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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft Fahrzeugsysteme und Verfahren zum dynamischen Steuern des Ladens von Hilfsbatterien elektrifizierter Fahrzeuge.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Der Wunsch, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen beim Automobil zu reduzieren, ist hinreichend dokumentiert. Es werden elektrifizierte Fahrzeuge entwickelt, welche die Abhängigkeit von Brennkraftmaschinen verringern oder vollständig beseitigen. Im Allgemeinen unterscheiden sich elektrifizierte Fahrzeuge dadurch von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, dass sie selektiv durch eine oder mehrere batteriebetriebene elektrische Maschinen angetrieben werden können. Herkömmliche Kraftfahrzeuge sind im Gegensatz dazu vollständig auf die Brennkraftmaschine angewiesen, um das Fahrzeug anzutreiben.
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Elektrifizierte Fahrzeuge können ein Hochspannungstraktionsbatteriepack beinhalten, um verschiedene Hochspannungsverbraucher des Fahrzeugs mit Energie zu versorgen, und eine Hilfsbatterie, um verschiedene Niederspannungsverbraucher des Fahrzeugs mit Energie zu versorgen. Das Hochspannungsbatteriepack und die Niederspannungshilfsbatterie einiger elektrifizierter Fahrzeuge, wie etwa Batterieelektrofahrzeuge (Battery Electric Vehicles - BEV) und Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (Plug-in Hybrid Electric Vehicles - PHEV), werden typischerweise unter Verwendung von Energie aus einem Versorgernetz oder einer anderen externen Leistungsquelle geladen. Während einiger Hilfsbatterieladebedingungen kann die Leistung, die von einem Leistungswandler entnommen wird, größer sein als die Leistung, die vom Ladesystem bereitgestellt wird, wodurch hypothetisch das Hochspannungsbatteriepack entladen wird, um das Niederspannungsladen zu unterstützen.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Verfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem Steuern des Ladens einer Niederspannungsbatterie eines elektrifizierten Fahrzeugs mit einem Fahrzeugladesystem. Das Steuern des Ladens beinhaltet ein dynamisches Einstellen eines Niederspannungssollwerts eines Leistungswandlers des elektrifizierten Fahrzeugs während eines Ladevorgangs.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens legt der Niederspannungssollwert fest, wie viel Leistung vom Leistungswandler zum Laden der Niederspannungsbatterie während des Ladevorgangs entnommen wird.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren wird das Steuern durchgeführt, wenn ein Ladezustand (State Of Charge - SOC) der Niederspannungsbatterie unter einem vordefinierten Schwellenwert liegt.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren wird das Steuern durchgeführt, wenn das elektrifizierte Fahrzeug angeschlossen ist.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren wird das Steuern durchgeführt, wenn ein vordefinierter Zeitraum seit dem Laden eines Hochspannungsbatteriepacks des elektrifizierten Fahrzeugs verstrichen ist.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet das dynamische Einstellen des Niederspannungssollwerts ein Erhöhen des Niederspannungssollwerts, wenn eine Ladeannahme der Niederspannungsbatterie unter einem ersten vordefinierten Schwellenwert liegt und ein Ladezustand der Niederspannungsbatterie unter einem zweiten vordefinierten Schwellenwert liegt.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Erhöhen des Niederspannungssollwerts ein Erhöhen des Niederspannungssollwerts um einen kalibrierten Wert.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet das dynamische Einstellen des Niederspannungssollwerts ein Senken des Niederspannungssollwerts, wenn eine Ladeannahme der Niederspannungsbatterie über einem ersten vordefinierten Schwellenwert liegt und eine Leistungsentnahme des Leistungswandlers über einer Leistungsabgabe einer Versorgungsgerätebaugruppe für Elektrofahrzeuge liegt.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Senken des Niederspannungssollwerts ein Senken des Niederspannungssollwerts um einen kalibrierten Wert.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet das dynamische Einstellen des Niederspannungssollwerts ein Senken des Niederspannungssollwerts, wenn eine Leistungsentnahme des Leistungswandlers eine Leistungsabgabe einer Versorgungsgerätebaugruppe für Elektrofahrzeuge übersteigt.
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Ein Fahrzeugladesystem für ein elektrifiziertes Fahrzeug gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem eine Niederspannungsbatterie, um Niederspannungsverbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs mit Energie zu versorgen, und einen Leistungswandler. Ein Steuersystem ist dazu konfiguriert, einen Niederspannungssollwert des Leistungswandlers automatisch zu senken, wenn eine Ladeannahme der Niederspannungsbatterie einen vordefinierten Schwellenwert übersteigt, und den Niederspannungssollwert automatisch zu erhöhen, wenn die Ladeannahme unter dem vordefinierten Schwellenwert liegt.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Fahrzeugladesystems legt der Niederspannungssollwert fest, wie viel Leistung vom Leistungswandler zum Laden der Niederspannungsbatterie während eines Ladevorgangs entnommen wird.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Fahrzeugladesysteme ist der Leistungswandler ein DC-DC-Wandler.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Fahrzeugladesysteme beinhaltet das System eine Hochspannungsbatterie, um Hochspannungsverbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs mit Energie zu versorgen.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Fahrzeugladesysteme ist das Steuersystem dazu konfiguriert, den Niederspannungssollwert des Leistungswandlers zu senken, wenn eine Leistungsentnahme des Leistungswandlers eine Leistungsabgabe einer Versorgungsgerätebaugruppe für Elektrofahrzeuge übersteigt.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Fahrzeugladesysteme ist das Steuersystem dazu konfiguriert, den Niederspannungssollwert um einen kalibrierten Wert entweder zu erhöhen oder zu senken.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Fahrzeugladesysteme ist der kalibrierte Wert ein fester, inkrementeller Wert.
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Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorangehenden Absätze, der Ansprüche oder der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnungen einschließlich Aspekten oder jeweiliger individueller Merkmale können unabhängig oder in Kombination herangezogen werden. Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, gelten für alle Ausführungsformen, es sei denn, diese Merkmale sind nicht kompatibel.
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Die unterschiedlichen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Zeichnungen lassen sich wie folgt kurz beschreiben.
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Figurenliste
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- 1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines elektrifizierten Fahrzeugs.
- 2 veranschaulicht schematisch ein Fahrzeugladesystem eines elektrifizierten Fahrzeugs.
- 3 veranschaulicht schematisch ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Ladens einer Niederspannungsbatterie eines elektrifizierten Fahrzeugs durch dynamisches Einstellen eines Niederspannungssollwerts eines Leistungswandlers des elektrifizierten Fahrzeugs.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Diese Offenbarung beschreibt Fahrzeugsysteme und Verfahren zum Steuern des Ladens einer Hilfs- (d. h. Niederspannungs-)batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Ein beispielhaftes Ladeverfahren kann einen Niederspannungssollwert eines Leistungswandlers (z. B. eines DC-DC-Wandlers) während der Niederspannungsunterstützung dynamisch einstellen. Die vorgestellten Systeme und Verfahren stellen eine eingeschränkte Niederspannungsunterstützung bereit, indem sie eine Leistungsentnahme des Leistungswandlers während der Niederspannungsunterstützung auf einem angemessenen Niveau steuern. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Absätzen dieser detaillierten Beschreibung genauer besprochen.
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1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrifiziertes Fahrzeug 12. In einer Ausführungsform ist das elektrifizierte Fahrzeug 12 ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV). In einer anderen Ausführungsform ist das elektrifizierte Fahrzeug ein Batterieelektrofahrzeug (BEV).
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In einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein Antriebsstrangsystem mit Leistungsverzweigung, das ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste Antriebssystem kann eine Kombination aus einem Motor 14 und einem Generator 18 (d. h. eine erste elektrische Maschine) beinhalten. Das zweite Antriebssystem beinhaltet mindestens einen Motor 22 (d. h. eine zweite elektrische Maschine) und ein Batteriepack 24. Bei diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als ein elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 betrachtet. Das erste und zweite Antriebssystem erzeugen Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 anzutreiben. Wenngleich in 1 eine Konfiguration mit Leistungsverzweigung dargestellt ist, erstreckt sich die vorliegende Offenbarung auf ein beliebiges Hybrid- oder Elektrofahrzeug, einschließlich Vollhybrid-, Parallelhybrid-, Reihenhybrid-, Mildhybrid-, Mikrohybridfahrzeuge usw.
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Der Motor 14, der in einer Ausführungsform eine Brennkraftmaschine ist, und der Generator 18 können durch eine Kraftübertragungseinheit 30, wie beispielsweise ein Planetengetriebe, verbunden sein. Selbstverständlich können andere Arten von Kraftübertragungseinheiten, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet werden, um den Motor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nichteinschränkenden Ausführungsform ist die Kraftübertragungseinheit 30 ein Planetengetriebe, das ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 beinhaltet.
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Der Generator 18 kann von dem Motor 14 durch die Kraftübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ dazu als Elektromotor fungieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch Drehmoment an eine Welle 38 ausgegeben wird, die mit der Kraftübertragungseinheit 30 verbunden ist. Da der Generator 18 mit dem Motor 14 wirkverbunden ist, kann die Drehzahl des Motors 14 durch den Generator 18 gesteuert werden.
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Das Hohlrad 32 der Kraftübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die über eine zweite Kraftübertragungseinheit 44 mit Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Kraftübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz beinhalten, der eine Vielzahl von Zahnrädern 46 aufweist. Andere Kraftübertragungseinheiten können ebenfalls geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen Drehmoment von dem Motor 14 auf ein Differential 48, um letztlich den Fahrzeugantriebsrädern 28 Traktion bereitzustellen. Das Differential 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern beinhalten, die die Übertragung von Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglichen. In einer Ausführungsform ist die zweite Kraftübertragungseinheit 44 durch das Differential 48 mechanisch mit einer Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen. In einer Ausführungsform sind die Kraftübertragungseinheiten 30, 44 Teil eines Getriebes 20 des elektrifizierten Fahrzeugs 12.
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Der Motor 22 kann zudem eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 durch Ausgeben von Drehmoment an eine Welle 55 anzutreiben, die ebenfalls mit der zweiten Kraftübertragungseinheit 44 verbunden ist. In einer Ausführungsform ist der Motor 22 Teil eines regenerativen Bremssystems. Beispielsweise kann der Motor 22 jeweils elektrische Energie an das Batteriepack 24 abgeben.
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Das Batteriepack 24 ist eine beispielhafte Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Das Batteriepack 24 kann ein Hochspannungs-Traktionsbatteriepack sein, das eine Vielzahl von Batteriebaugruppen 25 (d. h. Batterieanordnungen oder Gruppierungen von Batteriezellen) beinhaltet, die fähig sind, elektrische Leistung zum Betreiben des Elektromotors 22, des Generators 22 und/oder anderer elektrischer Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 abzugeben. Andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder -abgabevorrichtungen können ebenfalls verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 mit elektrischer Leistung zu versorgen.
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Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann zusätzlich eine Niederspannungsbatterie 54 beinhalten, die auch als eine Hilfsbatterie bezeichnet werden kann. Die Niederspannungsbatterie 54 kann bereitgestellt sein, um verschiedene Niederspannungsverbraucher 57 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 mit Energie zu versorgen. Nicht einschränkende Beispiele für Niederspannungsverbraucher beinhalten Infotainmentsysteme, Beleuchtungssysteme, elektrische Fensterheber, elektrische Sitze, Kühlgebläse, Klimakompressor, Kombiinstrumente, Steuermodule usw. Ein Leistungswandler 58, wie etwa ein DC-DC-Wandler, kann bereitgestellt sein, um einen Hochspannungsgleichstromabgabe aus dem Batteriepack 24 in eine Niederspannungsgleichstromversorgung umzuwandeln, die mit der Niederspannungsbatterie 54 kompatibel ist.
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In einer Ausführungsform ist die Niederspannungsbatterie 54 eine 12-V-Batterie. In dieser Offenbarung könnte der Begriff „Niederspannungsbatterie“ eine beliebige Batterie beinhalten, die weniger als 60 V aufweist. Die Niederspannungsbatterie 54 und die Niederspannungsverbraucher 57 sind im Allgemeinen Teil eines Niederspannungssystems des elektrifizierten Fahrzeugs 12, wobei das Hochspannungsbatteriepack 24 im Allgemeinen Teil eines relativen Hochspannungssystems des elektrifizierten Fahrzeugs 12 ist. Somit kann das Hochspannungsbatteriepack 24 dazu verwendet werden, den Antrieb des elektrifizierten Fahrzeugs 12 mit Energie zu versorgen, während die Niederspannungsbatterie 54 im Allgemeinen nicht den Antrieb des elektrifizierten Fahrzeugs 12 mit Energie zu versorgt.
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Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann außerdem mit einem Ladesystem 16 zum Laden der Energiespeichervorrichtungen (z. B. Batteriezellen) des Batteriepacks 24 und der Niederspannungsbatterie 54 ausgerüstet sein. Das Ladesystem 16 kann mit einer externen Leistungsquelle 26 (z. B. Versorger-/Netzleistung aus einem Stromnetz) zum Empfangen und Verteilen von Leistung im gesamten elektrifizierten Fahrzeug 12 verbunden sein.
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In einer Ausführungsform beinhaltet das Ladesystem 16 eine Fahrzeugeingangsbaugruppe 35, die sich an Bord des elektrifizierten Fahrzeugs 12 befindet, und eine Versorgungsgerät-für-Elektrofahrzeuge(Electric Vehicle Supply Equipment - EVSE)-Baugruppe 52 (oder ein Ladekabel einer Ladestation), die/das zwischen der Fahrzeugeingangsbaugruppe 35 und der externen Leistungsquelle 26 wirkverbunden werden kann. Die Fahrzeugeingangsbaugruppe 35 kann einen oder mehrere Anschlüsse beinhalten, die dazu ausgelegt sind, einen Koppler der EVSE-Baugruppe 52 zum empfangen. Die Fahrzeugeingangsbaugruppe 35 ist daher dazu konfiguriert, Leistung von der externen Leistungsquelle 26 zu empfangen und dann die Leistung an das Batteriepack 24 und/oder die Niederspannungsbatterie 54 weiterzugeben.
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Das Ladesystem 16 kann mit Leistungselektronik ausgerüstet sein, um von der externen Leistungsquelle 26 empfangene Wechselstromleistung in Gleichstromleistung zum Laden der Energiespeichervorrichtungen des Batteriepacks 24 umzuwandeln. Das Ladesystem 16 ist außerdem dazu konfiguriert, eine oder mehrere herkömmliche Spannungsquellen von der externen Leistungsquelle 26 (z. B. 110 Volt, 220 Volt usw.) aufzunehmen.
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Der in 1 gezeigte Antriebsstrang ist hoch schematisch und soll diese Offenbarung nicht einschränken. Verschiedene zusätzliche Komponenten könnten alternativ dazu oder zusätzlich vom Antriebsstrang 10 innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung eingesetzt werden. Darüber hinaus könnten die Lehren dieser Offenbarung auf jedes beliebige elektrifizierte Fahrzeug angewendet werden, das programmierbare Ladefenster und sowohl Hoch- als auch Niederspannungsbatterien/-leistungsquellen aufweist.
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Die Nennleistung der EVSE-Baugruppe 52 (z.B. 1,4 kW für Laden der Stufe eins) kann niedriger als die Nennleistung des Leistungswandlers 58 (z. B. 3 kW) sein. Daher kann die EVSE-Baugruppe eventuell nicht in der Lage sein, die volle Eingangsleistung bereitzustellen, die vom Leistungswandler 58 zum Unterstützen der Aufrechterhaltung der Niederspannungsbatterie 54 benötigt wird, während das elektrifizierte Fahrzeug 12 angeschlossen ist. In diesen Situationen kann die Leistungsentnahme des Leistungswandlers 58 potenziell das Hochspannungsbatteriepack 24 entladen, um das Laden der Niederspannungsbatterie 54 zu unterstützen, was unerwünschterweise dazu führen könnte, dass der Kunde einen abnehmenden Ladezustand (SOC) am Batteriepack 24 während des Anschließens feststellt. Diese Offenbarung stellt Systeme und Verfahren zum Senken der Wahrscheinlichkeit eines solchen unerwünschten Ereignisses beim Bereitstellen von Niederspannungsunterstützung der Niederspannungsbatterie 54 vor.
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2 ist eine hoch schematische Darstellung eines Fahrzeugladesystems 56, das von einem elektrifizierten Fahrzeug, wie etwa dem elektrifizierten Fahrzeug 12 aus 1, eingesetzt werden kann. In einer Ausführungsform beinhaltet das Fahrzeugladesystem 56 das Hochspannungsbatteriepack 24, die Niederspannungsbatterie 54, die EVSE-Baugruppe 52, den Leistungswandler 58, einen anderen Leistungswandler 59 und ein Steuersystem 60. Die verschiedenen Komponenten des Fahrzeugladesystems 56 sind schematisch gezeigt, um die Merkmale dieser Offenbarung besser zu veranschaulichen. In einer Ausführungsform ist die EVSE-Baugruppe 52 Teil einer Infrastrukturseite 65 des Fahrzeugladesystems 56, und das Hochspannungsbatteriepack 24, die Niederspannungsbatterie 54, der Leistungswandler 58, der Leistungswandler 59 und das Steuersystem 60 sind Teil einer Fahrzeugseite 75 des Fahrzeugladesystems 56.
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Das beispielhafte Fahrzeugladesystem 56 kann dazu konfiguriert sein, das Laden der Niederspannungsbatterie 54 zu steuern, ohne mehr Leistung abzugeben als die EVSE-Baugruppe 52 während eines Ladevorgangs bereitstellen kann. Zum Beispiel kann die Leistung, die vom Leistungswandler 58 während eines Ladevorgangs verbraucht wird, basierend auf den an der Ausgangsseite des Leistungswandlers 58 gemessenen Strömen und Spannungen berechnet werden. Die Leistungsabgabe des Leistungswandlers 58 kann gesteuert werden, indem sein Niederspannungssollwert eingestellt wird, welcher der Sollwert ist, der festlegt, wie viel Leistung vom Leistungswandler 58 zum Laden der Niederspannungsbatterie 54 während des Ladevorgangs entnommen wird. Der Niederspannungssollwert ist daher auch das Spannungssteuerziel des Leistungswandlers 58. Je höher der Niederspannungssollwert desto höher die Leistung, die vom Leistungswandler 58 während des Ladevorgangs entnommen wird. In einer Ausführungsform kann der Niederspannungssollwert des Leistungswandlers 58 während Ladevorgängen dynamisch eingestellt werden, um die Leistungsentnahme auf einem angemessenen Niveau zu steuern, sodass sowohl die Niederspannungsbatterie 54 als auch das Hochspannungsbatteriepack 24 entweder gleichzeitig geladen oder auch mit einer gewünschten Teilung der Gesamtladeleistung geladen werden können.
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Der Leistungswandler 59, der ein AC-DC-Leistungswandler sein kann, ist zwischen der EVSE-Baugruppe 52 und dem Hochspannungsbatteriepack 24 angeordnet. Der Leistungswandler 59 ist dazu konfiguriert, Wechselstromleistung aus der EVSE-Baugruppe 52 in Gleichstromleistung zum Laden des Hochspannungsbatteriepacks 24 umzuwandeln.
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Das Steuersystem 60 des Fahrzeugladesystems 56 kann das Laden des Hochspannungsbatteriepacks 24 und der Niederspannungsbatterie 54 steuern, indem es den Betrieb der EVSE-Baugruppe 52 und der Leistungswandler 58, 59 steuert. Zum Beispiel kann das Steuersystem 60 diese und andere Ladekomponenten anweisen, wann mit dem Laden begonnen werden soll, wann das Laden beendet werden soll, die Länge des Ladens, die Leistungspegel des Ladens usw.
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Das Steuersystem 60 kann Teil eines übergreifenden Fahrzeugsteuersystems sein oder könnte ein separates Steuersystem sein, das mit dem Fahrzeugsteuersystem kommuniziert. Das Steuersystem 60 kann ein oder mehrere Steuermodule 62 beinhalten, die mit ausführbaren Anweisungen zum Verbinden über eine Schnittstelle mit und Befehlen des Betriebs von verschiedenen Komponenten des Fahrzeugladesystems 56 ausgerüstet sind. Zum Beispiel beinhaltet in einer Ausführungsform jedes von dem Batteriepack 24, der EVSE-Baugruppe 52 und dem Leistungswandler 58 ein Steuermodul, und diese Steuermodule können über ein Controller Area Network miteinander kommunizieren, um das Laden des Hochspannungsbatteriepacks 24 und der Niederspannungsbatterie 54 zu steuern. In einer anderen Ausführungsform beinhaltet jedes Steuermodul 62 des Steuersystems 60 eine Verarbeitungseinheit 64 und einen nichttransitorischen Speicher 66 zum Ausführen der verschiedenen Steuerstrategien und Modi des Fahrzeugladesystems 56.
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Das Steuermodul 62 kann mit einem Niederspannungssystemverwaltungs(Low Voltage System Management - LVSM)-Merkmal 68 zum Bestimmen eines anfänglichen Niederspannungssollwerts des Leistungswandlers 58 und zum dynamischen Einstellen (d. h. Erhöhen oder Senken) des Niederspannungssollwerts, wie es während Ladevorgängen erforderlich ist, ausgerüstet sein. In einer Ausführungsform ist das LVSM-Merkmal 68 als ein Algorithmus programmiert, der im nichttransitorischen Speicher 66 des Steuermoduls 62 gespeichert ist und welcher durch die Verarbeitungseinheit 64 während Ladevorgängen ausgeführt werden kann.
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Das Steuermodul 62 des Steuersystems 60 kann verschiedene Eingaben zum Steuern des Ladens des Hochspannungsbatteriepacks 24 und der Niederspannungsbatterie 54 empfangen und verarbeiten. Eine erste Eingabe an das Steuermodul 62 kann Batterieinformationen 70 vom Hochspannungsbatteriepack 24 beinhalten. Die Batterieinformationen 70 können von einem Batterieelektriksteuermodul kommuniziert werden, das mit dem Hochspannungsbatteriepack 24 assoziiert ist, und können Informationen wie etwa den aktuellen Batterieladezustand (SOC), die Batterietemperatur, das Batteriealter usw. beinhalten.
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Eine zweite Eingabe an das Steuermodul 62 kann Batterieinformationen 72 von der Niederspannungsbatterie 54 beinhalten. Die Batterieinformationen 72 können Informationen wie etwa den aktuellen Batterie-SOC, die Batterietemperatur, die Batteriespannung, die Batteriegesundheit, das Batteriealter usw. beinhalten.
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Eine dritte Eingabe an das Steuermodul 62 kann Ladegerätinformationen 74, die von der EVSE-Baugruppe 52 empfangen werden, beinhalten. Die Ladegerätinformationen 74 können Informationen wie etwa die Nennleistung der EVSE-Baugruppe 52, den aktuellen Anschlusszustand (d. h. ist die EVSE-Baugruppe 52 an das Fahrzeug angeschlossen oder nicht angeschlossen), verfügbare Leistung usw. beinhalten.
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Eine vierte Eingabe an das Steuermodul 62 kann Wandlerinformationen 76, die von den Leistungswandlern 58, 59 empfangen werden, beinhalten. Die Wandlerinformationen 76 können die Nennleistung der Leistungswandler 58, 59, den aktuellen Niederspannungssollwert des Leistungswandlers 58, die aktuelle Leistungsentnahme des Leistungswandlers 58 usw. beinhalten.
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Das LVSM-Merkmal 68 kann die verschiedenen Eingaben 70-76 nutzen, um den Niederspannungssollwert des Leistungswandlers 58 während Ladevorgängen dynamisch einzustellen. Auf diese Weise kann das Fahrzeugladesystem 56 eine eingeschränkte Niederspannungsladeunterstützung bei Laden der Stufe eins erreichen, um die Leistung, die vom Leistungswandler 58 abgegeben wird, auf einem angemessenen Niveau und ohne ein Senken des SOC des Hochspannungsbatteriepacks 24 zu steuern.
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Weiterhin Bezug nehmend auf die 1-2, veranschaulicht 3 ein beispielhaftes Verfahren 100 zum Steuern des Ladens der Niederspannungsbatterie 54 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 auf eine Art, die die Verwendung von Energie aus dem Hochspannungsbatteriepack 24 minimiert. In einer Ausführungsform ist das Steuermodul 62 des Steuersystems 60 des Fahrzeugladesystems 56 mit einem oder mehreren Algorithmen programmiert, die dazu ausgelegt sind, das beispielhafte Verfahren 100 auszuführen. Zum Beispiel kann das LVSM-Merkmal 68 als ein Algorithmus innerhalb des Steuermoduls 62 programmiert sein und ausgeführt werden.
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Das Verfahren 100 beginnt bei Block 102. Bei Block 104 kann das Steuermodul 62 bestimmen, ob die Niederspannungsbatterie 54 Ladeunterstützung benötigt. Zum Beispiel kann die Niederspannungsbatterie 54 die Niederspannungsverbraucher 57 auch dann mit Energie versorgen, wenn das Fahrzeug ausgeschaltet und nicht in Betrieb ist, wie etwa wenn das Fahrzeug eingelagert, geparkt, transportiert usw. wird. Ein Ladestand (d. h. SOC) der Niederspannungsbatterie 54 kann aufgrund des Versorgens der Niederspannungsverbraucher 57 mit Energie verringert werden. Wenn das elektrifizierte Fahrzeug 12 für einen längeren Zeitraum ausgeschaltet ist, kann der Ladestand der Niederspannungsbatterie 54 soweit erschöpft werden, dass sie nicht mehr in der Lage ist, die Niederspannungsverbraucher mit Energie zu versorgen. Dies kann unter anderem ein Starten des elektrifizierten Fahrzeugs 12 nach dem längeren Zeitraum verhindern. Deshalb kann der Gesundheitszustand der Niederspannungsbatterie 54 periodisch überwacht werden, um den Ladestand der Niederspannungsbatterie 54 über einem vordefinierten Schwellenwert zu halten. Dieses periodische Überwachen der Niederspannungsbatterie 54 kann als Ladeunterstützung, Ladeverwaltung oder Ladeerhaltung der Niederspannungsbatterie 54 bezeichnet werden. Wenn bei Block 104 keine Ladeunterstützung benötigt wird, kann das Verfahren 100 bei Block 128 enden.
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Wenn die Niederspannungsbatterie 54 eine Ladeunterstützung benötigt, kann das Steuermodul 62 bei Block 106 bestimmen, ob das elektrifizierte Fahrzeug 12 angeschlossen ist (d. h. ob die EVSE-Baugruppe 52 mit einer externen Leistungsquelle und dem elektrifizierten Fahrzeug verbunden wurde). Zum Beispiel kann das Steuermodul 62 periodisch von der EVSE-Baugruppe 52 empfangene Signale analysieren, um zu bestimmen, ob sie mit der externen Leistungsquelle 26 und der Fahrzeugeingangsbaugruppe 35 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 verbunden wurde. Wenn bei Block 106 eine JA-Flagge ausgegeben wird, geht das Verfahren 100 zu Block 108 über. Alternativ dazu, wenn bei Block 106 eine NEIN-Flagge ausgegeben wird, kann das Verfahren 100 bei Block 128 enden.
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Als Nächstes kann das Steuermodul 62 bei Block 108 bestimmen, ob ein vordefinierter Zeitraum, wie etwa vierundzwanzig Stunden, seit dem Abschluss des Ladens des Hochspannungsbatteriepacks 24 verstrichen ist. In einer Ausführungsform kann dem Fahrzeugladesystem 56 befohlen werden, ungefähr vierundzwanzig Stunden nach dem Abschluss des Ladens des Hochspannungsbatteriepacks 24 aufzuwachen. Das Aufwachen des Fahrzeugladesystems 56 vierundzwanzig Stunden nach dem Abschluss des Ladens stellt eine kostengünstige Ladungsverwaltung der Niederspannungsbatterie 54 bereit. Wenn bei Block 108 bestimmt wird, dass der vordefinierte Zeitraum seit dem Laden des Hochspannungsbatteriepacks 24 nicht vergangen ist, kann das Verfahren 100 bei Block 128 enden.
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In einer Ausführungsform, wenn 1) die Niederspannungsbatterie 54 Unterstützung benötigt, 2) das elektrifizierte Fahrzeug 12 angeschlossen ist und 3) der vordefinierte Zeitraum vergangen ist, seit das Laden des Hochspannungsbatteriepacks 24 abgeschlossen wurde, kann das Steuermodul 62 das LVSM-Merkmal 68 ausführen. Dies wird in 3 am gestrichelten Block 99 veranschaulicht. Die Ausführung des LVSM-Merkmals 68 kann die durch die Blöcke 110-126 des Verfahrens 100 veranschaulichten Schritte beinhalten, die nachfolgend jeweils eingehender beschrieben werden.
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Bei Block 110 wird eine Ladeunterstützung der Niederspannungsbatterie 54 eingeleitet. Das LVSM-Merkmal 68 des Steuermoduls 62 kann dann bei Block 112 einen anfänglichen Niederspannungssollwerts des Leistungswandlers 58 bestimmen. Der anfängliche Niederspannungssollwert kann basierend auf den Informationen bestimmt werden, die von einem mit der Niederspannungsbatterie 54 assoziierten Überwachungssystem bereitgestellt werden. Nachdem der anfängliche Niederspannungssollwert bestimmt ist, kann das LVSM-Merkmal 68 den Sollwert dynamisch einstellen, bis die Leistung der EVSE-Leistung angeglichen ist.
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Als Nächstes kann das LVSM-Merkmal 68 bei Block 114 bestimmen, ob eine Ladeannahme der Niederspannungsbatterie 54 über einem vordefinierten Schwellenwert liegt. Die Ladeannahme der Niederspannungsbatterie 54 stellt eine Lademenge dar, die aktuell von der Niederspannungsbatterie 54 zum Erhöhen ihres SOC angenommen werden kann. Eine Ladeannahme, die kleiner als der vordefinierte Schwellenwert ist, zeigt an, dass die Niederspannungsunterstützung bald nicht mehr benötigt wird (d. h. die Niederspannungsunterstützung abgeschlossen werden kann).
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Das Verfahren 100 kann zu Block 116 übergehen, wenn bestimmt wird, dass die Ladeannahme der Niederspannungsbatterie 54 bei Block 114 über dem vordefinierten Schwellenwert liegt. Bei Block 116 kann das LVSM-Merkmal 68 bestimmen, ob eine Zielspannung (d. h. ein gewünschter SOC) der Niederspannungsbatterie 54 erreicht wurde. Wenn eine JA-Flagge ausgegeben wird, kann das Verfahren 100 bei Block 128 enden. Wenn jedoch eine NEIN-Flagge ausgegeben wird, kann das Verfahren 100 zu Block 118 übergehen.
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Das LVSM-Merkmal 68 kann bei Block 118 bestimmen, ob die vom Leistungswandler 58 entnommene Leistung aktuell die Leistungsabgabe der EVSE-Baugruppe 52 übersteigt. Wenn JA, geht das Verfahren 100 zu Block 120 über und der Niederspannungssollwert des Leistungswandlers 58 wird automatisch um einen kalibrierten Wert (d. h. einen festen, inkrementellen Wert) verringert. Die Niederspannungsladeunterstützung der Niederspannungsbatterie 54 kann dann bei Block 122 fortgeführt werden.
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Das Verfahren 100 kann alternativ zu Block 124 übergehen, wenn bestimmt wird, dass die Ladeannahme der Niederspannungsbatterie 54 bei Block 114 unter dem vordefinierten Schwellenwert liegt. Bei Block 124 kann das LVSM-Merkmal 68 bestimmen, ob eine Zielspannung (d. h. ein gewünschter SOC) der Niederspannungsbatterie 54 erreicht wurde. Wenn eine JA-Flagge ausgegeben wird, kann das Verfahren 100 bei Block 128 enden. Wenn jedoch eine NEIN-Flagge ausgegeben wird, kann das Verfahren 100 zu Block 126 übergehen.
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Bei Block 126 kann der Niederspannungssollwert des Leistungswandlers 58 automatisch um einen kalibrierten Wert (d. h. einen festen, inkrementellen Wert) erhöht werden. Die Niederspannungsladeunterstützung der Niederspannungsbatterie 54 kann dann bei Block 122 fortgeführt werden.
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In Anbetracht des Vorstehenden hängt die Einstellung des Niederspannungssollwerts nicht nur von der Ladeannahme der Niederspannungsbatterie 54 ab, sondern auch davon, ob die Niederspannungsladeleistung die verfügbare Leistung der EVSE-Baugruppe 52 übersteigt und ob die Zielspannung der Niederspannungsbatterie 54 erreicht wurde. Eine Ladeannahme, die kleiner als der vordefinierte Schwellenwert ist, bedeutet im Allgemeinen, dass die Niederspannungsbatterie 54 auf den aktuellen Sollwert geladen wurde. Wenn die Zielspannung höher als der Sollwert ist, muss daher der Niederspannungssollwert erhöht werden, um die Niederspannungsbatterie 54 weiter zu laden. Wenn andererseits die Ladeannahme größer als der Schwellenwert ist (was bedeutet, dass die Niederspannungsbatterie 54 normal geladen wird) und die Ladeleistung die verfügbare Leistung der EVSE-Baugruppe 52 übersteigt, wird sich das Hochspannungsbatteriepack 24 entladen. Daher ist ein Verringern des Niederspannungssollwerts nötig, um ein Entladen des Hochspannungsbatteriepacks 24 zu vermeiden.
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Die Fahrzeugsysteme und Verfahren dieser Offenbarung verbessern die Ladeunterstützung einer Niederspannungsbatterie durch ein dynamisches Einstellen des Niederspannungssollwerts eines Leistungswandlers. Die vorgestellten Systeme und Verfahren stellen eine eingeschränkte Niederspannungsunterstützung bei Laden der Stufe eins bereit, um die Leistungsmenge, die durch den Leistungswandler abgegeben wird, auf einem angemessenen Niveau zu steuern. Dementsprechend können die Niederspannungsbatterie und das Hochspannungsbatteriepack gleichzeitig oder mit einer gewünschten Teilung der Gesamtladeleistung geladen werden, und es ist unwahrscheinlich, dass Kunden durch einen abnehmenden SOC des Hochspannungsbatteriepacks während der Niederspannungsladeunterstützung verwirrt werden.
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Wenngleich die unterschiedlichen nicht einschränkenden Ausführungsformen der Darstellung nach bestimmte Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese konkreten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale aus jeder der nichteinschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten aus jeder beliebigen der anderen nichteinschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
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Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen entsprechende oder ähnliche Elemente kennzeichnen. Es versteht sich, dass, wenngleich in diesen Ausführungsbeispielen eine bestimmte Anordnung von Komponenten offenbart und dargestellt wird, andere Anordnungen ebenfalls von den Lehren der vorliegenden Offenbarung profitieren könnten.
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Die vorstehende Beschreibung ist als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten. Der Durchschnittsfachmann versteht, dass bestimmte Modifikationen durch den Schutzumfang dieser Offenbarung abgedeckt sein könnten. Deshalb sollten die nachstehenden Ansprüche aufmerksam gelesen werden, um den eigentlichen Schutzumfang und Inhalt dieser Offenbarung zu erfassen.
