DE102007033720A1

DE102007033720A1 - Verfahren zum Verbessern der Kraftstoffökonomie eines Hybridfahrzeugs

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Publication number: DE102007033720A1
Application number: DE102007033720A
Authority: DE
Inventors: Richard K. Otisville Serrels; William J. Washington Omell; Richard M. Los Angeles Breese
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2008-01-31
Also published as: US20080042615A1; CN101112897A

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffökonomie bei einem Hybridfahrzeug umfasst das Abschätzen einer Temperatur einer Batterie, die Messung eines Stroms der Batterie und die Messung einer Spannung der Batterie. Eine nominelle optimale Ladespannung wird in Abhängigkeit von einem Ladezustand (SOC) der Batterie und von der abgeschätzten Temperatur bestimmt. Die nominelle optimale Ladespannung wird auf eine für die Kraftstoffökonomie minimale Ladespannung verringert, wenn der SOC über einem vorgegebenen Pegel liegt und der Strom innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Die Batterie wird dann mit der für die Kraftstoffökonomie minimalen Ladespannung geladen, wobei ein Gleichspannungsumsetzer verwendet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Nachladen der Nicht-Antriebs-Batterie eines Hybridfahrzeugs und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Batterienachladen, um die Batterielebensdauer, die Scheinwerferlebensdauer und die Kraftstoffökonomie des Hybridfahrzeugs zu verbessern.
Eine herkömmliche Nicht-Antriebs-Fahrzeugbatterie ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine oder mehrere Zellen umfasst, die chemische Energie in elektrische Energie umsetzen. Derzeit sind Nicht-Antriebs-Fahrzeugbatterien "12-Volt"-Gleichstrom-(DC-)Batterien, die etwa 12,6 Volt liefern. Herkömmliche 12-Volt-Batterien umfassen üblicherweise sechs in Reihe geschaltete Zellen, die jeweils etwa 2,1 Volt erzeugen. Hybridfahrzeuge enthalten eine oder mehrere zusätzliche Antriebsbatterien, die Leistung liefern, um das Fahrzeug anzutreiben und/oder neu zu starten. Die Antriebsbatterien sind üblicherweise leistungsfähiger, wie beispielsweise eine 300-Volt-Gleichstrom-(DC-)Batterie. Sofern nichts anderes angegeben ist, bezieht sich der Begriff "Batterie" im Folgenden auf eine Nicht-Antriebs-12-Volt-DC-Batterie.
Wenn ein Fahrer den Motor eines Hybridfahrzeugs anlässt, zieht der Anlasser Strom aus der Batterie und verringert die Ladung in der Batterie. Ein Ladesystem eines Hybridfahrzeugs lädt die Batterie nach und umfasst üblicherweise einen Gleichspannungsumsetzer, der einen Spannungsregler enthält, und einen optionalen Ladungsanzeiger. Der Gleichspannungs umsetzer setzt die Ausgabe einer Antriebsbatterie in eine elektrische Leistung bei verringerter Spannung um, die die 12-Volt-Nicht-Antriebs-Batterie lädt. Der Spannungsregler im Gleichspannungsumsetzer regelt die Ausgangsspannung und die Strompegel, die vom Gleichspannungsumsetzer erzeugt werden. Der Ladungsanzeiger stellt eine visuelle Anzeige der Betriebstauglichkeit des Ladesystems und/oder der Batterie bereit.
Sobald der Motor läuft, lädt das Ladesystem die Batterie und treibt andere elektrische Systeme und Lasten an, die mit dem Fahrzeug verknüpft sind. Einige der elektrischen Lasten des Fahrzeugs können beispielsweise Gebläse für Heizung und Klimatisierung (HVAC-Gebläse), eine Klimatisierungs-(AC-)Kompressorkupplung, beheizte Sitze, beheizte Spiegel, eine Scheibenheizung, Scheibenwischer, Einstiegstürleuchten, Innenleuchten, Motorkühlungslüfter usw. umfassen.
Der Spannungsregler im Gleichspannungsumsetzer hält die Ausgangsspannung des Gleichspannungsumsetzers innerhalb eines Spannungsbereichs von etwa 13 bis 16 Volt. Wenn die Spannung innerhalb des Spannungsbereichs bleibt, kann der Gleichspannungsumsetzer mehrere Funktionen erfüllen. Der Gleichspannungsumsetzer kann die Batterie laden und kann den anderen elektrischen Systemen und Lasten des Fahrzeugs Leistung zuführen. Außerdem werden Probleme, die mit einem Unterladen oder Überladen der Batterie zusammenhängen, verhindert. Wenn die Batterie unterladen ist, ist die Batterie nicht in der Lage, den Motor durchzudrehen und anzulassen. Wenn die Batterie überladen ist, kann die Batterie überhitzen und/oder ein "Gasen" (eine Bildung von Säuredämpfen in der Batterie) erleiden und dauerhaft beschädigt werden.
Der Spannungsregler im Gleichspannungsumsetzer passt die Ausgangsspannung anhand der Temperatur der Batterie und des Ladezustands (SOC) der Batterie an. Jedoch sind herkömmliche Temperatur- und SOC-Überwachungsvorrichtungen kostspielig und nicht genau. Herkömmliche Temperatur- und SOC-Überwachungsvorrichtungen erfordern außerdem einen erheblichen Aufwand an zusätzlicher Verdrahtung und zusätzlichen elektronischen Bauteilen.
Das US-Patent Nr. 6,809,501 , erteilt an Kapsokavathis u. a., offenbart ein Verfahren zum Verbessern der Kraftstoffökonomie. Das von Kapsokavathis u. a. offenbarte Kraftstoffökonomie-Steuerungsverfahren umfasst die Abschätzung einer Temperatur einer Batterie, die Messung eines Stroms aus der Batterie und die Messung einer Spannung der Batterie. Danach wird in Abhängigkeit von einem Ladezustand (SOC) der Batterie und von der abgeschätzten Temperatur eine nominelle optimale Ladespannung bestimmt. Anschließend verringern Kapsokavathis u. a. die nominelle optimale Ladespannung auf eine für die Kraftstoffökonomie minimale Ladespannung, wenn der SOC oberhalb eines vorgegebenen Pegels liegt und der Strom innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Steuerungsverfahren, das die Kraftstoffökonomie eines Hybridfahrzeugs verbessert. Gemäß diesem Verfahren wird ein Ladezustand (SOC) der Batterie bestimmt. Es wird eine nominelle optimale Ladespannung der Batterie bestimmt. Die nominelle optimale Ladespannung wird auf eine für die Kraftstoffökonomie minimale Ladespannung verringert, wenn der SOC oberhalb eines vorgegebenen Pegels liegt und der Strom innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Die Batterie wird dann unter Verwendung eines Gleichspannungsumsetzers mit dem Minimum für die Kraftstoffökonomie geladen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung beträgt der vorgegebene Pegel näherungsweise 80 %, und der vorgegebene Bereich liegt zwischen –8 A und 15 A.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die nominelle optimale Ladespannung auf eine für die Kraftstoffökonomie minimale Ladespannung herabgesetzt, wenn eine Außenlufttemperatur innerhalb eines ersten Temperaturbereichs liegt, eine Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als eine vorgegebene Geschwindigkeit ist und ein Zubehör ausgeschaltet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beruht die nominelle optimale Ladespannung auf dem SOC.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren außerdem die Abschätzung einer Temperatur der Batterie; und die Messung einer Spannung der Batterie, wobei der SOC auf der Temperatur, der Spannung und dem Strom beruht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Bestimmung der nominellen optimalen Ladespannung die Bestimmung eines laufenden SOC der Batterie; und die Interpolation eines Werts der nominellen optimalen Ladespannung auf der Grundlage des laufenden SOC und der Temperatur.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beruht die Interpolation eines Werts der nominellen optimalen Ladespannung auf mehreren Kalibrierungskonstanten.
Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zum Schutz der Batterie eines Hybridfahrzeugs vor Sulfatierung. Gemäß diesem Verfahren wird in Abhängigkeit von einem Ladezustand (SOC) der Batterie eine nominelle optimale Ladespannung bestimmt. Die nominelle optimale Ladespannung wird dann mit einem Schwellenwert verglichen. Die nominelle optimale Ladespannung wird über den Schwellenwert erhöht, und die Batterie wird mit der erhöhten nominellen optimalen Ladespannung mit einem Gleichspannungsumsetzer geladen, wenn die nominelle optimale Ladespannung für eine erste vorgegebene Zeitperiode unterhalb des Schwellenwerts liegt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigt:
1 einen funktionellen Blockschaltplan eines Systems zum Regeln einer Ladespannung, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einer Batterie zugeführt wird;
2 ein elektrisches Prinzipschaltbild, das ein Körpersteuerungsmodul (BCM), einen Stromsensor und die Batterie des Systems von 1 veranschaulicht;
3 einen Ablaufplan, der Schritte eines Batterieladestatus-(BCS-)-Algorithmus der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 einen Ablaufplan, der Schritte eines Algorithmus der vorliegenden Erfindung für die abgeschätzte Batterietemperatur veranschaulicht;
5 einen Ablaufplan, der Schritte eines Reglerspannungssteuerungs-(RVC-)Algorithmus der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
6 einen Ablaufplan, der Schritte eines Kraftstoffökonomie-(FE-)-Algorithmus der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
7 einen Ablaufplan, der Schritte eines Fehlerkorrektur-Algorithmus veranschaulicht; und
8 ein Diagramm, das eine Ausgangsspannung des Gleichspannungsumsetzers in Abhängigkeit vom pulsbreitenmodulierten (PWM-)Tastgrad in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
Zusätzlich zum Halten der Ausgangsspannung innerhalb eines Spannungsbereichs variiert ein Spannungsregler im Gleichspannungsumsetzer die Ausgangsspannung innerhalb des Spannungsbereichs, um Änderungen in Betriebsbedingungen auszugleichen. Dabei schont das System die Batterielebensdauer und verbessert die Kraftstoffökonomie des Hybridfahrzeugs. Zu Beginn signalisiert der Spannungsregler, wenn der Motor angelassen wird, dem Gleichspannungsumsetzer, dass er eine Ausgangsspannung in der Nähe einer Obergrenze des Spannungsbereichs zu erzeugen hat. Wenn der Motor binnen Kurzem anspringt, wird die Batterie nachgeladen, bevor der Motor ausgeschaltet wird.
Wenn die Batterie vollständig nachgeladen ist, während der Motor läuft, verringert der Spannungsregler die Gleichspannungsumsetzer-Ausgangsspannung auf die Nähe der Untergrenze des Spannungsbereichs. Bei ordnungsgemäßem Betrieb verhindert der Spannungsregler ein Überladen und Gasen der Batterie. Außerdem schont der Spannungsregler die Batterielebensdauer und erhöht die Lebensdauer von Fahrzeugbauteilen wie etwa Scheinwerfern.
Wenn das Kraftfahrzeug bei stockendem Verkehr häufig im Leerlauf ist, wobei hohe elektrische Lasten die Batterie entladen, setzt der Spannungsregler die Gleichspannungsumsetzer-Ausgangsspannung auf die Nähe der oberen Grenze des Spannungsbereichs. Sobald die Batterie nachgeladen ist, verringert der Spannungsregler die Gleichspannungsumsetzer-Ausgangsspannung auf die Nähe der unteren Grenze des Spannungsbereichs.
Um den Spannungsregler zu betreiben, wie oben beschrieben, ruft eine Steuereinrichtung periodisch die Batterietemperatur und den "Ladezustand" (SOC) ab. Bei einer Ausführungsform wird die Batterietemperatur durch Fühlen der Temperatur einer Elektrolytlösung in der Batterie gemessen. Wenn die Batterietemperatur niedrig ist, erfordert die Batterie eine höhere Nachladespannung, als sie bei höheren Batterietemperaturen erforderlich ist. Die Steuereinrichtung schätzt die Batterietemperatur ab und steuert den Spannungsregler so, dass eine geeignete Gleichspannungsumsetzer-Ausgangsspannung bereitgestellt wird.
Die Steuereinrichtung bestimmt auch den SOC der Batterie. Die Steuereinrichtung weist die Ausgangsspannung des Spannungsreglers an, die Batterie auf einen geeigneten SOC nachzuladen und/oder die elektrischen Systeme zu betreiben, ohne dass die Batterie unterladen oder überladen wird. Wenn der SOC hoch ist, weist die Steuereinrichtung die Ausgangsspannung des Spannungsreglers an, die Batteriespannung zu verringern und/oder die elektrischen Systeme mit einer geringeren Spannung zu betreiben, ohne dass die Batterie unterladen oder überladen wird.
Wie nun in 1 gezeigt ist, regelt ein System 10 eine Ladespannung, die einer Batterie in einem Hybridfahrzeug mit einem Motor und einer Antriebsbatterie zugeführt wird. Ein ähnliches System wird im gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 6,809,501 beschrieben, dessen Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme hierin vollständig mit eingeschlossen ist. Das System 10 enthält einen Gleichspannungsumsetzer 12, ein Zünd-(IGN-)-System 14, ein Motorsteuerungsmodul (ECM) 16, ein Körpersteuerungsmodul (BCM) 18, eine serielle Datenverbindung (SDL) 20, eine Batterie 21 und einen Stromsensor 22. Der Gleichspannungsumsetzer 12 ist funktional mit der seriellen Datenverbindung 20 verbunden. Der Ausgangsan schluss 32 des Gleichspannungsumsetzers 12 ist über einen Verbindungsblock (JB) 36 mit einem positiven Anschluss 34 der Batterie 21 verbunden. Ein negativer Anschluss 38 der Batterie 21 ist mit einer Karosseriemasse verbunden. Der Gleichspannungsumsetzer 12 liefert der Batterie 21 die optimale Ladespannung, um die Batterie 21 nachzuladen.
Die Zündsystem 14 ist über den JB 36 elektrisch mit dem ECM 16 und dem BCM 18 verbunden. Das Zündsystem 14 ermöglicht es einem Fahrer, eine "Schlüssel-Ein"- oder eine "Schlüssel-Aus"-Betriebsart auszuwählen. Wenn der Zündstartschalter in der "Schlüssel-Ein"-Betriebsart ist, ist der Motor eingeschaltet, und elektrische Signale werden vom Zündsystem 14 an das ECM 16 und das BCM 18 übermittelt. Wenn der Zündstartschalter in die "Schlüssel-Aus"-Betriebsart gedreht wird, wird der Motor ausgeschaltet, und es werden allgemein keine elektrischen Signale mehr übermittelt.
Das ECM 16 kommuniziert mit einem Motorkühlmitteltemperatur-(ECT-)-Sensor 42, einem Zulufttemperatur-(IAT-)Sensor 44, einem Drehzahl-(ES-)Sensor 46, einem Leerlaufdrehzahl-Aktuator 48 und der Batterie 21. Der ECT-Sensor 42 führt dem ECM 16 Kühlmitteltemperatursignale zu. Das ECM 16 aktiviert Motorkühlungslüfter, wenn die Kühlmitteltemperatur einen Kühlmittelschwellenwert übersteigt. Der IAT-Sensor 44 misst die Zulufttemperatur, die dazu dient, die Temperatur der Batterie 21 abzuschätzen. Der IAT-Sensor 44 kann einen temperaturempfindlichen Thermistor umfassen, der sich im Saugrohr des Motors befindet. Der ES-Sensor 46 misst Motorumdrehungen pro Minute (rpm). Der ES-Sensor 46 kann sich beispielsweise an der Kurbelwelle oder an der Nockenwelle befinden.
Der Leerlaufdrehzahl-Aktuator 48 wird vom ECM 16 verwendet, um die Leerlaufdrehzahl des Motors entweder zu erhöhen oder zu verringern. Der Leerlaufdrehzahl-Aktuator 48 kann beispielsweise einen Elektromotor- und Übersetzungsmechanismus enthalten, der einen Drosselklappenhebel in einer gewünschten Position hält. Das ECM 16 ist über den JB 36 mit der Batterie 21 verbunden. Das ECM 16 wird über den JB 36 von der Batterie 21 mit Leistung versorgt.
Das BCM 18 ist der primäre Prozessor, der den Befehl an das ECM 16 und an den Gleichspannungsumsetzer 12 sendet, der eine der Batterie 21 zugeführte Ladespannung regelt. Das BCM 18 umfasst vorzugsweise einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Schreib-Lese-Speicher (RAM), ein elektrisch programmierbares ROM (EEPROM), einen Flash-Speicher und/oder irgendeine andere geeignete elektronische Speicherung. Das BCM 18 erfasst periodisch den Spannungspegel und die Temperatur der Batterie 21 und schätzt den Ladezustand (SOC) der Batterie 21 ab. Das BCM 18 erfasst periodisch den Spannungspegel der Batterie 21, wenn das System 10 in der Schlüssel-Aus-Betriebsart ist. Das ECM 16, das BCM 18 und der Gleichspannungsumsetzer 12 kommunizieren auch über die serielle Datenverbindung (SDL) 20 und nutzen Informationen gemeinsam.
Der Stromsensor 22 kann ein Stromsensor vom Hall-Effekt-Typ sein und erfasst den Strom in einer der Batterieleitungen. Diese Art von Stromsensor liefert ein rausch-unempfindliches Signal und hat eine sehr geringe Leistungsaufnahme. Der Stromsensor 22 kann den Strom in der negativen Leitung der Batterie 21 erfassen. Der Stromsensor 22 umfasst einen Magnetkern oder Transducer sowie eine Magnetfeldmessungs- und Signalkonditionierungs-Vorrichtung oder eine integrierte Hall-Effekt-Schaltung (HEIC). Der Transducer konzentriert ein Magnetfeld, das von dem durch die Batterieleitung fließenden Strom erzeugt wird. Außerdem ist ein Ver bindungsstück oder Kabelbaum enthalten, um den Stromsensor 22 mit dem BCM 18 zu verbinden. Das Verbindungsstück umfasst eine Spannungsversorgungsleitung, eine Masseleitung und eine Ausgangssignalleitung.
Der Transducer mit der HEIC liefert in Reaktion auf den magnetischen Fluss (B), der vom Batteriestrom (I) erzeugt wird, ein elektrisches Signal. Die HEIC setzt den erfassten magnetischen Fluss (B) gemäß der folgenden Gleichung in eine Hall-Spannung (V_H) um: VH = b × Ip
Darin ist der Wert b eine vorprogrammierte Konstante. Die Hall-Spannung (V_H) wird verstärkt und als PWM-Signal über das Verbindungsstück zum BCM 18 gesendet.
Mit der SDL sind auch mehrere Körpersteuereinrichtungen (BCs) 60 verbunden. Die BCs 60 kommunizieren mit mehreren elektrischen Lasten des Fahrzeugs und steuern diese. In 1 umfassen die elektrischen Lasten HVAC-Gebläse, eine AC-Kompressorkupplung, beheizte Sitze, beheizte Spiegel, Scheibenheizungen (oder -defroster), Scheibenwischer, Einstiegstürleuchten, Innenleuchten, Motorkühlungslüfter und Scheinwerfer. Die HVAC-Gebläse, die AC-Kompressorkupplung, die beheizten Sitze, die beheizten Spiegel, die Scheibenheizung, die Scheibenwischer und die Motorkühlungslüfter werden durch den Gleichspannungsumsetzer 12 oder die Batterie 21 über den JB 36 und das Zündsystem 14 mit Leistung versorgt. Diese elektrischen Lasten arbeiten im Allgemeinen nur, wenn das System 10 in einer Schlüssel-Ein-Betriebsart ist. Im Gegensatz dazu ar beiten die Scheinwerfer, die Türleuchten und die Innenleuchten in der Schlüssel-Ein-Betriebsart oder in der Schlüssel-Aus-Betriebsart.
Mit der SDL 20 ist auch ein Fahrerinformationszentrum (DIC) 64 verbunden. Das DIC 64 ist vorzugsweise eine an der Instrumententafel montierte Tastatur mit einer digitalen Anzeige und/oder einem Lautsprecher, sodass ein Fahrer oder ein Insasse betriebsbezogene Informationen und zugehörige Daten anfordern und erhalten kann. Das DIC 64 kann auch Funktionsstörungs-Anzeigleuchten (MILs) enthalten. Von mehreren Sensoren hergeleitete betriebsbezogene Informationen und zugehörige Daten werden einem beobachtenden Fahrer über die DIC 64 zur Verfügung gestellt. Zusätzlich zur digitalen Anzeige kann der Lautsprecher im DIC 64 außerdem auch hörbare Angaben bereitstellen, die den Fahrzeuginsassen betriebsbezogene Informationen liefern.
Schließlich kommuniziert ein Datenverbindungsanschluss (DLC) 62 mit der SDL 20. Der DLC 62, zuweilen als "Diagnoseanschluss" oder auch als ein Sammelleitungs-Diagnoseanschluss (ALDL) bezeichnet, ist ein mehrpoliger Anschluss, der durch einen Kundendiensttechniker mit einem Abtastwerkzeug (oder Diagnoseausgabe-Werkzeug) verbunden werden kann, um über die SDL 20 Problemdiagnose-Codes auszulesen, die im Speicher des ECM 16 und/oder des BCM 18 abgelegt sind.
In 2 sind elektrische Verbindungen zwischen dem BCM 18, dem Zündsystem 14, dem JB 36, der Batterie 21 und dem Stromsensor 22 gezeigt. Das BCM 18 umfasst einen Analog-Digital-(A/D-)Umsetzer (ADC) 80 und eine Referenz-Gleichspannungsversorgung 82. Der ADC 80 wird vom BCM 18 genutzt, um über den JB 36 den Spannungspegel der Batterie 21 periodisch zu erfassen, damit es dem BCM 18 ermöglicht wird, den SOC der Batterie 21 abzuschätzen. Der ADC 80 wird von der Referenz- Gleichspannungsversorgung 82 mit Leistung versorgt. Die dem ADC 80 von der Referenz-Gleichspannungsversorgung 82 zugeführte Spannung wird von der Ausgangsspannung des Gleichspannungsumsetzers 12 oder von der Batterie 21 hergeleitet. Der Stromsensor 22 wird vom BCM 18 mit Leistung versorgt und ist mit ihm über die Spannungsversorgungsleitung, die Masseleitung und die Ausgangssignalleitung des Verbindungsstücks verbunden. Genauer gesagt, ist die Spannungsversorgungsleitung mit der Referenz-Gleichspannungsversorgung 82 des BCM 18 verbunden, die Masseleitung ist mit der Karosseriemasse über die Masseleitung des BCM 18 verbunden, und die Ausgangssignalleitung ist mit dem BCM 18 verbunden.
Das in den 1 und 2 veranschaulichte System 10 ist um der Klarheit willen etwas vereinfacht. An sich ist das System 10 dazu bestimmt, ein angemessenes Verständnis des Betriebs und der Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erleichtern. Weiterhin ist es selbstverständlich, dass im System 10 zusätzliche oder weniger elektrische Lasten als die hierin dargestellten integriert sein können.
Die 3 und 4 skizzieren einen Batterieladestatus-(BCS-)Algorithmus der vorliegenden Erfindung. Der BCS-Algorithmus läuft in Verbindung mit zusätzlichen Algorithmen, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird. Ab einem Anfangsschritt bestimmt die Steuerung im Schritt 100, ob das System 10 in der Schlüssel-Aus-Betriebsart oder in der Schlüssel-Ein-Betriebsart arbeitet. Wenn das System 10 in der Schlüssel-Aus-Betriebsart arbeitet, fährt die Steuerung mit dem Schritt 102 fort, in dem die jeweilige Schlüssel-Aus-Betriebsart identifiziert wird. Die Schlüssel-Aus-Betriebsarten können umfassen: Aus, Aus-ruhend, Aus-aktiv und Zubehör, obwohl zusätzliche oder weniger Betriebsarten genutzt werden können. Wenn das System 10 in der Schlüssel-Ein-Betriebsart arbeitet, fährt die Steuerung mit dem Schritt 104 fort, in dem die Schlüssel-Ein-Betriebsart identifiziert wird. Die Schlüssel-Ein-Betriebsarten umfassen: Betreiben, Betreiben mit laufendem Motor, Anlassen, Fernstart und Aus-Fernstart, obwohl zusätzliche oder weniger Betriebsarten genutzt werden können. Sobald im Schritt 104 die jeweilige Schlüssel-Ein-Betriebsart bestimmt wurde, bestimmt die Steuerung im Schritt 106 den BCS. Der BCS ist durch Faktoren definiert, zu denen Batteriespannung, Batteriestrom und Batterietemperatur gehören, wie weiter unten genau beschrieben wird.
Die Batteriespannung wird direkt vom Analog-zu-digital-Umsetzer (ADC) 80 ausgelesen und dann hinsichtlich Spannungsabfall, Produktionsabweichungen und ADC-Abweichungen ausgeglichen. Die ausgeglichene Spannung wird dann gefiltert, um eine Batteriespannung zu erzeugen. Im Schritt 108 liest der ADC 80 die Batteriespannung ein und speichert den Spannungswert als BatteryVoltageSense. Im Schritt 110 wird eine gesamte ausgeglichene Batteriespannung (TCBV) mithilfe der folgenden Gleichung bestimmt: TCBV = BatteryVoltageSense + LDNorm + (RDStatus) (LDK1) + (FanSpeed) (LDK2) + (LowBeam)(LDK3) + ADC_Error + TEMP_Error + V_Error
Darin ist:

LDNorm = normaler Spannungsabfall (mV) in der Leitung zur Batterie
RDStatus = entweder 1, wenn die Heckscheibenheizung an ist, oder 0, wenn sie aus ist
FanSpeed = Prozentsatz (%)
LowBeam = entweder 1, wenn das Abblendlicht an ist, oder 0, wenn es aus ist
LDk1 = Kalibrierungsfaktor (mV)
LDk2 = Kalibrierungsfaktor (mV)
LDk3 = Kalibrierungsfaktor (mV)
ADC_Error = ADC-Produktionsabweichung (mV)
TEMP_Error = ADC-Temperaturabweichung (mV)
V_Error = ADC-Spannungsabweichung (mV)

ADC_Error wird anhand einer Messung bestimmt, die nach der Produktion des BCM 18 ausgeführt wird, und wird im nichtflüchtigen Speicher gespeichert. Dieser Faktor dient dazu, Produktionsabweichungen auszugleichen. TEMP_Error bezieht sich auf die Empfindlichkeit des ADC 80 gegenüber Temperaturänderungen. Diese Temperaturempfindlichkeit ist im nichtflüchtigen Speicher als eine oder mehrere Konstanten gespeichert. Schließlich berücksichtigt V_Error die Empfindlichkeit des ADC 80 gegenüber dem Spannungsbereich und ist im nichtflüchtigen Speicher gespeichert.
TCBV wird im Schritt 112 gefiltert, um eine mittlere Spannung Filt_VBat_RVC zu erhalten. Dies wird erreicht, indem mit jeder neuen TCBV-Abtastung ein laufender Mittelwert aktualisiert wird. Die mittlere Spannung ist durch die folgende Gleichung bestimmt: Filt_VBat_RVC = Filt_VBat_RVC + (TCBV – Filt_VBat_RVC) × (RFCVolt/256)
Eine Zeitkonstante (T) für den Filter wird kalibriert und ist gemäß Tabelle 1 durch RFCVolt bestimmt. Tabelle 1

t_sample (s) 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

T (s) 1 3 5 10 21 32 64 128

FCVolt 100 39 24 12 6 4 2 1
RFCVolt wird bereitgestellt als: RFCVolt = 256 × (1 – exp(–tsample/T))
RFCVolt wird auf der Grundlage des gewünschten Filterungsgrads, der erforderlich ist, um Einschwingvorgänge auf der Batterieleitung zu eliminieren, und der gewünschten Zeitverzögerung für die Reaktion auf Spannungsänderungen kalibriert. Ein typischer Wert für T liegt zwischen 1 s und 5 s.
Im Schritt 114 wird vom Stromsensor 22 der Batteriestrom gemessen.
Vom Stromsensor 22 wird ein pulsbreitenmoduliertes (PWM-)Signal (125 Hz ± 20 Hz) erzeugt und an das BCM 18 ausgegeben. Um die Auswirkung auf den BCM 18 zu minimieren, betragen die Anstiegs- und die Abfallzeit (t_rise, t_fall) des PWM-Signals 10 μs ± 50 %. Das BCM 18 bestimmt den prozentualen Tastgrad (%DC) des PWM-Signals durch Berechnung eines Verhältnisses des positiven Teils der 125-Hz-Zyklen zum negativen (oder Massen-)Teil des Zyklus. Der resultierende Wert wird mittels der folgenden Gleichung in den Batteriestrom (I) umgesetzt: I = [(%DC – 50 %)/40 %] × 60 A
Der Batteriestrom (I) wird alle 50 ms über einen Eingabeerfassungs-Timer gelesen. Im Schritt 116 wird ein mittlerer Wert von zehn (10) Abtastungen im Speicher als IBat_Sense gespeichert. IBat_Sense wird mit einem Filter erster Ordnung gefiltert, um einen mittleren Strom Filt_IBat zu erhalten. Dies kann erzielt werden, indem mit jeder neuen Abtastung des Stroms (alle 0,5 s) ein laufender Mittelwert unter Verwendung folgender Formel aktualisiert wird: Filt_IBat = Filt_IBat + (IBat_Sense – Filt_IBat) × (FCAmp/256)
FCAmp wird ähnlich wie RFCVolt bestimmt, wie oben mit Bezug auf Tabelle 1 beschrieben wurde.
Im Schritt 120 wird die Batterietemperatur abgeschätzt. Der Batterie-Abschätzungs-Algorithmus wird mit Bezug auf 4 beschrieben. Die Batterietemperatur wird vorzugsweise alle 1 s abgeschätzt. Im Schritt 121 wird ein Ausschaltzeitwert (TimeOff) bestimmt, indem der Übergang zwischen Schlüssel-Ein- und Schlüssel-Aus-Betriebsarten überwacht wird. TimeOff gibt die Länge der Zeitspanne an, in der das System 10 in der Schlüssel-Aus-Betriebsart war. Wenn das System 10 zuvor von der Schlüssel-Ein-Betriebsart in die Schlüssel-Aus-Betriebsart überging, wird die zu dieser Zeit berechnete abgeschätzte Batterietemperatur im nichtflüchtigen Speicher als EstBattTempPrev gespeichert. Die Zeit, zu der der Übergang auftrat, wird als TimeKeyOff gespeichert. Wenn das Fahrzeug von der Schlüssel-Aus-Betriebsart in die Schlüssel-Ein-Betriebsart übergeht, wird TimeOff als die Differenz zwischen der momentanen Zeit, wie sie von einem Timer des BCM 18 angegeben wird, und TimeKeyOff bestimmt. Im Schritt 122 wird der Einbauort der Batterie 21 als im Fahrgastraum, im Kofferraum oder unter der Motorhaube signalisiert. Der Einbauort der Batterie 21 ist vorgegeben und im nichtflüchtigen Speicher des BCM 18 gespeichert.
Wenn sich die Batterie 21 unter der Motorhaube befindet, wird im Schritt 123 ein Vergleich zwischen TimeOff und einem Abkühlzeitbereich vorgenommen. Die Abkühlzeit (beispielsweise vier Stunden) und die minimale Abkühlzeit (beispielsweise 15 Minuten) ist vorgegeben und im Speicher gespeichert. Wenn TimeOff geringer als die minimale Abkühlzeit ist, dann wird die anfängliche abgeschätzte Batterietemperatur (EstBattTemp) im Schritt 124 gleich EstBattTempPrev gesetzt. Im Schritt 125 wird TimeOff mit der Abkühlzeit verglichen, und EstBattTempPrev wird mit einer momentanen Motorlufteinlass-Temperatur (T_intake) verglichen, die vom IAT-Sensor gemessen wird. Wenn TimeOff geringer als die oder gleich der Abkühlzeit ist und wenn EstBattTempPrev geringer als die oder gleich der momentanen Motorlufteinlass-Temperatur ist, wird EstBattTemp im Schritt 126 bereitgestellt als: EstBattTemp = EstBattTempPrev + EBk1
Wenn TimeOff geringer als die Abkühlzeit ist und wenn EstBattTempPrev höher als die momentane Motorlufteinlass-Temperatur ist, wie sie im Schritt 128 bestimmt wird, wird die anfängliche EstBattTemp im Schritt 130 bereitgestellt als: EstBattTemp = EstBattTempPrev – (EBk2 × TimeOff)
Andernfalls wird die anfängliche EstBattTemp im Schritt 132 bereitgestellt als: EstBattTemp = Tintake + EBk3
Für die oben beschriebenen Gleichungen sind die Werte EBk1, EBk2 und EBk3 Kalibrierungskonstanten, die in °C, in °C/Std. bzw. in °C gemessen werden. Jeder Wert ist vorgegeben und im nichtflüchtigen Speicher gespeichert.
Nachdem die anfängliche EstBattTemp (d. h. die Batterietemperatur nach dem Übergang von der Schlüssel-Aus-Betriebsart zur Schlüssel-Ein-Betriebsart) bestimmt wurde, wird im Schritt 133 die laufende EstBattTemp gemäß der folgenden Gleichung periodisch bestimmt: EstBattTemp = EstBattTemp + (Tintake – EstBattTemp) × (1/TC)
TC ist eine thermische Konstante, die aus gemessenen Daten der Elektrolyttemperatur hergeleitet wird. EstBattTemp wird durch einen minimalen und einen maximalen Temperaturwert begrenzt. Wenn EstBattTemp höher als der maximale Wert ist, wird sie gleich dem maximalen Wert gesetzt. Wenn EstBattTemp geringer als der minimale Wert ist, wird sie gleich dem minimalen Wert gesetzt.
Wenn sich die Batterie 21 entweder im Fahrgastraum oder im Kofferraum befindet, wird ein Vergleich zwischen TimeOff und dem Abkühlzeitbereich vorgenommen. Wenn im Schritt 134 TimeOff geringer als die minimale Abkühlzeit ist, dann wird die anfängliche abgeschätzte Batterietemperatur (EstBattTemp) im Schritt 135 gleich EstBattTempPrev gesetzt. Im Schritt 136 wird TimeOff wird mit der Abkühlzeit verglichen, und EstBattTempPrev wird mit einer momentanen Außenlufttemperatur (T_outside) verglichen. T_outside wird von einem (nicht gezeigten) externen Temperatursensor gemessen, der in Kommunikation mit dem BCM 18 steht. Wenn TimeOff geringer als die oder gleich der Abkühlzeit ist und wenn EstBattTempPrev geringer als die oder gleich der momentanen Außenlufttemperatur ist, wird im Schritt 126 die anfängliche abgeschätzte Batterietemperatur (EstBattTemp) bereitgestellt als: EstBattTemp = EstBattTempPrev + EBk1
Wenn im Schritt 138 TimeOff geringer als die Abkühlzeit ist und wenn EstBattTempPrev höher als die momentane Außenlufttemperatur ist, wird die anfängliche EstBattTemp im Schritt 130 bereitgestellt als: EstBattTemp = EstBattTempPrev – (EBk2 × TimeOff)
Andernfalls wird im Schritt 140 die anfängliche EstBattTemp bereitgestellt als: EstBattTemp = Toutside + EBk3
Nachdem die anfängliche EstBattTemp (d. h. die Batterietemperatur nach einem Übergang von der Schlüssel-Aus-Betriebsart in die Schlüssel-Ein-Betriebsart) bestimmt wurde, wird im Schritt 133 die laufende EstBattTemp gemäß der folgenden Gleichung periodisch bestimmt: EstBattTemp = EstBattTemp + (RunTime × TempSlope)
RunTime ist die seit dem Übergang zur Schlüssel-Ein-Betriebsart, wie er vom BCM 18 überwacht wird, verstrichene Zeit. TempSlope ist eine auf 1 °C pro 20 Minuten gesetzte Konstante. EstBattTemp wird durch einen minimalen und einen maximalen Temperaturwert begrenzt. Wenn EstBattTemp höher als der maximale Wert ist, wird sie gleich dem maximalen Wert gesetzt. Wenn EstBattTemp geringer als der minimale Wert ist, wird sie gleich dem minimalen Wert gesetzt.
Nachdem Filt_VBat_RVC, Filt_IBat und EstBattTemp bestimmt wurden, wird der laufende SOC (RunSOC) der Batterie 24 bestimmt. RunSOC wird als ein Prozentsatz (%) bereitgestellt und durch die folgende Gleichung bestimmt: RunSOC = StartUpSOC + (100 % × AdjAmpHrs)/BatteryCapacity
Der Wert von RunSOC wird durch einen minimalen (0 %) und einen maximalen Wert (100 %) begrenzt. Wenn RunSOC höher als 100 % ist, wird er gleich 100 % gesetzt, und wenn RunSOC geringer als 0 % ist, wird er gleich 0 % gesetzt.

StartUpSOC ist der SOC der Batterie 21, wenn ein Übergang von der Schlüssel-Aus-Betriebsart zur Schlüssel-Ein-Betriebsart erfolgt. Der StartUpSOC hängt vom TimeOff-Wert ab. Das BCM 18 vergleicht TimeOff mit einer vorprogrammierten Restzeit. Wenn TimeOff gleich der oder höher als die Restzeit ist, ist ein abgeschätzter Wert für StartUpSOC eine Funktion von EstBattTemp (°C) und der Batteriespannung (VBat_OCV)(Volt) bei offenem Stromkreis, wie sie aus einer Nachschlagetabelle wie etwa der folgenden erhalten wird: Tabelle 2

StartUpSOC (%)	EstBattTemp (°C)
StartUpSOC (%)	–29	–18	0	25	52
100	12,760	12,760	12,894	12,830	12,890	VBat_OCV (Volt)
90	12,570	12,570	12,720	12,755	12,770
80	12,380	12,380	12,546	12,680	12,650
70	12,287	12,287	12,438	12,570	12,537
60	12,193	12,193	12,330	12,460	12,423
50	12,100	12,100	12,222	12,350	12,310
40	12,007	12,007	12,114	12,240	12,197
30	11,913	11,913	12,006	12,130	12,083
20	11,820	11,820	11,898	12,020	11,970
10	11,727	11,727	11,790	11,910	11,857
0	11,633	11,633	11,682	11,800	11,743

Der exakte Wert für StartUpSOC wird anhand der in der obigen Tabelle 2 angegebenen Daten interpoliert. Die Werte von Tabelle 2 sind ihrem Wesen nach lediglich beispielhaft und variieren gemäß dem jeweiligen bestimmten Batteriesystem des Fahrzeugs.
Wenn TimeOff jedoch geringer ist als die vorgegebene Restzeit, wird der Wert für StartUpSOC gleich dem letzten Wert (SOC_Prev) gesetzt, der bei der letzten Schlüssel-Ein-Betriebsart abgeschätzt wurde. SOC_Prev wird unmittelbar vor dem Übergang von der Schlüssel-Ein- zur Schlüssel-Aus-Betriebsart im nichtflüchtigen Speicher gespeichert.
AdjAmpHrs wird mithilfe von Filt_IBat bestimmt, das auf IBat_Sense beruht, wie oben ausführlich beschrieben wurde. Genauer gesagt, wird Filt_IBat integriert, um einen Wert von Netto-AdjAmpHrs für die Batterie 21 zu liefern. Im Allgemeinen wird, da der SOC während einer Periode wie etwa des Leerlaufs abnimmt, die Batterie 21 entladen und elektrisch geschwächt. Während dieser Periode nimmt der Wert für AdjAmpHrs entsprechend ab. Wenn der Übergang von der Schlüssel-Aus-Betriebsart zur Schlüssel-Ein-Betriebsart erfolgt, wird der Wert für AdjAmpHrs auf 0 initialisiert. Nach der kurzen Initialisierungsperiode wird gemäß der folgenden Gleichung ein Wert für AdjAmpHrs berechnet: AdjAmpHrs = AdjAmpHrsPREV + (Filt_IBat × TIMEINT)/3600
AdjAmpHrs_PREV repräsentiert den letzten berechneten Wert für AdjAmpHrs. Das Zeitintervall TIME_INT repräsentiert die Abtastungsausführungs-Rate. Der Wert von AdjAmpHrs wird durch einen minimalen und einen maximalen Werte begrenzt. Wenn AdjAmpHrs höher als der maximale Wert ist, wird er gleich dem maximalen Wert gesetzt. Wenn AdjAmpHrs geringer als der minimale Wert ist, wird er gleich dem minimalen Wert gesetzt.
BatteryCapacity ist eine kalibrierte Variable, die die inhärente Leistungskapazität der Batterie 21 repräsentiert. Dies ist eine vorgegebene Konstante, die im nichtflüchtigen Speicher gespeichert ist. Die Batteriekapazität beruht beispielsweise auf einem bei 25 °C durchgeführten 20-Stunden-Entladungstest.
Das BCM 18 führt drei Hauptalgorithmen aus: Reglerspannungssteuerung (RVC), Kraftstoffökonomie (FE) und Batteriesulfatierungsschutz (BSP). Wie insbesondere in 5 gezeigt ist, umfasst der RVC-Algorithmus zwei Hauptunterprogramme: Batteriestrom-Spannungsverringerung (BCVR) und Scheinwerfer-Spannungsverringerung (HVR). Der RVC-Algorithmus weist den Betrieb des Spannungsreglers im Gleichspannungsumsetzer 12 an, dass er die Batterie 21 auf einen bestimmten Pegel zu laden hat. Der Spannungsregler wird abhängig von der Notwendigkeit einer hohen Ladespannung oder davon, ob der Scheinwerfer (d. h. ein Zubehör, das einen hohen Strom zieht) eingeschaltet ist, angewiesen.
Der RVC-Algorithmus bestimmt die optimale Ladespannung anhand von Abschätzungen des SOC der Batterie 21 und der Temperatur des Batterie-Elektrolyts. Die optimale Ladespannung ist als die Batterieladespannung definiert, die zu einer maximalen Batterielebensdauer führt, während sie eine Energiespeicherung für das Starten des Motors (d. h. das Anlassen), für die Entladung beim Leerlauf und für parasitäre Lasten aufrecht erhält. Die optimale Ladespannung wird in einen pulsbereitenmodulierten (PWM-)%-Tastgrad-Befehl (siehe 7) umgesetzt, der über die SDL 20 an das ECM 16 und an den Gleichspannungsumsetzer 12 gesendet wird. Der Gleichspannungsumsetzer 12 passt den Sollwert der geregelten Spannung gemäß dem PWM-%-Tastgrad-Befehl an.
Das BCM 18 misst die Batteriespannung, wie oben ausführlich beschrieben wurde, und passt die geregelte Spannung an, um einen Spannungsabfall zwischen dem Gleichspannungsumsetzer 12 und der Batterie 21 zu kompensieren. Der RVC-Algorithmus wird vom BCM 18 mit einer nominellen Rate von näherungsweise 3 bis 5 Sekunden ausgeführt, die als RVCUpDate angegeben wird, wenn der Motor läuft. Zusätzlich liest das BCM 18 die verfügbare Leistung des Gleichspannungsumsetzers 12 ein, um zu bestimmen, ob der Gleichspannungsumsetzer 12 mit voller Ladekapazität arbeitet. Wenn der Gleichspannungsumsetzer 12 mit voller Ladekapazität arbeitet, wird ein Fehlerkompensations-Unterprogramm, das weiter unten ausführlich beschrieben wird, vom BCM 18 nicht ausgeführt.
Im Schritt 150 wird nach dem anfänglichem Anlaufen die Batterieladung, die während des Anlassens verloren wurde, dadurch ersetzt, dass die Steuerung den Gleichspannungsumsetzer 12 anweist, für eine vorgegebene Zeit (Gen_StartUp_Time)mit erhöhtem PWM-%-Tastgrad (Gen_Start-Up_DC) zu arbeiten. Nachdem der Gleichspannungsumsetzer 12 die Batterie 21 mit Gen_StartUp_DC für Gen_StartUp_Time Sekunden geladen hat, passt die Steuerung den PWM-%-Tastgrad-Befehl an, um die Batterie mit einer nominellen optimalen Spannung (Nom_OptBatVolt) zu laden oder um die Batteriespannung auf einen Pegel zu verringern, wie er von der FE-Betriebsart bestimmt wird.

Im Schritt 151 wird Nom_OptBatVolt auf der Grundlage des RunSOC bestimmt. Insbesondere wird Nom_OptBatVolt mithilfe von vier Gleichungen bestimmt, die auf den Werten von RunSOC und von EstBattTemp beruhen. Die nachfolgende Tabelle 3 beschreibt die vier Gleichungen. Tabelle 3

	Nom_OptBatVolt
EstBattTemp (°C)	Oberer Grenzwert von RunSOC <70%	Nennwert von RunSOC = 80%	Leerlauf-Grenzwert 1 von RunSOC = 90%	Leerlauf-Grenzwert 2 von RunSOC = 100%
52	16,14	15,17	14,33	12,97
25	15,34	14,74	14,31	13,16
0	14,59	14,35	14,29	13,3
–18	14,59	14,35	14,29	13,3
–30	14,59	14,35	14,29	13,3

Die Werte von Tabelle 3 sind ihrem Wesen nach lediglich beispielhaft und variieren je nach dem bestimmten Fahrzeugbatteriesystem. Die Steuerung interpoliert linear in Bezug auf EstBattTemp wie auf RunSOC, um Nom_OptBatVolt zu bestimmen. Daten, die außerhalb der Grenzen von Tabelle 3 liegen, werden auf den letzten auftretenden Wert begrenzt.
Wenn RunSOC geringer als oder gleich 70 % ist, dann wird Nom_OptBatVolt durch die folgenden Gleichungen berechnet: Nom_OptBatVolt = [(EstBattTemp – EBT_K1) × RVCk5 + RVCk6] für EstBattTemp ≥ EBT_K1 Nom_OptBatVolt = RVCk6 für EstBattTemp < EBT_K1
Wenn RunSOC gleich 80 % ist, dann wird Nom_OptBatVolt durch die folgenden Gleichungen berechnet: Nom_OptBatVolt = [(EstBattTemp – EBT_K2) × RVCk1+RVCk2] für EstBattTemp ≥ EBT_K2 Nom_OptBatVolt = RVCk2 für EstBattTemp < EBT_K2
Wenn RunSOC gleich 90 % ist, dann wird Nom_OptBatVolt durch die folgenden Gleichungen berechnet: Nom_OptBatVolt = [(EstBattTemp – EBT_K3) × RVCk3 + RVCk4] für EstBattTemp ≥ EBT_K3 Nom_OptBatVolt = RVCk4 für EstBattTemp < EBT_K3
Wenn RunSOC gleich 100 % ist, dann wird Nom_OptBatVolt durch die folgenden Gleichungen berechnet: Nom_OptBatVolt = [(EstBattTemp-EBT_K4) × RVCk7 + RVCk8] für EstBattTemp ≥ EBT_K4 Nom_OptBatVolt = RVCk8 für EstBattTemp < EBT_K4

Für die obigen Gleichungen sind die Variablen RVCk1 bis RVCk8 und EBT_K1 bis EBT_K4 kalibrierte Parameter. Beispielhafte Werte für diese Variablen sind in Tabelle 4 aufgeführt. Tabelle 4

Variable	Kalibrierter Wert	Einheit
RVCk1	0,0158	Volt/°C
RVCk2	14,349	Volt
RVCk3	0,0008	Volt/°C
RVCk4	14,29	Volt
RVCk5	0,0298	Volt/°C
RVCk6	14,592	Volt
RVCk7	–0,0064	Volt/°C
RVCK8	13,306	Volt
EBT_K1	0	°C
EBT_K2	15	°C
EBT_K3	34	°C
EBT_K4	25	°C

Die in Tabelle 4 angegebenen Werte sind lediglich beispielhaft und können je nach dem bestimmten Fahrzeugbatteriesystem variieren.
Im Schritt 152 wird das FE-Unterprogramm ausgeführt. Das FE-Unterprogramm wird weiter unten mit Bezug auf 6 ausführlicher beschrieben. Im Schritt 153 bestimmt die Steuerung, ob eine FE-Betriebsart-Kennzeichnung gesetzt wurde. Wenn eine FE-Betriebsart-Kennzeichnung gesetzt wurde, fährt die Steuerung mit dem Schritt 157 fort. Wenn nicht, fährt die Steuerung mit dem Schritt 154 fort.
Im Schritt 154 bestimmt die Steuerung, ob der Batterieladestrom unter einem vorgegebenen Wert liegt (d. h. niedrig ist), ob RunSOC höher als 80 % ist und ob EstBattTemp höher als 0 °C ist. Wenn iegendeine dieser Bedingungen nicht erfüllt ist, wird der Gleichspannungsumsetzer 12 im Schritt 155 angewiesen, auf der Grundlage von Nom_OptBatVolt zu arbeiten. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, erfordert die Batterie 21 keine hohe Ladespannung. In diesem Fall initiiert die Steuerung im Schritt 156 das BCVR-Unterprogramm, um eine geringere Ladespannung anzuweisen. Die geringere Ladespannung OptBatVolt wird im Schritt 156 bestimmt. OptBatVolt beruht auf Nom_OptBatVolt, wie es gemäß der folgenden Gleichung bereitgestellt wird: OptBatVolt = Nom_OptBatVolt × VR_Factor
VR_Factor ist ein Spannungsverringerungsfaktor und ist im Allgemeinen gleich 1,0, außer wenn die folgenden Bedingungen festgestellt werden: Filt_IBat ist geringer als 2 Ampere und höher als –7 Ampere, EstBattTemp ist höher als 0 °C, und die verfügbare Leistung des Gleichspannungsumsetzers 12 ist geringer als 99 %. Wenn eine dieser Bedingungen festgestellt wird, initiiert das BCVR-Unterprogramm eine erste Verzögerung (VR_Delay1), beispielsweise 1 Minute. Beim Ablauf von VR_Delay1 verringert das BCVR-Unterprogramm Nom_OptBatVolt langsam auf näherungsweise 87 %. Mit anderen Worten: VR_Factor wird allmählich von 1,0 auf 0,87 verringert. Der Kalibrierungsfaktor VR_K1 definiert das Ausmaß der Verringerung von Nom_OptBatVolt, und der Kalibrierungsfaktor VR_K2 definiert die Änderungsrate von VR_Factor. VR_K2 wird vorzugsweise als 0,05830 %/s oder 8,45 mV/s bereitgestellt. Wenn irgendeine der oben beschriebenen Bedingungen für eine Zeitperiode nicht mehr erfüllt ist, die länger als eine zweite Verzögerung (VR_Delay2), beispielsweise 1 Minute, ist, wird VR_Factor allmählich wieder auf 1,0 erhöht. Die Rate der Zunahme kann die gleiche sein wie die oben beschriebene Rate der Abnahme.
Im Schritt 157 wird die dem Gleichspannungsumsetzer 12 angewiesene Spannung, die als GenDesVolt definiert ist, gleich OptBatVolt gesetzt. Im Schritt 158 bestimmt die Steuerung, ob die Scheinwerfer an sind. Wenn die Scheinwerfer nicht an sind, fährt die Steuerung mit dem Schritt 162 fort. Wenn die Scheinwerfer an sind, fährt die Steuerung mit dem Schritt 160 fort. Im Schritt 160 begrenzt die Steuerung GenDesVolt, sodass es geringer als oder gleich der Scheinwerferspannung (Headlamp_Volt) und höher als oder gleich einer minimalen Scheinwerferspannung (Headlamp_Volt_Min) ist.
Im Schritt 162 führt die Steuerung ein Unterprogramm für eine Stromsteuerung mit geschlossener Schleife (CLCC) aus, das für den Gleichspannungsumsetzer 12 einen momentanen Tastgrad (ActDutyCycle) bestimmt. Das CLCC-Unterprogramm wird weiter unten mit Bezug auf 7 ausführlich beschrieben. Im Schritt 164 wird der Gleichspannungsumsetzer 12 angewiesen, mit ActDutyCycle zu arbeiten, und die Steuerung endet.
Nun wird mit Bezug auf 6 das FE-Unterprogramm ausführlich beschrieben. Im Schritt 170 bestimmt die Steuerung, ob die FE-Betriebsart-Kennzeichnung gesetzt ist. Wenn nein, fährt die Steuerung mit dem Schritt 172 fort. Wenn ja, fährt die Steuerung mit dem Schritt 174 fort. Im Schritt 172 bestimmt die Steuerung, ob bestimmte Vorbedingungen für das Eintreten in die FE-Betriebsart erfüllt sind. Beispielhafte Vorbedingungen umfassen:
RunSOC > 80 %
40 °C > T_outside ≥ 0 °C
Fahrzeuggeschwindigkeit < 70 mph
Stromsensor ist funktionsbereit
FE_BC1 ≤ Filt_Ibat ≤ FE_BC2
FE_LowVolt = 0
Scheinwerfer sind aus
Die Werte für die Vorbedingungen sind lediglich beispielhaft und können je nach dem Batterietyp und bestimmten Fahrzeugmerkmalen variieren.
Wenn die Vorbedingungen nicht erfüllt sind, fährt die Steuerung mit dem Schritt 176 fort, indem sie OptBatVolt gleich Nom_OptBatVolt setzt und das FE-Unterprogramm verlässt. Wenn die Vorbedingungen erfüllt sind, fährt die Steuerung mit dem Schritt 178 fort, um zu bestimmen, ob eine anfängliche Verzögerungszeit abgelaufen ist. Wenn die anfängliche Verzögerungszeit nicht abgelaufen ist, fährt die Steuerung mit dem Schritt 176 fort. Andernfalls fährt die Steuerung mit dem Schritt 180 fort und setzt die FE-Betriebsart-Kennzeichnung. Nach dem Setzen der FE-Betriebsart-Kennzeichnung fährt die Steuerung mit dem Schritt 174 fort.
Im Schritt 174 wird OptBatVolt gleich FEM_Min_Bat_Volt gesetzt. Die Änderungsrate der Verringerung ist durch den Kalibrierungswert FEM_VR_K1 definiert und ist allgemein als 12 Sekunden pro 0,6 V bereitgestellt. Die Steuerung fährt mit dem Schritt 182 fort, um zu bestimmen, ob Filt_Vbat_RVC geringer als FEM_Min_Bat_Volt ist und ob die Scheinwerfer aus sind. Wenn beides zutrifft, fährt die Steuerung mit dem Schritt 184 fort. Andernfalls fährt die Steuerung mit dem Schritt 188 fort. Im Schritt setzt 184 die Steuerung eine Kennzeichnung für eine Stromsteue rung mit geschlossener Schleife (CLCC). Im Schritt 185 bestimmt die Steuerung, ob Filt_Vbat höher als 12,6 V und RunSOC > 90 % ist. Wenn beides zutrifft, setzt die Steuerung im Schritt 186 einen Stromsteuerungsfaktor (CCR_K1) gleich –3 A. Andernfalls setzt die Steuerung im Schritt 187 CCR_K1 gleich 0 A. Diese Werte sind lediglich beispielhaft und können je nach dem Batterietyp und bestimmten Fahrzeugmerkmalen Variieren.
Im Schritt 188 überprüft die Steuerung, ob Bedingungen für das Verlassen der FE-Betriebsart erfüllt sind. Wenn irgendeine der folgenden Bedingungen nicht erfüllt ist, verlässt die Steuerung das FE-Betriebsart-Unterprogramm:
RunSOC ≤ 80 %
40 °C < T_outside ≤ 0 °C
Fahrzeuggeschwindigkeit > 70 mph
Stromsensor ist nicht funktionsbereit
FE_BC2 < Filt_Ibat < FE_BC1
Filt_VBat < Batt_Volt_CLCC_Min
Scheinwerfer sind an
Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, fährt die Steuerung mit dem Schritt 188 fort, zu bestimmen, ob eine Verzögerungszeit für das Verlasen abgelaufen ist. Wenn die Verzögerungszeit nicht abgelaufen ist, verlässt die Steuerung das FE-Betriebsart-Unterprogramm. Wenn die Verzögerungszeit abgelaufen ist, setzt die Steuerung im Schritt 190 die FE-Betriebsart wie auch die CLCC-Kennzeichnung zurück und verlässt das FE-Betriebsart-Unterprogramm.
Wie nun in 7 gezeigt ist, korrigiert das CLCC-Unterprogramm Spannungs- oder Stromfehler, wobei ein integraler Term verwendet wird. Beim Übergang von der Schlüssel-Aus-Betriebsart zur Schlüssel-Ein-Betriebsart wird der integrale Term auf null gesetzt. Der integrale Term unterliegt gemäß der verfügbaren Leistung des Gleichspannungsumsetzers 12 den folgenden Betriebsbeschränkungen:

a) Wenn die im Gleichspannungsumsetzer 12 verfügbare Leistung ≥ 99 % ist, dann bleibt der integrale Term fest beim Strompegel.
b) Wenn die im Gleichspannungsumsetzer 12 verfügbare Leistung ≥ 99 % ist, dann wirkt der integrale Term darauf hin, dass Volt_Error verringert wird.
c) Wenn ein Fehler mitgeteilt wird, dann dient Filt_Vbat_RVC dazu, die im Gleichspannungsumsetzer 12 verfügbare Leistung zu bestimmen. Wenn Filt_Vbat_RVC < 12,8 V ist, dann wird angenommen, dass die im Gleichspannungsumsetzer 12 verfügbare Leistung ≥ 99 % ist. Andernfalls wird angenommen, dass die im Gleichspannungsumsetzer 12 verfügbare Leistung < 99 % ist.

Die für den Gleichspannungsumsetzer 12 gewünschte Spannung, definiert als GenDesVolt, wird durch die folgende Gleichung bestimmt: GenDesVolt = OptBatVolt + Gen_Bat_Linedrop
Gen_Bat_Linedrop ist der Spannungsabfall entlang der Leitung, der sich in der Verbindung zwischen dem Gleichspannungsumsetzer 12 und der Batterie 21 ergibt, und ist eine vordefinierte Kalibrierungskonstante, die vorzugsweise einen kalibrierten Wert von 0,1 V hat. GenDesVolt wird durch das BCM 18 in den Tastgrad umgesetzt, bevor es an das ECM 16 und den Gleichspannungsumsetzer 12 gesendet wird.
Im Schritt 200 bestimmt die Steuerung, ob die CLCC-Kennzeichnung gesetzt ist. Wenn ja, fährt die Steuerung mit dem Schritt 202 fort. Wenn nein, fährt die Steuerung mit dem Schritt 204 fort. Ein integraler Term wirkt darauf hin, dass der an den Spannungsregler gesendete Tastgrad langsam korrigiert wird. Im Schritt 202 wird ein Stromfehler (Curr_Error) bestimmt als: Curr_Error = CCR_K1 – Filt_Ibat
Im Schritt 206 bestimmt die Steuerung, ob Curr_Error kleiner als null ist.
Wenn ja, wird der integrale Term im Schritt 208 um eins inkrementiert.
Wenn nein, wird der integrale Term im Schritt 210 um eins dekrementiert.
Im Schritt 204 wird ein Spannungsfehler (Volt_Error) bestimmt als: Volt_Error = GenDesVolt – Filt_Vbat_RVC
Im Schritt 212 bestimmt die Steuerung, ob Curr_Error kleiner als null ist.
Wenn ja, wird der integrale Term im Schritt 208 um eins inkrementiert.
Wenn nein, wird der integrale Term im Schritt 210 um eins dekrementiert.
Im Schritt 216 wird GenDesVolt durch das BCM 18 in den Tastgrad umgesetzt, bevor es an das ECM 16 gesendet wird. Die folgende lineare Gleichung definiert die Umwandlung in den Tastgrad: NomDutyCycle = Opk1 × GenDesVolt – Opk2
Opk1 und Opk2 sind vordefinierte Kalibrierungskonstanten, die vorzugsweise einen Wert von 17,76 %/V bzw. 185,6 haben.
Im Schritt 218 berechnet die Steuerung ActDutyCycle gemäß der folgenden Gleichung: ActDutyCycle = NomDutyCycle + (Integralterm × Skalierungsfaktor)
Dabei ist der Skalierungsfaktor eine vordefinierte Kalibrierungskonstante, die vorzugsweise einen Wert von 0,392 %/Zählung hat. Die Steuerung verlässt dann das CLCC-Unterprogramm. Wie oben beschrieben, wird ActDutyCycle vom BCM 18 über die SDL 20 an das ECM 16 gesendet. Das ECM 16 weist dann den Spannungsregler im Gleichspannungsumsetzer 12 dementsprechend an, oder der Gleichspannungsumsetzer 12 kann die Mitteilung direkt aus der SDL 20 empfangen. ActDutyCycle ist auf einen beispielhaften minimalen Wert von 36 % begrenzt. Wenn das ECM 16 erkennt, dass ActDutyCycle kleiner als 36 % ist, weist das ECM 16 dem Spannungsregler den Tastgrad 100 % an, bis ActDutyCycle größer als der 36-%-Schwellenwert ist. Bei einem Ausfall der SDL 20 weist das ECM 16 dem Spannungsregler den Tastgrad 100 % an, oder der Gleichspannungsumsetzer 12 kann die Mitteilung direkt aus der SDL 20 empfangen.
Der BSP-Algorithmus schützt die Batterie 21 vor einer möglichen Sulfatierung, die eine chemische Reaktion ist, die eintritt, wenn sich die Batteriezellen in einem offenen Stromkreis (d. h. einer Selbstentladung) oder für eine ausgedehnte Zeitperiode in einem entladenen Zustand befinden. Der BSP-Algorithmus überprüft kontinuierlich die Batteriespannung (OpBatVolt), um zu bestimmen, ob sie geringer als 13,2 V ist. Wenn dies der Fall ist, wird ein 30-Minuten-Timer initialisiert. Während der 30-Minuten-Zeitperiode wird der Timer auf null zurückgesetzt, wenn die Batteriespannung über 13,2 V erhöht wird. Wenn die Batteriespannung beim Ablauf der 30-Minuten-Zeitperiode jedoch noch geringer als 13,2 V ist, erhöht der BSP-Algorithmus langsam die Batteriespannung auf Nom_OpBatVolt. Die Batteriespannung bleibt für drei Minuten auf Nom_OpBatVolt, bevor das BCM irgendwelche anderen Algorithmen ausführen kann, wie etwa BCVR oder FE. Die Änderungsrate der Batteriespannung auf Nom_OpBatVolt ist durch FEM_VR_K1 definiert, wie oben ausführlich beschrieben wurde.
Die vorliegende Erfindung betreibt die Batterie bei einem Punkt mit höherer Ladungseffizienz, der, warm immer möglich, einem geringeren SOC-Pegel entspricht (d. h. 80 % anstatt 90+ %, wie es bei anderen Strategien des elektrischen Leistungsmanagements zu beobachten ist). Ferner stoppt die vorliegende Erfindung das Laden der Batterie, wenn es nicht erforderlich ist. Dies verringert die vom Gleichspannungsumsetzer geforderte mittlere elektrische Leistungsabgabe. Die Verringerung der elektrischen Last an der Spannungsquelle führt zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch durch den Motor und zu einer besseren Kraftstoffökonomie des Fahrzeugs.
Der Fachmann auf dem Gebiet kann nun anhand der vorstehenden Beschreibung erkennen, dass die umfassenden Lehren der vorliegenden Erfindung in einer Vielfalt von Formen ausgeführt werden können. Daher ist, obwohl diese Erfindung im Zusammenhang mit bestimmten Beispielen beschrieben wurde, der wahre Umfang der Erfindung nicht derart beschränkt, da dem erfahrenen Praktiker beim Studium der Zeichnung, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche andere Abwandlungen offenbar werden.
Zusammengefasst betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffökonomie bei einem Hybridfahrzeug, das umfasst: Abschätzen einer Temperatur einer Batterie, Messen eines Stroms der Batterie und Messen einer Spannung der Batterie. Eine nominelle optimale Ladespannung wird in Abhängigkeit von einem Ladezustand (SOC) der Batterie und von der abgeschätzten Temperatur bestimmt. Die nominelle optimale Ladespannung wird auf eine für die Kraftstoffökonomie minimale Ladespannung verringert, wenn der SOC über einem vorgegebenen Pegel liegt und der Strom innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Die Batterie wird dann mit der für die Kraftstoffökonomie minimalen Ladespannung geladen, wobei ein Gleichspannungsumsetzer verwendet wird.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffökonomie bei einem Hybridfahrzeug, das umfasst: Bestimmen eines Ladezustands (SOC) einer Batterie; Bestimmen einer nominellen optimalen Ladespannung der Batterie; Verringern einer nominellen optimalen Ladespannung auf eine für die Kraftstoffökonomie minimale Ladespannung, wenn der SOC oberhalb eines vorgegebenen Pegels liegt und der Strom innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt; und Laden der Batterie unter Verwendung eines Gleichspannungsumsetzers mit dem Minimum für die Kraftstoffökonomie.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Pegel näherungsweise 80 % beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Bereich zwischen –8A und 1 SA liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verringerns ausgeführt wird, wenn eine Außenlufttemperatur innerhalb eines ersten Temperaturbereichs liegt, eine Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als eine vorgegebene Geschwindigkeit ist und ein Zubehör ausgeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nominelle optimale Ladespannung auf dem SOC beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Abschätzen einer Temperatur der Batterie; und Messen einer Spannung der Batterie, wobei der SOC auf der Temperatur, der Spannung und dem Strom beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung der nominellen optimalen Ladespannung umfasst: Bestimmen eines laufenden SOC der Batterie; und Interpolieren eines Werts der nominellen optimalen Ladespannung auf der Grundlage des laufenden SOC und der Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Interpolieren auf mehreren Kalibrierungskonstanten beruht.
Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffökonomie bei einem Hybridfahrzeug, das umfasst: Abschätzen einer Temperatur einer Batterie; Messen eines von der Batterie gelieferten Stroms; Bestimmen eines Ladezustands (SOC) der Batterie; Bestimmen einer nominellen optimalen Ladespannung der Batterie; Verringern der nominellen optimalen Ladespannung auf eine für die Kraftstoffökonomie minimale Ladespannung, wenn der SOC oberhalb eines vorgegebenen Pegels liegt und der Strom innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt; und Laden der Batterie unter Verwendung eines Gleichspannungsumsetzers mit dem Minimum für die Kraftstoffökonomie.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Pegel 80 % beträgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Bereich zwischen –8 A und 15 A liegt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verringerungsschritt ausgeführt wird, wenn eine Außenlufttemperatur innerhalb eines ersten Temperaturbereichs liegt, eine Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als eine vorgegebene Geschwindigkeit ist und ein Zubehör ausgeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die nominelle optimale Ladespannung auf dem SOC beruht.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung der nominellen optimalen Ladespannung umfasst: Bestimmen eines laufenden SOC der Batterie; und Interpolieren eines Werts der nominellen optimalen Ladespannung auf der Grundlage des laufenden SOC und der Temperatur.
Verfahren zum Schützen einer Batterie vor Sulfatierung, das umfasst: Bestimmen einer nominellen optimalen Ladespannung als eine Funktion von einem Ladezustand (SOC) einer Batterie; Vergleichen der nominellen optimalen Ladespannung mit einem Schwellenwert; und Erhöhen der nominellen optimalen Ladespannung über den Schwellenwert und Laden der Batterie mit der erhöhten nominellen optimalen Ladespannung mit einem Gleichspannungsumsetzer, wenn die nominelle optimale Ladespannung für eine erste vorgegebene Zeitperiode unter dem Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Abschätzen einer Temperatur der Batterie.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die nominelle optimale Ladespannung auf der Batterietemperatur-Abschätzung beruht.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert 13,2 V beträgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste vorgegebene Periode 30 Minuten beträgt.
Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Halten der nominellen optimalen Ladespannung über dem Schwellenpegel für wenigstens eine zweite vorgegebene Zeitperiode.