzukoppeln, wodurch ein Ladevorgang abgebrochen wird. Alternativ dazu kann einem Bediener eine Warnung bereitgestellt werden, und dem Bediener kann die Wahl gegeben werden, den Ladungsprozess zu terminieren oder fortzuführen. Wenn keine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung detektiert wird, kann bei Block 104 ein normaler Betriebsmodus implementiert werden.
Falls bestimmt wird, dass eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung vorhanden ist, dann kann bei Block 96 das CDRS 12 die zweite Fehlerstromdetektionsschaltung charakterisieren. Zum Beispiel kann das CCM 32 ausgestaltet sein unter Verwendung der Kirchhoff'schen Gesetze eine Widerstandscharakteristik für die Schaltung 62 zu bestimmen, da Strom durch eine angekoppelte zweite Detektionsschaltung durch den Detektionswiderstand R_D und die zweite Detektionsschaltung fließt wenn zumindest einer von S_RP und S_RN geschlossen ist und zumindest einer von S_RP2 und S_RN2 geschlossen ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das CCM 32 ausgestaltet sein, Spannungsablesungen von einem oder mehreren der Spannungsdetektoren V₁–V₄ und bekannte Widerstände für R_P und R_N zu verwenden, um eine Widerstandscharakteristik für die angekoppelte Schaltung 62 zu bestimmen.
Das Verfahren 80 kann bei Block 98 mit einer Bestimmung eines während die erste und zweite Vorrichtung gekoppelt sind zu implementierenden Betriebsmodus fortfahren, zum Beispiel während das EV 2 und EVSE 4 während eines Ladevorgangs gekoppelt sind. Als Beispiel kann die DRC 34 einen von den in Tabelle 3 von 8 dargestellten Modi festlegen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Bestimmung des Betriebsmodus auf der Widerstandscharakteristik einer angekoppelten zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung basieren. Zum Beispiel kann das MDM 35 ausgestaltet sein, eine Widerstandscharakteristik für die Schaltung 62 mit dem Widerstand der LDC 18 zu vergleichen, um den Grad der Störung zu messen, der bei einem gleichzeitigen Betrieb beider Schaltungen erwartet werden kann. Wenn nur wenig oder keine Störung zu erwarten ist, zum Beispiel sind die Widerstände R_P und R_N viel, viel größer als die Widerstände R_P2 und R_N2, dann kann das MDM 35 ausgestaltet sein, einen „Normal”-Modus auszuwählen, in dem Schaltungszeitablauf, Schaltraten und Fehlerauslöser während des Ladevorgangs dieselben bleiben, die sie vor dem Ankoppeln der zweiten Vorrichtung waren. Umgekehrt kann, wenn die Widerstände der zwei Schaltungen ähnlich sind, ein höherer Grad an Störung erwartet werden. Daher kann das MDM 35 ausgestaltet sein, einen anderen Modus als „Normal” auszuwählen, zum Beispiel kann ein Modus „Angepasst”, „Mit Überwachung” oder „Gesperrt” ausgewählt werden.
Mit der Auswahl eines Modus „Angepasst” können Betriebsparameter als Teil der Betriebsmodusbestimmung bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann das MPM 36 ausgestaltet sein, die Betriebsparameter der IDC 20 anzupassen, um Fehlalarme zu vermeiden, dabei aber gleichzeitig sicherzustellen, dass jeweils an beiden Schaltungen ein Leckstrom detektiert werden kann. Zum Beispiel kann das MPM 36 ausgestaltet sein, abgeänderte Ansprechpunkte für das FDM 24 basierend auf der Charakterisierung der angekoppelten zweiten Detektionsschaltung 62 bereitzustellen. Außerdem kann das MPM 36 ausgestaltet sein, angepasste Schaltzyklen für die LDC 18 bereitzustellen. Als Beispiel kann das MPM 36 ausgestaltet sein, falls die angekoppelte Schaltung 62 als geschaltete Schaltung betrieben wird, den Betrieb von S_RP und S_RN mit dem Betrieb der Schalter S_RP2 und S_RN2 zu synchronisieren. Als weiteres Beispiel kann das MPM 36 ausgestaltet sein, den Betrieb der LDC 18 mit dem der zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung 62 zu koordinieren, so dass sich eine Schaltung mit der anderen abwechselt, um durch gleichzeitigen Betrieb verursachte Störeffekte zu vermeiden. Bei diesem Typ von angepasstem Betrieb können voreingestellte oder nicht angepasste Ansprechpunkte an der IDU 14 verwendet werden. Ein Modus ”Gesperrt” kann ebenfalls ausgewählt werden, zum Beispiel einer in welchem der Betrieb der LDC 18 ausgesetzt ist, und die Verantwortung für eine Fehlerdetektion bei der Schaltung 62 liegt.
Bei Block 100 kann ein ausgewählter Betriebsmodus implementiert werden. Zum Beispiel kann, wenn der Modus „Angepasst” ausgewählt wird, die IDU 14 mit angepassten Ansprechpunkten und/oder angepasster Zeitsteuerung arbeiten. Es ist weiterhin angedacht, dass das ICDS 12 ausgestaltet sein kann, während des Betriebs im „Angepasst”-Zustand, in welchem angepasste Ansprechpunkte für die Fehlerdetektion verwendet werden, periodisch zu kontrollieren, dass eine angekoppelte zweite Detektionsschaltung an dieses angekoppelt bleibt. Zum Beispiel kann der Betrieb im angepassten Modus beinhalten, periodisch die Testsequenz von Block 90 und die Bestimmung von Block 92 zu wiederholen, um zu bestimmen, ob die Schaltung 62 weiterhin durch eine gemeinsame Masseverbindung mit der LDC 18 gekoppelt ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann diese Kontrolle durch Wiederholen der Aktionen von Block 90 und 92 durchgeführt werden. Ein ICDS kann ausgestaltet sein, falls bestimmt wird, dass eine zweite Detektionsschaltung nicht mehr besteht, dass zum Beispiel die Masseverbindung zwischen der LDC 18 und der Detektionsschaltung 62 nicht mehr besteht, in einen Normal-Betrieb zurückzukehren. Wenn der Modus „Mit Überwachung” ausgewählt ist, kann die Fehlerdetektion durch das FDM 24 ausgesetzt werden, und die IDU 14 und CDRU 16 können stattdessen den Betrieb einer zweiten Detektionsschaltung wie der Schaltung 62 überwachen. Wenn ein Zustand ”Gesperrt” ausgewählt ist, kann die Isolationsbestimmung durch das ICDS 12 ausgesetzt werden währen die zwei Vorrichtungen gekoppelt sind. Zum Beispiel können die Schalter S_RP und S_RN in geöffnetem Zustand belassen werden.
Bei Entscheidungsblock 102 kann bestimmt werden, ob ein Abkoppeln einer zweiten Vorrichtung detektiert ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Detektieren des Abkoppelns einer Vorrichtung auf ähnliche Weise durchgeführt werden, wie das Detektieren der Ankopplung einer Vorrichtung. Zum Beispiel kann nach dem Öffnen der Kontakte 45 und 47, oder nach Entfernen des Kabels 5 vom Lade-Inlet 10, das ICDS 12 ein Signal vom ECM 7 empfangen, das anzeigt, dass die PHVB 44 und die NHVB 46 nicht mehr länger an die PHVB 54 und die NHVB 56 angekoppelt sind. Falls kein solches Signal empfangen wird, kann das Verfahren bei Block 100 mit der fortgesetzten Implementierung des ausgewählten Betriebsmodus fortfahren. In Reaktion auf ein Detektieren, dass die zweite Vorrichtung nicht mehr an der ersten Vorrichtung angekoppelt ist, kann das Verfahren 80 zu Block 104 fortfahren, wo ein Betriebsmodus „Normal” am ICDS 12 implementiert wird. Wie hier zuvor beschrieben, werden in einem „Normal”-Betriebsmodus die Isolationsbestimmung und Fehlerdetektion mit unangepassten „voreingestellten” Schwellenwerten durchgeführt, die für einen unabhängigen oder nicht angekoppelten Betrieb verwendet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Verfahren 80 enden wenn das ICDS 12 ausgeschaltet wird.
Ein System der vorliegenden Erfindung kann somit das Vorhandensein einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung detektieren, eine zweite Detektionsschaltung charakterisieren, und in Reaktion auf ein Bestimmen bezüglich des Vorhandenseins einer zweiten Schaltung und den Charakteristika einer zweiten Schaltung, einen Systembetriebsmodus bestimmen. Zwar kann ein ICDS-System eine detektierte Veränderung des Isolationszustands dazu verwenden, eine angekoppelte Schaltung zu charakterisieren, es ist aber angedacht, dass ein ICDS auch ausgestaltet sein kann, eine zweite Schaltungscharakterisierung zu empfangen, statt sie bereitzustellen. Zum Beispiel kann eine Vorrichtung an welcher eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung, wie etwa, aber nicht darauf beschränkt, ein EV oder EVSE, angeordnet ist, ausgestaltet sein, eine Charakterisierung ihrer Fehlerstromdetektionsschaltung zu kommunizieren. Als Beispiel kann ein EVSE ausgestaltet sein, eine Widerstandscharakteristik seiner Fehlerstromdetektionsschaltung über ein drahtloses Signal zu übertragen, das von einem drahtlosen Empfänger an einem EV detektiert und einem ICDS bereitgestellt werden kann. Alternativ dazu ist angedacht, dass eine drahtgebundene Kommunikation verwendet werden kann, um eine Schaltungscharakterisierung und/oder Betriebsparameter bereitzustellen. Zum Beispiel können Charakterisierungsinformationen bezüglich einer Fehlerstromdetektionsschaltung über ein Ladekabel und einen Kabelverbinder transportiert werden, die ein EVSE mit einem EV an einem EV-Lade-Inlet verbinden. Als Beispiel können Charakterisierungsinformationen als Teil eines Quittierungsvorgangs transportiert werden, der als Teil eines Ladevorgangs zwischen dem EVSE und dem ECM 7 erfolgen kann. Für den Fachmann werden sich andere Wege zum Kommunizieren von Fehlerstromdetektionsschaltungs-Charakteristiken ergeben, wie etwa das CM 26 oder das CM 38 am ICDS 12 auszugestalten, ein drahtloses Kommunikationssignal zu empfangen, das eine Schaltungscharakterisierung enthält. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein ICDS ausgestaltet sein, in Reaktion auf eine Bestimmung, dass eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, eine zweite Vorrichtung nach einer Schaltungscharakterisierung zu befragen. Es können verschiedene Protokolle entwickelt werden, um Detektionsschaltungs-Charakterisierungen zwischen gekoppelten Vorrichtungen auszutauschen. Ein beispielhaftes ICDS kann ausgestaltet sein, eine empfangene Fehlerstromdetektionsschaltungs-Charakterisierung dazu zu verwenden, einen Betriebsmodus zu bestimmen.
12 zeigt ein Verfahren 130, das einen Entscheidungsblock 75 beinhalten kann, an welchem bestimmt werden kann, ob eine Charakterisierung einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung empfangen wurde. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das ECM 7 ausgestaltet sein, ein Signal zu empfangen, das eine oder mehrere Schaltungscharakteristiken enthält, entweder direkt von einer zweiten Vorrichtung wie dem EVSE 4, oder von einem separaten Modul am EV 2, das ausgestaltet ist, die Informationen über ein Kommunikationsnetz am EV 2 dem ECM 7 bereitzustellen. Das ECM 7 kann ausgestaltet sein, dem CM 38 die Charakterisierungsinformationen für die zweite Fehlerstromdetektionsschaltung bereitzustellen. Wenn die Charakterisierungsinformationen für die zweite Fehlerstromdetektionsschaltung am ICDS 12 empfangen wurden, dann kann das Verfahren 132 zu Block 78 fortschreiten, wo die Informationen dazu verwendet werden können, zu bestimmen wie ein ICDS arbeiten soll. Zum Beispiel kann ein Modus „Angepasst” implementiert werden, in welchem die empfangene Schaltungscharakterisierung dazu verwendet wird, Fehlerschwellenwerte oder Zeitsteuerungssequenzen an der LDC 18 anzupassen. Das Auswählen eines Modus ”Gesperrt”, in dem die LDC 18 gesperrt ist, während die zwei Vorrichtungen gekoppelt sind, ist ebenfalls möglich. Es ist angedacht, dass ein Protokoll aufgebaut werden kann, um das Sperren von Sowohl der LDC 18 als auch der zweiten Detektionsschaltung zu verhindern falls beide der gekoppelten Vorrichtungen mit einem ICDS ausgestattet sind, und ausgestaltet, eine Charakterisierung einer zweiten Schaltung dazu zu verwenden, einen Betriebsmodus zu bestimmen. Falls keine Charakterisierung empfangen wurde, dann kann das Verfahren 130 zu Block 76 fortfahren, wo ein ICDS vor dem Bestimmen eines Betriebsmodus bei Block 78 die Schaltung charakterisieren kann.
13 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 132, das die Fähigkeit beinhaltet, Informationen bezüglich einer zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung zu empfangen. Im Anschluss an die Bestimmung bei Block 92, dass eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, kann bei Block 95 bestimmt werden, ob Charakteristiken für die zweite Fehlerstromdetektionsschaltung empfangen wurden. Zum Beispiel kann das CM 38 bestimmen, ob es eine Kommunikation vom EVSE 4, vom ECM 7 oder von einem anderen Modul am EV 2 empfangen hat, die eine Charakterisierung der zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung bereitgestellt hat. Falls dem so ist, kann das Verfahren 132 zu Block 98 fortfahren, wo basierend auf der empfangenen Charakterisierung ein Betriebsmodus bestimmt werden kann. Falls dem nicht so ist, kann das Verfahren 132 zu Block 96 fortfahren, wo die zweite Detektionsschaltung charakterisiert werden kann, und dann zu Block 98, wo ein Betriebsmodus für das ICDS bestimmt werden kann.
In den beispielhaften Verfahren 130 und 132 kann eine empfangene Charakterisierung einer zweiten Schaltung dazu verwendet werden, einen Betriebsmodus zu bestimmen. Es ist anzumerken, dass es auch möglich ist, die empfangenen Informationen dazu zu verwenden, zu bestimmen, dass eine zweite Schaltung angekoppelt ist. Zum Beispiel kann ein Verfahren beinhalten, zu bestimmen ob eine Fehlerstromdetektionsschaltungscharakterisierung empfangen wurde und falls dem so ist, den Empfang der Informationen als Basis dafür zu verwenden, zu bestimmen, dass eine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist. Dies würde überflüssig machen, dass das ICDS Isolationszustandsdaten verwenden muss, um diese Bestimmung durchzuführen. Es ist dabei jedoch anzumerken, dass es möglich ist, dass an der zweiten Vorrichtung eine zweite Detektionsschaltung vorhanden ist, und dass deren Charakterisierungsdaten an einem ICDS empfangen werden, aber dass sie keine Masseverbindung mit der ersten Detektionsschaltung teilt. Dies kann aus der Art und Weise herrühren, in welcher die zweite Fehlerstromdetektionsschaltung an der zweiten Vorrichtung ausgestaltet ist, einem Fehler an einer Kopplungsvorrichtung wie einem EVSE-Kabel oder -Verbinder die zum Ankoppeln der zweiten Vorrichtung verwendet wird, einem durchtrennten Massekabel an der zweiten Vorrichtung, oder aus einem anderen Grund. Eine Annahme, dass eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, ohne zu bestätigen, dass dies der Fall ist, kann zu einer schlechten Fehlerdetektion am ICDS führen.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein ICDS, oder eine Plattform/Vorrichtung an welcher ein ICDS angeordnet ist, ausgestaltet sein, neben dem Empfangen einer Charakterisierung einer angekoppelten Schaltung auch eine Charakterisierung der ICDS-Fehlerstromdetektionsschaltung zu kommunizieren. Zum Beispiel kann das ICDS 12 ausgestaltet sein, eine oder mehrere auf den Ohm'schen Werten von R_N und R_P der LDC 18 basierende Widerstandscharakteristiken zu kommunizieren. Ein ICDS, oder eine ICDS-Plattform, kann auch ausgestaltet sein, zusätzliche Informationen bereitzustellen, wie etwa eine Zeitsteuerungssequenz für eine geschaltete Fehlerstromdetektionsschaltung. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 38 mit einem drahtlosen Sender ausgestaltet sein, der ausgestaltet ist, die Charakterisierung der LDC 18 zu übertragen. Alternativ dazu kann eine Kommunikation einer Charakteristik vom ECM 7 oder einem zur Kommunikation ausgestalteten separaten Modul am EV 2 durchgeführt werden. Das Übertragen einer Fehlerstromdetektionscharakterisierung kann drahtlos oder mittels einer drahtgebundenen Verbindung durchgeführt werden. Zum Beispiel kann ein am EV 2 angeordnetes ICDS ausgestaltet sein, eine Charakterisierung der LDC 18 mittels einer durch das Eingreifen des Kabels 5 am Lade-Inlet 10 bereitgestellten drahtgebundenen Verbindung an ein ICDS am EVSE 4 zu kommunizieren. Der Austausch von Widerstandscharakteristiken zwischen einem ersten ICDS und einem zweiten ICDS ermöglicht es jeweils den ICDS, Störeffekte, die durch ein Ankoppeln einer ersten Fehlerstromdetektionsschaltung an eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung verursacht werden, zu entschärfen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Austausch einer Widerstandscharakteristik als Teil eines Ladevorgangs durchgeführt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Quittierungsvorgang eine Kommunikation zwischen einem ersten ICDS an einer ersten Vorrichtung und einem zweiten ICDS an einer zweiten Vorrichtung aufgebaut werden, und das ICDS kann jeweils ausgestaltet sein, einen Widerstandswert für seine Fehlerstromdetektionsschaltung zu übertragen und eine Widerstandscharakteristik für eine Fehlerstromdetektionsschaltung, an die es angekoppelt ist, zu empfangen. In einer beispielhaften Ausführungsform wird das Übertragen einer Charakteristik durchgeführt, nachdem bestimmt wurde, dass eine zweite Detektionsschaltung angekoppelt ist. Es ist jedoch angedacht, dass ein Übertragen einer Widerstandscharakteristik als Teil eines Standardverfahrens durchgeführt werden kann, das von einer Bestimmung, ob eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, unabhängig ist.
Die Erfindung stellt somit Systeme, Vorrichtungen und Verfahren bereit zum Bestimmen, ob eine mit einem Spannungszwischenkreis gekoppelte erste Fehlerstromdetektionsschaltung mittels einer gemeinsamen Masse an eine oder mehrere zusätzliche Fehlerstromdetektionsschaltungen angekoppelt ist. Ein System der Erfindung kann auch bestimmen, ob eine mit einer ersten Fehlerstromdetektionsschaltung gekoppelte Spannungssammelschiene an eine oder mehrere weitere Fehlerstromdetektionsschaltungen angekoppelt ist. Als Beispiel kann ein ICDS-System an einem elektrifizierten Fahrzeug angeordnet sein und ausgestaltet sein, zu detektieren ob eine mit einem Spannungszwischenkreis am Fahrzeug gekoppelte Fehlerstromdetektionsschaltung an eine an einer Ladevorrichtung angeordnete zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist. Als weiteres Beispiel kann ein ICDS am EVSE angeordnet sein und ausgestaltet sein, zu bestimmen ob eine mit einer Spannungsleitung am EVSE gekoppelte Fehlerstromdetektionsschaltung an eine zweite, an einem elektrifizierten Fahrzeug angeordnete Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist. Es können verschiedene Weisen implementiert werden, zu bestimmen, dass eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist. Zum Beispiel kann ein ICDS eine Veränderung des Isolationszustands einer Spannungssammelschiene dazu verwenden, zu bestimmen, dass eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist. Alternativ dazu kann ein ICDS ausgestaltet sein, Charakteristiken oder Parameter für eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung zu empfangen, und den Empfang der Informationen als Anzeichen zu verwenden, dass eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung vorhanden und angekoppelt ist.
Wenn das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer angekoppelten zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung bestimmt ist, kann bestimmt werden, wie ein ICDS arbeiten soll während es an die zweite Vorrichtung angekoppelt ist. Ein System kann ausgestaltet sein, wenn bestimmt wird, dass eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, eine oder mehrere Schaltungscharakteristiken oder -parameter dazu zu verwenden, einen Betriebsmodus für das ICDS bestimmen zu helfen. Schaltungscharakteristiken können an einem ICDS über elektronische Kommunikation empfangen werden, oder an einem ICDS berechnet werden. Ein am ICDS durchgeführter Fehlerdetektionsvorgang kann modifiziert werden, um Störeffekte zu entschärfen, die durch die zweite Fehlerstromdetektionsschaltung verursacht werden können.

Beispielhafte Ausführungsformen sind dargestellt und beschrieben, aber es versteht sich, dass sich für den Fachmann alternative Wege zum Ausüben der Erfindung ergeben werden. Zu Lehrzwecken sind die verschiedenen Funktionen, die mittels der Erfindung durchgeführt werden können im Zusammenhang mit einer Ausführung an bestimmten ICDS-Modulen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass Module kombiniert oder verschieden ausgestaltet werden können, so dass die Isolationsdetektions-, Schaltungsdetektions- und Reaktionsfähigkeiten eines ICDS mittels Komponenten bereitgestellt werden können, die anders angeordnet sind als die hier dargestellten. Ferner versteht es sich, dass, obwohl das ICDS 12 als zwei Steuermodule mit jeweils einem Digitalprozessor aufweisend dargestellt ist, ein einzelner Digitalprozessor oder mehr als 2 Digitalprozessoren verwendet werden können. Ein ICDS kann eine direkt mit einer CDRU gekoppelte IDU umfassen, alternative Ausführungsformen sind jedoch ebenfalls angedacht. Als Beispiel, aber nicht als Beschränkung, kann eine IDU mit einem Prozessormodul gekoppelt sein, das wiederum mit einer CDRU gekoppelt ist. Für den Fachmann werden sich andere alternative Anordnungen ergeben. Es versteht sich ferner, dass die Funktionalität eines ICDS auf einem Digitalprozessor an einem Batteriesteuermodul oder anderem Steuermodul an einer Vorrichtung durchgeführt werden kann, statt auf einem dedizierten ICDS-Prozessor. Ferner sind Verfahren nicht auf die hier beschriebene spezielle Sequenz beschränkt und können verschiedene Schritte oder Operationen hinzufügen, streichen oder kombinieren. Die Erfindung umfasst alle Systeme, Vorrichtungen und Verfahren innerhalb des Schutzbereiches der beigefügten Ansprüche. ZEICHENERKLÄRUNG

FIG. 7
SW1 Status	Zustand SW1
Open	Geöffnet
S_RN open	S_RN geöffnet
S_RP open	S_RP geöffnet
Clsd to	Geschl. f.
S_RP Clsd	S_RP geschl.
S_RN open	S_RP geöffn.
S_RN Clsd	S_RN geschl.
S_RP open	S_RP geöffnet
Voltage	Spannung
NO SECOND CKT	KEINE ZWEITE SCHALTG
UNSWITCHED SECOND CKT	NICHTGESCHALTETE ZWEITE SCHALTG
SWITCHED SECOND CKT	GESCHALTETE ZWEITE SCHALTG
No Lkg	Kein Leckst.
N bus lkg	M-Bus-Leckst.
P bus lkg	P-Bus-Leckst.
S_RP2 cl	S_RP2 geschl.
S_RP2 op	S_RP2 geöff.
S_RN2 cl	S_RN2 geschl.
S_RN2 op	S_RN2 geöff.
Undefined	Nicht definiert
Table 2	Tabelle 2
Example V_RD and V_RD2 values based on Voltage and Resistance values shown in Table 1	Beispielhafte V_RD- und V_RD2-Werte basierend auf den in Tabelle 1 gezeigten Spannungs- und Widerstandswerten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Society of Automotive Engineers (SAE) entwickelten Norm J1772 [0061]
Norm SAE J1772 [0061]
SAE-J1772-Protokolls [0061]
Norm SAE J1772 [0067]

Claims

System, das umfasst: eine Isolationsbestimmungseinheit (isolation determination unit, IDU), die ausgestaltet ist, die Isolation einer Spannungssammelschiene zu bestimmen, wobei die IDU eine mit der Spannungssammelschiene gekoppelte erste Fehlerstromdetektionsschaltung umfasst, und eine Schaltungsdetektions- und Reaktionseinheit (circuit detection and response unit, CDRU), die ausgestaltet ist, zu bestimmen, ob die erste Fehlerstromdetektionsschaltung mittels einer Masseverbindung an eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, wobei die CDRU ausgestaltet ist, in Reaktion auf ein Bestimmen, dass die erste Fehlerstromdetektionsschaltung an die zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, einen Betriebsmodus für das System zu bestimmen.
System nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen durch die CDRU, ob die erste Fehlerstromdetektionsschaltung an eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, auf der Isolationsbestimmung durch die IDU basiert.
System nach Anspruch 1, wobei die CDRU ausgestaltet ist, in Reaktion auf ein Bestimmen, dass die zweite Fehlerstromdetektionsschaltung an die erste Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, die zweite Fehlerstromdetektionsschaltung zu charakterisieren.
System nach Anspruch 1, wobei die CDRU ausgestaltet ist, basierend auf einer Charakterisierung der zweiten Schaltung einen angepassten Ansprechpunkt für die IDU bereitzustellen.
System nach Anspruch 1, wobei die CDRU und die IDU an einer ersten Vorrichtung angeordnet sind und die CDRU ausgestaltet ist, die Bestimmung, ob die erste Fehlerstromdetektionsschaltung an eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, in Reaktion auf ein Detektieren durchzuführen, dass die erste Vorrichtung an eine zweite Vorrichtung angekoppelt ist.
System nach Anspruch 6, wobei die CDRU ausgestaltet ist, eine Veränderung des Isolationszustands der Spannungssammelschiene nach dem Ankoppeln der zweiten Vorrichtung zu detektieren, und die Isolationszustandsveränderung dazu zu verwenden, zu bestimmen, dass die zweite Fehlerstromdetektionsschaltung an der ersten Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist.
System nach Anspruch 6, wobei die erste Vorrichtung ein elektrifiziertes Fahrzeug umfasst.
System nach Anspruch 6, wobei die erste Vorrichtung eine Ladevorrichtung umfasst, die ausgestaltet ist, Energie an eine Energiespeichervorrichtung an einem elektrifizierten Fahrzeug zu übertragen.
System nach Anspruch 1, wobei das System ausgestaltet ist, eine Charakterisierung der zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung zu empfangen.
System nach Anspruch 1, wobei das System ausgestaltet ist, eine Charakterisierung der ersten Fehlerstromdetektionsschaltung zu übertragen.
Verfahren, das umfasst: an einem an einer ersten Vorrichtung angeordneten Isolations- und Schaltungsdetektionssystem (isolation and circuit detection system, ICDS) zu detektieren, dass die erste Vorrichtung an eine zweite Vorrichtung angekoppelt wurde, wobei das ICDS eine erste Fehlerstromdetektionsschaltung umfasst, und die erste Fehlerstromdetektionsschaltung mit einem Spannungszwischenkreis an der ersten Vorrichtung gekoppelt ist, am ICDS zu bestimmen, ob eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung an der ersten Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, am ICDS einen Betriebsmodus für das ICDS zu bestimmen, basierend auf dem Bestimmen, ob eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung an der ersten Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, und den Betriebsmodus zu implementieren.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bestimmen, ob eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung an der ersten Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, umfasst, einen ersten Wert für eine Isolationscharakteristik für den Spannungszwischenkreis, der vor dem Detektieren des Ankoppelns der zweiten Vorrichtung berechnet wurde, mit einem zweiten Wert für die Isolationscharakteristik zu vergleichen, der nach dem Detektieren des Ankoppelns der zweiten Vorrichtung berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst, in Reaktion auf ein Bestimmen, dass die zweite Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, die zweite Fehlerstromdetektionsschaltung zu charakterisieren.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst, den ICDS-Betrieb basierend auf einer Widerstandscharakteristik oder einem Betriebsparameter der zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bestimmen, ob eine zweite Fehlerstromdetektionsschaltung an der ersten Fehlerstromdetektionsschaltung angekoppelt ist, umfasst, einen ersten Wert für eine Isolationscharakteristik für den Spannungszwischenkreis, der nach dem Detektieren des Ankoppelns der zweiten Vorrichtung berechnet wurde, mit einem zweiten Wert für die Isolationscharakteristik zu vergleichen, der nach dem Detektieren des Ankoppelns der zweiten Vorrichtung berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst, zu detektieren, dass die zweite Vorrichtung von der ersten Vorrichtung abgekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner umfasst, in Reaktion auf das Detektieren des Ankoppelns der zweiten Vorrichtung einen normalen Betriebsmodus zu implementieren.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst, eine Charakterisierung der zweiten Fehlerstromdetektionsschaltung zu empfangen.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst, eine Charakterisierung der ersten Fehlerstromdetektionsschaltung zu übertragen.