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EINLEITUNG
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Die Erfindung betrifft Hochspannungsbussysteme für elektrisch betriebene Fahrzeuge und insbesondere die Verwendung von Bordbatterieladegeräten zum Zuführen eines sekundären Hochspannungsbussystems für elektrisch betriebene Fahrzeuge.
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Elektrisch betriebene Fahrzeuge können einen Traktionsmotor beinhalten, der durch gespeicherte oder erzeugte elektrische Energie angetrieben wird. Der Traktionsmotor kann unter Verwendung einer relativ hohen Spannungsenergiequelle arbeiten, während einige andere Fahrzeugsysteme bei einer relativ niedrigen Spannung arbeiten können. Separate Energiespeichersysteme können von dem Fahrzeug verwendet werden, um die unterschiedlichen hohen und niedrigen Spannungen zu liefern. In Anwendungen, wie etwa elektrisch betriebenen Fahrzeugen, können Gleichstrom (DC) und/oder Wechselstrom (AC) für eine Vielzahl von Anwendungen und Systemen verwendet werden, die unter zahlreichen Variablen arbeiten können,
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Daher kann der Energiebedarf eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs verschieden sein. Dementsprechend ist es wünschenswert, effiziente elektrische Systemtopologien zum Bereitstellen der gewünschten Stromversorgungen bereitzustellen. Ebenso wünschenswert ist die Bereitstellung von Verfahren, Systemen und Fahrzeugen, die derartige Topologien anwenden. Ferner werden andere wünschenswerte Merkmale und Funktionen aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, sowie mit dem vorangehenden technischen Gebiet und der Einführung ersichtlich offensichtlich.
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KURZDARSTELLUNG
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Eine Anzahl von hierin bereitgestellten Beispielen kann ein Hochspannungsbussystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug enthalten, das einen DC-Bus beinhalten kann. Ein Gleichrichter kann elektrisch mit dem DC-Bus gekoppelt sein. Der Gleichrichter kann so konfiguriert, dass er einen AC-Eingang empfängt und einen ersten Gleichstromausgang an den DC-Bus bereitstellt. Ein Energiespeichersystem (ESS) kann elektrisch mit dem DC-Bus gekoppelt sein. Ein Wandler kann elektrisch mit dem ESS gekoppelt sein. Der Wandler kann so konfiguriert sein, dass er einen zweiten Gleichstromausgang an den DC-Bus bereitstellt. Eine Last kann elektrisch mit dem DC-Bus gekoppelt werden, um den zweiten Gleichstromausgang zu empfangen.
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Zusätzliche hierin bereitgestellte Beispiele können ein Hochspannungsbussystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug enthalten. Ein Gleichrichter kann so konfiguriert, dass er einen AC-Eingang empfängt und einen ersten Gleichstromausgang bereitstellt. Ein Wandler kann elektrisch mit dem Gleichrichter gekoppelt werden, um den ersten elektrischen Gleichstromausgang zu empfangen. Der Wandler kann so konfiguriert sein, dass er einen zweiten Gleichstromausgang bereitstellt. Ein weiterer Wandler kann elektrisch mit dem ersten Wandler gekoppelt sein, um den zweiten Gleichstromausgang zu empfangen und so konfiguriert ist, dass er einen dritten Gleichstromausgang bereitstellt. Ein ESS kann elektrisch mit dem zweiten Wandler gekoppelt sein, um den dritten Gleichstromausgang zu empfangen. Eine Ladeschaltung kann den Gleichrichter und die Wandler beinhalten. Die Ladeschaltung kann konfiguriert sein, um das ESS zu laden. Eine Last kann elektrisch mit der Ladeschaltung zwischen dem ersten und zweiten Wandler gekoppelt sein. Die Ladeschaltung kann der Last eine elektrische Energiezufuhr liefern.
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Zusätzliche hierin bereitgestellte Beispiele können ein Hochspannungsbussystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug enthalten. Ein Gleichrichter kann so konfiguriert, dass er einen AC-Eingang empfängt und einen ersten Gleichstromausgang bereitstellt. Ein Wandler kann elektrisch mit dem Gleichrichter gekoppelt werden, um den ersten elektrischen Gleichstromausgang zu empfangen. Der Wandler kann so konfiguriert sein, dass er einen zweiten Gleichstromausgang bereitstellt. Ein weiterer Wandler kann elektrisch mit dem ersten Wandler gekoppelt sein, um den zweiten Gleichstromausgang zu empfangen und einen dritten Gleichstromausgang bereitzustellen. Ein ESS kann elektrisch mit dem zweiten Wandler gekoppelt sein, um den dritten Gleichstromausgang zu empfangen. Eine Ladeschaltung kann den Gleichrichter und die Wandler beinhalten. Die Ladeschaltung kann konfiguriert sein, um das ESS zu laden. Ein Notstromversorgungsmodul (APM - Auxiliary Power Module) kann elektrisch mit der Ladeschaltung zwischen dem ersten und zweiten Wandler gekoppelt sein. Das ESS kann eine elektrische Energiezufuhr über den zweiten Wandler und an das APM liefern. Das APM kann so konfiguriert sein, dass es einen vierten Gleichstromausgang bereitstellt.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden mehrere Beispiele im Einklang mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 ein Funktionsblockdiagramm eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs gemäß einer exemplarischen Ausführungsform ist; und
- 2 ein schematisches Diagramm von elektrischen Bustopologien gemäß einer Reihe von exemplarischen Variationen ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende ausführliche Beschreibung dient lediglich als Beispiel und soll die Anwendung und Verwendung in keiner Weise einschränken. Weiterhin besteht keine Absicht, im vorstehenden technischen Bereich, der Einführung, der Zusammenfassung oder der folgenden ausführlichen Beschreibung an eine ausdrücklich oder implizit vorgestellte Theorie gebunden zu sein. Der hier verwendete Begriff „Modul“ bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenprozessor) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten.
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In einer Reihe von Beispielen kann ein DC-Bus mit Batterieladefähigkeit in einem energieverbrauchenden Gerät verwendet werden. Das Gerät kann eine Ausrüstung sein, die ein ESS verwendet, für das möglicherweise ein Ladevorgang erforderlich ist. In einer Reihe von Beispielen kann das Gerät zum Beispiel ein Fahrzeug, ein Generator, eine tragbare Stromversorgung oder eine beliebige mit ESS betriebene Ausrüstung sein, sei es mit Eigenantrieb, tragbar oder stationär. In einer Reihe von Beispielen kann das energieverbrauchenden Gerät ein Fahrzeug 22 sein, wie etwa in 1 gezeigt. Das Fahrzeug 22 kann ein beliebiges von einer Anzahl an unterschiedlichen Arten von Landfahrzeugen, Seefahrzeugen oder Luftfahrzeugen sein und in bestimmten Ausführungsformen kann es beispielsweise ein Personenkraftfahrzeug einer beliebigen Konfiguration sein. Wie in 1 dargestellt, kann das Fahrzeug 22 zusätzlich zu dem vorgenannten Batterie-Ladesystem 20 eine beliebige oder eine beliebige Kombination aus: einer Karosserie 24, Rädern 26, einem elektronischen Steuersystem oder- systemen 28, ein Lenksystem 30, eine Bremsanlage 32, ein Klimaanlagensystem 34 und/oder andere Zubehörsysteme 36 beinhalten. Die Räder 26 können jeweils drehbar mit der Karosserie 24 gelagert sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann sich das Fahrzeug 22 vom in 1 dargestellten unterscheiden. In bestimmten Ausführungsformen kann beispielsweise die Anzahl der Räder 26 variieren. Als zusätzliche Beispiele kann das Fahrzeug 22 in verschiedenen Ausführungsformen keine Räder 26 aufweisen, die auf eine Straße reagieren, kann jedoch ein anderes Verfahren zum Umwandeln eines Drehmoments in eine Bewegung beinhalten, beispielsweise durch geneigte Flügel, die gegen ein Fluid arbeiten.
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In den in 1 dargestellten Beispielen kann das Fahrzeug 22 mindestens ein Antriebssystem 35 beinhalten, das in diesen Beispielen die Räder 26 antreiben kann. Das Antriebssystem 35 kann einen Motor und/oder einen Elektromotor beinhalten, der vorzugsweise eine Vorrichtung beinhalten kann, wie etwa einen Motor 37. Das Antriebssystem 35 kann mechanisch mit mindestens einigen der Räder 26 über eine oder mehrere Antriebswellen 46 gekoppelt sein. In einigen Beispielen kann das Antriebssystem 35 den Motor 48 und/oder ein Getriebe 49 beinhalten, um eine variable Ausgabe vorzusehen. In einer Reihe von Beispielen kann der Motor 37 mit dem Getriebe 49 gekoppelt sein. In einer Reihe von Beispielen, beispielsweise für ein vollelektrisches Fahrzeug, ist der Motor 48 und/oder das Getriebe 49 möglicherweise nicht notwendig und können weggelassen oder durch eine andere geeignete Vorrichtung ersetzt werden.
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In einer Reihe von Beispielen kann der Motor 37 ein oder mehrere Elektromotor-Generatoren und/oder mehr ein Motor sein. Der Motor 37 kann von einer Gleichstromenergiequelle, wie etwa einem Energiespeichersystem (ESS) 38, gespeist werden, die ein wiederaufladbares Energiespeichersystem sein kann, und in einer Reihe von Beispielen kann es sich um eine Batterie oder Batterien handeln. In diesem Beispiel kann der Motor 37 ein Wechselstrommotor sein und die Stromversorgung von dem ESS 38 kann durch ein Traktionswechselrichtermodul (TPIM) 41 geliefert werden. In einer Reihe von Beispielen kann das Antriebssystem einen Verbrennungsmotor 48 beinhalten, wie etwa in einer Hybridanordnung mit dem Motor 37 oder in einer anderen Konfiguration. In einer Reihe von Beispielen kann das ESS 38 ein Hochspannungsbatteriesystem sein, wie etwa eines, dass bei einigen zehn oder mehreren hundert Volt betrieben werden und mit einem DC-Bus 39 verbunden sein kann. In einem Beispiel kann das ESS 38 ein System mit 600 Volt Gleichstrom (VDC) sein, und daher kann der DC-Bus 39 an dem ESS 38 ein Hochspannungsbus sein. Ein Niederspannungsbatteriesystem 40, beispielsweise eines mit einer 12 VDC-Batterie, kann für verschiedene Systeme des Fahrzeugs 22 beinhaltet sein.
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In einer Reihe von Beispielen kann/können das/die elektronische/n Steuersystem(e) 28 integriert oder separat arbeitende Systeme beinhalten. Das/die elektronische/n Steuersystem(e) 28 kann/können Variationen von Komponenten oder Modulen beinhalten, die zusammen verpackt oder getrennt und physisch an verschiedenen verteilten Stellen des Fahrzeugs 22 angebracht sein. Das/die elektronische/n Steuersystem(e) 28 kann/können ein oder mehrere Motorsteuermodule, ein Karosseriesteuermodul, ein Getriebesteuermodul, ein Batteriemanagementsystem, ein Fahrzeugintegrationssteuermodul und/oder eine oder mehrere weitere Komponenten zum Steuern eines Systems oder der Systeme des Fahrzeugs 22 beinhalten. In einer Reihe von Beispielen können ein Klimatisierungssteuermodul (ACCM) 42 und ein Zubehörleistungsmodul (APM) 44, wie gezeigt, separat verpackt oder in anderen Beispielen Teil des/der elektronische/n Steuersystem(e) 28 sein. Das ACCM 42 kann das Klimatisierungssystem 34 steuern, und das APM 44 kann die Zubehörsysteme 36 steuern. Das ACCM 42 und das APM 44 können mit einem Bus verbunden sein, der elektrisch mit dem Batterieladesystem 20 gekoppelt sein kann. Der Bus kann als sekundärer Hochspannungsbus 43 bezeichnet werden. In einer Reihe von Beispielen können Teile des Batterieladesystems 20 in dem elektronischen Steuersystem(en) 28 beinhaltet oder mit diesen gekoppelt sein.
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In den in 1 dargestellten Beispielen kann das Lenksystem 30 die Richtung von mindestens einigen der Räder 26 steuern. In bestimmten Ausführungsformen kann das Fahrzeug 22 autonom sein, wobei Lenkbefehle verwendet werden, die von einem Prozessor, wie etwa im/in den elektronischen Steuersystem(en) 28, erzeugt werden. Die Bremsanlage 32 kann das Bremsen für das Fahrzeug 22 vorsehen. Die Bremsanlage 32 kann Eingaben von einem Fahrer über ein Bremspedal (nicht gezeigt) empfangen, das die Fahrzeugverzögerung durch Radbremsen (nicht gezeigt) steuern kann. Ein Fahrer kann auch Eingaben über ein Gaspedal (nicht gezeigt) vorsehen, um eine gewünschte Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Fahrzeugs anzuweisen. Die Reaktion des Fahrzeugs 22 auf diese Eingaben kann mindestens teilweise durch eine Ausgabegeschwindigkeit und/oder ein Drehmoment des Motors 37 bewirkt werden. Ähnlich der vorstehenden Beschreibung bezüglich möglicher Variationen für das Fahrzeug 22 können in bestimmten Ausführungsformen Lenken, Bremsen und/oder Beschleunigen durch einen Computer anstatt durch einen Fahrer, wie etwa durch eine autonome Fähigkeit, angewiesen werden.
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Das/die elektronische/n Steuersystem(e) 28 und/oder andere hierin beschriebene Module, Systeme oder Steuerungen, wie etwa das APM 44, ACCM 42, TPIM 41 und weitere, können einen oder mehrere Prozessoren, Speicher, Schnittstellen, Speichervorrichtungen, und/oder einen Bus beinhalten. Jede Art von geeignetem Speicher kann verwendet werden. So kann beispielsweise der Speicher verschiedene Typen von dynamischem Random Access Memory (DRAM), wie SDRAM, verschiedene Typen von statischem RAM (SRAM) und/ oder die verschiedenen Permanentspeichertypen (PROM, EPROM und Flash), beinhalten. Bei bestimmten Beispielen kann sich der Speicher auf dem gleichen Computerchip wie der Prozessor befinden und/oder ist ortsgleich damit angeordnet. Ein Prozessor kann die Rechen- und Steuerfunktionen der Steuerung ausführen und jede Art von Prozessor oder mehrere Prozessoren, einzelne integrierte Schaltkreise wie beispielsweise einen Mikroprozessor oder jegliche geeignete Anzahl integrierter Schaltkreisvorrichtungen und/oder Leiterplatten umfassen, die zusammenwirken, um die Funktionen einer Verarbeitungseinheit auszuführen. Während des Betriebs kann ein Prozessor eines oder mehrere Programme ausführen, die im Speicher enthalten sind, und kann somit den allgemeinen Betrieb der Steuerung und des Computersystems der Steuerung steuern. Prozessoren können im Allgemeinen die hierin beschriebenen Prozesse ausführen.
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In einer Reihe von Beispielen kann die Karosserie 24 des Fahrzeugs 22 kann eine Anzahl der Komponenten des Batterieladegerätes 20 tragen. Diese Komponenten werden als an Bord des Fahrzeugs bezeichnet. In einer Reihe von Beispielen kann das Batterieladesystem 20 eine Bordladesystemtopologie verwenden, die mit einer Vielzahl von Ladesystemvariationen kompatibel sein kann. In einer Reihe von Beispielen kann das Batterieladesystem 20 eine Ladeschaltung 50 beinhalten. Die Ladestromkreis 50 kann Elemente an Bord des Fahrzeugs 22 beinhalten. Zum Beispiel kann die Ladeschaltung 50 eine Leistungsanpassungsstufe beinhalten, um an Bord des Fahrzeugs 22 empfangene Leistung zu konditionieren, umzuwandeln und/oder zu steuern. Ein Ladeanschluss 58 kann für das Batterieladesystem 20 bereitgestellt und mit einer Energiequelle 60 zum Laden des ESS 38 verbunden sein. Die Energiequelle 60 kann außerhalb des Fahrzeugs 22 angeordnet sein. Die Energiequelle 60 kann eine beliebige kompatible Energiequelle sein und kann in einer Reihe von Beispielen Teil einer Infrastruktur sein, wie etwa eines Energieverteilungssystems, kann eine Generatoreinheit sein oder eine weitere Energiequelle sein. In weiteren Beispielen kann die Stromquelle 60 eine kompatible Quelle einer beliebigen Anzahl an Variationen sein. Der Ladeanschluss 58 kann mit der Energiequelle 60 angebracht sein, wie etwa durch eine lösbare Kabelverbindung, die Leiter 33 beinhalten kann. In anderen Beispielen kann das Batterieladesystem 20 drahtlos mit der Energiequelle 60 gekoppelt sein, wie etwa durch induktive Kopplung. In den Beispielen von 1 können die Leiter 33 eine Reihe von Leitungsleitern für die gewünschte Anzahl von Phasen und einen Schutzleiter beinhalten. Durch den Ladeanschluss 58 sind das Fahrzeug 22 und/oder die Energiequelle 60 mit einer Schnittstelle oder einer Verbindung versehen, um eine lösbare Verbindung zwischen den beiden bereitzustellen. In einigen Beispielen kann ein ausziehbares Kabel sein, das die Leiter 33 enthält, am Fahrzeug 22 oder an der Energiequelle 60 befestigt oder auf andere Weise mit diesem versehen sein kann. Wenn das Laden des ESS 38 gewünscht wird, können das Fahrzeug 22 und die Energiequelle 60 in Nähe zueinander gebracht werden, um eine Verbindung durch das Kabel zu ermöglichen. Der Ladevorgang kann eine Steuerung durch die Ladeschaltung 50 beinhalten, die zum Beispiel eine beliebige oder eine beliebige Kombination von elektrisch gekoppelten Stufen beinhalten kann für: Überspannungsschutz; Filterung; Gleichrichtung; Leistungsfaktorkorrektur (PFC); und/oder Umwandlung. In weiteren Beispielen kann das Laden gesteuert werden, um mehrere Stufen mit unterschiedlichen Strom- und/oder Spannungsmodi und/oder Systemschutzeinrichtungen, wie etwa Isolation, bereitzustellen. Dementsprechend kann der Ladestromkreis 50 in einer Reihe von Beispielen eine Bordsteuerung einer Reihe von Faktoren im Ladevorgang vorsehen, wenn Strom über die lösbare Kabelverbindung mit der Energiequelle 60 empfangen und an das ESS 38 geliefert wird.
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Unter Bezugnahme auf 2 kann das Batterieladesystem 20 in einer Reihe von Beispielen eine Ladeschaltung 50 beinhalten. Der Ladestromkreis 50 kann eine Verbindung mit der Energiequelle 60 beinhalten. In einigen Beispielen kann die Energiequelle 60 von einem Typ sein, der normalerweise in einem Wohnunghaus verfügbar ist, wie etwa eine einhundertzwanzig oder eine zweihundertvierzig Volt, sechzig Hertz-Bodenstromversorgung. Eine Fehlerstromschutzschalter-(GFCI-)Vorrichtung (nicht gezeigt) kann verwendet werden, um gegen Erdungsfehler in einer elektrischen Schaltung zu schützen. Die Wechselspannung kann an Bord des Fahrzeugs 22 durch eine Schutzvorrichtung, wie etwa einen Überspannungsschutz 86, empfangen werden, um Schutz vor Spannungsschwankungen in der Versorgung vorzusehen. Die Wechselspannung kann vom Überspannungsschutz 86 durch einen Filter 88 geleitet werden, um die Übertragung von elektromagnetischem Rauschen zu reduzieren. In einer Reihe von Beispielen kann der Filter 88 eine elektromagnetische Verträglichkeitsfunktion beinhalten, um Effekte zu vermeiden, die durch elektromagnetische Interferenz verursacht werden. Die Wechselspannung kann vom Filter 88 zu einem Gleichrichter 90 weitergehen, wo die Wechselspannung in Gleichstrom umgewandelt werden kann. Der Gleichrichter 90 kann Dioden, siliziumgesteuerte Gleichrichter (SCRs), Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) oder andere geeignete Vorrichtungen beinhalten, die in einer Gleichrichterschaltung verbunden sind, wie etwa in einer Brückenkonfiguration.
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Auf der gegenüberliegenden Seite des Gleichrichters 90 von der Energiequelle 60 kann der DC-Bus 39 beginnen und kann den von dem Gleichrichter 90 ausgegebenen Gleichstromausgang zur Lieferung an das ESS 38 empfangen. Der DC-Bus 39 kann zum Laden des ESS 38 verwendet werden. Der DC-Bus 39 kann Schienen 101 und 102 beinhalten. In einer Reihe von Beispielen kann ein oder können mehrere TPIM 41 elektrisch mit den DC-Busschienen 101, 102 zur Energieversorgung des ESS 38 verbunden sein. Die DC-Busschienen 101, 102 an den TPIMs 41 können einen Hochspannungsbus für das Fahrzeug 22 bereitstellen. Die TPIMs 41 können den Motor 37 durch die Verwendung von Leistungselektronikkomponenten kommutieren. Der Motor 37 von 1 kann für Fahrzeugtraktion oder zum Antrieb anderer Systeme verwendet werden. Beispiele für Komponenten (nicht dargestellt) des TPIMs 41 können ein Power-Board mit Halbleiterschaltern und Inverterschaltungen, DC-Bus-Kondensatoren, Filter, Steuerungs- und Gate-Drive-Boards sowie Sensoren beinhalten. Steueralgorithmen für den Motor 37 können in die Steuerplatinen einprogrammiert sein. Eine mechanische Trennvorrichtung 107 kann in dem DC-Bus 39 beinhaltet sein und kann zwischen dem ESS 38 und dem TPIM (den TPIMs) 41 angeordnet sein, um den DC-Bus 39 mit dem ESS 38 zu verbinden oder um das ESS 38 von dem Rest des DC-Busses 39 zu isolieren.
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In einer Reihe von Beispielen kann ein Wandler 94 mit dem DC-Bus 39 verbunden sein, um einen elektrischen Gleichstromausgang von dem Gleichrichter 90 zu empfangen. Der Wandler 94 kann eine Anzahl an Schaltern 96, 97, 98 beinhalten. Die Schalter 96, 97, 98 können eine Halbleitervorrichtung als Schaltelement, wie etwa ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), IGBT, Gate-Turnoff-Thyristor (GTO), oder eine weitere elektronische Schaltvorrichtung beinhalten. Die Schaltelemente können in Kombination mit antiparallelen Dioden bereitgestellt werden. Die Schalter 96, 97, 98 können zum Leiten (EIN) und Sperren (AUS) steuerbar sein. Der Schalter 96 kann in der DC-Busschiene 102 verbunden sein, die an dieser Stelle die Verbindung der Schiene 102 mit dem Gleichrichter 90 steuern kann. Dementsprechend kann der Schalter 96 in den AUS-Zustand versetzt werden, um ihn von der Energiequelle 60 zu trennen, oder in den EIN-Zustand, um damit verbunden zu werden. Die Schalter 97 und 98 können zusammen mit einer Diode 106 jeweils zwischen den DC-Busschienen 101, 102 verbunden sein. Der Wandler 94 kann parallel schaltende Wandlerschaltungen beinhalten. Eine erste Schaltung kann einen Induktor 108, den Schalter 97 und die Diode 106 beinhalten. Eine zweite Schaltung kann einen Induktor 110, den Schalter 98 und die Diode 106 beinhalten. Ausgaben von den Induktoren 108, 110 können jeweils durch die Dioden 115, 117 geleitet werden und können dann miteinander verbunden werden, um einen gemeinsamen Ausgang von dem Wandler 94 bereitzustellen. Es versteht sich, dass, während zwei Induktorschaltungen dargestellt sind, eine weitere Anzahl in weiteren Beispielen beinhaltet sein kann.
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In einer Reihe von Beispielen kann ein Kondensator, der als DC-Verbindungskondensator 116 bezeichnet wird, über die DC-Busschienen 101, 102 verbunden sein und kann durch den von den Induktoren 108, 110 ausgegebenen Gleichstromausgang geladen werden. Der Wandler 94 kann elektrisch über einen Gate-Treiber 119 mit einer Steuerung 118 gekoppelt sein. Der Gate-Treiber 119 kann eine Niedrigleistungseingabe von der Steuerung 118 empfangen und erzeugt eine Hochstrom-Treibereingabe für die Gates der Halbleitervorrichtungen der Schalter 96, 97, 98. Die Steuerung 118 sieht eine Schaltsteuerung für den Wandler 94 vor und steuert die Schalter 96, 97, 98 gemäß einer Steuerlogik, die für Antworten auf Betriebsmodi, Spannungsstatus und weitere Faktoren programmiert werden kann. Als Reaktion auf die Steuerung 118 kann der Schalter 96 in den EIN-Zustand versetzt werden, und die Schalter 97, 98 können zum Laden und Entladen der Induktoren 108, 110 wahlweise ein- und ausgeschaltet werden. Wenn zum Beispiel der Schalter 97 eingeschaltet ist, lädt die gleichgerichtete Eingangsspannung den Induktor 108. Wenn der Schalter 97 ausgeschaltet ist, wird die im Induktor 108 gespeicherte Energie durch die Diode 115 an den DC-Verbindungskondensator 116 entladen. Gleichermaßen, wenn der Schalter 98 eingeschaltet ist, lädt die gleichgerichtete Eingangsspannung den Induktor 110. Wenn der Schalter 98 ausgeschaltet ist, wird die im Induktor 110 gespeicherte Energie durch die Diode 117 an den DC-Verbindungskondensator 116 entladen. Die zwei Schaltungen können um 180 Grad phasenverschoben betrieben werden. Wenn der Strom von den Induktoren 108, 110 phasenverschoben ist, kann die Unterdrückung eine periodische Änderung in dem DC-Bus 39 reduzieren, wie etwa durch Hochfrequenzschalten erzeugt werden oder von der AC-Quelle 60 verbleiben. Außerdem kann die Parallelschaltung der Halbleiter die Leitungsverluste reduzieren und kann die Verwendung eines kleineren Kondensators für den DC-Verbindungskondensator 116 ermöglichen. In einem Beispiel kann das Spannungsniveau durch den Wandler 94 bis 450 VDC an dem DC-Verbindungskondensator 116 erhöht werden, wobei zu verstehen ist, dass der Betrag der Verstärkung, der durch den Wandler 94 vorgesehen ist, so ausgelegt sein kann, dass er zu der Anwendung passt.
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In einer Reihe von Beispielen kann ein zweiter Wandler 120 in dem DC-Bus 39 zwischen dem DC-Verbindungskondensator 116 und dem ESS 38 verbunden sein. Der Wandler 120 kann entweder ein Tiefsetz- oder ein Hochsetzsteller sein, abhängig von der Spannung des ESS 38 und der von dem Wandler 94 erreichten Spannung. Der zweite Wandler kann beispielsweise so konstruiert sein, dass er eine Spannungsabsenkung liefert, wenn die Spannung des ESS 38 niedriger sein kann als die Spannung, die vom Wandler 94 ausgegeben wird. Alternativ kann der zweite Wandler so konstruiert sein, dass er eine Spannungserhöhung liefert, wenn die Spannung des ESS 38 höher ist als die Ausgabespannung vom Wandler 94. In den Beispielen von 2 kann der Wandler 120 die Spannung erhöhen. Der Wandler 120 kann eine Anzahl an Schaltern 122, 124 und 126 beinhalten. Die Schalter 122, 124, 126 können eine Halbleitervorrichtung, wie etwa oben beschrieben, als das Schaltelement beinhalten. Die Schalter 122, 124, 126 können mit antiparallelen Dioden versehen sein und können für EIN- und AUS-Zustände steuerbar sein. Der Schalter 122 kann in der DC-Busschiene 102 angebracht sein. Dementsprechend kann der Schalter 122 in den AUS-Zustand gestellt werden, um von dem DC-Verbindungskondensator 116 und der Energiequelle 60 getrennt zu werden, und in den EIN-Zustand gestellt werden, um eine Verbindung bereitzustellen. Der Schalter 124 kann zwischen den DC-Busschienen 101, 102 angebracht sein. Der Schalter 126 kann in der DC-Busschiene 101 angebracht sein. Der Wandler 120 kann eine Diode 128 beinhalten, die zwischen den DC-Busschienen 101, 102 angebracht ist. Der Wandler 120 beinhaltet einen Induktor 129, der in der DC-Busschiene 101 angebracht sein kann. Der Wandler 120 kann einen Kondensator 130 beinhalten, der zwischen den DC-Busschienen 101, 102 angebracht ist. Der Wandler 120 kann mit einer Steuerung 132 durch einen Gate-Treiber 134 gekoppelt sein. Der Gate-Treiber 134 kann eine Niedrigleistungseingabe von der Steuerung 119 empfangen und eine Hochstrom-Treibereingabe für die Gates der Halbleitervorrichtungen der Schalter 122, 124, 126 erzeugen. Die Steuerung 119 sieht eine Schaltsteuerung für den Wandler 120 vor und steuert die Schalter 122, 124, 126 gemäß einer Steuerlogik, die für Antworten auf Betriebsmodi, Spannungsstatus und weitere Faktoren programmiert werden kann.
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In einer Reihe von Beispielen kann der Wandler 120 eine Boost-Schaltung 123 beinhalten. Als Reaktion auf die Steuerung 132 kann der Schalter 122 in den EIN-Zustand versetzt werden und der Schalter 96 kann in den AUS-Zustand versetzt werden, um Ladung von dem DC-Verbindungskondensator 116 zu dem ESS 38 zu übertragen. Der Wandler 120 kann umgeschaltet werden, um den Induktor 129 und den Kondensator 130 zu verwenden, um die Spannung durch den Wandler 120 zu verstärken. Der Schalter 124 kann beispielsweise in den EIN-Zustand versetzt werden, um Energie im Induktor 129 aufzubauen. Während dieser Phase kann Ladung auf dem Kondensator 130 dem ESS 38 zugeführt werden. Alternativ kann der Schalter 124 in den AUS-Zustand versetzt werden, um dem ESS 38 vom Induktor 129 eine Ladung zuzuführen und den Kondensator 130 zu laden. Der Schalter 126 befindet sich während des Verstärkens im AUS-Zustand, wobei der Induktorstrom immer dann durch die Diode des Schalters 126 fließt, wenn der Schalter 124 AUS ist. In einem Beispiel kann der Spannungspegel durch den Wandler 120 von 450 VDC auf 600 VDC am ESS 38 erhöht werden, wobei zu verstehen ist, dass der Betrag der Verstärkung (oder Drosselung), der durch den Wandler 120 bereitgestellt wird, so ausgelegt sein kann, dass er zu der Anwendung passt. In einer Reihe von Beispielen kann der Wandler 94 unter Verwendung des DC-Verbindungskondensators 116 einen Gleichstromausgang bereitstellen, um dem Wandler 120 Energie zuzuführen. Der Wandler 120 kann die Gleichstromversorgung verwenden, um einen Gleichstromausgang zum Laden des ESS 38 bereitzustellen. Die Isolation kann ohne einen Transformator durch die Schalter 96, 122 vorgesehen sein.
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In einer Reihe von Beispielen kann der Wandler 120 bidirektional sein, um eine reduzierte Spannung vom ESS 38 an den DC-Bus 39, wie etwa an dem Knoten 114, vorzusehen. Wenn das Fahrzeug 22 in Betrieb ist, kann der Ladestromkreis 50 nicht in Betrieb sein, um das ESS von der Energiequelle 60 zu laden und kann daher für andere Verwendungen verfügbar sein. Der Wandler 120 kann beispielsweise eine Buck-Schaltung 125 beinhalten, um im Absenkungsmodus zu arbeiten, um dem Knoten 114 Energie vom ESS 38 zuzuführen. Als Reaktion auf die Steuerung 132 kann der Wandler 120 umgeschaltet werden, um die Spannung zu reduzieren, während Leistung vom ESS 38 übertragen wird. Wenn der Schalter 124 und der Schalter 122 beispielsweise AUS sind, wird der Strom des Induktors 129 weiterhin die Last über die Diode des Schalters 126 zuführen und weiter über die Diode 128 fließen und freilaufen, um den aktuellen Pfad zu vervollständigen. Der DC-Verbindungskondensator 116 hilft die Last zuzuführen. Der Wandler 120 kann eine heruntergesetzte elektrische Gleichstromausgabe vorsehen und die resultierende Leistung, die am Knoten 114 verfügbar ist, steht dann zur Verfügung.
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Eine Anzahl von Gleichstromenergieversorgungskomponenten kann elektrisch mit dem DC-Bus 39 gekoppelt sein, wie etwa an dem Knoten 114 durch den sekundären Hochspannungsbus 43, um die von dem ESS 38 durch den Wandler 120 gelieferte Energie zu verwenden. Aufgrund der Lage des Knotens 114 auf dem DC-Bus 39 zwischen den Wandlern 94, 120 kann die verfügbare Spannung eine hohe Spannung sein. Dementsprechend kann dies in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug, wie etwa dem Fahrzeug 22, einen sekundären Hochspannungsbus 43 zur Verwendung durch angetriebene Komponenten bereitstellen. In einem Beispiel kann sich die verfügbare Spannung an dem sekundären Hochspannungsbus 43 450 VDC befinden, die mit Komponenten, wie etwa dem APM 44, ACCM 42 und/oder anderen Modulen kompatibel sein kann. In diesem Beispiel können diese Module so konzipiert sein, dass sie mit einer 450 VDC-Versorgung arbeiten, und in anderen Beispielen, in denen das Fahrzeug 22 ein ESS 38 mit höherer Spannung verwendet, können die vorhandenen Module mit dem Heruntertransformationsbetrieb des Wandlers 120 verwendet werden. In Beispielen, in denen das ESS 38 bei einer niedrigeren Spannung als das APM 44 und das ACCM 42 arbeitet, kann der Wandler 120 konfiguriert sein, um den Betrieb hochzufahren, wenn der Knoten 114 von dem ESS 38 versorgt wird.
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In einer Reihe von Beispielen kann das Fahrzeug 22 das Niederspannungsbatteriesystem 40 aufweisen, das eine Zwölf-Volt-Batterie 148 für verschiedene Niederspannungslasten 150 verwenden kann, die über einen Niederspannungs-DC-Bus 152 zugeführt werden. In einer Reihe von Beispielen kann die Batterie 148 die Steuerungen 118, 132 und das APM 44 zum Einschalten mit Strom versorgen, wenn an dem Knoten 114 keine Leistung verfügbar ist. Wenn die Energiequelle 60 beispielsweise getrennt ist, kann das Verwenden der Batterie 148 als eine Energiequelle dazu beitragen, die Ladeschaltung 50 zu starten. Zu Beginn kann am Knoten 114 keine Spannung vorhanden sein. Die Batterie 148 kann den Steuerungen 119, 132 zu Beginn Energie zuführen, und sobald die Spannung an dem Knoten 114 entwickelt ist, kann das APM 44 dann den Steuerungen 119, 132 und anderen Lasten, wie etwa durch Leiter 155, der mit dem Niederspannungs-DC-Bus 152 verbunden ist, Energie zuführen.
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Während die Beispiele in der vorstehenden detaillierten Beschreibung dargestellt wurden, versteht es sich, dass es eine große Anzahl an Varianten gibt. Es versteht sich zudem, dass Details lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration dieser Offenbarung nicht in irgendeiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird die vorstehende ausführliche Beschreibung den Fachleuten eine bequeme Roadmap zur Implementierung der Beispiele der Erfindung zur Verfügung stellen. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, die in Beispielen beschrieben sind, ohne vom Umfang abzuweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
