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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Hybridfahrzeug und insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs in einer gebirgigen oder in anderen Umgebungen, in der die Straßen signifikante Gefälle oder Steigungen aufweisen.
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HINTERGRUND
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Einige Hybridfahrzeuge verwenden eine primäre Leistungsquelle für einen Großteil der Antriebserfordernisse des Fahrzeugs und unterstützen diese mit einer Hilfsleistungsquelle, falls dies erforderlich ist. Bestimmte Fahrbedingungen, wie beispielsweise starke Steigungen und Gefälle, die manchmal auf Gebirgsstraßen zu finden sind, können einzigartige Herausforderungen für Hybridfahrzeuge darstellen.
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Wenn ein Hybridfahrzeug beispielsweise versucht, eine Gebirgsstraße mit einer signifikanten Steigung hinaufzufahren, kann der Elektromotor die in der Batterie gespeicherte Ladung ausschöpfen oder zumindest viel von dieser verbrauchen. Wenn der Ladungszustand (SOC) der Batterie unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, kann das Hybridfahrzeug auf eine Brennkraftmaschine angewiesen sein, um zusätzliche Antriebsleistung zu liefern. Um diese Aufgabe zu erfüllen, ohne dass dies zu einer signifikanten Leistungsverringerung führt, die für den Fahrer wahrnehmbar ist, kann es notwendig sein, dass die betriebsmäßige Wechselwirkung zwischen dem Elektromotor und der Brennkraftmaschine für solche Umgebungen speziell maßgeschneidert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Verfahren zum Modifizieren des Ladungszielwerts für den Ladungszustand (SOC) einer Hybridfahrzeugbatterie umfasst, dass ermittelt wird, dass das Hybridfahrzeug in eine Umgebung mit großer Steigung eingetreten ist, dass ein Leistungsmanagementschema des Hybridfahrzeugs von einem standardmäßigen Ladungsmodus in einen aggressiven Ladungsmodus angepasst wird und dass das Hybridfahrzeug unter Verwendung des angepassten Leistungsmanagementschemas betrieben wird.
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Der Ladungszielwert kann sowohl einen momentanen Ladungszielwert als auch einen endgültigen Ladungszielwert umfassen, wobei der momentane Ladungszielwert kleiner als der endgültige Ladungszielwert ist und wobei das Anpassen eines Leistungsmanagementschemas von einem standardmäßigen Ladungsmodus in einen aggressiven Ladungsmodus umfasst, dass der momentane Ladungszielwert erhöht wird. Gemäß einer Ausführungsform kann der momentane Ladungszielwert durch eine maximale Abweichung von einem Batterie-Ladungszustand (SOC) begrenzt werden, wobei die maximale Abweichung eine ”standardmäßige” maximale Abweichung sein kann, wenn sich das Leistungsmanagementschema in einem standardmäßigen Ladungsmodus befindet. Zusätzlich kann die maximale Abweichung eine ”aggressive” maximale Abweichung sein, wenn sich das Leistungsmanagementschema in einem aggressiven Ladungsmodus befindet, wobei die aggressive maximale Abweichung größer als die standardmäßige maximale Abweichung ist.
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Gemäß einer Ausbildung können die standardmäßige maximale Abweichung und die aggressive maximale Abweichung statische Werte sein. Gemäß einer anderen Ausbildung können die standardmäßige maximale Abweichung und die aggressive maximale Abweichung jedoch Funktionen der Fahrzeuggeschwindigkeit sein, wobei jede maximale Abweichung ein entsprechendes Abweichungsprofil aufweist und wobei das Profil der aggressiven maximalen Abweichung für alle Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als das Profil der standardmäßigen maximalen Abweichung oder gleich diesem ist.
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Der Schritt des Ermittelns, dass das Hybridfahrzeug in eine Umgebung mit starker Steigung eingetreten ist, kann umfassen, dass der SOC der Hybridfahrzeugbatterie überwacht wird, während sich das Hybridfahrzeug in einem Ladungsmodus befindet, dass das Vorhandensein eines Maximums in dem SOC detektiert wird, dass ein Wert aufgezeichnet wird, der dem SOC an dem Maximum entspricht, und dass evaluiert wird, ob der SOC um einen definierten Schwellenwert unter den aufgezeichneten Wert gefallen ist.
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Das Verfahren kann ferner umfassen, dass ermittelt wird, dass das Fahrzeug die Umgebung mit starker Steigung verlassen hat, und dass ein Leistungsmanagementschema des Hybridfahrzeugs in Ansprechen darauf von einem aggressiven Ladungsmodus in einen standardmäßigen Ladungsmodus angepasst wird. Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren ermitteln, dass das Fahrzeug die Umgebung mit starker Steigung verlassen hat, indem der SOC der Hybridfahrzeugbatterie überwacht wird, indem der SOC der Hybridfahrzeugbatterie mit dem aufgezeichneten Wert verglichen wird, der dem SOC an dem Maximum entspricht, und indem anschließend ermittelt wird, dass das Fahrzeug die Umgebung mit starker Steigung verlassen hat, wenn der SOC der Hybridfahrzeugbatterie größer als der aufgezeichnete Wert ist.
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Auf ähnliche Weise kann ein Hybridfahrzeug eine primäre Leistungsquelle, die einen Elektromotor und eine Batterie aufweist, eine Hilfsleistungsquelle, die eine Kraftmaschine und einen Generator aufweist, und ein Steuersystem umfassen, das eine Hybridsteuereinheit aufweist. Der Elektromotor kann ausgebildet sein, um elektrische Energie zu verwenden, die in der Batterie gespeichert ist, um das Hybridfahrzeug anzutreiben, und die Batterie kann einen Ladungszustand (SOC) aufweisen, welcher der gespeicherten elektrischen Ladung in der Batterie entspricht. In der Hilfsleistungsquelle kann die Kraftmaschine ausgebildet sein, um den Generator anzutreiben, und der Generator kann ausgebildet sein, um den SOC der Batterie wieder aufzuladen.
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Die Hybridsteuereinheit des Steuersystems kann ausgebildet sein, um ein Leistungsmanagementschema zum Regeln des Betriebs der Hilfsleistungsquelle auszuführen, welches den SOC der Batterie mittels eines Regelungs-Ladungszielwerts aufrechterhalten oder erhöhen kann. Das Steuersystem kann ferner ausgebildet sein, um zu ermitteln, ob das Hybridfahrzeug in eine Umgebung mit starker Steigung eingetreten ist, um das Leistungsmanagementschema von einem standardmäßigen Ladungsmodus in einen aggressiven Ladungsmodus anzupassen, wenn das Hybridfahrzeug in eine starke Steigung eingetreten ist, und um die Hilfsleistungsquelle unter Verwendung des angepassten Leistungsmanagementschemas zu betreiben. Gemäß einer Ausführungsform kann der Regelungs-Ladungszielwert einen momentanen Ladungszielwert und einen endgültigen Ladungszielwert umfassen, wobei der momentane Ladungszielwert kleiner als der endgültige Ladungszielwert ist. Darüber hinaus kann das Anpassen eines Leistungsmanagementschemas von einem standardmäßigen Ladungsmodus in einen aggressiven Ladungsmodus umfassen, dass der momentane Ladungszielwert erhöht wird.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der besten Weisen zum Ausführen der Erfindung leicht offensichtlich, wenn die Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Hybridfahrzeugs.
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2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Modifizieren des Ladungszielswerts für den Ladungszustand (SOC) einer Hybridfahrzeugbatterie.
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3 ist eine Graphik des Ladungszustands (SOC) und des Ladungszielwerts für eine Hybridfahrzeugbatterie, auf die das Verfahren von 2 angewendet wird.
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4 ist ein Diagramm von beispielhaften maximalen Ladungsabweichungen, die zugelassen werden können, während eine Hilfsleistungseinheit eines Hybridfahrzeugs in einem standardmäßigen Ladungsmodus und in einem aggressiven Ladungsmodus betrieben wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um in den verschiedenen Ansichten gleiche oder identische Komponenten zu identifizieren, stellt 1 schematisch ein Hybridfahrzeug 10 mit einer primären Leistungsquelle 20, einer Hilfsleistungsquelle 22 und einem Steuersystem 24 dar. Ein ”Hybridfahrzeug”, wie es hierin verwendet wird, umfasst allgemein ein beliebiges Fahrzeug, das zwei oder mehr Leistungsquellen aufweist die zu Zwecken des Fahrzeugantriebs verwendet werden können. Einige Beispiele geeigneter Hybridfahrzeuge umfassen Hybridelektrofahrzeuge (HEVs), anschließbare Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs), Elektrofahrzeuge mit erweiterter Reichweite (EREVs), Hybride mit zwei Modi, Vollhybride, leistungsunterstützte Hybride, milde Hybride, Reihenhybride, Parallelhybride, Reihen-Parallelhybride, Hybride mit Leistungsverzweigung, BAS- oder BAS-Plus-Hybride, hydraulische Hybride, pneumatische Hybride oder einen beliebigen anderen Typ eines Hybridfahrzeugs, sicherlich ohne auf diese beschränkt zu sein. Diese umfassen Personenkraftwagen, Geländefahrzeuge, Sportgeländewagen, Wohnmobile, Lastkraftwagen, Busse, Industriefahrzeuge usw. Obgleich die nachfolgende Beschreibung in dem Zusammenhang eines beispielhaften anschließbaren Hybridelektrofahrzeugs (PHEV) mit einer Reihenhybridausbildung mit erweiterter Reichweite vorgesehen ist, ist einzusehen, dass das vorliegende Verfahren mit einem beliebigen Hybridfahrzeug verwendet werden kann und nicht auf einen beliebigen speziellen Typ beschränkt ist.
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Wie in 1 dargestellt ist, kann das Hybridfahrzeug 10 beispielsweise ein anschließbares Hybridelektrofahrzeug (PHEV) 10 mit einer Reihenhybridausbildung mit erweiterter Reichweite sein, wobei eine Hochspannungsbatterie einen Elektromotor zur Fortbewegung des Fahrzeugs antreibt und wobei eine Brennkraftmaschine einen Generator antreibt, um elektrische Energie zu erzeugen. Obgleich die Struktur und der Betrieb des PHEV 10 nachstehend kurz diskutiert werden, wird Erwägung gezogen, dass andere Hybridfahrzeuge 10 auf ähnliche Weise verwendet werden können.
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Wie einzusehen ist, kann die primäre Leistungsquelle 20 hauptsächlich für den Fahrzeugantrieb verantwortlich sein, und sie kann gemäß einer Ausführungsform ein Ladegerät 30, eine Batterie 32, einen Gleichrichter/Wechselrichter 34 und einen oder mehrere Elektromotor(en) 36 umfassen. Im Allgemeinen kann das Batterieladegerät 30 elektrische Energie von einer oder mehreren Quellen empfangen, die elektrische Energie derart umwandeln und/oder konditionieren, dass diese in einer geeigneten Form für die Batterie 32 vorliegt, und die umgewandelte elektrische Energie an die Batterie liefern, wo diese gespeichert wird. Während des Fahrzeugantriebs kann die Batterie 32 elektrische Energie an den Gleichrichter/Wechselrichter 34 liefern, wo diese erneut umgewandelt wird, diesmal in eine Form, die für den Elektromotor 36 geeignet ist, und wo diese dem Elektromotor 36 zum Antreiben des Räder des Fahrzeugs zugeführt wird. Während des regenerativen Bremsens kann der Elektromotor 36 als ein Generator wirken und elektrische Energie mittels des Gleichrichters/Wechselrichters 34 zurück an die Batterie 32 liefern.
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Das Ladegerät 30 kann elektrische Energie von einer Vielzahl von Quellen empfangen, die externe Leistungsquellen (z. B. eine elektrische Standard-Wechselstromsteckdose, eine entfernte Aufladestation, einen externen Generator usw.) und interne Leistungsquellen (z. B. einen fahrzeugeigenen Generator) umfassen. In dem Fall einer externen Leistungsquelle kann das Ladegerät 30 elektrische Energie durch eine geeignete Leistungskopplung oder ein Aufladekabel 38 empfangen, das die externe Leistungsquelle mit dem Ladegerät verbindet. Das Ladegerät 30 kann gemäß einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen vorgesehen sein, es kann durch eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Konfigurationen verbunden werden, und es kann eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Komponenten aufweisen, wie beispielsweise Transformatoren, Gleichrichter, Schaltnetzteile, Filterungsmittel, Kühlmittel, Sensoren, Steuereinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die in der Technik bekannt sind.
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Die Batterie 32 kann elektrische Energie speichern, die verwendet wird, um den Elektromotor bzw. die Elektromotoren 36 anzutreiben, und auch, um andere elektrische Erfordernisse des Hybridfahrzeugs zu erfüllen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Batterie 32 eine Hochspannungs-Batteriepackung 50 (z. B. 40 V–600 V) und eine Sensoreinheit 52 umfassen. Die Hochspannungs-Batteriepackung 50 kann eine Anzahl von einzelnen Batteriezellen umfassen, und sie kann eine beliebige geeignete Batteriechemie verwenden, einschließlich einer solchen, die auf den folgenden Technologien basiert: Lithiumionen, Nickelmetallhydrid (NiMH), Nickel-Cadmium (NiCd), Natriumnickelchlorid (NaNiCl) oder einer beliebigen anderen Batterietechnologie. Die Batterie 32 kann konstruiert sein, um wiederholten Ladungs- und Entladungszyklen stand zu halten, und sie kann in Verbindung mit andere Energiespeichereinrichtungen verwendet werden, wie beispielsweise Kondensatoren, Superkondensatoren, Induktoren usw. Fachleute werden einsehen, dass die Batterie 32 gemäß einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Ausführungsformen vorgesehen sein kann, dass sie durch eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Konfigurationen verbunden werden kann und dass sie eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Komponenten aufweisen kann, wie etwa Sensoren, Steuereinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die in der Technik bekannt sind.
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Der Gleichrichter/Wechselrichter 34 kann als ein Zwischenelement zwischen der Batterie 32 und dem Elektromotor bzw. den Elektromotoren 36 wirken, da diese Einrichtungen oftmals konstruiert sind, um gemäß unterschiedlichen Betriebsparametern zu arbeiten. Beispielsweise kann der Gleichrichter/Wechselrichter 34 während des Fahrzeugantriebs die Spannung von der Batterie 32 hochtransformieren und den Strom von einem Gleichstrom in einen Wechselstrom umformen, um den Elektromotor bzw. die Elektromotoren 36 anzutreiben. Während eines regenerativen Bremsens kann der Gleichrichter/Wechselrichter jedoch die Spannung, die durch das Bremsereignis erzeugt wird, heruntertransformieren und den Strom von Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln, sodass dieser geeignet durch die Batterie gespeichert werden kann. Der Gleichrichter/Wechselrichter 34 kann einen Wechselrichter für die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom, einen Gleichrichter für die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom, einen Auswärtswandler oder -transformator zum Erhöhen der Spannung, einen Abwärtswandler oder -transformator zum Verringern der Spannung, andere geeignete Energiemanagementkomponenten oder eine beliebige Kombination von diesen umfassen. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Wechselrichter- und der Gleichrichtereinheiten in eine einzelne bidirektionale Einrichtung integriert, es sind jedoch auch andere Ausführungsformen möglich. Der Gleichrichter/Wechselrichter 34 kann gemäß einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen vorgesehen sein (z. B. mit separaten Gleichrichter/Wechselrichter- und Wandlereinheiten, bidirektional oder unidirektional usw.), er kann durch eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Konfigurationen verbunden werden, und er kann eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Komponenten umfassen, wie etwa Kühlsysteme, Sensoren, Steuereinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die in der Technik bekannt sind.
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Der Elektromotor bzw. die Elektromotoren 36 können elektrische Energie verwenden, die in der Batterie 32 gespeichert ist und/oder durch die Hilfsleistungsquelle 22 geliefert wird, um die Fahrzeugräder anzutreiben, die wiederum das Hybridfahrzeug 10 antreiben können. Obgleich 1 den Elektromotor 36 schematisch als eine einzige diskrete Einrichtung zeigt, kann der Elektromotor 36 mit einem Generator kombiniert werden (d. h. als ein ”Motor/Generator”), oder er kann mehrere Elektromotoren umfassen (z. B. separate Motoren für die Vorder- und Hinterräder, separate Motoren für jedes Rad, separate Motoren für unterschiedliche Funktionen usw.). Daher bezieht sich die nachfolgende Beschreibung nur auf einen einzelnen Elektromotor 36, auch wenn mehr als ein Elektromotor durch das Hybridfahrzeug verwendet werden kann. Die primäre Leistungsquelle 20 sollte nicht auf einen beliebigen speziellen Typ eines Elektromotors beschränkt sein, da viele unterschiedliche Motortypen, Motorgrößen, Motortechnologien usw. verwendet werden können. Gemäß einem Beispiel kann der Elektromotor 36 einen Wechselstrommotor (z. B. einen Dreiphasen-Wechselstrominduktionsmotor usw.) und auch einen Generator umfassen, der während des regenerativen Bremsens verwendet werden kann. Bei anderen Ausführungsformen kann der Elektromotor 36 Wechselstrom- oder Gleichstrommotoren mit Bürsten oder bürstenlose Motoren, Permanentmagnetmotoren usw. umfassen, er kann durch eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Konfigurationen verbunden werden, und er kann eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Komponenten aufweisen, wie etwa Kühlungsmerkmale, Sensoren, Steuereinheiten und/oder beliebige geeignete andere Komponenten, die in der Technik bekannt sind.
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Die Hilfsleistungsquelle 22 kann Leistung in dem Fall liefern, in dem die Batterie 32 leer ist, und sie umfasst gemäß dieser speziellen Ausführungsform eine Kraftmaschine 60 und einen Generator 62. Im Allgemeinen dreht die Kraftmaschine 60 den Generator 62, der wiederum elektrische Energie erzeugt, welche die Batterie 32 erneut aufladen kann, den Elektromotor 36 antreiben kann, oder beides. Die spezielle Zuweisung elektrischer Energie von dem Generator 62 kann durch den Zustand der Batterie (z. B., ob die Batterie einen niedrigen Ladungszustand (SOC) aufweist usw.), durch Leistungsanforderungen an den Motor (z. B., wenn der Fahrer versucht, das Fahrzeug zu beschleunigen) usw. beeinflusst werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die Kraftmaschine 60 durch eine Brennstoffzelle, ein hydraulisches oder ein pneumatisches System oder eine beliebige andere alternative Energiezufuhr ersetzt, die in der Lage ist, elektrische Energie für das Hybridfahrzeug zu liefern.
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Die Kraftmaschine 60 kann den Generator 62 unter Verwendung herkömmlicher Verbrennungstechniken antreiben, und sie kann einen beliebigen geeigneten Typ einer Kraftmaschine umfassen, der in der Technik bekannt ist. Einige Beispiele von geeigneten Kraftmaschinen umfassen Benzin-, Diesel-, Ethanol-, Flexkraftstoff-, selbstsaugende, turbogeladene Kraftmaschinen, Kraftmaschinen mit Turbokompressor, Wankelmotoren, Kraftmaschinen mit Ottozyklus, Atkinszyklus und Millerzyklus sowie beliebige andere geeignete Kraftmaschinentypen, die in der Technik bekannt sind. Gemäß der hier gezeigten speziellen Ausführungsform kann die Kraftmaschine 60 eine kleine kraftstoffeffiziente Kraftmaschine sein (z. B. eine Vierzylinder-Kraftmaschine mit kleinem Hubraum und Turbolader), die Kraftstoff von einem Kraftstofftank 70 empfängt und den mechanischen Ausgang der Kraftmaschine verwendet, um einen Generator 62 anzutreiben. Die Kraftmaschine 60 kann jedoch gemäß einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen vorgesehen sein, sie kann durch eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Konfigurationen verbunden werden (beispielsweise könnte die Kraftmaschine 60 ein Teil eines Parallelhybridsystems sein, bei dem die Kraftmaschine ebenso mechanisch mit den Fahrzeugrädern gekoppelt ist, anstatt dass sie ausschließlich zum Erzeugen von Elektrizität verwendet wird), und sie kann eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Komponenten aufweisen, wie etwa Sensoren, Steuereinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die in der Technik bekannt sind.
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Der Generator 62 kann mit der Kraftmaschine 60 derart mechanisch gekoppelt sein, dass der mechanische Ausgang der Kraftmaschine 60 bewirkt, dass der Generator 62 elektrische Energie erzeugt, die an die Batterie 32, an den Elektromotor 36 oder an beide geliefert werden kann. Wie bei allen beispielhaften Komponenten, die hierin beschrieben sind, kann der Generator 62 einen von einer beliebigen Anzahl von geeigneten Generatoren umfassen, die in der Technik bekannt sind, und er ist sicherlich nicht auf einen beliebigen speziellen Typ beschränkt. Es wird angemerkt, dass der Generator 62 gemäß einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen vorgesehen sein kann (beispielsweise können der Generator des Motors 36 und der Generator 62 zu einer einzigen Einheit kombiniert werden), dass er durch eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Konfigurationen verbunden werden kann und dass er eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Komponenten aufweisen kann, wie etwa Kühlungseinheiten, Sensoren, Steuereinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die in der Technik bekannt sind. Wiederum sind die vorstehende Beschreibung des beispielhaften Hybridfahrzeugs 10 und die Darstellung in 1 lediglich zur Darstellung einer möglichen Hybridanordnung vorgesehen, und zwar auf eine allgemeine Weise. Eine beliebige Anzahl anderer Hybridanordnungen und -architekturen, einschließlich solcher, die sich signifikant von derjenigen unterscheiden, die in 1 gezeigt ist, können stattdessen verwendet werden.
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Das Steuersystem 24 kann verwendet werden, um bestimmte Betriebsweisen oder Funktionen des Hybridfahrzeugs 10 zu steuern, zu regeln oder auf andere Weise zu lenken, und es kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eine Hybridsteuereinheit 80 und eine Benutzerschnittstelle 82 umfassen. Die Hybridsteuereinheit 80 kann gespeicherte Algorithmen oder andere elektronische Anweisungen verwenden, um die Aktivitäten der verschiedenen Komponenten und Einrichtungen sowohl der primären Leistungsquelle 20 als auch der Hilfsleistungsquelle 22 zu lenken, sodass diese zwei Systeme nahtlos miteinander wechselwirken können und auf eine Vielzahl von sich ändernden Bedingungen reagieren können. In Abhängigkeit von der speziellen Ausführungsform kann die Hybridsteuereinheit 80 ein selbstständiges elektronisches Modul sein (z. B. ein im Fahrzeug integriertes Steuermodul (VICM), ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul für die Traktionsleistung (TPIM), ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul für die Batterieleistung (BPIM) usw.), sie kann in andere elektronische Module in dem Fahrzeug eingebunden oder von diesen umfasst sein (z. B. in einem Antriebsstrang-Steuermodul, einem Kraftmaschinen-Steuermodul usw.), oder sie kann Teil eines größeren Netzwerks oder Systems sein (z. B. eines Batteriemanagementsystems (BMS), eines Fahrzeug-Energiemanagementsystems usw.), um einige Möglichkeiten zu nennen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Hybridsteuereinheit 80 zumindest teilweise für die Ausführung bestimmter Aspekte des Leistungsmanagementschemas verantwortlich sein, das nachstehend beschrieben ist.
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Darüber hinaus kann die Hybridsteuereinheit 80 eine beliebige Kombination von elektronischen Verarbeitungseinrichtungen 84, Speichereinrichtungen 86, Eingabe/Ausgabe-Einrichtungen (I/O-Einrichtungen) 88 und/oder anderer bekannter Komponenten umfassen, und sie kann verschiedene auf die Steuerung und/oder die Kommunikation bezogene Funktionen ausführen. Beispielsweise kann die Verarbeitungseinrichtung 84 einen beliebigen Typ eines geeigneten elektronischen Prozessors umfassen (z. B. einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) usw.), der Anweisungen für Software, Firmware, Programme, Algorithmen, Skripte usw. ausführt. Dieser Prozessor ist nicht auf einen beliebigen Typ einer Komponente oder Einrichtung beschränkt. Auf ähnliche Weise kann eine Speichereinrichtung 86 einen beliebigen Typ eines geeigneten elektronischen Speichermittels umfassen, und sie kann eine Vielzahl von Daten und Informationen speichern. Diese umfassen beispielsweise: detektierte Fahrzeugbedingungen; Nachschlagetabellen und andere Datenstrukturen; Software, Firmware, Programme, Algorithmen, Skripte und andere elektronische Anweisungen; Komponenteneigenschaften und Hintergrundinformationen usw. Das vorliegende Verfahren einschließlich bestimmter Aspekte des Leistungsmanagementschemas – und auch beliebige andere elektronische Anweisungen und/oder Informationen, die für solche Aufgaben erforderlich sind – kann ebenso in der Speichereinrichtung 86 gespeichert oder auf andere Weise in dieser gehalten werden. Die Hybridsteuereinheit 80 kann mittels einer I/O-Einrichtung 88 und geeigneter Verbindungen, wie etwa eines Kommunikationsbusses, elektronisch mit anderen Fahrzeugeinrichtungen und -modulen verbunden sein, sodass diese wechselwirken können, wie es erforderlich ist. Dies sind selbstverständlich nur einige der möglichen Anordnungen, Funktionen und Möglichkeiten der Hybridsteuereinheit 80, da weitere sicherlich möglich sind.
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Eine Benutzerschnittstelle 82 kann verwendet werden, um Informationen zwischen einem Fahrzeugbenutzer und dem Fahrzeug auszutauschen, und dies auf eine Vielzahl von Weisen erfolgen. Beispielsweise kann die Benutzerschnittstelle 82 Benutzeranforderungen, Anweisungen und/oder andere Eingaben von einem Fahrzeugbenutzer empfangen mittels: einer berührungsempfindlichen Bildschirmanzeige, eines Druckknopfs oder einer anderen Fahrzeugsteuerung, einer Tatstatur, eines Mikrophons (z. B. in den Fällen, in denen eine Eingabe verbal geliefert und durch eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle (HMI) interpretiert wird) oder eines Drahtloskommunikationsmoduls (z. B. in den Fällen, in denen eine Eingabe drahtlos von einer mobilen Kommunikationseinrichtung, einem Laptopcomputer, einem Desktopcomputer, einer Website, einer Backend-Einrichtung usw. geliefert wird), um einige Beispiele zu nennen. Zusätzlich kann die Benutzerschnittstelle 82 verwendet werden, um den Fahrzeugzustand, Meldungen und/oder andere Ausgaben an den Fahrzeugbenutzer zu liefern. Dieselben Einrichtungen und Techniken zum Liefern einer Eingabe sowie andere, wie etwa ein Fahrzeug-Audiosystem und eine Instrumententafel, können ebenso verwendet werden, um eine Ausgabe zu liefern. Andere Benutzerschnittstellen können stattdessen vorgesehen sein, da die beispielhaften, die hierin gezeigt und beschrieben sind, nur einige der Möglichkeiten darstellen. Das vorliegende Verfahren kann eine beliebige Benutzerschnittstelle verwenden, um Informationen mit dem Fahrzeug auszutauschen, und es ist nicht auf einen beliebigen speziellen Typ beschränkt.
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Das dargestellte Hybridfahrzeug 10 kann mehr, weniger oder eine andere Kombination der Elemente, Komponenten, Einrichtungen und/oder Module als diejenigen umfassen, die hierin dargestellt und beschrieben sind, da das vorliegende Verfahren nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt ist. Beispielsweise kann das Hybridfahrzeug 10 Teile umfassen wie beispielsweise: ein Hybridgetriebe, eine Leistungsverzweigungseinrichtung, eine Zahnradbox, eine oder mehrere Kupplungen, ein Schwungrad und/oder andere Hybrid-Antriebsstrangkomponenten; eine elektrische Niederspannungsschaltung oder einen elektrischen Niederspannungsbus (z. B. standardmäßige 12 V-, 18 V- oder 42 V-Schaltungen), ein Nebenaggregat-Leistungsmodul (APM), elektronische Nebenaggregate, verschiedene elektronische Module, eine Telematikeinheit, zusätzliche Elektromotoren und/oder andere elektronische Einrichtungen; sowie beliebige andere Einrichtungen, die in Hybridfahrzeugen gefunden werden können. Die Komponenten, Einrichtungen und/oder Module, die in 1 gezeigt sind, können mit anderen Teilen des Hybridfahrzeugs integriert oder auf andere Weise kombiniert werden, da die Darstellung in dieser Figur nur eine mögliche Hybridsystemanordnung allgemein und schematisch darstellen soll.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist ein beispielhaftes Verfahren 100 zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs 10 in einer gebirgigen Umgebung oder in anderen ähnlichen Umgebungen vorgesehen, in denen die Straßen signifikante Gefälle oder Steigungen aufweisen. Es ist manchmal schwierig für ein Hybridfahrzeug, höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten aufrecht zu erhalten, wenn es eine steile Straße mit einer starken Neigung oder Steigung hinauffährt (z. B. Straßen mit Steigungen über 3%). Wenn das Hybridfahrzeug 10 auf einem Abschnitt einer Gebirgsstraße mit einer Steigung fährt, die für eine beträchtliche Distanz zwischen 3%–10% liegt, kann der Elektromotor 36 zum Aufrechterhalten einer gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit in einem solchen steilen Abschnitt so viel elektrische Energie aus der Batterie 32 entnehmen müssen, dass der Ladungszustand (SOC) der Batterie 32 schnell abfallen kann. Ein solcher schneller Abfall kann sogar dann auftreten, wenn die Hilfsleistungsquelle 22 läuft (d. h. die Kraftmaschine 60 und der Generator 62) und elektrische Energie für das Hybridfahrzeug 10 liefert. Wenn keine Abhilfemaßnahmen ergriffen werden und der SOC der Batterie 32 weiterhin fällt und unter einen bestimmten minimalen Schwellenwert fällt (z. B. 15%), muss das Hybridfahrzeug 10 anschließend möglicherweise verlangsamen oder sogar stoppen, damit die Hilfsleistungsquelle 22 einen Teil der elektrischen Energie wieder auffüllt. Das Verfahren 100 ergreift bestimmte Vorsichtsmaßnahmen bezüglich der Erzeugung, der Speicherung und/oder der Verwendung elektrischer Energie, sodass diese Situation vermieden oder zumindest minimiert werden kann.
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Wie es dargestellt ist, beginnt das Verfahren 100 bei Schritt 102, der beispielsweise ein Einschaltereignis mit Schlüssel oder ein Aktivieren eines ”Bergmodus”-Merkmals in Ansprechen auf das Empfangen einer Aktivierungsangabe mittels der Benutzerschnittstelle 82 umfassen kann, beispielsweise dann, wenn ein Benutzer einen ”Bergmodus”-Knopf drückt oder den ”Bergmodus” mittels einer Softwareschnittstelle auslöst. Sobald der ”Bergmodus” bei 102 aktiviert ist, ermittelt die Hybridsteuereinheit 80 anschließend bei 104, ob das Hybridfahrzeug 10 in eine Umgebung mit starker Steigung eingetreten ist. Eine ”Umgebung mit starker Steigung”, wie sie hierin verwendet wird, umfasst allgemein einen beliebigen Abschnitt einer Landstraße oder Schnellstraße, auf dem die mittlere Steigung steil genug ist, um ein spezielles Leistungsmanagementschema für das Hybridfahrzeug zu rechtfertigen; obgleich Umgebungen mit starker Steigung nicht speziell auf eine beliebige bestimmte Steigung oder einen beliebigen bestimmten Bereich von Steigungen beschränkt sind, sind sie oftmals auf Gebirgsstraßen anzutreffen, auf denen die mittlere Steigung für eine gewisse Distanz größer als ungefähr 5% ist.
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Die Hybridsteuereinheit 80 kann die Ermittlung einer starken Steigung bei Schritt 104 ausführen, indem ein oder mehrere auf die Leistung bezogene Parameter des Fahrzeugs 10 überwacht werden. Beispielsweise kann die Hybridsteuereinheit 80 den SOC der Batterie 32 bezüglich einer unerwarteten Leistungsentnahme überwachen, die darauf hinweisen kann, dass der Elektromotor 36 außergewöhnlich hart arbeitet, um eine Geschwindigkeit oder Beschleunigung aufrecht zu erhalten. Alternativ kann die Steuereinheit 80 das Ausmaß dessen, wie hart der Elektromotor 36 arbeitet (z. B. die Drehmomentausgabe des Motors 36), mit der Wirkung vergleichen, die eine solche Arbeit auf die Leistung des Fahrzeugs hat (z. B. auf die Fahrzeugbeschleunigung).
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Beispielsweise kann die Hybridsteuereinheit 80, wie es allgemein in der Graphik 120 in 3 dargestellt ist, den SOC 122 der Batterie 32 überwachen, um einen gewissen Einblick zu erlangen, wie hart die primäre Leistungsquelle 20 arbeitet. Wie es gezeigt ist, kann der SOC 122 der Hybridfahrzeugbatterie 32 als ein Prozentanteil der gesamten Ladungskapazität 124 ausgedrückt werden, und er kann über der Zeit 126 betrachtet werden. Wenn sich das Fahrzeug in einem ”Ladungsmodus” befindet, beispielsweise dann, wenn der endgültige Ladungszielwert 127 und/oder der momentane Ladungszielwert 128 oberhalb des tatsächlichen SOC 122 liegen, kann eine beliebige messbare Abnahme in dem SOC 122 (wie sie beispielsweise dem SOC-Maximum 130 nachfolgt) darauf hinweisen, dass sich das Hybridfahrzeug 10 in einer Umgebung mit starker Steigung befindet oder besonders aggressiv gefahren wird. Wenn ein SOC-Maximum 130 detektiert wird, kann die Hybridsteuereinheit 80 spezieller ermitteln, dass das Fahrzeug in einer Umgebung mit starker Steigung gefahren wird (d. h. bei Schritt 104), indem ein Wert aufgezeichnet wird, der dem SOC 122 an dem Maximum 130 entspricht, und indem evaluiert wird, ob der momentane SOC 122 um einen definierten Schwellenwert 132 unter den aufgezeichneten Wert gefallen ist (z. B. zu der Zeit 134).
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Bei einer Ausführungsform kann das Maximum 130 unter Verwendung einer beliebigen Kombination einer Hardware- und/oder Software-Maximumdetektion detektiert werden. Beispielsweise kann ein Algorithmus, der durch die Hybridsteuereinheit 80 ausgeführt wird, anfänglich den SOC 122 der Batterie 32 überwachen und aufzeichnen. Anschließend (z. B. in dem nächsten Zyklus des Firmware-Codes) kann die Steuereinheit 80 einen aktualisierten SOC-Wert mit dem zuvor aufgezeichneten Wert vergleichen, um zu ermitteln, ob der SOC angestiegen oder abgefallen ist. Wenn der SOC abgefallen ist, kann der aufgezeichnete Wert als das Maximum 130 identifiziert und beibehalten werden; ansonsten kann der aufgezeichnete Wert aktualisiert werden, um den erneut erfassten SOC-Wert widerzuspiegeln. Alternativ kann eine Maximum-Detektorschaltung in Verbindung mit einem Analogsignal verwendet werden, das den SOC der Hybridfahrzeugbatterie 32 angeben kann.
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Wieder auf 2 Bezug nehmend, kann das Verfahren 100 dann, wenn die Hybridsteuereinheit 80 bei 104 ermittelt hat, dass das Fahrzeug 10 in eine Umgebung mit starker Steigung eingetreten ist, bei Schritt 106 das Leistungsmanagementschema anpassen, das die primäre Leistungsquelle und/oder die Hilfsleistungsquelle steuert. Unter der Annahme, dass sich das Leistungsmanagementschema in einem ”Ladungsmodus” befindet, kann das Verfahren 100 beispielsweise das Verhalten des Leistungsmanagementschemas verändern, um die plötzliche Leistungsentnahme zu kompensieren, indem der momentane Ladungszielwert 128 für den SOC der Batterie 32 erhöht wird. Wie zu verstehen ist, kann der momentane Ladungszielwert 128 der Regelungs-Einstellpunkt sein, den die Hilfsleistungsquelle 22 zu erreichen und/oder aufrecht zu erhalten versuchen. Wenn der SOC aufgrund der Aktivitäten der Hilfsleistungsquelle 22 zunimmt, kann der momentane Ladungszielwert 128 auf eine kontrollierte Weise zunehmen, bis er den endgültigen Ladungszielwert 127 erreicht.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Hybridsteuereinheit 80 bei Schritt 106 ausgebildet sein, um den momentanen Ladungszielwert 128 von einem standardmäßigen Ladungsmodus 140 in einen aggressiven Ladungsmodus 142 umzuschalten. Wie in 3 dargestellt ist, kann der momentane Ladungszielwert 128 dann, wenn der endgültige Ladungszielwert 127 im Wesentlichen oberhalb des gegenwärtigen SOC 122 gehalten wird, auf eine maximale Abweichung von dem gegenwärtigen SOC 122 beschränkt werden. Indem der momentane Ladungszielwert 128 auf eine maximale Abweichung beschränkt wird, bewirkt die Hybridsteuereinheit 80, dass die Hilfsleistungsquelle 22 (z. B. die Kraftmaschine 60 und der Generator 62) die Batterie 32 eher allmählich auffüllt. Indem die Wiederherstellung des SOC begrenzt wird, kann verhindert werden, dass die Kraftmaschine mit weit offener Drossel betrieben wird, was durch die Fahrzeuginsassen als unangenehm wahrgenommen werden kann.
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Anfänglich (d. h. bevor eine starke Steigung mittels Schritt 104 zu der Zeit 134 ermittelt wurde) kann das Fahrzeug 10 in einem ”standardmäßigen” Ladungsmodus 140 betrieben werden, der den momentanen Ladungszielwert 128 unter Verwendung einer ”standardmäßigen” maximalen Abweichungen 144 begrenzen kann. Nachdem die Umgebung mit starker Steigung zu der Zeit 134 ermittelt wurde, kann die Hybridsteuereinheit 80 in einen ”aggressiven” Ladungsmodus 142 umschalten, in welchem der momentane Ladungszielwert 128 durch eine größere, ”aggressive” maximale Abweichung 146 begrenzt werden kann. Wie einzusehen ist, können die verschiedenen Steuerroutinen bewirken, die durch die Hybridsteuereinheit 80 verwendet werden, dass die Hilfsleistungsquelle 22 (z. B. die Kraftmaschine 60 und der Generator 62) aggressiver arbeiten, um die Batterie 32 aufzufüllen, wenn der momentane Ladungszielwert 128 dazu neigt, von dem tatsächlichen SOC 122 weiter entfernt zu liegen. Bei einer Ausführungsform kann die ”standardmäßige” maximale Abweichung 144 ungefähr 2% der Batteriekapazität betragen, während die ”aggressive” maximale Abweichung 146 ungefähr 4,5% betragen kann. Alternativ kann die ”aggressive” maximale Abweichung 146 als Funktion der Differenz zwischen dem tatsächlichen SOC 122 und dem gehaltenen/aufgezeichneten Maximum 130 variieren.
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Wie in 4 gezeigt ist, können die Abweichungen 144, 146 der maximalen Ladungszielwerte (die an der vertikalen Achse 160 dargestellt sind) bei einer Ausführungsform als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit 162 variieren. Wie es dargestellt ist, kann jeder Ladungsmodus 140, 142 ein separates Profil 164, 166 für die maximale Abweichung umfassen, die separat verwendet werden können, um den momentanen Ladungszielwert 128 zu begrenzen. Wie es gezeigt ist, kann das Profil 166 für den aggressiven Modus für alle Fahrzeuggeschwindigkeiten 162 größer als das Profil 164 für den standardmäßigen Modus oder gleich diesem sein. Gemäß einer Ausführungsform kann die obere Grenze 168 für die maximale Abweichung ungefähr 5% betragen, und die untere Grenze 170 kann ungefähr 2% betragen. Zusätzlich kann die Krümmung des Profils 164 für den standardmäßigen Ladungsmodus unterhalb einer Geschwindigkeit 172 von ungefähr 45 Meilen pro Stunde (von ungefähr 72,4 Kilometern pro Stunde) auftreten. Somit kann die Hybridsteuereinheit 80, sobald die Profile 164, 166 aufgebaut sind, auf diese beispielsweise mittels einer Nachschlagetabelle zugreifen und zwischen diesen in Abhängigkeit von dem detektierten Terrain abwechseln.
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Wieder auf 2 Bezug nehmend, kann das Fahrzeug, sobald der aggressive Modus 142 bei Schritt 106 aktiviert ist, unter Verwendung des angepassten Leistungsmanagementschemas betrieben werden (Schritt 108) (d. h. indem die aggressive maximale Abweichung 146 auf den momentanen Ladungszielwert 128 angewendet wird), bis die Hybridsteuereinheit 80 bei Schritt 110 ermittelt, dass es die Umgebung mit starker Steigung geeignet verlassen hat. Sobald es diese verlassen hat, kann das Fahrzeug 10 bei Schritt 112 zu dem ”standardmäßigen Ladungsmodus” 140 zurückkehren. Wie in 3 dargestellt ist, kann die Hybridsteuereinheit 80 ermitteln, dass das Fahrzeug 10 die Umgebung mit starker Steigung verlassen hat (Schritt 110), wenn der SOC 122 das zuvor festgelegte Maximum 130 überschreitet (z. B. zu der Zeit 148). Alternativ kann bei einer anderen Ausführungsform ein Wiederherstellungsschwellenwert oberhalb des Maximums 130 vorliegen, den der SOC 122 erreichen muss, bevor das Verfahren 100 ermittelt, dass das Fahrzeug 10 die Umgebung verlassen hat. Sobald das Fahrzeug feststellt, dass es diese verlassen hat, kann die ”standardmäßige” maximale Abweichung 144 jedoch bei Schritt 112 erneut auf den momentanen Ladungszielwert 128 angewendet werden (d. h., dass die Hybridsteuereinheit 80 den Betrieb in dem ”standardmäßigen” Ladungsmodus 140 wieder aufnimmt).
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Das Verfahren 100, das bezogen auf 2 dargestellt und beschrieben ist, kann als ein eigenständiges Verfahren zum Anpassen eines Leistungsmanagementschemas des Hybridfahrzeugs 10 verwendet werden, oder es kann in ein allgemeineres Leistungsmanagementschema eingebunden sein. Beispielsweise kann das allgemeinere Leistungsmanagementschema allgemeine Phasen der Aufladung/Entladung der Batterie 32 ermitteln, und/oder es kann verwendet werden, um den endgültigen Ladungszielwert 127 zu spezifizieren. Das allgemeinere Leistungsmanagementschema kann durch elektronische Algorithmen ausgeführt werden, die durch die Hybridsteuereinheit 80 oder eine beliebige andere geeignete Komponente, Einrichtung, durch ein beliebiges anderes geeignetes Modul, System usw. gespeichert und ausgeführt werden. Wie allgemein in 3 dargestellt ist, ist der allgemeine Trend für den SOC 122 dann, wenn der endgültige Ladungszielwert 127 im Wesentlichen oberhalb des tatsächlichen SOC 122 liegt, sogar mit angewendeter maximaler Abweichung 144, 146, in Richtung des endgültigen Zielwerts 127 anzusteigen. Die Verwendung des ”aggressiven” Ladungsmodus 142 kann die übermäßige Entleerung des SOC 122 der Batterie 32 lediglich eindämmen, wenn eine kurzfristige, große Entnahme stattfindet, wie beispielsweise während einer Bergauffahrt mit Gebirgssteigung. Es wird auch in Erwägung gezogen, dass die Hilfsleistungsquelle 22 Energie direkt an den Elektromotor 36 liefern kann, während in dem standardmäßigen Ladungsmodus 140 und/oder in dem aggressiven Ladungsmodus 142 gearbeitet wird.
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Obgleich die besten Weisen zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurde, werden Fachleute, die diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche auszuüben. Alle Bezugnahmen auf eine Richtung (z. B. oberer, unterer, aufwärts, abwärts, links, rechts, nach links, nach rechts, oberhalb, unterhalb, vertikal und horizontal) werden lediglich zu Identifikationszwecken verwendet, um das Verständnis des Lesers der vorliegenden Erfindung zu unterstützen, und sie erzeugen keine Einschränkungen, insbesondere nicht bezüglich der Position, der Ausrichtung oder der Verwendung der Erfindung. Es ist beabsichtigt, dass der gesamte Gegenstand, der in der vorstehenden Beschreibung enthalten oder in den begleitenden Zeichnungen gezeigt ist, lediglich als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung interpretiert werden soll.
