DE102018209477A1 - Stromversorgungseinheit für ein Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Stromversorgungseinheit für ein Fahrzeug angegeben, die während des Ladens Verlust reduzieren kann. Die Stromversorgungseinheit (1) für ein Fahrzeug (V) enthält: Eine Hochspannungsschaltung (10), an der eine Hochspannungsbatterie (BH) vorgesehen ist; eine Niederspannungsschaltung (20), an der externe Niederspannungsanschlüsse (27) vorgesehen sind, mit denen ein externes Niederspannungsladegerät (CL) verbunden wird; eine VCU (30), die zwischen der Hochspannungsschaltung (10) und der Niederspannungsschaltung (20) vorgesehen ist; eine ECU (60), die die VCU (30) und eine Gatetreiberschaltung (50) steuert; eine Bypass-Leitung (71), die die Hochspannungsschaltung (10) mit der Niederspannungsschaltung (20) unter Umgehung der VCU (30) verbindet; sowie eine Bypass-Diode (72), die in der Bypass-Leitung (71) vorgesehen ist und elektrischen Strom von der Niederspannungsschaltung (20)-Seite zu der Hochspannungsschaltung (10)-Seite durchlässt. Während des externen Ladens mittels des externen Niederspannungsladegeräts (CL) veranlasst die ECU (60), dass die VCU (30) stoppt, und führt elektrischen Strom von dem externen Niederspannungsladegerät (CL) der Hochspannungsbatterie (BH) über die Bypass-Leitung (71) zu, falls die Spannung der Hochspannungsbatterie (BH) niedriger ist als die Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts (CL).

Description

  • Diese Anmeldung beruht auf dem und beansprucht den Prioritätsvorteil der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-117009 , eingereicht am 14. Juni 2017, deren Inhalt hiermit unter Bezugnahme aufgenommen wird.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinheit für ein Fahrzeug.
  • Verwandte Technik
  • Elektrische Fahrzeugs wie etwa Hybridautomobile und elektrische Automobile fahren mittels eines Elektromotors, der durch von Batterien zugeführte elektrische Energie angetrieben wird. Darüber hinaus können die an elektrischen Fahrzeugen angebrachten Batterien durch die elektrische Energie geladen werden, die von einem Ladegerät außerhalb des Fahrzeugs zugeführt wird, wie etwa einer allgemeinen Ladeeinrichtung oder einer Schnellladeeinrichtung.
  • Patentdokument 1 zeigt eine Technik mit dem Ziel, die Ladeeffizienz des externen Ladens mittels eines solchen externen Ladegeräts zu verbessern. Patentdokument 1 führt elektrischen Strom von dem externen Ladegerät einer Batterie in einem Fahrzeug zu, an dem ein Hochstufkondensator zwischen dem externen Ladegerät und der Batterie vorgesehen ist, wodurch das Gate des Leistungselements in dem Hochstufkondensator isoliert wird und die Ausführung eines Gleichrichtbetriebs veranlasst wird, falls die Spannung seitens der Batterie niedriger ist als die Spannung seitens des externen Ladegeräts.
  • Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2009-22138.
  • ABRISS DER ERFINDUNG
  • Indem, gemäß der Technik von Patentdokument 1, das Gate während des Ladens fortdauernd isoliert wird, ist es möglich, einen damit einhergehenden Schaltverlust zu vermeiden. Jedoch wird mit der Technik von Patentdokument 1 während des Ladens der elektrische Strom regulär fortdauernd zu der Spule und der Zirkulationsdiode fließen. Aus diesem Grund muss mit der Technik von Patentdokument 1 die Abmessung der Zirkulationsdiode groß gemacht werden, und daher ist es erforderlich, das Leistungsmodul insgesamt zu vergrößern. Weil darüber hinaus mit der Technik von Patentdokument 1 auch ein Spulenverlust auftritt, besteht das Risiko, dass die Ladeeffizienz abnimmt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Stromversorgungsquelle für ein Fahrzeug anzugeben, die eine elektrische Speichervorrichtung lädt, indem sie elektrischen Strom über einen Spannungswandler von einer Stromversorgungsquelle der elektrischen Speichervorrichtung zuführt, und den Verlust während des Ladens reduzieren kann.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Stromversorgungseinheit (zum Beispiel die später beschriebene Stromversorgungseinheit 1, 1A) für ein Fahrzeug (zum Beispiel das später beschriebene Fahrzeug V): eine erste Schaltung (zum Beispiel die später beschriebene Hochspannungsschaltung 10), an der eine erste elektrische Speichervorrichtung (zum Beispiel die später beschriebene Hochspannungsbatterie BH) vorgesehen ist; eine zweite Schaltung (zum Beispiel die später beschriebene Niederspannungsschaltung 20, 20A), mit der ein zweites externes Ladegerät (zum Beispiel das später beschriebene externe Niederspannungsladegerät CL) verbunden ist; einen Spannungswandler (zum Beispiel die später beschriebene VCU 30), der eine Hochstuffunktion aufweist, um die erste Schaltung mit der zweiten Schaltung zu verbinden, eine an eine Seite der zweiten Schaltung angelegte Spannung zu verstärken und zu einer Seite der ersten Schaltung auszugeben; eine Steuervorrichtung (zum Beispiel die später beschriebene ECU 60, 60A), die den Spannungswandler steuert; ein erstes Ladeparameter-Erfassungsmittel (zum Beispiel die später beschriebene Sensoreinheit SH) zum Erfassen eines Werts eines ersten Ladeparameters, der eine Korrelation zu einer Lademenge der ersten elektrischen Speichervorrichtung hat; eine Bypass-Leitung (zum Beispiel die später beschriebene Bypass-Leitung 71), die die erste Schaltung mit der zweiten Schaltung verbindet, um den Spannungswandler zu umgehen; sowie eine Diode (zum Beispiel die später beschriebene Bypass-Diode 72), die an der Bypass-Leitung vorgesehen ist und veranlasst, dass elektrischer Strom von der Seite der zweiten Schaltung zu der Seite der ersten Schaltung fließt, wobei die Steuervorrichtung während des externen Ladens durch das zweite externe Ladegerät den Spannungswandler stoppt, und elektrischen Strom von dem zweiten externen Ladegerät der ersten elektrischen Speichervorrichtung über die Bypass-Leitung zuführt, falls der Wert des ersten Ladeparameters kleiner ist als ein der Ladespannung des zweiten Ladegeräts zugeordneter Bestimmungswert.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass die Steuervorrichtung, während des externen Ladens durch das zweite externe Ladegerät, elektrischen Strom von dem zweiten externen Ladegerät der ersten elektrischen Speichervorrichtung zuführt, indem sie veranlasst, dass ein Hochstufbetrieb in dem Spannungswandler ausgeführt wird, falls der Wert des ersten Ladeparameters zumindest den Bestimmungswert einnimmt.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Stromversorgungseinheit (zum Beispiel die später beschriebene Stromversorgungseinheit 1, 1A) für ein Fahrzeug (zum Beispiel das später beschriebene Fahrzeug V): eine erste Schaltung (zum Beispiel die später beschriebene Hochspannungsschaltung 10), an der eine erste elektrische Speichervorrichtung (zum Beispiel die später beschriebene Hochspannungsbatterie BH) vorgesehen ist; und eine zweite Schaltung (zum Beispiel die später beschriebene Niederspannungsschaltung 20, 20A), mit der ein zweites externes Ladegerät (zum Beispiel das später beschriebene externe Niederspannungsladegerät CL) verbunden ist; einen Spannungswandler (zum Beispiel die später beschriebene VCU 30), der eine Hochstuffunktion aufweist, um die erste Schaltung mit der zweiten Schaltung zu verbinden, eine an eine Seite der zweiten Schaltung angelegte Spannung zu verstärken und zu einer Seite der ersten Schaltung auszugeben; eine Steuervorrichtung (zum Beispiel die später beschriebene ECU 60, 60A), die den Spannungswandler steuert; eine Bypass-Leitung (zum Beispiel die später beschriebene Bypass-Leitung 71), die die erste Schaltung mit der zweiten Schaltung verbindet, um den Spannungswandler zu umgehen; und eine Diode (zum Beispiel die später beschriebene Bypass-Diode 72), die an der Bypass-Leitung vorgesehen ist und veranlasst, dass elektrischer Strom von der Seite der zweiten Schaltung zu der Seite der ersten Schaltung fließt, wobei eine Spannung während voller Ladung der ersten elektrischen Speichervorrichtung höher ist als eine Ladespannung des zweiten externen Ladegeräts, und wobei die Steuervorrichtung während des externen Ladens durch das zweite externe Ladegerät zunächst veranlasst, dass der Spannungswandler stoppt und elektrischen Strom von dem zweiten externen Ladegerät der ersten elektrischen Speichervorrichtung über die Bypass-Leitung zuführt, und anschließend, bis die erste elektrische Speichervorrichtung volle Ladung erreicht, die Ausführung eines Hochtstufbetriebs in dem Spannungswandler veranlasst und elektrischen Strom von dem zweiten externen Ladegerät der ersten elektrischen Speichervorrichtung zuführt.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass der Spannungswandler ferner eine Herabstuffunktion aufweist, um eine an die Seite der ersten Schaltung angelegte Spannung zu senken und an die Seite der zweiten Schaltung auszugeben, für ein Fahrzeugzusatzgerät, das mit der zweiten Schaltung zu verbinden ist, und für elektrischen Strom von dem zweiten externen Ladegerät, der während des externen Ladens von dem zweiten externen Ladegerät zuzuführen ist, und dem Fahrzeugzusatzgerät elektrischer Strom von der ersten elektrischen Speichervorrichtung zugeführt wird, indem veranlasst wird, dass während der Fahrt des Fahrzeugs der Herabstufbetrieb in dem Spannungswandler ausgeführt wird.
  • Gemäß eine fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass ein erstes externes Ladegerät (zum Beispiel das später beschriebene externe Hochspannungsladegerät CH), das eine höhere Ladespannung als das zweite externe Ladegerät hat, mit der ersten Schaltung verbunden wird, und während des externen Ladens mittels des ersten externen Ladegeräts elektrischer Strom von dem ersten Ladegerät der ersten elektrischen Speichervorrichtung zugeführt wird.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das erste externe Ladegerät (zum Beispiel das später beschriebene externe Hochspannungsladegerät CH), das eine höhere Ladespannung als die zweite externe Ladespannung hat, mit der ersten Schaltung verbunden wird; und die Steuervorrichtung, während des externen Ladens durch das erste externe Ladegerät, elektrischen Strom von dem ersten externen Ladegerät dem Fahrzeugzusatzgerät zuführt, indem veranlasst wird, dass der Spannungswandler den Herabstufbetrieb ausführt.
  • Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass eine zweite elektrische Speichervorrichtung (zum Beispiel die später beschriebene Niederspannungsbatterie BL), die während voller Ladung eine niedrigere Spannung hat als die erste elektrische Speichervorrichtung, an der zweiten Schaltung vorzusehen ist; und der zweiten elektrischen Speichervorrichtung elektrischer Strom von dem ersten externen Ladegerät zugeführt wird, indem veranlasst wird, dass der Spannungswandler während des externen Ladens durch das erste externe Ladegerät den Herabstufbetrieb ausführt, und elektrischer Strom von dem zweiten elektrischen Ladegerät während des externen Ladens durch das zweite externe Ladegerät zugeführt wird.
  • Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Stromversorgungseinheit (zum Beispiel die später beschriebene Stromversorgungseinheit 1A) für ein Fahrzeug (zum Beispiel das später beschriebene Fahrzeug VA): eine erste Schaltung (zum Beispiel die später beschriebene Hochspannungsschaltung 10), an der eine erste elektrische Speichervorrichtung (zum Beispiel die später beschriebene Hochspannungsbatterie BH) vorgesehen ist; eine zweite Schaltung (zum Beispiel die später beschriebene Niederspannungsschaltung 20), an der eine zweite elektrische Speichervorrichtung (zum Beispiel die später beschriebene Niederspannungsbatterie BL) vorgesehen ist; einen Spannungswandler (zum Beispiel die später beschriebene VCU 30), der eine Hochstuffunktion hat, um die erste Schaltung mit der zweiten Schaltung zu verbinden, und eine an eine Seite der zweiten Schaltung angelegte Spannung zu verstärken und an eine Seite der ersten Schaltung auszugeben; ein erstes Ladeparametererfassungsmittel (zum Beispiel die später beschriebene Sensoreinheit SH) zum Erfassen eines Werts eines ersten Ladeparameters, der eine Korrelation zu einer Lademenge der ersten elektrischen Speichervorrichtung aufweist; eine Steuervorrichtung (zum Beispiel die später beschriebene ECU 60A), die den Spannungswandler steuert; eine Bypass-Leitung (zum Beispiel die später beschriebene Bypass-Leitung 71), die die erste Schaltung mit der zweiten Schaltung verbindet, um den Spannungswandler zu umgehen; sowie eine Diode (zum Beispiel die später beschriebene Bypass-Diode 72), die an der Bypass-Leitung vorgesehen ist und veranlasst, dass elektrischer Strom von der Seite der zweiten Schaltung zu der Seite der ersten Schaltung fließt, wobei die Steuervorrichtung während des Ladens der ersten elektrischen Speichervorrichtung durch die zweite elektrische Speichervorrichtung veranlasst, dass der Spannungswandler stoppt und elektrischen Strom von der zweiten elektrischen Speichervorrichtung der ersten elektrischen Speichervorrichtung über die Bypass-Leitung zuführt, falls ein Wert des ersten Ladeparameters kleiner als ein der Spannung der zweiten elektrischen Speichervorrichtung zugeordneter Bestimmungswert ist.
  • In dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die erste Schaltung, an der die erste elektrische Speichervorrichtung vorgesehen ist, und die zweite Schaltung, mit der das zweite externe Ladegerät verbunden ist, durch den Spannungswandler verbunden, der eine Hochstuffunktion aufweist. Darüber hinaus weist die vorliegende Erfindung eine Bypass-Leitung auf, die diese erste Schaltung mit der zweiten Schaltung verbindet, um den Spannungswandler zu umgehen, und weist eine Diode an dieser Bypass-Leitung auf, die elektrischen Strom von der Seite der zweiten Schaltung zu der Seite der ersten Schaltung leitet. Dann veranlasst die Steuervorrichtung während des externen Ladens durch das zweite externe Ladegerät, dass der Spannungswandler stoppt, und führt elektrischen Strom von dem zweiten externen Ladegerät der ersten elektrischen Speichervorrichtung über die Bypass-Leitung, unter Nutzung der Potentialdifferenz zwischen dem zweiten externen Ladegerät und der ersten elektrischen Speichervorrichtung zu, falls der Wert des ersten Ladeparameters, der eine Korrelation zu der Lademenge der ersten elektrischen Speichervorrichtung aufweist, kleiner ist als der der Ladespannung des zweiten externen Ladegeräts zugeordnete Bestimmungswert. Weil es daher gemäß der vorliegenden Erfindung möglich ist, das externe Laden durchzuführen, indem der Spannungswandler während niedriger Spannung der ersten elektrischen Speichervorrichtung umgangen wird, ist es möglich, den Verlust während des Ladens im Verhältnis hierzu zu reduzieren.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das externe Laden über die vorgenannten Bypass-Leitung auf einen Fall beschränkt, in dem der Wert des ersten Ladeparameters kleiner als der Bestimmungswert ist. Daher führt die vorliegende Erfindung während des externen Ladens durch das zweite externe Ladegerät elektrischen Strom von dem zweiten externen Ladegerät der ersten elektrischen Speichervorrichtung zu, indem veranlasst wird, dass der Spannungswandler den Hochstufbetrieb ausführt, falls der Wert des ersten Ladeparameters zumindest den Bestimmungswert einnimmt. Hierdurch wird es möglich gemacht, dass die erste elektrische Speichervorrichtung durch das externe Ladens mittels des zweiten externen Ladegeräts vollständig geladen wird, auch falls eine Batterie, für die die Spannung während ihrer vollen Ladung höher ist als die Ladespannung des zweiten externen Ladegeräts, zum Beispiel als die Hochspannungsbatterie BH, verwendet wird.
  • In dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die erste Schaltung, an der die erste elektrische Speichervorrichtung vorgesehen ist, und die zweite Schaltung, mit der das zweite externe Ladegerät verbunden ist, durch den Spannungswandler verbunden, der eine Hochstuffunktion aufweist. Darüber hinaus sieht die vorliegende Erfindung eine Bypass-Leitung vor, die die erste Schaltung mit der zweiten Schaltung verbindet, um den Spannungswandler zu umgehen, und sieht eine Diode an dieser Bypass-Leitung vor, die den elektrischen Strom von der Seite der zweiten Schaltung zu der Seite der ersten Schaltung leitet. Falls dann mittels des zweiten externen Ladegeräts das externe Laden der ersten elektrischen Speichervorrichtung durchgeführt wird, für die die Spannung während ihres vollen Ladens höher ist als die Ladespannung des zweiten externen Ladegeräts, veranlasst die Steuervorrichtung zunächst, dass der Spannungswandler stoppt und elektrischer Strom von dem zweiten externen Ladegerät der ersten elektrischen Speichervorrichtung über die Bypass-Leitung zugeführt wird. Da es während einer Anfangsstufe des externen Ladens hierdurch möglich wird, das externe Laden unter Umgehung des Spannungswandlers durchzuführen, ist es möglich, den Verlust während des externen Ladens im Verhältnis hierzu zu reduzieren. Nachdem die Spannung der ersten elektrischen Speichervorrichtung durch das externe Laden über diese Bypass-Leitung auf ein bestimmtes Ausmaß angestiegen ist, bis die erste elektrische Speichervorrichtung die volle Ladung erreicht, ist es zusätzlich hierzu möglich, das externe Laden fortzusetzen, bis die Spannung der ersten elektrischen Speichervorrichtung die Spannung während der vollen Ladung erreicht, die höher ist als die Ladespannung, indem das hochgestufte Laden in dem Spannungswandler ausgeführt wird. Demgemäß wird es möglich gemacht, dass die erste elektrische Speichervorrichtung vollständig geladen wird, während der Verlust während des externen Ladens gemäß der vorliegenden Erfindung auch in einem Fall reduziert wird, in dem die Spannung während des vollen Ladens der ersten elektrischen Speichervorrichtung höher ist als die Ladespannung des zweiten elektrischen Ladegeräts.
  • In dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Spannungswandler mit einer Herabstuffunktion als der Spannungswandler verwendet, welcher ein Fahrzeugzusatzgerät mit der zweiten Schaltung verbindet. Darüber hinaus führt während des externen Ladens durch das zweite externe Ladegerät die vorliegende Erfindung elektrischen Strom von dem zweiten externen Ladegerät dem Fahrzeugzusatzgerät zu, und führt, während das Fahrzeug fährt, elektrischen Strom von der ersten elektrischen Speichervorrichtung dem Fahrzeugzusatzgerät zu, indem sie veranlasst, dass der Herabstufbetrieb in dem Spannungswandler ausgeführt wird. Hierdurch wird es möglich gemacht, das Fahrzeugzusatzgerät anzutreiben, indem der Verlust im Verhältnis hierzu reduziert wird, so dass er während des externen Ladens nicht durch den Spannungswandler hindurchgeht, und möglich gemacht, das Fahrzeugzusatzgerät zu betreiben, indem veranlasst wird, dass der Herabstufbetrieb in dem Spannungswandler durchgeführt wird, während das Fahrzeug fährt.
  • In dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das zweite externe Ladegerät mit der zweiten Schaltung verbunden und ist das erste externe Ladegerät, das eine höhere Ladespannung als dieses zweite externe Ladegerät hat, mit der ersten Schaltung verbunden. Da es hierdurch möglich gemacht wird, elektrischen Strom direkt von dem ersten externen Ladegerät der ersten elektrischen Speichervorrichtung zuzuführen, ohne durch den Spannungswandler hindurchzugehen, während des externen Ladens durch das erste externe Ladegerät, ist es möglich, den Verlust im Verhältnis hierzu zu reduzieren. In anderen Worten, falls die ersten und zweiten externen Ladegeräte mit unterschiedlichen Ladespannungen gemeinsam verwendet werden, kann, indem die ersten und zweiten externen Ladegeräte mit den vorgenannten Positionen gemäß der hohen und der niedrigen Ladespannung, die vorliegende Erfindung das externe Laden mit geringem Verlust realisieren, auch wenn eines der elektrischen Ladegeräte verwendet wird.
  • In dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird elektrischer Strom von dem ersten externen Ladegerät dem Fahrzeugzusatzgerät zugeführt, indem veranlasst wird, dass während des externen Ladens durch das erste externe Ladegerät der Herabstufbetrieb in dem Spannungswandler ausgeführt wird. Hierdurch wird es möglich, elektrischen Strom dem Fahrzeugzusatzgerät zuzuführen, um dieses zu betreiben, auch falls eines der ersten und zweiten externen Ladegeräte verwendet wird.
  • Der siebte Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine erste elektrische Speichervorrichtung an der ersten Schaltung vor und sieht eine zweiten elektrische Speichervorrichtung, die eine niedrigere Spannung während des vollen Ladens hat als diese erste elektrische Speichervorrichtung, an der zweiten Schaltung vor. Dann wird, während des externen Ladens mittels des ersten externen Ladegeräts, elektrischer Strom der zweiten elektrischen Speichervorrichtung von dem ersten Ladegerät zugeführt, indem veranlasst wird, dass der Herabstufbetrieb in dem Spannungswandler ausgeführt wird, während elektrischer Strom von dem ersten elektrischen Ladegerät der ersten elektrischen Speichervorrichtung direkt zugeführt wird, ohne durch den Spannungswandler hindurchzugehen. Falls das erste elektrische Ladegerät verwendet wird, ist es hierdurch möglich, ein verlustarmes externes Laden an zumindest der ersten elektrischen Speichervorrichtung zu realisieren, ohne durch die Spannungswandler hindurchzugehen. Andererseits wird während des externen Ladens mittels des zweiten externen Ladegeräts elektrischer Strom von dem zweiten externen Ladegerät der zweiten elektrischen Speichervorrichtung direkt zugeführt, ohne durch den Spannungswandler hindurchzugehen, während elektrischer Strom von dem zweiten externen Ladegerät über den Spannungswandler oder die Bypass-Leitung der ersten elektrischen Speichervorrichtung, in Abhängigkeit von deren ersten Spannung, zugeführt wird. Falls das zweite externe Ladegerät verwendet ist, wird es hierdurch möglich, eine externes Laden zu realisieren, das den Verlust soweit wie möglich auch an der ersten elektrischen Speichervorrichtung in Abhängigkeit von deren Spannung reduziert, während ein verlustarmes externes Laden an der zweiten elektrischen Speichervorrichtung realisiert wird, ohne durch den Spannungswandler hindurchzugehen.
  • In dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die erste Schaltung, an der die erste elektrische Speichervorrichtung vorgesehen ist, und die zweite Schaltung, an der die zweite elektrische Speichervorrichtung vorgesehen ist, durch den Spannungswandler verbunden, der eine Hochstuffunktion aufweist. Darüber hinaus ist die Bypass-Leitung vorgesehen, die diese erste Schaltung mit der zweiten Schaltung verbindet, um den Spannungswandler zu umgehen, und ist eine Diode an dieser Bypass-Leitung vorgesehen, welche elektrischen Strom von der Seite der zweiten Schaltung zur Seite der ersten Schaltung leitet. Dann veranlasst die Steuervorrichtung, während des Ladens der ersten elektrischen Speichervorrichtung durch das zweite externe Ladegerät, dass der Spannungswandler stoppt, und führt elektrischen Strom von der zweiten elektrischen Speichervorrichtung der ersten elektrischen Speichervorrichtung über die Bypass-Leitung unter Nutzung der Potentialdifferenz zwischen der zweiten elektrischen Speichervorrichtung und der ersten elektrischen Speichervorrichtung zu, falls der Wert des ersten Ladeparameters, der eine Korrelation zu der Lademenge der ersten elektrischen Speichervorrichtung aufweist, niedriger ist als der der Ladespannung der zweiten elektrischen Speichervorrichtung zugeordnete Bestimmungswert. Weil es daher gemäß der vorliegenden Erfindung möglich ist, elektrischen Strom von der zweiten elektrischen Speichervorrichtung der ersten elektrischen Speichervorrichtung zuzuführen, indem der Spannungswandler während niedriger Spannung der ersten elektrischen Speichervorrichtung umgangen wird, ist es möglich, den Verlust während des Ladens mit der zweiten elektrischen Speichervorrichtung als der elektrischen Stromversorgungsquelle im Verhältnis hierzu zu reduzieren.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt die Konfigurationen eines elektrischen Fahrzeugs, das mit einer elektrischen Stromversorgungseinheit gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, und zweier externer Ladegeräte;
    • 2 ist ein Flussdiagramm, das eine bestimmte Sequenz des externen Ladens durch ein externes Niederspannungsladegerät zeigt;
    • 3 ist ein Schaltplan zum Erläutern des elektrischen Stromflusses während eines Hochstufbetriebs;
    • 4 ist ein Flussdiagramm, das eine bestimmte Sequenz des externen Ladens durch en externes Hochspannungsladegerät zeigt;
    • 5 ist ein Schaltplan zum Erläutern des elektrischen Stromflusses während eines Herabstufbetriebs;
    • 6 zeigt die Konfigurationen eines elektrischen Fahrzeugs, das mit einer elektrischen Stromversorgung gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, und zwei externe Ladegeräte; und
    • 7 ist ein Flussdiagramm, das eine bestimmte Sequenz des Ladens einer Hochspannungsbatterie zeigt, während das Fahrzeug fährt.
  • DETAILLIERT BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • < Erste Ausführung >
  • Nachfolgend wird eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung im Bezug auf die Zeichnungen erläutert. 1 zeigt Konfigurationen eines elektrischen Fahrzeugs V (das nachfolgend einfach als „Fahrzeug“ bezeichnet wird), das mit einer elektrischen Stromversorgungseinheit 1 gemäß der vorliegenden Ausführung ausgestattet ist, und der zwei Typen von externen Ladegeräten CH, CL für dieses Fahrzeug V.
  • Das externe Hochspannungsladegerät CH, das als erstes externes Ladegerät dient, und das externe Niederspannungsladegerät CL, das als zweites externes Ladegerät dient, sind Schnellladegeräte, die an Ladestationen, Wirtschaftsgebäuden, öffentlichen Einrichtungen etc. installiert sind, welche Einrichtungen sind, die hauptsächlich zum Laden dienen. Diese externen Ladegeräte CH, CL geben jeweils einen Gleichstrom mit vorbestimmten Ladespannungen an die Stromversorgung 1 des Fahrzeugs V über ein Ladekabel aus. Die Ladespannung des externen Hochspannungsladegeräts CH ist höher als die Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts CL. Nachfolgend wird als Beispiel ein Fall erläutert, in dem die Ladespannung des externen Hochspannungsladegeräts CH auf 1000 [V] gesetzt ist und die Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts auf 500 [V] gesetzt ist; jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt.
  • Beide Anschlüsse der positiven und negativen Elektrode des externen Hochspannungsladegeräts CH werden, wenn ein am Vorderende seines Ladekabels vorgesehener Ladestecker mit einem Eingang (nicht dargestellt) des Fahrzeugs V verbunden wird, mit einem externen positiven Hochspannungsanschluss 15 und einem externen negativen Hochspannungsanschluss 16, später beschrieben, die an der Stromversorgungseinheit 1 vorgesehen sind, verbunden. Darüber hinaus werden beide Anschlüsse der positiven/negativen Elektrode des externen Niederspannungsladegeräts CL, wenn der am vorderen Ende dieses Ladekabels vorgesehene Ladestecker mit dem Eingang des Fahrzeugs V verbunden wird, mit einem externen positiven Niederspannungsanschluss 25 und einem externen negativen Niederspannungsanschluss 26, später beschrieben, die an der Stromversorgung 1 vorgesehen sind, verbunden.
  • Wenn darüber hinaus das externe Ladegerät CH (CL) mit beiden Anschlüssen 15, 16 (25, 26) der Stromversorgungseinheit 1 verbunden wird, um elektrische Energie von dem externen Ladegerät CH (CL) der Stromversorgungseinheit 1 zuführen zu können, wird es hierdurch möglich, PLC-Kommunikation durchzuführen, welche eine Kommunikation über elektrische Leitungen zwischen dem externen Ladegerät CH (CL) und einer später beschriebenen ECU 60 der Stromversorgungseinheit 1 ist.
  • Obwohl 1 zur einfacheren Erläuterung einen Zustand darstellt, in dem die zwei externen Ladegeräte CH, CL beide mit dem Fahrzeug V verbunden sind, sollte angemerkt werden, dass diese zwei externen Ladegeräte CH, CL nicht gleichzeitig mit einem Fahrzeug V verbunden zu werden können und es möglich ist, selektiv nur eines von diesen anzuschließen. In anderen Worten, die Konfiguration ist so, dass es im Falle des Verbindens des externen Hochspannungsladegeräts CH mit dem Fahrzeug V nicht möglich ist, das externe Niederspannungsladegerät CL mit demselben Fahrzeug zu verbinden, und es in dem Fall des Verbindens des externen Niederspannungsladegeräts CL mit dem Fahrzeug V nicht möglich ist, das externe Niederspannungsladegerät CL mit demselben Fahrzeug V zu verbinden.
  • Das Fahrzeug V enthält einen Antriebsmotor M, der mit seinen Antriebsrädern (nicht dargestellt) mechanisch gekoppelt ist, und die Stromversorgungseinheit 1, die diesem Antriebsmotor M elektrische Energie zuführt. Der Antriebsmotor M ist zum Beispiel ein Drei-Phasen-Wechselstrom-Motor.
  • Die Stromversorgungseinheit 1 enthält: eine Hochspannungsschaltung 10, an der eine als erste elektrische Speichervorrichtung dienende Hochspannungsbatterie BH vorgesehen ist; eine Niederspannungsschaltung 20, mit der ein Fahrzeugzusatzgerät 22 verbunden ist; einen Spannungswandler 30 (nachfolgend wird die Abkürzung „VCU (Spannungssteuereinheit) 30“ verwendet); eine Bypass-Schaltung 70; einen Inverter 40; eine positive Hauptleitung MPL und eine negative Hauptleitung MNL, die die VCU 30 mit dem Inverter 40 verbinden; eine Gatetreiberschaltung 50, die eine Mehrzahl von Schaltungselementen antreibt, die an der VCU 30 und dem Inverter 40 vorgesehen sind; einen Stromsensor CS; und eine ECU 60, die ein diese steuerndes elektronisches Modul ist.
  • Die Hochspannungsschaltung 10 enthält: eine positive Leitung PLH, die die positive Elektrode der Hochspannungsbatterie BH mit der positiven Hauptleitung MPL verbindet; eine negative Leitung NLH, die die negative Elektrode der Hochspannungsbatterie BH mit der negativen Hauptleitung MNL verbindet; einen positiven Schalter 11, der an der positiven Leitung PLH vorgesehen ist; einen negativen Schalter 12, der an der negativen Leitung NLH vorgesehen ist; einen externen positiven Hochspannungsanschluss 15, der in der positiven Leitung PLH weiter zur Seite der positiven Hauptleitung MPL vorgesehen ist als der positive Schalter 11; sowie einen externen negativen Hochspannungsanschluss 16, der in der negativen Leitung NLH weiter zur Seite der negativen Hauptleitung MNL vorgesehen ist als der negative Schalter 15.
  • Die Hochspannungsbatterie BH ist eine wiederaufladbare Batterie, die sowohl zum Entladen, das chemische Energie in elektrische Energie umwandelt, als auch zum Laden, das elektrische Energie in chemische Energie umwandelt, in der Lage ist. Nachfolgend wird ein Fall einer sogenannten Lithium-Ionen-Speicherbatterie, die durch zwischen ihren Elektroden wandernde Lithium-Ionen geladen/entladen wird, als diese Hochspannungsbatterie BH erläutert; jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt.
  • Es sollte angemerkt werden, dass nachfolgend, als die Hochspannungsbatterie BH, der Fall einer Batterie erläutert wird, bei der die Spannung während ihres vollen Ladens höher ist als die Ausgangsspannung des externen Niederspannungsladegeräts CL und niedriger als die Ausgangsspannung des externen Hochspannungsladegeräts CH. Insbesondere beträgt die Spannung während der vollen Ladung der Hochspannungsbatterie BH zum Beispiel 800 [V]; jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt.
  • Darüber hinaus ist an dieser Hochspannungsbatterie BH eine Sensoreinheit SH vorgesehen. Die Sensoreinheit SH ist aus einer Mehrzahl von Sensoren aufgebaut, die eine physikalische Größe detektieren, die erforderlich ist, um eine Laderate der Hochspannungsbatterie BH zu erfassen (ein Wert, der eine Proportion der Restkapazität der Batterie relativ zur vollen Ladekapazität als Prozentsatz ausdrückt; nachfolgend als „SOC (Ladezustand)“ bezeichnet, und Detektionssignale bh gemäß dem Detektionswert zu der ECU 60 schickt. Insbesondere ist die Sensoreinheit SH aufgebaut aus einem Spannungssensor, der die Spannung der Hochspannungsbatterie BH detektiert, einem Stromsensor, der den elektrischen Strom der Hochspannungsbatterie BH detektiert, einem Temperatursensor, der die Temperatur der Hochspannungsbatterie BH detektiert, etc. Der SOC der Hochspannungsbatterie BH während der Ausführung des externen Ladens und während der Fahrt wird in der ECU 60 zum Beispiel sukzessiv basierend auf einem existierenden Algorithmus anhand der Detektionssignale bh von der Sensoreinheit SH berechnet.
  • Die Schalter 11, 12 sind vom normalerweise offenen Typ, die die Verbindung der Hochspannungsbatterie BH mit den Anschlüssen 15, 16 und den Leitungen MPL, MNL durch Öffnen in einem Zustand trennen, in dem kein Befehlssignal von der Außenseite eingegeben wird, und die Hochspannungsbatterie BH mit den Anschlüssen 15, 16 und den Leitungen MPL, MNL durch Schließen in eine Zustand verbinden, in dem ein Befehlssignal eingegeben wird. Diese Schalter 11, 12 öffnen/schließen in Antwort auf das von der ECU 60 geschickte Befehlssignal. Es sollte angemerkt werden, dass der negative Schalter 15 zu einem Vorladeschalter wird, der einen Vorladewiderstand hat, um einen Einschaltstrom zu dem Kondensator zu dämpfen.
  • Mit dem externen positiven Hochspannungsanschluss 15 und dem externen negativen Hochspannungsanschluss 16 sind jeweils der positive Ausgangsanschluss und negative Ausgangsanschluss des externen Hochspannungsladegeräts CH verbunden. Nachfolgend werden diese zwei Anschlüsse 15, 16 gemeinsam als Hochspannungsanschluss 17 bezeichnet.
  • Die Niederspannungsschaltung 20 enthält: einen externen positiven Niederspannungsanschluss 25 und einen externen negativen Niederspannungsanschluss 26; eine positive Leitung PLL, die den externen positiven Niederspannungsanschluss 25 mit einem positiven Niederspannungsanschluss 31 der VCU 30 verbindet; eine negative Leitung NLL, die den externen negativen Niederspannungsanschluss 26 mit einem negativen Niederspannungsanschluss 32 der VCU 30 verbindet; sowie das Fahrzeugzusatzgerät 22, das mit dieser positiven Leitung PLL und negativen Leitung NLL verbunden ist.
  • Das Fahrzeugzusatzgerät 22 ist aus einer Mehrzahl von Zusatzgeräten aufgebaut wie etwa einer Batterieheizung, einem Klimaanlagenwandler und einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler; und einer Hilfsbatterie (zum Beispiel Bleibatterie), die als Stromquelle zum Betreiben dieser Zusatzgeräte dient.
  • Mit dem externen positiven Niederspannungsanschluss 25 und dem externen negativen Niederspannungsanschluss 26 sind jeweils der positive Ausgangsanschluss und negative Ausgangsanschluss des externen Niederspannungsladegeräts CL verbunden. Nachfolgend werden diese zwei Anschlüsse 25, 26 gemeinsam als externe Niederspannungsanschlüsse 27 bezeichnet.
  • Die VCU 30 ist zwischen der Hochspannungsschaltung 10 und der Niederspannungsschaltung 20 vorgesehen. Der positive Niederspannungsanschluss 31 und der negative Niederspannungsanschluss 32 der VCU 30 sind jeweils mit der positiven Leitung PLL und der negativen Leitung NLL der Niederspannungsschaltung 20 verbunden, wie oben erwähnt. Der positive Hochspannungsanschluss 33 und der negative Hochspannungsanschluss 34 der VCU 30 sind jeweils mit der positiven Leitung PLH und der negativen Leitung NLH der Hochspannungsschaltung 10 über die positive Hauptleitung MPL und die negative Hauptleitung MHL verbunden.
  • Die VCU 30 ist ein bidirektionaler Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, der konfiguriert ist durch Kombination einer Spule L, eines Glättungskondensators C1, eines Hoch-Zweig-Elements 3H, eines Nieder-Zweig-Elements 3L und eines negativen Busses 35.
  • Der negative Bus 35 ist eine Verdrahtung, die den negativen Niederspannungsanschluss 32 mit dem negativen Hochspannungsanschluss 34 verbindet. Das eine Ende des Glättungskondensators C1 ist mit dem positiven Niederspannungsanschluss 31 verbunden, und dessen anderes Ende ist mit dem negativen Bus 35 verbunden. Das eine Ende der Spule L ist mit dem positiven Niederspannungsanschluss 31 verbunden, und deren anderes Ende ist mit einem Verbindungsknoten zwischen dem Hoch-Zweig-Element 3H und dem Nieder-Zweig-Element 3L verbunden.
  • Das Hoch-Zweig-Element 3H enthält ein Hoch-Zweig-Schaltelement 36 und eine Diode 37, die parallel mit diesem Hoch-Zweig-Schaltelement 36 verbunden ist. Das Nieder-Zweig-Element 3L enthält ein Nieder-Zweig-Schaltelement 38 und eine Diode 39, die parallel mit diesem Nieder-Zweig-Schaltelement 38 verbunden ist. Diese Schaltelemente 36, 38 sind seriell zwischen dem positiven Hochspannungsanschluss 33 und dem negativen Bus 35 geschaltet. Ein Kollektor dieses Hoch-Zweig-Schaltelements 36 ist mit dem positiven Hochspannungsanschluss 33 verbunden. Ein Emitter des Nieder-Zweig-Schaltelements 38 ist mit dem negativen Bus 35 verbunden. Die vorwärtige Richtung der Diode 37 ist eine Richtung von der Spule L zu dem positiven Hochspannungsanschluss 33 hin. Die vorwärtige Richtung der Diode 39 ist eine Richtung von dem negativen Bus 35 zu der Spule L hin. Es sollte angemerkt werden, dass ein existierendes Leistungsschaltelement wie etwa ein IGBT oder MOSFET jeweils als diese Schaltelemente 36, 38 verwendet wird.
  • Das Hoch-Zweig-Schaltelement 36 und das Nieder-Zweig-Schaltelement 38 werden gemäß einem von der Gatetreiberschaltung 50 erzeugten Gatetreibersignal basierend auf dem Steuersignal von der ECU 60 jeweils ein- oder ausgeschaltet.
  • Gemäß der in der obigen Weise konfigurierten VCU 30 werden durch EIN/AUS Schalten der Schaltelemente 36, 38 durch das Gatetreibersignal, das von der Gatetreiberschaltung 50 zu einer vorbestimmten Zeitgebung erzeugt wird, eine Hochstuffunktion und eine Herabstuffunktion erzeugt, wie später im Detail erläutert. Die Hochstuffunktion bezieht sich auf eine Funktion zum Verstärken der zwischen den Niederspannungsanschlüssen 31, 32 angelegten Spannung und Ausgeben an zwischen die Hochspannungsanschlüsse 33, 34, wodurch der elektrische Strom von der Niederspannungsschaltung 20 zu der Hochspannungsschaltung 10 und dem Inverter 40 fließt. Darüber hinaus bezieht sich die Herabstuffunktion auf eine Funktion zum Senken der zwischen die Hochspannungsanschlüsse 33, 34 angelegten Spannung und Ausgeben an zwischen die Niederspannungsanschlüsse 31, 32, wodurch der elektrische Strom von der Hochspannungsschaltung 10 und dem Inverter 40 zu der Niederspannungsschaltung 20 fließt.
  • Die Bypass-Schaltung 70 enthält eine Bypass-Leitung 71, die die VCU 30 umgeht und die Hochspannungsschaltung 10 mit der Niederspannungsschaltung 20 verbindet; sowie eine Bypass-Diode 72, die an dieser Bypass-Leitung 71 vorgesehen ist und elektrischen Strom von der Niederspannungsschaltung 20 zu der Hochspannungsschaltung 10 leitet. Falls die Spannung an der Seite der Niederspannungsschaltung 20 höher ist als die Spannung an der Niederspannungsschaltung 10 und dem Inverter, wird es durch diese Bypass-Schaltung ermöglicht, dass der elektrische Strom von der Niederspannungsschaltung 20 zu der Hochspannungsschaltung 10 und dem Inverter fließt, auch wenn ein Zustand vorliegt, der den Betrieb der VCU 30 unterbricht (insbesondere ein Zustand, in dem beide Schaltelemente 36, 38 der VCU 30 ausgeschaltet sind).
  • Der Inverter 40 ist zum Beispiel ein PWM-Inverter mit Pulsweitenmodulation, der eine Brückenschaltung enthält, die durch eine Brücke aufgebaut ist, welche eine Mehrzahl von Schaltelementen (zum Beispiel IGBT) verbindet. Der Inverter 40 ist an einer Seite mit der positiven Hauptleitung MPL und der negativen Hauptleitung MNL verbunden und ist an der anderen Seite mit den jeweiligen Wicklungen der U-Phase, V-Phase und W-Phase des Antriebsmotors M verbunden.
  • Der Inverter 40 enthält: ein hochseitiges U-Phasen-Schaltelement UH und ein niederseitiges U-Phasen-Schaltelement UL, die mit der U-Phase des Antriebsmotors M verbunden sind; ein hochseitiges V-Phasen-Schaltelement VH und ein niederseitiges V-Phasen-Schaltelement VL, die mit der V-Phase des Antriebsmotors M verbunden sind; ein hochseitiges W-Phasen-Schaltelement WH und ein niederseitiges W-Phasen-Schaltelement WL, die mit der W-Phase des Antriebsmotors M verbunden sind; eine Brückenschaltung, die durch eine Brücke aufgebaut ist, welche jede Phase verbindet; sowie ein Glättungskondensator C2. Der Stromsensor CS detektiert den elektrischen Strom jeder Phase des Antriebsmotors M und schickt ein dem Detektionswert entsprechendes Signal zu der ECU 60.
  • Während das Fahrzeug in Betrieb ist, erzeugt die ECU 60 ein Drehtstrom-Befehlssignal unter Verwendung des Detektionssignals des Stromsensors CS und gibt es in die Gatetreiberschaltung 50 ein. Die Gatetreiberschaltung erzeugt Treibersignale für die jeweiligen Schaltelemente UH, UL, VH, VL, WH und WL basierend auf den Drehstrom-Befehlssignalen von der ECU 60 und treibt diese Schaltelement mit vorbestimmten Phasen an. Hierdurch wird an der Statorwicklung des Antriebsmotors M ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, wodurch sich die Ausgangswelle des Antriebsmotors M dreht.
  • Nachfolgend wird eine bestimmte Sequenz des externen Ladens durch das externe Niederspannungsladegerät erläutert. 2 ist ein Flussdiagramm, das die bestimmte Sequenz des externen Ladens durch das externe Niederspannungsladegerät CL zeigt. Der in 2 gezeigte Prozess wird in der ECU 60 in Antwort auf den Eintritt in einen Zustand ausgeführt, in dem die elektrische Stromzufuhr von dem externen Niederspannungsladegerät CL zu der Stromversorgungseinheit 1 und die PLC-Kommunikation zwischen dem externen Niederspannungsladegerät CL und der ECU 60 möglich sind, indem das externe Niederspannungsladegerät CL zum Beispiel mit dem externen Niederspannungsanschluss 27 verbunden wird und ferner die Schalter 11 und 12 eingeschaltet sind.
  • Zuerst erfasst die ECU 60 in S1 die Spannung der Hochspannungsbatterie BH unter Verwendung des Detektionssignals bh von der Sensoreinheit SH, und bewertet, ob die Spannung dieser Hochspannungsbatterie BH niedriger als die Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts CL (in der vorliegenden Ausführung 500 [V]) ist oder nicht. Falls das Bewertungsergebnis in S1 JA ist, geht die ECU 60 zu S2 weiter, und falls es NEIN ist, geht sie zu S4 weiter.
  • In S2 unterbricht die ECU 60 den Betrieb der VCU 30, führt ein Bypass-Laden unter Verwendung der Bypass-Schaltung 70 aus und geht zu S3 weiter. Falls die Spannung der Hochspannungsbatterie BH niedriger als die Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts CL ist, wie oben erwähnt, wird, wenn der Betrieb der VCU 30 unterbrochen wird, der elektrische Strom von dem externen Niederspannungsladegerät CL der Hochspannungsbatterie BH über die Bypass-Leitung 71 zugeführt, wodurch die Hochspannungsbatterie BH geladen wird. Es sollte angemerkt werden, dass während der Ausführung des Bypass-Ladens der elektrische Strom von dem externen Niederspannungsladegerät CL der Hochspannungsbatterie BH über die Bypass-Leitung 71 zugeführt wird, und gleichzeitig der elektrische Strom von dem externen Niederspannungsladegerät CL dem Fahrzeugzusatzgerät 22 über die Niederspannungsschaltung 20 zugeführt wird.
  • In S3 bewertet die ECU 60, ob die Spannung der Hochspannungsbatterie BH zumindest die Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts CL ist oder nicht. Falls das Bewertungsergebnis von S3 JA ist, geht die ECU 60 zu S4 weiter, und falls es NEIN ist, kehrt sie zu S2 zurück und führt das Bypass-Laden fort.
  • In S4 führt die ECU 60 die Hochstufbetrieb aus, um die Hochspannungsbatterie BH zu laden, indem der Hochstufbetrieb in der VCU 30 ausgeführt wird, und führt elektrischen Strom von dem externen Niederspannungsladegerät CL der Hochspannungsbatterie BH mittels der Hochstuffunktion der VCU 30 aus, und geht dann zu S5 weiter.
  • 3 ist ein Schaltplan zur Erläuterung des elektrischen Stromflusses während des Hochstufbetriebs. Zunächst wird, wenn das Nieder-Zweig-Schaltelement 38 der VCU 30 eingeschaltet wird, die Energie in der Spule L gespeichert, indem der elektrische Strom I1 von dem externen Niederspannungsladegerät CL zugeführt wird, und fließt der elektrische Strom von dem Glättungskondensator C2 zu der Hochspannungsbatterie BH. Wenn anschließend das Nieder-Zweig-Schaltelement 38 ausgeschaltet wird, fließt die in der Spule L gespeicherte Energie über die Diode 37 zu der Hochspannungsbatterie BH, als Entladestrom I2, und wird die Energie in dem Glättungskondensator C2 gespeichert. Während des Hochstufbetriebs wird der elektrische Strom von dem externen Niederspannungsladegerät CL der Hochspannungsbatterie BH zugeführt, indem das Nieder-Zweig-Schaltelement 38 mit einem vorbestimmten Zyklus gemäß der obigen Sequenz EIN/AUS geschaltet wird. Es sollte angemerkt werden, dass während dieses Hochstufbetriebs das Hoch-Zweig-Schaltelement 36 das EIN/AUS Schalten mit einem vorbestimmten Zyklus fortsetzt oder AUS bleibt.
  • Zurück im Bezug auf 2 lädt die ECU 6 in S4 die Hochspannungsbatterie BH mit dem elektrischen Strom von dem externen Niederspannungsladegerät CL durch Ausführung des Hochstufbetriebs in der VCU 30 gemäß der obigen Sequenz. Es sollte angemerkt werden, dass während der Ausführung dieses Hochstufbetriebs der elektrische Strom von dem externen Niederspannungsladegerät CL der Hochspannungsbatterie BH über die VCU 30 zugeführt wird, und gleichzeitig elektrischer Strom von dem externen Niederspannungsladegerät CL dem Fahrzeugzusatzgerät 22 über die Niederspannungsschaltung 20 zugeführt wird.
  • In S5 bewertet die ECU 60, ob die Hochspannungsbatterie BH ihre volle Ladung erreicht hat oder nicht. Die ECU 60 beendet den Prozess von 2, falls das Bewertungsergebnis is S5 JA ist, und kehrt zu S4 zurück und setzt den Hochstufbetrieb fort, falls es NEIN ist. Es sollte angemerkt werden, dass der Gegenstand zur Bestimmung, ob die Hochspannungsbatterie BH die volle Ladung in S5 erreicht hat, die ECU 60 sein kann oder auch das externe Niederspannungsladegerät CL sein kann.
  • Nun wird die spezifische Sequenz vom externen Laden mit dem externen Hochspannungsladegerät CH erläutert. 4 ist ein Flussdiagramm, das die spezifische Sequenz vom externen Laden mit dem externen Hochspannungsladegerät CH zeigt. Der in 4 gezeigte Prozess wird in der ECU 60 in Antwort auf den Eintritt in einen Zustand ausgeführt, in dem die elektrische Energiezufuhr von dem externen Hochspannungsladegerät CH zu der Stromversorgungseinheit 1 und die PLC-Kommunikation zwischen dem externen Hochspannungsladegerät CH und der ECU 60 möglich sind, indem zum Beispiel das externe Hochspannungsladegerät CH mit den externen Hochspannungsanschlüssen 17 verbunden wird und ferner die Schalter 11 und 12 eingeschaltet werden.
  • Zunächst führt in S11 die ECU 60 eine herabgestufte Stromversorgung durch, die die Hochspannungsbatterie BH lädt, während der elektrische Strom dem Fahrzeugzusatzgerät 22 zugeführt wird, indem in der VCU 30 veranlasst wird, dass der Herabstufbetrieb ausgeführt wird, und elektrischer Strom von dem externen Hochspannungsladegerät CH zu dem Fahrzeugzusatzgerät 22 mittels der Herabstuffunktion der VCU 30 zugeführt wird.
  • 5 ist eine Ansicht zur Erläuterung des elektrischen Stromflusses während des Herabstufbetriebs. Wenn das Hoch-Zweig-Schaltelement 36 der VCU 30 EIN schaltet, fließt zunächst elektrischer Strom I1, der von dem externen Hochspannungsladegerät CH zugeführt wird, durch das Hoch-Zweig-Schaltelement 36, wird durch diesen elektrischen Strom I1 Energie in der Spule L und dem Glättungskondensator C1 gespeichert und wird das Fahrzeugzusatzgerät 22 angetrieben. Wenn anschließend das Hoch-Zweig-Schaltelement 36 AUS schaltet, wird die in der Spule L gespeicherte Energie dem Fahrzeugzusatzgerät 22 als Entladestrom I2 zugeführt, und wird auch die im Glättungskondensator C1 gespeicherte elektrische Ladung dem Fahrzeugzusatzgerät 22 zugeführt. Während des Herabstufbetriebs wird elektrischer Strom von dem externen Hochspannungsladegerät CH dem Fahrzeugzusatzgerät 22 zugeführt, indem das Hoch-Zweig-Schaltelement 36 mit einem vorbestimmten Zyklus gemäß der obigen Sequenz EIN/AUS geschaltet wird. Es sollte angemerkt werden, dass während dieses Herabstufbetriebs das Nieder-Zweig-Schaltelement 38 mit einem vorbestimmten Zyklus EIN/AUS schaltet oder AUS bleibt.
  • Zurück zu 4 führt, in S11, die ECU 60 elektrischen Strom von dem externen Hochspannungsladegerät CH dem Fahrzeugzusatzgerät 22 zu, indem veranlasst wird, dass der Herabstufbetrieb der VCU 30 gemäß der obigen Sequenz ausgeführt wird. Es sollte angemerkt werden, dass die Ladespannung des externen Hochspannungsladegeräts CH höher ist als die Spannung während der vollen Ladung der Hochspannungsbatterie BH, wie oben erwähnt. Aus diesem Grund wird während dieser Herabstufstromversorgung der elektrische Strom von dem externen Hochspannungsladegerät CH der Hochspannungsbatterie 2 direkt zugeführt, ohne durch die VCU 30 hindurchzugehen.
  • In S12 bewertet die ECU 60, ob die Hochspannungsbatterie BH die volle Ladung erreicht hat oder nicht. Die ECU 60 beendet den Prozess von 4, falls das Bewertungsergebnis in S12 JA ist, und fährt im Falle von NEIN damit fort, die Herabstufstromversorgung durchzuführen. Es sollte angemerkt werden, dass das Bestimmungssubjekt in S12 die ECU 60 sein kann oder das externe Hochspannungsladegerät CH sein kann, ähnlich dem vorgenannten S5.
  • Es sollte angemerkt werden, dass, während das Fahrzeug fährt, d.h. in einem Zustand, in dem keines der externen Ladegeräte CH, CL mit der Stromversorgungseinheit 1 verbunden ist, die Sequenz für die elektrische Stromversorgung zu dem Fahrzeugzusatzgerät 22 von der Hochspannungsbatterie BH die gleiche ist wie die Herabstufstromversorgung im oben beschriebenen S11; daher wird deren Erläuterung weggelassen. In anderen Worten, während das Fahrzeug fährt, wird der elektrische Strom dem Fahrzeugzusatzgerät 22 von der Hochspannungsbatterie BH zugeführt, indem die ECU 60 veranlasst, dass in der VCU 30 der Herabstufbetrieb ausgeführt wird.
  • Gemäß der Stromversorgungseinheit 1 der vorliegenden Erfindung erhält man die folgenden Effekte.
    1. (1) Die Stromversorgungseinheit 1 sieht die Bypass-Leitung 71 vor, die die Hochspannungsschaltung 10 mit der Niederspannungsschaltung 20 unter Umgehung der VCU 30 verbindet, und sieht in dieser Bypass-Leitung 71 die Bypass-Diode 72 vor, die elektrischen Strom von der Seite der Niederspannungsschaltung 20 zur Seite der Hochspannungsschaltung 10 durchlässt. Falls dann während des externen Ladens durch das externe Niederspannungsladegerät CL die Spannung der Hochspannungsbatterie BH niedriger ist als die Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts CL, unterbricht die ECU 60 den Betrieb der VCU 30 und führt den elektrischen Strom von dem externen Niederspannungsladegerät CL der Hochspannungsbatterie BH über die Bypass-Leitung 71 unter Nutzung dieser Potentialdifferenz zu. Weil es daher gemäß der Stromversorgungseinheit 1 während niedriger Spannung der Hochspannungsbatterie BH möglich ist, das externe Laden unter Umgehung der VCU 30 durchzuführen, kann der Verlust während des externen Ladens im Verhältnis hierzu reduziert werden.
    2. (2) Falls während des externen Ladens mit dem externen Niederspannungsladegerät CL die Spannung der Hochspannungsbatterie BH zumindest die Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts CL beträgt, führt die Stromversorgungseinheit 1 elektrischen Strom von dem externen Niederspannungsladegerät CL der Hochspannungsbatterie BH zu, indem veranlasst wird, dass in der VCU 30 der Hochstufbetrieb ausgeführt wird. Hierdurch wird es möglich, dass die Hochspannungsbatterie BH durch das externe Laden mittels des externen Niederspannungsladegeräts CL vollständig geladen wird, auch falls zum Beispiel als die Hochspannungsbatterie BH eine Batterie verwendet wird, für die die Spannung während des vollen Ladens höher ist als die Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts CL.
    3. (3) Falls mittels des externen Niederspannungsladegeräts CL das externe Laden der Hochspannungsbatterie BH durchgeführt wird, deren Spannung während ihrer vollen Ladung höher ist als die Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts CL, veranlasst die ECU 60 zunächst, dass die VCU 30 stoppt, und führt das Bypass-Laden mittels Bypass-Leitung 71 durch. Da es während der anfänglichen externen Ladestufe hierdurch möglich wird, die VCU 30 zu umgehen und das externe Laden durchzuführen, kann der Verlust während des externen Ladens im Verhältnis hierzu reduziert werden. Ab dann, nachdem die Spannung der Hochspannungsbatterie BH auf ein bestimmtes Ausmaß durch das externe Laden über diese Bypass-Leitung 71 angestiegen ist, bis die Hochspannungsbatterie BH ihr volle Ladung erreicht, ist es darüber hinaus möglich, das externe Laden fortzusetzen, bis die Spannung der Hochspannungsbatterie BH die Spannung während des vollen Ladens erlangt, die höher als die Ladespannung ist, indem das Hochstuf-Laden mittels der Hochstuffunktion der VCU 30 ausgeführt wird. Auch falls gemäß der Stromversorgungseinheit 1 die Spannung während der vollen Ladung der Hochspannungsbatterie BH höher ist als die Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts CL, ist es möglich, die Hochspannungsbatterie BH voll zu laden, während der Verlust während des externen Ladens reduziert wird.
    4. (4) Die Stromversorgungseinheit 1 führt, während des externen Ladens mit dem externen Niederspannungsladegerät CL, elektrischen Strom von dem externen Niederspannungsladegerät CL dem Fahrzeugzusatzgerät 22 zu und führt, während das Fahrzeug fährt, elektrischen Strom von der Hochspannungsbatterie BH dem Fahrzeugzusatzgerät 22 zu, indem veranlasst wird, dass der Herabstufbetrieb der VCU 30 ausgeführt wird. Hierdurch kann während des externen Ladens das Fahrzeugzusatzgerät 22 betrieben werden, indem der Verlust im Verhältnis hierzu reduziert wird, ohne durch die VCU 30 hindurchzugehen, und kann, während das Fahrzeug fährt, das Fahrzeugzusatzgerät 22 betrieben werden, indem die VCU 30 den Herabstufbetrieb durchführt.
    5. (5) Die Stromversorgungseinheit 1 weist die externen Niederspannungsanschlüsse 27 auf, an denen das externe Niederspannungsladegerät BL mit der Niederspannungsschaltung 20 verbunden wird, und weist die externen Hochspannungsanschlüsse 17 auf, an denen das externe Hochspannungsladegerät CH, das eine höhere Ladespannung als dieses externe Niederspannungsladegerät CL aufweist, mit der Hochspannungsschaltung 10 verbunden wird. Während des externen Ladens mittels des externen Hochspannungsladegeräts CH ist es hierdurch möglich, elektrischen Strom direkt von dem externen Hochspannungsladegerät CH der Hochspannungsbatterie BH zuzuführen, ohne durch die VCU 30 hindurchzugehen; daher kann der Verlust im Verhältnis hierzu reduziert werden. In anderen Worten, auch wenn ein Fall vorliegt, in dem externe Ladegeräte CH, CL mit unterschiedlichen Ladespannungen gemeinsam verwendet werden, ist es, indem die Stromversorgungseinheit 1 die externen Anschlüsse 17, 27 an diesen vorgenannten Positionen gemäß den hohen und niedrigen Ladespannungen vorsieht, möglich, das externe Laden mit geringem Verlust auch in dem Fall zu realisieren, in dem eines der externen Ladegeräte CH, CL verwendet wird.
    6. (6) Während des externen Ladens mit dem externen Hochspannungsladegerät CH führt die Stromversorgungseinheit 1 elektrischen Strom von dem externen Hochspannungsladegerät CH dem Fahrzeugzusatzgerät 22 zu, indem veranlasst wird, dass der Herabstufbetrieb in der VCU 30 ausgeführt wird. Auch falls eines der externen Ladegeräte CH, CL verwendet wird, wird es hierdurch möglich, elektrischen Strom dem Fahrzeugzusatzgerät 22 zu dessen Antrieb zuzuführen.
  • < Zweite Ausführung >
  • Nun wird eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung im Bezug auf die Zeichnungen erläutert. 6 ist eine Ansicht, die die Konfigurationen eines elektrischen Fahrzeugs VA (nachfolgend einfach als „Fahrzeug VA“ bezeichnet), zeigt das mit einer Stromversorgungseinheit 1A gemäß der vorliegenden Ausführung ausgestattet ist, und die zwei Typen von externen Ladegeräten CH, CL für dieses Fahrzeug VA. Es sollte angemerkt werden, dass in der folgenden Erläuterung die gleichen Bezugszeichen an Konfigurationen angebracht sind, die die gleichen sind wie das Fahrzeug V und die Stromversorgungseinheit 1 der zuvor erwähnten ersten Ausführung, und detaillierte Erläuterungen werden weggelassen werden.
  • Die Stromversorgungseinheit 1A unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Stromversorgungseinheit 1 in dem Punkt, dass sie ferner eine Niederspannungsbatterie BL enthält, und die Konfiguration der Niederspannungsschaltung 20A. Die Niederspannungsschaltung 20A enthält: eine positive Leitung PLL, die die positive Elektrode der Niederspannungsbatterie BL mit einem positiven Niederspannungsanschluss 31 der VCU 30 verbindet; eine negative Leitung NLL, die die negative Elektrode der Niederspannungsbatterie BL mit einem negativen Niederspannungsanschluss 32 der VCU 30 verbindet; einen positiven Schalter 23A, der an der positiven Leitung PLL vorgesehen ist; einen negativen Schalter 24A, der an der negativen Leitung NLL vorgesehen ist; einen externen positiven Niederspannungsanschluss 25, der in der positiven Leitung PLL weiter zur Seite der VCU 30 als der positive Schalter 23A vorgesehen ist; einen externen negativen Niederspannungsanschluss 26, der in der negativen Leitung NLL weiter zur Seite der VCU 30 als der negative Schalter 24A vorgesehen ist; sowie ein Fahrzeugzusatzgerät 22, das mit der positiven Leitung PLL und der negativen Leitung NLL weiter zur Seite der VCU 30 verbunden ist als die externen Niederspannungsanschlüsse 27.
  • Die Niederspannungsbatterie BL ist eine wiederaufladbare Batterie, die sowohl zum Entladen, das chemische Energie in elektrische Energie umwandelt, als auch zum Laden, das elektrische Energie in chemische Energie umwandelt, in der Lage ist. Nachfolgend wird der Fall erläutert, in dem als die Hochspannungsbatterie BH eine sogenannte Lithium-Ionen-Speicherbatterie verwendet wird, die durch zwischen ihren Anschlüssen wandernde Lithium-Ionen geladen/entladen wird; jedoch ich die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt.
  • Es sollte angemerkt werden, dass nachfolgend ein Fall erläutert wird, in dem als die Niederspannungsbatterie BL eine Batterie verwendet wird, für die die Spannung während ihrer vollen Ladung niedriger ist als die Ausgangsspannung des externen Niederspannungsladegeräts CL. Insbesondere ist die Spannung während der vollen Ladung der Niederspannungsbatterie BL auf dem Beispiel auf 260 [V] gesetzt; jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt.
  • Darüber hinaus gibt es mit der Hochspannungsbatterie BH und der Niederspannungsbatterie BL die folgenden Unterschiede zusätzlich zur Spannung während der vollen Ladung. Die Hochspannungsbatterie BH hat eine niedrigere Leistungsgewichtdichte als die Niederspannungsbatterie BL; jedoch ist die Energiegewichtdichte hoch. In anderen Worten, die Hochspannungsbatterie BH ist im Hinblick auf die Energiegewichtdichte besser als die Niederspannungsbatterie BL, und die Niederspannungsbatterie BL ist im Hinblick auf die Leistungsgewichtdichte besser als die Hochspannungsbatterie BH. Es sollte angemerkt werden, dass die Energiegewichtdichte die elektrische Energie pro Gewichtseinheit ([Wh/kg] ist und die Leistungsgewichtdichte die elektrische Leistung pro Gewichtseinheit [W/kg] ist. Daher ist die Hochspannungsbatterie BH mit der besseren Energiegewichtdichte eine elektrische Speichervorrichtung mit dem Hauptziel hoher Kapazität, und ist die Niederspannungsbatterie BL mit der besseren Ausgangsgewichtdichte eine elektrische Speichervorrichtung mit dem Hauptziel hoher Leistung.
  • Darüber hinaus ist eine Sensoreinheit SL an dieser Niederspannungsbatterie BL vorgesehen. Die Sensoreinheit SL detektiert eine physikalische Größe, die zur Erfassung des SOC der Niederspannungsbatterie BL erforderlich ist, und ist aus einer Mehrzahl von Sensoren konfiguriert, die die Detektionssignale BL in Abhängigkeit von dem Detektionswert zu der ECU 60A schicken. Insbesondere ist die Sensoreinheit SL konfiguriert durch einen Spannungssensor, der die Spannung der Niederspannungsbatterie BL detektiert, einen Stromsensor, der den elektrischen Strom der Niederspannungsbatterie BL detektiert, einen Temperatursensor, der die Temperatur der Niederspannungsbatterie BL detektiert, etc. Der SOC der Niederspannungsbatterie BL wird während der Ausführung des externen Ladens und während der Fahrt in der ECU 60 aufeinanderfolgend berechnet, zum Beispiel basierend auf einem existierenden Algorithmus unter Verwendung der Detektionssignale bl von der Sensoreinheit SL.
  • Die Schalter 23A, 24A sind vom normalerweise offenen Typ, welche die Leitung der Niederspannungsbatterie BL mit dem externen Niederspannungsanschluss 27 und den Leitungen MPL, MNL unterbrechen, indem sie in einem Zustand öffnen, in dem kein Befehlssignal von außen eingegeben wird, und die Niederspannungsbatterie BL mit den externen Niederspannungsanschlüssen 27 und den Leitungen MPL, MNL verbinden, indem sie in einem Zustand schließen, in dem ein Befehlssignal eingegeben wird. Diese Schalter 23A, 24A öffnen/schließen in Antwort auf das von der ECU 60A geschickte Befehlssignal. Es sollte angemerkt werden, dass der negative Schalter 24A zu einem Vorlade-Schaltschütz wird, der einen Vorladewiderstand hat, um den Stromstoß zu dem Kondensator zu dämpfen.
  • Die Sequenz der Durchführung des externen Ladens durch das externe Niederspannungsladegerät CL in der Stromversorgungseinheit 1A wird nun erläutert. Zunächst ist die Sequenz der elektrischen Stromzufuhr zum Fahrzeugzusatzgerät 22, während das Laden der Hochspannungsbatterie BH mittels des externen Niederspannungsladegeräts CL durchgeführt wird, die gleiche wie die Sequenz, die im Bezug auf 2 erläutert ist. In anderen Worten, während die Spannung der Hochspannungsbatterie BH niedriger ist als die Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts CL, wird elektrischer Strom von dem externen Niederspannungsladegerät CL der Hochspannungsbatterie BH und dem Fahrzeugzusatzgerät 22 zugeführt, indem ein Bypass-Laden durchgeführt wird (siehe S2 in 2), indem der Betrieb der VCU 30 unterbrochen wird und indem veranlasst wird, dass der Hochstufbetrieb in der VCU 30 ausgeführt wird, um das Hochstufladen durchzuführen (siehe S4 in 2), wenn die Spannung der Hochspannungsbatterie BH zumindest die Ladespannung erreicht. Darüber hinaus ist die Spannung während der vollen Ladung der Niederspannungsbatterie BL niedriger als die Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts CL, wie oben erwähnt. Aus diesem Grund wird, durch die oben erwähnte Konfiguration, in der Stromversorgungseinheit 1A der vorliegenden Ausführung elektrischer Strom von dem externen Niederspannungsladegerät CL auch der Niederspannungsbatterie BL zugeführt, während elektrischer Strom von dem externen Niederspannungsladegerät CL dem Fahrzeugzusatzgerät 22 zugeführt wird. Die Stromversorgungseinheit 1A kann gemäß der obigen Sequenz elektrischen Strom gleichzeitig der Hochspannungsbatterie BH, der Niederspannungsbatterie BL und dem Fahrzeugzusatzgerät 22 von dem externen Niederspannungsladegerät CL zuführen.
  • Nun wird die Sequenz zur Durchführung des externen Ladens durch das externe Hochspannungsladegerät CL in der Stromversorgungseinheit 1A erläutert. Zunächst ist die Sequenz der elektrischen Stromzufuhr zu dem Fahrzeugzusatzgerät 22, während das Laden der Hochspannungsbatterie BH mittels des externen Hochspannungsladegeräts CH durchgeführt wird, die gleiche wie die Sequenz, die im Bezug auf 4 erläutert ist. In anderen Worten, indem veranlasst wird, dass in der VCU 30 der Herabstufbetrieb ausgeführt wird, wird elektrischer Strom von dem externen Hochspannungsladegerät CH dem Fahrzeugzusatzgerät 22 über die VCU 30 zugeführt, während elektrischer Strom direkt von dem externen Hochspannungsladegerät CH der Hochspannungsbatterie BH zugeführt wird (siehe S11 in 4). Wenn darüber hinaus die Stromversorgungseinheit 1A in der vorliegenden Ausführung durch diese Konfiguration das Herabstufen der Stromversorgung durchführt, wird elektrischer Strom von dem externen Hochspannungsladegerät CH dem Fahrzeugzusatzgerät 22 sowie auch der Niederspannungsbatterie BL über die VCU 30 zugeführt. Die Stromversorgungseinheit 1A kann elektrischen Strom gleichzeitig der Hochspannungsbatterie BH und der Niederspannungsbatterie BL von dem externen Hochspannungsladegerät CH gemäß der obigen Sequenz zuführen.
  • Nun wird eine Sequenz zur Durchführung des Ladens der Hochspannungsbatterie BH durch die Niederspannungsbatterie BL in der Stromversorgungseinheit 1A, während das Fahrzeug fährt, erläutert. 7 ist ein Flussdiagramm, das eine spezifische Sequenz des Ladens der Hochspannungsbatterie BH zeigt, während das Fahrzeug fährt. Der in 7 gezeigte Prozess wird in der ECU 60A ausgeführt, während das Fahrzeug fährt, d.h. in einem Zustand, in dem keines der externen Ladegeräte CH, CL angeschlossen ist, in Antwort darauf, dass eine Ladeanforderung der Hochspannungsbatterie BH erzeugt wird. Hier ist ein Fall, in dem eine Ladeanforderung der Hochspannungsbatterie BH erzeugt wird, zum Beispiel ein Fall, in dem der SOC der Hochspannungsbatterie BH beträchtlich abnimmt und der SOC der Niederspannungsbatterie BL nahezu vollgeladen ist.
  • Zuerst erfasst in S21 die ECU 60A die Spannung in der Hochspannungsbatterie BH und der Niederspannungsbatterie BL mittels der Detektionssignale bh, bl von den Sensoreinheiten SH, SL und bewertet, ob die Spannung dieser Hochspannungsbatterie BH niedriger ist als die Spannung der Niederspannungsbatterie BL oder nicht. Die ECU 60A geht zu S22 weiter, falls das Bewertungsergebnis in S21 JA ist, und geht zu S23 weiter, falls es NEIN ist.
  • In S22 veranlasst die ECU 60A, dass der Betrieb der VCU 30 stoppt, führt das Bypass-Laden mittels der Bypass-Schaltung 70 aus und geht zu S24 weiter. Falls mit der Stromversorgungseinheit 1A die Spannung der Hochspannungsbatterie BH niedriger ist als die Spannung der Niederspannungsbatterie BL, wird, wenn der Betrieb der VCU 30 unterbrochen wird, elektrischer Strom von der Niederspannungsbatterie BL der Hochspannungsbatterie BH über die Bypass-Leitung 71 zugeführt, wodurch die Hochspannungsbatterie BH geladen wird. Es sollte angemerkt werden, dass während der Ausführung dieses Bypass-Ladens der elektrische Strom von der Niederspannungsbatterie BL der Hochspannungsbatterie BH über die Bypass-Leitung 71 zugeführt wird.
  • In S23 führt die ECU 60A das Hochstuf-Laden zum Laden der Hochspannungsbatterie BH aus, indem sie veranlasst, dass der Hochstufbetrieb in der VCU 30 ausgeführt wird, und elektrischer Strom von der Niederspannungsbatterie BL der Hochspannungsbatterie BH mittels der Hochstuffunktion der VCU 30 zugeführt wird, und geht dann zu S24 weiter. Es sollte angemerkt werden, dass die spezifische Sequenz des Hochstuf-Ladens in S23 die gleiche ist wie S4 in 2; daher wird eine detaillierte Erläuterung weggelassen.
  • In S24 bewertet die ECU 60A, ob das Laden der Hochspannungsbatterie BH abgeschlossen ist oder nicht. Die ECU 60A berechnet die jeweiligen SOCs der Batterien BH, BL mittels der Detektionssignale bl, bl von den Sensoreinheiten SH, SL und bewertet mittels dieser SOCs, ob das Laden der Hochspannungsbatterie BH abgeschlossen ist oder nicht. Die ECU 60A beendet den Prozess in 7, falls das Bewertungsergebnis in S24 JA ist, und kehrt zu S21 zurück, falls es NEIN ist.
  • Gemäß der Stromversorgungseinheit 1A der vorliegenden Ausführung erhält man die folgenden Effekte:
    • (7) Die Stromversorgungseinheit 1A sieht die Bypass-Leitung 71 vor, die die Hochspannungsschaltung 10 mit der Niederspannungsschaltung 20A unter Umgehung der VCU 30 verbindet, und sieht die Bypass-Diode 72 an dieser Bypass-Leitung 71 vor, um elektrischen Strom von der Niederspannungsschaltung 20A-Seite zu der Hochspannungsschaltung 10-Seite zu leiten. Falls dann während des Ladens der Hochspannungsbatterie BH durch die Niederspannungsbatterie BL die Spannung der Niederspannungsbatterie BL höher ist als die Spannung der Hochspannungsbatterie BH, veranlasst die ECU 60A, dass der Betrieb der VCU 30 stoppt, und führt elektrischen Strom von der Niederspannungsbatterie BL der Hochspannungsbatterie BH über die Bypass-Leitung 71 unter Nutzung dieser Potentialdifferenz zu. Weil es daher mit der Stromversorgungseinheit 1A möglich ist, elektrischen Strom von der Niederspannungsbatterie BL der Hochspannungsbatterie BH unter Umgehung der VCU 30 während niedriger Spannung der Hochspannungsbatterie BH zuzuführen, kann der Verlust während des Ladens, dem die Niederspannungsbatterie BL als elektrische Stromversorgungsquelle unterliegt, im Verhältnis hierzu reduziert werden.
    • (8) Die Stromversorgungseinheit 1A führt während des externen Ladens durch das externe Hochspannungsladegerät CH elektrischen Strom von dem externen Hochspannungsladegerät HC der Niederspannungsbatterie BL zu, indem sie veranlasst, dass die VCU 30 den Herabstufbetrieb ausführt, während elektrischer Strom von dem externen Hochspannungsladegerät CH direkt der Hochspannungsbatterie BH zugeführt wird, ohne durch die VCU 30 hindurchzugehen. Falls das externe Hochspannungsladegerät CH verwendet wird, wird es hierdurch möglich, ein verlustarmes externes Laden an zumindest der Hochspannungsbatterie BH zu realisieren, ohne durch die VCU 30 hindurchzugehen. Andererseits wird, während des externen Ladens mit dem externen Niederspannungsladegerät CL, elektrischer Strom direkt an dem externen Niederspannungsladegerät CL der Niederspannungsbatterie BL zugeführt, ohne durch die VCU 30 hindurchzugehen, während elektrischer Strom von dem externen Niederspannungsladegerät CL der Hochspannungsbatterie BH in Abhängigkeit von deren Spannung über die VCU 30 oder die Bypass-Leitung 71 zugeführt wird. Falls das externe Niederspannungsladegerät CL verwendet wird, wird es hierdurch möglich, externes Laden, das Verluste so weit wie möglich reduziert, auch an der Hochspannungsbatterie BH in Abhängigkeit von deren Spannung zu realisieren, während ein verlustarmes externes Laden an der Niederspannungsbatterie BL realisiert wird, ohne durch die VCU 30 hindurchzugehen.
  • Obwohl oben eine Ausführung der vorliegenden Erfindung erläutert worden ist, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Die Konfigurationen von Details können innerhalb des Umfangs der Idee der vorliegenden Erfindung nach Bedarf modifiziert werden.
  • Zum Beispiel wird, im in 2 gezeigten Prozess der oben erwähnten ersten Ausführung, die Spannung der Hochspannungsbatterie BH, die mittels der Sensoreinheit SH erfasst wird, mit der Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts CL in S1 und/oder S3 verglichen; jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Die Spannung der Hochspannungsbatterie BH hat eine positive Korrelation zum SOC der Hochspannungsbatterie BH. In anderen Worten, wenn die Spannung der Hochspannungsbatterie BH ansteigt, steigt auch ihr SOC an. Daher erhält man in den vorgenannten S1 und/oder S3 einen ähnlichen Effekt auch dann, wenn der SOC der Hochspannungsbatterie BH, der mittels der Sensoreinheit SH erfasst wird, mit dem Bestimmungswert verglichen wird, der der Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts CL zugeordnet ist.
  • Darüber hinaus wird im in 7 gezeigten Prozess der oben erwähnten zweiten Ausführung zum Beispiel die Spannung der Hochspannungsbatterie BH mit der Spannung der Niederspannungsbatterie BL, die mittels der Sensoreinheiten SH, SL erfasst werden, in S21 verglichen; jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Die jeweiligen Spannungen der Batterien BH, BL haben positive Korrelationen zu den jeweiligen SOCs, wie oben beschrieben. Daher erhält man die gleichen Effekte auch dann, wenn im oben erwähnten S21 der SOC der Hochspannungsbatterie BH, der mittels der Sensoreinheit SH erfasst wird, mit dem Bestimmungswert verglichen wird, der der Spannung der Niederspannungsbatterie BL zugeordnet ist.
    • V, VA
    elektrisches Fahrzeug (Fahrzeug)
    1, 1A
    Stromversorgungseinheit
    10
    Hochspannungsschaltung (erste Schaltung)
    BH
    Hochspannungsbatterie (erste elektrische Speichervorrichtung)
    17
    externer Hochspannungsanschluss
    SH
    Sensoreinheit (erstes Ladeparametererfassungsmittel)
    20, 20A
    Niederspannungsschaltung (zweite Schaltung)
    22
    Fahrzeugzusatzgerät
    27
    externer Niederspannungsanschluss
    BL
    Niederspannungsbatterie BL (zweite elektrische Speichevorrichtung)
    SL
    Sensoreinheit
    30
    VCU 30 (Spannungswandler)
    31
    positiver Niederspannungsanschluss
    32
    negativer Niederspannungsanschluss
    33
    positiver Hochspannungsanschluss
    34
    negativer Hochspannungsanschluss
    70
    Bypass-Schaltung
    71
    Bypass-Leitung (Bypass-Leitung)
    72
    Bypass-Diode (Diode)
    60, 60A
    ECU (Steuervorrichtung)
    CH
    externes Hochspannungsladegerät (erstes externes Ladegerät)
    CL
    externes Niederspannungsladegerät (zweites externes Ladegerät)
  • Es wird eine Stromversorgungseinheit für ein Fahrzeug angegeben, die während des Ladens Verlust reduzieren kann. Die Stromversorgungseinheit (1) für ein Fahrzeug (V) enthält: Eine Hochspannungsschaltung (10), an der eine Hochspannungsbatterie (BH) vorgesehen ist; eine Niederspannungsschaltung (20), an der externe Niederspannungsanschlüsse (27) vorgesehen sind, mit denen ein externes Niederspannungsladegerät (CL) verbunden wird; eine VCU (30), die zwischen der Hochspannungsschaltung (10) und der Niederspannungsschaltung (20) vorgesehen ist; eine ECU (60), die die VCU (30) und eine Gatetreiberschaltung (50) steuert; eine Bypass-Leitung (71), die die Hochspannungsschaltung (10) mit der Niederspannungsschaltung (20) unter Umgehung der VCU (30) verbindet; sowie eine Bypass-Diode (72), die in der Bypass-Leitung (71) vorgesehen ist und elektrischen Strom von der Niederspannungsschaltung (20)-Seite zu der Hochspannungsschaltung (10)-Seite durchlässt. Während des externen Ladens mittels des externen Niederspannungsladegeräts (CL) veranlasst die ECU (60), dass die VCU (30) stoppt, und führt elektrischen Strom von dem externen Niederspannungsladegerät (CL) der Hochspannungsbatterie (BH) über die Bypass-Leitung (71) zu, falls die Spannung der Hochspannungsbatterie (BH) niedriger ist als die Ladespannung des externen Niederspannungsladegeräts (CL).
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2017117009 [0001]

Claims (8)

  1. Stromversorgungseinheit für ein Fahrzeug, welche aufweist: eine erste Schaltung, an der eine erste elektrische Speichervorrichtung vorgesehen ist; eine zweite Schaltung, mit der ein zweites externes Ladegerät verbunden ist; einen Spannungswandler, der eine Hochstuffunktion aufweist, um die erste Schaltung mit der zweiten Schaltung zu verbinden, eine an eine Seite der zweiten Schaltung angelegte Spannung zu verstärken und zu einer Seite der ersten Schaltung auszugeben; eine Steuervorrichtung, die den Spannungswandler steuert; ein erstes Ladeparameter-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Werts eines ersten Ladeparameters, der eine Korrelation zu einer Lademenge der ersten elektrischen Speichervorrichtung aufweist; eine Bypass-Leitung, die die erste Schaltung mit der zweiten Schaltung verbindet, um den Spannungswandler zu umgehen; und eine Diode, die an der Bypass-Leitung vorgesehen ist und veranlasst, dass elektrischer Strom von der Seite der zweiten Schaltung zu der Seite der ersten Schaltung fließt, wobei die Steuervorrichtung, während des externen Ladens durch das zweite externe Ladegerät, den Spannungswandler stoppt und elektrischen Strom von dem zweiten externen Ladegerät der ersten elektrischen Speichervorrichtung über die Bypass-Leitung zuführt, falls der Wert des ersten Ladeparameters kleiner als ein der Ladespannung des zweiten Ladegeräts zugeordneter Bestimmungswert ist.
  2. Die Stromversorgungseinheit für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung, während des externen Ladens durch das zweite externe Ladegerät, elektrischen Strom von dem zweiten externen Ladegerät der ersten elektrischen Speichervorrichtung zuführt, indem sie veranlasst, dass der Hochstufbetrieb in dem Spannungswandler ausgeführt wird, falls der Wert des ersten Ladeparameters zumindest den Bestimmungswert einnimmt.
  3. Stromversorgungseinheit für ein Fahrzeug, welche aufweist: eine erste Schaltung, an der eine erste elektrische Speichervorrichtung vorgesehen ist; eine zweite Schaltung, mit der ein zweites externes Ladegerät verbunden ist; einen Spannungswandler, der eine Hochstuffunktion aufweist, um die erste Schaltung mit der zweiten Schaltung zu verbinden, eine an eine Seite der zweiten Schaltung angelegte Spannung zu verstärken und zu einer Seite der ersten Schaltung auszugeben; eine Steuervorrichtung, die den Spannungswandler steuert; eine Bypass-Leitung, die die erste Schaltung mit der zweiten Schaltung verbindet, um den Spannungswandler zu umgehen; und eine Diode, die an der Bypass-Leitung vorgesehen ist und veranlasst, dass elektrischer Strom von der Seite der zweiten Schaltung zu der Seite der ersten Schaltung fließt, wobei eine Spannung während voller Ladung der ersten elektrischen Speichervorrichtung höher ist als eine Ladespannung des zweiten externen Ladegeräts, und wobei die Steuervorrichtung während des externen Ladens durch das zweite externe Ladegerät zunächst veranlasst, dass der Spannungswandler stoppt, und elektrischen Strom von dem zweiten externen Ladegerät der ersten elektrischen Speichervorrichtung über die Bypass-Leitung zuführt, und anschließend, bis die erste elektrische Speichervorrichtung volle Ladung erreicht, die Ausführung eines Hochstufbetriebs in dem Spannungswandler veranlasst und elektrischen Strom von dem zweiten externen Ladegerät der ersten elektrischen Speichervorrichtung zuführt.
  4. Die Stromversorgungseinheit für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Spannungswandler ferner eine Herabstuffunktion aufweist, um eine an die Seite der ersten Schaltung angelegte Spannung zu senken und an die Seite der zweiten Schaltung auszugeben, wobei ein Fahrzeugzusatzgerät mit der zweiten Schaltung verbunden ist, und wobei dem Fahrzeugzusatzgerät elektrischer Strom von dem zweiten externen Ladegerät während des externen Ladens von dem zweiten externen Ladegerät zugeführt wird, und elektrischer Strom von der ersten elektrischen Speichervorrichtung zugeführt wird, indem veranlasst wird, dass während der Fahrt des Fahrzeugs der Herabstufbetrieb in dem Spannungswandler ausgeführt wird.
  5. Die Stromversorgungseinheit für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein erstes externes Ladegerät, das eine höhere Ladespannung als das zweite externe Ladegerät hat, mit der ersten Schaltung verbunden wird, und wobei während des externen Ladens mittels des ersten externen Ladegeräts elektrischer Strom von dem ersten Ladegerät der ersten elektrischen Speichervorrichtung zugeführt wird.
  6. Die Stromversorgungseinheit für ein Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei das erste externe Ladegerät, das eine höhere Ladespannung als die zweite externe Ladespannung hat, mit der ersten Schaltung verbunden wird; und wobei die Steuervorrichtung, während des externen Ladens durch das erste externe Ladegerät, elektrischen Strom von dem ersten externen Ladegerät dem Fahrzeugzusatzgerät zuführt, indem sie veranlasst, dass der Spannungswandler den Herabstufbetrieb ausführt.
  7. Die Stromversorgungseinheit nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine zweite elektrische Speichervorrichtung, die während voller Ladung eine niedrigere Spannung hat als die erste elektrische Speichervorrichtung, an der zweiten Schaltung vorgesehen ist; und wobei der zweiten elektrischen Speichervorrichtung elektrischer Strom von dem ersten externen Ladegerät zugeführt wird, indem veranlasst wird, dass der Spannungswandler während des externen Ladens durch das erste externe Ladegerät den Herabstufbetrieb ausführt, und elektrischer Strom von dem zweiten elektrischen Ladegerät während des externen Ladens durch das zweite externe Ladegerät zugeführt wird.
  8. Stromversorgungseinheit für ein Fahrzeug, welche aufweist: eine erste Schaltung, an der eine erste elektrische Speichervorrichtung vorgesehen ist; eine zweite Schaltung, an der eine zweite elektrische Speichervorrichtung vorgesehen ist; einen Spannungswandler, der eine Hochstuffunktion hat, um die erste Schaltung mit der zweiten Schaltung zu verbinden, und eine an eine Seite der zweiten Schaltung angelegte Spannung zu verstärken und an eine Seite der ersten Schaltung auszugeben; ein erstes Ladeparametererfassungsmittel zum Erfassen eines Werts eines ersten Ladeparameters, der eine Korrelation zu einer Lademenge der ersten elektrischen Speichervorrichtung aufweist; eine Steuervorrichtung, die den Spannungswandler steuert; eine Bypass-Leitung, die die erste Schaltung mit der zweiten Schaltung verbindet, um den Spannungswandler zu umgehen; sowie eine Diode, die an der Bypass-Leitung vorgesehen ist und veranlasst, dass elektrischer Strom von der Seite der zweiten Schaltung zu der Seite der ersten Schaltung fließt, wobei die Steuervorrichtung während des Ladens der ersten elektrischen Speichervorrichtung durch die zweite elektrische Speichervorrichtung veranlasst, dass der Spannungswandler stoppt, und elektrischen Strom von der zweiten elektrischen Speichervorrichtung der ersten elektrischen Speichervorrichtung über die Bypass-Leitung zuführt, falls ein Wert des ersten Ladeparameters kleiner als ein der Spannung der zweiten elektrischen Speichervorrichtung zugeordneter Bestimmungswert ist.
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