DE102016213105A1

DE102016213105A1 - Verfahren und System zum Betreiben einer On-Board- Ladevorrichtung für ein umweltfreundliches Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016213105A1
Application number: DE102016213105.2A
Authority: DE
Inventors: Gi Bong Son; Hui Sung Jang; Hyun Wook SEONG
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2017-04-13
Also published as: US20170101020A1; CN106571666B; CN106571666A; KR101776403B1; US10195947B2; KR20170041993A

Abstract

Es werden ein Verfahren und ein System zum Betreiben einer On-Board-Ladevorrichtung (OBC) für ein umweltfreundliches Fahrzeug bereitgestellt, um eine Haltbarkeit zu verbessern und eine Lebensdauer der OBC zu erhöhen, und zwar während des Ladens einer Fahrzeugbatterie unter Verwendung einer kommerziellen Energiequelle. Das System verbessert eine Haltbarkeit und erhöht eine Lebensdauer der OBC, einschließlich eines Leistungsfaktor-Korrektur-(PFC)Teiles durch abwechselndes Betreiben eines ersten Aufwärtswandlers und eines zweiten Aufwärtswandlers des PFC-Teiles während des Ladens der Batterie durch Verwenden einer kommerziellen Energieversorgung (eine In-Kabel-Steuerbox (ICCB)).

Description

Hintergrund
(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und ein System zum Betreiben einer On-Board-Ladevorrichtung für ein umweltfreundliches Fahrzeug, und insbesondere ein Verfahren und ein System zum Betreiben einer On-Board-Ladevorrichtung für ein umweltfreundliches Fahrzeug zur Verbesserung einer Haltbarkeit einer On-Board-Ladevorrichtung während des Ladens einer Batterie in einem Fahrzeug und zum Erhöhen einer Lebensdauer bei Verwenden einer kommerziellen Energiequelle.
(b) Hintergrund
Im Allgemeinen ist ein umweltfreundliches Fahrzeug, wie zum Beispiel ein Elektrofahrzeug (EV) oder ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV), das einen Elektromotor als eine Antriebsquelle zum Betreiben eines Fahrzeuges verwendet, mit einer Batterie ausgestattet, welche den Elektromotor mit Elektrizität versorgt, wobei die Batterie unter Verwendung einer elektrischen Fahrzeug-Ladeeinrichtung (EVSE) aufgeladen wird, die sich außerhalb des Fahrzeuges befindet, oder mit einer allgemeinen externen Wechselstromquelle verbunden ist und unter Verwendung einer On-Board-Ladevorrichtung (OBC) aufgeladen wird, welche eine im Fahrzeug befestigte Batterieladevorrichtung ist. Bei Versorgung des Fahrzeuges mit von außen zugeführtem Wechselstrom ist die OBC derart ausgebildet, um die Batterie (bzw. den Akku) durch Umwandeln des Wechselstroms (AC) in Gleichstrom (DC), der in der Batterie speicherbar ist, aufzuladen.
Die obige in diesem Abschnitt offenbarte Information dient lediglich dem besseren Verständnis des Hintergrundes der Erfindung und kann deshalb Information beinhalten, welche nicht den Stand der Technik bildet, der hierzulande bereits einem Fachmann bekannt ist.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und ein System zum Betreiben einer On-Board-Ladevorrichtung (OBC) für ein umweltfreundliches Fahrzeug bereit, welche abwechselnd einen ersten Aufwärtswandler und einen zweiten Aufwärtswandler eines innerhalb der OBC gebildeten Leistungsfaktor-Korrektur-(PFC)-Teils betreibt, während die Batterie geladen wird, indem eine kommerzielle Energieversorgung verwendet wird (beispielsweise eine In-Kabel-Steuerbox (ICCB)), um die Haltbarkeit zu verbessern und eine Funktionslebensdauer der OBC einschließlich des PFC-Teils zu erhöhen.
Unter einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer innerhalb eines Fahrzeuges befestigten On-Board-Ladevorrichtung (OBC) bereit, die umfassen kann: Bestimmen, ob eine mit der OBC verbundene Energieversorgung eine kommerzielle Energieversorgung ist, die dazu ausgebildet ist, kommerziellen Wechselstrom bereitzustellen; Akkumulieren und Zählen der Anzahl von Batterieladevorgängen, wann immer die kommerzielle Energieversorgung mit der OBC verbunden ist; und abwechselndes Betreiben einer Mehrzahl von Aufwärtswandlern, die dazu ausgebildet sind, einen Einschaltzustand („on-duty”) eines Eingangsstroms der OBC auf Grundlage der gezählten Anzahl von Batterieladevorgängen anzupassen.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die OBC umfassen: einen ersten Aufwärtswandler und einen zweiten Aufwärtswandler, die dazu ausgebildet sind, den Einschaltzustand des Eingangsstroms in unterschiedlichen Phasen anzupassen, und wobei, wenn die gezählte Anzahl von Batterieladevorgängen eine ungerade Zahl ist, die OBC dazu ausgebildet ist, den Einschaltzustand des Eingangsstroms in unterschiedlichen Phasen anzupassen, und zwar durch Betreiben eines von den ersten und zweiten Aufwärtswandlern, und wobei, wenn die gezählte Anzahl an Batterieladevorgängen eine gerade Zahl ist, die OBC dazu ausgebildet ist, den Einschaltzustand des Eingangsstroms durch Betreiben des anderen von den ersten und zweiten Aufwärtswandlern anzupassen.
Zusätzlich kann das Verfahren ein Bestimmen des Einschaltzustands des dem Aufwärtswandler zugeführten Eingangsstroms umfassen, und zwar nachrangig zu einem Verhältnis eines Eingangsstroms, der einem Aufwärtswandler zugeführt werden kann, der auf Grundlage der Anzahl von Batterieladevorgängen aus der Mehrzahl von Aufwärtswandlern ausgewählt worden ist, und eines Strombefehls, der als ein Befehlswert des Eingangsstroms bestimmt wird. Wenn die akkumulierte und gezählte Anzahl von Batterieladevorgängen einen vorbestimmten Maximalwert erreicht, dann kann die Anzahl an Batterieladevorgängen auf einen Anfangswert zurückgesetzt werden. Das Verfahren kann weiterhin die Bestimmung enthalten, ob die mit der OBC verbundene Energieversorgung die kommerzielle Energieversorgung ist, und zwar auf Grundlage einer Eingangsspannung und eines Eingangsstroms, die der Mehrzahl an Aufwärtswandlern zugeführt worden sind.
Das Verfahren zum Betreiben der OBC für das umweltfreundliche Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Wirkungen auf.
Erstens dürften die Probleme hinsichtlich Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der OBC gelöst werden, die durch einen Betrieb lediglich eines spezifischen Aufwärtswandlers während des Ladens einer Batterie durch Verwenden einer ICCB auftreten.
Zweitens dürfte ein Problem hinsichtlich einer Verschlechterung der Haltbarkeit eines entsprechenden Aufwärtswandlers aufgrund eines Betriebs von nur einem spezifischen Aufwärtswandler verringert werden, was zu einem Strom-Ungleichgewicht führt, das erzeugt wird, wenn eine Batterie ein Aufladen durch Betreiben beider Aufwärtswandler erfordert, und zwar aufgrund der Verschlechterung der Haltbarkeit des entsprechenden Aufwärtswandlers.
Drittens dürfte ein Problem hinsichtlich einer Verschlechterung in der Steuerungswirksamkeit bzw. -leistung gelöst werden, die aufgrund einer relativen Verschlechterung der Haltbarkeit eines spezifischen Aufwärtswandlers erzeugt wird, und zwar aufgrund eines Betriebs lediglich eines spezifischen Aufwärtswandlers.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obigen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden detailliert mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben, die in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind, welche im Folgenden lediglich der Darstellung dienen und deshalb die vorliegende Erfindung nicht beschränken sollen, und wobei:
1 ein Diagramm zum Beschreiben eines Verfahrens zum Betreiben einer On-Board-Ladevorrichtung (OBC) für ein umweltfreundliches Fahrzeug aus dem Stand der Technik ist;
2 ein Diagramm zum Beschreiben eines Verfahrens zum Betreiben einer OBC für ein umweltfreundliches Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Konzept-Diagramm ist, das ein Betriebsverfahren während des Ladens darstellt, und zwar unter Verwendung einer In-Kabel-Steuerbox (ICCB) einer Steuerung für die OBC gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ein Flussdiagramm ist, das das Verfahren zum Betreiben der OBC gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
5 Kurven zeigt, die ein Simulationsergebnis der OBC darstellen, an welcher das Verfahren zum Betreiben der OBC gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Bezugszeichen in den Zeichnungen beinhalten einen Bezug zu den folgenden Elementen, wie sie weiter unten erörtert werden:
Bezugszeichenliste

10: PFC-Teil
11: erster Aufwärtswandler
12: zweiter Aufwärtswandler
20: DC/DC-Umwandlerkomponente
30: Steuerung
31: Stromsteuerung
40: Batterie

Es soll davon ausgegangen werden, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, sondern eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener beispielhafter Merkmale wiedergeben sollen, welche die grundlegenden Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
Die besonderen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart ist, einschließlich beispielsweise besonderer Abmessungen, Ausrichtungen, Örter und Formen werden teilweise durch die entsprechend beabsichtigte Anwendungs- und Verwendungsumgebung bestimmt. In allen Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf die gleichen oder ähnlichen Teile der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Es wird davon ausgegangen, dass der Begriff „Fahrzeug” oder „zu einem Fahrzeug gehörig” oder ein anderer ähnlicher Ausdruck, wie er hierin verwendet wird, Motorkraftfahrzeuge im Allgemeinen umfasst, wie zum Beispiel Passagierfahrzeuge, einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und mit anderen alternativen Kraftstoffen betriebene Fahrzeuge (zum Beispiel Kraftstoffe, die nicht aus Erdöl gewonnen werden) umfasst. Wie hierin verwendet wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehr Energiequellen aufweist, beispielsweise ein sowohl mit Benzin als auch elektrisch betriebenes Fahrzeug.
Obwohl eine beispielhafte Ausführungsform unter Verwendung einer Mehrzahl von Einheiten zur Durchführung des beispielhaften Verfahrens beschrieben wird, wird davon ausgegangen, dass die beispielhaften Verfahrensschritte auch durch ein einzelnes Modul oder eine Mehrzahl von Modulen ausgeführt werden können. Zusätzlich wird davon ausgegangen, dass sich der Begriff „Steuerung/Steuereinheit” auf eine Hardwareeinrichtung bezieht, welche einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist dazu ausgebildet, die Module abzuspeichern, und der Prozessor ist insbesondere dazu ausgebildet, diese Module zur Durchführung eines oder mehrerer Verfahrensschritte auszuführen, welche im Folgenden beschrieben werden.
Weiterhin kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als ein nicht-flüchtiges computerlesbares Medium in einem computerlesbaren Medium eingebettet sein, welches auszuführende Programmanweisungen enthält, die durch einen Prozessor, eine Steuerung/Steuereinheit oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Medien umfassen, jedoch ohne Beschränkung darauf, ROM, RAM, Kompaktdisk(CD)-ROMs, Magnetbänder, Disketten, Flashdrives, Smartcards und optische Datenspeichereinrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann außerdem in über ein Netzwerk gekoppelten Computersystemen verteilt werden, so dass die computerlesbaren Medien in einer distributierten Art und Weise gespeichert und ausgeführt werden, beispielsweise über einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich zur Beschreibung besonderer Ausführungsformen, und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hierin verwendet wird, sollen die Singular-Formen „ein, eine, eines” und „der, die, das” auch die Plural-Formen mit umfassen, es sei denn, dass sich aus dem Zusammenhang eindeutig etwas anderes ergibt. Es wird weiterhin davon ausgegangen, dass die Begriffe „umfasst” und/oder „umfassend” bei Verwendung in dieser Beschreibung die Anwesenheit von genannten Merkmalen, ganzzahligen Vielfachen, Schritten, Betriebszuständen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht die Anwesenheit oder das Hinzufügen eines oder mehrerer weiterer Merkmale, ganzzahliger Vielfache, Schritten, Betriebszuständen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet wird, umfasst der Begriff „und/oder” alle möglichen Kombinationen eines oder mehrerer der aufgeführten zugeordneten Gegenstände.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „etwa” auf einen Bereich mit normaler Abweichung wie im Stand der Technik, beispielsweise innerhalb von zwei Standardabweichungen vom Mittelwert, es sei denn, dass ausdrücklich etwas anderes gemeint ist oder sich aus dem Kontext in offensichtlicher Weise etwas anderes ergibt. „Etwa” kann innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des genannten Wertes liegen. Sofern nicht aus dem Zusammenhang ersichtlich ist, sind alle hierin bereitgestellten numerischen Werte mit dem Begriff „etwa” versehen.
Im Folgenden wird nun detailliert auf verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben werden. Während die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, wird davon ausgegangen, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken soll. Vielmehr soll die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und weitere beispielhafte Ausführungsformen, die im Grundgedanken und Umfang der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, enthalten sein können.
Als Erstes wird ein Verfahren zum Betreiben einer On-Board-Ladevorrichtung (OBC) für ein umweltfreundliches Fahrzeug aus dem Stand der Technik beschrieben. 1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das auf schematische Art und Weise eine in einem umweltfreundlichen Fahrzeug aus dem Stand der Technik befestigte OBC darstellt. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die OBC für das umweltfreundliche Fahrzeug ein Leistungsfaktor-Korrektur(PFC)-Teil 100, eine DC/DC-Wandlerkomponente 200 und eine Steuerung 300, die dazu ausgebildet sind, die entsprechenden Elemente zu betreiben.
Bekanntermaßen ist das PFC-Teil 100 dazu ausgebildet, einen Leistungsfaktor anzupassen, wobei die DC/DC-Wandlerkomponente 200 dazu ausgebildet ist, eine Spannungseingabe von dem PFC-Teil 100 in eine Gleichspannung zum Laden einer Batterie 400 umzuwandeln. Mit Bezug auf 1 umfasst das PFC-Teil 100 einen ersten Aufwärtswandler 110 und einen zweiten Aufwärtswandler 120, die dazu ausgebildet sind, einen Eingangsstrom der OBC anzupassen, wobei der erste Aufwärtswandler 110 und der zweite Aufwärtswandler 120 parallel zueinander verbunden sind, und einen Einschaltzustand des Eingangsstroms anzupassen, während sie abwechselnd mit einem Phasenunterschied von 180° betrieben werden. Mit anderen Worten, das PFC-Teil 100 der OBC kann aus zwei Aufwärtswandlern 110 und 120 gebildet werden, die in unterschiedlichen Phasen betrieben werden, und kann einen Einschaltzustand (oder ein Zustandsverhältnis) des Eingangsstroms mit zwei Phasen einstellen und ausgeben.
Die OBC für das umweltfreundliche Fahrzeug aus dem Stand der Technik, bei welchem das PFC-Teil 100 dazu ausgebildet ist, einen der OBC zugeführten Eingangsstrom anzupassen, ist in einer verschränkenden Art und Weise betreibbar, hat eine beträchtliche Nenn-Ladekapazität, wenn die Batterie unter Verwendung einer allgemeinen elektrischen Fahrzeug-Ladeeinrichtung (EVSE) aufgeladen wird, wobei die OBC somit dazu ausgebildet ist, die Batterie durch Betreiben sowohl des ersten Aufwärtswandlers 110 als auch des zweiten Aufwärtswandlers 120 zu laden. Wenn die OBC jedoch die Batterie unter Verwendung einer Energieversorgung auflädt, wie zum Beispiel einer In-Kabel-Steuerbox (ICCB), die dazu ausgebildet ist, Haushaltsstrom zuzuführen (bzw. eine kommerzielle Wechselstrom-Energiequelle), dann beträgt die Ladekapazität die Hälfte oder weniger von der Ladekapazität während des Aufladens mit der allgemeinen EVSE, weshalb die OBC dazu ausgebildet ist, lediglich einen der Aufwärtswandler 110 und 120 des PFC-Teils 100 zu betreiben.
Mit anderen Worten, in dem PFC-Teil der OBC für das umweltfreundliche Fahrzeug aus dem Stand der Technik wird lediglich ein einziger Aufwärtswandler betrieben, wenn die Batterie unter Verwendung der ICCB mit einer minimalen Ladekapazität aufgeladen wird, im Vergleich zu dem Ladevorgang der Batterie unter Verwendung der allgemeinen EVSE. Insbesondere bezieht sich das verschränkende Verfahren (sog. Interleaving) auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Einschaltzustands durch Verzögern einer Phase um 360°/N für jede Phase, wenn ein Einschaltzustand mit einer Mehrzahl von Phasen (beispielsweise N) und nicht nur einer Phase erzeugt wird. Jedoch weist das Verfahren zum Betreiben der OBC aus dem Stand der Technik ein Problem hinsichtlich einer Verschlechterung der Haltbarkeit von manuellen und aktiven Komponenten (beispielsweise eine Spule, ein Schalter, eine Diode und dergleichen) des entsprechenden Aufwärtswandlers auf, der während des Aufladens der Batterie unter Verwendung der ICCB betrieben wird, und ein Problem hinsichtlich einer schnellen Abnahme einer Lebensdauer der OBC.
Wenn sich die Haltbarkeit der Komponenten (zum Beispiel eine Spule, ein Schalter, eine Diode und dergleichen), die einen vorbestimmten Aufwärtswandler bilden, der während des Aufladens der Batterie durch Verwenden der ICCB betrieben wird, verschlechtert, können sich Induktivität, innerer Widerstand und dergleichen ändern, wodurch ein Stromungleichgewicht der entsprechenden Phasen verursacht wird, welche durch den ersten und den zweiten Aufwärtswandler während des Aufladens der Batterie unter Verwendung der allgemeinen EVSE eingestellt worden sind, und eine Verschlechterung hinsichtlich einer Steuerungsleistung verursacht wird.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung beschrieben, so dass ein Fachmann die vorliegende Erfindung auf einfache Art und Weise umsetzen kann.
2 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Verfahrens zum Betreiben einer OBC für ein umweltfreundliches Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zeigt eine Konfiguration einer OBC einschließlich eines PFC-Teils 10, einer DC/DC-Wandlerkomponente 20 und einer Steuerung 30, wobei ein Fahrzeug mit einer Ladevorrichtung ausgestattet ist, die zwischen einer Energieversorgung (nicht dargestellt), die sich außerhalb des Fahrzeuges befindet, und einer innerhalb des Fahrzeuges befestigten Batterie 40 verbunden ist. Das PFC-Teil 10 kann einen ersten Aufwärtswandler 11 und einen zweiten Aufwärtswandler 12 umfassen, die dazu ausgebildet sind, ein Betriebsverhältnis eines Stroms (beispielsweise Eingangsstrom), der der OBC zugeführt worden ist, anzupassen, wobei der erste Aufwärtswandler 11 und der zweite Aufwärtswandler 12 dazu ausgebildet sein können, einen Einschaltzustand des Eingangsstroms anzupassen, während diese abwechselnd mit einem Phasenunterschied von 180° betrieben werden.
Der erste Aufwärtswandler 11 und der zweite Aufwärtswandler 12 können jeweils eine Schalteinrichtung umfassen, wie zum Beispiel einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), und können derart ausgebildet sein, um ein Betriebsverhältnis des Eingangsstroms anzupassen, wenn sie den Eingangsstrom ausgeben und übertragen, der von außen angelegt wird, wenn die Schalteinrichtung eingeschaltet ist, und können dazu ausgebildet sein, einen durchschnittlichen Ausgangsstrom zu übertragen, der einem Strombefehl entspricht, indem das Betriebsverhältnis des Eingangsstroms angepasst wird.
Das PFC-Teil 10 kann als ein Schaltkreis funktionieren, der dazu ausgebildet ist, in der OBC eine Leistungsfaktor-Steuerung durchzuführen, und kann dazu ausgebildet sein, das Betriebsverhältnis (bzw. den Einschaltzustand) des Eingangsstroms anzupassen, wobei zwei Phasen der zwei Aufwärtswandler 11 und 12 mit unterschiedlichen Phasen betrieben werden, wobei der Betrieb durch die Steuerung 30 ausführbar sein kann. Wenn die OBC die Batterie 40 unter Verwendung einer kommerziellen Energieversorgung, wie zum Beispiel der ICCB, auflädt, die dazu ausgebildet ist, Haushaltselektrizität bereitzustellen (bzw. eine kommerzielle Wechselstromenergiequelle), dann kann die Steuerung 30 dazu ausgebildet sein, den ersten Aufwärtswandler 11 und den zweiten Aufwärtswandler 12 auf Basis der Anzahl von Batterieladevorgängen abwechselnd zu betreiben (beispielsweise die Anzahl von Malen, wenn die Batterie aufgeladen ist). Insbesondere wird das Verfahren zum Betreiben der OBC durch die Steuerung 30, die dazu ausgebildet ist, eine Betriebsabfolge der ersten und zweiten Aufwärtswandler 11 und 12 des PFC-Teils 10 auszuführen, im Folgenden genauer beschrieben.
Wie in 2 und 3 dargestellt ist, kann die Steuerung 30 dazu ausgebildet sein, eine Eingangsspannung Vin sowie Eingangsströme I_#1 und I_#2 zu erkennen, mit welchen die OBC versorgt wird, und zwar an einem Eingangsanschluss des PFC-Teils 10, wobei sie gleichzeitig dazu ausgebildet sein kann, um zu erkennen, ob an dem Eingangsanschluss des PFC-Teils 10 eine externe Energieversorgung angeschlossen ist.
Insbesondere kann die Steuerung 30 derart ausgebildet sein, um zu erkennen, dass die kommerzielle Energieversorgung an dem Eingangsanschluss des PFC-Teils 10 angeschlossen ist, und zwar auf Basis eines Ladestroms, der dem Eingangsanschluss des PFC-Teils 10 von außen zugeführt wird. Eine Ladekapazität kann beim Laden der Batterie unter Verwendung der EVSE allgemein das zwei- oder mehrfache der Ladekapazität beim Laden der Batterie unter Verwendung der ICCB betragen. Mit anderen Worten, die Steuerung 30 kann derart ausgebildet sein, um zu bestimmen, ob die an dem Eingangsanschluss der OBC angeschlossene Energieversorgung (oder am Eingangsanschluss des PFC-Teils 10) die EVSE oder die ICCB ist, und zwar auf Basis der Eingangsspannung Vin und des Eingangsstroms I_#1 und I_#2, die an den ersten und zweiten Aufwärtswandler 11 bzw. 12 des PFC-Teils 10 angelegt sind.
Wenn die Steuerung 30 feststellt, dass die kommerzielle Energieversorgung (ICCB), welche extern zum Fahrzeug ist, elektrisch an dem Eingangsanschluss des PFC-Teils 10 angeschlossen ist, dann kann die Steuerung 30 derart ausgebildet sein, um die Anzahl N von Batterieladevorgängen zu erhöhen, welche als eine interne Variable festgelegt werden kann. Insbesondere kann die Steuerung 30 derart ausgebildet sein, um die Anzahl N von Batterieladevorgängen um 1 zu erhöhen, wenn die kommerzielle Energieversorgung (ICCB) an dem Eingangsanschluss des PFC-Teils 10 angeschlossen ist, und dabei die Anzahl N von Batterieladevorgängen zu akkumulieren und zu zählen, und einen Aufwärtswandler zu betreiben, der von den Aufwärtswandlern 11 und 12 des PFC-Teils 10 ausgewählt ist, und zwar durch Einstellen einer Ladebetriebsart der OBC auf Grundlage der gezählten Anzahl N von Batterieladevorgängen.
Mit anderen Worten, die Steuerung 30 kann derart ausgebildet sein, um die Betriebsabfolge des ersten und zweiten Aufwärtswandlers 11 bzw. 12 des PFC-Teils 10 auf Basis der Anzahl N von Batterieladevorgängen auszuführen und sequentiell und abwechselnd den ersten und zweiten Aufwärtswandler 11 bzw. 12 zu betreiben. Wenn beispielsweise die Anzahl N von Batterieladevorgängen eine ungerade Zahl ist (N = 2k + 1, k = 0, 1, 2, ... n), dann kann der erste Aufwärtswandler 11 betrieben werden, der Eingangsstrom I_#1 des ersten Aufwärtswandlers 11 kann von den Eingangsströmen I_#1 und I_#2 ausgewählt werden, die an dem Eingangsanschluss des PFC-Teils 10 erkannt worden sind, wobei der Einschaltzustand des Eingangsstroms I_#1 des PFC-Teils 10 (oder des wahlweise betriebenen ersten Aufwärtswandlers) auf Basis eines festgestellten Strombefehls I_ref angepasst werden kann.
Insbesondere kann eine Stromsteuerung 31, die in der Steuerung 30 angeordnet ist, derart ausgebildet werden, um einen eingeschalteten d_PFC des Eingangsstroms I_#1 auf Basis des Strombefehls I_ref zu bestimmen und auszugeben. Mit anderen Worten, eine Ausgabe der Stromsteuerung 31 kann zu dem „on-duty” – bzw. eingeschalteten d_PFC des Eingangsstroms I_#1 werden, der in den ausgewählten Aufwärtswandler eingegeben worden ist, das heißt, der erste Aufwärtswandler 11. Dann kann das PFC-Teil 10 derart ausgebildet werden, um den Einschaltzustand des Eingangsstroms I_#1 auf Grundlage des festgestellten und eingeschalteten d_PFC anzupassen und einen durchschnittlichen Ausgangsstrom auszugeben, der dem Strombefehl I_ref entspricht.
Wenn beispielsweise die Anzahl N von Batterieladevorgängen eine gerade Zahl ist (N = 2k, k = 0, 1, 2, ... n), dann wird der zweite Aufwärtswandler 12 ausgewählt und betrieben, wobei der Eingangsstrom I_#2 des zweiten Aufwärtswandlers 12 aus den Eingangsströmen I_#1 und I_#2 ausgewählt werden kann, die an dem Eingangsanschluss des PFC-Teils 10 erkannt worden sind, wobei der Einschaltzustand des Eingangsstroms I_#2 des PFC-Teils 10 (zum Beispiel, oder der wahlweise betriebene zweite Aufwärtswandler) auf Basis eines festgestellten Strombefehls I_ref angepasst werden kann. Insbesondere kann die innerhalb der Steuerung 30 befestigte Stromsteuerung 31 derart ausgebildet sein, um ein eingeschaltetes d_PFC des Eingangsstroms I_#2 auf Grundlage des Strombefehls I_ref zu bestimmen und auszugeben. Eine Ausgabe der Stromsteuerung 31 kann zu dem eingeschalteten d_PFC des Eingangsstroms I_#2 werden, der in den ausgewählten Aufwärtswandler eingegeben worden ist, das heißt den zweiten Aufwärtswandler 12.
Weiterhin kann das PFC-Teil 10 dazu ausgebildet sein, den Einschaltzustand des Eingangsstroms I_#2 auf Grundlage des festgestellten „on-duty” d_PFC anzupassen und einen durchschnittlichen Ausgangsstrom auszugeben, der dem Strombefehl I_ref entspricht. Wenn beispielsweise der Eingangsstrom des Aufwärtswandlers, der von den Aufwärtswandlern des PFC-Teils 10 ausgewählt worden ist, etwa 20 Ampere beträgt, und der Strombefehl I_ref etwa 10 Ampere beträgt, dann kann das „on-duty” d_PFC zu etwa 0,5 festgestellt werden, wobei der durchschnittliche Ausgangsstrom etwa 10 Ampere werden kann. Insbesondere kann die Stromsteuerung 31 dazu ausgebildet sein, um das „on-duty” d_PFC des Eingangsstroms nachrangig zu einem Verhältnis des Strombefehls I_ref und des Eingangsstroms (I_#1 oder I_#2) zu bestimmen, wobei die Schalteinrichtung des ersten Aufwärtswandlers 11 oder des zweiten Aufwärtswandlers 12 eingeschaltet werden kann, und zwar auf Basis eines Wertes des „on-duty” d_PFC.
Der Strombefehl I_ref ist ein Befehlswert des Eingangsstroms und kann nachrangig zu einer Eingabe, einer Ausgabe sowie einem externen Zustand der OBC und dergleichen bestimmt werden. Mit anderen Worten, der Strombefehl I_ref kann nachrangig zu der Eingangsspannung V_in der OBC, dem Eingangsstrom (I_#1 oder I_#2) des ausgewählten Aufwärtswandlers, einem externen Zustand und dergleichen bestimmt werden. Der Strombefehl I_ref ist ein Ausgabewert einer Spannungssteuerung (nicht dargestellt), die in der Steuerung 30 angeordnet ist, wobei die Spannungssteuerung mit negativer Rückkopplung ausgebildet sein kann, weshalb die Spannungssteuerung deshalb dazu ausgebildet sein kann, um den Strombefehl I_ref auf Grundlage des externen Zustands und des Eingabe-/Ausgabe-Werts der OBC während des normalen Betriebs zu bestimmen.
Um beispielsweise die Hauptbatterie 40 aufzuladen, kann der durchschnittliche Ausgangsstrom des PFC-Teils 10 auf Grundlage der für die DC/DC-Umwandlerkomponente 20 der OBC erforderlichen Ausgabe bestimmt werden, wobei der Strombefehl I_ref auf Grundlage des durchschnittlichen Ausgangsstroms bestimmt werden kann. Mit anderen Worten, der Strombefehl I_ref kann über die in der Steuerung 30 angeordnete Spannungssteuerung bestimmt werden, wobei die Stromsteuerung 31 derart ausgebildet sein kann, um den „on-duty” d_PFC des Eingangsstroms unter Verwendung des Strombefehls I_ref zu bestimmen, der ein Ausgabewert der Spannungssteuerung ist. Dementsprechend kann, wenn die externe kommerzielle Energieversorgung zum Aufladen der Batterie angeschlossen ist, das PFC-Teil 10 derart ausgebildet sein, um einen Ausgangsstrom in unterschiedlichen Phasen durch wechselweises Betreiben des ersten und zweiten Aufwärtswandlers 11 bzw. 12 durch das Zweiphasen-Verschränkungsverfahren zu erzeugen.
Da der Wert der zählbaren Anzahl N von Batterieladevorgängen auf Basis einer Leistung der Steuerung 30 begrenzt werden kann, wenn die Anzahl N von Batterieladevorgängen einen vorbestimmten Maximalwert erreicht, dann kann die Anzahl N von Batterieladevorgängen auf einen Anfangswert zurückgesetzt werden. Wenn beispielsweise der Anfangswert „0” ist, dann wird der Maximalwert der Anzahl N von Batterieladevorgängen auf einen geraden Wert gesetzt, und wenn der Anfangswert „1” ist, dann kann der Maximalwert der Anzahl N von Batterieladevorgängen auf einen ungeraden Wert gesetzt werden.
Wie oben beschrieben worden ist, können der erste und zweite Aufwärtswandler 11 bzw. 12 des PFC-Teils 10 abwechselnd betrieben werden, und zwar auf Basis der Anzahl N von Batterieladevorgängen, die zusätzlich als die interne Variable in der Steuerung 30 der OBC gesetzt werden kann, weshalb eine Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der OBC verbessert werden können, und zwar im Vergleich zu einem Fall, wo lediglich ein spezifischer Aufwärtswandler betrieben wird, wie es der Stand der Technik lehrt.
Ein Beispiel eines Verfahrens zum Betreiben der OBC gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf 4 beschrieben. Wie in 4 dargestellt ist, kann zuerst, wenn eine externe Energieversorgung mit dem Fahrzeug bzw. der OBC verbunden ist, bestimmt werden, ob die Energieversorgung eine kommerzielle Energieversorgung (ICCB) ist, die dazu ausgebildet ist, einen kommerziellen Wechselstrom zuzuführen.
In Antwort auf die Feststellung, dass die kommerzielle Energieversorgung mit der OBC verbunden ist, kann die Anzahl N von Batterieladevorgängen um 1 erhöht und gezählt werden, wobei festgestellt werden kann, ob die gezählte Anzahl N von Batterieladevorgängen eine gerade Zahl ist. Wenn die gezählte Anzahl N von Batterieladevorgängen keine gerade Zahl ist (beispielsweise eine ungerade Zahl), dann kann ein Eingangsstrom der OBC durch Betreiben des ersten Aufwärtswandlers 11 angepasst werden, und wenn die gezählt Anzahl N von Batterieladevorgängen eine gerade Zahl ist, dann kann der Eingangsstrom der OBC durch Betreiben des zweiten Aufwärtswandlers 12 angepasst werden, um die Batterie der OBC unter Verwendung der kommerziellen Energieversorgung aufzuladen. Ein Verfahren zum Betreiben der DC/DC-Umwandlerkomponente 30, die durch Empfangen des Ausgangsstroms des PFC-Teils 10 betrieben wird, ist eine bekannte Technologie, weshalb eine Beschreibung davon hier ausgelassen wird.
Zudem zeigt 5 Kurven, welche ein Simulationsergebnis der OBC darstellen, an welcher das Verfahren zum Betreiben der OBC gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben worden ist, angewendet worden ist, wobei 5 zeigt, dass, wenn die Anzahl N von Batterieladevorgängen in einem Fall, wo die ICCB mit dem PFC-Teil der OBC verbunden ist, eine ungerade Zahl ist, ein Ausgangsstrom des PFC-Teils in einer Phase des ersten Aufwärtswandlers strömt, und wenn die Anzahl N von Batterieladevorgängen eine gerade Zahl ist, dann strömt ein Ausgangsstrom des PFC-Teils in einer Phase des zweiten Aufwärtswandlers.
Wie in 5 dargestellt ist, kann der Ausgangsstrom des PFC-Teils, wenn der Eingangsstrom des PFC-Teils durch den ersten Aufwärtswandler eingestellt wird, und der Ausgangsstrom des PFC-Teils, wenn der Eingangsstrom des PFC-Teils durch den zweiten Aufwärtswandler angepasst wird, in unterschiedlichen Phasen ohne einem Überschneidungsbereich ausgegeben werden, wobei die Ausgangsspannungen der OBC, wenn das Laden der Batterie durch den ersten Aufwärtswandler und durch den zweiten Aufwärtswandler ausgeführt wird, auf dasselbe Niveau eingestellt werden können.
Die vorliegende Offenbarung wurde mit Bezug auf die beispielhaften Ausführungsformen beschrieben, wobei der Fachmann bevorzugen wird, dass die Elemente der vorliegenden Erfindung geändert und modifiziert werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzukehren. Weiterhin können besondere Situationen oder Materialien in erheblicher Weise ohne einer Abkehr von dem wesentlichen Bereich der vorliegenden Erfindung geändert werden. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung nicht auf die detaillierte Beschreibung der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschränkt, sondern umfasst alle beispielhaften Ausführungsformen im Umfang der begleitenden Ansprüche.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer On-Board-Ladevorrichtung (OBC), die in einem Fahrzeug befestigt ist, umfassend: Bestimmen, mit einer Steuerung, ob eine mit der OBC verbundene Energieversorgung eine kommerzielle Energieversorgung ist, die dazu ausgebildet ist, kommerziellen Wechselstrom bereitzustellen; Akkumulieren und Zählen, mit der Steuerung, die Anzahl von Batterieladevorgängen, wenn die kommerzielle Energieversorgung mit der OBC verbunden ist; und abwechselndes Betreiben, durch die Steuerung, einer Mehrzahl von Aufwärtswandlern, die dazu ausgebildet sind, einen Einschaltzustand eines Eingangsstroms der OBC auf Grundlage der gezählten Anzahl von Batterieladevorgängen anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Einschaltzustand des in einem Aufwärtswandler eingegebenen Eingangsstroms, der auf Basis der Anzahl von Batterieladevorgängen aus der Mehrzahl von Aufwärtswandlern ausgewählt wird, nachrangig bestimmt wird zu einem Verhältnis eines Eingangsstroms, der dem Aufwärtswandler zugeführt wird, der auf Basis der Anzahl von Batterieladevorgängen von der Mehrzahl von Aufwärtswandlern ausgewählt worden ist, und eines Strombefehls, der als ein Befehlswert des Eingangsstroms festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die OBC einen ersten Aufwärtswandler und einen zweiten Aufwärtswandler umfasst, die dazu ausgebildet sind, den Einschaltzustand des Eingangsstroms in unterschiedlichen Phasen anzupassen, und wobei, wenn die gezählte Anzahl von Batterieladevorgängen eine ungerade Zahl ist, die OBC dazu ausgebildet ist, den Einschaltzustand des Eingangsstroms in unterschiedlichen Phasen anzupassen, und zwar durch Betreiben eines von dem ersten und zweiten Aufwärtswandler, und wobei, wenn die gezählte Anzahl an Batterieladevorgängen eine gerade Zahl ist, die OBC dazu ausgebildet ist, den Einschaltzustand des Eingangsstroms durch Betreiben des anderen von dem ersten und zweiten Aufwärtswandler anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn die akkumulierte und gezählte Anzahl von Batterieladevorgängen einen vorbestimmten Maximalwert erreicht, die Anzahl von Batterieladevorgängen auf einen Anfangswert zurückgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Bestimmen, mit der Steuerung, ob die mit der OBC verbundene Energieversorgung die kommerzielle Energieversorgung auf Grundlage einer Eingangsspannung und eines der Mehrzahl von Aufwärtswandlern zugeführten Eingangsstroms ist.
System zum Betreiben einer On-Board-Ladevorrichtung (OBC), die in einem Fahrzeug befestigt ist, umfassend: Einen Speicher, der zum Abspeichern von Programmanweisungen ausgebildet ist; und einen Prozessor, der zum Ausführen der Programmanweisungen ausgebildet ist, wobei die Programmanweisungen bei Ausführung dazu ausgebildet sind: zu bestimmen, ob eine mit der OBC verbundene Energieversorgung eine kommerzielle Energieversorgung ist, die dazu ausgebildet ist, kommerziellen Wechselstrom bereitzustellen; die Anzahl von Batterieladevorgängen zu akkumulieren und zu zählen, wenn die kommerzielle Energieversorgung mit der OBC verbunden ist; und abwechselnd eine Mehrzahl von Aufwärtswandlern zu betreiben, die dazu ausgebildet sind, einen Einschaltzustand eines Eingangsstroms der OBC auf Grundlage der gezählten Anzahl von Batterieladevorgängen anzupassen.
System nach Anspruch 6, wobei der Einschaltzustand des Eingangsstroms, der in einen Aufwärtswandler eingegeben worden ist, der von der Mehrzahl von Aufwärtswandlern auf Grundlage der Anzahl von Batterieladevorgängen ausgewählt worden ist, nachrangig bestimmt wird zu einem Verhältnis eines Eingangsstroms, der dem Aufwärtswandler zugeführt wird, der auf Grundlage der Anzahl von Batterieladevorgängen von der Mehrzahl von Aufwärtswandlern ausgewählt worden ist, und eines Strombefehles, der als ein Befehlswert des Eingangsstroms festgelegt wird.
System nach Anspruch 6, wobei die OBC einen ersten Aufwärtswandler und einen zweiten Aufwärtswandler umfasst, die dazu ausgebildet sind, den Einschaltzustand des Eingangsstroms in unterschiedlichen Phasen anzupassen, und wobei, wenn die gezählte Anzahl von Batterieladevorgängen eine ungerade Zahl ist, die OBC derart ausgebildet ist, um den Einschaltzustand des Eingangsstroms durch Betreiben eines von dem ersten und zweiten Aufwärtswandler anzupassen, und wobei, wenn die gezählte Anzahl von Batterieladevorgängen eine gerade Zahl ist, die OBC derart ausgebildet ist, um den Einschaltzustand des Eingangsstroms durch Betreiben des anderen von dem ersten und zweiten Aufwärtswandler anzupassen.
System nach Anspruch 6, wobei, wenn die akkumulierte und gezählte Anzahl von Batterieladevorgängen einen vorbestimmten Maximalwert erreicht, die Anzahl von Batterieladevorgängen auf einen Anfangswert zurückgesetzt wird.
System nach Anspruch 6, wobei die Programmanweisungen bei Ausführung weiterhin ausgebildet sind: zu bestimmen, ob die mit der OBC verbundene Energieversorgung die kommerzielle Energieversorgung ist auf Basis einer Eingangsspannung und eines Eingangsstroms, mit denen die Mehrzahl der Aufwärtswandler versorgt wird.