DE102017123394A1 - Verfahren und system zur diagnose des schützfunktionszustandes in einem hochspannungsbordnetz - Google Patents

Verfahren und system zur diagnose des schützfunktionszustandes in einem hochspannungsbordnetz Download PDF

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Syed M. Kadry
Ahmad Albanna
Mohammad N. Anwar
David J. Mifsud
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Abstract

Ein Bordnetz beinhaltet einen Spannungsbus, ein Batterie-Pack, ein Wechselrichtermodul (PIM), einen Elektromotor, einen ersten Schütz und eine Steuerung. Das PIM ist mit dem Batterie-Pack verbunden und weist einen Kondensator, Spannungssensor und Halbleiterschalter auf. Der Elektromotor weist einen Phasenschenkel mit einer entsprechenden Phasenwicklung und einem widerstandsbehafteten Weg auf. Das erste Schütz verbindet das PIM mit einer positiven Stromschiene des Busses. Die Steuerung öffnet das erste Schütz in Reaktion auf eine Ausschaltung, weist eine Entladung des Kondensators durch die widerstandsbehafteten Wege an, diagnostiziert einen Batteriezustand (SOH) des ersten Schützes mithilfe einer ersten Schwelle der Abklingrate der Ausgangsspannung des Kondensators beim Öffnen des ersten Schützes und führt eine Steuermaßnahme in Bezug auf das Bordnetz mithilfe des diagnostizierten SOH durch. Die drei möglichen SOH sind der unintakte/hartgeschweißte Schützzustand, der unintakte/weichgeschweißte Schützzustand und der intakte/normal funktionierende Schützzustand. Es wird zudem ein Fahrzeug und ein Verfahren offenbart.

Description

  • EINLEITUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft die Diagnose des Schützfunktionszustandes in einem Hochspannungsbordnetz. Solche Bordnetze können einen Elektromotor und eine oder mehrere andere elektrische Komponenten beinhalten, die jeweils durch ein Batterie-Pack oder eine andere Gleichstrom (DC)-Stromversorgung bestromt werden. Wenn der Elektromotor eine Wechselstrom (AC)-Vorrichtung ist, kann ein Wechselrichtermodul (PIM - Power Inverter Module) mit dem Batterie-Pack verbunden und über eine Pulsbreitenmodulation oder andere geeignete Schaltsignale gesteuert werden, um eine AC-Ausgangsspannung zu erzeugen. Die AC-Ausgangsspannung wird dann an einzelnen Phasenwicklungen des Elektromotors durch Steuerung des PIM geliefert, um den Elektromotor zum Erzeugen eines Motorausgangsmoments zu aktivieren. In einer exemplarischen Elektrofahrzeugausführungsform kann beispielsweise das Motorausgangsmoment verwendet werden, um das Fahrzeug entweder allein oder in Kombination mit Drehmoment von einem Verbrennungsmotor anzutreiben.
  • Bei Hochspannungsausführungen ist es wünschenswert, das Batterie-Pack automatisch vom Elektromotor, dem PIM und jeglichen anderen geschützten Vorrichtungen zu trennen, wenn das elektrische System nicht verwendet wird. Aus diesem Grund werden Hochspannungsschalter, die als Schütze bezeichnet werden, im elektrischen Schaltkreis auf einem Hochspannungsbus zwischen dem Batterie-Pack und allen geschützten Vorrichtungen angeordnet. Ein Schütz verwendet einen Elektromagneten zum Öffnen und Schließen von leitfähigen mechanischen Kontakten, die mit dem Hochspannungsbus verbunden sind, wobei ein Schließen der mechanischen Kontakte eine niederohmige Schaltungsverbindung bildet. Das Öffnen der mechanischen Kontakte unterbricht somit die Schaltungsverbindung zum Batterie-Pack, wodurch das Batterie-Pack ausgeschaltet wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Hierin ist ein Verfahren zur Diagnose eines Batteriezustandes (SOH - State of Health) von einem oder mehreren Schützen in einem Hochspannungsbordnetz mit einem Batteriepaket, einem Wechselrichtermodul (PIM) und einem Elektromotor, beispielsweise einem mehrphasigen elektrischen Antriebsmotor, offenbart. Das Verfahren kann als computerlesbare Anweisungen verwendet werden, die über eine Steuerung mithilfe einer Sensoreingabe von Strom- oder Spannungssensoren, die innerhalb des PIMs angeordnet sind, ausgeführt werden. Die Ausführung des hierin dargelegten Verfahrens bestimmt, (a) ob sich die Schütze in einem intakten/ungeschweißten SOH oder einem unintakten/verschweißten SOH befinden und (b) wenn sich die Schütze in einem unintakten/verschweißten SOH befinden, ob die Schütze einen „hartgeschweißten“ Zustand oder einen „weichgeschweißten“ Zustand aufweisen.
  • Ein verschweißter Schützzustand, der in einer niedrigen Widerstandsschwelle über die inneren mechanischen Kontakte des Schützes resultiert, wird hierin als ein hartgeschweißter Zustand berücksichtigt. Umgekehrt wird hierin eine hohe Kontaktwiderstandsschwelle über das Schütz als ein weichgeschweißter Zustand berücksichtigt. Jeder Zustand kann zu einer Tiefentladung und möglichen Entladung des Batterie-Packs führen. Eine Steuermaßnahme wird daher als Reaktion auf die vorliegende SOH-Diagnose ausgeführt, wobei eine begrenzte Funktionalität als Reaktion auf bestimmte unintakte/geschweißte Zustände zulässig ist, ohne notwendigerweise den Betrieb des Bordnetzes zu deaktivieren.
  • In einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet ein Bordnetz einen Hochspannungsbus mit positiven und negativen Stromschienen, ein mit den positiven und negativen Stromschienen verbundenes Batterie-Pack und ein mit dem Batterie-Pack verbundenes PIM, das jeweils einen Kondensator aufweist, wobei ein Spannungssensor so konfiguriert ist, um eine Ausgangsspannung über dem Kondensator zu messen, und mehrere Halbleiterschalter. Das Bordnetz beinhaltet auch einen Elektromotor, der mit dem PIM elektrisch verbunden ist und mehrere Phasenschenkel mit jeweils einem entsprechenden Phasenwicklungs- und widerstandsbehafteten Weg aufweist, wobei ein erstes Schütz das PIM elektrisch mit der positiven Stromschiene verbindet und eine Steuerung, die in Verbindung mit den Halbleiterschaltern, dem Spannungssensor und den Stromsensoren steht.
  • Die Steuerung in dieser Ausführungsform ist programmiert, um das erste Schütz als Reaktion auf eine Ausschaltung des Bordnetzes zu öffnen, eine Entladung des Verbindungskondensators durch den widerstandsbehafteten Weg des Elektromotors über Steuerung der Halbleiterschalter anzuweisen, einen SOH des ersten Schützes als einen von drei möglichen SOH mithilfe einer ersten Schwelle der Abklingrate der Ausgangsspannung beim Öffnen des ersten Schützes und Ausführen einer Steuermaßnahme in Bezug auf das Bordnetz mithilfe des diagnostizierten SOH zu diagnostizieren, worin die drei möglichen SOH einen unintakten/hartgeschweißten Schützzustand, einen unintakten/weichgeschweißten Schützzustand und einen intakten/normal funktionierenden Schützzustand umfassen.
  • Die Steuerung kann so programmiert sein, um einen d-Achsen-Strom des Elektromotors nach dem Öffnen des ersten Schützes anzuweisen, wodurch die Entladung des Kondensators angewiesen wird.
  • Das Bordnetz kann eine Vorladeschaltung mit einem Vorladewiderstand und einem Vorladeschalter beinhalten sowie einen zweiten Schütz, der zwischen einem Minuspol des Batterie-Packs und der negativen Stromschiene angeordnet ist. In einer solchen Ausführungsform ist die Steuerung programmiert, um das erste Schütz zu schließen, den Verbindungskondensator über die Vorladeschaltung aufzuladen, das zweite Schütz nach dem Aufladen des Verbindungskondensators über einer Vorladeschwelle zu schließen und dann einen SOH des zweiten Schützes als eine der drei möglichen SOH mithilfe einer zweiten Schwellenspannung der Abklingrate der Ausgangsspannung zu diagnostizieren.
  • Das Bordnetz kann auch ein Bordlademodul (OBCM) beinhalten, das dazu konfiguriert ist, eine Konstantspannung oder einen Konstantstrom als Reaktion auf ein entsprechendes Eingangssignal von der Steuerung selektiv auszugeben und einen dritten Schütz, der zwischen dem OBCM und der positiven Stromschiene angeordnet ist. Die Steuerung ist ferner so programmiert, um, wenn sich das zweite Schütz bei einem intakten/normal funktionierenden Zustand befindet: ein Plug-in-Ereignis des Bordnetzes zu erfassen, die Ausgangsspannung zu messen, das erste Schütz zu schließen, eine Konstantspannung vom OBCM auf einen höheren Pegel durch einen kalibrierten Spannungsoffset als die gemessene Ausgangsspannung anzuweisen, die Ausgangsspannung nach einer kalibrierten Dauer als zweite gemessene Ausgangsspannung des Kondensators zu messen und den SOH des dritten Schützes mithilfe der zweiten gemessenen Ausgangsspannung des Kondensators und dem kalibrierten Spannungsoffset zu diagnostizieren.
  • Wenn der SOH der unintakte/hartgeschweißte oder unintakte/weichgeschweißte Schützzustand ist, kann die Steuerung das OBCM einzustellen, um den Konstantstrom auszugeben, den Verbindungskondensator durch den Elektromotor zu entladen, eine Ausgangsspannung des OBCM und die Ausgangsspannung zu messen, eine Differenz zwischen der gemessenen Ausgangsspannung und der gemessenen Ausgangsspannung zu berechnen und zu bestimmen, welche der unintakten/hartgeschweißten und unintakten/weichgeschweißten Zustände vorhanden sind, indem die berechnete Differenz mit einer dritten Spannungsschwelle verglichen wird.
  • Die Steuermaßnahme kann das Ermöglichen einer begrenzten Aufladung des Batterie-Packs beinhalten, wenn der SOH des dritten Schützes unintakt/hartgeschweißt oder unintakt/weichgeschweißt ist und der SOH des ersten Schützes intakt/nicht verschweißt ist. Alternativ kann die Steuermaßnahme das Verhindern des Aufladens des Batterie-Packs beinhalten, wenn der SOH des ersten Schützes unintakt/hartgeschweißt oder unintakt/weichgeschweißt ist oder das Fahrzeug über den Fahrmotor in mindestens einer begrenzten Kapazität, unabhängig vom diagnostizierten SOH des ersten Schützes, angetrieben werden kann.
  • Die Steuerung kann optional so programmiert sein, um den Antrieb des Fahrzeugs nach einer kalibrierten Anzahl von Antriebszyklen zu deaktivieren, wenn es mit begrenzter Kapazität betrieben wird.
  • Hierin ist ein Fahrzeug in einer Ausführungsform offenbart, das einen Hochspannungsbus mit positiven und negativen Stromschienen, ein mit den positiven und negativen Stromschienen verbundenes Batterie-Pack und ein mit dem Batterie-Pack verbundenes PIM beinhaltet, das einen Kondensator aufweist, wobei ein Spannungssensor so konfiguriert ist, um eine Ausgangsspannung über dem Kondensator zu messen, und mehrere Halbleiterschalter. Das Fahrzeug beinhaltet auch einen Fahrmotor, der elektrisch mit dem PIM und mit mehreren Phasenschenkeln mit einer entsprechenden Phasenwicklung und einem widerstandsbehafteten Weg verbunden ist. Der Fahrmotor gibt ein Drehmoment aus, um das Fahrzeug anzutreiben und ein erstes Schütz verbindet das PIM elektrisch mit der positiven Stromschiene.
  • In dieser Ausführungsform steht eine Steuerung in Verbindung mit den Halbleiterschaltern, dem Spannungssensor und den Stromsensoren und ist programmiert, um das erste Schütz als Reaktion auf eine Ausschaltung des Bordnetzes zu öffnen, eine Entladung des Verbindungskondensators durch den widerstandsbehafteten Weg des Elektromotors durch das Anweisen eines d-Achsen-Stroms des Elektromotors nach dem Öffnen des ersten Schützes anzuweisen, einen SOH des ersten Schützes als einen von drei möglichen SOH mithilfe einer ersten Schwelle der Abklingrate der Ausgangsspannung beim Öffnen des ersten Schützes und Ausführen einer Steuermaßnahme in Bezug auf das Bordnetz mithilfe des diagnostizierten SOH zu diagnostizieren. Die drei möglichen SOH sind ein unintakter/hartgeschweißter Schützzustand, ein unintakter/weichgeschweißter Schützzustand und ein intakter/normal funktionierender Schützzustand.
  • Ein Verfahren zur Diagnose eines SOH eines Hochspannungsschützes im Bordnetz beinhaltet das Öffnen des ersten Schützes als Reaktion auf eine Ausschaltung des Bordnetzes und das Anweisen einer Entladung des Kondensators über die Steuerung durch die widerstandsbehafteten Wege des Elektromotors, einschließlich dem Anweisen eines d-Achsen-Stroms des Elektromotors. Das Verfahren beinhaltet auch die Diagnose eines SOH des ersten Schützes als eines von drei SOH mithilfe einer ersten Schwelle der Abklingrate der Ausgangsspannung beim Öffnen des ersten Schützes. Eine von mehreren Steuermaßnahmen wird in Bezug auf das Bordnetz als Teil des Verfahrens mithilfe des diagnostizierten SOH ausgeführt. Wie oben erwähnt, umfassen die drei möglichen SOH einen unintakten/hartgeschweißten Schützzustand, einen unintakten/weichgeschweißten Schützzustand und einen intakten/normal funktionierenden Schützzustand.
  • Die vorstehend genannten sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen Weisen zur Umsetzung der Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen leicht erkennbar.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm eines exemplarischen Bordnetzes mit einem mehrphasigen Elektromotor, Wechselrichtermodul, Batterie-Pack sowie Schützen, die über eine Steuerung diagnostiziert werden, wie hierin dargelegt.
    • 2 ist ein Zeitdiagramm, das eine abklingende Ausgangsspannung des Kondensators beschreibt, die als Teil des hierin beschriebenen diagnostischen Verfahrens verwendet werden, wobei die Zeit auf der horizontalen Achse und die Ausgangsspannung des Kondensators auf der vertikalen Achse dargestellt sind.
    • 3-5 sind Flussdiagramme, die verschiedene Phasen des vorliegenden Verfahrens zur Diagnose verschweißter Schütze im Bordnetz dargestellt, wie in 1 dargestellt.
    • 6 ist eine Funktionstabelle, die exemplarische diagnostische Ergebnisse und mögliche Steuermaßnahmen beschreibt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf die gleichen oder ähnliche Komponenten in den verschiedenen Ansichten beziehen, und beginnend mit 1, beinhaltet ein exemplarisches Bordnetz 10 ein Gleichstrom(DC)-Batterie-Pack 12, das über positive und negative (+, -) HV-Sammelschienen oder -Schienen, wie gezeigt, elektrisch mit einer oder mehreren Hochspannungs (HV)-Komponenten 14 verbunden ist. Das Bordnetz 10 in der repräsentativen Ausführungsform aus 1 beinhaltet mehrere HV-Schütze, d. h., einen Hauptschütz (MC - Main Contactor), ein negatives Schienenschütz (NC - Negative Rail Contactor) sowie ein optionales Ladeschütz (CC-Charge Contactor), dessen Funktionen nachstehend erläutert werden.
  • Eine Steuerung (C - Controller) 50 mit einem Speicher (M - Memory) und einem Prozessor (P) wird als Teil des Bordnetzes 10 verwendet, um Anweisungen auszuführen, die ein Verfahren 100 verkörpern, und zur Diagnose eines Batteriezustandes (SOH) der verschiedenen Schütze (MC, NC, CC), wie nachstehend unter Bezugnahme auf die 2-5 dargelegt wird. Insbesondere reagiert die Steuerung 50 durch die Bestimmung einer relativen Schwere eines geschweißten/unintakten Zustands der Schütze (MC, NC, CC) in Bezug darauf, ob die Schütze einem hartgeschweißten oder einem weichgeschweißten Zustand ausgesetzt waren. Die Steuerung 50 führt dann Steuermaßnahmen in Bezug auf das Bordnetz 10 anhand der SOH-Diagnose aus, wie mit Bezug auf 6 erklärt wird.
  • Die HV-Komponenten 14 aus 1 können beispielsweise jeweils eine erste, zweite und dritte HV-Komponente 15, 16 und 17 beinhalten. In einer nicht beschränkenden exemplarischen Fahrzeuganwendung ist die erste HV-Komponente 15, die ebenfalls mit HV1 bezeichnet ist, als ein Bordlademodul (OBCM) oder ein Batterieladegerät ausgebildet, d. h., mit einer steuerbaren Konstantspannung oder Strom in verschiedenen Modi. Diese Möglichkeit wird in einigen Ausführungsformen verwendet, wenn der SOH des Ladeschützes (CC) diagnostiziert wird. Die zweite HV-Komponente 16, die mit HV2 bezeichnet ist, kann als ein Reservestrommodul oder ein DC-DC-Wandler ausgebildet sein, der zum Reduzieren eines Gleichspannungspegels des Batterie-Packs 12 auf einen Reservepegel von 12-15 VDC betreibbar ist. Die dritte HV-Komponente 17, die mit HV3 bezeichnet ist, kann jede andere HV-Komponente sein, die in einem Fahrzeug verwendet wird, z. B. einen Klimakompressor, einen Spannungsregler usw. Während drei HV-Komponenten 14 zu Veranschaulichungsszwecken dargestellt sind, kann jede beliebige Anzahl von HV-Komponenten 14 innerhalb des beabsichtigten erfinderischen Umfangs verwendet werden.
  • Das Hauptschütz (MC) wird selektiv durch Übertragung von Schützsteuersignalen (Pfeil CCo) von der Steuerung 50 geöffnet, um das Batterie-Pack 12 von einer elektrischen Schaltung 13 zu trennen. Wie nachfolgend näher erläutert wird, beinhaltet die elektrische Schaltung 13 ein Wechselrichtermodul (PIM) 20 und einen Elektromotor (M1) 22. Das Öffnen des Hauptschützes (MC) kann eine Default-Steuermaßnahme der Steuerung 50 bei einem Key-Off-Ereignis in einer Ausführungsform sein, bei der das Bordnetz 10 verwendet wird, um den als Fahrmotor in einem Fahrzeug 19 ausgebildeten Elektromotor 22 anzutreiben, d. h., mit dem Abtriebsmoment (Pfeil To) vom Elektromotor 22, der verwendet wird, um das Fahrzeug 19 anzutreiben oder in einem ähnlichen angeforderten Abschaltereignis bei Nichtfahrzeuganwendungen.
  • In Bezug auf das negative Schienenschütz (NC) wird diese Hardware-Schaltvorrichtung als Teil einer Vorladeschaltung 18 verwendet, d. h., mit einem Vorladewiderstand (RPC) und einem Vorladeschalter (SPC), wobei letzterer als Reaktion auf einen entsprechenden Befehl von der Steuerung 50 öffnet oder schließt. Im Betrieb ist das negative Schienenschütz (NC) normalerweise geschlossen, sodass eine Spannung über das Batterie-Pack 12 an die elektrische Schaltung 13 geliefert wird. Die Sequenzierung der Öffnungs-/Schließzustände des negativen Schienenschützes (NC) und des Vorladeschalters (SPC) wird von der Steuerung 50 im Normalbetrieb gesteuert, um einen großen Einschaltstrom über das negative Schienenschütz (NC) zu verhindern, was zum Verschweißen von mechanischen Kontakten des negativen Schienenschützes (NC) zur negativen Schiene (-) führen könnte.
  • Das Ladeschütz (CC) dient dazu, die HV-Komponenten 14 vom Batterie-Pack 12 während des Ladevorgangs des Batterie-Packs 12 zu trennen, und zwar wieder über den Steuervorgang der Steuerung 50. In bestimmten Ausführungsformen können einige oder alle der HV-Komponenten 14 weggelassen werden, wie beispielsweise bei Verwendung eines Batterie-Packs 12, um lediglich den Elektromotor 22 anzutreiben, oder es kann ein separates Schütz (nicht dargestellt) zwischen den HV-Komponenten 14 und der negativen Schiene (-) angeordnet sein. Das heißt, bei der in 1 dargestellten Ausführungsform teilen das Batterie-Pack 12 und die HV-Komponenten 14 die negative Schiene (-) des HVDC-Spannungsbusses. Diese Ausführungsform kann durch die Anordnung eines im Wesentlichen identischen Ladeschützes (CC) zwischen den HV-Komponenten 14 und der negativen Schiene (-) modifiziert werden. In einer solchen Ausführungsform kann die Sequenzierung des Diagnoseverfahrens 100 geändert werden, wie unter Bezugnahme auf die 3-5 im Folgenden erörtert wird.
  • Unter Bezugnahme auf 1 kann der Elektromotor 22 wahlweise als mehrphasiger Synchron- oder Induktionsmotor/Generator ausgebildet sein. Als solcher kann der Elektromotor 22 möglicherweise mehrere Sätze von Phasenwicklungen beinhalten, die jeweils mit LA, LB und LC in der dargestellten dreiphasigen Ausführungsform gekennzeichnet sind. Solche Phasen werden üblicherweise zur Vereinfachung als Phasen A, B und C beschrieben, wobei diese Vereinbarung hierin beibehalten wird. Ein dreiphasiger Elektromotor weist drei Phasenschenkel auf, wobei jeder 120° phasenverschoben gegenüber dem anderen Phasenschenkel liegt. Jeder Phasenschenkel hat einen entsprechenden Phasenwiderstand (RA, RB, RC). Die Stromsensoren (SA, SB, SC) können auf zwei oder drei Phasenschenkel zum Messen des entsprechenden Phasenstroms für einen gegebenen Phasenschenkel verwendet werden, wobei die gemessenen Phasenströme an die Steuerung 50 als eines von vielen hierin dargelegten Eingangssignalen (Pfeil CCI) meldet. Somit kann der Wert des d-Achsen-Stroms durch die Stromsensoren SA, SB und SC gemessenen werden, wenn die Steuerung 50 einen d-Achsen-Strom anweist, um einen DC-Verbindungskondensator (CL) des PIM 20, wie nachfolgend dargelegt wird, zu entladen.
  • Das PIM 20, das elektrisch mit dem Batterie-Pack 12 und dem Elektromotor 22 verbunden ist, steht in Verbindung mit der Steuerung 50 und ist über diese steuerbar. Ein Wechselrichter, wie etwa das PIM 20 aus 1, beinhaltet verschiedene innere elektronische Komponenten, einschließlich dem DC-Verbindungskondensator (CL), einem Spannungssensor (Sv), der zum Messen einer Ausgangsspannung des Kondensators (Vo) über den Kondensator (CL) betreibbar ist, Halbleiterschalter (SW) sowie jegliche erforderlichen Transistoren, Dioden und Leiter, die zum Umwandeln einer Gleichspannung in eine Wechselspannung und umgekehrt nach Bedarf benötigt werden.
  • Während die Halbleiterschalter (SW) schematisch als kollektiver Block zur exemplarischen Vereinfachung dargestellt sind, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass IGBTs, MOSFETs und andere hochtourige Halbleiterschalter in oberen und unteren Schaltpaaren angeordnet sein können, um die Energiekonvertierungsfunktion zu steuern. So sind für die exemplarische dreiphasige Ausführungsform der Elektromotor 22 aus 1, drei Schaltpaare mit zwei Schaltpaaren pro Phase für insgesamt sechs Halbleiterschalter dargestellt. Andere Ausführungsformen können je nach Ausführungsform des Elektromotors 22 vorgesehen sein.
  • Zusätzlich kann ein mehrphasiger Elektromotor, wie etwa der Elektromotor 22, mathematisch dargestellt werden, da er zwei Achsen magnetischer Symmetrie aufweist: eine direkte Achse (d-Achse) und eine Quadraturachse (q-Achse), wie für Fachleute auf dem Gebiet leicht verständlich ist. Die Motorspannungen und -ströme können als Vektoren in einem d-q-Koordinatensystem dargestellt sein. Die Steuerung 50 ist somit so konfiguriert, um als Teil ihrer Gesamtsteuerungsfunktion einen an die jeweilige d-Achse und q-Achse zuzuführenden Strom anhand eines Drehmomentbefehlsignals an den Elektromotor 22 anzuweisen. Die Steuerung 50 gibt schließlich in einer bestimmten Reihenfolge eine Pulsbreitenmodulation (PWM) oder andere Schaltsteuersignale an die einzelnen Schalter (SW) des PIM 20 aus, um eine Drehzahl- und Drehmomentsteuerung des Elektromotors 22 vorzusehen.
  • Als Teil der Funktionalität der Steuerung 50 weist diese beim Abschalten oder Ausschalten des Bordnetzes 10, wie etwa nach einem Key-Off-Ereignis bei einer Fahrzeuganwendung, bei der der Elektromotor 22 das Abtriebsmoment (Pfeil To) an ein Antriebssystem eines Fahrzeugs 19 aus 1 liefert, die Steuerung 50 eine aktive Entladung des Kondensators (CL) durch den Elektromotor 22 anweist. Insbesondere steuert die Steuerung 50 die Schaltzustände der verschiedenen Halbleiterschalter (SW) des PIM 20, um den oben erwähnten d-Achsen-Strom abzuleiten. Das heißt, wenn die Steuerung 50 den Hauptschütz (MC) als Reaktion auf ein Key-Off-Ereignis öffnet, kann eine signifikante Spannung über dem Kondensator (CL) verbleiben. Die Steuerung 50 weist zum Entladen des Kondensators (CL) den d-Achsen-Strom an, der durch die widerstandsbehafteten Wege abgeführt wird, die, wie durch die Widerstände (RA, RB und RC) in 1 dargestellt ist, im Elektromotor 22 verfügbar sind.
  • Um das Verfahren 100 und andere oben erwähnte Funktionen durchzuführen, kann die Steuerung 50 als eine oder mehrere Computervorrichtungen verkörpert. Der Speicher (M) kann nicht-flüchtige Speicher, z. B. Nur-Lese-Speicher, ob optisch, magnetisch, Flash- oder anderweitige beinhalten. Die Steuerung 50 beinhaltet auch ausreichende Mengen Direktzugriffsspeicher, einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher und dergleichen sowie einen Hochgeschwindigkeitstakt, eine Analog-zu-Digital und eine Digital-zu-Analog-Schaltung und Eingangs-/Ausgangsschaltungen und Vorrichtungen sowie entsprechende Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen.
  • Zusätzlich ist die Steuerung 50 mit einem Satz von Batteriezustand(SOH)-Schwellendaten 60 programmiert, von denen einige unterschiedlichen Spannungsabklingraten des DC-Verbindungskondensators (CL) entsprechen. Die SOH-Schwellendaten 60 werden von der Steuerung 50 im Verfahren 100 verwendet, um zu bestimmen, ob die Schütze (MC, NC und CC) verschweißt/unintakt oder verschweißt/intakt sind. Die Steuerung 50 bestimmt auch, ob die unintakten Schütze (MC, NC und CC) einem hartgeschweißten oder einem weichgeschweißten Zustand ausgesetzt waren. Eine harte Schweißnaht ist hierin als verschweißter Schützzustand definiert, der in einer niedrigen Kontaktwiderstandsschwelle über dem Schütz resultiert. Ein solcher Zustand unterscheidet sich im Wesentlichen nicht von einem Schütz in einer geschlossenen Position. Im Gegensatz dazu zeigt eine weiche Schweißnaht einen höheren Kontaktwiderstand, der auf einem Niveau liegt, der einem Leerlaufwiderstand entspricht. Somit ist die Steuerung 50 zur Unterscheidung zwischen harten und weichen Schweißstellen für jeden Schütz (MC, NC und CC) in der Lage.
  • Im Anschluss an diese SOH-Diagnose führt die Steuerung 50 eine entsprechende Steuermaßnahme in Bezug auf das Bordnetz 10 aus. In einem mit Strom beaufschlagtem Antriebsstrang kann beispielsweise die Steuerung 50 eine begrenzte Antriebsfunktionalität oder einen „Notbetrieb“-Modus aktivieren, anstatt den Fahrzeugantrieb auf herkömmliche Weise zu deaktivieren, oder die Steuerung kann einen dem SOH entsprechenden Diagnosecode aufzeichnen und den Antrieb für eine kalibrierte Dauer oder Anzahl von Key-/Antriebszyklen in verschiedenen Ausführungsformen begrenzen. 6 zeigt exemplarische Steuermaßnahmen, die verwendet werden könnten, um es einem Benutzer des Bordnetzes 10 zu ermöglichen, eine begrenzte Funktionalität in der Zeit zwischen der Diagnose und dem Dienst des Bordnetzes 10 zu genießen.
  • 2 zeigt ein Beispiel der oben erwähnten SOH-Schwellendaten 60. Die Steuerung 50 kann mit einer ähnlichen Kurven- oder Datentabelle programmiert werden, die gleiche Informationen darstellen. Als Teil des Verfahrens 100 prüft die Steuerung 50 nach dem Öffnen des Hauptschützes (MC) und dem Anweisen des d-Achsen-Stroms in die Phasenwicklungen des Elektromotors 22, eine Abklingrate der gemessenen Ausgangsspannung des Kondensators (Vo) über den DC-Verbindungskondensator (CL) gegen einen kalibrierten Schwellenwert. Der kalibrierten Schwellenwert kann dargestellt werden durch die Gleichung: V T H = V O × R M R W + R M
    Figure DE102017123394A1_0001
    wobei VTH die kalibrierte Schwellenspannung ist, RM ein Innenwiderstand eines widerstandsbehafteten Weges des Elektromotors 22 ist und Rw der Widerstand jeder vorliegenden Schweißnaht ist. Eine relativ langsame Abklingrate liegt vor, wenn eine Schweißnaht über dem zu prüfenden Schütz besteht, da der Schweißnahtwiderstand Rw in diesem Fall relativ gering ist. Unter der Annahme, dass der Schweißnahtwiderstand Rw effektiv null ist, d. h., eine harte Schweißnaht, wird der Wert von Vo relativ langsam vor einer vorbestimmten Dauer td, wie durch die Kurve 31 in 2 dargestellt, abklingen. Ein unendlicher Schweißnahtwiderstand RW (offener Stromkreis) sollte zu einer schnellen Verringerung der Ausgangsspannung des Kondensators (VO) über den Kondensator (CL) führen, wie durch die Kurve 33 angezeigt ist, welches als erwartetes oder intaktes Ergebnis verstanden wird. Somit wird ein unintaktes Schütz durch die Steuerung 50 mithilfe des Verfahrens 100 durch Untersuchen der Abklingrate der Ausgangsspannung des Kondensators (Vo) relativ zur kalibrierten Spannungsschwelle (VTH) erfasst, die durch den bekannten oder kalibrierten Innenwiderstand des Elektromotors 22 offline ermittelt oder kalibriert werden kann.
  • Unter Bezugnahme auf 3, beginnt eine exemplarische Ausführungsform des Verfahrens 100 mit dem Schritt S102, wobei die Steuerung 50 ein Key-Off-Ereignis oder ein anderes Abschaltereignis erfasst und als Ergebnis das Hauptschütz (MC) anweist, sich über die Übertragung der Steuersignale (Pfeil CCo) zu öffnen. Das Verfahren 100 geht dann über zu Schritt S104.
  • Der Schritt S104 beinhaltet den Befehl des d-Achsen-Stroms zu den Halbleiterschaltern (SW), der durch die Steuerung 50 anhand einer gemeldeten gemessenen Rotorposition des Elektromotors 22 durchgeführt wird. Das heißt, als Teil der Gesamtsteuerung des Elektromotors 22 wird die Steuerung 50 informiert, um die Rotorposition, beispielsweise von einem Drehmelder oder einer Kodiervorrichtung (nicht dargestellt), zu präsentieren. Als Teil der oben erläuterten Entladung des Kondensators (CL) weist die Steuerung 50 somit den d-Achsen-Strom an und ermöglicht dem Kondensator (CL) ein vollständiges Entladen durch den Elektromotor 22.
  • Bei Schritt S106 bestimmt die Steuerung 50 eine Abklingrate der Ausgangsspannung des Kondensators (VO), wie in 2 dargestellt. Daher enthält Schritt S106 das Aufnehmen der gemessenen Ausgangsspannung des Kondensators (VO) vom Spannungssensor (SV) der 1, der ohnehin im PIM 20 vorhanden ist, als auch des gemessenen d-Achsen-Stroms von den Sensoren SA, SB und SC.
  • Schritt S108 beinhaltet das Vergleichen der Abklingrate der Ausgangsspannung des Kondensators (VO) auf die oben beschriebene kalibrierte Spannungsschwelle (VTH). Das Verfahren 100 geht über zu Schritt S110, wenn die Ausgangsspannung des Kondensators (VO) die kalibrierte Spannungsschwelle (VTH) überschreitet und in der Alternative zu Schritt S111, wenn die Ausgangsspannung des Kondensators (VO) kleiner ist als die kalibrierte Spannungsschwelle (VTH).
  • Schritt S110 beinhaltet das Aufzeichnen eines Diagnosecodes im Speicher der Steuerung 50, der das unintakte Hauptschütz (MC), d. h., bis zu einem Grad verschweißt, anzeigt. So kann beispielsweise eine Reihe oder Markierung aufgenommen werden. Das Verfahren 100 geht dann über zu Schritt 112.
  • Schritt S111 beinhaltet das Aufzeichnen eines Diagnosecodes, der anzeigt, dass das Hauptschütz (MC) intakt ist, d. h., nicht wie erwartetet verschweißt und arbeitet ist. Das Verfahren geht dann über zu Schritt 113.
  • Bei Schritt S112, der bei Schritt S110 bestimmt hat, dass das Hauptschütz unintakt ist, vergleicht die Steuerung 50 als nächstes den gemessenen Motorstrom (Pfeil Ix) nach Entladung des Kondensators (CL) mit einer ersten kalibrierten Stromschwelle, die als Teil der in 1 gezeigten SOH-Schwellendaten 60 aufgezeichnet werden kann. Das Verfahren 100 geht über zu Schritt S114, wenn der gemessene Motorstrom (Pfeil IX) die erste kalibrierte Stromschwelle überschreitet, d. h., wenn IX > ITH1, wobei ITH1 die erste Stromschwelle darstellt. Schritt S115 wird ausgeführt, wenn das Gegenteil zutrifft, d. h., wenn IX < ITH1.
  • Schritt S113 beinhaltet das Starten einer Vorladesequenz über die Steuerung 50. In einer solchen Sequenz wird das Hauptschütz (MC) zum Schließen angewiesen, während das negative Schienenschütz (NC) offen bleibt. Die Vorladesequenz beginnt durch das Anweisen eines Schließens des Vorladeschalters (SPC). Wenn eine kalibrierte Vorladedauer abgelaufen ist, wird der Vorladeschalter (SPC) wieder zum Öffnen angewiesen, um die Vorladesequenz abzuschließen. Das negative Schienenschütz (NC) ist dann geschlossen und das Verfahren 100 geht über zu Schritt S120.
  • Schritt S114 und S115 beinhalten das Aufzeichnen eines Diagnosecodes, der jeweils einen Zustand einer harten Schweißnaht (HW) und einer weichen Schweißnaht (SW) anzeigt. Das Verfahren 100 geht dann über zu Schritt S120.
  • Bei Schritt S120 leitet die Steuerung 50 die Diagnose des negativen Schienenschützs (NC) ein. Schritt S120 kann das Extrahieren einer zweiten Spannungsschwelle (VTH2) aus dem Speicher (M), z. B. aus den oben erwähnten SOH-Schwellendaten 60, beinhalten und dann übergehen zu Schritt S122.
  • Bei Schritt S122 bestimmt die Steuerung 50 als nächstes, ob die Ausgangsspannung des Kondensators (VO) die zweite Spannungsschwelle überschreitet, d. h., wenn VO > VTH2. Wenn ja, geht das Verfahren 100 über zu Schritt S124. Das Verfahren 100 geht über zu Schritt S125, wenn VO < VTH2.
  • Schritt S124 beinhaltet das Aufzeichnen eines Diagnosecodes, der anzeigt, dass das negative Schienenschütz (NC) vor dem Übergehen zu Schritt S126 unintakt ist.
  • Schritt S125 beinhaltet das Aufzeichnen eines Diagnosecodes, der anzeigt, dass das negative Schienenschütz (NC) vor dem Übergehen zu Schritt S127 intakt ist.
  • Bei Schritt S126 bestimmt die Steuerung 50 als nächstes, ob der gemessene Strom (Ix) eine zweite Stromschwelle ITH2 überschreitet, d. h., wenn IX > ITH2. Wenn ja, geht das Verfahren 100 über zu Schritt S128. Andernfalls geht das Verfahren 100 über zu Schritt S129.
  • Schritt S127 beinhaltet gegebenenfalls das Einleiten der Diagnose des Ladeschützes (CC), wenn ein solches Schaltschütz in einer gemeinsamen negativen Schienen(-)-Konfiguration, wie in 1 dargestellt, verwendet wird. Schritt S127 ist mit Bezug auf 4 beschrieben.
  • Schritt S128 und S129 beinhalten das Aufzeichnen eines Diagnosecodes, der jeweils einen Zustand einer harten Schweißnaht (HW) und einer weichen Schweißnaht (SW) des NC anzeigt. Das Verfahren 100 geht dann über zu Schritt S130.
  • Schritt S130 beinhaltet das Aufzeichnen eines Diagnosecodes oder einer Bit-Markierung, welches im Verhindern des Starts einer Diagnoseprüfung des Ladeschützes (CC) der 1 resultiert. Das Verfahren 100 wird mit Schritt S130 abgeschlossen.
  • 4 beschreibt Schritt S127 detaillierter, das heißt, als Teilverfahren 200 zur Diagnose eines AC-DC-Ladevorgangs des in 1 dargestellten Batterie-Packs 12. Das Bordnetz 10 kann beispielsweise als Teil eines mit Strom beaufschlagten Antriebsstrangs oder eines anderen elektrisierten Systems verwendet werden, das in verschiedenen Ausführungsformen selektiv in eine Offboard-Ladestation, z. B. eine AC-Wandsteckdose oder eine DC-Schnelladestation, gesteckt wird. Daher beinhaltet Schritt S202 das Erfassen, ob das Bordnetz 10 in eine solche Station gesteckt wurde. Schritt S202 könnte die Verbindung mit einer solchen Ladestation, beispielsweise über den Standard SAEJ1772 für eine Elektrofahrzeugladung, enthalten. Das Teilverfahren 200 geht dann bei Erfassung des Plug-In-Ereignisses über zu Schritt S204.
  • Schritt S204 beinhaltet das Warten auf eine aufladungsbezogene Ausrüstung oder Steuerungssoftware oder Hardware, um zu starten oder „anzuschalten“ und geht dann über zu Schritt S206.
  • Schritt S206 beinhaltet das Messen der Ausgangsspannung des Kondensators (VO) über den Kondensator (CL) über den Sensor (Sv) und meldet den Messwert der Steuerung 50, dann geht er über zu Schritt S208.
  • Bei Schritt S208 weist die Steuerung 50 das Schließen des Hauptschützes (MC) an und geht dann über zu Schritt S210.
  • Bei Schritt S210 weist die Steuerung 50 als nächstes ein Batterieladegerät/OBCM, wie oben erwähnt, das heißt, die HV-Komponente 15 der 1, zu einem Konstantspannungsmodus an, sodass das Batterieladegerät/OBCM eine Konstantspannung ausgibt, die ein etwas höheres Niveau als die Ausgangsspannung des Kondensators (VO) durch einen kalibrierten Spannungsoffset (ΔV) aufweist, d. h., VCON = VO + ΔV, worin VCON die Konstantspannung ist. Das Verfahren 100 geht dann über zu Schritt S212.
  • Bei Schritt S212 wartet die Steuerung 50 über eine kalibrierte Dauer und misst dann die Ausgangsspannung des Kondensators (Vo) vor dem Übergehen zu Schritt S214.
  • Schritt S214 beinhaltet das Vergleichen der Ausgangsspannung des Kondensators (VO) mit dem kalibrierten Spannungsoffset (ΔV). Wenn Vo innerhalb einer kalibrierten Differenz ΔV liegt, geht das Teilverfahren 200 über zu Schritt S215. Das Verfahren 100 geht in der Alternative über zu Schritt S216, wenn die Ausgangsspannung des Kondensators (Vo) außerhalb der kalibrierten Differenz liegt.
  • Bei Schritt S215 zeichnet die Steuerung 50 einen Diagnosecode auf, der ein unintaktes/verschweißtes Ladeschütz (CC) anzeigt und geht über zu Schritt S217.
  • Schritt S216 beinhaltet das Aufzeichnen eines Diagnosecodes, der ein Ladeschütz (CC) angezeigt. Das Teilverfahren 200 ist damit abgeschlossen.
  • Bei Schritt S217 weist die Steuerung 50 das Batterieladegerät/OBCM, d. h., die erste HV-Komponente 14 der 1, an, in einen Konstantstrommodus zu wechseln, sodass ein kalibrierter Strom in das Bordnetz 10 eingespeist wird. Das Verfahren 100 geht dann über zu Schritt S219.
  • Schritt S219 beinhaltet das Aufbringen des d-Achsen-Strombefehls auf die Schalter (SW) des PIM 20, die in 1 dargestellt sein, basierend auf der Position des Elektromotors 22, wie oben erwähnt, und geht dann über zu Schritt S221.
  • Schritt S221 beinhaltet das Messen einer Ausgabespannung des Batterieladegeräts/OBCMs und der Ausgangsspannung des Kondensators (VO) und geht dann über zu Schritt S223.
  • In Schritt S223 bestimmt die Steuerung 50, ob die Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Batterieladegeräts/OBCMs und der Ausgangsspannung des Kondensators (VO) eine dritte kalibrierte Spannungsschwelle (VTH3) überschreitet, die als Teil der SOH-Schwellendaten 60 aufgezeichnet werden können. Das Teilverfahren 200 geht über zu Schritt S224, wenn die Differenz die dritte Spannungsschwelle (VTH3) überschreitet. Das Teilverfahren 200 in der Alternative geht über zu Schritt S225, wenn diese Differenz kleiner als die Spannungsschwelle (VTH3) ist, d. h., wenn VOUT-VO<VTH3.
  • Schritt S224 und S225 beinhalten das Aufzeichnen eines Diagnosecodes, der jeweils einen Zustand einer harten Schweißnaht (HW) und einer weichen Schweißnaht (SW) des Ladeschützes (CC) anzeigt. Das Teilverfahren 200 ist damit abgeschlossen.
  • 5 zeigt einen optionalen verlängerten „Notbetrieb“ und ein vermindertes Ladeteilverfahren 300, das als Teil des oben beschriebenen Verfahrens 100 verwendet werden kann. Ein solches Teilverfahren 300 beginnt mit Schritt S302, worin die Steuerung 50 bestimmt, dass sich das Bordnetz 10 in einem unintakten/verschweißten Zustand befindet. So kann beispielsweise die Steuerung 50 die oben beschriebene fertige Diagnose abgeschlossen haben und bestimmen, dass das Ladeschütz (CC) unintakt ist. In dieser Situation kann die Steuerung 50 gleichzeitig übergehen zu den Schritten S304 und S306.
  • Schritt S304 kann das Ermöglichen eines Ladens des Batterie-Packs 12 für den Bediener mit einer begrenzten Stromaufnahme beinhalten. So kann beispielsweise ein kalibrierter Ladestrom erzwungen werden, der einen langsamen, beschränkten Ladevorgang als eine mögliche Steuermaßnahme ermöglicht, anstatt die Ladefunktion vollständig zu deaktivieren.
  • Schritt S306 kann das Ermöglichen der Verwendung eines Bordnetzes 10, beispielsweise zum Ausgeben des Drehmoments To und zum Antreiben des Fahrzeugs 19, wie in 1 dargestellt, beinhalten. Die Funktionalität kann in Bezug auf die Höchstgeschwindigkeit des Elektromotors 22 oder anderweitig begrenzt sein, d. h., ein „Notbetrieb“-Modus kann aktiviert werden, anstatt die Antriebsfunktion vollständig zu deaktivieren. Das Teilverfahren 300 geht dann über zu Schritt S308.
  • Bei Schritt S308 kann die Steuerung 50 einen Zähler erhöhen und dadurch eine Anzahl von Ein-/Ausschaltzyklen oder Antriebszyklen des Fahrzeugs 19 oder ähnliche Ein-/Ausschaltereignisse in Nichtfahrzeuganwendungen zählen. Wenn ja, dann geht die Steuerung 50 über zu Schritt S310.
  • Der Schritt S310 beinhaltet das Vergleichen des gegenwärtigen Zählerwerts mit einem kalibrierten Schwellenwert und dem Wiederholungsschritt S306, wenn die Anzahl der gezählten Schlüsselzyklen kleiner als der kalibrierte Schwellenwert ist. Das Teilverfahren 300 geht über zu Schritt S312, wenn der Schwellenwert überschritten wird.
  • Schritt S312 kann das Einstellen eines Diagnosecodes und das Verhindern eines weiteren Betriebs des Bordnetzes 10 beinhalten.
  • Unter Bezugnahme auf 6, zeigt eine Tabelle 40 mehrere mögliche Steuermaßnahmen, die durch die Steuerung 50 als Teil des Verfahrens 100, wenn mit dem exemplarischen Fahrzeug 19 aus 1 verwendet, ausgeführt werden können. In Tabelle 40 sind verschiedene Batteriezustände (SOH) des Hauptschützes (MC), des neutralen Schienenschützes (NC) und des Ladeschützes (CC) aufgeführt, wobei der SOH als intakt (H-healthy) und unintakt (U - unhealthy) abgekürzt ist und mit einem unintakten SOH ferner entweder als weichgeschweißt oder hartgeschweißt (S - soft welded/H - hard welded) dargestellt wird. Die Kontaktmaßnahmen werden als „Antrieb erlaubt“ (CA-D), begrenzte/r Antriebszyklus-/Leistungsfähigkeit (L/Y) und „Aufladung erlaubt“ (CA-C) aufgelistet. Auch die begrenzte Stromaufnahme (D/Y) sowie nein (N) und ja (Y) werden in der Tabelle 40 verwendet.
  • Wenn zum Beispiel das Hauptschütz (MC) intakt ist, ist die volle Antriebsfähigkeit aktiviert, wenn auch das negative Schienenschütz (NC) mit aktiviertem/r begrenztem/r Antriebszyklus/Leistungsfähigkeit intakt ist, wenn das negative Schienenschütz (NC) unintakt ist. Unabhängig vom SOH des negativen Schienenschützes (NC) führt eine Diagnose eines unintakten Hauptschützes (MC) zu einem/r begrenzten Antriebszyklus/Leistungsfähigkeit (L/Y). Wenn also eine weiche Schweißnaht in dem Hauptschütz (MC) oder dem Ladeschütz (CC) vorhanden ist, kann die Steuerung 50 als Steuermaßnahme ein Reservestrommodul, z. B. die HV-Komponente 17 aus 1, bei Bedarf beim Antrieb herabsetzen. Dies steht im Gegensatz zu Ansätzen, die dazu neigen, die Fahrzeugantriebsfunktion als Reaktion auf ein verschweißtes Schütz zu deaktivieren.
  • Tabelle 40 enthält auch die Ladesteuermaßnahmen in Spalte CA-C. Wenn alle drei Schütze (MC, NC, CC) als intakt diagnostiziert sind, ist die volle Aufladung erlaubt. Mit dem Hauptschütz (MC) ist für die Aufladung, ungeachtet des diagnostizierten SOH des negativen Schienenschützes (NC) und des Ladeschützes (CC), immer noch eine begrenzte Stromaufnahme (D/Y) zulässig. Die Aufladung ist deaktiviert (N), wenn das Hauptschütz (MC) als unintakt diagnostiziert wird.
  • Daher ermöglichen mögliche Steuermaßnahmen, dass das Fahrzeug 19 über den Elektromotor 22 in zumindest einer begrenzten Kapazität unabhängig vom Batteriezustand des Hauptschützes (MC) angetrieben werden kann. Ebenso kann die Steuerung 50 das Laden des Batterie-Packs 12 verhindern, wenn der SOH des Hauptschützes (MC) unintakt/hartgeschweißt ist und das gleiche ausüben kann, wenn der SOH des Hauptschützes (MC) unintakt/weichgeschweißt ist. Eine begrenzte Aufladung des Batterie-Packs 12 kann aktiviert werden, wenn das Ladeschütz (CC) unintakt/hartgeschweißt oder unintakt/weichgeschweißt ist und das Hauptschütz (MC) intakt/nicht verschweißt ist, ohne zulässige Aufladung des Batterie-Packs 12, wenn das Hauptschütz (MC) unintakt ist. Ist das Ladeschütz (CC) hartgeschweißt und das Hauptschütz (MC) und das negative Schienenschütz (NC) sind beide intakt, so ist die Aufladung des Batterie-Packs 12 zulässig. Wenn das Ladeschütz (CC) weichgeschweißt ist, wird jedoch die Ladefähigkeit verringert oder verlangsamt.
  • Wenn das Hauptschütz (MC) und das negative Schienenschütz (NC) hartgeschweißt sind, kann hierzu ein Bediener des Fahrzeugs 19 oder eines anderen Systems, das das Bordnetz 10 verwendet, benachrichtigt werden, ohne den Betrieb des Bordnetzes 10 sofort zu deaktivieren. Weichgeschweißte Schütze werden behandelt, indem der Antrieb in einem „Notbetrieb“-Modus fortgesetzt wird. Diese und andere Steuermaßnahmen werden aus Tabelle 40 ersichtlich, die je nach Bedarf abhängig von der bestimmten Anwendung modifiziert werden kann.
  • Unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens 100 und des Bordnetzes 10 werden der Elektromotor 22 und der aktive Entladestrom aus dem Kondensator (CL) zur Diagnose des SOH der Haupt-, negativen Schienen- und Ladeschütze (MC, NC, CC) verwendet. Das Verfahren 100 ermöglicht es dem Bediener, eine fortgesetzte Leistung des Bordnetzes 10, möglicherweise in einer verringerten Kapazität, zu genießen, um Zeit zu gewinnen, um das Bordnetz 10 auch nach dem Aussetzen eines verschweißten Schützzustandes zu warten. Die Steuerung 50 optimiert sequentiell die Öffnungs-/Schließsequenz für alle Schütze, die im Bordnetz 10 verwendet werden, um den SOH jedes Schützes einzeln zu bestimmen. Zusätzlich ist die Steuerung 50 in der Lage, die Konstantspannungs-/Stromfähigkeit eines Bord-Batterieladegeräts/OBCMs in einigen Ausführungsformen zu verwenden, um die Aufladung des Batterie-Packs 12 zu ermöglichen, auch nachdem ein verschweißter Schützzustand auftritt. Somit ist die Differenzierung des SOH jedes Schützes möglich.
  • Während die besten Arten der Ausführung der Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, werden die mit der hier beschriebenen Technik vertrauten Fachleute diverse alternative Ausgestaltungen und Ausführungen erkennen, mit denen die Offenbarung im Rahmen der nachfolgend aufgeführten Patentansprüche ausgeführt werden kann.

Claims (10)

  1. Elektrisches System, umfassend: einen Hochspannungsbus mit positiven und negativen Stromschienen; ein Batterie-Pack, das mit den positiven und negativen Stromschienen verbunden ist; ein Wechselrichtermodul (PIM), das mit dem Batterie-Pack verbunden ist und einen Kondensator aufweist, einen Spannungssensor, der dazu konfiguriert ist, eine Ausgangsspannung über den Kondensator und eine Vielzahl von Halbleiterschaltern zu messen; einen Elektromotor, der elektrisch mit dem PIM und mit mehreren Phasenschenkeln mit einer entsprechenden Phasenwicklung und einem widerstandsbehafteten Weg verbunden ist; einen ersten Schütz, der das PIM mit der positiven Stromschiene elektrisch verbindet; und eine Steuerung, die mit den Halbleiterschaltern, dem Spannungssensor und den Stromsensoren in Verbindung steht und programmiert ist, um das erste Schütz als Reaktion auf eine Ausschaltung des Bordnetzes zu öffnen, eine Entladung des Verbindungskondensators durch den widerstandsbehafteten Weg des Elektromotors über Steuerung der Halbleiterschalter anzuweisen, einen Batteriezustand (SOH) des ersten Schützes als einen von drei möglichen SOH mithilfe einer ersten Schwelle der Abklingrate der Ausgangsspannung beim Öffnen des ersten Schützes und Ausführen einer Steuermaßnahme in Bezug auf das Bordnetz mithilfe des diagnostizierten SOH zu diagnostizieren, worin die drei möglichen SOH einen unintakten/hartgeschweißten Schützzustand, einen unintakten/weichgeschweißten Schützzustand und einen intakten/normal funktionierenden Schützzustand umfassen.
  2. Bordnetz nach Anspruch 1, worin die Steuerung so programmiert ist, um einen d-Achsen-Strom des Elektromotors nach dem Öffnen des ersten Schützes anzuweisen, wodurch die Entladung des Kondensators angewiesen wird.
  3. Bordnetz nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Vorladeschaltung mit einem Vorladewiderstand und einem Vorladeschalter und einen zweiten Schütz, der zwischen einem Minuspol des Batterie-Packs und der negativen Stromschiene angeordnet ist, worin die Steuerung ferner programmiert ist, das erste Schütz zu schließen, den Verbindungskondensator über die Vorladeschaltung aufzuladen, das zweite Schütz nach dem Aufladen des Verbindungskondensators über einer Vorladeschwelle zu schließen und dann einen SOH des zweiten Schützes als eine der drei möglichen SOH mithilfe einer zweiten Schwellenspannung der Abklingrate der Ausgangsspannung zu diagnostizieren.
  4. Bordnetz nach Anspruch 3, ferner umfassend: ein Bordlademodul (OBCM), das so konfiguriert ist, um selektiv eine Konstantspannung oder einen Konstantstrom als Reaktion auf ein entsprechendes Eingangssignal von der Steuerung auszugeben und einen dritten Schütz, der zwischen dem OBCM und der positiven Stromschiene angeordnet ist, worin die Steuerung ferner so programmiert ist, um, wenn sich das zweite Schütz bei einem intakten/normal funktionierenden Zustand befindet: ein Plug-in-Ereignis des Bordnetzes zu erfassen, die Ausgangsspannung zu messen, das erste Schütz zu schließen, eine Konstantspannung vom OBCM auf einen höheren Pegel durch einen kalibrierten Spannungsoffset als die gemessene Ausgangsspannung anzuweisen, die Ausgangsspannung nach einer kalibrierten Dauer als zweite gemessene Ausgangsspannung des Kondensators zu messen und den SOH des dritten Schützes mithilfe der zweiten gemessenen Ausgangsspannung des Kondensators und dem kalibrierten Spannungsoffset zu diagnostizieren.
  5. Bordnetz nach Anspruch 4, worin, wenn der SOH der unintakte hartgeschweißte oder unintakte/weichgeschweißte Schützzustand ist, die Steuerung ferner so konfiguriert ist, um das OBCM einzustellen, um den Konstantstrom auszugeben, den Verbindungskondensator durch den Elektromotor zu entladen, eine Ausgangsspannung des OBCM und die Ausgangsspannung zu messen, eine Differenz zwischen der gemessenen Ausgangsspannung und der gemessenen Ausgangsspannung zu berechnen und zu bestimmen, welche der unintakten/hartgeschweißten und unintakten/weichgeschweißten Zustände vorhanden sind, indem die berechnete Differenz mit einer dritten Spannungsschwelle verglichen wird.
  6. Bordnetz nach Anspruch 5, worin die Steuermaßnahme das Ermöglichen einer begrenzten Aufladung des Batterie-Packs beinhaltet, wenn der SOH des dritten Schützes unintakt/hartgeschweißt oder unintakt/weichgeschweißt ist und der SOH des ersten Schützes intakt/nicht verschweißt ist.
  7. Fahrzeug, umfassend: einen Hochspannungsbus mit positiven und negativen Stromschienen; ein Batterie-Pack, das mit den positiven und negativen Stromschienen verbunden ist; ein Wechselrichtermodul (PIM), das mit dem Batterie-Pack verbunden ist und einen Kondensator aufweist, einen Spannungssensor, der dazu konfiguriert ist, eine Ausgangsspannung über den Kondensator und eine Vielzahl von Halbleiterschaltern zu messen; einen Fahrmotor, der elektrisch mit dem PIM und mit mehreren Phasenschenkeln mit einer entsprechenden Phasenwicklung und einem widerstandsbehafteten Weg verbunden ist, worin der Fahrmotor Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs ausgibt; einen ersten Schütz, der das PIM mit der positiven Stromschiene elektrisch verbindet; und eine Steuerung, die mit den Halbleiterschaltern, dem Spannungssensor und den Stromsensoren in Verbindung steht und programmiert ist, um das erste Schütz als Reaktion auf eine Ausschaltung des Bordnetzes zu öffnen, eine Entladung des Verbindungskondensators durch den widerstandsbehafteten Weg des Elektromotors durch das Anweisen eines d-Achsen-Stroms des Elektromotors nach dem Öffnen des ersten Schützes anzuweisen, einen Batteriezustand (SOH) des ersten Schützes als einen von drei möglichen SOH mithilfe einer ersten Schwelle der Abklingrate der Ausgangsspannung beim Öffnen des ersten Schützes und Ausführen einer Steuermaßnahme in Bezug auf das Bordnetz mithilfe des diagnostizierten SOH zu diagnostizieren, worin die drei möglichen SOH einen unintakten/hartgeschweißten Schützzustand, einen unintakten/weichgeschweißten Schützzustand und einen intakten/normal funktionierenden Schützzustand umfassen.
  8. Fahrzeug nach Anspruch 7, ferner umfassend: eine Vorladeschaltung mit einem Vorladewiderstand und einem Vorladeschalter und einen zweiten Schütz, der zwischen einem Minuspol des Batterie-Packs und der negativen Stromschiene angeordnet ist, worin die Steuerung ferner programmiert ist, um das erste Schütz zu schließen, den Verbindungskondensator über die Vorladeschaltung aufzuladen, das zweite Schütz nach dem Aufladen des Verbindungskondensators über einer Vorladeschwelle zu schließen und dann einen SOH des zweiten Schützes als eine der drei möglichen SOH mithilfe einer zweiten Schwellenspannung der Abklingrate der Ausgangsspannung zu diagnostizieren.
  9. Fahrzeug nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein Bordlademodul (OBCM), das so konfiguriert ist, um eine Konstantspannung oder einen Konstantstrom als Reaktion auf ein Eingangssignal selektiv auszugeben; und einen dritten Schütz, der zwischen dem OBCM und der positiven Stromschiene angeordnet ist; worin die Steuerung ferner so programmiert ist, um, wenn sich das zweite Schütz bei einem intakten/normal funktionierenden Zustand befindet: ein Plug-in-Ereignis des Bordnetzes zu erfassen, die Ausgangsspannung zu messen, das erste Schütz zu schließen, eine Konstantspannung vom OBCM auf einen höheren Pegel durch einen kalibrierten Spannungsoffset als die gemessene Ausgangsspannung anzuweisen, die Ausgangsspannung über den Kondensator nach einer kalibrierten Dauer als zweite gemessene Ausgangsspannung des Kondensators zu messen und den SOH des dritten Schützes mithilfe der zweiten gemessenen Ausgangsspannung des Kondensators und dem kalibrierten Spannungsoffset zu diagnostizieren.
  10. Fahrzeug nach Anspruch 9, worin, wenn der SOH der unintakte/hartgeschweißte oder unintakte/weichgeschweißte Zustand ist, ist die Steuerung ferner so konfiguriert, um das OBCM einzustellen, um den Konstantstrom auszugeben, den Verbindungskondensator durch den Elektromotor zu entladen, eine Ausgangsspannung des OBCM und die Ausgangsspannung zu messen, eine Differenz zwischen der gemessenen Ausgangsspannung und der gemessenen Ausgangsspannung zu berechnen und zu bestimmen, welche der unintakten/hartgeschweißten und unintakten/weichgeschweißten Zustände vorhanden sind, indem die berechnete Differenz mit einer dritten Spannungsschwelle verglichen wird.
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