DE102015203912A1

DE102015203912A1 - Kondensatorvorladung und Kapazitäts-/Widerstandsmessung bei einem elektrischen Kraftfahrzeugantriebssystem

Info

Publication number: DE102015203912A1
Application number: DE102015203912.9A
Authority: DE
Inventors: Arnold K. Mensah-Brown; Hasdi R. Hashim; Bruce C. Blakemore; Allan R. Gale
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2015-09-10
Also published as: US20150251542A1; CN104890525A; CN104890525B; US9573474B2

Abstract

Ein elektrisches Antriebssystem für ein elektrisches Kraftfahrzeug weist eine GS-Leistungsquelle und ein Schütz mit einem Ausgang, der mit einem Hauptbus gekoppelt ist, und einem Eingang, der angepasst ist, mit der GS-Leistungsquelle verbunden zu werden, auf. Das Schütz wird selektiv zwischen einem offenen Zustand und einem geschlossenen Zustand geschaltet. Ein Zwischenkreiskondensator ist mit dem Hauptbus gekoppelt. Zwischen die GS-Leistungsquelle und den Zwischenkreiskondensator ist eine Vorladeschaltung gekoppelt, die aus einer gesteuerten Stromquelle besteht. Die gesteuerte Stromquelle wird selektiv aktiviert, wenn das Schütz im offenen Zustand ist, um den Zwischenkreiskondensator auf eine vorbestimmte Spannung zu laden, bevor das Schütz in den geschlossenen Zustand geschaltet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Antriebssysteme für elektrische Kraftfahrzeug und im Besonderen verbesserte Vorladung eines Haupt-GS-Buszwischenkreiskondensators.
Elektrische Kraftfahrzeuge, wie z.B. Hybridelektrokraftfahrzeuge (HEV) und Steckdosenhybridelektrokraftfahrzeuge (PHEV), verwenden durch Wechselrichter angetriebene elektrische Maschinen zum Bereitstellen von Traktionsmoment und generatorischem Bremsmoment. Solche Wechselrichter setzen typischerweise einen Leistungsspeicherkondensator (oder den Hauptkondensator) als GS-Zwischenkreis für einen Haupt-GS-Bus ein, der für gewöhnlich durch einen Wechselspannungswandler (VVC), einen Eingangskondensator und ein Paar mechanischer Schütze (z.B. Relais) mit der Hochspannungs-(HV-)Leistungsquelle, wie z.B. einer Batterie, verknüpft ist. Ein Wechselrichter und andere Lasten werden vom Haupt-GS-Bus gespeist.
Falls die Schütze anfänglich geschlossen sind und der Zwischenkreiskondensator in einem entladenen oder wenig geladenen Zustand ist, kann eine niedrige Impedanz von der HV-GS-Quelle zum Haupt-GS-Bus zu einem sehr hohen Einschaltstrom führen, der Schäden an den Schützen und anderen Bauteilen verursachen könnte. Die Verwendung eines strombegrenzenden Widerstands in Serie mit den Schützen ist wegen des damit verbundenen Spannungsabfalls und des Leistungsverbrauchs während des anschließenden Normalbetriebs nicht erstrebenswert. Daher wird oft ein gesonderter Schaltungszweig oder eine Vorladeschaltung verwendet. Die bekannten Vorladeschaltungen nutzen einen Schalter und einen Widerstand in Serie zwischen der GS-Versorgung und dem Zwischenkreiskondensator. Das Einschalten des Schalter ermöglicht, dass der Zwischenkreiskondensator durch den Widerstand geladen wird, und die Gegenwart des Widerstands begrenzt den Einschaltstrom, um Schäden am Schalter zu unterbinden. Sobald der Zwischenkreiskondensator vorgeladen ist, i) können die Hauptschütze geschlossen werden, ohne Einschaltstrom zu erhalten, und ii) kann der Vorladeschalter geöffnet werden, sodass der Vorladewiderstand abgekoppelt wird.
Es ist erstrebenswert, den Vorladevorgang innerhalb kurzer Zeit abzuschließen, damit das Kraftfahrzeug unmittelbar nach der Aktivierung durch den Fahrer gefahren werden kann. Die Ladezeit des Kondensators in der herkömmlichen Anordnung wird durch die RC-Zeitkonstante der Vorladeschaltung und des Zwischenkreiskondensators bestimmt. Da der Vorladewiderstand groß genug sein muss, um Einschaltstrom zu begrenzen, und der Zwischenkreiskondensator zwangsläufig eine relativ große Kapazität aufweist, tritt bisweilen eine unerwünscht lange Verzögerung ein. Des Weiteren kann die Gegenwart zusätzlicher Lasten auf dem Haupt-GS-Bus die Vorladung durch Erhöhen der Impedanz beeinträchtigen. Beispielsweise ist typischerweise ein Ableitwiderstand am Zwischenkreiskondensator vorhanden, um den Zwischenkreiskondensator während des Abschaltens des elektrischen Kraftfahrzeugs zu entladen. Andere mögliche Lasten umfassen ein elektrisches (PTC-)Heizelement. Die Lasten können ferner die Vorladezeit verlängern.
Die tatsächlichen Widerstände der Lasten können sich im Laufe der Zeit ändern, und manche Lasten, wie z.B. ein elektrisches Heizelement, können ein- oder ausgeschaltet werden, wenn eine Vorladung durchgeführt wird. Die Kapazität des Zwischenkreiskondensators kann sich auch im Laufe der Zeit verschlechtern. Diese Variationen erschweren es, sicherzustellen, dass eine Vorladung innerhalb eines vorhersehbaren Zeitraums abgeschlossen wird.
Zu Diagnose- und Überwachungszwecken ist es erstrebenswert, die Kapazität und den Widerstand in Verbindung mit dem Haupt-GS-Bus über die gesamte Lebensdauer des elektrischen Kraftfahrzeugs zu messen. Typischerweise werden eigens dafür vorgesehene Bauteile benötigt, um diese Messfunktionen durchzuführen. Es wäre erstrebenswert, solche Messungen durchzuführen, ohne eigens dafür vorgesehene Bauteile zu benötigen.
In einem Aspekt der Erfindung wird ein elektrisches Antriebssystem für ein elektrisches Kraftfahrzeug mit einer GS-Leistungsquelle bereitgestellt. Ein Schütz weist einen Eingang, der angepasst ist, mit der GS-Leistungsquelle verbunden zu werden, und einen Ausgang auf. Das Schütz wird selektiv zwischen einem offenen Zustand und einem geschlossenen Zustand geschaltet. Ein Hauptbus ist mit einem Zwischenkreiskondensator und dem Ausgang des Schützes gekoppelt. Zwischen die GS-Leistungsquelle und den Zwischenkreiskondensator ist eine Vorladeschaltung gekoppelt, die aus einer gesteuerten Stromquelle besteht. Die gesteuerte Stromquelle wird selektiv aktiviert, wenn das Schütz im offenen Zustand ist, um den Zwischenkreiskondensator auf eine vorbestimmte Spannung zu laden, bevor das Schütz in den geschlossenen Zustand geschaltet wird.
1 ist eine schematische Darstellung, die die allgemeine Anordnung der Vorladeschaltung zeigt.
2 ist ein Graph, der die Vorladezeit für die Konstantstromvorladung der vorliegenden Erfindung mit RC-Vorladung nach dem Stand der Technik vergleicht.
3 ist ein Blockschaltbild, das eine Vorladeschaltung und eine Steuerschaltung für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4 ist ein Graph, der eine Ausführungsform einer im Wesentlichen konstanten Stromgröße unter Anwendung eines Impulsbreitenmodulationsverfahrens zeigt.
5 ist ein Graph, der eine Zwischenkreiskondensatorspannung während der Vorladung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt.
6 ist ein schematisches Diagramm, das eine andere bevorzugte Ausführungsform einer Vorladeschaltung detailgenauer zeigt.
7 ist ein Flussbild, das ein bevorzugtes Verfahren zur Steuerung des Vorladestroms zeigt.
8 ist ein Flussbild, das ein bevorzugtes Verfahren zur Durchführung einer Vorladefunktion bei Bestimmung einer Kapazität und eines Widerstands, gemessen ab dem Haupt-GS-Bus während des Vorladevorgangs, zeigt.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 umfasst ein elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem 10 eine GS-Leistungsquelle 11 (wie z.B. ein Batteriepack oder eine Kraftstoffzelle), die durch Schützschalter 12 und 13 mit einem Wechselspannungs-GS-GS-Wandler 14 gekoppelt ist. Die Schütze 12 und 13 sind vorzugsweise mechanische Schalter mit einem offenen Zustand und einem geschlossenen Zustand, um selektiv die Batterie 11 (über den Wandler 14) mit einem Haupt-GS-Bus 15 zu koppeln.
Ein Zwischenkreiskondensator 16 und ein Ableitwiderstand 17 sind zwischen den Haupt-GS-Bus 15 und eine Hauptmasse 18 gekoppelt. Eine Wechselrichterlast 20 weist einen mit dem Bus 15 verbundenen Eingang und einen mit einem Elektromotor 21 verbundenen Ausgang auf. Eine Vorladeschaltung 22 ist zwischen die Batterie 11 und den Zwischenkreiskondensator 16 gekoppelt, um den Zwischenkreiskondensator 16 während des Starts des elektrischen Antriebs 10 mit einer Ladung zu versorgen, sodass die Schütze 12 und 13 nicht durch einen Einschaltstrom beschädigt werden, wenn sie geschlossen sind.
Bei der vorliegenden Erfindung implementiert die Vorladeschaltung 22 eine Strategie des gesteuerten Stroms, die selbst im Falle variabler Impedanz am Haupt-GS-Bus eine Schnellvorladezeit besser gewährleisten kann. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorladeschaltung 22 eine gesteuerte Stromquelle, die einen im Wesentlichen konstanten Vorladestrom liefert (zumindest während eines wesentlichen Abschnitts der Vorladezeit, bis die zunehmende Zwischenkreiskondensatorspannung den aus der Vorladeschaltung bezogenen Strom reduziert).
2 vergleicht das Ansteigen einer Spannung V_L am Zwischenkreiskondensator beim Einsatz von Konstantstrom mit jenem von RC-gesteuerter Vorladung. Eine Bahnlinie 25 zeigt einen linearen Spannungsanstieg, der die Folge eines konstanten Vorladestroms ist. Die Steigung des Spannungsanstiegs ist im Wesentlichen konstant, bis zu einem Zeitpunkt t₁ eine Schwellenspannung V_T erreicht wird. Die Bahnlinien 26 und 28 stellen typische Vorladezeiten dar, wenn eine RC-Vorladeschaltung zum Einsatz kommt. Beispielsweise erreicht die Bahnlinie 26 erst nach einer längeren Verzögerung zum Zeitpunkt t₂ eine Vorladung.
3 zeigt detailgenauer eine Ausführungsform einer Vorladeschaltung 22, wobei ein Optokoppler 30 eine Batteriespannung V_B empfängt. Der Optokoppler 30 ist normalerweise abgeschaltet. Ein Batterieenergiesteuermodul (BECM) 31 stellt dem Optokoppler 30 ein Aktivierungssignal bereit, um ein Vorladeereignis einzuleiten, wenn ein Fahrer z.B. versucht, den elektrischen Antrieb zu aktivieren. Das BECM 31 kann aus einem integrierten Sonderzweckschaltungschipsatz (wie z.B. dem TB9141FG- und dem TMPM358FDTFG-Li-Ionenbatterienmonitorchipsatz von Toshiba America Electronic Components, Inc. aus Irvine, Kalifornien) mit oder ohne Host-Steuerung (z.B. einer integrierten Allzweckmikrocontrollerschaltung) bestehen, um die Notwendigkeit, die Schütze zu schließen, zu bestimmen. Ein Spannungssensor, der aus einem Analog-zu-Digital-(A/D-)Wandler 32 besteht, stellt dem BECM 31 eine Zwischenkreiskondensatorspannungsmessung V_L bereit. Alternativ dazu kann der Wandler 32 in das BECM 31 eingebaut sein. Als Antwort auf das Einleiten eines Starts des elektrischen Antriebssystems richtet das BECM 31 einen Vorladungseinleitungsbefehl an den Optokoppler 30, um diesen einzuschalten. Dadurch wird eine Batteriespannung V_B mit einer Leistungsversorgung 35 und dem Source-Anschluss eines MOSFET 36 verbunden. Die Leistungsversorgung 35 erzeugt eine Spannung, die für die innerhalb der Vorladeschaltung 22 verwendeten Halbleiterbauteile geeignet ist (z.B. 5 Volt).
Der MOSFET 36 ist mit einem Induktor 37 zur Versorgung des Zwischenkreiskondensators 16 mit einem gesteuerten Strom durch einen Stromabfühlwiderstand oder Nebenwiderstand 38 in Serie geschaltet. Der Stromabfühlwiderstand 38 ist Teil eines Stromsensors 40, der auch einen Differenzialverstärker 41 enthält, der Leistung aus der Leistungsversorgung 35 empfängt. Der Differenzialverstärker 41 erzeugt ein Ausgangssignal proportional zu dem Strom, der durch den Induktor 37 fließt, der einem Eingang eines durch einen Vergleicher 42 und einen positiven Rückkopplungswiderstand 43 ausgebildeten Schmitt-Triggers bereitgestellt wird. Ein durch die Leistungsversorgung 35 mit Leistung versorgter MOSFET-Treiber 44 ist mit dem Gate des MOSFET 36 verbunden, um den MOSFET 36 je nach Ausgabezustand des Triggers 42 ein- oder auszuschalten.
Der Schmitt-Trigger 42 ist ausgelegt, den Treiber 44 und den MOSFET 36 in Zeiten, wenn der gemessene Induktorstrom unterhalb einer ersten Schwelle liegt, dazu zu aktivieren, den Strom im Induktor 37 aufzubauen, und den Treiber 44 und den MOSFET 36 in Zeiten, wenn der gemessene Induktorstrom oberhalb einer zweiten Schwelle liegt, zu deaktivieren, wobei die zweite Schwelle höher ist als die erste Schwelle. Im Prinzip führt der Trigger 42 Impulsbreitenmodulations-(PMW-)Schaltung des MOSFET 36 durch, um einen im Wesentlichen konstanten Strom zu erhalten, wie in 4 dargestellt. In diesem Beispiel ist der Induktorstrom zwischen einer unteren Schwelle von 2,6 A und einer oberen Schwelle von 2,82 A gesteuert. Wenn der MOSFET zuerst eingeschaltet wird, steigt der Strom rasch entlang einer Geraden in 50 bis zur oberen Schwelle. An der oberen Schwelle wird der MOSFET ausgeschaltet und fällt der Strom entlang einer Geraden 51 bis zur unteren Schwelle ab, was dazu führt, dass der MOSFET wieder eingeschaltet wird. Erneut steigt der Strom bis zur oberen Schwelle, entlang einer Geraden 52, bis die obere Schwelle erreicht ist und der Trigger den MOSFET abschaltet, sodass der Strom entlang einer Geraden 53 wieder abfällt. So stellt die Quelle für gesteuerten Strom einen im Wesentlichen konstanten Vorladestrom mit einem gewünschten RMS-Wert bereit (z.B. etwa 2,7 A in 4).
Da die obere und die untere Stromschwelle konstant sind, ist auch der Vorladestrom im Wesentlichen konstant (d.h. mit geringfügigen Fluktuationen rund um den RMS-Wert). Andere (d.h. nicht konstante) Strombahnlinien könnten ebenfalls erhalten werden, indem die obere und/oder die untere Schwelle während der Vorladezeit variiert wird.
5 zeigt eine Bahnlinie 55 einer Vorladespannung, die an dem Zwischenkreiskondensator am Haupt-GS-Bus während der Zeit gemessen wird, in der der Zwischenkreiskondensator rasch durch die Quelle für gesteuerten Strom vorgeladen wird. Wie dargestellt, wird die Vorladung in diesem Beispiel in weniger als etwa 120 ms erreicht. Zusätzlich zu einer schnellen und vorhersehbaren Vorladezeit stellt die vorliegende Erfindung eine Gelegenheit zur einfachen Bestimmung der Impedanz bereit, in die der Vorladestrom fließt (z.B. die Zwischenkreiskondensatorkapazität und/oder die Lastwiderstände einschließlich eines Ableitwiderstands).
Die Wechselwirkung zwischen der Vorladespannung mit den Hauptbusimpedanzen während der Vorladung wird wie folgt ausgedrückt: i = C dv / dt + v / R wobei i Strom aus der Vorladeschaltung ist, C Kapazität ist, die dem Strom empfängt, v die Busspannung ist und R der Widerstand ist, der den Strom empfängt. Während der Vorladezeit, in der der Strom i im Wesentlichen konstant ist, verhält es sich mit der Spannung v folgendermaßen: v = dv / dt·t
Somit reduziert sich bei Zeiten nahe null die erste Gleichung auf:
was es der vorliegenden Erfindung ermöglicht, die Zwischenkreiskapazität während der Vorladung zu charakterisieren. Ein Lösen der ersten Gleichung für R ergibt:
sodass der für die Kapazität erhaltene Wert zum Charakterisieren des Buswiderstands verwendet werden kann. Somit werden durch Überwachen des Spannungsanstiegs am Zwischenkreiskondensator während der Konstantstromvorladung und durch Vermerk der Steigung (d.h. der Spannungsänderung und der verstrichenen Zeit) die Werte für Kapazität und Widerstand berechnet. Das BECM oder die sonstige Steuerschaltung tastet eine Zwischenkreisspannung 56 zu einem ersten Zeitpunkt (d.h. am Beginn der verstrichenen Zeit) und eine Zwischenkreisspannung 57 zu einem zweiten Zeitpunkt (d.h. am Ende der verstrichenen Zeit) ab. Die Spannungsdifferenz und die Zeitdifferenz stellen die Steigung dv/dt bereit. Abweichende Bedingungen können dann entweder aufgrund von abweichenden Werten für die Steigung oder aufgrund der daraus resultierenden Werte für Kapazität oder Widerstand detektiert werden. Außerdem können die gemessenen Werte in der/den Kontrollschaltung(en) zum Detektieren der Gegenwart oder Abwesenheit diverser optionaler Lasten verwendet werden, die eine vorbestimmte Auswirkung auf den Widerstand am Haupt-GS-Bus hätten.
6 zeigt detailgenauer eine Vorladeschaltung 60. Ein MOSFET 61 ist selektiv durch den Optokoppler 30 mit der Hochspannungs-GS-Versorgung (Batterie) 11 verbunden. Der Induktor 62, der mit dem MOSFET 61 in Serie geschaltet ist, versorgt den Zwischenkreiskondensator 16 durch einen Nebenwiderstand 63 mit dem Vorladestrom. Der Widerstand 63 ist mit einer integrierten Stromabfühlverstärkerschaltung 64 (wie z.B. einem LT1999-Chip von Linear Technology) verbunden. Ein Messstromausgangssignal aus der IC 64 wird durch einen Kopplungswiderstand 65 einer Triggerschaltung 66 bereitgestellt.
Die Vorladeschaltung 60 umfasst eine Stromversorgung 68, die ebenfalls durch die Haupt-GS-Versorgung aktiviert wird, wenn der Optokoppler 30 geschlossen ist (über eine nicht dargestellte Verbindung). Eine geregelte Ausgabe aus der Stromversorgung 68 wird mit dem Stromabfühlchip 64 und als Eingabe an einen Verzögerungschip 75 (wie z.B. einen bei Linear Technology erhältlichen LTC6994) gekoppelt. Eine verzögerte Ausgabe 69 aus dem Chip 75 wird zum Versorgen der Triggerschaltung 66 mit geregelter Leistung verwendet, um sicherzustellen, dass der abgefühlte Strom verfügbar ist, bevor die Triggerschaltung 66 mit Leistung versorgt wird.
Die Schmitt-Triggerschaltung 66 umfasst einen Vergleicher 67 mit einem Wechselrichteingang (d.h. Abfühleingang), der das gemessene Stromsignal über den Widerstand 65 empfängt. Der nicht wechselrichtende Eingang des Vergleichers 67 bestimmt ein Hystereseband (d.h. die untere und die obere Schwelle) über ein positives Rückkopplungsnetzwerk, das die Widerstände 70, 72 und 73 und einen Kondensator 74 umfasst. Der Widerstand 71 ist ein Pull-up-Widerstand. Ein binärer Ausgang der Triggerschaltung 66 ist über einen Kopplungswiderstand 81 mit einem FET-Treiber 80 gekoppelt. Der Treiber 80 umfasst den Transistor 82, der über einen Kopplungswiderstand 83 an das Gate des MOSFET 61 gekoppelt ist. Der Widerstand 84 und eine Zener-Diode 85 helfen dabei, eine Vorspannung an den MOSFET 61 anzulegen. Zwischen die Masse und den Induktor 62 ist eine Freilaufdiode 86 gekoppelt, um einen Pfad für den Induktorstrom bereitzustellen, wenn der MOSFET 61 ausgeschaltet wird.
7 zeigt ein bevorzugtes Verfahren zur Bereitstellung eines im Wesentlichen konstanten Vorladestroms. Im Schritt 90 wird ein Aktivierungssignal aus einer Steuerschaltung (z.B. einem Batterieenergiesteuermodul) an den Optokoppler gesandt. Wenn der Optokoppler eingeschaltet wird, wird in Schritt 91 auch die Vorladeschaltung mit Leistung versorgt und der MOSFET eingeschaltet. In Schritt 92 wird eine Prüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob der Ladestrom größer ist als die obere Schwelle. Falls nicht, bleibt der MOSFET eingeschaltet und wird der Ladestrom im Schritt 92 neuerlich überprüft. Wenn der Ladestrom die obere Schwelle überschreitet, wird der MOSFET in Schritt 92 ausgeschaltet. Bei ausgeschaltetem MOSFET wird in Schritt 94 eine Prüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob der Ladestrom unter die untere Schwelle gefallen ist. Falls nicht, dann bleibt der MOSFET ausgeschaltet und wird die Prüfung in Schritt 94 wiederholt durchgeführt. Wenn der Ladestrom unter die untere Schwelle fällt, dann wird der MOSFET in Schritt 95 eingeschaltet und es wird zu Schritt 92 zurückgekehrt. Wenn der Zwischenkreiskondensator voll aufgeladen ist, kann der Konstantstrom durch die Vorladeschaltung nicht mehr aufrechterhalten werden. Dennoch kann der MOSFET eingeschaltet bleiben, da der Strom automatisch verlischt. Schließlich wird der MOSFET ausgeschaltet, wenn die Steuerschaltung den Optokoppler ausschaltet.
Ein bevorzugtes Verfahren für den generellen Betrieb des elektrischen Antriebssystems zur Durchführung einer Vorladung und zur Charakterisierung von Hauptbuskapazität und -widerstand ist in 8 dargestellt. Die Startbedingungen werden in Schritt 100 detektiert, und dann wird ein Vorladungsaktivierungssignal von der Steuerschaltung in Schritt 101 gesandt. Nach dem Senden des Vorladungsaktivierungssignals überwacht die Steuerung in Schritt 102 die Zwischenkreisspannung (z.B. löst sie einen Timer aus und speichert eine Abtastzeit und eine Abtastspannung am Beginn der Vorladung). In Schritt 103 wird die Zwischenkreisspannung mit einer vorbestimmten Zielspannung verglichen. Während dieser Vergleichsphase wird ein zusätzlicher Abtastwert gespeichert, der das Ende der verstrichenen Zeit für die Vorladungsmessungen darstellt. Wenn die Zwischenkreisspannung größer ist als die Zielspannung oder gleich groß wie diese, dann wird das Verfahren in Schritt 104 fortgesetzt, um die Vorladeschaltung abzuschalten und die Hauptschütze zu schließen. In Schritt 105 werden die verstrichene Zeit und die Änderung der Spannung identifiziert und in Schritt 106 dazu verwendet, die Werte für Kapazität und Widerstand zu berechnen.

Claims

Elektrisches Antriebssystem für ein elektrisches Kraftfahrzeug mit einer GS-Leistungsquelle, das Folgendes umfasst: ein Schütz mit einem Eingang, der angepasst ist, mit der GS-Leistungsquelle verbunden zu werden, und mit einem Ausgang, worin das Schütz selektiv zwischen einem offenen Zustand und einem geschlossenen Zustand geschaltet wird; einen Zwischenkreiskondensator; einen Hauptbus, der mit dem Ausgang des Schützes und dem Zwischenkreiskondensator gekoppelt ist; eine Vorladeschaltung, die angepasst ist, zwischen die GS-Leistungsquelle und den Zwischenkreiskondensator gekoppelt zu werden, worin die Vorladeschaltung aus einer gesteuerten Stromquelle besteht, die selektiv aktiviert wird, wenn das Schütz im offenen Zustand ist, um den Zwischenkreiskondensator auf eine vorbestimmte Spannung zu laden, bevor das Schütz in den geschlossenen Zustand geschaltet wird.
Antriebssystem nach Anspruch 1, worin die Vorladeschaltung aus Folgendem besteht: einem Induktor; einem Transistorschalter, der mit dem Induktor in Serie geschaltet ist, um den Induktor selektiv mit der GS-Leistungsquelle zu verbinden; und eine Steuerschaltung zum Ansteuern des Transistorschalters, sodass der Induktor während der Vorladung des Zwischenkreiskondensators einen im Wesentlichen konstanten Strom liefert.
Antriebssystem nach Anspruch 1, worin die Steuerschaltung aus Folgendem besteht: einem Stromsensor, der einen Induktorstrom misst; und einen Trigger, der den Transistorschalter einschaltet, wenn der gemessene Induktorstrom unterhalb einer ersten Schwelle liegt, und den Transistorschalter ausschaltet, wenn der gemessene Induktorstrom oberhalb einer zweiten Schwelle liegt, worin die zweite Schwelle höher ist als die erste Schwelle.
Antriebssystem nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: einen Spannungssensor, der eine Zwischenkreisspannung an dem Zwischenkreiskondensator misst; und eine Steuerschaltung, die durch Aktivieren der Vorladeschaltung eine Vorladung des Zwischenkreiskondensators einleitet, die gemessene Zwischenkreisspannung überwacht und durch Deaktivieren der Vorladeschaltung die Vorladung beendet, wenn die gemessene Zwischenkreisspannung größer ist als die Spannungsschwelle.
Antriebssystem nach Anspruch 4, worin die Steuerschaltung eine Kapazität des Zwischenkreiskondensators als Antwort auf eine verstrichene Vorladezeit und eine Steigung der gemessenen Zwischenkreisspannung bestimmt.
Antriebssystem nach Anspruch 5, worin die Steigung aus einer Differenz zwischen einer gemessenen Zwischenkreisspannung, die einem Beginn der verstrichenen Zeit entspricht, und einer gemessenen Zwischenkreisspannung, die einem Ende der verstrichenen Zeit entspricht, besteht.
Antriebssystem nach Anspruch 5, worin der gesteuerte Strom ein Konstantstrom ist und worin die Steuerschaltung die Kapazität gemäß dem Konstantstrom geteilt durch die Steigung bestimmt.
Antriebssystem nach Anspruch 4, worin der gesteuerte Strom ein Konstantstrom ist und worin die Steuerschaltung einen Widerstand parallel zu dem Zwischenkreiskondensator als Antwort auf eine verstrichene Vorladezeit, eine Steigung der gemessenen Zwischenkreisspannung und den Konstantstrom bestimmt.
Verfahren zum Vorladen eines Zwischenkreiskondensators auf einem Hauptbus in einem elektrischen Kraftfahrzeugantrieb, das Folgendes umfasst: das Aktivieren einer Vorladeschaltung, um den Zwischenkreiskondensator mit einem im Wesentlichen konstanten Strom zu versorgen, wobei ein Hauptbatterieschütz in einem offenen Zustand ist; das Deaktivieren der Vorladeschaltung, wenn die Zwischenkreiskondensatorspannung eine vorbestimmte Spannung erreicht; und das Schließen des Schützes.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner Folgendes umfasst: das Impulsbreitenmodulieren einer Transistorschaltung in Serie mit einem Induktor, um den im Wesentlichen konstanten Strom zu liefern.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner Folgendes umfasst: das Messen einer Zwischenkreisspannung an dem Zwischenkreiskondensator; und das Bestimmen einer Kapazität des Zwischenkreiskondensators als Antwort auf eine verstrichene Vorladezeit und eine Steigung der gemessenen Zwischenkreisspannung.
Verfahren nach Anspruch 11, worin die Steigung aus einer Differenz zwischen einer gemessenen Zwischenkreisspannung, die einem Beginn der verstrichenen Zeit entspricht, und einer gemessenen Zwischenkreisspannung, die einem Ende der verstrichenen Zeit entspricht, besteht.
Verfahren nach Anspruch 12, worin die Kapazität gemäß dem Konstantstrom geteilt durch die Steigung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner Folgendes umfasst: das Messen einer Zwischenkreisspannung an dem Zwischenkreiskondensator; und das Bestimmen eines Widerstands parallel zu dem Zwischenkreiskondensator als Antwort auf eine verstrichene Vorladezeit, eine Steigung der gemessenen Zwischenkreisspannung und den Konstantstrom.
Vorladeschaltung zum Laden eines Hauptbuszwischenkreiskondensators in einem elektrischen Kraftfahrzeugantrieb, die Folgendes umfasst: einen Induktor; einen Transistor, der den Induktor selektiv mit einer GS-Versorgung koppelt; einen Stromsensor, der einen Induktorstrom misst; und einen Trigger, der den Transistorschalter einschaltet, wenn der Induktorstrom unterhalb einer ersten Schwelle liegt, und den Transistorschalter ausschaltet, wenn der Induktorstrom oberhalb einer zweiten Schwelle liegt, die höher ist als die erste Schwelle.
Vorladeschaltung nach Anspruch 15, die ferner Folgendes umfasst: einen Optokoppler, der den Transistor mit der GS-Versorgung verbindet, worin der Optokoppler angepasst ist, durch eine Steuerschaltung des elektrischen Kraftfahrzeugantriebs ferngesteuert zu werden.