DE102011082736A1 - Control device for charging system of e.g. plug-in hybrid vehicle, accumulates voltage pulses of pilot signal to activation voltage and generates activation signal from power supply voltage by comparing activation voltage and threshold - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für ein On-Board-Fahrzeugladesystem elektrisch betriebener Fahrzeuge und ein Verfahren zum Aktivieren eines On-Board-Fahrzeugladesystems, insbesondere zum Starten eines Ladevorgangs des elektrischen Energiespeichers an Bord eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs.The invention relates to a control device for an on-board vehicle charging system of electrically operated vehicles and to a method for activating an on-board vehicle charging system, in particular for starting a charging process of the electrical energy storage on board an electrically operated vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV) und Plug-In-Hybridfahrzeuge (PHEV) werden ganz oder teilweise durch elektrische Energiespeichereinrichtungen, wie beispielsweise Traktionsbatterien betrieben, welche mithilfe einer externen Stromversorgung aufgeladen werden müssen. Dazu sind Ladegeräte notwendig, welche die externe Stromversorgung mit der Energiespeichereinrichtungen koppeln und die nötige Spannungswandlung von einer Wechselspannung aus dem Stromnetz in eine Gleichspannung des Hochvoltnetzes des Fahrzeugs vornehmen können.Battery-powered electric vehicles (BEVs) and plug-in hybrid vehicles (PHEVs) are operated in whole or in part by electrical energy storage devices, such as traction batteries, which must be charged using an external power supply. For this purpose, chargers are necessary, which couple the external power supply with the energy storage devices and can make the necessary voltage conversion of an AC voltage from the mains to a DC voltage of the vehicle's high voltage network.
On-Board-Ladegeräte, das heißt, Ladegeräte, die in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug verbaut sind und mit diesem mitgeführt werden, haben zudem die Aufgabe, die Schnittstellen zur fahrzeugseitigen Ladesteckdose und verschiedenen Steuersystemen im Fahrzeug zu bedienen. Außerdem können sie optional zum Laden einer Niedervoltbatterie einer Bordnetzspannungsversorgung im Fahrzeug dienen und die Steuerung einer externen Gleichstromtankstelle zum schnellen Laden, dem sogenannten Level-3-Laden (nach
Für Ladegeräte und deren Schnittstellen sind die Normen
Die Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt eine Steuervorrichtung zum Ansteuern eines Fahrzeugladesystems, mit einem Pilotsignalanschluss, welcher dazu ausgelegt ist, ein pulsbreitenmoduliertes Pilotsignal von einer Stromnetzkopplungseinrichtung zu empfangen, einem Bordnetzanschluss, welcher an eine Bordnetzspannungsversorgung des Fahrzeugladesystems gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, eine Bordnetzversorgungsspannung zu empfangen, einem Steuergerät, welches mit dem Pilotsignalanschluss gekoppelt ist, und welches dazu ausgelegt ist, die Pulsbreiten des Pilotsignals zu ermitteln und in Abhängigkeit von den ermittelten Pulsbreiten und von einem Aktivierungssignal das Fahrzeugladesystem anzusteuern, und einem Spitzenwertgleichrichter, welcher mit dem Pilotsignalanschluss, dem Bordnetzanschluss und dem Steuergerät gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, Spannungspulse des Pilotsignals zu einer Aktivierungsspannung zu akkumulieren, die Aktivierungsspannung mit einem Aktivierungsspannungsschwellwert zu vergleichen, und in Abhängigkeit des Vergleichs das Aktivierungssignal für das Steuergerät aus der Bordnetzversorgungsspannung zu erzeugen.The present invention provides, in one aspect, a control apparatus for driving a vehicle charging system having a pilot signal terminal configured to receive a pulse width modulated pilot signal from a power grid coupling device, an onboard power supply coupled to an onboard power voltage supply of the vehicle charging system, and configured to: receive a vehicle electrical system supply voltage, a control unit which is coupled to the pilot signal terminal and which is adapted to determine the pulse widths of the pilot signal and to control the vehicle charging system in response to the determined pulse widths and an activation signal, and a peak rectifier, which with the pilot signal terminal , the vehicle electrical system connection and the control unit is coupled, and which is adapted to accumulate voltage pulses of the pilot signal to an activation voltage, the activation voltage m it to compare an activation voltage threshold, and depending on the comparison to generate the activation signal for the control unit from the vehicle electrical system supply voltage.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeugladesystem, mit einer Vielzahl von Stromnetzanschlüssen, welche dazu ausgelegt sind, mit einer Stromnetzkopplungseinrichtung zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung aus einem Stromnetz verbunden zu werden, einem Spannungswandler, welche mit den Stromnetzanschlüssen gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, eine Spannung, welche aus einem Stromnetz an den Stromnetzanschlüssen bereitgestellt wird, zum Laden mindestens einer Energiespeichereinrichtung zu wandeln, einer Rückkoppelschalteinrichtung, welche mit einem Pilotsignalanschluss der Stromnetzkopplungseinrichtung gekoppelt ist, und deren Betätigung der Stromnetzkopplungseinrichtung signalisiert, dass das Fahrzeugladesystem bereit zur Energieaufnahme ist, und einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, den Spannungswandler und die Rückkoppelschalteinrichtung anzusteuern.In another aspect, the present invention provides a vehicle charging system having a plurality of power mains terminals adapted to be connected to a power grid coupling means for providing electrical power from a power grid, a voltage converter coupled to the power grid terminals, and whichever is configured to convert a voltage, which is provided from a power grid at the power supply terminals, for charging at least one energy storage device, a feedback switching device, which is coupled to a pilot signal terminal of the power supply coupling device, and the actuation thereof Power supply coupling device signals that the vehicle charging system is ready for energy absorption, and a control device according to the invention, which is designed to control the voltage converter and the feedback switching device.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Aktivieren eines Fahrzeugladesystems, mit den Schritten des Empfangens eines pulsbreitenmodulierten Pilotsignals von einer Stromnetzkopplungseinrichtung, des Akkumulierens von Spannungspulsen des Pilotsignals zu einer Aktivierungsspannung, des Vergleichens der Aktivierungsspannung mit einem Aktivierungsspannungsschwellwert, des Erzeugens eines Aktivierungssignals für ein Steuergerät aus einer Bordnetzversorgungsspannung des Fahrzeugladesystems in Abhängigkeit von dem Vergleich, und des Ansteuerns des Fahrzeugladesystems durch das Steuergerät in Abhängigkeit von dem Aktivierungssignal.In another aspect, the present invention provides a method of activating a vehicle charging system, comprising the steps of receiving a pulse width modulated pilot signal from a power grid coupling device, accumulating voltage pulses of the pilot signal to an activation voltage, comparing the activation voltage with an activation voltage threshold, generating an activation signal for a control device from an onboard power supply voltage of the vehicle charging system as a function of the comparison, and the driving of the vehicle charging system by the control unit in response to the activation signal.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, ein Pilotsignal, welches von einer Stromnetzkopplungseinrichtung beispielsweise nach einem Ankoppeln des Fahrzeugladesystems an ein Stromnetz erzeugt wird, sicher und rasch zu erkennen, und ein stabiles Wecksignal für die Ansteuerung des Fahrzeugladesystems unter Zuhilfenahme der Bordnetzspannungsversorgung zu generieren. Dabei wird das Pilotsignal nicht belastet, so dass dessen Auswertung durch das Steuergerät problemlos möglich bleibt. Mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung können Spannungspulse des pulsweitenmodulierten Pilotsignals dazu genutzt werden, schrittweise Ladung zu akkumulieren, die nach einem oder mehreren Akkumulationsschritten zur Bereitstellung einer Spannung dienen kann, um ein kontinuierliches und stabiles Wecksignal für das Fahrzeugladesystem zu erzeugen.One idea of the present invention is to reliably and quickly recognize a pilot signal, which is generated by a power supply coupling device, for example after coupling the vehicle charging system to a power grid, and to generate a stable wake-up signal for driving the vehicle charging system with the aid of the on-board power supply. In this case, the pilot signal is not loaded, so that its evaluation by the control unit remains possible. With the control device according to the invention, voltage pulses of the pulse width modulated pilot signal can be used to accumulate step by step charge, which after one or more accumulation steps can serve to provide a voltage to produce a continuous and stable wake-up signal for the vehicle charging system.
Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass unabhängig vom Erzeugungszeitpunkt des Pilotsignals in der Stromnetzkopplungseinrichtung die Steuervorrichtung und insbesondere das Steuergerät des Fahrzeugladesystems zeitnah und zuverlässig aktiviert werden können.An advantage of the invention is that regardless of the generation time of the pilot signal in the power grid coupling device, the control device and in particular the control unit of the vehicle charging system can be activated promptly and reliably.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Spitzenwertgleichrichter eine erste Schalteinrichtung, welche im Takt der Spannungspulse des Pilotsignals schaltbar ist, und einen Kondensator aufweisen, welcher über die erste Schalteinrichtung mit dem Bordnetzanschluss gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, mit der Bordnetzversorgungsspannung im Takt der Spannungspulse des Pilotsignals schaltbar verbunden zu werden. Dies ermöglicht die Entkopplung des Pilotsignals von der Wecksignalerzeugung, so dass das Pilotsignal nicht verzerrt oder gestört wird.According to one embodiment, the peak value rectifier may have a first switching device, which is switchable in time with the voltage pulses of the pilot signal, and a capacitor, which is coupled to the vehicle electrical system connection via the first switching device and which is designed to be connected to the on-board supply voltage in time with the voltage pulses of Pilot signal to be connected switchable. This allows the decoupling of the pilot signal from the wake-up signal generation, so that the pilot signal is not distorted or disturbed.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Spitzenwertgleichrichter weiterhin eine zweite Schalteinrichtung aufweisen, welche den Bordnetzanschluss schaltbar mit dem Steuergerät koppelt, und welche dazu ausgelegt ist, das Aktivierungssignal in Abhängigkeit von der auf dem Kondensator anliegenden Spannung zu erzeugen. Dadurch kann die Bordnetzspannungsversorgung in vorteilhafter Weise genutzt werden, um die nötige Energie für das Aktivierungs- bzw. Wecksignal bereitzustellen. Das Pilotsignal wird damit nicht unnötig belastet.According to a further embodiment, the peak value rectifier may further comprise a second switching device which switchably couples the vehicle electrical system connection with the control unit, and which is designed to generate the activation signal in dependence on the voltage applied to the capacitor. As a result, the vehicle power supply voltage can be used advantageously to provide the necessary energy for the activation or wake-up signal. The pilot signal is thus not unnecessarily burdened.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Steuergerät dazu ausgelegt sein, nach Empfang des Aktivierungssignals ein Betätigungssignal für eine Rückkoppelschalteinrichtung des Fahrzeugladesystems zu erzeugen, deren Betätigung der Stromnetzkopplungseinrichtung signalisiert, dass das Fahrzeugladesystem bereit zur Energieaufnahme ist. Durch die zeitnahe Erzeugung des Aktivierungssignals stellt dies eine ebenso zeitnahe Rückmeldung an die Stromnetzkopplungseinrichtung sicher, so dass eine rasche Freigabe der Stromnetzleitungen für das Fahrzeugladesystem ermöglicht werden kann.According to a further embodiment, the control unit may be configured to generate, upon receipt of the activation signal, an actuation signal for a feedback switching device of the vehicle charging system, the actuation of which signals to the power supply coupling device that the vehicle charging system is ready for energy absorption. Due to the timely generation of the activation signal, this also ensures timely feedback to the power grid coupling device, so that a rapid release of the power lines for the vehicle charging system can be made possible.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Steuervorrichtung weiterhin eine Hilfsaktivierungseinrichtung umfassen, welche mit dem Pilotsignalanschluss, dem Bordnetzanschluss und dem Steuergerät gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, die Bordnetzversorgungsspannung mit einem Bordnetzversorgungsspannungsschwellwert zu vergleichen, und in Abhängigkeit von dem Vergleich ein Hilfsbetätigungssignal für die Rückkoppelschalteinrichtung des Fahrzeugladesystems zu erzeugen. Dies bietet den Vorteil, auch bei (zu) niedriger Bordnetzversorgungsspannung eine Freigabe der Stromnetzleitungen für das Fahrzeugladesystem sicherstellen zu können. Besonders vorteilhaft ist diese Hilfsaktivierungseinrichtung im Falle einer Entladung der Bordnetzspannungsversorgung, beispielsweise nach langer Standzeit des Fahrzeugs oder bei einem Defekt der Bordnetzspannungsversorgung.According to a further embodiment, the control device may further comprise an auxiliary activation device, which is coupled to the pilot signal terminal, the vehicle electrical system connection and the control unit and which is designed to compare the on-board supply voltage with a vehicle supply voltage threshold, and depending on the comparison, an auxiliary operation signal for the feedback switching device of the vehicle charging system. This offers the advantage of being able to ensure release of the power supply lines for the vehicle charging system even with (too) low onboard supply voltage. This auxiliary activation device is particularly advantageous in the event of a discharge of the vehicle electrical system voltage supply, for example after a long service life of the vehicle or in the event of a defect in the vehicle electrical system power supply.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Hilfsaktivierungseinrichtung eine Vergleicherschaltung, welche mit dem Bordnetzanschluss gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, die Bordnetzversorgungsspannung mit einem Bordnetzversorgungsspannungsschwellwert zu vergleichen und ein Vergleichssignal zu erzeugen, und eine Ladungspumpe mit einem Ladungspumpenkondensator aufweisen, welche mit der Vergleicherschaltung und dem Pilotsignalanschluss gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem Vergleichssignal im Takt der Spannungspulse des Pilotsignals Ladung auf dem Ladungspumpenkondensator zu akkumulieren, und das Hilfsbetätigungssignal zu erzeugen. Damit kann in vorteilhafterweise das Pilotsignal als Hilfsenergiequelle genutzt werden, um die Freigabe der Stromnetzleitungen sicherzustellen. Gleichzeitig sorgt die Vergleicherschaltung dafür, dass die Ladungspumpe nur hilfsweise zur Betätigung der Rückkoppelschalteinrichtung genutzt wird, nämlich genau dann, wenn die Bordnetzversorgungsspannung nicht ausreicht, um das eigentliche Betätigungssignal zuverlässig zu erzeugen.According to a further embodiment, the auxiliary activation device may have a comparator circuit which is coupled to the vehicle electrical system connection and which is designed to compare the on-board supply voltage with an on-board supply voltage threshold and generate a comparison signal, and a charge pump with a charge pump capacitor which is connected to the comparator circuit and the Pilot signal terminal is coupled, and which is designed, depending on the comparison signal in time with the voltage pulses of the Pilotsignals accumulate charge on the charge pump capacitor, and to generate the auxiliary actuation signal. Thus, advantageously, the pilot signal can be used as an auxiliary power source to ensure the release of the power lines. At the same time, the comparator circuit ensures that the charge pump is only used in the alternative to actuate the feedback switching device, namely, exactly when the on-board supply voltage is insufficient to reliably generate the actual actuation signal.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Fahrzeugladesystem weiterhin einen Gleichspannungswandler aufweisen, welcher mit dem Spannungswandler gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, das Steuergerät mit Energie zu versorgen. Der Gleichspannungswandler kann vorteilhafterweise als Hilfsenergiequelle für die Versorgung der Steuervorrichtung dienen. Wenn die Bordnetzspannungsversorgung wieder aufgeladen und die Steuervorrichtung entsprechend aktiviert worden ist, kann die Steuervorrichtung in einer Ausführungsform den Gleichspannungswandler deaktivieren. In another embodiment, the vehicle charging system may further include a DC-DC converter coupled to the voltage converter and configured to power the controller. The DC-DC converter can advantageously serve as an auxiliary power source for the supply of the control device. In one embodiment, when the on-board power supply has been recharged and the control device has been activated, the control device may deactivate the DC-DC converter.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Es zeigen:Show it:
Der Spannungswandler
Das Fahrzeugladesystem
Bei getrennter Schnittstelle, das heißt, wenn keine Verbindung zwischen dem Stromnetz und dem Fahrzeugladesystem
Wenn die Stromnetzkopplungseinrichtung mit dem Fahrzeugladesystem
Nachdem die Stromnetzkopplungseinrichtung ein Absinken der vorbestimmten Betriebsspannung des Pilotsignals
Die Steuervorrichtung
Daher weist die Steuervorrichtung
Der Spitzenwertgleichrichter
Wenn das Pilotsignal
Wenn das Pilotsignal
Wenn das Steuergerät
Auch wenn das Aktivieren des Steuergeräts
Die Steuervorrichtung
Die Hilfsaktivierungseinrichtung
Wenn die Bordnetzversorgungsspannung jedoch unterhalb eines Bordnetzversorgungsspannungsschwellwerts liegt, ist die erste Diode
Mit der Betätigung der Rückkoppelschalteinrichtung
Die in den Figuren dargestellten Schalteinrichtungen
Mithilfe des Fahrzeugladesystems
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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