DE112016004425T5

DE112016004425T5 - Ladesteuervorrichtung

Info

Publication number: DE112016004425T5
Application number: DE112016004425.9T
Authority: DE
Inventors: Takayuki Tanaka; Hiroyuki Shoji
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2018-06-28
Also published as: JP6564869B2; JPWO2017056685A1; WO2017056685A1; CN108028544A; US20180254653A1

Abstract

Eine Vorrichtung wird aktiviert, auch wenn keine Energie von außen zugeführt wird. In Schritt S4 überträgt eine Ladesteuereinheit (109) nach dem Empfang von Information von einer oberen Steuereinheit (115), die den Start des Ladens anzeigt, ein Signal zum Einschalten eines Schalters (110) an eine Schaltersteuerschaltung (113). Folglich wird der Schalter (110) eingeschaltet, und eine Wechselspannungs-Energiequelle (100) eines fahrzeugexternen Teils wird in eine Ladeschaltung (103) eingespeist. In Schritt S5 schaltet die Ladesteuereinheit (109) basierend auf Fahrzeugzustandsinformation und Ladezustandsinformation, die durch CAN-Kommunikation mit der oberen Steuereinheit (115) des Fahrzeugs erhalten ist, einen Schalter (SW2) ein und führt Energie der Wechselspannungs-Energiequelle (100) als Eingangsenergiequelle einer Energiequellenschaltung (106) zu. In Schritt S9 schaltet die Ladesteuereinheit (109) einen Schalter (SW3) ein und führt Energie einer Hochspannungsbatterie (101) als Eingangsenergiequelle der Energiequellenschaltung (106) zu.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladesteuervorrichtung.
Stand der Technik
Im Allgemeinen weist ein elektrisches Fahrzeug, wie etwa ein Hybridfahrzeug oder ein elektrisches Auto, eine Niederspannungsbatterie und eine Hochspannungsbatterie auf. Eine fahrzeuggestützte Energiequellenschaltung empfängt Energie von der Niederspannungsbatterie, um Energie zum Antreiben von elektrischen Komponenten, wie etwa einem Mikrocomputer und einem Relais, zu liefern. Allerdings fluktuiert die Spannung der Niederspannungsbatterie stark, und auch in einem Fall, in dem die Spannung der Niederspannungsbatterie stark abfällt, muss die Energiequellenschaltung arbeiten können. In diesem Fall verursacht der Spannungsabfall jedoch eine Zunahme eines Eingangsstroms und damit auch eine Zunahme an Größe und Kosten eines Transformators und eines Schaltungselements. Es ist deswegen ein Ladesystem zum Einspeisen von externer Wechselspannungsenergie anstelle der Niederspannungsbatterie und zum Erzeugen der dem Mikrocomputer zuzuführenden Energie vorgeschlagen worden (siehe PTL 1).
Literaturliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2012-55043 A
Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Bei diesem Stand der Technik ist jedoch in einem Zustand, in dem die Energie nicht von außen zugeführt wird, keine Energie für den Mikrocomputer verfügbar. Deshalb kann das Ladesystem nicht aktiviert werden.
Lösung des Problems
Eine Ladesteuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine Konverterschaltung, die von einer externen Energiequelle zugeführte Energie konvertiert und eine Niederspannungsbatterie und eine Hochspannungsbatterie lädt, eine Konvertersteuerschaltung, die die Konverterschaltung steuert, und eine Energiequellenschaltung, die Energie von der Energiequelle oder der Hochspannungsbatterie zugeführt bekommt und der Konvertersteuerschaltung Energie zuführt.
Vorteile der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Vorrichtung auch in einem Zustand zu aktivieren, in dem keine Energie von außen zugeführt wird.
Figurenliste

1 ist ein Gesamtsystem-Diagramm eines Ladesystems.
2 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Ladesystems veranschaulicht.

Beschreibung von Ausgestaltungen
Im Folgenden wird eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen als ein Beispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung auf ein elektrisches Fahrzeug wie etwa ein Hybridfahrzeug oder ein Elektroauto angewandt wird. 1 ist ein Diagramm eines gesamten Ladesystems gemäß der vorliegenden Ausgestaltung.
Wie in 1 dargestellt, ist das Ladesystem grob unterteilt in einen fahrzeugexternen Teil und einen fahrzeuginternen Teil. Der fahrzeugexterne Teil umfasst eine Wechselspannungs-Energiequelle 100 und eine Energiequellen-Versorgungsschaltung 107.
Die Struktur des fahrzeugexternen Teils wird beschrieben.
Die Wechselspannungs-Energiequelle 100 ist eine Netz-Wechselspannungsquelle. In der vorliegenden Ausgestaltung wird die Netz-Wechselspannungsquelle verwendet. Es kann aber auch eine von mehreren Gleichspannungsquellen im Fahrzeug verwendet werden.
Die Energiequellen-Versorgungsschaltung 107 umfasst einen Schalter 110, der die Wechselspannungs-Energiequelle 100 mit einer später zu beschreibenden Ladeschaltung und einer Schaltersteuerschaltung 113 verbindet, die das Schalten des Schalters 110 steuert. Die Schaltersteuerschaltung 113 kommuniziert mit einer später zu beschreibenden Ladesteuereinheit 109 über eine Verbindung CPLT und empfängt einen Befehl von der Ladesteuereinheit 109 zum Öffnen/Schließen des Schalters 110.
Die Struktur des fahrzeuginternen Teils wird beschrieben.
Der fahrzeuginterne Teil umfasst eine obere Steuereinheit 115 zur übergreifenden Steuerung des gesamten Fahrzeugs, die Ladeschaltung 103, eine Hochspannungsbatterie 101, eine Niederspannungsbatterie 102 und einen DC/DC-Konverter 104. Die obere Steuereinheit 115 führt eine Steuerung des fahrzeuginternen Teils auf höherer Ebene durch und ist beispielsweise ein Steuer-Mikrocomputer.
Die Ladeschaltung 103 wird später im Detail beschrieben. Die Ladeschaltung 103 konvertiert die Energie von der Wechselspannungs-Energiequelle 100 des fahrzeugexternen Teils in Gleichspannungsenergie und führt die Gleichspannungsenergie dem DC/DC-Konverter 104 und der Hochspannungsbatterie 101 zu. Eine von der Ladeschaltung 103 ausgegebene hohe Spannung wird von dem DC/DC-Konverter 104 heruntergesetzt und der Niederspannungsbatterie 102 zugeführt.
Üblicherweise sind zwei Typen von Batterien, nämlich die Hochspannungsbatterie 101 und die Niederspannungsbatterie 102, in dem elektrischen Fahrzeug vorgesehen. Die Hochspannungsbatterie 101 wird im Wesentlichen verwendet als Energiequelle für eine Hochspannungslast wie etwa einen Antriebsmotor des elektrischen Fahrzeugs. Die Niederspannungsbatterie 102 wird im Wesentlichen als Energiequelle für diverse Niederspannungslasten des Fahrzeugs verwendet, wie etwa ein Fahrzeug-Audiogerät und einen Scheibenwischer.
Die Ladeschaltung 103 wird beschrieben. Die Ladeschaltung 103 umfasst einen AC/DC-Konverter 105, eine Konvertersteuerschaltung 112, die Ladesteuereinheit 109, eine Energiequellenschaltung 106 und Schalter SW1, SW2 und SW3. Der AC/DC-Konverter 105 konvertiert die von der Wechselspannungs-Energiequelle 100 des fahrzeugexternen Teils empfangene Wechselspannungsenergie in Gleichspannungsenergie und führt die Gleichspannungsenergie der Hochspannungsbatterie 101 und dem DC/DC-Konverter 104 zu.
Die Konvertersteuerschaltung 112 steuert Energie zum Laden der Hochspannungsbatterie 101 relativ zum AC/DC-Konverter 105. Die Ladesteuereinheit 109 ist als Mikrocomputer konfiguriert und führt eine in einem später zu beschreibenden Flussdiagramm dargestellte Verarbeitung aus. Zuerst kommuniziert die Ladesteuereinheit 109 mit der oberen Steuereinheit 115 über die Verbindung CAN und gibt einen Verbindungszustand eines Ladekabels, den maximalen Strom, der zugeführt werden kann, und die Verfügbarkeit der Energiequelle an. Des Weiteren findet Kommunikation mit der Schaltersteuerschaltung 113 über die Verbindung CLPT statt, eine Anforderung zum Starten/Stoppen des Ladens wird bekanntgegeben. Zusätzlich gibt die Ladesteuereinheit 109 ein Treibersteuersignal an die Konvertersteuerschaltung 112 zum Treiben des AC/DC-Konverters 105 aus.
Die Energiequellenschaltung 106 umfasst zum Beispiel einen Transformator, eine Gleichrichterschaltung, einen Glättkondensator und dergleichen, die nicht gezeigt sind, und die Wechselspannungs-Energiequelle 100 des fahrzeugexternen Teils wird über den Schalter SW2 zugeschaltet. Die Energiequellenschaltung 106 bildet diverse Energiequellen, wie eine Energiequelle zum Antreiben der Ladesteuereinheit 109 und eine Energiequelle zum Antreiben der Konvertersteuerschaltung 112, und stellt die Energiequellen bereit.
Der Schalter SW1 wird in Reaktion auf einen Befehl der oberen Steuerschaltung 115 eingeschaltet, wenn das elektrische Fahrzeug aktiviert wird. Wenn der Schalter SW1 eingeschaltet wird, empfängt die Ladesteuereinheit 109 Energie von der Niederspannungsbatterie 102, und die Ladesteuereinheit 109 wird aktiviert. Dadurch wird die Ladesteuereinheit 109 betriebsbereit und erkennt die von der Schaltersteuerschaltung 113 der Energiequellen-Versorgungsschaltung 107 übertragene Verbindung CPLT. Wenn ferner durch Kommunikation mit der oberen Steuerschaltung 115 des Fahrzeugs über die Verbindung CAN festgestellt wird, dass Ladebereitschaft besteht, wird eine Benachrichtigung an die Schaltersteuerschaltung 113 über die Verbindung CPLT ausgegeben. Dann wird der Schalter 110 eingeschaltet, und Energie der Wechselspannungs-Energiequelle 100 des fahrzeugexternen Teils wird der Ladeschaltung 103 zugeführt.
Wenn durch Einschalten des Schalters 110 unter der Steuerung der Schaltersteuerschaltung 113 wie oben beschrieben die Energie der Wechselspannungs-Energiequelle 100 vom fahrzeugexternen Teil der Ladeschaltung 103 zugeführt werden kann, schaltet die Ladesteuereinheit 109 den Schalter SW2 ein. Dann wird die Energie der Wechselspannungs-Energiequelle 100 aus dem fahrzeugexternen Teil als Eingangsenergiequelle in die Energiequellenschaltung 106 eingespeist.
In einem Fall, in dem sich das Fahrzeug bewegt und Ladebereitschaft besteht, schaltet die Ladesteuereinheit 109 den Schalter SW3 ein. Dadurch wird Energie aus der Hochspannungsbatterie 101 als Eingangsenergiequelle der Energiequellenschaltung 106 bereitgestellt.
Ein Betriebsverfahren des Ladesystems gemäß der vorliegenden Ausgestaltung wird mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Ladesteuereinheit 109 veranschaulicht. Wenn das elektrische Fahrzeug aktiviert wird, wird gemäß einem Befehl von der oberen Steuereinheit 115 der Schalter SW1 eingeschaltet. Die Schalter SW2 und SW3 sind in einem Ausschaltzustand. Wenn der Schalter SW1 eingeschaltet wird, empfängt die Ladesteuereinheit 109 Energie von der Niederspannungsbatterie 102, und die Ladesteuereinheit 109 wird aktiviert.
Wenn die Ladesteuereinheit 109 in Schritt S1 aktiviert wird, führt die Ladesteuereinheit 109, die Energie von der Niederspannungsbatterie 102 empfangen hat, die Kommunikation CPLT mit der Schaltersteuerschaltung 113 durch und kommuniziert mit der oberen Steuereinheit 115 des Fahrzeugs über die CAN-Verbindung, um eine Verarbeitung zur Ermittlung von Zuständen, wie etwa des Verbindungszustands des Ladekabels, der maximal zuführbaren Stromstärke sowie eines Hinweises, der die Verfügbarkeit der Energiequelle anzeigt, durchzuführen.
In Schritt S2 erfasst die Ladesteuereinheit 109, ob zwischen der Energiequellen-Versorgungsschaltung 107 und der Ladeschaltung 103 ein Energieversorgungsstecker angeschlossen ist. Bei dieser Erfassung wird der Verbindungszustand der Ladekabel basierend auf der durch die CPLT-Kommunikation zwischen der Energiequellen-Versorgungsschaltung 107 und der Ladeschaltung 103 erhaltenen Zustandsinformation festgelegt. Wenn der Energieversorgungsstecker angeschlossen ist, geht das Verfahren über zu Schritt S3, und wenn der Energieversorgungsstecker nicht angeschlossen ist, geht das Verfahren über zu Schritt S7.
In Schritt S3 wird festgestellt, ob Ladebereitschaft besteht. Genauer gesagt wird die Ladebereitschaft festgestellt anhand der durch die Ladesteuereinheit 109 über die CPLT-Verbindung von der Energiequellen-Versorgungsschaltung 107 empfangenen Information und von durch CAN-Kommunikation mit der oberen Steuereinheit 115 erhaltenen Information über einen Fahrzeugzustand. Wenn keine Ladebereitschaft besteht, kehrt das Verfahren zurück zu Schritt S2, und wenn Ladebereitschaft besteht, geht das Verfahren über zu Schritt S4.
In Schritt S4 überträgt, nach Empfang der den Beginn des Ladens anzeigenden Information von der oberen Steuereinheit 115 über die CAN-Verbindung, die Ladesteuereinheit 109 ein Signal zum Einschalten des Schalters 110 über die CPLT-Verbindung an die Schaltersteuerschaltung 113. Als Ergebnis wird der Schalter 110 eingeschaltet, und die Wechselspannungs-Energiequelle 100 wird vom fahrzeugexternen Teil an die Ladeschaltung 103 angeschaltet.
In Schritt S5 schaltet die Ladesteuereinheit 109 basierend auf Fahrzeugzustandsinformation und Ladezustandsinformation, die über die CAN-Kommunikation mit der oberen Steuereinheit 115 des Fahrzeugs erhalten worden sind, den Schalter SW2 ein und führt die Energie der Wechselspannungs-Energiequelle 100 des fahrzeugexternen Teils als Antriebsenergiequelle der Energiequellenschaltung 106 zu. Die Energiequellenschaltung 106, die die Energie von der Wechselspannungs-Energiequelle 100 empfangen hat, bildet diverse Energiequellen und liefert Energie an die Konvertersteuerschaltung 112 und die Ladesteuereinheit 109. Die Schalter SW1 und SW3 sind zu dieser Zeit im AUS-Zustand.
In Schritt S6 wird die Konvertersteuerschaltung 112 betrieben, und der AC/DC-Konverter 105 und der DC/DC-Konverter 104 werden so gesteuert, dass eine Ladeoperation begonnen wird. In Schritt S7 wird basierend auf der durch CPLT-Kommunikation mit der Energiequellen-Versorgungsschaltung 107 und der über CAN-Kommunikation mit der oberen Steuereinheit 115 des Fahrzeugs erhaltenen Fahrzeugzustandsinformation bestimmt, ob sich das Fahrzeug bewegt. Wenn sich das Fahrzeug nicht bewegt, kehrt das Verfahren zu Schritt S2 zurück, und wenn das Fahrzeug sich bewegt, geht das Verfahren über zu Schritt S8.
In Schritt S8 wird ähnlich dem oben beschriebenen Schritt S3 bestimmt, ob Ladebereitschaft besteht. Wenn Ladebereitschaft nicht besteht, kehrt das Verfahren zurück zu Schritt S2, und wenn Ladebereitschaft besteht, geht das Verfahren über zu Schritt S9. In Schritt S9 schaltet die Ladesteuereinheit 109 den Schalter SW3 ein und liefert Energie der Hochspannungsbatterie 101 als Eingangsenergie an die Energiequellenschaltung 106. Die Schalter SW1 und SW2 sind zu dieser Zeit im AUS-Zustand.
In Schritt S10 kommuniziert die Ladesteuereinheit 109 mit der oberen Steuerschaltung 115 über CAN-Kommunikation, erhält die Fahrzeugzustandsinformation und die Ladezustandsinformation von der oberen Steuereinheit 115 und bestimmt, ob der Energieversorgungsbetrieb zum Zuführen von Energie zur Energiequellenschaltung 106 über SW2/SW3 durchgeführt werden kann. Wenn die Energieversorgung verfügbar ist, kehrt das Verfahren zurück zu Schritt S6, wenn die Energieversorgung nicht verfügbar ist, geht das Verfahren über zu Schritt S11. In Schritt S11 werden die Schalter SW2 und SW3 ausgeschaltet, und die Energieversorgung gestoppt.
Gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung können die folgenden Wirkungen erreicht werden.
(1) Die Ladeschaltung 103 umfasst den AC/DC-Konverter 105, der von der externen Wechselspannungs-Energiequelle 100 zugeführte Energie konvertiert und die Niederspannungsbatterie 102 und die Hochspannungsbatterie 101 lädt, die Konvertersteuerschaltung 112, die den AC/DC-Konverter 105 steuert, und die Energiequellenschaltung 106, die Energie von der Wechselspannungs-Energiequelle 100 oder der Hochspannungsbatterie 101 empfängt und Energie an die Konvertersteuerschaltung 112 liefert. Folglich kann die Ladeschaltung 103 auch in einem Zustand aktiviert werden, in dem die Wechselspannungs-Energiequelle 100 nicht eingegeben wird.
Die vorliegende Erfindung kann implementiert werden, indem die oben beschriebene Ausgestaltung folgendermaßen abgewandelt wird.
(1) Es wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die Wechselspannungs-Energiequelle 100 vom fahrzeugexternen Teil aus zugeführt wird. Es kann aber auch Gleichspannungsenergie zugeführt werden. In diesem Fall verwendet der AC/DC-Konverter 105 einen DC/DC-Konverter, und die Komponenten der Energiequellenschaltung 106 wie etwa Transformator, Gleichrichterschaltung und Glättkondensator sind überflüssig.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausgestaltung beschränkt, und andere Erscheinungsformen, die als im Rahmen der technischen Idee der vorliegenden Erfindung liegend angesehen werden, sind im Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen, sofern die Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt sind. Es kann ferner eine Kombination aus der obigen Ausgestaltung und der Abwandlung verwendet werden.
Bezugszeichenliste

100: Wechselspannungs-Energiequelle
101: Hochspannungsbatterie
102: Niederspannungsbatterie
103: Ladeschaltung
104: DC/DC-Konverter
105: AC/DC-Konverter
106: Energiequellenschaltung
109: Ladesteuereinheit
110: Schalter
112: Konvertersteuerschaltung
113: Schaltersteuerschaltung
115: obere Steuereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012055043 A [0003]

Claims

Ladesteuervorrichtung mit: einer Konverterschaltung, die konfiguriert ist, um von einer externen Energiequelle zugeführte Energie zu konvertieren und eine Niederspannungsbatterie und eine Hochspannungsbatterie zu laden, einer Konvertersteuerschaltung, die konfiguriert ist, um die Konverterschaltung zu steuern, und einer Energiequellenschaltung, die konfiguriert ist, um Energie von der Energiequelle oder der Hochspannungsbatterie zu empfangen und die Energie der Konvertersteuerschaltung zuzuführen.
Ladesteuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Energiequelle eine Wechselspannungs-Energiequelle ist, und die Konverterschaltung ein AC/DC-Konverter ist.
Ladesteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der in einem Fall, in dem Energie von der Energiequelle zugeführt wird, die Energiequellenschaltung die zugeführte Energie von der Energiequelle empfängt und Energie an die Konvertersteuerschaltung liefert, und in einem Fall, in dem die Energie nicht von der Energiequelle zugeführt wird, die Energiequellenschaltung die zugeführte Energie von der Hochspannungsbatterie empfängt und Energie an die Konvertersteuerschaltung liefert.
Ladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner aufweist: eine Ladesteuereinheit, die konfiguriert ist, um eine Energieversorgung von der Niederspannungsbatterie zu empfangen und die Energieversorgung durch die Energiequelle zu starten.