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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Überwachung und Steuerung von
Energiespeichersystemen in Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEV) und insbesondere
die genaue Diagnose des Ladungszustands eines Energiespeichersystems.
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Ein
HEV ist ein Fahrzeug mit einem Vortriebssystem, das aus wenigstens
einem Elektromotor bzw. einer Elektromaschine in Verbindung mit
wenigstens einer weiteren Leistungsquelle besteht. Die weitere Leistungsquelle
ist typisch ein Benzin- oder Dieselmotor. Je nachdem, wie der Elektromotor
bzw. die Elektromotoren und die weitere Leistungsquelle bzw. die
weiteren Leitungsquellen miteinander kombiniert sind, um einen Vortrieb
für das
Fahrzeug zu erzeugen, gibt es verschiedene Typen von HEVs einschließlich seriellen
HEVs, parallelen HEVs und Verbund-HEVs.
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Für das Management
des Eingangs- und des Ausgangsdrehmoments verschiedener Antriebsmaschinen
in Hybridfahrzeugen, zumeist Brennkraftmaschinen und Elektromaschinen,
sind verschiedene Hybrid-Kraftübertragungsstrang-Architekturen
bekannt. Reihen-HEV-Architekturen sind allgemein durch eine Brennkraftmaschine
charakterisiert, die einen Elektrogenerator antreibt, der seinerseits
einem Elektroantriebsstrang und einem Energiespeichersystem, das
ein Batteriepack umfasst, Elektroleistung zuführt. In einer Reihen-HEV-Architektur
ist die Brennkraftmaschine nicht direkt mechanisch mit dem Antriebsstrang
gekoppelt. Der Elektrogenerator kann außerdem in einer Elektromotorbetriebsart
arbeiten, um für
die Brennkraftmaschine eine Anlasserfunktion bereitzustellen, während der
Elektroantriebsstrang Bremsenergie des Fahrzeugs wiedergewinnen
kann, indem er in einer Generatorbetriebsart arbeitet, um das Batteriepack
nachzuladen.
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Parallel-HEV-Architekturen
sind allgemein durch eine Brennkraftmaschine und durch einen Elektromotor
charakterisiert, die beide eine direkte mechanische Kopplung zu
dem Antriebsstrang haben. Herkömmlich
enthält
der Antriebsstrang ein Schaltgetriebe, das für einen breiten Betriebsbereich die
erforderlichen Übersetzungsverhältnisse
bereitstellt.
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Es
sind elektrisch variable Getriebe (EVT) bekannt, die durch Kombination
der Merkmale sowohl von Reihen- als auch von Parallel-HEV-Architekturen
stufenlos variable Drehzahlverhältnisse
bereitstellen. EVTs sind mit einem direkten mechanischen Weg zwischen
einer Brennkraftmaschine und einer Achsantriebseinheit betreibbar
und ermöglichen
somit einen hohen Getriebewirkungsgrad und die Anwendung preiswerterer
und weniger massiver Elektromotoranlagen. EVTs sind außerdem mit
einem Motorbetrieb, der von dem Achsantrieb mechanisch unabhängig ist,
oder in verschiedenen mechanischen/elektrischen Aufteilungsbeiträgen (d.
h. Eingangaufteilungs-, Ausgangsaufteilungs- und Verbundaufteilungskonfiguration)
betreibbar und ermöglichen
somit stufenlos variable Drehzahlverhältnisse bei hohem Drehmoment,
elektrisch dominierte Starts, Rückgewinnungsbremsung,
Leerlauf bei ausgeschaltetem Motor und Zweibetriebsart-Betrieb.
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Diese
komplexen EVT-HEVs nutzen eine Elektromaschine oder mehrere Elektromaschinen und
erfordern ein fortgeschrittenes Energiespeichersystem (ESS), um
diesen Maschinen Elektroenergie zuzuführen und um Elektroenergie
von ihnen zu empfangen und zu speichern. Das ESS enthält typisch
ein Batteriepack und zugeordnete Überwachungs- und Steuerelektroniken
sowie Überwachungs-
und Steueralgorithmen. Ausgehend von der dem Betrieb eines HEV zugeordneten
Dynamik, insbesondere dem konstanten Leistungsfluss in das ESS und
aus dem ESS, spielt das ESS beim Betrieb dieser Fahrzeuge eine entscheidende
Rolle. Die entscheidende Rolle des ESS in diesen Fahrzeugen stellt
ein Anzahl von Anforderungen einschließlich sowohl Betriebs- als
auch Lebensdaueranforderungen an die Leistungsfähigkeit des ESS.
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Der
Ladungszustand (SOC) ist allgemein als das Verhältnis der Restladung in einer
Batterie oder in einem Batteriepack zur vollen Ladungskapazität definiert.
Der Aufrechterhaltung der Funktionsleistungsfähigkeit von Batterien, die
in HEV-Anwendungen als das ESS verwendet werden, wird erhebliche Aufmerksamkeit
geschenkt. Besondere Aufmerksamkeit wird verschiedenen Aspekten
geschenkt, dass nicht nur der Ladungszustand des Batteriepacks aufrechterhalten
wird, sondern dass auch eine Überladung
und eine Erschöpfung
des Batteriepacks, die zur Beschädigung
des Batteriepacks führen
können,
verhindert werden. Zur Bestimmung und Aufrecherhaltung des SOC von
Batteriepacks und zur Verhinderung eines potentiell beschädigenden Betriebs
bei Bedingungen eines äußerst tiefen
und äußerst hohen
SOC sind verschiedene Hardware- und Software-Steuerstrategien vorgeschlagen
worden. Bekannte Systeme, die bewirken, dass eine Beschädigung an
Batteriepacks verhindert wird, tun dies aber leider dadurch, dass
weitere Energieübertragungen
in das und aus dem Batteriepack abgeschaltet werden, wodurch der
Fahrzeugbetrieb unerwünscht
gesperrt oder die Fahrzeugleistungsfähigkeit ernsthaft eingeschränkt wird,
bis ein Kundendienst durchgeführt
wird.
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Obgleich
es entscheidend ist, eine Beschädigung
an Batteriepacks zu verhindern, um ihre Lebensdauer zu verlängern, ist
das Abschalten des Fahrzeugbetriebs eine besonders unerwünschte Lösung für Bedingungen äußerst hohen
und tiefen SOC. Somit ist es erwünscht,
eine Beschädigung
an Batteriepacks, die drastische SOC-Bedingungen erfahren, zu verhindern,
während
das Abschalten des Fahrzeugs vermieden wird.
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Somit
schafft die Erfindung eine robuste Diagnose des Ladungszustands
eines Energiespeichersystems, die bewirkt, dass der vorliegende
Ladungszustand des Energiespeichersystems in Gebieten drastischen
Ladungszustands genau überwacht wird,
während
sie eine Möglichkeit
schafft, dass der Ladungszustand wieder auf akzeptable Niveaus gebracht
wird.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung werden der Leistungsfluss und der Ladungszustand
erhalten. Aus deren Kombination wird eine Bestimmung vorgenommen,
ob eine beginnende Gefahr für die
Batteriebedingung existiert. Falls bestimmt wird, dass eine solche
Bedingung vorliegt, wird der Ladungszustand genau überwacht,
wobei ermöglicht wird,
dass der Leistungsfluss während
einer Dauer, die von der Änderung
des Ladungszustands zu einem oder von einem Gebiet akzeptablen Ladungszustands
abhängigt,
normal stattfindet. Allgemein verlängert die Änderung zu dem Gebiet akzeptablen
Ladungszustands die Dauer fortgesetzten Leistungsflusses, da angenommen
wird, dass der Leistungsfluss in einer Richtung erfolgt, die den
Ladungszustand verbessert, während
die Änderung
weg von dem Gebiet akzeptablen Ladungszustands die Dauer fortgesetzten
Leistungsflusses verringert, da angenommen wird, dass der Leistungsfluss
in einer Richtung erfolgt, die den Ladungszustand nicht verbessert.
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In Übereinstimmung
mit einer bevorzugten Realisierung werden in drastischen Gebieten
des Ladungszustands mehrere Ladungszustands-Schwel lenwerte bereitgestellt.
Es werden diesen Schwellenwerten entsprechende Inkrementwerte bereitgestellt. Allgemein
sind die Inkrementwerte bei drastischeren Ladungszuständen größer. Solange
der Ladungszustand irgendeinen der Schwellenwerte verletzt, wird in Übereinstimmung
mit dem Inkrement, das dem verletzten Schwellenwert entspricht,
ein Zähler
inkrementiert. Es wird ein im Voraus bestimmter Zählergrenzwert
bereitgestellt, der, falls er überschritten wird,
zu einer Angabe führt,
dass die Bedingung eines kritischen Ladungszustands vorhanden ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben, in diesen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der mechanischen Anlage einer bevorzugten
Form eines elektrisch variablen Verbundgetriebes aus mehreren Einheiten
mit zwei Betriebsarten, das für
die Realisierung der Erfindung besonders geeignet ist;
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2 eine
elektrische und mechanische schematische Darstellung einer bevorzugten
Systemarchitektur für
den hier offenbarten Hybrid-Kraftübertragungsstrang;
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3 eine
graphische Darstellung verschiedener Betriebsbereiche in Bezug auf
die Eingangs- und Ausgangsdrehzahl des hier offenbarten beispielhaften
elektrisch variablen Getriebes;
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4 eine
graphische Darstellung von Batterieleistungs-Schwellenwerten als eine Funktion des Ladungszustands
für Bedingungen
eines drastisch hohen La dungszustands;
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5 eine
graphische Darstellung von Batterieleistungs-Schwellenwerten als eine Funktion des Ladungszustands
für Bedingungen
drastisch tiefen Ladungszustands;
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6 einen
Ablaufplan, der verschiedene beispielhafte Ladungszustands-Überwachungsschritte
repräsentiert,
die in Übereinstimmung
mit der Erfindung ausgeführt
werden;
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7 einen
Ablaufplan, der verschiedene beispielhafte SOC-Diagnoseschritte repräsentiert, die
in Übereinstimmung
mit der Erfindung ausgeführt werden;
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8 eine
graphische Darstellung der SOC-Schwellenwerte für Bedingungen hohen SOC, die
in Übereinstimmung
mit der Diagnose der Erfindung genutzt werden; und
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9 eine
graphische Darstellung von SOC-Schwellenwerten für Bedingungen tiefen SOC, die
in Übereinstimmung
mit der Diagnose der Erfindung genutzt werden.
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In
den 1 und 2 ist zunächst ein Fahrzeug-Kraftübertragungsstrang
allgemein mit 11 bezeichnet. In dem Kraftübertragungsstrang 11 ist eine
repräsentative
Form eines elektrisch variablen Verbundgetriebes mit mehreren Einheiten
(EVT) mit mehreren Betriebsarten enthalten, das für die Realisierung
der Steuerungen der Erfindung besonders geeignet ist und in den 1 und 2 allgemein mit
dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Wie besonders in diesen
Figuren zu sehen ist, besitzt das EVT 10 ein Eingangselement 12,
das dem Wesen nach eine durch einen Motor 14 direkt angetriebene Welle
sein kann oder bei dem, wie in 2 gezeigt ist,
zwischen dem Ausgangselement des Motors 14 und dem Eingangselement
des EVT 10 ein Übergangsdrehmomentdämpfer 16 integriert
sein kann. Der Übergangsdrehmomentdämpfer 16 kann
eine (nicht gezeigte) Drehmomentübertragungsvorrichtung,
die den wahlweisen Eingriff des Motors 14 mit dem EVT 10 ermöglicht,
enthalten oder in Verbindung mit ihr verwendet werden, wobei diese
Drehmomentübertragungsvorrichtung
aber selbstverständlich
nicht verwendet wird, um die Betriebsart zu ändern oder zu steuern, in der
das EVT 10 arbeitet.
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In
der gezeigten Ausführungsform
kann der Motor 14 ein Motor für fossilen Kraftstoff wie etwa
ein Dieselmotor sein, der leicht anzupassen ist, um seine verfügbare Ausgangsleistung
bereitzustellen, die mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen
pro Minute (min–1) geliefert wird. In
der beispielhaften Ausführungsform,
auf die die 1 und 2 gerichtet sind,
kann der Motor 14 in Übereinstimmung
mit einem gewünschten
Arbeitspunkt, der aus den Fahrereingaben und aus den Fahrbedingungen
bestimmt werden kann, nach dem Start und überwiegend während der
Eingabe mit einer konstanten Drehzahl oder mit einer Vielzahl konstanter
Drehzahlen arbeiten.
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Das
EVT 10 nutzt drei Teil-Planetengetriebe 24, 26 und 28.
Das erste Teil-Planetengetriebe 24 besitzt
ein allgemein als Hohlrad bezeichnetes äußeres Zahnradelement 30,
das ein allgemein als Sonnenrad bezeichnetes inneres Zahnradelement 32 umschreibt.
Mehrere Planetengetriebeelemente 34 sind drehbar an einem
Träger 36 angebracht,
so dass jedes Planetengetriebeelement 34 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 30 als
auch mit dem inneren Zahnradelement 32 in Eingriff ist.
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Das
zweite Teil-Planetengetriebe 26 besitzt ein allgemein als
Hohlrad bezeichnetes äußeres Zahnradelement 38,
das ein allgemein als Sonnenrad bezeichnetes inneres Zahnradelement 40 umschreibt.
Mehrere Planetengetriebeelemente 42 sind drehbar an einem
Träger 44 angebracht,
so dass jedes Planetengetriebeelement 42 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 38 als
auch mit dem inneren Zahnradelement 40 in Eingriff ist.
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Das
dritte Teil-Planetengetriebe 28 besitzt ein allgemein als
Hohlrad bezeichnetes äußeres Zahnradelement 46,
das ein allgemein als Sonnenrad bezeichnetes inneres Zahnradelement 48 umschreibt.
Mehrere Planetengetriebeelemente 50 sind drehbar an einem
Träger 52 angebracht,
so dass jedes Planetengetriebeelement 50 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 46 als
auch mit dem inneren Zahnradelement 48 in Eingriff ist.
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Obgleich
alle drei Teil-Planetengetriebe 24, 26 und 28 selbst "einfache" Teil-Planetengetriebe sind,
sind das erste und das zweite Teil-Planetengetriebe 24 und 26 dadurch
zusammengesetzt, dass das innere Zahnradelement 32 des
ersten Teil-Planetengetriebes 24 über ein Kupplungsnabenrad 54 mit dem äußeren Zahnradelement 38 des
zweiten Teil-Planetengetriebes 26 verbunden ist. Das innere Zahnradelement 32 des
ersten Teil-Planetengetriebes 24 und das äußere Zahnradelement 38 des
zweiten Teil-Planetengetriebes 26, die miteinander verbunden
sind, sind durch eine Hohlwelle 58 drehfest mit einem ersten
Elektromotor/Generator 56 verbunden. Gelegentlich wird
der erste Elektromotor/Generator 56 hier auch als Motor
A oder MA bezeichnet.
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Da
der Träger 36 des
ersten Teil-Planetengetriebes 24 über eine Welle 60 mit
dem Träger 44 des zweiten
Teil-Planetengetriebes 26 verbunden ist, sind die Teil-Planetengetriebe 24 und 26 weiter
zusammengesetzt. Somit sind die Träger 36 und 44 des ersten
Teil-Planetengetriebes 24 bzw. des zweiten Teil-Planetengetriebes 26 verbunden.
Außerdem
ist die Welle 60 über
eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 62,
die, wie im Folgenden umfassender erläutert wird, verwendet wird,
um die Wahl der Betriebsarten des EVT 10 zu unterstützen, wahlweise mit
dem Träger 52 des
dritten Teil-Planetengetriebes 28 verbunden. Gelegentlich
wird die Drehmomentübertragungsvorrichtung 62 hier
auch als Kupplung, Kupplung zwei oder C2 bezeichnet.
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Der
Träger 52 des
dritten Teil-Planetengetriebes 28 ist direkt mit dem Getriebeausgangselement 64 verbunden.
Wenn das EVT 10 in einem Landwirtschaftfahrzeug verwendet
wird, kann das Ausgangselement 64 mit den (nicht gezeigten)
Fahrzeugachsen verbunden sein, die wiederum in den (ebenfalls nicht
gezeigten) Antriebselementen enden. Die Antriebselemente können entweder
die Vorderräder
oder die Hinterräder
des Fahrzeugs sein, an dem sie verwendet werden, oder können das
Hinterachswellenrad eines Gleiskettenfahrzeugs sein.
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Das
innere Zahnradelement 40 des zweiten Teil-Planetengetriebes 26 ist über eine
Hohlwelle 66, die die Welle 60 umschreibt, mit
dem inneren Zahnradelement 48 des dritten Teil-Planetengetriebes 28 verbunden.
Das äußere Zahnradelement 46 des
dritten Teil-Planetengetriebes 28 ist über eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 wahlweise
mit dem Boden verbunden, der hier durch das Getriebegehäuse 68 dargestellt
ist. Wie im Folgenden erläutert wird,
wird die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 ebenfalls
verwendet, um bei der Wahl der Betriebsarten des EVT 10 zu
helfen. Gelegentlich wird die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 hier auch
als erste Kupplung, Kupplung eins oder C1 bezeichnet.
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Außerdem ist
die Hohlwelle 66 drehfest mit einem zweiten Elektromotor/Generator 72 verbunden.
Gelegentlich wird der zweite Elektromotor/Generator 72 hier
auch als Motor B oder MB bezeichnet. Alle Teil-Planetengetriebe 24, 26 und 28 sowie
der Motor A und der Motor B (56, 72) sind um die
axial angeordnete Welle 60 koaxial orientiert. Es wird
angemerkt, dass die beiden Motoren A und B eine ringförmige Konfiguration
besitzen, die ermöglicht,
dass sie die drei Teil-Planetengetriebe 24, 26 und 28 umschreiben,
so dass diese radial innerhalb der Motoren A und B angeordnet sind.
Diese Konfiguration stellt sicher, dass die Gesamteinhüllende,
d. h. die Umfangsdimension, des EVT 10 minimiert ist.
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Von
dem Eingangselement 12 kann ein Antriebszahnrad 80 übergeben
werden. Wie gezeigt ist, verbindet das Antriebszahnrad 80 das
Eingangselement 12 fest mit dem äußeren Zahnradelement 30 des
ersten Teil-Planetengetriebes 24,
so dass das Antriebszahnrad 80 die Leistung von dem Motor 14 und/oder
von dem Elektromotor bzw. den Elektromotoren/von dem Generator bzw.
den Generatoren 56 und/oder 72 empfängt. Das
Antriebszahnrad 80 ist mit einem Laufrad 82 in
Eingriff, das wiederum mit einem Übertragungszahnrad 84 in
Eingriff ist, das an einem Ende einer Welle 86 befestigt
ist. Das andere Ende der Welle 86 kann an einer Getriebefluidpumpe 88 befestigt
sein, der aus der Fluidwanne 37 Getriebefluid zugeführt wird,
wobei sie Hochdruckfluid an den Regler 39 liefert, der
einen Teil des Fluids an die Fluidwanne 37 zurückgibt und
in der Leitung 41 einen geregelten Leitungsdruck erzeugt.
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In
der beschriebenen beispielhaften mechanischen Anordnung empfängt das
Ausgangselement 64 über
zwei verschiedene Getriebezüge
innerhalb des EVT 10 Leistung. Eine erste Betriebsart oder
ein erster Getriebezug wird gewählt,
wenn die erste Kupplung C1 betätigt
wird, um das äußere Getriebeelement 46 des
dritten Teil-Planetengetriebes 28 mit dem Boden zu verbinden.
Eine zweite Betriebsart oder ein zweiter Getriebezug wird gewählt, wenn
die erste Kupplung C1 freigegeben wird und gleichzeitig die zweite
Kupplung C2 betätigt
wird, um die Welle 60 mit dem Träger 52 des dritten
Teil-Planetengetriebes 28 zu verbinden.
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Für den Fachmann
auf dem Gebiet ist klar, dass das EVT 10 in jeder Betriebsart
einen Bereich von verhältnismäßig langsamen
bis zu verhältnismäßig schnellen
Ausgangsdrehzahlen liefern kann. Diese Kombination zweier Betriebsarten
mit einem langsamen bis schnellen Ausgangsdrehzahlbereich in jeder
Betriebsart ermöglicht,
dass das EVT 10 ein Fahrzeug aus einem stationären Zustand
bis auf Autobahngeschwindigkeiten antreibt. Außerdem ist ein Zustand mit
fester Übersetzung
verfügbar,
in dem die beiden Kupplungen C1 und C2 gleichzeitig eingerückt sind,
um das Eingangselement über
ein festes Übersetzungsverhältnis effizient
mechanisch mit dem Ausgangselement zu koppeln. Darüber hinaus ist
ein Neutralzustand verfügbar,
in dem die beiden Kupplungen C1 und C2 gleichzeitig ausgerückt sind, um
das Ausgangselement mechanisch von dem Getriebe zu entkoppeln. Schließlich kann
das EVT 10 synchronisierte Schaltungen zwischen den Betriebsarten
bereitstellen, in denen die Schlupfdrehzahl über die beiden Kupplungen C1
und C2 im Wesentlichen null ist. Weitere Einzelheiten hinsichtlich
des Betriebs des beispielhaften EVT sind in dem gemeinsam übertragenen
US-Patent Nr. 5,931,737 zu finden, dessen Inhalt hier durch Literaturhinweis
eingefügt
ist.
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Der
Motor 14 ist vorzugsweise ein Dieselmotor, der, wie in 2 gezeigt
ist, elektronisch durch das Motorsteuermodul 23 gesteuert
wird. Das ECM 23 ist eine herkömmliche mikroprozessorgestützte Dieselmotor-Steuereinheit,
die solche üblichen
Elemente wie einen Mikroprozessor, einen Nur-Lese-Speicher ROM, einen Schreib-Lese-Speicher RAM,
einen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher EPROM, einen
schnellen Taktgeber, eine Analog/Digital-Schaltungsanordnung (A/D)
und eine Digital/Analog-Schaltungsanordnung
(D/A), eine Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung sowie Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen
(E/A) und eine geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungsanordnung
enthält.
Das ECM 23 arbeitet in der Weise, dass es über mehrere
diskrete Leitungen von einer Vielzahl von Sensoren Daten erfasst
bzw. eine Vielzahl von Stellgliedern des Motors 14 steuert.
Der Einfachheit halber ist das ECM 23 allgemein mit einer doppelt
gerichteten Schnittstelle über
die Leitungsgruppe 35 mit dem Motor 14 gezeigt.
Unter den verschiedenen Parametern, die durch das ECM 23 abgetastet
werden können,
sind die Fluidwannen- und die Motorkühlmitteltemperatur, die Motordrehzahl (Ne),
der Turbodruck und die Umgebungslufttemperatur und der Umgebungsluftdruck.
Verschiedene Stellglieder, die durch das ECM 23 gesteuert
werden können,
umfassen Kraftstoffeinspritzpumpen, Gebläsesteuereinrichtungen, Motorvorwärmer einschließlich Glühkerzen
sowie Gitteransaugluftvorwärmer. Vorzugsweise
liefert das ECM 23 in Reaktion auf einen von dem Steuersystem
des EVT gelieferten Drehmomentbefehl Te_cmd gut bekannte drehmomentgestützte Steuerungen
für den
Motor 14. Diese Motorelektronik, Steuerungen und Größen sind
dem Fachmann auf dem Gebiet gut bekannt, so dass ihre weitere ausführliche
Erläuterung
hier nicht erforderlich ist.
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Wie
aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, empfängt das
EVT 10 wahlweise Leistung von dem Motor 14. Wie
nun weiter anhand von 2 erläutert wird, empfängt das
EVT ebenfalls Leistung von einer Elektroenergie-Speichervorrichtung
oder von einem Elektroenergie-Speichersystem (ESS) wie etwa von
einer oder von mehreren Batterien im Batteriepackmodul (BPM) 21.
Wie es hier verwendet wird, bezieht sich Batterie nicht nur auf
eine einzelne Batterie, sondern schließt auch irgendeine Kombination
einer oder mehrerer Batterien oder Zellen davon einschließ lich eines
Batteriepacks, einer Batterieanordnung oder mehrerer Batteriepacks
oder Batterieanordnungen ein. Vorzugsweise ist das BPM 21 eine
parallele Anordnung von Batteriepacks, die jeweils mehrere Batterien
umfassen. Wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff Batterie
allgemein auf irgendeine Sekundärbatterie
oder nachladbare Batterie, wobei aber jene, die Blei-, Nickel-Metallhydrid-
(NiMH-) oder Lithiumionen- oder Polymerzellen umfassen, bevorzugt
sind. Ohne die Konzepte der Erfindung zu ändern, können anstelle der Batterien
oder zusammen mit den Batterien andere elektrische Energiespeichervorrichtungen,
die durch Laden und Abgeben elektrischer Leistung über Entladen
die Fähigkeit
zum Speichern elektrischer Leistung besitzen, wie etwa Superkondensatoren
oder Ultrakondensatoren verwendet werden. Das BPM 21 ist
eine Hochspannungs-Gleichspannung (in einer beispielhaften Ausführungsform
z. B. etwa 650 V), die über die
Gleichstromleitungen 27 mit dem Zweileistungs-Wechselrichtermodul
(DPIM) 19 gekoppelt ist. In Übereinstimmung damit, ob das
BPM 21 geladen oder entladen wird, kann Strom zu oder von
dem BPM 21 übertragen
werden. Außerdem
umfasst das BPM 21 eine herkömmliche mikroprozessorgestützte Steuereinheit,
die solche üblichen
Elemente für
einen Mikroprozessor, einen Nur-Lese-Speicher ROM, einen Schreib-Lese-Speicher
RAM, einen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher EPROM,
einen schnellen Taktgeber, eine Analog/Digital-Schaltungsanordnung
(A/D) und eine Digital/Analog-Schaltungsanordnung (D/A) sowie eine
Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung und Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen
(E/A), Temperatursensoren und eine geeignete Signalaufbereitungs-
und Pufferschaltungsanordnung umfasst, die erforderlich sind, um
den Zustand der Batterie zu überwachen und
diese Informationen an andere Abschnitte des Steuersystems, z. B.
an die Systemsteuereinheit 43, zu senden, damit sie bei
der Gesamtsteuerung des Fahrzeugs verwendet werden. Dies umfasst
das Abtasten, Verarbeiten, Berechnen und andere Überwachen verschiedener Parameterinformationen
hinsichtlich des Zustands oder der Bedingung der Batterie wie etwa
der Temperatur, des Stroms und der Spannung während des Ladens und Entladens
und des Ladungszustands (SOC), der die momentan in der Batterie
gespeicherte Energiemenge, ausgedrückt als Prozentsatz ihrer Gesamtenergiespeicherkapazität, umfasst.
Die diese Parameter betreffenden Informationen werden zur Verwendung
in Verbindung mit Steueralgorithmen, die Batterieparameterinformationen
nutzen, wie etwa jenen, die zum Festsetzen der SOC-bezogenen Lade-
und Entladegrenzwerte, des Ah/h- oder Energiedurchsatzgrenzwerts, von
Temperaturgrenzwerten oder anderen batteriebezogenen Steuerfunktionen
verwendet werden, für andere
Abschnitte des Fahrzeugsteuersystems bereitgestellt. Weitere Einzelheiten
hinsichtlich der ESS-Überwachung
und -Funktionalität
sind zu finden in der gemeinsam übertragenen
gleichzeitig anhängigen
US-Patentanmeldung lfd. Nr.10/686,180 (Aktenzeichen des Anwalts
GP-304119) und in der US-Patentanmeldung lfd. Nr. 10/686,174 (Aktenzeichen
des Anwalts GP-304120), die hier durch Literaturhinweis eingefügt sind.
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Das
DPIM 19 enthält
ein Paar Leistungswechselrichter und jeweilige Elektromotorsteuereinheiten,
die so konfiguriert sind, dass sie Elektromotorsteuerbefehle und
Steuerumsetzerzustände
davon empfangen, um eine Elektromotor-Ansteuerfunktionalität oder -Wiedergewinnungsfunktionalität bereitzustellen.
Elektromotorsteuereinheiten sind mikroprozessorgestützte Steuereinheiten,
die solche üblichen
Elemente wie einen Mikroprozessor, einen Nur-Lese-Speicher ROM,
einen Schreib-Lese-Speicher RAM, einen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher EPROM, einen
schnellen Taktgeber, eine Analog/Digital-Schaltungsanordnung (A/D) und
eine Digital/Analog-Schaltungsanordnung (D/A) und eine Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung und
Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen (E/A) sowie eine geeignete Signalaufberei tungs-
und Pufferschaltungsanordnung umfassen. Bei der Elektromotorsteuerung
empfangen die jeweiligen Wechselrichter Strom von den Gleichstromleitungen
und liefern über
die Hochspannungs-Phasenleitungen 29 und 31 Wechselstrom
an den jeweiligen Elektromotor. Bei der Rückgewinnungssteuerung empfängt der
jeweilige Wechselrichter über
die Hochspannungs-Phasenleitungen 29 und 31 Wechselstrom
von dem Elektromotor und liefert Strom an die Gleichspannungsleitungen 27.
Der Gesamtgleichstrom, der an die Wechselrichter oder von ihnen
geliefert wird, bestimmt die Lade- oder Entladebetriebsart des BPM 21.
Vorzugsweise sind der MA und der MB Dreiphasen-Wechselstrommaschinen,
wobei die Wechselrichter eine komplementäre Dreiphasen-Leistungselektronik
enthalten. Die einzelnen Elektromotor-Drehzahlsignale Na und Nb
für MA
bzw. MB werden ebenfalls durch das DPIM 19 aus den Elektromotor-Phaseninformationen
oder über
herkömmliche
Rotationssensoren abgeleitet. Diese Elektromotoren, Elektronik,
Steuerungen und Größen sind
dem Fachmann auf dem Gebiet allgemein gut bekannt, so dass ihre
weitere ausführliche
Erläuterung
hier nicht erforderlich ist.
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Die
Systemsteuereinheit 43 ist eine mikroprozessorgestützte Steuereinheit,
die solche üblichen
Elemente wie einen Mikroprozessor, einen Nur-Lese-Speicher ROM, einen Schreib-Lese-Speicher
RAM, einen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher EPROM,
einen schnellen Takterzeuger, eine Analog/Digital-Schaltungsanordnung (A/D)
und eine Digital/Analog-Schaltungsanordnung (D/A), einen digitalen
Signalprozessor (DSP) und eine Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung
sowie Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen (E/A) und eine geeignete Signalaufbereitungs-
und Pufferschaltungsanordnung umfasst. In der beispielhaften Ausführungsform
umfasst die Systemsteuereinheit 43 ein Paar mikroprozessorgestützter Steuereinheiten,
die als Fahrzeugsteuermodul (VCM) 15 und als Getriebesteuermodul
(TCM) 17 konstruiert sind. Das VCM und das TCM können z.
B. eine Vielzahl von Steuer- und Diagnosefunktionen in Bezug auf
das EVT und auf das Fahrzeugfahrgestell einschließlich z.
B. Motordrehmomentbefehlen, Eingangsdrehzahlsteuerung und Ausgangsdrehzahlsteuerung
zusammen mit Rückgewinnungsbremsung,
Blockierschutzbremsung und Zugsteuerung bereitstellen. Insbesondere arbeitet
die Systemsteuereinheit 43 in Bezug auf die Funktionalität des EVT
so, dass sie über
mehrere diskrete Leitungen direkt Daten von einer Vielzahl von Sensoren
erfasst bzw. direkt eine Vielzahl von Stellgliedern des EVT steuert.
Der Einfachheit halber ist die Systemsteuereinheit 43 allgemein
mit einer doppelt gerichteten Schnittstelle über die Leitungsgruppe 33 mit
dem EVT gezeigt. Insbesondere wird angemerkt, dass die Systemsteuereinheit 43 Frequenzsignale
von Rotationssensoren empfängt,
um sie zur Verwendung bei der Steuerung des EVT 10 zur
Drehzahl Ni des Eingangselements 12 und zur Drehzahl No
des Ausgangselements 64 zu verarbeiten. Außerdem kann
die Systemsteuereinheit 43 Drucksignale von (nicht getrennt
gezeigten) Druckschaltern empfangen und verarbeiten, um die Einrückkammerdrücke der
Kupplungen C1 und C2 zu überwachen.
Alternativ kann für
einen weiten Bereich eine Drucküberwachung
mittels Druckwandlern verwendet werden. Durch die Systemsteuereinheit
werden PWM-Steuersignale und/oder binäre Steuersignale an das EVT 10 geliefert,
um das Füllen
und Leeren der Kupplungen C1 und C2 zu steuern, so dass diese eingerückt und
ausgerückt
werden. Außerdem
kann die Systemsteuereinheit 43 Temperaturdaten der Getriebefluidwanne 37 wie
etwa von einer (nicht getrennt gezeigten) herkömmlichen Thermoelementeingabe
empfangen, um die Fluidwannentemperatur Ts abzuleiten und ein PWM-Signal
zu liefern, das aus der Eingangsdrehzahl Ni und aus der Fluidwannentemperatur
Ts abgeleitet werden kann, um über
den Regler 39 den Leitungsdruck zu steuern. Das Füllen und
Leeren der Kupplungen C1 und C2 wird mittels durch Elektromagnet
gesteuerten Schieberventilen bewirkt, die auf die oben erwähnten PWM-Steuersignale
und binären Steuersignale
reagieren. Ähnlich
kann der Leitungsdruckregler 39 von einer durch Elektromagnet
gesteuerten Sorte sein, um in Übereinstimmung
mit dem beschriebenen PWM-Signal einen geregelten Leitungsdruck
aufzubauen. Diese Leitungsdrucksteuerungen sind dem Fachmann auf
dem Gebiet allgemein gut bekannt. Die Kupplungsschlupfdrehzahlen über die
Kupplungen C1 und C2 werden aus der Ausgangsdrehzahl No, aus der
MA-Drehzahl Na und aus der MB-Drehzahl Nb abgeleitet; genauer ist
der Schlupf von C1 eine Funktion von No und Nb, während der
Schlupf von C2 eine Funktion von No, Na und Nb ist. Außerdem ist
ein Nutzerschnittstellenblock (UI-Block) 13 gezeigt, der
solche Eingaben in die Systemsteuereinheit 43 wie etwa
die Fahrzeuggashebelstellung, den Druckknopf-Automatik-Schalthebel (PBSS) für die Wahl
des verfügbaren
Antriebsbereichs (z. B. Vorwärtsfahrt,
Rückwärtsfahrt
usw.), die Bremskraft und schnelle Leerlaufanforderungen u. a. umfasst.
Die Bremskraft kann z. B. in pneumatischen und hydraulischen Bremssystemen
von herkömmlichen
Druckwandlern (nicht gezeigt) bereitgestellt werden. Die Gaspedalstellung
kann z. B. durch herkömmliche Versatzsensoren
zur Wandlung der Pedalbewegung bereitgestellt werden. Die Systemsteuereinheit 43 bestimmt
einen Drehmomentbefehl Te_cmd und liefert ihn an das ECM 23.
Der Drehmomentbefehl Te_cmd repräsentiert
den durch die Systemsteuereinheit bestimmten vom Motor gewünschten
Drehmomentbeitrag des EVT.
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Die
Systemsteuereinheit 43 bestimmt ein gewünschtes Ausgangsdrehmoment
To_des zur Verwendung bei der Steuerung des Kraftübertragungsstrangs.
Die Bestimmung von To_des erfolgt anhand von Eingabefaktoren des
Fahrers wie etwa Fahrpedalstellung und Bremspedalstellung sowie
anhand von Fahrzeugdynamikbedingungen wie etwa der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Weitere Eingabefaktoren des Fahrers wie etwa Stellung des Automatik-Schalthebels
und Nebenantriebsanforderungen, Fahrzeugdynamikbedingungen wie etwa
Beschleunigungs- und Verzögerungsrate sowie
Betriebsbedingungen des EVT wie etwa Temperaturen, Spannungen, Ströme und Drehzahlen
können
die Bestimmung des Ausgangsdrehmoments ebenfalls beeinflussen. Außerdem bestimmt
die Systemsteuereinheit 43 die Zusammensetzung des Ausgangsdrehmoments
hinsichtlich Motor- und Elektromaschinenbeiträgen und Motor- und Elektromaschinenaufteilungen.
Weitere Einzelheiten hinsichtlich der Bestimmung der verschiedenen
Drehmomentbeiträge
für das
EVT einschließlich
des Ausgangsdrehmoments, des Motordrehmoments und der Drehmomente
der Elektromotoren MA und MB sind ausführlich in der gleichzeitig anhängigen US-Anmeldung
lfd. Nr. 10/686,511 (Aktenzeichen des Anwalts GP-304140) offenbart,
die hier durch Literaturhinweis eingefügt ist.
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Die
verschiedenen beschriebenen Module (d. h. die Systemsteuereinheit 43,
das DPIM 19, das BPM 21, das ECM 23)
kommunizieren über
einen Controller-Area-Network-Bus (CAN-Bus) 25. Der CAN-Bus 25 ermöglicht die Übermittlung
von Steuerparametern und -befehlen zwischen den verschiedenen Modulen.
Das spezifische genutzte Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch.
Zum Beispiel ist das bevorzugte Protokoll für Hochleistungsanwendungen
die Norm der Society of Automotive Engineers J1939. Der CAN-Bus
und die geeigneten Protokolle schaffen eine robuste Nachrichtenübermittlung
und Mehrsteuereinheits-Schnittstelle zwischen der Systemsteuereinheit,
dem ECM, dem DPIM, dem BPIM sowie weiteren Steuereinheiten wie etwa
der Blockierschutzbremse und den Zugsteuereinheiten.
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In 3 ist
für das
EVT 10 eine graphische Darstellung der Ausgangsdrehzahl
No auf der horizontalen Achse gegenüber der Eingangsdrehzahl Ni auf
der vertikalen Achse veranschaulicht. Durch die Linie 91 ist
der Synchronbetrieb dargestellt, d. h. diejenigen Beziehungen zwischen
Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl, bei denen die beiden Kupplungen C1
und C2 gleichzeitig im Wesentlichen mit der Schlupfdrehzahl null über sie
arbeiten. Somit repräsentiert
sie diejenigen Beziehungen zwischen Eingangs- und Ausgangsdrehzahl,
bei denen im Wesentlichen ein synchrones Schalten zwischen den Betriebsarten
stattfinden kann oder bei denen durch gleichzeitiges Einrücken beider
Kupplungen C1 und C2, auch als feste Übersetzung bekannt, eine direkte mechanische
Kopplung vom Eingang zum Ausgang bewirkt werden kann. Eine besondere
Sammelgetriebebeziehung, die den durch die Gerade 91 in 3 gezeigten
synchronen Betrieb erzeugen kann, ist wie folgt: Das äußere Zahnradelement 30 besitzt
91 Zähne,
das innere Zahnradelement 32 besitzt 49 Zähne, die
Planetenradelemente 34 besitzen 21 Zähne; das äußere Zahnradelement 38 besitzt
91 Zähne,
das innere Zahnradelement 40 besitzt 49 Zähne, die
Planetenradelemente 42 besitzen 21 Zähne; das äußere Zahnradelement 46 besitzt
89 Zähne,
das innere Zahnradelement 48 besitzt 31 Zähne, die
Planetenradelemente 50 besitzen 29 Zähne. Gelegentlich wird die
Gerade 91 hier auch als Synchrongerade, Übersetzungsverhältnisgerade
oder Festübersetzungsgerade
bezeichnet.
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Links
von der Übersetzungsverhältnisgerade 91 befindet
sich ein bevorzugtes Betriebsgebiet 93 für die erste
Betriebsart, in der C1 eingerückt
und C2 ausgerückt
ist. Rechts von der Übersetzungsverhältnisgeraden 91 befindet
sich ein bevorzugtes Betriebsgebiet 95 für die zweite
Betriebsart, in der C1 ausgerückt
und C2 eingerückt
ist. Der Begriff "eingerückt" gibt hier in Bezug
auf die Kupplungen C1 und C2 eine wesentliche Drehmomentübertragungsfähigkeit über die
jeweilige Kupplung an, während
der Begriff "ausgerückt" eine unwesentliche
Drehmomentübertragungsfähigkeit über die
jeweilige Kupplung angibt. Da allgemein vorzugsweise veranlasst
wird, dass Schaltungen aus einer Betriebsart in die andere synchron
stattfinden, wird veranlasst, dass Drehmomentübertragungen von einer Betriebsart
in die andere über
eine Zweikupplungs-Einrück-Fest übersetzung
stattfinden, bei der während
einer endlichen Zeitdauer vor dem Ausrücken der derzeit eingerückten Kupplung
die derzeit ausgerückte
Kupplung eingerückt
wird. Die Betriebsartänderung
ist abgeschlossen, wenn durch ständiges
Einrücken
der Kupplung, die der Betriebsart zugeordnet ist, in die eingetreten
wird, und Ausrücken
der Kupplung, die der Betriebsart zugeordnet ist, die verlassen
wird, die feste Übersetzung
verlassen worden ist. Obgleich der Betriebsbereich 93 für den Betrieb
des EVT in der BETRIEBSART 1 allgemein bevorzugt ist, soll das nicht
bedeuten, dass der Betrieb in der BETRIEBSART 2 des EVT nicht stattfinden
darf oder nicht stattfindet. Da die BETRIEBSART 1 vorzugsweise Sammelgetriebe
und Motoranlagen verwendet, die für die hohen Startdrehmomente
im Bereich 93 in verschiedener Hinsicht (z. B. Masse, Größe, Kosten,
Trägheit usw.)
besonders gut geeignet sind, wird allgemein aber bevorzugt, im Gebiet 93 in
der BETRIEBSART 1 zu arbeiten. Obgleich der Betriebsbereich 95 für den Betrieb
des EVT in der BETRIEBSART 2 allgemein bevorzugt ist, heißt das ähnlich nicht,
dass der Betrieb in der BETRIEBSART 1 des EVT nicht stattfinden
darf oder nicht stattfindet. Da die BETRIEBSART 2 vorzugsweise Sammelgetriebe
und Motoranlagen verwendet, die in verschiedener Hinsicht (z. B. Masse,
Größe, Kosten,
Trägheit
usw.) für
die hohen Drehzahlen des Bereichs 93 besonders gut geeignet sind,
wird aber allgemein bevorzugt, im Gebiet 95 in der BETRIEBSART
2 zu arbeiten. Ein Schalten in die BETRIEBSART 1 wird als Herunterschalten
betrachtet, wobei ihr in Übereinstimmung
mit der Beziehung von Ni/No ein höheres Übersetzungsverhältnis zugeordnet
ist. Gleichfalls wird ein Schalten in die BETRIEBSART 2 als Hochschalten
betrachtet, wobei ihr in Übereinstimmung
mit der Beziehung von Ni/No ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis zugeordnet
ist.
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Unter
normalen Betriebsbedingungen hält das
Vortriebssteuersystem das Energiespeichersystem SOC innerhalb vorgeschriebener
Grenzwerte, wobei erschöpfte
und überladene
Batterien selbstverständlich
ein erhebliches Risiko für
eine irreversible Beschädigung
sind. Die Erfindung behandelt Situationen, in denen die Betriebsbedingungen
des Fahrzeugs so sind, dass die Lade- oder Entladegrenzwerte, wie
sie durch den SOC gemessen werden, so sind, dass das zusätzliche
Laden oder Entladen gegebenenfalls zu einer Beschädigung der
Batterie führen
kann.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung wird zugelassen, dass der Betrieb außerhalb
im Voraus bestimmter SOC-Grenzwerte, die verhältnismäßig hohen und tiefen SOCs entsprechen,
normal fortgesetzt wird, wenn die Leistungsflüsse den SOC tatsächlich verbessern
oder die Größe des Leistungsflusses
bei dem vorliegenden SOC nicht für
eine beginnende Gefahr für
die Batteriebedingung gehalten wird. Zum Beispiel ist in 4 ein
interessierendes Gebiet hohen SOC (z. B. SOC > 93,5 % des im Voraus bestimmten Grenzwerts) über einem
Bereich von Batterieladeleistungen dargestellt. Die hier verwendete Übereinkunft
ist, dass Entladeleistungen positiv und Ladeleistungen negativ sind.
Die Gerade 101 grenzt die Gebiete 103 und 105 ab.
Die durch Leistungsfluss-SOC-Kombinationen innerhalb des Gebiets 103 definierten
Arbeitspunkte wie z. B. der Punkt 107A werden allgemein
nicht als beginnende Gefahr für
die Batteriebedingung betrachtet. Allgemein würden aber solche fortgesetzten
Ladeleistungsflüsse
dazu neigen, den SOC zu erhöhen,
so dass der Arbeitspunkt schließlich
im Gebiet 105 wäre,
z. B. der Punkt 107B. Solche durch Leistungsfluss-SOC-Kombinationen
in dem Gebiet 105 definierten Arbeitspunkte werden aber
allgemein als beginnende Gefahr für die Batteriebedingung betrachtet.
Wie anhand des Verlaufs der Geraden 101 zu sehen ist, nimmt
die Batterieladeleistung, die erforderlich ist, um eine beginnende
Gefahr für
die Batteriebedingung zu definieren, ab, während der SOC dazu tendiert,
größer zu werden
und z. B. weiter außerhalb der
im Voraus bestimmten SOC-Grenzwerte gelangt. Mit anderen Worten,
im Fall hoher SOC wird umso weniger Nachladen toleriert, je höher der
SOC ist. Außerdem
folgt, dass ein Arbeitspunkt, der teilweise durch Entladeleistungsflüsse, d.
h. positive Leistungswerte, definiert ist, allgemein dazu tendiert,
den SOC zu verringern und somit den Arbeitspunkt von der Geraden 101 und
dem Gebiet 105 weg zu verschieben.
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Ähnlich ist
in 5 in Bezug auf verhältnismäßig tiefe SOCs ein interessierendes
Gebiet tiefen SOC (z. B. SOC < 6,5
% des im Voraus bestimmten Grenzwerts) über einem Bereich von Batterieentladeleistungen
dargestellt. Es wird nochmals erwähnt, dass die hier verwendete Übereinkunft
ist, dass Entladeleistungen positiv und Ladeleistungen negativ sind.
Die Gerade 111 grenzt die Gebiete 113 und 115 ab.
Die durch Leistungsfluss-SOC-Kombinationen
innerhalb des Gebiets 115 definierten Arbeitspunkte wie
z. B. Punkt 117A werden allgemein nicht als beginnende
Gefahr für
die Batteriebedingung betrachtet. Allgemein würden aber solche fortgesetzten
Entladeleistungsflüsse
dazu neigen, den SOC zu verringern, so dass der Arbeitspunkt schließlich im
Gebiet 113 wäre,
z. B. der Punkt 117B. Solche durch Leistungsfluss-SOC-Kombinationen
in dem Gebiet 113 definierten Arbeitspunkte werden aber
allgemein als beginnende Gefahr für die Batteriebedingung betrachtet.
Wie anhand des Verlaufs der Geraden 111 zu sehen ist, nimmt
die Batterieentladeleistung, die erforderlich ist, um eine beginnende
Gefahr für
die Batteriebedingung zu definieren, ab, während der SOC dazu tendiert,
kleiner zu werden und z. B. weiter außerhalb der im Voraus bestimmten
SOC-Grenzwerte gelangt. Mit anderen Worten, im Fall tiefer SOCs
wird umso weniger Entladen toleriert, je tiefer der SOC ist. Außerdem folgt,
dass ein Arbeitspunkt, der teilweise durch Ladeleistungsflüsse, d.
h. negative Leistungswerte, definiert ist, allgemein dazu tendiert,
den SOC zu erhöhen
und somit den Arbeitspunkt weiter von der Geraden 111 und
dem Gebiet 113 weg zu verschieben.
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Nur
dann, wenn das Energiespeichersystem nach der Bestimmung, dass der
Betrieb an einem Punkt beginnender Gefahr für die Batteriebedingung stattfindet,
weiterhin innerhalb im Voraus bestimmter hoher und tiefer Gebiete
des SOC arbeitet, werden weitere Leistungsflüsse abgeschlossen und wird
ein Diagnosecode protokolliert. Die Dauer, während der das Energiespeichersystem
im hohen oder tiefen SOC-Gebiet arbeiten kann, wird vorzugsweise
in Übereinstimmung
mit dem SOC im Wesentlichen in der gleichen Weise eingestellt, wie
die Anfangsgebiete als eine Funktion des SOC abgegrenzt sind. Dies ermöglicht,
dass Korrekturmaßnahmen
ergriffen werden, die die Leistungsflüsse korrigieren und das ESS in
eine akzeptable SOC-Bedingung zurückbringen, die in Übereinstimmung
mit dem relativen Bevorstehen einer potentiellen Beschädigung der
Batterie durch fortgesetzten Betrieb innerhalb des hohen oder tiefen
SOC-Gebiets gewichtet ist. Diese Steuerung wird fortgesetzt, um
unter diesen Bedingungen einen Fahrzeugbetrieb zu ermöglichen,
solange das Vortriebssteuersystem versucht, den SOC in ein akzeptables
Gebiet zu korrigieren.
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Als
Teil der Kriterien bei der Bestimmung, ob eine Diagnose hohen SOC
oder tiefen SOC protokolliert werden sollte, überprüft die Steuerung, dass der SOC
der Batterie für
eine im Voraus bestimmte und kalibrierbare Dauer bestimmte SOC-Diagnoseschwellenwerte
verletzt. Diese Dauer ist vorzugsweise in Übereinstimmung damit variabel,
wie hoch oder wie tief der SOC ist. In Übereinstimmung mit einer bevorzugten
Realisierung in Bezug auf einen hohen SOC gibt es drei verschiedene
SOC-Diagnoseschwellenwertniveaus und drei ihnen entsprechende verschiedene
Zählerinkrementniveaus.
Diese verschiedenen Schwellenwerte sind vorhanden, um dem Vortriebssteuersystem
ausreichend Gelegenheit zu geben, eine Korrekturmaßnahme zu
ergreifen, falls eine beginnende Gefahr für die Batteriebedingung die
Diagnose ausgelöst
hat, aber dennoch zu ermöglichen,
dass das Fahrzeug weiter funktioniert. Im Fall eines hohen SOC ist
das Diagnosezählerinkrement
umso größer, je
höher der
SOC steigt. Falls der SOC z. B. einen ersten SOC-Diagnoseschwellenwert
verletzt hat, ist das Diagnosezählerinkrement
ein erstes Zählerinkrement
X, das jede Software-Schleife zählt.
Falls der SOC dagegen einen zweiten, höheren SOC-Diagnoseschwellenwert
verletzt hat, ist das Diagnosezählerinkrement
ein zweites, größeres Zählerinkrement
Y, das jede Software-Schleife
zählt.
Außerdem
ist das Diagnosezählerinkrement
ein Drittes, noch größeres Zählerinkrement
Z, das jede Software-Schleife zählt,
falls der SOC einen dritten, noch höheren SOC-Diagnoseschwellenwert
verletzt hat. Solange der SOC den tiefsten der SOC-Diagnoseschwellenwerte
verletzt hat, wird der Diagnosezähler
weiter inkrementiert.
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In Übereinstimmung
mit einer bevorzugten Realisierung in Bezug auf einen tiefen SOC
gibt es ebenfalls drei verschiedene SOC-Diagnoseschwellenwerte und
drei verschiedene Zählerinkrementniveaus.
Diese verschiedenen Schwellenwerte sind aus dem gleichen Grund wie
zuvor in Bezug auf hohe SOCs beschrieben vorhanden. Im Fall eines
tiefen SOC ist das Diagnosezählerinkrement
umso größer, je
tiefer der SOC fällt.
Falls der SOC z. B. den ersten SOC-Diagnoseschwellenwert verletzt
hat, ist das Diagnosezählerinkrement
ein erstes Zählerinkrement X,
das jede Software-Schleife zählt.
Falls der SOC dagegen einen zweiten, tieferen SOC-Diagnoseschwellenwert
verletzt hat, ist das Diagnosezählerinkrement
ein zweites, größeres Zählerinkrement
Y, das jede Software-Schleife zählt.
Außerdem
ist das Diagnosezählerinkrement
ein drittes, noch größeres Zählerinkrement
Z, das jede Software-Schleife zählt, falls
der SOC einen dritten, noch tieferen SOC-Diagnoseschwellenwert verletzt
hat. Solange der SOC den höchsten
der SOC-Diagnoseschwellenwerte verletzt hat, wird der Diagnosezähler weiter
inkrementiert.
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In
den 6 und 7 sind nun Ablaufpläne gezeigt,
die repräsentative
Schritte zur Ausführung des
Verfahrens der Erfindung veranschaulichen, das Befehle umfasst,
die als Teil des ausführbaren
Computercodes und der Datenstrukturen der Systemsteuereinheit 43 realisiert
sind. Die dadurch repräsentierten
Befehle werden natürlich
als Teil einer viel größeren Gruppe
von Befehlssätzen
und Routinen ausgeführt,
die die verschiedenen Steuer- und Diagnosefunktionen des zuvor beschriebenen
Kraftübertragungsstrangs
ausführen. 6 veranschaulicht
insbesondere verschiedene Überwachungsschritte,
die verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Ladungszustand des
Energiespeichersystems innerhalb besonders hoher oder tiefer SOC-Interessengebiete
liegt, und um, wenn das der Fall ist, daraufhin zu bestimmen, ob
wie z. B. in den Arbeitspunkten in den Gebieten 105 oder 113 in 4 bzw. 5 eine beginnende
Gefahr für
die Batteriebedingung vorhanden ist. 7 veranschaulicht
insbesondere eine Diagnoseroutine, die während Perioden beginnender Gefahr
für die
Batteriebedingung aufgerufen wird, wie sie in Übereinstimmung mit dem Ablaufplan
aus 6 bestimmt worden ist.
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Der
erste Schritt in 6 ist mit 121 bezeichnet
und umfasst den Beginn der Routine, wie sie als nicht einschränkende Beispiele
auf regelmäßiger Grundlage
als Teil weiterer geplanter Routinen durch Zeitgeberunterbrechungen
oder auf der Grundlage von Ereignisunterbrechungen aufgerufen werden kann.
Beim Eintritt kann es erforderlich sein, verschiedene Merker, Zähler, Zeitgeber,
Variable, Register usw. zu initialisieren, so dass zu dieser Zeit
solche üblichen
Vorbereitungsfunktionen ausgeführt
werden. Zum Beispiel können
in Speicherplätzen
zur Bezugnahme in den folgenden Schritten Batterieleistungs- und
Batterieladungszustandsgrößen bereitgestellt
werden. Nachfolgend repräsentieren
die Schritte 123 und 125 gemeinsam die Bestimmung,
ob der SOC in einem akzeptablen Gebiet oder innerhalb eines Gebiets
mit hohem oder tiefem Ladungszustand liegt, wobei diese Gebiete
im Wesentlichen wie zuvor anhand der 4 und 5 diskutiert
sind. Wo der SOC akzeptabel ist, brauchen keine weiteren Schritte
ausgeführt
zu werden, wobei die Routine in Schritt 129 abgeschlossen
wird. Wenn der SOC dagegen für zu
hoch gehalten wird, bestimmt der Schritt 126, ob die Batterieleistung
Pbatt kleiner als ein im Voraus bestimmter Ladeleistungs-Schwellenwert
ist. Dieser Ladeleistungs-Schwellenwert
ist in dem vorliegenden Beispiel eine Funktion des SOC, wie sie
im Wesentlichen in der zuvor beschriebenen 4 dargestellt ist. Ähnlich bestimmt
der Schritt 127, ob die Batterieleistung kleiner als ein
im Voraus bestimmter Ladeleistungs-Schwellenwert ist, wo der SOC
für zu
tief gehalten wird. Dieser Ladeleistungs-Schwellenwert ist in dem
vorliegenden Beispiel eine Funktion des SOC, die im Wesentlichen
wie in der zuvor beschriebenen 5 dargestellt
ist. Vorzugsweise werden die Ladeleistungs-Schwellenwerte aus Datentabellen bestimmt,
die in nichtflüchtigen
Speichermatrizen gespeichert sind. Alternativ können auf Wunsch verschiedene
Gleichungen genutzt werden, um diese Schwellenwerte in Übereinstimmung
damit in Echtzeit zu berechnen. Ein positives Ergebnis der Tests der
Schritte 126 und 127 gibt an, dass die Batterieleistung
und die neuesten SOC-Arbeitspunkte bei hohem bzw. tiefem SOC eine
beginnende Gefahr für
die Batterie angeben. Somit veranschaulicht der Schritt 128 den
Beginn einer Diagnose, um, wie im Folgenden insbesondere anhand
von 7 ausführlicher diskutiert
wird, die Batterieleistung und den SOC sorgfältiger und genauer zu überwachen.
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7 beginnt
in Schritt 130 und umfasst den Beginn der Routine, wie
sie als nicht einschränkende Beispiele
auf regelmäßiger Grundlage
als Teil weiterer geplanter Routinen durch Zeitgeberunterbrechungen
oder auf der Grundlage von Ereignisunterbrechungen aufgerufen werden
kann. Beim Eintritt kann es erforderlich sein, verschiedene Merker,
Zähler, Zeitgeber,
Variable, Register usw. zu initialisieren, so dass zu dieser Zeit
solche üblichen
Vorbereitungsfunktionen ausgeführt
werden. Zum Beispiel können in
Speicherplätzen
zur Bezugnahme in den folgenden Schritten Batterieleistungs- und
Batterieladungszustandsgrößen bereitgestellt
werden. Nachfolgend repräsentiert
der Schritt 131 eine ähnliche
Initialisierung; allerdings erfolgt diese Initialisierung insbesondere
in Bezug auf nur zwei Positionen, die beim ersten Durchlauf durch
die Diagnoseroutine eine Initialisierung erfordern, wie etwa z.
B. in Bezug auf den oben diskutierten Diagnosezähler, der wie im Folgenden
beschrieben während
aufeinander folgender Schleifen inkrementiert wird. Nachfolgend
repräsentiert
der Schritt 132 die Bestimmung, ob der SOC weiter vorschreibt,
dass die Diagnose fortgesetzt werden sollte, oder zu einem Gebiet
zurückgekehrt
ist, wo die Diagnose abgeschlossen werden kann. Falls der SOC über dem
ersten hohen SOC-Diagnoseschwellenwert oder unter dem ersten tiefen
SOC-Diagnoseschwellenwert ist, werden die Wege zu den Schritten 133 bzw. 134 befolgt.
Falls der SOC zwischen dem hohen und dem tiefen SOC-Schwellenwert ist,
wird die SOC-Diagnoseroutine im Block 135 abgeschlossen.
Falls die Diagnoseroutine zum Beispiel durch die Routineschritte
aus 6 nach Abschluss des Schrittes 135 neu
initialisiert worden ist, wird die Diagnoseroutine aus 7 noch
einmal den erstmaligen Initialisierungen ausgesetzt. Der erste hohe
und der erste tiefe SOC-Diagnoseschwellenwert
können
z. B. im Wesentlichen den im Voraus bestimmten Grenzwerten des hohen
und des tiefen SOC-Interessengebiets entsprechen, die in Verbindung
mit den 4 und 5 in Bezug
auf die Bestimmung einer beginnenden Gefahr für die Batterie beschrieben
wurden. Diese Schwellenwerte können
ebenfalls so gewählt werden,
dass sie die Gebiete erweitern, so dass ein inhärenter Hystereseeffekt erzeugt
wird.
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Wenn
zuerst ein Beispiel betrachtet wird, in dem der SOC über dem
ersten hohen SOC-Diagnoseschwellenwert ist, repräsentiert der Block 133 die Bestimmung
des Diagnosezählerinkrements High_SOC_Counter_Inc zur
Verwendung bei der Inkrementierung eines Diagnosezählers. Außerdem hat
ein SOC, der zwischen dem ersten hohen SOC-Diagnoseschwellenwert
und dem zweiten hohen SOC-Diagnoseschwellenwert liegt, zusätzlich anhand
von 8 den ersten, aber nicht den zweiten Schwellenwert
verletzt, wobei er den kleinsten Inkrementwert für High_SOC_Counter_Inc zurückgibt. Ähnlich hat
ein SOC, der über
dem dritten SOC-Diagnoseschwellenwert liegt, den dritten Schwellenwert verletzt
und gibt den größten Inkrementwert
für High_SOC_Counter_Inc
zurück.
Schließlich
hat ein SOC, der zwischen dem zweiten und dem dritten hohen SOC-Diagnoseschwellenwert
liegt, den zweiten, aber nicht den dritten Schwellenwert verletzt
und gibt einen Inkrementwert zwischen dem höchsten und dem tiefsten Wert
für High_SOC_Counter_Inc
zurück.
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Nachfolgend
wird in Schritt 137 der Diagnosezähler High_SOC_Counter mit dem
in dem vorangehenden Schritt 133 zurückgegeben Inkrementwert inkrementiert.
Nachfolgend wird in Schritt 139 eine Bestimmung vorgenommen,
ob ein im Voraus bestimmter Zählungsschwellenwert
High_Max_Count überschritten
worden ist, was angibt, dass der SOC für eine Dauer, über die
hinaus ein fortgesetzter Betrieb wegen einer potentiellen Beschädigung der
Batterie unklug wäre,
wenigstens über
dem ersten hohen SOC-Diagnoseschwellenwert geblieben ist. Falls der
SOC hauptsächlich
zwischen dem ersten und dem zweiten hohen SOC-Diagnoseschwellenwert lag,
kann die tatsächliche
Zeitdauer verhältnismäßig lang
gewesen sein. Ähnlich
kann die tatsächliche Zeitdauer
verhältnismäßig kurz
gewesen sein, falls der SOC hauptsächlich über dem dritten hohen SOC-Diagnoseschwellenwert
lag. Somit führt
die Zustimmung in Schritt 139, dass der Zählerschwellenwert überschritten
wurde, zur Setzung des High_SOC-Merkers im Schritt 141,
der einen kritisch hohen SOC angibt, und zum Abschluss der Routine aus 7.
Bei der Rückkehr
aus 7 wird der Diagnosecode durch andere Routinen
einschließlich
z. B. Routi nen, die bewirken, dass weitere Batterieleistungsflüsse verhindert
werden, interpretiert und bearbeitet. Daraufhin hat der Fahrzeugführer Gelegenheit,
einen geeigneten Kundendienst für
das Energiespeichersystem aufzusuchen und die Batterien auf einen
SOC zurückstellen
zu lassen, der wieder einen normalen Betrieb ermöglicht.
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Wo
der Zählungsschwellenwert,
wie in Schritt 139 bestimmt wird, nicht überschritten
wurde, wird die Diagnoseroutine für diese Software-Schleife abgeschlossen
und in nachfolgenden Schleifen wiederholt, bis sie wie in den Schritten 132 und 135 der vorliegenden
Routine aus 7 angegeben durch die SOC-Wiedergewinnung
oder durch Setzen des High_SOC-Merkers und Ausführung alternativer Beschädigungsverhinderungsroutinen
wie unmittelbar zuvor beschrieben abgeschlossen wird.
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Wenn
nachfolgend ein Beispiel betrachtet wird, in dem der SOC unter dem
ersten tiefen SOC-Diagnoseschwellenwert liegt, repräsentiert
der Block 134 die Bestimmung des Diagnosezählerinkrements
Low_SOC_Counter_Inc zur Verwendung bei der Inkrementierung eines
Diagnosezählers.
Ein SOC, der zwischen dem ersten tiefen SOC-Diagnoseschwellenwert
und dem zweiten tiefen SOC-Diagnoseschwellenwert liegt, hat zusätzlich anhand
von 9 den ersten, aber nicht den zweiten Schwellenwert
verletzt, wobei er den kleinsten Inkrementwert für Low_SOC_Counter_Inc zurückgibt. Ähnlich hat ein
SOC, der unter dem dritten hohen SOC-Diagnoseschwellenwert liegt,
den dritten Schwellenwert verletzt und gibt den größten Inkrementschwellenwert für Low_SOC_Counter_Inc
zurück.
Schließlich
hat ein SOC, der zwischen dem zweiten und dem dritten tiefen SOC-Diagnoseschwellenwert
liegt, den zweiten, aber nicht den dritten Schwellenwert verletzt
und gibt einen Inkrementwert zwischen dem höchsten und dem tiefsten Wert
für Low_SOC_Counter_Inc zurück.
-
Nachfolgend
wird in Schritt 136 der Diagnosezähler Low_SOC_Counter mit dem
in dem vorangehenden Schritt 134 zurückgegebenen Inkrementwert inkrementiert.
Nachfolgend wird in Schritt 138 eine Bestimmung vorgenommen,
ob ein im Voraus bestimmter Zählungsschwellenwert Low_Max_Count überschritten
worden ist, was angibt, dass der SOC während einer Dauer, über die
hinaus ein fortgesetzter Betrieb wegen einer potentiellen Beschädigung der
Batterie unklug wäre,
wenigstens unter dem ersten tiefen SOC-Diagnoseschwellenwert geblieben
ist. Falls der SOC hauptsächlich zwischen
dem ersten und dem zweiten tiefen SOC-Diagnoseschwellenwert lag, kann die
tatsächliche
Zeitdauer verhältnismäßig lang
gewesen sein. Ähnlich
kann die tatsächliche
Zeitdauer verhältnismäßig kurz
gewesen sein, falls der SOC hauptsächlich unter dem dritten tiefen
SOC-Diagnoseschwellenwert lag. Somit führt die Zustimmung in Schritt 138,
dass der Zählungsschwellenwert überschritten wurde,
zur Setzung des Low_SOC-Merkers in Schritt 140, was einen
kritisch tiefen SOC angibt, und zum Abschluss der Routine aus 7.
Bei der Rückkehr aus 7 wird
der Diagnosecode durch andere Routinen einschließlich z. B. Routinen, die bewirken, dass
weitere Batterieleistungsflüsse
verhindert werden, interpretiert und bearbeitet. Daraufhin hat der Fahrzeugführer Gelegenheit,
einen geeigneten Kundendienst für
das Energiespeichersystem aufzusuchen und die Batterien auf einen
SOC zurückstellen zu
lassen, der wieder einen normalen Betrieb ermöglicht.
-
Wo
der Zählungsschwellenwert,
wie in Schritt 138 bestimmt wurde, nicht überschritten
wurde, wird die Diagnoseroutine für diese Software-Schleife abgeschlossen
und in nachfolgenden Schritten wiederholt, bis sie wie in den Schritten 132 und 135 der
vorliegenden Routine aus 7 angegeben durch die SOC-Wiedergewinnung
oder durch Setzen des Low_SOC-Mer kers und Ausführen alternativer Beschädigungsverhinderungsroutinen
wie unmittelbar zuvor beschrieben abgeschlossen wird.
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Es
wird angemerkt, dass die verschiedenen Schwellenwerte, Inkremente
und weiteren Funktionsgrößen in Bezug
auf die hier für
die Bedingungen eines hohen und tiefen SOC beschriebenen Routinen funktional
gleichwertig oder symmetrisch sein können oder nicht. Tatsächlich ist
es wahrscheinlicher, dass die Schwellenwerte, die Dauern und sogar
die für
die Bedingung eines tiefen und hohen SOC gewünschte Auflösung wegen des Unterschieds
der Batteriecharakteristiken verschieden sein können. Außerdem ist das Inkrementieren
eines Zählers,
wie es hier verwendet wird, gleichwertig dem Dekrementieren eines
Zählers
zum gleichen Zweck.
-
Zusammengefasst
betrifft die Erfindung ein Energiespeichersystem, das, wenn bestimmt
wird, dass es in einem Arbeitspunkt ist, der eine bevorstehende
Gefahr für
seine Bedingung angibt, den Leistungsfluss für eine Dauer fortsetzen kann,
die eine Funktion des Ladungszustands ist, bevor eine Diagnose der
Bedingung eines kritischen Ladungszustands vorgenommen wird. Falls
der Ladungszustand in ein akzeptables Gebiet zurückkehrt, bevor die Dauer abgelaufen
ist, wird keine Diagnose der Bedingung eines kritischen Ladungszustands
vorgenommen. Allgemein nimmt die Dauer zu, während der Ladungszustand zu
dem Gebiet mit akzeptablem Ladungszustand hin tendiert, während sie
abnimmt, wenn der Ladungszustand von dem Gebiet mit akzeptablem
Ladungszustand weg tendiert.