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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Fahrzeug
mit einem elektrisch variablen Getriebe und insbesondere auf ein
System zum Steuern der Regeneration einer Batterie für das elektrisch
variable Getriebe.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Fahrzeuge
mit elektrisch variablen Getrieben werden üblicherweise teilweise durch
das Getriebe mit der zugehörigen
Batterie und den zugehörigen Motoren/Generatoren
angetrieben. Überschüssige Energie
vom Fahrzeug wird verwendet, um die gespeicherte Leistung der Batterie
zu regenerieren. Die während
des Bremsens verbrauchte Energie wird beispielsweise verwendet,
um die Batterieladung zu regenerieren.
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Das
zu schnelle Wiederaufladen einer Batterie kann jedoch unerwünschte Nebeneffekte
aufweisen, wie z. B. das Erhöhen
der Batterietemperatur über
einen gewünschten
Betriebsbereich und das Überladen
der Batterie. Das Überladen
der Batterie kann zu einem ungleichmäßigen Antrieb des Fahrzeugs
und zu einer verringerten Kraftstoffeffizienz führen. Häufig kann die Batterie während des
Wiederaufladens als Puffer wirken, um einen gleichmäßigen Antriebseffekt
am Fahrzeug aufrechtzuerhalten. Wenn jedoch die Batterie bereits
nahe der Kapazität liegt
oder heiß ist,
kann das Wiederaufladen der Batterie zu schnell stattfinden, als
dass die Batterie einen Puffereffekt bereitstellt. Dies geschieht
insbesondere während
Ereignissen, die große
Mengen an Leistung zum Wiederaufladen der Batterie erzeugen, wie
z. B. Bremsen. Die gewünschte
Menge an Regeneration der Batterie hängt von mehreren Faktoren, einschließlich der
Temperatur der Batterie, der tatsächlichen Menge an Ladung, die
von der Batterie gespeichert ist, und der Menge an Aufladeleistung, die
zu einem gegebenen Zeitpunkt verfügbar ist, ab.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
wird ein Verfahren zum Bestimmen der Regenerationskapazität für eine Batterie
für ein
elektrisch variables Getriebe geschaffen. Ein Verfahren zum Steuern
der Regeneration der Batterie umfasst das Bestimmen eines skalierten
Werts für
einen Ladungszustand der Batterie und das Bestimmen eines skalierten
Werts für
eine Batterietemperatur. Ein skalierter Wert für eine maximale Aufladeleistung
der Batterie kann ebenfalls bestimmt werden.
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Eine
tatsächliche
Batterietemperatur wird dann mit einer vorbestimmten Betriebstemperatur verglichen.
Wenn die tatsächliche
Batterietemperatur geringer ist als die vorbestimmte Betriebstemperatur, dann
wird eine Menge der tatsächlichen
Regeneration auf der Basis der skalierten Werte für den Ladungszustand
der Batterie und die Batterietemperatur berechnet. Wenn die tatsächliche
Batterietemperatur größer ist
als die vorbestimmte Betriebstemperatur, basiert die Menge der tatsächlichen
Regeneration auf den skalierten Werten für den Ladungszustand der Batterie,
die Batterietemperatur und die maximale Aufladeleistung der Batterie.
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Die
obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem elektrisch
variablen Getriebe und einem Regenerationssteuersystem; und
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2 ist
eine schematische Darstellung des Verfahrens zum Bestimmen eines
tatsächlichen
Regenerationswerts mit dem Regenerationssteuersystem von 1.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In
den Figuren, in denen sich in sämtlichen verschiedenen
Ansichten gleiche Bezugszeichen auf dieselben oder ähnliche
Komponenten beziehen, stellt 1 schematisch
ein Fahrzeug 10 mit einer Maschine 12 und einem
elektrisch variablen Getriebe 14 dar. Eine elektronische
Steuereinheit (ECU) 16 ist mit der Maschine 12 und
dem Getriebe 14 verbunden, um den Betrieb der Maschine 12 und
des Getriebes 14 zu steuern.
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Das
Getriebe 14 umfasst mindestens einen Motor/Generator 18 und
eine Batterie 20. Ein Regenerationssteuersystem 22 umfasst
das Getriebe 14, die ECU 16, die Batterie 20 und
kann auch andere Komponenten (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 10 umfassen,
die Aufladeleistung für
die Batterie 20 bereitstellen. Um ein Überladen der Batterie 20 zu
verhindern, berechnet das Regenerationssteuersystem 22 die
Menge der tatsächlichen
Regeneration (RACT), die bei einem gegebenen
Satz von Betriebsbedingungen des Fahrzeugs 10 gewünscht ist.
Die Menge der tatsächlichen
Regeneration (RACT) für die Batterie 20 hängt von
mehreren Faktoren ab, einschließlich der
tatsächlichen
Temperatur der Batterie 20, des tatsächlichen Ladungszustandes (SOC)
der Batterie 20 und der maximalen Aufladeleistung (PMAX) der Batterie 20, ohne jedoch
darauf begrenzt zu sein. Als Teil des Regenerationssteuersystems 22 kann
die ECU 16 die erforderlichen Berechnungen durchführen, die erforderlich
sind, um die Menge der tatsächlichen
Regeneration (RACT) für die Batterie 20 zu
bestimmen und die erforderlichen Daten von den verschiedenen Komponenten
des Fahrzeugs 10 zu sammeln.
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Mit
Bezug auf 1 und 2 wird das
Regenerationssteuersystem 22 genauer erörtert. Während des Betriebs des Fahrzeugs 10 wird
eine Anforderung zum Regenerationssteuersystem 22 gesandt, um
eine Menge für
die Batterieregeneration zu bestimmen, Schritt 24. Die
Anforderung zum Bestimmen der Menge der tatsächlichen Regeneration (RACT) der Batterie 20 umfasst einen
Wert der angeforderten Regeneration (RREQ).
Die angeforderte Regeneration (RREQ) basiert
auf der Menge an Leistung, die zum Senden zur Batterie 20 verfügbar ist.
Der Wert der angeforderten Regeneration (RREQ)
steht mit der für
die Batterie 20 von verschiedenen Komponenten und Funktionen
des Fahrzeugs 10 gelieferten Leistung in Beziehung und
steht nicht mit den tatsächlichen
Zuständen
der Batterie 20 in Beziehung.
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Das
Regenerationssteuersystem 22 sammelt Daten von den verschiedenen
Komponenten des Fahrzeugs 10, einschließlich des Bestimmens eines
skalierten Werts für
einen Ladungszustand (SOC) der Batterie 20, Schritt 26.
Der tatsächliche Ladungszustand
(SOCACT) der Batterie 20 ist ein
Prozentsatz der tatsächlichen
Ladung der Batterie 20 im Vergleich zur gesamten Ladungskapazität der Batterie 20.
Der Ladungszustand (SOC) des skalierten Werts ist ein Wert zwischen
0 und 1, der zum tatsächlichen
Ladungszustand (SOCACT) proportional ist,
der in der Batterie 20 zu diesem Zeitpunkt enthalten ist.
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Der
Ladungszustand (SOC) der Batterie 20 weist einen idealen
Betriebsbereich auf, der minimal ausreichend Ladung für die verschiedenen
Anforderungen an die Batterie 20 durch das Fahrzeug 10 liefert,
während
die Batterie 20 vor einer Überladung geschützt wird.
Die Batterie kann jedoch außerhalb des ”idealen” Betriebsbereichs
arbeiten. Daher weist die Batterie 20 einen annehmbaren
Betriebsbereich auf, in dem eine gewisse Regeneration bis zu keiner Regeneration
der Batterie 20 erwünscht
ist. Daher wird ein vorbestimmter minimaler Ladungszustand (S1) als minimaler annehmbarer Prozentsatz
der Batterieladung im Vergleich zur gesamten Ladungskapazität der Batterie 20,
bei welchem noch mit der vollen Regenerationsrate Ladung zur Batterie 20 hinzugefügt werden
sollte, festgelegt. Unter dem vorbestimmten minimalen Ladungszustand
ist es annehmbar und erwünscht,
die Batterie 20 mit der vollen verfügbaren Regenerationsleistung
aufzuladen. Außerdem
wird ein vorbestimmter maximaler Ladungszustand (S2)
als maximaler gewünschter
Prozentsatz der Batterieladung im Vergleich zur gesamten Ladungskapazität der Batterie 20 festgelegt.
Der ideale Ladungszustand (SOC) der Batterie 20 ist beispielsweise
ein Bereich von 50–70%.
Der gewünschte
minimale Ladungszustand (S1) für die Regenerationskapazitätssteuerung
wird auf 70% festgelegt und der gewünschte maximale Ladungszustand
(S2) wird auf 75% festgelegt. Wenn die Batterie 20 auf
70% liegt, liegt diese Batterie auf dem Minimum eines annehmbaren
Bereichs zum Hinzufügen
irgendeiner Ladung zur Batterie 20. Wenn die Batterie einen
tatsächlichen
Ladungszustand (SOCACT) von 75% erreicht hat,
liegt die Batterie an der äußeren Grenze
des annehmbaren Bereichs und eine Aufladung der Batterie 20 ist
nicht erwünscht.
Andere Bereiche für
den annehmbaren Ladungszustand (SOC) können festgelegt werden. Ein
Fachmann auf dem Gebiet würde den zweckmäßigen Bereich
für den
annehmbaren Ladungszustand (SOC) auf der Basis einer speziellen
Kombination eines Fahrzeugs 10 und einer Batterie 20 kennen.
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Das
Folgende ist ein Beispiel zum Festlegen des Ladungszustandes (SOC)
des skalierten Werts. Der tatsächliche
Ladungszustand (SOCACT) der Batterie 20 wird
gemessen. Wenn der tatsächliche
Ladungszustand (SOCACT) geringer als oder
gleich dem vorbestimmten minimalen Ladungszustand (S1)
ist, wird der Ladungszustand (SOC) des skalierten Werts gleich 1
gesetzt. Dies wird durch die Gleichung: SOCACT ≤ S1, dann SOC des skalierten Werts = 1, dargestellt.
Wenn der tatsächliche
Ladungszustand (SOCACT) größer als
oder gleich einem vorbestimmten maximalen Ladungszustand (S2) ist, dann wird der Ladungszustand (SOC)
des skalierten Werts gleich 0 gesetzt. Dies wird durch die Gleichung:
SOCACT ≥ S2, dann SOC des skalierten Werts = 0, dargestellt. Wenn
der tatsächliche
Ladungszustand (SOCACT) der Batterie 20 zwischen
dem vorbestimmten minimalen Ladungszustand (S1)
und dem vorbestimmten maximalen Ladungszustand (S2)
liegt, dann wird schließlich
der Ladungszustand (SOC) des skalierten Werts als Verhältnis unter
Verwendung der folgenden Gleichung festgelegt: S1 < SOCACT < S2,
dann SOC = (S2 – SOCACT)/(S2 – S1).
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Das
Regenerationssteuersystem 22 bestimmt auch einen skalierten
Wert für
die Temperatur (TBATT) der Batterie 20,
Schritt 26. Die tatsächliche Temperatur
(TACT) der Batterie 20 wird gemessen.
Die Temperatur (TBATT) des skalierten Werts
der Batterie 20 ist ein Wert zwischen 0 und 1, der zur
tatsächlichen
Temperatur (TACT) der Batterie 20 zu
diesem Zeitpunkt proportional ist.
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Die
Temperatur (TBATT) der Batterie 20 weist einen
idealen Betriebsbereich auf, der eine minimale Temperatur für eine optimale
Leistung der Batterie 20 und eine maximale Temperatur,
die die Batterie 20 vor einer Überhitzung schützt, bereitstellt.
Die Batterie kann jedoch außerhalb
des ”idealen” Temperaturbereichs
arbeiten. Daher weist die Batterie 20 einen annehmbaren
Betriebsbereich auf, in dem eine gewisse Regeneration bis zu keiner
Regeneration der Batterie 20 erwünscht ist. Daher wird eine
vorbestimmte minimale Temperatur (T1) der
Batterie 20 als Minimum für den annehmbaren Betriebsbereich
zum Lenken von Regenerationsleistung zur Batterie 20 festgelegt.
Außerdem
wird eine vorbestimmte maximale Temperatur (T2)
der Batterie 20 festgelegt. Die ideale Temperatur (TBATT) der Batterie 20 ist beispielsweise
ein Bereich von 20–40
Grad Celsius. Die gewünschte
minimale Batterietemperatur (T1) wird auf 40
Grad Celsius festgelegt und die gewünschte maximale Batterietemperatur
(T2) wird auf 45 Grad Celsius festgelegt.
Wenn die Batterie 20 auf 40 Grad Celsius liegt, befindet
sich die Batterie 20 auf dem Minimum eines annehmbaren
Bereichs zum Hinzufügen
von irgendeiner Ladung zur Batterie 20. Wenn die Batterie 45 Grad
Celsius erreicht hat, befindet sich die Batterie 20 an
der äußeren Grenze
des annehmbaren Bereichs und eine Aufladung der Batterie 20 ist
nicht erwünscht.
Andere Bereiche für
die annehmbare Batterietemperatur (TBATT)
können
festgelegt werden. Ein Fachmann auf dem Gebiet würde den zweckmäßigen Bereich
für die
Temperatur (TBATT) der Batterie 20 auf
der Basis einer speziellen Kombination eines Fahrzeugs 10 und
einer Batterie 20 kennen.
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Das
Folgende ist ein Beispiel zum Festlegen der Temperatur (TBATT) des skalierten Werts für die Batterie 20.
Die tatsächliche
Temperatur (TACT) der Batterie 20 wird
gemessen. Wenn die tatsächliche Temperatur
(TACT) geringer als oder gleich der vorbestimmten
minimalen Temperatur (T1) ist, wird die Temperatur
(TBATT) des skalierten Werts für die Batterie 20 gleich
1 gesetzt. Dies wird durch die Gleichung: TACT ≤ T1, dann TBATT = 1,
dargestellt. Wenn die tatsächliche
Temperatur (TACT) größer als oder gleich der vorbestimmten
maximalen Temperatur (T2) ist, dann wird
die Temperatur (TBATT) des skalierten Werts für die Batterie 20 gleich
0 gesetzt. Dies wird durch die Gleichung: TACT ≥ T2, dann TBATT = 0,
dargestellt. Wenn die tatsächliche
Temperatur (TACT) der Batterie 20 zwischen
den Werten von T1 und T2 liegt,
wird schließlich
die Temperatur (TBATT) des skalierten Werts
für die
Batterie 20 als Verhältnis
unter Verwendung der folgenden Gleichung festgelegt: T1 < TACT < T2,
dann TBATT = (T2 – TACT)/(T2 – T1).
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Das
Regenerationssteuersystem 22 bestimmt auch einen skalierten
Wert für
eine maximale Aufladeleistung (PMAX) zum
Aufladen der Batterie 20, Schritt 30. Die maximale
Aufladeleistung (PMAX) ist die maximale
Menge an Leistung, die angelegt werden sollte, wenn die Batterie 20 aufgeladen
wird. Die tatsächliche
Aufladeleistung (PACT), die zum Aufladen der
Batterie 20 verfügbar
ist, wird gemessen. Die maximale Aufladeleistung (PMAX)
des skalierten Werts ist ein Wert zwischen 0 und 1, der zur tatsächlichen Leistung
(PACT) zum Aufladen der Batterie 20 proportional
ist, die zu diesem Zeitpunkt verfügbar ist.
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Die
ideale maximale Aufladeleistung (PMAX) der
Batterie 20 ist ein Bereich, der ausreichend Aufladeleistung
bereitstellt, um die Batterie 20 schnell aufzuladen, während die
Batterie 20 vor einer zu schnellen Aufladung und einer Überhitzung
oder Überladung
geschützt
wird. Wenn die Fähigkeit
der Batterie 20 für
die maximale Aufladeleistung (PMAX) niedrig
ist, kann dies zu Fahrqualitätsproblemen während Bremsübergängen und
Getriebeschaltvorgängen
führen.
Daher wird eine vorbestimmte minimale Aufladeleistung (P1) als minimal gewünschte Aufladeleistung im Vergleich
zur gesamten Aufladeleistungskapazität der Batterie 20 festgelegt.
Alles unter der minimalen Aufladeleistung (P1)
ist eine Aufladung mit der Fähigkeit
der maximalen Aufladeleistung (PMAX). Außerdem wird
eine vorbestimmte gewünschte
maximale Aufladeleistung (P2) als maximale
gewünschte
Aufladeleistung im Vergleich zur gesamten Aufladeleistungskapazität der Batterie 20 festgelegt.
Die ideale maximale Aufladeleistung (PMAX)
der Batterie 20 ist beispielsweise ein Bereich zwischen
5 und 10 Kilowatt. Die vorbestimmte minimale Aufladeleistung (P1) wird auf 5 Kilowatt festgelegt und die
vorbestimmte maximale Aufladeleistung (P2)
wird auf 10 Kilowatt festgelegt. Andere Bereiche für die ideale
maximale Aufladeleistung (PMAX) können festgelegt
werden. Ein Fachmann auf dem Gebiet würde den zweckmäßigen Bereich
für die
ideale maximale Aufladeleistung (PMAX) auf
der Basis einer speziellen Kombination eines Fahrzeugs 10 und
einer Batterie 20 kennen.
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Das
Folgende ist ein Beispiel zum Festlegen der maximalen Aufladeleistung
(PMAX) des skalierten Werts. Die verfügbare tatsächliche
Aufladeleistung (PACT) wird gemessen. Die
tatsächliche
Aufladeleistung (PACT) ist ein negativer
Wert. Wenn der Absolutwert der tatsächlichen Aufladeleistung (PACT) geringer als oder gleich der vorbestimmten
minimalen Aufladeleistung [engl.: power charge] (P1)
ist, ist daher die maximale Aufladeleistung (PMAX)
des skalierten Werts gleich 1. Dies wird durch die Gleichung: PACT ≥ P1, dann PMAX = 1,
dargestellt. Wenn der Absolutwert der tatsächlichen Aufladeleistung (PACT) größer als oder
gleich der vorbestimmten maximalen Aufladeleistung [engl.: power
charge] (P2) ist, ist die maximale Aufladeleistung
(PMAX) des skalierten Werts gleich 0. Dies
wird durch die Gleichung: PACT ≤ P2, dann PMAX = 0
dargestellt. Wenn die tatsächliche
Aufladeleistung (PACT) der Batterie 20 zwischen
den Werten der vorbestimmte minimalen Aufladeleistung (P1) und der vorbestimmten maximalen Aufladeleistung
(P2) liegt, wird schließlich die maximale Aufladeleistung (PMAX) des skalierten Werts als Verhältnis unter
Verwendung der folgenden Gleichung festgelegt: P1 > PACT > P2,
dann PBATT = (P2 – PACT)/(P2 – P1).
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Sobald
das Regenerationssteuersystem 22 den Ladungszustand (SOC)
des skalierten Werts in Schritt 26, die Batterietemperatur
(TBATT) des skalierten Werts in Schritt 28 und
die maximale Aufladeleistung (PMAX) des
skalierten Werts in Schritt 30 bestimmt hat, dann vergleicht
das System 22 die tatsächliche
Temperatur (TACT) der Batterie 20 mit
einer Betriebstemperatur (T3) der Batterie 20 in
Schritt 32. Die Betriebstemperatur (T3)
der Batterie 20 ist die minimale Betriebstemperatur für die Batterie 20.
Die Betriebstemperatur (T3) der Batterie 20 liegt
gut unterhalb des annehmbaren Leistungsbereichs der Batterie 20,
der durch die minimale Betriebstemperatur (T1)
und die maximale Betriebstemperatur (T2)
festgelegt ist.
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Wenn
die tatsächliche
Temperatur (TACT) der Batterie 20 geringer
als oder gleich der Betriebstemperatur (T3)
der Batterie 20 ist, dann werden der Ladungszustand (SOC)
des skalierten Werts und die Temperatur (TBATT)
des skalierten Werts der Batterie 20 mit der ursprünglich angeforderten
Regeneration (RREQ) multipliziert, um eine
Menge der tatsächlichen Regeneration
(RACT) zu bestimmen, Schritt 34.
Das System 22 sendet die Menge der tatsächlichen Regeneration (RACT) zur ECU 16, Schritt 36,
zum Regenerieren der Batterie 20. Wenn die tatsächliche
Temperatur (TACT) der Batterie 20 geringer
als oder gleich der Betriebstemperatur (T3)
der Batterie 20 ist, unterstützt die Regeneration der Batterie 20 beim
Erhöhen der
Batterietemperatur auf die optimale Temperatur (T3)
der Batterie 20.
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Wenn
jedoch die tatsächliche
Temperatur (TACT) größer ist als die Betriebstemperatur
(T3) der Batterie 20, dann ist
ein Erhöhen
der Temperatur der Batterie 20 nicht erwünscht. Die
Regeneration der Batterie 20 wird infolge der niedrigen
skalierten Werte für
den Ladungszustand (SOC), die Batterietemperatur (TBATT)
des skalierten Werts und die maximale Aufladeleistung (PMAX) des skalierten Werts verringert. Dies
unterstützt
beim Halten der Batterie 20 in den annehmbaren Betriebsbereichen.
In diesem Fall werden der Ladungszustand (SOC) des skalierten Werts,
die Batterietemperatur (TBATT) des skalierten Werts
und die maximale Aufladeleistung (PMAX)
des skalierten Werts mit der ursprünglich angeforderten Regeneration
(RREQ) multipliziert, um eine Menge der tatsächlichen
Regeneration (RACT) zu bestimmen, Schritt 38.
Das System 22 sendet die Menge der tatsächlichen Regeneration (RACT) zur ECU 16, Schritt 36,
zum Wiederaufladen der Batterie 20.
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Durch
Festlegen des Werts der tatsächlichen Regeneration
(RACT) auf der Basis des Ladungszustands
(SOC), der Batterietemperatur (TBATT) und
der maximalen Aufladeleistung (PMAX) kann
die Regeneration der Batterie 20 gesteuert werden, um den
Ladungszustand (SOC) und die Batterietemperatur (TBATT)
innerhalb annehmbarer Betriebsbereiche zu halten, während dennoch
die verfügbare
Regenerationsleistung genutzt wird.
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Obwohl
die vorstehend beschriebene Ausführungsform
ein elektrisch variables Getriebe umfasst, kann das hierin gelehrte
Regenerationskapazitätssteuerverfahren
bei einem beliebigen Hybridfahrzeug verwendet werden, das eine Regeneration
der Batterie erfordert, und soll nicht auf Fahrzeuge mit elektrisch
variablen Getrieben begrenzt sein.
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Obwohl
die besten Arten zur Ausführung
der Erfindung im Einzelnen beschrieben wurden, wird der Fachmann
auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene
alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der
Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche erkennen.