DE102013202714A1

DE102013202714A1 - Gesteuertes abschalten eines elektrofahrzeugs

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Publication number: DE102013202714A1
Application number: DE102013202714A
Authority: DE
Inventors: Joseph Stanek; Jeffrey R. Grimes; William David Treharne; Ryan Skaff; Brian Gillespey
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2013-08-29
Also published as: US8831808B2; US20130226377A1; CN103332122B; CN103332122A

Abstract

Ein Fahrzeug wird mit einem Motor versehen, der dazu konfiguriert ist, Antriebsmoment bereitzustellen und Nutzbremsung zu ermöglichen. Des Weiteren enthält das Fahrzeug eine Steuerung, die zum Empfang von Eingangssignalen, die eine Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Batterieladezustand (BSOC) anzeigen, und zur Deaktivierung des Antriebsmoments, wenn der BSOC unter einer Maximalentladungsgrenze liegt, konfiguriert ist. Des Weiteren ist die Steuerung zur Aktivierung von Nutzbremsung, wenn der BSOC unter der Maximalentladungsgrenze liegt und die Fahrzeuggeschwindigkeit über einer vorbestimmten Geschwindigkeit liegt, konfiguriert.

Description

Eine oder mehrere Ausführungsformen betreffen ein Fahrzeugsystem zum gesteuerten Abschalten eines Elektrofahrzeugs bei geringer Batterieleistung.
Der Begriff "Elektrofahrzeug", wie er hier verwendet wird, umfasst Fahrzeuge mit einem Elektromotor für den Fahrzeugantrieb, wie zum Beispiel batterie-elektrische Fahrzeuge (BEVs, BEV – battery electric vehicle), Hybridelektrofahrzeuge (HEVs, HEV – hybrid electric vehicle) und Plug-In-Hybridfahrzeuge (PHEVs, PHEV – plugin hybrid electric vehicle). Ein BEV enthält einen Elektromotor, wobei die Energiequelle für den Motor eine Batterie ist, die von einem externen Elektrizitätsnetz wiederaufgeladen werden kann. Bei einem BEV ist die Batterie die Energiequelle für den Fahrzeugantrieb. Ein HEV enthält einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor, wobei die Energiequelle für den Verbrennungsmotor Kraftstoff ist und die Energiequelle für den Elektromotor die Batterie ist. Bei einem HEV ist der Verbrennungsmotor die Hauptenergiequelle für den Fahrzeugantrieb, wobei die Batterie zusätzliche Energie für den Fahrzeugantrieb bereitstellt (die Batterie speichert Kraftstoffenergie und gewinnt kinematische Energie in elektrischer Form zurück). Ein PHEV ist wie ein HEV, aber das PHEV hat eine Batterie mit größerer Kapazität, die vom externen Elektrizitätsnetz wiederaufgeladen werden kann. Bei einem PHEV ist die Batterie die Hauptenergiequelle für den Fahrzeugantrieb, bis sich die Batterie auf eine niedrige Energiehöhe entleert, zu welchem Zeitpunkt dann das PHEV wie ein HEV für Fahrzeugantrieb wirkt.
Das Elektrofahrzeug überwacht den Status der Batterie unter Verwendung mehrerer Messungen, einschließlich des Batterieladezustands (BSOC – battery state of charge). Der BSOC kann als ein Prozentanteil dargestellt werden, der die Energiemenge in der Batterie von 0% (leer) bis 100% (voll) darstellt. Batterien können beschädigt werden, wenn sie überladen oder zu stark entladen werden.
Deshalb halten viele Elektrofahrzeuge nach dem Stand der Technik die Batterie innerhalb eines Betriebsbereichs zwischen einer Ladegrenze von ca. 80% BSOC und einer Entladungsgrenze von ca. 20% BSOC.
Bei einer Ausführungsform wird ein Fahrzeug mit einem Elektromotor versehen, der dazu konfiguriert ist Antriebsmoment bereitzustellen und Nutzbremsung zu ermöglichen. Des Weiteren enthält das Fahrzeug eine Steuerung, die zum Empfang von Eingangssignalen, die eine Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Batterieladezustand (BSOC) anzeigen, und zur Deaktivierung des Antriebsmoments, wenn der BSOC unter einer Maximalentladungsgrenze liegt, konfiguriert ist. Des Weiteren ist die Steuerung zur Aktivierung von Nutzbremsung, wenn der BSOC unter der Maximalentladungsgrenze liegt und die Fahrzeuggeschwindigkeit über einer vorbestimmten Geschwindigkeit liegt, konfiguriert.
Bei einer anderen Ausführungsform ist ein Fahrzeugsystem mit einer Steuerung versehen, die zum Empfang von Eingangssignalen, die eine Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Batterieladezustand (BSOC) anzeigen, und zur Deaktivierung von Antriebsmoment, wenn der BSOC unter einer Maximalentladungsgrenze liegt, konfiguriert ist. Des Weiteren ist die Steuerung zur Deaktivierung von elektrischer Bremskraftunterstützung und elektrischer Lenkunterstützung, wenn der BSOC unter der Maximalentladungsgrenze liegt und die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer vorbestimmten Geschwindigkeit liegt, konfiguriert.
Bei noch einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum gesteuerten Abschalten eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt. Es werden Eingangssignale empfangen, die eine Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Batterieladezustand (BSOC) anzeigen. Antriebsmoment wird deaktiviert, wenn der BSOC unter einer ersten Entladungsgrenze liegt. Nutzbremsung wird aktiviert, wenn der BSOC unter der ersten Entladungsgrenze liegt und die Fahrzeuggeschwindigkeit über der vorbestimmten Geschwindigkeit liegt.
Das offenbarte Fahrzeugsystem bietet Vorteile, indem es einen Betrieb des Elektrofahrzeugs unter der Entladungsgrenze gestattet, wodurch die Batteriereichweite vergrößert wird. Das Fahrzeugsystem steuert das Abschalten des Elektrofahrzeugs, wenn der BSOC unter einer Maximalentladungsgrenze liegt, durch Deaktivierung von Fahrzeugantriebssystemen und Aktivierung von Nutzbremsung zur Bereitstellung von Energie für elektrische Bremskraftunterstützung und elektrische Lenkunterstützung.
1 ist ein Schemadiagramm eines Fahrzeugsystems zur Steuerung des Abschaltens eines Elektrofahrzeugs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
2 ist eine vergrößerte schematische Ansicht eines Teils des Fahrzeugsystems von 1, die die Fahrzeugkommunikation darstellt;
3 ist ein Diagramm, das die Grenzen des Batterieladezustands (BSOC) und die Grenzen des Kundenladezustands (CSOC – customer state of charge) des Fahrzeugsystems von 1 darstellt;
4 ist ein Schaubild, das die BSOC-Grenzen und Batterieleistungsgrenzen des Fahrzeugsystems von 1 darstellt;
5 ist ein Schaubild, das die Batterieleistungsgrenzen von 4 bei Nutzbremsung darstellt;
6 ist ein anderes Schaubild, das die BSOC-Grenzen darstellt;
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum kontrollierten Abschalten eines Elektrofahrzeugs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
8 ist eine perspektivische Vorderansicht einer Benutzerschnittstelle des Fahrzeugsystems von 1; und
9 ist eine vergrößerte Ansicht der Benutzerschnittstelle von 8 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
Wie erforderlich, 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 der besonderen Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die in dieser Anmeldung offenbart werden, sollen nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise auszuüben ist.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Fahrzeugsystem zur Steuerung des Abschaltens eines Elektrofahrzeugs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt und allgemein mit der Zahl 10 bezeichnet. Das Fahrzeugsystem 10 wird in einem Fahrzeug 12 gezeigt. Das Fahrzeugsystem 10 enthält eine Fahrzeugsteuerung 14 und eine Benutzerschnittstelle 16, die miteinander kommunizieren. Die Fahrzeugsteuerung 14 empfängt Eingangssignale und steuert das Abschalten des Fahrzeugs 12. Die Fahrzeugsteuerung 14 sendet diese Informationen an die Benutzerschnittstelle 16, die wiederum die Informationen in Echtzeit an den Fahrer übermittelt. Der Fahrer kann diese Informationen als Warnung verwenden und bereitet sich auf das Abschalten vor, indem er das Fahrzeug 12 zu einem geeigneten Parkplatz bewegt.
Die dargestellte Ausführungsform stellt das Fahrzeug 12 als ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) dar, bei dem es sich um ein rein elektrisches Fahrzeug handelt, das von einem Elektromotor 18 ohne Unterstützung durch einen Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der Elektromotor 18 empfängt elektrische Energie und stellt Antriebsmoment für den Fahrzeugantrieb bereit. Des Weiteren funktioniert der Elektromotor 18 als Generator zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie durch Nutzbremsung. Das Fahrzeug 12 weist einen Antriebsstrang 20 auf, der den Elektromotor 18 und ein Getriebe 22 enthält. Das Getriebe 22 stellt das Antriebsmoment und die Drehzahl des Elektromotors 18 durch ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis ein. Ein Paar Halbwellen erstreckt sich in entgegengesetzten Richtungen von dem Getriebe 22 zu einem Paar angetriebener Räder 24.
Obgleich im Zusammenhang mit einem BEV 12 dargestellt und beschrieben, können Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung natürlich auch an anderen Arten von Elektrofahrzeugen implementiert werden, wie zum Beispiel jenen, die durch einen Verbrennungsmotor zusätzlich zu einer oder mehreren elektrischen Maschinen angetrieben werden (zum Beispiel Hybridelektrofahrzeugen (HEVs), Vollhybridelektrofahrzeugen (FHEV-, FHEV – full hybrid electric vehicle) und Plug-In-Hybridfahrzeugen (PHEVs) usw.).
Das Fahrzeug 12 enthält ein Energiespeichersystem 26 zum Speichern und Steuern von elektrischer Energie. Ein Hochspannungsbus 28 stellt durch einen Wechselrichter 30 eine elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor 18 und dem Energiespeichersystem 26 her. Das Energiespeichersystem 26 enthält gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen eine Hauptbatterie 32 und ein Batterieenergiesteuermodul (BECM – battery energy control module) 34. Die Hauptbatterie 32 ist eine Hochspannungsbatterie, die elektrische Energie zum Betreiben des Elektromotors 18 ausgeben kann. Die Hauptbatterie 32 empfängt elektrische Energie vom Elektromotor 18, wenn der Elektromotor 18 bei Nutzbremsung als Generator betrieben wird. Der Wechselrichter 30 wandelt die durch die Hauptbatterie 32 zugeführte Gleichstrom-(DC-)Energie in Wechselstrom-(AC-)Energie zum Betreiben des Elektromotors 18 um. Des Weiteren wandelt der Wechselrichter 30 durch den Elektromotor 18, wenn er als Generator betrieben wird, zugeführten Wechselstrom (AC) in DC zum Laden der Hauptbatterie 32 um. Die Hauptbatterie 32 ist ein Batteriepack, das aus mehreren Batteriemodulen (nicht gezeigt) besteht, wobei jedes Batteriemodul mehrere Batteriezellen (nicht gezeigt) enthält. Das BECM 34 wirkt als eine Steuerung für die Hauptbatterie 32. Das BECM 34 enthält weiterhin ein elektronisches Überwachungssystem, das die Temperatur und den Ladezustand jeder der Batteriezellen verwaltet. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugs 12 sehen verschiedene Arten von Energiespeichersystemen, wie zum Beispiel Kondensatoren und Brennstoffzellen (nicht gezeigt), vor.
Der Antriebsstrang 20 enthält ein Traktionsregelmodul (TCM – traction control module) 36 zur Steuerung des Elektromotors 18 und des Wechselrichters 30. Das TCM 36 überwacht unter anderem die Position, die Drehzahl und die Leistungsaufnahme des Elektromotors 18 und liefert Ausgangssignale an andere Fahrzeugsysteme, die diesen Informationen entsprechen. Das TCM 36 und der Wechselrichter 30 wandeln die Gleich-(DC-)Spannungsversorgung durch die Hauptbatterie 32 in Wechselstrom-(AC-)Signale um, die zur Steuerung des Elektromotors 18 verwendet werden.
Die Fahrzeugsteuerung 14 kommuniziert mit anderen Fahrzeugsystemen und – steuerungen zur Koordination ihrer Funktion. Obgleich die Fahrzeugsteuerung 14 als eine einzige Steuerung gezeigt ist, kann sie auch mehrere Steuerungen enthalten, die zur Steuerung mehrerer Fahrzeugsysteme gemäß einer Gesamtfahrzeugsystemsteuerungslogik (VSC-Logik, VSC – vehicle system control) oder -software verwendet werden können. Zum Beispiel kann die Fahrzeugsteuerung 14 ein Motorsteuergerät (MSG) sein, in dem ein Teil der VSC-Software eingebettet ist. Die Fahrzeugsteuerung 14 enthält im Allgemeinen eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speichern (zum Beispiel FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, um miteinander zur Durchführung einer Reihe von Operationen zusammenzuwirken. Des Weiteren enthält die Fahrzeugsteuerung 14 vorbestimmte Daten oder "Nachschlagetabellen", die auf Berechnungen und Testdaten basieren und im Speicher gespeichert sind. Die Fahrzeugsteuerung 14 kommuniziert unter Verwendung eines gemeinsamen Busprotokolls (zum Beispiel CAN) über eine Hardline-Fahrzeugverbindung 38 mit anderen Steuerungen (zum Beispiel dem TCM 36, dem BECM 34).
Die Benutzerschnittstelle 16 kommuniziert mit der Fahrzeugsteuerung 14 zum Empfang von Informationen über das Fahrzeug 12 und seine Umgebung und leitet diese Informationen zum Fahrer. Die Benutzerschnittstelle 16 enthält mehrere Schnittstellen, wie zum Beispiel Instrumente, Anzeigegeräte und Displays (in 8 gezeigt). Die Benutzerschnittstelle 16 enthält bei einer oder mehreren Ausführungsformen auch eine (nicht gezeigte) Steuerung zur Kommunikation mit externen Geräten, wie zum Beispiel einem Computer oder einem Mobiltelefon. Die Fahrzeugsteuerung 14 führt der Benutzerschnittstelle 16 Ausgangssignale zu, wie zum Beispiel einen Status des Elektromotors 18 oder der Batterie 32, die dem Fahrer optisch übermittelt werden.
Das Fahrzeug 12 enthält eine Klimaautomatik 40 zum Erwärmen oder Kühlen verschiedener Fahrzeugkomponenten und eines Fahrzeuginnenraums (nicht gezeigt). Die Klimaautomatik 40 enthält gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen eine elektrische Hochspannungsheizung mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC – Positive Temperature Coefficient) 42 und einen elektrischen Hochspannungs-HVAC-Kompressor 44. Die PTC-Heizung 42 und der HVAC-Kompressor 44 werden zum Erwärmen bzw. Kühlen von Fluid, das zum Antriebsstrang 20 und zur Hauptbatterie 32 zirkuliert, verwendet. Sowohl die PTC-Heizung 42 als auch der HVAC-Kompressor 44 können elektrische Energie der Hauptbatterie 32 direkt entnehmen. Die Klimaautomatik 40 enthält eine Klimaregelung 45 zum Kommunizieren mit der Fahrzeugsteuerung 14 über den CAN-Bus 38. Der Ein/Aus-Status der Klimaautomatik 40 wird zur Fahrzeugsteuerung 14 kommuniziert und kann beispielsweise auf dem Status eines vom Bediener betätigten Schalters oder der automatischen Steuerung der Klimaautomatik 40, basierend auf verwandten Funktionen wie Scheibenenteisung, basiert werden. Bei anderen Ausführungsformen ist die Klimaautomatik 40 zum Erwärmen und Kühlen von Luft (zum Beispiel bestehende Fahrzeuginnenraumluft) anstatt von Fluid und Zirkulieren der Luft durch die Batterie 32 und/oder den Antriebsstrang 20 konfiguriert.
Das Fahrzeug 12 enthält gemäß einer Ausführungsform eine Niederspannungs-Sekundärbatterie (LV-Batterie, LV – low voltage) 46, wie zum Beispiel eine 12-Volt-Batterie. Die Sekundärbatterie 46 kann zum Antrieb verschiedener Fahrzeugnebenverbraucher 48, wie zum Beispiel eines elektrischen Bremsaktuators 50 und eines elektrischen Lenkaktuators 52, verwendet werden. Ein Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandler (DC-DC-Wandler) 54 ist zwischen der Hauptbatterie 32 und der LV-Batterie 46 elektrisch verbunden. Der DC-DC-Wandler 54 stellt den Spannungspegel ein oder "transformiert" ihn herunter, um der Hauptbatterie 32 zu gestatten, die LV-Batterie 46 zu laden. Ein Niederspannungsbus verbindet den DC-DC-Wandler 54 elektrisch mit der LV-Batterie 46 und den Nebenverbrauchern 48.
Das Fahrzeug 12 enthält eine Wechselstrom-(AC)-Ladeeinrichtung 56 zum Laden der Hauptbatterie 32. Ein elektrischer Verbinder verbindet die AC-Ladeeinrichtung 56 mit einer (nicht gezeigten) externen Energieversorgung zum Empfang von AC-Energie. Die AC-Ladeeinrichtung 56 enthält eine Leistungselektronik, die zum Umwandeln oder "Gleichrichten" der von der externen Energieversorgung empfangenen Wechselstromenergie in zum Laden der Hauptbatterie 32 benötigte Gleichstromenergie verwendet wird. Die AC-Ladeeinrichtung 56 ist zur Anpassung an eine oder mehrere herkömmliche Spannungsquellen von der externen Energieversorgung (zum Beispiel 110 Volt, 220 Volt usw.) konfiguriert. Die externe Energieversorgung kann eine Vorrichtung enthalten, die erneuerbare Energie nutzbar macht, wie zum Beispiel ein Photovoltaic-(PV-)Solarpaneel oder eine Windturbine (nicht gezeigt).
In 1 sind außerdem vereinfachte schematische Darstellungen eines Fahrerbedienungssystems 58 und eines Navigationssystems 60 gezeigt. Das Fahrerbedienungssystem 58 enthält Fahr-, Brems-, Lenk- und Gangwahl- (Schalt-)Systeme (alle allgemein mit der Zahl 58 bezeichnet).
Das Fahrsystem enthält ein Fahrpedal mit einem oder mehreren Sensoren, die Pedalstellungsinformationen, die einer Fahrerantriebsmomentanforderung entsprechen, zuführen.
Das Bremssystem enthält ein Bremspedal, einen Kraftverstärker, einen Hauptzylinder sowie eine mechanische Verbindung mit den Fahrzeugrädern, wie zum Beispiel den angetriebenen Haupträdern 24, um Reibbremsung zu bewirken. Des Weiteren enthält das Bremssystem den elektrischen Bremsaktuator 50, der Reibbremsung durch Einstellung von Innendruck innerhalb des Kraftverstärkers oder Hauptzylinders unterstützt. Wenn die elektrische Leistung zu dem elektrischen Bremsaktuator 50 jedoch unterbrochen wäre, dann würden die mechanischen Verbindungen in dem Bremssystem einrücken und eine mechanische (nicht unterstützte) Reibbremsung gestatten. Des Weiteren enthält das Bremssystem Stellungssensoren, Drucksensoren oder einige Kombinationen davon zur Bereitstellung von Informationen wie beispielsweise die Bremspedalstellung, die einer Fahrerbremsmomentanforderung entspricht.
Des Weiteren enthält das Bremssystem eine (nicht gezeigte) Bremssteuerung, die mit der Fahrzeugsteuerung 14 kommuniziert, um Nutzbremsung und Reibbremsung zu koordinieren. Die Bremssteuerung liefert der Fahrzeugsteuerung 14 ein Eingangssignal, das einem Gesamtbremsmomentwert entspricht. Der Gesamtbremsmomentwert basiert auf der Fahrpedalstellung und der Bremspedalstellung. Dann vergleicht die Fahrzeugsteuerung 14 den Gesamtbremsmomentwert mit anderen Informationen, um einen Nutzbremsmomentwert und einen Reibbremsmomentwert zu bestimmen, wobei die Summe des Nutzbremsmomentwerts und des Reibbremsmomentwerts ungefähr gleich dem Gesamtbremsmomentwert ist. Die Fahrzeugsteuerung 14 liefert den Nutzbremsmomentwert an das TCM 36, das wiederum den Elektromotor 18 zur Bereitstellung von Nutzbremsung steuert. Des Weiteren liefert die Fahrzeugsteuerung den Reibbremsmomentwert an die Fahrzeugsteuerung, die wiederum den elektrischen Bremsaktuator 50 zur Bereitstellung von Reibbremsung steuert.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen ist das Bremssystem zur Bereitstellung von Kompressionsbremsung des Fahrzeugs konfiguriert.
Kompressionsbremsung stellt die Reibverluste in einem Verbrennungsmotor eines herkömmlichen Fahrzeugs dar, wenn ein Fahrer das Fahrpedal freigibt. Ebenso stellt das Bremssystem einen Gesamtbremsmomentwert bereit, wenn das Fahrpedal freigegeben wird, selbst wenn das Bremspedal nicht niedergedrückt ist. Die Fahrzeugsteuerung 14 vergleicht dann den Gesamtbremsmomentwert mit anderen Informationen, um einen Nutzbremsmomentwert und einen Reibbremsmomentwert zu bestimmen.
Das Fahrzeug 12 verwendet Nutzbremsung als Hauptbremsquelle und ergänzt sie mit Reibbremsung, wenn kein ausreichendes Nutzbremsmoment zur Verfügung steht, um dem vom Fahrer angeforderten Gesamtbremsmoment zu entsprechen. Durch Nutzbremsung wird die Hauptbatterie 32 wiederaufgeladen und viel Energie zurückgewonnen, die ansonsten als Wärme bei Reibbremsung verlorengehen würde. Deshalb verbessert Nutzbremsung den Gesamtwirkungsgrad oder die Kraftstoffökonomie des Fahrzeugs im Vergleich zu Fahrzeugen, die nur für Reibbremsung konfiguriert sind.
Das Lenksystem enthält den elektrischen Lenkaktuator 52, der die mechanische Lenkung unterstützt. Wenn die elektrische Leistung zu dem elektrischen Lenkaktuator 52 jedoch unterbrochen wäre, dann würden die mechanischen Verbindungen in dem Lenksystem einrücken und mechanisches (nicht unterstütztes) Lenken gestatten.
Das Gangwahlsystem enthält eine Schaltvorrichtung zum manuellen Wählen einer Gangeinstellung des Getriebes 22. Das Gangwahlsystem kann einen Schaltstellungssensor zur Zuführung von Schaltvorrichtungswählinformationen (zum Beispiel PRNDL) zur Fahrzeugsteuerung 14 enthalten.
Das Navigationssystem 60 kann ein Navigations-Display, eine GPS-Einheit (GPS – globales Positionierungssystem), eine Navigationssteuerung und Eingänge (alle nicht gezeigt) zum Empfangen von Bestimmungsortsinformationen oder anderer Daten von einem Fahrer enthalten. Diese Komponenten können für das Navigationssystem 60 einzigartig sein oder mit anderen Systemen geteilt werden. Das Navigationssystem 60 kann außerdem Entfernungs- und/oder Standortinformationen, die dem Fahrzeug 12 zugeordnet sind, seine Zielorte oder andere relevante GPS-Wegepunkte kommunizieren.
Auf die 1 und 2 Bezug nehmend, empfängt die Fahrzeugsteuerung 14 Eingangssignale, die aktuelle Betriebsbedingungen der Fahrzeugsysteme anzeigen und Ausgangssignale zur Koordination ihrer Funktion liefern. Jedes Eingangssignal kann ein direkt zwischen der Fahrzeugsteuerung 14 und dem entsprechenden Fahrzeugsystem oder indirekt als Eingangsdaten über den CAN-Bus 38 gesendetes Signal sein.
Das BECM 34 liefert der Fahrzeugsteuerung 14 Eingangssignale (BSOC, CSOC), die das Energieniveau der Hauptbatterie 32 darstellen. Das BECM 34 überwacht Batteriebedingungen, wie zum Beispiel gemessene Werte für eine Batteriespannung, einen Batteriestrom, eine Batterietemperatur und einen Batterieladezustand. Das BECM 34 vergleicht weiterhin aktuelle Batteriebedingungen mit historischen Daten, um die Batterielebensdauer ("Alterung"), die Änderung der Kapazität im Laufe der Zeit, Fehler und irgendwelche vorbestimmten Einschränkungen zu bewerten. Das BSOC-Eingangssignal stellt den Batterieladezustand dar, der die Menge an elektrischer Energie der Hauptbatterie 32 als ein Prozentanteil von 0% (leer) bis 100% (voll) ist. Das CSOC-Eingangssignal stellt den Kundenladezustand dar, der die Menge an "zur Verfügung stehender" elektrischer Energie der Hauptbatterie 32 als ein Prozentanteil ist. Die Beziehung zwischen BSOC und CSOC wird unten unter Bezugnahme auf 3 ausführlich beschrieben.
Die Fahrzeugsteuerung 14 liefert dem BECM 34 das Eingangssignal (^Plimit), das eine zulässige Batterieleistungsgrenze darstellt. Unter Niedrig-BSOC-Bedingungen kann die Fahrzeugsteuerung 14 die zulässige Batterieleistungsgrenze reduzieren, um Batterieleistung einzusparen und Abschalten des Fahrzeugs zu steuern.
Die Klimaregelung 45 liefert die Eingangssignale (HVAC_load, STATUS_ccHEAT_req, COOL_req) an die Fahrzeugsteuerung 14, die Fahrzeugtemperaturbedingungen und Fahrerwärmeanforderungen darstellen. Das Eingangssignal HVAC_load stellt die elektrische Last der Klimaautomatik 40 basierend auf Temperaturbedingungen innerhalb des Fahrzeugs 12 dar. Das Eingangssignal HEAT_req stellt eine Fahrerheizungsanforderung dar, und das Eingangssignal COOL_req stellt eine Fahrerkühlungsanforderung dar. Das Eingangssignal STATUS_cc stellt einen Ein-/Aus-Status der Klimaautomatik 40 dar. Die Eingangssignale STATUS_cc, und COOL_req basieren jeweils auf einer Stellung eines (einer) vom Bediener betätigten Schalters, Knopfs oder Wählscheibe, die zusammengefasst als Wärmesteuerelemente bezeichnet werden und in 8 dargestellt sind. Des Weiteren enthält die Klimaautomatik 40 ein Enteisungsmerkmal, wobei sowohl die PTC-Heizung 42 als auch der HVAC-Kompressor 44 verwendet werden, gemeinsam Eis zu schmelzen und Feuchtigkeit von einer Windschutz- oder Heckscheibe (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 12 abzuziehen. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen führt die Klimaregelung 45 der Fahrzeugsteuerung 14 auch ein Eingangssignal (DEF_req) zu, das eine Enteisungsanforderung durch den Fahrer darstellt.
Die Fahrzeugsteuerung 14 empfängt Eingangssignale (^ωm, ^Pdrv_act), die Bedingungen des Elektromotors 18 darstellen. Das Eingangssignal stellt die Ausgangsdrehzahl des Elektromotors 18 dar, und das Eingangssignal stellt die dem Elektromotor 18 tatsächlich zugeführte elektrische Leistung zur Erzeugung von Antriebsmoment zum Antrieb des Fahrzeugs 12 dar.
Die Fahrzeugsteuerung empfängt die Eingangssignale (I_{LV_act}, V_{LV_act}), die den tatsächlichen Leistungsverbrauch der Nebenverbraucher 48 darstellen. Das Fahrzeug 12 enthält (nicht gezeigte) Sensoren, die die Istspannung und den Iststrom messen, die bzw. der der LV-Batterie 46 durch die Hauptbatterie 32 zugeführt wird. Diese Sensoren liefern die Eingangssignale I_{LV_act} und V_{LV_act}, die den Iststrom und die Istspannung darstellen, der bzw. die der LV-Batterie 46 zugeführt wird. Bei anderen Ausführungsformen empfängt die Fahrzeugsteuerung 14 ein Eingangssignal, das der tatsächlichen Leistung entspricht (nicht gezeigt), die der LV-Batterie 46 zugeführt wird. Die Fahrzeugsteuerung empfängt weiterhin das Eingangssignal (DCDC_status), das den Status des DC-DC-Wandlers 54 darstellt. Das Eingangssignal DCDC_status enthält Informationen darüber, welche Nebenverbraucher 48 aktiviert sind. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem 10 zum Beispiel bestimmte Nebenverbraucher 48 oder alle Nebenverbraucher 48 durch Unterbrechung der elektrischen Leistung zum DC-DC-Wandler 54 deaktivieren.
Die Fahrzeugsteuerung 14 empfängt die Eingangssignale (KEY, GEAR, APP, BPP) von den Fahrerbedienelementen 58, die die aktuelle Stellung mehrerer Fahrzeugsysteme darstellen. Das Eingangssignal KEY stellt die Stellung des Schlüssels (zum Beispiel aus, in Betrieb, Nebenverbraucher) dar. Das Eingangssignal GEAR stellt die Gangstellung oder -wahl (z.B. PRNDL) dar. Das Eingangssignal APP stellt die Fahrpedalstellung dar. Das Eingangssignal BPP stellt die Bremspedalstellung dar. Des Weiteren empfängt die Fahrzeugsteuerung 14 ein Eingangssignal (VEH_SPEED) das die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt. Die Fahrzeugsteuerung 14 bewertet die Eingangssignale und führt der Benutzerschnittstelle 16 Ausgangssignale (CSOC, DTE, BAT_STATUS) zu, die Batterieinformationen, wie zum Beispiel CSOC, und eine geschätzte Fahrzeugfahrreichweite oder "Restreichweite" (DTE – distance to empty) darstellen. Die Benutzerschnittstelle 16 kann als Reaktion auf den BAT_STATUS eine Meldung, wie zum Beispiel eine Fahrzeugabschaltungsmeldung (9), darstellen.
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Batterieladezustand (BSOC) und dem Kundenladezustand (CSOC) darstellt. Der BSOC stellt die elektrische Energie der Hauptbatterie 32 als einen Prozentanteil von 0% (leer) bis 100% (voll) dar. Im Allgemeinen können Batterien beschädigt werden, wenn sie überladen oder zu stark entladen werden. Deshalb wird die Hauptbatterie 32 unter Normalbetriebsbedingungen innerhalb eines reduzierten Betriebsbereichs gehalten.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen befindet sich der reduzierte Betriebsbereich zwischen 12% BSOC und 90% BSOC. Der 12%-BSOC-Wert entspricht einer Entladungsgrenze und wird mit der Zahl 110 bezeichnet. Der 90%-BSOC-Wert entspricht einer Ladungsgrenze und wird mit der Zahl 112 bezeichnet.
Diese Batterieenergieniveauinformationen werden dem Fahrer durch die Benutzerschnittstelle (9) optisch übermittelt. Der Fahrer verwendet diese Energieniveauinformationen so ähnlich wie eine Tankanzeige in einem herkömmlichen Fahrzeug. Der reduzierte Betriebsbereich kann einen Fahrer jedoch verwirren. Deshalb berechnet das Fahrzeugsystem 10 einen Kundenladezustand (CSOC), der dem Betriebsbereich des BSOC entspricht. Wie in 3 gezeigt, entspricht ein CSOC-Wert von 0% der Entladungsgrenze 110 (12% BSOC) und ein CSOC-Wert von 100% entspricht der Ladungsgrenze 112 (90% BSOC).
Auf die 3 und 4 Bezug nehmend, kann die Batterie 32 beschädigt werden, wenn sie mit hohen Batterieleistungsniveaus unter der Entladungsgrenze 110 betrieben wird. Die Batterie 32 kann jedoch für eine kurze Strecke (zum Beispiel fünf bis sieben Meilen (MI) mit einem reduzierten Batterieleistungsniveau unter der Entladungsgrenze 110 betrieben werden, ohne die Batterie 32 zu beschädigen. Zur Vergrößerung der Gesamtfahrzeugfahrreichweite leitet das Fahrzeugsystem 10 eine Notbetriebsstrategie (LOS – limited operating strategy) ein, nachdem der BSOC die Entladungsgrenze 110 erreicht hat. Während der LOS reduziert das Fahrzeugsystem 10 die Batterieleistung von einer Vollleistungsgrenze (ca. 100 kW), die mit der Zahl 114 bezeichnet wird, zu einer Zwischenleistungsgrenze (ca. 43 kW), die mit der Zahl 116 bezeichnet wird. Das Fahrzeugsystem 10 reduziert die Batterieleistungsgrenze mit einer Rampenrate von ca. 5 kW/s von der Vollleistungsgrenze 114 auf die Zwischenleistungsgrenze 116. Während der LOS reduziert das Fahrzeugsystem 10 gezielt den Verbrauch elektrischer Leistung oder "wirft" diesen ab, um die Batterielebensdauer und die Fahrreichweite zu verlängern, ohne die Batterie 32 zu beschädigen, so dass der Fahrer das Fahrzeug zur nächstgelegenen Ladestation bewegen kann.
Eine Maximalentladungsgrenze wird mit der Zahl 118 bezeichnet. Die Batterie 32 kann beschädigt werden, wenn sie unter der Maximalentladungsgrenze 118 betrieben wird. Deshalb leitet das Fahrzeugsystem 10 ein gesteuertes Abschalten des Fahrzeugs 12 ein, wenn der BSOC unter der Maximalentladungsgrenze 118 liegt. Die Maximalentladungsgrenze liegt gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zwischen 6% und 3% BSOC. Die Maximalentladungsgrenze beträgt bei der dargestellten Ausführungsform 5% BSOC. Das Fahrzeugsystem 10 reduziert die Batterieleistungsgrenze mit einer Rampenrate von ca. 5 kW/s von der Zwischenleistungsgrenze 116 bis zu Abschaltung (zum Beispiel 0 kW), die mit der Zahl 120 bezeichnet wird.
Auf 5 Bezug nehmend, aktiviert das Fahrzeugsystem 10 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen Nutzbremsung bei der Maximalentladungsgrenze 118. Während einer gesteuerten Abschaltung des Fahrzeugs 12 reduziert das Fahrzeugsystem 10 die Batterieleistungsgrenze von der Zwischenleistungsgrenze 116 bis zu Abschaltung 120 (zum Beispiel 0 kW). Während dieser Abschaltungszeitdauer aktiviert das Fahrzeugsystem 10 jedoch Nutzbremsung unabhängig von der tatsächlichen Fahrpedalstellung durch Steuerung des Elektromotors 18 zur Erzeugung von Energie, während das Fahrzeug 12 verzögert (gebremst) wird. Das Fahrzeugsystem 10 liefert die durch die Nutzbremsung zugeführte Energie an den DC-DC-Wandler 54 zur Verwendung durch den elektrischen Bremsaktuator 50 und den elektrischen Lenkaktuator 52. Wie durch Punkt 122 in 5 dargestellt, verlängert diese Energie aus der Nutzbremsung die Funktionalität des elektrischen Bremsaktuators 50 und des elektrischen Lenkaktuators 52, während sich das Fahrzeug 12 bewegt, selbst wenn die Batterieleistungsgrenze bereits auf ein niedrigeres Niveau reduziert worden ist.
Auf 6 Bezug nehmend, verhindert das Fahrzeugsystem 10 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen einen Neustart des Fahrzeugs 12 nach der Abschaltung. Benutzer von elektrischen Systemen (zum Beispiel Mobiltelefonen, Laptops usw.) versuchen oftmals, das elektrische System nach einer Zwangsabschaltung des Systems aufgrund von geringer Batterieenergie neu zu starten. Solche Neustarts können eine Batterie beschädigen. Um eine ähnliche Situation beim Fahrzeug 12 zu vermeiden, verhindert das Fahrzeugsystem einen Neustart des Fahrzeugs 12, bis sich der BSOC über einer Neustartgrenze befindet. Die Neustartgrenze liegt gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zwischen 12% und 6% BSOC. Die Neustartgrenze beträgt gemäß der dargestellten Ausführungsform 7%. Die Differenz zwischen der Neustartgrenze (7% BSOC) und der Maximalentladungsgrenze (5% BSOC) gestattet eine gewisse Hysterese oder Variation der BSOC-Berechnung.
Auf 7 Bezug nehmend, wird ein Verfahren zum Steuern der Abschaltung des Elektrofahrzeugs 12 von 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt und allgemein mit der Zahl 710 bezeichnet. Das Verfahren 710 wird gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung von in der Fahrzeugsteuerung 14 enthaltenem Softwarecode implementiert.
In Operation 212 empfängt die Fahrzeugsteuerung 14 Eingangssignale, die den Batterieladezustand (BSOC), die Fahrzeuggeschwindigkeit (VEH_SPEED), die Schlüsselstellung (KEY) und die Gangwahl (GEAR) enthalten. In Operation 714 wird der BSOC-Wert mit der Entladungsgrenze (12% BSOC) verglichen. Wenn der BSOC-Wert größer ist als die Entladungsgrenze, dann geht die Fahrzeugsteuerung 14 zu Operation 716 über und wendet eine Normalbatteriebetriebsstrategie an. Zum Beispiel kann die Batterieleistung in Operation 716 auf ca. 100 kW begrenzt werden. Wenn die Bestimmung in Operation 714 positiv ist, dann geht die Fahrzeugsteuerung 14 zu Operation 718 über und wendet eine Notbetriebsstrategie (LOS) an. Zum Beispiel kann die Batterieleistung in Operation 718 auf ca. 43 kW beschränkt werden.
In Operation 720 wird der BSOC-Wert mit der Maximalentladungsgrenze (5% BSOC) verglichen. Wenn der BSOC-Wert über der Maximalentladungsgrenze liegt, dann kehrt die Fahrzeugsteuerung 14 zu Operation 718 zurück und wendet die LOS an. Wenn die Bestimmung in Operation 720 positiv ist, dann geht die Fahrzeugsteuerung 14 zu Operation 722 über und leitet eine Fahrzeugabschaltungsstrategie an.
In Operation 722 stellt die Fahrzeugsteuerung 14 eine Batteriestatuswarnung für die Schnittstelle 16 bereit, die dem Fahrer übermittelt wird (wie in 9 gezeigt). In Operation 724 deaktiviert die Fahrzeugsteuerung 14 die Klimaautomatik 40 und das Elektromotorantriebsmoment durch Reduzieren der Batterieleistungsgrenze auf null kW.
In Operation 726 vergleicht die Fahrzeugsteuerung 14 die Fahrzeuggeschwindigkeit (VEH_SPEED) mit einem vorbestimmten Geschwindigkeitswert. Der vorbestimmte Geschwindigkeitswert liegt gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zwischen 5 und 0 KMH. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt der vorbestimmte Geschwindigkeitswert 2 KMH. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über dem vorbestimmten Geschwindigkeitswert liegt, dann geht die Fahrzeugsteuerung zu Operation 728 über und aktiviert Kompressionsbremsung und/oder Nutzbremsung. Die durch Operation 728 erzeugte Energie wird in Operation 730 dazu verwendet, die elektrische Bremskraftunterstützung und die elektrische Lenkunterstützung zu erhalten. Wenn die Bestimmung in Operation 726 negativ ist, dann werden in Operation 732 die elektrische Bremskraftunterstützung und die elektrische Lenkunterstützung deaktiviert.
In Operation 734 analysiert die Fahrzeugsteuerung 14 das Gangwahlsignal (GEAR) und das Schlüsselstellungssignal (KEY). Wenn GEAR anzeigt, dass sich das Fahrzeug 12 in "Park" befindet, oder KEY anzeigt, dass der Schlüssel "aus" ist, dann geht die Fahrzeugsteuerung 14 zu Operation 736 über und öffnet elektrische Schütze in der Batterie 32. Durch Öffnen der elektrischen Schütze wird die Batterie 32 von anderen Fahrzeugkomponenten und -untersystemem mit Ausnahme der AC-Ladeeinrichtung 56 elektrisch getrennt. Wenn die Bestimmung in Operation 734 negativ ist, dann kehrt die Fahrzeugsteuerung 14 zu Operation 726 zurück.
In 738 analysiert die Fahrzeugsteuerung 14 den BSOC-Wert, um zu bestimmen, ob die Batterie 32 wiederaufgeladen worden ist. Wenn der BSOC-Wert über 7% BSOC liegt, dann geht die Fahrzeugsteuerung zu Operation 740 über und gestattet dem Fahrer, das Fahrzeug neu zu starten. Dann kehrt die Fahrzeugsteuerung zu Operation 714 zurück. Wenn die Bestimmung in Operation 738 negativ ist, dann kehrt die Fahrzeugsteuerung 14 zu Operation 720 zurück.
Auf 8 Bezug nehmend, ist die Benutzerschnittstelle 16 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen in einer Instrumentengruppe 810 positioniert. Bei anderen Ausführungsformen kann die Benutzerschnittstelle in einem mittleren Abschnitt eines Armaturenbretts 812 ("Mittelkonsole") positioniert sein. Die Benutzerschnittstelle 16 kann eine Flüssigkristallanzeige (LCD), eine Plasmaanzeige, eine organische Leuchtdiodenanzeige (OLED) oder irgendein anderes geeignetes Display sein. Die Benutzerschnittstelle 16 kann einen Touchscreen oder eine oder mehrere (nicht gezeigte) Tasten, darunter Hardkeys oder Softkeys, enthalten, die neben der Benutzerschnittstelle 16 positioniert sind, um Fahrereingaben zu bewirken.
Auf 9 Bezug nehmend, übermittelt die Benutzerschnittstelle 16 Informationen, wie zum Beispiel den Kundenladezustand CSOC. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der CSOC bildlich als eine Anzeige übermittelt, auf der die Entladungsgrenze (0% CSOC) durch den Buchstaben "E" für "Leer" (empty) und durch eine horizontale Linie mit der Bezugszahl 814 dargestellt ist. Die Ladungsgrenze (100% CSOC) wird durch den Buchstaben "F" für "Voll" (full) und durch eine horizontale Linie mit der Bezugszahl 816 bezeichnet. Das aktuelle Energieniveau der Batterie 32 liegt bei der dargestellten Ausführungsform unter der Maximalentladungsgrenze (5% BSOC, – 7% CSOC) und wird durch eine horizontale Linie und mit der Bezugszahl 818 dargestellt, die sich unter der Entladungsgrenze 814 befindet. Wie oben unter Bezugnahme auf 7 erwähnt, liefert die Fahrzeugsteuerung 14 eine Warnmeldung an die Schnittstelle 16, wenn die Batterie 32 einen BSOC erreicht, der unter der Maximalentladungsgrenze (5% BSOC) liegt. Die Warnmeldung kann dem Fahrer sowohl bildlich als auch unter Verwendung von Text übermittelt werden und wird allgemein mit der Zahl 820 bezeichnet.
Somit bietet das Fahrzeugsystem 10 Vorteile, indem es einen Betrieb des Elektrofahrzeugs 12 unter der Entladungsgrenze gestattet, wodurch die Batteriereichweite vergrößert wird. Das Fahrzeugsystem 10 steuert das Abschalten des Elektrofahrzeugs 12, wenn der BSOC unter einer Maximalentladungsgrenze liegt, durch Deaktivierung von Fahrzeugantriebssystemen und Aktivierung von Nutzbremsung zur Bereitstellung von Energie für elektrische Bremskraftunterstützungs- und elektrische Lenkunterstützungsmerkmale.
Obgleich oben beispielhafte 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 Erfindung kombiniert werden.

Claims

Fahrzeugsystem, das Folgendes umfasst: eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist: Eingangssignale zu empfangen, die eine Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Batterieladezustand (BSOC) anzeigen, das Antriebsmoment zu deaktivieren, wenn der BSOC unter einer Maximalentladungsgrenze liegt, und die elektrische Bremskraftunterstützung und die elektrische Lenkunterstützung zu deaktivieren, wenn der BSOC unter der Maximalentladungsgrenze liegt und die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer vorbestimmten Geschwindigkeit liegt.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung weiterhin dazu konfiguriert ist, Antriebsmoment durch Verringern einer zur Verfügung stehenden Batterieleistungsgrenze auf 0 kW mit einer gesteuerten Rampenrate zu deaktivieren.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung weiterhin dazu konfiguriert ist, Nutzbremsung zu aktivieren, wenn der BSOC unter der Maximalentladungsgrenze liegt und die Fahrzeuggeschwindigkeit über der vorbestimmten Geschwindigkeit liegt.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung weiterhin dazu konfiguriert ist, eine Klimaautomatik zu deaktivieren, wenn der BSOC unter der Maximalentladungsgrenze liegt.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes umfasst: eine Schnittstelle, die mit der Steuerung kommuniziert und dazu konfiguriert ist, eine Fahrzeugabschaltungsmeldung anzuzeigen, wenn der BSOC unter der Maximalentladungsgrenze liegt.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung weiterhin dazu konfiguriert ist: Eingangssignale zu empfangen, die eine Gangwahl und eine Schlüsselstellung anzeigen; und eine Batterie als Reaktion auf eine Park-Gangwahl und/oder eine Aus-Schlüsselstellung von einem Motor elektrisch zu trennen.