DE102022123515A1 - Leistungssteuersystem für dc-dc-umsetzer- und stromrichtervorladung und dc-dc-umsetzer- und stromrichterabschaltung - Google Patents

Leistungssteuersystem für dc-dc-umsetzer- und stromrichtervorladung und dc-dc-umsetzer- und stromrichterabschaltung Download PDF

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Chunhao J. Lee
Lei Hao
Dongxu Li
Suresh Gopalakrishnan
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Abstract

Ein Leistungssteuersystem für ein Vortriebssystem eines Fahrzeugs enthält ein Energiespeichersystem, das eine Vorladeschaltung und eine oder mehrere Batteriebaugruppen enthält. Ein DC-DC-Umsetzer ist mit dem Energiespeichersystem verbunden und enthält einen ersten Kondensator, eine erste Mehrzahl von Leistungsschaltern und ein induktives Bauelement. Ein Leistungsstromrichtermodul ist mit dem DC-DC-Umsetzer verbunden und enthält einen zweiten Kondensator und eine zweite Mehrzahl von Leistungsschaltern. Ein Controller ist zum Vorladen des ersten Kondensators des DC-DC-Umsetzers und des zweiten Kondensators des Leistungsstromrichtermoduls und zum Steuern von Betriebsarten des DC-DC-Umsetzers und des Leistungsstromrichtermoduls konfiguriert.

Description

  • EINLEITUNG
  • Die in diesem Abschnitt gegebenen Informationen dienen der allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Arbeit der hier genannten Erfinder in dem Umfang, in dem sie in diesem Abschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die nicht auf andere Weise als Stand der Technik zum Zeitpunkt der Einreichung berechtigen können, sind weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft Batteriesysteme und insbesondere ein Leistungssteuersystem für Batteriesysteme von Batterieelektrofahrzeugen (BEV), die DC-DC-Umsetzer enthalten.
  • Batterieelektrofahrzeuge (BEV) enthalten einen oder mehrere Batteriesätze, die jeweils eine oder mehrere Batteriezellen enthalten. Um das Laden und Entladen der Batterie zu steuern, wird ein Batteriesystem verwendet. Während des Betriebs werden ein oder mehrere Elektromotoren des BEV verwendet, um einen Vortrieb für das Fahrzeug bereitzustellen. Die durch die Batteriebaugruppe(n) gespeicherte Leistung wird nach der Nutzung erschöpft und das BEV wird nachgeladen. Optionen zum Nachladen der Batteriebaugruppe(n) enthalten das Einstecken in Netzleistung bei einer Ladestation wie etwa einer kommerziellen Ladestation oder einer Hausladestation. Andere Optionen können das Laden eines BEV unter Verwendung der in einem anderen BEV gespeicherten Leistung enthalten.
  • Wie gewürdigt werden kann, kann die Batteriebaugruppe des BEV erschöpft werden, während das Fahrzeug nicht beim Haus des Besitzers ist. Aktuell beträgt die Zeitdauer, die für eine volle Nachladung der Batteriebaugruppe(n) erforderlich ist, in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren für eine volle Ladung üblicherweise in der Größenordnung von 4-12 Stunden. Die Ladezeitdauer ist wesentlich länger als die Zeitdauer, die zum Füllen eines Kraftstofftanks eines Fahrzeugs, das eine Brennkraftmaschine enthält, erforderlich ist (weniger als 10 Minuten).
  • Einige BEV haben Batteriesysteme mit höherer Spannung angenommen, um das schnellere Laden der Batteriebaugruppe(n) zu ermöglichen, um die Ladezeiten zu verringern. Zum Beispiel können einige Schnellladesysteme die Batteriebaugruppe in weniger als einer Stunde auf eine Kapazität von 80 % laden. Der Betrieb bei höheren Spannungspegeln erfordert zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen, um eine Beschädigung von Komponenten des Leistungssteuersystems, die während des Starts und beim Abschalten auftreten kann, zu verringern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Leistungssteuersystem für ein Vortriebssystem eines Fahrzeugs enthält ein Energiespeichersystem, das eine Vorladeschaltung und eine oder mehrere Batteriebaugruppen enthält. Ein DC-DC-Umsetzer ist mit dem Energiespeichersystem verbunden und enthält einen ersten Kondensator, eine erste Mehrzahl von Leistungsschaltern und ein induktives Bauelement. Ein Leistungsstromrichtermodul ist mit dem DC-DC-Umsetzer verbunden und enthält einen zweiten Kondensator und eine zweite Mehrzahl von Leistungsschaltern. Ein Controller ist zum Vorladen des ersten Kondensators des DC-DC-Umsetzers und des zweiten Kondensators des Leistungsstromrichtermoduls und zum Steuern von Betriebsarten des DC-DC-Umsetzers und des Leistungsstromrichtermoduls konfiguriert.
  • Gemäß anderen Merkmalen ist der Controller dafür konfiguriert, nach dem Vorladen des ersten Kondensators des DC-DC-Umsetzers eine Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers zum Ansteigenlassen der Spannung über den zweiten Kondensator des Leistungsstromrichtermoduls, um den zweiten Kondensator vorzuladen, zu steuern.
  • Gemäß anderen Merkmalen ist der Controller dafür konfiguriert, nach dem Vorladen des ersten Kondensators des DC-DC-Umsetzers den DC-DC-Umsetzer aus einer Bereitschaftsbetriebsart in eine Ausführungsbetriebsart zu überführen und eine Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers zum Ansteigenlassen der Spannung über den zweiten Kondensator des Leistungsstromrichtermoduls, um den zweiten Kondensator vorzuladen, zu steuern. Wenn eine Differenz zwischen einer Eingangsspannung des Leistungsstromrichtermoduls und einer vorgegebenen Zielspannung kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist, überführt der Controller das Leistungsstromrichtermodul aus einer Stoppbetriebsart in eine Ausführungsbetriebsart und das Vortriebssystem aus einer Stoppbetriebsart in eine aktive Betriebsart. Der Controller ist dafür konfiguriert, eine Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers auf eine kleinere Spannung als ein erster vorgegebener Schwellenwert abfallen zu lassen, wenn das Vortriebssystems angehalten wird.
  • Gemäß anderen Merkmalen überführt der Controller das Leistungsstromrichtermodul aus einer Ausführungsbetriebsart in eine Stoppbetriebsart und den DC-DC-Umsetzer aus einer Ausführungsbetriebsart in eine Bereitschaftsbetriebsart, wenn die Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers kleiner als der erste vorgegebene Schwellenwert ist. Der Controller ist dafür konfiguriert, das Energiespeichersystem zu trennen, und überführt das Vortriebssystem aus einer aktiven Betriebsart in eine Stoppbetriebsart, wenn eine Eingangsspannung des DC-DC-Umsetzers kleiner als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert ist.
  • Gemäß anderen Merkmalen ist zwischen das Leistungsstromrichtermodul und das Energiespeichersystem ein bidirektionaler Überbrückungsschalter geschaltet. Der Controller ist dafür konfiguriert, den bidirektionalen Überbrückungsschalter zu schließen und gleichzeitig den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator vorzuladen.
  • Gemäß anderen Merkmalen überführt der Controller in Ansprechen darauf, dass eine Differenz zwischen einer Spannung über einen Vorladewiderstand in dem Energiespeichersystem und einer Spannung des ersten Kondensators kleiner als ein erster vorgegebener Schwellenwert ist, das Energiespeichersystem wahlweise in eine reguläre Betriebsart und öffnet er den bidirektionalen Überbrückungsschalter. Der Controller bestimmt eine Differenz zwischen einer Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers und einer Eingangsspannung des Leistungsstromrichtermoduls. Während die Differenz größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, stellt der Controller die Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers um ein Delta Spannung inkrementell ein. Wenn die Differenz kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist, überführt der Controller das Leistungsstromrichtermodul aus einer Stoppbetriebsart in eine Ausführungsbetriebsart und das Vortriebssystem aus einer ausgeschalteten Betriebsart in eine aktive Betriebsart.
  • Gemäß anderen Merkmalen ist der Controller dafür konfiguriert, das Vortriebssystem durch Trennen des Energiespeichersystems anzuhalten und das Leistungsstromrichtermodul aus einer Ausführungsbetriebsart in eine Stoppbetriebsart zu überführen, wenn die Ausgangsspannungen des DC-DC-Umsetzers und des Leistungsstromrichtermoduls kleiner als ein erster vorgegebener Schwellenwert sind, wenn das Vortriebssystem in einer aktiven Betriebsart ist, der bidirektionale Überbrückungsschalter geschlossen ist und der DC-DC-Umsetzer in der Bereitschaftsbetriebsart ist.
  • Gemäß anderen Merkmalen überführt der Controller das Vortriebssystem aus der aktiven Betriebsart in eine ausgeschaltete Betriebsart, wenn die Spannungen über den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator kleiner als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert sind.
  • Ein Leistungssteuersystem für ein Vortriebssystem eines Fahrzeugs enthält ein Energiespeichersystem, das eine Vorladeschaltung und eine oder mehrere Batteriebaugruppen enthält. Ein DC-DC-Umsetzer ist mit dem Energiespeichersystem verbunden und enthält einen ersten Kondensator, eine erste Mehrzahl von Leistungsschaltern und ein induktives Bauelement. Ein Leistungsstromrichtermodul ist mit dem DC-DC-Umsetzer verbunden und enthält einen zweiten Kondensator und eine zweite Mehrzahl von Leistungsschaltern. Ein Controller ist dafür konfiguriert, den ersten Kondensator des DC-DC-Umsetzers vorzuladen; den DC-DC-Umsetzer aus einer Bereitschaftsbetriebsart in eine Ausführungsbetriebsart zu überführen; und eine Differenz zwischen der Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers und einer Eingangsspannung des Leistungsstromrichtermoduls zu bestimmen. Wenn die Differenz größer als ein erster vorgegebener Schwellenwert ist, wird die Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers ansteigen gelassen. Wenn die Differenz kleiner als der erste vorgegebene Schwellenwert ist, wird das Leistungsstromrichtermodul aus einer Stoppbetriebsart in eine Ausführungsbetriebsart und das Vortriebssystem aus einer ausgeschalteten Betriebsart in eine aktive Betriebsart überführt.
  • Gemäß anderen Merkmalen ist der Controller dafür konfiguriert, die Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers wahlweise abfallen zu lassen, wenn das Vortriebssystem angehalten wird; das Leistungsstromrichtermodul aus einer Ausführungsbetriebsart in eine Stoppbetriebsart und den DC-DC-Umsetzer aus einer Ausführungsbetriebsart in eine Bereitschaftsbetriebsart zu überführen, wenn die Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers kleiner als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert ist; das Energiespeichersystem zu trennen; und das Vortriebssystem aus einer aktiven Betriebsart in eine Stoppbetriebsart zu überführen, wenn eine Eingangsspannung des DC-DC-Umsetzers kleiner als ein dritter vorgegebener Schwellenwert ist.
  • Ein Leistungssteuersystem für ein Vortriebssystem eines Fahrzeugs enthält ein Energiespeichersystem, das eine Vorladeschaltung und eine oder mehrere Batteriebaugruppen enthält. Ein DC-DC-Umsetzer ist mit dem Energiespeichersystem verbunden und enthält einen ersten Kondensator, eine erste Mehrzahl von Leistungsschaltern, ein induktives Bauelement und einen bidirektionalen Überbrückungsschalter. Ein Leistungsstromrichtermodul ist mit dem DC-DC-Umsetzer verbunden und enthält einen zweiten Kondensator und eine zweite Mehrzahl von Leistungsschaltern. Zwischen das Leistungsstromrichtermodul und das Energiespeichersystem ist ein bidirektionaler Überbrückungsschalter geschaltet. Ein Controller ist dafür konfiguriert, den bidirektionalen Überbrückungsschalter zu schließen und den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator gleichzeitig vorzuladen und nach dem Vorladen des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators eine Betriebsart des DC-DC-Umsetzers aus einer Bereitschaftsbetriebsart in eine Ausführungsbetriebsart zu überführen.
  • Gemäß anderen Merkmalen ist der Controller dafür konfiguriert, eine Differenz zwischen der Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers und einer Eingangsspannung des Leistungsstromrichtermoduls zu berechnen. Wenn die Differenz größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, ist der Controller dafür konfiguriert, die Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers um ein Delta Spannung inkrementell einzustellen. Wenn die Differenz kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist, ist der Controller dafür konfiguriert, das Leistungsstromrichtermodul aus einer Stoppbetriebsart in eine Ausführungsbetriebsart und das Vortriebssystem aus einer ausgeschalteten Betriebsart in eine aktive Betriebsart zu überführen.
  • Gemäß anderen Merkmalen ist der Controller dafür konfiguriert, das Vortriebssystem durch Trennen des Energiespeichersystems anzuhalten und das Leistungsstromrichtermodul aus einer Ausführungsbetriebsart in eine Stoppbetriebsart zu überführen, wenn eine Ausgangsspannungen des DC-DC-Umsetzers und eine Eingangsspannung des Leistungsstromrichtermoduls kleiner als ein erster vorgegebener Schwellenwert sind, wenn das Vortriebssystem in einer aktiven Betriebsart ist, der bidirektionale Überbrückungsschalter geschlossen ist und der DC-DC-Umsetzer in der Bereitschaftsbetriebsart ist. Wenn die Spannungen über den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator kleiner als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert sind, überführt der Controller das Vortriebssystem aus der aktiven Betriebsart in eine ausgeschaltete Betriebsart.
  • Weitere Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung gehen aus der ausführlichen Beschreibung, aus den Ansprüchen und aus den Zeichnungen hervor. Die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele sind nur zu Veranschaulichungszwecken bestimmt und sollen den Schutzumfang der Offenbarung nicht einschränken.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Offenbarung wird umfassender verständlich aus der ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen; es zeigen:
    • 1 einen Funktionsblockschaltplan und ein Prinzipschaltbild eines Beispiels eines Leistungssteuersystems, das einen DC-DC-Umsetzer enthält, für ein Batteriesystem eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung;
    • 2 einen Funktionsblockschaltplan und ein Prinzipschaltbild eines Beispiels eines Leistungsstromrichtermoduls des Leistungssteuersystems aus 1;
    • 3 einen Funktionsblockschaltplan eines Beispiels eines Controllers für das Leistungssteuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung;
    • 4 einen Ablaufplan eines Beispiels eines Verfahrens zum Vorladen von Kondensatoren des DC-DC-Umsetzers und des Leistungsstromrichtermoduls, wenn ein Überbrückungsschalter nicht verwendet ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung;
    • 5 einen Ablaufplan eines Beispiels eines Verfahrens zum Vorladen von Kondensatoren des DC-DC-Umsetzers und des Leistungsstromrichtermoduls, wenn ein Überbrückungsschalter verwendet ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung;
    • 6 einen Ablaufplan eines Beispiels eines Verfahrens zum Abschalten von Kondensatoren des DC-DC-Umsetzers und des Leistungsstromrichtermoduls, wenn ein Überbrückungsschalter nicht verwendet ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
    • 7 einen Ablaufplan eines Beispiels eines Verfahrens zum Abschalten von Kondensatoren des DC-DC-Umsetzers und des Leistungsstromrichtermoduls, wenn ein Überbrückungsschalter verwendet ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • In den Zeichnungen können Bezugszeichen mehrfach verwendet sein, um ähnliche und/oder gleiche Elemente zu identifizieren.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Beim Starten des Betriebs eines Elektrofahrzeugs können Komponenten des Leistungssteuersystems wie etwa der DC-DC-Umsetzer oder das Leistungsstromrichtermodul (PIM) durch den hohen Einschaltstrom beschädigt werden. Beim Abschalten des Leistungssteuersystems muss ebenfalls sorgfältig vorgegangen werden, um eine Beschädigung zu vermeiden. Um eine Beschädigung der Komponenten des Leistungssteuersystems zu vermeiden, steuert ein Leistungssteuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung Lade- und Entladekondensatoren des DC-DC-Umsetzers und des PIM beim Starten bzw. Abschalten.
  • Nun in 1 ist ein Leistungssteuersystem 10 gezeigt. Obwohl zu Veranschaulichungszwecken ein spezifisches Leistungssteuersystem gezeigt ist, kann das Leistungssteuersystem in Abhängigkeit von den Besonderheiten eines gegebenen Systems anders konfiguriert sein. Das Leistungssteuersystem 10 gemäß diesem Beispiel enthält einen Ladeport 12 und stellt Leistung für erste Fahrzeuglasten 18 (wie etwa ein Zubehörleistungsmodul (APM), ein AC-Kompressormodul ACCM und/oder eine andere Last), ein Leistungsstromrichtermodul (PIM) 22 und/oder andere Fahrzeuglasten bereit. Ferner enthält das Leistungssteuersystem 10 Schaltschütze 32, ein nachladbares Energiespeichersystem (RESS) 34 und einen DC-DC-Umsetzer 36. Der DC-DC-Umsetzer 36 kann als ein Tiefsetzsteller, als ein Hochsetzsteller oder als ein Tiefsetz/Hochsetz-Steller arbeiten.
  • Gemäß diesem Beispiel enthalten die Schaltschütze 32 einen Widerstand RPC, Schalter S1 und S3 mit einem ersten Anschluss, der mit einem positiven Anschluss des Ladeports 12 verbunden ist. Ferner enthalten die Schaltschütze 32 Schalter S1 und S4 mit ersten Anschlüssen, die mit einem negativen Anschluss des Ladeports 12 verbunden sind.
  • Gemäß diesem Beispiel enthält das RESS 34 eine Batteriebaugruppe 14 und Schalter SPC, S5 und S6. Eine Vorladeschaltung enthält den Schalter S6, den Widerstand RPC und den Schalter SPC. Erste Anschlüsse der Schalter SPC und S5 sind mit einem zweiten Anschluss des Schalters S1 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Schalters SPC ist durch den Widerstand RPC mit einem zweiten Anschluss des Schalters S5 und mit einem ersten Anschluss einer Schmelzverbindung F1 verbunden. Ein zweiter Anschluss der Schmelzverbindung F1 ist mit einem positiven Anschluss der Batteriebaugruppe 14, die eine oder mehrere Batteriezellen enthält, verbunden. Ein negativer Anschluss der Batteriebaugruppe 14 ist mit einem ersten Anschluss eines Schalters S6 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Schalters S6 ist mit einem zweiten Anschluss des Schalters S2 verbunden.
  • Gemäß einigen Beispielen kann der DC-DC-Umsetzer 36 einen Tiefsetz/Hochsetz-Steller enthalten. Der DC-DC-Umsetzer 36 enthält einen Kondensator C1 mit einem ersten Anschluss, der mit dem ersten Anschluss des Schalters S1 verbunden ist, und mit einem zweiten Anschluss, der mit dem zweiten Anschluss des Schalters S2 verbunden ist. Ein erster Anschluss eines Leistungsschalters T1 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters S1 und mit einem ersten Anschluss eines bidirektionalen Überbrückungsschalters S0 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Leistungsschalters T1 ist mit einem ersten Anschluss des induktiven Bauelements L1 und mit einem ersten Anschluss eines Leistungsschalters T3 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Leistungsschalters T3 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters S2 verbunden.
  • Ein zweiter Anschluss des bidirektionalen Überbrückungsschalters S0 ist mit einem ersten Anschluss eines Leistungsschalters T2, mit einem zweiten Anschluss des Schalters S3, mit einem ersten Anschluss eines Schalters S12 und mit einem ersten Anschluss der Schmelzverbindung F2 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Leistungsschalters T2 ist mit einem zweiten Anschluss des induktiven Bauelements L1 und mit einem ersten Anschluss eines Leistungsschalters T4 verbunden.
  • Ein zweiter Anschluss des Leistungsschalters T4 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters S2, mit einem zweiten Anschluss der ersten Fahrzeuglasten 18 und mit einem ersten Anschluss eines Schalters S11 verbunden.
  • Ein zweiter Anschluss der Schmelzverbindung F2 ist mit einem ersten Anschluss eines Schalters S10 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Schalters S10 ist mit dem Leistungsstromrichtermodul 22 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Leistungsstromrichtermoduls 22 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters S11 und mit einem zweiten Anschluss des Schalters S4 verbunden.
  • Obwohl zu Veranschaulichungszwecken spezifische Implementierungen der Schaltschütze 32, des Energiespeichersystems (RESS) 34 und des DC-DC-Umsetzers 36 gezeigt sind, können andere Implementierungen verwendet werden.
  • Nun in 2 ist ein Beispiel eines Leistungsstromrichtermoduls (PIM) 22 gezeigt. Das Leistungsstromrichtermodul 22 enthält einen Kondensator C2 und Leistungsschalter T5 und T6, T7 und T8 und T9 und T10. Ein erster Anschluss des Kondensators C2 ist mit ersten Anschlüssen der Schalter T5, T7 und T9 verbunden. Zweite Anschlüsse der Leistungsschalter sind mit einem zweiten Anschluss des Kondensators C2 verbunden. Der zweite Anschluss des Leistungsschalters T5 ist mit dem ersten Anschluss des Leistungsschalters T6 und mit einer ersten Phase eines Motors M verbunden. Der zweite Anschluss des Leistungsschalters T7 ist mit dem ersten Anschluss des Leistungsschalters T8 und mit einer zweiten Phase des Motors M verbunden. Der zweite Anschluss des Leistungsschalters T9 ist mit dem ersten Anschluss des Leistungsschalters T10 und mit einer dritten Phase des Motors M verbunden. Obwohl ein einzelner Stromrichter und ein einzelnes PIM gezeigt sind, kann das Elektrofahrzeug ein oder mehrere PIM und/oder Stromrichter enthalten.
  • Nun anhand von 3 führt ein Controller 60 auf der Grundlage von Eingaben von Sensoren 66 (wie etwa Strom-, Spannungs-, Temperatur-, Drehzahl-, Drehmoment- und anderen Sensoren), einer Benutzerschnittstelle 72, eines Vortriebssystems 73, anderer Fahrzeugsysteme 74 oder einer anderen Eingabe eine Anwendung aus, die dafür konfiguriert ist, die Leistungsschalter 68 des DC-DC-Umsetzers 36, des Leistungsstromrichtermoduls 22 und die Schalter 64 (einschließlich der Schalter S1 bis S12 und SPC) zu steuern. Obwohl ein einzelner Controller 60 gezeigt ist, können ein oder mehrere Controller verwendet werden.
  • Gemäß einigen Beispielen enthalten die Spannungssensoren einen ersten Spannungssensor VS1 (1), der die Spannung über den Widerstand RPC (eine Vorladespannung) erfasst, einen zweiten Spannungssensor VS2 (1), der die Spannung an dem Eingang des DC-DC-Umsetzers 36 (eine Spannung über den Kondensator C1) erfasst, einen dritten Spannungssensor VS3 (1), der die Spannung an dem Ausgang des DC-DC-Umsetzers 36 erfasst, einen vierten Spannungssensor VS4 (2), der die Spannung an dem Eingang des PIM 22 erfasst, und einen fünften Spannungssensor VS5 (2), der die Spannung über den Kondensator C2 erfasst.
  • Nun in 4 ist ein Verfahren 110 zum Vorladen von Kondensatoren des DC-DC-Umsetzers 36 und des PIM 22, wenn ein Überbrückungsschalter nicht verwendet ist, gezeigt. Während des Vorladens veranlasst der Controller 60, dass die Schalter SPC und S6 schließen, um den Kondensator C1 und/oder andere Kondensatoren in dem PIM 22 und/oder in den Lasten 18 zu laden.
  • Bei 114 bestimmt das Verfahren, ob das Leistungssteuersystem keinen Überbrückungsschalter enthält (oder ob der Überbrückungsschalter ausgeschaltet oder geöffnet ist). Falls 114 wahr ist, wird das Verfahren bei 118 fortgesetzt und stellt das Verfahren die Betriebsart des DC-DC-Umsetzers 36 und des PIM 22 auf Bereitschaft ein. Bei 122 bestimmt das Verfahren, ob das Vortriebssystem eingeschaltet angewiesen worden ist. Falls dies wahr ist, lädt das Verfahren den Kondensator C1 (z. B. durch Schließen der Schalter SPC und S6 in 1) vor, um den Kondensator C1 zu laden.
  • Das Verfahren bestimmt eine Differenz zwischen einer Spannung VPC über den Widerstand RPC und eine Spannung VDCDCIN an dem Eingang des DC-DC-Umsetzer 36. Wenn die Differenz kleiner als ein erster vorgegebener Schwellenwert ist, überführt das Verfahren bei 134 die Betriebsart des RESS 34 (durch Öffnen des SPC und Schließen des S5) von Vorladen zur regulären Betriebsart und die Betriebsart des DC-DC-Umsetzer 36 auf Ausführen. Bei 138 wird die Ausgabe des DC-DC-Umsetzers 36 inkrementell erhöht, um den Kondensator in dem Leistungsstromrichtermodul ordnungsgemäß zu laden. Zum Beispiel wird die Spannung dafür gesteuert, eine ansteigende, treppenförmige oder monoton wachsende Spannung bereitzustellen. Mit anderen Worten, die Pulsbreitenmodulation (PWM) der Schalter in dem DC-DC-Umsetzer 36 wird verwendet, um die Ausgabe des DC-DC-Umsetzers 36 von einer Anfangsspannung (die null oder nicht null sein kann) allmählich in Richtung eines Zielspannungspegels (VPIM_dc_target) zu erhöhen.
  • Wenn eine Differenz zwischen der Spannung an dem Eingang des PIM (oder VPIM_dc) und VPIM_dc_target, wie bei 142 bestimmt wird, innerhalb eines zweiten vorgegebenen Schwellenwerts (TH2) liegt, wird das Verfahren bei 146 fortgesetzt und wird die Betriebsart des PIM 22 auf Ausführen überführt und wird die Betriebsart des Vortriebssystems auf Aktiv überführt.
  • Nun in 5 ist ein Verfahren 210 zum Vorladen von Kondensatoren des DC-DC-Umsetzers 36 und des PIM 22 während des Starts, wenn das Leistungssteuersystem einen Überbrückungsschalter S0 (eingeschaltet angewiesen oder geschlossen) enthält, gezeigt. Bei 214 bestimmt das Verfahren, ob das Leistungssteuersystem den Überbrückungsschalter S0 enthält. Falls 214 wahr ist, wird das Verfahren bei 218 fortgesetzt und stellt es die Betriebsart des DC-DC-Umsetzers 36 und des PIM 22 auf Bereitschaft ein. Bei 222 bestimmt das Verfahren, ob das Vortriebssystem freigegeben worden ist. Falls 222 wahr ist, gibt das Verfahren den Überbrückungsschalter S0 frei oder schließt ihn. Bei 230 bestimmt das Verfahren, ob der Überbrückungsschalter S0 freigegeben oder geschlossen ist.
  • Falls 230 wahr ist, lädt das Verfahren bei 234 die Kondensatoren C1 und C2 durch Schließen der Schalter SPC und S6 vor, um die beiden Kondensatoren C1 und C2 zu laden. Bei 235 bestimmt das Verfahren, ob eine Differenz zwischen VPC und VAII_DC kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert TH ist. Falls 235 wahr ist, wird das Verfahren bei 236 fortgesetzt und überführt es das RESS 34 in die reguläre Betriebsart (geöffneter SPC und geschlossener S5) und den Überbrückungsschalter auf gesperrt (oder geöffnet).
  • Bei 238 überführt das Verfahren die Betriebsart des DC-DC-Umsetzers 36 auf Ausführen. Das Verfahren erhöht die Spannung an dem Ausgang des DC-DC-Umsetzers 36 (z. B. Anstieg, Treppe oder monoton), um die Spannung über die Kondensatoren steuerbar zu erhöhen.
  • Zum Beispiel kann die Spannung (anfangs am Ende von 234 bei VRESS) um ±Delta_V eingestellt werden. Die Spannungsschritte werden wiederholt, bis die Spannung über den Kondensator C2 gleich einer gewünschten DC-DC-Ausgangsspannung ist (die größer oder kleiner als VRESS sein kann). Bei 242 bestimmt das Verfahren, ob VDCDC_out (die von dem DC-DC-Umsetzer 36 ausgegebene Zielspannung) minus VPIM_dc (der Spannung über den Kondensator C2) kleiner als ein dritter Schwellenwert TH3 ist. Falls 242 wahr ist, wird die Betriebsart des PIM 22 auf Ausführen eingestellt und wird das Vortriebssystem auf Aktiv eingestellt.
  • Nun in 6 ist ein Verfahren 310 zum Abschalten von Kondensatoren des DC-DC-Umsetzers 36 und des PIM 22, wenn der Überbrückungsschalter S0 geöffnet oder nicht verwendet ist, gezeigt. Bei 314 bestimmt das Verfahren, ob das Leistungssteuersystem den Überbrückungsschalter S0 nicht enthält. Falls 314 wahr ist, wird das Verfahren bei 318 fortgesetzt und stellt es die Betriebsart des PIM 22 auf Ausführen und die Betriebsart des Vortriebssystems auf Aktiv ein. Bei 322 bestimmt das Verfahren, ob die Betriebsart des Vortriebssystems auf Stopp übergeht.
  • Falls 322 wahr ist, stellt das Verfahren die Ausgabe des DC-DC-Umsetzers 36 von einer Quellenspannung auf Abfallen ein. Wenn die Stromrichterspannung (VPIM_dc) kleiner als ein vierter Schwellenwert (TH4) ist, wird das Verfahren bei 334 fortgesetzt und stellt es die Betriebsart des PIM 22 auf Stopp und die Betriebsart des DC-DC-Umsetzer 36 auf Bereitschaft ein. Bei 338 wird das RESS 34 unter Verwendung von S5 und S6 getrennt. Wenn das VDCDCIn kleiner als ein fünfter Schwellenwert TH5 ist, wird das Vortriebssystem bei 346 auf Aus geschaltet.
  • Nun in 7 ist ein Verfahren 410 zum Abschalten von Kondensatoren des DC-DC-Umsetzers 36 und des PIM 22, wenn der Überbrückungsschalter S0 eingeschaltet ist, gezeigt. Bei 418 wird die Betriebsart des PIM 22 auf Ausführen und die Betriebsart des Vortriebssystems auf Aktiv eingestellt. Bei 426 bestimmt das Verfahren, ob die Betriebsart des Vortriebssystems auf Stopp übergeht. Falls 426 wahr ist, bestimmt das Verfahren, ob Überbrückung wahr ist und ob der DC-DC-Umsetzer 36 in der Bereitschafts-Betriebsart ist.
  • Falls 426 wahr ist, wird das RESS 34 unter Verwendung von S5 und S6 getrennt. Wenn All_DC (VPIM_dc und/oder VDCDCIN) kleiner als ein sechster Schwellenwert TH6 sind, wird die Betriebsart des Vortriebssystems bei 442 auf Stopp eingestellt. Bei 446 bestimmt das Verfahren, ob VAII_DC(Caps) (die Spannungen über die Kondensatoren C1 und C2) kleiner als ein siebenter Schwellenwert TH7 sind, wird die Betriebsart des Vortriebssystems bei 450 auf Aus eingestellt.
  • Die vorstehende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich veranschaulichend und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Beispiele enthält, soll der wahre Schutzumfang der Offenbarung somit nicht darauf beschränkt sein, da andere Änderungen bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche hervorgehen. Selbstverständlich können ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in einer anderen Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Obwohl jede der Ausführungsformen oben als mit bestimmten Merkmalen beschrieben worden ist, können ferner ein oder mehrere dieser in Bezug auf irgendeine Ausführungsform der Offenbarung beschriebenen Merkmale in und/oder zusammen mit Merkmalen irgendeiner der anderen Ausführungsformen implementiert werden, selbst wenn diese Kombination nicht explizit beschrieben ist. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schließen sich nicht gegenseitig aus und Vertauschungen einer oder mehrerer Ausführungsformen miteinander bleiben im Schutzumfang dieser Offenbarung.
  • Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z. B. zwischen Modulen, Schaltungselementen, Halbleiterschichten usw.) sind unter Verwendung verschiedener Begriffe einschließlich „verbunden“, „in Eingriff“, „gekoppelt“, „benachbart“, „neben“, „auf“, „über“, „unter“ und „angeordnet“ beschrieben. Wenn eine Beziehung zwischen einem ersten und einem zweiten Element in der obigen Offenbarung nicht explizit als „direkt“ beschrieben ist, kann diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, bei der zwischen dem ersten und dem zweiten Element keine anderen dazwischenliegenden Elemente vorhanden sind, kann sie aber ebenfalls eine indirekte Beziehung sein, bei der zwischen dem ersten und dem zweiten Element ein oder mehrere (entweder räumlich oder funktional) dazwischenliegende Elemente vorhanden sind. Wie die Formulierung wenigstens eines von A, B und C hier verwendet ist, soll sie ein logisches (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht ausschließenden logischen ODER bedeuten und ist sie nicht in der Bedeutung „wenigstens eines von A, wenigstens eines von B und wenigstens eines von C“ zu verstehen.
  • In den Figuren veranschaulicht die Richtung eines Pfeils, wie sie durch die Pfeilspitze angegeben ist, allgemein den Informationsfluss (wie etwa von Daten oder Anweisungen), der für die Darstellung von Interesse ist. Wenn z. B. ein Element A und ein Element B eine Vielzahl von Informationen austauschen, für die Darstellung aber von dem Element A zu dem Element B übertragene Informationen relevant sind, kann der Pfeil von dem Element A zu dem Element B weisen. Dieser einfachgerichtete Pfeil bedeutet nicht, dass keine anderen Informationen von dem Element B zu dem Element A übertragen werden. Ferner kann für von dem Element A zu dem Element B gesendete Informationen das Element B Anforderungen für die Informationen an das Element A senden oder deren Quittierungen empfangen.
  • In dieser Anmeldung einschließlich in den folgenden Definitionen kann der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Controller“ durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. Der Begriff „Modul“ kann sich auf: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; eine Kombinationslogikschaltung; eine frei programmierbare logische Anordnung (FPGA); eine Prozessorschaltung (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die Code ausführt; eine Speicherschaltung (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die durch die Prozessorschaltung ausgeführten Code speichert; andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder aller der Obigen wie etwa in einem Ein-Chip-System beziehen, ein Teil davon sein oder sie enthalten.
  • Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen enthalten. Gemäß einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen verdrahtete oder drahtlose Schnittstellen enthalten, die mit einem lokalen Netz (LAN), mit dem Internet, mit einem Weitverkehrsnetz (WAN) oder mit Kombinationen davon verbunden sind. Die Funktionalität irgendeines gegebenen Moduls der vorliegenden Offenbarung kann auf mehrere Module, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind, verteilt sein. Zum Beispiel können mehrere Module einen Lastausgleich ermöglichen. Gemäß einem weiteren Beispiel kann ein Servermodul (auch als entferntes Modul oder Cloud-Modul bekannt) einige Funktionalität im Auftrag eines Client-Moduls ausführen.
  • Der Begriff Code, wie er oben verwendet ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode enthalten und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam genutzte Prozessorschaltung umfasst eine einzelne Prozessorschaltung, die einen Teil des Codes oder allen Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessorschaltung umfasst eine Prozessorschaltung, die einen Teil oder allen Code von einem oder von mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Prozessorschaltungen ausführt. Bezugnahmen auf mehrere Prozessorschaltungen umfassen mehrere Prozessorschaltungen auf diskreten Chipplättchen, mehrere Prozessorschaltungen auf einem einzelnen Chipplättchen, mehrere Kerne einer einzelnen Prozessorschaltung, mehrere Threads einer einzelnen Prozessorschaltung oder eine Kombination der Obigen. Der Begriff gemeinsam genutzte Speicherschaltung umfasst eine einzelne Speicherschaltung, die einen Teil von oder allen Code von mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicherschaltung umfasst eine Speicherschaltung, die einen Teil oder allen Code von einem oder mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Speichern speichert.
  • Der Begriff Speicherschaltung ist eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium. Der Begriff computerlesbares Medium, wie er hier verwendet ist, umfasst keine transitorischen elektrischen oder elektromagnetischen Signale, die sich (wie etwa in einer Trägerwelle) durch ein Medium ausbreiten; somit kann der Begriff computerlesbares Medium als konkret und nichttransitorisch angesehen werden. Nicht einschränkende Beispiele eines nichttransitorischen, konkreten computerlesbaren Mediums sind nichtflüchtige Speicherschaltungen (wie etwa eine Flash-Speicherschaltung, eine löschbare, programmierbarere Nur-Lese-Speicherschaltung oder eine Masken-Nur-Lese-Speicherschaltung), flüchtige Speicherschaltungen (wie etwa eine statische Schreib-Lese-Speicherschaltung oder eine dynamische Schreib-Lese-Speicherschaltung), magnetische Ablagespeichermedien (wie etwa ein analoges oder digitales Magnetband oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Ablagespeichermedien (wie etwa eine CD, eine DVD oder eine Blu-Ray-Disc).
  • Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch einen durch Konfigurieren eines Universalcomputers zum Ausführen einer oder mehrerer bestimmter Funktionen, die in Computerprogrammen verkörpert sind, erzeugten Spezialcomputer implementiert werden. Die Funktionsblöcke, Ablaufplankomponenten und anderen Elemente, die oben beschrieben sind, dienen als Softwarespezifikationen, die durch die Routinearbeit eines erfahrenen Technikers oder Programmierers in die Computerprogramme übersetzt werden können.
  • Die Computerprogramme enthalten durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, die in wenigstens einem nichttransitorischen, konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Außerdem können die Computerprogramme gespeicherte Daten enthalten oder sich auf sie stützen. Die Computerprogramme können ein Basis-Eingabe/Ausgabe-System (BIOS), das mit Hardware des Spezialcomputers zusammenwirkt, Vorrichtungstreiber, die mit bestimmten Vorrichtungen des Spezialcomputers zusammenwirken, ein oder mehrere Betriebssysteme, Benutzeranwendungen, Hintergrunddienste, Hintergrundanwendungen usw. umfassen.
  • Die Computerprogramme können enthalten: (i) beschreibenden Text, der zu parsen ist, wie etwa HTML (Hypertext Markup Language), XML (Extensible Markup Language) oder JSON (JavaScript Object Notation), (ii) Assemblercode, (iii) Objektcode, der durch einen Compiler aus Quellcode erzeugt wird, (iv) Quellcode zur Ausführung durch einen Interpreter, (v) Quellcode zur Compilierung und Ausführung durch einen Just-in-time-Compiler usw. Nur als Beispiele kann Quellcode unter Verwendung einer Syntax aus Sprachen einschließlich C, C++, C#, Objective-C, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java@, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5 (Hypertext Markup Language, 5. Revision), Ada, ASP (Active Server Pages), PHP (PHP: Hypertext-Präprozessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK und Python® geschrieben sein.

Claims (10)

  1. Leistungssteuersystem für ein Vortriebssystem eines Fahrzeugs, wobei das Leistungssteuersystem umfasst: ein Energiespeichersystem, das eine Vorladeschaltung und eine oder mehrere Batteriebaugruppen enthält; einen DC-DC-Umsetzer, der mit dem Energiespeichersystem verbunden ist und einen ersten Kondensator, eine erste Mehrzahl von Leistungsschaltern und ein induktives Bauelement enthält; ein Leistungsstromrichtermodul, das mit dem DC-DC-Umsetzer verbunden ist und einen zweiten Kondensator und eine zweite Mehrzahl von Leistungsschaltern enthält; und einen Controller, der konfiguriert ist zum: Vorladen des ersten Kondensators des DC-DC-Umsetzers und des zweiten Kondensators des Leistungsstromrichtermoduls; und Steuern von Betriebsarten des DC-DC-Umsetzers und des Leistungsstromrichtermoduls.
  2. Leistungssteuersystem nach Anspruch 1, wobei der Controller dafür konfiguriert ist, nach dem Vorladen des ersten Kondensators des DC-DC-Umsetzers eine Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers zum Ansteigenlassen der Spannung über den zweiten Kondensator des Leistungsstromrichtermoduls, um den zweiten Kondensator vorzuladen, zu steuern.
  3. Leistungssteuersystem nach Anspruch 1, wobei der Controller dafür konfiguriert ist, nach dem Vorladen des ersten Kondensators des DC-DC-Umsetzers den DC-DC-Umsetzer aus einer Bereitschaftsbetriebsart in eine Ausführungsbetriebsart zu überführen und eine Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers zum Ansteigenlassen der Spannung über den zweiten Kondensator des Leistungsstromrichtermoduls, um den zweiten Kondensator vorzuladen, zu steuern.
  4. Leistungssteuersystem nach Anspruch 1, wobei der Controller das Leistungsstromrichtermodul aus einer Stoppbetriebsart in eine Ausführungsbetriebsart und das Vortriebssystem aus einer Stoppbetriebsart in eine aktive Betriebsart überführt, wenn eine Differenz zwischen einer Eingangsspannung des Leistungsstromrichtermoduls und einer vorgegebenen Zielspannung kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
  5. Leistungssteuersystem nach Anspruch 1, wobei der Controller dafür konfiguriert ist, eine Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers auf eine kleinere Spannung als ein erster vorgegebener Schwellenwert abfallen zu lassen, wenn das Vortriebssystem angehalten wird.
  6. Leistungssteuersystem nach Anspruch 5, wobei der Controller das Leistungsstromrichtermodul aus einer Ausführungsbetriebsart in eine Stoppbetriebsart und den DC-DC-Umsetzer aus einer Ausführungsbetriebsart in eine Bereitschaftsbetriebsart überführt, wenn die Ausgangsspannung des DC-DC-Umsetzers kleiner als der erste vorgegebene Schwellenwert ist.
  7. Leistungssteuersystem nach Anspruch 6, wobei der Controller dafür konfiguriert ist, das Energiespeichersystem zu trennen, und das Vortriebssystem aus einer aktiven Betriebsart in eine Stoppbetriebsart überführt, wenn eine Eingangsspannung des DC-DC-Umsetzers kleiner als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert ist.
  8. Leistungssteuersystem nach Anspruch 1, das ferner einen bidirektionalen Überbrückungsschalter umfasst, der zwischen das Leistungsstromrichtermodul und das Energiespeichersystem geschaltet ist.
  9. Leistungssteuersystem nach Anspruch 8, wobei der Controller dafür konfiguriert ist, den bidirektionalen Überbrückungsschalter zu schließen und gleichzeitig den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator vorzuladen.
  10. Leistungssteuersystem nach Anspruch 9, wobei der Controller in Ansprechen darauf, dass eine Differenz zwischen einer Spannung über einen Vorladewiderstand in dem Energiespeichersystem und einer Spannung des ersten Kondensators kleiner als ein erster vorgegebener Schwellenwert ist, das Energiespeichersystem wahlweise in eine reguläre Betriebsart überführt und den bidirektionalen Überbrückungsschalter öffnet.
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