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TECHNISCHES GEBIET
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Ausführungsformen
des hier beschriebenen Gegenstands betreffen allgemein Elektro-
und Hybridfahrzeuge, und insbesondere betreffen Ausführungsformen
des Gegenstands Systeme und Schaltungen zum Vorladen eines Hochspannungsbusses.
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HINTERGRUND
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In
den letzten Jahren haben technologische Fortschritte sowie laufend
neu entstehende Geschmacksrichtungen bezüglich des Stils zu wesentlichen
Veränderungen
bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen geführt, insbesondere bei der Entwicklung
von Elektro- und Hybridantriebssystemen für eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit.
Bei den meisten Hybrid- oder Elektrofahrzeugen werden Hochspannungsenergiespeichersysteme
zur Verbesserung des Wirkungsgrads verwendet. Diese Hochspannungsenergiespeichersysteme
können Energie
innerhalb des Antriebsstrangsystems aufnehmen, zum Beispiel, indem
sie regeneratives Bremsen zum Umsetzen kinetischer Energie in elektrische
Energie verwenden und die elektrische Energie speichern. Zudem können die
Hochspannungsenergiespeichersysteme elektrische Energie speichern,
die von einer Leistungsversorgung oder einer Ladevorrichtung geliefert
wird.
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Aufgrund
der Leistungskapazität
der Hochspannungsenergiespeichersysteme und des Wunsches, Energie über lange
Zeitspannen zu erhalten, ist es daher wünschenswert, dass diese Hochspannungsenergiespeichersysteme
hauptsächlich
von anderen Einrichtungen getrennt bleiben und nur nach Bedarf verbunden
werden. Oft werden Schütze
oder ähnliche
Verbindungsmechanismen verwendet, um Fahrzeugeinrichtungen mit den
Hochspannungsenergiespeichersystemen zu verbinden. Wenn das Hochspannungsenergiespeichersystem
jedoch mit einer Einrichtung direkt verbunden wird, die ein elektrisches
Potential aufweist, das sich von dem elektrischen Potential des
Energiespeichersystems unterscheidet, wird ein großer Einschaltstrom
auftreten. Dieser Einschaltstrom kann möglicherweise elektrische Komponenten
beschädigen
oder die geschlossenen Schütze
verschweißen,
sodass die Schütze
in einem permanent geschlossenen Zustand verbleiben.
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Folglich
sind Systeme entstanden, die eine Einschaltstrombegrenzung zum Verbinden
der Hochspannungsenergiespeichersysteme mit Fahrzeugeinrichtungen
verwenden. Die meisten dieser Systeme verwenden einen Vorladewiderstand,
der mit einem zusätzlichen
Vorladeschütz
in Reihe geschaltet ist, das mit der Einrichtung verbunden ist.
Das Vorladeschütz
wird geschlossen, was ermöglicht,
dass ein begrenzter Strom auf der Grundlage des Vorladewiderstands
und der RC-Kennlinien des kombinierten Systems zu der Einrichtung
fließt.
Sobald die an die Einrichtung gelieferte Spannung ein stabiles Niveau erreicht,
wird ein weiteres Schütz
geschlossen und das Vorladeschütz
wird geöffnet,
wodurch der Vorladewiderstand aus der Schaltung entfernt wird. Diese Systeme
enthalten oft zusätzliche
Hardware oder Software, um die an die Einrichtung gelieferte Spannung
zu überwachen.
Darüber
hinaus ist bei diesen Vorladesystemen eine Verzögerung inhärent vorhanden, da die RC-Zeitkonstante
dieser Vorladesysteme die Zeit bestimmt, die benötigt wird, bevor die Einrich tung
verbunden und Hochspannungsenergie an das/von dem Energiespeichersystem übertragen wird.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
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Es
wird eine Vorrichtung für
ein Vorladesystem zur Verwendung in einem Fahrzeug bereitgestellt.
Das Vorladesystem umfasst eine erste Energiequelle mit einem ersten
Anschluss und einem zweiten Anschluss, wobei die erste Energiequelle eine
erste Spannung aufweist, die gleich einer Potentialdifferenz zwischen
dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss ist. Das Vorladesystem
umfasst ferner einen Bus mit einer ersten Schiene und einer zweiten
Schiene, wobei der Bus eine zweite Spannung aufweist, die gleich
einer Potentialdifferenz zwischen der ersten Schiene und der zweiten Schiene
ist. Ein erstes Schütz
ist zwischen den ersten Anschluss und die erste Schiene gekoppelt
und ein zweites Schütz
ist zwischen den zweiten Anschluss und die zweite Schiene gekoppelt.
Ein Controller ist mit der ersten Energiequelle, dem Bus, dem ersten
Schütz
und dem zweiten Schütz
gekoppelt. Der Controller ist so ausgestaltet, dass er das zweite Schütz aktiviert
und danach das erste Schütz
aktiviert, wenn die Größe einer
Differenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung
kleiner als eine Schwellenwerttoleranz ist.
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Es
wird ein Verfahren zum Vorladen eines Busses bereitgestellt, der
mit einer Leistungsversorgung gekoppelt ist, welche zum Regeln der
Spannung des Busses ausgestaltet ist. Der Bus ist mit einem Satz
von Schützen
gekoppelt, wobei der Satz von Schützen mit einer Energiequelle
gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst, dass die Leistungsquelle auf ein
Spannungsniveau befohlen wird, das gleich der Spannung der Energiequelle
ist, und dass danach der Satz von Schützen aktiviert wird, wenn die
Größe einer
Differenz zwischen der Spannung des Busses und der Spannung der
Energiequelle kleiner als eine Schwellenwerttoleranz ist.
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Es
wird eine Vorrichtung für
ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Fahrzeug umfasst einen Hochspannungsbatteriestapel
mit einer ersten Spannung und einen Satz von Schützen, die mit dem Hochspannungsbatteriestapel
gekoppelt sind. Ein Bus ist mit dem Satz von Schützen gekoppelt, wobei der Bus eine
zweite Spannung aufweist. Ein Controller ist mit dem Hochspannungsbatteriestapel,
dem Satz von Schützen
und dem Bus gekoppelt. Der Controller ist so ausgestaltet, dass
er den Satz von Schützen
aktiviert, wenn die Größe einer
Differenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung
kleiner als eine Schwellenwerttoleranz ist.
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Diese
Zusammenfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten
in vereinfachter Form vorzustellen, die nachstehend in der genauen Beschreibung
weiter beschrieben sind. Diese Zusammenfassung ist nicht dazu gedacht,
Schlüsselmerkmale
oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstandes zu kennzeichnen,
noch soll sie als ein Hilfsmittel bei der Ermittlung des Umfangs des
beanspruchten Gegenstands verwendet werden.
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KURZEBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein
besseres Verständnis
des Gegentands kann durch Bezugnahme auf die genaue Beschreibung
und die Ansprüche
in Verbindung mit den folgenden Figuren erreicht werden, wobei gleiche
Bezugszeichen in allen Figuren gleiche oder ähnliche Elemente bezeichnen.
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Vorladesystems zur Verwendung in einem Fahrzeug
mit einer externen Leistungsversorgung gemäß einer Ausführungsform;
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2 ist
ein Blockdiagramm eines Vorladesystems zur Verwendung in einem Fahrzeug
mit einer internen Leistungsversorgung gemäß einer Ausführungsform;
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3 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
einer Vorladeschaltung, die zur Verwendung in dem Vorladesystem
von 1 oder 2 geeignet ist;
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4 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
einer Vorladeschaltung, die zur Verwendung in dem Vorladesystem
von 1 oder 2 geeignet ist;
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5 ist
ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Vorladen eines Busses gemäß einer
Ausführungsform;
und
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6 ist
ein Graph der Spannung eines Hochspannungsbusses über die
Zeit für
einen Vorladeprozess bei einer beispielhaften Ausführungsform.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Die
folgende genaue Beschreibung ist rein veranschaulichender Natur
und soll die Ausführungsformen
des Gegenstands oder die Anwendung und Verwendungen derartiger Ausführungsformen
nicht einschränken.
Bei der Verwendung hierin bedeutet das Wort ”beispielhaft” ”als ein
Beispiel, eine Instanz oder eine Veranschaulichung dienend”. Jede
hier als beispielhaft beschriebene Implementierung muss nicht unbedingt
so aufgefasst werden, dass sie bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen
Implementierungen ist. Darüber
hinaus besteht nicht die Absicht, durch irgendeine explizite oder
implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem vorstehenden technischen
Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden
genauen Beschreibung dargestellt ist.
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Techniken
und Technologien können
hier mit Hilfe von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten
und mit Bezug auf symbolische Darstellungen von Operationen, Verarbeitungsaufgaben
und Funktionen beschrieben sein, die von verschiedenen Rechenkomponenten
oder Einrichtungen ausgeführt werden
können.
Es ist festzustellen, dass die in den Figuren gezeigten verschiedenen
Blockkomponenten durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software-
und/oder Firmwarekomponenten umgesetzt sein können, die ausgestaltet sind,
um die angegebenen Funktionen auszuführen. Eine Ausführungsform eines
Systems oder einer Komponente kann beispielsweise verschiedene integrierte
Schaltungskomponenten, z. B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente,
Logikelemente, Nachschlagetabellen oder dergleichen verwenden, welche eine
Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer
Mikroprozessoren oder anderer Steuerungseinrichtungen ausführen können.
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Die
folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Knoten oder
Merkmale, die miteinander ”verbunden” oder ”gekoppelt” sind.
Bei der Verwendung hierin bedeutet ”verbunden”, sofern es nicht ausdrücklich anderweitig
angegeben ist, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem weiteren
Element/Knoten/Merkmal direkt verbunden ist (oder direkt damit kommuniziert),
und zwar nicht unbedingt mechanisch. Gleichermaßen bedeutet ”gekoppelt”, sofern
es nicht ausdrücklich
anderweitig ange geben ist, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem
weiteren Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt verbunden ist
(oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht unbedingt
mechanisch. Obwohl die Figuren eine beispielhafte Anordnung von Elementen
darstellen können,
können
daher bei einer Ausführungsform
des dargestellten Gegenstands zusätzliche dazwischen kommende
Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten vorhanden sein.
Zudem können
einige Ausdrücke
in der folgenden Beschreibung auch nur zum Zweck der Bezugnahme
verwendet sein, und sollen daher nicht einschränken. Die Ausdrücke ”erster”, ”zweiter” und weitere
derartige numerische Ausdrücke,
welche Strukturen bezeichnen, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge,
sofern dies nicht durch den Kontext klar angezeigt ist.
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Der
Kürze halber
kann es sein, dass herkömmliche
Techniken mit Bezug auf einen analogen Schaltungsentwurf, Signalisierung,
Erfassung, Schaltersteuerung und andere funktionale Aspekte der
Systeme (und der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) hier
nicht im Detail beschrieben sind. Darüber hinaus sind die Verbindungslinien,
die in den verschiedenen hier enthaltenen Figuren gezeigt sind,
zur Darstellung beispielhafter funktionaler Beziehungen und/oder
physikalischer Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen gedacht.
Es wird angemerkt, dass bei einer Ausführungsform des Gegenstandes
viele alternative oder zusätzliche funktionale
Beziehungen oder physikalische Verbindungen vorhanden sein können.
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Hier
erörterte
Technologien und Konzepte betreffen allgemein Systeme und Verfahren
zum Vorladen eines Busses, um eine Hochspannungsenergiequelle mit
einer weiteren elektrischen Komponente, etwa einer spannungsgeregelten
Leistungsversorgung oder einem anderen Fahrzeugmodul, zu koppeln.
Wenn die Hochspannungsenergiequelle mit der Kompo nente gekoppelt
wird, kann ein gewünschter
Leistungsfluss zwischen der Energiequelle und der Komponente oder
unter diesen erreicht werden.
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Nun
auf 1 Bezug nehmend umfasst ein Vorladesystem 100 für ein Fahrzeug 102 bei
einer beispielhaften Ausführungsform
eine Energiequelle 104, einen Satz von Schützen 106 und
einen Bus 108, welcher hier als ein Spannungsbus, ein Leistungsbus
oder ein elektrischer Bus bezeichnet sein kann. Das Vorladesystem 100 kann
mit einer Leistungsversorgung 110 gekoppelt sein. Bei einer
beispielhaften Ausführungsform
ist die Energiequelle 104 mit dem Satz von Schützen 106 gekoppelt,
welche wiederum mit dem Bus 108 verbunden sind. Der Bus 108 kann
ferner mit der Leistungsversorgung 110 gekoppelt sein,
welche sich außerhalb
des Fahrzeugs 102 befinden kann (d. h. fahrzeugfremd),
wie in 1 gezeigt ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform
ist das Vorladesystem 100 so ausgestaltet, dass es den
Bus 108 vorlädt,
bevor es die Schütze 106 aktiviert,
um einen Fluss elektrischer Leistung zwischen der Leistungsversorgung 110 und
der Energiequelle 104 zu erreichen.
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Wieder
auf 1 Bezug nehmend ist das Fahrzeug 102 bei
einer beispielhaften Ausführungsform
ein Kraftfahrzeug. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Fahrzeug 102 ein
Steckdosenhybrid oder ein komplettes Elektrofahrzeug. Bei alternativen
Ausführungsformen
kann das Fahrzeug 102 ein beliebiger einer Anzahl verschiedener
Typen von Kraftfahrzeugen sein, wie beispielsweise eine Limousine,
ein Kombi, ein Lastwagen oder ein Sportnutzfahrzeug (SUV), und kann
ein Zweiradantrieb (2WD) (d. h. Heckantrieb oder Frontantrieb),
ein Vierradantrieb (4WD) oder ein Allradantrieb (AWD) sein. Das Fahrzeug 102 kann
auch einen beliebigen oder eine Kombination einer Anzahl verschiedener
Typen von Maschinen, wie beispielsweise eine benzin- oder dieselgespeiste
Brennkraftmaschine, die Maschine eines ”Fahrzeugs mit flexiblem Kraftstoff
(FFV) (d. h., die eine Mischung auf Benzin und Alkohol verwendet),
eine mit einem gasförmigen
Gemisch (z. B. Wasserstoff und Erdgas) gespeiste Maschine, eine hybride
Brennkraft/Elektromotormaschine und einen Elektromotor beinhalten.
Bei alternativen Ausführungsformen
kann das Fahrzeug 102 ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCV)
sein, das keine Maschine umfassen muss.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform
ist die Energiequelle 104 eine Hochspannungsenergiequelle,
die zum Speichern elektrischer Energie und zum Liefern einer Gleichspannung
(DC-Spannung) in der Lage ist. Es versteht sich, dass der Begriff ”Hochspannung”, so wie
er hier verwendet wird, allgemein Spannungsniveaus oder Spannungsklassifizierungen
von mehr als 60 Volt DC (oder 30 Volt AC) bezeichnet. Bei einer
beispielhaften Ausführungsform weist
die Energiequelle 104 einen Nennspannungsbereich von 300
bis 550 Volt auf. Gemäß einer
Ausführungsform
ist die Energiequelle 104 ein wiederaufladbarer Hochspannungsbatteriestapel,
der zum Speichern regenerativer Energie in der Lage ist. Bei anderen
Ausführungsformen
kann die Energiequelle 104 eine Batterie, eine Brennstoffzelle,
einen Ultrakondensator oder eine andere geeignete Energiequelle
umfassen.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform umfasst
der Satz von Schützen 106 mehrere
Schütze,
die wie elektrisch gesteuerte Schalter funktionieren, wie in der
Technik bekannt ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform
besteht der Satz von Schützen 106 aus
Hochspannungsschützen,
welche aktiviert werden können,
um einen Leistungsfluss zwischen dem Bus 108 und der Energiequelle 104 zu
erreichen, und um zusätzliche
Funktionen und Aufgaben auszuführen,
die nachstehend genauer beschrieben sind.
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Wieder
auf 1 Bezug nehmend ist die Leistungsversorgung 110 bei
einer beispielhaften Ausführungsform
eine spannungsgeregelte Leistungs versorgung, die zum Liefern einer
Spannung in der Lage ist, welche zumindest gleich der Spannung der
Energiequelle ist. Die Leistungsversorgung 110 kann in
Ansprechen auf entweder einen Spannungsbefehl oder einen Strombefehl
Spannung an den Bus 108 liefern, wie in der Technik verstanden
wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Leistungsversorgung 110 in
der Lage, über
eine integrierte Logik oder ein externes Steuerungsmodul gesteuert
zu werden, um eine im Wesentlichen feste Spannung mit minimaler
Abweichung von dem befohlenen Spannungsniveau (oder Einstellpunkt)
zu liefern und/oder bereitzustellen. Gemäß einer Ausführungsform
kann sich die Leistungsversorgung 110 wie gezeigt außerhalb
des Fahrzeugs 102 befinden. Gemäß einer Ausführungsform
kann die Leistungsversorgung 110 eine Steckdosenladevorrichtung
umfassen, die zum Umsetzen einer AC-Eingangsspannung in eine DC-Ausgangsspannung
ausgestaltet ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die Leistungsversorgung 110 eine
Fahrzeugladestation, eine Fahrzeugladevorrichtung, eine Batterieladevorrichtung, einen
mit einer zweiten Energiequelle gekoppelten DC/DC-Wandler oder andere
vergleichbare Mittel zum Liefern von Leistung umfassen. Bei verschiedenen
alternativen Ausführungsformen
kann die Leistungsversorgung 110 entweder mit AC- oder mit DC-Eingangsspannungen
gekoppelt sein, welche größer oder
kleiner als das befohlene Spannungsniveau sein können.
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Nun
mit Bezug auf 2 ist eine alternative Anordnung
gezeigt. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform kann ein Vorladesystem 200 für ein Fahrzeug 202 ferner
eine Leistungsversorgung 210 anstelle von (oder zusätzlich zu)
einer externen Leistungsversorgung umfassen. Die übrigen Elemente des
Vorladesystems 200 ähneln
ihren entsprechenden Elementen, die in dem Vorladesystem 100,
das vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben
ist, anzutreffen sind. Diese gemeinsamen Elemente werden in dem
Kontext des Vorladesystems 200 hier nicht redundant im
Detail beschrieben.
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Die
Leistungsversorgung 210 kann sich innerhalb des Fahrzeugs 202 befinden
(d. h. fahrzeugeigen sein) und wie gezeigt mit dem Bus 108 gekoppelt
sein. Gemäß einer
Ausführungsform
kann das Fahrzeug 202 vom gleichen Typ wie das Fahrzeug 102 von 1 wie
oben erörtert
sein. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Leistungsversorgung 210 eine
spannungsgeregelte Leistungsversorgung, die zum Bereitstellen einer
Spannung in der Lage ist, die zumindest gleich der Spannung der
Energiequelle ist, und kann eine Fahrzeugladevorrichtung, eine Batterieladevorrichtung,
einen mit einer zweiten Energiequelle gekoppelten DC/DC-Wandler oder andere
vergleichbare Mittel zum Liefern von Leistung umfassen.
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Mit
Bezug nun auf 3 kann eine Vorladeschaltung 300 zur
Verwendung in einem Vorladesystem 100, 200 eine
Energiequelle 304, einen Satz von Schützen 306, einen Bus 308,
einen Controller 302 und eine Leistungsversorgung 310 umfassen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform
weist die Energiequelle 304 einen positiven Anschluss 312 und
einen negativen Anschluss 314 auf. Der Bus 308 umfasst
eine positive Schiene 316 und eine negative Schiene 318,
und der Satz von Schützen 306 umfasst
ein erstes Schütz 320 und
ein zweites Schütz 322.
Die Vorladeschaltung 300 kann zusätzliche Sensoren oder weitere
Module (nicht gezeigt) zum Messen von Spannungsniveaus in der gesamten Vorladeschaltung 300 umfassen.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform
ist der positive Anschluss 312 mit einer Seite des ersten Schützes 320 gekoppelt
und die andere Seite des ersten Schützes 320 ist mit der
positiven Schiene 316 gekoppelt. Der negative Anschluss 314 ist
mit einer Seite des zweiten Schützes 322 gekoppelt
und die andere Seite des zweiten Schützes 322 ist mit der negativen
Schiene 318 gekoppelt. Die Leistungsversorgung 310 ist
zwischen die positive Schiene 316 und die negative Schiene 318 gekoppelt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform
ist der Controller 302 mit der Energiequelle 304,
dem Satz von Schützen 306,
dem Bus 308 und der Leistungsversorgung 310 gekoppelt.
Der Controller 302 kann so ausgestaltet sein, dass er die
Spannungsniveaus über
die gesamte Vorladeschaltung 300 (zum Beispiel bei der Energiequelle 304 oder
dem Bus 308) misst oder erfasst, und er kann so ausgestaltet
sein, dass er zusätzliche
Aufgaben und Funktionen ausführt,
wie nachstehend genauer erörtert
ist.
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Wieder
mit Bezug auf 3 können die Energiequelle 304,
der Satz von Schützen 306,
der Bus 308 und die Leistungsversorgung 310 gemäß einer oder
mehrerer Ausführungsformen
identisch zu denen sein, die vorstehend mit Blick auf 1 und 2 erörtert wurden.
Diesbezüglich
kann die Leistungsversorgung 310 eine fahrzeugeigene Komponente
oder eine Komponente sein, die sich außerhalb des Hostfahrzeugs befindet.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform
weist die Energiequelle 304 eine Spannung (V1)
auf, die gleich der Potentialdifferenz zwischen dem positiven Anschluss 312 und
dem negativen Anschluss 314 ist. Der Bus 308 weist
eine Spannung (V2) auf, die gleich der Potentialdifferenz zwischen
der positiven Schiene 316 und der negativen Schiene 318 ist.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform
kann die Vorladeschaltung 300 so ausgestaltet sein, dass
der Satz von Schützen 306 aktiviert wird
(d. h. das erste Schütz 320 und
das zweite Schütz 322 werden
geschlossen), wenn die Spannung der Energiequelle 304 und
die Spannung des Busses 308 zueinander innerhalb einer
Schwellenwerttoleranz (VTH) liegen (d. h.
|V1 – V2| ≤ VTH), wie nachstehend genauer beschrieben
ist.
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Mit
Bezug nun auf 4 kann eine Vorladeschaltung 400 bei
einer beispielhaften Ausführungsform
ferner eine elektrische Last 402 umfassen. In Abhängigkeit
von der Ausführungsform
kann die Vorladeschaltung 400 auch einen Schalter 404 oder
ein Schütz
umfassen, der bzw. das mit dem Controller 302 gekoppelt
sein kann und verwendet werden kann, um die elektrische Last 402 selektiv
zu koppeln, wie nachstehend genauer beschrieben ist. Abgesehen von
der Aufnahme der elektrischen Last 402 und des Schalters 404 ähnelt die
Vorladeschaltung 400 der Vorladeschaltung 300 von 3.
Folglich werden gemeinsame Merkmale und Elemente hier nicht redundant
beschrieben.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform
ist die elektrische Last 402 zwischen den Bus 308 und die
Leistungsversorgung 310 derart gekoppelt, dass die elektrische
Last 402 zu der Leistungsversorgung 310 parallel
ist. Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst die elektrische Last 402 eine Steuerungsschaltung
zum Zweck der Stabilisierung der Busspannung und/oder des Busstroms,
wie nachstehend genauer erörtert
ist. Bei anderen Ausführungsformen
ist die elektrische Last 402 ein Fahrzeugleistungsmodul
(etwa ein Inverter oder Wechselrichter), ein Elektromotor oder ein
anderes Fahrzeugmodul, das zum Arbeiten bei dem Spannungsniveau
der Energiequelle (d. h. V1) in der Lage
ist. Gemäß einer
Ausführungsform ist
der Controller 302 mit der elektrischen Last 402 gekoppelt
und kann so ausgestaltet sein, dass er zusätzliche Funktionen ausführt, wie
nachstehend genauer beschrieben ist.
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Mit
Bezug nun auf 5 kann ein Vorladesystem 100, 200 bei
einer beispielhaften Ausführungsform
so ausgestaltet sein, dass es einen Vorladeprozess 500 und
zusätzliche
Aufgaben, Funktionen und Operationen, die nachstehend beschrieben sind,
ausführt.
Die verschiedenen Aufgaben können durch
eine Software, eine Hardware, eine Firmware oder eine be liebige
Kombination daraus ausgeführt werden.
Zu Veranschaulichungszwecken kann sich die folgende Beschreibung
auf Elemente beziehen, die vorstehend in Verbindung mit 1–4 erwähnt wurden.
In der Praxis können
die Aufgaben, Funktionen und Operationen von verschiedenen Elementen
des beschriebenen Systems ausgeführt
werden, etwa dem Controller 302. Es ist festzustellen, dass
eine beliebige Anzahl zusätzlicher
oder alternativer Aufgaben umfasst sein kann, und in einer umfassenderen
Prozedur oder einen umfassenderen Prozess mit zusätzlicher
Funktionalität,
die hier nicht im Detail beschrieben ist, enthalten sein kann.
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Wieder
mit Bezug auf 5 und weiterhin mit Bezug auf 3 und 4 kann
der Vorladeprozess 500 in Ansprechen auf ein Signal oder
einen Befehl von einem Fahrzeugsteuerungsmodul (d. h. einer elektronischen
Steuerungseinheit oder ECU) eingeleitet werden. Alternativ kann
der Vorladeprozess 500 nach der Detektion, dass eine Leistungsversorgung
mit dem Bus gekoppelt ist, beginnen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform
ist der Vorladeprozess 500 so ausgestaltet, dass er die
Spannung der Energiequelle (V1) beschafft
(Aufgabe 502). Das Vorladesystem kann Sensoren oder andere
Module umfassen, um die Spannung der Energiequelle zu beschaffen
(z. B. V1 erfassen oder messen). Zum Beispiel
kann der Controller 302 so ausgestaltet sein, dass er die
Spannung an der Energiequelle 304 misst oder erfasst. Bei
einer alternativen Ausführungsform kann
ein anderes Fahrzeugmodul (d. h. eine ECU) die Energiequellenspannungsinformation
liefern.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform aktiviert
der Vorladeprozess 500 das zwischen den negativen Anschluss
und die negative Schiene gekoppelte Schütz (z. B. das zweite Schütz 322)
(Aufgabe 504). Wie in 3 und 4 gezeigt
ist, richtet ein Aktivieren des zweiten Schützes 322 die Energiequelle 304,
den Bus 308 und die Leistungsversorgung 310 auf
eine ge meinsame negative oder Massenreferenzspannung aus, wie in
der Technik verstanden wird. Bei alternativen Ausführungsformen kann
das Ausrichten der Schaltung jedoch vermieden werden und die Schütze können wie
nachstehend erörtert
aktiviert werden.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform weist
der Vorladeprozess 500 die Leistungsversorgung an, eine
Spannung bereitzustellen, die gleich der Spannung der Energiequelle
(V1) ist (Aufgabe 506). Zum Beispiel
kann der Vorladeprozess 500 in Abhängigkeit von der Ausführungsform
einen wirksamen Spannungsbefehl oder einen wirksamen Strombefehl
an die Leistungsversorgung liefern. Gemäß einer Ausführungsform
kann die Leistungsversorgung angewiesen werden, die Spannung und/oder
den Strom, die bzw. der an den Bus geliefert wird, langsam zu erhöhen. Dies
minimiert das Risiko, über
die Spannung der Energiequelle hinauszuschießen, und ermöglicht eine
feiner abgestimmte Steuerung der Spannung des Busses. Bei einer
alternativen Ausführungsform
kann die Leistungsversorgung angewiesen werden, eine Spannung und/oder
einen Strom an den Bus schnell bereitzustellen. Während dies
einen schnellen Spannungsanstieg erreichen kann und die Zeit zum
Vorladen des Busses verringern kann, erhöht dies Überschwingrisiken und ermöglicht weniger
Steuerung der Spannung des Busses. Zum Beispiel kann, wie in 4 gezeigt
ist, gemäß einer
oder mehrerer Ausführungsformen
eine elektrische Last 402, etwa eine Steuerungsschaltung oder
ein anderes Fahrzeugmodul, verwendet werden, um die Spannung und/oder
den Strom, die bzw. der von der Leistungsversorgung geliefert wird,
zu stabilisieren und/oder eine feinere Steuerung derselben bzw.
desselben zu erreichen.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform kann
der Vorladeprozess 500 so ausgestaltet sein, dass er die
Spannung des Busses (V2) überwacht und
ermittelt, ob die Spannung des Busses innerhalb einer Schwellenwerttole ranz
(VTH) oder eines Fensters der Spannung der
Energiequelle liegt (d. h. |V1 – V2| ≤ VTH) (Aufgabe 508). Die Schwellenwerttoleranz ist
so gewählt,
dass eine mögliche
Beschädigung elektrischer
Komponenten verhindert wird, die dadurch verursacht werden kann,
dass die Leistungsversorgung über
die Spannung der Energiequelle hinausschießt. Bei einer beispielhaften
Ausführungsform
ist die Schwellenwerttoleranz so gewählt, dass sie etwa 5% beträgt (d. h.
VTH = 5% × V1).
Die Schwellenwerttoleranz kann jedoch so eingestellt werden, dass
sie den Betriebskennlinien eines speziellen Vorladesystems oder
einer speziellen Komponente Rechnung trägt, wie in der Technik bekannt
ist.
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Mit
Bezug nun auf 6 kann der Vorladeprozess 500 bei
einer beispielhaften Ausführungsform
so ausgestaltet sein, dass er eine Zeitspanne (tTH)
lang wartet, um sicherzustellen, dass die Spannung des Busses (V2) nach der Zeitspanne stabil ist und innerhalb
der Schwellenwerttoleranz liegt. Es ist jedoch festzustellen, dass
der Vorladeprozess 500 implementiert werden kann, ohne
eine Zeitspanne lang zu warten.
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Wieder
mit Bezug auf 5 kann der Vorladeprozess 500 bei
einer beispielhaften Ausführungsform,
wenn die Spannung des Busses nicht innerhalb der Schwellenwerttoleranz
der Spannung der Energiequelle liegt, den an die Leistungsversorgung
gelieferten Spannungsbefehl nachstellen (Aufgabe 510). Wenn
die Spannung des Busses beispielsweise kleiner als die Spannung
der Energiequelle ist, kann der Vorladeprozess 500 den
an die Leistungsversorgung gelieferten Spannungs- und/oder Strombefehl
erhöhen.
Alternativ kann der Vorladeprozess 500 so ausgestaltet
sein, dass er die Leistungsversorgung anweist, ein verringertes
Spannungsniveau zu erzeugen, wenn die Spannung des Busses die Spannung der
Energiequelle um mehr als die Schwellenwerttoleranz überschreitet.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform kann
der Vorladeprozess 500 so ausgestaltet sein, dass er das
zwischen den positiven Anschluss und die positive Schiene gekoppelte
Schütz
(z. B. das erste Schütz 320)
aktiviert, wenn die Spannung des Busses innerhalb der Schwellenwerttoleranz
der Spannung der Energiequelle liegt (Aufgabe 512). Gemäß einer
Ausführungsform
kann der Vorladeprozess 500, wenn die Schaltung nicht wie
vorstehend erörtert
(Aufgabe 504) ausgerichtet ist, alternativ so ausgestaltet
sein, dass er den Satz von Schützen
gemeinsam aktiviert, wenn die Spannung des Busses innerhalb der
Schwellenwerttoleranz der Spannung der Energiequelle liegt.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform kann
der Vorladeprozess 500 einen gewünschten Betriebsmodus auf der
Grundlage dessen bestimmen, ob die Energiequelle aufgeladen werden
muss oder nicht (Aufgabe 514). Der Betriebsmodus kann von
einem anderen Fahrzeugsteuerungsmodul (d. h. einer ECU) angezeigt
oder bereitgestellt werden, oder er kann von dem Controller bestimmt
werden, beispielsweise auf der Grundlage des Ladezustands der Energiequelle
oder anderer Umgebungsfaktoren. Gemäß einer Ausführungsform
wird die elektrische Last (falls vorhanden) von der Vorladeschaltung
entkoppelt, wenn die Energiequelle aufgeladen werden muss (z. B.,
wenn der Controller einen niedrigen Ladezustand an der Energiequelle
misst), um die Energiequelle von der Leistungsversorgung aufzuladen (Aufgabe 516).
Wenn eine Steuerungsschaltung verwendet wird, um die Steuerung der
Spannung und/oder des Stroms von der Leistungsversorgung zu unterstützen, während der
Bus vorgeladen wird, kann der Controller die Steuerungsschaltung
von dem Bus und/oder der Leistungsversorgung entkoppeln. Dies kann
zum Beispiel, wie in 4 gezeigt ist, durch Deaktivieren
(z. B. Ausschalten) des Schalters 404 erreicht werden.
Wenn alternativ die Energiequelle nicht als zu laden erkannt wird,
kann der Vorladeprozess 500 die Leistungsversorgung von der
Vorlade schaltung entkoppeln (z. B. durch ein Entkoppeln unter Verwendung
von Schaltern oder durch ein Abschalten der Leistungsversorgung)
und ermöglichen,
dass die Energiequelle Energie an eine elektrische Last liefert
(Aufgabe 518).
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Ein
Vorteil des Systems und/oder des Verfahrens, die vorstehend beschrieben
sind, besteht darin, dass das Vorladesystem 100, 200 keinen
Vorladewiderstand oder zusätzliche
Vorladeschütze
zum Zweck der Begrenzung eines Einschaltstroms benötigt. Außerdem wird
die Vorladezeit nicht durch die RC-Kennlinien des Systems begrenzt
und die hier erörterten
Systeme und Verfahren können
auf ein verbessertes Verhalten und eine kürzere Vorladezeit hin angepasst
werden. Andere Ausführungsformen
können
die vorstehend beschriebenen Systeme und Verfahren bei anderen Typen
von Kraftfahrzeugen, anderen Fahrzeugen (z. B. Wasserfahrzeugen
und Flugzeugen), oder insgesamt bei verschiedenen elektrischen Systemen
verwenden, da sie bei jeder Situation implementiert werden können, in
der ein Bus oder eine andere elektrische Komponente auf zuverlässige Weise
mit einer Energiequelle gekoppelt werden muss.
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Obwohl
mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorstehenden
genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist festzustellen, dass eine
große
Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass
die beispielhafte Ausführungsform
oder die beispielhaften Ausführungsformen,
die hier beschrieben sind, nicht dazu gedacht sind, den Umfang,
die Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung des beanspruchten Gegenstands
auf irgendeine Weise zu begrenzen. Stattdessen wird die vorstehende
genaue Beschreibung Fachleuten eine brauchbare Anleitung zum Implementieren
der beschriebenen Ausführungsformen
oder Ausführungsformen
bereitstellen. Es versteht sich, dass in der Funktion und Anordnung
von Elementen verschiedene Änderungen
durchgeführt
werden können,
ohne den Umfang zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert
ist, welcher bekannte Äquivalente
und vorhersehbare Äquivalente
zum Zeitpunkt des Einreichens dieser Patentanmeldung umfasst.