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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft das Gebiet der Ladesysteme für elektrifizierte Fahrzeuge. Insbesondere bezieht sich die Offenbarung auf ein Verfahren zum Verhindern eines unbeabsichtigten Hochspannungszustands an einem Ladeanschluss.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Um den Verbrauch von fossilen Brennstoffen zu reduzieren, haben elektrifizierte Fahrzeuge an Beliebtheit zugenommen. Einige elektrifizierte Fahrzeuge laden fahrzeuginterne Batterien mit Energie aus stationären Quellen, wie etwa dem Versorgungsnetz, wenn sie nicht in Betrieb sind. Oft werden die Fahrzeuge nur während einiger Stunden am Tag gefahren, was ausreichend Zeit ermöglicht, um während anderer Zeiten wieder aufgeladen zu werden. Jedoch ist es für Fahren im Gelände wertvoll, das Fahrzeug schnell wieder aufladen zu können. Um diesem Bedarf nachzukommen, beinhalten Fahrzeuge Schnellladesysteme, die hohe DC-Strompegel von geeigneten stationären Ladeausrüstungen annehmen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung eines Schnellladesystems eines elektrifizierten Fahrzeugs.
- 2 ist ein Ablaufdiagramm für einen Prozess zum Überprüfen des Status von beiden Schützen in dem Hochspannungsschalter aus 1 während nicht-Ladebetrieb.
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Die 3-6 sind Ablaufdiagramme für einen Prozess zum getrennten Überprüfen des Status der Schütze in dem Hochspannungsschalter aus 1 bei Abschluss des Ladens.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hierin offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen veranschaulichter Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
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1 veranschaulicht ein Schnellladesystem eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug beinhaltet einen DC-Hauptbus, der einen positiven Leiter 10 und einen negativen Leiter 12 umfasst. Ein oder mehrere Wechselrichter 14 sind mit dem DC-Bus verbunden, um Kraftfahrzeuge für Fahrzeugantrieb anzutreiben. Das Batteriepack umfasst Batteriezellen 16 und 18. Obwohl 1 zwei Zellen seriell zeigt, kann die Anzahl und Anordnung von Zellen variieren. Die Batteriezellen beinhalten interne Schütze 20, 22, 24 und 26. Wenn die Zellen seriell sind, wie in 1 gezeigt, müssen alle Schütze für die Batterien geschlossen sein, um elektrisch mit dem Bus verbunden zu sein. Ein oder mehrere dieser internen Schütze können als Hauptschütz bezeichnet sein, die durch eine Steuerung geöffnet und geschlossen werden, um Antrieb zu ermöglichen. Mehrere Trennungen stellen Redundanz bereit, falls sich eines nicht öffnet, wenn ein Befehl dazu ausgegeben wird.
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Der DC-Bus ist über einen Schnellladeschalter 32 mit dem Ladeanschluss 30 verbunden. Der Ladeanschluss 30 kann ebenfalls mit einer Ladekomponente mit einer standardmäßigen Rate, die nicht gezeigt ist, verbunden sein. Der Ladeschalter 32 beinhaltet einen positiven Verbindungsstecker 34 und einen negativen Verbindungsstecker 36, die sich als Reaktion auf Befehle von einer Steuerung jeweils öffnen oder schließen. Die Verbindungsstecker 34 und 36 müssen beide geschlossen sein, um den Ladeanschluss 30 elektrisch mit dem DC-Bus zu verbinden. Wenn das Fahrzeug nicht lädt, wird den Verbindungssteckern 34 und 36 üblicherweise befohlen, sich zu öffnen, um den Ladeanschluss 30 elektrisch von dem DC-Bus zu isolieren. Die Ladestation 38 ist eine stationäre Leistungsquelle, die mit dem Versorgungsnetz oder einer anderen Quelle elektrischer Leistung verbunden ist. Die Ladestation 38 beinhaltet einen Ladestecker 40, der an einen Fahrzeugladeanschluss 30 angeschlossen ist. Der Ladeanschluss 30 kann eine Verriegelungsvorrichtung beinhalten, die durch die Steuerung aktiviert wird, um Trennen des Ladesteckers während eines Ladebetriebs zu verhindern. Der Ladeanschluss 30 kann ebenfalls Warnlichter oder andere Mittel zum Informieren des Fahrzeugführers über den Systemstatus beinhalten.
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Bei normalem Betrieb können die Schütze vollständig offen oder vollständig geschlossen sein. Wenn sie vollständig offen sind, fließt kein Strom durch das Schütz. Wenn sie vollständig geschlossen sind, ist der Widerstand unerheblich, und der Spannungsabfall über das Schütz ist unerheblich. Unter einigen Bedingungen kann ein Schütz verschweißt werden. Zum Beispiel, falls sich ein Schütz leicht öffnet während ein Hochstrom fließt, kann genug Hitze erzeugt werden, um das Material zu schmelzen und den Zwischenraum zu überbrücken. Falls dies passiert, öffnet sich das Schütz nicht vollständig, wenn dies befohlen wird. Im Gegensatz zu einem vollständig geschlossenen Schütz weist ein verschweißtes Schütz einen nicht unerheblichen Widerstand auf. Im Gegensatz zu einem vollständig offenen Schütz ermöglicht ein verschweißtes Schütz Hochstromfluss und einen relativ niedrigen Spannungsabfall.
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Falls beide Schütze 34 und 36 verschweißt werden, ist eine Spannung nahe der DC-Busspannung am Ladeanschluss 30 während normalem Fahrzeugbetrieb vorhanden. Ein Verfahren zum Verhindern dieses Umstandes ist, jedes Schütz regelmäßig zu überprüfen, wie etwa am Ende von jedem Ladezyklus. Falls eines der Schütze verschweißt ist, kann das Schnelllademerkmal deaktiviert werden, was die Wahrscheinlichkeit dessen, dass das andere Schütz verschweißt wird, dramatisch verringert. Jedoch gibt es Umstände unter denen beide Schütze verschweißt werden können. Zum Beispiel, falls beiden während eines Schnellladebetriebs befohlen wird, sich zu öffnen, um den Schnellladebetrieb abzubrechen, können beide einem Intervall mit Hochstrom ausgesetzt sein, während sie nur leicht offen sind.
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2 veranschaulicht einen Prozess zum Testen, ob beide Schütze 34, und 36 verschweißt wurden. Dieser Prozess wird wiederholt während normalem Fahrzeugbetrieb (nicht ladend) ausgeführt. Bei 42 wartet der Prozess darauf, dass die nächste Überprüfung eingeleitet wird. Dies kann zum Beispiel in regelmäßigen Intervallen als Reaktion auf ein Unterbrechungssignal passieren. Es gibt mehrere Vorbedingungen für diesen Prozess. Bei 44 überprüft die Steuerung, ob den Schützen 34 und 36 in dem Schnellladeschalter 32 befohlen wurde, sich zu öffnen. Bei 46 überprüft die Steuerung, ob allen der internen Batterieschütze befohlen wurde, sich zu schließen. Bei 48 überprüft die Steuerung, ob ein Ladestecker eingesteckt wurde. Falls eine dieser Vorbedingungen nicht erfüllt ist, kehrt die Steuerung zu 42 zurück und wartet auf den nächsten Zyklus.
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Bei 50 misst die Steuerung die Anschlussspannung unter Verwendung von Spannungssensoren in dem Schnellladeschalter auf der Ladeanschlussseite der Schütze. Der Spannungssensor verbindet die Ladeanschlussleiter mit einer Referenzspannung durch einen Referenzwiderstand, der derart ausgewählt ist, dass der Strom einfach, jedoch nicht übermäßig, gemessen wird. Falls das entsprechende Schütz wie befohlen offen ist, fließt kein Strom durch den Referenzwiderstand und die Spannung entspricht der Referenzspannung. Falls das entsprechende Schütz verschweißt ist, ist die gemessene Spannung ungefähr gleich wie die des entsprechenden Leiters des DC-Bus. Bei 52 misst die Steuerung den Spannungsunterschied zwischen den Leitern 10 und 12 des DC-Bus. Bei 54 vergleicht die Steuerung den Unterschied zwischen diesen Messungen mit einem vorbestimmten Schwellenwert. Es wird ein Schwellenwert von etwa 20 V vorgeschlagen. Falls der Unterschied größer ist als der Schwellenwert, wird keine weitere Handlung vorgenommen. Mindestens eines der Schütze ist wie befohlen offen.
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Falls der Unterschied weniger ist als der Schwellenwert, schließt die Steuerung daraus, dass beide Schütze verschweißt sind. Es werden mehrere Schritte unternommen, um zu verhindern, dass der Ladestecker der DC-Busspannung ausgesetzt wird. Bei 56 wird mindestens einem der internen Batterieschütze befohlen, sich zu öffnen. Dies isoliert den DC-Bus von der Batteriespannung. Bei 58 wird ein Code in der Steuerung eingestellt, der verhindert, dass das Batterieschütz als Reaktion auf einen Fahrzeugeinschaltbefehl wieder geschlossen wird. Bei 60 wird ein Fehlercode in dem Steuerungsspeicher eingestellt, um Wartungspersonal anzugeben, warum das Fahrzeug deaktiviert ist. Schlussendlich werden bei 62 ein oder mehrere Warnlichter erleuchtet, um den Fahrzeugführer darauf hinzuweisen, dass ein Fehler aufgetreten ist. Diese Lichter können Statuslichter auf dem Ladeanschluss und Statuslichter auf dem Fahrzeugarmaturenbrett beinhalten.
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Die 3 bis 6 veranschaulichen ein Verfahren zur individuellen Überprüfung der Schütze 34 und 36, zum Beispiel bei Abschluss des Ladens. Da den Schützen befohlen wird, während des Prozesses den Zustand zwischen offen und geschlossen zu wechseln, sollte der Prozess nicht durchgeführt werden, während Hochstrom fließt. Es gibt mehrere Vorbedingungen für diesen Prozess, wie bei 70 in 3 angegeben. Als erstes sollte den internen Batterieschützen befohlen sein, sich zu schließen. Der Batterieschützbefehl wird durch das Symbol BattChrgCnnct_B_Cmd angegeben. Zweitens sollte den Schützen 34 und 36 anfänglich befohlen werden, sich zu schließen. Diese Befehle werden durch die Symbole DCPOS_RLY bzw. DCNEG_RLY angegeben. Schlussendlich sollte der Strom, der durch einen beliebigen Ladestecker bereitgestellt wird, weniger sein als ein Schwellenwert, wie etwa 5 Amp. Dieser Strom wird durch das Symbol EVSEPresentCurrent angegeben. In diesen Figuren bezeichnen die Symbole VSENSE_DCPOS und VSENSE_DCNEG die erfasste Spannung an der Ladeanschlussseite des jeweiligen Schützes. Das Symbol HtrnAin_Uhi_Actl bezeichnet die erfasste Spannung über die Leiter des DC-Bus.
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Wenngleich vorstehend Ausführungsbeispiele beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
