DE102012205852A1

DE102012205852A1 - Verfahren und System zum Erwärmen einer Fahrzeugbatterie

Info

Publication number: DE102012205852A1
Application number: DE201210205852
Authority: DE
Inventors: Jonathan R. Schwarz; Gregory E. Smith; Damon R. Frisch; Ian L. Hanna; Brian J. Koch
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2032-04-12
Also published as: US20120261397A1; DE102012205852B4; US9340121B2; CN102738537A; CN102738537B

Abstract

Ein Verfahren und ein System zum Erwärmen einer Fahrzeugbatterie wie z. B. des Typs, der für den Fahrzeugantrieb in einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) verwendet wird. In Abhängigkeit von der beteiligten Batteriechemie können solche Batterien in äußerst kalten Umgebungen nicht gut arbeiten. Eine Lithiumionen-Batterie kann beispielsweise einen hohen internen Widerstand aufweisen, wenn die Batterie äußerst kalt ist, was sich wiederum negativ auf die verfügbare Leistung oder andere Fähigkeiten der Batterie auswirken kann. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform nutzen das Verfahren und das System den hohen internen Widerstand in einer kalten Fahrzeugbatterie durch absichtliches zyklisches Leiten von elektrischem Strom in die und/oder aus der Batterie, so dass Wärme erzeugt wird. Diese Wärme wärmt die Fahrzeugbatterie auf und verbessert dadurch ihre gesamte Leistungsfähigkeit und Fähigkeiten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Fahrzeugbatterien und insbesondere auf Fahrzeugbatterien, die im Fahrzeugantrieb verwendet werden.
HINTERGRUND
In Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEVs), Elektrofahrzeugen mit erweiterter Reichweite (EREVs), Batterie-Elektrofahrzeugen (BEVs) und anderen Typen von Fahrzeugen, die Hochspannungsbatterien für die Zwecke des Fahrzeugantriebs verwenden, kann der Zustand oder die Bedingung der Batterie für die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs wichtig sein. Es gibt eine Anzahl von verschiedenen Batteriebedingungen, die sich auf die Batterieleistungsfähigkeit auswirken können, einschließlich der Batterietemperatur. Bestimmte Batterietypen – wie jene auf der Basis von Lithiumionenchemien – können beispielsweise durch äußerst kalte Temperaturen negativ beeinflusst werden, da solche Temperaturen den internen Widerstand innerhalb der Batterie erhöhen können. Wenn die Batterietemperatur kalt genug ist, kann es sein, dass diese Typen von Batterien elektrische Leistung nicht ausreichend annehmen oder liefern können, was wiederum ihre Leistungsfähigkeit beeinflussen kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zum Erwärmen einer Fahrzeugbatterie geschaffen, die für den Fahrzeugantrieb verwendet wird. Das Verfahren kann die Schritte umfassen: (a) Erfassen einer oder mehrerer Batteriebedingungen mit Batteriesensoren, wobei die Batteriebedingungen eine Batterietemperatur umfassen; (b) Vergleichen der Batterietemperatur mit einem Temperaturschwellenwert; und (c) wenn die Batterietemperatur geringer ist als der Temperaturschwellenwert, Verwenden eines Aufladungsvorgangs und/oder eines Entladungsvorgangs, um die Batterietemperatur zu erhöhen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Erwärmen einer Fahrzeugbatterie, die für den Fahrzeugantrieb verwendet wird, geschaffen. Das Verfahren kann die Schritte umfassen: (a) Erfassen von einer oder mehreren Batteriebedingungen mit Batteriesensoren, wobei die Batteriebedingungen eine Batterietemperatur umfassen; (b) Vergleichen der Batterietemperatur mit einem Temperaturschwellenwert; und (c) wenn die Batterietemperatur geringer ist als der Temperaturschwellenwert, zyklisches Leiten von elektrischem Strom in die und aus der Fahrzeugbatterie, so dass der interne Widerstand der Fahrzeugbatterie bewirkt, dass der elektrische Strom die Batterietemperatur erhöht.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein System zum Erwärmen einer Fahrzeugbatterie geschaffen. Das System kann eine Fahrzeugbatterie, einen Generator, der mit der Fahrzeugbatterie elektrisch gekoppelt ist, einen Motor, der mit der Fahrzeugbatterie elektrisch gekoppelt ist, und ein Steuermodul, das mit der Fahrzeugbatterie elektronisch gekoppelt ist, umfassen. Wenn eine Batterietemperatur geringer ist als ein Temperaturschwellenwert, dann bewirkt das Steuermodul, dass der Generator und/oder der Motor elektrischen Strom mit der Fahrzeugbatterie austauscht bzw. austauschen, so dass der elektrische Strom und ein interner Widerstand in der Fahrzeugbatterie die Batterietemperatur erhöhen.
ZEICHNUNGEN
Bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen werden nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:
1 ein Blockdiagramm ist, das zumindest einen Teil eines beispielhaften Hybrid-Elektrofahrzeugs (HEV) darstellt; und
2 ein Ablaufplan ist, der ein beispielhaftes Verfahren zum Erwärmen einer Fahrzeugbatterie darstellt, die bei dem in 1 gezeigten beispielhaften HEV verwendet werden kann.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Das hier beschriebene Verfahren kann verwendet werden, um eine Fahrzeugbatterie zu erwärmen, wie z. B. den für den Fahrzeugantrieb in einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) verwendeten Typ. In Abhängigkeit von der beteiligten Batteriechemie können solche Batterien in äußerst kalten Umgebungen nicht gut arbeiten. Eine Lithiumionen-Batterie kann beispielsweise einen hohen internen Widerstand aufweisen, wenn die Batterie äußerst kalt ist, was sich wiederum auf die verfügbare Leistung oder andere Fähigkeiten der Batterie negativ auswirken kann. Eine verminderte Batterieleistung kann sich auf den Elektromodusantrieb auswirken, regeneratives Bremsen erschweren oder sich auf die Kraftstoffsparsamkeit des Fahrzeugs negativ auswirken, um einige Möglichkeiten zu nennen. Diese Typen von Batterien liefern überdies häufig Leistung nicht nur für den Antrieb, sondern auch zum Betreiben von Getriebekomponenten wie Kupplungen und Zahnrädern während des Schaltens und anderer schneller Übergangsereignisse. Wenn die verfügbare Batterieleistung signifikant vermindert ist, dann kann die Fahrbarkeit des Fahrzeugs auch negativ beeinflusst werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform nutzt das vorliegende Verfahren den hohen internen Widerstand in einer kalten Fahrzeugbatterie durch absichtliches zyklisches Leiten von elektrischem Strom in die und/oder aus der Batterie, so dass Wärme erzeugt wird. Diese Wärme wärmt die Fahrzeugbatterie auf und verbessert dadurch ihre Gesamtleistungsfähigkeit und Fähigkeiten.
Es sollte erkannt werden, dass, obwohl die nachstehend beschriebene Ausführungsform im Zusammenhang mit einem beispielhaften Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) vorgesehen ist, das vorliegende Verfahren bei einem beliebigen Typ von Fahrzeug verwendet werden kann, das eine Batterie für die Zwecke des Fahrzeugantriebs verwendet, und nicht auf irgendeinen speziellen Typ begrenzt ist. Das vorliegende Verfahren kann beispielsweise bei Einsteck-Hybrid-Elektrofahrzeugen (PHEVs), Elektrofahrzeugen mit erweiterter Reichweite (EREVs), Reihenhybriden, parallelen Hybriden, Mischhybriden, starken Hybriden, Hybriden mit zwei Modi, rein elektrischen Batterie-Elektrofahrzeugen (BEVs) und/oder irgendeinem Fahrzeug mit einer Batterie, die für den Fahrzeugantrieb verwendet wird, um einige Möglichkeiten zu nennen, verwendet werden.
In 1 ist ein beispielhaftes Hybridsystem 10 zur Verwendung in einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) gezeigt. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform umfasst das System 10 einen oder mehrere Elektromotoren 14, eine Brennkraftmaschine 16, ein Hybridgetriebe 18, eine Leistungsverzweigungsvorrichtung 20, einen Generator 22, einen Inverter 24, eine Hochspannungs-Fahrzeugbatterie 26, ein Leistungsmodul 28, einen Drosselklappensensor 30, einen Bremssensor 32 und ein Hybrid-Steuermodul 40. Der Fachmann erkennt, dass das beispielhafte System 10 mehr, weniger oder eine andere Kombination von Komponenten, Vorrichtungen und/oder Modulen als die hier schematisch gezeigten umfassen kann und dass das vorliegende System und Verfahren nicht auf diese spezielle Ausführungsform begrenzt sind. Eine oder mehrere der Komponenten, Vorrichtungen und/oder Module, die in 1 gezeigt sind, können mit anderen Teilen des Hybrid-Elektrofahrzeugs integriert oder anderweitig kombiniert sein, da das Blockdiagramm in dieser Figur nur allgemein und schematisch eine potentielle Hybridsystemanordnung darstellen soll.
Im Allgemeinen verwendet das Hybridsystem 10 den Elektromotor 14 und/oder die Kraftmaschine 16, um über einen beispielhaften Hybrid-Antriebsstrang 50 die Räder anzutreiben und daher das Fahrzeug anzutreiben. Der hier gezeigte Hybrid-Antriebsstrang 50 umfasst im Allgemeinen einen oder mehrere Elektromotor(en) 14, eine Kraftmaschine 16, ein Hybridgetriebe 18, eine Leistungsverzweigungsvorrichtung 20, einen Generator 22 und einen Inverter 24. Da jede von diesen Komponenten auf dem Fachgebiet im Allgemeinen bekannt und verstanden ist, wurde eine kurze Erläuterung der beispielhaften Hybrid-Antriebsstrangkomponenten anstelle eines ausführlichen Vortrags ihrer Struktur und Funktionalität vorgesehen.
Der Elektromotor 14 kann das Hybrid-Elektrofahrzeug unter Verwendung von elektrischer Leistung, die in der Hochspannungs-Fahrzeugbatterie 26 gespeichert ist, antreiben und kann einen beliebigen Typ von geeignetem, auf dem Fachgebiet bekanntem Elektromotor umfassen. Obwohl 1 schematisch den Elektromotor 14 als diskrete Vorrichtung darstellt, können andere Ausführungsformen, einschließlich jener, die den Elektromotor mit dem Hybridgetriebe, dem Generator usw. integrieren oder anderweitig kombinieren, auch verwendet werden. Die Kraftmaschine 16 kann das Hybrid-Elektrofahrzeug unter Verwendung von herkömmlichen Verbrennungstechniken antreiben und kann einen beliebigen geeigneten Typ von Kraftmaschine, die auf dem Fachgebiet bekannt ist, umfassen. Einige Beispiele von geeigneten Kraftmaschinen umfassen Benzin-, Diesel-, Ethanol- und Flex-Fuel-Kraftmaschinen sowie Varianten der Brennkraftmaschine wie z. B. die Kreiskolbenkraftmaschine. Das Hybridgetriebe 18 und die Leistungsverzweigungsvorrichtung 20 helfen, eine mechanische Ausgangsleistung vom Elektromotor 14 und/oder von der Kraftmaschine 16 auf die Fahrzeugräder sowie von den Fahrzeugrädern auf den Generator 22 zu übertragen. Die Leistungsverzweigungsvorrichtung 20 kann beispielsweise selektiv Leistung von der Kraftmaschine 16 zum Hybridgetriebe 18 während des Fahrzeugantriebs lenken und kann Leistung von den Fahrzeugrädern zum Generator 22 während des regenerativen Bremsens lenken. Der Generator 22 verwendet eine mechanische Bewegung, die durch die Leistungsverzweigungsvorrichtung 20 geliefert wird, um elektrische Leistung zum Aufladen der Hochspannungs-Fahrzeugbatterie 26, zum Betreiben von elektrischen Zubehörteilen innerhalb des Fahrzeugs usw. zu erzeugen. Eine beliebige Anzahl von geeigneten Generatoren, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, kann verwendet werden. Der Inverter 24 wandelt Energie in einer Form in eine andere Form um und überträgt die umgewandelte Energie zu einem Ziel wie z. B. zur Hochspannungs-Fahrzeugbatterie 26 oder zum Elektromotor 14 (z. B. kann Wechselspannung vom Generator in Gleichspannung für die Hochspannungs-Fahrzeugbatterie umgewandelt werden). Wiederum soll die vorangehende Beschreibung des beispielhaften Hybrid-Antriebsstrangs 50 nur eine potentielle Hybridanordnung darstellen und zwar in allgemeiner Weise. Eine beliebige Anzahl von anderen Hybridanordnungen, einschließlich jener, die sich signifikant von der in 1 gezeigten unterscheiden, kann stattdessen verwendet werden.
Die Hochspannungs-Fahrzeugbatterie 26 speichert elektrische Energie, die verwendet werden kann, um das Fahrzeug über den Elektromotor 14 anzutreiben, und kann ein beliebiger geeigneter auf dem Fachgebiet bekannter Batterietyp sein. Beispiele von geeigneten Batterietypen umfassen beispielsweise alle Typen von Lithiumionen- (z. B. Lithiumeisenphosphat, Lithiumnickelmangankobalt, Lithiumeisensulfid und Lithiumpolymer usw.), Bleisäure-, fortschrittliche Bleisäure-, Nickelmetallhydrid- (NiMH), Nickelcadmium- (NiCd), Zinkbromid-, Natriumnickelchlorid- (NaNiCl), Zink-Luft-, Vanadium-Redox- und andere Batterien. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Hochspannungs-Fahrzeugbatterie 26 einen Lithiumionen-Batteriesatz 60 mit einer Anzahl von individuellen Batteriezellen und eine Sensoreinheit 62. Der Batteriesatz 60 kann ungefähr 40–600 V in Abhängigkeit von seiner speziellen Konstruktion und Anwendung liefern. Ein schweres Fahrzeug wie z. B. ein Lastwagen, der ein Hybridsystem mit zwei Modi verwendet, kann beispielsweise einen Hochspannungs-Batteriesatz erfordern, der in der Lage ist, etwa 500 V zu liefern, wobei ein leichteres Fahrzeug nur etwa 200 V erfordern kann. In einer anderen Ausführungsform kann das Hybridsystem 10 ein System vom Typ des riemengetriebenen Starter-Generators (BAS) sein und folglich nur einen Batteriesatz erfordern, der etwa 40–110 V liefert. In jedem Fall kann der Batteriesatz 60 so ausgelegt sein, dass er wiederholten Aufladungs- und Entladungszyklen standhält, und kann elektrische Energie vom Generator 22 über den Inverter 24 empfangen. Der Batteriesatz 60 kann beispielsweise elektrische Energie zum Elektromotor 14 über den Inverter 24 liefern oder er kann Energie zum Motor direkt liefern.
Die Sensoreinheit 62 kann bestimmte Aufladungs- und/oder Entladungsfunktionen in Bezug auf den Batteriesatz 60 erfassen, überwachen, bewerten, steuern, managen usw. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Sensoreinheit 62 ein Batteriesatz-Steuermodul (BPCM), das in die Fahrzeugbatterie 26 integriert ist und einen oder mehrere Batteriesensor(en), die mit dem Batteriesatz 60 gekoppelt sind, sowie Verarbeitungs- und Speicherressourcen umfasst. Die Batteriesensoren können Temperatur-, Ladungszustands- (SOC), Spannungs- und/oder Stromsensoren sowie einen beliebigen anderen geeigneten Batteriesensor umfassen und Messwerte liefern, die von der Sensoreinheit selbst verarbeitet und/oder zu anderen Vorrichtungen, Komponenten, Modulen usw. weitergeleitet werden können. Verschiedene Batteriebedingungen können beispielsweise durch die Sensoreinheit 62 erfasst, verarbeitet und gespeichert und dann zum Steuermodul 40 in der Form irgendeines Typs von Signal übertragen werden. Obwohl der Batteriesatz 60 und die Sensoreinheit 62 hier als in eine einzelne Komponente integriert schematisch gezeigt sind, sollte erkannt werden, dass andere Ausführungsformen beispielsweise das Anbringen der Sensoreinheit außerhalb des Batteriesatzes und das Verbinden der am Batteriesatz angebrachten Sensoren mit der Sensoreinheit über irgendeinen Typ von Kommunikationsmedium beinhalten können.
Das Leistungsmodul 28 koppelt Systeme des Fahrzeugs mit hoher und niedriger Spannung miteinander und kann eine Anzahl von verschiedenen Funktionen in dieser Kapazität durchführen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Leistungsmodul 28 ein Zubehörleistungsmodul (APM), das mit sowohl Hoch- als auch Niederspannungsbussen im Fahrzeug elektrisch gekoppelt ist, so dass elektrische Energie dazwischen ausgetauscht werden kann. Das Leistungsmodul 28 kann eine beliebige Kombination von Verarbeitungs- und Speicherressourcen sowie Transformatoren und/oder andere elektrische Komponenten umfassen, die zum Übertragen oder Austauschen von elektrischer Energie zwischen verschiedenen Komponenten, Vorrichtungen, Modulen usw. des Hybridsystems 10 verwendet werden. Einige Beispiele von möglichen Leistungsmodulfunktionen umfassen das Heruntertransformieren der Gleichspannung vom Inverter 24 und Verwenden derselben, um eine Niederspannungs-Batterieeinheit aufzuladen, und das Heruntertransformieren der Gleichspannung von der Hochspannungs-Fahrzeugbatterie 26 und Verwenden derselben, um die Niederspannungs-Batterieeinheit aufzuladen. In einigen Ausführungsformen kann das Leistungsmodul 28 als Ersatz für eine herkömmliche Fahrzeuglichtmaschine vorgestellt werden, außer dass es Energie zu einer Niederspannungs-Batterieeinheit zuführen kann, selbst wenn die Fahrzeugkraftmaschine ausgeschaltet ist. Es ist möglich, dass das Leistungsmodul 28 beispielsweise mit dem Inverter 24 kombiniert oder anderweitig integriert ist.
Der Drosselklappensensor 30 liefert ein Drehmomentanforderungssignal, das im Allgemeinen die Position, die Bewegung, die ausgeübte Kraft und/oder den Zustand des Fahrpedals darstellt. Folglich stellt das Drehmomentanforderungssignal im Allgemeinen die Beschleunigung oder das Drehmoment dar, die/das durch den Fahrer angefordert wird. Der Fachmann erkennt, dass eine Anzahl von verschiedenen Typen von Drosselklappensensoren verwendet werden könnte; diese umfassen Sensoren vom kontaktlosen Typ (z. B. optische Sensoren, elektromagnetische Sensoren usw.), Sensoren vom Kontakttyp (z. B. Potentiometer, Kontaktschalter usw.) sowie jene, die die Kraft messen, die der Fahrer auf das Fahrpedal ausübt, um einige zu nennen. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Drosselklappensensor 30 einen Sensor vom kontaktlosen Typ mit einem Hall-Effekt-Element, das mit dem Fahrpedal betriebsfähig gekoppelt ist, so dass es die aktuelle Position, die aktuelle Drehgeschwindigkeit und/oder den aktuellen Zustand des Fahrpedals bestimmen kann. In einer Drive-by-Wire-Anwendung kann der Drosselklappensensor 30 in einen Fahrpedalsimulator oder -emulator integriert sein, der das erwartete mechanische Gefühl des Fahrpedals an den Fahrer übermittelt sowie ein Drehmomentanforderungssignal liefert. Es ist nicht erforderlich, dass das Drehmomentanforderungssignal von einem Drosselklappensensor kommt, der mit einem tatsächlichen Fahrpedal gekoppelt ist; in einigen Fällen könnte ein elektronisches Modul wie z. B. eines, das einen Tempomat aufnimmt, ein Drehmomentanforderungssignal liefern.
Der Bremssensor 32 liefert ein Bremssignal, das im Allgemeinen die Position, die Bewegung, die ausgeübte Kraft und/oder den Zustand des Bremssignals darstellt. Folglich stellt das Bremssignal im Allgemeinen die Bremsabsicht des Fahrers dar. Irgendeine Anzahl von verschiedenen Typen von Bremssensoren kann verwendet werden; diese umfassen Sensoren vom kontaktlosen Typ (z. B. optische Sensoren, elektromagnetische Sensoren usw.), Sensoren vom Kontakttyp (z. B. Potentiometer, Kontaktschalter usw.) sowie jene, die die Kraft messen, die der Fahrer auf das Bremspedal ausübt, um einige zu nennen. In einer Brake-by-Wire-Anwendung kann der Bremssensor 32 in einen Bremspedalsimulator oder -emulator integriert sein, der das erwartete mechanische Gefühl des Bremspedals an den Fahrer übermittelt sowie ein Bremssignal liefert.
Das Hybrid-Steuermodul 40 erfasst Informationen vom ganzen Hybridsystem 10 und kann einen oder mehrere elektronische Befehle ausführen, um bestimmte Aspekte des Betriebs des Hybridsystems zu steuern. Das Steuermodul 40 kann mit der Fahrzeugbatterie 26 zum Empfangen von einem oder mehreren Batteriesensorsignalen, mit dem Leistungsmodul 28 zum Empfangen eines Leistungsmodulsignals, mit dem Drosselklappen- und dem Bremssensor 30, 32 zum Empfangen von Drehmomentanforderungs- bzw. Bremsanforderungssignalen und/oder mit anderen Vorrichtungen im Hybridsystem 10 elektronisch gekoppelt sein. Das Steuermodul 40 kann Messwerte, Daten, Informationen Signale usw. empfangen und/oder es kann Befehle, Anweisungen, Signale usw. senden. Das Steuermodul 40 kann natürlich mit anderen Komponenten, Vorrichtungen, Modulen usw. gekoppelt sein und/oder Informationen von diesen empfangen und das Steuermodul 40 kann mit anderen Teilen des Hybrid-Elektrofahrzeugs integriert oder anderweitig kombiniert sein. In einem Beispiel umfasst das Steuermodul einen Hybrid-Steuerprozessor (HCP) und ist mit einem Kraftmaschinensteuermodul (nicht dargestellt) gekoppelt.
Das Steuermodul 40 kann eine beliebige Vielfalt von elektronischen Verarbeitungsvorrichtungen, Speichervorrichtungen, Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen (E/A-Vorrichtungen) und/oder anderen bekannten Komponenten umfassen und kann verschiedene auf die Steuerung und/oder Kommunikation bezogene Funktionen durchführen. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Steuermodul 40 eine elektronische Speichervorrichtung 70, die verschiedene Sensormesswerte (z. B. Batterietemperatur-, Batterie-SOC-, Batteriespannungs-, Batteriestromsensormesswerte), Nachschlagetabellen oder andere Datenstrukturen, Algorithmen usw. speichert. Die Speichervorrichtung 70 kann auch dauerhafte Eigenschaften und Hintergrundinformationen speichern, die Batterie-Ladungszustandsgrenzen (Batterie-SOC-Grenzen), Batteriespannungsgrenzen, Batteriestromgrenzen, Batterietemperaturgrenzen, Temperaturprofile usw. betreffen. In der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform umfasst das Steuermodul 40 auch eine elektronische Verarbeitungsvorrichtung 72 (z. B. einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) usw.), die Befehle für Software, Firmware, Programme, Algorithmen, Skripten usw. ausführt, die in der Speichervorrichtung 70 gespeichert sind und die hier beschriebenen Prozesse und Verfahren lenken können. Das Steuermodul 40 kann mit anderen Fahrzeugvorrichtungen und -modulen über eine geeignete Fahrzeug-Kommunikationsverbindung elektronisch verbunden sein und kann mit ihnen zusammenwirken, wenn es erforderlich ist. Diese sind natürlich nur einige der möglichen Anordnungen, Funktionen und Fähigkeiten des Steuermoduls 40, da andere Ausführungsformen auch verwendet werden könnten.
In Abhängigkeit von der speziellen Ausführungsform kann das Steuermodul 40 ein eigenständiges elektronisches Fahrzeugmodul (z. B. ein Hybrid-Steuermodul (HCM), ein integriertes Fahrzeugsteuermodul (VCIM), ein Traktionsleistungs-Invertermodul (TIPM), ein Batterieleistungs-Invertermodul (BPIM), ein Teil einer Instrumentengruppe selbst, ein Kraftmaschinensteuermodul (ECM) usw.) sein, es kann in ein anderes elektronisches Fahrzeugmodul (z. B. ein Antriebsstrang-Steuermodul oder ein Hybrid-Steuermodul) integriert oder darin enthalten sein, oder es kann ein Teil eines größeren Netzes oder Systems (z. B. eines Batterie-Managementsystems (BMS), eines Fahrzeugenergie-Managementsystems, eines Hybrid-Steuersystems usw.) sein, um einige Möglichkeiten zu nennen. Das Steuermodul 40 kann auch ein Teil eines Systems sein oder mit diesem zusammenwirken, das einen gewünschten Hybrid-Betriebsmodus (z. B. Beschleunigung, Bremsen, Leerlauf, Stoppen usw.) bestimmt, und kann dementsprechend elektrische Leistungsmanagementhandlungen implementieren.
Wie vorstehend erläutert, ist das in 1 gezeigte beispielhafte Hybridsystem 10 nur eine allgemeine und schematische Darstellung eines potentiellen Hybridsystems. Das hier beschriebene Verfahren kann mit einer beliebigen Anzahl von Fahrzeugsystemen verwendet werden und ist nicht auf das hier gezeigte spezifische begrenzt.
Wenn man sich nun 2 zuwendet, ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens 100 zum Erwärmen einer Fahrzeugbatterie wie z. B. der Hochspannungs-Fahrzeugbatterie 26, gezeigt. In dieser speziellen Ausführungsform nutzt das Verfahren 100 den hohen internen Widerstand der Fahrzeugbatterie 26, wenn sie kalt ist, durch absichtliches zyklisches Leiten von elektrischem Strom in die und aus der Batterie, so dass Wärme erzeugt wird. Diese Wärme wärmt die Fahrzeugbatterie 26 auf, wodurch ihre Leistungsfähigkeit verbessert wird. Das zyklische Leiten von elektrischem Strom in die und aus der Fahrzeugbatterie 26 kann zu einigen Energieverlusten führen, aber bei einigen Batterietypen (z. B. jenen auf der Basis von Lithiumionenchemien) werden solche Energieverluste durch die beschleunigte Erwärmung der Batterie mehr als ausgeglichen, die insgesamt zu einer besseren Batterieleistungsfähigkeit führt. Die Verwendung des Verfahrens 100 zum Erwärmen der Fahrzeugbatterie 26 kann überdies den Bedarf an zusätzlichen Batterieheizelementen minimieren, die Kosten und Gewicht zum Fahrzeug hinzufügen können. Das heißt jedoch nicht, dass das Verfahren 100 nicht mit Batterieheizelementen verwendet werden könnte, da dies ebenso eine Möglichkeit ist.
Beginnend mit Schritt 110 erfasst das Verfahren eine oder mehrere Batteriebedingungen wie z. B. Batterietemperatur, Batterie-Ladungszustand (SOC), Batteriespannung, Batteriestrom usw. Schritt 110 kann Batteriebedingungen für individuelle Zellen innerhalb des Batteriesatzes 60, für eine Sammlung oder einen Block von Zellen innerhalb des Batteriesatzes, für den ganzen Batteriesatz oder gemäß irgendeinem anderen auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren erfassen, sammeln oder anderweitig bestimmen. Schritt 110 kann Batteriebedingungen auf der Basis von Extremwerten bestimmen (z. B. die kälteste oder wärmste Zelle im Batteriesatz für die Temperatur verwenden, die Zelle mit niedrigstem oder höchstem SOC für die Ladung verwenden usw.), er kann Batteriebedingungen auf der Basis von Mittelwerten bestimmen (z. B. die mittlere Zellentemperatur oder den mittleren Zellen-SOC über eine Anzahl von Zellen verwenden) oder er kann Batteriebedingungen auf der Basis von irgendeinem anderen geeigneten Verfahren bestimmen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform überwachen die Batteriesensoren 62 den Batteriesatz 60, bestimmen die Batterietemperatur und den Batterie-SOC und liefern Batterietemperatur- und Batterie-SOC-Signale zum Steuermodul 40; diese Signale können kombiniert und zusammen geliefert werden oder sie können separat geliefert werden. Dies ist natürlich nur eine Möglichkeit, da andere Batteriebedingungen gemäß anderen Techniken erfasst und/oder geliefert werden können. Schritt 110 kann eine beliebige geeignete Technik oder ein beliebiges geeignetes Verfahren zum Erfassen, Messen, Abschätzen, Bewerten oder anderweitigen Bestimmen von Batteriebedingungen verwenden; dies umfasst sowohl das direkte als auch indirekte Bestimmen der Batteriebedingungen. Der Fachmann erkennt, dass einige Batteriebedingungen auch über Nachschlagetabellen, Berechnungen, empirische Tabellen usw. erhalten werden können.
Als nächstes vergleicht Schritt 120 die Batterietemperatur mit einem Temperaturschwellenwert, um festzustellen, ob die Batterietemperatur unter einer bestimmten Grenze liegt. Wie vorstehend erwähnt, können sich äußerst kalte Temperaturen negativ auf die Leistungsfähigkeit der Fahrzeugbatterie 26 auswirken, insbesondere wenn es sich um eine Lithiumionen-Batterie oder irgendeinen anderen Typ von Batterie handelt, bei der der interne Widerstand der Batterie eine starke umgekehrte Beziehung zur Temperatur aufweist. Die Fahrzeugbatterie 26 umfasst gewöhnlich eine Anzahl von in Reihe geschalteten Zellen; folglich verursacht der erhöhte interne Widerstand in jeder Zelle eine Abnahme der Stromstärke in jeder Zelle und kann einen zusammengesetzten Effekt aufweisen. Schritt 120 kann eine von einer Anzahl von verschiedenen Techniken verwenden, um die Batterietemperatur mit einem Temperaturschwellenwert zu vergleichen. In einer beispielhaften Ausführungsform vergleicht das Steuermodul 40 die kälteste Zellentemperatur oder eine mittlere Zellentemperatur von den Batteriesensoren 62 mit dem Temperaturschwellenwert (z. B. einem Schwellenwert von –20°C). Andere Vergleichstechniken können verwendet werden. Der Temperaturschwellenwert kann ein statischer Schwellenwert (z. B. einer, der bei der Fahrzeugkonstruktion und auf der Basis der Batteriegröße, der Batteriechemie, den Fahrzeugbedürfnissen usw. bestimmt wird) sein oder er kann ein dynamischer Schwellenwert (z. B. einer, der über die Zeit variiert, wenn die Batterie altert und eine Leistungsfähigkeitsverschlechterung erfährt) sein. Im Fall eines dynamischen Schwellenwerts kann der Temperaturschwellenwert über die Zeit zunehmen müssen, so dass die Erwärmungsschritte des Verfahrens bei etwas höheren Temperaturen durchgeführt werden. In einer anderen Ausführungsform ist der Temperaturschwellenwert statisch und bleibt folglich gleich; die Aufladungs- und Entladungsschritte des Verfahrens werden jedoch für längere Zeitdauern durchgeführt, um die Batterieverschlechterung anzugehen. Andere Schwellenwerte können stattdessen verwendet werden. Wenn die Batterietemperatur unter dem Temperaturschwellenwert liegt, dann geht das Verfahren 100 zu Schritt 130 weiter; ansonsten ist die Batterie bereits warm genug und das Verfahren läuft einfach in einer Schleife zu Schritt 110 für eine fortgesetzte Überwachung zurück.
Es ist auch möglich, dass das Verfahren die Batterietemperatur prüft, um sicherzustellen, dass sie innerhalb bestimmter vorgeschriebener Grenzen liegt. Diese Grenzen können in Verbindung mit dem Temperaturschwellenwert verwendet werden oder sie können eine separate und unabhängige Prüfung bilden, die sicherstellt, dass die Batterietemperatur innerhalb irgendeines gesamten annehmbaren Temperaturbereichs liegt. Wenn die Batterietemperatur außerhalb dieser Grenzen liegt, kann eine Vielfalt von Abhilfehandlungen, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, unternommen werden.
Schritt 130 bestimmt eine Drehmomentanforderung, die im Allgemeinen die Beschleunigung oder das Drehmoment darstellt, die/das vom Fahrzeug angefordert wird. Die Kenntnis des angeforderten Drehmoments kann das Verfahren mit einer Erkenntnis hinsichtlich dessen versehen, wie viel elektrische Leistung erforderlich ist, um die Antriebsanforderungen des Fahrzeugs zu erfüllen, und folglich wie viel elektrische Energie zum Erwärmen der Batterie zur Verfügung steht. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform empfängt und bewertet das Steuermodul 40 eine Drehmomentanforderung vom Drosselklappensensor 30, um festzustellen, wie viel Drehmoment oder Beschleunigung der Fahrer über das Fahrpedal anfordert. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass die Drehmomentanforderung vom Drosselklappensensor 30 kommt, da sie von einem oder mehreren elektronischen Modulen im Fahrzeug kommen könnte, wie z. B. vom Modul, das die Tempomatmerkmale des Fahrzeugs managt. In Schritt 130 ist es auch möglich, dass das Steuermodul 40 zusätzliche Signale empfängt, wie z. B. ein Bremsanforderungssignal vom Bremssensor 32 oder ein Getriebezustandssignal, das angibt, ob das Fahrzeug sich in der Parkstellung, im Rückwärtsgang, in der Neutralstellung, in der Fahrstellung usw. befindet; diese Signale können kombiniert und zusammen geliefert werden oder sie können separat geliefert werden. Solche Signale können in anschließenden Schritten des Verfahrens verwendet werden, wie erläutert wird.
Schritt 140 bewertet eine oder mehrere Batteriebedingungen und wählt zumindest teilweise auf der Basis dieser Bewertungen das geeignetste Verfahren zum Erwärmen der Fahrzeugbatterie aus. In einer beispielhaften Ausführungsform vergleicht Schritt 140 den Batterie-Ladungszustand (SOC) mit einem oder mehreren SOC-Schwellenwerten, um den gegenwärtigen Zustand der Fahrzeugbatterie 26 zu bewerten. Um diesen Punkt zu erläutern, soll das Beispiel betrachtet werden, in dem ein unterer SOC-Schwellenwert auf 40% gesetzt ist, ein oberer SOC-Schwellenwert auf 50% gesetzt ist und der gegenwärtige Batterie-SOC 43% ist; der untere und der obere SOC-Schwellenwert stellen im Allgemeinen die Grenzen eines gewünschten SOC-Bereichs dar. In diesem Beispiel, in dem der gegenwärtige SOC zwischen dem unteren und dem oberen SOC-Schwellenwert liegt, lenkt Schritt 140 das Verfahren zu Schritt 150, der sowohl die Drehmomentanforderung vom Fahrer behandelt als auch elektrischen Strom in die und aus der Fahrzeugbatterie 26 zyklisch leitet, um sie aufzuheizen. Das SOC-Beispiel von 43% stellt eine Situation dar, in der der Batterie-SOC innerhalb eines gewünschten Bereichs liegt, wodurch ermöglicht wird, dass das Verfahren elektrischen Strom zyklisch (d. h. sowohl zum Aufladen als auch Entladen der Fahrzeugbatterie) leitet. Das zyklische Leiten von elektrischem Strom ist im Allgemeinen die schnellste Weise unter den Schritten 150–170, um die Fahrzeugbatterie 26 zu erwärmen, aber es ist nicht immer eine brauchbare Option. Wenn beispielsweise der Batterie-SOC 53% ist, dann kann Schritt 140 bestimmen, dass, da dies über dem oberen SOC-Schwellenwert liegt, das Verfahren zu Schritt 160 gelenkt werden sollte, der sowohl die gegenwärtige Drehmomentanforderung behandelt als auch die Fahrzeugbatterie 26 entlädt, so dass der SOC in den gewünschten Bereich zurückgebracht wird. Anstelle des zyklischen Leitens von elektrischem Strom in die und aus der Fahrzeugbatterie 26 erwärmt Schritt 160 die Batterie durch Entladen oder Entnehmen von Strom aus der Batterie. Wenn der Batterie-SOC dagegen unter dem unteren SOC-Schwellenwert auf einem Wert von beispielsweise 37% liegt, dann kann das Verfahren zu Schritt 170 gelenkt werden. Dieser Schritt behandelt sowohl die gegenwärtige Drehmomentanforderung als er auch die Fahrzeugbatterie 26 durch Aufladen derselben erwärmt. In jedem der vorherigen Beispiele bewertet Schritt 140 die Fähigkeiten oder die Bedingung der Fahrzeugbatterie und wählt auf der Basis zumindest teilweise dieser Bewertung die beste Technik zum Erwärmen der Batterie aus, während sie in einem gewünschten Ladungszustand (SOC) gehalten wird.
Schritt 140 kann natürlich andere Faktoren (z. B. Batterietemperatur, angefordertes Drehmoment, Getriebezustand (z. B. Parkstellung, Rückwärtsgang, Neutralstellung, Fahrstellung), Fahrzeugmodusauswahl (z. B. Sportmodus, Sparsamkeitsmodus) usw.) anstelle von oder zusätzlich zum SOC im Verlauf seiner Bewertung verwenden. Wenn sich das Fahrzeug beispielsweise in der Parkstellung befindet, dann wäre die gegenwärtige Drehmomentanforderung null, da das Fahrzeug stationär ist. Dies kann ermöglichen, dass das Verfahren aggressiver elektrischen Strom in die und aus der Fahrzeugbatterie 26 zyklisch leitet und daher die Batterie schneller aufheizt, da das Verfahren nicht gleichzeitig eine Drehmomentanforderung vom Fahrer erfüllen oder zufriedenstellen muss. Wie bei dem vorstehend beschriebenen Temperaturschwellenwert können der von Schritt 140 verwendete untere und obere SOC-Schwellenwert statische Schwellenwerte, dynamische Schwellenwerte, Schwellenwerte mit mehreren Faktoren (z. B. welche, die sowohl den SOC als auch das angeforderte Drehmoment berücksichtigen) usw. sein. Andere Techniken und Verfahren können von Schritt 140 verwendet werden, da dieser Schritt nicht auf die hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen begrenzt ist.
Schritt 150 erfüllt die gegenwärtige Drehmomentanforderung und leitet zyklisch elektrischen Strom in die und aus der Fahrzeugbatterie durch schnelles Aufladen und Entladen der Batterie. Diese schnelle Schwingung zwischen Aufladungs- und Entladungsvorgängen erzeugt Wärme in der Fahrzeugbatterie gemäß der Beziehung I²R, wobei (I) im Allgemeinen den Batteriestrom darstellt und (R) im Allgemeinen den internen Widerstand der Batterie darstellt. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass, wenn die Batterietemperatur ansteigt, der interne Widerstand (R) abnimmt, und wenn der interne Widerstand (R) abnimmt, der Stromfluss (I) zunimmt, was wiederum mehr Wärme gemäß einem Exponentialfaktor erzeugt. Daher kann sich die Fahrzeugbatterie während dieses Schritts ziemlich schnell aufheizen; einige Hinweise bestehen darin, dass sie sich mit nicht weniger als 1°C/Minute aufheizen kann.
In einer beispielhaften Ausführungsform, in der der gegenwärtige Batterie-SOC zwischen dem unteren und dem oberen SOC-Schwellenwert liegt (beispielsweise das obige Beispiel von 43%) und sich das Fahrzeug in der Parkstellung befindet, weist das Steuermodul 40 das System 10 an, die Fahrzeugbatterie 26 schnell aufzuladen und zu entladen, so dass der Stromfluss in die und aus der Batterie Wärme erzeugt; dies kann ohne Rücksicht auf das angeforderte Drehmoment durchgeführt werden, da das Fahrzeug stationär ist. Eine Weise, um dies durchzuführen, ist beispielsweise, dass eine Kraftmaschine einen Generator antreibt, so dass er die Fahrzeugbatterie auflädt, und dann die Batterie sich entlädt, was folglich verursacht, dass der SOC schwingt, aber innerhalb des gewünschten SOC-Bereichs bleibt. Nun soll dasselbe Beispiel betrachtet werden, nur befindet sich das Fahrzeug in der Fahrstellung. Ein Steuermodul kann das angeforderte Drehmoment an den Fahrzeugrädern unter Verwendung irgendeiner auf dem Fachgebiet bekannten geeigneten Technik erfüllen und moduliert auch die Aufladungs- und Entladungsvorgänge. Eine Weise zum Modulieren der Aufladung und Entladung besteht darin, die Ausgangsleistung der Kraftmaschine (z. B. durch Ändern des Kraftmaschinendrehmoments, der Drehzahlen usw.) zu ändern, so dass sie absichtlich mehr oder weniger elektrische Leistung erzeugt als erforderlich ist, um die Drehmomentanforderung zu erfüllen. Während des Aufladungsabschnitts dieses Zyklus liefert der Generator elektrische Leistung zum Motor, so dass er die Drehmomentanforderung erfüllt, und er liefert zusätzliche elektrische Leistung zur Batterie, so dass sie aufgeladen wird; das heißt, der Generator erzeugt absichtlich mehr elektrische Leistung als für den Motor erforderlich ist, um die Drehmomentanforderung zu erfüllen. Während des Entladungsabschnitts dieses Zyklus liefert der Generator gewisse elektrische Leistung zum Motor, aber liefert absichtlich weniger als für die Drehmomentanforderung erforderlich ist. Dies bewirkt, dass der Motor elektrische Leistung von der Batterie entnimmt, um den Mangel zu kompensieren, so dass die Batterie entladen wird. Durch Steuern sowohl der Aufladungs- als auch Entladungsvorgänge kann Schritt 150 sowohl die Fahrzeugbatterie durch den Stromfluss erwärmen als auch ihren SOC innerhalb des gewünschten Fensters halten können.
Schritt 150 kann eine Anzahl von verschiedenen Techniken zum Steurern oder Überwachen der Aufladungs- und Entladungsvorgänge verwenden. Das Steuermodul 40 kann beispielsweise den SOC der Fahrzeugbatterie 26 als Hauptfaktor zum Entscheiden, wann die Aufladungs- und Entladungszyklen in Schritt 150 einzuleiten sind, verwenden. Andere Techniken, die zusätzlich zu oder anstelle des SOC verwendet werden können, umfassen die Zeit der Aufladung oder Entladung (z. B. wird die Batterie für 10 Sekunden aufgeladen, dann für 10 Sekunden entladen, dann für 10 Sekunden aufgeladen, und so weiter), und Fahreranforderungen (z. B. wird die Batterie beim Bremsen aufgeladen, beim Beschleunigen entladen). Der Fachmann erkennt, dass einige Modifikationen an den vorstehend erörterten beispielhaften Aufladungs- und Entladungsvorgängen durchgeführt werden müssen können, wenn das Verfahren in anderen Typen von Fahrzeugen oder anderen Typen von Fahrzeugarchitekturen verwendet wird.
Schritt 160 erfüllt die Drehmomentanforderung und entlädt die Batterie. Wie vorstehend erläutert, kann Schritt 160 verwendet werden, wenn der gegenwärtige SOC der Batterie größer ist als der obere SOC-Schwellenwert; folglich der Bedarf zum Entladen der Batterie besteht. In einer Ausführungsform empfängt das Steuermodul 40 eine Drehmomentanforderung vom Drosselklappensensor 30 und erfüllt die Drehmomentanforderung gemäß irgendeinem auf dem Fachgebiet bekannten geeigneten Mittel. Gleichzeitig kann das Steuermodul 40 den Batterie-SOC durch Entladen der Fahrzeugbatterie 26 gemäß einer oder mehreren der in Verbindung mit Schritt 150 vorstehend beschriebenen Entladungstechniken verringern. In einer beispielhaften Ausführungsform entlädt das Steuermodul 40 die Fahrzeugbatterie 26 durch Steuern der Ausgangsleistung der Kraftmaschine 16 so, dass sie den Generator 22 in einer Weise betreibt, in der er weniger elektrische Leistung erzeugt als für den Motor 14 erforderlich ist, um die Drehmomentanforderung zu erfüllen. Dies bewirkt, dass der Motor die zusätzliche elektrische Leistung von der Fahrzeugbatterie 26 entnimmt, wodurch sie in dem Prozess entladen wird. Dieser Entladungsprozess kann beispielsweise fortfahren, bis der Batterie-SOC geringer als oder gleich dem oberen SOC-Schwellenwert ist. In relativ seltenen Situationen kann Schritt 160 sogar die Batterie durch Abschalten der Kraftstoffzufuhr zur Kraftmaschine entladen.
Schritt 170 erfüllt oder befriedigt die Drehmomentanforderung und lädt die Batterie auf. Dieser Schritt kann das angeforderte Drehmoment erfüllen und die Batterie in derselben Weise wie vorstehend beschrieben aufladen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 40 nach dem Erfüllen der Drehmomentanforderung den Batterie-SOC durch Steuern der Ausgangsleistung der Kraftmaschine 16 so, dass sie den Generator 22 in einer Weise betreibt, in der er mehr elektrische Leistung erzeugt als für den Motor 14 erforderlich ist, um die Drehmomentanforderung zu erfüllen, erhöhen. Diese überschüssige elektrische Leistung wird zur Fahrzeugbatterie 26 geliefert, wodurch sie aufgeladen wird. Dieser Aufladungsprozess kann beispielsweise fortfahren, bis der Batterie-SOC größer als oder gleich dem unteren SOC-Schwellenwert ist.
Der Fachmann sollte erkennen, dass Schritt 150–170 von den vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen abweichen kann. Die Schritte 150–170 können beispielsweise für bestimmte Zeitdauern (z. B. einige Sekunden, einige Minuten usw.) laufen, sie können laufen, bis bestimmte Grenzen erreicht wurden (z. B. unterer SOC-Schwellenwert, oberer SOC-Schwellenwert usw.), oder sie können laufen, bis ein Fahrer des Fahrzeugs eine neue Anforderung geliefert hat (z. B. höhere Drehmomentanforderung, niedrigere Drehmomentanforderung, Bremsanforderung, Beschleunigungsanforderung usw.), um einige Möglichkeiten zu nennen. Andere Techniken zum Aufladen, Entladen und/oder Erfüllen von Drehmomentanforderungen können auch verwendet werden; dies gilt insbesondere in Anbetracht dessen, dass Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs), Einsteck-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs), Elektrofahrzeuge mit erweiterter Reichweite (EREVs), Batterie-Elektrofahrzeuge (BEVs) und andere Fahrzeuge in verschiedenen Weisen aufladen und entladen können. Dieses Verfahren könnte sogar zur Verwendung bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellen angepasst werden, da die Brennstoffzellen ähnlich zu der Kraftmaschine arbeiten und die Batterie aufladen und/oder entladen könnten. Überdies kann das Verfahren bei Fahrzeugen mit einem einzelnen Elektromotor oder mehreren Elektromotoren verwendet werden. Das vorliegende Verfahren ist nicht auf irgendeine spezielle Technik begrenzt.
Als nächstes vergleicht Schritt 180 die gegenwärtige Batterietemperatur mit einem Batterieschwellenwert, um festzustellen, ob sich die Fahrzeugbatterie ausreichend aufgeheizt hat. Der hier verwendete Batterieschwellenwert kann derselbe Schwellenwert wie in Schritt 120 verwendet sein oder er kann ein anderer Schwellenwert sein. In einer beispielhaften Ausführungsform vergleicht das Steuermodul 40 die gegenwärtige Batterietemperatur mit einem zweiten Temperaturschwellenwert (z. B. –15°C), der warmer ist als der in Schritt 120 verwendete Temperaturschwellenwert. Wenn die Batterietemperatur unter diesem Schwellenwert liegt und daher noch äußerst kalt ist, kann das Verfahren zu einem früheren Schritt in dem Verfahren in einer Schleife zurück gehen, wie z. B. Schritt 110. Wenn die Batterietemperatur nun auf oder über diesem Temperaturschwellenwert liegt, dann kann das Verfahren enden.
Selbstverständlich ist die vorangehende Beschreibung keine Definition der Erfindung, sondern ist eine Beschreibung von einer oder mehreren bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf die hier offenbarte(n) spezielle(n) Ausführungsform(en) begrenzt, sondern ist vielmehr nur durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Ferner beziehen sich die in der vorangehenden Beschreibung enthaltenen Aussagen auf spezielle Ausführungsformen und sollen nicht als Begrenzungen für den Schutzbereich der Erfindung oder für die Definition der in den Ansprüchen verwendeten Begriffe aufgefasst werden, außer wenn ein Begriff oder Ausdruck ausdrücklich vorstehend definiert ist. Verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Änderungen und Modifikationen an der (den) offenbarten Ausführungsform(en) werden für den Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich. Die spezifische Kombination und Reihenfolge von Schritten ist beispielsweise nur eine Möglichkeit, da das vorliegende Verfahren eine Kombination von Schritten umfassen kann, die weniger, mehr oder andere Schritte aufweist als die hier gezeigte. Alle solchen anderen Ausführungsformen, Änderungen und Modifikationen sollen in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.
Wie in dieser Patentbeschreibung und in den Ansprüchen verwendet, sollen die Begriffe ”beispielsweise”, ”z. B.”, ”zum Beispiel”, ”wie z. B.” und ”wie” und die Verben ”umfassen”, ”aufweisen”, ”einschließen” und ihre anderen Verbformen, wenn sie in Verbindung mit einer Auflistung von einer oder mehreren Komponenten oder anderen Elementen verwendet werden, jeweils als offen aufgefasst werden, was bedeutet, dass die Auflistung nicht als andere, zusätzliche Komponenten oder Elemente ausschließend betrachtet werden soll. Andere Begriffe sollen unter Verwendung ihrer breitesten angemessenen Bedeutung aufgefasst werden, wenn sie nicht in einem Zusammenhang verwendet werden, der eine andere Interpretation erfordert.

Claims

Verfahren zum Erwärmen einer Fahrzeugbatterie, die für den Fahrzeugantrieb verwendet wird, mit den Schritten: (a) Erfassen einer oder mehrerer Batteriebedingungen mit Batteriesensoren, wobei die Batteriebedingungen eine Batterietemperatur umfassen; (b) Vergleichen der Batterietemperatur mit einem Temperaturschwellenwert; und (c) wenn die Batterietemperatur geringer ist als der Temperaturschwellenwert, Verwenden eines Aufladungsvorgangs und/oder eines Entladungsvorgangs, um die Batterietemperatur zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (b) ferner das Vergleichen der Batterietemperatur mit einem statischen Temperaturschwellenwert umfasst, der während der Lebensdauer der Fahrzeugbatterie im Allgemeinen gleich bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (b) ferner das Vergleichen der Batterietemperatur mit einem dynamischen Temperaturschwellenwert umfasst, der sich während der Lebensdauer der Fahrzeugbatterie verändert, um auf Änderungen der Batterieleistungsfähigkeit einzugehen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner das Erfassen von einer oder mehreren Batteriebedingungen mit Batteriesensoren umfasst, wobei die Batteriebedingungen eine Batterietemperatur und einen Batterie-Ladungszustand (SOC) umfassen; und Schritt (b) ferner das Vergleichen des Batterie-SOC mit einem oder mehreren SOC-Schwellenwerten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei, wenn der Batterie-Ladungszustand (SOC) größer ist als ein oberer SOC-Schwellenwert, dann Schritt (c) einen Entladungsvorgang verwendet, um sowohl die Batterietemperatur zu erhöhen als auch den Batterie-SOC zu verringern, und der Entladungsvorgang das Liefern von weniger elektrischer Leistung als erforderlich ist, um eine Drehmomentanforderung zu erfüllen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei, wenn der Batterie-Ladungszustand (SOC) geringer ist als ein unterer SOC-Schwellenwert, dann Schritt (c) einen Aufladungsvorgang verwendet, um sowohl die Batterietemperatur zu erhöhen als auch den Batterie-SOC zu erhöhen, und der Aufladungsvorgang das Liefern von mehr elektrischer Leistung als erforderlich ist, um eine Drehmomentanforderung zu erfüllen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei, wenn der Batterie-Ladungszustand (SOC) zwischen einem unteren SOC-Schwellenwert und einem oberen SOC-Schwellenwert liegt, dann Schritt (c) sowohl einen Aufladungsvorgang als auch einen Entladungsvorgang verwendet, um sowohl die Batterietemperatur zu erhöhen als auch den Batterie-SOC in einem gewünschten Bereich zu halten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner das Erfassen von einer oder mehreren Batteriebedingungen mit Batteriesensoren umfasst, wobei die Batteriebedingungen eine Batterietemperatur und einen Getriebezustand umfassen; und wenn die Batterietemperatur geringer ist als der Temperaturschwellenwert und der Getriebezustand die ”Parkstellung” ist, Schritt (c) ferner die Verwendung sowohl des Aufladungsvorgangs als auch des Entladungsvorgangs umfasst, um die Batterietemperatur zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfasst: Erfassen der Batterietemperatur nach dem mindestens einen Aufladungs- oder Entladungsvorgang von Schritt (c), Vergleichen der neu erfassten Batterietemperatur mit einem zweiten Temperaturschwellenwert, der größer ist als der Temperaturschwellenwert von Schritt (b), und wenn die neu erfasste Batterietemperatur geringer ist als der zweite Temperaturschwellenwert, dann Wiederholen von Schritt (c).
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfasst: Bestimmen einer Drehmomentanforderung, die das Drehmoment oder die Beschleunigung darstellt, das/die vom Fahrzeug angefordert wird, und Erfüllen der Drehmomentanforderung während des Aufladungsvorgangs und/oder des Entladungsvorgangs.
System zum Erwärmen einer Fahrzeugbatterie, das umfasst: eine Fahrzeugbatterie, die elektrische Leistung für den Fahrzeugantrieb speichert und einen oder mehrere Batteriesensoren aufweist, die die Batterietemperatur erfassen; einen Generator, der mit der Fahrzeugbatterie elektrisch gekoppelt ist und elektrische Leistung zur Fahrzeugbatterie während eines Aufladungsvorgangs liefert; einen Motor, der mit der Fahrzeugbatterie elektrisch gekoppelt ist und elektrische Leistung von der Fahrzeugbatterie während eines Entladungsvorgangs empfängt; und ein Steuermodul, das mit der Fahrzeugbatterie elektronisch gekoppelt ist und eine Batterietemperatur von dem einen oder den mehreren Batteriesensoren empfängt, wobei, wenn die Batterietemperatur geringer ist als ein Temperaturschwellenwert, dann das Steuermodul bewirkt, dass der Generator und/oder der Motor elektrischen Strom mit der Fahrzeugbatterie austauscht, so dass der elektrische Strom und ein interner Widerstand in der Fahrzeugbatterie die Batterietemperatur erhöhen.