DE102020125314A1

DE102020125314A1 - System und verfahren zur schützstatusprüfung für elektrifiziertes fahrzeug

Info

Publication number: DE102020125314A1
Application number: DE102020125314.1A
Authority: DE
Inventors: Yuan Zhang; Rui Wang; Xu Wang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2021-04-01
Also published as: CN112590617A; US20210097785A1

Abstract

Die Offenbarung stellt ein System und ein Verfahren zur Schützstatusprüfung für ein elektrifiziertes Fahrzeug bereit. Ein Leistungsverteilungssystem beinhaltet ein Schütz zwischen einer Traktionsbatterie und einem Hochspannungsbus. Das System beinhaltet eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, einen Schützstatus zu erzeugen, um zu bestimmen, ob das Schütz wie befohlen arbeitet. Die Steuerung identifiziert als Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate einer Spannungsdifferenz zwischen einer Traktionsbatteriespannung und einer Hochspannungsbusspannung über jedes einer vorbestimmten Anzahl von Zeitintervallen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, ein Schütz als geschlossen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anwendung bezieht sich im Allgemeinen auf das Erkennen eines Status eines Schützes zwischen einer Traktionsbatterie und einem Hochspannungsleistungsbus in einem Fahrzeug.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektrifizierte Fahrzeuge beinhalten Hochspannungskomponenten, die mit einem Hochspannungsbus verbunden sind. Der Hochspannungsbus kann Elemente beinhalten, die die Hochspannungskomponenten voneinander selektiv isolieren. Unter normalen Bedingungen können die selektiven Isolationselemente wie befohlen funktionieren. Unter anormalen Bedingungen können sich die selektiven Isolationselemente jedoch in einem anderen als dem befohlenen Zustand befinden.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug beinhaltet eine Traktionsbatterie und ein Schütz, das dazu konfiguriert ist, einen Anschluss der Traktionsbatterie selektiv elektrisch an einen Anschluss eines Hochspannungsbusses zu koppeln. Das Fahrzeug beinhaltet ferner eine Steuerung, die dazu programmiert ist, dem Schütz zu befehlen, sich an einem Ende eines Zündzyklus zu öffnen, und als Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate einer Spannungsdifferenz zwischen der Traktionsbatterie und dem Hochspannungsbus für jedes einer ersten vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, zu veranlassen, dass eine Anzeige einen Statusindikator zeigt, um anzugeben, dass das Schütz während eines nachfolgenden Zündzyklus zugeschweißt ist, und als Reaktion darauf, dass die Änderungsrate für jedes einer zweiten vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, in einen Abschaltmodus einzutreten, ohne zu veranlassen, dass die Anzeige den Statusindikator für den nachfolgenden Zündzyklus zeigt.
Die Werte, die den vorbestimmten Bereich definieren, können auf Werten eines Widerstands und einer Kapazität basieren, die an den Hochspannungsbus gekoppelt sind, durch die der Hochspannungsbus passiv entladen wird, wenn das Schütz geöffnet ist. Die erste vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen und die zweite vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen können jeweils eine Dauer definieren, die kürzer ist als eine Zeit, in der eine Spannung der Hochspannungsbusspannung von einer Spannung der Traktionsbatterie unter einen vorbestimmten Niederspannungsschwellenwert abklingt. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, als Reaktion darauf, dass die Änderungsrate für jedes der ersten vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, einen Diagnosecode zu speichern. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, die Änderungsrate zwischen aufeinanderfolgenden Spannungsmessungen auszuwerten. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, die Änderungsrate zwischen Durchschnittswerten von zwei Gruppen von Spannungsdifferenzen, die mehr als eine Spannungsmessung beinhalten, auszuwerten. Die zweite vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen kann geringer sein als die erste vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, als Reaktion darauf, dass eine Spannung des Hochspannungsbusses unter einen vorbestimmten Niederspannungsschwellenwert fällt, in den Abschaltmodus einzutreten, ohne zu veranlassen, dass die Anzeige den Statusindikator für den nachfolgenden Zündzyklus zeigt.
Ein Leistungsverteilungssystem für ein Fahrzeug beinhaltet ein Schütz, das dazu konfiguriert ist, einen Anschluss einer Traktionsbatterie selektiv elektrisch an einen entsprechenden Anschluss eines Hochspannungsbusses zu koppeln. Das Leistungsverteilungssystem beinhaltet ferner eine Steuerung, die dazu programmiert ist, dem Schütz zu befehlen, von geschlossen zu offen zu wechseln, und als Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate einer Differenz zwischen einem Durchschnittswert eines ersten Satzes von Spannungsdifferenzen und einem Durchschnittswert eines zweiten Satzes von Spannungsdifferenzen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs über jedes einer vorbestimmten Anzahl von Zeitintervallen liegt, eine Anzeige in dem Fahrzeug zu veranlassen, einen Statusindikator zu zeigen, der angibt, dass das Schütz zugeschweißt ist, wobei die Spannungsdifferenzen zwischen einer Traktionsbatteriespannung und einer Hochspannungsbusspannung vorliegen.
Der erste Satz von Spannungsdifferenzen ist aufeinanderfolgende Messungen über ein erstes Zeitintervall und der zweite Satz von Spannungsdifferenzen kann aufeinanderfolgende Messungen über ein zweites Zeitintervall sein. Das zweite Zeitintervall kann unmittelbar auf das erste Zeitintervall folgen. Das erste Zeitintervall und das zweite Zeitintervall können eine gleiche Anzahl von Spannungsmessungen beinhalten. Die Werte, die den vorbestimmten Bereich definieren, können auf Werten eines Widerstands und einer Kapazität basieren, die an den Hochspannungsbus gekoppelt sind, durch die der Hochspannungsbus passiv entladen wird, wenn das Schütz geöffnet ist. Die vorbestimmte Anzahl von Zeitintervallen kann eine Dauer definieren, die kürzer ist als eine Zeit, in der die Hochspannungsbusspannung unter einen vorbestimmten Niederspannungsschwellenwert abklingt. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, als Reaktion darauf, dass die Änderungsrate über jedes einer zweiten vorbestimmten Anzahl von Zeitintervallen außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, die Steuerung dazu zu veranlassen, in einen Energiesparmodus einzutreten, ohne zu veranlassen, dass die Anzeige den Statusindikator zeigt. Die zweite vorbestimmte Anzahl von Zeitintervallen kann sich von der vorbestimmten Anzahl von Zeitintervallen unterscheiden.
Ein Verfahren beinhaltet, dass eine Steuerung einem Schütz, das zwischen einem Anschluss einer Traktionsbatterie und einem Anschluss eines Hochspannungsbusses angeordnet ist, befiehlt, von geschlossen zu offen zu wechseln. Das Verfahren beinhaltet ferner Ausgeben eines Statusindikators durch die Steuerung an eine Anzeige, der ein geschweißtes Schütz angibt, als Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate einer Spannungsdifferenz zwischen einer Traktionsbatterie und einem Hochspannungsbus über jedes einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der gemäß Werten eines Widerstands und einer Kapazität variiert, die an den Hochspannungsbus gekoppelt sind, durch die sich der Hochspannungsbus passiv entlädt, wenn das Schütz geöffnet ist.
Das Verfahren kann ferner Eintreten in einen Steuerungsabschaltmodus beinhalten, ohne den Statusindikator auszugeben, als Reaktion darauf, dass die Änderungsrate der Spannungsdifferenz über jedes einer zweiten vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt. Die zweite vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen kann sich von der vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen unterscheiden. Die vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen kann eine Dauer definieren, die kürzer ist als eine Zeit, in der die Hochspannungsbusspannung unter einen Niederspannungsschwellenwert abklingt.
Figurenliste

1 zeigt eine mögliche Konfiguration für ein elektrifiziertes Fahrzeug.
2 zeigt eine mögliche Konfiguration für Schütze in einem Hochspannungsleistungsverteilungssystem für ein Fahrzeug.
3 zeigt eine mögliche Spannungsabklingreaktion eines Hochspannungsbusses, nachdem er von einer Traktionsbatterie getrennt wurde.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm für eine mögliche Abfolge von Vorgängen zum Bestimmen des Schützstatus.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in dieser Schrift 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 können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die in der vorliegenden Schrift offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug 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 veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen 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.
Elektrifizierte Fahrzeuge beinhalten Schütze zum selektiven Verbinden und Isolieren von Hochspannungskomponenten. Die Schütze können elektromagnetische Schalter, wie etwa Relais, sein. In einer Hochspannungsumgebung können Schalter hohen Belastungsniveaus ausgesetzt sein. Die in einem elektrifizierten Fahrzeug vorhandenen hohen Spannungen können einen Lichtbogen zwischen den Schaltkontakten verursachen. Der Lichtbogen kann auftreten, wenn der Schalter geöffnet oder geschlossen wird. Die Temperatur des Lichtbogens kann hoch genug sein, um zu bewirken, dass die Schalterkontakte schmelzen. In einigen Fällen kann das Schütz zugeschweißt werden.
1 stellt ein elektrifiziertes Fahrzeug 112, das als Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (Plug-in Hybrid-Electric Vehicle - PHEV) bezeichnet werden kann, dar. Ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug 112 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 114 umfassen, die mechanisch an ein Getriebe oder ein Hybridgetriebe 116 gekoppelt sind. Die elektrischen Maschinen 114 können dazu in der Lage sein, als ein Elektromotor und ein Generator betrieben zu werden. Zusätzlich ist das Hybridgetriebe 116 mechanisch an einen Verbrennungsmotor 118 gekoppelt. Das Hybridgetriebe 116 ist außerdem mechanisch an eine Antriebswelle 120 gekoppelt, die mechanisch an die Räder 122 gekoppelt ist. Die elektrischen Maschinen 114 können Antriebs- und Nutzbremsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 118 an- oder ausgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 114 können außerdem als Generatoren fungieren und können Kraftstoffeffizienzvorteile bereitstellen, indem sie Energie zurückgewinnen, die normalerweise in einem Reibungsbremssystem als Wärme verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 114 können zudem Fahrzeugemissionen reduzieren, indem sie es ermöglichen, dass der Verbrennungsmotor 118 bei effizienteren Drehzahlen betrieben wird, und es ermöglichen, dass das elektrifizierte Fahrzeug 112 im Elektromodus betrieben wird, wobei der Verbrennungsmotor 118 unter bestimmten Bedingungen abgeschaltet ist. Bei einem elektrifizierten Fahrzeug 112 kann es sich zudem um ein Batterieelektrofahrzeug (battery electric vehicle - BEV) handeln. Bei einer BEV-Konfiguration ist unter Umständen kein Verbrennungsmotor 118 vorhanden. Bei anderen Konfigurationen kann das elektrifizierte Fahrzeug 112 ein Vollhybridelektrofahrzeug (full hybrid-electric vehicle - FHEV) ohne Plug-in-Funktion sein.
Ein Batteriepack oder eine Traktionsbatterie 124 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 114 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 124 kann einen Hochspannungsgleichstromausgang (direct current - DC) bereitstellen. Ein Schützmodul 142 kann ein oder mehrere Schütze beinhalten, die konfiguriert sind, um die Traktionsbatterie 124 von einem Hochspannungsbus 152 zu isolieren, wenn sie geöffnet sind, und die Traktionsbatterie 124 mit dem Hochspannungsbus 152 zu verbinden, wenn sie geschlossen sind. Der Hochspannungsbus 152 kann Leistungs- und Rückführungsleiter zum Transportieren von Strom über den Hochspannungsbus 152 beinhalten. Das Schützmodul 142 kann sich in der Traktionsbatterie 124 befinden.
Ein oder mehrere Leistungselektronikmodule 126 (auch als Wechselrichter bekannt) können elektrisch an den Hochspannungsbus 152 gekoppelt sein. Die Leistungselektronikmodule 126 sind zudem elektrisch an die elektrischen Maschinen 114 gekoppelt und stellen die Fähigkeit bereit, Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie 124 und den elektrischen Maschinen 114 zu übertragen. Die Traktionsbatterie 124 kann zum Beispiel eine Gleichstromspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 114 mit einem Dreiphasen-Wechselstrom (alternating current - AC) arbeiten können, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 126 kann die DC-Spannung in einen Dreiphasen-AC-Strom zum Betreiben der elektrischen Maschinen 114 umwandeln. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 126 den Dreiphasen-Wechselstrom von den elektrischen Maschinen 114, die als Generatoren fungieren, in die Gleichstromspannung umwandeln, der mit der Traktionsbatterie 124 kompatibel ist.
Zusätzlich zu dem Bereitstellen von Antriebsenergie kann die Traktionsbatterie 124 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Das Fahrzeug 112 kann ein DC/DC-Wandlermodul 128 beinhalten, das den Hochspannungsgleichstromausgang des Hochspannungsbusses 152 in einen Niederspannungsgleichstrompegel eines Niederspannungsbusses 154 umwandelt, der mit Niederspannungsverbrauchern 156 kompatibel ist. Ein Ausgang des DC/DC-Wandlermoduls 128 kann elektrisch an eine Hilfsbatterie 130 (z. B. eine 12-V-Batterie) gekoppelt sein, um die Hilfsbatterie 130 aufzuladen. Die Niederspannungsverbraucher 156 können über den Niederspannungsbus 154 elektrisch an die Hilfsbatterie 130 gekoppelt sein. Ein oder mehrere elektrische Hochspannungsverbraucher 146 können an den Hochspannungsbus 152 gekoppelt sein. Die elektrischen Hochspannungsverbraucher 146 können eine zugehörige Steuerung aufweisen, welche die elektrischen Hochspannungsverbraucher 146 gegebenenfalls betreibt und steuert. Beispiele für elektrische Hochspannungsverbraucher 146 können ein Gebläse, ein elektrisches Heizelement und/oder ein Klimakompressor sein.
Das elektrifizierte Fahrzeug 112 kann dazu konfiguriert sein, die Traktionsbatterie 124 über eine externe Leistungsquelle 136 wiederaufzuladen. Bei der externen Leistungsquelle 136 kann es sich um eine Verbindung mit einer Steckdose handeln. Die externe Leistungsquelle 136 kann elektrisch an eine Ladestation oder eine Versorgungsausrüstung für Elektrofahrzeuge (Electric Vehicle Supply Equipment - EVSE) 138 gekoppelt sein. Die externe Leistungsquelle 136 kann ein elektrisches Leistungsverteilungsnetzwerk oder ein Stromnetz sein, wie es von einem Elektrizitätsversorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Die EVSE 138 kann einen Schaltkreis und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von Energie zwischen der Leistungsquelle 136 und dem Fahrzeug 112 zu regulieren und zu verwalten. Die externe Leistungsquelle 136 kann der EVSE 138 elektrische Leistung als Gleichstrom oder als Wechselstrom bereitstellen. Die EVSE 138 kann einen Ladestecker 140 zum Koppeln an einen Ladeanschluss 134 des Fahrzeugs 112 aufweisen. Der Ladeanschluss 134 kann eine beliebige Art von Anschluss sein, der dazu konfiguriert ist, Leistung von der EVSE 138 an das Fahrzeug 112 zu übertragen. Der Ladeanschluss 134 kann elektrisch an ein bordeigenes Leistungsumwandlungsmodul oder eine bordeigene Ladevorrichtung gekoppelt sein. Die Ladevorrichtung 132 kann die Leistung konditionieren, die von der EVSE 138 zugeführt wird, um der Traktionsbatterie 124 und dem Hochspannungsbus 152 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Die Ladevorrichtung 132 kann elektrisch an das Schützmodul 142 gekoppelt sein. Die Ladevorrichtung 132 kann mit der EVSE 138 eine Schnittstelle bilden, um die Abgabe von Leistung an das Fahrzeug 112 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 140 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeanschlusses 134 zusammenpassen. Alternativ können verschiedene Komponenten, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben sind, unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung Leistung übertragen.
Es können Radbremsen 144 bereitgestellt sein, um das Fahrzeug 112 zu verlangsamen und eine Bewegung des Fahrzeugs 112 zu verhindern. Die Radbremsen 144 können hydraulisch betätigt, elektrisch betätigt oder eine Kombination davon sein. Die Radbremsen 144 können ein Teil eines Bremssystems 150 sein. Das Bremssystem 150 kann weitere Komponenten zum Betreiben der Radbremsen 144 beinhalten. Der Einfachheit halber zeigt die Figur eine einzige Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und einer der Radbremsen 144. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und den anderen Radbremsen 144 ist impliziert. Das Bremssystem 150 kann eine Steuerung beinhalten, um das Bremssystem 150 zu überwachen und zu koordinieren. Das Bremssystem 150 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 144 zum Verlangsamen des Fahrzeugs steuern. Das Bremssystem 150 kann auf Fahrerbefehle reagieren und kann zudem autonom arbeiten, um Merkmale, wie etwa eine Stabilitätskontrolle, umzusetzen. Die Steuerung des Bremssystems 150 kann ein Verfahren zum Aufbringen einer angeforderten Bremskraft umsetzen, wenn dies von einer anderen Steuerung oder einer Unterfunktion angefordert wird.
Elektronische Module in dem Fahrzeug 112 können über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Vielzahl von Kommunikationskanälen beinhalten. Ein Kanal des Fahrzeugnetzwerks kann ein serieller Bus, wie etwa ein Controller Area Network (CAN), sein. Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerks kann ein Ethernet-Netzwerk laut der Definition durch die Normengruppe 802 des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) beinhalten. Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen beinhalten und können Leistungssignale von der Hilfsbatterie 130 enthalten. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Zum Beispiel können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, wohingegen Steuersignale über ein CAN oder einzelne Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann beliebige Hardware- und Softwarekomponenten beinhalten, die eine Übertragung von Signalen und Daten zwischen Modulen unterstützen. Das Fahrzeugnetzwerk ist in 1 nicht gezeigt, aber es kann impliziert sein, dass sich das Fahrzeugnetzwerk mit jedem elektronischen Modul verbinden kann, das im Fahrzeug 112 vorhanden ist. Es kann eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system Controller - VSC) 148 vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Das elektrifizierte Fahrzeug 112 kann ferner eine Benutzerschnittstelle 160 beinhalten. Die Benutzerschnittstelle 160 kann eine Vielzahl von Anzeigeelementen zum Übermitteln von Informationen an den Bediener bereitstellen. Die Benutzerschnittstelle 160 kann eine Vielfalt von Eingabeelementen zum Empfangen von Informationen von dem Bediener bereitstellen. Die Benutzerschnittstelle 160 kann eine oder mehrere Anzeigen beinhalten. Die Anzeigen können Touchscreen-Anzeigen sein. Die Benutzerschnittstelle 160 kann einzelne Lampen/Leuchten beinhalten. Die Lampen können zum Beispiel Leuchtdioden (LED) beinhalten. Die Benutzerschnittstelle 160 kann Schalter, Drehknöpfe und Tasten beinhalten, um es dem Bediener zu ermöglichen, verschiedene Einstellungen zu ändern. Die Benutzerschnittstelle 160 kann ein Steuermodul beinhalten, das über das Fahrzeugnetzwerk kommuniziert. Die Benutzerschnittstelle 160 kann ein oder mehrere Anzeigeelemente bereitstellen, die angeben, dass das Laden verhindert wird und dass der Fahrzeugbetrieb verhindert wird. Die Benutzerschnittstelle 160 kann auch Anzeigeelemente zum Angeben eines Status des Schützmoduls 142 bereitstellen. Die Anzeigeelemente können einzelne Lampen und/oder Nachrichten in einem Nachrichtenanzeigebereich beinhalten. Die Benutzerschnittstelle 160 kann auch ein Diagnoseterminal beinhalten, das Zugriff auf gespeicherte Steuerungsdaten unter Verwendung eines Diagnosewerkzeugs oder einer anderen Vorrichtung ermöglicht. Zum Beispiel kann das Diagnoseterminal dem Benutzer oder Techniker ermöglichen, Diagnosecodes abzurufen, die in den Fahrzeugsteuerungen gespeichert sind.
2 zeigt eine Konfiguration eines Hochspannungsleistungsverteilungssystems 200 für ein Fahrzeug, das eine Vielzahl von Schützen beinhaltet. Das Schützmodul 142 kann ein Vorladeschütz 204 (S1) beinhalten, das mit einem Vorladewiderstand 202 elektrisch in Reihe geschaltet ist. Der Vorladewiderstand 202 kann den Strom begrenzen, der während des Hochfahrens durch den Hochspannungsbus 152 fließt, wenn die Traktionsbatterie 124 das erste Mal mit dem Hochspannungsbus 152 verbunden wird. Das Schützmodul 142 kann ein Hauptschütz 206 (S2) beinhalten, das dazu konfiguriert ist, einen positiven Anschluss 212 der Traktionsbatterie 124 selektiv an einen positivseitigen Leiter 216 des Hochspannungsbus 152 elektrisch zu koppeln. Das Schützmodul 142 kann ein Hochspannungsrückführungsschütz 208 (S3) beinhalten, das dazu konfiguriert ist, einen Rückführungsanschluss 214 der Traktionsbatterie (Rückführungsanschluss der Traktionsbatterie 124) selektiv an einen negativseitigen oder Rückführungsleiter 218 des Hochspannungsbusses 152 (z. B. Rückführungsseite des Leistungselektronikmoduls 126) elektrisch zu koppeln. Das Schützmodul 142 kann ein Nebenverbraucherrückführungsschütz 210 (S4) beinhalten, das dazu konfiguriert ist, den Rückführungsanschluss 214 der Traktionsbatterie selektiv an einen elektrischen Verbraucherrückführungsleiter 220 elektrisch zu koppeln, an die ein Hilfsverbraucher 226 angeschlossen sein kann.
Ein oder mehrere Hochspannungsverbraucher 228 können elektrisch an den Hochspannungsbus 152 gekoppelt sein. Ein kapazitives Element 229 und eine Entladungsimpedanz 231 können ebenfalls elektrisch über dem Hochspannungsbus 152 gekoppelt sein. Das kapazitive Element 229 und die Entladungsimpedanz 231 können auch die kombinierte Impedanz darstellen, die den Hochspannungsverbrauchern 228 zugeordnet ist. Das kapazitive Element 229 kann Ladung halten und die Abklingrate der Spannung des Hochspannungsbusses begrenzen. Wenn es von dem Hochspannungsbus 152 getrennt wird, kann das kapazitive Element 229 Energie durch die Entladungsimpedanz 231 entladen. Beim Trennen kann die Spannung über dem Hochspannungsbus 152 gegen null abklingen. Zusätzlich kann das kapazitive Element 229 große Einschaltströme beim Start verursachen, wenn es nicht geladen wird. Eine Verbindung der Hochspannungsverbraucher 228 kann durch Schließen des Hochspannungsrückführungsschützes 208 und des Hauptschützes 206 und/oder des Vorladeschützes 204 hergestellt werden.
Ein Nebenverbraucher 226 kann ebenfalls zwischen dem positivseitigen Leiter 216 und dem Hochspannungsrückführungsleiter 220 elektrisch gekoppelt sein. Eine Verbindung des Nebenverbrauchers 226 kann durch Schließen des Rückführungsschützes 210 des Nebenverbrauchers und des Hauptschützes 206 und/oder Vorladeschützes 204 hergestellt werden. Der Nebenverbraucher 226 kann das DC/DC-Wandlermodul 128 beinhalten, das den Niederspannungsbus 154 ansteuert.
Die Schütze 204, 206, 208, 210 können elektromagnetische Schalter, wie zum Beispiel ein Relais sein. Die Schütze können eine Spule beinhalten, die, wenn sie durch einen Stromfluss erregt wird, einen dazugehörigen Schalter öffnet oder schließt. Zum Beispiel können die Schütze 204, 206, 208, 210 normalerweise offene Schütze sein, sodass der Schalter geöffnet wird, wenn die Spule stromlos gemacht wird, und geschlossen wird, wenn die Spule unter Strom gesetzt wird. Eine Spule kann unter Strom gesetzt werden, indem eine Spannung an die Spule angelegt wird, um zu veranlassen, dass ein Strom durch die Spule zu fließt. Die Spulen können elektrisch an eine Steuerung 250 gekoppelt sein, die dazu konfiguriert ist, den Spulen Spannung und Strom bereitzustellen. In einigen Konfigurationen können die Schütze Festkörpervorrichtungen sein, wie zum Beispiel ein Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode (insulated gate bipolar transistor - IGBT) oder eine ähnliche Vorrichtung. Die Steuerung 250 kann dazu konfiguriert sein, die Spulen unter Verwendung von Hardwarekomponenten und Softwarefunktionen anzusteuern. Die Steuerung 250 kann Teil des Schützmoduls 142 sein. In einigen Konfigurationen können Merkmale der Steuerung 250 von einer oder mehreren externen Steuerungen (z. B. einer Batteriesteuermodulsteuerung und/oder einer Systemsteuerung 148) ausgeführt werden. Die Steuerung 250 kann eine Verarbeitungseinheit zum Ausführen von Anweisungen und Programmen enthalten. Die Steuerung 250 kann flüchtigen und nicht flüchtigen Speicher zum Speichern von Programmen und Daten beinhalten. Die Steuerung 250 kann eine Treiber-/Schnittstellenschaltung zum Betreiben der Schütze 204, 206, 208, 210 beinhalten.
Das Leistungsverteilungssystem 200 kann Spannungssensoren beinhalten, die dazu konfiguriert sind, vorhandene Spannungen zu messen. Ein Batteriespannungssensor 230 kann dazu konfiguriert sein, eine Spannung über der Traktionsbatterie 124 (Batteriespannung) zu messen. Ein Spannungssensor 232 des Hochspannungsbusses kann dazu konfiguriert sein, eine Spannung über dem Hochspannungsbus 152 zu messen (Spannung über dem positivseitigen Leiter 216 und dem Rückführungsleiter 218 (Spannung des Hochspannungsbusses)). Zusätzlich können Stromsensoren vorhanden sein, die dazu konfiguriert sind, Strom zu messen, der durch Leiter des Leistungsverteilungssystems 200 fließt. Die Steuerung 250 kann eine Schnittstellenschaltung beinhalten, um die von den Spannungs- und Stromsensoren bereitgestellten Signale ordnungsgemäß zu skalieren und zu isolieren.
Die Schütze 204, 206, 208, 210 können überwacht werden, um eine erwartete Reaktion auf den befohlenen Zustand sicherzustellen. Während die Steuerung 250 die Schütze 204, 206, 208, 210 betreibt, kann die Steuerung 250 den gewünschten oder befohlenen Zustand (z. B. offen oder geschlossen) für jedes der Schütze 204, 206, 208, 210 kennen. Wenn ein Schütz 204, 206, 208, 210 nicht wie befohlen reagiert (z. B. wenn es geschlossen bleibt, wenn es in die offene Stellung befohlen ist), kann die Steuerung 250 einen Diagnosecode generieren, um die Wartung des Fahrzeugs zu unterstützen. Zusätzlich kann die Steuerung 250 Fahrzeugbetriebsfunktionen einschließlich Laden und Antrieb verhindern. Die Steuerung 250 kann auch veranlassen, dass ein Anzeigeelement, das die Bedingung beschreibt, auf der Benutzerschnittstelle 160 angezeigt wird.
Ein Schütz reagiert möglicherweise nicht wie befohlen, da es zugeschweißt ist. Ein Schütz kann zum Beispiel zugeschweißt werden, wenn versucht wird, das Schütz zu schließen, wenn eine große Spannung über dem Schütz vorhanden ist. Wenn das Schütz geschlossen ist, kann die große Spannung einen Stromfluss über den Schalterspalt verursachen, bevor der Schalter vollständig geschlossen wird. Dieser Strom kann eine Temperatur erzeugen, die verursachen kann, dass das leitende Material schmilzt und das Schütz im geschlossenen Zustand verschweißt. Das geschweißte Schütz wird möglicherweise nicht in der erwarteten Weise auf eine Änderung des befohlenen Zustands reagieren. Das geschweißte Schütz reagiert möglicherweise nicht auf Befehle zum Öffnen und kann dauerhaft geschlossen sein. Somit kann das System dazu konfiguriert sein, ein geschweißtes Schütz zu detektieren und dem Bediener eine Angabe bereitzustellen.
Der Betrieb der Strategie zur Bestimmung des Schützstatus wird unter Bezugnahme auf das Hauptschütz 206 beschrieben. Die offenbarte Strategie kann jedoch verwendet werden, um beliebige Schütze in dem Leistungsverteilungssystem zu testen. Der Status des Hauptschützes 206 kann durch Messen und Vergleichen einer Spannung von jeder Seite der Schützpole in Bezug auf eine gemeinsame Referenz bestimmt werden. Die Spannung auf einer Batterieseite des Hauptschützes 206 kann die Spannung der Traktionsbatterie 124 sein. Die Spannung auf einer Verbraucherseite des Hauptschützes 206 kann eine Spannung des Hochspannungsbusses 152 sein. Es kann eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür bestehen, dass das Hauptschütz 206 geschlossen ist, wenn die Spannungen auf jeder Seite einen ähnlichen Wert aufweisen. Das heißt, es wird erwartet, dass eine Spannungsdifferenz über dem Hauptschütz 206 nahe null liegt, wenn das Hauptschütz 206 geschlossen ist. Es kann eine geringe Wahrscheinlichkeit dafür bestehen, dass das Hauptschütz 206 geschlossen ist, wenn die Spannungsdifferenz einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Die Hochspannungsverbraucher 228 können ein aktives Entladesystem beinhalten, das an den Hochspannungsbus 152 gekoppelt ist. Das aktive Entladesystem kann dazu konfiguriert sein, den Hochspannungsbus 152 auf eine niedrige Spannung zu entladen, wenn das Hauptschütz 206 geöffnet ist. Das aktive Entladesystem kann dazu konfiguriert sein, den Hochspannungsbus 152 auf weniger als eine vorbestimmte Spannung (z.B. 60 Volt) innerhalb einer vorbestimmten Zeit (z. B. 1 Sekunde) zu entladen. Das aktive Entladesystem kann durch Anschalten eines elektrischen Verbrauchers betrieben werden, um eine vorbestimmte Strommenge aus dem Hochspannungsbus 152 zu entnehmen, wenn das Hauptschütz 206 geöffnet ist. Die Impedanz des angeschalteten entladenden Verbrauchers kann auf Grundlage der gewünschten Entladezeit ausgewählt werden.
Wenn das aktive Entladesystem nicht verfügbar ist, kann sich der Hochspannungsbus 152 passiv entladen. Zum Beispiel bilden das kapazitive Element 229 und die Entladungsimpedanz 231, die an den Hochspannungsbus 152 gekoppelt sind, eine RC-Schaltung mit einer Zeitkonstante, die von den Werten des Widerstands (R) und der Kapazität (C) abhängt. Passives Entladen ist typischerweise langsamer als aktives Entladen. Zum Beispiel kann der Widerstandswert der Entladungsimpedanz 231 zum Entladen des Hochspannungsbusses 152 auf weniger als 60 Volt in einer Zeit von mehr als 60 Sekunden führen. Infolgedessen kann ein Vergleich zwischen Spannungen auf jeder Seite des Hauptschützes 206 zu einem falschen Schützstatus führen, wenn die Spannung an dem Hochspannungsbus 152 langsam abklingt.
Die Steuerung 250 kann einen vorbestimmten Zeitraum (z. B. 60 Sekunden) warten, nachdem dem Hauptschütz 206 befohlen wurde, sich zu öffnen, um mit der Durchführung der Schützstatusprüfung zu beginnen. Der vorbestimmte Zeitraum kann als eine Zeit konfiguriert sein, zu der erwartet wird, dass die Hochspannungsbusspannung auf einen Niederspannungspegel (z. B. 60 V) abklingt. Für ein geschweißtes Schütz kann die Spannung an dem Hochspannungsbus 152 ungefähr gleich der Traktionsbatteriespannung sein. Eine Spannungsdifferenz über den Polen des Hauptschützes 206 kann nahe null liegen, wenn das Hauptschütz 206 in einer geschlossenen Bedingung ist. Die Steuerung 250 kann eine Strategie zum Überwachen der Spannungsdifferenz anpassen, nachdem dem Hauptschütz 206 befohlen wurde, sich zu öffnen, und ein geschweißtes Schütz identifizieren, wenn die Spannungsdifferenz länger als der vorbestimmte Zeitraum geringer als eine vorbestimmte Spannung (z.B. 10% der Packspannung) ist. Diese Strategie des Wartens über den vorbestimmten Zeitraum bedeutet, dass mindestens der vorbestimmten Zeitraum benötigt würde, um ein geschweißtes Schütz zu erkennen. Zusätzlich kann der vorbestimmte Zeitraum ein heuristischer Wert sein, der von der Architektur abhängt. Das heißt, die Zeitdauer, die zum Entladen unter die vorbestimmte Spannung erforderlich ist, kann sich ändern, wenn unterschiedliche elektrische Verbraucher mit dem Hochspannungsbus verbunden sind. Eine verbesserte Strategie würde die Erkennung des geschweißten Schützes in kürzerer Zeit ermöglichen.
3 stellt einen möglichen Verlauf 300 der Spannungen dar, wenn das Hauptschütz 206 ohne ein verfügbares aktives Entladesystem (z. B. passive Entladung) geöffnet und geschlossen wird. Der Verlauf zeigt eine busseitige Spannungskurve 302, die die Spannung des Hochspannungsbusses 152 darstellt. Der Verlauf zeigt zudem eine batterieseitige Spannungskurve 304, die die Spannung der Traktionsbatterie 124 darstellt. Zu einem Zeitpunkt t₁ 306 wird dem Hauptschütz 206 befohlen, sich zu öffnen. Unter normalen Bedingungen öffnet sich das Hauptschütz 206. Vor t₁ 306 ist das Hauptschütz 206 geschlossen. Wenn das Hauptschütz 206 geschlossen ist, sind die busseitige Spannungskurve 302 und die batterieseitige Spannungskurve 304 ungefähr gleich. Das heißt, die Spannungsdifferenz über dem Schütz beträgt ungefähr null. Nach dem Zeitpunkt t₁ 306 öffnet sich das Hauptschütz 206 und die busseitige Spannungskurve 302 beginnt in Richtung null abzuklingen, während die batterieseitige Spannungskurve 304 auf dem Batteriespannungspegel bleibt. Nach dem Zeitpunkt t₁ 306 nimmt eine Größe einer Spannungsdifferenz zwischen der batterieseitigen Spannungskurve 304 und der busseitigen Spannungskurve 302 zu. In diesem Beispiel klingt die busseitige Spannungskurve 302 in ungefähr 37 Sekunden auf einen Niederspannungspegel ab.
Zu einem Zeitpunkt t₃ 310 kann die Spannung unter den Niederspannungspegel fallen und die Steuerung kann in einen Schlaf- oder Abschaltzustand eintreten. Der momentane Abfall auf null Spannung zum Zeitpunkt t₃ 310 kann das Ergebnis davon sein, dass die Steuerung inaktiv ist und keine Spannungsmessungen mehr vornimmt. Die tatsächliche Spannung kann weiter in Richtung null abklingen. Im Schlaf- oder Abschaltzustand können sich alle Systeme des elektrifizierten Fahrzeugs 112 in einem Energiesparmodus befinden, um den Leistungsverbrauch zu reduzieren. Der Schlaf- oder Abschaltzustand kann dadurch ausgelöst werden, dass ein Zündschalter in eine Aus-Position wechselt. Der Schlaf- oder Abschaltzustand kann durch Abschluss des Ladens der Traktionsbatterie 124 ausgelöst werden.
Zu einem Zeitpunkt t₂ 308 wird dem Hauptschütz 206 befohlen, sich zu schließen, was dazu führt, dass die busseitige Spannungskurve 302 auf ungefähr die gleiche Spannung wie die batterieseitige Spannungskurve 304 zurückkehrt. Zum Zeitpunkt t₂ 308 kann ein Systemaufwecken erfolgen, um das Fahrzeug zu laden oder einen Zündzyklus einzuleiten.
Die Spannungsdifferenz zwischen dem Hochspannungsbus 152 und der Traktionsbatterie 124 kann wie folgt definiert sein: $V_{d i f f} [k] = (V_{b u s_p o s} [k] - V_{b a t t_l o w} [k]) - (V_{b a t t_h i} [k] - V_{b a t t_l o w} [k]) = V_{b u s_p o s} [k] - V_{b a t t_h i} [k]$
wobei V_{bus_pos} eine Spannung ist, die an dem positiven Anschluss 216 des Hochspannungsbusses gemessen wird, V_{batt_low} eine Spannung an einem negativen oder Rückführungsanschluss 214 der Traktionsbatterie 124 ist und U_{batt_hi} eine Spannung an einem positiven Anschluss 212 der Traktionsbatterie 124 ist.
Ein Gradient oder eine Änderungsrate der Spannungsdifferenz über ein Zeitintervall kann wie folgt definiert sein: $\frac{d V d i f f}{d t} [k + 2 n_{s a m p l e} - 1] = \frac{(\sum_{t = k}^{t = k + n_{s a m p l e^{- 1}}} V_{d i f f} [t] - \sum_{t = k + n_{s a m p l e}}^{t = k + 2 n_{s a m p l e^{- 1}}} V_{d i f f} [t] / n_{s a m p l e})}{n_{s a m p l e} T_{s a m p l e}}$
wobei T_sample das Zeitintervall zwischen Abtastungen ist und n_sample die Anzahl von Abtastungen in dem Zeitintervall ist. Der Ausdruck für dVdiff/dt berechnet das Gefälle der Kurve V_diff unter Verwendung einer Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen oder Gruppen von Abtastungen. Die Gleichung dVdiff/dt kann durch Auswählen des Werts für n_sample feinabgestimmt werden. Durch Auswählen einer Anzahl von Abtastungen größer als eins wird die Differenz zu einer Differenz zwischen gemittelten Gruppen aufeinanderfolgender Spannungsabtastungen. Das Erhöhen des Werts für die Anzahl von Abtastungen kann verhindern, dass verrauschte Signale die Schützstatusbestimmung beeinträchtigen.
Die Gleichung dVdiff/dt berechnet ein Gefälle benachbarter Gruppen von Spannungsdifferenzmessungen. Jede der Gruppen kann aufeinanderfolgende Spannungsdifferenzmessungen oder -berechnungen beinhalten. Jede Gruppe kann durch die Anzahl der in der Gruppe vorhandenen Abtastungen gemittelt werden. Wenn die Anzahl der Abtastungen auf eins festgelegt ist, berechnet die Gleichung dVdiff/dt das Gefälle zwischen benachbarten Spannungsdifferenzmessungen.
Der Hauptschützstatus kann als geschlossen betrachtet werden, wenn Folgendes erfüllt ist: $\forall δ \in [0, n_{t e s t}] = ℤ : \frac{d V d i f f}{d t} [k + 2 n_{s a m p l e} - 1 + δ] \in [e_{1}, e_{2}]$
wobei n_test eine Anzahl von Tests ist, die durchzuführen ist, um den Schützstatus zu bestätigen. Die Terme e₁ und e₂ können kalibrierbare Werte sein, sodass e₁ <0 und e₂ > 0 ist. Die Terme e₁ und e₂ können aus den Impedanzmerkmalen der Schaltung (z. B. Widerstands-/Kapazitätszeitkonstante) berechnet werden. Die Standardwerte können so sein, dass e₁ gleich negativ e₂ ist. Ein genauer Wert für e₁ kann über eine Hochspannungsschaltkreisarchitekturanalyse bestimmt werden.
Der Schützstatus kann als geöffnet betrachtet werden, wenn Folgendes erfüllt ist: $\forall δ \in [0, n_{t e s t}] = ℤ : \frac{d V d i f f}{d t} [k + 2 n_{s a m p l e} - 1 + δ] \notin [e_{1}, e_{2}]$
Es ist zu beachten, dass n_test ein anderer Wert für die Offen- und Geschlossen-Tests zugewiesen werden kann (z. B. n_offen, n_geschlossen). In einigen Konfigurationen kann n_offen dazu konfiguriert sein, kleiner als n_geschlossen zu sein.
Als ein Beispiel kann n_sample mit einer T-_Abtastung von 0,01 Sekunden auf 1 festgelegt werden. Der Wert von n_test kann auf 100 festgelegt sein und e₁ kann auf -e₂ festgelegt sein. Für jede Abtastung kann die Spannungsdifferenz V_diff berechnet werden. Der Spannungsratenausdruck in diesem Beispiel lautet wie folgt: $\frac{d V d i f f}{d t} [k + 1] = \frac{V_{d i f f} [k] - V_{d i f f} [k + 1]}{0.01}$
Der Wert für dVdiff/dt wird für n_test (100) Anzahl von Spannungsmessungen berechnet. Jeder Wert für dVdiff/dt kann mit dem durch e₁ und e₂ definierten akzeptablen Bereich verglichen werden. Wenn das Gefälle außerhalb des durch e₁ und e₂ für jeden Testwert definierten Bereichs liegt, kann das Hauptschütz 206 als offen betrachtet werden. Wenn das Gefälle innerhalb des durch e₁ und e₂ für jeden Testwert definierten Bereichs liegt, kann das Hauptschütz 206 als geschlossen betrachtet werden. In dem Beispiel kann der Test in 100 Abtastungen oder 1 Sekunde abgeschlossen sein.
Die Steuerung 250 kann dazu konfiguriert sein, als Reaktion darauf, dass die Änderungsrate der Spannungsdifferenz zwischen der Traktionsbatteriespannung und der Hochspannungsbusspannung über jedes einer vorbestimmten Anzahl von Zeitintervallen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, einen Statusindikator an eine Anzeige der Benutzerschnittstelle 160 auszugeben, um anzugeben, dass das Hauptschütz 206 geschlossen ist. Die Werte, die den vorbestimmten Bereich definieren, können auf Werten des kapazitiven Elements 229 und der Entladungsimpedanz 231 basieren, die an den Hochspannungsbus 152 gekoppelt sind, durch die der Hochspannungsbus 152 entladen wird, wenn das Hauptschütz 206 geöffnet ist. Die vorbestimmte Anzahl von Zeitintervallen kann eine Dauer definieren, die kürzer ist als eine Zeit, in der die Hochspannungsbusspannung unter einen Niederspannungsschwellenwert abklingt. Die Steuerung 250 kann als Reaktion darauf, dass die Änderungsrate der Spannungsdifferenz unter dem Schwellenwert liegt, einen Diagnosecode über die Benutzerschnittstelle 160 angeben. Die Änderungsrate kann zwischen aufeinanderfolgenden Spannungsmessungen ausgewertet werden. Die Änderungsrate kann zwischen Durchschnittswerten von zwei Gruppen von Spannungsdifferenzen, die mehr als eine Spannungsmessung beinhalten, ausgewertet werden.
Die Steuerung 250 kann ferner dazu programmiert sein, als Reaktion darauf, dass die Änderungsrate der Spannungsdifferenz über jedes einer zweiten vorbestimmten Anzahl von Zeitintervallen außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, die Steuerung 250 dazu zu veranlassen, in einen Abschaltmodus einzutreten und/oder den Statusindikator auszugeben, um anzugeben, dass das Hauptschütz 206 geöffnet ist. Die zweite vorbestimmte Anzahl von Zeitintervallen kann sich von der vorbestimmten Anzahl von Zeitintervallen unterscheiden.
Die Rate des Abklingens der Spannung hängt von der RC-Zeitkonstante der Impedanz ab, die an den Hochspannungsbus 152 gekoppelt ist. Es ist zu erwarten, dass die Größe der Änderungsrate der Spannungsdifferenz über dem Hauptschütz 206 im Laufe der Zeit abnimmt, da das Abklingen der Spannung der Kapazität eine exponentielle Funktion ist. Der Bereich der Änderungsrate kann auf Grundlage einer Analyse der RC-Schaltung und der erwarteten Änderungsrate der Spannungsdifferenz über die ersten paar Sekunden ausgewählt werden. Die Bereichswerte können als Werte ausgewählt werden, die ein vorbestimmter Prozentsatz der erwarteten Änderungsrate während der ersten paar Sekunden nach dem Öffnen des Hauptschützes 206 sind.
Wenn das Hauptschütz 206 geschlossen ist, kann sich die Spannung auf jeder Seite des Hauptschützes 206 auf ähnliche Weise ändern. Die Spannung auf jeder Seite sollte mit ungefähr der gleichen Rate steigen und fallen. Wenn das Hauptschütz 206 offen ist, sollten die Spannungen auf jeder Seite unabhängig voneinander sein. Zum Beispiel kann die Spannung auf der Traktionsbatterieseite konstant bleiben, während die Spannung auf der Hochspannungsbusseite mit einer exponentiellen Rate abklingen kann, die durch die an den Hochspannungsbus 152 gekoppelte Impedanz definiert ist. Daher sollte die Größe der Änderungsrate der Spannungsdifferenz einen Schwellenwert überschreiten, wenn das Hauptschütz 206 offen ist.
In einigen Konfigurationen kann das System eine Kombination von Strategien umsetzen, um den Schützstatus zu bestimmen. Während die vorstehende Strategie eine schnelle Erkennung ermöglicht, wenn eine passive Busentladung vorliegt, können andere Strategien effektiver sein, wenn eine aktive Entladung verfügbar ist. Somit kann das Leistungsverteilungssystem 200 weiterhin die Hochspannungsbusspannung mit einem Niederspannungsschwellenwert vergleichen, um zu erkennen, wann die Spannung schnell auf null abklingt.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm für eine mögliche Abfolge von Vorgängen zum Bestimmen des Schützstatus. Bei Vorgang 402 kann die Steuerung 250 dem Hauptschütz 206 befehlen, sich zu öffnen. Die Vorgänge 404 bis 422 können die Schützstatusidentifizierungsstrategie darstellen, wenn nur passive Hochspannungsbusentladung verfügbar ist. Der Vorgang 424 kann die Schützstatusidentifizierungsstrategie darstellen, wenn aktive Entladung verfügbar ist. Die Strategien können parallel ausgeführt oder sequentiell durchgeführt werden.
Bei Vorgang 404 kann die Steuerung 250 die Traktionsbatteriespannung messen. Bei Vorgang 406 kann die Steuerung 250 die Hochspannungsbusspannung messen. Bei Vorgang 408 kann die Steuerung 250 die Differenz zwischen der Traktionsbatteriespannung und der Hochspannungsbusspannung auswerten. Zum Beispiel kann die Steuerung 250 Anweisungen zum Subtrahieren der Traktionsbatteriespannung von der Hochspannungsbusspannung umsetzen. Die Steuerung 250 kann die Spannungsdifferenzen über einen vorbestimmten Zeitraum speichern. Zum Beispiel kann die Steuerung 250 einen Pufferspeicher der Spannungsdifferenzen im Speicher führen.
Bei Vorgang 410 kann die Steuerung 250 die Änderungsrate oder den Gradienten der Spannungsdifferenz auswerten. Zum Beispiel kann die Steuerung 250 Anweisungen zum Auswerten der Gleichung (2) wie vorstehend beschrieben umsetzen. Die Werte der Änderungsrate können über eine vorbestimmte Zeitdauer gespeichert werden, die der Anzahl von Testintervallen entspricht. Bei Vorgang 412 kann die Steuerung 250 die Bedingung zum Identifizieren eines geschlossenen Schützes auswerten. Die Steuerung 250 kann Anweisungen zum Auswerten der Gleichung (3) wie vorstehend beschrieben umsetzen. Wenn die Änderungsrate der Spannungsdifferenz innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (z. B. zwischen K₁ und K₂) für eine vorbestimmte Anzahl von Abtastungen (z. B. n₁) liegt, kann das Schütz als geschlossen identifiziert werden. Wenn die Bedingung des geschlossenen Schützes nicht erfüllt ist, kann Vorgang 414 durchgeführt werden. Bei Vorgang 414 kann das Schütz als geschlossen identifiziert werden. Bei Vorgang 416 kann die Steuerung 250 den Fahrzeugbetrieb verhindern. Zusätzlich kann die Steuerung 250 einen Diagnosecode speichern, um das Problem zu identifizieren. Die Steuerung 250 kann ferner einen Statusindikator zur Anzeige in dem Fahrzeug an die Benutzerschnittstelle ausgeben. Die Steuerung 250 kann veranlassen, dass eine Anzeige der Benutzerschnittstelle 160 einen Statusindikator zeigt, um anzugeben, dass das Schütz während eines darauffolgenden Zündzyklus zugeschweißt ist. Der Statusindikator kann auch sofort auf der Benutzerschnittstelle angezeigt werden. Es kann jedoch wahrscheinlicher sein, dass der Bediener diesen im nachfolgenden Zündzyklus sieht, da der Bediener das Fahrzeug möglicherweise bereits verlassen hat, wenn das geschweißte Schütz erkannt wird.
Wenn die Bedingungen des geschlossenen Schützes nicht erfüllt sind, kann Vorgang 418 durchgeführt werden. Bei Vorgang 418 kann die Steuerung 250 die Bedingungen zum Identifizieren eines offenen Schützes auswerten. Zum Beispiel kann die Steuerung 250 Anweisungen zum Auswerten der Gleichung (4) wie vorstehend beschrieben umsetzen. Wenn die Änderungsrate der Spannungsdifferenz außerhalb des vorbestimmten Bereichs (z. B. definiert durch K₁ und K₂) für eine vorbestimmte Anzahl von Abtastungen (z. B. n2) liegt, kann das Schütz als offen identifiziert werden. Wenn die Bedingungen des offenen Schützes erfüllt sind, kann Vorgang 420 durchgeführt werden. Bei Vorgang 420 kann das Schütz als geöffnet identifiziert werden. Bei Vorgang 422 kann die Steuerung 250 das Abschalten der Steuerung 250 und der Fahrzeugsysteme einleiten, um in einen Energiesparmodus einzutreten. Die Steuerung 250 kann in einen Abschaltmodus eintreten, ohne zu veranlassen, dass die Benutzerschnittstelle den Statusindikator für ein geschweißtes Schütz für den nachfolgenden Zündzyklus zeigt.
Wenn die Bedingungen eines offenen Schützes bei Vorgang 418 nicht erfüllt sind, können die Vorgänge ab Vorgang 404 wiederholt werden.
Der Vorgang 424 kann alternative Schützstatuserfassungsstrategien darstellen. Zum Beispiel können spezifische Strategien zur Verwendung ausgelegt sein, wenn ein aktives Entladungselement vorhanden und betriebsbereit ist. Der Vorgang 424 kann parallel zu den Vorgängen 404 bis 422 durchgeführt werden. Wenn die aktive Entladung erfolgreich ist, kann die Hochspannungsbusspannung schnell unter den vorbestimmten Niederspannungsschwellenwert fallen. Die alternative Strategie kann den Schützstatus nach einem aktiven Entladezyklus schnell identifizieren und das Fahrzeug und die Steuerung gemäß dem identifizierten Schützstatus betreiben.
Das offenbarte System ermöglicht eine schnellere und zuverlässigere Schützstatusbestimmung als diejenigen, die nur auf einer Zeitdauer basieren. Die Schweißprüfstrategie ermöglicht eine schnellere Erkennung von Ereignissen eines geschweißten Schützes, wenn die aktive Busentladungsfunktion nicht verfügbar ist.
Die in dieser Schrift offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/davon umgesetzt werden, die/der eine beliebige existierende programmierbare elektronische Steuerungseinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann. Ebenso können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen, einschließlich unter anderem Informationen, die permanent in nicht beschreibbaren Speichermedien wie ROM-Vorrichtungen gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar in beschreibbaren Speichermedien wie Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Vorrichtungen und sonstigen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind, ausführbar sind. Die Prozesse, Verfahren und Algorithmen können auch in einem mit Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten ausgeführt sein, wie etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Arrays (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderer Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen werden. 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 vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen so beschrieben worden sein können, dass sie gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften Vorteile bereitstellen oder bevorzugt sind, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass bei einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um gewünschte Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können unter anderem Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. beinhalten. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung, und sie können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Traktionsbatterie, ein Schütz, das dazu konfiguriert ist, einen Anschluss der Traktionsbatterie selektiv elektrisch an einen Anschluss eines Hochspannungsbusses zu koppeln, und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, dem Schütz zu befehlen, sich an einem Ende eines Zündzyklus zu öffnen, und als Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate einer Spannungsdifferenz zwischen der Traktionsbatterie und dem Hochspannungsbus für jedes einer ersten vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, zu veranlassen, dass eine Anzeige einen Statusindikator zeigt, um anzugeben, dass das Schütz während eines nachfolgenden Zündzyklus zugeschweißt ist, und als Reaktion darauf, dass die Änderungsrate für jedes einer zweiten vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, in einen Abschaltmodus einzutreten, ohne zu veranlassen, dass die Anzeige den Statusindikator für den nachfolgenden Zündzyklus zeigt.
Gemäß einer Ausführungsform basieren die Werte, die den vorbestimmten Bereich definieren, auf Werten eines Widerstands und einer Kapazität, die an den Hochspannungsbus gekoppelt sind, durch die der Hochspannungsbus passiv entladen wird, wenn das Schütz geöffnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform definieren die erste vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen und die zweite vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen jeweils eine Dauer, die kürzer ist als eine Zeit, in der eine Spannung der Hochspannungsbusspannung von einer Spannung der Traktionsbatterie unter einen vorbestimmten Niederspannungsschwellenwert abklingt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass die Änderungsrate für jedes der ersten vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, einen Diagnosecode zu speichern.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, die Änderungsrate zwischen aufeinanderfolgenden Spannungsmessungen auszuwerten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, die Änderungsrate zwischen Durchschnittswerten von zwei Gruppen von Spannungsdifferenzen, die mehr als eine Spannungsmessung beinhalten, auszuwerten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen geringer als die erste vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass eine Spannung des Hochspannungsbusses unter einen vorbestimmten Niederspannungsschwellenwert fällt, in den Abschaltmodus einzutreten, ohne zu veranlassen, dass die Anzeige den Statusindikator für den nachfolgenden Zündzyklus zeigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Leistungsverteilungssystem für ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein Schütz, das dazu konfiguriert ist, einen Anschluss einer Traktionsbatterie selektiv elektrisch an einen entsprechenden Anschluss eines Hochspannungsbusses zu koppeln, und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, dem Schütz zu befehlen, von geschlossen zu offen zu wechseln, und als Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate einer Differenz zwischen einem Durchschnittswert eines ersten Satzes von Spannungsdifferenzen und einem Durchschnittswert eines zweiten Satzes von Spannungsdifferenzen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs über jedes einer vorbestimmten Anzahl von Zeitintervallen liegt, eine Anzeige in dem Fahrzeug zu veranlassen, einen Statusindikator zu zeigen, der angibt, dass das Schütz zugeschweißt ist, wobei die Spannungsdifferenzen zwischen einer Traktionsbatteriespannung und einer Hochspannungsbusspannung vorliegen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Satz von Spannungsdifferenzen aufeinanderfolgende Messungen über ein erstes Zeitintervall und ist der zweite Satz von Spannungsdifferenzen aufeinanderfolgende Messungen über ein zweites Zeitintervall.
Gemäß einer Ausführungsform folgt das zweite Zeitintervall unmittelbar auf das erste Zeitintervall.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten das erste Zeitintervall und das zweite Zeitintervall eine gleiche Anzahl von Spannungsmessungen.
Gemäß einer Ausführungsform basieren die Werte, die den vorbestimmten Bereich definieren, auf Werten eines Widerstands und einer Kapazität, die an den Hochspannungsbus gekoppelt sind, durch die der Hochspannungsbus passiv entladen wird, wenn das Schütz geöffnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform definiert die vorbestimmte Anzahl von Zeitintervallen eine Dauer, die kürzer ist als eine Zeit, in der die Hochspannungsbusspannung unter einen vorbestimmten Niederspannungsschwellenwert abklingt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass die Änderungsrate über jedes einer zweiten vorbestimmten Anzahl von Zeitintervallen außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, die Steuerung dazu zu veranlassen, in einen Energiesparmodus einzutreten, ohne zu veranlassen, dass die Anzeige den Statusindikator zeigt.
Gemäß einer Ausführungsform unterscheidet sich die zweite vorbestimmte Anzahl von Zeitintervallen von der vorbestimmten Anzahl von Zeitintervallen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Befehlen durch eine Steuerung, dass ein Schütz, das zwischen einem Anschluss einer Traktionsbatterie und einem Anschluss eines Hochspannungsbusses angeordnet ist, von geschlossen zu offen wechselt, und Ausgeben eines Statusindikators durch die Steuerung an eine Anzeige, der ein geschweißtes Schütz angibt, als Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate einer Spannungsdifferenz zwischen einer Traktionsbatterie und einem Hochspannungsbus über jedes einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der gemäß Werten eines Widerstands und einer Kapazität variiert, die an den Hochspannungsbus gekoppelt sind, durch die sich der Hochspannungsbus passiv entlädt, wenn das Schütz geöffnet ist.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Eintreten in einen Steuerungsabschaltmodus, ohne den Statusindikator auszugeben, als Reaktion darauf, dass die Änderungsrate der Spannungsdifferenz über jedes einer zweiten vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.
In einem Aspekt der Erfindung unterscheidet sich die zweite vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen von der vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen.
In einem Aspekt der Erfindung definiert die vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen eine Dauer, die kürzer ist als eine Zeit, in der die Hochspannungsbusspannung unter einen Niederspannungsschwellenwert abklingt.

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Traktionsbatterie; ein Schütz, das dazu konfiguriert ist, einen Anschluss der Traktionsbatterie selektiv elektrisch an einen Anschluss eines Hochspannungsbusses zu koppeln; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, dem Schütz zu befehlen, sich an einem Ende eines Zündzyklus zu öffnen, und als Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate einer Spannungsdifferenz zwischen der Traktionsbatterie und dem Hochspannungsbus für jedes einer ersten vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, zu veranlassen, dass eine Anzeige einen Statusindikator zeigt, um anzugeben, dass das Schütz während eines nachfolgenden Zündzyklus zugeschweißt ist, und als Reaktion darauf, dass die Änderungsrate für jedes einer zweiten vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, in einen Abschaltmodus einzutreten, ohne zu veranlassen, dass die Anzeige den Statusindikator für den nachfolgenden Zündzyklus zeigt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Werte, die den vorbestimmten Bereich definieren, auf Werten eines Widerstands und einer Kapazität basieren, die an den Hochspannungsbus gekoppelt sind, durch die der Hochspannungsbus passiv entladen wird, wenn das Schütz geöffnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die erste vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen und die zweite vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen jeweils eine Dauer definieren, die kürzer ist als eine Zeit, in der eine Spannung der Hochspannungsbusspannung von einer Spannung der Traktionsbatterie unter einen vorbestimmten Niederspannungsschwellenwert abklingt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Änderungsrate für jedes der ersten vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, einen Diagnosecode zu speichern.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, die Änderungsrate zwischen aufeinanderfolgenden Spannungsmessungen auszuwerten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, die Änderungsrate zwischen Durchschnittswerten von zwei Gruppen von Spannungsdifferenzen, die mehr als eine Spannungsmessung beinhalten, auszuwerten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die zweite vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen geringer ist als die erste vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Spannung des Hochspannungsbusses unter einen vorbestimmten Niederspannungsschwellenwert fällt, in den Abschaltmodus einzutreten, ohne zu veranlassen, dass die Anzeige den Statusindikator für den nachfolgenden Zündzyklus zeigt.
Leistungsverteilungssystem für ein Fahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Schütz, das dazu konfiguriert ist, einen Anschluss einer Traktionsbatterie selektiv elektrisch an einen entsprechenden Anschluss eines Hochspannungsbusses zu koppeln; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, dem Schütz zu befehlen, von geschlossen zu offen zu wechseln, und als Reaktion darauf, dass eine Änderungsrate einer Differenz zwischen einem Durchschnittswert eines ersten Satzes von Spannungsdifferenzen und einem Durchschnittswert eines zweiten Satzes von Spannungsdifferenzen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs über jedes einer vorbestimmten Anzahl von Zeitintervallen liegt, eine Anzeige in dem Fahrzeug zu veranlassen, einen Statusindikator zu zeigen, der angibt, dass das Schütz zugeschweißt ist, wobei die Spannungsdifferenzen zwischen einer Traktionsbatteriespannung und einer Hochspannungsbusspannung vorliegen.
Leistungsverteilungssystem nach Anspruch 9, wobei der erste Satz von Spannungsdifferenzen aufeinanderfolgende Messungen über ein erstes Zeitintervall ist und der zweite Satz von Spannungsdifferenzen aufeinanderfolgende Messungen über ein zweites Zeitintervall ist.
Leistungsverteilungssystem nach Anspruch 10, wobei das zweite Zeitintervall unmittelbar auf das erste Zeitintervall folgt.
Leistungsverteilungssystem nach Anspruch 9, wobei die Werte, die den vorbestimmten Bereich definieren, auf Werten eines Widerstands und einer Kapazität basieren, die an den Hochspannungsbus gekoppelt sind, durch die der Hochspannungsbus passiv entladen wird, wenn das Schütz geöffnet ist.
Leistungsverteilungssystem nach Anspruch 9, wobei die vorbestimmte Anzahl von Zeitintervallen eine Dauer definiert, die kürzer ist als eine Zeit, in der die Hochspannungsbusspannung unter einen vorbestimmten Niederspannungsschwellenwert abklingt.
Leistungsverteilungssystem nach Anspruch 9, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Änderungsrate über jedes einer zweiten vorbestimmten Anzahl von Zeitintervallen außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, die Steuerung dazu zu veranlassen, in einen Energiesparmodus einzutreten, ohne zu veranlassen, dass die Anzeige den Statusindikator zeigt.
Leistungsverteilungssystem nach Anspruch 14, wobei sich die zweite vorbestimmte Anzahl von Zeitintervallen von der vorbestimmten Anzahl von Zeitintervallen unterscheidet.