DE102007026145B4

DE102007026145B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Effekts der Temperatur auf die Lebenserwartung einer Speichereinrichtung für elektrische Energie in einem Hybridelektrofahrzeug

Info

Publication number: DE102007026145B4
Application number: DE102007026145.6A
Authority: DE
Inventors: Andrew M. Zettel; Anthony H. Heap
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2027-06-06
Also published as: US7638980B2; DE102007026145A1; CN101086522A; US20070285060A1; CN101086522B

Abstract

Verfahren, um einen Effekt der Temperatur während einer Periode einer Fahrzeuginaktivität auf die Lebenserwartung einer Speichereinrichtung für elektrische Energie zu bestimmen, die dahingehend tätig ist, elektrische Energie mit einem Triebwerk eines Hybridfahrzeugs auszutauschen, das eine erste und zweite elektrische Maschine (56, 72) enthält, wobei jede Maschine (56, 72) dazu dient, ein Drehmoment an ein elektromechanisches Getriebe (10) mit Verbund-Verzweigung und zwei Modi, das vier feste Getriebeübersetzungen und zwei kontinuierlich variable Betriebsmodi aufweist, weiterzugeben, mit den Schritten:Bestimmen einer gewichteten Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie während der Inaktivitätsperiode basierend auf der Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie während der Inaktivitätsperiode und einer Temperatur der Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie im Wesentlichen gleichzeitig mit einem Abschalten des Fahrzeugs;Bestimmen eines Ruhetemperatur-Faktors für die Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie basierend auf der gewichteten Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie während der Inaktivitätsperiode; undBestimmen einer Lebenserwartung für die Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie basierend auf dem Ruhetemperatur-Faktor.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Lebenserwartung einer Speichereinrichtung für elektrische Energie. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit den Effekten, die Ruheperioden auf eine derartige Lebenserwartung haben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Verschiedene Hybrid-Triebwerksysteme nutzen Energiespeichereinrichtungen, um elektrische Energie an elektrische Maschinen zu liefern, welche dazu dienen, oft in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor ein Antriebsmoment zu liefern. Solch eine Hybrid-Triebwerk-Architektur umfasst ein elektromechanisches Getriebe mit Verbund-Verzweigung und zwei Modi, welches ein Eingangselement zum Empfangen von Leistung von einer Kraftquelle einer Antriebsmaschine und ein Ausgangselement zum Abgeben von Leistung vom Getriebe an einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs nutzt. Eine erste und zweite elektrische Maschine, d.h. Motoren/Generatoren sind wirksam mit einer Energiespeichereinrichtung verbunden, um elektrische Leistung dazwischen auszutauschen. Eine Steuereinheit ist vorgesehen, um den Austausch elektrischer Leistung zwischen der Energiespeichereinrichtung und den elektrischen Maschinen zu regulieren. Die Steuereinheit reguliert auch einen Austausch elektrischer Leistung zwischen der ersten und zweiten elektrischen Maschine.
Einer der Entwurfsgesichtspunkte bei Triebwerksystemen von Fahrzeugen ist die Fähigkeit, für eine gleichmäßige Fahrzeugleistung und Komponenten/System-Nutzungsdauer zu sorgen. Hybridfahrzeuge, und konkreter die damit genutzten Batteriepaketsysteme, konfrontieren Konstrukteure von Fahrzeugsystemen mit neuen Herausforderungen und Kompromissen. Es wurde beobachtet, dass die Nutzungsdauer einer Speichereinrichtung für elektrische Energie, z.B. eines Batteriepaketsystems, zunimmt, wenn die Ruhetemperatur des Batteriepakets abnimmt. Eine kalte Betriebstemperatur führt jedoch Beschränkungen der Batterieladungs/entladungsleistung ein, bis die Temperatur des Pakets erhöht ist. Ein warmes Batteriepaket kann eher eine geforderte Leistung an das Antriebssystem des Fahrzeugs liefern; aber ein fortgesetzter Betrieb bei warmen Temperaturen kann eine verringerte Nutzungsdauer zur Folge haben.
Moderne Hybridfahrzeugsysteme berücksichtigen verschiedene Aspekte eines Betriebs des Hybridsystems, um eine verbesserte Nutzungsdauer der Batterie herbeizuführen. Zum Beispiel wird die Tiefe der Batterieentladung geregelt, wird ein Amperestunde-(Ah)-Durchsatz beschränkt, und werden Konvektionslüfter genutzt, um das Batteriepaket zu kühlen. Umgebungsbedingungen, unter denen das Fahrzeug betrieben wird, wurden im Wesentlichen ignoriert. Die Umgebungsbedingungen können jedoch einen signifikanten Effekt auf die Nutzungsdauer von Batterien haben. Konkret würden gleiche Modelle von Hybridfahrzeugen, die in verschiedenen geographischen Bereichen in ganz Nordamerika ausgegeben werden, nicht zur gleichen Lebensdauer des Batteriepakets führen, selbst wenn alle Fahrzeuge im gleichen Zyklus gefahren würden. Die Umgebung des Fahrzeugs muss berücksichtigt werden, falls eine nützliche Abschätzung der Batterielebensdauer abgeleitet werden soll. Außerdem setzen Kundenerwartungen, Wettbewerb und gesetzliche Vorschriften Leistungsstandards einschließlich der Nutzungsdauer von Batteriepaketen auf, welche erfüllt werden müssen.
Ein Ende der Nutzungsdauer eines Batteriepakets kann durch den ohmschen Widerstand des Batteriepakets angezeigt werden. Der ohmsche Widerstand des Batteriepakets ist jedoch während eines Großteils der Nutzungsdauer des Fahrzeugs und Batteriepakets typischerweise flach, was folglich eine zuverlässige Echtzeit-Abschätzung des Lebensdauer-Status („SOL“) (engl. state-of-life) des Batteriepakets über einen Großteil der Nutzungsdauer verhindert. Stattdessen ist der ohmsche Widerstand am nützlichsten, um ein einsetzendes Ende der Nutzungsdauer des Batteriepakets anzuzeigen.
Überdies wird die Nutzungsdauer eines Batteriepakets durch die Ruhetemperatur beeinflusst, d.h. die Lebensdauer eines Batteriepaketsystems nimmt zu, wenn die Ruhetemperatur des Batteriepakets abnimmt. Daher würde ein Steuerungssystem für ein Batteriepaket, das dazu dient, einen Lebensdauer-Status eines überwachten Batteriepakets zu bestimmen, von einem parametrischen Wert profitieren, der einen Effekt der Temperatur des Batteriepakets während Untätigkeits- oder Stasis- (engl. stasis) Perioden angibt. Solche Untätigkeitsperioden treten auf, wenn das Batteriepaket weder lädt noch entlädt, d.h. wenn ein das Batteriepaket nutzendes Hybridfahrzeug abgeschaltet ist.
Daher wäre es nützlich, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu haben, welche einen Effekt der Temperatur während einer Untätigkeitsperiode auf die Lebenserwartung eines Batteriepakets für ein Hybridfahrzeug bestimmt.
US 6,532,425 B1 offenbart ein System zur Berechnung des wahren Alters einer Batterie, bei dem während einer Gleit-Periode das wahre Alter basierend auf der verstrichenen Zeit korrigiert um die Batterie-Temperatur-Historie aktualisiert wird.
DE 10 2005 032 507 A1 offenbart ein Verfahren zum Projizieren der Nutzlebensdauer eines Ultrakondensators, der mindestens einen EIN-Zeitraum nach einem AUS-Zeitraum erlebt, wobei die Werte der Temperatur des Ultrakondensators am Beginn und am Ende des AUS-Zeitraums bei der Ermittlung der Nutzlebensdauer verwendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Triebwerk eines Hybridfahrzeugs enthält eine Speichereinrichtung für elektrische Energie, die dahingehend tätig ist, elektrische Energie mit einer ersten und einer zweiten elektrischen Maschine auszutauschen, wobei jede Maschine dazu dient, ein Drehmoment an ein elektromechanisches Getriebe mit Verbund-Verzweigung und zwei Modi, das vier feste Getriebeersetzungen und zwei kontinuierlich variable Betriebsmodi aufweist, weiterzugeben. Ein Verfahren, um einen Effekt der Temperatur während einer Periode einer Fahrzeuginaktivität auf die Lebenserwartung der Speichereinrichtung für elektrische Energie zu bestimmen, beinhaltet ein Bestimmen einer gewichteten Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung für elektrische Energie während der Inaktivitätsperiode. Die gewichtete Durchschnittstemperatur basiert auf einer Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung für elektrische Energie während der Periode einer Inaktivität und einer Temperatur der Speichereinrichtung für elektrische Energie im Wesentlichen gleichzeitig mit einem Abschalten des Fahrzeugs. Ferner beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen eines Ruhetemperatur-Faktors für die Speichereinrichtung für elektrische Energie basierend auf der gewichteten Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung für elektrische Energie während der Inaktivitätsperiode. Eine Lebenserwartung für die Speichereinrichtung für elektrische Energie wird auch basierend auf dem Ruhetemperatur-Faktor bestimmt.
Figurenliste
Die Erfindung kann in bestimmten Teilen und einer Anordnung von Teilen eine physische Form annehmen, von der eine Ausführungsform im Detail beschrieben und in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht wird, welche einen Teil hiervon bilden, und worin:

1 ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Architektur für ein Steuerungssystem und ein Triebwerk gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein algorithmisches Blockdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
3 und 4 beispielhafte Datengraphen gemäß der vorliegenden Erfindung sind.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Bezug nehmend nun auf die Zeichnungen, worin die Darstellungen nur dazu dienen, die Erfindung zu veranschaulichen, und nicht dazu dienen, selbige zu beschränken, zeigt 1 ein Steuerungssystem und ein beispielhaftes Hybrid-Triebwerksystem, das gemäß einer Ausführungsform der Erfindung konstruiert wurde. Das beispielhafte Hybrid-Triebwerksystem umfasst mehrere drehmomenterzeugende Einrichtungen, die dazu dienen, ein Antriebsmoment an eine Getriebeeinrichtung zu liefern, welche ein Antriebsmoment an einen Antriebsstrang liefert. Die drehmomenterzeugenden Einrichtungen umfassen vorzugsweise einen Verbrennungsmotor 14 und eine erste und zweite elektrische Maschine 56, 72, die dazu dienen, von einer elektrischen Speichereinrichtung (ESD) 74 gelieferte elektrische Energie in ein Antriebsmoment umzuwandeln. Es versteht sich, dass eine ESD eine oder mehrere Batterien oder eine alternative Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie einschließen kann. Die beispielhafte Getriebeeinrichtung 10 umfasst ein elektromechanisches Getriebe mit Verbund-Verzweigung und zwei Modi, das vier feste Getriebeübersetzungen aufweist, und beinhaltet mehrere Zahnräder, die dazu dienen, das Antriebsmoment über mehrere, darin enthaltene Einrichtungen zur Drehmomentübertragung an eine Ausgangswelle 64 und einen Antriebsstrang zu übertragen. Mechanische Aspekte des beispielhaften Getriebes 10 sind in dem US-Patent Nr. US 6,953,409 A mit dem Titel „Two-Mode, Compound-Split, Hybrid Electro-Mechanical Transmission having Four Fixed Ratios“ im Detail offenbart.
Das Steuerungssystem umfasst eine verteilte Steuerungsmodularchitektur, die über ein lokales Kommunikationsnetzwerk in Wechselwirkung steht, um eine permanente Steuerung für das Triebwerksystem zu schaffen, das den Motor 14, die elektrischen Maschinen 56, 72 und das Getriebe 10 einschließt.
Das beispielhafte Triebwerksystem wurde gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert. Das Hybridgetriebe 10 empfängt ein Eingangsdrehmoment von drehmomenterzeugenden Einrichtungen, die den Motor 14 und die elektrischen Maschinen 56, 72 einschließen, als Ergebnis einer Energieumwandlung von Kraftstoff oder in der Speichereinrichtung für elektrische Energie (ESD) 74 gespeichertem elektrischem Potential. Die ESD 74 umfasst typischerweise eine oder mehrere Batterien. Andere Speichereinrichtungen für elektrische Energie, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung zu speichern und elektrische Leistung abzugeben, können anstelle der Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu ändern. Die ESD 74 ist vorzugsweise auf der Basis von Faktoren ausgelegt, welche Regenerationsanforderungen, Anwendungsprobleme bezüglich einer typischen Straßengüte und Temperatur, und Antriebsanforderungen wie z.B. Emission, Servounterstützung und elektrischer Bereich einschließen. Die ESD 74 ist mittels einer hohen Gleichspannung über Gleichspannungsleitungen, auf die als Übertragungsleiter 27 verwiesen wird, mit einem Getriebe-Leistungsinverter-Modul (TPIM) 19 gekoppelt. Das TPIM 19 überträgt elektrische Energie über Übertragungsleiter 29 zur ersten elektrischen Maschine 56, und das TPIM 19 überträgt ähnlich elektrische Energie über Übertragungsleiter 31 zur zweiten elektrischen Maschine 72. Elektrischer Strom ist zwischen den elektrischen Maschinen 56, 72 und der ESD 74 dementsprechend übertragbar, ob die ESD 74 geladen oder entladen wird. Das TPIM 19 enthält ein Paar Leistungsinverter und jeweilige Motorsteuerungsmodule, die so ausgestaltet sind, dass sie Motorsteuerungsbefehle empfangen und Inverterzustände von dort steuern, um für eine Motorantriebs- oder Regenerierungsfunktionalität zu sorgen.
Die elektrischen Maschinen 56, 72 umfassen vorzugsweise bekannte Motoren/Generatoreinrichtungen. Bei der Motorsteuerung empfängt der jeweilige Inverter Strom von der ESD und liefert über die Übertragungsleiter 29 und 31 Wechselstrom an den jeweiligen Motor. Bei der Regenerierungssteuerung empfängt der jeweilige Inverter über den jeweiligen Übertragungsleiter Wechselstrom vom Motor und liefert Strom an die Gleichstromleitungen 27. Der Netto-Gleichstrom, der an die Inverter oder von diesen geliefert wird, bestimmt den Ladungs- oder Entladungsbetriebsmodus der Speichereinrichtung 74 für elektrische Energie. Die Maschine A 56 und Maschine B 72 sind vorzugsweise Drehstrom-Elektromaschinen, und die Inverter umfassen komplementäre elektronische Drehstromeinrichtungen.
Die in 1 gezeigten und im Folgenden beschriebenen Elemente umfassen eine Teilmenge der gesamten Fahrzeugsteuerungsarchitektur und dienen dazu, für eine koordinierte Systemsteuerung des hierin beschriebenen Triebwerksystems zu sorgen. Das Steuerungssystem dient dazu, entsprechende Information und Eingaben zu sammeln und zu synthetisieren und Algorithmen auszuführen, um verschiedene Stellglieder zu steuern, um Steuerungsziele zu erreichen, einschließlich solcher Parameter wie der Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauchs, Emissionen, Leistung, Fahrbarkeit und Schutz von Hardware einschließlich der Batterien der ESD 74 und Motoren 56, 72. Die verteilte Steuerungsmodularchitektur des Steuerungssystems umfasst ein Motorsteuerungsmodul (‚ECM‘) 23, ein Getriebesteuerungsmodul (‚TCM‘) 17, ein Batteriepaket-Steuerungsmodul (‚BPCM‘) 21 und das Getriebe-Leistungsinverter-Modul (‚TPIM‘) 19. Ein Hybrid-Steuerungsmodul (‚HCP‘) 5 liefert eine allumfassende Steuerung und Koordination der oben erwähnten Steuerungsmodule. Es gibt eine Nutzerschnittstelle (‚UI‘) 13, die wirksam mit mehreren Einrichtungen verbunden ist, über die ein Bediener des Fahrzeugs den Betrieb des Triebwerks einschließlich des Getriebes 10 typischerweise steuert oder leitet. Beispielhafte Einrichtungen für Eingaben eines Fahrzeugbedieners in die UI 13 beinhalten ein Gaspedal, ein Bremspedal, einen Getriebegang-Wählhebel und einen Fahrzeugtempomaten. Innerhalb des Steuerungssystems kommuniziert jedes der oben erwähnten Steuerungsmodule mit anderen Steuerungsmodulen, Sensoren und Stellgliedern über einen Kommunikationsbus 6 eines lokalen Netzwerkes (‚LAN‘). Der LAN-Bus 6 ermöglicht eine strukturierte Kommunikation von Steuerungsparametern und -befehlen zwischen den verschiedenen Steuerungsmodulen. Das verwendete spezifische Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Beispielsweise ist ein Kommunikationsprotokoll der Society of Automotive Engineers Standard J1939. Der LAN-Bus und entsprechende Protokolle sorgen für eine robuste Nachrichtenübermittlung und Kopplung von Multi-Steuerungsmodulen zwischen den oben erwähnten Steuerungsmodulen und anderen Steuerungsmodulen, die eine Funktionalität, wie z.B. Antiblockierbremsen, Traktionssteuerung und Fahrzeugstabilität liefern.
Das HCP 5 liefert eine allumfassende Steuerung des Hybrid-Triebwerksystems, die dazu dient, einen Betrieb des ECM 23, TCM 17, TPIM 19 und BPCM 21 zu koordinieren. Basierend auf verschiedenen Eingangssignalen von der UI 13 und dem Triebwerk erzeugt das HCP 5 verschiedene Befehle einschließlich: eines Motordrehmomentbefehls, Kupplungsdrehmomentbefehle, für verschiedene Kupplungen des Hybrid-Getriebes 10 und Motordrehmomentbefehle für die elektrische Maschine A bzw. B.
Das ECM 23 ist mit dem Motor 14 wirksam verbunden und dient dazu, Daten von einer Vielzahl von Sensoren zu erfassen bzw. eine Vielzahl von Stellgliedern des Motors 14 über mehrere einzelne Leitungen zu steuern, die als vereinigte Leitung 35 gemeinsam dargestellt sind. Das ECM 23 empfängt den Motordrehmomentbefehl von dem HCP 5 und erzeugt eine Achsdrehmoment-Anforderung. Der Einfachheit halber ist das ECM 23 im Wesentlichen mit einer bidirektionalen Schnittstelle mit dem Motor 14 über die vereinigte Leitung 35 dargestellt. Verschiedene Parameter, die von dem ECM 23 abgefühlt werden, beinhalten die Temperatur des Motorkühlmittels, die Motoreingangsdrehzahl in das Getriebe, den Krümmerdruck, die Umgebungslufttemperatur und den Umgebungsdruck. Verschiedene Stellglieder, die durch das ECM 23 gesteuert werden können, beinhalten Kraftstoffeinspritzer, Zündmodule und Drosselsteuerungsmodule.
Das TCM 17 ist wirksam mit dem Getriebe 10 verbunden und dient dazu, Daten von einer Vielzahl von Sensoren zu erfassen und Befehlssteuersignale, d.h. Kupplungsdrehmomentbefehle an die Kupplungen des Getriebes, zu liefern.
Das BPCM 21 steht in Wechselwirkung mit verschiedenen Sensoren, die mit der ESD 74 verbunden sind, um Information über den Zustand der ESD 74 an das HCP 5 abzuleiten. Solche Sensoren umfassen Sensoren für Spannung und elektrischen Strom sowie Umgebungssensoren, die dazu dienen, Betriebsbedingungen der ESD 74 einschließlich z.B. Temperatur und Widerstand, gemessen über Anschlüsse der ESD 74 (nicht dargestellt), zu messen. Abgefühlte Parameter schließen eine ESD-Spannung, V_BAT , einen ESD-Strom, I_BAT , und eine ESD-Temperatur, T_BAT , ein. Abgeleitete Parameter umfassen vorzugsweise den ESD-Strom, I_BAT , den ESD-Innenwiderstand, R_BAT , wie sie über Anschlüsse der ESD 74 gemessen werden können, und den ESD-Ladungszustand, SOC, und andere Zustände der ESD einschließlich der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung P_BAT-MIN und P_BAT-MAX .
Das Getriebe-Leistungsinverter-Modul (TPIM) 19 enthält die oben erwähnten Leistungsinverter und Maschinensteuerungsmodule, die dafür ausgelegt sind, Motorsteuerungsbefehle zu empfangen und Inverterzustände davon zu steuern, um eine Motorantriebs- oder Regenerierungsfunktionalität zu liefern. Das TPIM 19 dient dazu, Drehmomentbefehle für Maschinen A und B basierend auf einer Eingabe vom HCP 5 zu erzeugen, welches durch eine Bedienereingabe über UI 13 und Systembetriebsparameter angesteuert wird. Motordrehmomente werden durch das Steuerungssystem einschließlich des TPIM 19 implementiert bzw. ausgeführt, um die Maschinen A und B zu steuern. Einzelne Motordrehzahlsignale werden vom TPIM 19 aus der Motorphaseninformation oder von herkömmlichen Drehsensoren abgeleitet. Das TPIM 19 bestimmt und übermittelt Motordrehzahlen an das HCP 5.
Jedes der oben erwähnten Steuerungsmodule des Steuerungssystems ist vorzugsweise ein Mehrzweck-Digitalcomputer, der im Allgemeinen einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, einen Nur-Lesespeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen elektrisch programmierbaren Nur-Lesespeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog-Digital- (A/D) und Digital-Analog- (D/A) Schaltung und Schaltung und Einrichtungen für Eingabe/Ausgabe (I/O) und entsprechende Signalaufbereitungs- und Pufferschaltung aufweist. Jedes Steuerungsmodul hat einen Satz Steuerungsalgorithmen, die residente Programmanweisungen und Kalibrierungen aufweisen, welche im ROM gespeichert sind, und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen jedes Computers bereitzustellen. Eine Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Computern wird vorzugsweise unter Verwendung des oben erwähnten LAN 6 ausgeführt.
Algorithmen zur Steuerung und Zustandsabschätzung in jedem der Steuerungsmodule werden typischerweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt, so dass jeder Algorithmus zumindest ein Mal je Schleifenzyklus ausgeführt wird. Algorithmen, die in den nicht flüchtigen Speichereinrichtungen gespeichert sind, werden von einer der zentralen Verarbeitungseinheiten ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Abfühleinrichtungen zu überwachen und Steuerungs- und Diagnoseroutinen auszuführen, um einen Betrieb der jeweiligen Einrichtungen unter Verwendung voreingestellter Kalibrierungen zu steuern. Schleifenzyklen werden typischerweise in regelmäßigen Intervallen, z.B. alle 3,125, 6,25, 12,25, 25 und 100 Millisekunden, während eines laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt. Alternativ dazu können Algorithmen als Antwort auf das Eintreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Die im Folgenden beschriebene Aktion tritt während eines aktiven Betriebs des Fahrzeugs auf, d.h. der Zeitperiode, wenn ein Betrieb des Motors und der elektrischen Maschinen durch den Bediener eines Fahrzeugs typischerweise über einen Vorgang „Einschalten mittels Schlüssel“ freigegeben ist. Untätigkeitsperioden beinhalten Zeitperioden, in denen ein Betrieb des Motors und der elektrischen Maschinen durch den Bediener des Fahrzeugs typischerweise mittels eines Vorgangs „Ausschalten mittels Schlüssel“ gesperrt ist. Als Antwort auf eine Aktion des Bedieners, wie sie durch die UI 13 erfasst wird, bestimmen das überwachende HCP-Steuerungsmodul 5 und eines oder mehrere der anderen Schaltungsmodule ein erforderliches Getriebeausgangsdrehmoment To. Selektiv betätigte Komponenten des Hybrid-Getriebes 10 werden entsprechend gesteuert und manipuliert, so dass sie auf die Bedienervorgabe ansprechen. In der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform bestimmt z.B., wenn der Bediener einen Vorwärtsfahrbereich ausgewählt hat und entweder das Gaspedal oder das Bremspedal betätigt, das HCP 5, wie und wann das Fahrzeug beschleunigen oder abbremsen soll. Das HCP 5 überwacht auch die Parameterzustände der drehmomenterzeugenden Einrichtungen und bestimmt die Abgabe des Getriebes, die erforderlich ist, um eine gewünschte Beschleunigungs- oder Abbremsrate zu bewirken. Unter der Leitung des HCP 5 arbeitet das Getriebe 10 über einen Bereich von Ausgangsdrehzahlen von langsam bis schnell, um die Bedienervorgabe zu erfüllen.
In 2 ist nun ein schematisches Diagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren zum Abschätzen eines Lebensdauer-Status der ESD 74 in Echtzeit basierend auf den überwachten Eingaben demonstriert. Das Verfahren wird vorzugsweise als ein oder mehr Algorithmen in einem der Steuerungsmodule des Steuerungssystems, typischerweise dem HCP 5, ausgeführt. Der abgeschätzte Lebensdauer-Status (engl. state-of-life) der ESD 74 (‚SOL_K‘) wird vorzugsweise als Skalarwert in einer nicht flüchtigen Speicherstelle zum Verweis, Aktualisieren und zum Zurücksetzen gespeichert, was jeweils zu entsprechenden Zeitpunkten während der Lebensdauer des Fahrzeugs und der ESD 74 stattfindet.
Das beispielhafte Verfahren und die beispielhafte Vorrichtung, um den Lebensdauer-Status (‚SOL‘) der Energiespeichereinrichtung in dem Hybridsteuerungssystem in Echtzeit zu bestimmen, sind in US 2007/0285061 A1 im Detail offenbart. Das beispielhafte Verfahren und die Vorrichtung, um den Lebensdauer-Status abzuschätzen, umfassen einen Algorithmus, der in Echtzeit einen ESD-Strom I_BAT (in Ampere), eine ESD-Temperatur T_BAT , eine ESD-Spannung V_BAT , einen ohmschen Widerstand R_BAT der ESD und einen Ladungszustands-Faktor (‚SOC‘) der ESD überwacht. Diese Parameter I_BAT , T_BAT , V_BAT und R_BAT werden verwendet, um einen parametrischen Wert für einen über die Zeit integrierten ESD-Strom 110, einen parametrischen Wert für den Entladungstiefe-Faktor 112, einen parametrischen Wert für den Fahrtemperatur-Faktor 114 und einen parametrischen Wert für den Ruhetemperatur-Faktor T_REST 116 zu bestimmen.
Jeder der oben erwähnten Faktoren, d.h. der integrierte ESD-Strom, die Entladungstiefe, der Fahrtemperatur-Faktor und Ruhetemperatur-Faktor, wird vorzugsweise durch eine in Block 120 dargestellte Summieroperation mit einem vorbestimmten Faktor des Lebensdauer-Status SOL_K kombiniert, um einen parametrischen Wert für den SOL zu bestimmen, d.h. SOL_K+1, der als eine Ausgabe an Block 120 dargestellt ist. Der Algorithmus, um den Faktor SOL_K des Lebensdauer-Status zu bestimmen, wird während jeder Fahrt (definiert als ein An-Aus-Zyklus des Motors) vorzugsweise mehrere Male ausgeführt. Der Ruhetemperatur-Faktor T_REST umfasst vorzugsweise einen abgeleiteten parametrischen Wert. Wie im Folgenden beschrieben wird, wird der Ruhetemperatur-Faktor T_REST 116 basierend auf einer zeitgestützten Temperatur der ESD 74 während Untätigkeitsperioden eines ESD-Betriebs bestimmt. Untätigkeitsperioden der ESD-Operation sind gekennzeichnet durch einen ESD-Leistungsfluss, der minimal ist (engl. de minimis), während aktive Perioden einer ESD-Operation gekennzeichnet sind durch einen ESD-Leistungsfluss, der nicht minimal ist. Das heißt, Untätigkeitsperioden einer ESD-Operation sind im Allgemeinen gekennzeichnet durch keinen oder minimalen Stromfluss in die oder aus der ESD. Bezüglich einer ESD, die beispielsweise mit einem Antriebssystem eines Hybridfahrzeugs verbunden ist, können Untätigkeitsperioden einer ESD-Operation mit Perioden einer Fahrzeuginaktivität verbunden sein (z.B. das Triebwerk einschließlich der elektrischen Maschinen ist während Perioden nicht im Betrieb, in denen das Fahrzeug nicht gefahren wird und Zusatzlasten ausgeschaltet sind, kann aber solche Perioden einschließen, welche durch Abflüsse parasitären Stroms gekennzeichnet sind, wie sie für ein Fortführen bestimmter Controller-Operationen einschließlich beispielsweise der Operationen, die mit der vorliegenden Erfindung verbunden sind, erforderlich sind). Aktive Perioden mit einer ESD-Operation können im Gegensatz dazu mit Perioden einer Fahrzeugaktivität verbunden sein (z.B. Zusatzlasten sind an und/oder das Triebwerk einschließlich der elektrischen Maschinen ist während solcher Perioden tätig, in denen das Fahrzeug gerade gefahren wird, wobei Stromflüsse in die oder aus der ESD vorliegen können).
Bezug nehmend nun auf 3 werden nun ein Verfahren und System zum Bestimmen des Ruhetemperatur-Faktors 116 beschrieben. Das Verfahren wird vorzugsweise als ein oder mehr Algorithmen und zugeordnete Kalibrierungen in einem der oben erwähnten Controller, vorzugsweise dem HCP 5, ausgeführt. Das Verfahren und System beinhalten ein Bestimmen einer Temperatur der Speichereinrichtung für elektrische Energie, wenn die Einrichtung in eine Untätigkeitsperiode eintritt, Bestimmen einer Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung für elektrische Energie während der Untätigkeitsperiode, Bestimmen einer gewichteten Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung für elektrische Energie während der Untätigkeitsperiode basierend auf der Durchschnittstemperatur und der Abschalttemperatur; und Bestimmen eines parametrischen Wertes für den Ruhetemperatur-Faktor 116 basierend auf der gewichteten Temperatur, der nützlich ist, um einen Parameter für die Lebenserwartung der Speichereinrichtung für elektrische Energie einzustellen. Dies wird im Folgenden detaillierter diskutiert.
Ein Bestimmen einer Temperatur der Speichereinrichtung für elektrische Energie, wenn die Einrichtung in die Untätigkeitsperiode eintritt, umfasst vorzugsweise ein Erfassen eines Wertes für die ESD-Temperatur T_BAT , wenn das Fahrzeug vom Bediener z.B. bei einem Vorgang Ausschalten mittels Schlüssels abgeschaltet wird. Ein Bestimmen einer Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung für elektrische Energie während der Untätigkeitsperiode umfasst vorzugsweise ein Ausführen eines Algorithmus, um eine ESD-Temperatur T_BAT in regelmäßigen Intervallen während der Untätigkeitsperiode zu überwachen, und Berechnen eines laufenden Durchschnittswertes. Die verstrichene Zeit während einer Abschaltung wird überwacht. Aus der Abschalttemperatur, der Durchschnittstemperatur und der verstrichenen Zeit wird ein Gewichtungsfaktor bestimmt. Der Gewichtungsfaktor weist vorzugsweise eine Kurve mit einer nicht linearen Zeitabnahme basierend auf der Temperatur des Systems auf, wobei der Abnahmefaktor darauf basiert, ob sich das System aufheizt oder abkühlt.
Der Gewichtungsfaktor wird bestimmt durch eine Menge parametrischer Messungen der Temperatur, die genutzt werden, um den Ruhetemperatur-Faktor zu berechnen (Block 116). Wenn z.B. eine große Menge von Temperaturabtastungen vorgenommen wird, die eine lange Ruhezeit anzeigen, approximiert der parametrische Wert für die gewichtete Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung während der Inaktivitätsperiode eng die tatsächliche zeitgemittelte Ruhetemperatur, und der Ruhetemperatur-Faktor würde einen zeitgemittelten Wert der Ruhetemperatur aufweisen. Der Gewichtungsfaktor wird auf die Durchschnittstemperatur der ESD während der Untätigkeitsperiode angewendet, um in Verbindung mit der Temperatur der Speichereinrichtung 74 für elektrische Energie im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Abschalten des Fahrzeugs eine gewichtete Durchschnittstemperatur während der Untätigkeitsperiode zu bestimmen.
Der Ruhetemperatur-Faktor 116, der nützlich ist, um den oben erwähnten Parameter SOL der Lebenserwartung der Speichereinrichtung für elektrische Energie zu bestimmen, wird basierend auf der gewichteten Durchschnittstemperatur bestimmt, wie mit Verweis auf 3 gezeigt wird. 3 umfasst eine graphische Datendarstellung mit einer Temperatur (Grad, C) auf der X-Achse und parametrischen Werten für den Ruhetemperatur-Faktor 116 auf der Y-Achse. Die Kurve weist eine exponentielle Funktion mit einem Nominalwert oder Nullpunkt bei etwa 25 C auf. Ein Einrichten des Nominalwertes für den Ruhetemperatur-Faktor bei einem Nominaltemperaturwert von 25 C ist in dem beispielhaften System vorzuziehen, weil ein Testen und eine Datenerfassung der Lebenserwartung für die beispielhafte ESD 74 bei der Umgebungstemperatur von 25 C durchgeführt wurden. Daher ist ein parametrischer Wert für einen nominellen Ruhetemperatur-Faktor 116 bei 25 C Null, und der parametrische Wert ändert sich für niedrigere oder höhere Ruhetemperaturen. Dies beinhaltet ein Verringern des Ruhetemperatur-Faktors 116, wenn die gewichtete Durchschnittstemperatur während der Untätigkeitsperiode geringer als der Nominaltemperaturwert von 25 C ist, und ein Erhöhen des Ruhetemperatur-Faktors 116, wenn die gewichtete Durchschnittstemperatur während der Untätigkeitsperiode größer als der Nominaltemperaturwert von 25 C ist.
Wie in 3 gezeigt ist, nimmt der Ruhetemperatur-Faktor 116 mit zunehmender gewichteter Durchschnittstemperatur während der Untätigkeitsperiode aufgrund der sich ergebenden Abnahme der Lebenserwartung typischer ESDs, die sich bei höheren Umgebungs- und höheren ESD-Betriebstemperaturen ergibt, exponentiell zu. Der Ruhetemperatur-Faktor 116 nimmt mit abnehmender gewichteter Durchschnittstemperatur während der Untätigkeitsperiode aufgrund der sich ergebenden Zunahme der Lebenserwartung typischer ESDs, die sich bei höheren Umgebungs- und höheren ESD-Betriebstemperaturen ergibt, exponentiell ab. Spezifische Kalibrierungswerte für Ruhetemperatur-Faktoren 116 bei verschiedenen Temperaturen sind anwendungspezifisch und hängen von der Auslegung der spezifischen ESD, der Lebenserwartung der ESD-Auslegung und Betriebscharakteristiken des Hybridsystems ab, das die ESD nutzt. Der Ruhetemperatur-Faktor 116 ist ein Element des Steuerungssystems für das oben erwähnte Triebwerksystem.
In 4 ist nun eine beispielhafte graphische Datendarstellung für eine spezifische Anwendung mit einem Effekt der ESD-Temperatur auf den Ruhetemperatur-Faktor gezeigt. Basierend auf einer verstrichenen Ruhezeit und ESD-Temperatur während der Ruhezeit ist ein Ruhetemperatur-Faktor bestimmbar. Die aufgetragenen Linien umfassen Linien gleichen Effekts, d.h. die Linien spiegeln eine Zeit/Temperaturbeziehung wider, die eine ähnliche Änderung der ESD-Lebensdauer zur Folge hat. Beispielsweise hat eine kurze verstrichene Zeit bei einer höheren Temperatur einen ähnlichen Effekt auf die ESD-Lebensdauer, wie eine längere verstrichene Zeit bei einer niedrigeren Temperatur.
Die Erfindung wurde unter spezifischer Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen und Modifikationen dazu beschrieben.

Claims

Verfahren, um einen Effekt der Temperatur während einer Periode einer Fahrzeuginaktivität auf die Lebenserwartung einer Speichereinrichtung für elektrische Energie zu bestimmen, die dahingehend tätig ist, elektrische Energie mit einem Triebwerk eines Hybridfahrzeugs auszutauschen, das eine erste und zweite elektrische Maschine (56, 72) enthält, wobei jede Maschine (56, 72) dazu dient, ein Drehmoment an ein elektromechanisches Getriebe (10) mit Verbund-Verzweigung und zwei Modi, das vier feste Getriebeübersetzungen und zwei kontinuierlich variable Betriebsmodi aufweist, weiterzugeben, mit den Schritten: Bestimmen einer gewichteten Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie während der Inaktivitätsperiode basierend auf der Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie während der Inaktivitätsperiode und einer Temperatur der Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie im Wesentlichen gleichzeitig mit einem Abschalten des Fahrzeugs; Bestimmen eines Ruhetemperatur-Faktors für die Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie basierend auf der gewichteten Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie während der Inaktivitätsperiode; und Bestimmen einer Lebenserwartung für die Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie basierend auf dem Ruhetemperatur-Faktor.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Bestimmen des Ruhetemperatur-Faktors ferner ein Verringern eines vorher bestimmten Nominalwerts des Ruhetemperatur-Faktors umfasst, wenn die gewichtete Durchschnittstemperatur während der Inaktivitätsperiode geringer als eine Nominaltemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit einem exponentiellen Verringern des vorher bestimmten Nominalwerts des Ruhetemperatur-Faktors basierend auf einer Differenz zwischen der gewichteten Durchschnittstemperatur während der Inaktivitätsperiode und der Nominaltemperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Bestimmen des Ruhetemperatur-Faktors ferner ein Erhöhen eines vorher bestimmten Nominalwerts des Ruhetemperatur-Faktors einschließt, wenn die gewichtete Durchschnittstemperatur während der Inaktivitätsperiode größer als eine Nominaltemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner mit einem exponentiellen Erhöhen des vorher bestimmten Nominalwerts des Ruhetemperatur-Faktors basierend auf einer Differenz zwischen der gewichteten Durchschnittstemperatur während der Inaktivitätsperiode und der Nominaltemperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Bestimmen eines Ruhetemperatur-Faktors ferner ein Halten des Ruhetemperatur-Faktors bei einem Nominalwert einschließt, wenn die gewichtete Durchschnittstemperatur während der Inaktivitätsperiode im Wesentlichen gleich einer Nominaltemperatur ist.
Vorrichtung zum Bestimmen eines Effekts einer Temperatur während einer Periode einer Fahrzeuginaktivität auf eine Lebenserwartung einer Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie, die dahingehend tätig ist, elektrische Energie mit einem Triebwerk eines Hybridfahrzeugs auszutauschen, das eine erste und zweite elektrische Maschine (56, 72) enthält, wobei jede Maschine (56, 72) dazu dient, ein Drehmoment an ein elektromechanisches Getriebe (10) mit Verbund-Verzweigung und zwei Modi, das vier feste Getriebeversetzungen und zwei kontinuierlich variable Betriebsmodi aufweist, weiterzugeben, mit: einem Temperatursensor, der dafür eingerichtet ist, eine Temperatur der Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie abzufühlen; einem computergestützten Controller, der dafür eingerichtet ist, ein Signal zu empfangen, das eine abgefühlte Temperatur der Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie angibt; wobei der computergestützte Controller ein Speichermedium mit einem darin codierten Computerprogramm enthält, welches Computerprogramm aufweist: einen Code zum Bestimmen einer gewichteten Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie während der Inaktivitätsperiode basierend auf der Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie während der Inaktivitätsperiode und einer Temperatur der Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Beginn der Inaktivitätsperiode; einen Code zum Bestimmen eines Ruhetemperatur-Faktors für die Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie basierend auf der gewichteten Durchschnittstemperatur der Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie während der Inaktivitätsperiode; und einen Code zum Bestimmen einer Lebenserwartung für die Speichereinrichtung (74) für elektrische Energie basierend auf dem Ruhetemperatur-Faktor.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein Code zum Bestimmen des Ruhetemperatur-Faktors ferner einen Code zum Verringern eines vorher bestimmten Nominalwerts des Ruhetemperatur-Faktors aufweist, wenn die gewichtete Durchschnittstemperatur während der Inaktivitätsperiode geringer als eine Nominaltemperatur ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Computerprogramm ferner einen Code aufweist, um den vorher bestimmten Nominalwert des Ruhetemperatur-Faktors basierend auf einer Differenz zwischen der gewichteten Durchschnittstemperatur während der Inaktivitätsperiode und der Nominaltemperatur exponentiell zu verringern.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein Code zum Bestimmen des Ruhetemperatur-Faktors ferner einen Code zum Erhöhen eines vorher bestimmten Nominalwerts des Ruhetemperatur-Faktors aufweist, wenn die gewichtete Durchschnittstemperatur während der Inaktivitätsperiode größer als eine Nominaltemperatur ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Computerprogramm ferner einen Code zum exponentiellen Erhöhen des vorher bestimmten Nominalwerts des Ruhetemperatur-Faktors aufweist, basierend auf einer Differenz zwischen der gewichteten Durchschnittstemperatur während der Inaktivitätsperiode und der Nominaltemperatur.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein Code zum Bestimmen des Ruhetemperatur-Faktors ferner einen Code zum Halten des Ruhetemperatur-Faktors bei einem Nominalwert aufweist, wenn die gewichtete Durchschnittstemperatur während der Inaktivitätsperiode im Wesentlichen gleich einer Nominaltemperatur ist.