DE102023127191A1 - Elektrifiziertes fahrzeug mit aktiver entladung eines hochspannungsbusses - Google Patents

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Abstract

Ein elektrifiziertes Fahrzeug beinhaltet ein aktives Entladungssystem, das eine Vielzahl von Widerständen, die parallel verbunden sind, einen Schalter, der in Reihe mit der Vielzahl von Widerständen verbunden ist, wobei der Schalter und die Vielzahl von Widerständen über einen positiven und einen negativen Zweig eines Hochspannungs-DC-Busses verbunden sind, und eine Steuerung, die an den Schalter gekoppelt ist und programmiert ist zum Schließen des Schalters als Reaktion auf ein Fahrzeugabschaltsignal und Öffnen des Schalters als Reaktion darauf, dass eine Spannung des DC-Busses nach einer vorbestimmten verstrichenen Zeit seit dem Schließen des Schalters einen ersten Schwellenwert überschreitet. Die Steuerung kann den Schalter auch öffnen, wenn die Spannung des DC-Busses unter einem zweiten Schwellenwert liegt.

Description

  • GEBIET DER TECHNIK
  • Diese Offenbarung betrifft einen Parkmechanismus, der eine Parkzahnrad- und Parksperrenklinkenbaugruppe beinhaltet, die relativ zu dem Rotor einer elektrischen Maschine, die durch einen Wechselrichter mit Leistung versorgt wird, winkelig ausgerichtet sind, in einem elektrifizierten Fahrzeug.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Ein elektrifiziertes Fahrzeug, wie etwa ein Hybridfahrzeug (Hybrid-Electric Vehicle - HEV) oder ein vollelektrisches Fahrzeug (All-Electric Vehicle - EV), weist eine Hochspannungs (high voltage - HV)-Traktionsbatterie auf, um Energie an eine elektrische Maschine für den Fahrzeugantrieb zu speichern und bereitzustellen. Die elektrische Maschine ist typischerweise eine Dreiphasen-AC-Maschine, die mit einem durch die HV-Batterie mit Leistung versorgten Wechselrichter verbunden ist, der die Leistung von DC in AC umwandelt und einen oder mehrere Kondensatoren beinhalten kann. Während einer Zündschlüsselausschaltung oder anderer Situationen kann es wünschenswert sein, den/die Kondensator(en), der/die dem DC-Bus und dem Wechselrichter zugeordnet ist/sind, zu entladen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet ein elektrifiziertes Fahrzeug eine Vielzahl von Widerständen, die parallel verbunden sind, und einen Schalter, der mit der Vielzahl von Widerständen in Reihe verbunden ist. Der Schalter und die Vielzahl von Widerständen sind über einen positiven und einen negativen Zweig eines Hochspannungs-DC-Busses verbunden. Eine Steuerung ist an den Schalter gekoppelt und dazu programmiert, den Schalter als Reaktion auf ein Abschaltsignal zu schließen und den Schalter als Reaktion darauf, dass die Spannung des DC-Busses nach einer vorbestimmten verstrichenen Zeit seit dem Schließen des Schalters einen ersten Schwellenwert überschreitet, zu öffnen. Der Schalter kann ein normalerweise geschlossener Schalter sein, der sich als Reaktion auf ein Signal von der Steuerung öffnet und sich als Reaktion auf kein Signal von der Steuerung schließt. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, den Schalter als Reaktion darauf zu öffnen, dass die Spannung des DC-Busses unter einem zweiten Schwellenwert liegt, wobei der zweite Schwellenwert geringer als der erste Schwellenwert ist. In einer Ausführungsform entspricht der zweite Schwellenwert 60 VDC. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, den Schalter als Reaktion darauf zu öffnen, dass die Spannung des DC-Busses nach einer vorbestimmten verstrichenen Zeit seit dem Schließen des Schalters unter dem zweiten Schwellenwert liegt.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet das elektrifizierte Fahrzeug einen DC-Buskondensator, der über den positiven und den negativen Zweig des DC-Busses verbunden ist. Die Vielzahl von Widerständen und der Schalter können parallel mit dem DC-Buskondensator verbunden sein. Das elektrifizierte Fahrzeug kann eine Traktionsbatterie, einen Spannungswandler, der mit der Traktionsbatterie verbunden ist, einen Wechselrichter, der mit dem Spannungswandler verbunden ist, einen DC-Buskondensator, der über die Vielzahl von Widerständen und den Schalter verbunden ist, und eine elektrische Maschine, die mit dem Wechselrichter verbunden ist, beinhalten, wobei die Vielzahl von Widerständen und der Schalter zwischen der Traktionsbatterie und dem Wechselrichter mit dem DC-Bus verbunden sind.
  • Ausführungsformen können auch ein Verfahren zum Steuern eines elektrifizierten Fahrzeugs beinhalten. Das Verfahren kann Verbinden einer Vielzahl von Widerständen, die parallel über einen positiven und einen negativen Zweig eines Hochspannungs-DC-Busses verbunden sind, als Reaktion auf Empfangen einer Fahrzeugabschaltanforderung durch eine Fahrzeugsteuerung und Trennen der Vielzahl von Widerständen von über dem positiven und dem negativen Zweig als Reaktion darauf, dass die Spannung des DC-Busses nach einer vorbestimmten verstrichenen Zeit seit dem Empfangen der Fahrzeugabschaltanforderung einen ersten Schwellenwert überschreitet, beinhalten. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Verbinden der Vielzahl von Widerständen Steuern eines Schalters, der mit der Vielzahl von Widerständen in Reihe verbunden ist. Das Steuern des Schalters kann Anlegen eines Steuersignals, um den Schalter zu schließen, beinhalten. Das Trennen der Vielzahl von Widerständen kann Anlegen eines Steuersignals, um den Schalter zu öffnen, beinhalten. Das Verfahren kann das Trennen der Vielzahl von Widerständen beinhalten, wenn die Spannung des DC-Busses unter einem zweiten Schwellenwert, wie etwa 60 VDC, liegt.
  • Ein System gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen kann eine Traktionsbatterie, die mit einem DC-Bus verbunden ist, einen DC-Buskondensator, der über einen positiven und einen negativen Zweig des DC-Busses verbunden ist, eine Vielzahl von Widerständen, die parallel zueinander verbunden sind, wobei die Vielzahl von Widerständen in Reihe mit einem Schalter verbunden ist, wobei die Vielzahl von Widerständen und der Schalter über den DC-Buskondensator verbunden sind, und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, den Schalter zu steuern, um eine Spannung des DC-Buskondensators durch die Vielzahl von Widerständen hindurch für eine vorbestimmte Zeit zu entladen, wenn die Spannung des DC-Busses größer als ein erster Schwellenwert ist oder bis die Spannung des DC-Busses kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, der geringer als der erste Schwellenwert ist, beinhalten. Der zweite Schwellenwert kann 60 VDC betragen. Das System kann einen Spannungswandler, der mit der Traktionsbatterie verbunden ist, einen Wechselrichter, der mit dem Spannungswandler verbunden ist, und eine elektrische Maschine, die mit dem Wechselrichter verbunden ist, beinhalten, wobei die Vielzahl von Widerständen und der Schalter zwischen der Traktionsbatterie und dem Wechselrichter mit dem DC-Bus verbunden sind. Der Schalter kann ein normalerweise geschlossener Schalter sein. Die Steuerung kann dazu konfiguriert sein, den Schalter als Reaktion auf das Empfangen eines Fahrzeugabschaltsignals zu steuern, um die Spannung des DC-Busses zu entladen. Die Steuerung kann dazu konfiguriert sein, ein Signal zu erzeugen, um den Schalter zu öffnen, bis das Fahrzeugabschaltsignal empfangen wird, wobei der Schalter ein normalerweise geschlossener Schalter ist.
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen gemäß der Offenbarung können zugeordnete Vorteile aufweisen. Zum Beispiel können Ausführungsformen einen Energieverlust während des Fahrzeugbetriebs reduzieren, während die aktive Entladungsschaltung während des Ladens der Traktionsbatterie geschützt wird. Verschiedene Ausführungsformen ermöglichen, dass der Wechselrichter-Hochspannungsbus während des Ladens der Batterie mit Energie versorgt wird, während die Notwendigkeit eines zusätzlichen Hilfsschützes für die Batterieladevorrichtung beseitigt wird. Zusätzlich kann die Steuerstrategie für die aktive Entladungsschaltung gemäß der Offenbarung die Notwendigkeit beseitigen, dem Wechselrichter während des Ladens der Batterie Niederspannung zuzuführen, was Niederspannungsenergieverlust reduziert und die Nutzungsdauer des Wechselrichters verlängern kann.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist ein Blockdiagramm eines elektrifizierten Fahrzeugs, das als Hybridelektrofahrzeug umgesetzt ist, das die aktive Entladungssteuerung gemäß der Offenbarung aufweist.
    • 2 ist ein vereinfachtes elektrisches System eines elektrifizierten Fahrzeugs, das ein gemäß der Offenbarung gesteuertes aktives Entladungssystem aufweist.
    • 3 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder Verfahrens zum Steuern eines aktiven Entladungssystems eines elektrifizierten Fahrzeugs gemäß der Offenbarung veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In dieser Schrift werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu und können vereinfacht sein; einige Merkmale könnten vergrößert, verkleinert oder nicht vorhanden dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die in der vorliegenden Schrift offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann den vielfältigen Einsatz des beanspruchten Gegenstands zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind, aber in den Schutzumfang des beanspruchten Gegenstands fallen. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten j edoch für konkrete Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass in elektrifizierten Fahrzeugen mit einem höheren Leistungs- und Drehmomentbedarf die DC-Busspannung des Wechselrichters erheblich höher als die Traktionsbatteriespannung sein kann, wie etwa von 400 V auf 800 V ansteigen kann. Dies stellt eine Herausforderung dar, um die gewünschte Entladezeit einzuhalten, um die DC-Busspannung beim Abschalten des Fahrzeugs oder in verschiedenen anderen Situationen schnell auf einen geringen Spannungspegel, wie etwa unter 60 V, zu reduzieren. Um die gewünschte Entladezeit einzuhalten, ersetzen Ausführungsformen gemäß der Offenbarung einen herkömmlicheren passiven Entladungswiderstand durch ein aktives Entladungssystem, das einen gesteuerten Schalter beinhaltet, der mit einer Anzahl von Entladungswiderständen mit geringerem Widerstand in Reihe verbunden ist. Der Schalter wird durch eine Fahrzeugsteuerung gesteuert, um die Entladungszeit zu reduzieren (Schalter EIN), während gleichzeitig Energieverlust und Wärmeerzeugung während des normalen Betriebs (Schalter AUS) reduziert werden, die andernfalls Herausforderungen beim Kühlen bereitstellen können. Das aktive Entladungssystem kann mit nur vorhandener HV und ohne LV-Leistung funktionieren, um verschiedene Situationen abzudecken, in denen ein Verlust von LV-Leistung auftreten kann.
  • Für verschiedene Konfigurationen von BEV- und PHEV-Fahrzeugen wird der Wechselrichter-HV-DC-Bus jedoch während des Ladens des Fahrzeugs mit Energie versorgt, aber dem Wechselrichter wird keine LV-Leistung bereitgestellt, um den Energieverlust zu reduzieren und die Nutzungsdauer des Wechselrichters zu verlängern. Das Einschalten der aktiven Entladungsschaltung während des Ladens der Batterie würde einen höheren Energieverlust verbrauchen und könnte die aktive Entladungsschaltung überlasten. Somit überwachen verschiedene Ausführungsformen gemäß der Offenbarung die DC-Busspannung, nachdem der aktive Entladungsbetrieb beginnt, und steuern den Entladungsschalter EIN/AUS in Abhängigkeit von der DC-Busspannung. Wenn die DC-Busspannung innerhalb einer festgelegten spezifizierten kurzen Dauer unter einen entsprechenden Schwellenwert oder um einen festgelegten Betrag abfällt, gibt dies an, dass keine externe Ladequelle angeschlossen ist, sodass die aktive Entladung fortgesetzt wird, bis die Spannung unter einem zweiten Schwellenwert, wie etwa 60 V, liegt. Andernfalls, wenn die DC-Busspannung nicht signifikant abnimmt, nachdem die aktive Entladung eingeleitet wurde, gibt dies an, dass sich das Fahrzeug in einem Lademodus befindet, und der aktive Entladungsvorgang wird sofort gestoppt.
  • 1 zeigt ein Beispiel eines elektrifizierten Fahrzeugs 100, das als Plug-in-Hybridelektrofahrzeug umgesetzt ist. Das elektrifizierte Fahrzeug 100 kann eine oder mehrere mehrphasige elektrische Maschinen 104 umfassen, die eine Ausgangswelle 130 aufweisen, die mechanisch mit einem Parkmechanismus (P) 132 eines Getriebes 106 verbunden sind. Zusätzlich ist das Getriebe 106 für Hybridumsetzungen mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 108 verbunden. Der Parkmechanismus (P) 132 des Getriebes 106 ist mechanisch mit einer Antriebswelle 110 verbunden, die mechanisch mit den Rädern 112 verbunden ist. Der Parkmechanismus (P) 132 beinhaltet ein Parkzahnrad mit Lücken und Zähnen und eine Parksperrklinke, die das Parkzahnrad selektiv in Eingriff nehmen kann, wenn sich der Fahrzeuggangwählhebel in der Parkstellung befindet, um zu verhindern, dass sich die Ausgangswelle 130 der elektrischen Maschine und die verbundene Fahrzeugantriebswelle 110 drehen. Die elektrischen Maschinen oder Motor/Generatoren 104 können Antrieb bereitstellen, egal ob der Verbrennungsmotor 108 an- oder abgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 104 können auch regeneratives Bremsen bereitstellen. Die elektrischen Maschinen 104 können als Motoren, Generatoren oder beides betrieben werden und können durch Zurückgewinnen von Energie, die normalerweise als Wärme verloren gehen würde, Kraftstoffeffizienzvorteile bereitstellen. Das elektrifizierte Fahrzeug 100 kann auch als ein Batterieelektrofahrzeug ohne einen Verbrennungsmotor 108 umgesetzt sein und zum Beispiel ausschließlich durch die Traktionsbatterie 114 über einen Wechselrichter, wie in 2 dargestellt, angetrieben werden.
  • Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepack 114 speichert Energie, die durch die elektrischen Maschinen 104 verwendet werden kann. Ein Fahrzeugbatteriepack 114 stellt durch Verbinden von Hunderten von Niederspannungszellen typischerweise einen Hochspannungs(HV)-DC-Ausgang bereit. Das Batteriepack 114 ist elektrisch mit einem Leistungselektronikmodul 116 verbunden. Das Leistungselektronikmodul 116 ist zudem elektrisch mit den elektrischen Maschinen 104 verbunden und stellt die Fähigkeit bereit, Energie bidirektional zwischen dem Batteriepack 114 und den elektrischen Maschinen 104 zu übertragen. Zum Beispiel kann ein typisches Batteriepack 114 DC-Spannung/Strom bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 104 möglicherweise Dreiphasen-AC-Spannung/Strom benötigen. Das Leistungselektronikmodul 116 kann die DC-Spannung in einen Dreiphasen-AC-Strom umwandeln, wie er von den elektrischen Maschinen 104 benötigt wird, und kann in verschiedenen Anwendungen auch als Wechselrichter bezeichnet werden. In einem Regenerationsmodus wandelt das Leistungselektronikmodul 116 den Dreiphasen-AC-Strom von den elektrischen Maschinen 104, die als Generatoren fungieren, in die DC-Spannung um, die erforderlich ist, um Energie in dem Batteriepack 114 zurückzugewinnen. In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Leistungselektronikmodul 116 ein aktives Entladungssystem, wie es in Bezug auf die 2 und 3 ausführlicher veranschaulicht und beschrieben ist.
  • Neben dem Bereitstellen von Antriebsenergie kann das Batteriepack 114 Energie für weitere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein typisches System kann ein DC/DC-Wandlermodul 118 beinhalten, das die Hochspannungs-DC-Ausgabe des Batteriepacks 114 in eine Niederspannungs-DC-Versorgung umwandelt, die mit anderen Fahrzeugverbrauchern kompatibel ist. Andere Hochspannungsverbraucher, wie Verdichter und elektrische Heizgeräte, können direkt mit dem Hochspannungsbus des Batteriepacks 114 verbunden sein. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit einer 12-V-, 24-V- oder 48-V-Batterie 120 verbunden. Ein vollelektrisches Fahrzeug kann über eine ähnliche Architektur verfügen, jedoch ohne den Verbrennungsmotor 108.
  • Das Batteriepack 114 kann durch eine externe Leistungsquelle 126 aufgeladen werden. Die externe Leistungsquelle 126 kann dem Fahrzeug 102 AC- oder DC-Leistung bereitstellen, indem sie elektrisch durch einen Ladeanschluss 124 hindurch verbunden ist. Der Ladeanschluss 124 kann jede Art von Anschluss sein, der dazu konfiguriert ist, Leistung von der externen Leistungsquelle 126 an das Fahrzeug 102 zu übertragen. Der Ladeanschluss 124 kann elektrisch mit einem Leistungsumwandlungsmodul 122 verbunden sein, das gelegentlich als Ladevorrichtung oder Lademodul bezeichnet wird. Das Leistungsumwandlungsmodul kann die Leistung aus der externen Leistungsquelle 126 konditionieren, um dem Batteriepack 114 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. In einigen Anwendungen kann die externe Leistungsquelle 126 dazu konfiguriert sein, dem Batteriepack 114 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen, und das Leistungsumwandlungsmodul 122 kann nicht notwendig sein. Die Funktionen des Leistungsumwandlungsmoduls 122 können in einigen Anwendungen von der externen Leistungsquelle 126 übernommen werden. Wie zuvor beschrieben, überwacht die Steuerung des aktiven Entladungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung die DC-Busspannung, um zu detektieren, ob das Fahrzeug lädt, sodass das aktive Entladesystem während des Ladens des Fahrzeugs nicht angeschaltet bleibt. Der Verbrennungsmotor, das Getriebe, die elektrischen Maschinen, die Batterie, die Leistungsumwandlung, die Leistungselektronik und verschiedene andere Steuermodule, Komponenten oder Systeme des Fahrzeugs können durch eine oder mehrere Steuerungen, die als ein Antriebsstrangsteuermodul (Powertrain Control Module - PCM) 128 bezeichnet werden können, gesteuert werden. Alternativ oder in Kombination können verschiedene Systeme oder Teilsysteme zugeordnete Steuermodule oder Steuerungen in Kommunikation mit dem PCM 128 über ein drahtgebundenes oder drahtloses Netzwerk des Fahrzeugs beinhalten, um eine koordinierte Steuerung des Fahrzeugs bereitzustellen.
  • 2 veranschaulicht eine Traktionsbatterie 114, die an ein Leistungselektronikmodul 116 gekoppelt ist, das mit einer mehrphasigen elektrischen Maschine 104, die in einem repräsentativen elektrifizierten Fahrzeug 100 durch eine dreiphasige elektrische Maschine umgesetzt ist, verbunden ist. Ein oder mehrere Schütze oder Hochspannungsschalter 270, die durch eine zugeordnete Steuerung, wie das Antriebsstrangsteuermodul 128, gesteuert werden, können betrieben werden, um die Batteriespannung von der Batterie 114 selektiv mit dem Leistungselektronikmodul 116 zu verbinden, nachdem verschiedene Diagnoseroutinen als Reaktion auf einen Fahrzeugstart abgeschlossen wurden. Diese Hochspannungsschalter können als Relais, Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated Gate Bipolar Junction Transistors - IGBTs), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors - MOSFETs) oder Bipolartransistoren (Bipolar Junction Transistors - BJTs) und/oder andere elektromechanische oder Halbleiterschalter umgesetzt sein. Das System kann eine Vorladeschaltung (nicht gezeigt) beinhalten, um den Stromfluss von der Batterie 114 zu begrenzen, während das System hochgefahren wird.
  • Das Leistungselektronikmodul 116 kann einen Spannungswandler (manchmal als variabler Spannungswandler oder VVC (variable voltage converter) bezeichnet) 200 beinhalten, der einen Abwärts-Aufwärts-Wandlerschaltkreis aufweist, der den Wechselrichterkomponenten 220 vorgeschaltet ist, um eine oder mehrere elektrische Maschinen 104 anzutreiben. Das Leistungselektronikmodul 116 kann eine Aufwärtsschaltung mit einem Induktor 206, einen Schalter 212 zum Laden eines elektrischen Felds in dem Induktor 206 und einen Schalter 214 zum Entladen des elektrischen Felds und Ändern der Spannung zum Antreiben des Motors/Generators 104 beinhalten. Der Spannungswandler 200 kann auch eine Abwärtsschaltung unter Verwendung des Induktors 206 und der Schalter 202 und 204 beinhalten. Dieser DC/DC-Spannungswandler wandelt die Batteriespannung in eine Betriebsspannung um, die größer als die Batterieanschlussspannung sein kann. In einem Beispiel kann die Traktionsbatterie 114 eine Nennspannung von 400 VDC aufweisen, die durch den Spannungswandler 200 auf eine DC-Busspannung von 800 VDC hochgesetzt wird. Der Abwärts-Aufwärts-Leistungswandler 200 kann IGBTs, BJTs, MOSFETs, Relais oder andere elektromechanische oder Halbleiterschalter verwenden. Die Verwendung von IGBTs mit Fast-Recovery-Dioden (FRDs) in diesem Diagramm ist beispielhaft und kann unter Verwendung von MOSFETs, BJTs oder anderen elektromechanischen oder Halbleiterschaltern erreicht werden. Ein oder mehrere Kondensatoren, die durch den Kondensator 208 dargestellt sind, können dazu verwendet werden, die durch den Spannungswandler 200 erzeugte Spannung zu filtern, sodass die an den Wechselrichter 220 angelegte Betriebsspannung im Allgemeinen stabil ist. Der Kondensator 208 kann als DC-Zwischenkreiskondensator bezeichnet werden und ist über den positiven Zweig 272 und den negativen Zweig 274 des HV-DC-Busses verbunden.
  • Wie vorstehend beschrieben, wandelt der Wechselrichter 220 die DC-Spannung/den DC-Strom in Dreiphasen-AC-Spannung/Strom um, die bzw. der der elektrischen Maschine 104 bereitgestellt wird. Der Wechselrichter 220 kommuniziert mit einer zugeordneten Steuerung, die mit 228 beschriftet ist, um die entsprechenden Schalter des Wechselrichters zu betreiben, um eine AC-Wellenform mit einer befohlenen Spannung aus der DC-Spannung/dem DC-Strom, die/der durch die Traktionsbatterie 114 bereitgestellt wird, zu erzeugen, wobei jeder Phase ein oberes und ein unteres Schaltpaar zugeordnet ist. Die elektrische Maschine 104 kann einen Drehmelder oder einen anderen Drehpositionssensor 262 beinhalten, der ein entsprechendes Signal bereitstellt, das die Drehposition des Rotors der elektrischen Maschine 104 angibt. Der Drehpositionssensor 262 kann mit einer zugeordneten Steuerung oder einem Prozessor kommunizieren, der eine Rückmeldungssteuerung einer Rotorposition und zugehöriger Strombefehle für den Wechselrichter 220 zur Abgabe an jede Phase der elektrischen Maschine 104 durchführt, um das zugeordnete Drehmoment zu steuern.
  • Das Leistungselektronikmodul 116 beinhaltet ein aktives Entladungssystem, das einen steuerbaren Schalter 280 in Kommunikation mit einer zugeordneten Steuerung, die mit 228 beschriftet ist, beinhaltet, der mit einer Vielzahl von Widerständen 282, die parallel verbunden sind, in Reihe geschaltet ist. Der Schalter 280 und die Widerstände 282 sind über den positiven 272 und den negativen Zweig 274 des HV-DC-Busses verbunden. Anders ausgedrückt sind der Schalter 280 und die Widerstände 282 parallel mit oder über den DC-Zwischenkreiskondensator 208 zwischen der Traktionsbatterie 114 und dem Wechselrichter 220 oder insbesondere zwischen dem Wandler 200 und dem Wechselrichter 220 verbunden. Der Schalter 280 kann durch eine beliebige Anzahl von transistorbasierten Schaltern, Relais, elektromechanischen oder Halbleiterschaltern umgesetzt sein. Der Schalter 280 kann als normalerweise geöffneter (normally open - NO) Schalter, der ein Steuersignal oder eine Steuerspannung von der Steuerung erfordert, um sich zu schließen, oder als ein normalerweise geschlossener (normally closed - NC) Schalter, der ein Steuersignal oder eine Spannung von der Steuerung erfordert, um sich zu öffnen, konfiguriert sein. Ein normalerweise geschlossener Schalter kann dazu verwendet werden, eine aktive Entladung in Abwesenheit eines LV-Steuersignals bereitzustellen.
  • Während einer Fahrzeugabschaltung, die durch eine Zündschlüsselausschaltung oder andere Situationen des elektrifizierten Fahrzeugs 100 eingeleitet wird, ist es wünschenswert, den/die Kondensator(en) 208 innerhalb des Leistungselektronikmoduls 116 zu entladen, das/die die elektrische Maschine 104 mit Leistung versorgt, um die Spannung an dem HV-DC-Bus unter einen gewünschten Pegel (wie etwa 60 VDC) innerhalb einer vorgegebenen Zeit zu reduzieren. Somit betätigt die Steuerung den Schalter 280, sich zu schließen (durch Anlegen eines Steuersignals an eine NO-Schalterkonfiguration oder Entfernen eines Steuersignals aus einer NC-Schalterkonfiguration), wodurch Strom ermöglicht wird, durch die Widerstände 282 zu fließen, um die Spannung über den positiven und den negativen Schenkel 272, 274 des DC-Busses schnell zu reduzieren, wie in Bezug auf 3 veranschaulicht und ausführlicher beschrieben.
  • Block 300 aus 3 stellt einen normalen Betrieb dar, bei dem das aktive Entladungssystem ausgeschaltet und der Schalter, der die Vielzahl von Widerständen über den HV-DC-Bus verbindet, offen ist. Wie zuvor beschrieben, erfordert eine NO-Schalterkonfiguration kein Signal von der Steuerung, während eine NC-Schalterkonfiguration ein Signal von der Steuerung erfordert, um den Schalter offen zu halten. Block 310 stellt ein Zündschlüsselausschalt- oder anderes Ereignis dar, das eine Fahrzeugabschaltung auslöst. Als Reaktion auf eine Abschaltung eines Fahrzeugs (oder eines elektrischen Systems) öffnet die Steuerung das HV-Schütz und die LV-Leistung zu dem Wechselrichter wird abgeschaltet, wie bei 312 dargestellt. Die Steuerung schließt dann den aktiven Entladungsschalter, wie bei 314 dargestellt, und startet einen Zeitgeber, während sie die HV-DC-Busspannung überwacht, wie bei 316 dargestellt. Block 318 bestimmt, ob die HV-DC-Busspannung unter einem ersten Schwellenwert liegt. Alternativ kann Block 318 bestimmen, ob das Delta oder die Änderung der HV-DC-Busspannung einen zugeordneten Schwellenwert innerhalb einer festgelegten Zeit seit dem Schließen des aktiven Entladungsschalters bei 314 überschreitet, wie durch den Zeitgeber von 316 angegeben.
  • Wenn die HV-DC-Busspannung innerhalb der festgelegten Zeit nicht unter den Schwellenwert gefallen ist, öffnet die Steuerung den aktiven Entladungsschalter und stoppt die HV-Busentladung, wie bei 324 dargestellt, da dies darauf hinweisen kann, dass sich das Fahrzeug in dem Lademodus befindet, bei dem es mit einer externen Spannungsquelle verbunden ist. Andernfalls bleibt der aktive Schalter geschlossen und die aktive Entladung wird bei 320 fortgesetzt, bis die HV-DC-Busspannung unter einem zweiten Schwellenwert liegt, wie etwa 60 VDC, wie bei 322 dargestellt.
  • Die in dieser Schrift offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung, einem Prozessor oder einem Computer zuführbar sein/davon umgesetzt werden, die bzw. der eine beliebige bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann. Gleichermaßen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen, die durch eine Steuerung oder einen Computer ausgeführt werden können, in vielen Formen, einschließlich unter anderem Informationen, die dauerhaft auf nicht beschreibbaren Speichermedien gespeichert sind, wie etwa ROM-Vorrichtungen, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien gespeichert sind, wie etwa RAM-Vorrichtungen, FLASH-Vorrichtungen MRAM-Vorrichtungen und anderen nichtflüchtigen optischen Medien, gespeichert sein. Alternativ dazu können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten, wie etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Arrays (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder beliebigen anderen Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware, Software- und Firmwarekomponenten, verwirklicht sein. Während die Algorithmen, Prozesse, Verfahren oder Schritte in einer sequenziellen Weise veranschaulicht und/oder beschrieben werden können, können verschiedene Schritte oder Funktionen gleichzeitig oder auf der Grundlage eines Auslösers oder einer Unterbrechung durchgeführt werden, was zu einer anderen Sequenz oder Reihenfolge als dargestellt oder beschrieben führt. Einige Prozesse, Schritte oder Funktionen können wiederholt durchgeführt werden, unabhängig davon, ob sie als solche veranschaulicht sind oder nicht. Gleichermaßen können verschiedene Prozesse, Schritte oder Funktionen in einigen Anwendungen oder Umsetzungen weggelassen werden.
  • Die beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen sollen nicht alle möglichen Formen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche einschließen. Die in der Patentschrift verwendeten Ausdrücke sind eher beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen im Einklang mit den Lehren der Offenbarung gemäß dem Schutzumfang des beanspruchten Gegenstands vorgenommen werden können. Wie vorstehend beschrieben, können ein oder mehrere Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die möglicherweise nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als Vorteile bereitstellend beschrieben worden sein könnten, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen oder Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für konkrete Anwendungen wünschenswert sein.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein elektrifiziertes Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Widerständen, die parallel verbunden sind; einen Schalter, der in Reihe mit der Vielzahl von Widerständen verbunden ist, wobei der Schalter und die Vielzahl von Widerständen über einen positiven und einen negativen Zweig eines Hochspannungs-DC-Busses verbunden sind; und eine Steuerung, die an den Schalter gekoppelt und zu Folgendem programmiert ist: Schließen des Schalters als Reaktion auf ein Abschaltsignal; und Öffnen des Schalters als Reaktion darauf, dass eine Spannung des DC-Busses nach einer vorbestimmten verstrichenen Zeit seit dem Schließen des Schalters einen ersten Schwellenwert überschreitet.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schalter einen normalerweise geschlossenen Schalter, der sich als Reaktion auf ein Signal von der Steuerung öffnet und sich als Reaktion auf kein Signal von der Steuerung schließt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, den Schalter als Reaktion darauf zu öffnen, dass die Spannung des DC-Busses unter einem zweiten Schwellenwert liegt, wobei der zweite Schwellenwert geringer als der erste Schwellenwert ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform entspricht der zweite Schwellenwert 60 VDC.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, den Schalter als Reaktion darauf zu öffnen, dass die Spannung des DC-Busses nach einer vorbestimmten verstrichenen Zeit seit dem Schließen des Schalters unter dem zweiten Schwellenwert liegt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch: einen DC-Buskondensator, der über den positiven und den negativen Zweig des DC-Busses verbunden ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Vielzahl von Widerständen und der Schalter parallel mit dem DC-Buskondensator verbunden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch: eine Traktionsbatterie; einen Spannungswandler, der mit der Traktionsbatterie verbunden ist; einen Wechselrichter, der mit dem Spannungswandler verbunden ist; einen DC-Buskondensator, der über die Vielzahl von Widerständen und den Schalter verbunden ist; und eine elektrische Maschine, die mit dem Wechselrichter verbunden ist, wobei die Vielzahl von Widerständen und der Schalter zwischen der Traktionsbatterie und dem Wechselrichter mit dem DC-Bus verbunden sind.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern eines elektrifizierten Fahrzeugs durch eine Fahrzeugsteuerung Folgendes: Verbinden einer Vielzahl von Widerständen, die parallel über einen positiven und einen negativen Zweig eines Hochspannungs-DC-Busses verbunden sind, als Reaktion auf das Empfangen einer Fahrzeugabschaltanforderung; und Trennen der Vielzahl von Widerständen von über dem positiven und dem negativen Zweig als Reaktion darauf, dass die Spannung des DC-Busses nach einer vorbestimmten verstrichenen Zeit seit dem Empfangen der Fahrzeugabschaltanforderung einen ersten Schwellenwert überschreitet.
  • In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verbinden der Vielzahl von Widerständen Steuern eines Schalters, der mit der Vielzahl von Widerständen in Reihe verbunden ist.
  • In einem Aspekt der Erfindung umfasst das Steuern des Schalters Anlegen eines Steuersignals, um den Schalter zu schließen.
  • In einem Aspekt der Erfindung umfasst das Trennen der Vielzahl von Widerständen Anlegen eines Steuersignals, um den Schalter zu öffnen.
  • In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren das Trennen der Vielzahl von Widerständen, wenn die Spannung des DC-Busses unter einem zweiten Schwellenwert liegt.
  • In einem Aspekt der Erfindung beträgt der zweite Schwellenwert 60 VDC.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein System bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Traktionsbatterie, die mit einem DC-Bus verbunden ist; einen DC-Buskondensator, der über einen positiven und einen negativen Zweig des DC-Busses verbunden ist; eine Vielzahl von Widerständen, die parallel zueinander verbunden sind; wobei die Vielzahl von Widerständen in Reihe mit einem Schalter verbunden ist, wobei die Vielzahl von Widerständen und der Schalter über den DC-Buskondensator verbunden sind; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, den Schalter zu steuern, um eine Spannung des DC-Buskondensators durch die Vielzahl von Widerständen hindurch für eine vorbestimmte Zeit zu entladen, wenn die Spannung des DC-Busses größer als ein erster Schwellenwert ist, oder bis die Spannung des DC-Busses kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, der geringer als der erste Schwellenwert ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform beträgt der zweite Schwellenwert 60 VDC.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch: einen Spannungswandler, der mit der Traktionsbatterie verbunden ist; einen Wechselrichter, der mit dem Spannungswandler verbunden ist; und eine elektrische Maschine, die mit dem Wechselrichter verbunden ist, wobei die Vielzahl von Widerständen und der Schalter zwischen der Traktionsbatterie und dem Wechselrichter mit dem DC-Bus verbunden sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schalter einen normalerweise geschlossenen Schalter.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu konfiguriert, den Schalter als Reaktion auf das Empfangen eines Fahrzeugabschaltsignals zu steuern, um die Spannung des DC-Busses zu entladen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu konfiguriert, bis zum Empfangen des Fahrzeugabschaltsignals ein Signal zu erzeugen, um den Schalter zu öffnen.

Claims (15)

  1. Elektrifiziertes Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Widerständen, die parallel verbunden sind; einen Schalter, der in Reihe mit der Vielzahl von Widerständen verbunden ist, wobei der Schalter und die Vielzahl von Widerständen über einen positiven und einen negativen Zweig eines Hochspannungs-DC-Busses verbunden sind; und eine Steuerung, die an den Schalter gekoppelt und zu Folgendem programmiert ist: Schließen des Schalters als Reaktion auf ein Abschaltsignal; und Öffnen des Schalters als Reaktion darauf, dass eine Spannung des DC-Busses nach einer vorbestimmten verstrichenen Zeit seit dem Schließen des Schalters einen ersten Schwellenwert überschreitet.
  2. Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Schalter einen normalerweise geschlossenen Schalter umfasst, der sich als Reaktion auf ein Signal von der Steuerung öffnet und sich als Reaktion auf kein Signal von der Steuerung schließt.
  3. Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, den Schalter als Reaktion darauf zu öffnen, dass die Spannung des DC-Busses unter einem zweiten Schwellenwert liegt, wobei der zweite Schwellenwert geringer als der erste Schwellenwert ist.
  4. Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei der zweite Schwellenwert 60 VDC entspricht.
  5. Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, den Schalter als Reaktion darauf zu öffnen, dass die Spannung des DC-Busses nach einer vorbestimmten verstrichenen Zeit seit dem Schließen des Schalters unter dem zweiten Schwellenwert liegt.
  6. Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen DC-Buskondensator, der über den positiven und den negativen Zweig des DC-Busses verbunden ist.
  7. Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl von Widerständen und der Schalter parallel mit dem DC-Buskondensator verbunden sind.
  8. Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Traktionsbatterie; einen Spannungswandler, der mit der Traktionsbatterie verbunden ist; einen Wechselrichter, der mit dem Spannungswandler verbunden ist; einen DC-Buskondensator, der über die Vielzahl von Widerständen und den Schalter verbunden ist; und eine elektrische Maschine, die mit dem Wechselrichter verbunden ist, wobei die Vielzahl von Widerständen und der Schalter zwischen der Traktionsbatterie und dem Wechselrichter mit dem DC-Bus verbunden sind.
  9. Verfahren zum Steuern eines elektrifizierten Fahrzeugs, umfassend, durch eine Fahrzeugsteuerung: Verbinden einer Vielzahl von Widerständen, die parallel über einen positiven und einen negativen Zweig eines Hochspannungs-DC-Busses verbunden sind, als Reaktion auf das Empfangen einer Fahrzeugabschaltanforderung; und Trennen der Vielzahl von Widerständen von über dem positiven und dem negativen Zweig als Reaktion darauf, dass eine Spannung des DC-Busses nach einer vorbestimmten verstrichenen Zeit seit dem Empfangen der Fahrzeugabschaltanforderung einen ersten Schwellenwert überschreitet.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verbinden der Vielzahl von Widerständen Steuern eines Schalters, der mit der Vielzahl von Widerständen in Reihe verbunden ist, umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Steuern des Schalters Anlegen eines Steuersignals, um den Schalter zu schließen, umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Trennen der Vielzahl von Widerständen Anlegen eines Steuersignals, um den Schalter zu öffnen, umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das Trennen der Vielzahl von Widerständen, wenn die Spannung des DC-Busses unter einem zweiten Schwellenwert liegt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der zweite Schwellenwert 60 VDC beträgt.
  15. System, umfassend: eine Traktionsbatterie, die mit einem DC-Bus verbunden ist; einen DC-Buskondensator, der über einen positiven und einen negativen Zweig des DC-Busses verbunden ist; eine Vielzahl von Widerständen, die parallel zueinander verbunden sind, wobei die Vielzahl von Widerständen in Reihe mit einem Schalter verbunden ist, wobei die Vielzahl von Widerständen und der Schalter über den DC-Buskondensator verbunden sind; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, den Schalter zu steuern, um Spannung des DC-Buskondensators durch die Vielzahl von Widerständen hindurch für eine vorbestimmte Zeit zu entladen, wenn die Spannung des DC-Busses größer als ein erster Schwellenwert ist, oder bis die Spannung des DC-Busses kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, der geringer als der erste Schwellenwert ist.
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