DE102012106268A1 - Verfahren und System zum Bestimmen eines Zielladezustands zum Laden einer Batterie in einem Fahrzeug unter Verwendung von externem elektrischem Strom - Google Patents

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Abstract

Es werden ein System und ein Verfahren bereitgestellt, um einen Zielladezustand (SOC – State of Charge) zu bestimmen, um eine Speicherbatterie in einem Elektrofahrzeug unter Verwendung von elektrischem Strom von einer externen Stromquelle zu laden. Das Laden der Speicherbatterie auf den Ziel-SOC erfolgt vor dem Starten eines Fahrzyklus des Fahrzeugs. Der Ziel-SOC wird auf der Basis eines Profils regenerativer Bremsenergie, von der erwartet wird, dass sie zurückgewonnen wird, und eines Profils von Energie, von der erwartet wird, dass sie während eines Abschnitts eines zukünftigen Fahrzyklus von der Batterie verwendet wird, bestimmt.

Description

  • ERFINDUNGSGEBIET
  • Bestimmen eines Zielladezustands (SOC – State of Charge) zum Laden einer Speicherbatterie in einem Kraftfahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Ein Elektrofahrzeug enthält im Allgemeinen einen Elektromotor und eine Hochspannungsspeicherbatterie. Die Hochspannungsspeicherbatterie weist einen Ladezustand (SOC) auf und liefert elektrischen Strom an den Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs. Der SOC der Batterie sinkt, wenn die Batterie elektrischen Strom zum Antreiben des Fahrzeugs liefert.
  • Wenn der SOC der Batterie während eines Fahrzyklus abnimmt, kann es wünschenswert sein, die kinetische Energie des Fahrzeugs einzufangen und die kinetische Energie in elektrische Energie zum Wiederaufladen der Batterie umzuwandeln, wie etwa beim Bremsen des Fahrzeugs. Die Batterie kann jedoch die kinetische Energie des Fahrzeugs nicht speichern, falls die Batterie bereits auf voller Kapazität ist. Beispielsweise kann die Batterie eine volle Kapazität bei 100 % Ladepegel aufweisen und nicht in der Lage sein, während eines Fahrzyklus, der beginnt, wenn sich das Fahrzeug auf einem Hügel befindet, Bremsenergie zu speichern.
  • Eine Stromquelle außerhalb des Fahrzeugs, wie etwa eine Haushaltsstromsteckdose am Netz, kann zum Laden oder Wiederaufladen der Batterie auf 100 % Ladepegel verwendet werden. Es kann jedoch wünschenswert oder notwendig sein, die externe Stromquelle zum Laden der Batterie auf einen Ziel-SOC unter dem 100 % Ladepegel vor einem Fahrzyklus zu verwenden, damit die Batterie während des Fahrzyklus Bremsenergie wiedergewinnen kann, wie etwa wenn das Fahrzeug den Fahrzyklus auf einem Hügel beginnt.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen allgemein ein Verfahren und System zum Bestimmen eines Zielladezustands (SOC) zum Laden einer Speicherbatterie in einem Elektrofahrzeug unter Verwendung von elektrischem Strom von einer Stromquelle außerhalb des Fahrzeugs bereit. Außerdem wird mindestens ein logisches Speichermedium mit einem darauf verkörperten, für eine Logikeinrichtung lesbaren Code bereitgestellt, um das Verfahren zum Bestimmen des Ziel-SOC durchzuführen.
  • Ein Profil an regenerativer Bremsenergie, von der erwartet wird, dass sie während eines Abschnitts eines zukünftigen Fahrzyklus des Fahrzeugs wiedergewonnen wird, wird bestimmt. Gleichermaßen wird ein Profil an Energie, von der erwartet wird, dass sie von der Batterie während des Abschnitts des zukünftigen Fahrzyklus verwendet wird, bestimmt. Auf der Basis der bestimmten Profile an Energie wird der Ziel-SOC zum Laden der Batterie vor dem Starten des Fahrzyklus bestimmt.
  • Der Ziel-SOC kann auf einer Menge von regenerativer Bremsenergie basieren, von der erwartet wird, dass sie in einem Anfangsabschnitt des zukünftigen Fahrzyklus wiedergewonnen wird. Der Anfangsabschnitt des zukünftigen Fahrzyklus kann als der Abschnitt des zukünftigen Fahrzyklus ab dem Beginn des Fahrzyklus zu einem Zeitintervall bestimmt werden, wo das Profil an Energie, von der erwartet wird, dass sie von der Batterie verwendet wird, das Profil an regenerativer Bremsenergie, von der erwartet wird, dass sie innerhalb des Zeitintervalls wiedergewonnen wird, wesentlich übersteigt.
  • Eine Laderate zum Laden der Batterie während des Anfangsabschnitts des zukünftigen Fahrzyklus kann auf der Basis der regenerativen Bremsenergie, von der erwartet wird, dass sie wiedergewonnen wird, bestimmt werden, wie etwa während des Anfangsabschnitts des zukünftigen Fahrzyklus. Weiterhin kann die Laderate auf der Basis einer Menge an Batterieenergie bestimmt werden, die erforderlich ist, um den zukünftigen Fahrzyklus zu absolvieren. Der Ziel-SOC kann als Reaktion auf die Laderate bestimmt werden. Der Ziel-SOC kann so berechnet werden, dass er umgekehrt proportional zu der bestimmten Laderate ist.
  • Eine Menge an Batterieenergie, die erforderlich ist, um den zukünftigen Fahrzyklus zu absolvieren, kann bestimmt werden. Ein Ziel-SOC kann als eine Obergrenze eines vorbestimmten Arbeitsbereichs des SOC bestimmt werden, wenn die Obergrenze mindestens die Menge an Batterieenergie bereitstellt, die erforderlich ist, um den zukünftigen Fahrzyklus zu absolvieren. Weiterhin kann der Ziel-SOC bei einem Bemühen zum Maximieren der Zeit bestimmt werden, die die Batterie in dem vorbestimmten Arbeitsbereich des SOC während des zukünftigen Fahrzyklus arbeitet. Der vorbestimmte SOC-Bereich kann zwischen 10 % (zehn Prozent) und 90 % (neunzig Prozent) des maximalen SOC der Batterie liegen.
  • Der Ziel-SOC kann bei einem Bemühen zum Maximieren der Menge an regenerativer Bremsenergie bestimmt werden, die das Fahrzeug während des zukünftigen Fahrzyklus erfasst. Informationen, die einen erwarteten Reiseweg des Fahrzeugs während des Fahrzyklus anzeigen, können verarbeitet werden. Die Informationen, die den erwarteten Reiseweg anzeigen, können Informationen beinhalten, die Längen und Steigungen für jeweilige Sektionen des erwarteten Reisewegs beinhalten, wobei eine oder mehrere Benutzereingaben Informationen beinhalten, die ein beabsichtigtes Ziel des Fahrzeugs, Mengen an regenerativer Bremsenergie, die während der vorausgegangenen Fahrzyklen des Fahrzeugs wiedergewonnen wurden, die während mindestens eines Abschnitts des erwarteten Reisewegs auftreten, eine Tageszeit, wenn die Mengen an regenerativer Bremsenergie in dem vorausgegangenen Fahrzyklus wiedergewonnen wurden, einen Wochentag, wenn die Mengen an regenerativer Bremsenergie in dem vorausgegangenen Fahrzyklus wiedergewonnen wurden, oder eine Kombination davon anzeigen. Das Profil an regenerativer Bremsenergie, von der erwartet wird, dass sie wiedergewonnen wird, und das Profil an Energie, von der erwartet wird, dass sie verwendet wird, kann auf der Basis des erwarteten Reisewegs bestimmt werden.
  • Das System enthält mindestens eine Logikeinrichtung. Die Logikeinrichtung bestimmt den Ziel-SOC zum Laden der Batterie vor dem Starten eines Fahrzyklus des Fahrzeugs unter Verwendung von elektrischem Strom von einer externen Stromquelle. Der Ziel-SOC basiert auf den Profilen der regenerativen Bremsenergie, von der erwartet wird, dass sie während des Abschnitts des zukünftigen Fahrzyklus zurückgewonnen und verwendet wird. Die Logikeinrichtung kann ein Controller sein mit einem Prozessor, der dahingehend arbeiten kann, Softwareanweisungen auszuführen, einem Computerspeicher, der arbeiten kann, Softwareanweisungen zu speichern, auf die der Prozessor zugreifen kann, und einer Menge von Softwareanweisungen, die in dem Speicher gespeichert sind, um den Ziel-SOC zu bestimmen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Schemadiagramm, das ein Elektrofahrzeug mit einer Speicherbatterie und einer Stromquelle außerhalb des Fahrzeugs zum Laden der Speicherbatterie auf einen Zielladezustand (SOC) gemäß einer Ausführungsform zeigt;
  • 2 ist ein Schemadiagramm, das ein System mit mindestens einer Logikeinrichtung zum Laden der Speicherbatterie auf die Ziel-SOC unter Verwendung der externen Stromquelle gemäß einer Ausführungsform zeigt;
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das ein allgemeines Verfahren zum Bestimmen, ob die Speicherbatterie geladen werden soll, gemäß einer Ausführungsform zeigt;
  • 4 ist Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen der Ziel-SOC zum Laden der Speicherbatterie gemäß einer Ausführungsform zeigt;
  • 5 ist ein Diagramm, das Ladepegel der Speicherbatterie (%) und Energieverbrauchspegel des Elektrofahrzeugs (Kilowatt) zu verschiedenen Zeiten während eines Fahrzyklus zeigt, beginnend mit der Speicherbatterie auf einem Ladepegel von 100 %;
  • 6 ist ein Diagramm, das einen Anfangsabschnitt des in 5 gezeigten Fahrzyklus zeigt und die Speicherbatterie, die während der ersten beiden Fahrzeugstopps aufgrund der Ladungsbegrenzung der Speicherbatterie nicht alle regenerative Bremsenergie zurückgewinnt;
  • 7 ist ein Diagramm ähnlich 5, das aber die Speicherbatterie auf einem Ladepegel von 90 % vor dem Starten des Fahrzyklus gemäß einer Ausführungsform zeigt; und
  • 8 ist ein Diagramm, das einen Anfangsabschnitt des in 7 gezeigten Fahrzyklus und die Speicherbatterie zeigt, die während der ersten beiden Fahrzeugstopps im Wesentlichen alle regenerative Bremsenergie zurückgewinnt, ohne dass die Batterie ladungsbegrenzt ist, wie in 5–6 gezeigt, gemäß einer Ausführungsform.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Wie erforderlich, werden hierin ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich, jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert werden kann, lediglich beispielhaft sind. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Deshalb sind spezifische, hier offenbarte strukturelle und funktionale Details nicht als beschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, wie er die vorliegende Erfindung unterschiedlich einsetzen kann.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen allgemein ein Verfahren und System zum Bestimmen eines Zielladezustands (SOC) zum Laden einer Speicherbatterie in einem Elektrofahrzeug unter Verwendung von elektrischem Strom von einer externen Stromquelle bereit. Das Laden der Speicherbatterie auf den Ziel-SOC erfolgt vor dem Starten eines Fahrzyklus des Fahrzeugs.
  • Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Elektrofahrzeug 10 (im Folgenden „Fahrzeug“) mit einem Ladesystem 12 bereitgestellt. Das Fahrzeug 10 kann ein beliebiger Typ von Elektrofahrzeug sein, das elektrisch an eine Stromquelle 14 gekoppelt oder mit ihr verbunden werden kann, die sich außerhalb des Fahrzeugs 10 befindet (im Folgenden „externe Stromquelle“). Das Fahrzeug 10 kann beispielsweise ein Plug-in-Elektrofahrzeug, ein Plug-in-Hybridfahrzeug (PHEV – Plug-in Hybrid Electric Vehicle), ein anderes Plug-in-Fahrzeug, ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV), ein reines Elektrofahrzeug usw. sein. Der Ausdruck „Plug-in-Fahrzeug“ bezieht sich auf eine beliebige Art von Kraftfahrzeug, die mit der externen Stromquelle 14 verbunden werden kann, um elektrischen Strom von der externen Stromquelle 14 zu erhalten. Somit kann das Fahrzeug 10 beispielsweise ein Fahrzeug sein, das einen Ladeport 16 zum Empfangen eines Ladesteckers 18 zum Transferieren von elektrischem Strom von der externen Stromquelle 14 durch den Ladestecker 18 und in das Fahrzeug 10 enthält.
  • Wie in 2 dargestellt, ist das Ladesystem 12 in einen Antriebsstrang eines Parallel-/Reihen-Hybridantriebs (PSHEV – Parallel/Serial Hybrid Electric Vehicle) integriert gezeigt. Das System 12 kann jedoch in eine beliebige Art von Elektrofahrzeug integriert werden. Beispielsweise kann das Fahrzeug 10 ein Reihenhybridfahrzeug (SHEV – Serial Hybrid Electric Vehicle), ein Parallelhybridfahrzeug (PHEV – Parallel Hybrid Electric Vehicle) oder ein reines Elektrofahrzeug (EV – Electric Vehicle) sein.
  • Unter Bezugnahme auf die 1–2 kann die externe Stromquelle 14 elektrischen Strom an das Fahrzeug 10 liefern. Beispielsweise kann die externe Stromquelle 14 eine Ladestation oder eine standardmäßige Haushaltsstromsteckdose sein, die elektrisch mit dem Netz (GRID) verbunden ist. Das Netz (GRID) transformiert elektrischen Strom von einer hohen Spannung wie etwa 7200 Volt auf eine niedrigere Spannung wie etwa 240 Volt herunter. Außerdem kann die externe Stromquelle 14 eine Gleichstrom-Stromquelle (DC) und/oder eine Wechselstrom-Stromquelle (AC) sein. Beispielsweise kann die externe Stromquelle 14 eine 120-Volt-Wechselstrom-Stromsteckdose oder eine 240-Volt-Wechselstrom-Stromsteckdose sein. Bei einem weiteren Beispiel kann die externe Stromquelle 14 eine 300-Volt-Gleichstrom-Steckdose sein.
  • Wie in 2 gezeigt, enthält das Fahrzeug 10 eine Hochspannungsspeicherbatterie 20 („High-Voltage storage battery“, im Folgenden „HV-Batterie“ oder „HV-Speicherbatterie“ genannt). Da die HV-Batterie 20 eine Einrichtung ist, die elektrische Energie speichern kann, weist sie einen Ladezustand (SOC) auf. Der SOC der HV-Batterie 20 variiert in Abhängigkeit von der Menge an elektrischer Energie in der HV-Batterie 20. Ein Batterieladepegel kann den SOC der HV-Batterie 20 als einen Prozentsatz der elektrischen Kapazität der HV-Batterie 20 darstellen. Beispielsweise kann der Batterieladepegel im Bereich von null Prozent (0 %) bis einhundert Prozent (100 %) liegen.
  • Im Betrieb speichert die HV-Batterie 20 elektrische Energie oder gibt elektrischen Strom an verschiedene Komponenten in dem Fahrzeug 10 ab. Beispielsweise kann die HV-Batterie 20 Strom zum Antreiben von Rädern 22 liefern, so dass das Fahrzeug 10 angetrieben werden kann. Bei einem derartigen Beispiel kann die HV-Batterie 20 300-Volt-Gleichstrom zum Antreiben der Räder 22 und zum Antreiben des Fahrzeugs 10 liefern. Da die HV-Batterie 20 elektrische Energie abgibt oder elektrischen Strom liefert, sinkt der SOC der HV-Batterie 20, und deshalb sinkt der Batterieladepegel. Elektrischer Strom von der externen Stromquelle 14 kann jedoch zum Laden der HV-Batterie 20 oder zum Erhöhen ihrer SOC zwischen Fahrzyklen des Fahrzeugs 10 verwendet werden.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 2 kann das Fahrzeug 10 ein Batteriesteuermodul 24 (im Folgenden „BCM“ – Battery Control Modul) enthalten. Das BCM 24 steuert die HV-Batterie 20 entweder alleine oder in Verbindung mit einem Fahrzeugsystemcontroller (VSC – Vehicle System Controller), einem Antriebsstrangsteuermodul (PCM – Powertrain Control Modul) oder einer Kombination davon. Die Kombination aus dem VSC und dem PCM wird im Folgenden als ein „VSC/PCM“ mit der Bezugszahl 26 bezeichnet.
  • Das BCM 24 von 2 kann die HV-Batterie 20 steuern, elektrischen Strom abzugeben, elektrischen Strom zu speichern, elektrischen Strom von der externen Stromquelle 14 zu empfangen oder eine Kombination davon. Außerdem kann das BCM 24 den Batterieladepegel der HV-Batterie 20 steuern, um den SOC zu erhöhen, um den SOC zu halten oder um den SOC der HV-Batterie 20 zu senken. Beispielsweise kann das BCM 24 steuern, wann und/oder wie viel elektrischer Strom von der externen Stromquelle 14 zum Laden oder Wiederaufladen der HV-Batterie 20 auf einen Ziel-SOC verwendet wird. Der Ziel-SOC kann auf der Basis einer Anzahl von Variablen oder Eingaben bestimmt werden. Das BCM 24, das VSC/PCM 26 oder eine Kombination aus beiden können zum Bestimmen oder Berechnen des Ziel-SOC für die HV-Batterie 20 verwendet werden. Weiterhin kann das BCM 24 entweder alleine oder in Kombination mit dem VSC/PCM 26 zum Laden der HV-Batterie 20 auf den Ziel-SOC verwendet werden.
  • Während das BCM 24 und die HV-Batterie 20 von 2 als Teil des Ladesystems 12 gezeigt sind, kann das BCM 24 von dem Ladesystem 12 getrennt sein. Weiterhin können das BCM 24 und das VSC/PCM 26 zusammen integriert sein, um als eine einzelne Hardwareeinrichtung in dem Fahrzeug 10 zu arbeiten.
  • Wieder unter Bezugnahme auf 2 kann das Fahrzeug 10, wie etwa das Parallel-/Reihenhybridfahrzeug (PSHEV), das in 2 gezeigt ist, einen Verbrennungsmotor 28 enthalten. Der Verbrennungsmotor 28 und die HV-Batterie 20 können selektiv Leistung zu den Antriebsrädern 22 liefern, so dass das Fahrzeug 10 angetrieben werden kann. In Betrieb kann die HV-Batterie 20 elektrischen Strom von einem Stromgenerator 30 empfangen, elektrischen Strom an einen Elektromotor 32 abgeben und andere, elektrisch basierte Einrichtungen in dem Fahrzeug 10 bestromen.
  • Wie in 2 gezeigt, enthält das Fahrzeug 10 ein Achsgetriebe 34. Das Achsgetriebe 34 ist analog zu einem Getriebe in einem herkömmlichen Fahrzeug. Das Achsgetriebe 34 kann den Stromgenerator 30, den Elektromotor 32, einen Planetenradsatz 36 und einen Zahnradsatz 38 enthalten. Das Achsgetriebe 34 von 2 ist zwischen die Antriebsräder 22 und den Verbrennungsmotor 28 und die HV-Batterie 20 gekoppelt, um zu steuern, wann und wie Leistung auf die Antriebsräder 22 übertragen wird. Der Elektromotor 32 und der Stromgenerator 30 sind zwei elektrische Maschinen, die eine elektrische Maschinenanordnung bilden. Somit stellen der Elektromotor 32 und der Stromgenerator 30 jeweils einen Abschnitt der elektrischen Maschinenanordnung dar. Das Fahrzeug 10 kann jedoch andere elektrische Maschinenanordnungen wie etwa mehr oder weniger als zwei elektrische Maschinen aufweisen.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 2 koppelt der Planetenradsatz 36 des Achsgetriebes 34 den Verbrennungsmotor 28, die Antriebsräder 22 durch den Zahnradsatz 38 und den Stromgenerator 30 mechanisch. Beispielsweise kann der Stromgenerator 30 mit einem Sonnenrad des Planetenradsatzes 36 verbunden sein, während der Verbrennungsmotor 28 und die Antriebsräder 22 jeweils mit einem Planetenträger und einem Außenrad des Planetenradsatzes 36 verbunden sind.
  • Wie in 2 gezeigt, kann das Fahrzeug 10 ein Hochspannungsstromverteilungssystem 40 (im Folgenden „EDS“ – Electrical Distribution System) enthalten. Das EDS 40 kann die elektrische Energie von dem Stromgenerator 30 empfangen und die elektrische Energie zwischen der HV-Batterie 20 und dem Elektromotor 32 verteilen, je nach dem Fahrmodus des Fahrzeugs 10. Das EDS 40 kann auch elektrische Energie von der HV-Batterie 20 und/oder dem Elektromotor 32 empfangen und die elektrische Energie an das Ladesystem 12, den Elektromotor 32, den Stromgenerator 30 oder eine Kombination davon verteilen.
  • Wie in 2 gezeigt, enthält das Fahrzeug 10 mindestens eine Logikeinrichtung (LC – Logic Controller oder LD – Logic Device) oder einen Controller 42 zum Implementieren des Verfahrens zum Bestimmen des Ziel-SOC zum Laden der HV-Batterie 20 in dem Elektrofahrzeug 10. Der Controller oder die LD 42 kann durch verschiedene Arten oder Kombinationen von Elektronikeinrichtungen und/oder mikroprozessorbasierten Computern oder Controllern implementiert werden. Zum Implementieren des Verfahrens zum Bestimmen des Ziel-SOC zum Laden der HV-Batterie 20 kann der Controller 42 ein Computerprogramm oder einen Algorithmus oder eine Steuerlogik ausführen, eingebettet oder codiert mit dem Verfahren und in einem flüchtigen und/oder persistenten Speicher gespeichert. Alternativ kann eine Steuerlogik in einem Logik- oder Gatearray, das in einem oder mehreren integrierten Schaltungschips gespeichert ist, codiert sein. Die Steuerlogik kann in Software, Hardware oder einer Kombination aus Software und Hardware in einem oder mehreren Controllern und/oder Elektronikeinrichtungen je nach der jeweiligen Anwendung implementiert sein. Bei Implementierung in Software wird die Steuerlogik bevorzugt in einem oder mehreren computerlesbaren Speichermedien mit gespeicherten Daten bereitgestellt, die Code oder Anweisungen darstellen, der oder die von einem Computer ausgeführt werden, um das Laden der HV-Batterie 20 zu steuern. Die computerlesbaren Speichermedien können eine oder mehrere einer Anzahl von bekannten physischen Einrichtungen beinhalten, die eine elektrische, magnetische, optische und/oder Hybridspeicherung nutzen, um ausführbare Anweisungen und assoziierte Kalibrierungsinformationen, Arbeitsvariablen und dergleichen zu halten.
  • Der Controller 42 von 2 ist so gezeigt, dass er den BCM 24 enthält. Wenngleich der Controller 42 als eine einzelne Hardwareeinrichtung gezeigt ist, kann der Controller 42 mehrere Logikeinrichtungen in Form von mehreren Hardwareeinrichtungen oder mehrere Softwarelogikeinrichtungen innerhalb einer oder mehrerer Hardwareeinrichtungen enthalten. Beispielsweise kann der Controller 42 den VSC/PCM 26, das Batteriesteuermodul (BCM) 24, einen anderen Controller im Fahrzeug 10 oder bestimmte Kombinationen davon enthalten. Somit kann der Controller 42 als Teil des Ladesystems 12 integriert sein, oder der Controller 42 kann von dem Ladesystem 12 getrennt sein.
  • Wie in 2 gezeigt, kann der VSC/PCM 26 eine Anzahl von Komponenten oder Einrichtungen in dem Fahrzeug 10 durch einen Fahrzeugdatenbus 44 (im Folgenden „Datenbus“) steuern. Beispielsweise steuert der VSC/PCM 26 das Ladesystem 12, das Achsgetriebe 34 durch ein Achsgetriebesteuerungsmodul (TCM – Transaxle Control Module) 46 und den Verbrennungsmotor 28 durch eine Verbrennungsmotorsteuereinheit (ECU – Engine Control Unit) 48. Der Datenbus 44 steht in Kommunikation mit verschiedenen Komponenten in dem Fahrzeug 10 einschließlich dem Controller 42, dem TCM 46 und der ECU 48. Der Datenbus 44 kann als ein Controller-Netzwerk (CAN – Controller Area Network), ein Local Interconnect Network (LIN) oder irgendeine derartige geeignete Datenkommunikationsverbindung implementiert sein, die Daten zwischen dem VSC/PCM 26 und anderen Einrichtungen in dem Fahrzeug 10 übertragen kann.
  • Das BCM 24 steuert den Fluss elektrischer Energie zu und von der HV-Batterie 20. Beispielsweise kann das BCM 24 steuern, wann die HV-Batterie 20 Hochspannungsstromleistung ausgibt und speichert. Das Ladesystem 12 kann einen oder mehrere Stromwandler zum Empfangen von elektrischem Strom von der elektrischen Stromquelle 14 und zum Umwandeln des Stroms in eine geeignetere Stromform zum Laden der HV-Batterie 20 enthalten. Beispielsweise kann das BCM 24 einen AC-DC-Wandler in dem Ladesystem 12 zum Steuern des Ladens der HV-Batterie 20 unter Verwendung von elektrischer Wechselstromleistung (AC) von der externen Stromquelle 14 steuern. Bei einem weiteren Beispiel kann das BCM 24 einen DC-DC-Wandler zum Steuern des Ladens der HV-Batterie 20 unter Verwendung von elektrischer Gleichstromleistung (DC) von der externen Stromquelle 14 steuern.
  • Das VSC/PCM 26 und das TCM 46 arbeiten dahingehend, die verschiedenen Modi des Achsgetriebes 34 zu steuern, wie etwa den Betrieb eines elektrischen Fahrmodus des Fahrzeugs 10 während eines Fahrzyklus. Der elektrische Fahrmodus des Fahrzeugs 10 gestattet dem Elektromotor 32 als Motor, als Generator zum Liefern von elektrischem Strom zum Betreiben des Fahrzeugs 10 oder als beides zu arbeiten. Der elektrische Fahrmodus des Fahrzeugs 10 kann zum Antreiben der Antriebsräder 22 und Vorwärtsbewegen des Fahrzeugs 10 verwendet werden. Außerdem kann das Ladesystem 12 die HV-Batterie 20 unter Verwendung von Strom von dem EDS 40 während eines regenerativen Bremsmodus des Fahrzeugs 10 oder von der externen Stromquelle 14 vor dem Fahren des Fahrzeugs 10 von einem Ort zu einem anderen laden.
  • Unter Bezugnahme auf 3 wird ein Flussdiagramm 50 bereitgestellt, um den Betrieb des Controllers 42 und/oder des Ladesystems 12 sowie Schritte eines allgemeinen Verfahrens zum Bestimmen, ob die HV-Batterie 20 geladen werden soll, gemäß einer Ausführungsform darzustellen. Auf das Fahrzeug 10 und die Komponenten, die in 1–2 dargestellt sind, kann durch die Erörterung des Verfahrens Bezug genommen werden, um das Verständnis verschiedener Aspekte des Verfahrens zu erleichtern. Das Diagramm von 3 liefert eine repräsentative Steuerstrategie, um zu bestimmen, ob die HV-Batterie 20 geladen werden soll, wie etwa auf den Ziel-SOC.
  • Beim Entscheidungsblock 52 des Flussdiagramms 50 wird bestimmt, ob das Fahrzeug 10 ausgeschaltet ist. Das Fahrzeug 10 kann als ausgeschaltet bestimmt werden, wenn das Achsgetriebe 34 und/oder der Verbrennungsmotor 28 nicht arbeiten, um die Räder 22 des Fahrzeugs 10 anzutreiben. Der VSC/PCM 26 kann entweder alleine oder in Kombination mit dem TCM 46 und/oder der ECU 48 verwendet werden, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug 10 ausgeschaltet ist. Falls bestimmt wird, dass das Fahrzeug 10 ausgeschaltet ist, dann erscheint Entscheidungsblock 54.
  • An dem in 3 gezeigten Entscheidungsblock 54 wird bestimmt, ob die HV-Batterie 20 „auf Ladung“ ist oder von der externen Stromquelle 14 lädt. Das BCM 24 kann entweder alleine oder in Kombination mit dem VSC/PCM 26 verwendet werden, um zu bestimmen, ob die HV-Batterie 20 „auf Ladung“ ist oder von der externen Stromquelle 14 lädt. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass das Fahrzeug 10 „auf Ladung“ ist, wenn der Ladeport 16 den Ladestecker 18 aufgenommen hat. Somit kann das Fahrzeug 10 selbst dann „auf Ladung“ sein, wenn kein elektrischer Strom von der externen Stromquelle 14 zu der HV-Batterie 20 übertragen wird. Falls sich die HV-Batterie 20 „auf Ladung“ befindet oder von der externen Stromquelle 14 geladen wird, dann erscheint Block 56.
  • Bei Block 56 wird der Zielladezustand (SOC) bestimmt. Beispielsweise kann der Ziel-SOC als neunzig Prozent (90 %) bestimmt werden. Die 7–8 zeigen die HV-Batterie 20 mit einem Ziel-SOC von 90 % am Start des Fahrzyklus (d.h. Zeit = 0) des Fahrzeugs 10. Das BCM 24, das VSC/PCM 26 oder eine Kombination aus beiden kann verwendet werden, um den Ziel-SOC für die HV-Batterie 20 auf der Basis einer Anzahl von Variablen oder Eingaben zu bestimmen oder zu berechnen. Der in 3 gezeigte Block 56 kann dem in 4 gezeigten Flussdiagramm 70 entsprechen.
  • Bei Block 58 wird der aktuelle SOC der HV-Batterie 20 erhalten und an Block 60 geliefert. Beispielsweise kann der aktuelle SOC neun Prozent (9 %) bei einem relativ niedrigen Ladepegel oder siebenundneunzig Prozent (97 %) bei einem relativ hohen Ladepegel betragen. Das BCM 24 kann den aktuellen SOC der HV-Batterie 20 für die LD oder den Controller 42 und/oder das Ladesystem 12 erhalten. Somit kann der Controller 42 den aktuellen SOC der HV-Batterie 20 entweder intern oder aus einem Signal erhalten, das der Controller 42 von außerhalb des Controllers 42 erhält, wie etwa von dem BCM 24, in Abhängigkeit von der Konfiguration des Controllers 42.
  • Bei Entscheidungsblock 60 wird bestimmt, ob der aktuelle SOC der HV-Batterie 20 größer oder gleich dem Ziel-SOC ist. Das BCM 24, das VSC/PCM 26, das Ladesystem 12 oder eine Kombination davon kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob der aktuelle SOC der HV-Batterie 20 größer oder gleich dem Ziel-SOC ist. Falls der aktuelle SOC der HV-Batterie 20 kleiner als der Ziel-SOC ist, dann beginnt das Ladesystem 12 mit dem Laden der HV-Batterie 20 oder lädt die HV-Batterie 20 bei Block 62 weiter. Falls im Gegensatz dazu der aktuelle SOC der HV-Batterie 20 größer oder gleich dem Ziel-SOC ist, dann stoppt das Ladesystem 12 das Laden der HV-Batterie 20 bei Block 64. Somit kann der Ziel-SOC verwendet werden, um zu steuern, wann die HV-Batterie 20 geladen werden soll, und auch, wie viel elektrischer Strom von der externen Stromquelle 14 zum Laden der HV-Batterie 20 verwendet wird.
  • Bei Block 62 lädt die HV-Batterie 20. Die HV-Batterie 20 beginnt entweder mit dem Laden oder lädt weiter unter Verwendung von elektrischem Strom von der externen Stromquelle 14. Das Ladesystem 12 und/oder das BCM 24 können die HV-Batterie 20 auf den Ziel-SOC laden. Der Block 62 kann wiederholt zu Block 52 zurückkehren, bis die HV-Batterie 20 mindestens den Ziel-SOC erreicht, es bestimmt wird, dass das Fahrzeug 10 ausgeschaltet ist, oder bestimmt wird, dass die HV-Batterie 20 nicht länger „auf Ladung“ ist oder von der externen Stromquelle 14 lädt.
  • Bei Block 64 stoppt das Ladesystem 12 das Laden der HV-Batterie 20. Beispielsweise können das Ladesystem 12 und/oder das BCM 24 zum Unterbrechen der Übertragung von elektrischem Strom von der externen Stromquelle 14 zu der HV-Batterie 20 verwendet werden, um das Laden der HV-Batterie 20 zu stoppen. Block 64 kann zu Block 52 zurückkehren, um den Status des Fahrzeugs 10 und/oder der HV-Batterie 20 zu überwachen.
  • Unter Bezugnahme auf 4 wird ein Flussdiagramm 70 bereitgestellt, um Schritte eines Verfahrens zum Bestimmen des Zielladezustands (Ziel-SOC) zu zeigen, um die HV-Batterie 20 unter Verwendung von elektrischem Strom von der externen Stromquelle 14 zu laden. Auf das Fahrzeug 10 und die Komponenten, die in 1–2 gezeigt sind, kann in der Erörterung des Verfahrens Bezug genommen werden, um das Verständnis verschiedener Aspekte des Verfahrens zu erleichtern. Ein oder mehrere im Flussdiagramm 70 gezeigte Schritte können dem Block 46 des in 3 gezeigten Flussdiagramms 50 entsprechen.
  • Bei Block 72 werden ein Profil der vorhergesagten Energienutzung und ein Profil der vorhergesagten zurückgewonnenen Energie bestimmt. Das Profil der vorhergesagten Energienutzung enthält ein Profil der Energie, von der erwartet wird, dass sie von der HV-Batterie 20 während des nächsten Fahrzyklus des Fahrzeugs 10 verwendet wird. Das Profil der Energie, von der erwartet wird, dass sie verwendet wird, kann über einen vorbestimmten Anfangsabschnitt des nächsten Fahrzyklus oder über den ganzen nächsten Fahrzyklus erhalten werden. Der vorbestimmte Anfangsabschnitt des zukünftigen Fahrzyklus kann als der Abschnitt des zukünftigen Fahrzyklus von dem Beginn des Fahrzyklus bis zu einem Zeitintervall bestimmt werden, wo das Profil der Energie, von der erwartet wird, dass sie von der HV-Batterie 20 verwendet wird, das Profil der regenerativen Bremsenergie, von der erwartet wird, dass sie innerhalb des Zeitintervalls zurückgewonnen wird, übersteigt. Die vorhergesagte verwendete Energie ist von der HV-Batterie 20 beispielsweise zu dem EDS 40 zum Antreiben des Elektromotors 32 übertragene Energie. Bei einem weiteren Beispiel kann in der HV-Batterie 20 gespeicherte Energie zum Antreiben des Stromgenerators 30 über das EDS 40 verwendet werden. Der Controller 42 und/oder das VSC/PCM 26 können verwendet werden, um das Profil der vorhergesagten Energienutzung auf der Basis einer Anzahl von Informationen oder Eingaben wie etwa Informationen von den Blöcken 74, 76, 78 und 80 zu bestimmen.
  • Wieder unter Bezugnahme auf Block 72 enthält das Profil der vorhergesagten zurückgewonnen Energie ein Profil der regenerativen Bremsenergie, von der erwartet wird, dass sie während eines vorbestimmten Abschnitts des nächsten Fahrzyklus des Fahrzeugs 10 zurückgewonnen wird. Die aus einem regenerativen Bremsen des Fahrzeugs 10 zurückgewonnene Energie beinhaltet das Erfassen der kinetischen Energie des Fahrzeugs 10 während des Bremsens des Fahrzeugs 10 und Speichern der Energie in der HV-Batterie 20. Der Stromgenerator 30 von 2 kann zum Umwandeln der kinetischen Energie des Fahrzeugs 10 in elektrische Energie für das EDS 40 zum Übertragen auf die HV-Batterie 20 verwendet werden. Der Controller 42 und/oder das VSC/PCM 26 können verwendet werden, um das Profil der vorhergesagten zurückgewonnen Energie auf der Basis einer Anzahl von Informationen oder Eingaben wie etwa Informationen von den Blöcken 74, 76, 78 und 80 zu bestimmen.
  • Zum Bestimmen des Fahrzyklus des Fahrzeugs 10 kann das System die Art von Straße vorhersagen, von der erwartet wird, dass das Fahrzeug 10 darauf fährt, sowie das Ausmaß des Verkehrsstaus, von dem erwartet wird, dass das Fahrzeug 10 darauf trifft. Diese Informationen können dann als Teil einer Gesamtstrategie zum Bestimmen des Ziel-SOC zum Laden der HV-Batterie 20 verwendet werden. Die LD oder der Controller 42 kann die Informationen oder Eingaben entweder intern oder aus einem Signal erhalten, das der Controller 42 und/oder das VSC/PCM 26 extern wie etwa von dem TCM 46 oder der ECU 48 erhält.
  • Bei Block 74 werden Informationen erhalten, die ein zukünftiges Ziel anzeigen. Die das zukünftige Ziel anzeigenden Informationen können etwa durch einen zukünftigen Fahrer des Fahrzeugs 10 in einem Speicher im Fahrzeug 10 gespeichert oder über Berechnungen der vorausgegangenen Vorgeschichte oder der vorausgegangenen Fahrmuster vorhergesagt werden. Beispielsweise kann das VSC/PCM 26 einen Plan darüber erhalten, wann und/oder wo erwartet wird, dass das Fahrzeug 10 gefahren wird, um vorherzusagen, wann das Fahrzeug 10 gefahren werden wird. Der Plan kann im Speicher gespeichert werden und gestattet dem VSC/PCM 26 zu berechnen, wie weit das Fahrzeug 10 erwartungsgemäß in einem oder mehreren zukünftigen Fahrzyklen gefahren wird.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf Block 74 können die Informationen über das zukünftige Ziel eine oder mehrere zukünftige topografische Routen enthalten, die das Fahrzeug 10 zum Erreichen des Ziels durchqueren kann. Informationen über eine topografische Route können Informationen darüber beinhalten, wie viel regenerativer Bremsenergie nach Erwartung auf der Basis von physikalischen Charakteristika des Fahrzeugs 10 zurückgewonnen werden können (z.B. Masse des Fahrzeugs 10 und seines Inhalts), die Geschwindigkeit des Verkehrsflusses entlang der erwarteten topografischen Route, dem Anstieg oder dem Neigungsgrad der Fahrroute einschließlich Steigungen und Gefällen, historischen Fahrinformationen des Fahrzeugs 10 oder anderen Kraftfahrzeugen, die zuvor auf der einen oder den mehreren Straßen gefahren sind, auf der das Fahrzeug 10 fahren kann, um sein Ziel zu erreichen. Auf der Basis der Informationen über ein zukünftiges Ziel können der Controller 42 und/oder das VSC/PCM 26 die Profile der Energie bestimmen, von der erwartet wird, dass sie verwendet und während des nächsten Fahrzyklus des Fahrzeugs 10 zurückgewonnen wird.
  • Bei Block 76 werden Energienutzungsinformationen von einem oder mehreren vorausgegangenen Fahrzyklen des Fahrzeugs 10 erhalten. Die die vorausgegangenen Fahrzyklen anzeigenden Informationen können im Speicher im Fahrzeug 10 gespeichert werden. Der Controller 42 kann eine intelligente Logikeinrichtung sein, die ein oder mehrere Fahrmuster vor dem Starten eines Fahrzyklus des Fahrzeugs 10 auf der Basis von Informationen von einem oder mehreren vorausgegangenen Fahrzyklen und den Informationen über das zukünftige Ziel präzise vorhersagen kann. Die Vorhersagestrategie kann ein neuronales Netzwerk verwenden, um historische Fahrzeuggeschwindigkeitsprofile und andere betreffende Signale zu empfangen. Beispielsweise kann der Controller 42 ein neuronales Netzwerk zum Vorhersagen von Straßentyp, Verkehrsstauausmaßen und anderen Straßenumgebungsinformationen enthalten, um das neuronale Netzwerk auf der Basis einer Online-Vorhersage des Straßentyps und des Verkehrsstauausmaßes in einem zukünftigen Fahrzyklus auf der Basis von Informationen über das zukünftige Ziel zu trainieren.
  • Bei Block 78 werden Zeitinformationen erhalten.
  • Das VSC/PCM 26 kann die Zeitinformationen aus einem in das VSC/PCM 26 eingegebenen Takt oder Signal erhalten. Block 74 und/oder Block 76 können die Zeitinformationen zum Bestimmen des erwarteten zukünftigen Ziels verwenden, das sich in Abhängigkeit von der Tageszeit, dem Wochentag, der Jahreszeit usw. ändern kann. Außerdem können die Zeitinformationen bei den Blöcken 74, 76 verwendet werden, um unter den Energienutzungsinformationen aus einem oder mehreren vorausgegangenen Fahrzyklen des Fahrzeugs 10 zu wählen. Beispielsweise können die Zeitinformationen zum Wählen von Energienutzungsinformationen bei ähnlichen Fahrzeiten, wie wenn das Fahrzeug 10 gemäß Erwartung gefahren wird, verwendet werden. Bei einem weiteren Beispiel können die Zeitinformationen verwendet werden, um erwartete Verkehrsstärke für den zukünftigen Fahrzyklus zu bestimmen, die sich in Abhängigkeit von der Tageszeit, dem Wochentag usw. ändern können. Kurz gesagt können die Zeitinformationen die Genauigkeit beim Bestimmen der Profile der Energie, von der erwartet wird, dass sie verwendet und während des nächsten Fahrzyklus des Fahrzeugs 10 zurückgewonnen wird, vergrößern.
  • Bei Block 80 von 4 werden aktuelle Ortsinformationen erhalten. Das VSC/PCM 26 kann die den aktuellen Ort anzeigenden Informationen schätzen oder von irgendeiner geeigneten Quelle wie etwa einer Positionierungseinheit (z.B. GPS) oder einer anderen drahtlosen Kommunikationseinrichtung je nach der Konfiguration des Controllers 42 und/oder des VSC/PCM 26 in dem Fahrzeug 10 erhalten.
  • Bei Block 82 wird die für den nächsten Fahrzyklus des Fahrzeugs 10 benötigte vorhergesagte Gesamtenergie bestimmt. Die benötigte vorhergesagte Gesamtenergie basiert auf dem Profil der vorhergesagten Energienutzung und dem Profil der vorhergesagten zurückgewonnen Energie. Beispielsweise kann die benötigte vorhergesagte Gesamtenergie gleich der während des nächsten Fahrzyklus vorhergesagten Gesamtenergienutzung minus der während des nächsten Fahrzyklus vorhergesagten zurückgewonnenen Gesamtenergie minus dem aktuellen SOC der HV-Batterie 20 sein. Das VSC/PCM 26 kann entweder alleine oder in Kombination mit dem TCM 46 und/oder der ECU 48 verwendet werden, um die für den nächsten Fahrzyklus benötigte vorhergesagte Gesamtenergie zu bestimmen.
  • Beim Entscheidungsblock 84 wird die für den nächsten Fahrzyklus benötigte vorhergesagte Gesamtenergie mit einem zum Optimieren der Batterielebensdauer benötigten vorbestimmten Energiepegel verglichen. Der zum Optimieren der Batterielebensdauer benötigte vorbestimmte Energiepegel stellt einen Ladepegel dar, wobei die HV-Batterie 20 beim Zurückgewinnen regenerativer Bremsenergie nicht wesentlich leistungsbeschränkt ist. Beispielsweise kann der zum Optimieren der Batterielebensdauer benötigte vorbestimmte Energiepegel dreiundneunzig Prozent (93 %) betragen. Die Fähigkeit, regenerative Bremsenergie zurückzugewinnen und sie in der HV-Batterie 20 zu speichern, kann mindestens teilweise über dem zum Optimieren der Batterielebensdauer benötigten vorbestimmten Energiepegel liegen. Das BCM 24 kann verwendet werden, um den zum Optimieren der Batterielebensdauer benötigten vorbestimmten Energiepegel zu bestimmen oder zu berechnen, auf der Basis beispielsweise der Art von HV-Batterie 20, den Arbeitscharakteristika der HV-Batterie 20 und/oder historischen Leistungsinformationen der HV-Batterie 20 wie etwa der Laderate der HV-Batterie 20 bei verschiedenen SOCs. Das VSC/PCM 26 und/oder das BCM 24 können den vorbestimmten Energiepegel vor jedem Fahrzyklus des Fahrzeugs 10 oder als einen im Speicher gespeicherten vorbestimmten Wert erhalten, je nach der Implementierung des Verfahrens und/oder der Konfiguration des Systems.
  • Wieder unter Bezugnahme auf Entscheidungsblock 84 von 4 können der Controller 42 und/oder das VSC/PCM 26 verwendet werden, um die für den nächsten Fahrzyklus benötigte vorhergesagte Gesamtenergie mit dem zum Optimieren der Batterielebensdauer benötigten vorbestimmten Energiepegel zu vergleichen. Beispielsweise kann der Controller 42 bestimmen, ob die für den nächsten Fahrzyklus benötigte vorhergesagte Gesamtenergie größer ist als der zum Optimieren der Lebensdauer der HV-Batterie 20 benötigte vorbestimmte Energiepegel. Falls die für den nächsten Fahrzyklus benötigte vorhergesagte Gesamtenergie kleiner oder gleich dem zum Optimieren der Batterielebensdauer benötigten vorbestimmten Energiepegel ist, erscheint Block 86. Falls jedoch die für den nächsten Fahrzyklus benötigte vorhergesagte Gesamtenergie größer als der zum Optimieren der Batterielebensdauer benötigte vorbestimmte Energiepegel ist, dann erscheint Block 88.
  • Bei Block 86 wird der Ziel-SOC bestimmt oder gleich einem oberen Ladepegel eines vorbestimmten Bereichs von Ladepegeln, die die Lebensdauer der HV-Batterie 20 optimieren, gesetzt. Der vorbestimmte Bereich von Ladepegeln, die die Lebensdauer der HV-Batterie 20 optimieren, stellt einen Bereich von Ladepegeln dar, wo die HV-Batterie 20 hinsichtlich Laden oder Wiederaufladen nicht leistungsbeschränkt ist und deshalb eine relativ hohe Laderate aufweist, wenn die HV-Batterie 20 von der externen Stromquelle 14 lädt. Der obere Ladepegel stellt einen Ladepegel dar, der die Lebensdauer der HV-Batterie 20 optimiert, wenn elektrischer Strom von der externen Stromquelle 14 zum Laden der HV-Batterie 20 verwendet wird. Beispielsweise kann der obere Ladepegel neunzig Prozent (90 %) eines vorbestimmten Bereichs von Ladepegeln von 10 % bis 90 % betragen. Der das Laden von der externen Stromquelle 14 betreffende obere Ladepegel kann größer oder gleich oder kleiner als der das Zurückgewinnen von regenerativer Bremsenergie betreffende vorbestimmte Energiepegel sein.
  • Wieder unter Bezugnahme auf Block 86 kann das BCM 24 verwendet werden, um den oberen Ladepegel zu bestimmen oder zu setzen, beispielsweise auf der Basis von Temperaturinformationen über die Außentemperatur des Fahrzeugs 10, die Art von HV-Batterie 20, die Arbeitscharakteristika der HV-Batterie 20, Informationen über den von der externen Stromquelle 14 gelieferten elektrischen Strom und/oder historische Leistungsinformationen der HV-Batterie 20, wie etwa Laderaten der HV-Batterie 20 bei verschiedenen SOCs. Das VSC/PCM 26 und/oder das BCM 24 können den oberen Ladepegel vor jedem Fahrzyklus des Fahrzeugs 10 erhalten. Beispielsweise können das VSC/PCM 26 und/oder das BCM 24 verschiedene potentielle Laderaten bestimmen, die erhalten werden können, um die HV-Batterie 20 während des nächsten Fahrzyklus zu laden, auf der Basis der Profile von regenerativer Bremsenergie, von der erwartet wird, dass sie zurückgewonnen und während des Abschnitts des zukünftigen Fahrzyklus verwendet wird. Außerdem können das VSC/PCM 26 und/oder das BCM 24 auf der Basis der potentiellen Laderaten während des nächsten Fahrzyklus den oberen Ladepegel für die HV-Batterie 20 berechnen. Beispielsweise kann der obere Ladepegel für die HV-Batterie 20 als umgekehrt proportional zu dem gewichteten Mittelwert der für den nächsten Fahrzyklus vorhergesagten Laderaten berechnet werden. Alternativ können das VSC/PCM 26 und/oder das BCM 24 den oberen Ladepegel als ein im Speicher gespeicherter vorbestimmter Wert in Abhängigkeit von der Implementierung des Verfahrens und/oder der Konfiguration des Systems erhalten. Weiterhin können der Controller 42 und/oder das VSC/PCM 26 verwendet werden, um den Ziel-SOC zu bestimmen oder gleich dem oberen Ladepegel zu setzen.
  • Bei Block 88 wird ein Mindestladepegel, der erforderlich ist, um die für den nächsten Fahrzyklus des Fahrzeugs 10 benötigte vorhergesagte Gesamtenergie zu erfüllen, bestimmt. Der Mindestladepegel ist ein Ladepegel, der es der HV-Batterie 20 gestattet, ausreichend elektrischen Strom an das EDS 40 zu liefern, um das Fahrzeug 10 zu seinem zukünftigen Ziel voranzutreiben, ohne die elektrische Ladung der HV-Batterie 20 unter eine vorbestimmte untere Menge wie etwa beispielsweise fünf Prozent (5 %) zu erschöpfen. Der Controller 42 und/oder das VSC/PCM 26 können verwendet werden, um auf der Basis der Informationen über das zukünftige Ziel, Energienutzungsinformationen von einem oder mehreren vorausgegangenen Fahrzyklen des Fahrzeugs 10, Zeitinformationen, aktuellen Ortsinformationen sowie anderen Informationen, die anzeigen, wie weit das Fahrzeug 10 innerhalb eines gewissen Fehlerfaktors fahren kann, ohne die HV-Batterie 20 vollständig zu erschöpfen, um ein Fahren des Fahrzeugs 10 zu blockieren, die vorbestimmte untere Menge zu bestimmen. Der Mindestladepegel kann der untere Ladepegel des vorbestimmten Bereichs von Ladepegeln, der bei Block 86 erhalten wird, sein. Der Controller 42 und/oder das VSC/PCM 26 können verwendet werden, um den Mindestladepegel zu bestimmen, der erforderlich ist, um die für den nächsten Fahrzyklus benötigte vorhergesagte Gesamtenergie zu erfüllen.
  • Bei Entscheidungsblock 90 wird bestimmt, ob vorhergesagt wird, dass ein Anfangsabschnitt des nächsten Fahrzyklus Energie primär erweitert. Wenn Energie während eines bestimmten Zeitintervalls eines Fahrzyklus des Fahrzeugs 10 primär erweitert wird, ist die verwendete Energiemenge größer als die durch regeneratives Bremsen während des bestimmten Zeitintervalls zurückgewonnene Energiemenge. Der Controller 42 und/oder das VSC/PCM 26 können auf der Basis des Profils der vorhergesagten Energienutzung und des Profils der vorhergesagten zurückgewonnenen Energie bestimmen, ob vorhergesagt wird, dass der Anfangsabschnitt des nächsten Fahrzyklus Energie primär erweitert. Beispielsweise kann der Controller 42 bestimmen, ob vorhergesagt wird, dass der Anfangsabschnitt des nächsten Fahrzyklus Energie primär erweitert, falls die Summe der vorhergesagten Energienutzung während des Anfangsabschnitts des nächsten Fahrzyklus die Summe der während des Anfangsabschnitts des nächsten Fahrzyklus vorhergesagten zurückgewonnen Energie übersteigt. Falls nicht vorhergesagt wird, dass der Anfangsabschnitt des nächsten Fahrzyklus die Energie primär erweitert, dann erscheint Block 92. Falls andererseits vorhergesagt wird, dass der Anfangsabschnitt des nächsten Fahrzyklus Energie primär erweitert, erscheint Block 94.
  • Bei Block 92 wird bestimmt, dass der Ziel-SOC über dem Mindestladepegel liegt, aber auf einem Pegel unter dem Punkt, wo regeneratives Bremsen mindestens teilweise beschränkt sein kann (z.B. unter 93%). Dadurch kann die HV-Batterie 20 während des Anfangsabschnitts des nächsten Fahrzyklus regenerative Bremsenergie zurückgewinnen. Der Controller 42 und/oder das VSC/PCM 26 können verwendet werden, um den Ziel-SOC zu bestimmen oder über den Mindestladepegel zu setzen, aber auf einen Pegel unter dem Punkt, wo regeneratives Bremsen mindestens teilweise beschränkt sein kann.
  • Bei Block 94 wird der Ziel-SOC bestimmt oder auf den Mindestladepegel gesetzt. Der Controller 42 und/oder das VSC/PCM 26 können verwendet werden, um den Ziel-SOC zu bestimmen oder auf den Mindestladepegel zu setzen.
  • Die Steuerstrategien oder die Logik, die in 3–4 gezeigt sind, können über ein oder mehrere Logikarrays und/oder einen mikroprozessorbasierten Computer oder Controller implementiert werden. Bei Implementierung durch einen mikroprozessorbasierten Controller kann die Steuerstrategie Anweisungen oder Code enthalten, die unter Verwendung einer Anzahl bekannter Strategien verarbeitet werden, wie etwa ereignisgetrieben, Interrupt-getrieben, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen. Bei primärer Implementierung in Code oder Hardwareeinrichtungen können verschiedene gezeigte Schritte oder Funktionen in der gezeigten Sequenz, in einer anderen Sequenz oder parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen entfallen. Wenngleich dies nicht explizit gezeigt ist, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass eine oder mehrere der gezeigten Funktionen je nach der jeweiligen Implementierung wiederholt durchgeführt werden können. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erzielen, wird aber zur Erleichterung der Darstellung und Beschreibung vorgelegt.
  • Die Steuerlogik kann in Software, Hardware oder einer Kombination aus Software und Hardware in einem oder mehreren Controllern und/oder Elektronikeinrichtungen je nach der jeweiligen Anwendung implementiert werden. Bei Implementierung in Software wird die Steuerlogik bevorzugt in einem oder mehreren computerlesbaren Speichermedien mit gespeicherten Daten bereitgestellt, die Code oder Anweisungen darstellen, die von einem Computer zum Steuern des Ladens ausgeführt werden. Die computerlesbaren Speichermedien können ein oder mehrere einer Anzahl bekannter physischer Einrichtungen beinhalten, die elektrische, magnetische, optische und/oder Hybridspeicherung nutzen, um ausführbare Anweisungen und assoziierte Kalibrierungsinformationen, Arbeitsvariablen und dergleichen zu halten.
  • Unter Bezugnahme auf 5 zeigt ein Diagramm Ladepegel der HV-Batterie 20 und Leistungsnutzungspegel des Fahrzeugs 10 zu verschiedenen Zeiten während eines Fahrzyklus, der mit der HV-Batterie 20 auf einem Ladepegel von 100 % beginnt. Der Fahrzyklus von 5 weist eine Dauer von etwa 1000 Sekunden auf. Wie zwischen –100 und 0 Sekunden gezeigt (d.h. vor dem Fahrzyklus) ist die HV-Batterie 20 „auf Ladung“ und elektrischer Strom wird von der externen Stromquelle 14 zu der HV-Batterie 20 übertragen, um den SOC der HV-Batterie 20 von 80 % bei –100 Sekunden auf 100 % zur Zeit null zu erhöhen.
  • Wie in 5 gezeigt, ist das Fahrzeug 10 „nicht auf Ladung“ zwischen 0 und 350 Sekunden und weist einen Fahrzyklus auf, der durch sieben Beschleunigungs- und sechs Bremssequenzen, ein stetiges Beschleunigungsleistungsintervall zwischen 350 und 800 Sekunden und dann vier Brems- und drei Beschleunigungssequenzen zwischen 800 und 1000 Sekunden gekennzeichnet ist.
  • 6 ist ein Diagramm, das einen Anfangsabschnitt des in 5 gezeigten Fahrzyklus zeigt. Während der Anfangsabschnitt des Fahrzyklus so gezeigt ist, dass er eine Dauer von etwa 300 Sekunden aufweist, kann der Anfangsabschnitt eine längere oder kürzere Dauer aufweisen. Der Controller 42 und/oder das VSC/PCM 26 können die Dauer des Anfangsabschnitts des Fahrzyklus des Fahrzeugs 10 auf der Basis verschiedener Informationen wie etwa den vorhergesagten Profilen der Energienutzung und zurückgewonnenen Energie bestimmen.
  • Wie in 5–6 gezeigt, gewinnt die HV-Batterie 20 während der ersten beiden Stopps des Fahrzeugs 10, wo die verfügbare absolute Bremsleistung ansteigt (z.B. zwischen 20 und 100 Sekunden) nicht alle regenerative Bremsenergie zurück. Die HV-Batterie 20 gewinnt möglicherweise nicht alle regenerative Bremsenergie zurück, und zwar weil die HV-Batterie 20 ladungsbeschränkt ist. Die HV-Batterie 20 ist über einem SOC von 93 % ladungsbeschränkt, wie in 6 gezeigt, und weist deshalb eine reduzierte oder beschränkte Laderate auf, so dass die HV-Batterie 20 ihren SOC unter Verwendung regenerativer Bremsenergie erhöhen kann.
  • Wie in den 5–6 gezeigt, beträgt die zurückgewonnene Bremsleistung etwa null zwischen 20 und 50 Sekunden, und deshalb beträgt die Laderate der HV-Batterie 20 etwa null. Zwischen 70 und 100 Sekunden nimmt der SOC der HV-Batterie 20 ab, wie etwa wenn die HV-Batterie 20 Beschleunigungsleistung zum Antreiben des Elektromotors 32 und/oder des Stromgenerators 30 liefert und die HV-Batterie 20 ist weniger ladungsbeschränkt als zwischen 20 und 50 Sekunden. Folglich kann die HV-Batterie 20 einige regenerative Bremsenergie oder „zurückgewonnene Bremsleistung“ zwischen 70 und 100 Sekunden zurückgewinnen, aber nicht so viel regenerative Bremsenergie während der Stopps drei, vier, fünf und sechs, die zwischen 120 und 300 Sekunden auftreten, wie in 5–6 gezeigt. Der SOC der HV-Batterie 20 wird während der Stopps drei, vier, fünf und sechs auf einen Pegel reduziert, wo die HV-Batterie 20 nicht ladungsbeschränkt ist. Wenn die HV-Batterie 20 nicht ladungsbeschränkt ist, besitzt die HV-Batterie 20 die volle Ladeleistungsfähigkeit und kann regenerative Bremsenergie mit ihrer höchsten Laderate zurückgewinnen. Somit stimmt, wie während der Stopps drei, vier, fünf und sechs gezeigt, die zurückgewonnene Bremsleistung mit der verfügbaren Bremsleistung überein, so dass die HV-Batterie 20 im Wesentlichen alle während des Fahrzyklus zur Verfügung stehende potentielle regenerative Bremsenergie zurückgewinnen kann.
  • 7 ist ein Diagramm ähnlich 5, sie zeigt aber die HV-Batterie bei einem Ladepegel von 90 % vor dem Starten des Fahrzyklus gemäß einer Ausführungsform. Wie 5 weist der Fahrzyklus von 7 eine Dauer von etwa 1000 Sekunden auf, wobei das Zeitintervall zwischen –100 und 0 Sekunden darstellt, wann die HV-Batterie 20 „auf Ladung“ ist, wobei elektrischer Strom von der externen Stromquelle 14 zu der HV-Batterie 20 übertragen wird, um den SOC der HV-Batterie 20 zu erhöhen. Im Gegensatz zu 5, wo der SOC der HV-Batterie 20 von 80 % auf 100 % zunimmt, zeigt das Diagramm von 7 eine Zunahme des SOC der HV-Batterie 20 von 70 % auf 90 %.
  • 8 ist ein Diagramm, das einen Anfangsabschnitt des Diagramms von 7 darstellt, der die HV-Batterie 20 zeigt, die während der ersten beiden Stopps des Fahrzeugs 10 im Wesentlichen alle regenerative Bremsenergie zurückgewinnt, ohne dass die HV-Batterie 20 ladebeschränkt ist, wie in 5–6.
  • Wie in 7–8 gezeigt, ist das Fahrzeug 10 zwischen 0 und 350 Sekunden „nicht auf Ladung“ und weist einen Fahrzyklus auf, der durch sieben Beschleunigungs- und sechs Bremssequenzen, ein stetiges Beschleunigungsleistungsintervall zwischen 350 und 800 Sekunden und dann vier Brems- und drei Beschleunigungssequenzen zwischen 800 und 1000 Sekunden gekennzeichnet ist. Die HV-Batterie 20 ist jedoch beim Start des Fahrzyklus nicht auf voller Kapazität, wodurch die HV-Batterie 20 regenerative Bremsenergie mit ihrer maximalen Laderate an jedem der Stopps in dem in 7 gezeigten Fahrzyklus zurückgewinnen kann. Folglich ist die HV-Batterie 20 nicht ladungsbeschränkt. Somit stimmt die zurückgewonnene Bremsleistung, wie während der Stopps eins bis sechs gezeigt, mit der verfügbaren Bremsleistung überein, und die HV-Batterie 20 kann fast die ganze potentielle regenerative Bremsenergie zurückgewinnen. Als Ergebnis kann die während der Stopps 1 bis 6 verwendete Nettoenergie etwa 0,5 kWh betragen, wenn fast die ganze potentielle regenerative Bremsenergie zurückgewonnen wird, wie in 8 bei 300 Sekunden gezeigt. Vergleichsweise kann die während der Stopps eins bis sechs verwendete Nettoenergie etwa 0,6 kWh betragen, wenn die potentielle regenerative Bremsenergie nicht vollständig zurückgewonnen werden kann, wie in 6 bei 300 Sekunden gezeigt. Dementsprechend kann die für den ganzen Fahrzyklus verwendete Netto- oder Gesamtenergie etwa 2,8 kWh betragen, wenn fast die ganze potentielle regenerative Bremsenergie zurückgewonnen wird, wie in 7 bei 1000 Sekunden gezeigt, und etwa 2,9 kWh, wenn die potentielle regenerative Bremsenergie nicht vollständig zurückgewonnen werden kann, wie in 6 bei 1000 Sekunden gezeigt. Dieses Ergebnis einer geringeren Energienutzung für einen bestimmten Fahrzyklus betont einen der potentiellen Vorteile des Nichtladens auf SOC-Pegel während „auf Ladung“, was eine regenerative Bremsladerate bei dem Anfangsabschnitt des Fahrzyklus beschränken kann.
  • Während oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass die Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Patentschrift verwendeten Wörter Wörter der Beschreibung anstatt der Beschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale verschiedener implementierender Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung auszubilden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Elektrofahrzeug
    12
    Ladesystem
    14
    Externe Stromquelle
    16
    Ladeport
    18
    Ladestecker
    20
    HV-Speicherbatterie
    22
    Antriebsräder
    24
    Batteriesteuermodul (BCM = Battery Control Modul)
    26
    VSC/PCM (VSC = Vehicle System Controller = Fahrzeugsystemcontroller/ PCM = Powertrain Control Modul = Antriebsstrangsteuermodul)
    28
    Verbrennungsmotor
    30
    Stromgenerator
    32
    Elektromotor
    34
    Achsgetriebe
    36
    Planetenradsatz
    38
    Zahnradsatz
    40
    HV(Hochspannungs)-Stromverteilungssystem EDS (= Electrical Distribution System)
    42
    Controller
    44
    (Fahrzeug-)Datenbus
    46
    Achsgetriebesteuerungsmodul (TCM = Transaxle Control Module)
    48
    Verbrennungsmotorsteuereinheit (ECU = Engine Control Unit)
    50
    Flussdiagramm
    52
    Ist Fahrzeug aus?
    54
    Ist Batterie auf Ladung von externer Stromquelle?
    56
    Zielstatus der Ladung bestimmen (SOC)
    58
    Aktueller SOC der Batterie
    60
    Ist aktueller SOC der Batterie ≥ Ziel-SOC?
    62
    Batterie laden
    64
    Laden der Batterie stoppen
    70
    Flussdiagramm
    72
    Bestimmen des Profils der vorhergesagten Energienutzung und des Profils der vorhergesagten zurückgewonnenen Energie
    74
    Information über ein zukünftiges Ziel
    76
    Vorausgegangene Fahrzyklusenergienutzung
    78
    Zeitinformationen
    80
    Aktuelle Informationen (z.B. geschätzt oder aus GPS)
    82
    Bestimmen der für den nächsten Fahrzyklus benötigten vorhergesagten Gesamtenergie
    84
    Ist benötigte vorhergesagte Gesamtenergie > zum Optimieren der Batterielebensdauer benötigter Energiepegel?
    86
    Bestimmen des Ziel-SOC als dem oberen Ladepegel von Ladepegeln für optimierte Batterielebensdauer (z.B. 90 %)
    88
    Bestimmen des Mindestladepegels, der erforderlich ist, um die für den nächsten Fahrzyklus benötigte vorhergesagte Gesamtenergie zu erfüllen
    90
    Ist vorhergesagt, dass der Anfangsabschnitt des nächsten Fahrzyklus die Energie primär erweitert?
    92
    Bestimmen des Ziel-SOC als unter einem Pegel, wo regeneratives Bremsen mindestens teilweise beschränkt sein kann (z.B. kleiner als 93 %) und über einem Pegel, der benötigt wird, um die für den nächsten Fahrzyklus erforderliche vorhergesagte Gesamtenergie zu erfüllen
    94
    Setzen des Zielladepegels auf Pegel, der erforderlich ist, um die für den nächsten Fahrzyklus benötigte vorhergesagte Gesamtenergie zu erfüllen

Claims (3)

  1. Verfahren zum Laden einer Fahrzeugantriebsbatterie vor dem Beginn eines Fahrzyklus, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Laden der Batterie von einer Stromquelle außerhalb des Elektrofahrzeugs auf der Basis eines Profils an regenerativer Bremsenergie, von der erwartet wird, dass sie während eines Abschnitts eines zukünftigen Fahrzyklus des Fahrzeugs wiedergewonnen wird, und eines Profils an Energie, von der erwartet wird, dass sie von der Batterie während des Abschnitts des zukünftigen Fahrzyklus verwendet wird.
  2. System, das Folgendes umfasst: mindestens eine Logikeinrichtung, die konfiguriert ist, einen Zielladezustand (SOC) zum Laden einer Speicherbatterie in einem Elektrofahrzeug vor dem Starten eines Fahrzyklus des Fahrzeugs unter Verwendung von elektrischem Strom von einer Stromquelle außerhalb des Elektrofahrzeugs zu bestimmen, wobei der Ziel-SOC auf einem Profil an regenerativer Bremsenergie basiert, von der erwartet wird, dass sie während eines Abschnitts eines zukünftigen Fahrzyklus des Fahrzeugs zurückgewonnen wird, und einem Profil an Energie, von der erwartet wird, dass sie von der Batterie während des Abschnitts des zukünftigen Fahrzyklus verwendet wird.
  3. System nach Anspruch 2, wobei die Logikeinrichtung ein Controller ist mit einem Prozessor, der dahingehend arbeiten kann, Softwareanweisungen auszuführen, einem Computerspeicher, der arbeiten kann, Softwareanweisungen zu speichern, auf die der Prozessor zugreifen kann, und einer Menge von Softwareanweisungen, die in dem Speicher gespeichert sind, um den Ziel-SOC zum Laden der Speicherbatterie unter Verwendung externen Stroms von der externen Stromquelle zu bestimmen.
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