DE102021112265A1

DE102021112265A1 - Elektrischer Leistungsabbauvorrichtung für einen elektrisch betätigten Turbolader

Info

Publication number: DE102021112265A1
Application number: DE102021112265.1A
Authority: DE
Inventors: Lathom Alexander Louco; Jeffrey Carter
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2020-05-11
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2021-11-11
Also published as: US20210348549A1; US11512626B2; CN216361033U

Abstract

Eine elektrische Leistungsabbauanordnung für einen elektrisch betätigten Turbolader umfasst: einen Leistungsschalter, der zum elektrischen Anschluss an einen elektrischen Leistungsausgang eines elektrisch betätigten Turboladers konfiguriert ist; mindestens einen Widerstand, der an den Leistungsschalter elektrisch angeschlossen ist, so dass, wenn sich der Leistungsschalter in einer geschlossenen Stellung befindet und an den elektrischen Leistungsausgang angeschlossen ist, der mindestens eine Widerstand an den elektrischen Leistungsausgang elektrisch angeschlossen ist, so dass die von dem elektrischen Leistungsausgang bereitgestellte elektrische Leistung an dem mindestens einen Widerstand empfangen und von diesem abgebaut wird; eine Steuerung, die steuert, ob sich der Leistungsschalter in der geschlossenen Stellung oder einer geöffneten Stellung befindet; und ein Substrat, das physisch mit dem mindestens einen Widerstand gekoppelt ist und das einen Kühlmittelpfad umfasst, der zum Kühlen des mindestens einen Widerstands, wenn Kühlmittel in dem Kühlmittelpfad aufgenommen wird, verwendet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf elektrisch betätigte Turbolader und insbesondere auf das Leistungsmanagement für elektrisch betätigte Turbolader.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren (ICEs - Internal Combustion Engines) kombinieren Kraftstoff, einen Zündfunken und Umgebungseinlassluft zur Erzeugung eines Verbrennungsereignisses, das wiederholt Kolben dahingehend bewegt, eine Kurbelwelle zur Drehung zu zwingen. Kraftstoff und Zündfunken werden an einem Ende eines Zylinders, in dem sich der Kolben hin- und herbewegt, in eine Brennkammer eingeleitet. Wenn Kraftstoff und Zündfunken der Brennkammer bei Vorhandensein von Umgebungsluft zugeführt werden, kommt es zur Verbrennung und wird der Kolben von der Brennkammer weggedrückt, wobei diese Kraft durch die Kurbelwelle in Drehenergie umgewandelt wird. Die Leistung eines ICE kann für eine gegebene Menge an Kraftstoff und Zündfunken unter Verwendung der Zwangseinleitung von Umgebungsluft in die Brennkammern über Turbolader erhöht werden. Turbolader umfassen einen Verdichter und eine Abgasturbine, die über eine gemeinsame Welle mechanisch verbunden sind. Turbolader empfangen von dem ICE erzeugtes Abgas, und die Strömung dieses Gases dreht die Abgasturbine sowie den Verdichter, der Luft verdichtet, die letztlich in den Einlass des ICE eingeleitet wird.
Turbolader verdichten Luft, die in den Einlass des ICE eingeleitet wird, unter Nutzung der Strömung des Abgases. Moderne ICE verwenden jedoch zunehmend elektrisch betätigte Turbolader zur Zwangsaufladung. Elektrisch betätigte Turbolader verwenden einen Elektromotor zum Drehen eines Verdichters, der einzig von dem Elektromotor oder von sowohl dem Elektromotor und einer Abgasturbine angetrieben werden kann. Leistungselektronik kann zur Steuerung des Elektromotors, der mit dem elektrisch betätigten Turbolader verwendet wird, verwendet werden. Manchmal wird jedoch zu viel Energie auf das Turbinenrad des Turboladers aufgebracht, wodurch eine Überdrehung des Turboladers verursacht wird. Solch ein Überdrehungsereignis kann zum Versagen des Turboladers führen, woraus Beschädigungen des Turboladers und/oder nahe gelegener Komponenten des Fahrzeugs, in dem der Turbolader installiert ist, resultieren könnten. Des Weiteren kann der elektrisch betätigte Turbolader in einigen Fällen mit einer Drehzahl laufen, bei der der elektrisch betätigte Turbolader zu viel elektrische Leistung erzeugt, und diese überschüssige elektrische Leistung kann die Leistungselektronik und/oder andere Komponenten, mit denen sie elektrisch gekoppelt ist, negativ beeinflussen. Es wäre hilfreich, von dem elektrisch betätigten Turbolader erzeugte überschüssige Leistung zu managen.
KURZ DARSTELLUNG
Bei einer Implementierung umfasst eine elektrische Leistungsabbauanordnung für einen elektrisch betätigten Turbolader: einen Leistungsschalter, der zum elektrischen Anschluss an einen elektrischen Leistungsausgang eines elektrisch betätigten Turboladers konfiguriert ist; mindestens einen Widerstand, der an den Leistungsschalter elektrisch angeschlossen ist, so dass, wenn sich der Leistungsschalter in einer geschlossenen Stellung befindet und an den elektrischen Leistungsausgang angeschlossen ist, der mindestens eine Widerstand an den elektrischen Leistungsausgang elektrisch angeschlossen ist, so dass die von dem elektrischen Leistungsausgang bereitgestellte elektrische Leistung an dem mindestens einen Widerstand empfangen und von diesem abgebaut wird; eine Steuerung, die an den Leistungsschalter elektronisch angeschlossen ist, so dass die Steuerung steuert, ob sich der Leistungsschalter in der geschlossenen Stellung oder einer geöffneten Stellung befindet; und ein Substrat, das einen Einlasskanal, einen Auslasskanal und einen Kühlmittelpfad, der sich von dem Einlasskanal zu dem Auslasskanal erstreckt, umfasst, wobei das Substrat physisch mit dem mindestens einen Widerstand gekoppelt ist, so dass der mindestens eine Widerstand gekühlt wird, wenn Kühlmittel in dem Kühlmittelpfad aufgenommen wird.
Bei einer weiteren Implementierung umfasst eine elektrische Leistungsabbauanordnung für einen elektrisch betätigten Turbolader: einen Leistungsschalter, der zum elektrischen Anschluss an einen elektrischen Leistungsausgang eines elektrisch betätigten Turboladers konfiguriert ist; mindestens einen Widerstand, der an den Leistungsschalter elektrisch angeschlossen ist, so dass, wenn sich der Leistungsschalter in einer geschlossenen Stellung befindet und an den elektrischen Leistungsausgang angeschlossen ist, der mindestens eine Widerstand an den elektrischen Leistungsausgang elektrisch angeschlossen ist, so dass die von dem elektrischen Leistungsausgang bereitgestellte elektrische Leistung an dem mindestens einen Widerstand empfangen und von diesem abgebaut wird; eine Steuerung, die an den Leistungsschalter elektronisch angeschlossen ist, so dass die Steuerung steuert, ob sich der Leistungsschalter in der geschlossenen Stellung oder einer geöffneten Stellung befindet; und ein Substrat, das einen Einlasskanal, einen Auslasskanal und einen Kühlmittelpfad umfasst, mit einer radialen Dicke, die zumindest zum Teil den Kühlmittelpfad definiert, wobei das Substrat physisch mit dem mindestens einen Widerstand gekoppelt ist, so dass der mindestens eine Widerstand gekühlt wird, wenn Kühlmittel in dem Kühlmittelpfad aufgenommen wird, und wobei der mindestens eine Widerstand bezüglich der radialen Dicke radial innen positioniert ist.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Implementierung einer elektrisch betätigten Turboladeranordnung darstellt;
2 ist eine Querschnittsansicht der elektrisch betätigten Turboladeranordnung von 1;
3 ist eine schematische Ansicht, die eine Implementierung einer elektrischen Leistungsabbauanordnung darstellt;
4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine erste Widerstand-Substrat-Konfiguration, die als Teil einer elektrischen Leistungsabbauanordnung verwendet werden kann, darstellt;
5 ist eine Vorderansicht der ersten Widerstand-Substrat-Konfiguration von 4;
6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine zweite Widerstand-Substrat-Konfiguration, die als Teil einer elektrischen Leistungsabbauanordnung verwendet werden kann, darstellt;
7 ist eine Vorderansicht der zweiten Widerstand-Substrat-Konfiguration von 6;
8 ist eine Rückansicht der zweiten Widerstand-Substrat-Konfiguration von 6;
9 ist eine perspektivische Ansicht, die eine dritte Widerstand-Substrat-Konfiguration, die als Teil einer elektrischen Leistungsabbauanordnung verwendet werden kann, darstellt;
10 ist eine Vorderansicht des Substrats der dritten Widerstand-Substrat-Konfiguration von 9;
11 ist eine Rückansicht des Substrats der dritten Widerstand-Substrat-Konfiguration von 9;
12 ist eine perspektivische Ansicht eines Widerstands, der als Teil der dritten Widerstand-Substrat-Konfiguration von 9 verwendet werden kann;
13 ist eine Vorderansicht eines Substrats einer modifizierten Version der dritten Widerstand-Substrat-Konfiguration von 9; und
14 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Abbau elektrischer Leistung von einem elektrisch betätigten Turbolader darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es werden eine elektrische Leistungsabbauanordnung und ein Verfahren, das ermöglicht, dass von einem elektrisch betätigten Turbolader erzeugte überschüssige Leistung durch mindestens einen Widerstand der elektrischen Leistungsabbauanordnung abgebaut und in Wärme umgewandelt wird, bereitgestellt. Zusätzlich zu dem mindestens einen Widerstand umfasst die elektrische Leistungsabbauanordnung allgemein einen Leistungsschalter, eine Steuerung und ein Substrat, durch das ein Kühlmittelpfad vorgesehen ist und das mit dem mindestens einen Widerstand physisch gekoppelt ist. Der Leistungsschalter ist zum elektrischen Anschluss an einen elektrischen Leistungsausgang des elektrisch betätigten Turboladers und an den mindestens einen Widerstand konfiguriert, so dass, wenn sich der Leistungsschalter in einer geschlossenen Stellung befindet, der elektrische Leistungsausgang an den mindestens einen Widerstand elektrisch angeschlossen ist. Die Steuerung wird zur Steuerung der Stellung des Leistungsschalters zwischen der geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung verwendet.
Wenn der Leistungsschalter geschlossen ist, kann Wärme durch den mindestens einen Widerstand erzeugt werden, während er elektrische Leistung abbaut. Der mindestens eine Widerstand wird durch Kühlmittel gekühlt, das durch den Kühlmittelpfad des Substrats, mit dem der mindestens eine Widerstand physisch gekoppelt ist, strömt. Der Kühlpfad des Substrats verbindet einen Einlasskanal mit einem Auslasskanal und ist dazu konfiguriert, zu gestatten, dass Kühlmittel über den Einlasskanal in den Kühlmittelpfad eintritt und durch den Kühlmittelpfad strömt und über den Auslasskanal austritt. Bei einer Ausführungsform ist der Einlasskanal zur Strömungsverbindung mit einem Pfad für flüssiges Kühlmittel des Turboladers, der in dem elektrisch betätigten Turbolader zum Kühlen eines Abschnitts des elektrisch betätigten Turboladers vorgesehen ist, konfiguriert. Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Einlasskanal zur Strömungsverbindung mit einem Einlassströmungspfad eines Verdichters des Turboladers konfiguriert, so dass in den Einlassströmungspfad gesaugte Luft zum Kühlen des mindestens einen Widerstands verwendet wird.
Bei einer Ausführungsform wird die Steuerung dazu verwendet, als Reaktion auf den Empfang einer Anzeige eines Überdrehungsereignisses, wobei es sich um ein Ereignis handelt, bei dem eine Wellendrehzahl des Turboladers über einem vorbestimmten Wert liegt, den Leistungsschalter von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu schalten. Zur Abschwächung der Auswirkungen einer Überdrehung schaltet die Steuerung den Leistungsschalter in die geschlossene Stellung, was dann bewirkt, dass die von dem elektrisch betätigten Turbolader erzeugte elektrische Leistung an dem mindestens einen Widerstand empfangen und von diesem abgebaut wird. Bei einigen Ausführungsformen kann bzw. können eine oder mehrere zusätzliche Bedingungen als Basis zur Bestimmung, ob der Leistungsschalter in die geschlossene Stellung geschaltet werden soll, verwendet werden, wie z. B. ein gegenwärtiger Ladestand einer Fahrzeugbatterie und eine Schwellenladungsmenge der Fahrzeugbatterie, an die der elektrische Leistungsausgang angeschlossen ist. Bei einer Ausführungsform kann eine zweite Steuerung des Fahrzeugs bestimmen, dass die Fahrzeugbatterie keine weitere Ladung (von dem elektrisch betätigten Turbolader) mehr annehmen kann, und falls dem so ist, kann die zweite Steuerung ein Steuersignal an die Steuerung senden, das anzeigt, dass von der Fahrzeugbatterie keine weitere Ladung angenommen werden kann. Dies kann als eine Basis zur Bestimmung, ob der Leistungsschalter in die geschlossene Stellung geschaltet werden soll, verwendet werden.
1-2 stellen eine Implementierung einer elektrisch betätigten Turboladeranordnung 10 dar, die einen elektrisch betätigten Turbolader 12 und eine elektrische Leistungsabbauanordnung 14, die in einem Gehäuse 16, das an einem Turboladergehäuse 18 befestigt ist, enthalten ist, umfasst. Das Gehäuse 16 kann zusätzlich zu der in 1 gezeigten Art verschiedenartig an dem Turboladergehäuse 18 befestigt sein. Beispielsweise kann das Gehäuse 16 um 90° gedreht sein, so dass eine Peripherieseite des Gehäuses 16 das Turboladergehäuse 18 berührt.
Der elektrisch betätigte Turbolader 12 umfasst einen Verdichterabschnitt 20, einen Elektromotorabschnitt 22 und einen Auslassabschnitt 24. Eine Turbinenwelle 26 erstreckt sich durch den Verdichterabschnitt 20, den Elektromotorabschnitt 22 und den Auslassabschnitt 24, wie in 2 zu sehen ist. An einem Ende ist die Turbinenwelle 26 mit einem in dem Verdichterabschnitt 20 positionierten Verdichter 28 gekoppelt, der sich zur Verdichtung von Luft dreht, die letztlich einem (nicht gezeigten) Einlassluftsammler eines Verbrennungsmotors (ICE) zugeführt wird. Ein weiterer Abschnitt der Turbinenwelle 26, die von dem Verdichter 28 axial beabstandet und in dem Elektromotorabschnitt 22 positioniert ist, ist mit einer Rotoranordnung 30 eines Elektromotors 32 gekoppelt. Die Rotoranordnung 30 kann konzentrisch bezüglich eines in dem Elektromotorabschnitt 22 enthaltenen Stators 34 positioniert sein. Ein oder mehrere Lager 36 sind in dem Elektromotorabschnitt 22 enthalten und entlang der Turbinenwelle 26 axial beabstandet, um die Turbinenwelle 26, den Verdichter 28, die Rotoranordnung 30 und eine Abgasturbine 38 zu stützen und zu stabilisieren, während sich diese Elemente in dem Turbolader 12 während des Betriebs drehen. Die Abgasturbine 38 ist mit einem Ende der Turbinenwelle 26, das zu dem in dem Auslassabschnitt 24 positionierten Verdichter 28 distal ist, gekoppelt.
Der Verdichterabschnitt 20 umfasst eine Verdichterkammer 40, in der sich der Verdichter 28 als Reaktion auf die Drehung der Turbinenwelle 26 dreht und Luft verdichtet, die letztlich dem Einlasskrümmer des ICE zugeführt wird. Der Verdichter 28 ist mit der Turbinenwelle 26, die sich von dem Verdichterabschnitt 20 in den Elektromotorabschnitt 22 und den Auslassabschnitt 24 erstreckt, gekoppelt. Die Rotoranordnung 30 ist mit der Turbinenwelle 26 gekoppelt, so dass die Rotoranordnung 30 und die Turbinenwelle 26 nicht in einem Winkel bezüglich einander verschoben werden. Wenn sie kombiniert ist, erstreckt sich die Rotoranordnung 30 axial bezüglich der Welle 24 sehr nahe an dem Stator 34. Der Stator 34 kann mehrere Wicklungen umfassen, die elektrischen Strom von der Leistungselektronik übertragen und die Winkelverschiebung der Rotoranordnung 30 und der mit der Rotoranordnung 30 gekoppelten Turbinenwelle 26 bezüglich des Stators 34 herbeiführen. Die Verdichterkammer 40 steht mit einem Verdichtereinlass in Strömungsverbindung, der Luft aus der umliegenden Atmosphäre saugt und sie dem Verdichter 26 zuführt. Wenn die Wicklungen des Stators 34 bestromt werden, wird herbeigeführt, dass sich der Rotor 30 dreht und diese Drehung auf die Turbinenwelle 26 und den Verdichter 28 überträgt.
Bei einer Implementierung können der Stator 34 und der Rotor 30 als ein bürstenloser Gleichstrom(DC)-Motor, der eine Gleichstromspannung von einer Fahrzeugbatterie (nicht gezeigt) empfängt, implementiert sein. Die Menge an Gleichstromspannung, die an den Stator 34 angelegt wird, kann mehr als 40 Volt (V) betragen, kann beispielsweise von einem modernen 48-V-Fahrzeugbordnetz bereitgestellt werden. Andere Implementierungen sind möglich, bei denen ein Fahrzeugbordnetz höhere Spannungen, wie z. B. 400 V und 800 V, verwendet.
Ein elektrischer Leistungsausgang 42 wird zum elektrischen Anschließen der Fahrzeugbatterie an den Elektromotor zum Laden der Fahrzeugbatterie verwendet. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der elektrische Leistungsausgang 42 an verschiedene andere elektrische Komponenten elektrisch angeschlossen werden. Der elektrische Leistungsausgang 42 ist auch an einen Leistungsschalter 44 der elektrischen Leistungsabbauanordnung 14 angeschlossen, wie in 3 gezeigt wird.
3 stellt die elektrische Leistungsabbauanordnung 14 dar, die den Leistungsschalter 44, mindestens einen Widerstand 46, eine Steuerung 48 und ein Substrat 50 umfasst. Bei der dargestellten Ausführungsform von 3 umfasst das Gehäuse 16 der elektrischen Leistungsabbauanordnung 14 den Leistungsschalter 44, den mindestens einen Widerstand 46 und das Substrat 50. Gemäß anderen Ausführungsformen kann der Leistungsschalter 44 jedoch außerhalb des Gehäuses 16 positioniert sein und/oder kann die Steuerung 48 in dem Gehäuse 16 positioniert sein.
Der Leistungsschalter 44 ist zum elektrischen Anschluss an den elektrischen Leistungsausgang 42 des elektrisch betätigten Turboladers 12 konfiguriert. Ferner ist der Leistungsschalter 44 an den mindestens einen Widerstand 46 elektrisch angeschlossen, so dass, wenn sich der Leistungsschalter 44 in einer geschlossenen Stellung befindet, die von dem elektrischen Leistungsausgang 42 bereitgestellte elektrische Leistung an dem mindestens einen Widerstand 46 empfangen und von diesem abgebaut wird. Auf diese Weise wird der Leistungsschalter 44 verwendet, um zu steuern, ob von dem Elektromotor 32 erzeugte elektrische Leistung von dem mindestens einen Widerstand 46 in Wärme abgebaut oder für andere Zwecke, wie z. B. zum Laden der Fahrzeugbatterie, verwendet wird.
Der Leistungsschalter 44 kann ein elektronisch gesteuerter Schalter sein, der in einem elektrischen Pfad zwischen dem elektrischen Leistungsausgang 42 und dem mindestens einen Widerstand 46 vorgesehen ist, wie durch die durchgezogene Linie gezeigt wird. Der Leistungsschalter 44 wird von der Steuerung 48 zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung elektronisch gesteuert, und bei der dargestellten Ausführungsform steuert die Steuerung 48 den Leistungsschalter 44 durch Senden von Steuersignalen zu dem Leistungsschalter 44 über einen elektronischen Steuersignalpfad 52. Der Leistungsschalter 44 kann ein beliebiger geeigneter elektrischer Schalter, der zwischen der geöffneten und der geschlossenen Stellung elektronisch steuerbar ist, sein. Der Leistungsschalter 44 kann ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET - Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) oder ein Bipolartransistor (BJT - Biploar Junction Transistor) mit einem Gate, das ein Logiksignal von dem Prozessor 54 empfängt, sein. Es versteht sich, dass der Leistungsschalter 44 als sich in der geöffneten Stellung befindend angesehen wird, wenn sich der Leistungsschalter 44 in einem Zustand befindet, der nicht zum elektrischen Anschließen des elektrischen Leistungsausgangs 42 an den mindestens einen Widerstand 46 verwendet wird, und wird als sich in der geschlossenen Stellung befindend angesehen, wenn sich der Leistungsschalter 44 in einem Zustand befindet, der zum elektrischen Anschließen des elektrischen Leistungsausgangs 42 an den mindestens einen Widerstand 46 verwendet wird.
Der mindestens eine Widerstand 46 umfasst einen oder mehrere Widerstände, die zum Abbau von elektrischer Leistung in Wärme verwendet werden. Es können verschiedene geeignete Widerstände verwendet werden, wie zum Beispiel ein von Ohmite™ hergestellter 800-Watt-Flächenwiderstand zur Wärmesenkung der TAP800-Serie™-Bei Ausführungsformen, bei denen mehrere Widerstände als der mindestens eine Widerstand 46 verwendet werden, können alle der mehreren Widerstände gleich sein und können miteinander und/oder dem Leistungsschalter 44 verschiedenartig verbunden sein. Der mindestens eine Widerstand 46 ist physisch mit dem Substrat 50 gekoppelt, so dass dem mindestens einen Widerstand 46 Wärme entzogen wird.
Die Steuerung 48 wird zur elektronischen Steuerung des Leistungsschalters 44 zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung verwendet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Steuerung 48 nicht in dem Gehäuse 16 der elektrischen Leistungsabbauanordnung 14 enthalten, ist jedoch über den elektronischen Steuersignalpfad 52 elektronisch mit dem Leistungsschalter 44 gekoppelt, wie in 3 gezeigt wird. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Steuerung 48 in dem Gehäuse 16 zusammen mit dem mindestens einen Widerstand 46 und dem Substrat 50 enthalten sein.
Die Steuerung 48 umfasst einen Prozessor 54 und einen Speicher 56. Die Steuerung 48 kann dazu verwendet werden, den Zustand des Leistungsschalters 44 durch Senden eines Steuersignals (von Steuersignalen) zu dem Leistungsschalter 44 über den elektronischen Steuersignalpfad 52 zu steuern. Der Prozessor 54 kann eine beliebige geeignete Verarbeitungseinheit oder elektronische Schaltung, wie z. B. anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), am Einsatzort programmierbare Gate-Arrays (FPGAs), eine Zentraleinheit (CPU) usw., sein. Bei einer Ausführungsform speichert der Speicher 56 Computeranweisungen, die, wenn sie von dem Prozessor 54 ausgeführt werden, die Durchführung eines oder mehrerer Schritte des nachstehend erörterten Verfahrens bewirken. Darüber hinaus versteht sich, dass die Steuerung 48 nicht einzig zur Durchführung von Funktionen im Zusammenhang mit dem nachstehend erörterten Verfahren vorgesehen sein muss, da die Steuerung 48 bei einigen Ausführungsformen dazu verwendet werden kann, eine andere Funktion der Turboladeranordnung 10 und/oder jene anderer Systeme, in denen die Turboladeranordnung 10 verwendet wird, auszuführen.
Das Substrat 50 umfasst einen Einlasskanal 58, einen Auslasskanal 60 und einen Kühlmittelpfad 62, der sich von dem Einlasskanal 58 zu dem Auslasskanal 60 erstreckt. Das Substrat 50 ist physisch mit dem mindestens einen Widerstand 46 gekoppelt, so dass der mindestens eine Widerstand 46 gekühlt wird, wenn Kühlmittel in dem Kühlmittelpfad 62 aufgenommen wird. Das Substrat 50 kann aus verschiedenen geeigneten Materialien zusammengesetzt sein, wie z. B. jenen, die für passive Wärmesenken verwendet werden. Beispielsweise kann das Substrat 50 aus einer Aluminium- oder Kupferlegierung hergestellt sein.
Der Einlasskanal 58 und der Auslasskanal 60 können zur Strömungsverbindung beliebiger verschiedener Strömungsverbindungspfade, die ein Kühlmittel, wie z. B. ein flüssiges Kühlmittel (z. B. flüssiges Wasser, Motoröl) oder ein gasförmiges Kühlmittel (z. B. Luft), umfassen, konfiguriert sein. Bei einer Ausführungsform sind der Einlasskanal 58 und/oder der Auslasskanal 60 zur Strömungsverbindung mit einem Pfad für flüssiges Kühlmittel des Turboladers, der in dem elektrisch betätigten Turbolader 12 vorgesehen ist, zum Kühlen eines Abschnitts des elektrisch betätigten Turboladers 12, wobei es sich beispielsweise um Wasser, das das Lagergehäuse kühlt, handeln kann, konfiguriert. Bei einer weiteren Ausführungsform ist bzw. sind der Einlasskanal 58 und/oder der Auslasskanal 60 zur Strömungsverbindung mit einem Einlassströmungspfad des Verdichters 28 konfiguriert, so dass in den Einlassströmungspfad gesaugte Luft zum Kühlen des mindestens einen Widerstands 46 verwendet wird.
Unter Bezugnahme auf 4-13 werden verschiedene Widerstandssubstratkonfigurationen 100, 200, 300, 300', die jeweils mindestens einen Widerstand und ein Substrat umfassen, gezeigt. Die Widerstandssubstratkonfigurationen 100, 200, 300, 300' können als der mindestens eine Widerstand 46 und das Substrat 50 der oben beschriebenen elektrischen Leistungsabbauanordnung 14 implementiert sein.
Unter Bezugnahme auf 4-5 wird eine erste Widerstandssubstratkonfiguration 100 gezeigt, die als ein Teil der elektrischen Leistungsabbauanordnung 14 implementiert sein kann. Die erste Widerstandssubstratkonfiguration 100 umfasst ein Substrat 102, das zwischen einem ersten Widerstand 104 und einem zweiten Widerstand 106 sandwichartig vorgesehen ist. Die erste Widerstandssubstratkonfiguration 100 ist allgemein quaderförmig und umfasst ein erstes Ende 108 und ein zweites Ende 110, das dem ersten Ende 108 gegenüberliegt. Die erste Widerstandssubstratkonfiguration 100 umfasst des Weiteren vier Peripherieseiten 112, 114, 116, 118, und das Substrat 102 umfasst einen Einlasskanal 120 und einen Auslasskanal 122, die beide an dem ersten Ende 108 vorgesehen sind und auf dem Substrat 102 auf der ersten Peripherieseite 112 angeordnet sind.
Das Substrat 102 umfasst einen Kühlmittelpfad (nicht gezeigt), der sich durch das Substrat 102 von dem Einlasskanal 120 zu dem Auslasskanal 122 erstreckt. Bei einer Ausführungsform erstreckt sich der Kühlmittelpfad von dem Einlasskanal 120 an dem ersten Ende 108 zu dem zweiten Ende 110 und dann zurück zu dem Auslasskanal 122 an dem ersten Ende 108. Auf diese Weise wird in dem Kühlmittelpfad vorgesehenes Kühlmittel zum Kühlen des ersten Widerstands 102 und des zweiten Widerstands 106 an sowohl dem ersten Ende 108 als auch dem zweiten Ende 110 verwendet.
Das Substrat 102 umfasst eine obere Fläche oder Seite 124 und eine untere Fläche oder Seite 126, die der oberen Fläche 124 gegenüberliegt. Der erste Widerstand 104 ist mit der oberen Fläche 124 des Substrats 102 physisch gekoppelt und daran fixiert, und der zweite Widerstand 106 ist mit der unteren Fläche 126 physisch gekoppelt und daran fixiert. Der erste Widerstand 104 und der zweite Widerstand 106 können unter Verwendung von einem Haftmittel (Haftmitteln) und/oder Bolzen und/oder Schrauben und/oder Nieten und/oder Klettverschlüssen und/oder federnden Rastlaschen bzw. -mechanismen usw. an der oberen Fläche 124 bzw. der unteren Fläche 126 fixiert sein.
Der erste Widerstand 104 und der zweite Widerstand 106 umfassen jeweils elektrische Anschlüsse 128, 130 (für den zweiten Widerstand 106 wird lediglich ein Anschluss 130 gezeigt). Die elektrischen Anschlüsse 128, 130 sind jeweils als eine Metalllasche, die ein abgerundetes Ende, das ein Durchgangsloch zur Ermöglichung einer Verbindung mit einem elektrischen Kabel (oder einer anderen elektrischen Komponente) ermöglicht, aufweist, ausgebildet. Die Anschlüsse 128, 130 werden zum elektrischen Anschließen des ersten und des zweiten Widerstands 104, 106 an den Leistungsschalter 44 verwendet. Die Anschlüsse 128, 130 sind an dem zweiten Ende 110 an dem ersten und dem zweiten Widerstand 104, 106 entlang der dritten Peripherieseite 116, bei der es sich um eine der ersten Peripherieseite 112 gegenüberliegende Peripherieseite der ersten Widerstandssubstratkonfiguration 100 handelt, vorgesehen. Mehrere Wärmeableitungsrippen 132, 134 sind so auf einer freiliegenden Fläche des ersten und des zweiten Widerstands 104, 106 vorgesehen, dass sich die mehreren Wärmeableitungsrippen 132, 134 von dem Substrat 102 weg erstrecken. Die mehreren Wärmeableitungsrippen 132, 134 werden zur Ableitung von Wärme, die von dem ersten und dem zweiten Widerstand 104, 106 erzeugt wird, zum Kühlen des ersten und des zweiten Widerstands 104, 106 verwendet.
Unter Bezugnahme auf 6-8 wird eine zweite Widerstandssubstratkonfiguration 200 gezeigt, die als Teil der elektrischen Leistungsabbauanordnung 14 verwendet werden kann. Die zweite Widerstandssubstratkonfiguration 200 umfasst ein Substrat 202, das zwischen einem ersten Satz von Widerständen 204 und einem zweiten Satz von Widerständen 206 vorgesehen ist. Die zweite Widerstandssubstratkonfiguration 200 umfasst ein erstes Ende 208 und ein zweites Ende 210, das dem ersten Ende 208 gegenüberliegt. Die erste Widerstandssubstratkonfiguration 200 umfasst des Weiteren vier Peripherieseiten 212, 214, 216, 218, und das Substrat 202 umfasst einen Einlasskanal 220 und einen Auslasskanal 222, die beide an dem ersten Ende 208 vorgesehen sind und auf dem Substrat 202 auf der ersten Peripherieseite 212 angeordnet sind.
Das Substrat 202 umfasst einen Kühlmittelpfad (nicht gezeigt), der sich durch das Substrat 202 von dem Einlasskanal 220 zu dem Auslasskanal 222 erstreckt. Bei einer Ausführungsform erstreckt sich der Kühlmittelpfad von dem Einlasskanal 220 an dem ersten Ende 208 zu dem zweiten Ende 210 und dann zurück zu dem Auslasskanal 222 an dem ersten Ende 208. Auf diese Weise wird in dem Kühlmittelpfad vorgesehenes Kühlmittel zum Kühlen des ersten Widerstands 204 und des zweiten Widerstands 206 an sowohl dem ersten Ende 208 als auch dem zweiten Ende 210 verwendet.
Der erste Satz von Widerständen 204 umfasst vier Widerstände 224, 226, 228, 230, und der zweite Satz von Widerständen 206 umfasst vier Widerstände 232, 234, 236, 238. Das Substrat 202 umfasst eine obere Fläche oder Seite 240 und eine untere Fläche oder Seite 242, die der oberen Fläche 240 gegenüberliegt. Jeder der vier Widerstände 224-230 ist mit der oberen Fläche 240 des Substrats 202 physisch gekoppelt und daran fixiert, und jeder der vier Widerstände 232-238 ist mit der unteren Fläche 242 physisch gekoppelt und daran fixiert, unter Verwendung von einem Haftmittel (Haftmitteln) und/oder Bolzen und/oder Schrauben und/oder Nieten und/oder Klettverschlüssen und/oder federnden Rastlaschen bzw. -mechanismen usw. Jeder der Widerstände 224-238 des ersten Satzes von Widerständen 204 und des zweiten Satzes von Widerständen 206 ist auf das Substrat 202 ausgerichtet, so dass jeder Widerstand 224-238 zwei Peripherieflächen aufweist, die mit zwei Peripherieflächen des Substrats 202 bündig sind.
Beispielsweise weist der erste Widerstand 224 eine erste Peripheriefläche 244 auf, die mit einer ersten Peripheriefläche 246 des Substrats 202 bündig ist, und weist eine zweite Peripheriefläche 248 auf, die mit einer zweiten Peripheriefläche 250 des Substrats 202 bündig ist.
Jeder der Widerstände 224-238 des ersten Satzes von Widerständen 204 und des zweiten Satzes von Widerständen 206 umfasst zwei Anschlüsse 252, die zum Anschluss des Widerstands an den Leistungsschalter 44 verwendet werden. Die Anschlüsse 252 sind auf einer Fläche des Widerstands 224-238, die der Fläche des Widerstands 224-238, die an dem Substrat 202 angebracht ist, gegenüberliegt, vorgesehen. Beispielsweise sind die Anschlüsse 252 des ersten Satzes von Widerständen 204 auf einer Fläche, die nach oben und von dem Substrat 202 weg weist, vorgesehen, und die Anschlüsse 252 des zweiten Satzes von Widerständen 206 sind auf einer Fläche, die nach unten und von dem Substrat 202 weg weist, vorgesehen.
Unter Bezugnahme auf 9-11 wird eine dritte Widerstandssubstratkonfiguration 300 gezeigt, die als Teil der elektrischen Leistungsabbauanordnung 14 verwendet werden kann. Die dritte Widerstandssubstratkonfiguration 300 umfasst ein Substrat 302, das zylindrisch ist und das mit mehreren Widerständen 304, und zwar sechs Widerständen 306, 308, 310, 312, 314, 316, physisch gekoppelt ist. Die dritte Widerstandssubstratkonfiguration 300 sowie jeder der Widerstände 306-316 und das Substrat 302 sind zylindrisch und erstrecken sich von einem ersten Ende 318 zu einem zweiten Ende 320, das dem ersten Ende 318 gegenüberliegt. Das Substrat 302 umfasst eine erste axiale Endwand 322, die an dem ersten Ende 318 positioniert ist, und eine zweite axiale Endwand 324, die an dem zweiten Ende 320 positioniert ist. Das Substrat 302 umfasst des Weiteren eine Umfangswand 326, die sich von dem ersten Ende 318 zu dem zweiten Ende 320 erstreckt.
Ein Einlasskanal 328 ist an dem ersten Ende 318 vorgesehen, und ein Auslasskanal 330 ist an dem zweiten Ende 320 vorgesehen. Der Einlasskanal 328 umfasst eine zylindrische Durchgangsbohrung, die sich durch die erste axiale Endwand 322 zu einem Abschnitt eines Kühlmittelpfads 332, der an dem ersten Ende 318 oder in der Nähe davon positioniert ist, erstreckt, und der Auslasskanal 330 umfasst eine zylindrische Durchgangsbohrung, die sich durch die zweite axiale Endwand 324 zu einem Abschnitt des Kühlmittelpfads 332, der an dem zweiten Ende 320 oder in der Nähe davon positioniert ist, erstreckt. Der Kühlmittelpfad 332 umfasst einen Hülsenabschnitt 334, der eine Ringform um eine Mittelachse C herum aufweist und von einer radial nach innen weisenden Fläche 336 und einer radial nach außen weisenden Fläche 338 definiert wird. Die radial nach innen weisende Fläche 336 ist eine Innenfläche der Außenumfangswand 326, und die radial nach außen weisende Fläche 338 ist eine Außenfläche eines Innenabschnitts 340 des Substrats 302. 10-11 stellen das Substrat 302 dar und zeigen die Dicke T des Hülsenabschnitts 334, die der Differenz zwischen dem Radius der radial nach innen weisenden Fläche 336 minus den Radius der radial nach außen weisenden Fläche 338 in Bezug auf die Mittelachse C entspricht.
Bei weiteren Ausführungsformen kann der Kühlmittelpfad 332 anstatt des Hülsenabschnitts 334 mit einer Ringform, die sich von dem ersten Ende 318 zu dem zweiten Ende 320 erstreckt, einen schraubenförmigen Abschnitt (um die Mittelachse C zentriert) aufweisen, der sich von dem ersten Ende 318 zu dem zweiten Ende 320 erstreckt, und bei einer Ausführungsform kann der Kühlmittelpfad 332 einen doppelt, dreifach usw. schraubenförmigen Abschnitt aufweisen, der mehrere schraubenförmige Pfade umfasst, die sich von dem ersten Ende 318 zu dem zweiten Ende 320 erstrecken. Bei einer weiteren Ausführungsform kann sich der Kühlmittelpfad 332 von einer ersten radial äußeren Position (wie z. B. wo sich der Einlasskanal 328 befindet) zu einer radial inneren Position (wie z. B. einer Position, die sich entlang der Mittelachse C befindet), dann zu einer zweiten radial äußeren Position (wie z. B. einer Position, die sich von der ersten Position gegenüber der Mittelachse C befindet, jedoch mit derselben radialen Erstreckung) und dann zurück zur radial inneren Position erstrecken. Der Kühlmittelpfad 332 kann sich mehrfach in dieser schlangenartigen Weise erstrecken, bevor er den Auslasskanal 330 erreicht.
Der Innenabschnitt 340 ist zylindrisch, entlang der Mittelachse C zentriert, und die Außenfläche ist bezüglich der Mittelachse C von dem Hülsenabschnitt 334 radial innen angeordnet. Der Innenabschnitt 340 erstreckt sich von der ersten axialen Endwand 322 zu der zweiten axialen Endwand 324. Der Innenabschnitt 340 umfasst mehrere Hohlräume 342-352, die jeweils zylindrisch sind und jeweils dazu konfiguriert sind, einen Widerstand aufzunehmen. Jeder der mehreren Hohlräume erstreckt sich von einer Öffnung in der ersten axialen Endwand 322 zu einer Öffnung in der zweiten axialen Endwand 324. Ein erster Hohlraum 342 der mehreren Hohlräume 342-352 ist entlang der Mittelachse C zentriert, und die verbleibenden fünf Hohlräume 344-352 sind von der Mittelachse und voneinander gleichmäßig beabstandet.
Gemäß der Darstellung in 9 umfasst die dritte Widerstandssubstratkonfiguration 300 sechs Widerstände 306-316, von denen jeder in einem einzigen der mehreren Hohlräume 342-352 vorgesehen ist. Bei einer Ausführungsform können die mehreren Hohlräume 342-352 dahingehend dimensioniert sein, die Widerstände 306-316 aufzunehmen und gut festzuhalten. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Haftmittel auf die Außenfläche der Widerstände 306-316 und/oder auf die Flächen der mehreren Hohlräume 342-352 aufgebracht werden. Es können andere Mittel zum Halten der Widerstände 306-316 zum Halten der Widerstände 306-316 in den mehreren Hohlräumen 342-352 verwendet werden. Es versteht sich natürlich, dass eine beliebige Anzahl an Widerständen und entsprechenden Hohlräumen verwendet werden kann.
12 stellt einen Widerstand 400 dar, der für jeden der Widerstände 306-316 der dritten Widerstandssubstratkonfiguration 300 verwendet werden kann. Der Widerstand 400 ist zylindrisch und weist eine erste Endfläche 402, eine zweite Endfläche 404 und eine zylindrische Fläche 406, die sich von der ersten Endfläche 402 zu der zweiten Endfläche 404 erstreckt, auf. Der Widerstand 400 umfasst einen ersten elektrischen Anschluss 408, der auf der ersten Endfläche 402 vorgesehen ist, und einen zweiten elektrischen Anschluss 410, der auf der zweiten Endfläche 404 vorgesehen ist. Der erste elektrische Anschluss 408 und der zweite elektrische Anschluss 410 können jeweils als eine planare Metalllasche ausgebildet sein, die sich von der ersten Endfläche 402 bzw. der zweiten Endfläche 404 weg entlang einer Widerstandsmittelachse C_R erstreckt. Die planare Metalllasche wird dann im rechten Winkel gebogen und erstreckt sich radial von der Widerstandsmittelachse C_R weg. Die Metalllaschen weisen jeweils ein abgerundetes Ende auf, das eine Durchgangsbohrung zum Ermöglichen einer Verbindung mit einem elektrischen Kabel (oder einer anderen elektrischen Komponente) ermöglicht.
Unter Bezugnahme auf 13 wird eine Modifikation der dritten Widerstandssubstratkonfiguration 300' gezeigt, bei der das Substrat 302' anders ist. Es versteht sich, dass 13 nicht die Widerstände darstellt, jedoch kann der Widerstand 400 als die Widerstände für die dritte Widerstandssubstratkonfiguration 300' verwendet werden. Bei dieser modifizierten Konfiguration 300' wird der erste Widerstandshohlraum 342 weggelassen, und der Kühlmittelpfad 332 umfasst ferner einen mittigen Abschnitt 354, der mit den anderen Abschnitten des Kühlmittelpfads 332 über einen Zweigabschnitt 356 in Strömungsverbindung steht. Bei der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der Zweigabschnitt 356 durch den gesamten Innenabschnitt 340 von dem ersten Ende 318 zu dem zweiten Ende 320. Bei anderen Ausführungsformen können jedoch zwei Zweigabschnitte verwendet werden, wobei ein erster Zweigabschnitt an dem ersten Ende 318 positioniert ist und ein zweiter Zweigabschnitt an dem zweiten Ende 320 positioniert ist.
Unter Bezugnahme auf 14 wird ein Verfahren 400 zum Abbau von elektrischer Leistung von einem elektrisch betätigten Turbolader gezeigt. Das Verfahren 400 beginnt mit Schritt 410, wobei eine oder mehrere Bedingungen daraufhin überwacht werden, zu bestimmen, ob der Leistungsschalter in eine geschlossene Stellung geschaltet werden soll. Wie oben erörtert wird, kann der elektrisch betätigte Turbolader 12 überschüssige elektrische Leistung erzeugen, die unerwünschte Auswirkungen auf die Leistungselektronik und/oder andere Komponenten, mit der sie elektrisch gekoppelt ist, haben können, oder der Turbolader könnte einem gefährlichen Überdrehungsereignis ausgesetzt werden. Bei einer Ausführungsform überwacht die Steuerung 48 Bedingungen, die anzeigen, dass überschüssige elektrische Leistung erzeugt wird. Die Bedingungen können eine Wellendrehzahl des elektrisch betätigten Turboladers und/oder einen Batteriezustand einer Fahrzeugbatterie (z. B. einen gegenwärtigen Ladestand (SoC)), die von dem elektrisch betätigten Turbolader geladen wird, und/oder eine Batterieladekapazität der Fahrzeugbatterie (z. B. einen maximalen SoC-Wert) umfassen. Beispielsweise erhält die Steuerung 48 bei einer Ausführungsform einen gegenwärtigen SoC der Fahrzeugbatterie, einen SoC-Schwellenwert der Fahrzeugbatterie (z. B. eine maximale SoC-Kapazität) und eine Wellendrehzahl der Turbinenwelle 26. In diesem Beispiel bestimmt die Steuerung 48 dann, ob der gegenwärtige SoC den SoC-Schwellenwert überschreitet (oder bei einem vorbestimmten Ausmaß dazu liegt) sowie ob die Wellendrehzahl der Turbinenwelle 26 über einem vorbestimmten Ausmaß liegt. Wenn der gegenwärtige SoC den SoC-Schwellenwert überschreitet und die Wellendrehzahl der Turbinenwelle 26 über dem vorbestimmten Ausmaß liegt, wird bestimmt, den Leistungsschalter 44 in den geschlossenen Zustand zu schalten.
In solch einem Beispiel kann der Vergleich der Wellendrehzahl der Turbinenwelle 26 mit dem vorbestimmten Ausmaß dazu verwendet werden, eine Anzeige eines Überdrehungsereignisses zu erhalten. Es versteht sich, dass das vorbestimmte Ausmaß ein beliebiger geeigneter Wert sein kann, und dieser Wert kann in dem Speicher 56 der Steuerung 48 (oder an einer anderen geeigneten Stelle, wie z. B. im Speicher einer anderen Steuerung) gespeichert werden. Darüber hinaus kann zumindest bei einigen Ausführungsformen das vorbestimmte Ausmaß als Teil einer Softwareaktualisierung per Mobilfunk oder durch lokalen Zugriff auf die Fahrzeugelektronik, wie z. B. durch einen OBD-Fahrzeugdiagnose-Anschluss (z. B. einen OBD-2-Fahrzeugdiagnose-Anschluss), modifiziert werden; beispielsweise kann das Fahrzeug, in dem die elektrische Leistungsabbauanordnung 14 installiert ist, an einer Hauptsteuerung eine Aktualisierung mit einem aktualisierten vorbestimmten Ausmaß von einer zum Fahrzeug externen Vorrichtung (z. B. einem entfernten Server, einem externen OBD-Gerät) empfangen, und dann sendet die Hauptsteuerung unter Verwendung eines CAN-Busses (oder einer anderen geeigneten Netzverbindung) das aktualisierte vorbestimmte Ausmaß an die Steuerung 48, die dann dieses aktualisierte vorbestimmte Ausmaß in dem Speicher 56 speichern kann. Wenn eine Anzeige eines Überdrehungsereignisses erhalten wird, wird der gegenwärtige SoC mit dem SoC-Schwellenwert, bei dem es sich um einen maximalen SoC-Wert handeln kann, verglichen, um zu bestimmen, ob sich die Fahrzeugbatterie in einem geeigneten Zustand zum Empfangen von mehr elektrischer Ladung befindet. Auf diese Weise kann bestimmt werden, ob die elektrische Leistung zur Fahrzeugbatterie zum Laden der Fahrzeugbatterie geleitet werden sollte oder ob die elektrische Leistung zu dem mindestens einen Widerstand 46 geleitet werden sollte.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann bzw. können eine oder mehrere überwachte Bedingungen dazu verwendet werden, eine Anzeige darüber zu erhalten, dass das Fahrzeug in einen Unfall verwickelt ist, was als eine Anzeige eines Fahrzeugunfallereignisses bezeichnet werden kann. Beispielsweise kann bzw. können die eine oder die mehreren Bedingungen Bestimmen von Leistungsabfall (oder Versagen) gewisser Fahrzeugkomponenten, Detektieren einer Beschleunigung, die über einen bestimmten Schwellenwert hinausgeht und/oder in einer bestimmten Richtung verläuft, usw. umfassen. Bei mindestens einigen Ausführungsformen kann es als Reaktion auf den Erhalt einer Anzeige eines Fahrzeugunfallereignisses wünschenswert sein, von dem elektrisch betätigten Turbolader 12 verwendete Leistung abzubauen, selbst wenn kein Überdrehungsereignis detektiert wurde. In einem Fall kann infolge eines Fahrzeugunfallereignisses die Fahrzeugbatterie von dem elektrisch betätigten Turbolader 12 getrennt werden, und in solch einem Fall kann bestimmt werden, den Leistungsschalter 44 in die geschlossene Stellung zu schalten, so dass die Leistungsabbauanordnung 14 Leistung des elektrisch betätigten Turboladers 12 abbauen kann. Das Verfahren 400 geht zu Schritt 420 über.
Bei Schritt 420 sendet die Steuerung ein Steuersignal an den Leistungsschalter, wodurch bewirkt wird, dass der Leistungsschalter in einen geschlossenen Zustand umschaltet. Es versteht sich, dass sich der geschlossene Zustand des Leitungsschalters auf einen Zustand bezieht, in dem der Leistungsschalter einen ersten Kontakt an einen zweiten Kontakt elektrisch anschließt, wodurch Fließen von elektrischem Strom gestattet wird, was auch als ein leitender Zustand betrachtet werden kann. Die Steuerung 48 ist über einen Steuersignalpfad 52 mit dem Leistungsschalter 44 elektronisch gekoppelt, wie durch die gepunktete Linie in 3 gezeigt wird. Dieser Steuersignalpfad 52 ist möglicherweise ein isolierter Signalpfad oder auch nicht. Die Steuerung 48 erzeugt ein Steuersignal, das so konfiguriert ist, dass, wenn das Steuersignal von dem Leistungsschalter 44 empfangen wird, der Leistungsschalter in den geschlossenen Zustand geschaltet wird. Das Verfahren 400 geht zu Schritt 430 über.
Bei Schritt 430 schaltet der Leistungsschalter als Reaktion auf den Empfang des Steuersignals von der Steuerung in den geschlossenen Zustand um. Beispielsweise schaltet der Leistungsschalter 44 bei Empfang des Steuersignals von der Steuerung 48 über den Steuersignalpfad 52 in den geschlossenen Zustand um, wodurch der elektrische Leistungsausgang 42 mit dem mindestens einen Widerstand 46 elektrisch gekoppelt wird. Somit wird, wenn der Leistungsschalter 44 in der geschlossenen Stellung platziert ist, von dem elektrischen Leistungsausgang 42 bereitgestellte elektrische Leistung an dem mindestens einen Widerstand 46 empfangen und in Form von Wärme abgebaut. Das Verfahren 400 endet dann. Es versteht sich natürlich, dass das Verfahren 400 viele Male ausgeführt werden kann und dass das Verfahren 400 nach Beendigung einer vorherigen Iteration bei Schritt 410 erneut beginnen kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Leistungsabbauanordnung 14 ferner Stromerfassungsfähigkeiten (z. B. ein Strommessgerät) umfassen, das mit dem mindestens einen Widerstand 46 elektrisch gekoppelt ist und dem mindestens einen Widerstand 46 zugeführten Strom messen kann. Die Steuerung 48 kann diesen Strom durch Vergleichen des Stroms mit einem Stromschwellenwert überwachen, und wenn der Strom diesen Stromschwellenwert überschreitet, kann die Steuerung bestimmen, den Leistungsschalter zu öffnen, um zu verhindern, dass elektrische Leistung an dem mindestens einen Widerstand 46 empfangen wird. Bei einer Ausführungsform kann die Steuerung 48 bei der Bestimmung, ob der Leistungsschalter in die geöffnete Stellung geschaltet werden soll, in Verbindung mit der Strommenge ein Zeitmaß in Betracht ziehen. Dieses Merkmal kann zumindest bei einigen Ausführungsformen dazu verwendet werden, zu verhindern, dass der mindestens eine Widerstand 46 überhitzt, was zu Versagen oder Schädigung des mindestens einen Widerstands 46 führen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann bzw. können ein oder mehrere der Schritte des Verfahrens 400 in Computeranweisungen umgesetzt sein, die in dem Speicher 56 gespeichert werden. Bei einer Ausführungsform führt der Prozessor 54 der Steuerung 48 die Computeranweisungen zur Ausführung eines oder mehrerer Schritte des Verfahrens 400, wie z. B. der Schritte 410-420, durch. Bei einer anderen Ausführungsform werden gewisse Operationen des Verfahrens 400 durch eine oder mehrere andere Steuerungen oder Elektronik ausgeführt. Beispielsweise kann das Überwachen gewisser Bedingungen (Schritt 410) durch eine zweite Steuerung (nicht gezeigt) ausgeführt werden, und, wenn gewisse Bedingungen erfüllt sind, sendet die zweite Steuerung eine Anzeige an die Steuerung 48, die anzeigt, dass überschüssige elektrische Leistung erzeugt wird oder dass der Leistungsschalter in den geschlossenen Zustand geschaltet werden sollte.
Es versteht sich, dass das Vorstehende eine Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung ist. Die Erfindung ist nicht auf die bestimmte Ausführungsform (bestimmten Ausführungsformen), die hier offenbart wird (werden), beschränkt, sondern wird stattdessen lediglich durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Des Weiteren beziehen sich in der vorstehenden Beschreibung enthaltene Aussagen auf bestimmte Ausführungsformen und sollen nicht als Beschränkungen des Schutzumfangs der Erfindung oder der Definition von Begriffen, die in den Ansprüchen verwendet werden, ausgelegt werden, außer wenn ein Begriff oder eine Formulierung ausdrücklich oben definiert wird. Verschiedene weitere Ausführungsformen und verschiedene Änderungen und Modifikationen an der offenbarten Ausführungsform (den offenbarten Ausführungsformen) werden für den Fachmann offensichtlich. Als solche weiteren Ausführungsformen, Änderungen und Modifikationen sollen in den Schutzumfang der anhängigen Ansprüche fallen.
Wie in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, sollen die Begriffe „z. B.“, „zum Beispiel“, „beispielsweise“, „wie z. B.“ und „wie“, und die Verben „umfassen“, „aufweisen“, „enthalten“ und andere Verbformen, wenn in Verbindung mit einer Aufzählung einer oder mehrerer Komponenten oder anderer Elemente verbunden, als offen ausgelegt werden, was bedeutet, dass die Aufzählung nicht als andere oder zusätzliche Komponenten oder Elemente ausschließend betrachtet werden soll. Anderen Begriffen soll ihre weiteste angemessene Bedeutung verliehen werden, es sei denn sie werden in einem Zusammenhang verwendet, der eine bestimmte Interpretation erfordert.
Obgleich die vorliegende Erfindung in den angehängten Ansprüchen definiert wird, versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auch (alternativ dazu) gemäß den folgenden Ausführungsformen definiert werden kann:

1. Eine elektrische Leistungsabbauanordnung für einen elektrisch betätigten Turbolader, die Folgendes umfasst:
- einen Leistungsschalter, der zum elektrischen Anschluss an einen elektrischen Leistungsausgang eines elektrisch betätigten Turboladers konfiguriert ist;
- mindestens einen Widerstand, der an den Leistungsschalter elektrisch angeschlossen ist, so dass, wenn sich der Leistungsschalter in einer geschlossenen Stellung befindet und an den elektrischen Leistungsausgang angeschlossen ist, der mindestens eine Widerstand an den elektrischen Leistungsausgang elektrisch angeschlossen ist, so dass die von dem elektrischen Leistungsausgang bereitgestellte elektrische Leistung an dem mindestens einen Widerstand empfangen und von diesem abgebaut wird;
- eine Steuerung, die an den Leistungsschalter elektronisch angeschlossen ist, so dass die Steuerung steuert, ob sich der Leistungsschalter in der geschlossenen Stellung oder einer geöffneten Stellung befindet; und
- ein Substrat, das einen Einlasskanal, einen Auslasskanal und einen Kühlmittelpfad, der sich von dem Einlasskanal zu dem Auslasskanal erstreckt, umfasst, wobei das Substrat physisch mit dem mindestens einen Widerstand gekoppelt ist, so dass der mindestens eine Widerstand gekühlt wird, wenn Kühlmittel in dem Kühlmittelpfad aufgenommen wird.
2. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 1, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf den Empfang einer Anzeige eines Überdrehungsereignisses, den Leistungsschalter von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu schalten, und wobei die Anzeige des Überdrehungsereignisses basierend auf einer Wellendrehzahl oder Raddrehzahl des elektrisch betätigten Turboladers erhalten wird.
3. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 2, wobei der elektrische Leistungsausgang des elektrisch betätigten Turboladers an eine Fahrzeugbatterie elektrisch angeschlossen ist, so dass die Fahrzeugbatterie durch die elektrische Leistung, die von dem elektrischen Leistungsausgang des elektrisch betätigten Turboladers empfangen wird, geladen werden kann.
4. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 3, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf die Bestimmung, dass sich die Fahrzeugbatterie über einer vorbestimmten Ladungsmenge befindet, den Leistungsschalter von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu schalten.
5. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 1, wobei der mindestens eine Widerstand einen ersten Widerstand, der mit einer ersten Seite des Substrats physisch gekoppelt ist, und einen zweiten Widerstand, der mit einer zweiten Seite des Substrats, die der ersten Seite des Substrats gegenüberliegt, physisch gekoppelt ist, umfasst, so dass der Kühlmittelpfad zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand angeordnet ist.
6. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 5, wobei die erste Seite und die zweite Seite jeweils eine flache Außenfläche umfassen und wobei der erste Widerstand mit der flachen Außenfläche der ersten Seite physisch gekoppelt ist und der zweite Widerstand mit der flachen Außenfläche der zweiten Seite physisch gekoppelt ist, so dass ein Abschnitt des Substrats, in dem der Kühlmittelpfad vorgesehen ist, in Sandwichbauweise zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand angeordnet ist.
7. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 6, wobei die erste Seite des Substrats eine obere Seite des Substrats ist und die zweite Seite des Substrats eine untere Seite des Substrats ist und wobei der Einlasskanal und der Auslasskanal jeweils an einer Peripherieseite des Substrats, die sich zwischen der oberen Seite und der unteren Seite des Substrats erstreckt, vorgesehen sind.
8. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 5, wobei der mindestens eine Widerstand ferner einen dritten Widerstand umfasst, der mit der ersten Seite des Substrats physisch gekoppelt ist.
9. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 1, wobei der mindestens eine Widerstand und das Substrat in einem Gehäuse untergebracht sind und wobei das Gehäuse zur Anbringung an einem äußeren Abschnitt eines Lagergehäuses des elektrisch betätigten Turboladers konfiguriert ist.
10. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 9, wobei der Einlasskanal zur Strömungsverbindung mit einem Pfad für flüssiges Kühlmittel des Turboladers, der in dem elektrisch betätigten Turbolader vorgesehen ist, zum Kühlen eines Abschnitts des elektrisch betätigten Turboladers konfiguriert ist.
11. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 9, wobei der Einlasskanal zur Strömungsverbindung mit einem Einlassströmungspfad eines Verdichters des Turboladers konfiguriert ist, so dass in den Einlassströmungspfad gesaugte Luft zum Kühlen des mindestens einen Widerstands verwendet wird.
12. Die elektrische Leistungsabbauanordnung für einen elektrisch betätigten Turbolader, die Folgendes umfasst:
- einen Leistungsschalter, der zum elektrischen Anschluss an einen elektrischen Leistungsausgang eines elektrisch betätigten Turboladers konfiguriert ist;
- mindestens einen Widerstand, der an den Leistungsschalter elektrisch angeschlossen ist, so dass, wenn sich der Leistungsschalter in einer geschlossenen Stellung befindet und an den elektrischen Leistungsausgang angeschlossen ist, der mindestens eine Widerstand an den elektrischen Leistungsausgang elektrisch angeschlossen ist, so dass die von dem elektrischen Leistungsausgang bereitgestellte elektrische Leistung an dem mindestens einen Widerstand empfangen und von diesem abgebaut wird;
- eine Steuerung, die an den Leistungsschalter elektronisch angeschlossen ist, so dass die Steuerung steuert, ob sich der Leistungsschalter in der geschlossenen Stellung oder einer geöffneten Stellung befindet; und
- ein Substrat, das einen Einlasskanal, einen Auslasskanal und einen Kühlmittelpfad umfasst, mit einer radialen Dicke, die zumindest zum Teil den Kühlmittelpfad definiert, wobei das Substrat physisch mit dem mindestens einen Widerstand gekoppelt ist, so dass der mindestens eine Widerstand gekühlt wird, wenn Kühlmittel in dem Kühlmittelpfad aufgenommen wird, und wobei der mindestens eine Widerstand bezüglich der radialen Dicke radial innen positioniert ist.
13. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 12, wobei mindestens ein Hohlraum zumindest zum Teil von einem inneren Abschnitt des Substrats, der von einem Hülsenabschnitt des Kühlmittelpfads umgeben ist, definiert wird.
14. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 13, wobei der Hülsenabschnitt des Kühlmittelpfads eine Ringform um eine Mittelachse aufweist, die durch eine radial nach innen weisende Wand und eine radial nach außen weisende Wand definiert wird.
15. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 12, wobei der mindestens eine Widerstand zylindrisch ist.
16. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 13, wobei der mindestens eine Hohlraum einen ersten Hohlraum umfasst, der zylindrisch ist.
17. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 16, wobei der mindestens eine Widerstand einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, der zylindrisch ist, umfasst, wobei der mindestens eine Hohlraum den ersten Hohlraum und einen zweiten Hohlraum, der zylindrisch ist, umfasst und wobei der zweite Widerstand in dem zweiten Hohlraum vorgesehen ist.
18. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 14, wobei der Kühlmittelpfad einen axialen Abschnitt umfasst, der entlang der Mittelachse und in dem Innenabschnitt des Substrats vorgesehen ist.
19. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 16, wobei der erste Hohlraum eine zylindrische Durchgangsbohrung ist, die sich entlang einer Mittelachse von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Substrats erstreckt.
20. Die elektrische Leistungsabbauanordnung nach Ausführungsform 12, wobei der mindestens eine Widerstand und das Substrat in einem Gehäuse enthalten sind und wobei das Gehäuse zur Anbringung an einem äußeren Abschnitt eines Lagergehäuses des elektrisch betätigten Turboladers konfiguriert ist.

Claims

Elektrische Leistungsabbauanordnung für einen elektrisch betätigten Turbolader, die Folgendes umfasst: einen Leistungsschalter, der zum elektrischen Anschluss an einen elektrischen Leistungsausgang eines elektrisch betätigten Turboladers konfiguriert ist; mindestens einen Widerstand, der an den Leistungsschalter elektrisch angeschlossen ist, so dass, wenn sich der Leistungsschalter in einer geschlossenen Stellung befindet und an den elektrischen Leistungsausgang angeschlossen ist, der mindestens eine Widerstand an den elektrischen Leistungsausgang elektrisch angeschlossen ist, so dass die von dem elektrischen Leistungsausgang bereitgestellte elektrische Leistung an dem mindestens einen Widerstand empfangen und von diesem abgebaut wird; eine Steuerung, die an den Leistungsschalter elektronisch angeschlossen ist, so dass die Steuerung steuert, ob sich der Leistungsschalter in der geschlossenen Stellung oder einer geöffneten Stellung befindet; und ein Substrat, das einen Einlasskanal, einen Auslasskanal und einen Kühlmittelpfad, der sich von dem Einlasskanal zu dem Auslasskanal erstreckt, umfasst, wobei das Substrat physisch mit dem mindestens einen Widerstand gekoppelt ist, so dass der mindestens eine Widerstand gekühlt wird, wenn Kühlmittel in dem Kühlmittelpfad aufgenommen wird.
Elektrische Leistungsabbauanordnung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf den Empfang einer Anzeige eines Überdrehungsereignisses, den Leistungsschalter von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu schalten, und wobei die Anzeige des Überdrehungsereignisses basierend auf einer Wellendrehzahl oder Raddrehzahl des elektrisch betätigten Turboladers erhalten wird.
Elektrische Leistungsabbauanordnung nach Anspruch 2, wobei der elektrische Leistungsausgang des elektrisch betätigten Turboladers an eine Fahrzeugbatterie elektrisch angeschlossen ist, so dass die Fahrzeugbatterie durch die elektrische Leistung, die von dem elektrischen Leistungsausgang des elektrisch betätigten Turboladers empfangen wird, geladen werden kann.
Elektrische Leistungsabbauanordnung nach Anspruch 3, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf die Bestimmung, dass sich die Fahrzeugbatterie über einer vorbestimmten Ladungsmenge befindet, den Leistungsschalter von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zu schalten.
Elektrische Leistungsabbauanordnung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Widerstand einen ersten Widerstand, der mit einer ersten Seite des Substrats physisch gekoppelt ist, und einen zweiten Widerstand, der mit einer zweiten Seite des Substrats, die der ersten Seite des Substrats gegenüberliegt, physisch gekoppelt ist, umfasst, so dass der Kühlmittelpfad zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand angeordnet ist.
Elektrische Leistungsabbauanordnung nach Anspruch 5, wobei die erste Seite und die zweite Seite jeweils eine flache Außenfläche umfassen und wobei der erste Widerstand mit der flachen Außenfläche der ersten Seite physisch gekoppelt ist und der zweite Widerstand mit der flachen Außenfläche der zweiten Seite physisch gekoppelt ist, so dass ein Abschnitt des Substrats, in dem der Kühlmittelpfad vorgesehen ist, in Sandwichbauweise zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand angeordnet ist.
Elektrische Leistungsabbauanordnung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Widerstand und das Substrat in einem Gehäuse untergebracht sind und wobei das Gehäuse zur Anbringung an einem äußeren Abschnitt eines Lagergehäuses des elektrisch betätigten Turboladers konfiguriert ist.
Elektrische Leistungsabbauanordnung nach Anspruch 7, wobei der Einlasskanal zur Strömungsverbindung mit einem Pfad für flüssiges Kühlmittel des Turboladers, der in dem elektrisch betätigten Turbolader vorgesehen ist, zum Kühlen eines Abschnitts des elektrisch betätigten Turboladers konfiguriert ist.
Elektrische Leistungsabbauanordnung nach Anspruch 7, wobei der Einlasskanal zur Strömungsverbindung mit einem Einlassströmungspfad eines Verdichters des Turboladers konfiguriert ist, so dass in den Einlassströmungspfad gesaugte Luft zum Kühlen des mindestens einen Widerstands verwendet wird.
Elektrische Leistungsabbauanordnung für einen elektrisch betätigten Turbolader, die Folgendes umfasst: einen Leistungsschalter, der zum elektrischen Anschluss an einen elektrischen Leistungsausgang eines elektrisch betätigten Turboladers konfiguriert ist; mindestens einen Widerstand, der an den Leistungsschalter elektrisch angeschlossen ist, so dass, wenn sich der Leistungsschalter in einer geschlossenen Stellung befindet und an den elektrischen Leistungsausgang angeschlossen ist, der mindestens eine Widerstand an den elektrischen Leistungsausgang elektrisch angeschlossen ist, so dass die von dem elektrischen Leistungsausgang bereitgestellte elektrische Leistung an dem mindestens einen Widerstand empfangen und von diesem abgebaut wird; eine Steuerung, die an den Leistungsschalter elektronisch angeschlossen ist, so dass die Steuerung steuert, ob sich der Leistungsschalter in der geschlossenen Stellung oder einer geöffneten Stellung befindet; und ein Substrat, das einen Einlasskanal, einen Auslasskanal und einen Kühlmittelpfad umfasst, mit einer radialen Dicke, die zumindest zum Teil den Kühlmittelpfad definiert, wobei das Substrat physisch mit dem mindestens einen Widerstand gekoppelt ist, so dass der mindestens eine Widerstand gekühlt wird, wenn Kühlmittel in dem Kühlmittelpfad aufgenommen wird, und wobei der mindestens eine Widerstand bezüglich der radialen Dicke radial innen positioniert ist.
Elektrische Leistungsabbauanordnung nach Anspruch 10, wobei mindestens ein Hohlraum zumindest zum Teil von einem inneren Abschnitt des Substrats, der von einem Hülsenabschnitt des Kühlmittelpfads umgeben ist, definiert wird.
Elektrische Leistungsabbauanordnung nach Anspruch 11, wobei der Hülsenabschnitt des Kühlmittelpfads eine Ringform um eine Mittelachse aufweist, die durch eine radial nach innen weisende Wand und eine radial nach außen weisende Wand definiert wird.
Elektrische Leistungsabbauanordnung nach Anspruch 11, wobei der mindestens eine Hohlraum einen ersten Hohlraum umfasst, der zylindrisch ist.
Elektrische Leistungsabbauanordnung nach Anspruch 12, wobei der Kühlmittelpfad einen axialen Abschnitt umfasst, der entlang der Mittelachse und in dem Innenabschnitt des Substrats vorgesehen ist.
Elektrische Leistungsabbauanordnung nach Anspruch 10, wobei der mindestens eine Widerstand und das Substrat in einem Gehäuse enthalten sind und wobei das Gehäuse zur Anbringung an einem äußeren Abschnitt eines Lagergehäuses des elektrisch betätigten Turboladers konfiguriert ist.