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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieumsetzervorrichtung.
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STAND DER TECHNIK
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Eine Energieumsetzervorrichtung, die an Bord eines Elektrofahrzeugs oder dergleichen installiert ist, ist mit einem Wechselrichter ausgerüstet, der einen Filterkondensator zum Stabilisieren einer Eingangsspannung und einen Steuerungsrechner zum Steuern der Zuführung von elektrischer Energie zu dem Wechselrichter aufweist. Beispielsweise kann der Filterkondensator nicht geladen werden, selbst wenn Energie dem Wechselrichter zugeführt wird, wenn in dem Wechselrichter eine Beschädigung vorliegt, die beispielsweise zu einem Kurzschluss führt.
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Wenn elektrische Energie in diesem Zustand weiterhin dem Wechselrichter zugeführt wird, besteht die Möglichkeit, dass sich die Beschädigung in dem Wechselrichter ausbreitet. Aus diesem Grund beschränkt der Steuerungsrechner nach dem Detektieren eines unvollständigen Ladens des Filterkondensators die Zuführung von elektrischer Energie zu dem Wechselrichter.
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Im Allgemeinen wird der Steuerungsrechner durch einen Befehl einer Steuerungsrechner-Überwachungseinrichtung, die den Betrieb des Steuerungsrechners überwacht, neu gestartet, wenn irgendeine Störung in dem Steuerungsrechner auftritt. Selbst wenn der Steuerungsrechner das Zuführen von elektrischer Energie zu dem Wechselrichter vor dem Neustart beschränkt hat, wird der neu gestartete Steuerungsrechner dem Wechselrichter elektrische Energie zuführen, wenn nicht der Zustand vor dem Neustart gespeichert ist. Da der Wechselrichter immer noch in einem beschädigten Zustand ist, existiert die Möglichkeit, dass sich die Beschädigung in dem Wechselrichter weiter ausbreitet.
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Die Patentliteratur 1 schlägt eine Technologie vor, die Informationen bezüglich eines Ausschaltzustands in einem Speicher speichert. Wenn diese Technologie auf eine Energieumsetzervorrichtung angewandt wird, so wird Information in dem Speicher gespeichert, die anzeigt, dass der Steuerungsrechner ein unvollständiges Laden des Filterkondensators detektiert hat. Wenn der neu gestartete Steuerungsrechner normal arbeitet, ist der Steuerungsrechner in der Lage, das Zuführen von elektrischer Energie zu dem Wechselrichter durch Bezugnahme auf den Speicherinhalt direkt nach dem Neustarten zu beschränken.
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LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
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PATENTLITERATUR
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- Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Kokai JP 2009-195 036 A
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Wenn aber der Steuerungsrechner nicht in der Lage ist, selbst nach einem Neustart einen normalen Betrieb wieder aufzunehmen, kann es sein, dass die Zuführung von elektrischer Energie zum Wechselrichter nicht auf der Basis der Informationen in dem Speicher beschränkt wird. Aus diesem Grund besteht ein Risiko, dass dem Wechselrichter elektrische Energie zugeführt wird und dass sich die Beschädigung in dem Wechselrichter ausbreitet.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände entwickelt und hat zur Aufgabe, eine Energieumsetzervorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, ein Ausbreiten einer Beschädigung in dem Wechselrichter zu verhindern, selbst wenn in dem Steuerungsrechner eine Störung auftritt.
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LÖSUNG DES PROBLEMS
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Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, weist eine Energieumsetzervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes auf:
- – einen Wechselrichter, der eine Hauptschaltung aufweist, die Gleichstromenergie in andere elektrische Energie am Ausgang umwandelt und die elektrische Energie ausgibt, und einen Filterkondensator aufweist, der mit der Hauptschaltung parallelgeschaltet ist;
- – eine Versorgungsschalteinrichtung, die eine Schaltvorrichtung oder ein Schütz aufweist, das zwischen dem Zuführen und dem Nichtzuführen des Gleichstroms zu dem Wechselrichter umschaltet; und
- – eine Steuerung, die die Versorgungsschalteinrichtung steuert;
wobei die Steuerung Folgendes aufweist:
- – einen Steuerungsrechner, der ein Zuführungssignal ausgibt, welches dafür sorgt, dass die Schaltvorrichtung oder das Schütz den Gleichstrom zuführt,
- – einen Speicher, der Ladehistorieninformation speichert, die die Historie eines unvollständigen Ladens enthält, in welcher ein Ladungspegel des Filterkondensators nicht gleich einem oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, nachdem das Zuführungssignal von dem Steuerungsrechner ausgegeben worden ist, und
- – eine Versorgungssteuerung, die die Schaltvorrichtung oder das Schütz basierend auf der Ladehistorieninformation steuert, wenn das Zuführungssignal von dem Steuerungsrechner ausgegeben worden ist.
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VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Schaltvorrichtung oder das Schütz basierend auf der Ladehistorieninformation gesteuert, wenn das Zuführungssignal von dem Steuerungsrechner ausgegeben worden ist. Aus diesem Grund kann das Zuführen von elektrischer Energie zu dem Wechselrichter während eines Zustands einer unvollständiger Ladung beschränkt werden, selbst wenn der Steuerungsrechner aufgrund einer Störung neu gestartet worden ist und trotzdem nicht wieder normal funktioniert. Folglich wird es ermöglicht, eine Schadensausbreitung in dem Wechselrichter zu verhindern, selbst wenn eine Störung in dem Steuerungsrechner auftritt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Elektrofahrzeugs gemäß der Ausführungsform 1 zeigt;
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2 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Energieumsetzervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 zeigt;
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3 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuerung gemäß der Ausführungsform 1 zeigt;
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4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf eines Stromzuführungsprozesses gemäß der Ausführungsform 1 zeigt;
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5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Änderung des Ladungsgrades über die Zeit in einem normalen Fall und einem Fall unvollständiger Ladung zeigt;
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6 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuerung gemäß der Ausführungsform 2 zeigt; und
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7 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf eines Stromzuführungsprozesses gemäß der Ausführungsform 2 zeigt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auch wird die wiederholte Beschreibung von gleichen Elementen reduziert oder vermieden.
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Ausführungsform 1
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Wie in 1 gezeigt, ist die Energieumsetzervorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung in einem Elektrofahrzeug 101 installiert. Das Elektrofahrzeug 101 ist z. B. ein Zug oder eine Elektro-Lokomotive, die auf Gleisen 104 mit einem Gleichstrom fährt, der durch eine Oberleitung (Kontaktoberleitung) 103 von einer Stromversorgung 102 zugeführt wird. Die zugeführte Gleichspannung hat einen beliebigen Wert, wie z. B. 3 kV oder 1,5 kV.
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Die Energieumsetzervorrichtung 100 ist eine Vorrichtung, die zugeführten Gleichstrom in einen vorbestimmten elektrischen Strom umwandelt und den elektrischen Strom ausgibt.
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Die Energieumsetzervorrichtung 100 wandelt Gleichstrom, der durch einen Stromabnehmer 105 von der Oberleitung 103 zugeführt wird, zu elektrischer Energie zum Antreiben eines Motors 106 um. Die Energieumsetzervorrichtung 100 gibt die umgewandelte elektrische Energie an den Motor 106 aus. Der Motor 106 ist beispielsweise ein dreiphasiger AC-Induktionsmotor. Der Motor 106 ist aber nicht hierauf beschränkt und kann auch ein DC-Motor oder ein Synchronmotor sein.
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Beim Durchführen einer elektrischen Energieumsetzung bezieht die Energieumsetzervorrichtung 100 einen Schaltbefehl, der von einem Wagenführer 107 oder dergleichen beim Betätigen einer Hauptsteuerung 108 ausgegeben wird. Infolge dessen wird das Elektrofahrzeug 101 gemäß dem Schaltbefehl zum Fahren gebracht.
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Die Energieumsetzervorrichtung 100 ist, wie in derselben Zeichnung gezeigt, mit einem Energieumsetzer 111 und einer Steuerung 112 ausgerüstet.
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Der Energieumsetzer 111 weist eine Schaltgruppe auf, die von der Steuerung 112 gesteuert wird. Der Energieumsetzer 111 ist mit einer Versorgungsschalteinrichtung 115 und einem Wechselrichter 116 ausgerüstet. Die Versorgungsschalteinrichtung 115 ist mit dem Stromabnehmer 105 über eine Zuführungsverdrahtung 117 verbunden. Die Versorgungsschalteinrichtung 115 und der Wechselrichter 116 sind über eine Verbindungsverdrahtung 118 elektrisch verbunden. Der Wechselrichter 116 ist durch eine Ausgangsverdrahtung 119 mit dem Motor 106, der eine Last ist, verbunden.
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Insbesondere, wie in 2 dargestellt, ist die Versorgungsschalteinrichtung 115 mit einem Widerstand 121, einer Schaltvorrichtung oder einem Schütz 122 und einem Hauptschalter 123 ausgerüstet, wobei der Hauptschalter 123 zwischen der Zuführungsverdrahtung 117 und der Verbindungsverdrahtung 118 parallel zum Widerstand 121 und zu dem Schütz 122 geschaltet ist. Der Widerstand 121 hat einen festen Widerstandswert. Die Schaltvorrichtung oder das Schütz 122 und der Hauptschalter 123 sind z. B. elektromagnetische Schalter die den jeweiligen parallelgeschalteten Schaltkreis, gesteuert durch die Steuerung 112, öffnen oder schließen.
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Wie in derselben Zeichnung gezeigt, ist der Wechselrichter 116 mit einer Hauptschaltung 125, einem Filterkondensator 126 und einem Spannungssensor 127 ausgerüstet.
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Die Hauptschaltung 125 ist eine elektrische Schaltung, die, gesteuert durch die Steuerung 112, zugeführten Gleichstrom in dreiphasigen Wechselstrom umwandelt. Die Hauptschaltung 125 besteht beispielsweise aus einem Hochspannung-SiC-Halbleiter, was eine kleinere Dimensionierung und Energieeinsparungen ermöglicht.
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Die Hauptschaltung 125 ist mit der Verbindungsverdrahtung (Eingangsverdrahtung) 118, einer Masseleitung 129 und der Ausgangsverdrahtung 119 verbunden. Die Verbindungsverdrahtung 118 führt Gleichstrom, der von der Versorgungsschalteinrichtung 115 ausgegeben worden ist, der Hauptschaltung 125 zu. Die Ausgangsverdrahtung 119 gibt den elektrischen Strom aus, der durch die Hauptschaltung 125 umgewandelt worden ist. Die Masseleitung 129 ist eine Verdrahtung, die eine Referenzspannung vorgibt. Typischerweise ist die Masseleitung 129, da die Räder 131 (siehe 1) aus Metall bestehen und in Kontakt mit dem Metallgleis 104 stehen, durch die Verbindung mit den Rädern 131 mit der Masse bzw. Erde verbunden.
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Wie in 2 dargestellt, ist der Filterkondensator 126 mit der Verbindungsverdrahtung 118 und der Masseleitung 129 verbunden und stabilisiert die der Hauptschaltung 125 zugehende Eingangsspannung, indem er einen elektrischen Strom mit zumindest einer festgelegten Frequenz durch die Verbindungsverdrahtung 118 durchleitet.
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Der Spannungssensor 127 ist ein Sensor, der die Spannung zwischen den Elektroden des Filterkondensators 126 misst. Der Spannungssensor 127 gibt ein Spannungssignal an die Steuerung 112 ab, das den gemessenen Spannungswert angibt.
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Die Steuerung 112 wird durch eine Batterie 132 versorgt (siehe 1), die als Bordstromversorgung dient. Die Steuerung 112 steuert den Energieumsetzer 111. Wenn das Elektrofahrzeug 111 normal fährt, indem es über die Oberleitung 103 einen Versorgungsstrom empfängt, veranlasst die Steuerung 112 beispielsweise einen normalen Fahrvorgang, bei dem der Energieumsetzer 111 gemäß dem Schaltbefehl gesteuert wird. Zusätzlich führt die Steuerung 112 einen Stromversorgungsprozess durch (später im Detail diskutiert), um dem Wechselrichter 116 elektrische Energie zuzuführen.
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Insbesondere, und wie in 3 gezeigt, ist die Steuerung 112 mit einem Steuerungsrechner 135, einer Steuerungsrechner-Überwachungseinrichtung 136, einem Speicher 137 und einer Versorgungssteuerung 138 ausgerüstet.
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Beispielsweise ist der Steuerungsrechner 135 ein Prozessor, der ein vorinstalliertes Softwareprogramm ausführt, und verschiedene Prozesse ausführt, die einen normalen Fahrvorgang und einen Stromzuführungsprozess umfassen. Für die Funktion zur Durchführung des Stromzuführungsprozesses ist der Steuerungsrechner 135 mit einer Versorgungs-Schaltsteuerung 141 und einem Detektor für unvollständiges Laden 124 ausgerüstet.
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Die Versorgungs-Schaltsteuerung 141 gibt ein Signal aus, um zu steuern, ob oder ob nicht dem Wechselrichter 116 über das Schütz 122 und den Hauptschalter 123 ein Gleichstrom zugeführt wird.
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Insbesondere gibt die Versorgungs-Schaltsteuerung 141 an die Versorgungssteuerung 138 ein Zuführungssignal ab, um dem Schütz 122 Gleichstrom zuzuführen, d. h. dem Wechselrichter 116 über das Schütz 122 Gleichstrom zuzuführen. Die Versorgungs-Schaltsteuerung 141 gibt an das Schütz 122 ein Öffnungssignal aus, um das Schütz 122 zu öffnen (keine Zuführung). Die Versorgungs-Schaltsteuerung 141 gibt an den Hauptschalter 123 ein Signal aus, um den Hauptschalter 123 zu schließen. Die Versorgungs-Schaltsteuerung 141 gibt an den Hauptschalter 123 ein Ausschaltsignal aus, um den Hauptschalter 123 zu öffnen.
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Die Versorgungschalt-Steuerung 141 überwacht einen elektrischen Strom, der durch die Zuführungsverdrahtung 117 fließt, und ein Neustarten des Steuerungsrechners 135 und gibt ein Öffnungssignal und ein Ausschaltsignal in einem vordefinierten Fall ab. Infolgedessen werden das Schütz 122 und der Hauptschalter 123 geöffnet.
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Der vordefinierte Fall kann ein Fall sein, in dem kein elektrischer Strom mehr durch die Zuführungsverdrahtung 117 fließt, weil der Stromabnehmer 105 keine elektrische Energie erhält. Als spezifisches Beispiel kann ein vordefinierter Fall ein solcher Fall sein, dass ein Bügel, der als Stromabnehmer fungiert, zusammengefaltet wird und von der Oberleitung 103 getrennt wird, wenn der Stromabnehmer 105 einen Abschnitt der Oberleitung 103 passiert oder wenn ein Stromausfall auftritt.
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Der vordefinierte Fall kann auch ein Fall sein, in dem der Steuerungsrechner 135 neu gestartet wird, wenn der elektrische Strom, der durch die Zuführungsverdrahtung 117 fließt, z. B. aufgrund eines Blitzschlags einen abnormen Wert annimmt.
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Der Detektor für unvollständiges Laden 142 bekommt das Spannungssignal von dem Spannungssensor 127 und detektiert unvollständiges Laden des Filterkondensators 126, basierend auf der Spannung, die von dem Spannungssignal angegeben wird. Nach dem Detektieren des unvollständigen Ladens des Filterkondensators 126 gibt der Detektor für unvollständiges Laden 142 Ladehistorieninformation, die anzeigt, dass ein unvollständiges Laden detektiert worden ist, an den Speicher 137 ab.
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Insbesondere detektiert der Detektor für unvollständiges Laden 142 ein unvollständiges Laden des Filterkondensators 126, wenn der Ladungsgrad (%) nicht gleich einem oder größer als ein Schwellwert (beispielsweise 90%) wird, nachdem eine vordefinierte Zeit T (Sekunden) verstrichen ist, nachdem das Zuführungssignal von der Versorgungs-Schaltsteuerung 141 ausgegeben worden ist.
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Der Ladungsgrad (%) ist ein Beispiel für einen Ladungspegel, der einen Wert dafür angibt, wie weit der Filterkondensator 126 geladen ist. Der Ladungsgrad (%) ist ein Verhältnis zwischen einer Spannung, die von dem Spannungssignal angezeigt wird, zu einer Spannung, die anzeigt, dass der Filterkondensator 126 voll geladen ist. Der Schwellwert ist nicht auf 90% festgelegt und kann passend gewählt werden.
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Die Zeit T (Sekunden) kann auf eine geeignete Zeit gesetzt werden, die gleich oder größer ist als eine Zeit t (Sekunden), die notwendig ist, um den Filterkondensator 126 auf ein vordefiniertes Ladungsniveau zu laden für den Fall, dass keine Fehlfunktion des Energieumsetzers 111 vorliegt. Die Zeit T (Sekunden) kann durch den Detektor für unvollständiges Laden 142 berechnet werden auf der Basis von Größen, wie z. B. der Spannung der elektrischen Energie, die dem Wechselrichter 116 zugeführt wird, einem Widerstandswert des Widerstands 121, der Kapazität des Filterkondensators 126, und einer Zeitdauer, die ein ausgeführter Prozess benötigt, vom Ausgeben des Zuführungssignals zum Schalten des Schützes 122 auf „Ein”.
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Die Steuerungsrechner-Überwachungseinrichtung 136 ist beispielsweise ein Chip, der überwacht, ob oder ob nicht der Steuerungsrechner 135 normal arbeitet. Wenn eine Fehlfunktion im Steuerungsrechner 135 detektiert wird, startet die Steuerungsrechner-Überwachungseinrichtung 136 den Steuerungsrechner 135 neu. Fehlfunktionen im Steuerungsrechner 135 können solche beinhalten, die während normaler Prozesse auftreten, wie z. B. dem Fall, dass der Steuerungsrechner 135 keine Daten mehr in seinem Speicher hinterlegen kann oder dass ein Prozess stockt oder solche, die aufgrund von externen Faktoren, wie z. B. Blitzen oder Erschütterungen auftreten.
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Der Speicher 137 speichert Ladehistorieninformation. Der Speicher 137 besteht aus einem lesbaren/beschreibbaren nichtflüchtigen Speicher, wie z. B. einem Flashspeicher.
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Ladehistorieninformation gemäß der vorliegenden Ausführungsform gibt ein Flag an, verknüpft damit, ob oder ob nicht ein unvollständiges Laden des Filterkondensators 126 detektiert wird. Insbesondere gibt die Ladehistorieninformation „1” an, was damit verknüpft ist, dass ein unvollständiges Laden des Filterkondensators 126 detektiert worden ist, oder „0”, was verknüpft ist damit, dass kein unvollständiges Laden des Filterkondensators 126 detektiert worden ist.
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Nachdem das Zuführungssignal von der Versorgungs-Schaltsteuerung 141 erhalten worden ist, hinterlegt die Versorgungssteuerung 138 die Ladehistorieninformation in dem Speicher 137. Wenn die Ladehistorieninformation anzeigt, dass ein unvollständiges Laden des Filterkondensators 126 detektiert worden ist (das bedeutet, dass die Ladehistorieninformation „1” anzeigt), beschränkt die Versorgungssteuerung 138 das Einschalten des Schützes 122. Mit anderen Worten, es öffnet die Versorgungssteuerung 138 das Schütz 122.
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Wenn die Ladehistorieninformation anzeigt, dass kein unvollständiges Laden des Filterkondensators 126 detektiert worden ist (das bedeutet, dass die Ladehistorieninformation „0” anzeigt) schaltet die Versorgungssteuerung den Schütz 122 ein.
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Das Vorhergehende beschreibt eine Konfiguration eines Elektrofahrzeugs 101 und eine an Bord befindliche Energieumsetzervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Im Folgenden wird ein Stromzuführungsprozess, der von dem Elektrofahrzeug 101 und der Energieumsetzervorrichtung 100 durchgeführt wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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Wie bereits vorstehend beschrieben, ist der Stromzuführungsprozess ein Prozess, um dem Wechselrichter 116 elektrische Energie zuzuführen. Nachdem das Schütz 122 und der Hauptschalter 123 durch die Versorgungs-Schaltsteuerung 141 geöffnet worden sind, wird der Stromzuführungsprozess ausgeführt in einem Fall, in dem die Versorgungs-Schaltsteuerung 141 detektiert, dass ein elektrischer Strom normal durch die Zuführungsverdrahtung 117 fließt, oder in einem Fall, wenn die Versorgungs-Schaltsteuerung 141 detektiert, dass beispielsweise der Steuerungsrechner 135 neu gestartet worden ist.
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Wie in 4 gezeigt, gibt die Versorgungs-Schaltsteuerung 141 das Zuführungssignal an die Versorgungssteuerung 138 aus (Schritt S101).
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Die Versorgungssteuerung 138 hinterlegt die Ladehistorieninformation in dem Speicher 137 und bestimmt, ob oder ob nicht ein vollständiger Ladezustand vorliegt (Schritt S102). Ein unvollständiger Ladezustand bedeutet einen Zustand, in dem der Filterkondensator 126 nicht geladen ist, selbst nachdem elektrische Energien dem Wechselrichter 116 über die Verbindungsverdrahtung 118 zugeführt worden ist.
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Wenn die Ladehistorieninformation „0” anzeigt oder, mit anderen Worten, wenn die Ladehistorieninformation anzeigt, dass ein unvollständiges Laden des Filterkondensators 126 bisher nicht detektiert worden ist, bestimmt die Versorgungssteuerung 138, dass die Ladung nicht in einem unvollständigen Ladungszustand ist (Schritt S102; Nein).
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Die Versorgungssteuerung 138 schaltet das Schütz 122 ein (Schritt S103). An diesem Punkt ist der Hauptschalter 123 immer noch offen.
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Der Detektor für unvollständiges Laden 142 bekommt das Spannungssignal von dem Spannungssensor 127, bis T (Sekunden) verstrichen ist, nachdem das Zuführungssignal im Schritt S101 ausgegeben worden ist. Basierend auf der Spannung, die durch das Spannungssignal angezeigt wird, bestimmt der Detektor für unvollständiges Laden 142, ob oder ob nicht der Ladungsgrad des Filterkondensators 126 gleich oder größer als 90% ist (Schritt S104).
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Wie durch die durchgezogene Linie in 5 angedeutet, ist der Filterkondensator 126 in einem Ladungszeitraum t (Sekunden) beispielsweise in einem normalen Fall bis auf 90% geladen, nachdem das Schütz 122 eingeschaltet worden ist. Die Zeit T (Sekunden) wird auf eine Zeit gleich oder größer als die Summe von t (Sekunden) und einer Zeit (Sekunden) gesetzt, die notwendig ist vom Ausgeben des Zuführungssignals im Schritt S101 zum Einschalten des Schützes 122 im Schritt S103.
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Aus diesem Grund wird der Filterkondensator 126 auf 90% oder mehr geladen, wenn das Laden nicht in einem unvollständigen Ladungszustand ist, nachdem die Zeit T (Sekunden) verstrichen ist, nachdem das Zuführungssignal ausgegeben worden ist. In diesem Fall bestimmt der Detektor für unvollständiges Laden 142, dass der Ladungsgrad 90% oder größer ist (Schritt S104; Ja).
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Wenn bestimmt wird, dass der Ladungsgrad 90% oder mehr ist (Schritt S104; Ja), empfängt die Versorgungs-Schaltsteuerung 141 ein Signal, das die Bestimmung des Detektors für unvollständiges Laden 142 anzeigt, und gibt ein Öffnungssignal und ein Verbindungssignal aus. Hierauf folgend wird das Schütz 122 geöffnet und der Hauptschalter 123 geschlossen (Schritt S105). Die Steuerung 112 beendet den Stromzuführungsprozess.
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Auf diese Weise wird das Schütz 122 in einem Fall eingeschaltet, in dem bestimmt worden ist, dass das Laden gemäß der Ladehistorieninformation nicht in einem unvollständigen Ladungszustand ist. Folglich wird ein vergleichsweise kleiner elektrischer Strom dem Wechselrichter 116 zugeführt, da Gleichstrom über die Zuführungsverdrahtung 117 durch den Widerstand 121 fließt.
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Außerdem wird bestätigt, dass der Ladungszustand immer noch nicht in einem unvollständigen Ladungszustand ist, und das Schütz 122 geöffnet, während der Hauptschalter 123 geschlossen wird, wenn der Ladungsgrad des Filterkondensators 126 gleich oder größer als 90% wird. Folglich kann ein großer elektrischer Strom dem Wechselrichter 116 zugeführt werden, der nicht durch den Widerstand 121 fließt.
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Wenn der Ladungszustand in einem unvollständigen Ladungszustand ist, so ist der Filterkondensator 126 selbst nach dem Verstreichen der Zeit T (Sekunden) nach der Ausgabe des Zuführungssignals nicht auf 90% oder größer geladen, was beispielsweise durch die gestrichelte Linie in 5 angedeutet ist. Folglich bestimmt in diesem Fall der Detektor für unvollständiges Laden 142, dass der Ladungsgrad nicht 90% oder größer ist (Schritt S104; Nein).
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Wenn bestimmt wird, dass der Ladungsgrad nicht 90% oder größer ist (S104; Nein), gibt die Versorgungs-Schaltsteuerung 141 ein Öffnungssignal aus. Hierauf folgend öffnet die Versorgungs-Schaltsteuerung 141 das Schütz 122 (Schritt 106). Zu diesem Zeitpunkt ist der Hauptschalter 123 immer noch offen.
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Der Detektor für unvollständiges Laden 142 aktualisiert die Ladehistorieninformation in dem Speicher 137 zu „1” (Schritt 107). Folglich speichert der Speicher 137 ein unvollständiges Laden, detektiert vom Detektor für unvollständiges Laden 142, als Ladeinformation für unvollständiges Laden. Die Steuerung 112 beendet den Stromzuführungsprozess.
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Auf diese Weise wird das Schütz 122 geöffnet, wenn der Ladezustand des Filterkondensators 126 nach dem Verstreichen der Zeit T (Sekunden) nach der Ausgabe des Zuführungssignals nicht 90% oder größer wird. Selbst wenn bestimmt wird, dass das Laden nicht in einem unvollständigen Ladungszustand gemäß der Ladehistorieninformation ist, wird keine große elektrische Energie dem Wechselrichter 116 zugeführt, wenn das Laden momentan in einem unvollständigen Ladungszustand ist.
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Mit anderen Worten, es wird dem Wechselrichter 116 nur ein vergleichsweise kleiner elektrischer Strom über den Widerstand 121 zugeführt, so dass ermöglicht wird, dass eine Schadensausbreitung im Wechselrichter 116 als Folge eines großen zufließenden elektrischen Stroms verhindert wird.
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Wenn die Ladehistorieninformation „1” anzeigt oder, mit anderen Worten, wenn die Ladehistorieninformation anzeigt, dass ein unvollständiges Laden des Filterkondensators 126 zumindest einmal detektiert worden ist, bestimmt die Versorgungssteuerung 138, dass ein Ladungszustand in einem vollständigen Ladungszustand vorliegt (Schritt S102; Ja).
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Die Versorgungssteuerung 138 beschränkt die Zuführung über das Schütz 122 (Schritt S108). Folglich bleibt das Schütz 122 offen. Zu diesem Zeitpunkt ist auch der Hauptschalter 123 immer noch offen.
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Auf diese Weise wird keine elektrische Energie dem Wechselrichter 116 zugeführt in dem Fall, dass bestimmt wird, dass gemäß der Ladehistorieninformation das Laden in einem unvollständigen Ladungszustand ist. Beispielsweise besteht in einem Fall, in dem bestimmt wird, dass gemäß der Ladehistorieninformation das Laden in einem unvollständigen Ladungszustand ist, wenn die Ladehistorieninformation aufgrund einer Inspektion oder einer Reparatur des Wechselrichters 116 auf „0” gesetzt wird, eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Ladungszustand beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses oder dergleichen innerhalb des Wechselrichters 116 immer noch in einem unvollständigen Ladungszustand ist. Aufgrund dessen, dass selbst ein kleiner elektrischer Strom über den Widerstand 121 dem Wechselrichter 116 nicht zugeführt wird, kann eine Schadenausbreitung in den Wechselrichter 116 verhindert werden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der Speicher 137 und die Versorgungssteuerung 138 separat von dem Steuerungsrechner 135 vorgesehen, und die Versorgungssteuerung 138 hinterlegt Ladehistorieninformation im Speicher 137, um zu bestimmen, ob oder ob nicht das Laden in einem unvollständigen Ladungszustand ist.
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Für den Fall, dass bestimmt wird, dass das Laden in einem unvollständigen Ladungszustand ist, schaltet die Versorgungssteuerung 138 das Schütz 122 nicht ein. Folglich wird die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Wechselrichter 116 von der Versorgungssteuerung 138 beschränkt, selbst wenn in den Steuerungsrechner 135 eine Störung auftritt, was es ermöglicht, dass eine Schadensausbreitung in dem Wechselrichter 116 verhindert wird.
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Beispielsweise startet die Steuerungsrechner-Überwachungseinrichtung 136 den Steuerungsrechner 135 immer wieder neu, wenn das Laden in einen unvollständigen Ladungszustand eintritt, während der Steuerungsrechner 135 normal arbeitet und nachdem eine Störung aufgrund verschiedener Faktoren in dem Steuerungsrechner 135 aufgetreten ist, wenn der Steuerungsrechner 135 nicht in der Lage ist, selbst nach einem Neustart normal zu funktionieren.
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Folglich kann das Zuführungssignal von dem Steuerungsrechner 135 wiederholt ausgegeben werden, immer wenn der Steuerungsrechner 135 neu startet. Wenn das Schütz 122 gemäß dem Zuführungssignal wiederholt geschlossen und geöffnet wird, wird elektrischer Strom über den Widerstand 121 wiederholt dem Wechselrichter 116 zugeführt. Der elektrische Strom über den Widerstand 121 ist verhältnismäßig klein, aber bei wiederholtem Zuführen besteht ein Risiko, dass sich eine Beschädigung in dem Wechselrichter 116 ausbreitet.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der Speicher 137 und die Versorgungssteuerung 18 separat von dem Steuerungsrechner 135 vorgesehen. Zusätzlich wird die Ladehistorieninformation in dem Speicher 137 zu „1” aktualisiert, wenn das Laden in einen unvollständigen Ladungszustand eintritt, während der Steuerungsrechner 135 normal arbeitet. Aus diesem Grund schaltet die Versorgungssteuerung 138 das Schütz 122 nicht ein und hält das Schütz 122 offen, selbst wenn später in dem Steuerungsrechner aufgrund verschiedener Faktoren eine Störung auftritt, der Steuerungsrechner wiederholt neu gestartet wird und das Zuführungssignal wiederholt ausgegeben wird.
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Folglich wird es dem Steuerungsrechner 135 ermöglicht, wieder normal zu arbeiten als Folge dessen, dass die Steuerungsrechner-Überwachungseinrichtung 136 den Steuerungsrechner 135 neu startet, während es gleichzeitig ermöglicht wird, dass die Versorgungssteuerung 138 eine Schadensausbreitung in dem Wechselrichter 116 verhindert, selbst wenn der Steuerungsrechner nicht zu einem normalen Arbeiten zurückkehren kann.
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Unvollständiges Laden des Filterkondensators 126 wird basierend auf dem Spannungssignal des Spannungssensors 127 detektiert. Aus diesem Grund wird es ermöglicht, dass ein unvollständiges Laden des Filterkondensators 126 mit einer einfachen Konfiguration detektiert wird.
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Wenn für den Speicher 137 ein nicht-flüchtiger Speicher verwendet wird, so wird es ermöglicht, dass Ladehistorieninformation in dem Speicher 137 gespeichert wird, selbst wenn der Steuerungsrechner 135 neu gestartet wird. Auch wird es ermöglicht, dass Ladehistorieninformation in dem Speicher gespeichert bleibt, selbst wenn die elektrische Energie absinkt, die dem Steuerungsrechner 135 und dem Speicher 137 aufgrund z. B. einer Störung in der Batterie 132 zugeführt wird.
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Ausführungsform 2
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird detektiert, ob oder ob nicht das Laden in einem unvollständigen Ladungszustand vorliegt, basierend darauf, wie oft ein unvollständiges Laden detektiert worden ist.
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Die entsprechenden Konfigurationen des Elektrofahrzeugs und des Energieumsetzers der Energieumsetzervorrichtung sind ähnlich zu den Konfigurationen des Elektrofahrzeugs 101 und des Energieumsetzers 111 gemäß Ausführungsform 1.
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Wie in 6 dargestellt, ist die Steuerung 212 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem Speicher 237, einer Versorgungssteuerung 238 und einem Detektor für unvollständiges Laden 242 statt dem Speicher 137, der Versorgungssteuerung 138 und dem Detektor für unvollständiges Laden 142 der Steuerung 112 gemäß der Ausführungsform 1 ausgerüstet.
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Der Speicher 237 speichert Ladehistorieninformation ähnlich wie der Speicher 137 gemäß Ausführungsform 1. Die Ladehistorieninformation gemäß der vorliegenden Ausführungsform gibt an, wie oft der Detektor für unvollständiges Laden 142 ein unvollständiges Laden des Filterkondensators 126 detektiert hat.
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Die Versorgungssteuerung 238 nimmt Bezug auf die Ladehistorieninformation im Speicher 237 nach dem Empfangen des Zuführungssignals von der Versorgungs-Schaltsteuerung 141. Wenn die Ladehistorieninformation eine Anzahl größer oder gleich einem geeignet bestimmten Schwellwert N anzeigt, beschränkt die Versorgungssteuerung 238 das Einschalten des Schützes 122. Mit anderen Worten, es öffnet die Versorgungssteuerung 238 das Schütz 122. Wenn die Ladehistorieninformation eine Anzahl anzeigt, die kleiner als der Schwellwert N ist, schaltet die Versorgungssteuerung 238 das Schütz 122 ein.
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Der Detektor für unvollständiges Laden 242 detektiert unvollständiges Laden des Filterkondensators 126 ähnlich wie der Detektor für unvollständiges Laden 142 gemäß Ausführungsform 1 basierend auf der Spannung, die durch das Spannungssignal angezeigt wird. Nach dem Detektieren eines unvollständigen Ladens des Filterkondensators 126 erhöht der Detektor für unvollständiges Laden 242 die Anzahl von Malen, die durch die Ladehistorieninformation angezeigt wird um +1. Der Detektor für unvollständiges Laden 242 gibt die Ladehistorieninformation mit der erhöhten Anzahl an den Speicher 237 aus.
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Das Vorhergehende beschreibt eine Konfiguration eines Elektrofahrzeugs und einer an Bord befindlichen Energieumsetzervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Im Folgenden wird ein Stromzuführungsprozess, der von dem Elektrofahrzeug und der Energieumsetzervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird, beschrieben.
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Wie in 7 gezeigt, beinhaltet der Stromzuführungsprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Schritt S202 und einen Schritt S207 statt der Schritte S102 und S107 des Stromzuführungsprozesses gemäß der Ausführungsform 1.
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Die Versorgungssteuerung 238 nimmt Bezug auf die Ladehistorieninformation in dem Speicher 237 und bestimmt, ob oder ob nicht ein Laden in einem unvollständigen Ladungszustand vorliegt (Schritt S202). Wenn die Anzahl, die von der Ladehistorieninformation angezeigt wird, kleiner als N ist, bestimmt die Versorgungssteuerung 238, dass das Laden nicht in einem unvollständigen Ladungszustand vorliegt (Schritt 202; Nein). Wenn die Anzahl, die von der Ladehistorieninformation angezeigt wird, gleich oder größer als N ist, bestimmt die Versorgungssteuerung 238, dass ein Laden in einem unvollständigen Ladungszustand vorliegt (Schritt S202; Ja).
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Der Detektor für unvollständiges Laden 242 aktualisiert die Ladehistorieninformation im Speicher 237 auf die Anzahl erhöht um +1 (Schritt S207). Folglich speichert der Speicher 237 einen unvollständigen Ladungszustand, der von dem Detektor für unvollständiges Laden 242 als unvollständige Ladeinformation detektiert worden ist. Die Steuerung 212 beendet den Stromzuführungsprozess.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform sind der Speicher 237 und die Versorgungssteuerung 238, ähnlich wie bei der Ausführungsform 1, separat von dem Steuerungsrechner 135 vorgesehen, und die Versorgungssteuerung 238 nimmt Bezug auf Ladehistorieninformation in dem Speicher 237, um zu bestimmen, ob oder ob nicht ein Laden in einem unvollständigen Ladungszustand vorliegt.
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In dem Fall, dass festgestellt wird, dass ein Laden in einem unvollständigen Ladungszustand vorliegt, schaltet die Versorgungssteuerung 238 das Schütz 122 nicht ein. Folglich wird die Zuführung von elektrischer Energie zu dem Wechselrichter 116 durch die Versorgungssteuerung 238 verhindert, wenn eine Störung in dem Steuerungsrechner 135 auftritt, was es ermöglicht, dass eine Schadensausbreitung in dem Wechselrichter verhindert wird.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird bestimmt, ob oder ob nicht ein Laden in einem unvollständigen Ladungszustand vorliegt, basierend darauf, wie oft ein unvollständiges Laden detektiert worden ist. Folglich ist es möglich, das Beschränken des Einschaltens des Schützes 122 aufgrund einer Bestimmung, dass ein Laden in einem unvollständigen Ladungszustand vorliegt, aufgrund beispielsweise eines zufälligen unvollständigen Ladens, verursacht durch einen zeitweisen schlechten Kontakt oder ähnliches, zu verhindern.
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Aus diesem Grund wird es ermöglicht, eine Schadensausbreitung in dem Wechselrichter 116 zu verhindern und gleichzeitig das Beschränken der Zuführung von elektrischer Energie zu verhindern, obwohl der Wechselrichter 116 betriebsbereit ist.
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Das Vorhergehende beschreibt daher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
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Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf eine Energieumsetzervorrichtung 100 angewandt werden, die einen Wechselrichter aufweist. Aus diesem Grund kann die vorliegende Erfindung auch auf ein AC-Elektrofahrzeug und auf eine Energieumsetzervorrichtung 100 angewendet werden, die in einem AC-Elektrofahrzeug installiert ist.
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Beispielsweise kann die Ladehistorieninformation Information sein, die die Historie von einem unvollständigen Laden des Filterkondensators 126 anzeigt. Beispielsweise kann die Ladehistorieninformation, neben der Information, die in der Ausführungsform beschrieben ist, auch Information beinhalten, die das Datum und die Zeiten angeben, zu denen ein unvollständiges Laden des Filterkondensators 126 detektiert worden ist.
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In diesem Fall kann die Versorgungssteuerung 128 bestimmen, ob oder ob nicht ein unvollständiges Laden vorliegt auf der Basis dessen, ob oder ob nicht Ladehistorieninformation vorliegt, die das Datum und die Zeiten in einem vordefinierten Zeitraum anzeigt (beispielsweise von der letzten Wartung des Elektrofahrzeugs 101 bis zur Gegenwart), auf der Basis der Anzahl von Ladehistorieninformationen, die Datum und Zeiten in dem vordefinierten Zeitraum angibt, oder dergleichen.
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Beispielsweise sind der Steuerungsrechner 135, die Steuerungsrechner-Überwachungseinrichtung 136, der Speicher 137 oder 237, und die Versorgungssteuerung 138 oder 238 jeweils separat vorgesehen und vorzugsweise bis auf die die Elemente verbindende Verdrahtung isoliert. Folglich kann die Wahrscheinlichkeit reduziert werden, dass diese strukturellen Elemente gleichzeitig, z. B. durch einen Blitzschlag oder dergleichen beschädigt werden.
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Beispielsweise können der Speicher 137 oder 237 und die Versorgungssteuerung 138 oder 238 durch zusätzliche Stromquellen separat von der Batterie 132 betrieben werden. Folglich können beispielsweise der Speicher 137 oder 237 und die Versorgungssteuerung 138 stabil betriebsbereit bleiben, selbst wenn eine Störung in dem Steuerungsrechner 135 aufgrund eines Spannungsabfalls in der Versorgungsspannung von der Batterie 132 auftritt.
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Aufgrunddessen wird es ermöglicht, in zuverlässigerer Weise zu verhindern, dass das Schütz 122 eingeschaltet wird, selbst wenn der Filterkondensator 126 in einem unvollständigen Ladungszustand, in dem unvollständig geladen ist, ist, und die Schadensausbreitung in dem Wechselrichter zu verhindern.
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Beispielsweise ist bei der vorliegenden Ausführungsform nur das Zuführungssignal dergestalt konfiguriert, über die Versorgungssteuerung 138 oder 238 von der Steuerung 112 oder 212 ausgegeben zu werden, aber das Verbindungssignal kann auch über die Versorgungssteuerung 138 oder 238 von der Steuerung 112 oder 212 ausgegeben werden. Folglich wird es ermöglicht, nicht nur das Einschalten des Schützes 122 in einem unvollständigen Ladungszustand zu beschränken, sondern auch das Schließen des Hauptschalters 123. Folglich kann das Zuführen von elektrischer Energie zu dem Wechselrichter 116 in einem unvollständigen Ladungszustand verlässlicher verhindert werden, was es ermöglicht, die Schadensausbreitung in dem Wechselrichter verlässlicher zu verhindern.
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Die obigen Ausführungen beschreiben daher exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese exemplarischen Ausführungsformen beschränkt und beinhaltet auch Aspekte, in denen verschiedene Modifikationen bezüglich der exemplarischen Ausführungsformen und deren entsprechenden technischen Äquivalenten gemacht werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung kann in Anwendungsfällen, wie z. B. Energieumsetzervorrichtungen, die einen Wechselrichter aufweisen, und in einem Verfahren der Zuführung von elektrischer Energie zu einem Wechselrichter verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Energieumsetzervorrichtung
- 101
- Elektrofahrzeug
- 102
- Stromversorgung
- 103
- Oberleitung
- 105
- Stromabnehmer
- 111
- Energieumsetzer
- 112
- Steuerung
- 115
- Versorgungsschalteinrichtung
- 116
- Wechselrichter
- 117
- Zuführungsverdrahtung
- 118
- Verbindungsverdrahtung
- 119
- Ausgangsverdrahtung
- 121
- Widerstand
- 122
- Schütz oder Schaltvorrichtung
- 123
- Hauptschalter
- 125
- Hauptschaltung
- 126
- Filterkondensator
- 127
- Spannungssensor
- 129
- Masseleitung
- 135
- Steuerungsrechner
- 136
- Steuerungsrechner-Überwachungseinrichtung
- 137
- Speicher
- 138
- Versorgungssteuerung
- 141
- Versorgungs-Schaltsteuerung
- 142
- Detektor für unvollständiges Laden
- 212
- Steuerung
- 237
- Speicher
- 238
- Versorgungssteuerung
- 242
- Detektor für unvollständiges Laden
