DE102015100160B4

DE102015100160B4 - Fahrzeug-Hochspannungs-Interlock-Hochfahren

Info

Publication number: DE102015100160B4
Application number: DE102015100160.8A
Authority: DE
Inventors: Daniel Richard Luedtke; Fazal Urrahman Syed; Edward William Haran
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2023-04-27
Anticipated expiration: 2035-01-09
Also published as: CN104786859A; DE102015100160A1; CN104786859B; US20150197153A1; US9550422B2

Abstract

Fahrzeug (100), das Folgendes umfasst:eine Traktionsbatterie (114) mit einer Arbeitsspannung;einen Leistungswandler (116), der die Batterie (114) und einen Motor (104) elektrisch verbindet; undmindestens einen Controller (208), der programmiert ist, als Reaktion auf eine mit dem Motor (104) assoziierte Aktivierungsbedingung zu bewirken, dass der Leistungswandler (116) eine Prüfspannung an den Motor (104) abgibt, die kleiner ist als die Arbeitsspannung der Batterie (114), und als Reaktion darauf, dass die Ausgabe durch den Wandler (116), die mit der Prüfspannung assoziiert ist, einen Fehler anzeigt, den Stromfluss zwischen der Batterie (114) und dem Motor (104) zu stoppen, dadurch gekennzeichnet, dassder mindestens eine Controller (208) programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Ausgabe in einen vorbestimmten Bereich fällt, der eine Verbindung zwischen der Batterie (114) und dem Motor (104) anzeigt, die Batterie (114) und den Motor (104) derart zu verbinden, dass Strom zwischen der Batterie (114) und dem Motor (104) fließt, um die Arbeitsspannung zu erzielen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft die Steuerung von Schaltschützen, IGBTs, Relais usw., um eine Fahrzeug-Hochspannungsverdrahtungs- und -komponenteninfrastruktur zu schützen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
STAND DER TECHNIK
Ein Hybridfahrzeug (HEV) oder ein Elektrofahrzeug (EV) besitzt eine Traktionsbatterie, um Energie für den Fahrzeugantrieb zu speichern und zu liefern. Die Traktionsbatterie arbeitet typischerweise bei über 100 Volt, was im Vergleich zu einer herkömmlichen Fahrzeugbatteriespannung von 12 Volt eine erhöhte Spannung ist. Die Industrienorm besagt, dass Niederspannung unter 60 Volt Gleichstrom (DC, Direct Current) und 30 Volt Wechselstrom (AC, Alternating Current), berechnet über das quadratische Mittel (RMS - Route Mean Square), ist. Spannungen über diesem Schwellwert werden als Hochspannung angesehen. Die Traktionsbatterie besitzt auch eine größere Stromkapazität im Vergleich zu einer herkömmlichen Batterie, die über 100 Amperestunden liegen kann. Diese erhöhte Spannung und dieser erhöhte Strom werden von einem oder mehreren Elektromotoren verwendet, um die in der Batterie gespeicherte elektrische Energie in mechanische Energie in Form eines Drehmoments umzuwandeln, das für den Fahrzeugantrieb verwendet wird. Die Batterie ist über Drähte, Verbinder, Kondensatoren und andere elektrische Komponenten an den Elektromotor angeschlossen. Ein gattungsgemäßes Fahrzeug ist in US 2009 / 0 140 745 A1 offenbart.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Fahrzeug kann ein Hochspannungssystem besitzen, das eine Traktionsbatterie, elektrische Komponenten mit spezifischen Eigenschaften, eine Last, einen Leistungswandler, der elektrisch zwischen die Batterie und die Last geschaltet ist, Schalter, zu denen IGBTs, MOSFETs, BJTs, Relais usw. zählen können, und mindestens einen Controller beinhalten kann. Um die Hochspannungskabelkonnektivität zu prüfen oder zu prüfen ob ein Fehler bei den elektrischen Komponenten oder der Last vorliegt, kann der Controller programmiert sein zu bewirken, dass der Leistungswandler an die Last eine Prüfspannung ausgibt, die kleiner ist als die Arbeitsspannung der Batterie. Falls die Ausgabe durch den Wandler, die mit der Prüfspannung assoziiert ist, einen Fehler zwischen der Batterie und der Last anzeigt, kann der Controller programmiert sein, den Stromfluss zwischen der Batterie und der Last zu stoppen. Erfindungsgemäß wird ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Figurenliste

1 ist ein beispielhaftes Hybridfahrzeug mit einem Batteriepaket;
2 ist eine Batteriepaketanordnung, die aus Batteriezellen und Batteriezellüberwachungs- und -steuersystemen besteht;
3 ist ein Schaltbild eines beispielhaften Hybridfahrzeugs;
4 ist ein Schaltbild einer Motor-Generator-Schaltung, die einen Hochsetzsteller verwendet;
5 ist eine grafische Darstellung, welche die Kondensatorspannung bezüglich der Zeit für Komponenten eines Fahrzeug-Hochspannungsstromsystems darstellt;
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Algorithmus, der zum Schützen eines Fahrzeug-Hochspannungsstromsystems verwendet wird; und
7 ist ein Schaltbild einer Motor-Generator-Schaltung, die einen Tief-/Hochsetzsteller verwendet.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Details von bestimmten Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als beschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um dem Fachmann zu lehren, wie er die vorliegende Erfindung unterschiedlich einsetzen kann. Wie der Durchschnittsfachmann versteht, können verschiedene, unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren dargestellte und beschriebene Merkmale mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen herzustellen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen aus dargestellten Merkmalen liefern repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen gewünscht sein.
1 zeigt ein Beispiel eines Plug-In-Hybridfahrzeugs 100. Das Plug-In-Hybridfahrzeug 100 kann einen oder mehrere Elektromotoren 104 umfassen, die mechanisch an ein Hybridgetriebe 106 angeschlossen sind. Außerdem ist das Hybridgetriebe 106 mechanisch an einen Verbrennungsmotor 108 angeschlossen. Das Hybridgetriebe 106 kann auch mechanisch an eine Antriebswelle 110 angeschlossen sein, die mechanisch mit den Rädern 112 verbunden ist. Die Elektromotoren 104 können einen Antrieb liefern, wenn der Verbrennungsmotor 108 eingeschaltet ist. Die Elektromotoren 104 können eine Verlangsamungsfähigkeit liefern, wenn der Verbrennungsmotor 108 ausgeschaltet ist. Die Elektromotoren 104 können als Generatoren konfiguriert werden und können Kraftstoffökonomievorzüge liefern durch Wiedergewinnen von Energie, die normalerweise als Wärme im Reibungsbremssystem verloren gehen würde. Die Elektromotoren 104 können auch die Schadstoffemissionen reduzieren, da das Hybridfahrzeug 102 unter gewissen Bedingungen im elektrischen Modus betrieben werden kann.
Die Traktionsbatterie oder das Batteriepaket 114 speichert Energie, die von den Elektromotoren 104 verwendet werden kann. Das Fahrzeugbatteriepaket 114 liefert typischerweise eine Hochspannungs-Gleichstromausgabe. Das Batteriepaket 114 ist elektrisch an ein Leistungselektronikmodul 116 angeschlossen. Das Leistungselektronikmodul 116 ist auch elektrisch an die Elektromotoren 104 angeschlossen und liefert die Fähigkeit zum bidirektionalen Transferieren von Energie zwischen dem Batteriepaket 114 und den Elektromotoren 104. Beispielsweise kann ein typisches Batteriepaket 114 eine Gleichspannung liefern, während die Elektromotoren 104 möglicherweise zum Funktionieren einen Drehstrom benötigen. Das Leistungselektronikmodul 116 kann die Gleichspannung in einen Drehstrom umwandeln, wie er von den Elektromotoren 104 benötigt wird. In einem regenerativen Modus wird das Leistungselektronikmodul 116 den Drehstrom von den Elektromotoren 104, die als Generatoren wirken, in die Gleichspannung umwandeln, die das Batteriepaket 114 benötigt. Die hierin beschriebenen Verfahren lassen sich gleichermaßen auf ein Elektrofahrzeug oder irgendeine andere Einrichtung anwenden, die ein Batteriepaket verwendet.
Das Batteriepaket 114 kann zusätzlich zum Liefern von Energie für den Antrieb, Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme liefern. Ein typisches System kann ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlermodul 118 beinhalten, das die Hochspannungs-Gleichstromausgabe des Batteriepakets 114 in eine Niederspannungs-Gleichstromversorgung umwandelt, die mit anderen Fahrzeuglasten kompatibel ist. Andere Hochspannungslasten wie etwa Verdichter und elektrische Heizungen können direkt vom Batteriepaket 114 mit dem Hochspannungsbus verbunden werden. Bei einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch an eine 12-V-Batterie 120 angeschlossen. Ein Voll-Elektrofahrzeug kann eine ähnliche Architektur besitzen, aber ohne den Verbrennungsmotor 108.
Das Batteriepaket 114 kann durch eine externe Stromquelle 126 wieder aufgeladen werden. Die externe Stromquelle 126 kann Wechsel- oder Gleichstromleistung an das Fahrzeug 102 liefern durch elektrisches Verbinden durch einen Ladeport 124. Bei dem Ladeport 124 kann es sich um eine beliebige Art von Port handeln, der konfiguriert ist zum Transferieren von Leistung von der externen Stromquelle 126 zum Fahrzeug 102. Der Ladeport 124 kann elektrisch an ein Leistungsumwandlungsmodul 122 angeschlossen sein. Das Leistungsumwandlungsmodul kann die Leistung von der externen Stromquelle 126 konditionieren, um die richtigen Spannungs- und Strompegel an das Batteriepaket 114 zu liefern. Bei einigen Anwendungen kann die externe Stromquelle 126 konfiguriert sein, die richtigen Spannungs- und Strompegel an das Batteriepaket 114 zu liefern, und das Leistungsumwandlungsmodul 122 ist möglicherweise nicht notwendig. Die Funktionen des Leistungsumwandlungsmoduls 122 können sich bei einigen Anwendungen in der externen Stromquelle 126 befinden. Der Fahrzeugverbrennungsmotor, das Getriebe, die Elektromotoren, die Batterie, die Leistungsumwandlungs- und Leistungselektronik können von einem Antriebsstrangsteuermodul (PCM -Powertrain Control Module) 128 gesteuert werden.
Zusätzlich zur Darstellung eines Plug-In-Hybridfahrzeugs, kann 1 ein Batteriefahrzeug (BEV - Battery Electric Vehicle) darstellen, falls die Komponente 108 entfernt ist. Gleichermaßen kann 1 ein traditionelles Hybridfahrzeug (HEV - Hybrid Electric Vehicle) oder ein leistungsverzweigtes Hybridfahrzeug sein, falls Komponenten 122, 124 und 126 entfernt sind. 1 zeigt auch das Hochspannungsfahrzeugsystem, das den oder die Elektromotoren 104, das Leistungselektronikmodul 116, das DC/DC-Wandlermodul 118, das Leistungsumwandlungsmodul 122 und das Batteriepaket 114 enthält.
Die individuellen Batteriezellen innerhalb eines Batteriepakets können aus einer Vielzahl an chemischen Formulierungen konstruiert sein. Zu typischen chemischen Zusammensetzungen des Batteriepakets können unter anderem Bleisäure, Nickel-Kadmium (NiCd), Nickel-Metallhydrid (NiMH), Lithium-Ionen oder Lithium-Ionen-Polymer zählen. 2 zeigt ein typisches Batteriepaket 200 in einer einfachen Reihenkonfiguration aus N Batteriezellmodulen 202. Die Batteriezellmodule 202 könne eine einzelne Batteriezelle oder mehrere Batteriezellen, die elektrisch parallel geschaltet sind, enthalten. Das Batteriepaket kann jedoch aus einer beliebigen Anzahl von individuellen Batteriezellen und Batteriezellmodulen, die in Reihe oder parallel oder in einer Kombination davon geschaltet sind, bestehen. Ein typisches System kann einen oder mehrere Controller enthalten, wie etwa ein Batteriesteuermodul (BCM - Battery Control Module) 208, das die Leistung des Batteriepakets 200 überwacht und steuert. Das BCM 208 kann mehrere Batteriepaketpegelcharakteristika wie etwa einen von einem Stromsensor 206 gemessenen Paketstrom, eine Paketspannung 210 und eine Pakettemperatur 212 überwachen. Die Leistung des Stromsensors 206 kann in gewissen Anordnungen essentiell sein, um ein zuverlässiges Batterieüberwachungssystem aufzubauen. Die Genauigkeit des Stromsensors kann nützlich sein, um den Ladezustand und die Kapazität der Batterie zu schätzen. Ein Stromsensor kann eine Vielzahl von Verfahren verwenden, die auf physikalischen Prinzipien basieren, um den Strom zu detektieren, einschließlich eines Hall-Effekt-IC-Sensors, einer Transformator- oder Stromklemme, eines Widerstands, bei dem die Spannung direkt proportional zu dem Strom durch ihn ist, einer Faseroptik unter Verwendung eines Interferrometers, um die durch ein Magnetfeld erzeugte Phasenänderung beim Licht zu messen, oder einer Rogowskispule. Falls eine Batteriezelle sich lädt oder entladen wird, so dass der Strom, der in die Batterie eintritt oder sie verlässt, einen Schwellwert übersteigt, kann das Batteriesteuermodul die Batteriezelle über die Verwendung einer Schaltungsunterbrechungseinrichtung (CID - Circuit Interrupt Device) wie etwa eine Sicherung oder einen Schutzschalter trennen.
Zusätzlich zu den Paketpegelcharakteristika kann es Batteriezellpegelcharakteristika geben, die gemessen und überwacht werden müssen. Beispielsweise können die Klemmenspannung, der Strom und die Temperatur jeder Zelle gemessen werden. Ein System kann ein Sensormodul 204 zum Messen der Charakteristika eines oder mehrerer Batteriezellmodule 202 verwenden. Zu den Charakteristika können Batteriezellenspannung, Temperatur, Alter, Anzahl von Lade-/Entladezyklen usw. zählen. Typischerweise wird ein Sensormodul eine Batteriezellenspannung messen. Die Batteriezellenspannung kann die Spannung einer einzelnen Batterie oder einer Gruppe von Batterien, die elektrisch parallel oder in Reihe geschaltet sind, sein. Das Batteriepaket 200 kann bis zu N_c Sensormodule 204 verwenden, um die Charakteristika aller Batteriezellen 202 zu messen. Jedes Sensormodul 204 kann die Messungen zum BCM 208 zur weiteren Verarbeitung und Koordination übertragen. Das Sensormodul 204 kann Signale in analoger oder digitaler Form an das BCM 208 übertragen. Das Batteriepaket 200 kann auch ein Batterieverteilungsmodul (BDM - Battery Distribution Module) 214 enthalten, das den Stromfluss in das Batteriepaket 200 und aus diesem heraus steuert.
3 ist eine Darstellung eines Leistungselektronikverteilungsmoduls 214. Dieses Batterieverteilungsmodul (BDM) 214 enthält die Hochspannungsschalter (302, 304, 306, 308 und 314), mit denen die Hochspannungskomponenten angeschlossen und abgetrennt werden. Diese Hochspannungsschalter (302, 304, 306, 308 und 314) können Relais, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Junction Transistors), MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), BJTs (Bipolar Junction Transistors) oder andere elektromechanische oder Festkörperschalter sein. Die Batteriezellen 202 liefern die Spannung und den Strom, der durch die Schalter 302 und 304 zum Leistungselektronikmodul 116 fließt. Der Strom wird in einem Stromsensorblock 310 gemessen. Der Strom kann als Ergebnis dessen fließen, dass der Schalter 304 geschlossen ist und entweder der Schalter 302 oder 314 geschlossen ist, wobei sich Leistung zwischen den Batteriezellen 302 und dem Leistungselektronikmodul 116 bewegt. Der Schalter 314 ist in Verbindung mit dem Widerstand 316 eine Vorladeschaltung, mit der der Stromfluss in das System begrenzt wird, während das System hochgefahren wird. Außerdem kann Strom als Ergebnis dessen fließen, dass die Schalter 308 und 306 geschlossen sind, wobei sich Leistung zwischen den Batteriezellen 202 und dem Leistungsumwandlungsmodul 122 bewegt. Der Strom kann auch durch eine CID 312 fließen, die eine Sicherung oder einen Leistungsschalter enthalten kann, doch ist die CID nicht erforderlich, da das System konfiguriert sein kann, die Schaltung über den ganzen Bereich von Arbeitsamperestunden-Zeitperioden zu schützen. Das BDM 214 kann auch Schalter 306 und 308 enthalten, die die Batteriezellen 202 alternativ mit dem Leistungsumwandlungsmodul 122 verbinden.
4 ist ein Schaltbild einer Aufwärtswandlerschaltung 116, die einen oder mehrere Motoren/Generatoren 412 ansteuern kann. Die Batteriezellen 202 haben eine Spannung und Fähigkeit, um Strom zu liefern und sind elektrisch an den Batterieverteilungsblock 214 angeschlossen. Der Batterieverteilungsblock 214 ist mit dem Leistungselektronikmodul 116 verbunden. Das Leistungselektronikmodul 116 kann eine Verstärkungsschaltung mit einem Induktor 406, einen Schalter 402 zum Laden eines elektrischen Felds im Induktor 406 und einen Schalter 404 zum Entladen des elektrischen Felds enthalten, wodurch die Spannung zum Ansteuern des Motors/Generators 412 verändert wird. Diese DC-DC-Wandlerschaltung wird die Batteriespannung in eine Arbeitsspannung umwandeln, die über der Batteriezellenspanung liegen kann. Der Leistungswandler 116 kann IGBTs, BJTs, MOSFETs, Relais oder andere elektromechanische oder Festkörperschalter an der Position 402 und 404 enthalten. Die Verwendung von IGBTs mit Fast-Recovery-Dioden (FRDs) in diesem Diagramm ist beispielhaft und kann unter Einsatz von MOSFETS, BJTs oder anderen elektromechanischen oder Festkörperschaltern bewerkstelligt werden. Mit dem Kondensator 408 wird die von dem DC-DC-Wandler generierte Spannung gefiltert, so dass die an die Motorsteuerschalter 410 angelegte Arbeitsspannung allgemein stabil ist. Diese Verstärkungsschaltung soll die Spannung der Hochspannungsbatterie 202 auf eine Arbeitsspannung verändern, die über der Batteriespannung liegt. Ein Beispiel dafür ist eine Hochspannungsbatterie von 90-400 Volt, die auf eine Arbeitsspannung von 100-1200 Volt verstärkt wird.
5 ist eine grafische Darstellung, die eine Kondensatorspannung 502 gegen die Zeit 504 für elektrische Komponenten eines Fahrzeug-Hochspannungsstromsystems darstellt. Wenn das System bei geschlossener Vorladewiderstandsschaltung 314 hochgefahren wird, nimmt die Spannung am Kondensator 408 zu, während er geladen wird, bis sie bei einem Punkt 506 einen oberen Schwellwertspannungspegel 514 erreicht. Dieser obere Schwellwertspannungspegel 514 wird so gewählt, dass er eine Niedrigspannung von unter 60 Volt DC ist. Wenn die obere Schwellwertspannung bei 506 erreicht ist, schließt das Steuersystem den Schalter 402 und das Laden des Kondensators 408 stoppt, da der ganze Strom nun durch den Schalter 402 zum Laden des Felds des Induktors 406 gelenkt wird. Der Strom wird durch den Vorladewiderstand 316 begrenzt. Wenn der Schalter am Punkt 506 geschlossen wird, kann die Spannung am Kondensator 408 aufgrund der Motor- oder Generatorlast abfallen, die durch den HVIL-Test (High Voltage Interlock Test) nachgefragt wird. Falls der Spannungspegel am Punkt 508 unter einen unteren Schwellwertpegel 516 abfällt, wird das Steuersystem den Schalter 402 öffnen und der Kondensator 408 wird zu laden beginnen. Bei diesem Beispiel ist der Schalter 404 ein Richtungsschalter, der einen Stromfluss in einer Richtung gestattet, aber nicht in der anderen, weshalb der Schalter 404 als solcher während dieses Tests geschlossen gehalten werden kann. Falls der Schalter 404 ein bidirektionaler Schalter ist, der einen Stromfluss in beiden Richtungen gestattet, wird der Schalter 404 komplementär zum Schalter 402 geschaltet. Dieser Rückkopplungsmechanismus hält die Spannung an dem Kondensator 408 zwischen dem oberen Schwellwertpegel 514 und dem unteren Schwellwertpegel 516 aufrecht. Während die Spannung am Kondensator innerhalb dieses Spannungsbereichs liegt, kann der Controller einen elektrischen Sicherungs-(Interlock)Test durchführen, um die Integrität des Hochspannungssystems und der Hochspannungskomponenten zu prüfen. Der Hardware-Interlock-Test ist am Punkt 510 abgeschlossen, wo das Hochspannungssystemladen, wie durch 512 angezeigt, fortgesetzt wird, falls der Test bestanden wird. Falls der Test nicht bestanden wird, öffnen sich die Schaltschütze und die Batterie wird von dem Hochspannungssystem getrennt und die Spannung auf dem Hochspannungssystem wird niemals 60 Volt, das eine Niederspannung ist, übersteigen.
6 ist ein Flussdiagramm eines Hochspannungssteuersystems und -interlock, das in einem Hybridfahrzeugsystem oder einem Elektrofahrzeugsystem verwendet werden kann. Die Systeminitialisierung ist im Block 602, der prüft, ob die Schaltschütze geschlossen sind und ob die Schaltschütze nicht geschlossen sind. Das System schließt die Schaltschütze, so dass ein Strom von der Batterie zu den elektrischen Komponenten fließen kann. Wenn die Schaltschütze geschlossen sind und ein Strom von der Batterie zu fließen beginnt, beginnt das Hochspannungssystem zu laden. Das Vorladen des Hochspannungssystems wird im Block 604 durchgeführt. Auf dieses anfängliche Vorladen 604 folgt eine Messung der Spannung des Hochspannungssystems im Block 606. Die Messung des Vorladens und der Spannung geht weiter, bis die Spannung über einem unteren Schwellwertspannungspegel 516 liegt, was in Block 608 geprüft wird. Nachdem die Spannung über den unteren Schwellwertspannungspegel 516 ansteigt, kann ein HVIL-Test im Block 612 durchgeführt werden, während die Spannung auf dem Hochspannungssystem zwischen dem oberen Schwellwertspannungspegel 514 und dem unteren Schwellwertspannungspegel 516 aufrechterhalten wird, was im Block 610 erfolgt. Der Block 610 kann einen oberen Spannungspegeltest 614 beinhalten, der, wenn die Spannung auf dem Bus den oberen Schwellwertspannungspegel 514 übersteigt, ein Schaltschütz geöffnet wird, um zu stoppen, dass die Spannung weiter ansteigt. Der Block 610 kann auch einen unteren Spannungspegeltest 618 enthalten, der, wenn die Spannung auf dem Bus unter einen unteren Schwellwertspannungspegel 512 abfällt, ein Schaltschütz geschlossen wird, um den Stromfluss von der Batterie zum Hochspannungssystem zu ermöglichen. Sowohl die HVIL-Prüfung 612 als auch der Spannungsrückkopplungsmechanismus 610 gehen weiter, bis der HVIL-Test abgeschlossen ist, wie in Block 622 bestimmt. Die Ergebnisse des HVIL-Tests werden in Block 624 ausgewertet. Ein beispielhafter HVIL-Test kann mehrere Tests beinhalten, bei denen die Motorsteuerschalter 410 selektiv in Eingriff genommen werden, um die Leitfähigkeit jeder Phase der elektrischen Maschine 412 bei einer niedrigen Spannung und nicht der normalen Arbeitsspannung zu prüfen. Falls in diesem Beispiel ein Verbinder nicht ordnungsgemäß sitzt oder verbunden ist, würde ein kleinster Strom fließen, der einen unteren vorbestimmten Schwellwert nicht übersteigen würde. Diese Strommessung, die unter dem unteren Schwellwert liegt, würde einen Verbindungsfehler anzeigen. Wenn eine Kurzschlussbedingung vorliegen würde, würde der Stromfluss gleichermaßen einen oberen vorbestimmten Schwellwert übersteigen. Deshalb kann es in diesem Beispiel wünschenswert sein, nachzusehen, ob der Stromfluss innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, um eine richtige Verbindung und einen richtigen Arbeitsstatus der Komponenten anzuzeigen. Falls die Ergebnisse anzeigen, dass der Test bestanden ist, darf das Hochspannungssystem das Vorladen über die Niedrigspannungsschwellwertgrenze 514 hinaus fortsetzen. Das fortgesetzte Vorladen wird in Block 628 durchgeführt. Falls die Testergebnisse einen Fehler anzeigen, wird das System in Block 626 abgeschaltet.
7 ist ein Schaltbild eines Auf-/Abwärtswandlers 700, die einen oder mehrere Motoren/Generatoren 412 ansteuern kann. Die Batteriezellen 202 sind elektrisch an den Batterieverteilungsblock 214 angeschlossen. Der Batterieverteilungsblock 214 ist mit dem Leistungselektronikmodul 700 verbunden. Das Leistungselektronikmodul 700 kann eine Verstärkungsschaltung mit einem Induktor 406, einem Schalter 402 zum Laden eines elektrischen Felds im Induktor 406 und einen Schalter 404 zum Entladen des elektrischen Felds enthalten, wodurch die Spannung zum Ansteuern des Motors/Generators 412 verändert wird. Dieses Leistungselektronikmodul 700 kann auch eine Tiefsetzstellerschaltung unter Verwendung des Induktors 406 und der Schalter 702 und 704 beinhalten. Diese DC-DC-Wandlerschaltung wird die Batteriespannung in eine Arbeitsspannung umwandeln, die über der Batteriezellenspanung liegen kann. Der Leistungswandler 116 kann IGBTs, BJTs, MOSFETs, Relais oder andere elektromechanische oder Festkörperschalter am Ort 402 und 404 enthalten. Die Verwendung von IGBTs mit Fast-Recovery-Dioden (FRDs) in diesem Diagramm ist beispielhaft und kann unter Einsatz von MOSFETS, BJTs oder anderen elektromechanischen oder Festkörperschaltern bewerkstelligt werden. Bei diesem Beispiel ist der Schalter 404 ein Richtungsschalter, der einen Stromfluss in einer Richtung, aber nicht in der anderen, gestattet. Als solches kann der Schalter 404 während dieses Tests geschlossen bleiben. Falls der Schalter 404 ein bidirektionaler Schalter ist, der einen Stromfluss in beiden Richtungen gestattet, wird der Schalter 404 komplementär zum Schalter 402 schalten. Mit dem Kondensator 408 wird die von dem DC-DC-Wandler generierte Spannung gefiltert, so dass die an die Motorsteuerschalter 410 angelegte Arbeitsspannung allgemein stabil ist. Dieser Auf-/Abwärtswandler soll die Spannung einer Hochspannungsbatterie 202 (mit einer Spannung über 60 Volt DC) auf eine von der Batteriespannung verschiedene Arbeitsspannung ändern. Ein Beispiel dafür ist eine Hochspannungsbatterie von 90-400 Volt, die auf eine Arbeitsspannung von 100-1200 Volt verstärkt wird.
Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können an eine Verarbeitungseinrichtung, einen Controller oder einen Computer geliefert oder durch diese implementiert werden, bei denen es sich um eine beliebige existierende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine eigene elektronische Steuereinheit handeln kann. Analog können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert werden, die von einem Controller oder Computer in vielen Formen ausgeführt werden können, einschließlich unter anderem Informationen, die permanent auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie etwa ROM-Einrichtungen gespeichert werden, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien gespeichert werden, wie etwa Disketten, magnetischer Datenbandspeicherung, optischer Datenbandspeicherung, CDs, RAM-Einrichtungen, FLASH-Einrichtungen, MRAM-Einrichtungen und andere magnetische und optische Medien. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem als Software ausführbaren Objekt implementiert werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten verkörpert werden, wie etwa applikationsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbaren Gatearrays (FPGAs), Zustandsmaschinen, Controllern oder beliebigen anderen Hardwarekomponenten oder Einrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten.
Es wird ferner beschrieben:

A. Fahrzeug, das Folgendes umfasst:
- eine Traktionsbatterie mit einer Arbeitsspannung; einen Leistungswandler, der die Batterie und eine Last elektrisch verbindet; und mindestens einen Controller, der programmiert ist, als Reaktion auf eine mit der Last assoziierte Aktivierungsbedingung zu bewirken, dass der Leistungswandler eine Prüfspannung an die Last abgibt, die kleiner ist als die Arbeitsspannung der Batterie, und als Reaktion darauf, dass die Ausgabe durch den Wandler, die mit der Prüfspannung assoziiert ist, einen Fehler anzeigt, den Stromfluss zwischen der Batterie und der Last zu stoppen.
B. Fahrzeug nach A, wobei der mindestens eine Controller weiterhin programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Ausgabe in einen vorbestimmten Bereich fällt, der eine Verbindung zwischen der Batterie und der Last anzeigt, die Batterie und die Last derart zu verbinden, dass Strom zwischen der Batterie und der Last fließt, um die Arbeitsspannung zu erzielen.
C. Fahrzeug nach B, wobei die Ausgabe, wenn sie größer ist als der vorbestimmte Bereich, einen Fehler anzeigt.
D. Fahrzeug nach B, wobei der mindestens eine Controller weiterhin programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Ausgabe in den vorbestimmten Bereich fällt, eine Vorladeschaltung zu aktivieren, die mit der Batterie und der Last verbunden ist.
E. Fahrzeug nach A, wobei die Prüfspannung unter 60 Volt liegt und die Arbeitsspannung über 100 Volt liegt.
F. Fahrzeug nach E, wobei die Prüfspannung über 12 Volt liegt.
G. Verfahren zum Steuern eines Fahrzeug-Hochspannungssystems, das Folgendes umfasst:
- Modellieren eines Schalters, der zwischen eine Traktionsbatterie und eine elektrische Last geschaltet ist, um eine Prüfspannung für die Last bereitzustellen, die kleiner ist als eine Arbeitsspannung der Batterie;
- Messen einer Ausgabe, die mit der Prüfspannung assoziiert ist; und Verhindern eines weiteren Stromflusses von der Batterie zu der Last als Reaktion darauf, dass die Ausgabe unter einem vorbestimmten Ausmaß liegt.
H. Verfahren nach G, weiterhin umfassend das Ermöglichen eines Stromflusses von der Batterie zu der Last bei der Arbeitsspannung als Reaktion darauf, dass die Ausgabe in einen vorbestimmten Bereich fällt.
I. Verfahren nach H, weiterhin umfassend das Verhindern eines weiteren Stromflusses von der Batterie zu der Last als Reaktion darauf, dass die Ausgabe größer ist als der vorbestimmte Bereich.
J. Fahrzeug nach G, wobei die Prüfspannung unter 60 Volt liegt und die Arbeitsspannung über 100 Volt liegt.
K. Verfahren nach J, wobei die Prüfspannung über 12 Volt liegt.
L. Fahrzeug, das Folgendes umfasst:
- eine Traktionsbatterie;
- eine elektrische Maschine;
- einen Schalter, der zwischen die Batterie und die elektrische Maschine geschaltet ist; und
- mindestens einen Controller, der programmiert ist, als Reaktion darauf, dass ein Stromfluss von der Batterie zu der elektrischen Maschine unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt, während der Schalter moduliert wird, um eine Zielspannung an der elektrischen Maschine aufrechtzuerhalten, die unter einer Arbeitsspannung der Batterie liegt, den weiteren Stromfluss zwischen der Batterie und der elektrischen Maschine zu blockieren.
M. Fahrzeug nach L, wobei der mindestens eine Controller weiterhin programmiert ist, als Reaktion darauf, dass der Stromfluss in einem vorbestimmten Bereich liegt, während der Schalter moduliert wird, um die Zielspannung aufrechtzuerhalten, die Batterie und die elektrische Maschine derart zu verbinden, dass der Strom zwischen der Batterie und der elektrischen Maschine mit der Arbeitsspannung fließt.
N. Fahrzeug nach M, wobei der mindestens eine Controller weiterhin programmiert ist, als Reaktion darauf, dass der Stromfluss größer ist als der vorbestimmte Bereich, während der Schalter moduliert wird, um die Zielspannung aufrechtzuerhalten, den weiteren Stromfluss zwischen der Batterie und der elektrischen Maschine zu blockieren.
O. Fahrzeug nach L, wobei der mindestens eine Controller weiterhin programmiert ist, als Reaktion darauf, dass der Stromfluss in einen vorbestimmten Bereich fällt, während der Schalter moduliert wird, um die Zielspannung aufrechtzuerhalten, eine Vorladeschaltung zu aktivieren, die mit der Batterie und der elektrischen Maschine verbunden ist.
P. Fahrzeug nach L, wobei die Zielspannung unter 60 Volt liegt und die Arbeitsspannung über 100 Volt liegt.
Q. Fahrzeug nach P, wobei die Zielspannung über 12 Volt liegt.

Claims

Fahrzeug (100), das Folgendes umfasst: eine Traktionsbatterie (114) mit einer Arbeitsspannung; einen Leistungswandler (116), der die Batterie (114) und einen Motor (104) elektrisch verbindet; und mindestens einen Controller (208), der programmiert ist, als Reaktion auf eine mit dem Motor (104) assoziierte Aktivierungsbedingung zu bewirken, dass der Leistungswandler (116) eine Prüfspannung an den Motor (104) abgibt, die kleiner ist als die Arbeitsspannung der Batterie (114), und als Reaktion darauf, dass die Ausgabe durch den Wandler (116), die mit der Prüfspannung assoziiert ist, einen Fehler anzeigt, den Stromfluss zwischen der Batterie (114) und dem Motor (104) zu stoppen, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Controller (208) programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Ausgabe in einen vorbestimmten Bereich fällt, der eine Verbindung zwischen der Batterie (114) und dem Motor (104) anzeigt, die Batterie (114) und den Motor (104) derart zu verbinden, dass Strom zwischen der Batterie (114) und dem Motor (104) fließt, um die Arbeitsspannung zu erzielen.
Fahrzeug (100) nach Anspruch 2, wobei die Ausgabe, wenn sie größer ist als der vorbestimmte Bereich, einen Fehler anzeigt.
Fahrzeug (100) nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Controller (208) weiterhin programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Ausgabe in den vorbestimmten Bereich fällt, eine Vorladeschaltung (314, 316) zu aktivieren, die mit der Batterie (114) und dem Motor (104) verbunden ist.
Fahrzeug (100) nach Anspruch 1, wobei die Prüfspannung unter 60 Volt liegt und die Arbeitsspannung über 100 Volt liegt.
Fahrzeug (100) nach Anspruch 5, wobei die Prüfspannung über 12 Volt liegt.