DE102017107772A1

DE102017107772A1 - System und Verfahren für einen Spannungsreglerkurzschlussschutz

Info

Publication number: DE102017107772A1
Application number: DE102017107772.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Joseph Wand
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2017-10-19
Also published as: US10071635B2; CN107300944A; CN107300944B; US20170297435A1

Abstract

Eine Steuerung beinhaltet einen Tracking-Regler, der einen Referenzspannungseingang und einen Spannungsausgang aufweist, und der dazu ausgelegt ist, den Spannungsausgang auf den Referenzspannungseingang zu regeln. Die Steuerung ist dazu ausgelegt, den Referenzspannungseingang als Reaktion auf einen Masseschluss des Spannungsausgangs elektrisch mit dem Spannungsausgang zu koppeln.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Schaltkreis zum Schützen eines integrierten Schaltkreisspannungsreglers vor einem Kurzschluss.
HINTERGRUND
Fahrzeugsteuergeräte sind mit einer Vielzahl von Sensorvorrichtungen verbunden. In manchen Fällen ist ein Spannungsausgang für die Sensorvorrichtungen bereitgestellt. In den meisten Fällen befinden sich die Sensorvorrichtungen entfernt von dem Fahrzeugsteuergerät. Zwischen der Sensorvorrichtung und dem Fahrzeugsteuergerät kann sich eine Verkabelungslänge erstrecken. Die Kabel sind ferner durch Verbindungsteile mit dem Fahrzeugsteuergerät und der Sensorvorrichtung gekoppelt. Diese Verbindungsteile und die Verkabelung sind Temperatur-, Vibrations- und Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Infolgedessen können leitende Elemente der Verkabelung und der Verbindungsteile elektrisch mit ungewollten Quellen oder Zielen gekoppelt werden.
KURZDARSTELLUNG
Eine Steuerung für ein Fahrzeug beinhaltet einen Tracking-Regler, der einen Spannungseingang, einen Referenzspannungseingang, einen Spannungsausgang und einen elektrisch zwischen dem Spannungseingang und dem Spannungsausgang gekoppelten Schalter aufweist. Die Steuerung beinhaltet auch einen Schaltkreis, der einen zweiten Schalter beinhaltet, der zwischen dem Referenzspannungseingang und dem Spannungsausgang gekoppelt und dazu ausgelegt ist, den zweiten Schalter als Reaktion auf einen Masseschluss des Spannungsausgangs zu schließen.
Ein Fahrzeug beinhaltet einen Sensor, der einen Spannungseingang aufweist. Das Fahrzeug beinhaltet auch eine Steuerung, die einen ersten Schalter beinhaltet, der elektrisch zwischen dem Spannungseingang und einer Versorgungsspannung gekoppelt und basierend auf einem Spannungsunterschied zwischen einer Referenzspannung und dem Spannungseingang gesteuert ist, und die einen zweiten Schalter beinhaltet, der elektrisch zwischen der Referenzspannung und dem Spannungseingang gekoppelt und dazu gesteuert ist, als Reaktion auf einen Masseschluss des Spannungseingangs zu schließen.
Ein Verfahren zum Steuern eines Tracking-Reglers in einer Steuerung beinhaltet das Betreiben eines ersten Schalters, um einen Spannungseingang des Tracking-Reglers basierend auf einem Referenzspannungseingang des Tracking-Reglers elektrisch mit einem Spannungsausgang des Tracking-Reglers zu koppeln. Das Verfahren beinhaltet auch das Schließen eines zweiten Schalters, um als Reaktion auf einen Masseschluss des Spannungsausgangs einen Strompfad niedriger Impedanz zwischen dem Referenzspannungseingang und dem Spannungsausgang zu bilden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung eines Hybridfahrzeugs, die typische Antriebsstrang- und Energiespeicherkomponenten darstellt.
2 ist eine Darstellung einer möglichen Batteriesatzanordnung, die mehrere Zellen umfasst und von einem Batterieenergiesteuermodul überwacht und gesteuert wird.
3 ist eine Darstellung eines Kurzschlussschutzschaltkreises, der dazu ausgelegt ist, eine thermische Überlastung eines Tracking-Reglers in einer Steuerung zu verhindern.
4 ist eine Darstellung, die normale Betriebsbedingungen für den Kurzschlussschutzschaltkreis zeigt.
5 ist eine Darstellung, die Betriebsbedingungen während einer Masseschlussbedingung für den Kurzschlussschutzschaltkreis zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hier werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hier offenbart werden, sollen deshalb nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise einzusetzen ist. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu schaffen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten allerdings für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungsformen erwünscht sein.
1 stellt ein typisches Plug-In-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) dar. Ein typisches Plug-In-Hybridelektrofahrzeug 112 kann eine oder mehrere elektrischen Maschinen 114 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 116 gekoppelt sind. Die elektrischen Maschinen 114 können als ein Motor oder als ein Generator betrieben werden. Zusätzlich ist das Hybridgetriebe 116 mechanisch mit einer Kraftmaschine 118 gekoppelt. Das Hybridgetriebe 116 ist auch mit einer Antriebswelle 120 mechanisch gekoppelt, die mit den Rädern 122 mechanisch gekoppelt ist. Die elektrischen Maschinen 114 können eine Antriebs- und Verlangsamungsleistung bereitstellen, wenn die Kraftmaschine 118 ein- oder ausgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 114 fungieren auch als Generatoren und können Vorteile hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit bereitstellen, indem sie Energie zurückgewinnen, die bei einem Reibungsbremssystem normalerweise als Wärme verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 114 können auch dadurch Fahrzeugemissionen reduzieren, dass sie der Kraftmaschine 118 erlauben, bei effizienteren Drehzahlen zu arbeiten, und dass sie dem Hybridelektrofahrzeug 112 erlauben, unter gewissen Umständen mit ausgeschalteter Kraftmaschine 118 im Elektromodus betrieben zu werden.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriesatz 124 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 114 verwendet werden kann. Ein Fahrzeugbatteriesatz 124 stellt in der Regel einen Hochspannungsgleichstromausgang bereit. Die Traktionsbatterie 124 kann elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen gekoppelt sein. Ein oder mehrere Schütze 142 können die Traktionsbatterie 124 von anderen Komponenten trennen, wenn sie geöffnet sind, und die Traktionsbatterie 124 mit anderen Komponenten verbinden, wenn sie geschlossen sind. Das Leistungselektronikmodul 126 kann ebenfalls mit den elektrischen Maschinen 114 elektrisch gekoppelt sein und stellt die Fähigkeit zur bidirektionalen Übertragung von Energie zwischen der Traktionsbatterie 124 und den elektrischen Maschinen 114 bereit. Zum Beispiel kann eine Traktionsbatterie 124 eine Gleichspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 114 zum Funktionieren möglicherweise mit einem Dreiphasenwechselstrom arbeiten. Das Leistungselektronikmodul 126 kann die Gleichspannung in einen Dreiphasenwechselstrom umwandeln, um die elektrischen Maschinen 114 zu betreiben. In einem Rekuperationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 126 den Dreiphasenwechselstrom aus den elektrischen Maschinen 114, die als Generatoren fungieren, in die mit der Traktionsbatterie 124 kompatible Gleichspannung umwandeln. Die Beschreibung hierin ist gleichermaßen auf ein reines Elektrofahrzeug anwendbar. Bei einem reinen Elektrofahrzeug kann das Hybridgetriebe 116 ein Getriebe sein, das mit einer elektrischen Maschine 114 verbunden ist, und die Kraftmaschine 118 ist möglicherweise nicht vorhanden.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie 124 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein Fahrzeug 112 kann ein Gleichspannungswandlermodul 128 beinhalten, das die Hochspannungsgleichstromausgabe der Traktionsbatterie 124 in eine Niederspannungsgleichstromversorgung umwandelt, die mit Niederspannungsfahrzeuglasten kompatibel ist. Ein Ausgang des Gleichspannungswandlermoduls 128 kann mit einer Hilfsbatterie 130 (zum Beispiel einer 12 V-Batterie) elektrisch gekoppelt sein. Die Niederspannungssysteme können elektrisch mit der Hilfsbatterie gekoppelt sein. Andere Hochspannungslasten 146, wie zum Beispiel Verdichter und elektrische Heizungen, können mit dem Hochspannungsausgang der Traktionsbatterie 124 gekoppelt sein. Die elektrischen Lasten 146 können eine verknüpfte Steuerung aufweisen, die die elektrischen Lasten 146 betreibt und steuert, wenn es angemessen ist.
Das Fahrzeug 112 kann ein Elektrofahrzeug oder ein Plug-In-Hybridfahrzeug sein, bei dem die Traktionsbatterie 124 durch eine externe Leistungsquelle 136 wieder aufgeladen werden kann. Die externe Leistungsquelle 136 kann eine Verbindung zu einer elektrischen Steckdose sein. Die externe Leistungsquelle 136 kann mit einem Ladegerät oder mit einer Elektrofahrzeugversorgungsausrüstung (EVSE) 138 elektrisch gekoppelt sein. Die externe Leistungsquelle 136 kann ein elektrisches Stromverteilungsnetz oder Verteilernetz sein, wie es von einer Stromversorgungsfirma bereitgestellt ist. Die EVSE 138 kann Schaltungen und Steuerungen bereitstellen, um die Energieübertragung zwischen der Leistungsquelle 136 und dem Fahrzeug 112 zu regeln und zu managen. Die externe Leistungsquelle 136 kann der EVSE 138 elektrische Gleichstrom- oder Wechselstromleistung bereitstellen. Die EVSE 138 kann ein Ladeverbindungsteil 140 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 134 des Fahrzeugs 112 aufweisen. Der Ladeanschluss 134 kann jeder Anschlusstyp sein, der dazu ausgelegt ist, Leistung von der EVSE 138 zum Fahrzeug 112 zu übertragen. Der Ladeanschluss 134 kann mit einem Ladegerät oder einem On-Board-Leistungswandlungsmodul 132 elektrisch gekoppelt sein. Das Leistungswandlungsmodul 132 kann die von der EVSE 138 gelieferte Leistung aufbereiten, um der Traktionsbatterie 124 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungswandlungsmodul 132 kann mit der EVSE 138 verbunden sein, um die Lieferung von Leistung an das Fahrzeug 112 zu koordinieren. Das EVSE-Verbindungselement 140 kann Stifte aufweisen, die mit zugehörigen Vertiefungen des Ladeanschlusses 134 zusammenpassen. Alternativ können verschiedene Komponenten, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben sind, Leistung unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung übertragen.
Eine oder mehrere Radbremsen 144 können zum Verzögern des Fahrzeugs 112 und zum Verhindern einer Bewegung des Fahrzeugs 112 vorgesehen sein. Die Radbremsen 144 können hydraulisch betätigt, elektrisch betätigt oder eine Kombination davon sein. Die Radbremsen 144 können ein Teil eines Bremssystems 150 sein. Das Bremssystem 150 kann andere Komponenten beinhalten, um die Radbremsen 144 zu betreiben. Aus Vereinfachungsgründen stellt die Figur eine einzige Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und einer der Radbremsen 144 dar. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und den anderen Radbremsen 144 wird vorausgesetzt. Die Bremssystemverbindungen können hydraulisch und/oder elektrisch sein. Das Bremssystem 150 kann eine Steuerung beinhalten, um den Betrieb der Radbremsen 144 zu überwachen und zu koordinieren. Das Bremssystem 150 kann die Bremsenkomponenten überwachen und die Radbremsen 144 zur Fahrzeugverzögerung steuern. Das Bremssystem 150 kann auf Fahrerbefehle reagieren und kann auch autonom arbeiten, um Merkmale wie eine Stabilitätskontrolle zu implementieren. Die Steuerung des Bremssystems 150 kann ein Verfahren zum Ausüben einer angeforderten Bremskraft umsetzen, wenn dies von einer anderen Steuerung oder Subfunktion angefordert wird.
Elektronikmodule im Fahrzeug 112 können über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann mehrere Kanäle für Kommunikation beinhalten. Ein Kanal des Fahrzeugnetzwerks kann ein serieller Bus sein, wie etwa ein CAN-Bus (Controller Area Network). Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerks kann ein Ethernet-Netzwerk beinhalten, das von der IEEE-Normenfamilie 802 (Institute of Electrical and Electronics Engineers) definiert wird. Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen beinhalten und können Leistungssignale von der Hilfsbatterie 130 umfassen. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Zum Beispiel können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuersignale über CAN- oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann beliebige Hardware- und Softwarekomponenten beinhalten, die beim Übertragen von Signalen und Daten zwischen Modulen helfen. Das Fahrzeugnetzwerk ist in 1 nicht gezeigt, aber es kann impliziert werden, dass sich das Fahrzeugnetzwerk mit irgendeinem elektronischen Modul, das im Fahrzeug 112 vorhanden ist, verbinden kann. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC – Vehicle System Controller) 148 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Eine Traktionsbatterie 124 kann aus einer Vielzahl von chemischen Formulierungen aufgebaut sein. Typische Batteriesatz-Chemien können Bleisäure, Nickelmetallhydrid (NiMH) oder Lithiumionen sein. 2 zeigt einen typischen Traktionsbatteriesatz 124 in einer einfachen Reihenschaltung von N Batteriezellen 202. Andere Batteriesätze 124 können jedoch aus irgendeiner Anzahl von einzelnen Batteriezellen zusammengesetzt sein, die in Reihe oder parallel oder in einer Kombination daraus verbunden sind. Ein Batteriemanagementsystem kann eine oder mehrere Steuerungen aufweisen, wie zum Beispiel ein Batterieenergiesteuermodul (BECM – Battery Energy Control Module) 206, das die Leistung der Traktionsbatterie 124 überwacht und steuert. Der Batteriesatz 124 kann Sensoren beinhalten, um verschiedene Pegelcharakteristika des Satzes zu messen. Der Batteriesatz 124 kann einen oder mehrere Satzstrommesssensoren 208, Satzspannungsmesssensoren 210 und Satztemperaturmesssensoren 212 beinhalten. Das BECM 206 kann Schaltungen beinhalten, um sich mit den Satzstrommesssensoren 208, den Satzspannungsmesssensoren 210 und den Satztemperaturmesssensoren 212 zu verbinden. Das BECM 206 kann einen nichtflüchtigen Speicher aufweisen, sodass Daten beibehalten werden können, wenn sich das BECM 206 in einem Aus-Zustand befindet. Beibehaltene Daten können beim nächsten Schlüsselzyklus verfügbar sein.
Zusätzlich zu den Pegelcharakteristika des Satzes kann es Pegelcharakteristika der Batteriezelle 202 geben, die gemessen und überwacht werden. Zum Beispiel können die Anschlussspannung, der Strom und die Temperatur jeder Zelle 202 gemessen werden. Ein System kann ein oder mehrere Sensormodule 204 verwenden, um die Charakteristika der Batteriezelle 202 zu messen. Abhängig von den Fähigkeiten können die Sensormodule 204 die Charakteristika einer oder mehrerer der Batteriezellen 202 messen. Der Batteriesatz 124 kann bis zu N_c Sensormodule 204 verwenden, um die Charakteristika aller Batteriezellen 202 zu messen. Jedes der Sensormodule 204 kann die Messwerte an das BECM 206 zur weiteren Verarbeitung und Koordinierung übertragen. Die Sensormodule 204 können Signale in analoger oder digitaler Form an das BECM 206 übertragen. In einigen Auslegungen kann die Funktionalität der Sensormodule 204 intern im BECM 206 integriert sein. Das heißt, die Hardware der Sensormodule 204 kann als Teil der Schaltung im BECM 206 integriert sein, und das BECM 206 kann das Verarbeiten von Rohsignalen bewältigen. Das BECM 206 kann auch Schaltungen beinhalten, um sich mit den einen oder den mehreren Schützen 142 zu verbinden, um die Schütze 142 zu öffnen und zu schließen.
Das BECM 206 kann Schaltungen beinhalten, um sich mit dem aktuellen Messsensor 208 zu verbinden. Das BECM kann einen oder mehrere Analog-Digital-Wandler beinhalten, die dazu ausgelegt sind, einen analogen Spannungseingang in einen digitalen Wert zum Verarbeiten umzuwandeln. Um zu funktionieren, werden die Analog-Digital-Wandler mit einer Referenzspannung versorgt Der Analog-Digital-Wandler wandelt die Eingangsspannungen in einen digitalen Wert um, der auf der Referenzspannung basiert. Zum Beispiel hat eine Eingangsspannung, die größer als oder gleich groß wie der Referenzwert ist, einen maximalen digitalen Wert zur Folge. Eine Eingangsspannung von Null hat einen minimalen digitalen Wert von Null zur Folge. Eingangsspannungen, die zwischen der Referenzspannung und der Bezugsmasse liegen, haben einen digitalen Wert zur Folge, der auf einem Verhältnis der Eingangsspannung zu der Referenzspannung basiert.
Einige Sensoren können ein Spannungsreferenzsignal erfordern, um ordnungsgemäß zu arbeiten. Zum Beispiel können die Spannungsmesssensoren 208 eine Spannungsreferenz erfordern, die von dem BECM 206 geliefert wird. In Anwendungen, in denen das Spannungsreferenzsignal außerhalb der Steuerung geführt wird, kann ein Tracking-Regler verwendet werden. Ein Beispiel eines solchen Tracking-Reglers ist ein NCV8184PDR, hergestellt von ON Semiconductor. In anderen Auslegungen kann der Tracking-Regler aus speziellen Komponenten aufgebaut sein. Der Tracking-Regler stellt einen Spannungsausgang bereit, der einen Referenzspannungseingang genau verfolgt. Eine zusätzliche Funktion des Tracking-Reglers ist, die Spannung zu puffern, so dass Bedingungen am Ausgang den Spannungseingang nicht beeinflussen. Das Ergebnis ist, dass die Energieversorgung in der Steuerung durch bei dem Tracking-Reglerspannungsausgang vorhandene Bedingungen nicht beeinflusst wird. Der Tracking-Regler ist in der Regel ein integrierter Schaltkreis (IC – Integrated Circuit). Der Tracking-Regler kann eine Strombegrenzungsfunktion beinhalten, die die Menge des Stromflusses zum Ausgang begrenzt.
Unter einigen Bedingungen kann der Tracking-Reglerspannungsausgang den Spannungseingang nicht verfolgen. Zum Beispiel kann eine Masseschlussbedingung auf dem Tracking-Reglerspannungsausgang unterschiedliche Eingangs- und Ausgangsspannungen verursachen. Ferner kann die Masseschlussbedingung eine relativ hohe Stromaufnahme in dem Tracking-Regler verursachen. Obwohl der Strom begrenzt sein kann und der Spannungseingang unbeeinflusst bleiben kann, muss die Stromaufnahme durch den Tracking-Regler abgeleitet werden. Eine länger andauernde Masseschlussbedingung kann eine Übertemperaturbedingung des Tracking-Reglers verursachen. Der Tracking-Regler kann eine thermische Abschaltfunktion beinhalten, aber ein länger andauernder Kurzschluss kann zu Oszillationen führen, in denen der Tracking-Reglerspannungsausgang aktiviert und deaktiviert wird, wenn die Temperatur mit den Ein- und Auszyklen schwankt.
3 stellt eine mögliche Stromkreisanordnung zum Verbessern des Kurzschlussansprechverhaltens eines Tracking-Reglers 300 dar. Der Tracking-Regler 300 kann einen Eingangsspannungsport 332 zum Empfangen einer Versorgungs- oder Eingangsspannung 304, und einen Referenzspannungseingangsport 334 zum Empfangen einer Referenzspannung 306 aufweisen Der Tracking-Regler 300 kann einen Spannungsausgangsport 336 zum Bereitstellen eines regulierten Spannungsausgangs 310 aufweisen Der regulierte Spannungsausgang 310 kann an andere Vorrichtungen (zum Beispiel den Strommesssensor 208) geliefert werden. Der Ausdruck Port kann mit Bezug auf einen Tracking-Regler vom Typ integrierter Schaltkreis verwendet werden, beabsichtigt jedoch, Eingänge und Ausgänge zu dem Tracking-Reglerschaltkreis oder zu der Tracking-Reglerfunktion ungeachtet der Anordnung zu identifizieren.
Der Tracking-Regler 300 kann arbeiten, indem er die an den Eingangsspannungsport 332 angelegte Eingangsspannung 304 regelt, um den Pegel der an den Referenzspannungseingangsport 334 angelegten Referenzspannung 306 zu erreichen Der Tracking-Regler beinhaltet einen Schalter und/ oder ein Schalterelement 350, das zischen dem Eingangsspannungsport 332 und dem Spannungsausgangsport 336 elektrisch gekoppelt ist. Das Schalterelement 350 ist im Allgemeinen dazu ausgelegt, dass, wenn es geschlossen ist, ein Strompfad niedriger Impedanz zwischen zwei Verbindungspunkten des Schalterelements 350 gebildet wird. Das Schalterelement 350 kann eine Halbleitertransistorvorrichtung (zum Beispiel ein bipolarer Transistor (BPT) ein komplementärer Metalloxidhalbleitertransistor (CMOS)) sein, und kann Teil eines integrierten Schaltkreises sein. Die Eingangsspannung 304 kann eine Größenordnung haben, die größer ist als die Referenzspannung 306. Die Spannung an dem Spannungsausgang 336 kann durch einen Schaltsteuerschaltkreis 352 gesteuert werden. Der Schaltsteuerschaltkreis 352 kann das Öffnen und Schließen des Schalterelements 350 basierend auf einer Differenz zwischen der Spannung an dem Spannungsausgangsport 336 und der Spannung an dem Referenzspannungseingangsport 334 steuern. Der Schaltsteuerschaltkreis 352 ist dazu ausgelegt, dass der Referenzspannungseingangsport 334 durch eine hohe Impedanz von dem Spannungseingangsport 332 und dem Spannungsausgangsport 336 getrennt ist. Ein Referenzsteuerwiderstand 328 kann in dem Schaltkreis zwischen der Referenzspannung 306 und dem Referenzspannungseingangsport 334 vorhanden sein. Der Referenzsteuerwiderstand 328 kann an dem Referenzspannungseingangsport 334 eine zu der Referenzspannung 306 unterschiedliche Spannung und die Begrenzung eines durch die Referenzspannung 306 entstandenen Stroms ermöglichen, wenn der Kurzschlussschutz aktiv ist.
Das Schalterelement 350 koppelt die Eingangsspannung 304 gezielt mit dem Tracking-Reglerspannungsausgang 310. Die an den Referenzspannungseingangsport 334 angelegte Referenzspannung 306 kann in der Schaltsteuerschaltung 352 innerhalb des Tracking-Reglers 300 dazu verwendet werden, den Betrieb des Schalterelements 350 zu steuern, um den Tracking-Reglerspannungsausgang 310 auf dem Niveau der Referenzspannung 306 beizubehalten. Wenn die Referenzspannung 306 über einer vorgegebenen Spannung liegt, wird der Tracking-Reglerspannungsausgang 310 aktiviert. Unterhalb der vorgegebenen Spannung kann der Tracking-Reglerspannungsausgang 310 deaktiviert sein. Das heißt, der Spannungseingang 304 ist von dem Tracking-Reglerspannungsausgang 310 entkoppelt (zum Beispiel Schalterelement 350 in einem nichtleitenden oder offenen Zustand). Ein Glättungskondensator 326 kann elektrisch zwischen dem Ausgangsport 336 und einer Bezugsmasse gekoppelt sein. Der Glättungskondensator 326 kann als Filter für das geschaltete Spannungssignal an dem Ausgangsport 336 funktionieren.
Ein Ein/Aus-Steuersignal 308 kann angelegt werden, um den Tracking-Regler 300 zu aktivieren und zu deaktivieren. Eine Abschaltung 302 kann vorhanden sein, um die Spannung an dem Referenzspannungseingangsport 334 als Reaktion auf das Ein/Aus-Steuersignal 308 auf Null zu setzen. Das Ein/Aus-Steuersignal 308 kann ein Ausgang eines Mikroprozessors sein und ermöglicht die Aktivierung und Deaktivierung des Tracking-Reglers 300 gemäß der Programmsteuerung.
Ein Überwachungssignal 330 kann elektrisch mit dem Spannungsausgangsport 336 gekoppelt sein, um eine Rückmeldung zu einem Mikroprozessor bereitzustellen. Die Steuerung kann eine Schaltung beinhalten, um das Überwachungssignal 330 zu filtern und zu skalieren. Der Mikroprozessor der Steuerung kann dazu programmiert sein, das Überwachungssignal 330 einzugeben und den Wert für Diagnosefunktionen zu verwenden.
Um die Kurzschlussleistungsfähigkeit einer Steuerung (zum Beispiel BECM 206), die solch einen Tracking-Regler 300 beinhaltet, zu verbessern, kann es wünschenswert sein, einen kurzgeschlossenen Spannungsausgang des Tracking-Reglers 300 zu detektieren, und das Signal an dem Referenzspannungseingangsport 334 in Reaktion darauf zu modifizieren. Wenn ein Masseschluss des Tracking-Reglerspannungsausgangsports 336 detektiert ist, kann der Tracking-Regler 300 wirksam abgeschaltet werden, um ein Überhitzen zu vermeiden. Durch Reduzieren der Spannung an dem Referenzspannungseingangsport 334 wird die Spannung an dem Spannungsausgangsport 336 durch den Betrieb des Tracking-Reglers 300 reduziert, was den Stromfluss durch den Tracking-Regler 300 reduziert.
Ein Kurzschlussschutzschaltkreis 312 kann eingebaut werden, um den Tracking-Regler 300 während Kurzschlussbedingungen zu schützen. Der Kurzschlussschutzschaltkreis 312 kann als spezielle Komponenten ausgelegt sein. Der Kurzschlussschutzschaltkreis 312 kann auch als Teil desselben integrierten Schaltkreises in den Tracking-Regler 300 eingebaut sein. Der Kurzschlussschutzschaltkreis 312 kann eine Schaltvorrichtung 314 beinhalten, die elektrisch zwischen dem Spannungsausgangsport 336 des Tracking-Reglers 300 und dem Referenzspannungseingangsport 334 des Tracking-Reglers 300 gekoppelt ist. Die Schaltvorrichtung 314, wie in dem Beispiel aus 3 dargestellt, ist ein NPN-Transistor. Die Schaltvorrichtung 314 könnte jedoch jede Art von Halbleiterschaltvorrichtung, wie zum Beispiel ein Feldeffekttransistor (FET) oder ein PNP-Transistor, sein. Das allgemeine Funktionsprinzip bleibt gleich, ungeachtet der Art der verwendeten Schaltvorrichtung 314. Als Reaktion auf einen Masseschluss an dem Spannungsausgangsport kann die Schaltvorrichtung 314 dazu gesteuert sein, den Referenzspannungseingangsport 334 elektrisch mit dem Spannungsausgangsport 336 zu koppeln. Durch Koppeln des Referenzspannungseingangsports 334 mit dem massegeschlossenen Spannungsausgangsport 336 wird der Tracking-Regler wirksam ausgeschaltet, wenn die Referenzspannung auf Null sinkt.
Der Betrieb des Schaltkreises kann mit Bezug auf einen NPN-Transistor als Schaltvorrichtung 314 erläutert werden. Ein Emitter des NPN-Transistors 314 kann elektrisch mit dem Spannungsausgangsport 336 des Tracking-Reglers 300 gekoppelt sein. Ein Kollektor des NPN-Transistors 314 kann elektrisch mit dem Referenzspannungseingangsport 334 des Tracking-Reglers 300 verbunden sein. Ein resistives Spannungsteilernetzwerk, bestehend aus einem ersten Widerstand 316 und einem zweiten Widerstand 318 kann zwischen einer Spannungsquelle 324 und dem Spannungsausgangsport 336 gekoppelt sein. Ein Sockel des NPN-Transistors 314 kann durch den ersten Widerstand 316 mit einer Spannungsquelle 324 gekoppelt sein. Die Spannungsquelle 324 kann einen Spannungspegel haben, der annähend gleich der Referenzspannung 306 ist. In einigen Auslegungen kann die Spannungsquelle 324 eine Größenordnung oder einen Spannungspegel haben, die/der größer ist als die Referenzspannung 306. Der Sockel des NPN-Transistors 314 kann durch den zweiten Widerstand 318 auch elektrisch mit dem Spannungsausgangsport 336 gekoppelt sein. Das Spannungsteilernetzwerk kann eine Vorspannung an den NPN-Transistor 314 bereitstellen, basierend auf einer Spannungsdifferenz zwischen der Spannungsquelle 324 und dem Spannungsausgangsport 336.
Die Steuerung kann dazu ausgelegt sein, den NPN-Transistor 314 während bestimmter Bedingungen vor Rückwärtsüberspannungsbelastungen von dem Emitter zu dem Sockel zu schützen. Die Steuerung kann dazu ausgelegt sein, die Schaltvorrichtung 314 während einer Überspannungsbedingung an dem Spannungsausgangsport 336 vor dem Spannungsführen zu schützen. Eine Überspannung kann vorliegen, wenn die Spannung an dem Spannungsausgangsport 336 größer ist als die Referenzspannung 306. Der Sockel des NPN-Transistors 314 kann durch eine Diode 320 elektrisch mit dem Ausgangsport 336 gekoppelt sein. Die Diode 320 kann enthalten sein, um Schutz für den NPN-Transistor 314 bereitzustellen, wenn der Ausgangsport 336 mit der Batterie oder einer anderen Spannungsversorgung kurzgeschlossen ist. Diese Anordnung verhindert, dass eine Rückwärtsspannung von dem Emitter zu dem Sockel eine maximale Rückwärtsspannungsfestigkeit des NPN-Transistors 314 (zum Beispiel ungefähr 5 Volt) übersteigt. In einer Überspannungsbedingung an dem Spannungsausgangsport 336 leitet die Diode 320 in einer Vorwärtsrichtung und begrenzt die Rückwärtsspannung von dem Emitter zu dem Sockel auf den Spannungsabfall einer leitenden Diode (ungefähr 0,7 Volt).
Die Steuerung kann ferner dazu ausgelegt sein, zu gewährleisten, dass die Schaltvorrichtung 314 unmittelbar nach dem Hochfahren der Steuerung eine vorgegebene Zeit lang nicht aktiviert wird. In der beispielhaften Anordnung kann der Sockel des NPN-Transistors 314 ferner durch einen Anlaufkondensator 322 mit einer Bezugsmasse gekoppelt sein. Der Anlaufkondensator 322 verhindert ein sofortiges Einschalten des NPN-Transistors 314 unmittelbar nach dem Hochfahren, indem er die Anstiegszeit der Spannung an dem Sockel des NPN-Transistors 314 verlangsamt. Eine durch den Anlaufkondensator 322 und den ersten Widerstand 316 definierte Zeitkonstante kann so gewählt werden, dass sie größer ist als die Anlaufzeit des Tracking-Reglers 300.
4 stellt eine normale Betriebsbedingung ohne kurzgeschlossenen Ausgangsport 336 dar. Zum Beispiel wird eine Spannung von 5 Volt als Referenzspannung 306 gewählt. Der Tracking-Regler 300 arbeitet, um 5 Volt an dem Ausgangsport 336 bereitzustellen. Ferner ist die Spannung an der Spannungsquelle 324 so gewählt, dass sie bei einem Spannungspegel von 5 Volt liegt. In diesem Zustand ist eine Spannung von dem Sockel zu dem Emitter Null Dies ist zu beobachten, da die Spannung an dem Emitter des NPN-Transistors 314 5 Volt beträgt, und die Spannung am Sockel 5 Volt ist. Unter diesen Bedingungen fließt kein Strom im ersten Widerstand 316 oder im zweiten Widerstand 318. Da die Spannung von dem Sockel zu dem Emitter Null ist, befindet sich der NPN-Transistor 314 in einem ausgeschalteten oder nichtleitenden Zustand. Das heißt, es fließt kein Strom zwischen dem Kollektor und dem Emitter. Der Stromfluss zwischen dem Kollektor und dem Emitter ist Null. Der Referenzsteuerwiderstandsspannungsabfall 340 (zum Beispiel der Spannungsabfall über dem Referenzsteuerwiderstand 328) ist ungefähr Null, da unter dieser Bedingung kein Strom durch den Kurzschlussschutzschaltkreis 312 fließt. Es ist zu beachten, dass ein Impedanzwert innerhalb des Tracking-Reglers 300 in Verbindung mit dem Referenzspannungseingangsport 334 ein hoher Wert ist, um die Stromaufnahme zu minimieren.
5 stellt eine Bedingung dar, in der der Ausgangsport 336 massegeschlossen ist. Es werden dieselben Spannungswerte gewählt, wie in 4. Die Ausnahme ist jedoch, dass die Spannung an dem Ausgangsport 336 Null ist, da dieser massegeschlossen ist. In diesem Fall kann sich der Tracking-Regler 300 in einem Strombegrenzungsmodus befinden. Unter dieser Bedingung wird die Spannung von dem Sockel zu dem Emitter von der Spannungsquelle 324 und dem durch den ersten Widerstand 316 und den zweiten Widerstand 318 gebildeten Spannungsteiler definiert. Die Spannung von dem Sockel zu dem Emitter kann in diesem Fall ein Produkt aus 5 V und R₂/(R₂ + R₁) sein. Der erste Widerstand 316 und der zweite Widerstand 318 können so gewählt sein, dass bei kurzgeschlossener Bedingung die Spannung von dem Sockel zu dem Emitter ausreichend ist, um den NPN-Transistor 314 in einen leitenden Zustand zu versetzen. Das heißt, es kann Strom zwischen dem Kollektor und dem Emitter fließen. In diesem Zustand fließt Strom durch den NPN-Transistor 314. Der Stromfluss kann durch die Referenzspannung und den Referenzsteuerwiderstand 328 definiert sein (zum Beispiel i = 5/R₃). Der Referenzsteuerwiderstandsspannungsabfall 344 beträgt in diesem Fall ungefähr 5 Volt. Die Spannung an dem Referenzspannungseingangsport 334 ist ungefähr Null. In diesem Fall schaltet ein Kurzschluss an dem Ausgangsport 336 den Tracking-Regler 300 durch Anpassen der Spannung an dem Referenzspannungseingangsport 334 wirksam ab.
Es ist zu beachten, dass unterschiedliche Spannungswerte benutzt werden können. Die Kurzschlussschutzschaltung 312 kann auch Probleme verhindern, wenn sie an andere Spannungen als den Masseschluss kurzgeschlossen wird. Eine ähnliche Analyse kann durchgeführt werden. Der Stromfluss durch den NPN-Transistor 314 kann abhängig sein von der Spannungsdifferenz zwischen der Referenzspannung 306 und dem kurzgeschlossenen Spannungswert.
In einigen Auslegungen kann die Bedingung verriegelt werden, wenn eine Kurzschlussbedingung auftritt und der Referenzspannungseingangsport 334 mit dem Spannungsausgang 336 gekoppelt ist. Zum Beispiel kann ein Verriegelungsschaltkreis enthalten sein, um den Referenzspannungseingangsport 334 als Reaktion auf das Aktivieren des Kurzschlussschutzes massegeschlossen zu halten. Der Verriegelungsschaltkreis kann verhindern, dass die Spannung an dem Spannungsausgangsport 336 wegen einer intermittierenden Masseschlussbedingung zwischen hohen und niedrigen Werten wechselt.
Es ist zu beachten, dass die präsentierte Kurzschlussschutzschaltung für jede Art von Fahrzeug mit jeder Steuerung, die einen Tracking-Regler verwendet, anwendbar ist, obwohl das Beispiel als eine Batteriesteueranwendung (zum Beispiel BECM 206) in einem Hybridfahrzeug präsentiert wurde. Zum Beispiel kann die Kurzschlussschutzschaltung in Antriebsstrangsteuerungen, Chassissteuerungen, Heizungs- / Lüftungs- / Klimatisierungs(HVAC – Heating/Ventilation/Air-Conditioning)-Steuerungen und Bremssystemsteuerungen verwendet werden.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können zu einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer, wozu eine beliebige existierende programmierbare elektronische Steuereinheit oder dedizierte elektronische Steuereinheit gehören kann, lieferbar sein oder durch sie umgesetzt werden. Ebenso können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen, die durch eine Steuerung oder einen Computer ausführbar sind, in vielen Formen gespeichert werden, darunter, aber nicht darauf beschränkt, Informationen, die auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie etwa ROM-Einrichtungen, permanent gespeichert sind, und Informationen, die auf beschreibbaren Speichermedien, wie etwa Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Einrichtungen und anderen magnetischen und optischen Medien, veränderbar gespeichert sind. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem ausführbaren Softwareobjekt umgesetzt werden. Als Alternative können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung von geeigneten Hardwarekomponenten, wie etwa ASICs (anwendungsspezifische integrierte Schaltungen), FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays), Zustandsautomaten, Steuerungen oder anderen Hardwarekomponenten oder -vorrichtungen oder einer Kombination von Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten, ausgeführt werden.
Obwohl oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, besteht nicht die Absicht, dass diese Ausführungsformen alle möglichen, durch die Ansprüche umfassten Formen beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Worte dienen der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Während verschiedene Ausführungsformen zwar als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften beschrieben worden sein könnten, versteht der Durchschnittsfachmann, dass zwischen einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden, um gewünschte Merkmale des Gesamtsystems zu erreichen, die von der besonderen Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Merkmale können Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen somit nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Steuerung für ein Fahrzeug, die Folgendes umfasst: einen Tracking-Regler, der einen Spannungseingang, einen Referenzspannungseingang, einen Spannungsausgang und einen elektrisch zwischen dem Spannungseingang und dem Spannungsausgang gekoppelten Schalter aufweist; und einen Schaltkreis, der einen zweiten Schalter beinhaltet, der zwischen dem Referenzspannungseingang und dem Spannungsausgang gekoppelt und dazu ausgelegt ist, den zweiten Schalter als Reaktion auf einen Masseschluss des Spannungsausgangs zu schließen.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei der zweite Schalter dazu ausgelegt ist, wenn er geschlossen ist, einen Strompfad niedriger Impedanz zwischen dem Referenzspannungseingang und dem Spannungsausgang zu bilden.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei der zweite Schalter ein NPN-Transistor ist, der einen Sockel, einen Emitter und einen Kollektor aufweist.
Steuerung nach Anspruch 3, wobei der Schaltkreis einen elektrisch zwischen dem Spannungsausgang und dem Sockel gekoppelten ersten Widerstand und einen elektrisch zwischen dem Sockel und einer Spannungsquelle gekoppelten zweiten Widerstand beinhaltet.
Steuerung nach Anspruch 4, wobei eine durch die Spannungsquelle bereitgestellte Spannung größer als oder gleich groß wie der Referenzspannungseingang ist.
Steuerung nach Anspruch 3, wobei der Schaltkreis einen elektrisch zwischen dem Sockel und einer Bezugsmasse gekoppelten Kondensator beinhaltet.
Steuerung nach Anspruch 3, wobei der Schaltkreis eine elektrisch zwischen dem Spannungsausgang und dem Sockel gekoppelte Diode beinhaltet.
Fahrzeug, das Folgendes umfasst: einen Sensor, der einen Spannungseingang aufweist; und eine Steuerung, die einen ersten Schalter beinhaltet, der elektrisch zwischen dem Spannungseingang und einer Versorgungsspannung gekoppelt und basierend auf einem Spannungsunterschied zwischen einer Referenzspannung und dem Spannungseingang gesteuert ist, und die einen zweiten Schalter beinhaltet, der elektrisch zwischen der Referenzspannung und dem Spannungseingang gekoppelt und dazu gesteuert ist, als Reaktion auf einen Masseschluss des Spannungseingangs zu schließen.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei der zweite Schalter dazu ausgelegt ist, wenn er geschlossen ist, einen Strompfad niedriger Impedanz zwischen der Referenzspannung und dem Spannungseingang zu bilden.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, den zweiten Schalter unmittelbar nach dem Hochfahren der Steuerung eine vorbestimmte Zeit lang am Schließen zu hindern.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei der erste Schalter Teil eines integrierten Schaltkreises eines Tracking-Reglers ist.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei der zweite Schalter ein NPN-Transistor ist, der einen Sockel, einen elektrisch mit dem Spannungseingang gekoppelten Emitter und einen elektrisch mit der Referenzspannung gekoppelten Kollektor aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 12, wobei die Steuerung ein resistives Spannungsteilernetzwerk beinhaltet, das elektrisch zwischen einer Spannungsquelle und dem Spannungseingang gekoppelt ist, und das elektrisch mit dem Sockel gekoppelt ist, um eine Vorspannung für den NPN-Transistor bereitzustellen, die auf einer Spannung zwischen der Spannungsquelle und dem Spannungseingang basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 13, wobei eine Spannungsgröße der Spannungsquelle größer als oder gleich groß wie die Referenzspannung ist.
Fahrzeug nach Anspruch 12, wobei die Steuerung einen Kondensator beinhaltet, der elektrisch zwischen dem Sockel und einer Bezugsmasse gekoppelt ist, um den NPN-Transistor unmittelbar nach dem Hochfahren der Steuerung eine vorbestimmte Zeit lang an der Spannungsführung zu hindern.
Fahrzeug nach Anspruch 12, wobei die Steuerung eine Diode beinhaltet, die elektrisch zwischen dem Spannungseingang und dem Sockel gekoppelt und dazu ausgelegt ist, eine Rückwärtsspannung von dem Sockel zu dem Emitter zu begrenzen, damit sie eine vorbestimmte Spannung nicht überschreitet.
Verfahren zum Steuern eines Tracking-Reglers in einer Steuerung, das Folgendes umfasst: Betreiben eines ersten Schalters, um einen Spannungseingang des Tracking-Reglers basierend auf einem Referenzspannungseingang des Tracking-Reglers elektrisch mit einem Spannungsausgang des Tracking-Reglers zu koppeln; und Schließen eines zweiten Schalters, um als Reaktion auf einen Masseschluss des Spannungsausgangs einen Strompfad niedriger Impedanz zwischen dem Referenzspannungseingang und dem Spannungsausgang zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner unmittelbar nach dem Hochfahren der Steuerung eine vorbestimmte Zeit lang das Verhindern des Schließens des zweiten Schalters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner das Betreiben des ersten Schalters basierend auf einer Differenz zwischen dem Referenzspannungseingang und dem Spannungsausgang umfasst.