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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Fahrzeug mit einem Elektromotor, einer elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung zum Anregen zumindest des Elektromotors, einem Abwärtswandler zum Absenken der Spannung der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung und einem Abwärtswandler-Controller zum Steuern/Regeln des Ausgangsstroms des Abwärtswandlers.
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Aus der
JP 2001-055682 A ,
2, ist eine Technik zum Laden einer Niederspannungshilfsbatterie offenbart, die eine Niederspannungslast an einem elektrischen Fahrzeug aus einer Hochspannungsbatterie anregt, indem ein kapazitätsstarker Haupt-DC/DC-Wandler und ein kapazitätsschwacher Hilfs-DC/DC-Wandler, die unterschiedliche Kapazitäten haben, mit der Hochspannungsbatterie verbunden werden, und die Niederspannungshilfsbatterie mittels des Haupt-DC/DC-Wandlers oder des Hilfs-DC/DC-Wandlers in Abhängigkeit von der Situation geladen wird.
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Die
JP 2011-055682 A zeigt, dass dann, wenn das elektrische Fahrzeug steht, die Hilfsbatterie allein durch den kapazitätsschwachen Hilfs-DC/DC-Wandler geladen wird, und wenn das elektrische Fahrzeug fährt, der kapazitätsschwache Hilfs-DC/DC-Wandler und der kapazitätsstarke Haupt-DC/DC-Wandler selektiv verwendet werden, um die Hilfsbatterie zu laden, so dass die Hilfsbatterie effizient geladen werden kann (siehe Absätze [0036], [0037], [0053] der
JP 2011-055682 A ). Jedoch müssen bei diesem herkömmlichen elektrischen Fahrzeug eine Mehrzahl von DC/DC-Wandlern angebracht werden, was die Kosten erhöht und in einer komplexen Schaltungsanordnung resultiert.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisches Fahrzeug anzugeben, das in der Lage ist, eine elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung hocheffizient aus einer elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung oder einer externen Stromversorgung mit einer kostengünstigen und einfachen Anordnung zu laden.
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Erfindungsgemäß wird ein elektrisches Fahrzeug mit einem Elektromotor und einer elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung angegeben zum Anregen zumindest des Elektromotors angegeben, umfassend: eine elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung zum Anregen einer Hilfsgerätelast des elektrischen Fahrzeugs; einen Abwärtswandler, der zwischen der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung und der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung angeschlossen ist, um die Spannung der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung zu senken, um der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung elektrische Energie zuzuführen; die Hilfsgerätelast, die mit einem Niederspannungsanschluss des Abwärtswandlers verbunden ist und parallel zu der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung geschaltet ist; einen Ausgangsstromdetektor zum Erfassen eines Ausgangsstroms von dem Abwärtswandler; und einen Abwärtswandler-Controller zum Steuern/Regeln der von der Hilfsgerätelast verbrauchten elektrischen Leistung, um den Ausgangsstrom von dem Abwärtswandler so zu steuern/zu regeln, dass der Wirkungsgrad des Abwärtswandlers, der aus dem Ausgangsstrom bestimmt wird, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wirkungsgrad wird.
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Erfindungsgemäß wird der Ausgangsstrom des Abwärtswandlers zum Laden der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung erfasst. Basierend auf dem erfassten Ausgangsstrom und dem Wirkungsgrad des Abwärtswandlers wird die elektrische Energie, die von der Hilfsgerätelast, die parallel mit der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung verbunden ist, so gesteuert/geregelt, dass der Wirkungsgrad des Abwärtswandlers gleich oder größer als der vorbestimmte Wirkungsgrad wird. Daher wird ein einziger Abwärtswandler verwendet, und die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung kann hocheffizient von der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung oder einer externen Stromversorgung mit einer kostengünstigen und einfachen Anordnung geladen werden.
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Der Wirkungsgrad des Abwärtswandlers kann solche Charakteristiken haben, dass der Wirkungsgrad abfällt, wenn zumindest der Ausgangsstrom von dem Abwärtswandler zunimmt; und der Abwärtswandler-Controller die von der Hilfsgerätelast verbrauchte elektrische Energie steuert/regelt, indem die Hilfsgerätelast für eine kürzere Zeitdauer angeregt wird, wenn der Ausgangsstrom zunimmt. Somit kann der Abwärtswandler hocheffizient genutzt werden.
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Das elektrische Fahrzeug kann ferner einen Stromspeichervorrichtung-Temperaturdetektor aufweisen, um eine Temperatur der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung zu erfassen; und der Abwärtswandler-Controller kann die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung laden, indem eine Ausgangsspannung des Abwärtswandlers erhöht wird, wenn die Temperatur der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung absinkt, wenn der Wirkungsgrad des Abwärtswandlers gleich oder größer als der vorbestimmte ist und die Temperatur der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist. Daher kann die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung in Abhängigkeit von deren Temperatur mit einer geeigneten elektrischen Energiemenge geladen werden.
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Das elektrische Fahrzeug kann ferner einen Lader aufweisen, der zwischen der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung und dem Abwärtswandler angeschlossen ist, um sowohl die elektrische Hochspannungsspeichervorrichtung als auch die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung aus einer externen Stromversorgung zu laden; und der Abwärtswandler-Controller kann eine in der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung gespeicherte elektrische Energiemenge berechnen und den Betrieb des Abwärtswandlers stoppen, wenn die berechnete elektrische Energiemenge gleich oder größer als eine vorbestimmte Menge ist. Wenn daher die in der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung gespeicherte elektrische Energiemenge gleich oder größer als die vorbestimmte Menge ist, kann der Lader die elektrische Hochspannungsspeichervorrichtung intensiv laden.
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Erfindungsgemäß wird der Ausgangsstrom des Abwärtswandlers zum Laden der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung (Hilfsgerätebatterie) erfasst. Basierend auf dem erfassten Ausgangsstrom und dem Wirkungsgrad des Abwärtswandlers wird die elektrische Energie, die von der Hilfsgerätelast verbraucht wird, die parallel mit der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung verbunden ist (Hilfsgerätebatterie) so gesteuert/geregelt, dass der Wirkungsgrad des Abwärtswandlers gleich oder größer als der vorbestimmte Wirkungsgrad gemacht wird. Daher kann die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung von der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung oder der externen Stromversorgung hocheffizient geladen werden.
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Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich, worin eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung anhand eines Illustrationsbeispiels gezeigt ist.
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1 ist ein Blockdiagramm eines elektrischen Fahrzeugs gemäß einer Ausführung;
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2 ist ein Flussdiagramm einer Betriebssequenz mit wesentlichen Komponenten des elektrischen Fahrzeugs;
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3A ist ein Diagramm von Kennlinien, die Wirkungsgrade eines DC/DC-Wandlers in Bezug auf dessen Ausgangsströme darstellen;
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3B ist ein Diagramm von zulässigen Zeiten in Bezug auf die Ausgangsströme;
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4 ist ein Diagramm eines Steuerprozesses zum Begrenzen eines einer allgemeinen Last zugeführten Eingangsstroms;
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5 ist ein Diagramm von Temperaturen gegen Ladespannungen einer elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung;
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6A ist ein Diagramm von Kennlinien, die Wirkungsgrade eines DC/DC-Wandlers in Bezug auf dessen Ausgangsströme darstellen; und
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6B ist ein Diagramm von Wirkungsgraden gegen Ladespannungen.
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Nachfolgend wird ein elektrisches Fahrzeug gemäß einer Ausführung der Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt in Blockform ein elektrisches Fahrzeug 10 gemäß einer Ausführung.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst das elektrische Fahrzeug 10 dieser Ausführung grundliegend einen Elektromotor (Traktionsmotor) 12, der als Hauptlast dient, eine elektrische Hochspannungsspeichervorrichtung 14 zum Erzeugen einer hohen Gleichspannung Vh zur elektrischen Stromversorgung des Elektromotors 12; eine Hilfs-(Zusatz-)-Gerätelast 20, die eine Sicherheitslast 16 und eine allgemeine Last 18 enthält; eine elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 zum Erzeugen einer niedrigen Gleichspannung Vb zur elektrischen Stromversorgung der Hilfsgerätelast 20; einen DC/DC-(Gleichstrom/Gleichstrom)-Wandler 24, der zwischen der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung 14 und der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 angeschlossen ist, und als Abwärtswandler dient, um die hohe Gleichspannung Vh der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung 14 auf die niedrige Gleichspannung Vb zur elektrischen Stromversorgung der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung (Hilfsbatterie) 22 abzusenken; einen Stromsensor 26, der als Ausgangsstromdetektor dient, um einen Ausgangsstrom Idc von dem DC/DC-Wandler 24 zu erfassen; sowie eine ECU (elektronische Steuereinheit) 30, die als Abwärtswandler-Controller dient, um den Ausgangsstrom Idc von dem DC/DC-Wandler 24 zu steuern/regeln (einzustellen), etc.
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Wie später beschrieben, senkt der DC/DC-Wandler 24 die hohe Gleichspannung Vh (Ladespannung), die von einer Stromversorgung (externen Stromversorgung) 70 außerhalb des elektrischen Fahrzeugs 10 durch einen Lader 50 erzeugt wird, auf die niedrige Gleichspannung (Vb), um die elektrische Ladeenergie der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 zuzuführen.
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Der DC/DC-Wandler 24, der einen Abwärtswandler in Zerhackerbauart aufweist, enthält eine Haupt-DC/DC-Wandler-Einheit, eine Treiberschaltung (nicht gezeigt) zum Anregen der Haupt-DC/DC-Wandler-Einheit, sowie eine ECU 46, die als DC/DC-Wandler-Controller dient, um die Haupt-DC/DC-Wandler-Einheit durch die Treiberschaltung zu steuern/zu regeln.
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Die ECU 46 und die ECU 30 umfassen jeweils einen Computer, der ein Microcomputer sein kann, und eine CPU (Zentrale Prozessoreinheit), ein ROM (Direktzugriff-Speicher), ein EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Direktzugriff-Speicher), ein RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff), Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtungen einschließlich eines A/D-Wandlers, eines D/A-Wandlers, etc. und einen Timer als Zeitmesseinheit. Der Computer hat verschiedene Funktionsdurchführungsabschnitte (Funktionsdurchführungsmittel), zum Beispiel einen Controller, einen Arithmetikabschnitt, einen Prozessor, wenn die CPU im RAM gespeicherte Programme liest und ausführt.
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Zwischen der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung 14 und dem Elektromotor 12 sind ein Schalter 32, ein Glättungskondensator 34, eine VCU (Spannungssteuereinheit) 36, ein Glättungskondensator 38 sowie eine PDU (Leistungstreibereinheit) 40, die als Inverter fungiert, angeschlossen.
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Die elektrische Hochspannungsspeichervorrichtung 14 umfasst eine Energiespeichervorrichtung, die eine Sekundärbatterie sein kann, wie etwa Lithiumionen-Sekundärbatterie, eine Nickel-Wasserstoff-Sekundärbatterie oder dergleichen, oder ein Kondensator oder dergleichen. Gemäß der vorliegenden Ausführung umfasst die elektrische Hochspannungsspeichervorrichtung 14 eine Lithiumionen-Sekundärbatterie. Die von der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung 14 erzeugte hohe Gleichspannung Vh wird durch die VCU 36, die als bidirektionaler DC/DC-Wandler dient, in eine höhere Gleichspannung umgewandelt. Die von der VCU erzeugte höhere Gleichspannung wird durch die PDU in eine Drei-Phasen-Wechselspannung als Treibersignal umgewandelt, das zum Anregen des Elektromotors 12 angelegt wird.
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Wenn der Elektromotor 12 angeregt wird, erzeugt er ein Drehmoment, das durch ein Getriebe (T/N) 42 auf Straßenräder 44 des elektrischen Fahrzeugs 10 übertragen wird.
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Wenn der Elektromotor 12 im Regenerationsmodus arbeitet, zum Beispiel, während das elektrische Fahrzeug 10 bergab fährt, fungiert der Elektromotor 12 als elektrischer Generator zur Erzeugung von elektrischer Regenerativ-Energie. In dem Regenerationsmodus wird die vom Elektromotor 12 erzeugte elektrische Regenerativ-Energie durch die PDU 40 und die VCU 36 der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung 14 zugeführt, wodurch die elektrische Hochspannungsspeichervorrichtung 14 geladen wird. Überschüssige elektrische Regenerativ-Energie von dem Elektromotor 12 wird durch den DC/DC-Wandler 24 zum Laden der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 zugeführt.
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Gemäß der Ausführung umfasst die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 eine Bleispeicherbatterie (Bleibatterie) mit einer Nennspannung von +12 V.
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Zwischen der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung 14 und dem DC/DC-Wandler 24 ist der Lader (CHG) 50 angeschlossen, der einen Ladestecker 48 aufweist, der mit der externen Stromversorgung 70 verbunden ist. Der Lader 50 wandelt die von der externen Stromversorgung 70 zugeführte elektrische Wechselspannung in die hohe Gleichspannung Vh um, die angewendet wird, um die elektrische Hochspannungsspeichervorrichtung 14 zu laden, und auch die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 durch den DC/DC-Wandler 24 zu laden.
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In 1 wird der von dem Lader 50 ausgegebene Ladestrom Ichg in einen Ladestrom Ibat zum Anlegen an die elektrische Hochspannungsspeichervorrichtung 14 und einen Eingangsstrom Idcin zur Eingabe in den DC/DC-Wandler aufgeteilt. Ein Ausgangsstrom Idc von dem DC/DC-Wandler 24 wird in einen Ladestrom Ib zum Anlegen an die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 und einen Eingangsstrom Ia zum Eingeben in die Hilfsgerätelast 20 aufgeteilt.
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Der Wert des Ausgangsstroms Idc von dem DC/DC-Wandler 24 wird von dem Stromsensor 26 erfasst, der als Ausgangsstromdetektor dient, und wird der ECU 30 zugeführt, die eine Niederspannungslast etc. steuert/regelt.
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Der Wert des Eingangsstroms Ia zur Eingabe in die Hilfsgerätelast 20 wird von einem Stromsensor 52 als Stromdetektor erfasst. Der Wert des Ladestroms Ib, der der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 zugeführt wird, und der Wert des Entladestroms Id, der von der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 ausgegeben wird, werden von einem Stromsensor 54 als Stromdetektor erfasst. Der Wert der Temperatur Tb der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 wird von einem Temperatursensor 56 als Temperaturdetektor erfasst. Die detektierten Werte werden der ECU 30 zugeführt.
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Die ECU 30 fungiert auch als Spannungsdetektor (Spannungssensor) zum Erfassen der Gleichspannung Vb über der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22. Die ECU 30 überwacht die Gleichspannung Vb, den Eingangsstrom (Ladestrom) Ib, den Ausgangsstrom (Entladestrom) Id und die Temperatur Tb mit der Zeit, um hierdurch einen SOC (Ladezustand) zu detektieren, der die elektrische Energiemenge repräsentiert, die in der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 gespeichert ist.
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Die Sicherheitslast 16 bezieht sich auf Last, die die Sicherheit des elektrischen Fahrzeugs 10 betreffen, einschließlich Scheinwerfer, Bremssystem, etc., und die allgemeine Last 18 bezieht sich auf Lasten, die den Insassenkomfort des elektrischen Fahrzeugs 10 betreffen, einschließlich Audiosystem, Klimaanlage, Lampen im Insassenraum, etc. Die von der allgemeinen Last 18 verbrauchte elektrische Energie, oder ein der allgemeinen Last 18 zugeführter Eingangsstrom Iu können durch die ECU 30 eingestellt oder gesteuert/geregelt werden.
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Die ECU 30 ist in der Lage, mit der ECU 46 des DC/DC-Wandlers 24, einer nicht gezeigten ECU des Laders 50 und einer nicht gezeigten ECU der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung 14 über am Fahrzeug angebrachte Kommunikationsleitungen 58, die mit den unterbrochenen Linien gezeigt sind, wie etwa einem CAN (Controller Area Network) oder dergleichen bidirektional zu kommunizieren.
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Das elektrische Fahrzeug 10 gemäß dieser Ausführung ist grundliegend so aufgebaut wie oben beschrieben. Nachfolgend wird eine Betriebssequenz von wesentlichen Komponenten des elektrischen Fahrzeugs 10 in Bezug auf das in 2 gezeigte Flussdiagramm beschrieben, das von der ECU 30 ausgeführt wird, die als der Abwärtswandler-Controller dient. Die Erfindung ist anwendbar, wenn das elektrische Fahrzeug 10 fährt, wenn das elektrische Fahrzeug 10 im Leerlauf stoppt, und wenn die elektrische Hochspannungsspeichervorrichtung 14 und/oder die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 eine oder beide von der externen Stromversorgung 70 durch den Lader 50 geladen werden. Jedoch wird nachfolgend hauptsächlich der Betrieb des elektrischen Fahrzeugs 10 zum raschen Laden der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 mit hohem Wirkungsgrad von der externen Stromversorgung 70 durch den Lader 50, die damit verbunden sind, beschrieben.
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Im in 2 gezeigten Schritt S1 wertet die ECU 30, ob der SOC der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 gleich oder größer als ein Schwellenwert SOCth ist, der zum Beispiel einen vollständig geladenen Zustand oder einen nahezu vollständig geladenen Zustand angibt. Wenn der SOC der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 kleiner als der Schwellenwert SOCth ist (Schritt S1: NEIN), dann bewertet die ECU 30 in Schritt S2 durch die ECU 46, ob der DC/DC-Wandler 24 arbeitet oder nicht, das heißt, ob dessen Schaltelemente schalten oder nicht.
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Wenn der DC/DC-Wandler 24 arbeitet (Schritt S2: JA), dann erfasst die ECU 30 den Wert des Ausgangsstroms Idc des DC/DC-Wandlers 24 durch den Stromsensor 26 und die ECU 46 in Schritt S3.
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In Schritt S4 bewertet die ECU 30 basierend auf dem erfassten Wert des Ausgangsstroms Idc, ob nun der Wirkungsgrad η des DC/DC-Wandlers 24 gleich oder größer als ein Schwellenwirkungsgrad ηth ist oder nicht, zum Beispiel 90%, der einen Wert repräsentiert, bei oder über dem der Wirkungsgrad η als gut gewertet wird.
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Die Beziehung zwischen dem Wirkungsgrad η des DC/DC-Wandlers 24 und dem Ausgangsstrom Idc wird gemessen oder vorab erstellt, und als die in 3A gezeigte Kennlinie 62 in einem Speicher der ECU 30 gespeichert.
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3A zeigt die Kennlinie 62 und eine normale Kennlinie 64 in einem Graph, dessen horizontale Achse den Ausgangsstrom Idc (A) repräsentiert, und dessen vertikale Achse den Wirkungsgrad η (%) des DC/DC-Wandlers 24 repräsentiert. In einem Bereich, wo der Ausgangsstrom Idc kleiner als ein Ausgangsstrom I2 ist, wird die Schaltfrequenz des DC/DC-Wandlers 24 erhöht, und der DC/DC-Wandler 24 wird gemäß der Kennlinie 62 verwendet, wie mit durchgehend linierter Kurve angegeben, welche für einen höheren Wirkungsgrad erstellt ist als die normale Kennlinie 62, die als unterbrochen linierte Kurve angegeben ist. Gemäß der vorliegenden Ausführung wird die Kennlinie 62 mit durchgehender Linie verwendet.
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Den Wirkungsgrad η, der gleich oder höher als der Schwellenwirkungsgrad ηth (90% in 3A) ist, erhält man in einem relativ niedrigen Strombereich von einem Ausgangsstrom I1 zum Ausgangsstrom I2. Einen maximalen Wirkungsgrad Imax erhält man bei einem Ausgangsstrom Iηmax. Zum Beispiel ist der Ausgangsstrom I1 etwa mehr als 10, aber weniger als 20 A, der Ausgangsstrom Iηmax zum Erreichen des maximalen Wirkungsgrads ηmax beträgt etwa mehrere 10 A, und ein Ausgangsstrom I6 in der des größten Stroms hat einen Wert von niedriger als 100 A.
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Es sollte angemerkt werden, dass der Wirkungsgrad η des DC/DC-Wandlers 24 gemäß der Kennlinie 62 ist, das heißt, er fällt ab, wenn der Ausgangsstrom Idc über zumindest den Ausgangsstrom Iηmax ansteigt.
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Wenn in Schritt S4 der Wirkungsgrad η kleiner als der Schwellenwirkungsgrad ηth ist (Schritt S4: NEIN, η < ηth), bewertet die ECU 30 in Schritt S5, ob der Ausgangsstrom Idc gleich oder größer als der Ausgangsstrom Iηmax ist oder nicht.
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Wenn Idc < Iηmax (Schritt S5: NEIN), dann hat der Ausgangsstrom Idc einen extrem kleinen Wert, da es bekannt ist, dass der Ausgangsstrom Idc einen kleineren Wert hat als der Ausgangsstrom I1 (Idc < I1) (η ist gleich oder größer als ηth zwischen I1 und Iηmax). Daher wird ein Prozess zum Steuern der Hilfsgerätelast 20, der nachfolgend beschrieben wird, ausgeführt, und die Steuerung geht zu Schritt S1 zurück.
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Wenn in Schritt S5 der Ausgangsstrom Idc gleich oder größer als der Ausgangsstrom Iηmax ist (Idc ≥ Iηmax, Schritt S5: JA), dann wird, weil der Ausgangsstrom Idc einen relativ großen Wert hat, in Schritt S6 der Prozess zum Steuern der Hilfsgerätelast 20 ausgeführt, wobei die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 rasch geladen wird.
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Der Prozess zum Steuern der Hilfsgerätelast 20 in Schritt S6 ist ein Steuerprozess, der von der ECU 30 ausgeführt wird, um den der allgemeinen Last 18 zugeführten Eingangsstrom Iu zu begrenzen. Wenn, wie in 3B gezeigt, der Ausgangsstrom Idc auf einen starken Strom gesetzt wird, wie den Ausgangsstrom I6, dann darf die allgemeine Last 18 mit dem Ausgangsstrom I6 nur für eine zulässige Zeit Tn von zum Beispiel 10 Sekunden arbeiten, wonach, wie in 4 gezeigt, der der allgemeinen Last 18 zugeführte Eingangsstrom Iu allmählich oder stufenweise für eine vorbestimmte Zeit Tdc reduziert wird, bis der Ausgangsstrom Idc zum Ausgangsstrom Iηmax wird, um hierdurch den Eingangsstrom Iu so zu steuern/zu regeln, dass der Ausgangsstrom Iηmax gehalten wird.
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Ähnlich, wenn in Schritt S6 ein Prozess zum Steuern der Hilfsgerätelast 20 der Ausgangsstrom Idc ein Ausgangsstrom I5 ist, dann darf die allgemeine Last 18 mit dem Ausgangsstrom I5 nur für 1 Minute arbeiten, wonach, wie in 4 gezeigt, der Eingangsstrom Iu allmählich oder stufenweise reduziert wird, bis der Ausgangsstrom Idc zum Ausgangsstrom Iηmax wird, um hierdurch den Eingangsstrom Iu so zu steuern/zu regeln, dass der Ausgangsstrom Iηmax gehalten wird.
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Da die Gleichspannung Vb konstant ist, wird die von der allgemeinen Last 18 verbrauchte elektrische Leistung reduziert, indem der Eingangsstrom Iu reduziert wird, und dementsprechend der der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 zugeführte Ladestrom Ib erhöht wird. Daher kann die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 rasch geladen werden.
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Die allgemeine Last 18 kann so gesteuert werden, dass der Eingangsstrom Iu reduziert wird, um die Lautstärke des Audiosystems zu senken oder die Drehzahl eines motorbetriebenen Kompressors oder eines Klimaanlagengebläses der Klimaanlage zu senken. Die Prioritäten von Einheiten, deren Stromverbrauch der allgemeinen Last 18 reduziert werden soll, werden vorab in der ECU 30 gespeichert. Es ist bevorzugt, die von nur der allgemeinen Last 18 verbrauchte elektrische Leistung zu reduzieren, anstatt die der Sicherheitslast 16 des elektrischen Fahrzeugs 10.
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Wenn in Schritt S4 der Wirkungsgrad η des DC/DC-Wandlers 24 gleich oder größer als der Schwellenwirkungsgrad ηth ist (Schritt S4: JA, η ≥ nth), dann erfasst die ECU 30 die Temperatur Tb der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 durch den Temperatursensor 56 und wertet in Schritt S7, ob die erfasste Temperatur Tb niedriger als eine Schwellenwerttemperatur Tth, zum Beispiel 40°C, ist oder nicht.
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Wenn in Schritt 7 die erfasste Temperatur Tb gleich oder höher als die Schwellenwerttemperatur Tth ist (Schritt S7: NEIN, Th ≥ Tth), dann weist, weil die Speicherung von elektrischer Energie in der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 unmöglich oder sehr schwierig ist, die ECU 30 in Schritt S8 die ECU 46 des DC/DC-Wandlers 24 an, die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers 24, das heißt die Spannung Vb der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22, also die Ladespannung Vchg, auf eine minimale Ladespannung Vcmin zu setzen, zum Beispiel 13,9 V oder niedriger (Vb = Vchg ← Vcmin), um die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 zu schützen, wie in 5 gezeigt.
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Wenn in Schritt S7 die erfasste Temperatur Tb der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 niedriger als die Schwellenwerttemperatur Tth ist (Schritt S7: JA, Tb < Tth), dann weist, da die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 geladen werden kann, die ECU 30 in Schritt S9 die ECU 46 an, die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers 24, das heißt die Spannung Vb der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22, also die Ladespannung Vchg auf eine Spannung in einem Bereich zu setzen, die zwischen der minimalen Ladespannung Vcmin, zum Beispiel 13,9 V, und einer maximalen Ladespannung Vcmx, zum Beispiel 14,5 V, schraffiert gezeigt, in Abhängigkeit von SOC. Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers 24, das heißt die Spannung Vb der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22, also die Ladespannung Vchg, so gesetzt, dass das Laden (die elektrische Einspeicherung) der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 begünstigt wird.
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Somit wird die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 so geladen, dass der Ausgangsstrom Idc des DC/DC-Wandlers 24 in einem Bereich gehalten wird, wo der Wirkungsgrad η gleich oder größer als der Schwellenwirkungsgrad ηth ist, wie in 6A (die die Kennlinien 62, 64 von 3A darstellt) und 6B (die die Ladespannung Vchg darstellt) gezeigt ist.
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Während die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 kontinuierlich geladen wird, wertet in Schritt S1 die ECU wiederum, ob der SOC der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 gleich oder größer als der Schwellenwert SOCth ist oder nicht, zeigt zum Beispiel einen vollständig geladenen Zustand oder einen nahezu vollständig geladenen Zustand an. Wenn der SOC der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 gleich der größer als der Schwellenwert SOCth ist (Schritt S1: JA), dann stoppt die ECU 30 in Schritt S10 den Betrieb des DC/DC-Wandlers 24. Wenn anschließend der Lader 50 durch den Ladestecker 48 mit der externen Stromversorgung 70 verbunden wird, wird nur die elektrische Hochspannungsspeichervorrichtung 40 von der externen Stromversorgung 70 geladen.
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Wenn im oben beschriebenen Schritt S2 gewertet wird, dass der DC/DC-Wandler 24 nicht arbeitet (während Nicht-Betrieb, Schritt S2: NEIN), wird in Schritt S11 die Temperatur Tb der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 mit dem Temperatursensor 56 erfasst. Wie im Prozess der Schritte S7 bis S9 beschrieben, wird basierend auf der erfassten Temperatur Tb und dem in Schritt S1 erfassten SOC in Schritt S12 die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers 24, das heißt, die Spannung Vb der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22, also die Ladespannung Vchg, gesetzt (Vb = Vchg), und wird in Schritt S13 der DC/DC-Wandler 24 aktiviert. Dann wird der Ladeprozess in Schritt S3 und den anschließenden Schritten ausgeführt.
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Wie oben beschrieben, umfasst das elektrische Fahrzeug 10, das den Elektromotor 12 und die elektrische Hochspannungsspeichervorrichtung 14 zum Anregen zumindest des Elektromotors 12 aufweist, gemäß der vorliegenden Ausführung die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 zum Anregen der Hilfsgerätelast 20 des elektrischen Fahrzeugs 10, den DC/DC-Wandler 24, der zwischen der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung 14 und der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 angeschlossen ist und als Abwärtswandler dient, um die Spannung der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung 14 zur elektrischen Stromversorgung der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 zu senken; die Hilfsgerätelast 20, die mit einem Niederspannungsabschluss des DC/DC-Wandlers 24 verbunden ist, und parallel mit der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 verbunden ist; den Stromsensor 26, der als Ausgangsstromdetektor zum Detektieren des Ausgangsstroms Idc vom DC/DC-Wandler 24 dient; sowie die ECU 30, die als Abwärtswandler-Controller zum Steuern/Regeln der von der allgemeinen Last 18 der Hilfsgerätelast 20 verbrauchten elektrischen Leistung dient, um den Ausgangsstrom Idc von dem DC/DC-Wandler 24 so zu steuern/regeln, dass der Wirkungsgrad η des DC/DC-Wandlers 24, der aus dem Ausgangsstrom Idc bestimmt wird, gleich oder größer als der Schwellenwertwirkungsgrad ηth, als vorbestimmter Wirkungsgrad, wird.
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Da gemäß der vorliegenden Ausführung der einzelne DC/DC-Wandler 24 dazu benutzt wird, den Wirkungsgrad η davon so zu steuern/zu regeln, dass er gleich oder größer als der Schwellenwertwirkungsgrad ηth als vorbestimmter Wirkungsgrad wird, kann die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 von der externen Stromversorgung 70 durch den Lader 50 oder von der elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung 14 mit einer kostengünstigen und einfachen Anordnung hocheffizient geladen werden.
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Wie mit der Kennlinie 62 angegeben, fällt in dem Bereich des Ausgangsstroms Idc, der normalerweise nicht genutzt wird, der Wirkungsgrad η des DC/DC-Wandlers 24 ab, wenn dessen Ausgangsstrom Idc zunimmt. Daher steuert, wie oben in Bezug auf die 2, 3A, 3B und 4 beschrieben, die ECU 30 die von der Hilfsgerätelast 20 verbrauchte elektrische Leistung durch Anregen der allgemeinen Last 18 für eine kürzere Zeitdauer, wenn der Ausgangsstrom Idc zunimmt, so dass der DC/DC-Wandler 24 hocheffizient genutzt werden kann.
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Wenn ferner, wie oben in Bezug auf die 5, 6A und 6B beschrieben, der Wirkungsgrad η des DC/DC-Wandlers 24 gleich oder größer als der Schwellenwertwirkungsgrad ηth ist und die Temperatur Tb der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 niedriger ist als die Schwellenwerttemperatur Tth, die eine vorbestimmte hohe Temperatur ist (vorbestimmte Temperatur), erhöht die ECU 30 die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers 24, das heißt, die Ladespannung Vchg (= Vb), wenn die Temperatur Tb der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 absinkt, um hierdurch die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 zu laden. Daher kann die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 mit einer geeigneten elektrischen Energiemenge in Abhängigkeit von ihrer Temperatur geladen werden.
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Wenn der Lader 50 so betrieben wird, dass sowohl die elektrische Hochspannungsspeichervorrichtung 14 als auch die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung 22 von der externen Stromversorgung 70 geladen werden, berechnet die ECU 30 den SOC, der die elektrische Energiemenge repräsentiert, die in der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung 22 gespeichert ist, und stoppt den Betrieb des DC/DC-Wandlers 24, wenn der berechnete SOC gleich oder größer als der Schwellenwert SOCth wird. Anschließend kann der Lader 50 die elektrische Hochspannungsspeichervorrichtung 14 intensiv laden.
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Zum Beispiel ist das elektrische Fahrzeug nicht auf ein elektrisches Automobil beschränkt, sondern kann ein Fahrzeug mit einem Elektromotor sein, der durch eine elektrische Hochspannungsspeichervorrichtung angeregt wird (zum Beispiel eine Brennstoffzellenvorrichtung oder ein Brennstoffzellenfahrzeug), und eine Hilfsgerätelast, die durch eine elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung angeregt wird. Ein solches Fahrzeug enthält zum Beispiel ein Hybridfahrzeug, ein Plug-In-Hybridfahrzeug, ein Brennstoffzellenfahrzeug oder dergleichen.
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Ein Ausgangsstrom (Idc) eines DC/DC-Wandlers (24), der als Abwärtswandler (24) zum Laden einer elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung (22) dient, wird erfasst. Basierend auf dem erfassten Ausgangsstrom (Idc) und dem Wirkungsgrad (η) des DC/DC-Wandlers (24) wird die elektrische Leistung, die von einer Hilfsgerätelast (20) verbraucht wird, die parallel zu der elektrischen Niederspannungsspeichervorrichtung (22) geschaltet ist, so gesteuert/geregelt, dass der Wirkungsgrad (η) des DC/DC-Wandlers (24) gleich oder größer als ein vorbestimmter Wirkungsgrad (ηth) gemacht wird, so dass die elektrische Niederspannungsspeichervorrichtung (22) von einer elektrischen Hochspannungsspeichervorrichtung (14) oder einer externen Stromversorgung (70) geladen werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2001-055682 A [0002]
- JP 2011-055682 A [0003, 0003]
