DE102013106324A1

DE102013106324A1 - Verfahren und System zur Erwärmung der Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102013106324A1
Application number: DE102013106324.1A
Authority: DE
Inventors: Paul Theodore Momcilovich; Bruce Carvell Blakemore; Allan Roy Gale
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2014-01-16
Also published as: US20140015450A1; US9705353B2; CN103538487A; CN103538487B

Abstract

Ein Elektrofahrzeug, wie zum Beispiel ein Hybridelektrofahrzeug (HEV), ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) und ein rein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug (BEV), enthält einen Traktionsmotor. Die Batterie entlädt elektrischen Strom für den Fahrzeugantrieb. Der Entladestrom enthält neben einer Stromkomponente für den Fahrzeugantrieb eine Wechselstrom(AC)-Komponente zur Erwärmung der Batterie. Die Stromkomponente für den Fahrzeugantrieb kann eine Gleichstrom(DC)-Komponente sein.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft die Erwärmung der Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs.
HINTERGRUND
Ein Elektrofahrzeug, wie zum Beispiel ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV – hybrid electric vehicle), ein Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV, – plug-in hybrid electric vehicle) und ein rein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug (BEV – battery electric vehicle), weisen einen Elektromotor und eine Traktionsbatterie auf. Der Motor ist zwischen der Batterie und einer Antriebswelle des Fahrzeugs angeordnet, wobei der Motor mit dem Triebstrang des Fahrzeugs gekoppelt ist. Der Motor kann zur Verwendung von Energie von der Batterie zum Beitrag von positivem Raddrehmoment für die Räder des Fahrzeugs zwecks Antriebs des Fahrzeugs gesteuert werden.
Umgekehrt kann der Motor zum Beitrag von negativem Raddrehmoment für die Räder für Fahrzeugbremsung gesteuert werden. Während eines als Nutzbremsung bezeichneten Vorgangs wird beim Laden der Batterie bei Fahrzeugverzögerung die in dem bremsenden Fahrzeug gespeicherte kinetische Energie gesammelt. Während der Nutzbremsung wird erforderliches Radbremsdrehmoment zwischen Reibungsbremse und dem Motor, der als Generator zum Laden der Batterie wirkt, verteilt.
Das Vermögen einer typischen Traktionsbatterie, die Nutzbremsenergie zu sammeln, wird mit fallender Temperatur der Batterie eingeschränkt, was besonders unter dem Gefrierpunkt spürbar wird. Bei einem Verfahren zur Erwärmung der Batterie zum Überwinden dieser Verringerung des Sammelvermögens wird Energie zyklisch in die und aus der Batterie geleitet. Bei relativ niedrigen Temperaturen kann jedoch relativ wenig Energie in die Batterie zurückgeführt werden. In diesem Fall liefert der Entladestrom sämtliche Batterieerwärmung.
KURZDARSTELLUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren bereit, das Entladen von elektrischem Strom von einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs für den Fahrzeugantrieb umfasst. Der Entladestrom enthält eine Wechselstromkomponente (AC-Komponente) zur Erwärmung der Batterie.
Der Entladestrom kann weiterhin eine Gleichstromkomponente (DC-Komponente) für den Fahrzeugantrieb enthalten. Die AC-Komponente bewirkt, dass die Batterie mehr Wärmeverlust erzeugt als Wärmeverlust allein von der DC-Komponente, um dadurch die Erwärmung der Batterie zu erleichtern. Bei einer Ausführungsform hat die AC-Komponente eine Frequenz zwischen 0 Hz und 300 Hz.
Das Verfahren kann Erzeugen eines Motordrehmomentsignals, das (i) ein für den Fahrzeugantrieb durch einen mit der Batterie verbundenen Motor zu erzeugendes Motordrehmoment durch den die DC-Komponente des Entladestroms verwendenden Motor und (ii) die AC-Komponente des Entladestroms zur Erwärmung der Batterie anzeigt, durch eine Steuerung umfassen. Das Verfahren kann Zuführen des Motordrehmomentsignals zu dem Motor zum Betrieb der Batterie zwecks Entladung des Entladestroms umfassen.
Das Verfahren kann Zuführen des Entladestroms von der Batterie zu einem mit der Batterie verbundenen Motor umfassen. Das Verfahren kann Umwandeln des Entladestroms durch den Motor in ein mechanisches Drehmoment und Zuführen des mechanischen Drehmoments von dem Motor zu einem Getriebe, damit das Getriebe das mechanische Drehmoment für den Antrieb des Fahrzeugs verwenden kann, umfassen.
Das Verfahren kann Reduzieren der AC-Komponente des Entladestroms im Laufe der Zeit mit Erwärmung der Batterie, so dass der Entladestrom im Wesentlichen keine AC-Komponente aufweist, nachdem die Temperatur der Batterie bis zu einem ausreichenden Schwellwert zugenommen hat, umfassen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein System mit einer Steuerung bereit, die zum Entladen von elektrischem Strom von einer Traktionsbatterie für den Fahrzeugantrieb konfiguriert ist. Der Entladestrom enthält eine AC-Komponente zur Erwärmung der Batterie.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Fahrzeug mit einem Getriebe, einem zur Bereitstellung eines Motordrehmoments für das Getriebe zum Antrieb des Fahrzeugs konfigurierten Motor und einer Traktionsbatterie bereit. Die Batterie ist dazu konfiguriert, elektrischen Strom zum Motor zu entladen, damit der Motor ihn zur Erzeugung des Motordrehmoments verwenden kann. Der Entladestrom enthält eine AC-Komponente zur Erwärmung der Batterie.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Hybridfahrzeugantriebsstrangs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar; und
2 stellt ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise eines Verfahrens und Systems zum Modifizieren der DC-Last der Traktionsbatterie, so dass sie eine AC-Komponente zur Erwärmung der Batterie enthält, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart, es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgestaltet werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Ausführungsformen zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hier offenbart werden, sollen daher nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise einzusetzen.
Nunmehr auf 1 Bezug nehmend, wird ein Blockdiagramm eines beispielhaften Antriebsstrangsystems 10 für ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Antriebsstrangsystem 10 enthält eine Kraftmaschine 20, eine elektrische Maschine, wie zum Beispiel einen Elektromotor/Generator 30 (”Motor”), ein automatisches Mehrganggetriebe 50 und ein Reibungsbremssystem.
Die Kraftmaschine 20 weist eine Ausgangswelle 22 auf, die durch eine Kraftmaschinenkupplung 32 (das heißt eine Trennkupplung 32) mit einer Eingangswelle 24 des Motors 30 verbindbar und davon trennbar ist. Der Motor 30 weist eine Ausgangswelle 42 auf, die durch eine Motorkupplung 52 (das heißt eine Anfahrkupplung 52) mit einer Eingangswelle 44 des Getriebes 50 verbindbar und davon trennbar ist. Obgleich die Kupplungen 32 und 52 als hydraulische Kupplungen beschrieben und dargestellt werden, können auch andere Kupplungsarten, wie zum Beispiel elektromechanische Kupplungen, verwendet werden.
Das Getriebe 50 enthält mehrere Übersetzungsverhältnisse und ist mit einer Antriebswelle 54 (das heißt einer Ausgangswelle des Getriebes 50) verbunden. Die Ausgangswelle 54 ist mit einem Differenzial 56 verbunden. Ein linkes und ein rechtes Antriebsrad 60, 62 sind durch eine linke und eine rechte Achse 64, 66 mit dem Differenzial 56 verbunden. Bei dieser Anordnung überträgt das Getriebe 50 ein Antriebsstrangausgangsdrehmoment 68 auf die Antriebsräder 60, 62. Die Räder 60, 62 sind mit Reibungsbremsen 70 zum Anlegen einer Bremskraft zwecks Verlangsamung des Fahrzeugs versehen.
Der Startermotor 34 ist durch die Verkabelung 38 mit einer Traktionsbatterie 36 verbunden, so dass er auch als Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie zur Speicherung in der Batterie 36 verwendet werden kann. Im Betrieb kann die Kraftmaschine 20 dem Startermotor 34 Energie zuführen, so dass der Startermotor 34 elektrische Energie zur Speicherung in der Batterie 36 erzeugt. Der Motor 30 ist durch die Verkabelung 53 auch mit der Batterie 36 verbunden.
Die Kraftmaschine 20 ist eine Primärenergiequelle für das Antriebsstrangsystem 10, und die Batterie 36 ist eine Sekundärenergiequelle für das Antriebsstrangsystem 10. Die Kraftmaschine 20 ist eine Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel eine mit Benzin, Diesel oder Erdgas angetriebene Kraftmaschine. Die Kraftmaschine 20 erzeugt ein erstes Eingangsdrehmoment 76 (das heißt ein Kraftmaschinendrehmoment), das dem Motor 30 zugeführt wird, wenn die Kraftmaschine 20 und der Motor 30 über die Kraftmaschinenkupplung 32 verbunden sind. Zum Antrieb des Fahrzeugs mit der Kraftmaschine 20 wird mindestens ein Teil des ersten Eingangsdrehmoments 76 von der Kraftmaschine 20 durch die Kraftmaschinenkupplung 32 zum Motor 30 und dann vom Motor 30 durch die Motorkupplung 52 zum Getriebe 50 übertragen. Die Kraftmaschine 20 führt dem Motor 30 auch Energie durch die Kraftmaschinenkupplung 32 zu, so dass der Motor 30 als ein Generator wirken und elektrische Energie zur Speicherung in der Batterie 36 erzeugen kann.
In Abhängigkeit von dem bestimmten Betriebsmodus des Fahrzeugs sendet der Motor 30 entweder der Batterie 36 Energie oder wandelt in der Batterie 36 gespeicherte elektrische Energie in ein zweites Eingangsdrehmoment 78 (das heißt in ein Motordrehmoment) um. Das zweite Eingangsdrehmoment 78 wird durch die Motorkupplung 52 auch zum Getriebe 50 gesendet. Bei Erzeugung von elektrischer Energie zur Speicherung in der Batterie 36 enthält der Motor 30 Energie entweder von der Kraftmaschine 20 in einem Fahrmodus oder von der Trägheit im Fahrzeug, wenn der Motor 30 in einem so genannten Nutzbremsmodus als Bremse wirkt.
Wie beschrieben, sind die Kraftmaschine 20, die Kraftmaschinenkupplung 32, der Motor 30, die Motorkupplung 52 und das Getriebe 50 sequenziell in Reihe verbindbar, wie in 1 dargestellt. Somit stellt das Antriebsstrangsystem 10 eine Parallel- oder modulare Hybridgetriebe(”MHT”)-Konfiguration (MHT – modular hybrid transmission) dar, bei der die Kraftmaschine 20 durch die Kraftmaschinenkupplung 32 mit dem Motor 30 verbunden ist, wobei der Motor 30 durch die Motorkupplung 52 mit der Getriebeeingangswelle 44 verbunden ist.
In Abhängigkeit davon, ob die Kraftmaschinenkupplung 32 und die Motorkupplung 52 eingerückt oder ausgerückt sind, wird bestimmt, welche Eingangsdrehmomente 76 und 78 zum Getriebe 50 übertragen werden. Wenn die Kraftmaschinenkupplung 32 ausgerückt ist, dann wird zum Beispiel nur das zweite Eingangsdrehmoment 78 vom Motor 30 dem Getriebe 50 zugeführt. Wenn beide Kupplungen 30, 52 eingerückt sind, dann wird sowohl das erste als auch das zweite Eingangsdrehmoment 76, 78 von der Kraftmaschine 20 bzw. vom Motor 30 dem Getriebe 50 zugeführt. Wenn nur von der Kraftmaschine 20 Eingangsdrehmoment für das Getriebe 50 gewünscht wird, sind natürlich beide Kupplungen 32 und 52 eingerückt, aber der Motor 30 ist nicht erregt, so dass das erste Eingangsdrehmoment 76 von der Kraftmaschine 20 nur dem Getriebe 50 zugeführt wird. Das Antriebsstrangausgangsdrehmoment 68 entspricht der Summe des dem Getriebe 50 zugeführten Kraftmaschinendrehmoments 76 und Motordrehmoments 78.
Das Getriebe 50 enthält mehrere (nicht gezeigte) Planetenradsätze, die durch gezieltes Einrücken mehrerer Reibelemente gezielt in verschiedenen Übersetzungsverhältnissen platziert werden, um die gewünschten mehreren Gangstufen herzustellen. Zum Beispiel können die Reibelemente des Getriebes 50 durch ein lastannehmendes Reibelement 72 (das heißt eine lastannehmende Kupplung (”OCC” – on-coming clutch)), ein lastabgebendes Reibelement 73 (das heißt eine lastabgebende Kupplung (”OGC” – off-going clutch)) und eine Vorwärtskupplung 74 gebildet werden. Die Reibelemente des Getriebes 50 sind durch einen Schaltplan steuerbar, der bestimmte Elemente der Planetenradsätze des Getriebes 50 verbindet und trennt, um das Verhältnis zwischen dem Getriebeausgang und dem Getriebeeingang zu steuern.
Das Getriebe 50 wird auf Grundlage der Erfordernisse des Fahrzeugs automatisch von einem Verhältnis zu einem anderen geschaltet. Dann führt das Getriebe 50 das Antriebsstrangausgangsdrehmoment 68 der Ausgangswelle 54 zu. Das Antriebsstrangausgangsdrehmoment 68 treibt letztendlich die Antriebsräder 60, 62 an. Die kinetischen Details des Getriebes 50 können durch eine große Palette an Getriebeanordnungen gebildet werden. Das Getriebe 50 ist ein Beispiel für eine Getriebeanordnung zur Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Jegliches Mehrganggetriebe, das eine oder mehrere Eingangsdrehmomente von einer Kraftmaschine und/oder einem Motor empfängt und dann einer Ausgangswelle in verschiedenen Übersetzungsverhältnissen Drehmoment zuführt, ist zur Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung akzeptabel. Darunter fallen automatische und Handschaltgetriebe. Stufenlose, Doppelkupplungs- und endlos verstellbare Getriebe sind zur Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung akzeptabel.
Des Weiteren enthält das Antriebsstrangsystem 10 eine Antriebsstrangsteuereinheit 80 und eine Bremssteuereinheit 85. Die Steuereinheiten 80 und 85 bilden gemeinsam eine Fahrzeugsystemsteuerung. Auf Grundlage der Neupositionierung eines Bremspedals 92 liefert der Fahrer des Fahrzeugs ein Gesamtbremsdrehmomentanforderungssignal 94, wenn der Fahrer das Fahrzeug verlangsamen möchte. Je stärker der Fahrer auf das Pedal 92 drückt, desto mehr Radbremsdrehmoment wird angefordert. Die Bremssteuereinheit 85 teilt das Gesamt radbremsdrehmoment zwischen einem Antriebsstrangbremsdrehmomentsignal 95 (das die durch Nutzbremsung zu erhaltende Drehmomenthöhe darstellt) und einem Reibungsbremsdrehmomentsignal 96 (das die durch die Reibungsbremsen 70 zu erhaltende Drehmomenthöhe darstellt) auf.
Die Bremssteuereinheit 85 liefert das Reibungsbremsdrehmomentsignal 96 zu den Reibungsbremsen 70, damit die Reibungsbremsen das Reibungsbremsdrehmoment an die Antriebsräder anlegen. Die Bremssteuereinheit 85 liefert das Antriebsstrangbremsdrehmomentsignal 95 zu der Antriebsstrangsteuereinheit 80. Als Reaktion darauf sendet die Antriebsstrangsteuereinheit 80 ein Motordrehmomentsignal 98 zum Motor 30, das die erforderliche durch Nutzbremsung bereitzustellende Motordrehmomenthöhe darstellt. Der Motor 30 erzeugt wiederum das Nutzbremsdrehmoment und führt dadurch dem Getriebe 50 ein negatives Eingangsdrehmoment zu.
Die Antriebsstrangsteuereinheit 80 empfängt Drehmomentverhältnissignale 101 vom Getriebe 50 hinsichtlich des Schaltens von einem Übersetzungsverhältnis zum anderen, wie zum Beispiel während einer Gangschaltung. Die Antriebsstrangsteuereinheit 80 empfängt auch ein Antriebstrangdrehmomentsignal 99, das eine Gesamtantriebsstrangausgangsdrehmomenthöhe 68 darstellt.
Zum Antrieb des Fahrzeugs sendet die Antriebsstrangsteuereinheit 80 ein Brennkraftmaschinendrehmomentsignal 100 zur Kraftmaschine 20, das anzeigt, wie viel Kraftmaschinendrehmoment zu einem gegebenen Zeitpunkt erforderlich ist. Als Reaktion darauf wird die Kraftmaschine 20 dazu betrieben, Kraftmaschinendrehmoment 76 gemäß dem Kraftmaschinendrehmomentsignal 100 zu erzeugen. Analog dazu sendet die Antriebsstrangsteuereinheit 80 ein Motordrehmomentsignal 98 zum Motor 30, das anzeigt, wie viel Motordrehmoment zu einem gegebenen Zeitpunkt erforderlich ist. Als Reaktion darauf wird der Motor 30 dazu betrieben, Motordrehmoment 78 gemäß dem Motordrehmomentsignal 98 zu erzeugen. Das Antriebsstrangausgangsdrehmoment 68 entspricht der Summe des dem Getriebe 50 zugeführten Kraftmaschinendrehmoments 76 und Motordrehmoments 78. Wenn beide Kupplungen 32, 52 eingerückt sind, werden sowohl das Kraftmaschinendrehmoment 76 als auch das Motordrehmoment 78 dem Getriebe 50 zugeführt. In diesem Fall entspricht das Antriebsstrangausgangsdrehmoment 68 der Summe des Kraftmaschinendrehmoments 76 und des Motordrehmoments 78.
Der Motor 30 enthält einen von der Batterie 36 entladenen elektrischen Strom, um das Motordrehmoment 78 zu erzeugen. Der Entladestrom zur Erzeugung des Motordrehmoments 78 ist eine Gleichstrom(DC)-Last der Batterie 36. Der Motor 30 wandelt den Entladestrom in ein mechanisches Drehmoment (das heißt das Motordrehmoment 78) um.
Die Höhe des Entladestroms von der Batterie 36 entspricht der Höhe des zu erzeugenden Motordrehmoments 78. Natürlich ist der Entladestrom von der Batterie 36 bei einer festen Spannung der Batterie 36 proportional zur Motorleistung (das heißt V·I = Leistung), und die Motorleistung ist das Produkt des Motordrehmoments 78 und der Drehzahl des Motors 30. Wie oben erwähnt, basiert die Höhe des zu erzeugenden Motordrehmoments 78 auf dem Motordrehmomentsignal 98 von der Antriebsstrangsteuereinheit 80. Somit kann die Antriebsstrangsteuereinheit 80 den Motor 30 zur Erzeugung verschiedener Motordrehmomente 78 durch Erhalt entsprechend verschiedener Entladeströme von der Batterie 36 steuern. Die Antriebsstrangsteuereinheit 80 steuert den Motor 30 zur Erzeugung verschiedener Motordrehmomente 78 durch Steuerung entsprechend verschiedener Motordrehmomentsignale 98 zum Motor 30.
Das Vermögen der Batterie 36, Nutzbremsenergie zu sammeln, wird bei Fallen der Temperatur der Batterie 36 unter den Gefrierpunkt eingeschränkt. Steuerstrategien gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung fügen der Entladestromlast der Batterie 36 eine Wechselstrom(AC)-Komponente zu, um die Batterie 36 zu erwärmen. Das heißt, diese Steuerstrategien modifizieren die Entladestromlast der Batterie 36, um eine AC-Komponente zur Erwärmung der Batterie 36 mit aufzunehmen. Zum Beispiel werden die Zellen der Batterie 36 erwärmt. Bei einer Ausführungsform fügt die Antriebsstrangsteuereinheit 80 dem Motordrehmomentsignal 98 eine AC-Störung zu, um der Entladestromlast der Batterie 36 die AC-Komponente hinzuzufügen. Das heißt, bei dieser Ausführungsform wird die elektrische Antriebsdrehmomentansteuerung zur Aufnahme der AC-Störung modifiziert. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der AC-Komponente um eine Niederfrequenz-AC-Komponente in einer Größenordnung zwischen 0 Hz und 300 Hz.
Als Beispiel für das Hinzufügen einer AC-Komponente zu dem Entladestrom der Batterie 36 wird eine DC-Stromentnahme von zehn Ampere von der Batterie 36 betrachtet. Wenn eine Spitzen-zu-Spitzen-AC-Stromentnahme von zehn Ampere dem DC-Strom hinzugefügt wird, dann erfährt die Batterie 36 keinen Ladestrom. In diesem Beispiel bleibt die durchschnittliche Stromentnahme jedoch bei 10 Ampere bei einer Erhöhung des I2R-Verlustes der Batterie von 12%.
Nunmehr auf 2 Bezug nehmend, wird ein Flussdiagramm 200 gezeigt, das die Funktionsweise eines Verfahrens und Systems zum Modifizieren der DC-Last der Batterie 36, so dass sie eine AC-Komponente zur Erwärmung der Batterie 36 enthält, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt. Es kommt zu dem Ablauf, wenn das Fahrzeug mit einem Antriebsstrangausgangsdrehmoment 68 auf Grundlage mindestens eines Motordrehmoments 78 angetrieben wird. Das Kraftmaschinendrehmoment 76 kann dem Getriebe 50 zum Antrieb des Fahrzeugs während des Ablaufs zugeführt oder nicht zugeführt werden.
Der Ablauf beginnt damit, dass die Antriebsstrangsteuereinheit 80 ein Motordrehmomentsignal 98 erzeugt, um den Motor 30 dahingehend zu steuern, ein entsprechendes Motordrehmoment 78 zum Antrieb des Fahrzeugs zu erzeugen. Insbesondere erzeugt die Antriebsstrangsteuereinheit 80 das Motordrehmomentsignal 98 mit einer hinzugefügten AC-Komponentenstörung. Somit enthält das Motordrehmomentsignal 98 eine eine DC-Stromlast anzeigende Komponente und eine eine AC-Stromlast anzeigende Komponente. Die DC-Komponente entspricht dem für den Fahrzeugantrieb zu erzeugenden Motordrehmoment 78. Die AC-Komponente entspricht der hinzugefügten AC-Störung zur Batterieerwärmung. Ohne die hinzugefügte AC-Komponentenstörung würde das Motordrehmomentsignal 98 ein typisches Motordrehmomentsignal sein, das gänzlich die DC-Stromlast anzeigt. Das Motordrehmomentsignal 98 für den Fahrzeugantrieb mit der hinzugefügten AC-Störung für die Batterieerwärmung wird zum Motor 30 geleitet, wie in Block 202 gezeigt.
Als Reaktion darauf, dass das Motordrehmomentsignal 98 von der Antriebsstrangsteuereinheit 80 zum Motor 30 geleitet wird, entlädt die Batterie 36 elektrischen Strom zum Motor 30, wie in Block 204 gezeigt. Der Entladestrom enthält die DC-Komponente, die dem für den Fahrzeugantrieb zu erzeugenden Motordrehmoment 78 entspricht, und die AC-Komponente, die der für die Erwärmung der Batterie 36 hinzugefügten AC-Störung entspricht.
Der Motor 30 erzeugt das Motordrehmoment 78 gemäß dem angesteuerten Motordrehmomentsignal 98, wie in Block 206 gezeigt. Der Motor 30 führt das Motordrehmoment 78 über die eingerückte Motorkupplung 52 dem Getriebe 50 zu, um das Antriebsstrangausgangsdrehmoment 68 für den Antrieb des Fahrzeugs zu erzeugen, wie in Block 208 gezeigt.
Die AC-Komponente kann mit Erwärmung der Batterie 36 im Laufe der Zeit reduziert werden, so dass der Entladestrom keine AC-Komponente oder im Wesentlichen keine AC-Komponente enthält, wenn die Temperatur der Batterie 36 bis zu einem ausreichenden Schwellwert zugenommen hat. Umgekehrt kann die AC-Komponente im Laufe der Zeit erhöht werden, um der Tatsache Rechnung zu tragen, wenn sich die Batterie 36 nicht innerhalb einer ausreichenden Zeitspanne erwärmt hat.
Wie erwähnt, ist das Antriebsstrangausgangsdrehmoment 68 die Summe des Kraftmaschinendrehmoments 76 und des Motordrehmoments 78, wenn beide Drehmomente 76, 78 dem Getriebe 50 zugeführt werden. Falls erforderlich, kann die Antriebsstrangsteuereinheit 80 demgemäß die Kraftmaschine 20 entsprechend der dem Motordrehmomentsignal 98 hinzugefügten AC-Störung steuern, um durch die AC-Störung verursachte etwaige Auswirkungen auf das Motordrehmoment 78 aufzuheben. Diese Option steht zur Verfügung, da das Antriebsstrangausgangsdrehmoment 68 der Summe des Kraftmaschinendrehmoments 76 und des Motordrehmoments 78 entspricht, wenn beide Drehmomente 76, 78 dem Getriebe 50 zugeführt werden.
Bei einer anderen Ausführungsform wird der Motor 30 als ein Generator für die Batterie 36 betrieben. Bei dieser Ausführungsform liefert die Kraftmaschine 20 Energie durch die Kraftmaschinenkupplung 32 zum Motor 30, so dass der Motor 30 als Generator wirken kann und elektrische Energie zur Speicherung in der Batterie 36 erzeugen kann. Bei dieser Ausführungsform wird die abgegebene elektrische Energie des Motors 30 zu Batterie 36 variiert, um die AC-Störung für die Batterieerwärmung der abgegebenen elektrischen Energie hinzuzufügen. In diesem Fall wird die typische abgegebene elektrische Energie des Motors 30 für die Batterie 36 mit der hinzugefügten AC-Störung modifiziert.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind mit Lithium-Ionen-Batterien anwendbar. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nutzen die Eigenschaften, dass bei niedrigen Wechselstromfrequenzen (zum Beispiel zwischen 0 Hz bis 300 Hz) die Temperatur einer Lithium-Ionen-Batterie bedeutend schneller erhöht werden kann, als durch einfaches Entladen der Batterie mit einer DC-Stromlast oder mit im Verhältnis höheren Wechselstromfrequenzen. Die Batterie kann bei diesen geringen Wechselstromfrequenzen bedeutend schneller erhöht werden, da die Batterie bei diesen geringen Wechselstromfrequenzen ihren höchsten Widerstand hat. Demgemäß kann das Hinzufügen einer AC-Komponente mit Frequenzen zwischen 0 Hz und 300 Hz zu der DC-Stromentnahme von der Batterie 36 die Zeitspanne bis zur Erwärmung der Batterie effektiv reduzieren. Infolgedessen wird das Vermögen der Batterie 36, Nutzbremsenergie aufzunehmen, erhöht. Wie hier beschrieben, kann das Hinzufügen dieser Frequenzkomponente (oder Frequenzkomponenten) zu der DC-Stromentnahme von der Batterie 36 durch Hinzufügen einer Störung zu der Stromsteuerung für das Antriebssystem erreicht werden.
Mit zu dem Antriebssystem hinzugefügter Niederfrequenz(en)-Störung kann die Zeit, bis die Batterie eine Temperatur erreicht, die die Aufnahme von Nutzbremsenergie gestattet, reduziert werden, während eine volle Funktionalität des Fahrzeugs für den Fahrzeugführer bereitgestellt wird. Diese reduzierte Zeit kann eine verbesserte Niedertemperatur-Nutzbremsaufnahme bereitstellen, was zu einer vergrößerten Fahrzeugbetriebsreichweite führt. Wie beschrieben kann das Verfahren zum Hinzufügen der Niederfrequenz- oder Niederfrequenzenkomponente zu der DC-Stromentnahme von der Batterie 36 durch Hinzufügen einer Störung zu der Stromsteuerung für das Antriebssystem erreicht werden. Wie für den Durchschnittsfachmann bekannt, kann dies auf verschiedene Weise erreicht werden. Ein Beispiel dafür wird in IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), 3–5 September, 2008, Harbin, China 978-1-4244-1849-7/08 2008, IEEE Design & Implementation of a Novel Vector-Controlled Drive by Direct Injection of Random Signal, A. Zabihinejad und J. S. Moghani, beschrieben.
Wie hier beschrieben, ist das Antriebsstrangsystem 10 ein Beispiel für ein Antriebsstrangsystem zur Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Antriebsstrangsystem 10 stellt eine Parallel-Hybrid-Elektrofahrzeugkonfiguration dar. Es können andere Hybridelektrofahrzeugantriebsstränge mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Ebenso können Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeugantriebsstränge und rein batteriebetriebene Elektrofahrzeugantriebsstränge mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Im Allgemeinen können jegliche Elektrofahrzeuge mit einem zwischen einer Traktionsbatterie und einem Getriebe angeordneten Motor mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Solche Elektrofahrzeuge können gegebenenfalls eine Kraftmaschine enthalten.
Obgleich oben Ausführungsformen beschrieben werden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen sind die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke beschreibende und nicht einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener Implementierungsausführungsformen zur Bildung weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), 3–5 September, 2008, Harbin, China 978-1-4244-1849-7/08 2008 [0041]
IEEE Design & Implementation of a Novel Vector-Controlled Drive by Direct Injection of Random Signal, A. Zabihinejad und J. S. Moghani [0041]

Claims

Verfahren, das Folgendes umfasst: Entladen von elektrischem Strom von einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs für den Fahrzeugantrieb, wobei der Entladestrom neben einer Stromkomponente für den Fahrzeugantrieb eine Wechselstromkomponente (AC-Komponente) zur Erwärmung der Batterie umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die Stromkomponente für den Fahrzeugantrieb eine Gleichstrom(DC)-Komponente ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei: die AC-Komponente bewirkt, dass die Batterie mehr Wärmeverlust erzeugt als Wärmeverlust allein von der DC-Komponente, um dadurch die Erwärmung der Batterie zu erleichtern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die AC-Komponente eine Frequenz von zwischen 0 Hz und 300 Hz hat.
Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin Folgendes umfasst: Erzeugen eines Motordrehmomentsignals angegeben durch (i) ein für den Fahrzeugantrieb durch einen mit der Batterie verbundenen Motor zu erzeugendes Motordrehmoment durch den die DC-Komponente des Entladestroms verwendenden Motor und (ii) die AC-Komponente des Entladestroms zur Erwärmung der Batterie.
Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin Folgendes umfasst: Zuführen des Motordrehmomentsignals zu dem Motor zum Betrieb der Batterie zwecks Entladung des Entladestroms.
Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin Folgendes umfasst: Zuführen des Entladestroms von der Batterie zu einem mit der Batterie verbundenen Motor.
Verfahren nach Anspruch 7, das weiterhin Folgendes umfasst: Umwandeln des Entladestroms durch den Motor in ein mechanisches Drehmoment; und Zuführen des mechanischen Drehmoments von dem Motor zu einem Getriebe, damit das Getriebe das mechanische Drehmoment für den Antrieb des Fahrzeugs verwenden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes umfasst: Reduzieren der AC-Komponente des Entladestroms im Laufe der Zeit mit Erwärmung der Batterie, so dass der Entladestrom zumindest im Wesentlichen keine AC-Komponente aufweist, nachdem die Temperatur der Batterie bis zu einem ausreichenden Schwellwert zugenommen hat.
System, das Folgendes umfasst: eine Steuerung, die zum Entladen von elektrischem Strom von einer Traktionsbatterie für den Fahrzeugantrieb konfiguriert ist, wobei der Entladestrom neben einer Stromkomponente für den Fahrzeugantrieb eine Wechselstrom(AC)-Komponente zur Erwärmung der Batterie enthält.
System nach Anspruch 10, wobei: die Stromkomponente für den Fahrzeugantrieb eine Gleichstrom(DC)-Komponente ist.
System nach Anspruch 10, wobei: die AC-Komponente eine Frequenz von zwischen 0 Hz und 300 Hz hat.
System nach Anspruch 11, das weiterhin umfasst: dass die Steuerung zur Erzeugung eines Motordrehmomentsignals konfiguriert ist, das angegeben wird durch (i) ein für den Fahrzeugantrieb durch einen mit der Batterie verbundenen Motor zu erzeugendes Motordrehmoment durch den die DC-Komponente des Entladestroms verwendenden Motor und (ii) die AC-Komponente des Entladestroms zur Erwärmung der Batterie; dass die Steuerung weiterhin zur Zuführung des Motordrehmomentsignals zu dem Motor zum Betrieb der Batterie zur Entladung des Entladestroms konfiguriert ist.
System nach Anspruch 10, wobei: die Steuerung weiterhin dazu konfiguriert ist, die AC-Komponente des Entladestroms im Laufe der Zeit mit Erwärmung der Batterie zu reduzieren, so dass der Entladestrom im Wesentlichen keine AC-Komponente aufweist, nachdem die Temperatur der Batterie bis zu einem ausreichenden Schwellwert zugenommen hat.
Fahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Getriebe; einen zur Bereitstellung eines Motordrehmoments für das Getriebe zum Antrieb des Fahrzeugs konfigurierten Motor; und eine Traktionsbatterie, die dazu konfiguriert ist, elektrischen Strom zum Motor zu entladen, damit der Motor ihn zur Erzeugung des Motordrehmoments verwenden kann, wobei der Entladestrom neben einer Stromkomponente für den Fahrzeugantrieb eine Wechselstrom(AC)-Komponente zur Erwärmung der Batterie enthält.
Fahrzeug nach Anspruch 15, wobei: die Stromkomponente für den Fahrzeugantrieb eine Gleichstrom(DC)-Komponente ist.
Fahrzeug nach Anspruch 15, wobei: die AC-Komponente eine Frequenz von zwischen 0 Hz und 300 Hz hat.
Fahrzeug nach Anspruch 16, das weiterhin Folgendes umfasst: eine Steuerung, die konfiguriert ist zur Erzeugung eines Motordrehmomentsignals, das angegeben wird durch (i) ein für den Fahrzeugantrieb durch einen mit der Batterie verbundenen Motor zu erzeugendes Motordrehmoment durch den die DC-Komponente des Entladestroms verwendenden Motor und (ii) die AC-Komponente des Entladestroms zur Erwärmung der Batterie.
Fahrzeug nach Anspruch 18, wobei: die Steuerung weiterhin zum Zuführen des Motordrehmomentsignals zu dem Motor zum Betrieb der Batterie zwecks Entladung des Entladestroms konfiguriert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 15, wobei: das Fahrzeug ein Hybridelektrofahrzeug, ein Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeug oder ein rein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug ist.