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Hintergrund der Erfindung
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Hier werden eine Steuerschaltung und ein Steuerungsverfahren beschrieben, welche zwischen Verschiedenen Betriebszuständen eines Elektrofahrzeugs unterscheiden, welche verschiedene funktionelle Anforderungen stellen. Die Steuerschaltung steuert die elektrische Versorgung verschiedener Verbraucher durch verschiedene Schaltungsabschnitte entsprechend der gestellten funktionellen Anforderungen. Schaltungsabschnitte, die nicht benötigt werden, werden nicht elektrisch versorgt.
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Stand der Technik
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Bisherige Steuerschaltungen sind eingerichtet, alle Verbraucher gleichzeitig elektrisch zu versorgen. Besonders für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren ist dies praktisch, weil das Kraftfahrzeug nur angeschaltet wird, um sich fortzubewegen. Also werden entweder alle oder keine Funktionen gebraucht. Somit wird eine solche Steuerschaltung einfach und kostengünstig gehalten.
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Für die elektrische Versorgung von Verbrauchern mittels einer Steuerschaltung werden unter anderem Elektrolytkondensatoren genutzt, wegen ihrer Filter- und Speicherfunktion. Elektrolytkondensatoren weisen eine relativ hohe Kapazität. Dadurch lassen sich auch unerwünschte Frequenzen von einigen 10 Hertz (Hz) bis hin zu einigen Mega-Hertz entkoppeln.
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Zugrundeliegendes Problem
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Elektrofahrzeuge haben weit höhere Nutzungszeiten als klassische Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren. Neben der Zeit, die das Fahrzeug im fahrenden Betriebszustand verbringt, muss das Elektrofahrzeug auch, zum Beispiel, beim Laden bestimmte (elektronische) Funktionen ausführen. Im Gegensatz dazu muss ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor beim Tanken keine elektronischen Aktivitäten ausführen. In diesem Sinne ist ein Elektrofahrzeug ungefähr drei Mal so lang in einem Betriebszustand, der nicht alle Funktionalitäten benötigt, im Vergleich zu einem (z.B. fahrenden) Betriebszustand, der eine volle Funktionsfähigkeit verlangt.
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Die Lebensdauer von Elektrolytkondensatoren hängt unter anderem von der Zeit ab, in welcher sie mit einer Spannung beaufschlagt werden. Die erhöhten Betriebszeiten der Elektrofahrzeuge wirken sich somit negativ auf die Elektrolytkondensatoren aus. Die Lebensdauer der Elektrolytkondensatoren ist schneller verbraucht und die Funktionalität der Elektrolytkondensatoren verschlechtert sich somit schneller. Gleichzeitig ist es erstrebenswert, Steuerschaltungen für ein Elektrofahrzeug so kostengünstig und einfach wie möglich zu produzieren.
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Es besteht daher die Aufgabe, eine Steuerschaltung und ein Steuerungsverfahren für ein Elektrofahrzeug bereitzustellen, welche eine längere Nutzung der Elektrolytkondensatoren ergibt und gleichzeitig kostengünstig ist.
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Vorgeschlagene Lösung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuerschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Steuerungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
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Bevorzugte Ausführungsformen werden aus den Unteransprüchen 2 bis 11 und 13 sowie der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
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Ein Aspekt betrifft eine zum Einsatz in einem Elektrofahrzeug eingerichtete und bestimmte Steuerschaltung. Diese Steuerschaltung umfasst einen ersten Schaltungsabschnitt, welcher mindestens einen Elektrolytkondensator umfasst. Ferner umfasst die Steuerschaltung eine erste Energieversorgungsleitung, die dazu eingerichtet ist, den ersten Schaltungsabschnitt elektrisch zu versorgen. Ferner umfasst die Steuerschaltung einen ersten steuerbaren Schalter in der ersten Energieversorgungsleitung, wobei der erste Schalter in einem offenen Zustand die erste Energieversorgungsleitung unterbricht, um eine Versorgung des mindestens einen Elektrolytkondensators zu unterbinden. Ferner umfasst die Steuerschaltung einen zweiten Schaltungsabschnitt und eine zweite Energieversorgungsleitung, welche dazu eingerichtet ist, den zweiten Schaltungsabschnitt elektrisch zu versorgen. Ferner umfasst die Steuerschaltung einen zweiten steuerbaren Schalter in der zweiten Energieversorgungsleitung, wobei der zweite Schalter in einem offenen Zustand die zweite Energieversorgungsleitung unterbricht. Ferner umfasst die Steuerschaltung eine Schaltersteuereinheit, welche eingerichtet und bestimmt ist, die Schaltzustände des ersten Schalters und des zweiten Schalters zu steuern, wobei in einem ersten Steuerzustand der erste Schalter und der zweite Schalter geschlossen sind, und wobei in einem zweiten Steuerzustand der erste Schalter offen ist und der zweite Schalter geschlossen ist, wobei die Schaltersteuereinheit ferner eingerichtet und bestimmt ist, den Steuerzustand anhand funktionellen Anforderungen des Elektrofahrzeugs zu ermitteln.
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In dieser Weise ist es möglich, dass der mindestens eine Elektrolytkondensator im ersten Schaltungsabschnitt nicht elektrisch versorgt wird, wenn der erste Schaltungsabschnitt nicht benötigt wird. Erfordern die funktionellen Anforderungen des Elektrofahrzeugs den zweiten Steuerzustand, so wird der erste Steuerabschnitt nicht bestromt und der erste Steuerabschnitt wird bestromt. Dadurch wird die verbleibende Lebensdauer des mindestens einen Elektrolytkondensators nicht unnötig verkürzt. Der mindestens eine Elektrolytkondensator wird geschützt.
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Die Steuerschaltung kann Teil eines Steuergeräts sein. Der Steuerschaltung können verschiedene Elemente bzw. Verbraucher nachgeschaltet sein. Bevorzugt ist jedem Schaltungsabschnitt mindestens ein Verbraucher nachgeschaltet. Es ist möglich, dass die erste Energieversorgungsleitung mit einer seiner Enden an einem Pol einer (ersten) Stromquelle geschlossen ist. Das andere Ende der ersten Energieversorgungsleitung ist an den ersten Schaltungsabschnitt geschlossen. Der andere Pol der (ersten) Stromquelle kann an ein der ersten Energieversorgungsleitung fernes Ende des ersten Schaltungsabschnitts oder einen daran angeschlossenen Verbrauchers geschlossen sein. Der andere Pol kann auch aus einer Erdung, wie zum Beispiel dem Fahrzeugrahmen oder dem Boden unter dem Fahrzeug, bestehen. Es ist auch möglich, dass die erste Energieversorgungsleitung zwei Kabel (/Leitungen/Leiter) umfasst. Die zwei Kabel sind einerseits an jeweils einen der zwei Pole der (ersten) Stromquelle geschlossen und andererseits an verschiedene Enden des ersten Schaltungsabschnitts geschlossen. In diesem Fall kann/können eins oder beide der Kabel den ersten steuerbaren Schalter umfassen. Die vorhergehend genannten Möglichkeiten gelten in analoger Weise auch für die zweite Energieversorgungsleitung. Die (erste/zweite) Stromquelle kann unter Anderem eins der folgenden sein: Batterie, Gleichstromquelle, Generator oder Ähnliches. Durch einen geschlossenen Stromkreis, wie zum Beispiel vorstehend beschrieben, kann der erste bzw. zweite Schaltungsabschnitt elektrisch versorgt werden - also es kann eine Spannung angelegt werden und ein Strom fließt durch den ersten bzw. zweiten Schaltungsabschnitt.
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Der erste bzw. zweite steuerbare Schalter kann auch eine der folgenden Formen sein: Relais, elektronischer Schalter, Transistor, FET, BJT, MOSFET/MISFET, JFET. Der erste bzw. zweite Schalter kann normal sperrend oder normal leitend sind. Der erste bzw. zweite Schalter kann so angeordnet sein, dass er in einem offenen Zustand die erste bzw. zweite Energieversorgungsleitung unterbricht und dadurch die Bestromung/ elektrische Versorgung des ersten bzw. zweiten Schaltungsabschnitts unterbricht. In einem geschlossenen Zustand des ersten bzw. zweiten Schalters wird der erste bzw. zweite Schaltungsabschnitt bestromt. Der erste bzw. zweite Schalter kann mitten in der ersten bzw. zweiten Energieversorgungsleitung eingebaut sein. In diesem Fall ist ein erster Abschnitt der ersten bzw. zweiten Energieversorgungsleitung auf einer Seite des ersten bzw. zweiten Schalters mit diesem verbunden und ein zweiter Abschnitt der ersten bzw. zweiten Energieversorgungsleitung ist auf einer anderen Seite des ersten bzw. zweiten Schalters mit diesem verbunden. Es ist auch möglich, dass der erste bzw. zweite Schalter an einem Ende der ersten bzw. zweiten Energieversorgungsleitung mit dieser verbunden ist. So kann der erste bzw. zweite Schalter einerseits mit einer ersten bzw. zweiten Batterie oder anderen Stromquelle und andererseits mit der ersten bzw. zweiten Energieversorgungsleitung verbunden sein. So kann der erste bzw. zweite Schalter aber auch einerseits mit dem ersten bzw. zweiten Schaltungsabschnitt und andererseits mit der ersten bzw. zweiten Energieversorgungsleitung verbunden sein.
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Die Schaltersteuereinheit (MPU, englische Abkürzung für „micro processing unit“/ Mikroprozessor) kann Teil eines Hauptprozessors des Elektrofahrzeugs oder ein unabhängiger Prozessor sein.
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Der erste Schaltungsabschnitt kann eingerichtet und bestimmt sein, eine Motorsteuerung als Hauptverbraucher des Elektrofahrzeugs elektrisch zu versorgen. Der zweite Schaltungsabschnitt kann eingerichtet und bestimmt sein, wenigstens einen Nebenverbraucher des Elektrofahrzeugs elektrisch zu versorgen.
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In dieser Weise kann die elektrische Versorgung der Motorsteuerung (durch den ersten Schaltungsabschnitt) in einem zweiten Steuerzustands der Schaltersteuereinheit unterbunden werden. Wird das Elektrofahrzeug beispielsweise nur geladen, ist keine funktionelle Anforderung an den Motor und die Motorsteuerung gegeben. Durch das Unterbinden der nicht benötigten elektrischen Versorgung der Motorsteuerung werden die Elektrolytkondensatoren in dem ersten Schaltungsabschnitt geschont.
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Als Nebenverbraucher können Ventilspulen, eine Parkbremsansteuerung, Lichtquellen, oder andere Elemente an den zweiten Schaltungsabschnitt geschlossen sein.
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Die Steuerschaltung kann ferner einen dritten Schaltungsabschnitt umfassen, welcher mindestens einen Elektrolytkondensator umfasst. In dem Fall kann die Steuerschaltung eine dritte Energieversorgungsleitung umfassen, die dazu eingerichtet ist, den dritten Schaltungsabschnitt elektrisch zu versorgen. Die Steuerschaltung kann ferner einen dritten steuerbaren Schalter umfassen, wobei der dritte Schalter in einem offenen Zustand die dritte Energieversorgungsleitung unterbricht, um eine Versorgung des mindestens einen Elektrolytkondensators in dem dritten Schaltungsabschnitt zu unterbinden. Die Schaltersteuereinheit kann eingerichtet und bestimmt sein, den Schaltzustand des dritten Schalters zu steuern, wobei in dem ersten Steuerzustand der dritte Schalter geschlossen ist, und wobei in dem zweiten Steuerzustand der dritte Schalter offen ist.
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Die dritte Energieversorgungsleitung und der dritte Schalter können analog zu der vorhergehend beschriebenen ersten Energieversorgungsleitung und ersten Schalter beschaffen bzw. eingerichtet und bestimmt sein. Es ist auch möglich, dass es weitere (vierte, fünfte, n-te) Schaltungsabschnitte mit dazugehörigen Energieversorgungsleitungen und Schaltern gibt.
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Der dritte Schaltungsabschnitt kann eingerichtet und bestimmt sein, eine Parkbremsansteuerung des Elektrofahrzeugs elektrisch zu versorgen.
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Die potentiell möglichen, weiteren Schaltungsabschnitte können bestimmte Verbraucher elektrisch versorgen. Es ist auch möglich, dass ein Schaltungsabschnitt mehrere Verbraucher elektrisch versorgt. Die Schalter (dritter bis n-ter Schalter) können alle im ersten Steuerzustand geschlossen und im zweiten Steuerzustand offen sein. Es ist auch möglich, dass manche der Schalter in beiden Steuerzuständen geschlossen sind, wie der erste Schalter. Es kann auch mehr als zwei Steuerzustände geben: Jeder weitere Steuerzustand kann eine weitere Kombination von offenen und geschlossenen (ersten bis n-ten) Schaltern darstellen. Zum Beispiel kann in einem dritten Steuerzustand der erste und zweite Schalter offen und der dritte Schalter geschlossen sein. Somit können die weiteren Zustände weitere Kombinationen von funktionellen Anforderungen des Elektrofahrzeugs darstellen. Es kann besonders erstrebenswert sein, Schaltungsabschnitte, die Elektrolytkondensatoren umfassen, so häufig wie möglich nicht elektrisch zu versorgen.
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Die Steuerschaltung kann ferner einen zusätzlichen Schalter umfassen, der in einem geschlossenen Zustand die erste Energieversorgungsleitung und die zweite Energieversorgungsleitung verbindet, und wobei der zusätzliche Schalter an einer dem ersten bzw. zweiten Schaltungsabschnitt zugewandten Seite des ersten bzw. zweiten Schalters an die erste bzw. zweite Energieversorgungsleitung gekoppelt ist.
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In dieser Weise kann der erste Schaltungsabschnitt auch elektrisch versorgt werden, wenn der erste Schalter offen ist (und der zusätzliche Schalter geschlossen ist). Dies kann bezwecken, dass an den ersten Schaltungsabschnitt eine Spannung einer zweiten Stromquelle, wie einer Batterie, angelegt wird. Auch kann dies nützlich sein, wenn die verschiedenen Stromquelle, wie Batterien, verschiedene Kapazitäten haben und/oder verschieden stark genutzt werden sollen. Auch kann der zweite Schaltungsabschnitt mit geschlossenen zusätzlichen Schalter und offenem zweiten Schalter mit der Spannung der ersten Stromquelle versorgt werden. Dies ist auch analog mit dem dritten (oder weiteren) Schaltungsabschnitten und weiteren zusätzlichen Schaltern möglich. Einer der zusätzlichen Schalter kann auch mehr als zwei Schaltungsabschnitte gleichzeitig verbinden.
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Die erste Energieversorgungsleitung und die zweite Energieversorgungsleitung können eingerichtet und bestimmt sein, aus derselben Stromquelle, insbesondere derselben Batterie, elektrisch versorgt zu werden.
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Somit werden weniger separate Batterien benötigt. Anstelle einer Batterie kann auch eine andere Stromquelle stehen. Im Fall von mehr als zwei Schaltungsabschnitten können alle (der mehr als zwei) Energieversorgungsleitungen an dieselbe Batterie geschlossen sein. Es ist auch möglich, dass jeweils mehrere Energieversorgungsleitungen an einer von mehreren Batterien geschlossen sind.
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Die erste Energieversorgungsleitung und die zweite Energieversorgungsleitung können an einer dem ersten Schaltungsabschnitt bzw. dem zweiten Schaltungsabschnitt abgewandten Seite des ersten Schalters bzw. des zweiten Schalters zumindest teilweise als eine Leitung verlaufen.
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Dies bewirkt, dass weniger Kabel (oder anderes Leitungsmaterial) benötigt wird.
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Es ist möglich, dass die erste Energieversorgungsleitung eingerichtet und bestimmt ist, mit einer ersten Versorgungsspannung beaufschlagt zu werden und die zweite Energieversorgungsleitung eingerichtet und bestimmt ist, mit einer zweiten Versorgungsspannung beaufschlagt zu werden.
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Dies ist vorteilhaft, wenn die Verbraucher der verschiedenen Schaltungsabschnitte verschiedene Spannungen benötigen. Die verschiedenen Versorgungsspannungen können durch verschiedene Stromquellen oder durch eine Stromquelle mit verschiedenen vorgeschalteten Widerständen (oder Schaltungen) erzeugt werden. Bei mehr als zwei Schaltungsabschnitten sind mehr als zwei Versorgungsspannungen möglich, wobei es auch weniger verschiedene Versorgungsspannungen als Schaltungsabschnitte geben kann.
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Der erste Schaltungsabschnitt und der zweite Schaltungsabschnitt können jeweils keramische Kondensatoren umfassen.
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Besonders wenn die keramischen Kondensatoren in demselben Schaltungsabschnitt mit dem mindestens einem Elektrolytkondensator geschaltet sind, bewirkt dies eine weitere Verringerung der Abnutzung des mindestens einen Elektrolytkondensators. Der zweite Schaltungsabschnitt kann auch ein oder mehrere Elektrolytkondensatoren umfassen.
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Der erste Steuerzustand kann eingerichtet und bestimmt sein einen Fahrtzustand (als Betriebszustand) des Elektrofahrzeugs zu repräsentieren. Der zweite Steuerzustand kann eingerichtet und bestimmt sein einen Ladezustand (als Betriebszustand) des Elektrofahrzeugs zu repräsentieren.
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Auch andere Betriebszustände des Elektrofahrzeugs können durch Steuerzustände repräsentiert werden, wie zum Beispiel: Aktualisierung der Software des Elektrofahrzeugs, Vorheizen des Innenraums des Elektrofahrzeugs, Informationenanzeige und/oder Betreiben des Radios ohne Betreiben des Motors. Es ist auch möglich, dass ein Steuerzustand mehrere Elektrofahrzeugzustände repräsentiert.
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Der Steuerschaltung kann ferner einen weiteren ersten steuerbaren Schalter umfassen, der auf einer von dem ersten Schalter abgewandten Seite des von dem ersten Schaltungsabschnitt umfassten mindestens einen Elektrolytkondensators angeordnet ist, wobei der weitere erste Schalter in einem offenen Zustand eine Leitung unterbricht, um eine elektrische Versorgung des mindestens einen Elektrolytkondensators zu unterbinden. In diesem Fall kann die Schaltersteuereinheit eingerichtet und bestimmt sein, den Schaltzustand des weiteren ersten Schalters zu steuern, wobei in dem ersten Steuerzustand der weitere erste Schalter geschlossen ist, und wobei in dem zweiten Steuerzustand der weitere erste Schalter offen ist.
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Sind die Leitungen auf beiden Seiten des/der Elektrolytkondensators(/en) unterbrochen, kann sich die elektrische Spannung über den/die Elektrolytkondensator(en) nicht ändern. Dies schont den/die Elektrolytkondensator(en).
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Die erste und/oder zweite und/oder dritte Energieversorgungsleitung kann dazu eingerichtet sein, von einer Energieversorgung oder Stromquelle, wie einer Batterie elektrisch versorgt zu werden. Eine jeweilige Energieversorgungsleitung kann dazu eingerichtet sein, von jeweils einer korrespondierenden ersten und/oder zweiten und/oder dritten Energieversorgung oder Stromquelle, wie einem Spannungswandler oder einer Batterie, versorgt zu werden.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Steuerungsverfahren, das in einem Elektrofahrzeug eingesetzt wird, wobei das Steuerungsverfahren mittels einer der vorhergehenden Steuerschaltungen ausgeführt wird, und wobei das Steuerungsverfahren wenigstens die folgenden Schritte umfasst:
- - Ermitteln des Steuerzustands aus den funktionellen Anforderungen des Elektrofahrzeugs,
- - Ansteuern des ersten Schalters und des zweiten Schalters durch die Schaltersteuereinheit entsprechend dem Steuerzustand.
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Ein noch weiterer Aspekt betrifft ein Elektrofahrzeug, das eine vorstehend beschriebene Steuerschaltung umfasst.
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Gegenüber herkömmlichen Steuerschaltungen wird in der hier vorgestellten Lösung eine Steuerschaltung bereitgestellt, welche Elektrolytkondensatoren nur elektrisch versorgt, wenn deren Funktion benötigt wird. Somit wird die Lebensdauer der Elektrolytkondensatoren maximiert.
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Die vorgestellte Lösung nutzt herkömmliche Schaltungselemente in geringer Zahl. Dadurch wird eine kostengünstige Produktion sichergestellt.
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Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die zuvor beschriebenen Aspekte und Merkmale beliebig in einer Steuerschaltung und/oder einem Steuerungsverfahren kombiniert werden können. Zwar wurden einige der voranstehend beschriebenen Merkmale in Bezug auf eine Steuerschaltung beschrieben, jedoch versteht sich, dass diese Merkmale auch auf ein Steuerungsverfahren zutreffen können. Genauso können die voranstehend in Bezug auf ein Steuerungsverfahren beschriebenen Merkmale in entsprechender Weise auf eine Steuerschaltung zutreffen.
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Figurenliste
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Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den hier offenbarten Gegenstand. Die Abmessungen und Proportionen der in den Figuren gezeigten Komponenten sind hierbei nicht maßstäblich. Gleiche oder gleichwirkende Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen versehen. In den Schaltplänen sind gleiche oder gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Schaltzeichen dargestellt.
- 1 zeigt einen Schaltplan einer Steuerschaltung.
- 2 zeigt schematisch die Architektur für ein Steuerungsverfahren.
- 3 zeigt einen Schaltplan einer weiteren Steuerschaltung.
- 4 zeigt einen Schaltplan einer weiteren Steuerschaltung.
- 5 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug.
- 6 zeigt einen Schaltplan einer weiteren Steuerschaltung.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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Im Rahmen der folgenden Offenbarung werden bestimmte Aspekte vorrangig mit Bezug auf das Steuerschaltung beschrieben. Diese Aspekte sind jedoch selbstverständlich auch im Rahmen des offenbarten Steuerungsverfahrens gültig, das beispielsweise mit Hilfe einer zentralen Steuervorrichtung (ECU) eines Elektrofahrzeugs ausgeführt werden kann. Dies kann unter Vornahme geeigneter Schreib- und Lesezugriffe auf einen dem Elektrofahrzeug zugeordneten Speicher erfolgen. Das Steuerungsverfahren kann innerhalb des Elektrofahrzeugs sowohl in Hardware als auch Software als auch einer Kombination aus Hardware und Software implementiert werden. Dazu zählen auch digitale Signalprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise, Field Programmable Gate Arrays sowie weitere geeignete Schalt- und Rechenkomponenten.
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1 zeigt einen Schaltplan einer Steuerschaltung 10. Die Steuerschaltung 10 weist einen ersten Schaltungsabschnitt 12 auf, welcher mindestens einen Elektrolytkondensator 14 umfasst. In 1 wurde nur ein Elektrolytkondensator mit dem Bezugszeichen bezeichnet. Dies ist nicht einschränkend zu interpretieren. Elemente mit dem gleichen Schaltzeichen bezeichnen das gleiche Bauelement. In 1 umfasst der erste Schaltungsabschnitt 12 auch Kondensatoren 22 und Erdungen 24. Es ist auch möglich, dass diese Elemente nicht umfasst werden. Der erste Schaltungsabschnitt 12 kann weitere Elemente umfassen und ein Verbraucher ist an den ersten Schaltungsabschnitt 12 angeschlossen. Dies ist in 1 durch drei Punkte angedeutet, die darauf hinweisen, dass weitere Elemente nicht mehr in der Figur dargestellt sind. Der erste Schaltungsabschnitt 12 ist an eine erste Energieversorgungsleitung 16 geschlossen. Die erste Energieversorgungsleitung ist auch an einen Pol einer ersten Batterie 18 geschlossen. Als erste Batterie 18 kann jede Art von elektrischer Energiequelle fungieren. Die erste Energieversorgungsleitung 16 versorgt den ersten Schaltungsabschnitt 12 elektrisch. Die elektrische Versorgung kann durch einen ersten steuerbaren Schalter 19 (oder einfach: erster Schalter 19) unterbrochen werden. Der erste Schalter 19 ist in 1 in einem grauen Kasten hervorgehoben und befindet sich in der ersten Energieversorgungsleitung 16. In dem grauen Kasten kann auch eine andere Art Schalter als erster Schalter fungieren.
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Die Steuerschaltung 10 weist in analoger Weise auch einen zweiten Schaltungsabschnitt 20 auf, welcher Kondensatoren 22 und Erdungen 24 umfassen kann. Der zweite Schaltungsabschnitt 20 ist an die zweite Energieversorgungsleitung 26 geschlossen, welche auch an einen Pol einer zweiten Batterie 28 geschlossen ist. Als zweite Batterie 28 kann jede Art von elektrischer Energiequelle fungieren. Die zweite Energieversorgungsleitung 26 kann durch einen zweiten steuerbaren Schalter 30 unterbrochen werden.
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Des Weiteren weist die Steuerschaltung 10 ein Netzteil 32 (PSU, engl.: „power supply unit“) auf. Das Netzteil 32 wird von beiden Energieversorgungsleitungen 16 und 26 gespeist. Die Leitungen, welche das Netzteil 32 mit den Energieversorgungsleitungen 16 und 26 verbindet, weisen jeweils eine Diode 34 auf. Diese Leitungen sind auf einer der ersten bzw. zweiten Batterie 18/28 zugewandten Seite der ersten bzw. zweiten Energieversorgungsleitung 16/26 von dem ersten bzw. zweiten Schalter 19/30 aus gesehen an die jeweilige Energieversorgungsleitung angebracht. Es ist auch möglich, dass diese Leitungen auf der anderen Seite, von den jeweiligen Schaltern aus gesehen, angebracht sind. In diesem Fall sollte immer zumindest einer der ersten und zweiten Schalter 19 und 30 geschlossen sein. Es ist auch möglich, dass das Netzteil 32 von einer anderen Energiequelle oder nur einer der ersten und zweiten Batterie 18 und 28 gespeist wird. Es ist auch möglich, die Dioden 34 wegzulassen. Das Netzteil 32 versorgt eine Schaltersteuereinheit 36 elektrisch. Die Schaltersteuereinheit 36 steuert den ersten Schalter 19 und den zweiten Schalter 30 an.
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Der erste Steuerabschnitt 12 umfasst in 1 mehrere Elektrolytkondensatoren 14, Kondensatoren 22 und Erdungen 24. Durch diesen Aufbau soll eine elektrische Versorgung (/Spannung) für einen nachgeschalteten Hauptverbraucher gefiltert werden. Der in der 1 gezeigte Aufbau des ersten Steuerabschnitts 12 (wie auch der gezeigt Aufbau des zweiten Steuerabschnitts 20) ist nur beispielhaft. Auch andere Zusammensetzungen von elektronischen Bauelementen zu einem ersten Steuerabschnitt 12 sind denkbar. Im Sinne der Erfindung sollte nur mindestens ein Elektrolytkondensator 14 von dem ersten Steuerabschnitt umfasst werden. In ähnlicher Weise kann auch der zweite Steuerabschnitt 20 anders aufgebaut sein. Es ist nicht unbedingt nötig (aber möglich), dass der zweite Steuerabschnitt 20 einen Elektrolytkondensator 14 umfasst.
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Der erste Steuerabschnitt 12 und der zweite Steuerabschnitt 20 versorgen jeweils nachgeschaltete Verbraucher elektrisch. Diese Verbraucher können auf verschiedene Weisen an die Steuerabschnitte geschlossen (nachgeschaltet) sein. Beispielsweise ist es möglich, dass ein Verbraucher den Elektrolytkondensatoren 14, wie im ersten Schaltungsabschnitt 12 bei den Punkten, parallel zugeschaltet wird. Auch kann ein Verbraucher wie im zweiten Schaltungsabschnitts 20 an den unteren Punkten an diesen angeschlossen werden.
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In der Steuerschaltung 10 der 1 ist aus der Ausrichtung der Elektrolytkondensatoren 14 und der Dioden 34 erkennbar, dass die eingezeichneten Pole der ersten und zweiten Batterie 18 und 28 positive Pole sind. Es ist auch denkbar, dass die eingezeichneten Pole der ersten und zweiten Batterie 18 und 28, an welche die erste und zweite Energieversorgungsleitung 16 und 26 angeschlossen sind, negative Pole darstellen. In einem solchen Fall müssten die Elektrolytkondensatoren 14 und die Dioden 34 darauf angepasst sein, z.B.: andersherum angeordnet sein. Auch eine Wechselstromquelle als erste und zweite Batterie 18 und 28 ist denkbar. In diesem Fall müsste der Rest der Steuerschaltung 10 auch darauf angepasst sein. Dies ist beispielsweise möglich durch einen Gleichrichter möglich.
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Die Schaltersteuereinheit 36 steuert den ersten Schalter 19 und den zweiten Schalter 30 gemäß einem Steuerungsverfahren an. Die Architektur des Steuerungsverfahrens ist in 2 schematisch gezeigt. In einem ersten Schritt S1 wird ein Betriebszustand des Elektrofahrzeugs ermittelt. Dieser Betriebszustand kann beispielsweise ein Fahrzustand, ein Ladezustand oder ein Aktualisierungszustand während einem Stillstands- oder Schlafmodus des Elektrofahrzeugs sein. Aus dem Betriebszustand des Elektrofahrzeugs wird ein Steuerzustand ermittelt. Ist das Elektrofahrzeug, zum Beispiel, in einem Fahrzustand, wird der erste Steuerzustand ermittelt. In diesem Fall werden der erste Schalter 19 und der zweite Schalter 30 geschlossen, wie im zweiten Schritt S2 in 2 gezeigt. Somit werden beide Schaltungsabschnitte elektrisch versorgt. Versorgt, beispielsweise, der erste Schaltungsabschnitt 12 eine Motorsteuerung und der zweite Schaltungsabschnitt 20 ein Batterie-Überwachungssystem, so werden beide Systeme, Motorsteuerung und Batterie-Überwachungssystem, versorgt. Ist das Elektrofahrzeug hingegen, zum Beispiel, in einem Ladezustand, wird der zweite Steuerzustand ermittelt. In diesem Fall wird der erste Schalter 19 geöffnet und der zweite Schalter 30 wird geschlossen, wie im dritten Schritt S3 gezeigt. Versorgt, beispielsweise, der erste Schaltungsabschnitt 12 eine Motorsteuerung und der zweite Schaltungsabschnitt 20 ein Batterie-Überwachungssystem, so wird nur das Batterie-Überwachungssystem versorgt. Die Motorsteuerung wird nicht versorgt. Anschließend, im vierten Schritt S4, wird überwacht, ob sich der Betriebszustand des Elektrofahrzeugs ändert. Ändert sich dieser Betriebszustand, fängt das Steuerungsverfahren von Schritt S1 erneut an.
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Auch ein weiterer Steuerzustand ist möglich, bei welchem der erste und zweite Schalter 19 und 30 geöffnet sind. Dabei werden weder der erste Schaltungsabschnitt 12 noch der zweite Schaltungsabschnitt 20 elektrisch versorgt. Dieser Steuerzustand kann minimalen funktionellen Anforderungen des Elektroautos entsprechen, zum Beispiel, wenn dieses geparkt ist und weder Software-Aktualisierungen durchführt wird, noch geladen wird.
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3 zeigt eine Steuerschaltung, welche der Steuerschaltung aus 1 ähnelt und ferner einem zusätzlichen Schalter 38 aufweist. Die anderen Elemente aus 3 sind gleich zu den Elementen in 1. Für diese Elemente wird auf die vorhergehende Beschreibung der 1 verwiesen. Der zusätzliche Schalter 38 verbindet den ersten Schaltungsabschnitt 12 und den zweiten Schaltungsabschnitt 20. Der zusätzlichen Schalter 38 wird durch die Schaltersteuereinheit 36 gesteuert. Durch den zusätzlichen Schalter 38 kann der erste Schaltungsabschnitt 12 oder der zweite Schaltungsabschnitt 20 mit der Spannung der jeweils anderen Batterie 28 bzw. 18 beaufschlagt werden. So kann die erste Batterie 18 beide Schaltungsabschnitte elektrisch versorgen, indem der erste Schalter 19 und der zusätzliche Schalter 38 geschlossen sind und der zweite Schalter 30 offen ist. Alternativ kann die zweite Batterie 28 beide Schaltungsabschnitte elektrisch versorgen, indem der zweite Schalter 30 und der zusätzlich Schalter 38 geschlossen sind und der erste Schalter 19 offen ist. Dies kann nützlich sein, um nur eine der Batterien für eine gewisse Zeit zu benutzen. Auch kann auf diese Weise verschiedene Spannungen von den verschiedenen Batterien an den Schaltungsabschnitten angelegt werden.
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4 zeigt eine Steuerschaltung 10 wie in 1 mit zwei voneinander unabhängigen Änderungen: Einerseits sind der erste Schalter 19a und die erste Energieversorgungsleitung 16a nicht direkt an eine Batterie angeschlossen, sondern an die zweite Energieversorgungsleitung. Dadurch gibt es auch nur noch eine Batterie 18a. Andererseits ist ein weiterer erster steuerbarer Schalter 40 an bzw. in dem ersten Steuerabschnitt angeschlossen. Die anderen Elemente sind den Elementen aus 1 gleich. Für diese Elemente wird auf die vorhergehende Beschreibung der 1 verwiesen.
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Die alternative Anordnung und Anschließung des ersten Schalters 19a und der ersten Energieversorgungsleitung 16a kann eine kürzere erste Energieversorgungsleitung 16a bewirken.
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Dies macht die Steuerschaltung 10 noch kostengünstiger in der Produktion. Für die selektive, elektrische Versorgung des ersten und zweiten Schaltungsabschnitts 12 und 20 gemäß dem ersten und zweiten Steuerzustand macht diese Alternative keinen Unterschied: Im ersten Steuerzustand sind beide Schalter geschlossen. Somit sind beide Steuerungsabschnitte (und die jeweils nachgeschalteten Verbraucher) elektrische versorgt. Im zweiten Steuerzustand ist der zweite Schalter 30 geschlossen und der erste Schalter 19a ist offen. Somit wird der zweite Steuerabschnitt (mit entsprechendem Verbraucher) elektrisch versorgt, während der erste Steuerabschnitt von der elektrischen Versorgung abgeschnitten ist. In einem anderen Fall, in dem es minimale funktionelle Anforderungen des Elektrofahrzeugs (z.B.: Parken ohne Laden und/oder Software-Aktualisierung) gibt und eine elektrische Versorgung des ersten und zweiten Schaltungsabschnitt 12 und 20 nicht benötigt wird, reicht es den zweiten Schalter 30 zu öffnen.
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Die Anordnung der Steuerschaltung 10 aus 1 ist gegenüber der Anordnung der Steuerschaltung 10 aus 3 insofern vorteilhaft, wenn in einem möglichen dritten Steuerzustand der erste Schaltungsabschnitt elektrisch versorgt werden soll, während der zweite Schaltungsabschnitt von der elektrischen Versorgung abgeschnitten werden soll. Dies ist mit der Steuerschaltung aus 1 möglich, indem der erste Schalter geschlossen ist und der zweite Schalter offen ist.
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Der weitere erste steuerbare Schalter 40 in 4 ist vorzugsweise so angeordnet, dass sich alle Elektrolytkondensatoren 14 im ersten Schaltungsabschnitt 12 (elektronisch) zwischen dem ersten Schalter 19 bzw. 19a und dem weiteren ersten Schalter 40 befinden. Wird der erste Schalter 19 bzw. 19a so angesteuert, dass er offen ist (z.B. im zweiten Steuerzustand), dann wird der weitere erste Schalter 40 bevorzugt auch so angesteuert, dass er offen ist. In gleicher Weise ist der weitere erste Schalter 40 bevorzugt geschlossen, wenn der erste Schalter 19 bzw. 19a geschlossen ist. Auch wenn bereits das Öffnen eines des ersten Schalters 19 bzw. 19a und weiteren ersten Schalter 40 den Stromkreislauf im ersten Schaltungsabschnitt unterbricht, kann es doch vorteilhaft sein, beide Schalter zu öffnen. Sind beide Schalter (19/19a und 40) geöffnet, ändert sich das elektrische Potential auf beiden Seiten (Anode und Kathode) jedes der Elektrolytkondensatoren 14 nicht. Dies verlangsamt den Alterungsprozess der Elektrolytkondensatoren 14 weiter. Zur Ansteuerung des weiteren ersten Schalters 40 ist es möglich, dass der erste Schalter 19 bzw. 19a und der weitere erste Schalter 40 mit Hilfe des selben Anschlusses der Schaltersteuereinheit 36 angesteuert werden - also, dass die Steuerleitungen des ersten Schalters 19 bzw. 19a und des weiteren ersten Schalters 40 teilweise als eine Leitung verlaufen.
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Es ist auch möglich, dass die Kombination aus erstem Schalter 19 bzw. 19a, zweitem Schalter 30 und (potentiellen) zusätzlichen Schalter 38 ein Schaltermodul darstellt. Somit würde jede der 1, 3 und 4 ein anderes Schaltermodul zeigen. Jeweils eins dieser verschiedenen Schaltermodule könnte in einen vorerst freigebliebenen Steckplatz in der Steuerschaltung eingesetzt werden. Erst durch das Einsetzen eines der Schaltermodule würde die Steuerschaltung vollendet werden. Auf diese Weise könnte der Preis der Produktion der Steuerschaltung weiter gesenkt werden.
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5 zeigt schematisch ein Elektrofahrzeug 50, welches eine Steuerschaltung 10 umfasst. Die Steuerschaltung 10 ist mit mindestens einer Batterie 18 und/oder 28, einer Motorsteuerung 42, Ventilspulen 44, einer Parkbremssteuerung 46 und anderen Schaltungsteilen 48 verbunden. Die Motorsteuerung 42, die Ventilspulen 44, die Parkbremssteuerung 46 und die anderen Schaltungsteile 48 sind jeweils oder gruppenweise an eine der Schaltabschnitte 12 und 20 so geschlossen, dass sie elektrisch versorgt werden, wobei es auch mehr als zwei Schaltabschnitte geben kann. Die anderen Schaltungsteile 48 können mehrere Verbraucher darstellen und an mehr als einen Schaltungsabschnitt geschlossen sein.
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6 zeigt eine Variante, die im Wesentlichen identisch mit der Ausführung der 4 ist und in der gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind. Die Ausführung der 6 unterscheidet sich lediglich dadurch, dass der erste Schalter 19a entfallen ist und die erste Energieversorgungsleitung 16a über den verbleibenden Schalter von der ersten Batterie abtrennbar ist. Der erste Steuerabschnitt ist über den ersten Schalter 40 masseseitig von einer Energieversorgung abtrennbar, so dass der wenigstens eine Elektrolytkondensator geschützt werden kann. Diese Variante stellt eine besonders kostengünstige Alternative zur Ausführung gemäß 4 dar.
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Es versteht sich, dass die zuvor erläuterten beispielhaften Ausführungsformen nicht abschließend sind und den hier offenbarten Gegenstand nicht beschränken. Insbesondere ist für den Fachmann ersichtlich, dass er die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombinieren kann und/oder verschiedene Merkmale der Ausführungsformen weglassen kann, ohne dabei von dem hier offenbarten Gegenstand abzuweichen.
