DE-102017116585-B4 - STROMVERSORGUNGSSYSTEM UND TOPOLOGIE

Abstract

Topologie für eine Stromversorgung (100) in einem Fahrzeug, umfassend: ein Hochspannungsbus (12), der elektrisch mit einem DC-DC-Umrichter (40) verbunden ist, der elektrisch mit einer Niederspannungsgleichstromlast verbunden ist; der DC-DC-Umrichter (40), der einen Hochspannungsschaltkreis (110), einen Wandler (150) und einen Niederspannungs-Gleichrichter (160) umfasst, wobei der Hochspannungsschaltkreis (110) einen ersten und einen zweiten Schalter (112, 114) umfasst, die in Reihe zwischen Plus- und Minusleitungen des Hochspannungsbusses (12) angeordnet sind und elektrisch an einem ersten Knoten (115) verbunden sind und wobei der erste Knoten (115) elektrisch mit einer ersten Leitung eines ersten induktiven Elements (152) des Wandlers (150) verbunden ist; eine erste Sicherung (44) zwischen dem DC-DC-Umrichter (40) und der Niederspannungsgleichstromlast; ein Niederspannungsstrom-Versorgungsverteiler (60), der elektrisch mit einem DC-AC-Wechselrichtermodul (20) verbunden ist, das elektrisch mit dem Hochspannungsbus (12) verbunden ist, wobei der Niederspannungsstrom-Versorgungsverteiler (60) ferner elektrisch mit der Niederspannungsgleichstromlast über eine zweite Sicherung (64) verbunden ist und eine erste elektrische Hochspannungs-Entladungsstrecke (25) für den Hochspannungsbus (12) bildet; ein Stromsensor (120), der angeordnet ist, um eine Größe des elektrischen Stroms im Hochspannungsbus (12) zu überwachen; eine erste Torschaltung (123) mit einer ersten Gate-Vorspannungsquelle, die elektrisch mit einem Gate (111) des ersten Schalters (112) verbunden ist; eine zweite Torschaltung (125) mit einer zweiten Gate-Vorspannungsquelle, die elektrisch mit einem Gate (113) des zweiten Schalters (114) verbunden ist; und eine Steuerung (200), die mit der ersten und der zweiten Torschaltung (123, 125) betriebsmäßig verbunden ist und mit dem Stromsensor (120) in Verbindung steht, wobei die Steuerung (200) einen Befehlssatz beinhaltet, wobei der Befehlssatz ausführbar ist zum: Empfangen eines Befehls zur Entladung des Hochspannungsbusses (12), Steuern der ersten Torschaltung (123), um den ersten Schalter (112) in einem linearen Modus zu steuern und Steuern der zweiten Torschaltung (125), um den zweiten Schalter (114) pulsbreitenmodulierend zu steuern, wobei eine Einschaltdauer für die pulsweitenmodulierte Steuerung der zweiten Torschaltung (125) anhand der Größe des elektrischen Stromes bestimmt wird.

Inventors

• Konking Wang
• Steven V. Wybo
• Kris S. Sevel
• Charles J. Swan

Assignees

• GM Global Technology Operations LLC

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20170722

Priority Date

20160727

Claims (7)

1. Topologie für eine Stromversorgung (100) in einem Fahrzeug, umfassend: ein Hochspannungsbus (12), der elektrisch mit einem DC-DC-Umrichter (40) verbunden ist, der elektrisch mit einer Niederspannungsgleichstromlast verbunden ist; der DC-DC-Umrichter (40), der einen Hochspannungsschaltkreis (110), einen Wandler (150) und einen Niederspannungs-Gleichrichter (160) umfasst, wobei der Hochspannungsschaltkreis (110) einen ersten und einen zweiten Schalter (112, 114) umfasst, die in Reihe zwischen Plus- und Minusleitungen des Hochspannungsbusses (12) angeordnet sind und elektrisch an einem ersten Knoten (115) verbunden sind und wobei der erste Knoten (115) elektrisch mit einer ersten Leitung eines ersten induktiven Elements (152) des Wandlers (150) verbunden ist; eine erste Sicherung (44) zwischen dem DC-DC-Umrichter (40) und der Niederspannungsgleichstromlast; ein Niederspannungsstrom-Versorgungsverteiler (60), der elektrisch mit einem DC-AC-Wechselrichtermodul (20) verbunden ist, das elektrisch mit dem Hochspannungsbus (12) verbunden ist, wobei der Niederspannungsstrom-Versorgungsverteiler (60) ferner elektrisch mit der Niederspannungsgleichstromlast über eine zweite Sicherung (64) verbunden ist und eine erste elektrische Hochspannungs-Entladungsstrecke (25) für den Hochspannungsbus (12) bildet; ein Stromsensor (120), der angeordnet ist, um eine Größe des elektrischen Stroms im Hochspannungsbus (12) zu überwachen; eine erste Torschaltung (123) mit einer ersten Gate-Vorspannungsquelle, die elektrisch mit einem Gate (111) des ersten Schalters (112) verbunden ist; eine zweite Torschaltung (125) mit einer zweiten Gate-Vorspannungsquelle, die elektrisch mit einem Gate (113) des zweiten Schalters (114) verbunden ist; und eine Steuerung (200), die mit der ersten und der zweiten Torschaltung (123, 125) betriebsmäßig verbunden ist und mit dem Stromsensor (120) in Verbindung steht, wobei die Steuerung (200) einen Befehlssatz beinhaltet, wobei der Befehlssatz ausführbar ist zum: Empfangen eines Befehls zur Entladung des Hochspannungsbusses (12), Steuern der ersten Torschaltung (123), um den ersten Schalter (112) in einem linearen Modus zu steuern und Steuern der zweiten Torschaltung (125), um den zweiten Schalter (114) pulsbreitenmodulierend zu steuern, wobei eine Einschaltdauer für die pulsweitenmodulierte Steuerung der zweiten Torschaltung (125) anhand der Größe des elektrischen Stromes bestimmt wird.
2. Topologie nach Anspruch 1 , ferner umfassend den Hochspannungsschaltkreis (110) mit dritten und vierten Schaltern (116, 118), die in Reihe zwischen den Plus- und Minusleitungen des Hochspannungsbusses (12) angeordnet sind und an einem zweiten Knoten elektrisch verbunden sind, wobei der zweite Knoten elektrisch mit einer zweiten Leitung des ersten induktiven Elements (152) des Wandlers (150) verbunden ist.
3. Topologie nach Anspruch 1 , wobei die Niederspannungsgleichstromlast eine Niederspannungs-Gleichstromquelle (50) umfasst, die so angeordnet ist, dass sie dem Niederspannungsstrom-Versorgungverteiler (60) elektrische Niederspannungsenergie zuführt.
4. Topologie nach Anspruch 1 , ferner umfassend das DC-AC-Wechselrichtermodul (20), das elektrisch mit einem Elektromotor (30) verbunden ist, der so angeordnet ist, um dem Fahrzeug Antriebsleistung zuzuführen.
5. Topologie nach Anspruch 1 , wobei jeder der ersten und zweiten Schalter (112,114) einen MOSFET-Transistor umfasst.
6. Topologie nach Anspruch 1 , wobei der Wandler (150) eine zweite Drosselspule umfasst, wobei das zweite induktive Element (154) elektrisch mit einem Niederspannungs-Gleichrichter (160) verbunden ist, der elektrisch mit der Niederspannungsgleichstromlast verbunden ist.
7. Stromversorgungssystem, umfassend: ein Hochspannungsbus (12), der elektrisch mit einem DC-DC-Umrichter (40) verbunden ist, der elektrisch mit einer Niederspannungsgleichstromversorgung verbunden ist; der DC-DC-Umrichter (40), der einen Hochspannungsschaltkreis (110), einen Wandler (150) und einen Niederspannungs-Gleichrichter (160)umfasst, wobei der Hochspannungsschaltkreis (110) einen ersten und einen zweiten Schalter (112, 114) umfasst, die in Reihe zwischen Plus- und Minusleitungen des Hochspannungbusses (12) angeordnet sind und elektrisch an einem ersten Knoten (115) verbunden sind und wobei der erste Knoten (115) elektrisch mit einer ersten Leitung eines ersten induktiven Elements (152) des Wandlers (150) verbunden ist; der Hochspannungsbus (12), der elektrisch mit einem DC-AC-Wechselrichtermodul (20) verbunden ist; eine erste Sicherung (44) zwischen dem DC-DC-Umrichter (40) und der Niederspannungsgleichstromlast; ein Niederspannungsstrom-Versorgungverteiler (60), der elektrisch mit dem DC-AC-Wechselrichtermodul (20) verbunden ist, das elektrisch mit dem Hochspannungsbus (12) verbunden ist, wobei der Niederspannungsstrom-Versorgungsverteiler (60) ferner elektrisch mit der Niederspannungsgleichstromlast über eine zweite Sicherung (64) verbunden ist und eine erste elektrische Hochspannungs-Entladungsstrecke (25) für den Hochspannungsbus (12) bildet; ein Stromsensor (120), der angeordnet ist, um eine Größe des elektrischen Stroms im Hochspannungsbus (12) zu überwachen; eine erste Torschaltung (123) mit einer ersten Gate-Vorspannungsquelle, die elektrisch mit einem Gate (111) des ersten Schalters (112) verbunden ist; eine zweite Torschaltung (125) mit einer zweiten Gate-Vorspannungsquelle, die elektrisch mit einem Gate (113) des zweiten Schalters (114) verbunden ist; und eine Steuerung (200), die mit der ersten und der zweiten Torschaltung (123, 125) betriebsmäßig verbunden ist und mit dem Stromsensor (120) in Verbindung steht, wobei die Steuerung (200) einen Befehlssatz beinhaltet, wobei der Befehlssatz ausführbar ist zum: Empfangen eines Befehls zur Entladung des Hochspannungsbusses (12), Steuern der ersten Torschaltung (123), um den ersten Schalter (112) in einem linearen Modus zu betreiben und Steuern der zweiten Torschaltung (125), um den zweiten Schalter (114) pulsbreitenzumodulieren, wobei eine Einschaltdauer für die pulsweitenmodulierte Steuerung der zweiten Torschaltung (125) anhand der Größe des elektrischen Stromes bestimmt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET Die Offenbarung betrifft elektrische Hochspannungs-Stromversorgungssysteme und Topologien für Fahrzeuge. HINTERGRUND Elektrofahrzeuge beinhalten Stromversorgungssysteme, um Hochspannung und elektrische Niederspannungsenergie an verschiedene Vorrichtungen für den Antrieb und andere im Fahrzeug befindliche Strombedarfe zuzuführen. Es gibt Anforderungen, dass Systeme eine Entladungsstrecke aufweisen müssen, um elektrische Hochspannung unter bestimmten Umständen zu entladen. DE 10 2014 224 396 A1 offenbart eine Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung umfassend: eine Wechselrichtervorrichtung zum Wandeln eines Gleichstroms einer Hauptbatterie in Wechselstrom, wodurch ein elektrischer Motor angesteuert wird; einen Kondensator zum Glätten, der parallel mit der Wechselrichtervorrichtung verbunden ist; ein Wechselrichtersteuermittel zum Steuern des Aufladens und Entladens des Kondensators und zum Steuern der Wechselrichtervorrichtung; eine Unterbatterie zum Liefern eines Stroms an das Steuermittel; einen DC/DC-Wandler zum Abfall einer Spannung der Hauptbatterie, wodurch die Unterbatterie aufgeladen wird; und ein DC/DC-Wandlersteuermittel zum Steuern eines Stroms des DC/DC-Wandlers. Das DC/DC-Wandlersteuermittel weist ein Wandlungseffizienz-Beeinträchtigungsmittel zum Durchführen einer Steuerung auf, so dass ein Verlust des DC/DC-Wandlers beim Entladebetrieb des Kondensators größer als in einem Normalbetrieb ist. DE 10 2011 084 006 A1 offenbart eine Steuereinheit für ein Kraftfahrzeug. Die Steuereinheit weist einen Spannungswandler auf, wobei der Spannungswandler einen Eingang für ein Gleichspannungsnetz aufweist. Der Spannungswandler ist ausgebildet, eine Gleichspannung kleiner als eine Eingangsspannung am Eingang für das Gleichspannungsnetz zu erzeugen und die Gleichspannung ausgangsseitig auszugeben. Erfindungsgemäß weist der Spannungswandler einen Wechselrichter und einen mit dem Wechselrichter verbundenen Transformator auf. Der Spannungswandler weist auch einen Eingang für ein Entladesignal auf und ist ausgebildet, in Abhängigkeit des Entladesignals einen mit dem Eingang für das Gleichspannungsnetz verbundenen Zwischenkreiskondensator über dem Wechselrichter zu entladen und dazu eine Arbeitsfrequenz des Wechselrichters - insbesondere im Vergleich zu keinem Entladesignal - zu verkleinern. US 2014 / 0 091 618 A1 offenbart eine Spannungsentladevorrichtung. Die Spannungsentladevorrichtung umfasst eine Batterie, einen Wechselrichter, der eine von der Batterie gelieferte Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung umwandelt, um die umgewandelte Wechselstromleistung auszugeben, einen Motor, der von der durch den Wechselrichter ausgegebenen Wechselstromleistung angetrieben wird, ein Hauptrelais, das zwischen der Batterie und dem Wechselrichter angeordnet ist, um die von der Batterie gelieferte Gleichstromleistung in den Wechselrichter zu schalten, und eine Steuereinheit, die ein Key-Off-Signal des Fahrzeugs erkennt, um eine Zwischenkreis-Gleichspannung des Wechselrichters zu entladen, wenn das Key-Off-Signal erkannt wird. Die Steuereinheit entlädt die Zwischenkreisspannung durch Anlegen einer ersten oder zweiten Zwangsentladungslogik, die sich voneinander unterscheiden, je nach Fahrzustand des Fahrzeugs zu einem Zeitpunkt, zu dem das Key-Off-Signal erkannt wird. DE 10 2012 215 002 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ableiten bzw. Entladen eines Spannungsbusses unter Verwendung eines Transistors. Ein beispielhafter Gate-Antriebsschaltkreis, welcher dem Transistor zugewiesen ist, umfasst ein Pulserzeugungsmodul mit einem Eingang und einem Ausgang und eine geschaltete Kondensator-Anordnung, welche zwischen dem Ausgang und einem Bezugsspannungsknoten geschaltet ist. Das Pulserzeugungsmodul ist dazu eingerichtet, um einen Spannungspuls an seinem Ausgang in Antwort auf ein Steuersignal an dem Eingang zu erzeugen. Das Steuersignal führt zu dem Spannungspuls mit einem Betriebszyklus, welcher den Transistor betreibt, der dem Gate-Antriebsschaltkreis zugewiesen ist, und zwar in einer linearen Betriebsart, wenn die geschaltete Kondensator-Anordnung aktiviert ist.DE 10 2009 049 977 A1 offenbart ein System und ein Verfahren zum Entladen eines Hochspannungsbusses unter Verwendung von Halbleitereinrichtungen. Ein Entladesystem für eine erste Spannungssammelleitung und eine zweite Spannungssammelleitung umfasst eine erste Halbleitereinrichtung, die mit einer ersten Spannungssammelleitung gekoppelt ist, und eine zweite Halbleitereinrichtung, die zwischen die erste Halbleitereinrichtung und eine zweite Spannungssammelleitung gekoppelt ist. Eine Steuerungsschaltung ist mit der ersten Halbleitereinrichtung und der zweiten Halbleitereinrichtung gekoppelt. Die Steuerungsschaltung ist ausgestaltet, um in Ansprechen auf eine Entladebedingung die erste Halbleitereinrichtung zu aktivieren und um die zweite Halbleitereinrichtung zu aktivieren, so dass das Energiepotential zwischen der ersten Spannungssammelleit