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ERFINDUNGSGEBIET
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Diese Offenbarung bezieht sich auf Hochspannungsbatterie-Off-Board-Ladegeräte für Fahrzeuge.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Hybridfahrzeuge können zwei Energiequellen aufweisen, beispielsweise eine Kraftstoffquelle und eine Batteriequelle. Die Hochspannungsbatterie kann verwendet werden, um genug Leistung zum Starten des Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs bereitzustellen. Die Kraftstoffquelle wiederum kann die Batterie laden, wenn ein Ladepegel der Batterie unter einen gewissen Schwellenwert fällt. Wenn im Fahrzeug ein Fehler auftritt, kann die Batterieladung während eines Versuchs, das Fahrzeug zu starten, verbraucht werden. Wenn der Batterieladezustand extrem niedrig ist, muss die Batterie möglicherweise ausgetauscht werden. Allerdings ist die Hochspannungsbatterie möglicherweise nicht fehlerhaft, und der Austausch kann zu unnötig hohen Kosten für den Hersteller, das Handelsunternehmen und den Kunden führen.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ein Fahrzeug-Off-Board-Ladegerät enthält eine Ladegerätekomponente, die Leistung aus einer externen Leistungsquelle aufnimmt und die aufgenommene Leistung an ein Fahrzeug überträgt, und ein Gateway, das mit dem Fahrzeug über eine Fahrzeugverbindung kommuniziert, Controller Area Network-(CAN-)Informationen aus einer Fahrzeugsteuerung aufnimmt und als Reaktion darauf, dass die CAN-Informationen „Laden abgeschlossen“ oder „Fehler detektiert“ angeben, die Übertragung von Leistung der Ladegerätekomponente beendet.
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Ein Off-Board-Ladegerät für ein Fahrzeug enthält eine Gateway-Steuerung, die mit einer Fahrzeugbatteriesteuerung und einer Ladegerätekomponente des Ladegeräts kommuniziert. Die Steuerung nimmt Batterieinformationen aus dem Fahrzeug auf, überträgt eine Konstantspannungsanforderung an die Ladegerätekomponente als Reaktion auf die Batterieinformationen, nimmt einen Zustand der Batterieschützkontakte aus der Batteriesteuerung auf, überträgt aktuelle Anweisungen an die Ladegerätekomponente als Reaktion darauf, dass der Zustand der Batterieschützkontakte geschlossene Schützkontakte angibt, nimmt Batterieladeinformationen aus der Steuerung auf und überträgt eine Nullspannungsmeldung an die Steuerung als Reaktion darauf, dass die Batterieladeinformationen angeben, dass das Batterieladen abgeschlossen ist.
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Ein Fahrzeugladesystem enthält ein Ladegerät, das Leistung aus einer externen Leistungsquelle aufnimmt und einen Verbinder, der Leistung aus dem Ladegerät aufnimmt und die aufgenommene Leistung über ein Hochspannungskabel an ein Fahrzeug überträgt. Das Kabel ist dazu ausgelegt, den Verbinder mit einer Fahrzeugbatterie zu verbinden. Sowohl das Ladegerät als auch der Verbinder enthalten einen High Voltage Interlock Loop (HVIL, Hochspannungsverriegelungskreis), der bewirkt, dass das Ladegerät die Leistungsübertragung beendet, sobald eine vorbestimmte Spannungsdifferenz an einem Portpaar des HVIL erkannt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden insbesondere in den beigefügten Ansprüchen aufgezeigt. Allerdings werden andere Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen deutlicher ersichtlich werden und am besten verstanden werden, indem Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen genommen wird, worin:
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1 veranschaulicht ein Hochspannungs-Ladesystem;
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2 veranschaulicht ein Blockschaltbild des Ladesystems;
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3 veranschaulicht einen Ablauf für einen Ladeprozess des Ladesystems;
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4 veranschaulicht ein Off-Board-Ladegerät für das Ladesystem; und
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5 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Ladeprozesses.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Wie erforderlich, werden hier ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart; allerdings versteht es sich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert sein, um Details spezifischer Komponenten zu zeigen. Daher sind hier offenbarte, spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine typische Grundlage, um einen Fachmann von verschiedenen Anwendungen der vorliegenden Erfindung zu unterrichten.
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Wenn ein Ladezustand der Fahrzeugbatterie extrem niedrig ist, ist die Batterie möglicherweise nicht in der Lage, das Fahrzeug zu starten. Dies bringt Service-Kräfte und Techniker häufig dazu, die Batterie auszutauschen. Allerdings kann das Austauschen der Batterie teuer und zeitaufwendig sein. Hier wird ein Off-Board-Ladegerät mit Controller Area Network-(CAN-)Fähigkeiten beschrieben. Solche CAN-Fähigkeiten können es dem Ladegerät gestatten, mit einem Batterieenergie-Steuermodul (BECM, Battery Energy Control Module) im Fahrzeug zu kommunizieren, um Batterieinformationen zu beziehen, und automatisch das Laden zu initialisieren und zu stoppen, indem Diagnosemeldungen gesendet und aufgenommen werden.
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Das Ladegerät kann in der Lage sein, Fehler des Ladesystems während des Ladens durch Verkoppeln mit der Batteriesteuerung und dem Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) zu detektieren und anzuzeigen. Außerdem kann das Ladegerät einen High Voltage Interlock Loop (HVIL) umsetzen. Das Ladegerät kann eine universelle, nutzerfreundliche Einrichtung bereitstellen, die den Umfang und die Häufigkeit von Batterieaustauschvorgängen unter Einsparung von Zeit, Geld und Umweltauswirkungen reduziert.
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1 veranschaulicht ein Hochspannungs-Ladesystem 100 für ein Hybridfahrzeug. Das System 100 kann eine Hochspannungsbatterie 115 in einem Fahrzeug 105 enthalten. Die Hochspannungsbatterie 115 kann einen Batteriesatz enthalten und kann Energie für die Verwendung durch die Elektromotoren des Fahrzeugs 105 speichern. Die Batterie 115 kann eine Hochspannungs-DC-Ausgabe bereitstellen. Die Batterie 115 kann Schützkontakte (nicht dargestellt) enthalten, die nachstehend als Hauptschützkontakte bezeichnet werden. Die Hauptschützkontakte werden von einer Batteriesteuerung 185 gesteuert, um die Hochspannungs-DC-Ausgabe mit dem Fahrzeug zu verbinden oder vom Fahrzeug zu trennen. Die Batterie 115 kann mit den Elektromotoren elektrisch verbunden sein und die Fähigkeit bereitstellen, bidirektional Energie zwischen der Batterie 115 und den Motoren zu übertragen. Zum Beispiel kann eine typische Batterie 115 eine DC-Spannung bereitstellen, während die Elektromotoren zum Funktionieren einen dreiphasigen AC-Strom benötigen können. Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb kann die Batterie 115 Energie für andere Elektrosysteme des Fahrzeugs bereitstellen.
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Die Batteriesteuerung 185 kann einen Prozessor und einen Speicher enthalten und kann die Leistung der Batterie 115 steuern und überwachen, wie zum Beispiel den Batterieladezustand (SOC), den Batteriestrom, die Batterietemperatur und die Batteriespannung. Die Steuerung 185 kann auch die Hauptschützkontakte in der Batterie 115 öffnen und schließen, um den Leistungsfluss aus der Batterie 115 zu deaktivieren oder zu aktivieren. Während des Dienstes kann die Batteriesteuerung 185 auch Batteriedaten an das Ladegerät 152 übertragen und die Informationen zur Diagnoseanforderung vom Ladegerät 152 über ein On-Board-Diagnose-(OBD-)Kabel 130 unter Verwendung von Controller Area Network-(CAN-)Kommunikation aufnehmen. In einigen Beispielen kann die Batteriesteuerung 185 ein Batterieenergiesteuermodul (BECM) sein.
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Eine Fahrzeugsteuerung 120 kann einen Prozessor und einen Speicher enthalten. Die Fahrzeugsteuerung 120 kann einen Hochspannungsverbinder (in 2 werden die Ports gezeigt) umfassen, der Hochspannungsports zum Aufnehmen der Hochspannung aus der Batterie 115 und HVIL-Ports zum Detektieren eines Offen-Fehlers des High Voltage Interlock Loop enthält. In einigen Beispielen kann die Fahrzeugsteuerung 120 eine Wechselrichtersteuerung, ein DC-Wandler usw. sein. Während des Dienstes zum Laden der Hochspannungsbatterie 115 wird der Hochspannungsverbinder 121 (gezeigt in 2), der einfacher als der Batterieverbinder 222 zu erreichen ist, von der Fahrzeugsteuerung 120 getrennt und mit einem Ladegeräteverbinder 150 verbunden.
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Das Ladegerät 152 kann ein On-Board-Diagnose-(OBD-)Kabel 130 zum Verbinden des Ladegeräts 152 und der Batteriesteuerung 185 enthalten, um CAN-Kommunikation zu ermöglichen. Das Ladegerät 152 kann ein Display 405 (gezeigt in 5) enthalten, das dazu ausgelegt ist, einem Techniker 110 Diagnoseinformationen anzuzeigen. Zu den Informationen können Ladeinformationen oder Batterieinformationen zählen, die entweder aus der Batteriesteuerung 185 aufgenommen oder vom Ladegerät 152 detektiert worden sind. Zu solchen Daten können der Ladestrom, der Ladezustand der Batterie 115, der Ladezustand, Fehlerinformationen des Ladesystems usw. zählen. Daten und Anweisungen können am Ladegerät 152 angezeigt werden. Das Display 405 kann ein integrierter Bildschirm sein. Das Display 405 kann auch in einer unabhängigen Einrichtung enthalten sein, wie zum Beispiel einem Computer, Tablet oder einer anderen Einrichtung. Das Display kann auch eine Audioausgabe, wie zum Beispiel ein Lautsprecher, sein.
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Das Ladegerät 152 kann dazu ausgelegt sein, mit dem Ladegeräteverbinder 150 über ein Lade-Hochspannungskabel 181 und ein HVIL-Kabel 176 und mit dem Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) 156 über ein EVSE-Kabel 162 verkoppelt zu werden. Das Ladegerät 152 kann die aus dem EVSE 156 aufgenommene AC-Leistung in DC-Leistung umwandeln. Die DC-Leistung wird während des Ladens über Hochspannungskabel 180 und 181 zur Batterie 115 übertragen. Das Ladegerät 152 kann ebenfalls einen Offen-Fehler im High Voltage Interlock Loop detektieren und darauf reagieren, wie ausführlich in 2 erörtert wird.
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Obwohl das Ladegerät 152 hier so beschrieben wird, dass es von einem Techniker 110 gemanagt wird, kann das Ladesystem 100 auch von anderem für Hochspannung geschultem Personal betrieben werden, wie zum Beispiel von Händlern, Reparaturkräften usw.
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Das Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) 156 wird verwendet, um das Ladegerät 152 mit dem Stromnetz zu verbinden. Es kann mit dem Ladegerät 152 per Handshake in Verbindung treten, um die AC-Leistung mit dem Ladegerät 152 zu verbinden.
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Der Verbinder 150 kann eine Einrichtung sein, die dazu ausgelegt ist, mit dem Ladegerät 152 über das Lade-Hochspannungskabel 181 und das HVIL-Kabel 176 verkoppelt zu werden. Der Verbinder 150 wiederum kann mit der Batterie 115 über das Hochspannungskabel 180 verbinden und mit einem High Voltage Interlock Loop des Fahrzeugs über das HVIL-Kabel 175 verbinden.
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2 veranschaulicht ein Blockschaltbild des Ladesystems 100. Das Ladesystem 100 enthält die Ladeausrüstung und ihre Verbindungen zum Fahrzeug 105 und zum EVSE 156. Die Ladeausrüstung enthält das Off-Board-Ladegerät 152, das Hochspannungskabel und seinen Verbinder 150, das OBD-Kabel und seinen Verbinder 238 und den EVSE-Verbinder 212. Die Verbindung zwischen der Ladeausrüstung und dem EVSE 156 und die Verbindung zwischen der Ladeausrüstung und dem Fahrzeug 105 werden oben in 1 erörtert.
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Das Ladegerät 152 kann mehrere Komponenten enthalten, um Integration mit vorhandenen EVSE-Systemen und anderen Fahrzeugsystemen zu ermöglichen. Das Ladegerät 152 kann enthalten: die Ladegerätekomponente 204, ein Gebläse 210, um die Ladegerätekomponente 204 mit Luft zu kühlen, eine Gateway-Steuerung 218, eine AC/DC-Leistungsversorgung 224, einen Hauptschalter 226 und einige Verbinder, um Verbindung des Ladegeräts zu ermöglichen, nämlich den EVSE-Verbinder 212, den OBD-Verbinder 236 und den Hochspannungsverbinder 216.
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Die Ladegerätekomponente 204 kann einen EVSE-Verbinder 206 zum Aufnehmen von Eingaben aus dem Ladegerät-EVSE-Verbinder 212 enthalten. Die EVSE-Kabel zwischen dem Verbinder 212 und 206 werden zur Erfüllung des J1772-Standards umgesetzt, um den Handshake zwischen dem EVSE 156 und der Ladegerätekomponente 204 zu ermöglichen. Der EVSE-Verbinder 212 ist während des Batterieladens mit dem EVSE 156 verbunden.
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Die Ladegerätekomponente 204 kann einen Komponenten-Hochspannungs-Verbinder 214 enthalten, der mit dem Ladegeräteverbinder 150 über einen optischen Verbinder 216 verbunden ist. Die Kabel zwischen dem Verbinder 214 und 150 können lang genug sein, so dass der Ladeverbinder 150 mit dem HV-Verbinder 121 des Fahrzeugs verbunden werden könnte. Der Komponenten-HV-Verbinder 214 kann einen Hochspannungsport enthalten, um die Leistung aus der Ladegerätekomponente 204 durch ein Hochspannungskabel 180 an die Batterie 115 abzugeben. Der Komponenten-HV-Verbinder 214 kann auch HVIL-Ports enthalten, was von der Ladegerätekomponente 204 zum Detektieren von Offen-Fehlern des High Voltage Interlock Loop verwendet wird.
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Die Ladegerätekomponente 204 kann auch einen Komponenten-Leistungsverbinder 220 enthalten. Der Komponenten-Leistungsverbinder 220 kann ein Paar CAN-Ports enthalten, die von der Ladegerätekomponente 204 zum Kommunizieren mit der Batteriesteuerung 185 und der Gateway-Steuerung 218 verwendet werden. Der Komponenten-Leistungsverbinder 220 kann auch die Leistungsports (VBatt und VPWR) enthalten, um Leistung aus der AC/DC-Leistungsversorgung 224 zum Einschalten der Ladegerätekomponente 204 aufzunehmen.
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Die AC/DC-Leistungsversorgung 224 kann die AC-Leistung aus dem Stromanschluss 145 in die DC-Leistung zum Einschalten der Ladegerätekomponente 204, der Gateway-Steuerung 218 und des Kühlgebläses 210 umwandeln. Ein Schalter 226 kann angeordnet sein, um die Leistungsversorgung 224 ein- oder auszuschalten.
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Die Gateway-Steuerung 218 kann dazu ausgelegt sein, mit der Ladegerätekomponente 204 und der Batteriesteuerung 185 über den OBD-Verbinder 236 zu kommunizieren. Das Gateway 218 kann Batterieinformationen aus der Batteriesteuerung 185 aufnehmen und kann das Laden steuern, indem es von der Ladegerätekomponente 204 anfordert, den gewünschten Ladestrom und -spannung abzugeben. Das Gateway 218 kann auch Ladeinformationen darstellen und/oder aus der Ladegerätekomponente 204 und der Batteriesteuerung 185 aufgenommene Fehlerinformationen über ein im Ladegerät 152 enthaltenes Display 405 für den Techniker 110 anzeigen. Das Gateway 218 kann auch eine Meldung zur Diagnoseanforderung an die Batteriesteuerung 185 zum Eintritt in die Diagnose-Laderoutine übertragen. Die ausführliche Ladesequenz wird in 4 veranschaulicht.
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Der hier beschriebene High Voltage Interlock Loop (HVIL) umfasst Niederspannungsschaltungen, die es einer Niederspannung gestatten, sich zwischen mehreren Hochspannungsverbindern im Fahrzeug 105 und dem Ladegerät 152 zu bewegen. Während des Ladedienstes ist der Ladegerät-OBD-Verbinder 238 mit dem Fahrzeug 105 verbunden, und der Hochspannungsverbinder 121 ist von der Fahrzeugsteuerung 120 getrennt und mit dem Ladegeräteverbinder 150 verbunden, wie in 1 gezeigt wird. Zum HVIL kann jetzt der Abschnitt im Fahrzeug 105 und der Abschnitt im Ladegerät 152 zählen. Der HVIL auf der Fahrzeugseite, betrachtet vom Fahrzeug-HV-Verbinder 121, ist geschlossen, wenn die Schaltungsverdrahtung nicht fehlerhaft ist und diese Hochspannungsverbinder im Fahrzeug vollständig eingesetzt sind. Der HVIL auf der Ladegeräteseite besteht aus einem zweiten HVIL-Kabel 176 und 177 und dem Ladegerät-Hochspannungs-Verbinder 216, dem Ladegeräteverbinder 150 und dem Komponenten-HV-Verbinder 214 an der Ladegerätekomponente 204. Falls alle diese Hochspannungsverbinder voll eingesetzt sind und die Schaltungsverdrahtung nicht fehlerhaft ist, ist der HVIL auf der Ladegeräteseite geschlossen. Wenn der High Voltage Interlock Loop geschlossen ist, ist der Spannungspegel, der an HVIL+ und HVIL– des Verbinders 214 durch die Ladegerätekomponente 204 gemessen wird, der gleiche und liegt in einem erwarteten Bereich. Falls irgendeiner der Hochspannungsverbinder (d. h. Verbinder 214, 216, 150 und 121) geöffnet ist, wird sich die an HVIL+ und an HVIL– des Verbinders 214 von der Ladegerätekomponente 204 gemessene Spannung unterscheiden oder nicht im erwarteten, vordefinierten Bereich liegen, und damit kann die Ladegerätekomponente 204 einen HVIL-Offen-Fehler detektieren. Falls sich zum Beispiel die Spannungspegel an HVIL+ und an HVIL– eines Verbinders um mehr als 2 V unterscheiden, kann der HVIL einen Offen-Fehler detektieren.
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Wenn die Ladegerätekomponente 204 den Offen-Fehler des High Voltage Interlock Loops detektiert, stoppt sie die Ausgabe von DC-Leistung und überträgt den Fehler des High Voltage Interlock Loops an die Gateway-Steuerung 218. Die Gateway-Steuerung 218 überträgt dann eine Anforderung „Ladedienstroutine verlassen“ an die Batteriesteuerung 185. Die Batteriesteuerung 185 beendet zuerst die Ausgaben der Batterie 115, indem sie die Hauptschützkontakte in der Batterie 115 öffnet, und verlässt dann die Ladedienstroutine.
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3 veranschaulicht einen Prozess 300 des Ladesystems 100, das die Batteriesteuerung 185, die Gateway-Steuerung 218 und die Ladegerätekomponente 204 enthält.
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Nach einer anfänglichen Einrichtung des Ladesystems (z. B. Verbinden des Ladegeräteverbinders 150 mit dem Fahrzeugverbinder 121, des EVSE 162 mit dem Ladegerät 152 und des Ladegerät-OBD-Verbinders 238 mit dem Fahrzeug 105, der Ladegeräte-AC/DC-Leistungsversorgung 224 mit dem Stromanschluss 145) wird das Fahrzeug 105 im Schritt 305 gestartet, und die Batteriesteuerung 185 wird eingeschaltet. Nachdem der Hauptschalter 226 (gezeigt in 2 und 4) eingeschaltet ist, werden die Ladegerätekomponente 204 und das Gateway 218 hochgefahren. Im Schritt 310 kann das Gateway 218 bestimmen, ob aus der Batteriesteuerung 185 und der Ladegerätekomponente 204 CAN-Kommunikationen aufgenommen werden. Falls das Gateway 218 einen Verlust der Kommunikationsverbindung entweder zur Batteriesteuerung 185 oder zur Ladegerätekomponente 204 detektiert, kann es den Techniker 110 mit einer Kommunikationsverlust-Meldung auf dem Display 405 informieren und den Prozess 300 beenden. Andernfalls kann der Prozess 300 mit Schritt 315 fortfahren.
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Im Schritt 315 kann das Gateway 218 eine Anforderung an die Ladegerätekomponente 204 übertragen, die DC-Leistungsausgabe zu beenden. Diese Anforderung kann Anweisungen enthalten, einen Strom von 0 A abzugeben.
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Im Schritt 320 kann das Gateway 218 bestimmen, ob die Batterieinformationen angeben, dass die Batterie 115 geladen werden muss. Das Gateway 218 kann dies auf Basis davon bestimmen, ob der Batterie-SOC oder die -satzspannung, die aus der Batteriesteuerung 185 aufgenommen werden, den vordefinierten Wert für abgeschlossenes Laden überschreiten. Falls das Gateway 218 bestimmt, dass die Batterie 115 nicht geladen werden muss, kann das Gateway 218 eine Meldung „Laden abgeschlossen“ auf dem Display 405 anzeigen, und der Prozess 300 kann beendet werden. Das Gateway 218 kann über die aus der Ladegerätekomponente 204 aufgenommenen CAN-Meldungen ebenfalls bestimmen, ob die Ladegerätekomponente 204 zum Laden bereit ist. Falls die Ladegerätekomponente 204 nicht zum Laden bereit ist, wie zum Beispiel, wenn sie keine AC-Leistung aufgenommen hat, kann das Gateway 218 eine Meldung „Ladegerät nicht bereit“ auf dem Display 405 anzeigen, und der Prozess 300 kann beendet werden. Andernfalls kann der Prozess 300 mit Schritt 325 fortfahren.
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Im Schritt 325 kann das Gateway 218 kann eine Diagnoseanforderung an die Batteriesteuerung 185 senden, mit der der Eintritt der Batteriesteuerung 185 in die Ladedienstroutine angefordert wird. Im Schritt 330 kann die Batteriesteuerung 185 eine positive Antwort zurückgeben, falls alle Eingangsbedingungen erfüllt sind. Zu den Eingangsbedingungen können, ohne darauf beschränkt zu sein, Folgende zählen: (1) Batteriesatzspannung liegt innerhalb des vordefinierten Ladebereichs, wie zum Beispiel über der erlaubten Mindest-Satzspannung und unter der vordefinierten Spannung bei abgeschlossenem Laden; (2) die Batteriesteuerung 185 verliert nicht die Kommunikationsverbindung zum Gateway 218; (3) die Gangstellung des Fahrzeugs befindet sich in Parkstellung; und (4) die Batteriesteuerung 185 weist keine Fehler auf, die das Schließen der Hauptschützkontakte im Innern der Batterie 115 verhindern, mit Ausnahme der Fehler, die durch Überentladen der Batterie verursacht werden, wie zum Beispiel der Fehler „niedriger Batterie-SOC“ oder der Fehler „niedrige Batteriespannung“. Falls alle Eingangsbedingungen für die Laderoutine erfüllt sind, tritt die Batteriesteuerung 185 in die Laderoutine ein und sendet im Schritt 330 die positive Antwort an das Gateway 218. Andernfalls gibt die Batteriesteuerung 185 eine negative Antwort zurück, und das Gateway 218 zeigt die Information „Laden fehlerhaft“ auf dem Display 405 an und beendet den Prozess 300.
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Im Schritt 332 kann das Gateway 218 eine Diagnosemeldung an die Batteriesteuerung 185 senden, um anzufordern, dass sie Diagnostic Trouble Codes (DTC) löscht. Die Batteriesteuerung 185 kann zuerst gewisse, vom Überentladen der Batterie 115 bewirkte DTCs deaktivieren, wie zum Beispiel Batteriespannungs- oder SOC-Überentlade-DTCs. Diese DTCs können bewirken, dass die Batteriesteuerung das Hochspannungskabel durch Öffnen der Hauptschützkontakte in der Batterie 115 trennt. Zum Laden der Hochspannungsbatterie 115 sollten diese Codes deaktiviert werden, um den Dienstprozess nicht zu stören. Dann kann das BECM 185 die DTCs, die gesetzt waren, löschen und eine positive Antwort an das Gateway 218 zurückgeben.
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Nachdem es eine positive Antwort aus der Batteriesteuerung 185 aufgenommen hat, kann das Gateway 218 im Schritt 335 eine Anforderung „Konstantspannungsladen“ an die Ladegerätekomponente 204 übertragen. Die Anforderung kann eine Anforderung enthalten, dass die Ladegerätekomponente 204 eine zur Batteriesatzspannung passende Ausgangsspannung abgibt. Die Anforderung kann zusätzlich eine Anforderung zur Leistungsabgabe beinhalten, wie zum Beispiel eines Ladestroms von 0,1 A. Solche Anforderungen können bewirken, dass die Busspannung (das heißt, die von der Batteriesteuerung 185 am Fahrzeugbus gemessene Satzspannung) hochläuft, damit sie zur Batteriesatzspannung passt. Wenn die Batteriesteuerung 185 detektiert, dass die Busspannung zur Batteriesatzspannung passt, schließt sie die Hauptschützkontakte in der Batterie 115.
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Im Schritt 345 kann das Gateway 218 den aus der Batteriesteuerung 185 aufgenommenen Zustand der Hauptschützkontakte prüfen und überwachen, ob ein Zeitgeber „Laden inaktiv“ abgeschaltet hat. Ein Zeitgeber „Laden inaktiv“ kann abschalten, falls eine zeitliche Dauer überschritten worden ist. Das heißt: Falls die Laderoutine über die vordefinierte Zeitdauer hinaus gelaufen ist, kann der Zeitgeber „Laden inaktiv“ abschalten. In diesem Fall kann der Prozess 300 beendet werden, und das Gateway 185 kann das Display 405 anweisen, eine Meldung „Laden fehlerhaft, Inaktiv-Zeitabschalten“ zu zeigen, und mit Schritt 370 fortfahren. Falls der Zeitgeber „Laden inaktiv“ nicht abgeschaltet hat und die Hauptschützkontakte geschlossen sind, fährt der Prozess 300 mit Schritt 350 fort.
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In 350 kann das Gateway 218 die Ladegerätekomponente 204 anweisen, die Batterie 115 unter Verwendung des Konstantstromladeverfahrens zu laden. Ein Beispiel für das Laden der Batterie 115 mit dem Konstantstromladeverfahren ist, von der Ladegerätekomponente 204 die Abgabe einer Ausgangsspannung, die 5 V größer als die Spannung bei abgeschlossenem Laden ist, und des Ladestroms von 5 A anzufordern.
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In 355 kann das Gateway 218 die aus der Batteriesteuerung 185 und der Ladegerätekomponente 204 über CAN-Kommunikation aufgenommenen Informationen kontinuierlich überwachen, um zu bestimmen, ob das Laden abgeschlossen ist oder ob ein gewisser definierter Fehler detektiert wird oder ob der Ladezeitgeber abgeschaltet hat oder ob die Batteriesteuerung 185 die Laderoutine verlässt. Falls irgendeine dieser Ladebedingungen wahr ist, fährt der Prozess mit dem Schritt 370 fort. Ein Beispiel für abgeschlossenes Laden ist, dass die Satzspannung der Batterie 115 die Spannung erreicht, die 50 % SOC entspricht. Die Batteriesteuerung 185 kann die Hauptschützkontakte in der Batterie 115 öffnen und die Ladedienstroutine verlassen, falls ein gewisser Batteriefehler detektiert wird, wie zum Beispiel, Ladestrom höher als erwartet oder Zelltemperatur zu hoch. Das Gateway 218 kann nach dem Eintritt in die Laderoutine periodisch prüfen, ob die Batteriesteuerung 185 sich in der Laderoutine befindet, indem es eine Anforderung „Ladedienstroutinenzustand melden“ überträgt. Die Batteriesteuerung 185 kann mit einer positiven Antwort reagieren, falls sie sich in der Ladedienstroutine befindet, oder eine negative Antwort, falls nicht. Die oben beschriebenen Eingangsbedingungen können ähnlich den Ladebedingungen sein, jedoch können die Ladebedingungen kontinuierlich während der Routine geprüft werden, anstatt die Bedingungen vor dem Initialisieren der Laderoutine zu prüfen.
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In 370 kann das Gateway 218 Anweisungen an die Ladegerätekomponente 204 übertragen, um von der Ladegerätekomponente 204 anzufordern, das Laden durch Ausgabe von Nullleistung zu beenden.
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Im Schritt 375 kann das Gateway 218 die Batteriesteuerung 185 anweisen, die Laderoutine zu verlassen. Die Batteriesteuerung 185 kann zuerst in 380 die Hauptschützkontakte in der Batterie 115 öffnen, dann die Antwort „Laderoutine verlassen“ an das Gateway 218 senden und schließlich die Ladedienstroutine verlassen. Wenn die Batteriesteuerung die Ladedienstroutine verlässt, sollten alle DTC-Detektionen wieder aktiviert werden.
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Zu verschiedenen Zeitpunkten während der Laderoutine kann das Gateway
218 die Ladeinformationen über das Display
405 für den Techniker
110 darstellen. Beispiele für die Informationen werden nachstehend in Tabelle 1 aufgeführt.
| Warnmeldungen: |
| Batteriesteuerung verliert CAN-Kommunikationsverbindung |
| Ladegerätekomponente verliert CAN-Kommunikationsverbindung |
| Ladefehler detektiert von Batteriesteuerung |
| Ladefehler detektiert von Ladegerätekomponente |
| Ladegerät nicht bereit zum Laden |
| Batteriesteuerung kann nicht in Laderoutine eintreten |
| Ladestrom passt nicht zum angeforderten Wert |
| Busspannung passt nicht zur Batteriesatzspannung während des Ladens |
| |
| Ladeinformationen: |
| LADEN |
| LADEN ABGESCHLOSSEN |
Tabelle 1
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4 veranschaulicht ein Off-Board-Ladegerät 152 für das Ladesystem gemäß einer Ausführungsform. Das Ladegerät 152 kann ein Display 405 zum Anzeigen von Informationen für den Techniker 110. Das Display kann sowohl einen Bildschirm als auch Eingabeknöpfe enthalten. Der Bildschirm kann ein Touchscreen sein, der dazu ausgelegt ist, Eingaben des Nutzers aufzunehmen. Das Ladegerät kann auch den Hauptschalter 226 enthalten, der dazu ausgelegt ist, die Ladegerätekomponente 204 und das Gateway 218 zu aktivieren, wie oben beschrieben wird. Das Ladegerät 152 kann auch das Ladegerät-HV-Kabel 181, das EVSE-Kabel 162 und das OBD-Kabel 130 aufnehmen. Das Ladegerät 152 kann ein Leistungsversorgungskabel 155 (gezeigt in 2) zum Verbinden mit dem Stromanschluss 145 enthalten.
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Das Ladegerät 152 kann auch ein Anzeigeinstrument enthalten, das dazu ausgelegt ist, anzuzeigen, wann das Ladegerät 152 in Verwendung ist. Das heißt: Das Anzeigeinstrument kann anzeigen, wann das Ladegerät 152 innerhalb der Laderoutine in Betrieb ist. Das Anzeigeinstrument kann im Display 405 enthalten sein, wobei das Display eine Meldung oder ein Bild darstellt, das angibt, dass die Laderoutine in Betrieb ist. Das Anzeigeinstrument kann auch eine Leuchtdiode enthalten, die zum Leuchten während der Verwendung ausgelegt ist.
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5 veranschaulicht einen Prozess 500 für die Batterieladeprozedur während der Ladedienstroutine.
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Im Block 505 kann die Batteriesteuerung 185 den Zeitgeber „Routine inaktiv“ inkrementieren. Im Block 510 kann die Batteriesteuerung 185 bestimmen, ob das Ladegerät 152 die Busspannung geladen hat, um die Batteriesatzspannung zu erreichen, indem sie die gemessene Busspannung und die Batteriesatzspannung vergleicht. Die Batteriesatzspannung kann eine gemessene Spannung sein. Wie oben in Bezug auf den Schritt 335 beschrieben worden ist, kann das Gateway 218 anfordern, dass die Ladegerätekomponente 204 bis zur Busspannung auflädt. Während dieser Zeit vergleicht die Batteriesteuerung 185 die gemessene Busspannung und die Batteriesatzspannung. Falls die Busspannung die Batteriesatzspannung erreicht, kann der Prozess 500 mit dem Block 515 fortfahren. Andernfalls kann der Prozess 500 mit Block 520 fortfahren.
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Im Block 520 kann die Batteriesteuerung 185 prüfen, ob der Zeitgeber „Routine inaktiv“ abgeschaltet hat. Falls das der Fall ist, kann der Prozess 500 mit Block 521 fortfahren. Andernfalls kann der Prozess 500 mit Block 505 fortfahren. Im Block 521 kann die Batteriesteuerung zuerst alle Fehlerdetektionen aktivieren und dann die Laderoutine verlassen. Wenn das Gateway 218 die Meldung „Anforderung Ladezustand“ überträgt, wird die Batteriesteuerung 185 eine negative Antwortmeldung mit einer Angabe „Inaktiv-Zeit zu lang“ übertragen.
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Im Block 515 kann die Batteriesteuerung 185 die Hauptschützkontakte schließen, ähnlich wie im Schritt 348 in 3. Im Block 525 kann die Batteriesteuerung 185 prüfen, ob das Laden abgeschlossen ist. Ein Beispiel für abgeschlossenes Laden ist, dass die Batteriesatzspannung die bei 50 % Batterie-SOC vorliegende Spannung erreicht. Falls das Laden abgeschlossen ist, fährt der Prozess 500 mit dem Block 530 fort. Falls nicht, fährt der Prozess 500 mit dem Block 535 fort.
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Im Block 530 kann die Batteriesteuerung 185 die Hauptschützkontakte öffnen und die Laderoutine mit einem Ergebnis „Laden bestanden“ verlassen, ähnlich wie im Schritt 380 und 385 in 3. Der Prozess 500 kann dann enden.
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Im Block 535 kann die Batteriesteuerung 185 bestimmen, ob eine gewisse Bedingung (d. h. eine Fehler- oder ungültige Ladebedingung) detektiert worden ist oder ob der Ladezeitgeber abgeschaltet hat. Falls die gewisse Bedingung erkannt worden ist oder der Ladezeitgeber abgeschaltet hat, fährt der Prozess 500 mit Block 545 fort. Andernfalls fährt der Prozess 500 mit dem Block 555 fort.
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Sobald eine gewisse Bedingung oder Abschalten durch den Ladezeitgeber detektiert wird, kann die Batteriesteuerung 185 im Block 545 zuerst die Hauptschützkontakte in der Batterie 115 öffnen, dann alle Fehlerdetektionen aktivieren (d. h. die Fehler Überentladen der Batterie, wie zum Beispiel SOC und Batteriespannung bei überentladener Batterie, die bei Eintritt der Laderoutine in den Schritt 330 in 3 deaktiviert werden, werden wieder aktiviert) und schließlich die Laderoutine verlassen. Der Prozess 600 kann dann enden.
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Im Block 555 inkrementiert die Batteriesteuerung 185 den Ladezeitgeber. Der Prozess 600 fährt mit der Laderoutine fort, bis das Laden abgeschlossen ist oder bis eine gewisse Bedingung detektiert wird oder bis der Ladezeitgeber abgeschaltet hat.
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Dementsprechend wird hier ein Hochspannungsladesystem einschließlich eines Off-Board-Ladegerät beschrieben. Die Gateway-Steuerung kommuniziert mit der Batteriesteuerung, um die Batterieinformationen zu beziehen, und weist die Ladegerätekomponente und die Batteriesteuerung zum Durchführen von automatischem Laden an. Das automatische Laden und die Fehlerdetektion kann das Off-Board-Ladegerät nutzerfreundlicher machen. Die offenbarte Laderoutine kann Fehlerdetektion während des Ladens ermöglichen, sogar wenn Zellspannungen viel kleiner als der normale Betriebsbereich sind. Das Merkmal kann die Batterie-Lagerdauer und die aktuelle Ladefähigkeit des Ladegeräts ab Lager verbessern.
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Obwohl oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen sind die in der Spezifikation verwendeten Begriffe eher beschreibende als einschränkende Begriffe, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können die Merkmale verschiedener Umsetzungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
